[发明专利]超声流体向量成像装置及其方法

说明书

本发明涉及一种用于复杂流体成像和分析的装置和方法，其是非侵入的、精确的和时间分辨的。它在具有时间空间波动的脉管流体的成像中是特别有用的。该装置是一种基于超声的架构，被称为向量投射体成像(VPI)，其可以以毫秒级时间分辨率在成像视野上动态地渲染复杂流体模式。该VPI装置和方法包括：(i)基于偏转平面波发射的高帧率宽视野数据采集；(ii)由与数据正则化和最小二乘拟合相关联的多角度多普勒分析获得的流体向量估计；和(iii)具有被显示为附加物的流体斑点的颜色编码向量投射体的动态可视化。

本申请要求2013年11月19日递交的美国临时申请No.61/905,974的优先权，该临时申请在此被整体引入。

技术领域

本发明一般地涉及一种超声成像系统，更特别地涉及一种用于成像脉管流体的超声系统。这个成像系统可以被用于非侵入性地可视化人体血管中的血流。

背景技术

人体动脉中的血流动态的非侵入性可视化被广泛地认为具有很高的诊断意义，因为它可以有助于血管异常情况的临床检测(斯坦曼DA，泰勒CA,流体成像和计算：大动脉血流动态，生物医学工程年报，2005；33:1704-1709(Steinman DA,Taylor CA.Flow imagingand computing:large artery hemodynamics.Ann. Biomed.Eng.,2005；33:1704-1709))。例如，监测颈动脉中的流动模式在中风预后方面长期以来一直是有用的(唐纳GA，费舍尔M，麦克劳德M，戴维斯SM，中风，柳叶刀，2008；371：1612-1623；希尔兹RC，颈动脉狭窄的医疗管理，血管外科学和血管内治疗展望，2010；22:18-27(Donnan GA,Fisher M,Macleod M,Davis SM.Stroke.Lancet,2008；371:1612-1623；Shields RC.Medical management ofcarotid stenosis.Perspect.Vasc.Surg.Endovasc.Ther.,2010；22: 18-27))。这些年来，人们已经提出了一些非侵入性流体成像模式(欧文AR，罗迪提GH，外周动脉疾病：非侵入性成像的角色演变，研究生医学杂志，2011： 87：189-198；沃尔巴斯特AB，亨迪WR，医学成像中的演变和实验技术，放射学，2006；238:16-39(Owen AR,Roditi GH.Peripheral arterialdisease:the evolving role of non-invasive imaging.Postgrad.Med.J.,2011；87:189-198； Wolbarst AB,Hendee WR.Evolving and experimental technologies inmedical imaging.Radiology,2006；238:16-39))，并且这些非侵入性流体成像模式中，超声也许已经将它本身确立为可以容易地应用到点护理诊断中的一种独特的床头成像模式(比尔瑞格SM，琼斯A，超声与包括CT、MR、PET和血管造影术的替代成像模式的准确性和成本比较，医学超声诊断杂志，2009；25:138-144；摩尔CL，库佩尔JA，点护理超声检查，新英格兰医学杂志，2011；364:749-757 (Bierig SM,Jones A.Accuracy and cost comparison ofultrasound versus alternative imaging modalities,including CT,MR,PET,andangiography,J.Diagnost.Med. Sonography,2009；25:138-144；Moore CL,CopelJA.Point-of-care ultrasonography. New Eng.J.Med.,2011；364:749-757))。在大多数已有的超声扫描设备中，流体信息可以以彩色血流图像的形式实时渲染，其提供了轴向流体速度(或者流体能量)在成像视野上的2D映射图(埃文斯DH，彩色血流和运动成像，机械工程师学会会报，H部，2010；224:241-253；霍斯金斯PR，迈克迪肯WN，血流和组织运动的彩色超声成像，英国放射学杂志，1997；70:878-890(Evans DH. Color flow and motionimaging.Proc.Inst.Mech.Eng.H,2010；224:241-253； Hoskins PR,McDicken WN.Colourultrasound imaging of blood flow and tissue motion.Br.J.Radiol.,1997；70:878-890))。当与绘制单个采样门处的瞬时流体曲线的多普勒频谱模式一起使用时，这个流体成像模式可以提供大量的在空间和时间维度上的关于流体行为的信息(盖提妮D，索达克M，用多普勒超声检查诊断颈动脉狭窄：现状，超声医学杂志，2005；24:1127-1136；霍斯金斯PR，使用超声成像测量的血液动态和血流，机械工程师学会会报，H部，2010；224: 255-271(Gaitini D,Soudack M.Diagnosing carotid stenosis by Doppler sonography: stateof the art.J.Ultrasound Med.,2005；24:1127-1136；Hoskins PR, Haemodynamics andblood flow measured using ultrasound imaging.Proc.Inst. Mech.Eng.H,2010；224:255-271))。