[发明专利]血管与斑块的三维力学及组织特性成像检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声成像技术领域，特别涉及一种基于多波束聚焦波与超快速平面波交替发射序列的颈动脉血管与斑块的三维力学特性及组织特性成像检测方法。

背景技术

动脉粥样硬化是一种全身性的系统疾病，定期对颈部动脉进行超声检查成为临床上动脉粥样硬化斑块普查的基本方法。现有临床血管斑块的诊断技术主要依靠B超图像、脉冲多普勒、彩色多普勒等成像方法来确定斑块的位置、大小及血管的狭窄程度。虽然狭窄程度经常作为动脉粥样硬化诊疗过程中一个重要的常规测量参数，但是众多研究表明大部分急性脑血管事件的发生与狭窄程度并不存在直接的联系，而是与斑块的实际组成成分以及所处的血流动力学环境有密切的关系。因此，有必要发展一种成像序列分别从血管径向、圆周以及横向的三维力学特性、血管壁剪切率、斑块的形态以及组织定征等方面等对血管斑块形态与功能进行评价与成像。这将大大提升现有的斑块检测方法并提高对易损斑块的检出率，降低急性心血管事件的发生。

血管在血压作用下沿径向与圆周方向的形变以及脉搏波沿血管轴向的传播速度可以分别用于表征血管在三个方向上的力学特性。同时，血管壁剪切率的变化也是影响血管斑块发展与破裂的重要血流动力学因素。然而，传统B超成像模式是由逐条扫描线依次聚焦发射接收实现的，这种成像模式的成像帧频只有几十赫兹，而人体脉搏波波速可达到数米/秒，因此传统超声成像的帧率难以捕捉脉搏波传播。除此之外，传统B超中脉冲多普勒发射波束与血流之间存在一定的夹角，只能获取血管腔内沿声束剖面不同深度处的流速分布图，降低了血管壁剪切率的估计精度。同时，常规脉冲多普勒技术测量流速时，存在频谱展宽效应，受声束几何特性、采样单元内流速梯度等因素的影响，造成频谱模糊，所测得的血流流速不准确。如果需要在一次发射中实现血管与斑块沿径向、圆周以及横向的三维力学特性评价、同时获取时空匹配的血管壁剪切率、以及斑块的形态与组织特征，就有必要发展一种复合成像序列，来克服传统超声成像模式的局限性，通过多角度的参数分析，实现对血管与斑块的形态与功能的同时评价。

发明内容

针对高帧率与高脉冲重复频率的要求，为了实现对颈动脉血管与斑块的形态和功能的成像检测及参数提取，本发明提供一种血管与斑块的三维力学特性及组织特性成像检测方法，基于多波束聚焦波与超快速平面波交替发射序列又可扩展至逐线扫描成像方式，分别从血管的径向、圆周及轴向三维力学特性、血管壁剪切率、斑块形态以及组织定征等方面对血管斑块形态与功能进行评价与成像，实现颈动脉血管与斑块的三维力学特性检测以及多点血管壁剪切率的同时测量，可显著提高血管壁周围位移估计的精度。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

血管与斑块的三维力学特性及组织特性成像检测方法，包括以下步骤：

步骤一、使用多波束聚焦波与超快速平面波交替发射序列，从颈动脉血管与斑块的径向与圆周方向进行弹性成像，求取脉搏波沿血管轴向的局部传播速度，获得血管径向、圆周及轴向的三维力学特性；计算斑块部位多点血管壁剪切率随心动周期的变化曲线；根据膨胀波形提取血管壁的扩张系数、顺应系数以及硬度指数表征血管硬化程度的参数；

步骤二、使用Nakagami分布模型估计血管及斑块回波包络的概率密度分布曲线并使用由粗到精的M参量成像方法估计Nakagami模型中形状参数M的大小并成像，用于斑块中内部成分的组织定征；

步骤三、在B超图像的血管壁周围选取感兴趣区域，利用梯度及模糊C均值聚类对血管内-中膜以及中-外膜进行初始提取，之后经分段哈夫变换与GVF-Snake活动轮廓模型最终实现血管及斑块内中膜厚度的半自动测量；

步骤一所述的使用多波束聚焦波与超快速平面波交替发射序列，从颈动脉血管与斑块的径向与圆周方向进行弹性成像，测量脉搏波沿血管轴向的局部传播速度，获得血管径向、圆周及轴向的三维力学特性；计算斑块部位多点血管壁剪切率随心动周期的变化曲线；根据膨胀波形提取血管壁的扩张系数、顺应系数以及硬度指数表征血管硬化程度的参数，具体步骤为：

(1)设计多波束聚焦波与超快速平面波交替发射序列：根据线阵换能器的阵元的个数及尺寸，多波束聚焦波由四条间隔均匀的扫描线依次发射构成，每根扫描线由32个阵元聚焦发射，扫描线声束方向与血管内血流方向垂直；超快速平面波由超声探头128个阵元无聚焦无延时发射构成；多波束聚焦波与超快速平面波交替发射序列由四条聚焦波依次发射完成后发射一次平面波实现；利用延时叠加法交替获得的平面波与聚焦波的射频回波数据，分别用于血管和斑块三维力学特性的检测以及血管壁剪切率的测量；