KR20130057435A

KR20130057435A - 전단파를 이용한 이미징 방법 및 기기

Info

Publication number: KR20130057435A
Application number: KR1020127029983A
Authority: KR
Inventors: 가브리엘 몽탈두; 제레미 벨코프; 미카엘 통테; 마티아 핑크
Original assignee: 수퍼 소닉 이매진; 상뜨르 나쇼날 드 라 러쉐르쉬 샹띠피끄; 유니베르시떼 빠리 디데롯- 빠리 7
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2013-05-31
Also published as: CA2797262A1; US9140781B2; EP2561380A1; WO2011132014A1; KR101581369B1; CN103026257B; CN103026257A; CA2797262C; US20130031981A1; IL222267A; HK1178607A1; JP5760080B2; JP2013529098A; IL222267A0; EP2561380B1

Abstract

본 발명에 따른 점탄성 매질(2)을 관찰하기 위해 전단파를 이용한 이미징 방법은 탄성 전단파가 이미징 디바이스에 의해 점탄성 매질(2)내에 최대 거리(D_m)만큼 서로 떨어져 있는 다른 여기위치(L_j)에서 각각 발생되는 동안의 여러 연속 여기단계(j)와, 시간 (t_k)에서 점탄성 매질의 연속 로우 이미지 Im_j(t_k) 세트가 상기 점탄성 매질내 전단파의 전파 동안 상기 이미징 디바이스에 의해 측정되는 각 여기단계(j)에 대응하는 이미징단계와, 동일한 상대 시간(t_k)에 대응하는 로우 이미지 Im_j(t_k)가 상기 상대 시간(t_k)에 대응하는 평균 이미지 Im'(t_k)를 결정하도록 평균되는 평균단계를 포함한다.

Description

전단파를 이용한 이미징 방법 및 기기{IMAGING METHOD AND APPARATUS USING SHEAR WAVES}

본 발명은 전단파를 이용한 이미징 방법 및 기기에 관한 것이다.

보다 상세하게, 본 발명은

- 탄성 전단파가 이미징 디바이스에 의해 점탄성 매질내 여기위치에서 발생되는 동안 여기단계(j)와,

- 상기 점탄성 매질내 전단파의 전파 동안 상기 이미징 디바이스에 의해 점탄성 매질의 연속 이미지 세트들이 결정되는 이미징단계를 포함하는 점탄성 매질을 관찰하기 위한 전단파를 이용한 이미징 방법에 관한 것이다.

참조문헌 US-B2-7 252 004는 점탄성 매질내 하나 이상의 점들에서 전단파의 적어도 하나의 전파 파라미터를 계산함으로써 전단파의 전파 동영상을 구성하는 연속 이미지들이 점탄성 매질을 맵화하는데 사용되는 그런 방법예를 기술하고 있다.

이 공지의 방법은 예컨대 암 부위 등을 찾아내는데 특히 좋은 결과를 제공하나, 이런 방법은 어떤 상황에서는, 가령 감쇠 및 회절을 크게 발생시키는 매우 복잡한 구조를 갖는 생물학적 매질(예컨대, 전단파가 근섬유에 횡으로 전파할 때의 동물 근육)에서 신호 대 잡음비가 상대적으로 낮은 이미지를 발생할 수 있다.

본 발명의 특별한 목적은 이 결함을 완화시키는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 점탄성 매질을 관찰하기 위해 전단파를 이용한 이미징 방법으로서,

- 탄성 전단파가 이미징 디바이스에 의해 점탄성 매질내에 최대 거리(D_m)만큼 서로 떨어져 있는 다른 여기위치에서 각각 발생되는 동안의 여러 연속 여기단계(j)와,

- 시간(t_k)에서 점탄성 매질의 연속 로우 이미지 Im_j(t_k) 세트(j)가 상기 점탄성 매질내 전단파의 전파 동안 상기 이미징 디바이스에 의해 측정되는 각 여기단계(j)에 대응하는 이미징단계와,

- 동일한 상대 시간(t_k)에 대응하는 로우 이미지 Im_j(t_k)가 상기 상대 시간(t_k)에 대응하는 평균 이미지 Im'(t_k)를 결정하도록 평균되는 평균단계를 포함하고,

상기 로우 이미지는 적어도 상기 최대 거리(D_m)와 같은 해상도(R)를 가지며, t_k는 해당 전단파의 발생으로부터 카운트된 상대 시간인 전단파를 이용한 이미징 방법을 제안한다.

