RU2794039C2 - Hybrid elastography method, probe and device for hybrid elastography - Google Patents
Hybrid elastography method, probe and device for hybrid elastography Download PDFInfo
- Publication number
- RU2794039C2 RU2794039C2 RU2020132149A RU2020132149A RU2794039C2 RU 2794039 C2 RU2794039 C2 RU 2794039C2 RU 2020132149 A RU2020132149 A RU 2020132149A RU 2020132149 A RU2020132149 A RU 2020132149A RU 2794039 C2 RU2794039 C2 RU 2794039C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ultrasonic
- data acquisition
- probe
- series
- viscoelastic medium
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 112
- 238000002091 elastography Methods 0.000 title claims abstract description 104
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 30
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 27
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 27
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 19
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 15
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 15
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 5
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 238000012045 magnetic resonance elastography Methods 0.000 description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 4
- 101100156282 Neurospora crassa (strain ATCC 24698 / 74-OR23-1A / CBS 708.71 / DSM 1257 / FGSC 987) vib-1 gene Proteins 0.000 description 3
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 206010019668 Hepatic fibrosis Diseases 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 230000003187 abdominal effect Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 2
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 2
- 206010003445 Ascites Diseases 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 210000000683 abdominal cavity Anatomy 0.000 description 1
- 238000002126 acoustic radiation force impulse imaging Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 1
- 238000009217 hyperthermia therapy Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000012285 ultrasound imaging Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
Изобретение относится к области эластографии для определения вязкоупругих свойств вязкоупругой среды, порождающей ультразвуковой сигнал после облучения ультразвуком. Во-первых, изобретение относится к способу гибридной эластографии, включающему в себя этап гармонической эластографии и этап транзиентной эластографии. Во-вторых, изобретение относится к зонду для реализации способа гибридной эластографии. В-третьих, изобретение относится к устройству для гибридной эластографии. Способ гибридной эластографии по настоящему изобретению пригоден, в частности, для определения свойств вязкоупругой среды, такой как печень человека или животного.The invention relates to the field of elastography for determining the viscoelastic properties of a viscoelastic medium that generates an ultrasonic signal after irradiation with ultrasound. First, the invention relates to a hybrid elastography method including a harmonic elastography step and a transient elastography step. Secondly, the invention relates to a probe for implementing a hybrid elastography method. Thirdly, the invention relates to a device for hybrid elastography. The hybrid elastography method of the present invention is particularly suitable for determining the properties of a viscoelastic medium such as the human or animal liver.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Транзиентная эластография (называемая также импульсной эластографией) является одним из наиболее известных и эффективных способов определения эластичности вязкоупругой среды. Например, транзиентная эластография широко применяется для определения эластичности печени людей или животных.Transient elastography (also called pulsed elastography) is one of the best known and most effective methods for determining the elasticity of a viscoelastic medium. For example, transient elastography is widely used to determine the elasticity of the liver in humans or animals.
В транзиентной эластографии формируется импульсная сдвиговая волна и измеряется скорость ее распространения внутри представляющей интерес вязкоупругой среды. Затем скорость распространения сдвиговой волны дает возможность вычислить модуль упругости среды и, тем самым, измерить ее эластичность.In transient elastography, a pulsed shear wave is generated and its propagation velocity is measured within the viscoelastic medium of interest. Then the speed of propagation of the shear wave makes it possible to calculate the modulus of elasticity of the medium and, thereby, measure its elasticity.
Для реализации транзиентной эластографии существуют несколько методов.There are several methods for implementing transient elastography.
Например, заявитель разработал и выпустил на рынок метод транзиентной эластографии с контролируемой вибрацией (VCTE). Устройство, реализующее данный метод, названное Fibroscan®, способно быстро, неинвазивно и воспроизводимо измерять эластичность печени человека. В таком устройстве для транзиентной эластографии, сдвиговая волна формируется вибратором, размещенном в контакте со средой, которую требуется охарактеризовать. Затем распространение сдвиговой волны контролируется с использованием серии ультразвуковых сигналов сбора данных, реализуемых ультразвуковым преобразователем с высокой частотой повторения импульсов. Каждый ультразвуковой сигнал сбора данных соответствует по меньшей мере одному излучению ультразвуковых волн. Каждое излучение ультразвуковых волн может быть связано с приемом и записью в реальном времени эхо-сигналов, формируемых отражательными частицами, присутствующими в исследуемой среде, для заданного диапазона глубин. Отраженные ультразвуковые сигналы обрабатываются методом корреляции, чтобы решить обратную задачу определения перемещений ткани, вызываемых распространением сдвиговой волны в виде функции времени и положения в среде. Исследование упомянутых перемещений позволяет решить обратную задачу определения скорости распространения сдвиговой волны внутри вязкоупругой среди и, следовательно, эластичности тканей, как поясняется в документе “Transient elastography: a new non-invasive method for assessment of hepatic fibrosis”, L. Sandrin et al., Ultrasound in Medicine and Biology, Vol. 29, pages 1705-1713, 2003.For example, the Applicant has developed and marketed the Vibration Controlled Transient Elastography (VCTE) technique. The device that implements this method, called Fibroscan®, is able to quickly, non-invasively and reproducibly measure the elasticity of the human liver. In such a transient elastography device, a shear wave is generated by a vibrator placed in contact with the medium to be characterized. The shear wave propagation is then monitored using a series of ultrasonic data acquisition signals implemented by an ultrasonic transducer with a high pulse repetition rate. Each ultrasonic data acquisition signal corresponds to at least one emission of ultrasonic waves. Each emission of ultrasonic waves can be associated with the reception and recording in real time of echo signals generated by reflective particles present in the medium under study for a given depth range. Reflected ultrasonic signals are correlated to solve the inverse problem of determining tissue displacements caused by shear wave propagation as a function of time and position in the medium. The study of these displacements allows solving the inverse problem of determining the shear wave propagation velocity within the viscoelastic medium and, consequently, the elasticity of tissues, as explained in the document “Transient elastography: a new non-invasive method for the assessment of hepatic fibrosis”, L. Sandrin et al., Ultrasound in Medicine and Biology, Vol. 29, pages 1705-1713, 2003.
Метод VCTE полезен, в частности, потому, что он позволяет разделить во времени распространение сдвиговой волны и распространение волн сжатия, формируемых одновременно со сдвиговой волной, двух типов волн с очень сильно различающимися скоростями распространения. Волна сжатия распространяется со скоростью приблизительно 1500 м/с, которую можно считать бесконечно высокой по сравнению со скоростью распространения сдвиговой волны, которая обычно составляет 1-10 м/с. Действительно, такое разделение имеет важное значение потому, что присутствие волн сжатия одновременно со сдвиговой волной вносит систематическую погрешность в измерение скорости распространения сдвиговой волны.The VCTE method is useful, in particular, because it allows time separation of the shear wave propagation and the propagation of compression waves formed simultaneously with the shear wave, two types of waves with very different propagation velocities. The compression wave propagates at a speed of approximately 1500 m/s, which can be considered infinite compared to the shear wave propagation speed, which is typically 1-10 m/s. Indeed, such a separation is important because the presence of compression waves simultaneously with the shear wave introduces a systematic error in the measurement of the shear wave propagation velocity.
Одним из главных ограничений метода VCTE является сложность проверки правильности позиционирования зонда перед выполнением измерения эластичности и, следовательно, включения механического импульса. Действительно, неправильное позиционирование зонда может привести к плохому распространению сдвиговой волны или даже к отсутствию сдвиговой волны. Например, распространение сдвиговой волны может нарушаться наличием отражений, связанных с близостью границ исследуемого органа, или совсем не происходить в присутствии жидкой границы между зондом и исследуемой средой. Действительно известно, что сдвиговые волны не переходят жидкие барьеры; в частности, это имеет место при наличии асцитов в брюшной полости. Поэтому результат измерения эластичности будет недостоверным.One of the main limitations of the VCTE method is the difficulty in verifying that the probe is positioned correctly before performing the elasticity measurement and therefore triggering the mechanical impulse. Indeed, incorrect probe positioning can result in poor shear wave propagation or even no shear wave. For example, the propagation of a shear wave may be disturbed by the presence of reflections associated with the proximity of the boundaries of the organ under study, or may not occur at all in the presence of a liquid boundary between the probe and the medium under study. It is indeed known that shear waves do not cross liquid barriers; in particular, this occurs in the presence of ascites in the abdominal cavity. Therefore, the result of the elasticity measurement will be unreliable.
Сейчас ультразвуковые волны можно использовать чтобы управлять позиционированием вибратора для транзиентной эластографии. Например, можно применить ультразвуковую визуализацию или такое прицельное средство, которое описано в патентной заявке EP2739211 A1. Однако данные решения не достаточны, так как они не позволяют прямо предсказать неправильное распространение сдвиговой волны, связанное, например, с неправильным позиционированием зонда или присутствием жидкой границы.Ultrasonic waves can now be used to control the positioning of a vibrator for transient elastography. For example, ultrasound imaging or a targeting tool such as described in patent application EP2739211 A1 can be used. However, these solutions are not sufficient, since they do not allow direct prediction of incorrect shear wave propagation associated, for example, with incorrect positioning of the probe or the presence of a liquid boundary.
Из других методов транзиентной эластографии можно упомянуть методы, основанные на формировании сдвиговой волны посредством радиационного давления или метод “Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI)” (радиационное давление ультразвукового импульса). Данный метод описан, например, в документе “Acoustic Radiation Force Impulse Imaging: Ex-vivo and in-vivo demonstration of transient shear wave propagation”, K. Nightingale et al., IEEE Biomedical Imaging, 2002.Among other methods of transient elastography, we can mention methods based on the formation of a shear wave by means of radiation pressure or the “Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI)” method (radiation pressure of an ultrasonic pulse). This method is described, for example, in the document “Acoustic Radiation Force Impulse Imaging: Ex-vivo and in-vivo demonstration of transient shear wave propagation”, K. Nightingale et al., IEEE Biomedical Imaging, 2002.
Другой метод транзиентной эластографии описан в документе “Supersonic Shear Imaging: A new technique for soft tissue elasticity mapping”, J. Bercoff et al., IEEE Transactions on Utrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 2004. В соответствии с данным методом, сдвиговые волны формируются силой радиационного давления посредством фокусировки ультразвукового луча в разных точках в среде, что дает возможность получать сдвиговые волны, имеющие плоский волновой фронт.Another method of transient elastography is described in the document “Supersonic Shear Imaging: A new technique for soft tissue elasticity mapping”, J. Bercoff et al., IEEE Transactions on Utrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 2004. According to this method, shear waves are formed by the force of radiation pressure by focusing the ultrasonic beam at different points in the medium, which makes it possible to obtain shear waves having a flat wave front.
Однако ни один из приведенных методов транзиентной эластографии не обеспечивает простого и полного решения проблемы позиционирования зонда для того, чтобы получать измерение эластичности, которое является определенным образом достоверным.However, none of the above transient elastography methods provides a simple and complete solution to the problem of probe positioning in order to obtain a measure of elasticity that is definitely reliable.
Существуют также методы, так называемой гармонической эластографии. Данные методы основаны на приложении непрерывной вибрации, имеющей частоту в диапазоне от 30 Гц до 100 Гц. Упругие волны, создаваемые внутри среды, являются квазистационарными волнами, суперпозициями сдвиговых волн и волн сжатия.There are also methods of so-called harmonic elastography. These methods are based on the application of continuous vibration having a frequency in the range of 30 Hz to 100 Hz. Elastic waves generated inside the medium are quasi-stationary waves, superpositions of shear waves and compression waves.
Из существующих методов гармонической эластографии можно назвать следующие:Of the existing methods of harmonic elastography, the following can be mentioned:
- Метод так называемой «магнитно-резонансной эластографии» или MRE, в котором применяется магнитная резонансная томография для наблюдения квазистационарных волн, формируемых в среде; данный метод описан в документе “Magnetic resonance elastography by direct visualization of propagating acoustic strain waves”, R. Muthupillai et al., Science 269, 1995. Данный метод выполняют под контролем магнитной резонансной томографии (MRI);- The method of the so-called "magnetic resonance elastography" or MRE, which uses magnetic resonance imaging to observe quasi-stationary waves generated in the medium; this method is described in the document “Magnetic resonance elastography by direct visualization of propagating acoustic strain waves”, R. Muthupillai et al., Science 269, 1995. This method is performed under the guidance of magnetic resonance imaging (MRI);
- Метод так называемой соноэластографии, описанный, например, в документе “A pulsed doppler ultrasonic system for making noninvasive measurements of the mechanical properties of soft tissues”, T. Krouskop, Journal of Rehabilitation Research and Development, 24, 1987. Данный метод выполняют под контролем ультрасонографии;- The method of so-called sonoelastography, described, for example, in the document “A pulsed doppler ultrasonic system for making noninvasive measurements of the mechanical properties of soft tissues”, T. Krouskop, Journal of Rehabilitation Research and Development, 24, 1987. This method is performed under ultrasonography control;
- Метод так называемой «эластографии с временной гармоникой», описанный, например, в документе “In vivo time-harmonic multifrequency elastography of the human liver”, H. Tzschatzsch et al., Phys. Med. Biol., 59, 2004. Данный метод выполняют под контролем ультрасонографии.- The method of the so-called "time-harmonic elastography", described, for example, in the document "In vivo time-harmonic multifrequency elastography of the human liver", H. Tzschatzsch et al., Phys. Med. Biol., 59, 2004. This method is performed under the control of ultrasonography.
Даже если приведенные методы не требуют создания импульсной сдвиговой волны, которая распространяется в среде, которую требуется охарактеризовать, они сопряжены с некоторыми затруднениями.Even if the above methods do not require the creation of a pulsed shear wave that propagates in the medium to be characterized, they are associated with some difficulties.
