KR102101186B1 - 3차원 탄성 초음파 이미징에서의 움직임 보정 - Google Patents

3차원 탄성 초음파 이미징에서의 움직임 보정 Download PDF

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Abstract

3차원 탄성 이미징(36, 44)이 제공된다. 탄성 이미징을 위한 응력 또는 압축 이외의 소스들로 인한 3차원들에서의 움직임이 해부학적 정보로부터 발견된다(34). 응력 또는 압축을 겪게 될 가능성 그리고/또는 원치않은 움직임을 겪게 될 가능성이 더 적은 객체들이 원치않은 움직임을 찾는데(34) 사용된다. 이러한 해부학적 움직임은 탄성의 추정(36)시, 예컨대 탄성을 추정하는데 사용되는 에코 데이터로부터의 움직임 제거(40)시 또는 탄성을 추정(36)하는 것의 일부로서 발생된 움직임으로부터의 움직임 감산(42)시 처리(38)된다.

Description

3차원 탄성 초음파 이미징에서의 움직임 보정{MOTION CORRECTION IN THREE-DIMENSIONAL ELASTICITY ULTRASOUND IMAGING}
본 실시예들은 탄성 이미징(elasticity imaging)에 관한 것이다. 특히, 본 실시예들은 탄성 이미징에서의 움직임 보정에 관한 것이다.
미국 특허 제5,107,837호, 제5,293,870호, 제5,178,147호 및 제6,508,768호는 인접한 프레임(frame)들 사이의 상대적 조직 변위를 사용하여 탄성 이미지(image)들을 생성하기 위한 방법들을 설명한다. 탄성 이미지를 생성하기 위해 스트레인(strain), 스트레인 레이트(strain rate), 모듈러스(modulus), 또는 조직 변위에 대응하는 다른 파라미터(parameter)들이 검출된다. 미국 특허 제6,558,324호는 컬러 코딩(color coding)을 사용하여 탄성을 표현하기 위한 방법들을 설명한다. 다른 형태들의 탄성 이미징은 전단(shear) 및 종파 이미징을 포함한다. 음향 복사력 이미징 또한 조직의 탄성을 나타낸다.
탄성 이미징은 응력에 대한 시간에 따른 압축 또는 조직 반응의 차들에 의존한다. 세로 및 전단 스트레인과 같은 조직 변형 파라미터들, 또는 전단파 전파 파라미터들은 위상 또는 변위 정보로부터의 2차 추정치들이다. 데이터(data)가 수집되는 기간이 주어지면, 탄성 이미징은 움직임 아티팩트(motion artifact)들에 민감하다. 탄성을 측정하기 위한 압축 또는 응력 이외의 소스(source)들로부터의 변위를 피하는 것은 난제이다. 환자가 움직일 수도 있고, 트랜스듀서 프로브(transducer probe)가 움직일 수도 있고, 해부학적 구조(anatomy)가 움직일 수도 있다. 결과는 낮은 품질의 편향되고 낮은 반복도의 탄성 이미징이다.
2차원 탄성 이미징의 경우에는, 탄성 추정 전에 에코 데이터(echo data)의 프레임들에 움직임 보정이 적용된다. 움직임 보정은 원치않은 어떤 왜곡들을 제거할 수 있지만, 면외(out-of-plane) 움직임을 다루지는 않는다.
서론으로, 아래 설명되는 선호되는 실시예들은 탄성 초음파 이미징을 위한 방법들, 명령들 및 시스템(system)들을 포함한다. 3차원 탄성 이미징이 제공된다. 탄성 이미징을 위한 응력 또는 압축 이외의 소스들로 인한 3차원들에서의 움직임이 해부학적 정보로부터 발견된다. 탄성 이미징을 위한 응력을 겪게 될 가능성 그리고/또는 원치않은 움직임을 겪게 될 가능성이 더 적은 객체들이 원치않은 움직임을 찾는데 사용된다. 이러한 해부학적 움직임은 탄성의 추정시, 예컨대 탄성을 추정하는데 사용되는 에코 데이터로부터의 움직임 제거시 또는 탄성을 추정하는 것의 일부로서 발생된 움직임으로부터의 움직임 감산시 처리(account for)된다.
제 1 양상에서, 탄성 초음파 이미징을 위한 방법이 제공된다. 초음파 시스템이 3차원 영역에 대한 제 1 초음파 데이터를 획득한다. 상기 제 1 초음파 데이터는 제 1 시점에서 상기 3차원 영역에서 3개의 축들을 따라 분산된 서로 다른 위치들을 나타내는 복셀(voxel)들이다. 상기 초음파 시스템은 상기 3차원 영역에 대한 제 2 초음파 데이터를 획득한다. 상기 제 2 초음파 데이터는 상기 제 1 시점과는 다른 제 2 시점에서 상기 3차원 영역에서 상기 3개의 축들을 따라 분산된 서로 다른 위치들을 나타내는 복셀들이다. 상기 3차원 영역의 그리고 상기 제 1 초음파 데이터 및 상기 제 2 초음파 데이터로 표현되는 해부학적 랜드마크(anatomical landmark)가 식별된다. 상기 제 1 시점에서 상기 제 2 시점까지의 상기 해부학적 랜드마크의 움직임이 결정된다. 상기 제 1 초음파 데이터 및 상기 제 2 초음파 데이터로부터 상기 3차원 영역에서의 탄성이 추정된다. 상기 제 1 초음파 데이터 및 상기 제 2 초음파 데이터로부터의 상기 3차원 영역에서의 탄성 추정시, 상기 해부학적 랜드마크의 움직임의 함수로서 움직임 보정이 수행된다. 상기 3차원 영역에서의 탄성의 3차원 표현이 디스플레이(display)된다.
제 2 양상에서, 비-일시적 컴퓨터(computer) 판독 가능 저장 매체에는 탄성 초음파 이미징을 위해 프로그래밍된 프로세서(programmed processor)에 의해 실행 가능한 명령들을 나타내는 데이터가 저장된다. 저장 매체는, 서로 다른 시점들에서 서로 다른 응력을 받는 조직의 볼륨(volume)에 대해 순차적으로 에코 데이터를 획득하고, 상기 서로 다른 시점들 사이에 해부학적 구조의 3차원 변위를 추적하고, 상기 서로 다른 시점들의 에코 데이터로부터 상기 조직의 볼륨에 대한 탄성들을 계산하고, 상기 탄성들에서 상기 해부학적 구조의 변위에 대해 처리하고, 그리고 상기 탄성들로부터 탄성 이미지를 생성하기 위한 명령들을 포함한다.
제 3 양상에서, 탄성 초음파 이미징을 위한 방법이 제공된다. 초음파 시스템이 압축 또는 음향 복사력을 이용해 3차원 탄성 이미징을 수행한다. 프로세서가 상기 압축 또는 상기 음향 복사력으로부터 발생한 파에 의해 야기된 것 이외의 움직임을 제거한다. 제거되는 움직임은 상기 압축 또는 상기 파에 대해 연조직보다 덜 민감한 구조를 나타내는 해부학적 정보의 함수이다.
본 발명은 아래의 청구항들에 의해 정의되며, 이 섹션(section)에서 어느 것도 그러한 청구항들에 대한 제한으로 간주되지 않아야 한다. 본 발명의 추가 양상들과 이점들이 선호되는 실시예들과 함께 아래 논의되며, 뒤에 독립적으로 또는 결합하여 청구될 수 있다.
컴포넌트(component)들과 도면들은 반드시 실척에 맞는 것은 아니며, 대신에 본 발명의 원리들을 예시할 때 강조가 이루어진다. 더욱이, 도면들에서 유사한 참조 번호들은 서로 다른 도면들 전반에 걸쳐 대응하는 부분들을 표기한다.
도 1은 탄성 초음파 이미징을 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 2는 시간의 함수로서 2개의 예시적인 변위 프로파일(profile)들을 보여주는 그래프(graph)이다.
도 3은 탄성 초음파 이미징을 위한 시스템의 일 실시예의 블록도(block diagram)이다.
