(57)【要約】  超音波トランスデューサの連続振動による超音波エラストグラフィによる対象物の画像化方法が教示される。超音波トランスデューサと直接接触するアクチュエータは、トランスデューサを軸方向に連続的に振動させ、組織内にせん断波を誘起させ、リアルタイムのせん断波画像化を可能にする。トランスデューサの軸方向動きは、組織のせん断波画像を汚染し抑制されなければならない。従って、トランスデューサの動きによって生じるせん断波アーチファクトを補正するいくつかの方法がさらに教示される。【選択図】図１
2017533031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
ａ）前記トランスデューサに結合された少なくとも１つのアクチュエータを用いて、トランスデューサに連続振動を提供するステップと、
ｂ）前記トランスデューサの前記連続振動によって対象物に少なくとも１つのせん断波を誘起させるステップと、
ｃ）前記トランスデューサを使用して対象物からせん断波データセットを取得するステップと、
ｄ）前記せん断波データセットを補正することによって、動き補正されたせん断波データセットを生成して、前記トランスデューサの前記連続振動に関連する動きアーチファクトを除去するステップと、
ｅ）前記動き補正されたせん断波データセットを処理して、前記対象物の機械的特性を計算するステップと、を含む
対象物の機械的特性を測定する方法。
【請求項２】
前記対象物の機械的特性が計算されるステップｅ）において、せん断波速度、せん断波減衰、せん断弾性率、せん断粘度、貯蔵弾性率、損失弾性率、ヤング率、機械的緩和時間、及び分散の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップｄ）は、前記せん断波データセットからせん断波動き信号を抽出し、瞬時における前記せん断波動き信号の平均を計算し、他の全ての瞬時で前記せん断波動き信号から前記平均を差し引くステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｄ）は、
前記せん断波データセットにフーリエ変換を適用してｋ空間データセットを生成するステップと、
前記ｋ空間データをフィルタリングするステップと、
前記逆フーリエ変換を前記フィルタリングされたｋ空間データセットに適用して、前記動き補正されたせん断波データセットを生成する
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ｋ空間データセットをフィルタリングするステップが、前記ｋ空間データセットに帯域通過フィルタを適用するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップｄ）は、前記取得されたせん断波データセットにローカル周波数推定を適用することによって前記動き補正されたせん断波データセットを生成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップｄ）は、前記せん断波データセット内の正常に静止している目標を識別するステップと、前記正常に静止している目標の動きを推定するステップと、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップｄ）は、前記せん断波データセットに空間勾配を適用することによって前記動き補正せん断波データセットを生成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ステップａ）の前記アクチュエータがボイスコイルアクチュエータである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップｃ）が、パルスエコー超音波を用いて前記少なくとも１つの誘導せん断波を迅速にサンプリングするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記取得せん断波データセットはせん断波データセット間の時間遅延が補正された、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記時間遅延の補正は、前記時間波形データセットに時間補間を適用することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記時間遅延の補正は、等価正弦波サイクルを有するように前記せん断波データセットをシフトすることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記時間遅延の補正は、前記せん断波データセットを共通時間グリッドにパラメータ的に適合させることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記トランスデューサに提供される前記連続振動が複数の周波数を含み、前記ステップｅ）が、前記せん断波データセットを処理して前記対象物の周波数依存特性を解決することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップｅ）は、時間次元に沿って帯域通過フィルタを用いて、機械的特性が計算される前記連続振動の前記複数の周波数のうちの少なくとも１つを選択するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
