JP2021523804A - インテリジェントガイド波エラストグラフィ - Google Patents

インテリジェントガイド波エラストグラフィ Download PDF

Info

Publication number
JP2021523804A
JP2021523804A JP2021502616A JP2021502616A JP2021523804A JP 2021523804 A JP2021523804 A JP 2021523804A JP 2021502616 A JP2021502616 A JP 2021502616A JP 2021502616 A JP2021502616 A JP 2021502616A JP 2021523804 A JP2021523804 A JP 2021523804A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tissue
target tissue
shear wave
bounded
bounded target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2021502616A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6994604B2 (ja
Inventor
カラスカル カロリーナ アマドール
カラスカル カロリーナ アマドール
フランソワ ギィ ジェラール マリー ヴィニョン
フランソワ ギィ ジェラール マリー ヴィニョン
セウングソー キム
セウングソー キム
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips NV filed Critical Koninklijke Philips NV
Publication of JP2021523804A publication Critical patent/JP2021523804A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6994604B2 publication Critical patent/JP6994604B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
    • A61B8/0858—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving measuring tissue layers, e.g. skin, interfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52019—Details of transmitters
    • G01S7/5202—Details of transmitters for pulse systems
    • G01S7/52022—Details of transmitters for pulse systems using a sequence of pulses, at least one pulse manipulating the transmissivity or reflexivity of the medium
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/46—Ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic devices with special arrangements for interfacing with the operator or the patient
    • A61B8/461—Displaying means of special interest
    • A61B8/463—Displaying means of special interest characterised by displaying multiple images or images and diagnostic data on one display
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/48—Diagnostic techniques
    • A61B8/485—Diagnostic techniques involving measuring strain or elastic properties
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/5215—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/5269—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving detection or reduction of artifacts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/54—Control of the diagnostic device
    • A61B8/543—Control of the diagnostic device involving acquisition triggered by a physiological signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
    • G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52023—Details of receivers
    • G01S7/52036—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation
    • G01S7/52042—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation determining elastic properties of the propagation medium or of the reflective target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52053—Display arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52053—Display arrangements
    • G01S7/52057—Cathode ray tube displays
    • G01S7/52071—Multicolour displays; using colour coding; Optimising colour or information content in displays, e.g. parametric imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52085—Details related to the ultrasound signal acquisition, e.g. scan sequences
    • G01S7/52087—Details related to the ultrasound signal acquisition, e.g. scan sequences using synchronization techniques

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

本開示は、有界組織とも呼ばれる有限サイズの薄い組織の剪断波速度及び組織硬度レベルを、剪断波エラストグラフィを介して決定するように構成されるシステム及び方法を記載する。システムは、組織に向けて送信されるパルスに応答してエコーを取得するように構成される超音波トランスデューサを有することができる。システムはまた、剪断波を発生させ、剪断波と交差するパルスを追跡するために、組織内にプッシュパルスを送信することができる。システムはまた、受信したエコーデータに指向性フィルタを適用し、超音波トランスデューサに対する有界標的のディメンション及び角度方向に基づいて指向性フィルタをかけた剪断波データを生成することができる。システムはフィルタリングされる剪断波データ及びトランスデューサに対する角度方向に基づいて、異なる剪断波周波数における剪断波の速度を推定し、組織の形状又は形態に依存しない組織硬度値を決定することができる。

