專利名稱：對粘彈性介質(zhì)進行成像的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于對粘彈性介質(zhì)進行成像的方法與裝置的整體領域，并 且包括研究在粘彈性介質(zhì)中存在的運動。更具體而言，本發(fā)明涉及包括以 下步驟的方法激勵步驟，在該步驟中，在激勵區(qū)中產(chǎn)生內(nèi)部機械應力； 隨后是成像步驟，通過在響應于包含該激勵區(qū)的成像區(qū)中的所述內(nèi)部機械 應力而在所述粘彈性介質(zhì)中所產(chǎn)生的運動期間獲取信號來進行成像。
在特別有利的應用中，本發(fā)明涉及對人體器官的粘彈性特性進行成像。 在該醫(yī)學應用中，本發(fā)明尤其用于檢測諸如乳房、肝臟、卵巢等的器官中 液體區(qū)的存在，以及表征該區(qū)域。
背景技術：
乳房的回波描記檢査已經(jīng)使得可以根據(jù)與觀察到的病灶的形態(tài)和回波 描記紋理有關的信息來推斷該病灶的特定特征。特別是，可以基于展示液 體聲學特征的回聲(echogenicity)值來區(qū)分囊腫病灶(cystic lesion)和固態(tài)塊 (solid mass)。典型的囊腫在回波描記圖像上顯現(xiàn)為不產(chǎn)生回波的具有規(guī)則 幾何形狀的區(qū)域，在此假設充滿囊腫的液體幾乎不包含散射體，而除囊腫 之外的其他組織的回聲則被顯著增強，這是因為入射波束在囊腫中被衰減 得比在組織中更弱。
還可以根據(jù)固態(tài)病灶的形態(tài)來估計其為惡性情況的風險。具有明顯輪 廓并且其輪廓很少有圓形凸起且主軸平行于皮膚的圖像更有可能與良性病 灶相關。相反地，其輪廓不清晰并且具有強烈的后部陰影的不規(guī)則的(例 如星形的)圖像則非常有可能是惡性的。
不幸的是，這些形態(tài)準則并不夠，因為它們并不完全可靠，特別是對 于小病灶而言。特異性的缺乏己經(jīng)導致出現(xiàn)新的回波描記工具，其給出了 與病理狀態(tài)更相關的可定量的功能信息。
例如，存在多種彈性成像技術，其尋求測量組織的機械屬性，以便更征病灶。
還可以分析介質(zhì)的流變特性，以便區(qū)分固態(tài)特性和液體特性，具體已 知的是在精確定義的感興趣區(qū)域中產(chǎn)生輻射壓力，從而如果該區(qū)域是液體 則在其中產(chǎn)生該液體的流，然后能夠利用回波描記對該液體的流進行成像。
所獲得的圖像揭示了該感興趣區(qū)域的運動。當在所得到的圖像上觀察 到運動時，則就檢測到液體的存在。
這種僅通過檢測運動來檢測液體存在的方法導致以一種并非很魯棒性 的方式來對病灶進行分類，特別是對于復雜的囊腫，其具有產(chǎn)生回聲值的 粘性物質(zhì)，這在50%的情況中都會遇到。在該類型的囊腫中的輻射壓力區(qū) 域中所引起的運動與粘彈性固體的機械響應非常類似。因此存在或不存在 運動并非是區(qū)別準則。然而，由回波描記術所給出的形態(tài)準則被證明是不 足的，尤其是對于那種類型的囊腫而言。
此外，已知的方法僅能夠?qū)τ脩羲x擇的特定介質(zhì)區(qū)域進行測試。該 方法是專用的，并且想要在對介質(zhì)進行成像時連續(xù)地實施該已知方法并不 現(xiàn)實。
最后，該已知方法僅用于檢測液體的存在，并不對病灶的流變特性進 行任何分級。除此之外，這些病灶可能是以下情況的囊腫粘性的、乳狀 的、石灰狀的、出血的、或?qū)嶋H上由沉淀物形成，并且因此它們呈現(xiàn)出不 同且變化的流變特性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是通過提出一種彈性成像技術來減輕這種缺 點，該技術尤其使得可以在單個病灶中區(qū)分液體成分和固體成分，本發(fā)明 在于如簡介部分中所述的方法并且進一步包括計算步驟，計算與所述成 像區(qū)中位于所述激勵區(qū)外部的給定深度處的至少一個點處的所述粘彈性介 質(zhì)的流變特性相關的定量指標，所述定量指標表示在以下信號之間的比較 在響應于所述激勵區(qū)中位于所述給定深度處的至少一個點處的機械應力而 產(chǎn)生的運動期間所獲得的信號，以及在響應于所述成像區(qū)中位于所述激勵 區(qū)外部的至少所述點處的機械應力而產(chǎn)生的運動期間所獲得的信號。
這種方法是基于表征粘彈性介質(zhì)中不同區(qū)域的相對運動的，通過這些區(qū)域?qū)C械應力的響應方式來區(qū)分它們。該方法系統(tǒng)地提出了計算定量 指標以揭示在位于所述激勵區(qū)外部的介質(zhì)中存在或不存在傳播的機械波。 因此，本發(fā)明的方法使得可以例如通過給出在多個點處的定量指標的圖來 觀察介質(zhì)中的較寬區(qū)域。該定量指標有利地是相似度指標。
為計算定量指標而獲得的信號優(yōu)選地是位移場、或運動場、或超聲噪 聲或"斑點"。獲得這種場對于本領域普通技術人員而言是己知的。