トランスデューサを有する超音波システムを用いて対象物の機械的特性を測定する方法であって、
ａ）前記トランスデューサに結合された少なくとも１つのアクチュエータを用いて、前記トランスデューサに連続振動を提供するステップと、
ｂ）前記トランスデューサの連続振動によって対象物に少なくとも１つのせん断波を誘起させるステップと、
ｃ）前記トランスデューサを使用して前記対象物からせん断波データセットを取得するステップと、
ｄ）前記せん断波データセットを処理して、前記対象物の機械的特性を計算するステップと、を含む対象物の機械的特性を測定する方法。
【請求項１８】
前記ステップｄ）は、前記せん断波データセットに対してローカル周波数推定を行うステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願への相互参照］
本出願は、２０１４年１０月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／０７２,１６７号「METHOD FOR ULTRASOUND ELASTOGRAPHY THROUGH CONTINUOUS VIBRATION OF AN ULTRASOUND TRANSDUCER」の権益を主張する。
［連邦支援研究に関する言及］
本発明は、国立衛生研究所によって与えられたＤＫ０８２４０８に基づく政府の支援によってなされた。政府は本発明に一定の権利を有する。
本発明は、超音波エラストグラフィによる組織の機械的特性の決定に関する。より詳細には、本発明は、超音波トランスデューサの連続振動を利用するエラストグラフィ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性及び剛性などの組織の機械的特性は、組織の健康状態と密接に関連している。例えば、線維性及び癌性の組織はしばしば健康な組織の剛性よりも高い剛性を有する。従って、組織の機械的特性を非侵襲的に測定することができるエラストグラフィ方法は、肝線維症病期分類及び癌診断などの大きな医療用途を含む。
【０００３】
せん断波は組織に導入され得、せん断波伝搬パラメータは、組織の機械的特性を定量的に評価するのに測定されて用いられる。これらのパラメータに、群伝播速度、減衰、せん断弾性率、せん断粘度、貯蔵弾性率、損失弾性率、ヤング率、機械的緩和時間、及び周波数依存伝播パラメータが含まれ得る。
【０００４】
現在のエラストグラフィ方法は、長時間、典型的には数１００マイクロ秒の焦点を合わせた、又は焦点を合わせない超音波「プッシュ」ビームからの超音波放射力を必要として、組織の機械的特性の定量的測定のために組織内にせん断波を生成する。しかし、超音波放射力によって生成されたせん断波は、通常、非常に微弱で、これらの方法の侵入の深さが限定される。さらに、プッシュビームは、高電圧で数１００の超音波サイクルの送信を必要とし、超音波スキャナ及びトランスデューサの送信回路にとって非常に苛酷な要求となる。
【０００５】
その結果、この方法は、プッシュビームの送信をサポートすることができる大容量送信回路を備えたハイエンド超音波スキャナに限定される。さらに、連続測定の更新頻度は、組織又は超音波トランスデューサが過度に加熱されないよう、リアルタイムＢモード撮像と比較して非常に低く、典型的には１Ｈｚ未満である。このように更新頻度が低いため、せん断波画像化を用いるだけで異常な剛性を有する病変を見つけることは困難になる、というのは、Ｂモード画像化においていくつかの病変が健康な組織であるかのように見える場合があるからである。
【０００６】
組織のせん断波が外部の機械的振動によって生成されることも可能である。例えば、Ｆｉｂｒｏｓｃａｎ（登録商標）（Ｅｃｈｏｓｅｎｓ；Ｐａｒｉｓ、Ｆｒａｎｃｅ）として市販されている過渡エラストマ装置では、過渡的な「パンチ」を有する機械的アクチュエータによって超音波トランスデューサを振動させ、機械的アクチュエータは、トランスデューサから離れて近くの組織に移動する過渡的なせん断波を生成できる。このせん断波は、剛性の定量化のために、パルスエコーモードで同じ超音波トランスデューサによって検出され得る。
【０００７】
