專利名稱：超聲診斷系統(tǒng)和應(yīng)變分布顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲診斷系統(tǒng)和應(yīng)變分布(strain distribution)顯示方法，該超聲診斷系統(tǒng)和應(yīng)變分布顯示方法允許用戶利用超聲診斷設(shè)備，對組織的硬度進(jìn)行定量的測量。
背景技術(shù)：
超聲診斷不僅應(yīng)用于對組織結(jié)構(gòu)的觀察，而且應(yīng)用于以下領(lǐng)域(超聲組織表征)對諸如聲速、阻尼系數(shù)等的組織內(nèi)物理量進(jìn)行測量，而且根據(jù)這樣測量的物理量，生成診斷圖像。作為該領(lǐng)域的一部分，已知這樣的領(lǐng)域，其中對組織的硬度，即彈性特性，進(jìn)行測量。因為組織的彈性特性與病理狀況有著緊密的關(guān)系，因此上述領(lǐng)域正在被重點研究。例如，已知受到以下影響的組織展示出比正常組織大的硬度硬化性腫瘤，諸如乳腺癌、甲狀腺癌等；肝硬化；等等。按照慣例，通過觸摸來檢測組織的硬度。然而，通過觸摸的檢測具有難以進(jìn)行客觀分析的缺點，需要熟練的外科醫(yī)生，并具有以下限制只能檢測具有某種尺寸或更大尺寸、且位于體表附近的受影響組織。
另一方面，已知這樣一種方法，其中向組織施加靜壓力，以便使組織壓縮和變形，并利用超聲波來測量與施加的壓力相對應(yīng)的組織內(nèi)應(yīng)變(strain)，以便估計組織的彈性特性(J.Ophir，I.Cespedes，H.Ponnekanati，Y.Yazdi，and X.Li，“ElastographyA quantitative methodfor imaging the elasticity of biological tissue”，Ultrasonic Imaging，Vol.13，pp.111-134，1991)。常規(guī)技術(shù)是基于以下事實被開發(fā)的具有大硬度的組織在壓力下展示出小的組織應(yīng)變，以及另一方面，具有小硬度的組織在壓力下展示出大的組織應(yīng)變。也就是，關(guān)于上述常規(guī)方法，向組織施加靜壓力，并根據(jù)在這樣施加的壓力下的組織內(nèi)的應(yīng)變分布，來估計組織的彈性特性。
特別是，在不通過超聲波探頭向組織施加壓力的情況下，利用帶有超聲波探頭的超聲診斷設(shè)備，來進(jìn)行超聲回波信號(在沒有施壓的情況下的射頻(RF)信號)的正常測量。隨后，外科醫(yī)生通過超聲波探頭、輕微地向組織施加壓力(大約百分之幾)，此后測量穿過被施壓的組織的超聲回波信號(壓力下的RF信號)。然后，利用空間相關(guān)方法，根據(jù)在向組織施壓和沒有施壓的情況下的RF信號，來估計位移分布，該位移分布代表由于這樣施加的壓力而造成的組織的每一點的位移。
空間相關(guān)方法具有以下機(jī)理其中，通過利用二維相關(guān)函數(shù)的模板匹配(mask matching)，根據(jù)在向組織施加壓力和沒有施加壓力的情況下的RF信號(或RF信號的包絡(luò)信號)，來估計在施加的壓力下的組織內(nèi)的位移分布。即，將具有某種尺寸的二維相關(guān)窗口(模板)應(yīng)用于和沒有向組織施壓的情況下的層析成像數(shù)據(jù)相對應(yīng)的RF信號數(shù)據(jù)，以便通過利用自相關(guān)處理、檢測在應(yīng)用了相關(guān)窗口的RF信號數(shù)據(jù)與向組織施壓的情況下的RF信號數(shù)據(jù)之間的最大相關(guān)，來估計二維表面上的期望測量點的位移。例如，對以網(wǎng)格的形式設(shè)置的每個測量點，都執(zhí)行上述自相關(guān)處理，由此估計應(yīng)變分布。一般來說，由于水平方向的采樣比軸向的采樣粗糙，使得對于利用空間相關(guān)方法的處理，其水平方向(超聲波束的掃描方向)的位移檢測精度比軸向的位移檢測精度差。如上所述，空間相關(guān)方法具有使用戶能夠估計二維位移向量的優(yōu)點。而且，雖然上述空間相關(guān)方法具有位移估計精度受采樣間隔的限制的缺點，但是空間相關(guān)方法具有以下優(yōu)點即使在組織發(fā)生大的變形(例如，大約5％)的情況下，也使用戶能夠估計位移分布。然而，和常規(guī)超聲診斷不同，空間相關(guān)方法具有以下缺點空間相關(guān)處理耗費大量計算，導(dǎo)致了難以實時地處理。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于實時地獲得位移分布、應(yīng)變分布和彈性模量分布(elastic modulus distribution)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的超聲診斷系統(tǒng)根據(jù)在施加壓力和沒有施加壓力的情況下、利用超聲波探頭測量對象(subsject)而獲得的反射回波信號(RF信號)，來獲得對象的組織的位移，該超聲診斷系統(tǒng)包括存儲裝置，用于存儲利用所述超聲波探頭檢測的、諸如信號的包絡(luò)信號的信號特性；相關(guān)計算裝置，用于根據(jù)在向?qū)ο笫┘訅毫蜎]有施加壓力的情況下所述存儲裝置中存儲的所述特性，計算在向所述對象施壓和沒有施壓的情況下的所述特性之間的相關(guān)系數(shù)，以及在施壓和沒有施壓的情況下的接收信號之間的相位差；以及位移計算裝置，用于根據(jù)由相關(guān)計算裝置這樣獲得的、在施壓與沒有施壓情況下的RF信號之間的相關(guān)系數(shù)和相位差，來計算由于所述施加壓力而造成的每個測量點的位移。此外，根據(jù)本發(fā)明的超聲診斷系統(tǒng)包括應(yīng)變計算裝置，用于通過對每個測量點的位移進(jìn)行空間微分，來計算對象的組織的應(yīng)變分布；以及顯示裝置，用于顯示這樣獲得的應(yīng)變分布。
如上所述，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的超聲診斷系統(tǒng)，根據(jù)在施壓與沒有施壓情況下的諸如包絡(luò)信號的特性之間的相關(guān)，來計算每個測量點的位移，由此能夠?qū)崟r地估計位移分布。此外，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的超聲診斷系統(tǒng)，可以通過在所述超聲波束方向上、以所述超聲信號的二分之一波長的間距改變所述測量點，來獲得在向測量點施壓和沒有施壓情況下的包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置，由此解決作為Doppler(多普勒)方法的缺點的混疊(aliasing)問題。
注意，對于這樣的相關(guān)計算，其中通過沿時間軸改變在施壓情況下的包絡(luò)信號，以獲得在施壓的情況下每個測量點的包絡(luò)信號的自相關(guān)函數(shù)，來計算在向測量點施壓和沒有施壓的情況下的包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置，該相關(guān)計算導(dǎo)致了長計算時間，經(jīng)常造成不能進(jìn)行實時計算的問題。
因此，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的超聲診斷系統(tǒng)，首先，優(yōu)選地計算在施壓和沒有施壓情況下的包絡(luò)信號的自相關(guān)函數(shù)。然后，通過改變對應(yīng)于預(yù)定的測量點變化的、這樣獲得的自相關(guān)函數(shù)之間的相位差，例如通過以超聲信號的二分之一波長的間距改變自相關(guān)函數(shù)之間的相位差，來獲得相關(guān)系數(shù)。這減少了用于位移計算的計算時間，由此能夠進(jìn)行高速處理。此外，根據(jù)本發(fā)明的超聲診斷系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括存儲裝置，用于存儲正交檢波的RF信號的包絡(luò)信號；相關(guān)計算裝置，用于計算在向測量點施加壓力和沒有施加壓力的情況下的包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置，所述測量點被二維相關(guān)窗口包圍；以及位移計算裝置，用于根據(jù)由相關(guān)計算裝置這樣獲得的、展示相關(guān)系數(shù)和相位差的每個測量點位置，來計算由于施加壓力而造成的每個測量點的至少二維位移。
也就是，在本說明書中提出了被稱為“組合自相關(guān)方法(CA法)”的方法。如上所述，組合自相關(guān)方法具有以下優(yōu)點在利用相關(guān)窗口的空間相關(guān)方法中的二維和三維位移測量；以及在Doppler(多普勒)方法中的實時和高精度計算。組合自相關(guān)方法允許用戶估計位移分布，而在一定程度上與水平方向的位移無關(guān)。在該情況下，二維方向可以包括超聲波束方向，超聲波探頭在該超聲波束方向接收超聲信號；以及超聲波束掃描方向。此外，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的超聲診斷系統(tǒng)，優(yōu)選地，通過在超聲波束方向上以超聲信號的二分之一波長的間距、以及在超聲波束掃描方向上以超聲波束間距，改變測量點，來檢測展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置。注意，雖然根據(jù)本發(fā)明，在超聲波束方向上的測量點的改變間距不限于超聲信號的二分之一波長，但是優(yōu)選地采用小于超聲信號的二分之一波長的間距。
為了進(jìn)一步提高位移計算的計算速度，首先，優(yōu)選地計算在施壓和沒有施壓的情況下的包絡(luò)信號的自相關(guān)函數(shù)。然后，通過在對應(yīng)于預(yù)定的測量點變化的范圍中，改變自相關(guān)函數(shù)之間的相位差，來獲得展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置。
此外，根據(jù)本發(fā)明的位移計算不僅可以應(yīng)用于二維計算，而且可以應(yīng)用于三維計算。關(guān)于采用具有一維陣列結(jié)構(gòu)的超聲波探頭的三維配置，存儲裝置中存儲的幀數(shù)據(jù)包括由多個幀數(shù)據(jù)集組成的體積數(shù)據(jù)，多個幀數(shù)據(jù)集的每一個用作切片數(shù)據(jù)。另一方面，關(guān)于采用具有二維陣列結(jié)構(gòu)的超聲波探頭的三維配置，數(shù)據(jù)包含通過在切片方向上掃描而獲得的包絡(luò)信號。相關(guān)計算裝置通過在三維方向上、關(guān)于體積數(shù)據(jù)，改變被三維相關(guān)窗口包圍的測量點，來檢測在向測量點施壓和沒有施壓情況下的包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置，所述測量點被三維相關(guān)窗口包圍。同時，相關(guān)計算裝置計算在施壓和沒有施壓的情況下的RF信號之間的相位差。在該情況下，三維方向可以包括超聲波束方向，超聲波探頭在該超聲波束方向接收超聲信號；超聲波束掃描方向；以及與上述兩個方向正交的切片方向。此外，相關(guān)計算裝置優(yōu)選地計算，在超聲波束方向、超聲波束掃描方向、以及與上述兩個方向正交的切片方向上施加壓力和沒有施加壓力的情況下的RF信號之間的相位差。此外，上述的高速處理方法可以應(yīng)用于三維配置。此外，可以通過以超聲波束的切片間距為單位、在切片方向上改變測量點，來進(jìn)行上述計算。
此外，根據(jù)本發(fā)明用于獲得彈性模量分布的方法可以包括彈性模量計算裝置，該彈性模量計算裝置用于通過將對象劃分為有限數(shù)量的單元(element)，來建立至少二維或三維的有限元模型；以及根據(jù)用于建立模型的信息和這樣獲得的應(yīng)變分布，來計算彈性模量分布。此外，可以利用顯示裝置來顯示這樣獲得的彈性模量分布。在該情況下，彈性模量計算裝置優(yōu)選地通過，在對象的組織展示出各向同性的彈性和接近不可壓縮性的假定下，將對象的組織劃分為有限數(shù)量的矩形平行六面體單元，來建立三維有限元模型。此外，彈性模量計算裝置優(yōu)選地在對象的組織的每個單元都展示出均勻的彈性模量、均勻應(yīng)力和均勻應(yīng)變的假定下，利用彈性方程、根據(jù)關(guān)于上述應(yīng)變分布的信息，來計算彈性模量分布。
如上所述，在組織展示出各向同性的彈性的假定下，進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的計算。其原因在于，在施加于組織的外部靜壓力下，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系展示出線性關(guān)系。因此，可以在組織用作彈性模型的假定下，進(jìn)行近似計算。另外，組織展示出各向同性的特性，以及因此，可以在組織用作各向同性的彈性模型的假定下，進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的計算。另一方面，關(guān)于本發(fā)明，在組織展示出接近不可壓縮性的假定下，進(jìn)行計算。其原因在于，如果在組織展示出完全不可壓縮性的假定下，進(jìn)行計算，即利用0.5的組織內(nèi)恒定Poisson比(泊松比)進(jìn)行計算，則彈性方程變成特殊情況，造成了不能利用有限元方法進(jìn)行計算的問題。注意，關(guān)于本發(fā)明，利用均勻的組織內(nèi)泊松比進(jìn)行計算。在該情況下，只應(yīng)估計Young模量(楊氏模量)，以估計彈性模量分布，由此簡化了反演問題。注意，泊松比展示出足夠的組織內(nèi)均勻性，以及因此，關(guān)于本發(fā)明，優(yōu)選地利用0.49的泊松比進(jìn)行計算。根據(jù)本發(fā)明的彈性模量分布計算能夠僅僅根據(jù)可以高精度地計算的軸向應(yīng)變分布，來重構(gòu)彈性模量分布，由此能夠穩(wěn)定地計算彈性模量分布。


圖1描述了超聲診斷設(shè)備的機(jī)理。
圖2顯示了通過施加靜壓力的組織彈性測量方法的特定例子，以及通過施加靜壓力的組織彈性測量方法的機(jī)理。
圖3顯示了空間相關(guān)方法的機(jī)理。
圖4顯示了Doppler(多普勒)方法的機(jī)理。
圖5顯示了組合自相關(guān)方法的機(jī)理。
圖6顯示了用于執(zhí)行組合自相關(guān)方法的基本算法的電路配置的框圖。
圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的超聲診斷系統(tǒng)的示例配置的框圖。
圖8顯示了三維組合自相關(guān)方法的基本算法的流程圖。
圖9所示為，根據(jù)本發(fā)明的超聲診斷系統(tǒng)中所采用的三維組合自相關(guān)方法的基本算法的流程圖，以及圖7所示處理的一部分的詳細(xì)流程圖。
圖10顯示了，用于詳細(xì)描述具有提高的計算速度的組合自相關(guān)方法的流程圖，該組合自相關(guān)方法在圖9所示的步驟S15中被執(zhí)行。
圖11顯示了，用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的超聲診斷系統(tǒng)中所采用的三維組合自相關(guān)方法的基本算法的電路配置的框圖。
圖12顯示了模擬過程的示意圖。
圖13顯示了，在5.0MHz的超聲波中心頻率的情況下每一點的點擴(kuò)展函數(shù)的例子。
圖14顯示了組織模型的示意圖。
圖15顯示了，利用各估計方法估計的、由于水平方向位移造成的估計應(yīng)變誤差。
圖16顯示了，在0.0mm的水平方向位移的情況下利用各估計方法(組合自相關(guān)方法、擴(kuò)展組合自相關(guān)方法和空間相關(guān)方法)估計的應(yīng)變分布。
圖17顯示了，在0.4mm的水平方向位移的情況下利用各估計方法(組合自相關(guān)方法、擴(kuò)展組合自相關(guān)方法和空間相關(guān)方法)估計的應(yīng)變分布。
圖18顯示了，用于模擬傾斜方向的壓縮的組織模型。
圖19顯示了，通過對軸向的組織模型的簡單壓縮進(jìn)行模擬而獲得的應(yīng)變分布的估計結(jié)果。
圖20顯示了，通過對傾斜方向的組織模型壓縮進(jìn)行模擬而獲得的應(yīng)變分布的估計結(jié)果。
圖21顯示了兩種組織模型例子，該兩種組織模型例子的每一種都具有三維結(jié)構(gòu)。
圖22是顯示了利用內(nèi)含物包含模型估計的結(jié)果的第一圖。
圖23是顯示了利用內(nèi)含物包含模型估計的結(jié)果的第二圖。
圖24是顯示了利用層狀結(jié)構(gòu)模型估計的結(jié)果的第一圖。
圖25是顯示了利用層狀結(jié)構(gòu)模型估計的結(jié)果的第二圖。
圖26顯示了超聲診斷系統(tǒng)的基本配置。
圖27顯示了，超聲診斷系統(tǒng)中采用的超聲掃描儀的特定配置。
具體實施例方式
以下將參考附圖，來描述根據(jù)本發(fā)明實施例的超聲診斷系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的超聲診斷系統(tǒng)采用一種被稱為“擴(kuò)展組合自相關(guān)方法”的方法，其中利用組合自相關(guān)方法、通過一維窗口、根據(jù)包絡(luò)信號進(jìn)行相關(guān)計算的一維檢波處理被擴(kuò)展為，通過二維相關(guān)窗口、利用二維檢波，來處理水平方向的位移。此外，利用根據(jù)實施例的擴(kuò)展組合自相關(guān)方法，只對軸向間距為超聲波波長的一半、水平方向間距為束線間距(beam-line pitch)的網(wǎng)格點，執(zhí)行包絡(luò)相關(guān)計算，以便減小計算量，由此使得能夠進(jìn)行高速計算。注意，根據(jù)本實施例的擴(kuò)展組合自相關(guān)方法如同組合自相關(guān)方法一樣，采用相位信息來提高軸向位移的估計精度。然而，由于缺少用作載體(carrer)的信號，從而不利用相位信息來估計水平方向的位移。因此，如同空間相關(guān)方法一樣，水平方向位移的估計精度受限于采樣間隔(超聲波束線間距)。注意，根據(jù)本實施例的擴(kuò)展組合自相關(guān)方法沒有利用特殊的機(jī)理來提高水平方向位移的估計精度，因為可以利用后面描述的彈性模量分布重構(gòu)方法、僅僅根據(jù)軸向應(yīng)變(位移)分布，來估計彈性模量分布。
在描述根據(jù)本實施例的擴(kuò)展組合自相關(guān)方法的特定配置之前，將參考圖1至圖6來描述作為擴(kuò)展組合自相關(guān)方法的基礎(chǔ)的組合自相關(guān)方法。圖1描述了超聲診斷設(shè)備的原理。由圖1可以清楚地看出，用作超聲波探測器的超聲波探頭具有將電信號轉(zhuǎn)換成超聲波以及將超聲波轉(zhuǎn)換成電信號的功能，這允許用戶向組織11投射超聲波脈沖信號。穿過組織11的超聲波脈沖信號的一部分在具有互不相同的聲阻抗的區(qū)域之間的第一界面12上被反射。將被稱為“反射回波信號12a”的反射超聲波穿過組織11、投向超聲波探頭10，其余的超聲波穿過第一界面12。穿過第一界面12的超聲波脈沖信號的一部分在具有互不相同的聲阻抗的區(qū)域之間第二界面13上被反射。同樣地，在第二界面13上反射的、將被稱為“反射回波信號13a”的反射超聲波脈沖信號穿過組織投向超聲波探頭10，另一方面，其余的超聲波脈沖信號穿過第二界面13。反射超聲波回波信號被超聲波探頭10接收，以便被轉(zhuǎn)換為反射回波信號，該反射回波信號是電信號。在該情況下，用以下表達(dá)式(1)來表示，從超聲波探頭10投射超聲波脈沖信號、直到收到從與超聲波探頭10距離L的反射物14(具有互不相同的聲阻抗的區(qū)域之間的界面)反射的回波信號為止的時段t。
t=2Lc---(1)]]>在此，c表示組織內(nèi)的聲速，在穿過軟組織時，c可以被確定為大約1500米/秒的常量。因此，根據(jù)從投射超聲波直到收到反射回波信號的時間t，來計算探頭與反射物之間的距離L。此外，反射回波信號具有關(guān)于組織的聲學(xué)特性的信息，并且因此可以根據(jù)反射回波信號，將諸如B模式層析圖像的組織信息圖像顯示在監(jiān)視器上。
例如，已知這樣一種方法，其中利用超聲診斷設(shè)備來測量代表組織硬度的彈性特性。上述用于測量彈性特性的方法有一種機(jī)理，其中將機(jī)械振動作用于組織上，并且基于橫波(transverse wave)以高傳播速度穿過硬組織、并且以低傳播速度穿過軟組織這一事實，根據(jù)這樣產(chǎn)生的橫波的傳播速度，來估計硬度信息。嚴(yán)格地講，傳播穿過組織的橫波的傳播速度v取決于組織ρ的密度、剪切模量μ1、剪切粘度μ2和振動的角頻率ω，如下式(2)所表示。
v=2(μ12+ω2μ22)ρ(μ1+μ12+ω2+μ22)---(2)]]>另一方面，如圖2所示，已提出了這樣一種方法，其中將靜壓力施加于組織上，并且根據(jù)在所施加的靜壓力下的組織應(yīng)變分布，來估計組織的彈性特性。上述方法是基于以下事實而設(shè)計的這種靜壓力在硬組織內(nèi)造成小應(yīng)變，而在軟組織內(nèi)造成大應(yīng)變。圖2(A)顯示了通過施加靜壓力的組織彈性測量方法的特定例子。圖2(B)顯示了通過施加靜壓力的組織彈性測量方法的機(jī)理。由圖可以清楚地看出，關(guān)于上述方法，利用帶有超聲波探頭10的常規(guī)超聲診斷設(shè)備、在不施加壓力的情況下，正常地測量組織11的超聲回波信號(在不施加壓力的情況下的RF信號)。隨后，通過超聲波探頭10輕微地(大約百分之幾)按壓組織11，并測量在施加壓力下的組織11的超聲回波信號(在施加壓力的情況下的RF信號)。然后，根據(jù)在向組織施加壓力和沒有施加壓力的情況下測量的RF信號，來估計代表受壓時的組織內(nèi)的每一點的位移的位移分布。位移分布估計方法的主要例子包括利用空間相關(guān)的方法和利用Doppler(多普勒)效應(yīng)的方法。
圖3顯示了空間相關(guān)方法的機(jī)理。關(guān)于該方法，通過利用二維相關(guān)函數(shù)進(jìn)行模板匹配，根據(jù)在向組織施加壓力和沒有施加壓力的情況下測量的RF信號(或RF信號的包絡(luò)信號)，來估計在施加壓力下的組織內(nèi)的應(yīng)變分布。以下將描述該方法的特定處理。首先，分別以i1(t，x)和i2(t，x)來表示在向組織施加壓力和沒有施加壓力的情況下測量的RF信號(或RF信號的包絡(luò)信號)，則上述兩個信號之間的交叉相關(guān)系數(shù)C(t，x；n，m)以下式(3)來表示。
C(t,x,n,m)=Σv=-t0/2t0/2Σw=-x0/2x0/2i1(t+v,x+w)i2(t+v+nLt,x+w+mLx)Σv=-t0/2t0/2Σw=-x0/2x0/2i12(t,x)·Σv=-t0/2t0/2Σw=-x0/2x0/2i22(t+v+nLt,x+w+mLx)---(3)]]>在此，t代表超聲波束方向(軸向)的坐標(biāo)點，x代表與超聲波束方向正交(水平方向)的坐標(biāo)點，t0代表相關(guān)窗口的軸向尺寸，x0代表相關(guān)窗口的水平方向尺寸，Lt代表軸向的采樣間隔，以及Lx代表水平方向的采樣間隔。此外，n和m為整數(shù)。在該情況下，如果將顯示出最大值的交叉相關(guān)系數(shù)的組合(n，m)表示為(k，l)，則在測量點(t，x)處的軸向位移uy和水平方向位移ux分別以下式來表示。
uy＝kLtux＝lLx注意，在水平方向的采樣間隔Lx比軸向采樣間隔Lt粗糙的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，由此導(dǎo)致了水平方向的位移檢測精度比軸向位移檢測精度差。對每個測量點進(jìn)行上述處理，由此估計位移分布?？臻g相關(guān)方法的優(yōu)點在于，使用戶能夠估計二維位移向量分量。此外，即使組織內(nèi)出現(xiàn)大的應(yīng)變(大約5％)，空間相關(guān)方法也允許用戶估計位移分布。然而，不同于常規(guī)超聲測量系統(tǒng)，上述方法引起大量的計算，造成實時計算的困難。此外，位移估計精度受采樣間隔的限制，由此造成了與Doppler(多普勒)方法相比、精度較差的問題，將在后面描述Doppler(多普勒)方法。
圖4顯示了Doppler(多普勒)方法的機(jī)理。關(guān)于該方法，根據(jù)在向組織施加壓力和沒有施加壓力的情況下的RF信號，利用Doppler(多普勒)效應(yīng)來估計在施加壓力下的組織內(nèi)的位移分布，Doppler(多普勒)效應(yīng)也用于血流測量中。以下將描述該方法的特定處理。首先，利用如下式(4)所表示的模型，來表示在向組織施加壓力和沒有施加壓力的情況下的RF信號。
在此，i1(t)代表在沒有施加壓力情況下的RF信號，i2(t)代表在施加壓力情況下的RF信號，A(t)代表包絡(luò)信號，ω0代表超聲波的中心角頻率，以及τ代表時移(time shift)。一旦對兩個RF信號的每一個執(zhí)行正交檢波，就獲得了基帶信號，如下式所示。
s1(t)＝A(t)ejθs2(t)=A(t-τ)ej(ω0τ+θ)---(5)]]>同樣，以下式來表示上述兩個信號之間的復(fù)相關(guān)函數(shù)R12(t)。
R12(t)=∫-t0/2t0/2s1(t+v)s2(t+v)*dv=RA(t)e-jω0τ---(6)]]>在此，RA(t)代表包絡(luò)信號的自相關(guān)函數(shù)，以及t0代表超聲波束軸向的相關(guān)窗口尺寸。此外，星號“*”代表復(fù)共軛算子。因此，從相關(guān)函數(shù)R12(t)的相位φ(t)，獲得了由于施加壓力而造成的時移τ和軸向位移uy，如下式(7)所示。
τ=-φ(t)ω0]]>uy=cτ2---(7)]]>注意，c代表組織內(nèi)的聲速，并且假定在組織內(nèi)c為常量。
利用Doppler(多普勒)方法，對每一個測量點執(zhí)行上述處理，并且通過與根據(jù)Doppler(多普勒)效應(yīng)開發(fā)的血流測量一樣的方式，估計位移分布。因此，Doppler(多普勒)方法具有實時測量的優(yōu)點。此外，Doppler(多普勒)方法利用相位信息進(jìn)行計算，由此與空間相關(guān)方法相比，可以更高精度地估計位移。然而，Doppler(多普勒)方法的缺點在于大位移的測量，例如超聲波中心頻率的波長的四分之一或更大的位移的測量，造成了混疊(aliasing)，導(dǎo)致了不能估計正確位移的問題。此外，Doppler(多普勒)方法的缺點還在于，不能夠象可以從上式所推定的那樣，來估計除軸向以外的位移。
為了解決上述問題，本發(fā)明人提出了“組合自相關(guān)方法(CA法)”，該方法同時具有上述兩種方法的優(yōu)點。圖5顯示了由本發(fā)明人提出的組合自相關(guān)方法的機(jī)理。關(guān)于組合自相關(guān)方法，利用RF信號的包絡(luò)信號的相關(guān)進(jìn)行計算，由此解決了作為Doppler方法的缺點的混疊問題。以下將描述該方法的特定處理。
首先，如同Doppler方法的情況一樣，利用如下式所表示的模型，來表示在向組織施加壓力和沒有施加壓力的情況下的RF信號。
在此，i1(t)代表在沒有施加壓力情況下的RF信號，i2(t)代表在施加壓力情況下的RF信號，A(t)代表包絡(luò)信號，ω0代表超聲波的中心角頻率，以及τ代表時移。一旦對兩個RF信號的每一個執(zhí)行正交檢波，就獲得了基帶信號，如下式所示。
s1(t)＝A(t)ejθs2(t)=A(t-τ)ej(ω0τ+θ)---(9)]]>然后，利用下式來表示上述兩個信號之間的復(fù)相關(guān)函數(shù)R12(t；n)。
R12(t;n)=∫-t0/2t0/2s1(t+v)s2(t+nT2+v)*dv=RA(t;τ-nT2)e-jω0(τ-nT2),(n=...,-2,-1,0,1,2...)---(10)]]>在此，T代表超聲波的周期，RA(t；τ)代表包絡(luò)信號的自相關(guān)函數(shù)，以及t0代表相關(guān)窗口尺寸。此外，星號“*”代表復(fù)共軛算子。在此，n代表變量號，并且對不同的n進(jìn)行每次計算。在由變量號確定的點的周圍，計算每個測量點處的位移。注意，在n＝0的情況下，組合自相關(guān)函數(shù)和如式(6)所示的Doppler(多普勒)方法中的自相關(guān)函數(shù)相等。也就是，在對超聲波波長的四分之一或更大的位移進(jìn)行測量的情況下，n等于0的組合自相關(guān)函數(shù)造成了混疊問題。為了解決上述問題，關(guān)于組合自相關(guān)方法，將包絡(luò)相關(guān)系數(shù)C(t；n)定義為如下式(11)所表示。
C(t;n)=|R12(t;n)||R11(t;0)|·|R22(t;n)|---(11)]]>
注意，R11(t；0)代表s1(t)的自相關(guān)函數(shù)，以及R22(t；n)代表s2(t+nT/2)的自相關(guān)函數(shù)。如果將顯示出最大值的包絡(luò)相關(guān)系數(shù)C(t；n)的n表示為k，則利用n＝k的R12(t；k)的相位φ進(jìn)行計算。在該情況下，無混疊地計算位移。其原因在于，在二分之一波長的間距下進(jìn)行包絡(luò)相關(guān)計算。注意，二分之一波長的計算間距是用于計算位移、同時防止混疊的最大間距。從而，利用φ(t；k)來計算時移τ和軸向位移uy，如下式所示。
