KR20140112453A - 적응 시간 인스턴스를 이용한 초음파 ａｒｆｉ 변위 이미징 - Google Patents

적응 시간 인스턴스를 이용한 초음파 ａｒｆｉ 변위 이미징 Download PDF

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KR20140112453A
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승수 김
리에시앙 팬
니콜라스 엠. 이반스비치
데이비드 피. 둔칸
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지멘스 메디컬 솔루션즈 유에스에이, 인크.
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Abstract

ARFI 이미징에서, 비용 함수는 원하는 정보를 최상 또는 충분히 표시하는 변위의 시간을 식별(40)하기 위해 사용된다. 예를 들어, 콘트라스트와 신호-대-잡음비의 조합과 연관된 변위들이 식별된다(40). 원하는 변위들이 발생하는 시간은 최대의 시간 이외의 시간일 수 있다. 시간이 하나 또는 하나를 초과하는 스캔 라인들에 대한 변위들에 공통이기 때문에, 변위 이미지는 라인 단위 또는 라인들의 그룹들로 어셈블링될 수 있다.

Description

적응 시간 인스턴스를 이용한 초음파 ＡＲＦＩ 변위 이미징{ULTRASOUND ARFI DISPLACEMENT IMAGING USING AN ADAPTIVE TIME INSTANCE}
본 실시예들은 초음파 이미징에 관한 것이다. 특히, 음향 방사력 임펄스(acoustic radiation force implulse : ARFI) 이미징이 개선될 수 있다.
ARFI 이미징에서, 전단파, 종파 또는 기타 파(shear, longitudinal or other wave)가 푸시 펄스(push pulse)로서 전송된 ARFI를 이용하여 발생된다. 초음파 에너지는 파를 발생하기 위해 초점 영역(focal region)으로 전송되며, 초점 영역 주위에 조직의 변위를 가져온다. 게다가 초음파 스캐닝(ultrasound scanning)은 초점 영역 주위의 위치들에서 시간에 걸쳐 조직의 변위를 추적한다. 각각의 위치에 대해, 피크 또는 최대 변위가 이미지를 발생하기 위해 결정되고 사용된다. 그러나, 최대 변위는 조직들의 부분들이 ARFI의 과도 응답(transient response) 동안 다른 부분들 보다 많은 변위들을 축적할 수 있기 때문에 바이어스될 수 있다.
파 정보(wave information)는 음향 임피던스(예를 들어, B-모드)와 도플러(예를 들어, 흐름 모드) 이미징에 더하여 조직 특성들을 표시할 수 있다. ARFI 이미징은 ARFI들에 의해 유도된 조직 변위들에 기초하여 조직 탄력 속성들(tissue elastic properties)을 제공할 수 있다. 파 속도 정보(wave velocity information)는 진단을 위해 유용할 수 있다. 파 속도는 최대 변위에 도달하기 위한 시간으로서 결정된다. 그러나, 최대 변위에서 바이어스(bias)는 도출된 정보에서 에러들을 야기할 수 있다.
도입부로서, 이하 기술된 바람직한 실시예들은 ARFI 이미징을 위한 방법들, 명령들, 그리고 시스템들을 포함한다. 원하는 정보를 최상으로 또는 충분히 표시하는 변위의 시간을 식별하기 위해 비용 함수가 사용된다. 예를 들어, 콘트라스트(contrast)와 신호-대-잡음비의 조합과 연관된 변위들이 식별된다. 원하는 변위들이 발생하는 시간은 최대의 시간 이외의 시간일 수 있다. 시간이 하나 또는 하나를 초과하는 스캔 라인들을 위한 변위들에 대해 공통이기 때문에, 변위 이미지는 라인 단위 또는 라인들의 그룹들에 의해 어셈블링될 수 있다.
제1 양상에서, ARFI 이미징을 위한 방법이 제공된다. 초음파 시스템은 임펄스 여기(impulse excitation)에 응답하여 환자내 복수의 위치들에서 상이한 시간들에 걸쳐서 변위들을 측정한다. 각각의 시간들에서 변위들을 위한 콘트라스트들이 결정된다. 각각의 시간들에서 변위들을 위한 신호-대-잡음비들이 결정된다. (반드시 가장 이른 시간은 아닌) 시간들 중 제1 시간은 콘트라스트들과 신호-대-잡음비들의 함수로서 선택된다. ARFI 이미지는 선택된 제1 시간의 변위들에 의해 발생된다.
제2 양상에서, 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체(non-transitory computer readable storage medium)는 ARFI 이미징을 위해 프로그램된 프로세서(programmed processor)에 의해 실행가능한 명령들을 나타내는 데이터가 저장되었다. 스토리지 매체는 다중 시간들(multiple times)에서 변위들을 결정하고, 비용 함수를 이용하여 시간들 동안 변위들의 품질 레벨들을 계산하며, 품질 레벨들에 기초하여 시간들 중 하나의 시간을 식별하고, 그리고 하나의 시간의 변위들에 의해 변조된 디스플레이 값들을 갖는 이미지를 출력하기 위한 명령들을 포함한다.
제3 양상에서, ARFI 이미징을 위한 시스템이 제공된다. 트랜스듀서(transducer)는 제1 음향 임펄스 여기를 환자내로 전송하고, 환자의 제1 라인을 초음파로 스캔하며, 제2 음향 임펄스 여기를 환자내로 전송하며, 그리고 환자의 제2 라인을 초음파로 스캔하도록 구성된다. 수신 빔포머(receive beamformer)는 각각 제1 및 제2 음향 임펄스 여기들에 관련하여 상이한 시간들에서 제1 및 제2 라인들을 표시하는 데이터를 발생하도록 구성된다. 데이터는 초음파를 이용하여 스캔들(scans)로부터 발생된다. 프로세서는 각각의 상이한 시간들에서 제1 및 제2 음향 임펄스 여기들에 의해 유도된 제1 및 제2 라인들내 조직 변위들을 추정하며 그리고 제1 라인내 조직 변위들을 위해 상이한 시간들 중 제1 시간을 선택하고 제2 라인내 조직 변위들을 위해 상이한 시간들 중 제2 시간을 선택하도록 구성된다. 제1 시간은 제2 음향 임펄스 여기에 이후 제2 시간과 상이한 제1 음향 임펄스 여기 이후 시간의 양이다. 디스플레이는 제1 라인을 위한 제1 시간의 변위들과 제2 라인을 위한 제2 시간의 변위들을 나타내는 이미지를 디스플레이하도록 구성된다.
본 발명은 이후의 청구항들에 의해 정의되며, 그리고 본 섹션내 어느 것도 이들 청구항들에 대한 제한으로서 취급되지 않아야 한다. 게다가 본 발명의 양상들과 장점들이 바람직한 실시예들과 함께 이하 논의되며 독립적으로 또는 조합하여 나중에 청구될 수 있다.
컴포넌트들과 도면들은 반드시 실척에 맞지 않으며, 대신에 발명의 원리들을 예시할 때 강조가 이루어진다. 더욱이, 도면들에서, 유사한 참조 번호들은 상이한 도면들 전반에 걸쳐서 대응하는 부분들을 가리킨다.
도 1a는 최대 변위를 이용한 예시적인 음향 방사력 임펄스(ARFI) 이미지이며, 그리고 도 1b 내지 도 1d는 특별한 시간들에서 변위들의 예시적인 음향 방사력 이미지들이다.
도 2는 시간적 선택을 갖는 ARFI 이미징을 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 3은 상이한 라인 스캐닝 시간들 동안 깊이에 걸쳐 변위들의 예시적인 예시이다.
도 4는 시간적 선택을 갖는 ARFI 이미징을 위한 시스템의 일 실시예의 블록도이다.
특정한 시간 인스턴스(time instance)에서 ARFI 변위들이 디스플레이되는데 이는 이와 같은 변위들이 최대 변위를 이용하기 보다 오직 조직 탄력성(tissue elasticity)에만 보다 심하게 의존할 수 있기 때문이다. 조직 탄력성은 ARFI 이미지를 위해 원하는 특성이다. 특정한 시간에서 변위들은 필드내 ARFI(푸쉬 빔(push beam)) 세기에 의존하며, 이는 모델링 될 수 있으며 모델을 이용하여 보상될 수 있다.
