使用超声成像的脉管表征的制作方法

使用超声成像的脉管表征的制作方法
【专利摘要】超声方法和/或系统提供了对管壁运动和血流量二者的运动跟踪（例如，与高帧速率超声脉冲回波数据的使用一起，并且可以同时追踪壁运动和流量二者的斑点追踪）。
【专利说明】使用超声成像的脉管表征
[0001 ] 关于联邦资助的研究或开发的声明
本发明是在来自NIH的奖励编号EB 6893下的政府支持的情况下完成的。政府具有本发明中的某些权利。
[0002]相关申请的交叉引用
本申请要求保护2011年4月14日提交的名称为“Vascular Characterization UsingUltrasound Imaging”的序列号61/475，550的美国临时申请的权益,该美国临时申请以其整体通过引用合并于此。
【背景技术】
[0003]这里的公开总体上涉及超声成像。更具体地，这里的公开涉及供在例如诊断和/或疗法应用(例如血管和/或接近其的区域的成像等)中使用的超声成像方法和系统。
[0004]脉管成像正在获得越来越多的关注，不仅作为一种检测心血管疾病的方式，而且还用于评估对新的抗动脉粥样硬化疗法的反应(参见Ainswoth等人的“3D ultrasoundmeasurement of change in carotid plaque volume - A tool for rapid evaluationof new therapies, ”Stroke, vol.36，n0.9，pp.1904-1909，SEP 2005)。血管内超声(IVUS)已经被示出以提供一种响应于疗法测量动脉粥样硬化疾病的进展或消退的有效工具。然而，IVUS是有创的，有潜在风险，并且比利用超声的无创成像更昂贵。
[0005]超声扫描仪上的先进成像模式已经导致对成像重要量越来越感兴趣，像使用多普勒的管壁剪切速率(WSR，wall shear rate)(参见 Blake 等人的 “A method to estimatewall shear rate with a clinical ultrasound scanner, ”Ultrasound in Medicine andBiology, vol.34，n0.5，pp.760-764，MAY 2008)和使用斑点追踪的组织/管壁运动(参见 Tsou 等人的 “Role of ultrasonic shear rate estimation errors in assessinginflammatory response and vascular risk, ” Ultrasound in Medicine and Bio1gyyvol.34，n0.6，pp.963-972，JUN 2008 ;Karimi 等人的 “Estimation of NonlinearMechanical Properties of Vascular Tissues via Elastographyj ”CardiovascularEngineering, vol.8，n0.4，pp.191-202，DEC 2008 ;和 Weitzel 等人的 “High-Resolution Ultrasound Elasticity Imaging to Evaluate Dialysis FistulaStenosis, ”Seminars In Dialysis, vol.22，n0.1，pp.84-89，JAN-FEB 2009)。
[0006]近来，已经对与对大动脉血流动力学的评估进行建模的计算流体动力学(CFD)相结合对血流进行成像越来越感兴趣(参见Steinman等人的“Flow imaging and computing:Large artery hemodynamics, yyANNALS `OF BIOMEDICAL ENGINEERING, vol.33，n0.12，pp.1704-1709，DEC 2005 ;Figueroa 等人的 “A computational framework forf luid-solid-growth modeling in cardiovascular simulations, ” Computer Methodsin Applied Mechanics and Engineering, vol.198，n0.45—46，pp.3583 - 3602，2009 ;和 Taylor 等人的 “Open problems in computational vascular biomechanics:Hemodynamics and arterial wall mechanics, ,,Computer Methods in Applied Mechanicsand Engineering, vol.198, n0.45-46，pp.3514 - 3523, 2009)。在该上下文中，已经将建模流-固界面定义为脉管力学中的挑战领域。

【发明内容】

[0007]本公开的至少一个实施例涉及能够同时对管壁组织运动(例如血管周组织)和变形二者连同流体流量进行成像的超声成像。例如，在本公开的一个实施例中，结合同时为组织和流体二者中的矢量位移追踪提供足够帧速率的成像模式(例如M2D模式成像)利用斑点追踪(例如适合于利用最小插值进行轴向方向和横向方向上的子采样位移估计的2D相位耦合斑点追踪方法)来完成使用超声的成像脉管力学。例如，可以在装配有用于控制成像序列和对RF数据进行流线化以便在感兴趣的区域中(例如血管周围)执行2D斑点追踪的研究界面的临床扫描仪上实施M2D成像。将2D斑点追踪与足够高帧速率成像进行组合允许轴向方向和横向方向上的精细位移追踪。由这种处理得到的矢量位移场非常适合于利用最小滤波的应变和剪切应变计算以及使用相对较小的追踪窗口(即斑点区域)来最大化分辨率。可以对(例如组织/流体应用中的，诸如患者颈动脉中活体的)流体和组织运动应变场进行评估(例如为了识别出脉管特征或出于一个或多个其他目的，例如供在疗法中使用)。
