對粘彈性介質進行成像的方法與裝置的製作方法

2023-09-13 16:54:50

專利名稱：對粘彈性介質進行成像的方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於對粘彈性介質進行成像的方法與裝置的整體領域，並 且包括研究在粘彈性介質中存在的運動。更具體而言，本發明涉及包括以 下步驟的方法激勵步驟，在該步驟中，在激勵區中產生內部機械應力； 隨後是成像步驟，通過在響應於包含該激勵區的成像區中的所述內部機械 應力而在所述粘彈性介質中所產生的運動期間獲取信號來進行成像。
在特別有利的應用中，本發明涉及對人體器官的粘彈性特性進行成像。 在該醫學應用中，本發明尤其用於檢測諸如乳房、肝臟、卵巢等的器官中 液體區的存在，以及表徵該區域。
背景技術：
乳房的回波描記檢査已經使得可以根據與觀察到的病灶的形態和回波 描記紋理有關的信息來推斷該病灶的特定特徵。特別是，可以基於展示液 體聲學特徵的回聲(echogenicity)值來區分囊腫病灶(cystic lesion)和固態塊 (solid mass)。典型的囊腫在回波描記圖像上顯現為不產生回波的具有規則 幾何形狀的區域，在此假設充滿囊腫的液體幾乎不包含散射體，而除囊腫 之外的其他組織的回聲則被顯著增強，這是因為入射波束在囊腫中被衰減 得比在組織中更弱。
還可以根據固態病灶的形態來估計其為惡性情況的風險。具有明顯輪 廓並且其輪廓很少有圓形凸起且主軸平行於皮膚的圖像更有可能與良性病 灶相關。相反地，其輪廓不清晰並且具有強烈的後部陰影的不規則的(例 如星形的)圖像則非常有可能是惡性的。
不幸的是，這些形態準則並不夠，因為它們並不完全可靠，特別是對 於小病灶而言。特異性的缺乏己經導致出現新的回波描記工具，其給出了 與病理狀態更相關的可定量的功能信息。
例如，存在多種彈性成像技術，其尋求測量組織的機械屬性，以便更徵病灶。
還可以分析介質的流變特性，以便區分固態特性和液體特性，具體已 知的是在精確定義的感興趣區域中產生輻射壓力，從而如果該區域是液體 則在其中產生該液體的流，然後能夠利用回波描記對該液體的流進行成像。
所獲得的圖像揭示了該感興趣區域的運動。當在所得到的圖像上觀察 到運動時，則就檢測到液體的存在。
這種僅通過檢測運動來檢測液體存在的方法導致以一種並非很魯棒性 的方式來對病灶進行分類，特別是對於複雜的囊腫，其具有產生回聲值的 粘性物質，這在50%的情況中都會遇到。在該類型的囊腫中的輻射壓力區 域中所引起的運動與粘彈性固體的機械響應非常類似。因此存在或不存在 運動並非是區別準則。然而，由回波描記術所給出的形態準則被證明是不 足的，尤其是對於那種類型的囊腫而言。
此外，已知的方法僅能夠對用戶所選擇的特定介質區域進行測試。該 方法是專用的，並且想要在對介質進行成像時連續地實施該已知方法並不 現實。
最後，該已知方法僅用於檢測液體的存在，並不對病灶的流變特性進 行任何分級。除此之外，這些病灶可能是以下情況的囊腫粘性的、乳狀 的、石灰狀的、出血的、或實際上由沉澱物形成，並且因此它們呈現出不 同且變化的流變特性。

發明內容
因此，本發明的主要目的是通過提出一種彈性成像技術來減輕這種缺 點，該技術尤其使得可以在單個病灶中區分液體成分和固體成分，本發明 在於如簡介部分中所述的方法並且進一步包括計算步驟，計算與所述成 像區中位於所述激勵區外部的給定深度處的至少一個點處的所述粘彈性介 質的流變特性相關的定量指標，所述定量指標表示在以下信號之間的比較 在響應於所述激勵區中位於所述給定深度處的至少一個點處的機械應力而 產生的運動期間所獲得的信號，以及在響應於所述成像區中位於所述激勵 區外部的至少所述點處的機械應力而產生的運動期間所獲得的信號。
這種方法是基於表徵粘彈性介質中不同區域的相對運動的，通過這些區域對機械應力的響應方式來區分它們。該方法系統地提出了計算定量 指標以揭示在位於所述激勵區外部的介質中存在或不存在傳播的機械波。 因此，本發明的方法使得可以例如通過給出在多個點處的定量指標的圖來 觀察介質中的較寬區域。該定量指標有利地是相似度指標。
為計算定量指標而獲得的信號優選地是位移場、或運動場、或超聲噪 聲或"斑點"。獲得這種場對於本領域普通技術人員而言是己知的。
