KR20180013956A - 단일 추적 위치 전단파 탄성 이미징을 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품 - Google Patents

단일 추적 위치 전단파 탄성 이미징을 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품 Download PDF

Info

Publication number
KR20180013956A
KR20180013956A KR1020177035423A KR20177035423A KR20180013956A KR 20180013956 A KR20180013956 A KR 20180013956A KR 1020177035423 A KR1020177035423 A KR 1020177035423A KR 20177035423 A KR20177035423 A KR 20177035423A KR 20180013956 A KR20180013956 A KR 20180013956A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tracking
shear wave
excitation
shear
pulses
Prior art date
Application number
KR1020177035423A
Other languages
English (en)
Inventor
피터 제이. 홀랜더
그레그 이. 트레히
Original Assignee
듀크 유니버시티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 듀크 유니버시티 filed Critical 듀크 유니버시티
Publication of KR20180013956A publication Critical patent/KR20180013956A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0654—Imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/46—Ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic devices with special arrangements for interfacing with the operator or the patient
    • A61B8/461—Displaying means of special interest
    • A61B8/463—Displaying means of special interest characterised by displaying multiple images or images and diagnostic data on one display
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/46—Ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic devices with special arrangements for interfacing with the operator or the patient
    • A61B8/461—Displaying means of special interest
    • A61B8/466—Displaying means of special interest adapted to display 3D data
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/48—Diagnostic techniques
    • A61B8/485—Diagnostic techniques involving measuring strain or elastic properties
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/5207—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of raw data to produce diagnostic data, e.g. for generating an image
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/5215—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data
    • A61B8/5223—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data for extracting a diagnostic or physiological parameter from medical diagnostic data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/043—Analysing solids in the interior, e.g. by shear waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/09—Analysing solids by measuring mechanical or acoustic impedance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52019—Details of transmitters
    • G01S7/5202—Details of transmitters for pulse systems
    • G01S7/52022—Details of transmitters for pulse systems using a sequence of pulses, at least one pulse manipulating the transmissivity or reflexivity of the medium
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52023—Details of receivers
    • G01S7/52036—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation
    • G01S7/52042—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation determining elastic properties of the propagation medium or of the reflective target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52085—Details related to the ultrasound signal acquisition, e.g. scan sequences
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/30—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for calculating health indices; for individual health risk assessment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/024—Mixtures
    • G01N2291/02475—Tissue characterisation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02827—Elastic parameters, strength or force
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
    • G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52046—Techniques for image enhancement involving transmitter or receiver
    • G01S7/52047—Techniques for image enhancement involving transmitter or receiver for elimination of side lobes or of grating lobes; for increasing resolving power

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

전단파 변위를 이용하여 타겟 영역을 갖는 샘플의 기계적 파라미터를 결정하는 방법들, 시스템들 및 컴퓨터 프로그램 제품들이 제공된다. 상기 방법은 : a) 여기 위치에서 상기 타겟 영역 내에 여기 펄스를 갖는 적어도 하나의 전단파를 생성하는 단계; b) 추적 영역에서 추적 펄스들을 전송하는 단계로서, 상기 추적 펄스들 중 적어도 일부는 상기 타겟 영역 외부에 있는, 전송 단계; c) 상기 추적 영역에서 상기 추적 펄스들에 대한 대응 에코 신호들을 수신하는 단계; d) 상기 타겟 영역 내의 하나 이상의 추가 여기 위치들에 대해 단계 a) 내지 c)를 반복하는 단계로서, 상기 여기 펄스들 중 적어도 두 개의 여기 펄스는 중첩하며, 그리고 각 여기 위치와 연관된 추적 영역은 적어도 하나의 다른 여기 위치와 연관된 추적 영역과 중첩하는, 반복 단계; 및 e) 전단파 변위의 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 상기 타겟 영역의 적어도 하나의 기계적 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

