CN113768543A - 超声造影成像方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种超声造影成像方法与系统，解决了现有技术中常规超声造影成像的信噪比和对比度较低的问题。超声造影成像方法包括：磁场发生装置响应主机发出的第一控制指令，以产生交变磁场；将血管内注射有磁性微泡造影剂的待检测动物置于交变磁场内，磁性微泡造影剂中的磁性微泡在交变磁场的作用下产生径向振动；超声换能器探头响应主机发出的第二控制指令，以发射超声成像脉冲；超声成像脉冲遇到径向振动的磁性微泡后产生返回超声波；超声换能器探头接收返回超声波，并基于返回超声波生成返回超声信号；主机根据返回超声信号生成造影图像。
Description
技术领域
本申请涉及医学影像技术领域，具体涉及一种超声造影成像方法与系统。
背景技术
超声造影成像是血流结构和功能观测的关键技术，然而常规的2D/3D/4D超声造影成像的信噪比和对比度均较低。例如，对于近年来备受瞩目的稀疏阵列超声3D/4D造影成像而言，虽然通过将换能器阵元的均匀密集阵列替换成稀疏阵列有效降低了系统成本和复杂性，但是由于所用换能器阵元数量减少、间距增大，导致辐射方向图中会存在较高的栅瓣和旁瓣，使得造影成像的信噪比和对比度较低。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种超声造影成像方法与系统，解决了现有技术中常规超声造影成像的信噪比和对比度较低的问题。
本申请第一方面提供了一种超声造影成像方法，用于超声造影成像系统，超声造影成像系统包括超声换能器探头、磁场发生装置，以及与超声换能器探头和磁场发生装置连接的主机。超声造影成像方法包括：磁场发生装置响应主机发出的第一控制指令，以产生交变磁场；将血管内注射有磁性微泡造影剂的待检测动物置于交变磁场内，磁性微泡造影剂中的磁性微泡在交变磁场的作用下产生径向振动；超声换能器探头响应主机发出的第二控制指令，以发射超声成像脉冲；超声成像脉冲遇到径向振动的磁性微泡后产生返回超声波；超声换能器探头接收返回超声波，并基于返回超声波生成返回超声信号；主机根据返回超声信号生成造影图像。
在一个实施例中，在超声换能器探头响应主机发出的第二控制指令，以发射超声成像脉冲之前，还包括：主机在发出第一控制指令后经过第一时间间隔发出第二控制指令。
在一个实施例中，在超声成像脉冲遇到径向振动的磁性微泡后产生返回超声波之后还包括：主机在发出第二控制指令后经过第二时间间隔再次发出第一控制指令，第二时间间隔大于第一时间间隔。
在一个实施例中，第一时间间隔为1～2微秒，第二时间间隔为100-300微秒。
在一个实施例中，磁场发生装置包括函数发生器、放大器和铁磁线圈。磁场发生装置响应主机发出的第一控制指令，以产生交变磁场包括：第一控制指令触发函数发生器发射正弦激励脉冲，正弦激励脉冲经放大器放大后施加于铁磁线圈，铁磁线圈周围产生交变磁场。
在一个实施例中，正弦激励脉冲的中心频率为200kHz～800kHz；和/或，放大器输出的电压峰值为400～800V。
在一个实施例中，磁性微泡造影剂包括溶液和混入溶液中的气体微泡，溶液包括磁性纳米颗粒、脂质和表面活性剂，磁性纳米颗通过表面活性剂修饰在包围气体微泡的脂质的表面。
本申请第二方面提供了一种超声造影成像系统，包括：超声换能器探头，用于发射超声成像脉冲；磁场发生装置，用于发射正弦激励脉冲，并基于正弦激励脉冲产生交变磁场；主机，与超声换能器探头和磁场发生装置连接，主机用于控制超声成像脉冲和正弦激励脉冲在时序上交替发射。
在一个实施例中，超声成像脉冲和前一正弦激励脉冲之间的第一时间间隔小于超声成像脉冲和后一正弦激励脉冲之间的第二时间间隔。
在一个实施例中，第一时间间隔为1～2微秒，第二时间间隔为100-300微秒。
在一个实施例中，磁场发生装置包括：函数发生器，用于产生正弦激励脉冲，正弦激励脉冲的中心频率为200kHz～800kHz；功率放大器，用于对正弦激励脉冲进行放大，输出电压的峰值为400～800V；铁磁线圈，用于在电压的作用下产生交变磁场。
