JP4504190B2 - ねじれ波を使用した画像化の方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ねじれ波（shear wave）を使用した画像化の方法と装置に関する。

より詳しくは、本発明は、超音波圧縮波を反射する粒子を含んだ、拡散粘弾性媒体（viscoelastic medium）を観察するための、ねじれ波を使用した画像化の方法に関し、前記方法は、
ａ）その間に、弾性ねじれ波（elastic shear wave）が粘弾性媒体中で生成される励起段階と、
ｂ）その間に、粘弾性媒体中の観察領域内の多数の点で、ねじれ波の伝播が同時に観察される観察段階と
ｃ）少なくとも一つの処理段階と
を備え、前記観察段階ｂは、
ｂ１）互いに独立に制御される変換器の配列に、少なくとも秒あたり５００回の割合で、粘弾性媒体（２）中へ、一連の焦点の合っていない超音波圧縮波を放射させる段階と、
ｂ２）粘弾性媒体（２）から受信される音声信号を、実時間で検出させ記録させる段階と
を備え、前期音声信号は、前記粘弾性媒体中の反射粒子と相互作用する焦点の合っていない超音波圧縮波によって生成されるエコーを備えており、
前記処理段階ｃの間に、
ｃ１）前記小段階ｂ２の間に粘弾性媒体から連続的に受信される音声信号は、ねじれ波の連続的伝播画像を決定するために処理され、
ｃ２）粘弾性媒体の少なくとも一つの運動パラメータが、観察領域の異なる点において決定される
ことを特徴とする。

この方法によって、粘弾性媒体を通るねじれ波の伝播がはっきりと描かれる“動画”が作り出され、これにより、粘弾性媒体の残りの部分の硬さとは異なる硬さをもった区域、あるいは粘弾性媒体の残りの部分の緩和時間とは異なる緩和時間をもった区域を特定するための、質的および／または量的な分析が可能になる。

特許文献１には、そのような方法の例が記載されており、その中で、ねじれ波が粘弾性媒体の表面で生成される。該方法は、特に、画像化の区域が粘弾性媒体の表面に比較近いところにあるときに、十分に満足できる。しかし、その既知の方法は、粘弾性媒体の中に観察されるような区域は可能では無く、特に、
−表面で生成されたねじれ波が届かないような非常に深い区域（ねじれ波は急速に減衰する）と、
−ねじれ波の伝播を妨げる障害物によって隠される陰の区域（特に、液状嚢包のような患者の骨格あるいは液状区域の部分）ではそうである。

加えて、もし観察領域が部分的に陰の区域内にあれば、観察中は、ねじれ波生成機器を移動する必要があろうし、これは使用者には面倒である。

最後に、ねじれ波生成機器は、比較的重く、装置が複雑になる。

国際公開第００／５５６１６号パンフレット 国際公開第０２／３２３１６号パンフレット ２００２年８月２８日出願仏国特許出願第０２／１０６８２号明細書 O'Donnell 他、"International displacement and strain imaging using speckle tracking", IEEE transactions on ultrasound, ferroelectrics, and frequency control, vol.41, No.3, May 1994, pp. 314-325 Ophir他、"Elastography: a quantitative method for imaging the elasticity of biological tissues", Ultrasound Imag., Vol.13, pp.111-134, 1991

本発明の目的は、特に、上記の従来技術の欠点を軽減することである。

このために、本発明では、件のものに関する方法の特徴は、励起段階ａの間、弾性ねじれ波が、前記変換器の配列によって粘弾性媒体の中へ放射される、少なくとも一つの焦点の合った超音波を起こすことによって生成させられ、前記焦点の合った超音波の焦点及びタイミングと、前記焦点の合っていない超音波のタイミングとは、ねじれ波が観察領域を伝播する間に、前記焦点の合っていない超音波の少なくともいくらかが観察領域内へ進入するように適合させられることである。

こうして、変換器の同じ配列は、
観察領域において選択したやり方で粘性ねじれ波を生成することと、
本画像化装置は、粘性ねじれ波を生成可能とする焦点の合った超音波か、ねじれ波の伝搬を観察可能とする焦点の合っていない超音波のいずれかを生成するように適合されるという事実に基づいて前記伝搬を引き続き観察して、
−様々な放射のタイミングと、
−焦点の合った超音波がその上に焦点を結ぶ点と
を適切に選択することと
の両方に対して使用することができる。

