描述粘彈性介質流變特徵的方法

2023-05-09 16:24:11

專利名稱：描述粘彈性介質流變特徵的方法
描述粘彈性介質流變特徵的方法本發明涉及一種描述粘彈性介質流變特徵的方法。尤其是，本發明涉及一種描述粘彈性介質流變特徵的方法，包括以下步驟(a)激發步驟，在該步驟中，所述粘彈性介質產生具有包含至少一個非零頻率頻譜的振動激發，所述激發產生介質的形變；(b)形變測量步驟，在該步驟中，在所述介質中的多個點觀測由所述激發產生的介質形變；以及(C)流變特徵描述步驟，在該步驟中，根據所述形變，在所述形變介質中的多個點確定該介質的至少一個流變參數X。因此，這使得定量和/或定性分析成為可能，特別是，從粘彈性介質的其餘部分中 識別出具有不同硬度的部分或者從粘彈性介質的其餘部分中識別出具有不同鬆弛時間的部分。該方法一種特別有效的應用是在人體的軟組織成像中，例如，用於檢測惡性腫瘤。文獻W0-A-04/21038描述了這類方法的一個實施例。雖然這一方法已經令人滿意，但本發明的目的在於進一步優化這類方法，從而進一步提高該方法的檢測的可靠性和靈敏度。為此目的，所討論的這類方法的特徵在於，在所述特徵描述步驟中，在該介質中的多個點確定一個非零冪次參數y，使得所述介質的所述流變參數等於x(f) = a+bfy,式中f是所述頻率，a是一個實數以及b是一個非零尺度參數。因此，使得用一種非常恰當的方式來描述粘彈性介質的特徵變得可行，例如，使得在所述介質中某些異常點，例如活體組織中的惡性腫瘤，可更有效的檢測出來。在根據本發明方法的一個優選實施例中，以下的一個或多個設定可以有選擇地加以使用-在所述特徵描述步驟中，在所述介質中的多個點還確定了所述尺度參數b;-所述流變參數X是該介質中的機械波的衰減係數；-所述流變參數X是該介質中的機械波的傳播係數；-所述激發在該介質中產生剪切波；-所述流變參數是該介質的復切變模量G*的實部；-所述流變參數是該介質的復切變模量G*的虛部；-所述激發由機械振動器局部產生，所述機械振動器在該振動器與該介質之間的接觸點產生所述剪切波；-通過將適於局部移動介質的超聲壓縮波遠程射入所述介質中產生所述剪切波；-在形變測量步驟(b)中，在屬於所述介質的一個至少兩維的區域中，形成由激發廣生的形變圖像；-在形變測量步驟(b)中，所述形變是由選自回波描記術和MRI的方法進行測量的；以及-在流變特徵描述步驟(C)中，確定該介質中的一個冪次參數圖。本發明其它的特徵和優點將通過以下一個實施例的具體描述而變得更加清晰，該實施例通過非限制性實施例並結合附圖
的方式給出。在附圖中-圖I示出了以矢狀切面的方法所表示的患有侵潤性導管癌病人乳房的的二維MRI切片圖像；以及-圖2至圖5示出了圖I所示平面中的圖I所示乳房的幾個流變參數的圖。在不同的多個附圖中，相同的附圖標記表示同樣的或者相似的元素。本發明涉及一種描述諸如人體器官軟組織的粘彈性介質I流變特徵的方法，特別是為了通過分析討論中的流變參數來識別例如惡性腫瘤等異常的目的。通過一實施例，圖I示出了患有侵潤性導管癌2病人的乳房(其構成了上述提及的介質I)的MRI切片圖像，所述侵潤性導管癌2對應於圖I中被實線包圍的區域。 正如圖I所示，MRI切片圖像難以清晰地區別介質I中的病變部分2與健康部分。為改善對諸如惡性腫瘤或類似異常的檢測，因此就需要籍助於彈性成像或類似技術對流變進行特徵描述的方法來測量流體參數(為了獲得該流體參數圖，需要在至少一個點或較佳是在整個區域進行測量)，其包括以下步驟(a)激發步驟，在該步驟中，在粘彈性介質I中產生具有包含至少一個非零頻率f頻譜的振動激發,所述激發將產生介質I的形變；(b)形變測量步驟，在該步驟中，在介質中的至少一個點觀測由所述激發所產生的介質I形變；以及(C)流變特徵描述步驟，在該步驟中，至少在所述形變介質中的點上確定介質的至少一個流變參數。這類方法都是熟知的，特別是可從文獻W0-A-2000/55616、W0-A-2004/021038和W0-A-2006/010213 中得到了解。所述振動激發可諸如在介質中產生剪切波-或者通過外部機械振動器從所述振動器與介質之間的接觸點來局部產生所述剪切波(正如文獻W0-A-2000/55616所述)，因此所述振動器包含激發，該激發的頻譜即可以是單一頻率的頻譜，也可以是例如O到10000Hz頻帶中的寬頻譜；-或者將適於局部移動所述介質的超聲壓縮波遠程射入介質中(W0-A-2004/021038)，這些超聲波的頻率可以置於例如O. I到50MHz頻帶內的且無論其是否聚焦的，所述超聲波是由獨立換能器的陣列或者單一元件的換能器所產生的。例如上述文獻W0-A-2000/55616、W0-A-2004/021038 和 W0-A-2006/010213 中所述，在形變測量步驟(b)中，所述形變採用特地選自回波描記術和MRI的方法來測量。在形變測量步驟(b)中，在介質I中的一個至少二維的區域中，形成由激發所產生的形變(形變振幅)的圖像，並且在流變特徵描述步驟(C)中，進一步確定位於所述區域中的介質流變參數圖。在介質I中的機械波(特別是上述剪切波)的傳播可採用復波向量k進行建模，復波向量可以表示為k(f) = β (f)+i a (f) (I)式中f是頻率。k的虛數部分α表示波的衰減，同時k的實數部分β表示波的傳播這些參數構成了描述介質I流變特徵的部分參數。根據本發明，介質的至少一個流變參數根據頻率f的冪次法進行變化。