本發明的方法使得可以基于波傳播準則來識別固體區域或液體區域， 所述波傳播準則是一種魯棒性的物理準則。因此本發明使得能夠在整個成 像區上表徵流變特性。利用本發明，在不必知道對介質進行成像的區域的 先驗信息的情況下，就能夠執行所有的表徵。
在一種有利實現中，所述對所獲取的信號進行比較的步驟包括比較 所獲得的信號中的時間變化和/或幅度變化。
有利的是，所述計算步驟包括計算在為所考慮的兩個點所獲取的信號 之間的相關函數的最大值，所述定量指標是所述最大值的函數。
根據本發明的另一特定特徵，所述內部機械應力是超聲輻射壓力所產 生的機械振動。
然後，利用存在或不存在所述機械振動所產生的剪波的傳播，來實現 對固體和液體的區分。應該觀察到的是，生成這種剪波是有利的，這是因
為其後會與使用已知(例如專利WO2004/0210838)方法對粘彈性介質的彈 性的測量並行地執行本發明的方法。另外，產生這種剪波使得可以將機械 激勵應用於介質的深處，由此可以探測器官內深處的流變特性。這就為這 種激勵提供了另一種優勢。
在一種有利的應用中，所述激勵步驟與治療相結合。然後，有利的是， 由用於治療目的的波束來產生所述應力，例如聚焦的超聲波束。
此外，在本發明中，在介質中產生運動的激勵可以是多種機制的產物， 這些機制具體包括一種或多種生物機制或者甚至是低頻的外部振動。根據 本發明，這種機制需要產生位於激勵區中的內部機械應力。
在本發明的特定特徵中，所述成像步驟包括發射子步驟，用於按照
足以測量由所述內部機械應力所產生的所述運動的動態特性的重複頻率將
超聲波發射到所述成像區中；檢測和記錄子步驟，用於檢測並記錄在所述介質中產生的超聲回波，作為所獲取的信號；以及估計子步驟，用於根據
至少兩次連續超聲波發射的檢測回波以及所述超聲波發射的頻率來估計運 動，其中所述定量指標是根據所述估計的運動計算出的。
採用已知方式，在所述成像步驟期間所產生的超聲波被在激勵波的傳 播線上的組織散射體反射。使用這種特徵，就可以具體使用同一換能器陣 列來進行激勵和對介質進行成像。
在一種有利實現中，為在所述激勵區外部同一給定深度處的兩個點計 算至少兩個"方向"的定量指標，其分別位於所述激勵區兩側中的一側，
所述定量指標表示以下信號之間的兩個比較在響應於所述激勵區中位於 所述給定深度處的至少一個點處的機械應力而產生的運動期間所獲取的信 號，以及在響應於所述成像區中位於所述激勵區外部的至少所述兩個點處 的機械應力而產生的運動期間所獲取的信號。
這種特徵使得可以確定在給定激勵區的任一側上的給定深度處所述介 質的特性。由此，可以在所述激勵區位於具有不同回聲值的兩個區域之間 的交界面上時，揭示在該交界面任一側上的不同粘彈特性。
在本發明的一個具體實現中，在所述介質的由回波描記術所定義的區 域的邊界上計算所述定量指標，以便在周圍介質中測試其永久或臨時特性。這種實現使得可以測試在組織中的固體病灶的可能滑動。在周圍組織 內病灶的該固定或滾動狀況同樣是用於表徵病灶的重要準則。
有利的是，計算與在所述激勵區中給定深度處的點相關聯的第二定量 指標，其是位於所述激勵區外部、沿著所述給定深度處的直線的多個點的 所述定量指標的空間變化的函數。
這種特徵使得可以確定沿著所述線的具有不同粘彈屬性的區域，例如 用以確定在對病灶執行HIFU治療時由高強度聚焦超聲"HIFU"所引發的 組織壞死區域或完全凝結區域的範圍。
有利的是，為所述激勵區中不同深度處的多個點計算第二定量指標。
這種特徵使得可以根據深度確定所述介質的粘彈屬性。這使得具體能 夠定義包含液體的區域的輪廓。
有利的是，在不同時刻，重複所述定量指標或所述第二定量指標的計算。這種特徵可以跟蹤所述介質的粘彈屬性隨時間的變化。特別是，這使
得可以跟蹤在HIFU造成的或甚至由射頻治療造成的壞死的尺寸隨著治療
時間的變化。
有利的是，計算"時間"定量指標，其是定量指標中的時間變化的函數。
可以為單個定量指標以及為第二定量指標，來計算這種時間指標。 有利的是，可以通過移動所述激勵區來重複進行該方法，以便測量在 粘彈性介質中整個感興趣區中的定量指標。
有利的是，該方法包括構建步驟，用於構建所述粘彈性介質的回波描
記圖像；並且該方法還包括顯示步驟，用於在所獲得的回波描記圖像上將 定量指標或從所述指標導出的幅度顯示為亮度值或顏色值。
