通過利用超聲換能器元件的子群發(fā)射超聲來進行剪切波彈性成像的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】利用推進和/或檢測超聲波束進行剪切波彈性成像的系統(tǒng)和方法，其中超聲波束是由超聲換能器中可用數(shù)目的換能器元件的子集生成的。這些技術與目前可用的剪切波彈性成像方法相比提供了一些優(yōu)勢，包括能夠利用標準、低幀頻超聲成像系統(tǒng)以及能夠貫穿整個視場、而不是僅那些未生成推進波束的區(qū)域來測量剪切波速。
【專利說明】通過利用超聲換能器元件的子群發(fā)射超聲來進行剪切波彈 性成像的系統(tǒng)和方法 相關申請的交叉引用
[0001] 本申請要求于2012年10月7日提交的、名稱為"用于利用低幀頻成像器來進行 剪切波彈性成像的系統(tǒng)和方法（SYSTEM AND METHOD FOR SHEAR WAVE ELASTOGRAPHY WITH LOW FRAME RATE IMAGERS)"的美國臨時專利申請序列號61/710, 744的權益。 關于聯(lián)邦政府資助研究的聲明
[0002] 本發(fā)明在國家衛(wèi)生學院授予的EB002167和DK082408政府支持下完成。政府在本 發(fā)明中具有一定的權利。

【背景技術】
[0003] 本發(fā)明的領域是用于超聲成像的系統(tǒng)和方法。更加特別地，本發(fā)明涉及利用超聲 進行剪切波彈性成像（elastography)的系統(tǒng)和方法。
[0004] 剪切波能夠用于評估組織的粘彈性，它是組織病理學的靈敏生物標記。為了進行 二維超聲剪切波彈性成像，需要幀頻為幾千赫的超聲成像系統(tǒng)來捕獲快速移動的剪切波。 利用常規(guī)的超聲成像系統(tǒng)是不可行的，其通常具有小于IOOHz的幀頻，并且二維圖像一行 一行地形成。因而，需要提供一種能夠利用常規(guī)超聲成像系統(tǒng)進行二維剪切波彈性成像的 系統(tǒng)和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明通過提供一種利用具有超聲換能器的超聲系統(tǒng)來測量對象的機械特性的 方法而克服了上述缺陷，其中超聲換能器包括多個換能器元件。至少在對象中引起一個剪 切波，并且從對象獲得彈性成像數(shù)據(jù)。彈性成像數(shù)據(jù)是通過下列步驟而獲得的：將超聲換能 器中的換能器元件劃分成換能器元件的多個子群；相繼地利用換能器元件的不同子群發(fā)射 一組超聲波束，從而相繼地傳遞超聲至對象中的不同區(qū)域；并且以脈沖重復頻率來重復該 過程，從而每組超聲波束以該脈沖重復頻率有效地重復。隨后從所獲得的彈性成像數(shù)據(jù)，能 夠計算對象的機械性質(zhì)。
[0006] 本發(fā)明的另一方面是提供一種利用具有超聲換能器的超聲系統(tǒng)來測量對象的機 械特性的方法，其中超聲換能器包括多個換能器元件。通過將超聲換能器中的換能器元件 劃分成換能器元件的多個子群并發(fā)射多個聚焦超聲波束，在對象中引起至少一個剪切波， 每個聚焦超聲波束由換能器元件的單個子群來發(fā)射。通過將檢測超聲波束傳送到對象中并 接收所響應的回波信號，從對象獲得彈性成像數(shù)據(jù)。然后利用所獲得的彈性成像數(shù)據(jù)來計 算對象的機械特性。
[0007] 本發(fā)明的前述和其它方面和優(yōu)勢將從下面描述而變得明顯。在說明書中中，參照 形成說明書一部分的附圖，并且在附圖中以示出本發(fā)明優(yōu)選實施方式的方式示出。然而這 些實施方式并不一定代表本發(fā)明的整個范圍，并因而參照權利要求書以及在這里解釋了本 發(fā)明的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1是多個超聲波束集的示意圖,每個包含由超聲換能器發(fā)射的多個超聲波束；
[0009] 圖2是利用圖1的多個超聲波束集的脈沖時序圖的實例；
[0010] 圖3是利用插值法來對準不同超聲波束集的時間網(wǎng)格的實例；
[0011] 圖4是剪切波波陣面的延遲時間的實例；
[0012] 圖5是剪切波波陣面的另一延遲時間的實例；
[0013] 圖6是以梳狀模式同時發(fā)射的多個聚焦超聲推進波束的示意圖；
[0014] 圖7是沿橫向快速平移以產(chǎn)生剪切波的聚焦超聲推進波束的示意圖；以及
[0015] 圖8是同時發(fā)射的多個聚焦超聲推進波束的示意圖，其中每個超聲推進波束由不 同尺寸的換能器元件的子群產(chǎn)生。

【具體實施方式】
[0016] 這里描述了利用推進和/或檢測超聲波束進行剪切波彈性成像的系統(tǒng)和方法，超 聲波束是由超聲換能器中的可用數(shù)目的換能器元件的子集產(chǎn)生的。這些技術相比目前可用 的剪切波彈性成像方法而言提供了多種優(yōu)勢，包括能夠利用標準、低幀頻超聲成像系統(tǒng)以 及能夠測量整個視場、而不僅是那些未生成推進波束的區(qū)域的剪切波速。
[0017] 高端的常規(guī)超聲成像系統(tǒng)能夠利用平行波束形成對來自單次傳送的多條線進行 成像。超聲成像的脈沖重復頻率（PRF)和脈沖重復間隔（PRI)由圖像的最大深度來確定。 設定成像深度為30_，往返超聲傳播時間為 ：

