用于對(duì)二尖瓣返流的分析的超聲彩流圖的制作方法
【專(zhuān)利摘要】描述了一種超聲診斷成像系統(tǒng)，所述超聲診斷成像系統(tǒng)通過(guò)彩流成像來(lái)評(píng)估通過(guò)二尖瓣的返流。多普勒處理器產(chǎn)生對(duì)返流瓣膜周?chē)难鞯亩嗥绽账俣葴y(cè)量，以識(shí)別將要在返流流動(dòng)量化的PISA方法中使用的等速表面。所述速度測(cè)量結(jié)果被用來(lái)為所述彩流圖像中的像素著色，并且被映射到與所述圖像一起使用的顏色條的多種顏色。所述顏色條在所述顏色條的速度范圍中的明顯識(shí)別出所述彩流圖像中的等速表面的一個(gè)或多個(gè)速度處展示明顯顏色轉(zhuǎn)變。所述顏色條可以由所述條的零速度參考顏色與所述條的端部之間的所述條中間的混疊速度，以及與期望等速對(duì)齊并且被用來(lái)創(chuàng)建顏色轉(zhuǎn)變的混疊速度形成。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于對(duì)二尖瓣返流的分析的超聲彩流圖

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)診斷超聲系統(tǒng)，并且具體涉及用于對(duì)二尖瓣返流流動(dòng)的分析的診 斷超聲成像系統(tǒng)的使用。

【背景技術(shù)】
[0002] 返流流動(dòng)是一種需要分析和適當(dāng)處置的嚴(yán)重醫(yī)療狀況。就在左心室收縮以將血液 泵送到身體中之前，二尖瓣必須完全閉合，以使得收縮將把全部血流噴射到主動(dòng)脈中。如果 瓣膜沒(méi)有完全閉合，則左心室中的血液的一些將通過(guò)未完全密封的瓣膜中的開(kāi)口被噴射回 到左心房中。這種血液的回流一通常是通過(guò)未完全閉合的瓣葉噴回的小的短暫的血流射 束一減少了從心臟流出的血流，并因此降低了每次心臟收縮的效率。接著心臟接著必須 更快速地泵送，以便于身體提供其必要的滋養(yǎng)血流的供應(yīng)。心臟由于它的低效率而過(guò)勞，導(dǎo) 致心力衰竭。
[0003] 臨床醫(yī)生多年來(lái)一直使用超聲成像以試圖檢測(cè)返流血流。對(duì)瓣膜返流的超聲檢測(cè) 最初是通過(guò)在心臟的左側(cè)的超聲圖像中尋找以上提到的血液的射束來(lái)完成的。在過(guò)去二十 年間，一直通過(guò)二維（2D)彩流多普勒成像來(lái)幫助觀察射束，在二維彩流多普勒成像中，小 的血液射束的高速度和湍流被通過(guò)靠近泄漏的心臟瓣膜仔細(xì)搜索這些異常的局部流速來(lái) 檢測(cè)。但是，對(duì)射束在其中最普遍的圖像平面的采集，連同心臟和瓣膜運(yùn)動(dòng)及在二尖瓣附近 的血流湍流，以及射束的短暫出現(xiàn)，對(duì)這種主觀方法提出了挑戰(zhàn)。近年來(lái)，在可以以超聲方 式觀察射束的位置的情況下，臨床醫(yī)生已經(jīng)使用被稱(chēng)為PISA的技術(shù)--近端等速表面積的 首字母縮寫(xiě)來(lái)試圖量化返流血流。在這種方法中，通過(guò)彩流多普勒成像來(lái)對(duì)疑似瓣膜和在 LV心腔內(nèi)部并且接近瓣膜的區(qū)域進(jìn)行成像。在射束出現(xiàn)時(shí)，在近端區(qū)域中形成流動(dòng)匯聚區(qū) 域（FCR)，這是因?yàn)樗鰠^(qū)域中的血流速度朝著返流口瞬間加速。該流型在彩流圖像中的產(chǎn) 生混疊，這是因?yàn)榱魉俣葧簳r(shí)超過(guò)用于彩流圖像的速度范圍。該時(shí)刻的彩流圖像被捕獲并 且被凍結(jié)在顯示器屏幕上。接著對(duì)FCR的第一混疊線處的速度v進(jìn)行測(cè)量，并且對(duì)從所述 混疊線到瓣膜口的假定中心的距離r進(jìn)行測(cè)量。接著使用表達(dá)式Qt = 2 ?r2v來(lái)將這兩個(gè) 測(cè)量結(jié)果用于計(jì)算通過(guò)所述口的流率。
[0004] PISA技術(shù)中的重要步驟是辨別超聲圖像中的等速表面。所述表面可以是二維超 聲圖像中的弧形曲線或是3D超聲圖像中的準(zhǔn)半球區(qū)。以高精確度識(shí)別所述等速表面是必 要的，這是因?yàn)閺牡人俦砻娴椒盗骺跍y(cè)得的徑向距離是流率方程的平方項(xiàng)。過(guò)去被用來(lái)更 好地辨別等速表面的一種方法是嘗試使用彩流系統(tǒng)的混疊閾值來(lái)識(shí)別所述表面。彩流超聲 系統(tǒng)通過(guò)以被稱(chēng)作脈沖重復(fù)頻率的采樣率來(lái)對(duì)血液的流動(dòng)進(jìn)行采樣來(lái)運(yùn)行。該采樣率將滿 足血流速度的奈奎斯特準(zhǔn)則，所述血流速度轉(zhuǎn)化成高達(dá)采樣率的一半的頻率。這些充分采 樣的血流速度的范圍一般在超聲圖像旁邊被顯示為零速度周?chē)鷱?V至-V的范圍的不同 顏色的顏色條，其中，V是被采樣以滿足奈奎斯特準(zhǔn)則的最大速度。因此，待檢測(cè)的血流的 速度越大，則多普勒采樣率必須越大。如果流速超過(guò)+V或-V速度，則多普勒處理器將"卷 繞"，并且顯示顏色條的另一個(gè)端部的顏色。血流診斷中的正常實(shí)踐是使用這樣的多普勒采 樣率，即所述多普勒采樣率足夠高以使得所有期望血流速度都將根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)而被充分 采樣，并且將不超過(guò)混疊開(kāi)始的速度。
[0005] 對(duì)能夠被用來(lái)更好地辨別等速表面的顏色條的非標(biāo)準(zhǔn)使用是在被稱(chēng)作"基線位 移"中調(diào)節(jié)顏色條。如以上提到的，零速度常規(guī)地在顏色條的中心，在+V和-V的最大速度 之間等距。通過(guò)這樣的操作來(lái)執(zhí)行基線位移，即將零速度點(diǎn)移到非中心位置，以使得將被用 作等速表面的流速的所述流速在顏色條的一個(gè)端部。這將引起在意指的等速流速處發(fā)生混 疊，造成等速流速以上的顯示的顏色的卷繞。當(dāng)顏色條的相對(duì)端具有不同顏色時(shí)（例如一 個(gè)端部為紅色而另一個(gè)端部為藍(lán)色），顯示的顏色在等速流率的任一側(cè)上將是不同的。盡管 對(duì)顏色條的這種使用將刻意地造成混疊發(fā)生并且將顏色條繪制得不合適于被顯示的（通 常是不期望的結(jié)果），但在等速的任一側(cè)上的顏色差異可以使得在超聲圖像中更容易辨別 等速表面。期望的是針對(duì)二尖瓣返流狀況而特別設(shè)計(jì)的顏色條，所述顏色條在保持表示流 動(dòng)狀況的顏色條被顯示的同時(shí)在彩流圖像中高亮顯示等速表面。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明的原理，描述了一種用于通過(guò)彩色多普勒成像來(lái)分析返流血流的超聲 診斷成像系統(tǒng)。根據(jù)顏色條對(duì)彩色多普勒?qǐng)D像進(jìn)行著色，所述顏色條在中心零速度參考與 所述顏色條的一個(gè)端部之間展現(xiàn)明顯的顏色變化。發(fā)生所述顏色變化的所述速度在期望 的等速值的范圍中，以使得所述顏色轉(zhuǎn)變將在二尖瓣返流的彩流圖像中明顯地標(biāo)出等速表 面。在優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)方式中，顏色變化被呈現(xiàn)在所述零速度參考水平以上和以下兩者處，以適 應(yīng)血流的任意方向。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007] 在附圖中：
[0008] 圖1以方框圖的形式圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的超聲診斷成像系統(tǒng)。
[0009] 圖2圖示了返流射束的超聲彩色多普勒?qǐng)D像。
[0010] 圖3圖示了對(duì)返流流動(dòng)的PISA測(cè)量。
[0011] 圖4圖示了彩色多普勒?qǐng)D像的常規(guī)顏色條的標(biāo)尺。