本發(fā)明的方法使得可以基于波傳播準則來識別固體區(qū)域或液體區(qū)域， 所述波傳播準則是一種魯棒性的物理準則。因此本發(fā)明使得能夠在整個成 像區(qū)上表征流變特性。利用本發(fā)明，在不必知道對介質(zhì)進行成像的區(qū)域的 先驗信息的情況下，就能夠執(zhí)行所有的表征。
在一種有利實現(xiàn)中，所述對所獲取的信號進行比較的步驟包括比較 所獲得的信號中的時間變化和/或幅度變化。
有利的是，所述計算步驟包括計算在為所考慮的兩個點所獲取的信號 之間的相關函數(shù)的最大值，所述定量指標是所述最大值的函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一特定特征，所述內(nèi)部機械應力是超聲輻射壓力所產(chǎn) 生的機械振動。
然后，利用存在或不存在所述機械振動所產(chǎn)生的剪波的傳播，來實現(xiàn) 對固體和液體的區(qū)分。應該觀察到的是，生成這種剪波是有利的，這是因
為其后會與使用已知(例如專利WO2004/0210838)方法對粘彈性介質(zhì)的彈 性的測量并行地執(zhí)行本發(fā)明的方法。另外，產(chǎn)生這種剪波使得可以將機械 激勵應用于介質(zhì)的深處，由此可以探測器官內(nèi)深處的流變特性。這就為這 種激勵提供了另一種優(yōu)勢。
在一種有利的應用中，所述激勵步驟與治療相結(jié)合。然后，有利的是， 由用于治療目的的波束來產(chǎn)生所述應力，例如聚焦的超聲波束。
此外，在本發(fā)明中，在介質(zhì)中產(chǎn)生運動的激勵可以是多種機制的產(chǎn)物， 這些機制具體包括一種或多種生物機制或者甚至是低頻的外部振動。根據(jù) 本發(fā)明，這種機制需要產(chǎn)生位于激勵區(qū)中的內(nèi)部機械應力。
在本發(fā)明的特定特征中，所述成像步驟包括發(fā)射子步驟，用于按照
足以測量由所述內(nèi)部機械應力所產(chǎn)生的所述運動的動態(tài)特性的重復頻率將
超聲波發(fā)射到所述成像區(qū)中；檢測和記錄子步驟，用于檢測并記錄在所述介質(zhì)中產(chǎn)生的超聲回波，作為所獲取的信號；以及估計子步驟，用于根據(jù)
至少兩次連續(xù)超聲波發(fā)射的檢測回波以及所述超聲波發(fā)射的頻率來估計運 動，其中所述定量指標是根據(jù)所述估計的運動計算出的。
采用已知方式，在所述成像步驟期間所產(chǎn)生的超聲波被在激勵波的傳 播線上的組織散射體反射。使用這種特征，就可以具體使用同一換能器陣 列來進行激勵和對介質(zhì)進行成像。
在一種有利實現(xiàn)中，為在所述激勵區(qū)外部同一給定深度處的兩個點計 算至少兩個"方向"的定量指標，其分別位于所述激勵區(qū)兩側(cè)中的一側(cè)，
所述定量指標表示以下信號之間的兩個比較在響應于所述激勵區(qū)中位于 所述給定深度處的至少一個點處的機械應力而產(chǎn)生的運動期間所獲取的信 號，以及在響應于所述成像區(qū)中位于所述激勵區(qū)外部的至少所述兩個點處 的機械應力而產(chǎn)生的運動期間所獲取的信號。
這種特征使得可以確定在給定激勵區(qū)的任一側(cè)上的給定深度處所述介 質(zhì)的特性。由此，可以在所述激勵區(qū)位于具有不同回聲值的兩個區(qū)域之間 的交界面上時，揭示在該交界面任一側(cè)上的不同粘彈特性。
在本發(fā)明的一個具體實現(xiàn)中，在所述介質(zhì)的由回波描記術所定義的區(qū) 域的邊界上計算所述定量指標，以便在周圍介質(zhì)中測試其永久或臨時特性。這種實現(xiàn)使得可以測試在組織中的固體病灶的可能滑動。在周圍組織 內(nèi)病灶的該固定或滾動狀況同樣是用于表征病灶的重要準則。
有利的是，計算與在所述激勵區(qū)中給定深度處的點相關聯(lián)的第二定量 指標，其是位于所述激勵區(qū)外部、沿著所述給定深度處的直線的多個點的 所述定量指標的空間變化的函數(shù)。
這種特征使得可以確定沿著所述線的具有不同粘彈屬性的區(qū)域，例如 用以確定在對病灶執(zhí)行HIFU治療時由高強度聚焦超聲"HIFU"所引發(fā)的 組織壞死區(qū)域或完全凝結(jié)區(qū)域的范圍。
有利的是，為所述激勵區(qū)中不同深度處的多個點計算第二定量指標。
這種特征使得可以根據(jù)深度確定所述介質(zhì)的粘彈屬性。這使得具體能 夠定義包含液體的區(qū)域的輪廓。
有利的是，在不同時刻，重復所述定量指標或所述第二定量指標的計算。這種特征可以跟蹤所述介質(zhì)的粘彈屬性隨時間的變化。特別是，這使
得可以跟蹤在HIFU造成的或甚至由射頻治療造成的壞死的尺寸隨著治療
時間的變化。
有利的是，計算"時間"定量指標，其是定量指標中的時間變化的函數(shù)。
可以為單個定量指標以及為第二定量指標，來計算這種時間指標。 有利的是，可以通過移動所述激勵區(qū)來重復進行該方法，以便測量在 粘彈性介質(zhì)中整個感興趣區(qū)中的定量指標。