在一種有利的實現中，使用所述定量指標的信息，通過跟蹤所述介質 的修改來計算用於治療及其發展過程的參數，特別是所引起的凝結或組織 壞死的尺寸。例如，所執行的治療可以是高強度聚焦超聲治療(HIFU)或 射頻治療。
還可以使用所述定量指標來計算其他類型的局部治療的參數，特別是 射頻治療。
本發明還提供了一種用於對粘彈性介質進行成像的裝置，該裝置包括 激勵模塊，用於在激勵區中產生內部機械應力；以及成像模塊，用於獲取 信號，以便對響應於在包含所述激勵區的成像區中的所述內部機械應力而 由所述粘彈性介質中的機械應力所產生的運動進行成像。本發明的裝置還 包括計算模塊，用於計算與位於所述激勵區外部給定深度處的至少一個
點處的所述粘彈性介質的流變特性相關的定量指標，所述定量指標表示在
以下信號之間的比較在響應於所述激勵區中位於所述給定深度處的至少
一個點處的機械應力而產生的運動期間所獲得的信號，以及在響應於所述 成像區中位於所述激勵區外部的至少所述點處的機械應力而產生的運動期 間所獲得的信號。
有利的是，所述激勵模塊是換能器陣列，其還可用作成像模塊。 在一個優選實現中，該方法的各個步驟由電腦程式指令確定。 因此，本發明還提供了在數據介質上的一種電腦程式，該程序適於在成像裝置中實現，並且包括適於執行以下步驟的指令激勵步驟，在該 步驟中，在激勵區中產生內部機械應力；成像步驟，通過在響應於在包含 該激勵區的成像區中的內部機械應力而由粘彈性介質中的機械應力所產生
的運動期間獲取信號來對介質進行成像；以及計算步驟，基於以下信號之 間的比較來計算與所述粘彈性介質的流變特性相關的定量相似度指標在 響應於所述激勵區中至少一個點處的機械應力而產生的運動期間所獲得的 信號，以及在響應於所述成像區中位於所述激勵區外部的至少所述點處的 機械應力而產生的運動期間所獲得的信號。
該程序能夠使用任何程式語言，並且其可以採用原始碼形式、目標代 碼形式或在原始碼與目標代碼中間的代碼的形式，諸如部分編譯的形式， 或者採用任何其他期望的形式。
本發明還提供了可由成像裝置讀取的數據介質，其包括如上所述的計 算機程序指令。
該數據介質可以是能夠存儲程序的任何形式的實體或裝置。例如，該
介質可以包括諸如只讀存儲器(ROM)的存儲裝置，例如CD ROM或微 電子電路ROM，或者甚至是磁記錄裝置，例如軟盤或硬碟。
此外，該數據介質可以是傳輸介質，例如電信號或光信號，其能夠經 由電纜或光纜藉助於電波或其他形式來傳送。特別是，本發明的程序可以 從網際網路類型的網絡下載。
或者，該數據介質可以是集成電路，在其中包含有該程序，該電路適 於執行本發明的方法或在執行本發明的方法時使用。


根據以下參考附圖的描述，能夠了解本發明的其他特徵和優點，其中 附圖示出了具有非限定性標記的實施例。在附圖中 圖1是本發明的裝置的使用的示意性表示； 圖2是本發明的裝置的示意性表示； 圖3示出了本發明在粘彈性介質中的具體應用；
圖4a和4b是在包含液體的區域以及在整體為固體的區域中，實現本 發明的成像方法的示意性表示；圖5是示出為圖4a和4b中所示的兩個環境所獲得的相關係數的圖； 圖6示出了根據本發明的定量指標的顯示的實例。
具體實施例方式
圖1是根據本發明的成像裝置1的示意性表示，其用於對粘彈性介質2 進行成像。在一個有利實現中，介質2是生物組織，例如人體器官或器官 的一部分，諸如乳房。
該裝置1連接到至少一個超聲探測器3。這種探測器3可以包括單個元 件，或者一維或二維換能器陣列。當本發明的裝置用於觀察介質2時，該 探測器3與介質2接觸。
裝置1包括用於控制探測器3發射壓縮波(例如超聲波)的電子模塊。
粘彈性介質2漫射這種壓縮波。具體而言，能夠在粘彈性介質2中傳 播超聲壓縮波，由此能夠獲得回波描記圖像。
有利的是，裝置1連接到顯示模塊4，該顯示模塊能夠顯示從成像數據 中所提取的信息。
圖2更準確地示出了裝置1和探測器3。在該圖中所示的實例中，探測 器3是直線形的一維換能器陣列，包括有N個元件[T1,T2，…TN]，其中， 例如N等於128。裝置1包括一定數量的通道V，優選的是N個通道 [V1，V2,...,VN]，即，在該實例中為128個通道，這些通道能夠分別獨立控 制探測器3的各個換能器元件[T1,T2,…TN]。