在一个实施例中，超声换能器探头还用于接收超声成像脉冲的返回超声信号；主机还用于基于返回超声信号生成造影图像。
根据本申请提供的超声造影成像方法与系统，通过将注射有磁性微泡造影剂的待检测动物置于交变磁场中，磁性微泡造影剂中的磁性微泡的径向振动频率和幅度在交变磁场的作用下被加强，使得磁性微泡对超声成像脉冲的反射和散射能力得到提高，从而使得基于超声成像脉冲的反射和散射信号得到的超声造影图像的对比度和信噪比得到提升。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的超声造影成像方法的流程图。
图2为本申请另一实施例提供的超声造影成像方法的流程图。
图3为主机的控制时序示意图。
图4为本申请一实施例提供的超声造影成像系统的结构框图。
具体实施方式
如背景技术中提到的，现有技术中的超声造影成像方法存在信噪比和对比度较低的问题。有鉴于此，本申请实施例提供了一种超声造影成像方法和系统，将常规的微泡造影剂替换为磁性微泡造影剂，通过将注射有磁性微泡造影剂的待检测动物置于交变磁场中，磁性微泡在交变磁场的作用下产生径向振动，交变磁场频率和磁性微泡的径向振动频率正相关，实现了利用交变磁场对磁性微泡进行加速的目的，加速后的磁性微泡对超声成像脉冲的反射和散射能力得到提高，从而使得基于超声成像脉冲的反射和散射信号得到的超声造影图像的对比度和信噪比得到提升。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请一实施例提供的超声造影成像方法的流程图。该超声造影成像方法适用于超声造影成像系统，超声造影成像系统包括超声换能器探头、磁场发生装置，以及与超声换能器探头和磁场发生装置连接的主机。如图1所示，超声造影成像方法100包括：
步骤S110，磁场发生装置响应主机发出的第一控制指令，以产生交变磁场。
操作人员通过输入设备，例如鼠标、键盘、按钮、触摸屏等输入操作指令，主机响应操作指令以发出第一控制指令。磁场发生装置接收第一控制指令，并基于第一控制指令产生交变磁场。
磁场发生装置是指能够基于电信号产生交变磁场的装置。在一个实施例中，磁场发生装置包括函数发生器、放大器和线圈。其中，线圈包括铁磁线圈或螺线管线圈。这种情况下，步骤S120具体执行为：第一控制指令触发函数发生器发射正弦激励脉冲，正弦激励脉冲经放大器放大后施加于线圈，线圈周围产生交变磁场。该交变磁场后续用于对磁性微泡进行加速，正弦激励脉冲的频率和磁性微泡的径向振动频率正相关。因此，为了使得磁性微泡具有较高的径向振动频率，可以采用高频正弦激励脉冲。在一示例中，正弦激励脉冲的中心频率为200kHz～800kHz。放大器输出的电压峰值为400～800V。
在另一个实施例中，磁场发生装置包括永磁体和用于带动永磁体移动的机械传动装置，永磁体在机械传动装置的带动下，在空间中产生交变磁场，该交变磁场能够通过机械传动装置进行调制。
步骤S120，将血管内注射有磁性微泡造影剂的待检测动物置于交变磁场内，磁性微泡造影剂中的磁性微泡在交变磁场的作用下产生径向振动。
在一示例中，磁性微泡造影剂包括溶液和混入溶液中的气体微泡，溶液包括磁性纳米颗粒、脂质和表面活性剂，磁性纳米颗粒通过表面活性剂修饰在包围气体微泡的脂质的表面。脂质即为脂类，用于为磁性纳米颗粒提供水阻隔效果。脂质例如为山梨醇酐单硬脂酸酯、聚山梨醇酯等。表面活性剂用于确保磁性微泡的稳定性。在一示例中，表面活性剂包括表面活性A剂和表面活性B剂，其中，表面活性A剂选自泊洛沙姆、聚(异丁烯-马来酸酐)和聚(马来酸酐-alt-1-十八碳烯)中的一种或多种；表面活性B剂可以是柠檬酸盐。
步骤S130，超声换能器探头响应主机发出的第二控制指令，以发射超声成像脉冲。第二控制信号用于触发超声换能器，触发超声换能器将电信号转换为超声信号。
步骤S140，超声成像脉冲遇到径向振动的磁性微泡后产生返回超声波。返回超声波是超声成像脉冲在磁性微泡表面反射和散射得到的。