Description

本開示は、剪断波エラストグラフィを使用して、有界組織とも呼ばれる有限サイズの薄い組織の硬度レベルを決定するための超音波システム及び方法に関する。
超音波剪断波エラストグラフィーは様々な組織の局在化した硬度レベルを測定するために使用されており、これは、組織異常を検出し、癌又は肝線維症などの状態を診断するための価値ある情報を提供する可能性がある。超音波剪断波エラストグラフィは典型的にはトランスデューサから組織内に「プッシュパルス」を送信するステップを含み、それによって、横方向に伝播する剪断波を生成する。それから、トランスデューサによって放出されるトラッキングパルスを使用して、剪断波が伝播するときの剪断波の速度を測定することができ、この速度は、通常、組織の硬度に基づいて変動する。例えば、軟組織における剪断波速度は、典型的には硬組織における剪断波速度よりも遅く、各組織タイプにおいて剪断波を生成するために同一のプッシュパルスが使用されると仮定する。したがって、剪断波速度の変動を使用して、正常な軟組織を異常な硬組織から区別することができる。
既存の超音波エラストグラフィシステムは肝臓、乳房、前立腺及び甲状腺のような器官における局所的な組織硬度レベルを測定するのに有効であることが証明されているが、そのような器官を含む組織における剪断波伝播は無限の大きさの厚い均質な組織における剪断波伝播として数学的にモデル化される。したがって、組織を通過する剪断波は、組織境界によってほとんど影響されず、それによって剪断波が妨げられずに組織を通って伝播することを可能にする。対照的に、有限サイズの有界又は半無限組織、例えば、心臓及び血管組織、膀胱などの器官を含む組織、及び／又は一般に異なる硬度を有する別の組織もしくは材料に隣接する任意の組織もしくは材料はそれらを通過する剪断波の拡がりを制限し、波伝播方向及び結果として生じる複雑な波面(生成される剪断波長は組織厚さ未満であり、剪断波速度分散を引き起こす)を指示し、これは、典型的には組織硬度の過小評価を引き起こす。有界組織硬度の正確な特徴付けは、このような組織を通る剪断波伝播に関連する複雑さを説明することができない撮像モダリティによって妨げられたままである。
剪断波エラストグラフィーを介して有界組織の硬度を決定するように構成される新しい超音波システムが必要である。
本開示は、有界組織とも呼ばれる、有限サイズの薄い組織内の剪断波伝播速度及び定量的な組織硬度レベルを、剪断波エラストグラフィを介して決定するためのシステム及び方法を記載する。剪断波伝播速度は制限的な組織境界からの波反射によって生成される波モード変換のために、境界組織において過小評価され得る。外部由来の波動を説明するために、本明細書では、システムは、超音波トランスデューサに対する角度方向及び組織の厚さによって指示され得る、剪断波伝播の主方向と誤って位置合わせされる剪断波エコーデータをフィルタリングするように構成される指向性フィルタを含むことができる。様々な例では、本明細書のシステムはまた、ユーザ入力なしに超音波トランスデューサに対する角度方向及び組織の厚さを決定するように構成され得、それによって、誤差及び偏った測定値の可能性を低減する。指向性フィルタリング、厚さ及び角度決定の後、本明細書のシステムは、超音波トランスデューサに対する角度方向及び組織のフィルタリングされる波データに基づいて、異なる剪断波周波数における伝搬剪断波の速度を推定することができる。次に、推定される速度を利用して、組織のサイズ及び／又は形状に依存しない方法で組織の硬度を決定することができる。本明細書のシステム内に含まれるユーザインターフェースは有界標的組織のライブの超音波画像及び組織硬度マップとともに、開示されるシステムによってなされる一つ又はそれより多くの決定を表示し得る。本明細書に記載されるシステム及び方法は、血管壁、膀胱壁、及び／又は心臓組織などの様々な有界組織における組織硬度を決定するために利用されてもよい。
本開示の原理によれば、剪断波撮像のための超音波撮像システムは、有界標的組織に向けて送信される超音波パルスに応答してエコーを取得するように構成される超音波トランスデューサを含むことができる。システムはまた、超音波トランスデューサから、プッシュパルスに応答してトラッキングパルスを送信するように構成されるビームフォーマを含むことができ、プッシュパルスは有界標的組織内に剪断波を生成し、トラッキングパルスは、一つ又はそれより多くの局所で剪断波と交差するように空間的に計画される。ビームフォーマは、トラッキングパルスが剪断波と交差するエコー信号を超音波トランスデューサから受信するように構成することもできる。システムは受信エコー信号から生成されるトラッキングエコーデータを記憶し、指向性フィルタをトラッキングエコーデータに適用して、有界標的組織のディメンション及び超音波トランスデューサに対する有界標的組織の角度方向に基づいて指向性フィルタリングされる波データを生成するように構成される、ビームフォーマと通信するプロセッサをさらに含むことができる。プロセッサは、超音波トランスデューサに対する角度方向及び有界標的組織のフィルタリングされる波データに基づいて、異なる剪断波周波数における剪断波の速度を推定し、推定される速度及び組織の少なくとも1つのディメンションパラメータを使用して、有界標的組織の形状又は形態に依存しない有界標的組織の硬度値を決定することができる。
いくつかの例では、有界標的組織のディメンションが有界標的組織の厚さを含む。いくつかの実施形態では、プロセッサが有界標的組織の画像セグメント化を実行することによって、有界標的組織の厚さを決定するように構成することができる。いくつかの例では、プロセッサが超音波トランスデューサに対する有界標的組織の角度方向を決定するように構成することができる。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサに対する有界組織の角度方向がエコーデータにスペックル除去フィルタを適用し、スペックル除去されるエコーデータに対してハフ変換を実行することによって決定することができる。いくつかの例では、有界標的組織の角度方向が超音波トランスデューサに対して鋭角又は斜角である。
いくつかの実施形態では、システムはまた、有界標的組織のBモード画像を表示するように構成されるユーザインターフェースを含むことができる。いくつかの例では、ユーザインターフェースがBモード画像上に可動関心領域ボックスを表示するようにさらに構成することができる。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェースが有界標的組織のライブの定量的硬度マップを表示するようにさらに構成することができる。いくつかの例では、ビームフォーマがユーザによって選択可能な心周期フェーズ中にプッシュパルスを送信するように超音波トランスデューサを制御するようにさらに構成され得る。いくつかの実施形態では、有界標的組織が有界標的組織とは異なる機械的特性を有する一つ又はそれより多くの隣接組織又は物質によって閉じ込められた組織を含む。いくつかの例では、有界標的組織が心筋組織又は血管組織を含む。
本開示の原理によれば、剪断波撮像の方法は、有界標的組織に向けて送信される超音波パルスに応答して超音波エコーを取得するステップと、有界標的組織内にプッシュパルスを送信して有界標的組織内に剪断波を生成するステップと、一つ又はそれより多くの局所で剪断波と交差するように空間的に計画されるトラッキングパルスを送信するステップと、トラッキングパルスが剪断波と交差するエコー信号を受信するステップと、受信エコー信号から生成されるトラッキングエコーデータを記憶するステップと、有界標的組織のディメンション及び超音波トランスデューサに対する有界標的組織の角度方向に基づいて、指向性フィルタリングされる波データを生成するために、指向性フィルタをトラッキングエコーデータに適用するステップと、超音波トランスデューサに対する、フィルタリングされる波データ及び有界標的組織の角度方向に基づいて、異なる剪断波周波数における剪断波の速度を推定するステップと、推定される速度及び組織の少なくとも1つのディメンションパラメータを使用して、有界標的組織の形状又は形態とは独立した、有界標的組織の硬度値を決定するステップとを含むことができる。
いくつかの例では、有界標的組織のディメンションが有界標的組織の厚さを含む。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサに対する有界標的組織の角度方向が超音波トランスデューサに対して決定することができる。いくつかの例では、有界標的組織が有界標的組織とは異なる機械的特性を有する一つ又はそれより多くの隣接組織又は物質によって閉じ込められた組織を含むことができる。いくつかの実施形態では、プッシュパルスを有界標的組織に送信するステップはユーザによって選択可能な心周期フェーズ中にプッシュパルスを送信するステップを含むことができる。いくつかの例では、本方法が有界標的組織の超音波画像と、超音波画像上に重ね合わされる可動関心領域ボックスとを表示するステップをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、有界標的組織の厚さは約1mm乃至約2cmであり得る。
本明細書で説明される方法のいずれか、又はそのステップは実行可能命令を備える非一時的なコンピュータ可読媒体で実施されてもよく、実行されると、医用撮像システムのプロセッサに、本明細書で実施される一つ又はそれより多くの方法又はステップを実行させてもよい。