따라서, 본 발명은 로우 이미지내 대부분의 잡음을 제거할 수 있고 더 큰 신호 대 잡음비를 갖는 평균 이미지를 얻을 수 있다. 그러므로, 평균이미지는 전단파 전파 파라미터의 더 나은 맵핑을 얻고 선택적으로 점탄성 매질의 소정의 레올로지 값(rheological values)과 특히 점성효과를 나타내는 레올리지 값을 얻을 수 있는 상기 전파 파리미터의 분광학(즉, 주파수의 함수로서 상기 전파 파라미터의 값)을 얻기 위해 더 효율적으로 처리될 수 있다.

본 발명의 방법의 다양한 실행으로, 또한 선택적으로 하기의 처리들 중 하나 이상에 대한 청구를 가질 수 있다:

- 본 방법은 이미징단계와 평균단계 사이에, 다른 여기위치가 로우 이미지 Im_j(t_k)에 상호상응하게 위치되도록 로우 이미지 Im_j(t_k)가 공간상 리포지션되는 리포지셔닝 단계를 더 포함한다.

- 상기 로우 이미지 Im_j(t_k)는 다른 여기위치가 로우 이미지 Im_j(t_k)에서 동일한 좌표를 갖도록 각 로우 이미지의 좌표계를 오프세트시킴으로써 공간상 리포지션된다.

- 상기 연속 로우 이미지 세트(j)의 개수(J)는 적어도 5이다.

- 각 여기위치는 인접한 여기위치로부터 기껏해야 R/5, 바람직하게는 기껏해야 R/10인 피치만큼 이격되어 있다.

- 여기위치는 이미징 디바이스에 의해 점탄성 매질내에서 한 여기단계에서 다른 여기단계로 움직인다.

- 여기위치가 한 여기단계에서 다른 여기단계로 이미징 디바이스에 대해 고정된 채로 있는 반면 점탄성 매질이 움직여, 여기위치가 점탄성 매질내에서 한 여기단계에서 다른 여기단계로 움직인다.

- 상기 전단 여기는 상기 이미징 디바이스에 속한 초음파 트랜스듀서의 어레이에 의해 점탄성 매질로 방출되는 적어도 하나의 초음파에 의해 발생된다.

- 상기 전단 여기는 각 여기위치에서 점탄성 매질에 기계적 외력을 가함으로써 발생된다.

- 각 로우 이미지 Im_j(t_k)는 초음파 이미징 또는 IRM에 의해 얻어진다.

- 상기 방법은 시간에 걸쳐 상기 평균 이미지 Im'(t_k)를 기초로 점탄성 매질의 적어도 한점에서 적어도 하나의 전단파 전파 파라미터가 계산되는 동안의 특징 단계를 포함한다.

- 특징 단계 동안 계산된 전단파 전파 파라미터는 전단파 속도, 전단 모듈러스, 영모듈러스, 전단파 감쇠, 전단 탄성도, 전단 점성도, 기계적 이완시간 및 이방성으로부터 선택된다.

- 상기 여기는 적어도 500Hz의 대여폭을 갖고 상기 전단파 전파 파라미터는 상기 대역폭내 복수의 주파수들에서 계산된다.

더욱이, 본 발명은 또한 점탄성 매질을 관찰하기 위해 전단파를 이용한 상술한 방법들에 따른 방법을 실행하기 위한 이미징 기기로서,

- 여러 연속 여기단계(j) 동안 점탄성 매질내 최대 거리(D_m)만큼 서로 떨어져 있는 다른 여기위치에서 각각 탄성 전단파를 발생하고,

- 각 여기단계(j) 동안 각각 상기 점탄성 매질내 전단파의 전파 동안 시간 (t_k)에서 점탄성 매질의 연속 로우 이미지 Im_j(t_k) 세트를 측정하며,

- 시간(t_k) 동안 평균 이미지 Im'(t_k)를 측정하기 위해 동일한 상대 시간(t_k)에 대응하는 로우 이미지 Im_j(t_k)를 평균하도록 갖추어진 적어도 하나의 전자중앙유닛을 구비하고,

상기 로우 이미지는 적어도 상기 최대 거리(D_m)와 같은 해상도(R)를 가지며, t_k는 해당 전단파의 발생으로부터 카운트된 상대 시간이다.

본 발명의 기기의 다양한 실행으로, 또한 선택적으로 하기의 처리들 중 하나 이상에 대한 청구를 가질 수 있다:

- 전자중앙유닛은 다른 여기위치가 로우 이미지 Im_j(t_k)에서 상호상응하게 위치되도록 상기 이미지를 평균하기 전에 상기 로우 이미지 Im_j(t_k)를 공간상으로 리포지션시키도록 더 형성된다.

