JP5877785B2 - せん断波分散振動測定法に対するプッシュ／トラッキングシーケンス - Google Patents

Description

本発明は、せん断波を測定することを対象とし、より具体的には、せん断波分散振動測定法（ＳＤＵＶ、Shear Wave Dispersion Vibrometry）により行うことを対象とする。

生体組織の機械的変化は、病理学的変化と相関がある。健康な組織と病理組織との間のように、せん断弾性率（剛性）及び粘性は、大きく変化することができる。過去１０年間にわたる超音波弾性イメージングの進歩とともに、多くの臨床研究は、組織の粘弾性性質が、より良好な癌診断及び治療評価に対して有用な情報を医師に提供することを示している。

せん断波分散振動測定法（ＳＤＵＶ）は、特徴的せん断波速度分散により、すなわち周波数により、組織のせん断弾性及び粘度を測定する音響放射力ベースの技術である。この技術の応用は、肝線維症及び肝硬変を段階分けする肝臓の剛性の非侵襲的測定である。

医療撮像の目的に対する超音波による検査（interrogation）は、しばしば、縦波を使用する。体内組織において、超音波は、波の形で伝搬する。実際に、伝搬経路全体に沿った粒子は、定位置で、前後に振動し、この振動は、伝搬の方向において生じる。振動は、圧縮及び希薄化を生じる。これらは、シヌソイドのピーク及び谷としてモデル化される。エネルギは、振動粒子運動を用いてターゲットまで伝達され、戻される。

超音波せん断波（横波）は、これに反して、伝搬の方向と垂直である往復面内運動により特徴づけられる。振動は、一方でピークを作り、他方で谷を作る。

ＳＤＵＶを実行することは、一連の焦点合わせした縦波プッシュパルスを放出することを伴う。これらは、焦点において、伝搬の方向が前記プッシュパルスのものと垂直であるせん断波を確立する。焦点深度は、せん断波が関心領域（ＲＯＩ）を通過するように選択されている。縦波トラッキングパルスは、サンプリング点において、せん断波の振幅を評価するように前記ＲＯＩに対して放出される。この測定は、サンプリング場所における前記せん断波の位相を推定するのに使用される。他の場所をサンプリングするために、他のプッシュパルスが、同じプッシング焦点に放出され、当該場所に対するトラッキングパルスが後に続く。この第２のサイクルは、２つの点の間の位相の差が、弾性及び粘度の決定に使用されるので、必要とされる。

前記プッシュパルスの放出とその後のトラッキングパルスの放出との間の時間期間は、両方のサイクルにおいて等しく、場所に基づく位相差を決定する手段として前記測定に有意性を与える。特定のせん断波伝搬速度推定における要因として機能するのは、前記場所に基づく位相差であり、複数の波の周波数に対する結果として生じる速度値は、弾性及び粘度を算出するのに使用される。

従来、トラッキングプローブは、本質的に操縦機能を持たないピストン駆動単要素トランスデューサであるので、Mayo Clinicによる２つの技術文書に記載されるように、各サイクル中のＳＤＵＶサンプリングは、単一の場所からである。前記２つの技術文書は、S. Chen, M. Fatemi及びJ. F. Greenleafに対する"Quantifying Elasticity and Viscosity from Measurement of Shear Wave Speed Dispersion," The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 115, no. 6, pp. 2781-2785, 2004、並びにM. W. Urban, S. Chen及びJ. F. Greenleaf に対する"Error Estimates in Shear Wave Speed and Tissue Material Properties in Shear Wave Dispersion Ultrasound Vibrometry", 2007 IEEE Ultrasonics Symposium, pp.664-667である。

両方の文書が、実際の実験を記載している。

前記位相差として２つの測定の間の差を使用する波伝搬速度を計算する式は、式（４）として両方の文書に表れる。根本的な計算は、Urbanにより著された刊行物においてより詳細に示されている。

他のMayo Clinic刊行物、J. F. Greenleaf及びS. Chenに対する"Ultrasound Vibrometry"と題された米国特許公開番号２００７／００３８０９５は、同じサイクル中に、ａ）２以上の場所からサンプリングするように、及びｂ）２以上の位相測定を行うように、ビームを操縦することを提案している。

提案された方法に対して、本特許出願は、全く同じ式を使用する。

本発明者は、上述の従来技術が、実際の実験を引用しておらず、この提案に関連した特定の時空間サンプリングスキームを特定又は提案しておらず、及びサンプル間遅延を考慮に入れる伝搬速度式の修正を開示又は提案していないと思われることに気付いた。本発明者は、更に、同じサイクル中に複数の場所からサンプリングする場合にこのような遅延を考慮に入れないことが、著しく誤りのある結果を生じる可能性があることに気付いた。

より一般的には、ＳＤＵＶを使用して放射力に誘発されたせん断波を検出することに関連した１つの主な挑戦は、比較的低い振幅の振動である（軸方向変位が１０μｍのオーダである）。前記サンプリングは、前記ＲＯＩ内の所定の又は現在の場所におけるせん断波の振幅を測定する。しかしながら、システム電子ノイズ及び心臓又は呼吸運動のような患者運動は、せん断波変位推定に対する著しいノイズに寄与する。

