CN101491449A - 用于医学诊断超声成像的造影剂的破坏效力的确定 - Google Patents

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Abstract

确定(32)造影剂的破坏效力。识别(32)无效破坏造影剂的位置。来自未被破坏造影剂的响应可以区分(34,36)于来自组织饱和的响应,或区分于来自快速灌注的响应。在所获图像中可以对位置加亮(40),向使用者指出(40)与灌注无关的位置。使用者可以根据灌注而不是造影剂破坏不足做出诊断。

Description

用于医学诊断超声成像的造影刑的破坏效力的确定
技术领域
本发明的实施方案涉及医学诊断的造影刑的超声成像.尤其涉及 造影剂灌注之后的破坏和成像。
背景技术
有多种技术可以用于制备具有超声能量的图像造影剂.在 一 系列 更高功率的破坏帧之后,可以对在体内重新灌注造影剂的效果进行监 控。在人体组织中重新灌注的速率可以显示血管分布的水平.血管分 布的状况可以显示组织的健康状态或者癌症区域的化疗或消融疗法的 效力.如果没有完全清除组织中在监控前灌注的造影剂,则速率测量 可能不精确,并且可能会出现误诊.
最大强度投影图像是一项用于监控灌注的技术.可以展示一个时 期中每个空间位置的最大强度.造影刑灌注的最大强度投影可以显示 一个区域中的血流构造和范围,如果最大强度投影之前的造影刑清除 不充分,可能降低这种血管结构显示的空间分辨率。
发明内容
作为介绍,下述优选实施方案包括用于确定造影剂破坏效力的方 法、系统、计算机可读介质、指令.要确认破坏效力不高的造影剂的 位置。未被破坏的造影剂的响应是可以和组织中过度或过快灌注引起 的响应加以区分的.其位置可以在形成的图像中加亮,向用户指出与 灌注无关的位置.
首先,提供一种用于表示造影剂破坏效力的方法.声学能量可以 破坏一个区域内的造影剂.可以测出该区域内造影剂破坏不完全的位 置,该区域内的位置被显示.
其次, 一个计算机可读存储媒体,其中存储了有关由程序处理器 执行的、用于确定造影剂破坏效力的指令的数据。存储媒体包括若干 指令,用于获得在破坏脉冲传输后造影刑响应的基线数据帧
(baseline frame of data),并且根据基线数据帧,在热噪声
5或组织信号的非线性响应或二者都包括在内,和造影刑的不完全破坏 相关的造影刑响应之间进行区分.
笫三,提供了用于确定造影刑破坏效力的一个系统.发送波束形 成器可以用来发送作为造影刑破坏的第一个脉冲,以及发送以最小破 坏造影剂进行成像的第二个脉冲.接收波束形成器可用于形成对第二 个脉冲做出响应的造影剂信号.对第一和第二脉冲的定时,可用来区 分与快速灌注相关的造影刑响应和与不完全破坏相关的造影刑响应.
本发明由下述权利要求做出规定,本节中的内容不应作为对权利 要求的限制.本发明的其它方面和优点将在下面结合优选实施方案进 行论述'
附图说明
各种部件和图形都没有严格按照比例示出,其重点放在说明本发 明的原理,此外,在图中以相同的附图标记代表不同视图中的对应部 件.
图l是用于确定造影刑破坏效力的超声成像系统的一个实施方案 的框图.
图2是用于确定造影刑破坏效力的方法一个实施方案的流程图。 图3是一幅最大强度投影图像的图示,其中指出了未被破坏的造影剂.
具体实施方式
使用者可能想知道灌注成像是从一个完全清除了造影刑的部位开 始的,或者想知道未被破坏的造影刑位于何处.例如,获取了或者产 生了一幅最大强度的投影困像.显示出了图像中具有不充分破坏能量 的区域.使用者可以再次进行成像,增加破坏量或降低造影刑的浓度. 或者,使用者可以酌量降低诊断中的部分内容.根据所显示的破坏效 力图像的范围和形状,使用者可以确定是否有必要重新注射,或者是 否需要增加破坏能量。在显示的一个实施方案中,使用者可以看到高 水平灌注后的、用不同颜色显示的血管和区域,
在最后得到的困像中,对于没有被破坏性能量清除造影刑的区域, 可以用单一颜色或加亮显示.所述加亮可以和一个或多个其它光源加以区分.不同的光源可以提供和造影刑相似的信息。呈现饱和的照亮 部位,例如人体组织,以及热噪声等可以被判断为造影剂.较粗的血 管,或者造影刑迅速流入有关部位的高度灌注区域,可以在破坏之后 立即提供造影剂响应,并被误判为是未经破坏的造影剂.
图1表示用来确定医学诊断超声成像中造影剂破坏效力的系统
10,系统10包括发送波束形成器12、换能器14、存储器15、接收 波束形成器16、控制器17、图像处理器18、运动处理器20、显示器 22.此外,还可以提供若干附加的、不同的或较少的部件,例如,运 动处理器20可以和图像处理器18结合起来,或者作为图像处理器18 的一部分。又例如,控制器17是接收波束形成器16和发送波束形成 器12二者的一部分,也可以是另外的一个部件。
系统10是一个实施方案中的医学诊断超声成像系统,但是也可 以使用其它相同形式(超声)或不同形式的成像系统.在其它实施方 案中,系统10的部分或全部放在一个计算机或工作站里。举例来说, 在处理亊先获得的数据帧时可以不用波束形成器12、 16,或换能器 14。
发送波束形成器12是超声发送器、存储器、脉冲发生器、模拟 电路、数字电路,或者是它们的结合.发送波束形成器12可产生各种 波形,用于具有不同或相关振幅、延迟和/或相位的多个通路。在换能 器14对产生的波形做出响应,传播声波时,就形成一个或多个波束。 发送波束形成器12可以使波束具有特定的相位和振幅。例如,发送波 束形成器12传播一系列与给定的扫描线或相邻扫描线相关的脉冲。而 脉冲和具有不同振幅和/或相关相位的波束相对应.在可供选择的实施 方案中, 一个单独的波束可以用于任何给定的扫描线,以及/或者可以 采用具有相同振幅和/或相关相位的多个波束,
对于造影剂的破坏,声学能量的波形具有大约为1.0 MI或更高 的机械指数(mechanical index),声能使至少一部分造影剂爆发 或被吸收.为了达到所希望的破坏作用,可以对波形或声束的频率、 振幅、功率、焦点,和其它特征加以设定.焦点区域、波束宽度、脉 冲重复频率、扫描模式,或其它特征可加以改变,从而更有效地破坏 造影剂。在一个实施方案中,发送波束形成器12包括美国专利 No. 6,340,348中公开的用于发送破坏能量的部件、操作方法和/或程序,该专利公开的内容以引用的方式结合于此.
