Настоящее изобретение направлено на измерение поперечной волны и, конкретнее, на измерение посредством виброметрии дисперсионных поперечных волн (SDUV).
Механические изменения в живой ткани имеют корреляцию с патологическими изменениями. Модуль поперечной упругости (жесткости) и вязкость могут значительно различаться для здоровой и патологической тканей. С развитием ультразвуковой визуализации упругости в последнее десятилетие многие клинические исследования показали, что вязко-упругие свойства ткани дают полезную информацию для врачей относительно лучшей диагностики рака и анализа терапии.
Виброметрия дисперсионных поперечных волн (SDUV) является методикой, основанной на силе акустического излучения, в которой поперечная упругость и вязкость ткани измеряется посредством характеризации дисперсии скорости поперечной волны, то есть, по частоте. Применение данной методики состоит в неинвазивном измерении жесткости печени для определения фиброза и цирроза печени.
В ультразвуковых исследованиях для получения диагностической визуализации часто используются продольные волны. В ткани тела ультразвук распространяется в форме волны. Фактически, частицы вдоль траектории распространения претерпевают локальные возвратно-поступательные движения, и имеют место колебания в направлении распространения. Колебания создают сжатия и разрежения. Они моделируются как пики и минимумы синусоиды. Энергия передается к цели и обратно посредством колебательных движений частиц.
Ультразвуковая поперечная (или перпендикулярная) волна, напротив, характеризуется возвратно-поступательным локальным движением, которое происходит в направлении, перпендикулярном направлению распространения. Колебания в одну сторону создают пики, а в другую сторону - создают минимумы.
Выполнение SDUV характеризуется выдачей серий импульсов распространения сфокусированных продольных волн. Они образуют, в фокусе, поперечную волну, чье направление распространения перпендикулярно направлению импульсов распространения. Глубина фокуса выбирается таким образом, чтобы поперечная волна проходила через представляющую интерес область (ROI). Импульс отслеживания продольной волны выдается в ROI для оценки в пробной точке амплитуды поперечной волны. Данное измерение используется для оценки фазы поперечной волны в пробной точке. Для выполнения пробы в другой точке выдается другой импульс распространения в тот же фокус распространения, после чего выдается импульс отслеживания в эту точку. Этот второй цикл является необходимым, поскольку разность фазы между двумя точками используется в определении упругости и вязкости.
Период времени между выдачей импульса распространения и выдачей следующего импульса отслеживания одинаков в обоих циклах, что обеспечивает значимость измерений как средства, по которому определяется основанная на местоположении разность фаз. Основанная на местоположении разность фаз выступает в качестве фактора в оценке скорости распространения конкретной волны, и получаемые в результаты значения скорости по нескольким частотам волны используются для вычисления упругости и вязкости.
Традиционно получение измерений SDUV в течение каждого цикла выполняется из одного местоположения, в соответствии с описанным в двух технических статьях Mayo Clinic, поскольку датчик отслеживания по существу представляет собой поршневой одноэлементный преобразователь, для которого не имеется возможности управления перемещением. Две технические статьи - это "Quantifying Elasticity and Viscosity from Measurement of Shear Wave Speed Dispersion," The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 115, no. 6, pp. 2781-2785, 2004, авторы S. Chen, M. Fatemi, и J. F. Greenleaf, и "Error Estimates in Shear Wave Speed and Tissue Material Properties in Shear Wave Dispersion Ultrasound Vibrometry", 2007 IEEE Ultrasonics Symposium, pp.664-667, авторы M. W. Urban, S. Chen и J. F. Greenleaf.
В обеих статьях описаны реальные эксперименты.
Формула для вычисления скорости распространения волны с использованием разности между двумя измерениями в качестве разности фаз приведена в обеих статьях как формула (4). Лежащие в ее основе расчеты подробнее описаны в публикации, автором которой является Urban.
В другой публикации Mayo Clinic, публикации патента США № 2007/0038095, озаглавленной "Ultrasound Vibrometry", J. F. Greenleaf и S. Chen, дополнительно предлагается, во время одного и того же цикла, направлять пучок на: a) пробу из одного или более местоположений; и b) выполнять два или более измерений фазы.
Для предлагаемого способа в патентной публикации используется та же точная формула.
Изобретатели сего обнаружили, что в обсуждаемых выше публикациях предшествующего уровня техники нет ссылок на реальные эксперименты, не указывается и не предлагается какого-либо конкретного плана пространственно-временной выборки, связанной с их предложением, и не излагается и не предлагается какой-либо модификации формулы для скорости распространения, в которой бы принималась во внимание задержка между пробами. Изобретателями также было обнаружено, что такая задержка при получении данных из множества местоположений во время одного и того же цикла может привести к существенно ошибочным результатам.
В более общем смысле, одна из основных проблем, связанных с обнаружением индуцированных силой излучения поперечных волн с применением SDUV, заключается в сравнительно низкой амплитуде колебаний (осевое смещение имеет порядок 10 мкм). При выполнении замеров производится измерение амплитуды поперечной волны в заданном или текущем местоположении в ROI. Однако электронный шум системы и движение пациента, такое как кардиальное или респираторное движение, будут вносить значительный уровень шума в оценку смещения поперечной волны.