[0008]成像方法的一个示例性实施例可以包括:提供至少一部分血管位于其中的区域的超声脉冲回波数据(例如，其中脉冲回波数据包括处于下述帧速率的脉冲回波数据:该帧速率使得所测得的限定所述至少一部分血管的管壁的位移和所测得的经过所述至少一部分血管的平均血流量随时 间具有准周期性分布，以便允许同时对管壁和血流量二者进行运动追踪)；以及使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据。例如，斑点追踪可以包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的多维相关(例如，其中多维相关包括基于互相关脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值)。此外，该方法可以包括基于应变和剪切应变图像数据来识别至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征(例如，其中所述至少一个脉管特征包括与经过血管的流量相关联的流量特征、与血管相关联的结构特征、以及与血管相关联的血流动力学特征中的至少一个)。
[0009]另一示例性成像方法可以包括:提供至少一部分血管位于其中的区域的超声脉冲回波数据；以及使用至少一部分血管位于其中的区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪限定所述至少一部分血管的管壁以及经过所述至少一部分血管的血流量二者的运动。以下述帧速率来提供脉冲回波数据:该帧速率使得可在同一周期性循环(例如与心脏脉搏周期相对应)内同时测量限定所述至少一部分血管的管壁的位移以及经过所述至少一部分血管的血流量。此外，该方法可以包括基于同时测得的管壁位移和平均血流量来识别至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征。这样的成像方法还可以包括使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据，其中所述斑点追踪包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的多维相关(例如，所述多维相关可以包括基于互相关采样脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值)。
[0010]在这里所述的方法的一个或多个实施例中，识别至少一个脉管特征可以包括识别一个或多个管壁边界；并且这些方法的斑点追踪还可以包括基于所识别的一个或多个管壁边界来修改被追踪的一个或多个斑点区域中的至少一个的特征(例如位置、尺寸、形状等等)以使得所述至少一个斑点区域完全在管壁之内或之外。
[0011]此外，在这里所述的方法的一个或多个实施例中，识别至少一个脉管特征可以包括识别整个血管周围的管壁边界(例如，沿着管轴取得的整个横截面视图中的壁边界)；可以包括测量一个或多个管壁边界内的组织特性(例如硬度或顺应性)；可以包括识别邻近所述一个或多个管壁边界的斑块(plaque)构造的一个或多个部分(例如，使得疗法可以聚焦于该结构的一部分；诸如其基部)；以及/或者可以包括基于同时对血流量和管壁的运动二者的运动追踪来计算一个或多个血流动力学测量结果。
[0012]更进一步地，在这里所述的方法的一个或多个实施例中，使用一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的多维相关可以包括使用一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的二维相关(例如以追踪壁位移或血流量)，以及甚至三维相关。
[0013]再进一步地，在这里所述的方法的一个或多个实施例中，该方法还可以包括基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来向患者递送疗法(例如，使用超声能量以基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来递送疗法)。例如，可以提供至少一个被配置成发射和接收超声能量的换能器，其中该至少一个换能器被用来获得脉冲回波数据(例如用于图像数据生成)和生成递送疗法的超声能量。[0014]在这里所述的方法的一个或多个实施例中，使用二维斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据可以包括生成轴向应变和轴向剪切应变图像数据以及/或者横向应变和横向剪切应变图像数据中的至少一个。此外，在这样的方法中，提供至少一部分血管位于其中的区域的超声脉冲回波数据可以包括使用编码激励。
[0015]在这里所述的方法的一个或多个实施例中，该方法可以包括将去混响滤波器应用于来自血液中的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据，以便在执行来自血液中的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的斑点追踪时去除因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的回波分量。
[0016]另一示例性成像方法可以包括:提供至少一部分血管位于其中的区域的超声脉冲回波数据；使用所述至少一部分血管位于其中的区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪限定所述至少一部分血管的管壁和经过所述至少一部分血管的血流量中的至少一个的运动；基于所述一个或多个斑点区域的斑点追踪来识别一个或多个管壁边界；以及基于所识别的一个或多个管壁边界来修改被追踪的一个或多个斑点区域中的至少一个的至少一个特征，以使得所述至少一个斑点区域完全在管壁之内或之外(例如，可以基于所识别的一个或多个管壁边界来修改被追踪的一个或多个斑点区域中的至少一个的位置、尺寸或形状中的至少一个，以使得所述至少一个斑点区域完全在管壁之内或之外)。
