KR20210144826A

KR20210144826A - 음향 방사력 임펄스를 위한 비대칭성

Info

Publication number: KR20210144826A
Application number: KR1020217034798A
Authority: KR
Inventors: 스테판 제이. 로젠바이크; 파울 레이놀즈
Original assignee: 지멘스 메디컬 솔루션즈 유에스에이, 인크.
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2021-11-30
Also published as: WO2020197646A1; DE112020001601T5; US20200305842A1; CN113795200A; US11311275B2; KR102659305B1

Abstract

음향 방사력 임펄스(ARFI; acoustic radiation force impulse) 이미징에서 푸싱 펄스를 위한 비대칭성이 제공된다. MI는 음의 압력에 기반한다. 음의 압력보다 양의 압력을 더 많이 증가시킴으로써, MI 한계를 초과하지 않고서, 변위의 크기가 증가될 수 있다. 유사하게, 음의 전압들이 디폴링하는 반면에 양의 전압들이 그렇게 하지 않고, 그래서 비대칭적 양-음 피크 압력들 또는 전압들을 갖는 푸싱 펄스 또는 ARFI를 사용하는 것은 변환기에 피해를 주지 않고서 더 큰 크기의 변위의 생성을 허용한다.

Description

음향 방사력 임펄스를 위한 비대칭성

[0001] 본 실시예들은 음향 방사력 임펄스(ARFI; acoustic radiation force impulse) 또는 탄성초음파 이미징(elastography imaging)에 관한 것이다. ARFI를 푸싱 펄스(pushing pulse)로서 송신함으로써, 직접적으로 또는 전단파(shear wave) 또는 종파(longitudinal wave)의 생성을 통해 조직을 변위시키기 위해 초음파가 사용될 수 있다. 푸싱 펄스로부터 도출되는 변위는, 추가적인 초음파 스캐닝(scanning)을 사용하여 측정될 수 있다. 탄성, 전단, 또는 다른 유형들의 파라미터 이미징(parametric imaging)이 ARFI에 의해 유발된 변위에 기반하여 조직 특성들을 측정한다.

[0002] ARFI 기반 초음파 이미징은 낮은 변위 신호들에 의해 제한된다. 유도된 변위는 인가된 힘 및 따라서 로컬 음향 세기(local acoustic intensity)에 직접적으로 관련된다. 이러한 세기는 종종 규제 제한들에 의해 제한된다. 하나의 규제 제한인 기계적 지수(MI; Mechanical Index)는 다음과 같이 정의된다.

여기서

는 피크 희박(peak rarefactional)(음의) 압력이고,

는 송신의 중심 주파수이다. MI는 1.9의 최대값으로 제한되며, 많은 초음파 시스템(system)들은 변환기(transducer) 및 시스템 가변성을 감안하기 위해 약 1.4의 MI를 사용한다. MI는 전체 출력을 제한하는 역할을 하고, 따라서 변위 크기를 제한한다. 부가적으로, 변환기들은, 변환기 안전을 보장하기 위해 압전 요소들에 걸쳐 인가될 수 있는 최대 전압으로 제한된다. 인가된 전압이 너무 음이면, 변환기는 전기 에너지(energy)를 기계적 에너지로 컨버팅(convert)하는 자신의 능력을 디폴링(depole)하거나 잃을 수 있다.

[0003] MI 또는 정상 전압(ceiling voltage)에 의해 제한되는 경우 변위를 증가시키기 위해, 더 긴 지속기간의 푸싱 펄스들이 사용된다. 그러나, 주어진 송신 이벤트(event)의 최대 지속기간은 이미징되는(imaged) 조직의 탄성영상(elastography) 및 강성(stiffness)의 물리학에 의해 제한된다.

[0004] 도입부로서, 아래에서 설명된 바람직한 실시예들은 음향 방사력 임펄스(ARFI; acoustic radiation force impulse) 스캐닝에서 비대칭성을 위한 방법들, 명령들, 및 시스템들을 포함한다. MI는 음의 압력에 기반한다. 음의 압력보다 양의 압력을 더 많이 증가시킴으로써, MI 한계를 초과하지 않고서, 변위의 크기가 증가될 수 있다. 유사하게, 음의 전압들이 디폴링하는 반면에 양의 전압들이 그렇게 하지 않고, 그래서 비대칭적 양-음 피크 압력들 또는 전압들을 갖는 푸싱 펄스 또는 ARFI를 사용하는 것은 변환기에 피해를 주지 않고서 더 큰 크기의 변위의 생성을 허용한다.

[0005] 제1 양상에서, 초음파 시스템에 의한 음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 방법이 제공된다. 초음파 시스템은, 초음파 변환기로부터, 피크 양의 압력의 절대값이 송신 빔(beam)의 초점 위치에서 피크 음의 압력의 절대값의 적어도 1.2배인 송신 빔을 음향 방사력 임펄스로서 송신한다. 초음파 시스템은, 초음파 변환기를 사용하여, 조직의 변위를 추적하고, 여기서 변위는 음향 방사력 임펄스에 응답한다. 조직의 변위의 함수로써 이미지가 생성된다.

[0006] 제2 양상에서, 음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 초음파 시스템이 제공된다. 환자에 음향 방사력 임펄스를 송신하기 위한 초음파 변환기가 제공된다. 송신 빔형성기(beamformer)는, 음향 방사력 임펄스에 대한 전기 파형들을 생성하도록 구성된다. 생성된 전기 파형들은 다수의 사이클(cycle)들 및 사이클들 중 적어도 약 1/2에 대해 적어도 1.5의 양-음 피크 전압의 비율을 갖는다. 수신 빔형성기는, 음향 방사력 임펄스에 기인하는 조직의 움직임에 응답하여 수신된 음향 신호들의 함수로써 공간 위치를 표현하는 데이터(data)를 출력하도록 구성된다. 프로세서(processor)는, 출력된 데이터의 함수로써 시간에 걸쳐 환자의 조직의 변위를 추정하도록 구성된다. 디스플레이(display)는 이미지를 디스플레이(display)하도록 동작가능하고, 여기서 이미지는 변위의 함수이다.

[0007] 제3 양상에서, 초음파 시스템에 의한 이미징을 위한 방법이 제공된다. 초음파 시스템은 초음파 변환기의 요소들로부터 음향 파형들을 송신한다. 요소들에서의 음향 파형들은 사이클들 중 적어도 1/3에 대해 피크 양의 압력과 피크 음의 압력 사이에 빔형성기 생성 비대칭성을 갖는다. 음향 파형들은 조직의 변위들을 유발한다. 변위들로부터 전단파 이미징이 수행된다.

[0008] 본 발명은 다음의 청구항들에 의해 정의되고, 본 섹션(section)의 아무것도 그러한 청구항들에 대한 제한으로서 취해지지 않아야 한다. 본 발명의 추가적인 양상들 및 장점들은 바람직한 실시예들과 함께 아래에서 논의되며, 독립적으로 또는 결합하여 나중에 청구될 수 있다.

[0009] 구성요소들 및 도면들이 반드시 실척에 맞는 것은 아니며, 대신에, 본 발명의 원리들을 예시할 때 강조가 이루어진다. 게다가, 도면들에서, 유사한 참조 부호들은 상이한 도면들 전체에 걸쳐 대응하는 부분들을 표기한다.
[0010] 도 1은 비대칭적 푸싱 펄스들을 갖는 ARFI 이미징을 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
[0011] 도 2 및 3은 예시적인 비대칭적 푸싱 펄스 파형들이다.
[0012] 도 4는 탄성 이미징에서의 비대칭적 푸싱 펄스를 위한 초음파 시스템의 일 실시예의 블록도(block diagram)이다.

