JP6259953B2 - せん断波を用いる測定に関する超音波システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、せん断波を用いた測定、特に、対象の関心領域の特性をせん断波を用いて測定する超音波システム及び測定方法に関する。

生体組織の機械的変化は病理学的変化と相関する。例えば、組織の粘性、組織の剛性（弾性としても知られる）、及び組織の減衰係数（組織の縦波の減衰、及びせん断波の減衰としても知られる組織の横波の減衰を含む）は、臨床診療にとって重要な物理的パラメータである。組織の機械的特性を遠隔から調べるための様々な手段が開発されている。これは、超音波ビームの放射力を利用して、患者といった対象の体内の組織の領域に遠隔から力（音響放射力。これは、プッシュパルス又はプッシュビームとも呼ばれる）を加えて組織を変形させる。変形のパターンに従う縦波ベースの超音波イメージングを使用して直接変形を追跡することにより、変形のポイント（焦点と呼ばれる）で局所的に、又は変形される領域（即ち、焦点）から横方向に伝搬するせん断波をせん断波速度撮像を介して追跡することにより、焦点の隣接領域で、弾性特性が測定されることができるよう、音響放射力が適用されることができる。

医用イメージングの目的で、超音波による探査は、しばしば縦波を利用する。縦波は、伝搬方向における前後の運動により特徴付けられる。縦波に基づかれる従来の組織減衰測定では、組織縦波減衰（組織縦減衰とも呼ばれる）が、超音波エコー信号に基づき推定される。このエコー信号は、組織の後方散乱及び減衰の両方により同時に影響を受ける。斯かる従来の組織縦波減衰測定は、後方散乱の影響と組織減衰の影響とを分離することが困難であるため、精度が制限されるという欠点を持つ。

対照的に、超音波せん断（又は横波）波は、伝搬方向に垂直な前後運動により特徴付けられる。今日、多くの市販の超音波スキャナは、組織せん断弾性を測定するための超音波せん断波エラストグラフィ製品を提供する。せん断波エラストグラフィによる組織せん断粘性とせん断波減衰の推定はまだ実用化されていない。それらは、科学的に活発な研究課題のままである。なぜなら、臨床応用可能性が、特定の用途で浮上しているためである。図１は、従来技術によるせん断波を用いた測定を示す。プッシュパルス（プッシュビームとしても知られる）１１０は、焦点１３０に向かって送信され、せん断波１５０を生成する。これは、プッシュパルスの伝搬方向（即ち、長手方向ｚ）に垂直な横方向ｘといった方向において焦点から伝搬する。１つ又は複数の追跡パルス（追跡ビームとしても知られる）が送信され、超音波エコー信号が、横方向に沿って間隔を置いて配置された複数のサンプリング位置１４０、１４２、１４４のそれぞれにおいて、せん断波の位相又は伝搬時間を推定するため、複数の追跡ライン（「Ａライン」と呼ばれる）１２０、１２２、１２４に沿って受信される。複数のサンプリング位置におけるせん断波の推定された位相又は伝搬時間が、せん断波の速度値を得るために更に使用される。せん断波の得られた速度値は、その処理が放射力インパルス撮像として知られる超音波画像を生成するために、及び／又は組織粘性若しくは弾性といった機械的特性を得るために使用され得る。斯かる従来のせん断波エラストグラフィ技術は、組織せん断弾性、せん断粘度及びせん断波減衰を提供することができる。

ＵＳ２０１２／００８９０１９Ａ１及びＵＳ２０１１／０２６３９７８Ａ１号は共に、従来のせん断波エラストグラフィ技術、即ち、せん断波の伝搬に対するその影響に基づき、組織の機械的特性を推定することに向けられている。

従って、対象における関心領域の特性（例えば、組織機械的特性）を測定するための改良された超音波システム及び方法を提供することが有利である。

本発明の第１の側面の実施形態によれば、超音波撮像システムが提案される。この超音波システムは、それぞれが相互に異なる深度値を持つ上記関心領域における複数の焦点の各々に、せん断波を発生させるためのプッシュパルスを順次送信し、上記複数の焦点のそれぞれに隣接する超音波エコー信号を受信するよう構成される超音波プローブと、上記受信された超音波エコー信号に基づき、上記生成されたせん断波が上記焦点で持つ特性を示す第１のパラメータを、複数の焦点の各々対して得るよう構成されるせん断波検出器と、上記得られた第１のパラメータの関数として、上記関心領域の特性を示す第２のパラメータを推定するよう構成される特性推定器とを有する。