軟體模塊5用於控制電子通道[￥1,￥2,...，\^]，以便實現激勵序列和成 像序列，以及還使這些序列交替。
存儲器模塊6用於記錄在成像序列期間所接收的反向散射的超聲信號。
根據本發明，為了觀察介質2的流變特性，對裝置1進行編程以執行 本發明的方法的各個步驟。
本發明的第一步驟在於機械激勵在介質2中產生內部機械應力。由 此通過本身由軟體模塊5控制的電子通道將激勵信號發送到換能器元件。
有利的是，通過使用獨立換能器元件組[T1，T2，…TN]或者使用單個換能 器元件連續發射一個或多個超聲壓縮波來產生內部機械應力，可選地，對 所述超聲壓縮波進行聚焦。作為例子，能夠通過聚焦具有充足能量的聲波束以連續在一個或多個 深度上激勵該組織，來執行該激勵步驟。
有利的是，裝置1能夠通過增加壓力場的幅度或者通過增加所發射波 列的長度來增加這些波的能量。在所設計的應用中，有利地，波列的長度
在1微秒Ois)到10，000ps的範圍內。
有利的是，激勵超聲波的頻率在0.1兆赫茲(MHz)到50MHz的範圍 內。此外，可以使用對激勵信號的時間編碼以便提高其穿透性。
圖3示出了在介質2中的本發明的機制。在該圖中，發射了多個波， 這些波聚焦在位於不同深度處的多個點Ai上。由此，聲穿透了覆蓋該波的 這些聚焦點Ai的"激勵"區A。所使用的波具有充足的能量來使組織運動， 主要是在z方向上運動，由此產生了剪波。例如，使用長度在l(is到10,000ps 範圍內的波列，並且使用的波束的數量在1到50範圍內，並且以在10赫 茲(Hz)到20，000Hz範圍內振蕩的重複速率來發射這些不同激勵序列。從 而，該聲穿透區A被超聲輻射壓力所激勵。
壓縮波還能夠同時地或交替地聚焦在至少兩個不同位置上。在任何情 況下，激勵區A都是一組聲穿透點的拼接(concatenation)。還應觀察到的 是，使用未聚焦或極少聚焦的波對於覆蓋較寬且展開的激勵區域而言是有 利的。
本發明的方法的第二步驟是成像步驟，在該步驟中，連續發射超聲波， 以便照射介質2的包含激勵區A的"成像"區B。優選地，可以通過使用 與激勵序列不同的激勵頻率或電壓來使用與激勵步驟相同的換能器陣列 [T1,T2,…TN]。
此外，作為替代方案，也完全可以設想使用在第一陣列中所包含的換 能器或其他元件的第二陣列，或者甚至使用單個元件的換能器。特別是， 這使得可以將成像步驟與激勵步驟並行處理。
在成像步驟期間的發射速率必須非常高，以便觀察剪波或流的傳播。 通常，這對應於O.lHz到20,000Hz範圍內的發射速率。
可以使用聚焦的或未聚焦的超聲波來執行成像步驟期間對介質2的聲 學照射。
在該成像步驟期間，在介質2的區域B中存在的反射粒子反射該超聲波。這些反射造成了超聲回波。然後，用換能器陣列[T1,T2,…TN]檢測與 這些超聲回波相對應的反向散射信號，並記錄在存儲器模塊6中。
然後，可以觀察運動對回波描記圖像的影響。更具體而言，根據所獲 取的超聲回波，對介質中運動的估計用於定量粘彈性介質對內部激勵應力 的機械響應。為了實現該對於運動的估計，將與一組給定的反射粒子或散 射體相對應的反向散射信號進行相互比較，以便估計該組散射體相對於原 始位置或先前位置的位移。
所估計的位移可以是軸向的或者矢量化的。當基於在換能器元件 [T1,T2,…TN]上的到達時間中的延遲來估計相對於其中一次先前發射的位
移並且假設超聲傳播速度恆定且己知時，就獲得了位移速度。
在該情況中可以使用本領域技術人員已知的用於估計運動的常規方
法。例如，可以使互相關函數最大化、諸如估計相移之類的頻率類型的方
法、或者甚至是用於估計速度的都卜勒方法。還能夠設想矢量方案，諸如
矢量都卜勒方法，或者使用光流。
在軟體模塊5中實現這些估計方法，軟體模塊5處理存儲在存儲器模
塊6中的數據。
例如，軟體模塊5使得執行通道被形成為以便計算成像區B的一系列 回波描記圖像，然後使用本領域技術人員己知的一維或矢量算法來根據所 述圖像計算出運動估計。
在估計由激勵內部機械應力所引起的運動時計算出的運動場可以是絕 對位移場或者相對位移場，即速度。
有利的是，為了估計位移，有利的是在激勵之前執行對介質2成像的 預備步驟。這一步驟是發射至少一個壓縮超聲波，並且接收反射的回波 以便建立參考回波組。