ノイズの深刻な影響を大きく減少させるために、２より多いプッシュ／トラッキングシーケンスが、複数の横方向場所においてせん断変位の時空間的発達を調査するために発射されることができる。最小二乗フィッティングアルゴリズムは、よりロバストな速度推定を得るために複数の位相遅延推定に適用されることができる。

ＳＤＵＶプッシュパルスは、組織内の同じ励起場所に焦点を合わせる。複数のプッシュ／トラッキングシーケンスからの繰り返される音響的暴露は、結果として累積された局所的組織加熱を生じることができる。これは、連続した励起の間の時間遅延が組織冷却時間より小さい場合に特に真である。前記組織冷却時間は、検査される期間の血流等に依存する。ＳＤＵＶの熱的安全性は、この技術が臨床研究に適用されることができる前に、研究者が対処しなければならない主要な懸案事項の１つである。診断用超音波に対して、食品医薬品局（ＦＤＡ）は、６より小さい温熱指数（組織加熱＜６℃）を要求する。単一のＳＤＵＶプッシュからの熱的増加は、約０．１℃ないし０．２℃であり、ＳＤＵＶの暴露レベルは、組織損傷の大幅に下であるが、ＳＤＵＶの累積効果は、組織及びトランスデューサ加熱に対するリスクを負わせる。

したがって、不都合な熱的効果が防止されるように、可能な限り少ないプッシュ／トラッキングシーケンスで、ロバストな測定を提供する形で可能な限り達成されることが望ましい。

一態様において、新規のせん断波分散振動測定（ＳＤＵＶ）方法は、プッシュパルスの単一のインスタンスの後に、関連した単色せん断波における複数の場所の各々を、１回より多く、サンプリングするようにトラッキングパルスを放出することを含む。これは、別のパス内の場所をスキャンする及び／又は前記場所のうち複数の場所を同時に１つのパルスでサンプリングするサンプリングにおいて行われる。

補足の態様において、所定の瞬間に対する位相差は、サンプル間遅延を考慮に入れることにより決定される。これは、前記決定が、異なる時間に取られたサンプルに依存する場合に、行われる。

他の態様として、前記決定は、異なる時間のサンプルのうち２つを使用して差分を計算し、前記単色せん断波に対して、時間的に前記２つのサンプルの取得の間に生じた伝搬を反映するサンプル間遅延に基づく位相補正を前記計算された差分に加えることを含む。

代替的な態様において、前記計算された差分及び前記補正は、前記２つのサンプルの一方から他方へのスキャンが、波が伝搬するのと反対の方向に生じる場合に符号が反対である数である。

付加的な態様において、前記補正は、前記波の角周波数及び前記２つのサンプルの取得の間の遅延に正比例する。

１つのバージョンにおいて、前記サンプリングは、パスからパスへ、反対方向に生じ、前記考慮に入れることは、前記サンプル間遅延を相殺するように２つの反対方向のパスからのそれぞれの測定値を組み合わせることを含む。

他の態様において、別のパスは、同じ方向に作られる。

一部の実施例において、前記トラッキングパルスは、連続的に、パルス毎に操縦される。

特定の実施例において、前記サンプリングは、１つのパルスを用いて、複数の場所を同時にサンプリングすることを含む。

本発明の特定の態様において、前記パルスは、同時に前記場所の１より多い場所をターゲットとする。

サブ態様において、前記トラッキングパルスは、同時に前記場所の全てをターゲットとする。

他の態様において、前記場所のうち対応する場所から受信するＡライン（A-lines）は、前記トラッキングパルスの１つに応答して、同時に受信される。

異なる態様において、プッシュパルス振動が存在しない場合に、基準パルスが放射され、前記基準パルスからエコーされたデータが、前記波の振幅を計算する際に、トラッキングパルスからエコーされたデータと比較される。

一部のバージョンによると、製品は、プロセスが上記の方法を実行することを可能にする符号化された命令を持つ機械アクセス可能媒体を含む。

同様に、特定の実施例において、せん断波分散振動測定法（ＳＤＵＶ）を実行するコンピュータソフトウェアは、上記の方法を実行するようにプロセッサにより実行可能な命令を含むコンピュータプログラムを具体化するコンピュータ可読媒体を有する。

同様に、一態様によると、ＳＤＵＶに対して構成された超音波装置は、上記の方法を実行するトランスデューサ構成を含む。

更に他の態様において、前記装置は、ユーザ介入なしで自動的に、画像深度及びサンプル取得周波数に基づいて、サンプル毎に単一のＡライン受信モードからサンプル毎に複数のＡライン受信モードに切り替えるように構成される。

