(57)【要約】  超音波イメージングを実行するためのシステム、デバイス、及び方法は、解剖学的構造の粘度を有利に決定するために提供される。解剖学的構造の粘度を決定するためのシステムは、超音波トランスデューサと、振動源と、超音波トランスデューサ及び振動源と通信する処理システムとを含む。処理システムは振動源を作動させて、第1の周波数の第1の剪断波及び第2の周波数の第2の剪断波を解剖学的構造内に誘導し、超音波トランスデューサを作動させて、第1の剪断波及び第2の剪断波を示す解剖学的構造を表す超音波データを取得し、第1の剪断波の第1の位相速度及び第2の剪断波の第2の位相速度を決定し、第1の位相速度と第2の位相速度とを比較することによって解剖学的構造の粘度を決定するように構成される。
2021528157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解剖学的構造の粘度を決定するためのシステムであって、
超音波トランスデューサと、
振動源と
前記超音波トランスデューサ及び前記振動源と通信する処理システムであって、前記処理システムは、
前記振動源を作動させて、第1の周波数で前記解剖学的構造内に第1の剪断波を誘導し、
前記振動源を作動させて、第2の周波数で前記解剖学的構造内に第2の剪断波を誘導し、 
前記第1の剪断波及び前記第2の剪断波を示す前記解剖学的構造を表す超音波データを得るように前記超音波トランスデューサを作動させ、
前記解剖学的構造における前記第1の剪断波の第1の位相速度及び前記解剖学的構造における前記第2の剪断波の第2の位相速度を決定し、
前記第1の位相速度及び前記第2の位相速度を比較することによって前記解剖学的構造の前記粘度を決定する
ように構成される、処理システムと
を有する、システム。
【請求項２】
前記振動源は、第1の振動器と第2の振動器とを有し、前記処理システムは、前記第1の振動器を作動させて前記第1の剪断波を誘導し、前記第2の振動器を作動させて前記第2の剪断波を誘導するように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記処理システムは、前記第1及び第2の振動器を作動させて、前記第1の剪断波及び前記第2の剪断波を交互に誘導するように構成される、請求項2に記載のシステム。
【請求項４】
前記振動源は第1の振動器と第2の振動器とを有し、前記処理システムは前記第1及び第2の振動器を作動させて前記第1の剪断波を第1の時間に誘導し、前記第1及び第2の振動器を作動させて第2の時間に前記第2の剪断波を誘導するように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項５】
前記処理システムは、
前記振動源を作動させて、前記第1の周波数及び前記第2の周波数を有する広帯域振動を放出し、
バンドパスフィルタを適用して、前記第1の位相速度及び前記第2の位相速度を決定する、
請求項1に記載のシステム。
【請求項６】
前記処理システムは、前記取得される超音波データに指向性フィルタを適用するように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項７】
前記処理システムと通信するユーザディスプレイをさらに備え、前記処理システムは、
前記解剖学的構造の視野内の複数の点における前記解剖学的構造の粘度を決定し、
前記処理システムによって、前記視野内の前記複数の点の各々における前記解剖学的構造の前記粘度に関連する視覚的描写を生成し、
前記ユーザディスプレイに前記視覚的描写を出力する
ように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項８】
前記処理システムは、
前記超音波トランスデューサを作動させて前記解剖学的構造の超音波撮像データを取得し、 
前記得られる超音波撮像データに基づいて前記解剖学的構造の超音波画像を生成し、
前記超音波画像上にオーバーレイされる前記視覚的描写を前記ユーザディスプレイに出力する
ように構成される、請求項7に記載のシステム。
【請求項９】
前記視覚的描写は、前記第1及び第2の位相速度に関連するプロット又は前記視野内の前記粘度を表すマップのうちの少なくとも1つを有する、請求項8に記載のシステム。
【請求項１０】
前記処理システムは、
前記振動源を作動させて、第3の周波数で第3の剪断波を誘導し、
前記第3の剪断波の第3の位相速度を決定し、
前記第1の位相速度、前記第2の位相速度、及び前記第3の位相速度を比較することによって前記解剖学的構造の前記粘度を決定する
ように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項１１】
解剖学的構造の粘度を決定するための方法であって、
振動源によって、第1の周波数で前記解剖学的構造内に第1の剪断波を誘導するステップと、 
前記振動源によって、第2の周波数で前記解剖学的構造に第2の剪断波を誘導するステップと、
超音波トランスデューサによって、前記第1の剪断波及び前記第2の剪断波を示す前記解剖学的構造を表す超音波データを取得するステップと、
前記振動源及び前記超音波トランスデューサと通信する処理システムによって、前記取得される超音波データに基づいて、前記解剖学的構造内の前記第1の剪断波の第1の位相速度及び前記解剖学的構造内の前記第2の剪断波の第2の位相速度を決定するステップと、
前記処理システムによって、前記第1の位相速度及び前記第2の位相速度を比較することにより、前記解剖学的構造の前記粘度を決定するステップと
を有する、方法。
【請求項１２】
前記振動源は第1の振動器と第2の振動器とを有し、前記第1の剪断波を誘導するステップは、前記第1の振動器を用いて前記第1の剪断波を誘導するステップを含み、前記第2の剪断波を誘導するステップは、前記第2の振動器を用いて前記第2の剪断波を誘導するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第1の剪断波を誘導し、前記第2の剪断波を誘導するステップは、前記第1の振動器と前記第2の振動器とによって前記第1の剪断波と前記第2の剪断波とを交互に誘導するステップを含む、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記振動源は第1の振動器と第2の振動器とを有し、前記第1の剪断波を誘導するステップ及び前記第2の剪断波を誘導するステップは、前記第1の振動器と前記第2の振動器とによって前記第1の剪断波を第1の時間に誘導するステップと、前記第1の振動器と前記第2の振動器によって前記第2の剪断波を第2の時間に誘導するステップとを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第1の剪断波を誘導するステップ及び前記第2の剪断波を誘導するステップは、前記振動源によって、前記第1の周波数及び前記第2の周波数を含む広帯域振動を放出するステップを含み、前記第1の位相速度及び前記第2の位相速度を決定するステップは、バンドパスフィルタを適用するステップを有する、請求項11に記載の方法。
【請求項１６】
前記処理システムによって、前記解剖学的構造の視野内の複数の点における前記解剖学的構造の粘度を決定するステップと、
前記処理システムによって、前記視野内の前記複数の点の各々における前記解剖学的構造の前記粘度に関連する視覚的描写を生成するステップと
を更に有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記超音波トランスデューサによって、前記解剖学的構造の超音波撮像データを取得するステップと、
