專利名稱：用于超聲成像的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
此處描述的系統(tǒng)和方法大體上涉及超聲成像領(lǐng)域。更具體地，下面所描述的實施例涉及用于測量組織中的剪切波速度的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
病理狀況會導致軟組織比在生理狀況下所呈現(xiàn)的更堅硬。因此內(nèi)科醫(yī)生使用觸診法來定位身體內(nèi)的硬組織并且由此識別出病理狀況。例如，已知的是乳腺癌通常比健康的乳房組織更堅硬，并且可以通過觸診法被檢測為堅硬的腫塊。組織中的剪切波的傳播速度與組織的硬度(楊氏模量或者剪切模量)通過下列等式有關(guān)。E=3 P · C2 (I)其中c為剪切波的傳播速度，E為楊氏模量，而P為組織密度。因此，可以通過測量穿過組織的剪切波的傳播速度來檢測在組織中的癌或者其他病理狀況。通過將強超聲脈沖施加到組織上可以在組織內(nèi)產(chǎn)生剪切波。超聲脈沖可以顯示出高振幅和長持續(xù)時間(例如，100微秒左右)。超聲脈沖產(chǎn)生推動組織的聲輻射力，由此導致組織的各層沿超聲脈沖的方向滑動。組織的這些滑動(剪切)運動可以被視為低頻(例如，從IOHz到500Hz)的剪切波，并且可以在垂直于超聲脈沖方向的方向上傳播的剪切波。超聲脈沖可以以1540m/s的速度在組織中傳播。然而，剪切波在組織中傳播要慢得多，大約I-IOm/ s左右。因為組織運動通常在軸向(B卩，超聲脈沖方向)上，所以可以使用常規(guī)的超聲多普勒技術(shù)來檢測剪切波。在這一點上，超聲多普勒技術(shù)最適合于檢測軸向上的速度。可選擇地，可以通過測量由聲輻射力導致的組織位移來檢測剪切波。為了精確地測量剪切波的傳播速度，需要以快速的速率或者每秒數(shù)千幀的快速幀速率跟蹤剪切波。幀中的圖像可以由幾百條超聲線構(gòu)成。常規(guī)的超聲成像的典型的幀速率在大約50幀/S，其太慢而無法跟蹤剪切波傳播。因此，存在提高幀速率同時保持良好的信噪比和良好的空間分辨率的需要。而且，存在有效地提供組織硬度的指示的需要。

發(fā)明內(nèi)容
一種方法、介質(zhì)和系統(tǒng)可以提供第一超聲脈沖至生物組織的施加以在所述生物組織中產(chǎn)生剪切波；將多個聚焦的超聲脈沖同時發(fā)射進所述生物組織中；從所述生物組織接收響應于所述多個聚焦的超聲脈沖產(chǎn)生的多個超聲信號；基于接收到的所述一個或者多個超聲信號檢測所述生物組織中的所述剪切波；基于檢測到的所述剪切波確定剪切波傳播速度；以及顯示所述剪切波傳播速度。


圖I是由聲輻射力導致產(chǎn)生剪切波的圖。圖2是一些實施例的超聲成像系統(tǒng)的圖。圖3是常規(guī)的超聲成像系統(tǒng)的圖。
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圖4是多個超聲發(fā)射/接收波束的圖。圖5是超聲發(fā)射波束和多個超聲接收波束的圖。圖6是剪切波傳播速度平方的顏色編碼。圖7是剪切波傳播速度平方的顏色編碼。圖8是圖示出由聲輻射力產(chǎn)生剪切波和剪切波的傳播的圖。圖9是圖示出剪切波的滑行運動的圖。圖10是圖示出剪切波的傳播的圖。圖11是圖示出剪切波的傳播的圖。圖12是在組織中的剪切波傳播速度平方的顏色編碼圖像的示例。圖13是圖示出由聲輻射力導致的組織位移的圖。圖14是由RGB表示法組成的顏色編碼條的剪切波速度平方C2的標尺。圖15是示出相對于超聲換能器的超聲坐標系的圖。
具體實施例方式將參照附圖描述實施例，在整個附圖中相似的附圖標記表示相似的元件。在詳細說明本發(fā)明的實施例之前，應理解的是，實施例在應用上不限于下文描述中所列舉的或者附圖中所圖示的示例的細節(jié)?？梢栽诟鞣N應用中用各種方式實踐或者實施其他的實施例。并且，應理解的是，此處使用的措辭和術(shù)語是為了描述的目的，而不應被視作限制。此處“包括(including)”、“包含(comprising)”或者“具有(having)”以及其變型的使用意在囊括其后所列的事物和其等同物以及附加的事物。術(shù)語“安裝”、“連接”和“聯(lián)接”被廣泛使用，其囊括直接的和間接的安裝、連接和聯(lián)接。此外，“連接”和“聯(lián)接”不限于物理的或者機械的連接或者聯(lián)接。如圖I所示，聲輻射力由強超聲脈沖120產(chǎn)生。超聲脈沖120顯示出高振幅和長持續(xù)時間(例如，100微秒左右)。從超聲換能器陣列110發(fā)射超聲脈沖120。超聲脈沖120聚焦在生物組織160中的焦點130處，導致推動組織160的聲輻射力處于焦點130處。超聲脈沖120可以被多次發(fā)射，并且對于多個發(fā)射的超聲脈沖中的各個超聲脈沖，超聲脈沖120可以被聚焦在不同的焦點處。
