JP6502367B2 - 異方性柔軟媒体を特性評価するための方法及び超音波デバイス、並びにそのような特性評価デバイス用の超音波プローブのセット - Google Patents

異方性柔軟媒体を特性評価するための方法及び超音波デバイス、並びにそのような特性評価デバイス用の超音波プローブのセット Download PDF

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Description

本発明は、異方性柔軟媒体を特性評価するための方法及びデバイス、並びにそのような特性評価デバイス用の一組の超音波プローブのセットに関する。
骨格筋や心筋等の繊維を含む柔軟媒体の特性評価は、その媒体内のせん断波の伝播をイメージングすることによるものが既に提案されている。特に、繊維に沿った及び繊維に垂直な媒体の剛性率の値を測定することが、二回のせん断波放出の間に数度回転される超音波トランスデューサアレイを用いて、媒体内にせん断波を連続的に伝播させて、異なる方向でのその伝播を毎回イメージングすることによるものが提案されている（非特許文献１）。このようにして、せん断波の伝播速度が各方向において決定される。非特許文献２に教示されているように、速度の測定結果を特異値分解することによって、繊維の方向と、繊維に沿った及び繊維に垂直な剛性率とをどちらも得ることができる。
しかしながら、これら既知の方法は、比較的遅いという欠点を有するので、特に、患者の心筋や患者の骨格筋等の動く繊維媒体を特性評価することができない。
国際公開第２００４／０２１０３８号 国際公開第２０００／０５５６１６号
Ｗ．‐Ｎ．Ｌｅｅ，Ｍ．Ｐｅｒｎｏｔ，Ｍ．Ｃｏｕａｄｅ，Ｅ．Ｍｅｓｓａｓ，Ｐ．Ｂｒｕｎｅｖａｌ，Ａ．Ｂｅｌ，Ａ．Ａ．Ｈａｇｅｇｅ，Ｍ．Ｆｉｎｋ，Ｍ．Ｔａｎｔｅｒ，"Ｍａｐｐｉｎｇ Ｍｙｏｃａｒｄｉａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｅｃｈｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ‐Ｂａｓｅｄ Ｓｈｅａｒ Ｗａｖｅ Ｉｍａｇｉｎｇ"，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍｅｄ．Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｖｏｌ．３１，ｐｐ． ５５４−５６２，２０１２ Ｗ．‐Ｎ．Ｌｅｅ，Ｂ．Ｌａｒｒａｔ，Ｍ．Ｐｅｒｎｏｔ，Ｍ．Ｔａｎｔｅｒ，"Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｔｅｎｓｏｒ Ｉｍａｇｉｎｇ： Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ＭＲ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｔｅｎｓｏｒ Ｉｍａｇｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｍｙｏｃａｒｄｉｕｍ"，Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．５７，ｐｐ．５０７５−５０９５，２０１２ Ｒｏｙｅｒ，Ｄｉｅｕｌｅｓａｉｎｔ，２０００； Ｅｌａｓｔｉｃ Ｗａｖｅｓ ｉｎ Ｓｏｌｉｄｓ Ｉ： Ｆｒｅｅ ａｎｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ： Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ
本発明は、特に、こうした欠点を解消するという目的を有する。
このため、本発明は、繊維を含む少なくとも一つの部分と外面とを有する異方性柔軟媒体を特性評価するための方法を提案し、本方法は以下のステップを備える：
（ａ）測定ステップ。この測定ステップにおいては、異方性柔軟媒体内の中心領域から発散する波として伝播する少なくとも一つのせん断波を発生させて、前記異方性柔軟媒体の表面から複数の超音波観測トランスデューサを用いて、それら超音波観測トランスデューサを固定したままで、中心領域からの複数の所定の伝播方向における少なくとも一つのせん断波の伝播を観測する。複数の所定の伝播方向は、０度及び１８０度とは異なる角度を成す少なくとも二つの方向を有する。超音波観測トランスデューサは、少なくとも所定の伝播方向に沿って位置する。測定ステップは、５０ｍｓ未満の期間内に行われる。
