JP5886318B2 - 質量中心を用いたせん断波速度の推定 - Google Patents

Description

本発明は、せん断波の到着時間の検出に関し、より詳細には、せん断波が誘起する変位に基づくせん断波の到着時間の検出に関する。

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、大きく変化しうる。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。

組織の機械的特性を測定する一の方法は、超音波せん断波エラストグラフィである。超音波せん断波エラストグラフィは、音響放射力(ARF)を利用して軟組織においてせん断波を発生させて、その後せん断波変位を追跡して、組織の弾性と粘性を推定する。この方法の用途は、肝線維症と肝硬変の進行段階を判断する肝臓の非侵襲測定である。

医療撮像の目的に対する超音波による検査（interrogation）は、通常縦波を使用する。体内組織において、超音波は、波で伝播する。実際に、伝播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、伝播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、正弦曲線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標的まで伝達され、戻される。

対照的に、超音波せん断波（横波）は、伝播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。波は複数の成分を含む。前記複数の成分の各々は、独自の周波数で振動している。求められるものは、波の包絡線の伝播速度すなわち「群速度」である。

最初に集束した縦波プッシュパルスが放出される。その集束した縦波プッシュパルスは、高強度で、長期間で、かつ、狭帯域の信号である。プッシュパルスはせん断波を生成する。最初に焦点深度が、せん断波が関心領域(ROI)を通り抜けるように選択された。プッシュパルスは、複数回の測定で繰り返し放出されることで、せん断波速度の推定精度を向上させ得る。典型的な繰り返し速度は100Hzである。

縦波のトラッキングパルスが、サンプリング地点（「横方向位置」）での、ある観察周期（10msのオーダー）にわたるせん断波の振幅を評価するために、ROIへ放出される。測定は、せん断波が伝播する横方向に垂直な体組織の変位である。その伝播は、プッシュフォーカスで励起領域(ROE)から離れる方向である。ピーク変位と関与するプッシュパルスとの間の時間間隔は、タイム・トゥ・ピーク(TTP)と呼ばれる。TTP法の例は特許文献1で見つけられる。

TTPは、ROEの外側に位置する、互いに伝播路に沿った直線で位置合わせされている多数の横方向位置について同様に決定される。音響放射力インパルス(ARFI)イメージング法のように、各異なる位置のピーク間での時間遅延を得ることができる。

横方向位置間の既知の距離に基づいて、せん断波が伝播する距離とその距離を進むまでの時間との間の関数で表される関係を推定することができる。

ある位置から別な位置までせん断波がROEから外側へ伝播することで、幾何学的な広がりと粘性が、変位の遅延を生じさせる。従って一定の変位が実現されているときに位置毎に単純に検出するのは、群速度の決定にとっては実用的な手段ではない。

この点では、TTPは、波のピーク変位が、ある位置で起こるときに、その波が、その位置に到達又は通過することを仮定している。TTPはさらに、ROE外部でのピーク変位が、せん断波の群速度で進行することを仮定している。

特許文献1は、これらの過程が、純粋な弾性媒質又は穏やかな分散性媒質で成立することを発見している。

国際公開第2008/0249408号パンフレット 国際公開第2011/007278号パンフレット 米国特許出願公開第2009/0069693号明細書

C. PassmannとH. Ermert、IEEE Trans. Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, 第43巻, pp. 545-52、1996年

以降の提案は、上述の懸念のうちの1つ以上を解決することに関する。

本願発明者等は、ある位置での波の到達時間は、その時点での波形の質量中心(COM)がその位置で存在する時間によって特徴付けられ、かつ、COM法は、TTP法よりもグランドトゥルース(ground truth)により近いせん断波速度値を得る傾向にあることを発見した。これは、最高の信号対雑音比(SNR)を得るのに、横方向位置がROEに近いときに最もよく当てはまる。ROEに近い位置では、分散はCOMよりもTTPにより影響する。よってCOMの方が望ましくなる。本願発明者等はさらに、SNRが低いとき、COMは多数のピークからの誤差を起こしにくいことも発見した。

以降で詳述するように、サンプリング時間の重み付けされた平均は、サンプリングが検査されている体組織内で起こる横方向位置に固有な波形のCOMに対応する時間を推定するのに利用される。サンプリングは、同一のプッシュに基づいて複数の横方向位置で実行されて良い。プッシュサイクルは、各波形を「良好にする(fill out)」ように様々なサンプリングのタイミングで繰り返されて良い。

有利となるように、重み付けされた平均の（候補となる）加えられる数のサンプリング時間因子は、サンプリング時間に観測される変位が閾値を超えない場合には、選択的に排除されて良い。このフィルタリングの第1段階を克服する加えられる数/因子はまた、ピーク周辺でかつピークに隣接する閾値よりも大きな部分で連続的な変位を示すことが求められ得る。その部分は、一連の連続する変位値に適合する曲線に対応し、かつ、その曲線からの距離の絶対値の合計が合計された偏差の閾値を超えない場合には、連続的とみなすことができる。