[0012] 圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理配置的彩色多普勒?qǐng)D像的顏色條。
[0013] 圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明配置的彩色多普勒?qǐng)D像的顏色條的第二范例。
[0014] 圖7圖示了使用標(biāo)準(zhǔn)顏色條的返流射束的雙平面彩色多普勒?qǐng)D像。
[0015] 圖8圖示了使用本發(fā)明的顏色條的返流射束的雙平面彩色多普勒?qǐng)D像。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 首先參考圖1，以方框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的超聲診斷成像系 統(tǒng)。在圖1中，換能器陣列10'被提供在超聲探頭10中以用于發(fā)射超聲波并且接收回波信 息。換能器陣列10'優(yōu)選是換能器元件的二維陣列，所述換能器元件能夠沿三個(gè)維度（比 如沿關(guān)于二尖瓣的位置的高度和方位兩者）進(jìn)行掃描以用于3D成像。換能器陣列被耦合 到探頭中的微型波束形成器12,微型波束形成器12控制通過(guò)陣列元件的信號(hào)的發(fā)射和接 收。如在US專(zhuān)利 5997479(Savord等）、6013032 (Savord)和 6623432(Powers等）中描述 的，微型波束形成器能夠?qū)τ蓳Q能器元件的組或"面片（patch) "接收的信號(hào)進(jìn)行至少部分 的波束形成。微型波束形成器通過(guò)探頭線纜被耦合到發(fā)射/接收（T/R)開(kāi)關(guān)16,發(fā)射/接 收開(kāi)關(guān)16在發(fā)射與接收之間切換并且保護(hù)主波束形成器20免于高能發(fā)射信號(hào)。在微型波 束形成器12的控制下來(lái)自換能器陣列10的超聲束的發(fā)射由被耦合到T/R開(kāi)關(guān)和波束形成 器20的發(fā)射控制器18來(lái)導(dǎo)向，發(fā)射控制器18接收來(lái)自用戶接口或控制面板38的用戶操 作的輸入。由發(fā)射控制器控制的功能中的一個(gè)是波束被操縱的方向。波束可以被操縱為從 (正交于）所述換能器陣列直行向前，或者針對(duì)較寬的視場(chǎng)而在不同角度。
[0017] 由微型波束形成器12產(chǎn)生的部分波束形成的信號(hào)被耦合到主波束形成器20,在 主波束形成器20處，來(lái)自換能器元件的獨(dú)立面片的部分波束形成的信號(hào)被組合成完全波 束形成的信號(hào)。例如，主波束形成器20可以具有128個(gè)通道，通道中的每個(gè)接收來(lái)自12個(gè) 換能器元件的面片的部分波束形成的信號(hào)。以這種方式，由二維陣列的超過(guò)1500個(gè)換能器 元件接收到的信號(hào)可以有效地貢獻(xiàn)到單個(gè)波束形成的信號(hào)。
[0018] 波束形成的信號(hào)被耦合到信號(hào)處理器22。信號(hào)處理器22可以以各種方式來(lái)處理 接收到的回波信號(hào)，例如帶通濾波、抽取、I和Q分量分離、以及諧波信號(hào)分離，所述諧波信 號(hào)分離行動(dòng)以分離線性信號(hào)和非線性信號(hào)，從而使得能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)從組織和微泡返回的非線 性回波信號(hào)的識(shí)別。信號(hào)處理器也可以執(zhí)行額外的信號(hào)增強(qiáng)，例如相干斑抑制、信號(hào)復(fù)合和 噪聲消除。