- 전자중앙유닛은 다른 여기위치가 로우 이미지 Im_j(t_k)에서 동일 좌표를 갖도록 각 로우 이미지의 좌표계를 오프세트시킴으로써 상기 로우 이미지 Im_j(t_k)를 공간상으로 리포지션시키도록 더 형성된다.

- 상기 전자중앙유닛은 점탄성 매질내 여기위치를 한 여기단계로부터 다른 여기 단계로 움직이도록 더 형성된다.

- 상기 전자중앙유닛은 시간에 걸쳐 연속 평균 이미지들을 기초로 점탄성 매질의 적어도 한 점에서 적어도 하나의 전단파 전파 파라미터를 계산하도록 형성되고, 상기 전단파 전파 파라미터는 전단파 속도, 전단 모듈러스, 영모듈러스, 전단파 감쇠, 전단 탄성도, 전단 점성도, 기계적 이완시간 및 이방성으로부터 선택된다.

- 상기 기기는 적어도 500Hz의 대역폭으로 가해지도록 형성되고 상기 전자중앙유닛은 상기 대역폭내 복수의 주파수들에서 상기 전단파 전파 파라미터를 계산하도록 형성된다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부도면을 참조로 단지 비제한적인 예로써 주어진 하기의 실시예의 설명으로부터 드러난다.

본 발명의 내용에 포함됨.

도면에서,
도 1은 본 발명의 일실시예에서 전단파 이미징 디바이스의 일예의 개략도이다.
도 2는 전단파가 연이어 점탄성 매질내에서 발생되는 여기위치들을 나타낸한 도 1의 이미징 디바이스에 의해 결정된 점탄성 매질의 연이은 로우 이미지 세트의 일예를 도시한 것이다.
도 3은 다른 여기위치들이 로우 이미지에서 상호상응하게 위치되도록 로우 이미지들이 공간상으로 리포지셔닝되는 리포지셔닝 단계를 도시한 것이다.
도 4는 특별한 예로 도 3의 다양한 리포지셔닝된 로우 이미지들을 평균함으로써 얻은 평균 이미지의 일예를 도시한 것이다.
도 5는 도 4의 평균 이미지에 해당하는 로우 이미지이다.
도 6은 도 4의 이미지와 같이 연속 평균 이미지들로부터 점탄성 매질의 한 점에서 계산된 전단파 속도를 주파수의 함수로 나타낸 도면이다.

여러 도면에서, 동일한 참조부호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다.

도 1에 도시된 이미징 디바이스(1)는 초음파를 압축적으로 방사하여, 가령

- 특히 산업상 적용에 있어 품질 컨트롤을 위한 무생물체; 또는

- 가령 의료 적용에 있어 환자의 신체의 일부인 생물체로 구성될 수 있는 점탄성 매질(2)내 탄성 전단파의 전파를 연구하기 위한 것이다.

예로써, 이들 움직임들은 압축 초음파를 외부면(3)으로부터 매질(2)에 보내는데 이용되는 (적어도 키보드 등과 같은 입력 인터페이스(4g)와 스크린 등과 같은 출력 인터페이스(4a)를 구비한) 마이크로컴퓨터(4) 또는 임의의 다른 전자중앙유닛에 의해 추적된다. 이들 압축파는 매질(2)내 포함된 확산 입자들(5)과 상호작용하며, 상기 입자들은 압축 초음파에 반사된다. 입자들(5)은 매질(2)내 임의의 불균일도로 구성될 수 있으며, 특히, 의료 적용에 있어, 입자들은 인체 조직에 있는 콜라겐 입자들(초음파 검사 이미지에서, "스펙클(speckle)"로 알려진 지점들로부터 그런 입자들)로 구성될 수 있다.

전단파의 전파를 관찰하기 위해, 관찰된 매질(2)의 외부면(3)에 기대어 두어지는 초음파 프로브(6)가 사용된다. 이 프로브는 축(X)을 따라 압축 초음파 펄스를 보내며, 상기 펄스들은 예컨대 0.5MHz에서 100MHz 범위, 바람직하게는 0.5MHz에서 15MHz 범위에 놓인 가령 약 4MHz의 주파수를 갖는 초음파 검사에 통상적으로 사용되는 타입이다.

초음파 프로브(6)는 n개의 초음파 트랜스듀서들(T₁, T₂, …, T_i, …, T_n)의 어레이로 구성되며, 여기서 n은 1 이상의 정수이다. 예로써, 프로브(6)는 가령 X축에 수직한 Y축을 따른 정렬로 n=128개의 트랜스듀서들을 구비한 트랜스듀서들의 선형 스트립 형태로 있을 수 있다. 그러나, 해당 프로브는 동일하게 트랜스듀서들의 2차원 어레이의 형태(평면 또는 기타)로 있을 수 있다.