（ｂ）少なくとも一つの計算ステップ。この計算ステップにおいては、測定ステップ（ａ）で収集されたデータから、複数の所定の伝播方向の各々についてせん断波の少なくとも一つの伝播パラメータを決定する。
（ｃ）特性評価ステップ。この特性評価ステップにおいては、計算ステップ（ｂ）で伝播方向の各々について決定されたせん断波の少なくとも一つの伝播パラメータから、異方性柔軟媒体の繊維の方向と、繊維に垂直な方向におけるレオロジー弾性パラメータと、繊維の方向におけるレオロジー弾性パラメータとのうちから選択された異方性柔軟媒体の少なくとも一つのレオロジー特性を決定する。
こうした構成を用いることで、測定プローブを回転させずに、繊維の方向及び／又は弾性パラメータを即座に得ることが可能になり、つまりは、ｉｎ ｖｉｖｏで測定を容易に行うことが可能になる。
本発明に係る方法の多様な実施形態においては、任意で、以下の構成を更に適用することができる：
‐ 特性評価ステップ（ｃ）で決定されるレオロジー弾性パラメータは弾性率である；
‐ 測定ステップ（ａ）において、異方性柔軟媒体内の特定の深さ範囲にわたってせん断波を発生させ、その深さ範囲内の複数の異なる深さにおいて少なくとも一つのせん断波の伝播を観測する。計算ステップ（ｂ）において、複数の所定の伝播方向（Ｐ）の各々についてのせん断波の少なくとも一つの伝播パラメータを複数の異なる深さにおいて決定する。そして、特性評価ステップ（ｃ）において、異なる複数の深さにおける少なくとも一つのレオロジー特性を決定する；
‐ 測定ステップ（ａ）において、せん断波の伝播が観測される所定の伝播方向の数は、３個から２０個の間、有利には５個から１０個の間である；
‐ 測定ステップ（ａ）において、複数の超音波観測トランスデューサを全て同時に用いて、複数の所定の伝播方向の全てについて、少なくとも一つのせん断波の伝播を同時に観測する；
‐ 測定ステップ（ａ）において、複数のせん断波を連続的に放出して、複数の超音波観測トランスデューサのうち一部を用いて、複数の所定の伝播方向の少なくとも一つにおける各せん断波の伝播を連続的に観測する；
‐ 測定ステップ（ａ）において、複数の所定の伝播方向に沿ってそれぞれ位置する複数の所定の測定点におけるせん断波の通過を検出し、計算ステップ（ｂ）において決定されるせん断波の伝播パラメータは、せん断波の伝播速度、又は、中心領域からのせん断波の飛行時間のいずれかを表すパラメータである；
‐ 異方性柔軟媒体の表面に垂直な中心軸からせん断波を発生させて、せん断波の通過が検出される複数の測定点はそれぞれ中心軸から２ｃｍ未満、有利には０．５ｃｍ未満の距離に位置する；
‐ 測定ステップ（ａ）において、超音波観測トランスデューサによる少なくとも毎秒３００ショットの超音波圧縮波の率での音響圧縮波の放出によって、所定の測定点におけるせん断波の通過を検出し、異方性柔軟媒体によって反射された超音波信号を超音波観測トランスデューサによって感知することによって、所定の測定点でのせん断波の通過の際の異方性柔軟媒体の内部変位（絶対変位若しくは変形、又は変位速度若しくは変形速度）を決定する；
‐ 測定ステップ（ａ）において、測定点毎に単一の超音波観測トランスデューサを使用する；
‐ 測定ステップ（ａ）において、超音波観測トランスデューサを含む超音波励起トランスデューサが、中心領域に集束させた励起超音波を放出して、中心軸に沿って異方性柔軟媒体を変位させることによって、せん断波を発生させる；
‐ 特性評価ステップ（ｃ）において、特異値（異なる複数の所定の伝播方向における伝播パラメータの値）に対応する対応弾性テンソルを決定して、その弾性テンソルを特異値分解することによって、少なくとも一つのレオロジー特性を決定する。
‐ 測定ステップ（ａ）において、中心軸からせん断波を発生させて、特性評価ステップ（ｃ）において、計算ステップ（ｂ）で計算された所定の伝播方向における伝播パラメータの値に応じて、計算ステップ（ｂ）で計算された所定の伝播方向における伝播パラメータの値の補間によって、略楕円形の曲線Ｃ（Ｖ（θ）・ｃｏｓθ，Ｖ（θ）・ｓｉｎθ）を決定し、ここで、Ｖ（θ）は、中心軸に垂直な平面内の伝播パラメータの値であり、θは、その平面に属する基準系に対する相対的な平面内の伝播方向を示す角度であり； Ｖ（θ）の最大値に対応する角度θ０に対応する繊維の方向、Ｖ（θ０）に従う繊維の方向におけるレオロジー弾性パラメータ、Ｖ（θ０＋π／２）に従う繊維に垂直な方向におけるレオロジー弾性パラメータを決定する；