新規のＳＤＵＶプッシュ／トラッキングスキームの詳細は、以下の図面の助けとともに、以下に記載される。

本発明による、ＳＤＵＶサンプルのうち連続した２つのサンプルの例となる概略図である。 本発明による、順次的なＳＤＵＶトラッキングを表す例のタイムラインである。 本発明による、図２のタイムラインに対応するフローチャートである。 本発明による、２つの可能なＳＤＵＶ時空間サンプリングの概念図である。 本発明による、それぞれのサンプリング順序に対する代替的なＳＤＵＶせん断波伝搬速度アルゴリズムを示すフローチャートである。 並列ＳＤＵＶトラッキングを表す例のタイムラインである。 本発明による、ＳＤＵＶ順次的及び並列トラッキングの組み合わせを表す例のタイムラインである。 本発明による、マルチライン受信モードとシングルライン受信モードとの間の自動切り替えのタイプの概略図及びフローチャートの組み合わせである。

図１は、説明的かつ非限定的な例を用いて、２つの連続的なＳＤＵＶサンプルの間の関係を描く。超音波プッシングプローブ１０４は、超音波トラッキングプローブ（図示されない）によりサンプリング時間ｔ１、ｔ２において、それぞれ放出された第１及び第２のトラッキングパルス１０８、１１２とともに示されている。プッシングプローブ１０４は、せん断波１１５を確立するように一連の集束されたプッシングパルス（又は"プッシュ"）１１４を送り出し、せん断波１１５の周波数成分が、第１のトレース１１６により表される。組織は、ｙ方向に沿って振動し、前記せん断波は、ｘ方向に沿って伝搬する。

２つの別のプローブは、それぞれプッシング及びトラッキングに使用されることができる。しかしながら、このタイプの大きい構成は、臨床的応用に対して実際的ではない。

加えて、別の単一要素トランスデューサの場合、これは、異なる横方向位置におけるせん断波位相遅延を測定するために前記プッシングパルスの繰り返される発射を必要とし、繰り返される組織加熱の結果となる。

他方で、トラッキングが、アレイトランスデューサを用いて実施される場合、繰り返されるプッシュの必要性は、この提案によって軽減される。

更に、１つのシングルアレイトランスデューサは、プッシング及びトラッキングの両方を果たすことができる。二重目的シングルアレイトランスデューサは、システムをよりコンパクトにし、より制御しやすくする。しかしながら、この構成は、単一のトランスデューサにより音響放射力を生成し、結果として生じるせん断波１１を撮像することが実現可能であることを保証するために、より多くのハードウェア及びソフトウェアサポートを必要とする。前記シングルトランスデューサは、横方向及び高度方向プッシング及び／又はトラッキングパルス場所を可能にする単一行アレイ（１Ｄトランスデューサ）又は複数行アレイ（２Ｄトランスデューサ）であることができる。

高度な２Ｄアレイ技術は、トラッキングパルスが３Ｄ次元において送信されることを可能にするが、しかしながら、以下の議論は、軸方向‐横方向面における組織運動をトラッキングすることに関する。同じ処置が、一般性を失うことなしに、軸方向‐高度方向面にも当てはまる。

トラッキングパルス１０８、１１２は、Δｒの距離１２８により空間的に分離されるそれぞれの場所１２０、１２４をターゲットとする。せん断波１１５は、伝搬距離に対して減衰するので、距離１２８は、典型的には、ミリメートル範囲である。ｙ軸１３６上に表される振幅１３２が、測定される。振幅１３２に基づいて、場所１２０におけるΦ₁の位相１４０は、ナイキスト閾値がサンプリング周波数に関して満たされるという条件で、算出されることができる。前記ナイキスト閾値は、十分な周波数に対して場所１２０上の複数のサンプリングパスにより満たされることができる。

サンプリング時間ｔ１、ｔ２が同じである場合、トラッキングパルス１１２からの戻りデータ、すなわちエコーデータは、第１の波形１１６上のサンプリングされた点に対応する位相１４２を示している。

しかしながら、トラッキングパルスが、これら２つの場所１２０及び１２４に対して順次的に発射される場合、サンプリング時間ｔ１、ｔ２は、同時ではない。

事実、時間ｔ₂により、せん断波成分１１６は、第２のトレース１４４により表される周波数成分を持つ波形として、前方に伝搬している。

第２のトレース１４４上のΦ₂の対応するサンプリングされた位相１５２は、ΔΦ＝Φ₂−Φ₁の位相差だけ、第１のトレース１１６上のΦ₁の位相１４０と異なる。

図１からわかるように、ΔΦは、同時トラッキングパルスが取ってくる位相１４０と１４２との間の差より小さい。

図１から更にわかるように、ΔΦは、ωΔｔのサンプル間遅延に基づく位相補正１５６だけ小さく、"ω"は、単色せん断波１１６の角周波数を表し、"Δｔ"は、前記２つのサンプルのそれぞれのサンプリング時間ｔ１、ｔ２における取得の間に遅延を示す。