단일 추적 위치 전단파 탄성 이미징을 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품
관련 출원
본 출원은 2015년 6월 1일자로 출원된 미국 가출원 제62/169,073호의 우선권을 주장하며, 상기 가출원의 개시사항은 그 전체가 본 명세서에 참조로서 편입된다.
발명의 기술분야
본 발명은 미국국립보건원(National Institutes of Health)에 의해 부여된 Grant No.R37HI096023에 따른 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대해 특정 권리를 가진다.
발명의 기술분야
본 발명은 초음파 이미징 및 분석에 관한 것으로, 특히 추적 위치에서 생성된 전단파들의 세트로부터 샘플의 기계적 파라미터들을 결정하는 것에 관한 것이다.
음향 방사력(Acoustic Radiation Force; ARF) 전단파 탄성 이미징(elasticity imaging) 방법들은 일반적으로 물질 탄성 상수(material elasticity constant)와 같은 샘플의 기계적 특성들을 추정하기 위해 물질들에서의 기계적 전단파의 횡단 전파 속도(transverse propagation velocity)를 사용한다. 이러한 기술들은 축 방향 위치 및 측 방향 위치의 함수로서 국부적 전단파 전파 속도를 계산하기 위해 이미징 시스템들에 적용될 수 있다. 속도는 상이한 기록 위치들에서 또는 상이한 여기 위치(excitation location)들로부터 전단파의 도달 시간의 차이를 추정함으로써 계산될 수 있다.
예를 들어, 음향 방사력(ARF)은 음파에서 파동의 흡수와 산란 때문에 통과되는 매질(medium)로의 운동량 전달로부터 발생하며, K. R. Nightingale, M. Palmeri, R. Nightingale 및 G. Trahey의 “On the feasibility of remote palpation using acoustic radiation force”, J Acoust Soc Am, vol. 110, pp. 625634, 2001, 그리고 G. R. Torr의 “The Acoustic Radiation Force”, Am. J. Phys., vol. 52, pp. 402408, 1984에 기술되어 있다.
Figure pct00001
(1)
이 때, α는 음향 감쇠(acoustic attenuation)이며, I는 음향 세기이고, c는 음속이며, 그리고 F는 매질에 가해지는 힘이다. 초음파 전단파 탄성 이미징(Shear Wave Elasticity Imaging; SWEI)은 마이크론 단위로 조직을 대체하는 초음파 푸싱 펄스(ultrasonic pushing pulse)를 적용하고 여기 영역(excitation region)에서부터 전파하는 횡파의 전파를 추적함으로써 이 음향 방사력을 이용한다.
SWEI는 현재 간 섬유증(liver fibrosis)을 포함한 조직의 경도(stiffness)를 특성화하는데 사용된다. SWEI의 초기 구현은 가정된 전파 방향으로 여러 공간 위치에서 전단파 도달 시간이 추정되는 역 파장 방정식 솔루션 또는 ToF(Time-of-flight) 알고리즘에서 스파스 변위 필드(sparse displacement field)를 사용하는 것을 포함한다. M.L. Palmeri, M.H. Wang, J.J. Dahl, K.D. Frinkley, K.R. Nightingale 및 L. Zhai의 “Quantifying Hepatic Shear Modulus In Vivo Using Acoustic Radiation Force” (Accept), UMB, 34(4):546-558 (2008년 4월)을 참고한다. SWEI에 대한 추가 개선 사항에는 감소된 전단파 속도 추정 편차의 이점을 갖는, 상관-기반 방법들을 사용하여 단일 위치에서 추적될 수 있는 고유한 전단파 형태(morphology)를 형성할 수 있는 다중 전단파 소스들을 사용하는 것을 포함한다. 미국 특허 제8,225,666호 및 미국 특허 공보 제2011/0184,287호를 참고. 상기 문서들의 개시사항들은 그 전체가 본원에 참고로 편입된다.
전단파를 생성하기 위해 음향 방사력을 이용하는 현재 사용되는 SWEI 기술들은 전형적으로 진단용 초음파 어레이가 전단파를 생성 및 추적할 것을 요하며, 이 때, 전단파 도달 시간을 계산하고 전단파 속도를 추정하는데 상당한 신호 처리 오버헤드가 있다.
McAleavey의 미국 특허 제8,753,277호 및 제8,225,666호는 단일 기록 위치로부터 전단파 속도를 추정하기 위해 공간 변조된 소스 함수를 논의하고, 상기 방법을 소스 함수들과 수신 위치 사이의 고정된 공간 거리를 사용하여 이미지를 생성하도록 확장시켰다.
일부 실시예들에서, 전단파 변위를 이용하여 타겟 영역을 갖는 샘플의 기계적 파라미터를 결정하는 방법들은 : a) 여기 위치에서 상기 타겟 영역 내에 여기 펄스를 갖는 적어도 하나의 전단파를 생성하는 단계; b) 추적 영역에서 추적 펄스들을 전송하는 단계로서, 상기 추적 펄스들 중 적어도 일부는 상기 타겟 영역 외부에 있는, 전송 단계; c) 상기 추적 영역에서 상기 추적 펄스들에 대한 대응 에코 신호들을 수신하는 단계; d) 상기 타겟 영역 내의 하나 이상의 추가 여기 위치들에 대해 단계 a) 내지 c)를 반복하는 단계로서, 상기 여기 펄스들 중 적어도 두 개의 여기 펄스는 중첩하며, 그리고 각 여기 위치와 연관된 추적 영역은 적어도 하나의 다른 여기 위치와 연관된 추적 영역과 중첩하는, 반복 단계; 및 e) 여기 위치들이 상기 타겟 영역 내에 있고 연관된 추적 영역들이 상기 타겟 영역 외부에서 중첩하는 두 개 이상의 여기 펄스들로부터의 전단파 변위의 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 상기 타겟 영역의 적어도 하나의 기계적 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 하나 이상의 전단파 여기 이전에 하나 이상의 추적 펄스들을 전송 및 수신하는 단계를 포함한다. 적어도 두 개의 전단파들은 측 방향 빔 폭의 5 % 내지 75 % 만큼 중첩되는 초음파 푸시 빔들에 의해 상기 타겟 영역에서 생성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 전단파 변위의 적어도 하나의 파라미터는 상기 타겟 영역 외부의 추적 영역 내의 지점에서 측정된 상기 전단파 변위의 리딩 에지(leading edge)를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 전단파 변위의 적어도 하나의 파라미터는 상기 타겟 영역 외부의 추적 영역 내의 지점에서 측정된, 상기 타겟 영역에서 생성된 두 개의 전단파들 간의 전단파 변위의 리딩 에지들 간의 제1 시간차를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 기계적 특성을 결정하는 단계는 상기 타겟 영역에서 적어도 세 개의 전단파들의 파라미터들의 선형 회귀(linear regression)를 사용하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 기계적 파라미터를 결정하는 단계는 상기 타겟 영역 외부의 추적 영역 내의 하나 이상의 지점에서 측정된 파라미터들로부터 상기 기계적 파라미터를 결정하는 단계 및 상기 기계적 파라미터의 추정치들에 대한 평균화 또는 중간값 연산을 사용하여 최종 추정치를 출력하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 전단파들 및 상기 추적 영역들은 각 서브-영역 외부의 추적 영역들을 갖는 다수의 유효한 타겟 서브-영역들을 포함하며, 상기 방법은 어레이를 정의하는 추정치들의 세트를 형성하기 위해 각 서브-영역을 독립적으로 처리하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 상기 물질 내로의 깊이에 의해 상기 다수의 서브-영역들을 정의하고, 그 결과 추정치들의 1-D 어레이가 생성되는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 상기 생성된 전단파들의 측방향 위치들 및 상기 물질 내로의 깊이를 사용하여 상기 다수의 서브-영역들을 정의하고, 그 결과 2D 이미지가 생성되는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 다수의 서브-영역들은 상기 생성된 전단파들의 측방향 위치들 및 높이 위치들(elevational positions) 및 조직 내로의 깊이에 의해 정의되고, 그 결과 3-D 볼륨이 생성된다.
일부 실시예들에서, 상기 생성된 전단파들의 파라미터의 공간 기울기(spatial gradient)는 타겟 볼륨의 각 복셀의 기계적 파라미터를 결정하는데 사용된다.
일부 실시예들에서, 상기 기계적 파라미터는 전단파 속도이며, 그리고 상기 공간 기울기의 크기를 조사함으로써 발견된다.
일부 실시예들에서, 상기 기계적 파라미터는 전단파 속도이며, 그리고 추적 영역에 대해, 상기 기울기의 방사형 성분의 역으로부터 발견된다.
일부 실시예들에서, 상기 적어도 하나의 기계적 파라미터는 전단 탄성 계수, 영률, 저장 탄성률 동적 전단 점성(storage modulus dynamic shear viscosity), 전단파 속도 및 상기 타겟 영역의 기계적 임피던스 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 타겟 영역은 생체 내 인간 조직 샘플을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 타겟 영역은 시험관 내 생체 물질들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 샘플의 에코 신호들은 내부에 삽입된 초음파 프로브 어레이를 이용하여 검출된다.
일부 실시예들에서, 상기 샘플의 에코 신호들은 외부에 인가된 초음파 어레이를 이용하여 검출된다.
일부 실시예들에서, 상기 전단파들은 초음파 변환기(ultrasound transducer) 및/또는 기계적 진동자(mechanical vibrator)를 포함하는 적용된 전단파 소스를 이용하여 생성된다.
일부 실시예들에서, 상기 전단파들은 상기 제1 전단파의 방향과 직교하는 변위를 포함한다.
일부 실시예들에서, 전단파 변위를 이용하여 타겟 영역을 갖는 샘플에 대한 기계적 파라미터를 결정하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드가 구현되는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함하며, 상기 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드는 : a) 여기 위치에서 상기 타겟 영역 내에 여기 펄스를 갖는 적어도 하나의 전단파를 생성하는 단계; b) 추적 영역에서 추적 펄스들을 전송하는 단계로서, 상기 추적 펄스들 중 적어도 일부는 상기 타겟 영역 외부에 있는, 전송 단계; c) 상기 추적 영역에서 상기 추적 펄스들에 대한 대응 에코 신호들을 수신하는 단계; d) 상기 타겟 영역 내의 하나 이상의 추가 여기 위치들에 대해 단계 a) 내지 c)를 반복하는 단계로서, 상기 여기 펄스들 중 적어도 두 개의 여기 펄스는 중첩하며, 그리고 각 여기 위치와 연관된 추적 영역은 적어도 하나의 다른 여기 위치와 연관된 추적 영역과 중첩하는, 반복 단계;를 수행하도록 구성된 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드; 그리고 여기 위치들이 상기 타겟 영역 내에 있고 연관된 추적 영역들이 상기 타겟 영역 외부에서 중첩하는 두 개 이상의 여기 펄스들로부터의 전단파 변위의 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 상기 타겟 영역의 적어도 하나의 기계적 파라미터를 결정하는 단계를 수행하도록 구성된 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드를 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.
상기 컴퓨터 프로그램 코드는 본원에 설명된 초음파 방법을 수행하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전단파 변위를 이용하여 타겟 영역을 갖는 샘플에 대한 기계적 파라미터를 결정하는 초음파 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 : 초음파 변환기 어레이; 및 상기 초음파 변환기 어레이를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 : 여기 위치에서 상기 타겟 영역 내에 여기 펄스를 갖는 적어도 하나의 전단파를 생성하도록 구성된 전단파 발생기; 및 추적 위치에서 상기 타겟 영역 내의 추적 펄스들을 전송하고, 상기 타겟 영역에서 상기 추적 위치에서의 상기 추적 펄스들에 대한 대응 에코 신호들을 수신하고, 그리고 적어도 하나의 기계적 파라미터를 결정하도록 구성된 신호 분석기를 포함하며, 이 경우, 상기 시스템은 본원에 설명된 방법을 수행하도록 구성된다.
본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예들을 도시하고, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1a는 일부 실시예들에 따른 초음파 시스템들, 방법들 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 개략도이다.