对于成像造影刑,可以产生具有较低机械指数(MI)的声能.例 如,0.7MI或更低的声能可以用来限制或避免造影剂遭受破坏.具有 更高MI的声能, 例如与造影刑破坏有关的声能也可以用于成像,
换能器14是一个l-维、1.25-维、1.5-维、1.75-维或2-维 的元件阵列。换能器14包括用于在声能和电能之间进行转换的多个元 件。这些元件具有以压电或电容膜为基础的结构,这些元件和发送与 接收波束形成器12、 16的通道相连接。
接收波束形成器16包括多个放大器、延迟、和/或相位旋转器的 通道,以及一个或多个加法器。每个通道与一个或多个换能器元件连 接。接收波束形成器16应用相对延迟、相位,和/或变迹 (apodization)来形成一个或多个接收波束,从而对每次发送做出 响应。对来自各个通道的聚焦信息进行动态求和.在其它可以采用的 实施方案中,接收波束形成器16是一个可以采用傅立叶变换或其它变 换方式产生样本的处理器。
接收波束形成器16可以包括一个滤波器,例如在二次谐波或与 发送频带有关的其它频带时用于隔离信息的滤波器.这种信息更有可 能包括关于预计的组织、造影刑、和/或流动等的信息。在另一个实施 方案中,接收波束形成器16包括一个存储器或緩冲器和一个滤波器或 加法器,两个或多个接收波束结合起来,在所希望的频带,例如二次 谐波、三次基波(cubic fundamental)、或其它频带,用于隔离信 息.
接收波束形成器16产生造影刑信号,以响应为了成像而发送的 超声脉冲.任何所希望的发送与接收操作序列,都可以用来获得超声 信息.例如,对一个区域进行一次扫描,并检测任何响应的强度,就 可以获得B-模式数据。B-模式可以用于组织成像.相互关系和运动跟 踪可以用来从B-模式数据得出流动数据。B-模式操作可以提供造影刑 信息,例如在二次谐波中通过滤波,隔离信息。可以通过沿每条扫描 线发送波束序列,获得多普勒信息。 一个角旋转存储器可以用来从多 普勒信号中分离组织、造影剂、和/或流动信息.也可以采用现在已知 或今后开发的其它模式。
在一个实施方案中,所用模式是一种造影刑成像的模式,造影剂可以用典型B-模式或多普勒技术成像.造影刑信息主要是对造影刑做 出响应的信息,组织信息主要是对组织做出响应的信息。二次、偶数、 奇数、次级、或其它谐波的隔离信息,更有可能识別来自造影刑的信 息.例如,可以采用双脉冲技术.脉冲的振幅相同,但相位不同。通 过对响应综合计算,可以识别与偶数谐波有关的信息。也可以采用滤 波.作为选择或补充,在接收处理中可以采用相对的相位调整.
在一个实施方案中,可以对发送序列进行控制,从而产生对三次 基波做出响应的回波信号.波束形成器12可用来发送具有至少两个不 同振幅水平的多个脉冲,而这些脉冲中至少有两个具有相对或不同的 相位。发送器功率可以采取任何适当的方式加以改变,例如,可以调 节施加于单个换能器元件的电压,或者调整用来形成特殊脉冲的换能 器元件(或发送孔径)的数量,
为了获取三次基波时的超声数据,接收波束形成器16可以包括 多个行存储器和一个加法器或滤波器以使对发送做出响应的信号结合 起来.行存储器或緩冲器可以作为物理分离存储器,或者选定设置在 共用物理设备中.波束形成的信号存储在行存储器或緩冲器中,然后 在一个加权的加法器中加权并求和,存储器和加法器可以采用模拟或 数字技术,加权的加法器通过对分开的波束形成的接收信号进行加权, 形成合成输出信号。在给定空间位置形成的合成输出信号是与三次基 波响应有关的样本.
美国专利No.6,494,841中公开了获取三次基波信息,该专利 公开的内容以引用的方式结合于此。该专利中公开的任何发送序列和 接收组合的方法都可以用来获取三次基波信息。为了获取三次基波信 息,也可以采用其它发送序列和接收组合的方法,例如,美国专利 No. 6, 602,195、 No . 6 , 632 ,177、 No . 6 , 638 , 228、 No. 6, 682, 482 中所介绍的内容,在这些专利中所公开的内容以引用的方式结合于此. 发出的一个脉冲序列一般具有不同的振幅和相位,改变振幅或采用相 同相位的不同振幅,也可以获得三次基波信息。将对序列做出响应的 接收信号结合起来,可以获取包括三次基波信息在内的样本,由于造 影刑产生三次响应,而传感器和组织产生的三次响应很微弱,所以三 次基波信息是高度针对超声造影剂的,这种信息向组织提供杂波排斥 响应,使成像对造影刑的针对性更强.例如,组织内部的小血管或者更容易识别。在采用三次基波信息时有可能更容易成像.