에코 데이터의 다수의 볼륨들이 개별적으로 획득된다. 볼륨들은 환자의 3차원 영역을 나타내는 한편, 응력으로 인해 변화한다. 응력은 해부학적 소스, 음향 복사력 또는 트랜스듀서 프로브로부터 발생할 수 있다. 볼륨들의 각각의 복셀은 해부학적 랜드마크 또는 해부학적 랜드마크가 아닌 것으로 분류된다. 랜드마크 복셀들은 그룹화(groupe)되며, 원치않은 움직임을 나타낼 움직임에 관해 결과적인 해부학적 정보가 추적된다. 랜드마크 움직임은 비-랜드마크(non-landmark) 복셀들에 가해진다. 하나의 접근 방식에서는, 잔향, 산란, 또는 에코 데이터의 다른 원치않은 움직임에 의해 야기된 움직임을 억제하기 위해 복셀들의 랜드마크 움직임이 사용되며, 움직임 보정된 데이터로부터 서로 다른 복셀들에 대한 탄성이 추정된다. 다른 접근 방식에서는, 탄성 계산의 일부로서 다수의 복셀들 각각에 대한 움직임이 추정되고, 복셀들에 대한 추정된 움직임들로부터 해부학적 움직임이 감산된다.
도 1은 탄성 초음파 이미징을 위한 방법을 보여준다. 특히, 초음파 시스템에 의해 3차원 탄성 이미징이 수행된다. 압축, 음향 복사력, 또는 다른 응력 소스에 대한 조직의 반응이 측정된다. 프로세서는 응력에 의해 야기된(예를 들어, 압축 또는 음향 복사력으로부터 발생한 파에 의해 야기된) 것 이외의 움직임을 제거하거나 감소시킨다. 제거되는 움직임은 응력에 덜 민감한 구조를 나타내는 해부학적 정보를 기초로 한다. 그 결과는 원치않은 움직임이 더 적은 탄성 추정이다. 탄성 이미징에 사용되는 움직임은 더 적은 움직임 아티팩트들을 갖는다. 탄성 이미징은 3차원들에 대해 수행되기 때문에, 움직임은 움직임 추정의 면외 에러( error)들에 민감하지 않다.
추가적인, 다른 또는 더 적은 동작들이 도 1의 방법에 제공될 수 있다. 예를 들어, 동작들(40, 42) 중 하나, 둘 다가 수행되거나, 또는 어느 것도 수행되지 않는다. 다른 예로서, 디스플레이 동작(44)은 선택적이다. 동작들은 설명되거나 도시되는 순서로 수행되지만, 다른 순서들이 제공될 수도 있다.
동작(30)에서는, 서로 다른 시점들에서 서로 다른 양들의 응력을 받는 조직의 볼륨에 대해 순차적으로 에코 데이터가 획득된다. 에코 데이터는 3차원 영역에 대해 획득된다. 데이터의 프레임들 또는 세트(set)들은 서로 다른 시점들에서 동일한 볼륨을 나타낸다. 섹터(sector), 벡터®(Vector®), 또는 3차원들에서의 선형 샘플링(sampling)과 같은 볼륨의 임의의 샘플링이 사용될 수 있다. 주어진 송신에 반응하는 스캔 라인(scan line)들이 방위각과 고도 모두로 분산될 수 있다. 스캔 패턴(pattern)은 방위각과 고도로 분산된 스캔 라인들을 순차적으로 커버(cover)할 수 있다. 대안으로, 고도에서 분리된 평면들을 따른 순차적 스캔이 볼륨을 나타내는 데이터를 조립하는데 사용된다.
데이터는 획득 포맷(format)으로 유지되거나 정규 3차원 그리드(grid)로 변환된다(예를 들어, 보간된다). 데이터는 위치들(NxMxO)과 같은 3개의 축들을 따라 분산된 위치들을 나타내며, 여기서 N, M 그리고 O는 서로 다른 축들을 따르는 위치들에 대한 정수들이고 각각 1보다 더 크다. 위치에 대한 데이터는 복셀이다. 환자의 볼륨은 복셀들의 프레임들 또는 세트들로 표현된다.
획득된 데이터는 서로 다른 시점들의 볼륨을 나타낸다. 서로 다른 기간들에 걸쳐 데이터를 획득하기 위한 스캔들이 수행된다. 서로 다른 기간들에 서로 다른 양들의 응력이 인가된다. 예를 들어, 트랜스듀서 프로브가 서로 다른 양들만큼 환자를 압박한다. 다른 예로서, 음향 복사력(acoustic force radiation), 썸퍼(thumper), 해부학적 구조(예를 들어, 심장 또는 횡격막), 또는 다른 소스에 의해 종파 또는 전단파가 발생된다. 볼륨에서 위치들을 통과하는 파가 시간에 따라 응력 변동을 일으킨다. 데이터의 세트들 또는 프레임들이 기간들에 걸쳐 또는 획득 기간들에 대응하는 시간들 동안, 그러나 조직 반응 기간 내에 획득된다. 조직은 응력의 변화에 반응한다. 조직이 변화에 반응하는 동안, 서로 다른 시점들에서의 볼륨을 나타내는 데이터를 획득하기 위해 스캔이 수행된다. 대안적인 실시예들에서, 응력이 반복적으로 인가되고, 응력의 개시에 대해 서로 다른 양들의 시간에 프레임들이 획득된다.
일 실시예에서, 음향 복사력이 사용된다. 음향 가진(acoustic excitation)이 환자에게 전송된다. 음향 가진은 변위를 일으키기 위한 임펄스 가진(impulse excitation)의 역할을 한다. 예를 들어, 조직을 이미징하기 위한 B-모드(B-mode) 송신들보다 더 낮거나 유사한 전력 또는 피크(peak) 진폭 레벨(level)들을 갖는 400 사이클(cycle) 송신 파형이 음향 빔(beam)으로서 전송된다. 일 실시예에서, 송신은 시각장(field of view)에 인가되는 시퀀스(sequence)를 발생시키는 전단파이다. 임의의 음향 복사력 임펄스(ARFI; acoustic radiation force impulse) 또는 전단파 이미징 시퀀스가 사용될 수 있다.
송신은 하나 또는 그보다 많은 위치들에서 조직을 변위시키기에 충분한 응력을 조직에 발생시키도록 전력, 진폭, 타이밍(timing), 또는 다른 특징에 의해 구성된다. 예를 들어, 빔의 송신 초점이 시각장 또는 관심 영역(ROI; region of interest)의 바닥 중심 근처에 포지셔닝(position)되어, 시각장 전반에 걸친 변위를 야기한다. 서로 다른 하위 영역들 또는 ROI들에 대해 송신이 반복될 수 있다.
초음파 트랜스듀서(transducer)로부터 가진(excitation)이 전송된다. 가진은 음향 에너지(energy)이다. 음향 에너지가 집중되어, 3차원 빔 프로파일(profile)을 야기한다. 가진은 위상 어레이(array) 및/또는 기계적 초점을 사용하여 집중된다. 가진은 환자의 조직에 전송된다.
임펄스 가진은 공간적 위치에서 종파 또는 전단파를 발생시킨다. 가진이 충분히 강한 경우, 파가 발생된다. 전단파는 종파가 음향파 방사 방향을 따라 전파하는 것보다 더 느리게 조직 사이로 전파하므로, 타이밍 및/또는 방향에 의해 파의 타입(type)이 구별될 수 있다. 종파로부터 전단파를 분리하기 위해 또는 그 반대로 하는데 타이밍의 차가 사용된다. 파는 인가 응력의 방향에 수직인 방향과 같은 다양한 방향들로 전파한다. 파의 변위는 파가 발생되는 초점 위치에 더 가까운 위치들에서 더 크다. 파가 이동함에 따라, 파의 크기가 감쇄한다.
다른 실시예에서, 사용자가 트랜스듀서를 위치에 유지하면서 축 방향으로 압력을 가한다. 트랜스듀서로 환자에게 서로 다른 양들의 압력을 가하는 동안 초음파 스캔이 수행된다. 또 다른 실시예들에서는, 심장 움직임과 같은 해부학적 구조에 의해 야기된 응력이 사용된다.
응력의 형태와 관계없이, 응력의 변화에 응답하여 조직의 변위를 결정하기 위해 서로 다른 시점들에서 에코 데이터가 획득된다. 환자의 3차원 영역이 응력의 변동(예를 들어, 서로 다른 압력들 및/또는 파)에 의해 야기된 조직 변형의 변화를 겪는 동안 초음파 시스템은 그 영역을 스캔한다.
초음파 스캔에 의해 변위가 검출된다. 초음파 데이터가 얻어진다. 초음파 데이터 중 적어도 일부는 파 또는 압력에 반응한다. 관심 영역, 전체 시각장 또는 관심 하위 영역과 같은 영역이 초음파로 스캔된다. 전단 및 종파들에 대해, 파를 검출하기 위해 영역이 모니터링된다(monitored). 에코 데이터는 서로 다른 시점들에서 서로 다른 양들의 압력이 가해질 때의 조직을 나타낸다. 영역은 임의의 크기, 예컨대 측면이 5×5㎜ 그리고 축 방향으로 10㎜이다. 예를 들어, 조직 변위를 검출하기 위해 B-모드 스캔들이 수행된다. 변위를 검출하기 위해 도플러(Doppler), 컬러(color) 흐름, 또는 다른 초음파 모드가 사용될 수 있다.
