JP5896587B2 - ずり情報を決定するための方法および粘弾性組織プロパティを決定するためのシステム - Google Patents

Description

本発明は、組織プロパティの超音波画像形成方法に関する。組織は粘弾性物質である。組織の歪み、ずり、硬度、剛性、またはその他の特性を検出することができる。

組織プロパティの１つ、または粘弾性の成分は弾性である。超音波画像形成法は、弾性画像モードで動作することができる。米国特許第５１０７８３７号明細書、米国特許第５２９３８７０号明細書、および米国特許第６５０８７６８号明細書には、隣接するフレーム間での相対的な組織変位を用いて弾性画像を形成する方法が記載されている。組織歪みは、組織に適用される応力への応答として検出される。この応力は外部から、手の圧力または音響的圧力によって適用される。歪みまたは歪み率が、弾性画像の形成のために検出される。応力下での組織のずり速度および緩和時間が検出される。変化した剛性領域も同定される。しかし歪みは相対的または質的なものである。例えば適用される応力の量が異なると、歪みの量も異なる。適用される応力の量は未知であるか、または正確に検出するのが困難である。

圧力センサを、皮膚の表面に装着し、手により適用された圧力の量を検出することができる。しかし圧力センサは、内部応力の検出には使用できないか、または不正確である。音響放射力は既知の振幅で伝達される。しかし収差または他の伝播誤差が、内部組織に適用された応力の検出精度を制限する。音響力情報が得られないか、または患者に適用される音響放射量が制限される。

検出または評価することのできる別のパラメータは弾性係数（例えば硬度）である。弾性係数は量的であるが、付加的な送信または測定が必要である。このような付加的な測定は、画像形成に不所望の遅延を引き起こす。

米国特許第５１０７８３７号明細書 米国特許第５２９３８７０号明細書 米国特許第６５０８７６８号明細書

超音波により迅速にずり情報を決定することのできる方法および粘弾性組織プロパティを決定するためのシステムを提供することである。

この課題は本発明により、超音波によりずり情報を決定するための方法であって、当該方法は、第１のずり情報を、グリッドの疎な箇所で評価するステップ；第２のずり情報を、グリッドのより密なサンプリングのために計算するステップ、ただし前記第２のずり情報は、前記第１のずり情報の関数として計算し；画像を前記第２のずり情報の関数として表示するステップ；を有する方法によって解決される。

さらに上記課題は、粘弾性組織プロパティを決定するためのシステムであって、該システムは、受信した超音波エネルギから受信信号を発生するトランスデューサと、少なくとも１つのラインに沿った空間位置を表すデータを出力する受信ビーム形成器と、弾性係数評価を、視野内の有限数の箇所に適用するプロセッサとを有し、該プロセッサは、視野内の多数の箇所に対する歪み情報を前記出力データの関数として発生し、粘弾性組織プロパティ値を前記視野内の多数の箇所に対して、有限数の箇所に対して評価された前記歪み情報と弾性係数の関数として発生するシステムによって解決される。

最初に説明する以下の有利な実施例は、ずり情報、粘弾性組織プロパティ、および／または弾性係数情報を検出するための方法、装置およびシステムを含んでいる。組織プロパティ（例えばずり、または弾性係数）情報が、走査野にある疎な箇所に対して測定される。別の箇所に対しては組織プロパティ情報が、疎に測定された値および歪み情報の関数として計算される。例えばずり弾性係数値が、視野にあるすべてのグリッド点に対して、各グリッド点に対する歪み値と、疎に測定されたずり弾性係数値に基づいて得られる。

第１の側面によれば、超音波を用いた、ずり情報の検出のための方法が提供される。第１のずり情報が、グリッドの疎な箇所で評価される。第２のずり情報が、グリッドのより密なサンプリングのために計算される。第２のずり情報の計算は、第１のずり情報の関数である。画像は第２のずり情報の関数として表示される。

第２の側面においては、コンピュータ読み出し可能記憶媒体が、弾性係数情報を超音波により検出するようにプログラミングされたプロセッサによって実行可能な命令を表すデータを記憶している。記憶媒体は、超音波応答によって、視野の疎な箇所における組織弾性係数を評価するための命令と、疎な箇所における組織弾性係数の関数として、視野の密な箇所における組織弾性係数を決定するための命令を含む。

第３の側面によれば、粘弾性組織のプロパティを検出するためのシステムが提供される。トランスデューサが、受信した超音波エネルギから受信信号を発生する。受信ビーム形成器が、少なくとも１つのラインに沿った空間位置を表すデータを出力する。
画像プロセッサが、視野内の有限の箇所に弾性係数評価を適用し、歪み情報を出力データの関数として発生する。この歪み情報は視野内の比較的多数の箇所に対して発生される。そして画像プロセッサは、視野内の比較的多数の箇所に対して粘弾性組織プロパティを歪み情報の関数として決定し、弾性係数が有限数の箇所に対して評価される。

本発明は以下の請求の範囲によって規定されるが、以下の詳細な説明はこれらの請求の範囲の限定として解釈すべきものではない。さらに本発明のさらなる有利な側面および利点は、以下の明細書で有利な実施例に基づいて説明され、請求の範囲において独立的または組み合わせで権利主張される。

各コンポーネントおよび図面は、必ずしも縮尺通りではなく、本発明の原理を示すのに強調されている。さらに、各図面では、相応する部分を指示する参照番号は、異なった図面でも全体を通じて同じである。

図１は、超音波により組織プロパティを検出するための方法の実施例のフローチャートである。 図２は、粘弾性組織プロパティを検出するための装置の実施例のブロック図である。 図３は、グリッド点を疎にサンプリングした視野に対するグリッドを表す概略図である。

外力または遠隔の力を組織に適用することにより、相応の変位画像または歪み画像を発生することができる。しかし歪みまたは変位は、適用される力または応力の大きさにより変化する。例えば圧力を手で適用する場合、適用される力は未知であり、伝播経路も不規則で未知である。

ずり弾性係数は、視野内に捻れ波を誘発することにより評価される。捻れ波は、走査線の群に沿って超音波を送信および受信し、１つの箇所に対してずりを測定することによって測定される。ずり弾性係数は、測定された捻れ波の速度から計算される。評価されたずり弾性係数は量的な値である。しかしずり弾性係数評価を多数の箇所について獲得するには、長時間のデータ捕捉が必要であり、大量の音響エネルギに曝すことになる。

歪みまたは変位は、同じ視野の多数の箇所に対してより迅速に獲得される。二次ずり弾性係数値が、密にサンプリングされた歪み値と、より疎に評価されたずり弾性係数値から計算される。別の弾性係数、例えばずり、または組織プロパティ情報を、ヤング率情報を計算するようにして計算することができる。量的なずりまたは弾性係数情報、または拡張された組織プロパティ情報が、全視野にわたって表示される。そして患者は音響エネルギにさほど曝されず、トランスデューサの加熱も小さい。

図１は、超音波によりずりまたは組織プロパティ情報を検出するための方法を示す。この方法は図２の装置または他の装置によって実行される。付加的なステップ、別のステップを設けるか、またはステップを少なくすることも可能である。例えばステップ３２および／または４２は、いくつかの実施例では設けられない。また、各ステップは図示の順序で実行するのが有利であるが、異なった順序で実行することもできる。例えば歪みは、ステップ３０でのずり弾性係数評価の前にステップ３２で測定されても良い。図１を一般的に、弾性係数またはずり情報について以下に説明するが、他の粘弾性組織プロパティを別の実施例で使用することもできる。

ステップ３０で、ずり弾性係数またはずり情報が評価される。走査形式および走査設定が視野を決定する。視野はトランスデューサが走査することのできる領域を越えて拡張することができる。これは例えば２次元画像の視野拡張によって、または３次元走査によって行うことができる。走査形式により複数の走査線が、例えば平行走査線として線形フォーマットに、または発散走査線としてセクタまたはＶｅｃｔｏｒ^（Ｒ）フォーマットに規定される。各走査線は任意の回数、サンプリングされる。走査線サンプリング速度および走査線密度または走査線分布がグリッドを規定する。択一的に平面波を送信し、受信に基づきフーリエ変換することにより、任意の所望のグリッドでサンプルが得られる。

図３はグリッドの例を示す。択一的実施例でグリッドは湾曲されており、１つまたは複数のラインがカーブしている。または縁部が異なる形状をしている。これらのラインは走査線を表すか、または複数の点レイアウトの代表である。グリッドはグリッド点５２を含む。グリッド点５２は、データが所定の走査形式で、例えば走査線に沿ったサンプル箇所として獲得された箇所を表す。２５のグリッド点５２が図示されているが、グリッド点５２はそれ以上でもそれ以下でも良い。

弾性係数またはずり情報は、有効なグリッド点５２よりも疎にサンプリングされる。例えば図３は、可能な２５のグリッド点のうち、サンプリングされた３つのグリッド点５０を示す。弾性係数またはずり情報は、これら疎な箇所に対して測定または評価される。これら疎な箇所は、可能なすべての箇所よりも少数であり、ステップ３２で歪みがサンプリングされたすべての箇所よりも少数である。疎なサンプリングに対して使用されたグリッド点５０は、任意の密度および／または分布を有することができる。実施例では、この疎なサンプリングは規則的間隔で行われ、例えば５おき、１０おき、またはより多くのグリッド点５２が横方向および軸方向にあっても良い。任意の弾性係数またはずり値を評価することができる。組織弾性係数値は、疎な箇所での硬度または剛性を表す。例えば、組織のずり弾性係数が評価される。別の実施例では、他のずり値が、量的であるか質的であるかについて評価される。

