JP4990963B2 - 粘弾性媒質を撮像する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、粘弾性媒質における動きを調べることを含む、粘弾性媒質を撮像する方法及び装置の分野全般に関する。より詳細には、本発明は励起領域にて内部機械的応力を発生させる励起ステップと、その後、励起領域を含む撮像領域にて内部機械的応力に応じて粘弾性媒質内に発生する動きの間に信号を取得することにより撮像するステップとを含む、方法に関する。

本発明は、とりわけ有利な応用において、ヒト器官の粘弾性を撮像することに関する。本発明は特にこの医療応用において、胸部、肝臓、卵巣等の器官で液体領域の存在を検出し、その領域の特性をつかむのに役立つ。

胸部エコー検査法では既に、観察の対象となる病変の形態とこれらの形態のエコー画像テクスチャに関する情報から病変の特定の特性を導き出すことができる。特に、液体の音響的特異性を明らかにするエコー輝度値に基づき嚢腫性病変と固体塊とを区別することができる。典型的な嚢腫は、これを満たす液体が拡散体をほとんど含んでいなければ、エコーを発生させない幾何学的に規則的な形状の領域としてエコー画像に現れ、他方、入射ビームの減衰は組織より嚢腫の方が弱いため、嚢腫以外の組織のエコー輝度ははっきりと現れる。

固体病変が悪性となるリスクをその形態との関係から推定することもできる。輪郭が鮮明で突出部が殆どなく主軸が皮膚に対し平行な画像は良性病変に関係する可能性が高い。反対に、輪郭が不明瞭で、後部の影が強い不規則な、例えば星形の画像は悪性の可能性が非常に高い。

特に小さな病変の場合には完全に信頼できるものではないため、残念ながらそれらの形態学的基準では不十分である。この特定性の欠如を受けて、病理学的状態との相関性が高く定量化が可能な機能的情報を提供する新しいエコー画像検査ツールが登場している。

例えばエラストグラフィー手法は、病変の特性をより精密かつ体系的につかむことを目的に組織の力学的性質の測定するものである。
媒質のレオロジーを解析して固体と液体を区別することもでき、特に明確な注目領域内で放射圧を発生させ、もしもその領域が液体ならば液体の流れが生じ、これをエコー検査法により撮像することができることは知られている。

得られた画像から注目領域における動きが明らかになる。液体の存在が検出された場合には得られた画像に動きが見られる。
ただ単に動きを検出することによって液体の存在を検出するこのような方法による病巣の分類は、特に粘性の内容によりエコーがしばしば発生する複雑な嚢腫の場合に、さほど確実ではなく、症例の約５０％はそのような嚢腫で占められている。この種の嚢腫の放射圧領域で発生する動きは粘弾性固体の力学的反応に酷似する。したがって、動きの有無は区別の基準ではない。しかし、エコー検査法による形態学的基準が概して不十分であるのもこの種の嚢腫である。

さらに、既知の方法はユーザーによって選択された特定の媒質領域を調べることしかできない。この方法は特定的であり、媒質の撮像中に連続的に実施することを構想することは現実的ではない。

最後に、既知の方法は液体の存在を検出するだけで、病変のレオロジーを等級付けする訳ではない。特にこれらの病変は粘性、乳状性、石灰性、出血性の嚢腫であったり、沈殿物からなる等、独特で多様な流動学的性質を呈する。

本発明の主な目的は、特に単一の病変の中で、液体成分と固体成分との区別を可能にするエラストグラフィー手法を提案することによってかかる欠点を軽減することであり、本発明は序文で説明した方法にあり、さらに励起領域外の所与の深さに位置する撮像領域の少なくとも１つの地点で粘弾性媒質の流動学的性質に関係する量的指標を計算するステップを含み、前記量的指標は、所与の深さに位置する励起領域の少なくとも１つの地点で機械的応力に応じて発生する動きの間に取得する信号と、励起領域外に位置する撮像領域の少なくとも１つの地点で機械的応力に応じて発生する動きの間に取得する信号との比較を示す。

かかる方法は、粘弾性媒質の異なる領域の相対的動きを特性化することに基づいており、それらの領域は機械的応力に対する反応の仕方によって区別される。方法は、励起領域外の媒質内で伝播する力学的波動の有無を明らかにする量的指標を体系的に計算することを提案する。本発明の方法により、例えば複数の地点における量的指標のマップを提供すれば媒質の広域を観察することが可能となる。この量的指標を類似度指標とすると有利である。

量的指標の計算のため取得する信号は、好適には、変位場、または移動場、または超音波ノイズまたは「スペックル」である。かかる場を取得することは当業者にとって周知である。

本発明の方法は、確かな物理的基準である波動伝播基準に基づき固体領域と液体領域との識別を可能にする。そして本発明は、撮像領域全体にわたるレオロジーの特性化を可能にする。本発明における特性化はどれも、媒質の撮像が行われる領域の予備知識なしで遂行される。