В целях существенного смягчения серьезных последствий шума может быть выдано более двух последовательностей распространения/отслеживания для получения измерений пространственно-временного изменения смещений поперечной волны во множестве поперечных местоположений. Алгоритмы аппроксимации методом наименьших квадратов могут быть применены к множеству оценок фазовой задержки для получения более робастных оценок скорости.
Импульсы распространения SDUV фокусируются на одной и той же области возбуждения в ткани. Повторяющееся звуковое воздействие множества последовательностей распространения/отслеживания может привести к нарастающему нагреву локальной ткани. Это особенно справедливо для случая, когда время задержки между двумя последовательными возбуждениями меньше, чем время охлаждения ткани. Время охлаждения ткани будет зависеть от кровоснабжения исследуемого органа и т.д. Тепловая безопасность SDUV является одной из ключевых задач, которые исследователи должны решить, прежде чем данная методика может быть применена в клинических исследованиях. Для ультразвуковой диагностики управление по контролю над пищевыми продуктами и лекарственными средствами (FDA) требует, чтобы тепловой индекс (TI) был меньше 6 (нагрев ткани <6°C). Несмотря на то, что повышение температуры от одного распространения SDUV составляет около 0,1°C-0,2°C и уровень воздействия SDUV значительно ниже порогового значения разрушения ткани, суммарное воздействие SDUV может приводить к риску нагрева ткани или преобразователя.
Соответственно, желательно достичь как можно лучшего результата в обеспечении робастности измерения, но с наименьшим возможным количеством последовательностей распространения/отслеживания с тем, чтобы можно было избежать появления неблагоприятных тепловых эффектов.
В одном из аспектов новый способ виброметрии дисперсионных поперечных волн (SDUV) включает в себя, после единичной выдачи импульса их распространения, выдачу импульсов отслеживания для взятия проб, более одного раза, в каждом из множества местоположений на ассоциированной монохроматической поперечной волне. Это выполняется посредством взятия проб, при котором местоположения сканируются импульсом в отдельных проходах и/или в отдельных случаях взятия проб, при этом одновременно сканируется множество местоположений.
В дополнительном аспекте разность фаз в заданный момент определяется посредством принятия во внимания задержки между пробами. Это выполняется в случае, когда определение основывается на пробах, взятых в различные моменты времени.
В качестве еще одного аспекта, определение влечет за собой вычисление разности с использованием двух проб, взятых в различные моменты времени, и добавление к вычисленной разности основанной на задержке между пробами фазовой поправки, отражающей, для монохроматической поперечной волны, распространение, которое происходило в период времени между взятием двух проб.
В альтернативном аспекте вычисленная разность и поправка представляют собой величины с противоположными знаками в случае, когда сканирование от одной из двух проб к другой происходит в направлении, противоположном направлению распространения волны.
В дополнительном аспекте поправка прямо пропорциональна угловой частоте указанной волны и задержке между взятием двух указанных проб.
В одной из версий взятие проб происходит, проход за проходом, в противоположных направлениях, и принятие в расчет включает в себя объединение соответствующих измерений из двух противоположно направленных проходов с целью взаимного исключения задержки между пробами.
В еще одном аспекте отдельные проходы выполняются в одном и том же направлении.
В некоторых вариантах осуществления импульсы отслеживания направляются последовательно, импульс за импульсом.
В определенных вариантах осуществления взятие проб включает в себя одновременное взятие проб во множестве местоположений посредством импульса.
В конкретных аспектах изобретения импульс одновременно направлен в более чем одно местоположение.
В подаспекте импульс отслеживания одновременно направлен на все местоположения.
В еще одном аспекте получение А-линий из соответствующих линий местоположений выполняется одновременно, в ответ на один или более импульсов отслеживания.
В другом аспекте опорный импульс испускается в случае, когда отсутствуют колебания импульса распространения, и данные, полученные в результате отражения опорного импульса, сравниваются с данными, полученными в результате отражения импульса отслеживания, при вычислении амплитуды волны.
В соответствии с некоторыми версиями, промышленное изделие включает в себя машиночитаемый носитель, содержащий закодированные инструкции для обеспечения выполнения процесса, соответствующего изложенному выше способу.
Аналогично, в конкретных вариантах осуществления, компьютерный программный продукт для выполнения виброметрии дисперсионных поперечных волн (SDUV) включает в себя машиночитаемый носитель, реализующий компьютерную программу, которая содержит инструкции, исполнимые процессором для выполнения изложенного выше способа.
Аналогично, в соответствии с одним из аспектов, ультразвуковое устройство, сконфигурированное для SDUV, включает в себя матрицу преобразователей для выполнения изложенного выше способа.
В еще одном аспекте устройство сконфигурировано для автоматического, без вмешательства пользователя, переключения от режима приема одной А-линии на пробу в режим приема множества А-линий на пробу на основании глубины изображения и частоты получения пробы.
Подробности новой SDUV-схемы распространения/отслеживания изложены ниже с помощью следующих чертежей.