あるいはその代わりに又はそれに加えて、横方向位置も同様に、十分に小さな変位に基づいて選択的に排除されて良い。変位が小さいことで、いずれの場合でも、雑音は大きな悪影響を及ぼす恐れがある。従って低信号対雑音比(SNR)のデータは、波の到達時間の計算からフィルタリングされる。それによりその精度は向上する。

本発明によると、装置が、伝播路に沿った位置で測定されるせん断波が誘起する変位を利用して、その位置でのせん断波の到達時間を表す重み付けされた平均を計算するように設計される。

一の態様では、当該装置はさらに、せん断波が前記伝播路に沿った各異なる位置に存在する時間に基づいて、前記せん断波の伝播速度を推定するように構成される。

本発明の態様では、前記速度は、前記せん断波の群速度の大きさである。

本発明の他の態様では、前記重み付けは前記変位に基づく。

本発明の特別な態様では、前記重み付けは前記変位による。

本発明の他の態様では、前記の重み付けされた値は、前記変位を検出するサンプリングに係る時間に対応する。

本発明の他の態様では、前記変位は、該変位が瞬間変位閾値を満たすか否かに基づき、前記平均の計算から選択的に排除される。

本発明の他の態様では、当該装置は、複数の位置での前記変位を利用するように構成される。前記閾値は、各平均が計算される位置と共に変化する。

本発明の関連する態様では、前記閾値は、媒質が有する材料のピーク変位に基づく。前記伝播路は前記媒質を通り抜ける。

本発明の他の具体的態様では、前記閾値は、前記ピーク変位に対して直接比例する。

本発明の他の態様では、当該装置は、複数の位置で利用することで、各到達時間を表す各重み付けされた平均を計算するように構成される。前記閾値は、前記ピーク変位に位置に対して変化しない因子を乗じた値に等しい。前記ピーク変位は位置と共に変化する。

本発明の他の態様では、前記因子は、ある基準に基づいて動的に変化する。

本発明の他の特別な態様では、前記基準は、雑音の指標に基づく。

別の態様として、当該装置は、複数の位置での利用及び前記複数の位置のうちの1つ以上の選択的排除を行うように構成される。

本発明の他の特別な態様では、当該装置はさらに、前記選択が、ある基準に動的に基づくように構成される。

本発明の関連する態様では、前記基準は、各対応するピーク変位がピーク変位閾値を超えるか否かの基準を含む。

本発明の一部の実施例では、当該装置は、前記測定用に構成された超音波トランスデューサを有する。

本発明の一部の実施例では、当該装置は、1つ以上の集積回路として実装される。

本発明の異なる態様では、前記重み付けされた平均は、前記位置での到達時間に等しい。

本発明のさらに異なる態様では、前記変位は体組織の変位である。

本願明細書での提案は、装置、当該装置の作製方法、当該装置の機能を実行するコンピュータプログラム、前記機能を伝達する信号、及び/又は、前記信号の発生方法として実現可能である。当該発生方法は、前記信号を発生させるように、a)当該装置への配線入力、及び、b)送信アンテナのうちの少なくとも1つに印加される電流を変化させる段階を有する。

新規なせん断波の到達時間法の詳細は、以下で図面の助けを借りながら説明する。

媒質からの測定を行う超音波プローブの例の概略図である。 時間変化する変位の位置に基づく一連の典型的なグラフと、せん断波速度の決定に用いられる式を示している。 システム動作のフローチャートである。 16×のマルチラインビームフォーマで実施される回帰動的送信(RDT)を用いた標本の取得を例示的に表す送受信を概略的に表している。 RDTにおける検出ビーム送信の焦点の可能な位置設定を表す概略図である。

図1は、媒質108−たとえば体組織−へ入射するようにプッシュビーム104を放出する超音波トランスデューサ（図示されていない）を有する超音波プローブ100の例である。具体的には、高強度で狭帯域の信号は、たとえば100Hzの繰り返し速度で放出される。プローブ100は、面内の変位に基づく重み付け装置110を有する。

結果として得られるプッシュビームの各々は、各対応するせん断波112を生じさせる。それに応じて、トラッキングビーム116,120,124,128,132が超音波プローブから放出され、かつ、それに対応するエコー（図示されていない）が処理のために受信される。

トラッキングビーム116-132は、せん断波112の伝播路156に沿った各異なる位置136,140,144,148,152での体組織108内でのせん断波によって誘起される垂直変位を測定するのに利用される。最初参照パルス（図示されていない）が、変位の後続測定用の参照フレームを与えるように、各位置へ放出される。