有利な実施例において、取得信号を比較するステップは、取得した信号で時間変化及び／または振幅変化を比較することを備える。
計算ステップは、検討の対象となる２つの地点で取得する信号の相関関数の最大値を計算することを備えると有利であり、量的指標は前記最大値の関数にあたる。

本発明の別の具体的特徴によると、内部機械的応力は超音波放射圧によって発生する機械的振動である。
そして、前記機械的振動によって発生するせん断波の伝播の有無によって固体と液体の区別が可能となる。かかるせん断波を発生させると、例えば特許第ＷＯ２００４／０２１０８３８号明細書から知られている方法による粘弾性媒質の弾性測定と並行して本発明の方法が遂行され、有利である。加えて、かかるせん断波を発生させることにより媒質の深さに対し機械的励起をかけることが可能となり、ひいては器官の中でレオロジーを深く探査することが可能となる。これは、この種のシミュレーションにもうひとつの利点を与える。

有利な応用において、励起ステップは治療に組み合わされる。この場合、治療の目的に使われるビームにより、例えば焦点式超音波ビームにより、応力を発生させると有利である。

さらに、本発明において媒質内に動きを発生させる励起は、様々なメカニズムの結果であってよく、これは具体的には１つまたは複数の生物学的メカニズムを含むか、低周波の外部振動を含む。本発明によると、励起領域に局限された内部機械的応力をかかるメカニズムにより発生させる必要がある。

本発明の特定の特徴において、撮像ステップは、内部機械的応力によって生じる動きのダイナミクスを測定するにあたって十分な繰り返し頻度で超音波を撮像領域へ放出するサブステップと、媒質の中で発生する超音波エコーを取得信号として検出しかつ記録するサブステップと、少なくとも２つの連続する超音波放出に関して検出されるエコーから、および超音波の放出頻度から、動きを推定するサブステップとを備え、前記推定された動きから量的指標を計算する。

周知の方法において、この撮像ステップのときに発生する超音波は励起波の伝播線に沿って組織の拡散体によって反射される。このような特徴により、媒質の励起と撮像に同じトランスデューサアレイを使用することがとりわけ可能となる。

有利な実施例において、励起領域の両側で励起領域外の同じ所与の深さに位置する２つの地点について少なくとも２つの「方向」量的指標を計算し、この量的指標は、所与の深さに位置する励起領域の少なくとも１つの地点で機械的応力に応じて発生する動きの間に取得する信号と、励起領域外に位置する撮像領域の少なくとも２つの地点で機械的応力に応じて発生する動きの間に取得する信号との２つの比較を示す。

かかる特徴により、所与の励起領域の両側の所与の深さで媒質の性質を特定することが可能となる。そして、エコー輝度が異なる２領域間の境界面に励起領域を局限すれば、境界面の両側で異なる粘弾特性を明らかにすることが可能となる。

本発明の特定の実施例においては、エコー検査法により画定される媒質の一領域の境界で量的指標を計算することにより、周囲の媒質における恒久的または一時的特徴を検査する。

かかる実施例により、組織内での固体病変の滑進を検査することが可能となる。この周囲組織の中で固定または転動する病変の態様もまた病変の特性をつかむ上で重要な基準となる。

所与の深さにある励起領域の一地点に関係する派生した量的指標を、前記所与の深さの線に沿って励起領域外に位置する地点の量的指標の空間変化の関数として計算すると有利である。

かかる特徴により、前記線に沿って異なる粘弾性を有する領域を決定することが可能となり、例えば組織壊死領域の領域を、または病変に高密度焦点式超音波「ＨＩＦＵ」治療を施すときにＨＩＦＵによって生じる完全凝固領域の領域を決定することができる。

励起領域において深さが異なる複数の地点について派生した量的指標を計算すると有利である。
かかる特徴により、媒質の粘弾性を深さの関数として決定することが可能となる。これにより、具体的には液体を含む領域の輪郭を明らかにすることが可能となる。

量的指標または派生した量的指標の計算は別々の時点で繰り返すと有利である。
かかる特徴により、媒質の粘弾性の変化を時間の関数として追跡することが可能となる。これにより、具体的にはＨＩＦＵにより、または高周波治療により、生じる壊死のサイズの変化を治療時間の関数として追跡することが可能となる。

量的指標の時間変化の関数として「時間」量的指標を計算すると有利である。
かかる時間指標は単純な量的指標で計算することができるほか、派生した量的指標で計算することもできる。

有利なことに、励起領域を移動させながら方法を繰り返すことにより、粘弾性媒質の注目領域の全体を通じて量的指標を測定することができる。
有利なことに、方法は粘弾性媒質のエコー画像を構成するステップを含み、方法はさらに、量的指標を、または前記指標から導き出される大きさを、得られたエコー画像上に輝度または色値として表示するステップをさらに備える。

有利な実施例においては、量的指標（１つまたは複数）の知識をもとに、媒質の変化を、具体的には誘発した凝固または組織壊死のサイズを、追跡することにより、治療とその進捗のパラメータを計算すると有利である。例えば、実施する治療は高密度焦点式超音波治療（ＨＩＦＵ）であったり高周波による治療であったりする。