こうして、関心領域内の異なる深度で複数のせん断波が励起され、複数のせん断波の強度に基づき、関心領域の特性が推定される。本発明の発明者らは、関心領域の特性は、プッシュパルスが関心領域を通って伝搬するとき、各プッシュパルスの伝搬に影響を及ぼし、次に、関心領域における焦点においてプッシュパルスによって励起されたそれぞれのせん断波に影響を及ぼし、及び従って焦点における励起されたせん断波の特性（強度、位相など）は、関心領域の特性（組織粘性、組織剛性、組織減衰など）に依存することを認識した。例えば、組織の長手方向の減衰係数が高いほど、プッシュパルスが組織を通って伝搬するときプッシュパルスがより多く減衰する態様で、組織は、プッシュパルスの伝搬を減衰させ、及び従って、焦点におけるプッシュパルスの強度、ひいては励起されたせん断波の強度が低下する。斯かる認識に基づき、本発明者らは、関心領域における異なる焦点深度で複数のせん断波を励起させ、長手方向に沿ったプッシュパルスの伝搬に対する関心領域の特性の影響に基づき、複数の焦点で生成されるせん断波の特性の関数として、関心領域の特性を推定することを提案する。言い換えると、関心領域の特性は、複数の焦点で生成されたせん断波の特性間の関係に基づき推定される。例えば、ある焦点に関して得られた第１のパラメータは、生成されたせん断波が焦点で持つ特性（強度、位相など）を示すことができる。これとは対照的に、従来のせん断波エラストグラフィ技術では、横波／横方向に沿ったせん断波の伝搬に関する関心領域の特性の影響に基づき、関心領域の特性が推定される。従って、従来のせん断波エラストグラフィ技術では、横方向に沿って伝搬する前に焦点でせん断波が持つ任意の特性が推定又は得られるのではなく、せん断波の伝搬速度又は遅延といったせん断波の伝搬特性が、推定される。

せん断波は、超音波信号の送信／受信方向（即ち、長手方向）に垂直な方向に伝搬するので、せん断波の測定は、長手方向に沿った超音波信号の後方散乱によって影響を受けない。従って、上記の組織特性推定は、従来の縦波ベースの組織減衰測定の前述の欠点を持たない。

従来のせん断波エラストグラフィ技法と比較して、関心領域の追加の特性は、複数のせん断波の測定されたパラメータを組み合わせることにより推定されることができる。いくつかの実施形態では、上記第２のパラメータは、例えば組織長手方向減衰、組織長手方向粘性等の上記関心領域長手方向の特性を示すことができる。良く知られるように、組織特性は、すべての方向で同じであってもよいが、異なる方向において異なることもできる。例えば、長手方向における組織の減衰、組織の粘性又は組織の弾性といった組織の機械的特性は、横方向の特性とは異なっていてもよい。関心領域の長手方向特性は、例えば長手方向の減衰、長手方向の粘度といった長手方向に沿った関心領域の特性（即ち、長手方向の波の伝搬）として知られる。同様に、せん断特性とも呼ばれる横方向特性は、例えば横方向減衰（せん断減衰とも呼ばれる）、横方向粘度など、横方向に沿った関心領域の特性として知られる。

焦点の数は、任意の適切な値に設定されることができる。一般に、焦点の数が多いほど、関心領域の推定された特性がより正確になる。超音波プローブは、１次元又は２次元のトランスデューサアレイを含むことができる。関心領域は、例えば、肝臓組織、腎臓組織、前立腺組織、乳房組織といった組織の領域とすることができる。対象は、患者といったヒト、動物、ファントム等とすることができる。焦点で生成されたせん断波の特性は、時間領域又は周波数領域における特性とすることができ、これは、せん断波の変位、速度、及び／又はスペクトルを含むがこれに限定されるものではない。

一実施形態によれば、関心領域の特性は、関心領域の減衰、剛性及び粘度のいずれか１つを含む。関心領域の特性は、組織減衰、組織剛性及び組織粘性のいずれか１つを含むことができる。組織の減衰は、長手方向の減衰又はせん断減衰であり得る。関心領域の特性は、関心領域の長手方向特性を含むことができる。例えば、関心領域の特性は、長手方向の減衰であり得る。

特別なせん断波励起及び追跡スキームを開発することにより、縦波減衰といった追加パラメータの推定を可能にする統合アプローチを提案する。提案されたアプローチは、縦波及びせん断波の両方に基づき多パラメータ組織定量化を提供するワンボタンプッシュツールとして構想される。臨床研究は、縦波の音響減衰係数が軟組織における脂肪定量化（例えば脂肪肝定量）に有用であることを長い間指摘してきた。最近開発されたせん断波エラストグラフィは、組織特徴化（例えば、肝線維症病期分類）及び癌検出（例えば、肝臓、乳房、前立腺及び甲状腺などの癌検出）のための診断ツールとして登場した。

