KR102332464B1 - 분석 데이터로부터 전단파 추정 - Google Patents

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Abstract

전단파 특징들이 분석 데이터로부터 추정된다(36). 변위의 측정값들은 복잡한 표현들로 변환된다(34). 복잡한 표현의 크기 및/또는 페이스 구성요소들은 속력, 중심 주파수, 감쇠, 전단 계수 또는 전단 점도와 같은 다양한 특징들을 추정하는데 사용된다(36). 페이스 구성요소의 제로 페이스는 그 위치에서의 전단파의 발생을 나타낸다.

Description

분석 데이터로부터 전단파 추정 {SHEAR WAVE ESTIMATION FROM ANALYTIC DATA}
본 실시예들은 초음파 이미징(imaging)에 관한 것이다. 특히, 전단파들의 검출에 기초한 이미징이 제공된다.
전단파 전파의 현재 비행 시간(time-of-flight) 추정은 피크(peak) 변위와 같은 파형의 일부 속성을 추적하거나 파형들의 지연 경과(delay lag)를 계산한다. 파형의 속성 추적은 단지 단일 데이터(data) 지점을 사용하여, 에러(error)가 발생하기 쉽다. 파형들의 지연 경과 계산은 표본 분해능에 의해 제한되며 정확성 결핍을 겪는다.
도입부로서, 이하에 설명되는 바람직한 실시예들은 분석 데이터로부터의 전단파 추정을 위한 방법들, 명령들 및 시스템(system)들을 포함한다. 변위의 측정값들은 복잡한 표현들로 변환된다. 복잡한 표현들의 크기 및/또는 페이스(phase) 구성요소들은 속력, 중심 주파수, 감쇠, 전단 계수 또는 점도와 같은 다양한 특징들을 추정하는데 사용될 수 있다. 페이스 구성요소의 제로(zero)(0)-페이스는 그 위치에서의 전단파의 발생을 나타낸다.
제 1 양태에서, 분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 방법이 제공된다. 음향 방사력 가진(acoustic radiation force excitation)이 환자에게 전달된다. 환자 내의 조직의 위치들에서의 변위들은 음향 방사력 가진으로부터 초래되는 전단파에 반응하여 초음파에 의해 측정된다. 프로세서(processor)는 변위들로부터 분석 데이터를 구성한다. 전단파의 특징은 분석 데이터로부터 추정된다. 특징에 따른 이미지(image)가 디스플레이된다(displayed).
제 2 양태에서, 컴퓨터(computer) 판독 가능한 영구 저장 매체는 분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 프로그램된 프로세서(programmed processor)에 의해 실행 가능한 명령들을 나타내는 데이터를 그 안에 저장한다. 저장 매체는 초음파에 의해, 음향 방사력 가진으로부터 초래되는 전단파에 반응하여 환자 내의 조직의 위치들에서의 실제 변위 데이터를 측정하고, 이 실제 변위 데이터로부터 분석 변위 데이터를 구성하고, 각각의 위치들에 대하여 복잡한 변위 데이터의 페이스들을 계산하고, 페이스들의 제로 크로싱(zero crossing)들로부터 전단파 속력을 추정하고, 전단파 속력을 나타내는 이미지를 발생하는 명령들을 포함한다.
제 3 양태에서, 컴퓨터 판독 가능한 영구 저장 매체는 분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 프로그램된 프로세서에 의해 실행 가능한 명령들을 나타내는 데이터를 그 안에 저장한다. 저장 매체는 초음파에 의해, 음향 방사력 가진으로부터 초래되는 전단파에 반응하여 환자 내의 조직의 위치들에서의 실제 변위 데이터를 측정하고, 이 실제 변위 데이터로부터 분석 변위 데이터를 구성하고, 상이한 주파수들에서 분석 변위 데이터를 필터링(filtering)하고, 주파수들에 따라 전단 속력들을 산출하고, 주파수들에 따라 전단 속력들로부터 전단 계수, 점도 또는 전단 계수 및 점도를 추정하는 명령들을 포함한다.
본 발명은 이후의 청구항들에 의해 규정되며, 이 부분의 어떠한 것도 이러한 청구항들의 제한으로서 취해지지 않는다. 본 발명의 다른 양태들 및 이점들은 바람직한 실시예들과 연관하여 이하에서 논의되며 추후 독립적으로 또는 조합하여 주장될 수 있다.
구성요소들 및 도면들은 반드시 실척일 필요는 없으며, 오히려 본 발명의 원리들을 예시할 때 강조된다. 또한, 도면들에서, 동일한 참조 부호들은 상이한 도면들에 걸쳐 대응하는 부분들을 나타낸다.
도 1은 분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이고;
도 2는 분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 방법의 다른 실시예의 흐름도이고;
도 3은 시간에 따른 2 개의 예시적인 변위 프로파일(profile)들을 도시하는 그래프(graph)이고;
도 4는 상이한 위치들에 대한 시간에 따른 페이스의 예시적인 그래프이고;
도 5는 위치에 따른 제로 페이스의 시간의 예시적인 플롯(plot)이고; 및
도 6은 분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 시스템의 일 실시예의 블록도(block diagram)이다.
변위 프로파일의 분석 데이터(복잡한 형식)가 구성된다. 페이스 곡선 피팅(fitting) 내의 다중 데이터 지점들이 사용될 수 있다. 페이스 곡선의 제로 값들을 발견함으로써, 분해능 제한들은 없다. 다양한 특징들이 분석 데이터로부터 추정될 수 있다. 예컨대, 상이한 위치들에 대한 페이스들의 제로 크로싱 시간들이 산출된다. 위치에 따른 이러한 시간들은 다중 지점들을 갖는 단조 함수(monotonic function)(예컨대, 직선)에 피팅할(fit) 수 있다. 시간들은 속력을 추정하는데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 분석적 변위 데이터는 추정된 실제 변위 데이터로부터 구성된다. 분석적 변위 데이터의 크기 및 페이스가 계산된다. 복잡한 변위 데이터의 페이스가 추정되고, 페이스 정보의 제로 크로싱은 단조 함수로의 페이스의 피팅에 의해 발견된다. 그룹(group) 속력 및/또는 감쇠는 제로 크로싱 정보로부터 추정될 수 있다. 중심 주파수는 시간에 대한 페이스의 기울기로부터 추정될 수 있다. 직선이 기울기를 발견하기 위해 피팅될 수 있다.
다른 실시예에서, 필터 뱅크(filter bank)가 분석 변위 데이터에 적용된다. 전단 속력은 각각의 다중 협대역(narrow band)들에 대한 분석 변위 데이터로부터 추정된다. 주파수에 따른 속력은 단일 음향 방사력 임펄스(ARFI; acoustic radiation force impulse) 가진으로부터 전단 계수 및 전단 속력을 추정하는데 사용된다.
시간 지연 추정은 일반화될 수 있다. 변위 추정과 시간 지연 추정의 분리는 일 실시예에서 수행된다. 다른 실시예들에서, 이러한 작업들은 특정한 방식으로 계산 단계에서 혼합될 수 있다. 일 실시예에서, 작업들은 시간 지연과 같은 원하는 파라미터(parameter)들을 얻기 위해 2 개 이상의 공간적 위치들의 신호들을 검출하는데 적용된다. 이러한 작업들은 자기 상관(auto-correlation) 및 상호 상관(cross-correlation)과 같은, 상호 및 자체 정보 추출의 상호, 자체 또는 혼합을 포함한다.
도 1은 분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 방법을 도시한다. 방법은 도 6의 시스템 또는 다른 시스템에 의해 실행된다. 부가적인, 다른 또는 더 적은 행동들이 제공될 수 있다. 예컨대, 행동(40, 42, 44 및 46)들 중 하나 또는 그 초과(예컨대 전부보다 더 적거나 전부)의 임의의 조합이 수행된다. 다른 예로서, 행동(48)이 수행되지 않는다. 전단파, 조직 또는 조직과 전단파의 상호 작용의 추정된 특징은 디스플레이되기보다는 저장되거나 전달된다. 행동들은 설명된 또는 도시된 순서로 수행되지만, 다른 순서들로 수행될 수 있다.
도 2는 분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 방법의 다른 실시예를 도시한다. 동일한 행동들에는 동일한 부호들로 라벨링된다(labeled). 행동(45 및 47)들은 계수 또는 점도를 추정하기 위해 수행된다. 행동(48)의 디스플레이(display)를 위한 3 개의 상이한 이미지 옵션(option)들이 도시되지만, 다른 실시예들에는 단지 하나, 임의의 2개의 조합이 제공되거나 어느 것도 제공되지 않는다. 전단파 추정을 위한 변위 프로파일의 분석 데이터를 사용하는 행동들의 다른 조합들이 제공될 수 있다.