트랜스듀서들(T₁-T_n)은 가령 가요성 케이블을 통해 프로브(6)에 연결된 전자랙(7)에 포함되는 가능하게는 중앙유닛(CPU)을 통해 마이크로컴퓨터(4)에 의해 서로 독립적으로 제어된다. 따라서, 트랜스듀서들(T₁-T_n)은

- "평면"(즉, 파면이 X,Y 면에서 직사각형인 파)인 압축 초음파 또는 매질(2)내 전체 관찰계를 비추는 임의의 다른 타입의 집속파 또는 비집속파, 가령 랜덤한 음향 신호들이 다양한 트랜스듀서들(T₁-T_n)에 의해 방출됨으로써 발생된 파; 또는

-매질(2)의 하나 이상의 지점들에 집속되는 그 밖의 압축 초음파를 선택적으로 방출할 수 있다.

매질(2)내 전단파의 전파를 관찰하기 위해, 여러 단계들이 연이어 수행된다:

a) 마이크로컴퓨터(4)로 점탄성 매질내에 집속되는 적어도 하나의 초음파가 프로브(6)에 의해 방출되게 함으로써 탄성 전단파가 점탄성 매질(2)에서 발생되는 동안의 여기단계;

b) 전단파의 전파가 점탄성 매질(2)내 여러 관찰계 지점들에서 동시에 관찰되는 동안의 관찰단계; 및

c) 연속 순간(t_k)(t_k는 전단파의 발생으로부터 카운트되는 상대 시간일 수 있음)에서 연속 전파 이미지들을 측정하기 위해 마이크로컴퓨터(4)가 서브단계 b2) 동안 점탄성 매질(2)로부터 수신된 음향 신호를 처리하는 동안의 이미징단계.

a) 여기단계

여기단계(a) 동안, 초음파 트랜스듀서(6)의 어레이에 의해 점탄성 매질(2)로 방출된 적어도 하나의 집속 초음파에 의해 전단 여기가 발생될 수 있다.

여기단계 a) 동안 방출된 집속된 초음파는 0.5MHz에서 15MHz 범위에 놓인 가령 약 4MHz의 p/f초 동안 방출되는 주파수(f)를 갖는 단색파일 수 있고, 여기서 p는 50에서 5000 범위에 놓인 정수(가령, 약 500)이며, f는 Hz 단위로 표현된다. 직사각형 신호 또는 유사한 형태로 이런 여기로 적어도 500Hz의 상대적으로 큰 대역폭(가령 0-1000Hz 대역폭)을 갖는 전단파가 발생될 수 있다.

여기단계(a) 동안 방출된 집속된 초음파는 발생된 전단파가 소정 파형을 나타내고 매질(2)내 소정 영역을 비추도록 단일 초점 또는 복수의 초점들에 집속될 수 있다. 초점(들)은 전단파가 발생되는 여기위치를 구성한다. 예컨대, 여기위치(L)는 이 직선을 따라 다수의 연속 초음파들을 신속히 집속시킴으로써 얻은 직선 형태일 수 있으며, 이 경우, 가령 베르코프 등(Bercoff et al.)의 논문 "Supersonic Shear Imaging: a New Technique for Soft Tissue Elasticity Mapping", IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, vol. 51, no. 4, 2004년 4월, 페이지 396-409에 설명된 바와 같은 평면인 전단파를 발생할 수 있다.

b) 관찰단계

관찰단계는 다음의 서브단계들을 포함할 수 있다:

b1) 마이크로프로세서(4)로 프로브(6)가 점탄성 매질로 적어도 초당 500 샷의 속도로 바람직하게는 비집속이거나 가볍게 집속될 수 있는 연속 압축 초음파 쇼크를 방출한다[단계 a)에서 방출된 집속 초음파의 포커싱 및 타이밍 및 상기 초음파의 타이밍은 상기 초음파 중 적어도 일부가 초음파 방출 중 적어도 일부에 대해 관찰계를 통해 전단파의 전파동안 관찰계에 도달하도록 맞추어진다];

b2) 마이크로프로세서(4)로 프로브(6)가 점탄성 매질로부터 수신된 음향 신호를 실시간으로 검출 및 기록하게 하고, 상기 신호는 점탄성 매질(2)에 반사 입자들(5)과 상호작용하는 압축 초음파에 의해 발생된 에코를 포함하며, 이들 에코는 점탄성 매질의 연속 변위 이미지에 (직접 또는 간접적으로) 해당한다.