本發明的方法的接下來的步驟是計算步驟，計算用於分析介質的流變 特性的定量指標。其是估計從在激勵區A的至少一個點與成像區域B中 在區域A外部的一個點之間的由該激勵造成的位移場的一致性。
圖3示出了在粘彈性介質2的觀察區B中實現該計算。對於關於屬於 激勵區A的點AO附近的機械行為的局部量化，本發明使用了在所述點AO 處的運動的估計以及位於該激勵區A外部的成像區中的至少一個點B01處的運動的估計。這尤其可用於量化運動時的變化。
點B01優選地距離點AO較近，例如橫向上與其相距0.5毫米(mm)， 以便確定區域AO的流體特性或固體特性。
在實際中，術語"點"用於指定介質2中在介質2的幾何學點周圍的 較小物理區域。該物理區域的尺寸可以是可變的，以便執行估計的魯棒性 與處理時間之間的折衷。可以通過例如對包含在這些臨界區域中的像素求 算術平均，來概括在這些區域中的位移。
當計算了位移的多個像素或多個單元對應於介質中在一個點周圍的給 定物理區域時，將定量指標(例如根據相關係數所計算出的)計算為對應 區域A和B中的每對像素或單元而計算的定量指標的均值，例如，對應區 域A和B中的每對像素而計算的相關係數的均值。
根據本發明，對在點AO和B01周圍的相應區域中所觀察到的在位移的 時間變化或類似地在速度的時間變化之間進行比較，並且從中推導出與介 質2的粘彈特性相關的定量指標。
該定量指標優選地表徵了在兩個點上的位移場的空間一致性。空間一 致性意指在不同點上獲得的位移場之間存在或不存在相似度。該一致性涉 及所獲得的信號的幅度和/或者這些信號的時間變化。定量指標具體可稱為 "相似度"指標。為了量化幅度的相似度以及時間變化的相似度，具體可 以通過在A0上的位移信號與在B01上的位移信號之間的最大相關係數來構
建該指標。
圖4a和4b示出了在包含液體囊8的介質2中，當激勵區的點AO位於 液體囊8中時以及當激勵區的點AO位於液體囊8外部時，實現本發明的情 況。
定量指標是使用以下公式計算的最大相關係數
formula see original document page 14
其中，L掃描一個時間段，L是待研究的場，其具體可以是速度或位移場或 甚至可以是超聲斑點強度場，2L是與點A0處於同一深度上的點BOl的橫坐 標，xs是點AO的橫坐標。這種係數表示在介質的運動期間，在為點AO和B01所獲得的信號的時間變化之間的比較。
可以在根據點A0和B01處的位移或速度場的時間平均所得到的位移或 速度場之間計算最大相關係數。
也可以計算其他類型的定量指標，以便量化在AO和B01上的位移信號 之間的相似度。具體而言，其可以包括在原始的或對幅度進行歸一化後的 信號之間或者在可選地進行了偏移的信號之間的不同的距離，例如p範數、 Euclidean範數(p=2)、熵準則，諸如Kullback散度、等等，或者甚至可以 通過計算互相關函數的最大值。
有利的是，如圖3所示，觀察多個點B0j， j=l到M，這些點與點AO 處於同一深度，並且與點AO相距不同距離。再一次對在從點AO與B0j周 圍的相應區域所觀察到的位移的時間變化或類似地速度的時間變化進行空 間上的比較，並且為每個點B0j推導出與介質2的粘彈特性相關的定量指 標。由此，在給定激勵之後，分析與AO相距越來越遠的多個點。
有利的是，如圖4a和4b所示，計算至少兩個方向定量指標C01和C0j'， 在兩個點B01和BOj'的激勵區域的兩側中的每側一個方向定量指標，並且 該兩個點B01和BOj'分別位於激勵區的一側上。
由此本發明使得可以對交界面進行具體檢測和表徵，這是因為可以通 過分析在激勵區A中或者任意一側上的機械響應來表徵在具有不同粘彈特 性的兩種介質之間的交界面。在給定激勵區的兩側上的兩個方向定量指標 之間的巨大差異表示存在交界面，即，在激勵區A的附近存在機械特性的 突變。
圖5示出了對於多個點B0j和B0j，，通過如上所述的且在如圖4a和4b 中所示地執行成像期間所獲得的最大相關係數所構成的方向定量指標的 值，這些點在激勵區A的任一側的橫坐標2L最大到20mm。在圖4a中，所 獲得的曲線示出了在A0所屬於的激勵區A外部、所研究的場的去相關 (decorrelation)。這種形狀的曲線對應於在AO處存在液體。
相反，對於圖4b，所得到的曲線示出了相關最大值，其對應於點B0j