一実施形態によれば、上記焦点に関する第１のパラメータは、焦点に隣接する追跡スポットにおける上記生成されたせん断波の変位から得られる。言い換えると、各第１のパラメータは、生成されたせん断波がそれぞれの焦点に隣接する追跡スポットで示す変位から得られる。時間領域又は周波数領域のいずれかにおいて、エコー信号からのせん断波変位を得るのに、様々な既知の手法が使用されることができる。様々な実施形態において、第１のパラメータは、追跡スポットにおける生成されたせん断波のピーク変位、平均変位などを示す。追跡スポットが、それぞれの焦点に隣接し、追跡スポットでの変位は、焦点における変位に比例すると考えられるので、得られた第１のパラメータは、生成されたせん断波のそれぞれの焦点位置における例えばピーク変位、平均変位等の変位を示すために用いられることができる。

一実施形態によれば、第１のパラメータは、焦点における生成されたせん断波のピーク変位を示すため、追跡スポットにおける生成されたせん断波のピーク変位から得られる。

一実施形態によれば、上記特性推定器は、上記得られた第１のパラメータを用いて指数曲線を適合させることにより、上記関心領域の組織長手方向減衰特性を推定するよう構成される。

一実施形態によれば、上記超音波システムは、インターフェースを更に有し、上記インターフェースが、上記複数の焦点を示すための入力を受信するよう構成され、上記特性推定器は更に、上記示された複数の焦点のそれぞれの焦点深度値に基づき、上記第２のパラメータを推定するよう構成される。一例では、ユーザ入力は関心領域とすることができ、複数の焦点は、所定の規則に基づき自動的に設定されることができる。例えば、複数の焦点は、関心領域にわたって等間隔に配置される所定数のスポットとして設定されることができる。別の例では、入力は、複数の焦点とすることができる。インターフェースは、ユーザインターフェース、又は病院情報システム、患者情報管理システムといった必要とされる情報を提供することができるシステムとのインターフェースとすることができる。

一実施形態によれば、超音波システムは、複数の焦点の各々に関して、プッシュパルスのビーム形成設定によってもたらされるプッシュパルスの強度変動を推定するよう構成される強度変動推定器を更に有する。

本発明の発明者らは、関心領域の特定の特性の推定は、プッシュパルスの初期音響強度を利用することができるが、プッシュパルスの初期音響強度は、プッシュパルスのビームプロファイルとともに変化することを認識した。関心領域の特性に関する推定を更に向上させるため、本発明者らは、斯かる変動を推定し、その変動を補償することを提案する。

いくつかの実施形態では、上記超音波プローブが、上記推定された変動に基づき上記プッシュパルスの強度を調整するよう更に構成される。いくつかの他の実施形態では、上記特性推定器が、上記推定された変動に基づき上記第２のパラメータを推定するよう更に構成される。

一実施形態によれば、上記せん断波検出器が、上記複数の焦点の各々に関して、上記焦点の深度における上記関心領域の組織せん断を示す第３のパラメータを推定し、上記推定された上記第３のパラメータに基づき上記第１のパラメータを調整するよう更に構成され、上記特性推定器は、上記調整された第１のパラメータの関数として、上記第２のパラメータを得るよう更に構成される。例えば、関心領域のせん断特性は、関心領域のせん断剛性、せん断粘度、又はせん断減衰とすることができる。例えば、各焦点の深度におけるせん断特性は、その焦点で生成された個別のせん断波の速度に基づき推定されることができる。

本発明者らは、異なる深度における局部せん断特性が、異なる場合があり、従って関心領域の特性の推定に影響を及ぼす場合があることを認識し、そこで、関心領域の特性の推定の前に、第１のパラメータを局所的なせん断波特性を用いて調整することを提案する。

一実施形態によれば、超音波プローブは、複数の焦点の各々に関して、この焦点に隣接する追跡スポットに向かって追跡パルスを送信し、追跡スポットから超音波エコー信号を受信するよう構成され、上記せん断波検出器は、上記複数の焦点のそれぞれに関して、上記焦点に隣接する追跡スポットから受信される上記超音波エコー信号に基づき、上記第１のパラメータを得るよう構成される。

本発明の第２の側面の実施形態によれば、せん断波を用いて対象の関心領域の特性を測定する方法が提案される。この方法は、それぞれが相互に異なる深度値を持つ上記関心領域における複数の焦点の各々に、せん断波を発生させるためのプッシュパルスを順次送信し、上記複数の焦点のそれぞれに隣接する超音波エコー信号を受信するステップと、上記複数の焦点の各々に関して、上記受信された超音波エコー信号に基づき、上記生成されたせん断波が上記焦点において持つ特性を示す第１のパラメータを得るステップと、上記得られた第１のパラメータの関数として、上記関心領域の特性を示す第２のパラメータを推定するステップとを有する。