有利的是，該方法包括構(gòu)建步驟，用于構(gòu)建所述粘彈性介質(zhì)的回波描
記圖像；并且該方法還包括顯示步驟，用于在所獲得的回波描記圖像上將 定量指標或從所述指標導出的幅度顯示為亮度值或顏色值。
在一種有利的實現(xiàn)中，使用所述定量指標的信息，通過跟蹤所述介質(zhì) 的修改來計算用于治療及其發(fā)展過程的參數(shù)，特別是所引起的凝結(jié)或組織 壞死的尺寸。例如，所執(zhí)行的治療可以是高強度聚焦超聲治療(HIFU)或 射頻治療。
還可以使用所述定量指標來計算其他類型的局部治療的參數(shù)，特別是 射頻治療。
本發(fā)明還提供了一種用于對粘彈性介質(zhì)進行成像的裝置，該裝置包括 激勵模塊，用于在激勵區(qū)中產(chǎn)生內(nèi)部機械應力；以及成像模塊，用于獲取 信號，以便對響應于在包含所述激勵區(qū)的成像區(qū)中的所述內(nèi)部機械應力而 由所述粘彈性介質(zhì)中的機械應力所產(chǎn)生的運動進行成像。本發(fā)明的裝置還 包括計算模塊，用于計算與位于所述激勵區(qū)外部給定深度處的至少一個
點處的所述粘彈性介質(zhì)的流變特性相關的定量指標，所述定量指標表示在
以下信號之間的比較在響應于所述激勵區(qū)中位于所述給定深度處的至少
一個點處的機械應力而產(chǎn)生的運動期間所獲得的信號，以及在響應于所述 成像區(qū)中位于所述激勵區(qū)外部的至少所述點處的機械應力而產(chǎn)生的運動期 間所獲得的信號。
有利的是，所述激勵模塊是換能器陣列，其還可用作成像模塊。 在一個優(yōu)選實現(xiàn)中，該方法的各個步驟由計算機程序指令確定。 因此，本發(fā)明還提供了在數(shù)據(jù)介質(zhì)上的一種計算機程序，該程序適于在成像裝置中實現(xiàn)，并且包括適于執(zhí)行以下步驟的指令激勵步驟，在該 步驟中，在激勵區(qū)中產(chǎn)生內(nèi)部機械應力；成像步驟，通過在響應于在包含 該激勵區(qū)的成像區(qū)中的內(nèi)部機械應力而由粘彈性介質(zhì)中的機械應力所產(chǎn)生
的運動期間獲取信號來對介質(zhì)進行成像；以及計算步驟，基于以下信號之 間的比較來計算與所述粘彈性介質(zhì)的流變特性相關的定量相似度指標在 響應于所述激勵區(qū)中至少一個點處的機械應力而產(chǎn)生的運動期間所獲得的 信號，以及在響應于所述成像區(qū)中位于所述激勵區(qū)外部的至少所述點處的 機械應力而產(chǎn)生的運動期間所獲得的信號。
該程序能夠使用任何編程語言，并且其可以采用源代碼形式、目標代 碼形式或在源代碼與目標代碼中間的代碼的形式，諸如部分編譯的形式， 或者采用任何其他期望的形式。
本發(fā)明還提供了可由成像裝置讀取的數(shù)據(jù)介質(zhì)，其包括如上所述的計 算機程序指令。
該數(shù)據(jù)介質(zhì)可以是能夠存儲程序的任何形式的實體或裝置。例如，該
介質(zhì)可以包括諸如只讀存儲器(ROM)的存儲裝置，例如CD ROM或微 電子電路ROM，或者甚至是磁記錄裝置，例如軟盤或硬盤。
此外，該數(shù)據(jù)介質(zhì)可以是傳輸介質(zhì)，例如電信號或光信號，其能夠經(jīng) 由電纜或光纜借助于電波或其他形式來傳送。特別是，本發(fā)明的程序可以 從因特網(wǎng)類型的網(wǎng)絡下載。
或者，該數(shù)據(jù)介質(zhì)可以是集成電路，在其中包含有該程序，該電路適 于執(zhí)行本發(fā)明的方法或在執(zhí)行本發(fā)明的方法時使用。


根據(jù)以下參考附圖的描述，能夠了解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點，其中 附圖示出了具有非限定性標記的實施例。在附圖中 圖1是本發(fā)明的裝置的使用的示意性表示； 圖2是本發(fā)明的裝置的示意性表示； 圖3示出了本發(fā)明在粘彈性介質(zhì)中的具體應用；
圖4a和4b是在包含液體的區(qū)域以及在整體為固體的區(qū)域中，實現(xiàn)本 發(fā)明的成像方法的示意性表示；圖5是示出為圖4a和4b中所示的兩個環(huán)境所獲得的相關系數(shù)的圖； 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的定量指標的顯示的實例。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的成像裝置1的示意性表示，其用于對粘彈性介質(zhì)2 進行成像。在一個有利實現(xiàn)中，介質(zhì)2是生物組織，例如人體器官或器官 的一部分，諸如乳房。
該裝置1連接到至少一個超聲探測器3。這種探測器3可以包括單個元 件，或者一維或二維換能器陣列。當本發(fā)明的裝置用于觀察介質(zhì)2時，該 探測器3與介質(zhì)2接觸。
裝置1包括用于控制探測器3發(fā)射壓縮波(例如超聲波)的電子模塊。