[0017]在另一示例性成像方法中，该方法可以包括:提供至少一部分血管位于其中的区域的超声脉冲回波数据；使用至少一部分血管位于其中的区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪至少经过所述至少一部分血管的血流量的运动；以及在执行来自血液中的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的斑点追踪时去除因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的回波分量(例如，去除因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的回波分量可以包括使用时变反滤波器来减小因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的分量)。[0018]用于脉管成像的系统的一个示例性实施例可以包括:一个或多个超声换能器(例如，其中该一个或多个换能器被配置成将超声能量递送到脉管区域，从其产生脉冲回波数据)；和处理装置，其被配置成(可通过一个程序、例程或指令的执行来操作以引起一个或多个功能的执行):控制以下述帧速率来捕获脉冲回波数据，该帧速率使得所测得的限定所述脉管区域中的至少一部分血管的管壁的位移和所测得的经过所述至少一部分血管的平均血流量随时间具有准周期性分布，以便允许同时对管壁和血流量二者进行运动追踪；使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据(例如，其中所述斑点追踪可以包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的多维相关；所述多维相关可以包括基于互相关脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值)；以及基于应变和剪切应变图像数据来识别至少一部分血管位于其中的脉管区域的至少一个脉管特征(例如，其中所述至少一个脉管特征包括与经过血管的流量相关联的流量特征、与血管相关联的结构特征、以及与血管相关联的血流动力学特征中的至少一个)。
[0019]用于脉管成像的另一示例性系统可以包括:一个或多个超声换能器(例如，其中该一个或多个换能器被配置成将超声能量递送到脉管区域，从其产生脉冲回波数据)；和处理装置，其被配置成(可通过一个程序、例程或指令的执行来操作以引起一个或多个功能的执行):控制至少一部分血管位于其中的脉管区域的脉冲回波数据的捕获；以及使用至少一部分血管位于其中的脉管区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪限定所述至少一部分血管的管壁和经过所述至少一部分血管的血流量二者的运动。可以以下述帧速率来捕获脉冲回波数据:该帧速率使得可在与心脏脉搏周期相对应的同一周期性循环内同时测量限定所述至少一部分血管的管壁的位移和经过所述至少一部分血管的血流量。此外，该处理 装置可以被配置成基于同时测得的管壁位移和平均血流量来识别所述至少一部分血管位于其中的脉管区域的至少一个脉管特征。在这种系统的一个实施例中，该处理装置还可以可操作用于使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据(例如，其中所述斑点追踪可以包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的多维相关；并且另外其中所述多维相关可以包括基于互相关采样脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值)。
[0020]在这里提供的示例性系统的一个或多个实施例中，该处理装置可以可操作用于识别一个或多个管壁边界，并且更进一步地，该处理装置可以可操作用于:当使用斑点追踪时，基于所识别的一个或多个管壁边界来修改被追踪的一个或多个斑点区域中的至少一个的特征(例如位置、尺寸、形状等等)以使得所述至少一个斑点区域完全在管壁之内或之外。
[0021]此外，在示例性系统的一个或多个实施例中，该处理装置可以可操作用于识别整个血管周围的管壁边界；该处理装置可以可操作用于测量一个或多个管壁边界内的组织特性；该处理装置可以可操作用于识别邻近所述一个或多个管壁边界的斑块构造的一个或多个部分；以及/或者该处理装置可以可操作用于基于同时对血流和管壁的运动二者的运动追踪来计算一个或多个血流动力学测量结果。
[0022]更进一步地，在这里提供的示例性系统的一个或多个实施例中，该处理装置可以可操作用于使用一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的二维相关(例如以追踪斑点区域)，以及甚至三维相关。
[0023]再进一步地，在这里提供的示例性系统的一个或多个实施例中，该系统还可以包括用于基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来向患者递送疗法(例如，可操作用于使用超声能量以基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来递送疗法的设备)。例如，疗法装置可以包括至少一个被配置成发射和接收超声能量的换能器，其中该至少一个换能器可操作用于基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来提供递送疗法的超声能量，并且所述至少一个换能器可操作以用于获得脉冲回波数据以生成图像数据。
[0024]更进一步地，在这里提供的示例性系统的一个或多个实施例中，该处理装置可以可操作用于使用二维斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据，其中使用二维斑点追踪包括生成轴向应变和轴向剪切应变图像数据以及/或者横向应变和横向剪切应变图像数据中的至少一个。此外，例如，该处理装置可以可操作用于控制使用编码激励来提供至少一部分血管位于其中的区域的超声脉冲回波数据。
[0025]更进一步地，在这里提供的示例性系统的一个或多个实施例中的另一个中，该处理装置可以可操作用于将去混响滤波器应用于来自血液中的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据，以便在执行来自血液中的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的斑点追踪时去除因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的回波分量。