厚い、無限組織の剪断波伝播数学モデルにおいて実施される超音波剪断波エラストグラフィーの図である。 薄い、有限の、有界な、角度のある組織の剪断波伝播数学モデルにおいて実施される超音波剪断波エラストグラフィーの図である。 厚さのみ変化する組織サンプルにおいて測定される剪断波周波数の関数として剪断波速度を示すグラフである。 本発明の原理に従って構成される超音波撮像システムのブロック図である。 厚く、無限の組織において行われた剪断波エラストグラフィーの概要を提供する。 薄く、有限の、有界組織内で実施される剪断波エラストグラフィーの概観を提供する。 薄く、有限で、有界な、角度のある組織において実施される剪断波エラストグラフィーの概観を提供する。 本開示の例に従って実施される厚い無限組織の絶対硬度定量化の概要を提供する。 本開示の例に従って実行される薄く有限の有界組織の絶対硬度定量化の概要を提供する。 本開示の例に従って実施される、薄い、有限の、有界の、角度の付いた組織の絶対硬度定量化の概要を提供する。 本開示の原理に従って実行される方法のフローチャートである。
特定の実施形態の以下の説明は本質的に単に例示的なものであり、本発明又はそのアプリケーション又は使用を限定することを決して意図するものではない。本システム及び方法の実施形態の以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、説明されるシステム及び方法を実施することができる特定の実施形態を例として示す添付の図面を参照する。これらの実施形態は当業者が発明開示されているシステム及び方法を実施することを可能にするのに十分に詳細に記載されており、他の実施形態が利用されてもよく、構造的及び論理的な変更が、本システムの精神及び範囲から逸脱することなくなされてもよいことが理解されるべきである。さらに、明確にするために、特定の特徴の詳細な説明は本システムの説明を不明瞭にしないように、当業者に明らかである場合には論じない。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されるべきではなく、本システムの範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。
本技術はまた、本実施形態による方法、装置(システム)、及び／又はコンピュータプログラム製品のブロック図及び／又はフローチャート図を参照して以下に説明される。ブロック図及び／又はフローチャート図のブロック、ならびにブロック図及び／又はフローチャート図のブロックの組み合わせは、コンピュータ実行可能命令によって実装され得ることを理解される。これらのコンピュータ実行可能命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、及び／又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサ、コントローラ、又は制御ユニットに提供されて、コンピュータ及び／又は他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令がブロック図及び／又はフローチャートの一つ又はそれより多くのブロックで指定される機能／動作を実施するための手段を作成するように、マシンを生成することができる。
本明細書に記載されるように、いくつかの例において、境界組織は、小さい断面厚さに限定される組織を指す。例えば、有界組織は、血管壁の断面厚さに対応し得る約1mm乃至約2、3、4又は5mmの厚さ、及び／又は種々の心臓組織の断面厚さに対応し得る約1乃至約2cmまでの厚さによって特徴付けられ得る。追加の例では、有界組織が異なる組織密度などの異なる特性を有する材料又は組織タイプに隣接する組織を含むことができる。いくつかの例では、2つの隣接する材料の間の境界が急激であっても緩やかであってもよい。いくつかの例では、有界組織が液体に隣接する組織を含んでもよい。例えば、有界組織は、空気又は尿のいずれかに隣接する膀胱組織、又は血液に隣接する血管組織を指し得る。結合組織はまた、皮膚の種々の層のような、異なる機械的特性を有する層状組織を含み得る。一般に、有界組織は半無限組織又は限定組織としてモデル化されてもよく、それを通って、剪断波は組織特性の明確な変化によって規定される境界に接触することなく自由に伝播することができない。本明細書中で意図される有界組織の例は心臓及び血管組織(例えば、心筋組織及び血管壁)、ならびに器官壁組織(例えば、膀胱壁組織)を含むが、これらに限定されない。説明を容易にするために、前述の組織タイプは、傘の用語「有界(bounded)」の下で言及される
図1Aは、厚い、無限組織のモデルで実施される超音波剪断波エラストグラフィーの図である。従来の剪断波エラストグラフィシステムは組織が無限大であり(例えば、剪断波波長が組織の厚さ未満である比較的軟らかい材料又は組織において10cmを超える厚さ)、剪断波伝播を追跡する目的で閉じ込められていないという仮定の下で動作することができる。図示のように、集束されるプッシュパルスを組織内に伝達することによって生成される剪断波は平面波として横方向に広がり、一般に、硬化境界又は組織特性の急激な変化によって影響されない。剪断波の伝搬速度は、空間分解能(x 2 −x 1)と波到着時間(t 2 −t 1)の比率を決定することで正確に測定できる。測定される波の伝播速度の変動は、組織の硬度の変動を示す。
図1Bは、本明細書に記載されるシステム及び方法を介して問い合わせられる組織の一般化される例を示す。図示のように、組織は薄く、有限であり、有界であり、プッシュパルスを送信するために使用される超音波トランスデューサに対して斜角(アルファ)で位置決めされる。組織と変換器との間の角が補正されない場合、波到達時間に対する空間解像度の比率によって決定される剪断波速度は、波到達時間が測定される横方向に分離される点(x0，x'1，x'2)間の空間解像度不一致のために偏倚される。図1Aに示されるように、無限組織を通って妨害されずに広がる剪断波とは異なり、半無限及び／又は薄い有限の有界組織を通って伝播する剪断波は幾何学的分散によって特徴付けられ、ここで、波伝播速度は剪断波周波数及び組織厚さの関数として変化する。その結果、より薄い組織(例えば、心筋及び血管)において、剪断波速度は、厚く、無限の組織幾何学的形状をとるように構成される既存の剪断波エラストグラフィーシステムを使用して測定される場合、過小評価され得る。剪断波信号対雑音(SNR)比も低く、正確な剪断波検出をさらに妨げる可能性がある。
図1Cは、有限組織の場合の運動方程式の数学解を用いた剪断波周波数の関数としての剪断波速度のグラフである。この数学的解は、ラム波モデルとして知られている。組織のタイプは3つの組織サンプル全てにおいて同一であるため、組織の硬度も同一であるが、組織の厚さの差は既存のエラストグラフィアプローチを使用して生成される剪断波速度推定値を歪ませる。具体的には、グラフがa)厚さ100mmを超える厚い無限組織、b)厚さ10mmの薄い有限組織、c)厚さ1mmの薄い有限組織で測定される剪断波速度を示す。図示するように、測定される剪断波速度は、厚くて無限の組織における剪断波周波数にかかわらず一定のままである。10mmの組織では剪断波速度がより低い剪断波周波数では過小評価されるが、より高い周波数ではより正確に評価され、この場合、推定値は厚い無限組織から得られる推定値にほぼ一致する。対照的に、剪断波速度の推定値は、10mmの組織、特に厚い無限の組織において測定される剪断波速度と比較して、より薄い1mmの組織における全ての剪断波周波数において不正確に低い。この不一致は、剪断波の顕著な幾何学的分散の結果として、より低い周波数で最も大きい。厚く、無限の組織では、剪断波伝播が組織境界又は組織の機械的特性の変化によって妨害されない。より狭い組織では、剪断波伝播が破壊され、境界組織が狭いほど、又は異なる特性を有する隣接組織が境界組織に近いほど、破壊は大きくなる。したがって、既存のエラストグラフィアプローチでは、組織のサイズ、向き、及び／又は形状とは無関係な方法で組織の硬度を正確に推定することができず、不正確な臨床評価につながる。本明細書で提供されるシステムは、組織ディメンション、及び／又は組織内でプッシュパルスを送信するために使用される超音波トランスデューサに対する組織の角度方向を考慮することによって、剪断波速度及び硬度を正確に推定するように構成される。
図2は有界組織における組織硬化特性を決定するように構成される例示的な超音波システム200を示し、この超音波システムはまた、このような組織を通過する剪断波を追跡するために使用される超音波トランスデューサに対して角度を付けられる。様々な実施形態では、システム200が組織の方向及び厚さを含む有界組織形状を決定し、そのような決定に基づいて組織を通過する剪断波に指向性フィルタを適用するように構成することができる。指向性フィルタの実装を介して波動高次モードを除去した後、超音波トランスデューサに対する角度方向及び有界組織の指向性フィルタデータに基づいて、異なる剪断波周波数で剪断波速度を推定することができる。それから、組織の形状又は形態に依存しない組織の硬度が、推定される速度及び組織の少なくとも1つのディメンションパラメータに基づいて、システムによって推定され得る。いくつかの例では、いくつかの剪断波周波数における指向性フィルタリングされる剪断波速度が有限組織についての波動方程式の解に入力され、特定の解がラム波モデルとして知られ、それによって、絶対組織硬度決定を生成する。示されるように、システム200は超音波データ収集ユニット210を含むことができ、それは、超音波信号を送受信するように構成される超音波センサアレイ212を含む超音波プローブ211を含むことができる。アレイ212は超音波プッシュパルス214を、有界組織218(例えば、動脈壁又は心筋セグメント)を含む標的領域216に放出するように構成される。追加又は代替の実施形態では、プッシュパルス214がアレイ212以外のアレイによって生成されてもよい。