Фиг.1 представляет собой схематическую диаграмму примера двух последовательных SDUV-проб, в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 представляет собой временную шкалу примера, представляющего последовательное отслеживание SDUV, в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.3 представляет собой блок-схему, соответствующую временной шкале на Фиг.2, в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.4 представляет собой концептуальную диаграмму двух возможных пространственно-временных схем получения SDUV-проб, в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.5 представляет собой блок-схему, показывающую альтернативные алгоритмы скорости распространения поперечной волны SDUV для соответствующих порядков взятия проб, в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.6 представляет собой временную шкалу примера, представляющего параллельное отслеживание SDUV;
Фиг.7 представляет собой временную шкалу примера, представляющего комбинацию последовательного и параллельного SDUV-отслеживания, в соответствии с настоящим изобретением; и
Фиг.8 представляет собой комбинацию блок-схемы и схематической диаграммы типа автоматического переключения между режимами приема множества линий и одной линии, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.1 изображена, в качестве иллюстративного и неограничивающего примера, взаимосвязь между двумя последовательными SDUV-пробами. Показан датчик распространения ультразвука 104, вместе с первым и вторым импульсами отслеживания 108, 112, испускаемыми, соответственно, в моменты взятия проб t1, t2, датчиком отслеживания ультразвука (не показан). Датчик распространения 104 посылает серии сфокусированных импульсов распространения (или "толчков") 114 для создания поперечной волны 115, частотный компонент которой (или "монохроматическая поперечная волна") представлен первым следом 116. Ткань колеблется вдоль y-направления, и поперечная волна распространяется вдоль x-направления.
Два отдельных датчика могут быть использованы для распространения и отслеживания, соответственно. Однако громоздкая конфигурация такого типа является непрактичной для применения в медицинской практике.
Кроме того, в случае отдельных одноэлементных преобразователей, требуется повторное возбуждение импульсов распространения для целей измерения задержки поперечной волны в различных боковых положениях, что приводит к повторному нагреву ткани.
Если, с другой стороны, отслеживания реализуются посредством матричного преобразователя, то потребность в повторных импульсах распространения снижается в соответствии с предложенным в настоящем документе.
Более того, единственный матричный преобразователь может выполнять обе функции - распространения и отслеживания. Единственный матричный преобразователь двойного назначения сделал бы систему более компактной и более легкой в управлении. Однако для данной конфигурации требуется большая аппаратная и программная поддержка для обеспечения того, чтобы она могла генерировать нагрузку акустического излучения и визуализировать результирующую поперечную волну 115 посредством единственного преобразователя. Единственный преобразователь может представлять собой однорядную матрицу (1D-преобразователь) или многорядную матрицу (2D-преобразователь), которая допускает боковое местоположение и местоположение в вертикальной плоскости для импульсов распространения и отслеживания.
Улучшенная технология 2D-матрицы позволит посылать импульсы отслеживания в 3D-измерении; однако, приведенное ниже обсуждение относится к отслеживанию движения ткани в осевой-горизонтальной плоскости. Та же самая обработка применима и к осевой-вертикальной плоскости, без потери общности.
Импульсы отслеживания 108, 112 направлены в соответствующие местоположения 120, 124, пространственно разделенные расстоянием 128 величиной Δr. Расстояние 128 обычно находится в миллиметровом диапазоне, поскольку поперечная волна 115 затухает с расстоянием распространения. Измеряется амплитуда 132, в соответствии с представленным на y-оси 136. На основании амплитуды 132 может быть рассчитана фаза 140 для Φ1 в местоположении 120, при условии, что частота выборки соответствует порогу Найквиста. Соответствие порогу Найквиста может быть получено посредством множества проходов с взятием проб в местоположении 120 с достаточной частотой.
Если временные моменты взятия проб t1, t2 совпадали, то возвращаемые данные, то есть, эхо-данные, от импульса отслеживания 112 будут предполагать фазу 142, соответствующую точке пробы 148 в первой форме волны 116.
Однако временные моменты взятия проб t1, t2 не являются одновременными, если импульсы отслеживания выдаются последовательно для данных двух местоположений 120 и 124.
Фактически до момента времени t2 компонент поперечной волны 116 распространялся вперед с формой волны, имеющей частотный компонент, представленный вторым следом 144.
Соответствующая фаза пробы 152, равная Φ2, на втором следе 144 отличается от фазы 140 с величиной Φ1 на первом следе 116, на разность фаз ΔΦ=Φ2-Φ1.
Как видно на фиг.1, ΔΦ меньше, чем разность между фазами 140, 142, которая могла бы быть вызвана одновременными импульсами отслеживания.
Также на фиг.1 можно видеть, что ΔΦ меньше на основанную на задержке между пробами фазовую поправку 156, равную ωΔt, где "ω" представляет собой угловую частоту монохроматической поперечной волны 116, а "Δt" обозначает задержку между взятием двух проб в соответствующие моменты времени t1, t2.
Также имеется разность между фазами 140, 142, которая, вместе с ω и Δr, определяет скорость распространения частотного компонента поперечной волны 116.
Эта разность рассчитывается путем добавления к разности фаз ΔΦ основанной на задержке между пробами фазовой поправки ωΔt.