疎な箇所５０での評価は、直接的または間接的測定により得られる。例えば疎な箇所に対するずり弾性係数値が超音波応答から評価される。超音波または他の応力が、捻れ波を発生するために疎な箇所５０に適用される。例えば音響放射力パルスが疎な箇所５０に焦点を合わして、またはそれに隣接する箇所に送出される。別の応力源、例えば手の力、または内部で発生する応力を使用することもできる。応力に応答して捻れ波が発生される。疎な箇所５０にある、またはその周囲にある複数の箇所が超音波により走査される。ドップラ走査またはＢモード走査が使用される。実施例では、適用される応力方向に対して垂直の捻れ波が、小領域（例えば横方向に４ｍｍ、軸方向に５ｍｍ）を多重Ｂモード走査することによって検出される。この小領域は、疎な箇所５０の周囲にあるか、隣接するか、または疎な箇所を含む。種々のＢモード走査からのデータを相関することにより、捻れ波の振幅、速度、または他の特性が測定される。

ずり弾性係数は、ｇ＝ρｖ_ｓ ^２により規定される。ここでρは密度、ｖ_ｓは評価されたずり速度である。他の弾性係数またはずり値を、疎な箇所５０に対して計算することもできる。

ステップ３２で、歪みまたは変位が測定される。この測定は、ステップ３０での疎な評価よりも密に分布するグリッド点５２に対して行われる。歪みまたは変位は、疎にサンプリグされた弾性係数またはずり情報測定よりも多くのグリッド点５２で測定される。例えば歪みまたは変位は、グリッド点またはサンプリング点５２の全分布に対して決定される。対象野または全視野内のすべてのグリッド点５２が測定に使用される。択一的実施例では、歪みまたは変位が、全グリッド点５２よりも少数であるが、疎な箇所５０よりも多数のグリッド点５２で測定される。

組織は適用される応力に応答して歪まされる。圧縮力、膨張力、または他の応力が、走査される組織に適用される。例えば、ユーザは圧力をトランスデューサにより軸方向に適用する。超音波走査が、応力をトランスデューサにより患者に適用する間に実行される。択一的に応力または圧縮の別の源、例えば音響エネルギまたは機械構造を使用することもできる。

応力は外部の源により適用することができる。外部圧力は音響的圧力または機械的圧力を含む。圧力は患者の外部、例えばトランスデューサプローブから組織または対象領域へ伝播する。圧力は患者内から、例えば腔内プローブから発生した音響波として形成することもできる。音響圧力は、音響放射力に集束してもしなくても良い。機械的圧力はマシン（例えば振動装置またはバイブレータ）を含む。

組織に適用される応力は未知である。例えば手による応力の適用は圧力センサなしで行われる。別の例として、一箇所での圧力（例えば皮膚表面）は既知であるかまたは測定することができても、他のグリッド点５２で生じる圧力は未知である。他の例では、以前の走査からの歪みデータはメモリに記憶されても、応力情報は記憶されない。

別の実施例では、適用された応力が検出される。例えば手動で適用された応力が測定される。例として機械的または音響的に適用された力が測定される。別の例では、患者内の源からの圧力が評価される。例えば熱は、循環器系に圧力を発生する。管内のこの圧力は、管を横切る速度プロフィールまたは間の中心での速度から評価することができる。ドップラ画像または流量画像を速度の評価に使用することができる。速度は圧力と、経験的関係または既知の関係で相関している。速度−圧力の関係は、個別の患者について患者の静止圧力を測定することによってキャリブレーションすることができる。別の例として、横隔膜または肺は周囲組織に呼吸サイクル中に圧力を適用する。組織の速度は、組織ドップラ画像または組織トラッキングによって決定される。横隔膜組織と圧力との経験的データまたは他の関係が応力評価のために使用される。他には体表面の圧力を、トランスデューサに取り付けられたセンサにより測定して応力を評価する手法が存在する。

適用される応力はパルス的応力、周期的応力、反復的応力、または非パルス的応力である。例えば適用される圧力は、呼吸または心拍のため周期的である。応力は、時間の関数として反復的に、または異なって適用される。適用される応力はパルスにより提示することができる。実質的に単発の圧力波が発生される。パルスは、任意のサイクル数（例えば数１０サイクルまたは数１００サイクル）の周期パルス波形により発生される。例えば音響放射力は、組織に応力を適用するパルスとして伝達される。パルスの波面は対象領域に伝播する。