タイプの異なる局所治療の、具体的には高周波治療の、パラメータを計算するため量的指標（１つまたは複数）を役立てることもできる。
本発明はまた、粘弾性媒質を撮像する装置を提供し、装置は、励起領域で内部機械的応力を発生させる励起手段と、励起領域を含む撮像領域における内部機械的応力に応じて粘弾性媒質にて機械的応力により発生する動きを撮像するために信号を取得する撮像手段とを備える。本発明の装置はさらに、励起領域外の所与の深さに位置する少なくとも１つの地点で粘弾性媒質の流動学的性質に関係する量的指標を計算する計算手段を備え、前記量的指標は、所与の深さに位置する励起領域の少なくとも１つの地点で機械的応力に応じて発生する動きの間に取得する信号と、励起領域外に位置する撮像領域の少なくとも前記地点で機械的応力に応じて発生する動きの間に取得する信号との比較を示す。

励起手段が、撮像手段の役割をも果たすトランスデューサアレイであれば有利である。
好適な実施例において、方法の様々なステップはコンピュータプログラム命令によって決定される。

したがって本発明はデータ媒体上にコンピュータプログラムを提供し、このプログラムは撮像装置で実施するのに適しており、かつ励起領域で内部機械的応力を発生させる励起ステップと、励起領域を含む撮像領域における内部機械的応力に応じ粘弾性媒質にて機械的応力により発生する動きの間に信号を取得することによって媒質を撮像するステップと、励起領域の少なくとも１つの地点で機械的応力に応じて発生する動きの間に取得する信号と、励起領域の外に位置する撮像領域の少なくとも前記地点で機械的応力に応じて発生する動きの間に取得する信号との比較に基づき、粘弾性媒質の流動学的性質に関係する定量的類似度指数を計算するステップとを実施する命令を含む。

プログラムにはどんなプログラミング言語でも使用でき、ソースコード、オブジェクトコード、またはソースコードとオブジェクトコードの中間にあたるコードの形態を、例えば部分的にコンパイルされた形態を、とってもよく、あるいは他の何らかの望ましい形態をとってもよい。

本発明はまた、撮像装置による読み取りが可能であり、かつ上記のコンピュータプログラム命令を含むデータ媒体を提供する。
データ媒体は、プログラムを格納することができるものならどんな類の実体または装置
であってもよい。例えば媒体は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、例えばＣＤ ＲＯＭや超小型電子回路ＲＯＭ、または磁気記録手段、例えばフロッピー（登録商標）ディスク、またはハードディスク等の格納手段を備える。

データ媒体はさらに、無線により、またはその他の手段により、電気または光ケーブルを通じて伝達することができる、電気または光信号等の伝送媒体であってよい。とりわけ、本発明のプログラムはインターネットタイプのネットワークからダウンロードすることができる。

あるいはデータ媒体はプログラムが組み込まれた集積回路であってよく、その回路は、当該の方法を実行する形に、あるいは方法の実行に使われる形になっている。
本発明のその他の特徴と利点は、制限的性質を持たない実施形態を図示する添付の図面を参照する以降の説明から明らかとなる。

図１は、粘弾性媒質２を撮像する本発明による撮像装置１の図式である。有利な応用において、媒質２は生体組織であり、例えば胸等のヒト器官か器官の一部分である。
装置１は少なくとも１つの超音波プローブ３へ接続される。かかるプローブ３は単一の素子を、または一次元または二次元トランスデューサアレイを、備えてもよい。媒質２を観察するために本発明の装置を使用する間、プローブ３は媒質２と接触する。

装置１は、プローブ３による圧縮波の、例えば超音波の、放出を制御する電子手段を含む。
粘弾性媒質２はかかる圧縮波を拡散させる。特に圧縮超音波は粘弾性媒質内を伝播することができ、かくしてエコー画像の撮影が可能となる。

装置１は、撮像データからの抽出情報の表示を可能とする表示モジュール４へ接続され、有利である。
図２は、装置１とプローブ３をより詳細に示す。この図に示す例で、プローブ３はＮ個の素子［Ｔ１，Ｔ２，．．．，ＴＮ］からなる直線一次元トランスデューサアレイであり、ここでＮは、例えば１２８に等しい。装置１はいくつかのチャネルＶを、好適にはＮ個のチャネル［Ｖ１，Ｖ２，．．．，ＶＮ］を、すなわちこの例でプローブ３のトランスデューサ素子［Ｔ１，Ｔ２，．．．，ＴＮ］を個別に制御することができる１２８個のチャネルを、含む。

ソフトウェアモジュール５は、励起シーケンスと撮像シーケンスを実施するために、さらにこれらのシーケンスを交替させるため、電子チャネル［Ｖ１，Ｖ２，．．．，ＶＮ］を制御する役割を果たす。