和B0j'的橫坐標2L的增加而略微下降。
有利的是，可以確定定量指標為最大值時的點B0j。然後可以將點A0 與該指標相關聯，該指標例如可以是在AO處的位移信號與在點B0j(B01，…,B0M》處的位移信號之間的最大相關係數的最大值。
具體而言，具有距離AOBOj的定量指標中的變化還可以有利地產生第 二定量指標來表徵粘彈性介質2的流變特性。該第二定量指標描述隨著與 AO之間的距離增加，定量指標減小。有利的是，根據在與點AO處於同一 深度的線上的先前計算的定量指標的空間變化，計算出該與點AO相關聯的 定量指標0
例如，可以估計在點AO的深度處的定量指標的梯度，以計算與下降了 n% (例如90%)後的定量指標相對應的距離，從而計算定量指標的凹度或 者與定量指標的空間二階導數相關聯的某種其他屬性等等，這些量值中的 每一個都可以構成與激勵區A的給定深度相關聯的第二定量指標。
然後可以重複若干次以上計算，從而計算在不同深度處的多個點上的 第二定量指標，並且計算在激勵區A中的該第二定量指標的圖。並行地， 還能夠繪製出成像區B中的定量指標的圖。
如圖3中所示，隨後將激勵區A細分為Z方向上的P+l個點 Ai={AO...AP}。對於每個測量點Ai，在成像區B中激勵區A的至少一側上 定義一組M個點Bij，其中gl。
對於所有的SP且所有的j^M，計算在點Ai的至少一個速度場或位移 時間場與點Bij的至少一個速度場或位移時間場之間的最大相關係數Cij。
然後，根據為Bij所計算的數量相似度指標，重複地計算在激勵區A 中的不同點AO...AP上的第二定量指標，其中P^)。將在Ai上所計算的第 二定量指標被定義為例如相關係數Cij相對於j的導數的最大值。
此外，還在對所涉及的區域A和B中的多個點上的速度或位移場進行 時間平均所得到的速度或位移場之間，計算係數Cij。
對於每個i都重複第二定量指標的計算，其中i《P，從而覆蓋激勵區A 的所有點Ai。
此後，在連續的激勵發射中，可以移動該激勵區A。通過執行多個交 替的激發與成像序列，以及通過移動激勵區和成像區A和B，例如在所成 像的介質中橫向移動，就可以在深度上或在方位角上位移A，以便覆蓋如 圖1所示的擴展區D。
然後就可以對介質2的每個激勵點A給予一個二進位值，例如通過使用第二定量指標的閾值，並且可以通過使用顏色編碼或顯示編碼來顯示該 值。這種顯示的一個實例在圖6中給出，其中，黑色區域對應於檢測到如
圖4所示的液體囊8。
有利的是，能夠在激勵區周圍定義兩個"方向"第二定量指標， 一個
是Cij相對於j的導數最大值，其中j對應於位於Ai的一側上的點Bij，另 一個是Cij，相對於j的導數最大值，其中j對你給予在Ai的另一側上的點 Bij'。再一次，這種第二定量指標用於當它們在激勵區的兩側非常不同時， 揭示出存在交界面。
還可以根據為給定的對[Ai;Bij]而相繼計算的定量指標的時間變化，計
算"時間"定量指標。這種第二定量指標具體用於給出關於該介質的釋放 時間的附加信息，其量值與該介質的粘性相關。
應觀察到的是，還可以使用先前計算的第二指標的時間變化。在本發 明中可以設想在多個深度處進行這種計算。
還可以根據空間變化計算第二定量指標，所述空間變化是為與位於點 A0…AP上的一組點Bij=B0j到BPj配對的一組點A0…AP所計算的定量指 標的深度的函數。
在同一條線上，還可以使用作為先前計算的第二定量指標的深度的函 數的空間變化。再一次，為多個深度執行計算。
通過使得能夠具體測試是否存在較深的交界面，這種第二定量指標能 夠具體用於給出關於病灶的深度範圍的指示。
上述定量指標的信息使得可以分析在激勵區A內部和外部的介質2的 行為，並且使得可以推斷出特定的粘彈性行為。
基於流體中引發的運動是在機械激勵區A以及可能在與其非常接近的 區域中保持受限的流，可以實現液體行為與固體行為之間的明顯區別。相 反地，在固體中，所述激勵產生了傳播的剪波，其在空間上將機械響應延 伸到距離該源很遠的地方。
基於作為實例而給出的所計算的定量指標，數量相似度指標的較大值 表示在源的內部和外部的場之間具有強相關性，這表示存在傳播的剪波， 其是粘彈性固體的特徵。相反的，數量相似度指標的較小值更多地表示粘 性液體。因此，在不考慮點Bij的位置的情況下所獲得的接近於1的相關係數意 味著彈性波以很小的衰減傳播並且該介質為固體。