粘彈性介質(zhì)2漫射這種壓縮波。具體而言，能夠在粘彈性介質(zhì)2中傳 播超聲壓縮波，由此能夠獲得回波描記圖像。
有利的是，裝置1連接到顯示模塊4，該顯示模塊能夠顯示從成像數(shù)據(jù) 中所提取的信息。
圖2更準確地示出了裝置1和探測器3。在該圖中所示的實例中，探測 器3是直線形的一維換能器陣列，包括有N個元件[T1,T2，…TN]，其中， 例如N等于128。裝置1包括一定數(shù)量的通道V，優(yōu)選的是N個通道 [V1，V2,...,VN]，即，在該實例中為128個通道，這些通道能夠分別獨立控 制探測器3的各個換能器元件[T1,T2,…TN]。
軟件模塊5用于控制電子通道[￥1,￥2,...，\^]，以便實現(xiàn)激勵序列和成 像序列，以及還使這些序列交替。
存儲器模塊6用于記錄在成像序列期間所接收的反向散射的超聲信號。
根據(jù)本發(fā)明，為了觀察介質(zhì)2的流變特性，對裝置1進行編程以執(zhí)行 本發(fā)明的方法的各個步驟。
本發(fā)明的第一步驟在于機械激勵在介質(zhì)2中產(chǎn)生內(nèi)部機械應力。由 此通過本身由軟件模塊5控制的電子通道將激勵信號發(fā)送到換能器元件。
有利的是，通過使用獨立換能器元件組[T1，T2，…TN]或者使用單個換能 器元件連續(xù)發(fā)射一個或多個超聲壓縮波來產(chǎn)生內(nèi)部機械應力，可選地，對 所述超聲壓縮波進行聚焦。作為例子，能夠通過聚焦具有充足能量的聲波束以連續(xù)在一個或多個 深度上激勵該組織，來執(zhí)行該激勵步驟。
有利的是，裝置1能夠通過增加壓力場的幅度或者通過增加所發(fā)射波 列的長度來增加這些波的能量。在所設計的應用中，有利地，波列的長度
在1微秒Ois)到10，000ps的范圍內(nèi)。
有利的是，激勵超聲波的頻率在0.1兆赫茲(MHz)到50MHz的范圍 內(nèi)。此外，可以使用對激勵信號的時間編碼以便提高其穿透性。
圖3示出了在介質(zhì)2中的本發(fā)明的機制。在該圖中，發(fā)射了多個波， 這些波聚焦在位于不同深度處的多個點Ai上。由此，聲穿透了覆蓋該波的 這些聚焦點Ai的"激勵"區(qū)A。所使用的波具有充足的能量來使組織運動， 主要是在z方向上運動，由此產(chǎn)生了剪波。例如，使用長度在l(is到10,000ps 范圍內(nèi)的波列，并且使用的波束的數(shù)量在1到50范圍內(nèi)，并且以在10赫 茲(Hz)到20，000Hz范圍內(nèi)振蕩的重復速率來發(fā)射這些不同激勵序列。從 而，該聲穿透區(qū)A被超聲輻射壓力所激勵。
壓縮波還能夠同時地或交替地聚焦在至少兩個不同位置上。在任何情 況下，激勵區(qū)A都是一組聲穿透點的拼接(concatenation)。還應觀察到的 是，使用未聚焦或極少聚焦的波對于覆蓋較寬且展開的激勵區(qū)域而言是有 利的。
本發(fā)明的方法的第二步驟是成像步驟，在該步驟中，連續(xù)發(fā)射超聲波， 以便照射介質(zhì)2的包含激勵區(qū)A的"成像"區(qū)B。優(yōu)選地，可以通過使用 與激勵序列不同的激勵頻率或電壓來使用與激勵步驟相同的換能器陣列 [T1,T2,…TN]。
此外，作為替代方案，也完全可以設想使用在第一陣列中所包含的換 能器或其他元件的第二陣列，或者甚至使用單個元件的換能器。特別是， 這使得可以將成像步驟與激勵步驟并行處理。
在成像步驟期間的發(fā)射速率必須非常高，以便觀察剪波或流的傳播。 通常，這對應于O.lHz到20,000Hz范圍內(nèi)的發(fā)射速率。
可以使用聚焦的或未聚焦的超聲波來執(zhí)行成像步驟期間對介質(zhì)2的聲 學照射。
在該成像步驟期間，在介質(zhì)2的區(qū)域B中存在的反射粒子反射該超聲波。這些反射造成了超聲回波。然后，用換能器陣列[T1,T2,…TN]檢測與 這些超聲回波相對應的反向散射信號，并記錄在存儲器模塊6中。
然后，可以觀察運動對回波描記圖像的影響。更具體而言，根據(jù)所獲 取的超聲回波，對介質(zhì)中運動的估計用于定量粘彈性介質(zhì)對內(nèi)部激勵應力 的機械響應。為了實現(xiàn)該對于運動的估計，將與一組給定的反射粒子或散 射體相對應的反向散射信號進行相互比較，以便估計該組散射體相對于原 始位置或先前位置的位移。
所估計的位移可以是軸向的或者矢量化的。當基于在換能器元件 [T1,T2,…TN]上的到達時間中的延遲來估計相對于其中一次先前發(fā)射的位
移并且假設超聲傳播速度恒定且己知時，就獲得了位移速度。
在該情況中可以使用本領域技術人員已知的用于估計運動的常規(guī)方
法。例如，可以使互相關函數(shù)最大化、諸如估計相移之類的頻率類型的方
法、或者甚至是用于估計速度的多普勒方法。還能夠設想矢量方案，諸如
矢量多普勒方法，或者使用光流。
在軟件模塊5中實現(xiàn)這些估計方法，軟件模塊5處理存儲在存儲器模
塊6中的數(shù)據(jù)。