しかしながら、Ｆｉｂｒｏｓｃａｎ（登録商標）デバイスは、２Ｄエラストグラフィ画像を作成することができず、スキャンガイダンスとしてリアルタイムＢモード画像を提供することができない。また、Ｆｉｂｒｏｓｃａｎ（登録商標）装置は、エラストグラフィ測定値を連続的に更新することができない。むしろ、新たな測定のために別の過渡的なせん断波を生成するために、使用者がボタンを押すことによって取得シーケンスを再度活性化しなければならない。
【０００８】
連続振動は、組織内に連続的なせん断波を発生させて、せん断波が常に組織内に存在するようにすることができる。このアプローチは、エラストグラフィ測定値の連続的な更新を潜在的に容易にすることができ、例えば、収縮中の筋肉の硬さの一時的な変化を捕捉するのに有用である。連続振動を特徴とする１つのシステムでは、ハンドヘルド振動器が超音波トランスデューサに隣接して配置されて、トランスデューサによって測定される連続振動及びせん断波を生成する。このシステムは実現可能であっても、この方法では、使用者は両手を使用する必要があり、片方で振動器を保持し、片方でトランスデューサを保持する。この要件のために、このシステムの臨床的価値は大きく制限され、典型的な臨床診療では、超音波トランスデューサを片手で操作し、患者を走査しながら超音波スキャナを他方で制御する。
【０００９】
追加のシステムでは、超音波トランスデューサの２つの側に配置された異なる周波数を有する２つの振動源から生成されたクロール波が、エラストグラフィ測定に使用されている。この方法はまた、２つの振動源を試験対象物と接触させて保持するために余分な固定具を必要とし、したがって、臨床的実施において不都合である。
【００１０】
従って、望ましいのは、手術中に両手を練習することを使用者に要求することなく組織へ連続的な機械的振動を誘発することができるシステムを有することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、超音波トランスデューサを介して画像化される対象物内への連続的な機械的振動を誘発する超音波エラストグラフィ用の方法を教示することにより、上記の欠点を克服する。
【００１２】
本発明の一態様によれば、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が提供される。この方法は、トランスデューサに結合された少なくとも１つのアクチュエータを使用して、トランスデューサに連続振動を提供するステップを含む。少なくとも１つのせん断波が、トランスデューサの連続振動によって対象物に誘導される。せん断波データセットがトランスデューサを使用して対象物からを取得され、動き補正せん断波データセットが、せん断波データセットを補正してトランスデューサの連続振動に関連する動きアーチファクトを除去することによって生成される。次に、動き補正されたせん断波データセットが処理されて、対象物の機械的特性が計算される。
【００１３】
本発明の上記及び他の態様及び利点は、以下の説明から明らかになるであろう。説明では、本発明の一部を形成する添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を例示として示す。このような実施形態は、必ずしも本発明の全範囲を示すものではなく、したがって、本発明の範囲を解釈するための特許請求の範囲及び請求項を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】超音波トランスデューサの連続振動を実施して対象物にせん断波を誘起する例示的な超音波システムのブロック図である。
【図２】連続的に振動している超音波トランスデューサを用いてせん断波データを取得しトランスデューサの連続振動動作の影響を補正するための例示的な方法のステップを示すフローチャートである。
【図３】平均技術の減算を用いて動き損傷（ｍｏｔｉｏｎ−ｃｏｒｒｕｐｔｅｄ）を受けたせん断波データを補正する方法の一例のステップを示すフローチャートである。
【図４】ｋ空間フィルタリング技術を使用して、動き損傷せん断波データを補正する方法の一例のステップを示すフローチャートである。
【図５】例示的なｋ空間フィルタリング技術を図示した図である。
【図６】低周波推定技術を用いて動き損傷を受けたせん断波データを補正する方法の一例のステップを示すフローチャートである。
【図７】正常に静止している目標からトランスデューサの動きを推定する技法を使用して、動き損傷を受けたせん断波データを補正する方法の一例のステップを示すフローチャートである。
【図８】複数の異なる超音波ビームセットの例である。
【図９】超音波ビームセットのタイミングの一例を示す図である。
【図１０】もともと異なる正弦サイクルのせん断波を等価正弦サイクルにシフトさせる例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示は、超音波トランスデューサの連続振動を使用して被験体にせん断波を生成する、超音波エラストグラフィによって組織の機械的特性を識別するシステム及び方法を提供する。超音波トランスデューサの連続振動によって誘発される動きアーチファクトを除去するためのいくつかの方法も提供される。