在更為粘性的固體中，衰減將會導致相關係數隨著距離AiBij增加而逐 漸減小。
相反，在液體中，相關係數隨著距離AiBij增加而非常快速地下降。這 是由於以下事實SP，在Ai處的激勵與在Bij處的液體流種類是非常不同 的。
由此，通過計算在多個點對[Ai;Bij]處的定量指標，可以檢測定量指標 中的空間變化，其中所述定量指標是在所成像的介質的兩個維度上突然地 或以其他方法改變的粘彈屬性的特徵。例如，在檢測乳房病灶的具體應用 中，有著清晰界限(即具有清晰輪廓)的病灶通常是良性的並且所呈現出 的定量指標上的空間變化與界限非常不清晰的滲透的惡性病灶區別很大。 這種對健康組織與病灶之間交界面的機械特徵的確定使得它們可以被表 徵。
根據本發明的確定定量指標還能夠用於量化流體的粘性，特別是，流 體的運動在朝著源延伸且隨著流體粘性的增加而在徑向方向上更進一步地 衰減。
對於粘彈性固體，為介質中的各對點Ai和Bij計算的定量指標所量化 的對於傳播的剪波的時間機械響應的空間變化隨著粘性的增加和彈性的減 小而變得更大。
由於定量指標給出了對於在剪波場中的兩個點之間的空間一致性的估 計，因此其是介質的釋放時間的相關指示器，並且還是用以測量彈性的質 量的指示器。因此，通過依賴於定量指標能夠表示的質量準則，能夠並行 地進行可選的定量彈性估計，例如利用在專利WO2004/0210838中所述的 方法。
有利的是，能夠在對介質進行成像時持續重複本發明的整個方法，以 便周期性地更新所計算的定量指標圖。特別是，可以計算在離散距離上的 定量指標，例如為了在對介質2進行HIFU治療的同時跟蹤正在壞死的區域 中的變化。以這種方式跟蹤定量指標能夠用來執行對治療該介質的方法的 自動控制。有利的是，顯示在成像區中的定量指標的圖像，或者與其相關的幅度 的圖像。為此，可以使用適當的顏色編碼。這種顯示可以採用疊加到標準 回波描記圖像上的方式來實現，或者可以採用並置的方式來實現。該顯示 可以是分級的，由此例如能夠評估粘性，或者其可以是二值的，由此可以 辨別液體區域與固體區域。因此，例如，可以將定量指標與像素顏色值相
關聯，並且可以創建區域D的定量相似度指標並顯示在顯示模塊4上。
權利要求
1、一種用於對粘彈性介質(2)進行成像的方法，包括以下步驟激勵步驟，在該步驟中，在激勵區(2)中產生內部機械應力；成像步驟，通過在響應於包含所述激勵區[A]的成像區[B]中的所述內部機械應力而由所述粘彈性介質(2)中的機械應力所產生的運動期間獲取信號來進行成像；該方法的特徵在於，其進一步包括計算步驟，用於計算與所述成像區(2)中位於所述激勵區(A)外部的給定深度處的至少一個點[Bij]處的所述粘彈性介質(2)的流變特性相關的定量指標[Cij]，所述定量指標表示在以下信號之間的比較在響應於所述激勵區[A]中位於所述給定深度處的至少一個點[Ai]處的機械應力而產生的運動期間所獲得的信號，以及在響應於所述成像區[B]中位於所述激勵區[A]外部的至少所述點[Bij]處的機械應力而產生的運動期間所獲得的信號。
2、 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述信號比較步驟包括比 較所述信號的時間變化和/或幅度變化。
3、 如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述計算步驟包括計 算對應於所考慮的兩個點[Ai，Bij]的所獲得的信號的相關函數的最大值，所 述定量指標[Cij]是該最大值的函數
4、 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述內部機械應力是由超 聲輻射壓力產生的機械振動。
5、 如以上任一權利要求所述的方法，其特徵在於，所述成像步驟包括: 發射子步驟，用於按照足以測量由所述內部機械應力所產生的所述運動的動態特性的重複頻率將超聲波發射到所述成像區中；檢測和記錄子步驟，用於檢測並記錄在所述介質(2)中產生的超聲回 波，作為所獲取的信號；以及估計子步驟，用於根據至少兩次連續超聲波發射的檢測回波以及所述 超聲波發射的頻率來估計運動，其中所述定量指標[Cij]是根據所述估計的運 動計算出的。
