[发明专利]用于弹性成像和粘弹性成像的系统和方法

说明书

成像系统和方法的高清晰粘弹性成像(HDVE)惯性驱动器装置包括一个或多个HDVE惯性驱动器装置。每个HDVE惯性驱动器设备均具有：(i)驱动器接口，该接口可从控制器接收驱动器信号；(ii)共振表面；(iii)惯性驱动器，该惯性驱动器可通信地耦接到驱动器接口并且机械地耦接到共振表面，以独立地产生共振表面的共振位移。HDVE惯性驱动器装置的支撑构件将两个或更多个HDVE惯性驱动器装置定位成与人体声学接触，以通过人体内的一定体积的组织或物体内的材料产生剪切波场。

基于35U.S.C§119要求的优先权

本专利申请要求于2018年3月24日提交的、标题为“用于弹性成像和粘弹性成像的系统和方法”的美国临时申请62/647,672以及于2018年8月8日提交的、标题为“SYSTEMSAND METHODS FOR ELASTOGRAPHIC AND VISCOELASTOGRAPHIC IMAGING(用于弹性成像和粘弹性成像的系统和方法)”的美国临时申请62/716,303的优先权，该两个申请被转让给本受让人，并且在此明确地通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及弹性成像和粘弹性成像设备，并且涉及使用外部振动的弹性成像和粘弹性成像方法。本发明涉及的弹性成像和粘弹性成像方法，包括成像、无损检测和地震测绘。

背景技术

弹性成像技术提供了组织或物体的硬度图，其中硬度值覆盖在从普通成像系统获得的图像上，该成像系统例如但不限于超声和磁共振成像。通常通过使用成像或感测模态对组织或物体成像来获得该硬度图，该成像或感测模态可以监视已经被注入或诱发到组织或物体中的声振动的传播。振动可以被超声产生的推动诱发。

声辐射力脉冲(ARFI)是一种弹性成像技术，其使用超声学传感器阵列本身在感兴趣区域的组织或物体中产生声脉冲。随后，超声阵列被用于监测所得组织位移沿波束方向的传播和/或所诱发的横向剪切波的传播。声脉冲必须限于安全的强度(不会使组织或物体过热)并且不会使传感器过热。结果，ARFI系统通常对组织或物体的穿透只能达到6cm，从而将其效用限制为仅能对组织和物体的近表面成像。此外，ARFI脉冲本身会在ARFI探头的组织接触点的前1.5至2cm内产生明显的回波和失真，导致在ARFI生成的弹性成像图像内的该表面区域内产生明显的噪声。ARFI方法的低分辨率限制了该技术的有效性。

其他形式的弹性成像，例如爬行波和早期的超声弹性成像系统，通常使用外部的声振动源(有时是多个)，也使用声振动来将剪切波诱发到人体或物体中。例如，爬行波使用两个振动源，它们以略微不同的频率振动，从而将剪切波诱发到人体或物体中，从而产生在整个视场中缓慢移动的干涉模式。然后，可以使用该缓慢移动的模式来测量感兴趣区域中的剪切波长度。与ARFI不同，外部声振动及其产生的剪切波可以安全地深入人体或物体，因此可以使用超声成像模态的整个穿透深度。

在另一种方法中，德国集团(German Group)使用被螺栓固定在检查台底部的扬声器，该检查台上钻有孔供声波通过，随后声波在该检测台转换为传播通过人体的剪切波。由于声波在空气中传播，潜在的响度会给工作人员、患者和其他人带来问题。声波并未密封在患者的皮肤上，并且噪声阻尼没有完全覆盖声音的所有逃逸路线。而且，由于空气是糟糕的功率传递介质，因此耦接到患者人体的空气可能仅会产生微弱的剪切波，尤其是在较高的频率下。

描述了早期版本的振动设备和系统，其中“高频”被认为是200Hz，并且可能由于在这些频率下的高组织衰减，这种频率被推测是不能起作用的。

回声剪切波弹性成像方法，其中多个声振动传感器从多个方向注入各种特定频率、相位和振幅的振动波，以产生回声剪切波场(可以在感兴趣区域中被监视)，并用来估计传播速度随剪切波频率的变化关系，然后将其转换为硬度随频率的变化关系，进而可用来计算粘度。声振动及其产生的剪切波安全地渗透深入人体或物体，从而使超声成像系统能够利用其完整的成像深度。众所周知，回声剪切波弹性成像技术具有早期触觉振动源方面类似的局限性，它是针对低频而设计的，在较高频率下不能深入穿透。