도 1b는 일부 실시예들에 따른 초음파 여기 펄스들 및 대응 추적 신호들의 개략도이다.
도 1c는 일부 실시예들에 따른 초음파 여기 펄스들 및 대응 추적 신호들의 개략도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른 동작들을 도시하는 흐름도이다.
도 3a 및 도 3b는 일부 실시예들에 따른 두 개의 추적 위치에서의 단일 전단파에 대한 도달 시간의 다이어그램(도 3a), 그리고 단일 추적 위치에서의 두 개의 전단파들에 대한 도달 시간의 다이어그램(도 3b)이다.
도 4는 일부 실시예들에 따른 2차원(좌측) 및 3차원(우측)에서의 단일 추적 위치 전단파 탄성 이미징(single track location shear wave elastic imaging; STL-SWEI)의 다이어그램이다.
도 5a는 다중-추적 위치 SWEI(multiple-track location SWEI; MTL-SWEI)에 대한 도달 시간의 그래프이다.
도 5b는 일부 실시예들에 따른 STL-SWEI에 대한 도달 시간의 그래프이다.
도 6은 MTL-SWEI(선행 기술)에 대한 다양한 표시된 크기 및 경도 표적들에 대한 이미지들을 도시한다.
도 7은 일부 실시예들에 따른 STL-SWEI에 대한 다양한 표시된 크기 및 경도 표적들에 대한 이미지들을 도시한다.
도 8은 일부 실시예들에 따른 Type Ⅳ, 6 mm 인클루젼(inclusion)에 대한 STL-SWEI 및 MTL-SEI 및 ARFI에 대한 CNR(contrast-to-noise-ratio) 및 해상도 트레이드 오프 곡선의 그래프이다.
도 9는 일부 실시예들에 따라 상이한 회귀 필터 값들에서의 1.5 mm, Type Ⅳ 인클루젼(inclusion)의 MTL-SWEI(이미지 A 내지 F) 그리고 STL-SWEI(이미지 G 내지 L)의 이미지들을 도시한다.
도 10은 일부 실시예들에 따른 MTL-SWEI 및 STL-SWEI 변위 프레임들(상단 행), 대응하는 도달 시간들(중간 행), 그리고 전단파 속도 이미지들(하단 행)을 도시한다.
도 11은 일부 실시예들에 따라 4ZIC 행렬 어레이 변환기가 샘플의 반대 측으로부터 변위를 추적하는 동안 푸시 빔(push beam)을 조종하기 위해 이동 스테이지(translation stage)를 이용하여 이동되는 오목한 HIFU 피스톤을 갖는 실험 장치의 디지털 이미지이다.
도 12a는 도 11의 실험 장치의 2차원 B 모드 이미지이다.
도 12b는 도 11의 실험 장치의 3차원 B 모드 이미지이다.
도 13은 일부 실시예들에 따른 4 cm에서의 추적 시야의 중앙에서 추적 복셀을 사용하여 전단파 전파를 보여주는 3차원 STL-SWEI 영화의 C-스캔 프레임들(상단 행) 및 볼륨들(하단 행)의 이미지들을 도시한다.
도 14는 일부 실시예들에 따라 축을 벗어나도록 조향된 추적 빔 복셀을 사용하여 전파하는 두 개의 전단파들을 도시하는 3차원 STL-SWEI 영화로부터의 C-스캔 프레임들의 이미지들을 도시한다.
도 15는 일부 실시예들에 따른 센터 추적 빔 복셀로부터의 C-스캔에서의 STL-SWEI 도달 시간의 그래프이다.
도 16은 일부 실시예들에 따라 4cm 깊이에서의 64 개의 추적 복셀들 각각에 대한 추정된 전단파 속도 맵들의 이미지들을 도시하며, 조향된 복셀들은 그레이팅 로브(grating lobe)로부터의 손상을 나타낸다.
도 17은 일부 실시예들에 따라, 공간 필터링 없이 빔 형상(beam geometry) 및 그레이팅 로브로부터의 아티팩트가 평균적으로 감소되거나 제거되는, 4 cm에서의 모든 64 복셀들에 걸친 중간 전단파 속도 맵의 이미지이다.
이제 본 발명의 실시예들이 도시되어 있는 첨부 도면들과 예들을 참조하여 본 발명이 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 실시예들이 제공되어, 본 개시서는 철저하고 완전하게 될 것이며, 그리고 본 개시서는 본 발명의 범위를 당업자에게 충분히 전달할 것이다.
동일한 번호는 동일한 요소를 지칭한다. 도면들에서, 특정 라인들, 레이어들, 컴포넌트들, 요소들, 또는 특징들의 두께는 명확성을 위해 과장될 수 있다.
본원에 사용된 용어는 오직 특정 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본원에서 사용된 단수 형태 “하나(a, an)” 및 “상기(the)”는 문맥에 달리 명시하지 않는 한 복수 형태를 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprise)” 그리고/또는 “포함하는(comprising)”이라는 용어는 언급된 특징들, 단계들, 동작들, 요소들, 그리고/또는 컴포넌트들의 존재를 나타내지만, 하나 이상의 다른 특징들, 단계들, 동작들, 요소들, 컴포넌트들, 그리고/또는 그것의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 더 이해될 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, “그리고/또는(및/또는)”이란 용어는 관련된 열거 항목들 중 하나 이상의 임의의 조합 및 모든 조합들을 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, “X와 Y 사이” 그리고 “대략 X 와 Y 사이”와 같은 문구는 X와 Y를 포함하도록 해석되어야 한다. 본원에 사용된 바와 같이, “대략 X 와 Y 사이”와 같은 문구들은 “대략 X 및 대략 Y 사이”를 의미한다. 본원에 사용된 바와 같이, “대략 X로부터 Y 까지”와 같은 문구들은 “대략 X로부터 대략 Y까지”를 의미한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 용어들(기술 용어 및 과학 용어 포함)은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의되는 용어와 같은 용어들은 명세서 및 관련 기술의 맥락에서의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 명백하게 정의되지 않는 한 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다는 것이 더 이해될 것이다. 잘-알려진 기능들 또는 구성들은 간략화 및/또는 명확화를 위해 상세히 기술되지 않을 수 있다.
어떤 요소가 다른 요소 “위에” 있거나, 다른 요소에 “부착”되거나, 다른 요소에 “연결”되거나, 다른 요소와 “결합”되거나, 다른 요소에 “접촉”하는 것 등으로 언급될 때, 그 요소는 다른 요소 바로 위에 있거나, 직접 부착되거나, 직접 연결되거나, 직접 결합되거나, 또는 직접 접촉할 수 있으며, 또는 개입 요소(intervening element)들이 존재할 수도 있다. 이와 대조적으로, 요소가 예를 들어 다른 요소 “바로 위에” 있거나, 다른 요소에 “직접 부착”되거나, 다른 요소에 “직접 연결”되거나, 다른 요소와 “직접 결합”되거나, 다른 요소에 “직접 접촉”하는 것 등으로 언급될 때, 개입 요소들이 존재하지 않는다. 당업자들은 다른 피처에 “인접하게” 배치된 구조 또는 피처에 대한 언급이 인접 피처에 중첩하거나 인접 피처의 아래에 있는 부분들을 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
도면에 도시된 하나의 요소 또는 피처와 다른 요소(들) 또는 피처(들)의 관계를 기술하기 위한 설명의 용이함을 위해 “아래(under)”, “밑에(below)”, “아래쪽의(lower)”, “위에(over)”, “위쪽의(upper)” 등 같은 공간적으로 상대적인 용어들이 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면에 도시된 방향에 추가하여 사용 시 또는 작동 시 기기의 상이한 방향들을 포함하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 도면들에서 기기가 뒤집어진 경우, 다른 요소들 또는 피처들 “아래(under)” 또는 “밑에(beneath)”로 기술된 요소들은 다른 요소들 또는 피처들의 “위에” 배향될 것이다. 예를 들어, “아래”란 용어는 “위에”와 “아래” 방향 모두를 포함할 수 있다. 기기는 다른 방식으로 배향될 수 있고(90도 또는 다른 배향으로 회전될 수 있음) 그리고 본 명세서에서 사용된 공간적으로 상대적인 기술어들(descriptors)은 그에 따라 해석될 수 있다. 유사하게, “상향”, “하향”, “수직”, “수평”이란 용어는 달리 명시되지 않는 한 오직 설명을 위해서만 사용된다.
“제1”, “제2” 등의 용어는 본 명세서에서 다양한 요소들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되어서는 안 됨이 이해될 것이다. 이러한 용어들은 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 논의되는 “제1” 요소는 본 발명의 교시를 벗어나지 않으면서 “제2” 요소로 지칭될 수 있다. 동작들(또는 단계들)의 순서는 달리 명시되지 않는 한 청구항 또는 도면에 제시된 순서에 제한되지 않는다.
본 발명은 본 발명의 실시예들에 따른 방법들, 장치들(시스템들) 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품들의 블록도들 및/또는 흐름도들을 참조하여 이하에서 설명된다. 블록도들 그리고/또는 흐름도들의 각각의 블록, 그리고 블록도들 그리고/도는 흐름도들의 블록들의 조합은 컴퓨터 프로그램 명령들에 의해 구현될 수 있는 것으로 이해된다. 이러한 컴퓨터 프로그램 명령들은 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치의 프로세서에 제공되어 머신(machine)을 생성할 수 있으며, 이로써, 컴퓨터 및/또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치의 프로세서를 통해 실행되는 명령들은 블록도들 및/또는 흐름도 블록 또는 블록들에 명시된 기능들/동작들을 구현하기 위한 수단을 생성한다.
또한, 이러한 컴퓨터 프로그램 명령들은 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치가 특정 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장될 수 있으며, 이로써, 상기 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 명령들은 블록도들 및/또는 흐름도 블록 또는 블록들에 명시된 기능/동작을 구현하는 명령들을 포함하는 제품을 생성한다.
또한, 컴퓨터 프로그램 명령들은 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치 상으로 로딩되어, 컴퓨터 구현 프로세스를 생성하도록 일련의 동작 단계가 상기 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 장치 상에서 수행될 수 있게 하며, 이로써, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 장치 상에서 실행되는 명령들은 블록도들 및/또는 흐름도 블록 또는 블록들에서 명시된 기능들/동작들을 구현하기 위한 단계들을 제공한다.
따라서, 본 발명은 하드웨어 및/또는 (펌웨어(firmware), 상주 소프트웨어(resident software), 마이크로-코드(micro-code) 등을 포함한) 소프트웨어로 구체화될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 명령어 실행 시스템에 의해 또는 이와 연결되어 사용되는 매체에서 구체화된 컴퓨터로 사용 가능한(computer-usable) 또는 컴퓨터로 판독 가능한(computer-readable) 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터로 사용 가능한 또는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 탑재된 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.
컴퓨터로 사용 가능한 또는 컴퓨터로 판독 가능한 매체는, 예를 들어, 전자, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치, 또는 기기일 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 매체의 더욱 구체적인 예(비-한정적 열거)는 다음을 포함할 것이다 : 하나 이상의 선을 갖는 전기적 연결, 휴대용 컴퓨터 디스켓, RAM(random access memory), ROM(read-only memory), EPROM(erasable programmable read-only memory) 또는 플래시 메모리, 광섬유, 및 휴대용 CD-ROM.
본 발명에 따른 실시예들은 “조직(tissue)”이라는 용어를 참조하여 설명된다. 조직이라는 용어는 신체에서 발견되는 혈액, 기관, 혈관 및 다른 생물학적 물체(object)들과 같은 생물학적 물질을 포함할 수 있음이 이해될 것이다. 본 발명에 따른 실시예들은 다른 종뿐만 아니라 인간에게도 적용될 수 있음이 더 이해될 것이다. 또한, 본 발명에 따른 실시예들은 조직 이외의 다른 대상물을 이미징하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 범위는 예를 들어 2차원(2D) 초음파 이미징 및 3D(또는 체적) 초음파 이미징을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한, 본 명세서에 설명된 초음파 이미징의 구성요소들은 단일 유닛으로 패키징되거나 별도로 패키징될 수 있으며, 그리고 본원에 설명된 기능들을 제공하도록 상호 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들은 예를 들어 미국 특허 제6,371,912호에 상세히 기술된 ARFI(Acoustic Radiation Force Imaging)를 참조하여 기술되며, 상기 미국 특허의 전체 개시내용은 본원에 참고로 편입된다. 조직에 힘을 가하여 조직이 힘의 방향으로 움직이게 하기 위해 그리고/또는 전단파를 발생시키기 위해 음향 방사력이 사용될 수 있다.