가령 1초 미만 동안 지속될 수 있는 단계 b1)동안, 초당 500에서 10,000 샷 범위, 바람직하게는 초당 1,000에서 5,000 샷 범위에 놓인 비율로 가령 비집속 압축 초음파를 방출할 수 있다(이 비율은 매질(2)을 관통한 압축파에 대해 왕복이동시간에 의해, 즉 X 방향으로 매질(2)의 두께에 의해 제한된다: 이는 새 압축파가 보내지기 전에 프로브(6)에 의해 수신되도록 압축파에 의해 발생된 에코들 모두에 필요하다).

각 비집속 압축 초음파는 전단파의 속도보다 훨씬 더 큰 전파속도(가령, 인체에서 약 초당 1500미터(m/s))로 매질(2)을 통해 전파되고, 반사 입자들(5)과 상호작용하여, 초음파 검사 분야에서 "스펙클 노이즈"라는 이름으로 자체적으로 공지된 신호에 에코 또는 다른 유사한 교란을 발생시킨다.

스펙클 노이즈는 서브단계 b2) 동안 비집속 압축 초음파의 각 샷(k) 후에 트랜스듀서(T₁-T_n)에 의해 골라진다. 샷 No. k 후, 각 트랜스듀서(T_i)에 의해 이런 식으로 골라진 신호 s_i(t_k)는 초기에 고주파수(예컨대 30MHz에서 100MHz)로 샘플화되고 랙(7)의 샘플러 형성부에 의해 실시간으로 (가령, 12 비트로) 디지털화되며 상기 트랜스듀서에 연결되고, 상기 샘플러는 E₁, E₂, …, E_n로 각각 참조된다.

그런 후, 이런 식으로 샘플화되고 디지털화된 신호 s_i(t_k)는 마찬가지로 실시간으로 랙(7)에 속하고 트랜스듀서(T_i)에 고유한 메모리(M_i)에 저장된다.

예로써, 각 메모리(M_i)는 약 128 메가바이트(MB)의 용량을 보이며, 샷 k=1에서 q(여기서, q는 초음파 샷의 총 개수)동안 연속으로 수신된 신호 s_i(t_k)들 모두 포함한다.

c) 이미징단계

이미징단계 c)는 전단파의 동일 전파에 해당하는 신호들 s_i(t_k)이 모두 저장된 후 가령 지연된 시간으로 마이크로프로세서(4)에 의해 수행될 수 있고, 가령 US-B2-7 252 004에 설명된 바와 같이 서브단계 c1)에 해당하는 종래 경로형성 단계를 이용해 중앙유닛(CPU)으로 이들 신호들이 랙(7)에 속한 합산회로(S)에 의해 재처리된다(또는 그 밖에 이 처리를 자체적으로 수행하거나, 실제로 처리는 마이크로컴퓨터(4)에서 수행될 수 있다).

이는 이미지들 Im(t_k), 가령 샷 No. k 후에 관찰계의 이미지에 각각 해당하는 관찰계내 별개의 좌표 위치들(x,y)에 각각 해당하는 매트릭스 형태로 본원 경우에 2D 이미지를 형성한다.

경로형성 단계 후, 중앙유닛(CPU)은 랙(7)의 일부를 형성하는 중앙메모리(M) 또는 마이크로컴퓨터(4)에 이미지 Im(t_k)를 저장한다.

각 이미지 Im(t_k)는 약 1mm 이하의 해상도(R)를 가질 수 있다.

단계 a) - c)의 반복

본 발명에 따르면, 단계 a)-c)는 가령 4 내지 10으로 구성될 수 있는 J 횟수 동안 반복된다. j=1에서 J의 여기단계 동안, 여기위치(L_j)는 이미징 디바이스(j)에 의해 한 반복(j)에서 다른 반복으로 (트랜스듀서 어레이(6)에 의해 전달된 초음파의 집속을 변경시킴으로써, 즉, 해당기술분야에 잘 알려진 바와 같이 트랜스듀서(T₁-T_n)에 의해 가해진 지연을 변경함으로써) 오프세트된다. 연속 여기위치(L_j)는 기껏해야 상기 해상도(R)와 같거나 바람직하게는 그보다 더 낮은 최대 거리(Dm) 만큼 서로 이격되어 있다. 특별한 실시예에서, 각 여기위치(L_j)는 기껏해야 R/5, 바람직하게는 R/10인 피치만큼 인접한 여기위치로부터 이격될 수 있다. 예컨대, J=7 반복을 이용할 수 있고 여기위치(L_j)는 각 반복시 R/10의 피치로 오프세트될 수 있어 제 1 반복(j=1)에서 마지막(j=J) 간에 총 오프세트(D_m)는 7R/10이다.

