測量人或動物器官的彈性及建立該彈性的二維或三維模型的裝置和方法

2023-09-16 08:48:45

專利名稱：測量人或動物器官的彈性及建立該彈性的二維或三維模型的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種測量人體或動物器官的彈性並且連續建立該彈性的二維或三維模型的裝置和方法，更具體地說涉及所有粘彈性介質的測量，這種介質在超聲照射以後提供超聲信號。本發明特別涉及人體乳房彈性的測量，但不限於此，這種技術的好處在於這些器官的病理特性通常與它們的彈性有關。
在現有技術中我們知道法國專利申請FR2733142公開了一種測量二維彈性但也可以測量三維彈性的彈性測量裝置。但是該裝置沒有能使棒沿兩個垂直方向掃描的掃描設備。
另外我們還知道美國專利US6176827、US5099848、US2002/010398、US6277074和US5474073都公開了有時用一個固定棒只進行二維測量的方案(參看US6176827)。
目前，市場上還沒有可以測量這種彈性並且以二維或三維形式觀看該測量的超聲裝置。
此外，對於二維測量彈性來講，我們知道題為「ShearModulus Imaging with 2DTransient Elastography」(作者為Sandrin，L.，Tanter，M.，Catheline，S.，and Fink，M.，雜誌為Ultrason.Ferroelectr.Freq.Control.，vol.49(4)，pp.426-435(2002))公開了一種測量彈性和該彈性二維模型的技術。相反問題的解決方案，也就是說重新提出反映人們致力於測量的粘彈性介質的參數並不理想，這是因為不知道在該空間中沿三個方向的移動。事實上，根據與該文章中所述的裝置進行的測量有關的計算算法，操作者必須用公式表示解決彈性計算的假設，但實際表明這些假設基本沒有得到驗證。
我們還知道國際專利申請WO0070362描述了一種使用核磁共振彈性圖表(ERM)的系統，在該圖表中由機械波來激勵一個粘彈性區域如人乳房。該發明的目的基於這樣的假設ERM的測量結果是與部分微分方程的時間無關的解，而這些方程準確地描述了粘彈性材料中機械波(縱波包括在內，而且在反射環境中)的狀態。為此，可以計算出這些方程中的楊模數。此外，此文提出使用縱波(主要方式)，這些縱波能夠滲透到人的胸膛，但這不是橫波的情況。
在該專利申請中，要想得到彈性圖表就需要花費很多時間。此外，實施這種裝置的成本很高。
另外很清楚的是，測量多維彈性有很大的好處，利用本發明的裝置可以對現有技術作出的很大改進。
另外，國際專利申請N°FR9903157公開的現有技術描述了一種成像方法，用於同時觀察漫射粘彈性介質許多點處的低頻剪力脈衝波的傳播。為此，要以很快的速度在該裝置中發射壓縮超聲波，這種超聲波能夠得到一連串的介質圖像，然後在不同的時間利用互相關處理得到的圖像以便在剪力波傳播時確定每個圖像各點處的介質運動。
因為該發明需要考慮以下兩種假設，所以令人並不滿意-在垂直於平面的方向認為移動的二次導數為零，-假定介質完全不能壓縮。
因此本發明的主要目的在於克服現有技術系統中的問題。為此，本發明提出一種測量人體器官或動物器官特別是測量乳房的彈性，更通常是測量所有在超聲照射以後提供超聲信號的粘彈性介質以及連續建立彈性二維或三維模型的裝置，該裝置包括至少一個具有多個傳感器(12)的超聲棒(barrette)(1)或類似物，一個能夠產生並發送直接或間接低頻應力的激勵設備，一個超聲信號獲得設備，一個例如計算機的數據控制和處理設備，其特徵在於該裝置包括一個能夠一維(1D)或在兩個垂直方向二維(2D)利用上述超聲棒(1)實施掃描並分別得到二維(2D)或三維(3D)彈性測量模型的掃描設備。