それにもかかわらず、ω及びΔｒとともに、せん断波周波数成分１１６の伝搬速度を規定するのは、位相１４０と１４２との間の差である。

当該差は、ωΔｔのサンプル間遅延に基づく位相補正１５６を位相差ΔΦに加算することにより計算される。

図２は、ここで提案される連続ＳＤＵＶトラッキングを描いている。プッシュパルス１１４が、前記関心領域（ＲＯＩ）を振動させる前に、基準トラッキングパルス２０２、２０４、２０６、２０８が、それぞれのサンプリング場所ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４をターゲットとして、放出される。場所ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４は、プッシングに対する励起点から外に放射状に、すなわち、せん断波１１５の伝搬方向において並べられる。パルス２０２、２０４、２０６、２０８は、各々、エコー２１０、２１２、２１４、２１６がそれぞれ後に続く。せん断波１１５は、この場合、場所ｘ０、すなわち、前記励起点のサイトにおいて確立される。これは、典型的には約１００Ｈｚであることができるプッシュ周波数２１９において発射されるプッシュパルス２１８の最初の一組（図２に示されない）により行われる。プッシュパルス２１８のうちトラッキングシーケンスを開始する１つは、一度波１１５が確立されると、放出することができる。トラッキングパルス２２２、２２４、２２６、２２８のパス２２０は、連続して、パルス単位で、操縦されて、続いて起こる。トラッキングパルス２２２、２２４、２２６、２２８が、放射され、各々の後にそれぞれのエコー２３０、２３２、２３４、２３６が続く。パス２２０は、２ＫＨｚの同一場所トラッキング周波数２３８において放出する。したがって、２０のパス２２０が、プッシュ２１８の後に続くことができる。また、２ｋＨｚの同一場所トラッキング周波数２３８は、約１ｋＨｚ、前記ナイキスト閾値までの周波数の成分１１６の位相測定を可能にする。トラッキングパルス２２２、２２４、２２６、２２８の各々は、前記ナイキスト閾値の固有の制限内で、前記周波数成分の各々の測定を同時に提供するのに役立つことができる。

規則的なＢモード撮像が使用され、すなわち、トラッキングパルス２２２、２２４、２２６、２２８は、電子的に焦点を合わせられ、２つの隣接したプッシングパルス２１８の間に異なる場所ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４において横方向に往復して操縦される。異なる場所ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４における受信Ａラインは、したがって、連続して形成される。各Ｂモードフレーム内の送信ラインの数は、せん断波１１５に対するサンプリングＰＲＦ（パルス反復周波数）が十分に高くなるように制限されるべきである。図２に見られるように、例えば、各場所ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４に対して、同一場所トラッキング周波数２３８が、２ＫＨｚ（ＰＲＦ₂）であるのに対し、送信Ａライン周波数２４２は、８ＫＨｚ（ＰＲＦ₃）である。

有利には、単に、単一のプッシュ／トラッキングシーケンス２４０が、せん断波速度推定に対して必要とされる全てのＳＤＵＶ情報を得るのに必要とされる。より高速なデータ取得は、ここで提案されるように、単一点"仮想生検"ツールから可能なリアルタイム撮像モダリティまでＳＤＵＶの技術を進める重要な必要条件である。同時に、組織及びトランスデューサにおいて生成される熱は、せん断波トラッキングに対して観測される横方向場所ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４...の数を維持しながら、減少されることができる。本発明の他の利点は、特に異なるプッシング／トラッキングシーケンス２４０中に組織が経験する呼吸運動のような大きな時間スケールのノイズを避けるように、せん断波変位推定におけるノイズを減少させることができることである。

前記プッシュ／トラッキングシーケンスのトラッキングパルスに対して、"プッシュパルスの単一のインスタンス"は、ここで、前記トラッキングパルスに時間的に直ちに先行するプッシュパルスとして規定される。

図３は、図２のタイムラインに対応するフローチャートである。焦点が、第１の場所ｘ１にセットされる（ステップＳ３０４）。現在のトラッキング基準パルス２０２が、放射される（ステップＳ３０８）。測定されるべきより多くの場所（すなわち、ｘ２、ｘ３、ｘ４）が存在する（ステップＳ３１６）場合、前記焦点は、次の場所に操縦され（ステップＳ３２０）、処理は、当該次の場所を前記現在の場所として、トラッキング基準パルス放射ステップＳ３０８に戻る。他方で、測定されるべき他の場所が存在しない（ステップＳ３１６）場合、プッシュパルス２１８が、せん断波１１５を確立するように連続して発射される（ステップＳ３２４）。前記焦点は、次いで、第１の場所ｘ１にセットされる（ステップＳ３２８）。現在のトラッキングパルス２２２が放射され（ステップＳ３３０）、そのエコー２３０が返される（ステップＳ３３２）。現在のパス２２０において放出するより多くのトラッキングパルス（すなわち、２２４、２２６、２２８）が存在する（ステップＳ３３３）場合、前記焦点は、対応する次の場所にセットされ（ステップＳ３３４）、処理は、前記次の場所を前記現在の場所として、トラッキングパルス放射ステップＳ３３０に戻る。そうでなければ、放射されるべき次のトラッキングパルスが存在しない場合、クエリが、他のパスが場所ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４に対して作成されるべきであるかどうかに関して行われる（ステップＳ３３６）。次のパスが作成されるべきである場合、前記次のパスは、前記現在のパスとして作成され（ステップＳ３４０）、処理は、ステップＳ３２８における次のパス２２０の開始に戻る。しかしながら、（現在のプッシュ／トラッキングシーケンス２４０において）作成されるべき次のパス２２０が存在しない場合、サンプリングが完了する。単一のプッシュ／トラッキングシーケンス２４０は、この提案された技術において、せん断波速度のＳＤＵＶ決定に対して必要とされる全てのサンプリングを提供するのに十分であり、実際的な実施例において、組織弾性及び粘度の計算に対して十分である。