행동(30)에서, 음향 가진이 환자 내부로 전달된다. 음향 가진은 변위를 야기하기 위한 임펄스 가진으로서 작용한다. 예컨대, 조직을 이미징하기 위한 B-모드(mode) 전달들과 유사한 또는 이보다 더 낮은 동력 또는 피크 진폭 레벨(level)들을 갖는 400 사이클(cycle) 전달 파형이 음향 빔(acoustic beam)으로서 전달된다. 일 실시예에서, 전달은 시계(field of view)에 적용되는 전단파 발생 시퀀스(sequence)이다. 임의의 음향 방사력 임펄스(ARFI; acoustic radiation force impulse) 또는 전단파 이미징 시퀀스가 사용될 수 있다.
전달은 하나 또는 그 초과의 위치들에 있는 조직을 변위시키기에 충분한 응력을 조직에 야기하는 동력, 진폭, 타이밍(timing) 또는 다른 특징에 의해 구성된다. 예컨대, 빔의 전달 포커스(focus)는 시계에 걸친 변위를 야기하기 위해 관심 영역(ROI; region of interest) 또는 시계의 바닥, 중심 근처에 위치된다. 전달은 상이한 하위 영역들 또는 ROI 들을 위해 반복될 수 있다.
가진은 초음파 변환기로부터 전달된다. 가진은 음향 에너지(energy)이다. 음향 에너지는 초점이 맞춰지고, 3-차원 빔 프로파일을 초래한다. 가진은 페이스형(phased) 어레이(array) 및/또는 기계적 포커스(focus)를 사용하여 초점이 맞춰진다. 가진은 높이 치수(elevation dimension)와 같은 하나의 치수에서 초점을 맞추지 않을 수 있다. 가진은 환자의 조직 안으로 전달된다.
임펄스 가진은 공간적 위치에서 전단파를 발생한다. 가진이 충분히 강한 곳에서, 전단파가 발생된다. 길이방향 파장이 음파 방출 방향을 따라 전파하는 것보다 전단파가 더 느리게 조직을 통하여 전파한다. 이러한 타이밍의 차이는 특정한 시간들에서 위치들에 있는 표본과 같은, 길이방향 파장으로부터 전단파를 격리시키는데 사용된다. 전단파는 가해지는 응력의 방향에 수직인 방향을 포함하여 다양한 방향들로 전파된다. 전단파들의 변위는 전단파가 발생되는 위치에 더 가까운 위치들에서 더 크다. 전단파가 길이방향으로 이동할 때, 전단파의 크기는 감쇠한다.
행동(32)에서, 환자의 전단파에 대한 변위 응답이 검출된다. 예컨대, 2 개의 위치들에 대한 변위 프로파일들이 도 3에 도시된다. 가진은 조직의 변위를 야기한다. 전단파가 발생되고 초점 영역으로부터 전파된다. 전단파가 조직을 통하여 이동하기 때문에, 조직은 변위된다. 타이밍 및/또는 측방 위치는 다른 발생된 파장들로부터 전단파를 구별하는데 사용된다. 길이방향 파장들 또는 변위의 다른 원인들이 전단 대신 사용될 수 있다. 조직은 환자 내로 이동하도록 강제된다.
힘 또는 응력에 의해 야기되는 변위가 측정된다. 변위는 하나 또는 그 초과의 위치들에서 시간에 걸쳐 측정된다. 변위 측정은 응력 또는 임펄스가 끝나기 전에, 상이한 주파수 또는 코딩(coding)을 사용하는 것에 의해 시작될 수 있다. 대안적으로, 변위 측정은 임펄스가 끝난 후에 시작된다. 응력의 영역 또는 지점으로부터 이격된 조직의 변위를 야기하는 전단파, 길이방향 파장 또는 다른 파장이 이동하는데 시간이 걸리기 때문에, 이완된 또는 부분적으로 응력을 받은 상태로부터 최대 변위로의 그리고 그 후 이완된 상태로의 변위는 도 3 에 나타낸 것과 같이 측정될 수 있다. 변위의 시간적인 프로파일이 판정된다. 대안적으로, 변위는 단지 조직이 최대로부터 이완되는 동안에만 측정된다.
측정값은 변위의 양이다. 변위의 동일 페이스(inphase) 구성요소는 초음파 신호를 사용하여 측정될 수 있어서, 복잡한 표현이 아니다. 조직은 임의의 방향으로 이동된다. 측정은 가장 큰 이동 방향을 따를 수 있다. 방향 벡터(motion vector)의 크기가 판정된다. 대안적으로, 측정은 조직이 다른 방향들로 다소 변위되는지와 관계없이 스캔 라인(scan line)에 수직인 것과 같은 주어진 방향을 따른다.
변위는 초음파 스캐닝(scanning)에 의해 검출된다. 초음파 데이터가 얻어진다. 초음파 데이터의 적어도 일부는 전단파에 대해 반응적이다. 관심 영역, 전체 시계, 또는 하위 관심 영역과 같은 영역이 초음파에 의해 스캔된다(scanned). 영역은 전단파를 검출하기 위해 감시된다. 영역은 측방이 5 ㎜ 그리고 축방향이 10 ㎜ 인 것과 같은 임의의 크기이다. 예컨대, B-모드 스캔들은 전단파에 의해 야기되는 조직 변위를 검출하기 위해 수행된다. 도플러(Doppler), 색상 흐름 또는 다른 초음파 모드가 전단파에 대해 감시하기 위해 사용될 수 있다.
주어진 시간 동안, 초음파는 조직 또는 관심 영역에 전달된다. 임의의 현재 공지된 또는 추후 개발될 변위 이미징이 사용될 수 있다. 예컨대, 1 내지 5 사이클 지속 기간들을 갖는 펄스(pulse)들이 720 mW/㎠ 미만의 세기로 사용된다. 다른 세기들을 갖는 펄스들이 사용될 수 있다. 감시는 임의의 개수의 스캔 라인들에 대해 수행될 수 있다. 예컨대, 4 또는 8 개의 수용 빔들이 각각의 전달에 반응하여 형성된다. 전단파를 발생하기 위해 가진을 전달한 후에, B-모드 전달들이 단일 전달 스캔 라인 그리고 4 또는 8 개의 인접한 수신 스캔 라인들을 따른 수용부(reception)들을 따라 반복적으로 수행된다. 다른 실시예들에서, 단지 단일 수용 빔 또는 다른 개수의 수신 빔들이 각각의 전달에 반응하여 형성된다. 부가적인 전달 스캔 라인들 및 대응하는 수신 라인 또는 라인들이 사용될 수 있다. 약 120 회와 같이, 임의의 횟수의 반복들이 사용될 수 있다. 반복의 시작에서 또는 끝에서와 같은 초음파 데이터의 일부는 전단파에 대해 반응적이지 않을 수 있다.
전단파가 스캔 라인들을 통하여 전파되기 때문에, B-모드 세기는 조직의 변위에 의존하여 변할 수 있다. 감시된 스캔 라인들에 대하여, 전단파로부터 초래되는 조직 움직임의 시간 프로파일을 나타내는 데이터의 시퀀스가 제공된다. 전달로부터의 에코(echo)들 또는 반사들이 수신된다. 에코들은 빔형성되고(beamformed), 빔형성된 데이터는 하나 또는 그 초과의 위치들을 나타낸다. 변위를 검출하기 위해, 초음파 에너지는 변위되고 있는 조직에 전달되고 에너지의 반사들이 수신된다. 임의의 전달 및 수용 시퀀스가 사용될 수 있다.
전달 및 수신을 다회 수행함으로써, 상이한 시간들에서 1, 2 또는 3-차원 영역을 나타내는 데이터가 수신된다. 전달 및 수신은 변위에 기인한 변경을 판정하기 위해 다회 수행된다. 초음파에 의해 반복적으로 스캐닝함으로써, 상이한 시간들에서 조직의 위치가 판정된다.
변위는 각각의 공간적 위치에 대한 차이들로부터 검출된다. 예컨대, 속력, 분산(variance), 세기 패턴(pattern)의 바뀜(예컨대, 스페클(speckle) 추적), 또는 다른 정보가 변위에 따라 수신된 데이터로부터 검출된다.
B-모드 데이터를 사용하는 일 실시예에서, 상이한 스캔들로부터의 데이터는 시간에 따라 상관된다. 각각의 깊이 또는 공간적 위치에 대하여, 복수의 깊이들 또는 공간적 위치들(예컨대, 중심 깊이가 프로파일이 산출될 지점인 64 깊이들의 커널(kernel))에 걸친 상관이 수행된다. 예컨대, 데이터의 현재 세트(set)가 데이터의 기준 세트와 다회 상관된다. 기준 세트에서 주어진 위치로 중심맞춤된 데이터의 하위 세트가 현재 세트에서 확인된다. 2 개의 데이터 세트들 사이의 상이한 상대적 병진 및/또는 회전이 수행된다.