τ=-φ(t;k)ω0+kT2]]>uy=cτ2---(12)]]>注意，c代表組織內(nèi)的聲速，并且假定在組織內(nèi)c為常量。
利用組合自相關(guān)方法，對每個測量點都執(zhí)行上述處理，由此估計位移分布，它是Doppler(多普勒)方法的擴(kuò)展方法。因此，組合自相關(guān)方法具有實施測量的優(yōu)點。此外，和Doppler(多普勒)方法不同，組合自相關(guān)方法具有以下優(yōu)點使用戶能夠利用包絡(luò)相關(guān)來估計包含大位移(即，超聲波波長的四分之一或更大的位移)的位移分布。
圖6顯示了用于執(zhí)行組合自相關(guān)方法的基本算法的電路配置的框圖。在圖6中，在沒有施加壓力的情況下獲得的回波信號x(t)被輸入到未受壓正交檢波電路(QD)131，用于正交檢波，并且這樣檢測的正交檢波信號Ix(t)和Qx(t)被輸入到第一相關(guān)計算電路133和第一相關(guān)系數(shù)計算電路1350至135N。另一方面，在施加壓力的情況下獲得的回波信號y(t)被輸入到第一受壓正交檢波電路(QD)1320，用于正交檢波，并且這樣檢測的正交檢波信號Y(t)＝Iy+jQy(Iy(t)，Qy(t))被輸入到第一相關(guān)系數(shù)計算電路1340和第二相關(guān)計算電路1350。第一延遲電路134使回波信號y(t)延遲超聲波的周期T，并且延遲的回波信號y1＝y(tǒng)(t-T)被輸入到第二受壓正交檢波(QD)電路1321。同樣，第二延遲電路135使已經(jīng)被第一延遲電路134延遲的回波信號y1＝y(tǒng)(t-T)延遲超聲波的周期T，并且延遲的回波信號y2＝y(tǒng)(t-2T)被輸入到下一個第二受壓正交檢波(QD)電路1322(未顯示)。注意，該電路具有N個延遲電路，回波信號被連續(xù)延遲，并且被延遲了整數(shù)倍周期T的回波信號以同樣的方式被輸入到相應(yīng)的受壓正交檢波電路。
第一相關(guān)計算電路133根據(jù)信號Ix和Qx計算相關(guān)值Rxx，并將相關(guān)值Rxx輸出到第二相關(guān)系數(shù)計算電路1380至138N。第二相關(guān)計算電路1340從受壓正交檢波電路1320接收正交檢波信號Iy(t)和Qy(t)，根據(jù)信號Iy和Qy計算相關(guān)值Ryy，并將相關(guān)值Ryy輸出到第二相關(guān)計算電路1380。第一相關(guān)系數(shù)計算電路1350從未受壓正交檢波電路131接收正交檢波信號Ix(t)和Qx(t)，并從第一受壓正交檢波電路1320接收正交檢波信號Iy(t)和Qy(t)，據(jù)此計算復(fù)基帶信號SR和SI，并將基帶信號SR和SI輸出到第三相關(guān)計算電路1360和相位差計算電路1370。第三相關(guān)計算電路1360從第一相關(guān)系數(shù)計算電路1350接收復(fù)基帶信號SR和SI，據(jù)此計算相關(guān)值|Rxy|，并將計算的相關(guān)值|Rxy|輸出到第二相關(guān)系數(shù)計算電路1380。相位差計算電路1370從第一相關(guān)系數(shù)計算電路1350接收復(fù)基帶信號SR和SI，并根據(jù)復(fù)基帶信號SR和SI計算相位差φ0(t)。第二相關(guān)系數(shù)計算電路1380從第一相關(guān)計算電路133接收相關(guān)值Rxx，從第三相關(guān)計算電路1360接收相關(guān)值|Rxy|，以及從第二相關(guān)計算電路1340接收相關(guān)值Ryy，根據(jù)上述相關(guān)值計算相關(guān)系數(shù)C0(t)，并輸出計算的相關(guān)系數(shù)C0(t)。
第二受壓正交檢波電路(QD)1321接收被第一延遲電路134延遲的回波信號y1＝y(tǒng)(t-T)，并將正交檢波信號Y1(t)＝Iy1+jQy1(Iy1(t)，Qy1(t))輸出到第一相關(guān)系數(shù)計算電路1341和第二相關(guān)計算電路1351。第二相關(guān)計算電路1341從第二受壓正交檢波電路(QD)1321接收正交檢波信號Iy1(t)和Qy1(t)，根據(jù)信號Iy1(t)和Qy1(t)計算相關(guān)值Ry1y1，并將相關(guān)值Ry1y1輸出到第二相關(guān)計算電路1381。第一相關(guān)系數(shù)計算電路1351從未受壓正交檢波電路131接收正交檢波信號Ix(t)和Qx(t)，以及從第二受壓正交檢波電路(QD)1321接收正交檢波信號Iy1(t)和Qy1(t)，據(jù)此計算復(fù)基帶信號SR1和SI1，并將復(fù)基帶信號SR1和SI1輸出到第三相關(guān)計算電路1351和相位差計算電路1371。第三相關(guān)計算電路1361從第一相關(guān)系數(shù)計算電路1351接收復(fù)基帶信號SR1和SI1，根據(jù)復(fù)基帶信號SR1和SI1計算相關(guān)值|Rxy1|，并將計算的相關(guān)值|Rxy1|輸出到第二相關(guān)系數(shù)計算電路1381。相位差計算電路1371從第一相關(guān)系數(shù)計算電路1351接收復(fù)基帶信號SR1和SI1，并根據(jù)復(fù)基帶信號SR1和SI1計算相位差φ1(t)。第二相關(guān)系數(shù)計算電路1381從第一相關(guān)計算電路133接收相關(guān)值Rxx，從第三相關(guān)計算電路1361接收相關(guān)值|Rxy1|，以及從第二相關(guān)計算電路1341接收相關(guān)值Ry1y1，根據(jù)上述相關(guān)值計算相關(guān)系數(shù)C1(t)，并輸出計算的相關(guān)系數(shù)C1(t)。
同樣地，從自第一延遲電路135向下的相應(yīng)延遲電路接收信號的第二受壓正交檢波電路(QD)1322至132N的每一個，第二相關(guān)計算電路1342至134N的每一個，第一相關(guān)系數(shù)計算電路1352至135N的每一個，第三相關(guān)電路1362至136N的每一個，相位差計算電路1372至137N的每一個，以及第二相關(guān)系數(shù)計算電路1382至138N的每一個，都執(zhí)行如同如上所述的第一級和第二級電路元件一樣的處理，由此輸出相關(guān)系數(shù)C2(t)至CN(t)以及相位值φ2(t)至φN(t)。如上所述，圖6所示的用于執(zhí)行組合自相關(guān)方法的基本算法的電路具有以下配置其中對于延遲電路134至13N的每一個，都使在施加壓力下的回波信號y(t)延遲了超聲波的二分之一周期T/2(二分之一波長)的時段，并且相應(yīng)的正交檢波電路(QD)1320至132N對這樣延遲的每一個回波信號進(jìn)行正交檢波(quadrature-detection)。
如上所述，通過在向組織施加壓力的情況下的估計位移分布的空間微分，獲得了應(yīng)變分布。應(yīng)變分布代表組織的相對彈性特性，并且因此，基于應(yīng)變分布的診斷展示出與基于彈性模量分布的診斷相似的效果。然而，在造成整個受影響組織的硬化的肝硬化的情況下，難以進(jìn)行如同彈性特性分布一樣的組織診斷，彈性特性分布允許外科醫(yī)生進(jìn)行定量估計。因此，近些年來，用于組織彈性模量分布的重構(gòu)方法正在被研究。注意，所有這些重構(gòu)方法都處于研究階段，并且還沒有建立標(biāo)準(zhǔn)方法。
另一方面，可以基于如上所述的、組織內(nèi)的應(yīng)變分布和應(yīng)力分布，來獲得組織彈性模量分布。然而，難以利用現(xiàn)有技術(shù)直接測量應(yīng)力分布。因此，尤其是基于應(yīng)變分布來重放彈性模量分布，以滿足在向組織施加壓力情況下的邊界條件，即需要解決反演問題。一般來說，難以解決反演問題，并且只提出了很少的彈性模量重構(gòu)方法。以下將描述常規(guī)的彈性模量重構(gòu)方法。
首先，已知這樣一種方法，該方法是基于通過一維模型(一維彈性模型)來表示組織的假定而提出的。也就是，已知這樣一種方法，其中基于通過一維彈性模型來表示組織的假定，來計算彈性模量分布。基于上述假定，將彈性模量確定為應(yīng)變的反數(shù)(inverse number)。嚴(yán)格地講，上述方法不是彈性模量重構(gòu)方法。關(guān)于上述方法，只獲得了應(yīng)變的倒數(shù)，并且因此，如同應(yīng)變分布的情況一樣，只能獲得組織的相對彈性特性。
其次，已知這樣一種方法，其中彈性方程被簡化為沒有應(yīng)力項(假定組織顯示出各向同性彈性、不可壓縮性以及平面應(yīng)變)。關(guān)于上述方法，所形成的、以代表平面應(yīng)力狀態(tài)的彈性方程被簡化為沒有應(yīng)力項，并且利用沒有應(yīng)力項的簡化彈性方程、基于應(yīng)力分布(包括剪切應(yīng)變分量的應(yīng)變張量的所有分量)來重構(gòu)組織彈性模量分布，以滿足邊界條件(體表上的施壓分布，或者體表上的位移分布)。注意，該方法需要這樣的區(qū)域(參考區(qū))，在該區(qū)域已獲得了彈性模量。
第三，已知這樣一種方法，其中結(jié)合了彈性微分方程(假定組織顯示出各向同性彈性、不可壓縮性以及平面應(yīng)變)。關(guān)于上述方法，所形成的、以代表平面應(yīng)力狀態(tài)的彈性方程被簡化為沒有應(yīng)力項，并且通過連續(xù)地把關(guān)于彈性模量的無應(yīng)力項的簡化微分方程與作為參考的體表附近彈性模量結(jié)合、基于應(yīng)變分布(包括剪切應(yīng)變分量的應(yīng)變張量的所有分量)，來重構(gòu)組織彈性模量分布。注意，該方法需要這樣的體表附近區(qū)域(參考區(qū))，在該體表附近區(qū)域已預(yù)先獲得了彈性模量分布。此外，上述方法具有以下問題由于與作為參考的體表附近彈性模量結(jié)合而造成了誤差積累，使得離體表越遠(yuǎn)，計算誤差就越大。
第四，已知一種利用擾動法的方法(假定組織顯示出各向同性彈性、不可壓縮性以及平面應(yīng)變)。關(guān)于上述方法，利用帶有迭代法的擾動法，基于超聲波束方向(軸向)的體表施壓分布和體表應(yīng)變分布，通過解已被形成以代表平面應(yīng)力狀態(tài)的彈性方程，來重構(gòu)組織彈性模量分布。
已經(jīng)描述了基本機(jī)理和要解決的特定問題。以下將描述根據(jù)本發(fā)明的實施例，以便解決上述問題。圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的超聲診斷系統(tǒng)的簡要配置框圖。超聲波探頭91包括常規(guī)的扇形掃描探頭(扇形調(diào)相陣列探頭)、線性掃描探頭(線性陣列探頭)或凸形掃描探頭(凸形陣列探頭)，具有向要觀察的組織投射超聲波、以及接收反射的超聲波的功能。
在向組織施加壓力和沒有施加壓力的情況下獲得的RF信號從超聲波探頭91輸出到正交檢波器92。正交檢波器92把向組織施加壓力和沒有施加壓力的情況下的RF信號轉(zhuǎn)換為施加壓力和沒有施加壓力的復(fù)包絡(luò)信號(IQ信號)，并將IQ信號輸出到二維復(fù)相關(guān)計算單元93。二維復(fù)相關(guān)計算單元93計算在向組織施加壓力的情況下的RF信號與沒有向組織施加壓力的情況下的RF信號之間的二維相關(guān)，將顯示出最大相關(guān)的位置輸出到水平方向位移計算單元94和軸向位移計算單元95，并將相應(yīng)的相關(guān)函數(shù)相位輸出到軸向計算單元95。注意，在軸向、以二分之一超聲波中心頻率的間距來計算相關(guān)，該間距是獲得相位、同時防止混疊的最大間距。以這種間距來計算相關(guān)，以便允許超聲診斷系統(tǒng)的實時顯示。因此，本發(fā)明不限于以二分之一波長的間距進(jìn)行計算，而是，可以構(gòu)造這樣的配置，其中高精度地計算相關(guān)。
水平方向位移計算單元94根據(jù)與從二維復(fù)相關(guān)計算單元93收到的水平方向最大相關(guān)相對應(yīng)的位置，計算水平方向位移ux，并將該位移輸出到水平方向應(yīng)變計算單元96。另一方面，軸向位移計算單元95根據(jù)與從二維復(fù)相關(guān)計算單元93收到的軸向最大相關(guān)和相位相對應(yīng)的位置，計算軸向位移uy，并將該位移輸出到軸向應(yīng)變計算單元97。水平方向應(yīng)變計算單元96對從水平方向計算單元94收到的水平方向位移ux進(jìn)行空間微分，以便計算水平方向的應(yīng)變分布εx，并將該應(yīng)變分布輸出到量化單元98。另一方面，軸向應(yīng)變計算單元97對從軸向計算單元95收到的軸向位移uy進(jìn)行空間微分，以便計算軸向應(yīng)變分布εy，并將該應(yīng)變分布輸出到量化單元98。量化單元98對水平方向應(yīng)變分布εx和軸向應(yīng)變分布εy進(jìn)行量化，以便對這些應(yīng)變分布進(jìn)行灰階顯示(或彩色顯示)，并在顯示單元99上顯示信息。顯示單元99顯示這樣量化的每一個應(yīng)變分布。
接下來，將描述圖7所示的超聲診斷系統(tǒng)中采用的擴(kuò)展組合自相關(guān)方法的操作。首先，考慮這樣一種情況，其中組織被輕微地壓縮(即百分之幾或更少)。在該情況下，從局部觀點看，假定壓力造成了組織內(nèi)的每一點的平行位移。也就是，通過下式所示的模型，來表示向組織施加壓力和沒有施加壓力的情況下的RF信號。
在此，i1(t，x)代表沒有施加壓力情況下的RF信號，i2(t，x)代表施加壓力情況下的RF信號，A(t，x)代表包絡(luò)信號，ω0代表超聲波的中心角頻率，τ代表時移，該時移用作代表軸向位移的時間參數(shù)，ux代表水平方向位移，以及θ代表初始相位。注意，和Doppler(多普勒)方法和組合自相關(guān)方法不同，關(guān)于該方法，施加壓力和沒有施加壓力情況下的RF信號由考慮到水平方向位移的模型來表示。要在最后階段獲得的參數(shù)是軸向位移uy＝cτ/2(即時移τ)和水平方向位移ux。注意，c代表組織內(nèi)的聲速，并且假定在組織內(nèi)c是常量。
然后，正交檢波器92對向組織施加壓力和沒有施加壓力的情況下的RF信號進(jìn)行正交檢波。也就是，將具有與超聲波中心頻率相同的頻率的正弦波和余弦波應(yīng)用于RF信號，隨后進(jìn)一步對RF信號進(jìn)行低通濾波，由此獲得復(fù)基帶信號s1和s2，如下式(14)所示。
