(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のトランスデューサ素子を含む超音波トランスデューサを有する超音波システムを使用して対象物の機械的特性を測定する方法であって、
少なくとも１つのせん断波を前記対象物内に誘発するステップａ）と、
前記対象物からエラストグラフィデータを取得するステップｂ）と、
前記取得されたエラストグラフィデータを使用して前記対象物の機械的特性を計算するステップｃ）と、
を備え、
前記ステップｂ）は、
前記超音波トランスデューサ内の前記トランスデューサ素子をトランスデューサ素子の複数の下位集合に分割するステップｉ）、
トランスデューサ素子の異なる下位集合を使用して超音波ビームの集合を連続して送信し、それによって、超音波を前記対象物内の異なる領域へ連続して送信するステップｉｉ）、および、
超音波ビームの各集合がパルス繰り返し周波数で繰り返されるように、前記パルス繰り返し周波数でステップｉｉ）を繰り返すステップｉｉｉ）からなり、
前記ステップｃ）は、
超音波パルスの同じ部分集合を使用するが、ステップｂ）ｉｉ）の異なる繰り返しで捕捉されたデータを共通の時間グリッドに補間するステップを含み、そして、
ステップｃ）において前記機械的特性を計算することは、ピークまでの時間法および相互相関法のうちの少なくとも１つを使用して前記少なくとも１つのせん断波内の検出点間の時間遅延を推定することによりせん断波速度を計算することを含む
ことを特徴とする機械的特性を測定する方法。
【請求項２】
前記補間するステップは、前記機械的特性を計算するときに、超音波ビームの連続した組の送信間の時間的オフセットを計算することを補助する、請求項１に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項３】
前記時間遅延を計算することは、前記時間的オフセットを計算することを含む、請求項１又は２に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項４】
前記複数の異なる領域のうちの少なくとも一部が少なくとも部分的に重なり合う、請求項１又は２に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項５】
超音波ビームの連続して送信される各集合は、超音波ビームの先行の組を送信したトランスデューサ素子の前記下位集合と空間的に隣接したトランスデューサ素子の下位集合によって送信される、請求項１又は２に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項６】
超音波ビームの各集合は、並列に形成された複数の超音波ビームを備える、請求項１又は２に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項７】
前記複数の超音波ビームの各々は、集束超音波ビームである、請求項６に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項８】
前記複数の超音波ビームの各々は、前記対象物内の異なる位置で前記少なくとも１つのせん断波の運動をサンプリングする、請求項６に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項９】
ステップｂ）は、１キロヘルツより低いフレームレートを有する超音波システムを使用して実行される、請求項１又は２に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項１０】
前記超音波システムは、１００ヘルツより低いフレームレートを有する、請求項９に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項１１】
ステップａ）は、複数の集束超音波ビームの各々がトランスデューサ素子の異なる下位集合によって発生された前記複数の集束超音波ビームを前記対象物の中へ送信することを含む、請求項１又は２に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項１２】
前記複数の集束超音波ビームは、前記超音波トランスデューサの表面全域に亘って均一に間隔が空けられている、請求項１１に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項１３】