Например, гармоническая эластография не дает возможности разделять сдвиговые волны и волны сжатия, которые создаются одновременно в среде, которую требуется охарактеризовать. Поэтому квазистационарная упругая волна, создаваемая внутри среды, которую требуется охарактеризовать, является суперпозицией квазистационарных сдвиговой волны и волны сжатия. Поскольку скорость сдвиговых волн намного меньше скорости волн сжатия, то реально наблюдаемая скорость вибрации не соответствует скорости сдвиговой волны. Следовательно, необходимо учитывать эффект распространения волн сжатия, чтобы можно было измерить скорость распространения сдвиговых волн. Для этого необходимо записывать комплексные данные и вычислять смещения по трем пространственным направлениям, x, y, z.For example, harmonic elastography does not provide the ability to separate shear waves and compression waves that are generated simultaneously in the medium to be characterized. Therefore, the quasi-stationary elastic wave generated inside the medium to be characterized is a superposition of the quasi-stationary shear and compression waves. Since the speed of shear waves is much less than the speed of compression waves, the actual observed vibration speed does not correspond to the speed of the shear wave. Therefore, the effect of compression wave propagation must be taken into account in order to be able to measure the propagation velocity of shear waves. To do this, it is necessary to record complex data and calculate offsets in three spatial directions, x, y, z.
Единственным методом гармонической эластографии, допускающим в настоящее время выполнение такой коррекции, является метод MRE. Однако, данный метод нуждается в очень сложном и дорогом устройстве магнитно-резонансной томографии и, следовательно, является намного более сложным для реализации, чем метод VCTE.The only method of harmonic elastography that currently allows such a correction is the MRE method. However, this method requires a very complex and expensive MRI device and is therefore much more difficult to implement than the VCTE method.
Более того, данные методы выполняются под контролем традиционных способов типа ультрасонографии или магнитно-резонансной томографии. Поэтому они требуют обширного опыта от оператора, что не располагает к широкому распространению технологии.Moreover, these methods are performed under the control of traditional methods such as ultrasonography or magnetic resonance imaging. Therefore, they require extensive experience from the operator, which is not conducive to widespread adoption of the technology.
Кроме того, метод гармонической эластографии можно применить для управления способами лечения. Данный подход включает в себя, например, лечение опухолей, местоположение которых определяется методом гармонической эластографии, с помощью способов гипертермической терапии.In addition, the method of harmonic elastography can be applied to control methods of treatment. This approach includes, for example, the treatment of tumors, the location of which is determined by the method of harmonic elastography, using methods of hyperthermia therapy.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМАTECHNICAL PROBLEM
Методы гармонической или транзиентной эластографии базируются на управлении измерением путем использования традиционного метода визуализации (ультрасонографии или магнитно-резонансной томографии), что требует обширного опыта от оператора и не обеспечивает оптимального определения местонахождения ткани, которую требуется охарактеризовать в отношении распространения сдвиговых волн. В результате, невозможно спрогнозировать достоверность эластографического измерения, которое намереваются выполнить. И наконец, данные методы не пригодны для реализации с устройствами, которые имеют небольшие размеры и удобны для применения.Harmonic or transient elastography methods rely on measurement control by using a conventional imaging method (ultrasoundography or magnetic resonance imaging), which requires extensive experience from the operator and does not provide optimal localization of the tissue to be characterized in relation to shear wave propagation. As a result, it is not possible to predict the reliability of the elastographic measurement that is intended to be performed. Finally, these methods are not suitable for implementation with devices that are small and easy to use.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
Чтобы по меньшей мере частично решить приведенные проблемы, настоящее изобретение предлагает новый метод эластографии, который будет называться гибридной эластографией в остальной части настоящего документа.In order to at least partially solve these problems, the present invention provides a new method of elastography, which will be referred to as hybrid elastography in the remainder of this document.
С этой целью, изобретение относится, во-первых, к способу гибридной эластографии, включающему в себя следующие этапы:To this end, the invention relates, firstly, to a hybrid elastography method comprising the following steps:
- приложение с использованием первого вибратора, содержащегося в зонде, находящемся в контакте с вязкоупругой средой, непрерывной низкочастотной вибрации и формирование с использованием ультразвукового преобразователя, находящегося в контакте с вязкоупругой средой, первой серии ультразвуковых сигналов сбора данных, при этом упомянутая первая серия ультразвуковых сигналов сбора данных включает в себя группы ультразвуковых сигналов сбора данных, причем группы ультразвуковых сигналов сбора данных формируются с первой частотой повторения импульсов, каждая группа ультразвуковых сигналов сбора данных включает в себя по меньшей мере один сигнал сбора данных, и непрерывная вибрация формирует упругую волну внутри вязкоупругой среды;applying, using a first vibrator contained in a probe in contact with a viscoelastic medium, continuous low-frequency vibration and generating, using an ultrasonic transducer in contact with a viscoelastic medium, a first series of ultrasonic data acquisition signals, wherein said first series of ultrasonic acquisition signals the data includes groups of ultrasonic data acquisition signals, wherein the groups of ultrasonic data acquisition signals are generated at a first pulse repetition rate, each group of ultrasonic data acquisition signals includes at least one data acquisition signal, and continuous vibration generates an elastic wave inside the viscoelastic medium;
- приложение с использованием второго вибратора, содержащегося в зонде, находящемся в контакте с вязкоупругой средой, низкочастотного импульса и формирование с использованием ультразвукового преобразователя, второй серии ультразвуковых сигналов сбора данных, причем ультразвуковые сигналы сбора данных, составляющие вторую серию, формируются со второй частотой повторения импульсов, и низкочастотный импульс формирует нестационарную сдвиговую волну, распространяющуюся внутри вязкоупругой среды.- applying, using a second vibrator contained in a probe in contact with a viscoelastic medium, a low-frequency pulse and generating, using an ultrasonic transducer, a second series of ultrasonic data acquisition signals, wherein the ultrasonic data acquisition signals constituting the second series are generated at a second pulse repetition rate , and the low-frequency pulse forms a non-stationary shear wave propagating inside the viscoelastic medium.
В соответствии с одним вариантом осуществления, непрерывная вибрация, прикладываемая первым вибратором, прекращается до приложения низкочастотного импульса вторым вибратором и формированием второй серии ультразвуковых сигналов сбора данных.In accordance with one embodiment, the continuous vibration applied by the first vibrator is terminated prior to the application of a low frequency pulse by the second vibrator and generation of a second series of ultrasonic data acquisition signals.
Под гибридной эластографией понимается способ реализации метода эластографии, включающий в себя по меньшей мере один этап приложения непрерывной низкочастотной вибрации и этап приложения низкочастотного импульса. Иначе говоря, способ гибридной эластографии в соответствии с изобретением включает в себя как формирование непрерывной вибрации, что характерно для метода гармонической эластографии, так и формирование низкочастотного импульса, что характерно для метода транзиентной эластографии.By hybrid elastography is meant a method for implementing the elastography method, including at least one step of applying continuous low-frequency vibration and a step of applying a low-frequency pulse. In other words, the hybrid elastography method according to the invention includes both the generation of continuous vibration, which is characteristic of the harmonic elastography method, and the generation of a low frequency pulse, which is characteristic of the transient elastography method.
Таким образом, непрерывная низкочастотная вибрация, которая является непрекращающейся, и низкочастотный импульс, длительность которого является короткой, различаются. Обычно длительность низкочастотного импульса находится в диапазоне от 1/2×tSWF до 20/tSWF, где tSWF является центральной частотой низкочастотного импульса.Thus, the continuous low frequency vibration, which is continuous, and the low frequency pulse, whose duration is short, are different. Typically, the duration of the low frequency pulse is in the range from 1/2×tSWF to 20/tSWF, where tSWF is the center frequency of the low frequency pulse.
Под непрерывной низкочастотной вибрацией понимается непрерывное воспроизведение волновой картины. Данная картина может быть, например, идеальной синусоидой; и, в таком случае, она называется монохроматической вибрацией. Вибрация может также формироваться путем воспроизведения произвольной картины. В соответствии с одним вариантом осуществления, непрерывная вибрация прерывается во время переключения в режим низкочастотного импульса, чтобы прекратить процесс измерения, или когда условия измерения больше не являются удовлетворительными. Условия измерения могут быть, например, условием, налагаемым на силу соприкосновения с исследуемой средой. Центральная частота непрерывной низкочастотной вибрации обычно находится в диапазоне 5-500 Гц.By continuous low-frequency vibration is meant the continuous reproduction of the wave pattern. This pattern can be, for example, an ideal sinusoid; and, in that case, it is called monochromatic vibration. Vibration can also be generated by reproducing an arbitrary pattern. According to one embodiment, the continuous vibration is interrupted during a switch to the low frequency pulse mode to terminate the measurement process, or when the measurement conditions are no longer satisfactory. The measurement conditions may be, for example, a condition imposed on the force of contact with the test medium. The center frequency of continuous low frequency vibration is usually in the range of 5-500 Hz.
Под упругой волной понимается суперпозиция волны сжатия и сдвиговых волн.An elastic wave is understood as a superposition of a compression wave and shear waves.
Под ультразвуковым сигналом сбора данных понимается излучение ультразвукового импульса. Упомянутое излучение ультразвуковых волн может быть связано с приемом и записью в реальном времени эхо-сигналов, формируемых отражательными частицами, присутствующими в исследуемой среде для заданного диапазона глубин.An ultrasonic data acquisition signal refers to the emission of an ultrasonic pulse. The mentioned emission of ultrasonic waves can be associated with the real-time reception and recording of echo signals generated by reflective particles present in the medium under study for a given depth range.
Таким образом, первая серия ультразвуковых сигналов сбора данных формируется повторением групп сигналов сбора данных. Группа сигналов сбора данных включает в себя по меньшей мере один ультразвуковой сигнал сбора данных. Группы сигналов сбора данных излучаются или формируются с первой частотой повторения импульсов. Первая частота повторения импульсов называется межгрупповой частотой повторения импульсов. Первая частота повторения импульсов обычно находится в диапазоне 5-500 Гц.Thus, the first series of ultrasonic acquisition signals is formed by repeating groups of acquisition signals. The data acquisition signal group includes at least one ultrasonic data acquisition signal. Groups of data acquisition signals are emitted or formed at a first pulse repetition rate. The first pulse repetition rate is called the intergroup pulse repetition rate. The first pulse repetition frequency is usually in the range of 5-500 Hz.
Когда каждая группа сигналов сбора данных формируется по меньшей мере двумя ультразвуковыми сигналами сбора данных, ультразвуковые сигналы сбора данных, формирующие одну и ту же группу, излучаются или формируются с внутригрупповой частотой повторения импульсов, обычно, в диапазоне от 500 Гц до 100 кГц.When each group of acquisition signals is generated by at least two ultrasonic acquisition signals, the ultrasonic acquisition signals forming the same group are emitted or generated at an intra-group pulse repetition rate, typically in the range of 500 Hz to 100 kHz.
В качестве преимущества, применение первой низкой частоты повторения импульсов в процессе приложения непрерывной вибрации дает возможность измерять перемещения вязкоупругой ткани, при одновременном ограничении акустической энергии, направляемой в ту же самую ткань, чтобы не превышать пределы пиковой и средней акустической мощности.Advantageously, the use of a first low pulse repetition rate during continuous vibration application makes it possible to measure movements of viscoelastic tissue while limiting the acoustic energy directed into the same tissue so as not to exceed peak and average acoustic power limits.
Термин «смещение» рассматривается в настоящем документе в широком смысле. Он включает в себя любой параметр перемещения, такой как смещение, скорость, деформация, коэффициент деформации, скорость деформации и любое математическое преобразование, применимое к данным параметрам.The term "bias" is used in this document in a broad sense. It includes any movement parameter such as displacement, speed, strain, strain factor, strain rate, and any mathematical transformation applicable to those parameters.
Под низкочастотным импульсом понимается импульс с центральной частотой, обычно в диапазоне 5-500 Гц.A low-frequency pulse is understood as a pulse with a center frequency, usually in the range of 5-500 Hz.
Под второй серией ультразвуковых сигналов сбора данных понимается серия ультразвуковых сигналов сбора данных, излучаемых или формируемых с частотой повторения импульсов, превышающей 500 Гц и, предпочтительно, находящейся в диапазоне от 500 Гц до 100 кГц.By the second series of ultrasonic data acquisition signals is meant a series of ultrasonic data acquisition signals emitted or generated at a pulse repetition rate greater than 500 Hz and preferably in the range of 500 Hz to 100 kHz.
В процессе приложения непрерывной вибрации, внутри вязкоупругой среды формируется упругая волна.During the application of continuous vibration, an elastic wave is formed inside the viscoelastic medium.
Первая серия ультразвуковых сигналов сбора данных используется для исследования распространения упругой волны внутри вязкоупругой среды. При этом можно детектировать эхо-сигналы или ультразвуковые сигналы, отраженные вязкоупругой средой, и по данным отраженным ультразвуковым сигналам можно вычислить смещения вязкоупругой среды, вызываемые распространением упругой волны, формируемой непрерывной вибрацией, внутри вязкоупругой среды.The first series of ultrasonic data acquisition signals is used to investigate the propagation of an elastic wave within a viscoelastic medium. In this way, echoes or ultrasonic signals reflected by the viscoelastic medium can be detected, and from these reflected ultrasonic signals, displacements of the viscoelastic medium caused by the propagation of an elastic wave generated by continuous vibration inside the viscoelastic medium can be calculated.
Например, можно вычислить смещения вязкоупругой среды путем обработки корреляционным методом ультразвуковых сигналов сбора данных, составляющих одну и ту же группу сигналов сбора данных первой серии ультразвуковых сигналов сбора данных. For example, it is possible to calculate the displacements of the viscoelastic medium by correlation processing the ultrasonic acquisition signals constituting the same acquisition signal group of the first series of ultrasonic acquisition signals.
Затем можно измерить свойства упругой волны внутри среды и вычислить в реальном времени индикатор позиционирования по измеренным свойствам. Данный индикатор отображается в реальном времени, чтобы служить указателем для оператора. Примерами таких свойств являются амплитуда и фаза упругой волны, измеренные в зависимости от глубины в ткань, которую требуется охарактеризовать. Кроме того, можно вычислить фазовую скорость упругой волны. Хотя из фазовой скорости упругой волны можно вывести значение эластичность, но данное значение отличается от значения эластичности, выведенного с помощью импульсной волны, при наличии суперпозиции сдвиговых волн и волны сжатия в процессе приложения непрерывной вибрации.The properties of the elastic wave inside the medium can then be measured and a real-time positioning indicator calculated from the measured properties. This indicator is displayed in real time to serve as a guide to the operator. Examples of such properties are the amplitude and phase of an elastic wave measured as a function of depth into the tissue to be characterized. In addition, the phase velocity of the elastic wave can be calculated. Although the elasticity value can be derived from the phase velocity of the elastic wave, this value is different from the elasticity value derived using the impulse wave when there is a superposition of shear waves and compression waves in the process of applying continuous vibration.
