[发明专利]一种快速超分辨血流成像方法

说明书

本发明公开了一种基于超声微泡造影剂的快速超分辨血流成像方法，主要解决超声衍射极限造成的血流成像分辨率低的问题，同时加快超分辨成像速度。本发明包括七个步骤。步骤1注射造影剂并采集超声视频；步骤2对视频进行预处理，抑制噪声和背景组织；步骤3对预处理后的视频进行运动校正；步骤4对图像进行插值；步骤5利用微泡匹配滤波器逐帧计算微泡的中心；步骤6记录所有帧中微泡的中心位置；步骤7统计每个像素内微泡出现的频数，并以灰度值得方式构成血流超分辨图。本发明可以在短时间内形成分辨率超过传统超声造影的血流超分辨图像，为医生提供更丰富的血流细节，辅助医生临床诊断。

技术领域

本发明涉及超声成像系统和方法领域，特别涉及用于快速超分辨超声血流成像方法。

背景技术

血流在身体和器官内的分布情况是一种临床上使用非常普遍的指标。现在主要成像手段有CT血管造影技术(CTA)，磁共振血管成像技术(MRA)、数字减影血管造影技术(DSA)、超声多普勒技术(CDFI)。基于CT的血管造影技术先将CT造影剂注射到血管内，再进行CT成像，能分辨直径400μm以上的血管。基于磁共振(MRI)的血管造影技术利用激发区域血液的流动性抑制不动组织的信号，从而突出流动的血液，在场强3.0T情况下可以分辨直径300μm 以上的血管，对于3.0T以上场强的MRI，由于对人体的安全性还存在争议，尚未进入临床阶段。基于X光的数字减影血管造影技术通过采集定点注射造影剂前后X光信号的变化来信息相减运算增强血流信号的侵入式成像方法，可以分辨直径200μm以上的血管，目前是临床上血管成像的金标准，然而这种方法由于要定点注射造影剂，会给患者带来不小的痛苦。此外，不论是X光、CT还是MRI其成像均需要依赖量子的辐射，对人体有一定的损害。

相较于以上几种成像方法，基于超声的彩色多普勒技术具有更好的安全性、实时性、便携性和廉价性，。它利用声波触碰运动物体会发生多普勒频移的物理现象通过估计发射波和接收波的频移来获得血流图，在常用的2.0MHz-6.0MHz下，可以分辨直径1mm以上且流速在2cm/s 以上的血管。多普勒技术的血流分辨率远不及CTA、MRA、DSA技术，主要有两个原因：(1) 声波的在人体穿透能力远不及放射线，人体深层血流(尤其是小血流和慢速血流)的信号很小，导致超声系统接受到的整体信号信噪比很低，难以呈现出可靠的图像。(2)声波的波长远大于量子辐射波长，由于当成像物体尺寸小于波长时会发生衍射现象，导致波长越短，其理论分辨率越高，这种现象被称为衍射极限。

上世纪90年代超声造影剂的概念第一次进入临床，通过向血液中注射超声造影剂可以增强有血流区域地回声强度，大大提高了血流信号的信噪比。随着技术的发展，以Optison和 Sonovue为代表的第二代造影剂进入临床，催生了对比增强超声技术(CEUS)，可以看到血流 (包括较小血流和慢速血流)的灌注情况。造影剂虽然解决了血流信号信噪比的问题，但仍未解决衍射极限，从CEUS上难以看到整体血流的拓扑结构。

2014年斯特凡·黑儿等人因发明超分辨率荧光显微技术而获得诺贝尔化学奖，他们的技术克服了光学显微镜中的“阿贝分辨率”，实现了光学超分辨图像。赖利、克里斯滕森等受此启发，提出通过反卷积点扩散函数求解超稀疏造影剂中心的超声血流超分辨方法，克服了超声衍射极限问题，但其要求注射造影剂浓度过度稀释，且需要持续注射，造影剂每形成一幅超分辨图像需要20-30分钟。埃里科等在《自然》科学杂志中通过特制的超高速采样超声设备，将超声信号采集帧率提高到500帧/秒，因此将形成一幅超分辨图像的时间缩短到150s，但因其对超声设备性能苛刻的要求难以应用在临床。超声血流超分辨的核心是如何快速、准确地检测到足够多的微泡来拼凑超分辨图像，传统策略将重心放在提高帧率(500帧/s)和增加采集时间(超过20分钟)，两者都对超分辨技术应用在临床带来巨大困难。

发明内容