[0019] 經(jīng)處理的信號(hào)被耦合到B模式處理器26和多普勒處理器28。B模式處理器26采 用幅度檢測(cè)以用于對(duì)身體中的結(jié)構(gòu)（例如心臟壁的組織、二尖瓣和血細(xì)胞）進(jìn)行成像。如 在US專(zhuān)利6283919 (Roundhill等）和US專(zhuān)利6458083 (Jago等）中描述的，可以以諧波模 式或基礎(chǔ)模式或兩者的組合來(lái)形成身體的結(jié)構(gòu)的B模式圖像。多普勒處理器28處理來(lái)自 組織和血流的時(shí)間明顯信號(hào)以用于檢測(cè)圖像場(chǎng)中的物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)（例如血細(xì)胞的流動(dòng)）。多 普勒處理器典型地包括壁濾波器，所述壁濾波器具有可以被設(shè)定為通過(guò)和/或拒絕從身體 中的選定類(lèi)型的材料返回的回波的參數(shù)。比如，壁濾波器能夠被設(shè)定為具有帶通特性，所述 帶通特性使來(lái)自較高速度材料的具有相對(duì)較低幅度的信號(hào)通過(guò)，而拒絕來(lái)自較低速度或零 速度材料的相對(duì)較強(qiáng)的信號(hào)。這種帶通特性將使來(lái)自流動(dòng)的血液的信號(hào)通過(guò)，而拒絕來(lái)自 附近固定的或緩慢移動(dòng)的目標(biāo)（例如心臟的壁）的信號(hào)。反向特性將使來(lái)自心臟的運(yùn)動(dòng) 組織的信號(hào)通過(guò)，而拒絕血流信號(hào)，以用于被稱(chēng)作組織多普勒成像，檢測(cè)并且描繪組織的運(yùn) 動(dòng)。多普勒處理器接收并且處理來(lái)自圖像場(chǎng)中不同點(diǎn)的時(shí)間離散回波信號(hào)的序列，來(lái)自特 定點(diǎn)的回波的序列被稱(chēng)作系列（ensemble)。在相對(duì)較短的間隔上快速連續(xù)接收到的回波的 系列可以被用來(lái)估計(jì)流動(dòng)血液的多普勒偏移頻率，其中，多普勒頻率到速度的對(duì)應(yīng)性指示 血流速度。在較長(zhǎng)時(shí)間段上接收到的回波的系列被用來(lái)估計(jì)較慢流動(dòng)的血液或緩慢移動(dòng)的 組織的速度。對(duì)于快速出現(xiàn)的射束的二尖瓣返流評(píng)估，一般采用短系列長(zhǎng)度（較少樣本）， 以使得可以實(shí)現(xiàn)高采集幀率。采集信號(hào)樣本的速率（或信號(hào)樣本之間的時(shí)間間隔）被稱(chēng)為 脈沖重復(fù)頻率（PRF)，并且建立可以沒(méi)有混疊地測(cè)得的血流的最大速度。為了滿足采樣的奈 奎斯特準(zhǔn)則并防止混疊，必須以這樣的速率在系列中對(duì)血流進(jìn)行采樣，即所述速率是被測(cè) 流動(dòng)的最高速度的等價(jià)頻率的至少兩倍。可以通過(guò)

【權(quán)利要求】
1. 一種診斷超聲系統(tǒng)，所述診斷超聲系統(tǒng)產(chǎn)生流動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的速度的彩流圖像，所述診 斷超聲系統(tǒng)包括： 具有換能器陣列的超聲探頭，其用于向運(yùn)動(dòng)組織或流體的位置發(fā)射超聲能量并且從運(yùn) 動(dòng)組織或流體的位置接收超聲回波； 對(duì)接收到的回波進(jìn)行響應(yīng)的多普勒處理器，其用于產(chǎn)生組織或血流速度的多普勒速度 測(cè)量結(jié)果； 對(duì)所述多普勒速度測(cè)量結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)的運(yùn)動(dòng)量化處理器，其將速度測(cè)量結(jié)果映射到針 對(duì)彩色多普勒?qǐng)D像的多種不同顏色； 對(duì)所述不同顏色進(jìn)行響應(yīng)的圖形處理器，其產(chǎn)生用于與所述彩色多普勒?qǐng)D像一起顯示 的顏色指示物，所述顏色指示物具有端部速度水平和針對(duì)零速度的參考水平，所述顏色指 示物的顏色被布置為在所述參考水平與所述端部速度水平之間的點(diǎn)處展現(xiàn)明顯顏色轉(zhuǎn)變； 以及 被耦合到所述圖像處理器和所述流動(dòng)量化處理器的顯示設(shè)備，其結(jié)合所述顏色指示物 來(lái)顯示彩色多普勒?qǐng)D像。
2. 如權(quán)利要求1所述的診斷超聲系統(tǒng)，其中，所述顏色指示物還包括顏色條，所述顏色 條具有從所述條的一個(gè)端部變化至零速度顏色的多種不同顏色。
3. 如權(quán)利要求2所述的診斷超聲系統(tǒng)，其中，所述顏色條還包括從所述零速度顏色逐 漸變化至所述明顯顏色轉(zhuǎn)變的多種不同顏色，并且包括從所述明顯顏色轉(zhuǎn)變逐漸變化至所 述顏色條的所述端部的多種不同顏色。
4. 如權(quán)利要求3所述的診斷超聲系統(tǒng)，其中，所述明顯顏色轉(zhuǎn)變與將要在彩流圖像中 被識(shí)別的速度相對(duì)應(yīng)；并且還包括： 用戶控制，其能由用戶操作以選擇將要通過(guò)所述明顯顏色轉(zhuǎn)變來(lái)識(shí)別的所述速度。
5. 如權(quán)利要求1所述的診斷超聲系統(tǒng)，其中，所述顏色指示物還包括顏色條，所述顏色 條具有從所述條的一個(gè)端部變化至另一個(gè)端部的多種不同顏色，其中，零速度顏色被定位 在所述兩個(gè)端部之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的診斷超聲系統(tǒng)，其中，所述明顯顏色轉(zhuǎn)變被定位在所述零速度 顏色與所述條的一個(gè)端部之間；并且還包括： 第二明顯顏色轉(zhuǎn)變，其被定位在所述零速度顏色與所述條的另一個(gè)端部之間。
7. 如權(quán)利要求1所述的診斷超聲系統(tǒng)，其中，所述顏色指示物的所述顏色還被布置為 在所述參考水平與所述端部速度水平之間發(fā)生混疊的點(diǎn)處展現(xiàn)所述明顯顏色轉(zhuǎn)變。
8. 如權(quán)利要求7所述的診斷超聲系統(tǒng)，其中，在所述端部速度水平處的所述顏色和在 所述參考水平處的所述顏色兩者均為零速度顏色。
9. 如權(quán)利要求7所述的診斷超聲系統(tǒng)，其中，所述顏色指示物還包括具有兩個(gè)端部的 顏色條； 其中，所述明顯顏色轉(zhuǎn)變被定位在零速度顏色與所述條的一個(gè)端部之間的混疊速度點(diǎn) 處；并且還包括： 第二明顯顏色轉(zhuǎn)變，其被定位在所述零速度顏色與所述條的另一個(gè)端部之間的第二混 疊速度點(diǎn)處。
10. 如權(quán)利要求9所述的診斷超聲系統(tǒng)，其中，在所述顏色條的所述端部處的所述顏色 還包括零速度顏色。
11. 如權(quán)利要求7所述的診斷超聲系統(tǒng)，其中，所述明顯顏色轉(zhuǎn)變與將要在彩流圖像中 識(shí)別的速度相對(duì)應(yīng)；并且還包括： 用戶控制，其能由用戶操作以選擇在其之上發(fā)生混疊的速度。
12. 如權(quán)利要求11所述的診斷超聲系統(tǒng)，其中，所述流速度場(chǎng)的經(jīng)調(diào)節(jié)的形狀包括拋 物線形、扁圓形、拋物面或扁球體中的一種。
13. 如權(quán)利要求1所述的診斷超聲系統(tǒng)，其中，所述超聲系統(tǒng)還能操作以測(cè)量二尖瓣返 流；并且 其中，所述明顯顏色轉(zhuǎn)變被用來(lái)在對(duì)二尖瓣返流的所述測(cè)量中使用的彩色多普勒?qǐng)D像 中識(shí)別等速表面。
14. 如權(quán)利要求13所述的診斷超聲系統(tǒng)，其中，所述明顯顏色轉(zhuǎn)變通過(guò)多種逐漸改變 的顏色中的明顯的明線或暗線來(lái)識(shí)別等速表面。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述明顯顏色轉(zhuǎn)變還在所述彩色多普勒?qǐng)D像中 識(shí)別返流射束的邊界。
【文檔編號(hào)】G01S15/89GK104394772SQ201380034167
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2013年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月27日
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