因此，由於這些特徵，本發明可以提供一種能夠得到二維或三維待測介質的彈性分布圖，這是因為有一個比現有技術方案更簡單而且價格更低的系統。
超聲棒最好包括多個用於獲得超聲信號的傳感器。
根據本發明提供的一種可行方案，所述激勵設備包括一個可以是橫向、縱向或兩者混合的機械振蕩器。
所述激勵設備最好能夠包括一個或多個超熱傳感器，因為溫度升高造成超聲圖像移動，其中所述傳感器或是用來獲得超聲信號，或是將一個或多個傳感器設置在粘彈性介質的周圍。同樣，所述激勵設備還可以包括人體或動物的內部運行件，例如心臟擊打器。
根據本發明提供的另一種可行方案，所述激勵設備包括利用輻射壓力的遠距離觸診，其中所述傳感器或是用來獲得超聲信號，或是將一個或多個傳感器設置在粘彈性介質的周圍。
本發明的裝置最好用至少一個控制設備控制，例如一個計算機、一個微處理器或一個中心處理單元。
所述超聲棒最好是一個1.5D的棒或一個可以在多個不同上升點聚焦的星狀傳感器；在這種情況下，利用超聲聚焦進行掃描。
此處要提醒的是，本發明技術領域中稱作1.5D的棒是不僅能沿一個平面聚焦，而且能在該平面的高處聚焦的小棒，在該實施例中，沿與上述稍微錯開的平面平行的水平平面聚焦。
為便於理解本發明，還應當提醒的是一個0D的超聲回波描述棒沿一維x發射超聲，1D的棒沿二維x，y發射超聲，而通常由沿2D矩陣分布的多個正方形超聲棒構成的2D棒可以在一個空間沿三維x，y，z發射超聲。
根據本發明的一個實施模式，在超聲棒和上述粘彈性介質之間的空間至少部分是水或其他所有能夠保證超聲波自由通過的元件。
由超聲傳感器和它們的電子器件構成的組合件通過高速數字連接件例如LVDS與所述控制和處理設備相連。
根據本發明的一種實施模式，本發明的裝置包括兩個超聲棒。
根據本發明裝置的一種實施模式，將所述兩個超聲棒浸入一個裝有液體例如水的密封容器中。
最好將所述密封容器與一個能使所述容器翻轉的旋轉設備相連。
根據本發明提供的一種可行方案，所述密封容器可以包括多個孔，在這些孔中分別引入一個機械振蕩器和/或一個超聲傳感器。
在所述密封容器上或密封容器中的這些孔最好一些與另一些或一個與另一個相隔90°。
根據本發明的另一種實施模式，本發明裝置包括三個沿y，x和z方向分別測量組織速度的小棒。
本發明還涉及一種測量人體器官或動物器官彈性，特別是乳房彈性，或更通常是測量所有在超聲照射以後提供超聲信號的粘彈性介質以及連續建立彈性的二維或三維模型的方法，在該方法中包括至少一個超聲棒(1)或類似物，一個能夠產生低頻移動的激勵設備，一個獲得超聲信號的設備，一個例如計算機的數據控制和處理設備，一個能夠在一維(1D)或二維(2D)利用上述超聲棒(1)進行掃描並能分別得到二維(2D)或三維(3D)彈性測量模型的掃描設備，其特徵在於該方法包括如下步驟-產生低頻應力或信號和獲得超聲信號；-利用掃描設備沿兩個垂直方向移動所述棒；-計算超聲圖像；-計算組織速度；-反轉用於恢復參數的數據，這些參數描述所述粘彈性介質。
移動杆的步驟最好重複進行，重複的次數以在到達計算超聲圖像步驟以前得到所有超聲數據需要的次數為準。
應當注意的是，獲得超聲圖像數據的步驟也可以獲得為求得一個傳統超聲圖像所需要的數據，也就是用傳統「波束組成」的超聲圖像。事實上，這樣得到的圖像構成被研究器官形態的2D或3D確切的信息，該信息是對彈性參數的很好補充。
在計算組織速度期間，最好能夠測量該速度沿該區域三個垂直方向的縱向分量的二次導數。
同樣，在計算組織速度期間，可以測量該速度沿該區域三個方向的三個分量的空間導數。
下面結合附圖對本發明的作為非限定性例子的實施例進行描述，其中

圖1表示本發明的帶有單一機械掃描設備的裝置的超聲回波棒的移動；