본원에 사용되는 바와 같이, “전단파”는 샘플 변위의 한 형태이며, 이 때, 초음파 에너지와 같은 전단파 소스는 한 방향으로 샘플 내로 전송되고 그리고, 상기 전단파 소스의 방향과 실질적으로 직교하는 다른 방향으로 전파하는 연장된 전단파를 발생시킨다. 전단파 소스에 의해 야기되는 변위는 약 0.1 μm 내지 약 300 μm 범위일 수 있다. 다른 변위들이 제공될 수 있다.
본 명세서에서 “도달 시간”이란 용어는 전송 신호의 전송과 대응하는 반사된 신호의 복귀 사이에 측정된 경과 시간을 의미한다. 도달 시간은 일반적인 측정 기술로 측정된다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 초음파 시스템(10)은 제어기(20), 신호 분석기(30) 및 초음파 변환기 어레이(40)를 포함한다. 초음파 변환기 어레이(40)는 위치 P1 내지 위치 PN에 다수의 어레이 요소들(42)을 포함할 수 있다. 어레이 요소들(42)은 초음파 신호(50)를 전송 및 수신하도록 구성되며, 조직 배지(60)와 같은 타겟 매체에 접촉될 수 있다. 도시된 바와 같이, 조직 배지(60)는 타겟 영역(62)을 포함한다. 초음파 어레이(40)는 D1 방향을 따라 초음파 신호를 전송 및 수신하기 위한 송신/수신 위치를 정의하는 초음파 어레이 요소들(42)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 어레이(40)는, 예를 들어 임펄스 여기 음향 방사력을 상기 배지(60)에 인가(일반적으로 “푸시” 빔이라 칭함)하여 D1과 직교하는 D2 방향으로 전파하는 전단파를 생성함으로써 충분한 초음파 에너지를 전송하도록 구성될 수 있다. 또한, 어레이(40)는 예를 들어 전단파 여기 힘이 인가되기 전 및/또는 후에 시간 경과에 따라 조직을 모니터링하기 위해 ARFI 또는 B-모드 이미징 기법들을 사용하여 조직 배지(60)를 조사(interrogating)하도록 구성될 수 있다. ARFI 이미징은 미국 특허 제6,371,912호 및 제6,764,448호에 개시되어 있으며, 이들의 개시 내용은 그 전체가 본원에 참고로 편입된다. 전단파는 US 특허 제8,118,744호 및 제6,764,448호에서 논의되며, 이들의 개시 내용은 그 전체가 본원에 참고로 편입된다. 초음파 변환기 어레이(40)는 2차원 이미지를 생성하도록 구성된 1차원 어레이일 수 있거나, 또는 초음파 변환기 어레이(40)는 3차원 이미지를 생성하도록 구성된 2차원 어레이일 수 있다.
제어기(20)는 전단파 발생기(22)를 포함할 수 있고, 신호 분석기(30)는 공통 추적 위치 전단파 분석기(32)를 포함할 수 있다. 전단파 발생기(22) 및 공통 추적 위치 전단파 분석기(32)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 어레이(40)를 제어하고 그리고/또는 어레이(40)에 의해 수신된 에코 신호들을 분석하도록 구성될 수 있다. 전단파 발생기(22) 및 공통 추적 위치 전단파 분석기(32)는 제어 및/또는 분석 회로와 같은 하드웨어 및/또는 본원에 설명된 동작들을 수행하기 위한 비-일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장된 소프트웨어를 포함할 수 있다.
전단파 발생기(22) 및 공통 추적 위치 전단파 분석기(32)는 공통 추적 위치로부터 다수의 전단파를 생성 및 분석함으로써 샘플 조직(60)의 타겟 영역(62)에 대한 기계적 파라미터를 결정할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, “단일 추적 위치(single track location)”라는 용어는 다수의 전단파들에 대한 파라미터들을 검출하는 추적 위치를 지칭하며, “공통 추적(common track)”이라는 용어와 상호 교환 가능하게 사용된다. 여러 개의 공통 추적 위치들이 사용될 수 있다. 도 1a 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전단파 발생기(22)는 제1 여기 소스 위치(P1)에서 상기 타겟 영역(62)에 제1 전단파를 생성할 수 있다(블록 100; 도 2). 제어기(20)는 제1 전단파의 전파 방향(D2)에 있는 추적 위치(T1)에서 타겟 영역(62) 외부의 영역에 추적 펄스들을 방출하도록 어레이(40)를 제어할 수 있다(블록 102; 도 2). 추적 위치(T1)에서의 추적 펄스들에 대한 대응 에코 신호들은 어레이(40)에 의해 수신된다(블록 104; 도 2). 블록들 100, 102 및 104에서의 단계들은 상응하는 제2 여기 위치(P2) 및 제3 여기 위치(P3), 그리고 상응하는 추적 위치들(T2, T3)에서 제2 전단파 및 제3 전단파에 대해 반복될 수 있다. 도 1에서 3 개의 전단파들과 3 개의 추적 위치들이 도시되어 있지만, 임의의 수의 전단파 및 추적 위치가 사용될 수 있으며, 전단파들의 수는 추적 위치들의 수와 상이할 수 있음이 이해되어야 한다. 공통 추적 위치 전단파 분석기(32)는 추적 위치들(T1-T3)에서 조직을 이동시키는 적어도 상기 제1 전단파, 상기 제2 전단파, 상기 제3 전단파 각각으로부터의 전단파 변위의 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 타겟 영역(62)의 적어도 하나의 기계적 파라미터를 결정한다(블록 106; 도 2). 도 1a에 도시된 바와 같이, 푸시 영역은 각각의 푸시 빔(예를 들어, P1-P3)의 형상에 의해 한정되는 영역이며, 그리고 타겟 영역(62)은 추적 영역과 연관된, 구성(constituent) 푸시 영역들의 리딩 에지들에 의해 한정된 영역이다. 이미징된 영역은 에코 신호들이 빔포밍되는 영역이며, 전파 영역은 측정 가능한 전파하는 전단파들을 포함하는 이미징된 영역의 서브세트이며, 측정 가능한 전파하는 전단파들은 푸시 영역들 밖에 있으며, 그리고 전단파들이 감소되고 감지되지 않게 되는 진폭 차단 거리(amplitude cutoff distance)의 내부에 있다. 추적 영역은 타겟 영역과 연관된 주어진 푸시 세트에 대한 전파 영역들의 교차 지점(예를 들어, 추적 위치들 T1-T3)이다.
P1-P3 및 T1-T3는 도 1a에서 공간적으로 이격된 위치들로서 도시되어 있지만, 일부 실시예들에서, 여기 위치들 P1-P3 및/또는 추적 위치들 T1-T3는 도 1b에 도시된 바와 같이 중첩될 수 있다. 또한, 추적 영역들은 도 1c에 도시된 바와 같이 푸싱 펄스들의 양측의 푸싱 영역들의 외부에 위치할 수 있다. 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 푸싱 펄스들의 조사 영역(interrogation region)(P123)은 추적 위치(T123)에서 검출된 결과 전단파들의 리딩 에지(leading edge)를 포함할 수 있다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 조사 영역 -P123은 추적 위치(T123)에서 푸시 펄스들(P1-P3)의 반대측에서 검출될 수 있다. 또한, 푸싱 및 추적 펄스 시퀀스가 반복될 수 있으며, 이로써 임의의 개수의 푸싱 및 추적 펄스들이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 푸시 펄스들 간의 중첩은 측 방향 빔 폭의 5 % 내지 75 % 사이일 수 있다. 기계적 파라미터는 타겟 영역 외부의 추적 영역 내의 하나 이상의 지점에서 측정된 파라미터들로부터 결정될 수 있으며, 그리고 최종 추정치를 출력하기 위해 기계적 파라미터의 추정치들이 평균화될 수 있거나, 중앙값 연산이 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전단파들 및 추적 영역들은 각 서브-영역 외부의 추적 영역들을 갖는 다수의 유효한 타겟 서브-영역들을 포함할 수 있고, 그리고 각각의 서브-영역은 어레이를 정의하는 추정치들의 세트를 형성하도록 독립적으로 처리될 수 있다. 다수의 서브-영역들은 물질 내로의 깊이에 의해 정의될 수 있으며, 그 결과 추정치들의 1-D 어레이가 생성되며; 다수의 서브-영역들은 생성된 전단파들의 측 방향 위치들 및 물질 내로의 깊이를 사용하여 정의될 수 있으며, 그 결과 2-D 이미지가 생성되고; 그리고/또는 다수의 서브-영역들은 생성된 전단파들의 측 방향 위치 및 높이 위치 및 물질 내로의 깊이에 의해 정의될 수 있으며, 그 결과 3-D 볼륨이 생성된다. 생성된 전단파들의 파라미터의 공간 기울기(spatial gradient)는 3D 볼륨 중 타겟 볼륨의 각 복셀의 기계적 파라미터를 결정하는데 사용될 수 있다. 기계적 파라미터는 전단파 속도일 수 있으며, 공간 기울기의 크기를 추정함으로써 결정될 수 있다. 기계적 파라미터는 전단파 속도일 수 있으며, 추적 영역에 대해, 기울기의 방사형 성분의 역으로부터 발견될 수 있다.
예를 들어, 기계적 파라미터는 조직의 최대 변위 시간, 추적 위치들(T1-T3)에서의 조직 변위의 변위 기울기의 굴곡(inflection), 그리고/또는 전단파들로부터의 전단파 변위의 상대적 또는 절대적 변위 진폭에 기초할 수 있다. 이 구성에서, 다중 전단파들로 인한 조직의 변위는 단일 또는 공통 추적 위치에서 검출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 추적 신호의 노이즈는 감소될 수 있다. 예를 들어, “스펙클(speckle)” 노이즈는 일반적으로 해상도 셀(resoultion cell) 내에서 산란체(scatterer)의 분포로 인해 변환기 개구부(aperture)에서의 복귀파의 간섭으로 인해 초음파 이미징을 초래한다. 전단파를 생성하는데 사용되는 푸시 빔들의 형상 및 위치는 산란에 의해서가 아니라 타겟 배지의 흡수 특성에 의해 정의되기 때문에, 이들의 상대적 위치는 스펙클 바이어스에 저항적(resistant)이며, 다중 추적 위치들이 전단파의 전파를 결정하는데 사용될 때 스펙클 노이즈를 야기한다. 단일 소스로부터 떨어져있는 기록 위치들의 임의의 쌍에 대해, 각 위치에서의 조직 운동의 신호들은 서로 시간-지연된 버전들일 것이며, 이 때, 시간 지연은 기록 위치들 사이의 전단파 속도를 반영한다. 이와 유사하게, 소스 여기들의 임의의 쌍에 대해, 소스들 외부의 임의의 단일 또는 공통 위치에서 기록된 조직 운동 신호들은 서로 시간 지연된 버전들일 것이며, 이 때 시간 지연은 소스 위치들 사이의 전단파 속도를 반영한다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, “푸싱” 빔 및 “추적” 빔 및 전파 축을 따르는 그것들의 위치는 각각 xp와 xt로 표시된다. 도 3a는 2 개의 추적 위치에서 전단파의 전파가 검출되는 종래의 전단파 이미징을 이용한 전단파 속도 재구성을 도시한다. 도 3b는 단일 전단파 추적 위치에서 생성되고 추적되는 두 개의 전단파들을 도시한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 소스 외부의 임의의 단일 위치에서 기록된 조직 운동 신호들은 서로 시간 지연된 버전들일 것이며, 이 때 시간 지연은 소스 위치들 사이의 전단파 속도를 반영한다. 빔들의 위치들 xp 및 xt은 전형적으로 전자 조향(electronic sterring) 및 초음파 요소들의 어레이로부터의 포커싱에 의해 결정된다. 3차원 버전의 경우, 푸시 빔들의 위치들은 (xp, yp) 로, 추적 빔들의 위치들은 (xt, yt)로 표시된다. 이 좌표들은 각 깊이 z에서 정의되며, 빔들이 서로에 대해 조정되는 경우 z에 따라 변할 수 있다.
상기 방법의 다이어그램은 2D 단일 추적 위치-전단파 탄성 이미징(single track location shear wave elastic imaging; STL-SWEI)(좌측 시퀀스) 및 3D STL-SWEI(우측 시퀀스) 모두에 대해 도 4에 도시되어 있다. 도 4의 좌측의 2D STL-SWEI에서, 다수의 푸시들은 위치들(x p )에서 순차적으로 전달되고, 푸싱 위치들에 따라, 각 푸시에 대한 하나 이상의 위치들(x t )에서 응답을 추적한다. 추적 위치에 대하여 푸시 위치들 간의 특징적인 ToF가 존재한다. 도달 시간의 기울기의 역 (▽rT) -1 은 T의 기울기로 추정되며, 부호는 추적 위치(x t )에 상대적인 위치에 의해 결정된다. 도 4의 우측에 있는 3D STL-SWEI 다이어그램에서, 심도(depth of field) 내에서 여러 깊이의 프로파일들을 결합하여 이미지가 만들어진다. 시퀀스는 2D와 유사하지만, 추적 빔은 푸시 빔들과 정렬될 필요가 없다. 추적 빔의 위치는 실험적으로 발견되며, (▽rT) -1 은 추적 위치에 대해 계산된다.
이 방법에 대한 많은 비-상호 배타적인 치환(non-mutually exclusive permutation)들이 가능하다 :
1) 푸시 빔 그리드는 추적 변환기를 고정시킨 상태에서 포커싱된 초음파 변환기를 병진(translating)시킴으로써 형성된다.
2) 푸시 빔 그리드는 매트릭스 어레이 변환기를 전자적으로 조종함으로써 형성된다.
