CN115919364A - 使用多普勒分析进行心脏解剖结构的超声成像 - Google Patents
使用多普勒分析进行心脏解剖结构的超声成像 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115919364A CN115919364A CN202211155695.1A CN202211155695A CN115919364A CN 115919364 A CN115919364 A CN 115919364A CN 202211155695 A CN202211155695 A CN 202211155695A CN 115919364 A CN115919364 A CN 115919364A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ultrasound
- organ
- spectral signal
- blood
- processor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 title abstract description 8
- 238000012285 ultrasound imaging Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title abstract description 5
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 title abstract description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 110
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims abstract description 64
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims abstract description 64
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 46
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 10
- 210000002216 heart Anatomy 0.000 claims description 22
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 13
- 238000009877 rendering Methods 0.000 claims description 11
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 9
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 claims description 4
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 claims description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 2
- 239000000306 component Substances 0.000 description 50
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 17
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 10
- 239000012503 blood component Substances 0.000 description 7
- 210000005242 cardiac chamber Anatomy 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 3
- 210000005246 left atrium Anatomy 0.000 description 3
- 210000003492 pulmonary vein Anatomy 0.000 description 3
- 208000002330 Congenital Heart Defects Diseases 0.000 description 2
- 208000037919 acquired disease Diseases 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 2
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002107 myocardial effect Effects 0.000 description 1
- 210000004165 myocardium Anatomy 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
- A61B8/0883—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings for diagnosis of the heart
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/06—Measuring blood flow
- A61B8/065—Measuring blood flow to determine blood output from the heart
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/12—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves in body cavities or body tracts, e.g. by using catheters
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