ステップｃ）は、異なる方向に伝播するせん断波の間の干渉が実質的に緩和されるように、指向性フィルタをステップｂ）において捕捉された前記エラストグラフィデータに適用することを含む、請求項１２に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項１４】
前記複数の集束超音波ビームは、第１の時刻にトランスデューサ素子の第１の下位集合を使用して集束超音波ビームを送信し、連続した異なる時点に前記集束超音波ビームを空間的に隣接したトランスデューサ素子の下位集合に移動させることにより送信される、請求項１１に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項１５】
複数のトランスデューサ素子を含む超音波トランスデューサを有する超音波システムを使用して対象物の機械的特性を測定する方法であって、
複数の集束超音波ビームを送信するためにトランスデューサ素子の少なくとも１つの下位集合を使用することによりせん断波を前記対象物内に誘発するステップａ）と、
少なくとも１つの検出超音波ビームを前記対象物の中へ送信し、これに応答したエコー信号を受信することにより、前記せん断波を表すエラストグラフィデータを取得するステップｂ）と、
前記せん断波の間の干渉の影響を削減するために前記せん断波を複数の異なる指向性コンポーネントに分離するように前記取得されたエラストグラフィデータを処理するステップｃ）と、
前記取得されたエラストグラフィデータを使用して前記対象物の機械的特性を計算するステップｄ）と
を備える機械的特性を測定する方法。
【請求項１６】
ステップａ）は、前記複数の集束超音波ビームを同時に送信することを含む、請求項１５に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項１７】
ステップａ）は、同時に１個の集束超音波ビームを送信することを含み、少なくともいくつかの連続して送信された集束超音波ビームが空間的に隣接したトランスデューサ素子の下位集合によって発生されている、請求項１５に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項１８】
ステップａ）は、同時に１個の集束超音波ビームを送信することを含み、少なくともいくつかの連続して送信された集束超音波ビームが空間的に重なり合うトランスデューサ素子の下位集合によって発生されている、請求項１５に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項１９】
ステップｂ）は、
前記超音波トランスデューサ内の前記トランスデューサ素子をトランスデューサ素子の複数の下位集合に分割するステップｉ）、
トランスデューサ素子の異なる下位集合を使用して超音波ビームの集合を連続して送信し、それによって、超音波を前記対象物内の異なった領域へ連続して送信するステップｉｉ）、および、
超音波ビームの各集合がパルス繰り返し周波数で効率的に繰り返されるように、前記パルス繰り返し周波数でステップｉｉ）を繰り返すステップｉｉｉ）
を含む、請求項１５に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項２０】
ステップｃ）は、指向性フィルタを前記エラストグラフィデータに適用することを含む、請求項１５に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項２１】
ステップａ）は、前記複数の集束超音波ビームのうちの他のものとは異なる横位置に集束させるために前記複数の集束超音波ビームのうちの少なくとも一部を送信することを含む、請求項１５に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項２２】
ステップａ）は、前記複数の集束超音波ビームのうちの他のものとは異なる深度位置に集束させるために前記複数の集束超音波ビームのうちの少なくとも一部を送信することを含む、請求項１５に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項２３】
前記複数の集束超音波ビームは、連続した集合で送信され、各集合は、異なる位置に集束させられた、複数の同時に発生された集束超音波ビームを含む、請求項１５に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項２４】
ステップｄ）において前記機械的特性を計算することは、ピークまでの時間法、相互相関法、直接反転法、および周波数依存性分析法のうちの少なくとも１つを使用することを含む、請求項１５に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項２５】