圖2表示本發明的帶有雙機械掃描設備的裝置的超聲回波棒的移動；圖3表示本發明裝置的帶有一個能在上升時通過超聲聚焦的掃描設備的1，5D的棒的操作；圖4表示本發明的帶有一個能在上升時聚焦的1.5或1.75D的棒的裝置；圖5表示本發明的帶有一個星形傳感器的裝置；傳感器在該裝置的空間中進行分布；圖6表示本發明的裝置正在測量一個病人乳房彈性；圖7的示意圖表示本發明裝置的實施模式。
這些附圖並不表示完整的裝置。該裝置包括用於對人體器官或動物器官的彈性進行測量的元件，也就是說特別是有至少一個包括多個傳感器的超聲棒或超聲探頭，一個能確保得到超聲信號的設備，一個例如計算機等的數據控制和處理設備，以及一個能夠引起低頻移動的激勵設備。
本發明在於使用一個能夠確保所述超聲棒掃描的機械掃描設備。利用本發明的方法，可以測量現有技術的裝置不能得到的參數，即法國專利FR9903157所描述的。這樣得到的參數是沿上升方向移動的二次導數，也就是說與圖像平面垂直的方向，以及移動矢量的兩個缺補分量。
下面選用乳房作為人體器官或動物器官來描述本發明，但所有理想靜態器官都可以用本發明裝置和方法實現彈性測量目的，當然條件是在用超聲信號照射以後提供超聲信號。但是如果體內移動不能構成可用於該方法的低頻應力時，則為了不幹擾測量，該器官最好固定不動。
本發明按照下面的順序執行下面的步驟1.產生低頻應力或信號
2.獲得超聲數據；3.利用掃描設備移動所述棒；4.計算超聲圖像；5.計算組織速度，這也稱作連續圖像之間的移動；6.也可計算組織的形變速度；7.最後，反轉恢復被測介質參數的數據。
應當注意的是，計算步驟，也就是步驟4-6可以在超聲棒掃描粘彈性介質時開始，也就是說最理想的是在所述超聲棒移動期間執行這些步驟。
在低頻應力或信號產生步驟中，最好在剛開始得到超聲後立即向激勵設備傳輸低頻信號，該信號的頻率f為5Hz-1000Hz之間。低頻振動引起粘彈性介質的組織中的低頻彈性波的傳播，這種傳播與介質的彈性有關。
用於產生低頻移動的不同設備可以考慮使用機械振動，這種振動由一個振動器實現，振動器可以是一塊或多塊振動板20，活塞和/或棒。同樣，能夠產生剪力波的激勵設備可以包括使用輻射壓力(pression de radiation)的一個遠距離觸診，其中所述傳感器不是用來獲得超聲信號，就是將一個或多個傳感器設置在待成像物體周圍。
在獲得超聲數據的過程中，主要按照100Hz和100000Hz之間的1/T速度N次獲得超聲。通過用超聲傳感器發射超聲短脈衝來求得超聲數據，所述超聲短脈衝通過介質中所含的顆粒反射。利用相同的超聲傳感器在1μs-10ms變化的時間內記錄稱作「speckle(斑點)」的超聲信號。按照1/T的速度重複這種操作N次。
然後是移動超聲回波棒或超聲棒的步驟。與此相應的是，根據所用超聲棒的數量或類型用三種不同的方式實現使所述棒移動的掃描。
這樣，本發明裝置主要配有隻有一個單向超聲棒1；有兩個超聲棒5，6或沿兩個軸設置的一個超聲棒；一個1.5D的超聲棒9。
在圖1所示的只有一個單向超聲棒1的情況下，超聲回波棒1移動的距離為10μm-10mm。至少沿一個方向進行掃描。例如沿由平面2建立的Z方向掃描，移動距離為Δz，在該圖中由兩個平面3和4構成該移動距離。
在圖2所示的兩個超聲棒5，6或沿兩個軸7和8設置的一個超聲棒的情況下，使用兩個超聲棒5和6(或者連續使用一個)。這種掃描可以得到組織速度矢量的所有分量。
在圖3所示的一個1.5D的超聲棒9的情況下，避免了機械掃描，結果與星形傳感器的相同；這兩個元件可以在三個不同高度處聚焦。在一個1.5D的超聲棒9的情況下，通過改變聚焦規則得到沿z方向的移動，從而改變圖像的平面高度。