На фиг.2 изображено последовательное SDUV-отслеживание, предлагаемое в настоящем документе. До того, как какие-либо импульсы распространения 114 вызовут колебания представляющей интерес области (ROI), выдаются опорные импульсы отслеживания 202, 204, 206, 208, направленные на соответствующие места взятия проб x1, x2, x3, x4. Местоположения x1, x2, x3 и x4 выравниваются радиально относительно точки возбуждения, вызываемого распространением волны, то есть, в направлении распространения поперечной волны 115. После каждого из импульсов 202, 204, 206, 208 следуют их отражения 210, 212, 214, 216, соответственно. Затем поперечная волна 115 создается в местоположении x0, то есть, в точке возбуждения. Это выполняется посредством первоначальной серии (не показана на фиг.2) импульсов распространения 218, которая возбуждается с частотой распространения 219, которая может составлять приблизительно 100 Гц. Инициирующее последовательность отслеживания возбуждение импульсов распространения 218 может быть выдано после установления волны 115. После этого следует управляемое последовательное прохождение импульсов отслеживания 222, 224, 226, 228, импульс за импульсом. После каждого из испускаемых импульсов отслеживания 222, 224, 226, 228 следует соответствующее отражение 230, 232, 234, 236. Проход 220 осуществляется в одном и том же местоположении с частотой отслеживания 238, составляющей 2 кГц. Соответственно, 20 проходов 220 могут следовать за импульсом распространения 218. Кроме того, частота отслеживания 238 в одном и том же местоположении, составляющая 2 кГц, допускает измерение компонентов 116 частот величиной до около 1 кГц, то есть, порога Найквиста. Каждый из импульсов отслеживания 222, 224, 226, 228 может быть одновременно использован для обеспечения измерения каждого из частотных компонентов в пределах внутренних границ порога Найквиста.
Применяется обычное получение изображений в B-режиме, то есть, импульсы отслеживания 222, 224, 226, 228 электронно фокусируются и направляются назад и вперед в боковом направлении в различных местоположениях x1, x2, x3, x4 между двумя смежными импульсами распространения 218. Таким образом, последовательно формируются принятые A-линии в различных местоположениях x1, x2, x3, x4. Количество линий передачи в каждом кадре B-режима должно быть ограничено таким образом, чтобы PRF (частота повторения импульсов) проб для поперечной волны 115 была достаточно высокой. Как видно, например, на фиг.2, для каждого местоположения x1, x2, x3, x4 частота отслеживания для одного и того же местоположения 238 составляет 2 кГц (PRF2), тогда как частота передачи A-линии 242 составляет 8 кГц (PRF3).
Предпочтительно, требуется только одна последовательность распространения/отслеживания 240 для получения всей информации SDUV, необходимой для оценки скорости поперечной волны. Более быстрый сбор данных, в соответствии с предлагаемым в настоящем документе, является ключевым требованием для улучшения методики SDUV от одноточечного инструмента "виртуальной биопсии" до возможного способа получения изображений в реальном времени. Вместе с тем, нагрев, создаваемый в ткани и преобразователе, может быть снижен в условиях поддержания ряда боковых местоположений x1, x2, x3, x4,…, наблюдаемых с целью отслеживания поперечной волны. Другое преимущество данного изобретения состоит в том, что оно также может снизить шум в оценке смещения поперечной волны, в особенности это относится к избеганию большого шума по временной шкале, такого как шум, связанный с респираторным движением, которое ткань испытывает во время различных последовательностей распространения/отслеживания 240.
Для импульсов отслеживания последовательности распространения/отслеживания "единичная реализация их импульса распространения" определена в настоящем документе как импульс распространения, который по времени непосредственно предшествует импульсам отслеживания.
Фиг.3 представляет собой блок-схему, соответствующую временной шкале фиг.2. Фокус устанавливается на первое местоположение x1 (этап S304). Производится испускание текущего опорного импульса отслеживания 202 (этап S308). Появляется его отражение 210 (этап S312). Если должно быть произведено измерение в большем количестве местоположений (то есть, x2, x3, x4) (этап S316), то фокус направляется в следующее местоположение (этап S320), и процесс возвращается к этапу S308 испускания текущего опорного импульса отслеживания со следующим местоположением в качестве текущего местоположения. С другой стороны, если дополнительные местоположения для выполнения измерений отсутствуют (этап S316), то выполняется следующее возбуждение импульса распространения 218 с целью установления поперечной волны 115 (этап S324). Затем фокус устанавливается на первое местоположение x1 (этап S328). Испускает текущий импульс отслеживания 222 (этап S330), и возвращается его отражение 230 (этап S332). Если имеются дополнительные импульсы отслеживания (то есть, 224, 226, 228), которые должны быть выданы в текущем проходе 220 (этап S333), то фокус устанавливается на соответствующее следующее местоположение (этап S334) и процесс возвращается к этапу испускания импульса отслеживания S330 со следующим местоположением, выступающим в качестве текущего местоположения. В противном случае, если следующий импульс отслеживания не должен испускаться, то выполняется запрос, должен ли быть выполнен еще один проход по местоположениям x1, x2, x3, x4 (этап S336). Если должен быть выполнен следующий проход, то следующий проход становится текущим проходом (этап S340), и процесс возвращается к началу следующего прохода 220 на этапе S328. Однако если следующий проход 220 не должен быть выполнен (в текущей последовательности распространения/отслеживания 240), то взятие проб завершается. Единственная последовательность распространения/отслеживания 240 для случая предлагаемой методики является достаточной для обеспечения всего процесса взятия проб, необходимого для SDUV-определения скорости поперечной волны и, в практических вариантах осуществления, для вычисления упругости и вязкости ткани. Две возможные пространственно-временные схемы взятия проб SDUV 402, 404, в соответствии с предложенным в настоящем документе, изображены на фиг.4.