超音波画像形成は有利には、応力を適用する前、適用中、および／または適用後に実行される。超音波データは、超音波送信の応答として受信される。送信および受信は、ただ１つの空間位置について（例えば適用される応力の焦点）ラインに沿って、またはエリアにわたって、または容積にわたって実行される。送信および受信シーケンスは、各空間位置に対して規定される。

組織の変位は時間の関数として決定される。変位は、組織データ、例えばＢモード超音波データから測定される。ここでは相関、相互相関、最小二乗和または他の類似の尺度が、走査間の変位の決定のために用いられる。変位は、１次元、２次元、または３次元に沿って決定される。実施例では、米国特許第５，１０７，８３７号明細書、米国特許第５，２９３，８７０号明細書、米国特許第５，１７８，１４７号明細書、米国特許第６，５０８，７６８号明細書または米国特許第６，５５８，３２４号明細書に開示された１つまたは複数の方法またはシステムが、データまたは画像の弾性フレームを歪み情報として発生するために使用される。これらの開示内容は本願の参照として取り入れる。適用された応力への応答または変化を組織の変位により決定する別の歪み測定方法、または決定を行わない別の歪み測定方法を使用することもできる。変位は、組織の速度および／または加速度の決定により測定することもできる。

１つ（例えば速度）、２つ（Ｂモード相関）、またはそれ以上（例えば平均変位）の走査に基づき、歪み野が決定される。歪み野は、種々異なる箇所での歪みを表す。変位野または歪み速度野を別の実施例で使用することができる。他の測定を、歪み、変位、例えば速度を提示するために使用することができる。

歪みまたは変位は種々異なる時間で決定される。歪み野または変位野は種々のデータ集合から計算される。例えば種々の超音波走査が、ミリ秒、秒、分、またはそれより長い時間により分けられた異なる時間で歪みを測定するために実行される。種々の歪みまたは変位がデータのユニークな集合から決定されるか、または１つまたは複数のデータフレームが両方の野に対して使用される。例えば３つの走査が、応力の変化中に実行される。第１の歪み野は最初の２つの走査のデータから計算され、第２の歪み野は最後の２つの走査のデータから計算される。種々異なる時間での歪みは、変化した種々の適用応力への応答である。別の実施例では、異なる応力、例えば振幅の異なる応力がただ１つの応力イベント、または別個の応力イベントで適用され、別個の応力イベントに対して獲得されたユニークなデータ集合から歪みが測定される。

測定された歪みは適用された応力について、深度に依存する減衰に対して補正されているか、または補正されていない。圧力は組織を伝播すると、減衰する。圧力源から離れた箇所（源に対する相対的深度）での動きまたは変位が小さいのは減衰のためである。種々異なる空間位置においてより多数の正規化された変位または歪みがあれば、この変位は減衰を考慮して調整される。

補正は線形に、応力源の点または領域からの距離の関数として行われる。組織モデルまたは異なるタイプの組織に基づく非線形補正も使用することができる。線形または非線形関数が経験的データに基づき仮定されるか、または伝播モデルに基づいて設定される。音響力に対しては、組織内の音響の減衰が距離および周波数の関数として補正される。外部の力または他の器官からの力、手動で適用された力、または心臓の力に対しては補正を行わないか、または別の補正を行う。

この補正は、時間領域で実行される。択一的実施例では、この補正はフーリエ領域または周波数領域で実行される。

ステップ３４で、ずりまたは弾性係数情報が、グリッドのより密なサンプリングのために計算される。例えば、十分にサンプリングされたグリッドに対するずり弾性係数値は、疎な箇所でのずり情報の関数として計算される。別の例では、視野に密に分布する箇所での組織弾性係数が、疎な箇所での組織弾性係数の関数として決定される。現在公知の、または将来開発される他の計算を利用することもできる。

実施例で、グリッドの疎でない箇所における組織弾性係数、またはずり弾性係数のようなずり情報が、密に分布する箇所での歪みまたは変位情報の関数として決定され、この弾性係数またはずり情報が疎な箇所に対して評価される。例えば、各サンプリング箇所に対するずり弾性係数が、拡散方程式を反復的に解くことによって決定される。ポアソン比を０．５と仮定するか、または既知のポアソン比を使用すれば、異なる箇所でのずり弾性係数が、異なる時間でのまたは異なる箇所に対して異なる応力下での歪み野の関数として、かつ疎な箇所に対するずり弾性係数の関数として反復的に計算される。ずりに連続性があると仮定すると、異なる箇所でのずり弾性係数を、疎なサンプルから評価することができる。

実施例で、疎な箇所における応力はステップ３６で、疎な箇所からのずり情報の関数として、かつ疎な箇所での歪みまたは変位の関数として計算される。一箇所に対する歪みとずり情報を知れば、当該箇所の応力を決定することができる。応力は疎な箇所に対して、疎な箇所での変位情報の関数として、かつ疎な箇所での組織弾性係数の関数として計算される。実施例で、異なる時間での疎な箇所に対する応力は、異なる時間での歪みまたは変位値から決定される。１回または２回以上の応力を決定することができる。

