专利名称：用于剪切波分散振动测定的推动/跟踪序列的制作方法用于剪切波分散振动测定的推动/跟踪序列本发明针对测量剪切波，更具体而言，针对通过剪切波分散振动测定(SDUV)来测量剪切波。活组织中的机械变化与病理学变化相关。因为在健康组织与病理组织之间，剪切弹性模量(硬度)和粘度可能显著变化。随着过去十年超声弹性成像的发展，很多临床研究已经显示组织粘弹特性为医师提供了有用的信息以便于更好的癌症诊断和治疗评估。剪切波分散振动测定(SDUV)为一种基于声辐射力的技术，该技术通过描述剪切波速度分散(即频率)的特征来测量组织剪切弹性和粘度。该技术的应用是无创测量肝硬度以区分肝纤维化和肝硬化的阶段。用于医学成像的超声探查经常使用纵波。在体内组织中，超声以波形式传播。实际上，沿传播路径的所有粒子在适当位置前后振动，并且振动发生在传播方向上。振动产生压缩和稀疏。这些被模拟成正弦曲线的波峰和波谷。能量被传递给靶标，并且通过振荡的粒子移动返回。与之相比，超声剪切波(或横波)特征为垂直于传播方向在适当位置的往复移动。 振荡一方面产生波峰，另一方面产生波谷。执行SDUV必须发出一系列聚焦的纵波推动脉冲。它们在焦点上建立了其传播方向与推动脉冲的传播方向垂直的剪切波。焦深已被选择，使得剪切波行进穿过感兴趣区域 (ROI)。向ROI发出纵波跟踪脉冲以便在采样点评价剪切波的振幅。该测量被用于估计被采样位置处的剪切波的相位。为了采样另一位置，另一推动脉冲发往相同的推动焦点，接着向该位置发出跟踪脉冲。需要该第二个循环，因为两点间的相位差被用于确定弹性和粘度。在两个循环中，在推动脉冲的发出与随后跟踪脉冲的发出之间的时间周期是相等的，这为测量给出了用于确定基于位置的相位差的重要手段。正是基于位置的相位差用作特定剪切波传播速度估计中的一因子，并且得到的若干波频上的速度值被用于推导弹性和粘度。通常，如在Myao Clinic的两篇技术文章中描述的那样，在每个循环期间的SDUV 采样来自单个位置，因为跟踪探头基本是不具有导引能力的活塞驱动的单元件换能器。该两篇技术文章为 “Quantifying Elasticity andViscosity from Measurement of Shear Wave Speed Dispersion，，，The Journal ofthe Acoustical Society of America，第 115 卷，第 6 期，第 2781-2785 页，2004，S. Chen、Μ. Fatemi 和 J. F. Greenleaf，以及 “Error Estimates in Shear WaveSpeed and Tissue Material Properties in Shear Wave Dispersion UltrasoundVibrometry”，2007 IEEE Ultrasonics Symposium，第664-667页， Μ. W. Urban，S. Chen 禾口 J. F. Greenleaf0两篇文章都描述了实际的实验。在两篇文章中都出现了使用两次测量之差作为相位差来计算波传播速度的公式， 如公式G)。toban发表的出版物更详细示出了基础计算。另一Mayo Clinic 的出版物中，J. F. Greenleaf■和 S. Chen 的名为"Ultrasound Vibrometry”、公开号2007/0038095的美国专利公开文本中还提出了在相同循环期间导引波束，以便a)从两个或更多的位置上采样；并且b)进行两个或更多的相位测量。对于所提出的方法，该专利公开文本中应用了完全相同的公式。本发明的发明人已经注意到，上述现有技术似乎未引入实际的实验，未指定或建议与其提出的方法关联的任何时空采样方案，并且未公开或建议任何考虑到采样间延迟而对传播速度公式的改动。本发明人还注意到，未考虑当在相同循环期间从多个位置上采样时的这种延迟可能导致明显错误的结果。更通常地，与使用SDUV检测辐射力引导的剪切波相关联的一个主要挑战在于相对低振幅的振动(轴向位移大约 ο μ m)。采样测量在ROI中给定位置或当前位置上的剪切波的振幅。