控制器17是处理器、专用集成电路、数字信号处理器、现场可 编程门阵列、数字电路、模拟电路,或它们的结合.控制器17对发送 和接收波束形成器12、 16的搮作进行控制,例如,控制器17促使发 送波束形成器12发送破坏脉冲.又例如,控制器17促使发送波束形 成器12发送脉冲,并使接收波束形成器16接收对成像造影刑的响应 信号.控制器17可以控制脉冲发送和/或接收的定时。
图像处理器18是一个B-模式检测器、多普勒检测器、脉冲波多 普勒检测器、相关处理器、傅立叶变换处理器、专用集成电路、通用 处理器、控制处理器、现场可编程门阵列、数字信号处理器、模拟电 路、数字电路,它们的组合,或者其它用于检测显示来自波束形成的 超声样本的信息的已知或今后研发的设备.在一个实施方案中,图像
处理器18根据多个表示同一区域或门位置的样本进行快速的傅立叶 变换.每个样本都对三次基波做出响应,因此,从三次基波信息中可 以显示多普勒脉冲波.图像处理器18也可以包括一个在平行轨道上的 B-模式检测器。B-模式检测器以相同的或不同的波束成形样本进行操 作,对组织、造影剂、或组织和造影剂的响应进行检测.例如,主要 为了组织信息的成像,可以在每个空间位置,给B-模式检测器施加一 个来自用于三次基波隔离的接收波束系列的接收波束,
图像处理器18输出超声数据桢,数据帧格式化为采集格式(例 如极坐标)、显示格式(例如,扫描转换为笛卡尔坐标格式或一个图 像),或其它格式.每帧数据表示一维、二维或三维扫描区域.数据 帧包括单一的或多种类型的数据.例如, 一帧数据可以只包括造影刑 信息。又例如, 一帧数据可以包括某些空间位置的造影刑信息,还包 括其它空间位置的另一类型的信息(例如B-模式或多普勒).在相同 空间位置的相同帧中可以提供不同类型的数据.又例如,在不同的数 据帧中可以提供不同类型的数据.
在一个备选的实施方案中,困像处理器18从一个网络或存储器 15中加栽数据.例如,加栽DICOM或其它图像.每个图像构成一个数 据帧。每个帧可以包括不同类型的数据,每个桢菝盖在另一帧的上面, 作为选择,每个帧只包括一种类型的数据,而不同的帧则包括不同的 数据类型,在另一个实施方案中,对每帧进行细分,从而使一部分包
10括一种类型数据,另一部分包括另一种类型数据,所代表的空间位置 可以互相重叠或者不互相重叠.
图像处理器18可以形成基线数据桢。基线数据帧是由造影刑数 据形成的,例如来自对三次基波的响应.可以包括其它数据源,也可 以按照替代方式使用其它数据源。基线数据帧由发送破坏脉冲后获取 的信息形成,例如,可以发送一个或多个破坏脉冲的扫描.在使响应 平息之后,获得一个造影刑数据帧。又例如,可以采用隔行扫描.发 送一条或多条线的破坏脉沖,从而获得一条或多条扫描线的造影剂信 息.就不同的扫描线重复进行这一过程,以至完成整个区域的扫描. 也可以采用其它的基线数据帧,例如原先存储的成像对话中的基线或 模拟基线.
图像处理器18可以形成后续的数据帧。例如,在多次扫描中检 测出了造影剂响应,但没有发现进一步的隔行扫描破坏脉冲.而后续 帧中不论是否有基线帧都可以用于成像,例如形成一系列困像,或产 生一帧用来代表扫描区中每个位置在某一时期最大强度的数据.
图像处理器18识别与未被破坏的造影剂有关的位置.例如,基 线数据桢可以显示出若干位置.阈值以上的任何值都可以认为是未被 破坏的造影刑.为了从基线数据帧的其它响应隔离另外的未被破坏的 造影剂,图像处理器18可以从组织泄露(tissue leakage)、饱和、 热噪声和/或快速灌注中区分不完全破坏的造影刑响应。
作为图像处理器18的一个备选方案,运动处理器20可以检测到 造影剂的不完全破坏.运动处理器20是专用集成电路、相关处理器、 傅立叶变换处理器、通用处理器、控制处理器、现场可编程门阵列、 数字信号处理器、模拟电路、数字电路、緩冲器、存储器,它们的结 合,或者其它用于确定数据帧和检测到的造影刑桢之间相对运动的、 已知或今后研制的设备.运动处理器20可以稳定多个超声数据帧之间 的运动。例如,B-模式或组织信息被用来跟踪各帧之间的运动, 一样 的信息和造影刑信息,根据跟踪到的运动,从帧到帧进行排列.
运动处理器20产生用于显示器22的图像.该困像由单帧或多桢 超声信息产生。例如,单帧或帧序列的造影刑信息是随不完全破坏的 位置而变化的颜色代码。如果一个帧的空间位置指出有造影剂的不完 全破坏,则检测出的造影刑将被着色,或者以不同于其它造影刑的方
ii式加亮,
另一个示例是在空间排列之后,将来自多个帧的数据进行合并。
运动处理器20可以包括持续滤波器、其它滤波器、加法器、Alpha 混合緩冲器、其它緩冲器、存储器、处理器、求和装置,或其它用于 从不同数据帧的信息产生一个图像的设备。例如,运动处理器20对于 从一帧到另一帧或一个正在进行合并的帧的特殊空间位置的数据进行 比较,根据比较(例如,最高值、对平均值的贡献、或最低值),选 择其中的一个数值,或者使正在进行合并的帧更新,将期望值(例如 最大强度投影)包括进去.又例如,运动处理器20可以确定一个平均 值、总和、或其它表示随时间变化的位置或区域的其它值.
显示器20是CRT、监视器、LCD、平板屏面、投影仪或其它显示 装置。显示器20接收用于显示一个图像的显示值.显示值格式化为一 维图像、二维图像或三维表示。在一个实施方案中,显示值是随不同 时间获得的数据帧变化而产生的图像而设的,例如时间强度曲线(TIC) 或最大强度投影(MIP)图像.如果得到了附加的数据帧并加以选择, 则图像可以被更新.其它图像,例如来自单个数据帧或組合数据帧的 图像,也可以被显示.
