通过利用超声换能器元件的子群发射超声来进行剪切波弹性成像的系统和方法
【专利摘要】利用推进和/或检测超声波束进行剪切波弹性成像的系统和方法，其中超声波束是由超声换能器中可用数目的换能器元件的子集生成的。这些技术与目前可用的剪切波弹性成像方法相比提供了一些优势，包括能够利用标准、低帧频超声成像系统以及能够贯穿整个视场、而不是仅那些未生成推进波束的区域来测量剪切波速。
【专利说明】通过利用超声换能器元件的子群发射超声来进行剪切波弹 性成像的系统和方法 相关申请的交叉引用
[0001] 本申请要求于2012年10月7日提交的、名称为"用于利用低帧频成像器来进行 剪切波弹性成像的系统和方法（SYSTEM AND METHOD FOR SHEAR WAVE ELASTOGRAPHY WITH LOW FRAME RATE IMAGERS)"的美国临时专利申请序列号61/710, 744的权益。 关于联邦政府资助研究的声明
[0002] 本发明在国家卫生学院授予的EB002167和DK082408政府支持下完成。政府在本 发明中具有一定的权利。
【背景技术】
[0003] 本发明的领域是用于超声成像的系统和方法。更加特别地，本发明涉及利用超声 进行剪切波弹性成像（elastography)的系统和方法。
[0004] 剪切波能够用于评估组织的粘弹性，它是组织病理学的灵敏生物标记。为了进行 二维超声剪切波弹性成像，需要帧频为几千赫的超声成像系统来捕获快速移动的剪切波。 利用常规的超声成像系统是不可行的，其通常具有小于IOOHz的帧频，并且二维图像一行 一行地形成。因而，需要提供一种能够利用常规超声成像系统进行二维剪切波弹性成像的 系统和方法。
【发明内容】
[0005] 本发明通过提供一种利用具有超声换能器的超声系统来测量对象的机械特性的 方法而克服了上述缺陷，其中超声换能器包括多个换能器元件。至少在对象中引起一个剪 切波，并且从对象获得弹性成像数据。弹性成像数据是通过下列步骤而获得的：将超声换能 器中的换能器元件划分成换能器元件的多个子群；相继地利用换能器元件的不同子群发射 一组超声波束，从而相继地传递超声至对象中的不同区域；并且以脉冲重复频率来重复该 过程，从而每组超声波束以该脉冲重复频率有效地重复。随后从所获得的弹性成像数据，能 够计算对象的机械性质。
[0006] 本发明的另一方面是提供一种利用具有超声换能器的超声系统来测量对象的机 械特性的方法，其中超声换能器包括多个换能器元件。通过将超声换能器中的换能器元件 划分成换能器元件的多个子群并发射多个聚焦超声波束，在对象中引起至少一个剪切波， 每个聚焦超声波束由换能器元件的单个子群来发射。通过将检测超声波束传送到对象中并 接收所响应的回波信号，从对象获得弹性成像数据。然后利用所获得的弹性成像数据来计 算对象的机械特性。
[0007] 本发明的前述和其它方面和优势将从下面描述而变得明显。在说明书中中，参照 形成说明书一部分的附图，并且在附图中以示出本发明优选实施方式的方式示出。然而这 些实施方式并不一定代表本发明的整个范围，并因而参照权利要求书以及在这里解释了本 发明的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1是多个超声波束集的示意图,每个包含由超声换能器发射的多个超声波束；
[0009] 图2是利用图1的多个超声波束集的脉冲时序图的实例；
[0010] 图3是利用插值法来对准不同超声波束集的时间网格的实例；
[0011] 图4是剪切波波阵面的延迟时间的实例；
[0012] 图5是剪切波波阵面的另一延迟时间的实例；
[0013] 图6是以梳状模式同时发射的多个聚焦超声推进波束的示意图；
[0014] 图7是沿横向快速平移以产生剪切波的聚焦超声推进波束的示意图；以及
[0015] 图8是同时发射的多个聚焦超声推进波束的示意图，其中每个超声推进波束由不 同尺寸的换能器元件的子群产生。
【具体实施方式】
[0016] 这里描述了利用推进和/或检测超声波束进行剪切波弹性成像的系统和方法，超 声波束是由超声换能器中的可用数目的换能器元件的子集产生的。这些技术相比目前可用 的剪切波弹性成像方法而言提供了多种优势，包括能够利用标准、低帧频超声成像系统以 及能够测量整个视场、而不仅是那些未生成推进波束的区域的剪切波速。