- A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
- A61B8/4488—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer the transducer being a phased array
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
- A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
- A61B8/4494—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer characterised by the arrangement of the transducer elements
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/46—Ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic devices with special arrangements for interfacing with the operator or the patient
- A61B8/461—Displaying means of special interest
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/48—Diagnostic techniques
- A61B8/488—Diagnostic techniques involving Doppler signals
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/5207—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of raw data to produce diagnostic data, e.g. for generating an image
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/5215—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data
- A61B8/5223—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data for extracting a diagnostic or physiological parameter from medical diagnostic data
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/5269—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving detection or reduction of artifacts
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/5269—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving detection or reduction of artifacts
- A61B8/5276—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving detection or reduction of artifacts due to motion
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
- G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
- G01S15/8925—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array the array being a two-dimensional transducer configuration, i.e. matrix or orthogonal linear arrays
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8979—Combined Doppler and pulse-echo imaging systems
- G01S15/8981—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds, e.g. wall clutter filter
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Public Health (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Gynecology & Obstetrics (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Hematology (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physiology (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
本发明的主题是“使用多普勒分析进行心脏解剖结构的超声成像”。本发明提供了一种方法，该方法包括从置于器官中的血池中的导管中的超声换能器阵列发射超声波束。在阵列中接收响应于该超声波束而反射的回波信号。在该回波信号中区分(i)具有血液的多普勒频移特性的第一频谱信号分量和(ii)具有器官组织的多普勒频移特性的第二频谱信号分量。该第一频谱信号分量相对于该回波信号中的该第二频谱信号分量被抑制。根据具有被抑制的第一频谱信号分量的回波信号来重建该器官的至少一部分的超声图像。将所重建的图像显示给用户。
Description
技术领域
本发明整体涉及医疗成像，并且具体地涉及使用体内医学超声探头进行多普勒超声成像。
背景技术
