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：
此處所述的系統(tǒng)和方法概括地涉及超聲成像領(lǐng)域。更具體地，下面所述實施例涉及一種用于測量組織中剪切波速的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
病理條件可能導(dǎo)致軟組織比生理上正常狀況下所呈現(xiàn)的更僵硬。因此，內(nèi)科醫(yī)生使用觸診法定位體內(nèi)的僵硬組織，從而識別出病理條件。例如，已知乳腺癌通常比健康的乳腺組織更堅硬，并且可以通過觸診法被檢測為堅硬的腫塊。按照以下方程式，剪切波在組織中的傳播速度與組織的硬度(楊氏模量或剪切模量)相關(guān):E = 3 P .C2 (I)其中c是剪切波的傳播速度，E是楊氏模量，而P是組織密度。因此，通過測量剪切波穿過組織的傳播速度，可以在組織中檢測癌變或者其他病理條件。通過將強(qiáng)超聲脈沖施加到組織，可以在組織內(nèi)生成剪切波。超聲脈沖可以表現(xiàn)為高振幅和長持續(xù)時間(例如，在100微秒等級上)。超聲脈沖生成推動組織的聲輻射力，因此導(dǎo)致組織層沿著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)的并且可以沿垂直于超聲脈沖的方向傳播的剪切波。超聲脈沖可以在組織中以1540m/s的速度傳播。然而，剪切波在組織中傳播得慢得多，大約在l-10m/s等級上。由于組織運動通常是沿軸向(B卩，超聲脈沖方向)的，因此可以使用常規(guī)超聲多普勒技術(shù)檢測剪切波。在這方面，超聲多普勒技術(shù)最適于檢測沿軸向的速度。可選擇地，可以通過測量由聲輻射力導(dǎo)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，需要以快速率或者每秒幾千幀的快幀速率跟蹤剪切波。幀中的圖像可以由幾百條超聲線組成。常規(guī)超聲成像的典型幀速率為大約50幀/秒，該速率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。此外，還存在有效地提供組織硬度指示的需要。

發(fā)明內(nèi)容
一種方法、介質(zhì)和系統(tǒng)，其可以提供:將第一超聲脈沖施加到生物組織以在所述生物組織中生成剪切波，將聚焦的超聲脈沖發(fā)射到所述生物組織中，從所述生物組織接收響應(yīng)于聚焦的超聲脈沖而生成的一個或者多個超聲信號，基于所述接收到的一個或者多個超聲信號檢測在所述生物組織中的剪切波，確定與所述檢測到的剪切波相關(guān)聯(lián)的至少一個傳播特性，以及使用編碼方法顯示與所述檢測到的剪切波相關(guān)聯(lián)的至少一個傳播特性。


圖1為由聲輻射力產(chǎn)生的剪切波的圖。圖2為一些實施例的超聲成像系統(tǒng)的圖。圖3為常規(guī)超聲成像系統(tǒng)的圖。圖4為多個超聲發(fā)射/接收波束的圖。圖5為一超聲發(fā)射波束和多個超聲接收波束的圖。圖6為剪切波傳播速度的平方的顏色編碼。圖7為剪切波傳播速度的平方的顏色編碼。圖8為示出了由聲輻射力產(chǎn)生剪切波和剪切波傳播的圖。圖9為示出了剪切波滑動的圖。圖10為示出了剪切波傳播的圖。圖11為示出了剪切波傳播的圖。圖12為剪切波在組織中的傳播速度的平方的顏色編碼圖像的示例。圖13為示出了由聲輻射力導(dǎo)致的組織位移的圖。圖14為由RGB構(gòu)成的顏色編碼條表示的剪切波速度的平方C2的色階。圖15為示出了相對于超聲換能器的超聲坐標(biāo)系的圖。
具體實施例方式將參照附圖描述實施例，其中全文中相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。在詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例之前，應(yīng)該理解的是，實施例的應(yīng)用并不限于下面描述中所述或者附圖中所示的示例的細(xì)節(jié)?？梢栽诟鞣N應(yīng)用中和以各種方式實踐或者實施其他實施例。此外，應(yīng)該理解的是，此處使用的措詞和術(shù)語用于描述的目的，而不應(yīng)該被視為限制。此處使用的“包括(including) ”、“包含(comprising)”或者“具有(having)”和其變型意圖包含其后列出的項目和等同物及附加項目。術(shù)語“安裝”、“連接”和“聯(lián)接”廣泛使用并包含直接和間接安裝、連接和聯(lián)接。此外，“連接”和“聯(lián)接”不限于物理或者機(jī)械連接或者聯(lián)接。如圖1所示，聲輻射力由強(qiáng)超聲脈沖120生成。超聲脈沖120表現(xiàn)為高振幅和長持續(xù)時間(例如，在100微秒等級上)。超聲脈沖120由超聲換能器陣列110發(fā)射。超聲脈沖120聚焦于生物組織160中的焦點130處，從而產(chǎn)生在焦點130處推動組織160的聲輻射力。超聲脈沖120可以多次發(fā)射，并且多次發(fā)射的超聲脈沖中的每個可以聚焦于不同的焦點處。