‐ 異方性柔軟媒体は、動いている人間又は動物の筋肉の少なくとも一部を有し、本方法は、測定ステップ（ａ）、計算ステップ（ｂ）、及び特性評価ステップ（ｃ）を複数回行って、そこから、筋肉の収縮に関係する生体パラメータを推定する。
本発明の更なる対象は、繊維を含む少なくとも一つの部分と外面とを有する異方性柔軟媒体を特性評価するためのデバイスであり、その特性評価デバイスは、励起プローブ及び複数の超音波観測トランスデューサを制御する電子制御デバイスを備え、励起プローブは、中心領域から異方性柔軟媒体内にせん断波を発生させるように構成され、超音波観測トランスデューサは、中心領域から複数の所定の伝播方向に沿って位置し、複数の所定の伝播方向は、０度及び１８０度とは異なる角度を成す少なくとも二つの方向を有し、励起プローブ及び超音波観測トランスデューサを異方性柔軟媒体の表面に配置した際に、電子制御デバイスは以下のことを行うように構成される：
（ａ）中心領域から異方性柔軟媒体内に発散して伝播するのに適した少なくとも一つのせん断波を励起プローブによって発生させて、５０ｍｓ未満の総観測期間内に、中心領域からの所定の伝播方向におけるせん断波の伝播を超音波観測トランスデューサに観測させること；
（ｂ）超音波観測トランスデューサによって収集されたデータから、複数の所定の伝播方向の各々におけるせん断波の少なくとも一つの伝播パラメータを同時に決定すること；
（ｃ）複数の所定の伝播方向の各々におけるせん断波の少なくとも一つの伝播パラメータから、異方性柔軟媒体の繊維の方向と、繊維に垂直な方向におけるレオロジー弾性パラメータと、繊維の方向におけるレオロジー弾性パラメータとのうちから選択された異方性柔軟媒体の少なくとも一つのレオロジー特性を決定すること。
本発明に係る特性評価デバイスの多様な実施形態においては、任意で、以下の構成を更に適用することができる：
‐ 超音波観測トランスデューサの数は、３個から２０個の間、有利には５個から１０個の間である；
‐ 電子制御デバイスは、各超音波観測トランスデューサと向き合うせん断波の通過を検出するように構成され、中央ユニットによって決定されるせん断波の伝播パラメータは、せん断波の伝播速度、又はせん断波の飛行時間を表すパラメータである；
‐ 電子制御デバイスは、以下のことを行うことによって、せん断波の通過を検出するのに適している；
‐ 少なくとも毎秒３００ショットの超音波圧縮波の率で超音波観測トランスデューサに音響圧縮波を放出させて、
‐ 異方性柔軟媒体によって反射された超音波信号を超音波観測トランスデューサによって感知して、
‐ 超音波観測トランスデューサに向き合うせん断波の通過の際の異方性柔軟媒体の内部変位を決定すること；
励起プローブは、超音波観測トランスデューサを含む略ディスク状の超音波トランスデューサである；
最後に、本発明の更なる対象は、上記デバイス用の超音波プローブのセットであり、中心軸に沿って超音波圧縮波を放出して、放射圧によって中心軸に沿って異方性柔軟媒体を変位させて、中心軸から媒体内に発散するせん断を伝播させるように構成された略ディスク状の超音波励起トランスデューサを含み、その超音波励起トランスデューサは、中心軸に対して発散する異なる複数の伝播方向にそれぞれ分配されていて且つ中心軸からｅ ｃｍ未満の距離に位置する複数の超音波観測トランスデューサを有し、それら伝播方向は、０度及び１８０度とは異なる角度を成す少なくとも二つの方向を有する。有利には、超音波観測トランスデューサは、中心軸に中心が有る円の上に等分配され、各超音波観測トランスデューサは、中心軸に平行なビームとして圧縮波を放出するように構成される。
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照して、非限定的な例として与えられる本発明の一実施形態の以下の説明から明らかになるものである。
本発明の一実施形態に係る特性評価方法の適用を示す概略図である。 図１に見て取れる超音波プローブのセットの平面図である。 図２の超音波プローブのセットが属する特性評価デバイスの概略図である。
異なる図面において、同じ参照符号は同一又は同様の要素を指称する。