在計算超聲圖像的步驟中，通過使用如上面指出的專利FR9903157中所述的延遲求和算法構成超聲圖像，也可以用快速「波束成型」算法，例如空間頻率方面的技術(見Lu，J.，的文章「2D and 3D High Frame Rate Imaging with LimitedDiffraction Beams」，IEEE Trans.Ultrason.Ferroelectr.Freq.Contr.，vol.44，N°4，1997.)。
在計算組織速度，這也稱作先後圖像之間的移動的步驟中，先後兩個超聲發射之間的組織速度或移動(並不一定要連續)或是通過互相關係進行測量，這在Doppler的專利FR9903157中已作過描述，也可以通過自相關進行測量，這在KasaiC.，Namekawa K.，Koyono A.和Omoto R.的文章中已經作了描述，該文章為「Real-time two-dimensional blood flow imaging using an autocorrelation technique」，IEEE Trans.Sonics Ultrason.，vol.35，pp.458464(1985)，以及更廣泛地用其他所有移動測量技術進行測量。
通過使用圖1所示的簡單機械掃描，至少在成像區域中介質的每一點上都能得到沿組織速度Vx的x方向的分量。通過採用Konofagou，E.E.，Ophir，J.的文章和Tanter，M.，Bercoff，J.，Sandrin，L.，Fink，M.的文章中描述的算法，也可以得到組織速度的縱向分量Vy，Konofagou，E.E.，Ophir，J.的文章為「A new elastographic methodfor estimation and imaging of lateral displacement，lateral strains，corrected axial strainsand Poisson’s ratios in tissues」，Ultrasound in Med.Biol.24，No 8，pp.1183-1199(1998)，Tanter，M.，Bercoff，J.，Sandrin，L.，Fink，M.的文章為「Ultrafastcompound imaging for 2D motion vector estimationapplication to transientelastography」，Ultrason.Ferroelectr.Freq.Control.。通過採用圖2所示的雙機械掃描可以得到組織速度的三個分量超聲棒6可以測量Vx和Vy，超聲棒5可以測量Vy和Vz。通過用兩個超聲棒5，6算出估計和的一半就可以提高估計值Vy的精確度。
在計算組織變形速度的可選步驟中，通過根據所考慮的分量的方向求出Vz，也就是v(z，t)相對於深度的導數就可以得到組織變形的速度i(z,t)=i(z,t)i]]>其中i＝x，y或z數據反轉步驟包括重設或恢復用於說明粘彈性介質的參數。如果認為介質是線性和各向同性的，則這些參數總共為兩個。可以選擇剪力模數μ和壓縮模數λ。實際上在鬆弛組織中λ為Gpa量級，而且變化很小，而μ是Kpa量級。楊彈性或楊模數的第一近似值等於3μ。這樣，就可以方便地確定剪力模數μ，該模數構成被測粘彈性介質的最能說明問題的參數。
在簡單機械掃描的情況下，也就是說在含有單向超聲棒的掃描情況下，組織速度的矢量的各個分量並不知道。通過用下面的方程使數據反轉2it2=(x,y,z)[2ix2+2iy2+2iz2]]]>其中i＝x，y或z為了確定上述方程，需要假設整個介質上的彈性波完全為剪力波。實際上，因為組織並不是完全不可壓縮的，所以這種假設是錯誤的，因此所有剪力波必定伴隨壓縮波。