超声多普勒成像技术早已在本领域中提出。例如，Sutherland在标题为“ColourDMI:potentialapplicationsinacquiredandcongenitalheartdisease”(彩色DMI：在获得性和先天性心脏病中的潜在应用)(《儿科学报》，第84卷，第410期，1995年8月，第40-48页)的论文中描述了非侵入式超声多普勒心肌成像(DMI)。该论文描述了允许进行心脏结构的彩色多普勒成像而不是进行血池成像的DMI技术。这通过改变标准彩色多普勒算法的速度、滤波和阈值参数来实现。可测量的DMI参数是区域组织速度、加速度和反射多普勒能量。此外，脉冲多普勒算法的伴随变化允许在放置样本体积的心肌区域中在心动周期期间询问瞬时峰值速度。
尽管可使用已知的解剖标测方法来重建心脏的特定组成部分(诸如口)的形状，但此类方法通常依赖于移动导管以接触该组成部分上的点。这些方法是计算密集型的并且相对耗时。能够进行更快标测的方法是有用的，并且为非接触式的方法是有利的。
发明内容
在下文中描述的本发明的实施方案提供了一种包括从置于器官中的血池中的导管中的超声换能器阵列发射超声波束的方法。在阵列中接收响应于超声波束而反射的回波信号。在回波信号中区分(i)具有血液的多普勒频移特性的第一频谱信号分量和(ii)具有器官组织的多普勒频移特性的第二频谱信号分量。第一频谱信号分量相对于回波信号中的第二频谱信号分量被抑制。根据具有被抑制的第一频谱信号分量的回波信号来重建器官的至少一部分的超声图像。将所重建的图像显示给用户。
在一些实施方案中，抑制第一频谱信号分量包括从回波信号中滤除第一频谱信号分量。
在一些实施方案中，抑制第一频谱信号分量包括将回波信号中的第一频谱信号分量衰减至少给定量。
在一个实施方案中，器官组织是心腔的壁组织。
在另一个实施方案中，该方法还包括将所发射的超声波束聚焦在给定血容量处，并在阵列中接收响应于所聚焦的超声波束而反射的回波信号。在又一个实施方案中，聚焦所发射的超声波束包括改变波束的焦距以可变地收集来自不同多个血容量的血液多普勒频移信号。
根据本发明的另一个实施方案，还提供了一种包括导管的系统，该导管包括超声换能器阵列和处理器。超声换能器阵列被配置成置于器官中的血池中，以发射超声波束并接收响应于超声波束而反射的回波信号。处理器被配置成：(a)在回波信号中区分(i)具有血液的多普勒频移特性的第一频谱信号分量和(ii)具有器官组织的多普勒频移特性的第二频谱信号分量；(b)相对于回波信号中的第二频谱信号分量抑制第一频谱信号分量，(c)根据被抑制的第一频谱信号分量的回波信号来重建器官的至少一部分的超声图像，以及(d)向用户显示所重建的图像。
根据本发明的另一个实施方案，还提供了一种包括超声探头和处理器的医疗成像系统。超声探头被配置用于插入到身体的器官中，其中超声探头包括(i)二维(2D)超声换能器阵列，以及(ii)被配置成输出指示2D超声换能器阵列在器官内的位置和取向的信号的传感器。处理器被配置成：(a)使用由传感器输出的信号将由2D超声换能器阵列采集的多个超声图像区段彼此配准；(b)产生多个所配准的超声图像区段的联合，以形成器官的至少一部分的渲染，以及(c)将向用户呈现该渲染。
结合附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
图1是根据本发明的实施方案的基于导管的超声成像系统的示意性图解，该基于导管的超声成像系统使用具有远侧端部组件的导管，该远侧端部组件包括2D超声阵列和位置传感器；
图2是根据本发明的实施方案的用于从回波信号中分离血液多普勒频移分量，然后由图1的系统重建无血液信号图像的过程的示意性图解；并且
图3是示意性地示出根据本发明的实施方案的使用图1的系统从回波信号中分离血液多普勒频移分量以生成滤波图像的方法的流程图。
具体实施方式
概述
在下文中描述的本发明的实施方案提供了使用探头(诸如导管)的方法和系统，该探头具有用于产生三维(3D)或四维(4D)超声图像的超声换能器的二维(2D)阵列。在本文中，术语“3D超声图像”是指在三个维度上表示一定体积的超声图像。术语“4D超声图像”是指一定体积的3D超声图像的时间序列。4D图像可被视为3D电影，第四维度是时间。描述4D图像(或渲染)的另一种方式是时间相关的3D图像(或渲染)。
2D阵列产生占据预定义立体角的3D扇形超声波束；(此类波束在本文中被称为“楔形”，与1D阵列“扇形”相反)。因此，2D阵列能够对器官(诸如心腔)的内壁的2D区段进行成像。
在一些实施方案中，4D超声导管被置于血流中靠近待标测的组成部分(诸如心腔的壁)的位置。随后，处理器分析来自由导管传输的超声楔形波束的反射信号(例如，回波)。通常，心脏的组成部分随着心脏跳动而移动，流过心脏的血液也是如此。两种移动都在由换能器接收的信号的频率中产生多普勒频移，但血液的流动(通常为m/s的量级)明显快于被标测的组成部分的任何移动。这样，回波中来自血液的频移(多普勒频移)显著大于回波中来自心脏壁组织中的多普勒频移。例如，对于5MHz的超声频率，回波中来自血液的多普勒频移为约5kHz，而回波中来自心脏壁组织的多普勒频移为约1KHz。
处理器分析多普勒频移信号以找到由换能器成像的组成部分的位置和速度。由于液体血流与柔软但结实的组织组成部分之间存在速度差，可容易地分离(例如，识别)由血液引起的多普勒频移，以区分被标测组成部分的表面。处理器抑制信号的血液多普勒频移分量。例如，处理器可以数字方式滤除多普勒频移分量以完全去除它们，或将血液相关的频谱分量衰减至少给定量(例如，20dB)。所得的增强信号可随后用于重建该组成部分的无血液信号超声图像。
在一个实施方案中，处理器接收响应于从置于器官中的血池中的导管中的超声换能器阵列发射的超声波束而反射的回波信号。处理器在回波信号中区分(i)具有血液的多普勒频移特性的第一频谱信号分量和(ii)具有器官组织的多普勒频移特性的第二频谱信号分量。处理器相对于回波信号中的第二频谱信号分量抑制第一频谱信号分量。然后，处理器根据具有被抑制的第一频谱信号分量的回波信号来重建器官的至少一部分的超声图像，并向用户显示所重建的图像。
可以电子方式调节换能器的2D阵列的相位，以将由阵列传输的超声楔形波束的至少一部分聚焦在器官中的目标体积上，诸如血容量。该聚焦效应可用于暂时增强从血液和/或从心脏壁反射的信号的质量，以便增强上述多普勒测量。
在一些实施方案中，导管还包括与2D阵列预配准的一体式位置传感器，诸如磁性位置传感器。由于一体式位置传感器，成像区段中每个体素的空间坐标是已知的。处理器可使用位置测量，例如，以将无血液信号超声图像叠加在心脏的至少一部分的另一图像(超声或其他图像)上。