在一个实施例中，在步骤S140之前，还包括：调整超声换能器探头的位置，以使超声成像脉冲对准待检测动物的待检测位置。
步骤S150，超声换能器探头接收返回超声波，并基于返回超声波生成返回超声信号。
步骤S160，主机根据返回超声信号生成造影图像。该步骤属于主机的常规执行过程，这里不予详述。
根据本实施例提供的超声造影成像方法，通过将注射有磁性微泡造影剂的待检测动物置于交变磁场中，磁性微泡造影剂中的磁性微泡的径向振动频率和幅度在交变磁场的作用下被加强，使得磁性微泡对超声成像脉冲的反射和散射能力得到提高，从而使得基于超声成像脉冲的反射和散射信号得到的超声造影图像的对比度和信噪比得到提升。
图2为本申请另一实施例提供的超声造影成像方法的流程图。图3为主机的控制时序示意图。如图2所示，超声造影成像方法200和图1所示超声造影成像方法100的区别在于，在步骤S120之后还包括：
步骤S210，主机在第一控制指令发出后经过第一时间间隔发出第二控制指令。也就是说，由超声换能器探头发射的超声成像脉冲和由磁场发生装置发射的正弦激励脉冲在时序上交替，而不重叠。这样的好处是，避免正弦激励脉冲对超声成像脉冲造成干扰。在一示例中，参阅图3，第一时间间隔为1～2微秒，即磁场发生装置发射正弦激励脉冲后，间隔1～2微秒，超声换能器探头发射超声成像脉冲。
在一个实施例中，在步骤S140之后，还包括：
步骤S220，主机在第二控制指令发出后经过第二时间间隔再次发出第一控制指令，即超声换能器探头发射超声成像脉冲后，经过第二时间间隔，磁场发生装置再次发射正弦激励脉冲。
后续，接着执行步骤S110～步骤S140，如此循环，使得正弦激励脉冲和超声成像脉冲在时序上交替发射。相邻正弦激励脉冲和超声成像脉冲各发射一次为一个控制周期，在每个控制周期内，执行步骤S140之后还执行步骤S150，即超声换能器探头接收返回超声波，并基于返回超声波生成返回超声信号。最后，主机根据超声波多次上传的返回超声信号生成超声造影图像，即步骤S230。
在本实施例中，第二时间间隔大于第一时间间隔。第二时间间隔的作用是确保再次发射正弦激励脉冲之前，返回超声波已经被超声换能器探头接收，从而避免对返回超声波造成干扰，进而影响造影图像的可靠性。在一示例中，继续参阅图3，第二时间间隔为100～300微秒。
在一个实施例中，第一时间间隔为1微秒，第二时间间隔为199微秒。
本申请还提供了一种超声造影成像系统。图4为本申请一实施例提供的超声造影成像系统的结构框图。如图4所示，超声造影成像系统40包括超声换能器探头41、磁场发生装置42，以及与超声换能器探头41和磁场发生装置42连接的主机43。超声换能器探头41用于发射超声成像脉冲。磁场发生装置42用于发射正弦激励脉冲，并基于正弦激励脉冲产生交变磁场。主机43用于控制正弦激励脉冲和超声成像脉冲在时序上交替发射。
具体而言，主机43用于基于操作指令发出第一控制指令，经过第一时间间隔后发出第二控制指令，经过第二时间间隔后再次发出第一控制指令，如此循环，以实现正弦激励脉冲和超声成像脉冲在时序上交替发射。在一示例中，第一时间间隔为1～2微秒，第二时间间隔为100～300微秒。
在一个实施例中，超声成像脉冲和前一正弦激励脉冲之间的第一时间间隔小于超声成像脉冲和后一正弦激励脉冲之间的第二时间间隔。
在一个实施例中，磁场发生装置42包括函数发生器、功率放大器和铁磁线圈。其中，函数发生器用于产生正弦激励脉冲，正弦激励脉冲的中心频率为200kHz～800kHz。功率放大器用于对正弦激励脉冲进行放大，输出电压的峰值为400～800V。铁磁线圈用于在电压的作用下产生交变磁场。
在一个实施例中，超声换能器探头还用于接收超声成像脉冲的返回超声信号。这种情况下，主机43还用于基于返回超声信号生成造影图像。
根据本实施例提供的超声造影成像系统可执行上述任一实施例提供的超声造影成像方法，二者属于相同的发明构思，未在超声造影成像系统实施例中描述的具体细节可参见超声造影成像方法实施例。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
