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WO2021116326A2 - Procédé ultrasonore pour quantifier l'élasticité non linéaire par ondes de cisaillement d'un milieu, et dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé - Google Patents

Procédé ultrasonore pour quantifier l'élasticité non linéaire par ondes de cisaillement d'un milieu, et dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé Download PDF

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WO2021116326A2
WO2021116326A2 PCT/EP2020/085606 EP2020085606W WO2021116326A2 WO 2021116326 A2 WO2021116326 A2 WO 2021116326A2 EP 2020085606 W EP2020085606 W EP 2020085606W WO 2021116326 A2 WO2021116326 A2 WO 2021116326A2
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WO
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elasticity
medium
deformation
data
image
Prior art date
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PCT/EP2020/085606
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Bo Zhang
Ling Tong
Cyril DOLGOLOFF
Hélène SPORTOUCHE
Jean-Pierre Henry
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SuperSonic Imagine SA
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    • A61B8/54—Control of the diagnostic device

Definitions

  • the present invention relates to ultrasonic wave imaging methods and devices for providing images of a viscoelastic medium.
  • the purpose of the method is to quantify the non-linearity of the medium, more particularly to detect a soft cancerous region in the medium (that is to say non-indurated compared to non-cancerous medium).
  • the present invention relates to an imaging method using ultrasonic waves to observe a diffusing viscoelastic medium which contains particles reflecting said ultrasonic waves.
  • Ultrasonic images can be obtained by different methods.
  • the images obtained can be of the static elasticity type ("strain” in English), obtained by the means of deformation of the tissues observed, or of the elasticity type by shear waves ("shear wave elastography, SWE" in English language). ).
  • the object of the present invention is therefore to improve the detection and diagnosis of non-indurated cancer.
  • the present invention provides a method for quantifying the nonlinear elasticity by shear waves of a medium, the method comprising the following steps:
  • Soft cancers show similar elasticity to healthy tissue or benign soft lesions in an image SWE standard elastography (without compression). However, it has been discovered that by compressing the tissues (media) during a SWE elastography the elasticity varies differently on healthy tissues and on malignant lesions. NL-SWE imagery aims to qualify and quantify this phenomenon.
  • the nonlinearity of the shear modulus of the tissue (“share modulus non linearity” in English) or the nonlinear elastic coefficient of shear or hardening (“stiffening” in English) can be deduced from the “strain” and SWE images.
  • the human operator or a machine, or anything that can hold or manipulate an ultrasound probe
  • "SWE” and "strain” used to derive a map which represents the nonlinearity of the shear modulus or the rate of hardening of the medium.
  • the present invention can solve in particular the following problems, in particular with the objective of extracting the information from the non-linearity:
  • the observation of the evolution of real deformation is carried out in real time or in quasi real time.
  • the deformation can be carried out in a continuous and progressive manner (that is to say without pause).
  • the successively changing deformation is applied by means of an ultrasonic probe by successively compressing or by successively decompressing the medium by the probe, the probe being simultaneously used to collect the temporal succession of data and / or to observe the evolution of real deformation.
  • This method may use a motion estimation algorithm, including (but not limited to) a method based on the Doppler effect, speckle tracking, and / or optical fluxes.
  • the successive compression and / or the successive decompression is carried out in a continuous and progressive manner.
  • compression and / or decompression is continuous movement without pausing or stopping.
  • the step of observing the evolution of real deformation comprises collecting a temporal succession of ultrasound data from the medium, in particular to allow deformation calculations, for example collecting a temporal succession of data.
  • static elasticity strain
  • an estimated real deformation level and a target deformation level are notified on a user interface, in which the estimated real deformation corresponds to the observed deformation, in particular in real time, and the target deformation changes (in particular in a manner continuous and progressive) according to the predetermined deformation sequence, in particular in real time.
  • strain level can only be estimated, i.e. this level may have some imprecision.
  • the estimated actual strain level and the target strain level are displayed on a screen of the user interface.
  • the shear wave elasticity data produced in step (A1) is generated by the following substeps:
  • This process can use plane waves but this step can also be carried out by using focused waves.
  • the collection of a temporal succession of data and the observation of the successive changes of the deformation are set up by an ultrasound sequence by interposing shear wave elasticity shots and static elasticity shots, and / or said static elasticity data and said shear wave elasticity data are temporally interleaved.
  • the method can further comprise step: A1 ′. Collection of a temporal succession of data of static elasticity (As t ) of the medium.
  • step A3 the real strain can be deduced by the static elasticity (As t ).
  • This static elasticity can be a Langragian static elasticity (As t ).
  • the temporal succession of static elasticity data (As t ) can comprise a temporal succession of static elasticity values (As t ).
  • the temporal succession of shear wave elasticity data (Et) comprises a temporal succession of shear wave elasticity values (Et),
  • a total static elasticity (s t ) can be determined as a function of an integration of the values of static elasticity (As t ).
  • the actual strain can be determined as a function of G total static elasticity (s t ) determined.
  • the method may further comprise step: A6. Determination of a quality parameter as a function of at least one of the following parameters: shear wave elasticity (Et), static elasticity (As t ) and total static elasticity (s t ).
  • Et shear wave elasticity
  • As t static elasticity
  • s t total static elasticity
  • the quality parameter can be determined based on a comparison of a current value (s t ) and a previous value (e ⁇ ) of the total static elasticity.
  • the quality result can be a Boolean variable.
  • the quality parameter can be determined based on whether the current value (s t ) exceeds the previous value (e ⁇ ) of the total static elasticity increased or decreased by a first difference threshold.
  • This predefined difference threshold can be fixed or according to a predefined function.
  • the quality parameter can be determined based on a minimum time, during which the estimated actual strain level (represented by the total static elasticity (s t )) matches the target strain level (e.g. with a tolerance predefined).
  • the quality parameter can be determined based on whether an entropy of the current values of shear wave elasticity (Et), and / or static elasticity (Ae t ) lie within a range predefined. As long as the determined quality parameter exceeds a first minimum quality threshold, in step B. the current values of the shear wave elasticity (Et *), and the total static elasticity (e) can be used for quantify the nonlinear elasticity of the medium. Therefore, only values of an acceptable quality level can be used. On the other hand, the unqualified values can be used as comparison values in the next cycle t + 1.
  • the determined quality parameter does not exceed the minimum quality threshold, there are optional actions: the current values of the shear wave elasticity (Et), and of the total static elasticity (e t ) do not are not used to quantify the nonlinear elasticity of the medium, and / or feedback information representing the determined quality parameter is presented to a user of the probe, and / or the process is optionally repeated in a next cycle (t + 1).
  • the predetermined sequence of deformations can be adapted according to the quality parameter.
  • the predetermined strain sequence can be interrupted or paused, if the determined quality parameter does not exceed the minimum quality threshold.
  • the predetermined sequence of deformations can be predefined but can also optionally depend on the quality of the acquired data.
  • the method may further comprise the step: C. Determining visual information representing the level of nonlinear elasticity of the medium comprising at least one of: an image, a score, and / or a symbol showing the level of nonlinear elasticity of the medium.
  • the method may further include the step: D. Presenting feedback information to a user of the probe, including at least one of: actual strain, quality parameter, and visual information.
  • Steps A1. to B. or A1. to C. or A1. to D. can be repeated, and / orsteps A1. to B. or A1. to C. or A1. to D. may be repeated until one of the following conditions is satisfied: the determined quality parameter does not exceed a second minimum quality threshold which is less than the first minimum quality threshold, and / or, a maximum number of iterations has been performed, and / or a maximum process time has elapsed, and / or a minimum number of quantifications of the nonlinear elasticity of the medium has been performed.
  • the method can comprise several cycles t, during which the determined values are updated and / or refined.
  • the method may further comprise step C. of determining an image and / or a score and / or a symbol showing the level of nonlinear elasticity of the medium.
  • the score and / or symbol can be an icon, a value versus a threshold, sentences, a table of values, etc.
  • the method can further comprise the following steps:
  • the B-mode data, the static elasticity data, and the shear wave elasticity data are temporally interleaved.
  • steps (A1) to (A3) or (A1) to (A5) or (A1) to (D) are performed simultaneously, and / or steps (A1) to (A3) or (A1) to (A5) or (A1) to (D) are performed in real time or in near real time.
  • the value of a shear wave nonlinearity parameter is determined by performing a linear regression adjustment according to the equation:
  • E (t) is the elasticity at each moment of deformation during the evolution of deformation
  • Eo is the elasticity at a first instant (tO)
  • e is the strain
  • A is the shear nonlinearity parameter.
  • the method further comprises a step (0) prior to step (A1), in which at least one ultrasound or MRI (magnetic resonance imaging) or mammography image or shear wave elasticity image of the body. medium is determined, without applying a deformation according to a predetermined deformation sequence, and this step makes it possible to determine an area of interest (ROI region of interest) for which the nonlinear elasticity is quantified according to steps (A1) to (B).
  • a confidence map comprising reliability levels is displayed in parallel with the display of the nonlinear elasticity image, in order in particular to allow the practitioner to know the assessed level of confidence of each of the points of. the "result" image presented.
  • This confidence map can be a map (or an image) that indicates the level of confidence of each part of the image showing the level of nonlinear elasticity of the medium.
  • the level of reliability can be deduced for example from statistics resulting from the result of the linear regression and / or can take into account the characteristics of the newly real applied to the tissues (uniform speed, uniaxial movement, etc.).
  • This map can be implemented by means of matrices, images, color codes, and / or table.
  • a nonlinear elasticity value against a predefined reference value is displayed.
  • This predefined reference value can be a predefined value in the scientific literature and / or can be calculated for this same patient during a previous examination, or the result of statistical calculations and optionally displayed graphically.
  • the value can be displayed instead of or in addition to the nonlinear elasticity value (eg for each pixel or group of pixels).
  • the display of the predefined value can advantageously allow a reliable analysis and / or diagnosis, for example of a soft cancerous medium and / or indicate the type of cancer observed.
  • the present invention also relates to an ultrasonic method for quantifying the nonlinear elasticity by shear waves of a medium using an imaging device (1) comprising an ultrasonic probe (6), a microcomputer (4). , and optionally a user interface, the method comprising the following steps:
  • NL-SWE nonlinear elasticity by shear waves
  • Each of these images can be of two-dimensional or 3D type.
  • a step of adjusting the parameters of the predetermined deformation sequence for example according to the clinical case (size of the patient, size of the organ considered, in particular when it comes to breast tissue, depth of lesion observed, tissue density, etc.) can be used.
  • a step of adjusting the parameters of the display for example according to the preferences of the user (superimposition with other B mode images, etc.), change of units, change of color code, etc.
  • a user or an articulated arm or any other operator can do it continuously, without pause.
  • the probe can collect, during each of the collection steps of the process, ultrasound data to which a method for estimating the temperature can be applied.
  • movement (speckle tracking on B Mode or Doppler effect) in order to extract information relating to the deformation and / or in order to readjust the ultrasound data collected.
  • the predetermined deformation sequence includes an optionally automatic stopping sub-step before the quantization step. This provides in particular the advantage for the operator of being notified, for example, that the acquisition session has ended because there is sufficient data collected.
  • the method may further comprise, in particular before the activation of the first mode:
  • the present invention provides a method for determining a non-indurated cancerous medium compared to the non-cancerous medium (a non-indurated malignant lesion compared to a benign lesion) using the method as recited above, in which the non-indurated cancerous medium (non-indurated malignant lesion) is detected according to its level of non-linear elasticity.
  • the present invention provides a method for determining a non-indurated cancerous medium in comparison with the non-cancerous medium using the method as set out above, in which the medium studied is biological mammary and / or axillary tissue.
  • the present disclosure also relates to an imaging device comprising an ultrasound probe and a microcomputer suitable for implementing the method for quantifying the nonlinear elasticity of a medium as mentioned above.
  • Figure 1 is a schematic view of an ultrasound imaging device according to one embodiment of the invention.
  • FIGS. 2A, 2B and 2C schematically show an example of the method according to the present invention, in particular of an application in the middle of a successively changing schematic deformation.
  • FIG. 3A-3C Figures 3A, 3B and 3C schematically illustrate the screen of a user interface of the device when applying a method according to the present disclosure.
  • FIG. 4 Figure 4 schematically illustrates a flowchart of an improved method according to the present disclosure.
  • the imaging device 1 shown in FIG. 1 is intended to provide images of a viscoelastic medium 2 which is scattering with respect to the ultrasonic compression waves, and which may for example be a living body, for example a part of the body. body of a patient (breast, liver, abdomen, ...), in the case of medical applications.
  • This imaging device 1 is also able to study the propagation of elastic shear waves to provide images of elasticity of the medium 2.
  • the images in the middle are produced for example by means of a microcomputer 4 (comprising at least one input interface 4b such as a keyboard or the like, and an output interface 4a such as a screen or the like) or any other electronic central unit, which sends into the medium 2, from its outer surface 3, ultrasonic compression waves which interact with the particles diffusers 5 contained in the medium 2, which particles are reflective for the ultrasonic waves of compression.
  • the particles 5 can be formed by any heterogeneity of the medium 2, and in particular, when it comes to a medical application, by collagen particles present in human tissues (these particles form on the echographic images points known as the term "speckle").
  • an ultrasonic probe 6 is used placed against the outer surface 3 of the observed medium 2.
  • This probe sends, along a Z axis, pulses of ultrasonic compression waves of the type of. those commonly used in echography, at a frequency of for example between 0.5 and 100 MHz and preferably between 0.5 and 15 MHz, for example of the order of 4 MHz.
  • the ultrasonic probe 6 consists of an array of n ultrasonic transducers T1, T2, ..., Ti, ..., Tn, n being an integer greater than or at least equal to 1.
  • the probe in question may also be a two-dimensional array (plane or not. ) transducers.
  • the transducers T1, T2, ... Tn can be controlled independently of each other by the microcomputer 4, possibly by means of a central unit CPU which is contained for example in an electronic bay 7 connected by a cable. flexible to probe 6.
  • the T1-Tn transducers can thus selectively emit:
  • a "plane” compression ultrasonic wave ie in this case a wave whose wavefront is rectilinear in the X, Z plane
  • any other type of unfocused wave illuminating the whole of the field of observation in the medium 2, for example a wave generated by causing random acoustic signals to be emitted by the various transducers T1-Tn,
  • the imaging device 1 and the method according to the present invention perform a quantification of the nonlinear elasticity by shear waves of a medium.
  • NL-SWE Non-Linear Shear Wave Elasticity
  • the NL-SWE mode method uses an ultrasonic method to determine the elasticity of the medium by shear waves (SWE).
  • this method (ie the respective data collection or the "scan") is combined simultaneously and / or inserted with an ultrasonic method to observe in real time or in near real time the evolution of the deformation.
  • the SWE and strain processes can be based on plane ultrasonic waves, while the B-mode process can be based on non-plane ultrasonic waves.
  • the probe can also be equipped with a pressure sensor which makes it possible to observe (or follow) the evolution of the deformation of the medium.
  • FIGS. 2A to 2C illustrate an example of the method according to the present invention, in particular of an application of a successively changing schematic deformation in the medium.
  • FIGS. 2A to 2C show the evolution of deformation of the medium, caused by an application of a successively changing deformation to the medium.