第３の本発明の側面の実施形態によれば、実行されるときコンピュータに、複数のせん断波に基づき、対象における関心領域の特性を推定する方法を実行させるコンピュータプログラムが提供され、複数のせん断波の各々が、異なる深度の焦点にプッシュパルスを送信することにより生成され、上記方法が、複数の焦点の各々に関して、上記複数の焦点のそれぞれに隣接して受信される超音波エコー信号に基づき、上記焦点において上記せん断波が持つ特性を示す第１のパラメータを得るステップと、上記得られた第１のパラメータの関数として、上記関心領域の特性を示す第２のパラメータを推定するステップとを有する。

従来技術における従来のせん断波ベースの組織の粘性又は弾性測定を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態に従って構成された超音波撮像システムをブロック図形式で示す図である。 本発明のいくつかの実施形態による、関心領域における複数の焦点で生成された複数のせん断波を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態による、関心領域における複数の焦点を示す図である。 本発明の一実施形態による、焦点深度で集束されたプッシュパルスのビームプロファイルを示す図である。

本発明の他の目的及び利点が、添付の図面と共になされる説明を参照して、より明らかとなり、これを用いて容易に理解される。

本発明が、以下、実施形態及び図面を参照し、これらを組み合わせてより詳細に記載及び説明される。

図面における同じ参照符号は、類似する又は対応する特徴及び／又は機能を示す。

本発明は、特定の実施形態及び特定の図面を参照して説明されることになるが、本発明はそれらに限定されるものではなく、添付された請求項によってのみ定まるものである。記載された図面は、概略的なものに過ぎず非限定的なものである。図面において幾つかの要素の大きさが誇張されている場合があり、説明目的のため実際のスケール通りに描かれていない場合がある。

まず図２を参照すると、本発明のいくつかの実施形態に従って構成された超音波システムがブロック図形式で示される。

超音波プローブ１０は、超音波信号を送信及び受信するトランスデューサ要素の１次元又は２次元アレイ１２を持つ。トランスデューサアレイ１２は、ビームを送信し、身体内の単一平面上で反射エコー信号を受信することにより、２次元（２Ｄ）平面を走査することができ、体のボリュメトリック（３Ｄ）領域の異なる方向及び／又は平面においてビームを送信することにより、ボリュメトリック領域を走査するのに使われることもできる。アレイ要素は、プローブ内に配置されたマイクロビーム形成器３８に結合される。これは、この要素による送信を制御し、この要素のグループ又はサブアレイから受信されるエコー信号を部分的にビーム形成された信号へと処理する。部分的にビーム形成された信号は、送信／受信（T／R）スイッチ１４により、プローブから超音波システム内のマルチライン受信ビーム形成器２０に結合される。ビーム形成器による送信及び受信の調整は、ビーム形成器コントローラ１６により制御され、これは、マルチライン受信ビーム形成器及び送信コントローラ１８に結合される。送信コントローラは、制御信号をマイクロビーム形成器に提供する。ビーム形成器コントローラは、ユーザ制御パネル４０のユーザ操作に基づき生成される信号に応答して、超音波システム及びそのプローブの動作を制御する。マルチライン受信ビーム形成器２０は、単一の送信−受信間隔中にエコー信号の１つ又は複数の空間的に分離した追跡ライン（受信ライン又はＡラインとしても知られる）を生成する。

本発明の一実施形態によれば、超音波プローブは、関心領域内の複数の焦点の各々に、せん断波を生成するためのプッシュパルスを順次送信し、上記複数の焦点の各々に隣接する超音波エコー信号を受信するよう構成される。複数の焦点の各々は、互いに異なる焦点深度値を持つ。例えば、超音波エコー信号は、各焦点に隣接するＡラインに沿って受信される。

受信されたエコー信号は、更なる処理のため、せん断波検出器に結合される。せん断波検出器は、受信した超音波エコー信号に基づき、複数の焦点のそれぞれについて、個別のせん断波の特性の第１のパラメータを得るよう構成される。せん断波検出器は、信号プロセッサ２２と、Ａラインメモリ２４と、Ａライン動き推定器（例えば、相互相関器）２６と、強度検出器２８とを有する。エコー信号は、信号プロセッサ２２により、フィルタリング、ノイズ除去等の処理が施され、Ａラインメモリ２４に格納される。連続するＡラインサンプリングのエコー信号が、Ａライン動き推定器２６によって追跡され、各サンプリング位置について組織変位のサンプルの時間シーケンスが生成される。強度検出器２８は、Ａラインに沿ったせん断波変位の検出に基づき、せん断波の強度を決定する。特性推定器３２は、得られた第１のパラメータの関数に基づき、関心領域の特性を示す第２パラメータを推定するように結合される。せん断波検出器及び特性推定器３２は、図３を参照してより詳細に説明される。

