[发明专利]使用非聚焦超声的超声测振

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2011年2月25日提交的、名为“Ultrasound Vibrometry with Unfocused Ultrasound（使用非聚焦超声的超声测振）”的美国临时专利申请系列号No.61/446,839的权益。

有关联邦科研资助的声明

本发明是在美国国立卫生研究院授予的EB002167和DK082408下通过政府支持而做出的。政府在本发明中具有特定权利。

背景技术

本发明的领域是超声的系统和方法。更特定地，本发明涉及超声测振的系统和方法，其中使用超声来测量感兴趣的材料或组织的机械性质。

组织机械性质的表征，特别是组织的弹性或触觉硬度，具有重要的医学应用，因为这些性质与相对于病理学的组织状态紧密相关。例如，乳癌通常由对硬度异常的病变的触诊首先检测到。在另一个示例中，可将肝脏硬度的测量用作肝纤维症分级的非侵入性替代方案。

近来，研发了超声技术用于测量组织的机械性质，诸如弹性和粘性，被称为剪切波分散超声测振(“SDUV”)。例如，在共同待审的美国专利No.7,785,259和7,753,847中描述了这个SDUV技术，这两个专利通过引用全部并入此处。在这个和类似方法中，聚焦的超声束，在FDA安全极限内操作，施加至对象从而在感兴趣的组织内生成谐剪切波。所引起的剪切波的传播速度是频率相关的、或“分散的”，且涉及感兴趣的组织的机械性质。用脉冲回波超声测量在多个频率处的剪切波速度，并随后用理论分散模型来拟合从而反向求解出组织弹性和粘性。这些剪切波速度是从沿剪切波传播路径具有已知距离的两个或更多点之间检测到的组织振动的相位中估算出的。

在计算使用超声能量检查的物体的机械性质的其他方法的示例是美国专利No.5,606,971和5,810,731。然而，与上述SDUV技术类似，这些专利中呈现的方法要求使用聚焦的超声来在待检查物体和对象中产生振动。

期望提供计算待检查物体或对象的机械性质的方法，该检查使用不具有当前在使用聚焦超声情况下所要求的高强度超声的超声能量，同时维持足够的信噪比大小。

发明内容

本发明通过提供通过使用非聚焦超声能量的超声系统来测量对象的机械性质的方法来克服上述缺陷。

本发明的一方面在于提供使用超声系统测量对象的机械性质的方法。该方法包括通过向对象施加非聚焦超声能量并通过使用检测设备来测量出现所产生的剪切波的对象中的至少一个位置来获取测量数据，产生在对象中传播的剪切波。然后使用所获取的测量数据来计算对象的机械性质。

本发明的另一个方面在于，可使用超声设备向对象的至少一个位置施加超声能量，或者使用如下中的至少一个来向对象中的至少一个位置施加电磁能：光学检测设备、磁共振成像设备、和微波检测设备，来获取测量数据。

本发明的又一个方法在于，向对象施加的非聚焦超声能量包括以梳状模式从超声换能器向外延伸的多个非聚焦超声束。这些非聚焦超声束可均匀或不均匀地间隔，横跨超声换能器的表面。

本发明的又一个方面在于向在使用以梳状模式产生的非聚焦超声能量时所获取的测量数据施加定向滤波器，从而基本降低了导致相消干涉的测量。

本发明的又一个方面在于，可从所获取的测量数据中形成对应于从左向右的剪切波的测量的测量数据第一子集，且从所获取的测量数据中形成对应于从右向左剪切波的测量的测量数据第二子集。然后选择性地组合第一和第二子集。

本发明的又一个方面在于通过沿超声换能器的第一方向激励多个超声换能器元件，可向对象中的平面区域施加非聚焦的超声能量，从而剪切波沿从该平面区域向外延伸的方向传播。然后通过沿与第一方向垂直的超声换能器的第二方向激励多个超声换能器元件来向对象中的至少一个位置施加超声能量，从而使用超声波器件获取测量数据。

本发明的一方面在于提供使用超声系统测量对象的机械性质的方法。该方法包括向对象施加非聚焦超声能量从而在多个轴向深度处在其中产生多个组织形变。然后，通过向对象中的至少一个位置（多个组织形变中的至少一个所在之处）施加超声能量，从该对象中获取测量数据。使用这个所采集的测量数据来计算对象的机械性质。

本发明的另一个方面在于所施加的用于获取测量数据的超声能量是聚焦超声能量和非聚焦超声能量中的至少一个。

本发明的又一个方面在于，向对象施加非聚焦的超声能量从而产生在其中传播的多个剪切波。