Claims (12)
1.一种超声造影成像方法，其特征在于，用于超声造影成像系统，所述超声造影成像系统包括超声换能器探头、磁场发生装置，以及与所述超声换能器探头和所述磁场发生装置连接的主机；所述超声造影成像方法包括：
磁场发生装置响应所述主机发出的第一控制指令，以产生交变磁场；
将血管内注射有磁性微泡造影剂的待检测动物置于所述交变磁场内，所述磁性微泡造影剂中的磁性微泡在所述交变磁场的作用下产生径向振动；
超声换能器探头响应所述主机发出的第二控制指令，以发射超声成像脉冲；
所述超声成像脉冲遇到径向振动的所述磁性微泡后产生返回超声波；
所述超声换能器探头接收所述返回超声波，并基于所述返回超声波生成返回超声信号；
所述主机根据所述返回超声信号生成造影图像。
2.根据权利要求1所述的超声造影成像方法，其特征在于，在所述超声换能器探头响应所述主机发出的第二控制指令，以发射超声成像脉冲之前，还包括：
所述主机在发出所述第一控制指令后经过第一时间间隔发出所述第二控制指令。
3.根据权利要求2所述的超声造影成像方法，其特征在于，在所述所述超声成像脉冲遇到径向振动的所述磁性微泡后产生返回超声波之后还包括：
所述主机在发出所述第二控制指令后经过第二时间间隔再次发出所述第一控制指令，所述第二时间间隔大于所述第一时间间隔。
4.根据权利要求3所述的超声造影成像方法，其特征在于，所述第一时间间隔为1～2微秒，所述第二时间间隔为100-300微秒。
5.根据权利要求1所述的超声造影成像方法，其特征在于，所述磁场发生装置包括函数发生器、放大器和铁磁线圈；所述磁场发生装置响应所述主机发出的第一控制指令，以产生交变磁场包括：
所述第一控制指令触发所述函数发生器发射正弦激励脉冲，所述正弦激励脉冲经所述放大器放大后施加于所述铁磁线圈，所述铁磁线圈周围产生所述交变磁场。
6.根据权利要求5所述的超声造影成像方法，其特征在于，所述正弦激励脉冲的中心频率为200kHz～800kHz；和/或，所述放大器输出的电压峰值为400～800V。
7.根据权利要求1所述的超声造影成像方法，其特征在于，所述磁性微泡造影剂包括溶液和混入所述溶液中的气体微泡，所述溶液包括磁性纳米颗粒、脂质和表面活性剂，所述磁性纳米颗通过所述表面活性剂修饰在包围所述气体微泡的所述脂质的表面。
8.一种超声造影成像系统，其特征在于，包括：
超声换能器探头，用于发射超声成像脉冲；
磁场发生装置，用于发射正弦激励脉冲，并基于所述正弦激励脉冲产生交变磁场；
主机，与所述超声换能器探头和所述磁场发生装置连接，所述主机用于控制所述超声成像脉冲和所述正弦激励脉冲在时序上交替发射。
9.根据权利要求8所述的超声造影成像系统，其特征在于，所述超声成像脉冲和前一所述正弦激励脉冲之间的第一时间间隔小于所述超声成像脉冲和后一所述正弦激励脉冲之间的第二时间间隔。
10.根据权利要求9所述的超声造影成像系统，其特征在于，所述第一时间间隔为1～2微秒，所述第二时间间隔为100-300微秒。
11.根据权利要求8所述的超声造影成像系统，其特征在于，所述磁场发生装置包括：
函数发生器，用于产生所述正弦激励脉冲，所述正弦激励脉冲的中心频率为200kHz～800kHz；
功率放大器，用于对所述正弦激励脉冲进行放大，输出电压的峰值为400～800V；
铁磁线圈，用于在所述电压的作用下产生所述交变磁场。
12.根据权利要求8所述的超声造影成像系统，其特征在于，所述超声换能器探头还用于接收所述超声成像脉冲的返回超声信号；
所述主机还用于基于所述返回超声信号生成造影图像。
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- 2021-09-15 CN CN202111080980.7A patent/CN113768543B/zh active Active
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