図１及び図２に概略的に示されるように、本発明の対象は、人間や動物の体、特に、生体の一部等といった、繊維を含む少なくとも一つの部分３と外面１とを有する異方性柔軟媒体Ｃを特性評価することである。例えば、外面は、人間又は動物の皮膚であり得て、部分３は、心臓、特に心筋や、骨格筋の一部であり得る。任意で、部分３は、非繊維組織２によって外面１から離隔され得る。
特性評価は、励起プローブ５及び複数の観測プローブ６を含むプローブセット４を用いて行われる。
励起プローブ５は、特に、実質的にディスク状又はカップ状の超音波励起トランスデューサであり得て、励起プローブの使用時に異方性柔軟媒体Ｃの深さ方向に位置する中心軸Ｚを有する。任意で、この励起プローブ５は、外面１に当てられる凹面を含み、一般的に、この凹面には、超音波検査で従来使用されているゲル８が充填される。励起プローブ５は、中心軸Ｚに沿って異方性柔軟媒体Ｃに超音波圧縮波９を放出するように構成され、その集束点は、中心軸Ｚに沿って数センチメートル（例えば１から６ｃｍ）にわたって広がり且つ中心軸Ｚに垂直に数ミリメートル（例えば０．２から３ｍｍ）の幅を有する中心領域１０内に存在する。
中心軸Ｚに沿った集束点１０の位置及び長さは、統計的には、励起プローブが外面１に配置された際に、検査されている人間又は動物の特性評価される繊維部分３内に少なくとも部分的に集束点が見出されるように設定される。従って、人間の心筋の特性評価について、集束点１０は、例えば２から４ｃｍの深さｚで始まり、また、例えば５から１０ｃｍの深さｚで終わる。
例えば、励起プローブ５は、３ｃｍ未満、有利には２ｃｍ未満の半径Ｒを有し得る。
観測プローブ６の数は、２個以上、有利には３個以上、例えば３個から２０個の間、有利には５個から１０個の間であり得る。図示されている例では、観測プローブの数は８個である。
観測プローブ６は、中心軸Ｚ周りに分配されていて、それぞれ、中心軸Ｚに対して発散している異なる伝播方向Ｐを向いている。各場合において、伝播方向Ｐは、０度及び１８０度とは異なる角度を成す少なくとも二つの伝播方向を有する。
観測プローブ６は、中心軸Ｚから、２ｃｍ未満、例えば０．５ｃｍ未満の距離に位置し得る。観測プローブ６は、有利には中軸Ｚ上に中心がある円の上に等分配され得る。以下において、発散している伝播方向Ｐは、中心軸Ｚに垂直な平面内の直交基準系Ｘ、Ｙ内において、Ｘ軸に対する角度θによって位置特定される。
観測プローブ６はそれぞれ、医療用イメージングで従来使用されているタイプの一つの超音波観測トランスデューサ、又は、任意で、一組の超音波観測トランスデューサであり得て、中心軸Ｚに平行な比較的長距離において集束されて、軸Ｚに平行なビームを形成する超音波圧縮波１２をそれぞれ放出するようになっている。
有利には、各観測プローブ６は、単一の超音波観測トランスデューサによって形成される。複数の超音波観測トランスデューサ６は、Ｚ軸に対して放射状（半径方向）に延伸するアレイとして構成され、媒体Ｃに向けてある程度の凹面を有し、各超音波観測トランスデューサ６の集束点１２ａが、媒体Ｃ内の集束点１０と略同じ深さに位置するようにして、また、この集束点１２ａが、Ｚ軸に対して半径方向に小さな寸法、例えば０．１から２ｍｍ程度の寸法を有し、直交方向に数ミリメートル程度の大きな寸法を有するようにする。異なる超音波観測トランスデューサに対応する複数の集束点１２ａは、好ましくは互いに離隔される。
有利には、観測プローブ６は励起プローブ５に含まれ得て、例えば、励起プローブ５の厚さ方向に設けられた凹部に含まれ得る。
励起プローブ５及び観測プローブ６は、例えばマルチワイヤケーブル７を介して制御デバイスと通信する。図３に示されるように、この制御デバイスは、特定の電子筐体２０と通信するコンピュータ１９等を備え得て、電子筐体２０自体は、ケーブル７を介してプローブセット４に接続される。制御デバイスは、任意で、電子筐体２０及びコンピュータ１９の機能を全て統合した単一の装置となり得る点に留意されたい。
図示されている例では、電子筐体２０は、トランスデューサの数の分だけのチャネル、例えば９つのチャネルを含み得て、各チャネルは、励起プローブ５（Ｔ０）と、観測プローブ６（Ｔ１〜Ｔ８）に接続される。各チャネルは、バッファメモリ１５Ａ（Ｂ０〜Ｂ８）が付随していて且つマイクロプロセッサ等の電子中央ユニット１６（ＣＰＵ）と通信するアナログ・デジタル変換器１５（Ａ／Ｄ０〜Ａ／Ｄ８）を含み得て、電子中央ユニット１６自体は、メモリ１７（ＭＥＭ）、信号処理回路１８（ＤＳＰ）、コンピュータ１９と通信し得る。電子中央ユニット１６は、任意で、心電図装置１４（ＥＣＧ）と更に通信し得る。