【權利要求】
1. 一種利用具有超聲換能器的超聲系統(tǒng)來測量一對象的機械特性的方法，其中所述超 聲換能器包括多個換能器元件，該方法包括以下步驟： a) 在對象中引起至少一個剪切波； b) 通過以下步驟獲得來自對象的彈性成像數(shù)據(jù)： i) 將超聲換能器中的換能器元件劃分為換能器元件的多個子群； ii) 利用換能器元件的不同子群連續(xù)地發(fā)射一組超聲波束，從而連續(xù)地發(fā)射超聲至對 象中的不同區(qū)域； iii) 以一脈沖重復頻率來重復步驟ii)從而每個超聲波束集以脈沖重復頻率有效地 重復；以及 c) 利用獲得的彈性成像數(shù)據(jù)計算對象的機械特性。
2. 如權利要求1所述的方法，其中步驟c)包括當計算機械特性時考慮連續(xù)的超聲波束 集的發(fā)射之間的時間偏移。
3. 如權利要求2所述的方法，其中考慮時間偏移包括：將利用相同的超聲脈沖子集但 在步驟b)ii)的不同的重復中所采集的數(shù)據(jù)插值到共同的時間網(wǎng)格。
4. 如權利要求2所述的方法，其中步驟c)中的計算機械特性包括：通過利用峰值時間 和互相關方法中的至少一種方法估計所述至少一個剪切波中的檢測點之間的時延，來計算 剪切波速。
5. 如權利要求4所述的方法，其中計算時延包括考慮時間偏移。
6. 如權利要求1所述的方法，其中多個不同區(qū)域中的至少一些區(qū)域至少部分地重疊。
7. 如權利要求1所述的方法,其中每個連續(xù)發(fā)射的超聲波束集是由與發(fā)射前一超聲波 束集的換能器元件子群空間相鄰的一換能器元件子群發(fā)射的。
8. 如權利要求1所述的方法，其中每個超聲波束集包括多個并行形成的超聲波束。
9. 如權利要求8所述的方法，其中多個超聲波束中的每一個都是聚焦超聲波束。
10. 如權利要求8所述的方法，其中多個超聲波束中的每一個在對象中的不同位置處 對至少一個剪切波的運動進行采樣。
11. 如權利要求1所述的方法，其中步驟b)是利用具有低于1千赫茲的幀頻的超聲系 統(tǒng)來進行的。
12. 如權利要求11所述的方法，其中超聲系統(tǒng)具有低于100赫茲的幀頻。
13. 如權利要求1所述的方法，其中步驟a)包括發(fā)射多個聚焦超聲波束進入對象，多個 超聲波束中的每一個由不同的換能器元件子群生成。
14. 如權利要求13所述的方法，其中多個聚焦超聲波束跨過超聲換能器的表面均勻間 隔開。
15. 如權利要求14所述的方法，其中步驟c)包括對步驟b)中采集的彈性成像數(shù)據(jù)施 加方向濾波，從而使得以不同方向傳播的剪切波之間的干涉大幅減輕。
16. 如權利要求13所述的方法，其中通過利用第一換能器元件子群在第一時刻發(fā)射聚 焦超聲波束并在連續(xù)不同的時間點平移聚焦超聲波束至空間相鄰的換能器元件子群，來發(fā) 射多個聚焦超聲波束。
17. -種利用具有超聲換能器的超聲系統(tǒng)來測量一對象的機械特性的方法，其中所述 超聲換能器包括多個換能器元件，該方法包括以下步驟： a) 通過以下步驟在對象中引起至少一個剪切波： i) 將超聲換能器中的換能器元件劃分為多個換能器元件子群； ii) 發(fā)射多個聚焦超聲波束，每個聚焦超聲波束是由單個換能器元件子群發(fā)射的； b) 通過發(fā)射檢測超聲波束至對象中并接收響應于此的回波信號，獲得來自對象的彈性 成像數(shù)據(jù)；以及 c) 利用獲得的彈性成像數(shù)據(jù)來計算對象的機械特性。
18. 如權利要求17所述的方法，其中步驟a) ii)包括同時發(fā)射多個聚焦超聲波束。
19. 如權利要求17所述的方法，其中步驟a) ii)包括每次發(fā)射一個聚焦超聲波束，并且 其中每個連續(xù)發(fā)射的聚焦超聲波束是由與生成前一個聚焦超聲波束的換能器元件子群空 間相鄰的一換能器元件子群生成的。
20. 如權利要求17所述的方法，其中步驟b)包括： i) 將超聲換能器中的換能器元件劃分為多個換能器元件子群； ii) 利用不同的換能器元件子群連續(xù)地發(fā)射一組超聲波束，從而連續(xù)地發(fā)射超聲至對 象中的不同區(qū)域； iii) 以一脈沖重復頻率來重復步驟ii)從而每個超聲波束集以脈沖重復頻率有效地 重復。
【文檔編號】A61B8/00GK104363836SQ201380024980
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年10月7日 優(yōu)先權日:2012年10月7日
【發(fā)明者】J·F·格林利夫, S·陳, P·宋 申請人:梅約醫(yī)學教育與研究基金會