本発明の画像化方法は、このように、使用者が比較的簡便で軽量な装置を用いて容易に実現することができる。本発明は、このように、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）などの競合する技術と比べて非常に低価格であり、適切なものによれば、術前の画像化や術後の画像化や術中の画像化にも使用することのできる外来患者用画像化システムを構築することが可能になる。

例を取ると、医療分野において、本発明の方法によって、患者の組織内部の癌性部位を効果的に特定することができる。ねじれ波は、隣接する部位を通るのとは別の方法で、癌性部位を通過する。この特定は、単純な超音波検査を用いた従来の診察によるよりもずっと簡単に行うことができるが、それは、ねじれ波の伝搬は媒体の剛性率（shear modulus）の関数であるからであり、それ自身は健康な組織の部位と癌性組織の部位の違いを示して非常に貴重なもので、典型的には、剛性率は健康な部位と癌性部位の間で１対３０以上の比で違うもので、これにより超音波検査で使用されるような圧縮音波の伝搬は、健康な部位と癌性部位とで約５％しか違わないように律則される。

従って、同様に、特に発熱療法の効果を評価する目的のために、例えば超音波発熱療法に晒された腫瘍部位のような、組織内の壊死の部位の特定することが可能である。

本発明の応用が可能な他のものとして、特にＣ型肝炎のような肝臓病における重要なパラメータである、肝臓の繊維形成の度合いを定量的に評価するに関するものがある。

本発明は、ネットワークねじれ波を生成し、その伝搬を観察することが可能であり、その中には、液状の部位あるいは骨の障壁（頭蓋骨、胸郭等）を通して、完全に或いは部分的に観察領域を隠すことが含まれるが、それは、そのような障害を通して超音波の焦点を合わせることが可能だからである（特に、特許文献２あるいは特許文献３を参照のこと）。

本発明の方法の実施形態において、選択によって、以下の処理の内の一つ或いは二つ以上に対する手段を備えることも可能である：
−小段階ｂ２の間、前記運動パラメータを決定するために、複数の連続する伝搬画像（例えば、相関関係、ドップラー等）が、粘弾性媒体の共通の基準画像と比較され、該基準画像は、焦点の合っていない少なくとも一つの超音波圧縮波を前記粘弾性媒体へ放射し、その後、粘弾性媒体中の反射粒子と相互作用した時に、前記焦点の合っていない超音波圧縮波が生成するエコーを検出して記録することにより決定される（このように、粘弾性媒体中で運動のパラメータ（例えば、変位）、特に、小さな振幅の運動（典型的には、ここで使用される音波励起技術での３０マイクロメートル（μｍ）未満）のパラメータが測定される正確さを向上させる）。

−段階ａの前に、初期観察段階ａ０があり、その段階ａ０では、焦点の合っていない少なくとも一つの超音波圧縮波が発せられ、その後、粘弾性媒体中の反射粒子と相互作用する前記焦点の合っていない超音波圧縮波によって生成されるエコーが検出されて記録され、前記エコーは、粘弾性媒体の初期画像に（直接あるいは間接に）対応し、前記小段階ｂ２の間、前記初期画像は、連続する変位画像の少なくともいくつかを処理するために前記基準画像を構成する。

−初期観察段階ａ０の間、焦点の合っていない複数の超音波圧縮波が連続して発せられ、その後、粘弾性媒体の反射粒子と相互作用する焦点の合っていない各超音波圧縮波によって生成されるエコーが検出されて記録され、前記エコーは、粘弾性媒体の複数の連続画像に（直接あるいは間接に）対応し、粘弾性媒体の前記初期画像は、前記連続画像を組み合わせることによって決定される。

−前記運動パラメータは、粘弾性媒体の変位である。

−励起段階ａの間に放射される、焦点のあった超音波は、０.５メガヘルツ（ＭＨｚ）から１５ＭＨｚの範囲内にある周波数ｆを示し、それはｋ／ｆ秒の間、放射され、ここでｋは、５０と５０００の範囲内にある整数であり、ｆは、ヘルツ（Ｈｚ）で表される。

−励起段階ａの間に放射される、焦点のあった超音波は、０.５ＭＨｚから１５ＭＨｚの範囲内にある周波数を示し、休止期間で分けられる一連の放射期間中に放射され、放射期間は、秒当たり１０から１０００回の範囲内の速度で互いに続く。