Для схемы 402 взятия проб с постоянным направлением, показано четыре прохода 220. Каждый из них выполняется для трех местоположений x1, x2, x3. Каждый из них представлен на фиг.4 в направлении слева направо. Номера 1-12, обозначенные как 411-422, соответствуют порядку, в котором происходит взятие проб. Отдельные проходы 220 выполняются в одном и том же направлении.
Схема 404 взятия проб с изменением направления также показана для четырех проходов 220 по трем местоположениям x1, x2, x3. Однако, в отличие от схемы 402 взятия проб с постоянным направлением, в схеме 404 взятия проб с изменением направления производится изменение направления сканирования после каждого прохода 220. Номера 1-12, обозначенные как 431-442, соответствуют порядку, в котором производится взятие проб. Взятие проб в противоположных направлениях является альтернативой к добавлению основанной на задержке между пробами фазовой поправки 156, как будет подробнее обсуждаться ниже.
Частота 238 отслеживания в одном и том же местоположении для местоположения x2 является одинаковой в обеих схемах взятия проб 402, 404. Для нецентральных местоположений x1, x3 в схеме 404 взятия проб с изменением направления взятие проб является неравномерным по времени. Однако порог Найквиста справедлив и для неравномерных проб. Под действие порога подпадает средняя частота выборки. Поскольку средняя частота выборки одинакова для всех местоположений x1, x2, x3 обеих схем 402, 404, то каждая из схем может быть реализована таким образом, чтобы избежать наложения сигналов.
На фиг.5 продемонстрированы альтернативные алгоритмы 500 вычисления скорости распространения поперечной волны SDUV для соответствующих порядков, в которых производится взятие проб в различные моменты времени t1, t2.
Для сканирования в том же направлении, в котором распространяется поперечная волна 115, применима формула прямого сканирования 510. Формула 510 выводится следующим образом:
cs(ω)=λf, где cs - скорость распространения, λ - длина волны и f - частота волны.
Кроме того, ω=2πf и Δr=λΔΦ/2π, где ΔΦ представляет собой разность фаз, в заданный момент, между двумя пробами, которые берутся одновременно.
Предполагается, что все параметры положительны.
Подстановка величин дает cs (ω)=ωΔr/Δφ
Для того, чтобы принять во внимание задержку между пробами между двумя взятыми в различные моменты времени t1, t2 пробами, основанная на задержке между пробами фазовая поправка 156 величиной ωΔt добавляется к ΔΦ, как объяснялось выше в связи с фиг.1. Поправка 156 прямо пропорциональна угловой частоте ω волны 115, в частности, волнового компонента 116, чья скорость измеряется в текущий момент времени, и задержке Δt между взятием двух проб.
Для сканирования в направлении, противоположном тому, в котором распространяется поперечная волна 115, применяется формула обратного сканирования 520. В формуле обратного сканирования 520 знак основанной на задержке между пробами фазовой поправки 156 ωΔt противоположен знаку вычисленной разности (фаз) ΔΦ для заданного момента времени. Причина того, что поправка 156 делается отрицательной, основана на рассуждениях, аналогичных объяснению, приведенному выше в настоящем документе в отношении фиг.1. Основанная на задержке между пробами фазовая поправка 156 отражает, для монохроматической поперечной волны 116, распространение, которое происходит в моменты времени между взятием двух проб в различные моменты времени t1, t2.
Если сканирование в одном проходе 220 происходит в направлении, противоположном направлению сканирования в другом, например, следующем, проходе, то соответствующие измерения ΔΦ в одних и тех же двух местоположениях x1, x2 могут быть усреднены для взаимного исключения задержки между пробами. При этом предполагается, что задержка между пробами в двух местоположениях x1, x2 одинакова при обоих проходах. Если предположение выполняется, что знаменатель формулы 530 показывает, что основанные на задержке между пробами фазовые поправки 156, если они определены, будут взаимно исключены посредством усреднения знаменателей в формулах для направления единственного сканирования 510, 520. Соответственно, поправки 156 можно не рассчитывать, и их использование в формуле 530 не является необходимым.
Параллельное отслеживание SDUV, в отличие от последовательного отслеживания на фиг.2, изображено на фиг.6, при этом изображение представляет один из возможных вариантов осуществления. При параллельном отслеживании импульс отслеживания одновременно направлен на более чем одно местоположение, и, в действительности, на все местоположения из множества местоположений.
