[发明专利]一种用于血管内超声多断层剪切波弹性成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种属于介入式血管内超声弹性成像方法，具体涉及一种利用剪切波弹性成像技术进行血管内快速探测血管弹性信息的弹性成像方法。

背景技术

《中国心血管病报告2012》指出，心脑血管疾病近年已成为国人健康第一杀手，估计全国心血管病患者2.3亿，全国每年350 万人死于心血管病，约占全因死亡的41%，居各死因首位。报告还预测，2010～2030年仅考虑人口老龄化和人口增加的因素，中国35～84岁人群心血管病（心绞痛、心肌梗死、冠心病猝死和脑卒中）事件数增加将＞50%。2010年到2030年心血管病事件数增加约2,130万，死亡增加约770 万。以往认为，粥样硬化斑块逐步形成和发展，致使血管硬化、管腔狭窄、血流阻塞，这是引起心血管急性事件和脑中风（猝死）的主要原因。1988年Ambrose JA等科学家提出了易损斑块（Vulnerable Plaque）说，这是最近 20年来心脑血管领域的一个重大突破。一般认为，具有薄纤维帽，大脂质核心及大量激活巨噬细胞的斑块不稳定，易于破裂。现已证明动脉硬化斑块破裂脱落而形成血栓是引起心血管急性事件、急性心肌梗塞、急性冠状动脉综合症（ACS）、中风（Stroke）和猝死的主要原因，因此判断斑块的易损性（vulnerability），从而早期预测、诊断、有效干预和处理易损斑块是防治心脑血管疾病一项紧迫任务。

为了能对血管内易损斑块进行成像诊断，血管内超声成像技术（Intravascular Ultrasound, IVUS）于20世纪80年代末期迅速发展起来，它是利用安装在心导管前端的微型超声探头，从血管内部成像来检测管腔大小和管壁结构的介入性超声诊断技术。它能够实时显示血管横断面解剖结构，观察附着于管壁表面的粥样硬化斑块形态及发展过程，测定冠状动脉狭窄程度，从而指导经皮冠脉介入治疗以及评价治疗效果。近年来，血管内超声已成为冠心病等心血管疾病诊断和治疗的重要影像学手段，有文献称其为“冠状动脉狭窄的诊断与介入疗效评估的金标准”。但是，常规IVUS成像只可以获得血管单断层图像，进而提取该断层上的血管解剖形态特征，却无法获得可用于判断斑块细节性质的弹性信息。为了对斑块进行机械力学和组成成分上的检查以作为组织形态学检查的有效补充，血管内弹性成像（intravascular elastography）、血管内超声三维内膜硬度图（intravascular palpography）、血管内超声虚拟组织学成像（Virtual Histology IVUS, VH-IVUS）等方法先后被国内外学者提出。目前现有的这些血管内超声弹性成像方法都是基于静态施压方式，得到位移后估计出应变。应变的大小与施加的应力大小直接相关，因此它只能反映组织的相对弹性，真实弹性参量（杨氏模量）还需要根据力学模型和边界条件进行重构。因此，我们提出采用基于多阵元IVUS换能器的血管内超声辐射力弹性成像方法（即血管内超声多断层快速弹性成像方法）以直接获得管壁组织及斑块的杨氏模量，更加有效地量化斑块生物力学参数与其易损性的关系。

所谓血管内超声多断层快速弹性成像方法是融合了血管内超声成像技术（Intravascular Ultrasound, IVUS）和剪切波快速弹性成像技术（shear wave elastography, SWE）的特点。一方面，血管内超声成像技术是目前唯一商业化用于临床检测的可以实时提供患者冠状动脉血管横截面图像的检查手段，目前IVUS成像技术已可以对冠状动脉甚至更细小血管进行血管内成像，在不影响临床经皮冠状动脉成形术（percutan-eous translumianal coronary angioplasty, PTCA）手术过程与疗效的前提下，可定性地提供动脉壁结构灰度图像，对于冠状动脉粥样硬化与狭窄等心血管疾病的诊断与治疗具有和重要意义；另一方面，剪切波弹性成像技术是利用超声波束产生的声辐射力对下层组织进行施压，压力在声波传播方向上推动组织，组织产生复原力，该复原力会产生机械波，尤其是沿组织横向传播的剪切波。一般来说，机械波的传播性质与材料的力学特征紧密相关，剪切波作为组织复原力产生的一种机械横波，其传播性质必然包含着组织内的诸多力学信息，一般来说，剪切波速度越快，说明组织杨氏模量值越大，即组织的硬度越大。人们正是利用这一性质，通过组织内传播的剪切波速度反推获得组织的杨氏模量绝对值。剪切波在生物体内传播速度一般为1~10 m/s，故可利用的超快速成像方法进行捕捉剪切波传播过程。