メモリモジュール６は、撮像シーケンスのときに受信する後方散乱超音波信号を記録する役割を果たす。
本発明によると、装置１は、媒質２のレオロジーを観察するために、本発明の方法の各種ステップを実施するようプログラムされる。

この方法の第１のステップは、媒質２の中で内部機械的応力を発生させる機械的励起である。励起信号は、ソフトウェアモジュール５によって制御される電子チャネルを介してトランスデューサ素子へ送信される。

１組の独立トランスデューサ素子［Ｔ１，Ｔ２，．．．，ＴＮ］を用いて、または単独のトランスデューサ素子を用いて、任意に合焦する、１つ以上の圧縮超音波を連続して放出することにより内部機械的応力を発生させると有利である。

例えば、励起ステップは、１つ以上の深さで組織を連続して励起するのに十分なエネルギーの音波ビームを合焦することによって遂行することができる。
装置１で圧力場の振幅を増加させることにより、または放出される波列を長くすることにより、これらの波のエネルギーを増加させることができると有利である。波列の長さは目的の用途において１マイクロ秒（μｓ）から１０，０００μｓの範囲内にあると有利である。

励起超音波の周波数は０．１メガヘルツ（ＭＨｚ）から５０ＭＨｚの範囲内にあると有利である。さらに、励起信号の透過を向上させるために励起信号の時間符号化を使用することができる。

図３は、媒質２における本発明のメカニズムを示す。この図では複数の波が放出され、それらは異なる深さに位置する地点Ａｉで合焦する。よって各波の合焦地点Ａｉを含む「励起」領域Ａには音波が当たる。波は、主にＺ方向に組織を動かすにあたって十分なエネルギーのものを使用し、これによりせん断波を発生させる。例えば、使用する波列の長さは１μｓから１０，０００μｓの範囲内にあり、使用するビームの数は１から５０の範囲内にあり、これらの様々な励起シーケンスは１０ヘルツ（Ｈｚ）から２０，０００Ｈｚの範囲内で振動する繰り返し率で放出される。音波が当たる領域Ａは超音波放射圧によって励起される。

圧縮波は、少なくとも２つの異なる場所で同時に、または交互に、合焦させることもできる。励起領域Ａはいかなる場合でも音波が当たる１組の地点をつないだものである。広く拡大した励起領域をカバーするため合焦していないかほとんど合焦していない波を使うと有利であることも理解されよう。

本発明の方法の第２のステップは撮像ステップであり、この間超音波ショットが連続して放出され、励起領域Ａを含む媒質２の「撮像」領域Ｂが照らされる。好適には、励起ステップと同じトランスデューサアレイ［Ｔ１，Ｔ２，．．．，ＴＮ］を使用し、ことによると励起周波数及び電圧は励起シーケンスと異なるものを使用する。

第２のトランスデューサアレイの使用、または第１のアレイに含まれる他の素子の使用、または単一素子トランスデューサの使用もまた代案として構想される。これにより、特に撮像ステップを励起ステップと並行して進めることが可能となる。

せん断波またはせん断流の伝播を観察するため撮像ステップ中の発射率はすこぶる高くなければならない。通常これは０．１Ｈｚから２０，０００Ｈｚの範囲内にある発射率を示す。

撮像ステップ中における媒質２の音波照射は、合焦する超音波か合焦しない超音波を用いて遂行できる。
この撮像ステップ中に、媒質２の領域Ｂにある反射粒子は超音波を反射する。これらの反射によって超音波エコーが発生する。そして、これらの超音波エコーを示す後方散乱信号がトランスデューサアレイ［Ｔ１，Ｔ２，．．．，ＴＮ］によって検出され、メモリモジュール６に記録される。

そしてエコー画像で動きの効果を観察することが可能となる。より具体的には、取得した超音波エコーから媒質における動きを推定することにより内部励起ストレスに対する粘弾性媒質の力学的反応を定量化することができる。この動きの推定を行うため、所与の１組の反射粒子または拡散体に対応する後方散乱信号を互いに比較し、前記１組の拡散体の初期位置または先行位置に対する変位を推定する。

推定する変位は軸方向変位またはベクトル変位である。トランスデューサ素子［Ｔ１，Ｔ２，．．．，ＴＮ］における到着時間の遅れに基づき先行ショットのいずれか１つ対する変位を推定し、さらに超音波伝播速度を一定かつ既知のものと仮定すると、変位速度が得られる。

この状況には当業者にとって公知の動きを推定する従来の方法を用いることができる。例えば、位相シフトを推定する周波数タイプの方法、速度を推定するドップラーの方法等の相互相関関数の最大値を求めることは可能である。ベクトル方式のドップラーの方法や光束を用いるもの等、ベクトル方式の手法を想定することもできる。

これらの推定方法は、メモリモジュール６に格納されたデータを処理するソフトウェアモジュール５の中で実施する。
例えば、ソフトウェアモジュール５では、撮像領域Ｂの一連のエコー画像を計算し、次いで当業者にとって公知の一次元またはベクトルアルゴリズムを用いて前記画像から動き推定を計算するようチャネル形成を実施する。