기준은 데이터의 제 1 세트 또는 다른 스캔으로부터의 데이터이다. 기준 세트는 ARFI 펄스 이전으로부터이지만, ARFI 펄스 이후로부터일 수 있다. 동일한 기준이 전체 변위 검출에 대하여 사용되거나, 기준 데이터는 진행하는 또는 이동하는 윈도우(window)에서 변한다.
상관은 1, 2 또는 3-차원이다. 예컨대, 변환기로부터 멀어지는 그리고 변환기를 향하는 스캔 라인을 따른 또는 스캔 라인에 수직인 라인을 따른 상관이 사용된다. 다른 예로서, 병진은 회전하면서 또는 회전 없이 2 개의 축선들을 따른다. 또 다른 예에서, 병진은 3 개의 또는 더 적은 축선들을 중심으로 회전하면서 또는 회전 없이 3 개의 축선들을 따른다. 상이한 오프셋(offset) 위치들의 각각에서의 데이터의 상관 또는 유사성의 레벨이 산출된다. 가장 큰 상관을 갖는 병진 및/또는 회전은 기준에 비교되는 현재 데이터와 연관되는 시간에 대한 오프셋 또는 방향 벡터를 나타낸다.
상호 상관, 패턴 매칭(pattern matching) 또는 절대 차이들의 최소 합과 같은 임의의 현재 공지된 또는 추후 개발될 상관이 사용될 수 있다. 조직 구조 및/또는 스페클이 상관된다. 도플러 검출을 사용하여, 클러터 필터(clutter filter)가 이동하는 조직에 연관된 정보를 통과시킨다. 조직의 속력은 다중 에코들로부터 도출된다. 속력은 변환기를 향하는 또는 변환기로부터 멀어지는 변위를 판정하는데 사용된다. 대안적으로, 상이한 위치들에서의 속력들 사이의 상대성 또는 차이는 변형 또는 변위를 나타낼 수 있다.
도 3은 실제 변위들의 2 개의 예시적인 변위 프로파일들을 도시한다. 기준 데이터로부터 시간에 걸친 방향 벡터의 거리로 진폭이 도시된다. 분석 기간은 약 8 밀리초(millisecond) 초과이지만, 더 길거나 더 짧을 수 있다(예컨대, 4.8 ㎑ 표본 속도에서 12 밀리초). 다른 변위 프로파일들이 가능하다. 10 x 5 ㎜ 의 관심 영역에서 매 밀리미터(millimeter)마다 측정하는 것과 같이, 임의의 개수의 위치들이 변위에 대해 측정될 수 있다. 각각의 위치 및 각각의 표본 시간에 대한 변위가 측정된다. 이러한 실제 변위 데이터는 복수의 위치들의 각각에 대한 시간에 따른 진폭의 프로파일을 나타낸다.
시간 및/또는 공간에 걸친 변위들은 산출을 위해 사용된다. 일 실시예에서, 상이한 깊이들에 대한 변위들은 조합되며, 방위각으로 이격된 또는 전단파의 전파 방향을 따른 변위들을 남긴다. 예컨대, 주어진 스캔 라인 또는 측방 위치에 대한 변위들은 깊이에 걸쳐 평균이 내어진다. 평균을 내는 것에 대안적으로, 최대 또는 다른 선택 규범(criterion)이 주어진 측방 위치에 대한 변위를 판정하는데 사용된다. 단지 하나의 깊이에 대한 변위들이 사용될 수 있다. 상이한 깊이들에 대한 변위들은 독립적으로 사용될 수 있다.
행동(34)에서, 프로세서는 변위들로부터 분석 데이터를 구성한다. 실제 변위 데이터는 복잡한 표현들로 변환된다. 시간에 걸친 변위들이 곡선을 갖거나 감소하는 진폭이 뒤따르는 초기의 증가를 갖는 프로파일을 나타내기 때문에, 변위들은 실제의 및 가상의 또는 동일 페이스 및 구적(quadrature) 구성요소들로 변환될 수 있다. 다른 분석 데이터 구성요소들이 사용될 수 있다.
분석 데이터는 각각의 위치에 대한 시간에 따른 변위들에 힐버트 변환(Hilbert transform)을 적용함으로써 구성된다. 시간적 범위의 힐버트 변환은 실제 변위 데이터를 분석적 변위 데이터로 변환한다. 푸리에 변환(Fourier transform)의 필터링 결과들과 같이, 힐버트 변환 외의 다른 변환들이 사용될 수 있다.
각각의 위치에 대하여, 변위의 분석적으로 나타낸 측정들의 시리즈(series)가 초래된다. 이 시리즈는 시간에 걸친 분석 변위들이다. 변위 프로파일의 변위들의 복잡한 표현들이 각각의 위치에 대해 제공된다.
행동(36)에서, 전단파의 특징이 추정된다. 프로세서는 분석 데이터로부터 하나 또는 그 초과의 값들을 결정한다. 값들은 전단파 자체의 특징들, 조직의 특징들, 또는 조직과 전단파의 상호 작용의 특징들과 같은 전단파와 연관된 특징들이다. 전단파의 특징들은 진단을 위해 사용된다. 임의의 특징이 추정될 수 있으며, 예컨대 행동(40)에서 속력이, 행동(42)에서 중심 주파수가, 행동(44)에서 감쇠가, 행동(46)에서 전단 계수가, 또는 행동(46)에서 전단 속력이 추정될 수 있다. 다중의, 부가적인, 상이한 또는 더 적은 특징들의 조합들, 및 하나가 추정될 수 있다.
프로세서는 산출을 수행한다. 변위 정보는 사용자 입력 없이 특성을 판정하는데 사용된다. 일단 변위들이 획득되면, 프로세서는 자동으로 각각의 위치 및/또는 시간에 대한 특성을 산출한다.
행동(38)에서, 크기들 및 페이스들은 분석 데이터로부터 계산된다. 변위들의 복잡한 표현들은 크기들 및 페이스들을 발견하는데 사용된다. 각각의 변위에 대하여(즉, 각각의 위치에서의 각각의 시간에 대하여), 변위의 크기 및 페이스가 판정된다. 예컨대, 표현 mag.cos(θ) 이 사용되며 여기서 mag 는 크기 그리고 θ 는 페이스이다.
크기가 단독으로, 페이스가 단독으로, 또는 양자 모두(both)가 계산된다. 상이한 특징들은 변위들의 복잡한 또는 분석 표현의 상이한 양태들을 기초로 할 수 있다.
도 4는 7 개의 위치들 각각에 대한 시간에 걸친 페이스를 도시한다. 시간 0 은 전단파의 생성에 대응한다. 각각의 곡선은 주어진 또는 특정 공간적 위치에 대한 분석 변위 데이터로부터 계산된 페이스에 대응한다. 제로 페이스 지점은 그 위치에서 전단파의 발생을 나타내는데 사용될 수 있고, 곡선들은 위치들의 공간적 관계의 순서로 서로로부터 시간에서 오프셋된다.
행동(40)에서, 속력은 크기 및/또는 페이스로부터 추정된다. 일 실시예에서, 속력은 크기 정보로부터 추정된다. 분석 데이터로부터 도출되는 크기는 시간에 걸친 프로파일을 갖는다. 이러한 크기의 프로파일은 시간에 걸친 변위의 동일 페이스 구성요소 또는 측정된 프로파일과는 상이할 수 있다. 크기 프로파일은 피크를 가지며, 이는 주어진 시간에 발생한다. 프로파일 내의 다른 지점들은 전단파의 발생의 표시로서 사용될 수 있다. 위치로부터 전단파의 기점까지의 거리 및 전단파의 발생과 피크의 발생으로부터의 시간의 차이를 사용하여, 전단파의 속력이 판정된다. 상관 경과 또는 다른 기법들이 사용된다.
그룹 속력을 위해, 상이한 위치들에서의 변위들을 기초로 한 속력이 사용된다. 전단파의 기점으로부터 이격된 2 개의 위치들 사이의 시간의 차이가 산출된다. 2 개의 위치들 사이의 거리와 시간의 차이는 2 개의 위치들 사이의 속력을 나타낸다.
다른 실시예에서, 전단파 속력은 페이스들의 제로 크로싱들로부터 추정된다. 페이스의 제로 크로싱들이 확인된다. 도 4에서, 제로 크로싱들은 수평 직선에 의해 강조된다. 제로와 동일한 페이스는 : kr - ωt = 0 에 의해 표현되며 여기서 t 는 시간, ω 는 각도 주파수, k 는 전단파의 파장 개수 그리고 r 은 전파 범위이다.
각각의 위치에 대한 제로 크로싱의 시간이 판정된다. 시간들은 크기 피크들과 같이 사용될 수 있다. 위치들 사이의 시간 차이들 및 위치들 사이의 거리들은 속력을 추정하는데 사용된다. 다른 실시예에서, 단조 함수는 위치에 따라 시간의 플롯에 피팅된다. 직선의 기울기는 그룹 속력을 나타낸다. 도 5는 제로 크로싱 시간들에 대한 이러한 직선 피트(line fit)를 5 개의 위치들에 대한 위치에 따라 나타낸다.