例えば、いくつかの例では、音響放射力(ARF)を印加するために1つのアレイを使用することができ、撮像のために異なるアレイを使用することができる。さらに他の例では、組織が例えば、外部機械力を加えるように構成される外部機械アクチュエータを使用して、機械的に刺激されてもよい。アレイ212はまた、プッシュパルスの送信後の剪断波伝播を検出するために、複数のトラッキングパルス219を有界組織218に送信するように構成される。トラッキングパルス219はプッシュパルス214に隣接して送信することができ、いくつかの例では、プッシュパルスに対して横方向に間隔を空けて送信することができる。いくつかの実施形態では、トラッキングパルス219が例えば、線形プローブがトラッキングパルスを放射するために利用される場合に、プッシュパルス214と平行にすることができる。他の例では、トラッキングパルス219がプッシュパルス214と平行でなくてもよい。例えば、湾曲したプローブは、その間に角度分離を有する半径方向にトラッキングパルスを送信することができる。このようなパルスはデカルト空間において平行でなくてもよいが、それらは極座標フレーム又は円筒座標フレームにおいて、同じ方向に伝達される。アレイ212は、送信／受信(T／R)スイッチ223を介して送信ビームフォーマ221及びマルチライン受信ビームフォーマ222に結合される。ビームフォーマ221、222による送信及び受信の調整は、ビームフォーマコントローラ224によって制御することができる。マルチライン受信ビームフォーマ222はエコー信号の空間的に明確な受信ライン(Aライン)を生成することができ、これは、信号プロセッサ225によってフィルタリング、ノイズ低減等によって処理することができる。いくつかの実施形態では、データ取得ユニット210の構成要素がアレイ212で受信される超音波エコー220から複数の超音波画像フレーム226を生成するように構成されてもよい。システム200はまた、Aラインデータをグループに編成し、Aラインの各グループに具現化されるデータに基づいて有界組織218の局所的な動きを検出するように構成することができる、データプロセッサ227などの一つ又はそれより多くのプロセッサを含むことができる。データプロセッサ227は、データに指向性フィルタ228を適用して、標的組織と周囲の組織又は物質との間の組織境界及び界面から反響する剪断波によって生成される不要なノイズを除去するように構成され得る。また、データプロセッサ227は、フィルタリング済みの波データ及び超音波トランスデューサに対する組織の角度方向に基づいて、異なる剪断波周波数における複数の剪断波の速度を推定するように構成することができる。超音波トランスデューサに対する標的組織の角度方向及びディメンションを考慮した方法で剪断波速度を推定した後、データプロセッサ227はまた、超音波トランスデューサに対する組織の形状、形態、サイズ、又は角度方向とは独立した方法で組織の硬度を決定することができる。特定の実施の形態では、データプロセッサ227が新しいフィルタリングされるデータをラム波モデル229に入力する。図示のように、データプロセッサ227は、いくつかの例では指向性フィルタ228及びラム波モデル229を含むことができる。いくつかの実施形態では、指向性フィルタ及び／又はラム波モデルがデータプロセッサと通信可能に結合される一つ又はそれより多くの別個のモジュールで実装され得る。データ取得ユニット210及びデータプロセッサ227の構成要素は合わせて、有界組織218を通過する剪断波からノイズを除去し、超音波トランスデューサに対する角度方向、組織の厚さ及び／又は形状とは無関係に、剪断波速度及び組織硬度を正確に決定するように構成される。組織の追跡変位は例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第2013／0131511号(Petersonら)に記載されるように、トラッキングパルス219を時間インターリーブすることによって部分的に達成されてもよい。
様々な実施形態では、システム210がデータプロセッサ227及びユーザインターフェース231に結合されるディスプレイプロセッサ230も含む。表示プロセッサ230及びユーザインターフェース231は画像フレーム226から、組織統計量234、例えば、組織厚さ(mm)、心周期位相、及び／又は剪断波速度及び／又は硬度と共に超音波画像232を生成し、表示するように構成することができ、これらは画像上に重ねることができる。ユーザインターフェース231はまた、ユーザの方向に移動可能であり得る関心領域(ROI)ボックス236、及びライブの組織硬度マップ238を表示し得る。幾つかの例ではマップ238が指向性フィルタ228の適用後のみ表示され得、幾つかの実施例ではラム波モデル229が表示され得るが、他の例では硬度マップが指向性フィルタ228の実施前、実施中及び実施後、任意にラム波モデル229が表示され得、したがって、指向性フィルタによって達成される推定硬度値の任意の変化を示し、幾つかの場合には波モード変換を示す。ユーザインターフェース231は超音波スキャンが実行されているときに超音波画像232をリアルタイムで表示するように構成することができ、スキャン前、スキャン中、又はスキャン後の任意の時間にユーザ入力240を受信することができる。図2に示すシステム200の構成は、様々であってよい。例えば、システム200は、携帯型であっても固定型であってもよい。ラップトップ、タブレット、スマートフォンなどの様々なポータブルデバイスを使用して、システム200の一つ又はそれより多くの機能を実装することができる。そのような装置を組み込む例では、超音波センサアレイ212が例えば、USBインターフェースを介して接続可能であってもよい。
システム200は、ユーザ入力240の受信に応答して、複数の撮像モダリティと非撮像モダリティとの間で切り替えるように構成することができる。可能なモダリティの1つは剪断波撮像を含み、これはプッシュパルス送信方向に対して垂直及び角度の両方で、無限及び有界組織エラストグラフィーのための別個のサブモダリティを含み得る。いくつかの例では、ユーザが有界組織のための剪断波撮像モードに入るようにシステムに指示した後、ライブの超音波画像を表示するように構成される表示画面が現れ得る。いくつかの実施形態では、ユーザが組織の超音波画像、例えば、Bモード画像を視覚的に検査することによって、超音波トランスデューサに対する有界組織の角度方向を決定することができる。それに加えて、又はその代わりに、本明細書のシステムは、超音波トランスデューサに対する有界組織の角度を自動的に検出するように構成することができる。ユーザーには、目視検査を介して、デジタル角度測定ツールによって補助されて、又はシステムによる自動化される組織セグメント化を介して、組織角度を測定するオプションが提示されてもよい。
動作中、システム200のユーザは最初に、関心のある組織のビューを選択することができる。それから、ユーザは有界組織の剪断波エラストグラフィを実施するための動作モードを選択することができ、これは、一部の実施形態では「インテリジェントガイド波エラストグラフィモード」として示され得る。また、ユーザは心周期における位相、例えば、収縮期、拡張期、又はトレースを選択することができ、その間に、剪断波エラストグラフィが実行されるか、又はシステム200は、特定の位相を自動的に選択することができる。それから、関心領域(ROI)ボックス236はユーザインターフェース231上のターゲット有界組織218のライブの超音波画像232の上に配置され得、エラストグラフィは一つ又はそれより多くのプッシュパルス及び一連のトラッキングパルスの送信によって開始され得る。実施形態において、複数のプッシュパルスがある範囲の周波数で複数の剪断波を生成するために、境界組織218内に伝達され、各剪断波周波数での剪断波速度検出を可能にしてもよい。組織からの画像フレーム226の取得は画像フレームに具現化されるエコーデータから、組織パラメータ、例えば、組織の厚さ、形状、及び／又は超音波トランスデューサに対する角度方向の一つ又はそれより多くの自動決定を開始することができる。様々な例では、組織セグメント化が実行されてもよく、続いて組織角度及び厚さの決定が実行されてもよい。それから、データプロセッサ227は決定される組織の厚さ及び角度を利用して、指向性フィルタ228を初期化することができ、これは、組織境界からの剪断波反射によって生じる波動運動の形成でエコーデータから高次運動を除去する。指向性フィルタ228を介してエコーデータをフィルタリングした後、データプロセッサ227は剪断波周波数の機能として剪断波の速度を推定することができ、推定速度及び少なくとも1つのディメンションパラメータ、例えば、超音波トランスデューサに対する厚さ及び／又は角度方向を使用して、有界組織の形状又は形態に依存しない方法で組織硬度を決定することができる。いくつかの特定の例では、フィルタリングされるデータが波変換及び絶対組織硬度定量化のために、ラム波モデル229に当てはめることができる。
上述したように、組織の向きは、手動で又は自動的に決定することができる。手動決定は、ユーザインターフェース231上に表示される組織のBモード画像232上に示される直線を通して組織方向を測定するステップを含み得る。ラインは例えば、ユーザによって操作されるノブを介して調整することができる。組織の向きの自動的な決定は、データプロセッサ227によって実行され得る。様々な実施形態では、データプロセッサ227がデータ取得ユニット210から受信される画像フレーム226内に具現化される超音波画像データを使用して組織をセグメント化するように構成することができる。特定の例では、データプロセッサ227が各フレーム226を構成する超音波画像ピクセルにスペックル除去フィルタ又は平滑化フィルタを適用することによって、画像をスペックル除去するように構成することができる。スペックル除去の後、データプロセッサ227は、画像、又は少なくとも関心領域のラドン(ハフ(Hough))変換を実施して、組織の主な向きを得ることができる。加えて、又は代替として、データプロセッサ227はローカルHaessian行列を計算し、それによって、超音波トランスデューサに対する細長い組織の角度方向を決定するように構成され得る。