実施例では、密に離間された情報がステップ３８で獲得される。単純な方法は、疎なずり弾性係数を補間して、密なグリッドでのずり情報を獲得することである。別の方法は、疎な箇所での応力を計算し、応力を密なグリッド点で補間することである。密なグリッド点でのずり情報は、補間された応力値と歪みまたは変位値から評価することができる。

ステップ３８の別の実施例では、応力の拡散が解かれる。疎な箇所での応力の拡散は、密にサンプリングされたグリッドについて計算される。例えば時間導関数が、疎な箇所における応力の第２の空間導関数の関数として決定される。拡散方程式が、疎な箇所における応力の関数として解かれ、密にサンプリングされたグリッドに対して応力が得られる。拡散方程式の例は：

以下を条件として

ここでＫは拡散定数、σは応力である。拡散定数は実験的に決定される。この拡散方程式は反復的に解かれる。

得られた変化量が閾値以下であるか、またはそれ以上の変化が存在しなければ解は完璧である。反復が所定の基準、例えば所定の反復回数、応力の全変化、または応力の最大変化に達すると拡散プロシージャは停止する。

種々の密にサンプリングされたグリッドに対して、ずり弾性係数がステップ３４で拡散の関数として計算される。各箇所に対するずり弾性係数は、歪みまたは変位情報と、各箇所に対する応力から計算される。歪みまたは変位を使用しない関数も含めて、任意の関数を使用することができる。１つの可能な関数は：ｇ（ｒ_ｄ）＝−σ（ｒ_ｄ）／（εｒ_ｄ） ただしｒ_ｄは密にサンプリングされたグリッド点、εは歪みまたは変位である。それぞれ密に分布された箇所における応力と歪みまたは変位は、それらの箇所でのずり弾性係数を決定するために使用される。同じ組織または別の組織の特性を決定するために他の公式を使用することができる。これは例えばヤング率の決定、他の量的パラメータまたは質的パラメータの決定である。

ステップ４０で、画像データが組織弾性係数またはずり情報の関数として発生される。画像データは表示形式にあるか、または表示形式に変換して走査することができる。画像データはカラースケールデータまたはグレースケールデータである。しかしグレースケールまたはカラースケールでマッピングする前のデータでも良い。この情報は線形または非線型に表示値にマッピングされる。

画像を画像データから表示することができる。例えば画像は、表示形式の出力カラーデータにより形成される。画像は、種々異なる箇所に対するずり情報または弾性係数（例えばずり弾性係数）を表す。対象野または視野内のすべてのグリッド点に対して値が決定されれば、ディスプレイのピクセルはこの領域に対する組織特性を表す。画像は、種々のピクセルにより表されるずり情報または弾性係数情報により変調される。これらのピクセルは、１つまたは複数のグリッド点に対する組織プロパティ情報に相応するか、またはこの組織プロパティ情報から決定される。ディスプレイグリッドは、走査グリッドおよび／またはずり情報または弾性係数情報が計算されるグリッドとは異なっている。色、明度、輝度、色調、または他の特性は、ずり情報または弾性係数情報の関数として変調される。

１つ以上の組織プロパティを同じ画像に表示することができる。例えば１つの箇所のピクセルは、１つの成分を表す色と、別の成分を表す色調を有する。空間的に異なる箇所の表示値は異なる成分を表す。

画像は他のデータを含むことができる。例えば同じ領域内のＢモード、または組織、体液を表す他のデータ、または造影剤を含むことができる。組織プロパティ成分は、他のデータとオーバーレイするために、または組み合わせるために使用される。

図２は、粘弾性組織プロパティを決定するための装置１０の実施例を示す。装置１０、図１の方法または別の方法を実行する。装置１０は、送信ビーム形成器１２、トランスデューサ１４、受信ビーム形成器１６、画像プロセッサ１８、ディスプレイ２０、およびメモリ２２を有している。付加的に、いくつかの異なる構成要素が設けられていてもよい。例えばユーザ入力が手動入力のために、またはディスプレイマップの選択支援、決定すべき組織プロパティの選択支援、対象部分領域の選択支援のために、または他のコントロールのために設けられている。装置１０は医用超音波画像形成システムである。別の実施例として装置１０は、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、ＰＡＣＳステーションである。または同じ箇所にある別の装置構成、またはリアルタイム処理または画像取得後処理を行うためにネットワークを介して分散された別の装置構成であっても良い。すなわち、ビーム形成器１２，１６およびトランスデューサ１４を含まなくても良い。