행동(42)에서, 전단파의 중심 주파수는 분석 변위 데이터로부터 추정된다. 상이한 장비 또는 설정들이 동일한 조직에 대하여 상이한 전단 속력들을 초래할 수 있기 때문에, 중심 주파수는 설정들 또는 장비의 유사성의 측정으로서 사용될 수 있다. 중심 주파수는 상이한 시간들에서 또는 환자들 사이의 속력 산출에서의 차이들을 고려하는데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 페이스 정보가 사용된다. 제로 크로싱에서의 페이스 프로파일의 기울기는 중심 주파수를 나타낸다. 시간에 따른 페이스의 기울기는 주파수를 도시한다.
다른 실시예에서, 중심 주파수는 푸리에 변환을 사용하여 산출된다. 시간에 따른 분석 변위의 푸리에 변환이 판정된다. 결과적인 스펙트럼(spectrum)으로부터, 중심 주파수가 산출된다. 중심 주파수의 임의의 측정이 사용될 수 있다. 예컨대, 중심 주파수는 동력 스펙트럼의 피크 값에 대응하는 주파수이다.
상이한 위치들로부터의 중심 주파수들은 평균이 내어질 수 있다. 평균 또는 중간값의 중심 주파수는 관심 영역에 대하여 산출될 수 있다. 다른 조합들이 사용될 수 있다.
행동(44)에서, 감쇠는 분석 변위 데이터로부터 추정된다. 분석 데이터로부터의 크기는 감쇠를 판정하는데 사용된다.
각각의 위치에 대하여 시간에 걸친 변위의 최대 크기가 발견된다. 전파 방향을 따른 다중 위치들에서의 전단파 피크 크기들이 산출되고 감쇠를 도출하는데 사용된다. 감쇠의 다른 측정들이 사용될 수 있다.
전단파에 의해 야기되는 변위의 크기가 판정된다. 이 크기는 시간에 걸친 변위 프로파일로부터, 예컨대 최대 변위를 확인함으로써 도출될 수 있다. 최대 변위의 크기가 판정된다. 최대 변위는 변위 프로파일로부터 산출된다. 평면 내의, 또는 체적 내의 직선을 따르는 조직에 의한 이동의 크기 또는 움직임의 피크 또는 가장 큰 양이 피크에 대하여 산출된다. 매끄럽게 된 또는 필터링된(filtered) 변위 곡선이 최대 산출을 위해 사용된다. 다른 실시예들에서, 원래의(raw) 또는 필터링되지 않은 변위 곡선이 사용될 수 있다. 프로파일 전체 또는 일부에 걸친 최대값이 확인되거나 판정된다. 대안적으로, 크기는 초점 영역으로부터 감시되는 위치까지의 거리에 기초한 주어진 시간으로부터일 수 있다.
주어진 위치에 대한 시간적 프로파일은 그 위치에서의 전단파의 검출을 나타낸다. 프로파일은 비소음 또는 단일 예의 변동을 위해 시험된다. 시간적으로 로우 패스(low pass) 필터링에 의한, 또는 이러한 필터링 없는 프로파일에서의 피크는 전단파 정면의 통과를 나타낸다. 가장 큰 변위가 선택되지만, 평균의, 최초의 비소음 변위 또는 다른 변위 통계들이 통과를 나타내는데 사용될 수 있다.
다른 실시예들에서, 에너지 또는 동력은 각각의 위치에 대하여 산출되고 감쇠를 도출하는데 사용된다. 변위의 동력은 크기의 제곱이다. 변위의 에너지는 시간에 걸친 적분이다. 변위의 크기, 에너지 및/또는 동력이 사용될 수 있다.
감쇠는 위치들에 걸친 최대값들의 기울기에 의해 주어진다. 감쇠를 산출하기 위해, 인접한 최대 크기들의 비(ratio)들이 산출된다. 대안적으로, 인접하지 않은 것들로부터의 최대 크기들의 비들(예컨대, 기준으로부터 위치들의 각각에 대한 비들)이 산출된다. 비들의 로그(log)들은 감쇠들을 제공한다. 방위각으로 이격된 위치들에 걸친 평균 감쇠가 사용될 수 있다. 대안적으로, 각각의 위치에서의 감쇠가 별개로 사용된다. 다른 감쇠 산출들이 사용될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 감쇠는 상이한 주파수들에 대하여 산출된다. 행동(43)에서 협대역들에 의해 필터링함으로써, 주어진 위치에 대한 분석 변위 데이터는 상이한 주파수들 각각에 대하여 격리된다. 주파수에 따른 감쇠가 판정된다.
행동(46)에서, 전단 계수, 점도 또는 전단 계수 및 점도가 추정된다. 전단파의 다른 특징들이 추정될 수 있다.
일 실시예에서, 감쇠 또는 주파수에 따른 감쇠는 전단 계수 또는 점도를 추정하는데 사용된다. 도 2는 진폭(크기)이 행동(43 및 44)들에서 상이한 주파수 대역들에 대하여 검출되는 예를 도시한다. 주파수에 따른 감쇠는 점도 또는 전단 계수를 제공하기 위해 행동(46)에서 역 해법(inverse solution)을 위해 사용된다.
다른 실시예에서, 주파수에 따른 속력은 전단 계수 또는 점도를 추정하는데 사용된다. 전단파의 분산은 분석적 변위들로부터 산출된다. 분산은 주파수에 따른 속력의 측정이다. 주파수에 따른 속력의 도함수(derivative) 또는 주파수에 따른 속력에 대한 직선 피트(예컨대 선형 회귀(regression) 피팅)의 기울기와 같은, 분산의 임의의 측정이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 분석 변위 데이터 또는 크기 및 페이스 데이터는 시간에 따라 필터링된다. 동일한 데이터는 상이한 통과 대역들에 의해 필터링된다. 예컨대, 전단파 분산을 얻기 위해, 50 내지 275 ㎐ 와 같은 범위 내에 고르게 분포된 10 또는 다른 개수의 중심 주파수들을 갖는 필터 뱅크가 전단파 분석 변위 데이터에 적용된다. 필터들은 시간적 필터들이어서, 프로세스(process)는 각각의 위치에 대하여 별개로 반복된다. 이러한 예에서, 각각의 필터는 0.5 dB 리플(ripple) 및 40 dB 정지 대역 감쇠를 갖는 이차 타원형 필터(2nd order Elliptic filter)를 사용하여 50 ㎐ 내지 275 ㎐ 사이에서 11.25 ㎐ 의 증분들을 갖는 32 ㎐ 대역폭을 갖는다. 다른 필터들이 사용될 수 있다. 필터들은 별도의 필터들로서 실행되거나 프로세서에 의해 실행된다.
각각의 중심 주파수 또는 주파수 대역에 대한 전단 속력이 산출된다. 예컨대, 필터링된 분석 변위 데이터의 최대 크기는 전단파의 통과를 나타낸다. 위치에 대하여, 전단파가 기점(예컨대, 전달 초점 영역)으로부터 위치로 이동하기 위한 시간 또는 기간이 판정된다. 변위 프로파일의 최대 변위 또는 다른 부분은 전단파의 도착의 시간을 표시한다. 전단파의 발생으로부터 도착까지의 시간을 사용하여, 이동 시간이 산출된다. 시간은 전단파의 발생 및 검출 사이의 상대 시간으로부터 공지된다. 이동 시간은 비선형일 수 있다. 위치들 사이의 시간 및 거리는 생성 시간 및 거리 대신 또는 이에 부가하여 사용될 수 있다.
전단파의 속력은 타이밍 정보로부터 산출된다. 이동 시간은 속력의 역(inverse)이다. 거리와 이동 시간을 사용하여, 속력이 산출된다. 거리는 스캔 직선 간격(즉, 전단파 발생을 위한 전달 빔 위치와 전단파 검출을 위한 수신 빔 위치)으로부터 공지된다.
다른 기법들이 프로파일에서 피크 및 대응하는 시간 및 속력을 검출하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 회귀가 적용된다. 전단파 속력이 선형이기 때문에, 자동화된 이상점(outlier) 검출을 갖는 강건한 선형 회귀가 전단파 속력을 나타낼 수 있다. 관심 영역의 모든 표본 지점들에 대한 초음파 데이터는 시간에 따른 거리에 대해 또는 시간 및 거리에 의해 그래프로 그려진다(plotted). 선형 회귀는 플롯 또는 데이터에 적용되어, 직선 피트를 데이터에 제공한다. 직선의 기울기는 전단파 속력을 나타낸다.
다른 실시예에서, 페이스들의 제로 크로싱들은 속력을 산출하기 위해 크기들 대신 사용된다. 각각의 주파수 대역에 대한 제로 페이스는 행동(45)에서 판정된다. 각각의 필터에 의한 분석 데이터 출력은 시간에 따른 페이스를 판정하기 위해 프로세스된다(processed). 주파수는 필터링 주파수 또는 페이스의 기울기로부터 산출된 주파수이다.
