用于肺中的彈性成像的肺部超聲技術(shù)的制作方法
【專利摘要】一種用于肺部彈性成像的系統(tǒng)包括超聲探頭(120)，所述超聲探頭被配置為通過發(fā)送信號(hào)并接收響應(yīng)來評(píng)價(jià)靶區(qū)的組織。接觸設(shè)備(126)被耦合到所述超聲探頭以提供所述超聲探頭與所述組織之間的接觸。圖像處理模塊(110)被配置為根據(jù)所述響應(yīng)來輸出一個(gè)或多個(gè)彈性圖。
【專利說明】用于肺中的彈性成像的肺部超聲技術(shù)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及基于超聲的彈性成像，并且更具體地涉及用于肺中的彈性成像的肺部超聲技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]肺癌是最具攻擊性的癌癥形式之一。肺癌的攻擊性本質(zhì)導(dǎo)致不良預(yù)后及令人擔(dān)憂的低存活率。因此，早期診斷、準(zhǔn)確分期和及時(shí)處置對于改善肺癌的處置是至關(guān)重要的。然而，用于肺癌的診斷和處置的當(dāng)前臨床工作流程是復(fù)雜且耗時(shí)的。這種緩慢且復(fù)雜的工作流程不僅增加了患者的焦慮，而且也由于肺癌的診斷和治療中的延遲而增大了死亡的幾率。
[0003]彈性圖像使用軟組織的硬度或應(yīng)變圖像來有效地且高效地診斷癌癥。然而，由于超聲在空氣中的固有的局限性，彈性成像還沒有被應(yīng)用于檢測和診斷肺癌。超聲機(jī)器被校準(zhǔn)以對于對組織進(jìn)行成像來最優(yōu)地執(zhí)行。因?yàn)槁曇粼诳諝庵械乃俣仁清娜徊煌?，所以肺?nèi)的氣腔和氣室在超聲圖像中是看不見的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本原理，一種用于肺部彈性成像的系統(tǒng)包括超聲探頭，所述超聲探頭被配置為通過發(fā)送信號(hào)并接收響應(yīng)來評(píng)價(jià)靶區(qū)的組織。接觸設(shè)備被耦合到所述超聲探頭以提供所述超聲探頭與所述組織之間的接觸。圖像處理模塊被配置為根據(jù)所述響應(yīng)來輸出一個(gè)或多個(gè)彈性圖。
[0005]一種用于肺部彈性成像的系統(tǒng)包括超聲探頭，所述超聲探頭被配置為通過發(fā)送信號(hào)并接收響應(yīng)來評(píng)價(jià)靶區(qū)的組織。壓縮設(shè)備被配置為在所述組織上生成壓縮，其中，所述壓縮設(shè)備包括與所述超聲探頭相耦合的能擴(kuò)張的體積以提供所述超聲探頭與所述組織之間的接觸。圖像處理模塊被配置為根據(jù)所述響應(yīng)來輸出一個(gè)或多個(gè)彈性圖。
[0006]一種用于執(zhí)行肺部彈性成像的方法包括使用超聲探頭通過發(fā)送信號(hào)并接收響應(yīng)來評(píng)價(jià)靶區(qū)的組織。采用被耦合到所述超聲探頭的接觸設(shè)備來提供所述超聲探頭與所述組織之間的接觸。根據(jù)所述響應(yīng)來輸出一個(gè)或多個(gè)彈性圖。
[0007]本公開的這些和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將從結(jié)合附圖閱讀的對本公開的說明性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]本公開將參考以下附圖詳細(xì)地呈現(xiàn)對優(yōu)選實(shí)施例的以下描述，其中:
[0009]圖1是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的基于超聲的彈性成像系統(tǒng)的框圖/流程圖；
[0010]圖2說明性地描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的利用無創(chuàng)應(yīng)用的彈性成像系統(tǒng)的對象的剖視圖；
[0011]圖3說明性地描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的利用微創(chuàng)應(yīng)用的彈性成像系統(tǒng)的對象的剖視圖；
[0012]圖4說明性地描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的彈性成像系統(tǒng)中的采用氣囊的超聲探頭；
[0013]圖5說明性地描繪根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的被應(yīng)用到對象的氣道的彈性成像系統(tǒng)；并且
[0014]圖6是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于基于超聲的彈性成像的方法的框圖/流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]根據(jù)本原理，提供用于彈性成像，并且尤其是肺部彈性成像的系統(tǒng)和方法。彈性成像使用基于硬度的成像來診斷癌癥，因?yàn)橐阎┳兘M織顯著地硬于正常的、健康的組織和良性病變。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過向組織發(fā)送一個(gè)或多個(gè)推壓脈沖從而產(chǎn)生超聲切變波并確定所述切變波的傳播速度來評(píng)價(jià)組織。所述切變波可以被修改以考慮氣腔中的切變的缺失。傳播的速度可以被用來量化硬度。在另一實(shí)施例中，可以通過向組織發(fā)送光聲波并接收超聲響應(yīng)波來評(píng)價(jià)組織?？