3) 푸시 빔 그리드는 한 번에 하나의 푸시 빔으로 순차적으로 생성된다.
4) 푸시 빔 그리드는 다수의 동시 푸시들을 사용하여 생성된다.
5) 축 방향 시야는 서로 다른 깊이들에 포커싱된 다수의 푸시들을 사용하여 연장된다.
6) 출력은 한 지점에서의 단일 측정이다.
7) 출력은 이미지이다.
8) 출력은 볼륨이다.
9) 측정치는 전단파 속도(m/s)로서 보고된다.
10) 측정치는 전단 계수(shear modulus)(kPa)로서 보고된다.
11) 측정치는 영률(kPa)로서 보고된다.
12) 측정치는 복합 점탄성(complex viscoelastic) 파라미터들(즉, μ1 및 μ2)로서 보고된다.
13) 단일 출력(점/이미지/볼륨)은 단일 추적 빔으로부터 생성된다.
14) 다수의 출력들(점/이미지/볼륨)은 다수의 추적 빔들로부터 생성되며, 시야를 증가시키도록 결합된다.
15) 다수의 출력들(점/이미지/볼륨)은 다수의 추적 빔들로부터 생성되며, 그리고 노이즈를 억제하도록 결합된다.
16) ToF(time of flight)의 특성은 시간 대 피크 변위로 발견된다.
17) ToF(time of flight)의 특성은 시간 대 피크 속도로 발견된다.
18) ToF의 특성은 변위 프로파일을 교차 상관시킴으로써 발견된다.
19) ToF의 특성은 속도 프로파일들을 교차 상관시킴으로써 발견된다.
20) 전단파 속도 (▽rT)- 1는 가정되거나 공지된 (xt, yt)에 대하여 발견된다.
21) 전단파 속도 (▽rT)- 1는 계산된 (xt, yt)에 대하여 발견된다.
22) 전단파 속도 (▽rT)- 1는 (||▽T ||)- 1를 사용하여 발견된다.
23) 전단파 속도 (▽rT)- 1는 ToF의 국부적 선형 회귀에서 발견된다.
일부 실시예들에서, 전단파 변위의 적어도 하나의 파라미터는 전단파 변위의 리딩 에지를 포함한다. 예를 들어, 전단파 변위의 적어도 하나의 파라미터는 적어도 제1 전단파 및 제2 전단파 사이의 전단파 변위의 리딩 에지 간의 제1 시간차 및 적어도 제2 전단파 및 제3 전단파 사이의 전단파 변위의 리딩 에지 간의 제2 시간차를 포함할 수 있다. 추적 위치에서 조직을 변위시키는 적어도 상기 제1 전단파, 제2 전단파 및 제3 전단파 각각으로부터의 전단파 변위의 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 타겟 영역의 적어도 하나의 기계적 파라미터를 결정하는 것은 제1 시간차 및 제2 시간차의 선형 회귀를 적용함으로써 수행될 수 있다. 임의의 특정 이론에 구애됨이 없이, 전단파들의 리딩 에지의 추적은 빔 중첩으로 인한 해상도 한계를 감소시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 서브 푸시-빔 폭 측 방향 해상도는 본원에 설명된 바와 같이 만곡된 파면 상의 정확한 위치들에 값들을 할당함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전단파, 제2 전단파 및 제3 전단파는 중첩하는 전단파들일 수 있으며, 그리고 일부 실시예들에서, 전송 빔 폭의 0 % 내지 75 % 사이에서 중첩될 수 있고, 그리고/또는 0.1 mm 내지 2 mm 사이의 간격을 가질 수 있다.
또한, 전단파 속도와 같은 전단파 파라미터의 각 추정치에 대한 두 개 이상의 푸시 빔들을 사용함으로써, 선형 회귀가 사용될 수 있다. kernel 회귀의 크기는 노이즈 억제와 해상도 개선 간의 상호 절충(trade-off)을 설정할 수 있다. 또한, 평행한 수신 빔들이 추적 위치에서 사용되어, 동일한 관심 영역의 다수의 추정치들을 생성할 수 있으며, 이들은 평균화되어 해상도를 거의 또는 전혀 감소시키지 않고 분산(variance)을 더 억제할 수 있다. 일부 실시예들에서, 푸시 빔들은 필터링의 해상도 저하 회귀가 없는 이미지를 만들기 위해 75 % 또는 그 이상의 중첩(0.16 mm 또는 그 이상의 간격)을 가질 수 있다.
전단파들은 블록(100)에서 동시에 생성될 수 있지만, 중첩 빔들을 사용할 때 순차적으로 생성되어야 하며, 도 1c에 도시된 바와 같이 각 푸시에 대해 별도의 추적 앙상블이 있어야하고, 위치들 T1, T2, T3은 전단파들이 순차적으로 위치 T1, T2, T3에 도달하도록 위치들 P1, P2 및 P3에서 푸시 펄스들에 의해 생성된 전단파들의 전파 경로에 있을 수 있다. 다르게 말하면, 표준 전단파 이미징의 경우, 전단파 소스로부터 이격된 한 쌍의 기록 또는 추적 위치들이 사용되어, 각 위치에서의 조직 운동의 신호들은 기록 위치들 사이의 전단파 속도를 반영하는 시간 지연으로 서로 시간-지연된 버전들일 것이다. 이와 유사하게, 단일 추적 위치 검출에서, 3 개 이상의 소스 여기들의 임의의 쌍 또는 세트에 대해, 소스들 외부의 임의의 단일 위치에서 기록된 조직 운동 신호들은 실질적으로 균일한 조직 경도를 갖는 조직 영역 내의 소스 위치들 사이의 전단파 속도를 반영하는 시간-지연으로 서로 시간 지연된 버전일 것이다.
추적 펄스들은 당업자에게 알려진 SWEI 분석 기술을 포함하는 임의의 적절한 기술을 사용하여, 전단 탄성 계수, 영률, 저장 탄성률 동적 전단 점성(storage modulus dynamic shear viscosity), 전단파 속도 및 타겟 영역(62)의 기계적 임피던스를 포함하는 타겟 영역(62)의 적어도 하나의 기계적 파라미터를 결정하는데 사용될 수 있다.
또한, 단일 추적 위치에서 검출될 수 있는 순차적 전단파 세트를 생성하기 위해 2 개 또는 3 개 이상의 여기 소스들이 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 추적 위치들의 어레이는 추적 위치들 중 단일의 또는 공통의 추적 위치를 통해 전파하는 전단파들의 대응하는 세트들을 검출하는데 사용될 수 있으며, 그리고 2차원 및 3차원 이미지들이 생성될 수 있다. 소스 여기 위치 P1, P2, P3에서 전단파들이 초음파 변환기 및/또는 기계적 진동자를 사용하여 생성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 여기 소스들은 관심 영역에서 전단파를 생성하기에 충분한 변위 펄스(displacement pulse)를 송신할 수 있다.
추적 신호들은 검출될 수 있고, 그리고/또는 전단파들은, 예를 들어 이미지를 생성하기 위해, 관심 영역을 통해 본원에 설명된 바와 같이 반복적으로 생성될 수 있다. 추적 신호들은 검출될 수 있고 그리고/또는 전단파들은 내부에 삽입된 초음파 프로브 어레이 또는 외부에 인가된 초음파 어레이를 이용하여 본원에 설명된 바와 같이 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 타겟 영역은 생체 내 인간 조직 샘플일 수 있지만, 시험관 내 생체 물질들에서, 조작된 조직들(engineered tissues) 또는 하이드로 겔이 사용될 수 있다.
전단 탄성 계수, 영률, 저장 탄성률 동적 전단 점성(storage modulus dynamic shear viscosity), 전단파 속도 및 기계적 임피던스 같은, 샘플의 기계적 파라미터(들)는 실제 임상 데이터 및 공지된 건강한/병이 있는 조직 상태를 사용하는 것과 같이, 건강한/병이 있는 조직 상태들의 측정과 연관될 수 있다. 임상 데이터는 특정 인구 통계학적 그룹에서 건강한/병이 있는 조직 상태들의 측정과 기계적 파라미터(들)의 측정과 연관시키기 위해, 인구 통계학적인 정보(예를 들어, 연령, 성별 및 인종)와 같은 다른 요소들에 기초할 수 있다.
일부 실시예들에서, 샘플의 기계적 파라미터(들)는 본 명세서에 기재된 전단파 분석 기술들을 샘플에 대해 일정 시간 동안 반복적으로 수행함으로써 시간의 함수로서 모니터링될 수 있다. 건강한/병이 있는 조직 상태 결정은 시간의 함수로서 기계적 파라미터(들)의 변화를 기반으로 할 수 있다. 예를 들어, 기계적 파라미터(들)는 수분, 수 시간, 수주, 수개월 또는 수십년 동안 모니터링되어 질병의 진행 및/또는 치료 효능을 결정할 수 있다.
일부 실시예들에서, 기계적 파라미터(들)는 B-모드 이미지 또는 ARFI 이미지와 같은 초음파 이미지를 형성하는데 사용될 수 있다.
이제 이하의 비-제한적인 예들과 관련하여 본 발명에 따른 실시예들이 설명될 것이다.
2차원 이미징
실험 설정 : Siemens Acuson SC2000 초음파 스캐너(Siemens Healthcare, Mountain View, CA)에 연결된 프로토 타입의 Siemens 12L4 선형 어레이 변환기를 이용하여 맞춤형 Zerdine 팬텀(CIRS)이 이미징되었다. 팬텀은 1.5 mm, 2.5 mm, 4 mm, 6 mm 및 10 mm의 직경을 갖는, 4 개의 계단형 실린더 인클루젼(inclusion)을 포함한다. 실린더형 인클루젼은 CIRS에 의해 0.67 kPa, 5.33 kPa, 8 kPa 및 10.67 kPa로 나열된 공칭 전단 계수 G를 가졌으며, 배경이 G = 2.67 kPa였다. 인클루젼 크기 및 경도의 각 조합은 6 개의 독립적인 스페클 구현으로 이미징되었다.
펄스 시퀀스 : 레지스트레이션(registration)을 유지시키기 위해, 그리고 하나의 유형을 선호하여 결과를 바이어싱하지 않고 세 가지 유형의 이미지들 간에 밀접하게 일치하는 비교를 제공하기 위해, 단일 수집에서 세 이미지를 모두 획득하도록 펄스 시퀀스가 설계되었다. F 값이 2인 25 mm에서 포커싱된, 일련의 400 사이클, 4.6 MHz 여기 펄스들이 20 mm 측 방향 시야를 가로질러 0.167 mm(측 방향 빔 폭의 1/4)마다 순차적으로 전달되었다. 유도된 전단파들을 이미징하기 위해 10,000 fps의 프레임 속도로, 각 여기 전에 2 개의 5 MHz 추적 프레임들이 기록되었으며, 그리고 각 여기 후에 40 개의 추적 프레임들이 기록되었다. 각 여기 위치에 대해, 샘플은 상이한 추적 구성들로 3회 여기되었다. 여기 시 추적 라인들이 기록되었으며, 이 때, 여기의 양 측에 0.167 mm 간격이 있으며, 여기로부터 1.3 mm와 6.5 mm 사이의 오프셋을 갖고, 각 여기의 왼쪽에 총 32 개의 라인, 오른쪽에 32 개의 라인이 있고, 각각 일렬로 정렬되어 있다.
이미지 형성 및 사후 처리 : 각 유형의 탄성 이미지에 대해, Loupas의 알고리즘은 여기(excitation)에 앞서 고정된 기준 프레임(anchored reference frame)에 대한 축 방향 변위를 추정하기 위해 1.2mm (4λ) 커널(kernel)을 이용하여 사용되었다. T.Loupas 등의 "Experimental evaluation of velocity and power estimate for ultrasound blood flow imaging by means of a two-dimensional autocorrelation approach", IEEE Trans. Ultrason., vol. 42, no. 4, pp. 672-688)를 참고하라. STL-SWEI 및 MTL-SWEI ("multi track location" SWEI) 모두에 대해, 변위들은 각 픽셀에서 추적 시간("느린 시간")을 통해 미분되었고, 차단 주파수가 50 Hz와 1000 Hz인 3차 Butterworth 필터를 이용해 대역 통과 필터링되었다. 필터링된 축 방향 속도는 반사 아티팩트를 제거하기 위해 각 푸시 위치(MTL-SWEI) 또는 추적 위치(STL-SWEI)에 대한 방향 필터를 통해 공급되었다. 축 방향 속도들은 각각 0.54 mm 커널로 축 방향으로 필터링된 중간값이었다. 각 위치에서 전단파의 도달 시간은, 2차(quadratic) 서브샘플 추정을 사용하여, 그리고 예상 범위를 벗어난 속도(6 m/s 이상 또는 0.5 m/s 미만)를 대표하는 후보 추정치들을 제외하고, 각 픽셀에서의 속도 신호의 피크로부터 발견되었다. 0.16 mm(2-샘플 차이)에서 4 mm (26-샘플 회귀)까지 다양한 커널 크기들로, 각 샘플 주위에서, 움직이는 측 방향 선형 회귀가 적용되었다. MTL-SWEI의 경우, 126 푸시 위치들 각각은 연관된 모든 추적 빔들로부터 10.4 mm 너비의 서브-이미지를 형성했다. STL-SWEI도 마찬가지이지만, 각 서브-이미지는 단일 추적 위치를 나타내며, 그리고 푸시들은 양쪽 5.2 mm 이내이다. STL-SWEI 이미지들에 대해, 푸시 빔의 형상을 보상하기 위해 각각의 서브 이미지에 추가적인 깊이-의존적인 횡방향 이동이 적용되었다. 푸시 빔 및 추적 빔 사이의 거리가 3 mm 이상인 속도 추정치들이 낮은 변위 SNR을 갖기 때문에, 각 서브-이미지를 중앙에서 6 mm씩 옆으로 잘라내며 이것은 또한 큰 커널 크기를 사용할 때 경계 효과를 피하는 역할을 했다. 마지막으로, 각각의 모드에 대한 126 개의 잘린 서브-이미지들은 결과적인 20 개의 중첩하는 추정치들에 걸쳐 각각의 정렬된 픽셀에서 중앙값을 취함으로써 정렬되고 결합되었다.
이미지 비교 : 유형 IV (GqEI = 6.48 kPa) 인클루젼에 대한 MTL-SWEI 및 STL-SWEI 도달 시간은 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있으며, 이 도면들은 STL-SWEI의 스펙클-감소 특성을 강조한다. 도 5a는 일부 실시예들에 따른 MTL-SWEI에 대한 도달 시간을 도시하며, 도 5b는 STL-SWEI에 대한 도달 시간을 도시한다. 도 5a 및 도 5b에서, 도달 시간은 6 mm 인클루젼에 대해 Type IV (GqEI = 6.48 kPa)의 중심을 가로질러 도시된다. 수직 막대는 인클루젼 경계를 나타내며, 푸시의 왼쪽까지 측정된 도달 시간은 가독성을 높이기 위해 무효화되었다. 스펙클 바이어스는 라인들의 기울기의 물결무늬에 도시된 것처럼 도 5a 처리에서 명백하다. 그러나 도 5b의 STL-SWEI의 스펙클 바이어스는 각 라인에 대해 일정한 오프셋이며, 기울기 추정에 영향을 미치지 않는다. 각 도달 시간의 기울기는 STL-SWEI에서 훨씬 더 스무스하여, 중앙의 높은 경도 영역을 시각적으로 인식할 수 있게 하며, 감소된 기울기로서 나타난다.
