JP7050147B2 - 超音波を用いて骨を特徴付ける方法 - Google Patents
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Description
前記骨と前記骨の周囲にある非骨生物組織とを含む身体へ第1超音波を放射するステップと、
放射された前記第1超音波の第1エコー信号を受信するステップと、
第1方向の前記非骨生物組織内の音速を決定するステップであって、
複数の所定の第1候補値について、前記第1方向の前記非骨生物組織内の前記音速が前記第1候補値に等しいという前提の下で、前記第1エコー信号から、前記非骨生物組織と前記骨の骨膜とを示す第1画像を構成するステップと、
各第1画像について、前記第1画像内の前記骨膜及び/又は前記骨の周囲にある前記非骨生物組織の合焦品質を示す少なくとも1つの第1メトリックを計算するステップと、
前記第1メトリックに基づき、前記第1候補値のうちの1つを前記第1方向の前記非骨生物組織内の前記音速として選択するステップと、を含むステップと、
前記第1画像のうちの1つの中の、前記非骨生物組織と前記骨との間の第1境界曲線を特定するステップと、
前記第1方向の骨内の音速を決定するステップであって、
複数の所定の第2候補値について、前記第1方向の骨内の前記音速が前記第2候補値に等しいという前提の下で、前記第1エコー信号、決定した前記第1方向前記非骨生物組織内の音速、及び前記第1境界曲線から、前記骨の皮質骨組織及び前記骨内膜を示す第2画像を構成するステップと、
各第2画像について、前記第2画像内の前記骨の前記皮質骨組織及び/又は前記骨内膜の合焦品質を示す少なくとも1つの第2メトリックを計算するステップと、
前記第2メトリックに基づき、前記第2候補値のうちの1つを前記第1方向の骨内の前記音速として選択するステップと、を含むステップと、
を含む方法を提案する。
前記第1方向の前記非骨生物組織内の前記音速が前記第1候補値に等しいという前提の下で、前記第1エコー信号から、送信機により放射され前記非骨生物組織の前記点を通過し受信機により受信される第1超音波の第1軌跡を推定するステップと、
推定した前記第1軌跡により、超音波の伝搬時間を計算するステップと、
前記伝搬時間、前記第1エコー信号、並びに前記送信機及び受信機の位置に基づき、前記非骨生物組織の前記点における前記第1画像のピクセルの強度を計算するステップと、を含んでよい。
前記第1方向の前記骨内の前記音速が前記第2候補値に等しいという前提の下で、前記第1境界曲線の決定した前記第1方向の前記非骨生物組織内の前記音速に基づき、エコー信号から、送信機により放射され前記骨の前記点を通過し受信機により受信される第1超音波の第2軌跡を推定するステップと、
推定した前記第2軌跡により、超音波の伝搬時間を計算するステップと、
前記伝搬時間、前記第1エコー信号、並びに前記送信機及び受信機の位置に基づき、前記骨の前記点における前記第2画像のピクセルの強度を計算するステップと、を含む。
前記身体へ第2超音波を送信するステップと、
放射された前記第2超音波のエコー信号である第2エコー信号を受信するステップと、
前記第1方向と異なる第2方向の前記非骨生物組織内の音速を決定するステップであって、
複数の第3候補値について、前記第2方向の前記非骨生物組織内の前記音速は前記第2候補値に等しいという前提の下、前記第2エコー信号から、前記非骨生物組織と前記骨の前記骨膜とを示す第3画像を構成するステップと、
各第3画像について、前記第3画像内の前記骨膜の及び/又は前記非骨生物組織の合焦品質を示す少なくとも1つの第3メトリックを計算するステップと、
前記第3メトリックに基づき、前記第3候補値のうちの1つを前記第2方向の前記非骨生物組織内の前記音速として選択するステップと、
前記第3画像のうちの1つの中の前記非骨生物組織と前記骨膜との間の第2境界曲線を特定するステップと、
前記第2エコー信号を用いて、前記第2方向の前記骨内の音速を決定するステップと、
任意の方向の前記骨内の音速を計算するために、前記第1方向の前記骨内の前記音速及び前記第2方向の前記骨内の前記音速を組み合わせて、所定の関数により使用可能な骨異方性パラメータを決定するステップであって、