【００１６】
まず、図１を参照すると、対象物２０にせん断波を誘起するための例示的なシステム１０が示されている。このシステムでは、トランスデューサ１２はアクチュエータ１４によって機械的に振動し、トランスデューサ１２を軸方向（例えば、図１のz方向）に振動する。一例として、アクチュエータ１４は、ボイスコイルアクチュエータのような機械的アクチュエータとすることができる。トランスデューサ１２が軸方向に移動するにつれて、せん断波１６が対象物１８内に誘起される。また、せん断波１６は、圧縮波のモード変換から生成することもできる。次に、生成されたせん断波１６は、パルスエコーモードで動作する同じ超音波トランスデューサ１２によって検出され、対象物の機械的特性の定量的測定が行われる。
【００１７】
アクチュエータ１４は、超音波トランスデューサ１２に結合される。一例として、アクチュエータ１４は、トランスデューサ１２の外面に直接取り付けることができる。例示目的のために、アクチュエータ１４は、図１のトランスデューサ１２の一方の側に取り付けられる。しかしながら、いくつかの用途では、アクチュエータをトランスデューサ１２と同軸に整列させて、トランスデューサの動きが、最小の横方向及び方位角動きで軸方向であるようにすることが好ましい場合がある。この構成により、別個の振動源が必要無くなり、従って、片手操作に便利である。振動は、測定の連続的な更新を可能にするのに連続的であることが好ましい。
【００１８】
超音波トランスデューサ１２は、所望の撮像用途に応じて超音波のビーム軸に沿って軸方向に又は他の方向に振動させることができる。せん断波検出に使用される超音波システムは、単一のＡライン、平行ビーム形成による複数のＡライン、又は例えばＶｅｒａｓｏｎｉｃｓ（登録商標）超音波スキャナにおいてなされるように、平面波撮像及びソフトウェアビーム形成を用いての２Ｄ領域又は３Ｄ体積全体、を検出するように動作し得る。
【００１９】
アクチュエータ１４によって超音波トランスデューサ１２に印加される連続振動は複数の周波数を含むことができ、したがって、検出されたせん断波は対象の周波数依存特性を解決するように処理することができる。例えば、処理は、時間次元に沿って帯域通過フィルタを使用して一度に１つの周波数のみを選択してもよく、その後の処理は、あたかも単一の振動周波数でデータが収集されたのと同様である。多周波数振動は、分散分析のための収集を高速化し得る。連続振動及び連続せん断波の検出及び処理により、エラストグラフィ測定値が実質的にリアルタイムで連続的に更新され得る。
【００２０】
振動がトランスデューサ１２の活性化面２０に垂直である場合など、トランスデューサ１２が軸方向に振動している場合、トランスデューサ１２の動きは、対象物１８で検出されたせん断波信号を汚染することになる。超音波の動き検出は、トランスデューサ１２を移動しない基準座標として使用するのでこの信号汚染は存在するのであって、トランスデューサ１２が外部振動で振動しているときはこの仮定は成立しない。検出されたせん断波から機械的特性を適切に測定するために、したがって、アクチュエータ１４によって誘発されるトランスデューサ１２の動きを補正する必要がある。
【００２１】
図２を参照すると、せん断波を生成するための動力源として超音波トランスデューサの連続振動を使用する超音波エラストグラフィの例示的な方法が示されている。この方法は、ステップ２０２に示すように、トランスデューサを連続的に振動させることによって、被験者に連続振動を印加しながら、被検体の画像を超音波システムで取得するステップを含む。画像の取得に続いて、ステップ２０４に示すように、取得画像を処理してトランスデューサの動きを補正するのが望ましい。このトランスデューサの動きアーチファクトを除去するためのいくつかの方法を以下に説明する。画像の補正に続いて、ステップ２０６に示すように、画像化される対象の機械的特性が計算される。計算され得る機械的特性の例には、せん断波速度、せん断波減衰、せん断弾性率、せん断粘度、貯蔵弾性率、損失係数、ヤング率、機械的緩和時間、及び分散を含む。
【００２２】
対象物の画像の最初の取得に続いて、この画像はトランスデューサの動きに対して補正されなければならないと述べた。図３を参照すると、トランスデューサの動きを補正する１つの例示的な方法は、ステップ３０２に示されるように、最初に、取得された画像からのせん断波動き信号の抽出を必要とする。次に、ステップ３０４に示すように、せん断波動き信号の平均が計算される。次に、ステップ３０６に示すように、全ての瞬時（time instance）において平均せん断波動きをせん断波動き信号から差し引いて補正された画像を生成する。