병변(lesion) 크기와 경도의 각 조합을 보여주는 이미지들이 도 6 및 도 7에 도시되어 있으며, 여기서 0.33 x 0.33 mm 중간값 필터가 최종 이미지에 적용되었고, 그리고 감소된 노이즈가 도시된다. 값들은 전단 계수(shear modulus) G로 표시되며, 동적 범위는 0~9.3 kPa이지만, 동일한 이미지들은 전단파 속도로부터 직접 만들어질 수 있다. ARFI 이미지들은 정규화된 역 배경 변위 값(normalized inverse background displacement value)의 0-4배에서 동등한 동적 범위를 갖는다. MTL-SWEI 이미지 및 STL-SWEI 이미지에 대해, 도시된 이미지는 여기(excitation)의 3 mm 이내에 있는 모든 중첩하는 추정치들에 대한 전단 계수 G의 중간값이며, 각 픽셀에 대한 20 개의 추정치들로 변환된다. 각 이미지 세트에 대해, 병변 크기와 콘트라스트(contrast)에 따라 병변의 가시성이 증가한다.
6 mm 인클루젼 : CNR vs 해상도 : 6 mm 직경, Type IV 인클루젼에 대해, CNR은 도 8에서 측 방향 해상도에 대해 플로팅된다. 이 플롯은 사후-처리 변수를 기반으로, 각 이미징 기법에 대한 시스템 해상도와 CNR 간의 "상호 절충 곡선(tradeoff curve)들"을 나타낸다. ARFI에 대한 상호 절충 곡선의 점들은 좌측 하단에서 여기 후 0.2 ms에서 시작하여 우측으로 0.1 ms 씩 증가하는 시간 단계의 상이한 값들을 나타내며, 가장 높은 CNR은 0.5 ms에서 달성된다. STL-SWEI 및 MTL-SWEI 곡선들의 점들은 상이한 회귀 필터 커널 크기들을 나타내며, 큰 커널들과 연관된 CNR은 더 나으며, 해상도는 더 떨어진다. STL-SWEI는 CNR과 해상도의 최적의 조합을 도시하지만, ARFI는 0.2 ms 시간 단계에 대해 보다 미세한 해상도를 달성한다. 반투명 회색 타원의 높이와 폭은 6회 수집에 대한 각 측정의 표준 편차를 보여준다.
1.5 mm 인클루젼 : CNR vs 해상도 : 상이한 회귀 커널들의 상호 절충은 1.5 mm, Type IV 인클루젼에 대해 도 9에 시각화되어 있다. 도 9의 윗 행의 이미지들에서, MTL-SWEI는 작은 커널과 연관된 높은 노이즈와 큰 커널과 연관된 낮은 콘트라스트로 인해 병변을 효과적으로 시각화하지 못한다. 도 9의 아래 행의 이미지들에서, STL-SWEI는 올바른 크기의 병변을 명확히 도시하고, 왼쪽에서 오른쪽으로 노이즈 억제를 위해 해상도를 절충(trading)하며, 그리고 커널 크기가 타겟 크기를 초과함에 따라 콘트라스트(contrast)를 잃는다.
도 10의 맨 위 행에는 시뮬레이팅된 움직임, MTL-SWEI, 그리고 STL-SWEI에 대해 단일 깊이에서 캡처된 단일 프레임을 도시한다. 푸시 위치 및 추적 위치 각각은 MTL-SWEI 및 STL-SWEI에 대해 라벨링된다. MTL-SWEI는 STL-SWEI 보다 노이즈가 훨씬 더 많다. 중간 행은 맨 위 행으로부터 추정된 도달 시간들을 도시한다. 스펙클 바이어스는 MTL-SWEI에서 공간적으로 상관된 초과-추정 및 미달- 추정으로서 나타난다. STL-SWEI 추정들은 더 스무스하지만, (xt, y)로부터 벗어나 센터링되며, 오프셋은 라벨링된 바와 같이 추적 빔의 바이어스된 위치를 나타낸다. 스펙클 바이어스를 검출하고 보정하는 것은 임상 깊이에서 매우 높은 해상도의 전단파 이미징을 형성하는데 중요하다. 하단 행은 대응 전단파 이미지를 보여준다. MTL-SWEI가 평균적으로 정확하지만, 공간 평활화(spatial smoothing)가 유용해야한다. 반면에 STL-SWEI가 더 정밀하고 정확해보이며, 전단 전파 가정(shear propagation assumption)이 무너질 수 있는 푸시의 바로 근처에서만 실패한다.
3차원
STL-SWEI를 3차원으로 확장하기 위해, 푸싱 빔의 위치는 하나 이상의 추적 빔들과 독립적으로 조정될 수 있다. 실제로, 3D STL-SWEI 이미지는 단일 요소 추적 피스톤으로 만들어질 수 있다.
도 4의 우측에는 3D STL-SWEI 알고리즘의 다이어그램이 도시되어 있다. 추적 빔이 푸시 빔들과 정렬되지 않아서 추적 시야의 모든 복셀이 방향에 관계없이 그것의 깊이에서 푸시 평면을 재구성하는 방법을 주목한다(유도된 변위의 일부 컴포넌트는 해당 복셀에서 검출되어야 하므로, 수직 추적 빔은 측면 추적 없이는 작동하지 않을 수 있음). 푸시들의 그리드가 여기되고 기록되면, 푸시들의 평면의 (병렬 빔 포밍의 경우) 각 추적 복셀이 개별적으로 처리된다. 푸시 위치에 의해 인덱싱되면, C-스캔 합성 전단파가 각 복셀에서 형성되고, 이 때 전단파는 추적 복셀의 위치에서 방사된다.
그 다음, 변위를 축 방향 차원(dimension), 시간적 차원, 추적 또는 푸시 차원으로 필터링될 수 있다. 특징적인 도달 시간은 각 샘플에 대해 계산되며, 그리고 기울기 크기의 역수는 전단파 속도의 추정치로 사용된다.
실험 설정 : 오목한 1.1 MHz HIFU 피스톤(H-101, Sonic Concepts, Bothell, WA)을 병진 이동 스테이지(translation stage)에 장착하여, 타겟 팬텀(target phantom)을 옆으로 가리켰고, Siemens 4zlc 매트릭스 어레이 초음파 변환기는 팬텀(실험실에서 생성된 균일한 젤라틴 팬텀, 측정된 전단파 속도는 1.2 m/s) 반대편에 배치되어, 샘플에서 뒤를 돌아본다(도 11). HIFU 피스톤은 Siemens SC2000 초음파 스캐너(Siemens Medical 2 Systems, Issaquah, Wa)에서 4zlc의 2 및 3D B-모드를 사용하여 팬텀의 중심에 정렬된 6cm의 고정된 초점 깊이를 갖는다(도 12a 및 도 12b). HIFU 피스톤은 매칭 네트워크 및 RF 전력 증폭기 (E&I A150, Electronics & Innovation, Rochester, NY)를 통해 구동되었다. 각 푸시에 대해, 일련의 96 개의 128 x 8 x 8 복셀 초음파 볼륨들이 Θ 및 φ 방향 모두에서 -8도 ~ +8도, 깊이 7cm에서, 6,250 vps의 추적 볼륨 속도로 기록되었다. 발산파 송신이 사용되었고, 64 개의 빔들이 병렬 수신에 형성되었다. 피스톤을 구동하기 위해, 함수 발생기는 시퀀스의 5 번째 볼륨과 일치하도록 각 획득 시퀀스의 시작을 감지하고 0.56 ms 후 300-cycle 1.1 MHz 펄스를 발송했다.
이미지 형성 및 사후-처리 : Loupas의 알고리즘은 여기 이전에 고정된 기준 프레임에 대한 축 방향 변위를 추정하기 위해 1.5 mm (5λ) 커널을 이용하여 사용되었다. 변위들은 50 Hz 및 1000 Hz의 차단 주파수를 갖는 3차 버터워스(Butterworth) 필터로 각 복셀에서 추적 시간(“느린 시간”)을 통해 대역 통과 필터링되었다.
각 위치에서 전단파의 도달 시간은 2차 서브샘플 추정을 사용하여, 그리고 변위에서 반향 아티팩트(reverberation artifact)를 제외하기 위해 푸시 후 2.5 ms 미만의 볼륨들을 제외하고, 각 복셀에서 변위 신호의 피크로부터 발견되었다. 도달 시간의 기울기는 xp 및 yp 차원에서 발견되었고, 전단파 속도는 다음과 같이 추정되었다 :
Figure pct00002
임의의 단계에서 모든 데이터에 공간 필터링을 적용하지 않았다(기울기를 계산하기 위해 3 x 3 픽셀 커널이 필요하였다).
결과 : 합성 전단파 : 도 13은 4 zlc 앞에서 조정된(steered), 4 cm 깊이의 단일 복셀에서 생성된 합성 전단파 동영상으로부터의 5 개의 프레임들을 도시한다. 변위는 시각적인 목적으로 무효화되었다. 왜냐하면 원료(raw)는 4 zlc 쪽으로 측정되었기 때문이다. 추적 복셀은 전단파가 그리드 중앙 근처에서 방출되도록 그리고 xp 및 yp 차원의 전단파의 전파가 명확하고(clear) 스무스하도록 배치되었다. 하부의 필름 스트립 페인(film strip pane)의 볼륨 렌더링은 푸시의 기하학을 시각화하는데 도움이 된다. 파면의 형상은 깊이에 따라 다르지만, 전파는 스무스하다.
도 14는 상당한 격자 로브(grating lobe)를 갖는, 시야의 에지 근처에 배치된 상이한 추적 복셀을 도시한다. 추적 격자 로브는 보조 합성 전단파 소스로 나타나며, 2 개의 합성 파들은 서로 통과하여 yp = 4 mm 주위에서 상호 작용한다.
전단파 속도 추정 : 도 15는 표면에서 40 mm 깊이에서 계산된 c-scan의 STL-SWEI 도달 시간을 투영된 등고선(projected contour)으로 도시한다. 원뿔의 형상은 공간 필터링이 없어도 균일하다. 푸시 빔 및 추적 빔이 정렬되는 중간의 몇 픽셀들만이 인위적인(artifactual) 도달 시간을 도시하지만, 이러한 영역들은 일반적으로 전단파 속도 추정에 사용되지 않는다. 도 16은 4 cm 깊이에서 64 개의 추적 복셀들 각각에 대한 전단파 속도 맵을 도시한다. 방향성 필터가 적용되지 않았기 때문에, 격자 로브들로부터 간섭하는 전단파들은 추적 복셀들 중 일부, 특히 스티어링(sterring)이 많은 추적 복셀들에 아티팩트를 형성한다. 또한, 추적 시간이 피크를 포착하기에 충분하지 않았기 때문에, 추정 파형 속도는 각 추적 복셀들(합성파들의 소스들)의 위치 주위에서 그리고 파형 소스로부터 15 mm 이상의 거리에서 부정확하다. 도 8은 마스킹(maksing) 또는 제외가 없는 도 16의 64 개의 복셀들에 걸쳐 중간 전단파 속도 맵들을 도시한다. 여러 가지 손상된 추정치들이 있더라도, 맵은 스무스하며, 1.16± 0.05 m/s의 균일한 전단파 속도를 나타낸다.
스펙클 제거 : 일부 실시예들에서, 본원에 제안된 3D STL-SWEI 방법들은 매우 높은 해상도에서 정량적인 탄성 볼륨을 생성할 수 있다. 이미지들로부터의 스펙클 노이즈의 감소 또는 제거는 큰 공간 커널에 걸친 MTL-SWEI 모델들의 이전 결과들에 비해 도달 시간 맵들의 스무스함(smoothness)에 있어서 현저한 향상을 가져오지만, STL-SWEI는 그러한 고유한 스무딩을 필요로하지 않는다.
격자 로브들 (Grating lobes) : 본원에 도시된 효과들 중 하나는 추적 빔들에서의 격자 로브들의 효과이다. 추적 빔이 동시에 하나 이상의 위치를 효율적으로 이미징하기 때문에, 다수의 합성 파형 소스들을 형성한다. 이러한 파형 소스들이 서로 간섭할 때 도달 시간의 기울기를 방해하지만, 이는 주 로브의 추적 위치를 찾고 원통형 좌표의 방향 필터를 적용함으로써 보완될 수 있다. 원시 도달 시간이 사용되며, 모든 추적 빔들 전반의 평균을 통해 노이즈를 단순히 평균화하였다. 실제로, 도 17의 이미 낮은 변동은 그러한 필터들 또는 심지어 단순한 가중 평균에 의해 더 감소될 수 있다. 사실, 격자 로브들은 그것들의 위치가 검출되고 방향적으로(directionally) 필터링된다면 추가 맵들을 제공하는데 사용될 수 있다. 적절히 빔-포밍된 빔들의 경우, 맵들은 고품질로 표시된다. 이러한 복셀들의 경우, 포커싱된 피스톤이 전체 전단파 속도 맵을 기록할 수 있으므로, 추적 어레이의 매트릭스 특성이 중요하지 않을 수 있다.
전단파 이미징은 다른 재료-특성화 응용 분야뿐만 아니라, 수많은 임상 응용 분야를 가지고 있다. 본원에 설명된 STL-SWEI 방법들 및 시스템들은 다른 방법들 보다 높은 해상도 이미지들을 생성할 수 있다. STL-SWEI는 ARFI 이미징과 동일한 음향 노출 및 프레임 속도 제한을 가질 수 있지만, 정량적인 전단파 이미지들을 형성할 수 있다. 이러한 해상도 향상은 임상적으로 관련된 깊이의 이미징을 위해 상당히 중요할 수 있다. MTL-SWEI의 해상도는 더 높은 주파수를 사용함으로써 개선될 수 있지만, 이는 침투력(penetration)을 희생시킨다. STL-SWEI의 경우, 침투력을 희생시키지 않으면서 측 방향 해상도가 개선될 수 있다. 이는 유방 병변(breast lesion), 간 병변 및 RF 절제 병변(ablation lesion)을 이미징하거나, 또는 간 섬유화, 조직 공학 구조 또는 심근관을 특징짓는데 유용할 수 있다. 또한, 이는 식품의 숙성이나 조리된 상태를 특성화하는 것과 같은 비-의학적 용도에도 사용될 수 있다. 어떤 경우이든, 2D 및 3D의 STL-SWEI는 물질의 기계적 특성에 대한 정확한 고해상도 이미징을 가능하게 할 수 있다.
전술한 내용은 본 발명의 예시이며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 비록 본 발명의 몇몇 예시적인 실시예들이 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 신규한 교시 및 이점으로부터 실질적으로 벗어나지 않고 예시적인 실시예들에서 많은 수정이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 그러한 모든 변형은 청구항에 정의된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 따라서, 전술한 내용은 본 발명의 예시이며, 개시된 특정 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안되며, 개시된 실시예들뿐만 아니라 다른 실시예들에 대한 수정은 첨부된 청구범위 내에 포함되는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다음의 청구항들에 의해 정의되며, 청구항들의 등가물은 본 발명에 포함된다.