２つの可能なＳＤＵＶ時空間サンプリングスキーム４０２、４０４は、ここで提案されるように、図４に描かれる。

一定方向（uniform-direction）サンプリングスキーム４０２に対して、４つのパス２２０が示されている。各々は、３つの場所ｘ１、ｘ２、ｘ３上である。各々は、図４において左から右の方向に表される。４１１ないし４２２で示される番号１ないし１２は、前記サンプリングが生じる順序に対応する。別のパス２２０が、同じ方向に作成される。

交互方向（alternating-direction）サンプリングスキーム４０４は、同様に、３つの場所ｘ１、ｘ２、ｘ３上の４つのパス２２０に対して示される。しかしながら、一定方向サンプリングスキーム４０２と対照的に、交互方向サンプリングスキーム４０４は、各パス２２０でのスキャンの方向を交互に入れ替える。４３１ないし４４２で示される番号１ないし１２は、前記サンプリングが生じる順序に対応する。反対方向におけるサンプリングは、下で更により詳細に論じられるように、サンプル間遅延に基づく位相補正１５６における加算に対して代替的である。

場所ｘ２における同一場所トラッキング周波数２３８は、両方のサンプリングスキーム４０２、４０４において同じである。交互方向サンプリングスキーム４０４における中心を外れた場所ｘ１、ｘ２に対して、サンプリングは、時間的に不規則である。しかしながら、前記ナイキスト閾値は、不規則なサンプリングに適用できる。前記閾値の影響を受けるのは、平均サンプリング周波数である。前記平均サンプリング周波数は、両方のスキーム４０２、４０４の全ての場所ｘ１、ｘ２、ｘ３に対して同じなので、前記スキームのいずれかは、エイリアシングを防ぐ形で実施可能である。

図５は、異なる時間ｔ１、ｔ２においてサンプルが取られるそれぞれの順序に対する代替的なＳＤＵＶせん断波伝搬速度アルゴリズム５００を示す。

せん断波１１５が伝搬する同じ方向におけるスキャンに対して、順方向スキャンの式５１０が当てはまる。式５１０の算出は、以下の通りである。
ｃ_s(ω)＝λｆ、ここでｃ_sは伝搬速度であり、ラムダは波長であり、ｆは波の周波数である。

また、ω＝２πｆであり、Δｒ＝λΔΦ／２πであり、ΔΦは、同時に取られた前記２つのサンプルの間の、所定の瞬間に対する、位相差を表す。

全てのパラメータは、正であると仮定される。

値を代入すると、ｃ_s(ω)＝ωΔｒ／Δφを生じる。

時間ｔ１、ｔ２において取られた２つの異なる時間のサンプルの間のサンプル間遅延を明らかにするために、ωΔｔのサンプル間遅延に基づく位相補正１５６は、図１に関連して上で説明されるように、ΔΦに加算される。補正１５６は、波１１５、特に速度が現在測定されている波成分の角周波数ωに、及び前記２つのサンプルの取得の間の遅延Δｔに正比例する。

せん断波１１５が伝搬するのと反対の方向におけるスキャンに対して、逆スキャン式５２０が適用される。逆スキャン式５２０において、ωΔｔのサンプル間遅延に基づく位相補正１５６の符号は、所定の瞬間に対する計算された（位相）差ΔΦのものと反対である。補正１５６を負にする理由は、ここで及び図１に関連して上の説明に類似した理由づけに基づく。サンプル間遅延に基づく位相補正１５６は、単色せん断波１１６に対して、時間的にそれぞれ時間ｔ１、ｔ２における２つの異なる時間のサンプルの取得の間に生じた伝搬を反映する。

１つのパス２２０におけるスキャンが、他の、例えば後の、パスにおけるスキャンと反対の方向である場合、同じ２つの場所ｘ１、ｘ２におけるそれぞれのΔΦ測定値は、サンプル間遅延を相殺するように平均されることができる。これは、２つの場所ｘ１、ｘ２の間のサンプル間遅延が両方のパスにおいて等しいと仮定する。前記仮定が有効である場合、式５３０の分母は、決定される場合にサンプル間遅延に基づく位相補正１５６が、単一スキャン方向の式５１０、５２０の分母の平均により相殺されることを示す。したがって、補正１５６は、計算される必要がなく、式５３０を使用するのに不要である。

並列ＳＤＵＶトラッキングは、図２の順次的トラッキングとは反対に、図６に描かれており、この描写は、１つの可能な実施例を表す。並列トラッキングにおいて、トラッキングパルスは、前記複数の場所のうち１より多い、実際には全ての場所を同時にターゲットとする。