【００２３】
この方法の一例では、１次元（１Ｄ）アレイトランスデューサが１００Ｈｚで振動している。トランスデューサの動きは、２次元画像化平面内の全てのピクセルにおいて、検出された全てのせん断波に１００Ｈｚの信号を追加する。任意の所与の時間において、トランスデューサの動きは、これらのピクセルに適用される一様なオフセット値である。
【００２４】
従って、所与の瞬時におけるトランスデューサの動きは、その時点で検出されたせん断波の動きの平均を、２Ｄ撮像エリア全体内の全てのピクセルから減算することによって緩和することができる。このタイプの処理は、画像化の過程の全ての時点で繰り返して、トランスデューサの動きアーチファクトを完全に抑制できる。
【００２５】
この方法は、２次元画像形成領域のサイズに対してせん断波長が小さいことを前提としている。この仮定により、汚染されたトランスデューサの動きではない真のせん断波の動きが２Ｄ画像化領域内でゼロ値である、という付加的な仮定が導かれる。
【００２６】
トランスデューサ動き干渉を抑制する別の方法は、ｋ空間フィルタリングを利用する。図４を参照すると、そのような方法の一例のステップを示すフローチャートが示されている。初期画像を取得した後、ステップ４０２に示すように、画像をフーリエ変換してｋ空間データのセットを生成する。このｋ空間データは、ステップ４０４に示すように、不要なデータを抑制するためにフィルタリングされる。次に、ステップ４０６に示すように、逆フーリエ変換を適用することによって、空間データが動き補正画像に変換される。
【００２７】
この方法の一例を図５を参照して説明する。前の方法で説明したのと同じ１Ｄトランスデューサの例を使用すると、任意の所与の瞬時における検出されたせん断波動きは、空間領域内の２Ｄ画像ｕ（x、z）であると考えることができる。従って、図２のステップ２０２に示すように、トランスデューサが連続的に振動している間に、超音波トランスデューサで画像が取得される。この画像において、ｕは組織の運動であり、トランスデューサの連続振動に応答する組織の変位、速度、又は加速度が含まれ得る。次いで、フーリエ変換を適用して、画像を空間領域から周波数領域に変換する。一例として、ｕ（x、z）の２つの空間次元に沿ったフーリエ変換は、周波数領域すなわち動きの代表Ｕ（ｋx、ｋz）のｋ空間を生成する。座標（ｋx、ｋz）を有するｋ空間の所与のピクセルについて、ｋ空間の原点までの距離
【数１】
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は、そのピクセルの空間周波数を表す。空間（x、z）領域でのトランスデューサの動きを特徴付ける値は非常に大きく、従って非常に小さいｋr値を有するピクセルによって表される。
【００２８】
次に、上限及び下限のｋrを設定することによって、ｋ空間データをフィルタリングして、トランスデューサによって引き起こされるノイズの無いデータセットを提供する。一例として、ｋ空間データは、以下のようにフィルタリングすることができる。ｋlの下限は、ｋr＜ｋlを有する全てのピクセルがゼロに設定されるように設定され得る。黒画素を用いてゼロに設定された画素を表現すると、このプロセスは、図５の小さな黒色の円によって示される。同様に、ｋr＞ｋuを有する全てのピクセルがゼロに設定されるようにｋuの上限を設定することができ、これは、白色ドーナツの外側の黒色領域によって示される。このプロセスは、超音波スペックル（ultrasound speckles）に起因するｕ（x、z）の 「ソルト・ペッパー」（salt and pepper）ノイズを抑制するのに非常に有効である。
【００２９】
実際には、ｋl及びｋu制限を適用するのに、ｋ空間データを帯域通過フィルタリングする。ステップ関数の代わりに円滑な遷移をこれら制限で適用して、ギブス（Gibbs）のリンギング効果を減少させる。フィルタを定義するために適用される上限と下限を使用して、フィルタ処理されたデータセットが作成される。その後、フィルタリングされたデータに逆フーリエ変換を適用してデータを（ｘ、ｚ）空間領域に戻すことができる。新しく補正された画像は、トランスデューサの動きとせん断波のスペックルノイズの両方が抑制された所望のエラストグラフィの読みを提供する。
【００３０】
この方法では、連続振動の時間周波数をｆとすると、ｋ空間帯域通過フィルタリングは、ｆ／ｋuよりも低いまたはｆ／ｋlよりも高い速度のせん断波が抑制されるように、本質的に、せん断波データに速度制限を適用することである。せん断波速度の生物学的範囲は、通常、異なる組織について知られているので、これは、適切なｋl及びｋu限界を選択するのに役立ち得る。
【００３１】