励起内部機械的応力によって誘発される動きを推定する間に計算する移動場は、絶対変位場か相対変位場、すなわち速度である。
有利なことに、変位を推定するため、励起に先立ち媒質２を撮像する予備ステップを遂行すると有利である。かかるステップでは少なくとも１つの圧縮超音波を放出し、反射するエコーを受け取って１組の基準エコーをセットアップする。

本発明の方法の次のステップは、媒質のレオロジーを解析するための量的指標を計算するステップである。このステップでは、励起領域Ａの少なくとも１地点と、領域Ａの外にある撮像領域Ｂの少なくとも１地点との間で励起による変位場のコヒーレンスを推定する。

図３は、粘弾性媒質２の観察領域Ｂにおけるかかる計算の実施を示している。本発明は、励起領域Ａに属する地点Ａ０についての力学的挙動の局所的定量化にあたって、前記地点Ａにおける動きの推定と、励起領域Ａの外に位置する撮像領域の少なくとも１つの地点Ｂ０１における動きの推定を使用する。動きの時間変化を定量化するととりわけ有用である。

特に領域Ａ０の流体または固体性質を決定するため、地点Ｂ０１は好適には、地点Ａ０から短い距離のところに、例えばそこから横に０．５ミリメートル（ｍｍ）のところに、位置する。

用語「地点」は実際には、媒質２の幾何学的点を取り巻く媒質２の小さな物理的領域を指す。推定の確実さと処理時間とで折り合いをつけるため、かかる物理的領域のサイズは可変であってよい。領域における変位は、例えばこれらの重要領域に含まれる画素の算術平均でまとめることができる。

変位計算の対象となる複数の画素または複数の単位が１地点を取り巻く媒質の所与の物理的領域に一致する場合、例えば相関係数から計算される量的指標は、領域Ａ及びＢにある画素または単位の各対につき計算される量的指標の平均として、例えば領域Ａ及びＢにある画素の各対につき計算される相関係数の平均として、計算される。

本発明によると、地点Ａ０及びＢ０１を取り巻く様々な領域で観察される変位の時間変化を、あるいは同様に速度の時間変化を比較し、そこから媒質２の粘弾性に関係する量的指標を導き出す。

この量的指標は好適には、２地点における変位場の空間的コヒーレンスを特性化するものである。空間的コヒーレンスとは、異なる地点で得られる変位場に存在するかまたは存在しない類似度を意味する。このコヒーレンスは取得信号の振幅に、及び／またはこれらの信号の時間変化に関係する。この量的指標は、特に「類似度指標」と呼ぶことができる。振幅類似度と時間変化類似度を定量化するため、具体的にはＡ０における変位信号とＢ０１における変位信号との最大相関係数によって指標を構成することができる。

図４ａ及び４ｂは、それぞれ励起領域の地点Ａ０が液嚢８の嚢の中に位置する場合と、励起領域の地点Ａ０が液嚢８の嚢の外に位置する場合の、液嚢８の嚢を含む媒質２における方法の実施を示している。

量的指標は次式を用いて計算する相関係数であり、

ここでｔは時間間隔をスキャンし、ｓは検討対象の場であり、具体的には速度または変位場であり、あるいは超音波スペックル強度場であり、ｘは地点Ａ０と同じ深さに位置する地点Ｂ０１の横座標であり、ｘｓは地点Ａ０の横座標である。かかる係数は、媒質の移動中に取得する地点Ａ０及びＢ０１の信号の時間変化の比較を示す。

かかる最大相関係数は、地点Ａ０及びＢ０１における変位または速度場の時間平均に由来する変位または速度場間で計算することができる。
Ａ０とＢ０１における変位信号の類似度を定量化するため、タイプの異なる量的指標を計算することができる。これには特に、未処理または振幅正規化信号間の、または任意にシフトされる信号間の、または相互相関関数の最大値を計算することによる、ｐノルム、ユークリッドノルム（ｐ＝２）、エントロピー基準、例えばカルバックダイバージェンス等の異なる距離が関係する。

有利なことに、図３に示すとおり、ｊ＝１からＭとし、複数の地点Ｂ０ｊが地点Ａ０と同じ深さに位置し、地点Ａ０からの異なる距離にあることが分かる。前記したとおり、地点Ａ０及びＢ０ｊを取り巻く様々な領域で観察される変位の時間変化あるいは同様に速度の時間変化を、空間的に比較し、各地点Ｂ０ｊにつき媒質２の粘弾性に関係する量的指標を導き出す。かくしてＡ０からの距離を増す複数の地点を所与の励起の後に解析する。

有利なことに、図４ａ及び４ｂに示すとおり、一方が励起領域のいずれかの側に位置する２つの地点Ｂ０１及びＢ０ｊ’について少なくとも２つの方向量的指標Ｃ０１及びＣ０ｊ’が計算される。

