用于测量生物组织的粘弹性质的设备及使用该设备的方法

专利名称：用于测量生物组织的粘弹性质的设备及使用该设备的方法
技术领域：
本发明涉及用于测量生物组织的粘弹性质的设备及使用该设备
的方法。
背景技术：
弹性成像执行生物组织的粘弹性质(下文称作VP)的非侵入测
量，从而能够进行与例如器官(诸如肝脏、皮肤或血管)相关的治 疗的诊断、筛查或跟踪。
例如，在Echosens公司于2004年5月3日提交的专利申请FR 2869521中描述了这种方法，其内容结合于此申请作为参考。
参照图1，可以按以下三个步骤来4丸行实现该方法的设备10的 操作
第一步，设备IO获取超声数据并将其存储在存储器中。
如此，通过 一 个或多个换能器使超声波被放射进入所观察组织中。
每个超声波的放射(下文称作发射)随着所放射的超声波在包 括扩散微粒的生物组织中传播而生成反射超声波。
关于反射超声波的数据可以被设备10所收集，在发射i期间来 自所反射超声波的数据形成被存储在专用存储器Mi中的超声线Li。
包4舌发射序歹'JT1、 T2、 T3、 T4、 T5、…Tn的VP观'J量对争有的n 条超声线L^ L2、 L3、 L4、 L5、…U的集合称作通过使用存储器Ml、 M2、 M3、 M4、 M5、 ...Mn所存储的获取物1A。
第二步2，将获取物1A传送至第一计算器5。该传送使得获取 物1A通过使用专用于随后描述的计算的部件被处理。
第三步，传送由处理计算得到的结果，从而产生所观察生物组
5织的VP Eil。为了获得这些E值，设备10必须执行中间计算的系列4，目的 在于根据所观察组织相对于执行放射的换能器的距离和/或超声波的 接收而获得所观察组织的位移的表ID,其中，换能器以小于500 Hz 的低频运动而运行。该距离在下文也称作"深度"。为此，第一计算器5确定换能器相对于所观察组织的相对位移 的参数的表1B。然后，计算器6使用相对位移参数的该表IB来校正获取物1A 以及获得补偿换能器的相对位移的校正获取物1C 。最后，计算器7基于校正获取物1C确定所观察组织特有的组织 位移的表1D。该组织的位移在下文称作固有位移。可通过称为自相关、交互相关的技术或者更一般地通过用于由 超声信号测量位移的任何技术来执行该操作。由该固有位移的表1D,可通过计算器8来确定所观察组织的VP 的E测量。本发明由观察这种设备IO所呈现的缺点而得到。具体地，该设 备需要相对较大尺寸的大量存储器Mi以存储获取物1A、相对位移 参数的表1B、校正获取物1C和/或固有位移的表1D。在这种情况下，这些存储器的成本和尺寸较大，尤其归因于它 们要求用于高速数据处理(几兆字节/秒)的装置的事实。因此，装 配有这些存储器的设备10的成本和体积成比例地增加。此外，必须在设备10中管理大量数据传送。由此，设备10包 括大量数据传送设备，从而进一步增加了其成本和体积。此外，这些计算和传送要求在超声发射的序列的放射与相关联 的VP测量的接收之间明显较长的时间。例如，获取物1A的存储一般要求在一维脉沖弹性成像中大约 100mm最大深度的大约100 ms的持续时间。此外，用于在设备10内要求的传送数据和执行各种计算所需的 持续时间通过考虑到单个深度轴而达到几秒。最后，将被传送的数据被集中到一起，并且一般呈现几兆字节 的量。这些数据组的快速传送要求以高成本使用高速连接，而低速 连接的使用使传送时间增加几秒。
一般地，大小为4兆字节的获取物1A的传送2要求10 mbps连接的3.4秒。发明内容本发明的目的在于解决先前所指出问题中的至少一个。因此， 本发明涉及用于使用当剪切波通过生物组织时由组织反射超声波的 处理来测量生物组织的VP的设备，该设备包括装置用于利用超声线形成获取物，使得每条超声线均包括关于通过相同 发射的反射而生成的超声波的数据；以及确定关于超声换能器相对于组织的位移的参数，该设备的特征 在于，该设备包括在来自相同获取物的第二超声线的获取物之前通 过使用相对参数处理处理获取物的第 一 超声线以由这些第 一 线确定 生物组织的固有位移的装置。通过这种设备，可以在获取期间(也就是说，当形成来自相同 获取物的线时)处理超声线。因此，由于符合本发明的设备可以在形成获取物的第 一 线时就 开始处理获取物的线，所以大大较少了获取处理时间。提醒一下，根据现有技术，当形成获取物的最后一条线时，开 始该获耳又物的处理。通过本发明，在形成获取物的最后一条线之前，已经处理了该 获取物的大量线。