測(cè)量人或動(dòng)物器官的彈性的裝置和方法

專利名稱：測(cè)量人或動(dòng)物器官的彈性的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量人或動(dòng)物器官的彈性、或更廣泛而言所有經(jīng)超聲波探測(cè)時(shí)可產(chǎn)生超聲波信號(hào)的粘彈性介質(zhì)的彈性的裝置和方法。它特別適用對(duì)人或動(dòng)物的肝臟的彈性進(jìn)行測(cè)量，但并非僅限于此。該彈性測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是，該測(cè)量與肝臟中出現(xiàn)的纖維化數(shù)量相關(guān)。
實(shí)際上，重要的是了解由于酒精性或病毒性或其它原因引起的慢性肝炎會(huì)導(dǎo)致發(fā)生纖維化，以便確定治療該肝炎的最佳時(shí)間。
目前，市場(chǎng)上沒有非創(chuàng)傷性彈性測(cè)量裝置，也就是說例如無需提取一部分器官或介質(zhì)的彈性測(cè)量裝置。
先前技術(shù)中有一篇描述一個(gè)固定在一個(gè)電機(jī)上的換能器的美國(guó)專利US 5882302。電機(jī)可使換能器位移，以便獲得介質(zhì)不同區(qū)域的圖像。所以使用電機(jī)只是改變成像區(qū)域，而決不是為了產(chǎn)生低頻沖擊。另外，在此位移決不能平行于超聲波束的中心線。
同樣在美國(guó)專利US 6277074中，描述了一種裝置，在該裝置中電機(jī)位移同樣可平行于超聲波中心線。另外，該文獻(xiàn)未公開壓縮期間信號(hào)的采集。事實(shí)上，正如美國(guó)專利US 5882302中描述，使用電機(jī)是為了使換能器位移，而不是為了產(chǎn)生低頻沖擊。
美國(guó)專利US 5099848披露了一種與一個(gè)固定在50Hz頻率單色形的振動(dòng)傳感器相連的超聲波裝置。另外，在該裝置中，換能器不受致動(dòng)器控制，所以不能被用來產(chǎn)生低頻沖擊。
有關(guān)最新介質(zhì)彈性研究和分析裝置，已有國(guó)際專利申請(qǐng)WO 0055616號(hào)，描述一種觀察低頻切變脈沖波同時(shí)在漫射粘彈性介質(zhì)的多點(diǎn)傳播的成像方法。事實(shí)上，人們發(fā)射超高速速率的壓縮超聲波，可獲得一組介質(zhì)圖像，然后在不同時(shí)間通過互相關(guān)處理如此獲得的圖像，以便確定當(dāng)傳播切變波時(shí)每個(gè)圖像的每個(gè)點(diǎn)的介質(zhì)運(yùn)動(dòng)。該裝置不能確定彈性測(cè)量區(qū)域的位置，因?yàn)樗惶峁﹫D像。
在現(xiàn)有裝置中，當(dāng)超聲波換能器用于通過機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生低頻沖擊時(shí)，換能器是移動(dòng)的，而參考系并非是固定的。使用一種本專業(yè)人員熟知的技術(shù)補(bǔ)償該位移。這種解決方案具有許多缺陷該解決方案需要一個(gè)來源于該介質(zhì)的深且固定區(qū)域的超聲回波，該解決方案不夠準(zhǔn)確，因?yàn)榻橘|(zhì)不能良好固定，低頻沖擊形式不好確定。
該解決方案代表了一個(gè)增加計(jì)算時(shí)間的補(bǔ)充算法，介質(zhì)表面具有抗應(yīng)用撞擊，低頻脈沖實(shí)際形狀取決于操作人員實(shí)施的壓力。
除了有關(guān)振動(dòng)位移補(bǔ)償?shù)膯栴}，操作人員實(shí)施的壓力是當(dāng)其干擾彈性測(cè)量時(shí)一個(gè)不被考慮的參數(shù)。
還有用直接接觸式傳統(tǒng)系統(tǒng)研究較淺介質(zhì)比較困難，因?yàn)槟承Q能器的焦點(diǎn)區(qū)域不能在換能器近距離采集一個(gè)清晰超聲波信號(hào)。