組織160主要沿超聲脈沖120的軸向被推動，從而生成剪切波140、150，剪切波140、150可以沿橫向或者除軸向(即垂直方向)以外的方向傳播。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)。如方程式I所示，組織硬度越高，剪切波傳播速度越快。病理條件如癌變可能增加組織硬度，從而通過確定傳播速度可以診斷這些病理條件。例如，剪切波傳播速度可以在lm/s至lOm/s之間變化，具體速度取決于組織條件。由于剪切波可以體現(xiàn)組織移動(或者運動)的特性，因此可以通過超聲多普勒技術(shù)(例如，參閱 US4573477、US4622977、US4641668、US4651742、US4651745、US4759375、US4766905、US4768515、US4771789、US4780837、US4799490 和 US4961427)檢測剪切波。為了檢測該組織移動(運動)，向組織多次發(fā)射超聲脈沖，而超聲脈沖被組織中的散射體散射并作為接收到的超 聲信號被超聲換能器接收。在為了聚焦和轉(zhuǎn)向而應(yīng)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(jìn)行濾波、放大、數(shù)字化、變跡和波束成形(即匯總)處理。這些處理步驟的順序可以互換。接收到的經(jīng)波束成形的RF超聲信號經(jīng)過正交解調(diào)，從而產(chǎn)生復(fù)數(shù)多普勒1-Q信號。在彩色多普勒技術(shù)中，以脈沖重復(fù)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(多普勒頻移)。接收到的超聲與具有和所發(fā)射的超聲頻率相同頻率的同相(O度)和正交(90度)基準(zhǔn)信號混合，從而產(chǎn)生復(fù)數(shù)1-Q多普勒信號。通常，復(fù)數(shù)1-Q信號用于推導(dǎo)多普勒頻移，因為多普勒頻移與血流速度具有以下關(guān)系:
權(quán)利要求
1.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生成剪切波； 將聚焦的超聲脈沖發(fā)射到所述生物組織中； 從所述生物組織接收響應(yīng)于所述聚焦的超聲脈沖而生成的一個或者多個超聲信號； 基于所述接收到的一個或者多個超聲信號檢測所述生物組織中的剪切波； 確定與所述檢測到的剪切波相關(guān)聯(lián)的至少一個傳播特性；以及 使用編碼方法顯示與所述檢測到的剪切波相關(guān)聯(lián)的至少一個傳播特性。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個剪切波傳播特性包括以下的一個或者多個: 與一個或者多個所述檢測到的剪切波相關(guān)聯(lián)的傳播速度；以及 實數(shù)(b)與所述剪切波傳播速度的平方(C2)的乘積(be2)。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，檢測所述剪切波的步驟包括計算一個或者多個時間位置上的所述接收到的超聲信號之間的相關(guān)性、差的絕對值和、差的平方和、差的絕對值立方和或者差的絕對值冪方和。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述至少一個傳播特性的步驟包括計算在一個或者多個時刻的所述檢測到的剪切波之間的相關(guān)性、差的絕對值和、差的平方和、差的絕對值立方和或者差的絕對值冪方和。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)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中的最深位置處返回到換能器之前，從所述換能器發(fā)射第二聚焦的超聲脈沖。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述發(fā)射的聚焦的超聲脈沖包括經(jīng)編碼的波形信號。
7.據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述經(jīng)編碼的波形信號包括啁啾編碼、巴克碼、戈萊編碼或者哈達(dá)馬德編碼中的一個。
8.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述編碼方法包括顏色編碼、灰度級編碼或者數(shù)字顯示。
9.據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述顏色編碼基于RGB(紅色、綠色、藍(lán)色)值、RGBY (紅色、綠色、藍(lán)色、黃色)值、色調(diào)、亮度、波長或者顏色圖表。
10.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，檢測所述剪切波的步驟包括確定所述生物組織的位移。
11.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，檢測所述剪切波的步驟包括使用彩色多普勒技術(shù)確定所述生物組織的速度。
12.據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，基于所述生物組織的位移的時間二階導(dǎo)數(shù)與所述生物組織的位移的空間二階導(dǎo)數(shù)之間比值的平方根，計算所述剪切波傳播速度。