複数の所定の第4候補値について、前記骨異方性パラメータは前記第4候補値に等しいという前提の下、前記第2エコー信号、前記第1方向の前記骨内の前記音速、前記第2境界曲線、前記第2方向の前記非骨生物組織内の音速、任意で前記第2方向の前記骨内の前記音速、前記所定の関数から、皮質骨組織と前記骨内膜とを示す第4画像を構成するステップと、
各第4画像について、前記第4画像の中の前記骨内膜及び/又は前記骨の前記皮質骨組織の合焦品質を示す第4メトリックを計算するステップと、
前記第4メトリックに基づき、前記第4候補値のうちの1つを骨異方性パラメータとして選択するステップと、を含むステップと、
を含んでよい。
前記骨異方性パラメータが前記第4候補値に等しいという前提の下で、前記非骨生物組織内の前記音速の前記第2エコー信号、及び任意で決定した前記第1方向の前記骨内の前記音速、決定した前記第2方向の前記骨内の前記音速、前記第2境界曲線、前記所定の関数から、送信機により放射され前記骨の前記点を通過し受信機により受信される第2超音波の第3軌跡を推定するステップと、
推定した前記第3軌跡により、超音波の伝搬時間を計算するステップと、
前記伝搬時間、前記第2エコー信号、並びに送信機及び受信機の位置に基づき、前記骨の点における前記第4画像のピクセルの強度を計算するステップと、
を含んでよい。
V(θ)=Vbone2-(Vbone2-Vbone1){βsin2(θ)cos2(θ)+cos4(θ)]、
ここで、
Vbone1は決定した前記第1方向の前記骨内の前記圧縮波伝搬速度であり、
Vbone2は決定した前記第2方向の前記骨内の前記圧縮波伝搬速度であり、
βは前記骨の前記異方性パラメータであり、
θは角度であり、
V(θ)は前記第1方向と角度θを形成する方向の前記骨内の圧縮波伝搬速度である。
V(θ)=Vbone1{1+βsin2(θ)cos2(θ)]、
ここで、Vbone1は決定した前記第1方向の前記骨内の前記横波伝搬速度であり、
βは前記骨の前記異方性パラメータであり、
θは角度であり、
V(θ)は前記第1方向と角度θを形成する方向の前記骨内の横波伝搬速度である。
所定の第2及び第4候補値の複数のペアについて、前記第1方向の前記骨内の前記音速が前記第2候補値に等しいという前提の下で、及び前記骨異方性パラメータ(β)が前記第4候補値に等しいという前提の下で、前記第1エコー信号、決定した前記第1方向の前記非骨生物組織内の前記音速、及び前記第1境界曲線から、前記骨の皮質骨組織と前記骨内膜とを示す第2画像を構成するステップと、
各第2画像について、前記第2画像の中の前記骨の前記皮質骨組織及び/又は前記骨内膜の合焦品質を示す少なくとも1つの第2メトリックを計算するステップと、
第2候補値を前記第1方向の前記骨内の音速として、及び第4候補値を骨異方性パラメータ(β)として選択するステップであって、前記の選択は前記第2メトリックに基づき実施される、ステップと、
を含む。
・Vbone1:骨Bの長軸Xと垂直な方向の、骨B内の圧縮波(compressional wave)(これは、「径方向」及び「放射状」圧縮波と補ばれる)の伝搬速度。
・Vbone2:長軸Xと平行な方向の、骨B内の圧縮波(これは、「軸方向」及び「軸」圧縮波と補ばれる)の伝搬速度。
・Vtissue1:骨の長軸に垂直な方向の、非骨生物組織T内の圧縮波の伝搬速度。
・Vtissue2:骨の長軸Xに平行な方向の、非骨生物組織T内の圧縮波の伝搬速度。
V(θ)=Vbone2-(Vbone2-Vbone1){βsin2(θ)cos2(θ)+cos4(θ)]
ここで、
θは角度であり、
βは骨の異方性パラメータであり、
V(θ)は第1方向と角度θを形成する方向の骨内の横波伝搬速度である。
W(P,i,j)は、所定の重み付け関数Wを適用することにより取得された重みである。
・「Brenner sharpness criteria metric」又は「Tenenbaum sharpness criteria metric」又は「variance-based sharpness criteria metric」、これらはすべて「Automatic sound velocity selection in photoacoustic image reconstruction using an autofocus approach」、B. Treeby, T. Varslot, E. Zhang et al.、2011年発行に記載されている。