ARFI 변위 이미지는 비용 함수를 분석함으로써 적응적으로 디스플레이된다. ARFI 변위 시퀀스(ARFI displacement sequence)의 정확한 시간 인스턴스를 픽-업하기 위하여, 비용 함수는 ARFI 변위들을 평가한다. 비용 함수의 정의에 기초하여, ARFI 변위 이미지는 상이한 환자들, 검사들(examinations)의 유형들, 상이한 사용자 원하는 결과들, 및/또는 상이한 조직 유형들을 위해 최적화될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 ARFI 변위 이미지들의 예들을 도시한다. 도 1a는 각각의 픽셀에서 최대 변위가 시간에 걸쳐 축적되는 최대 변위를 도시한다. 주어진 위치에 대해 다른 변위가 측정되기 때문에, 변위는 축적된 변위와 비교된다. 최대치가 저장된다. 최대 변위 이미지는 몇몇 조직 탄력성 정보를 제공한다. 그러나, 연질화되는(예를 들어, 보다 많은 변위) 근접장 조직(near field tissue)은 시간에 걸쳐 조직 변위 축적의 결과일 수 있으며, 이는 반드시 다른 부분들보다 연한 조직을 의미하지 않는다.
도 1b 내지 도 1d는 특정 시간들에서 변위들을 도시한다. 각각의 평탄한 이미지는 하나 또는 하나를 초과하는 푸싱 펄스들(pushing pulses) 이후 동일한 시간에서 또는 거의 동일한 시간에서 변위들을 나타낸다. 이미지들의 상이한 부분들은 ARFI 스캔 패턴으로 인해 상이한 푸싱 펄스들에 응답할 수 있지만, 표시된 변위들은 각각의 ARFI에 관련하여 동일하거나 유사한 타이밍을 갖는다. 유사하게 타이밍 허용 오차들(timing tolerances) 및/또는 단일 사이클 위상 차이들(single cycle phase differences)을 설명한다. 도 1b는 0.20ms에서 변위들을 도시하고, 도 1c는 0.41ms에서 변위들을 도시하며, 그리고 도 1d는 0.63ms에서 변위들을 도시한다. 다른 타이밍 예들이 가능하다. 도 1b 내지 도 1d에서 변위들은 도 1a의 축적된 최대 변위들과 다르며, 그리고 최대 변위 이미지보다 나은 경계 선명도(border definition), 콘트라스트 해상도(contrast resolution), 신호-대-잡음비 또는 기타 특성들을 가질 수 있다.
ARFI 변위 이미지들내 원하는 인자들(factors)에 기초하여 비용 함수를 설정함으로써, ARFI 변위 이미지의 벡-엔드 최적화(back-end optimization)가 가능하다. 각각의 시간 인스턴스에서 비용 함수를 분석함으로써, 원하는 인자 또는 인자들을 제공하는 시간 인스턴스가 식별된다. ARFI 변위 이미지는 최대 변위에 기초하지 않을 수 있으며 (예를 들어, 파 속도 이미지(wave velocity image)가 아닌) 시간 대 피크 변위에 기초하지 않을 수 있다.
도 2는 ARFI 변위 이미징을 위한 방법을 도시한다. 방법은 도 4의 시스템 또는 상이한 시스템에 의해 구현된다. 추가적인, 상이한, 또는 보다 적은 단계들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 단계(30)가 수행되지 않고 스트레스의 소스가, 수동적으로, 섬퍼(thumper)를 이용한 바디(body)에 의해, 또는 기타 메커니즘에 의해 제공된다. 또 다른 예로서, 상이한 비용 인자들이 단계(38)의 SNR 및/또는 단계(36)에서 콘트라스트 대신에 계산된다. 단계들은 기술되거나 도시된 순서로 수행되지만, 다른 순서들로 수행될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d에 표시된 예의 맥락에서 도 2의 방법의 상세한 설명이 제공된다. 도 1a 내지 도 1d는 팬텀(phantom)의 2차원 영역의 ARFI 변위 이미지들을 도시한다. 방법은 인간 조직(human tissue)을 위해 사용될 수 있다. 영역은 단단한 함유물(hard inclusion)(보다 어두운 원형 영역)을 갖는다. 하나를 초과하는 병변(lesion) 또는 종양(tumor)이 인간 또는 기타 조직의 영역내에 존재할 수 있다. 방법은 각각의 B-모드 또는 전체 시야 내 또는 관심 영역내 스캔 샘플 위치들에 대해 수행된다. 다소 밀집한 샘플링(dense sampling)이 사용될 수 있다.
도 2의 단계(30)에서, 음향 여기가 환자내로 전송된다. 음향 여기는 임펄스 여기로서 작용하며, ARFI 또한 그렇다. 예를 들어, 조직을 이미징하기 위한 B-모드 송신들과 유사하거나 높은 전력 또는 피크 진폭 레벨들을 갖는 400 사이클 전송파가 전송된다. 일 실시예에서, 송신은 시야에 방사력 시퀀스로서 적용된 다중 푸싱 펄스들(multiple pushing pulses) 중 하나이다. 임의의 음향 방사력 임펄스(ARFI) 시퀀스가 사용될 수 있다.
송신은 하나 또는 하나를 초과하는 위치들에서 조직을 변위시키기에 충분한 조직에 대한 스트레스를 야기하기 위해 전력, 진폭, 타이밍 또는 기타 특성들에 의해 구성된다. 예를 들어, 전송 초점은 시야 전반에 걸쳐서 변위를 야기하기 위해 시야의 바닥, 중심 근처에 위치된다. 송신은 상이한 서브-영역들을 위해 반복될 수 있다.
여기는 초음파 트랜스듀서(ultrasound transducer)로부터 전송된다. 여기는 음향 에너지(acustic energy)이다. 음향 에너지는 포커싱되며, 3차원 빔 프로파일(3-dimensional beam profile)을 가져온다. 여기는 엘리먼트들 및/또는 기계적 초점의 어레이를 이용해 포커싱된다. 여기는, 상승 차원(elevation dimension)과 같은, 1차원에서 포커싱되지 않을 수 있다. 여기는 환자의 조직내로 전송된다.
단계(32)에서, 환자내 조직의 변위들이 측정된다. 여기는 조직의 변위를 야기한다. 전단파, 종파, 또는 기타 파가 발생되며 초점 영역으로부터 전파한다. 파가 조직을 통해 이동하기 때문에, 조직이 변위된다. 조직은 환자내에서 움직이도록 강제된다.
힘 또는 스트레스에 의해 야기되는 변위가 측정된다. 변위는 하나 또는 하나를 초과하는 위치들에서 시간에 걸쳐 측정된다. 변위 측정은, 다른 주파수 또는 코딩을 이용하는 것과 같은, 스트레스 또는 임펄스가 종료되기 전에 시작할 수 있다. 대안으로, 변위 측정은 임펄스가 종료된 후 시작된다. 스트레스의 포인트 또는 영역으로부터 이격된 조직내 변위를 야기하는 전단파, 종파 또는 기타 파는 이동을 위해 시간이 걸리기 때문에, 이완되거나 부분적으로 스트레스된 상태로부터 최대 변위로 그 다음 이완된 상태로 변위가 측정될 수 있다. 대안으로, 변위는 조직이 최대로부터 이완되는 동안에만 측정된다.
측정치는 변위의 양 또는 크기이다. 조직은 임의의 방향으로 움직인다. 측정은 최대 움직임의 방향을 따라 존재할 수 있다. 모션 벡터의 크기가 결정된다. 대안으로, 측정은, 조직이 다른 방향들로 다소 변위되는지에 관계없이 스캔 라인에 수직 또는 스캔 라인을 따르는 것과 같은, 주어진 방향을 따라 존재한다.
변위는 초음파 스캐닝(ultrasound scanning)에 의해 검출된다. 관심 영역, 전체 시야, 또는 관심 서브-영역과 같은, 영역이 초음파에 의해 스캔된다. 이제 임의의 알려지거나 또는 후에 개발된 변위 이미징이 사용될 수 있다. 예를 들어, 1 내지 5 사이클 지속기간들을 갖는 펄스들은 720mW/㎠ 보다 적은 세기와 함께 사용된다. 다른 세기들을 갖는 펄스들이 사용될 수 있다.
주어진 샘플 시간 동안, 초음파가 조직 또는 관심 영역으로 전송된다. 송신으로부터 에코들(echoes) 또는 반사들(reflections)이 수신된다. 에코들은 빔형성(beamform)되며, 그리고 빔형성된 데이터(beamformed data)는 하나 또는 하나를 초과하는 위치들을 표시한다. 임의의 송신 및 수신 시퀀스가 사용될 수 있다.
전송 및 수신을 다수 번 수행함으로써, 상이한 시간들에서 1-차원, 2-차원, 또는 3-차원 영역을 나타내는 데이터가 수신된다. 송신 및 수신은 변위로 인한 변화를 결정하기 위해 반복된다. 초음파에 의해 반복적으로 스캐닝함으로써, 상이한 시간들에서 조직의 포지션이 결정된다.