組織の厚さはまた、手動又は自動的に決定され得る。組織の厚さの手動決定は、組織の直接的なキャリパー測定によって達成され得る。組織の厚さの自動決定は、心臓用途における心臓モデルフィッティングを含むことができる組織セグメント化技術を実行するステップを含むことができる。
超音波トランスデューサに対する有界標的組織218の厚さ及び角度方向が決定された後、指向性フィルタ228は、決定される組織角度を中心とする狭い指向性を適用するステップを含み得る、剪断波ノイズを除去するために適用され得る。指向性はいくつかの実施形態では例えば、ユーザ入力240に応答して調整可能であり、除去される雑音の量を増加又は減少させることができる。いくつかの例では、剪断波データがディスプレイの図の横軸及びそれに適用される指向性フィルタに回転させることができる。他の例では、指向性フィルタを適用することができる。特定の実施形態では、指向性フィルタ228が式1．1、すなわち、
Figure 2021523804
に示されるように、剪断波伝播の仮定される方向について次数qまで上げられた余弦に基づいて波動の空間周波数スペクトルを重みづけすることによって、波動データをフィルタリングするように構成することができる。
式1．1において、ky及びkxは剪断波の空間周波数スペクトルが測定及びフィルタリングされ得る方向を表し、αはフィルタのステアリング能力を介して実施され得る指向性フィルタ228の回転角を表し、qは、フィルタ幅を制御する。式1．1に具体化される指向性フィルタ228、したがってシステム200の独特の構成は、超音波トランスデューサに対する厚さ及び角度方向などの組織パラメータを考慮するようにプロセッサを構成することによって、有界の角度のある組織を分析するように独特に適合される複数のサブ動作を組み込むことによって導出することができる。例えば、式1．2は既存の指向性フィルタが無限の組織モデルにおいて実施するように構成され得る2次元波動方程式を具現化し、この場合、剪断波は構造境界によって妨害されずに、点源から外側に伝播し得る。
Figure 2021523804
ここで、u(x，y)は波の変位を表し、fは力である。式1．2を実装することにより、後方にのみ伝搬する反射剪断波をフィルタで除去するために、洗練されていない指向性フィルタを装備することができる。より高度な指向性フィルタは例えば、「MRエラストグラフィ画像の改善される反転のための空間−時間指向性フィルタリング」(Medical Image Analysis, 2003． 7(4) p. 465−473)においてManduca, Aらによって説明されているように、式1．3に従って、具体的にky方向に波動をフィルタリングするように構成することができる。
Figure 2021523804
式1．3において、eyはy方向の単位ベクトルを表す。指向性フィルタ228のステアリング能力は、式1．4及び式1．5に従って式1．3への回転変換を実装することによって追加することができる。
Figure 2021523804
Figure 2021523804
単一のフィルタリング軸に限定される指向性フィルタにステアリング能力を加えることによって、式1．1の例に部分的に表される指向性フィルタ228を得ることができる。
剪断波データの方向性フィルタリングの後、データプロセッサ227はその後、2Dフーリエ変換解析を実行して、複数の剪断波周波数における剪断波位相速度を推定するように構成されてもよく、この剪断波位相速度は種々の周波数及び／又は強度レベルで複数のプッシュパルスを送信することによって実行することができる。いくつかの例では、複数の周波数における剪断波位相速度を推定するステップは指向性フィルタリングされる波動データをラム波モデルに適合させることによって実施することができ、それによって、定量的な硬度又はせん断弾性率の推定値を決定することができる。そのような例によれば、データプロセッサ227は、プロセッサに結合されるメモリ242に記憶され得るラム波モデルに基づいて、剪断波速度補正のルックアップテーブルを作成するように構成され得る。補正剪断波速度及び／又は弾性率値を得るために、(指向性フィルタリング後に決定される)剪断波速度及び組織厚をテーブルに入力することができる。
ラム波モデル229は、指向性フィルタリングされる剪断波データのラム波解析を実行するように構成することができる。例えば、従来の組織硬度推定値は、式1．6を剪断波データに適用することによって得ることができる。
Figure 2021523804
ここで、Eは組織硬度であり、ρは組織密度であり、SWVは例えば、タイムツーピークアプローチに従って測定される剪断波速度である。ラム波は、ラム波モデル229を介して有限媒体中の剪断波のモード変換によって発生させることができる。特に、ラム波の一つの特性は分散であり、これは剪断波速度が周波数依存性であることを意味する。その結果、流体(L)に浸漬される板状組織中のせん断、ラム、及びレイリー波の位相速度及び減衰」(J Acoust Soc Am, 2011． 130(6) p. 3549−52)でNenadic, I.Z.らによって記述されているように、時空間剪断波動の2次元フーリエ変換であるk空間を通して、ラム波分散及び波動モードを解析することができる。特定の実施態様では、板状の幾何学的形状を有する有界標的組織のラム波分散が式1．7に従って決定することができる。
Figure 2021523804
ここで、kL はラム波数、ks は剪断波数、hは半分の厚さ、βは
Figure 2021523804
である。
式1．8を介してラム波解析を組み込むことによって、有界標的組織の推定組織硬度Eは、同じ組織タイプの無限モデルの推定組織硬度に類似し得る。
図3及び図4はデータプロセッサ227、指向性フィルタ228、及びいくつかの例ではラム波モデル229の実施前及び実施後に、データ収集ユニット210によって生成される様々な出力を示す。図3Aは均一な組織(例えば、肝臓組織)を模倣する無限厚ファントム組織モデルにおいて実施される剪断波エラストグラフィーの概要を提供する。無限モデル302aは超音波プローブと吸収体との間に挟まれた、厚く軟らかい組織、例えば、厚さ>10cm及び波長<10cmを仮定する。無限組織のBモード画像304aは、組織のいずれの側面にも直接の境界を含まず、剪断波が偏向することなく組織を通過することを可能にする。プッシュパルス伝送後0．31ms，1．5ms，3．1msで撮影した3つの連続画像スナップショット306aにおいて、平面剪断波の伝搬を示した。無限組織を通過する剪断波の飛行時間分析(タイムツーピークとも呼ばれる)を実施して、0乃至30kPaのスケールを有する正確な定性的硬度マップ308aを生成することができる。硬度マップ上に重ねられたROIボックス内では、組織硬度は実質的に均一である。
図3Bは、薄く、有限の、有界組織内で実施される剪断波エラストグラフィーの概観を提供する。有界組織モデル302bは、無限モデル302aに示される無限組織と比較して、より狭く限定される組織を含む。図示の例では、有界組織が約1cmの厚さを有するファントム組織モデルを含む。より狭いが、有界組織モデル302bで評価される組織は図3Aに従って評価される無限組織と同じ硬度を有する。有界組織のBモード画像304bは、組織が約10mmの断面厚さに限定されていることを示す。剪断波の伝搬は、3つの連続画像スナップショット306bに示される。無限の組織で生成される平面波パターンとは異なり、剪断波は組織の境界内で反射し、複雑な波面を生成する。その結果、対応する硬度マップ308bは、組織の均一な硬度にもかかわらず、高い硬度の局所的な領域を含む。本明細書で開示される指向性フィルタ228を適用することによって、そのようなアーチファクトを除去することができ、硬度マップの精度を実質的に改善することができる。これは、上述のスナップショット306bの指向性フィルタリングされるバージョンを表す連続画像スナップショット307bにおいて明らかである。この例では、指向性フィルタ228が剪断波の主方向に基づいて剪断波動をフィルタリングするように構成することができ、この場合、剪断波を生成するために使用されるプッシュパルスの方向に垂直な、水平方向である。指向性フィルタは水平波動を強化し、組織境界からの剪断波反射によって生成される非水平波動を減少させる。新たに生成され、指向性フィルタリングされるデータを使用して生成される定性的組織硬度マップ309bは、ROIボックス内で均一な硬度を正しく示す。
図3Cは、超音波プローブに対して斜めの角度で配置される薄い有限の有界組織内で実施される剪断波エラストグラフィーの概観を提供する図である。図3Bに示される有界組織と同様に、有界組織モデル302cは約1cmの断面厚さに限定される有界組織を含み、これは、組織のBモード画像304cにおいて明らかである。フィルタ処理されていない剪断波の伝搬は、3つの連続画像スナップショット306cに示されている。剪断波は組織の境界内で反射し、複雑な波面を生成し、これらの波面は、組織の方向に(左下から右上に)ガイドされる。その結果、対応する硬度マップ308cは、組織の均一な硬度にもかかわらず、不均一な硬度レベルを示す。本明細書に記載の方法に従って指向性フィルタ228を適用することによって、定性的な硬度の読み取り値を不明瞭にする画像アーチファクトを除去することができ、硬度マップの精度を実質的に改善することができる。これは、上述のスナップショット306cの指向性フィルタリングされるバージョンを表す連続画像スナップショット307cに示されている。指向性フィルタは剪断波の主方向に基づいて剪断波の動きをフィルタリングするように構成することができ、この場合、各画像の左下から右上に走る。このようにして、指向性フィルタ228は組織の硬化特性から生成される波動を分離し、組織境界からの反射によって引き起こされる波動を選択的に排除する。指向性フィルタリングされるデータを使用して生成される定性的組織硬度マップ309cは、ROIボックス内で均一な硬度を正確に示す。