因此，显著减少了用于获得所观察组织的固有位 移的测量所需的时间。一般地，通过考虑两条线的处理时间a(cal)和获取物的线数n， 现有技术最早在从获取结束开始大于(n-l"a (cal)的时间之后执行 获取结束，数据传送时间视为零。在相同条件下，符合本发明的设备可以在从获取结束开始计大 约a (cal)的时间之后完成获取物的处理。符合本发明的设备还呈现出显著减少存储器数量以及用于处理 线所需的数据传送的优,#、。事实上，可以实现有限大小的存储器以存储减小数量的线，因 为仅必须存储被处理和/或获取的线。事实上，已被处理的线的存储不是必须的，并且分配给这种已 处理线的存储器可以被释放并被分配给其他线。在 一 个实施例中，该设备包括用于计算对于给定时间和深度所 固有的位移的装置。根据 一 个实施例，该设备包括用于确定各种固有位移以利用这 些固有位移形成至少一个时间顺序表的装置，表的每一列均为测量 固有位移的深度的函数。在 一 个实施例中，该设备包括使固有位移的计算时间小于分隔 两个连续超声发射的时间的装置。根据 一 个实施例，该设备包括使分配给第 一 超声线的存储器在 处理之后可用以存储后续超声线的装置。在 一 个实施例中，该设备包括使仅对应于正在进行的固有位移计算的两条线以及被获取的线(Ln+2)被该设备存储的装置。根据实施例，相同的计算器同时执行与超声线形成和固有位移 计算有关联的操作。在 一 个实施例中，该设备包括使所处理的超声线来自单个放射 器/接收器元件的装置。根据 一 个实施例，该设备包括使超声线由于至少 一 个包括若干 元件的换能器的电子聚集而形成的装置。在一个实施例中，该设备包括通过至少使用以下内容计算换能 器相对于所观察组织的相对位移的装置一个外部物理测量，诸如所述换能器相对于给定基准的位置，生物物理测量的成形，诸如从心率或呼吸率获得的信号，或由超声数据执行的计算。在一个实施例中，该设备包括使固有位移表示或源自以下元素的8至少一个的装置位移的测量、速度、变形速度和变形测量。根据 一 个实施例，该设备包括并发处理在不同几何轴上执行的不同获取物的装置。在一个实施例中，该设备包括连续执行测量的装置。本发明还涉及实现符合先前实施例中的 一 个的设备的方法。本发明还涉及专用于通过弹性成像测量生物组织的VP的探针，其特征在于，该探针包括符合先前实施例之一的设备。


本发明的其他特征和优点将通过参照附图根据以下执行的本发 明实施例的描述而变得显而易见，其中，本发明的实施例是用于说 明且不被用于限制的目的，附图中图1已经被描述，为已知VP测量设备的流程图，图2示出了在获取期间实现的不同时间，图3是符合本发明的VP测量设备的流程图，图4a和图4b是符合本发明第二实施例的VP测量设备的流程 图，以及图5是根据本发明的VP测量设备的电路图。
具体实施方式
符合本发明的设备通过弹性成像，即，使用当剪切波通过生物 组织时超声波被这些组织反射的处理来测量生物组织的V P 。参照图2，这种设备使用频率一般在lMHz和10MHz之间，更 一般地，在O.l MHz和40 MHz之间的超声波的发射Tl、T2、T3、…Tn。通过考虑在0.1 ms和2 ms之间，更一般地，在0.05 ms和10 ms 之间的在每个发射之间的时间△ (shot)来执行这些发射。在每个发射之后，关于被发射T1、 T2、 T3、…Tn反射的波的数 据用于形成在50 ps和100 ps之间，更一般地，在5 ps和1000 jis 之间的持续时间A(line)的线Ll、 L2、 L3、..丄n。9还应该注意，由关于弹性剪切波的传播的参数的测量(诸如剪切速度或粘性，其中，速度通常在1 m/s和10m/s之间，更一般地， 在0.1 m/s和20 m/s之间)来执行介质的VP测量。通过实例，所测量的VP可以是通过使用以下等式由用Vs表示 的剪切速度测量获得的用(i表示的剪切模量|a = pVs2其中，p为所研究介质的密度。可通过任意手段生成这些剪切波，诸如置于组织表面的电动换 能器、用于通过辐射压力远程地转移组织的超声换能器或者与生物 物理活性(诸如心脏或呼吸活性)联系的组织内在的运动。在本发明的第 一 变型例中，符合本发明的设备包括计算和传送 装置，使得该设备可以通过包括两条连续形成的线Ll和L2的部分 获取物，在计算周期A(call)期间确定关于换能器相对于所观察组织的位移的参数，校正的部分获取物，以及固有位移，该计算周期△ (call)小于在两个连续发射之间的时间△ (shot)减 少用于形成线所需的时间A(line)。