せん断波112は、超音波が伝播する1540m/secよりも大雑把に見積もって1000倍遅い速度で体の軟組織を通り抜けて進行する。

トラッキングビーム116-132及び過去に放出された参照パルスに応じて、各対応するエコーが、プローブ100へ戻る。交差相関又は位相シフト計算を用いることによって、位置136-152での変位が導かれる。

位置136-152で測定される変位は、本願の提案によると、後述するように、いつせん断波112がその位置に到達したのかを判断するため、重み付け装置110によって利用される。これらの決定された時間は、変位測定が行われた組織の機械的パラメータを計算するのに利用することが可能である。そのような機械的パラメータの例は、せん断弾性率、ヤング率、動的せん断粘性、せん断波速度、及び機械的インピーダンスである。

たとえば、位置136-152間での既知の距離及びサンプリングにおいて利用される既知のタイミングに基づいて、せん断波112が伝播する位置間の距離と、位置間での伝播が起こる期間との間の関数で表される関係を推定することができる。線形回帰が上記決定に利用されて良い。回帰直線の傾斜は、せん断波112の群速度の大きさを示す。その大きさは、組織108のせん断弾性率を計算するのに広く用いられているせん断波の伝播速度である。よって医療者は、組織108に関する判断を行うことができる。

図1には5つの位置が示されているが、それ以外の数の位置が監視されても良い。

プローブ100又はそのプローブを含む装置は、例として、病気の状態又は病巣である悪性腫瘍を判定するための請求項1に記載の装置として実装可能である。

あるいはプローブ100内で又はプローブ100と通信接続した状態で、請求項1に記載の装置として機能する制御回路（図示されていない）は、1つ以上の集積回路(IC)の形態をとって良い。あるいはその代わりに、請求項1による1つ以上のICは、上述の判定能力を向上させるように、既存の超音波機械に設置されるように構成されて良い。

せん断波は、本明細書で述べてきたように、非侵襲のARFによって生成されるが、外部の機械源と関心位置との結合によって生成されても良い。変位の画像化は、超音波の代わりに磁気共鳴画像化(MRI)を用いて実行されて良い。しかしMRIは相対的にコストを要し、長い時間を必要とする。

図2は、5つの変位対時間のグラフ、すなわち「変位曲線」206,210,214,218,222を、非限定的な例として表している。5つの変位対時間のグラフ206,210,214,218,222はそれぞれ、位置136-152に対応する。位置136-152は、プローブプッシュ焦点付近−つまりプッシュビーム104の端部−に位置する。位置136-152は、プローブ100の軸に垂直な線内の伝播路156に沿って設けられる。位置136-152は、プローブプッシュ焦点と同一の深さに位置している。変位226はマイクロメートル（μm）で表される。時間230はミリ秒(ms)で表される。連続する位置136-152の間隔は0.5mmである。

重み付け装置110は、各位置136-152に対応する曲線206-222の重み付けされた平均をとることによって、各位置136-152のCOMを得る。なお重み付け装置110は、第4のトラッキングビーム128と動作状態で接続されるように表されているが、同様にすべてのトラッキングビーム116-132とも接続される。重み付けは変位による。重み付けされた値は、変位を検出するサンプリングに係る時間に対応する。よって図2において破線で示されているように第2位置140については、1msの時間の値230が、10μmの変位226によって重み付けされる。同様に、値230の一部又は全部も個別に、変位226によって重み付けされ、かつ、総和238に加えられる。図2に示された式中、”disp”は変位226を表す。変数”t”は、変位がサンプリングされる時間230を表す。後述するように、”Peak”はピーク変位239を表し、”H”は瞬間変位閾値因子240を表す。総和238は、重み付けに用いられる変位226の総和242によって除される。それにより記号t_COMで表される重み付けされた平均244が生成される。パラメータt_COMは、所与の位置136-152について、時間領域でのCOMの位置であり、かつ、計算された重み付け平均244に等しい。パラメータt_COMは、位置136-152でのせん断波112の到達時間を表す。位置136-152の各々は各対応するt_COMを有する。

伝播速度246は、位置136-152間での既知の距離250と、各対応するせん断波到達時間244間の期間−つまり各対応するパラメータt_COM−に基づく上述の回帰法によって得ることができる。これは図2に図示されている。図2において、Δdは位置136-152のうちの2つの位置間の距離を表し、かつ、Δt_COMは、記号t_COMによって表される重み付けされた平均244のうちの2つの間での差異を表す。

変位曲線206-222が厳密に正の値で表されているが、あるいはその代わりに、所与の位置136-152についての曲線は、後述するように厳密に負の値であっても良い。変位曲線206-222が頂点である位置136-152は、伝播速度246を計算する目的互いに対比可能である。同様に、変位曲線が谷である位置も同じ目的のために対比可能である。