−励起段階ａの間に放射される、焦点のあった超音波は、それぞれ２０Ｈｚ≦｜ｆ１−ｆ２｜≦１０００Ｈｚであるような周波数ｆ１とｆ２を持つ２つの単純な信号の線形結合（特に、和）である。

−励起段階ａの間に放射される焦点のあった超音波は、複数の点の上に同時に焦点が合わせられる。

−画像処理段階ｃの次にマッピング段階ｄが（すぐに或いは別に）続き、その間、観察領域内で前記伝搬パラメータのマップを決定するために、長期間の運動パラメータにおける変移に基づいて、少なくとも一つのねじれ波伝搬パラメータが、観察領域の少なくとも幾つかの点において計算される。

−マッピング段階ｄの間に計算されるねじれ波伝搬パラメータは、ねじれ波速度と剛性率とヤング率とねじれ波減衰とねじれ弾性とずり弾性と機械的緩和時間とから選択される。

−段階ａからｄは、連続する励起段階ａ中、焦点の合った異なる超音波を放射する間、連続的に繰り返され、その後、観察領域の結合マップを計算するために、連続的なマップ段階ｄの間に得られるマップを結合する。

さらに、本発明は、ねじれ波を用いて、超音波圧縮波を反射する粒子を含んだ拡散粘弾性媒体を観察する、今までのいずれかの方法を実行するための画像化装置も提供し、その装置は、
−少なくとも一つの弾性ねじれ波に、粘弾性媒体中で生成させることと、
−変換器の前記配列に粘弾性媒体の中に秒当たり少なくとも５００回の速度で焦点の合っていない一連の超音波圧縮波を放射させ、その後、前記変換器の配列に、粘弾性媒体から受信した音声信号を実時間で検出して実時間で記録させることによって、ねじれ波の伝搬を粘弾性媒体中の観察領域内の多数の点において同時に観察することと、
−ねじれ波の連続する伝搬画像を決定するために、粘弾性媒体から受信された連続する音声信号を処理し、その後、観察領域の異なる点において粘弾性媒体の少なくとも一つの運動パラメータを決定すること
に適合した、少なくとも一つの電子中央ユニットによって互いに独立して制御される変換器の配列を備え、
前記音声信号は、前記粘弾性媒体の反射粒子と相互作用する、焦点の合っていない超音波圧縮波によって生成されるエコーを備え、
前記装置は、前記電子中央ユニットが、焦点の合った少なくとも一つの超音波が前記変換器の配列によって粘弾性媒体内に放射されることによって、弾性ねじれ波が生成されるように適合され、前記焦点の合った超音波の合焦とタイミング及び前記焦点の合っていない超音波のタイミングは、ねじれ波が観察領域を伝搬する間に前記焦点の合っていない超音波が観察領域に到達するように適合されることを特徴とする。

本発明の他の特徴と利点とは、制限のない例と添付図面を参照してによって与えられる、その実施形態の以下の説明から明らかとなる。

図面の中で、図１は、本発明の実施形態中のねじれ波画像化機器の図である。

図１に示される画像化機器１は、圧縮された超音波を拡散する粘弾性媒体２の中を弾性ねじれ波が伝搬する様子を研究するためのものであり、例えば、
−特に、工業分野における品質制御のための挿入本体、或いは、
−例えば、医療分野において、患者の体の一部である生体
から構成され得る。

一例として、３つの運動がマイクロコンピュータ４（少なくとも、キーボード等の入力インターフェイス４ａと、スクリーン等の出力インターフェイスを備える）、あるいは、外部表面３から媒体２の中へ超音波圧縮波を送るのに供される他の電子中央ユニットを用いて追跡され、その圧縮波は、媒体１に含まれる拡散粒子５と相互作用し、その粒子は、超音波圧縮波に対して反射性がある。粒子５は、媒体１中の何らかの不均一性によって構成され、特に、医療分野では、人体の組織中に存在するコラーゲンの粒子によって構成される（音波検査画像においては、そのような粒子が“染み”として知られる点を作る）。

ねじれ波の伝搬を観察するのに、観察する媒体１の外部表面に接触して置かれる超音波探索子６が使用される。この探索子は、軸Ｘに沿って、超音波圧縮波パルスを送るが、そのパルスは、音波検査で普通に使用される種類のものであり、例えば、０.５ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲内にある周波数を持ち、好ましくは０.５ＭＨｚから１５ＭＨｚの範囲内の、例えば約４ＭＨｚである。

超音波探索子６は、ｎ個の超音波変換器Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｉの配列から構成されており、ここでｎは、少なくとも１の整数である。