超音波トランスデューサに対する限定される組織の境界条件、例えば厚さ及び角度方向が決定されると、決定は異なる剪断波周波数における複数の剪断波の速度を推定するために使用することができ、これは、推定される速度をラム波モデル229に適合させることによって、いくつかの例で実行することができる。例えば、データプロセッサ227によるラム波モデル229の適用は、有界組織の絶対硬度の定量的測定値を生じる。ラム波モデルによってもたらされる絶対組織硬度定量化の改善は、図4A乃至4Cにおいて明らかである。図4Aは、無限組織モデル402aと、時間の経過に伴って進行する距離を示す対応する剪断波伝播グラフ404aとを示す。グラフ404aの上方に示されるように、剪断波の従来の飛行時間解析(タイムツーピークとも呼ばれる)は、約4．63m／sの推定剪断波速度及び64kPaの硬度(ヤング率)をもたらす。剪断波周波数の範囲で得られた剪断波速度データ408aにラム波モデル406aを適用すると、推定硬度64．2kPaが得られ、これは無限組織形状を仮定した硬度方程式を介して得られた硬度推定値とほぼ同一である。対照的に、図4Bは有界組織モデル402b及び対応する剪断波伝播グラフ404bを示し、推定剪断波速度はわずか3．48m／sであり、硬度は36kPaであるが、組織は図4Aにモデル化される組織と比較して等しく硬い。有界組織で検出される指向性フィルタリングされる剪断波運動の周波数データ408bをラム波モデル406bに適用すると、無限組織の硬度推定値に非常に近い推定硬度54kPaが得られ、したがって、無限組織サイズの仮定の下で動作するときに典型的に生成される推定不足組織硬度が補正される。図4Cに同様に示されるように、有界角度付き組織モデル402cによって生成される周波数データ408cへのラム波モデル406cの適用は、32kPa(404c)の初期硬度推定値を54kPaのより正確な推定値に変化させる。ラム波モデルは本明細書に記載される実施形態に従って絶対組織硬度を得ることができる方法の一例に過ぎず、これは、概して、決定される組織角度に基づいて剪断波データをフィルタリングし、したがって剪断波伝播角度をフィルタリングし、角度に基づいて異なる周波数で剪断波速度を推定し、推定される速度及び組織幾何学形状を使用して組織硬度を決定するステップを含むことができる。
図5は、本開示の原理に従って実行される剪断波撮像の方法のフローチャートである。例示的な方法500は、本明細書で説明されるシステム及び／又は装置によって、任意の順序で実装され得るステップを示す。方法500は、システム200のような超音波撮像システム、又は例えばKoninklijke Philips N.V.(「Philips」)によるLUMIFYのようなモバイルシステムを含む他のシステムによって実行されてもよい。さらなる例示的なシステムは同様にPhilipsによって製造されるSPARQ及び／又はEPIQを含んでもよく、これは、様々な心臓プローブ、例えば、S5-1、線形プローブ、例えば、eL 18-4、及び／又はxMatrixプローブ、例えば、SWIFT XVTと適合し得る。
図示の実施形態では方法500が「有界標的組織に向けて送信される超音波パルスに応答して超音波エコーを取得する」ことによってブロック502で開始し、有界標的組織は有限サイズの薄い組織を含む。
ブロック504において、この方法は「有界標的組織内に剪断波を生成するために、有界標的組織内にプッシュパルスを送信する」ステップを含む。
ブロック506において、本方法は、「一つ又はそれより多くの局所で剪断波と交差するように空間的に計画されるトラッキングパルスを送信するステップ」を含む。
ブロック508において、本方法は、「トラッキングパルスが剪断波と交差するところでエコー信号を受信するステップ」を含む。
ブロック510において、本方法は、「受信されるエコー信号から生成されるトラッキングエコーデータを記憶するステップ」を含む。
ブロック512では方法が「指向性フィルタをトラッキングエコーデータに適用して、有界標的組織のディメンション及び有界標的組織の角度方向に基づいて、指向性フィルタリングされる剪断波データを生成する」ステップを含み、いくつかの例では指向性フィルタを適用する前に、有界標的組織の厚さを決定するステップ、及び／又は有界標的組織の角度方向を決定するステップを含むことができる。
ブロック514では、本方法が「フィルタリング済み剪断波データ及び超音波トランスデューサに対する有界標的組織の角度方向に基づいて、異なる剪断波周波数における剪断波の速度を推定するステップ」を含む。
ブロック516において、この方法は、「推定される速度及び組織の少なくとも1つのディメンションパラメータを使用して、有界標的組織の形状又は形態とは無関係で有界標的組織の硬度値を決定するステップ」を含む。
コンポーネント、システム、及び／又は方法がコンピュータベースのシステム又はプログラマブルロジックなどのプログラマブルデバイスを使用して実装される様々な実施形態では、上述のシステム及び方法が「C」、「C＋＋」、「FORTRAN」、「パスカル」、「VHDL」などの様々な既知の又は後に開発されるプログラミング言語のいずれかを使用して実装できることを理解される。したがって、上述のシステム及び／又は方法を実施するようにコンピュータなどのデバイスに指示することができる情報を含むことができる、磁気コンピュータディスク、光ディスク、電子メモリなどの様々な記憶媒体を準備することができる。適切な装置が記憶媒体に含まれる情報及びプログラムにアクセスできると、記憶媒体は情報及びプログラムを装置に提供することができ、したがって、装置は、本明細書に記載するシステム及び／又は方法の機能を実行することができる。例えば、ソースファイル、オブジェクトファイル、実行可能ファイルなどの適切な材料を含むコンピュータディスクがコンピュータに提供される場合、コンピュータは情報を受け取り、それ自体を適切に構成し、様々な機能を実行するために、上記の図及びフローチャートに概説される様々なシステム及び方法の機能を実行することができる。すなわち、コンピュータは上述のシステム及び／又は方法の異なる要素に関連する情報の様々な部分をディスクから受信し、個々のシステム及び／又は方法を実装し、上述の個々のシステム及び／又は方法の機能を調整することができる。
本開示を考慮して、本明細書で説明される様々な方法及びデバイスは、ハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアで実装され得ることに留意される。さらに、様々な方法及びパラメータは、例としてのみ含まれ、いかなる限定的な意味においても含まれない。この開示を考慮して、当業者は本発明の範囲内に留まりながら、それら自体の技術及びこれらの技術に影響を及ぼすために必要とされる機器を決定する際に、本教示を実施することができる。本明細書で説明されるプロセッサのうちの一つ又はそれより多くの関数はより少ない数又は単一の処理ユニット(例えば、CPU)に組み込まれてもよく、本明細書で説明される関数を実行するために実行可能命令に応答してプログラムされる特定用途向け集積回路(ASIC)又は汎用処理回路を使用して実装されてもよい。
本システムは超音波撮像システムを特に参照して説明されてきたが、本システムは一つ又はそれより多くの画像が系統的な方法で得られる他の医療用撮像システムに拡張することができることも想定される。したがって、本システムは腎臓、精巣、乳房、卵巣、子宮、甲状腺、肝臓、肺、筋骨格、脾臓、心臓、動脈血及び血管系、ならびに超音波誘導介入に関連する他の画像応用に限定されるものではないが、画像情報を取得及び／又は記録するために使用され得る。さらに、本システムは本システムの特徴及び利点を提供することができるように、従来の撮像システムと共に使用することができる一つ又はそれより多くのプログラムを含むこともできる。本開示の特定の追加の利点及び特徴は、本開示を検討することにより当業者に明らかであり得るか、又は本開示の新規なシステム及び方法を採用する当業者によって経験され得る。本システム及び方法の別の利点は、従来の医療画像システムを容易にアップグレードして、本システム、装置、及び方法の特徴及び利点を組み込むことができることであり得る。
当然のことながら、本明細書で説明される例、実施形態、又はプロセスのうちの任意の1つは、一つ又はそれより多くの他の例、実施形態、及び／又はプロセスと組み合わせることができ、又は本システム、装置、及び方法による別個の装置又は装置部分の間で分離及び／又は実行することができることを理解される。
最後に、上記の議論は単に本システムを例示することを意図しており、添付の特許請求の範囲を任意の特定の実施形態又は実施形態のグループに限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、本システムは例示的な実施形態を参照して特に詳細に発明されてきたが、当業者であれば、以下の特許請求の範囲に記載される本システムのより広く意図される精神及び範囲から逸脱することなく、多数の修正及び代替実施形態を考案することができることも理解される。
したがって、本明細書及び図面は例示的な方法で見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。