例如，軟件模塊5使得執(zhí)行通道被形成為以便計算成像區(qū)B的一系列 回波描記圖像，然后使用本領域技術人員己知的一維或矢量算法來根據(jù)所 述圖像計算出運動估計。
在估計由激勵內(nèi)部機械應力所引起的運動時計算出的運動場可以是絕 對位移場或者相對位移場，即速度。
有利的是，為了估計位移，有利的是在激勵之前執(zhí)行對介質(zhì)2成像的 預備步驟。這一步驟是發(fā)射至少一個壓縮超聲波，并且接收反射的回波 以便建立參考回波組。
本發(fā)明的方法的接下來的步驟是計算步驟，計算用于分析介質(zhì)的流變 特性的定量指標。其是估計從在激勵區(qū)A的至少一個點與成像區(qū)域B中 在區(qū)域A外部的一個點之間的由該激勵造成的位移場的一致性。
圖3示出了在粘彈性介質(zhì)2的觀察區(qū)B中實現(xiàn)該計算。對于關于屬于 激勵區(qū)A的點AO附近的機械行為的局部量化，本發(fā)明使用了在所述點AO 處的運動的估計以及位于該激勵區(qū)A外部的成像區(qū)中的至少一個點B01處的運動的估計。這尤其可用于量化運動時的變化。
點B01優(yōu)選地距離點AO較近，例如橫向上與其相距0.5毫米(mm)， 以便確定區(qū)域AO的流體特性或固體特性。
在實際中，術語"點"用于指定介質(zhì)2中在介質(zhì)2的幾何學點周圍的 較小物理區(qū)域。該物理區(qū)域的尺寸可以是可變的，以便執(zhí)行估計的魯棒性 與處理時間之間的折衷。可以通過例如對包含在這些臨界區(qū)域中的像素求 算術平均，來概括在這些區(qū)域中的位移。
當計算了位移的多個像素或多個單元對應于介質(zhì)中在一個點周圍的給 定物理區(qū)域時，將定量指標(例如根據(jù)相關系數(shù)所計算出的)計算為對應 區(qū)域A和B中的每對像素或單元而計算的定量指標的均值，例如，對應區(qū) 域A和B中的每對像素而計算的相關系數(shù)的均值。
根據(jù)本發(fā)明，對在點AO和B01周圍的相應區(qū)域中所觀察到的在位移的 時間變化或類似地在速度的時間變化之間進行比較，并且從中推導出與介 質(zhì)2的粘彈特性相關的定量指標。
該定量指標優(yōu)選地表征了在兩個點上的位移場的空間一致性?？臻g一 致性意指在不同點上獲得的位移場之間存在或不存在相似度。該一致性涉 及所獲得的信號的幅度和/或者這些信號的時間變化。定量指標具體可稱為 "相似度"指標。為了量化幅度的相似度以及時間變化的相似度，具體可 以通過在A0上的位移信號與在B01上的位移信號之間的最大相關系數(shù)來構(gòu)
建該指標。
圖4a和4b示出了在包含液體囊8的介質(zhì)2中，當激勵區(qū)的點AO位于 液體囊8中時以及當激勵區(qū)的點AO位于液體囊8外部時，實現(xiàn)本發(fā)明的情 況。
定量指標是使用以下公式計算的最大相關系數(shù)
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，L掃描一個時間段，L是待研究的場，其具體可以是速度或位移場或 甚至可以是超聲斑點強度場，2L是與點A0處于同一深度上的點BOl的橫坐 標，xs是點AO的橫坐標。這種系數(shù)表示在介質(zhì)的運動期間，在為點AO和B01所獲得的信號的時間變化之間的比較。
可以在根據(jù)點A0和B01處的位移或速度場的時間平均所得到的位移或 速度場之間計算最大相關系數(shù)。
也可以計算其他類型的定量指標，以便量化在AO和B01上的位移信號 之間的相似度。具體而言，其可以包括在原始的或?qū)Ψ冗M行歸一化后的 信號之間或者在可選地進行了偏移的信號之間的不同的距離，例如p范數(shù)、 Euclidean范數(shù)(p=2)、熵準則，諸如Kullback散度、等等，或者甚至可以 通過計算互相關函數(shù)的最大值。
有利的是，如圖3所示，觀察多個點B0j， j=l到M，這些點與點AO 處于同一深度，并且與點AO相距不同距離。再一次對在從點AO與B0j周 圍的相應區(qū)域所觀察到的位移的時間變化或類似地速度的時間變化進行空 間上的比較，并且為每個點B0j推導出與介質(zhì)2的粘彈特性相關的定量指 標。由此，在給定激勵之后，分析與AO相距越來越遠的多個點。
有利的是，如圖4a和4b所示，計算至少兩個方向定量指標C01和C0j'， 在兩個點B01和BOj'的激勵區(qū)域的兩側(cè)中的每側(cè)一個方向定量指標，并且 該兩個點B01和BOj'分別位于激勵區(qū)的一側(cè)上。
由此本發(fā)明使得可以對交界面進行具體檢測和表征，這是因為可以通 過分析在激勵區(qū)A中或者任意一側(cè)上的機械響應來表征在具有不同粘彈特 性的兩種介質(zhì)之間的交界面。在給定激勵區(qū)的兩側(cè)上的兩個方向定量指標 之間的巨大差異表示存在交界面，即，在激勵區(qū)A的附近存在機械特性的 突變。