通過求解該方程得到尋找的參數μ(x，y，z)。從彈性圖表來看，通常具有三個坐標vx，vy，或vz中的一個。此處假定為vx。為了對該方程求解，必須能夠適時計算這三個方向的二次導數22x2=V(j,k+1,l,m)+v(j,k-1,l,m)-2V(j,k,l,m)x222y2=V(j,k,l+1,m)+v(j,k,l-1,m)-2V(j,k,l,m)y222y2=V(j,k,l,m+1)+v(j,k,l,m-1)-2V(j,k,l,m)z222t2=V(j+1,k,l,m)+v(j-1,k-1,l,m)-2V(j,k,l,m)T2]]>其中V(j，k，l，m)＝v(jT，k.Δx，y＝1.Δy，m.Δz)。
因此不僅應當知道圖像平面中的移動vx，而且也應當知道圖像平面附近的移動vx，以便能夠估計垂直於該圖像平面的二次導數v2/z2。在法國專利FR9903157和有關脈衝彈性圖表的公開文獻中，垂直於圖像平面的二次導數從方程中消除，因為該導數不可能從實驗中測量得到。事實上，v只在平面(x，y)中測量，因此也只知道v(x，y)。但不能確定v2/z2。公知的假設在於給出2z2=0]]>則方程簡化為2it2=[2ix2+2viy2]]]>其中i＝x，y或z即使不知道位於圖像平面兩側上的平面內在z+Δz和z-Δz上的移動，也可以求解該方程。
假設垂直於圖像平面的二次導數為零是強制性的，即使v2/z2未必會是零，但也不能在合適的條件下解決反轉問題。利用本發明的裝置，就可以得到缺少的導數。
因此使用兩種力法測量v(x，y，z)和計算v2/z2-或是用1.5D超聲棒9或星形傳感器可以在不同高度的三個點聚焦，-或是按照z-Δz，z和z+Δz連續移動超聲棒反覆三次求得，其中Δz經合理選取，以便近似於在x和y處得到的解(zx]]>和Δy)。
如果用圖4所示的1.5D的超聲棒9或1.75D的超聲棒，則可以在圖像的三個平面中實現圖像10，並可以計算這三個平面例如處在z+Δz，z和z-Δz中的三個平面中的移動。但此處的最大速度減去係數3。也可以用一個星形傳感器11，如圖5所示，傳感器12分布在該傳感器11的空間內。
根據第二種方案，該方案在於使超聲棒連續沿z+Δz，z和z-Δz移動重複三次得到，應注意的是務必使待測粘彈性介質不在兩次獲得之間移動，所施加的低頻應力對於每一個高度位置必須同步。
在雙機械掃描的情況下，也就是說含有兩個超聲棒5，6或含有沿兩個方向移動的一個超聲棒的情況下，組織速度的所有分量都是已知的。最普通的情況(可壓縮介質)在於使用下面的Navier方程2t2=(+)+2]]>利用下面的方程可以使該結果更佳2it2=xi[jxj]+xj[(ixj+jxi)]]]>其中v1＝vx，v2＝vy，v3＝vz，x1＝x，x2＝y和x3＝z。
因此就有一個三個方程的系統，並有兩個未知數λ(x，y，z)和μ(x，y，z)，這是因為在組織中密度的變化很小。
用上面的方程，就可以理解為什麼忽略與壓縮波相關的組織速度是錯誤的根源。當然，與剪力波產生的組織速度比較，與壓縮波相關的組織速度是很小的，但是由於壓縮項前的係數λ很大，所以它們的貢獻也是不能忽略不計的。如果組織速度矢量的三個分量是已知的，則可以對該方程求解。事實上該方程導致沿所有方向的組織速度變化(évolution)之間的耦合幹擾。
本發明建議使用圖6所示的組件或裝置。通過連續沿三個不同的軸13，14和15對介質進行掃描，該裝置就可以測量被研究器官的組織速度矢量的三個分量。超聲棒16可以測量y方向的組織速度uy，超聲棒17可以測量ux，超聲棒18可以測量uz。例如通過消除超聲棒18，使用橫向移動測量算法就可以將掃描區的數量從三個變成兩個。因此同時由超聲棒16和17確定位移uz，這樣就可以測量出平均速度uz＝(uzB1+uzB2)/2。