上記デバイスは以下のように動作する。
（ａ）測定ステップ
使用者が媒体Ｃの繊維部分３を特性評価したい場合、使用者は上述のようにプローブセット４を皮膚１に適用して、測定ステップ（ａ）を開始する。測定ステップ（ａ）中においては、電子中央ユニット１６がまず、励起プローブ５によって集束された超音波を短期間にわたって放出して、例えば、特許文献１に一般的な原理が説明されているように、波圧の効果によって軸Ｚに沿った組織の変位を生じさせる。
せん断波１１がＺ軸に対して実質的に放射状（半径方向）に伝播して（図１を参照）、この伝播中において、電子中央ユニット１６は、全ての観測プローブ６に同時に媒体Ｃを観測させて、せん断波１１の伝播を観測する。このため、特許文献２及び特許文献１に特に説明されているように、電子中央ユニット１６は、全ての観測プローブ６に超音波圧縮波を高い率（例えば、毎秒３００ショット以上）で同時に放出させて、観測プローブ６が組織３によって反射された超音波信号を感知する。そして、それらの信号は、まずバッファメモリ１５ａに記憶され、その後メモリ１７に記憶される。
この測定ステップは、例えば数ミリ秒にわたって続く。
任意で、電子筐体２０は、トランスデューサの数よりも少ないチャネルを含み得る。例えば、電子筐体２０は、超音波励起トランスデューサ５用のチャネルＡ／Ｄ０‐Ｂ０と、スイッチングデバイス（図示せず）を介して複数の超音波観測トランスデューサ６に連続して接続されるチャネルＡ／Ｄ１‐Ｂ１とを含み得る。この場合、測定ステップ（ａ）は、せん断波がそれぞれ連続して複数回放出されて、その伝播を複数の観測プローブ６のうち一つを介して観測するプロセスを含み、そのプロセスが各観測プローブ６について繰り返される。この場合においても、測定ステップは非常に短く、５０ｍｓ未満である。
（ｂ）計算ステップ
続く計算ステップ（ｂ）は、実時間で又はオフラインで行われ、電子中央ユニット１６又はコンピュータ１９が、メモリに記憶されている反射信号を利用する。この処理中においては、特許文献２及び特許文献１に特に説明されているように、信号は、各観測プローブ６に向かい合っている組織３の経時的な内部変位又は変形を決定するのに用いられ、例えば、感知信号の相関計算によって決定される。
従って、弾性せん断波の通過を各観測プローブ６の前方で位置特定することができ、また、このことを組織３の各深さにおいて行うことができる。例えば、せん断波の通過を、組織３内の所定の数の深さ方向箇所、例えば１０から３０箇所の深さ方向箇所に、例えばミリメートル×ミリメートル単位で位置特定し得る。
そして、電子中央ユニット１６又はコンピュータ１９は、各深さにおいて、励起プローブ５と各観測プローブ６との間のせん断波の飛行時間（ＴＯＦ，ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）ｔ、又は飛行時間を表す他のパラメータ、又はせん断波の伝播を表す他の伝播データを決定して、そこから、せん断波の伝播速度Ｖが、各観測プローブ６に対応する放射方向Ｐにおける関連深さにおいて推定される。
（ｃ）特性評価ステップ
そして、繊維の方向と、繊維に垂直な方向におけるレオロジー弾性パラメータ（特に、弾性率）と、繊維の方向に沿ったレオロジー弾性パラメータ（特に、弾性率）とのなかから選択された媒体３の少なくとも一つレオロジー特性を決定することができる。有利には、これらレオロジー特性は同時に決定される。
上記レオロジー特性は、多様な方法、例えば、補間（内挿）によって、より好ましくは、特異値分解によって決定され得る。
１．補間（内挿）
この方法では、各伝播方向Ｐについて計算ステップ（ｂ）で計算された伝播速度の計算値に応じて、略楕円形の曲線Ｃ（Ｖ（θ）・ｃｏｓθ，Ｖ（θ）・ｓｉｎθ）が補間によって決定される。ここで、Ｖ（θ）は、ＸＹ平面内の伝播パラメータの値である。繊維の方向は、Ｖ（θ）の最大値に対応する角度θ０に対応していて、繊維の方向におけるレオロジー弾性パラメータがＶ（θ０）に従って決定され、繊維に垂直な方向におけるレオロジー弾性パラメータがＶ（θ０＋π／２）に従って決定される。例えば、これらのパラメータが繊維に平行な弾性率Ｅｐａｒと、繊維に垂直な弾性率Ｅｐｅｒｐである場合、これらの弾性率は、以下の式によって決定可能である：
Figure 0006502367
ここで、ρは媒体３の密度である。
２．特異値分解