一例として、探索子６は、例えば軸Ｘに対して垂直の軸Ｙに沿って配されたｎ＝１２８個の変換器を備えることができる線状の細片の形状で良い。しかし、件の探索子は、同様に変換器の２次元配列の形状で良い。

変換器Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎは、マイクロコンピュータ４によって、あるいは、例えば探索子６に柔軟ケーブル（flexibla cable）を通して接続される電子機器の棚７内に収められる中央ユニットＣＰＵを通して、互いに独立して制御される。変換器Ｔ１〜Ｔｎは、このように、以下から選択的に放射することができる：
−“平らな”（すなわち、波形の前面がＸ，Ｙ平面で直線的）超音波圧縮波、あるいは媒体２中の観察領域全体を照らす焦点の合っていない波の他の種類、例えば、様々な変換器Ｔ１〜Ｔｎによって放射される不規則音声信号を起こすことにより生成される波か、
−媒体２の一つ或いは二つ以上の点に焦点が合わされる超音波圧縮波
のいずれか。

媒体２中でのねじれ波の伝搬を観察するのに、
ａ）その間に、粘弾性媒体内で焦点の合った少なくとも一つの超音波を探索子６によって放射させることによって、マイクロコンピュータ４が、弾性ねじれ波を粘弾性媒体２中で生成させる励起段階と、
ｂ）その間に、ねじれ波の伝搬が粘弾性媒体２中の多数の観察領域内の点で同時に観察される観察段階と、
ｃ）少なくとも一つの処理段階と
が連続して実行され、
前記観察段階ｂは、
ｂ１）マイクロコンピュータ４が、探索子６に、粘弾性媒体内で秒当たり少なくとも５００回の速度で、一連の焦点の合っていない超音波圧縮波を放射させる（段階ａで放射される焦点の合った超音波の合焦とタイミング及び前記焦点の合っていない超音波のタイミングは、焦点の合っていない超音波の放射の少なくとも幾らかに対して、ねじれ波が観察領域を伝搬する間に前記焦点の合っていない超音波の少なくとも幾らかが観察領域に到達するように適合される）小段階と、
ｂ２）マイクロコンピュータ４が、探索子６に、粘弾性媒体２から受信した音声信号を実時間で検出し記録させる小段階と
を備え、
前記小段階ｂ２における音声信号は、粘弾性媒体内で反射する粒子５と相互作用する焦点の合っていない超音波圧縮波によって生成されるエコーを備え、これらエコーは、（直接或いは間接に）粘弾性媒体の変位の連続的画像に対応し、
前記処理段階ｃの間に、
ｃ１）マイクロコンピュータ４は、連続する伝搬画像を決定するために、小段階ｂ２の間に粘弾性媒体２から受信した連続する音声信号を処理し、
ｃ２）マイクロコンピュータ４は、観察領域内の様々な点において、粘弾性媒体２に対して少なくとも一つの運動パラメータを決定する。

段階ａの間に放射された焦点の合った超音波は、例えば約４ＭＨｚに等しい、０.５ＭＨｚから１５ＭＨｚの範囲内にある周波数ｆの単純な波で良く、これは、ｋ／ｆ秒の間、放射され、ここでｋは、５０と５０００の範囲内（例えば、約５００）にある整数であり、ｆは、ヘルツ（Ｈｚ）で表される。そのような波は、おそらく、休止期間で分けられる一連の放射期間中に放射されることができ、放射期間は、秒当たり１０から１０００回の範囲内の速度で互いに続く。

他の場合には、励起段階ａの間に放射される焦点の合った超音波は、それぞれ２０Ｈｚ≦｜ｆ１−ｆ２｜≦１０００Ｈｚであるような周波数ｆ１とｆ２の２つの単純な信号の線形結合（特に、和）であり、従って、変調周波数｜ｆ１−ｆ２｜を持った、振幅変調された波形を作り出す。

加えて、励起段階ａの間に放射された焦点の合った超音波は、同時に焦点を合わせるか、さもなくば、生成されたねじれ波が希望の波形を表し（従って、例えば、平らなねじれ波、あるいは反対に焦点の合ったねじれ波を生成することが可能）て、媒体２の中の希望する区域を照らすように、複数の点で焦点を合わせることが選択によってできる。

