專利名稱：使用剪切波成像的方法和裝置的制作方法
使用剪切波成像的方法和裝置本發(fā)明涉及使用剪切波成像的方法和裝置。本發(fā)明尤其涉及使用剪切波的成像方法來(lái)觀測(cè)彈性介質(zhì)，其包括-激勵(lì)步驟j，在該步驟中，由成像裝置在彈性介質(zhì)中的激勵(lì)軌跡處產(chǎn)生彈性剪切波；-成像步驟，在該步驟中，在所述彈性介質(zhì)中的剪切波的傳播過(guò)程中，由所述成像裝置來(lái)確定彈性介質(zhì)的連續(xù)圖像序列。文獻(xiàn)US-B2-7 252 004闡述了這類方法的一個(gè)實(shí)例，在該實(shí)例中，通過(guò)計(jì)算彈性 介質(zhì)中一點(diǎn)或多點(diǎn)上的剪切波的至少一個(gè)傳播參數(shù)?？梢允褂糜杉羟胁▊鞑サ倪\(yùn)動(dòng)圖像構(gòu)成的連續(xù)圖像來(lái)反映彈性介質(zhì)。盡管這種已知方法給出了非常好結(jié)果，例如，發(fā)現(xiàn)癌變區(qū)域或類似的情況，這種方法可以在某些環(huán)境中產(chǎn)生具有相對(duì)較低的信躁比的圖像，例如在具有非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的生物介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生較高的衰減和散射(例如，當(dāng)剪切波橫向傳播至肌肉纖維時(shí)的動(dòng)物肌肉)。本發(fā)明的目的在于減少這樣的缺點(diǎn)。為此目的，本發(fā)明提出一種使用剪切波的成像方法來(lái)觀測(cè)彈性介質(zhì)，包括-多個(gè)激勵(lì)步驟j，在該步驟中，由成像裝置在彈性介質(zhì)中的不同激勵(lì)軌跡分別產(chǎn)生彈性剪切波，所述不同激勵(lì)軌跡由最大距離Dm相互分割開(kāi)，-成像步驟，其對(duì)應(yīng)于激勵(lì)步驟j，在該步驟中，在剪切波在所述彈性介質(zhì)中傳播的過(guò)程中，由所述成像裝置來(lái)確定在時(shí)間tk的彈性介質(zhì)連續(xù)原始圖像lmj(tk)序列j，所述原始圖像的分辨率為R，其至少等于所述最大距離Dm ；tk是從產(chǎn)生相應(yīng)剪切波開(kāi)始計(jì)時(shí)的相對(duì)時(shí)間；-平均步驟,在該步驟中,對(duì)應(yīng)于相同相對(duì)時(shí)間tk的原始圖像Imj(tk)取平均，以確定對(duì)應(yīng)于所述相對(duì)時(shí)間tk的平均成像Im’(tk)。因此，本發(fā)明能夠消除在原始圖像中的大部分的噪音，并且能夠獲得具有較高信噪比的平均化圖像。因此，平均圖像可以得到更有效的處理，以便獲得更好的剪切傳播參數(shù)的映射，以及可選擇地獲得所述傳播參數(shù)的頻譜(例如，所述傳播參數(shù)的數(shù)值作為頻率的函數(shù))，從而能夠獲得彈性介質(zhì)的某些流變數(shù)值以及尤其是反映粘性特性的流變數(shù)值。在本發(fā)明方法的各個(gè)實(shí)施例中，可以選擇性地執(zhí)行下述一個(gè)或多個(gè)步驟-本發(fā)明還在成像步驟和平均步驟之間包括重新定位步驟，在該步驟中，原始圖像Imj (tk)在空間中重新定位，使得不同的激勵(lì)軌跡的定位與原圖像Imj (tk)的位置相一致；-所述原始圖像ImjUk)通過(guò)對(duì)各個(gè)原始圖像的坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行偏置來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)在空間上的重新定位，使得不同激勵(lì)軌跡具有與原始圖像In^tk)相同的坐標(biāo)；-所述連續(xù)原始圖像序列j的數(shù)量J至少等于5-各個(gè)激勵(lì)軌跡與相鄰的激勵(lì)軌跡相互分開(kāi)的間距大致為R/5，優(yōu)選的為R/10；-激勵(lì)軌跡可由成像裝置一個(gè)激勵(lì)步驟只另一個(gè)激勵(lì)步驟的過(guò)程中所產(chǎn)生且在彈性介質(zhì)中移動(dòng)到另一個(gè)激勵(lì)軌跡；-在激勵(lì)軌跡在一個(gè)激勵(lì)步驟至另一個(gè)激勵(lì)步驟的過(guò)程中保持相對(duì)于成像裝置固定位置的同時(shí)，移動(dòng)彈性介質(zhì)，使得一個(gè)激勵(lì)步驟移至另一激勵(lì)步驟的過(guò)程中移動(dòng)在彈性介質(zhì)中的激勵(lì)軌跡；-所述剪切波由通過(guò)屬于所述裝置的超聲傳感器陣列發(fā)射至彈性介質(zhì)的至少一個(gè)超聲波產(chǎn)生；-所述剪切激勵(lì)通過(guò)在各個(gè)激勵(lì)軌跡對(duì)彈性介質(zhì)施加外部機(jī)械力產(chǎn)生；_各個(gè)原始圖像Imj (tk)由超聲成像或者IRM獲得；-所述方法包括特征步驟，在該步驟中，基于隨時(shí)間而變化的平均成像Im’(tk)，計(jì)算在彈性介質(zhì)至少一個(gè)點(diǎn)上的至少一個(gè)剪切波傳播參數(shù)；·-在特征步驟中計(jì)算的剪切波傳播參數(shù)選自剪切波速度、剪切模量、楊氏模量、剪切波衰減、剪切彈性、剪切粘性、機(jī)械松弛時(shí)間和各向異性；-所述激勵(lì)具有至少500Hz的帶寬，所述剪切波的傳播參數(shù)可以所述帶寬中的多個(gè)頻率來(lái)計(jì)算。因此，本發(fā)明還提供了用于實(shí)施上述方法的成像裝置，其使用剪切波來(lái)觀測(cè)彈性介質(zhì)，所述裝置包括至少一個(gè)電子中央單元，用于-在多個(gè)連續(xù)激勵(lì)步驟j中，在彈性介質(zhì)的不同激勵(lì)軌跡上分別產(chǎn)生彈性剪切波，所述不同激勵(lì)軌跡由最大距離Dm相互分隔開(kāi)；-為了確定對(duì)應(yīng)在各個(gè)激勵(lì)步驟j分別在所述彈性介質(zhì)中傳播剪切波過(guò)程中的時(shí)間tk的所述彈性介質(zhì)連續(xù)原始成像lmj(tk)的序列j，所述原始成像具有的分辨率R至少等于所述最大距離Dm，tk是從產(chǎn)生相應(yīng)剪切波開(kāi)始的相對(duì)時(shí)間；-平均對(duì)應(yīng)于相同相對(duì)時(shí)間tk的原始圖像ImjUk)，以確定對(duì)應(yīng)于相同相對(duì)時(shí)間tk的平均圖像Im’(tk)。在本發(fā)明裝置的各個(gè)實(shí)施例中，有可能選擇性執(zhí)行下述一項(xiàng)或多項(xiàng)-所述電子中央單元還適用于所述原始圖像In^tk)在平均所述圖像之前的空間重新定位，使得不同的激勵(lì)軌跡的定位與原始成像ImjUk)中的位置相互一致；-所述電子中央單元適用于通過(guò)偏置各個(gè)原始圖像的坐標(biāo)系統(tǒng)使得不同的激勵(lì)軌跡具有與原始圖像ImjUk)相同的坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行空間的重新定位；-所述電子中央單元適用于在一個(gè)激勵(lì)步驟至另一個(gè)激勵(lì)步驟的過(guò)程中移動(dòng)彈性介質(zhì)中的激勵(lì)軌跡；-所述電子中央單元適用于根據(jù)隨著時(shí)間變化的連續(xù)平均圖像來(lái)計(jì)算彈性介質(zhì)至少一點(diǎn)的至少一個(gè)剪切波傳播參數(shù)，所述剪切傳播參數(shù)選自剪切波速度、剪切模量、楊氏模量、剪切波衰減、剪切彈性、剪切粘度、機(jī)械松弛時(shí)間和各向異性；-所述裝置適用于在帶寬至少為500Hz時(shí)應(yīng)用，并且所述電子中央單元適用于以所述帶寬內(nèi)的多個(gè)頻率來(lái)計(jì)算所述剪切波傳播參數(shù)。本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)參考附圖的非限制性實(shí)施例的闡述而變得更加清晰。在附圖中

圖1示出了在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的剪切波成像裝置的示意圖；圖2說(shuō)明了由圖1所示成像裝置所確定的彈性介質(zhì)連續(xù)原始圖像序列的實(shí)例，顯示了在彈性介質(zhì)中產(chǎn)生連續(xù)剪切波的激勵(lì)軌跡；