梢詫τ谠谧匀粻顟B(tài)中的組織和對于在壓縮狀態(tài)中的組織執(zhí)行使用光聲波的評(píng)價(jià)。使用光聲波的評(píng)價(jià)也可以被執(zhí)行一次，其中，所述組織能夠是在自然狀態(tài)或者壓縮狀態(tài)中的。在又一實(shí)施例中，可以通過向組織發(fā)送超聲波并接收超聲波的回波來評(píng)價(jià)組織。優(yōu)選地，通過對在自然狀態(tài)和壓縮狀態(tài)中的組織發(fā)送超聲信號(hào)來評(píng)價(jià)組織。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，組織的壓縮可以是由于身體的運(yùn)動(dòng)而引起的。身體的運(yùn)動(dòng)可以包括生理運(yùn)動(dòng)，例如包括諸如肺的擴(kuò)張和壓縮或者橫隔膜的向上和向下移動(dòng)的呼吸運(yùn)動(dòng)。在另一實(shí)施例中，身體的運(yùn)動(dòng)可以包括采用通氣機(jī)來生成身體的運(yùn)動(dòng)。在其他實(shí)施例中，組織的壓縮是由于壓縮設(shè)備而引起的。所述壓縮設(shè)備可以包括在組織上生成壓縮的脈沖氣囊。也預(yù)見生成壓縮的其他方法。
[0017]有利地，本原理可以提供使用彈性成像的肺癌的快速且高效的診斷。這可以減少或者甚至消除在肺癌的診斷中對活檢的需要。本原理允許臨床醫(yī)師不僅以高的準(zhǔn)確度和效率來確定可疑點(diǎn)是良性的還是惡性的，而且還以高的精度和效率來確定癌癥的類型和階段。肺癌的早期診斷可以提供成功處置肺癌的很大的可能性。
[0018]應(yīng)當(dāng)理解，將根據(jù)醫(yī)學(xué)器械來描述本發(fā)明；然而，本發(fā)明的教導(dǎo)更廣泛得多，并且，本發(fā)明可應(yīng)用于生成組織壓縮的任何器械。在一些實(shí)施例中，本原理被采用在對復(fù)雜生物或機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行成像或者分析復(fù)雜生物或機(jī)械系統(tǒng)中。附圖中描繪的元件可以在硬件與軟件的各種組合中得以實(shí)施，并且提供可以被組合在單個(gè)元件或多個(gè)元件中的功能。
[0019]能夠通過使用專用硬件以及能夠運(yùn)行與合適的軟件相關(guān)聯(lián)的軟件的硬件來提供附圖中示出的各種元件的功能。在由處理器提供時(shí)，所述功能能夠由單個(gè)專用處理器、由單個(gè)共享處理器、或由多個(gè)單獨(dú)的處理器(它們中的一些能夠被共享)來提供。此外，術(shù)語“處理器”或“控制器”的明確使用不應(yīng)被解釋為唯一地指代能夠運(yùn)行軟件的硬件，并且能夠暗含地包括而不限于數(shù)字信號(hào)處理器(“DSP”)硬件、用于存儲(chǔ)軟件的只讀存儲(chǔ)器(“ROM”)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“RAM”)、非易失性存儲(chǔ)器等。
[0020]此外，本文記載本發(fā)明的原理、方面和實(shí)施例以及其具體范例的所有陳述，旨在涵蓋其結(jié)構(gòu)及功能的等價(jià)物。額外地，這樣的等價(jià)物旨在包括當(dāng)前已知的等價(jià)物以及未來發(fā)展的等價(jià)物(即，無論其結(jié)構(gòu)執(zhí)行相同功能的所發(fā)展的任何元件)。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本文呈現(xiàn)的框圖表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的原理的說明性系統(tǒng)部件和/或電路的概念視圖。類似地，將認(rèn)識(shí)到，任何流程表、流程圖等表示基本上可以被表示在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中并因此可以由計(jì)算機(jī)或處理器來運(yùn)行的各種過程，而無論這樣的計(jì)算機(jī)或處理器是否被明確示出。
[0021]此外，本發(fā)明的實(shí)施例能夠采取計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可從計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存取，所述計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)提供用于由計(jì)算機(jī)或任何指令運(yùn)行系統(tǒng)使用或者與計(jì)算機(jī)或任何指令運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)合來使用的程序代碼。出于該描述目的，計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)能夠是可以包括、存儲(chǔ)、通信、傳播或運(yùn)輸用于由指令運(yùn)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與其結(jié)合來使用的程序的任何裝置。所述介質(zhì)能夠是電子的、磁性的、光學(xué)的、電磁的、紅外的或半導(dǎo)體系統(tǒng)(或者裝置或設(shè)備)或傳播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范例包括半導(dǎo)體或固態(tài)存儲(chǔ)器、磁帶、可移除計(jì)算機(jī)軟盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、剛性磁盤以及光盤。光盤的當(dāng)前范例包括壓縮盤-只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、壓縮盤-讀/寫(CD-R/W)、Blu-Ray?以及DVD。