例えば１秒未満で終わるかも知れない、段階ｂ１の間、秒当たり５００から１００００回の範囲内の速度、望ましくは、秒当たり１０００から５０００回の速度で焦点の合っていない超音波圧縮波を放射することが可能である（この速度で、圧縮波が媒体２を通して往復移動する時間で、すなわち、方向Ｘ内の媒体２の厚さによって制限される：圧縮波によって生成されるエコーの全てに取って、新しい圧縮波が送られる前に探索子６によって受信されている必要がある）。

焦点の合っていない超音波圧縮波は、各々、ねじれ波よりもかなり速い伝搬速度（例えば、人体内を毎秒約１５００メートル）で媒体２を伝搬し、反射粒子５と相互作用し、それによって、それ自身音波検査の分野で“染み雑音（speckle noise）”の名で知られる信号内において、エコー或いは他の類似した障害を生成する。

染み雑音は、小段階ｂ２の間の焦点の合っていない超音波圧縮波の各放射の後に、変換器Ｔ１，…，Ｔｎによって拾われる。ｊ番目の放射の後に各変換器Ｔｉによってこのように拾われた信号ｓij（ｔ）は、初めに高周波（例えば、３０ＭＨｚから１００ＭＨｚ）で標本化され、実時間で棚７の標本化器形成部によってデジタル化され（例えば、１２ビットで）、前記変換器に接続され、その標本化器はそれぞれＥ１，Ｅ２，…，Ｅｎと参照される。

このように標本化されディジタル化された信号ｓij（ｔ）は、同様に実時間で、棚７に属する変換器Ｔｉに特化したメモリＭｉ内に保存される。

一例として、各メモリＭｉは、約１２８メガバイト（ＭＢ）の容量を示し、連続する放射ｊ＝１〜ｐで受信される信号ｓij（ｔ）の全てを含む。

別の時間に、ねじれ波の同じ伝搬に対応する信号ｓij（ｔ）の全てが保存された後に、中央ユニットＣＰＵは、これらの信号を、小段階ｃ１に対応する従来からの経路形成段階を用いて、棚７に属する加算回路Ｓで再処理させる（或いは、この処理を自身で行うか、或いは実際にこの処理がマイクロコンピュータ４の内部で実行される）。

これによって各々がｊ番目の放射の後の観察領域の画像に対応する信号Ｓｊ（ｘ，ｙ）が生成される。

例えば、次の式によって信号Ｓｊ（ｔ）を決定することが可能である。

ここで、ｓijは、ｊ番目に放射された超音波圧縮波の後の、ｉ番目の変換器によって感知された未処理信号であり、
−ｔ（ｘ、ｙ）は、超音波圧縮波がｊ番目の放射の最初のｔ＝０で、座標（ｘ，ｙ）を持った観察領域の点に到達するのに要する時間であり、
−ｄ_ｉ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）を持つ観察領域の点と、ｉ番目の変換器の間の距離であるか、前記距離の近似値であり、
−Ｖは、観察中の粘弾性媒体内の超音波圧縮波の伝搬速度を意味し、
−α_ｉ（ｘ，ｙ）は、アポディゼーション関係を考慮した重み係数であり（実際には、多くの場合、α_ｉ（ｘ，ｙ）＝１と仮定することが可能である）。

上記の式は、観察領域が３次元の時に（変換器は２次元配列）、空間座標（ｘ，ｙ）を（ｘ，ｙ，ｚ）で置き換えて、必要な変更を加える。

選択することのできる、経路形成段階の後に、中央ユニットＣＰＵは、棚７の中央メモリＭ形成部内に、画像信号Ｓｊ（ｘ，ｙ）あるいはＳｊ（ｘ）あるいはＳｊ（ｘ，ｙ，ｚ）を保存するが、各々は、ｊ番目の放射に対応する。これらの信号は、もし画像処理を実行するのがマイクロコンピュータ自身だとすると、マイクロコンピュータ４の中に保存することもできる。

これらの画像は、その後、別の時間に小段階ｃ２で、相関関係で、そして有利なのは、組にしてか或いは好ましくは基準画像との相互相関によって、処理されるが、その基準画像は、
−上で説明したように予め決められて、続く変位画像に対する（或いは限定された数の続く変位画像に対する）基準画像として使用される変位画像、例えば３０個の変位画像か、
−或いは、予備の最初の観察段階ａ０の間に、上述の連続する変位画像と同様に、一つ或いは二つ以上の焦点の合っていない超音波を、ねじれ波を生成する励起段階ａの前に探索子６によって放射させることによって決められる画像（焦点の合っていない複数の超音波圧縮波が励起段階の前にこのように放射されると、焦点の合っていない各超音波圧縮波が生成したエコーが、粘弾性媒体内の反射粒子と相互作用して記録されるが、これらのエコーは、粘弾性媒体の連続する複数の予備の画像に対応し、粘弾性媒体の前記画像は、前記連続する予備の画像を結合することと、特に、前記予備の画像の画素値を平均化することによって決定される）
であって良い。