有利となるように、雑音は、変位データによってフィルタリングされうる。それにより重み付けされた平均244は、より確かなものとなる。

雑音源となりうるものは多数存在する。一部の位置136-152はより多くの雑音を含み得る。最初の2つの位置136と140はたとえば、プッシュビーム104内に設けられて良い。それにより純粋なせん断波の伝播はもはや、これら2つの位置間での有効な仮定とはならない。これは多くの因子−たとえばトランスデューサ周波数、f数、焦点深度、及びトラッキング間隔−に依存する。

またより深い関心領域(ROI)へ侵入するため、より低い周波数の超音波が必要となる。その結果として起こる長い波長により解剖学上の詳細は犠牲になり、信号対雑音比(SNR)が減少する。

患者の呼吸及び心臓の鼓動は、SNRを減少させ得る運動を含む。腫瘍が画像化される場合、たとえばその腫瘍は心臓若しくは主要な動脈に近づき、又は、離れ得る。その結果多少の雑音が生じうる。サンプリングは、これらの運動アーティファクトを回避する時間ゲートであって良い。

雑音は、使用される超音波装置の性能又は種類によって変化しうる。たとえばサイズの減少したスキャナ又はサイズの減少したトランスデューサ素子は、より大きな雑音を生じさせる恐れがある。

雑音は、到達時間244の計算において用いられる小さな変位データへの多大な悪影響を及ぼす。

操作上、到達時間244の計算において用いられる位置136-152が選択される。たとえば、信頼できない純粋なせん断波の伝播を示す第1位置136は、上述したように選択的に排除されて良い。位置によるそのような排除は、もしあれば、第1位置136が排除される位置に事前に決められても良い。あるいはその代わり又はそれに加えて、排除は、ある基準−たとえば事前に設定されたピーク変位の閾値よりも大きくなければならないピークつまり最大値−に基づいて動的に決定されて良い。

それに加えて、瞬間変位閾値は、カットオフとしての変位曲線206-222によって変化する。カットオフよりも大きな値のデータは信用することができる。閾値はピーク変位239に基づいて良い。閾値はたとえば、位置に対して変化しない瞬間変位閾値因子240をピーク変位に乗じた値と等しくなるように設定されて良い。因子240は事前に固定−たとえば50%に−されて良い。あるいは因子240は、ある基準に基づいて動的に選択されても良い。その基準は、雑音の指標−たとえばSNR-を必要としうる。

図3から分かるように、位置の排除は、どの位置が処理又は排除されるのかを特定するオペレータによって事前に設定されて良い（段階S310）。同様にオペレータは、変数である場合には、ピーク変位閾値を入力して、瞬間変位閾値因子240について同じことをして良い（段階S320）。サンプリングが実行され、かつ、上述のS310とS320からの入力を適用した後、動的な位置の排除が、基準の組に従って行われる（段階S330）。それに加えて、瞬間変位閾値を満たさない変位226はフィルタリングされる。つまり瞬間変位閾値を満たさない変位226は、到達時間244の計算において用いられない（段階S340）。

多くの異なるサンプリング法が可能である。

ARFに基づくせん断波速度測定にとって典型的な100Hzのプッシュ周波数では、1種類の波長が所与の位置136-152のそばを10msで通過する。10kHzのトラッキング周波数−つまりトラッキングパルス繰り返し速度(PRF)−では、プッシュ104の時間が拡張されれば恐らく100の標本をとることができる。よって100よりもわずかに少ない標本数−たとえば95の標本−が10msの間にとられてよい。

位置136-152はそれぞれの場所で同時にサンプリングされて良い。よって、第1標本は第1位置136で、第2標本は第2位置140で、などとなる。5つの標本−各位置について1つの標本である−からなる1つの経路は、たとえば1回の先行プッシュ104につき19回繰り返されて良い。よって各重み付けされた平均244は19の重み付けされた値に基づいて良い。

プッシュ104が均一であるとすると、位置136-152毎の19の値は、多数のプッシュにわたって変位226を観測することによって、時間的に中間の標本によって補われて良い。後続の各プッシュによって、サンプリングの順序は変化する。第2プッシュ104の後は、たとえば、第1標本は第2位置に位置し、第2標本は第3位置に位置し、第5標本は第1位置に位置し得る、といった具合である。第3プッシュの後は、サンプリングは1つ先の位置に移動する、といった具合である。5つの連続するプッシュ104へのせん断波の反応が測定された時間まで、位置136-152の各々は、95の等間隔の時間間隔でサンプリングされた。95の等間隔の時間間隔は、山、谷、又はそれらの一部の寿命まで及ぶ。複数のプッシュ104の各対応するせん断波112がサンプリングされることで、1回の到達時間の計算の重み付けされた値244は、時間的に異なるせん断波のサンプリングに基づく。しかし計算のためには、時間的に異なるせん断波は、プッシュ104が均一であるため、1つのせん断波112とみなされて良い。よってせん断波の伝播速度の推定は、同一の計算において用いられる各異なるプッシュ104から放出されるせん断波から得られるデータから測定されるように、せん断波112が各異なる位置136-152に存在する時間に基づく。