[0026]用于脉管成像的另一示例性系统可以包括:一个或多个超声换能器(例如，其中该一个或多个换能器被配置成将超声能量递送到脉管区域，从其产生脉冲回波数据)；和处理装置，其被配置成:控制至少一部分血管位于其中的脉管区域的超声脉冲回波数据的捕获；使用所述至少一部分血管位于其中的脉管区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪限定所述至少一部分血管的管壁和经过所述至少一部分血管的血流量中的至少一个的运动；基于所述一个或多个斑点区域的斑点追踪来识别一个或多个管壁边界；以及基于所识别的一个或多个管壁边界来修改被追踪的一个或多个斑点区域中的至少一个的特征，以使得所述至少一个斑点区域完全在管壁之内或之外。例如，该处理装置可以可操作用于基于所识别的一个或多个管壁边界来修改至少一个斑点区域的位置、尺寸或形状中的至少一个，以使得所述至少一个斑点区域完`全在管壁之内或之外。
[0027]在用于脉管成像的另一示例性系统中，该系统可以包括:一个或多个超声换能器(例如，其中该一个或多个换能器被配置成将超声能量递送到脉管区域，从其产生脉冲回波数据)；和处理装置，其被配置成:控制至少一部分血管位于其中的脉管区域的超声脉冲回波数据的捕获；使用至少一部分血管位于其中的区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪至少经过所述至少一部分血管的血流量的运动；以及在执行来自血液中的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的斑点追踪时去除因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的回波分量(例如，使用时变反滤波器来减小因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的分量)。
[0028]更进一步地，用于脉管成像的另一示例性系统可以包括:一个或多个超声换能器(例如，其中该一个或多个换能器被配置成将超声能量递送到脉管区域，从其产生脉冲回波数据)；用于控制以下述帧速率来捕获脉冲回波数据的装置，该帧速率使得所测得的限定所述脉管区域中的至少一部分血管的管壁的位移和所测得的经过所述至少一部分血管的平均血流量随时间具有准周期性分布，以便允许同时对管壁和血流量二者进行运动追踪；用于使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据的装置(例如，其中所述斑点追踪可以包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的多维相关；并且进一步地，其中所述多维相关可以包括基于互相关脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值)；以及用于基于应变和剪切应变图像数据来识别至少一部分血管位于其中的脉管区域的至少一个脉管特征的装置(例如，其中所述至少一个脉管特征包括与经过血管的流量相关联的流量特征、与血管相关联的结构特征、以及与血管相关联的血流动力学特征中的至少一个)。进一步地，例如，该系统可以包括用于基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来向患者递送疗法的疗法装置(例如超声疗法装置)。 [0029]上面的概括不意图描述本公开的每个实施例或每个实施方式。通过参考结合附图作出的下面的详细描述和权利要求，更全面的理解将变得显而易见且被认识到。
【专利附图】

【附图说明】
[0030]图1是描绘具有可选疗法系统的示例性超声成像系统的框图。
[0031]图2是描绘示例性超声成像方法的流程图。
[0032]图3是图1中总体示出的成像系统的一个示例性实施例的框图。
[0033]图4是成像系统(诸如图3中示出的成像系统)的一个示例性GPU实施方式的框图。
[0034]图5A-?提供了示出以各个帧速率捕获的图像数据的随时间变化的通道直径和平均流速的示例性曲线图。
[0035]图6A-6B示出包括用于描述可用在图1_2中总体示出的成像方法和/或系统中的斑点追踪的一个示例性实施例的互相关性的某些参数的等值线的曲线图。
[0036]图7提供了在描述图1-2中总体示出的一个或多个方法和/或系统(当它们与脉管诊断或脉管疗法有关时)中使用的血管的示例性图像。
[0037]图8A-8B示出与这里至少部分地实施和描述的示例有关的流通道壁的轴向应变和轴向剪切应变图像。
[0038]图9A-9B示出与这里至少部分地实施和描述的示例有关的流通道壁的横向应变和横向剪切应变图像。
[0039]图10示出与这里至少部分地实施和描述的示例有关的根据随时间追踪的通道壁位移计算的通道直径和从流通道内随时间追踪的流体位移获得的平均流速的曲线图。
[0040]图11示出与这里至少部分地实施和描述的示例有关的在不同时间实例处通道的总位移矢量波形的曲线图。
[0041]图12A-12B示出与这里至少部分地实施和描述的示例有关的颈动脉纵向管壁的轴向应变和轴向剪切应变图像。
[0042]图13A-13B示出与这里至少部分地实施和描述的示例有关的颈动脉纵向管壁的横向应变和横向剪切应变图像。
[0043]图14A-14B示出与这里至少部分地实施和描述的示例有关的颈动脉横截面管壁的轴向应变和轴向剪切应变图像。[0044]图15A-15B示出与这里至少部分地实施和描述的示例有关的颈动脉横截面管壁的横向应变和横向剪切应变图像。
[0045]图16A-16B示出与去混响滤波示例有关的横向和轴向位移。
[0046]图17A-17B示出与去混响滤波示例有关的空间-时间图。
[0047]图18A-18B示出与去混响滤波示例有关的空间-时间图。
[0048]图19A-19D示出与这里给出的示例的去混响滤波结果有关的曲线图。
【具体实施方式】
