(57)【要約】本発明は、超音波照射後に超音波信号を有する人間または動物の組織、特に乳房、あるいはより一般的にはあらゆる粘弾性媒質の弾性を測定し、この弾性の二次元または三次元表示を連続設定する装置に関し、複数のトランスデューサ（１２）を含む少なくとも一つの超音波アレイ（１）または同等物と、直接または間接の低周波作用を発生して送ることができる励起手段と、超音波信号の収集手段と、コンピュータ等のデータ制御処理手段とを含み、一次元（１Ｄ）または二次元（２Ｄ）で前記アレイ（１）の走査を行うことにより二次元（２Ｄ）または三次元（３Ｄ）の弾性測定表示をそれぞれ得られる走査手段を含むことを特徴とする。本発明は、また、この装置の実施方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波照射後に超音波信号を有する人間または動物の組織、特に乳房、あるいはより一般的にはあらゆる粘弾性媒質の弾性を測定し、この弾性の二次元または三次元表示を連続設定する装置であって、複数のトランスデューサ（１２）を含む少なくとも一つの超音波アレイ（１）または同等物と、直接または間接の低周波作用を発生して送ることができる励起手段と、超音波信号の収集手段と、コンピュータ等のデータ制御処理手段とを備えており、垂直な二方向に沿って一次元（１Ｄ）または二次元（２Ｄ）で前記アレイ（１）の走査を行うことにより二次元（２Ｄ）または三次元（３Ｄ）の弾性測定表示をそれぞれ得られる走査手段を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
励起手段が機械振動からなり、この振動は、横方向、縦方向、または、より一般的には双方の混合とすることができることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
励起手段が、放射圧を用いた遠隔探触手段からなり、一つまたは複数のトランスデューサ（１２）を超音波信号の収集に用いるか、または一つまたは複数のトランスデューサを粘弾性媒質の周囲に配置することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
励起手段が、たとえば心臓の鼓動等の人間または動物の身体の内部運動からなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
励起手段が、超音波信号の収集用に用いられる一つまたは複数のトランスデューサか、または粘弾性媒質の周囲に配置される一つまたは複数のトランスデューサを備えた、一つまたは複数の高温トランスデューサからなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
超音波アレイが、複数の様々な上昇点に収束可能な１．５Ｄアレイ（９）または星型トランスデューサ（１２）であり、この場合、走査が超音波収束により実施されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
超音波アレイ（１）と前記粘弾性媒質との間に存在する空間が、超音波を自由に通過可能にする水または他のあらゆる要素から少なくとも部分的に構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
機械振動が、一つまたは複数の振動板（２０）、ピストン、および／またはバーによって得られ、または実現されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項９】
収集手段が、超音波送信機および受信機と、ＤＡ変換器（ＣＮＡ）およびＡＤ変換器（ＣＡＮ）と、メモリと、デジタルおよびアナログの伝送線とを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
超音波送信機および受信機が、前記超音波アレイの付近に配置され、すなわち一般には５０センチ未満の距離のところに配置されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
ＤＡ変換器（ＣＮＡ）およびＡＤ変換器（ＣＡＮ）が、前記超音波アレイの付近に配置され、すなわち一般には５０センチ未満の距離のところに配置されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
超音波トランスデューサとそれらに搭載される電子手段とからなるアセンブリが、たとえばＬＶＤＳタイプの超高速デジタルリンクにより制御処理手段に接続されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
２個の超音波アレイ（５）、（６）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
方向ｙ、ｘ、ｚに沿って組織速度をそれぞれ測定可能な３個のアレイ（１６、１７、１８）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
２個のアレイ（２３、２４）が、たとえば水などの液体を充填した密封容器（２６）に沈められることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
密封容器（２６）が、前記容器（２６）を回転させうる回転手段に接続されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