この方法では、まず、各深さについて、媒体３内の超音波の弾性伝播テンソルが、測定された伝播速度から決定される。この場合、伝播がＸＹ平面内のみにおいて得られるものであるので、このテンソルは階数２（ｒａｎｋ２）の行列Ｍである：
Figure 0006502367
ここで、成分Ｅは弾性率である。特に、この弾性テンソルは、非特許文献３で定義されている。
計算ステップ（ｂ）においては、上記非特許文献２に記載されているように、以下の式を解くことによって、速度Ｖ（θ）からテンソルＭを決定することができる：
Figure 0006502367
ここで、ρは媒体３の密度であり、Ｎはトランスデューサの数であり、θ１…θＮは、観測プローブ６に対応する異なる伝播方向Ｐの角度である。
上記非特許文献２に記載されているように、テンソルＭを特異値分解して、上記パラメータＥｐａｒ、Ｅｐｅｒｐを与える対角行列を得ることができる：
Figure 0006502367
この決定は、関連する深さにおけるファイバーの方向θ０の決定を伴う。何故ならば以下の関係式があるからである：
Ｍ＝ＲＭ０ＲＴ
ここで、Ｒは、角度θ０に対応する回転行列である：
Figure 0006502367
測定ステップ（ａ）、計算ステップ（ｂ）、及び特性評価ステップ（ｃ）は、比較的高速で繰り返され得て、心臓又は他の筋肉の動作に従って、例えば、媒体３を形成する筋肉の完全な動作サイクルにわたる媒体３のレオロジー特性、パラメータの連続的な値を与えることができる。心臓の場合、心電計１４によって電子中央ユニット１６に通信されるデータを用いて、連続的な測定は心拍の周期と同期され得る。そこから、筋肉の収縮に関連する生理パラメータの値、例えば、収縮性、最大硬度や他のパラメータが推定される。
感知プローブが感知する信号は、媒体３を形成する筋肉の動作によるその媒体３の変形又は変位を位置特定することによって、互いに相対的な連続的測定を再調整することも可能にし得る点に留意されたい。
１ 繊維を含む部分
２ 非繊維組織
３ 外面（皮膚）
４ プローブセット
５ 励起プローブ
６ 観測プローブ
７ ケーブル
８ ゲル
９ 超音波圧縮波
１０ 中心領域
１１ せん断波
１２ 超音波圧縮波

Claims (21)

  1. 繊維を含む少なくとも一つの部分（３）と外面（１）とを備える異方性柔軟媒体（Ｃ）を特性評価するための方法であって、
    測定ステップ（ａ）と、少なくとも一つの計算ステップ（ｂ）と、特性評価ステップ（ｃ）とを備え、
    前記測定ステップ（ａ）において、前記異方性柔軟媒体の中心領域（１０）から発散して伝播する少なくとも一つのせん断波（１１）を発生させて、前記異方性柔軟媒体の表面（１）から複数の超音波観測トランスデューサ（６）を用いて、前記複数の超音波観測トランスデューサを固定したままで、前記中心領域（１０）からの複数の所定の伝播方向（Ｐ）における前記少なくとも一つのせん断波の伝播を観測し、前記複数の所定の伝播方向（Ｐ）が、０度及び１８０度とは異なる角度を成す少なくとも二つの方向を有し、前記超音波観測トランスデューサ（６）が少なくとも前記所定の伝播方向（Ｐ）に沿って配置され、前記測定ステップが５０ｍｓ未満の期間内に行われ、
    前記計算ステップ（ｂ）において、前記複数の所定の伝播方向（Ｐ）の各々について、前記測定ステップ（ａ）で収集されたデータから、前記せん断波の少なくとも一つの伝播パラメータを決定し、
    前記特性評価ステップ（ｃ）において、前記計算ステップ（ｂ）で前記複数の伝播方向（Ｐ）の各々について決定された前記せん断波の少なくとも一つの伝播パラメータから、前記異方性柔軟媒体の繊維の方向と、前記繊維に垂直な方向におけるレオロジー弾性パラメータと、前記繊維の方向におけるレオロジー弾性パラメータとのうちから選択された前記異方性柔軟媒体の少なくとも一つのレオロジー特性を決定する、方法。
  2. 前記特性評価ステップ（ｃ）で決定されるレオロジー弾性パラメータが弾性率である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記測定ステップ（ａ）において、前記異方性柔軟媒体内の特定の深さ範囲にわたって前記せん断波を発生させて、前記少なくとも一つのせん断波の伝播を前記深さ範囲内の複数の深さにおいて観測し、
    前記計算ステップ（ｂ）において、前記複数の所定の伝播方向の各々について、前記複数の深さにおける前記せん断波の少なくとも一つの伝播パラメータを決定し、