圖5示出了對于多個點B0j和B0j，，通過如上所述的且在如圖4a和4b 中所示地執(zhí)行成像期間所獲得的最大相關系數(shù)所構(gòu)成的方向定量指標的 值，這些點在激勵區(qū)A的任一側(cè)的橫坐標2L最大到20mm。在圖4a中，所 獲得的曲線示出了在A0所屬于的激勵區(qū)A外部、所研究的場的去相關 (decorrelation)。這種形狀的曲線對應于在AO處存在液體。
相反，對于圖4b，所得到的曲線示出了相關最大值，其對應于點B0j
和B0j'的橫坐標2L的增加而略微下降。
有利的是，可以確定定量指標為最大值時的點B0j。然后可以將點A0 與該指標相關聯(lián)，該指標例如可以是在AO處的位移信號與在點B0j(B01，…,B0M》處的位移信號之間的最大相關系數(shù)的最大值。
具體而言，具有距離AOBOj的定量指標中的變化還可以有利地產(chǎn)生第 二定量指標來表征粘彈性介質(zhì)2的流變特性。該第二定量指標描述隨著與 AO之間的距離增加，定量指標減小。有利的是，根據(jù)在與點AO處于同一 深度的線上的先前計算的定量指標的空間變化，計算出該與點AO相關聯(lián)的 定量指標0
例如，可以估計在點AO的深度處的定量指標的梯度，以計算與下降了 n% (例如90%)后的定量指標相對應的距離，從而計算定量指標的凹度或 者與定量指標的空間二階導數(shù)相關聯(lián)的某種其他屬性等等，這些量值中的 每一個都可以構(gòu)成與激勵區(qū)A的給定深度相關聯(lián)的第二定量指標。
然后可以重復若干次以上計算，從而計算在不同深度處的多個點上的 第二定量指標，并且計算在激勵區(qū)A中的該第二定量指標的圖。并行地， 還能夠繪制出成像區(qū)B中的定量指標的圖。
如圖3中所示，隨后將激勵區(qū)A細分為Z方向上的P+l個點 Ai={AO...AP}。對于每個測量點Ai，在成像區(qū)B中激勵區(qū)A的至少一側(cè)上 定義一組M個點Bij，其中gl。
對于所有的SP且所有的j^M，計算在點Ai的至少一個速度場或位移 時間場與點Bij的至少一個速度場或位移時間場之間的最大相關系數(shù)Cij。
然后，根據(jù)為Bij所計算的數(shù)量相似度指標，重復地計算在激勵區(qū)A 中的不同點AO...AP上的第二定量指標，其中P^)。將在Ai上所計算的第 二定量指標被定義為例如相關系數(shù)Cij相對于j的導數(shù)的最大值。
此外，還在對所涉及的區(qū)域A和B中的多個點上的速度或位移場進行 時間平均所得到的速度或位移場之間，計算系數(shù)Cij。
對于每個i都重復第二定量指標的計算，其中i《P，從而覆蓋激勵區(qū)A 的所有點Ai。
此后，在連續(xù)的激勵發(fā)射中，可以移動該激勵區(qū)A。通過執(zhí)行多個交 替的激發(fā)與成像序列，以及通過移動激勵區(qū)和成像區(qū)A和B，例如在所成 像的介質(zhì)中橫向移動，就可以在深度上或在方位角上位移A，以便覆蓋如 圖1所示的擴展區(qū)D。
然后就可以對介質(zhì)2的每個激勵點A給予一個二進制值，例如通過使用第二定量指標的閾值，并且可以通過使用顏色編碼或顯示編碼來顯示該 值。這種顯示的一個實例在圖6中給出，其中，黑色區(qū)域?qū)跈z測到如
圖4所示的液體囊8。
有利的是，能夠在激勵區(qū)周圍定義兩個"方向"第二定量指標， 一個
是Cij相對于j的導數(shù)最大值，其中j對應于位于Ai的一側(cè)上的點Bij，另 一個是Cij，相對于j的導數(shù)最大值，其中j對你給予在Ai的另一側(cè)上的點 Bij'。再一次，這種第二定量指標用于當它們在激勵區(qū)的兩側(cè)非常不同時， 揭示出存在交界面。
還可以根據(jù)為給定的對[Ai;Bij]而相繼計算的定量指標的時間變化，計
算"時間"定量指標。這種第二定量指標具體用于給出關于該介質(zhì)的釋放 時間的附加信息，其量值與該介質(zhì)的粘性相關。
應觀察到的是，還可以使用先前計算的第二指標的時間變化。在本發(fā) 明中可以設想在多個深度處進行這種計算。
還可以根據(jù)空間變化計算第二定量指標，所述空間變化是為與位于點 A0…AP上的一組點Bij=B0j到BPj配對的一組點A0…AP所計算的定量指 標的深度的函數(shù)。
在同一條線上，還可以使用作為先前計算的第二定量指標的深度的函 數(shù)的空間變化。再一次，為多個深度執(zhí)行計算。
通過使得能夠具體測試是否存在較深的交界面，這種第二定量指標能 夠具體用于給出關于病灶的深度范圍的指示。
上述定量指標的信息使得可以分析在激勵區(qū)A內(nèi)部和外部的介質(zhì)2的 行為，并且使得可以推斷出特定的粘彈性行為。
基于流體中引發(fā)的運動是在機械激勵區(qū)A以及可能在與其非常接近的 區(qū)域中保持受限的流，可以實現(xiàn)液體行為與固體行為之間的明顯區(qū)別。相 反地，在固體中，所述激勵產(chǎn)生了傳播的剪波，其在空間上將機械響應延 伸到距離該源很遠的地方。