  • the imaging device 1 performs a quantification of the nonlinear elasticity by shear waves of the medium according to the present invention.
  • the process can last a few seconds, for example between 5-1 Os. This time is useful to collect enough data during the evolution of deformation of the medium (ie to sufficiently quantify the nonlinear elasticity by shear waves of a medium during this evolution). A countdown can be notified to the user, so that they are ready to exercise the tissue deformation through the probe or any other means.
  • FIG. 2A represents a use of the imaging device 1 at an instant t0 of the method, the probe 6 exerting a low or zero external pressure P on the external surface 3.
  • the external surface 3 remains substantially horizontal (in the X direction).
  • the image of the medium lo comprises for example an inclusion 2i at a depth Z1 with respect to the external surface 3.
  • the ultrasonic method for quantifying the nonlinear elasticity by shear waves of the medium started.
  • FIG. 2B represents a use of the imaging device 1 at an instant t1 of the method, and with an external pressure (or constraint) P 'exerted, greater than P, which deforms the external surface 3 in the direction Z towards the interior. of the medium 2. Therefore, the deformation of the medium has been successively changed.
  • FIG. 2C is shown a use of the imaging device 1 at a time t2 of the process, with an external pressure P "even higher than P" exerted at t1.
  • the successive compression as illustrated in Figures 2A to 2C, can be performed continuously and gradually. This is possible by observing the evolution of real deformation in real time or in near real time. Alternatively, a successive decompression can be applied to the tissues composing the medium.
  • the evolution of the deformation shown in FIGS. 2A to 2C is not random, but is predetermined by a predefined sequence of deformation.
  • this sequence can be illustrated for example graphically to the user on the screen 4a of a user interface of the device 1, thus allowing the user to apply the correct pressure at each moment of the process.
  • a display of a cursor indicating the pressure to be exerted as well as the applied pressure measured on the same graph or vibrations in the probe to indicate to the user whether he is following the predefined sequence.
  • the application of the deformation is automated, for example by using a robotic arm which moves the probe in an automated fashion according to the predetermined sequence.
  • FIGS. 3A to 3C illustrate an example of a screen 4a of a user interface of the device during a method according to the present disclosure.
  • FIGS. 3A to 3C can correspond to the time instants t0-t2 of FIGS. 2A to 2C.
  • Screen 4a can show a field 41 to illustrate at least one ultrasound image.
  • this image can be an image of a zone of interest of the medium (for example an image of elasticity by shear waves (SWE)) which was taken before starting the process, that is to say before tO.
  • SWE shear waves
  • field 41 can show an image showing the level of nonlinear elasticity of the medium according to the present invention.
  • the screen 4a further shows a field 42.
  • This field 42 displays during the process the actual estimated actual strain level (for example with a cross or point O) and the target strain level (for example with a ball or circle C ).
  • the estimated real deformation O corresponds to the deformation currently observed, in particular in real time
  • the target deformation C changes successively according to the predetermined deformation sequence, in particular in real time.
  • the target C can evolve successively in the field 42 during the process, in order to show at each moment the evolution of the predetermined deformation sequence and therefore guide the user.
  • Figure 3A may correspond to the state of Figure 2A and therefore to the time instant t0. Therefore, the probe 6 exerting little or no external pressure P on the external surface 3. Therefore, the actual estimated actual strain level O and the current target strain level C are both zero.
  • FIG. 3B can correspond to the state of FIG. 2B and therefore to the time instant t1. Therefore the probe 6 exerting an external pressure P increased on the surface external 3.
  • the current estimated actual strain level O is lower than the current target strain level C. That is, the user is guided by the target C in order to further increase the pressure.
  • Figure 3C may correspond to the state of Figure 2C and therefore to the time instant t2. Therefore, the probe 6 exerting an external pressure P "even higher than P" at t1. Since t2 corresponds to the end of the predetermined strain sequence, the actual estimated actual strain level O and the current target strain level C are both at the maximum of the predetermined strain sequence.
  • the imagery is stopped or "frozen” at the time instant t2. This advantageously allows the user to focus on the predefined strain sequence up to t2, without having to stop imaging manually.
  • the device 1 quantifies the nonlinear elasticity of the medium, which is calculated as a function of the temporal succession of data and the evolution of deformation observed during the period t0 at t2.
  • the user interface can instantly display an image of the nonlinear elasticity of the medium, which is determined based on the quantized nonlinear elasticity.
  • the device 1 can record the temporal succession of data (or images) collected during the period t0 to t2. This step may include predefined calculations and measurements of the data.
  • the screen 4a can display on the user interface the temporal succession of images.
  • the device After displaying the image, you can have a step of adjusting the display parameters, according to the user's preferences (superimposition with other B mode images, etc.), changing the units , change of color code. For example one can change between a display without units, which is easier to interpret and a display with units (eg kPa), which can be advantageous to be used with scientific literature to interpret the values.
  • These analyzes can be performed through statistical algorithms anywhere medium, eg artificial intelligence.
  • the device may involve a second mode of ultrasound imaging, and / or shear wave elasticity imaging (SWE), and / or mammography.
  • SWE shear wave elasticity imaging
  • This mode can therefore be activated before using NL-SWE mode or during a prior independent session.
  • the device can determine at least one shear wave elasticity image of the medium by applying shear waves to the medium, without applying a strain according to a predetermined strain sequence.
  • the image can be saved, optionally including predefined calculations and measurements of the image.
  • the user can determine an area of interest (ROI region of interest) in the image to image the nonlinear elasticity of the area according to the first NL-SWE mode.
  • ROI region of interest area of interest
  • FIG. 4 schematically illustrates a flowchart of an improved method according to the present disclosure. This method comprises in particular a quality criterion of the data collected.
  • the process can be repeated for a plurality of cycles t. Therefore, the process can last for a variable time including the plurality of cycles t. This variable time or duration and / or the number of cycles can be predefined and adapted according to the quality of the data acquired (as described below).
  • the process can be repeated until one of the following conditions is satisfied: the determined quality parameter does not exceed a second minimum quality threshold which is less than the first minimum quality threshold, and / or, a maximum number of d 'iterations have been performed, and / or a minimum number of nonlinear elasticity quantification of the medium has been performed.
  • step 1 the user positions the probe on the surface of the medium.
  • step 2 a scan or imaging mode is activated.
  • This mode comprises in particular an imaging of the elasticity by shear waves (SWE) and an imaging of the static elasticity (“strain”), during which the probe applies a deformation according to a predetermined sequence of deformation, by compressing progressively or by gradually decompressing the middle.
  • the scan of step 2 can last for the varying time of the process.
  • step 3.1 a temporal succession of ultrasound data imaging the shear waves generated in the medium is collected using the probe making it possible to deduce the shear wave elasticity (SWE) E t.
  • This step may correspond to step A1 according to the disclosure.
  • the Young's modulus E t of the current measurement of the shear wave velocity can be collected.
  • step 3.2 a temporal succession of static elasticity data of the medium is collected using the probe making it possible to deduce the static elasticity As t of the medium.
  • This step can correspond to step A1 ′ according to the disclosure.
  • the instantaneous static (Lagrangian) elasticity As t is deduced by comparing the current and historical images.
  • the static elasticity is determined by comparing the values of the current (t) and previous (t-1) RF echoes of the radio-frequency echoes received from the medium.
  • the temporal succession of static elasticity data As t can comprise a temporal succession of static elasticity values (in particular one value per cycle t), and / or the temporal succession of shear wave elasticity data Et comprises a succession temporal values of elasticity by shear waves (in particular one value per cycle t).
  • step 5 the total static (axial) elasticity s t is calculated by integrating the static elasticity As t. This total static elasticity s t is sent to the qualifier (cf. step 4). This total static elasticity s t is also used to determine the actual strain and / or to update the probe position indicator in step 7 (i.e. the actual estimated actual strain level O in Figs. 3A to 3C). These steps 5 and / or 7 can correspond to step A3 according to the disclosure.
  • step 4 the quality of the data collected is quantified.
  • a quality parameter is determined.
  • the predetermined strain sequence may be adapted depending on the quality parameter, and / or the predetermined strain sequence may be interrupted or paused, if the determined quality parameter does not exceed the minimum quality threshold (i.e. ie a first quality threshold). For example, in case the determined quality parameter does not exceed the minimum quality threshold, the current values are not used and the quality is again measured in a next cycle t + 1 based on future values of the elasticity by shear waves E t + i , the static elasticity àe t + 1 and the total static elasticity e t + 1 .
  • the determined quality parameter exceeds the first minimum quality threshold in step 4
  • the current values of the shear wave elasticity, and the total static elasticity are declared as qualified values Et * and e t * and these values are used to quantify the nonlinear elasticity of the medium.
  • Et * and e t * are used to quantify the nonlinear elasticity of the medium.
  • the quality and / or the quality parameter can be presented as an image, a score, and / or a symbol showing the quality level.
  • the quality result can be presented as a Boolean value (eg a light with the colors red or green, and optionally with other colors to refine, eg orange, and / or a snowman's head " smiley ”), as a numerical indicator on a scale (eg from 0 to 10), and / or as an indication of a movement to be made with the probe (eg an arrow with a length and / or width adapted according to the quality parameter).
  • a Boolean value eg a light with the colors red or green, and optionally with other colors to refine, eg orange, and / or a snowman's head " smiley
  • a numerical indicator on a scale eg from 0 to 10
  • an indication of a movement to be made with the probe eg an arrow with a length and / or width adapted according to the quality parameter
  • step 10 feedback information can be presented to the user depending on the quality parameter (see step 10). For example, in case the quality of the acquired data is not acceptable (e.g. the quality parameter does not exceed a predefined quality threshold) the user is informed to continue the scan and the future data (t + 1) will be tested again.
  • steps 4 and / or 9 may correspond to step A6 depending on the disclosure.
  • step 6 qualified values of the total static elasticity e t * and the shear wave elasticity (SWE) E are used to calculate the nonlinear shear wave elasticity m N ⁇ , ⁇ (NL-SWE ).
  • step 8 the value used to update the nonlinear shear wave elasticity (NL-SWE) information, for example a SWE-NL map.
  • This information can also be presented for example as an image, a score, and / or a symbol showing the level of nonlinear elasticity of the medium.
  • the update can be performed in real time or near real time during the scan for each cycle t.
  • the NL-SWE card can in particular be refined with each value m N ⁇ , ⁇ , that is to say in each cycle t.
  • Step 8 can correspond to step C according to the disclosure.
  • feedback information is presented to the user of the probe, in particular in real time or near real time during the scan for each cycle t. This information may include the actual strain updated in step 7, the quality parameter updated in step 4, and / or the nonlinear shear wave elasticity information ( NL-SWE) updated in step 8.
  • Step 10 may correspond to step D according to the disclosure.
  • the quality parameter can be determined based on a comparison of a current value s t and a previous value e ⁇ _ 1 of the total static elasticity.
  • the quality parameter can be determined as a function of whether the current value s t exceeds the previous value total static elasticity increased by a first difference threshold.
  • the current values of the shear wave elasticity, and the total static elasticity are declared as the qualified values Et * and e * and are used to quantify the nonlinear elasticity of the medium.
  • Target C (see fig. 3A to C) can move to an increased strain level.
  • This predefined threshold can be set at time t or can be calculated (eg in real time) according to a predefined function.
  • the process for quantifying the nonlinear elasticity eg the scan
  • the process for quantifying the nonlinear elasticity can be stopped and optionally an error and / or a message that the process is finished can be indicated to the user.
  • the user applies a successive compression during the scan.
  • a successive decompression during the scan That is to say, before the start of the scan the user applies a compression according to a first level of compression and decompresses afterwards during the scan.
  • the method of comparing a current value s t and a previous value e ⁇ , using a threshold, is correspondingly reversed.
  • the scan can be stopped when a second predefined compression level (lower than the first compression level) has arrived.
  • a message indicating that the process is completed can be indicated / presented to the user.
  • the first compression level can be freely chosen by the user (i.e.
  • the second level of compression can be fixed or can be chosen according to a predefined function, for example according to the first pressure level, and / or according to whether enough data is collected to quantify the nonlinear elasticity.
  • the quality parameter can also be determined as a function of a predefined duration, in which the estimated real strain level represented by G total static elasticity s t corresponds to the target strain level, in particular with a predefined tolerance. So, if the location of the probe matches the location of target C (see fig. 3A to C) over time (i.e. a first quality threshold is reached), the current values of the shear wave elasticity, and the total static elasticity are declared as qualified values Et *, e t * and are used to quantify the nonlinear elasticity of the medium. This result can be communicated to the user in step 10, for example by displaying a certain color on the quality indicator. Target C can move to an increased strain level.
  • the method for quantifying the nonlinear elasticity can stop and optionally a error and / or a message stating that the process has been completed can be indicated to the user.
  • the predefined duration can comprise at least one cycle t and is advantageously shorter than the variable time of the process.
  • the predefined duration may be less than one second (eg 30ms to 100ms) and the variable process time may last several seconds. If the predefined duration includes several cycles t, it is possible that during the cycles only steps 1 to 4 are carried out and steps 6 to 10 are carried out only afterwards.
  • the predefined duration can be fixed or can be adapted according to a predefined function.
  • variable time of the process to quantify the nonlinear elasticity may automatically stop after a maximum limit.
  • the observation of the duration of the scan is advantageous, because the medium can be heated by waves. It is therefore desirable to stop the process after a maximum period of time and / or quickly complete the data acquisition.
  • the user can freely apply compressions and / or decompressions during the scan.
  • the predetermined sequence of deformations can be carried out as one or more levels of compression.
  • the method can provide a minimum threshold level and a maximum threshold level.
  • the quality parameter can also be determined, if an entropy of the current values is within a predefined range (that is, if this entropy is bounded within a predefined interval, and / or if a first threshold is reached), in particular of the current values of the elasticity by shear waves (Et), and / or of the static elasticity (Ae t ).
  • the current values of the shear wave elasticity, and the total static elasticity are declared as qualified values Et * and e t * and used to quantify the nonlinear elasticity of the medium.
  • This result can be communicated to the user in step 10, for example by displaying a certain color on the quality indicator.
  • Target C can move to an increased strain level.
  • the test of option 3 can have the precondition only if the previous value £ t * _ ! does not exceed the current value s t , for example increased by a second difference threshold (that is to say a second quality threshold lower than the first quality threshold is not reached).
  • the process for quantifying the nonlinear elasticity eg the scan
  • the process for quantifying the nonlinear elasticity can be stopped and optionally an error and / or a message indicating that the process is finished can be notified to the user. Determination of images of the medium l k in "B mode"
  • B-mode imaging The process described below is known as "B-mode" imaging.
  • the temporal succession of mode B data (or image or image data) can be used to calculate a compensation of movement of the medium relative to the probe during the application of a successively changing deformation (as described above).
  • the imaging device To generate an image of the medium (I), the imaging device performs the following steps, for example:
  • the microcomputer 4 causes the probe 6 to emit in the viscoelastic medium at least one shot of an unfocused compression ultrasonic wave
  • the microcomputer 4 causes the probe 6 to detect and record in time real acoustic signals received from the viscoelastic medium 2, comprising the echoes generated by the unfocused compression ultrasonic wave by interacting with the reflecting particles 5 of the viscoelastic medium
  • the unfocused compression ultrasound wave propagates in the medium 2 with a very high propagation speed, for example of the order of 1500 m / s in the human body, and interacts with the reflecting particles 5, which generates echoes or other similar disturbances of the signal, known per se under the name of "speckle noises” in the field of ultrasound.