特に、粘弾特性が異なる２つの媒質の境界面は励起領域Ａの両側内および上における力学的反応を解析することによって特性化することができるため、本発明により境界面を検出し特性化することが可能となる。所与の励起領域の両側での２つの方向量的指標値間の大きな差異は境界面の存在を、すなわち励起領域Ａの近辺における力学的性質の急変を示す。

図５に示す方向量的指標の値は、上述したとおり最大相関係数によって構成され、励起領域Ａの両側で２０ｍｍまでの横座標ｘを有する複数の地点Ｂ０ｊ及びＢ０ｊ’に対して行われる図４ａ及び４ｂに示す撮像を行った間に得られる。図４ａ中、得られた曲線は、地点Ａ０が属する励起領域Ａの外で検討の対象となる場の非相関を示している。このような体裁の曲線は地点Ａ０における液体の存在に合致する。

対照的に、図４ｂの得られた曲線は地点Ｂ０ｊ及びＢ０ｊ’の横座標ｘが増すにつれ僅かに減少する最大相関を示している。
量的指標が最大となる地点Ｂ０ｊを決定すると有利である。かかる指標には地点Ａ０を関係づけることができ、これは例えば、Ａ０における変位信号と地点Ｂ０ｊ）｛Ｂ０１．．．Ｂ０Ｍ｝における変位信号との最大相関係数の最大値である。

具体的に、距離Ａ０Ｂ０ｊにともなう量的指標の変化から粘弾性媒質２のレオロジーを特性化する派生した量的指標を得ることができ有利である。この派生した量的指標は、Ａ０からの距離にともなう量的指標の減少を説明する。地点Ａ０に関連するかかる派生した量的指標は、地点Ａ０と同じ深さの線に沿って計算済みの量的指標の空間的変化から計算すると有利である。

例えば、地点Ａ０の深さで量的指標の勾配を推定すること、ｎ％、例えば９０％減少する量的指標に対応する距離を計算すること、量的指標の陥没を、または量的指標の空間二次導関数に関係するその他の属性等を計算することは可能であり、これらの大きさから励起領域Ａの所与の深さに関係する派生した量的指標を構成することができる。

かかる計算を数回にわたり繰り返すことにより、深さが異なる複数の地点で派生した量的指標を計算し、励起領域Ａにおけるこの派生した量的指標のマップを計算することができる。これと併せて、撮像領域Ｂにおける量的指標のマップを描くこともできる。

図３に示すとおり、励起領域ＡはＺ方向にＰ＋１個の地点Ａｉ＝｛Ａ０．．．ＡＰ｝にさらに分割される。各測定地点Ａｉにつき、励起領域Ａの少なくとも一方の側ではｊ≧１であるＭ個の地点Ｂｉｊが撮像領域Ｂ内に設定される。

地点Ａｉの少なくとも１つの速度または変位時間場および地点Ｂｉｊの少なくとも１つの速度または変位時間場との最大相関係数を全ｉ≦Ｐと全ｊ≦Ｍにつき計算する。
Ｐ≧０とし、励起領域Ａの異なるな地点Ａ０．．．ＡＰにおける派生した量的指標を、地点Ｂｉｊで計算した定量的類似度指数から繰り返し計算する。Ａｉで計算される派生した量的指標は、例えばｊに対する相関係数Ｃｉｊの導関数の最大値として定義する。

領域Ａ及びＢの複数の地点における速度または変位場の時間平均に由来する速度及び変位場間で係数Ｃｉｊを計算することもできる。
ｉ≦Ｐとし、各ｉにつき派生した量的指標の計算を繰り返すことにより、励起領域Ａの地点Ａｉがすべてカバーされる。

その後、励起領域Ａは一連の励起ショットで動かすことができる。複数の交互の励起シーケンスと撮像シーケンスを遂行することにより、そして励起領域Ａ及び撮像領域Ｂを撮像媒質にて、例えば横方向に動かすことにより、Ａの深さまたは方位角をずらしながら図１に示す拡張された領域Ｄをカバーすることができる。

そして、例えば派生した量的指標の閾値を用いて媒質２の各励起地点Ａにバイナリ値を与え、カラーコードや表示コードを用いてこの値を表示することが可能となる。図６はかかる表示の一例であり、ここで黒い領域は図４に示す液嚢８の検出を示す。

有利なことに、励起領域のまわりには２つの「方向」を表す派生した量的指標を設定でき、その内の一方はｊに対する導関数Ｃｉｊの最大値であり、ここでｊはＡｉの一方の側に位置する地点Ｂｉｊに対応し、他方はｊに対する導関数Ｃｉｊ’の最大値であり、ここでｊはＡｉの反対側の地点Ｂｉｊ’に対応する。前述したとおり、かかる派生した量的指標は、それらが励起領域の両側で大いに異なる場合に、境界面の存在を明らかにするのに役立つ。

