JP5760080B2 - せん断波を使用する撮像方法および装置 - Google Patents
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Description
- その間に弾性せん断波が、撮像デバイスによって粘弾性媒質中の励起場所で生成される励起ステップjと、
- 粘弾性媒質の一組の連続画像が、前記粘弾性媒質中のせん断波の伝搬の間に前記撮像デバイスによって決定される撮像ステップとを含む、撮像方法に関する。
- その間に弾性せん断波が、撮像デバイスによって粘弾性媒質中の異なる励起場所でそれぞれ生成されるいくつかの連続励起ステップjであって、前記異なる励起場所は、最大距離Dmだけ互いに分離される、いくつかの連続励起ステップjと、
- 時間tkでの粘弾性媒質の連続原画像Imj(tk)の組jが、前記粘弾性媒質中のせん断波の伝搬の間に前記撮像デバイスによって決定される、各励起ステップjに対応する撮像ステップであって、前記原画像は、前記最大距離Dmに少なくとも等しい分解能Rを有し、tkは、対応するせん断波の生成から数えられる相対時間である、撮像ステップと、
- 同じ相対時間tkに対応する原画像Imj(tk)が、前記相対時間tkに対応する平均画像Im'(tk)を決定するために平均化される平均化ステップとを含む、撮像方法を提案する。
- 本方法は、撮像ステップと平均化ステップとの間に、原画像Imj(tk)が、異なる励起場所が原画像Imj(tk)で相互に対応して位置決めされるように空間的に再位置決めされる再位置決めステップをさらに含み、
- 前記原画像Imj(tk)は、異なる励起場所が原画像Imj(tk)で同じ座標を有するように各原画像の座標系をオフセットすることによって空間的に再位置決めされ、
- 連続原画像の前記組jの数Jは、少なくとも5であり、
- 各励起場所は、せいぜいR/5であり、好ましくはせいぜいR/10であるピッチだけ隣接励起場所から分離され、
- 励起場所は、励起ステップごとに撮像デバイスによって粘弾性媒質中で移動され、
- 粘弾性媒質は、励起ステップごとに励起場所が撮像デバイスに対して固定されたままである間に移動され、その結果励起場所は、励起ステップごとに粘弾性媒質中で移動され、
- 前記せん断励起は、前記撮像デバイスに属する超音波振動子のアレイによって粘弾性媒質中に放出される少なくとも1つの超音波によって生成され、
- 前記せん断励起は、外部の機械力を粘弾性媒質に各励起場所で加えることによって生成され、
- 各原画像Imj(tk)は、超音波撮像によってか、または MRIによって得られ、
- 本方法は、その間に時間にわたる前記平均画像Im'(tk)に基づいて、少なくとも1つのせん断波伝搬パラメータが、粘弾性媒質の少なくとも1つの点で計算される特徴付けステップを含み、
- 特徴付けステップの間に計算されるせん断波伝搬パラメータは、せん断波速度、せん断係数、ヤング率、せん断波減衰率、せん断弾性、せん断粘度、機械的緩和時間および異方性から選択され、
- 前記励起は、少なくとも500Hzの帯域幅を有し、前記せん断波伝搬パラメータは、前記帯域幅内で複数の周波数で計算される。
- いくつかの連続励起ステップjの間に粘弾性媒質中の異なる励起場所でそれぞれ弾性せん断波を生成するように適合され、前記異なる励起場所は、最大距離Dmだけ互いに分離され、
- 各励起ステップjについてそれぞれ前記粘弾性媒質中のせん断波の伝搬の間に時間tkでの粘弾性媒質の連続原画像Imj(tk)の組jを決定するように適合され、前記原画像は、前記最大距離Dmに少なくとも等しい分解能Rを有し、tkは、対応するせん断波の生成から数えられる相対時間であり、
- 前記相対時間tkについて平均画像Im'(tk)を決定するために同じ相対時間tkに対応する原画像Imj(tk)を平均化するように適合される、少なくとも1つの電子中央ユニットを含む。
- 前記電子中央ユニットはさらに、異なる励起場所が原画像Imj(tk)で相互に対応して位置決めされるように、前記画像を平均化する前に前記原画像Imj(tk)を空間的に再位置決めするように適合され、
- 前記電子中央ユニットは、異なる励起場所が原画像Imj(tk)で同じ座標を有するように各原画像の座標系をオフセットすることによって前記原画像Imj(tk)を空間的に再位置決めするように適合され、