[0022]現(xiàn)在參考附圖，其中類似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件，并且首先參考圖1，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例說明性地示出用于基于超聲的彈性成像的系統(tǒng)100。彈性成像是一種使用硬度或應(yīng)變來對軟組織執(zhí)行成像的技術(shù)。彈性成像的工作原理是:當(dāng)施加機(jī)械壓縮或位移時(shí)，較硬的組織沒有其周圍的正常的、健康的組織變形得那么多。彈性成像對于癌癥的診斷尤其有效，因?yàn)橐阎┳兘M織顯著硬于健康組織以及甚至良性病變。
[0023]本原理優(yōu)選應(yīng)用于肺癌的診斷和處置；然而，應(yīng)當(dāng)指出，本原理的教導(dǎo)不限于對肺的成像或癌癥的診斷，而是更廣泛得多，并且可以應(yīng)用于許多不同的應(yīng)用的各種領(lǐng)域中。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，本原理可以應(yīng)用于管道工程中以檢測并識(shí)別管道中的障礙物。其他應(yīng)用也被預(yù)見在本原理的范圍內(nèi)。
[0024]系統(tǒng)100可以包括工作站或控制臺(tái)112，從工作站或控制臺(tái)112監(jiān)督并管理流程(例如，彈性成像)。工作站112優(yōu)選包括一個(gè)或多個(gè)處理器116以及用于存儲(chǔ)程序和應(yīng)用的存儲(chǔ)器104。應(yīng)當(dāng)理解，系統(tǒng)100的功能和部件可以被集成到一個(gè)或多個(gè)工作站或系統(tǒng)中。
[0025]存儲(chǔ)器104還可以存儲(chǔ)圖像106，例如從諸如探頭120的一個(gè)或多個(gè)超聲傳感器導(dǎo)出的彈性圖。工作站102還可以包括一個(gè)或多個(gè)顯示器112，一個(gè)或多個(gè)顯示器112用于查看來自探頭120的圖像106或數(shù)據(jù)，或用于向用戶(例如，臨床醫(yī)師)示出診斷的結(jié)果。顯示器112還可以允許用戶與工作站102及其部件和功能進(jìn)行交互。通過用戶接口 114進(jìn)一步方便所述交互，用戶接口 114可以包括鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿、或任何其他外圍設(shè)備或控制設(shè)備，以允許用戶與工作站102進(jìn)行交互。
[0026]探頭120通過線纜122被耦合到工作站102。根據(jù)需要，線纜122可以包括電氣連接、儀器等。探頭120可以包括收發(fā)器、換能器、接收器、其他儀器等中的一個(gè)或多個(gè)。在優(yōu)選實(shí)施例中，探頭120是超聲探頭。應(yīng)當(dāng)指出，探頭120不限于超聲探頭，而是可以包括任何成像設(shè)備或儀器。取決于待評(píng)價(jià)的靶區(qū)的位置，探頭120可以包括徑向探頭或凸探頭。
[0027]探頭120可以被用來評(píng)價(jià)對象118(例如，患者)。例如，探頭120可以評(píng)價(jià)對象118的肺部區(qū)域的內(nèi)部、周圍和外部。肺部區(qū)域包括肺、氣道、淋巴結(jié)、胸膜腔等。
[0028]繼續(xù)參考圖1的同時(shí)暫時(shí)參考圖2，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例說明性地描繪利用無創(chuàng)應(yīng)用的肺部彈性成像系統(tǒng)的對象200的剖視圖。探頭120被施加到對象118的外部，例如在對象118的身體的表面上。優(yōu)選在探頭120與對象118的表面之間施加物質(zhì)。所述物質(zhì)可以包括提供聲學(xué)耦合的任何物質(zhì)，例如凝膠物質(zhì)。探頭120可以被放置在肋骨202之間以生成胸膜腔204中的病變的彈性圖。通過對探頭120進(jìn)行智能定位和取向，探頭120能夠在沒有穿過氣腔的情況下評(píng)價(jià)肺部靶區(qū)。這對于識(shí)別肺的周邊中的癌變組織以及此外例如在胸膜腔、胸壁等中發(fā)現(xiàn)的癌變組織尤其有用，在胸膜腔、胸壁等中發(fā)現(xiàn)的癌變組織可能在微創(chuàng)彈性圖像中不容易得到并且通常需要經(jīng)皮活檢。
[0029]繼續(xù)參考圖1的同時(shí)暫時(shí)參考圖3，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例說明性地描繪利用微創(chuàng)應(yīng)用的肺部彈性成像系統(tǒng)的對象300的剖視圖。探頭120可以通過口腔302被插入到對象118中，插入到食道304。其他進(jìn)入點(diǎn)和評(píng)價(jià)位置也已經(jīng)被預(yù)見在本原理的范圍內(nèi)。探頭120通過線纜122被耦合到工作站102。通過食道304的進(jìn)入可以允許容易接近胸部附近和氣道周圍的可疑病變，例如在肺308上形成的可疑病變306。
[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，探頭120包括評(píng)價(jià)對象的組織的接觸設(shè)備126。因?yàn)槁曇粼诳諝庵械乃俣仁清娜徊煌?，例如肺部區(qū)域內(nèi)的氣腔和氣室在超聲圖像中是看不見的。通過將接觸設(shè)備126耦合到探頭120，探頭120能夠有效地保持與例如肺部區(qū)域內(nèi)的對象的組織接觸，克服超聲在空氣中的局限性。接觸設(shè)備126可以提供與組織的更少的摩擦接觸。接觸設(shè)備126還可以針對增加的接觸表面區(qū)畫出組織的形狀的輪廓。接觸設(shè)備126可以包括被配置為保持與對象118的靶區(qū)中的組織接觸的任何設(shè)備。在尤其有用的實(shí)施例中，接觸設(shè)備126包括能擴(kuò)張的體積，例如可充氣的氣囊或彈簧設(shè)備。也預(yù)見接觸設(shè)備126的其他實(shí)施例。
[0031]繼續(xù)參考圖1的同時(shí)暫時(shí)參考圖4，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例說明性地描繪彈性成像系統(tǒng)中的采用氣囊的探頭400。探頭400通過線纜122被耦合到工作站102，線纜122可以包括電源線。探頭400包括具有背襯材料404、壓電材料406、電極408的絕緣體402和氣囊410。氣囊410被配置為保持與對象的組織接觸。在實(shí)施例中，氣囊410可以被耦合到探頭400的端部(例如，尖端)。在另一實(shí)施例中，氣囊410位于探頭400的主體周圍。也預(yù)見氣囊410的其他位置。在另一實(shí)施例中，氣囊410被填充有能夠在對象118的身體內(nèi)安全地被使用并提供聲學(xué)耦合的物質(zhì)，例如水或鹽溶液。系統(tǒng)100還可以包括被配置為調(diào)節(jié)填充的氣囊410的壓力的控制器設(shè)備。所述控制器可以包括旋鈕、開關(guān)等，以增大或減小氣囊410的壓力以例如畫出組織的形狀的輪廓。增大或減小壓力可以包括添加或釋放所填充的物質(zhì)。在其他實(shí)施例中，氣囊410未被填充。
[0032]返回圖1，肺部彈性成像系統(tǒng)100可以被配置為通過以下方式來執(zhí)行肺部彈性成像:發(fā)送一個(gè)或多個(gè)推壓脈沖從而產(chǎn)生切變波并確定切變波的傳播的速度；通過發(fā)送光聲波并接收超聲響應(yīng)；以及通過發(fā)送超聲波并接收回波。肺部彈性成像的其他實(shí)施方式也被預(yù)見在本原理的范圍內(nèi)。
[0033]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，肺部彈性成像系統(tǒng)100被配置為通過確定切變波的傳播速度來評(píng)價(jià)組織。探頭120被配置為向靶區(qū)的組織發(fā)送一個(gè)或多個(gè)超聲推壓脈沖，這產(chǎn)生在推壓脈沖波的方向上施加的振動(dòng)和垂直于發(fā)送的方向的切變波。所述切變波可以被修改以考慮氣腔。例如，可以修改推壓脈沖波的頻率或推壓脈沖波的耦合屬性。也預(yù)見其他修改。當(dāng)切變波在整個(gè)靶區(qū)中傳播時(shí)，第二探頭120(例如，超聲掃描器)能夠測量傳播的速度?；谒鰝鞑ニ俣?，可以量化組織硬度。
[0034]根據(jù)另一實(shí)施例，肺部彈性成像系統(tǒng)100被配置為通過向靶區(qū)的組織發(fā)送光聲波并接收超聲波來評(píng)價(jià)組織。光聲波可以包括光波(例如，非電離激光)。靶區(qū)的組織吸收來自所述光聲波的能量中的一些，這些能量被轉(zhuǎn)化為熱，從而導(dǎo)致超聲波的發(fā)射。有利地，光聲波不受空氣影響并且因此克服與空氣聲學(xué)耦合的局限性。在一些實(shí)施例中，可以當(dāng)組織在自然狀態(tài)中時(shí)和當(dāng)組織在壓縮狀態(tài)中時(shí)評(píng)價(jià)靶區(qū)的組織。在其他實(shí)施例中，靶區(qū)的組織可以被評(píng)價(jià)一次。所述組織可以被壓縮或者可以不被壓縮。可以將所評(píng)價(jià)的組織與基線進(jìn)行比較。所述基線可以包括例如被取平均的先前軌跡的結(jié)果。也預(yù)見其他基線測量。
[0035]根據(jù)又一實(shí)施例，肺部彈性成像系統(tǒng)100被配置為通過發(fā)送(例如，超聲)信號(hào)并接收信號(hào)的回波來評(píng)價(jià)組織。優(yōu)選地，所述組織在自然狀態(tài)中被評(píng)價(jià)一次并且在壓縮狀態(tài)中被評(píng)價(jià)一次。
[0036]如以上所討論的，肺部彈性系統(tǒng)100的一些實(shí)施例可以涉及評(píng)價(jià)在壓縮狀態(tài)中的組織。
[0037]在一個(gè)實(shí)施例中，探頭120可以評(píng)價(jià)由于對象118的身體的運(yùn)動(dòng)而被壓縮的靶區(qū)中的組織。例如，身體的運(yùn)動(dòng)可以是由于對象118的生理運(yùn)動(dòng)而引起的。生理運(yùn)動(dòng)可以包括，例如從諸如(圖3的)肺308的擴(kuò)張和壓縮以及橫隔膜310的向上和向下運(yùn)動(dòng)的呼吸運(yùn)動(dòng)生成的壓縮和位移，或者諸如心臟的跳動(dòng)的內(nèi)部器官的運(yùn)動(dòng)。也預(yù)見由于對象118的生理運(yùn)動(dòng)而引起的壓縮的其他源。在其他實(shí)施例中，身體的運(yùn)動(dòng)可以是由于被配置為提供身體運(yùn)動(dòng)的設(shè)備而引起的。例如，通氣機(jī)可以為不能夠充分自主呼吸的對象118提供用于進(jìn)行呼吸的機(jī)制。通氣機(jī)可以引起(圖3的)肺308的擴(kuò)張和壓縮以及橫隔膜310的向上和向下運(yùn)動(dòng)。也預(yù)見由于身體運(yùn)動(dòng)而引起的壓縮的其他源。
[0038]在其他實(shí)施例中，使用壓縮設(shè)備124來生成靶區(qū)中的組織的壓縮。在一些實(shí)施例中，壓縮設(shè)備124可以全部地或部分地被集成在探頭120內(nèi)。在其他實(shí)施例中，壓縮設(shè)備124和探頭120是單獨(dú)的且分立的。壓縮設(shè)備124可以包括被配置為在對象118的靶區(qū)中的組織上生成壓縮或位移的任何設(shè)備。
[0039]在實(shí)施例中，壓縮設(shè)備124可以包括能擴(kuò)張的體積，例如可充氣的氣囊410 (圖4)。氣囊410可以與探頭400相耦合。氣囊410可以被填充有能夠在對象118的身體內(nèi)安全地被使用并提供聲學(xué)耦合的物質(zhì)(例如，水或鹽溶液)。在尤其有用的實(shí)施例中，氣囊410可以使用控制器設(shè)備以幅度和頻率被施以脈沖以在靶區(qū)的組織上生成壓縮。所述幅度和頻率可以是恒定的或變化的。所述幅度和頻率也可以是已知的或隨機(jī)的。可以使用控制器設(shè)備來手動(dòng)地執(zhí)行所述施以脈沖。施以脈沖可以包括通過添加或釋放所填充的物質(zhì)來增大和減小氣囊410的壓力。繼續(xù)參照圖1的同時(shí)暫時(shí)參考圖5，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在氣道500中執(zhí)行肺部彈性成像系統(tǒng)。探頭120被導(dǎo)航通過氣道502以檢測并識(shí)別可疑病變504。可疑病變504可以完全位于氣道502內(nèi)、完全位于氣道502外部或者部分位于氣道502內(nèi)且部分位于氣道502外部。也預(yù)見可疑病變502的其他位置。探頭120可以包括氣囊506以保持與氣道502的組織接觸。優(yōu)選地，氣囊506被施以脈沖以在組織和可疑病變504上生成壓縮。
[0040]在另一實(shí)施例中，壓縮設(shè)備124包括探頭120。用戶(例如，醫(yī)生)可以將壓力施加到探頭120上，施加到靶區(qū)的組織中以誘發(fā)壓縮。在其他實(shí)施例中，在對象118上、中或周圍導(dǎo)航時(shí)，探頭120的運(yùn)動(dòng)在靶區(qū)的組織上生成壓縮或位移。使用如本領(lǐng)域中已知的跟蹤技術(shù)，能夠觀察到健康組織的額外的位移和癌變組織的額外的位移的缺失。
[0041]在又一實(shí)施例中，壓縮設(shè)備124可以包括被配置為在對象118的組織上生成機(jī)械壓縮和振動(dòng)的機(jī)械設(shè)備。所述機(jī)械設(shè)備可以包括機(jī)動(dòng)機(jī)構(gòu)或電動(dòng)設(shè)備。
[0042]在再一實(shí)施例中，壓縮設(shè)備124可以使用超聲波在相同方向上向?qū)ο?18的靶區(qū)施加聲學(xué)推壓。所述聲學(xué)推壓可以利用或不利用波束形成來執(zhí)行。
[0043]計(jì)算機(jī)實(shí)施的程序108被存儲(chǔ)在工作站102的存儲(chǔ)器104中。所述程序可以包括一個(gè)或多個(gè)模塊，每個(gè)被配置為執(zhí)行各種功能。應(yīng)當(dāng)理解，所述模塊可以被實(shí)施在硬件和軟件的各種組合中。
[0044]程序108可以包括圖像處理模塊110，圖像處理模塊110被配置為處理從探頭120接收的數(shù)據(jù)以生成彈性圖(組織應(yīng)變的圖像)。在一個(gè)實(shí)施例中，圖像處理模塊110被配置為接收切變波的傳播速度?；谒鰝鞑ニ俣龋梢粤炕M織的應(yīng)變特性以輸出彈性圖。在其他實(shí)施例中，圖像處理模塊I1從探頭120接收來自靶區(qū)中的組織的超聲響應(yīng)信號(hào)。所述超聲響應(yīng)信號(hào)可以來自，例如發(fā)送的超聲波的回波或光聲波的結(jié)果。圖像處理模塊110生成彈性圖，如本領(lǐng)域中已知的。
[0045]在一個(gè)實(shí)施例中，圖像處理模塊110輸出彈性圖像。在其他實(shí)施例中，圖像處理模塊110輸出描繪組織的絕對應(yīng)變特性的彈性圖。圖像處理模塊110還可以根據(jù)組織應(yīng)變來將彈性圖與顏色并置。圖像處理模塊110可以實(shí)時(shí)地或回顧性地輸出彈性圖。所述輸出可以涉及一個(gè)或多個(gè)顯示器112和用戶接口 114。
[0046]有利地，本原理將基于超聲的彈性成像應(yīng)用到患者的肺部區(qū)域以用于例如肺癌的診斷、分類、分期和處置。本原理克服超聲在空氣中的局限性并且允許用戶不僅以高準(zhǔn)確度來確定靶是良性的還是惡性的，而且以高準(zhǔn)確度來確定癌癥的精確類型和階段。此外，可以在不需要活檢的情況下執(zhí)行肺癌的診斷，這也可以導(dǎo)致醫(yī)生手動(dòng)錯(cuò)誤的減少。本原理減少用于診斷的時(shí)間并且簡化工作流程，考慮到肺癌的攻擊性本質(zhì)，這對于患者是至關(guān)重要的。
[0047]現(xiàn)在參考圖6，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例說明性地描繪了示出用于基于超聲的肺部彈性成像的方法的框圖/流程圖。在框602中，使用超聲來評(píng)價(jià)對象的靶區(qū)的組織。
[0048]在一個(gè)實(shí)施例中，評(píng)價(jià)靶區(qū)可以包括將接觸設(shè)備與超聲探頭相耦合以保持與諸如肺的靶區(qū)的組織接觸，以克服超聲在空氣中的局限性。所述接觸設(shè)備可以位于探頭的端部(例如，尖端)。在其他實(shí)施例中，所述接觸設(shè)備位于探頭的主體周圍。也預(yù)見其他位置。所述接觸設(shè)備可以提供與組織的更少的摩擦接觸，并且可以針對增加的接觸表面區(qū)域畫出組織的形狀的輪廓。在尤其有用的實(shí)施例中，所述接觸設(shè)備包括能擴(kuò)張的體積，例如可充氣的氣囊；然而，也預(yù)見所述接觸設(shè)備的其他實(shí)施例。所述氣囊可以被填充有能夠與對象的身體安全地被使用并提供聲學(xué)耦合的物質(zhì)，例如水或鹽溶液?？梢允褂每刂破髟O(shè)備來控制所述氣囊的壓力以增大或減小所述氣囊的壓力以，例如畫出組織的形狀的輪廓。增大或減小壓力可以包括添加或釋放所填充的物質(zhì)。在另一實(shí)施例中，所述氣囊可以不被填充。
[0049]可以無創(chuàng)地評(píng)價(jià)對象的靶區(qū)處的組織。探頭可以被施加到對象的身體的外部，例如在胸部表面上。優(yōu)選地，在超聲探頭與對象的表面之間施加物質(zhì)。所述物質(zhì)可以包括提供用于聲學(xué)耦合的任何物質(zhì)，例如凝膠物質(zhì)。在又一實(shí)施例中，所述超聲探頭被施加在對象的身體的胸部表面上并被指向第一肋骨與第二肋骨之間以評(píng)價(jià)對象的肺部區(qū)域。肺部區(qū)域包括肺、氣道、淋巴結(jié)、胸膜腔等。對象的靶肺部區(qū)域的無創(chuàng)評(píng)價(jià)對于識(shí)別肺、胸膜腔和胸壁周邊的病變尤其有效，這可能是在微創(chuàng)方法中不可得到的。
[0050]也可以微創(chuàng)地評(píng)價(jià)對象的靶區(qū)處的組織。探頭可以被應(yīng)用到對象的內(nèi)部。例如，所述探頭可以通過對象的口腔被插入以評(píng)價(jià)食道中和周圍的病變。這允許接近胸部附近和氣道周圍的可疑病變。也已經(jīng)預(yù)見到對象的其他進(jìn)入點(diǎn)來評(píng)價(jià)靶肺部區(qū)域。
[0051]在框604中，可以通過向組織發(fā)送超聲切變波并確定切變波的傳播的速度來評(píng)價(jià)組織。可以向靶區(qū)的組織發(fā)送一個(gè)或多個(gè)超聲推壓脈沖。所述推壓脈沖包括在波的方向上施加的振動(dòng)和垂直于發(fā)送的方向的切變波。優(yōu)選地，所述切變波可以被修改以考慮氣腔。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，可以修改推壓脈沖波的頻率或推壓脈沖波的耦合屬性。也預(yù)見其他修改。當(dāng)切變波在整個(gè)靶區(qū)中傳播時(shí)，傳播的速度被用來量化組織的硬度。
[0052]在框606中，可以通過向組織發(fā)送光聲波并接收超聲響應(yīng)波來評(píng)價(jià)組織。光聲波可以包括，例如光波。靶區(qū)的組織吸收光聲波的能量中的一些。所吸收的能量被轉(zhuǎn)化為熱并且超聲波被發(fā)射。光聲波不受空氣影響并且因此克服與空氣聲學(xué)親合的局限性。在一個(gè)實(shí)施例中，組織在自然狀態(tài)中和在壓縮狀態(tài)中被評(píng)價(jià)。在其他實(shí)施例中，所述組織被評(píng)價(jià)一次。所述組織可以被壓縮或者可以不被壓縮。
[0053]在框608中，可以通過向組織發(fā)送超聲波并接收超聲波的回波來評(píng)價(jià)組織。優(yōu)選地，組織在自然狀態(tài)中和在壓縮狀態(tài)中被評(píng)價(jià)。
[0054]如以上所討論的，尤其是利用框606和608的一些實(shí)施例，組織可以在壓縮狀態(tài)中被評(píng)價(jià)。
[0055]在一個(gè)實(shí)施例中，靶區(qū)的組織可以在由于對象的身體的運(yùn)動(dòng)而引起的壓縮狀態(tài)下被評(píng)價(jià)。例如，身體的運(yùn)動(dòng)可以是由于生理運(yùn)動(dòng)而引起的，所述生理運(yùn)動(dòng)例如呼吸運(yùn)動(dòng)(例如，肺的擴(kuò)張和壓縮、橫隔膜的向上和向下運(yùn)動(dòng))或者內(nèi)部器官的運(yùn)動(dòng)(例如，心臟的跳動(dòng))。也預(yù)見由于生理運(yùn)動(dòng)而引起的壓縮的其他源。在其他實(shí)施例中，身體的運(yùn)動(dòng)可以是由于被配置為提供身體運(yùn)動(dòng)的設(shè)備而引起的。例如，通氣機(jī)可以為不能夠充分自主呼吸的對象提供用于進(jìn)行呼吸的機(jī)制。所述通氣機(jī)可以引起肺的擴(kuò)張和壓縮以及橫膈膜的向上和向下運(yùn)動(dòng)。也預(yù)見由于身體運(yùn)動(dòng)而引起的壓縮的其他源。
[0056]在另一實(shí)施例中，評(píng)價(jià)在壓縮狀態(tài)下的組織可以包括在組織上生成壓縮。例如，生成壓縮可以包括手動(dòng)按壓超聲探頭進(jìn)入靶區(qū)的組織中以誘發(fā)壓縮。
[0057]在其他實(shí)施例中，生成壓縮包括將探頭在對象上、中或周圍導(dǎo)航?？梢詰?yīng)用如本領(lǐng)域中已知的跟蹤技術(shù)以觀察健康組織的額外的位移和癌變組織的額外的位移的缺少。
[0058]在又一實(shí)施例中，生成壓縮可以包括向?qū)ο蟮陌袇^(qū)施加聲學(xué)推壓。施加聲學(xué)推壓可以包括在相同方向上施加超聲波。所述聲學(xué)推壓可以利用或不利用波束形成來執(zhí)行。
[0059]在再一實(shí)施例中，生成壓縮包括采用壓縮設(shè)備。所述壓縮設(shè)備可以完全地或部分地被集成在超聲探頭內(nèi)。所述壓縮設(shè)備和所述超聲探頭也可以是單獨(dú)的且分立的。所述壓縮設(shè)備可以包括在組織上生成壓縮的任何設(shè)備。