Claims (20)

  1. 剪断波撮像のための超音波撮像システムであって、
    有界標的組織に向けて送信される超音波パルスに応答してエコーを取得するように構成される超音波トランスデューサであって、前記有界標的組織は、有限サイズの薄い組織を有する、超音波トランスデューサと、
    ビームフォーマであって、
    前記超音波トランスデューサから、プッシュパルスに応答してトラッキングパルスを送信し、前記プッシュパルスは、前記有界標的組織内に剪断波を生成し、前記トラッキングパルスは、一つ又はそれより多くの場所で前記剪断波と交差するように空間的に計画され、
    前記超音波トランスデューサから、エコー信号を受信し、前記トラッキングパルスは前記剪断波と交差する
    ように構成されるビームフォーマと、
    前記ビームフォーマと通信するプロセッサであって、
    前記受信エコー信号から生成されるトラッキングエコーデータを記憶し、
    前記有界標的組織のディメンション及び前記超音波トランスデューサに対する前記有界標的組織の角度方向に基づいて、指向性フィルタを前記トラッキングエコーデータに適用して、指向性フィルタリングされる剪断波データを生成し、
    前記フィルタリングされる剪断波データ及び前記超音波トランスデューサに対する前記有界標的組織の角度方向に基づいて、異なる剪断波周波数における前記剪断波の速度を推定し、
    前記推定される速度及び前記組織の少なくとも1つのディメンションパラメータを使用して、前記有界標的組織の形状又は形態に依存しない前記有界標的組織の硬度値を決定する
    ように構成されるプロセッサと
    を有する、超音波撮像システム。
  2. 前記有界標的組織の前記ディメンションは、前記有界標的組織の厚さを有する、請求項1に記載の超音波撮像システム。
  3. 前記プロセッサは、前記有界標的組織の画像セグメント化を実行することによって、前記有界標的組織の前記厚さを決定するように構成される、請求項2に記載の超音波撮像システム。
  4. 前記プロセッサは、前記超音波トランスデューサに対する前記有界標的組織の前記角度方向を決定するようにさらに構成される、請求項1に記載の超音波撮像システム。
  5. 前記超音波トランスデューサに対する前記有界標的組織の前記角度方向は、前記エコーデータにスペックル除去フィルタを適用し、前記スペックル除去されるエコーデータにハフ変換を実行することによって決定される、請求項4に記載の超音波撮像システム。
  6. 前記有界標的組織の前記角度方向は、前記超音波トランスデューサに対して鋭角又は斜角である、請求項5に記載の超音波撮像システム。
  7. 前記有界標的組織のBモード画像を表示するように構成されるユーザインターフェースをさらに備える、請求項1に記載の超音波撮像システム。
  8. 前記ユーザインターフェースは、前記Bモード画像上に可動関心領域ボックスを表示するようにさらに構成される、請求項7に記載の超音波撮像システム。
  9. 前記ユーザインターフェースは、前記有界標的組織のライブの定量的硬度マップを表示するようにさらに構成される、請求項7に記載の超音波撮像システム。
  10. 前記ビームフォーマは、ユーザによって選択可能な心周期フェーズ中に前記プッシュパルスを送信するように前記超音波トランスデューサを制御するようにさらに構成される、請求項1に記載の超音波撮像システム。
  11. 前記有界標的組織は、前記有界標的組織とは異なる機械的特性を有する一つ又はそれより多くの隣接組織又は物質によって閉じ込められる組織をさらに有する、請求項1に記載の超音波撮像システム。
  12. 前記有界標的組織は、心筋組織又は血管組織を有する、請求項1に記載の超音波撮像システム。
  13. 剪断波撮像の方法であって、前記方法は、
    有界標的組織に向けて送信される超音波パルスに応答して超音波エコーを取得するステップであって、前記有界標的組織は、有限サイズの薄い組織を有する、ステップと、
    前記有界標的組織内にプッシュパルスを送信して、前記有界標的組織内に剪断波を生成するステップと、
    一つ又はそれより多くの場所で前記剪断波と交差するように空間的に計画されるトラッキングパルスを送信するステップと、
    エコー信号を受信するステップであって、前記トラッキングパルスが前記剪断波と交差する、ステップと、
    前記受信エコー信号から生成されるトラッキングエコーデータを記憶するステップと、
    前記有界標的組織のディメンション及び前記有界標的組織の角度方向に基づいて、指向性フィルタリングされる剪断波データを生成するように、前記トラッキングエコーデータに指向性フィルタを適用するステップと、
    前記フィルタリングされる剪断波データ及び前記超音波トランスデューサに対する前記有界標的組織の角度方向に基づいて、異なる剪断波周波数における前記剪断波の速度を推定するステップと、
    前記推定される速度及び前記組織の少なくとも1つのディメンションパラメータを使用して、前記有界標的組織の形状又は形態に依存しない前記有界標的組織の硬度値を決定するステップと
    を有する、方法。
  14. 前記有界標的組織の前記ディメンションは、前記有界標的組織の厚さを有する、請求項13に記載の方法。
  15. 前記有界標的組織の前記角度方向は、前記超音波トランスデューサに対して決定される、請求項13に記載の方法。
  16. 前記有界標的組織は、前記有界標的組織とは異なる機械的特性を有する一つ又はそれより多くの隣接組織又は物質によって閉じ込められる組織をさらに有する、請求項15に記載の方法。
  17. 前記プッシュパルスを前記有界標的組織に送信するステップは、ユーザによって選択可能な心周期フェーズ中に前記プッシュパルスを送信するステップを有する、請求項13に記載の方法。
  18. 前記有界標的組織の超音波画像と、前記超音波画像上にオーバーレイされる可動関心領域ボックスとを表示するステップをさらに有する、請求項13に記載の方法。
  19. 前記有界標的組織の前記厚さは約1mm乃至約2cmである、請求項13に記載の方法。
  20. 実行されるとき、超音波撮像システムのプロセッサに、請求項13乃至19の何れか一項に記載の方法を実行させる実行可能命令を有する、非一時的なコンピュータ可読媒体。
JP2021502616A 2018-07-18 2019-07-17 インテリジェントガイド波エラストグラフィ Active JP6994604B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862699789P 2018-07-18 2018-07-18
US62/699,789 2018-07-18
PCT/EP2019/069191 WO2020016269A1 (en) 2018-07-18 2019-07-17 Intelligent guided wave elastography