也就是說，我們首先稱之為X的這個參數是fy(f的I冪次方)的仿射函數，其中I是隨著介質I中的位置變化的一個非零實數(y本身是一個描述介質的流變特徵的參數)，即X(f) = a+bf%式中a是一個實數並且b是一個非零實數，稱為尺度參數。在特徵描述步驟(c)中，至 少冪次參數y被確定，在此例中，尺度參數b也有可能被確定。根據該冪次法則模型，衰減α (表示為每釐米奈培)例如可以表示為a (f) = α !+ a 0fy(2)式中\和a C1是兩個實數(根據上述標記，通常情況下x= a (f) ;a= Ql&b=a 0)。一般來說，生物組織中的機械波的冪y介於O和2之間。利用Kramers-Kronig 關係(參考 Szabo, J. Acoust. Soc. Amer. 107 (5),第 I 部分，2000 年 5 月，2437-2446 頁以及 Szabo, J. Acoust. Soc. Amer. 96 (I)，1994 年 7 月，491-500頁)數學表示的因果準則，使得α和β之間存在一關係，為物理上等於所述機械波傳播速度的量化散射的總合。對於驗證上述公式的衰減來說，β必須被表示為(具體請參考 Waters 等著，J. Acoust. Soc. Amer. 108 (2)，2000 年 8 月，556-563 頁以及 Waters 等著，J. Acoust. Soc. Amer. 108 (5)，第 I 部分，2000 年 11 月，2114-2119 頁)當y為偶數或者非整數情況
權利要求
1.一種描述粘彈性介質(I)流變特徵的方法，包括以下步驟 (a)激發步驟，在該步驟中，在所述粘彈性介質(I)中產生具有包含至少兩個非零頻率f的頻譜的振動激發，所述激發產生介質的形變； (b)形變測量步驟，在該步驟中，在所述介質中的多個點觀測由所述激發產生的介質(I)形變；以及 (C)流變特徵描述步驟，在該步驟中，根據所述形變，在所述介質(I)中的多個點確定介質的至少兩個流變參數X (f)，所述至少兩個流變參數分別與所述至少兩個非零頻率f每一個關聯; 其特徵在於，在所述特徵描述步驟中，在所述介質中的多個點確定一個非零冪次參數y，使得所述介質的流變參數等於x(f) = a+bfy,式中f是與所述流變參數相關聯的頻率,a是一個實數，並且b是一個非零尺度參數。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在特徵描述步驟中，還在所述介質中的多個點確定所述尺度參數b。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述流變參數X是介質(I)中的機械波的裳減係數。
4.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述流變參數X是介質(I)中的機械波的傳播係數。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述激發在介質(I)中產生剪切波。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述流變參數X是介質(I)的復切變模量G*的實部。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述流變參數X是介質(I)的復切變模量G*的虛部。
8.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述激發由機械振動器局部產生，所述機械振動器在該振動器與介質(I)之間的接觸點產生所述剪切波。
9.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述剪切波通過將適於局部移動介質的超聲壓縮波遠程射入介質(I)中產生。
10.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在形變測量步驟(b)中，在所述屬於介質(I)的一個至少兩維的區域中，形成由激發產生的形變圖像。
11.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述形變測量步驟(b)中，所述形變採用選自回波描記術和MRI的方法進行測量。
12.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述流變特徵描述步驟(c)中，確定介質⑴中的冪次參數(y)圖。
全文摘要
一種描述彈性介質流變特徵的方法，其包括以下步驟(a)激發步驟，在粘彈性介質中產生振動激發，所述激發將產生介質的形變，(b)形變測量步驟，觀測由所述激發所產生的介質形變，以及(c)特徵描述步驟，確定一個非零冪次參數y，使得所述介質的所述流變參數等於x(f)＝a+bfy，式中f是所述頻率，a是一個實數以及b是一個非零尺度參數。由此可以獲得該介質中的一個冪次參數y圖。
文檔編號G01N29/032GK102830163SQ20121029305
公開日2012年12月19日 申請日期2008年6月23日 優先權日2007年6月25日
發明者拉爾夫·辛酷斯, 米克爾·坦特, 馬蒂亞斯·芬克, 傑米拉·勃可夫, 大衛·薩弗裡 申請人:超聲成像, 國家科學研究中心