ここで図６を参照すると、ローカル周波数推定（ＬＦＥ）が使用されるトランスデューサの動きを補正する別の例示的な方法のステップを示すフローチャートが例示される。ローカル周波数推定は、せん断波の伝搬速度を計算するために、単一周波数高調波のせん断波の局在波長を推定する磁気共鳴エラストグラフィ（ＭＲＥ）で広く使用されている方法である。図２のステップ２０２における画像取得後、ステップ６０２に示されるように、画像にローカル周波数推定が適用され、ステップ６０４に示すように、結果の画像が空間的にフィルタリングされて画像にまだ存在するノイズが抑制される。
【００３２】
例えば、所与の瞬時における２Ｄのせん断波動き画像に適用された場合、ローカル周波数推定は局所的な画像勾配を追跡して局所的なせん断波波長を推定することができる。従って、ローカル周波数推定は、トランスデューサの動きによる２Ｄせん断波画像の均一なバックグラウンドオフセットに影響されない。
【００３３】
その結果、入力せん断波データがトランスデューサの動きによって汚染された場合、ローカル周波数推定は正しいせん断波速度推定値を与え得る。しかしながら、ローカル周波数推定は、せん断波データにおけるスペックルノイズに敏感であり、低減されたせん断波長を与えることがある。従って、データにスペックルノイズがある場合には、せん断波速度が過小評価される。従って、ガウス平滑化空間フィルタのような空間（x、z）領域におけるｋ空間フィルタリング又は他の平滑化方法を使用して、ローカル周波数推定処理が行われる前にスペックルノイズを抑圧することができる。
【００３４】
図７に、トランスデューサの動きを抑制する別の例示的な方法のプロセスフローを表示するフローチャートを示す。この方法では、ステップ７０２に示すように、実質的に静止していることが知られる標的又は構造が、初期画像内で識別される。一例として、静止標的又は構造は、実質的に静止していることが知られている骨などの解剖学的標的又は構造で有り得る。画像の取得に続いて、ステップ７０４に示すように、通常静止している標的又は構造の動きの推定が行われる。
【００３５】
識別された目標は通常静止しているので、その動きの推定値は、連続的に振動するトランスデューサによって誘導される動きの推定値として使用することができる。従って、トランスデューサの動きの補正は、識別された目標の動きの推定値に基づいて行うことができる。せん断波画像化領域が、骨などの静止している即ち動いていないことが知られている目標を含む場合、超音波トランスデューサによって見られるこれらの目標の動きは、トランスデューサの振動によって引き起こされることが知られている。従って、ステップ７０６に示すように、そのような目標での動きが、全てのピクセルでの動きから差し引かれて、トランスデューサの動きを補正できる。
【００３６】
画像からトランスデューサの動きを除去する別の例の方法では、取得された画像に空間勾配が適用される。空間勾配操作は、所与の瞬時における１Ｄ、２Ｄ、又は３Ｄ空間せん断波データに適用されて、トランスデューサの動きを除去できる。トランスデューサの動きは、全ての空間次元にわたって比較的均一であることが知られているため、空間勾配操作によって抑制される。
【００３７】
トランスデューサの動きに加えて、連続振動はまた、様々な用途に望ましくない定在波パターンを生成することがある。方向性フィルタリングを利用して、せん断波を単方向波に分離することができる。これらの単方向波は次いで、せん断波速度推定に対するローカル周波数推定又は飛行時間法（time-of-flight method）によって処理され得る。さらに、直接反転も使用されて、ｋ空間フィルタリング又は指向性フィルタリングによって処理されたせん断波フィールドから組織の機械的特性を計算することができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、パルスエコー超音波によるせん断波場の迅速なサンプリングを実施しながら、ステップ２０２で取得された画像が取得される。以下の例では、２Ｄ空間せん断波検出が利用されるが、しかし、本開示で教示される方法は、空間において３次元に容易に拡張され得ることが理解されるべきである。
【００３９】
高速サンプリングの一例として、高調波のせん断波が、せん断波の振動周波数の何倍かで２Ｄ領域にわたってサンプリングされる。例えば、高調波のせん断波は、その振動周波数の１０倍（５０Ｈｚなど）でサンプリングすることができる。ハイエンドの従来の超音波画像化システムでは、平行ビームフォーミングを使用して１つのトランスミッションから複数のＡラインを画像化できる。
【００４０】
図８に示すように、Ｎ個の超音波ビーム｛Ｓ1、．．．、ＳＮ｝８０２が、それぞれＭ個のビーム｛Ｂ1、．．．、ＢＭ｝８０４であり、並列に形成される。ビームセット８０２は、画像化される２Ｄ領域全体をカバーするために使用される。ビームセット８０２が１０ｋＨｚのパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）で順次検出される｛Ｓ１、．．．、ＳＮ｝と仮定する。このプロセスは、１０ｋＨｚ／Ｎの周期で繰り返され得る。従って、Ｎが２０の場合、各ビーム位置で５００Ｈｚの有効サンプリング周波数を可能にする。