同步系統可以在兩次獲得之間移動傳感器12，一次獲得包括產生建立彈性波，一次獲得超聲信號。例如用一個步進電機或一個電動驅動器就可以使該系統移動。
應當反覆產生這種按順序的獲得，獲得的次數與圖像中存在的平面同樣多。在用三個超聲棒16，17，18時，每一個都有128個不同位置，所以系統要求384次不同的獲得。因此所研究的介質可以分割成1283個立方形象素19。超聲信號獲得的速度為每秒發射100-100000次。
在所研究的介質中，如果假設剪力波的傳播為1m/s，該介質的主要尺寸為12.8cm，以及該尺寸的象素為1mm3。則在該介質中以及在12.8cm長上剪力波的傳播時間持續128ms。對於每秒發射1000次的典型速度來講，應當實現發射128次超聲，以便符合剪力波的傳播。因此可以估計在過了150ms以後結束獲得。假定超聲裝置在過了500ms以後移動，並實現第二系列發射128次超聲。如果用三個超聲棒得到三個位移分量，則必須約用3分鐘(384次500秒)來得到為解決反向問題所需要的所有數據。通過交錯發射超聲可以減少測量時間，因此每一分鐘獲得需要發射128次。
在掃描的情況下，難度之一在於在掃描的所有時間內要保持傳感器和被研究介質之間有好的耦合性。當介質表面為平面時。可以利用超聲耦合劑例如水基凝膠實現掃描。當這不可能時或當介質表面「不平坦」時，我們建議將粘彈性介質浸到水中。圖6所示的情況就是將病人的乳房21浸入到一個容器22中，該容器是一個裝有水的平行六面體，並且有超聲透明窗。
正如上面看到的那樣，本發明裝置需要至少一個超聲回波記錄棒。而且還需要一個得到超聲的電子設備，該設備包括超聲發射器和接收器，數-模和模-數轉換器，存儲器，數模傳輸線等。在這種用於超聲信號的數位化的電子設備中，通常加一個處理單元，該處理單元例如可以是一臺與用戶界面連接的可攜式計算機。在這些不同的附圖中並未示出這裡所述的元件，而這些均是本領域技術人員公知的。
超聲圖片快速製作技術通常只使用有限數量的超聲發射來照射需成像的介質。因此這些技術的不足在於發送到介質中的能量比標準超聲回波記錄系統的少。因此，信噪比下降，超聲圖像的動態性減弱，這樣就導致超聲數據突然減少，這反映在算法鏈中，從而降低彈性測量靈敏度、降低彈性測量的解析度等。
為了克服這種缺陷，本發明裝置將上述電子設備的一部分設置在超聲棒附近，也就是說離超聲棒的距離小於50cm，其結果為·系統靈敏度提高；·傳輸的能量增加；·在機械化傳感器部分(超聲棒+所裝的電子設備)和數據處理單元(PC或所裝的PC卡或處理器DSP等)之間的連接簡單；·更能免除噪聲。
這種改進可以減小超聲棒的活動性，這種活動性與超聲回波中的標準使用不匹配，這是因為超聲回波記錄棒應當很輕，而且很方便使用。應當注意的是在我們考慮的情況下，無論如何超聲棒的活動性都會受到掃描行程的限制。因為不用操縱超聲棒，所以超聲棒的重量相當輕。超聲棒是機動的。
根據本發明的一種可行性，該裝置提出將發射和接收部分也就是發射和接收放大器設置在超聲棒的附近，通常不到50，同時在傳感器和處理單元之間保持平均水平的模擬信號傳輸。由此，強發射的模擬信號(放大以後)的路徑和弱接收信號(放大以前)的路徑均減小，所以接收靈敏度提高，改善了發射的能量傳輸。
根據本發明的另一種可行性，該裝置提出將模數轉換器(CAN)和數模轉換器(CNA)(用於發射和接收)設置在超聲棒的附近，仍然不到50cm，並利用高速數字連接器(例如LVDS)將傳感器部分和處理單元連接。本發明的這種結構產生以下改進·通過將所有模擬部分設置在源級，所以信噪比提高。強模擬信號(發射器)和弱模擬信號(接收器)被集中在傳感器處，而不再在處理單元和傳感器部分之間通過。·因為在處理單元和傳感器部分之間必須是純數字連接，所以接收的噪聲和發射的噪聲均減小了。