주어진 시간 동안, 조직 또는 관심 영역으로 초음파가 전송된다. 임의의 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 변위 이미징이 사용될 수 있다. 예를 들어, 1-5 사이클 듀레이션(cycle duration)들을 갖는 펄스(pulse)들이 720㎽/㎠ 미만의 강도로 사용된다. 다른 강도들을 갖는 펄스들이 사용될 수도 있다. 많은 스캔 라인들에 대해 스캔이 수행된다. 예를 들어, 3차원들로 분산된 8개 또는 16개 수신 빔들이 각각의 송신에 응답하여 형성된다. 응력을 인가한 후 또는 인가하는 동안, B-모드 송신들이 단일 송신 스캔 라인을 따라 그리고 수신들이 인접한 수신 스캔 라인들을 따라 반복적으로 수행된다. 다른 실시예들에서는, 각각의 송신에 응답하여 단일 수신 빔만이 또는 다른 개수들의 수신 빔들이 형성된다. 추가적인 송신 스캔 라인들 및 대응하는 수신 라인 또는 라인들이 사용될 수도 있다. 약 120회와 같은 많은 반복들이 사용될 수 있다.
B-모드 강도는 시간에 따라 조직의 변위로 인해 변화할 수 있다. 모니터링되는(monitored) 스캔 라인들에 대해, 응력으로부터 발생하는 조직 움직임의 시간 프로파일을 나타내는 데이터의 시퀀스가 제공된다. 송신으로부터의 에코들 또는 반향들이 수신된다. 에코들은 빔 형성되고, 빔 형성된(beamformed) 데이터는 하나 또는 그보다 많은 위치들을 나타낸다. 변위를 검출하기 위해, 변위를 겪는 조직으로 초음파 에너지가 전송되고, 에너지의 반향들이 수신된다. 임의의 송신 및 수신 시퀀스가 사용될 수 있다.
전송 및 수신을 여러 번 수행함으로써, 서로 다른 시점들에서의 3차원 영역을 나타내는 데이터가 수신된다. 송신 및 수신이 여러 번 수행되어, 응력의 변화에 의해 발생한 변위로 인한 변화를 결정한다. 초음파로 반복적으로 스캔함으로써, 서로 다른 시점들의 조직의 포지션(position)이 결정된다.
획득된 에코 또는 초음파 데이터는 스트레인과 같은 조직의 견고성(stiffness)을 추정하는데 사용되는 정보이다. 데이터는 스캔되는 조직에 인가되는 압축력 또는 다른 응력에 반응한다.
동작(32)에서, 3차원 영역의 해부학적 랜드마크가 식별된다. 서로 다른 시점들에서 환자의 볼륨을 나타내는 초음파 데이터가 적어도 하나의 해부학적 랜드마크를 나타낸다. 임의의 랜드마크가 사용될 수 있다. 예를 들어, 볼륨은 탄성 이미징이 수행되고 있는 연조직을 포함한다. 연조직은 기관(organ)(예를 들어, 간 조직), 근육, 피부, 지방, 흉부, 또는 뼈보다 유연성이 더 크고 혈액 또는 체액보다 유동성이 더 낮은 다른 조직의 일부이다. 해부학적 랜드마크는 경계(예를 들어, 간 표면), 뼈, 횡격막, 근육, 기관, 혈관(예를 들어, 혈관 벽), 또는 환자의 다른 구조이다. 해부학적 랜드마크는 종양, 낭종, 또는 연조직보다 더 단단하거나 견고하여 응력에 덜 민감한, 환자의 해부학적 구조의 다른 구조일 수 있다. 해부학적 랜드마크는 덜 또는 상당히 감쇄된 응력이 조직에 인가되도록 관심 영역으로부터 간격을 둔 조직일 수 있다.
해부학적 랜드마크는 응력에 덜 민감하도록 선택된다. 예를 들어, 해부학적 구조는 탄성 이미징을 위해 스캔되는 연조직보다 더 큰 움직임 소스를 겪고 그리고/또는 더 견고하다. 해부학적 구조는 응력에 의해 야기된 움직임보다 원치않은 움직임을 더 많이 겪는다. 임의의 해부학적 구조가 사용될 수 있지만, 원치않은 움직임에 대한 더 큰 반응 및/또는 응력에 의해 야기된 움직임에 대한 더 적은 반응을 갖는 해부학적 구조가 사용되어 탄성 이미징으로부터 움직임 아티팩트들을 제거할 수도 있다. 특정 랜드마크는 해부학적 구조의 일부일 수도 있고 또는 해부학적 구조 그 자체일 수도 있다. 하나 또는 그보다 많은 해부학적 구조들이 사용될 수도 있다.
초음파 데이터로부터 해부학적 구조를 검출하기 위한 임의의 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 접근 방식이 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 에지(edge) 검출, 움직임 검출, 영역 성장, 임계화, 기계 훈련 분류기, 또는 특정 해부학적 구조를 로케이팅(locate)하기 위한 이미지 처리를 적용한다. 선형 횡격막을 찾기 위해 저역 통과 필터링된(filtered) 정보에 적용되는 방향성 필터링(filtering)과 같은 필터링이 사용될 수 있다.
식별은 프로세서에 의해 자동으로 수행된다. 다른 실시예들에서, 사용자 보조 또는 용도 식별이 제공된다. 사용자는 프로세서 식별된 해부학적 구조를 확인하거나, 해부학적 구조에 대한 시드 포인트(seed point)를 표시하거나, 해부학적 구조를 추적할 수 있다.
해부학적 랜드마크는 하나 또는 그보다 많은 복셀들로 표현된다. 예를 들어, 뼈 또는 횡격막은 복수의 서로 다른 복셀들로 표현된다. 복셀들은 해부학적 구조를 나타내는 것 또는 해부학적 구조를 나타내지 않는 것으로 분류된다. 예를 들어, 해부학적 구조로서 식별되지 않은 모든 위치들은 해부학적 구조를 나타내지 않는 것으로 취급된다. 다른 예로서, 분류기는 해부학적 구조를 나타내는 것 또는 그렇지 않은 것으로서 각각의 복셀에 대한 라벨(label)들을 출력한다.
하나보다 더 많은 복셀이 해부학적 구조를 나타내는 것으로 확인되는 경우, 복셀들이 그룹화될 수 있다. 서로 다른 해부학적 구조가 개별적으로 또는 단일 그룹으로서 그룹화될 수 있다. 해부학적 구조를 나타내는 것으로 분류된 복셀들은 라벨링(labeling), 세그먼트화(segmenting) 또는 다른 프로세스(process)에 의해 그룹화된다.
동작(34)에서는, 서로 다른 시점들 사이에서 해부학적 구조가 추적된다. 서로 다른 시점들에서 볼륨을 나타내는 에코 데이터의 프레임들이 해부학적 구조를 추적하는데 사용된다. 해부학적 구조 복셀들의 그룹 또는 해부학적 랜드마크의 움직임이 2개 또는 그보다 많은 데이터 세트들의 시퀀스를 거쳐 추적된다. 시간에 따른 또는 시간들 사이의 포지션 변위 또는 변화가 결정된다.
추적은 3차원들에서 이루어진다. 3차원 변위 벡터(displacement vector)가 발견된다. 벡터는 전역적 움직임에 대한 것이다. 볼륨에 대한 움직임의 평균, 전체 또는 다른 전역적 표시가 발견된다. 그룹화된(grouped) 위치들이 환자, 트랜스듀서, 잔향 또는 산란에 의해 야기된 움직임과 같은 볼륨의 움직임을 찾는데 사용된다. 변위는 많은 자유도들의 평행 이동 및/또는 회전이다. 움직임은 강체 또는 비강체(예를 들어, 아핀(affine))일 수 있다. 전역적 움직임은 비틀림, 압축 및/또는 스트레칭(stretching)과 같은 국소적 왜곡들을 처리할 수 있다. 다른 실시예들에서는, 서로 다른 해부학적 구조에 대해 각각의 복셀, 개별 해부학적 구조, 또는 다른 개별 추적이 수행된다.