- 前記電子中央ユニットは、励起ステップごとに粘弾性媒質中の励起場所を移動させるように適合され、
- 前記電子中央ユニットは、時間にわたる連続平均画像に基づいて粘弾性媒質の少なくとも1つの点で少なくとも1つのせん断波伝搬パラメータを計算するように適合され、前記せん断波伝搬パラメータは、せん断波速度、せん断係数、ヤング率、せん断波減衰率、せん断弾性、せん断粘度、機械的緩和時間および異方性から選択され、
- 前記装置は、少なくとも500Hzの帯域幅を持つ前記励起を加えるように適合され、前記電子中央ユニットは、前記帯域幅での複数の周波数で前記せん断波伝搬パラメータを計算するように適合される。
- 特に工業的応用での品質管理のために、不活性体によって、または
- 医学的応用での生体、例えば患者の身体の一部によって構成されることもある。
- 「平面」である超音波圧縮波(すなわち、その波面がX、Y平面で直線に進む波)、または媒質2中の全観測領域を照らす任意の他の種類の集束もしくは非集束波、例えばランダム音響信号を様々な振動子T1〜Tnによって放出させることによって生成される波か、
- さもなければ媒質2の1つもしくは複数の点に集束される超音波圧縮波を選択的に放出することができる。
a)その間にマイクロコンピュータ4が、粘弾性媒質中で集束される少なくとも1つの超音波をプローブ6によって放出させることによって弾性せん断波を粘弾性媒質2中に生成する励起ステップ、
b)その間にせん断波の伝搬が、粘弾性媒質2中の多数の観測領域点で同時に観測される観測ステップ、
c)およびその間にマイクロコンピュータ4が、連続する瞬間tk(tkは、せん断波の生成から数えられる相対時間であってもよい)での連続伝搬画像を決定するためにサブステップb2)の間に粘弾性媒質2から受け取る音響信号を処理する撮像ステップが、連続して行われる。
励起ステップa)の間に、せん断励起は、超音波振動子のアレイ6によって粘弾性媒質2中に放出される少なくとも1つの集束超音波によって生じさせることができる。
観測ステップは、次のサブステップを含んでもよく、
b1)マイクロコンピュータ4は、プローブ6に一連の超音波圧縮波衝撃を粘弾性媒質中に毎秒少なくとも500ショットの割合で放出させ、それは好ましくは、集束されないまたは軽度に集束されてもよく[ステップa)で放出される超音波の集束、および前記超音波のタイミングは、前記超音波の少なくともいくつかが、超音波放出の少なくともいくつかについて、観測領域を通るせん断波の伝搬の間に観測領域に達するように適合され]、
b2)マイクロコンピュータ4は、プローブ6に粘弾性媒質2から受け取る音響信号を実時間で検出させかつ記録させ、前記信号は、粘弾性媒質中の反射粒子5と相互作用する超音波圧縮波によって生成されるエコーを含み、これらのエコーは、粘弾性媒質の変位の連続画像に(直接的にまたは間接的に)対応する。
撮像ステップc)は、せん断波の同じ伝搬に対応する信号si(tk)がすべて保存された後、例えば延期された時間にマイクロコンピュータ4によって行うことができ、中央ユニットCPUは、例えば米国特許第7252004(B2)号で説明されるように、サブステップc1)に対応する従来の経路形成(path-forming)ステップを使用して、これらの信号をラック7に属する加算回路Sによって再処理させる(さもなければ中央ユニットCPUは、この処理をそれ自身で行う、または実際その処理は、マイクロコンピュータ4で行われてもよい)。
本発明によると、ステップa〜cは、例えば4と10との間に含まれてもよい回数Jにわたって繰り返される。励起ステップj=1からJの間に、励起場所Ljは、撮像デバイス1によって(振動子アレイ6によって伝送される超音波の集束を変えることによって、すなわち当技術分野で周知であるように、振動子T1〜Tnに加えられる遅延を変えることによって)繰り返しjごとにオフセットされる。連続する励起場所Ljは、せいぜい前記分解能Rに等しく、好ましくは前記分解能Rよりも小さい最大距離Dmだけ互いに分離される。特定の実施形態では、各励起場所Ljは、せいぜいR/5であり、好ましくはせいぜいR/10であるピッチだけ隣接励起場所から分離できる。例えば、人は、J=7の繰り返しを使用することができ、励起場所Ljは、各繰り返しでR/10のピッチだけオフセットでき、その結果最初の繰り返し(j=1)から最後(j=J)の間の全オフセットDmは、7R/10に等しい。