・非骨生物組織T内で第2境界曲線の第1点までの第1セグメント。
・第2境界曲線から点Pまでの、第1セグメントを延長した第2セグメント。第2セグメントは、第2境界曲線の第1点で媒体が変化するときの波の屈折により、第1セグメントと平行ではない。
・点Pから第2境界曲線上の別の点までの第3セグメント。
・第2境界曲線の第2点から開始し、インデックスjの受信機へ向かって行く第4セグメント。第4セグメントは、第2境界曲線の第2点で媒体が再び変化するときの波の屈折により、第3セグメントと平行ではない。
インデックス0のトランシーバ6が送信機として使用され、すべてのトランシーバ6が受信機として使用されたとき、骨Bに沿って伝搬するヘッドウェーブの速度V1;及び、
最高インデックスのトランシーバ6が送信機として使用され、すべてのトランシーバ6が受信機として使用されたとき、骨Bに沿って伝搬するヘッドウェーブの速度V2。
ステップ304で選択した第2値を用いて構成された第2画像、
ステップ504で選択した第1値を用いて構成された第3画像、
ステップ604で選択した第2値を用いて構成された第2画像。
V(θ)=Vbone1[1+βsin2(θ)cos2(θ)]
ここで、
Vbone1は、長軸Xに平行な第1方向の骨B内の横波の伝搬速度であり、
θは、角度であり、
V(θ)は、第1方向と角度θを形成する方向の骨B内の横波伝搬速度である。
Claims (15)
- 骨を特徴付ける方法であって、前記方法は、
前記骨と前記骨の周囲にある非骨生物組織とを含む身体へ第1超音波を送信するステップと、
放射された前記第1超音波の第1エコー信号を受信するステップと、
第1方向の前記非骨生物組織内の音速(Vtissue1)を決定するステップであって、
複数の所定の第1候補値について、前記第1方向の前記非骨生物組織内の前記音速(Vtissue1)が前記第1候補値に等しいという前提の下で、前記第1エコー信号から、前記非骨生物組織と前記骨の骨膜とを示す第1画像を構成するステップと、
各第1画像について、前記第1画像の中の前記骨膜及び/又は前記骨の周囲にある前記非骨生物組織の合焦品質を示す少なくとも1つの第1メトリックを計算するステップと、
前記第1メトリックに基づき、前記第1候補値のうちの1つを、前記第1方向の前記非骨生物組織内の前記音速(Vtissue1)として選択するステップと、を含むステップと、
前記第1画像のうちの1つの中の、前記非骨生物組織と前記骨との間の第1境界曲線を特定するステップと、
前記第1方向の骨内の音速(Vbone1)を決定するステップであって、
複数の所定の第2候補値について、前記第1方向の骨内の前記音速(Vbone1)が前記第2候補値に等しいという前提の下で、前記第1エコー信号、決定された前記第1方向の前記非骨生物組織内の前記音速(Vtissue1)、及び前記第1境界曲線から、前記骨の皮質骨組織と前記骨の骨内膜とを示す第2画像を構成するステップと、
各第2画像について、前記第2画像の中の前記骨の前記皮質骨組織及び/又は前記骨内膜の合焦品質を示す少なくとも1つの第2メトリックを計算するステップと、
前記第2メトリックに基づき、前記第2候補値のうちの1つを、前記第1方向の骨内の前記音速(Vbone1)として選択するステップと、を含むステップと、
を含む方法。 - 第1候補値を用いて第1画像を構成するステップは、前記非骨生物組織の少なくとも1つの点について実行される以下のステップ:
前記第1方向の前記非骨生物組織内の前記音速が前記第1候補値に等しいという前提の下で、前記第1エコー信号から、送信機により放射され、次に前記非骨生物組織の前記点を通過し、次に受信機により受信される第1超音波の第1軌跡を推定するステップと、
前記推定した第1軌跡により、超音波の伝搬時間を計算するステップと、