例如在對(duì)血流進(jìn)行傳統(tǒng)位移測(cè)量中，位移振幅與介質(zhì)中的深度無關(guān)，但與被觀察的現(xiàn)象有關(guān)，例如血流的位移在動(dòng)脈的中間比在其邊緣要大的多。所以測(cè)量位移使用的算法是一樣的，無論其深度如何。與電譜法相反，位移振幅取決于遠(yuǎn)距離提供的低頻振動(dòng)。當(dāng)從表面開始提供振動(dòng)時(shí)，由低頻沖擊產(chǎn)生的位移振幅隨著波穿透組織的深度而逐漸減少。使用傳統(tǒng)的算法不利于測(cè)量整個(gè)深度范圍的位移。
所以本發(fā)明的目的是克服先前技術(shù)系統(tǒng)中的缺陷。為此提出一種用于測(cè)量人或動(dòng)物器官的彈性尤其是肝臟的彈性、或更廣泛而言所有經(jīng)超聲波探測(cè)時(shí)可傳遞超聲波信號(hào)的粘彈性介質(zhì)的彈性測(cè)量裝置，包括至少一個(gè)帶有超聲波換能器的觸頭，至少一個(gè)位置傳感器，一個(gè)用連線與電源連接的用于起動(dòng)上述裝置的致動(dòng)器，其特點(diǎn)在于它包括一個(gè)電動(dòng)致動(dòng)器，固定在超聲波換能器上，能產(chǎn)生具有1-5000Hz之間頻率范圍的瞬時(shí)低頻沖擊。
“瞬時(shí)低頻沖擊”意指一定時(shí)間內(nèi)機(jī)械應(yīng)力，其頻率在1-5000Hz之間，其正負(fù)峰間值振幅在10μm-20毫米之間，最好是在500μm-5毫米之間。該應(yīng)力(sollicitation)時(shí)間在100μs-20秒之間，最好是在5ms-40ms(毫秒)之間。
借助這些特點(diǎn)，本發(fā)明可提出一種很好控制時(shí)間和振幅的低頻振動(dòng)或應(yīng)力裝置。準(zhǔn)確地了解位移可在最佳條件和最短的時(shí)間內(nèi)補(bǔ)償振動(dòng)器的相關(guān)位移。沖擊形狀要得到很好地控制，這樣可獲得較理想的測(cè)量，所以可提高系統(tǒng)再現(xiàn)率。由于使用從動(dòng)電動(dòng)致動(dòng)器，同樣被稱為從動(dòng)振動(dòng)器，本發(fā)明裝置具有減少的體積和重量。最后，配置一個(gè)伺服回路(boucled’asservissement)可了解操作人員實(shí)施的壓力。
根據(jù)本發(fā)明一種形式，該裝置將包括一種用于確保上述超聲波換能器的保護(hù)裝置。
優(yōu)選的是，本發(fā)明裝置將用至少一臺(tái)控制設(shè)備控制，例如計(jì)算機(jī)，微型機(jī)算計(jì)或中央單元。
同樣，本發(fā)明觸頭將包括一個(gè)柔軟密封膜。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，該人或動(dòng)物器官?gòu)椥詼y(cè)量裝置將與一個(gè)伺服組件和一個(gè)能相互通信的超聲波獲取組件組合；控制設(shè)備能與伺服組件和超聲波獲取組件通信。
根據(jù)本發(fā)明，控制裝置和用戶界面將借助至少一個(gè)電池來獲取電能。
優(yōu)選的是，該裝置將包括一個(gè)用戶界面，例如一個(gè)與控制裝置連接的顯示屏。該裝置將至少與一個(gè)超聲回波描記儀組合；采集的信息圖像在屏幕上顯示，理想的是上述超聲回波描記信息在屏幕上看到。該裝置可圍著超聲回波描記棒(barretteéchographique)配接。同樣，該超聲回波描記棒在配備伺服振動(dòng)系統(tǒng)的條件下，可自動(dòng)實(shí)施彈性測(cè)量。
人或動(dòng)物器官?gòu)椥詼y(cè)量裝置可包括一種用于超聲波和低頻波的透明彈性中間介質(zhì)，如一種聚丙烯酰胺類的合成聚合物。
優(yōu)選的是，至少超聲波換能器一端具有一個(gè)延伸形狀，例如一個(gè)長(zhǎng)度為2-20毫米，最好是約11毫米，寬度為1-10毫米，最好是約5毫米的條狀的、長(zhǎng)方的、橢圓的形狀。
優(yōu)選的是，超聲波換能器將具有一個(gè)在10-80度之間的角的錐狀或圓錐臺(tái)形。