  • These “speckle noises” are picked up by the transducers T 1, ..., Tn during the sub-step (i2), after the firing of an unfocused compression ultrasonic wave.
  • the signal si (t) thus captured by each transducer Ti is first of all sampled at high frequency (for example from 30 to 100 MHz) and digitized in real time by a sampler belonging to bay 7 and connected to this transducer, respectively E1, E2, ... In.
  • the signal si (t) thus sampled and digitized is then stored, also in real time, in a memory Mi belonging to the bay 7 and specific to the transducer Ti.
  • Each memory Mi has for example a capacity of the order of 128 MB, and contains all the signals si (t) received.
  • the central processing unit CPU After the storage of all the signals si (t), the central processing unit CPU has these signals reprocessed by a summing circuit S belonging to the bay 7 (or else it carries out this processing itself, or else said processing can be carried out in the microcomputer 4), by a conventional process of forming channels corresponding to the sub-step (i3).
  • Signals S (x, z) are thus generated, these signals each corresponding to the image of the field of observation of the medium after the firing of the unfocused ultrasonic wave.
  • di (x, z) is the distance between the point of the observation field of coordinates (x, z) and the transducer n ° i, or an approximation of this distance
  • V is the average speed of propagation of the ultrasonic acoustic compression waves in the observed viscoelastic medium
  • the central unit CPU stores in a central memory M belonging to the bay 7 the image signals S (x, z) correspond to the last shot. These signals can also be stored in the microcomputer 4 so that it itself performs the calculation of the image of the medium (I).
  • imaging the medium (I) can be used.
  • Any imaging technique that makes it possible to obtain images of the environment can be used.
  • a technique will be used which makes it possible to obtain images at a high speed.
  • strain static elasticity
  • the temporal succession of data (or image or image data) of static elasticity (“strain”) can be used to observe the evolution of the estimated real strain (as described above).
  • the images of the medium (l k ) can be processed by correlation and advantageously by intercorrelation either two by two, that is to say between an image of the medium of index k (l k ) and the image of the middle of the medium of index k-1 (I M ).
  • the intercorrelation can be carried out for example in a specialized electronic circuit DSP belonging to the bay 7, or be programmed in the central unit CPU or in the microcomputer 4.
  • an intercorrelation function ⁇ S k -i (x, z), S k (x, z)> is maximized in order to determine the displacement undergone by each particle 5 giving rise to an echo ultrasound.
  • a displacement field i.e. a set of displacement vectors or u (x, z, t) in each position (x, z) of the medium 2, which can be denoted Uk (x, z ) by replacing the variable of the temporal instant t by the image index k.
  • Uk x, z
  • These displacement vectors can possibly be reduced to a single component or to two or three components.
  • the field of displacement U k at the image index k is:
  • This displacement field (set of displacement vectors) is stored in the memory M or in the microcomputer 4.
  • An image of the IUK displacement field can be constructed, and all the images of the IUK displacement field corresponding to the temporal succession of the images of the medium can be viewed, in particular by means of the screen 4a of the microcomputer, for example. , in the form of a slow motion film where the value of the displacements is illustrated by an optical parameter such as a gray level or a chromatic level.
  • partial deformation vectors or partial deformation images can be viewed, in particular by means of the screen 4a of the microcomputer, in the form of a slow-motion film.
  • the deformation of the medium 2 linked to the variations in the external pressure P exerted on the external surface 3 is a slow, almost uniform elastic deformation. This deformation propagates inside the viscoelastic medium 2, and causes the displacement of the particles 5 and the elements included in the medium 2.
  • the external deformation caused by the external pressure P can be considered as causing a movement between an image of the medium of index k (l k ) and a previous image of the medium of index k-1 (l k -i).
  • the motion can then be determined by the displacement field (Uk) between an image of the middle of index k and a previous image of the middle of index k-1.
  • this movement can be modeled by a geometric transformation T k of index k which represents in a general and simple manner all of the displacements of the displacement field at the step of image index k, Uk (x, z), that is to say with a very small number of parameters, and for example less than ten.
  • the geometric transformation T k comprises a translation, as shown between FIG. 2A and FIG. 2B.
  • the geometric transformation T k comprises a translation and a homothety. According to a second variant, the geometric transformation T k comprises a translation, a homothety and a rotation.
  • the matrix of the geometric transformation is obtained by the matrix product of the matrix B and the inverse of the matrix A:
  • a compensation of any type of images from the preceding movements can be carried out by matrix multiplication of the preceding geometric transformations, that is to say by matrix multiplication of the geometric transformations T ,, the index i varying from 1 to k.
  • the preceding relations established with 3 points can be generalized to a group of points of the image, the group of points comprising 3, 4, 5 or 6 points of the image.
  • the point group consists of between three and ten points of the image.
  • a population of three points (of group of points) of the image is advantageously taken, said population comprising a number Ng of groups of points of great value.
  • the size of this population the number Ng of point groups is greater than one hundred.
  • the parameters of the geometric transformation T k are obtained by median values of the parameters calculated from the population of the groups of points of the image.
  • this technique can be applied to an image of the displacement field U k in order to deduce therefrom the movement between an image of the medium of index k and a previous image of the medium of index k-1.
  • the selection of points in each group is done randomly in the image. Thanks to this arrangement, it is possible to determine a geometric transformation which represents in a more global and more reliable manner the movement between images.
  • the process described below is known as elasticity shear wave imaging of the medium.
  • the temporal succession of shear wave elasticity data (or image or image data) can be used to quantify the nonlinear elasticity of the medium (as described above).
  • Each intermediate image of the medium is for example generated by the method for determining an image of the medium l k described above, in which at least one shot of an unfocused compression ultrasonic wave is made to be emitted by the probe 6, and one detects and records the received acoustic signals by the probe 6, and these acoustic signals are processed to construct an intermediate image of the medium (llj, k ).
  • the focus and timing of the focused ultrasonic wave emitted in step (e1), as well as the timing of unfocused ultrasonic waves emitted in step (e2), are adapted so that unfocused ultrasonic waves arrive in the field of observation during the propagation of the shear wave in this field of observation.
  • the shear wave is visible in the intermediate images of the medium ll jk generated.
  • the intermediate images of the medium ll jk are processed to calculate a displacement field U j, k , for example by correlation or intercorrelation as previously. For example by intercorrelation between an intermediate image of the medium of index j (ll j, k ) and the intermediate image of the middle of the medium of index j-1 (l j -i , k ).
  • the determined displacement vectors can be used to visualize the propagation of the shear wave in the form of a film.
  • the microcomputer 4 can advantageously then proceed to a mapping step during which, from the evolution of the movement parameter (displacement or partial deformation) over time in the field of observation, at least one shear wave propagation parameter is calculated, either at certain points of the chosen field of observation, or throughout the entire field of observation. It is then possible to construct an image of elasticity IE k , corresponding to all the parameters of the propagation of the shear wave at the various points of the field of observation.
  • This image of elasticity IE k of the medium can be viewed, in particular by means of the screen 4a of the microcomputer where the value of the propagation parameter is illustrated by an optical parameter such as by a gray level or by a chromatic level. .
  • the shear wave propagation parameter which is calculated during the mapping step is chosen for example from:
  • a shear wave propagation model is used, for example represented by the following propagation equation, to which obey the displacements u generated by the shear waves at each position r in the middle:
  • TS is the mechanical relaxation time of the tissues
  • cS is the speed of the shear wave, directly related to the Young's modulus E of the tissues by the relation:
  • the wave equation can be used in the Fourier domain, for example by averaging the values over a frequency band.
  • the speed of propagation of the shear wave in medium 2 is sufficiently large to consider that there is no variation in the external pressure P exerted on the external surface 3 during this process during which a plurality of d are taken.
  • 'images of the medium intended to determine an image of elasticity IE (shear wave propagation parameter).
  • these images in the middle are not corrected by the movements in the middle.
  • the elasticity image of the medium IE k must be corrected with the movement at the time instant considered or at a close time instant (represented by the index k) in order to be able to be compared with the image of the initial medium lo, or to be able to be compared to the corrected deformation image Iek *
  • Eo is the Young's modulus of the linear domain
  • e is the strain
  • Ds is the variation of local stress, i.e. the partial stress, with As t is the static elasticity quantified at time (t) compared to time (t-At), and therefore De is the variation of local strain, ie the partial strain As t for (D ⁇ ) tending towards zero.
  • a nonlinearity parameter of elasticity can for example be the Landau coefficient called the third order shear modulus of elasticity A mentioned in the documents:
  • Equation (1) of the latter document can be rewritten in the form of a relation (R1) between the elasticity (Young's modulus) E and the stress s:
  • Eo is the Young modulus of the linear domain, i.e. the Young modulus of the material of the medium without compression, therefore the first image of elasticity corrected in the temporal succession of the images s is the stress and by example the uniaxial stress s z in the direction Z, vertical, corresponding substantially to the compression induced by the external pressure exerted by the user of the probe 6, and
  • A is the desired nonlinearity parameter.
  • Eo is the Young modulus of the linear domain, i.e. the Young modulus of the medium material without compression, therefore the first image of elasticity corrected in the temporal succession of the images ln () is the function of natural logarithm e is the deformation, and
  • A is the nonlinearity parameter to be determined.

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Abstract

Procédé ultrasonore pour quantifier l'élasticité non linéaire par ondes de cisaillement d'un milieu, le procédé comprenant les étapes suivantes: A1. - la collecte d'une succession temporelle de données d'élasticité par ondes de cisaillement du milieu, A2. - une application d'une déformation successivement changeante au milieu selon une séquence de déformations prédéterminée pendant la collecte des ondes de cisaillement, A3. - l'observation l'évolution de déformation réelle, et B. - la quantification de l'élasticité non linéaire du milieu en fonction de la succession temporelle de données et l'évolution de déformation.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé ultrasonore pour quantifier l'élasticité non linéaire par ondes de cisaillement d'un milieu, et dispositif pour mettre en œuvre ce procédé
Domaine Technique
La présente invention est relative aux procédés et dispositifs d’imagerie par ondes ultrasonores pour fournir des images d’un milieu viscoélastique. Notamment, le procédé a pour but de quantifier la non-linéarité du milieu, plus notamment pour détecter une région cancéreuse molle dans le milieu (c’est-à-dire non-indurée en comparaison de milieu non-cancéreux).
Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé d’imagerie utilisant des ondes ultrasonores pour observer un milieu viscoélastique diffusant qui contient des particules réfléchissantes desdites ondes ultrasonores.
Technique antérieure
Des images ultrasonores peuvent être obtenues par des procédés différents. Par exemple, les images obtenues peuvent être de type élasticité statique (« strain » en langue anglaise), obtenues par le biais de déformation des tissus observés, ou de type élasticité par ondes de cisaillement (« shear wave elastography, SWE » en langue anglaise).
Il est connu de détecter des cancers indurés par une imagerie ultrasonore de l’élastographie du milieu par ondes de cisaillement (« shear wave elastography, SWE » en langue anglaise). Cependant, cette technique ne permet pas de détecter des cancers mous, car les cancers mous présentent une élasticité similaire aux milieux non-cancéreux sur une image l’élastographie classique.
D’ailleurs, il est connu de déterminer des caractéristiques de non-linéarité d’un milieu, cf. par exemple :
H. Latorre-Ossa, JL Gennisson, E. De Brosses, M Fink, Quantitative imaging of nonlinear shear modulus by combining static elastography and shear wave elastography, IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2012 Apr; 59(4):833-9, et
M. Bernai, F. Chamming’s, M Couade, J Berfcoff, M. Tanterm JL Gennisson, In Vivo Quantification of the Nonlinear Shear Modulus in Breast Lésions: Feasibility Study. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2016 Jan; 63(1 ): 101 -9. doi:
10.1109/TUFFC.2015.2503601. Epub 2015 Nov 24.
Cependant, pour extraire l’information de la non-linéarité, plusieurs problèmes doivent être résolus, en particulier trouver une expression mathématique qui représente la non-linéarité du module de cisaillement comme une fonction du module de cisaillement et de la déformation, de déterminer/mesurer des valeurs qui sont nécessaires pour calculer cette expression mathématique, mettre en place un procédé de mesure et calculs permettant l’obtention de cette information.
Exposé de l’invention
La présente invention a donc pour but d’améliorer la détection et le diagnostic du cancer non-induré.
A cet effet, la présente invention propose un procédé pour quantifier l’élasticité non linéaire par ondes de cisaillement d’un milieu, le procédé comprenant les étapes suivantes :
A1. Collecte d’une succession temporelle de données d’élasticité par ondes de cisaillement du milieu,
A2. Application d’une déformation successivement changeante au milieu selon une séquence de déformations prédéterminée pendant la collecte des ondes de cisaillement,
A3. Observation de l’évolution de déformation réelle (estimée), et
B. Quantification de l’élasticité non linéaire du milieu en fonction de la succession temporelle de données et l’évolution de déformation.
Grâce à ces dispositions, la détection ou le diagnostic du cancer mou, par exemple du sein, par image ultrason peut être amélioré. Les cancers mous présentent une élasticité similaire aux tissus sains ou aux lésions bénignes molles sur une image élastographie standard SWE (sans compression). Or il a été découvert qu’en comprimant les tissus (milieux) pendant une élastographie SWE l’élasticité varie différemment sur les tissus sains et sur les lésions malignes. L’imagerie NL-SWE a pour but de qualifier et quantifier ce phénomène.
Par exemple, en se basant sur la théorie de l’acousto-élasticité, la non linéarité du module de cisaillement du tissus (« share modulus non linearity » en anglais) ou le coefficient élastique non linéaire de cisaillement ou le durcissement (« stiffening » en anglais) peuvent être déduits des images « strain » et SWE. Pour être précis, dans ce mode, en compressant ou en décompressant le tissu avec la sonde, l'opérateur humain (ou une machine, ou n’importe quoi qui peut tenir ou manipuler une sonde ultrason), peut acquérir une série d’images « SWE » et « strain » utilisées pour déduire une carte qui représente la non linéarité du module de cisaillement ou le taux de durcissement du milieu.
Par ailleurs, la présente invention peut résoudre en particulier les problèmes suivants, notamment avec l’objectif d’extraire l’information de la non linéarité :
1. Trouver une expression mathématique qui représente la non linéarité du module de cisaillement comme une fonction du module de cisaillement et de la déformation.
2. Développer une séquence ultrason qui peut acquérir simultanément des images mode B, des images d’élastographie par ondes de cisaillement (SWE) et des images d’élastographie strain (par déformation).
3. Développer une technique pour agréger et recaler les images « strain » et SWE pendant la compression ; ou en fin de compression ou lors d’étapes dédiées prévues durant le processus de compression.
4. Développer une interface utilisateur qui guide l'opérateur pour la compression/décompression.
5. Créer un accessoire pour la sonde qui permet de guider la compression/décompression.
Dans divers modes de réalisation du procédé selon la présente invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes. Selon un aspect, l’observation l’évolution de déformation réelle est effectuée en temps réel ou en quasi temps réel. Ainsi, grâce à cette observation en temps réel ou en quasi temps réel, la déformation peut être effectuée de maniéré continue et progressive (c’est-à-dire sans pause).