組織160主要在超聲脈沖120的軸向上被推動，產(chǎn)生可以在橫向或者不同于軸向的方向(即，垂直方向)上傳播的剪切波140、150。剪切波140、150的傳播速度取決于組織160的硬度(楊氏模量或者剪切模量)。如等式I所示，較大的組織硬度將導致較大的剪切波傳播速度。諸如癌的病理狀況會增加組織硬度，于是通過確定傳播速度可以診斷出這些狀況。例如，取決于組織狀況，剪切波傳播速度可以從lm/s變化到lOm/s。因為剪切波可以以組織運動(或者活動)為特征，所以可以由超聲多普勒技術(shù)檢測剪切波(例如，參見 US4573477，US4622977, US4641668, US4651742, US4651745, US4759375,US4766905, US4768515, US4771789, US4780837, US4799490 和 US4961427)。為了檢測此組織運動(活動)，多次地將超聲脈沖發(fā)射到組織，并且散射器在組織中散射超聲，再由超聲換能器接收超聲為接收到的超聲信號。在為了聚焦和導向而應用延遲和/或相位旋轉(zhuǎn)之后，對從超聲陣列換能器接收到的超聲信號進行濾波、放大、數(shù)字化、變跡(apotized)并且形成波束(即合并)。這些處理步驟的順序可以互換。接收到的形成波束的RF超聲信號經(jīng)過正交解調(diào)，得到復數(shù)多普勒I-Q信號。在彩色多普勒技術(shù)中，以脈沖重復頻率(PRF)發(fā)射超聲并且將速度檢測為接收到的超聲信號中的頻移(多普勒移頻)。接收到的超聲與和發(fā)射的超 聲頻率相同頻率的同相位(O度)參考信號以及相同頻率的正交(90度)參考信號混合，得到復數(shù)I-Q多普勒信號。一般而言，因為多普勒移頻和血液速度具有如下關(guān)系，所以復數(shù)I-Q信號被用于推導多普勒移頻
權(quán)利要求
1.一種方法，包括 將第一超聲脈沖施加到生物組織以在所述生物組織中產(chǎn)生剪切波； 將多個聚焦的超聲脈沖同時發(fā)射進所述生物組織中； 從所述生物組織接收響應于所述多個聚焦的超聲脈沖產(chǎn)生的多個超聲信號； 基于接收到的一個以上超聲信號在所述生物組織中檢測所述剪切波； 基于檢測到的所述剪切波確定剪切波傳播速度；以及 顯示所述剪切波傳播速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中檢測所述剪切波包括計算在一個或者多個時間位置處接收到的所述超聲信號之間的相關(guān)度、差的絕對差值和、差的平方和、差的絕對值的立方和或者差的絕對值的冪次方和。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中確定至少一個傳播特性包括計算一次或者多次檢測到的剪切波之間的相關(guān)度、差的絕對值和、差的平方和、差的絕對值的立方和或者差的絕對值的冪次方和。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述多個聚焦的超聲脈沖包括經(jīng)編碼的波形信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述經(jīng)編碼的波形信號包括啁啾編碼、巴克編碼、戈萊編碼或者阿達瑪編碼中的一個或者多個。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中檢測所述剪切波包括確定所述生物組織的位移。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中檢測所述剪切波包括使用彩色多普勒技術(shù)確定所述生物組織的速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述剪切波傳播速度是基于所述生物組織的位移的二階時間導數(shù)與所述生物組織的所述位移的二階空間導數(shù)之間的比率的平方根來計算的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中確定所述生物組織的位移包括計算組織彩色多普勒速度的時間積分。