[0060]在實(shí)施例中，所述壓縮設(shè)備可以包括能擴(kuò)張的體積，例如與超聲探頭相耦合的可充氣的氣囊。所述氣囊可以被填充有能夠在身體內(nèi)安全地被使用并提供聲學(xué)耦合的物質(zhì)(例如，水或鹽溶液)。所述氣囊可以以幅度和頻率施以脈沖。所述施以脈沖的幅度和頻率可以被控制為在恒定的或變化的頻率上。所述施以脈沖可以是以已知的幅度和頻率，或者可以是隨機(jī)的。也可以使用控制器設(shè)備手動(dòng)地控制施以脈沖。施以脈沖可以包括通過添加或釋放所填充的物質(zhì)來增大和減小氣囊的壓力。
[0061]在其他實(shí)施例中，所述壓縮設(shè)備可以包括生成機(jī)械壓縮的機(jī)械設(shè)備。所述機(jī)械設(shè)備可以包括機(jī)動(dòng)機(jī)構(gòu)或電動(dòng)設(shè)備。
[0062]在框610中，根據(jù)所接收的響應(yīng)來輸出一個(gè)或多個(gè)彈性圖。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)切變波的傳播速度來輸出一個(gè)或多個(gè)彈性圖(例如，框604)。基于傳播速度，可以量化組織的應(yīng)變特性。在其他實(shí)施例中，根據(jù)從靶區(qū)的組織接收到的超聲響應(yīng)信號(hào)來輸出一個(gè)或多個(gè)彈性圖。所述超聲響應(yīng)信號(hào)可以來自，例如發(fā)送的超聲波的回波(例如，框608)或光聲波的結(jié)果(例如，框606)。執(zhí)行彈性圖的生成，如本領(lǐng)域已知的。
[0063]輸出一個(gè)或多個(gè)彈性圖可以包括輸出彈性圖像。在其他實(shí)施例中，所述彈性圖可以描繪組織的絕對應(yīng)變特性。在另一實(shí)施例中，可以根據(jù)所述組織應(yīng)變來將彈性圖與顏色并置?？梢詫?shí)時(shí)地或回顧性地輸出彈性圖。
[0064]在解讀權(quán)利要求書時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解:
[0065]a)詞語“包括”不排除除了在給定的權(quán)利要求中列出的元件或動(dòng)作以外的其他元件或動(dòng)作的存在；
[0066]b)元件前面的詞語“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)這樣的元件的存在；
[0067]c)權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不限制其范圍；
[0068]d)若干“單元”可以由相同項(xiàng)或者硬件或軟件實(shí)施的結(jié)構(gòu)或功能來表示；并且
[0069]e)除非明確地指出，否則并不旨在要求動(dòng)作的具體順序。
[0070]已經(jīng)描述了針對用于肺中的彈性成像的肺部超聲技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例(其旨在為說明性的而非限制性的)，應(yīng)當(dāng)指出，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠鑒于以上教導(dǎo)而作出修改和變型。因此應(yīng)當(dāng)理解，可以在所公開的本公開的特定實(shí)施例中做出變化，所述變化在如權(quán)利要求書所概括的本文所公開的實(shí)施例的范圍內(nèi)。因而已經(jīng)描述了專利法所要求的細(xì)節(jié)和特性，由專利證書所主張并期望保護(hù)的內(nèi)容在權(quán)利要求書中得以闡述。
【權(quán)利要求】
1.一種用于肺部彈性成像的系統(tǒng)，包括: 超聲探頭(120)，其被配置為通過發(fā)送信號(hào)并接收響應(yīng)來評(píng)價(jià)靶區(qū)的組織； 接觸設(shè)備(126)，其被耦合到所述超聲探頭以提供所述超聲探頭與所述組織之間的接觸；以及 圖像處理模塊(110)，其被配置為根據(jù)所述響應(yīng)來輸出一個(gè)或多個(gè)彈性圖。
2.如權(quán)利要求1中所述的系統(tǒng)，其中，所述接觸設(shè)備(126)包括能擴(kuò)張的體積。
3.如權(quán)利要求1中所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲探頭(126)被配置為評(píng)價(jià)在壓縮下的所述組織。
4.如權(quán)利要求3中所述的系統(tǒng)，還包括壓縮設(shè)備(124)，其被配置為在所述組織上生成所述壓縮。
5.如權(quán)利要求4中所述的系統(tǒng)，其中，所述壓縮設(shè)備(124)包括生成所述壓縮的氣囊(410)ο
6.如權(quán)利要求5中所述的系統(tǒng)，其中，所述氣囊(410)被配置為施以脈沖以生成所述壓縮。
7.如權(quán)利要求6中所述的系統(tǒng)，其中，所述氣囊(410)被配置為通過添加或釋放填充的物質(zhì)來施以脈沖。
8.如權(quán)利要求6中所述的系統(tǒng)，其中，所述氣囊(410)被配置為以已知的頻率和幅度來施以脈沖。
9.如權(quán)利要求3中所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲探頭(120)被配置為評(píng)價(jià)在由于身體的運(yùn)動(dòng)而引起的壓縮下的所述組織。
10.如權(quán)利要求9中所述的系統(tǒng)，其中，所述身體的運(yùn)動(dòng)包括生理運(yùn)動(dòng)，所述生理運(yùn)動(dòng)包括以下中的至少一種:肺(308)的擴(kuò)張和壓縮以及橫膈膜(310)的向上和向下運(yùn)動(dòng)。