前記処理システムによって、前記取得される超音波撮像データに基づいて前記解剖学的構造の超音波画像を生成するステップと、
前記処理システムによって、前記超音波画像上にオーバーレイされる前記視覚的描写をユーザディスプレイに出力するステップと
を更に有する、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、解剖学的構造の機械的特性を決定するための超音波システム及び方法に関する。例えば、超音波システムは、超音波撮像装置と、1つ以上の周波数で解剖学的構造内に剪断波を誘導するように構成された振動源とを含むことができる。
【背景技術】
【０００２】
多くの疾患は、組織の機械的特性を変化させることができる器官組織の成長、病変、又は他の物理的変化をもたらす。例えば、癌性腫瘍は、周囲の健康な組織よりも硬い。材料の硬度又は剛性を評価する1つの方法は、材料の弾性を決定又は測定することによる。別の例では、脂肪症を示す肝臓が肝臓の他の健康な部分よりも高い粘度を示す特定の部分において脂肪組織の増加を有し得る。
【０００３】
これらの機械的特性の差異のいくつかは、超音波を用いて検出することができる。例えば、超音波エラストグラフィは、組織に生じる歪みを測定しながら応力を印加すること(歪み画像)と、解剖学的構造に剪断波を誘導するために超音波を使用することと、解剖学的構造の組織内を伝播する波の特性及び／又は解剖学的構造に対する波の効果を検出することとを含む。剪断波エラストグラフィでは、超音波プッシュパルスがプッシュパルスから離れるように外側に伝播する剪断波を解剖学的構造内に誘導する。剪断波は組織を通る剪断波の伝播によって引き起こされる組織の振動変位を検出するために、高いフレームレートで動作する超音波トランスデューサによって分析することができる。超音波画像内の組織内の複数の位置において、その速度などの剪断波の特性を決定することによって、組織の弾性を各位置について決定することができる。
【０００４】
弾性の変化を観察することは、器官や組織の病気の検出や診断に有用である。しかしながら、脂肪症のようないくつかの疾患は弾性の同じ変化を示さないかもしれないが、組織の粘度のような他の機械的特性によって現れるかもしれない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波イメージングを実行するためのシステム、デバイス、及び方法は、解剖学的構造の粘度を有利に決定するために提供される。例えば、超音波プローブは、異なる周波数で解剖学的構造に剪断波を誘導するように構成された1つ以上の振動源を含んでもよい。誘導剪断波の速度は、剪断波の周波数及び解剖学的構造の粘度に部分的に依存するので、解剖学的構造の粘度を決定する1つの方法は異なる周波数で剪断波を誘導し、各周波数で剪断波の速度を比較することである。剪断波の速度の比較は、解剖学的構造の粘度の尺度又は表現とすることができる。このプロセスは、Bモード画像のような解剖学的構造の超音波画像上の複数の点に対して実行されて、複数の点の各々における解剖学的構造の粘度の視覚的描写を生成することができる。それから、視覚的描写は粘度測定によって検出可能な1つ以上の疾患の存在及び程度を決定する際に、医師を補助し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施形態によれば、解剖学的構造の粘度を決定するためのシステムは、超音波トランスデューサと、振動源と、超音波トランスデューサ及び振動源と通信する処理システムとを含む。処理システムは第1の周波数で解剖学的構造内に第1の剪断波を誘導するように振動源を作動させ、第2の周波数で解剖学的構造内に第2の剪断波を誘導するように振動源を作動させ、第1の剪断波及び第2の剪断波を示す解剖学的構造を表す超音波データを取得するように超音波トランスデューサを作動させ、解剖学的構造内の第1の剪断波の第1の位相速度及び解剖学的構造内の第2の剪断波の第2の位相速度を決定し、第1の位相速度と第2の位相速度を比較することによって解剖学的構造の粘度を決定するように構成される。
【０００７】
いくつかの実施形態によれば、振動源は第1の振動器と第2の振動器を含み、処理システムは第1の振動器を起動して第1の剪断波を誘導し、第2の振動器を起動して第2の剪断波を誘導するように構成される。他の実施形態では、処理システムが第1の剪断波と第2の剪断波を交互に誘導するように、第1及び第2の振動器を起動するように構成される。さらに他の実施形態では、振動源が第1の振動器と第2の振動器とを備え、処理システムは第1及び第2の振動器を起動して第１の時間に第1の剪断波を誘導し、第1及び第2の振動器を起動して第２の時間に第2の剪断波を誘導するように構成される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、処理システムが第1の周波数及び第2の周波数を含む広帯域振動を放射するように振動源を活性化し、バンドパスフィルタを適用して第1の剪断位相速度及び第2の剪断位相速度を決定するように構成される。いくつかの実施形態では、処理システムが取得された超音波データに指向性フィルタを適用するように構成される。他の実施形態では、システムが処理システムと通信するユーザディスプレイをさらに含み、処理システムは解剖学的構造の視野内の複数の点における解剖学的構造の粘度を決定し、処理システムによって、視野内の複数の点のそれぞれにおける解剖学的構造の粘度に関連する視覚的描写を生成し、視覚的描写をユーザディスプレイに出力するように構成される。処理システムは超音波トランスデューサを作動させて、解剖学的構造の超音波撮像データを取得し、取得された超音波撮像データに基づいて解剖学的構造の超音波画像を生成し、超音波画像上に重ね合わされる視覚的描写をユーザディスプレイに出力するように構成することができる。いくつかの態様では、視覚的描写が第1及び第2の位相速度に関連するプロット、又は視野内の粘度を表すマップのうちの少なくとも1つを含む。他の態様では、処理システムが第3の周波数で第3の剪断波を誘導するように振動源を活性化し、第3の剪断波の第3の位相速度を決定し、第1の位相速度、第2の位相速度、及び第3の位相速度を比較することによって解剖学的構造の粘度を決定するように構成される。
【０００９】
別の実施形態では、解剖学的構造の粘度を決定するための方法は、振動源によって、解剖学的構造内の第1の剪断波を第1の周波数で誘導するステップと、振動源によって、解剖学的構造内に第2の剪断波を第2の周波数で誘導するステップと、超音波トランスデューサによって、第1の剪断波及び第2の剪断波を示す解剖学的構造を表す超音波データを取得するステップと、振動源及び超音波トランスデューサと通信する処理システムによって、取得された超音波データに基づいて、解剖学的構造内の第1の剪断波の第1の位相速度及び第2の剪断波の第2の位相速度を決定するステップと、処理システムによって、第1の位相速度と第2の位相速度を比較することによって、解剖学的構造の粘度を決定するステップとを含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では振動源が第1の振動器と第2の振動器を含み、第1の剪断波を誘導するステップは第1の振動器を用いて第1の剪断波を誘導するステップを含み、第2の剪断波を誘導するステップは第2の振動器を用いて第2の剪断波を誘導するステップを含む。第1の剪断波を誘導し、第2の剪断波を誘導するステップは、第1の振動器及び第2の振動器によって第1の剪断波及び第2の剪断波を交互に誘導するステップを含むことができる。いくつかの実施形態では振動源が第1の振動器と第2の振動器とを備え、第1の剪断波を誘導し、第2の剪断波を誘導するステップは第1の振動器と第2の振動器によって第1の剪断波を第1の時刻に誘導するステップと、第1の振動器と第2の振動器によって第2の剪断波を第2の時刻に誘導するステップとを含む。