送信ビーム形成器１２は超音波送信器、メモリ、パルス発生器、アナログ回路、デジタル回路またはこれらの組み合わせである。送信ビーム形成器１２は、異なる振幅または相対的な振幅、遅延量および／またはフェージングを有する複数のチャネルに対する波形を形成する。形成された波形に応じてトランスデューサ１４から音響波が送信されると、１つまたは複数のビームが形成される。送信ビームのシーケンスは、２次元または３次元領域を走査するために発生される。セクタ、Ｖｅｃｔｏｒ^（Ｒ）または別の走査フォーマットを使用することができる。同じ領域が多重に走査される。流量またはドップラ画像形成および歪み画像形成のために、走査シーケンスが使用される。ドップラ画像形成のシーケンスでは、同じ走査線に沿って多重にビーム走査し、それから隣接する走査線を走査する。歪み画像形成のためには、走査インターリービングまたはフレームインターリービングが使用される（すなわちまず領域全体を走査し、それから再び走査する）。択一的実施例では、送信ビーム形成器１２がより高速の走査のために平面波または拡散波を形成する。

トランスデューサ１４は、圧電素子または容量性ダイヤフラム素子の１次元、１．２５次元、１．５次元、１．７５次元または２次元のアレイである。トランスデューサ１４は音響エネルギと電気エネルギとを変換するための複数の変換素子を有している。受信信号は、トランスデューサの変換素子に当たる超音波エネルギ（エコー）に応答して発生される。これらの変換素子は送信ビーム形成器１２および受信ビーム形成器１６のチャネルに接続されている。

受信ビーム形成器１６は、増幅器、遅延素子および／または位相回転器、そして１つまたは複数の累積器を有する複数のチャネルを含む。各チャネルは、トランスデューサの１つまたは複数の変換素子に接続されている。受信ビーム形成器１６は、相対的な遅延、位相および／またはアポダイゼーションを適用し、各送信に応じて１つまたは複数の受信ビームを形成する。他の実施例として、受信ビーム形成器１６は、フーリエ変換または他の変換を用いてサンプリングするプロセッサであってもよい。

受信ビーム形成器１６は、２次高調波の情報または送信周波数バンドとは異なる周波数バンドの情報を分離するためのフィルタを含むことができる。こうした情報は所望の組織、造影剤および／または流量情報を含む。他の実施例として、受信ビーム形成器１６がメモリまたはバッファ、およびフィルタまたは加算器を含んでいてもよい。２つまたはそれ以上の受信ビームが結合され、これにより、２次高調波、３乗基本波または他の周波数バンドなどの所望の周波数帯域における情報が分離される。

受信ビーム整形器１６は、空間位置を表すデータが累積されたビームを出力する。一箇所のデータ、ラインに沿った箇所のデータ、エリアのデータ、または容積箇所のデータが出力される。ダイナミックなフォーカシングを行うことも可能である。データは種々異なる目的のためのものでよい。例えばドップラデータまたは流量データとは異なる走査が、Ｂモードまたは組織データに対して実行される。

プロセッサ１８は、Ｂモード検出器、ドップラ検出器、パルス波ドップラ検出器、相関プロセッサ、フーリエ変換プロセッサ、ＡＳＩＣ、汎用プロセッサ、制御プロセッサ、画像プロセッサ、ＦＰＧＡ、デジタルシグナルプロセッサ、アナログ回路、デジタル回路またはこれらの組合せ、あるいは、これまで既知のあるいは将来開発される超音波サンプルから表示情報を検出および処理する手段である。

実施例でプロセッサ１８は、１つまたは複数の検出器および別個のプロセッサを含む。このプロセッサは、制御プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ、アプリケーション専用集積回路、ＦＰＧＡ、ネットワークサーバ、プロセッサ群、データパス、それらの組合せ、または他の現在公知の、または将来開発される歪み検出デバイス、フーリエ変換デバイスおよび組織プロパティ計算デバイスである。例えばプロセッサ１８は、図１に示したステップ１つまたは複数の任意の組合せを実行する。

プロセッサ１８は弾性係数または組織プロパティ評価を、視野内の有限数の箇所に適用する。例えば超音波データが、有限数の箇所に対するずり弾性係数の評価のために獲得される。

プロセッサ１８は、歪み情報（例えば歪み、変位、またはひずみ率）を受信ビーム形成器１６からの出力データの関数として決定する。歪み情報は、視野内でずり情報よりも多数の箇所に対して存在する。