여기위치(L_j)가 가령 도 2에 도시된 바와 같이 축(X)에 나란한 직선일 경우, 상기 여기위치(L_j)는 한 반복에서 다음 반복까지 축(Y)에 나란한 상기 피치로 오프세트될 수 있다. 상기 오프세트는 여기위치(L_j)가 한 여기단계 a)에서 다른 단계로 이미징 디바이스(1)에 의해 점탄성 매질(2)에서 이동되는 사실에서 구해질 수 있다. 여기위치가 직선이면, 이 선은 또한 작은 각도(몇 도)의 이 직선을 기울임으로써 한 반복에서 다른 반복으로 오프세트될 수 있다: 이 경우, 한 여기 라인의 각 점에서 다른 여기 라인까지의 거리(상기 거리는 상기 점이 속한 여기 라인에 수직하게 측정됨)는 상기 라인을 따라 변하며, 상기 최대 거리(D_m)는 한 여기위치의 한 점에서 다른 여기위치 까지 상기 거리의 최대값이다.

변형으로, 점탄성 매질(2)은 어레이(6)가 고정된 채로 있고 여기위치가 트랜스듀서 어레이(6)에 대해 고정된 채로 있는 동안 한 여기단계에서 다른 여기단계로 이동되므로, 여기위치(L_j)는 한 여기단계에서 다른 여기단계로 점탄성 매질(2)에서 이동된다. 이는 가령 매질(2)이 심장 또는 살아 있는 인체 또는 동물의 간의 일부일 경우 적용될 수 있다. 이런 경우, 연속 여기단계 a)는 매질(2)의 위치가 기준위치에 매우 가까운 시간에 수행될 수 있어, 여기위치들 간의 최대 거리(D_m)가 해상도(R) 보다 적게 된다.

각 여기단계(j) 후, 상술한 바와 같이 연속 순간(t_k)에서 이미지 세트 Im_j(t_k)를 얻는다. 이들 이미지 Im_j(t_k)를 이하 로우 이미지라 한다.

d) 리포지셔닝 단계

도 3에 도시된 바와 같이, 로우 이미지 Im_j(t_k)는 다른 여기위치(L_j)가 다양한 로우 이미지 Im_j(t_k)에 상호상응하게 위치되도록 공간상으로 리포지션될 수 있다. 이 리포지셔닝은 가령 다른 여기좌표(L_j)가 모든 로우 이미지 Im_j(t_k)에서 동일 좌표들을 갖도록 로우 이미지 Im_j(t_k)의 좌표계(x,y)[또는 3D 이미징의 경우 3D 좌표계(x,y,z)]를 오프세트시킴으로써 얻어질 수 있다. 리포지셔닝 단계는 각 이미징단계 c) 후 각 로우 이미지에 또는 단계 a)-c)의 모든 반복 후 동시에 모든 로우 이미지에 수행될 수 있다.

이 리포지셔닝 단계는 선택적으로 생략될 수 있다. 점탄성 매질(2)이 움직일 수 있고 여기위치들이 상술한 바와 같이 트랜스듀서 어레이에 대해 고정된 채로 있을 경우, 이 리포지셔닝 단계는 바람직하게는 생략될 수 있다; 반대로, 여기위치(L_j)가 한 반복에서 다음 반복으로 트랜스듀서 어레이에 대해 움직일 경우, 상기 리포지셔닝이 바람직하게 사용된다.

e) 평균단계

그런 후, 상대 시간(t_k)에 해당하는 평균 이미지 Im'(t_k)를 결정하기 위해 동일한 상대 시간(t_k)에 해당하는 (있다면 이들의 리포지셔닝 후) 로우 이미지들 Im_j(t_k)이 평균된다. 평균은 로우 이미지의 픽셀 값(s_j(t_k)(x,y))의 간단한 산술 평균일 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 평균단계는 도 5에 도시된 바와 같은 로우 이미지보다 훨씬 더 나은 품질의 평균 이미지를 얻게 한다. 특히, 이미지의 신호 대 잡음비가 평균단계에 의해 극적으로 증가되고, 이는 다음 단계에서 점탄성 매질(2)의 리올리지 특성의 더 나은 특징을 가능하게 한다.