圖3說(shuō)明了重新定位步驟，在該步驟中，原始圖像進(jìn)行空間重新定位，使得不同激勵(lì)軌跡的定位與原始圖像對(duì)應(yīng)的位置相一致；圖4示出了通過(guò)平均圖3所示不同重新定位的原始圖像所獲得的平均圖像的實(shí)例；
圖5示出了對(duì)應(yīng)于圖4所示平均圖像的原始圖像；以及，圖6示出了作為頻率函數(shù)的剪切波速度的圖形，是由如圖4所示連續(xù)平均圖像來(lái)計(jì)算在彈性介質(zhì)一點(diǎn)上的剪切波。在各個(gè)附圖中，類似的標(biāo)記表示相同或相似的元素。圖1所示的成像裝置I適用于研究彈性剪切波在彈性介質(zhì)2中的傳播，剪切波是漫射超聲波的壓縮且可以由下述構(gòu)成-由非活體物體，具體為在工業(yè)應(yīng)用中的質(zhì)量控制；或，-由活體物體，例如在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的病人身體的一部分。作為實(shí)例，這些移動(dòng)可以籍助于微計(jì)算機(jī)4(至少包括諸如鍵盤等的輸入接口 4b以及諸如顯示器的輸出接口 4a)或其它電子中央單元來(lái)跟蹤，用于將超聲壓縮波從其外部表面3發(fā)射至介質(zhì)2內(nèi)。這些壓縮波與介質(zhì)2所包括的反射超聲壓縮波的擴(kuò)散粒子5相互作用。粒子5由在介質(zhì)2中的任意非均勻物質(zhì)構(gòu)成，尤其是在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，它們可以由人體組織內(nèi)存在的膠原粒子構(gòu)成(在回波圖像中，這些粒子形成的點(diǎn)稱為“斑點(diǎn)”)。為了觀測(cè)剪切波的傳播，使用放置在觀測(cè)介質(zhì)2外表面3的超聲波探頭6。這個(gè)探頭沿著軸X發(fā)射超聲波壓縮波脈沖，該脈沖是回波中常用的類型，例如在O. 5MHz至IOOMHz之間范圍內(nèi)的頻率，優(yōu)選的在O. 5MHz至15MHz之間范圍內(nèi)，例如大約為4MHz。超聲波探頭6由η個(gè)超聲波傳感器陣列！\、T2、. . . T1.....Tn構(gòu)成，其中η為不小
于I的整數(shù)。作為實(shí)例，探頭6可采用傳感器線型帶狀的形式，包括例如沿著垂直于X軸的Y軸排成一直線η = 128的傳感器。然而，所討論的探頭也可采用二維的傳感器陣列形式(平面或其它類型)。傳感器T1-Tn由微計(jì)算機(jī)4、也有可能通過(guò)中央單元CPU來(lái)相互獨(dú)立控制，中央單元包括例如在通過(guò)柔性電纜鏈接探頭6的電子機(jī)架7。傳感器Tl-Tn因此可選擇性地發(fā)射-超聲壓縮波可以是”平面波”(即，其波前在X、Y平面中的直線傳播的波)，也可以是照射在介質(zhì)2中的整個(gè)觀測(cè)區(qū)域的聚焦或非聚焦波的其它類型的波，例如由引起不同傳感器T1-TnS射隨機(jī)聲波信號(hào)所產(chǎn)生的波；或者，-超聲壓縮波聚焦在介質(zhì)2的一點(diǎn)或多點(diǎn)上。為了觀測(cè)剪切波在介質(zhì)2中的傳播，可以連續(xù)執(zhí)行下述步驟a)激勵(lì)步驟，在該步驟中，微型計(jì)算機(jī)4通過(guò)引起探頭6在彈性介質(zhì)2聚焦至少一個(gè)超聲波在彈性介質(zhì)中產(chǎn)生彈性剪切波；b)觀測(cè)步驟，在該步驟中，在彈性介質(zhì)2觀測(cè)區(qū)域的多個(gè)點(diǎn)上同時(shí)觀測(cè)剪切波的傳播；以及，c)成像步驟，在該步驟中，微型計(jì)算機(jī)4處理在子步驟b2)所接收到的彈性介質(zhì)2的聲波信號(hào)，以便以連續(xù)的間隔tk來(lái)確定連續(xù)傳播的圖像(tk為產(chǎn)生剪切波開(kāi)始計(jì)時(shí)的相對(duì)時(shí)間)。a)激勵(lì)步驟