제로 크로싱의 시간은 위치에서의 전단파의 발생을 나타낸다. 행동(47)에서, 각각의 주파수에 대한 제로 크로싱의 시간은 각각의 위치에서 판정된다. 위치들 사이의 시간 및 거리의 차이는 속력을 산출하는데 사용된다. 속력들이 주어진 위치에 대해 상이한 주파수들에 대하여 산출되기 때문에, 주파수에 따른 속력이 판정된다.
속력들이 상이한 주파수 대역들에 대하여 제공되기 때문에, 주파수에 의한 전단 속력의 분산이 제공된다. 이러한 분산 곡선 또는 직선의 도함수 또는 다른 특징 또는 커브(curve) 자체는 분산을 나타낸다.
행동(46)에서, 전단 계수, 점도 또는 양자 모두가 추정된다. 전단 또는 전단에 반응하는 조직의 다른 특징들이 추정될 수 있다.
추정은 분석 데이터로부터 도출되는 주파수, 감쇠, 다른 정보 또는 이들의 조합들에 따른 속도에 따른다. 일 실시예에서, 시간에 걸친 주어진 위치에서의 분석 변위의 상이한 주파수 통과 대역들을 위해 산출된 속력들이 사용된다.
다른 변수들의 값들로부터 전단 계수 및/또는 점도를 판정하기 위한 파라미터적(parametric) 곡선 피팅, 역 해법들, 반복 해법들, 또는 다른 접근들이 사용된다. 예컨대, 전단 계수 및 점도는 주파수에 대한 속력의 관계에 대한 곡선 피팅을 통하여 추정된다. 관계는 이하와 같이 표현될 수 있다 :
Figure 112014091013395-pat00001

여기서 ct 는 속력, μ 는 전단 계수, ω 는 각도 주파수, 그리고 η 은 전단 점도이다. 곡선 피팅은 주어진 속력들 및 주파수의 전단 계수 및 점도를 구한다. 다른 해법들 또는 관계 함수들이 사용될 수 있다.
추정은 산출된 해법일 수 있다. 대안적으로, 입력 값들의 패턴 또는 입력 값들로부터 도출된 파라미터들이 경험적인 또는 사전 산출된 관계에 기초한 계수 및/또는 점도를 출력하기 위한 테이블(table)에 입력들로서 사용된다.
프로세서는 각각의 위치 및/또는 관심 영역에 대한 특징을 위한 값을 산출한다. 추정은 상이한 위치들의 분석 데이터로부터의 주파수, 감쇠 또는 다른 정보에 따른 속력을 위해 반복된다. 추정된 특징들은 별개로 사용되거나 위치들보다 더 적은 개수의 값들로 조합될 수 있다. 대안적으로, 특징들은 하나의 위치에 대하여 산출되거나, 다중 위치들에 대한 입력 값들이 각각의 특징에 대한 하나의 값을 추정하는데 사용된다.
행동(48)에서, 추정된 특징의 이미지가 발생된다. 도 2는 예로서 속력, 전단 계수 및 전단 점도에 대한 이미지들을 도시한다. 부가적인, 상이한 또는 더 적은 특징들이 추정되고 디스플레이될 수 있다.
일 실시예에서, 추정된 특징을 나타내는 영숫자(alphanumeric) 값이 스크린(screen) 상에 디스플레이된다. 예컨대, 단일 전단 계수 값은 문자로 디스플레이된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 시간 또는 공간에 걸친 추정된 특징을 나타내는 그래픽(graphic)(예컨대, 곡선 또는 아이콘(icon))이 디스플레이된다. 척도에 대한 기준 또는 다른 기준이 디스플레이될 수 있다.
다른 실시예들에서, 위치에 따른 특징이 2-차원 표현으로 디스플레이된다. 예컨대, 전단파 이미징이 수행된다. 전단파에 대한 조직 반응으로부터 판정되는 전단파 속력, 계수 또는 다른 정보가 디스플레이된다. 임의의 전단 이미징이 사용될 수 있다. 디스플레이된 이미지는 관심 영역에 대한 또는 전체 이미징 영역에 대한 전단파 정보를 나타낸다. 예컨대, 전단 속도 값들은 관심 영역의 또는 시계의 모든 격자점(grid point)들에 대하여 판정될 때, 디스플레이의 픽셀(pixel)들은 이 영역에 대한 전단파 속력들을 나타낸다. 디스플레이 격자는 스캔 격자 및/또는 그에 대해 변위들이 계산되는 격자와는 상이할 수 있다.
전단파 정보는 색상 오버레이(overlay) 또는 디스플레이 값들의 다른 조절(modulation)을 위해 사용된다. 색상, 밝기, 휘도, 색조(hue) 또는 다른 디스플레이 특징이 전단파 속력과 같은 전단파 특징에 따라 조절된다. 이미지는 위치들의 2 또는 3-차원 영역을 나타낸다. 전단 데이터는 디스플레이 형식이거나 디스플레이 형식으로 변환된 스캔일 수 있다. 전단 데이터는 색상이거나 그레이 스케일 데이터(gray scale data)이지만, 그레이 스케일 또는 색상 스케일에 의한 맵핑(mapping)에 앞선 데이터일 수 있다. 정보는 디스플레이 값들에 대해 선형으로 또는 비선형으로 맵핑될(mapped) 수 있다.
이미지는 다른 데이터를 포함할 수 있다. 예컨대, 전단파 정보는 B-모드 정보 상에 또는 이와 함께 디스플레이된다. 문턱값(threshold) 미만의 전단파 속력을 갖는 임의의 위치들에 대한 B-모드 데이터를 디스플레이하는 것과 같은, 동일한 영역 내의 조직, 유체 또는 조영제(contrast agent)들을 나타내는 다른 데이터 또는 B-모드가 포함될 수 있다. 다른 데이터는 사용자가 전단 정보의 위치를 판정하는데 도움을 준다. 다른 실시예들에서, 전단파 특징은 다른 데이터 없이 이미지로서 디스플레이된다.
다른 특징들이 전단파 이미징과 실질적으로 동시에 디스플레이될 수 있다. 실질적으로 시야의 시각적 인식을 고려한다. 충분한 빈도수로 2 개의 이미지들을 순차적으로 디스플레이하는 것은 보는 자들이 이미지들이 동시에 디스플레이되는 것으로 감지하는 것을 허용할 수 있다.
실질적으로 동시 디스플레이를 위해 임의의 형식이 사용될 수 있다. 일 예에서, 전단 속력 또는 계수 이미지는 2-차원 이미지이다. 전단 속력 및/또는 중심 주파수는 문자, 그래프, 2-차원 이미지 또는 값들의 다른 표시기이다. 커서(cursor) 또는 다른 위치 선택이 전단 이미지에 대하여 위치될 수 있다. 커서는 전단파 속력 정보와 연관된 위치의 선택을 나타낸다. 예컨대, 사용자는 상처의 내부 영역, 낭종, 함유물 또는 다른 구조와 연관된 픽셀을 선택한다. 선택된 위치에 대한 하나 또는 그 초과의 다른 특징들이 그 후 값, 실척에 따른 포인터(pointer), 또는 다른 표시로서 디스플레이된다.
다른 실시예에서, 전단파 속력 및 계수 또는 속력 이미지들은 실질적으로 동시에 디스플레이된다. 예컨대, 이중 스크린 디스플레이가 사용된다. 전단파 속력 이미지는 스크린의 하나의 구역에 디스플레이된다. 위치에 따른 속력 또는 계수는 스크린의 다른 구역에 디스플레이된다. 사용자는 분석을 위해 스크린 상의 상이한 이미지들을 볼 수 있다. 부가적인 정보가 사용자가 영역을 진단하는데 도움을 준다.
도 6은 분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 시스템(10)의 일 실시예를 도시한다. 시스템(10)은 도 1의 방법, 도 2의 방법 또는 다른 방법들을 실행한다. 시스템(10)은 전달 빔형성기(beamformer)(12), 변환기(14), 수신 빔형성기(16), 이미지 프로세서(18), 디스플레이(20) 및 메모리(memory)(22)를 포함한다. 부가적인, 상이한 또는 더 적은 구성요소들이 제공될 수 있다. 예컨대, 사용자 입력이 시스템과 사용자의 상호 작용을 위해 제공된다.
시스템(10)은 의학 진단 초음파 이미징 시스템이다. 대안적인 실시예들에서, 시스템(10)은 개인 컴퓨터, 워크스테이션(workstation), PACS 스테이션(station) 또는 동일한 위치에 있는 또는 실시간 또는 추후 획득 이미징을 위한 네트워크(network)에 걸쳐 분배된 다른 설비이다.