푸싱영역으로부터 2mm 측면 거리에서, 최대 전단파 주파수는 200Hz(-6dB에서)이다. 200Hz 보다 큰 모든 주파수 성분들은 조직에 의해 감쇠되었다. 새 평균화 방법을 이용하면, 주어진 위치에 대해 종래 방법에서보다 조직 점탄성에 대한 훨씬 더 많은 정보에 접근을 제공하는 최대 전단파 주파수는 500Hz(-6dB에서)이다.

f) 특징화 단계

시간에 걸쳐 평균 이미지 Im'(t_k)를 기초로, 적어도 하나의 전단파 전파 파라미터가 점탄성 매질의 적어도 한 점에서, 바람직하게는 점탄성 매질의 맵핑을 얻기 위해 완전한 이미지에 대해 계산된다. 이 전단파 전파 파라미터는 예컨대 전단파 속도, 전단 모듈러스, 영 모듈러스, 전단파 감쇠, 전단 탄성도, 전단 점성도, 기계적 이완시간 및 이방성으로부터 선택될 수 있다. 이런 파라미터는 가령 US-B2-7 252 004에 설명된 바와 같이 결정될 수 있다.

또한, 평균 이미지의 양호한 신호 대 잡음비로 인해, 상기 파라미터의 분광분석을 수행할 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 파라미터가 전단파의 속도(v)인 경우, 이는 전단파의 대역폭의 주파수(f)의 함수로서 상기 속도(v)를 결정할 수 있다.

측정된 파라미터가 전단파 감쇠(α)인 경우, 이런 감쇠는 법칙(가령, 하기 식 참조)에 따라 변하는 것으로 간주될 수 있다:

α(f) = α₀ + α₁f^a

여기서 f는 전단파 주파수이고, a는 생물학적 매질내 기계적 파에 대해 일반적으로 0 내지 2로 구성되는 역률(power factor)이다. 이 경우, 본 발명은 가령 WO-A-2009/007582에 개시된 바와 같이 정확하게 역률 a를 평가하고 점탄성 매질에서 y를 맵화할 수 있다.

변형

변형으로, 전단파의 여기는 기계적 외력을 각 여기위치에서 점탄성 매질에 가함으로써. 예컨대, WO-A-00/55616에 설명된 바와 같이 마이크로컴퓨터(4)에 의해 컨트롤되는 바이브레이터를 통해 얻어질 수 있다.

또 다른 변형으로, 각 로우 이미지 Im_j(t_k)는 초음파 이미징에 의해서라기 보다는 IRM에 의해 얻어진다.