在单个图像或多个图像中, 一个或多个空间位置(例如像素)将 随不完全破坏造影刑的确定而进行调整.例如,这种像素被着以单色 或用颜色进行调整。可以用不完全破坏造影剂对其它信息进行调整或 显示,例如快速灌注和/或组织响应。在一个实施方案中,与快速灌注 和/或組织响应有关的位置没有采用和不完全破坏造影剂相同的方式 进行调整。
存储器15是緩冲器、随机存取存储器、只读存储器、高速緩存、 硬盘驱动器、可移动的、光学的、闪存的、系统存储器,它们的组合, 或其它已知或今后研发的用于数据帧、图像和/或指令的设备。存储器 15可以是不同存储器的结合体或者是地址分开的区域。在一个实施方 案中,存储器15为了处理器18和/或20,存储要使用的数据,在使 用期间的数据,以及处理后的数据。
困像处理器18和/或运动处理器20依照指令搮作。 一个计算机
可读存储媒体存储作为这两个可编程处理器中的一个或两个都可执行 指令的数据,指令的目的在于确定医学诊断超声成像中造影剂破坏的效力,此处讨论的用于实现过程、方法和/或技术的指令,装备在计算
机可读存储媒体或存储器15上,例如高速緩存、緩冲器、RAM、可移 动媒体、硬盘驱动器、或其它计算机可读存储媒体.计算机可读存储 媒体包括各类易失的和非易失的存储媒体.图中所示或此处讨论的功 能、动作或任务,是为了响应存储在计算机可读存储媒体中的一套或 多套指令而执行的.功能、动作或任务与指令集、存储媒体、处理器 或处理策略的具体类型无关,可以通过软件、硬件、集成电路、固件、 微代码等等执行,单独或联合操作。同样,处理策略可以包括多重处 理、多任务处理、并行处理等等.在一个实施方案中,指令存储在用 于通过本地或远程系统读取的可移动媒体设备中.在其它实施方案中, 指令存储在一个远程位置,通过计算机网络或在电话线上进行发送。 还有一些实施方案,指令存储在一个指定的计算机、CPU、 GPU或系统 内部.
图2示出用于指示或确定医学诊断超声成像中造影剂破坏效力的 方法。该方法可以通过图1的系统或另外一种不同的系统来实施.该 方法可以按所示顺序或另外一种不同的顺序来完成.此外,还可以采 取附加的不同的或较少的动作,例如可以只采取动作26、 28、 32,而 此处不采取其它动作,或者只采取某些其它动作.又例如,可以执行 动作32,而不执行动作34和/或26。又例如,动作38、 40、 42,或 者从动作32到动作26的反馈,可以在任何组合或子集中选择采用或 者全部采用.这些动作在一个部位或二维区域中进行,例如代表该部 位或二维区域的数据帧.
在动作24中,将造影刑导入患者。造影剂作团状,以手工方式 注入,或者通过导管或注射器抽吸.造影剂注入血流或其它传导通路. 造影剂的数量不定.在一个实施方案中,只注射少重造影剂,以减少 自由流动的造影刑的数量.在另一个实施方案中,则注射大量造影剂.
造影剂可以是有壳或没有壳的微泡沫.造影剂中可以包括治疗刑 或者以治疗剂制成,例如治疗患者的药剂.造影剂的表面可能粘连或 附着在组织上。在一个实施方案中,造影剂中包括配合基或其它材料 或结构,更便于粘连或附着在组织上.这种材料或结构的目标是粘连 或附着在某些具体的组织上,例如已死的或发炎的组织,在其它一些 实施方案中,造影刑具有增强的超声成像能力,但不包括其它治疗结构,
在任何一次成像之前或之后,造影刑都在动作26中被破坏。例 如,在最初造影剂灌注或流动期间,使用者可以观察造影刑和/或组织, 造影刑一旦出现并且确认了所希望的成像区域,造影剂就可能被破坏,
从而测定或建立一个所希望的初始条件(例如基线).破坏之后,造 影剂重新对有关区域进行灌注。在备选的实施方案中,造影刑实质性 部分的数量没有被破坏.
为了进行破坏,要发送足以破坏部分或全部造影剂的声能。例如, 在一个或多个位置发送机械指数为0,7或更高的声能.为了保证更可 靠的破坏,要沿多条扫描线中的每一条,发送具有更高功率的多个声 束(例如1.0 MI或更高)。不同的或相同的焦点,或者其它波束特 征,都可以用于沿着扫描线形成的每个波束.由于在对破坏发送做出 响应时基本上接收不到声回波,就可以通过短脉冲的重复间隔,提供 更多的功率.多个发送波束可以用来在给定区域基本上破坏造影刑, 例如扇形、Vecto,或线性成像的扫描区域.该区域可以是所考虑的 区域,也可以是整个视线所及的区域.
破坏可以自动产生. 一次触发亊件,例如时间,或者强度的变化, 都可以启动破坏。也可以选择以手工启动破坏。例如,在高功率下, 使用者可以压下按钮,触发着色多普勒脉冲的传输,但此时不会被接 收。
发送和接收出现在动作28中,制造一系列表示造影刑的超声数 据帧.沿一个区域的扫描线发送具有较低功率的声束,并且接收到对 声束做出响应的回波.由0.7或更低的机械指数提供较低的功率,较 低的频率波形,较小的孔径,较慢的脉冲重复频率,它们的结合或其 它波束特征.
在动作30中,检测出造影剂.在动作28中扫描过的区域包含造 影剂,或者是可能包含造影刑的一块区域.造影刑对超声能量做出响 应.发送破坏脉冲之后,立即在部分或全部区域中清除了造影剂.但 是,由于不完全破坏和/或快速流入,因此在一个或多个位置内还可能 有造影剂.破坏后的笫一幅图像帧可能包括来自造影刑的信息,信息 中也可能包括来自组织或液体的响应。在一个实施方案中,信息是在 超声信号的三次基波中获得的.例如,超声信号在多个具有至少两个不同振幅水平和相位的脉冲中发送。将发送的响应信号合并.在每个 数据帧中有关区域的每个空间位置获取数据。
确定造影刑响应的强度、变化、速率、功率或其它特征.在一个
实施方案中, 一个B-模式检测器用于造影剂和组织信息的检测.作为 选择, 一个单独的检测器,例如多普勒或其它检测器,用来检测造影 刑信息.造影刑信息可以用任何专门用于造影刑的技术进行检测.同 样的接收波束形成的信息或单独的信息也可用于确定空间记录的B-模 式或组织信息.