いくつかの実施形態では、得られた特性情報は、画像プロセッサ３４に結合されることができる。これは、画像ディスプレイ３６に表示するため、好ましくは組織の解剖学的超音波画像と組み合わせて、特性情報を処理する。

いくつかの実施形態では、超音波システムは、プッシュパルスのビームプロファイルによってもたらされるプッシュパルスの初期音響強度の変化を、各プッシュパルスについて推定するよう構成される強度変動推定器４０を更に有することができる。一例では、超音波プローブ１０は、推定された変動に基づきプッシュパルスの強度を調整するよう更に構成される。この場合、強度変動推定器４０は、ビーム形成器コントローラ１６の一部とすることができる。別の例では、特性推定器３２は、推定された変動に基づき第２のパラメータを推定するよう更に構成される。ビームプロファイルによりもたらされる斯かる強度変動及び対応する補償が、図５を参照してより詳細に説明される。

図３は、本発明の一実施形態による関心領域内の複数の焦点で生成された複数のせん断波を示す。３つのせん断波が図３に示されるが、異なる数のせん断波が、様々な実施形態に基づき生成されてもよい。

図３を参照すると、複数のプッシュパルス３１０、３１２、３１４の各々が、皮膚表面下の異なる深度ｚ１、ｚ２、ｚ３で集束される。各焦点３２０、３２２、３２４においてもたらされる組織変形は、長手方向ｚに直交する横方向（例えば図示される方向ｘ）に沿って伝搬するせん断波３３０、３３２、３３４を生じさせる。

プッシュパルスは、集束された高ＭＩプッシュパルス（例えば、ＦＤＡ診断限度内にあるように１.９以下のＭＩ）とすることができる。これは、焦点において組織を下方に変位させ、せん断波の発生を引き起こす。典型的には、超音波信号、例えばプッシュパルスは、組織内で約１５６０メートル／秒の速度で移動し、せん断波は、組織内で約１〜５メートル／秒の速度で移動し、組織内のせん断波周期は、２〜１０ミリ秒のオーダーである。いくつかの実施形態では、複数のプッシュパルスが、所定の時間間隔で逐次送信されることができる。例えば、所定の時間間隔は、せん断波の少なくとも１周期より長くすることができる。

図４は、本発明のいくつかの実施形態による関心領域内の複数の焦点を示す。図４において、方向ｚは、超音波プローブ４１０の長手方向、即ち深度方向としても知られる超音波信号の伝搬方向を表す。方向ｘ及びｙは、超音波プローブ４１０の長手方向に垂直な方向、即ち、方位角及び仰角方向をそれぞれ表す。２次元トランスデューサアレイを含む超音波プローブ４１０が、３次元撮像野４２０を持つことが示されるが、１次元トランスデューサアレイを持つ超音波プローブが同様に使用され、関心領域は、２次元又は３次元であり得る点を理解されたい。

図４を参照すると、関心領域４３０内の複数の空間位置４４０が焦点として使用される。３つの焦点が図示されるが、本発明はこれに限定されず、任意の数の焦点が規定されることができる。焦点４４０は、異なる深度に、言い換えると、長手方向ｚに沿って異なる位置に配置される。一実施形態において、複数の焦点は、長手方向に沿って互いに同じ所定の距離だけ離間されることができる。所定の距離は、例えば、１センチメートルのオーダーとすることができる。複数の焦点４４０は、様々な実施形態において、他の２つの方向ｘ及びｙに沿って同じ位置又は異なる位置を持つことができる。

複数の焦点は、ユーザインターフェースを介して手動で選択されることができる。例えば、関心領域を含む超音波画像がディスプレイに提示され、次いでユーザは、任意の適切なユーザ入力手段を介して、表示された超音波画像における対応する空間位置を入力することにより、焦点を選択することができる。この入力手段は、ジョイスティック、マウス、物理的なボタン、タッチスクリーンなどを含むが、これらに限定されるものではない。追加的又は代替的に、焦点が関心領域において自動的に生成されることができる。例えば、所定の数の焦点が生成されることができ、及び／又は同じ所定の距離だけ離れた複数の焦点が生成されることができる。所定の数及び／又は所定の距離は、ユーザによって選択される、又は予め規定されることができる。

関心領域は、表示された超音波画像におけるユーザインターフェースを介して手動で選択されることもでき、及び／又は例えば超音波画像を処理することにより自動的若しくは半自動的に規定されることもできる。