s1(t，x)＝A(t，x)ejθs2(t,x)=A(t-τ,x-ux)ej(ω0τ+θ)---(14)]]>然后，將s1(t，x)和s2(t+nT/2，x+mL)之間的二維復(fù)相關(guān)函數(shù)R12(t，x；n，m)定義為如下式(15)所示。
R12(t,x;n,m)=∫-x0/2x0/2∫-t0/2t0/2s1(t+v,x+w)s2(t+nT2+v,x+mL+w)*dvdw]]>=RA(t,x;t-nT2,ux-mL)e-jω0(τ-nT2),(n=-Nmin,···,-2,-1,0,1,2,···,Nmax),(m=-Mmin,···,-2,-1,0,1,2,···Mmax)---(15)]]>在此，T代表超聲波的周期，L代表采樣間隔(束線間距)，RA(t，x；τ，ux)代表包絡(luò)信號的自相關(guān)函數(shù)，t0代表相關(guān)窗口的軸向長度，x0代表相關(guān)窗口的水平方向長度。另一方面，v代表用于積分的時間(τ)軸向的變量值，w代表用于積分的束線方向的變量值，以及星號“*”代表復(fù)共軛算子。然后，利用如下式(16)所示的二維復(fù)相關(guān)函數(shù)，來定義二維包絡(luò)相關(guān)系數(shù)C(t，x；n，m)。
C(t,x;n,m)=|R12(t,x;n,m)||R11(t,x;0,0)|·|R22(t,x;n,m)|---(16)]]>注意，R11(t，x；0，0)代表S1(t，x)的自相關(guān)函數(shù)，以及R22(t，x；n，m)代表S2(t+nT/2，x+mL)的自相關(guān)函數(shù)。如同組合自相關(guān)方法一樣，包絡(luò)相關(guān)系數(shù)用于解決混疊問題。也就是，在每一個測量點(t，x)處，對于所有變量號n和m，都獲得由C(t，x；n，m)和φ(t，x；n，m)構(gòu)成的組合{C(t，x；n，m)，φ(t，x；n，m)}。關(guān)于該方法，假定在足夠的范圍內(nèi)，即在足以進(jìn)行包絡(luò)相關(guān)的范圍內(nèi)，確定變量號對(n，m)。在該情況下，與顯示出最大包絡(luò)相關(guān)系數(shù)的(n，m)＝(k，l)相對應(yīng)的相位φ(t，x；k，l)匹配無混疊的相位。其原因在于，如果將顯示出最大包絡(luò)相關(guān)系數(shù)的變量號對(n，m)表示為(k，l)，則s1(t，k)與s2(t+kT/2，x+lL)之間的時移|τ-kT/2|小于T/2。即，|φ(t，x；k，l)|＝ω0|t-kT/2|小于π。也就是，關(guān)于該方法，利用無混疊的相位φ(t，x；k，l)進(jìn)行計算，由此在每一個測量點(t，x)處獲得正確的時移τ、正確的軸向位移uy以及正確的水平方向位移ux，如下式(17)所示。
τ=-φ(t,x;k,l)ω0+kT2]]>uy=cτ2]]>ux＝lL …(17)注意，c代表組織內(nèi)的聲速(假定為1500m/s的常量，1500m/s是軟組織內(nèi)的正常聲速)。關(guān)于該方法，對所有測量點進(jìn)行上述計算，由此獲得軸向位移分布uy(x，y)和水平方向位移分布ux(x，y)。
此外，關(guān)于該方法，對上述位移分布的每一個進(jìn)行空間微分，由此獲得軸向應(yīng)變分布εy(x，y)和水平方向應(yīng)變分布εx(x，y)，如下式(18)所示。
ϵy(x,y)=∂uy(x,y)∂y---(18)]]>ϵx(x,y)=∂ux(x,y)∂y]]>如上所述，關(guān)于該方法，根據(jù)在向組織施加壓力和沒有施加壓力的情況下的RF信號，來估計軸向和水平方向的位移(應(yīng)變)分布。注意，如同可以從上式ux＝lL看出，水平方向的位移檢測精度受水平方向的采樣間隔(束線間距)的限制，以及因此，該方法具有水平方向精度較低的缺點。然而，該方法具有實時觀察的優(yōu)點，由此提高了實際性能。
上述的擴(kuò)展組合自相關(guān)方法具有以下功能對于每一次計算，利用在預(yù)定范圍內(nèi)應(yīng)用的二維相關(guān)窗口，來分析在向組織施加壓力的情況下、組織與超聲波探頭之間的水平方向的相對位移，由此處理組織的水平方向位移。然而，具有這種功能的該二維擴(kuò)展組合自相關(guān)方法不能估計，在向組織施加壓力的情況下、包含與軸向和水平方向都正交的方向(與二維超聲掃描平面(切片方向)正交的方向)上的位移的應(yīng)變分布。為了解決上述問題，很容易地將以上的二維擴(kuò)展組合自相關(guān)方法擴(kuò)展為利用應(yīng)用于三維范圍的三維窗口的三維擴(kuò)展組合自相關(guān)方法，由此使系統(tǒng)能夠更穩(wěn)定。
圖9和圖10是描述三維組合自相關(guān)方法的基本算法的流程圖。注意，圖10是對圖9所示處理的一部分進(jìn)行詳細(xì)描述的流程圖。
在步驟S11中，掃描線寄存器1存儲“1”，掃描線寄存器1用作用于執(zhí)行對于第一掃描線至第L掃描線相同的處理的計數(shù)器。掃描線寄存器1中存儲的值在步驟S23的確定處理中被檢查。
在步驟S12，對于每一個循環(huán)處理，使厚度方向(幀方向)上的變量在-U至U之間遞增。注意，在步驟S18的確定處理中檢查計數(shù)。
在步驟S13，對于每一個循環(huán)處理，使掃描方向(掃描線方向)上的變量在-V至V之間遞增。注意，在步驟S17的確定處理中檢查計數(shù)。
在步驟S14，對于每一個循環(huán)處理，使距離方向(軸向)上的變量在0和M之間遞增。注意，在步驟S16的確定處理中檢查計數(shù)。
在步驟S15，利用組合自相關(guān)方法，計算距離方向(軸向)的包絡(luò)信號的相關(guān)系數(shù)C(l，t；u，v，n)。注意，常規(guī)的組合自相關(guān)方法不能展示出足以進(jìn)行三維計算的計算速度，以及因此，利用高速組合自相關(guān)方法來計算相關(guān)系數(shù)C(l，t；u，v，n)。后面將描述高速自相關(guān)方法。
在步驟S16，對在上述步驟S14中確定的變量進(jìn)行處理。即，確定距離方向寄存器中存儲的變量n是否已達(dá)到預(yù)定最大值M。如果確定變量n已達(dá)到M，則流程前進(jìn)到步驟S17。否則，流程返回到步驟S14，并且使距離方向寄存器中存儲的變量n遞增。
在步驟S17，對在上述步驟S13中確定的變量進(jìn)行處理。即，確定掃描方向寄存器中存儲的變量v是否已達(dá)到預(yù)定最大值V。如果確定變量v已達(dá)到V，則流程前進(jìn)到步驟S18。否則，流程返回到步驟S13，并且使掃描方向寄存器中存儲的變量v遞增。
在步驟S18，對在上述步驟S12中確定的變量進(jìn)行處理。即，確定厚度方向寄存器中存儲的變量u是否已達(dá)到預(yù)定最大值U。如果確定變量u已達(dá)到U，則流程前進(jìn)到步驟S19。否則，流程返回到步驟S12，并且使掃描方向寄存器中存儲的變量u遞增。
在步驟S19，系統(tǒng)在u＝(-U，…，0…，U)、v＝(-V，…，0…，V)和n＝(0，1，…，N)的范圍內(nèi)，搜索展示出在步驟S12至S18中計算的最大相關(guān)系數(shù)C(l，t；u，v，n)的變量組合(u，v，n)。注意，雖然本實施例假定只有正壓力施加于組織，而采用了這種距離方向范圍n＝(0，1，…，N)，但是不用說，在其中正壓力和負(fù)壓力都被施加于組織上的配置中，應(yīng)該采用距離方向范圍n＝(-M，…，0，…，N)。
在步驟S20，計算在步驟S19中獲得的相關(guān)系數(shù)C(l，t；u，v，n)的相位差φ(l，t；u0，v0，n0)。
在步驟S21，相位差n0π+φ(l，t；u0，v0，n0)被計算，作為最終階段的相位差。
在步驟S22，利用點(u0，v0，n0)附近的點(u，v，n)處的相關(guān)系數(shù)C(l，t；u，v，n)，來計算掃描方向的位移v＝v0+Δv和厚度方向的位移u＝u0+Δu。
在步驟S23，檢查在上述步驟S11中掃描線寄存器1中存儲的變量。即，確定變量1是否已達(dá)到L。如果確定1已達(dá)到L，則流程前進(jìn)到步驟S24。否則，流程返回到步驟S11，并且使掃描線寄存器1中存儲的變量遞增。
在步驟S24，通過對在向組織施加壓力的情況下估計的位移分布進(jìn)行空間微分，來計算應(yīng)變分布。
圖10是對圖9中所示的步驟S15中的上述高速組合自相關(guān)方法進(jìn)行詳細(xì)描述的流程圖。
在步驟S31，對沒有施壓和施壓情況下的RF信號進(jìn)行正交檢波，由此獲得I信號和Q信號，如下所述。
x(t)→Ix，Qx(其中X(t)＝Ix+jQx)y(t)→Iy，Qy(其中Y(t)＝Iy+jQy)在步驟S32，根據(jù)下式計算相關(guān)Rxy、Rxx和Ryy。
Rxy＝∫X(t+v)·Y*(t+v)dvRxx＝∫X(t+v)·X*(t+v)dvRyy＝∫Y(t+v)·Y*(t+v)dv在步驟S33，利用下式，根據(jù)這樣獲得的相關(guān)Rxy、Rxx和Ryy來計算相關(guān)系數(shù)C0。
C0=|Rxy|/Rxx·Ryy]]>在步驟S34，將變量號n設(shè)置為1。
在步驟S35，計算Yn(t)＝Y(jié)(t-nT)ejωnT。
在步驟S36，根據(jù)下式計算Rxyn和Rynyn。
Rxyn＝∫X(t+v)·Yn*(t+v)dv＝∫X(t+v)·Y*(t-nT+v)ejωnTdvRynyn＝∫Yn(t+v)·Yn*(t+v)dv＝∫Y(t-nT+v)·Y*(t-nT+v)dv在步驟S37，利用下式，根據(jù)Rxyn和Rynyn計算相關(guān)系數(shù)Cn。
Cn=|Rxyn|/Rxx·Rynyn]]>在步驟S38，使變量號n遞增。
在步驟S39，確定變量號n是否已達(dá)到預(yù)定最大值M。如果確定n已達(dá)到M，則處理結(jié)束。否則，流程返回到步驟S35，并重復(fù)相同處理。
利用圖10中流程圖所示的方法，在步驟S35中從Y計算Yn，以便計算Rxyn和Rynyn。這允許簡單的電路配置。以下將描述從Y計算Yn的方法。
首先，用下式來表示沒有施壓情況下的回波信號x(t)。
x(t)＝u(t)cos(ωt+θ)另一方面，用下式表示在軸向施加壓力的情況下的回波信號y(t)。
y(t)＝x(t+τ)＝u(t+τ)cos(ω(t+τ)+θ)。
則，用下式來表示x、y和yn的正交檢波信號。
x(t)→Ix＝0.5u(t)cosθQx＝-0.5u(t)sinθ(X(t)＝Ix+jQx＝0.5u(t)e-jθ)y(t)→Iy＝0.5u(t+τ)cos(ωτ+θ)Qy＝-0.5u(t+τ)sin(ωτ+θ)(Y(t)＝Iy+jQy＝0.5u(t+τ)e-j(ωτ+θ))yn(t)＝y(tǒng)(t-nT)＝u(t+τ-nT)cos(ω(t+τ-nT)+θ)＝u(t+τ-nT)cos(ωt+ω(τ-nT)+θ)在此，T代表二分之一周期。則，獲得如下式所示的Iyn和Qyn。
Iyn＝0.5u(t+τ-nT)cos(ω(τ-nT)+θ)Qyn＝-0.5u(t+τ-nT)sin(ω(τ-nT)+θ)(Yn＝Iyn+Qyn＝0.5u(t+τ-nT)e-j(ω(τ-nT)+θ))因此，根據(jù)上式獲得了以下關(guān)系式。
Yn(t)＝Iyn+Qyn＝0.5u(t+τ-nT)e-j(ω(τ-nT)+θ)＝Y(jié)(t-nT)ejωnT如同可以從上式看出，從Y(t)＝Iy+jQy計算Yn(t)。
因此，從X和Y計算Rxyn和Rynyn，如下式所示。
Rxyn＝4∫X(t+v)·Yn*(t+v)dv＝4∫X(t+v)·Y*(t-nT+v)ejωnTdv|Rxyn|＝Run＝∫u(t+v)u(t+τ-nT+v)dv＝4∫|X(t+v)·Yn*(t+v)|dv＝4∫|X(t+v)·Y*(t-nT+v)ejωnT|dv＝4∫|X(t+v)·Y*(t-nT+v)|dvRynyn＝∫u(t+τ-nT+v)u(t+τ-nT+v)dv＝4∫|Yn(t+v)·Yn*(t+v)|dv＝4∫Y(t-nT+v)·Y*(t-nT+v)dv在此，星號“*”代表復(fù)共軛算子。
圖11顯示了用于執(zhí)行三維組合自相關(guān)方法的基本算法的電路配置的框圖。關(guān)于用于執(zhí)行如圖7所示的組合自相關(guān)方法的常規(guī)電路配置，設(shè)置了大量的正交檢波電路1320至132N，并且這些正交檢波電路1320至132N中的處理需要大量的處理時間，造成了難以進(jìn)行高速計算，導(dǎo)致了難以進(jìn)行實時圖像顯示。因此，本實施例采用用于執(zhí)行如圖11所示的上述基本算法的電路配置，由此允許操作用于執(zhí)行組合自相關(guān)方法的高速電路。
未受壓正交檢波電路(QD)131接收沒有施壓情況下的回波信號x(t)，對收到的回波信號進(jìn)行正交檢波，并將正交檢波的信號Ix(t)和Qx(t)輸出到第一相關(guān)計算電路133和第一相關(guān)系數(shù)計算電路1350至135N。受壓正交檢波電路(QD)132接收施壓情況下的回波信號y(t)，對收到的回波信號進(jìn)行正交檢波，并將正交檢波的信號Y(t)＝Iy+jQy(Iy(t)，Qy(t))輸出到第一相關(guān)系數(shù)計算電路1350、第二相關(guān)計算電路1340、第一延遲電路134和第二延遲電路135。第一延遲電路134和第二延遲電路135使正交檢波信號Y(t)延遲超聲波的周期T，并將延遲的正交檢波信號Y(t-T)輸出到第一相關(guān)計算電路1351、第三延遲電路136和第四延遲電路137。第三延遲電路136和第四延遲電路137的每一個都使正交檢波信號Y(t-T)延遲超聲波的周期T，并將延遲的正交檢波信號Y(t-2T)輸出到隨后的第一相關(guān)系數(shù)計算電路和延遲電路(未顯示)。以同樣的方式，利用N個延遲電路的每一個，使正交檢波信號連續(xù)地延遲周期T，并將延遲的信號輸出到相應(yīng)的第一相關(guān)系數(shù)計算電路。