В оставшейся части настоящего документа «индикатор позиционирования» и «индикатор позиционирования реального времени» относятся к одному и тому же индикатору позиционирования реального времени.In the remainder of this document, "positioning indicator" and "real-time positioning indicator" refer to the same real-time positioning indicator.
Реальное время означает, что отображение индикатора периодически обновляется во время обследования. В общем, частота обновления составляет около 20 Гц, но может быть также порядка 1 Гц.Real time means that the display of the indicator is updated periodically during the examination. In general, the refresh rate is around 20 Hz, but can be as low as 1 Hz as well.
Важно отметить, что непрерывная вибрация применяется для контроля позиционирования зонда, используемого для гибридной эластографии. Например, непрерывную вибрацию можно применять для проверки присутствия паренхимы печени, обращенной к зонду. Важно отметить, что непрерывная вибрация применяется не вместо измерения, выполняемого импульсом; она завершает это измерение. Иначе говоря, на этапе приложения непрерывной вибрации, возможно, но не обязательно опосредованное измерение вязкоупругих свойств среды. Данное последнее измерение физически не тождественно эластичности в смысле модуля упругости, но может коррелироваться с данным значением.It is important to note that continuous vibration is used to control the positioning of the probe used for hybrid elastography. For example, continuous vibration can be used to check for the presence of liver parenchyma facing the probe. It is important to note that continuous vibration is not used in lieu of a pulsed measurement; it completes this dimension. In other words, at the stage of application of continuous vibration, it is possible, but not necessarily, to indirectly measure the viscoelastic properties of the medium. This last measurement is not physically identical to elasticity in terms of modulus of elasticity, but can be correlated with this value.
Приложение низкочастотного импульса формирует нестационарную сдвиговую волну, распространяющуюся внутри вязкоупругой среды, которую требуется охарактеризовать. Контроль распространения сдвиговой волны позволяет измерять вязкоупругие свойства ткани, которую требуется охарактеризовать, например, скорость распространения сдвиговой волны, эластичность ткани, модуль сдвига ткани или модуль упругости ткани. При использовании способа в соответствии с изобретением, измерением вязкоупругих свойств среды можно не учитывать, если позиционирование зонда является неудовлетворительным. Иначе говоря, достоверность измерения эластичности можно проверять априорно с помощью индикатора позиционирования, полученного на этапе приложения непрерывной вибрации.The application of a low-frequency pulse generates a non-stationary shear wave propagating inside the viscoelastic medium that needs to be characterized. Shear wave propagation monitoring measures the viscoelastic properties of the tissue to be characterized, such as shear wave propagation velocity, tissue elasticity, tissue shear modulus, or tissue elastic modulus. When using the method in accordance with the invention, the measurement of the viscoelastic properties of the medium can be ignored if the positioning of the probe is unsatisfactory. In other words, the validity of the elasticity measurement can be checked a priori by the positioning indicator obtained in the continuous vibration application step.
В качестве альтернативы, приложение низкочастотного импульса может включаться только в случае, если правильность позиционирования зонда подтверждена предварительно на этапе гармонической эластографии.Alternatively, the application of a low-frequency pulse can only be switched on if the correct positioning of the probe has previously been confirmed in the harmonic elastography step.
Вторая серия ультразвуковых сигналов сбора данных, излучаемая или формируемая со второй частотой повторения импульсов, используется для исследования распространения нестационарной сдвиговой волны внутри вязкоупругой среды, которую требуется охарактеризовать. Представляется возможным записывать ультразвуковые сигналы, отраженные вязкоупругой средой и вычислять по данным отраженным ультразвуковым сигналам смещения вязкоупругой среды, вызванные распространением сдвиговой волны. Измерение смещений, вызываемых в вязкоупругой среде упомянутым распространением позволяет в дальнейшем решить обратную задачу определения скорости распространения сдвиговой волны и, следовательно, определения эластичности среды с использованием формулы E=3ρVs 2, где E является эластичностью или модулем упругости, ρ означает плотность, и Vs является скоростью сдвига.A second series of ultrasonic data acquisition signals, emitted or generated at a second pulse repetition rate, is used to investigate the propagation of a non-stationary shear wave within the viscoelastic medium to be characterized. It is possible to record ultrasonic signals reflected by a viscoelastic medium and calculate from these reflected ultrasonic signals the displacements of the viscoelastic medium caused by the propagation of a shear wave. Measuring the displacements caused in a viscoelastic medium by said propagation allows one to further solve the inverse problem of determining the speed of propagation of a shear wave and, therefore, determining the elasticity of the medium using the formula E=3ρV s 2 , where E is the elasticity or modulus of elasticity, ρ means density, and V s is the shear rate.
Таким образом, способ гибридной эластографии в соответствии с изобретением позволяет проверять правильность позиционирования зонда с использованием метода гармонической эластографии и затем измерять вязкоупругие свойства среды, которую требуется охарактеризовать, с использованием метода транзиентной или импульсной эластографии. В частности, после того, как правильность позиционирования зонда проверена, на этапе транзиентной эластографии выполняется измерение вязкоупругих свойств. Это измерение обеспечивает более точное значение вязкоупругих свойств среды, по сравнению с гармонической эластографией, так как в процессе импульсной эластографии отсутствует суперпозиция волны сжатия и сдвиговые волны, в отличие от того, что наблюдается в процессе гармонической эластографии.Thus, the hybrid elastography method according to the invention makes it possible to check the correct positioning of the probe using the harmonic elastography method and then measure the viscoelastic properties of the medium to be characterized using the transient or pulsed elastography method. In particular, after the correct positioning of the probe has been verified, the viscoelastic properties are measured in the transient elastography step. This measurement provides a more accurate indication of the viscoelastic properties of the medium than harmonic elastography, since there is no superposition of compression and shear waves in pulsed elastography, unlike what is observed in harmonic elastography.
Иначе говоря, первый этап гармонической эластографии позволяет управлять позиционированием зонда относительно ткани, которую требуется охарактеризовать, посредством обеспечения оператору индикатора, прогнозирующего успешность измерения методом импульсной эластографии. После того, как правильность позиционирования зонда проверена, можно инициировать сбор данных методом транзиентной эластографии, при этом нестационарная сдвиговая волна правильно распространяется внутри среды.In other words, the first step of harmonic elastography allows you to control the positioning of the probe relative to the tissue to be characterized by providing the operator with an indicator predicting the success of the pulsed elastography measurement. After correct probe positioning has been verified, transient elastography data acquisition can be initiated, with the non-stationary shear wave propagating correctly within the medium.
В качестве преимущества, способ гибридной эластографии в соответствии с изобретением позволяет выполнять измерение вязкоупругих свойств ткани, которую требуется охарактеризовать, надежным и воспроизводимым образом, с использованием метода транзиентной эластографии, при одновременном простом и точном позиционировании зонда методом гармонической эластографии.Advantageously, the hybrid elastography method according to the invention makes it possible to measure the viscoelastic properties of the tissue to be characterized in a reliable and reproducible manner using the transient elastography method, while simultaneously simple and accurate probe positioning using the harmonic elastography method.
Способ гибридной эластографии в соответствии с изобретением может также иметь одну или более из нижеприведенных характеристик, рассматриваемых по отдельности или в соответствии со всеми их технически возможными сочетаниями:The hybrid elastography method according to the invention may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in accordance with all their technically possible combinations:
- способ гибридной эластографии в соответствии с изобретением дополнительно включает в себя следующие этапы:- the hybrid elastography method according to the invention further comprises the following steps:
определение, исходя из первой серии ультразвуковых сигналов сбора данных по меньшей мере одного свойства упругой волны внутри вязкоупругой среды;determining, based on the first series of ultrasonic data acquisition signals, at least one elastic wave property within the viscoelastic medium;
определение, исходя из второй серии ультразвуковых сигналов сбора данных по меньшей мере одного свойства нестационарной сдвиговой волны и свойства вязкоупругой среды;determining, from the second series of ultrasonic data acquisition signals, at least one property of the transient shear wave and a property of the viscoelastic medium;
- один и тот же вибратор применяется для приложения непрерывной низкочастотной вибрации и низкочастотного импульса;- the same vibrator is used to apply continuous low frequency vibration and low frequency pulse;
- свойство упругой волны внутри вязкоупругой среды служит для вычисления индикатора позиционирования реального времени для зонда относительно вязкоупругой среды, подлежащей исследованию;- the property of the elastic wave inside the viscoelastic medium is used to calculate the real-time positioning indicator for the probe relative to the viscoelastic medium to be investigated;
- способ в соответствии с изобретением дополнительно включает в себя этап отображения в реальном времени индикатора позиционирования реального времени; при этом частота обновления отображения имеет значение, например, не ниже 5 Гц;the method according to the invention further includes the step of displaying a real-time positioning indicator in real time; while the refresh rate of the display has a value, for example, not lower than 5 Hz;
- этап вычисления индикатора позиционирования и этап его отображения выполняются одновременно;the step of calculating the positioning indicator and the step of displaying it are performed simultaneously;
- этап приложения низкочастотного импульса и формирования второй серии ультразвуковых сигналов сбора данных инициируется только в случае, если индикатор позиционирования реального времени удовлетворяет заданному условию;- the stage of applying a low-frequency pulse and generating a second series of ultrasonic data acquisition signals is initiated only if the real-time positioning indicator satisfies the specified condition;
- этап приложения низкочастотного импульса и формирования второй серии ультразвуковых сигналов сбора данных инициируется автоматически на основании значения индикатора позиционирования реального времени;- the step of applying a low-frequency pulse and generating a second series of ultrasonic data acquisition signals is initiated automatically based on the value of the real-time positioning indicator;
- этап приложения низкочастотного импульса и формирования второй серии ультразвуковых сигналов сбора данных инициируется автоматически;- the stage of application of a low-frequency pulse and the formation of the second series of ultrasonic data acquisition signals is initiated automatically;
- этап приложения непрерывной низкочастотной вибрации инициируется только в случае, если сила соприкосновения между вибратором и вязкоупругой средой превышает заданную нижнюю пороговую величину;- the stage of application of continuous low-frequency vibration is initiated only if the contact force between the vibrator and the viscoelastic medium exceeds the specified lower threshold value;
- этап приложения непрерывной низкочастотной вибрации инициируется только в случае, если сила соприкосновения между вибратором и вязкоупругой средой находится в диапазоне между заданной нижней пороговой величиной и заданной верхней пороговой величиной;- the stage of application of continuous low-frequency vibration is initiated only if the contact force between the vibrator and the viscoelastic medium is in the range between the specified lower threshold value and the specified upper threshold value;
- этап приложения низкочастотного импульса инициируется только в случае, если сила соприкосновения между вибратором и вязкоупругой средой превышает заданную нижнюю пороговую величину;- the stage of applying a low-frequency pulse is initiated only if the contact force between the vibrator and the viscoelastic medium exceeds the specified lower threshold value;
- нижняя и верхняя пороговые величины силы соприкосновения для приложения непрерывной вибрации обычно равны, соответственно, 1 Н и 10 Н;- the lower and upper threshold values of the contact force for the application of continuous vibration are usually 1 N and 10 N, respectively;
- нижняя и верхняя пороговые величины силы соприкосновения для приложения низкочастотного импульса обычно равны, соответственно, 4 Н и 10 Н;- the lower and upper threshold values of the contact force for the application of a low-frequency pulse are usually 4 N and 10 N, respectively;
- частота непрерывной низкочастотной вибрации, cSWF, прикладываемой вибратором, находится в диапазоне 5-500 Гц;- the frequency of continuous low-frequency vibration, cSWF, applied by the vibrator is in the range of 5-500 Hz;
- амплитуда непрерывной низкочастотной вибрации, прикладываемой вибратором, находится в диапазоне от 10 мкм до 5 мм;- the amplitude of the continuous low-frequency vibration applied by the vibrator is in the range from 10 µm to 5 mm;
- первая серия ультразвуковых сигналов сбора данных формируется повторением групп, включающих в себя по меньшей мере два ультразвуковых сигнала сбора данных, имеющих внутригрупповую частоту повторения импульсов в диапазоне от 500 Гц до 10 кГц, и первую частоту повторения импульсов в диапазоне от 10 Гц до 10 кГц;- the first series of ultrasonic data acquisition signals is formed by repeating groups, including at least two ultrasonic data acquisition signals having an intra-group pulse repetition rate in the range from 500 Hz to 10 kHz, and a first pulse repetition frequency in the range from 10 Hz to 10 kHz ;
- первая частота повторения импульсов имеет значение ниже частоты непрерывной вибрации;- the first pulse repetition frequency has a value below the frequency of continuous vibration;
- центральная частота tSWF низкочастотного импульса находится в диапазоне от 10 Гц до 1000 Гц;- the center frequency tSWF of the low-frequency pulse is in the range from 10 Hz to 1000 Hz;
- длительность импульса находится в диапазоне от 1/(2×tSWF) до 20/tSWF, где tSWF является центральной частотой низкочастотного импульса;- the pulse duration is in the range from 1/(2×tSWF) to 20/tSWF, where tSWF is the center frequency of the low frequency pulse;
- частота повторения импульсов второй серии ультразвуковых импульсов находится в диапазоне от 500 Гц до 100 кГц;- the pulse repetition frequency of the second series of ultrasonic pulses is in the range from 500 Hz to 100 kHz;
- амплитуда низкочастотного импульса находится в диапазоне от 100 мкм до 10 мм;- the amplitude of the low-frequency pulse is in the range from 100 µm to 10 mm;
- прекращение непрерывной вибрации вибратора и приложение низкочастотного импульса разделяются интервалом времени, причем интервал времени может быть не менее 10 мс и, предпочтительно, находится в диапазоне от 1 мс до 50 мс;- the termination of the continuous vibration of the vibrator and the application of the low-frequency pulse are separated by a time interval, and the time interval can be at least 10 ms and preferably is in the range from 1 ms to 50 ms;
- амплитуда низкочастотного импульса определяется на основании свойств упругой волны, полученных при непрерывной вибрации.- the amplitude of the low-frequency pulse is determined based on the properties of the elastic wave obtained with continuous vibration.