再び図３を参照すると、追跡スポット３５０、３５２、３５４における組織変位を追跡するため、焦点に隣接する追跡ライン３４０、３４２、３４４に沿って超音波エコー信号が受信される。本発明の発明者は、例えば焦点に隣接する追跡スポットでのプッシュパルス反射又は残響のため、焦点でのせん断波追跡がそれほど正確ではないことを認識し、従って、焦点に隣接する追跡スポットで、せん断波変位を追跡することを提案する。更に、追跡スポットは、焦点から離れすぎてはならない。なぜなら、せん断波変位が伝搬方向に沿って急速に減少するからである。各焦点と最も近い追跡スポットとの間の距離は、任意の適切な値とすることができ、異なる種類の関心領域に対して異なることができる。例えば、追跡スポットと焦点との間の距離は、０.１ｃｍのオーダーとすることができる。例えば、追跡スポットと焦点との間の距離は、プッシュフォーカスから離れたプッシュビーム幅の半分に設定されることができる。

複数の焦点の各々について、せん断波の特性を示す第１のパラメータが、それぞれの追跡ラインに沿って受信されたエコー信号から得られる。焦点３２０を例にとると、焦点３２０に対して得られる第１のパラメータは、追跡ライン３４０に沿って受信されたエコー信号から得られる。いくつかの実施形態では、焦点について得られた第１のパラメータは、その焦点における個別のせん断波の特性値を示すことができる。本発明の一実施形態によれば、第１のパラメータは、追跡スポット３５０、３５２、３５４におけるせん断波変位のピーク値として得られる。他の例では、第１のパラメータは、せん断波の平均変位などとして得られることができる。

次に、関心領域の特性が、複数の焦点におけるせん断波特性値の関数として推定される。いくつかの実施形態では、各焦点におけるせん断波特性値は、プッシュパルスの強度、関心領域の特性、及び焦点の深度値の関数としてモデル化され、斯かるモデルに基づき、関心領域の未知の特性が得られることができる。得られる未知の特性は、関心領域内で同じであると仮定される点に留意されたい。一例として組織の減衰を考慮して、一実施形態による推定が以下に説明される。

本発明の一実施形態によれば、個別の追跡スポットで測定されたｋ番目のせん断波のピーク又は最大変位Ｍｋは、プッシュパルスの強度Ｉｋに指数式を掛けたものに比例するものとしてモデル化されることができる。指数式における指数は、それぞれの焦点の深度ｄｋと負の組織減衰係数αとの積であり、即ち

となる。

例えば、推定された組織減衰係数αは、数学的に

として得られることができる。

例えば、組織減衰係数の推定は、得られた第１のパラメータＭｋを用いて指数曲線をフィットさせることにより実行されることができる。いくつかの実施形態では、プッシュパルス３１０、３１２、３１４の強度Ｉｋが実質的に同じであるよう設定されることができる。いくつかの他の実施形態では、プッシュパルス３１０、３１２、３１４の強度が異なるよう設定されることができる。

本発明の発明者は、関心領域の特定の特性の推定が、プッシュパルスの初期音響強度を利用することができるが、プッシュパルスの初期音響強度は、プッシュパルスのビームプロファイルと共に変化することを認識した。例えば、本発明者らは、深度値ｄを持つ焦点におけるピーク又は最大せん断波変位Ｍｄが、プッシュパルスの初期音響強度Ｉ_０に指数式を乗じたものに比例し、指数式における指数が、負の組織減衰係数αと深度ｄとの積であり、即ち

であることを理論的に得た。

本発明者らは、関心領域の特性に関する推定を更に向上させるため、斯かる変動を推定し、この変動を補償することを提案する。

図５は、本発明の一実施形態による焦点深度で集束されたプッシュパルスのビームプロファイルを示す。図５を参照すると、皮膚表面５２０における超音波プローブ５１０が、ビームプロファイル５３０を持つプッシュパルスを体５００を通して関心領域内の所与の焦点に送信する。焦点は、焦点深度値ｄを持つ陰影領域５５０によって示される。このプッシュパルスは、焦点における組織を下方向に変位させ、変位された組織から外側に発するせん断波面５４０を生じさせる。特定のビームプロファイルを生成するために、異なるトランスデューサ要素が使用されることができ、異なるエネルギー重み、位相シフトが、使用されるトランスデューサ要素に適用されることができる。これは、プッシュパルスの強度が同じに設定されるとしても、プッシュパルスの初期音響強度Ｉ_０が異なることができることを生じさせる。初期音響強度の変動は、所与のビームプロファイルに対して決定されることができる。

本発明の一実施形態によれば、強度推定器が、斯かる強度変化を推定するよう構成される。例えば、ビームプロファイルによって提供される場合、強度推定器は、所定のモデル化に基づきオンライン計算により、又は事前に格納されたルックアップテーブルから強度変動を取得することにより、このビームプロファイルの強度変動を推定するよう構成することができる。