密封容器（２６）は、機械振動板（２５）および／または超音波トランスデューサがそれぞれ挿入される複数の穴を含むことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
密封容器（２６）上または密封容器内にある穴が、互いに９０°（度）のところに配置されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
超音波照射後に超音波信号を有する人間または動物の組織、特に乳房、あるいはより一般的にはあらゆる粘弾性媒質の弾性を測定し、この弾性の二次元または三次元表示を連続設定する方法であって、少なくとも一つの超音波アレイ（１）または同等物と、低周波移動を発生可能な励起手段と、超音波信号の収集手段と、コンピュータ等のデータ制御処理手段と、一次元（１Ｄ）または二次元（２Ｄ）で前記アレイ（１）の走査を行うことにより、二次元（２Ｄ）または三次元（３Ｄ）の弾性測定表示をそれぞれ得られる走査手段とを備えており、
−低周波作用または低周波信号を発生して超音波信号を収集するステップと、
−走査手段により垂直な二方向に沿ってアレイを移動するステップと、
−超音波画像の計算ステップと、
−組織速度の計算ステップと、
−前記粘弾性媒質を記述するパラメータを回収することからなるデータ反転ステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
低周波作用または信号の周波数が５Ｈｚ〜１０００Ｈｚであることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
さらに、組織変形速度の計算ステップを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
組織速度の計算ステップ中、空間の三つの直交方向に沿って前記速度の長手方向の成分の第二次導関数が測定されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
組織速度の計算ステップ中、空間の三方向に沿って前記速度の三成分の空間微分が測定されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
超音波信号の収集が、粘弾性媒質に含まれる粒子により反射されるパルスを超音波トランスデューサ（１２）で送信することにより行われることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
超音波信号の収集は、Ｔが２つの超音波送信間の周期であるとき、一般には１００Ｈｚ〜１０００００Ｈｚの速度１／Ｔで行われることを特徴とする請求項１９〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
特に１．５Ｄまたは１．７５Ｄアレイを使用する場合、アレイの移動が、機械走査または超音波上昇走査により実施されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波照射後に超音波信号を有する人間または動物の組織の弾性、より一般的にはあらゆる粘弾性媒質を測定し、この弾性の二次元または三次元表示を連続設定する装置および方法に関する。本発明は、限定的ではないが、特に、人間の乳房の弾性の測定に適用され、この技術の長所は、組織の病理特性がしばしば組織の弾性に関連することにある。
【背景技術】
【０００２】
公知の従来技術である仏国特許第２７３３１４２号明細書では、二次元の測定を実施し、また三次元の測定を実施可能な測定装置が開示されている。しかしながら、この装置には、垂直な二方向に沿って一つまたは複数のアレイを走査できる走査手段がない。
【０００３】
また、公知の米国特許第６１７６８２７号明細書、第５０９９８４８号明細書、第２００２/０１０３９８号明細書、第６２７７０７４号明細書、第５４７４０７０号明細書は、全て、時には固定アレイを用いて二次元の測定のみを実施する解決方法を開示している（米国特許第６１７６８２７号明細書）。
【０００４】
現在のところ、前記二次元または三次元の測定を表示可能にする弾性測定超音波装置は市場に存在しない。
【０００５】
さらに、二次元の弾性測定に関して、弾性測定技術と、こうした測定の二次元表示とを開示するＳａｎｄｒｉｎ、Ｌ．、Ｔａｎｔｅｒ、Ｍ．、Ｃａｔｈｅｌｉｎｅ、Ｓ．、  Ｆｉｎｋ、Ｍ．による論文「Ｓｈｅａｒ  Ｍｏｄｕｌｕｓ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ２Ｄ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ」（Ｕｌｔｒａｓｏｎ．Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒ．  Ｆｒｅｑ．  Ｃｏｎｔｒｏｌ．第４９巻（４）、４２６−４３５ページ（２００２年）が知られている。問題の逆の解法、すなわち測定しようとする粘弾性媒質を記述するパラメータに遡ることからなる解法は、空間の三方向における移動が不明であるために、ここでは不完全である。実際、この論文に提示された装置で実施される測定に関する計算アルゴリズムによれば、操作者は、弾性計算を解くために様々な仮定を公式化する必要があるが、実際にこれらの仮定が証明されることはめったにない。
【０００６】