В целях отслеживания распространения поперечной волны, созданной импульсами распространения 218, частота отслеживания в одном местоположении 238 в каждой точке обнаружения или местоположении x1, x2, x3, x4 должна быть установлена на достаточно высоком уровне, чтобы удовлетворять ограничению Найквиста в отношении наибольшей анализируемой гармонической частоты. В соответствии с типовым сценарием, описанным выше, и в соответствии с показанным на фиг.6, каждая точка обнаружения отслеживается одной и той же частотой 238 отслеживания в одном местоположении, составляющей 2 кГц, тогда как четыре точки обнаружения, или местоположения, x1, x2, x3, x4 последовательно сканируются с частотой 242 передачи А-линии, составляющей 8 кГц. Если необходимо больше точек обнаружения, то от ультразвуковой системы будет требоваться передача на еще более высокой PRF, что может быть сложно или невозможно реализовать (ввиду физического ограничения времени прохождения ультразвука к максимальной глубине изображения и обратно) в режиме «последовательного отслеживания».
В целях решения данной проблемы в настоящем документе предлагается второй способ, называемый «параллельное отслеживание», которые описан ниже в типовом варианте осуществления.
В B-режиме с параллельным приемом каждый из широких пучков передачи является слабо сфокусированным.
Между соответствующими импульсами распространения 218 пучки испускаются циклически в одну и ту же область, охватывающую различные местоположения x1, x2, x3, x4. Для заданной единичной передачи обнаружения из множества принимаемых A-линий формируется устройством формирования луча параллельный пучок с использованием обратно рассеянных сигналов, принятых матрицей одновременно. Другими словами, с каждым из импульсов отслеживания производится взятие проб в нескольких местоположениях из множества местоположений.
Посылается опорная передача отслеживания 602. Множество параллельно принятых опорных A-линий 604, 606, 608, 610 формируется для соответствующих местоположений x1, x2, x3, x4. После выдачи импульса распространения 218 в точке возбуждения x0, выдается ряд импульсов передачи отслеживания 612, после каждого из которых производится прием соответствующих параллельных A-линий 614, 616, 618, 620 в соответствующих местоположениях x1, x2, x3, x4. Импульсы передачи отслеживания 612 и соответствующие им принимаемые параллельные A-линии 614, 616, 618, 620 повторяются с частотой параллельного отслеживания 622, составляющей 2 кГц, в течение параллельной последовательности распространения/отслеживания 624.
Если необходимо, то может быть добавлено больше принимаемых A-линий для увеличения пространственной точности проб без понижения PRF отслеживания, при условии что система поддерживает более широкую передачу и имеет устройство формирования луча с множеством линий высокого порядка. Аналогично последовательному способу, изображенному выше на фиг.2 и 3, способ параллельного отслеживания не требует возбуждения фокусированного ультразвука в источнике возбуждения поперечной волны. Это позволяет реализовать оценку скорости поперечной волны посредством одной единичной последовательности распространения/отслеживания.
В способе параллельного отслеживания, поскольку импульс обнаружения, охватывающий различные боковые местоположения x1, x2, x3, x4, испускается в одном единичном воздействии, то оценки смещения 132 в различных боковых местоположениях выполняются одновременно. В этом случае отсутствует необходимость в создании какой-либо компенсации. Скорость поперечной волны может быть оценена просто по формуле:
cs (ω)=ωΔr/Δφ
Естественно, передача более широких пучков 612 со слабой фокусировкой снизит пространственное разрешение изображения в фокусе. В предельном случае передачи плоской волны параллельное отслеживание может выдавать оценки смещения с немного более низким SNR, чем в случае последовательного отслеживания. Если SNR является критическим показателем или ультразвуковая система оборудована только многострочным устройством формирования луча низкого порядка, то способы «последовательного отслеживания» и «параллельного отслеживания» могут быть объединены в способ «гибридного отслеживания».
Фиг.7 представляет собой временную шкалу типового представителя комбинации последовательного и параллельного SDUV-отслеживания.
Последовательное и параллельное отслеживание аналогично параллельному отслеживанию, за исключением того, что в некоторых местоположениях (здесь - x1 и x2) пробы берутся одновременно (импульсом передачи отслеживания 702), но при этом пробы в местоположениях x1, x2 берутся последовательно относительно местоположений x3, x4.
В данном сценарии 2X многострочный формирователь луча является достаточным для параллельного отслеживания. PRF отслеживания для отдельной точки составляет 2 кГц (PRF2), тогда как PRF передачи ультразвуковой системы составляет 4 кГц (PRF3). При расчете скорости поперечной волны должна быть использована приведенная выше формула 540 в случае, если анализируются точки x1 и x2. В отличие от этого, подходящая формула 510, 520, 530 должна быть использована в случае анализа точек x1 и x3.
Фиг.8 представляет собой комбинацию блок-схемы и схематической диаграммы типа автоматического переключения между режимами приема множества линий и единичных линий, в соответствии с настоящим изобретением.