本発明の実施形態によれば、超音波プローブは、推定された強度変動に基づきプッシュパルスの強度を調整するよう更に構成される。例えば、所定の初期音響強度値を得るため、所定の初期音響強度値と、ビームプロファイルによりもたらされる推定された強度変動とに基づき、あるビームプロファイルを持つプッシュパルスの強度が決定され、超音波プローブは、この決定された強度でプッシュパルスを送信する。代替的に、特性推定器は、推定された変動に基づき第２のパラメータを推定するよう更に構成される。例えば、ビームプロファイルを持つプッシュパルスに関して、補償された初期音響強度値は、プッシュパルスの強度と、ビームプロファイルによりもたらされる推定された強度変動とに基づき決定されることができ、特性推定器は、補償された初期音響強度値を用いて関心領域の特性を推定する。

一実施形態によれば、せん断波検出器は、複数の焦点のそれぞれに対して、焦点の深度における関心領域のせん断特性を示す第３パラメータを推定し、推定された第３のパラメータに基づき、第１のパラメータを調整するよう更に構成され、特性推定器は更に、調整された第１のパラメータの関数として上記第２のパラメータを得るよう構成される。

例えば、関心領域のせん断特性は、関心領域のせん断剛性又は粘度とすることができる。例えば、各焦点の深度におけるせん断特性は、その焦点で生成された個別のせん断波の速度に基づき推定されることができる。

焦点の深度における関心領域のせん断特性は、従来のせん断波エラストグラフィ技術又は将来開発される他の適切な手段によって推定されることができる。従来のせん断波エラストグラフィ技術を使用する場合、生成された各せん断波に対して、１つ以上の追跡スポットが、個別の焦点から離れて横方向ｘに沿って離間され、超音波エコー信号は、この１つ以上の追跡スポットに沿って受信され、各せん断波の速度が、受信された超音波エコー信号から得られ、組織せん断剛性及び粘性といったせん断特性が、個別のせん断波の得られた速度から推定される。

本書に記載される技術プロセスは、様々な手段により実現されることができる。例えば、これらの技術は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせで実現されることができる。ハードウェアによる実現の場合、処理ユニットは、１つ又は複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理デバイス（ＤＳＰＤ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、本書に記載される機能を実行するよう設計された他の電子ユニット、又はこれらの組み合わせにおいて実現されることができる。ソフトウェアの場合、実現は、本書に記載される機能を実行するモジュール（例えば、プロシージャ、関数等）を介して行われることができる。ソフトウェアコードは、メモリユニットに記憶され、プロセッサにより実行されることができる。

更に、請求項に記載される主題の側面は、この主題の様々な側面を実現するようコンピュータ又はコンピューティングコンポーネントを制御するためのソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はこれらの任意の組み合わせを生成するための標準プログラミング及び／又はエンジニアリング技術を用いて、方法、装置、システム又は製品として実現されることができる。本書で使用される用語「製品」は、任意のコンピュータ可読デバイス、担体又は媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムを包含するものとして意図される。例えば、コンピュータ可読媒体は、磁気記憶デバイス（例えば、ハードディスク、フロッピーディスク、磁気ストリップ...）、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）...）、スマートカード、及びフラッシュメモリデバイス（例えば、カード、スティック、キードライブ...）を含むことができるが、これらに限定されるものではない。もちろん、当業者であれば、本書に記載された範囲又は趣旨から逸脱することなく、多くの変更がこの構成に加えられることができることを理解されるであろう。

本願において用いられる用語「ビーム形成器」、「コントローラ」、「プロセッサ」、「相互相関器」、「検出器」、「推定器」、例えば「せん断波検出器」、「特性推定器」及び「撮像エンコーダ」は、ハードウェア、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせ、ソフトウェア、又は実行中のソフトウェアのいずれかであるプロセッサ又はコンピュータ関連エンティティを指すものとして意図される。例えば、コンポーネントは、プロセッサで実行中のプロセス、プロセッサ、オブジェクト、実行可能ファイル、実行スレッド、プログラム、及び／又はコンピュータとすることができるが、これに限定されるものではない。例として、サーバー上で実行中のアプリケーション及びサーバーの両方が、コンポーネントになることができる。１つ又は複数のコンポーネントが、プロセス及び／又は実行スレッド内に存在することができ、コンポーネントは、１つのコンピュータ上にローカライズされ、及び／又は２つ以上のコンピュータ間に分散されることができる。

上述されたことは、１つ又は複数の実施形態の例を含む。もちろん、前述の実施形態を説明する目的で構成要素又は方法論の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者であれば、様々な実施形態の多くのさらなる組み合わせ及び置換が可能であることを理解されるであろう。従って、記載された実施形態は、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲に含まれる斯かる変更、修正及び変形をすべて包含するものとして意図される。更に、用語「含む（include）」は、詳細な説明又は特許請求の範囲のいずれかで使用される限り、斯かる用語は、用語「有する（comprising）」が、請求項において伝統的な用語として使用されるとき解釈されるのと同様の態様で包括的であるものとして意図される。

Claims (15)