Настоящее изобретение относится также к зонду для реализации способа гибридной эластографии в соответствии с изобретением. Зонд в соответствии с изобретением включает в себя:The present invention also relates to a probe for implementing the hybrid elastography method according to the invention. The probe according to the invention includes:
- Первый вибратор, выполненный с возможностью приложения непрерывной низкочастотной вибрации к вязкоупругой среде, при этом непрерывная низкочастотная вибрация формирует упругую волну внутри вязкоупругой среды;- The first vibrator configured to apply continuous low frequency vibration to the viscoelastic medium, wherein the continuous low frequency vibration generates an elastic wave within the viscoelastic medium;
- Второй вибратор, выполненный с возможностью приложения к вязкоупругой среде низкочастотного импульса, формирующего нестационарную сдвиговую волну внутри вязкоупругой среды;- The second vibrator, configured to apply to the viscoelastic medium a low-frequency pulse that generates a non-stationary shear wave inside the viscoelastic medium;
- Ультразвуковой преобразователь, выполненный с возможностью излучения:- An ultrasonic transducer capable of emitting:
первой серии ультразвуковых сигналов сбора данных, при этом упомянутая первая серия ультразвуковых сигналов сбора данных включает в себя группы ультразвуковых сигналов сбора данных, причем группы ультразвуковых сигналов сбора данных формируются с первой частотой повторения импульсов, и каждая группа ультразвуковых сигналов сбора данных включает в себя по меньшей мере один сигнал сбора данных;of the first series of ultrasonic data acquisition signals, wherein said first series of ultrasonic data acquisition signals includes groups of ultrasonic data acquisition signals, wherein the groups of ultrasonic data acquisition signals are formed at a first pulse repetition rate, and each group of ultrasonic data acquisition signals includes at least at least one data acquisition signal;
второй серии ультразвуковых сигналов сбора данных, причем ультразвуковые сигналы сбора данных, составляющие вторую серию, формируются со второй частотой повторения импульсов;a second series of ultrasonic data acquisition signals, wherein the ultrasonic data acquisition signals constituting the second series are generated at a second pulse repetition rate;
причем упомянутый зонд дополнительно выполнен с возможностью прекращения приложения непрерывной вибрации до приложения низкочастотного импульса.wherein said probe is further configured to terminate the application of continuous vibration prior to application of the low frequency pulse.
Зонд в соответствии с изобретением делает возможной реализацию способа в соответствии с изобретением.The probe according to the invention makes it possible to carry out the method according to the invention.
В соответствии с одним вариантом осуществления, зонд в соответствии с изобретением включает в себя единственный вибратор, который используется как для приложения непрерывной вибрации к вязкоупругой среде на этапе гармонической эластографии, так и для приложения низкочастотного импульса на этапе импульсной эластографии.In accordance with one embodiment, the probe according to the invention includes a single vibrator that is used to both apply continuous vibration to a viscoelastic medium in the harmonic elastography step and to apply a low frequency pulse in the pulsed elastography step.
Зонд выполнен так, что приложение низкочастотного импульса и прекращение непрерывной вибрации разделяются интервалом времени в диапазоне от 1 мс до 50 мс. Интервал времени составляет, предпочтительно, не менее 10 мс.The probe is designed so that the application of a low-frequency pulse and the cessation of continuous vibration are separated by a time interval in the range from 1 ms to 50 ms. The time interval is preferably at least 10 ms.
Ультразвуковой преобразователь используется для передачи первой и второй серий ультразвуковых сигналов сбора данных внутрь вязкоупругой среды. Тот же ультразвуковой преобразователь детектирует отраженные ультразвуковые сигналы для каждого ультразвукового сигнала сбора данных. Затем отраженные ультразвуковые сигналы обрабатываются для определения смещений вязкоупругой среды, вызываемых непрерывной низкочастотной вибрацией и низкочастотным импульсом.The ultrasonic transducer is used to transmit the first and second series of ultrasonic data acquisition signals into the interior of the viscoelastic medium. The same ultrasonic transducer detects reflected ultrasonic signals for each ultrasonic acquisition signal. The reflected ultrasonic signals are then processed to determine displacements of the viscoelastic medium caused by continuous low frequency vibration and low frequency pulse.
Зонд для гибридной эластографии в соответствии с изобретением может также иметь одну или более из нижеприведенных характеристик, рассматриваемых по отдельности или в соответствии со всеми их технически возможными сочетаниями:The probe for hybrid elastography according to the invention may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in accordance with all their technically possible combinations:
- вибратор является электродвигателем или звуковой катушкой, или электродинамическим приводом;- the vibrator is an electric motor or a voice coil, or an electrodynamic drive;
- ультразвуковой преобразователь установлен на оси вибратора;- ultrasonic transducer is installed on the axis of the vibrator;
- зонд для гибридной эластографии в соответствии с изобретением дополнительно включает в себя средство для включения приложения низкочастотного импульса;the hybrid elastography probe according to the invention further includes means for enabling the application of a low frequency pulse;
- ультразвуковой преобразователь имеет форму круга с диаметром в диапазоне от 2 мм до 15 мм;- the ultrasonic transducer has the shape of a circle with a diameter ranging from 2 mm to 15 mm;
- ультразвуковой преобразователь имеет рабочую частоту в диапазоне от 1 MГц до 15 MГц;- ultrasonic transducer has an operating frequency in the range from 1 MHz to 15 MHz;
- ультразвуковой преобразователь является конвексным абдоминальным зондом;- the ultrasonic transducer is a convex abdominal probe;
- первый и второй вибраторы являются осесимметричными;- the first and second vibrators are axisymmetric;
- по меньшей мере, один из двух вибраторов является осесимметричным;- at least one of the two vibrators is axisymmetric;
- по меньшей мере, один вибратор имеет ту же ось симметрии, что и ультразвуковой преобразователь;- at least one vibrator has the same axis of symmetry as the ultrasonic transducer;
- по меньшей мере, один вибратор имеет кольцевую форму и располагается вокруг ультразвукового преобразователя;- at least one vibrator has an annular shape and is located around the ultrasonic transducer;
- зонд дополнительно включает в себя средство для вычисления и отображения индикатора позиционирования реального времени.the probe further includes means for calculating and displaying a real-time positioning indicator.
Настоящее изобретение относится также к устройству для гибридной эластографии, реалующему способ гибридной эластографии в соответствии с изобретением.The present invention also relates to a hybrid elastography apparatus implementing the hybrid elastography method according to the invention.
Такое гибридное устройство в соответствии с изобретением включает в себя:Such a hybrid device according to the invention includes:
- зонд для гибридной эластографии в соответствии с изобретением;- probe for hybrid elastography in accordance with the invention;
- центральный блок, соединенный с зондом и включающий в себя по меньшей мере вычислительное средство для обработки отраженных ультразвуковых сигналов, средство отображения и средство управления и/или ввода.- a central unit connected to the probe and including at least a computing means for processing reflected ultrasonic signals, a display means and a control and/or input means.
В соответствии с одним вариантом осуществления, средство отображения используется для отображения в реальном времени индикатора позиционирования реального времени.According to one embodiment, the display means is used to display a real-time positioning indicator in real time.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Другие характеристики и преимущества изобретения будут очевидны из описания, которое приведено ниже в целях пояснения и ни в коей мере не для ограничения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:Other characteristics and advantages of the invention will become apparent from the description which is given below by way of explanation and by no means limitation, with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1 - представление этапов способа гибридной эластографии в соответствии с изобретением;Fig. 1 is a representation of the steps of the hybrid elastography method according to the invention;
Фиг. 2 - схематичное изображение вибраций, прикладываемых вибратором, и ультразвуковых сигналов сбора данных при выполнении способа в соответствии с изобретением, показанного на фиг. 1;Fig. 2 is a schematic representation of the vibrations applied by the vibrator and the ultrasonic data acquisition signals during the method according to the invention shown in FIG. 1;
Фиг. 3 - схематичное изображение конкретного варианта осуществления способа эластографии, показанного на фиг. 1;Fig. 3 is a schematic representation of a particular embodiment of the elastography method shown in FIG. 1;
Фиг. 4 - представление результатов, полученных при выполнении части способа соответствии с изобретением по отношению к позиционированию вибратора;Fig. 4 is a representation of the results obtained by carrying out part of the method according to the invention with respect to the positioning of the vibrator;
Фиг. 5 - представление результатов выполнения способа, показанного на фиг. 1;Fig. 5 is a representation of the results of the method shown in FIG. 1;
Фиг. 6 - представление зонда для гибридной эластографии в соответствии с изобретением;Fig. 6 is a representation of a hybrid elastography probe according to the invention;
Фиг. 7a - представление конкретного варианта осуществления зонда для гибридной эластографии в соответствии с изобретением;Fig. 7a is a representation of a specific embodiment of a hybrid elastography probe according to the invention;
Фиг. 7b - представление устройства для гибридной эластографии в соответствии с изобретением.Fig. 7b is a representation of a hybrid elastography device according to the invention.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Фиг. 1 изображает этапы способа P гибридной эластографии в соответствии с изобретением.Fig. 1 shows the steps of the hybrid elastography method P according to the invention.
Первый этап CW способа P включает в себя приложение непрерывной низкочастотной вибрации с использованием первого вибратора, содержащегося в зонде, находящемся в контакте с вязкоупругой средой.The first step CW of method P includes applying continuous low frequency vibration using a first vibrator contained in a probe in contact with a viscoelastic medium.
Частота непрерывной вибрации находится в диапазоне 5-500 Гц.The frequency of continuous vibration is in the range of 5-500 Hz.
Первый этап CW способа P включает в себя формирование ультразвуковым преобразователем первой серии ультразвуковых сигналов сбора данных. Первая серия ультразвуковых сигналов сбора данных включает в себя группы ультразвуковых сигналов сбора данных. Группы ультразвуковых сигналов сбора данных излучаются с первой частотой LPRF (низкой частотой) повторения импульсов в диапазоне от 5 Гц до 500 Гц, при этом каждая группа включает в себя по меньшей мере один ультразвуковой сигнал сбора данных.The first step of the CW method P includes generating, by the ultrasonic transducer, a first series of ultrasonic data acquisition signals. The first series of ultrasonic data acquisition signals includes groups of ultrasonic data acquisition signals. Groups of ultrasonic acquisition signals are emitted at a first LPRF (low pulse repetition frequency) in the range of 5 Hz to 500 Hz, with each group including at least one ultrasonic acquisition signal.
Ультразвуковой сигнал сбора данных включает в себя излучение ультразвукового импульса, с последующими детектированием и записью отраженных ультразвуковых сигналов или эхо-сигналов.The ultrasonic data acquisition signal includes the emission of an ultrasonic pulse, followed by detection and recording of reflected ultrasonic signals or echoes.
Приложение непрерывной вибрации к вязкоупругой среде формирует упругую волну внутри той же среды. Упругая волна формируется посредством суперпозиции сдвиговых волн и волн сжатия. Исследование свойств данной упругой волны дает возможность получить информацию о правильном позиционировании зонда относительно вязкоупругой среды.The application of continuous vibration to a viscoelastic medium generates an elastic wave inside the same medium. An elastic wave is formed by a superposition of shear waves and compression waves. The study of the properties of this elastic wave makes it possible to obtain information about the correct positioning of the probe relative to the viscoelastic medium.
Вязкоупругая среда, которую требуется охарактеризовать, рассеивает по меньшей мере частично, ультразвуковые импульсы. Поэтому можно детектировать ультразвуковые сигналы, отраженные во время излучения первой серии ультразвуковых сигналов сбора данных.The viscoelastic medium to be characterized dissipates, at least partially, the ultrasonic pulses. Therefore, it is possible to detect ultrasonic signals reflected during the emission of the first series of ultrasonic acquisition signals.
Детектирование отраженных ультразвуковых сигналов может выполняться с использованием того же ультразвукового преобразователя, который применяется для излучения.Detection of reflected ultrasonic signals can be performed using the same ultrasonic transducer that is used for radiation.
Отраженные ультразвуковые сигналы, детектируемые на этапе CW формирования первой серии ультразвуковых сигналов сбора данных, обрабатываются на этапе CW_P определения по меньшей мере одного свойства упругой волны внутри вязкоупругой среды.The reflected ultrasonic signals detected in the step CW of generating the first series of ultrasonic data acquisition signals are processed in the step CW_P of determining at least one property of the elastic wave within the viscoelastic medium.
На данном этапе, отраженные ультразвуковые сигналы коррелируются друг с другом для того, чтобы измерять смещения вязкоупругой среды, вызываемые упругой волной, формируемой при приложении непрерывной вибрации, в соответствии с методом, известным в области эластографии и, в более общем смысле, ультразвуковых исследований.At this stage, the reflected ultrasonic signals are correlated with each other in order to measure the displacements of the viscoelastic medium caused by the elastic wave generated by the application of continuous vibration, in accordance with a method known in the field of elastography and, more generally, ultrasound research.
Исходя из измеренных смещений внутри вязкоупругой среды, можно вычислить такие свойства упругой волны, как амплитуда и фаза в зависимости от положения внутри вязкоупругой среды. Положение точки внутри вязкоупругой среды измеряется как расстояние между ультразвуковым преобразователем, и упомянутая точка вычисляется вдоль направления распространения ультразвуковых волн, излучаемых преобразователем. По данной причине положение точки внутри вязкоупругой среды называется, в общем, глубиной.From the measured displacements within the viscoelastic medium, it is possible to calculate the properties of the elastic wave, such as amplitude and phase, depending on the position within the viscoelastic medium. The position of a point within the viscoelastic medium is measured as the distance between the ultrasonic transducer, and said point is calculated along the propagation direction of the ultrasonic waves emitted by the transducer. For this reason, the position of a point within a viscoelastic medium is generally referred to as depth.
Кроме того, можно определить другие параметры упругой волны внутри вязкоупругой среды, такие как фазовая скорость упругой волны.In addition, other parameters of the elastic wave inside the viscoelastic medium can be determined, such as the phase velocity of the elastic wave.
Изменения амплитуды и фазы упругой волны могут быть вычислены в зависимости от глубины внутри ткани. Посредством выполнения коррекции теоретической модели по измеренным свойствам можно вычислить параметр качества коррекции. Исходя из данного параметра качества коррекции и/или других свойств упругой волны, можно вычислять индикатор RT_IP позиционирования реального времени вибратора относительно ткани, которую требуется охарактеризовать.Changes in the amplitude and phase of the elastic wave can be calculated as a function of the depth within the tissue. By performing a theoretical model correction on the measured properties, a correction quality parameter can be calculated. Based on this correction quality parameter and/or other properties of the elastic wave, a real-time positioning indicator RT_IP of the vibrator relative to the tissue to be characterized can be calculated.
Вследствие использования низкой первой частоты LPRF повторения импульсов для первой серии ультразвуковых сигналов сбора данных можно вычислять индикатор RT_IP позиционирования реального времени в реальном времени.Due to the use of a low first pulse repetition rate LPRF for the first series of ultrasonic acquisition signals, a real-time real-time positioning indicator RT_IP can be calculated.
В соответствии с одним вариантом осуществления, индикатор RT_IP позиционирования реального времени отображается одновременно с его вычислением. Иначе говоря, индикатор позиционирования реального времени вычисляется и отображается в реальном времени. Иначе говоря, этап вычисления индикатора позиционирования реального времени и этап отображения индикатора позиционирования реального времени выполняются одновременно.According to one embodiment, the real-time positioning indicator RT_IP is displayed simultaneously with its calculation. In other words, the real-time positioning indicator is calculated and displayed in real time. In other words, the step of calculating the real-time positioning indicator and the step of displaying the real-time positioning indicator are executed simultaneously.
Например, одна из используемых теоретических моделей предусматривает линейное изменение фазовой задержки на центральной частоте упругой волны в зависимости глубины в среде, которую требуется охарактеризовать. В данном случае, коррекция является линейной коррекцией, и параметр качества коррекции передает линейность фазы в зависимости от глубины в среде. Возможный индикатор является коэффициентом R2 детерминации, определяющим качество прогнозирования линейной регрессии кривой фазовой задержки в зависимости от глубины в диапазоне исследуемых глубин.For example, one of the theoretical models used is to linearly change the phase delay at the center frequency of the elastic wave as a function of depth in the medium to be characterized. In this case, the correction is a linear correction, and the correction quality parameter conveys phase linearity with depth in the medium. A possible indicator is the coefficient R 2 determination, which determines the quality of the prediction of the linear regression of the phase delay curve depending on the depth in the range of the investigated depths.
В соответствии с одним вариантом осуществления, этап CW_P определения по меньшей мере одного свойства упругой волны внутри ткани выполняется одновременно с этапом приложения непрерывной вибрации CW и детектирования первых отраженных ультразвуковых сигналов.According to one embodiment, the step CW_P of determining at least one property of the elastic wave inside the tissue is performed simultaneously with the step of applying continuous vibration CW and detecting the first reflected ultrasonic signals.
При посредстве способа P в соответствии с изобретением можно измерять в реальном времени свойства упругой волны внутри ткани и получать в реальном времени индикатор RT_IP позиционирования реального времени для зонда.By means of the method P according to the invention, it is possible to measure in real time the properties of the elastic wave inside the tissue and obtain in real time a real time positioning indicator RT_IP for the probe.
В качестве преимущества, низкая первая частота LPRF повторения импульсов дает возможность уменьшить объем данных, записываемых на этапе CW формирования первой серии ультразвуковых сигналов сбора данных, и обрабатывать эти данные в реальном времени для получения индикатора RT_IP позиционирования.As an advantage, the low first pulse repetition rate LPRF makes it possible to reduce the amount of data recorded in the CW step of generating the first series of ultrasonic acquisition signals and process this data in real time to obtain a positioning indicator RT_IP.
Если значение индикатора позиционирования является неудовлетворительным, то два этапа CW и CW_P повторяются, как показано штриховой стрелкой на фиг. 1.If the value of the positioning indicator is unsatisfactory, then the two steps CW and CW_P are repeated as shown by the dashed arrow in FIG. 1.
Если значение индикатора позиционирования является удовлетворительным, то зонд позиционирован правильно относительно вязкоупругой среды, и измерение эластичности, выполненное на этапе транзиентной эластографии, будет достоверным. В данном случае, способ P в соответствии с изобретением предусматривает переход на этап TI.If the positioning indicator value is satisfactory, then the probe is positioned correctly in relation to the viscoelastic medium and the elasticity measurement made in the transient elastography step will be reliable. In this case, the method P in accordance with the invention involves the transition to step TI.
В соответствии с одним вариантом осуществления, способ P в соответствии с изобретением включает в себя этап отображения в реальном времени индикатора RT_IP позиционирования. Вычисление индикатора RT_IP позиционирования и его отображение выполняются одновременно.According to one embodiment, the method P according to the invention includes the step of displaying a real-time positioning indicator RT_IP. The calculation of the positioning indicator RT_IP and its display are performed simultaneously.
В соответствии с одним вариантом осуществления, частота обновления визуального отображения индикатора позиционирования является не ниже 5 Гц.In accordance with one embodiment, the refresh rate of the visual display of the positioning indicator is at least 5 Hz.
Этап TI, показанный на фиг. 1, включает в себя приложение низкочастотного импульса с использованием второго вибратора.The TI step shown in FIG. 1 includes applying a low frequency pulse using a second vibrator.
Подобно того, как в любом методе транзиентной эластографии, приложение низкочастотного импульса к вязкоупругой среде формирует нестационарную или импульсную сдвиговую волну, распространяющуюся внутри среды. Посредством измерения скорости распространения нестационарной сдвиговой волны внутри среды, которую требуется охарактеризовать, можно решить обратную задачу определения эластичности среды.Just as in any transient elastography method, the application of a low-frequency pulse to a viscoelastic medium generates a non-stationary or pulsed shear wave propagating within the medium. By measuring the propagation velocity of a non-stationary shear wave inside the medium to be characterized, it is possible to solve the inverse problem of determining the elasticity of the medium.
Важно заметить, что в процессе приложения низкочастотного импульса и последующих этапов, непрерывная низкочастотная вибрация прекращается. Прекращение непрерывной вибрации в процессе выполнения этапа транзиентной эластографии очень важно для обеспечения возможности разделения по времени волн сжатия и сдвиговых волн, что дает возможность получить надежное измерение эластичности среды.It is important to note that during the application of the low frequency pulse and subsequent steps, the continuous low frequency vibration stops. Stopping continuous vibration during the transient elastography step is very important to allow separation of compression and shear waves in time, which makes it possible to obtain a reliable measurement of the elasticity of the medium.
В соответствии с одним вариантом осуществления, между прекращением непрерывной вибрации и приложением низкочастотного импульса существует интервал времени, составляющий от 1 мс до 50 мс и, предпочтительно, не менее 10 мс. Данный интервал времени допускает затухание волн сжатия, формируемых непрерывной вибрацией и повышает точность и надежность измерения такого вязкоупругого свойства, как скорость нестационарной сдвиговой волны.According to one embodiment, between the termination of the continuous vibration and the application of the low frequency pulse, there is a time interval ranging from 1 ms to 50 ms, and preferably not less than 10 ms. This time interval allows the attenuation of compression waves generated by continuous vibration and increases the accuracy and reliability of measuring such a viscoelastic property as the speed of a non-stationary shear wave.
Одновременно с приложением низкочастотного импульса, этап TI включает в себя формирование, с использованием ультразвукового преобразователя, второй серии ультразвуковых сигналов сбора данных, излучаемых со второй частотой VHPRF (очень высокой частотой) повторения импульсов.Simultaneously with the application of the low frequency pulse, the TI step includes generating, using an ultrasonic transducer, a second series of ultrasonic data acquisition signals emitted at a second pulse repetition frequency VHPRF (very high frequency).
Частота VHPRF повторения импульсов второй серии ультразвуковых сигналов сбора данных находится в диапазоне от 500 Гц до 100 кГц.The pulse repetition frequency VHPRF of the second series of ultrasonic data acquisition signals is in the range from 500 Hz to 100 kHz.
Исходя из отраженных ультразвуковых сигналов, детектируемых на этапе TI, можно вычислить по меньшей мере одно свойство вязкоупругой среды на этапе Ti_P способа P в соответствии с изобретением. Это можно сделать путем применения корреляционных методов, широко известных в эластографии. В частности, как поясняется, например, в документе «Transient elastography: a new non-invasive method for assessment of hepatic fibrosis», L. Sandrin et al., создается возможность вычислить скорость распространения сдвиговой волны и, следовательно, эластичность вязкоупругой среды.From the reflected ultrasonic signals detected in step TI, at least one property of the viscoelastic medium can be calculated in step Ti_P of the method P according to the invention. This can be done by applying the correlation methods widely known in elastography. In particular, as explained, for example, in the document "Transient elastography: a new non-invasive method for assessment of hepatic fibrosis", L. Sandrin et al., it becomes possible to calculate the speed of propagation of a shear wave and, therefore, the elasticity of a viscoelastic medium.
Например, на этапе TI_P определения свойства вязкоупругой среды определяется скорость распространения импульсной сдвиговой волны, формируемой низкочастотным импульсом. По скорости распространения сдвиговой волны можно решить обратную задачу определения эластичности, модуля сдвига или модуля упругости вязкоупругой среды.For example, in the step TI_P of determining the properties of the viscoelastic medium, the propagation velocity of the pulsed shear wave generated by the low-frequency pulse is determined. Using the speed of propagation of a shear wave, one can solve the inverse problem of determining the elasticity, shear modulus, or modulus of elasticity of a viscoelastic medium.
В соответствии с одним вариантом осуществления, этапы приложения низкочастотного импульса и формирования второй серии ультразвуковых сигналов сбора данных инициируются только в случае, если индикатор позиционирования удовлетворяет заданному условию.In accordance with one embodiment, the steps of applying a low frequency pulse and generating a second series of ultrasonic data acquisition signals are initiated only if the positioning indicator satisfies a predetermined condition.
В качестве преимущества, это дает возможность инициировать только достоверные измерения эластичности, так как существование нестационарной сдвиговой волны и ее правильное распространение обеспечиваются индикатором позиционирования.As an advantage, this makes it possible to initiate only reliable elasticity measurements, since the existence of a non-stationary shear wave and its correct propagation is ensured by the position indicator.
Инициирование этапов приложения низкочастотного импульса и последующих этапов может быть автоматическим или ручным и активизируется, например, оператором на основании значения индикатора RT_IP позиционирования.The initiation of the low frequency pulse application steps and subsequent steps may be automatic or manual and is activated, for example, by the operator based on the value of the positioning indicator RT_IP.
Если приложение низкочастотного импульса инициируется оператором, то индикатор позиционирования, вычисленный в реальном времени на этапе CW_P, отображается в реальном времени.If the application of a low frequency pulse is initiated by the operator, then the position indicator calculated in real time in the CW_P step is displayed in real time.
В соответствии с одним вариантом осуществления, для оператора может отображаться более простой сигнал типа «приемлемое позиционирование» или «неприемлемое позиционирование».According to one embodiment, a simpler "positioning acceptable" or "unacceptable positioning" signal may be displayed to the operator.
В соответствии с одним вариантом осуществления, частота обновления визуального отображения индикатора позиционирования превышает 5 Гц.In accordance with one embodiment, the refresh rate of the visual display of the positioning indicator is greater than 5 Hz.
Это позволяет оператору инициировать измерение эластичности с момента, в который наблюдается правильное распространение сдвиговой волны, обеспечивающее достоверность измерения.This allows the operator to initiate an elasticity measurement from the point at which the correct shear wave propagation is observed to ensure measurement validity.
В соответствии с одним вариантом осуществления, непрерывная вибрация включается только в случае, если сила соприкосновения между вибратором и вязкоупругой тканью имеет значение выше заданной пороговой величины, которая обычно равна 1 Н.According to one embodiment, continuous vibration is only enabled if the contact force between the vibrator and the viscoelastic tissue is above a predetermined threshold, which is typically 1 N.
В соответствии с одним вариантом осуществления, непрерывная вибрация включается только в случае, если сила соприкосновения между вибратором и вязкоупругой тканью имеет значение ниже заданной пороговой величины, которая обычно равна 10 Н.According to one embodiment, continuous vibration is only enabled if the contact force between the vibrator and the viscoelastic tissue is below a predetermined threshold, which is typically 10 N.
В качестве преимущества, нижняя пороговая величина обеспечивает удовлетворительное сопряжение между зондом и вязкоупругой средой, и верхняя пороговая величина исключает искажение непрерывной вибрации, вызываемое избыточной силой соприкосновения, и повреждение исследуемой среды.Advantageously, the lower threshold ensures satisfactory coupling between the probe and the viscoelastic medium, and the upper threshold eliminates continuous vibration distortion caused by excessive contact force and damage to the medium under test.
В соответствии с одним вариантом осуществления, низкочастотный импульс включается только в случае, если сила соприкосновения между вибратором и вязкоупругой тканью находится в диапазоне между заданной нижней пороговой величиной и заданной верхней пороговой величиной. Эти две пороговые величины обычно равны, соответственно, 4 Н и 8 Н.According to one embodiment, the low frequency pulse is only turned on if the contact force between the vibrator and the viscoelastic tissue is between a predetermined lower threshold and a predetermined upper threshold. These two threshold values are usually 4 N and 8 N, respectively.
В качестве преимущества, нижняя пороговая величина обеспечивает удовлетворительное сопряжение между зондом и вязкоупругой средой, и верхняя пороговая величина исключает искажение непрерывной вибрации, вызываемое избыточной силой соприкосновения, и повреждение исследуемой среды.Advantageously, the lower threshold ensures satisfactory coupling between the probe and the viscoelastic medium, and the upper threshold eliminates continuous vibration distortion caused by excessive contact force and damage to the medium under test.
Вследствие непрерывного колебательного перемещения вибратора, определение силы соприкосновения между вибратором и средой является более сложной задачей, чем в случае стандартного способа транзиентной эластографии. В условиях присутствия непрерывной низкочастотной вибрации, сила соприкосновения между вибратором и вязкоупругой средой определяется по следующей формуле:Due to the continuous oscillatory movement of the vibrator, determining the contact force between the vibrator and the medium is more difficult than in the case of the standard method of transient elastography. In the presence of continuous low-frequency vibration, the contact force between the vibrator and the viscoelastic medium is determined by the following formula:
F=k(x+A×cos(2πf low ∙t)) F =k(x+ A ×cos(2 πf low ∙t))
В данной формуле x означает смещение вибратора, k является постоянной упругости пружины, размещенной в зонде, A означает амплитуду непрерывной вибрации, и flow является частотой непрерывной вибрации.In this formula, x means the displacement of the vibrator, k is the constant of elasticity of the spring placed in the probe, A means the amplitude of continuous vibration, and f low is the frequency of continuous vibration.
Силу F можно измерить с использованием датчика силы, размещенного на зонде для гибридной эластографии. Последовательно, посредством применения низкочастотного фильтра для обработки сигнала, измеренного таким образом, можно исключить низкочастотную составляющую и вычислить среднюю силу соприкосновения:The force F can be measured using a force sensor placed on the hybrid elastography probe. Consistently, by applying a low-pass filter to process the signal measured in this way, it is possible to eliminate the low-frequency component and calculate the average contact force:
F Average =k(x). FAverage =k(x) .
В соответствии с одним вариантом осуществления способа P в соответствии с изобретением, низкочастотный импульс включается только в случае, если значение FAverage превышает заданную пороговую величину.In accordance with one embodiment of the method P in accordance with the invention, the low frequency pulse is turned on only if the F Average value exceeds a predetermined threshold value.
В качестве преимущества, применение минимального значения силы соприкосновения позволяет обеспечить удовлетворительное приложение низкочастотного импульса к вязкоупругой среде и правильное распространение нестационарной сдвиговой волны, формируемой внутри среды.As an advantage, the application of a minimum value of the contact force allows a satisfactory application of the low frequency pulse to the viscoelastic medium and the correct propagation of the non-stationary shear wave formed within the medium.
В соответствии с одним вариантом осуществления способа P в соответствии с изобретением, прекращение непрерывной вибрации вибратора и приложение низкочастотного импульса разделяются интервалом времени в диапазоне от 1 мс до 50 мс. Интервал времени, предпочтительно имеет значение не менее 10 мс.According to one embodiment of the method P according to the invention, the cessation of continuous vibration of the vibrator and the application of the low frequency pulse are separated by a time interval in the range of 1 ms to 50 ms. The time interval preferably has a value of at least 10 ms.
В качестве преимущества, применение интервала времени, разделяющего прекращение непрерывной вибрации и приложение низкочастотного импульса, допускает затухание вибрации, формируемой непрерывной вибрацией. Поэтому можно прикладывать низкочастотный импульс и наблюдать распространение импульсной сдвиговой волны в условиях отсутствия упругой волны. Одновременное присутствие упругой волны, включающей в себя волну сжатия и нестационарную сдвиговую волну может вносить ошибку в измерение скорости распространения нестационарной сдвиговой волны.As an advantage, the use of a time interval separating the cessation of the continuous vibration and the application of the low frequency pulse allows the damping of the vibration generated by the continuous vibration. Therefore, it is possible to apply a low-frequency pulse and observe the propagation of a pulsed shear wave in the absence of an elastic wave. The simultaneous presence of an elastic wave, including a compression wave and a non-stationary shear wave, can introduce an error into the measurement of the propagation velocity of the non-stationary shear wave.
Фиг. 2 схематично изображает:Fig. 2 schematically depicts:
- Непрерывную низкочастотную вибрацию cSW, прикладываемую первым вибратором на этапе CW, показанном на фиг. 1;- Continuous low frequency vibration cSW applied by the first vibrator in the CW step shown in FIG. 1;
- Низкочастотный импульс tSW, прикладываемый вторым вибратором на этапе TI, показанном на фиг. 1;- The low frequency pulse tSW applied by the second vibrator in the TI step shown in FIG. 1;
- Первую серию ультразвуковых сигналов PA сбора данных, сформированную группами G ультразвуковых сигналов сбора данных и формируемых ультразвуковым преобразователем на этапе CW, показанном на фиг. 1;- The first series of ultrasonic data acquisition signals PA generated by groups G of ultrasonic data acquisition signals and generated by the ultrasonic transducer in the step CW shown in FIG. 1;
- Вторую серию ультразвуковых сигналов DA сбора данных формируемых ультразвуковым преобразователем на этапе TI, показанном на фиг. 1.- The second series of ultrasonic data acquisition signals DA generated by the ultrasonic transducer in the TI step shown in FIG. 1.
На этапе CW приложения непрерывной вибрации, вибратор совершает колебания на частоте в диапазоне 5-500 Гц, с амплитудой в диапазоне от 10 мкм до 5 мм.During the CW stage of continuous vibration application, the vibrator oscillates at a frequency in the range of 5-500 Hz, with an amplitude in the range of 10 µm to 5 mm.
В качестве преимущества, благодаря низкой амплитуде и низкой частоте непрерывной вибрации, оператор может легко поддерживать зонд в контакте с вязкоупругой средой.As an advantage, due to the low amplitude and low frequency of continuous vibration, the operator can easily keep the probe in contact with the viscoelastic medium.
В соответствии с одним вариантом осуществления, один и тот же вибратор можно использовать для приложения непрерывной низкочастотной вибрации cSWF и низкочастотного импульса tSWF.According to one embodiment, the same vibrator can be used to apply a continuous low frequency vibration cSWF and a low frequency pulse tSWF.
Одновременно с приложением непрерывной низкочастотной вибрации, ультразвуковой преобразователь излучает первую серию ультразвуковых сигналов PA сбора данных, сформированную группами G ультразвуковых сигналов сбора данных. В примере, показанном на фиг. 2, каждая группа G включает в себя два ультразвуковых сигнала сбора данных.Simultaneously with the application of continuous low frequency vibration, the ultrasonic transducer emits a first series of ultrasonic data acquisition signals PA formed by groups G of ultrasonic data acquisition signals. In the example shown in FIG. 2, each group G includes two ultrasonic acquisition signals.
Группы G ультразвуковых сигналов сбора данных излучаются с первой частотой LPRF повторения импульсов в диапазоне от 10 Гц до 500 Гц. Ультразвуковые сигналы сбора данных, принадлежащие одной и той же группе G, излучаются с внутригрупповой частотой повторения импульсов HPRF находящаяся в диапазоне от 500 Гц до 10 кГц.Groups G of ultrasonic data acquisition signals are emitted at a first pulse repetition rate LPRF in the range of 10 Hz to 500 Hz. Acquisition ultrasonic signals belonging to the same group G are emitted at an intra-group HPRF ranging from 500 Hz to 10 kHz.
Ультразвуковой преобразователь также детектирует ультразвуковые сигналы, отраженные в процессе формирования ультразвуковых сигналов PA сбора данных, как поясняется со ссылкой на этап CW, показанный на фиг. 1. Исходя из первой серии ультразвуковых сигналов PA сбора данных, можно вычислить, на этапе корреляции Corr между ультразвуковыми сигналами, принадлежащими к одной и той же группе G, смещения, вызванные в вязкоупругой среде распространением упругой волны, сформированной непрерывной вибрацией, прикладываемой вибратором.The ultrasonic transducer also detects the ultrasonic signals reflected in the process of generating the ultrasonic data acquisition signals PA, as explained with reference to the CW step shown in FIG. 1. From the first series of ultrasonic data acquisition PA, it is possible to calculate, in the correlation step Corr between ultrasonic signals belonging to the same group G, the displacements caused in a viscoelastic medium by the propagation of an elastic wave generated by a continuous vibration applied by a vibrator.
В качестве преимущества, посредством применения корреляционного метода к ультразвуковым сигналам сбора данных, принадлежащим к одной и той же группе G и, следовательно, сближенным во времени, можно детектировать небольшие смещения с величиной порядка от 1 мкм до 10 мкм.Advantageously, by applying the correlation method to ultrasonic data acquisition signals belonging to the same group G and therefore contiguous in time, small offsets of the order of 1 µm to 10 µm can be detected.
Как поясняется со ссылкой на этап CW_P, показанный на фиг. 1, смещения вязкоупругой среды используются затем для вычисления свойств упругой волны, например, изменения их амплитуды и их фазы в зависимости от глубины в среде. Посредством сравнения измеренных свойств с теоретической моделью можно вычислять в реальном времени индикатор RT_IP позиционирования.As explained with reference to the CW_P step shown in FIG. 1, the displacements of the viscoelastic medium are then used to calculate the properties of the elastic wave, such as the change in their amplitude and their phase as a function of depth in the medium. By comparing the measured properties with the theoretical model, the positioning indicator RT_IP can be calculated in real time.
Например, индикатор позиционирования можно связан с линейностью фазы упругой волны в зависимости от глубины в среде, которую требуется охарактеризовать. Тогда индикатор зависит от качества коррекции изменения фазы в зависимости от глубины отрезком прямой.For example, the positioning indicator may be related to the linearity of the phase of the elastic wave as a function of depth in the medium to be characterized. Then the indicator depends on the quality of the correction of the phase change depending on the depth by a straight line segment.
Например, индикатор позиционирования можно связать со снижением амплитуды упругой волны в зависимости от глубины в среде, которую требуется охарактеризовать. Тогда индикатор зависит от качества подгонки к 1/Zn, где Z является глубиной, и n является целочисленным показателем в диапазоне от 1 до 3.For example, a position indicator can be associated with a decrease in elastic wave amplitude with depth in the medium to be characterized. The indicator then depends on the quality of the fit to 1/Z n , where Z is the depth and n is an integer exponent ranging from 1 to 3.
Например, значение индикатора RT_IP позиционирования реального времени находится в диапазоне от 0 до 1, при этом значения близки к 1, если зонд позиционирован правильно относительно представляющей интерес вязкоупругой среды.For example, the value of the real-time positioning indicator RT_IP ranges from 0 to 1, with values close to 1 if the probe is positioned correctly relative to the viscoelastic medium of interest.
Если значение индикатора RT_IP позиционирования реального времени считается удовлетворительным, например, выше заданной пороговой величины, то инициируется этап TI приложения низкочастотного импульса.If the value of the real-time positioning indicator RT_IP is considered satisfactory, for example, above a predetermined threshold value, then the low frequency pulse application step TI is initiated.
Центральная частота низкочастотного импульса tSFW находится в диапазоне от 10 Гц до 1000 Гц. Длительность низкочастотного импульса находится в диапазоне от 1/(2×tSFW) до 1/tSFW.The center frequency of the low frequency pulse tSFW is in the range from 10 Hz to 1000 Hz. The duration of the low frequency pulse is in the range from 1/(2×tSFW) to 1/tSFW.
Амплитуда низкочастотного импульса находится в диапазоне от 100 мкм до 10 мм.The amplitude of the low-frequency pulse is in the range from 100 µm to 10 mm.
В соответствии с одним вариантом осуществления, амплитуда низкочастотного импульса может видоизменяться на основании свойств упругой волны, измеренной на этапе CW_P.In accordance with one embodiment, the amplitude of the low frequency pulse may be modified based on the properties of the elastic wave measured in the CW_P step.
Амплитуда смещений, вызываемых распространением упругой волны, измеряется в зоне интереса. Например, полагают, что HAM является средней амплитудой, измеренной в зоне интереса, и HAR является опорной средней амплитудой в зоне интереса. Учитывая, что смещения, вызываемые распространением импульсной сдвиговой волны, могут измеряться с большим трудом, можно вычислить коэффициент b для применения к установленной величине низкочастотного импульса, чтобы амплитуда вызываемых смещений была оптимальной. Амплитуда AT установленной величины низкочастотного импульса вычисляется как функция от ATR, опорной амплитуды установленной величины, и коэффициент b вычисляется в соответствии с уравнениями:The amplitude of the displacements caused by the propagation of an elastic wave is measured in the region of interest. For example, consider that HA M is the average amplitude measured in the area of interest, and HA R is the reference average amplitude in the area of interest. Considering that the displacements caused by the propagation of an impulsive shear wave can be measured with great difficulty, it is possible to calculate the coefficient b to apply to the set value of the low frequency pulse so that the amplitude of the displacements induced is optimal. The amplitude AT of the set value of the low frequency pulse is calculated as a function of AT R , the reference amplitude of the set value, and the coefficient b is calculated according to the equations:
иAnd
AT=b×AT R . AT = b × AT R .
Тогда установленная величина a(t) низкочастотного импульса определяется следующим образом для длительности импульса некоторого периода:Then the set value a(t) of the low-frequency pulse is determined as follows for the pulse duration of a certain period:
. .
Где f означает центральную частоту низкочастотного импульса, обозначенную также tSWF, и t представляет время.Where f is the center frequency of the low frequency pulse, also denoted tSWF, and t represents time.
В соответствии с одним вариантом осуществления, несколько низкочастотных импульсов могут формироваться последовательно, как описано в патентной заявке FR 1351405.In accordance with one embodiment, several low frequency pulses can be generated in series, as described in patent application FR 1351405.
Как описано со ссылкой на этап TI способа P в соответствии с изобретением, показанный на фиг. 1, одновременно с приложением низкочастотного импульса и распространением нестационарной сдвиговой волны излучается вторая серия ультразвуковых сигналов DA сбора данных со второй частотой VHPRF повторения импульсов.As described with reference to step TI of the method P according to the invention shown in FIG. 1, simultaneously with the application of the low frequency pulse and the propagation of the non-stationary shear wave, a second series of ultrasonic data acquisition signals DA at a second pulse repetition frequency VHPRF is emitted.
Вторая частота VHPRF повторения импульсов находится в диапазоне от 500 Гц до 100 кГц. Центральная частота каждого ультразвукового импульса находится в диапазоне от 1 MГц до 15 MГц.The second pulse repetition frequency VHPRF is in the range of 500 Hz to 100 kHz. The center frequency of each ultrasonic pulse is in the range from 1 MHz to 15 MHz.
Ультразвуковой преобразователь также детектирует отраженные ультразвуковые сигналы, происходящие от второй серии ультразвуковых сигналов DA сбора данных, как поясняется со ссылкой на этап TI, показанный на фиг. 1. Исходя из второй серии ультразвуковых сигналов сбора данных, на этапе корреляции Corr можно вычислить смещения вязкоупругой среды. Упомянутые смещения вязкоупругой среды вызываются распространением нестационарной сдвиговой волны, формируемой низкочастотным импульсом, прикладываемым вибратором. Как поясняется со ссылкой на этап TI_P, показанный на фиг. 1, затем смещения вязкоупругой среды используются для вычисления свойств нестационарной сдвиговой волны. В частности, можно вычислить скорость VS распространения сдвиговой волны и, следовательно, эластичность E представляющей интерес вязкоупругой среды. Кроме того, можно вычислить модуль упругости и/или модуль сдвига среды.The ultrasonic transducer also detects reflected ultrasonic signals originating from the second series of ultrasonic data acquisition signals DA, as explained with reference to the TI step shown in FIG. 1. From the second set of ultrasonic acquisition signals, the Corr correlation step can calculate the displacements of the viscoelastic medium. Said displacements of the viscoelastic medium are caused by the propagation of a non-stationary shear wave generated by a low-frequency pulse applied by a vibrator. As explained with reference to the TI_P step shown in FIG. 1, then the displacements of the viscoelastic medium are used to calculate the properties of the non-stationary shear wave. In particular, the shear wave propagation velocity VS and hence the elasticity E of the viscoelastic medium of interest can be calculated. In addition, the modulus of elasticity and/or the shear modulus of the medium can be calculated.
Как показано на фиг. 2, получив измерение эластичности E вязкоупругой среды, можно повторить способ посредством повторного начала с этапа приложения непрерывной вибрации CW, с последующим этапом приложения низкочастотного импульса (не показанного на фиг. 2).As shown in FIG. 2, having obtained the measurement of the elasticity E of the viscoelastic medium, it is possible to repeat the method by restarting from the step of applying continuous vibration CW, followed by the step of applying a low frequency pulse (not shown in FIG. 2).
Фиг. 3 представляет конкретный вариант осуществления этапов CW и CW_P способа P в соответствии с изобретением, называемого стробоскопическим режимом.Fig. 3 represents a specific embodiment of the steps CW and CW_P of the method P according to the invention, referred to as the strobe mode.
Непрерывная синусоидальная линия схематически представляет непрерывную вибрацию cSW, прикладываемую первым вибратором. Непрерывная вибрация cSW имеет, например, центральную частоту cSWF 50 Гц, соответствующую периоду 20 мс.The continuous sinusoidal line schematically represents the continuous vibration cSW applied by the first vibrator. The continuous vibration cSW has, for example, a center frequency cSWF of 50 Hz corresponding to a period of 20 ms.
Непрерывные вертикальные линии представляют группы G ультразвуковых сигналов сбора данных, формирующих первую серию ультразвуковых сигналов PA сбора данных. Группы G излучаются с первой частотой LPRF повторения импульсов. В соответствии со стробоскопическим режимом сбора данных, первая частота LPRF повторения импульсов имеет значение ниже, чем центральная частота cSWF непрерывной вибрации.The continuous vertical lines represent groups G of ultrasonic acquisition signals forming the first series of ultrasonic acquisition signals PA. The G groups are emitted at the first pulse repetition rate LPRF. According to the stroboscopic acquisition mode, the first pulse repetition rate LPRF has a value lower than the continuous vibration center frequency cSWF.
Внутригрупповая частота повторения импульсов находится в диапазоне от 500 Гц до 100 кГц, что дает возможность измерять небольшие смещения с величиной порядка от 1 мкм до 10 мкм.The intragroup pulse repetition rate is in the range from 500 Hz to 100 kHz, which makes it possible to measure small displacements with a value of the order of 1 μm to 10 μm.
Белые кружки и стрелки вдоль непрерывной вибрации cSW соответствуют взятию замеров, выполняемому каждой группой G ультразвуковых сигналов сбора данных.The white circles and arrows along the continuous vibration cSW correspond to the sampling performed by each group G of the ultrasonic acquisition signals.
Вследствие того, что частота LPRF повторения импульсов в группах G имеет значение ниже центральной частоты непрерывной вибрации cSW, замеры непрерывной вибрации cSW можно брать исчерпывающим образом в конце нескольких периодов колебаний, как показано белыми кружками.Because the pulse repetition rate LPRF in the G groups is below the continuous vibration center frequency cSW, continuous vibration measurements cSW can be taken exhaustively at the end of several oscillation periods, as indicated by the white circles.
В качестве преимущества, стробоскопический режим дает возможность брать замеры непрерывной вибрации cSW исчерпывающим образом, при использовании первой низкой частоты LPRF повторения импульсов. Использованием низкой частоты повторения импульсов дает возможность обрабатывать отраженные сигналы в реальном времени и, таким образом, получать индикатор RT_IP позиционирования в реальном времени.As an advantage, the stroboscopic mode makes it possible to take measurements of continuous vibration cSW in an exhaustive manner, using the first low pulse repetition rate LPRF. By using a low pulse repetition rate, it is possible to process the reflected signals in real time and thus obtain a real-time positioning indicator RT_IP.
В соответствии с одним вариантом осуществления, первая частота LPRF повторения импульсов превышает центральную частоту непрерывной вибрации cSWF. Это позволяет, например, собирать данные о двух точках за период вибрации. Таким образом, получается более частое взятие замеров при таком же числе периодов вибрации или равное количество замеров при меньшем числе периодов колебаний.In accordance with one embodiment, the first pulse repetition frequency LPRF exceeds the continuous vibration center frequency cSWF. This makes it possible, for example, to collect data on two points over a period of vibration. Thus, more frequent sampling with the same number of vibration periods or an equal number of measurements with fewer vibration periods is obtained.
Фиг. 4 схематически представляет результаты, полученные выполнением части способа P соответствии с изобретением в отношении к позиционированию вибратора.Fig. 4 schematically represents the results obtained by carrying out part of the method P according to the invention in relation to the positioning of the vibrator.
График CW_DISP показывает смещение (или любой другой параметр перемещения, например, скорость, деформацию, скорость деформации) вязкоупругой среды в области интереса, ROI, в зависимости от глубины Z в среде и времени T. Смещения представляются с использованием псевдоцветной шкалы с более светлыми цветами, представляющими смещение вдоль положительного направления оси D. Смещения вызываются непрерывной низкочастотной вибрацией, прикладываемой вибратором, и измеряются ультразвуковым преобразователем UT, размещенным в контакте с поверхностью среды, в положении Z=0.The CW_DISP plot shows the displacement (or any other displacement parameter, e.g. velocity, strain, strain rate) of a viscoelastic medium in the region of interest, ROI, as a function of depth Z in the medium and time T. Displacements are represented using a pseudo-color scale with lighter colors, representing the displacement along the positive direction of the D axis. The displacements are caused by continuous low frequency vibration applied by the vibrator and are measured by the ultrasonic transducer UT placed in contact with the surface of the medium, at the position Z=0.
Из измеренного смещения CW_DISP в области интереса, ROI, внутри вязкоупругой среды можно выделять в реальном времени информацию RT_INFO, относящуюся к упругой волне, распространяющейся внутри среды и формируемой непрерывной вибрацией. Примерами таких свойств являются амплитуда A и фаза Ph упругой волны в зависимости от глубины внутри среды.From the measured displacement CW_DISP in a region of interest, ROI, within a viscoelastic medium, real-time information RT_INFO related to an elastic wave propagating within the medium and generated by continuous vibration can be extracted. Examples of such properties are the amplitude A and the phase Ph of an elastic wave depending on the depth inside the medium.
Посредством сравнения измеренных значений A и Ph с заданными пороговыми величинами можно определять индикатор позиционирования вибратора относительно вязкоупругой среды. Если значение индикатора позиционирования превышает заданную пороговую величину, то измерение эластичности среды методом транзиентной эластографии считается достоверным.By comparing the measured values of A and Ph with predetermined threshold values, an indication of the positioning of the vibrator relative to the viscoelastic medium can be determined. If the value of the positioning indicator exceeds the specified threshold value, then the measurement of the elasticity of the medium by the method of transient elastography is considered reliable.
В качестве альтернативы, можно получать параметр AJ качества коррекции теоретической модели, описывающей амплитуду и фазу упругой волны, распространяющейся внутри среды, по измеренным величинам A и Ph. В данном случае, индикатор позиционирования получается по параметру AJ качества коррекции. Например, параметр качества коррекции является коэффициентом R² детерминации, показывающим качество прогнозирования линейной регрессии кривой фазовой задержки в зависимости от глубины в диапазоне исследуемых глубин.Alternatively, it is possible to obtain the correction quality parameter AJ of a theoretical model describing the amplitude and phase of an elastic wave propagating inside the medium from the measured values of A and Ph. In this case, the positioning indicator is obtained from the correction quality parameter AJ. For example, the correction quality parameter is the R² coefficient of determination, indicating the quality of the prediction of the linear regression of the phase delay curve versus depth in the depth range of interest.
В соответствии с одним вариантом осуществления, параметр AJ качества коррекции находится в диапазоне от 0 до 1.According to one embodiment, the correction quality parameter AJ is in the range of 0 to 1.
После вычисления, индикатор позиционирования может отображаться в форме числа или буквы, или с помощью цветовой шкалы. В качестве альтернативы, индикатор позиционирования может быть простым визуальным указателем типа «приемлемое позиционирование», указывающим, что оператор может инициировать этап транзиентной эластографии.After calculation, the position indicator can be displayed in the form of a number or letter, or using a color bar. Alternatively, the positioning indicator may be a simple visual indicator such as "acceptable positioning" indicating that the operator can initiate the transient elastography step.
Фиг. 5 представляет результаты, полученные при выполнении способа P в соответствии с изобретением.Fig. 5 shows the results obtained by carrying out method P according to the invention.
График CW_DISP представляет смещения, измеренные в присутствии упругой волны в среде, как описано выше со ссылкой на фиг. 4.The CW_DISP plot represents displacements measured in the presence of an elastic wave in a medium, as described above with reference to FIG. 4.
График RT_INFO представляет амплитуду A и фазу Ph стационарной волны, измеряемой в реальном времени, как поясняется со ссылкой на фиг. 4. Исходя из графика RT_INFO, индикатор позиционирования можно вычислять и отображать в реальном времени.The RT_INFO plot represents the amplitude A and the phase Ph of a stationary wave measured in real time, as explained with reference to FIG. 4. Based on the RT_INFO chart, the positioning indicator can be calculated and displayed in real time.
График TI_DISP представляет измеренные смещения, следующие за приложением низкочастотного импульса, в зависимости от глубины D в среде и времени T. Иначе говоря, график TI_DISP представляет, так называемую, импульсную эластограмму. Смещения представляются с использованием псевдоцветной шкалы и соответствуют распространению нестационарной сдвиговой волны внутри вязкоупругой среды.The TI_DISP plot represents the measured displacements following the application of a low frequency pulse as a function of the depth D in the medium and the time T. In other words, the TI_DISP plot represents the so-called impulse elastogram. Displacements are represented using a pseudo-color scale and correspond to the propagation of a non-stationary shear wave inside a viscoelastic medium.
По смещениям TI_DISP можно вычислить скорость распространения Vs нестационарной сдвиговой волны решить обратную задачу определения эластичности среды.From the displacements TI_DISP, one can calculate the propagation velocity Vs of a non-stationary shear wave and solve the inverse problem of determining the elasticity of the medium.
Как поясняется со ссылкой на фиг. 1, 2 и 3, в процессе выполнения способа P в соответствии с изобретением, графики CW_DISP, RT_INFO и индикатор позиционирования вибратора вычисляются и отображаются одновременно.As explained with reference to FIG. 1, 2 and 3, during the execution of the method P according to the invention, the CW_DISP, RT_INFO graphs and the vibrator position indicator are calculated and displayed simultaneously.
В качестве преимущества, благодаря структуре первой серии ультразвуковых сигналов сбора данных, индикатор RT_IP позиционирования, а также график RT_INFO могут вычисляться и отображаться computed в реальном времени.As an advantage, due to the structure of the first series of ultrasonic acquisition signals, the position indicator RT_IP as well as the RT_INFO graph can be calculated and displayed by computed in real time.
В противном случае, отображаются только график TI_DISP и результат вычисления скорости распространения сдвиговой волны Vs, если положение вибратора, обращенного к вязкоупругой среде, проверяется, и если инициирован этап TI.Otherwise, only the TI_DISP plot and the result of the calculation of the shear wave velocity Vs are displayed if the position of the vibrator facing the viscoelastic medium is checked and if the TI step is initiated.
Фиг. 5 может также рассматриваться как графическое представление результатов, полученных в процессе выполнения способа P в соответствии с изобретением, и отображаться на экране и учитываться оператором во время обследования или измерения.Fig. 5 can also be considered as a graphical representation of the results obtained during the implementation of the method P in accordance with the invention, and displayed on the screen and taken into account by the operator during the examination or measurement.
Фиг. 6 схематически представляет зонд для гибридной эластографии PR.Fig. 6 is a schematic representation of a PR hybrid elastography probe.
Зонд PR включает в себя:Probe PR includes:
- Первый вибратор VIB1, выполненный с возможностью приложения непрерывной низкочастотной вибрации к вязкоупругой среде, при этом непрерывная низкочастотная вибрация формирует упругую волну внутри вязкоупругой среды;- The first vibrator VIB1 configured to apply continuous low frequency vibration to the viscoelastic medium, wherein the continuous low frequency vibration generates an elastic wave within the viscoelastic medium;
- Второй вибратор VIB2, выполненный с возможностью приложения к вязкоупругой среде низкочастотного импульса, формирующего нестационарную сдвиговую волну внутри вязкоупругой среды;- The second vibrator VIB2, configured to apply to the viscoelastic medium a low-frequency pulse that generates a non-stationary shear wave inside the viscoelastic medium;
- Ультразвуковой преобразователь TUS, выполненный с возможностью излучения:- Ultrasonic transducer TUS, configured to emit:
первой серии ультразвуковых сигналов сбора данных, причем упомянутая первая серия ультразвуковых сигналов сбора данных включает в себя группы ультразвуковых сигналов сбора данных, причем группы ультразвуковых сигналов сбора данных формируются с первой частотой повторения импульсов, и каждая группа ультразвуковых сигналов сбора данных включает в себя по меньшей мере один сигнал сбора данных;a first series of ultrasonic data acquisition signals, wherein said first series of ultrasonic data acquisition signals includes groups of ultrasonic data acquisition signals, wherein the groups of ultrasonic data acquisition signals are formed at a first pulse repetition rate, and each group of ultrasonic data acquisition signals includes at least one data acquisition signal;
второй серии ультразвуковых сигналов сбора данных, причем ультразвуковые сигналы сбора данных, составляющие вторую серию, формируются со второй частотой повторения импульсов;a second series of ultrasonic data acquisition signals, wherein the ultrasonic data acquisition signals constituting the second series are generated at a second pulse repetition rate;
причем упомянутый зонд дополнительно выполнен с возможностью прекращения приложения непрерывной вибрации до приложения низкочастотного импульса.wherein said probe is further configured to terminate the application of continuous vibration prior to application of the low frequency pulse.
В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 6, ультразвуковой преобразователь TUS установлен на оси вибратора VIB2, прикладывающего низкочастотный импульс.According to the embodiment shown in FIG. 6, an ultrasonic transducer TUS is mounted on the axis of a vibrator VIB2 applying a low frequency pulse.
В соответствии с одним вариантом осуществления, ультразвуковой преобразователь TUS может быть закреплен к корпусу зонда с использованием наконечника PT зонда.In accordance with one embodiment, the TUS ultrasonic transducer may be attached to the probe body using a PT probe tip.
Первый вибратор VIB1 вынуждает зонд PR колебаться. Во время этих колебаний, ультразвуковой преобразователь TUS прижимается к вязкоупругой среде, с приложением непрерывной низкочастотной вибрации и созданием упругой волны внутри среды.The first vibrator VIB1 causes the PR probe to oscillate. During these oscillations, the ultrasonic transducer TUS is pressed against the viscoelastic medium, applying continuous low frequency vibration and creating an elastic wave within the medium.
В соответствии с одним вариантом осуществления, первый вибратор VIB1 для приложения непрерывной низкочастотной вибрации включает в себя вибрационное кольцо, размещенное вокруг ультразвукового преобразователя TUS или вокруг наконечника PT зонда.According to one embodiment, the first vibrator VIB1 for applying continuous low frequency vibration includes a vibrating ring placed around the ultrasonic transducer TUS or around the tip of the PT probe.
Второй вибратор VIB2 может прикладывать низкочастотный импульс к вязкоупругой среде в соответствии с несколькими вариантами осуществления.The second vibrator VIB2 may apply a low frequency pulse to the viscoelastic medium, in accordance with several embodiments.
В соответствии с первым вариантом осуществления, наконечник PT зонда является подвижным и может приводиться в движение вторым вибратором VIB2. В таком случае, ультразвуковой преобразователь TUS прижимается к вязкоупругой среде, чтобы прикладывать вибрацию в направлении по стрелке 2 на фиг. 6.According to the first embodiment, the tip of the PT probe is movable and can be driven by a second vibrator VIB2. In such a case, the ultrasonic transducer TUS is pressed against the viscoelastic medium to apply vibration in the direction of
В соответствии со вторым вариантом осуществления, зонд PR является инерционным зондом без подвижных частей. В данном случае, перемещение второго вибратора VIB2 внутри зонда PR приводит к перемещению зонда, и непрерывная или импульсная вибрация снова прикладывается посредством нажима преобразователем TUS на вязкоупругую среду.According to the second embodiment, the PR probe is an inertial probe with no moving parts. In this case, movement of the second vibrator VIB2 inside the PR probe causes the probe to move, and continuous or pulsed vibration is again applied by pushing the TUS transducer against the viscoelastic medium.
Ось перемещения вибратора A является осью симметрии ультразвукового преобразователя TUS. Например, ультразвуковой преобразователь TUS может иметь круглое сечение, при этом ось A проходит через центр ультразвукового преобразователя TUS.The axis of movement of the vibrator A is the axis of symmetry of the ultrasonic transducer TUS. For example, the ultrasonic transducer TUS may have a circular cross section, with axis A passing through the center of the ultrasonic transducer TUS.
В соответствии с одним вариантом осуществления, зонд PR включает в себя средство TOG управления для включения приложения низкочастотного импульса, например, на этапе TI способа в соответствии с изобретением.According to one embodiment, the PR probe includes a TOG control for enabling the application of a low frequency pulse, for example, during the TI step of the method according to the invention.
Фиг. 7a схематически представляет вариант осуществления зонда PR для гибридной эластографии в соответствии с изобретением.Fig. 7a is a schematic representation of an embodiment of a PR probe for hybrid elastography in accordance with the invention.
Зонд PR включает в себя:Probe PR includes:
- Вибратор VIB для приложения непрерывной или импульсной вибрации к представляющей интерес вязкоупругой среде;- Vibrator VIB for applying continuous or pulsed vibration to a viscoelastic medium of interest;
- Ультразвуковой преобразователь TUS для излучения ультразвуковых импульсов и детектирования отраженных ультразвуковых сигналов.- Ultrasonic transducer TUS for emitting ultrasonic pulses and detecting reflected ultrasonic signals.
Таким образом, зонд PR в соответствии с фиг. 7a включает в себя единственный вибратор, предназначенный для приложения как непрерывной низкочастотной вибрация, так и низкочастотного импульса.Thus, the PR probe according to FIG. 7a includes a single vibrator designed to apply both continuous low frequency vibration and low frequency pulse.
В соответствии с одним вариантом осуществления, диаметр ультразвукового преобразователя находится в диапазоне 2-15 мм.In accordance with one embodiment, the diameter of the ultrasonic transducer is in the range of 2-15 mm.
В соответствии с одним вариантом осуществления центральная частота ультразвукового преобразователя находится в диапазоне от 1 MГц до 15 MГц.In accordance with one embodiment, the center frequency of the ultrasonic transducer is in the range of 1 MHz to 15 MHz.
В соответствии с одним вариантом осуществления, ультразвуковой преобразователь TUS является конвексным абдоминальным зондом.According to one embodiment, the TUS ultrasound transducer is a convex abdominal probe.
В соответствии с одним вариантом осуществления зонда PR по меньшей мере один из вибраторов является осесимметричным. Иначе говоря по меньшей мере один вибратор имеет ось симметрии.According to one embodiment of the PR probe, at least one of the vibrators is axisymmetric. In other words, at least one vibrator has an axis of symmetry.
В соответствии с одним вариантом осуществления, ось симметрии осесимметричного вибратора соответствует оси симметрии ультразвукового преобразователя TUS.According to one embodiment, the axis of symmetry of the axisymmetric vibrator corresponds to the axis of symmetry of the ultrasonic transducer TUS.
В соответствии с одним вариантом осуществления по меньшей мере один из вибраторов зонда имеет кольцевую форму и располагается вокруг ультразвукового преобразователя TUS.In accordance with one embodiment, at least one of the probe vibrators has an annular shape and is located around the ultrasonic transducer TUS.
В соответствии с одним вариантом осуществления, зонд дополнительно включает в себя средство вычисления и отображения для вычисления и отображения индикатора RT_IP позиционирования реального времени.According to one embodiment, the probe further includes a calculator and display means for calculating and displaying a real-time position indicator RT_IP.
Например, средство вычисления включает в себя по меньшей мере один микропроцессора и одну память.For example, the computing means includes at least one microprocessor and one memory.
Например, средство отображения включает в себя экран и/или индикатор позиционирования.For example, the display means includes a screen and/or a position indicator.
В соответствии с одним вариантом осуществления, зонд включает в себя индикатор позиционирования, который включается, когда зонд позиционирован правильно. Данный индикатор может быть визуальным индикатором, таким как изменение цвета диодов. В качестве альтернативы, индикатор может быть звуковым или тактильным индикатором, таким как изменение типа или амплитуды вибрации.According to one embodiment, the probe includes a positioning indicator that turns on when the probe is correctly positioned. This indicator can be a visual indicator, such as a change in the color of the diodes. Alternatively, the indicator may be an audible or tactile indicator, such as a change in vibration type or amplitude.
Фиг. 7b изображает устройство DEV для гибридной эластографии в соответствии с изобретением. Устройство DEV в соответствии с изобретением включает в себя:Fig. 7b shows a DEV device for hybrid elastography according to the invention. The DEV device according to the invention includes:
- Зонд PR в соответствии с изобретением;- Probe PR in accordance with the invention;
- Центральный блок UC, соединенный с зондом PR.- UC central unit connected to PR probe.
Центральный блок может включать в себя:The central block may include:
- Средство вычисления для обработки отраженных ультразвуковых сигналов;- Calculation tool for processing reflected ultrasonic signals;
- Экран SC для отображения результатов, полученных на разных этапах способа P в соответствии с изобретением;- Screen SC for displaying the results obtained at different stages of the method P in accordance with the invention;
- Средство ENT управления или ввода для операторского управления устройством.- ENT control or input facility for operator control of the device.
Центральный блок UC может быть соединен с зондом PR проводной линией или средством беспроводной связи.The central unit UC may be connected to the probe PR by a wire line or a wireless means.
В соответствии с одним вариантом осуществления, экран SC пригоден для отображения результатов, показанных на фиг. 5. Экран SC может также отображать в реальном времени индикатор RT_IP позиционирования, вычисленный на этапе CW_P способа P в соответствии с изобретением.According to one embodiment, the screen SC is suitable for displaying the results shown in FIG. 5. The screen SC may also display in real time the positioning indicator RT_IP calculated in step CW_P of the method P according to the invention.
В соответствии с одним вариантом осуществления, центральный блок включает в себя средство, выполненное с возможностью автоматическогот включения приложения низкочастотного импульса на основании значения индикатора RT_IP позиционирования, вычисленного и отображаемого в реальном времени.According to one embodiment, the central unit includes means configured to automatically turn on the application of the low frequency pulse based on the value of the positioning indicator RT_IP calculated and displayed in real time.
Claims (29)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1851821A FR3078485B1 (en) | 2018-03-02 | 2018-03-02 | HYBRID ELASTOGRAPHY METHOD, PROBE AND DEVICE FOR HYBRID ELASTOGRAPHY |
| FR1851821 | 2018-03-02 | ||
| PCT/EP2019/054658 WO2019166395A1 (en) | 2018-03-02 | 2019-02-26 | Hybrid elastography method, probe, and device for hybrid elastography |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020132149A RU2020132149A (en) | 2022-04-04 |
| RU2794039C2 true RU2794039C2 (en) | 2023-04-11 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120271166A1 (en) * | 2009-10-15 | 2012-10-25 | Wuxi Healthcare Medical Technology Co., Ltd. | Method and device for detecting elasticity of viscous elastic medium |
| US20150374338A1 (en) * | 2013-02-19 | 2015-12-31 | Echosens | Multipulse elastography method |
| US20160262706A1 (en) * | 2013-07-19 | 2016-09-15 | Mayo Foundation For Medical Education And Research | System and method for measurement of shear wave speed from multi-directional wave fields |
| WO2017037023A2 (en) * | 2015-08-28 | 2017-03-09 | Eth Zurich | Hand-held medical apparatus and medical ultrasound system |
| WO2017106748A1 (en) * | 2015-12-16 | 2017-06-22 | Glo-Tip, Llc | Needle tracking transducer array methods and apparatus |
| WO2017184142A1 (en) * | 2016-04-21 | 2017-10-26 | Duke University | Methods, systems and computer program products for constructive shear wave ultrasound imaging |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120271166A1 (en) * | 2009-10-15 | 2012-10-25 | Wuxi Healthcare Medical Technology Co., Ltd. | Method and device for detecting elasticity of viscous elastic medium |
| US20150374338A1 (en) * | 2013-02-19 | 2015-12-31 | Echosens | Multipulse elastography method |
| US20160262706A1 (en) * | 2013-07-19 | 2016-09-15 | Mayo Foundation For Medical Education And Research | System and method for measurement of shear wave speed from multi-directional wave fields |
| WO2017037023A2 (en) * | 2015-08-28 | 2017-03-09 | Eth Zurich | Hand-held medical apparatus and medical ultrasound system |
| WO2017106748A1 (en) * | 2015-12-16 | 2017-06-22 | Glo-Tip, Llc | Needle tracking transducer array methods and apparatus |
| WO2017184142A1 (en) * | 2016-04-21 | 2017-10-26 | Duke University | Methods, systems and computer program products for constructive shear wave ultrasound imaging |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Laurent Sandrin, et al. Transient elastography: a new noninvasive method for assessment of hepatic fibrosis/ Ultrasound Med Biol. 2003 Dec; 29(12):1705-13. Pengfei Song, et al. Fast shear compounding using directional filtering and two-dimensional shear wave speed calculation. 2013 IEEE International Ultrasonics Symposium. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110831504B (en) | Hybrid elastography method, probe and device for hybrid elastography | |
| US12484881B2 (en) | Device and method for measuring the viscoelastic properties of a viscoelastic medium | |
| Chen et al. | Shearwave dispersion ultrasound vibrometry (SDUV) for measuring tissue elasticity and viscosity | |
| EP3369382B1 (en) | Elasticity detection method and device | |
| US20100222678A1 (en) | Method and device for measuring a mean value of visco-elasticity of a region of interest | |
| CN109730722B (en) | Elastic imaging method based on focused ultrasonic acoustic vibration signal | |
| JP2018531138A6 (en) | Elasticity detection method and apparatus | |
| CN109745077B (en) | A method for detecting elastic properties based on focused ultrasonic vibro-acoustic signals | |
| CN109875608B (en) | Elastography method | |
| CN111970972B (en) | Acoustic wave field mapped with ultrasound particle velocity estimator | |
| CN110151270A (en) | Vibration puncture device, frequency adjustment method and ultrasonic imaging system | |
| CN110831505B (en) | Method for measuring ultrasound attenuation parameters guided by harmonic elastography, probe and device for implementing the method | |
| JP2021020063A (en) | System for characterizing tissue and associated method | |
| RU2794039C2 (en) | Hybrid elastography method, probe and device for hybrid elastography | |
| RU2786332C2 (en) | Method for measurement of parameter of ultrasound attenuation by harmonic elastography, probe and device for implementation of method | |
| CN209899434U (en) | Elastography system | |
| CN210447159U (en) | Vibration puncture device and ultrasonic imaging system | |
| CN209899435U (en) | Probes for elastography | |
| TWI856562B (en) | Elastography device and method | |
| Zhu et al. | Detection of scatters motion induced by mechanical vibrator using 7-chip barker-coded excitation | |
| JP2014030774A (en) | Method and device for measuring mean value of visco-elasticity of region of interest | |
| HK1218504B (en) | Elasticity detection method and device | |
| Yen et al. | P3J-5 High-Frequency Pulsed-Wave Ultrasound Doppler System for Biomedical Applications with PMN-PT Needle Transducer and 30 MHz Linear Array | |
| HK1245052B (en) | Shear wave elastrography method and apparatus for imaging an anisotropic medium |