전달 빔형성기(12)는 초음파 전달기, 메모리, 진동기(pulser), 아날로그(analog) 회로, 디지털(digital) 회로 또는 이들의 조합들이다. 전달 빔형성기(12)는 상이한 또는 상대적인 진폭들, 지연들 및/또는 페이싱(phasing)으로 복수의 채널(channel)들에 대하여 파형들을 발생하도록 작동 가능하다. 발생된 전기 파형들에 반응하여 변환기(14)로부터 음향 파장들의 전달 시에, 하나 또는 그 초과의 빔들이 형성된다. 전달 빔들의 시퀀스는 2 또는 3-차원 영역을 스캔하도록 발생된다. 섹터(Sector), 벡터®(Vector®), 선형 또는 다른 스캔 형식들이 사용될 수 있다. 동일한 영역이 다회 스캔된다. 플로우(flow) 또는 도플러 이미징을 위해 그리고 전단 이미징을 위해, 동일한 직선 또는 직선들을 따른 스캔들의 시퀀스가 사용된다. 도플러 이미징에서, 시퀀스는 인접한 스캔 직선을 스캐닝하기 전에 동일한 스캔 직선을 따르는 다중 빔들을 포함할 수 있다. 전단 이미징을 위해, 스캔 또는 프레임 인터리빙(frame interleaving)이 사용될 수 있다(즉, 다시 스캐닝하기 전에 전체 영역을 스캔함). 직선 또는 직선의 그룹의 인터리빙이 사용될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 전달 빔형성기(12)는 평면파(plane wave) 또는 더 빠른 스캐닝을 위해 발산파(diverging wave)를 발생한다.
동일한 전달 빔형성기(12)는 변위를 야기하기 위한 음향 에너지를 발생하기 위해 전기 파형들 또는 임펄스 가진들을 발생한다. 음향 방사력 임펄스들을 위한 전기 파형들이 발생된다. 대안적인 실시예들에서, 상이한 전달 빔형성기가 임펄스 가진을 발생하기 위해 제공된다. 전달 빔형성기(12)는 변환기(14)가 푸싱 펄스(pushing pulse)들 또는 음향 방사력 임펄스 펄스들을 발생하는 것을 야기한다.
변환기(14)는 전기 파형들로부터 음향 에너지를 발생하기 위한 어레이이다. 어레이에 대하여, 상대적 지연들이 음향 에너지를 집중시킨다. 주어진 전달 이벤트(event)는 지연들이 주어진 실질적으로 동시에 상이한 요소들에 의한 음향 에너지의 전달에 대응한다. 전달 이벤트는 조직을 변위시키기 위해 초음파 에너지의 펄스를 제공한다. 펄스는 임펄스 가진 또는 추적 펄스이다. 임펄스 가진은 많은 사이클(예컨대, 500 사이클들)을 갖는 파형들을 포함하지만 더 긴 시간에 걸쳐 조직 변위를 야기하기 위해 비교적 짧은 시간에 발생한다. 추적 펄스는 1 내지 5 사이클들을 사용하는 것과 같은 B-모드 전달일 수 있다. 추적 펄스들은 환자의 영역을 스캔하는데 사용된다.
변환기(14)는 압전 또는 용량성 막 요소들의 1, 1.25, 1.5, 1.75, 또는 2-차원 어레이이다. 변환기(14)는 음향 그리고 전기 에너지들 사이의 변환을 위한 복수의 요소들을 포함한다. 수신 신호들은 변환기(14)의 요소들에 영향을 미치는 초음파 에너지(에코들)에 반응하여 발생된다. 요소들은 전달 및 수신 빔형성기(12, 16)들의 채널들과 연결된다. 대안적으로, 기계적 포커스를 구비한 단일 요소가 사용된다.
수신 빔형성기(16)는 증폭기들, 지연들 및/또는 페이스 회전자들, 및 하나 또는 그 초과의 합산기(summer)들을 구비한 복수의 채널들을 포함한다. 각각의 채널은 하나 또는 그 초과의 변환기 요소들과 연결된다. 수신 빔형성기(16)는 각각의 이미징 또는 추적 전달에 반응하여 하나 또는 그 초과의 수신 빔들을 형성하기 위해 상대적 지연들, 페이스들 및/또는 아포디제이션(apodization)을 적용하도록 하드웨어(hardware) 또는 소프트웨어(software)에 의해 구성된다. 수신 작업은 조직을 변위시키는데 사용된 임펄스 가진으로부터의 에코들에 대하여 발생하지 않을 수 있다. 수신 빔형성기(16)는 수신 신호들을 사용하여 공간적 위치들을 나타내는 데이터를 출력한다. 상이한 요소들로부터의 상대적 지연들 및/또는 페이싱 및 신호들의 합산은 빔형성을 제공한다. 대안적인 실시예들에서, 수신 빔형성기(16)는 푸리에 또는 다른 변환들을 사용하여 표본들을 발생하기 위한 프로세서이다.
수신 빔형성기(16)는, 제 2 고조파(harmonic) 또는 전달 주파수 대역에 대하여 다른 주파수 대역에서의 정보를 격리시키기 위한 필터와 같은 필터를 포함할 수 있다. 이러한 정보는 원하는 조직, 조영제 및/또는 유동 정보를 포함할 가능성이 클 수 있다. 다른 실시예에서, 수신 빔형성기(16)는 메모리 또는 버퍼(buffer) 그리고 필터 또는 가산기(adder)를 포함한다. 둘 또는 그 초과의 수신 빔들은 제 2 고조파, 입방 기본파(cubic fundamental) 또는 다른 대역과 같은 원하는 주파수 대역에서의 정보를 격리시키기 위해 조합된다.
전달 빔형성기(12)와의 조정에서, 수신 빔형성기(16)는 상이한 시간들에서의 영역을 나타내는 데이터를 발생한다. 음향 펄스 가진 후에, 수신 빔형성기(16)는 상이한 시간들에서 복수의 직선들을 따른 위치들을 나타내는 빔들을 발생한다. 초음파에 의해 관심 영역을 스캐닝함으로써, 데이터(예컨대, 빔형성된 표본들)가 발생된다. 스캐닝을 반복함으로써, 임펄스 가진 후에 상이한 시간들에서의 영역을 나타내는 초음파 데이터가 획득된다.
수신 빔형성기(16)는 공간적 위치들을 나타내는 데이터가 합산된 빔을 출력한다. 단일 위치, 직선을 따른 위치들, 구역에 대한 위치들, 또는 체적에 대한 위치들에 대한 데이터가 출력된다. 동적 포커싱(focusing)이 제공될 수 있다. 데이터는 상이한 목적들을 위한 것일 수 있다. 예컨대, 상이한 스캔들이 변위를 위해서라기 보다 B-모드 또는 조직 데이터를 위해 수행된다. 대안적으로, B-모드 데이터는 변위를 판정하는데 또한 사용된다. 다른 예로서, 전단 이미징을 위한 데이터가 공유된 스캔들의 시리즈에 의해 획득되며, B-모드 또는 도플러 스캐닝이 별개로 수행되거나 또는 일부의 동일한 데이터를 사용한다.
프로세서(18)는 B-모드 검출기, 도플러 검출기, 펄스형(pulsed) 파장 도플러 검출기, 상관 프로세서, 푸리에 변환 프로세서, 주문형 반도체, 범용 프로세서, 제어 프로세서, 이미지 프로세서, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field programmable gate array), 디지털 신호 프로세서, 아날로그 회로, 디지털 회로, 이들의 조합들 또는 빔형성된 초음파 표본들로부터 디스플레이를 위해 정보를 검출하고 프로세싱(processing)하는 현재 공지된 다른 장치 또는 추후 개발될 장치이다. 일 실시예에서, 프로세서(18)는 하나 또는 그 초과의 검출기들 및 별개의 프로세서를 포함한다. 별개의 프로세서는 제어 프로세서, 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 주문형 반도체, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이, 네트워크, 서버(server), 프로세서들의 그룹, 데이터 경로, 이들의 조합들 또는 변위 판정을 위한, 분석 변위 데이터 계산을 위한, 분석 변위 데이터의 페이스 판정을 위한, 페이스의 제로 크로싱을 위치시키기 위한, 변위의 크기 확인을 위한, 이동 시간 산출을 위한, 전단파 속력, 중심 주파수, 감쇠, 전단 계수, 전단 점도 또는 전단파 전파의 하나 또는 그 초과의 다른 특성들의 산출을 위한, 및/또는 이미지 발생을 위한 다른 현재 공지된 또는 추후 개발될 장치이다. 예컨대, 별개의 프로세서는 도 1 또는 도 2에 도시된 행동들 중 하나 또는 그 초과의 임의의 조합을 수행하도록 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 의해 구성된다.
프로세서(18)는 음향 임펄스 가진에 의해 유도되는 조직 변위를 추정하도록 구성된다. 상관, 추적, 움직임 검출 또는 다른 변위 측정을 사용하여, 조직의 위치의 이동의 양이 추정된다. 추정은 조직이 임펄스로 인해 조직 이동 전으로부터 조직이 이완된 상태(예컨대, 임펄스 가진에 의해 야기되는 응력으로부터 회복됨)로 가장 많이 또는 완전히 복귀된 후까지와 같은, 기간을 통해 다회 수행된다.