上述した相互相関は、例えば、棚７に属する特別のディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）電子回路内で実行することができ、あるいは、中央ユニットＣＰＵまたはマイクロコンピュータ４内でプログラムすることができる。

この相互相関処理の間に、相互相関関数＜sj(x,y),sj+1(x,y)＞は、各粒子５が超音波エコーを起こす変位を受けたことを決定するために、最大化される。

そのような相互相関計算の例は、最先端のものが与えられ、特に、非特許文献１および非特許文献２で与えられる。

これによって、ねじれ波の影響下で媒体２の各位置→ｒ（以下、他の文字に対しても、これは、

を示すものとします）でねじれ波が生成する一組の変位ベクトル→ｕ（→ｒ，ｔ）が作られる（これらの変位ベクトルは、ここに記載した例における一つの成分へ減らすことを選択できる）。

この変位ベクトルの組は、マイクロコンピュータ４内のメモリＭの中に保存され、例えば、その中では変位の値がグレーレベル或いはカラーレベルの光パラメータによって表示されるようなスローモーションの形態で、特にコンピュータのスクリーン４ａによって表示できる。

媒体２中で異なる特性を持った区域間のねじれ波の伝搬の違いは、こうしてはっきりと見ることができるが、例えば、この区域には医療分野における健康な組織と癌性部位が含まれる。

ねじれ波伝搬の動画は、従来からの音波検査画像の上に重ね合わせることもでき、これは上述した装置１で生成することもできる。

さらに、観察する媒体２内の各点の変位を計算するのでなく、媒体２の変形、すなわち、その成分が、空間変数にそれぞれ関連する変位ベクトルの導関数であるベクトルを計算することもできる（説明した例では、座標ＸとＹ）。これらの変形ベクトルは、動画の形態のねじれ波の伝搬をはっきりと見るために、変位ベクトルのように使用することができ、それらは、観察中の媒体２に関連する探索子６の変位を排除するという利点も見せる。

変位領域或いは変形領域から、その後マイクロコンピュータ４は、有利にマップ作成段階ｄを進め、その間に、動作パラメータ（変位または変形）が長期間に渡り観察領域Ｘ，Ｙ（或いは、２次元の変換器でＸ，Ｙ，Ｚ）で変化する仕方を基にして、マイクロコンピュータ４上で動作するユーザーによって選択された観察領域内のいずれかの点、または観察領域全域で、ねじれ波の少なくとも一つの伝搬パラメータを計算する。

マップ作成段階の間に計算されたねじれ波の伝搬パラメータが、以下から選択される：例えば、ねじれ波の伝搬速度Ｃ_ｓ、または剛性率μ、またはヤング率Ｅ＝３μ、またはねじれ波の減衰α、またはねじれ弾性μ１、またはねじれ粘性μ２，または組織の機械的緩和時間τ_ｓ。

例えば、観察領域の様々な点において、以下のものを計算することができる。
−ねじれ波の伝搬速度Ｃ_ｓの値、これによって組織の硬度に関する情報を与える、
−組織の機械的緩和時間τ_ｓの値、これは、媒体の局所的粘性の特性である。

これをするために、以下の伝搬式（１）が、この式を満足する媒体の各位置→ｒにおけるねじれ波によって生成される変位→ｕ（→ｒ，ｔ）によって、使用される。

ここで、ρは組織の密度であり、τ_ｓは組織の機械的緩和時間であり、Ｃ_ｓは組織のヤング率Ｅに次の式で直接に関連するねじれ波の伝搬速度である。

フーリエ領域で、上記の式（１）は、以下の様に書くことができる。

ここで、Ｕ（→ｒ，ω）は各点で測定されたフーリエ変換であり、ΔＵ（→ｒ，ω）は領域→ｕ（→ｒ，ｔ）の空間ラプラシアンのフーリエ変換である。もしωτ_ｓ《１ならば、単純化した表現を用いることができる。