    前記特性評価ステップ（ｃ）において、前記複数の深さにおける前記少なくとも一つのレオロジー特性を決定する、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記測定ステップ（ａ）において、前記せん断波の伝播が観測される所定の伝播方向（Ｐ）の数が３個から２０個までの間である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記測定ステップ（ａ）において、前記複数の超音波観測トランスデューサ（６）を全て同時に用いて、前記少なくとも一つのせん断波の伝播を前記複数の所定の伝播方向（Ｐ）の全てにおいて同時に観測する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記測定ステップ（ａ）において、複数のせん断波を連続的に放出して、前記複数の超音波観測トランスデューサ（６）の一部を用いて、前記複数の所定の伝播方向（Ｐ）の少なくとも一つにおいて各せん断波の伝播を連続的に観測する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記測定ステップ（ａ）において、前記所定の伝播方向（Ｐ）に沿ってそれぞれ位置する複数の所定の測定点におけるせん断波の通過を検出し、
    前記計算ステップ（ｂ）において決定される前記せん断波の伝播パラメータが、前記せん断波の伝播速度、又は前記中心領域（１０）からの前記せん断波の飛行時間のいずれかを表すパラメータである、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記異方性柔軟媒体の表面（１）に垂直な中心軸（Ｚ）から前記せん断波を発生させて、前記せん断波の通過が検出される前記複数の測定点（６）の各々が、前記中心軸から２ｃｍ未満の距離に位置する、請求項７に記載の方法。
  9. 前記測定ステップ（ａ）において、
    前記超音波観測トランスデューサ（６）による少なくとも毎秒３００ショットの超音波圧縮波の率での音響圧縮波（１２）の放出によって、前記所定の測定点における前記せん断波の通過を検出し、
    前記異方性柔軟媒体によって反射された超音波信号を前記超音波観測トランスデューサ（６）によって感知し、
    前記所定の測定点における前記せん断波の通過の際の前記異方性柔軟媒体の内部変位を決定する、請求項７又は８に記載の方法。
  10. 前記測定ステップ（ａ）において、測定点毎に単一の超音波観測トランスデューサ（６）を使用する、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記測定ステップ（ａ）において、前記超音波観測トランスデューサ（６）を有する超音波励起トランスデューサ（５）が、前記中心領域（１０）に集束された超音波励起波（９）を放出して、中心軸（Ｚ）に沿って前記異方性柔軟媒体を変位させることによって、前記せん断波を発生させる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記特性評価ステップ（ｃ）において、複数の所定の伝播方向（Ｐ）における伝播パラメータの値である特異値に対応する弾性テンソルを決定して、前記弾性テンソルを特異値分解することによって、前記少なくとも一つのレオロジー特性を決定する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記測定ステップ（ａ）において、中心軸（Ｚ）から前記せん断波を発生させ、前記特性評価ステップ（ｃ）において、前記計算ステップ（ｂ）で計算された前記所定の伝播方向（Ｐ）における伝播パラメータの値に従った補間によって、略楕円形の曲線Ｃ（Ｖ（θ）・ｃｏｓθ，Ｖ（θ）・ｓｉｎθ）を決定し、Ｖ（θ）が前記中心軸（Ｚ）に垂直な平面内の伝播パラメータの値であり、θが、前記平面に属する基準系に対する前記平面内の伝播方向を示す角度であり、Ｖ（θ）の最大値に対応する角度θ０に対応する前記繊維の方向と、Ｖ（θ０）に従う前記繊維の方向におけるレオロジー弾性パラメータと、Ｖ（θ０＋π／２）に従う前記繊維に垂直な方向におけるレオロジー弾性パラメータとを決定する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記異方性柔軟媒体が、動いている人間又は動物の筋肉の少なくとも一部分を備え、前記方法が前記測定ステップ（ａ）、前記計算ステップ（ｂ）及び前記特性評価ステップ（ｃ）を複数回連続して行い、前記筋肉の収縮に関係する生理パラメータを推定する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 