所与の対［Ａｉ；Ｂｉｊ］で連続して計算される量的指標の時間変化から「時間」量的指標を計算することも可能である。かかる派生した量的指標は特に、媒質の弛緩時間について追加情報を提供するのに役立ち、その量は媒質の粘度に関係する。

計算済みの派生した指標の時間変化を使用することも可能であることは理解されよう。複数の深さにおけるかかる計算は本発明で想定することができる。
地点Ａ０．．．ＡＰに位置する１組の地点Ｂｉｊ＝Ｂ０ｊからＢＰｊと対をなす１組の地点Ａ０．．．ＡＰで計算される量的指標の深さの関数として空間変化から派生した量的指標を計算することも可能である。

同じ線上において、計算済みの派生した量的指標の深さの関数として空間変化を使用することも可能である。ここでも計算は複数の深さで行われる。
かかる派生した量的指標により、特に深い境界面の存在を検査することが可能となり、特に病変の深さの程度を示すのに役立つ。

上述した量的指標の知識により、励起領域Ａの内側と外側の両方で媒質２の挙動を解析することが可能となり、さらに特定の粘弾性挙動を導き出すことが可能となる。
流体内で誘発される動きは機械的励起領域Ａに、そしてことによるとこれに非常に近い近傍に局限された流れであるため、液体挙動と固体挙動は明確に区別することができる。対照的に、固体における励起は伝播せん断波を発生させ、その力学的反応は発生源から空間的に離れたところにまで及ぶ。

例として挙げた算出量的指標に基づき、定量的類似度指標の大きい値は発生源の中と外の場の間の強い相関を意味し、粘弾性固体の特性である伝播せん断波の存在を示す。反対に、定量的類似度指標の小さい値は粘性液体を示す。

よって、地点Ｂｉｊの位置にかかわらず得られる１に近い相関係数は、減衰をほとんどともなわずに弾性波が伝播していること、そして媒質が固体であることを、意味する。
粘性が高い固体では、減衰によって相関係数が距離ＡｉＢｉｊにともない徐々に減少する。

反対に、液体では、距離ＡｉＢｉｊにともない相関係数が速やかに低下する。これは、Ａｉにおける励起とＢｉｊにおける液体の流れが非常に異なる類のものであるからである。

したがって、複数の地点対［Ａｉ；Ｂｉｊ］で量的指標を計算することにより、突如変化する、または撮像媒体の２つの次元における、粘弾性の特性である量的指標の空間変化を検出することができる。例えば乳腺病変を検出する用途において、明瞭に限定された病変は、すなわち、輪郭がはっきりした病変は、多くの場合良性であり、明瞭さが大いに劣る浸潤性悪性病変とは非常に異なる量的指標の空間変化を呈する。健康な組織と病変との境界面の力学的特性を決定することにより、それらを特性化することが可能となる。

本発明による量的指標の決定は、流体の粘度を、特に発生源に対し横に延びる方向に広がり粘度の増加にともない軸方向に大きく減衰する流体の動きを、定量化するのに役立てることもできる。

粘弾性固体の場合、伝播せん断波に対する媒質内の様々な地点の対Ａｉ及びＢｉｊで計算される量的指標によって定量化される時間力学的反応の空間変化は、粘性の増加と弾性の減少にともない大きくなる。

量的指標はせん断場における２地点間の空間的一様性の推定を与えるため、媒質の弛緩時間を表示するほか、弾性測定の品質を推定するものとなる。したがって、量的指標が示すことのできる品質基準を頼りに、例えば特許第ＷＯ２００４／０２１０８３８号で説明されている方法を用いて、定性的弾性推定を任意に併せて行うこともできる。

媒質を撮像している間には本発明の方法全体を連続的に繰り返すことができ、これにより算出量的指標マップは定期的に更新され有利である。具体的に、例えば媒質２がＨＩＦＵ治療を受けている間に壊死した領域で変化を追跡することを目的とし、量的指標を別々の時点に計算することは可能である。このような量的指標の追跡は、媒質治療方法の自動制御の実施に役立てることができる。

撮像領域における量的指標の、またはこれに関係する大きさの、画像を表示すると有利である。この目的には適切なカラーコードを使用できる。かかる表示は標準エコー画像上での重ね合わせで実施することができ、あるいはこれを並置することもできる。表示に目盛りを付ければ、例えば粘度の評価が可能となり、あるいは表示をバイナリにすれば、液体領域を固体領域から区別することが可能となる。したがって、例えば、画素色値に量的指標値を関係づけ、領域Ｄの定量的類似度指標のマップを作成し、表示モジュール４で表示してもよい。

本発明の装置の使用の図式である。 本発明の装置の図式である。 粘弾性媒質における本発明の特定の実施例を示す図である。 液体を含む領域と全面的に固体である領域とで実施される本発明の撮像方法の図式である。 液体を含む領域と全面的に固体である領域とで実施される本発明の撮像方法の図式である。 図４ａ及び４ｂに示す２つの状況から得られる相関係数を示すグラフである。 本発明に従い量的指標の表示の一例を示す図である。