임의의 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 추적이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 데이터 세트에서 해부학적 구조가 식별된다. 세트들 간의 임의의 평행 이동 및/또는 회전에 의해 세트들 사이의 해부학적 구조의 변위가 결정된다. 다른 실시예들에서, 하나의 프레임에서 해부학적 구조가 식별된다. 식별된 복셀들이 다른 프레임의 모든 복셀들과 상관되어 변위를 찾는다. 임의의 상관 또는 다른 유사성 측정(예를 들어, 절대 차들의 합)이 사용된다. 서로 다른 가능한 변위들이 테스트되고(tested), 가장 큰 유사성을 갖는 것이 선택된다.
추적은 변환 또는 변위 필드(field)를 제공한다. 식별된 해부학적 구조의 각각의 복셀(예를 들어, 그룹화된 해부학적 구조 복셀들)에 대한 변위는 필드 또는 변환으로 표현된다. 강체 움직임의 경우, 각각의 복셀에 대해 동일한 변위가 제공된다. 비강체 움직임의 경우, 서로 다른 복셀들은 서로 다른 3차원 변위를 갖는다. 해부학적 랜드마크 또는 랜드마크들의 복셀들 각각에 대해 3차원 변위 벡터가 제공된다.
동작(36)에서, 탄성이 추정된다. 볼륨에서 서로 다른 위치들 각각에 대해 탄성 값이 계산된다. 모든 복셀들 또는 단지 복셀들의 서브세트(sub-set )에 대해 탄성들이 계산된다. 예를 들어, 해부학적 랜드마크로 분류되지 않은 복셀들 또는 단지 관심 영역 내의 복셀들 각각에 대해 탄성이 계산된다. 볼륨에서의 조직의 탄성이 추정된다.
탄성 또는 엘라스토그라피(elastography)는 스트레인, 스트레인 레이트, 모듈러스 또는 완화와 같은 조직 견고성의 다양한 타입들의 파라미터 이미지들, 및 이들을 기계적으로 생성하는 다양한 방법들을 포함하는 일반적인 용어들이다. 스트레인 이미지들은 조직 상대적 견고성 및 변형을 보여준다. 스트레인 레이트 이미지들은 스트레인의 제 1 시간 도함수(derivative)를 디스플레이한다. 국소적 스트레인 레이트는 근육 건강 및 상태가 추론되는 심근 수축성을 나타낼 수 있다. 스트레인 이미지 또는 스트레인 레이트 이미지가 응력 측정들에 의해 정규화되고 응력 측정들과 결합되는 경우, 모듈러스 이미지들(예를 들어, 영률)이 생성될 수 있다. 한 가지 방법은 트랜스듀서에 부착된 센서(sensor)들로 신체 표면에서 압력을 측정하는 것이다. 다음에, 응력 필드 패턴이 측정된 스트레인의 포인트(point)들(즉, 픽셀(pixel)들 또는 복셀들)에 내부적으로 외삽된다. 영률은 응력을 스트레인으로 나눈 것으로 정의된다. 국소적 모듈러스 값들이 계산될 수 있고, 그러한 수치 값들은 디스플레이를 위해 그레이 스케일(gray scale) 또는 컬러 값들로 변환된다. 스트레인(예를 들어, 전단) 이미징에서, 국소적 3차원 변위들이 측정되며, 수치 변위, 속도 또는 다른 값들이 디스플레이를 위해 그레이 스케일 또는 컬러 값들로 변환된다. 스트레인의 방향이 컬러 또는 다른 디스플레이 특징에 맵핑(mapped)될 수 있다.
매뉴얼 촉진(manual palpation), 외부 진동 소스들, 고유 조직들의 움직임(예를 들어, 심장 박동들 또는 호흡으로 인한 움직임) 또는 음향 복사력 이미징(ARFI; acoustic radiation force imaging)에 의해 스트레인 이미지들이 생성될 수 있다. ARFI는 스트레인 이미지들을 생성하거나 완화 이미지들을 생성한다. 완화 이미지들은 스트레인 및 모듈러스 이미지들과 비슷한 식으로 파라미터에 의해 디스플레이될 수 있다. 4(예를 들어, 동적 볼륨)차원 획득 및 이미징에 의해 파라미터 이미지들이 생성된다. 일 실시예에서, 그 개시가 인용에 의해 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제5,107,837호, 제5,293,870호, 제5,178,147호, 제6,508,768호 또는 제6,558,324호에 개시된 방법들 또는 시스템들 중 임의의 하나 또는 그보다 많은 것이 3차원 스캔 패턴(예를 들어, 방위각과 고도가 간격을 두고 떨어진 스캔 라인들)을 갖는 이미지들 또는 데이터의 탄성 프레임들을 생성하는데 사용된다. 임의의 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 탄성 추정이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 조직의 시간에 따른 변위로부터 탄성이 추정된다. 다수의 공간적 위치들 각각에 대해 변위가 검출된다. 예를 들어, 수신된 데이터로부터 두 시점들 사이의 변위로서 속도, 분산, 강도 패턴의 시프트(shift)(예를 들어, 스펙클(speckle) 추적), 또는 다른 정보가 검출된다. 위치들 각각에 대해 변위들의 진행(ongoing) 또는 시퀀스가 검출될 수 있다.
B-모드 데이터를 사용하는 일 실시예에서, 서로 다른 스캔들로부터의 데이터가 시간의 함수로써 상관된다. 각각의 깊이 또는 공간적 위치에 대해, 복수의 깊이들 또는 공간적 위치들(예를 들어, 중심 깊이가 프로파일이 계산되는 포인트인 64개의 깊이들의 커널(kernel))에 대한 상관이 수행된다. 예를 들어, 현재 데이터 세트가 기준 데이터 세트와 여러 번 상관된다. 기준 세트에서 주어진 위치에 중심을 둔 데이터의 서브세트의 위치가 현재 세트에서 식별된다. 2개의 데이터 세트들 사이의 서로 다른 상대적 평행 이동들 및/또는 회전들이 수행된다.
기준은 제 1 또는 다른 데이터 세트 또는 다른 스캔으로부터의 데이터이다. 기준 세트는 응력 이전에서부터이지만, 응력 이후로부터일 수도 있다. 전체 변위 검출을 위해 동일한 기준이 사용되거나, 진행중인 또는 움직이는 윈도우(window)에서는 기준 데이터가 변경된다.
상관은 3차원적이다. 평행 이동은 3개 또는 그보다 적은 축들에 관한 회전으로 또는 회전 없이 3개의 축들을 따라 이루어진다. 서로 다른 오프셋(offset) 포지션들 각각에서의 데이터의 상관 또는 유사성의 레벨이 계산된다. 가장 큰 상관을 갖는 평행 이동 및/또는 회전은 기준과 비교되는 현재 데이터와 연관된 시점에 대한 움직임 벡터 또는 오프셋을 나타낸다.
상호 상관(cross-correlation), 패턴 매칭(pattern matching), 또는 절대 차들의 최소 합과 같은, 임의의 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 상관이 사용될 수 있다. 조직 구조 및/또는 스펙클이 상관된다. 도플러 검출을 사용하면, 클러터 필터(clutter filter)가 움직이는 조직과 연관된 정보를 전달한다. 다수의 에코들로부터 조직의 속도가 도출된다. 속도는 트랜스듀서를 향하거나 트랜스듀서에서 멀어지는 변위를 결정하는데 사용된다. 대안으로, 서로 다른 위치들에서의 속도들 간의 관계 또는 차이가 스트레인 또는 변위를 표시할 수 있다.
도 2는 복셀에 대한 변위들의 2개의 예시적인 변위 프로파일들을 보여준다. 기준 데이터로부터 시간에 따른 움직임 벡터의 거리의 진폭이 도시된다. 분석 기간은 약 8 밀리초(milliseconds)를 넘지만, 더 길거나 더 짧을 수도 있다(예를 들어, 4.8㎑ 샘플 레이트(sample rate)에서 12 밀리초). 다른 변위 프로파일들이 가능하다. 10×5㎜ 관심 영역에서 밀리미터(millimeter)마다 측정하는 것과 같은 많은 위치들이 변위에 대해 측정될 수 있다. 각각의 위치에 대한 그리고 각각의 샘플 시간에 대한 변위가 측정된다. 이러한 변위 데이터는 위치에 대한 시간의 함수로써 진폭의 프로파일을 나타낸다. 다른 위치들에 대해 유사한 프로파일들이 계산된다.