[0049]在说明性实施例的以 下详细描述中，参考形成其一部分的图示的附图，并且在所述附图中以说明的方式示出可以实施的具体实施例。要理解，在不偏离(例如仍落入)由此给出的公开的范围的情况下可以利用其他实施例并且作出结构改变。
[0050]将参考图1-19来描述示例性方法、装置和系统。本领域技术人员将会认识到，来自一个实施例的元件或过程(例如包括其步骤)可以结合其他实施例的元件或过程来使用，并且使用这里阐述的特征的组合的这些方法、装置和系统的可能实施例不限于图中示出和/或这里所述的具体实施例。进一步地，将会认识到，这里所述的实施例可以包括不必按照比例示出的许多元件。更进一步地，将会认识到，这里的过程的时序以及各种元件的尺寸和形状可以被修改但是仍落在本公开的范围内，尽管某些时序、一个或多个形状和/或尺寸、或元件的类型可能比其他的更有利。
[0051]图1示出示例性超声成像系统10，其包括处理装置(框12)以及一个或多个超声换能器(框22)，诸如提供脉冲的发射和回波的接收的换能器阵列。该处理装置(框12)可以可操作地耦合到一个或多个换能器(框22)以便使用该一个或多个换能器(框22)来促进感兴趣的图像的成像(例如脉冲回波数据的捕获)。此外，该处理装置(框12)包括数据储存器(框14)。数据储存器(框14)允许对可被采用以实施示例性成像方法(例如图2的框图中总体示出的方法)的处理程序或例程(框16)以及一个或多个其他类型的数据(框18)的访问。
[0052]例如，处理程序或例程(框16)可以包括用于执行计算数学、矩阵数学、压缩算法(例如数据压缩算法)、校准算法、图像构建算法、反演算法、信号处理算法、标准化算法、t匕较算法、向量数学、或实施如这里所述的一个或多个实施例所需的任何其他处理(例如提供成像、实施斑点追踪、生成应变图像等等)的程序或例程。这里参考图3-19来更具体地描述可在这里所述的系统和方法中使用的示例性数学公式/等式。
[0053]数据(框18)可以包括例如采样脉冲回波信息(例如使用该一个或多个换能器(框22)而采样或收集)、表示测量结果的数据(例如脉管特征)、来自根据这里的公开而采用的一个或多个处理程序或例程的结果(例如感兴趣的对象(诸如血管或其周围的区域)的重构应变图像)、或实施这里所述的一个或多个过程或方法可能所必需的任何其他数据。
[0054]在一个或多个实施例中，可以使用在可编程计算机上执行的一个或多个计算机程序来实施该系统10，所述可编程计算机诸如是包括例如处理能力(例如计算机处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU))、数据储存器(例如易失性或非易失性存储器和/或存储元件)、输入设备和输出设备的计算机。这里所述的程序代码和/或逻辑可以被应用于输入数据以执行这里所述的功能且生成期望的输出信息(例如应变图像、脉管特征等等)。输出信息可以作为输入而被应用于如这里所述的一个或多个其他设备和/或过程(例如一个或多个疗法装置(框20)，诸如药物疗法装置、超声疗法装置等等)，或者以其他方式被如这里所述的一个或多个其他设备和/或过程使用。
[0055]可以使用任何可编程语言(例如适合于与计算机系统进行通信的高级过程和/或面向对象的编程语言)来提供用于实施这里所述的过程的(一个或多个)程序或(一个或多个)例程。任何这样的程序可以例如被存储在任何适合的设备(例如存储介质)上，当该适合的设备被读取以用于执行这里所述的过程时，所述程序可被用于配置和操作计算机的通用或专用程序、计算机或处理器装置(例如(一个或多个)处理器)读取。换言之，至少在一个实施例中，可以使用配置有计算机程序的计算机可读存储介质来实施该系统10，其中这样配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作以执行这里所述的功能。
[0056]同样地，该成像系统10可以被配置在远程站点(例如应用服务器)处，该远程站点允许一个或多个用户经由远程计算机装置(例如经由网页浏览器)访问，并且该远程站点允许用户采用根据本公开的功能(例如用户访问与一个或多个程序相关联的图形用户界面以处理数据)。
[0057]该处理装置(框12)可以是例如任何固定或移动计算机系统(例如，具有例如CPU、GPU等等的个人计算机或小型计算机)。计算装置的准确配置不进行限制，并且本质上可以使用能够提供合适的计算能力和控制能力(例如控制成像设置配置且获取数据(诸如脉冲回波数据))的任何设备。此外，预期结合处理装置(框12)使用各种外围设备(诸如计算机显示器、鼠标、键盘、存储器、打印机、扫描仪等等)，诸如用于成像结果的可视化(例如，应变图像的显示、诸如与高强度聚焦超声的使用一起对疗法递送的实时显示等等)。
[0058]此外，在一 个或多个实施例中，输出(例如图像、图像数据、图像数据文件、数字文件、具有用户可读格式的文件等等)可以被用户分析、被基于其提供输出的另一机器使用等等。
[0059]如这里所述的那样，数字文件可以是包含这里所述的处理装置(框14)可能可读和/或写的(例如以二进制、三进制编码的)数字比特的任何介质(例如易失性或非易失性存储器、CD-ROM、穿孔卡、磁性可记录带等等)。
[0060]此外，如这里所述的那样，具有用户可读格式的文件可以是可呈现在任何介质(例如纸、显示器、声波等等)上的用户可读和/或可理解的任何数据表示(例如ASCII文本、二进制数、十六进制数、十进制数、音频、图形)。
[0061]一般来说，如这里所述的方法和系统可以利用实施计算数学(例如矩阵求逆、替代、傅里叶变换技术等等)的算法来(例如根据脉冲回波数据)重构这里所述的图像。
[0062]鉴于以上内容，将显而易见的是，如在根据本公开的一个或多个实施例中描述的功能可以以如本领域技术人员将已知的任何方式来实施。由此，用于实施这里所述的过程的计算机语言、计算机系统或任何其他软件/硬件应该不会对这里所述的系统、过程或程序(例如由这些系统、过程或程序提供的功能)的范围进行限制。
[0063]将会认识到，可以结合这里所述的实施例使用图形用户界面。该用户界面可以提供允许用户向其输入的各种特征、输入的改变、文件的导入或导出、或者通常可适合于与这里所述的过程一起使用的任何其他特征。例如，用户界面可以允许使用缺省值或者可能需要输入某些值、界限、阈值或其他相关信息。