此外，处理器可使用位置测量将由2D超声换能器阵列采集的多个超声图像区段彼此配准。处理器随后产生多个所配准的超声图像区段的联合，以形成器官的至少一部分的渲染，并向用户呈现该渲染。
在一个实施方案中，在补偿探头本身的移动时，或通过补偿由于呼吸引起的移动，处理器执行多个超声图像区段的配准。在另一个实施方案中，处理器通过将多个超声图像区段彼此拼接来产生联合。
处理器还可调节驱动信号的相位以电子方式操纵楔形波束，使得成像组成部分(例如肺静脉口)在显示该组成部分的显示器中居中。
系统描述
图1是根据本发明的实施方案的使用具有包括2D超声阵列50和位置传感器52的远端组件40的导管21的基于导管的超声成像系统20的示意性图解。一体式位置传感器52与导管21的2D阵列50预配准。
如图可见，远侧端部组件40装配在导管的轴22的远侧端部处。导管21通过护套23插入到躺在手术台29上的患者28的心脏26中。导管21的近侧端部连接到控制台24。在本文描述的实施方案中，导管21用于基于超声的诊断目的，但导管也可用于使用例如尖端电极56执行诸如心脏26中的组织的电感测和/或消融等疗法。
医生30通过使用靠近导管的近侧端部的操纵器32操纵轴22来将导管21的远侧端部组件40导航到心脏26中的目标位置。
在一个实施方案中，在插图25中详细示出的2D超声阵列50被配置成对心脏26的左心房进行成像。所记录的图像由处理器30存储在存储器37中。
如在插图45中所见，超声阵列50包括多个超声换能器53的2D阵列50。插图45示出了导航到左心房的肺静脉的口壁54的超声阵列50。在该实施方案中，2D阵列50是32×64超声换能器阵列。该2D阵列能够对该口的内壁的区段进行成像。
传感器52被配置成输出指示2D超声换能器阵列52在器官内部的位置、方向和取向的信号。系统的处理器被配置成使用由传感器输出且由2D超声换能器阵列50采集的信号来将多个超声图像区段中的一个与另一个配准。
由于一体式位置传感器，成像区段中每个像素的空间坐标是已知的。
控制台24包括通常为通用计算机的处理器39，具有用于驱动超声换能器53(例如，采用包括操纵超声波束的相控阵列方式)以及用于从换能器53接收回波信号以供处理器39使用的适当的前端和接口电路38。接口电路38还用于接收来自导管21的信号，以及任选地用于经由心脏26中的导管21施加治疗和用于控制系统20的其他部件。控制台24还包括被配置成驱动磁场发生器36的驱动电路34。
在心脏26中导航远侧端部22期间，控制台24响应于来自外部场发生器36的磁场而接收来自位置传感器52的位置和方向信号。磁场发生器36被置于患者28外部的已知位置，例如置于患者所躺的工作台29的下方。这些位置和方向信号指示2D超声阵列50在位置跟踪系统的坐标系中的位置和方向。
使用外部磁场的位置和方向感测方法在各种医疗应用中实现，例如在由BiosenseWebster生产的CARTOTM系统中实现，并且详细地描述于美国专利6,618,612和6,332,089、PCT专利公布WO96/05768，以及美国专利申请公布2002/0065455、2003/0120150和2004/0068178中，这些专利的公开内容均以引用方式并入本文。
在一些实施方案中，处理器39可被配置成以电子“扫描模式”操作阵列52，以对心腔的大部分进行成像。在一个实施方案中，所成像的心腔(例如，左心房)由处理器39在监测器27上呈现给医生30，例如作为体积渲染55。
处理器39以软件编程以实施本文所述的功能。该软件可通过网络以电子形式被下载到计算机，例如或者其可另选地或另外地设置和/或存储在非临时性有形介质(诸如磁存储器、光存储器或电子存储器)上。
图1所示的示例性构型是完全为了使概念清楚而选择的。可使用其他系统部件和设置类似地应用本发明所公开的技术。例如，系统20可包括附加部件并执行非心脏导管插入。
3D中的多普勒分析以对心脏解剖结构成像
图2是根据本发明的实施方案的用于从回波信号中分离血液多普勒频移分量，然后由图1的系统20重建无血液信号图像299的过程的示意性图解。
超声信号以楔形波束250的形式传输，并且回波由导管21的相同相控阵列50检测。
如图所示，3D楔形波束250的采集模式使得能够同时采集口壁54的表面的2D图像区段260，在该口壁上，血液255以速度270在血流中行进，例如流出肺静脉。
处理器39经由用于超声换能器的接口电路38的换能器驱动单元381提供驱动信号。接口电路38的接收单元382接收来自换能器的回波信号。
示意图275示出了从某个楔形波束得到的回波信号的频谱的示例。如图所示，血液多普勒频移分量279从组织多普勒频移分量277中很好地分辨出来。因此，处理器39可隔离和去除或衰减血液峰279，或以其他方式在重建模型中考虑血液峰279，从而以高准确度对区段260的几何形状进行成像。具体地，该技术使得处理器能够准确地对血液与心脏壁组织之间的边界进行成像。
在一个实施方案中，处理器39因此分析经由接口电路38的接收单元382从换能器接收的信号(例如，接收的回波)以：
(i)从信号中识别和滤除多普勒频移血液分量，并且任选地推导出血液组成部分的位置和速度290；以及
(ii)使用经血液信号滤波的信号(即，没有血液多普勒频移分量的回波信号)生成软组织(例如，心脏壁表面)的图像299。
处理器39将上述信息保存在存储器37中。
处理器可使用以各种不同方式应用于由单元382数字化处理的数字回波信号的数字滤波来滤除或衰减多普勒频移血液分量279。例如，在一个实施方案中，处理器可应用频域滤波，该频域滤波去除具有对应于血液速度的多普勒频移的信号分量，并保留具有对应于心脏壁速度的多普勒频移的信号分量。在另一个实施方案中，处理器在频域中定义对应于血液速度的一个范围和对应于心脏壁速度的另一个(较低频率)范围。处理器随后抑制与血液相关的频谱范围。需注意，对于这种滤波，处理器可使用例如简单的阈值比较，并且可能不需要识别信号中的任何谱峰。
在又一个实施方案中，处理器仅识别血液分量以便去除血液分量，而不识别壁组织分量。在另一个实施方案中，处理器识别慢的壁相关频谱分量并抑制其他信号。
如上所述，处理器39可调节提供给换能器的2D阵列的驱动信号的相对相位，以将由阵列传输的超声楔形波束250的至少一部分280聚焦在血容量284上。该聚焦效应可用于增强上述多普勒测量。除此之外或另选地，例如在略微不同的时间，处理器可将部分280聚焦在壁组织表面区域288上，以进一步增强多普勒成像技术。