Ультразвуковой зонд 804 передает импульсы отслеживания 808, 812 в соответствующие местоположения в ROI 816, здесь - в орган или кровеносный сосуд, с максимальной глубиной изображения 817. Передача осуществляется в режиме 820 приема множества линий, как показано на фиг.6, или в режиме 824 приема единичных линий, как на фиг.2.
Процесс контроля 828 осуществляет проверку максимальной глубины изображения 817 (этап S832), частоты передачи A-линий 242 (этап S836) и текущего режима 836 (этап S840). Если максимальная глубина изображения 817 и частота 242 передачи A-линий имеют достаточно высокие значения, то скорость распространения звука в ткани может налагать ограничение, требующее переключения из режима 824 приема единичных линий в режим 820 приема множества линий. Аналогично, может быть выполнен переход между режимом приема множества линий и режимом приема единичных линий, в зависимости от того, может ли быть обеспечена необходимая скорость передачи сигналов. Если указано наличие переключения (этап S844), то текущий режим 836 меняется на новый режим 848 (этап S852) перед тем, как процесс возвращается к повторной проверке, после задержки, на этапах S832, S836, S840.
Виброметрия дисперсионных поперечных волн (SDUV) выполняется таким образом, что после единичной реализации импульса их распространения выдается, больше одного раза, множество импульсов отслеживания для взятия проб в каждом из множества местоположений на ассоциированной монохроматической поперечной волне при взятии проб, в котором по меньшей мере одно из сканирований для множества местоположений выполняется в отдельных проходах и, с выдачей множества импульсов отслеживания, производится одновременное взятие множества проб во множестве местоположений. В дополнительном аспекте разность фаз в заданный момент определяется путем принятия в расчет задержки между пробами, если определение основывается на пробах, которые берутся в различные моменты времени.
Инновационная SDUV-схема распространения/отслеживания может снизить нагрев ткани путем ограничения количества возбуждений нагрузки звукового излучения 218.
Следует отметить, что упомянутые выше варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и специалисты в данной области техники смогут спроектировать множество альтернативных вариантов осуществления без отклонения от объема прилагаемой формулы изобретения. Например, в различных вариантах осуществления измерения могут выполняться в большем или меньшем количестве местоположений, чем показано на чертежах. Также можно отказаться от опорных импульсов отслеживания и заменить их взаимной корреляцией между повторяющимися A-линиями для некоторого места с целью определения амплитуды волны. В формуле изобретения любые ссылочные позиции, помещенные в скобки, не должны рассматриваться как ограничивающие пункт формулы изобретения. Использование глагола «включает» и его спряжений не исключает наличия элементов или этапов, отличающихся от указанных в пункте формулы изобретения. Единственное число для элемента не исключает возможности наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано посредством аппаратного обеспечения, включающего в себя несколько различных элементов, а также посредством должным образом запрограммированного компьютера, имеющего машиночитаемый носитель. Сам факт того, что определенные меры перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация данных мер не может быть выгодно использована.
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам измерения дисперсионных поперечных волн. Способ виброметрии заключается в единичной выдаче импульса распространения, сфокусированного на области возбуждения в представляющей интерес области для установления поперечной волны и выдачу множества импульсов отслеживания для взятия проб, более одного раза, в каждом из множества целевых местоположений на ассоциированной монохроматической поперечной волне. Причем взятие проб состоит в получении проб сканированием множества целевых местоположений импульсом в отдельных проходах и, с каждой выдачей импульсов передачи отслеживания из множества импульсов, получении проб одновременным сканированием множества проб во множестве целевых местоположений, пробы представляют данные для использования в определении скорости распространения оцененной поперечной волны. Способ дополнительно включает определение, для заданной части последовательности распространения/отслеживания, разности фаз посредством принятия в расчет задержки между пробами, для определения скорости распространения оцененной поперечной волны. Для осуществления способа используются машиночитаемый носитель и ультразвуковое устройство, содержащее матрицу преобразователей для единичной выдачи импульса распространения, сфокусированного на области возбуждения в представляющей интерес области для установления поперечной волны и выдачи множества импульсов отслеживания для взятия проб. Использование изобретения позволяет снизить риск перегрева ткани или преобразователя. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Способ виброметрии дисперсионных поперечных волн (SDUV), содержащий:
выдачу, для последовательности распространения/отслеживания, единичной выдачи импульса распространения, сфокусированного на области возбуждения в представляющей интерес области для установления поперечной волны; и
после единичной выдачи импульса распространения (218), для последовательности распространения/отслеживания, выдачу множества импульсов (222) отслеживания для взятия проб, более одного раза, в каждом из множества целевых местоположений (120) на ассоциированной монохроматической поперечной волне (116) установленной поперечной волны, причем взятие проб содержит (i) получение проб сканированием множества целевых местоположений импульсом в отдельных проходах и, (ii) с каждой выдачей импульсов передачи отслеживания из множества импульсов передачи отслеживания, получение проб одновременным сканированием множества проб во множестве целевых местоположений, причем пробы представляют данные для использования в определении скорости распространения оцененной поперечной волны; причем способ дополнительно содержит:
определение, для заданной части последовательности распространения/отслеживания, разности фаз посредством принятия в расчет задержки между пробами, для определения скорости распространения оцененной поперечной волны, которая основывается на пробах, которые, в процессе указанного взятия проб, были взяты в различные моменты времени в заданной части последовательности распространения/отслеживания.
