[發明專利]使用超聲波波形斷層成像的組織成像和分析

有效

• 申請號: 201680062053.3
• 申請日: 2016-09-01
• 公開（公告）號: CN108348221B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 古爾沙蘭·辛格·桑迪胡;內博伊沙·杜里奇;李翠萍;奧利維爾·羅伊;埃里克·韋斯特
• 申請（專利權）人: 戴爾菲納斯醫療科技公司
• 主分類號: A61B8/08
• 分類號: A61B8/08;A61B8/13;G06T11/40
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 鄭霞

本申請提出了使用超聲波波形斷層成像來分析組織體積的系統和相關方法。通過使用頻域波形斷層成像技術和梯度下降算法，所述系統可以將具有變化的密度和不同類型病變的組織體積如乳房組織的聲速分布重建。通過允許聲速具有表征聲音衰減的虛分量，所述系統可以以較細的粒度來分類不同類型的病變。

交叉引用

本申請要求提交于2015年9月1日的美國臨時專利申請號62/212,983(代理人案卷號50174-732.101)和提交于2016年2月12日的美國臨時專利申請號62/294,360(代理人案卷號50174-732.102)的權益，所述申請通過引用并入本文。本申請與美國專利申請號14/817,470(代理人案卷號50174-728.201)相關，該申請通過引用并入本文。

關于聯邦資助研究的聲明

本發明在由國立衛生研究院(National Institutes of Health，NIH)通過國立癌癥研究所授予的基金R43CA171601和R44CA165320的政府支持下完成。政府對本發明享有一定權利。

援引并入

本說明書中提到的所有出版物、專利和專利申請均通過引用并入本文，其程度如同特別地且單獨地指出每一個單獨的出版物、專利或專利申請均通過引用而并入。

發明背景

乳腺癌是癌癥死亡的主要原因之一，其在較早診斷和檢測時具有較低的死亡率。乳房X線照相術(mammography)是乳腺癌篩查的當前標準，但并非不存在問題。這導致了對其他用于檢測和篩查乳腺癌的方法的興趣。超聲斷層成像通過將斷層成像的原理與環形超聲換能器陣列相結合，成為了乳房成像中的新技術。

常規的超聲涉及從源發射器發射沿著聚焦路徑的聲波或聲束，以及允許該波從其路徑中的組織或其他邊界散射(例如，以反射、折射、衍射、透射的形式)。散射波返回到一個或多個接收元件的表面，該一個或多個接收元件可以以發射器為中心和/或包括發射器。

發明內容

本申請提出了對組織體積(a volume of tissue)進行成像和分析以用于篩查和診斷目的的系統和相關方法。在一些實施方式中，所述系統通過使所述組織體積經受環形換能器設置來生成聲信號、針對所述聲信號計算所述組織體積的聲學性質如聲音衰減，并基于所述聲學性質提供關于所述組織體積的診斷信息。通過經由所述環狀換能器設置生成廣泛且系統性的聲信號，所述系統可以提高對所述組織體積的聲學性質進行計算的準確性。通過對除聲速之外的聲音衰減進行建模，所述系統可以進一步提高所述計算的準確性并最終提高所述生成診斷信息的有效性。

在一個方面，根據本發明的其他方面提供了分析組織體積的計算機實現的方法。所述方法包括從換能器接收來源于通過所述組織體積傳輸的聲波波形的一組聲信號。所述換能器包括被配置成圍繞所述組織體積的超聲發射器陣列和超聲接收器陣列。所述方法還包括生成表征聲音衰減的聲速模型以表示跨所述組織體積的區域的聲速分布；從所述聲信號組提取一組頻率分量；根據頻率分量和所述聲速模型生成模擬波場；針對所述頻率分量組中的每一個頻率分量相對于所述模擬波場迭代地細化所述聲速模型的值，直到滿足閾值條件，從而產生所述聲速模型的最終值；從所述聲速模型的所述最終值計算衰減表示；以及基于所述衰減表示來描繪(render)所述組織體積的一個或多個圖像。

在一些實施方式中，生成所述模擬波場包括根據表達為的亥姆霍茲運算(Helmholtz operation)對通過所述組織體積傳輸的聲波的傳播進行建模。為拉普拉斯算子(Laplacian operator)，并且為亥姆霍茲算子(Helmholtz operator)，包括ω作為頻率分量，c作為所述聲速模型，u作為所述頻率分量ω在所述換能器的位置r處獲得的預期數值波場，以及s作為所述換能器的空間超聲源。