在一个实施方案中，为了发射聚焦在血容量中的超声波束，处理器改变波束的焦距以从该血容量内的某个位置收集多普勒频移血液分量。通过改变位置，处理器可表征例如在导管和壁表面之间的血液路径上的血液速度分布。所得的血液速度分布可用于更精细地(例如，空间加权地)去除信号的多普勒频移血液分量。
图3是示意性地示出根据本发明的实施方案的使用图1的系统20从回波信号中分离血液多普勒频移分量以生成滤波图像299的方法的流程图。
该过程开始于在导管放置步骤302处，将4D超声(US)导管21定位在血流中靠近待成像的心脏壁组织区域的位置，诸如在图1的口壁组织54附近。
接下来，在US发射步骤303，处理器39通过使用单元381将驱动信号施加到2D阵列50，命令导管21发射楔形超声(U/S)波束250。
在返回信号采集步骤304，由处理器39使用阵列50和单元382采集所反射的US信号。
在信号分析步骤306，处理器39分析所反射的US信号以识别回波信号的不同多普勒频移分量(例如，图2的分量277和279)。
然后，在血液信号滤除步骤308，处理器39从所反射的信号中滤除血液多普勒频移分量。
在壁表面图像重建步骤310，使用滤除了血液信号的信号，处理器39重建口壁组织54的US图像，诸如图像299。
在显示步骤312，处理器39在监视器27上显示所重建的图像。
在图像保存步骤316，诸如医生30的审阅者可判定(314)血液信号滤波US图像是否具有足够质量并将图像保存在存储器37中。
如果医生30认为(314)图像质量不够好，在US波束聚焦步骤318，则基于其输入，处理器39将所发射的US波束的一部分聚焦在血容量上，以获得改善的血液信号采集，并且过程返回到步骤303。
图3的流程图仅是为了概念清晰而以举例的方式引入。例如，为了简单起见，省略了使用血液信号来获得血液信息290。又如，处理器还可在采集期间以电子方式操纵楔形波束250。
尽管本文所述的实施方案主要针对心脏应用，但是本文所述的方法和系统也可以用于其他身体器官中。例如，本文所公开的技术可用于可视化身体的大血管，诸如位于腹部和脑中的大血管。
因此应当理解，上面描述的实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文特定示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述描述时将会想到该变型和修改，并且该变型和修改并未在现有技术中公开。以引用方式并入本专利申请的文献被视为本申请的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中限定的任何术语与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应仅考虑本说明书中的定义。
Claims (20)
1.一种方法，包括：
从置于器官中的血池中的导管中的超声换能器阵列发射超声波束；
在所述阵列中接收响应于所述超声波束而反射的回波信号；
在所述回波信号中区分(i)具有血液的多普勒频移特性的第一频谱信号分量和(ii)具有所述器官的组织的多普勒频移特性的第二频谱信号分量；
相对于所述回波信号中的所述第二频谱信号分量抑制所述第一频谱信号分量；
根据具有被抑制的第一频谱信号分量的所述回波信号来重建所述器官的至少一部分的超声图像；以及
向用户显示所重建的图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，抑制所述第一频谱信号分量包括从所述回波信号中滤除所述第一频谱信号分量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，抑制所述第一频谱信号分量包括将所述回波信号中的所述第一频谱信号分量衰减至少给定量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述器官的所述组织是心腔的壁组织。
5.根据权利要求1所述的方法，并且包括将所发射的超声波束聚焦在给定血容量处并在所述阵列中接收响应于所聚焦的超声波束而反射的回波信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，聚焦所发射的超声波束包括改变所述波束的焦距以可变地收集来自不同多个血容量的血液多普勒频移信号。
7.一种医疗成像方法，包括：
将超声探头插入到身体的器官中，所述超声探头包括：
二维(2D)超声换能器阵列；以及
传感器，所述传感器被配置成输出指示所述器官内部的所述2D超声换能器阵列的位置和取向的信号；
使用由所述传感器输出的所述信号，将由所述2D超声换能器阵列采集的多个超声图像区段彼此配准；
产生多个所配准的超声图像区段的联合，以形成所述器官的至少一部分的渲染；以及
向用户呈现所述渲染。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，配准所述多个超声图像区段包括补偿所述探头的移动。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，配准所述多个超声图像区段包括补偿由于呼吸引起的移动。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，产生所述联合包括将所述多个超声图像区段彼此拼接。
11.一种系统，包括：
导管，所述导管包括超声换能器阵列，所述阵列被配置成置于器官中的血池中，以发射超声波束并接收响应于所述超声波束而反射的回波信号；以及
处理器，所述处理器被配置成：
在所述回波信号中区分(i)具有血液的多普勒频移特性的第一频谱信号分量和(ii)具有所述器官的组织的多普勒频移特性的第二频谱信号分量；
相对于所述回波信号中的所述第二频谱信号分量抑制所述第一频谱信号分量；
根据具有被抑制的第一频谱信号分量的所述回波信号来重建所述器官的至少一部分的超声图像；以及
向用户显示所重建的图像。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述处理器被配置成通过从所述回波信号中滤除所述第一频谱信号分量来抑制所述第一频谱信号分量。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述处理器被配置成通过将所述回波信号中的所述第一频谱信号分量衰减至少给定量来抑制所述第一频谱信号分量。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述器官的所述组织是心腔的壁组织。