시간 및/또는 공간에 따른 변위들이 계산에 사용된다. 일 실시예에서, 서로 다른 깊이들에 대한 변위들이 결합되어, 변위들이 방위각과 고도에서 간격을 두게 한다. 예를 들어, 주어진 스캔 라인 또는 측면 위치에 대한 변위들이 깊이에 대해 평균이 계산된다. 평균에 대한 대안으로, 주어진 측면 위치에 대한 변위를 결정하기 위해 최대 또는 다른 선택 기준이 사용된다. 단 하나의 깊이에 대한 변위들이 사용될 수도 있다. 서로 다른 깊이들에 대한 변위들이 독립적으로 사용될 수도 있다.
변위 프로파일로부터 탄성이 추정된다. 일 실시예에서, 프로파일에서 피크 또는 최대 진폭이 결정된다. 파 기반 탄성에 대한 응력의 소스로부터의 복셀의 거리를 기초로, 피크 진폭과 응력의 인가 사이의 시간 차가 속도를 나타낸다. 위치들 사이의 속도 차가 탄성으로서 사용된다. 대안적인 접근 방식에서는, 서로 다른 위치들로부터의 변위 프로파일들이 상관되어, 위치들 사이의 지연을 찾는다. 상관된 프로파일들과 연관된 위치들 사이의 속도를 계산하기 위해 이러한 위상 시프트가 사용될 수 있다.
압력의 외부 또는 비-집중 소스(non-focused source)를 사용하는 실시예들에서, 응력과 연관된 프레임과 연관이 없는 프레임 간의 변위가 계산된다. 시간 프로파일이 없는 변위가 탄성으로서 사용될 수도 있다. 서로 다른 레벨들의 응력으로 인한 주어진 위치에 대한 다수의 변위들이 평균이 계산되거나 결합될 수 있다.
다른 실시예들에서, 변위 프로파일로부터 분석적 데이터가 계산되고, 탄성을 결정하는데 위상 시프트가 사용된다. 서로 다른 복셀들의 변위들의 시간에 대한 위상 차 또는 주어진 복셀에 대한 위상의 영교차(zero-crossing)가 속도를 나타낸다. 속도가 탄성으로서 또는 탄성을 추정하는데 사용될 수 있다.
동작(38)에서는, 동작(36)에서의 탄성들의 추정으로 해부학적 구조의 변위가 처리된다. 탄성 값들은 원치않은 움직임에 대한 보정의 함수이다. 원치않은 움직임은 해부학적 구조의 변위 또는 움직임으로 표시된다. 원치않은 움직임(즉, 탄성 이미징을 위한 응력에 의해 야기된 것 이외의 움직임)에 의해 야기된 움직임 아티팩트들 또는 다른 왜곡을 감소시키기 위해 탄성에 대한 값들의 추정에 움직임 필드, 움직임 값, 변환, 또는 해부학적 랜드마크의 움직임의 다른 표시자가 사용된다.
해부학적 움직임은 해부학적 구조를 나타내는 복셀들을 기초로 한다. 그러한 동일한 복셀들, 다른 복셀들(비-해부학적 랜드마크 연조직), 또는 둘 다에 대해 탄성 값들이 추정된다. 해부학적 구조 복셀들의 경우, 동작(34)으로부터 해부학적 구조의 3차원 움직임 벡터가 알려진다. 다른 복셀들의 경우에는, 해부학적 움직임이 사용된다. 단일 전역적 움직임에 대해서는, 모든 복셀들에 전역적 움직임이 적용된다. 해부학적 구조를 나타내는 복셀들에 대해 서로 다른 움직임들(예를 들어, 비강체)의 필드 또는 변환이 제공되는 경우, 해부학적 구조 움직임이 보간되거나, 외삽되거나, 모델링(modeled)되거나, 아니면 다른 복셀들에 대한 해부학적 구조 복셀들의 해부학적 구조 움직임으로부터 결정된다. 예를 들어, 움직임 필드는 환자의 관련 볼륨에 대한 모델(model)에 적합하고, 모델은 다른 연조직 복셀들에 대한 움직임을 제공한다. 다른 위치들뿐만 아니라 다른 시점들에 대한 움직임을 결정하기 위해 모델 적합(fitting)이 사용될 수 있다. 다른 예로서, 가장 가까운 이웃 또는 이웃하는 해부학적 구조 복셀들 중 가장 가까운 4개, 6개 또는 다른 개수의 복셀들로부터의 외삽이 사용된다. 해부학적 움직임으로 표현되는 원치않은 움직임은 원치않은 움직임을 결정하는데 사용되는 해부학적 랜드마크를 나타내지 않는 복셀들로 확장된다. 움직임은 회전 성분들을 갖는 또는 회전 성분들을 갖지 않는 3차원 벡터이기 때문에, 3차원 확장(예를 들어, 보간)이 사용된다.
동작들(40, 42)은 해부학적 구조 변위를 처리하기 위한 두 가지 접근 방식들을 나타낸다. 하나 또는 두 접근 방식들 모두가 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 접근 방식에서는 원치않은 움직임의 일부(예를 들어, 전부는 아닌 일부 차원들 및/또는 움직임의 진폭의 전부는 아닌 일부)가 보정되고, 다른 하나의 접근 방식에서는 나머지가 보정된다. 다른 실시예들에서, 서로 다른 접근 방식 또는 접근 방식들이 사용된다.
동작(40)에서는, 초음파 또는 에코 데이터에서 해부학적 구조 움직임에 의해 야기된 변위가 탄성 값들의 계산 전에 그리고 변위들의 계산 전에 억제된다. 시간에 따른 응력의 변화에 의해 야기된 변위를 결정하기 전에, 해부학적 구조 움직임이 억제된다. 초음파 데이터의 한 세트가 복셀들에 대한 다른 세트에 관해 움직임 보정된다. 탄성 이미징을 위한 각각의 복셀에 대한 조직의 변위를 계산하기 전에, 해부학적 랜드마크를 기초로 한 움직임으로 표시되는 것과 같은 원치않은 양상의 움직임이 에코 데이터로부터 제거된다. 응력에 의해 야기된 움직임 외에는, 복셀들로 표현된 위치들이 정렬되도록 원치않은 움직임을 처리하기 위해 복셀들이 오프셋된다. 예를 들어, 해부학적 구조의 움직임 추적에 잔향 또는 산란 효과들이 포함되므로, 해부학적 움직임에 대한 보정은 잔향 또는 산란의 효과들 중 일부를 제거한다.
임의의 움직임 보정이 사용될 수도 있다. 공간적 평행 이동 및/또는 회전 동작으로 에코 데이터가 필터링될 수 있다. 해부학적 구조 움직임 또는 움직임 필드의 역이 적용되어, 데이터의 이후 세트를 데이터의 더 이전 세트로 조정한다. 반대로, 데이터의 더 이전 세트에 움직임이 부가되어 이후 세트로 조정한다. 움직임 보정 이후 정규 그리드에서 에코 데이터 값들을 결정하기 위해 보간 또는 가장 가까운 이웃 접근 방식들이 사용될 수 있다. 움직임 보정된 에코 데이터로부터 변위들 및 탄성이 계산된다.
동작(42)에서, 움직임 보정은 탄성 이미징을 위해 추정된 움직임으로부터의 움직임 감산이다. 예를 들어, 시간에 따른 복셀의 변위가 계산된다(도 2 참조). 탄성 추정을 위한 주어진 복셀의 움직임이 전체 움직임으로서 결정된다. 시간에 따른 이러한 변위는 3차원 벡터들의 시퀀스로 표현된다. 마찬가지로, 복셀에 대해 시간에 따른 해부학적 구조의 움직임 또는 (예를 들어, 비-해부학적 구조 복셀들에 대한) 해부학적 구조 움직임으로부터 도출된 움직임을 나타내는 3차원 벡터들의 시퀀스가 제공된다. 탄성 이미징을 위해 계산된 변위들로부터 해부학적 구조 기반 움직임을 감산함으로써, 변위들로부터 원치않은 움직임 정보가 제거된다. 3차원 벡터 감산이 수행된다. 탄성 이미징을 위해 추정된 움직임으로부터 원치않은 움직임을 제거하기 위해 감산 이외의 동작들이 사용될 수도 있다. 다음에, 보정된 변위들로부터 탄성이 추정된다.
동작(44)에서는, 탄성 이미지가 생성된다. 해부학적 구조의 변위에 의해 반영된 원치않은 움직임을 처리한 후, 동작(36)에서 서로 다른 복셀들에 대한 탄성 값들이 추정된다. 이러한 탄성들은 탄성 이미지를 디스플레이하기 위한 이미지 값들에 맵핑된다. 임의의 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 탄성 이미징이 사용될 수 있다. 예를 들어, 전단파, 종파, 스트레인, 또는 다른 이미지가 생성된다. 하나의 이미지 또는 이미지들의 시퀀스가 생성된다.