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進一步包括在發(fā)射第一聚焦的超聲脈沖之后并且在所述第一聚焦的超聲脈沖從超聲場最深的位置返回到換能器之前，從所述換能器發(fā)射第二聚焦的超聲脈沖。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中施加所述第一超聲脈沖包括將多個超聲脈沖施加到所述生物組織以在所述生物組織中產(chǎn)生剪切波，并且 其中所述多個超聲脈沖中的各個超聲脈沖被聚焦在不同的焦點處。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中發(fā)射所述多個聚焦的超聲脈沖包括多于一次地將所述多個聚焦的超聲脈沖發(fā)射進所述生物組織中；并且 其中從所述生物組織接收所述多個超聲信號包括從所述生物組織一次或者多次接收響應于所述多個聚焦的超聲脈沖產(chǎn)生的所述多個超聲信號。
13.一種存儲處理器可執(zhí)行程序代碼的非暫時性介質(zhì)，所述程序代碼能夠由裝置執(zhí)行以 將第一超聲脈沖施加到生物組織以在所述生物組織中產(chǎn)生剪切波；將多個聚焦的超聲脈沖同時發(fā)射進所述生物組織中；從所述生物組織接收響應于所述多個聚焦的超聲脈沖產(chǎn)生的多個超聲信號； 基于接收到的一個以上超聲信號在所述生物組織中檢測所述剪切波； 基于檢測到的所述剪切波確定剪切波傳播速度；以及 顯示所述剪切波傳播速度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中檢測所述剪切波包括計算在一個或者多個時間位置處接收到的所述超聲信號之間的相關(guān)度、差的絕對差值和、差的平方和、差的絕對值的立方和或者差的絕對值的冪次方和。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中確定至少一個傳播特性包括計算一次或者多次檢測到的剪切波之間的相關(guān)度、差的絕對值和、差的平方和、差的絕對值的立方和或者差的絕對值的冪次方和。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中所述多個聚焦的超聲脈沖包括經(jīng)編碼的波形信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的介質(zhì)，其中所述經(jīng)編碼的波形信號包括啁啾編碼、巴克編碼、戈萊編碼或者阿達瑪編碼中的一個或者多個。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中檢測所述剪切波包括確定所述生物組織的位移。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中檢測所述剪切波包括使用彩色多普勒技術(shù)確定所述生物組織的速度。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中所述剪切波傳播速度是基于所述生物組織的所述位移的二階時間導數(shù)與所述生物組織的所述位移的二階空間導數(shù)之間的比率的平方根來計算的。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的介質(zhì)，其中確定所述生物組織的位移包括計算組織彩色多普勒速度的時間積分。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，進一步包括在發(fā)射第一聚焦的超聲脈沖之后并且在所述第一聚焦的超聲脈沖從超聲場最深的位置返回到換能器之前，從所述換能器發(fā)射第二聚焦的超聲脈沖。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中施加所述第一超聲脈沖包括將多個超聲脈沖施加到所述生物組織以在所述生物組織中產(chǎn)生剪切波，并且 其中所述多個超聲脈沖中的各個超聲脈沖被聚焦在不同的焦點處。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的介質(zhì)，其中發(fā)射所述多個聚焦的超聲脈沖包括多于一次地將所述多個聚焦的超聲脈沖發(fā)射進所述生物組織中；并且 其中從所述生物組織接收所述多個超聲信號包括從所述生物組織一次或者多次接收響應于所述多個聚焦的超聲脈沖產(chǎn)生的所述多個超聲信號。