도 3은 3개의 상이한 스캔 시간들에서 스캔 라인을 따라 변위를 측정하는 것을 도시한다. 각각의 라인은 상이한 스캔 시간 t2(예를 들어, 라인의 순차적인 스캔)에서 스캔 라인을 따라 거리 또는 깊이를 나타낸다. 라인을 따라 한 차례 샘플링 동안(예를 들어, 1 스캔 시간 t2), 상이한 시간들 t1로부터 샘플들이 획득된다. 라인의 스캔은 상이한 스캔 시간들에서 상이한 깊이들에 대한 샘플들의 세트들을 획득하기 위해 다른 시간들 t2에서 반복된다. 라인 당 임의의 수의 샘플들이 획득될 수 있다. 라인을 스캐닝하는 임의의 반복 횟수가 수행될 수 있다. 임의의 수의 라인들이 주어진 시간에서 스캔될 수 있다.
에코들은 B-모드 또는 도플러 검출을 이용해 검출된다. 변위는 각각의 공간 위치에 대한 차이들로부터 검출된다. 예를 들어, 속력, 변동(variance), 세기 패턴(intensity pattern)내 시프트(예를 들어, 스페클 추적(speckle tracking)), 또는 기타 정보가 변위로서 수신된 데이터로부터 검출된다.
B-모드 데이터를 이용한 일 실시예에서, 상이한 스캔들로부터 데이터가 상관된다. 예를 들어, 데이터의 현재 세트는 데이터의 기준 세트와 다수 번 상관된다. 기준 세트내 주어진 위치에 중심을 둔 데이터의 서브-세트의 위치는 현재 세트에서 식별된다. 각각의 위치에 대해, 데이터의 윈도우 세트는 기준 데이터와 상관된다. 윈도우는 상기 위치에 중심이 두어진다. 두 데이터 세트들 사이의 상이한 상대적인 병진들 및/또는 회전들이 수행된다. 다른 실시예에서, 상관은 오직 이러한 한 방향으로 변위를 결정하기 위해 축 방향을 따라 수행된다.
기준은 다른 스캔으로부터 데이터의 제1 세트 또는 데이터이다. 동일한 기준이 전체 변위 검출 또는 진행중이거나 움직이는 윈도우내 기준 데이터 변화들을 위해 사용된다.
상관은 1-차원, 2-차원 또는 3-차원이다. 예를 들어, 트랜스듀서에서 멀어지게 그리고 트랜스듀서를 향해 스캔 라인을 따라서 상관이 사용된다. 2차원 스캔을 위해, 병진은 회전과 함께 또는 회전 없이 두 축들을 따라 존재한다. 3차원 스캐닝을 위해, 병진은 3개 또는 보다 적은 축들을 중심으로 회전하거나 회전함이 없이 3개의 축들을 따라 존재한다. 각각의 상이한 오프셋 포지션들에서 데이터의 유사성 또는 상관의 레벨이 계산된다. 최대 상관을 갖는 병진 및/또는 회전은 기준과 비교되는 현재 데이터와 연관된 시간 동안 모션 벡터 또는 오프셋을 나타낸다.
이제, 교차-상관(cross-correlation), 패턴 매칭(pattern matching), 또는 절대 차이들의 최소합과 같은, 임의의 알려지거나 후에 개발된 상관이 사용될 수 있다. 조직 구조 및/또는 스펙클이 상관된다. 도플러 검출을 이용함으로써, 클러터 필터(clutter filter)가 움직이는 조직과 연관된 정보를 건네준다. 조직의 속력은 다중 에코들로부터 도출된다. 속력은 트랜스듀서를 향해 또는 트랜스듀서에서 멀어지게 변위를 결정하기 위해 사용된다. 대안으로, 상이한 위치들에서 속력들간의 관계 또는 차이는 스트레인(strain) 또는 변위를 표시할 수 있다.
스캐닝과 변위 검출을 반복함으로써, 상이한 스캔 시간들과 연관된 변위들이 획득된다. 주어진 위치에 대해, 스캔들 사이의 변위의 크기가 결정된다. 스캔들을 반복함으로써, 각각의 위치들에 대한 시간의 함수로서 변위가 검출된다.
기타 프로세스들이 변위들에 대해 수행될 수 있다. 예를 들어, 변위들은, 저역 통과 필터와 같이, 시간적 및/또는 공간적으로 필터링된다. 다른 예로서, 변위들은 감쇄가 보상된다. 깊이 이득 보상(depth gain compensation)이 수행된다. 깊이의 함수로서 변위가 모델링되거나 경험적으로 결정될 수 있다. ARFI 푸싱 펄스들의 상이한 세기는 상이한 깊이 감쇄 프로파일들(depth attenuation profiles)의 결과일 수 있다. 깊이의 함수로서 변위들은 푸싱 펄스의 주어진 세기에 적절한 감쇄를 책임지기 위해 보상될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 결과들은 위치와 시간의 함수로서의 변위들이다. 예를 들어, 스캔 라인의 다중 위치들에 대한 변위들은 ARFI 이후 상이한 스캔 시간들 동안 획득된다. 임의의 시간적 샘플링 기간 또는 반복율이 사용될 수 있다. 다른 예로서, 2차원 또는 3-차원 영역내 다중 위치들에 대한 변위들은 상이한 시간들 동안 획득된다. 변위들은 각각의 ARFI에 관련하여 동일하거나 유사한 시간에서 위치들을 나타내는 세트들에 상이한 ARFI에 관련한 타이밍에 기초하는 변위들을 결합하거나 동시에 다중 스캔 라인들을 스캐닝하는 것으로부터 존재할 수 있다.
단계(34)에서, 변위들의 품질 레벨이 계산된다. 품질 레벨은 변위들의 품질의 측정치 또는 값이며, 초음파 신호들(예를 들어, 빔형성되고/되거나 검출된 신호들)이 아니다. 변위들 이외의 다른 정보의 품질이 변위들의 품질 대신에 사용되거나 또는 추가로 사용될 수 있다.
ARFI 이미징은 ARFI들에 의해 유도된 조직 변위들에 기초하여 조직 탄성 속성들을 제공할 수 있다. 각각의 픽셀에서 ARFI 유도 최대 변위들의 디스플레이 또는 특정한 시점에서 ARFI 유도 변위들의 디스플레이와 같은, 최종 ARFI 변위 이미지를 디스플레이하기 위해 여러 상이한 방법들이 존재한다. 최대 변위의 경우에, ARFI 이미지는 주변 조직 변위들의 축적으로 인해 조직 탄력성을 잘못 표시할 수 있다. 특정한 시간에 변위들의 경우에, ARFI 이미지가 각각의 시점에서 다르게 보일 수 있어서, 오 진단 출력들이 초래될 수 있기 때문에 적절한 시점의 결정이 요구된다.
시간의 함수로서 품질을 설정함으로써, 원하는 시간이 결정될 수 있다. 하나의 시간의 변위들이 다른 시간의 변위들과 비교될 수 있다. 예를 들어, 하나의 스캔에서 획득된 스캔 라인을 따른 변위들은 다른 스캔에서 획득된 변위들과 비교된다. 상이한 위치들에 대해 주어진 스캔에서 변위들은 스캔내 상이한 시간들 t1과 연관되는 반면에, 상이한 스캔들의 시간들 t2는 품질을 측정하기 위해 사용된다. 동일한 위치들을 스캐닝하는 반복들 사이의 시간들이 사용된다. 대안으로, 스캔내 시간이 사용된다. 원하는 탄력성 표시 또는 정보를 갖는 변위들이 ARFI에 관련하여 스캔의 시간에 의해 식별된다. 변위들은 최적 시점을 찾기 위해 각각의 시간 인스턴스에서 이미지 품질을 기술할 수 있다.
품질은 상대적인 용어로서 사용된다. 품질은 다른 시간의 변위들에 관련하여 하나의 시간의 변위들이다. 품질은 특별한 상황에서 진단을 도와주기 위해 환자, 애플리케이션, 내과의사, 장기, 및/또는 기타 고려 사항에 특정할 수 있다. 품질의 측정은 사람, 조직, 및/또는 포함된 조건에 따라서 다를 수 있다. 품질은 하나 또는 하나를 초과하는 다양한 고려 사항들을 표시한다.
신호-대-잡음비, 콘트라스트, 변동, 콘트라스트-대-잡음비, 경계 선명도, 기울기 변화, 및/또는 기타 고려 사항들이 품질을 표시할 수 있다. 단계들(36 및 38)은 SNR과 콘트라스트 고려 사항들의 사용을 표시하지만, 추가적, 상이한, 또는 보다 적은 파라미터들이 주어진 스캔 시간 동안 변위들의 품질 레벨을 결정하기 위해 계산될 수 있다. 예를 들어, 품질 레벨은 SNR, 콘트라스트-대-잡음비, 엔트로피, 텍스처(texture), 및/또는 기타 통계적 모멘트들(statistical moments)로서 측정될 수 있다.