図3で示されるように、原画像Imj(tk)は、異なる励起場所(Lj)が様々な原画像Imj(tk)で相互に対応して位置決めされるように空間的に再位置決めされてもよい。この再位置決めは、例えば異なる励起場所(Lj)がすべての原画像Imj(tk)で同じ座標を有するように原画像Imj(tk)の座標系(x,y)[または3D撮像の場合には3D座標系(x,y,z)]をオフセットすることによって得ることができる。再位置決めステップは、各撮像ステップc)の後の各原画像についてか、またはステップa〜cのすべての繰り返しの後の同じ時間でのすべての原画像について実行できる。
同じ相対時間tkに対応する原画像Imj(tk)(もしあればそれらの再位置決め後の)は次いで、前記相対時間tkに対応する平均画像Im'(tk)を決定するために平均化される。平均は、原画像の画素値sj(tk)(x,y)の単純算術平均とすることができる。
時間にわたる平均画像Im'(tk)に基づいて、少なくとも1つのせん断波伝搬パラメータが、粘弾性媒質の少なくとも1つの点で、好ましくは粘弾性媒質のマッピングを得るために完全な画像について、計算される。このせん断波伝搬パラメータは、例えばせん断波速度、せん断係数、ヤング率、せん断波減衰率、せん断弾性、せん断粘度、機械的緩和時間および異方性から選択できる。そのようなパラメータは、例えば米国特許第7252004(B2)号で説明されるように決定できる。
α(f) = α0 + α1fa
などの法則に従って変化すると考えられてもよく、ここでfは、せん断波周波数であり、aは、生体媒質での機械的波について一般に0と2との間に含まれる、べき指数である。この場合には、本発明は、例えばWO-A-2009/007582で教示されるように、べき指数aを正確に評価し、粘弾性媒質中のyをマッピングすることを可能にする。
変形形態では、せん断波の励起は、例えばWO-A-00/55616で説明されるように、例えばマイクロコンピュータ4によって制御される振動器を通じて、外部の機械力を粘弾性媒質に各励起場所で加えることによって得られる可能性がある。
2 粘弾性媒質
3 外表面
4 マイクロコンピュータ
4a 出力インターフェース
4b 入力インターフェース
5 拡散粒子
6 超音波プローブ、超音波振動子のアレイ
7 電子ラック
Claims (20)
- 粘弾性媒質(2)を観測するためにせん断波を使用する撮像方法であって、
- いくつかの連続励起ステップであって、該ステップの間に弾性せん断波が、撮像デバイス(1)によって前記粘弾性媒質(2)中の異なる励起場所(Lj)でそれぞれ生成され、前記異なる励起場所は、最大距離Dmだけ互いに分離される、いくつかの連続励起ステップと、
- 時間tkでの前記粘弾性媒体の連続原画像Imj(tk)の組が、前記粘弾性媒質中の前記せん断波の伝搬の間に前記撮像デバイスによって決定される、各励起ステップに対応する撮像ステップであって、前記原画像は、前記最大距離Dmに少なくとも等しい分解能Rを有し、tkは、前記対応するせん断波の生成から数えられる相対時間である、撮像ステップと、
- 前記同じ相対時間tkに対応する原画像Imj(tk)が、前記相対時間tkに対応する平均画像Im'(tk)を決定するために平均化される平均化ステップとを含む、撮像方法。 - 前記撮像ステップと前記平均化ステップとの間に、前記原画像Imj(tk)が、前記異なる励起場所(Lj)が前記原画像Imj(tk)で相互に対応して位置決めされるように空間的に再位置決めされる再位置決めステップをさらに含む、請求項1に記載の撮像方法。
- 前記原画像Imj(tk)は、前記異なる励起場所(Lj)が前記原画像Imj(tk)で同じ座標を有するように各原画像の座標系をオフセットすることによって空間的に再位置決めされる、請求項2に記載の撮像方法。
- 連続原画像の前記組の数Jは、少なくとも5である、請求項1から3のいずれか一項に記載の撮像方法。
- 各励起場所(Lj)は、最大でR/5であるピッチだけ隣接励起場所から分離される、請求項1から4のいずれか一項に記載の撮像方法。
- 各励起場所(L j )は、最大でR/10であるピッチだけ隣接励起場所から分離される、請求項5に記載の撮像方法。
- 前記励起場所(Lj)は、励起ステップごとに前記撮像デバイス(1)によって前記粘弾性媒質(2)中で移動される、請求項1から6のいずれか一項に記載の撮像方法。