15.根据权利要求11所述的系统，其中，所述阵列被进一步配置成将所发射的超声波束聚焦在给定血容量处并接收响应于所聚焦的超声波束而反射的回波信号。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述阵列被配置成通过改变所述波束的焦距以可变地收集来自不同多个血容量的血液多普勒频移信号来聚焦所发射的超声波束。
17.一种医疗成像系统，包括：
超声探头，所述超声探头被配置用于插入到身体的器官中，所述超声探头包括：
二维(2D)超声换能器阵列；以及
传感器，所述传感器被配置成输出指示所述器官内部的所述2D超声换能器阵列的位置和取向的信号；以及
处理器，所述处理器被配置成：
使用由所述传感器输出的所述信号，将由所述2D超声换能器阵列采集的多个超声图像区段彼此配准；
产生多个所配准的超声图像区段的联合，以形成所述器官的至少一部分的渲染；以及
向用户呈现所述渲染。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，在配准所述多个超声图像区段时，所述处理器被配置成补偿所述探头的移动。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，在配准所述多个超声图像区段时，所述处理器被配置成补偿由于呼吸引起的移动。
20.根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理器被配置成通过将所述多个超声图像区段彼此拼接来产生所述联合。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/483097 | 2021-09-23 | ||
| US17/483,097 US20230091996A1 (en) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | Ultrasound imaging of cardiac anatomy using doppler analysis |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115919364A true CN115919364A (zh) | 2023-04-07 |
Family
ID=83439183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211155695.1A Pending CN115919364A (zh) | 2021-09-23 | 2022-09-22 | 使用多普勒分析进行心脏解剖结构的超声成像 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US20230091996A1 (zh) |
| EP (1) | EP4166091A3 (zh) |
| JP (1) | JP2023046403A (zh) |
| CN (1) | CN115919364A (zh) |
| IL (1) | IL296363A (zh) |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5622174A (en) * | 1992-10-02 | 1997-04-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic diagnosis apparatus and image displaying system |
| DE69514238T2 (de) | 1994-08-19 | 2000-05-11 | Biosense Inc | Medizinisches diagnose-, behandlungs- und darstellungssystem |
| US6690963B2 (en) | 1995-01-24 | 2004-02-10 | Biosense, Inc. | System for determining the location and orientation of an invasive medical instrument |
| CA2246287C (en) | 1996-02-15 | 2006-10-24 | Biosense, Inc. | Medical procedures and apparatus using intrabody probes |
| WO1997029685A1 (en) | 1996-02-15 | 1997-08-21 | Biosense, Inc. | Independently positionable transducers for location system |
| US6443894B1 (en) * | 1999-09-29 | 2002-09-03 | Acuson Corporation | Medical diagnostic ultrasound system and method for mapping surface data for three dimensional imaging |
| US7729742B2 (en) | 2001-12-21 | 2010-06-01 | Biosense, Inc. | Wireless position sensor |
| US20040068178A1 (en) | 2002-09-17 | 2004-04-08 | Assaf Govari | High-gradient recursive locating system |
| US9237929B2 (en) * | 2003-12-22 | 2016-01-19 | Koninklijke Philips N.V. | System for guiding a medical instrument in a patient body |
| US20080281205A1 (en) * | 2004-01-16 | 2008-11-13 | Morteza Naghavi | Methods and Apparatuses For Medical Imaging |