第一相關(guān)計算電路133根據(jù)信號Ix和Qx，計算相關(guān)值Rxx，并將相關(guān)值Rxx輸出到第二相關(guān)系數(shù)計算電路1380至138N。第二相關(guān)計算電路1340從受壓正交檢波電路132接收正交檢波信號Iy(t)和Qy(t)，根據(jù)信號Iy和Qy計算相關(guān)值Ryy，并將相關(guān)值Ryy輸出到第二相關(guān)系數(shù)計算電路1380。第一相關(guān)系數(shù)計算電路1350從未受壓正交檢波電路131接收正交檢波信號Ix(t)和Qx(t)，并從受壓正交檢波電路132接收正交檢波信號Iy(t)和Qy(t)，計算復(fù)基帶信號SR和SI，并將復(fù)基帶信號SR和SI輸出到第三相關(guān)計算電路1360和相位差計算電路1370。第三相關(guān)計算電路1360從第一相關(guān)系數(shù)計算電路1350接收復(fù)基帶信號SR和SI，根據(jù)復(fù)基帶信號SR和SI計算相關(guān)值|Rxy|，并將相關(guān)值|Rxy|輸出到第二相關(guān)系數(shù)計算電路1380。相位差計算電路1370從第一相關(guān)系數(shù)計算電路1350接收復(fù)基帶信號SR和SI，并根據(jù)復(fù)基帶信號SR和SI計算相位差φ0(t)。第二相關(guān)系數(shù)計算電路1380從第一相關(guān)計算電路133接收相關(guān)值Rxx，從第三相關(guān)計算電路1360接收相關(guān)值|Rxy|，以及從第二相關(guān)計算電路1340接收相關(guān)值Ryy，根據(jù)這些相關(guān)值計算相關(guān)系數(shù)C0(t)，并輸出相關(guān)系數(shù)C0(t)。
第二相關(guān)計算電路1341從第一延遲電路134和第二延遲電路135接收延遲的正交檢波信號Iy(t-T)和Qy(t-T)，根據(jù)信號Iy(t-T)和Qy(t-T)計算相關(guān)值Ry1y1，并將相關(guān)值Ry1y1輸出到第二相關(guān)系數(shù)計算電路1381。第一相關(guān)系數(shù)計算電路1351從未受壓正交檢波電路131接收正交檢波信號Ix(t)和Qx(t)，并從第一延遲電路134和第二延遲電路135接收延遲的正交檢波信號Iy(t-T)和Qy(t-T)，獲得復(fù)基帶信號SR1和SI1，并將復(fù)基帶信號SR1和SI1輸出到第三相關(guān)計算電路1361和相位差計算電路1371。第三相關(guān)計算電路1361從第一相關(guān)系數(shù)計算電路1351接收復(fù)基帶信號SR1和SI1，根據(jù)復(fù)基帶信號SR1和SI1獲得相關(guān)值|Rxy1|，并將相關(guān)值|Rxy1|輸出到第二相關(guān)系數(shù)計算電路1381。相位差計算電路1371從第一相關(guān)系數(shù)計算電路1351接收復(fù)基帶信號SR1和SI1，并根據(jù)復(fù)基帶信號SR1和SI1計算相位差φ1(t)。第二相關(guān)系數(shù)計算電路1381從第一相關(guān)計算電路133接收相關(guān)值Rxx，從第三相關(guān)計算電路1361接收相關(guān)值|Rxy1|，以及從第二相關(guān)計算電路1341接收相關(guān)值Ry1y1，根據(jù)這些相關(guān)值計算相關(guān)系數(shù)C1(t)，并輸出相關(guān)系數(shù)C1(t)。
以同樣的方式，利用從第三延遲電路135和第四延遲電路136向下排列的第二相關(guān)計算電路1342至134N、第一相關(guān)系數(shù)計算電路1352至135N、第三相關(guān)計算電路1362至136N、相位差計算電路1372至137N、以及第二相關(guān)系數(shù)計算電路1382至138N，對連續(xù)延遲的正交檢波信號Iy(t-2T)、…、Iy(t-NT)和Qy(t-2T)、…、Qy(t-NT)的每一個執(zhí)行如上所述的相同處理，由此輸出相關(guān)系數(shù)C2(t)至CN(t)和相位差φ2(t)至φN(t)。
接下來，將描述利用三維有限元方法的彈性模量分布重構(gòu)方法。為了簡化用于重構(gòu)彈性模量分布的反演問題，關(guān)于本實施例，用模型來表示組織。這允許用戶利用有限元方法來執(zhí)行本實施例中提出的彈性模量分布重構(gòu)方法。特別是，關(guān)于本實施例，通過基于下述假定的模型來表示組織。
首先，假定組織展示出各向同性的彈性。另一方面，對處于外部靜壓力下的組織，估計組織應(yīng)變的分布。注意，對組織施加靜壓力，以促使組織的輕微壓縮，由此允許用戶利用向組織施加壓力情況下的RF信號與沒有施加壓力情況下的RF信號之間的關(guān)系來進(jìn)行計算。因此，在該情況下，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系顯示出線性關(guān)系。也就是，可以假定用彈性模型表示組織，來進(jìn)行近似的計算。此外，在該情況下，假定組織是各向同性的，以及因此，假定組織展示出各向同性彈性。
此外，假定組織展示出接近不可壓縮性。一般來說，眾所周知，組織展示出接近不可壓縮性(Poisson比(泊松比)v＝0.5)的可壓縮性。關(guān)于本實施例，利用0.49的組織內(nèi)恒定泊松比進(jìn)行計算。注意，關(guān)于本實施例，不是在組織展示出完全不可壓縮性的假定之下進(jìn)行計算。其原因在于，如果在組織展示出完全不可壓縮性的假定之下進(jìn)行計算，即利用0.5的組織內(nèi)恒定泊松比進(jìn)行計算，則彈性方程將變成特殊情況，導(dǎo)致了不能利用本實施例中提出的有限元方法進(jìn)行計算的問題。此外，關(guān)于本實施例，假定泊松比在組織內(nèi)是恒定的，以及因此，只應(yīng)為彈性模量分布估計Young模量(楊氏模量)，由此簡化了反演問題。注意，一般來說，關(guān)于本實施例，利用0.49的組織內(nèi)恒定泊松比進(jìn)行計算。
接下來，用三維有限元模型來表示組織。關(guān)于根據(jù)本實施例的彈性模量分布重構(gòu)方法，利用有限元方法進(jìn)行計算，以及因此，將組織劃分為有限數(shù)量的矩形平行六面體單元。注意，假定每一個單元在其中展示出恒定的彈性模量、恒定應(yīng)力以及恒定應(yīng)變。一般來說，為了看出解決反演問題的方法，看出與反演問題相對應(yīng)的正演問題是重要的。關(guān)于本實施例，反演問題是，根據(jù)應(yīng)變分布和邊界條件來估計彈性模量分布。因此，與上述反演問題相對應(yīng)的正演問題是，根據(jù)彈性模量分布和邊界條件來計算應(yīng)變分布。關(guān)于本實施例，利用作為一種周知的數(shù)值分析方法的有限元方法(FEM有限元方法)，來解決上述問題。
關(guān)于有限元方法，通過由有限數(shù)量的單元構(gòu)成的模型，來表示充當(dāng)要估計的連續(xù)體的組織，并且利用數(shù)值分析來求解代表每個單元的特性的聯(lián)立線性方程。注意，后面將描述利用有限元方法的特殊計算。簡而言之，關(guān)于有限元方法，根據(jù)用作輸入值的組織彈性模量分布和邊界條件，來獲得用作輸出值的應(yīng)變(位移)分布和應(yīng)力分布。
關(guān)于本實施例，在組織展示出各向同性彈性的假定之下進(jìn)行近似計算，以及因此，彈性方程(平衡方程、應(yīng)變與位移之間的關(guān)系、應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系)在如下式所示的組織內(nèi)條件下保持。
用下式(19)來表示平衡方程。
∂σij∂xj+fi=0,(i,j=1,2,3)---(19)]]>在此，充當(dāng)i和j的參考數(shù)字1、2和3分別代表x、y和z。另一方面，用下式(20)來表示應(yīng)變與位移之間的關(guān)系。
ϵij=12(∂ui∂xj+∂uj∂xi)---(20)]]>用下式(21)來表示應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系(通用化的Hooke法則)σij=E1+v(ϵij+v1-2vδijϵnn)---(21)]]>利用張量表示上述彈性方程。因此，實際上有三個平衡方程，六個應(yīng)變位移關(guān)系式，以及六個應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式。注意，坐標(biāo)(x1，x2，x3)代表(x，y，z)。其它參考字符代表如下的特性。
E楊氏模量(也被稱為“彈性模量”)v泊松比εij應(yīng)變張量(εnn＝ε11+ε22+ε33體積應(yīng)變)sij應(yīng)力張量δijKronecker delta(克羅內(nèi)克爾增量)ui位移向量fi體積力向量(注意，重力被認(rèn)為是可以忽略的，以及因此，假定在該情況下fi為0)。
然后，為εij求解應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系式。結(jié)果，將應(yīng)變與應(yīng)力之間的關(guān)系式轉(zhuǎn)變?yōu)槿缦率?22)所示。
ϵij=1+vE(σij-v1+vδijσnn)---(22)]]>在此，snn＝s11+s22+s33。于是，將i＝j(luò)＝2代入上式(22)，并對上式求解楊氏模量E，由此獲得下式(23)。
E=σ22-v(σ11+σ33)ϵ22]]>=σy-v(σx+σz)ϵy---(23)]]>如同可以從上式(23)看出，可以根據(jù)軸向(在本實施例中為超聲波束方向)的應(yīng)變分量和所有方向的應(yīng)力分量來計算楊氏模量，即彈性模量。然而，難以利用當(dāng)前技術(shù)對用于上式的應(yīng)力分布進(jìn)行直接測量。因此，關(guān)于本實施例，交替地估計和更新應(yīng)力分布和彈性模量分布，以致于所估計的彈性模量分布變得接近于實際分布。如下來執(zhí)行用于重構(gòu)彈性模量分布的特定過程。
首先，假定將均勻分布用作用于估計彈性模量分布的初始分布{E^0}。第二，利用三維有限元方法，來計算由于初始彈性模量分布{E^0}所引起的應(yīng)力分布{S^0}。特別是，將應(yīng)變位移關(guān)系式和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式代入以上的平衡方程中，由此形成新的平衡方程，如下式(24)所示。將該新的平衡方程應(yīng)用于組織模型內(nèi)的每個單元。
∂∂xj[E2(1+v)(∂ui∂xj+∂uj∂xi)+Ev(1+v)(1-2v)δij∂un∂xn]+fi=0---(24)]]>在此，∂un∂xn=∂u1∂x1+∂u2∂x2+∂u3∂x3---(25)]]>然后，在以下邊界條件下、利用Gaussian(高斯)消去法對聯(lián)立方程求解位移，由此獲得與彈性模量分布{E^0}對應(yīng)的位移分布{u^0}。
ui|y＝底部＝0σi|y＝頂部＝pi… (26)σn|x，z＝側(cè)面＝0在上式中，pi代表體表上的外部壓力向量，以及sn代表與側(cè)面正交的應(yīng)力分量。第一式表示底部固定的邊界條件，第二式表示體表的應(yīng)力分布匹配外部壓力分布的邊界條件，以及第三式表示每一側(cè)面具有自由端的邊界條件。接下來，將位移分布{u^0}代入應(yīng)變位移關(guān)系式中，由此獲得與彈性模量分布{E^0}對應(yīng)的應(yīng)變分布{ε^0}。然后，將應(yīng)變分布{ε^0}代入應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式中，由此獲得與彈性模量分布{E^0}對應(yīng)的應(yīng)力分布{S^0}。
第三，利用下式(27)，根據(jù)利用三維有限元方法計算的應(yīng)力分布以及利用擴(kuò)展組合自相關(guān)方法估計的軸向(y方向)應(yīng)變分布{εy}，來更新彈性模量分布{E^k}。
E^k+1=σ^yk-v(σ^xk+σ^zk)ϵy---(27)]]>注意，通過在i＝j(luò)＝2的情況下、對上述應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式求解楊氏模量E，來獲得上式。在上式中，k代表迭代號。
第四，根據(jù)這樣更新的彈性模量分布和上述邊界條件，連續(xù)進(jìn)行三維有限元分析，由此更新應(yīng)力分布。
然后，連續(xù)執(zhí)行第三和第四處理，由此彈性模量分布接近實際的彈性模量分布。注意，如果彈性模量分布滿足下式(28)，則確定所估計的彈性模量分布達(dá)到了收斂，并結(jié)束估計處理。
1NΣlN|E^lk+1-E^lk|<Γ---(28)]]>在此，l代表單元號，N代表單元的總數(shù)，以及Γ代表閾值。
已經(jīng)描述了本實施例中提出的利用三維有限元模型的彈性模量分布重構(gòu)方法。關(guān)于該方法，根據(jù)三維平衡方程來估計彈性模量分布。因此，關(guān)于該方法，在比常規(guī)方法更接近于實際組織的假定下進(jìn)行計算，由此使得能夠更精確地估計彈性模量分布。此外，關(guān)于該方法，僅僅根據(jù)能夠高精度地估計的軸向應(yīng)變分布，來重構(gòu)彈性模量分布，由此使得能夠可靠地重構(gòu)彈性模量分布。注意，關(guān)于該方法，為組織估計三維彈性模量分布，以及因此，需要采用二維陣列超聲波探頭，或者需要對切片方向的一維陣列超聲波探頭進(jìn)行機(jī)械掃描，以便對要分析的組織進(jìn)行三維掃描。
以下，將描述根據(jù)本實施例的、基于擴(kuò)展組合自相關(guān)方法和三維有限元模型的彈性模量分布重構(gòu)方法的優(yōu)點，利用模擬證實了該方法的優(yōu)點。圖12顯示了模擬過程的示意圖。
首先，創(chuàng)建具有用于估計測試的彈性模量分布的組織模型。注意，該組織模型中包含散射點，這些散射點反射超聲波回波信號。第二，向組織模型施加外部壓力，以便在計算機(jī)模擬中造成組織模型的壓縮。然后，利用有限元方法等，計算由于壓縮而引起的每個散射點的位移。第三，根據(jù)在向組織模型施加壓力和沒有施加壓力的情況下的散射點位移分布，來模擬在施壓和沒有施壓情況下的RF信號。第四，將擴(kuò)展組合自相關(guān)方法應(yīng)用于在施壓和沒有施壓情況下的模擬RF信號，由此估計組織應(yīng)變分布。第五，通過利用三維有限元模型的彈性模量分布重構(gòu)方法，根據(jù)利用擴(kuò)展組合自相關(guān)方法估計的應(yīng)變分布以及為模擬組織模型的壓縮而確定的邊界條件(外部壓力分布等等)，來估計組織彈性模量分布。
雖然在該模擬中，不同的彈性模量分布用于組織模型，但是假定在此使用的各種彈性模量分布都展示出各向同性的彈性。注意，該模擬中使用的彈性模量一般匹配與根據(jù)本實施例的組織彈性模量分布測量系統(tǒng)的主要用途相對應(yīng)的乳房組織的彈性模量。另一方面，每一個組織模型中都包含散射點，這些散射點用于模擬在向組織施加壓力和沒有施加壓力的情況下的反射RF信號。特別是，每一個組織模型都包含平均密度為500點/cm3的散射點。此外，利用均值為1.0、標(biāo)準(zhǔn)差為0.3的正態(tài)偽隨機(jī)數(shù)，來確定在沒有施壓情況下的散射點位置。然后，通過根據(jù)來自有限元分析的結(jié)果計算在沒有施壓情況下的每個散射點的位移，來獲得在施壓情況下的散射點位置。在此，雖然關(guān)于實際組織內(nèi)的散射點的信息是未知的，但是這樣確定散射點的每個參數(shù)，以致于根據(jù)模擬的RF信號而生成的B模式圖像類似于實際組織的B模式圖像。
關(guān)于該方法，通過使施壓和沒有施壓情況下的散射點函數(shù)與超聲系統(tǒng)的點擴(kuò)展函數(shù)進(jìn)行卷積，來計算在向組織施壓和沒有施壓的情況下的模擬RF信號，如下式(29)所示。
i1(x，y，z)＝∫∫∫h(x-x′，y-y′，z-z′)t1(x′，y′，z′)dx′dy′dz′ … (29)i2(x，y，z)＝∫∫∫h(x-x′，y-y′，z-z′)t2(x′，y′，z′)dx′dy′dz′在此，i1(x，y，z)代表沒有向組織施壓的情況下的RF信號，i2(x，y，z)代表向組織施壓的情況下的RF信號，h(x，y，z)代表超聲系統(tǒng)的點擴(kuò)散函數(shù)(脈沖響應(yīng))，t1(x，y，z)代表沒有向組織施壓的情況下的散射點函數(shù)，以及t2(x，y，z)代表向組織施壓的情況下的散射點函數(shù)。注意，散射點函數(shù)在每一個散射點處代表這樣預(yù)先確定的散射系數(shù)，并且在除散射點以外的位置代表散射系數(shù)0。另一方面，根據(jù)由于組織模型的應(yīng)變而引起的每個散射點的位移，從沒有向組織施壓情況下的散射點函數(shù)t1(x，y，z)，來計算向組織施壓情況下的散射點函數(shù)t2(x，y，z)。注意，通過對利用有限元分析計算的單元節(jié)點處的位移向量進(jìn)行線性插值，來計算由于組織的壓縮而引起的每個散射點的位移。
關(guān)于根據(jù)本實施例的模擬，假定采用無超聲波阻尼的非聚焦超聲系統(tǒng)。也就是，假定點擴(kuò)散函數(shù)h(x，y，z)對于每一點都恒定。此外，假定可以將點擴(kuò)散函數(shù)分為如下式(30)所示的、相對于各個方向的函數(shù)。
h(x，y，z)＝hx(x)hy(y)hz(z) … (30)在此，hy(y)代表超聲波束方向的點擴(kuò)散函數(shù)。另一方面，hx(x)和hz(z)的每一個代表與超聲波束方向正交的方向上的點擴(kuò)散函數(shù)。特別是，假定x方向代表超聲層析圖像的平面內(nèi)方向(水平方向)，以及z方向代表垂直于超聲層析圖像的方向(切片方向)。注意，根據(jù)利用超聲設(shè)備、對從線目標(biāo)(水中延伸的、直徑為0.13mm的線(wire))反射的回波信號進(jìn)行實際測量而獲得的回波信號分布，來建立每個方向的點擴(kuò)散函數(shù)。圖13描述了用于利用5.0MHz的超聲波中心頻率進(jìn)行模擬的每個點擴(kuò)散函數(shù)。圖13(A)顯示了軸向的點擴(kuò)散函數(shù)hy(y)。通過使Gaussian(高斯)函數(shù)與正弦波相乘，來獲得點擴(kuò)散函數(shù)hy(y)，并且hy(y)用作從線目標(biāo)反射的實際反射回波分布的近似分布。另一方面，圖13(B)顯示了水平方向的點擴(kuò)散函數(shù)hx(x)，圖13(C)顯示了切片方向的點擴(kuò)散函數(shù)hz(z)。注意利用Gaussian(高斯)函數(shù)來建立上述點擴(kuò)散函數(shù)的每一個，以便以同樣的方式用作從線目標(biāo)反射的實際反射回波分布的近似分布。每個函數(shù)的參數(shù)隨中心頻率而變，將在后面、在說明每個模擬時對此進(jìn)行描述。
接下來，將描述作為根據(jù)本實施例的位移(應(yīng)變)分布估計方法的擴(kuò)展組合自相關(guān)方法的優(yōu)點，通過模擬證實了該方法的優(yōu)點。首先，將描述估計水平方向的組織位移的優(yōu)點，這是優(yōu)于組合自相關(guān)方法的優(yōu)點。
圖14顯示了組織模型。組織模型由60mm×60mm(二維尺寸)的外部尺寸和均勻彈性模量分布構(gòu)成。然后，模擬組織的壓縮，以造成軸向3％的均勻應(yīng)變。假定在該模擬中，采用簡單的一維彈性模型，作為用來僅僅評價擴(kuò)展組合自相關(guān)方法的優(yōu)點的組織模型。此外，利用水平方向0.0mm至1.4mm的位移模擬組織的軸向壓縮，以評價處理水平方向位移(關(guān)于超聲波探頭的、組織的水平方向相對位移)的優(yōu)點。此外，假定模擬水平方向上的組織的簡單平行位移，該位移對應(yīng)于超聲波探頭相對于組織滑動的情形。
然后，在具有組織應(yīng)變和沒有組織應(yīng)變的情況下，為組織模型模擬RF信號。用于超聲系統(tǒng)模擬的參數(shù)包括5.0MHz的中心頻率，0.5mm的脈沖寬度；1.0mm的超聲波束寬；0.5mm的掃描線間距；以及30MHz的采樣頻率。然后，利用本實施例中提出的擴(kuò)展組合自相關(guān)方法，根據(jù)在施壓和沒有施壓情況下的模擬RF信號，來估計應(yīng)變分布。另外，準(zhǔn)備利用組合自相關(guān)方法估計的應(yīng)變分布和利用空間相關(guān)方法估計的應(yīng)變分布，以進(jìn)行比較。注意，將相同尺寸的相關(guān)窗口應(yīng)用于具有相同搜索范圍的各方法，由此允許用戶在它們之間對精度等進(jìn)行簡單的比較。特別是，擴(kuò)展組合自相關(guān)方法和空間相關(guān)方法采用應(yīng)用于5.6mm(軸向)×7.5mm(水平方向)的二維搜索范圍中的、且尺寸為1.6mm(軸向)×2.5mm(水平方向)的二維窗口。另一方面，關(guān)于用于分析一維位移的組合自相關(guān)方法，將具有相同的1.6mm軸向長度的一維相關(guān)窗口應(yīng)用于相同的5.6mm軸向范圍中。
圖15至圖17顯示了利用各方法的應(yīng)變分布估計結(jié)果。圖15顯示了利用各方法估計的水平方向的應(yīng)變誤差。在此，附圖標(biāo)記“◇”代表利用組合自相關(guān)方法的誤差，“□”代表利用擴(kuò)展組合自相關(guān)方法的誤差，以及“△”代表利用空間自相關(guān)方法的誤差。注意，用下式(31)來表示估計的應(yīng)變的誤差e。
e=ΣiN(ϵ^i-ϵi)2ΣiNϵi2---(31)]]>在此，ε^i代表所估計的應(yīng)變，εi代表實際應(yīng)變(理想值)，i代表單元號，以及N代表單元的總數(shù)。另一方面，圖16顯示了，利用各方法(組合自相關(guān)方法、擴(kuò)展組合自相關(guān)方法和空間相關(guān)方法)估計的、包含0.0mm水平方向位移的組織的應(yīng)變分布。圖17顯示了，利用各方法(組合自相關(guān)方法、擴(kuò)展組合自相關(guān)方法和空間相關(guān)方法)估計的、包含0.4mm水平方向位移的組織的應(yīng)變分布。注意，圖16和圖17顯示了相對于沿軸向的每一深度的估計應(yīng)變的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。
如同可以從模擬結(jié)果看出，關(guān)于常規(guī)的組合自相關(guān)方法(CA法)，水平方向上超過超聲波束尺寸(在該情況下為二分之一束寬，即0.5mm)的組織相對位移導(dǎo)致了應(yīng)變估計質(zhì)量的迅速惡化。另一方面，可以看出，擴(kuò)展組合自相關(guān)方法能夠穩(wěn)定地估計應(yīng)變，與水平方向位移的大小無關(guān)。此外，可以看出，雖然空間相關(guān)方法也能夠穩(wěn)定地估計應(yīng)變，而與水平方向位移的大小無關(guān)，但是估計結(jié)果顯示出較差的精度，即與擴(kuò)展組合自相關(guān)方法相比，顯示出兩倍或更大的誤差。此外，對上述方法的處理時間進(jìn)行比較，雖然擴(kuò)展組合自相關(guān)方法需要的處理時間是組合自相關(guān)方法的3.6倍，但是擴(kuò)展組合自相關(guān)方法需要的處理時間僅是空間相關(guān)方法的1/(7.7)倍，如下表所示。如同可以從上述結(jié)果看出，擴(kuò)展組合自相關(guān)方法在某種程度上能夠?qū)崿F(xiàn)實時計算。

接下來，將描述在傾斜方向上施壓的情況下的估計結(jié)果。注意，和利用具有二維均勻結(jié)構(gòu)的簡單組織模型的上述模擬不同，關(guān)于該估計，利用具有如同實際組織一樣的三維結(jié)構(gòu)的組織模型進(jìn)行估計。注意，在理想的測量中，應(yīng)該利用超聲波探頭在超聲波束方向(軸向)上向組織施加壓力?，F(xiàn)在，將描述受傾斜方向上的組織壓縮的影響的估計結(jié)果。
圖18顯示了用于估計傾斜方向上的組織壓縮的影響的組織模型。如圖18(A)所示，該組織模型具有外部尺寸為60mm×60mm×60mm的三維結(jié)構(gòu)，并且包含直徑為15mm、長度為60mm、高硬度的圓柱內(nèi)含物。假定包圍內(nèi)含物的材料具有10Kpa的彈性模量(楊氏模量)，并且內(nèi)含物的彈性模量是上述材料的3倍，即具有30Kpa的彈性模量。注意，根據(jù)乳房組織的彈性模量和乳腺癌的彈性模量，來確定上述彈性模量，乳腺癌的診斷是本發(fā)明的主要目的。然后，在以下兩種情形下，模擬組織模型的壓縮。一種情形對應(yīng)于，由于沿軸向、從頂面向組織模型施加200Pa的均勻外部壓力而造成的2％的軸向組織模型壓縮，如圖18(B)所示。另一種情形對應(yīng)于，由于沿傾斜方向、從頂面向組織模型施加均勻外部壓力(軸向200Pa和水平方向30Pa)而造成的傾斜方向的組織模型壓縮，如圖18(C)所示。
然后，對于上述兩種情形，模擬在施壓和沒有施壓情況下的RF信號，接著利用擴(kuò)展組合自相關(guān)方法估計應(yīng)變分布。注意，也利用組合自相關(guān)方法和空間相關(guān)方法估計應(yīng)變分布，以進(jìn)行比較。在此，對于各方法，將具有相同尺寸的相關(guān)窗口應(yīng)用于相同搜索范圍內(nèi)的計算，由此允許簡單的比較。注意，如同上述的模擬一樣，相關(guān)窗口具有相同尺寸。此外，將用于模擬RF信號的其它參數(shù)確定為如同上述模擬的情況一樣的值。也就是，其它參數(shù)包括5.0MHz的中心頻率，0.5mm的脈沖寬度；1.0mm的水平方向超聲波束寬；2.0mm的切片方向超聲波束寬；0.5mm的掃描線間距；以及30MHz的采樣頻率。
圖19和圖20顯示了上述模擬的模擬結(jié)果。圖19顯示了，其中組織模型在軸向被壓縮的簡單情形下的應(yīng)變分布的估計結(jié)果。圖20顯示了，其中組織模型在傾斜方向被壓縮的情形下的應(yīng)變分布的估計結(jié)果。注意，對于各情形，把通過三維有限元分析獲得的軸向應(yīng)變分布用作利用理想方法估計的應(yīng)變分布，該軸向應(yīng)變分布充當(dāng)實際的應(yīng)變分布。注意，圖19和圖20是沿組織模型的中線取的組織模型橫截面視圖，圖19和圖20顯示了估計結(jié)果。在圖20中，利用理想方法估計的應(yīng)變分布展示出左右不對稱性。其原因在于，壓力是在傾斜方向施加的。特別是，在該情況下，壓力是在附圖中的右下方向上施加的，導(dǎo)致了附圖中右上部分的水平方向上的大位移。
首先，已證實了，如同組合自相關(guān)方法一樣，對于包含軸向壓縮的應(yīng)變分布，擴(kuò)展組合自相關(guān)方法顯示出一般相同的估計結(jié)果。另一方面，在傾斜方向上向組織施加壓力的情形下，也已證實了，雖然由于水平方向的大位移，而造成不能利用組合自相關(guān)方法估計某些區(qū)域，但是擴(kuò)展組合自相關(guān)方法能夠穩(wěn)定地估計應(yīng)變分布，而與水平方向的位移大小無關(guān)，如同以上的上述模擬所描述的那樣。另一方面，還已證實了，雖然空間相關(guān)方法能夠穩(wěn)定地進(jìn)行估計，而與水平方向的位移大小無關(guān)，但是空間相關(guān)方法的估計精度比擴(kuò)展組合自相關(guān)方法差得多。除上述模擬結(jié)果以外，已證實了，擴(kuò)展組合自相關(guān)方法具有應(yīng)變分布估計的優(yōu)點。
如上所述，已證實了，可以利用上述擴(kuò)展組合自相關(guān)方法、高速、高精度地估計組織應(yīng)變分布。現(xiàn)在將描述，通過對本實施例中提出的、利用三維有限元模型的彈性模量分布重構(gòu)方法進(jìn)行模擬而獲得的估計結(jié)果。注意，彈性模量分布重構(gòu)方法是根據(jù)應(yīng)變分布來估計彈性模量分布的方法，該方法用作在組織彈性成像系統(tǒng)的第二級中執(zhí)行的方法。
本實施例中提出的彈性模量分布重構(gòu)方法的主要功能是，根據(jù)三維動力學(xué)平衡方程來估計彈性模量分布。現(xiàn)在，通過對根據(jù)本實施例的彈性模量分布重構(gòu)方法與二維重構(gòu)方法進(jìn)行比較，來證實本實施例中提出的彈性模量分布重構(gòu)方法的優(yōu)點，該二維重構(gòu)方法除了利用二維動力學(xué)平衡方程進(jìn)行計算以外，具有同樣的處理。注意，假定在組織中出現(xiàn)平面應(yīng)變，利用二維重構(gòu)方法進(jìn)行計算。在該模擬中，采用兩種模型作為組織模型，該兩種模型的每一種具有如同實際組織一樣的三維結(jié)構(gòu)，如圖21所示。也就是，圖21顯示了具有三維結(jié)構(gòu)的兩種組織模型例子。圖21(a)顯示了包含充當(dāng)乳房腫瘤模型的內(nèi)含物的內(nèi)含物包含模型。特別是，該內(nèi)含物包含模型具有100mm×100mm×100mm的外部尺寸，并包含直徑為20mm的堅硬內(nèi)含物。假定該內(nèi)含物具有30kPa的彈性模量，并且包圍該內(nèi)含物的材料具有10kPa的彈性模量。以如同上述模擬一樣的方式，根據(jù)實際乳房組織的彈性模量來確定上述彈性模量。另一方面，內(nèi)含物和包圍內(nèi)含物的材料都展示出接近不可壓縮性，以及因此，都被假定為具有0.49的相同泊松比。圖21(b)顯示了用于模擬諸如肌肉的層狀結(jié)構(gòu)組織的層狀結(jié)構(gòu)模型。層狀結(jié)構(gòu)模型具有100mm×100mm×100mm的外部尺寸，并包含厚度為20mm的硬層。假定硬層具有30kPa的彈性模量，并且包圍該硬層的材料具有10kPa的彈性模量。注意，層狀結(jié)構(gòu)模型也具有0.49的均勻泊松比。
然后，在圖21(a)所示的內(nèi)含物包含模型的情況下，在計算機(jī)上模擬，在沿軸向、從模型的頂面施加的100Pa均勻外部壓力下的壓縮。另一方面，在圖21(b)所示的層狀結(jié)構(gòu)模型的情況下，在計算機(jī)上模擬，在沿軸向、從模型的頂面施加的150Pa均勻外部壓力下的壓縮。注意，對上述兩種模型模擬不同外部壓力下的壓縮，以致于對每種模型模擬大約1％的相同應(yīng)變。然后，對于每種組織模型，模擬在施壓和沒有施壓的情況下的RF信號，并利用擴(kuò)展組合自相關(guān)方法估計軸向的應(yīng)變分布。隨后，利用三維彈性模量分布重構(gòu)方法，根據(jù)估計的軸向應(yīng)變分布以及為壓縮模擬而確定的邊界條件，來估計彈性模量分布。同樣，利用二維重構(gòu)方法，根據(jù)相同的軸向應(yīng)變分布和相同邊界條件，來估計彈性模量分布，以進(jìn)行比較。在此，用于模擬RF信號的參數(shù)包括3.75MHz的中心頻率，0.75mm的脈沖寬度；2.0mm的水平方向超聲波束寬；2.0mm的切片方向超聲波束寬；以及2.0mm的掃描線間距。另一方面，用于利用擴(kuò)展組合自相關(guān)方法進(jìn)行計算的參數(shù)包括3.2mm(軸向)×4.0mm(水平方向)的相關(guān)窗口尺寸，以及11.2mm(軸向)×14.0mm(水平方向)的搜索范圍。另一方面，關(guān)于利用三維有限元模型的彈性模量分布重構(gòu)方法，各組織模型由50000矩形平行六面體單元構(gòu)成，每一個矩形平行六面體單元都具有2mm(軸向)×2mm(水平方向)×5mm(切片方向)的尺寸。
圖22至圖25顯示了模擬結(jié)果。圖22和圖23顯示了內(nèi)含物包含模型的估計結(jié)果。另一方面，圖24和圖25顯示了層狀結(jié)構(gòu)模型的估計結(jié)果。注意，雖然可以利用三維重構(gòu)方法來估計三維彈性模量分布，但是圖24和圖25的每一幅圖都顯示了沿模型的中線取得的模型橫截面視圖。其原因在于，利用二維重構(gòu)方法只能估計二維彈性模量分布。因此，圖24和圖25顯示了沿模型中線取得的估計結(jié)果的橫截面視圖，由此允許用戶對它們進(jìn)行比較。另一方面，在下表中，列出了利用各組織模型獲得的三維重構(gòu)方法和二維重構(gòu)方法的估計值。

在此使用的估計參數(shù)包括包圍模型核心的區(qū)域中的彈性模量誤差eS；包圍模型核心的區(qū)域中的標(biāo)準(zhǔn)偏差SDS；以及模型核心區(qū)域中的對比度誤差eC，它們由下式來定義。
eS=1NSΣiNS|E^i-Ei|E‾S]]>SDS=1NSΣiNS(E^i-E‾S)2E‾S]]>eC=|(E^C-E‾S)-(EC-ES)|EC-ES---(32)]]>注意，在上式中，S代表包圍核心的區(qū)域中的和，E^代表估計的彈性模量，E代表實際彈性模量，NS代表包圍核心的區(qū)域中的單元總數(shù)，E-S代表包圍模型核心的區(qū)域中的彈性模量的平均值，E^C代表所估計的模型核心區(qū)域中的彈性模量，EC代表模型核心區(qū)域中的實際彈性模量，以及ES代表包圍模型核心的區(qū)域中的實際彈性模量。
如同可以從上述模擬結(jié)果看出，已證實了，與基于組織內(nèi)出現(xiàn)平面應(yīng)力的假定而形成的二維重構(gòu)方法相比，本實施例中提出的、利用三維有限元模型的彈性模量分布重構(gòu)方法具有更高精度地估計彈性模量分布的優(yōu)點。雖然三維重構(gòu)方法能夠?qū)椥阅Ａ糠植歼M(jìn)行精確估計，但是利用二維重構(gòu)方法估計的彈性模量分布顯示出比實際彈性模量分布小的值。不用說，其原因在于，關(guān)于二維重構(gòu)方法，在與二維計算平面正交的方向上的計算受到限制。在該評價中，已經(jīng)清楚地證實了，利用與實際組織對應(yīng)的三維計算的彈性模量分布重構(gòu)方法適用于對實際組織進(jìn)行分析。
接下來，將描述采用上述擴(kuò)展組合自相關(guān)方法和利用三維有限元模型的上述彈性模量分布重構(gòu)方法的超聲診斷系統(tǒng)的特定配置。圖26顯示了超聲診斷系統(tǒng)的基本配置。超聲診斷系統(tǒng)包括三維超聲掃描儀281，超聲診斷設(shè)備282，個人計算機(jī)283，脈沖電動機(jī)控制器284，脈沖電動機(jī)285，以及壓力計286等。三維超聲掃描儀281具有向組織投射超聲脈沖信號、以及接收從組織反射的超聲回波信號的功能。注意，該系統(tǒng)采用利用三維有限元模型的彈性模量重構(gòu)方法，以及因此，該系統(tǒng)需要組織內(nèi)的三維數(shù)據(jù)。因此，該超聲診斷系統(tǒng)具有利用三維超聲掃描儀281進(jìn)行三維掃描的配置。超聲診斷設(shè)備282具有控制三維超聲掃描儀281、以及顯示實時超聲B模式圖像的功能，由此允許用戶確定要測量的區(qū)域的位置。注意，可以在不進(jìn)行更改的情況下，將常規(guī)的超聲診斷設(shè)備用作超聲診斷設(shè)備282。該超聲診斷設(shè)備包括全數(shù)字裝置，該全數(shù)字裝置具有用于臨時存儲測量的RF信號的幀存儲器。個人計算機(jī)283接收由超聲診斷設(shè)備282測量的RF信號，執(zhí)行處理(上述本實施例中提出的處理)以估計組織彈性特性，以及顯示估計結(jié)果。脈沖電動機(jī)285具有控制施加于組織上的壓力的功能。脈沖電動機(jī)285被固定在固定臂的頂端，并且三維超聲掃描儀281被安裝在脈沖電動機(jī)285的活動部分上。該系統(tǒng)具有以下配置，其中脈沖電動機(jī)控制器284控制脈沖電動機(jī)285，以調(diào)節(jié)超聲掃描儀281的垂直方向位置，由此允許用戶調(diào)節(jié)施加于組織上的壓力，該壓力高精度地促使組織發(fā)生百分之幾的輕微壓縮。壓力計286具有測量體表上的壓力的功能；壓力用作為重構(gòu)彈性模量分布所需的邊界條件。注意，壓力計286位于超聲掃描儀281與體表之間。在此，假定通過超聲掃描儀281的組織壓縮造成了體表上的均勻壓力分布，則將利用壓力計286測量的壓力用作體表上的壓力。
圖27顯示了超聲診斷系統(tǒng)中包括的超聲掃描儀281的特定配置。三維超聲掃描儀281不具有其中二維地部署了超聲換能器的二維陣列配置，而是具有三維掃描配置，在該三維掃描配置中，在水中、在切片方向上進(jìn)行二維凸形掃描探頭的機(jī)械掃描。
圖26所示的超聲診斷系統(tǒng)主要被設(shè)計用于乳腺癌的診斷，以及因此，針對乳腺癌的診斷來確定超聲掃描儀的特性參數(shù)。特別是，在此使用的超聲掃描儀的主要特性參數(shù)包括7.5MHz的超聲波中心頻率，30MHz的采樣頻率，71的掃描線數(shù)，44的幀數(shù)，30°的換能器掃描角，以及0.5秒的三維掃描周期的持續(xù)時間。注意，通過上述換能器掃描角，在切片方向上進(jìn)行凸形探頭的掃描。此外，上述的幀數(shù)表示在凸形探頭的一個掃描周期內(nèi)獲取的掃描圖像(幀)的數(shù)量。另一方面，通過利用水中的線(wire)進(jìn)行實際測量獲得的超聲脈沖的特性包括大約0.5mm的脈沖寬度；大約1.5mm的水平方向束寬；以及大約2.6mm的切片方向束寬。
接下來，將描述圖26所示的超聲診斷系統(tǒng)進(jìn)行彈性特性測量的操作。首先，用戶移動被安裝在臂上的三維掃描儀281，以便將超聲掃描儀281定位在要測量的期望部分，同時監(jiān)測通過超聲診斷設(shè)備282獲得的實時B模式圖像。注意，在對超聲掃描儀281進(jìn)行定位的時候，不進(jìn)行超聲掃描儀281的三維掃描(即，不進(jìn)行凸形探頭的機(jī)械掃描)，而只有與掃描儀的中心面相對應(yīng)的B模式圖像被顯示在超聲診斷設(shè)備282上。其原因在于，關(guān)于在此使用的超聲診斷設(shè)備282，不能在進(jìn)行三維掃描的同時、顯示實時的B模式圖像。不用說，可以采樣這樣一種超聲診斷設(shè)備，該設(shè)備具有能夠在進(jìn)行三維掃描的同時、顯示實時的B模式圖像的功能，由此允許用戶在進(jìn)行三維掃描的同時、對三維超聲掃描儀281進(jìn)行定位。在把超聲掃描儀281定位在要測量的期望位置之后，用戶固定臂的活動部分，以便固定超聲掃描儀281。然后，系統(tǒng)對沒有向組織施壓的情況下的三維RF信號進(jìn)行測量。注意，一旦用戶按壓用于三維掃描的按鈕，三維掃描就自動地進(jìn)行。在此，一個三維掃描周期的持續(xù)時間僅為0.5秒。沒有施壓情況下的測量RF數(shù)據(jù)被存儲在超聲設(shè)備內(nèi)的幀存儲器中。隨后，一旦用戶按壓用于操作脈沖電動機(jī)控制器284的按鈕一次，以控制組織的壓縮，被固定在臂上的脈沖電動機(jī)285就使超聲掃描儀281移動預(yù)定距離，由此通過超聲掃描儀281壓縮組織。隨后，脈沖電動機(jī)285停止，同時維持組織的壓縮。在該狀態(tài)下，用戶再次按壓用于三維掃描的按鈕，由此測量在向組織施壓的情況下的RF數(shù)據(jù)。注意，以如同沒有施壓情況下的RF數(shù)據(jù)一樣的方式，把向組織施壓情況下的RF數(shù)據(jù)存儲在超聲設(shè)備282中包括的幀存儲器中。此外，利用被安裝在超聲掃描儀281的末端的壓力計，來測量施加于組織上的壓力。然后，測量結(jié)束，并且釋放施加于組織上的壓力，此后釋放對象。
在釋放對象之后，系統(tǒng)通過個人計算機(jī)283訪問超聲診斷設(shè)備282中包括的幀存儲器，并且在向組織施壓和沒有施壓的情況下的RF數(shù)據(jù)被存儲在個人計算機(jī)283中包括的硬盤上。執(zhí)行這種處理是因為，超聲設(shè)備中包括的幀存儲器具有臨時存儲數(shù)據(jù)的功能，即該幀存儲器只有用于存儲一個測量周期的數(shù)據(jù)的容量。個人計算機(jī)283執(zhí)行這樣的程序，該程序利用擴(kuò)展組合自相關(guān)方法和采用三維有限元模型的彈性模量分布重構(gòu)方法進(jìn)行計算，以便根據(jù)向組織施壓和沒有施壓的情況下的RF數(shù)據(jù)，來估計應(yīng)變分布和彈性模量分布。然后，個人計算機(jī)283通過執(zhí)行顯示程序，在監(jiān)視器上顯示B模式圖像、應(yīng)變圖像和彈性模量圖像。
根據(jù)本發(fā)明的、利用應(yīng)變分布顯示方法和彈性模量分布顯示方法的超聲診斷系統(tǒng)具有以下優(yōu)點能夠僅僅根據(jù)超聲波束方向(軸向)的應(yīng)變分布，來重構(gòu)彈性模量分布；以及能夠與水平方向位移無關(guān)地，估計位移分布。
注意，雖然已經(jīng)描述了采用包絡(luò)信號的配置，但是本發(fā)明不限于上述配置，而是代表包括振幅、波高和波數(shù)的波動性之間的關(guān)系的任何參數(shù)都可以被采用。
權(quán)利要求
1.一種超聲診斷系統(tǒng)，包括超聲波探頭，用于執(zhí)行向?qū)ο蟀l(fā)射超聲信號以及從對象接收超聲信號；存儲裝置，用于存儲利用所述超聲波探頭檢測的信號的特性；相關(guān)計算裝置，用于根據(jù)在向?qū)ο笫┘訅毫蜎]有施加壓力的情況下所述存儲裝置中存儲的所述特性，計算在向所述對象施加壓力與沒有施加壓力的情況下的所述特性之間的相關(guān)系數(shù)，以及在施加壓力與沒有施加壓力的情況下的所述接收信號之間的相位差；計算裝置，用于根據(jù)通過所述相關(guān)計算裝置計算的所述相關(guān)系數(shù)和所述相位差，計算由于所述施加壓力而造成的、所述對象的組織的每個測量點的位移以及應(yīng)變分布；以及顯示裝置，用于顯示所述應(yīng)變分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中所述特性包括代表諸如包絡(luò)信號、振幅、波高和波數(shù)的波動性之間的相關(guān)的參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中所述相關(guān)計算裝置對超聲波束數(shù)據(jù)設(shè)置測量點，所述超聲波束數(shù)據(jù)由在向所述對象施加壓力和沒有施加壓力的情況下利用所述超聲波探頭檢測的包絡(luò)信號構(gòu)成，所述包絡(luò)信號被存儲在所述存儲裝置中；以及其中通過至少在超聲波束方向上改變所述測量點，以及計算在施加壓力和沒有施加壓力的情況下的所述接收信號之間的相位差，來檢測在施壓和沒有施壓情況下的所述包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置；以及其中，所述計算裝置包括位移計算裝置，所述位移計算裝置用于根據(jù)展示出所述最大相關(guān)系數(shù)的位置和由所述相關(guān)計算裝置計算的所述相位差，來計算由于所述施加壓力而造成的每個測量點的位移。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中所述計算裝置包括應(yīng)變計算裝置，所述應(yīng)變計算裝置用于，通過對所述測量點的位移執(zhí)行空間微分來計算所述對象的組織的應(yīng)變分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中所述相關(guān)計算裝置通過在所述超聲波束方向上以所述超聲信號的二分之一波長的間距改變所述測量點，來檢測展示出最大相關(guān)系數(shù)的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中所述相關(guān)計算裝置計算在壓力下的所述包絡(luò)信號的自相關(guān)函數(shù)，并且通過以對應(yīng)于所述測量點的所述變化的、所述超聲信號的二分之一波長的間距，改變所述自相關(guān)函數(shù)之間的相位，來計算所述自相關(guān)函數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)，由此獲得在施壓和沒有施壓情況下的所述包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲診斷系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括彈性模量計算裝置，所述彈性模量計算裝置用于通過將所述對象劃分為有限數(shù)量的單元，來建立至少二維有限元模型；根據(jù)用于建立所述模型的信息和所述應(yīng)變分布，來計算彈性模量分布；以及利用所述顯示裝置，顯示所述彈性模量分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中所述相關(guān)計算裝置對在向所述對象施壓和沒有施壓的情況下的所述包絡(luò)信號的幀數(shù)據(jù)，設(shè)置測量點；所述幀數(shù)據(jù)作為切片數(shù)據(jù)被存儲在所述存儲裝置中，并且所述相關(guān)計算裝置通過，至少在二維方向上、關(guān)于所述幀數(shù)據(jù)改變二維相關(guān)窗口，來檢測在施壓和沒有施壓情況下的所述包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置；所述二維相關(guān)窗口包圍要用于相關(guān)的所述測量點，以及計算在施壓和沒有施壓情況下的所述射頻信號之間的相位差；以及其中，所述計算裝置包括位移計算裝置，所述位移計算裝置用于，根據(jù)展示出所述最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的所述位置和由所述相關(guān)計算裝置計算的所述相位差，來計算由于所述施加壓力而造成的每個測量點的至少二維位移。