[0013] 비대칭적 푸싱 펄스는 방사력 기반 초음파 이미징에 사용된다. 낮은 변위는, 음향 출력을 증가시키면서 환자에 대한 안전(즉, 규제 제한들 내에서 유지) 및 변환기 하드웨어(hardware)의 신뢰성 및 성능(즉, 높은 구동 전압과 연관된 디폴링(depoling) 및 다른 저하 이슈(degradation issue)들의 방지)을 유지함으로써 해결된다.

[0014] 푸싱 펄스는, 음향 세기를 증가시키면서 동일한 피크 음의 전압 및 압력을 허용하도록 수정된다. 전압 및 압력 둘 모두의 안전 및 신뢰성 한계들은 펄스의 양의 측보다 음의 측에서 더 엄격하다. 피크 음의 전압 및 압력이 변환기 안전 및 환자 안전에 관련되기 때문에, 이러한 값들을 한계들 내에서 유지하면서 양의 압력 및 전압을 증가시키는 것을 통해 음향 세기를 증가시키는 것은 더 많은 변위 신호를 허용한다. 양의 방향으로 더 큰 전압으로 구동시키는 것은 디폴링을 발생시키지 않을 것이고, 심지어 이전에 디폴링된(depoled) 요소들의 디폴링을 발생시킬 수 있다. MI 한계들 또는 정상 전압 한계들에 도달할 때, 변환기에 인가되는 피크 음의 전압은 적어도 초기에는 한계 요인이다. 푸싱 펄스의 세기는, 음의 전압/압력보다 더 높은 절대적인 양의 전압/압력을 갖는 비대칭적 송신 펄스를 활용하여 증가된다. 비대칭적 송신 펄스는 로컬 음향 세기를 증가시켜서, 방사력 기반 이미징에서 변위 신호가 더 높다.

[0015] 도 1은 초음파 시스템에 의한 이미징을 위한 방법을 도시한다. ARFI 스캐닝은 변위에 대한 조직 반응을 이미징하기 위해 초음파 시스템에 의해 사용된다. 조직 변위를 생성하기 위해 푸싱 펄스 초음파 송신이 사용된다. 푸싱 펄스는, 음의 피크 압력보다 더 높은 양의 피크 압력을 갖는 비대칭적 송신 파형을 사용한다. 이것은, MI 및 변환기 한계들을 만족시키면서, 더 큰 크기의 변위를 허용한다.

[0016] 방법은 도 4의 초음파 시스템 또는 상이한 시스템에 의해 구현된다. 예컨대, 송신 빔형성기는 요소 파형들을 생성하기 위해 사용되며, 변환기는 요소 파형들로부터 음향 파형들을 생성한다. 음향 파형들은 ARFI 송신 빔으로서 환자에게 보강 간섭한다. 송신 빔형성기 및 수신 빔형성기는 ARFI 송신 빔에 의해 유발되는, 조직에서의 변위를 추적하기 위해 사용된다. 초음파 시스템은 변위로부터 이미지를 생성한다.

[0017] 부가적인, 상이한, 또는 더 적은 수의 동작들이 제공될 수 있다. 예컨대, 방법은 동작(36)에서 이미지를 생성하지 않고 수행된다. 또 다른 예에서, 변위들로부터 조직 특성들 또는 속성들을 추정하기 위한 동작들이 제공된다. 동작들은 설명되거나 또는 도시된 순서로(예컨대, 위에서 아래로 또는 숫자로 표시된 대로) 수행되지만, 다른 순서들로 수행될 수 있다.

[0018] 동작(30)에서, 음향 방사력 임펄스(ARFI; acoustic radiation force impulse) 빔이 송신된다. 빔은 양의 피크 압력과 음의 피크 압력 사이에 비대칭성을 갖는다. 송신 빔형성기는 변환기들의 요소들에 대한 전기 파형들을 생성하고, 여기서 전기 파형들은 비대칭성을 갖거나, 전기적으로 또는 음향적으로 비대칭성을 제공하도록 결합될 수 있다. 요소들에 인가될 때, 요소들은 요소들에 직면하여 요소들의 음향 파형들을 생성한다. 음향 파형들은 비대칭성을 갖거나 또는 비대칭성을 제공하도록 결합할 수도 있다. 음향 파형들은, 송신 빔이 비대칭성을 포함하도록 스캔 라인(scan line)을 따라 그리고 초점에서 보강적으로 합해진다. 초음파 변환기에서의 요소들의 어레이(array)가 전기 파형들로부터 컨버팅된(converted) ARFI 빔을 송신한다. 푸싱 펄스의 비대칭성을 갖는 음향 에너지가 환자의 조직에 송신된다.

[0019] 빔의 음향 파형은 조직을 변위시키기 위한 응력으로서, 전단파, 종파, 또는 다른 파를 생성하기 위해 송신된다. 여기(excitation)는 초음파 푸싱 펄스이다. 음향 에너지는, 초점 위치 또는 위치들로부터 조직을 통해 이동하는 하나 이상의 파들의 생성을 유발하기에 충분한 에너지를 인가하기 위해 포커싱된다(focused). 음향 파형 자체가 조직을 변위시킬 수 있다.

[0020] 전단파 또는 종파 또는 전단파들 또는 종파들은 초점 구역에서 생성되고, 초점 구역으로부터 측면으로, 축방향으로, 그리고/또는 다른 방향들로 전파된다. 파들은 다수의 방향들로 이동할 수 있다. 파들이 조직을 통해 이동함에 따라, 파들은 진폭이 감소한다.

[0021] 파를 생성하거나 조직을 변위시키기 위해, 높은 진폭 또는 전력 여기들이 요구된다. 예컨대, 여기는, 초점 위치에서 그리고/또는 시야에서 1.9에 가깝지만 1.9를 초과하지 않는 기계적 지수(index)를 갖는다. 보수적이 되도록 그리고 프로브(probe) 변동을 고려하기 위해, 1.4, 1.7의 기계적 지수 또는 다른 수준이 상한치로서 사용될 수 있다. 더 많은 전력들(예컨대, MI가 1.9를 초과함) 또는 더 적은 전력들이 사용될 수 있다.

[0022] ARFI 빔은 임의의 수의 사이클들을 갖는 파형들을 이용하여 송신된다. 일 실시예에서, 푸싱 펄스의 송신 이벤트를 위한 파형들(예컨대, 전기 파형들, 요소-레벨(level) 음향 파형들, 또는 빔 파형) 중 하나, 대부분 또는 전부는 100-2,000개의 사이클들을 갖는다. 사이클들의 수는 ARFI 빔을 위해 어레이의 요소들에 인가되는 연속적인 송신 파형들의 경우 수십, 수백, 수천, 또는 그 이상이다. 1-5개의 사이클들인 이미징 펄스들과는 달리, ARFI 푸싱 펄스는, 검출하기에 충분한 진폭으로 조직을 변위시키기 위한 파(예컨대, 전단파)를 유발하기에 충분한 응력을 생성하기 위한 더 많은 수의 사이클들을 갖는다. 음향 에너지의 푸싱 펄스 빔이 송신된다. 기간에 걸친 어레이의 요소들에 대한 연속적인 송신 파형들의 인가에 의해 어레이로부터 ARFI가 송신된다.

[0023] 파형의 진폭과 결합된 송신의 길이는 조직에 음향 파워(power)를 제공한다. 비대칭성이 양의 압력 또는 전압에 대해 더 큰 진폭을 제공하기 때문에, 동일한 지속기간의 파형은 더 큰 파워를 제공한다. 이것은, 비대칭성이 없는 경우보다 충분하거나 훨씬 더 큰 파워를 여전히 제공하면서 푸싱 펄스가 더 적은 사이클들을 사용하는 것을 허용할 수 있다. 더 큰 음향 파워는 더 큰 조직 변위를 유발할 수 있고, 이것은 초음파 스캐닝으로 더 일관되게 그리고/또는 더 신뢰할 수 있게 측정될 수 있다.