2. Способ по п. 1, в котором указанное определение содержит вычисление указанной разности фаз с использованием двух проб, взятых в различные моменты времени, и
добавление к вычисленной разности фаз, основанной на задержке между пробами фазовой поправки (156), отражающей, для указанной монохроматической поперечной волны, распространение, которое происходило в период времени между взятием двух проб.
3. Способ по п. 2, в котором указанная вычисленная разность фаз и указанная фазовая поправка, основанная на задержке между пробами, представляют собой обратные по знаку числа (520) в случае, когда сканирование от одной из целевых местоположений из двух проб к другому целевому местоположению происходит в направлении, противоположном направлению, в котором распространяется указанная поперечная волна.
4. Способ по п. 2, в котором указанная фазовая поправка, основанная на задержке между пробами, прямо пропорциональна (i) угловой частоте указанной поперечной волны и (ii) задержке между получением двух указанных проб.
5. Способ по п. 1, в котором указанное взятие проб происходит, проход за проходом, в противоположных направлениях, и указанное принятие в расчет включает в себя объединение соответствующих измерений из двух указанных противоположно направленных проходов с целью взаимного исключения указанной задержки между пробами (530).
6. Способ по п. 1, в котором указанные импульсы отслеживания (108, 112) направляются последовательно, импульс за импульсом.
7. Способ по п. 6, в котором указанное взятие проб включает в себя одновременное взятие проб во множестве целевых местоположений посредством единичного импульса (702) отслеживания из множества импульсов отслеживания.
8. Способ по п. 1, в котором указанный импульс (702) отслеживания одновременно направлен во множество целевых местоположений.
9. Способ по п. 1, дополнительно содержащий прием множества А-линий (614) из соответствующих линий множества целевых местоположений, выполняемый одновременно, в ответ на один из множества импульсов отслеживания.
10. Способ по п. 1, дополнительно содержащий:
испускание опорного импульса (202) в случае, когда отсутствуют колебания импульса распространения; и
при вычислении амплитуды (132) указанной поперечной волны, производится сравнение данных, полученных в результате отражения указанного опорного импульса, с данными, полученными в результате отражения одного импульса отслеживания из множества импульсов отслеживания.
11. Машиночитаемый носитель для осуществления способа по п. 1.
12. Ультразвуковое устройство, сконфигурированное для виброметрии дисперсионных поперечных волн (SDUV), содержащее:
матрицу (104) преобразователей, сконфигурированную для
выдачи, для последовательности распространения/отслеживания, единичной выдачи импульса распространения, сфокусированного на области возбуждения в представляющей интерес области для установления поперечной волны; и
после единичной выдачи импульса распространения для последовательности распространения/отслеживания, выдачи множества импульсов отслеживания для взятия проб, более одного раза, в каждом из множества целевых местоположений на ассоциированной монохроматической поперечной волне установленной поперечной волны, причем взятие проб содержит (i) получение проб сканированием множества целевых местоположений импульсом в отдельных проходах и, (ii) с каждой выдачей импульсов передачи отслеживания из множества импульсов передачи отслеживания, получение проб одновременным сканированием множества проб во множестве целевых местоположений, причем пробы представляют данные для использования в определении скорости распространения оцененной поперечной волны; причем способ дополнительно содержит:
определение, для заданной части последовательности распространения/отслеживания, разности фаз посредством принятия во внимания задержки между пробами, для определения скорости распространения оцененной поперечной волны, которая основывается на пробах, которые, в процессе указанного взятия проб, были взяты в различные моменты времени в заданной части последовательности распространения/отслеживания.
13. Ультразвуковое устройство по п. 12, дополнительно сконфигурированное для:
вычисления разности фаз с использованием двух проб, взятых в различные моменты времени; и
добавления к вычисленной разности основанной на задержке между пробами фазовой поправки, отражающей, для указанной монохроматической поперечной волны, распространение (156), которое происходило в период времени между получением двух проб.
14. Ультразвуковое устройство по п. 12, в котором указанное устройство дополнительно сконфигурировано для взятия проб, проход за проходом, в противоположных направлениях (431-436), и дополнительно сконфигурировано для принятия в расчет задержки между пробами посредством объединения соответствующих измерений из двух указанных противоположно направленных проходов с целью взаимного исключения указанной задержки между пробами.
15. Ультразвуковое устройство по п. 12, дополнительно сконфигурированное для автоматического, без вмешательства пользователя, переключения от режима приема одной А-линии на пробу в режим приема множества А-линий на пробу на основании глубины изображения (817) и частоты передачи А-линий (242).
| RICHARD R | |||
| BOUCHARD et al | |||
| Image Quality, Tissue Heating, and Frame Rate Trade-offs in Acoustic Radiation Force Impulse Imaging, IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control, Jan.2009, 56(1), pp.63-76 | |||
| Deffieux T | |||
| et al | |||
| Shear wave spectroscopy for in vivo quantification of human soft tissues visco-elasticity, IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING, |