탄성들은 볼륨에서 복셀들 또는 서로 다른 위치들을 나타내므로, 2차원 또는 3차원 이미징이 사용될 수 있다. 2차원 이미징의 경우, 사용자 또는 프로세서 정의 평면을 따르는 탄성 값들이 추출되어 이미지를 생성하는데 사용된다. 다중 평면 재구성이 사용될 수도 있다. 3차원 이미징의 경우, 최대 강도 투사와 같은 임의의 렌더링(rendering) 기술이 사용될 수 있다. 알파 블렌딩(alpha blending) 또는 다른 접근 방식들이 사용될 수 있다. 볼륨이 2차원 디스플레이에 렌더링된다. 3차원 영역에서의 탄성의 3차원 표현이 생성된다. 렌더링을 위한 투시도를 시프트함으로써 애니메이션(animation)이 추가되어, 사용자가 서로 다른 방향들로부터 볼륨을 볼 수 있게 할 수 있다. 더 불투명하게 렌더링된 견고한 영역들은 도면의 애니메이션에 의해 더 잘 인식될 수 있다.
탄성 이미지는 단독으로 디스플레이된다. 대안으로, 동일한 영역 또는 상이한 시각장을 나타내는 B-모드 또는 다른 이미지가 탄성 이미지에 인접하게 디스플레이된다. 다른 대안적인 실시예에서는, 탄성 이미지가 B-모드 이미지와 결합되거나 B-모드 이미지 위에 오버레이(overlay)된다.
도 3은 3차원 탄성 초음파 이미징을 위한 시스템(10)의 일 실시예를 보여준다. 시스템(10)은 도 1의 방법 또는 다른 방법들을 구현한다. 시스템(10)은 전송 빔 형성기(beamformer)(12), 트랜스듀서(14), 수신 빔 형성기(16), 이미지 프로세서(18), 디스플레이(20) 및 메모리(memory)(22)를 포함한다. 추가적인, 서로 다른 또는 더 적은 컴포넌트(component)들이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 시스템과의 사용자 상호 작용을 위해 사용자 입력이 제공된다.
시스템(10)은 의료 진단용 초음파 이미징 시스템(medical diagnostic ultrasound imaging system)이다. 시스템(10)은 볼륨의 탄성 이미징을 위해 3차원들에 걸쳐 분산된 에코 데이터를 획득(예를 들어, 도 1의 동작(30))하도록 구성된다. 대안적인 실시예들에서, 시스템(10)은 동일한 위치에 또는 실시간 또는 획득 후 이미징을 위해 네트워크(network)에 걸쳐 분산된 개인용 컴퓨터, 워크스테이션(workstation), PACS 스테이션(station), 또는 다른 어레인지먼트(arrangement)이다. 시스템(10)은 메모리 또는 다른 초음파 이미징 시스템으로부터 데이터를 획득한다.
전송 빔 형성기(12)는 초음파 송신기, 메모리, 펄스 발생기(pulser), 아날로그 회로(analog circuit), 디지털 회로(digital circuit), 또는 이들의 결합들이다. 전송 빔 형성기(12)는 서로 다른 또는 상대적인 진폭들, 지연들 및/또는 위상 조정(phasing)을 갖는 복수의 채널(channel)들에 대한 파형들을 발생시키도록 동작 가능하다. 발생된 전기 파형들에 응답하여 트랜스듀서(14)로부터의 음향파들의 송신 시, 하나 또는 그보다 많은 빔들이 형성된다. 3차원 영역을 스캔하기 위해 전송 빔들의 시퀀스가 발생된다. 섹터, 벡터
Figure 112016009998624-pat00001
, 선형, 또는 다른 스캔 포맷들이 사용될 수 있다. 동일한 영역이 여러 번 스캔된다. 흐름 또는 도플러 이미징을 위해 그리고 전단 이미징을 위해, 동일한 라인 또는 라인들을 따르는 스캔들의 시퀀스가 사용된다. 도플러 이미징에서, 시퀀스는 인접한 스캔 라인을 스캔하기 전에 동일한 스캔 라인을 따라 다수의 빔들을 포함할 수 있다. 전단 또는 종파 이미징을 위해, 스캔 또는 프레임 인터리빙(interleaving)이 사용될 수 있다(즉, 다시 스캔하기 전에 전체 영역을 스캔한다). 라인 또는 라인의 그룹 인터리빙이 사용될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 전송 빔 형성기(12)는 보다 신속한 스캔을 위해 평면파(plane wave) 또는 발산파(diverging wave)를 발생시킨다.
동일한 전송 빔 형성기(12)는 변위를 야기하기 위한 음향 에너지를 발생시키기 위해 임펄스 가진들 또는 전기 파형들을 발생시킬 수 있다. 음향 복사력 임펄스들에 대한 전기 파형들이 발생된다. 대안적인 실시예들에서는, 임펄스 가진을 발생시키기 위해 서로 다른 전송 빔 형성기가 제공된다. 전송 빔 형성기(12)는 트랜스듀서(14)가 푸싱 펄스(pushing pulse)들 또는 음향 복사력 임펄스 펄스들을 발생시키게 한다. 다른 실시예들에서, 프로브 하우징(probe housing) 또는 다른 디바이스(device)가 환자의 조직에 응력을 인가하는데 사용된다.
트랜스듀서(14)는 전기 파형들로부터 음향 에너지를 발생시키기 위한 어레이이다. 어레이에 대해, 상대적인 지연들이 음향 에너지를 집중시킨다. 주어진 전송 이벤트(event)는 지연들이 주어지면, 실질적으로 동시에 서로 다른 엘리먼트(element)들에 의한 음향 에너지의 송신에 대응한다. 전송 이벤트는 조직을 변위시키기 위한 초음파 에너지의 펄스를 제공할 수 있다. 펄스는 임펄스 가진 또는 추적 펄스이다. 임펄스 가진은 많은 사이클들(예를 들어, 500 사이클들)을 갖는 파형들을 포함하지만 그것은 더 긴 시간에 걸쳐 조직 변위를 야기하기 위해 상대적으로 짧은 시간에 발생한다. 추적 펄스는 예컨대, 1-5 사이클들을 사용하는 B-모드 송신일 수 있다. 추적 펄스들은 응력의 변화를 겪는 환자의 영역을 스캔하는데 사용된다.
트랜스듀서(14)는 압전 또는 용량성 멤브레인(membrane) 엘리먼트들의 1차원, 1.25차원, 1.5차원, 1.75차원 또는 2차원 어레이이다. 와블러(wobbler) 어레이가 사용될 수도 있다. 트랜스듀서(14)는 음향 에너지와 전기 에너지 사이의 변환을 위한 복수의 엘리먼트들을 포함한다. 트랜스듀서(14)의 엘리먼트들에 부딪치는 초음파 에너지(에코들)에 응답하여 수신 신호들이 발생된다. 엘리먼트들은 전송 및 수신 빔 형성기들(12, 16)의 채널들과 접속된다. 대안으로, 기계적 초점을 갖는 단일 엘리먼트가 사용된다.
수신 빔 형성기(16)는 증폭기들, 지연부들 및/또는 위상 회전자들, 그리고 하나 또는 그보다 많은 합산기들을 갖는 복수의 채널들을 포함한다. 각각의 채널은 하나 또는 그보다 많은 트랜스듀서 엘리먼트들과 접속된다. 수신 빔 형성기(16)는 각각의 이미징 또는 추적 송신에 응답하여 하나 또는 그보다 많은 수신 빔들을 형성하기 위해 상대적인 지연들, 위상들 및/또는 아포다이제이션(apodization)을 적용하도록 하드웨어(hardware) 또는 소프트웨어(software)에 의해 구성된다. 조직을 변위시키는데 사용되는 임펄스 가진으로부터의 에코들에 대해 수신 동작이 발생하지 않을 수도 있다. 수신 빔 형성기(16)는 수신 신호들을 사용하여 공간적 위치들을 나타내는 데이터를 출력한다. 서로 다른 엘리먼트들로부터의 신호들의 상대적인 지연들 및/또는 위상 조정과 합산이 빔 형성을 제공한다. 대안적인 실시예들에서, 수신 빔 형성기(16)는 푸리에(Fourier) 또는 다른 변환들을 사용하여 샘플들을 생성하기 위한 프로세서이다.