前記伝搬時間、前記第1エコー信号、並びに前記送信機及び受信機の位置から、前記非骨生物組織の前記点における前記第1画像のピクセルの強度を計算するステップ、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 第2候補値を用いて第2画像を構成するステップは、前記骨の少なくとも1つの点について実行される以下のステップ:
前記第1方向の前記骨内の前記音速(Vbone1)が前記第2候補値に等しいという前提の下で、前記第1境界曲線の決定した前記第1方向の前記非骨生物組織内の前記音速(Vtissue1)に基づき、送信機により放射され、次に前記骨の前記点を通過し、次に受信機により受信される前記第1超音波の第2軌跡を推定するステップと、
前記第2軌跡により、超音波の伝搬時間を計算するステップと、
前記伝搬時間、前記第1エコー信号、並びに前記送信機及び前記受信機の位置から、前記骨の前記点における前記第2画像のピクセルの強度を計算するステップと、
を含む、請求項1又は2に記載の方法。 - 前記第1境界曲線は、前記第1方向の前記非骨生物組織内の前記音速(Vtissue1)として選択された前記第1値を用いて構成された前記第1画像内で特定される、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1超音波は送信機により送信された波であり、前記エコー信号は前記骨の長軸に垂直な軸に沿って揃えられた受信機により受信され、前記第1方向は前記骨の前記長軸に垂直な方向である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
- 選択した前記第1値を用いて構成された前記第1画像、及び/又は選択した前記第2値を用いて構成された前記第2画像を表示するステップ、をさらに含む請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記身体へ第2超音波を送信するステップと、
放射された前記第2超音波のエコー信号である、第2エコー信号を受信するステップと、
第1方向と異なる第2方向の前記非骨生物組織内の音速(Vbone2)を決定するステップであって、
複数の第3候補値について、前記第2方向の前記非骨生物組織内の前記音速が前記第2候補値に等しいという前提の下で、前記第2エコー信号から、前記非骨生物組織と前記骨の骨膜とを示す第3画像を構成するステップと、
各第3画像について、前記第3画像の中の前記骨膜の及び/又は前記非骨生物組織の合焦品質を示す少なくとも1つの第3メトリックを計算するステップと、
前記第3メトリックに基づき、前記第3候補値のうちの1つを、前記第2方向の前記非骨生物組織内の前記音速(Vtissue2)として選択するステップと、を含むステップと、
前記第3画像のうちの1つの中の前記非骨生物組織と前記骨膜との間の第2境界曲線を特定するステップと、
前記第2エコー信号を用いて、前記第2方向の前記骨内の音速(Vbone2)を決定するステップと、
任意の方向の前記骨内の音速を計算するために、前記第1方向の前記骨内の前記音速と前記第2方向の前記骨内の前記音速とを組み合わせて所定の関数(V)により使用可能な骨異方性パラメータ(β)を決定するステップであって、
複数の所定の第4候補値について、前記骨異方性パラメータ(β)が前記第4候補値に等しいという前提の下で、前記第2エコー信号、前記第1方向の前記骨内の前記音速(Vbone1)、前記第2方向の前記非骨生物組織内の音速(Vtissue2)、前記第2境界曲線、前記所定の関数(V)、及び任意で前記第2方向の前記骨内の前記音速(Vbone2)から、皮質骨組織と前記骨内膜とを示す第4画像を構成するステップと、
各第4画像について、前記第4画像の中の前記骨の前記骨内膜及び/又は前記皮質骨組織の合焦品質を示す第4メトリックを計算するステップと、
前記第4メトリックに基づき、前記第4候補値のうちの1つを、骨異方性パラメータ(β)として選択するステップと、を含むステップと、
を更に含む請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。 - 第4画像を構成するステップは、前記骨の少なくとも1つの点について実行される以下のステップ:
前記骨異方性パラメータ(β)が前記第4候補値のに等しいという前提の下で、前記第2エコー信号、前記第2方向の前記非骨生物組織内の前記音速(Vtissue2)、決定した前記第1方向の前記骨内の前記音速(Vbone1)、前記第2境界曲線、前記所定の関数(V)、及び任意で決定した前記第2方向の前記骨内の前記音速(Vbone2)から、送信機により放射され、次に前記骨の前記点を通過し、次に受信機により受信される第2超音波の第3軌跡を推定するステップと、
推定した前記第3軌跡により、超音波の伝搬時間を計算するステップと、
伝搬時間及び第2エコー信号並びに送信機及び受信機の位置に基づき、前記骨の点における前記第4画像のピクセルの強度を計算するステップと、
を含む、請求項7に記載の方法。 - 前記第2境界曲線は、前記第2方向の前記非骨生物組織内の前記音速として選択した前記第3値を用いて構成された前記第3画像の中で特定される、請求項7又は8に記載の方法。
- 選択した第3値を用いて構成された前記第3画像、及び/又は選択した前記第4値及び前記第2方向の前記骨内の前記音速(Vbone2)を用いて構成された前記第4画像を表示するステップ、を更に含む請求項7乃至9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2超音波は送信機により送信された波であり、前記第2エコー信号は前記骨の長軸を更に含む面内にある軸に沿って揃えられた受信機により受信され、前記第2方向は、望ましくは前記骨の前記長軸に平行な方向である、請求項7乃至10のいずれか一項に記載の方法。
- 決定した前記骨内の音速(Vbone1、Vbone2)の各々は、圧縮波伝搬速度または横波伝搬速度である、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の方法。
- 決定した前記骨内の音速(Vbone1、Vbone2)の各々は、圧縮波伝搬速度であり、前記所定の関数は、以下の形式の関数Vであり、
V(θ)=Vbone2-(Vbone2-Vbone1){βsin2(θ)cos2(θ)+cos4(θ)]、
ここで、
Vbone1は決定した前記第1方向の前記骨内の前記圧縮波伝搬速度であり、
Vbone2は決定した前記第2方向の前記骨内の前記圧縮波伝搬速度であり、
βは前記骨異方性パラメータであり、
θは角度であり、
V(θ)は前記第1方向と角度θを形成する方向の前記骨内の圧縮波伝搬速度である、請求項7乃至12のいずれか一項に記載の方法。 - 決定した前記第1方向の前記骨内の前記音速は、横波伝搬速度であり、前記所定の関数は以下の形式の関数Vであり、
V(θ)=Vbone1{1+βsin2(θ)cos2(θ)]、
ここで、
Vbone1は決定した前記第1方向の前記骨内の前記横波伝搬速度であり、
βは前記骨異方性パラメータであり、
θは角度であり、
V(θ)は前記第1方向と角度θを形成する方向の前記骨内の横波伝搬速度である、請求項1乃至13のいずれか一項に記載の方法。 - 任意の方向の前記骨内の音速を計算するために、前記第1方向の前記骨内の前記音速(Vbone1)と一緒に、決定した前記第1方向の前記骨内の前記音速と組み合わせて所定の関数により使用可能な骨異方性パラメータ(β)を決定するステップを更に含み、前記決定するステップは、
所定の第2及び第4候補値の複数のペアについて、前記第1方向の前記骨内の前記音速が前記第2候補値に等しいという前提の下で、及び前記骨異方性パラメータ(β)が前記第4候補値に等しいという前提の下で、前記第1エコー信号、決定した前記第1方向の前記非骨生物組織内の前記音速、及び前記第1境界曲線から、前記骨の皮質骨組織と前記骨内膜とを示す第2画像を構成するステップと、
各第2画像について、前記第2画像の中の前記骨の前記皮質骨組織及び/又は前記骨内膜の合焦品質を示す少なくとも1つの第2メトリックを計算するステップと、
第2候補値を前記第1方向の前記骨内の音速として、及び第4候補値を骨異方性パラメータ(β)として選択するステップであって、前記の選択は前記第2メトリックに基づき実施される、ステップと、
を含む、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法。
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