在激勵(lì)步驟a)中，剪切激勵(lì)可由超聲傳感器陣列6發(fā)射至彈性介質(zhì)2中的至少一個(gè)聚焦超聲波產(chǎn)生。在激勵(lì)步驟a)中所發(fā)射的聚焦超聲波可為頻率 在O. 5MHz至15MHz之間的單頻波，例如大約等于4MHz，其發(fā)射持續(xù)時(shí)間為p/f秒，P為在50至5000范圍內(nèi)的整數(shù)(例如，大約為500)以及f以Hz表示。以方波或類似的形式的激勵(lì)可產(chǎn)生至少500Hz (例如O-1OOOHz)相對(duì)較寬帶寬的剪切波。在激勵(lì)步驟a)中所發(fā)射的聚焦超聲波可以聚焦在單一聚焦點(diǎn)或多個(gè)聚焦點(diǎn)上，使得產(chǎn)生的剪切波呈現(xiàn)所需要的波形并且照射在介質(zhì)2中所需要的區(qū)域。焦點(diǎn)(s)由產(chǎn)生剪切波的激勵(lì)軌跡構(gòu)成。例如，激勵(lì)軌跡L可以通過(guò)沿著直線快速聚焦多個(gè)連續(xù)超聲波所獲得的直線形式，這種情況有可能產(chǎn)生平面剪切波，如BercofT等所解釋的，見(jiàn)[ "Supersonic Shear Imaging a NewT echnique for Soft Tissue ElasticityMapping " , IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequencycontrol, vol. 51，no. 4，April 2004，p.396-409]。b)觀測(cè)步驟觀測(cè)步驟可以包括下述子步驟bl)微計(jì)算機(jī)4引起探頭6向彈性介質(zhì)中發(fā)射連續(xù)的超聲壓縮波震動(dòng)，其超聲壓縮波優(yōu)選為非聚焦或弱聚焦的，至少以每秒500次速率發(fā)射(在步驟a)中發(fā)射的聚焦超聲波的聚焦和定時(shí)，以及該超聲波的定時(shí)適用于使得所述超聲波至少部分能在剪切波傳播的過(guò)程中通過(guò)觀測(cè)區(qū)域到達(dá)觀測(cè)區(qū)域，至少對(duì)部分發(fā)射的超聲波而言)；b2)微計(jì)算器4使得探頭6實(shí)時(shí)檢測(cè)和記錄從彈性介質(zhì)2中接收到的聲波信號(hào)，所述信號(hào)包括超聲壓縮波與彈性介質(zhì)中的反射粒子5相互作用所產(chǎn)生的回波，這些回波對(duì)應(yīng)于(直接或間接)彈性介質(zhì)位移的連續(xù)圖像。在步驟bl)過(guò)程中，可以至少例如小于I秒，有可能以每秒500至10000次范圍內(nèi)的速率來(lái)發(fā)射非聚焦超聲壓縮波，并優(yōu)選為在每秒1000至5000次范圍內(nèi)的速率(該速率受限于壓縮波通過(guò)介質(zhì)2的往返時(shí)間，即，以方向X通過(guò)介質(zhì)的厚度這是在發(fā)射新的壓縮波之前，探頭6接收到由壓縮波所產(chǎn)生的所有回波的所需時(shí)間)。各個(gè)非聚焦超聲壓縮波以比剪切波傳播速度高得多的速度通過(guò)介質(zhì)2的傳播(例如，在人體中大約每秒1500米的速度)，并且與反射粒子5相互作用，從而在信號(hào)中產(chǎn)生回波或其它模擬干擾，這在回波描述技術(shù)中稱為“斑點(diǎn)噪聲”。在子步驟b2)中，在每發(fā)射k次非聚焦超聲壓縮波之后，由傳感器Tl-Tn獲取斑點(diǎn)噪聲。在第k次發(fā)射后，各個(gè)傳感器Ti以這種方法所獲取到的信號(hào)Si (tk)由機(jī)架7及連接著所述傳感器的采樣形成部分以高頻(例如，30Mhz至100MHz)進(jìn)行初始采樣和實(shí)時(shí)數(shù)字化(例如，12比特)，所述采樣器分別標(biāo)記為Ep E2.....En。隨后，存儲(chǔ)以這種方式進(jìn)行采樣和數(shù)字化的信號(hào)Si (tk)，例如以實(shí)時(shí)的方式存儲(chǔ)于屬于機(jī)架7且專用于傳感器Ti的存儲(chǔ)器吣。作為實(shí)例，各個(gè)存儲(chǔ)器Mi具有128MB的存儲(chǔ)容量并且能夠包括連續(xù)接收到的k =I至q次所發(fā)射的所有信號(hào)Si(tk)，其中q等于超聲波發(fā)射的總數(shù)。