수신 빔 형성기(16)는 전송 주파수 대역에 대해 제2 고조파 또는 다른 주파수 대역에서 정보를 분리하기 위한 필터와 같은 필터를 포함할 수 있다. 이러한 정보는 원하는 조직, 콘트라스트 촉진제(contrast agent) 및/또는 흐름 정보를 포함할 가능성이 더 클 수도 있다. 다른 실시예에서, 수신 빔 형성기(16)는 메모리 또는 버퍼(buffer) 그리고 필터 또는 가산기를 포함한다. 제2 고조파, 기본 큐빅(cubic fundamental) 또는 다른 대역과 같은 원하는 주파수 대역에서 정보를 분리하기 위해 둘 또는 그보다 많은 수신 빔들이 결합된다.
전송 빔 형성기(12)와 조율하여, 수신 빔 형성기(16)는 서로 다른 시점들에서 3차원 영역을 나타내는 데이터를 발생시킨다. 음향 임펄스 가진 이후, 수신 빔 형성기(16)는 서로 다른 시점들에서 복수의 라인들을 따라 위치들을 나타내는 빔들을 발생시킨다. 초음파로 관심 영역을 스캔함으로써, 데이터(예를 들어, 빔 형성된 샘플들)가 발생된다. 스캔을 반복함으로써, 임펄스 가진 이후 서로 다른 시점들에서 영역을 나타내는 초음파 데이터가 획득된다.
수신 빔 형성기(16)는 공간적 위치들을 나타내는 빔 합산된 데이터를 출력한다. 볼륨에 대한 위치들에 관한 데이터(예를 들어, 복셀들)가 출력된다. 동적 초점 조정(dynamic focusing)이 제공될 수도 있다. 데이터는 서로 다른 목적들을 위한 것일 수도 있다. 예를 들어, 탄성에 대해서보다는 B-모드 또는 조직 데이터에 대해 서로 다른 스캔들이 수행된다. 대안으로, 탄성을 결정하기 위해 B-모드 데이터가 또한 사용된다. 다른 예로서, 일련의 공유 스캔들로 전단 이미징을 위한 데이터가 획득되고, 개별적으로 또는 동일한 데이터 중 일부를 사용하여 B-모드 또는 도플러 스캔이 수행된다. 검출 이전의 빔 형성된 데이터 또는 검출 이후의 데이터와 같이, 초음파 또는 에코 데이터는 임의의 처리 스테이지(stage)로부터 발생한다.
프로세서(18)는 B-모드 검출기, 도플러 검출기, 펄스파 도플러 검출기(pulsed wave Doppler detector), 상관 프로세서, 푸리에 변환 프로세서, 주문형 집적 회로, 범용 프로세서, 제어 프로세서, 이미지 프로세서, 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(field programmable gate array), 그래픽 처리 유닛(graphics processing unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 아날로그 회로, 디지털 회로, 이들의 결합들, 또는 빔 형성된 초음파 샘플들로부터 디스플레이를 위한 정보를 검출하고 처리하기 위한 다른 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 디바이스이다.
일 실시예에서, 프로세서(18)는 하나 또는 그보다 많은 검출기들과 개별 프로세서를 포함한다. 개별 프로세서는 제어 프로세서, 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 주문형 집적회로, 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이, 네트워크, 서버(server), 프로세서들의 그룹, 그래픽 처리 유닛, 데이터 경로, 이들의 결합들, 또는 해부학적 구조 식별, 해부학적 구조 움직임 추적, 탄성 추정, 및 탄성 추정에서의 원치않은 움직임의 처리를 위한 다른 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 디바이스이다. 감쇄, 전단 모듈러스, 전단 점도, 또는 전단파 전파의 하나 또는 그보다 많은 다른 속성들이 추정될 수 있다. 프로세서(18)는 탄성 이미지로서 3차원 표현을 생성한다. 예를 들어, 개별 프로세서가 도 1에 도시된 동작들(32-44) 중 하나 또는 그보다 많은 동작의 임의의 결합을 수행하도록 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 의해 구성된다.
프로세서(18)는 음향 임펄스 가진 또는 다른 응력에 의해 유도된 조직 변위를 추정하도록 구성된다. 상관, 추적, 움직임 검출, 또는 다른 변위 측정을 사용하여, 조직의 포지션에서 시프트의 양이 추정된다. 추정은 응력으로 인해 조직이 움직이기 전부터 응력 도중 또는 조직이 (예를 들어, 임펄스 가진에 의해 야기된 응력으로부터 복구된) 완화된 상태로 거의 또는 완전히 돌아간 이후까지와 같은 기간에 걸쳐 여러 번 수행된다. 대안으로, 단일 시프트가 추정된다. 위치들 간의 조직의 시프트의 차들은 상대적 견고성 또는 탄성을 나타낸다.
프로세서(18)는 해부학적 구조 또는 해부학적 랜드마크의 하나 또는 그보다 많은 위치들을 식별하도록 구성된다. 예를 들어, 응력의 인가 영역으로부터 간격을 둔 해부학적 구조가 식별된다. 간격으로 인해, 해부학적 구조는 응력에 의해 야기된 움직임 또는 변화에 덜 민감할 수 있지만, 움직임 또는 변화의 다른 원인들에는 여전히 민감할 수도 있다. 프로세서(18)는 조직 경계, 탄성에 대해 검사되는 것과는 다른 기관, 혈관, 횡격막, 뼈, 뼈에 직접 붙은 조직, 또는 유체 충액 챔버(fluid filled chamber)와 같은 해부학적 구조의 움직임을 추적하도록 구성된다. 엘라스토그라피의 원치않은 변화 소스들을 나타내기 위해 해부학적 구조의 포지션 변화가 사용된다.
프로세서(18)는 탄성 값들을 추정하도록 구성된다. 위상 변화 검출, 상관, 변위 결정, 피크 식별, 속도 계산, 응력 측정들, 응력 감쇄, 및/또는 다른 프로세스(process)들이 탄성을 추정하는데 사용될 수 있다. 프로세서(18)는 추정에서 원치않은 움직임을 처리하도록 구성된다. 해부학적 구조의 움직임은 에코 데이터로 변위들 및 탄성 값들을 추정하기 전에 에코 데이터에서 보정되거나, 제거되거나, 억제된다. 대안으로 또는 추가로, 탄성 값들을 추정하는 것의 일부로서 전체 움직임 또는 변화가 결정된다. 다음에, 움직임으로부터 원치않은 움직임이 감산되어, 움직임이 응력으로 인한 것임이 더 가능성 있게 된다.
프로세서(18)는 하나 또는 그보다 많은 이미지들을 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 전단파 속도 이미지가 생성된다. 전단 모듈러스, 스트레인, 또는 스트레인 레이트 이미지와 같은 다른 엘라스토그라피 이미지들이 생성될 수도 있다. 엘라스토그라피 이미지는 B-모드 이미지 내의 관심 영역 또는 오버레이(overlay)로서 제시된다. 탄성 값들은 관심 영역 내의 위치들에서 컬러를 변조한다. 탄성 값이 임계치 미만인 경우, 탄성 값에 의한 변조 없이 B-모드 정보가 디스플레이될 수 있다.
이미지는 3차원 렌더링 또는 평면 재구성이다. 볼륨에서 탄성 값들의 분산이 디스플레이에 렌더링하는데 사용된다. 3차원 표현은 탄성 값들을 보여준다. 예를 들어, 회전 투시 디스플레이가 도시된다. 최대 강도 투사를 사용하여, 더 견고한 연조직과 연관된 영역들 또는 위치들이 더 불투명하게 디스플레이된다. 뼈 또는 견고성 레벨을 초과하는 다른 조직이 마스킹될(masked) 수도 있다.
프로세서(18)는 메모리(22) 또는 3차원 탄성 초음파 이미징을 위한 다른 메모리에 저장된 명령들에 따라 동작한다. 메모리(22)는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들이다. 본 명세서에서 논의된 프로세스들, 방법들 및/또는 기술들을 구현하기 위한 명령들은 캐시(cache), 버퍼(buffer), RAM, 착탈식 매체, 하드 드라이브(hard drive) 또는 다른 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들과 같은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들 또는 메모리들 상에 제공된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들은 다양한 타입들의 휘발성 및 비휘발성 저장 매체들을 포함한다. 도면들에 예시되거나 본 명세서에 설명된 기능들, 동작들 또는 작업들은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 내에 또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 상에 저장된 명령들의 하나 또는 그보다 많은 세트들에 응답하여 실행된다. 기능들, 단계들 또는 작업들은 특별한 타입의 명령들의 세트, 저장 매체들, 프로세서 또는 처리 전략에 독립적이며 단독으로 또는 결합하여 동작하는 소프트웨어, 하드웨어, 집적 회로들, 펌웨어(firmware), 마이크로 코드(micro code) 등에 의해 수행될 수 있다. 마찬가지로, 처리 전략들은 다중 처리, 멀티태스킹(multitasking), 병렬 처리 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 명령들은 로컬(local) 또는 원격 시스템들에 의한 판독을 위해 착탈식 매체 디바이스 상에 저장된다. 다른 실시예들에서, 명령들은 컴퓨터 네트워크를 통해 또는 전화선들을 통해 전송할 원격 위치에 저장된다. 또 다른 실시예들에서, 명령들은 주어진 컴퓨터, CPU, GPU 또는 시스템 내에 저장된다.
