JP7090348B2 - 皮質骨を決定するためのシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品 - Google Patents
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Description
〔背景〕
骨粗しょう症(OP)は、老化する人口の最も重要な世界的健康問題の1つであり、これは、骨折のリスクを増加させ、モビリティおよび生活の質を減少させ、そして死亡率を増加させる。事故および過去の脆性な骨折の年間経済的負担は、370億ユーロと推定され、その費用は、2025年に25%、増加すると予想された。OPおよび他の退化した骨の病状に関係する加齢は、骨の再吸収および骨の形成の間の不均衡によって引き起こされ、骨梁骨の希薄化および皮質骨の薄化および多孔度の増加をもたらす。骨の臨床評価は主に、単一のスカラーパラメータ、すなわち、低解像度X線投影画像モダリティ(DXA:二重エネルギーX線吸収測定法)による面積の骨ミネラル密度(BMD)、およびリスク因子、例えば年齢、性別、家族歴、民族性、生活様式、投薬を使用して、なされる。
〔概要〕
本発明の目的は、骨の特性または特徴を決定するための改良された技術を提供することである。
以下に、例示的な実施形態を開示する。図は、以下を示す。
・x方向のスキャンのための複数の副開口位置232、例えば、NTx∈[1、...、128]233である。
・複数の照射ビーム方向231、例えば、θ∈[-10°、-5°、0°、5°、10°]234、および/または
・複数の掃引角度230、例えば、φ∈[-20°、-18°、...、20°]235である。
・x方向のスキャンのための複数の副開口の位置252、例えば、NTx∈[1、...、128]254、
・複数の送信ビーム焦点距離251、例えば、Fz∈[3mm、3.5mm、...、25mm]255、および/または
・複数の掃引角度250、例えば、φ∈[-20°、-18°、...、20°]256である。
従来の受信ビームステアリング技術241は、収集されたデータセット240に適用され、各掃引角度φについてB-モード画像80を再構成し、すなわち、受信集束、アポダイゼーション、加算、包絡線検出、および空間合成が、収集されたデータ81に適用される。通常の閾値およびエッジ検出アルゴリズム242は、外側の骨の表面ToFθ(x、φ、θ)80の飛行時間を検出するために適用され、適切なスケーリングの後、各照射ビームステアリング角θに対する局所表面傾斜マップαθ(x、φ、θ)211が得られる243(図21)。
最初に、受信ビームフォーミング245が各STRシーケンス(図9)に適用されて、外側の骨の表面から反射された信号を共通のパルス進行時間90に整列させる。次いで、スペクトロ写真246は、例えば、摺動ハニングゲート(図10)を使用して、骨の表面に対する様々な深度z(すなわち、z=0)からゲート信号100を抽出することによって、各受信チャネルから計算される。各ゲートウィンドウから、例えば高速フーリエ変換(FFT)を使用して、パワースペクトル(図11)が計算される。結果は、以下の形式の6D行列である
平均スペクトルを計算する手順は、全てのゲート位置zについて繰り返される。基準スペクトルは、各平均化対数スペクトルから、深度依存の正規化した後方散乱スペクトルを差し引いて得られる248(図13)。結果は、次の形式の2D行列である。
皮質の厚さおよび音の速度の両方を独立して取り戻すために、多重焦点技術を適用することができる。多重焦点解析のフローチャートを図26に示す。
・電離放射線への暴露なし、
・イメージングシステムの広範な利用可能性、
・測定されたパラメータと微細構造細孔寸法、すなわち、30~80μmの範囲の孔径との直接的な関連(これらは、最良の生体内のHRpQCTシステム(最良のシステムの生体内のボクセルのサイズは61μmである)であっても解像されない)、
・複数の骨格の場所の測定が可能であること、
・マトリックス剛性および多孔度に関連するバルクの測定、である。
・専用の骨のQUSハードウェアは必要とせず、
・測定前のプローブ位置決め/再位置決めおよびビーム集束の単純な画像誘導制御を可能にする3Dイメージング装置の使用、
・専用の骨のQUSシステムと比較してより精巧で汎用性があるハードウェア、
・骨後方散乱信号の分析に影響を与えない軟組織層変動、
・代表的な皮質骨組織体積(~100×50×4mm3)の3Dマルチアングル体積を獲得し、バルクパラメータの代わりにサブ体積(1×1×1mm3と推定される)の評価を可能にする単一の測定、
・測定のオペレータ依存性を最小化する3Dデータ取得、
・測定されたスペクトルパラメータおよび微細構造の組織の特性の直接的な関連性、
・皮質骨の音速および厚さの直接的、独立的、かつ同時の評価、
・骨リモデリングの複数の生理学的に関連する部位における皮質骨特性の測定、である。
Claims (15)
- 皮質骨を決定するためのシステムであって、以下を含む:
関心領域に超音波を照射し、前記関心領域から後方散乱した後方散乱超音波を受信するように構成され、前記関心領域が皮質骨を含む、超音波振動子;および、
前記後方散乱超音波を評価することによって、前記皮質骨の内部の、孔径、骨の厚さおよび音の速度のうちの少なくとも1つを決定するように構成された評価ユニット。 - 前記超音波振動子は、超音波振動子ユニットのアレイを含み、各超音波振動子ユニットは、超音波を照射し、後方散乱超音波を受信するように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 前記アレイが、一次元アレイである、請求項2に記載のシステム。
- 前記アレイが、二次元アレイである、請求項2に記載のシステム。
- 前記超音波の位置、方向、照射周波数、および焦点深度の少なくともいずれかを制御するように構成された、制御ユニットをさらに備える、請求項2~4のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記超音波振動子は、いくつかの後方散乱超音波を受信するように、さらに構成され、前記後方散乱超音波は、各超音波振動子ユニットに個別に受信される、請求項2~5のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記評価ユニットは、前記皮質骨の外側の骨の表面を検出するように、さらに構成される、請求項1~6のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記評価ユニットは、垂直入射により後方散乱した超音波から基準スペクトルを決定するように、さらに構成される、請求項1~7のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記評価ユニットは、深度依存の正規化した後方散乱スペクトル(depth‐dependent normalized backscatter spectrum)を計算するように、さらに構成される、請求項1~8のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記評価ユニットは、見かけの統合した後方散乱の振幅(apparent integrated backscatter:AIB)を決定するように、さらに構成される、請求項1~9のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記評価ユニットは、
複数の走査位置のそれぞれについて、前記超音波の前面反射および後面反射の共焦点位置および移動時間遅延を決定し、
超音波屈折に基づく関係を使用して、前記音の速度および前記骨の厚さのうちの少なくとも1つを決定するように、構成される、
請求項1~10のいずれか1項に記載のシステム。 - 前記超音波は、1MHz~10MHzの周波数を有する、請求項1~11のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記評価ユニットは、30μm~80μmの範囲内の、前記皮質骨中の前記孔径を決定するように構成される、請求項1~12のいずれか1項に記載のシステム。
- 皮質骨を決定するための方法であって、以下を含む:
超音波振動子によって、超音波を関心領域に照射する工程;
関心領域は皮質骨を含み、前記関心領域から後方散乱される、後方散乱超音波を前記超音波振動子によって受信する工程;
および、
前記後方散乱超音波を評価することによって、皮質骨内の孔径、骨の厚さ、および音の速度のうちの少なくとも1つを評価ユニットにより決定する工程。 - プロセッサによって実行される時に、請求項14に記載の方法を実行するコンピュータプログラム製品。
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