プッシングパルス２１８により作成されるせん断波伝搬を監視するために、各検出点又は場所ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４における同一場所トラッキング周波数２３８は、分析中の最高高調波周波数に対して、前記ナイキスト制限を満足するのに十分に高くセットされるべきである。上記の例のシナリオを受けて、及び図６に示されるように、各検出点は、２ＫＨｚの同一場所トラッキング周波数２３８によりトラッキングされ、４つの検出点又は場所ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４は、８ＫＨｚである送信Ａライン周波数２４２で順次的にスキャンされる。より多くの検出点が望ましい場合、超音波システムは、更に高いＰＲＦで送信することを必要とされ、これは、この"順次的トラッキング"モードの下では実現するのが難しい又は不可能でありうる（最大撮像深度への及び戻る超音波移動時間により物理的に制限される）。

この問題を克服するために、"並列トラッキング"と称される第２の方法が、ここで提案され、例示的な実施例において以下に描かれる。

並列受信Ｂモードにおいて、幅広い送信ビームは、各々、弱く集束される。これらは、それぞれのプッシュ２１８の間に、異なる場所ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４に広がる同一領域に繰り返し放射される。所定の単一検出送信に対して、複数の受信Ａラインが、同時に前記アレイにより受信される後方散乱信号を使用してマルチラインビームフォーマにより並列ビーム形成される。換言すると、前記複数の場所のうち多重の場所が、各トラッキングパルスで同時にサンプリングされる。

トラッキング基準送信６０２が、送信される。複数の並列受信基準Ａライン６０４、６０６、６０８、６１０は、それぞれの場所ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４に対して形成される。励起点ｘ０におけるプッシュパルス２１８の後に、ある数のトラッキング送信パルス６１２が放出され、各々の後に、対応する場所ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４に対するそれぞれの並列受信Ａライン６１４、６１６、６１８、６２０が続く。トラッキング送信パルス６１２及びそれぞれの並列受信Ａライン６１４、６１６、６１８、６２０は、並列プッシュ／トラッキングシーケンス６２４中に２ｋＨｚの並列トラッキング周波数６２２で繰り返される。

必要であれば、より多くの受信Ａラインは、前記システムがより幅広い送信及び高次のマルチライン受信ビームフォーマをサポートする限り、前記トラッキングＰＲＦを下げることなしに空間的サンプリング精度を増大させるようにここに追加されることができる。図２及び３において上で描かれた順次的方法と同様に、前記並列トラッキング方法は、せん断波励起原点における集束された超音波の繰り返される発射を必要としない。これは、せん断波速度推定が１つの単一プッシュ／トラッキングシーケンスにより実施されることを可能にする。

前記並列トラッキング方法において、異なる横方向場所ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４をカバーする検出パルスが、１つの単一ショットで放射されるので、異なる横方向場所における変位推定１３２は、同時にサンプリングされる。この場合、補償をする必要が存在しない。前記せん断波速度は、式、
ｃ_s(ω)＝ωΔｒ／ΔΦ （式５４０）
を使用して単純に推定されるべきである。

もちろん、弱い焦点を持つより幅広いビーム６１２を送信することは、前記焦点における画像空間解像度を劣化させる。平面波送信の極端な場合に、並列トラッキングは、前記順次的トラッキングよりわずかに低いＳＮＲで変位推定値を生成することができる。ＳＮＲが非常に重要な問題である又は前記超音波システムが低次マルチラインビームフォーマしか備えていない場合、前記"順次的トラッキング"及び"並列トラッキング"方法は、"ハイブリッドトラッキング"方法に結合されることができる。

図７は、ＳＤＵＶ順次的及び並列トラッキングの組み合わせを表す例のタイムラインである。

前記順次的及び並列トラッキングは、幾つかの場所、ここではｘ１及びｘ２が（トラッキング送信パルス７０２により）同時にサンプリングされ、依然として場所ｘ１、ｘ２が場所ｘ３、ｘ４に対して順次的にサンプリングされることを除き、前記並列トラッキングと同様である。

このシナリオにおいて、２Ｘマルチラインビームフォーマは、並列トラッキングに対して十分である。個々の点に対するトラッキングＰＲＦは、２ＫＨｚ（ＰＲＦ₂）であり、前記超音波システム送信ＰＲＦは、４ＫＨｚ（ＰＲＦ₃）である。前記せん断波速度を計算する場合、上に示される式５４０は、点ｘ１及びｘ２が分析される場合に使用されるべきである。対照的に、適切な式５１０、５２０、５３０は、点ｘ１及びｘ３が分析される場合に使用されるべきである。

図８は、本発明による、マルチライン受信モードとシングルライン受信モードとの間の自動切り替えのタイプの概略図及びフローチャートの組み合わせである。

超音波プローブ８０４は、最大画像深度８１７において、ＲＯＩ８１６、ここでは器官又は血管内のそれぞれの場所にトラッキングパルス８０８、８１２を送信する。前記送信は、図６に示されるような、マルチライン受信モード８２０、又は図２に示されるような、シングルライン受信モード８２４である。