11.如權(quán)利要求9中所述的系統(tǒng)，還包括生成所述身體的運(yùn)動(dòng)的通氣機(jī)，所述運(yùn)動(dòng)包括以下中的至少一種:肺(308)的擴(kuò)張和壓縮以及橫膈膜(310)的向上和向下運(yùn)動(dòng)。
12.如權(quán)利要求1中所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲探頭(120)被配置為向所述組織發(fā)送超聲信號(hào)并接收所述超聲信號(hào)的回波。
13.如權(quán)利要求1中所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲探頭(120)被配置為向所述組織發(fā)送光聲波并接收超聲響應(yīng)。
14.如權(quán)利要求1中所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲探頭(120)被配置為發(fā)送一個(gè)或多個(gè)推壓脈沖從而產(chǎn)生超聲切變波并確定所述超聲切變波的傳播速度，所述超聲切變波被修改以補(bǔ)償氣腔中的切變的缺失。
15.一種用于肺部彈性成像的系統(tǒng)，包括: 超聲探頭(120)，其被配置為通過發(fā)送信號(hào)并接收響應(yīng)來評(píng)價(jià)靶區(qū)的組織； 壓縮設(shè)備(124)，其被配置為在所述組織上生成壓縮，其中，所述壓縮設(shè)備包括與所述超聲探頭相耦合的能擴(kuò)張的體積以提供所述超聲探頭與所述組織之間的接觸；以及 圖像處理模塊(110)，其被配置為根據(jù)所述響應(yīng)來輸出一個(gè)或多個(gè)彈性圖。
16.如權(quán)利要求15中所述的系統(tǒng)，其中，所述能擴(kuò)張的體積包括被配置為施以脈沖以生成所述壓縮的氣囊(410)。
17.如權(quán)利要求15中所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲探頭(120)被配置為向所述組織發(fā)送超聲信號(hào)并接收所述超聲信號(hào)的回波。
18.如權(quán)利要求15中所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲探頭(120)被配置為向所述組織發(fā)送光聲波并接收超聲響應(yīng)。
19.如權(quán)利要求15中所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲探頭(120)被配置為發(fā)送一個(gè)或多個(gè)推壓脈沖從而產(chǎn)生超聲切變波并確定所述超聲切變波的傳播速度，所述超聲切變波被修改以補(bǔ)償氣腔中的切變的缺失。
20.一種用于執(zhí)行肺部彈性成像的方法，包括: 使用超聲探頭通過發(fā)送信號(hào)并接收響應(yīng)來評(píng)價(jià)(602)靶區(qū)的組織； 采用被耦合到所述超聲探頭的接觸設(shè)備來提供所述超聲探頭與所述組織之間的接觸；并且 根據(jù)所述響應(yīng)來輸出(610) —個(gè)或多個(gè)彈性圖。
21.如權(quán)利要求20中所述的方法，其中，評(píng)價(jià)(602)包括評(píng)價(jià)在壓縮下的所述組織。
22.如權(quán)利要求21中所述的方法，其中，所述壓縮是由于身體的生理運(yùn)動(dòng)引起的，所述生理運(yùn)動(dòng)包括以下中的至少一種:肺的擴(kuò)張和壓縮以及橫膈膜的向上和向下運(yùn)動(dòng)。
23.如權(quán)利要求21中所述的方法，還包括采用通氣機(jī)來生成身體的運(yùn)動(dòng)從而產(chǎn)生所述壓縮，所述運(yùn)動(dòng)包括以下中的至少一種:肺的擴(kuò)張和壓縮以及橫膈膜的向上和向下運(yùn)動(dòng)。
24.如權(quán)利要求21中所述的方法，還包括生成所述壓縮。
25.如權(quán)利要求24中所述的方法，其中，生成所述壓縮包括對能擴(kuò)張的體積施以脈沖。
26.如權(quán)利要求25中所述的方法，其中，對所述能擴(kuò)張的體積施以脈沖包括以已知的頻率和幅度對氣囊施以脈沖。
27.如權(quán)利要求20中所述的方法，其中，評(píng)價(jià)包括通過向所述組織發(fā)送超聲信號(hào)并接收所述超聲信號(hào)的回波來評(píng)價(jià)(608)所述組織。
28.如權(quán)利要求20中所述的方法，其中，評(píng)價(jià)包括通過向所述組織發(fā)送光聲波并接收超聲響應(yīng)來評(píng)價(jià)(606)所述組織。
29.如權(quán)利要求20中所述的系統(tǒng)，其中，評(píng)價(jià)包括通過發(fā)送一個(gè)或多個(gè)推壓脈沖從而產(chǎn)生超聲切變波并確定所述超聲切變波的傳播速度來評(píng)價(jià)(604)所述組織，所述超聲切變波被修改以補(bǔ)償氣腔中的切變的缺失。
30.如權(quán)利要求20中所述的系統(tǒng)，其中，評(píng)價(jià)(602)包括將所述超聲探頭定位在第一肋骨與第二肋骨(202)之間，在對象(118)的表面上。
31.如權(quán)利要求20中所述的系統(tǒng)，其中，評(píng)價(jià)(602)包括將所述超聲探頭定位在對象的腔內(nèi)。
【文檔編號(hào)】A61B8/08GK104470444SQ201380028256
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月29日
【發(fā)明者】B·拉馬錢德蘭, C·S·霍爾 申請人:皇家飛利浦有限公司