【００１１】
他の実施形態では第1の剪断波を誘導し、第2の剪断波を誘導するステップは振動源によって、第1の周波数及び第2の周波数を含む広帯域振動を放出するステップと、第1の位相速度及び第2の位相速度を決定するステップと、バンドパスフィルタを適用するステップとを含む。いくつかの態様では、本方法は、処理システムによって、解剖学的構造の視野内の複数の点における解剖学的構造の粘度を決定するステップと、処理システムによって、視野内の複数の点のそれぞれにおける解剖学的構造の粘度に関連する視覚的描写を生成するステップとをさらに含む。本方法は、超音波トランスデューサによって、解剖学的構造の超音波撮像データを取得するステップと、処理システムによって、取得された超音波撮像データに基づいて解剖学的構造の超音波画像を生成するステップと、処理システムによって、ユーザディスプレイに、超音波画像上にオーバーレイされた視覚的描写を出力するステップとをさらに含むことができる。
【００１２】
本開示のさらなる態様、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるのであろう。
【００１３】
本開示の例示的な実施形態を、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の態様による超音波撮像システムの概略図である。
【図２】本開示の態様による、解剖学的構造において剪断波を誘導する剪断波エラストグラフィ超音波デバイスの概略図である。
【図３】本開示の態様による、剪断波エラストグラフィシステムのグラフィカルインターフェースの例示的な図である。
【図４】本開示の態様による、剪断波エラストグラフィシステムのグラフィカルインターフェースの例示的な図である。
【図５】本開示の態様による、解剖学的構造の粘度を決定するように構成される超音波撮像システムの概略図である。
【図６】解剖学的構造の複数の点で決定される剪断波の粘度及び周波数に依存する速度のグラフ図である。
【図７】解剖学的構造の複数の点で決定される剪断波の粘度及び周波数に依存する速度のグラフ図である。
【図８】本開示の態様による、解剖学的構造の粘度を決定するように構成される超音波システムのグラフィカルインターフェースの例示的な図である。
【図９】本開示の態様による、解剖学的構造の粘度を決定するように構成される超音波システムのグラフィカルインターフェースの例示的な図である。
【図１０】本開示の態様による、解剖学的構造の粘度を決定するように構成される超音波システムのグラフィカルインターフェースの例示的な図である。
【図１１】本開示のいくつかの態様による、解剖学的構造の粘度を決定するための方法の概略図である。
【図１２】本開示の態様による、解剖学的構造の粘度を決定するように構成される超音波撮像システムの概略図である。
【図１３】本開示の態様による、2つの振動器を備え、解剖学的構造の粘度を決定するように構成される超音波撮像システムの概略図である。
【図１４】本開示の態様による、2つの振動器を備え、解剖学的構造の粘度を決定するように構成される超音波撮像システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示の原理の理解を促進する目的のために、ここで、図面に示される実施形態を参照し、それを説明するために特定の言語を使用する。それにもかかわらず、本開示の範囲への限定は意図されないことが理解される。説明されるデバイス、システム、及び方法に対する任意の変更及びさらなる修正、ならびに本開示の原理の任意のさらなるアプリケーションは本開示が関係する当業者に通常想起されるように、本開示内に完全に企図され、含まれる。特に、一実施形態に関して説明される特徴、成分、及び／又はステップは、本開示の他の実施形態に関して説明される特徴、成分、及び／又はステップと組み合わせることができることが十分に企図される。しかしながら、簡潔さのために、これらの組み合わせの多数の反復は、別々に説明されない。
【００１６】
図1は、本開示の態様による超音波撮像システム100の概略図である。超音波撮像システム100は、撮像装置120、処理システム106、ユーザディスプレイ108、及び振動源130を含んでもよい。処理システム106はシステム100の1つ又は複数の態様を制御するために、撮像装置120及びユーザディスプレイ108と通信する。超音波撮像システム100は、患者の組織、器官、及び解剖学的構造を視覚化する際に使用するのに適した任意のタイプの撮像システムとすることができる。いくつかの実施形態では、超音波撮像システム100は剪断波エラストグラフィ撮像システムである。いくつかの状況では、システム100が追加の要素を含むことができ、及び／又は図1に示す要素のうちの1つ又は複数の要素なしで実装することができる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、撮像装置120は、超音波撮像手順を実行するために、被検体の解剖学的構造上又はその近くに配置されるようなサイズ及び形状にされる。撮像装置120は、被検体の身体上に直接配置されてもよく、及び／又は被検体の身体に隣接して配置されてもよい。例えば、撮像装置120は撮像データを取得しながら、被検体の身体に直接接触していてもよい。いくつかの実施形態では、装置120は、被検体の身体上に直接又は身体に隣接して配置され得る1つ以上の撮像素子を含む。他の実施形態では、撮像素子が被検体の身体に隣接するように、撮像デバイスのハウジングが被検体の身体に直接接触して配置される。被検体は、ヒト患者又は動物であってもよい。撮像装置120は、携帯型であってもよく、医療環境においてユーザによって使用されるのに適していてもよい。例えば、撮像装置120は、剪断波超音波撮像プローブであってもよい。
【００１８】
撮像装置120は、トランスデューサアレイ124を含むことができる。いくつかの実施形態では、ハウジングが撮像装置120の様々な構成要素を取り囲み、保護する。いくつかの実施形態では、ハウジングが携帯型であり、操作者が手で把持するためのサイズ及び形状であってもよい。ハウジングは、滅菌プロセスに適していてもよい。ハウジングは、様々な構成要素を固定するための内部構造を含むことができる。例えば、トランスデューサアレイは、ハウジングの遠位部分上の区画内に配置されてもよい。
【００１９】
トランスデューサアレイ124は、多数のトランスデューサ素子を含むことができる。これらの要素は、一次元又は二次元アレイに配置されてもよい。いくつかの実施形態では、アレイ124のトランスデューサ素子が超音波信号を放射し、放射される超音波信号に対応する超音波エコー信号を受信するように構成される。撮像装置120及びアレイ124の送受信データは、第1の通信線114を介して処理システムと撮像装置120との間で送信されてもよい。例えば、受信される超音波エコー信号は、処理のために第1の通信線114によって処理システム106に送信されてもよい。
【００２０】