超音波トランスデューサを含む超音波システムを使用して対象物の機械的特性を測定する方法であって、
少なくとも１つのせん断波を前記対象物内に誘発するステップａ）と、
トランスデューサ要素の少なくとも１つの下位集合を使用して前記対象物からエラストグラフィデータを捕捉するステップｂ）と、
ステップｂ）ｉｉｉ）で補償されたせん断波信号から前記対象物の機械的特性を計算するステップｃ）と、
を備え、
前記ステップｂ）が、
異なるパルス−エコー捕捉を使用して前記対象物内の複数の領域を連続して画像化するステップｉ）、
前記複数の領域の各々でせん断波信号を検出するステップｉｉ）、および、
前記複数の領域のうちの異なる領域で捕捉されたせん断波信号の時間グリッド差について前記せん断波信号を補償するステップｉｉｉ）
からなり、
前記ステップｃ）において前記機械的特性を計算することは、ピークまでの時間法、相互相関法、直接反転法、および周波数依存性分析法のうちの少なくとも１つを使用することを含み、
前記ステップｂ）ｉｉｉ）は、前記複数の領域のうちの異なる領域から共通の時間グリッドに前記せん断波信号を補間することを含む
ことを特徴とする機械的特性を測定する方法。
【請求項２６】
異なる超音波ビームが異なる領域毎に前記トランスデューサ素子の異なる下位集合を使用することにより前記複数の異なる領域の各々に対して発生される、請求項２５に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項２７】
トランスデューサ素子の前記少なくとも１つの下位集合は、トランスデューサ素子の複数の下位集合を備え、トランスデューサ素子の前記複数の下位集合のうちの少なくとも一部が重なり合うトランスデューサ素子を含む、請求項２５に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項２８】
ステップｂ）ｉ）およびステップｂ）ｉｉ）は、単一のパルス−エコー捕捉から並列に複数の超音波イメージングラインを形成することにより領域を画像化することを含む、請求項２５に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１つのせん断波は、超音波放射力、生理的運動、または機械的振動のうちの少なくとも１つを使用してステップａ）において誘発される、請求項２５に記載の機械的特性を測定する方法。
【請求項３０】
ステップｂ）ｉ）およびｂ）ｉｉ）は、複数の領域を繰り返し画像化することを含み、前記複数の領域の各々は、同じ連続した順序で画像化される、請求項２５に記載の機械的特性を測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年１０月７日付けで出願され、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＳＨＥＡＲ  ＷＡＶＥ  ＥＬＡＳＴＯＧＲＡＰＨＹ  ＷＩＴＨ  ＬＯＷ  ＦＲＡＭＥ  ＲＡＴＥ  ＩＭＡＧＥＲＳ」と題する米国仮特許出願第６１／７１０，７４４号の利益を主張する。
【０００２】
米国連邦政府支援研究に関する陳述
本発明は、米国国立保健研究所によって授与されたＥＢ００２１６７およびＤＫ０８２４０８に基づいて政府支援で行われた。政府は、発明に一定の権利を有する。
【０００３】
本発明の分野は、超音波イメージングのシステムおよび方法である。より詳しくは、本発明は、超音波を使用するせん断波エラストグラフィのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
せん断波は、組織病理学の敏感なバイオマーカーである組織の粘弾性特性を評価するために使用することができる。２次元超音波せん断波エラストグラフィを実行するために、数キロヘルツのフレームレートをもつ超音波イメージングシステムが高速運動するせん断波を撮影するために必要とされる。このことは、典型的に、１００Ｈｚ未満のフレームレートを有し、２次元画像が１行ずつ形成される従来型の超音波イメージングシステムでは実現不可能である。従って、従来型の超音波イメージングシステムを用いて２次元せん断波エラストグラフィを実行することができるシステムおよび方法を提供することが望ましいということになる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、複数のトランスデューサ素子を含む超音波トランスデューサを有する超音波システムを使用して対象物の機械的特性を測定する方法を提供することにより上記欠点を解決する。少なくとも１つのせん断波が対象物内に誘発され、エラストグラフィデータが対象物から取得される。エラストグラフィデータは、超音波トランスデューサ内のトランスデューサ素子をトランスデューサ素子の複数の下位集合に分割し、トランスデューサ素子の異なった下位集合を使用して超音波ビームの集合を連続的に送信し、それによって、超音波を対象物内の異なった領域に連続的に送信し、超音波ビームの各集合がパルス繰り返し周波数で効率的に繰り返されるように、パルス繰り返し周波数でこのプロセスを繰り返すことにより取得される。取得されたエラストグラフィデータから、対象物の機械的特性をその後に計算することができる。