また、同様に公知の国際公開第００７０３６２号パンフレットは、（人間の胸部のような）粘弾性のエリアが機械的な波動により励起される磁気共鳴弾性記録（ＥＲＭ）を用いたシステムを開示している。この発明の対象物は、ＥＲＭによる測定結果が、粘弾性物質内の機械波動反応（縦波および反射環境を含める）を正確に記述する部分微分方程式の、時間とは無関係の解であるという仮定に基づいている。そのため、これらの方程式に含まれるヤング係数を計算することができる。さらに、ここでは、（主に）縦波を使用することが提案されている。縦波は、横波と違って人間の胸部に入ることができる。
【０００７】
この特許出願の装置では、弾性図を得るのに非常に時間がかかる。しかも、この装置の製造費は非常に高い。
【０００８】
さらに、より高度な次元での弾性測定が著しい長所となることはいうまでもなく、本発明による装置では、このように従来技術が著しく改善される。
【０００９】
同様に従来技術を構成する仏国特許出願第９９０３１５７号明細書は、分散する粘弾性媒質の多数の箇所で同時に低周波のせん断パルス波の伝播を観察する映像装置を開示している。このため、この装置では、媒質の連続画像を得られる圧縮超音波を超高速で送り、次いで、このように得られた画像を相互相関によりバッチ処理し、各画像の各点でせん断波の伝播時の媒質の動きを判断する。
【００１０】
この発明は、次のような二つの仮定を検討しなければならないので、満足のいくものではない。
−移動の第二次導関数が、面の直交方向にゼロであるとみなす仮定。
−媒質が完全に非圧縮性であるとする仮定。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明は、特に、従来技術のシステムの不都合を解消することを目的とする。このため、本発明は、超音波照射後に超音波信号を有する人間または動物の組織、特に乳房、あるいはより一般的にはあらゆる粘弾性媒質の弾性を測定し、この弾性の二次元または三次元表示を連続設定する装置を提供し、複数のトランスデューサ（１２）を含む少なくとも一つの超音波アレイ（１）または同等物と、直接または間接の低周波作用を発生して送ることができる励起手段と、超音波信号の収集手段と、コンピュータ等のデータ制御処理手段とを備えており、垂直な二方向に沿って一次元（１Ｄ）または二次元（２Ｄ）で前記アレイ（１）の走査を行うことにより、二次元（２Ｄ）または三次元（３Ｄ）の弾性測定表示をそれぞれ得られる走査手段を含むことを特徴とする。
【００１２】
これらの特徴により、本発明は、既存の解決方法に比べて比較的簡単で安価なシステムによって、二次元または三次元で測定媒質の弾性図を得られる装置を提案することができる。
【００１３】
有利には、超音波アレイが、超音波信号を収集するための複数のトランスデューサを含む。
【００１４】
本発明により提供される一つの可能性によれば、励起手段が機械振動からなり、この振動は、横方向、縦方向、または双方の混合とすることができる。
【００１５】
温度上昇によって超音波画像に様々な移動が生じるので、有利には、一つまたは複数の高温トランスデューサから励起手段を構成できる。この場合、一つまたは複数のトランスデューサを超音波信号の収集に用いるか、または粘弾性媒質の周囲に一つまたは複数のトランスデューサを配置する。同様に、たとえば心臓の鼓動等の人間または動物の身体の内部運動から励起手段を構成することもできる。
【００１６】
発明により提供された別の可能性によれば、励起手段が、放射圧を用いた遠隔探触手段からなり、一つまたは複数のトランスデューサを超音波信号の収集に用いるか、または一つまたは複数のトランスデューサを粘弾性媒質の周囲に配置する。
【００１７】
有利には、本発明による装置が、たとえばコンピュータ、マイクロコンピュータ、または中央処理装置等の少なくとも一つの制御手段により制御される。
【００１８】
有利には、超音波アレイが、一つまたは複数の様々な上昇点に収束可能な１．５Ｄアレイまたは星型トランスデューサであり、この場合、走査が超音波収束により実施される。
【００１９】
ここで改めて言及しておくが、本発明の技術分野で１．５Ｄアレイと称されるアレイは、一つの平面に沿った収束が可能であるばかりでなく、実施例では、この面に平行でわずかにオフセットされた水平面に沿ってこの面から上昇可能なアレイである。
【００２０】
また、本発明をわかりやすくするために同様に説明するが、０Ｄの超音波検査アレイは、線形寸法ｘに沿って送信し、１Ｄのアレイは、二次元ｘ、ｙの平面に沿って送信し、さらに、２Ｄのアレイは、２Ｄのマトリクスに沿って配分された正方形の多数の超音波トランスデューサから一般に構成されて、ｘ、ｙ、ｚの三次元に沿って一定の容積に超音波を送ることができる。
【００２１】
本発明の実施形態によれば、超音波アレイと前記粘弾性媒質との間に存在する空間は、超音波を自由に通過可能にする水または他のあらゆるエレメントから少なくとも部分的に構成される。
【００２２】
有利には、超音波トランスデューサと、それらに搭載される電子手段とからなるアセンブリが、たとえばＬＶＤＳタイプの超高速デジタルリンクにより制御処理手段に接続される。
【００２３】
本発明の実施形態によれば、本発明による装置は、２個の超音波アレイを含む。
【００２４】
本発明の装置の実施形態によれば、２個のアレイが、たとえば水などの液体を充填した密封容器に沈められる。
【００２５】
有利には、密閉容器が、前記容器を回転させうる回転手段に接続される。