[0017] 高端的常规超声成像系统能够利用平行波束形成对来自单次传送的多条线进行 成像。超声成像的脉冲重复频率（PRF)和脉冲重复间隔（PRI)由图像的最大深度来确定。 设定成像深度为30_，往返超声传播时间为 ：
【权利要求】
1. 一种利用具有超声换能器的超声系统来测量一对象的机械特性的方法，其中所述超 声换能器包括多个换能器元件，该方法包括以下步骤： a) 在对象中引起至少一个剪切波； b) 通过以下步骤获得来自对象的弹性成像数据： i) 将超声换能器中的换能器元件划分为换能器元件的多个子群； ii) 利用换能器元件的不同子群连续地发射一组超声波束，从而连续地发射超声至对 象中的不同区域； iii) 以一脉冲重复频率来重复步骤ii)从而每个超声波束集以脉冲重复频率有效地 重复；以及 c) 利用获得的弹性成像数据计算对象的机械特性。
2. 如权利要求1所述的方法，其中步骤c)包括当计算机械特性时考虑连续的超声波束 集的发射之间的时间偏移。
3. 如权利要求2所述的方法，其中考虑时间偏移包括：将利用相同的超声脉冲子集但 在步骤b)ii)的不同的重复中所采集的数据插值到共同的时间网格。
4. 如权利要求2所述的方法，其中步骤c)中的计算机械特性包括：通过利用峰值时间 和互相关方法中的至少一种方法估计所述至少一个剪切波中的检测点之间的时延，来计算 剪切波速。
5. 如权利要求4所述的方法，其中计算时延包括考虑时间偏移。
6. 如权利要求1所述的方法，其中多个不同区域中的至少一些区域至少部分地重叠。
7. 如权利要求1所述的方法,其中每个连续发射的超声波束集是由与发射前一超声波 束集的换能器元件子群空间相邻的一换能器元件子群发射的。
8. 如权利要求1所述的方法，其中每个超声波束集包括多个并行形成的超声波束。
9. 如权利要求8所述的方法，其中多个超声波束中的每一个都是聚焦超声波束。
10. 如权利要求8所述的方法，其中多个超声波束中的每一个在对象中的不同位置处 对至少一个剪切波的运动进行采样。
11. 如权利要求1所述的方法，其中步骤b)是利用具有低于1千赫兹的帧频的超声系 统来进行的。
12. 如权利要求11所述的方法，其中超声系统具有低于100赫兹的帧频。
13. 如权利要求1所述的方法，其中步骤a)包括发射多个聚焦超声波束进入对象，多个 超声波束中的每一个由不同的换能器元件子群生成。
14. 如权利要求13所述的方法，其中多个聚焦超声波束跨过超声换能器的表面均匀间 隔开。
15. 如权利要求14所述的方法，其中步骤c)包括对步骤b)中采集的弹性成像数据施 加方向滤波，从而使得以不同方向传播的剪切波之间的干涉大幅减轻。
16. 如权利要求13所述的方法，其中通过利用第一换能器元件子群在第一时刻发射聚 焦超声波束并在连续不同的时间点平移聚焦超声波束至空间相邻的换能器元件子群，来发 射多个聚焦超声波束。
17. -种利用具有超声换能器的超声系统来测量一对象的机械特性的方法，其中所述 超声换能器包括多个换能器元件，该方法包括以下步骤： a) 通过以下步骤在对象中引起至少一个剪切波： i) 将超声换能器中的换能器元件划分为多个换能器元件子群； ii) 发射多个聚焦超声波束，每个聚焦超声波束是由单个换能器元件子群发射的； b) 通过发射检测超声波束至对象中并接收响应于此的回波信号，获得来自对象的弹性 成像数据；以及 c) 利用获得的弹性成像数据来计算对象的机械特性。
18. 如权利要求17所述的方法，其中步骤a) ii)包括同时发射多个聚焦超声波束。
19. 如权利要求17所述的方法，其中步骤a) ii)包括每次发射一个聚焦超声波束，并且 其中每个连续发射的聚焦超声波束是由与生成前一个聚焦超声波束的换能器元件子群空 间相邻的一换能器元件子群生成的。
20. 如权利要求17所述的方法，其中步骤b)包括： i) 将超声换能器中的换能器元件划分为多个换能器元件子群； ii) 利用不同的换能器元件子群连续地发射一组超声波束，从而连续地发射超声至对 象中的不同区域； iii) 以一脉冲重复频率来重复步骤ii)从而每个超声波束集以脉冲重复频率有效地 重复。
【文档编号】A61B8/00GK104363836SQ201380024980
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年10月7日 优先权日:2012年10月7日
【发明者】J·F·格林利夫, S·陈, P·宋 申请人:梅约医学教育与研究基金会