本發(fā)明同樣涉及一種借助上述裝置的彈性計(jì)算方法，其特點(diǎn)在于它包括以下步驟-通過要檢查區(qū)域的圖像模式定位、采集超聲波信號(hào)，也就是說，對(duì)于回波線(ligne écho)來說，其節(jié)奏可約為50行每秒，-產(chǎn)生低頻沖擊，并采集超聲波信號(hào)；以100Hz-100000Hz的高速率獲取所實(shí)施的彈性測(cè)量，-對(duì)振動(dòng)器進(jìn)行相應(yīng)的位移補(bǔ)償，-計(jì)算組織速度，即介質(zhì)中各次獲取之間的位移，-計(jì)算組織變形的速度，-計(jì)算彈性波的速度，-計(jì)算彈性。
優(yōu)選的是，該方法將包括一個(gè)通過要檢查區(qū)域的圖像模式定位、采集超聲波信號(hào)預(yù)備步驟，也就是說，對(duì)于回波線來說，其節(jié)奏可約為50行每秒。通過計(jì)算彈性步驟獲得的結(jié)果將在例如不同彩色等級(jí)形式下與回波線疊合。
優(yōu)選的是，該方法將包括一個(gè)通過計(jì)算組織參數(shù)如超聲波反散射(rétrodiffusion)系數(shù)檢查或研究器官的自動(dòng)識(shí)別步驟。自動(dòng)識(shí)別基于對(duì)上述研究器官組織參數(shù)的計(jì)算和基于對(duì)其參數(shù)與在文獻(xiàn)中提供數(shù)值的比較。作為例證，該組織參數(shù)可以是從回波線起始時(shí)測(cè)量的超聲波反散射系數(shù)。
優(yōu)選的是，低頻沖擊或信號(hào)將具有一個(gè)在1-5000Hz之間的頻率和一個(gè)從1/2f到20f變化的周期。
以下將參照附圖，作為非限定的實(shí)施例，描述本發(fā)明實(shí)施方式，在附圖中

圖1是本發(fā)明人或動(dòng)物器官?gòu)椥詼y(cè)量裝置的實(shí)施例圖解；圖2是配備一個(gè)輪和由至少三個(gè)超聲波接收器構(gòu)成的低頻定位儀的上述裝置圖解；圖3是與一個(gè)超聲回波描記儀器組合的本發(fā)明裝置；圖4表示與一個(gè)觸頭相關(guān)聯(lián)的圖3中裝置組合圖解，該觸頭放置在用于獲得肝臟圖像和如此定位分析區(qū)域的超聲回波描記棒的一側(cè)。
圖5a-圖5d是表示在本發(fā)明裝置與一個(gè)超聲回波描記儀組合的情況下，疊加在回波描記圖像上的彈性測(cè)量，超聲回波描記觸頭與超聲回波描記圖像疊合；圖6是本發(fā)明裝置與超聲波彈性透明中間介質(zhì)的圖解；圖7a-圖7b分別是2毫米峰峰值振幅低頻沖擊波形和低頻沖擊波頻譜圖解，其主頻是50Hz和其半高度帶寬從18Hz擴(kuò)展到100Hz，通過帶寬達(dá)到82Hz到-6dB(分貝)。
根據(jù)本發(fā)明和圖1上的圖解中選擇的實(shí)施例，本發(fā)明裝置包括一個(gè)觸頭1，它包括至少一個(gè)超聲波換能器2，一個(gè)電動(dòng)致動(dòng)器3，一個(gè)位置傳感器4，柔軟密封膜5，一個(gè)保護(hù)罩6，一個(gè)起動(dòng)上述裝置的壓力按鈕7，位置傳感器4的電子元件8，電纜9，一個(gè)字母數(shù)字顯示器10。
觸頭1由一個(gè)微電腦或一臺(tái)中央單元(圖中未示出)在此構(gòu)成的控制設(shè)備控制，例如它可是一個(gè)與觸頭1通過軟電纜連接的機(jī)箱中的上機(jī)卡。一個(gè)顯示器，同樣被稱為用戶界面，可使用戶或操作人員讀取系統(tǒng)提供的信息。
一個(gè)伺服組件和一個(gè)超聲波獲取組件，這兩個(gè)均未在附圖中示出，兩個(gè)均與探頭1連接。這兩個(gè)組件一起聯(lián)絡(luò)；在超聲波獲取起動(dòng)時(shí)，采集組件發(fā)送同步信號(hào)。這時(shí)記錄相應(yīng)狀態(tài)，以便傳送給補(bǔ)償算法。中央單元與超聲波獲取組件和伺服組件聯(lián)絡(luò)。用戶界面由一個(gè)觸摸屏，一個(gè)鍵盤，一個(gè)鼠標(biāo)構(gòu)成。
需測(cè)量的介質(zhì)圖像可顯示在屏幕上，以便幫助使用者確定希望進(jìn)行測(cè)量的區(qū)域。此時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)的超聲回波描記方式使用位置傳感器4，以便有代表性獲得介質(zhì)的每秒50個(gè)超聲波線。將這些超聲波線包絡(luò)在屏幕上顯示。用灰度級(jí)和對(duì)數(shù)比例對(duì)超聲波線編碼，并并列排放，以便構(gòu)成圖像。探頭1可配備一個(gè)定位系統(tǒng)，以便了解獲取線的位置，和當(dāng)使用者、病人或操作者在人或動(dòng)物組織的表面搖擺探頭1時(shí)，重新構(gòu)成需測(cè)量的介質(zhì)圖像。