프로세서(18)는 분석 변위 데이터를 계산하도록 구성된다. 하나 또는 그 초과의 위치들에 대한 시간에 걸친 변위들은 복잡한 표현으로 변환된다. 예컨대, 힐버트 변환이 위치에 대한 변위 데이터에 적용된다. 크기 및 페이스는 복잡한 표현으로부터 판정될 수 있다.
프로세서(18)는 다양한 위치들의 각각에 대한 페이스의 제로 크로싱을 판정하도록 구성된다. 하나 또는 그 초과의 위치들에 대한 페이스의 기울기가 산출될 수 있다. 피크 크기가 발견될 수 있다. 시간 및 거리의 차이들은 속력을 산출하는데 사용될 수 있다. 전단파의 감쇠 및/또는 분산은 분석 변위 데이터로부터 산출될 수 있다. 전단파의 전단 계수, 전단 점도, 속력, 중심 주파수 또는 다른 특징은 프로세서(18)에 의해 추정된다.
프로세서(18)는 필터를 실행시킨다. 유한 또는 무한 임펄스 반응 필터와 같은, 임의의 필터가 생성된다. 필터의 통과 대역은 프로그램 가능하여 동일한 분석 변위 데이터가 상이한 통과 대역들에 의해 그리고 대응하는 중심 주파수들에 의해 필터링될 수 있다. 전단파의 분산은 필터링을 사용하여 산출된다. 대안적인 실시예에서, 프로세서(18)와는 별개인 하나 또는 그 초과의 필터들이 사용된다. 필터링된 분석 변위 데이터 또는 필터링된 크기 및/또는 페이스는 전단파의 특징들을 추정하는데 사용될 수 있다.
프로세서(18)는 하나 또는 그 초과의 이미지들을 발생하도록 구성된다. 예컨대, 전단파 속력 이미지가 발생된다. 전단파 속력 이미지는 B-모드 이미지 내의 관심 영역 또는 오버레이로서 표현된다. 전단파 속력은 관심 영역의 위치들에서 색상을 조절한다. 전단파 속력이 문턱값 미만일 때, B-모드 정보는 전단파 속력에 의한 조절 없이 디스플레이될 수 있다.
다른 정보가 이미지에 포함되고, 순차적으로 또는 실질적으로 동시에 디스플레이되거나, 또는 대신 사용된다. 예컨대, 전단 계수, 전단 점도 또는 중심 주파수 이미지는 전단파 속력으로서 동시에 디스플레이된다. 각각은 B-모드 이미지들로 관심 영역에서 색상 오버레이로서 발생된다. 속력 및 다른 전단 특징이 하나의 B-모드 이미지 상에 단일 오버레이로서 조합될 수 있다. 대안적으로, 다른 특징이 B-모드 또는 전단파 속력 이미징 이미지 상에 인접한 또는 겹쳐진 문자 또는 수치로서 디스플레이된다. 프로세서(18)는 다른 디스플레이들을 발생하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 전단파 속력 이미지는 다른 전단파 특징의 그래프, 문자 또는 그래픽 표시기들 옆에 디스플레이된다. 전단파 속력 외의 정보가 별개의 2 또는 3-차원 표현이 아니면서 관심 영역의 하나 또는 그 초과의 위치들에 대해 나타난다.
프로세서(18)는 분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 메모리(22) 또는 다른 메모리에 저장된 명령들에 따라 작동한다. 메모리(22)는 컴퓨터 판독 가능한 영구 저장 매체이다. 본원에 논의된 프로세스들, 방법들 및/또는 기법들을 실행하기 위한 명령들은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체 또는 캐시(cache), 버퍼, 램(RAM), 제거 가능한 매체, 하드 드라이브(hard drive) 또는 다른 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체와 같은 메모리들에 제공된다. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체는 다양한 유형들의 휘발성 및 비휘발성 저장 매체를 포함한다. 도면들에 예시되거나 본원에 설명된 기능들, 행동들 또는 업무들은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체 내에 또는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체 상에 저장된 하나 또는 그 초과의 세트들의 명령들에 반응하여 이행된다. 기능들, 행동들 또는 업무들은 특별한 유형의 명령들의 세트, 저장 매체, 프로세서 또는 프로세싱 전략과 독립적이며 단독으로 또는 조합하여 작동하는 소프트웨어, 하드웨어, 집적 회로들, 펌웨어(firmware), 마이크로 코드(micro code) 등에 의해 수행될 수 있다. 마찬가지로, 프로세싱 전략들은 멀티프로세싱(multiprocessing), 멀티태스킹(multitasking), 병렬 프로세싱 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 명령들은 국부적 또는 원격 시스템들에 의해 판독하기 위한 제거 가능한 매체 장치 상에 저장된다. 다른 실시예들에서, 명령들은 컴퓨터 네트워크를 통한 또는 전화선들에 걸친 전송을 위한 원격 위치 내에 저장된다. 또 다른 실시예들에서, 명령들은 주어진 컴퓨터, CPU, GPU 또는 시스템 내에 저장된다.
디스플레이(20)는 2-차원 이미지들 또는 3-차원 표현들을 디스플레이하기 위한 CRT, LCD, 프로젝터(projector), 플라즈마(plasma) 또는 다른 디스플레이이다. 2-차원 이미지들은 구역 내의 공간적 분배를 나타낸다. 3-차원 표현들은 체적 내의 공간적 분배를 나타내는 데이터로부터 만들어진다. 디스플레이(20)는 프로세서(18) 또는 이미지로서 디스플레이될 신호들의 입력에 의한 다른 장치에 의해 구성된다. 디스플레이(20)는 전체 이미지 또는 관심 영역의 상이한 위치들에 대한 전단을 나타내는 이미지를 디스플레이한다.
본 발명이 상기에서 다양한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 많은 변경들 및 수정들이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있는 것이 이해되어야 한다. 따라서 전술한 상세한 설명은 제한보다는 예시로서 간주되도록 의도되며, 모든 등가물들을 포함하는 이후의 청구항들은 본 발명의 사상 및 범주를 정의하도록 의도된 것임이 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 분석 데이터(analytic data)로부터 전단파 추정을 위한 방법으로서,
    음향 방사력 가진(acoustic radiation force excitation)을 환자에게 전달하는 단계;
    상기 음향 방사력 가진으로부터 초래되는 전단파에 반응하여 초음파에 의해 환자 내의 조직의 위치들에서의 변위들을 측정하는 단계;
    상기 측정된 변위들로부터 프로세서(processor)에 의해 시간 도메인(domain) 내의 분석 데이터를 구성하는 단계로서, 상기 분석 데이터는 실제 표현(representation)으로서 상기 측정된 변위들로부터 구성되는 콤플렉스(complex) 표현을 포함하는 것인, 단계;
    상기 분석 데이터로부터 상기 전단파의 특징을 추정하는 단계로서, 상기 전단파의 특징을 추정하는 단계는 분석 데이터로부터의 페이스(phase)들과 함께 또는 페이스들을 제외하고 크기들을 계산하는 단계 및 2 개 이상의 위치들로부터 상기 측정된 변위들에 대한 분석 데이터의 계산된 크기들의 피크(peak) 크기들로부터 그룹(group) 속력을 추정하는 단계를 포함하는 것인, 단계; 및
    상기 특징에 따른 이미지(image)를 디스플레이하는(displaying) 단계를 포함하는,
    분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 방법.
  2. 분석 데이터(analytic data)로부터 전단파 추정을 위한 방법으로서,
    음향 방사력 가진(acoustic radiation force excitation)을 환자에게 전달하는 단계;
    상기 음향 방사력 가진으로부터 초래되는 전단파에 반응하여 초음파에 의해 환자 내의 조직의 위치들에서의 변위들을 측정하는 단계;
    상기 측정된 변위들로부터 프로세서(processor)에 의해 시간 도메인(domain) 내의 분석 데이터를 구성하는 단계로서, 상기 분석 데이터는 실제 표현(representation)으로서 상기 측정된 변위들로부터 구성되는 콤플렉스(complex) 표현을 포함하는 것인, 단계;
    상기 분석 데이터로부터 상기 전단파의 특징을 추정하는 단계로서, 상기 전단파의 특징을 추정하는 단계는 분석 데이터로부터 페이스들을 계산하는 단계 및 시간에 따른 페이스들의 기울기로부터 중심 주파수를 추정하는 단계를 포함하는 것인, 단계; 및
    상기 특징에 따른 이미지(image)를 디스플레이하는(displaying) 단계를 포함하는,
    분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 방법.