【００４１】
図９に示すように、四角９０２は、ビームセットＳ１〜ＳＮによってカバーされる位置での超音波検出の瞬時を表す。各ビームセットは、５００Ｈｚのパルス繰返し周波数でサンプリングされるが、隣接するビームセット間に１００マイクロ秒の時間シフトがある。せん断波エラストグラフィ再構成では、異なるビームセット間のこの小さな時間遅延を考慮する必要がある。この遅延問題を修正する方法はいくつかあるが、それらについては以下で説明する。
【００４２】
ビームセット間の時間遅延を補正する方法の一例では、時間補間が適用される。例えば、１０ｋＨｚに割り当てられた時間補間では、各ビームの時間グリッドは整列して同期され得る。補間された点は、図９の塗りつぶしされた円９０４によって表される。単一の周波数での連続振動によって生成されたせん断波は、本質的に、各ピクセルにおいて周期的な正弦波対時間を提供する。
【００４３】
ビームセット間の時間遅延を補正する別の例の方法では、等価正弦サイクルを有する一組の波を提供するように、せん断波をシフトさせる。撮像すべき２Ｄ領域が大きい場合には、上記のように、２Ｄ領域の全てのビームセットが１回の連続した検出でサンプリングされる場合、各ピクセルＰＲＦ／Ｎにおける実効サンプリング周波数は低すぎる。この問題を解決するために、ビームセットは、図８に示すように、複数のゾーンに分割し、各ゾーンは十分に高い実効サンプリング周波数で、上記の方法で検出され得る。
【００４４】
効果的なサンプリングを提供するために、ゾーンは、一度に１つのゾーンで順次撮像されることができる。図１０を参照すると、ゾーン１は第１の正弦サイクルにわたって検出され、黒丸は検出瞬時を表し、ゾーン２は第２正弦サイクルにわたって検出され、灰色の円は検出瞬時を表し、ゾーン３は第３の正弦サイクルにわたって検出され、白丸は検出瞬時を表す。せん断波信号は正弦波と周期的であるため、ゾーン２とゾーン３の信号はゾーン１と同じ正弦波にシフトされ得る。
【００４５】
このプロセスを介して、整列されかつ高い実効サンプリング周波数を有する全てのゾーンのせん断波信号が生成されている。あるいは、１つの大きなゾーンを使用して２Ｄ画像領域全体をカバーすることができ、全てのビームセットで検出されたせん断波を同じ正弦波にシフトさせて、シフトなしで存在するサンプリング周波数よりも高い実効サンプリング周波数を得ることができる。ここで教示されるシフト方法は、正弦波周期全体の整数だけシフトすることができることに留意されたい。上記で教示された時間補間方法は、同じ正弦サイクル内の追加の整列のためにさらに使用され得る。
【００４６】
ビームセット間の時間遅延を補正する追加の例示的な方法では、せん断正弦波信号は、コモンタイムグリッド（common time grid）にパラメトリックに適合される。再び図１０の左側を参照すると、個々のビームセットがサンプリングされる実際の時間は、異なる正弦波サイクルにわたって分散する可能性があることに留意されたい。正弦波の周波数とサンプルの実際のタイミングが分かっているので、正弦波をサンプルに整合させることができ、各ビームでの正弦波の振幅と位相の推定を行うことができる。
【００４７】
この推定に続いて、推定された振幅及び位相パラメータを使用して正弦波モデルから任意の時間における動きを計算することができる。このプロセスでは、全てのビームの時間グリッドはコモンタイムグリッドに合わせ得る。各ビームセットの元のサンプリングされた時間ポイントが不均一に離間することがあり、個々の時点間のギャップを有する複数のサイクルにわたり散乱される場合があるので、このアプローチは柔軟性があることが分かる。
【００４８】
上記の教示は、例示のための１Ｄアレイトランスデューサ及び２Ｄせん断波検出を使用する。この方法は、１Ｄ、２Ｄ、及び３Ｄのせん断波検出能力を有する単一素子トランスデューサ、１Ｄアレイトランスデューサ、２Ｄ機械走査トランスデューサ、及び２Ｄアレイトランスデューサに適用できることに留意されたい。
【００４９】
本発明を１つ又は複数の好ましい実施形態に関して説明したが、明らかに述べられている以外の多くの等価物、代替物、変形物及び改変が可能であり、本発明の範囲内であることを理解されたい。
【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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【国際調査報告】
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