時間的に補うための別法として、位置136-152のサンプリング順序は一定に保たれて良い。このとき各均一なプッシュ104後のサンプリングの開始は、サンプリング間での期間によって毎回遅延する。よって第1プッシュ後、19の経路について、位置136-152は順序通りにサンプリングされる。第2プッシュ後、同一のサンプリング順序が保持されるが、そのプッシュ後のサンプリングの開始は遅延する。遅延−つまりサンプリング間での期間−は、連続する標本間での時間に等しい。その結果、例として、第1位置136は、第1プッシュ後のサンプリング開始よりもわずかに長い時間を経て第2プッシュ後に、サンプリングされる。第3プッシュ後、第1位置のサンプリングはさらに遅延し、それは最終−つまり第5−プッシュまで続く、といった具合である。繰り返しになるが、先に紹介した方法では、合計5つのプッシュ104によって、位置136-152の各々が、山、谷、又はそれらの一部の寿命まで及ぶ95の等間隔の時間間隔でサンプリングされた。この別法では、プッシュ104直後の経路では、第1位置136しか十分にサンプリングされない。しかし図2から明らかなように、いずれにせよ失われたデータは、瞬間変位閾値を満たさないものとしてフィルタリングされる。その失われたデータは戻って補間され、その後フィルタリングされて良い。

別法として、特許文献1に記載されたマルチライン受信法は、各トラッキングパルス毎に、より多くの情報を収集する。各トラッキングパルス又は「送信」パルスから、複数の受信ラインが生成される。特許文献1は、4本の平行に導かれた受信ラインを用いる。ただしより多くのライン−たとえば16本又は32本のライン−が用いられても良い。受信ラインは、動的に生成され、かつ、空間的に平行である。

SNRをさらに向上させるため、マルチライン受信による標本の取得は、回帰動的送信(RDT)を用いることによって実行されて良い。RDTは、特許文献2においてせん断波のサンプリングで記載されている。

特許文献2は、4つの空間的に少しずつずれた送信及び受信開口のサイクルが、どのようにしてせん断波上での4つの空間位置をサンプリングできるのかについて記載している。特許文献2で記載されているように、1サイクルでの送信数を5に拡張することによって、8つの位置が、わずか0.125mmの間隔で密にサンプリングされうる。位置間の間隔を近づけることで、プッシュ104にサンプリングを近づける余裕が生じる。これは、伝播軸に対して垂直な大きさが時間と共に減衰するせん断波包絡線の測定の劣化を回避する上で有利である。

図4は、16×マルチラインビームフォーマ上で実施される典型的なRDT法を表している。16×マルチラインビームフォーマとは、1つの送信ビームから16の受信ラインを生成するビームフォーマである。

マルチラインビームフォーマによって、サンプリングは、複数の空間位置からなる群による。各群に対して送信ビームが放出される。ROIが、送信ビームの焦点ではない深さに位置する場合、その送信ビームは、焦点よりも広がり、かつ、複数の空間位置からなる群に照射される。あるいはその代わりに、ビームはROIと同一の深さで弱く集束されても良い。このとき幅は、複数の空間位置からなる群を照射するのに十分である。

1つのトラッキングパルス404から生成される送信ビームのエコーから、ビーム生成回路は、せん断波112を測定するために16の平行に導かれる受信ライン411-426を生成する。対角状に開口を分割するトラッキングラインによって示されているように、第1の8つの受信ライン411-418は送信の中心の一の側に存在し、かつ、第2の8つの受信ライン419-426は送信の中心の他の側に存在する。

後続のトラッキングパルス428,429,430,431と第1トラッキングパルス404はすべて時間が異なる。送信Aライン（又は「トラッキングパルス」）PRFが、たとえば10kHzに等しくなるように設定される場合、1つのトラッキングパルス404は、次のトラッキングパルス428の前に100μsで放出される。100μs後、次のパルス429が放出される、といった具合である。