Selon un aspect, la déformation successivement changeante est appliquée par l’intermédiaire d’une sonde ultrasonore en successivement compressant ou en successivement décompressant le milieu par la sonde, la sonde étant simultanément utilisée pour collecter la succession temporelle de données et/ou pour observer l’évolution de déformation réelle. Cette méthode peut faire appel à un algorithme d’estimation du mouvement, incluant (mais non limité à), une méthode basée sur l’effet Doppler, le tracking du speckle, et/ou les flux optiques.
L’observation de l’évolution de déformation réelle peut être représentée ou mesurée par le « strain » du milieu (comme décrit ci-dessous).
Selon un aspect, la compression successive et/ou la décompression successive est effectuée de maniéré continue et progressive. Par exemple, la compression et/ou la décompression est un mouvement continu sans pause ou arrêt.
Selon un aspect, l’étape d’observation de l’évolution de déformation réelle comprend la collecte d’une succession temporelle de données ultrasons du milieu, notamment pour permettre des calculs de déformation, par exemple une collecte d’une succession temporelle de données d’élasticité statique (« strain »).
Selon un aspect, un niveau de déformation réelle estimée et un niveau de déformation cible sont notifiés sur une interface utilisateur, dans lequel la déformation réelle estimée correspond à la déformation observée, notamment en temps-réel, et la déformation cible change (notamment de manière continue et progressive) selon la séquence de déformation prédéterminée, notamment en temps-réel.
Il est noté que le niveau de déformation réelle peut être seulement estimé, c’est-à- dire ce niveau peut avoir une certaine imprécision.
Selon un aspect, le niveau de déformation réelle estimé et le niveau de déformation cible sont affichés sur un écran de l’interface utilisateur. Selon un aspect, les données d’élasticité par ondes de cisaillement produites à l’étape (A1) sont générées par les sous-étapes suivantes :
A1.1. une étape d'excitation au cours de laquelle on génère une onde de cisaillement dans le milieu, en faisant émettre au moins une onde ultrasonore focalisée,
A1.2. une étape d'observation au cours de laquelle on observe la propagation de l'onde de cisaillement en acquérant une succession temporelle de données ultrasons du milieu,
A1.3. une étape de traitement au cours de laquelle on détermine les données d’élasticité à partir desdites données ultrasons du milieu et d’un modèle de propagation d’onde de cisaillement.
Ce procédé peut utiliser des ondes planes mais cette étape peut aussi être réalisée par utilisation d’ondes focalisées.
Selon un aspect, la collecte d’une succession temporelle de données et l’observation des changements successifs de la déformation sont mises en place par une séquence ultrasons en intercalant des tirs l'élasticité par ondes de cisaillement et des tirs d’élasticité statique, et/ou lesdites données d’élasticité statiques et lesdites de données d’élasticité par ondes de cisaillement sont temporellement entrelacées.
Le procédé peut comprendre en outre l’étape : A1’. Collecte d’une succession temporelle de données d’élasticité statique (Ast) du milieu.
Dans l’étape A3, la déformation réelle peut être déduite par l’élasticité statique (Ast).
Cette élasticité statique peut être une élasticité statique langragienne (Ast).
Notamment, la succession temporelle de données d’élasticité statique (Ast) peut comprendre une succession temporelle de valeurs d’élasticité statique (Ast). La succession temporelle de données d’élasticité par ondes de cisaillement (Et) comprend une succession temporelle de valeurs d’élasticité par ondes de cisaillement (Et),
Une élasticité statique totale (st) peut être déterminé en fonction d’une intégration des valeurs d’élasticité statique (Ast). Dans l’étape A3, la déformation réelle peut être déterminée en fonction de G élasticité statique totale (st) déterminée.
Le procédé peut comprendre en outre l’étape : A6. Détermination d’un paramètre de qualité en fonction d’au moins un des paramètres suivants : l’élasticité par ondes de cisaillement (Et), l’élasticité statique (Ast) et l’élasticité statique totale (st).
Le paramètre de qualité peut être déterminé en fonction d’une comparaison d’une valeur actuelle (st) et une valeur précédente (e^) de l’élasticité statique totale.
Le résultat de qualité peut être une variable booléenne.
Le paramètre de qualité peut être déterminé en fonction de ce que la valeur actuelle (st) dépasse la valeur précédente (e^) de l’élasticité statique totale augmentée ou diminuée d’un premier seuil de différence. Ce seuil de différence prédéfini peut être fixe ou selon une fonction prédéfinie.
Le paramètre de qualité peut être déterminé en fonction d’une durée minimale, pendant laquelle le niveau de déformation réelle estimée (représenté par l’élasticité statique totale (st)) correspond au niveau de déformation cible (p.ex. avec une tolérance prédéfinie).
Le paramètre de qualité peut être déterminé en fonction qu’une entropie des valeurs actuelles de l’élasticité par ondes de cisaillement (Et), et/ou de l’élasticité statique (Aet ) se trouvent à l'intérieur d'une gamme prédéfinie. Tant que le paramètre de qualité déterminé dépasse un premier seuil de qualité minimale, dans l’étape B. les valeurs actuelles de l’élasticité par ondes de cisaillement (Et*), et l’élasticité statique totale (e ) peuvent être utilisées pour quantifier l’élasticité non linéaire du milieu. Donc, seules les valeurs d’un niveau de qualité acceptable peuvent être utilisées. En revanche, les valeurs non-qualifiés peuvent être utilisées comme valeurs de comparaison dans le prochain cycle t+1.
Tant que le paramètre de qualité déterminé ne dépasse pas le seuil de qualité minimale, il y a des actions optionnelles : les valeurs actuelles de l’élasticité par ondes de cisaillement (Et), et de l’élasticité statique totale (et ) ne sont pas utilisées pour quantifier l’élasticité non linéaire du milieu, et/ou une information de rétroaction représentant le paramètre de qualité déterminé est présentée à un utilisateur de la sonde, et/ou le procédé est optionnellement répété dans un prochain cycle (t+1).
La séquence de déformations prédéterminée peut être adaptée en fonction du paramètre de qualité.
La séquence de déformations prédéterminée peut être interrompue ou mise en pause, si le paramètre de qualité déterminé ne dépasse pas le seuil de qualité minimale.
Donc, la séquence de déformations prédéterminée peut être prédéfinie mais peut également optionnellement dépendre de la qualité des données acquises.
Le procédé peut comprendre en outre l’étape : C. Détermination d’une information visuelle représentant le niveau d’élasticité non linéaire du milieu comprenant au moins un de : une image, un score, et/ou un symbole montrant le niveau d’élasticité non linéaire du milieu.
Le procédé peut comprendre en outre l’étape : D. Présentation d’une information de rétroaction à un utilisateur de la sonde, comprenant au moins une information parmi : la déformation réelle, le paramètre de qualité, et l’information visuelle.
Les étapes A1. à B. ou A1. à C. ou A1. à D. peuvent être répétées, et/oules étapes A1. à B. ou A1. à C. ou A1. à D. peuvent être répétées jusqu’à ce qu’une des conditions suivantes soit satisfaite : le paramètre de qualité déterminé ne dépasse pas un deuxième seuil de qualité minimale qui est inférieur au premier seuil de qualité minimale, et/ou, un nombre maximal d’itérations a été effectué, et/ou un temps maximal du procédé est écoulé, et/ou un nombre minimal de quantifications de l’élasticité non linéaire du milieu a été effectué.
Par conséquent, le procédé peut comprendre plusieurs cycles t, pendant lesquels les valeurs déterminées sont mises à jour et/ou affinées.
Selon un aspect, le procédé peut comprendre en outre l’étape C. de détermination d’une image et/ou un score et/ou un symbole montrant le niveau d’élasticité non linéaire du milieu.
Le score et/ou symbole peut être un icône, une valeur versus un seuil, des phrases, un tableau de valeurs, etc. Selon un aspect, le procédé peut comprendre en outre les étapes suivantes :
A4. Collecte d’une succession temporelle de données mode B du milieu pour calculer une compensation de mouvement du milieu relative à la sonde,
A5. Application de la compensation aux données d’élasticité.
Selon un aspect, les données mode B, les données d’élasticité statique et les données d’élasticité par ondes de cisaillement sont temporellement entrelacées.
Selon un aspect, les étapes (A1 ) à (A3) ou (A1 ) à (A5) ou (A1 ) à (D) sont effectuées simultanément, et/ou les étapes (A1 ) à (A3) ou (A1) à (A5) ou (A1 ) à (D) sont effectués en temps-réel ou en quasi temps-réel.
Selon un aspect, pour chaque instant de la succession temporelle de données ou au moins pour quelques-uns des instants, la valeur d’un paramètre de non linéarité des ondes de cisaillement est déterminée en effectuant un ajustement de régression linéaire selon l’équation :
[Math. 1] logfff (£}} = log(
Figure imgf000010_0001
dans laquelle :
E(t) est l’élasticité à chaque instant de déformation lors de l’évolution de déformation,
Eo est l’élasticité à un premier instant (tO), e est la déformation, et
A est le paramètre de non linéarité de cisaillement.
Selon un aspect, le procédé comprend en outre une étape (0) préalable à l’étape (A1 ), dans laquelle au moins une image ultrasons ou IRM (imagerie par résonance magnétique) ou mammographie ou image d’élasticité par ondes de cisaillement du milieu est déterminée, sans application d’une déformation selon une séquence de déformation prédéterminée, et cette étape permet de déterminer une zone d’intérêt (ROI région of interest) pour laquelle on quantifie l’élasticité non linéaire selon les étapes (A1) à (B). Selon un aspect, une carte de confiance comportant des niveaux de fiabilités est affichée en parallèle de l’affichage de l’image d’élasticité non linéaire, afin de permettre en particulier au praticien de connaître le niveau évalué de confiance de chacun des points de l’image « résultat » présentée.
Cette carte de confiance peut être une carte (ou une image) qui indique le niveau de fiabilité de chaque partie de l’image montrant le niveau d’élasticité non linéaire du milieu. Le niveau de fiabilité peut être déduit par exemple de statistiques issues du résultat de la régression linéaire et/ou peut tenir compte des caractéristiques du nouvement réel appliqué sur les tissus (vitesse uniforme, mouvement uniaxial, ....). Cette carte peut être implémentée au moyen de matrices, images, codes couleurs, et/ou tableau.
Selon un aspect, pour chaque donnée ou pour chaque pixel de l’image, une valeur d’élasticité non linéaire en regard d’une valeur de référence prédéfinie est affichée. Cette valeur de référence prédéfinie peut être une valeur prédéfinie dans la littérature scientifique et/ou peut être calculée pour ce même patient lors d'un précédent examen, ou le résultat de calculs statistiques et optionnellement affichée graphiquement. Par exemple, la valeur peut être affichée à la place ou en plus de la valeur d’élasticité non linéaire (par exemple pour chaque pixel ou groupe de pixels). L’affichage de la valeur prédéfinie peut avantageusement permettre une analyse et/ou un diagnostic fiable, par exemple d’un milieu cancéreux mou et/ou indiquer le type de cancer observé.
La présente invention a également pour objet un procédé ultrasonore pour quantifier l’élasticité non linéaire par ondes de cisaillement d’un milieu en utilisant un dispositif d’imagerie (1) comprenant une sonde ultrasonore (6), un micro-ordinateur (4), et optionnellement une interface utilisateur, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- positionner la sonde à la surface du milieu,
- activer un premier mode d’imagerie de l’élasticité non linéaire par ondes de cisaillement (NL-SWE), pendant lequel, la sonde appliquant une déformation selon une séquence de déformation prédéterminée, en progressivement compressant ou en progressivement décompressant le milieu : o le dispositif collecte une succession temporelle de données ultrasons imageant les ondes de cisaillement générées dans le milieu à l’aide de la sonde permettant de déduire l’élasticité du milieu, et o le dispositif collecte une succession temporelle de données ultrasons permettant de déduire une évolution de déformation du milieu appliqué par la sonde,
- quantifier l’élasticité non linéaire du milieu, qui est calculée en fonction de la succession temporelle de données et l’évolution de déformation observée,
- optionnellement afficher sur l’interface utilisateur une image de l’élasticité non linéaire du milieu,
- optionnellement enregistrer la succession temporelle d’images, comprenant des calculs et mesurages prédéfinies des images,
- optionnellement afficher sur l’interface utilisateur la succession temporelle d’images,
- optionnellement afficher un résultat d’interprétation de l’image non linéaire.
Chacune de ces images peut être de type bidimensionnel ou 3D.
Avant de lancer ce mode NL-SWE, une etape de réglage des paramètres de la séquence de déformation prédéterminée, par exemple en fonction du cas clinique (taille du patient, taille de l'organe considéré, en particulier lorsqu’il s’agit de tissus mammaires, profondeur de la lésion observée, densité des tissus, etc.) peut être mise en oeuvre.
En outre, après l'affichage de l'image de non linéarité, une étape de réglage des paramètres de l'affichage, par exemple en fonction des préférences de l'utilisateur (superposition avec d'autres images B mode, etc. ), changement des unités , changement du code couleurs, etc.
Comme la compression (contrainte) ou décompression et un mouvement progressif, un utilisateur ou un bras articulé ou tout autre operateur, peut l’effectuer de manière continue, sans pause.
La sonde peut collecter, lors de chacun des étapes de collecte du procédé, des données ultrasons sur lesquelles peut être appliquée une méthode d’estimation du mouvement (speckle tracking sur B Mode ou effet Doppler) afin d'extraire des informations relatives à la déformation et/ou afin de recaler les données ultrasons collectées.
Selon un aspect, la séquence de déformation prédéterminée comporte une sous étape d’arrêt optionnellement automatique avant l’étape de quantification. Cela procure en particulier l’avantage pour l’opérateur d’être notifié par exemple que la session d’acquisition est terminée car nombre de données collectée est suffisante.
Selon un aspect, le procédé peut comprendre en outre, notamment avant l’activation du premier mode :
- positionner la sonde à la surface du milieu,
- activer un deuxième mode d’imagerie d’élasticité par ondes de cisaillement (SWE),
- déterminer au moins une image d’élasticité par ondes de cisaillement du milieu en appliquant des ondes de cisaillement dans le milieu, sans application d’une déformation selon une séquence de déformation prédéterminée,
- enregistrer l’image, optionnellement comprenant des calculs et mesurages prédéfinies de l’image,
- déterminer une zone d’intérêt dans l’image pour imager l’élasticité non linéaire de la zone.
En outre, la présente invention propose un procédé pour déterminer un milieu cancéreux non-induré en comparaison du milieu non-cancéreux (une lésion maligne non-induré en comparaison d’une lésion bénigne) en utilisant le procédé tel que cité ci-dessus, dans lequel le milieu cancéreux non-induré (lésion maligne non-indurée) est détecté en fonction de son niveau d’élasticité non-linéaire.
En particulier, la présente invention propose un procédé pour déterminer un milieu cancéreux non-induré en comparaison du milieu non-cancéreux en utilisant le procédé tel qu’exposé ci-dessus, dans lequel le milieu étudié est le tissu biologique mammaire et/ou axillaire. La présente divulgation se rapporte également à un dispositif d’imagerie comprenant une sonde ultrasonore et un micro-ordinateur adaptés pour mettre en œuvre le procédé pour quantifier l’élasticité non linéaire d’un milieu tel que cité ci-dessus. Brève description des dessins
[Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique d’un dispositif d’imagerie par ultrasons selon une forme de réalisation de l’invention.
[Fig. 2A-2C] Les figures 2A, 2B et 2C montrent de manière schématique un exemple du procédé selon la présente invention, notamment d’une application au milieu d’une déformation schématique successivement changeante.
[Fig. 3A-3C] Les figures 3A, 3B et 3C illustrent de manière schématique l’écran d’une interface utilisateur du dispositif lors de l’application d’un procédé selon la présente divulgation.
[Fig. 4] La figure 4 illustre de manière schématique un logigramme d’un procédé amélioré selon la présente divulgation.
Description des modes de réalisation
Sur les différentes figures, fournies à titre d’illustration, les mêmes références numériques désignent des éléments identiques ou similaires. Le dispositif d’imagerie 1 représenté sur la figure 1 est destiné à fournir des images d’un milieu viscoélastique 2 qui est diffusant vis à vis des ondes ultrasonores de compression, et qui peut être par exemple un corps vivant, par exemple une partie du corps d'un patient (sein, foie, abdomen, ...), dans le cas des applications médicales. Ce dispositif d’imagerie 1 est également apte à étudier la propagation des ondes élastiques de cisaillement pour fournir des images d’élasticité du milieu 2.
Les images du milieu sont produites par exemple au moyen d'un micro-ordinateur 4 (comprenant au moins une interface d'entrée 4b telle qu'un clavier ou autre, et une interface de sortie 4a telle qu'un écran ou autre) ou toute autre unité centrale électronique, qui fait envoyer dans le milieu 2, à partir de sa surface extérieure 3, des ondes ultrasonores de compression qui interagissent avec les particules diffusantes 5 contenues dans le milieu 2, lesquelles particules sont réfléchissantes pour les ondes ultrasonores de compression. Les particules 5 peuvent être constituées par toute hétérogénéité du milieu 2, et notamment, lorsqu'il s'agit d'une application médicale, par des particules de collagène présentes dans les tissus humains (ces particules forment sur les images échographiques des points connus sous le terme "speckle").
Pour observer le milieu 2 et pour générer des images du milieu, on utilise une sonde ultrasonore 6 disposée contre la surface extérieure 3 du milieu observé 2. Cette sonde envoie, selon un axe Z, des impulsions d'ondes ultrasonores de compression du type de celles couramment utilisées en échographie, à une fréquence comprise par exemple entre 0,5 et 100 MHz et de préférence entre 0,5 et 15 MHz, par exemple de l'ordre de 4 MHz.
La sonde ultrasonore 6 est constituée d’ un réseau de n transducteurs ultrasonores T1, T2, ..., Ti, ..., Tn, nétant un nombre entier supérieur ou au moins égal à 1.
Cette sonde 6 peut se présenter par exemple sous la forme d'une barrette linéaire pouvant comprendre par exemple n = 128 transducteurs alignés selon un axe X perpendiculaire à l'axe Z. La sonde en question peut être également un réseau bidimensionnel (plan ou non) de transducteurs.
Les transducteurs T1, T2, ... Tn peuvent être commandés indépendamment les uns des autres par le micro-ordinateur 4, éventuellement par l'intermédiaire d'une unité centrale CPU qui est contenue par exemple dans une baie électronique 7 reliée par un câble souple à la sonde 6.
Les transducteurs T1-Tn peuvent ainsi émettre sélectivement :
- soit une onde ultrasonore de compression "plane" (c'est à dire en l'occurrence une onde dont le front d'onde est rectiligne dans le plan X, Z) ou tout autre type d'onde non focalisée éclairant l'ensemble du champ d'observation dans le milieu 2, par exemple une onde générée en faisant émettre des signaux acoustiques aléatoires par les différents transducteurs T1-Tn,
- soit une onde ultrasonore de compression focalisée en un ou plusieurs points du milieu 2. Le document US 2009/234230 propose une technique d’imagerie synthétique utilisant plusieurs ondes de compression non focalisées, par exemple des ondes de type onde planes d’angles différents, et qui combine les ondes en retour de ces ondes planes pour obtenir de manière très rapide une image du milieu de qualité améliorée.
Le dispositif d’imagerie 1 et le procédé selon la présente invention effectuent une quantification l’élasticité non linéaire par ondes de cisaillement d’un milieu. Pour commencer ce procédé, on peut activer un premier mode d’imagerie de l’élasticité non linéaire par ondes de cisaillement (NL-SWE, « Non-Linear Shear Wave Elasticity » en langue anglaise).
Le procédé du mode NL-SWE utilise un procédé ultrasonore pour déterminer l’élasticité du milieu par ondes de cisaillement (SWE).
Avantageusement, ce procédé (c’est à dire la collecte des données respective ou le « scan ») et combiné simultanément et/ou intercalé avec un procédé ultrasonore pour observer en temps réel ou en quasi temps réel l’évolution de la déformation.
Des exemples détaillés de ces trois procédés ultrasonores sont expliqués en détails ci-dessous. Les procédés SWE et strain peuvent être basés sur des ondes ultrasons planes, tandis que le procédé B-mode peut être basé sur des ondes ultrasons non- plans.
Alternativement au procédé ultrasonore pour déterminer l’élasticité statique (« strain »), ou en addition, la sonde peut aussi être équipée avec un capteur de pression qui permet d’observer (ou suivre) l’évolution de déformation du milieu.
Les figures 2A à 2C illustrent un exemple du procédé selon la présente invention, notamment d’une application d’une déformation schématique successivement changeante au milieu.
Dans cet exemple, le procédé commence dans l’état illustré dans la figure 2A et se termine dans l’état illustré dans la figure 2C. Notamment, les figures 2A à 2C montrent l’évolution de déformation du milieu, causée par une application d’une déformation successivement changeante au milieu. Dans le même temps, le dispositif d’imagerie 1 effectue une quantification de l’élasticité non linéaire par ondes de cisaillement du milieu selon la présente invention. Le procédé peut durer quelques secondes, par exemple entre 5-1 Os. Ce temps est utile pour collecter assez de données lors de l’évolution de déformation du milieu (c’est à dire pour suffisamment quantifier l’élasticité non linéaire par ondes de cisaillement d’un milieu lors de cette évolution). Un compte à rebours peut être notifié à l’utilisateur, afin qu’il soit prêt à exercer la déformation des tissus par de biais de la sonde ou tout autre moyen.
La déformation illustrée dans les figures 2A à 2C est seulement schématique. Le niveau de déformation qui est appliqué selon la présente divulgation est prédéterminé par une séquence de déformation prédéfinie, comme expliqué dans le contexte des figures 3A à 3C.
La figure 2A représente une utilisation du dispositif d’imagerie 1 à un instant tO du procédé, la sonde 6 exerçant une pression externe P faible ou nulle sur la surface externe 3. La surface externe 3 demeure sensiblement horizontale (dans la direction X). L’image du milieu lo comprend par exemple une inclusion 2i à une profondeur Z1 par rapport à la surface externe 3. En même temps, le procédé ultrasonore pour quantifier l’élasticité non linéaire par ondes de cisaillement du milieu (comme expliqué ci-dessus) démarre.
La figure 2B représente une utilisation du dispositif d’imagerie 1 à un instant t1 du procédé, et avec une pression (ou contrainte) externe P’ exercée, supérieure à P, qui déforme la surface externe 3 dans la direction Z vers l’intérieur du milieu 2. Donc, la déformation du milieu a été successivement changée.
En figure 2C est représentée une utilisation du dispositif d’imagerie 1 à un instant t2 du procédé, avec une pression externe P” encore plus élevée que P’ exercée à t1.
La compression successive, comme illustrée dans les figures 2A à 2C, peut être effectuée de maniéré continue et progressive. Cela est possible grâce à l’observation d’évolution de déformation réelle en temps réel ou en quasi temps réel. Alternativement une décompression successive peut être appliquée aux tissus composant le milieu.
Comme déjà indiqué, l’évolution de la déformation montrée dans les figures 2A à 2C n’est pas aléatoire, mais est prédéterminée par une séquence de déformation prédéfinie. Par exemple, cette séquence peut être illustrée par exemple graphiquement à l’utilisateur sur l’écran 4a d’une interface utilisateur du dispositif 1, permettant ainsi à l’utilisateur d’appliquer une pression correcte à chaque moment du procédé. Par exemple, un affichage d’un curseur indiquant la pression à exercer ainsi que la pression appliquée mesurée sur un même graphe ou des vibrations dans la sonde pour indiquer à l’utilisateur s’il suit bine la séquence prédéfinie .Il est également possible que l’application de la déformation soit automatisée, par exemple en utilisant un bras robotique qui bouge la sonde d’une façon automatisée selon la séquence prédéterminée.
Les figures 3A à 3C illustrent un exemple d’écran 4a d’une interface utilisateur du dispositif lors d’un procédé selon la présente divulgation. Par exemple, les figures 3A à 3C peuvent correspondre au instants temporels t0-t2 des figures 2A à 2C.
L’écran 4a peut montrer un champ 41 pour illustrer au moins une image ultrasonore. Par exemple cette image peut être une image d’une zone d’intérêt du milieu (par exemple une image d’élasticité par ondes de cisaillement (SWE)) qui a été prise avant de débuter le procédé, c’est-à-dire avant tO. Après l’instant t2, le champ 41 peut montrer une image montrant le niveau d’élasticité non linéaire du milieu selon la présente invention.
L’écran 4a montre en outre un champ 42. Ce champ 42 affiche pendant le procédé le niveau actuel de déformation réel estimé (par exemple avec une croix ou point O) et le niveau de déformation cible (par exemple avec un ballon ou cercle C).
La déformation réelle estimée O correspond à la déformation actuellement observée, notamment en temps-réel, et la déformation cible C change successivement selon la séquence de déformation prédéterminée, notamment en temps-réel. La cible C peut évoluer successivement dans le champ 42 pendant le procédé, afin de montrer à chaque instant l’évolution de la séquence de déformation prédéterminée et donc, guide l’utilisateur.
La figure 3A peut correspondre à l’état de la figure 2A et donc à l’instant temporel tO. Par conséquent, la sonde 6 exerçant une pression externe P faible ou nulle sur la surface externe 3. Donc, le niveau actuel de déformation réel estimé O et le niveau actuel de déformation cible C sont tous les deux à zéro.
La figure 3B peut correspondre à l’état de la figure 2B et donc à l’instant temporel t1. Par conséquent la sonde 6 exerçant une pression externe P augmenté sur la surface externe 3. Dans ce scénario décrit à titre d’exemple, il y a une différence de niveau entre la déformation réelle estimée O et le niveau actuel de déformation cible C. Dans cet exemple, le niveau actuel de déformation réelle estimée O est moins élevé que le niveau actuel de déformation cible C. C’est-à-dire l’utilisateur est guidé par la cible C afin d’augmenter plus la pression.
La figure 3C peut correspondre à l’état de la figure 2C et donc à l’instant temporel t2. Par conséquent, la sonde 6 exerçant une pression externe P” encore plus élevée que P’ à t1. Comme t2 correspond à la fin de la séquence de déformation prédéterminée, le niveau actuel de déformation réel estimé O et le niveau actuel de déformation cible C sont tous les deux au maximum de la séquence de déformation prédéterminée.
Optionnellement, l’imagerie et arrêtée ou « bloquée » (« freeze » en anglais) à l’instant temporel t2. Cela permet avantageusement à l’utilisateur de se concentrer sur la séquence de déformation prédéfinie jusqu’ à t2, sans devoir arrêter l’imagerie manuellement.
A l’instant t2 ou après, ou pendant l’acquisition des données, le dispositif 1 quantifie l’élasticité non linéaire du milieu, qui est calculée en fonction de la succession temporelle de données et l’évolution de déformation observée lors la période tO à t2. L’interface utilisateur peut afficher sur le champ 41 une image de l’élasticité non linéaire du milieu, qui est déterminée en fonction de l’élasticité non linéaire quantifiée. Optionnellement le dispositif 1 peut enregistrer la succession temporelle de données (ou images) collectées lors la période tO à t2. Cette étape peut comprendre des calculs et mesures prédéfinies des données. On outre, l’écran 4a peut afficher sur l’interface utilisateur la succession temporelle d’images.
Après l'affichage de l'image, on peut avoir une étape de réglage des paramètres de l'affichage, en fonction des préférences de l'utilisateur (superposition avec d'autres d'images B mode, etc.), changement des unités, changement du code couleurs. Par exemple on peut changer entre un affichage sans unités, qui est plus facile à interpréter et un affichage avec des unités (par exemple kPa), qui peut être avantageux pour être utilisé avec de la littérature scientifique pour interpréter les valeurs. Ces analyses peuvent être réalisées par le biais d’algorithmes statistiques partout moyen, par exemple intelligence artificielle. Par ailleurs, le dispositif peut impliquer un deuxième mode d’imagerie ultrason, et/ou d’imagerie d’élasticité par ondes de cisaillement (SWE), et/ou de mammographie.
Ce mode peut ainsi être activé avant d’utiliser le mode NL-SWE ou lors d’une session indépendante préalable. Dans ce mode, le dispositif peut déterminer au moins une image d’élasticité par ondes de cisaillement du milieu en appliquant des ondes de cisaillement dans le milieu, sans application d’une déformation selon une séquence de déformation prédéterminée. L’image peut être enregistrée, optionnellement comprenant des calculs et mesures prédéfinies de l’image. Ensuite, l’utilisateur peut déterminer une zone d’intérêt (ROI région of interest) dans l’image pour imager l’élasticité non linéaire de la zone selon le premier mode NL-SWE.
La figure 4 illustre de manière schématique un logigramme d’un procédé amélioré selon la présente divulgation. Ce procédé comprend notamment un critère de qualité des données collectées.
Le procédé peut être répété pour une pluralité de cycle t. Donc, le procédé peut durer un temps variable comprenant la pluralité de cycles t. Ce temps ou durée variable et/ou le nombre de cycle peut être prédéfini et adapté en fonction de la qualité des données acquises (comme décrit ci-dessous). Le procédé peut être répété jusqu’à ce qu’une des conditions suivantes soit satisfaite : le paramètre de qualité déterminé ne dépasse pas un deuxième seuil de qualité minimale qui est inférieur au premier seuil de qualité minimale, et/ou, un nombre maximal d’itérations a été effectué, et/ou un nombre minimal de quantification de l’élasticité non linéaire du milieu a été effectué.
Dans une étape 1 l’utilisateur positionne la sonde à la surface du milieu. Dans une étape 2 un mode de scan ou imagerie est activé. Ce mode comprend en particulier une imagerie de l’élasticité par ondes de cisaillement (SWE) et une imagerie de l’élasticité statique (« strain »), pendant lesquelles la sonde applique une déformation selon une séquence de déformation prédéterminée, en compressant progressivement ou en décompressant progressivement le milieu. Le scan de l’étape 2 peut durer pendant le temps variable du procédé. Dans l’étape 3.1 une succession temporelle de données ultrasons imageant les ondes de cisaillement générées dans le milieu est collectée à l’aide de la sonde permettant de déduire l’élasticité par ondes de cisaillement (SWE) Et. Cette étape peut correspondre à l’étape A1 selon la divulgation. Notamment, pour chaque cycle t pendant le scan de l’étape 2 le module de Young Et de la mesure actuelle de la vitesse des ondes de cisaillement peut être collecté.
Dans l’étape 3.2 une succession temporelle de données d’élasticité statique du milieu est collectée à l’aide de la sonde permettant de déduire l’élasticité statique Ast du milieu. Cette étape peut correspondre à l’étape A1’ selon la divulgation. Notamment, pour chaque cycle t pendant le scan de l’étape 2 l’élasticité statique (lagrangienne) instantanée Ast est déduite en comparant les images actuelles et historiques. Par exemple, l’élasticité statique est déterminée en comparaison des valeurs des échos RF actuels (t) et précédents (t-1) des échos radio-fréquentiels reçus du milieu.
La succession temporelle de données d’élasticité statique Ast peut comprendre une succession temporelle de valeurs d’élasticité statique (notamment une valeur par cycle t), et/ou la succession temporelle de données d’élasticité par ondes de cisaillement Et comprend une succession temporelle de valeurs d’élasticité par ondes de cisaillement (notamment une valeur par cycle t).
Dans l’étape 5 on calcule l’élasticité statique (axiale) totale st par intégration de l’élasticité statique Ast. Cette élasticité statique totale st est envoyée au qualificateur (cf. l’étape 4). Cette élasticité statique totale st est aussi utilisée pour déterminer la déformation réelle et/ou pour mettre à jour l'indicateur la position de la sonde dans l’étape 7 (c’est-à-dire le niveau actuel de déformation réel estimé O dans les fig. 3A à 3C). Ces étapes 5 et/ou 7 peuvent correspondre à l’étape A3 selon la divulgation.
Dans l’étape 4 la qualité des données collectées est quantifiée. Notamment, un paramètre de qualité est déterminé. La séquence de déformations prédéterminée peut être adaptée en fonction du paramètre de qualité, et/ou la séquence de déformations prédéterminée peut être interrompue ou mise en pause, si le paramètre de qualité déterminé ne dépasse pas le seuil de qualité minimale (c’est-à- dire un premier seuil de qualité). Par exemple, au cas où le paramètre de qualité déterminé ne dépasse pas le seuil de qualité minimale, les valeurs actuelles ne sont pas utilisées et la qualité est de nouveau mesurée dans un prochain cycle t+1 basé sur des valeurs futures de l’élasticité par ondes de cisaillement Et+i, l’élasticité statique àet+1 et l’élasticité statique totale et+1. Au cas où le paramètre de qualité déterminé dépasse le premier seuil de qualité minimale dans l’étape 4, les valeurs actuelles de l’élasticité par ondes de cisaillement, et l’élasticité statique totale sont déclarées comme valeurs qualifiées Et* et et * et ces valeurs sont utilisées pour quantifier l’élasticité non linéaire du milieu. Une description non exhaustive des déterminations possibles du paramètre de qualité est donnée ci-dessous dans les options 1 à 3.
Dans l’étape 9 la qualité et/ou le paramètre de qualité peut être présenté comme une image, un score, et/ou un symbole montrant le niveau de qualité. Notamment le résultat de qualité peut être présenté comme une valeur booléenne (p.ex. un feu avec les couleurs rouge ou vert, et optionnellement avec d’autres couleurs pour raffiner, p.ex. orange, et/ou une tête de bonhomme « smiley »), comme un indicateur chiffré sur échelle (p.ex. de 0 à 10), et/ou comme une indication d’un mouvement à faire avec la sonde (p.ex. une flèche avec un longueur et/ou largeur adapté en fonction du paramètre de qualité).
Par conséquent, des informations de rétroactions peuvent être présentées à l’utilisateur en fonction du paramètre de qualité (cf. étape 10). Par exemple, au cas où la qualité des donnés acquises n’est pas acceptable (p.ex. le paramètre de qualité ne dépasse pas un seuil de qualité prédéfini) l’utilisateur est informé de continuer le scan et les données futures (t+1) seront testées de nouveau. Ces étapes 4 et/ou 9 peuvent correspondre à l’étape A6 selon la divulgation.
Dans l’étape 6 des valeurs qualifiées de l’élasticité statique totale et * et l’élasticité par ondes de cisaillement (SWE) E sont utilisées pour calculer l’élasticité non linéaire par ondes de cisaillement mNί,ί (NL-SWE).
Dans l’étape 8. la valeur
Figure imgf000022_0001
utilisée pour mettre à jour l’information de l’élasticité non linéaire par ondes de cisaillement (NL-SWE), par exemple une carte SWE-NL. Cette information peut aussi être présentée par exemple comme image, un score, et/ou un symbole montrant le niveau d’élasticité non linéaire du milieu. La mise à jour peut être effectuée en temps réel ou quasi-temps réel pendant le scan pour chaque cycle t. La carte NL-SWE peut notamment être affinée avec chaque valeur mNί,ί, c’est-à-dire dans chaque cycle t. L’étape 8 peut correspondre à l’étape C selon la divulgation. Dans l’étape 10 une information de rétroaction est présentée à l’utilisateur de la sonde, notamment en temps réel ou quasi-temps réel pendant le scan pour chaque cycle t. Cette information peut comprendre la déformation réelle mise-à-jour dans l’étape 7, le paramètre de qualité mise-à-jour dans l’étape 4, et/ou l’information de l’élasticité non linéaire par ondes de cisaillement (NL-SWE) mise-à-jour dans l’étape 8. L’étape 10 peut correspondre à l’étape D selon la divulgation.
Une description non exhaustive des déterminations possibles du paramètre de qualité est donnée ci-dessous. Ces déterminations peuvent être utilisées individuellement ou conjointement.
Option 1 : Qualification par l’élasticité statique
Le paramètre de qualité peut être déterminé en fonction d’une comparaison d’une valeur actuelle st et une valeur précédente e^_1 de l’élasticité statique totale. Notamment, le paramètre de qualité peut être déterminé en fonction de ce que la valeur actuelle st dépasse la valeur précédente
Figure imgf000023_0001
de l’élasticité statique totale augmentée d’un premier seuil de différence. Dans ce cas, les valeurs actuelles de l’élasticité par ondes de cisaillement, et l’élasticité statique totale sont déclarées comme valeurs qualifiées Et* et e* et sont utilisées pour quantifier l’élasticité non linéaire du milieu. La cible C (cf. fig. 3A à C) peut se déplacer vers un niveau de déformation augmentée.
Ce seuil prédéfini peut être fixé à l’instant t ou peut être calculé (p.ex. en temps réel) selon une fonction prédéfinie.
Optionnellement, si la valeur précédente e^_1 dépasse la valeur actuelle st, par exemple augmentée d’un deuxième seuil de différence (c’est-à-dire qu’un deuxième seuil de qualité inférieur au premier seuil de qualité n’est pas atteint), le procédé pour quantifier l’élasticité non linéaire (e.g. le scan) peut être arrêté et optionnellement une erreur et/ou un message que le procédé soit terminé peut être indiqué à l’utilisateur.
Dans la description ci-dessus il est considéré que l’utilisateur applique une compression successive pendant le scan. Il est pourtant aussi possible que l’utilisateur applique une décompression successive pendant le scan. C’est-à-dire, avant le début du scan l’utilisateur applique une compression selon un premier niveau de compression et décompresse après pendant le scan. Dans ce scénario le procédé de comparaison d’une valeur actuelle st et une valeur précédente e^, en utilisant un seuil, est inversé en correspondance. Le scan peut être arrêté quand un deuxième niveau de compression prédéfini (inférieur du premier niveau de compression) est arrivé. Optionnellement un message indiquant que le procédé est terminé peut être indiqué/présenté à l’utilisateur. Le premier niveau de compression peut être choisi librement par l’utilisateur (c’est à dire défini par le niveau maximal du pression appliqué) et/ou peut être prédéfini par le procédé (p.ex. en indiquant un niveau de pression cible). Le deuxième niveau de compression peut être fixé ou peut être choisi selon une fonction prédéfinie, par exemple en fonction du premier niveau de pression, et/ou en fonction qu’assez de donnés soient collectées pour quantifier l’élasticité non linéaire.
Option 2 : Qualification par le flux de travail
Le paramètre de qualité peut aussi être déterminé en fonction d’une durée prédéfinie, dans laquelle le niveau de déformation réelle estimée représenté par G élasticité statique totale st correspond au niveau de déformation cible, notamment avec une tolérance prédéfinie. Donc, si l'emplacement de la sonde correspond à l'emplacement de la cible C (cf. fig. 3A à C) pendant la durée (c’est-à-dire un premier seuil de qualité est atteint), les valeurs actuelles de l’élasticité par ondes de cisaillement, et l’élasticité statique totale sont déclarées comme valeurs qualifiées Et*, et* et sont utilisées pour quantifier l’élasticité non linéaire du milieu. Ce résultat peut être communiqué à l'utilisateur dans l’étape 10, par exemple en affichant une certaine couleur sur l'indicateur de qualité. La cible C peut se déplacer vers un niveau de déformation augmenté.
En revanche, si la sonde n'atteint pas l'emplacement de la cible, la cible peut rester à son niveau. Si la sonde n'atteint pas l'emplacement de la cible pendant un certain temps qui est plus long que la durée prédéfinie (c’est-à-dire qu’ un deuxième seuil de qualité inférieur au premier seuil de qualité n’est pas atteint), le procédé pour quantifier l’élasticité non linéaire (et/ou le scan) peut s'arrêter et optionnellement une erreur et/ou un message précisant que le procédé est terminé peut être indiqué à l’utilisateur.
La durée prédéfinie peut comprendre au moins un cycle t et est avantageusement plus courte que le temps variable du procédé. Par exemple la durée prédéfinie peut avoir moins qu’une seconde (p.ex. 30ms à 100ms) et le temps variable du procédé peut durer plusieurs secondes. Si la durée prédéfinie comprend plusieurs cycle t, il est possible que pendant les cycles seulement les étapes 1 à 4 sont effectuées et les étapes 6 à 10 sont effectuées seulement après. La durée prédéfinie peut être fixée ou peut être adaptée selon une fonction prédéfinie.
En plus, le temps variable du procédé pour quantifier l’élasticité non linéaire (et/ou le scan) peut s'arrêter automatiquement après une limite maximale.
Dans ce contexte il est à noter que l’observation de la durée du scan est avantageuse, car le milieu peut être chauffé par les ondes. Il est donc désirable d’arrêter le procédé après une durée maximale et/ou finaliser rapidement l’acquisition de données.
Dans le scénario de l’option 2 il est aussi possible que l’utilisateur puisse librement appliquer des compressions et/ou décompressions pendant le scan. Dans ce cas la séquence de déformations prédéterminée peut être réalisée comme un ou plusieurs niveaux de compression. Par exemple, le procédé peut prévoir un niveau de seuil minimal et un niveau de seuil maximal.
Option 3 : Qualification par la mesure instantanée
Le paramètre de qualité peut aussi être déterminé, si une entropie des valeurs actuelles se trouve à l'intérieur d'une gamme prédéfinie (c’est-à-dire, si cette entropie est bornée dans un intervalle prédéfini, et/ou si un premier seuil est atteint), notamment des valeurs actuelles de l’élasticité par ondes de cisaillement (Et), et/ou de l’élasticité statique (Aet ).
Dans ce cas, les valeurs actuelles de l’élasticité par ondes de cisaillement, et l’élasticité statique totale sont déclarées comme valeurs qualifiées Et* et et * et utilisées pour quantifier l’élasticité non linéaire du milieu. Ce résultat peut être communiqué à l'utilisateur dans l’étape 10, par exemple en affichant une certaine couleur sur l'indicateur de qualité. La cible C peut se déplacer vers un niveau de déformation augmenté.
Le test de l’option 3 peut avoir la précondition uniquement si la valeur précédente £t *_! ne dépasse pas la valeur actuelle st, par exemple augmentée d’un deuxième seuil de différence (c’est-à-dire un deuxième seuil de qualité inférieur du premier seuil de qualité n’est pas atteint). Dans ce cas, le procédé pour quantifier l’élasticité non linéaire (e.g. le scan) peut être arrêté et optionnellement une erreur et/ou un message indiquant que le procédé est terminé peut être notifié à l’utilisateur. Détermination d’images du milieu lk en « mode B »
Le procédé décrit ci-dessous est connu comme l’imagerie en « mode B ». La succession temporelle de données (ou image ou données d’image) mode B peut être utilisée pour calculer une compensation de mouvement du milieu relative à la sonde lors de l’application d’une déformation successivement changeant (comme décrit ci-dessus).
Pour générer une image du milieu (I) le dispositif d’imagerie effectue par exemple les étapes suivantes :
(il) le micro-ordinateur 4 fait émettre dans le milieu viscoélastique, par la sonde 6 au moins un tir d'onde ultrasonore de compression non focalisée, (i2) le micro-ordinateur 4 fait détecter par la sonde 6 et enregistrer en temps réel des signaux acoustiques reçus du milieu viscoélastique 2, comprenant les échos générés par l’onde ultrasonore de compression non focalisée en interagissant avec les particules réfléchissantes 5 du milieu viscoélastique, et
(i3) une étape de traitement au cours de laquelle le micro-ordinateur 4 traite les signaux acoustiques reçus du milieu viscoélastique 2 au cours de la sous- étape (i2) pour déterminer une ou plusieurs images du milieu (I).
L’onde ultrasonore de compression non focalisée se propage dans le milieu 2 avec une vitesse de propagation très élevée, par exemple de l'ordre de 1500 m/s dans le corps humain, et interagit avec les particules réfléchissantes 5, ce qui génère des échos ou autres perturbations analogues du signal, connus en soi sous le nom de "bruits de speckle" dans le domaine de l'échographie. Ces "bruits de speckle" sont captés par les transducteurs T 1 , ... , Tn au cours de la sous-étape (i2), après le tir d'onde ultrasonore de compression non focalisée. Le signal si(t) ainsi capté par chaque transducteur Ti est tout d'abord échantillonné à haute fréquence (par exemple de 30 à 100 MHz) et numérisé en temps réel par un échantillonneur appartenant à la baie 7 et relié à ce transducteur, respectivement E1 , E2, ... En.
Le signal si(t) ainsi échantillonné et numérisé est ensuite mémorisé, également en temps réel, dans une mémoire Mi appartenant à la baie 7 et propre au transducteur Ti.
Chaque mémoire Mi présente par exemple une capacité de l'ordre de 128 Mo, et contient l'ensemble des signaux si(t) reçus.
Après la mémorisation de tous les signaux si(t), l'unité centrale CPU fait retraiter ces signaux par un circuit sommateur S appartenant à la baie 7 (ou bien elle effectue elle-même ce traitement, ou encore ledit traitement peut être effectué dans le micro ordinateur 4), par un processus classique de formation de voies correspondant à la sous-étape (i3).
Des signaux S(x, z) sont ainsi générés, ces signaux correspondant chacun à l'image du champ d'observation du milieu après le tir de l'onde ultrasonore non focalisée.
Par exemple, on peut déterminer un signal S(t) par la formule suivante :
[Math. 2]
Figure imgf000027_0001
dans laquelle : si est le signal brut perçu par le transducteur n° i après le tir d'onde ultrasonore de compression, t(x,z) est le temps mis par l'onde ultrasonore de compression pour atteindre le point du champ d'observation de coordonnées (x,z), avec t = 0 au début du tir, di(x,z) est la distance entre le point du champ d'observation de coordonnées (x,z) et le transducteur n° i, ou une approximation de cette distance, V est la vitesse moyenne de propagation des ondes acoustiques ultrasonores de compression dans le milieu viscoélastique observé, et ai(x,z) est un coefficient de pondération tenant compte de lois d'apodisation (en pratique, on pourra dans de nombreux cas considérer que ai(x,z) = 1).
La formule ci-dessus s'applique mutatis mutandis lorsque le champ d'observation est à 3 dimensions (réseau bidimensionnel de transducteurs), en remplaçant les coordonnées spatiales du plan (x,z) par des coordonnées spatiales (x,y,z).
Après l'étape optionnelle de formation de voies, l'unité centrale CPU mémorise dans une mémoire centrale M appartenant à la baie 7 les signaux d'images S(x,z) correspondent au dernier tir. Ces signaux peuvent également être mémorisés dans le micro-ordinateur 4 afin qu’il effectue lui-même le calcul de l’image du milieu (I).
D’autres techniques de génération d’image du milieu (I) existent, comme les techniques d’imagerie synthétique. Toutes technique d’imagerie permettant d’obtenir des images du milieu est utilisable. De préférence on utilisera une technique permettant d’obtenir des images à grande cadence.
Détermination de l’élasticité statique (« strain »)
Le procédé décrit ci-dessous est connu comme l’imagerie d’élasticité statique (« strain »). La succession temporelle de données (ou image ou données d’image) d’élasticité statique (« strain ») peut être utilisée pour observer l’évolution de déformation réelle estimée (comme décrit ci-dessus).
Les images du milieu (lk) peuvent être traitées par corrélation et avantageusement par intercorrélation soit deux à deux, c’est-à-dire entre une image du milieu d’indice k (lk) et l’image du milieu du milieu d’indice k-1 (IM).
L'intercorrélation peut être réalisée par exemple dans un circuit électronique spécialisé DSP appartenant à la baie 7, ou être programmée dans l'unité centrale CPU ou dans le micro-ordinateur 4.
Au cours de ce processus d'intercorrélation, on maximise une fonction d'intercorrélation < Sk-i(x,z) ,Sk(x,z) > afin de déterminer le déplacement subi par chaque particule 5 donnant lieu à un écho ultrasonore.
Des exemples de tels calculs d'intercorrélation sont donnés dans l'état de la technique, notamment dans les documents suivants : - "Internai displacement and strain imaging using speckle tracking", O'Donnell et al, IEEE transactions on ultrasonic, ferroelectrics, and frequency control, vol. 41, n° 3, mai 1994, p. 314-325 )
- "Elastography: a quantitative method for imaging the elasticity of biological tissues", Ophir et al. , Ultrasonic imaging., vol. 13, p.111-134, 1991), et
- "Pyramidal Implémentation of the Lucas Kanade Feature Tracker. Description of the algorithm.", J-Y Bouguet, Intel Corp.
On obtient ainsi un champ de déplacement, c’est à dire un ensemble de vecteurs déplacements ou u(x,z,t) en chaque position (x,z) du milieu 2, que l’on peut noter Uk(x,z) en remplaçant la variable de l’instant temporel t par l’indice d’image k. Ces vecteurs déplacements peuvent éventuellement être réduits à une seule composante ou à deux ou trois composantes. Dans l’exemple considéré, le champ de déplacement Uk à l’indice d’image k est :
[Math. 3]
Figure imgf000029_0001
Ce champ de déplacement (ensemble de vecteurs déplacements) est stocké dans la mémoire M ou dans le micro-ordinateur 4.
On peut construire une image du champ de déplacement IUK, et l’ensemble des images du champ de déplacement IUK correspondant à la succession temporelle des images du milieu peuvent être visualisés, notamment au moyen de l'écran 4a du micro-ordinateur, par exemple, sous la forme d'un film ralenti où la valeur des déplacements est illustrée par un paramètre optique tel que par un niveau de gris ou par un niveau chromatique.
Détermination d’images de déformation partielle lAsk
On peut alors calculer les déformations partielles De en chaque point du milieu 2, c'est à dire des vecteurs dont les composantes sont les dérivées des composantes des vecteurs déplacements respectivement par rapport aux variables d'espace (coordonnées selon X, Z dans l'exemple considéré), c’est-à-dire
[Math. 4] Eventuellement, selon un exemple de mise en œuvre, seule la déformation/déformation partielle uni-axiale en direction Z est calculée. En effet, la compression liée à la pression externe de la sonde est principalement dans cette direction. De la même manière, dans un calcul suivant de contrainte, seul la contrainte/contrainte partielle uni-axiale dans la direction Z est éventuellement calculée. On simplifie ainsi les calculs.
Comme pour les vecteurs déplacements, on peut construire une image de déformation partielle (IDek) à partir de l’ensemble des déformations partielles calculées en tout point de coordonnées (x, z) du plan X-Z (plan d’image).
Ces vecteurs de déformations partielles ou images de déformation partielles (IDek) peuvent être visualisés, notamment au moyen de l'écran 4a du micro-ordinateur, sous la forme d'un film ralenti.
Détermination du mouvement du milieu par la pression externe
La déformation du milieu 2 liée aux variations de la pression externe P exercée sur la surface extérieure 3 est une déformation lente, élastique quasi-uniforme. Cette déformation se propage à l’intérieur du milieu viscoélastique 2, et provoque le déplacement des particules 5 et des éléments inclus dans le milieu 2.
La déformation externe provoquée par la pression externe P peut être considérée comme provoquant un mouvement entre une image du milieu d’indice k (lk) et une image du milieu précédente d’indice k-1 (lk-i).
Le mouvement peut alors être déterminé par le champ de déplacement (Uk) entre une image du milieu d’indice k et une image du milieu précédente d’indice k-1.
Notamment, ce mouvement peut être modélisé par une transformation géométrique Tk d’indice k qui représente d’une manière générale et de manière simple l’ensemble des déplacements du champ de déplacement à l’étape d’indice d’image k, Uk(x, z), c’est-à-dire avec un nombre de paramètres très réduit, et par exemple inférieur à dix. Selon une première variante, la transformation géométrique Tk comprend une translation, comme cela est représenté entre la figure 2A et la figure 2B.
Selon une seconde variante, la transformation géométrique Tk comprend une translation et une homothétie. Selon une seconde variante, la transformation géométrique Tk comprend une translation, une homothétie et une rotation.
Ainsi, dans le plan X-Z, plan d’image, la transformation géométrique peut être mise sous une forme matricielle du type :
[Math. 5]
Tfc
Figure imgf000031_0001
avec les paramètres de la transformation géométrique (Tk) suivants :
Tx, Ty coefficients de translation dans le plan d’image, Hx, Hz coefficient d’homothétie le plan d’image, et
Q angle de rotation d’axe perpendiculaire au plan d’image. Ainsi, si l’on prend trois points P 1 , P2, et P3 de l’image de cordonnées respectives (x1,z1), (x2,z2), (x3,z3), on a les relations suivantes :
[Math. 6]
Figure imgf000031_0002
avec : dx1 = uxi dz1 = uzi dx2 = Ux2 dz2 = uZ2 dx3 = uX3 dz3 = uZ3 pour reprendre les notation des composantes X et Z des vecteurs déplacements des points P1 , P2 et P3.
En outre, on a une relation permettant de calculer la transformation géométrique Tk à partir des matrices A et B précédentes, c’est-à-dire une matrice A correspondant aux cordonnées des trois points dans l’image, et une matrice B correspondant aux coordonnées de ces mêmes trois points avec les déplacements de ces points (le mouvement). Ainsi, la matrice de la transformation géométrique est obtenue par le produit matriciel de la matrice B et de l’inverse de la matrice A :
[Math. 7]
Tfc — B.A_1
L’application de cette relation permet de calculer la transformation géométrique Tk à partir de trois points P 1 , P2, P3.
Inversement, une fois la transformation géométrique Tk établie, cette relation permet de connaître les coordonnées (x, z) de tout point P par la relation inverse :
[Math. 8]
B = Tk. A
Alors, une compensation de tout type d’images à partir des mouvements précédents peut être effectué par multiplication matricielle des transformations géométriques précédentes, c’est-à-dire par multiplication matricielle des transformations géométriques T,, l’indice i variant de 1 à k.
Les relations précédentes établies avec 3 points peuvent être généralisées à un groupe de points de l’image, le groupe de points comprenant 3, 4, 5 ou 6 points de l’image. Le groupe de points comprend entre trois et dix points de l’image.
En outre, dans une variante, on prendra avantageusement une population de trois points (de groupe de points) de l’image, ladite population comprenant un nombre Ng de groupes de points de grande valeur. Par exemple, la taille de cette population, le nombre Ng de groupes de points est supérieur à cent. Alors, les paramètres de la transformation géométrique Tk sont obtenus par des valeurs médianes des paramètres calculés à partir de la population des groupes de points de l’image.
Notamment, cette technique peut être appliquée à une image du champ de déplacement Uk pour en déduire le mouvement entre une image du milieu d’indice k et une image du milieu précédente d’indice k-1.
Grâce à l’utilisation d’une population de groupes de points, on peut déterminer une transformation géométrique qui représente de manière plus globale le mouvement entre l’image du milieu d’indice k et une image du milieu précédente d’indice k-1.
Avantageusement, la sélection des points dans chaque groupe se fait de manière aléatoire dans l’image. Grâce à cette disposition, on peut déterminer une transformation géométrique qui représente de manière plus globale et plus fiable le mouvement entre images.
Détermination d’une image d’élasticité par ondes de cisaillement du milieu IEk
Le procédé décrit ci-dessous est connu comme l’imagerie d’élasticité par ondes de cisaillement du milieu. La succession temporelle de données (ou image ou données d’image) d’élasticité par ondes de cisaillement peut être utilisé pour quantifier l’élasticité non linéaire du milieu (comme décrit ci-dessus).
Le document US 2005/252295 propose une technique d’imagerie d’élasticité du milieu viscoélastique 2 : Le dispositif d’imagerie 1 étudie la propagation des ondes élastiques de cisaillement dans ce milieu. Les mouvements des ondes élastiques de cisaillement sont suivis par les moyens décrits précédemment, et notamment par le micro-ordinateur 4.
On procède en plusieurs étapes :
(e1.1) une étape d'excitation au cours de laquelle le micro-ordinateur 4 fait générer une onde élastique de cisaillement dans le milieu viscoélastique 2, en faisant émettre au moins une onde ultrasonore focalisée dans le milieu viscoélastique par la sonde 6,
(e1.2) une étape d'observation au cours de laquelle on observe la propagation de l'onde de cisaillement simultanément en une multitude de points du champ d'observation dans le milieu viscoélastique 2, cette étape comprenant des sous- étapes durant lesquelles on génère une pluralité d’images intermédiaires du milieu llj k temporellement successives, j étant un indice d’image intermédiaire compris entre 0 et M inclus, M+1 étant le nombre d’images intermédiaires produite.
Chaque image intermédiaire du milieu est par exemple générée par le procédé de détermination d’une image du milieu lk précédemment décrit, dans lequel on fait émettre au moins un tir d’onde ultrasonore de compression non focalisée par la sonde 6, et on détecte et enregistre par la sonde 6 les signaux acoustiques reçus, et on traite ces signaux acoustiques pour construire une image intermédiaire du milieu (llj,k).
La focalisation et la chronologie de l’onde ultrasonore focalisée émise à l’étape (e1), ainsi que la chronologie des ondes ultrasonores non focalisées émises à l’étape (e2), sont adaptées pour que des ondes ultrasonores non focalisées parviennent dans le champ d’observation lors de la propagation de l’onde de cisaillement dans ce champ d’observation. Ainsi, l’onde de cisaillement est visible dans les images intermédiaires du milieu llj k générées.
On procède alors à :
(e1.3) une étape de traitement des images intermédiaires du milieu pour déterminer une image d’élasticité du milieu IEk.
Les images intermédiaires du milieu llj k sont traitées pour calculer un champ de déplacement Uj,k, par exemple par corrélation ou intercorrélation comme précédemment. Par exemple par intercorrélation entre une image intermédiaire du milieu d’indice j (llj,k) et l’image intermédiaire du milieu du milieu d’indice j-1 (lj-i,k).
Les vecteurs de déplacement déterminés sont utilisables pour visualiser la propagation de l’onde de cisaillement sous la forme d’un film. On calcule éventuellement en outre les déformations partielles De en chaque point du milieu 2 à partir du champ de déplacement.
A partir des champs de déplacements ou de déformations, le micro-ordinateur 4 peut avantageusement procéder ensuite à une étape de cartographie au cours de laquelle, à partir de l'évolution du paramètre de mouvement (déplacement ou déformation partielle) au cours du temps dans le champ d'observation, on calcule au moins un paramètre de propagation de l'onde de cisaillement, soit en certains points du champ d'observation choisis, soit dans tout le champ d'observation. On peut alors construire une image d’élasticité IEk, correspondant à l’ensemble des paramètres des de propagation de l’onde de cisaillement aux divers points du champ d’observation.
Cette image d’élasticité IEk du milieu peut être visualisée, notamment au moyen de l'écran 4a du micro-ordinateur où la valeur du paramètre de propagation est illustrée par un paramètre optique tel que par un niveau de gris ou par un niveau chromatique.
Le paramètre de propagation de l'onde de cisaillement qui est calculé au cours de l'étape de cartographie est choisi par exemple parmi :
- la vitesse Cs des ondes de cisaillement, ou
- le module de cisaillement m, ou
- le module d'Young E=3m, ou
- l'atténuation a des ondes de cisaillement, ou
- l'élasticité du cisaillement m1 , ou
- la viscosité de cisaillement m2, ou
- le temps de relaxation mécanique TS des tissus du milieu.
Par exemple, on peut calculer en différents points du champ d'observation :
- la valeur de la célérité Cs de l'onde de cisaillement, qui donne accès à la dureté des tissus,
- la valeur du temps de relaxation mécanique TS des tissus, caractéristiques de la viscosité locale du milieu.
Pour cela, on utilise un modèle de propagation de l’onde de cisaillement, par exemple représenté par l'équation de propagation suivante, à laquelle obéissent les déplacements u engendrés par les ondes de cisaillement en chaque position r du milieu :
[Math. 9]
Figure imgf000035_0001
OU p est la densité des tissus
TS est le temps de relaxation mécanique des tissus, et cS est la célérité de l'onde de cisaillement, directement reliée au module d'Young E des tissus par la relation :
[Math. 10]
Figure imgf000036_0001
La résolution de cette équation de propagation avec l’ensemble des déplacements u permet d’obtenir les paramètres de propagation (cS, TS) cités ci-dessus.
Des variantes de calcul du/des paramètre(s) de propagation sont possibles. Notamment, on peut utiliser l’équation d’onde dans le domaine de Fourier, en moyennant par exemple les valeurs sur une bande de fréquences. On peut aussi utiliser les déformations partielles à la place des déplacements.