【００２６】
本発明により提供される可能性によれば、密閉容器は、機械振動板および／または超音波トランスデューサがそれぞれ挿入される複数の穴を含むことができる。
【００２７】
有利には、密閉容器上または密閉容器内の穴が、互いに９０°（度）のところに配置される。
【００２８】
本発明の別の実施形態によれば、本発明による装置が、方向ｙ、ｘ、ｚに沿って組織速度をそれぞれ測定可能な３個のアレイを含む。
【００２９】
本発明は、また、超音波照射後に超音波信号を有する人間または動物の組織、特に乳房、あるいはより一般的にはあらゆる粘弾性媒質の弾性を測定し、この弾性の二次元または三次元表示を連続設定する方法に関し、この方法は、少なくとも一つの超音波アレイ（１）または同等物と、低周波移動を発生可能な励起手段と、超音波信号の収集手段と、コンピュータ等のデータ制御処理手段と、一次元（１Ｄ）または二次元（２Ｄ）で前記アレイ（１）の走査を行うことにより、二次元（２Ｄ）または三次元（３Ｄ）の弾性測定表示をそれぞれ得られる走査手段とを備えており、
−低周波作用または低周波信号を発生して超音波信号を収集するステップと、
−走査手段により垂直な二方向に沿ってアレイを移動するステップと、
−超音波画像の計算ステップと、
−組織速度の計算ステップと、
−前記粘弾性媒質を記述するパラメータを回収することからなるデータ逆転ステップとを含むことを特徴とする。
【００３０】
有利には、アレイの移動ステップは、超音波画像の計算ステップへの移行前に、超音波データ全体の収集に必要な回数だけ繰り返される。
【００３１】
超音波データの収集ステップは、また、従来の超音波画像の取得に必要なデータを収集でき、すなわち従来の「ビームフォーミング」を用いる。実際、このように得られる一つまたは複数の画像は、調査される組織の外形について２Ｄまたは３Ｄの関連情報を構成する。この情報は、弾性パラメータを完全に補足する。
【００３２】
有利には、組織速度の計算ステップ中、空間の直交する三方向に沿って前記速度の長手方向の成分の第二次導関数を測定可能である。
【００３３】
同様に、組織速度の計算ステップ中、空間の三方向に沿って前記速度の三成分の空間微分を測定可能である。
【００３４】
以下、限定的ではなく例として、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
添付図は、装置全体を示しているわけではない。この装置は、人間または動物の組織の弾性測定を実施する通常のエレメントを含んでおり、すなわち、特に、複数のトランスデューサを含む少なくとも一つの超音波アレイまたは超音波センサと、超音波信号を収集可能にする電子装置と、コンピュータまたは同等物等のデータ制御処理手段と、低周波移動を発生可能な励起手段とを含む。
【００３６】
本発明は、前記超音波アレイの走査を可能にする機械走査手段の使用に関する。本発明の方法によって、従来技術の装置、特に仏国特許出願第９９０３１５７号明細書に記載された装置では得られないパラメータを測定可能になる。このようにして得られるパラメータは、上昇移動、すなわち画像面に対する垂直方向移動の第二次導関数と、移動ベクトルの欠けている２個の成分とである。
【００３７】
以下、人間または動物の組織として乳房を選んで本発明を説明するが、本発明による装置および方法では、当然のことながら超音波信号を用いた照射後に超音波信号を有するという条件で、理想的には静的な他のあらゆる組織が測定の対象となる。しかしながら、身体の内部運動がこの方法で使用可能な低周波作用を構成不能である場合、測定を妨害しないように組織を固定することが望ましい。
【００３８】
本発明による方法は、時間の経過に従って、以下のステップを実施する。
１．低周波作用または低周波信号を発生するステップ
２．超音波データの収集ステップ
３．走査手段によるアレイの移動ステップ
４．超音波画像の計算ステップ
５．連続画像間の移動とも称される組織速度の計算ステップ
６．場合によっては組織の変形速度の計算ステップ
７．測定媒質のパラメータを回収可能にするデータ逆転ステップ
【００３９】
計算ステップ、すなわちステップ４〜６は、超音波アレイが粘弾性媒質を走査する時点で開始可能であり、すなわち、これらのステップは、理想的には前記アレイの移動中に実施される。
【００４０】
低周波作用または低周波信号を発生するステップの間、低周波信号は、好適には超音波収集の開始直後に励起手段に伝達される。この信号の周波数ｆは、５Ｈｚ〜１０００Ｈｚである。低周波振動により低周波の弾性波が粘弾性媒質の組織に広がり、弾性波の伝播は、媒質の弾性に依存する。
【００４１】
低周波移動を発生するために使用可能な各種の手段は、振動装置によって実施される機械振動から構成可能であり、この振動装置は、特に、一つまたは複数の振動板２０、ピストン、および／またはバーとすることができる。同様に、せん断波を発生可能な励起手段は、放射圧を用いた遠隔探触手段から構成可能であり、一つまたは複数のトランスデューサを超音波信号の収集に使用するか、または画像を得る物体の周囲に一つまたは複数のトランスデューサを配置する。
【００４２】
超音波データの収集ステップ中、一般には１００Ｈｚ〜１０００００Ｈｚの速度１／ＴでＮ個の超音波収集が実施される。超音波データの収集は、媒質に含まれる粒子によって反射される短い超音波パルスを超音波トランスデューサで送ることによって行われる。「スペックル」と称される超音波信号は、同じ超音波トランスデューサにより１μｓ〜１０ｍｓの可変時間で記録される。この操作は、速度１/ＴでＮ回繰り返される。