Claims (23)

  1. 전단파 변위를 이용하여 타겟 영역을 갖는 샘플에 대한 기계적 파라미터를 결정하는 방법으로서,
    a) 여기(excitation) 위치에서 상기 타겟 영역 내에 여기 펄스를 갖는 적어도 하나의 전단파를 생성하는 단계;
    b) 추적 영역에서 추적 펄스들을 전송하는 단계로서, 상기 추적 펄스들 중 적어도 일부는 상기 타겟 영역 외부에 있는, 전송 단계;
    c) 상기 추적 영역에서 상기 추적 펄스들에 대한 대응 에코 신호들을 수신하는 단계;
    d) 상기 타겟 영역 내의 하나 이상의 추가 여기 위치들에 대해 단계 a) 내지 c)를 반복하는 단계로서, 상기 여기 펄스들 중 적어도 두 개의 여기 펄스는 중첩하며, 그리고 각 여기 위치와 연관된 추적 영역은 적어도 하나의 다른 여기 위치와 연관된 추적 영역과 중첩하는, 반복 단계; 및
    e) 여기 위치들이 상기 타겟 영역 내에 있고 연관된 추적 영역들이 상기 타겟 영역 외부에서 중첩하는 두 개 이상의 여기 펄스들로부터의 전단파 변위의 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 상기 타겟 영역의 적어도 하나의 기계적 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    하나 이상의 전단파 여기 이전에 하나 이상의 추적 펄스들을 전송 및 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    적어도 두 개의 전단파들은 측 방향 빔 폭의 5 % 내지 75 % 만큼 중첩되는 초음파 푸시 빔들에 의해 생성되는, 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전단파 변위의 적어도 하나의 파라미터는 상기 타겟 영역 외부의 추적 영역 내의 지점에서 측정된 상기 전단파 변위의 리딩 에지(leading edge)를 포함하는, 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전단파 변위의 적어도 하나의 파라미터는 상기 타겟 영역 외부의 추적 영역 내의 지점에서 측정된, 상기 타겟 영역에서 생성된 두 개의 전단파들 간의 전단파 변위의 리딩 에지들 간의 제1 시간차를 포함하는, 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계적 특성을 결정하는 단계는 상기 타겟 영역에서 적어도 세 개의 전단파들의 파라미터들의 선형 회귀(linear regression)를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 기계적 파라미터를 결정하는 단계는 상기 타겟 영역 외부의 추적 영역 내의 하나 이상의 지점에서 측정된 파라미터들로부터 상기 기계적 파라미터를 결정하는 단계 및 상기 기계적 파라미터의 추정치들에 대한 평균화 또는 중간값 연산을 사용하여 최종 추정치를 출력하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전단파들 및 상기 추적 영역들은 각 서브-영역 외부의 추적 영역들을 갖는 다수의 유효한 타겟 서브-영역들을 포함하며,
    상기 방법은 어레이를 정의하는 추정치들의 세트를 형성하기 위해 각 서브-영역을 독립적으로 처리하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 물질 내로의 깊이에 의해 상기 다수의 서브-영역들을 정의하고, 그 결과 추정치들의 1-D 어레이가 생성되는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 생성된 전단파들의 측방향 위치들 및 상기 물질 내로의 깊이를 사용하여 상기 다수의 서브-영역들을 정의하고, 그 결과 2D 이미지가 생성되는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 생성된 전단파들의 측방향 위치들 및 높이 위치들(elevational positions) 및 조직 내로의 깊이에 의해 상기 다수의 서브-영역들을 정의하고, 그 결과 3-D 볼륨이 생성되는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    타겟 볼륨의 각 복셀의 기계적 파라미터를 결정하기 위해 상기 생성된 전단파들의 파라미터의 공간 기울기(spatial gradient)를 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 기계적 파라미터는 전단파 속도이며, 그리고 상기 공간 기울기의 크기를 추정함으로써 결정되는, 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 기계적 파라미터는 전단파 속도이며, 그리고 추적 영역에 대해, 상기 기울기의 방사형 성분의 역으로부터 결정되는, 방법.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기계적 파라미터는 전단 탄성 계수, 영률, 저장 탄성률 동적 전단 점성(storage modulus dynamic shear viscosity), 전단파 속도 및 상기 타겟 영역의 기계적 임피던스 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟 영역은 생체 내 인간 조직 샘플을 포함하는, 방법.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟 영역은 시험관 내 생체 물질들을 포함하는, 방법.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플의 에코 신호들은 내부에 삽입된 초음파 프로브 어레이를 이용하여 검출되는, 방법.
  19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플의 에코 신호들은 외부에 인가된 초음파 어레이를 이용하여 검출되는, 방법.
  20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전단파들은 초음파 변환기(ultrasound transducer) 및/또는 기계적 진동자(mechanical vibrator)를 포함하는 적용된 전단파 소스를 이용하여 생성되는, 방법.
  21. 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전단파들은 상기 제1 전단파의 방향과 직교하는 변위를 포함하는, 방법.
  22. 전단파 변위를 이용하여 타겟 영역을 갖는 샘플에 대한 기계적 파라미터를 결정하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드가 구현되는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함하며,
    상기 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드는 :
    a) 여기 위치에서 상기 타겟 영역 내에 여기 펄스를 갖는 적어도 하나의 전단파를 생성하는 단계;
    b) 추적 영역에서 추적 펄스들을 전송하는 단계로서, 상기 추적 펄스들 중 적어도 일부는 상기 타겟 영역 외부에 있는, 전송 단계;
    c) 상기 추적 영역에서 상기 추적 펄스들에 대한 대응 에코 신호들을 수신하는 단계;
    d) 상기 타겟 영역 내의 하나 이상의 추가 여기 위치들에 대해 단계 a) 내지 c)를 반복하는 단계로서, 상기 여기 펄스들 중 적어도 두 개의 여기 펄스는 중첩하며, 그리고 각 여기 위치와 연관된 추적 영역은 적어도 하나의 다른 여기 위치와 연관된 추적 영역과 중첩하는, 반복 단계;를 수행하도록 구성된 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드; 그리고
    여기 위치들이 상기 타겟 영역 내에 있고 연관된 추적 영역들이 상기 타겟 영역 외부에서 중첩하는 두 개 이상의 여기 펄스들로부터의 전단파 변위의 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 상기 타겟 영역의 적어도 하나의 기계적 파라미터를 결정하는 단계를 수행하도록 구성된 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드를 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  23. 전단파 변위를 이용하여 타겟 영역을 갖는 샘플에 대한 기계적 파라미터를 결정하는 초음파 시스템으로서,
    초음파 변환기 어레이; 및
    상기 초음파 변환기 어레이를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 :
    여기 위치에서 상기 타겟 영역 내에 여기 펄스를 갖는 적어도 하나의 전단파를 생성하도록 구성된 전단파 발생기; 및
    추적 위치에서 상기 타겟 영역 내의 추적 펄스들을 전송하고, 상기 타겟 영역에서 상기 추적 위치에서의 상기 추적 펄스들에 대한 대응 에코 신호들을 수신하고, 그리고 적어도 하나의 기계적 파라미터를 결정하도록 구성된 신호 분석기를 포함하며,
    상기 시스템은 청구항 1 내지 청구항 22의 방법을 수행하도록 구성되는, 초음파 시스템.
KR1020177035423A 2015-06-01 2016-06-01 단일 추적 위치 전단파 탄성 이미징을 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품 KR20180013956A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562169073P 2015-06-01 2015-06-01
US62/169,073 2015-06-01
PCT/US2016/035263 WO2016196631A1 (en) 2015-06-01 2016-06-01 Methods, systems and computer program products for single track location shear wave elasticity imaging