품질의 레벨은 비용 함수에 의해 계산된다. 비용 함수는 (즉, 최대의 축적이 아닌) 변위 자체들보다는 변위들로부터 유도된 파라미터들을 이용한다. 고려 사항들의 임의의 측정을 이용한 임의의 비용 함수가 사용될 수 있다. 예를 들어, 변위들의 콘트라스트와 신호-대-잡음비에 기초하여 비용 함수가 사용된다. 이러한 비용 함수는 비용, g(t)=변위 C(t)×변위 SNR(t)로서 표시될 수 있으며, 여기서 변위 C(t)는 변위의 콘트라스트이며, 그리고 변위 SNR(t)은 변위의 신호-대-잡음비이다. 다른 예에서, 콘트라스트-대-잡음비가 콘트라스트 대신에 또는 콘트라스에 추가하여 사용된다. 콘트라스트 측정은 잡음 측정으로 나누어질 수 있어서, 콘트라스트-대-잡음비가 제공된다.
곱셈이 비용 함수를 위해 사용된다. 비(ratio), 나눗셈(division), 덧셈(addition), 뺄셈(subtraction), 또는 기타 함수들과 같은, 다른 관계들이 사용될 수 있다. 가중 및/또는 스케일링이 적용될 수 있고, 가중은 SNR 콘트라스트로부터 보다 강하게 기여를 제공한다. 비용 함수를 위한 임의의 다양한 정보의 조합들이 사용될 수 있다.
단계(36)에서, 콘트라스트가 변위들을 위해 결정된다. 콘트라스트는 공간적 측정이며, 따라서 영역을 위한 변위들과 연관된 콘트라스트가 계산된다. 예를 들어, 스캔 라인을 따라 변위들을 위한 콘트라스트들이 측정된다. 대안으로, 움직이는 윈도우가 라인을 따라 또는 다른 영역내 그룹들 또는 각각의 샘플과 연관된 콘트라스트를 결정하기 위해 사용된다.
일 실시예에서, 콘트라스트는 주어진 스캔 시간 동안 최대 변위에서 최소 변위를 뺀 것으로 표시된다. 스캔 라인 예에서, 주어진 프레임을 위한 최소 변위(예를 들어, 변위를 결정하기 위해 사용된 2개의 데이터 프레임들 중 하나의 프레임에 대응하는 주어진 시간)는 동일한 주어진 프레임을 위해 최대 변위로부터 감산된다. 2-차원 영역으로 일반화된 이런 콘트라스트 함수는 변위 C(t)=(max(변위(x,y,t)) - min(변위(x,y,t))로서 표시되며, 여기서 변위(x,y,t)는 시간 인스턴스(t)에서 위치(x,y)에 의한 변위이다. 다른 콘트라스트 함수들이 사용될 수 있다. 콘트라스트-대-잡음은 잡음 값(noise value)으로 콘트라스트를 나눔으로써 결정된다. 콘트라스트 값들은 공간적 및/또는 시간적으로 필터링될 수 있다.
단계(38)에서, 변위들을 위한 신호-대-잡음비(SNR)가 결정된다. SNR은 각각의 변위를 위해 결정될 수 있거나 또는 변위들의 그룹들에 의해 결정될 수 있다. 하나 또는 하나를 초과하는 SNR 값들이 주어진 스캔 시간의 변위들을 위해 결정된다. 다중 SNR 값들이 주어진 시간 동안 제공되는 경우, SNR은 평균화되거나 달리 조합될 수 있다. 상이한 스캔 시간들 동안, 상이한 SNR 값들이 계산된다.
임의의 SNR 함수가 사용될 수 있다. 예를 들어, 변위들은 공간적으로 필터링된다. 스캔 라인 실시예에서, 동일한 스캔 시간 동안 스캔 라인을 따라 변위들이 저역 통과 필터링된다. 임의의 필터링량, 컷-오프 주파수(cut-off frequency), 및/또는 기타 특성이 사용될 수 있다. 무한 임펄스 응답(infinite impulse response) 또는 유한 임펄스 응답(finite impulse response) 필터링이 사용될 수 있다. 둘 또는 둘을 초과하는 입력 위치들의 움직이는 윈도우를 제공하는 것과 같은, 임의의 수의 변위들이 사용될 수 있다.
SNR을 계산하기 위해, 주어진 위치에 대해 필터링된 변위가 동일한 시간에 그러한 위치에 대해 필터링되지 않은 변위로부터 감산된다. 필터의 출력은 필터의 입력으로부터 감산된다. 뺄샘의 결과들로 위치와 시간에 대해 필터링되지 않은 변위를 나눔으로써, SNR 값이 제공된다. 2-차원들로 일반화되고 상이한 스캔 시간들 동안 결정되는, 이러한 SNR 함수는 변위 SNR(t)=변위(x,y,t)/(변위(x,y,t)-필터링된 변위(x,y,t))로서 표시될 수 있다. SNR 값들은 공간적 및/또는 시간적으로 필터링될 수 있다.
위치 및 시간에서 변위에 대한 SNR의 다른 측정들이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, SNR은 잡음의 양자화를 이용해 계산된다. 잡음 신호의 제곱평균(root mean square : RMS)은 잡음 레벨(noise level)을 표시하기 위해 계산된다. 위치에 의한 변위의 프로파일에서 피크들의 절대값들의 평균과 같은, 다른 계산들이 사용될 수 있다. 신호 레벨은 필터링된 변위 프로파일하에서 영역으로서 계산된다. 필터링된 변위의 적분이 계산된다. 기타 신호 레벨 측정치들이 사용될 수 있다. SNR은 잡음(예를 들어, 잡음의 RMS)로 신호(예를 들어, 필터링된 변위의 적분)를 나눔으로써 제공된다. 기타 변수들을 포함하는, 기타 함수들이 사용될 수 있다.
단계(40)에서, 품질 레벨들은 시간 인스턴스 및 대응하는 변위 또는 변위들을 식별하기 위해 사용된다. 품질 레벨들은 상이한 스캔 시간들에 걸쳐서 영역들(예를 들어, 단일 위치, 라인, 영역, 또는 체적)에 대해 결정된다. 보다 바람직한 품질 레벨(예를 들어, 최고)을 갖는 변위들이 식별된다. 품질 레벨이 상이한 시간들에서 동일한 위치들에 대해 결정되기 때문에, 시간을 식별하는 것은 변위들을 나타낸다.
비용 함수의 관련 결과들은 최소 비용과 함께 변위들의 스캔 시간을 나타낸다. 예를 들어, 하나의 시간과 연관된 변위들은 다른 시간을 위한 변위들 보다 높은 품질을 갖는다. 비용 함수의 구조에 따라서, 보다 높거나 낮은 비용이 보다 바람직한 품질에 맵핑된다(예를 들어, 보다 높은 값이 보다 낮은 품질을 나타낼 수 있다).
SNR 예가 곱해진 콘트라스트에서, 보다 높은 결과와 연관된 시간은 보다 높은 품질을 갖는 것으로서 식별된다. 보다 높은 결과는 보다 높은 콘트라스트 및/또는 보다 높은 SNR을 표시하며, 이 둘 다는 원해진다. SNR에 관련하여 콘트라스트를 가중함으로써, 조합은 주어진 이미징 상황에서 보다 중요하게 고려된 품질을 향해 스큐(skew)할 수 있다.
기타 변수들과 함께 콘트라스트와 SNR 또는 비용의 입력 변수들이 제공되면, 최고 품질 레벨을 갖는 시간이 선택된다. 10, 20, 50, 75 또는 75를 초과하는 것과 같은, 임의의 수의 시간들이 존재할 수 있다. 최상 또는 최대 품질을 갖는 ARFI 이후 스캔 시간은 스캔 시간들의 풀(pool)로부터 선택된다. 최적 시간 인스턴스(T)가 결정된다. 시간은 프레임의 인덱스 또는 표시로서 또는 최고 품질에 대응하는 변위들의 세트로서 사용된다. 대안적인 실시예들에서, 변위들은 시간보다 다른 값에 의해 인덱스된다. 최고 품질을 갖는 변위들이 선택된다.
단계(40) 내지 단계(30)로부터 피드백에 의해 표시된 바와 같이, 품질을 측정하고, 결정(예를 들어, 콘트라스트들을 결정하고 신호-대-잡음비들을 결정)하며, 그리고 선택하는 것은 다른 영역들에 대해 반복된다. 스캔 라인 단위 접근법에서, 다른 스캔 라인 또는 스캔 라인들의 그룹을 위해 반복이 존재한다. 각각의 ARFI에 관련하여 상이한 스캔 또는 추적 시간들 동안 변위들 및 대응하는 품질 레벨들이 결정된다. 현재 스캔 라인 또는 스캔 라인들을 위해 최고 품질과 연관된 시간 및 대응하는 변위들이 선택된다. 다른 실시예들에서, 각각의 반복은 스캔 라인들에 의한 것 외에 다른 상이한 영역들(예를 들어, 서브-영역들 또는 서브-체적들)을 위해 존재한다.