從引線數量上來看，簡化了控制和處理設備和傳感器單元之間的連接。
如果我們假設操作者用一個128個單元的超聲棒，50MHz頻率8比特的轉換器(CAN和CNA)進行發射和接收。如果當時分開發射和接收，而且所有路徑均啟用，則數字數據傳輸比達到128×8×50＝51,2Gbps(每秒10億比特)。實際上要17個3,125Gbps的高速數字連接以便實時傳輸這些數據。通過比較，模擬方案需要128個雙線(bifilaire)連接器。
圖7中示出了本發明新安裝的裝置。在裝置的這種變型中，用了兩個超聲探測器23和24，並將探測器浸入裝有水或其他合適液體的密封容器26中。
密封容器或盒可以轉動，例如轉動四分之一圈，以便使探測器23不僅能夠沿X方向掃描，而且能夠沿Z方向掃描。超聲探測器24隻沿Z方向掃描。因而在三個時間獲得超聲信號-利用兩個探測器23和24沿X和Z方向掃描，
-密封容器或盒26轉動，例如轉動四分之一圈，即90度，-利用探測器23沿Z方向掃描。
在獲得超聲信號期間，被插入密封容器26四周或周圍孔中的機械振蕩器25可以用來產生低頻應力。圖7中所示的兩個機械振蕩器中的一個或兩個機械振蕩器可用一個超熱探測器和/或一個用在遠距離觸診模式中的傳感器代替。在為描述本發明所選擇的例子中，處在密封容器26中或上的兩個孔彼此間相隔90度，也就是說線性機械振蕩器一個與另一個垂直，從而即使在容器26轉動四分之一圈(90度)以後，機械振蕩器也總是沿相同的方向，即與以前相同的直線伸展。
上面用例子對本發明作了描述。當然，本領域技術人員能夠制出各種變型裝置和用變型方法測量人體器官或動物器官的彈性，並且連續建立該彈性二維或三維模型，具體地說涉及的是構成所述裝置或所述方法的順序及重要步驟的不同元件的配置或布置，但這些均不超出權利要求的範圍。
權利要求
1.一種測量人體器官或動物器官特別是測量乳房的彈性、更通常是測量所有在超聲照射以後提供超聲信號的粘彈性介質以及連續建立彈性二維或三維模型的裝置，該裝置包括至少一個具有多個傳感器(12)的超聲棒(1)或類似物，一個產生並發送直接或間接低頻應力的激勵設備，一個超聲信號獲得設備，一個例如計算機的數據控制和處理設備，其特徵在於該裝置還包括一個沿一維(1D)或沿兩個垂直方向的二維(2D)利用上述超聲棒(1)實施掃描並分別得到二維(2D)或三維(3D)的彈性測量模型的掃描設備。
2.根據權利要求1的裝置，其特徵在於所述激勵設備包括一個機械振蕩，該機械振蕩可以是橫向、縱向或既橫向又縱向。
3.根據權利要求1的裝置，其特徵在於所述激勵設備包括利用輻射壓力的遠距離觸診，其中所述傳感器(12)或是用來得到超聲信號，或是一個或多個傳感器設置在粘彈性介質的周圍。
4.根據權利要求1的裝置，其特徵在於所述激勵設備包括人體或動物體的內部移動，例如心臟跳動。
5.根據權利要求1的裝置，其特徵在於所述激勵設備包括一個或多個超熱傳感器，其中所述傳感器或是用來得到超聲信號，或是一個或多個傳感器設置在粘彈性介質的周圍。
6.根據權利要求1的裝置，其特徵在於所述超聲棒是一個1.5D的棒(9)或一個可以在多個不同高度點聚焦的星狀傳感器(12)；在這種情況下，利用超聲聚焦進行掃描。
7.根據權利要求1的裝置，其特徵在於在所述超聲棒(1)和上述粘彈性介質之間的空間至少部分是水或其他所有可保證超聲波自由通過的成分。
8.根據權利要求2的裝置，其特徵在於所述機械振動由一塊或多塊振動板(20)、活塞和/或棒實現。
9.根據權利要求1的裝置，其特徵在於所述信號獲得設備包括多個超聲發射器和接收器、數模轉換器(CNA)和模數轉換器(CAN)、存儲器、數模傳輸線。