【００４３】
次に、超音波検査アレイまたは超音波アレイの移動ステップが行われる。この段階で、前記アレイを移動することからなる走査は、使用される超音波アレイの数と型式とに応じて異なる三つの方法で実施される。
【００４４】
このようにして、本発明による装置は、特に、
−一方向の単独の超音波アレイ１
−２個の超音波アレイ５、６または二方向に沿って移動する１個のアレイ
−１．５Ｄタイプの超音波アレイ９
と共に装備されうる。
【００４５】
図１に示した一方向の単独の超音波アレイ１の場合、超音波検査アレイ１は、１０μｍ〜１０ｍｍの距離だけ移動される。走査は、最低でも一方向に沿って一回行われる。たとえば、平面２からΔｚだけ移動しながら方向ｚに沿って走査し、図では二個の平面３、４を構成する。
【００４６】
図２に示された２個の超音波アレイ５、６の場合、２個のアレイ５、６が使用され、または二軸７、８に沿って１個のアレイが移動する場合、１個のアレイが連続使用される。この走査により、組織速度ベクトルの全ての成分を得られる。
【００４７】
図３に示した１．５Ｄタイプの超音波アレイ９の場合、機械的な走査は回避され、結果は、星形トランスデューサを用いた場合と同じである。この２つのエレメントは、異なる三つの上昇地点での収束を可能にする。１．５Ｄアレイ９の場合、方向ｚに沿った移動は、収束法則を修正して画像平面の上昇を変えることによって得られる。
【００４８】
超音波画像の計算ステップ中、超音波画像は、前述の仏国特許出願第９９０３１５７号明細書に記載された遅延総和アルゴリズムを用いて、あるいは、たとえば空間周波数の空間技術等の他のタイプの高速「ビームフォーミング」（ＬＵ、Ｊ．による論文「２Ｄ  ａｎｄ  ３Ｄ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒａｍｅ  Ｒａｔｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｌｉｍｉｔｅｄ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｂｅａｍｓ」（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｕｌｔｒａｓｏｎ、  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒ．  Ｆｒｅｑ．  ｃｏｎｔｒ．第４４巻第４号１９９７年））を用いて構成される。
【００４９】
連続画像間の移動とも称される組織速度の計算ステップ中、組織速度すなわち、必ずしも連続していないが次々と行われる２個の超音波照射間の移動は、仏国特許出願第９９０３１５７号明細書に記載されたドップラー効果による相互相関により、または、特にＫａｓａｉ  Ｃ．、Ｎａｍｅｋａｗａ  Ｋ．、Ｋｏｙａｎｏ  Ａ．  Ｏｍｏｔｏ  Ｒ．の論文「Ｒｅａｌ-ｔｉｍｅ  ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｂｌｏｏｄ  ｆｌｏｗ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｓｏｎｉｃｓ  Ｕｌｔｒａｓｏｎ、．第３５巻４５８−４６４ページ（１９８５年）に記載された自己相関により、より一般的には、他のあらゆる移動測定技術により測定される。
【００５０】
図１に示された簡単な機械走査手段を用いることにより、映像エリアに配置される媒質の各地点で組織速度Ｖｘの方向ｘに沿った成分を少なくとも得られる。Ｋｏｎｏｆａｇｏｕ、Ｅ．Ｅ．、Ｏｐｈｉｒ、  Ｊ．の論文「Ａ  ｎｅｗ  ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｉｃ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｌａｔｅｒａｌ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ、  ｌａｔｅｒａｌ  ｓｔｒａｉｎｓ、  ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ  ａｘｉａｌ  ｓｔｒａｉｎｓ  ａｎｄ  Ｐｏｉｓｓｏｎ’ｓ  ｒａｔｉｏｓ  ｉｎ  ｔｉｓｓｕｅｓ」（Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｉｎ  Ｍｅｄ．  ＆  Ｂｉｏｌ、  ２４巻８号１１８３-１１９９ページ（１９８８）年と、Ｔａｎｔｅｒ、  Ｍ．、  Ｂｅｒｃｏｆｆ、  Ｊ．、  Ｓａｎｄｒｉｎ  、Ｌ．、  Ｆｉｎｋ、Ｍによる「Ｕｌｔｒａｆａｓｔ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｆｏｒ  ２Ｄ  ｍｏｔｉｏｎ  ｖｅｃｔｏｒ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ」（Ｕｌｔｒａｓｏｎ．  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒ．  Ｆｒｅｑ．  Ｃｏｎｔｒｏｌ．））とに記載されたタイプのアルゴリズムを用いることにより、組織速度Ｖｙの側面成分を同様に得られる。図２に示したような二個の機械走査手段を用いることにより、組織速度の三成分を得られる。すなわち、アレイ６は、Ｖｘ、Ｖｙの測定を可能にし、アレイ５は、Ｖｙ、Ｖｚを測定可能にする。Ｖｙの推定に関する精度は、２個のアレイ５、６による推定の和の半分を計算することにより高められる。
【００５１】
任意の組織変形速度の計算ステップ中、組織変形速度は、ここでは深さに関して、考慮された成分の方向に沿ってｖ（ｚ、ｔ）とも記されるＶｚの微分により得られる。
【００５２】
【数１】
2005537835.tif 000003
【００５３】
ここで、ｉ＝ｘ、ｙまたはｚである。
【００５４】
データ逆転ステップは、粘弾性媒質を記述するパラメータを遡るか、または回収することからなる。線形で等方性の媒質を考慮すると、これらのパラメータは全部で２個である。せん断弾性係数μと、体積弾性率λとを選択できる。実際には、柔軟な組織ではλがＧｐａオーダーであって、殆ど変化しない。μはＫｐａオーダーである。弾性すなわちヤング係数は、最初の近似で３μである。このようにして、測定される粘弾性媒質を最もよく示すパラメータとなるせん断弾性係数μを決定することが望ましい。
【００５５】
単一の機械走査、すなわち一方向のアレイ１を含む走査の場合、組織速度ベクトルの全ての成分が分かるわけではない。以下の等式を用いることにより、データを逆転できる。
【００５６】
【数２】
2005537835.tif 000004
【００５７】
ここで、ｉ＝ｘ、ｙまたはｚである。
【００５８】
上記の等式を導くには、媒質を通る弾性波が純粋にせん断波であると仮定することが必要とされている。実際には、この仮定は誤りである。何故なら、組織は完全に非圧縮性というわけではないので、全てのせん断波は、必然的に圧縮波を伴う結果になるからである。
【００５９】
求められるパラメータであるμ（ｘ、ｙ、ｚ）は、上記の等式を離散化することによって得られる。弾性図では、一般に三つの座標ｖｘ、ｖｙ、またはｖｕの一つを使用する。これがｖｘであると仮定する。この等式を離散化するには、時間に関して三方向に第二次導関数を計算可能でなければならない。
【００６０】
【数３】
2005537835.tif 000005
【００６１】
ここで、ｖ（ｊ、ｋ、ｌ、ｍ）=ｖ（ｊＴ、ｋ・Δｘ、ｙ＝１・Δｙ、ｍ・Δｚ）である。
【００６２】
従って、画像平面δｖ２/δｚ２に垂直な第二次導関数を推定可能にするには、画像平面における移動ｖｘを知るばかりでなく、画像平面の周囲でこの移動を知ることが必要である。仏国特許出願第９９０３１５７号明細書およびパルス弾性図に関する出版物では、画像平面に垂直な第二次導関数が、実験に基づいて測定できないために等式から除去されている。実際、ｖは、平面（ｘ、ｙ）でしか測定されず、ｖ（ｘ、ｙ）だけが分かる。δｖ２/δｚ２を決めることはできない。公知の一つの仮定は、以下を仮定することからなる。
【００６３】
【数４】
2005537835.tif 000006
【００６４】
等式は、次のように簡素化される。
【００６５】
【数５】
2005537835.tif 000007
【００６６】
ここで、ｉ＝ｘ、ｙまたはｚである。
【００６７】
この仮定は、画像平面の両側ｚ+Δｚ、ｚ−Δｚのところに配置される平面での移動が分からなければ解を求められない。
【００６８】
画像平面に垂直な第二次導関数が無効であるという仮定は、特に拘束的であって、δｖ２/δｚ２がゼロであることを立証できない可能性が高いので、逆転の問題を良好な条件で解決できない。本発明による装置によって、欠けている導関数が得られる。
【００６９】
そのため、ｖ（ｘ、ｙ、ｚ）を測定してδｖ２/δｚ２を計算するために、次のような二つの解決方法が検討される。
−三つの異なる上昇地点に焦点を合わせられる１．５Ｄアレイ９または星形トランスデューサを使用する。
−適切に選択されたｚ−Δｚ、ｚ、およびｚ+Δｚにアレイを連続移動することにより、収集を３回繰り返して、ｘ、ｙで得られる解に近くなるようにする（Δｚ≒Δｘ+Δｙ）。
【００７０】
図４に示された１．５Ｄまたは１．７５Ｄアレイ９を使用する場合、画像の三平面で画像１０を構成し、たとえばｚ−Δｚ、ｚ、およびｚ+Δｚに配置されるこれらの三平面での移動を計算できる。しかし、最大速度は、ここでは係数３だけ減速される。また、図５に示したように、トランスデューサ１２を空間的に配分した星形トランスデューザ１１を使用してもよい。
【００７１】
ｚ−Δｚ、ｚ、およびｚ+Δｚにアレイを連続移動することにより、収集を３回繰り返すことからなる第二の解決方法では、測定される粘弾性媒質が２回の収集の間で動かないように、また付与される低周波作用が各上昇位置で同期されるように留意すべきである。
【００７２】
二重機械走査手段の場合、すなわち２個のアレイ５、６を含むか、１個のアレイが二軸に沿って移動する場合、組織速度ベクトルの全ての成分が分かる。より一般的なケース（圧縮性媒質）は、次のように表されるナヴィエ方程式を用いることからなる。
【００７３】
【数６】
2005537835.tif 000008
【００７４】
以下の方程式により、この結果を細分化できる。
【００７５】
【数７】
2005537835.tif 000009
【００７６】
ここで、ｖ１＝ｖｘ、ｖ２=ｖｙ、ｖ３=ｖｚ、ｘ１＝ｘ、ｘ２＝ｙ、ｘ３＝ｚである。
【００７７】
この場合、三つの方程式と２個の未知数：λ（ｘ、ｙ、ｚ）およびμ（ｘ、ｙ、ｚ）がある。何故なら密度ρは組織内で殆ど不変であるからである。
【００７８】
上記の方程式から、圧縮波に関する組織速度を無視すると何故エラーの原因になるのかが理解される。確かに、圧縮波に関する組織速度は、せん断波から生じる速度と比べれば遅いが、ファクターとしての係数λは圧縮項の前では大きいので、圧縮波に関する組織速度の影響度を無視することはできない。組織速度ベクトルの三つの成分が分かっている場合、この方程式を離散化できる。実際、この方程式は、あらゆる方向での組織速度の変化を結合させる。
【００７９】
本発明は、図６に示したような組立または装置の使用を提案する。この装置は、異なる三つの軸１３、１４、１５に沿った媒質の連続走査によって、調査組織内の組織速度ベクトルの三成分を測定可能にする。アレイ１６は、方向ｙに沿った組織速度ｕｙを測定可能にし、アレイ１７は組織速度ｕｘを、アレイ１８は組織速度ｕｚを測定可能にする。横移動の測定アルゴリズムを使用することで、たとえばアレイ１８を除去して、走査エリア数を三つから二つにまとめることができる。その場合、移動ｕｚは、アレイ１６およびアレイ１７で同時に決定されるので、平均値ｕｚ＝（ｕｚＢ１＋ｕｚＢ２）／２を出すことができる。
【００８０】
同期システムにより、２回の収集の間にトランスデューサ１２を移動できる。１回の収集は、せん断弾性波の生成と、超音波信号の収集とを含む。システムの移動は、たとえばステッピングモータまたは電気力学的なアクチュエータにより実施可能である。
【００８１】
こうした収集シーケンスは、画像にある平面と同じ回数だけ繰り返されなければならない、異なる１２８個の位置をそれぞれがとる３個のアレイ１６、１７、１８の使用によって、システムは、別々の３８４個の収集シーケンスを必要とする。その場合、調査媒質を、立方体の形状の１２８３個のボクセル１９に分割できる。超音波信号の収集速度は、毎秒１００〜１０００００回の照射である。
【００８２】
せん断波が１ｍ/秒で調査媒質に伝播され、この媒質の主要寸法が１２．８ｃｍであり、ボクセルの寸法が１ｍｍ３であると仮定する。このような媒質におけるせん断波の伝播は、長さ１２．８ｃｍで１２８ｍｓ続く。毎秒１０００回の一般的な照射では、せん断波の伝播に従うために１２８回の超音波照射を実施しなければならない。その場合、１５０ｍｓ後には収集が終了すると推定できる。超音波装置が５００ｍｓ後に移動し、第二の連続する１２８回の超音波照射が実施されると仮定する。移動の三成分を得るために３個の超音波アレイを使用する場合、逆転の問題を解くのに必要なデータ全体の収集には約３分必要である（３８４回×５００ｍｓ）。この測定時間は、超音波照射を組み合わせることにより短縮可能である。従って、１分間の収集に１２８回の照射が必要になる。
【００８３】
走査する場合、一つの問題は、走査時間中ずっと、トランスデューサと調査媒質との適切な結合を確保することからなる。媒質の表面が平坦である場合、走査は、超音波結合剤、たとえば水を主成分とするジェルを用いることによって実施できる。それが不可能な場合、または媒質の表面に「凹凸がある」場合、水中に粘弾性媒質を沈めることを提案する。この典型的な例を図６に示した。ここでは、超音波透過窓を含む平行六面体の水を満たした容器２２に、患者の乳房２１が沈められている。
【００８４】
前述のように、本発明による装置は、少なくとも一つの超音波検査アレイを必要とする。この装置は、また、超音波送信機および受信機と、ＤＡ変換器およびＡＤ変換器と、メモリと、デジタル伝達線およびアナログ伝達線等とからなる超音波収集用の電子設備を必要とする。超音波信号のデジタル化専用のこうした電子手段には、一般に処理ユニットが加えられ、このユニットは、たとえば、ユーザインターフェースに結合されるＰＣタイプのコンピュータとすることができる。本段落に記載された要素は各図には示されていないが、当業者は完全にこれを知っている。
【００８５】
超高速超音波映像技術は、一般に限られた数の超音波放射だけを用いて映像媒体全体を照射する。そのため、この技術は、媒質中に送るエネルギーが、標準的な超音波検査システムよりも少ないという欠点を有する。その結果、ＳＮ比が低下し、超音波画像のダイナミクスが減少するので、超音波データ全体が劣化し、アルゴリズムの連鎖に影響を及ぼして、感度や解像度などに関して弾性測定を劣化させる。
【００８６】
この欠点を解消するために、本発明による装置は、前記電子設備の一部を超音波アレイの近傍、すなわち一般には５０センチ未満の距離のところに搭載した。その結果、
・システムの感度が上昇し、
・伝達エネルギーが増加し、
・駆動センサ部分（アレイ+搭載電子設備）とデータ処理ユニット（ＰＣまたは搭載されたＰＣカードまたはＤＳＰプロセッサその他）との接続が簡素化され、
・これまでよりも防音性がよくなった。
【００８７】
超音波検査アレイは軽量で使いやすくなければならないので、上記の修正をすると、アレイの可動性が減少し、超音波検査での標準仕様と相容れなくなる。本件では、いずれにしてもアレイの可動性が走査行程により制限されることに留意すべきである。アレイは操作されないのでアレイの重量はそれほど重要ではない。アレイはモータを備える。
【００８８】
本発明により提供される一つの可能性によれば、装置は、センサ部分と処理ユニットとの間で平均的なレベルのアナログ信号を伝送し続けながら、送信および受信のアナログ部分、すなわち送信増幅器および受信増幅器をアレイの近傍、すなわち一般には５０センチ未満のところに配置することを提案する。このようにして、（増幅後の）強いアナログ送信信号の行程と、（増幅前の）弱い受信信号の行程とが短縮され、その結果、受信時の感度が高くなって、送信時のエネルギー伝達が改善される。