디스플레이(20)는 CRT, LCD, 프로젝터(projector), 플라즈마(plasma), 또는 2차원 이미지들 또는 3차원 표현들을 디스플레이하기 위한 다른 디스플레이이다. 2차원 이미지들은 볼륨을 나타내는 데이터로부터 재구성된 평면과 같은 영역에서 공간적 분산을 나타낸다. 3차원 표현들은 볼륨에서 공간적 분산을 나타내는 데이터로부터 렌더링된다. 디스플레이(20)는 이미지로서 디스플레이될 신호들의 입력에 의해 프로세서(18) 또는 다른 디바이스에 의해 구성된다. 디스플레이(20)는 관심 영역 내 서로 다른 위치들에 대한 탄성을 나타내는 이미지를 디스플레이한다.
위에서는 본 발명이 다양한 실시예들을 참조로 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 많은 변경들과 수정들이 이루어질 수 있다고 이해되어야 한다. 따라서 상기의 상세한 설명은 한정보다는 예시적인 것으로 간주되는 것으로 의도되며, 모든 등가물들을 포함하는 다음의 청구항들은 본 발명의 사상 및 범위를 정의하는 것으로 의도된다고 이해된다.

Claims (20)

  1. 탄성 초음파 이미징(elasticity ultrasound imaging)을 위한 방법으로서,
    초음파 시스템으로 3차원 영역에 대한 제1 초음파 데이터를 획득하는 단계 ― 상기 제1 초음파 데이터는 제1 시점에 상기 3차원 영역 내의 3개의 축들을 따라 분산된 서로 다른 위치들을 나타내는 복셀(voxel)들을 포함함 ―;
    상기 초음파 시스템으로 상기 3차원 영역에 대한 제2 초음파 데이터를 획득하는 단계 ― 상기 제2 초음파 데이터는, 상기 제1 시점과는 다른 제2 시점에 그리고 탄성 추정을 위한 관심 영역에 응력(stress)이 인가되는 동안, 상기 3차원 영역 내의 상기 3개의 축들을 따라 분산된 상기 서로 다른 위치들을 나타내는 복셀들을 포함하고, 이때 상기 관심 영역은 상기 3차원 영역 내에 있음 ―;
    상기 탄성 추정을 위한 관심 영역으로부터 떨어진 그리고 상기 응력이 인가되는 영역으로부터 떨어진 상기 3차원 영역 내의 해부학적 랜드마크(anatomical landmark)를 식별하는 단계 ― 상기 해부학적 랜드마크는 상기 제1 초음파 데이터 및 상기 제2 초음파 데이터로 표현되고, 상기 식별하는 단계는 프로세서에 의해 상기 해부학적 랜드마크로서 구조를 검출함으로써 이루어지고, 상기 프로세서는 상기 구조에 대한 제1 초음파 데이터 및 상기 구조에 대한 제2 초음파 데이터의 각각을 프로세싱함 ―;
    상기 제1 시점으로부터 상기 제2 시점까지 식별된 위치의 차이에 기초하여 상기 해부학적 랜드마크의 움직임을 결정하는 단계;
    상기 제1 초음파 데이터 및 상기 제2 초음파 데이터로부터 상기 3차원 영역에서의 탄성을 추정하는 단계 ― 상기 탄성은 3차원 영역 내의 관심 영역에서 추정됨 ―;
    상기 제1 초음파 데이터 및 상기 제2 초음파 데이터로부터 상기 3차원 영역에서의 탄성 추정에 움직임 보정을 수행하는 단계 ― 상기 움직임 보정은 상기 해부학적 랜드마크의 움직임과 상관됨 ―; 및
    상기 3차원 영역에서의 탄성의 3차원 표현을 디스플레이하는 단계
    를 포함하는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 초음파 데이터 및 상기 제2 초음파 데이터를 획득하는 단계는, 상기 3차원 영역이 조직 변형의 변화를 겪는 동안 상기 3차원 영역을 스캔하는 단계를 포함하는,
    방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스캔하는 단계는, 상기 3차원 영역이 상기 응력으로서 종파 또는 전단파(shear wave)를 받는 동안 스캔하는 단계를 포함하고,
    상기 추정하는 단계는 상기 종파 또는 전단파에 대한 조직 반응을 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 디스플레이하는 단계는 종파 또는 전단파 이미지로서 상기 3차원 표현을 생성하는 단계를 포함하는,
    방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스캔하는 단계는, 상기 3차원 영역이 상기 응력으로서 서로 다른 압력들을 받는 동안 스캔하는 단계를 포함하고,
    상기 추정하는 단계는 상기 서로 다른 압력들에 대한 조직 반응을 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 디스플레이하는 단계는 스트레인 이미지(strain image)로서 상기 3차원 표현을 생성하는 단계를 포함하는,
    방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 초음파 데이터 및 상기 제2 초음파 데이터를 획득하는 단계는, 인가된 응력에 대한 조직 반응 기간 이내에 있는 상기 제1 시점 및 상기 제2 시점에 획득하는 단계를 포함하는,
    방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 해부학적 랜드마크를 식별하는 단계는, 상기 제1 초음파 데이터 및 상기 제2 초음파 데이터의 프로세싱에 의해, 상기 복셀들이 혈관, 횡격막, 뼈, 종양 또는 낭종을 나타낸다는 것을 식별하는 단계를 포함하는,
    방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 해부학적 랜드마크를 식별하는 단계는, 상기 제1 초음파 데이터 및 상기 제2 초음파 데이터의 프로세싱에 의해, 상기 복셀들이 상기 해부학적 랜드마크를 나타낸다는 것을 식별하고 상기 해부학적 랜드마크를 나타내는 것으로 식별된 복셀들을 그룹화(group)하는 단계를 포함하는,
    방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 움직임을 결정하는 단계는, 상기 해부학적 랜드마크의 움직임 추적을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 움직임은 상기 해부학적 랜드마크의 각각의 복셀에 대한 3차원 변위 벡터인,
    방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 움직임을 결정하는 단계는, 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이의 상기 해부학적 랜드마크의 강체 또는 비강체 변환을 결정하는 단계를 포함하는,
    방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 추정하는 단계는, 상기 복셀들 각각에 대해 상기 제1 초음파 데이터와 상기 제2 초음파 데이터 간의 위상 변화를 결정하는 단계를 포함하는,
    방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 추정하는 단계는, 복수의 복셀들 각각에 대해 상기 3차원 영역 내의 연조직의 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이의 변위를 결정하는 단계를 포함하는,
    방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 움직임 보정을 수행하는 단계는, 상기 해부학적 랜드마크를 나타내지 않으며 상기 제1 초음파 데이터 및 상기 제2 초음파 데이터로부터 탄성을 추정하기 전에 연조직을 나타내는 복셀들에 대해 상기 제1 초음파 데이터에 대한 상기 제2 초음파 데이터의 움직임 보정을 수행하는 단계를 포함하는,
    방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 추정하는 단계는, 복수의 복셀들의 각각에 대해 상기 제1 시점과 상기 제2 시점 사이의 변위 움직임을 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 움직임 보정을 수행하는 단계는, 상기 변위 움직임으로부터 상기 해부학적 랜드마크의 움직임을 제거하는 단계를 포함하는,
    방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 움직임 보정을 수행하는 단계는, 상기 해부학적 랜드마크의 움직임으로부터의 움직임 모델을 기초로, 상기 해부학적 랜드마크와는 다른 조직에 대해 상기 복셀들의 움직임 보정을 수행하는 단계를 포함하는,
    방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 식별하는 단계는 상기 탄성을 추정하기 위한 조직보다 상기 탄성을 추정하기 위해 사용되는 응력에 덜 민감한 해부학적 랜드마크를 식별하는 단계를 포함하는,
    방법.
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