[0064]本公开中描述的方法(包括归属于系统或各种构成组件的那些方法)可以至少部分以硬件、软件、固件或其任何组合来实施。例如，可以在一个或多个处理器内实施该技术的各种方面，该一个或多个处理器包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA、或任何其他等效集成或分立逻辑电路，以及这些组件、图像处理设备或其他设备的任何组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可以指代独立地或结合其他逻辑电路或任何其他等效电路的任何前述逻辑电路。
[0065]可以在同一设备或分离的设备内实施这样的硬件、软件和/或固件以便支持本公开中描述的各种操作和功能。此外，任何所述组件可以一起实施或者分离地实施为分立但能共同操作的逻辑设备。例如使用框图等等来描绘不同特征意图突出不同功能方面并且不一定暗示这些特征必须由分离的硬件或软件组件来实现。相反，功能可以由分离的硬件或软件组件来执行或者集成在共同或分离的硬件或软件组件中。
[0066]当以软件来实施时，归属于本公开中所述的系统、设备和方法的功能可以被体现为计算机可读介质(诸如RAM、ROM、NVRAM、EEPROM、FLASH存储器、磁性数据存储介质、光学数据存储介质等等)上的指令。该指令可以由一个或多个处理器来执行以支持本公开中所述的功能的一个或多个方面。
[0067]成像系统10还可以与可选疗法装置(框20)—起使用或者可以形成可选疗法装置(框20)的一部分。例如，疗法装置(框20)可以使用超声成像的结果来提供一个或多个疗法。在一个或多个实施例中，该疗法装置(框20)可以是无创或有创疗法装置，诸如药物递送装置或系统(将药物递送到特定位置)、外科装置或系统(例如将支架递送到特定位置)、消融装置或系统(例如高频或高强度聚焦超声疗法装置或系统)等等。
[0068]在一个或多个实施例中，该疗法装置(框20)可以是接收来自成像系统的输出(例如图像信息)且递送一个或多个疗法的单独的系统或装置。在其他实施例中，该疗法装置(框20)可以与成像系统集成以执行一个或多个疗法(例如使用(一个或多个)双模式超声换能器的高强度聚焦超声系统；用于诊断(诸如成像)以及用于治疗(诸如消融))。例如，在一个或多个实施例中，该疗法装置(框20)可以包括诸如2008年12月31日公开的名称为“Image Guided Plaque Abl`ation”且通过引用合并于此的PCT国际公开N0.W02009/002492中描述的系统的一个或多个部分。例如，这里所述的超声成像可以被用来无创地减小脉管斑块。例如，这里所述的超声成像可以被用来识别无创地执行如PCT国际公开N0.W02009/002492中所述的斑块的消融所需的流和脉管特征。
[0069]例如，疗法系统可以是用于通过超声能量波无创地提升组织的温度的系统，其包括:至少一个超声递送设备，其被适配成将超声能量波递送到目标组织的焦点；温度监测设备，其用于监测焦点处目标组织的温度；以及控制器，其用于操纵和控制超声递送设备以在焦点处递送超声能量波从而将目标组织的温度提升到期望温度。
[0070]进一步地，例如，疗法系统可以使用这里所述的一个或多个成像系统来产生哺乳动物身体的至少一部分的图像，例如以使得可以确定至少一个脉管斑块在所述图像中的位置并且查明所述脉管斑块的基部的位置。例如，超声递送设备可以查明斑炔基部处的一个或多个目标位置。更进一步地，可以在用于使用超声疗法系统(例如，其可以是用于成像的同一超声系统(其超声换能器))通过能量波来提升目标位置处的温度的方法中使用这里提供的成像系统的一个或多个实施例。例如，该方法可以包括:将一束超声能量波从源递送到目标位置；监测目标位置的温度；以及如果已经到达目标位置处的期望温度，则停止该束超声能量波的递送。
[0071]进一步地，准备用于无创地提升管壁中组织的温度从而导致脉管斑块消退的计划的方法可以包括:对身体的至少一部分进行成像以产生图像(例如使用如这里所述的超声成像来对脉管区域进行成像)；确定至少一个脉管斑块在所述图像中的位置；查明所述脉管斑块的基部的位置以及斑炔基部处的一个或多个目标位置(例如使用超声所生成的图像);以及/或者确定用于将超声能量波从源递送到焦点以便将管壁中目标组织的温度提升到足以减小或破坏血管滋养管的期望温度的参数。
[0072]进一步地，例如，这里所述的超声成像可以被用来识别执行斑块的有创治疗(例如支架递送、心脏外科手术等等)所需的流和脉管特征。
[0073]更进一步地，在一个或多个实施例中，疗法装置(框20)可以包括诸如在2010年6月 9 日提交的名称为“Dual Mode Ultrasound Transducer (DMUT) System for Monitoringand Control of Lesion Formation Dynamics”且通过引用合并于此的美国临时专利申请N0.61/353，096中描述的系统的一个或多个部分。例如，可以利用在其中描述的相同或相似换能器阵列来执行这里所述的超声成像，所述换能器阵列可以被用于成像(例如以监视疗法过程)以及递送疗法(例如以递送高强度聚焦超声能量)二者。例如，可以使用超声换能器阵列来递送疗法，同时使用同一换能器阵列的成像模式可以被用来引导疗法波束，评估热和机械组织反应以估计疗法的剂量(例如疗法的初始剂量)，在疗法期间监视组织反应并对其进行表征，以及评估在完成对疗法超声能量的每次暴露时被治疗组织的状态(例如在疗法递送时段之间实时监视)。
[0074]例如，如这里所述的超声成像可以被用来识别一个或多个脉管特征。在图7中示出血管50的示例性图示以促进对使用这里所述的成像的使用的讨论。图7中示出的血管50包括管壁52，其具有形成在管壁52内部上的斑块结构54。结构54的斑块构造可以包括例如斑炔基部56、脂质核心58和纤维或钙化帽60。血液62流过由管壁52限定的血管50。
[0075]这里所述的方法和/或系统的一个或多个实施例可以被用来识别一个或多个脉管特征，例如与经过血管50的流量相关联的流量特征，与血管50相关联的结构特征、以及/或者血流动力学特征。例如，流量特征可以包括流速、容积流量、壁剪切应力、壁剪切速率