【００８９】
本発明により提供される別の可能性によれば、装置は、また、ＡＤ変換器（ＣＡＮ）およびＤＡ変換器（ＣＮＡ）（送信用と受信用）をアレイの近傍で、一般には同じく５０ｃｍ（センチメートル）未満のところに配置し、センサ部分と処理ユニットとを超高速のデジタルリンク（たとえばＬＶＤＳタイプ）で接続することを提案している。本発明による装置の構造をこのように構成すると、次のような改善が行われる。
・ソース位置にアナログ部分全体を収容することによりＳＮ比が高くなる。強いアナログ信号（送信機）と弱いアナログ信号（受信機）とがセンサ位置に集中し、処理ユニットとセンサ部分との間の距離をもはや通過しなくなる。
・処理ユニットとセンサ部分との接続が全くデジタル化されるので、受信ノイズおよび送信ノイズが減少する。
線の数に関して、制御/処理手段とセンサ部分との間の接続が簡素化される。
【００９０】
操作者が、送信および受信のために１２８個の素子を含むアレイと、８ビット、５０ＭＨｚの変換器（ＣＮＡおよびＣＡＮ）とを使用すると仮定する。送信および受信が時分割され、全ての経路が作動している場合、デジタルデータの伝達率は、１２８×８×５０＝５１．２Ｇｂｐｓ（ギガビット毎秒）に達する。現在のところ、これらのデータをリアルタイムで伝送する場合、３、１２５Ｇｂｐｓの高速デジタル接続線１７本で十分である。比較として、アナログによる解決方法を用いる場合には１２８本の２本線の接続線を必要となる。
【００９１】
図７では、本発明による装置が新しい組立方で示されている。この変形実施形態の装置では、２個の超音波センサ２３、２４が用いられ、水または他の適切な液体を満たした密封容器２６に沈められている。
【００９２】
密封容器または密封ケースは、たとえば四分の一回転だけ回転できるので、センサ２３は、方向Ｘに沿ってだけでなく、方向Ｚに沿っても同様に走査する。超音波センサ２４は、方向Ｚに沿ってのみ走査する。従って、超音波信号の収集は、以下の３段階で行われる。
−２個のセンサ２３、２４による方向Ｘ、Ｚに沿った走査
−密封容器または密封ケース２６のたとえば四分の一回転、すなわち９０°の回転
−センサ２３による方向Ｚに沿った走査
【００９３】
収集中、密封容器２６の周囲または円周に存在する穴に挿入される機械的な振動装置２５は、低周波作用を発生するために使用可能である。図７に示した２個の機械的な振動装置の一方、または機械的な振動装置の双方を、高温センサおよび／または遠隔探触法で使用される超音波トランスデューサに代えることもできる。発明を説明するために選択された実施例では、密封ケース２６に存在する２個の穴が、互いに９０°のところに配置され、すなわち、線形の機械振動装置が互いに垂直に配置されており、容器２６が四分の一回転（９０°）した後でも機械振動装置が依然として同じ方向に沿って延び、すなわち最初と同じ直線であるようにされている。
【００９４】
以上、本発明について例として説明した。当業者が、人間または動物の組織の弾性を測定し、この弾性の二次元または三次元の表現を設定するために、この装置および方法の様々な変形実施形態を、特に、前記装置を構成する様々なエレメントの構成または配置、あるいは順序、ならびに前記方法の各ステップの重要度に関して、本発明の範囲を逸脱することなく実現可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】単一の機械走査手段を備えた本発明による装置の超音波検査アレイの移動を示す図である。
【図２】二重機械走査手段を備えた本発明による装置の超音波検査アレイの移動を示す図である。
【図３】上昇する超音波収束走査手段を備えた本発明による装置の１．５Ｄアレイの動作を示す図である。
【図４】上昇収束可能な１．５Ｄまたは１．７５Ｄのアレイを備えた本発明による装置を示す図である。
【図５】トランスデューサが空間的に配分された、星型トランスデューサを備える本発明による装置を示す図である。
【図６】患者の乳房の弾性測定中の本発明による装置を示す図である。
【図７】本発明による装置の実施形態を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
１、５、６、１７、１８、２３、２４  超音波アレイ
９  １．５Ｄアレイ
１２  トランスデューサ
２０  振動板
２６  密封ケース
【図１】
2005537835.tif 000010
【図２】
2005537835.tif 000011
【図３】
2005537835.tif 000012
【図４】
2005537835.tif 000013
【図５】
2005537835.tif 000014
【図６】
2005537835.tif 000015
【図７】
2005537835.tif 000016
【国際調査報告】
2005537835.tif 000017
2005537835.tif 000018
2005537835.tif 000019
2005537835.tif 000020
2005537835.tif 000021
2005537835.tif 000022
2005537835.tif 000023
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