基于作為實例而給出的所計算的定量指標，數(shù)量相似度指標的較大值 表示在源的內(nèi)部和外部的場之間具有強相關性，這表示存在傳播的剪波， 其是粘彈性固體的特征。相反的，數(shù)量相似度指標的較小值更多地表示粘 性液體。因此，在不考慮點Bij的位置的情況下所獲得的接近于1的相關系數(shù)意 味著彈性波以很小的衰減傳播并且該介質(zhì)為固體。
在更為粘性的固體中，衰減將會導致相關系數(shù)隨著距離AiBij增加而逐 漸減小。
相反，在液體中，相關系數(shù)隨著距離AiBij增加而非?？焖俚叵陆?。這 是由于以下事實SP，在Ai處的激勵與在Bij處的液體流種類是非常不同 的。
由此，通過計算在多個點對[Ai;Bij]處的定量指標，可以檢測定量指標 中的空間變化，其中所述定量指標是在所成像的介質(zhì)的兩個維度上突然地 或以其他方法改變的粘彈屬性的特征。例如，在檢測乳房病灶的具體應用 中，有著清晰界限(即具有清晰輪廓)的病灶通常是良性的并且所呈現(xiàn)出 的定量指標上的空間變化與界限非常不清晰的滲透的惡性病灶區(qū)別很大。 這種對健康組織與病灶之間交界面的機械特征的確定使得它們可以被表 征。
根據(jù)本發(fā)明的確定定量指標還能夠用于量化流體的粘性，特別是，流 體的運動在朝著源延伸且隨著流體粘性的增加而在徑向方向上更進一步地 衰減。
對于粘彈性固體，為介質(zhì)中的各對點Ai和Bij計算的定量指標所量化 的對于傳播的剪波的時間機械響應的空間變化隨著粘性的增加和彈性的減 小而變得更大。
由于定量指標給出了對于在剪波場中的兩個點之間的空間一致性的估 計，因此其是介質(zhì)的釋放時間的相關指示器，并且還是用以測量彈性的質(zhì) 量的指示器。因此，通過依賴于定量指標能夠表示的質(zhì)量準則，能夠并行 地進行可選的定量彈性估計，例如利用在專利WO2004/0210838中所述的 方法。
有利的是，能夠在對介質(zhì)進行成像時持續(xù)重復本發(fā)明的整個方法，以 便周期性地更新所計算的定量指標圖。特別是，可以計算在離散距離上的 定量指標，例如為了在對介質(zhì)2進行HIFU治療的同時跟蹤正在壞死的區(qū)域 中的變化。以這種方式跟蹤定量指標能夠用來執(zhí)行對治療該介質(zhì)的方法的 自動控制。有利的是，顯示在成像區(qū)中的定量指標的圖像，或者與其相關的幅度 的圖像。為此，可以使用適當?shù)念伾幋a。這種顯示可以采用疊加到標準 回波描記圖像上的方式來實現(xiàn)，或者可以采用并置的方式來實現(xiàn)。該顯示 可以是分級的，由此例如能夠評估粘性，或者其可以是二值的，由此可以 辨別液體區(qū)域與固體區(qū)域。因此，例如，可以將定量指標與像素顏色值相
關聯(lián)，并且可以創(chuàng)建區(qū)域D的定量相似度指標并顯示在顯示模塊4上。
權利要求
1、一種用于對粘彈性介質(zhì)(2)進行成像的方法，包括以下步驟激勵步驟，在該步驟中，在激勵區(qū)(2)中產(chǎn)生內(nèi)部機械應力；成像步驟，通過在響應于包含所述激勵區(qū)[A]的成像區(qū)[B]中的所述內(nèi)部機械應力而由所述粘彈性介質(zhì)(2)中的機械應力所產(chǎn)生的運動期間獲取信號來進行成像；該方法的特征在于，其進一步包括計算步驟，用于計算與所述成像區(qū)(2)中位于所述激勵區(qū)(A)外部的給定深度處的至少一個點[Bij]處的所述粘彈性介質(zhì)(2)的流變特性相關的定量指標[Cij]，所述定量指標表示在以下信號之間的比較在響應于所述激勵區(qū)[A]中位于所述給定深度處的至少一個點[Ai]處的機械應力而產(chǎn)生的運動期間所獲得的信號，以及在響應于所述成像區(qū)[B]中位于所述激勵區(qū)[A]外部的至少所述點[Bij]處的機械應力而產(chǎn)生的運動期間所獲得的信號。
2、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述信號比較步驟包括比 較所述信號的時間變化和/或幅度變化。
3、 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述計算步驟包括計 算對應于所考慮的兩個點[Ai，Bij]的所獲得的信號的相關函數(shù)的最大值，所 述定量指標[Cij]是該最大值的函數(shù)
4、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)部機械應力是由超 聲輻射壓力產(chǎn)生的機械振動。
5、 如以上任一權利要求所述的方法，其特征在于，所述成像步驟包括: 發(fā)射子步驟，用于按照足以測量由所述內(nèi)部機械應力所產(chǎn)生的所述運動的動態(tài)特性的重復頻率將超聲波發(fā)射到所述成像區(qū)中；檢測和記錄子步驟，用于檢測并記錄在所述介質(zhì)(2)中產(chǎn)生的超聲回 波，作為所獲取的信號；以及估計子步驟，用于根據(jù)至少兩次連續(xù)超聲波發(fā)射的檢測回波以及所述 超聲波發(fā)射的頻率來估計運動，其中所述定量指標[Cij]是根據(jù)所述估計的運 動計算出的。