- 励起ステップごとに前記励起場所が前記撮像デバイス(1)に対して固定されたままである間に、前記粘弾性媒質(2)は前記撮像デバイス(1)に対して移動され、その結果前記励起場所(Lj)は、励起ステップごとに前記粘弾性媒質(2)中で移動される、請求項1から5のいずれか一項に記載の撮像方法。
- 前記励起は、前記撮像デバイス(1)に属する超音波振動子のアレイ(6)によって前記粘弾性媒質(2)中に放出される少なくとも1つの超音波によって生成される、請求項1から8のいずれか一項に記載の撮像方法。
- 前記励起は、外部の機械力を前記粘弾性媒質に各励起場所で加えることによって生成される、請求項1から8のいずれか一項に記載の撮像方法。
- 各原画像Imj(tk)は、超音波撮像によってか、またはMRIによって得られる、請求項1から10のいずれか一項に記載の撮像方法。
- 前記平均画像Im'(tk)に基づいて、少なくとも1つのせん断波伝搬パラメータが、前記粘弾性媒質の少なくとも1つの点で計算される特徴付けステップを含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の撮像方法。
- 前記特徴付けステップの間に計算される前記せん断波伝搬パラメータは、せん断波速度、せん断係数、ヤング率、せん断波減衰率、せん断弾性、せん断粘度、機械的緩和時間および異方性から選択される、請求項12に記載の撮像方法。
- 前記励起は、少なくとも500Hzの帯域幅を有し、前記せん断波伝搬パラメータは、前記帯域幅内の複数の周波数で計算される、請求項12に記載の撮像方法。
- 粘弾性媒質(2)を観測するためにせん断波を使用する請求項1から14のいずれかに記載の方法を実装するための撮像装置であって、前記装置は、
- いくつかの連続励起ステップの間に前記粘弾性媒質(2)中の異なる励起場所(Lj)でそれぞれ弾性せん断波を生成するように適合され、前記異なる励起場所は、最大距離Dmだけ互いに分離され、
- 各励起ステップについてそれぞれ前記粘弾性媒質中の前記せん断波の伝搬の間に時間tkでの前記粘弾性媒質の連続原画像Imj(tk)の組を決定するように適合され、前記原画像は、前記最大距離Dmに少なくとも等しい分解能Rを有し、tkは、前記対応するせん断波の生成から数えられる相対時間であり、
- 前記相対時間tkについて平均画像Im'(tk)を決定するために前記同じ相対時間tkに対応する原画像Imj(tk)を平均化するように適合される
少なくとも1つの電子中央ユニット(4)を含む、撮像装置。 - 前記電子中央ユニット(4)はさらに、前記異なる励起場所(Lj)が前記原画像Imj(tk)で相互に対応して位置決めされるように、前記画像を平均化する前に前記原画像Imj(tk)を空間的に再位置決めするように適合される、請求項15に記載の撮像装置。
- 前記電子中央ユニット(4)は、前記異なる励起場所(Lj)が前記原画像Imj(tk)で同じ座標を有するように各原画像の座標系をオフセットさせることによって前記原画像Imj(tk)を空間的に再位置決めするように適合される、請求項16に記載の撮像装置。
- 前記電子中央ユニット(4)は、励起ステップごとに前記粘弾性媒質(2)中の前記励起場所(Lj)を移動させるように適合される、請求項15から17のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記電子中央ユニット(4)は、時間にわたる連続平均画像に基づいて前記粘弾性媒質(2)の少なくとも1つの点で少なくとも1つのせん断波伝搬パラメータを計算するように適合され、前記せん断波伝搬パラメータは、せん断波速度、せん断係数、ヤング率、せん断波減衰率、せん断弾性、せん断粘度、機械的緩和時間および異方性から選択される、請求項15から18のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記装置は、少なくとも500Hzの帯域幅を持つ前記励起を加えるように適合され、前記中央ユニット(4)は、前記帯域幅での複数の周波数で前記せん断波伝搬パラメータを計算するように適合される、請求項19に記載の撮像装置。
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