관심 영역내 상이한 공간 위치들에 대해 반복들이 존재한다. 반복을 이용하는 것은 ARFI에 관련하여 하나의 시간과 연관된 몇몇 위치들 및 각각의 ARFI에 관련하여 상이한 시간과 연관된 다른 위치들을 초래할 수 있다. 2, 2를 초과, 또는 모든 반복들을 위해 동일한 시간이 초래될 수 있다. 동일한 시간은 유사한 비용을 가질 것 같기 때문에, 반복들의 선택된 시간들은 유사한 (예를 들어, 10%내) 시간들을 가질 것 같다.
다른 실시예에서, 단일 시간은 다중 통과들(multiple passes)에 기초하여 선택된다. 각각의 ARFI들에 관련하여 상이한 시간들은, 평균이 되는 것처럼, 조합된다. 제1 통과는 하나의 라인을 위해 제1 ARFI 이후 0.33ms의 시간을 제공할 수 있으며, 제2 통과는 인접한 라인을 위해 제2 ARFI 이후 0.37ms의 시간을 제공할 수 있다, 두 시간들은 평균 되거나 또는 하나의 시간이 선택(예를 들어, 중앙값을 선택)된다. 선택된 시간으로부터 변위들은, 0.35ms에서 변위들을 이용하는 것과 같이, 각각의 라인을 위해 사용된다.
대안으로, 반복이 수행되지 않는다. 단일 송신 및 수신 스캔 포맷은 전체 관심 영역을 스캔할 수 있도록 하는 경우, 반복이 필요없고 시간의 단일 식별은 전체 관심 영역을 위한 변위 데이터를 표시한다. 결과적인 변위들은 동일한 시간에 대응한다. 단일 시간은 본 방법의 하나의 통과(one pass through)로부터 선택된다.
변위들은 임의의 크기 영역을 위해 선택된다. 일 실시예에서, 변위는, B-모드 이미징을 위한 전체 스캔 영역의 약 1/3 내지 1/2과 같은, 진단되어야 할 조직을 포함할 것 같은 관심 영역내에서 검출된다. 전체 이미징 영역에 걸쳐서 변위를 검출하는 것과 같은, 보다 크거나, 보다 적은 관심 영역이 사용될 수 있거나, 또는 어떠한 관심 영역도 사용되지 않을 수 있다. 보다 좁은 관심 영역들은 보다 적은 전송 ARFI들의 반복들을 갖는 변위 검출을 허용할 수 있다. 형성될 수 있는 수신 빔들의 수와 샘플 밀도에 따라서, 반복들이 사용되지 않을 수 있고, 1, 또는 1보다 많은 반복들이 사용될 수 있다.
단계(42)에서, ARFI 이미지가 발생된다. ARFI 이미지는 선택된 시간으로부터 변위들에 의해 발생된다. 상이한 시간들이 상이한 위치들에 대해 선택되는 경우, 이미지는 선택된 시간들 곱하기 영역으로부터 변위들에 의해 발생된다. 예를 들어, 이미지는 평탄한 영역을 나타내는 출력이다. 관심 변위 영역은 전체 B-모드 스캔 영역 또는 B-모드 스캔 영역의 일부이다. 변위들이 측정되는 영역내 위치들(예를 들어, B-모드 스캔과 동일하거나 다른 샘플링 밀도)에 대해, 선택된 시간들로부터 변위들이 이미지를 발생하기 위해 사용된다. 라인 단위 예에서, 이미지의 상이한 라인들 또는 상이한 선형 부분들(예를 들어, 여기서 스캔 변환은 포맷을 변화시킨다)은 각각의 ARFI들에 관련하여 동일하거나 상이한 시간에 대응한다. 각각의 ARFI 반복은 관심 영역의 상이한 부분들을 위해 변위들과 시간 선택에 기여한다. 대안으로, 단일 시간 동안 변위들은 이미지를 발생하기 위해 사용된다.
이미지의 픽셀들 또는 디스플레이 값들은 선택된 시간 또는 시간들의 변위들에 의해 변조된다. 변위들은 색, 그레이 스케일(gray scale), 휘도(brightness), 색조(hue), 또는 디스플레이 픽셀의 다른 특성들로 맵핑된다. 예를 들어, 색들의 범위가 맵핑되며 여기서 적색은 보다 큰 변위를 표시하며 청색은 보다 적은 변위를 표시한다.
ARFI 이미지는 특별한 시간 또는 시간들의 집합에서 변위들 곱하기 영역을 표시한다. 최대와 같은, 화소 단위 선택이 회피되며, 대신에 영역이 한 화소를 초과하는 영역 선택이 이용된다. 하나 또는 하나를 초과하는 영역들이 최대를 표시할 수 있다고 하더라도, 최대가 특별히 추구되지 않는다. 축적이 회피된다. 대신에, 최대 변위들을 축적함이 없이 시간내 인스턴트에 대한 변위들이 사용된다. 콘트라스트 및 SNR과 같은, 원하는 비용과 연관된 변위들이 ARFI 이미지를 위해 사용된다.
도 1a 내지 도 1d의 예에서, 도 1a의 최대 변위 이미지는 디스플레이되지 않는다. 대신에, 특정한 시간으로부터 다른 이미지들 중 하나의 이미지가 디스플레이된다. SNR 선택이 곱해진 예시적인 콘트라스트를 이용함으로써, 0.63에서 변위들이 선택되어, 도 1d에 도시된 ARFI 이미지의 디스플레이가 초래된다. 최대 변위 이미지는 시간 인스턴트 ARFI 이미지에 인접하여 배치되거나 시간 인스턴트 ARFI 이미지와 함께 순차적으로 배치될 수 있다.
ARFI 이미지는 다른 이미지 정보와 조합될 수 있다. 예를 들어, ARFI 이미지는 B-모드 이미지의 색 오버레이(color overlay)로서 디스플레이된다. ARFI 이미지는 이미징의 임의의 하나 또는 하나를 초과하는 기타 모드들과 오버레이되거나 조합될 수 있다. ARFI 이미지와 기타 이미지들이 동일한 공간 위치들들을 표시하는 경우, 하나의 소스(예를 들어, ARFI 또는 B-모드)는 디스플레이를 위해 사용되거나 상이한 소스들로부터 정보가 조합(예를 들어, 픽셀의 다른 특성들로 평균이되거나 맵핑)된다.
일 실시예에서, ARFI 이미지는 선택된 시간으로부터 최대 변위와 변위들의 혼합으로서 발생된다. 혼합(blending)은 결과적인 ARFI 이미지에 포함되는 두 장점들을 초래할 수 있다. 상이한 특성들에 대한 맵핑(예를 들어, 그레이 스케일에 대한 맵핑과 색에 대한 다른 맵핑) 또는 평균화와 같은, 임의의 혼합이 사용될 수 있다. 일예에서, 이미지는 최대 변위들과 선택된 시간 또는 시간들의 변위들의 조합이다. 조합은, 최종 이미지=알파*최대 변위 이미지 + (1-알파)*최적 시간 인스턴스 변위 이미지와 같은, 가중된 혼합이다. 알파는 상이한 변위들로부터 기여를 상대적으로 가중하기 위해 사전결정된, 사용자 선택가능한, 애플리케이션 특정한, 또는 다른 값이다. 상이한 소스들을 위해 픽셀 또는 디스플레이 값들을 혼합하기 보다는, 변위 값들이 디스플레이 값들에 맵핑되기 전에 블렌드될 수 있다.
이미지는 기타 탄력성 특성들을 위해 발생될 수 있다. 선택된 시간 동안 변위들은 전단 속력, 모듈러스(modulus), 또는 전단파, 종파, 또는 기타 파에 대한 조직 반응을 나타내는 기타 정보를 결정하기 위해 사용된다. 임의의 전단파 또는 기타 파 이미징이 사용될 수 있다.
도 4는 음향 방사력 이미징(ARFI)을 위한 시스템(10)의 일 실시예를 도시한다. 시스템(10)은 도 2의 방법 또는 기타 방법들을 구현한다. 시스템(10)은 전송 빔포머(12), 트랜스듀서(14), 수신 빔포머(16), 이미지 프로세서(18), 디스플레이(20), 그리고 메모리(22)를 포함한다. 추가적인, 상이한 또는 보다 적은 컴포넌트들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 주어진 상황을 위해 비용 함수 및/또는 혼합을 구성하기 위한 것과 같은, 시스템과의 사용자 상호작용을 제공하기 위해 사용자 입력이 제공된다.