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中所述二維方向包括超聲波束方向，所述超聲波探頭在該超聲波束方向接收所述超聲波束；以及超聲波束掃描方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中所述相關(guān)計算裝置通過在所述超聲波束方向上以所述超聲波信號的二分之一波長的間距、以及在所述超聲波束掃描方向上以所述超聲波束間距，改變所述測量點，來檢測展示出最大相關(guān)的每個測量點的位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲診斷系統(tǒng)，進(jìn)一步包括彈性模量計算裝置，所述彈性模量計算裝置用于通過將所述對象劃分為有限數(shù)量的單元，來建立至少二維有限元模型；根據(jù)用于建立所述模型的信息和所述應(yīng)變分布，來計算彈性模量分布；以及利用所述顯示裝置，顯示所述彈性模量分布。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中，所述相關(guān)計算裝置通過在與所述測量點的所述變化相對應(yīng)的壓力下改變所述包絡(luò)信號的自相關(guān)函數(shù)的相位，來檢測在向被所述二維相關(guān)窗口包圍的所述測量點施加壓力和沒有施加壓力情況下的所述包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中所述存儲裝置中存儲的幀數(shù)據(jù)包括由多個切片幀數(shù)據(jù)集構(gòu)成的體積數(shù)據(jù)，以及其中，所述相關(guān)計算裝置通過，在三維方向上、關(guān)于所述體積數(shù)據(jù)改變被三維相關(guān)窗口包圍的所述測量點，以及計算在施加壓力和沒有施加壓力的情況下的所述射頻信號之間的相位差，來檢測在向被所述三維相關(guān)窗口包圍的所述測量點施加壓力和沒有施加壓力情況下的所述包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中所述三維方向包括超聲波束方向，所述超聲波探頭在該超聲波束方向接收所述超聲波束；超聲波束掃描方向；以及與所述兩個方向正交的切片方向。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中所述相關(guān)計算裝置通過在所述超聲波束方向上以所述超聲波信號的二分之一波長的間距、在所述超聲波束掃描方向上以所述超聲波束間距、以及在所述切片方向上以所述超聲波束的切片間距，改變所述測量點，來檢測展示出最大相關(guān)的每個測量點的位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中所述相關(guān)計算裝置計算，在所述超聲波束方向、所述超聲波束掃描方向、以及與所述兩個方向正交的所述切片方向上施加壓力和沒有施加壓力的情況下的所述射頻信號之間的相位差。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲診斷系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括彈性模量計算裝置，所述彈性模量計算裝置用于通過將所述對象劃分為有限數(shù)量的單元，來建立至少三維有限元模型；根據(jù)用于建立所述模型的信息和所述應(yīng)變分布，來計算彈性模量分布；以及利用所述顯示裝置，顯示所述彈性模量分布。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中所述相關(guān)計算裝置通過在與所述測量點的所述變化相對應(yīng)的壓力下改變所述包絡(luò)信號的自相關(guān)函數(shù)的相位，來檢測在向被所述三維相關(guān)窗口包圍的所述測量點施加壓力和沒有施加壓力情況下的所述包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的超聲診斷系統(tǒng)，其中，所述彈性模量計算裝置通過，在所述對象的組織展示出各向同性的彈性和接近不可壓縮性的假定下，將所述對象的組織劃分為有限數(shù)量的矩形平行六面體單元，來建立三維有限元模型，并且在每個單元展示出均勻的彈性模量、均勻應(yīng)力和均勻應(yīng)變的假定下，利用彈性方程、根據(jù)所述應(yīng)變分布，來計算彈性模量分布。
20.一種應(yīng)變分布顯示方法，其中，根據(jù)在向?qū)ο蟮慕M織施加壓力和沒有施加壓力的情況下利用超聲波探頭進(jìn)行測量而獲得的信號，來計算所述對象的組織的位移，根據(jù)所述計算的位移，來計算所述對象的組織的應(yīng)變分布，以及利用顯示裝置來顯示所述應(yīng)變分布，所述方法包括第一步驟，用于計算在施壓和沒有施壓的情況下收到的所述信號的特性；第二步驟，用于根據(jù)所述特性，計算在所述施壓和沒有施壓的情況下的所述特性之間的相關(guān)系數(shù)，以及在所述施壓和沒有施壓的情況下的所述信號之間的相位差；第三步驟，用于根據(jù)這樣獲得的所述相關(guān)系數(shù)和所述相位差，來計算由于所述施加壓力而造成的每個測量點的位移，以及所述對象的組織的應(yīng)變分布；以及第四步驟，用于利用所述顯示裝置顯示所述獲得的應(yīng)變分布。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的應(yīng)變分布顯示方法，其中所述特性包括代表諸如包絡(luò)信號、振幅、波高和波數(shù)的波動性之間的相關(guān)的參數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的應(yīng)變分布顯示方法，其中在所述第二步驟中，對所述存儲的超聲波束數(shù)據(jù)設(shè)置測量點，所述存儲的超聲波束數(shù)據(jù)由在向所述對象施加壓力和沒有施加壓力的情況下利用所述超聲波探頭檢測的包絡(luò)信號構(gòu)成，以及其中，通過至少在超聲波束方向改變所述測量點，以及計算在施壓和沒有施壓的情況下的所述接收信號之間的相位差，來檢測在施壓和沒有施壓情況下的所述包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置，以及其中，在所述第三步驟中，根據(jù)展示出所述最大相關(guān)系數(shù)的位置和這樣計算的所述相位差，來計算由于所述施壓而造成的每個測量點的位移。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的應(yīng)變分布顯示方法，其中所述第三步驟包括應(yīng)變計算裝置，所述應(yīng)變計算裝置用于，通過對所述測量點的位移執(zhí)行空間微分，來計算所述對象的組織的應(yīng)變分布。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的應(yīng)變分布顯示方法，其中在所述第二步驟中，通過在所述超聲波束方向上以所述超聲信號的二分之一波長的間距改變所述測量點，來檢測展示出最大相關(guān)系數(shù)的位置。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的應(yīng)變分布顯示方法，其中在所述第二步驟中，計算在壓力下的所述包絡(luò)信號的自相關(guān)函數(shù)，并且通過以對應(yīng)于所述測量點的所述變化的、所述超聲信號的二分之一波長的間距，改變所述自相關(guān)函數(shù)之間的相位，來計算所述自相關(guān)函數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)，由此獲得在施壓和沒有施壓情況下的所述包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的應(yīng)變分布顯示方法，其中在所述第二步驟中，對在向所述對象施壓和沒有施壓的情況下的所述包絡(luò)信號的幀數(shù)據(jù)，設(shè)置測量點；所述幀數(shù)據(jù)用作切片數(shù)據(jù)，并且通過至少在二維方向上關(guān)于所述幀數(shù)據(jù)改變二維相關(guān)窗口，來檢測在施壓和沒有施壓情況下的所述包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置；所述二維相關(guān)窗口包圍要用于相關(guān)的所述測量點，以及計算在施壓和沒有施壓情況下的所述射頻信號之間的相位差，以及其中，在所述第三步驟中，根據(jù)展示出所述最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的所述位置和這樣計算的所述相位差，來計算由于所述施加壓力而造成的每個測量點的至少二維位移。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的應(yīng)變分布顯示方法，其中所述二維方向包括超聲波束方向，所述超聲波探頭在該超聲波束方向接收所述超聲波束；以及超聲波束掃描方向。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的應(yīng)變分布顯示方法，其中在所述第二步驟中，通過在所述超聲波束方向上以所述超聲波信號的二分之一波長的間距、以及在所述超聲波束掃描方向上以所述超聲波束間距，改變所述測量點，來檢測展示出最大相關(guān)的每個測量點的位置。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的應(yīng)變分布顯示方法，其中在所述第二步驟中，通過在與所述測量點的所述變化相對應(yīng)的壓力下改變所述包絡(luò)信號的自相關(guān)函數(shù)的相位，來檢測在向所述測量點施加壓力和沒有施加壓力情況下的所述包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置，所述測量點被所述二維相關(guān)窗口包圍。
30.根據(jù)權(quán)利要求20所述的應(yīng)變分布顯示方法，其中在所述第二步驟中，對在施壓和沒有施壓情況下的所述包絡(luò)信號的體積數(shù)據(jù)設(shè)置測量點；所述體積數(shù)據(jù)對應(yīng)于所述對象的多個切片數(shù)據(jù)集，并且通過在三維方向上關(guān)于所述體積數(shù)據(jù)改變被三維相關(guān)窗口包圍的所述測量點，以及計算在施壓和沒有施壓情況下的所述射頻信號之間的相位差，來檢測在向所述測量點施加壓力和沒有施加壓力情況下的所述包絡(luò)信號之間展示出最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置，所述測量點被所述三維相關(guān)窗口包圍；以及其中，在所述第三步驟中，根據(jù)展示出所述最大相關(guān)系數(shù)的每個測量點的位置和這樣獲得的所述相位差，來在三維方向上計算由于所述施壓而造成的每個測量點的位移。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的應(yīng)變分布顯示方法，其中所述三維方向包括超聲波束方向，所述超聲波探頭在該超聲波束方向接收所述超聲波束；超聲波束掃描方向；以及與所述兩個方向正交的切片方向。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的應(yīng)變分布顯示方法，其中在所述第二步驟中，通過在所述超聲波束方向上以所述超聲波信號的二分之一波長的間距、在所述超聲波束掃描方向上以所述超聲波束間距、以及在所述切片方向上以所述超聲波束的切片間距，改變所述測量點，來檢測展示出最大相關(guān)的每個測量點的位置。
33.根據(jù)權(quán)利要求20所述的應(yīng)變分布顯示方法，進(jìn)一步包括第五步驟，用于通過，把根據(jù)對所述對象的測量而接收到的信號建立的模擬模型劃分為有限數(shù)量的單元，來建立至少二維有限元模型；以及根據(jù)用于建立所述模型的信息和這樣獲得的所述應(yīng)變分布，來計算彈性模量分布；以及第六步驟，用于利用所述顯示裝置顯示所述獲得的應(yīng)變模量分布。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的應(yīng)變分布顯示方法，其中所述第五步驟包括彈性模量計算裝置，所述彈性模量計算裝置用于通過將所述對象劃分為有限數(shù)量的單元，來建立三維有限元模型；以及根據(jù)用于建立所述模型的信息和所述應(yīng)變分布，來計算彈性模量分布；以及其中，利用所述顯示裝置顯示所述彈性模量分布。
全文摘要
一種超聲診斷系統(tǒng)，對幀數(shù)據(jù)設(shè)置測量點，該幀數(shù)據(jù)是由通過對在受檢查人員的壓縮之前和之后、從超聲波探頭輸出的RF(射頻)信號進(jìn)行正交檢波而獲得的包絡(luò)信號組成的。相對于幀數(shù)據(jù)。在超聲波束方向(第一維方向)、第二維方向或第三維方向上移動測量點，以便獲得這樣的位置，在該位置處，在屬于包圍測量點的相關(guān)窗口的壓縮之前與之后的包絡(luò)信號相關(guān)系數(shù)變得最大。據(jù)此，獲得伴隨壓縮發(fā)生的測量點的位移，并獲得壓縮之前和之后的RF信號之間的相位差，以便通過位移測量裝置、精確地獲得伴隨壓縮發(fā)生的測量點的位移。因此，有可能在不受位移量限制的情況下，估計位移分布，減少了計算時間，以及處理水平方向位移。
文檔編號G01S15/89GK1678243SQ0382075
公開日2005年10月5日 申請日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月31日
發(fā)明者椎名毅, 山川誠, 新田尚隆 申請人:株式會社日立醫(yī)藥, 椎名毅