  3. 분석 데이터(analytic data)로부터 전단파 추정을 위한 방법으로서,
    음향 방사력 가진(acoustic radiation force excitation)을 환자에게 전달하는 단계;
    상기 음향 방사력 가진으로부터 초래되는 전단파에 반응하여 초음파에 의해 환자 내의 조직의 위치들에서의 변위들을 측정하는 단계;
    상기 측정된 변위들로부터 프로세서(processor)에 의해 시간 도메인(domain) 내의 분석 데이터를 구성하는 단계로서, 상기 분석 데이터는 실제 표현(representation)으로서 상기 측정된 변위들로부터 구성되는 콤플렉스(complex) 표현을 포함하는 것인, 단계;
    상기 분석 데이터로부터 상기 전단파의 특징을 추정하는 단계로서, 상기 전단파의 특징을 추정하는 단계는 분석 데이터로부터 페이스들을 계산하는 단계, 주파수에 따라 속력을 판정하는 단계, 및 속력에 따라 전단 계수를 추정하거나, 점도를 추정하거나, 또는 전단계수와 점도를 추정하는 단계를 포함하는 것인, 단계; 및
    상기 특징에 따른 이미지(image)를 디스플레이하는(displaying) 단계를 포함하는,
    분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 방법.
  4. 분석 데이터(analytic data)로부터 전단파 추정을 위한 방법으로서,
    음향 방사력 가진(acoustic radiation force excitation)을 환자에게 전달하는 단계;
    상기 음향 방사력 가진으로부터 초래되는 전단파에 반응하여 초음파에 의해 환자 내의 조직의 위치들에서의 변위들을 측정하는 단계;
    상기 측정된 변위들로부터 프로세서(processor)에 의해 시간 도메인(domain) 내의 분석 데이터를 구성하는 단계로서, 상기 분석 데이터는 실제 표현(representation)으로서 상기 측정된 변위들로부터 구성되는 콤플렉스(complex) 표현을 포함하는 것인, 단계;
    상기 분석 데이터로부터 상기 전단파의 특징을 추정하는 단계로서, 상기 전단파의 특징을 추정하는 단계는 위치들 각각에 대한 시간에 걸친 상기 측정된 변위들의 최대를 계산하는 단계, 위치들에 걸친 상기 측정된 변위들의 최대들의 기울기를 산출하는 단계 및 기울기로부터 전단파의 감쇠를 추정하는 단계를 포함하는 것인, 단계; 및
    상기 특징에 따른 이미지(image)를 디스플레이하는(displaying) 단계를 포함하는,
    분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 방법.
  5. 분석 데이터(analytic data)로부터 전단파 추정을 위한 방법으로서,
    음향 방사력 가진(acoustic radiation force excitation)을 환자에게 전달하는 단계;
    상기 음향 방사력 가진으로부터 초래되는 전단파에 반응하여 초음파에 의해 환자 내의 조직의 위치들에서의 변위들을 측정하는 단계;
    상기 측정된 변위들로부터 프로세서(processor)에 의해 시간 도메인(domain) 내의 분석 데이터를 구성하는 단계로서, 상기 분석 데이터는 실제 표현(representation)으로서 상기 측정된 변위들로부터 구성되는 콤플렉스(complex) 표현을 포함하는 것인, 단계;
    상기 분석 데이터로부터 상기 전단파의 특징을 추정하는 단계로서, 상기 전단파의 특징을 추정하는 단계는 위치들에 대한 분석 데이터의 페이스 및 크기를 계산하는 단계, 단조 함수 피팅(monotonic function fitting)에 의해 위치들의 페이스들의 제로 크로싱(zero-crossing)들을 발견하는 단계 및 상기 제로 크로싱들로부터 그룹 속력을 추정하는 단계를 포함하는 것인, 단계; 및
    상기 특징에 따른 이미지(image)를 디스플레이하는(displaying) 단계를 포함하는,
    분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 방법.
  6. 분석 데이터(analytic data)로부터 전단파 추정을 위한 방법으로서,
    음향 방사력 가진(acoustic radiation force excitation)을 환자에게 전달하는 단계;
    상기 음향 방사력 가진으로부터 초래되는 전단파에 반응하여 초음파에 의해 환자 내의 조직의 위치들에서의 변위들을 측정하는 단계;
    상기 측정된 변위들로부터 프로세서(processor)에 의해 시간 도메인(domain) 내의 분석 데이터를 구성하는 단계로서, 상기 분석 데이터는 실제 표현(representation)으로서 상기 측정된 변위들로부터 구성되는 콤플렉스(complex) 표현을 포함하는 것인, 단계;
    상기 분석 데이터로부터 상기 전단파의 특징을 추정하는 단계로서, 상기 전단파의 특징을 추정하는 단계는 상이한 통과 대역들을 갖는 복수의 필터(filter)들에 의해 각각의 위치에 대한 분석 데이터를 필터링하는(filtering) 단계, 통과 대역들의 각각에 대한 속력을 산출하는 단계, 및 통과 대역들의 주파수들에 따른 속력으로부터 전단 계수 및 점도를 추정하는 단계를 포함하는 것인, 단계; 및
    상기 특징에 따른 이미지(image)를 디스플레이하는(displaying) 단계를 포함하는,
    분석 데이터로부터 전단파 추정을 위한 방법.
  7. 분석 데이터로부터 전단파 추정을 위해 프로그램된 프로세서(programmed processor)에 의해 실행 가능한 명령들을 나타내는 데이터(data)를 그 안에 저장하는 비일시적인(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(computer readable storage medium)로서, 상기 저장 매체는 :
    음향 방사력 가진으로부터 초래되는 전단파에 반응하여 초음파에 의해 환자 내의 조직의 위치들에서의 실제 변위 데이터를 측정하는 단계(32);
    상기 실제 변위 데이터로부터 분석 변위 데이터를 구성하는 단계(34);
    상기 위치들의 각각에 대한 콤플렉스(complex) 변위 데이터의 페이스들을 계산하는 단계(38);
    상기 페이스들의 제로 크로싱들로부터 전단파 속력을 추정하는 단계(36); 및
    상기 전단파 속력을 나타내는 이미지를 발생하는 단계(48)를 위한 명령들을 포함하는,
    비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 분석 변위 데이터를 구성하는 단계(34)는 위치들의 각각에 대한 시간에 따른 실제 변위 데이터에 힐버트 변환을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 콤플렉스(complex) 변위 데이터의 페이스들을 계산하는 단계(38)는 위치들의 각각에 대한 시간에 따른 페이스를 계산하는 단계(38)를 포함하는,
    비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 전단파 속력을 추정하는 단계(36)는 위치들의 각각에 대한 제로 크로싱의 시간을 판정하는 단계, 및 위치들 사이의 거리 그리고 제로 크로싱들의 시간들의 차이에 따라 전단파 속력을 추정하는 단계(40)를 포함하는,
    비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 전단파 속력을 추정하는 단계(36)는 단조 함수에 대한 페이스의 피트(fit)로부터 제로 크로싱들을 판정하는 단계를 포함하는,
    비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  11. 제 7 항에 있어서,
    시간에 따른 페이스들의 기울기에 따른 전단파의 중심 주파수를 산출하는 단계(42)를 더 포함하는,
    비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  12. 분석 데이터로부터 전단파 추정을 위해 프로그램된 프로세서(programmed processor)에 의해 실행 가능한 명령들을 나타내는 데이터(data)를 그 안에 저장하는 비일시적인(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(computer readable storage medium)로서, 상기 저장 매체는 :
    음향 방사력 가진으로부터 초래되는 전단파에 반응하여 초음파에 의해 환자 내의 조직의 위치들에서의 실제 변위 데이터를 측정하는 단계(32);
    상기 실제 변위 데이터로부터 분석 변위 데이터를 구성하는 단계(34)로서, 상기 분석 변위 데이터는 상기 실제 변위 데이터의 변위들의 콤플렉스(complex) 표현을 포함하는 것인, 단계;
    상이한 주파수들에서 분석 변위 데이터를 필터링하는 단계(43);
    상기 주파수들에 따라 전단 속력들을 산출하는 단계(40); 및
    상기 주파수들에 따라 전단 속력들로부터 전단 계수를 추정하거나, 점도를 추정하거나, 또는 전단 계수와 점도를 추정하는 단계(44)를 위한 명령들을 포함하는,
    비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 분석 변위 데이터를 구성하는 단계(34)는 위치들의 각각에 대한 시간에 따른 실제 변위 데이터에 힐버트 변환을 수행하는 단계를 포함하는,
    비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 분석 변위 데이터를 필터링하는 단계(43)는 상이한 중심 주파수들을 갖는 복수의 대역 통과 필터(band pass filter)들에 의해 필터링하는 단계를 포함하며, 상기 전단 속력들을 산출하는 단계(40)는 중심 주파수들 및 위치들의 각각에 대한 페이스들의 제로 크로싱들에 따라 산출하는 단계를 포함하며, 전단 계수, 점도 또는 전단 계수 및 점도를 추정하는 단계(44)는 파라미터적(parametric) 곡선 피팅(curve fitting)을 수행하는 단계를 포함하는,
    비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
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