トラッキングパルス404,428,429,430,431の各々は、トラッキングプローブの各対応する現在活性である開口の一部によって生成される。活性である開口の一部は、超音波を送信するように現在活性であるトランスデューサアレイの部分集合である。よって、たとえばトラッキングパルス404の放出後、現在活性の開口の一部は移動する（たとえば、開口の一の側に存在する1つ以上の素子が排除され、かつ、他の側に存在する1つ以上の素子が含まれるようになる）。続いて次のトラッキングパルス428が放出されるとき、そのパルスは移動した開口の一部から生じる。隣接する開口間の空間距離は、以降では、送信間隔434と呼ばれる。送信間隔434は、この例では0.5mmである。トラッキングパルスの焦点もまた、連続するトラッキングパルス間で送信間隔434によって移動する。

16の平行に導かれる受信ライン411-426（つまり空間的に平行である動的に生成された受信ライン）は、送信404後に受信されたエコーデータから生成される。各受信ライン411-426は受信開口の一部によって生成される。受信開口の一部は、所与の受信ラインに寄与するトランスデューサ素子の部分集合である。

受信ライン411-426間での空間距離は以降では、受信間隔438と呼ばれる。この例では、受信間隔438は、0.125mm、すなわち0.5mmである送信間隔434の1/4である。

受信間隔438を送信間隔434の1/（整数）倍にすることで、以降で詳述するように、より密なサンプリングが可能となる。

取得されるエコー高周波データのすべては一時記憶装置に保存される。取得されたデータの保持は、開口の一部が移動し、最終的にトランスデューサアレイ中の最終位置をとる−つまりデータの全経路が取得される−ように続けられる。それに加えて、データは経路間で保持される。

第1トラッキングパルス404の放出と次のトラッキングパルス428の放出との間に開口の一部で移動が起こるので、第1パルスの最後に12の受信ライン415-426は、次のパルスの最初の12の受信ラインとそれぞれ重なる。同様に、各連続するトラッキングパルスで開口の一部での移動が生じるので、トラッキングパルス428の最後の12の受信ラインは、次のトラッキングパルス429の最初の12の受信ラインと重なる、といった具合である。

第5トラッキングパルス431が放出されるまで、5つのトラッキングパルス404,428,429,430,431のすべての各対応する受信ラインは、重なり、かつ、8つの位置451-458に対応する8つの再構成されたAラインを生成するように結合されて良い。

たとえば位置451の第1再構成Aラインは、第1受信ライン423から生成され、直後に続くトラッキングパルス428-430のうちの3つの各対応する受信ラインと結合される。4つの受信ラインはすべて、その位置に対して位置合わせされている。結合は、回帰動的送信(RDT)に従って起こる。RDT集束の効果は、非特許文献1で提案された仮想トランスデューサ近似を用いて解析されて良い。

位置451の第1再構成Aラインは、空間位置451でのせん断波112を測定するためである。同様に、位置452-458についての直後の再構成されたAライン−これらは位置451の第1再構成Aラインから横方向にオフセットされている−は、各対応する位置452-458でのせん断波112を測定するためである。

図4では4本の受信ラインが再構成されたAライン毎に結合可能だが、4本未満の受信ラインが結合されても良い。実際に結合される数は、ROIの深さ及びその結果としてのトラッキングパルスによる照射領域に依存する。図4の例は限定ではない。よって開口の移動は、受信ラインが再構成Aラインを生成するように結合可能な程度であって良い。

結合によって、焦点深度(DOF)、送信ビームが十分に集束する領域、及び、信号対雑音比(SNR)が増大する。位置451についての再構成Aラインと、その再構成Aラインが再構成される受信Aラインとを比較すると、空間分解能が有用な長さが、RDTによって余裕を得て大きくなったDOFによって増大した。

可能な例として4本の受信ラインに基づくAライン再構成は、位置451-454についての第1の4本で再構成されたAラインで開始し、かつ、新たなトラッキングパルスの各々によって進められる。よって次のトラッキングパルスは、位置455-458についての4本の新たに再構成されたAラインの生成を可能にする。同様に、残りのフレームについては、各連続するトラッキングパルスは、より多くの位置がサンプリングされる場合に、各対応する複数の再構成されたAラインを生成する。前記複数の再構成されたAラインとは、図4の例では、4本の再構成されたAラインで構成される。

8つの位置451-458がサンプリングされる図4に図示された方法によって、プッシュ104の後に19の経路が生成されうる。それに加えて、データの取得は、複数−たとえば5−のプッシュを必要とすることがある。位置はサンプリングされて良く、そのとき上述したように、各プッシュ後のサンプリングの開始は遅延する。その結果重み付けされた平均の計算が改善される。

従ってせん断波112は、トラッキングパルスが放出されるペースを減少させることなく、微細にサンプリングされる。

RDTが送信ビームを結合させて、（特許文献3に開示されているように）中間位置を補間するとき、サンプリング時間（及びサンプリング位置）が、送信ビーム間で補間される。換言すると、パルス放出時間の場合、及び、放出の際の送信位置の場合（たとえば送信位置は再構成において用いられる送信ビームの開口を分割するトラッキングライン427に沿っている）、それらは、特許文献3のRDTによるAライン再構成において用いられる同一の補間重み付けによって補間される。