在数据帧中只表示一类信息,例如只代表造影刑的信息,或来自 造影剂和组织响应的信息,作为选择,数据帧也可以代表不同类型的 数据,例如在相同帧内的信息,或在不同组的帧内的信息,
通过获取超声数据帧,或者通过获得以前产生的超声数据帧(例 如DICOM图像),可以产生一系列数据桢.数据帧可以是通过现场扫 描实时获得的,也可以是从所存储的被检测到的数据片断获得的,一 个系列的数据帧可以大体上是连续的,也可以是周期性的(例如每次 心脏循环可以获得一次或多次)„
一个系列包括表示一个被扫描区域不同时期的数据帧.每个数据 帧表示一个相同的或重叠的区域。有一些桢可以表示不同区域,例如 由于传感器相对于患者的动作超出了平面.
在动作32中, 一个系列中的一个或多个数据帧可以用来检测造 影刑的不完全破坏区域内的位置。例如,可以采用破坏后的第一个数 据帧.任何可能来自造影剂的响应,都被确定为不完全破坏.确定了 响应的位置.
在一个实施方案中,破坏之后可以获得一个基线灌注数据帧.基 线数据帧是破坏后获得的第一个数据帧,例如在破坏之后,尽快在破 坏传输的反响最小时获取的数据帧.基线的数据幀可以包括检测出的 造影刑响应.例如,首先获得的三次基波,或者其它在破坏脉冲后得 到的造影刑成像响应,就是基线灌注困像,C基线.
基线数据帧中造影剂响应的位置与不完全破坏有关,作为选择, 具有超过一个噪声电平阄值的造影刑响应的位置,与不完全破坏有关。 如果在该帧内发现的信号超过信号噪声比阈值,则这些信号被认为来 自未破坏造影剂.噪声电平可以通过对无传输响应的接收来测量,增益的设置进行估算,或者凭经验来确定.
可以对来自组织、热噪声、饱和的响应、或者可能作为造影剂响 应出现的其它来源加以区分,以进一步隔离来自造影剂的不完全破坏
的响应,在动作34中,对热噪声、组织信号的饱和(例如由于前端饱 和造成的组织信号的非线性响应),或二者共同和涉及不完全破坏的 造影剂响应之间进行区分,组织响应可能引起前端饱和,从而导致错 误的造影刑信号.饱和更可能由于靠近传感器的组织的反射而产生。 在基线数据帧中,近场区域比其它区域更有可能显示饱和与组织信号 的泄漏。由于破坏能量广泛分布或较少聚焦于近场,近场比其它区域 更有可能包含未被破坏的造影剂.
为了进行区分,要先识別与组织有关的位置。例如,来自组织的 信号与一个大B-模式信号强度有关,为了进行B-模式检测,要采用隔 离扫描,或采用至少若干来自造影剂检测的波束成形的样本。在一个 实施方案中,破坏完成后立即获取B-模式的数据帧。也可以在另一个 时间里获取B-模式的数据帧,例如在进行动作24之前。在未破坏造 影剂指示的位置中,要排除与超过一个阈值的B-模式数据有关的位置. 这些位置可以在以后的成像中转暗、替换或以唯一性加亮显示,以表 示或者不表示组织的泄漏或饱和.
对于未被破坏的造影刑来说,可以采用与组织无关的位置。例如, 要识别与小于一个阈值水平的B-模式组织响应有关的位置,以及超过 阈值B-模式响应无关的位置.对于未被破坏的造影刑来说,基线数据 帧用来识别具有超过第一阈值的信噪比的位置.这些位置的子集和低 于第二阈值的B-模式强度相对应。这些位置的子集被识别为未被破坏 的造影剂,
与血管相关的区域可能有造影剂快速流入.由于来自破坏脉冲的 反响在获得基线数据帧之前被减弱,有一些造影剂可能流入造影刑被 破坏的区域,流动可能导致在基线数据帧中发现造影刑.如果接受这 一假象,这些造影剂可以被确认为来自不完全破坏。
作为选择,可以避免检测出与快速流入有关的造影剂.在动作36 中,对于与快速灌注有关的造影刑响应和与不完全破坏有关的造影剂 响应进行了区分,可以采用扫描区域内的位置,采用被发现造影刑的 区域大小和形状,或采用其它特征.作为选择或补充,通过在基线数据帧中取消快速流入造影刑的检 测,可以将快速流入和不完全破坏加以区分。对于破坏、成像脉冲或 传输等的定时,可以用来区分与快速灌注有关的造影剂响应和与不完 全破坏有关的造影刑响应。
一系列破坏脉冲(D)和成像脉冲(C)通过帧或者通过扫描,隔 行交替进行。例如,采用每个数据帧可以有四行。扫描线的数量可以 多一些.每个破坏脉冲D代表一个单独的高功率脉冲,每个C代表三 个脉冲构成的一个组,其中第一和第三个脉冲为1/2振幅,中间的脉 冲具有完整振幅以及为了检测三次基波响应的相反相位.该系列表示 为:D0DiD2D3 D0DiD2D3 D0DiD2D3 CoCiC2C3 C0CiC2C3 C0C1C2C3…。 检测出来的第一个系列C提供基线灌注帧,该基线帧可以用来指示不 完全破坏区域,但是也可以包括来自快速流入的造影刑响应.
采取隔行交替传输破坏,并传输对造影剂的检测,这种方式可以 进一步区分快速流入和不完全破坏.脉冲的时间被设定来提供破坏和 成像脉冲的行交替.可以沿着一条扫描线发送多个破坏脉冲,随后沿 同 一扫描线发送成像脉冲,而不是对每个破坏和成像系列的扫描区域 进行全面扫描。完成该条扫描线后,再对另一条扫描线重复这一过程。 随后就出现没有破坏脉冲的成像搮作.中间可以插入沿其它扫描线的 破坏和/或成像脉沖.
在行交替的一个示例中,发送出 一 系列减少了破坏和造影剂检测 之间时间的脉冲。时间减少改善了不完全破坏和快速灌注之间的差别. 采用上述示例中的标识D和C, 一个典型的系列可以写作:D。D"2D3 D0D0C0DiDiCiD2D2C2D3D4C3 C0CiC2C3 C0CiC2C3...,在这个示例中,以 具有一个或多个高振幅破坏脉冲的行交替方式,来获取基线灌注帧. 在基线数据帧中检测出的来自快速灌注的造影刑可能会少 一些.
为了进一步区分不完全破坏和快速流入,要将所有破坏操作之后 的第一个完全帧与基线灌注帧进行比较,以确定快速流入区域.由于 血管的结构,快速流入只在相同位置出现.在数据的第一个完全帧中 可以确定无疑地识别这些区域。这些区域可以排除在来自基线数据帧 的不完全破坏的规律之外.在基线的数据帧中保留的造影刑位置被认 为来自于不完全破坏。
在动作38中,产生一个表示该区域的灌注的图像。例如,基线的数据帧以及随后的数据帧用来产生表示灌注的一系列数据帧,又例 如,数据帧被组合起来产生一个或多个图像. 一种组合是数据帧的低 通滤波.另一种典型的组合是在破坏之后,形成了一个运动得到补偿 的造影刑响应的最大强度投影图像.采用在一段时间内运动得到补偿 的最大强度投影(MIP),可以将基线灌注帧之后的帧累积起来,基线 灌注帧也可以累积在内,例如累积从l到20秒的数据帧。可以采用任 何时期,在一秒钟或其它时间内获取的基线桢.可以产生关于累积起 来的不同时期的一系列图像(例如,从基线到5秒,从基线到10秒…)。
由于帧是随时间获取的,因此运动补偿可以用来限制或避免由于 传感器和/或患者运动造成的图像模糊,对超声数据帧之间的运动要进 行修正,参考帧(例如基线帧)和其它帧之间的空间关系,或按顺序 相邻的帧之间的空间关系要得到稳定。对于每个新的数据帧来说,以 前的或按时间相邻而选择的数据桢可以用作参考帧.作为选择,为了 对时间上隔离的数据帧进行比较,要采用相同的参考帧.
造影剂信息的空间关系要进行修正。可以采用造影剂信息来确定 运动的情况.在其他实施方案中,B-模式或组织信息用来修正对造影 剂信息所采取的运动,在声畴(acoustic domain)、笛卡尔区域 或任何其它坐标空间中获取稳定。
对运动要进行跟踪.把来自一个数据帧的数据与其它数据帧中的 不同区域联系起来,找出最佳或充分的匹配关系.可以根据相关性、 交叉相关性、绝对差别的最小和、或者其它功能来表示两个数据帧之 间的相似程度.在搜索模式中,可以通过按另一数据帧的相对关系、 重新配置一个数据帧的位置,而决定各种相对位置的匹配或相似程度, 可以采用任何搜索模式,例如以过去的运动、行程和细微的搜索系列 为基础的搜索,或以典型运动为基础的搜索.与最佳相似性有关的位 置,可以显示各个数据帧之间的运动.
可以对总体的或局部的运动进行修正,对于总体运动,要采用整 个数据桢。作为选择,可以将所关注的区域,例如大约占总面积或总 体积l/3的区域,用于对比。可以对所搜索的区域进行限制,例如只 在一个特殊范围内进行搜索。对于局部运动,可以对多个区域分别跟 踪。最后的运动可以随每个子区域的运动变化而确定,例如通过求平 均值,可以确定一个相对的平行移动和/或一个沿着一维或多维数的旋 转,从而对运动进行修正.在一维或多维数中来确定运动,运动可以 只是橫向的,在两维图像的平面中运动,或者是沿着三维扫描的三个 轴进行运动.也可以选择确定沿着更多的轴进行一定数量的旋转。
确定了相对运动以后,就可以重新分配排列的空间位置。每个数 据帧的空间位置,可以根据相应的作为参考的运动,进行重新分配。 随着跟踪情况的变化,重新排列超声数据帧的空间位置。可以进行硬 性的或非硬性的修正。对运动进行修正,可以消除或减少与传感器运 动、患者运动或器官运动相关的运动。作为一种选择,也可以不进行 排列。任何由于运动而造成的空间偏移,可以作为运动的需要而进行 计算。
对运动进行修正之后,产生MIP图像.对于最大强度投影,应选 择贯穿整个系列的最大值.对于所考虑区域的每个空间位置,确定来 自空间排列的超声数据帧的最大值,并将其用于图像。在一个实施方 案中,只有一个来自该系列的超声数据帧的子集用在组合中。例如,
随运动的变化而选择数据帧。在组合中不采用与相对运动的阈值量有 关的帧.而选择并采用当传感器在集成期间(即20秒钟)处于固有视 野时的数据帧.
对每帧之间的运动进行修正可以减少图像模糊。但是,某些形式 的运动,例如平面之外的运动可以不进行修正.可能仍然有一些图像 模糊。要进一步减少组合中随着时间存在的模糊不清或图像假象,可 以根据采集到的数据进行帧选择。在组合中不采用与实质性运动有关 的帧,可以使模糊不清的现象减少。帧选择确定是否将下一帧的信息 结合到处理中。根据帧之间的相似性、运动位移参数、或其它特征, 对帧进行选择。
美国公开申请No. 2008-0214934(序列号No. 11/713,209(代 理人参考No.2006 P26506US))(其公开内容以引用的方式结合 于此)描述了最大强度投影以及对要包括在最大强度投影图像中的帧 进行选择的实施方案。在集成、最大强度投影、或其它组合中,可以 采用相同的或不同的选择准则.未被选中的超声数据帧不用于确定显 示值或图像。最大强度投影、运动修正和/或数据帧的选择的其它实施 方案,在美国公开申请No.11/805,151 (序列号No._ (代理
19人参考No.2007P06221US))中公开,其公开内容以引用的方式结 合于此,
选择之后,数据帧用于最大强度投影。所生成的图像表示贯穿整 个系列的每个空间位置的造影刑响应的最大值.MIP图像可以和B-模 式信息的一个参考桢结合起来显示,也可以单独显示。
动作40中指出了与不完全破坏有关的位置.在一个单独的图像 中指示这些位置,作为选择,这些位置也可以在MIP或其它图像中加 亮。相应空间位置的显示值通过不完全破坏的二元测定来调整或加权. 作为选择,这些位置在对接收到的回波做出响应的图像中,也可以用 不同于其它颜色的一种颜色(例如红色)来显示.根据测定,选择一 种颜色或其它图形.对于具有造影刑不完全破坏的空间位置,采用不 同于其它位置的一种不同的颜色或图形.
可以在结合之前或之后进行加亮.例如,要对每个空间位置确定 造影刑响应的最大强度投影(MIP).造影刑用较深的颜色编码.造影 剂不完全破坏的位置用亮色编码.将编码信息结合起来.又例如,将 造影剂信息结合起来.然后对其结果进行编码.
其它信息可以用不同的方式编码或相对调整为加亮或不加亮。例 如,图像在相应调整后,为热噪声和组织信号的非线性响应,加强了 与造影刑不完全破坏有关的造影刑响应.颜色编码突出了不同的区域. 例如,绿色表示饱和及组织泄漏的区域。这些位置具有基线灌注区域 中的信号,以及在基础的B-模式图像的低通滤波形式中的大信号水平. 蓝色表示B-模式不是很大的区域,而且在基线灌注区域的信息是可见 的,代表造影剂的不完全破坏.
有一些蓝色可能表示非常迅速被灌注的区域。上述区分快速灌注 区域和不完全破坏区域的技术,使这些区域被着色或者用其它不同的 方式来表示.例如,采用只显示未破坏造影刑的颜色编码.组织泄漏 或饱和的区域被涂黑或用一个噪声水平来代替。组织泄漏或饱和信号 可以改为保留但不着色(例如,显示为各种灰色层次的值).来自快 速流入的响应可以不进行检测,但也可以加以识别.来自快速流入的 信号可以根据造影刑的响应进行编码(灌注编码),但是不象未破坏 造影刑那样加亮,作为选择,也可以用一种不同的编码(例如不同的 颜色)显示来自快速流入的响应。当造影刑灌入一个区域时,在MIP图像中显示与造影剂有关的位 置。也可以显示血管区域、被灌注的造影剂、组织泄漏、饱和、热噪 声、以及未破坏造影刑.图3表示一个MIP图像50,区域52代表灌 注位置。区域52将被诊断为是不是癌症。灌注速度可以显示血管分布。 血管分布可以帮助医务人员进行诊断,在一个特定时期之后的该区域 的大小、该区域的形状、或其它特征也可以有助于诊断。
未破坏造影刑可能干扰诊断.上方区域54代表不完全破坏.长 方形上方区域56代表组织泄漏或饱和。下方小区域58代表与快速流 入有关的一个粗血管.在一个实施方案中,不完全破坏位置包括区域 54、 56、 58.这些区域以颜色编码,或用其它方式加亮.在另一个实 施方案中,组织泄漏或饱和区域56、快速流入区域58,或二者共同被 删除,也可以用不同的方式编码.
在动作42中,计算了造影剂响应达到一个阈值水平的时间。造 影刑破坏之后,造影剂重新灌注特定区域.明确从破坏到重新灌注出 现的时间,可以有助于诊断.可以根据超过某一阈值的信号以及破坏 之后度过的时间,来计算到达的时间.
时间-峰值可以增加造影剂信息,应确定与每个空间位置有关的 时间-峰值。可以采用任何一种功能.在一个计算时间-峰值的示例中, 增加了另一个阈值.C^p(t)是造影刑图像C从时间0,破坏之后立即 开始,到当前时间t的最大强度投影(从时间0到时间t的最大值)。 C基线u是在时间0,破坏帧之后立即开始的造影剂图像C. C基线*注= CMIP(0>. C"^是从时间小于O开始、在破坏帧之前立即开始的造影 剂图像C。 C"n表示充分灌注的区域.由使用者选择最大强度投影的 获取间隔.如果选择一个不确定的间隔,在时间-峰值计算中所用的获 取间隔就要代以一个设定值,例如5秒钟.
时间-峰值算法的一个示例中应用了一个阈值,如下:
<formula>formula see original document page 21</formula>下:
如果CM^(t)小于或等于阈值,则在间隔t期间,还没有 达到一个结果.在一个示例中,时间-峰值阈值为50,获取间隔 为5.该算法用于0-255范围的显示。
时间-峰值算法的另一个示例是对最大和基线灌注进行修正,如 如果
Cmip(七)一C基线灌注一timeToPeakScaleFactor• C «大《注> timeToPeakThreshold
如果CMW(t)小于或等于阈值,则在间隔t期间,还没有达到
结果.由于时间-峰值比例因数=0.8,在峰值公布之前,采用了最 大灌注的80*.在一个示例中,时间-峰值比例因数被设置为一个 较小值,在255中选定为5,以有助于抑制噪声。
时间-峰值信息包括每个空间位置的值.时间-峰值信息可以被滤
波,例如用二维矩形窗滤波器(boxcar filter)进行空间平滑。
举例来说,可以采用一个6x6矩形窗滤波器。也可以采用预定开孔数
量或可调开孔(tap)数量的其它滤波器.
最大值或对应图像值可以采用时间-峰值信息而增加.例如,以
后到达的造影刑可以用以后的时间-峰值信息来增加亮度。 一个实施方
案表示为:其中bModeDynmicRange是B-模式信息的动态范围, MaxMipAugmentationFrom TpkdB是10。又例如,早期到达的 亮度增加。 一个实施方案表示为:
g 一C +(255T ) 她x^^wg靴"WoWww印A必
如果Tpk> O-
在其它实施方案中,时间信息形成一个单独的图像,或者作为 一个或多个值输出(例如,对与灌注有关的位置的统计值).
与不完全破坏有关的位置不包括在时间计算之内。确定来自未被 破坏的造影刑的面积被加上标记,并且排除在时间-峰值计算之外.由 于时间-峰值差不多是立即提供的,所以未被破坏的造影剂可能使时间 -峰值统计偏离。
从动作32到动作26表示一个反馈回路.该可选反馈可以使使用 者或处理器在动作26中对破坏进行控制.例如,对基线灌注图像进行 监控。如果存在重要的未被破坏造影剂的区域,用较大量的破坏帧重 新启动破坏系列,或者增加发送功率以清除造影剂,这样更为有效。 在出现不完全破坏的地方,可以发送附加破坏脉冲.为了响应对不完 全破坏位置的检测,可以发送附加脉冲.在灌注研究期间,动作38、 动作40和/或动作42执行之前或之后,可以激发附加脉冲.
附加破坏脉冲可以用一般的方式发送,例如重复一个或多个有破 坏脉冲的扫描.作为选择或附加的措施,可以在检测出的位置发送对 破坏造影刑最优化的破坏脉冲.例如,使扫描线、焦点深度、孔径、 或其它脉冲特征适合在不完全破坏的位置更可靠地破坏造影剂。更大 的能量只集中于那些有大量未被破坏造影刑的区域。
虽然以上已经通过参照各种实施方案对本发明进行了描述,但是 应该了解,可以进行很多变化和修改而不脱离本发明的范围。因此本 发明的意图是前述详细说明应视作例证而非限制,并且要了解,以下 权利要求,包括所用等效要求,目的是说明本发明的构思和范围,
23

Claims (20)

1.用于显示(40)造影剂破坏效力的方法,该方法包括: 利用声能破坏(26)一个区域内的造影剂; 检测(32)该区域内造影剂不完全破坏的位置;和 显示(40)该区域内的各个位置。
2. 根据权利要求l所述的方法,其中的破坏(26)包括沿着多 条扫描线中的每一条发送多个具有较高功率的笫一声束,其中,在对 发送的响应中基本上接收不到声回波;进一步包括沿扫描线发送(28)具有较小功率的笫二声束并接收 (28)对发送做出响应的回波,其中的显示(40)包括在对接收到的回波做出响应的图像中,用 不同于其它颜色的一种颜色对位置加亮.
3. 根据权利要求1所述的方法,其中,对位置的检测(32)包 括在与快速灌注有关的造影刑响应和与不完全破坏有关的造影剂响 应之间进行区分(36).
4. 根据权利要求3所述的方法,其中,所述区分(36)包括对 破坏(26)的发送和对检测造影刑的发送进行隔行扫描.
5. 根据权利要求l所述的方法,其中对位置的检测(32)包括 在热噪声、组织信号的饱和,二者分别或共同与不完全破坏有关的造 影剂响应之间进行区分(34).
6. 根据权利要求5所述的方法,其中,所述区分(34)包括对 与小于一个阈值水平的B-模式组织响应有关的位置,以及与超过该阈 值的B-模式组织响应无关的位置进行识别,
7. 根据权利要求1所述的方法,其中,所述检测(32)包括在 破坏(26)之后获取了一个基线灌注数据帧,并且识别了来自超过噪 声水平一个阈值的数据帧的数据位置。
8. 根据权利要求1所述的方法,进一步包括: 根据位置的变化而对附加的破坏脉冲进行控制,响应对位置的检测,或者二者都包括在内.
9. 根据权利要求1所述的方法,进一步包括:在所述破坏(26)之后,形成(38)对造影刑响应的最大强度投 影图像进行补偿的运动;其中的显示(40 )包括在补偿最大强度投影图像中的显示(40 ).
10. 权利要求9的方法,其中进一步包括计算(42)从对不包 括位置的区域进行破坏(26)开始到造影剂响应达到一个阈值的时间.
11. 在一个计算机可读存储媒介(15)中,其中存储有表示由 可编程处理器(18, 20)能够执行的用于确定造影剂破坏效力的指 令的数据,存储媒介(15)包括的指令用于:获取(30)破坏脉冲发送之后的造影剂响应的基线数据帧; 根据基线数据桢的变化,在热噪声、组织信号的非线性响应,分 别或共同与和造影刑不完全破坏有关的造影剂响应之间进行区分 (34).
12. 根据权利要求ll所述的计算机可读媒介(15),其中所述 指令进一步包括产生(38)表示该区域的灌注的图像,该图像在热噪 声、组织信号的饱和,以及分别或共同与不完全破坏有关的造影刑响 应之间的相对调整起了作用.
13. 根据权利要求12所述的计算机可读媒介(15),其中,所 述的产生(38)包括产生(38) 了带有加亮的造影刑不完全破坏位置 的图像。
14. 根据权利要求ll所述的计算机可读媒介(15),其中所述 区分(34)包括识别了由数据帧的数据所表示的第一个位置,第一个 位置对应于超过笫一阈值的信噪比,并且识别了作为第一个位置的子 集的第二个位置,第二个位置对应于低于笫二阁值的B-模式强度.
15. 用于确定造影剂破坏效力的系统,该系统包括: 发送波束形成器(12),可用来发送用于造影剂破坏的笫一脉沖,并且可用来发送用于以最小破坏对造影剂进行成像的第二脉冲;接收波束形成器(16),可用来形成对第二脉冲做出响应的造影 剂信号;其中第一和第二脉冲的定时可用来在与快速灌注有关的造影剂响应和与不完全破坏有关的造影刑响应之间进行区分,
16. 根据权利要求15所述的系统,进一步包括: 控制器(17),随所述定时的变化,可控制发送波束形成器(12); 图像处理器(18),可用来产生表示一个扫描区域的每个位置在一个时期中的最大强度的数据帧;显示器(22),可用来显示随数据帧变化的图像,该图像对与不 完全破坏有关的扫描区域的调制位置进行着色,不对与快速灌注有关 的位置进行着色,
17. 根据权利要求15所述的系统,其中,所述定时包括第一和 第二脉冲的隔行扫描.
18. 根据权利要求17所述的系统,其中,所述隔行扫描包括沿 第一扫描线发送多个第一脉冲,然后沿笫一扫描线发送笫二脉冲,之 后沿第二扫描线发送多个笫一脉沖,再沿第二扫描线发送第二脉沖。
19 .根据权利要求18所述的系统,进一步包括图像处理器(18 ), 该图像处理器(18)可用来从对隔行扫描做出响应的造影剂信号形成 基线数据帧,其中后来的数据帧根据没有隔行扫描的第一脉冲的第二 脉冲的发送而形成.
20.根据权利要求15所述的系统,进一步包括图像处理器(18), 该图像处理器(18)可用来将不完全破坏的造影刑响应与组织泄漏或 饱和区分开。
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