[發(fā)明專利]用定量超聲參數(shù)映射的一階和二階統(tǒng)計(jì)來(lái)分類和表征組織的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480029807.6
• 申請(qǐng)日: 2014-05-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105377145A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·薩德吉-奈尼;H·塔達(dá)揚(yáng);G·J·恰爾諾塔;O·法露
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 森尼布魯克研究所
• 主分類號(hào): A61B8/08
• 分類號(hào): A61B8/08;A61B5/103;G01N29/44;G01N33/483
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

用定量超聲技術(shù)來(lái)分類組織的系統(tǒng)和方法。從在超聲掃描期間從感興趣區(qū)域中獲取的原始回波信號(hào)數(shù)據(jù)中直接計(jì)算參數(shù)并且使用這些參數(shù)來(lái)產(chǎn)生參數(shù)映射。在使用參考數(shù)據(jù)歸一化該回波信號(hào)數(shù)據(jù)之后計(jì)算這些參數(shù)以減少儀器設(shè)置中的變化、超聲波束衍射和衰減效應(yīng)的影響。一階和二階統(tǒng)計(jì)度量是從這些參數(shù)映射中計(jì)算出的，并且被用于分類感興趣區(qū)域中的組織或多種組織。使用這些系統(tǒng)和方法，可以利用不同的分類等級(jí)來(lái)分類組織。例如，表征為惡性癌的組織可被附加地分級(jí)(例如，等級(jí)I,II或III)。

背景技術(shù)

本發(fā)明的領(lǐng)域是用于定量超聲(“QUS”)的系統(tǒng)和方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于使用QUS將組織分類和表示為與特定組織學(xué)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)和方法。

臨床超聲對(duì)于診斷癌癥和其他疾病是一種有用的且非侵入的工具。除了超聲的非侵入地區(qū)分惡性腫瘤與良性腫瘤的能力，依據(jù)其組織學(xué)等級(jí)來(lái)表示惡性腫瘤的能力對(duì)于區(qū)分病期和治療設(shè)計(jì)是具有最高重要性的。由于在超聲成像時(shí)期期間選可擇許多儀器參數(shù)，當(dāng)使用不同的超聲機(jī)器時(shí)，或當(dāng)應(yīng)用不同的設(shè)置時(shí)，常規(guī)B-模式圖像的對(duì)比解釋變得困難。此外，B-模式圖像缺乏關(guān)于軟組織的微結(jié)構(gòu)性質(zhì)的信息。

定量超聲(“QUS”)技術(shù)，檢查與儀器設(shè)置無(wú)關(guān)的組織的頻率相關(guān)背散射，被認(rèn)為克服此限制。這種技術(shù)被應(yīng)用于活體內(nèi)以揭示關(guān)于組織的底層微結(jié)構(gòu)的信息或組織學(xué)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了疾病與非疾病的區(qū)分、活性與凋亡組織的區(qū)分、以及疾病在其子類型中的表征。特別地，包括有效散射體直徑(“ESD”)和有效聲學(xué)濃度(“EAC”)的參數(shù)證明有潛力在乳腺癌與纖維腺瘤的小鼠腫瘤模型之間作出區(qū)分。然而，有效散射體尺寸與聲學(xué)濃度的估計(jì)需要關(guān)于背散射模型的先驗(yàn)知識(shí)，在組織特殊組織的情況下表征通常會(huì)很復(fù)雜。

為了避免復(fù)雜的模型擬合，對(duì)于組織表征提出了經(jīng)由射頻(“RF”)回波信號(hào)頻譜的線性回歸分析所提取的基本頻譜參數(shù)，包括中頻帶擬合(“MBF”)、頻譜斜率(“SS”)、以及頻譜0-MHz截距(“SI”)。這種定量參數(shù)以前被用于表征多種類型的組織異常，包括前列腺、淋巴結(jié)和心肌中的那些，以及用于檢測(cè)凋亡細(xì)胞死亡。通過(guò)將超聲功率譜模型化為聲學(xué)阻抗自相關(guān)函數(shù)，已經(jīng)證明SS可與有效散射體尺寸相關(guān)，SI可與聲學(xué)濃度相關(guān)，以及MBF可與有效散射體尺寸與聲學(xué)濃度兩者有關(guān)。可選地，散射體間隔(也被已知為散射體之間的間隔(“SAS”))已經(jīng)被研究作為組織表征參數(shù)，當(dāng)關(guān)系的組織在其結(jié)構(gòu)組織中包含可檢測(cè)的周期性。在此情況下，散射體間隔已被應(yīng)用于表征人類乳腺腫瘤，通過(guò)將它們分類成正常、纖維腺瘤、單一癌或浸潤(rùn)的乳頭狀癌。其他研究也調(diào)查出SAS用于表征肝臟的擴(kuò)散疾病的潛力。

盡管以上討論的常規(guī)定量超聲平均參數(shù)描述了組織微結(jié)構(gòu)的頻率相關(guān)性質(zhì)，但是它們的參數(shù)化映射的紋理特征可通過(guò)量化灰度級(jí)轉(zhuǎn)變的圖案來(lái)提供二階統(tǒng)計(jì)。數(shù)個(gè)以前的研究已經(jīng)應(yīng)用了超聲B-模式圖像的紋理特征以在惡性與良性乳腺腫瘤之間作出區(qū)分。在此組織分類技術(shù)后面的原理是惡性腫瘤趨向于表現(xiàn)為不均勻的內(nèi)部回波，而良性腫瘤通常顯示均勻的內(nèi)部回波。在此應(yīng)用中，紋理分析技術(shù)旨在基于超聲灰度級(jí)變換來(lái)提取組織內(nèi)部回波性質(zhì)或“紋理”，并且因此可定義可區(qū)分的特性。然而，常規(guī)B-模式圖像也可表示由于儀器設(shè)置中的變化、超聲波束衍射、以及衰減效應(yīng)導(dǎo)致的紋理估計(jì)中的不期望的變化。

因此，將期望提供用于使用超聲將組織分類成與特殊組織學(xué)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)而沒(méi)有與分析B-模式圖像相關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)確度上的限制的系統(tǒng)及方法。有利地，這種系統(tǒng)和方法將能夠基于組織學(xué)狀態(tài)來(lái)分類組織，該組織學(xué)狀態(tài)包括總分類(例如正常的、癌的)和子類型分類(例如，腫瘤等級(jí)、肝纖維化病期)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過(guò)提供用于通過(guò)分析定量超聲參數(shù)映射的一階和二階統(tǒng)計(jì)來(lái)分類組織的系統(tǒng)和方法，克服了前述缺點(diǎn)，其中，充分地減少了由于儀器設(shè)置中的變化、超聲波束衍射、以及衰減效應(yīng)而導(dǎo)致的紋理估計(jì)中的不想要的變化。