시스템(10)은 의료 진단용 초음파 이미징 시스템(medical diagnostic ultrasound imaging system)이다. 대안적인 실시예들에서, 시스템(10)은 동일한 위치에 또는 실시간 또는 추후 획득 이미징을 위해 네트워크에 걸쳐 분산된 퍼스널 컴퓨터, 워크스테이션, PACS 스테이션, 또는 기타 어레인지먼트이다.
전송 빔포머(12)는 초음파 전송기, 메모리, 펄서, 디지탈-투-아날로그 컨버터, 증폭기, 지연부, 위상 회전기, 아날로그 회로, 디지털 회로, 또는 이들의 조합이다. 전송 빔포머(12)는 상이하거나 상대적인 진폭들, 지연들, 및/또는 페이징(phasing)을 갖는 복수의 채널들을 위한 파형들을 발생하기 위해 동작할 수 있다. 발생된 파형들에 응답하여 트랜스듀서(14)로부터 음향 파들의 송신 시, 하나 또는 하나를 초과하는 빔들이 형성된다. 멀티-빔 송신이 사용될 수 있다. 전송 빔들의 시퀀스가 1-차원, 2-차원 또는 3-차원 영역을 스캔하기 위해 발생된다. 섹터, 벡터®, 선형, 또는 기타 스캔 포맷들이 사용될 수 있다. 동일한 영역은 다수 번 스캔된다. 흐름 또는 도플러 이미징을 위해 그리고 전단파 또는 기타 파 이미징을 위해, 스캔들의 시퀀스가 사용된다. 도플러 및 ARFI 이미징에서, 시퀀스는 인접한 스캔 라인을 스캐닝하기에 앞서 동일한 스캔 라인을 따라 다중 빔들을 포함할 수 있다. ARFI 또는 탄력성 이미징을 위해, 스캔 또는 프레임 인터리빙이 사용될 수 있다(즉, 다시 스캐닝하기 전에 전체 영역을 스캔한다). 대안적인 실시예들에서, 전송 빔포머(12)는 보다 신속한 스캐닝을 위해 평면파(plane wave) 또는 팔자형 파(diverging wave)를 발생한다.
동일한 전송 빔포머(12)는 변위를 야기하기 위한 음향 에너지를 발생하기 위해 임펄스 여기들 또는 전기적 파형들을 발생한다. 전송 빔포머(12)는 트랜스듀서(14)로 하여금 고밀도 포커싱된 초음파 파형들(high density focussed ultrasound waveforms)을 발생하도록 한다. 대안적인 실시예들에서, 상이한 전송 빔포머는 임펄스 여기를 발생하기 위해 제공된다.
트랜스듀서(14)는 전기적 파형들로부터 음향 에너지를 발생하기 위한 어레이이다. 어레이를 위해, 상대적인 지연들은 음향 에너지를 포커싱시킨다.
주어진 전송 이벤트는 주어진 지연들과 실질적으로 동시에 상이한 엘리먼트들에 의한 음향 에너지의 송신에 대응한다. 전송 이벤트는 조직을 변위시키기 위해 초음파 에너지의 펄스를 제공한다. 펄스는 임펄스 여기이다. 임펄스 여기는 많은 사이클들(예를 들어, 500 사이클들)을 갖는 파형들을 포함하지만 그것은 보다 긴 시간에 걸쳐 조직 변위를 야기하기 위해 상대적으로 짧은 시간에 발생한다.
트랜스듀서(14)는 압전 또는 용량성 멤브레인 엘리먼트들의 1-차원, 1.25-차원, 1.5-차원, 1.75-차원 또는 2-차원 어레이이다. 트랜스듀서(14)는 음향 에너지들과 전기적 에너지들 사이의 변환을 위해 복수의 엘리먼트들을 포함한다. 수신 신호들은 트랜스듀서(14)의 엘리먼트들에 부딪치는 초음파 에너지(에코들)에 응답하여 발생된다. 엘리먼트들은 전송 및 수신 빔포머들(12, 16)의 채널들과 연결된다. 대안으로, 기계적인 초점을 갖는 단일 엘리먼트가 사용된다.
전송 빔포머(12)에 응답하여, 트랜스듀서(14)는 환자내로 음향 임펄스 여기들의 시퀀스를 전송한다. 여기들은, 상이한 라인들 또는 라인들의 그룹들과 같은, 상이한 영역들에 존재한다. 전송 빔포머(12)와 수신 빔포머(16)에 응답하여, 트랜스듀서(12)는 또한 여기들에 대한 조직의 응답을 모니터링하기 위해 음향 에너지를 전송하고 수신한다. 조직은 각각의 임펄스 여기에 관련하여 상이한 시간들에서 변위를 측정하기 위해 각각의 임펄스 여기 이후 위치들의 그룹에 대해 다수 번 스캔된다.
수신 빔포머(16)는 증폭기들, 지연부들, 및/또는 위상 회전자들, 그리고 하나 또는 하나를 초과하는 합산기들(summmers)을 갖는 복수의 채널들을 포함한다. 각각의 채널은 하나 또는 하나를 초과하는 트랜스듀서 엘리먼트들과 연결된다. 수신 빔포머(16)는 각각의 이미징 또는 스캐닝 송신에 응답하여 하나 또는 하나를 초과하는 수신 빔들을 형성하기 위해 상대적인 지연들, 위상들, 및/또는 애퍼디제이션(apodization)을 적용하기 위한 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 구성된다. 동적 포커싱(dynamic focusing)이 제공될 수 있다. 조직을 변위시키기 위해 사용된 임펄스 여기로부터 에코들에 대해 수신 동작은 발생하지 않을 수 있다. 수신 빔포머(16)는 수신 신호들을 이용해 공간 위치들을 표시하는 데이터를 출력한다. 상이한 엘리먼트들로부터 신호들의 상대적인 지연들 및/또는 페이징 그리고 합산은 빔형성을 제공한다. 대안적인 실시예들에서, 수신 빔포머(16)는 푸리에 변환 또는 기타 변환들을 이용해 샘플들을 발생하기 위한 프로세서이다.
수신 빔포머(16)는 전송 주파수 대역(frequency band)에 관련하여 제2 고조파 또는 기타 주파수 대역에서 정보를 격리하기 위한 필터와 같은, 필터를 포함할 수 있다. 이와 같은 정보는 원하는 조직, 콘트라스트 에이전트, 및/또는 흐름 정보를 좀 더 포함할 수 있을 것 같다. 다른 실시예에서, 수신 빔포머(16)는 메모리 또는 버퍼 그리고 필터 또는 가산기를 포함한다. 둘 또는 둘을 초과하는 빔들이 제2 고조파, 큐빅(cubic) 기본 또는 기타 대역(band)과 같은 원하는 주파수 대역에서 정보를 격리시키기 위해 조합된다.
전송 빔포머(12)와 합동으로, 수신 빔포머(16)는 상이한 시간들에서 영역(예를 들어, 스캔 라인 또는 스캔 라인들의 그룹)을 나타내는 데이터를 발생한다. 음향 임펄스 여기 후, 수신 빔포머(16)는 상이한 시간들에서 상이한 라인들 또는 위치들을 나타내는 빔들을 발생한다. 초음파로 관심 영역을 스캔함으로써, 데이터(예를 들어, 빔형성된 샘플들)가 발생된다. 스캐닝은 상이한 임펄스 여기들을 이용해 상이한 서브-영역들을 위해 수행될 수 있으며, 따라서 수신 빔포머(16)는 각각의 임펄스 여기들에 관련하여 다중, 상이한 시간들에서 상이한 서브-영역들(예를 들어, 상이한 스캔 라인들)을 나타내는 데이터를 발생한다.
수신 빔포머(16)는 공간 위치들을 나타내는 빔 합산된 데이터를 출력한다. 단일 위치, 라인을 따른 위치들, 영역에 대한 위치들, 또는 체적에 대한 위치들을 위한 데이터가 출력된다. 데이터는 상이한 목적들을 위해 존재할 수 있다. 예를 들어, 변위를 위해서 보다 B-모드 또는 조직 데이터를 위해 상이한 스캔들이 수행된다. 대안으로, 변위를 결정하기 위해 B-모드 데이터가 또한 사용된다.