図5は、RDTにおいて、トラッキングパルス404によって生成される検出ビーム508の焦点504の可能な設定位置を表している。正方形の外形で表されている関心領域(ROI)512は、せん断波516が存在する位置である。検出ビーム508による照射が、取得されるべき受信ラインによってサンプリングされる位置に及ぶことを保証するため、焦点504をROI512へ向けて深くに設定するのは有利である。図5に示された物理的な集束位置は約70mmである。共通深さ518は、送信ビームが、ROI中での所与の地点を照射して、RDT結合されるように設定される。検出ビーム508は、ROI512の深さ520で幅を有するが、RDT再構成された検出ビームは、その深さでは狭い−（物理的な）焦点504での幅と同一の幅を有する−。実際にはたとえば、時間的に最初のトラッキングパルス404、及び、該時間的に最初のトラッキングパルス404の送信ビームとRDT結合される送信ビームを生成する横方向にオフセットされたトラッキングパルス428-431のうちの少なくとも1つのうち、その少なくとも一部は共通の深さ518に集束される。深さ520への浅い送信ビームの焦点は、共通の深さ518へ集束されるパルス404,428-431からのエコーデータに基づく。

これはまた、大きな送信開口524の利用を可能にする。その結果、検出ビーム508において送信可能な全出力を増大させることが可能となる。出力がより大きくなることで、わずかな波の振幅変位132−約5〜20μm−に対する感度を増大させる余裕が生じる。

あるいはその代わりに、検出ビーム508の焦点504は、ROI512に対して浅く設定されても良い。

RDTは、組織が送信事象間で動かないという仮定の下であるが、上述の利点を享受する。変位が起こらない場合、結合した送信ビーム間でのコヒーレンスが減少し、信号の打ち消しが起こる。従ってこのことは、本発明の方法とは相性が悪いように見える。なぜなら組織はせん断波によって変位しているからである。しかし実際には、変位226はあまりに小さい（典型的には20μm未満）ため、変位226は、トラッキングパルスの波長（たとえば5MHzでは300μm）のほんのわずかでしかない。従ってせん断波の変位226は、送信再構成中に如何なる重大なコヒーレンスの損失をも生じさせない。

まとめると、多くの位置をサンプリングすることで、ロバストネスの測定回数を増大させることが望ましい。位置の数は、上述したように、最大PRFによって制限される。

横方向位置が、励起地点−つまりプッシュ焦点−に近づくことで、振幅の測定を困難にするせん断波の振幅の減衰を回避することもまた有利である。ただし第1横方向位置は、近接場効果のため、励起地点に対して最も近づくように制限される。SNRが十分であることは、近接場アーティファクトを回避するためには、横方向位置が励起地点からどれだけ離れて設置されるべきなのかについての指針として機能しうる。隣接する位置間を近接させることも同様に、減衰を回避するために望ましいが、他の設計上の留意点による制約を受ける。

放出された各トラッキングパルスからより多くの情報を取り出すことによって、本願において提案された方法及び装置が、せん断波変位場のより完全なサンプリングを行う余裕を得る。従ってこのことは、媒質のせん断波速度と弾性特性のよりロバストな推定を可能にする。

時間領域における重み付けされた平均に基づく位置は、伝播路に沿ったせん断波変位のサンプリングに基づいて計算される。重み付けはたとえば、サンプリングに対応する時間で観測される変位により、かつ、サンプリングされるせん断波伝播路位置でのせん断波の到達時間を表す。一部の実施例では、各位置での計算されたせん断波到達時間は、位置間での既知の距離に関数により関連付けられることで、せん断波の群速度が得られる。得られた速度は、医療上の診断及び治療の評価を目的として、媒質−たとえば体組織−のせん断弾性を推定するための既知のアルゴリズムへの入力としての役割を果たしうる。

本願の提案による方法が、ヒトや動物を対象とした医療上の治療を行う上で有利となるように応用されるとはいえ、請求項に係る発明の意図した技術的範囲はそれに限定されない。より広範に、生体内、試験管内、又は生体外での弾性媒質の機械的特性の測定が考えられる。

たとえばすべて−たとえば95−の標本が、プッシュ後に1回の特定の一について取得され、その後次のプッシュ後に、次の位置について95の標本が取得される、といった具合で良い。ここでプッシュからサンプリング開始までの時間は、すべての位置で同一である。プッシュは均一であるので、各異なる位置でのサンプリングは、同一の生成された波形に対応する。

Claims (15)