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180013956A true KR20180013956A (ko) 2018-02-07

Family

ID=57441723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177035423A KR20180013956A (ko) 2015-06-01 2016-06-01 단일 추적 위치 전단파 탄성 이미징을 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10959703B2 (ko)
EP (1) EP3302287A4 (ko)
KR (1) KR20180013956A (ko)
CN (1) CN107708575A (ko)
WO (1) WO2016196631A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180120613A (ko) * 2017-04-27 2018-11-06 지멘스 메디컬 솔루션즈 유에스에이, 인크. 전단파 이미징을 위한 가변 초점

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6601320B2 (ja) * 2016-06-16 2019-11-06 コニカミノルタ株式会社 超音波診断装置、及び超音波診断装置の制御方法
WO2017223312A1 (en) 2016-06-22 2017-12-28 Duke University Ultrasound transducers for constructive shear wave interference and related methods and systems
WO2018178379A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 Koninklijke Philips N.V. System and method for ultrasound shear wave elastography using external mechanical vibrations
CN107495986A (zh) * 2017-07-21 2017-12-22 无锡海斯凯尔医学技术有限公司 介质粘弹性的测量方法和装置
CN107970043B (zh) * 2017-12-28 2021-01-19 深圳开立生物医疗科技股份有限公司 一种剪切波的检测方法及装置
US11540810B2 (en) * 2018-05-03 2023-01-03 Koninklijke Philips N.V. Shear wave amplitude reconstruction for tissue elasticity monitoring and display
EP3787519B1 (en) * 2018-05-03 2021-10-13 Koninklijke Philips N.V. Shear wave amplitude reconstruction for tissue elasticity monitoring and display
CN116869567A (zh) 2018-05-15 2023-10-13 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 一种剪切波弹性测量方法及剪切波弹性成像系统
CN110573084B (zh) * 2018-08-29 2022-07-08 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 一种超声弹性检测设备及剪切波弹性成像方法、装置
CN109763474B (zh) * 2018-12-07 2021-06-15 东南大学 一种基于标准贯入试验的剪切波速估算方法
US11484294B2 (en) * 2019-02-05 2022-11-01 Philips Image Guided Therapy Corporation Clutter reduction for ultrasound images and associated devices, systems, and methods
CN115186037B (zh) * 2022-06-09 2023-06-13 中国地震局地球物理研究所 地图显示方法、装置、电子设备和计算机可读介质

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6764448B2 (en) * 2002-10-07 2004-07-20 Duke University Methods, systems, and computer program products for imaging using virtual extended shear wave sources
US8118744B2 (en) * 2007-02-09 2012-02-21 Duke University Methods, systems and computer program products for ultrasound shear wave velocity estimation and shear modulus reconstruction
US20100191113A1 (en) * 2009-01-28 2010-07-29 General Electric Company Systems and methods for ultrasound imaging with reduced thermal dose
US20100286520A1 (en) 2009-05-11 2010-11-11 General Electric Company Ultrasound system and method to determine mechanical properties of a target region
JP5877785B2 (ja) * 2009-06-30 2016-03-08 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． せん断波分散振動測定法に対するプッシュ／トラッキングシーケンス
US8734352B2 (en) * 2009-07-17 2014-05-27 Koninklijke Philips N.V. Spatially-fine shear wave dispersion ultrasound vibrometry sampling
US8753277B2 (en) * 2009-12-10 2014-06-17 The University Of Rochester Methods and systems for spatially modulated ultrasound radiation force imaging
US20110245668A1 (en) * 2010-04-05 2011-10-06 Tadashi Tamura Methods and apparatus for ultrasound imaging
WO2011153268A2 (en) * 2010-06-01 2011-12-08 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Devices, methods, and systems for measuring elastic properties of biological tissues
JP5868419B2 (ja) * 2010-12-13 2016-02-24 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 超音波材料特性測定と画像化のための超音波音響放射力励起
JP5904503B2 (ja) * 2011-07-28 2016-04-13 株式会社日立メディコ 超音波診断装置
CN102657541B (zh) * 2012-05-18 2014-04-02 北京东方惠尔图像技术有限公司 超声成像方法和超声成像装置
DE102014003105A1 (de) * 2013-03-15 2014-09-18 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Fettanteilschatzung mittels ultraschall mit scherwellenausbreitung
EP2853918B1 (en) * 2013-09-24 2017-03-22 Siemens Medical Solutions USA, Inc. Shear wave detection in medical ultrasound imaging
JP6390516B2 (ja) * 2015-05-27 2018-09-19 コニカミノルタ株式会社 超音波診断装置及び超音波診断装置の制御方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180120613A (ko) * 2017-04-27 2018-11-06 지멘스 메디컬 솔루션즈 유에스에이, 인크. 전단파 이미징을 위한 가변 초점

Also Published As

Publication number Publication date
US20180296189A1 (en) 2018-10-18
CN107708575A (zh) 2018-02-16
EP3302287A1 (en) 2018-04-11
US10959703B2 (en) 2021-03-30
WO2016196631A1 (en) 2016-12-08
EP3302287A4 (en) 2019-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180013956A (ko) 단일 추적 위치 전단파 탄성 이미징을 위한 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품
KR101929198B1 (ko) 비집속식 초음파에 의한 초음파 바이브로메트리
US8992426B2 (en) Feedback in medical ultrasound imaging for high intensity focused ultrasound
KR101651830B1 (ko) 고강도 집속된 초음파를 위한 의료용 초음파 영상화에서의 피드백
Montaldo et al. Coherent plane-wave compounding for very high frame rate ultrasonography and transient elastography
EP3328285B1 (en) A method and system for correcting fat-induced aberrations
JP7346542B2 (ja) 超音波コントローラユニット及び方法
Opretzka et al. A high-frequency ultrasound imaging system combining limited-angle spatial compounding and model-based synthetic aperture focusing
CN107205720B (zh) 一种超声适应性波束形成方法及其对经颅成像的应用
KR20220036339A (ko) 매질의 초음파 특성화 방법 및 시스템
KR20220036863A (ko) 매질의 초음파 특성화 방법 및 시스템
JP2022500136A (ja) 超音波画像内のツールを追跡するためのシステム及び方法
Stuart et al. In-vivo synthetic aperture and plane wave high frame rate cardiac imaging
Hill et al. Methodology for clinical investigation
Lanzolla et al. Improving b-mode ultrasound medical images
US20230181154A1 (en) Method of detection of microcalcifications by ultrasound
Kim et al. Ultrasound Imaging Techniques and Artifacts
Renaud et al. Sources of Image Degradation and their Correlation in Single-sided Ultrasound Imaging of Heterogeneous Tissues
Zhou et al. Transcranial ultrafast ultrasound Doppler imaging: A phantom study
Hollender et al. Eliminating speckle noise with three-dimensional single-track-location shear wave elasticity imaging (stl-swei)
WO2024127078A1 (en) Apparatus and method for estimating a velocity field
Deshmukh REAL-TIME ELASTOGRAPHY SYSTEMS
Al-Azawi On ultrasound elastography: simulation, experiment, and algorithm development
Frenza Towards clinical computed ultrasound tomography in echo-mode: Dynamic range artefact reduction
Lie Physics and Technical Information