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021523804A true JP2021523804A (ja) 2021-09-09
JP6994604B2 JP6994604B2 (ja) 2022-01-14

Family

ID=67383768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021502616A Active JP6994604B2 (ja) 2018-07-18 2019-07-17 インテリジェントガイド波エラストグラフィ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11737725B2 (ja)
EP (1) EP3823537B1 (ja)
JP (1) JP6994604B2 (ja)
CN (1) CN112437634A (ja)
WO (1) WO2020016269A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200077986A1 (en) * 2018-09-12 2020-03-12 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Angles for ultrasound-based shear wave imaging
CN113827278B (zh) * 2021-10-27 2023-09-15 青岛海信医疗设备股份有限公司 剪切波传播速度的确定方法及装置
CN116269480B (zh) * 2023-03-14 2024-04-12 逸超医疗科技(北京)有限公司 一种检测组织粘度的超声成像方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015524740A (ja) * 2013-07-19 2015-08-27 メイヨ フォンデーシヨン フォー メディカル エジュケーション アンド リサーチ 多方向波動場からのせん断波速度を測定するシステム及び方法
JP2018500115A (ja) * 2014-12-24 2018-01-11 スーパー・ソニック・イマジン 異方性媒体をイメージングするためのせん断波エラストグラフィ方法及び装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3713384B2 (ja) * 1998-07-13 2005-11-09 株式会社日立製作所 組織方位評価方法及び装置
US7662128B2 (en) * 2002-12-23 2010-02-16 Salcudean Septimiu E Steerable needle
JP4805669B2 (ja) * 2005-12-27 2011-11-02 株式会社東芝 超音波画像処理装置及び超音波画像処理装置の制御プログラム
CN201361046Y (zh) * 2009-02-13 2009-12-16 深圳市一体医疗科技有限公司 软组织硬度超声检测装置
JP6148010B2 (ja) * 2009-11-25 2017-06-14 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 焦束されたスキャンラインビーム形成での超音波剪断波撮像
WO2012162413A2 (en) * 2011-05-23 2012-11-29 University Of Pittsburgh-Of The Commonwealth System Of Higher Education Methods and apparatuses for measuring tissue stiffness changes using ultrasound elasticity imaging
US9345448B2 (en) 2013-04-01 2016-05-24 Mayo Foundation For Medical Education And Research System and method for non-invasive determination of tissue wall viscoelasticity using ultrasound vibrometry
JP5735718B2 (ja) * 2013-04-03 2015-06-17 日立アロカメディカル株式会社 超音波診断装置、及び弾性評価方法
CN105392428B (zh) * 2013-06-26 2019-06-04 皇家飞利浦有限公司 用于映射超声剪切波弹性成像测量的系统和方法
US10512450B2 (en) * 2013-09-24 2019-12-24 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Shear wave estimation from analytic data
JP6207972B2 (ja) * 2013-10-31 2017-10-04 東芝メディカルシステムズ株式会社 超音波診断装置、画像処理装置及び画像処理プログラム
CN104398271A (zh) * 2014-11-14 2015-03-11 西安交通大学 血管与斑块的三维力学及组织特性成像检测方法
JP6687336B2 (ja) * 2015-06-17 2020-04-22 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 超音波診断装置及び制御プログラム
WO2017024474A1 (zh) * 2015-08-10 2017-02-16 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 超声弹性成像系统和方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015524740A (ja) * 2013-07-19 2015-08-27 メイヨ フォンデーシヨン フォー メディカル エジュケーション アンド リサーチ 多方向波動場からのせん断波速度を測定するシステム及び方法
JP2018500115A (ja) * 2014-12-24 2018-01-11 スーパー・ソニック・イマジン 異方性媒体をイメージングするためのせん断波エラストグラフィ方法及び装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIANQIANG MO ET AL: ""Bias of shear wave elasticity measurements in thin layer samples and a simple correction strategy"", SPRINGERPLUS, BIOMED CENTRAL LTD, vol. 5, no. 1, JPN7021002469, 12 August 2016 (2016-08-12), pages 1 - 12, XP021269448, ISSN: 0004546439, DOI: 10.1186/s40064-016-2937-3 *
PENGFEI SONG ET AL: ""Fast shear compounding using directional filtering and tw o-dimensional shear wave speed calculatio", 2013IEEE INTERNATIONAL ULTRASONICS S YMPOSIUM (LUS), JPN7021002468, 1 July 2013 (2013-07-01), pages 1264 - 1267, XP055240293, ISSN: 0004546438, DOI: 10.1109/ULTSYM.2013.0323 *

Also Published As

Publication number Publication date
US11737725B2 (en) 2023-08-29
US20210259661A1 (en) 2021-08-26
WO2020016269A1 (en) 2020-01-23
CN112437634A (zh) 2021-03-02
JP6994604B2 (ja) 2022-01-14
EP3823537B1 (en) 2024-03-06
EP3823537A1 (en) 2021-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3596699B1 (en) Anatomical measurements from ultrasound data
CN107028623B (zh) 使用多孔超声确定材料刚度
US8002704B2 (en) Method and system for determining contact along a surface of an ultrasound probe
JP6994604B2 (ja) インテリジェントガイド波エラストグラフィ
JP7278267B2 (ja) 音響減衰係数を測定するための超音波システム及び方法
JP7237079B2 (ja) マルチパラメトリック組織の剛性の定量化
JP7454583B2 (ja) 弁逆流評価のための方法及びシステム
JP6250865B2 (ja) 超音波撮像システム及び方法
JP7240415B2 (ja) 超音波スクリーニングのためのシステム及び方法
JP2021045561A (ja) 医用４ｄイメージングにおける動き適応型可視化
WO2019179758A1 (en) Ultrasound system for shear wave imaging in three dimensions
EP3595534B1 (en) Optimal scan plane selection for organ viewing
EP3908191B1 (en) Ultrasound system and method for shear wave characterization of anisotropic tissue
US20210338204A1 (en) Ultrasound system and methods for smart shear wave elastography
CN115460989A (zh) 用于超声体积流量测量的三维彩色多普勒
US20200222030A1 (en) Ultrasound image apparatus and method of controlling the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210115

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20210115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210706

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20211004

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211029

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211130

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211213

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6994604

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150