25.—種系統(tǒng),包括 存儲器，其存儲處理器可執(zhí)行程序代碼；以及 處理器，其執(zhí)行所述處理器可執(zhí)行程序代碼，以便使得所述系統(tǒng) 將第一超聲脈沖施加到生物組織以在所述生物組織中產(chǎn)生剪切波； 將多個聚焦的超聲脈沖同時發(fā)射進所述生物組織中； 從所述生物組織接收響應于所述多個聚焦的超聲脈沖產(chǎn)生的多個超聲信號；基于接收到的一個以上超聲信號在所述生物組織中檢測所述剪切波； 基于檢測到的所述剪切波確定剪切波傳播速度；以及 顯示所述剪切波傳播速度。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中檢測所述剪切波包括計算在一個或者多個時間位置處接收到的所述超聲信號之間的相關(guān)度、差的絕對差值和、差的平方和、差的絕對值的立方和或者差的絕對值的冪次方和。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中確定至少一個傳播特性包括計算一次或者多次檢測到的剪切波之間的相關(guān)度、差的絕對值和、差的平方和、差的絕對值的立方和或者差的絕對值的冪次方和。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述多個聚焦的超聲脈沖包括經(jīng)編碼的波形信號。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述經(jīng)編碼的波形信號包括啁啾編碼、巴克編碼、戈萊編碼或者阿達瑪編碼中的一個或者多個。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述剪切波的檢測包括確定所述生物組織的位移。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中檢測所述剪切波包括使用彩色多普勒技術(shù)確定所述生物組織的速度。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述剪切波傳播速度是基于所述生物組織的所述位移的二階時間導數(shù)與所述生物組織的所述位移的二階空間導數(shù)之間的比率的平方根來計算的。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中確定所述生物組織的位移包括計算組織彩色多普勒速度的時間積分。
34.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，所述處理器進一步執(zhí)行所述處理器可執(zhí)行程序代碼以使得系統(tǒng) 在發(fā)射第一聚焦的超聲脈沖之后并且在所述第一聚焦的超聲脈沖從超聲場最深的位置返回到換能器之前，從所述換能器發(fā)射第二聚焦的超聲脈沖。
35.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng),其中施加所述第一超聲脈沖包括將多個超聲脈沖施加到所述生物組織以在所述生物組織中產(chǎn)生剪切波，并且 其中所述多個超聲脈沖中的各個超聲脈沖被聚焦在不同的焦點處。
36.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中發(fā)射所述多個聚焦的超聲脈沖包括多于一次地將所述多個聚焦的超聲脈沖發(fā)射進所述生物組織中；并且 其中從所述生物組織接收所述多個超聲信號包括從所述生物組織一次或者多次接收響應于所述多個聚焦的超聲脈沖產(chǎn)生的所述多個超聲信號。
全文摘要
將第一超聲脈沖施加到生物組織以在所述生物組織中產(chǎn)生剪切波；將聚焦的超聲脈沖發(fā)射進所述生物組織中；從所述生物組織接收一個以上超聲信號；并且基于接收到的所述一個以上超聲信號在所述生物組織中檢測所述剪切波。確定與所檢測到的剪切波相關(guān)聯(lián)的至少一個傳播特性，并且顯示所確定的至少一個傳播特性。
文檔編號A61B8/14GK102821700SQ201180017483
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月5日
發(fā)明者田村正 申請人:日立阿洛卡醫(yī)療株式會社