監視プロセス８２８は、最大画像深度８１７（ステップＳ８３２）、送信Ａライン周波数２４２（ステップＳ８３６）、及び現在のモード８３６（ステップＳ８４０）を確認する。最大画像深度８１７及び送信Ａライン周波数２４２が、十分に高い場合、組織を通る音の速度は、シングルライン受信モード８２４からマルチライン受信モード８２０に切り替えることを要求する制限をかけうる。同様に、信号のペースが受け入れられることができるかどうかに依存して、前記マルチライン受信モードから前記シングルライン受信モードへの遷移が、行われうる。

せん断波分散振動測定（ＳＤＵＶ）は、以下のように実行され、すなわち、プッシュパルスの単一インスタンスの後に、複数のトラッキングパルスは、前記複数のトラッキングパルスのパルスを用いる、別のパス内の前記複数の場所におけるスキャンの少なくとも１つが、前記複数の場所のうち多重の場所を同時にサンプリングするサンプリングにおいて、関連した単色せん断波上の複数の場所の各々を、１回より多く、サンプリングするように放出される。補足の態様において、所定の瞬間に対する位相差は、前記決定が異なる時間に取られるサンプルに依存する場合に、サンプル間遅延を考慮に入れることにより決定される。

革新的なＳＤＵＶプッシュ／トラッキングスキームは、音響放射力励起２１８の回数を制限することにより組織加熱を減少させることができる。

注意すべきは、上述の実施例が、本発明を限定するのではなく、説明していることであり、当業者が、添付の請求項の範囲から逸脱することなしに多くの代替的な実施例を設計することができることである。例えば、図面に示されるより多い又は少ない場所が、様々な実施例においてサンプリングされることができる。また、トラッキング基準パルスは、既定であってもよく、波の振幅を決定するためにある場所に対する繰り返されるＡラインの間の相互相関により置き換えられてもよい。請求項において、括弧間に配置される参照符号は、請求項を限定すると解釈されるべきでない。動詞"有する"及びその活用形の使用は、請求項に記載されたもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素に先行する冠詞"１つの"は、複数のこのような要素の存在を除外しない。本発明は、複数の別個の要素を有するハードウェアを用いて、及びコンピュータ可読媒体を持つ適切にプログラムされたコンピュータを用いて実施されることができる。特定の方策が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。

Claims (15)