10.根據權利要求9的裝置，其特徵在於將所述發射器和接收器設置在所述超聲棒的附近，即通常距離小於50cm。
11.根據權利要求9的裝置，其特徵在於將所述數模轉換器(CNA)和模數轉換器(CAN)設置在所述超聲棒的附近，即距離小於50cm。
12.根據權利要求11的裝置，其特徵在於由超聲傳感器及其電子器件構成的組合件通過高速數字連接件例如LVDS與所述控制和處理設備相連。
13.根據權利要求1的裝置，其特徵在於該裝置包括兩個超聲棒(5)和(6)。
14.根據權利要求1的裝置，其特徵在於該裝置包括沿y，x和z方向分別測量組織速度的三個超聲棒(16，17，18)。
15.根據權利要求13的裝置，其特徵在於將所述兩個超聲棒(23和24)浸入一個裝有液體例如水的密封容器(26)中。
16.根據權利要求15的裝置，其特徵在於將所述密封容器(26)與一個能使所述容器(26)旋轉的旋轉設備相連。
17.根據權利要求15的裝置，其特徵在於所述密封容器(26)包括多個孔，將一個機械振蕩器(25)和/或一個超聲傳感器分別引入這些孔中。
18.根據權利要求15的裝置，其特徵在於在所述密封容器(26)上或密封容器中的這些孔一些與另一些或一個與另一個相隔90°。
19.一種測量人體器官或動物器官彈性特別是乳房彈性、或更通常是測量所有在超聲照射以後提供超聲信號的粘彈性介質以及連續建立該彈性的二維或三維模型的方法，在該方法中包括至少一個超聲棒(1)或類似物，一個可產生低頻移動的激勵設備，一個超聲信號的獲得設備，一個例如計算機的數據控制和處理設備，一個沿一維(1D)或二維(2D)利用上述超聲棒(1)進行掃描並分別得到二維(2D)或三維(3D)彈性測量模型的掃描設備，其特徵在於該方法包括如下步驟-產生低頻應力或信號和獲得超聲信號；-利用掃描設備沿兩個垂直方向移動所述超聲棒；-計算超聲圖像；-計算組織速度；-反轉用於恢復參數的數據，這些參數描述所述粘彈性介質。-
20.根據權利要求19的方法，其特徵在於所述低頻應力或信號的頻率為5-1000Hz。
21.根據權利要求19的方法，其特徵在於該方法還包括計算組織變形速度的步驟。
22.根據權利要求19的方法，其特徵在於在計算組織速度期間，測量該速度沿該區域三個垂直方向的縱向分量的二次導數。
23.根據權利要求19的方法，其特徵在於在計算組織速度期間，測量該速度沿該區域三個方向的三個分量的空間導數。
24.根據權利要求19的方法，其特徵在於在用超聲傳感器(12)發射被粘彈性介質中所含顆粒反射的脈衝的同時，獲得超聲信號。
25.根據權利要求19或24的方法，其特徵在於按照一般在100Hz和100000Hz之間的1/T速度獲得超聲信號，T是兩次超聲發射之間的周期。
26.根據權利要求19的方法，其特徵在於通過機械掃描或通過沿高度上的超聲掃描，主要在使用1.5D或1.75D的超聲棒的情況下實現超聲棒的移動。
全文摘要
本發明涉及一種測量人體器官或動物器官特別是測量乳房的彈性更通常是測量所有在超聲照射以後提供超聲信號的粘彈性介質以及連續建立該彈性二維或三維模型的裝置，該裝置包括至少一個具有多個傳感器(12)的超聲棒(1)或類似物，一個用於產生並發送直接或間接低頻應力的激勵設備，一個超聲信號獲得設備，一個例如計算機的數據控制和處理設備，其特徵在於該裝置包括一個能夠沿一維(1D)或二維(2D)利用上述超聲棒(1)進行掃描並分別得到二維(2D)或三維(3D)彈性測量模型的掃描設備。本發明還涉及實施該裝置的方法。
文檔編號A61B8/00GK1700886SQ03820964
公開日2005年11月23日 申請日期2003年9月2日 優先權日2002年9月6日
發明者洛朗·桑德蘭, 讓-米歇爾·阿斯克諾帕, 西爾萬·約恩 申請人:回波檢測公司