ここで、Ψ（ｘ）は、複素変数ｘの位相である。関数Ｕ（→ｒ，ω）とΔＵ（→ｒ，ω）は、音波検査の各点として有名なので、空間内の各点で組織のヤング率と機械的緩和時間とを測定し、それによってその２つのパラメータのマップを作成することが可能である。

式（４）と（５）は各周波数において正しいので、Ｃ_ｓとτ_ｓの計算は、ねじれ波によって運ばれる周波数の帯域全体に渡って有利に平均化され、それによって、実行されるマッピングの品質を大幅に改善することができる。この目的のために、以下の式を用いることが可能である。

ここで、ω_０とω_１は、ねじれ波が運ぶ最少周波数と最大周波数である。

計算の方法は、観察する媒体２の中で、変位でなく変形を用いる場合は、同じになるだろう。

さらに、例えばＣ_ｓとτ_ｓなどの希望する伝搬パラメータのいくつかの連続するマップを、例えば、超音波圧縮波を放射して上手く複数の点の上に合焦させて得るか、異なる波形を持った、連続する異なったねじれ波を生成することで、作り上げることは有利なことである。そして、このようにして得られた様々なマップを、より価値があり、より正確な結合マップを得るために、例えば平均化したりして結合することが可能である。

本発明の実施形態中のねじれ波画像化機器の図である

符号の説明

１…画像化機器
２…粘弾性媒体
３…外部表面
４…マイクロコンピュータ
４ｂ…入力インターフェイス
５…拡散粒子
６…探索子
７…棚

Claims (13)