坐坐寸寸ο
[0076]例如，结构特征可以包括确定管壁的边界(例如外边界和内边界，诸如在坐标系中)、管壁的厚度、管壁内组织特性的测量结果(例如组织的硬度，诸如例如其与患病状态有关)、斑块与管壁的区别、斑块的各个组分的区别(例如，基部与脂质核心的区别、基部与纤维帽的区别、脂质核心与纤维帽的区别等等)等等。例如，在一个或多个实施例中，在将斑块构造的基部与纤维帽相区别时，可以提供治疗以使基部消融从而减小进一步的斑块构建或生长或者根据PCT国际公开N0.W02009/002492提供治疗。
[0077]更进一步地，例如，血流动力学特征可以包括所计算的血流动力学测量结果，诸如例如动脉压、心输出量、动脉顺应性、脉冲波速等等。至少在一个实施例中，可以基于与血流量的追踪和管壁运动或位移的追踪二者有关的参数来确定这样的血流动力学测量结果，由此，为了获得准确的血流动力学确定，必须同时确定与血流量的追踪和管壁运动或位移的追踪二者有关的参数或测量结果，或者在能够确定(例如有效地确定)这二者的周期性循环内确定上述参数或测量结果。例如，血管的顺应性可以基于与血流量的追踪有关的容积流量和可通过追踪血管位移而确定的血管内的压力二者。
[0078]例如，在高帧速率成像的情况下管直径的准确估计和腔(lumen)内横向流量的估计将允许无创地对脉冲波速(PWV)的有用测量。例如，可以在相位空间(容积流量Qa相对于管面积A)中绘制例如图5C-5D中示出的时间波形。可以根据流量数据来计算容积流量，同时可以从管壁移动获得面积。该测量必须在心搏周期的无反射部分期间以形式PWV=dQ/dA的斜率测量的形式进行。在有充分采样的时间波形(例如使用M2D模式成像)的情况下，可以完成估计管壁运动和管内流量的任务。
[0079]换言之，横向流速和壁运动二者可以被同时估计，由此提供压力(通过管直径)和流量(通过矢量速度)。如这里所述的那样，这样的测量可以提供可在管壁顺应性的评估中使用的血流动力学计算的基础，其中管壁顺应性是血管健康的重要指标。此外，如这里所述的那样，轴向和横向位移场表现良好，并允许组织和血液二者中的应变和剪切应变计算。这些速度/应变场连同解剖图像信息一起可以为计算流体动力学模型提供输入，该计算流体动力学模型可能允许适合于评估脉管系统和周围组织的健康的逆计算(例如动脉粥样硬化的检测和分期)。
[0080]在一个或多个实施例中，超声使能的定量成像系统可以被用来评估动脉粥样硬化血管中的疾病状态。例如，该成像可以被用来直接估计管壁附近的应变场。这样的方法可能减轻可导致相关性损失且可能使基于相关性的斑点追踪方法在管壁附近无用的局部变形的不利影响。这样的变形(根据严重性)可能导致速度(以及由此，应变)估计中的错误估计或者可能甚至导致准确性损失。[0081]针对还原真实速度/应变估计的问题的一种三方面方法可以包括:1)用于使用壁附近2D RF数据的变形模型来直接估计速度/应变分量的两步算法；2)将正演计算流体动力学(CFD)模型用作正则化滤波器的重构方法；以及3)将基于超声的速度/应变场用作观察的组织机械特性的定量逆重构。如这里所述的那样，可以实施在轴向方向和横向方向二者上以子采样精度对组织运动和流的同时成像。例如，这样的成像可以包括使用相位耦合的2D斑点追踪方法，其采用真实2D复互相关来找到轴向方向和横向方向二者上的子像素位移。此外，可以在Sonix RP扫描仪上使用经过修改的成像序列以在覆盖感兴趣区域的有限视场中允许高帧速率2D数据收集(M2D-模式)。连同鲁棒的2D斑点追踪方法一起，M2D成像允许捕获流和壁/组织运动的完全动力学，即使当流主要处于横向方向(相对于成像束)上时。轴向方向和横向方向二者上的精细矢量位移估计被示出以允许利用最小滤波的平滑且相接的应变和剪切应变计算。以高空间和时间采样对矢量流场和壁/组织运动以及对应应变的同时成像可以提供一种对血液和血管之间的流-固相互作用进行建模的工具。血管反应的这种基于图像的建模可以允许疾病状态的预测和疾病状态的可能演变。
[0082]此外，观察模型与管壁附近的组织特性的逆重构之间的结合可以允许斑块成分的定量评估(例如脂含量或钙化)。这可以提供用于基于破裂或其他风险因素的概率选择治疗选项的可靠无创模型。
[0083]换言之，可以结合对大动脉血流动力学的评估进行建模的计算流体动力学(CFD)来使用这里所述的成像。已经示出CFD产生具有复杂几何结构的大动脉中的时变3D流场的有用预测。在该上下文中，已经将建模流-固界面定义为脉管力学中的挑战领域。如这里所述的能够捕获血管周(以及壁)组织运动和变形二者连同流体流量的成像方法可以被用来解决该问题。MRI和其他成像模态中的进步已导致越来越关注基于图像的患者专用CFD建模以便监视疾病进展。MRI具有极好的软组织对比度，这可以允许准确地捕获组织(固体)模型。尽管这可以是优于诊断超声的优点，其中诊断超声不提供组织边界的相同级别的限定和各组织类型之间的辨别，然而，可以通过3D图像获取(徒手和机动化二者)中的最近改进来减轻该限制。因此，诊断超声扫描仪可以为基于图像的CFD建模提供有吸引力的替换方案。基于3D超声和使用M2D模式的改进的2D速度/应变成像，可以实施用于提供管壁附近的定量组织特性图像以对疾病状态进行表征的过程。这里所述的成像方法解决了用于速度/应变估计的现有的基于相关性的方法的限制以便恢复壁附近的损失的或充满伪影的估计。此外，可以实现将我们的速度/应变估计作为观察模型集成到动态正演/反演的基于CFD的模型中以重构符合纳维一斯托克斯(Navier-Stokes)方程的场/组织特性值。例如，可以如下开发:用于使用M2D模式数据进行管壁处的直接应变估计的两步算法；用于利用从3D超声获得的正演CFD模型重构位移/应变图的正则化方法(例如正演模型可以提供重构滤波器来对使用斑点追踪算法获得的速度/应变估计进行正则化);以及/或者用于基于使用M2D模式数据获得的应变图重构管壁附近的机械特性的反演方法。[0084]该一个或多个超声换能器(框22)可以是能够递送超声脉冲且对预期在超声成像系统中使用以及结合系统10的处理装置(框12)使用的超声回波能量进行采样/收集的任何装置(例如发射组件、接收组件等等)。如这里所使用的那样，这样的换能器可以包括发射部分(例如用于递送脉冲能量)以及接收部分(例如用于对回波或反射能量进行采样/收集)，它们可以是同一部分或可以不是同一部分。在目标(例如血管，诸如颈动脉、冠状动脉等等)的超声成像期间，该一个或多个换能器(框22)可以相对于该目标而定位，以便能够将能量递送到目标，从而产生反射能量(也被称为结果得到的脉冲回波或回波能量)并且还对回波能量进行采样。