【０００６】
本発明の別の態様は、複数のトランスデューサ素子を含む超音波トランスデューサを有する超音波システムを使用して対象物の機械的特性を測定する方法を提供することである。少なくとも１つのせん断波は、超音波トランスデューサ内のトランスデューサ素子をトランスデューサ素子の複数の下位集合に分割し、各集束超音波ビームがトランスデューサ素子の単一の下位集合によって送信される複数の集束超音波ビームを送信することによって対象物内に誘発される。エラストグラフィデータは、検出超音波ビームを対象物に送信し、これに応答してエコー信号を受信することにより対象物から取得される。対象物の機械的特性は、その後、取得されたエラストグラフィデータを使用して計算することができる。
【０００７】
本発明の上記およびその他の態様および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。説明中、説明の一部分を形成し、本発明の好ましい実施形態が例示として示されている添付図面が参照される。しかしながら、このような実施形態は、本発明の全範囲を必ずしも表現することなく、その結果、ここで本発明の範囲を解釈するため特許請求の範囲および本明細書が参照される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】各組が超音波トランスデューサによって送信される複数の超音波ビームを含む複数の超音波ビーム集合を例示する図である。
【図２】図１の複数の超音波ビーム集合を使用するパルスタイミング図の実施例を示す図である。
【図３】補間を使用して種々の超音波ビーム集合の時間グリッドを整列させる実施例を示す図である。
【図４】せん断波面における遅延時間の実施例を示す図である。
【図５】せん断波面における別の遅延時間の実施例を示す図である。
【図６】櫛型パターンで同時に送信されている複数の集束超音波プッシュビームを例示する図である。
【図７】せん断波を発生させるために横方向に沿って急速に移動させられる集束超音波プッシュビームを例示する図である。
【図８】超音波プッシュビームの各々がトランスデューサ素子の異なったサイズの下位集合を用いて発生させられた、同時に送信される複数の集束超音波プッシュビームを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここで説明されるのは、超音波トランスデューサ内の利用可能な個数のトランスデューサ素子の部分集合によって発生された超音波ビームのプッシュおよび／または検出を使用してせん断波エラストグラフィを実行するシステムおよび方法である。これらの技術は、標準的な低フレームレート超音波イメージングシステムを使用する能力と、プッシュビームが発生されない領域だけではなく、視野全体を通じてせん断波速度を測定する能力とを含んで、現在のところ利用可能なせん断波エラストグラフィのアプローチを超えるいくつかの利点を提供する。
【００１０】
高性能の従来型超音波イメージングシステムは、並列ビームフォーミングを使用して単一の送信から、数本のラインを画像化することができる。超音波イメージングのためのパルス繰り返し周波数（「ＰＲＦ」）およびパルス繰り返し間隔（「ＰＲＩ」）は、画像の最大深度によって決定される。最大深度３０ｍｍを仮定すると、往復超音波移動時間は、
【数１】
0005973060.tif 000002
（１）
である。
【００１１】
ビームフォーミングおよび他のオーバーヘッド時間遅延を追加すると、５０μｓのＰＲＩ（ＰＲＦ＝２０ｋＨｚ）が実現可能である。発明者らは、２次元せん断波エラストグラフィに対して、各空間位置での検出ＰＲＦは、１ｋＨｚ未満にすることができることに気付いた。すなわち、一例として１ｋＨｚを使用すると、１０００マイクロ秒毎に１回だけ同じ空間位置でせん断波エラストグラフィ検出を十分に実行できる。その結果、せん断波エラストグラフィは、各位置で１ｋＨｚのＰＲＦを維持しながら、複数の位置で順番に並列ビームフォーミング検出を使用して実行することができる。
【００１２】
今度は図１を参照すると、各空間位置で所望のＰＲＦを生成するために超音波システムによって発生された超音波ビームの系列の実施例が例示される。たとえば、超音波ビームの系列は、Ｍ個のビームＢ1、・・・、ＢM１０４の各々が並列に形成されたＮ組の集合Ｓ1、・・・、ＳN１０２を含む。この系列は、その後、所望の繰り返し回数Ｐ回に亘ってパルス繰り返し周波数で繰り返される。
【００１３】
一例として、超音波ビームの各集合Ｓnは、並列に形成された複数のビームＢmを含むことがある。たとえば、超音波ビームの各集合は、並列に形成された４個のビームを含むことがあり、２０組のビーム集合が各パルス系列の間に全部で８０個の異なる位置のサンプリングのため使用されることがある。このアプローチを使用すると、せん断波運動は、各空間位置で１ｋＨｚの実効ＰＲＦを用いて、Ｍ・Ｎ個の空間位置によって覆われた２次元領域の範囲内で検出することができる。典型的に、５ＭＨｚ線形アレイ超音波トランスデューサのための０．３ｍｍの線間隔を仮定すると、２次元せん断波エラストグラフィは、この技術を使用して深度３０ｍｍおよび幅２４ｍｍである区域の範囲内で実行することができる。他の実施形態では、超音波ビームの各集合は、１個の超音波ビームだけを含むことがある。その結果として、機械的特性が測定することができる関心領域は、並列ビームフォーミングによる場合より小さくなることになる。
【００１４】
図１に例示されたパルス系列のＰ回の繰り返しに対するパルス系列タイミング例が図２に例示される。時刻ｔ＝０μｓで、ビーム集合Ｓ1,1の送信は、ビーム集合Ｓ1,1を形成するビームＢmによって定義されたビーム位置でせん断波運動を追跡するために使用される。たとえば、ビーム集合Ｓ1,1が４個のビームで構成されているとき、４個の位置でのせん断波運動が追跡されることになる。ビーム集合Ｓ1,1が発生された後のプリセット時刻に、ビーム集合Ｓ2,1が、ビーム集合Ｓ2,1を形成するビームＢmによって定義されたビーム位置に現れるせん断波運動を検出するために発生させられる。たとえば、プリセット時刻は、５０マイクロ秒でもよい。次の送信サイクルにおいて、第１のビーム集合が再び送信される。このビーム集合Ｓ1,2は、その結果、１ｋＨｚのＰＲＦに対して時刻ｔ＝１０００μｓで送信される。パルス系列は、Ｐ番目の繰り返しが時刻ｔ＝Ｐ・１０００μｓで実行されるまで繰り返される。
【００１５】
２次元せん断波エラストグラフィ領域のサイズは、超音波システムの並列ビームフォーミング能力と、各空間位置での所要ＰＲＦとによって決定される。たとえば、６−ビーム並列検出は、他の全てのことが変化しない場合、３６ｍｍ画像幅を可能にさせることができる。所要ＰＲＦは、硬組織では高くなることが考えられる。この事例では、２次元せん断波エラストグラフィ領域は、より高いＰＲＦを維持するためにサイズが縮小されることになる。その結果、従来型イメージャ上の実施は、最終的にはアプリケーションが異なるとサイズが変化する関心領域になることがある。この結果は、超音波スキャナにおける現行の２次元カラーイメージング方法に類似する。
【００１６】
前述の説明は、１次元アレイトランスデューサに関連して行われているが、考え方は、２次元アレイトランスデューサのようなより高い次元をもつトランスデューサにも容易に適用可能であることに注意すべきである。
【００１７】
各位置でのＰＲＦは、１ｋＨｚであるにもかかわらず、異なった場所は、異なった時間グリッドでサンプリングされることに注意すべきである。図２を参照すると、ビーム集合Ｓ1,p内の４個のビーム位置は、時刻
ｔ＝０，１０００，２０００，．．．，Ｐ・１０００μｓ
でサンプリングされる。
【００１８】
ビーム集合Ｓ2,p内のビームは、時刻
ｔ＝５０，１０５０，２０５０，．．．，（Ｐ・１０００）＋５０μｓ
でサンプリングされる。
【００１９】
位置間のこの小さい時間遅延は、せん断波エラストグラフィ再構成において計算される必要がある。この遅延時間を計算する２つの方法例が後述される。
【００２０】
上記の遅延時間を補償する１つの方法例は、ＰＲＦからＮ・ＰＲＦまで（たとえば、１ｋＨｚから２０ｋＨｚまで）各位置で時間信号を補間し、全ての位置に対して同じ時間グリッドを使用することである。図３に示されるように、正方形は、ビーム集合Ｓ1からＳNによって覆われた位置での超音波検出の時間を示す。各ビームは、１ｋＨｚのＰＲＦでサンプリングされるが、隣接するビームの間に５０μｓの時間的シフトが存在する。ビーム毎に２０ｋＨｚまで戻る補間を用いると、ビーム毎の時間グリッドが整列させられ、同期させられる。補間点は、図３において黒丸によって示されるされる。
【００２１】
図４を参照すると、（ａ）および（ｂ）における三角波は、両方の信号が同じ時刻に開始するように補間後に２つの位置ｘおよびｙで検出されたせん断波信号を表現する。方向ｘ→ｙは、せん断波伝播の方向である。（ａ）と（ｂ）との間のせん断波の時間遅延Δｔは、ピークまでの時間、相互相関、または他の方法を使用して計算することができる。せん断波速度は、その結果、
【数２】
0005973060.tif 000003
（２）
によって計算することができる。
【００２２】
式中、｜ｙ−ｘ｜は、位置ｙと位置ｘとの間の距離である。
【００２３】
上記の遅延時間を補償する別の方法の実施例は、せん断波速度を計算するときに遅延時間を計算することである。図５を参照すると、（ａ）および（ｂ）における三角波は、２つの位置ｘおよびｙで検出されたせん断波信号を表現し、ここで、方向ｘ→ｙは、せん断波伝播の方向である。（ａ）と（ｂ）との間のせん断波の時間遅延Δｔは、ピークまでの時間、相互相関、または他の方法を使用して計算することができる。前述のとおり、異なった場所でのせん断波は、異なった時間グリッドで検出される。位置ｘでのせん断波検出が（ａ）に示されるように時刻ｔ＝０で開始し、かつ、位置ｙでのせん断検出が（ｂ）に示されるように時刻ｔ＝δで開始すると仮定すると、位置ｘとｙとにおけるせん断波の間の現実の遅延ΔＴは、
ΔＴ＝（Δｔ＋δ）                              （３）
である。
【００２４】
一例として、ｘがビーム集合Ｓ1内のビームのうちの１つに位置し、かつ、ｙがビーム集合Ｓ3内のビームのうちの１つに位置する場合、
δ＝（３−１）・Δｔ＝２・５０＝１００μｓ                （４）
である。
【００２５】
せん断波速度ｃsは、その後、
【数３】
0005973060.tif 000004
（５）
によって計算することができる。
【００２６】
式中、｜ｙ−ｘ｜は、この場合も位置ｙと位置ｘとの間の距離である。
【００２７】
追跡中のビーム集合Ｓ1、．．．、ＳNは、空間的に連続した順序である必要はなく、実際には、追跡中のビーム集合は、異なった空間的順序で置くことができることに注意すべきである。たとえば、追跡中のビーム集合Ｓ1は、画像の左端に置くことができるが、追跡中のビーム集合Ｓ2は、画像の右端に置くことができ、奇数番目のビーム集合は、ビーム集合Ｓ1から画像の中心へ内向きに連続して続き、偶数番目のビーム集合は、ビーム集合Ｓ2から中心へ内向きに連続して続く。
【００２８】
その上、２組以上のビーム集合は、所望のサイズをもつ２次元領域を覆うために必要とされる送信−検出事象の回数を削減するために同時に送信することができる。このアプローチは、各ビーム集合位置で検出の実効ＰＲＦを増加させる利点がある。たとえば、ビーム集合Ｓ1およびＳ10は、同時に送信され、検出されることができ、その後に、ビーム集合Ｓ2およびＳ11が同時に続けられ、Ｎ組全てのビーム集合が覆われるまで続けられる。このプロセスは、やがて再び繰り返すことができる。
【００２９】
ビーム集合の各々は、トランスデューサ素子のグループによって送信されることになることにさらに注意すべきである。異なったビーム集合は、同じまたは異なったトランスデューサ素子を有することがある。たとえば、線形アレイまたは曲線アレイ超音波トランスデューサでは、素子１から３２は、ビーム集合Ｓ1のため使用されることがあり、素子８から素子４０は、ビーム集合Ｓ2のため使用されることがあり、以下同様に続く。６４個の素子を含む位相アレイトランスデューサの別の実施例では、同じ６４個の素子は、異なった領域を覆うために異なったビーム集合を案内することにより、Ｓ1からＳNまでの全てのビーム集合を送信するために使用されることがある。
【００３０】
上記の教示は、せん断波伝播方向に沿った２つ以上の位置で検出されたせん断波の間の時間遅延を測定することによりせん断波速度を計算することを目指している。同じ考え方は、直接反転および周波数依存性分散分析のような他のせん断波弾性イメージングの方法のため適用することができる。その上、この方法は、心臓運動のような生理的運動、機械的振動、および、単一の集束ビーム、単一の非集束ビーム、複数の集束ビーム、または複数の非集束ビームからの超音波放射力によって生成されたせん断波に適用することができる。
【００３１】
超音波トランスデューサ内の利用可能なトランスデューサ素子の部分集合を使用して超音波検出ビームを送信するアプリケーションについて説明したので、超音波プッシュビームを送出するためにトランスデューサ素子の部分集合を使用する技術について次に検討する。
【００３２】
超音波プッシュビームが対象物へ送信されるとき、せん断波が発生され、プッシュビームから外向きに逆方向へ伝播する。その結果、せん断波は、プッシュビーム領域内に発生されることなく、すなわち、せん断波速度は、プッシュビームが発生された領域内で測定することができない。その上、超音波プッシュビームによって生成されたせん断波は、短い伝播距離の間に素早く減衰する。その結果、単一のプッシュビームによって生成されたせん断波は、小さい関心領域しか画像化することができず、従って、これらの事例では、広い視野（「ＦＯＶ」）をもつ画像を繋ぎ合わせるために複数のプッシュ−検出獲得が必要とされる。
【００３３】
参照によって全体がそのまま本願に組み込まれた、「Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｖｉｂｒｏｍｅｔｒｙ  ｗｉｔｈ  Ｕｎｆｏｃｕｓｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ」と題する同時係属中のＰＣＴ出願公開ＷＯ２０１２／１１６３６４に記載されているように、非集束超音波ビームの櫛型形状集合は、全ＦＯＶの２次元せん断波速度マップを１つの高速データ捕捉と一緒に提供するために使用することができる。この方法は、櫛型プッシュ超音波せん断エラストグラフィ（「ＣＵＳＥ」）と呼ばれる。
【００３４】
ＣＵＳＥでは、複数の非集束超音波パルスビームがせん断波弾性イメージングのため組織の内部にせん断波を生成するために使用される。トランスデューサ素子の１つの部分集合だけが各プッシュビームのため使用され、故に、素子の複数の部分集合が複数のプッシュビームを同時に送信するために異なった空間位置のため使用することができる。ＣＵＳＥでは、各プッシュビームによって生成されたせん断波は、単一のプッシュビームの独立した具現化として取り扱うことができる。
【００３５】
ＣＵＳＥを使用すると、異なったプッシュビームからのせん断波は、互いに干渉し、最終的に、視野（「ＦＯＶ」）全体を一杯にする。頑強性のあるせん断波速度推定を達成するために、指向性フィルタが干渉するせん断波パターンから左右に（「ＬＲ」）伝播するせん断波および右左に（「ＲＬ」）伝播するせん断波を抽出するために使用することができる。タイム・オブ・フライトに基づくせん断波速度推定方法は、ＬＲ波およびＲＬ波の両方から各画素で局所的なせん断波速度を復元するために使用されることがある。最終的なせん断波速度マップは、その後、ＬＲ速度マップおよびＲＬ速度マップから合成されることがある。櫛型プッシュパルスは、プッシュビーム区域を含む全ての画像画素で高い振幅をもつせん断波運動を生成するので、「ソース無制限」区域におけるせん断波速度およびプッシュビーム区域におけるせん断波速度の両方を再現することができる。
【００３６】
従って、ＣＵＳＥは、１回だけのデータ捕捉を用いてせん断弾性マップの全ＦＯＶ２次元再構成を可能にする。音響放射力浸透を改善し、より深い組織（すなわち、肝臓および腎臓）により強いせん断波を発生させるために、これまでのＣＵＳＥ方法は、集束超音波プッシュビームを使用して修正することができる。集束超音波プッシュビームを使用することは、組織内部の深い場所でより強いせん断波発生を実現し易くする。深い組織位置で強いせん断波を発生させるこの能力は、非集束ビームを用いるＣＵＳＥと比べてせん断波弾性イメージングに対しより高いＳＮＲをもたらすことができる。
【００３７】
図６に例示された、１つの構成では、トランスデューサ素子は、各々が集束超音波ビームを同時に送信する４個の下位集合のようなある程度の数の下位集合に分割される。この技術は、集束ＣＵＳＥまたは「Ｆ−ＣＵＳＥ」と呼ばれる。上記のとおり、Ｆ−ＣＵＳＥでは、トランスデューサ素子は、ある個数Ｎ組の下位集合に分割され、各下位集合は、１個以上のトランスデューサ素子を収容する。
【００３８】
Ｆ−ＣＵＳＥ技術の一実施例として、１２８素子超音波トランスデューサは、各々が３２個のトランスデューサ素子からなる４組の下位集合に分割することができる。Ｆ−ＣＵＳＥでは、全ての下位集合は、櫛型パターン超音波場を形成するために集束超音波ビームを同時に送信する。一実施例では、プッシュ・パルス・ビームの持続期間は、およそ６００μｓにすることができる。
【００３９】
別の構成では、トランスデューサ素子は、素子の重なり合いを含むある程度の数の下位集合に分割され、超音波ビームを送信するために使用される下位集合は、横方向に沿って素早く変化させられる。エネルギーが供給されているトランスデューサ素子の下位集合のこの「マーチング」の結果は、連続した異なる水平位置で集束超音波プッシュビームを提供することである。この技術は、マーチングＣＵＳＥ、すなわち「Ｍ−ＣＵＳＥ」と呼ばれることがある。
【００４０】
図７に示されたＭ−ＣＵＳＥ技術の一実施例として、１２８素子超音波トランスデューサは、各々が６４個の素子からなる４組の重なり合う下位集合に分割することができる。第１の下位集合は、その後、第１の時刻ｔ１で単一の集束プッシュビームを送信する。このプッシュビームの持続時間は、重なり合うトランスデューサ素子を使用する繰り返し送信に起因する組織またはトランスデューサ加熱を制御することが望ましい場合に、Ｆ−ＣＵＳＥまたは従来型ＣＵＳＥで使用されることになる持続時間より短くすることができる。一実施例として、Ｍ−ＣＵＳＥにおけるプッシュビーム持続時間は、およそ２００μｓにすることができる。プッシュビーム持続時間は、トランスデューサ素子の下位集合の間に存在する重なり合いの量についての考慮に基づいて選択される。たとえば、持続時間は、重なり合う下位集合の中のいずれのトランスデューサ素子もこの素子の過熱を引き起こすことになる連続した持続時間に亘ってエネルギーを供給されないように、選択することができる。
【００４１】
第１のプッシュビームが送信された後、第２のプッシュビームが素子の第２の下位集合を使用して第２の時刻ｔ２で送信される。このことは、第３および第４の下位集合に対して継続する。典型的に、連続したプッシュビームの間に小さい持続時間が存在する。たとえば、連続したプッシュビームの間の遅延を１５μｓにすることができる。この短い持続時間中に、せん断波は、トランスデューサ内の個別のトランスデューサ素子のサイズの約１．５倍である約０．４５ｍｍだけ柔組織において伝播するであろう。従って、概して、連続したプッシュビームの間のせん断波伝播の量は、集束プッシュビームの全てを送信した後に全ての下位集合に対して無視できる。
【００４２】
Ｆ−ＣＵＳＥまたはＭ−ＣＵＳＥ技術の各プッシュビームは、異なった個数の送信素子を有することがあり、かつ、異なった深度で集束させられることがあることに注意すべきである。付加的に、Ｍ−ＣＵＳＥ技術に対するプッシュ事象の各々は、２個以上のプッシュビームを使用することを含むことがある。図８に示された実施例では、（素子が少ない方の）プッシュビーム１および（素子が多い方の）プッシュビーム２は、時刻ｔ1で同時に送信され、続いて、プッシュビーム３および４が時刻ｔ2で同時に送信される。この組み合わせプッシュは、せん断波検出および処理のため全ての深度および全ての横位置で強いせん断波を生成することになる。Ｍ−ＣＵＳＥにおけるプッシュビームは、異なったプッシュ持続時間を有することができ、かつ、任意の順序で（たとえば、図７に例示された順序１→２→３→４と比べて異なった順序１→４→３→２で）送信することができることにさらに注意すべきである。
【００４３】
当初のＣＵＳＥ方法と同様に、Ｆ−ＣＵＳＥおよびＭ−ＣＵＳＥは両方共に、干渉を含む複雑なせん断波場を誘発する櫛型パターン超音波プッシュビームを発生させることができる。Ｍａｎｄｕｃａ  ｅｔ  ａｌ．によって「Ｓｐａｔｉｏ−Ｔｅｍｐｏｒａｌ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｏｆ  ＭＲ  Ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ  Ｉｍａｇｅｓ」，Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ，２００３；７（４）：４６５−４７３に記載された指向性フィルタリングは、かくして、頑強性のあるせん断波推定がＦＯＶ内部の各イメージング画素で達成することができるように、干渉なしでせん断波を複数の方向に分離するために使用することができる。
【００４４】
櫛型プッシュ送信の後、平面波イメージングモードは、伝播するせん断波を検出するために超音波を送る全てのトランスデューサと共に使用することができる。代替的に、前述の検出スキームを、同様に使用することができる。
【００４５】
本発明は、１つ以上の好ましい実施形態の観点から説明され、明示された均等物、代替例、変形例、および変更例の他に、多くの均等物、代替例、変形例、および変更例が考えられること、そして、本発明の範囲に包含されることが認められるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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