[0024] 요소들에 인가되는 파형들은 연속적인 파형들로서 생성된다. 구형파, 정현파(sinusoidal wave), 또는 다른 양극 교번 파형(bipolar alternating waveform)과 같은 다양한 파형들이 사용될 수 있다. 파형은, 파형을 시작 및 종료하는 것 이외의 제로(zero) 출력의 어떤 확장 기간들도 갖지 않는다. 확장 기간은 하나 이상의 사이클들이다. 유니폴라 구형파(unipolar square wave)에 대해서와 같이 제로에 각각의 사이클의 일부가 있을 수 있지만, 사이클의 다른 부분은 사이클마다 넌-제로(non-zero)(양의 또는 음의) 출력을 갖는다.

[0025] 애퍼처(aperture)에서의 각각의 요소에 대해 생성된 전기 파형은 구형파들 또는 정현파들이다. 생성된 전기 파형들은 동기화 시 요소들에 인가되어서, ARFI 송신 빔의 생성이 야기된다.

[0026] 주어진 푸싱 펄스, ARFI 빔 또는 송신 이벤트에 대한 전기 파형들 각각 또는 적어도 일부는 피크 음의 진폭의 절대값의 적어도 1.2배인 피크 양의 진폭의 절대값을 갖는다. 피크 양의 진폭 또는 전압이 피크 음의 진폭 또는 전압보다 더 크다. 양의 피크 크기의 절대값은 음의 피크 크기의 절대값보다 더 크다. 음의 진폭에 대한 양의 진폭의 임의의 비율, 이를테면, 1.2, 1.5 또는 2.0이 사용될 수 있다. 비율은 적어도 1.2, 1.5 또는 2.0이다. 비율은, 10의 비율과 같이, 총 전력 제한(예컨대, ISPTA)을 초과하지 않는 한, 더 높을 수 있다.

[0027] 이 비율은 전기 파형의 각각의 사이클에 대해, 모든 사이클들에 걸친 평균으로서 그리고/또는 사이클들 중 적어도 1/3에 대해 제공된다. 예컨대, 전기 파형이 기본 파형(예컨대, 4 MHz 정현파) 및 제2 고조파 파형(예컨대, 8 MHz 정현파)의 위상 정렬 결합 또는 중첩으로부터 만들어지는 사이클들 중 약 1/2에 대해 그 비율이 제공된다. 사이클들의 수에 대해 "약"은 진폭 엔벨로프(amplitude envelope)의 정상 상태(steady state)에 대해 시작 및/또는 종료하는 하나 이상의 사이클들의 링잉(ringing) 또는 램프 업(ramp up) 또는 다운(down)을 감안하기 위해 사용된다.

[0028] 각각의 전기 파형은 별개로 생성되지만, 일부 파형들은 함께 생성될 수도 있다. 송신 빔형성기 또는 파형 발생기는 전기 파형들을 생성한다. 일 실시예에서, 둘 이상의 송신 빔들을 동시에 생성하는 능력을 갖는 송신 빔형성기가 사용된다. 하나의 송신 빔에 대한 전기 파형들은, 변환기에 인가하기 전에 또는 변환기에 인가하는 것의 일부로서 다른 송신 빔에 대한 전기 파형들과 결합된다. 2개의 빔들은 동일선상(colinear)에 있다. 전기 파형들은 음의 진폭보다 더 큰 양의 진폭을 갖는 방식으로 결합하거나 중첩된다. 예컨대, 하나의 중심 주파수에서의 기본 파형 및 제2 고조파 주파수에서의 다른 파형의 제로 크로싱(zero-crossing)들이 비대칭성을 제공하도록 정렬된다. 다른 고조파가 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 요소에 대한 전기 파형은 스위치(switch)들 및/또는 펄서(pulser)들에 의해 생성된다. 진폭이 더 큰 양의 전압 소스(source)는 진폭이 더 작은 음의 전압 소스와 함께 사용된다. 스위치들은 양의 전압 소스와 음의 전압 소스 사이에서 스위칭하도록 제어된다. 또 다른 실시예들에서, 이를테면, 메모리(memory) 또는 디지털-아날로그 컨버전(digital-to-analog conversion)으로부터 비대칭성을 갖는 정현파가 생성된다. 다른 전기 파형 생성이 사용될 수 있다.

[0029] 다른 실시예들에서, 상이한 요소들에 대해 상이한 전기 파형들이 생성된다. 전기 파형들은 비대칭성을 포함하지 않을 수 있지만, 음향 파형들의 보강 합산에 기반하여 초점 위치에서 송신 빔에 대해 비대칭성이 제공되도록 주파수들 및/또는 페이징(phasing)이 상이하다.

[0030] 전기 파형들은 양의 성분과 음의 성분 둘 모두를 포함한다. 양의 성분의 진폭은 음의 성분의 진폭보다 더 크다. 양의 전력량(예컨대, 양의 전압의 적분)은 음의 전력량(예컨대, 음의 전압의 적분)보다 비율만큼 더 클 수 있다.

[0031] 송신 애퍼처에 대한 전기 파형들은 변환기의 요소들에 인가된다. 요소들은 전기 파형들을 음향 에너지로 컨버팅한다. 각각의 요소의 직면에서, 환자에게 음향 파형을 송신하기 위해 음향 파형이 생성된다. 요소의 임의의 비선형 동작에도 불구하고, 송신 애퍼처의 음향 파형들은, 모든 사이클들 중 적어도 약 1/2에 대해 1.5의 비율 또는 사이클들 중 약 1/2에 대해 2.0의 비율과 같이 비대칭성을 갖다. 대안적으로, 전기 파형들 및/또는 대응하는 요소 기반 음향 파형들은 대칭적이지만, 송신 빔을 따라 비대칭성을 제공하도록 보강 결합된다.

[0032] 일 실시예에서, 음향 파형들은 피크 양의 압력과 피크 음의 압력 사이에 빔형성기 생성 비대칭성을 갖는다. 송신 빔형성기는, 전기 및/또는 음향 에너지의 임의의 비선형 상호작용들 또는 전파를 고려하거나 고려하지 않고서, 비대칭성을 갖도록 전기 파형들을 생성한다. 비대칭성은 송신의 결과가 아니라 의도적으로 생성된다.

[0033] 음향 파형들은 요소들로부터 전파된다. 요소들로부터의 음향 파형들은 초점 위치 또는 구역과 같은 송신 스캔 라인을 따라 보강 간섭한다. 초점 위치에서, 음향 파형들의 보강 합산은 비대칭성을 갖는 송신 빔을 제공한다. 예컨대, 피크 양의 압력의 절대값은 송신 빔의 초점 위치에서 피크 음의 압력의 절대값의 적어도 1.2, 1.5, 또는 2.0배이다. 비율은 5 이상(예컨대, 10)일 수 있다. 이 비율은 사이클들 중 임의의 수의 사이클(예컨대, 1/3 이상 또는 약 1/2) 또는 전체에 대해 평균으로서 제공된다.

[0034] 일 실시예에서, 초점 위치에서의 비대칭성은, 피크 양의 압력 및 피크 음의 압력의 절대값들의 비율을 형성하도록 정렬된 기본 주파수 및 제2 고조파 주파수 성분들을 갖는 송신 빔에 기반한다. 도 2는, 정현파와 주파수가 2배인 위상 시프트된 정현파(phase-shifted sinusoid)의 결합인 비대칭적 송신 펄스의 일 예를 도시한다. 푸싱 펄스의 피크 음의 진폭은 기본 주파수에서의 파형 또는 제2 고조파 주파수에서의 파형 중 어느 하나보다 절대값이 약간 더 크다. 피크 양의 진폭은 종래의 정현파들(즉, 기본 및 제2 고조파 파형들)보다 약 2배만큼 높다. 비율을 언급할 때 "약"은 파형 생성 허용 오차 및/또는 전파 왜곡 또는 감쇠를 감안한다. 다른 실시예들에서, 기본 파형 및 제2 고조파 파형은 상이한 상대적인 진폭들을 갖는다. 기본 파형 및 고조파 파형의 피크 양 및 피크 음은 동일하지만, 다른 실시예들에서는 동일하지 않을 수 있다.

[0035] 변환기 대역폭이 송신 주파수들 둘 모두를 포함하면, 출력 펄스가 적절하게 생성된다. 예컨대, 기본 성분은 1-5MHz에 있고, 제2 고조파 성분은 2-10MHz에 있다. 단일 결정 압전 요소들은 기본 파형 및 제2 고조파 파형 둘 모두의 송신을 위한 대역폭을 제공할 수 있다. 다른 유형들의 요소들이 사용될 수 있다.

[0036] 도 3은 변환기의 -6dB 대역폭에서 5MHz와 10MHz 둘 모두를 포함하는 대역폭을 갖는 유방 변환기(breast transducer)의 모델(model)을 사용한 시뮬레이션(simulation)을 도시한다. 비대칭적 파형은 변환기에 의해 송신되는 음향 파형이다. 이 경우에, MI는 단지 기본 성분에 대한 파형을 송신하는 것보다 약간 더 높다. 압력 제곱의 적분으로서 정의되는 음향 세기는 기본 성분 및 제2 고조파 성분의 중첩으로부터의 비대칭성으로 인해 2배가 된다. 변위 크기도 물론 2배가 되어, ARFI 모드(mode)에서 이미징 능력이 향상될 것이다.

[0037] 도 1의 동작(32)에서, 초음파 시스템은 ARFI 유도 변위로부터 전단파 이미징을 수행한다. ARFI 송신 빔으로 인해 조직이 변위된다. 동일한 MI가 주어진 경우, 대칭적인 양 및 음의 압력들 또는 진폭들과 비교하여 비대칭성으로 인해 변위가 더 큰 크기를 갖는다. 임의의 유형의 탄성 또는 ARFI 이미징이 사용될 수 있다.

[0038] 이미징을 위해, 초음파 시스템은 동작(34)에서 변위를 추적하고, 동작(36)에서 변위에 기반하여 이미지를 생성한다. 동작(34)에서, 빔형성기, 변환기, 및 이미지 프로세서를 사용하는 초음파 시스템은 ARFI 송신 빔으로부터 생성된 파에 의해 유발되는, 조직에서의 변위들을 추적한다. 송신 빔형성기는 송신 파형들을 생성하고, 변환기는 파형들을 송신 빔들로 컨버팅하고, 송신 빔들의 에코(echo)들을 수신 신호들로 컨버팅하며, 수신 빔형성기는 수신 신호들로부터 수신 빔들을 형성하며, 그리고 이미지 프로세서는 수신 빔들 또는 수신 빔들로부터의 데이터를 상관시켜 변위들을 결정한다.

[0039] 조직 반응은 조직 특성들 및 ARFI 빔에 의해 생성된 파의 함수이다. 시간에 걸친 조직의 변위는, 조직 특성들 또는 반응과 파형의 컨볼루션(convolution)으로서 표현될 수 있다. 조직 반응은 조직의 점탄성 속성들을 반영한다. 점탄성 속성들을 측정하기 위해, 푸싱 펄스에 대한 응답으로 시간에 걸친 조직의 변위가 측정된다. 생성된 파 또는 ARFI 펄스 자체에 의해 유발되는, 조직의 변위는 시간에 걸쳐 결정된다. 주어진 위치를 파가 통과함에 따라, 피크 양까지 증가하고 그런 다음 조직이 휴식으로 되돌아감에 따라 감소하는 양 또는 거리만큼, 조직은 변위한다.

[0040] 변위는 시간의 함수로써 계산된다. 변위를 결정하기 위해 조직은 다수 번 스캐닝되는데(scanned), 이를테면 9개의 상이한 시간들에서의 변위들을 결정하기 위해 구역은 적어도 10 번 스캐닝된다. 조직은, 푸싱 파형에 대한 조직의 반응 동안 변위를 스캐닝할 수 있는 임의의 이미징 양식(modality)을 사용하여 스캐닝된다. 스캔은 원하는 파형(예컨대, 전단파)이 조직을 통과하고 있을 시간들의 범위에 걸쳐 발생한다.

[0041] 초음파 스캐닝을 위해, 파는 ARFI 푸싱 펄스에 대한 초점 구역에 인접한 그리고/또는 이 초점 구역으로부터 이격된 위치들에서 검출된다. 관심 구역에서의 파들에 대한 조직 반응을 검출하기 위해, 이 구역으로의 송신들이 이루어진다. 이들 다른 송신들은 파 또는 변위를 유발하기 위한 것이 아니라 파들 또는 변위를 검출하기 위한 것이다. 검출을 위한 송신들은, 더 낮은 전력 및/또는 짧은 펄스들(예컨대, 15 개의 반송파 사이클들)을 갖고 ARFI 빔과 동일한 또는 상이한 스캔 라인을 사용할 수 있다. 검출을 위한 송신들은 복수의 스캔 라인을 따라 수신 샘플(sample)들을 동시에 형성하기 위해 적어도 하나의 차원을 따라, 이를테면 측면으로 더 넓은 빔 프로파일(profile)을 가질 수 있다.

[0042] ARFI 송신 빔은 에코들을 수신하기 위해 사용되지 않는다. 송신에 사용되는 추적 파형들의 주파수와 수신을 위한 주파수는 ARFI 빔에 사용되는 주파수들과는 독립적이다. 예컨대, ARFI가 3 및 6 MHz에서 기본 및 제2 고조파를 갖는 반면에, 추적 빔들은 2 MHz의 중심 송신 주파수 및 2 MHz 또는 4 MHz 고조파의 수신 주파수를 갖는 B-모드 빔들이다. ARFI가 수신에 사용되지 않기 때문에, ARFI로부터의 신호는 추적을 위한 수신 신호들과의 간섭을 갖지 않거나 또는 제한된 간섭을 갖는다. 추적 송신들은 양 및 음의 피크들에서 비대칭성을 갖지 않지만, 비대칭성을 가질 수는 있다.

[0043] 파 또는 변위는 하나, 둘, 또는 그보다 더 많은 방향들로 모니터링될(monitored) 수 있다. 파를 검출하기 위해 관심 구역이 모니터링된다. 관심 구역은 임의의 크기이다. 전단파 이미징을 위해 측면으로 이격된 위치들이 모니터링된다. 변위들은, 하나 이상의 깊이들에 대해, 측면으로 이격된 복수의 위치들 각각에서 추적된다. 대안적으로, 단일 위치에 대한 변위들이 추적된다.

[0044] 검출 구역은 초음파에 의해 모니터링된다. 임의의 수의 스캔 라인들에 대한 모니터링(monitoring)이 수행된다. 예컨대, 각각의 모니터링 송신에 대한 응답으로 4 개, 8 개, 또는 그보다 더 많은 수의 수신 빔들이 형성된다. 파 또는 변위를 생성하기 위해 ARFI 여기를 송신한 후에, 하나 이상의 송신 스캔 라인들을 따라 반복적으로 B-모드 송신들이 수행되고, 대응하는 수신 스캔 라인들을 따라 수신들이 수행된다. 다른 실시예들에서, 각각의 송신에 대한 응답으로, 단지 단일 수신 빔 또는 다른 수들의 수신 빔들이 형성된다. 초음파 데이터의 일부, 이를테면 반복들의 시작 또는 끝에서의 초음파 데이터는 파 또는 변위에 응답하지 않을 수 있다.

[0045] 이미지 프로세서는 초음파 스캔 데이터(예컨대, 빔형성된(beamformed) 샘플들 또는 B-모드 검출 데이터)로부터 변위들을 계산한다. 조직은 2 번의 스캔들 사이에서 움직인다. 하나의 스캔의 데이터는 다른 스캔에서의 데이터에 대해 1 차원으로, 2 차원으로, 또는 3 차원으로 번역된다(translated). 각각의 가능한 상대적 포지션(position)에 대해, 일 위치 주위의 데이터에 대한 유사성의 양이 계산된다. 유사성의 양은 상관, 이를테면 교차-상관을 이용하여 결정된다. 절대차들의 최소 합계 또는 다른 함수가 사용될 수 있다. 가장 높은 또는 충분한 상관을 갖는 공간 오프셋(offset)이, 주어진 위치에 대한 변위의 양과 방향을 표시한다. 다른 실시예들에서, 상이한 시간들로부터 수신된 데이터의 위상 오프셋이 계산된다. 위상 오프셋은 변위의 양을 표시한다. 또 다른 실시예들에서, 상이한 시간들에서의 라인(예컨대, 축방향)을 표현하는 데이터는 그 라인을 따른 복수의 깊이들 각각에 대한 시프트(shift)를 결정하기 위해 상관된다.

[0046] 변위들은 이를테면 순차적인 스캔들과 연관된 상이한 시간들에, 주어진 위치에 대해 결정된다. 변위는 스캔 데이터의 초기 또는 기준 프레임(frame)에 대해 결정된다(즉, 누적 변위). 대안적으로, 지속적으로(on an ongoing basis) 기준으로서 이전 프레임을 할당하는 것과 같이, 변위는 스캔 데이터의 직전 프레임으로부터 결정된다(즉, 증분 변위). 주어진 위치에 대한 시간 프로파일은 시간에 걸쳐 파에 의해 유발되는 변위를 표시한다. 대안적으로, 정해진 시간에 변위가 결정된다.

[0047] 조직의 특성을 결정하기 위해, 시간 프로파일을 갖거나 또는 갖지 않는 변위 정보가 사용된다. 하나의 위치에서 또는 다수의 위치들 각각에 대해 특징이 결정된다. 임의의 특성, 이를테면 탄성, 변형, 전단 속도(velocity), 종파 속도, 계수(modulus), 또는 다른 점탄성 속성이 결정될 수 있다. 변위의 크기와 같은 변위들 자체들이 조직 속성을 나타내는 데 사용될 수 있다.

[0048] 동작(38)에서, 이미지가 생성된다. 이미지는 조직 특성 또는 속성을 표현한다. 이미지는 변위 또는 변위들의 함수이다. 변위들 자체 또는 변위들로부터 유도되는 특성(예컨대, 전단 계수 또는 속도)을 사용하여, 디스플레이될(displayed) 정보가 계산된다. 예컨대, 속성의 숫자 또는 텍스트(textual) 표시가 디스플레이될 수 있다. 다른 실시예들에서, 플롯(plot) 및/또는 피트(fit) 라인 그리고 기울기 값이 출력된다. 예컨대, 하나 이상의 위치들 각각에 대한 시간에 걸친 변위가 디스플레이된다. 점탄성 속성은 이미지에서 사용자에게 통신된다. 이미지는 그래프(graph), 이를테면 위치의 함수로써 값들의 플롯일 수 있다.

[0049] 이미지는 공간 또는 위치의 함수로써 속성, 변위, 또는 다른 파 정보의 1-차원, 2-차원, 또는 3-차원 표현을 포함할 수 있다. 예컨대, 일 구역 전체에 걸친 전단 속도들이 디스플레이된다. 전단 속도 값들은 회색-스케일(gray-scale) 변조된 B-모드 이미지에서 일 구역의 픽셀(pixel)들에 대한 색을 변조한다. 이미지는 변위 정보, 이를테면 상이한 위치들에 대한 전단 또는 계수(moduli)(예컨대, 전단 계수)를 표현할 수 있다. 디스플레이 그리드(display grid)는, 변위들이 계산되는 그리드 및/또는 스캔 그리드와 상이할 수 있다. 픽셀들의 색, 밝기, 휘도, 색조, 또는 다른 특성은 변위들로부터 유도되는 정보의 함수로써 변조된다.

[0050] 다른 실시예들에서, 변위들은 전단파 속도 이미징에 사용된다. 2-차원 또는 3-차원 구역에서의 전단 속도들의 분포가 결정되고 이미지 값들에 매핑된다(mapped). 다른 실시예에서, 전단파 속도 지점 정량화(point quantification)가 수행된다. 일 위치에서의 전단파 속도의 값은 텍스트(text) 또는 숫자 값으로서 디스플레이된다. 비대칭성-야기된 더 큰 변위로 인해, 표현된 구역은 더 크고 그리고/또는 변위들이 더 신뢰할 수 있게 검출될 수 있어서, 더 양호한 정확성 및/또는 더 많은 진단 이미지 정보를 발생시킨다.

[0051] 도 4는 ARFI 스캐닝을 위한 초음파 시스템(10)의 일 실시예를 도시한다. 초음파는, 이를테면, 전단파 또는 종파의 생성을 통해 조직 변위를 생성하며, 그리고 속성을 결정하기 위해, 변위에 반응하는 조직에 응답하는 스캔 데이터가 사용된다. 증가된 변위에 대해, 양의 피크와 음의 피크 사이의 비대칭성을 갖고서 ARFI가 송신된다. 증가된 변위는 더 용이하고 그리고/또는 광범위하게 추적될 수 있다.

[0052] 시스템(10)은 의료 진단 초음파 이미징 시스템이다. 대안적인 실시예들에서, 시스템(10)은 개인용 컴퓨터(computer), 워크스테이션(workstation), PACS 스테이션(station), 또는 실시간 또는 획득 후 이미징을 위해 동일한 위치에 있거나 또는 네트워크(network)에 걸쳐 분포된 다른 어레인지먼트(arrangement)이다. 빔형성기-수행 초음파 스캔으로부터의 데이터는 컴퓨터 또는 다른 프로세싱 디바이스(device)에 의한 프로세싱을 위해 컴퓨터 네트워크 또는 메모리를 통해 이용가능하다.

[0053] 시스템(10)은 도 1의 방법 또는 다른 방법들을 구현한다. 시스템(10)은 송신 빔형성기(12), 변환기(14), 수신 빔형성기(16), 이미지 프로세서(18), 디스플레이(20), 및 메모리(22)를 포함한다. 부가적인, 상이한, 또는 더 적은 수의 구성요소들이 제공될 수 있다. 예컨대, 정보가 획득될 관심 구역의 수동 또는 보조된 지정을 위해, 또는 애플리케이션(application)의 입력, 조직의 유형, 및/또는 비대칭성 레벨의 세팅(setting)(예컨대, 비율 세팅)을 위해, 사용자 입력이 제공된다.

[0054] 송신 빔형성기(12)는 초음파 송신기, 메모리, 펄서, 파형 생성기, 아날로그 회로, 디지털 회로, 또는 이들의 결합들이다. 송신 빔형성기(12)는, 상이한 또는 상대적인 진폭들, 지연들, 및/또는 페이징을 갖는 복수의 채널(channel)들에 대한 파형들을 생성하도록 구성된다. 파형들은 초점 구역에 비대칭성을 제공하기 위한 주파수 및 진폭 결합들 또는 비대칭성을 포함한다. 주어진 ARFI(예컨대, 100-1000개의 사이클들)에 대해, 사이클들 중 약 1/3, 1/2, 모두 또는 다른 수의 사이클들에 대해 비대칭성이 제공된다. 이 비대칭성이 송신 빔형성기(12)의 채널들의 서브-세트(sub-set) 또는 전부에 대해 수행된다.

[0055] 일 실시예에서, 송신 빔형성기(12)는 상이한 전압 소스들, 다중 동시 송신 빔 능력(예컨대, 요소당 2개의 채널들), 펄서들, 스위치들, 메모리들, 디지털-아날로그 컨버터들, 또는 비대칭적 파형들 또는 비대칭성을 형성하기 위해 결합될 수 있는 파형들을 생성하기 위한 다른 파형 발생기들을 포함한다. 이 결합은 변환기 전 또는 변환기에서 전기적으로 또는 변환기 후에 음향적으로 발생한다.

[0056] 송신 빔형성기(12)는, 음의 진폭보다 더 큰 피크 양의 진폭을 갖는 음향 파형들을 갖거나 이들을 발생시키는 데 사용되는 전기 파형들을 생성하도록 구성된다. 예컨대, 사이클들 중 적어도 약 1/2에 대해 양-음 피크 전압의 비율은 적어도 1.5이다. 일 실시예에서, 비율은 2.0-10.0과 같이 적어도 2.0이다. 다른 실시예에서, 비율은 약 2.0이고, 여기서 동일한 진폭(즉, 기본 파형과 고조파 파형 내의 그리고 그 사이의 동일한 양 및 음의 피크 진폭들 또는 전압들)을 갖는 기본 및 제2 고조파 전기 파형들이 결합된다. 중첩이 결합에서 음의 피크보다 더 큰 양의 피크를 발생시키도록 전기 파형들이 위상 정렬된다. 결합은 비대칭적이며 변환기(14)에 적용된다. 파형들 사이의 상대적인 진폭들은 양의 피크 대 음의 피크에서 원하는 비대칭성 비율을 제공하도록 세팅(set)될 수 있다.

[0057] 송신 빔형성기(12)는, 이를테면, 송신/수신 스위치를 통해 변환기(14)와 연결된다. 생성된 파형들에 대한 응답으로 변환기(14)로부터 음향 파들의 송신 시, 주어진 송신 이벤트 동안 하나 이상의 빔들이 형성된다. 적어도 하나의 빔은 양-음 압력들에서 비대칭성을 갖는 ARFI 펄스이다. 조직 변위를 스캐닝하기 위해, ARFI가 송신된 후에 다른 송신 빔들의 시퀀스(sequence)가 생성된다. 다른 송신 빔들은 피크 압력들에서 대칭적이지만, 피크 압력들에서 비대칭적일 수는 있다. 송신 빔들의 시퀀스는 1-차원, 2-차원 또는 3-차원 구역을 스캐닝한다. 섹터(sector), Vector®, 선형, 또는 다른 스캔 포맷(format)들이 사용될 수 있다. 동일한 구역이 다수 번 스캐닝된다. 송신 빔형성기(12)에 의한 스캐닝은 ARFI 펄스의 송신 후에 발생한다. 변환기(14)의 동일한 요소들이 조직을 스캐닝할 뿐만 아니라 조직을 변위시키기 위해서도 사용되지만, 상이한 요소들, 변환기들, 및/또는 빔형성기들이 사용될 수 있다.

[0058] 변환기(14)는 압전기(PZT; piezoelectric) 또는 용량성 멤브레인(membrane) 요소들의 1-차원, 1.25-차원, 1.5-차원, 1.75-차원 또는 2 차원 어레이이다. 일 실시예에서, 요소들은 단일 결정 PZT 요소들이다. 변환기(14)는 음향 에너지와 전기 에너지 사이를 변환하기 위한 복수의 요소들을 포함한다. 예컨대, 변환기(14)는 약 64-256개의 요소들을 갖는 1-차원 PZT 어레이이다.

[0059] 변환기(14)는 전기 파형들을 음향 파형들로 컨버팅하기 위한 송신 빔형성기(12)와 연결되고, 음향 에코들을 전기 수신 신호들로 컨버팅하기 위한 수신 빔형성기(16)와 연결된다. 변환기(14)는 ARFI를 송신한다. ARFI의 송신 빔은 환자의 관심 조직 구역 또는 관심 위치에 포커싱된다. 변환기 요소들에 전기 파형들을 인가하는 것에 대한 응답으로, 음향 파형이 생성된다. ARFI는 파(예컨대, 전단파)의 생성을 통해 또는 직접적으로 조직 변위를 유발한다.

[0060] 변위를 검출(추적)하기 위해 초음파를 이용한 스캐닝의 경우, 변환기(14)는 송신 빔형성기(12)로부터의 추가적인 파형들에 기반하여 음향 에너지를 송신하며, 그리고 에코들을 수신한다. 변환기(14)의 요소들에 충돌하는 초음파 에너지(에코들)에 대한 응답으로, 수신 빔형성기(16)에 의해 수신 신호들이 생성된다.

[0061] 수신 빔형성기(16)는 증폭기들, 지연들, 및/또는 위상 회전기들을 갖는 복수의 채널들, 그리고 하나 이상의 합산기(summer)들을 포함한다. 각각의 채널은 하나 이상의 변환기 요소들과 연결된다. 수신 빔형성기(16)는, 검출을 위한 각각의 송신에 대한 응답으로 하나 이상의 수신 빔들을 형성하기 위해 상대적 지연들, 위상들, 및/또는 아포다이제이션(apodization)을 적용한다. 수신 시 동적 포커싱(focusing)이 제공될 수 있다. 수신 빔형성기(16)는, 수신 음향 신호들을 사용하여, 하나 이상의 공간 위치들을 표현하는 데이터를 출력한다. 상이한 요소들로부터의 신호들의 상대적 지연들 및/또는 페이징 그리고 합산이 빔형성(beamformation)을 제공한다. 대안적인 실시예들에서, 수신 빔형성기(16)는 푸리에(Fourier) 또는 다른 변환들을 사용하여 샘플들을 생성하기 위한 프로세서이다.

[0062] 수신 빔형성기(16)는 필터(filter), 이를테면, 송신 주파수 대역과 관련하여 제2 고조파 대역 또는 다른 주파수 대역에서의 정보를 격리하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 그러한 정보는 원하는 조직, 조영제, 및/또는 흐름 정보를 포함할 가능성이 더 높을 수 있다. 다른 실시예에서, 수신 빔형성기(16)는 메모리 또는 버퍼(buffer), 그리고 필터 또는 가산기(adder)를 포함한다. 원하는 주파수 대역, 이를테면 제2 고조파 대역, 입방(cubic) 기본 대역, 또는 다른 대역에서의 정보를 격리시키기 위해, 둘 이상의 수신 빔들이 결합된다.

[0063] 수신 빔형성기(16)는 하나 이상의 공간 위치들을 표현하는 빔 합산 데이터를 출력한다. 단일 위치, 일 라인을 따른 위치들, 면적을 위한 위치들, 또는 체적을 위한 위치들에 대한 데이터가 출력된다. 데이터는 상이한 목적들을 위한 것일 수 있다. 예컨대, 전단파 검출 위해서와는 상이한 스캔들이 B-모드 또는 조직 데이터에 대해 수행된다. 대안적으로, B-모드 이미징을 위한 스캔이, 조직 변위들을 결정하기 위해 사용된다. 수신 빔형성기(16)는 공간 위치들을 표현하는 데이터를 출력하고, 여기서 데이터는 ARFI에 기인하는 조직의 움직임에 응답하여 수신된 음향 신호들의 함수이다. ARFI로부터의 직접적인 에코들이 변환기(14)에 충돌하는 동안 수신 빔형성기(16)는 동작하지 않으며, 따라서 수신 빔형성기(16)는 ARFI로부터의 음향 에코들 없이 데이터를 출력하도록 구성된다.

[0064] 프로세서(18)는 빔형성된(beamformed) 초음파 샘플들로부터 정보를 검출 및 프로세싱(processing)하기 위한 B-모드 검출기, 도플러(Doppler) 검출기, 펄스형(pulsed) 파 도플러 검출기, 상관 프로세서, 푸리에 변환 프로세서, 주문형 집적 회로, 일반 프로세서, 제어 프로세서, 이미지 프로세서, 필드 프로그램가능 게이트 어레이(field programmable gate array), 디지털 신호 프로세서, 아날로그 회로, 디지털 회로, 이들의 결합들, 또는 다른 현재 알려진 또는 추후에 개발되는 디바이스(device)이다. 일 실시예에서, 프로세서(18)는 하나 이상의 검출기들 및 별개의 프로세서를 포함한다. 별개의 프로세서는, 변위를 결정하고 그리고/또는 조직 속성들을 계산하기 위한 제어 프로세서, 일반 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 그래픽스(graphics) 프로세싱 유닛(unit), 주문형 집적 회로, 필드 프로그램가능 게이트 어레이, 네트워크(network), 서버(server), 프로세서들의 그룹(group), 데이터 경로, 이들의 결합들, 또는 다른 현재 알려진 또는 추후에 개발되는 디바이스이다. 프로세서(18)는 동작들을 수행하도록 소프트웨어(software), 펌웨어(firmware) 및/또는 하드웨어에 의해 구성된다.

[0065] 일 실시예에서, 프로세서(18)는 수신 빔형성기(16)로부터의 출력 데이터의 함수로써 시간에 걸쳐 조직 변위를 추정한다. 변위들은 시간의 함수로써 변위의 크기의 곡선을 표현하는 프로파일 또는 데이터로서 추정된다. 변위 프로파일은, 기준 데이터와 상이한 시간에서의 조직을 표현하기 위해 획득된 데이터 사이의 유사성의 수준을 상관시키거나 또는 다른 방식으로 결정함으로써 획득될 수 있다. 각각의 위치에 대해 변위 프로파일이 결정된다. 대안적인 실시예들에서, 하나 이상의 위치들 각각에 대한 정해진 시간에 변위가 결정된다.

[0066] 프로세서(18)는 시간에 걸친 조직의 변위들로부터 또는 일시에 변위로부터 조직 특성들을 계산하도록 구성된다. 예컨대, 시간에 걸친 변위로부터 전단 속도가 계산된다. 변위의 양은 전단파의 발생 시간을 식별한다. 시간으로 나눈 전단파의 원점(예컨대, ARFI 초점 위치)으로부터의 거리는 속도를 제공한다. 상이한 위치들에 걸친 변위 프로파일들의 상대적인 페이징은 전단 속도를 결정하는 데 사용될 수 있다.

[0067] 일 실시예에서, 프로세서(18)는 점성 및/또는 계수를 계산한다. 프로세서(18)는 다른 속성들, 이를테면, 변형 또는 탄성을 계산할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 프로세서(18)는 특성으로서 최대 변위 또는 변위의 다른 특성 또는 변위 프로파일을 결정한다.

[0068] 프로세서(18)는 속성으로부터 디스플레이(20)로 매핑되는 이미지 또는 디스플레이 값들을 생성 및 출력한다. 예컨대, 전단 계수 또는 다른 값이 결정된다. 속성의 텍스트 또는 숫자 표시가 사용자에게 디스플레이된다. 시간에 걸친 속성의 그래프가 디스플레이될 수 있다.

[0069] 일 실시예에서, 속성(예컨대, 전단파 속도)은 위치의 함수로써 디스플레이된다. ARFI 펄스에 대한 응답으로, 다수의 위치들에 대한 변위들이 이용가능하다. 이러한 위치들의 1차원, 2차원 또는 3차원 분포는 추정된 속도 또는 속성의 대응하는 공간 분포를 제공한다. 조직의 표현을 위해, 조직 특성의 크기는 조직 구역을 표현하는 상이한 픽셀들에 대한 색, 색조, 밝기, 및/또는 다른 디스플레이 특성을 변조한다. 프로세서(18)는 픽셀 값(예컨대, RGB) 또는 픽셀 값으로 컨버팅되는 스칼라(scalar) 값을 결정한다. 이미지는 스칼라 또는 픽셀 값들로서 생성된다. 이미지는 비디오(video) 프로세서, 룩-업 테이블(look-up table), 색 맵(map)에 출력되거나, 또는 디스플레이(20)에 직접적으로 출력될 수 있다.

[0070] 프로세서(18) 및 송신 빔형성기(12)는 메모리(22) 또는 다른 메모리에 저장된 명령들에 따라 동작한다. 명령들은, 제어기에 로딩됨으로써(loaded), 값들의 테이블(예컨대, 빔형성기 제어 테이블)의 로딩(loading)을 유발함으로써, 그리고/또는 실행됨으로써 동작을 위해 프로세서(18) 및/또는 송신 빔형성기(12)를 구성한다. 송신 빔형성기(12)는, 양-음 피크 진폭들에서 비대칭성을 갖는 ARFI 빔의 생성을 유발하도록 명령들에 의해 구성된다. 프로세서(18)는, 조직 변위를 측정하고 이미지를 생성하도록 프로그램된다(programmed).

[0071] 메모리(22)는 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체이다. 본원에서 논의된 프로세스(process)들, 방법들 및/또는 기법들을 구현하기 위한 명령들은 컴퓨터-판독가능 저장 매체 또는 메모리들, 이를테면, 캐시(cache), 버퍼(buffer), RAM, 착탈가능 매체, 하드 드라이브(hard drive) 또는 다른 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 제공된다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 다양한 유형들의 휘발성 및 비휘발성 저장 매체를 포함한다. 본원에서 설명되거나 또는 도면들에서 예시된 기능들, 동작들, 또는 작업들은 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 또는 이러한 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 저장된 명령들의 하나 이상의 세트들에 대한 응답으로 실행된다. 기능들, 동작들 또는 태스크(task)들은 특정 유형의 명령 세트, 저장 매체, 프로세서 또는 프로세싱 전략에 독립적이며, 그리고 단독으로 또는 결합하여 동작하여, 소프트웨어, 하드웨어, 집적 회로들, 펌웨어, 마이크로 코드(micro code) 등에 의해 수행될 수 있다. 마찬가지로, 프로세싱 전략들은 멀티프로세싱(multiprocessing), 멀티태스킹(multitasking), 병렬 프로세싱 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 명령들은, 로컬 또는 원격 시스템들에 의한 판독을 위해 착탈가능 매체 디바이스 상에 저장된다. 다른 실시예들에서, 명령들은, 컴퓨터 네트워크를 통한 또는 전화 라인들을 통한 전송을 위해 원격 위치에 저장된다. 또 다른 실시예들에서, 명령들은 주어진 컴퓨터, CPU, GPU 또는 시스템 내에 저장된다.

[0072] 디스플레이(20)는 2-차원 이미지들 또는 3-차원 표현들을 디스플레이(displaying)하기 위한 CRT, LCD, 프로젝터(projector), 플라즈마(plasma), 또는 다른 디스플레이이다. 디스플레이(20)는 조직 특성을 나타내는 하나 이상의 이미지들 또는 변위 또는 변위들로부터 도출된 다른 정보(즉, ARFI에 대한 조직 반응을 나타내는 이미지)를 디스플레이한다. 예로서, 위치의 함수로써의 변위 또는 조직 특성들의 2-차원 이미지 또는 3-차원 표현이 디스플레이된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 이미지는 그래프이거나, 숫자이거나, 또는 값 또는 그래프의 텍스트 표현이다. 예컨대, 전단 속도, 전단 탄성계수, 스트레인(strain), 탄성 또는 다른 값이 B-모드 이미지 상에 이미지 또는 주석(annotation)으로서 디스플레이된다.

[0073] 본 발명이 다양한 실시예들을 참조하여 위에서 설명되었지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 많은 변화들 및 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 앞선 상세한 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로서 간주되며, 본 발명의 사상 및 범위를 정의하도록 의도되는 것은, 모든 등가물들을 포함하는 다음의 청구항들이라는 것이 이해되는 것이 의도된다.

Claims

초음파 시스템(ultrasound system)에 의한 음향 방사력 임펄스 스캐닝(acoustic radiation force impulse scanning)을 위한 방법으로서,
상기 초음파 시스템에 의해 그리고 초음파 변환기(transducer)로부터, 피크 양의 압력(peak positive pressure)의 절대값이 송신 빔(transmit beam)의 초점 위치에서 피크 음의 압력의 절대값의 적어도 1.2배인 상기 송신 빔을 음향 방사력 임펄스로서 송신하는 단계;
상기 초음파 변환기를 사용하여 상기 초음파 시스템에 의해, 조직의 변위(displacement)를 추적하는 단계 ― 상기 변위는 상기 음향 방사력 임펄스에 응답함 ― ; 및
상기 조직의 변위의 함수인 이미지(image)를 생성하는 단계를 포함하는,
초음파 시스템에 의한 음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 방법.
제1 항에 있어서,
상기 송신하는 단계는, 상기 피크 양의 압력의 절대값이 상기 피크 음의 압력의 절대값의 적어도 2.0배인 상기 송신 빔을 송신하는 단계를 포함하는,
초음파 시스템에 의한 음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 방법.
제1 항에 있어서,
상기 송신하는 단계는 시간에 걸쳐 연속적인 요소 파형들을 갖는 상기 송신 빔을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 요소 파형들은 피크 음의 진폭의 절대값의 적어도 1.2배인 피크 양의 진폭의 절대값을 갖는,
초음파 시스템에 의한 음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 방법.
제3 항에 있어서,
상기 송신하는 단계는, 상기 요소 파형들이 100개 이상의 사이클(cycle)들을 갖고 상기 사이클들 중 적어도 1/3의 사이클들이 상기 피크 음의 진폭의 절대값의 적어도 1.2배인 상기 피크 양의 진폭의 절대값을 갖는 상기 송신 빔을 송신하는 단계를 포함하는,
초음파 시스템에 의한 음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 방법.
제3 항에 있어서,
상기 생성하는 단계는, 상기 초음파 변환기의 송신 애퍼처(aperture)의 각각의 요소에 대해, 중심 주파수에서 제1 파형 및 상기 중심 주파수의 제2 고조파 주파수에서 제2 파형을 생성하는 단계, 및 매 2번째 사이클(every other cycle)이 상기 피크 음의 진폭의 절대값의 적어도 1.2배인 상기 피크 양의 진폭을 갖도록 상기 제1 파형 및 상기 제2 파형의 결합에 의해 상기 요소들 각각에 대한 상기 요소 파형을 형성하는 단계를 포함하는,
초음파 시스템에 의한 음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 방법.
제1 항에 있어서,
상기 송신하는 단계는, 상기 초점 위치에서 상기 피크 음의 압력의 절대값의 적어도 1.2배인 상기 피크 양의 압력의 절대값을 형성하도록 정렬된 기본 주파수 성분(fundamental frequency component) 및 제2 고조파 주파수 성분(harmonic frequency component)을 갖는 상기 송신 빔을 송신하는 단계를 포함하는,
초음파 시스템에 의한 음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 방법.
제1 항에 있어서,
상기 추적하는 단계는 상기 음향 방사력 임펄스에 의해 생성된 전단파를 추적하는 단계를 포함하는,
초음파 시스템에 의한 음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 방법.
제1 항에 있어서,
상기 생성하는 단계는, 2차원 또는 3차원 필드에서 상기 추적된 변위들의 함수로써 변조된 픽셀들을 갖는 상기 이미지를 생성하는 단계를 포함하는,
초음파 시스템에 의한 음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 방법.
환자로 음향 방사력 임펄스를 송신하기 위한 초음파 변환기;
상기 음향 방사력 임펄스에 대한 전기 파형을 생성하도록 구성된 송신 빔형성기(beamformer) ― 상기 생성된 전기 파형들은 다수의 사이클들 및 상기 사이클들 중 적어도 약 1/2에 대해 적어도 1.5의 양-음 피크 전압의 비율을 가짐 ― ;
상기 음향 방사력 임펄스에 기인하는 상기 조직의 움직임에 대한 응답으로, 수신된 음향 신호들의 함수로써 공간 위치를 표현하는 데이터(data)를 출력하도록 구성된 수신 빔형성기;
상기 출력된 데이터의 함수로써 시간에 걸쳐 상기 환자의 상기 조직의 변위를 추정하도록 구성된 프로세서(processor); 및
이미지를 디스플레이(display)하도록 동작가능한 디스플레이(display)를 포함하고,
상기 이미지는 상기 변위의 함수인,
음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 초음파 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 송신 빔형성기는 상기 비율이 적어도 2.0인 상기 전기 파형들을 생성하도록 구성되는,
음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 초음파 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 송신 빔형성기는 상기 비율이 약 2.0인 상기 전기 파형들을 생성하도록 구성되는,
음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 초음파 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 송신 빔형성기는 상기 초음파 변환기의 각각의 요소에 대해, 상기 전기 파형들 중 하나를 생성하도록 구성되고, 상기 전기 파형들 각각은 상기 비율을 형성하기 위해 위상 정렬된 기본 파형 및 고조파 파형의 중첩(superposition)인,
음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 초음파 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 수신 빔형성기는 상기 공간 위치 및 다른 공간 위치들을 표현하는 상기 데이터를 출력하도록 구성되고, 상기 프로세서는 상기 공간 위치 및 다른 공간 위치들 각각에 대해 시간에 걸쳐 상기 환자의 상기 조직의 변위를 추정하도록 구성되고, 상기 이미지는 상기 음향 방사력 임펄스에 대한 조직 반응의 2차원 또는 3차원 분포를 표현하는,
음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 초음파 시스템.
제9 항에 있어서,
상기 이미지는 전단파 이미지를 포함하는,
음향 방사력 임펄스 스캐닝을 위한 초음파 시스템.
초음파 시스템에 의한 이미징(imaging)을 위한 방법으로서,
상기 초음파 시스템에 의해, 초음파 변환기의 요소들로부터의 음향 파형들을 송신하는 단계 ― 상기 요소들에서의 상기 음향 파형들은 사이클들 중 적어도 1/3에 대해 피크 양의 압력과 피크 음의 압력 사이에 빔형성기 생성 비대칭성을 갖고, 상기 음향 파형들은 조직의 변위들을 유발함 ― ; 및
상기 변위들로부터 전단파 이미징하는 단계를 포함하는,
초음파 시스템에 의한 이미징을 위한 방법.
제15 항에 있어서,
상기 전단파 이미징하는 단계는, 상기 초음파 변환기를 사용하여 상기 초음파 시스템에 의해, 상기 조직의 변위를 추적하는 단계, 및 상기 변위로부터 이미지를 생성하는 단계를 포함하는,
초음파 시스템에 의한 이미징을 위한 방법.
제15 항에 있어서,
상기 송신하는 단계는, 상기 사이클들 중 적어도 약 1/2에 대해 상기 피크 양의 압력 대 상기 피크 음의 압력의 비율이 적어도 1.5인 상기 음향 파형들을 송신하는 단계를 포함하는,
초음파 시스템에 의한 이미징을 위한 방법.
제15 항에 있어서,
상기 송신하는 단계는, 상기 사이클들 중 약 1/2에 대해 상기 피크 양의 압력 대 상기 피크 음의 압력의 비율이 적어도 2인 상기 음향 파형들을 송신하는 단계를 포함하고, 상기 빔형성기 생성 비대칭성은 위상 정렬된 기본 전기 파 및 제2 고조파 전기 파의 결합에 의해 형성되는,
초음파 시스템에 의한 이미징을 위한 방법.
제15 항에 있어서,
상기 송신하는 단계는 개별적으로 생성된 전기 파형들의 중첩을 갖는 상기 음향 파형들을 송신하는 단계를 포함하는,
초음파 시스템에 의한 이미징을 위한 방법.