プロセッサ１８は、粘弾性組織プロパティを視野内で、疎なずり評価よりも多数の箇所に対して決定する。組織プロパティ値は歪み情報の関数として計算され、弾性係数および組織プロパティが有限数の箇所に対して評価される。任意の粘弾性組織プロパティを決定することができ、例えばずり弾性係数を決定することができる。プロセッサ１８は、画像または組織プロパティからマッピングされた表示値をディスプレイ２０に出力する
歪み情報、弾性係数情報、応力、または組織プロパティを決定するために、複数の走査または測定からデータが獲得され、格納される。データはメモリ２２または他のメモリに格納される。１つまたは複数の処理ステップからのデータが格納される。これは例えばラジオ周波数データ、チャネルデータ、ビ―ム和データ、検知データ、歪みデータ、応力データ、弾性係数データ、ずり弾性係数データ、および／または計算された値である。

プロセッサ１８は、メモリ２２または他のメモリに格納された命令に従って動作する。プロセッサ１８は、弾性係数情報を超音波により決定するようにプログラムされている。メモリ２２はコンピュータで読み取り可能な記憶媒体である。本明細書において記述した処理、方法および／または技術を実施するための命令は、コンピュータ読み出し可能記憶媒体またはメモリ上に提供されており、この記憶媒体は例えば、キャッシュ、バッファ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブまたはそれ以外のコンピュータ読み出し可能記憶媒体である。コンピュータで読み出し可能な記憶媒体は、種々のタイプの揮発性および非揮発性記憶媒体を含む。図面または本明細書において説明した機能、動作またはタスクは、コンピュータ読み出し可能記憶媒体に記憶されている１つまたは複数の命令のセットに応答して実行される。機能、ステップまたはタスクは命令セット、記憶媒体、プロセッサまたは処理ストラテジなどのタイプに依存せずに実行可能であり、単独または任意に組み合わされたソフトウェア、ハードウェア、集積回路、ファームウェア、マイクロコードその他などによって実行される。同様に、プロセシングストラテジーは、マルチプロセシング、マルチタスク処理、並列処理などを含んでいてもよい。１つの実施形態において、命令はローカルシステムまたはリモートシステムによる読み出しのために、取り外し可能な媒体装置に記憶されている。別の実施形態において、命令はコンピュータネットワークまたは電話回線を介して転送するために、遠隔地に記憶されている。さらに別の実施形態において、命令は所定のコンピュータ、ＣＰＵ、ＧＰＵまたはシステム内に記憶されている。

ディスプレイ２０はＣＲＴ、ＬＣＤ、プロジェクタ、プラズマ、または２次元画像または３次元提示を表示するための他のディスプレイである。ディスプレイ２０は、超音波画像、粘弾性組織プロパティ値、または複数の空間位置に対する他の情報を表示する。画像は、ずりまたは他の組織プロパティが超音波により決定された箇所よりも多数の、視野内の箇所を表す。

これまで本発明を複数の実施形態に基づいて説明してきたが、本発明の趣旨から逸脱することなく種々の変更を加えることが可能であるものと理解されたい。したがって上記における詳細な説明は制限を意図しているもののではなく説明を意図しているものであり、本発明の精神および範囲を定めるのは、すべての同等のものを含む添付の特許請求の範囲であると解される。

Claims (15)