在这种情况下，在图2中用虚线表示，符合本发明的设备可以 通过使用两个存储器Ml和M2来处理线，使得每个存储器都专用于 单条线的形成。通过重复这些操作，符合本发明的设备在形成第二线时处理两 条第一线的固有位移。事实上，存储器L1的内容可以被随后关于所处理线Ll和L2形 成的新线L3特有的数据所代替。因此，对于线L2和L3，可以类似 于线Ll和L2确定关于位移的第二参数，第二校正的部分获取物，以及第二固有位移。如已经指出的，这种操作节省了许多时间，并需要减少的数据 处理和传送装置，因为线在其形成时被处理。如图2中的实线所示，本发明的第二变型例可以在计算时间△ (cal2)大于发射时间A(shot)减少线形成时间A(line)时被具体实施。在这种情况下，符合本发明的设备可以通过在一个存储器中存 储形成中的线而在另外两个存储器中存储已被形成和正被处理的两 条线来利用三个存储器Ml、 M2和M3进行操作。更具体地，图3中的这种设备30包括使用具有超声数据的线L!、 L2和L3的部分获取物3a的装置。应该注意，该部分获取物3a使用相对于根据现有技术的获取物 1A所需的存储器减小大小的存储器。有效且符合本发明，在由相同获取物形成第二线之前，第一超 声线"和L2通过关于换能器相对于组织的位移的参数3b被处理。为此，设备30包括计算器35，通过确定关于在相关超声换能器 (一般地，超声波放射器/接收器换能器)与所观察组织之间的位移 的参数3b来处理限于这些第一线Li和L2的部分获取物3a(Ll) 3a(L2)。此外，设备30包括计算器36，确定校正的部分获取物3c(Ll) 3c(L2)，其允许通过使用计算器37使生物组织的固有位移3d(Ll)在 时间t和深度z获得。通过计算器38使用线的连续处理，可以获得不同的固有位移 3d(Li),以逐渐形成与根据现有技术形成的表1D (在图1中示出) 类似的表3D。更精确地，表3D的每列均包含为相同发射测量的固有位移，因 此，在由t表示的给定时间，根据以z表示的深度测量该固有位移 3D。然而，用于获得该表所需的计算时间大大减少，因为其在形成 和处理线时^皮^U亍。此外，用于存储关于已被处理的第一超声线L,的数据的存储器可以成为可用。
在一个实施例中，相同的计算器36执行与超声线Li和L2的存
储联系的同步操作，并由这些线计算固有位移。
为了这个目的，该计算器并发接收关于这些线"和L2的数据，
然后，通过计算器35对后者确定关于位移的参数3b。
参照图4a和图4b,描述符合本发明的超声线处理方法的第二实
施方式。
才艮据该方法，5个存储器M0、 Ml、 M2、 M3和M4用于存储关 于包括m条线的获取物的数据线Li。因此，i在l和m之间变化。
图4a示出了当形成线L(n+4)时对存储器MO、 Ml、 M2、 M3和 M4的使用。在该阶段
存储器MO专用于线L(n+4)的获取或形成。
存储器M1和M2分别专用于线Ln和Ln+l。后者被处理以通过 校正的部分获取物4c(Ln) 4c(Ln+l)来确定固有位移4d(Ln)。
存储器M3和M4分别专用于线Ln+2和Ln+3，这些线被处理以 确定关于位移的参数4b(Ln+2)。
应该注意，在计算的该阶段，在线Ln和Ln+l的前一步骤期间， 计算并存储了关于位移的参数4b(Ln+l)。
图4b示出了当形成线L(n+5)时对存储器MO、 Ml、 M2、 M3和 M4的使用。在该阶段，线Ln不再需要并且可以被消去，使得
存储器Ml专用于线L(n+5)的获取。
存储器M2和M3仍然存储线Ln+1和Ln+2，它们此后用于通过 使用先前为这两条线计算并存储的相对位移参数4b(Ln+l)来确定固 有位移4d(Ln+l)。
存储器M4和MO分别专用于此后用于确定相对位移参数 4b(Ln+4)的线Ln+3和Ln+4。
在计算的该阶段，由线Ln+2和Ln+3确定的相对位移参数在 先前步骤中计算了并被存储。
总的来说，存储器MO、 Ml、 M2、 M3和M4被顺序分配用于线的形成、用于计算关于位移的参数的线的存储或者用于计算固有 位移的线的存储。
应该注意，符合本发明的设备非常紧凑，与在专用单位上必须 与探针偏离的根据现有技术的设备10相比，使其能够位于探针头内。
与设备位置独立地，用于形成线的换能器可以呈现一个或多个 元件，用于将被生物组织反射的超声波转换为电信号。