c)成像步驟成像步驟c)可由微計(jì)算機(jī)4以延時(shí)方式來(lái)執(zhí)行，在已經(jīng)存儲(chǔ)了對(duì)應(yīng)于剪切波相同傳播的所有信號(hào)Si (tk)之后，中央單元CPU使得屬于機(jī)架7的加法電路重新處理這些信號(hào)(或者可以由自己來(lái)執(zhí)行該處理，或在所述微型計(jì)算機(jī)4)中執(zhí)行該處理，使用對(duì)應(yīng)于子步驟Cl)的通用形成路徑來(lái)執(zhí)行)，如文獻(xiàn)US-B2-7252004所述。這樣產(chǎn)生的圖像Im(tk)，例如在該條件下的2D圖像，各自采用對(duì)應(yīng)于觀測(cè)區(qū)域坐標(biāo)系(x，y)的離散位置的矩陣形式，各個(gè)對(duì)應(yīng)于在第k次發(fā)射后的觀測(cè)區(qū)域的圖像。在路徑形成的步驟后，中央單元CPU將圖像Im(tk)存儲(chǔ)于機(jī)架7的中央存儲(chǔ)器M部分或微計(jì)算機(jī)4內(nèi)。各個(gè)圖像Im(tk)可以具有大致等于或小于Imm的分辨率。重復(fù)步驟a-c根據(jù)本發(fā)明，重復(fù)J次步驟a_c，J例如在4至10之間的數(shù)值。在激勵(lì)步驟J = I 至J的過(guò)程中，激勵(lì)軌跡Lj由成像裝置從一個(gè)重復(fù)j至另一個(gè)重復(fù)中進(jìn)行偏置(通過(guò)改變傳感器陣列6所傳輸超聲波的聚焦,例如,改變應(yīng)用于傳感器T1-Tn的延遲,該方法在現(xiàn)有技術(shù)中是知曉的)。連續(xù)的激勵(lì)軌跡Lj由最大距離Dm相互分隔開(kāi)，Dm最大等于或優(yōu)選小于所述分辨率R。在特定的實(shí)施例中，各個(gè)激勵(lì)軌跡與相鄰激勵(lì)軌跡h之間分割開(kāi)的間距為至多R/5，且優(yōu)選為至多R/10。例如，可以使用J = 7的迭代以及激勵(lì)軌跡Lj的每次迭代可以偏置R/10間距，使得在第一次迭代(j = I)和最后一次迭代(j = J)之間的總偏置間距等于7R/10。當(dāng)激勵(lì)軌跡Lj呈現(xiàn)如圖2所示平行于X軸的直線，所述激勵(lì)軌跡Lj可以從一次迭代至下一次迭代的平行于Y軸的所述間距進(jìn)行偏置。上述偏置可以通過(guò)這樣的事實(shí)獲得激勵(lì)軌跡h由成像裝置I從一個(gè)激勵(lì)步驟a)至另一個(gè)激勵(lì)步驟的過(guò)程中在彈性介質(zhì)中移動(dòng)。當(dāng)激勵(lì)軌跡呈現(xiàn)直線時(shí)，該直線可以通過(guò)傾斜小角度的直線來(lái)實(shí)現(xiàn)從一次迭代到另一次迭代的偏置，在這種情況下，一次激勵(lì)線與另一次激勵(lì)線的各點(diǎn)之間距離(所述距離是以垂直于屬于所述點(diǎn)的激勵(lì)直線進(jìn)行測(cè)量的)沿著所述直線而變化，并且最大距離Dm為一次激勵(lì)軌跡中的一點(diǎn)與另一次激勵(lì)軌跡中的一點(diǎn)之間距離的最大數(shù)值。在一個(gè)變化例中，所述介質(zhì)2在從一個(gè)激勵(lì)步驟至另一激勵(lì)步驟的過(guò)程中移動(dòng)，同時(shí)陣列6保持固定以及激勵(lì)軌跡相對(duì)于傳感器陣列6保持固定，使得激勵(lì)軌跡h在一個(gè)激勵(lì)步驟至另一個(gè)激勵(lì)步驟的過(guò)程中在彈性介質(zhì)2中移動(dòng)。這適用于介質(zhì)2為活體人類或動(dòng)物的肝臟或心臟的部分。在這種情況下，連續(xù)激勵(lì)步驟a)可以在介質(zhì)位置非?？拷趨⒖嘉恢玫臅r(shí)間進(jìn)行，使得在激勵(lì)軌跡之間的最大距離Dm仍舊小于分辨率R。在各個(gè)激勵(lì)步驟j之后，可以連續(xù)的間隙獲得如上所述的圖像序列l(wèi)mj(tk)。這些圖像Imj (tk)稱之為原始圖像。d)重新定位步驟如圖3所示，原始圖像h(tk)可以在空間上進(jìn)行重新定位，使得不同的激勵(lì)軌跡(Lj)的定位與所述不同原始圖像Imj(tk)中的對(duì)應(yīng)位置相一致。這種重新定位可以通過(guò)對(duì)原始圖像lmj(tk)坐標(biāo)系統(tǒng)(x，y)(或在3D成像中的3D坐標(biāo)系統(tǒng)(x，y，z))的偏置來(lái)獲得，使得不同激勵(lì)軌跡(LJ在所有原始圖像中In^tk)中都具有相同的坐標(biāo)。重新定位步驟可以在各個(gè)成像步驟c)之后對(duì)應(yīng)各個(gè)原始圖像來(lái)執(zhí)行，也可以在所有步驟a-c迭代之后，同時(shí)對(duì)應(yīng)所有原始圖像來(lái)執(zhí)行。該重新定位步驟可選擇性的省略。如上所述，當(dāng)彈性介質(zhì)是移動(dòng)的并且激勵(lì)軌跡相對(duì)于傳感器陣列是固定的，則該重新定位步驟可以優(yōu)選省略；反之，當(dāng)激勵(lì)軌跡h在一次次的迭代中相對(duì)于傳感器陣列是移動(dòng)的，則優(yōu)選執(zhí)行所述重新定位。e)平均步驟隨后，對(duì)對(duì)應(yīng)于相同相對(duì)時(shí)間tk的原始圖像In^tk)(如果可能，在它們重新定位之后)作平均，以便確定對(duì)應(yīng)于所述相對(duì)時(shí)間tk的平均圖像Im’ (tk)。該平均可以是原始圖像的象素?cái)?shù)值Sj (tk) (X，y)的簡(jiǎn)單算術(shù)平均。如圖4所示，平均步驟能夠獲得比原始圖像更高質(zhì)量的平均圖像，如圖5所示。尤其是，通過(guò)平均步驟，圖像的信噪比可以顯著增加，使得下一步驟中的介質(zhì)2流變特征具有·更好的特征。在推進(jìn)區(qū)域的側(cè)向距離2mm處，最大剪切波頻率為200Hz (@_6dB)。在200Hz之上的頻率分量被組織衰減。當(dāng)使用新的平均方法時(shí)，對(duì)于確定的位置而言，最大的剪切波頻率為500Hz (@-6dB)可以獲得比傳統(tǒng)方法更多的組織彈性介質(zhì)的信息。f)特征化步驟基于隨時(shí)間變化的平均圖像Im’(tk)，可以計(jì)算出在所述彈性介質(zhì)至少一點(diǎn)上的至少一個(gè)剪切波參數(shù)，優(yōu)選基于完整的圖像來(lái)獲得彈性介質(zhì)的映射。剪切波傳輸參數(shù)選自例如剪切波速度、剪切模量、楊氏模量、剪切波衰減、剪切波彈性、剪切波粘度、機(jī)械松弛時(shí)間和各向異性。這類參數(shù)可根據(jù)如文獻(xiàn)US-B2-7252004所解釋的方法來(lái)確定。此外，由于平均圖像具有好的信噪比，就有可能進(jìn)行所述參數(shù)的頻譜分析。例如，如圖6所示，當(dāng)所述參數(shù)為剪切波的速度V時(shí)，就有可能確定所述速度V是所述剪切波帶寬中的頻率f的函數(shù)。當(dāng)測(cè)量參數(shù)為剪切波衰減α，該衰減可以認(rèn)為是根據(jù)下列定律變化的，例如a (f) = α 0+ a式中f為剪切波頻率以及a為加權(quán)系數(shù)，對(duì)生物介質(zhì)中的機(jī)械波而言，一般在O至2之間。在這種情況下，本發(fā)明可以精確地評(píng)估加權(quán)系數(shù)并映射彈性介質(zhì)中的y，如同文獻(xiàn) TO-A-2009/007582 所指導(dǎo)的。變換實(shí)施例在一個(gè)變換例中，剪切波的激勵(lì)可以通過(guò)在各個(gè)激勵(lì)軌跡上對(duì)彈性介質(zhì)施加外部機(jī)械力來(lái)獲得，例如，通過(guò)由微計(jì)算機(jī)4控制的振動(dòng)器來(lái)獲得剪切波的激勵(lì)，如文獻(xiàn)W0-A-00/55616 所解釋的。在另一變換例中，各個(gè)原始圖像Imj (tk)通過(guò)IRM而不是超聲成像來(lái)獲得。
權(quán)利要求
1.使用剪切波觀測(cè)彈性介質(zhì)(2)的成像方法，包括-多個(gè)連續(xù)激勵(lì)步驟j，在該步驟中，由成像裝置(I)在彈性介質(zhì)(2)中的不同激勵(lì)軌跡(Lj)上產(chǎn)生彈性剪切波，所述不同激勵(lì)軌跡由最大距離Dm相互分隔開(kāi)；-對(duì)應(yīng)于激勵(lì)步驟j的成像步驟，在該步驟中，在剪切波在所述彈性介質(zhì)中傳播過(guò)程中，由成像裝置(I)確定在時(shí)間tk的彈性介質(zhì)的連續(xù)原始圖像imj(tk)序列j，所述原始圖像具有至少等于最大距離Dm的分辨率R，tK為從對(duì)應(yīng)于剪切波產(chǎn)生開(kāi)始計(jì)時(shí)的相對(duì)時(shí)間；-平均步驟，在該步驟中，對(duì)應(yīng)于所述相同相對(duì)時(shí)間tk的原始圖像In^tk)進(jìn)行平均，以確定對(duì)應(yīng)于所述相對(duì)時(shí)間tk的平均圖像Im’ (tk)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像方法，還包括在成像步驟和平均步驟之間的重新定位步驟，在該步驟中，所述原始圖像Imdtk)在空間上進(jìn)行重新定位，使得不同激勵(lì)軌跡(Lj)的定位與所述原始圖像Imdtk)中的位置相一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像方法，其特征在于，所述原始圖像lmj(tk)通過(guò)各個(gè)原始圖像的坐標(biāo)系統(tǒng)的偏置實(shí)現(xiàn)空間重新定位，使得不同激勵(lì)軌跡(Lj)具有與所述原始圖像Imj (tk)的相同坐標(biāo)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的成像方法，其特征在于，所述連續(xù)原始圖像序列j的數(shù)量J至少等于5。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的成像方法，其特征在于，所述各個(gè)激勵(lì)軌跡(Lj)與相鄰激勵(lì)軌跡之間分割開(kāi)的間距至多R/5，且優(yōu)選為至多R/10。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的成像方法，其特征在于，所述激勵(lì)軌跡(LJ在一個(gè)激勵(lì)步驟至另一個(gè)激勵(lì)步驟的過(guò)程中由成像裝置(I)在彈性介質(zhì)(2)中移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的成像方法，其特征在于，所述彈性介質(zhì)(2)移動(dòng)，同時(shí)激勵(lì)軌跡在一個(gè)激勵(lì)步驟至另一個(gè)激勵(lì)步驟中相對(duì)于成像裝置(I)保持固定，使得激勵(lì)軌跡(Lp在一個(gè)激勵(lì)步驟至另一個(gè)激勵(lì)步驟中在彈性介質(zhì)(2)中移動(dòng)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的成像方法，所述剪切波由屬于所述成像裝置(I)的超聲波傳感器陣列將至少一個(gè)超聲波發(fā)射至彈性介質(zhì)(2)中來(lái)產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的成像方法，其特征在于，所述剪切激發(fā)過(guò)在各個(gè)激勵(lì)軌跡將外部機(jī)械力施加于彈性介質(zhì)來(lái)產(chǎn)生。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的成像方法，其特征在于，所述各個(gè)原始圖像ImjUk)通過(guò)超聲成像或IRM獲得。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的成像方法，還包括特征化步驟，在該步驟中，基于隨時(shí)間變化的所述平均圖像Im’(tk)，來(lái)計(jì)算在彈性介質(zhì)至少一點(diǎn)上的至少一個(gè)剪切波傳播參數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述在特征化步驟中計(jì)算的剪切波傳播參數(shù)選自剪切波速度、剪切波模量、楊氏模量、剪切波衰減、剪切彈性、剪切粘度、機(jī)械松弛時(shí)間和各向異性。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述激勵(lì)具有至少為500Hz的帶寬，并且在所述帶寬的多個(gè)頻率上計(jì)算所述剪切波傳播參數(shù)。
14.適用于實(shí)施根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法使用剪切波觀測(cè)彈性介質(zhì)(2)的成像裝置，所述裝置包括至少一個(gè)電子中央單元(4)，用于-在多個(gè)連續(xù)激勵(lì)步驟j中，在彈性介質(zhì)(2)的多個(gè)激勵(lì)軌跡(Lp上分別產(chǎn)生彈性剪切波，所述不同的激勵(lì)軌跡由最大距離Dm相互分隔開(kāi)，-在各個(gè)激勵(lì)步驟j中，確定在剪切波分別在所述彈性介質(zhì)中傳播的過(guò)程中在時(shí)間tk的彈性介質(zhì)的連續(xù)原始圖像ImjUk)序列j，所述原始圖像具有至少等于最大距離Dm的分辨率，tk為從對(duì)應(yīng)于剪切波產(chǎn)生開(kāi)始計(jì)時(shí)的相對(duì)時(shí)間，-對(duì)應(yīng)于相同相對(duì)時(shí)間tk的原始圖像Irn^tk)進(jìn)行平均，以確定所述相對(duì)時(shí)間tk的平均圖像Im’ (tk) ο
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述電子中央單元(4)還進(jìn)一步適用于在所述圖像平均之前對(duì)所述原始圖像ImjUk)進(jìn)行空間重新定位，使得不同的激勵(lì)軌跡(Lj)的定位與原始圖像Imdtk)的坐標(biāo)位置相一致。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述電子中央單元(4)適用于通過(guò)偏置各個(gè)原始圖像的坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)所述原始圖像ImjUk)的空間重新定位，使得不同的激勵(lì)軌跡(Lp具有在原始圖像Imdtk)中的相同坐標(biāo)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述電子中央單元(4)適用于在一個(gè)激勵(lì)步驟至另一個(gè)激勵(lì)步驟的過(guò)程中在彈性介質(zhì)(2)中移動(dòng)激勵(lì)軌跡(Lj)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14-17中任一項(xiàng)所述的裝置，所述電子中央單元(4)用于基于隨時(shí)間變化的連續(xù)平均圖像來(lái)計(jì)算在彈性介質(zhì)(2)至少一點(diǎn)上的至少一個(gè)剪切波傳播參數(shù)，所述剪切波傳播參數(shù)選自剪切波速度、剪切波模量、楊氏模量、剪切波衰減、剪切波彈性、剪切波粘度、機(jī)械松弛時(shí)間和各向異性。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述裝置適用于施加具有至少500Hz帶寬的剪切波，并且所述中央單元(4)適用于以所述帶寬中的多個(gè)頻率來(lái)計(jì)算所述剪切波傳播參數(shù)。
全文摘要
使用剪切波觀測(cè)彈性介質(zhì)(2)的成像方法，包括多個(gè)連續(xù)激勵(lì)步驟，由成像裝置(1)在彈性介質(zhì)(2)中的不同激勵(lì)軌跡(Lj)上產(chǎn)生彈性剪切波，所述不同激勵(lì)軌跡由最大距離Dm相互分隔開(kāi)；對(duì)應(yīng)于激勵(lì)步驟j的成像步驟，在該步驟中，確定在剪切波傳播的過(guò)程中時(shí)間tk的彈性介質(zhì)的連續(xù)原始圖像Imj(tk)序列j，原始圖像具有大于最大距離Dm的分辨率R；平均步驟，在該步驟中，對(duì)應(yīng)于所述相同對(duì)應(yīng)時(shí)間tk的原始圖像Imj(tk)進(jìn)行平均，以確定平均圖像Im’(tk)。
文檔編號(hào)G01S7/52GK103026257SQ201080067697
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者加布里埃爾·蒙塔爾多, 杰雷米·伯科夫, 邁克爾·坦特, 馬賽阿斯·芬克 申請(qǐng)人:超聲成像, 國(guó)家科學(xué)研究中心, 巴黎狄德羅大學(xué)(巴黎七大)