1. (i)各々がプッシュビーム焦点を有して媒質の伝播路に沿って各せん断波を生成するプッシュビームを前記媒質へ放出して、さらに、(ii)トラッキングビームを放出し、各エコーを受信し、かつ、放出されたトラッキングビームと各受信されたエコーに応じて、前記媒質内において前記各せん断波の伝播路に沿った異なる空間位置でせん断波による誘起変位を測定する、超音波トランスデューサ；並びに、
   前記トラッキングビームのすべてと動作上関連し、(i)対応する変位曲線の時間の値の変位に従って重み付けされ、前記変位を検出するサンプリングに係る時間に対応する、前記異なる空間位置の各々についての質量中心(COM)時間の値を決定するために前記伝播路に沿った前記異なる空間位置で測定される、前記せん断波による誘起変位を利用し、かつ、(ii)前記変位がサンプリングされる時間が前記変位によって重み付けされ総和された第１総和を、前記重み付けにおいて用いられる変位の総和である第2総和によって除すことに応じて、前記異なる空間位置の各位置での前記対応するせん断波の到達時間を表す重み付け平均を計算する、その場変位に基づく重み付け装置；
   を有し、
   前記異なる空間位置の各位置は、各重み付け平均を有する、
   装置。
2. 前記超音波トランスデューサが、せん断波が前記伝播路に沿った各異なる位置に存在する時間に基づいて、せん断波の伝播速度を推定するようにさらに構成される、請求項1に記載の装置。
3. 前記せん断波の伝播速度が前記せん断波の群速度の大きさを有する、請求項2に記載の装置。
4. 前記その場変位に基づく重み付け装置がさらに、所与の重み付け平均の計算から、特定の変位を選択的に排除し、
   前記特定の変位の排除は、該特定の変位が瞬間変位閾値を満たすか否かに基づく、
   請求項1に記載の装置。
5. 前記瞬間変位閾値が、各対応する重み付け平均が計算される空間位置と共に変化する、請求項4に記載の装置。
6. 前記媒質が材料を有し、かつ、
   前記瞬間変位閾値が、前記媒質の材料のピーク変位に基づく、
   請求項4に記載の装置。
7. 前記瞬間変位閾値が前記ピーク変位に対して直接比例する、請求項6に記載の装置。
8. 前記その場変位に基づく重み付け装置がさらに、複数の各異なる空間位置を利用して、各到達時間を表す各重み付けされた平均を計算し、かつ、
   前記瞬間変位閾値はさらに、前記ピーク変位に位置に対して変化しない因子を乗じた値に等しく、
   前記ピーク変位は位置と共に変化する、
   請求項7に記載の装置。
9. 前記因子が、ある基準に基づいて動的に変化する、請求項8に記載の装置。
10. 前記各異なる空間位置が複数の各異なる空間位置を有し、かつ、
    前記その場変位に基づく重み付け装置がさらに、所与の重み付け平均の計算から、前記複数の位置のうちの1つ以上の選択的排除を行うように構成される、
    請求項1に記載の装置。
11. 前記複数の位置のうちの1つ以上の選択的排除が、ある基準に動的に基づくようにさらに構成される、請求項10に記載の装置。
12. 前記基準が、各対応するピーク変位がピーク変位閾値を超えるか否かの基準を含む、請求項11に記載の装置。
13. 前記せん断波による誘起変位が体組織の変位を含む、請求項1に記載の装置。
14. せん断波の到達を検出する方法であって、
    超音波トランスデューサによって、(i)各々がプッシュビーム焦点を有して媒質の伝播路に沿って各せん断波を生成するプッシュビームを前記媒質へ放出して、さらに、(ii)トラッキングビームを放出し、各エコーを受信し、かつ、放出されたトラッキングビームと各受信されたエコーに応じて、前記媒質内において前記各せん断波の伝播路に沿った異なる空間位置でせん断波による誘起変位を測定する、段階；並びに、
    その場変位に基づく重み付け装置によって、(i)対応する変位曲線の時間の値の変位に従って重み付けされ、前記変位を検出するサンプリングに係る時間に対応する、前記異なる空間位置の各々についての質量中心(COM)時間の値を決定するために前記伝播路に沿った前記異なる空間位置で測定される、前記せん断波による誘起変位を利用し、かつ、(ii)前記変位がサンプリングされる時間が前記変位によって重み付けされ総和された第１総和を、前記重み付けにおいて用いられる変位の総和である第2総和によって除すことに応じて、前記異なる空間位置の各位置での前記対応するせん断波の到達時間を表す重み付け平均を計算する、段階；
    を有し、
    前記異なる空間位置の各位置は、各重み付け平均を有する、
    方法。
15. 請求項14に記載の方法を処理装置に実行させるためのコンピュータプログラム。

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