1. 超音波によりずり弾性係数を決定するためのシステムの作動方法であって、前記方法は、
   第１のずり弾性係数を、グリッドの疎な箇所で評価するステップと、
   より密なサンプリンググリッドに対して、超音波により歪みを測定するステップと、
   第２のずり弾性係数を、前記第１のずり弾性係数の関数として、グリッドのより密なサンプリングのために計算するステップと、
   画像を前記第２のずり弾性係数の関数として表示するステップと、
   を有し、
   前記より密なサンプリングは、前記疎な箇所の数より多い、グリッドの追加の箇所の数のサンプリングであり、
   前記第２のずり弾性係数を計算するステップは、
   前記疎な箇所における第１の応力を、前記第１のずり弾性係数の関数として計算するステップと、
   前記第１の応力の拡散を、より密なサンプリンググリッドに対して計算するステップと、
   前記第２のずり弾性係数を、前記拡散の関数として計算するステップと、
   前記第２のずり弾性係数を、前記歪みの関数として計算するステップと、
   を含む作動方法。
2. 前記第１のずり弾性係数を評価するステップは、
   超音波による捻れ波を発生するステップと、
   超音波による前記捻れ波を測定するステップと、
   を含む、
   請求項１記載の作動方法。
3. 前記歪みを測定するステップは、異なる時点で適用された異なる応力に対する応答として前記歪みを測定するステップを含み、
   前記適用された異なる応力は、前記第１の応力を含む、
   請求項１記載の作動方法。
4. 前記第２のずり弾性係数を計算するステップは、
   前記第１の応力を、前記疎な箇所に対して、前記第１のずり弾性係数および前記歪みの関数として計算するステップと、
   拡散方程式を前記第１の応力の関数として反復的に解くステップと、
   を含み、
   解は、より密なサンプリンググリッドに対する第２の応力を規定するものであり、
   前記第２のずり弾性係数を、前記歪みおよび前記第２の応力の関数として計算するステップを含む、
   請求項１記載の作動方法。
5. 前記画像を表示するステップは、ずり弾性係数の画像を、グリッドに相応する画像の空間位置および種々異なるピクセルの関数として発生するステップを含む、
   請求項１記載の作動方法。
6. 持続性コンピュータ読み出し可能記憶媒体であって、
   前記持続性コンピュータ読み出し可能記憶媒体には、プログラミングされたプロセッサにより実行可能な命令を表すデータが格納されており、前記命令は、弾性係数情報を超音波により決定するためのものであり、
   前記記憶媒体は、
   超音波応答により、視野内の疎な箇所における組織弾性係数を評価するステップと、
   超音波により変位情報を、組織に適用される力に応答して測定するステップと、
   前記疎な箇所における組織弾性係数の関数として、視野内の密な箇所における組織弾性係数を決定するステップと、
   をコンピュータに対して実行させるための命令を記憶し、
   前記決定するステップは、前記密な箇所における組織弾性係数を、前記変位情報および前記疎な箇所における組織弾性係数の関数として決定するステップを含む、
   持続性コンピュータ読み出し可能記憶媒体。
7. 前記決定するステップは、組織弾性係数を視野内の十分にサンプリングされた箇所で決定するステップを含む、
   請求項６記載の持続性コンピュータ読み出し可能記憶媒体。
8. 持続性コンピュータ読み出し可能記憶媒体であって、
   前記持続性コンピュータ読み出し可能記憶媒体には、プログラミングされたプロセッサにより実行可能な命令を表すデータが格納されており、前記命令は、弾性係数情報を超音波により決定するためのものであり、
   前記記憶媒体は、
   超音波応答により、視野内の疎な箇所における組織弾性係数を評価するステップと、
   前記疎な箇所における組織弾性係数の関数として、視野内の密な箇所における組織弾性係数を決定するステップと、
   をコンピュータに対して実行させるための命令を記憶し、
   前記決定するステップは、前記疎な箇所に対する応力を、前記疎な箇所における変位情報と前記疎な箇所における組織弾性係数の関数として計算するステップと、
   密な箇所に対する応力を、疎な箇所における応力の関数として計算するステップと、
   ずり弾性係数を、密な箇所における応力と密な箇所における変位の関数として決定するステップと、
   を含む、
   持続性コンピュータ読み出し可能記憶媒体。
9. 前記密な箇所に対する応力を計算するステップは、疎な箇所における応力の時間導関数を、疎な箇所における応力の２次空間導関数の関数として決定するステップを含む、
   請求項８記載の持続性コンピュータ読み出し可能記憶媒体。
10. 画像データを、組織弾性係数の関数として発生するステップを含む、
    請求項６記載の持続性コンピュータ読み出し可能記憶媒体。
11. 請求項１記載の作動方法を実施することによって、粘弾性組織プロパティを決定するためのシステムであって、前記システムは、
    受信した超音波エネルギから受信信号を発生するトランスデューサと、
    少なくとも１つのラインに沿った空間位置を表すデータを出力する受信ビーム形成器と、
    弾性係数評価を、視野内の有限数の箇所に適用するプロセッサと、
    を有し、
    前記プロセッサは、視野内の多数の箇所に対する歪み情報を前記出力データの関数として発生し、
    粘弾性組織プロパティ値を前記視野内の多数の箇所に対して、有限数の箇所に対して評価された前記歪み情報と弾性係数の関数として決定する、
    システム。
12. 前記粘弾性組織プロパティ値を、視野内の多数の箇所を表す複数の空間位置に対して表示するディスプレイを有する、
    請求項１１記載のシステム。
13. 前記プロセッサは、ずり弾性係数を有限数の箇所に対して評価し、前記ずり弾性係数を粘弾性組織プロパティとして決定する、
    請求項１１記載のシステム。
14. 前記グリッドの疎な箇所で評価するステップは、グリッド点のサブセットで評価するステップを含み、
    前記より密なサンプリンググリッドに対して計算するステップは、前記グリッド点のセットのために計算するステップを含み、
    前記サブセットのグリッド点は、前記セットのグリッド点に対する前記サブセットのグリッド点の比が１／５以下になるように規則的に間隔をあけて配置される、
    請求項１記載の作動方法。
15. 前記疎な箇所で評価するステップは、少なくとも５つの走査線を有する２次元領域の疎な箇所に対して評価するステップを含み、
    前記より密なサンプリンググリッドに対して計算するステップは、前記２次元領域および前記少なくとも５つの走査線のグリッド点のために計算するステップを含む、
    請求項１記載の作動方法。

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