当使用多个元件时，由于通过利用包括若干元件的至少一个换 能器形成通道获得的电子聚集，可以形成这些超声线。
此外，在所描述的实施例中，通过由超声数据执行的计算来获 得换能器相对于所观察组织的相对位移。
然而，还可以通过外部物理测量(诸如所述换能器相对于给定 基准的位置)来确定该相对位移，或者通过使生物测量成形(诸如 从心率或呼吸率获得的信号)来确定该相对位移。
还可以通过根据各种参数确定组织的固有位移来实现本发明
不同的变型例，诸如以下参数中的至少一个或这种参数的导数位 移的测量、速度、变形速度或变形测量。
统线进行处理来实现。在这种情况下，可以同时获得不同的相对位 移参数，以获得如图3所示的固有位移3d。
获取时间减少使得可以在放射最后的发射的同时实际测量VP。
这种速度增加了设备使用的方便性，并且使不同的操作程序被 适当地进行。例如，可以适当地进行"顺序"操作程序，使得设备 执行有限次数的获取，或者"连续"或"实时"操作程序，使得设 备连续测量所观察组织的VP值。
有利地，该设备包括视觉显示器，在其上显示介质的VP。后
者可以在以多种形式产生获取物时被更新，例如，通过保持瞬时值、 通过保持从获取开始的中间值或平均值、通过保持从固定持续时间
(例如，2秒)开始的中间值或平均值。通过使用图5在下面描述符合本发明的设备50的示图。 设备50包括线性电机49b，其允许单元件超声换能器48b的
位移。因此，如现有技术，超声换能器被用作根据超声用于生成低
频弹性波的点和用于使该波可见的工具。电子系统还包括放大器
49a，使电机49b具有足够的能量来生成弹性波。
放大器48a使换能器48b具有足够的能量来生成超声声波。 电子系统还包括前置放大以及滤波系统47和模数转换器46,
以将在本发明中描述的超声线提供给计算器41 。
计算器41使以下元件合并在同一物理部件中
获取控制器44,使超声发射的序列和弹性波的放射得到控制。
位移计算器42，通过本专利实施所描述的本发明。
可选地，弹性计算器43,使用来自42的数据以获得所期望的
弹性测量。
可选地，计算器41还可以包括用户接口 45的管理，使得装置 的所有计算函数集成在非常小的体积内。
因此，具体地，所描述的设备使所有将被集成的函数与其换能 器接近。这使得尽可能地限制数据的传送和中间存储。这表现出许 多优点，尤其在设备总的紧凑度以及所测量信号的成本或质量方面。
通过连续或不连续的两条以上的线，本发明能够进行变化，尤 其通过执行各种操作，诸如相对位移参数的确定。
在一种变型中，设备包括若干换能器或元件，使得对应于发射 i的超声线为根据时间从不同元件组接收的数据所形成的矩阵。
在一种变型中，设备与诸如由Echosens公司于2006年6月15 提交的专利申请FR 0652140中描述的换能器相关联，其内容结合于 此申请作为参考。
这种设备处理在多个几何轴上并发执行的多个获取物。
上面通过实例描述了本发明。应该理解，在不背离本发明的范 围的情况下，本领域的技术人员可以执行用于测量人体或动物器官 的弹性的设备和方法的不同变型例，尤其通过将所述设备和/或方法
14与内窺镜检查、腹腔镜检查或活组织检查设备和/或方法或者任意其 他类似的设备和/或方法相结合。
权利要求
1.一种设备(30，50)，用于根据当剪切波通过生物组织时超声波被这些组织反射的处理来测量所述生物组织的粘弹性质，所述设备包括用于形成数据的线(L1，L2，L3)的装置(M1，M2，M3)，使得每条线(L1，L2，L3)都包括关于从相同发射(T1，T2，T3)反射的所述超声波的数据，用于确定关于在所述组织与放射所述发射(T1，T2，T3)的换能器之间的位移的参数(3b)的装置(35)，以及用于由形成获取物(3a)的线(L1，L2，L3)的集合计算介质的固有位移的装置(37)，其特征在于，所述设备包括在由相同获取物(3a)形成第二超声线(L3)之前或期间通过使用相对参数(3b)处理第一超声线(L1，L2)以由这些第一线确定所述生物组织的固有位移(3d(L1))的装置(36)。
2. 根据权利要求1所述的设备(30, 50),其特征在于，所述(3d(L1))的装置。
3. 根据权利要求1或2所述的设备(30, 50)，其特征在于， 所述设备包括用于利用不同的固有位移(3d(L1))形成时间顺序表(3D)的装置，使得所述表(3D)的每一列或行均为测量所述固有 位移(3d(L1))的深度的函数。