프로세서(18)는 B-모드 검출기, 도플러 검출기, 펄스 파 도플러 검출기(pulsed wave Doppler detector), 상관 프로세서, 푸리에 변환 프로세서(Fourier transform processor), 주문형 집적회로(application specific integrated circuit : ASIC), 범용 프로세서, 제어 프로세서, 이미지 프로세서, 필드 프로그래머블 게이트 어레이, 디지털 신호 프로세서, 아날로그 회로, 디지털 회로, 이들의 조합들, 또는 빔형성된 초음파 샘플들로부터 디스플레이를 위한 정보를 검출하고 처리하기 위해 기타 현재 알려지거나 후에 개발된 디바이스이다. 일 실시예에서, 프로세서(18)는 하나 또는 하나를 초과하는 검출기들과 별도의 프로세서를 포함한다. 별도의 프로세서는 제어 프로세서, 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 주문형 집적회로, 필드 프로그래머블 게이트 어레이, 네트워크, 서버, 프로세서들의 그룹, 데이터 경로, 이들의 조합 또는 변위를 결정하고 시간 또는 시간들 그리고 임펄스 여기들에 관련한 대응 변위들을 선택하기 위해 기타 현재 알려지거나 후에 개발된 디바이스이다. 프로세서(18)는, 전송 및 수신 빔포머들(12, 16)과 같은, 기타 컴포넌트들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 별도의 프로세서는 빔포머들(12, 16)로 하여금 단계들(30 및 32)을 수행하도록 하고 도 1에 도시된 단계들(34-42) 중 하나 또는 하나를 초과하는 단계의 임의의 조합을 수행하게 하도록 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 의해 구성된다.
프로세서(18)는 음향 임펄스 여기에 의해 유도된 조직 변위를 추정하도록 구성된다. 상관, 추적, 모션 검출, 또는 기타 변위 측정을 이용함으로써, 조직의 포지션에서 시프트의 양이 추정된다. 추정은 임펄스로 인해 조직이 움직이기 전부터 조직이 이완된 상태로 대부분 또는 완전히 리턴된(예를 들어, 임펄스 여기에 의해 야기된 스트레스로부터 회복된) 후까지와 같은, 기간을 통해 다수 번 수행된다. 측정의 보다 짧거나 보다 긴 기간들이 사용될 수 있다.
프로세서(18)는 라인 단위, 라인의 그룹 단위 또는 기타 영역 단위 방식으로 조직 변위들을 추정하도록 구성된다. 변위들은 주어진 임펄스 여기에 응답하여 하나 또는 하나를 초과하는 라인들을 따라 추정된다. 다른 라인 또는 기타 라인들을 위해 변위들은 상이한 임펄스 여기에 응답하여 추정된다. 동일하거나 상이한 시간적 샘플링이 각각의 시퀀스에서 사용된다. 영역 단위 또는 체적 단위와 같은, 라인들 보다 기타 영역들이 사용될 수 있다.
프로세서(18)는, 각각의 라인 또는 라인들의 그룹과 같은, 각각의 영역에 대해 상이한 시간으로부터 시간을 선택하도록 구성된다. 라인 또는 그룹을 따라 조직 변위들을 위한 인스턴트(instant)가 선택된다. 동일한 선택이 기타 라인들 또는 라인들의 그룹에 대해 수행된다. 타이밍은 각각의 임펄스 여기에 관련된다. 선택이 각각의 영역들(예를 들어, 라인들)에 대해 수행되기 때문에, 한 라인을 위해 선택된 시간은 각각의 임펄스 여기들에 관련하여 기타 라인들에 대해 선택된 시간들과 동일하거나 다르다.
임의의 기준들이 선택을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 콘트라스트, 신호-대-잡음비, 다른 파라미터, 또는 이들의 조합이 시간을 선택하기 위해 사용된다. 다른 예로서, 시간-대-최대가 선택된다. 변위들의 특성은 원하는 특성들을 갖는 변위들을 결정하기 위해 검사된다. 변위들과 다른 소스들로부터 정보가 사용될 수 있다. 상이한 시간들에서 특성들을 비교함으로써, 상황을 위한 최상의 특성들을 갖는 변위들에 대응하는 시간이 결정된다. 대응하는 변위들은 추가 처리를 위해 사용될 수 있다.
프로세서(18)는 이미지를 발생하도록 구성된다. 선택된 변위들 또는 선택된 변위들로부터 도출된 정보가 디스플레이 값들에 맵핑된다. 변위들을 계산하거나, 변위들을 선택하거나, 또는 이미지를 발생하기 전 또는 후에 스캔 변환이 수행된다.
이미지는 스캐닝의 상이한 시퀀스들에 응답한다. ARFI 이미지의 상이한 부분들은 서로 다른 상대적인 시간과 연관된 변위들의 선택에 대응할 수 있다. 이미지는 대응하는 변위들로부터 어셈블링된다. 프로세서(18)는 디스플레이(20)에 이미지로서 디스플레이 값들을 출력한다.
디스플레이(20)는 2-차원 이미지들 또는 3-차원 표시들을 디스플레이하기 위한 CRT, LCD, 프로젝터, 플라즈마, 또는 기타 디스플레이이다. 디스플레이(20)는 ARFI 이미지로서 디스플레이될 신호들의 입력에 의해 프로세서(18) 또는 기타 디바이스에 의해 구성된다. 디스플레이(20)는 관심 영역내 상이한 위치들을 위한 변위 또는 탄력성을 표시하는 이미지 또는 전체 이미지를 디스플레이한다. 원하는 특성들을 갖는 변위들이 진단을 돕기 위해 ARFI 이미지에서 사용된다.
이미지는 하나의 시간으로부터 하나의 영역(예를 들어, 라인)과 각각의 임펄스 여기에 관련하여 다른 시간으로부터 기타 영역(예를 들어, 라인)에 대한 변위들을 표시한다. 예를 들어, 하나의 임펄스 여기는 제1 라인을 위해 시간 0.00에서 전송된다. 제1 라인을 따른 조직 변위 또는 제1 라인 주변 영역내(예를 들어, 다중 라인들을 따라) 조직 변위는 0.01ms에서 0.75ms까지 모니터된다. 프로세스(예를 들어, ARFI를 전송하고 모니터한다)가 1.0ms에서 1.75ms까지 상이한 라인 또는 라인들의 그룹에 대해 반복된다. 0.01ms의 샘플링 레이트에서 모니터링과 함께, 74 스캔들이 각각의 시퀀스에 대해 발생된다. 0.01ms와 1.01ms에서 상이한 라인들에 대한 스캔들은 각각의 임펄스 여기에 관련하여 동일한 0.01ms 시간을 갖는다. 결과적으로, ARFI 이미지는 0.43ms로부터 한 라인 그리고 동일한 상대적 타이밍을 갖는 1.43ms로부터 기타 라인 또는 상이한 상대적 타이밍을 갖는 1.55ms로부터 기타 라인에 대한 변위들을 가질 수 있다.
프로세서(18)는 메모리(22) 또는 의료용 초음파 전단파 이미징에서 분류 전처리를 위한 다른 메모리에 저장된 명령들에 따라서 동작한다. 프로세서(18)는 음향 방사력 이미징(ARFI)을 위해 프로그램된다. 메모리(22)는 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체이다. 본 명세서에서 논의된 프로세스들, 방법들 및/또는 기법들을 구현하기 위한 명령들은, 캐시, 버퍼, RAM, 제거가능 매체, 하드 드라이브 또는 기타 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체와 같은, 컴퓨터-판독가능 스토리지 매체 또는 메모리들상에 제공된다. 컴퓨터 판독가능 스토리지 메체는 다양한 유형들의 휘발성 및 비휘발성 스토리지 매체를 포함한다. 도면들에 예시되거나 본 명세서에 기술된 기능들, 단계들 또는 임무들은 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체내 또는 매체상에 저장된 명령들의 하나 또는 하나를 초과하는 세트들에 응답하여 실행된다. 기능들, 단계들 또는 임무들은 특별한 유형의 명령들 세트, 스토리지 매체, 프로세서 또는 프로세싱 전략에 독립적이며 단독으로 또는 조합으로 동작하는, 소프트웨어, 하드웨어, 집적 회로들, 펌웨어, 마이크로 코드(micro code) 등에 의해 수행될 수 있다. 마찬가지로, 프로세싱 전략들은 멀티프로세싱, 멀티태스킹, 병렬 처리, 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 명령들은 로컬 또는 원격 시스템들에 의한 판독을 위해 제거가능한 매체 디바이스상에 저장된다. 다른 실시예들에서, 명령들은 컴퓨터 네트워크를 통해 또는 전화선들을 통해 전달하기 위해 원격 위치에 저장된다. 또 다른 실시예들에서, 명령들은 주어진 컴퓨터, CPU, GPU 또는 시스템내에 저장된다.
