[发明专利]主体特性的混响剪切波场估计

说明书

诸如患者身体或器官的对象中的混响剪切波场造成用诸如超声或MR装备或其它成像装备之类的成像模态测得的一个或多个所选方向上的变形，以估计一个或多个所选方向上随时间增量的位移，然后估计ROI的诸如刚度之类的粘弹性属性或其它参数。

对先前申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月16日提交的美国临时申请序列No.62/422,765的优先权。该申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本专利申请涉及用于估计例如患者的病变的内部主体结构的粘弹性特性(诸如弹性和刚度)的系统和方法。

背景技术

近年来已经使用弹性成像来估计生物力学特性，诸如患者体内感兴趣区域(ROI)的刚度，例如以评估腹部乳房中的肿块的刚度，以帮助确定肿块是良性的还是癌性的或者确定病变的其它特点。原则上，将力施加到ROI，并且如通过诸如超声或MRI之类的成像模态所测得的，ROI作为响应变形或移动的方式被用作刚度的指示。已知技术包括(a)准静态弹性成像，其中测量由于压缩引起的感兴趣区域及其周围的形状改变，(b)声学辐射力脉冲成像(ARFI)，其中聚焦超声波束沿着波束方向推动ROI的方式被用作刚度的测量，(c)剪切波弹性成像(SWEI)，其类似于ARFI，但是垂直于波束方向的ROI位移是刚度的测量，以及(d)超音速剪切成像(SSI)，其中推动ROI的声学辐射力生成剪切波并且那些波的速度是刚度的测量。在磁共振弹性成像中，患者体内剪切波的速度被用作刚度测量。

在下面背景的更详细讨论中，以及在新方案的描述中，参考文献在括号中识别；在说明书末尾提供了参考文献的完整引用。所有引用的参考材料都通过引入并入本文。

已经对用于估计和成像组织的生物力学特性的技术进行了稳健的开发(Parker等人，2011)。施加的刺激可以是准静态、瞬态或连续波。这些当中的每一个都有用于反演解的独特的数学运算和技术(Doyley，2012)，但都依赖于生物力学响应的连续体(Parker等人，2005；Parker，2013)。剪切波传播受到了极大的关注，但许多方案的固有挑战是存在来自器官边界的反射波和内部不均匀性。这些反射产生连续波应用中的模态模式(Parker和Lerner，1992；Taylor等人，2000)以及瞬态实验中的向后行波(Ringleb等人，2005)。定向滤波可以用于消除一些类型的反射(Pengfei等，2012；McLaughlin和Renzi，2006；Deffieux等人，2011；Manduca等人，2003；Engel和Bashford，2015；Hah等人，2012)。

已经开发了连续剪切波反演方案来估计未知的组织刚度。它们包括磁共振弹性成像(MRE)中Helmoltz方程的反演(Van Houten等人，2001；Ringleb等人，2005；Romano等人，2000；Sinkus等人，2000；Oliphant等人，2001)和声弹性成像(Parker和Lerner，1992；Fai等人，1998；Fu等人，1999)。已经使用随机信号开发了另一类用于水下声学和地质力学的估计(Roux等人，2005)，并且已经扩展到软组织中的噪声相关性测量(Gallot等人，2011；Catheline等人，2008；Brum等人，2015年)。这些涉及在两个点测得的噪声函数的空间相干性，并且可以作为Green函数和时间反演解重新计算(recast)。Tzschatzsch等人开发了一种利用机械振动源在诸如肝脏之类的大器官中产生多个波方向的方案。(2014；2015；2016)。使用概率方案，他们通过找到作为方向的函数的最小波数来表征剪切波速度。

虽然已知技术可以是有用且有益的，但是仍然需要新的方案来估计诸如体内感兴趣区域的刚度的特性，其可以提供改进的性能和结果。例如，需要更有效的方式来测量患者体内更深处的感兴趣区域的刚度，诸如腹部深处，特别是肥胖患者。还需要减少声能与除感兴趣区域之外的组织交互的不良影响。并且，需要一般而言改善性能并降低装备及其操作的成本。本专利说明书描述了此类新方案。

发明内容