6、 如以上任一權利要求所述的方法，其特征在于，為在所述激勵區(qū)[A]外部同一給定深度處的兩個點[Bij，Bij']計算至少兩個"方向"相似度定量指 標[Cij,Cij，]，這兩個點分別位于所述激勵區(qū)[A]的兩側(cè)，所述定量指標[Cij，Cij']表示以下信號之間的兩個比較在響應于所述激勵區(qū)[Ai]中位于所述給定深度處的至少一個點處的機械應力而產(chǎn)生的運動期間所獲取的信號，以及在響應于所述成像區(qū)中位于所述激勵區(qū)[A]外部的至少所述兩個點 [Bij，Bij']處的機械應力而產(chǎn)生的運動期間所獲取的信號。
7、 如以上任一權利要求所述的方法，其特征在于，在所述介質(zhì)的由回 波描記術所定義的區(qū)域的邊界上計算所述定量指標[Cij]，以便在周圍介質(zhì)中 測試其永久或臨時特性。
8、 如以上任一權利要求所述的方法，其特征在于，計算與在所述激勵 區(qū)中給定深度處的點相關聯(lián)的第二定量指標，其是位于所述激勵區(qū)[A]外部 的、沿著所述給定深度處的直線的多個點的所述定量指標[Cij]的空間變化的 函數(shù)。
9、 如權利要求8所述的方法，其特征在于，為所述激勵區(qū)[A]中在不同 深度處的多個點[Ai]計算第二定量指標。
10、 如以上任一權利要求所述的方法，其特征在于，在不同時刻，重 復所述定量指標或所述第二定量指標的計算。
11、 如以上任一權利要求所述的方法，其特征在于，計算"時間"定 量指標，其是定量指標[Cij]中的時間變化的函數(shù)。
12、 如以上任一權利要求所述的方法，其特征在于，對于包括用于構(gòu) 建所述粘彈性介質(zhì)的回波描記圖像的步驟的方法，該方法還包括顯示步驟，用于在所獲得的回波描記圖像上將定量指標[Cij]或從所述指標導出的幅度顯示為亮度值或顏色值。
13、 如以上任一權利要求所述的方法，其特征在于，使用所述定量指 標[Cij]的信息，通過跟蹤所述介質(zhì)的修改來計算用于治療及其發(fā)展過程的參 數(shù)，特別是所引起的凝結(jié)物或組織壞死的尺寸。
14、 一種用于對粘彈性介質(zhì)(2)進行成像的裝置，該裝置包括激勵模塊(3)，用于在激勵區(qū)[A]中產(chǎn)生內(nèi)部機械應力；成像模塊(3)，用于獲取信號，以便對響應于包含所述激勵區(qū)[A]的成 像區(qū)[B]中的所述內(nèi)部機械應力而由所述粘彈性介質(zhì)(2)中的機械應力所產(chǎn) 生的運動進行成像；該裝置的特征在于，其進一步包括計算模塊，用于計算與位于所述 激勵區(qū)(A)外部的給定深度處的至少一個點[Bij]處的所述粘彈性介質(zhì)(2) 的流變特性相關的定量指標[Cij]，所述定量指標[Cij]表示在以下信號之間的 比較在響應于所述激勵區(qū)[A]中位于所述給定深度處的至少一個點[Ai]處 的機械應力而產(chǎn)生的運動期間所獲得的信號，以及在響應于所述成像區(qū)[B] 中位于所述激勵區(qū)[A]外部的至少所述點[Bij]處的機械應力而產(chǎn)生的運動期 間所獲得的信號。
15、 一種計算機程序，其包含指令，當所述程序在計算機上執(zhí)行時， 所述指令用于執(zhí)行如權利要求1一13中任一項所述的成像方法的步驟。
16、 一種可由成像裝置讀取的記錄介質(zhì)，其上記錄了計算機程序，該 計算機程序包含用于執(zhí)行如權利要求1 — 13中任一項所述的成像方法的步 驟的指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對粘彈性介質(zhì)(2)進行成像的方法和裝置。該方法包括激勵步驟，在該步驟中，在激勵區(qū)[A]中產(chǎn)生內(nèi)部機械應力；以及成像步驟，在響應于包含所述激勵區(qū)[A]的成像區(qū)[B]中的所述內(nèi)部機械應力而由所述粘彈性介質(zhì)(2)中的機械應力所產(chǎn)生的運動期間獲取信號。根據(jù)本發(fā)明，該方法還包括計算步驟，計算與所述成像區(qū)中位于所述激勵區(qū)[A]外部的給定深度處的至少一個點[Bij]處的所述粘彈性介質(zhì)(2)的流變特性相關的定量指標[Cij]。所述定量指標[Cij]表示在以下信號之間的比較響應于所述激勵區(qū)[A]中位于所述給定深度處的至少一個點[Ai]處的機械應力而產(chǎn)生的運動期間所獲得的信號，以及響應于所述成像區(qū)[B]中位于所述激勵區(qū)[A]外部的至少所述點[Bij]處的機械應力而產(chǎn)生的運動期間所獲得的信號。
文檔編號A61B8/08GK101431943SQ200780015581
公開日2009年5月13日 申請日期2007年3月22日 優(yōu)先權日2006年3月29日
發(fā)明者C·科昂-巴克里, D·薩弗里, J·蘇凱, J·貝爾科夫 申請人:超聲成像公司