On peut également établir des cartographies des paramètres de propagation, i.e. des images d’élasticité, avec des ondes de cisaillement différentes. Il est alors possible de les combiner, par exemple en les moyennant, de façon à obtenir une cartographie plus précise.
La vitesse de propagation de l’onde de cisaillement dans le milieu 2 est suffisamment grande pour considérer qu’il n’y a pas de variation de la pression externe P exercée sur la surface externe 3 pendant ce processus durant lequel on prend une pluralité d’images du milieu (images intermédiaires) destinées à déterminer une image d’élasticité IE (paramètre de propagation de l’onde de cisaillement). Ainsi, ces images du milieu ne sont pas corrigées par les mouvements du milieu.
Par contre, l’image d’élasticité du milieu IEk doit être corrigée avec le mouvement à l’instant temporel considéré ou à un instant temporel proche (représenté par l’indice k) pour pouvoir être comparée à l’image du milieu initial lo, ou pour pouvoir être comparée à l’image de déformation corrigée Iek*
Détermination d’une image d’un paramètre de non linéarité INLk Dans un domaine élastique linéaire, le milieu 2 se déforme proportionnellement à la contrainte s et suit la loi de Hooke :
[Math. 11] s = E0. e ou
Eo est le module d’Young du domaine linéaire, et e est la déformation
Dans un domaine élastique non linéaire, cette proportionnalité n’est plus valable. Dans la plupart de cas, le module d’Young E du matériau du milieu 2 augmente avec la compression.
On définit alors le module d’élasticité ou module d’Young E comme étant la pente de la courbe contrainte-déformation, c’est-à-dire :
[Math. 12]
Ds
E άe ou
E est le module d’Young,
Ds est la variation de contrainte locale, c’est-à-dire la contrainte partielle, avec Ast est l’élasticité statique quantifiée à l’instant (t) par rapport à l’instant (t-At), et donc De est la variation de déformation locale, c’est-à-dire la déformation partielle Ast pour (Dί) tendant vers zéro.
Un paramètre de non linéarité de l’élasticité peut par exemple être le coefficient de Landau appelé le module d’élasticité en cisaillement du troisième ordre A mentionné dans les documents :
- « Acoustoelasticity in soft solids: Assesment of the non-linear shear modulus with the acoustic radiation force », Gennisson et Al., J. Acoust. Soc. Am (122), December 2007, p. 3211-3219, et - « Quantitative Imaging ofNonlinear Shear Modulus by Combining Static
Elastography and Shear Wave Elastography », H. Latorre-Ossa et Al., IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol. 51, no. 4, p. 833-839, Notamment, l’équation (1) de ce dernier document peut être réécrite sous la forme d’une relation (R1) entre l’élasticité (module d’Young) E et la contrainte s :
[Math. 13]
Figure imgf000038_0001
ou E est le module d’Young ou module d’élasticité,
Eo est le module d’Young du domaine linéaire, c’est-à-dire le module d’Young du matériau du milieu sans compression, donc la première image d’élasticité corrigée dans la succession temporelle des images s est la contrainte et par exemple la contrainte sz uni-axiale dans la direction Z, verticale, correspondant sensiblement à la compression induite par la pression exercée externe par l’utilisateur de la sonde 6, et
A est le paramètre de non linéarité recherché.
Par différentiation de la relation R1 précédente, on obtient :
[Math. 14]
Figure imgf000038_0002
En divisant par la définition du module d’Young de l’équation (eq. 1) et par intégration on obtient une relation R2 entre l’élasticité (module d’Young) E et la déformation e, soit :
[Math. 15] OU
E est le module d’Young
Eo est le module d’Young du domaine linéaire, c’est-à-dire le module d’Young du matériau du milieu sans compression, donc la première image d’élasticité corrigée dans la succession temporelle des images ln() est la fonction de logarithme népérien e est la déformation, et
A est le paramètre de non linéarité à déterminer.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé ultrasonore pour quantifier l'élasticité non linéaire par ondes de cisaillement d'un milieu, le procédé comprenant les étapes suivantes :
Al. Collecte d'une succession temporelle de données d'élasticité par ondes de cisaillement du milieu,
A2. Application d'une déformation successivement changeante au milieu selon une séquence de déformations prédéterminée pendant la collecte des ondes de cisaillement,
A3. Observation de l'évolution de déformation réelle, et B. Quantification de l'élasticité non linéaire du milieu en fonction de la succession temporelle de données et l'évolution de déformation.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'observation de l'évolution de déformation réelle est effectuée en temps réel ou en quasi temps réel.
[Revendication 3] Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la déformation successivement changeante est appliquée par l'intermédiaire d'une sonde ultrasonore en successivement compressant ou en successivement décompressant le milieu par la sonde, la sonde étant simultanément utilisée pour collecter la succession temporelle de données et/ou pour observer l'évolution de déformation réelle.
[Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la compression successive et/ou la décompression successive est effectuée de manière continue et progressive.
[Revendication 5] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape d'observation de l'évolution de déformation réelle comprend la collecte d'une succession temporelle de données ultrasons du milieu.
[Revendication 6] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel un niveau de déformation réelle estimée et un niveau de déformation cible sont notifiés sur une interface utilisateur, et dans lequel la déformation réelle estimée correspond à la déformation observée, notamment en temps-réel, et la déformation cible change selon la séquence de déformation prédéterminée, notamment en temps-réel.
[Revendication 7] Procédé selon la revendication 6, dans lequel le niveau de déformation réelle estimé et le niveau de déformation cible sont affichés sur un écran de l'interface utilisateur.
[Revendication 8] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les données d'élasticité par ondes de cisaillement produites à l'étape (Al) sont générées par les sous-étapes suivantes :
Al.l. une étape d'excitation au cours de laquelle on génère une onde de cisaillement dans le milieu, en faisant émettre au moins une onde ultrasonore focalisée,
Al.2. une étape d'observation au cours de laquelle on observe la propagation de l'onde de cisaillement en acquérant une succession temporelle de données ultrasons du milieu,
Al.3. une étape de traitement au cours de laquelle on détermine les données d'élasticité à partir desdites données ultrasons du milieu et d'un modèle de propagation d'onde de cisaillement.
[Revendication 9] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la collecte d'une succession temporelle de données et l'observation du changement successif de la déformation sont mises en place par une séquence ultrasons en intercalant des tirs l'élasticité par ondes de cisaillement et des tirs d'élasticité statique, et/ou lesdites données d'élasticité statiques et lesdites de données d'élasticité par ondes de cisaillement sont temporellement entrelacées.
[Revendication 10] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre l'étape :
Al'. Collecte d'une succession temporelle de données d'élasticité statique (Ast) du milieu, dans lequel, dans l'étape A3, la déformation réelle est déduite par l'élasticité statique
(De t).
[Revendication 11] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel une élasticité statique totale (st) est déterminée en fonction d'une intégration des valeurs d'élasticité statique (Ast), et dans l'étape A3, la déformation réelle est déterminée en fonction de I' élasticité statique totale (st) déterminée.
[Revendication 12] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre l'étape :
A6. Détermination d'un paramètre de qualité en fonction de au moins un des paramètres suivants : l'élasticité par ondes de cisaillement (Et), l'élasticité statique (Ast) et l'élasticité statique totale (st).
[Revendication 13] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le paramètre de qualité est déterminé en fonction d'une comparaison d'une valeur actuelle (st) et une valeur précédente (e^) de G élasticité statique totale, et/ou le résultat de qualité est une variable booléenne, et/ou le paramètre de qualité est déterminé en fonction de ce que la valeur actuelle (fit) dépasse la valeur précédente (e^) de G élasticité statique totale augmentée ou diminuée d' un premier seuil de différence.
[Revendication 14] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 12 à 13, dans lequel le paramètre de qualité est déterminé en fonction d'une durée minimale, pendant laquelle le niveau de déformation réelle estimée correspond au niveau de déformation cible.
[Revendication 15] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 12 à 14, dans lequel le paramètre de qualité est déterminé en fonction qu'une entropie des valeurs actuelles de l'élasticité par ondes de cisaillement (Et), et/ou de l'élasticité statique (Aet ) se trouvent à l'intérieur d'un gamme prédéfinie.
[Revendication 16] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 12 à 15, dans lequel tant que le paramètre de qualité déterminé dépasse un premier seuil de qualité minimale, dans l'étape B les valeurs actuelles de l'élasticité par ondes de cisaillement (Et*), et de l'élasticité statique totale (e/) sont utilisées pour quantifier l'élasticité non linéaire du milieu.
[Revendication 17] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 12 à 16, dans lequel tant que le paramètre de qualité déterminé ne dépasse pas le seuil de qualité minimale : les valeurs actuelles de l'élasticité par ondes de cisaillement (Et), et de l'élasticité statique totale (et ) ne sont pas utilisées pour quantifier l'élasticité non linéaire du milieu, , et/ou une information de rétroaction représentant le paramètre de qualité déterminé est présentée à un utilisateur de la sonde, et/ou le procédé est optionnellement répété dans un prochain cycle (t+1).
[Revendication 18] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 12 à 17, dans lequel la séquence de déformations prédéterminée est adaptée en fonction du paramètre de qualité, et/ou la séquence de déformations prédéterminée est interrompue ou mise en pause, si le paramètre de qualité déterminé ne dépasse pas le seuil de qualité minimale.
[Revendication 19] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre l'étape :
C. Détermination d'une information visuelle représentant le niveau d'élasticité non linéaire du milieu comprenant au moins une image, et/ou un score, et/ou un symbole montrant le niveau d'élasticité non linéaire du milieu.
[Revendication 20] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 10 à 19, comprenant en outre l'étape :
D. Présentation d'une information de rétroaction à un utilisateur de la sonde, comprenant au moins une information parmi : la déformation réelle, le paramètre de qualité, et l'information visuelle.
[Revendication 21] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les étapes Al. à B. ou Al. à C. ou Al. à D. sont répétées, et/ou les étapes Al. à B. ou Al. à C. ou Al. à D. sont répétées jusqu'à ce qu'au moins une des conditions suivantes soit satisfaite : le paramètre de qualité déterminé ne dépasse pas un deuxième seuil de qualité minimale qui est inférieur au premier seuil de qualité minimale, et/ou, un nombre maximal d'itérations a été effectué, et/ou un temps maximal du procédé est écoulé, et ou un nombre minimal de quantification de l'élasticité non linéaire du milieu a été effectué.
[Revendication 22] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre les étapes :
A4. Collecte d'une succession temporelle de données mode B du milieu pour calculer une compensation de mouvement du milieu relative à la sonde,
A5. Application de la compensation aux données d'élasticité.
[Revendication 23] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel lesdites données mode B, lesdites données d'élasticité statique et lesdites données d'élasticité par ondes de cisaillement sont temporellement entrelacées.
[Revendication 24] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les étapes (Al) à (A3) ou (Al) à (A6) sont effectuées simultanément, et/ou les étapes (Al) à (A3) ou (Al) à (A6) ou (Al) à (D) sont effectués en temps-réel ou en quasi temps-réel.
[Revendication 25] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, pour chaque instant de la succession temporelle de données ou au moins pour quelques-uns des instants, la valeur d'un paramètre de non linéarité des ondes de cisaillement est déterminée en effectuant un ajustement de régression linéaire selon l'équation :
[Math. 16]
3A
Iog(ff (£}} = log{¾) - s-— C Q dans laquelle : E(t) est l'élasticité à chaque instant de déformation lors de l'évolution de déformation,
Eo est l'élasticité à un premier instant (tO), e est la déformation, et
A est le paramètre de non linéarité de cisaillement.
[Revendication 26] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre : une étape (0) préalable à l'étape (Al), dans laquelle au moins une image ultrasons ou IRM (imagerie par résonance magnétique) ou mammographie ou image d'élasticité par ondes de cisaillement du milieu est déterminée, sans application d'une déformation selon une séquence de déformation prédéterminée, et durant laquelle est déterminée une zone d'intérêt (ROI région of interest) pour laquelle on quantifie l'élasticité non linéaire selon les étapes (Al) à (B).
[Revendication 27] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une carte de confiance est affichée en parallèle de l'affichage de l'image d'élasticité non linéaire.
[Revendication 28] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel pour chaque donnée ou pour chaque pixel de l'image, une valeur d'élasticité non linéaire en regard d'une valeur de référence prédéfinie est affichée.
[Revendication 29] Procédé ultrasonore pour quantifier l'élasticité non linéaire par ondes de cisaillement d'un milieu en utilisant un dispositif d'imagerie (1) comprenant une sonde ultrasonore (6), un micro¬ ordinateur (4), et optionnellement une interface utilisateur, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- positionner la sonde à la surface du milieu,
- activer un premier mode d'imagerie de l'élasticité non linéaire par ondes de cisaillement (NL-SWE), pendant lequel, la sonde appliquant une déformation selon une séquence de déformation prédéterminée, en progressivement compressant ou en progressivement décompressant le milieu : o le dispositif collecte une succession temporelle de données ultrasons imageant les ondes de cisaillement générées dans le milieu à l'aide de la sonde permettant de déduire l'élasticité du milieu, et o le dispositif collecte une succession temporelle de données ultrasons permettant de déduire une évolution de déformation du milieu appliqué par la sonde,
- quantifier l'élasticité non linéaire du milieu, qui est calculée en fonction de la succession temporelle de données et l'évolution de déformation observée,
- optionnellement afficher sur l'interface utilisateur une image de l'élasticité non linéaire du milieu,
- optionnellement enregistrer la succession temporelle d'images, comprenant des calculs et mesurages prédéfinies des images,
- optionnellement afficher sur l'interface utilisateur la succession temporelle d'images, et
- optionnellement afficher un résultat d'interprétation de l'image non linéaire.
[Revendication 30] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la séquence de déformation prédéterminée comporte une sous étape d'arrêt optionnellement automatique avant l'étape de quantification.
[Revendication 31] Procédé selon l'une des revendications 29 et 30, comprenant en outre, notamment avant l'activation du premier mode :
- positionner la sonde à la surface du milieu,
- activer un deuxième mode d'imagerie d'élasticité par ondes de cisaillement (SWE),
- déterminer au moins une image d'élasticité par ondes de cisaillement du milieu en appliquant des ondes de cisaillement dans le milieu, sans application d'une déformation selon une séquence de déformation prédéterminée,
- enregistrer l'image, optionnellement comprenant des calculs et mesurages prédéfinies de l'image, - déterminer une zone d'intérêt dans l'image pour imager l'élasticité non linéaire de la zone.
[Revendication 32] Procédé pour déterminer une lésion maligne en comparaison d'une lésion bénigne, en utilisant le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la lésion maligne est détectée en fonction de son niveau d'élasticité non-linéaire.
[Revendication 33] Procédé pour déterminer une lésion maligne en comparaison d'une lésion bénigne, en utilisant le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le milieu étudié est le tissu biologique mammaire et/ou axillaire.
[Revendication 34] Dispositif d'imagerie (1) comprenant une sonde ultrasonore (6) et un micro-ordinateur (4) adaptés pour mettre en œuvre le procédé pour quantifier l'élasticité non linéaire d'un milieu selon l'une quelconque des revendications précédentes. ]
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