4. 根据权利要求3所述的设备(30, 50 )，其特征在于，所述 设备包括使固有位移(3d(L1))的计算时间(A(call))小于分隔两 个连续超声发射(Tl， T2)的时间(A(shot))的装置。
5. 根据权利要求4所述的设备(30， 50),其特征在于，所述 设备包括使分配给第一超声线(Ll)的存储器(Ml)在其处理之后 可用以存储第二后续超声线(L3)的装置。
6. 根据权利要求5所述的设备(30, 50 ),其特征在于，所述 设备包括利用专用于固有位移计算的两个第一存储器(Ml， M2)以 及存储正被获取的线(L3)的第三存储器(M3)处理超声波的装置。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的设备(30, 50 )，其特征 在于，相同计算器同时执行与形成超声线和计算固有位移联系的操 作。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的设备(30， 50),其特征 在于，所述设备包括使超声线(LI, L2, L3)来自相同放射器/接收 器元件的装置。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的设备(30， 50),其特 征在于，所述设备包括使所述超声线由于至少 一个包括若干元件的 换能器的电子聚集而形成的装置。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的设备(30， 50)，其特征 在于，所述设备包括通过至少使用以下内容计算所述换能器相对于 所观察组织的相对距离的装置一个外部物理测量，诸如所述换能器相对于给定基准的位置， 生物测量的成形，诸如从心率或呼吸率获得的信号，或 由超声数据执行的计算。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的设备(30， 50),其特征 在于，所述设备包括使所述固有位移(3d(Ll))表示或源自以下元素 的至少一个的装置位移的测量、速度、变形速度或变形测量。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的设备(30， 50)，其特征装置。
' '^ 、" 。 ' 、5 '
13. 根据前述权利要求中任一项所述的设备(30， 50),其特征 在于，所述设备包括连续地执行连续测量的装置。
14. 一种方法，用于根据当剪切波通过生物组织时超声波被这些 组织反射的处理来测量所述生物组织的粘弹性质，所述方法的特征 在于，使用符合权利要求1至13中任一项权利要求的设备，并且所述方法包括使用装置(Ml, M2, M3)形成数据的线(Ll， L2, L3 )的步 骤，使得每条线(Ll, L2， L3)都包括关于从相同发射(Tl， T2， T3)反射的所述超声波的数据，使用装置(35)确定关于在所述组织与放射发射(Tl, T2, T3) 的换能器之间的位移的参数(3b)的步骤，使用装置(37)由形成获取物(3a)的线(Ll， L2, L3 )的集合计算介质的固有位移的步骤，以及使用装置(36)在由相同获取物(3a)形成第二超声线(L3)之 前或期间通过使用相对参数(3b)处理两条第一超声线(Ll, L2) 以由这些第一线确定所述生物组织的固有位移(3d(L1))的步骤。
15. —种探针，用于通过弹性成像进行生物组织的VP测量，其 特征在于，所述探针包括符合权利要求1至13中任一项的设备。
全文摘要
本发明涉及用于使用当剪切波通过生物组织时超声波被这些组织反射的处理来测量生物组织的粘弹性质的设备(30，50)，其中，所述设备包括用于形成包括关于来自相同发射的反射超声波的数据的线(L1，L2，L3)的装置(M1，M2，M3)；用于确定关于在组织与放射发射的换能器之间的位移的参数(3b)的装置；以及用于根据定义获取物(3a)的线(L1，L2，L3)的集合计算介质的固有位移(3d)的装置(36)。根据本发明，该设备的特征在于，其包括用于在形成该相同获取物(3a)的第二超声线(L3)之前或期间使用相对参数(3b)处理第一超声线(L1，L2)以确定生物组织的固有位移(3d)的装置。
文档编号A61B8/08GK101657159SQ200880009198
公开日2010年2月24日 申请日期2008年3月20日 优先权日2007年3月21日
发明者L·桑德兰, S·约恩 申请人:回波检测公司