然后我們將描述可獲得彈性測(cè)量的本發(fā)明方法的步驟；下面按順序定義這些步驟1)用要檢查的區(qū)域的圖像模式定位，采集超聲波信號(hào)，也就是說，對(duì)于回波線來說，可具有每秒50線的速率。
2)產(chǎn)生低頻沖擊和采集超聲波信號(hào)；以100Hz-100000Hz的高速率獲取所實(shí)施的彈性測(cè)量，2)對(duì)振動(dòng)器進(jìn)行相應(yīng)的位移補(bǔ)償，3)計(jì)算組織速度，即介質(zhì)中各獲取之間的位移，4)計(jì)算組織變形的速度，5)計(jì)算彈性波的速度，6)計(jì)算彈性。
在產(chǎn)生低頻沖擊和采集超聲波信號(hào)的范圍中，以100Hz和10000Hz之間的1/T的速率進(jìn)行N個(gè)超聲波采集。明顯的是在同一時(shí)間，將低頻信號(hào)發(fā)往振動(dòng)系統(tǒng)，最好是在剛剛開始采集超聲波之后。該信號(hào)具有一個(gè)在5-1000Hz之間的頻率f和從1/2f到20/f的不同的周期。低頻振動(dòng)將導(dǎo)致一種彈性波向組織中傳播，其速度取決于介質(zhì)的彈性。
在進(jìn)行采集超聲波數(shù)據(jù)同時(shí)，用超聲波換能器2發(fā)射一種可被介質(zhì)中粒子反射的超聲波脈沖。在一個(gè)可在1μs和10ms之間變化的周期上，由同一超聲波換能器2記錄被稱為“speckle(斑點(diǎn))”的超聲波信號(hào)。該操作在1/T速率下重復(fù)N次。
在本發(fā)明所有實(shí)施方式中，換能器被固定在振動(dòng)器上、或伺服致動(dòng)器上，或相反地致動(dòng)器被固定在換能器上。
在振動(dòng)器相應(yīng)位移補(bǔ)償步驟中，兩個(gè)超聲波采集之間的組織切片的位移d(z，t)可參照換能器的位置測(cè)量。在換能器不動(dòng)的時(shí)候，試驗(yàn)測(cè)量的位移與絕對(duì)位移相同。相反，當(dāng)換能器用于產(chǎn)生低頻波時(shí)，要考慮到換能器的位移，因?yàn)樵囼?yàn)測(cè)量的位移不再與絕對(duì)位移相同。測(cè)量位移減去振動(dòng)器的準(zhǔn)確的位移，以便獲得絕對(duì)位移。關(guān)于換能器而測(cè)量的位移表達(dá)式為d(z，t)＝δ(z，t)-D(t)
其中z是深度，D(t)是振動(dòng)器的絕對(duì)位移，δ(z，t)是處在深度Z的介質(zhì)切片的絕對(duì)位移。振動(dòng)器放置在Z＝0的深度。
另外，由于是對(duì)深度求位移的微分以便獲得變形，因此噪聲變得關(guān)鍵。其實(shí)，微分(derivation)對(duì)噪聲非常敏感。所以在良好的條件下補(bǔ)償振動(dòng)器位移顯得很重要。使用位置傳感器4可保真和直接測(cè)量D(t)。超聲波線的補(bǔ)償(或校準(zhǔn))例如可在傅里葉領(lǐng)域?qū)嵤?br> 在時(shí)間t＝mT葉得到的第M超聲波掃描線的離散傅里葉變式Σn=0N-1r(m,n)exp(-j2πnkN)]]>其中，r(m，n)是采樣信號(hào)，N是采樣數(shù)量。如果超聲波掃描線是在時(shí)間t＝mT采集的話，那么補(bǔ)償掃描線rs(m，n)在時(shí)間域內(nèi)將如此表示rs(m,n)=Σn=0N-1R(m,k)exp(j2πkN(n+2D(t)cTs))]]>在組織速度計(jì)算步驟中，通過互相關(guān)法、多普勒(Doppler)法，或通過自相關(guān)法測(cè)量位移，還可以采用通常的其它位移測(cè)量技術(shù)。作為例證，可使用Kasai描述的自相關(guān)法δ(z,t=mT)=Vc4πfcarg(Σn=p-mn=p+mrs‾(m,n)rs‾*(m+1,n))]]>其中，rs是rs的Hilbert變式。rs*是rs的集合(conjugué)。用這種算法，可以測(cè)量處于深度(p-m)Δz和(p+m)Δz之間和在時(shí)間mT和(m+1)T的組織切片位移δ(z，t)，其中，T是兩次超聲波連續(xù)發(fā)射的時(shí)間段，Δz是深度空間采樣間距。組織速度v(z，t)表示如下v(z·,t)·=δ·(z,t)·/T]]>在計(jì)算組織變形速度步驟中，組織變形速度通過對(duì)深度求v(z，t)的微分來實(shí)現(xiàn)的ϵ(z,t)=∂v(z,t)∂z]]>在彈性波速度計(jì)算步驟中，通過對(duì)介質(zhì)的每個(gè)深度計(jì)算彈性波的中心頻率fo處的剪切波的相位，獲得作為示例的彈性波速度的測(cè)量ε′(z，f)＝FT(ε(z，t))(z)＝arg(ε′(z，f0)) 在彈性計(jì)算步驟中，在軟介質(zhì)如生物組織，通常主要是液態(tài)水構(gòu)成的固體介質(zhì)中，彈性(楊模式)根據(jù)我們將指出的剪切速度(vitesse decisaillement)Vs和密度ρ表示為E=3ρVs2]]> 這樣，人或動(dòng)物器官?gòu)椥詼y(cè)量裝置提供或是由使用者指出的兩個(gè)深度之間的彈性平均值，或是按照深度的彈性變化。
根據(jù)本發(fā)明提供的一種可能性，探頭1可包括許多能任意定位的換能器，如線性(超聲回波描記棒型)或蜂巢定位換能器。以這種形式，可測(cè)量要分析的介質(zhì)不同區(qū)域的彈性。
在采集期間外，本發(fā)明裝置以每秒50線的典型速率采集超聲波掃描線。將該線處理成標(biāo)準(zhǔn)的超聲回波描記，以便只保留信號(hào)包絡(luò)。這時(shí)信號(hào)均以灰度級(jí)和對(duì)數(shù)比例相繼和并排顯示在屏幕上，以便形成圖像。
將探頭1在肝臟表面上幾乎是恒定的速度位移，可獲得圖像，使用者這時(shí)會(huì)觀察到觀測(cè)區(qū)變形的圖像。圖像變形是因?yàn)橛脩舨豢赡芫僖苿?dòng)探頭1。該圖像可使用戶確定實(shí)施測(cè)量的區(qū)域。在測(cè)量介質(zhì)表面上探頭1位置的同時(shí)，圖像的變形明顯減弱。根據(jù)介質(zhì)上傳感器的橫坐標(biāo)，掃描線將被顯示在屏幕上。
如圖2上所示，借助一種可能不同類型的測(cè)量系統(tǒng)，可獲得介質(zhì)表面上探頭1的位置-在微機(jī)鼠標(biāo)器中使用的這種類型的位置傳感器，可選擇使用小輪11的系統(tǒng)，一個(gè)在鼠標(biāo)器被稱為“optiques”的光系統(tǒng)，-由至少三個(gè)放在病人身體上的超聲波接收器13和至少一個(gè)放在探頭上的發(fā)射器14(通過三角測(cè)量獲得位置)構(gòu)成的低頻(典型的100Hz)超聲波位置系統(tǒng)，-或其它位移測(cè)量系統(tǒng)；系統(tǒng)與中央單元連接。
根據(jù)本發(fā)明的人或動(dòng)物器官?gòu)椥詼y(cè)量裝置可與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的超聲回波描記儀15組合。這樣超聲回波描記儀不僅提供器官上形態(tài)信息，而且還提供一種彈性的量化參數(shù)。
1.超聲回波描記儀可提供多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)超聲回波描記探頭16，一個(gè)“探針”式探頭17，如圖5a所示。探頭17可配接在超聲回波描記棒周圍(圖中未示出)，如圖4所示，仿效用于活組織檢查的導(dǎo)引系統(tǒng)或連續(xù)多譜勒(Doppler)現(xiàn)有系統(tǒng)。
2.同樣考慮到超聲波棒可自動(dòng)實(shí)施采集彈性描記(elastographie)算法使用的超聲波信號(hào)。
優(yōu)選的是，本發(fā)明裝置可以是便攜式的，與部門連通或借助電池供電。彈性測(cè)量的掃描可手工操作，以便獲得一個(gè)彈性圖像。同樣，掃描可借助一個(gè)步進(jìn)電機(jī)或任何其它伺服電磁致動(dòng)器實(shí)施。
系統(tǒng)可共享超聲回波描記電子模式15，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的超聲回波描記15事先裝有可使彈性測(cè)量所需的算法進(jìn)行運(yùn)算或計(jì)算信號(hào)處理裝置。此時(shí)棒可由于垂直于介質(zhì)表面的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)自身產(chǎn)生低頻沖擊。采集可在超聲回波描記圖像中心線上進(jìn)行，如圖5a所示?？筛淖儾杉€并再產(chǎn)生低頻沖擊，以便掃描整個(gè)圖像表面，如圖5b-5d所示。人們?cè)谑褂冒l(fā)展的超聲波聚焦技術(shù)可同時(shí)實(shí)施多線掃描●有Shattuck描述的方法(<<a parallel protessing technique forhigh speed ultrasound imaging with linear phased arrays>(“高速超聲波成像平行處理技術(shù)”，J.Acoust.Soc.Am.75(4)，1273-1282，1984)，●一種在圖5b-5d中示出的梳形技術(shù)，其中，人們同時(shí)采集2，4甚至8線。在圖d的實(shí)施例中，線i和i+64同時(shí)獲得。
●一種使用疊加-延遲的算法如法國(guó)專利申請(qǐng)F(tuán)r 9903157中描述的超速形成(formation de voies ultrarapide)技術(shù)，或其它“波束形成”技術(shù)，例如空間內(nèi)的空間頻率技術(shù)。
很清楚該裝置可與在上述文獻(xiàn)中描述的超速成像技術(shù)同時(shí)使用，以便獲得彈性圖像。
根據(jù)本發(fā)明的裝置將使一種對(duì)超聲波透明的彈性中間介質(zhì)18。該介質(zhì)18可以是例如一種聚丙烯酰胺類的合成聚合物。一種膠黏物質(zhì)或一種膠合劑可被放在中間介質(zhì)18和研究介質(zhì)之間，以便獲得一種滑動(dòng)界面，或一種連接界面。值得的注意的是中間介質(zhì)18是一種革新，因?yàn)樗粌H對(duì)超聲波是透明的而且對(duì)低頻波同樣是透明的。中間介質(zhì)18的選擇是為了具有與研究介質(zhì)彈性鄰近的彈性以便與阻抗匹配并使最大的能量傳給研究介質(zhì)。中間介質(zhì)18同樣可壓縮，以便使其非線性變化的彈性模式成為接近研究介質(zhì)的彈性模式。此外，該方案是一種測(cè)量介質(zhì)彈性的創(chuàng)新技術(shù)它在于改變了中間介質(zhì)18的彈性，直至最大能量的傳輸。此時(shí)達(dá)到的彈性鄰近介質(zhì)的彈性。
另外，本發(fā)明裝置和方法提供一種根據(jù)介質(zhì)深度計(jì)算位移的方法或裝置。在較淺的深度，此處的振幅大，該算法比較它們之間的連續(xù)線。相反，在較深的深度，當(dāng)連續(xù)線之間的位移振幅弱時(shí)，在線m和線m+Δ(Δ＞1)之間進(jìn)行相關(guān)。這樣跳過許多線的同時(shí)，需測(cè)量的位移振幅變大，而信噪比提高。Kassi給出的匹配算法δ(z,t=mT)=Vc4πfcarg(Σn=p-mn=p+mrs‾(m,n)rs‾*(m+Δ(z),n))]]>其中Δ(z)是一個(gè)整數(shù)如Δ(z)≥1，并且隨U(z，t)＝ondeur而增大。
對(duì)與各向同性介質(zhì)甚至各向異性介質(zhì)中使用的振動(dòng)器相關(guān)的衍射效果的認(rèn)識(shí)可完全彌補(bǔ)這種衍射效果。同樣可估算介質(zhì)中的衰減。在一個(gè)盤形低頻壓力源的情況下，軸心上衍射的脈沖響應(yīng)算式如下2αR2tρ(z2+R2)3/2,si0≤t<z2+R2Vs0,siz2+R2Vs≤t]]>
其中，z是盤軸上的深度，p是介質(zhì)的密度，u是沿oz對(duì)稱中線的位移，與沿著Oz施加的力有關(guān)，t是時(shí)間，R是光盤的半徑和Vs是剪切速度。可將α衰減引入該方程式中。該方程式同時(shí)包括衍射和耦合效果。對(duì)Vs和a的估算可通過計(jì)算獲得。作為例證，可使用一種迭代最優(yōu)計(jì)算，使功能成本最小化，這是試驗(yàn)測(cè)量變形和用理論模式獲得的測(cè)量變形之間差異的模式。
上述作為例證描述了本發(fā)明。當(dāng)然本領(lǐng)域人員能夠?qū)嵤┎煌问降娜嘶騽?dòng)物器官?gòu)椥詼y(cè)量裝置和方法，特別是涉及構(gòu)成上述裝置不同元件的配置與布局或順序以及上述方法步驟的重要性，均未超出本專利的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量人或動(dòng)物器官的彈性尤其是肝臟的彈性、或更廣泛而言所有經(jīng)超聲波照射時(shí)可提供超聲波信號(hào)的粘彈性介質(zhì)的彈性測(cè)量裝置，包括至少一個(gè)帶超聲波換能器(2)的觸頭(1)，至少一個(gè)位置傳感器(4)，一個(gè)用連線與電源連接的、用于觸發(fā)上述裝置的致動(dòng)器，其特征是，它包括一個(gè)伺服電動(dòng)致動(dòng)器，固定在超聲波換能器(2)上，用于產(chǎn)生頻率范圍在1Hz到5000Hz之間的瞬時(shí)低頻沖擊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述裝置，其特征是，它包括至少一個(gè)控制設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)，微機(jī)或中央單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述裝置，其特征是，觸頭(1)包括一層密封軟膜(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述裝置，其特征是，觸頭(1)包括一個(gè)用于保護(hù)上述超聲波換能器(2)的保護(hù)裝置(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述裝置，其特征是，觸頭(1)與一個(gè)伺服組件和一個(gè)用于相互通信的超聲波采集組件相關(guān)聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一個(gè)所述裝置，其特征是，所述控制設(shè)備與所述伺服組件和超聲波采集組件通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述裝置，其特征是，它包括一個(gè)用戶界面，例如一個(gè)與控制設(shè)備連接的顯示屏。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述裝置，其特征是，觸頭(1)與至少一個(gè)超聲回波描記儀(15)相聯(lián)；所獲得的圖像顯示在屏幕上，與上述超聲回波描記儀(15)上的圖像一樣理想。
9.根據(jù)權(quán)利要求8中所述裝置，其特征是，該裝置采用一個(gè)超聲回波描記儀棒，并實(shí)施采集超聲波信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中所述裝置，其特征是，它包括一個(gè)至少由三個(gè)放置在病人身體(放置在上述器官)上的接收器和至少一個(gè)位于觸頭(1)上的發(fā)射器(14)構(gòu)成的超聲波定位系統(tǒng)(12)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1中所述裝置，其特征是，它包括一個(gè)對(duì)超聲波和低頻波均透明的彈性中間介質(zhì)(18)，如一種聚丙烯酰胺類的合成聚合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11中所述裝置，其特征是，上述中間介質(zhì)(18)具有一種鄰近所研究介質(zhì)即要研究人或動(dòng)物的器官的彈性的彈性，例如壓縮該中間介質(zhì)以便使其彈性模式變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一個(gè)所述裝置，其特征是，控制設(shè)備和用戶界面由至少一節(jié)電池提供電能。
14.根據(jù)權(quán)利要求1中所述裝置，其特征是，它包括一種根據(jù)人或動(dòng)物器官中深度的位移計(jì)算設(shè)備。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求任意一項(xiàng)中所述裝置，其特征是，所述超聲波換能器的至少一端具有延長(zhǎng)形狀，例如一個(gè)條形、長(zhǎng)方形、橢圓形，其長(zhǎng)度在2和20毫米之間，最好約11毫米，其寬度在1和10毫米之間，最好約5毫米。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求任意一項(xiàng)中所述裝置，其特征是，超聲波換能器具有錐度介于10-80度之間的錐狀或圓錐臺(tái)形。
17.一種彈性測(cè)量的方法，借助一個(gè)包括至少一個(gè)超聲波換能器(2)、至少一個(gè)位置傳感器(4)、以及一個(gè)通過連線與電源連接的伺服電動(dòng)致動(dòng)器(3)的裝置來實(shí)施，其特征是，它包括以下步驟-產(chǎn)生低頻脈沖沖擊并且獲取超聲信號(hào)，-補(bǔ)償振動(dòng)器的相對(duì)位移，-計(jì)算組織速度，即介質(zhì)中各次獲取之間的位移，-計(jì)算組織變形的速度，-計(jì)算彈性波的速度，-計(jì)算彈性。
18.根據(jù)權(quán)利要求17中所述彈性計(jì)算方法，其特征是，它包括一個(gè)所需區(qū)域圖像模式定位預(yù)選步驟，采集超聲波信號(hào)，即對(duì)于超聲波掃描線來說，具有例如約每秒50線的速率。
19.根據(jù)權(quán)利要求18中所述彈性計(jì)算方法，其特征是，在彈性計(jì)算步驟獲得的結(jié)果與例如不同彩色級(jí)別形式的回波掃描線疊合。
20.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述彈性計(jì)算方法，其特征是，低頻沖擊或低頻信號(hào)具有介于1Hz和5000Hz之間的頻率和1/2f到20f變化的周期。
21.根據(jù)權(quán)利要求17中所述彈性計(jì)算方法，其特征是，所述組織速度計(jì)算步驟是通過互相關(guān)、多譜勒、自相關(guān)或其它任何位移測(cè)量技術(shù)來實(shí)施的。
22.根據(jù)權(quán)利要求17至21中任一個(gè)所述彈性計(jì)算方法，其特征是，通過對(duì)深度求組織速度的微分，進(jìn)行組織變形速度的計(jì)算。
23.根據(jù)權(quán)利要求17中所述彈性計(jì)算方法，其特征是，彈性測(cè)量時(shí)的采集是以100Hz和100000Hz之間的高頻率速度進(jìn)行的。
24.根據(jù)權(quán)利要求17中所述彈性計(jì)算方法，其特征是，它包括一個(gè)人或動(dòng)物器官預(yù)掃描步驟；該預(yù)掃描頻可手工進(jìn)行或借助步進(jìn)電機(jī)或其它任何伺服電動(dòng)致動(dòng)器實(shí)施。
25.根據(jù)權(quán)利要求17至23任意一項(xiàng)中所述彈性計(jì)算方法，其特征是，它包括一個(gè)通過計(jì)算組織參數(shù)如超聲波反散射系數(shù)自動(dòng)識(shí)別所研究介質(zhì)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量人或動(dòng)物器官的彈性尤其是肝臟的彈性、或更廣泛而言所有經(jīng)超聲波探測(cè)時(shí)可傳遞超聲波信號(hào)的粘彈性介質(zhì)的彈性的裝置，包括至少一個(gè)帶超聲波換能器(2)的觸頭；至少一個(gè)位置傳感器；一個(gè)用連線與電源連接的致動(dòng)器，用于觸發(fā)上述裝置。本發(fā)明的特征在于，它包括一個(gè)自動(dòng)控制電動(dòng)致動(dòng)器，固定在超聲波換能器(2)上，能產(chǎn)生頻率范圍為1Hz至5000Hz之間的的瞬時(shí)低頻沖擊。本發(fā)明還涉及一種利用上述裝置實(shí)施彈性計(jì)算的方法。
文檔編號(hào)A61B8/00GK1674827SQ03819132
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月8日
發(fā)明者洛朗·桑德蘭, 讓-米歇爾·阿斯克諾夫 申請(qǐng)人:回波檢測(cè)公司