Claims

점탄성 매질(2)을 관찰하기 위해 전단파를 이용한 이미징 방법으로서,
- 탄성 전단파가 이미징 디바이스(1)에 의해 점탄성 매질(2)내에 최대 거리(D_m)만큼 서로 떨어져 있는 다른 여기위치(L_j)에서 각각 발생되는 동안의 여러 연속 여기단계(j)와,
- 시간 (t_k)에서 점탄성 매질의 연속 로우 이미지 Im_j(t_k) 세트(j)가 상기 점탄성 매질내 전단파의 전파 동안 상기 이미징 디바이스에 의해 측정되는 각 여기단계(j)에 대응하는 이미징단계와,
- 동일한 상대 시간(t_k)에 대응하는 로우 이미지 Im_j(t_k)가 상기 상대 시간(t_k)에 대응하는 평균 이미지 Im'(t_k)를 결정하도록 평균되는 평균단계를 포함하고,
상기 로우 이미지는 적어도 상기 최대 거리(D_m)와 같은 해상도(R)를 가지며, t_k는 해당 전단파의 발생으로부터 카운트된 상대 시간인 전단파를 이용한 이미징 방법.
제 1 항에 있어서,
이미징단계와 평균단계 사이에, 다른 여기위치(L_j)가 로우 이미지 Im_j(t_k)에 상호상응하게 위치되도록 로우 이미지 Im_j(t_k)가 공간상 리포지션되는 리포지셔닝 단계를 더 포함하는 전단파를 이용한 이미징 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 로우 이미지 Im_j(t_k)는 다른 여기위치(L_j)가 로우 이미지 Im_j(t_k)에서 동일한 좌표를 갖도록 각 로우 이미지의 좌표계를 오프세트시킴으로써 공간상 리포지션되는 전단파를 이용한 이미징 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연속 로우 이미지 세트(j)의 개수(J)는 적어도 5인 전단파를 이용한 이미징 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
각 여기위치(L_j)는 인접한 여기위치로부터 기껏해야 R/5, 바람직하게는 기껏해야 R/10인 피치만큼 이격되어 있는 전단파를 이용한 이미징 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
여기위치(L_j)는 이미징 디바이스(1)에 의해 점탄성 매질(2)내에서 한 여기단계에서 다른 여기단계로 움직이는 전단파를 이용한 이미징 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
여기위치가 한 여기단계에서 다른 여기단계로 이미징 디바이스(1)에 대해 고정된 채로 있는 반면 점탄성 매질(2)이 움직여, 여기위치(L_j)가 점탄성 매질(2)내에서 한 여기단계에서 다른 여기단계로 움직이는 전단파를 이용한 이미징 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전단 여기는 상기 이미징 디바이스(1)에 속한 초음파 트랜스듀서(6)의 어레이에 의해 점탄성 매질(2)로 방출되는 적어도 하나의 초음파에 의해 발생되는 전단파를 이용한 이미징 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전단 여기는 각 여기위치에서 점탄성 매질에 기계적 외력을 가함으로써 발생되는 전단파를 이용한 이미징 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
각 로우 이미지 Im_j(t_k)는 초음파 이미징 또는 IRM에 의해 얻어지는 전단파를 이용한 이미징 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
시간에 걸쳐 상기 평균 이미지 Im'(t_k)를 기초로 점탄성 매질의 적어도 한점에서 적어도 하나의 전단파 전파 파라미터가 계산되는 동안의 특징 단계를 포함하는 전단파를 이용한 이미징 방법.
제 11 항에 있어서,
특징 단계 동안 계산된 전단파 전파 파라미터는 전단파 속도, 전단 모듈러스, 영모듈러스, 전단파 감쇠, 전단 탄성도, 전단 점성도, 기계적 이완시간 및 이방성으로부터 선택되는 전단파를 이용한 이미징 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 여기는 적어도 500Hz의 대여폭을 갖고 상기 전단파 전파 파라미터는 상기 대역폭내 복수의 주파수들에서 계산되는 전단파를 이용한 이미징 방법.
점탄성 매질(2)을 관찰하기 위해 전단파를 이용한 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 이미징 기기로서,
- 여러 연속 여기단계(j) 동안 점탄성 매질(2)내 최대 거리(D_m)만큼 서로 떨어져 있는 다른 여기위치(L_j)에서 각각 탄성 전단파를 발생하고,
- 각 여기단계(j) 동안 각각 상기 점탄성 매질내 전단파의 전파 동안 시간 (t_k)에서 점탄성 매질의 연속 로우 이미지 Im_j(t_k) 세트(j)를 측정하며,
- 시간(t_k) 동안 평균 이미지 Im'(t_k)를 측정하기 위해 동일한 상대 시간(t_k)에 대응하는 로우 이미지 Im_j(t_k)를 평균하도록 갖추어진 적어도 하나의 전자중앙유닛(4)을 구비하고,
상기 로우 이미지는 적어도 상기 최대 거리(D_m)와 같은 해상도(R)를 가지며, t_k는 해당 전단파의 발생으로부터 카운트된 상대 시간인 이미징 기기.
제 14 항에 있어서,
전자중앙유닛(4)은 다른 여기위치(L_j)가 로우 이미지 Im_j(t_k)에서 상호상응하게 위치되도록 상기 이미지를 평균하기 전에 상기 로우 이미지 Im_j(t_k)를 공간상으로 리포지션시키도록 더 형성되는 이미징 기기.
제 15 항에 있어서,
전자중앙유닛(4)은 다른 여기위치(L_j)가 로우 이미지 Im_j(t_k)에서 동일 좌표를 갖도록 각 로우 이미지의 좌표계를 오프세트시킴으로써 상기 로우 이미지 Im_j(t_k)를 공간상으로 리포지션시키도록 더 형성되는 이미징 기기.
제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자중앙유닛(4)은 점탄성 매질(2)내 여기위치(L_j)를 한 여기단계로부터 다른 여기 단계로 움직이도록 더 형성되는 이미징 기기.
제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자중앙유닛(4)은 시간에 걸쳐 연속 평균 이미지들을 기초로 점탄성 매질(2)의 적어도 한 점에서 적어도 하나의 전단파 전파 파라미터를 계산하도록 형성되고, 상기 전단파 전파 파라미터는 전단파 속도, 전단 모듈러스, 영모듈러스, 전단파 감쇠, 전단 탄성도, 전단 점성도, 기계적 이완시간 및 이방성으로부터 선택되는 이미징 기기.
제 18 항에 있어서,
상기 기기는 적어도 500Hz의 대역폭으로 가해지도록 형성되고 상기 전자중앙유닛(4)은 상기 대역폭내 복수의 주파수들에서 상기 전단파 전파 파라미터를 계산하도록 형성되는 이미징 기기.