1. 超音波圧縮波を反射する粒子を含んだ、拡散粘弾性媒体（２）を観察するための、ねじれ波を使用した画像化の方法であって、前記方法は、
   変換器の配列（６）を具備した画像化装置によって実行されるものであり、
   ａ）その間に、弾性ねじれ波が粘弾性媒体（２）中で生成される励起段階と、
   ｂ）その間に、粘弾性媒体（２）中の観察領域内の多数の点で、ねじれ波の伝播が同時に観察される観察段階と
   ｃ）少なくとも一つの処理段階と
   を備え、前記観察段階ｂは、
   ｂ１）互いに独立に制御される前記変換器の配列に、少なくとも秒あたり５００回の割合で、粘弾性媒体（２）中へ、一連の焦点の合っていない超音波圧縮波を放射させる段階と、
   ｂ２）粘弾性媒体（２）から受信される音声信号を、実時間で検出させ記録させる段階と
   を備え、前期音声信号は、前記粘弾性媒体中の反射粒子（５）と相互作用する焦点の合っていない超音波圧縮波によって生成されるエコーを備えており、
   前記処理段階ｃの間に、
   ｃ１）前記小段階ｂ２の間に粘弾性媒体（２）から連続的に受信される音声信号は、ねじれ波の連続的伝播画像を決定するために処理され、
   ｃ２）粘弾性媒体（２）の少なくとも一つの運動パラメータが、観察領域の異なる点において決定され、
   励起段階ａの間、弾性ねじれ波は、少なくとも一つの焦点の合った超音波を前記変換器の配列（６）によって粘弾性媒体（２）の中へ放射させることによって生成され、前記変換器の配列（６）によって放射される前記焦点の合った超音波は、粘弾性媒体（２）内の少なくとも１点に焦点を合わせ、前記焦点の合った超音波の焦点及びタイミングと、前記焦点の合っていない超音波のタイミングとは、焦点の合っていない超音波圧縮波の放射の少なくとも幾らかに対して、ねじれ波が観察領域を伝播する間に、前記焦点の合っていない超音波の少なくともいくらかが観察領域内へ進入するように適合させられることを特徴とする方法。
2. 小段階ｂ２の間、前記運動パラメータを決定するために、複数の連続する伝搬画像が、粘弾性媒体（２）の共通の基準画像と比較され、該基準画像は、焦点の合っていない少なくとも一つの超音波圧縮波を前記粘弾性媒体へ放射し、その後、粘弾性媒体中の反射粒子（５）と相互作用した時に、前記焦点の合っていない超音波圧縮波が生成するエコーを検出して記録することにより決定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 段階ａの前に、初期観察段階ａ０があり、その段階ａ０では、焦点の合っていない少なくとも一つの超音波圧縮波が発せられ、その後、粘弾性媒体中の反射粒子（５）と相互作用する前記焦点の合っていない超音波圧縮波によって生成されるエコーが検出されて記録され、前記エコーは、粘弾性媒体の初期画像に対応し、前記小段階ｂ２の間、前記初期画像は、連続する変位画像の少なくともいくつかを処理するために前記基準画像を構成することを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 初期観察段階ａ０の間、焦点の合っていない複数の超音波圧縮波が連続して発せられ、その後、粘弾性媒体の反射粒子（５）と相互作用する焦点の合っていない各超音波圧縮波によって生成されるエコーが検出されて記録され、前記エコーは、粘弾性媒体の複数の連続画像に対応し、粘弾性媒体の前記初期画像は、前記連続画像を結合することによって決定されることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記運動パラメータは、粘弾性媒体（２）の変位であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
6. 励起段階ａの間に放射される焦点のあった超音波は、０.５ＭＨｚから１５ＭＨｚの範囲内にある周波数ｆを示し、それはｋ／ｆ秒の間、放射され、ここでｋは、５０と５０００の範囲内にある整数であり、ｆは、Ｈｚで表されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
7. 励起段階ａの間に放射される、焦点のあった超音波は、０.５ＭＨｚから１５ＭＨｚの範囲内にある周波数を示し、休止期間で分けられる一連の放射期間中に放射され、放射期間は、秒当たり１０から１０００回の範囲内の速度で互いに続くことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
8. 励起段階ａの間に放射される、焦点のあった超音波は、それぞれ２０Ｈｚ≦｜ｆ１−ｆ２｜≦１０００Ｈｚであるような周波数ｆ１とｆ２を持つ２つの単純な信号の線形結合（特に、和）であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
9. 励起段階ａの間に放射される、焦点のあった超音波は、複数の点の上に同時に焦点が合わせられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
10. 画像処理段階ｃの次にマッピング段階ｄが続き、その間、観察領域内で前記伝搬パラメータのマップを決定するために、長期間の運動パラメータにおける変移に基づいて、少なくとも一つのねじれ波伝搬パラメータが、観察領域の少なくとも幾つかの点において計算されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
11. マッピング段階ｄの間に計算されるねじれ波伝搬パラメータは、ねじれ波速度と剛性率とヤング率とねじれ波減衰とねじれ弾性とずり弾性と機械的緩和時間とから選択されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の方法。
12. 段階ａからｄは、連続する励起段階ａ中、焦点の合った異なる超音波を放射する間、連続的に繰り返され、その後、観察領域の結合マップを計算するために、連続的なマップ段階ｄ）の間に得られるマップを結合することを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. ねじれ波を用いて、超音波圧縮波を反射する粒子を含んだ拡散粘弾性媒体（２）を観察する、請求項１〜１２記載のいずれか一つの方法を実行するための画像化装置であって、該装置は、
    −少なくとも一つの弾性ねじれ波を、粘弾性媒体（２）中で生成させることと、
    −変換器の前記配列（６）に粘弾性媒体の中に秒当たり少なくとも５００回の速度で焦点の合っていない一連の超音波圧縮波を放射させ、その後、前記変換器の配列（６）に、粘弾性媒体（２）から受信した音声信号を実時間で検出して実時間で記録させることによって、ねじれ波の伝搬を粘弾性媒体（２）中の観察領域内の多数の点において同時に観察することと、
    −ねじれ波の連続する伝搬画像を決定するために、粘弾性媒体（２）から受信された連続する音声信号を処理し、その後、観察領域の異なる点において粘弾性媒体（２）の少なくとも一つの運動パラメータを決定すること
    に適合した、少なくとも一つの電子中央ユニット（４，ＣＰＵ）によって互いに独立して制御される変換器の配列（６）を備え、
    前記音声信号は、前記粘弾性媒体の反射粒子（５）と相互作用する、焦点の合っていない超音波圧縮波によって生成されるエコーを備え、
    前記装置は、前記電子中央ユニット（４）が、焦点の合った少なくとも一つの超音波が前記変換器の配列（６）によって粘弾性媒体内に放射されることによって、弾性ねじれ波が生成されるように適合され、前記変換器の配列（６）によって放射される前記焦点の合った超音波は、粘弾性媒体（２）内の少なくとも１点に焦点を合わせ、前記焦点の合った超音波の合焦及びタイミングと、前記焦点の合っていない超音波のタイミングとは、ねじれ波が観察領域を伝搬する間に前記焦点の合っていない超音波が観察領域に到達するように適合されることを特徴とする装置。

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