6、 如以上任一權利要求所述的方法，其特徵在於，為在所述激勵區[A]外部同一給定深度處的兩個點[Bij，Bij']計算至少兩個"方向"相似度定量指 標[Cij,Cij，]，這兩個點分別位於所述激勵區[A]的兩側，所述定量指標[Cij，Cij']表示以下信號之間的兩個比較在響應於所述激勵區[Ai]中位於所述給定深度處的至少一個點處的機械應力而產生的運動期間所獲取的信號，以及在響應於所述成像區中位於所述激勵區[A]外部的至少所述兩個點 [Bij，Bij']處的機械應力而產生的運動期間所獲取的信號。
7、 如以上任一權利要求所述的方法，其特徵在於，在所述介質的由回 波描記術所定義的區域的邊界上計算所述定量指標[Cij]，以便在周圍介質中 測試其永久或臨時特性。
8、 如以上任一權利要求所述的方法，其特徵在於，計算與在所述激勵 區中給定深度處的點相關聯的第二定量指標，其是位於所述激勵區[A]外部 的、沿著所述給定深度處的直線的多個點的所述定量指標[Cij]的空間變化的 函數。
9、 如權利要求8所述的方法，其特徵在於，為所述激勵區[A]中在不同 深度處的多個點[Ai]計算第二定量指標。
10、 如以上任一權利要求所述的方法，其特徵在於，在不同時刻，重 復所述定量指標或所述第二定量指標的計算。
11、 如以上任一權利要求所述的方法，其特徵在於，計算"時間"定 量指標，其是定量指標[Cij]中的時間變化的函數。
12、 如以上任一權利要求所述的方法，其特徵在於，對於包括用於構 建所述粘彈性介質的回波描記圖像的步驟的方法，該方法還包括顯示步驟，用於在所獲得的回波描記圖像上將定量指標[Cij]或從所述指標導出的幅度顯示為亮度值或顏色值。
13、 如以上任一權利要求所述的方法，其特徵在於，使用所述定量指 標[Cij]的信息，通過跟蹤所述介質的修改來計算用於治療及其發展過程的參 數，特別是所引起的凝結物或組織壞死的尺寸。
14、 一種用於對粘彈性介質(2)進行成像的裝置，該裝置包括激勵模塊(3)，用於在激勵區[A]中產生內部機械應力；成像模塊(3)，用於獲取信號，以便對響應於包含所述激勵區[A]的成 像區[B]中的所述內部機械應力而由所述粘彈性介質(2)中的機械應力所產 生的運動進行成像；該裝置的特徵在於，其進一步包括計算模塊，用於計算與位於所述 激勵區(A)外部的給定深度處的至少一個點[Bij]處的所述粘彈性介質(2) 的流變特性相關的定量指標[Cij]，所述定量指標[Cij]表示在以下信號之間的 比較在響應於所述激勵區[A]中位於所述給定深度處的至少一個點[Ai]處 的機械應力而產生的運動期間所獲得的信號，以及在響應於所述成像區[B] 中位於所述激勵區[A]外部的至少所述點[Bij]處的機械應力而產生的運動期 間所獲得的信號。
15、 一種電腦程式，其包含指令，當所述程序在計算機上執行時， 所述指令用於執行如權利要求1一13中任一項所述的成像方法的步驟。
16、 一種可由成像裝置讀取的記錄介質，其上記錄了電腦程式，該 電腦程式包含用於執行如權利要求1 — 13中任一項所述的成像方法的步 驟的指令。
全文摘要
本發明涉及用於對粘彈性介質(2)進行成像的方法和裝置。該方法包括激勵步驟，在該步驟中，在激勵區[A]中產生內部機械應力；以及成像步驟，在響應於包含所述激勵區[A]的成像區[B]中的所述內部機械應力而由所述粘彈性介質(2)中的機械應力所產生的運動期間獲取信號。根據本發明，該方法還包括計算步驟，計算與所述成像區中位於所述激勵區[A]外部的給定深度處的至少一個點[Bij]處的所述粘彈性介質(2)的流變特性相關的定量指標[Cij]。所述定量指標[Cij]表示在以下信號之間的比較響應於所述激勵區[A]中位於所述給定深度處的至少一個點[Ai]處的機械應力而產生的運動期間所獲得的信號，以及響應於所述成像區[B]中位於所述激勵區[A]外部的至少所述點[Bij]處的機械應力而產生的運動期間所獲得的信號。
文檔編號A61B8/08GK101431943SQ200780015581
公開日2009年5月13日 申請日期2007年3月22日 優先權日2006年3月29日
發明者C·科昂-巴克裡, D·薩弗裡, J·蘇凱, J·貝爾科夫 申請人:超聲成像公司