然而，系统电子噪声和诸如心脏运动或呼吸运动的患者运动将对剪切波位移估计贡献显著的噪声。为了极大地减小严重的噪声影响，可以发射两个以上的推动/跟踪序列，以便探测在多个横向位置上的剪切位移的时空演变。可以将最小二乘拟合算法应用于多相位延迟估计以获得更加鲁棒的速度估计。SDUV推动脉冲聚焦在组织中的相同激励位置上。来自多推动/跟踪序列的重复声暴露可能导致累积的局部组织加热。这在当连续激励间的时间延迟小于组织冷却时间时尤其明显。组织冷却时间将取决于被检查器官的灌注等。SDUV的热安全是研究者在该技术可以被应用到临床研究之前必须处理的关键问题之一。对于诊断超声，美国食品药品管理局 (FDA)要求热指标(Tl)小于6(组织加热小于6°C)。虽然来自单个SDUV推动的热增加大约为0. 1°C到0. 2°C，并且SDUV的暴露水平显著低于组织损害的阈值，但是SDUV的累积影响可能对组织和换能器加热带来风险。因此，可能希望尽可能以提供鲁棒测量的方式实现，但是利用尽可能少的推动/ 跟踪序列，以避免不利的热影响。在一方面，一种新颖的剪切波分散振动测定(SDUV)方法包括，在其推动脉冲的单次请求(instance)之后，发出跟踪脉冲以便多于一次地采样在关联的单色剪切波上的若干位置中的每个。这在以下的采样方式中完成在分离的传送中对该位置进行扫描和/或利用一脉冲对该位置中的多个位置进行并发地采样。在补充的方面中，通过考虑采样间延迟来确定给定时刻的相位差。这在如果该确定依赖于不同时间进行的采样的情况下完成。作为其他方面，该确定必须包括使用两个不同时间的采样来计算该差，并且在所计算的差上加入基于采样间延迟的相位校正，该校正反映单色剪切波在时间上于进行所述两个采样之间发生的传播。在替代的方面中，当从所述两个采样中的一个到另一个的扫描发生在与波传播相反的方向上时，所计算的差和该校正为符号相反的数字。在另外的方面中，该校正与所述波的角频率成正比，并且与进行所述两个采样之间的延迟成正比。在一个版本中，逐次传送地在相反方向上进行该采样，并且该考虑包括将来自两个相反方向的传送的相应测量进行组合以抵消该采样间延迟。在再另外的方面中，在相同方向进行所述分离的传送。在一些实施例中，逐个脉冲地顺次导弓I该跟踪脉冲。5在某些实施例中，该采样方式包括通过一个脉冲并发地采样多个位置。在本发明的特别方面中，该脉冲被同时靶向到所述位置中的一个以上的位置。在子方面中，跟踪脉冲被同时靶向所有位置。在又另一方面中，响应于跟踪脉冲中的一个，并发地接收来自所述位置中对应的多个A线。在不同的方面中，当不存在推动脉冲振动时，发射参考脉冲，并且在计算该波的振幅中，将从该参考脉冲回波的数据与从跟踪脉冲回波的数据进行比较。根据一些版本，一种制品包括其上编码有指令的机器可访问介质，该指令用于使进程执行上述方法。同样地，在特别的实施例中，一种用于执行剪切波分散振动测定(SDUV)的计算机软件产品包括收录计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括能够由处理器运行以执行上述方法的指令。类似地，根据一个方面，一种被配置用于SDUV的超声设备包括用于执行上述方法的换能器装置。在又一其他实施例中，该设备被配置用于在没有用户干预的情况下自动基于图像深度和采样采集频率从每个采样单个A线接收模式切换到每个采样多个A线接收模式。参考下列附图，下文介绍了该新颖的SDUV推动/跟踪方案的细节。图1为例示出根据本发明的连续两个SDUV采样的示意图；图2为表示根据本发明的SDUV顺序跟踪的示例的时间线；图3为根据本发明的对应于图2的时间线的流程图；图4为根据本发明的两个可能的SDUV时空采样方案的概念图；图5为示出了根据本发明的对于相应采样次序的可供选择的SDUV剪切波传播速度算法的流程图；图6为表示SDUV并行跟踪的示例的时间线；图7为表示根据本发明的SDUV的顺序跟踪并并行跟踪的组合的示例的时间线；以及图8为根据本发明的在多线接收模式和单线接收模式之间自动切换类型的流程图和示意图组合。图1以说明性而非限制性示例的方式描绘了在两个连续SDUV采样之间的关系。示出了超声推动探头104，以及通过超声跟踪探头(未示出)分别在采样时间tl、t2发出的第一跟踪脉冲108和第二跟踪脉冲112。推动探头104发送一系列聚焦的推动脉冲(或“推动”)114以建立剪切波115，该剪切波115(或“单色剪切波”)的频率分量被表示为第一轨迹116。组织沿着y方向振动，并且剪切波沿着χ方向传播。可以分别将两个分离的探头用于推动和跟踪。然而这一类型的大体积配置对于临床应用是不实用的。此外，在分离的单元(single-element)换能器的情况下，要求重复发射推动脉冲以便测量在不同横向位置处的剪切波相位延迟，从而导致重复的组织加热。在另一方面，如果利用阵列换能器实施跟踪，则根据本文的提议缓和了对重复推动的需要。此外，一个单阵列换能器能够同时实现推动和跟踪的功能。两用的单阵列换能器将使系统更加紧凑并且更容易控制。然而，该配置需要更多的硬件支持和软件支持，以便保证能够通过单个换能器产生声辐射力并且对得到的剪切波115进行成像。单个换能器可以为允许横向和垂向(elevation)推动和/或跟踪脉冲位置的单排阵列(1D换能器)或多排阵列(2D换能器)。改进的2D阵列技术将允许以3D维发送跟踪脉冲；然而，下文的讨论涉及跟踪轴向-横向平面上的组织运动。在不失普遍性的情况下，相同的处置应用于轴向-垂向平面。跟踪脉冲108、112被靶向到空间上分隔距离128、Ar的相应位置120、124。距离 128通常在毫米的范围内，因为剪切波115随传播距离衰减。测量如在y轴136上表示的振幅132。假如采样频率满足奈奎斯特(Nyquist)阈值，则基于振幅132可以导出位置120 处的相位140、Φ1Ι5可以通过以足够频率在位置120上的多个采样传送(pass)来满足该奈奎斯特阈值。如果采样时间tl、t2是同时的，则从跟踪脉冲112返回的数据(即回波数据)将表明与第一波形116上的采样点148相对应的相位142。然而，如果对这两个位置120和IM顺序发射跟踪脉冲，则采样时间tl、t2是非同时的。实际上，在时间t2时刻，剪切波分量116已经向前传播，如由第二轨迹144表示的具有频率分量的波形。在第二轨迹144上，对应的采样相位152、Φ2不同于在第一轨迹116上的相位140、 其中相位差为ΔΦ = Φ2-Φ10如从图1中看到的那样，Δ Φ小于在提取同时跟踪脉冲的相位140、142之间的差别。如从图1中进一步看到的那样，由基于采样间延迟的相位校正156、ω Δ t使Δ Φ 更小，“ ω ”表示单色剪切波116的角频率，“ At”表示在相应采样时间tl、t2进行的两个采样之间的延迟。另外，相位140、142之间的差别，与ω和Δr —起，定义了剪切波频率分量116的传播速度。相位140、142之间的差别是通过将相位差Δ Φ加上基于采样间延迟的相位校正 156 ω At来计算得到的。图2描绘了本文提出的SDUV顺序跟踪。在任何推动脉冲114振动感兴趣区域 (ROI)之前，参考跟踪脉冲202、204、206、208发出，并被靶向在相应的采样位置xl、χ2、χ3、 χ4。位置xl、x2、x3和χ4从用于推动的激励点向外放射性梯度排列(aligned radially), 即在剪切波115的传播方向上。脉冲202、204、206、208每个都分别跟随有其各自的回波 210、212、214、216。然后在位置xO (即激励点的位置)建立剪切波115。这通过以推动频率 219(可能通常为大约100Hz)发射的推动脉冲218的初始系列(在图2中未示出)来完成。 一旦波115已经建立，则可以发出推动脉冲218中的跟踪序列开始的一个(onet)。接着是逐个脉冲地顺次导引的跟踪脉冲222、224、226、228的传送220。发射跟踪脉冲222、224、 226、228，每个跟随有其各自的回波230、232、234、236。以2KHz的相同位置跟踪频率238发出传送220。由此，脉冲218后跟随20个传送220。并且，2KHz的相同位置跟踪频率238允7许对达到约IkHz (奈奎斯特阈值)的频率分量116进行相位测量。跟踪脉冲222、224、226、 2 中的每个都可以用于在奈奎斯特阈值的内在限制内同时提供对每个频率分量的测量。利用常规B模式成像，即，将跟踪脉冲222、2对、2沈、2观在两个邻近的推动脉冲 218之间的不同位置xl、x2、x3、x4上进行电子聚焦并且横向来回导引。因此顺序形成在不同位置xl、x2、x3、x4上的接收A线。应当限制在每个B模式帧内的传输线的数量，以使剪切波115的采样RPF(脉冲重复频率)足够高。如在图2中看到的，例如，对于每个位置xl、 x2、x3、x4,相同位置跟踪频率238为IHz (PRF2)，同时传输A线频率M2为8KHz (PRF3)。有利地，仅仅需要单个推动/跟踪序列240来获得剪切波速度估计所需要的所有 SDUV信息。如本文提出的，更快的数据采集是将SDUV技术从单点“虚拟活检”工具改进到可能的实时成像模态的关键要求。同时，当维持剪切波跟踪所观察的横向位置xl、x2、x3、 x4、……的数量时，在组织和换能器中产生的热可以被降低。本发明的另一优点在于其能够进一步减小在剪切波位移估计中的噪声，尤其避免大的时间-尺度噪声，例如在不同的推动/跟踪序列240期间组织经历的呼吸运动。对于推动/跟踪序列的跟踪脉冲，本文定义了“该推动脉冲的单次请求”作为时间上紧在跟踪脉冲之前的推动脉冲。图3为对应于图2中的时间线的流程图。焦点被设定在第一位置xl (步骤S304)。 发射当前参考跟踪脉冲202(步骤S308)。跟着是其回波210(步骤S312)。如果存在更多待测位置(即x2、x3、x4)(步骤S316)，则焦点被导引到下个位置(步骤S320)，并且进程返回到参考跟踪脉冲发射步骤S308，其中将下个位置作为当前位置。另一方面，如果不存在其他待测位置(步骤S316)，则连续发射推动脉冲218以建立剪切波115(步骤S3M)。焦点然后被设定到第一位置xl (步骤。发射当前跟踪参考脉冲222 (步骤S330)，并且返回其回波230(步骤S332)。如果存在更多的跟踪脉冲(即224、226、228)在当前传送220 中发出(步骤S333)，则焦点被设定到对应的下个位置(步骤S334)，并且进程返回到跟踪脉冲发射步骤S330，其中将下个位置作为当前位置。否则，如果不存在下个待发射的跟踪脉冲，则询问是否将在位置xl、x2、x3、x4进行下次传送(步骤S336)。如果将进行下次传送， 则将下次传送作为当前传送(S340)，并且进程返回到下次传送220的开端，到步骤。然而，如果(在当前推动/跟踪序列240中)不存在待进行的下次传送220，则完成采样。在本文提出的技术中，单个推动/跟踪序列240足够提供剪切波速度的SDUV确定(在实际实施例中，组织弹性和粘度的计算)所需要的所有采样。如本文所提出的，两个可能的SDUV时空采样方案402、404被描绘在图4中。示出了对于统一方向采样方案402的四次传送220。每次都在三个位置xl、x2、x3 上。每次都在图4中以左到右的方向表示。由411到422指示的数字1到12对应于采样发生的次序。在相同方向上进行分离的传送220。同样地，示出了在三个位置χ 1、x2、x3上的四次传送220的交替方向采样方案404。 然而，与统一方向采样方案402相比，交替方向采样方案404交替每次传送220的扫描方向。由431到442指示的数字1到12对应于采样发生的次序。如下文将更详细地讨论的那样，在相反方向上的采样是加入基于采样间延迟的相位校正156的替代选择。在位置x2上的相同位置跟踪频率238在两种采样方案402、404中相同。对于交替方向采样方案404中的偏离中心位置xl、x3，采样在时间上不规则。然而，对于不规则采样保持奈奎斯特阈值。平均采样频率服从该阈值。由于平均采样频率对于两种方案402、 404的所有位置xl、x2、x3都是相同的，因此任一方案可以避免混叠的方式实施。图5说明了在不同时间tl、t2进行采样的相应次序的交替SDUV剪切波传播速度算法500。针对在与剪切波115传播的方向相同的方向上的扫描，应用正向扫描公式510。公式510的推导如下ο3(ω) = λ f，其中Cs为传播速度，λ为波长，并且f为波的频率。并且，ω = 2Jif，并且ΔΓ = λ Δ Φ/2 π，其中Δ Φ表示对于给定时刻在同时进行的两个采样之间的相位差。假设所有参数是正的。Λ 、 ω/Sr代入值得出。( ) =如上文参考图1解释的那样，为处理在时间tl、t2进行的两个不同时间采样之间的采样间延迟，将基于采样间延迟的相位校正156ω At加入Δ Φ。该校正156与波115的角频率ω成正比，特别是与当前被测量速度的波分量116的角频率成正比，并且与进行该两个采样之间的延迟At成正比。针对在与剪切波115传播的方向相反的方向上的扫描，应用反向扫描公式520。在反向扫描公式520中，基于采样间延迟的相位校正156ω △ t的符号与所计算的给定时刻 (相位)差Δ Φ的符号相反。使该校正156为负的原因是基于类同于上文参考图1解释的推理。对于单色剪切波116，基于采样间延迟的相位校正156反映了时间上在分别于时间 tl、t2进行的两个时间不同的采样之间发生的传播。如果在一次传送220上的扫描与在另一(例如随后的)传送220上的扫描的方向相反，则可以将在相同的两个位置xl、x2上各自的Δ Φ测量进行平均来抵消采样间延迟。 这假设了在两个位置xl、χ2之间的采样间延迟在两次传送上是相等的。如果假设成立，公式530的分母表明基于采样间延迟的相位校正156(如果确定了)将由单个扫描方向公式 510,520的分母的平均进行抵消。由此，不需要计算该校正156，并且使用公式530不需要校正156。图6描绘了如与图2中的顺序跟踪相反的SDUV并行跟踪，该描绘表示一个可能的实施例。在并行跟踪中，跟踪脉冲同时靶向多个位置中一个以上的位置，并且实际上靶向所有的位置。为了监测由推动脉冲218建立的剪切波传播，在每个检测点或位置xl、x2、x3、x4 上的相同位置跟踪频率238应当被设定为足够高以便满足与处于分析下的最高谐振频率相关的奈奎斯特限制。遵循上文所述并且如图6中所示的示例情形，通过2KHz的相同位置跟踪频率238来跟踪每个检测点，同时利用SKHz的传输A线频率242来顺序扫描四个检测点或位置xl、x2、x3、x4。如果期望更多的检测点，则将要求超声系统以甚至更高的RPF传输，该甚至更高的RPF在“顺序跟踪”模式下是难以实现或不可能实现的(受到最大成像深度以及从最大成像深度返回的超声传播时间物理上限制)。为了克服该问题，本文提出了一种称为“并行跟踪”的第二方法，并且该第二方法在下文的示例性实施例中进行描绘。在平行接收B模式中，宽的传输波束每个被微弱聚焦。在相应推动218之间，它们被重复发送到跨越不同位置xl、x2、x3、x4的相同区域。对于给定的单个检测传输，由多线波束形成器使用通过阵列立即接收的反向散射信号来平行-波束形成多个接收A线。换言之，利用每个跟踪脉冲并发地采样多个位置中的复数个。发送参考跟踪传输602。对于相应的位置xl、x2、x3、x4形成多个平行接收参考A 线604、606、608、610。在激励点xO的推动脉冲218之后，将若干跟踪传输脉冲612发到对应的位置11^2^3^4，每个跟踪传输脉冲跟随有相应的平行接收々线614、616、618、620。 在平行推动/跟踪序列6M期间以2kHz的并行跟踪频率622重复跟踪传输脉冲612及其相应的平行接收A线614、616、618、620。如果期望，这里可以增加更多的接收A线，以便在不降低跟踪LPF的情况下增加空间采样精度，只要系统支持更宽的传输以及高次序多线接收波束形成器。与上文在图2 和图3中描述的顺序方法类似，并行跟踪方法并不要求在剪切波激励原点重复发射聚焦超声。其使剪切波速度估计能够经由单个推动/跟踪序列来实施。在并行跟踪方法中，因为覆盖不同横向位置xl、x2、x3、x4的检测脉冲在单个发射中发送，所以并发采样在不同横向位置的位移估计132。在该情况下，不需要做出任何补偿。
应当使用以下公式简单估计剪切波速


执行剪切波分散振动测定(SDUV)，从而使得在其推动脉冲(218)的单次请求之后，发出多个跟踪脉冲(222)以多于一次地采样在关联的单色剪切波(116)上的多个位置(120、148)中的每个，该采样以如下的采样方式在分离的传送中扫描多个位置中的至少一个，并且利用多个跟踪脉冲中的一个脉冲并发地采样多个位置中的复数个。在补充的方面，通过考虑采样间延(156)来确定给定时刻的相位差，只要该确定依赖于不同时间进行的采样。