1. せん断波を用いて対象の関心領域の特性を測定する超音波システムであって、
   それぞれが相互に異なる深度値を持つ前記関心領域における複数の焦点の各々に、せん断波を発生させるためのプッシュパルスを順次送信し、前記複数の焦点のそれぞれに隣接する超音波エコー信号を受信するよう構成される超音波プローブと、
   前記受信された超音波エコー信号に基づき、前記生成されたせん断波が前記焦点で持つ特性を示す第１のパラメータを、複数の焦点の各々に関して得るよう構成されるせん断波検出器と、
   前記複数の焦点における前記得られた第１のパラメータの関数として、前記関心領域の特性を示す第２のパラメータを推定するよう構成される特性推定器とを有する、超音波システム。
2. 前記関心領域の特性が、前記関心領域の長手方向特性を含み、前記関心領域の長手方向特性は、前記プッシュパルスの伝搬方向に沿った関心領域の特性である、請求項１に記載の超音波システム。
3. 前記焦点に関して得られた第１のパラメータが、前記生成されたせん断波が焦点で持つ強度を示す、請求項１に記載の超音波システム。
4. 前記焦点に関する第１のパラメータが、前記焦点に隣接する追跡スポットにおける前記生成されたせん断波の変位から得られる、請求項１乃至３の任意の一項に記載の超音波システム。
5. 前記第１のパラメータが、前記追跡スポットにおける前記生成されたせん断波のピーク変位から得られる、請求項４に記載の超音波システム。
6. 前記特性推定器が、前記得られた第１のパラメータを用いて指数曲線を適合させることにより、前記関心領域の組織長手方向減衰特性を推定するよう構成される、請求項５に記載の超音波システム。
7. インターフェースを更に有し、
   前記インターフェースが、前記複数の焦点を示すための入力を受信するよう構成され、
   前記特性推定器は更に、前記示された複数の焦点のそれぞれの焦点深度値に基づき、前記第２のパラメータを推定するよう構成される、請求項１乃至３の任意の一項に記載の超音波システム。
8. 前記特性推定器が、前記得られた第１のパラメータ及びプッシュパルスの強度の関数として、前記第２のパラメータを推定するよう構成される、請求項１乃至３の任意の一項に記載の超音波システム。
9. 前記プッシュパルスのビームプロファイルによりもたらされる前記プッシュパルスの初期音響強度の変動を、各プッシュパルスに関して推定するよう構成される強度変動推定器を更に有する、請求項８に記載の超音波システム。
10. 前記超音波プローブが、各プッシュパルスに関して、前記推定された変動に基づき前記プッシュパルスの強度を調整するよう更に構成される、請求項９に記載の超音波システム。
11. 前記特性推定器が、前記推定された変動に基づき前記第２のパラメータを推定するよう更に構成される、請求項９に記載の超音波システム。
12. 前記せん断波検出器が、前記複数の焦点の各々に関して、前記焦点の深度における前記関心領域のせん断特性を示す第３のパラメータを推定し、前記推定された前記第３のパラメータに基づき前記第１のパラメータを調整するよう更に構成され、
    前記特性推定器は、前記複数の焦点における前記調整された第１のパラメータの関数として、前記第２のパラメータを得るよう更に構成される、請求項１乃至３の任意の一項に記載の超音波システム。
13. せん断波を用いて対象の関心領域の特性を測定する方法において、
    それぞれが相互に異なる深度値を持つ前記関心領域における複数の焦点の各々に、せん断波を発生させるためのプッシュパルスを順次送信し、前記複数の焦点のそれぞれに隣接する超音波エコー信号を受信するステップと、
    前記複数の焦点の各々に関して、前記受信された超音波エコー信号に基づき、前記生成されたせん断波が前記焦点において持つ特性を示す第１のパラメータを得るステップと、
    前記複数の焦点における前記得られた第１のパラメータの関数として、前記関心領域の特性を示す第２のパラメータを推定するステップとを有する、方法。
14. 前記第２のパラメータが、前記関心領域の長手方向特性を示し、前記関心領域の長手方向特性は、前記プッシュパルスの伝搬方向に沿った前記関心領域の特性である、請求項１３に記載の方法。
15. 実行されるときコンピュータに、複数のせん断波に基づき、対象における関心領域の特性を推定する方法を実行させるコンピュータプログラムであって、複数のせん断波の各々が、異なる深度の焦点にプッシュパルスを送信することにより生成され、前記方法が、
    複数の焦点の各々に関して、前記複数の焦点のそれぞれに隣接して受信される超音波エコー信号に基づき、前記焦点において前記せん断波が持つ特性を示す第１のパラメータを得るステップと、
    前記複数の焦点における前記得られた第１のパラメータの関数として、前記関心領域の特性を示す第２のパラメータを推定するステップとを有する、コンピュータプログラム。

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