비록 발명이 다양한 실시예들을 참조하여 상기 기술되었지만, 많은 변화들과 변경들이 발명의 범주를 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 전술한 상세한 설명은 제한보다는 예시적인 것으로서 간주되도록 의도되며, 그리고 이하 청구항들이 발명의 사상 및 범주를 정의하기 위해 의도된, 모든 등가물들을 포함하는 것이 이해되는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. 음향 방사력 임펄스(ARFI) 이미징을 위한 방법으로서,
    상기 방법은 :
    초음파 시스템을 이용하여, 임펄스 여기에 응답하여 환자내 복수의 위치들에서 상이한 시간들에 걸쳐 변위들을 측정하는 단계(32);
    각각의 상기 시간들에서 상기 변위들에 대해 콘트라스트(contrast)들을 결정하는 단계(36);
    각각의 상기 시간들에서 상기 변위들에 대해 신호-대-잡음비들을 결정하는 단계(38);
    상기 콘트라스트들과 상기 신호-대-잡음비들의 함수로서 상기 시간들 중 제1 시간을 선택하는 단계(40); 그리고
    상기 선택된 제1 시간의 상기 변위들을 이용하여 ARFI 이미지를 발생하는 단계(42)
    를 포함하는,
    음향 방사력 임펄스 이미징을 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    환자내로 음향 여기를 전송하는 단계(30)를 더 포함하며, 상기 임펄스 여기는 상기 음향 여기를 포함하고,
    여기서 상기 상이한 시간들에 걸쳐서 상기 변위들을 측정하는 단계(32)는 초음파를 이용하여 반복적으로 스캐닝하는 단계를 포함하는,
    음향 방사력 임펄스 이미징을 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변위를 측정하는 단계(32)는 조직으로 초음파를 전송하는 단계(30) 그리고 상기 전송 단계(30)로부터 반사들을 수신하는 단계 ― 상기 초음파를 전송하는 상기 단계(30)와 수신하는 상기 단계는 상기 상이한 시간들 동안 반복됨 ―, 그리고 다중 위치들로부터 수신하는 상기 다중의 상기 반사들로부터 상기 변위들을 검출하는 단계를 포함하는,
    음향 방사력 임펄스 이미징을 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    측정 단계(32)는 스캔 라인을 따라 상기 변위들을 측정하는 단계(32)를 포함하는,
    음향 방사력 임펄스 이미징을 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 측정 단계(32), 콘트라스트들을 결정하는 단계(36), 신호-대-잡음비들을 결정하는 단계(38) 및 추가적인 스캔 라인들에 대한 선택 단계(40)를 반복하는 단계를 더 포함하며, 여기서 상기 ARFI 이미지를 발생하는 단계(42)는 상기 스캔 라인과 상기 제1 시간을 포함하는 상기 각각의 선택된 시간들의 상기 추가적인 스캔 라인들의 상기 변위들로부터 발생하는 단계(42)를 포함하는,
    음향 방사력 임펄스 이미징을 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 시간들에서 상기 변위들에 대한 콘트라스트들을 결정하는 단계(36)는 상기 각각의 시간 동안 상기 변위들의 각각의 최대치로부터 각각의 시간 동안 상기 변위들의 최소치를 감산하는 단계를 포함하는,
    음향 방사력 임펄스 이미징을 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호-대-잡음비들을 결정하는 단계(38)는 :
    각각의 시간 동안 상기 위치들에 걸쳐 상기 변위들을 필터링하는 단계;
    각각의 시간 동안 상기 변위들로부터 상기 필터링된 변위들을 감산하는 단계;
    상기 변위들을 상기 감산의 결과로 나누는 단계
    를 포함하는,
    음향 방사력 임펄스 이미징을 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    선택 단계(40)는 상기 신호-대-잡음비가 곱해진 상기 콘트라스트의 최대치를 이용하여 시간으로서 상기 제1 시간을 선택하는 단계(40)를 포함하는,
    음향 방사력 임펄스 이미징을 위한 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    선택 단계(40)는 입력 변수들로서 상기 콘트라스트들과 신호-대-잡음비들을 포함하는 비용 함수를 이용하여 선택하는 단계(40)를 포함하는,
    음향 방사력 임펄스 이미징을 위한 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    발생 단계(42)는 상기 ARFI 이미지를 발생하는 단계를 포함하고, 이때 상기 변위들은 상기 상이한 시간들에 걸쳐서 최대 변위들을 이외인,
    음향 방사력 임펄스 이미징을 위한 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    발생 단계(42)는 상기 제1 시간의 상기 변위들을 이용하여 상기 ARFI 이미지를 발생하는 단계(42)를 포함하는,
    음향 방사력 임펄스 이미징을 위한 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    발생 단계(42)는 최대 변위와 상기 제1 시간의 상기 변위들의 혼합(blend)으로서 상기 ARFI 이미지를 발생하는 단계(42)를 포함하는,
    음향 방사력 임펄스 이미징을 위한 방법.
  13. 음향 방사력 임펄스(ARFI) 이미징을 위해 프로그램된 프로세서(18)에 의해 실행가능한 명령들을 나타내는 데이터를 포함하는 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체로서,
    상기 스토리지 매체는 :
    다중 시간들에서 변위들을 결정(32)하고;
    비용 함수를 이용하여 상기 시간들 동안 상기 변위들의 품질 레벨들을 계산(34)하며;
    상기 품질 레벨들에 기초하여 상기 시간들 중 하나의 시간을 식별(40)하고: 그리고
    상기 하나의 시간의 상기 변위들에 응답하는 디스플레이 값들을 갖는 이미지를 출력(42)
    하기 위한 명령들을 포함하는,
    비-일시적인 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체.
  14. 제13항에 있어서,
    다중 시간들에서 상기 변위들을 결정(32)하는 것은 스캔 라인을 따라 변위들을 반복적으로 결정(32)하는 것을 포함하며, 각각의 반복은 상기 다중 시간들의 상이한 인스턴스들에 대응하고, 여기서 상기 결정(32), 계산(34), 그리고 식별(40)은 추가적인 스캔 라인들에 대해 반복적으로 수행되며, 그리고 여기서 상기 이미지를 출력(42)하는 것은 상기 결정, 계산, 그리고 식별의 각각의 충족시 상기 식별된 시간들의 상기 변위들에 대응하는 상이한 이미지 라인들을 이용하여 평탄한 영역을 나타내는 이미지를 출력하는 것을 포함하는,
    비-일시적인 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체.
  15. 제11항에 있어서,
    각각의 다중 시간들 동안 상기 변위들을 결정(32)하는 것은 상기 환자내 조직의 변위를 야기하는 임펄스에 이후 각각의 상이한 위치들에 대한 변위의 크기를 결정(32)하는 것을 포함하는,
    비-일시적인 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체.
  16. 제11항에 있어서,
    품질 레벨들을 계산(34)하는 것은 각각의 상기 시간들 동안 상기 변위들의 콘트라스와 신호-대-잡음비의 함수로서 계산(34)하는 것을 포함하는,
    비-일시적인 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체.
  17. 제11항에 있어서,
    식별(40)하는 것은 품질 레벨들 중 최고 품질 레벨을 갖는 상기 변위들에 대응하는 하나의 시간을 식별(40)하는 것을 포함하는,
    비-일시적인 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체.
  18. 제11항에 있어서,
    출력(42)하는 것은 최대 변위들과 하나의 시간의 상기 변위들의 조합으로서 상기 이미지를 디스플레이하는 것을 포함하는,
    비-일시적인 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체.
  19. 음향 방사력 임펄스(ARFI) 이미징을 위한 시스템으로서,
    상기 시스템은 :
    환자내로 제1 음향 임펄스 여기를 전송하고, 환자의 제1 라인을 초음파로 스캔하고, 상기 환자내로 제2 음향 임펄스 여기를 전송하고, 그리고 상기 환자의 제2 라인을 초음파로 스캔하도록 구성된 트랜스듀서(14);
    상기 제1 및 제2 음향 임펄스 여기들에 관련하여 상이한 시간들에서 상기 제1 및 제2 라인들을 나타내는, 초음파에 의해 스캔들로부터 발생된 데이터를 발생하도록 구성된 수신 빔포머(16);
    각각의 상기 상이한 시간들에서 상기 제1 및 제2 음향 임펄스 여기들에 의해 유도된 상기 제1 및 제2 라인들내 조직 변위를 추정하도록 구성되며 상기 제1 라인에서 상기 조직 변위들에 대한 상이한 시간들 중 제1 시간을 선택하고 상기 제2 라인에서 상기 조직 변위들에 대한 상기 상이한 시간들 중 제 2 시간을 선택하도록 구성되는 프로세서(18) ― 상기 제1 시간은 상기 제2 음향 임펄스 여기 이후의 제2 시간과 상이한 제1 음향 임펄스 여기 이후의 시간의 양임 ―; 그리고
    상기 제1 라인을 위해 상기 제1 시간과 상기 제2 라인에 대한 상기 제2 시간의 상기 변위들을 나타내는 이미지를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이(20)
    를 포함하는,
    음향 방사력 임펄스(ARFI) 이미징을 위한 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 프로세서(18)는 상기 상이한 시간들 동안 상기 조직 변위들의 콘트라스트-대-잡음비, 엔트로피, 텍스처, 통계적 모멘트, 신호-대-잡음비, 또는 이들의 조합의 함수로서 선택하도록 구성되는,
    음향 방사력 임펄스(ARFI) 이미징을 위한 시스템.
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