トランスデューサアレイ124は、多数のトランスデューサ素子を含むことができる。これらの素子は、1次元アレイ、1．5次元アレイなどの1．x次元アレイ、又は場合によっては2次元アレイに配列されてもよい。任意の数の素子、例えば、1、2、4、8、16、32、64、128、256、512などの素子を超音波トランスデューサ組立体120に含めることができる。アレイ124は、平面アレイ、湾曲アレイなどを含むフェーズドアレイなど、任意の適切な構成とすることができる。アレイ124は均一に又は独立して制御され、活性化され得る超音波素子の1つ以上のセグメント(例えば、1つ以上の行、1つ以上の列、及び／又は1つ以上の向き)を含むマトリックスアレイであり得る。撮像装置120は、圧電微細加工超音波トランスデューサ(PMUT)、容量微細加工超音波トランスデューサ(CMUT)、単結晶、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、PZT複合体、他の適切なトランスデューサタイプ、及び／又はそれらの組み合わせを含む、任意の適切なトランスデューサタイプを含むことができる。いくつかの実施形態では、アレイ124のトランスデューサ素子が超音波信号を放射し、放射される超音波信号に対応する超音波エコー信号を受信するように構成される。その点に関して、超音波トランスデューサ又は撮像装置120は、患者の解剖学的構造の1次元、2次元、及び／又は3次元画像を取得するように構成することができる。超音波エコー信号は、メモリに記憶され、及び／又はさらなる処理のために処理システム106に送信されてもよい。
【００２１】
装置120は、第2の通信線116を介して処理システム106と通信する振動源130と組み合わせて使用することができる。振動源130は、様々な周波数で振動して、患者の解剖学的構造に振動又は波を誘導するように構成される。例えば、振動源130は、様々な周波数で解剖学的構造に剪断波を誘導するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、振動源130が1つ又は複数の振動器又は振動素子を備えることができる。図1に示す実施形態では、振動源130が第1の振動器131と、第2の振動器132とを備えている。第1及び／又は第2の振動器131、132は、球形(ボール)、バー、円筒形などを含む様々な形状を含むことができる。剪断波エラストグラフィのための機械的振動源は例えば、Bonnefousらの米国特許第6，561，981号に記載されており、その全体は、参照により本明細書に組み込まれる。第1及び第2の振動器131、132は同時に、又は異なる時間で振動するように構成することができる。振動源130は、撮像装置120とは別個の構成要素を含むことができる。他の実施形態では、振動源130がハウジングによって撮像装置120に結合されてもよい。例えば、ハウジングは、撮像装置120及び振動源130を封入して、システム100の1つの不可欠な構成要素を形成してもよい。図1に示す振動源130は2つの振動器131、132を含むが、本開示はより少ない又はより多い振動器を含む実施形態を企図することが理解される。例えば、振動源130は、1個、2個、3個、4個、5個、又はそれ以上の振動器を含むことができる。
【００２２】
図2は、患者の組織10内に剪断波150を誘導する剪断波エラストグラフィ超音波装置120の概略図を示す。剪断波150を誘導するために、装置120は、プッシュパルス140を組織10に向ける。図示の実施形態では、プッシュパルス140が図1に描かれたアレイ124のような超音波トランスデューサ又はトランスデューサアレイによって誘導されてもよい。他の実施形態では、剪断波150が外部振動源(例えば、図1、130)を起動して、1つ以上の周波数で振動させることによって誘導されてもよい。剪断波150は、組織10をその軌道に変位させる横波又は圧縮波であり得る。図示の実施形態では、剪断波150がプッシュパルス140のターゲットから球状に外側に伝搬することができる。いくつかの実施形態では、剪断波150は装置120及び／又は振動源130から離れて伝播することができる。装置120は、組織10を通過する際に剪断波150を示す組織10から超音波データを取得することができる。例えば、組織10内の複数の位置における剪断波150の速度を決定又は測定することによって、システム100は、複数の位置の各々における組織10の相対的及び／又は絶対的な弾性を決定することができる。
【００２３】
図3は、いくつかの実施形態による、剪断波エラストグラフィシステムのグラフィカルユーザインタフェース200を示す。グラフィカルインターフェース200は、Bモード画像などの解剖学的構造の超音波画像210を含むことができる。さらに、インターフェース200は、画像210上の選択される位置又は領域212における組織の弾性に関連する値などの視覚的描写220を表示することができる。解剖学的構造の弾性に関連する視覚的描写220は、選択される位置212に応じて変化し得る。例えば、医師は、検査したいBモード画像210内の特徴を識別することができる。識別される特徴に関連する位置を選択することによって、医師は識別される特徴における組織の弾性を示すために、視覚的描写220を更新することができる。
【００２４】
図4は、別の実施形態による、剪断波エラストグラフィシステムのグラフィカルユーザインタフェース200を示す。図4の実施形態では、グラフィカルインターフェース200が解剖学的構造の領域内の複数の点における組織の弾性に関連するマップ230を含むことができる。図4の実施形態では、マップ230は、Bモード画像210上に重ね合わされる、撮像される解剖学的構造の弾性の2次元視覚化である。いくつかの実施形態では、マップ230が信頼度マップ及び／又はヒートマップを含む。マップ230は、様々な色又は色相によって弾性値を表すことができる。いくつかの実施形態では、弾性値が特定の色又は色相に対応し得る。他の実施形態では、弾性の相対的な差が特定の色又は色相に対応し得る。インターフェース200の右側の凡例240は、マップ230のピクセル又は領域の色と弾性値との間の相関を示す。いくつかの実施形態では、マップ230が画像210のより小さい部分又はより大きい部分を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、マップ230は、医師が画像210内のすべての点で撮像される解剖学的構造の弾性を観察できるように、画像210の実質的にすべてを含むことができる。対照的に、医師は、マップ230とオーバーレイする画像210の小さな部分のみを選択することができる。インターフェース200はまた、画像210、システム、及び／又は撮像される解剖学的構造の1つ又は複数の特性を表示するように構成される分析パネル250を備えることができる。例えば、パネル250は、解剖学的構造の弾性、画像210内のマップ230に関連付けられる解剖学的構造の断面積、及び弾性測定に関連付けられる統計的計算に関連付けられる様々な数値を含むことができる。図3及び図4に示す実施形態は、キロパスカル(kPa)で測定したヤング率による弾性を表す。しかしながら、他のモジュラス、測定、及び／又は値によって解剖学的構造の弾性を表すことは、本開示の範囲内である。例えば、いくつかの実施形態では、解剖学的構造の弾性がメートル毎秒で測定される、剪断波の検出される速度によって表されてもよい。他の実施形態では、弾性が比率などの無次元値によって表すことができる。
【００２５】
上述したように、弾性は様々な疾患を診断する際に有用な特徴であるが、弾性を観察することによって、いくつかの疾患を容易に検出することができない場合がある。いくつかの疾患は、粘度などの組織の他の特性によって現れることがある。例えば、脂肪症では、肝臓は肝組織の様々な領域に脂肪を蓄積する。肝臓の粘度を観察することによって、過剰な脂肪及び肝臓特性の他の変化をより容易に同定することができる。いくつかの態様では、剪断波を検出し、剪断波の1つ又は複数の態様を決定することを使用して、解剖学的構造の粘度を決定することもできる。
【００２６】
図5は、本開示の実施形態による、解剖学的構造内に第1の剪断波151及び第2の剪断波152を誘導することが示される剪断波撮像システムの剪断波超音波装置120の例示的な図である。図5の装置120は、いくつかの態様において、図1の装置と類似していてもよい。例えば、図5の装置120は、振動源130を備える。第1及び第2の剪断波151、152は、振動源130によって誘導されてもよく、又は動力を供給されてもよい。振動源130は、撮像システムの別個の構成要素であってもよく、又は装置120の一部であってもよい。
【００２７】
いくつかの実施形態では、振動源130が機械的振動器又は振動素子を含む。他の実施形態では、振動源130がトランスデューサ表面全体を機械的に振動させることによって剪断波を誘導する超音波トランスデューサを含んでもよい。他の実施形態では、剪断波が解剖学的構造内に長いプッシュパルスを放出することによって生成することができる。超音波トランスデューサは、剪断波の伝播を追跡することに加えて、解剖学的構造の超音波撮像データを取得するように構成することができる。他の実施形態では、振動源130が機械的振動器と超音波トランスデューサの両方を含み、これらのいずれも、異なる状況に対応するために使用することができる。例えば、解剖学的構造のいくつかの領域は機械的振動の伝播を容易にするのに適していない場合があり、この場合、超音波トランスデューサは、解剖学的構造内に剪断波を誘導するために使用することができる。いくつかの実施形態では、処理システム106が機械的振動又は超音波プッシュパルスを使用して剪断波を誘導すべきかどうかを、撮像データに基づいて決定するように構成される。
【００２８】
振動源130は、処理システムによって起動されて、第1の剪断波151を第1の周波数f1で誘導することができる。第1の剪断波151は、装置120の視野160に関連する解剖学的構造の領域を通って伝播することができる。視野160は、装置120の超音波トランスデューサによって撮像される解剖学的構造の領域とすることができる。視野160は、超音波システム100によって撮像され、Bモード画像として表され得る。いくつかの実施形態では、超音波システム100が高フレームレートで視野160の超音波データを取得するように構成される。例えば、フレームレートは、解剖学的構造内の視野160を通って進行する第1の剪断波151の効果を観察するのに十分に高くてもよい。
【００２９】
伝播する第1の剪断波151を示す視野160の超音波データを得ることによって、撮像システム100は、視野160内の複数の位置において、第1の剪断波151の第1の剪断位相速度を決定することができる。図6及び図7に関して以下でさらに説明するように、撮像システム100は、視野160内の複数の追跡位置における時間の関数として第1の剪断波151によって引き起こされる組織の変位を検出又は決定して、追跡位置のそれぞれについて変位プロットを作成するように構成されてもよい。追跡される位置間の距離が既知である場合、第1の剪断波151(及び同様に、第2の剪断波152)の速度は例えば、第1の追跡される位置における解剖学的構造の変位のプロットを、第2の追跡される位置における解剖学的構造の変位のプロットと比較することによって得ることができる。いくつかの実施形態では追跡位置間の相対距離が知られており、他の実施形態では追跡位置間の絶対距離が知られている。それから、撮像システム100は視野160内の複数の位置のそれぞれに関連する第1の剪断位相速度情報(例えば、関連Bモード画像内の各画素)をコンパイルして、視野160内の第1の剪断位相速度の第1のマップ又はプロット162aを生成してもよい。
【００３０】
次に、撮像システムは、振動源130を作動させて、第2の周波数f2で解剖学的構造内に第2の剪断波152を誘導する。第2の周波数f2は、第1の周波数f1と異なることができる。図示の実施形態では、第2の周波数f2が第1の周波数f1よりも大きいことが示されている。他の実施形態では、第2の周波数f2が第1の周波数f1未満とすることができる。撮像システム100は、第2の剪断波152を示す解剖学的構造の視野160の高フレームレート超音波データを得ることができる。進行する第2の剪断波152を示す超音波データに基づいて、システムは、視野160内の複数の位置における第2の剪断波152の第2の剪断位相速度を決定することができる。第2の剪断波152に関連する複数の位置は第1の剪断波151のデータから得られる複数の位置と同一であってもよいし、関連していてもよい。次に、システムは、視野内の複数の位置のそれぞれにおいて第2の剪断波152に関連する剪断位相速度情報をコンパイルして、視野160内の第2の剪断位相速度の第2のマップ又はプロット162bを生成することができる。第1及び第2のマップ162a、162bはディスプレイに出力される視覚的描写として生成されてもよいし、生成されなくてもよい。いくつかの実施形態では第1及び第2のマップ162a、162bはディスプレイに出力されるように構成される視覚的描写を含まないが、粘度マップ164などの他の視覚的描写を生成するために処理システムによって使用されるデータを含む。
【００３１】
粘度マップ164は、第1のマップ162aを第2のマップ162bと比較することによって生成することができる。例えば、粘度マップ164は、第2のマップ162bから第1のマップ162aを減算することによって、又はその逆によって作成することができる。いくつかの実施形態では、粘度マップ164はまた、周波数f1乃至f2の差によって正規化されるか、又はその逆である。言い換えれば、いくつかの実施形態では、粘度マップ164が以下の関係、
2021528157.tif 000003
を使用して第1及び第2の剪断位相速度を分析することによって生成することができる。ここで、ηは組織の粘度を評価する弾性分散組織特性を表し、Δcsは第2の剪断位相速度と第1の剪断位相速度との間の差であり、Δfは第1の周波数f1と第2の周波数f2との差であり、又はその逆である。この関係を使用して、視野160内の複数の位置(例えば、Bモード画像内の各ピクセル)の各々について解剖学的構造の粘度を計算することができる。視野160内の複数の位置の各々における粘度を計算することによって、複数の位置の各々における解剖学的構造の粘度を示すために粘度マップ及び／又は視覚的描写を生成することができる。
【００３２】
図6及び図7は、それぞれ、第1の剪断波151及び第2の剪断波152によって引き起こされる組織又は解剖学的構造の変位のグラフ又はプロットを示す。図6を参照すると、第1の剪断波151は、複数の追跡位置のそれぞれにおける組織の変位、別個のプロット又は曲線として示される各追跡位置における変位を検出することによって、剪断波超音波システムによって検出されることができる。したがって、別個のプロット312、314、316が、追跡位置1、追跡位置2、及び追跡位置3のそれぞれについて作成される。プロット312、314、316は、第1の剪断波151を示す波又は振動パターンを有するものとして示されている。追跡位置1、2、及び3に対するプロット312、314、316の各々は互いに間隔をおき、追跡位置1から追跡位置2、追跡位置3へ移動する第1剪断波151の遅延320aを示す。追跡位置1、2、及び3の間の距離が既知である場合(例えば、絶対的又は比較的)、第1の剪断波151の第1の位相速度は例えば、追跡位置2から追跡位置3まで進行する第1の剪断波151のミリ秒単位で測定される遅延320aによって決定されることができる。遅延320aは、追跡される位置2に関連する第2のプロット314及び追跡される位置3に関連する第3のプロット316の対応するピーク324、326をそれぞれ配置することによって決定され得る。例えば、追跡位置3と追跡位置2との間の既知の距離を、ピーク326と324の位置との間の遅延320aで割って、追跡位置2と追跡位置3との間の位置における第1の位相速度を求めることができる。このプロセスは第1のマップ162aを生成するために、視野内の複数の位置の各々について繰り返されることができる。
【００３３】
次に図7を参照すると、グラフ300はプロット312、314及び316を描いており、ここで、第2の周波数f2における第2の剪断波152の変位を示している。図示の実施形態では、図7のグラフ300によって表される第2の剪断波152の第2の周波数f2が図6のグラフ300によって表される第1の剪断波151の第1の周波数f1よりも大きい。図7のプロット312、314、316は、図6に関して上述したのと同様に比較することができる。その点に関し、遅延320bは第3のピーク326及び第2のピーク324の時間位置(すなわち、グラフ300の時間軸)の差として計算することができる。追跡位置2と追跡位置3との間の遅延320bは、第1の周波数f1における第1の剪断波151に関連する同じ追跡位置間の遅延320aよりも大きいことが分かる。換言すれば、第2の剪断波152に関連する第2の剪断位相速度は、第1の剪断波151に関連する第1の剪断位相速度よりも小さい。図6に関して上述したように、プロセスは、複数の位置のそれぞれの間の距離が既知である視野160内の複数の位置のそれぞれに対する遅延(例えば、320b)を決定し、システムは第2のマップ162b上の複数の位置のそれぞれにおける第2の位相速度を示す第2のマップ162bを生成することができる。
【００３４】
粘度は周波数の差によって正規化される、第1及び第2の剪断波の位相速度の差として表すことができるが、進行剪断波の1つ又は複数の特性に基づいて粘度を決定するために、他の式及び関係を使用することもできる。例えば、剪断位相速度及び減衰は媒体(例えば、器官、組織)の弾性及び粘度を示すことができる。媒体の粘弾性特性は、関係式
G(ω)=Gs(ω)+i*Gl(ω)
によって定義される複素せん断弾性率(ω)によって表すことができる。ここで、Gs(ω)は蓄積弾性率又は弾性率であり、Gs(ω)は損失弾性率である。粘度η(ω)は周波数に対する損失弾性率の比として定義できる。剪断位相速度cs(ω)と減衰量αs(ω)は、
2021528157.tif 000004
の関係により上述した複素せん断弾性係数に関係する。ここで、ρは媒体の密度を表し、Gs(ω)及びGl(ω)は上述されている。これらの関係及び解剖学的構造の既知の特性を使用して、解剖学的構造の粘弾性特性を決定することができる。いくつかの態様では、これらの関係を使用して、1つの剪断波のみが誘導され、及び／又は単一の周波数を示す剪断波が使用される、解剖学的構造の弾性及び粘度を決定することができる。上記の関係は、粘度を決定するための「モデルフリー」アプローチを容易にし得る。
【００３５】
さらに他の態様では、1つ又は複数の材料モデルを使用して、解剖学的構造の弾性率及び損失弾性率、したがって粘弾性特性を決定することができる。
2021528157.tif 000005
の表に示すいくつかの一般的なモデルには、Kelvin−Voigtモデル、Maxwellモデル、Zenerモデルがある。ここで、μは弾性率、ωは剪断波の周波数、ηは粘度である。上記のモデルは、既知の弾性率Gs及び損失弾性率Glを、弾性度及び／又は粘度の近似に変換するために使用することができる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、これらのモデルを使用して、1つの周波数における剪断位相速度及び剪断波の減衰を決定することによって、粘度を決定することができる。
【００３７】
場合によっては、上記の関係及びモデルによって必要とされる1つ又は複数の値又は変数を測定又は決定することは困難又は非実用的であり得る。例えば、場合によっては、剪断波の減衰を確実に決定することは実用的でないことがある。組織の密度を決定又は近似することは困難であり得る。その点に関して、本開示は2つ以上の周波数における剪断波の速度の差を決定し、周波数の差によって位相速度の差を正規化することによって、解剖学的構造の粘度を決定するための方法、システム、及びデバイスを含む。
【００３８】
図8は、超音波画像410上の1つ又は複数の位置に関連する解剖学的構造の粘度を示すように構成されるグラフィカルユーザインタフェース400の例示的な実施形態を示す。インターフェース400は、患者の組織などの患者の解剖学的構造の超音波画像410を含むことができる。いくつかの態様では、画像410がBモード超音波画像とすることができる。インターフェース400は、粘度プロット420及び視覚的描写430をさらに含むことができる。図示の実施形態のインターフェース400は、画像410、システム100、及び／又は撮像される解剖学的構造の1つ又は複数の特性を表示するように構成される分析パネル450も備える。例えば、パネル450は、解剖学的構造の弾性及び／又は粘度、視覚的描写430及び／又はプロットに関連する解剖学的構造の断面積、ならびに粘度及び／又は弾性測定に関連する統計的計算に関連する様々な数値を含むことができる。
【００３９】
プロット420は、異なる周波数で解剖学的構造に誘導される複数の剪断波の位相速度を示すことができる。図示の実施形態では、プロット420が7つの異なる周波数で誘導される7つの剪断波についての位相速度を示す。プロット420上の個々の点はすべて、画像410上の1つの位置に関連付けられてもよい。位置は、点、2つの点の間の線、又は画像410の領域を含むことができる。例えば、いくつかの実施態様において、プロット420は、画像410上にオーバーレイされる境界によって区画される領域440を通って進行する剪断波の平均剪断位相速度を描写することができる。
【００４０】
図8の実施形態では、視覚的描写430が周波数によって正規化される剪断位相速度に関して、画像410上の位置における粘度の数値を含む。他の実施形態では、視覚的描写430がポアズイユ(PI)又はパスカル秒などの粘度に関連する数値を含むことができる。以下で説明するように、いくつかの実施形態では、視覚的描写430がプロット、グラフ、ヒートマップ、又はスケールなどの非数値指標を含むことができる。視覚的描写430及びプロット420は例えば、肝臓における脂肪症、又は患者の器官及び組織の粘度に影響を及ぼす他の疾患の診断において、解剖学的構造の特性及び特徴を分析する際に有用であり得る。
【００４１】
図9及び図10は、解剖学的構造の様々な特性を表示するグラフィカルユーザインタフェース500の構成を示す。図9に示すインターフェース500は、解剖学的構造の超音波画像510と、画像510の領域に関連する解剖学的構造の一部の弾性の2次元マップ520とを含む。マップ520は、場合によってはヒートマップ520とすることができる。ヒートマップは、マップ520に表される各位置に対して、様々な弾性値に関連する様々な色相又は色を割り当てることができ、及び／又は表示することができる。例えば、いくつかの実施形態では、マップ520の領域に含まれる各ピクセルが弾性値に関連付けられ、異なる色又は色相が弾性値に基づいて適用される。インターフェース500の右側のスケール540は、医師がマップ520内の色を弾性値に関連付けることを可能にする。いくつかの実施形態では、マップ520の色がヤング率などの「絶対」弾性値に関連付けられる。他の実施形態では、マップ520の色が相対弾性値を示し、マップ520の領域に関連する組織の弾性の相対差を示すように構成される。他の実施形態では、マップ520の色がある周波数、例えば150Hzにおける剪断位相速度を示す。
【００４２】
図10を参照すると、インターフェース500は、画像510の複数の位置に関連付けられた粘度を示す、画像510上にオーバーレイされる粘度マップ530を含む。マップ530は図9のマップ520によってオーバーレイされる画像510の同様の領域を含み、オーバーレイすることができる。図9のマップ520と同様に、マップ530は、マップ530内の複数の位置の各々について様々な粘度値に関連する様々な色又は色相を適用することによって、マップ全体にわたる粘度の値及び／又は差を示すように構成されるヒートマップを備えることができる。インターフェース500の右側のスケール540は、医師がマップ530内の色又は色相を粘度値に関連付けることを可能にすることができる。いくつかの実施形態では、マップ530の色がメートル／秒―Hz又はパスカル―秒などの「絶対」粘度値に関連付けられる。他の実施形態では、マップ530の色がマップ530の領域に関連する解剖学的構造の相対粘度値を示す。
【００４３】
いくつかの実施形態では、マップ520が画像510のより大きな部分又はより小さな部分をオーバーレイすることができる。例えば、いくつかの実施形態ではマップ520、530は画像510の全体をオーバーレイすることができる。他の実施形態ではマップ520、530は画像510の比較的小さな領域にオーバーレイすることができる。いくつかの実施形態では、図9及び図10のインターフェース500が単一のインターフェースに組み合わされてもよい。例えば、インターフェース500は、並べて表示されてもよい。他の実施形態では、インターフェース500が別個のウィンドウに示される。いくつかの実施形態では、ユーザが図9のインターフェース500と図10のインターフェース400との間でトグルすることができる。
【００４４】
図11は、いくつかの実施形態による、解剖学的構造の粘度を決定するための方法600の流れ図である。方法600の1つ又は複数のステップは、図1に示すシステム100などの剪断波超音波撮像システムによって実行及び／又は容易にすることができる。ブロック610において、システムは、処理システムを介して、振動源を作動させて、第1の周波数で解剖学的構造内に第1の剪断波を誘導する。第1の周波数は、システムによって検出可能な任意の適切な周波数であってもよい。いくつかの実施態様において、周波数は、50Hz乃至400Hzの範囲である。一実施形態では、周波数が100Hz乃至300Hzの範囲であり得る。振動源は、1つ以上のサイクル、例えば2乃至100サイクルの間、第1の周波数で振動するように構成することができる。
【００４５】
ブロック620において、システムは、第1の剪断波を示す解剖学的構造を表す超音波データを取得する。場合によっては、超音波データが外部超音波プローブによって取得される超音波撮像データであってもよい。得られた超音波データは、場合によっては解剖学的構造のBモード画像をコンパイルするために使用されてもよい。解剖学的構造を横切って伝播する第1の剪断波を検出するために、超音波データは、撮像システムが第1の剪断波の第1の位相速度を決定するのに十分に高いフレームレートで取得されてもよい。
【００４６】
ブロック630では、システムが処理システムを介して、振動源を活性化して、第2の周波数で解剖学的構造に第2の剪断波を誘導する。第2の周波数は50Hz乃至400Hzなど、上述の同様の範囲に存在してもよく、振動源は例えば、2乃至100サイクルの間、第2の周波数で振動してもよく、又は、例えば、追跡が停止するまで、連続して、100msで振動してもよい。ブロック640において、システムは、第2の剪断波を示す解剖学的構造を表す超音波データを取得する。上述したように、超音波データは、外部の超音波プローブによって得られる超音波イメージングデータであってもよい。得られた超音波データは、場合によっては解剖学的構造のBモード画像をコンパイルするために使用されてもよい。解剖学的構造を横切って伝播する第2の剪断波を検出するために、超音波データは、撮像システムが第1の剪断波の第1の位相速度を決定するのに十分に高いフレームレートで取得されてもよい。
【００４７】
得られた第1及び第2の剪断波の超音波データに基づいて、ブロック650において、第1の剪断波の第1の位相速度及び第2の剪断波の第2の位相速度が決定される。第1波及び第2波の速度は、図6及び図7に関して説明した方法に従って決定することができる。例えば、超音波データは、時間解剖学的構造内の1つ以上の位置における組織又は解剖学的構造の変位を示すことができる。図6及び7に示されるように、所与の位置(例えば、追跡位置1、2、又は3)における組織変位は、第1又は第2の剪断波に従って波パターンを示し得る。1つの場所から別の場所(例えば、追跡位置2から追跡位置3)へ解剖学的構造を伝播する第1及び第2の剪断波の遅延を決定及び比較することによって、撮像システムは、第1及び第2の剪断波の第1及び第2の位相速度を決定することができる。ブロック660において、位相速度は粘度、又は粘度を表すか、又は粘度に関連する解剖学的構造の特性を決定するために、第1の周波数と第2の周波数との差によって比較され、正規化され得る。
【００４８】
方法600は、図11に示される順序以外の順序で実行されてもよいことが理解されるのであろう。例えば、いくつかの実施形態では、撮像システムは、第1及び第2の剪断波が誘導されるのと同時に第1及び第2の剪断波を示す解剖学的構造の超音波データを取得することができる。いくつかの実施形態では、第1及び第2の剪断波は同時に誘導されてもよい。例えば、一実施形態では振動源が広帯域振動を発するように構成され、そこでは複数の振動周波数が長時間振動でコード化され、その結果、広範囲の周波数を呈する剪断波が生じ、撮像システムは広帯域剪断波を呈する解剖学的構造の超音波データを得るように構成される。超音波データにバンドパスフィルタを適用することによって、撮像システムは、第1剪断波又は第1の周波数(又は第1の周波数範囲)で伝搬する広帯域剪断波の第1の成分、及び第2の剪断波又は第2の周波数(又は周波数範囲)で伝搬する広帯域剪断波の第2の成分を識別することができる。第1及び第2の剪断波の位相速度を比較して、解剖学的構造の粘度を決定することができる。
【００４９】
図12は、本開示の実施形態による、解剖学的構造内に第1の剪断波151、第2の剪断波152、及び第3の剪断波153を誘導することを示す剪断波超音波装置120の例示的な図である。装置120は、図5に示される装置120と同様であっても同一であってもよい。図12の実施形態では、装置120が第1及び第2の剪断波151、152に加えて、第3の剪断波153を第3の周波数f3でさらに誘導する。第1、第2、及び第3の剪断波151、152、153は単一の振動源130によって誘導されてもよく、又は第1、第2、及び第3の剪断波151、152、153の各々は別個の振動源によって誘導されてもよい。第1、第2、及び第3の剪断波151、152、153は、別々の時間に誘導されてもよく、又は第1、第2、及び第3の剪断波151、152、153のうちの1つ以上が同時に誘導されてもよい。例示的な実施形態において、第1、第2、及び第3の剪断波151、152、153は、同じ振動源130によって順次誘導される。図12の実施形態では、第2の周波数f2は第1の周波数f1よりも大きく、第3の周波数f3は第2の周波数f2よりも大きい。しかしながら、周波数f1、f2、f3の任意の適切な順序又は配列が、昇順又は降順の周波数を含めて、本開示によって企図される。
【００５０】
図12の撮像システムは第1及び第2の剪断波151、152に加えて、第3の剪断波153を検出し、第3の剪断波153の第3の位相速度を決定するようにさらに構成される。撮像システムは、視野160内に第3の剪断波153を示す解剖学的構造を表す超音波データを得ることができる。視野160内の複数の位置で第3の位相速度を決定することによって、撮像システムは、第3の位相速度マップ162cをコンパイル又は生成するように構成することができる。第3の位相速度マップ162cは、第1及び／又は第2の位相速度マップ162a、162bと比較され、組織の粘度を決定するために周波数差によって正規化され得る。第3の剪断波153を誘導し、第3の位相速度を決定することによって、システムは、信号対雑音比(SNR)の改善及び／又は個々の粘度測定におけるより高い精度など、解剖学的構造の粘度を決定する1つ又は複数の態様を改善することができる。
【００５１】
図13は、本開示のいくつかの実施形態による、第1の剪断波151及び第2の剪断波152を誘導する、剪断波撮像システムの剪断波超音波装置120を示す。図13の実施形態では、装置120が第1の振動源131及び第2の振動源132を含む。いくつかの態様において、装置120は、第1の振動器131及び第2の振動器132を含む単一の振動源を含むものとして説明することもできる。図示の実施形態では、装置120が第1の振動器又は振動源131を介して第1の周波数f1で第1の剪断波151を誘導し、第2の振動器又は振動源132を介して第2の周波数f2で第2の剪断波152を誘導するように示されている。いくつかの実施形態では、装置が第1及び第2の振動器131、132を介して、第1及び第2の剪断波を同時に誘導するように構成される。第一及び第二剪断波を同時に誘導することにより、このシステムは各粘度マップに対する取得時間を短縮できる。そのような実施形態では、システムが視野160内に第1及び第2の剪断波151、152を示す解剖学的構造を表す超音波データを取得するように構成される。第1及び第2の剪断波が同時に伝播している場合、又は視野160を進行している場合、撮像システムは第1の剪断波及び第2の剪断波を検出するために、得られた超音波データに方向フィルタを適用するように構成することができる。方向フィルタを超音波データに適用して第1及び第2の剪断波151、152を検出した後、システムは、視野内の複数の位置について、第1及び第2の剪断波に関連する第1の位相速度及び第2の位相速度を決定することができる。それから、システムは視野160内の各位置(例えば、視野内の各画素)において、第1及び第2の剪断波の第1及び第2の位相速度を表す第1の位相速度マップ及び第2の位相速度マップを生成することができる。第1及び第2のマップは例えば、第1のマップの位相速度から第2のマップの位相速度を差し引いて、第1の周波数と第2の周波数の差によって各位相速度を正規化することによって比較することができる。
【００５２】
異なる周波数f1及びf2で剪断波を誘導する装置120が示されているが、他の実施形態では図13の装置120が両方の振動器が同じ周波数、又は周波数の範囲で剪断波を誘導するように構成することができることが理解されるのであろう。例えば、両方の振動器131、132は第1の時間において第1の剪断波を第1の周波数で誘導し、第2の時間において第2の剪断波を第2の周波数で誘導するように構成することができる。このような構成はSNRを改善することができ、視野160を横切って進行する剪断波のバイアスされる減衰を少なくとも部分的に解決することができる。例えば、第1の振動器131によって誘導される剪断波は、左下隅と比較して、視野の右下隅で増加した減衰を経験し得る。剪断波を誘導するために第2の振動器132を同時に起動することによって、波の信号及び／又は減衰は、視野160を横切ってより均衡を保つことができる。
【００５３】
図14は、本開示の別の実施形態による、図13の剪断波超音波装置120を描写する。図14において、第1及び第2の振動器131、132を含む超音波装置は、第1の時間にそれぞれ第1及び第2の剪断波を誘導するように構成することができる。次に、装置120は、第1の振動器131が第2の周波数f2で第2の剪断波152を誘導し、第2の振動器132が第1の周波数f1で第1の剪断波151を誘導するように、第2の時間で振動器131、132を交互に変えることができる。第１の振動器１３２は、第１の時間に第１の剪断波１５１を誘導し、第２の時間に第２の剪断波１５２を誘導すると言われているが、第２の時間に第２の振動器１３２によって誘導される第１の剪断波１５１は、代わりに第３の剪断波と称され得る。同様に、第2の時間に第1の振動器131によって誘導される第2の剪断波152は、第4の剪断波と呼ぶことができる。
【００５４】
図13に関して上述したように、第1及び／又は第2の剪断波151、152が視野160を斜めに横切って伝播するとき、剪断波151、152の変位又は強度は左から右に、及びその逆に減衰する。上述の1つの解決策は、両方の振動器131、132を作動させて、同じ周波数の剪断波を誘導することである。図14の実施形態は、第1及び第2の周波数f1、f2で異なる時間に剪断波を誘導するために振動器131、132を交互にすることを含む、別の解決策を提案する。このような構成はまた、SNRを改善し、信号のバイアスされる減衰を補償し得る。
【００５５】
図14を参照すると、第1の時点で、システムは超音波データを取得し、方向性フィルタを適用して、第1及び第2の剪断波151、152を個別に検出する。超音波データは、第1位相速度マップ162a及び第2位相速度マップ162bを生成するために使用される。振動器131、132が第2の剪断波152及び第1の剪断波151を誘導するように交互になった第2の時点で、システムは追加の超音波データを取得し、指向性フィルタを適用して、第1及び第2の剪断波151、152(又はそれぞれ第4及び第3の剪断波)を個別に検出する。第2の時点で得られた超音波データは、第3の位相速度マップ162c及び第4の位相速度マップ162dを生成するために使用される。それから、第1の周波数f1に関連する第1及び第4の位相速度マップ162a、162dは例えば、第1及び第4の位相速度マップ162a、162dの個々の値を平均化して、周波数f1に対する第1の結合位相速度マップ164aを作成することによって組み合わせることができる。第2及び第3の位相速度マップ162b、162cも組み合わされて、第2の周波数f2に関連する第2の組み合わされる位相速度マップ164bを生成する。2つの異なる周波数f1及びf2で個々の速度マップ162a乃至162dと比較してより良いSNRを有する第1及び第2の結合位相速度マップ164a、164bはそれから、前述したように、粘度マップ166を作成するために使用することができる。
【００５６】
当業者であれば、上述の装置、システム、及び方法は、様々な方法で修正することができることを理解するのであろう。したがって、当業者は、本開示によって包含される実施形態が上述の特定の例示的な実施形態に限定されないことを理解するのであろう。その点に関して、例示的な実施形態が示され、説明されてきたが、前述の開示において、広範囲の修正、変化、及び置換が企図される。このような変動は、本開示の範囲から逸脱することなく、上記になされ得ることが理解される。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示と一致するように広く解釈されることが適切である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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