繊維を含む少なくとも一つの部分と外面とを有する異方性柔軟媒体を特性評価するためのデバイスであって、励起プローブ（５）及び複数の超音波観測トランスデューサ（６）を制御する電子制御デバイス（１９、２０）を備え、前記励起プローブ（５）が、中心領域（１０）から前記異方性柔軟媒体にせん断波を発生させるように構成されていて、前記複数の超音波観測トランスデューサ（６）が、前記中心領域（１０）から複数の所定の伝播方向（Ｐ）に沿って位置し、前記複数の所定の伝播方向（Ｐ）が、０度及び１８０度とは異なる角度を成す少なくとも二つの方向を有し、
    前記異方性柔軟媒体の表面に前記励起プローブ（５）及び前記超音波観測トランスデューサ（６）が配置された際に、前記電子制御デバイス（１９、２０）が、
    （ａ）前記中心領域（１０）から前記異方性柔軟媒体内に発散しながら伝播する少なくとも一つのせん断波を前記励起プローブ（５）に発生させ、５０ｍｓ未満の総観測期間内に、前記中心領域（１０）からの前記所定の伝播方向（Ｐ）における前記せん断波の伝播を前記超音波観測トランスデューサ（６）に観測させ、
    （ｂ）前記超音波観測トランスデューサ（６）が収集したデータから、前記複数の所定の伝播方向（Ｐ）の各々について前記せん断波の少なくとも一つの伝播パラメータを同時に決定し、
    （ｃ）前記複数の所定の伝播方向（Ｐ）の各々についての前記せん断波の少なくとも一つの伝播パラメータから、前記異方性柔軟媒体の繊維の方向と、前記繊維に垂直な方向におけるレオロジー弾性パラメータと、前記繊維の方向におけるレオロジー弾性パラメータとのうちから選択された前記異方性柔軟媒体の少なくとも一つのレオロジー特性を決定するように構成されている、デバイス。
  16. 前記超音波観測トランスデューサの数が３個から２０個までの間である、請求項１５に記載のデバイス。
  17. 前記電子制御デバイス（１９、２０）が、各超音波観測トランスデューサ（６）に向き合う前記せん断波の通過を検出するように構成されていて、中央ユニットによって決定される前記せん断波の伝播パラメータが、前記せん断波の伝播速度、又は前記せん断波の飛行時間のいずれかを表すパラメータである、請求項１６に記載のデバイス。
  18. 前記電子制御デバイス（１９、２０）が、
    少なくとも毎秒３００ショットの超音波圧縮波の率で音響圧縮波を前記超音波観測トランスデューサ（６）に放出させ、
    前記異方性柔軟媒体によって反射された超音波信号を前記超音波観測トランスデューサ（６）に観測させ、
    前記超音波観測トランスデューサ（６）に向き合う前記せん断波の通過の際の前記異方性柔軟媒体の内部変位を決定することによって、
    前記せん断波の通過を検出するように構成されている、請求項１７に記載のデバイス。
  19. 前記励起プローブ（５）が、前記超音波観測トランスデューサ（６）を含む略ディスク状の超音波トランスデューサである、請求項１８に記載のデバイス。
  20. 請求項１５から１９のいずれか一項に記載のデバイス用の超音波プローブセットであって、中心軸に沿って超音波圧縮波を放出して、放射圧によって前記中心軸に沿って前記異方性柔軟媒体を変位させ、前記中心軸から発散するせん断波の伝播を前記異方性柔軟媒体内に生じさせるように構成された略ディスク状の超音波励起トランスデューサ（５）を含み、前記超音波励起トランスデューサが、前記中心軸（Ｚ）に対して発散する複数の伝播方向にそれぞれ分配され且つ前記中心軸から２ｃｍ未満の距離に配置される複数の超音波観測トランスデューサ（６）を含み、各超音波観測トランスデューサが、前記中心軸（Ｚ）に平行なビーム（１２）として圧縮波を放出するように構成されていて、前記伝播方向が、０度及び１８０度とは異なる角度を成す少なくとも二つの方向を有する、超音波プローブセット。
  21. 前記複数の超音波観測トランスデューサ（６）が、前記中心軸（Ｚ）に中心がある円の上に等分配されている、請求項２０に記載の超音波プローブセット。
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