Claims (13)

1. 粘弾性媒質［２］を撮像する方法であって
   励起領域（２）で内部機械的応力を発生している間の励起ステップと、
   前記励起領域［Ａ］を含む撮像領域［Ｂ］における前記内部機械的応力に応じて、前記粘弾性媒質（２）において前記機械的応力により発生する動きの間に信号を取得することによって撮像するステップと
   を備えた方法において、
   前記方法はさらに、前記励起領域［Ａ］外の所与の深さに位置する前記撮像領域（２）の少なくとも１つの地点［Ｂｉｊ］で前記粘弾性媒質（２）の流動学的性質に関係する量的指標［Ｃｉｊ］を計算するステップを備え、前記量的指標は、前記所与の深さに位置する前記励起領域［Ａ］の少なくとも１つの地点［Ａｉ］で前記機械的応力に応じて発生する前記動きの間に取得する信号と、前記励起領域［Ａ］外に位置する前記撮像領域［Ｂ］の少なくとも前記地点［Ｂｉｊ］で前記機械的応力に応じて発生する前記動きの間に取得する信号との比較を示すことを特徴とする、
   方法。
2. 前記信号比較ステップは、前記信号の時間変化及び／または振幅変化を比較することを備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記計算ステップは、検討の対象となる２つの地点［Ａｉ，Ｂｉｊ］の取得信号の相関関数の最大値を計算することを備え、前記量的指標［Ｃｉｊ］はこの最大値の関数であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記内部機械的応力は、超音波放射圧によって発生する機械的振動であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記撮像ステップは、
   前記内部機械的応力によって生じる前記動きのダイナミクスを測定するにあたって十分な繰り返し周波数で超音波を前記撮像領域へ出射するサブステップと、
   前記媒質（２）の中で発生する超音波エコーを取得信号として検出しかつ記録するサブステップと、
   少なくとも２つの連続する超音波出射に関して前記検出されるエコーおよび前記超音波の出射周波数から、動きを推定するサブステップと
   を備えることを特徴とし、前記量的指標［Ｃｉｊ］は前記動きの推定から計算されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記励起領域［Ａ］の両側で前記励起領域［Ａ］外の同じ所与の深さに位置する２つの地点［Ｂｉｊ，Ｂｉｊ’］について少なくとも２つの「方向」類似度量的指標［Ｃｉｊ，Ｃｉｊ’］を計算し、前記量的指標［Ｃｉｊ，Ｃｉｊ’］は、前記所与の深さに位置する前記励起領域［Ａｉ］の少なくとも１つの地点で前記機械的応力に応じて発生する前記動きの間に取得する信号と、前記励起領域［Ａ］外に位置する前記撮像領域の前記少なくとも２つの地点［Ｂｉｊ，Ｂｉｊ’］で前記機械的応力に応じて発生する前記動きの間に取得する信号との２つの比較を示すことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. エコー検査法により画定される媒質の一領域の境界で前記量的指標［Ｃｉｊ］を計算することにより周囲の媒質におけるパラメータまたは一時的特徴を検査することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 所与の深さにある前記励起領域の一地点に関係する派生した量的指標を、前記所与の深さの線に沿って前記励起領域［Ａ］外に位置する地点の前記量的指標［Ｃｉｊ］の空間変化の関数として計算することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記励起領域［Ａ］において深さが異なる複数の地点［Ａｉ］について派生した量的指標を計算することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記量的指標または派生した量的指標の計算は別々の時点で繰り返されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 量的指標［Ｃｉｊ］の時間変化の関数として「時間」量的指標を計算することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記粘弾性媒質のエコー画像を構成するステップを含む方法に対して、前記方法はさらに、量的指標［Ｃｉｊ］または前記指標から導き出される大きさを、得られたエコー画像上に輝度または色値として表示するステップを備えることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 粘弾性媒質（２）を撮像する装置であって、
    励起領域［Ａ］で内部機械的応力を発生させる励起手段（３）と、
    前記励起領域［Ａ］を含む撮像領域［Ｂ］における前記内部機械的応力に応じて前記粘弾性媒質（２）にて前記機械的応力によって発生する動きを撮像するため信号を取得する撮像手段（３）とを備えた装置において、
    前記励起領域［Ａ］外の所与の深さに位置する少なくとも１つの地点［Ｂｉｊ］で前記粘弾性媒質（２）の流動学的性質に関係する前記量的指標［Ｃｉｊ］を計算する計算手段（１）を備え、
    前記量的指標［Ｃｉｊ］は、前記所与の深さに位置する前記励起領域［Ａ］の少なくとも１つの地点［Ａｉ］で前記機械的応力に応じて発生する前記動きの間に取得する信号と、前記励起領域［Ａ］外に位置する前記撮像領域［Ｂ］の少なくとも前記地点［Ｂｉｊ］で前記機械的応力に応じて発生する前記動きの間に取得する信号との比較を示すことを特徴とする、
    装置。

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