1. せん断波分散振動測定方法において、前記方法が、
   プッシュ／トラッキングシーケンスに対して、せん断波を確立するように関心領域内の励起場所に集束されるプッシュパルスの単一のインスタンスを放出するステップと、
   前記プッシュ／トラッキングシーケンスに対する前記プッシュパルスの前記単一インスタンスの後に、前記確立されたせん断波の関連する単色せん断波において第１の複数のターゲット場所の各々を、１回より多く、サンプリングするように複数のトラッキングパルスを放出するステップと、
   を有し、前記サンプリングが、（ｉ）前記複数のトラッキングパルスの別のパスにおける前記第１の複数のターゲット場所をスキャンすることによりサンプルを取得すること、及び（ｉｉ）前記複数のトラッキングパルスの各トラッキングパルスを用いて、前記第１の複数のターゲット場所のうち第２の複数のターゲット場所を同時にサンプリングすることによりサンプルを取得することを有し、前記サンプルが、推定せん断波伝搬速度の決定に使用するデータを提供し、前記方法が、
   所定の瞬間に対して、前記サンプリングにおいて異なる時間において取得されるサンプルに依存する前記推定せん断波伝搬速度の決定に対してサンプル間遅延に基づく位相補正を加えることにより又は前記サンプル間遅延を相殺するように前記サンプリングの測定値を組み合わせることにより位相差を決定するステップ、
   を有する、方法。
2. 前記サンプル間遅延に基づく位相補正を加えることにより位相差を決定する場合に、前記決定するステップが、
   異なる時間のサンプルのうち２つを使用して前記位相差を計算するステップと、
   前記単色せん断波に対して、時間的に前記２つのサンプルの取得の間に生じた伝搬を反映するサンプル間遅延に基づく位相補正を前記計算された位相差に加えるステップと、
   を有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記２つのサンプルの一方から他方にスキャンすることが、前記せん断波が伝搬する方向と反対の方向において生じる場合に、前記計算された位相差及び前記サンプル間遅延に基づく補正は、符号が反対である数である、請求項２に記載の方法。
4. 前記サンプル間遅延に基づく補正が、前記せん断波の角周波数及び前記２つのサンプルの取得の間の遅延に正比例する、請求項２に記載の方法。
5. 前記サンプリングの測定値を組み合わせることにより位相差を決定する場合に、前記サンプリングが、パスからパスへ、反対方向に生じ、前記組み合わせることが、前記サンプル間遅延を相殺するように前記パスのうち２つの反対方向のものからのそれぞれの測定値を組み合わせることを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記トラッキングパルスが、連続して、パルス単位で、操縦される、請求項１に記載の方法。
7. 前記サンプリングが、前記複数のトラッキングパルスの単一のトラッキングパルスで前記第１の複数のターゲット場所のうち第２の複数のターゲット場所を同時にサンプリングする、請求項６に記載の方法。
8. 前記トラッキングパルスが、前記第１の複数のターゲット場所のうち１より多い場所を同時にターゲットとする、請求項１に記載の方法。
9. 前記複数のトラッキングパルスの１つに応答して、前記第１の複数のターゲット場所の対応する場所から複数の受信Ａラインを同時に受信するステップを有する、請求項１に記載の方法。
10. プッシュパルス振動が存在しない場合に基準パルスを放射するステップと、
    前記せん断波の振幅を計算する際に、前記基準パルスからエコーされたデータと前記複数のトラッキングパルスのトラッキングパルスからエコーされたデータを比較するステップと、
    を有する、請求項１に記載の方法。
11. せん断波分散振動測定を実行するコンピュータソフトウェアにおいて、前記ソフトウェアが、複数の動作を実行するようにプロセッサにより実行可能な命令を含むコンピュータプログラムを具体化するコンピュータ可読媒体を有し、前記複数の動作が、
    プッシュ／トラッキングシーケンスに対して、せん断波を確立するように関心領域内の励起場所に集束されるプッシュパルスの単一のインスタンスを放出する動作と、
    前記プッシュ／トラッキングシーケンスに対する前記プッシュパルスの前記単一インスタンスの後に、前記確立されたせん断波の関連する単色せん断波において第１の複数のターゲット場所の各々を、１回より多く、サンプリングするように複数のトラッキングパルスを放出する動作と、
    を有し、前記サンプリングが、（ｉ）前記複数のトラッキングパルスの別のパスにおける前記第１の複数のターゲット場所をスキャンすることによりサンプルを取得すること、及び（ｉｉ）前記複数のトラッキングパルスの各トラッキングパルスを用いて、前記第１の複数のターゲット場所のうち第２の複数のターゲット場所を同時にサンプリングすることによりサンプルを取得することを有し、前記サンプルが、推定せん断波伝搬速度の決定に使用するデータを提供し、前記動作が、
    所定の瞬間に対して、前記サンプリングにおいて異なる時間において取得されるサンプルに依存する前記推定せん断波伝搬速度の決定に対してサンプル間遅延に基づく位相補正を加えることにより又は前記サンプル間遅延を相殺するように前記サンプリングの測定値を組み合わせることにより位相差を決定する動作、
    を有する、コンピュータソフトウェア。
12. せん断波分散振動測定に対して構成される超音波装置において、前記超音波装置が、トランスデューサ構成を有し、前記トランスデューサ構成が、
    プッシュ／トラッキングシーケンスに対して、せん断波を確立するように関心領域内の励起場所に集束されるプッシュパルスの単一のインスタンスを放出し、
    前記プッシュ／トラッキングシーケンスに対する前記プッシュパルスの前記単一インスタンスの後に、前記確立されたせん断波の関連する単色せん断波において第１の複数のターゲット場所の各々を、１回より多く、サンプリングするように複数のトラッキングパルスを放出し、
    前記サンプリングが、（ｉ）前記複数のトラッキングパルスの別のパスにおける前記第１の複数のターゲット場所をスキャンすることによりサンプルを取得すること、及び（ｉｉ）前記複数のトラッキングパルスの各トラッキングパルスを用いて、前記第１の複数のターゲット場所のうち第２の複数のターゲット場所を同時にサンプリングすることによりサンプルを取得することを有し、前記サンプルが、推定せん断波伝搬速度の決定に使用するデータを提供し、前記トランスデューサ構成が、
    所定の瞬間に対して、前記サンプリングにおいて異なる時間において取得されるサンプルに依存する前記推定せん断波伝搬速度の決定に対してサンプル間遅延に基づく位相補正を加えることにより又は前記サンプル間遅延を相殺するように前記サンプリングの測定値を組み合わせることにより位相差を決定する、
    超音波装置。
13. 前記サンプル間遅延に基づく位相補正を加えることにより位相差を決定する場合に、
    前記サンプリングにおいて、異なる時間に取得される２つのサンプルを使用して位相差を計算し、
    前記単色せん断波に対して、時間的に前記２つのサンプルの取得の間に生じる伝搬を反映するサンプル間遅延に基づく補正を前記計算された位相差に加える、
    請求項１２に記載の超音波装置。
14. 前記サンプリングの測定値を組み合わせることにより位相差を決定する場合に、前記装置が、パスからパスへ、反対方向にサンプリングし、サンプル間遅延を相殺するように前記パスの２つの反対方向のものからのそれぞれの測定値を組み合わせる、請求項１２に記載の超音波装置。
15. ユーザ介入なしで自動的に、画像深度及び送信Ａライン周波数に基づいて、サンプル毎のシングルＡライン受信モードからサンプル毎のマルチＡライン受信モードに切り替える、請求項１２に記載の超音波装置。

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