| US20080146942A1 (en) * | 2006-12-13 | 2008-06-19 | Ep Medsystems, Inc. | Catheter Position Tracking Methods Using Fluoroscopy and Rotational Sensors |
| EP2846700A4 (en) * | 2012-05-11 | 2016-01-20 | Volcano Corp | DEVICE AND SYSTEM FOR IMAGING AND MEASURING A BLOOD FLOW SPEED |
| EP3682810A1 (en) * | 2019-01-15 | 2020-07-22 | Koninklijke Philips N.V. | Intravascular ultrasound device |
-
2021
- 2021-09-23 US US17/483,097 patent/US20230091996A1/en not_active Abandoned
-
2022
- 2022-09-11 IL IL296363A patent/IL296363A/en unknown
- 2022-09-22 EP EP22197019.7A patent/EP4166091A3/en active Pending
- 2022-09-22 CN CN202211155695.1A patent/CN115919364A/zh active Pending
- 2022-09-22 JP JP2022151128A patent/JP2023046403A/ja active Pending
-
2023
- 2023-10-26 US US18/495,282 patent/US20240050073A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4166091A2 (en) | 2023-04-19 |
| JP2023046403A (ja) | 2023-04-04 |
| EP4166091A3 (en) | 2023-06-28 |
| US20240050073A1 (en) | 2024-02-15 |
| US20230091996A1 (en) | 2023-03-23 |
| IL296363A (en) | 2023-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6906113B2 (ja) | 周期的に動く生体構造を視覚化する装置、システム及び方法 | |
| US6556695B1 (en) | Method for producing high resolution real-time images, of structure and function during medical procedures | |
| JP5566580B2 (ja) | 超音波を用いた心臓の力学的評価 | |
| JP5680654B2 (ja) | 超音波診断装置及び超音波画像表示方法 | |
| JP6366591B2 (ja) | 空間形状決定器具 | |
| JP2005529701A (ja) | 撮像装置の撮像パターンのコンピュータで生成した表示 | |
| KR20060112242A (ko) | 초음파 윤곽부의 재구성을 이용한 3―차원적 심장 이미징용소프트웨어 제품 | |
| KR20090075630A (ko) | 도플러 초음파를 사용하는 3차원 이미지 복원 | |
| KR20060112241A (ko) | 초음파 윤곽부 재구성을 이용한 3―차원적 심장 이미징 | |
| KR20060112239A (ko) | 미리―획득한 이미지를 갖는 초음파 데이터의 기록 | |
| KR20060112243A (ko) | 2―차원적 초음파 팬의 디스플레이 | |
| KR20060112240A (ko) | 초음파를 사용하여 미리―획득한 이미지를 갖는전기해부학적 맵의 기록 | |
| JP2006523115A (ja) | 結合された三次元超音波イメージングシステムを用いて侵襲的医療装置を案内する方法 | |
| JP2006521146A (ja) | 広いビューの三次元超音波イメージングにより侵襲的医療装置を案内する方法及び装置 | |
| JP2008535560A (ja) | 身体ボリュームにおける誘導介入的医療デバイスのための３次元イメージング | |
| KR20060112244A (ko) | 초음파 시스템을 위한 빔 방향을 갖는 카테터 팁의디스플레이 | |
| CN105188555A (zh) | 超声波诊断装置以及图像处理装置 | |
| US20210353362A1 (en) | System and method for imaging and tracking interventional devices | |
| US20230091996A1 (en) | Ultrasound imaging of cardiac anatomy using doppler analysis | |
| US20220241024A1 (en) | Ultrasound object point tracking | |
| CN111479510B (zh) | 超声跟踪和可视化 | |
| EP3804629A1 (en) | Ultrasound object point tracking | |
| EP4108181A2 (en) | Estimating strain on tissue using 4d ultrasound catheter | |
| US20220409172A1 (en) | Reconstructing a 4d shell of a volume of an organ using a 4d ultrasound catheter | |
| US20240000420A1 (en) | Systems and methods for cavity imaging in patient organ based on position of 4d ultrasound catheter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |