[发明专利]用于超声二尖瓣返流分析的壁滤波器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2010年12月23日提交的美国临时专利申请61/426669的权益。

技术领域

本发明涉及医学诊断超声系统，具体而言，涉及由用于分析二尖瓣返流的诊断超声成像系统使用的壁滤波器。

背景技术

返流是一种严重的医学状况，其需要分析和适当的处置。刚好在左心室收缩以向身体中泵送血液之前，二尖瓣必须完全闭合，从而使得收缩将所有血流喷射到主动脉中。如果该瓣膜未完全闭合，左心室中的一些血液将通过不完全密封的瓣膜中的开口喷射回左心房。这种血液的回流，通常为通过不完全闭合的瓣膜小叶向回喷出的血流的小的瞬间的喷射，减小了从心脏的血液流出，并且因此降低了每次心脏收缩的效率。那么心脏必须要更快速地泵送，以便为身体供给其必要的滋养血流供给。由于其效率低，心脏过度工作，从而导致心力衰竭。

临床医生多年来已经使用超声成像来尝试检测返流血流。最初是通过查看心脏左侧的超声图像中血液的上述喷射来完成瓣膜返流的超声检测的。在过去二十年期间，通过二维（2D）彩色流动多普勒成像已经方便了对喷射的观察，在二维（2D）彩色流动多普勒成像中，通过仔细搜索泄漏心脏瓣膜附近这些异常局部流速来检测血液小喷射的高速和湍流。不过这样的图像平面的采集给这种主观方式提出了挑战：在所述图像平面中，喷射是最普遍存在的，并且喷射与心脏、瓣膜运动和二尖瓣附近的血流湍流以及喷射的瞬间发生耦合。近年来，在能够通过超声方式观察喷射位置的情况中，临床医生使用称为PISA（邻近等速表面积法的缩写）的技术，以尝试对返流血流进行量化。在这种方法中，通过彩色流动多普勒成像对嫌疑瓣膜和LV心室内部以及邻近瓣膜的区域成像。在发生喷射的时候，在邻近区域中形成流动会聚区域（FCR），因为该区域中的血流速度会瞬间向返流孔口加速。这种流动模式在彩色流动图像中导致混叠，因为流速瞬间超过用于彩色流动图像的速度范围。此刻捕获并在显示屏上定格彩色流动图像。之后测量FCR第一混叠线处的速度v，并测量从该混叠线到瓣膜孔口的假定中心的距离r。之后使用这两个测量结果，使用表达式Q_t=2πr²v计算通过该孔口的流率。

当执行这种流程时会出现若干困难。一个困难是，当在彩色流动图像中捕获喷射时在喷射最大峰值处获得最大的准确度。心脏周期期间喷射的持续时间能够仅为300-450毫秒，然而，典型的彩色流动帧速率可能在10-20帧每秒的范围中。因此，有可能彩色流动图像帧之一的采集时间与当喷射恰好处于其峰值时的时刻不相同。临床医生能够针对额外的心动周期重复彩色流动采集序列，或者能够满足于由在恰好喷射峰值之外处进行测量而造成的不准确性。

另一个问题是，在彩色流动图像中不容易界定瓣膜孔口的中心。瓣膜组织产生大的超声反射，并且当进行扫描时快速运动，因而在图像中能够呈现为大块的模糊或不清楚的块体。因此，测量结果r的准确度能够因为不能估计孔口的精确位置而受到影响。

第三个问题是，基本PISA技术仅仅是单个的一维测量。仅进行一次速度测量，并且在计算中仅使用单个到孔口的半径r。该方法假设FCR中血流的其余部分与单个测量的部分表现相同。显然，进行单个测量中的任何不准确都将产生不准确的结果。

试图消除这些不准确性的基本PISA技术的扩展是在二维图像中描绘FCR外边界的弧周围进行多次速度测量。测量从每个速度测量点到孔口的距离r，并且使用多个测量结果计算流量Q_t。尽管多个测量可以防止对单个不准确测量的依赖，但出现了另一个问题。一般通过如下方式完成单个测量（1D）技术：通过心脏顶端并直接通过假定的返流孔口瞄准超声探头的中心射束，并沿这条射束线测量速度v和距离r。在射束线因而与返流的这种矢量对准时，测量的速度将是准确的，并且不受非零多普勒角度的影响。如所知的，超声多普勒速度测量受到流动方向和超声射束方向之间角度的影响。与射束方向直接在一条线上的流动将得以准确测量，而与射束方向成非零角度的流动将由角度的余弦减小。与射束方向正交（90°）的流动将不会产生多普勒响应。因此，必须要根据流动矢量与射束方向之间的角度来校正超声测量的多普勒速度，以便产生更准确的速度测量结果。在2DPISA技术的情况中，由于在进行速度测量的每个点处的其流动矢量和射束方向之间的角度变化，沿FCR弧的额外速度测量将是不准确的。因此，尽管多个测量能够补偿单个速度测量中出现的误差，但合计的测量将由于每个测量点处多普勒角度的变化而不充分测量流率。