13.據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，基于所述生物組織的位移的時間二階導(dǎo)數(shù)與所述生物組織的位移的空間二階導(dǎo)數(shù)之間的比值，計算所述剪切波傳播速度的平方。
14.據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，確定所述生物組織的位移的步驟包括計算組織彩色多普勒速度的時間積分。
15.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，施加所述第一超聲脈沖的步驟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生成剪切波， 其中所述多個超聲脈沖中的每個聚焦于不同的焦點。
16.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，發(fā)射所述聚焦的超聲脈沖的步驟包括將多個聚焦的超聲脈沖多次發(fā)射到所述生物組織中，并且 其中在一個或者多個時刻從所述生物組織接收所述一個或者多個超聲信號。
17.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生成剪切波； 將聚焦的超聲脈沖發(fā)射到所述生物組織中； 從所述生物組織接收響應(yīng)于所述聚焦的超聲脈沖而生成的一個或者多個超聲信號； 基于所述接收到的一個或者多個超聲信號檢測所述生物組織中的剪切波； 確定與所述檢測到的剪切波相關(guān)聯(lián)的至少一個傳播特性；以及 使用編碼介質(zhì)顯示與所述檢測到的剪切波相關(guān)聯(lián)的至少一個傳播特性。
18.據(jù)權(quán)利要求17所述的介質(zhì)，其中，所述至少一個剪切波傳播特性包括以下一個或者多個: 與一個或者多個所述檢測到的剪切波相關(guān)聯(lián)的傳播速度；以及 實數(shù)(b)與所述剪切波傳播速度的平方(C2)的乘積(bc2)。
19.據(jù)權(quán)利要求17所述的介質(zhì)，其中，所述剪切波的檢測包括計算一個或者多個時間位置上的所述接收到的超聲信號之間的相關(guān)性、差的絕對值和、差的平方和、差的絕對值立方和或者差的絕對值冪方和。
20.據(jù)權(quán)利要求17所述的介質(zhì)，其中，所述至少一個傳播特性的確定包括計算在一個或者多個時刻的所述檢測到的剪切波之間的相關(guān)性、差的絕對值和、差的平方和、差的絕對值立方和或者差的絕對值冪方和。
21.據(jù)權(quán)利要求17所述的介質(zhì)，進(jìn)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中的最深位置處返回到換能器之前，從所述換能器發(fā)射第二聚焦的超聲脈沖。
22.據(jù)權(quán)利要求17所述的介質(zhì)，其中，所述發(fā)射的聚焦的超聲脈沖包括經(jīng)編碼的波形信號。
23.據(jù)權(quán)利要求22所述的介質(zhì)，其中，所述經(jīng)編碼的波形信號包括啁啾編代碼、巴克碼、戈萊編碼或者哈達(dá)馬德編碼中的一個。
24.據(jù)權(quán)利要求17所述的介質(zhì)，其中，所述編碼介質(zhì)包括顏色編碼、灰度級編碼或者數(shù)字顯示。
25.據(jù)權(quán)利要求24所述的介質(zhì)，其中，所述顏色編碼基于RGB(紅色、綠色、藍(lán)色)值、RGBY (紅色、綠色、藍(lán)色、黃色)值、色調(diào)、亮度、波長或者顏色圖表。
26.據(jù)權(quán)利要求17所述的介質(zhì)，其中，所述剪切波的檢測包括確定所述生物組織的位移。
27.據(jù)權(quán)利要求17所述的介質(zhì)，其中，所述剪切波的檢測包括使用彩色多普勒技術(shù)確定所述生物組織的速度。
28.據(jù)權(quán)利要求18所述的介質(zhì)，其中，基于所述生物組織的位移的時間二階導(dǎo)數(shù)與所述生物組織的位移的空間二階導(dǎo)數(shù)之間比值的平方根，計算所述剪切波傳播速度。
29.據(jù)權(quán)利要求18所述的介質(zhì)，其中，基于所述生物組織的位移的時間二階導(dǎo)數(shù)與所述生物組織的位移的空間二階導(dǎo)數(shù)之間的比值，計算所述剪切波傳播速度的平方。
30.據(jù)權(quán)利要求26所述的介質(zhì)，其中，所述生物組織的位移的確定包括計算組織彩色多普勒速度的時間積分。
31.據(jù)權(quán)利要求17所述的介質(zhì)，其中，所述第一超聲脈沖的施加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生成剪切波， 其中所述多個超聲脈沖中的每個聚焦于不同的焦點。
32.據(jù)權(quán)利要求17所述的介質(zhì)，其中，所述聚焦的超聲脈沖的發(fā)射包括將多個聚焦的超聲脈沖多次發(fā)射到所述生物組織中，并且 其中在一個或者多個時刻從所述生物組織接收所述一個或者多個超聲信號。
33.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，以使所述系統(tǒng): 將第一超聲脈沖施加到生物 組織以在所述生物組織中生成剪切波； 將聚焦的超聲脈沖發(fā)射到所述生物組織中； 從所述生物組織接收響應(yīng)于所述聚焦的超聲脈沖而生成的一個或者多個超聲信號； 基于所述接收到的一個或者多個超聲信號檢測在所述生物組織中的剪切波； 確定與所述檢測到的剪切波相關(guān)聯(lián)的至少一個傳播特性；以及 使用編碼系統(tǒng)顯示與所述檢測到的剪切波相關(guān)聯(lián)的至少一個傳播特性。
34.據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個剪切波傳播特性包括以下一個或者多個: 與一個或者多個所述檢測到的剪切波相關(guān)聯(lián)的傳播速度；以及 實數(shù)(b)與所述剪切波傳播速度的平方(C2)的乘積(be2)。
35.據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述剪切波的檢測包括計算一個或者多個時間位置上的所述接收到的超聲信號之間的相關(guān)性、差的絕對值和、差的平方和、差的絕對值立方和或者差的絕對值冪方和。
36.據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個傳播特性的確定包括計算在一個或者多個時刻的所述檢測到的剪切波之間的相關(guān)性、差的絕對值和、差的平方和、差的絕對值立方和或者差的絕對值冪方和。
37.據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，所述處理器進(jìn)一步執(zhí)行所述處理器可執(zhí)行程序代碼，以使所述系統(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中的最深位置處返回到換能器之前，從所述換能器發(fā)射第二聚焦的超聲脈沖。
38.據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射的聚焦的超聲脈沖包括經(jīng)編碼的波形信號。
39.據(jù)權(quán)利要求38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、巴克碼、戈萊編碼或者哈達(dá)馬德編碼中的一個。
40.據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述編碼系統(tǒng)包括顏色編碼、灰度級編碼或者數(shù)字顯示。
41.據(jù)權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其中，所述顏色編碼基于RGB(紅色、綠色、藍(lán)色)值、RGBY (紅色、綠色、藍(lán)色、黃色)值、色調(diào)、亮度、波長或者顏色圖表。
42.據(jù)權(quán)利要求33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。
43.據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述剪切波的檢測包括使用彩色多普勒技術(shù)確定所述生物組織的速度。
44.據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中，基于所述生物組織的位移的時間二階導(dǎo)數(shù)與所述生物組織的位移的空間二階導(dǎo)數(shù)之間比值的平方根，計算所述剪切波傳播速度。
45.據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中，基于所述生物組織的位移的時間二階導(dǎo)數(shù)與所述生物組織的位移的空間二階導(dǎo)數(shù)之間的比值，計算所述剪切波傳播速度的平方。
46.據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中，所述生物組織的位移的確定包括計算組織彩色多普勒速度的時間積分。
47.據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述第一超聲脈沖的施加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生成剪切波， 其中所述多個超聲脈沖中的每個聚焦于不同的焦點。
48.據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述聚焦的超聲脈沖的發(fā)射包括將多個聚焦的超聲脈沖多次發(fā)射到所述生物組織中，并且 其中在一個或者多個時刻從所 述生物組織接收所述一個或者多個超聲信號。
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生成剪切波，將聚焦的超聲脈沖發(fā)射到所述生物組織中，從所述生物組織接收一個或者多個超聲信號，基于接收到的一個或者多個超聲信號檢測所述生物組織中的剪切波。確定與檢測到的剪切波相關(guān)聯(lián)的至少一個傳播特性，以及顯示所確定的至少一個傳播特性。
文檔編號A61B8/14GK103096812SQ201180017546
公開日2013年5月8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