[0085]该一个或多个换能器(框22)可以包括彼此分离的多个换能器位置或者可以是换能器阵列。在一个或多个实施例中，各个阵列可以具有优于其他的一个或多个益处。例如，在一个或多个实施例中，换能器阵列可以是具有多个子孔以便从多个角度对血管进行声穿透的分段的凹面换能器。这将允许从更多方向更好地限定血管边界。可以在线性阵列或相控阵模式中将至少一个子孔用于血管的应变成像和初始B模式。换能器的驱动器可以被设计成利用独立码来驱动多个子孔。每个子孔可以是一维或二维阵列。编码激励可以帮助改进数据速率(例如提供更高帧速率)和回波质量(例如通过降低腔内的混响)二者。接收器可以是具有用于编码激励的波束赋形和/或脉冲压缩的多通道接收器。
[0086]例如，在Ebbini 等人的 “Dual-Mode Ultrasound Phased Arrays forImage-Guided Surgery, yVltrasound Imaging, vol.28, pp.65-82 (2006) ;Ballard等人的 “Adaptive Transthoracic Refocusing of Dua 1-Mode Ultrasound Arrays, ^ IEEETransactions on Biomedical Engineering, vol.57, n0.1, pp.93-102 (2010 年 I月)；和 Wan 等人的 “ Imaging with Concave Large-Aperture Therapeutic UltrasoundArrays Using Conventional Synthetic-Aperture Beamforming, ，， IEEE Transactionson Ultrasound, Ferroelectrics, and Frequency Control， vol.55, n0.8, pp.1705-1718 (2008年8月)中描述了各种阵列及其操作，通过引用将它们全部合并于此。[0087]图2中描绘了用于脉管成像的示例性超声成像方法30的流程图。将会认识到，可以使用一个或多个程序或例程以及/或者成像系统(例如图1的成像系统10)和/或疗法系统(例如图1的疗法系统20)的任何其他组件来实施这里所述的一个或多个功能框。
[0088]一般来说，方法30提供了以采样帧速率捕获脉冲回波数据(框32)。在一个实施例中，提供至少一部分血管位于其中的区域的超声脉冲回波数据。例如，该脉冲回波数据可以是以下述帧速率采样的脉冲回波数据:该帧速率使得所测得的限定所述至少一部分血管的管壁的位移和所测得的经过所述至少一部分血管的平均血流量随时间具有准周期性分布，以便允许同时对管壁和血流量二者进行运动追踪。此外，该方法包括对脉冲回波数据应用斑点追踪(框34)以允许例如生成应变和剪切应变图像数据。
[0089]如这里关于图1中示出的系统所阐述的那样，可以基于对流量和管壁中的运动的追踪来识别一个或多个脉管特征，例如与经过血管50的流量相关联的流量特征、与血管50相关联的结构特征、以及/或者血流动力学特征(框36)。在一个实施例中，因为同时捕获流量和管壁二者中的位移场(例如在周期性循环(诸如心动周期)期间)，可以确定依赖于从这两种类型的位移(例如诸如血流动力学)得到的或与这两种类型的位移有关的测量结果的一个或多个脉管特征。
[0090]更进一步地，如图2中所示，可选地，方法30可以包括基于一个或多个脉管特征来递送疗法(框38)。例如，如关于图1的系统所述的那样，疗法的递送可以采用一种或多种不同的形式(例如，药物、消融、外科或者任何其他有创或无创治疗)。
[0091]在一个或多个实施例中，该方法可以包括M2D模式成像，其被设计成最大化处于足够高帧速率的成像区域的横向范围，以捕获管壁和血管内流量的完全动力学。M2D模式产生来自给定探头的视场(FoV)的所选区域的2D波束赋形RF回波数据。该区域可以是相接的或者由多于一个脱节子分段组成。举例来说，在SonixRP扫描仪(Ultrasonix, BC,Canada)上，FoV内的任意A线集合可以被用来形成M2D模式图像，其帧模式大概比B模式成像高爲/#.，其中馬和#.分别指示用于形成B模式图像和M2D模式图像的A线的数目。
[0092]如图4中所示，可以通过`创建能够采用用于实时实现的各种各样的计算资源的强大流水线执行/流程程序架构来实现M2D模式成像。此外，程序架构可能允许用户调用计算机上(或者通常互联网上)可用的额外计算资源以实现其他计算任务。来自这些计算的结果可以与程序无缝集成。例如，可以实时地经过吉比特(Gigabit)接口来传输波束赋形RF回波数据，以允许使用GPU (或FPGA)、使用ID斑点追踪的实时2D轴向应变计算。然而，波束赋形RF数据可用于使用例如预安装的MATLAB引擎的额外处理。可以以最小等待时间(例如在完成MATLAB计算之后)将MATLAB结果无缝地导入回到M2D模式成像程序。该能力可以允许我们执行实时2D斑点追踪以实现管壁附近的应变和剪切应变，例如对小RoI执行重载的基于MATLAB的计算以允许它们的实时结合。在至少一个实施例中，可以实时地实施真实2D斑点追踪方法，如当前对于ID斑点追踪的情况那样。这样，可以实施流水线程序执行架构以便支持允许我们收获用于准实时地分析管壁的强大计算工具的益处的M2D成像。
[0093]高帧速率M2D模式保留相关性以产生表现良好的2D位移/速度分布从而允许鲁棒应变计算。高质量2D (+时间)应变和剪切应变场在轴向视图中产生血管两侧上的管壁边界的视图。此外，它们还可以在横截面视图中在横向方向上产生壁的更好限定。这可以允许测量壁增厚，动脉粥样硬化的早期征兆。[0094]更进一步地，高质量2D (+时间；即随时间变化)应变和剪切应变将允许管壁内的组织特性测量(例如硬度)。这样的组织特性测量将允许疾病状态以及在给定高分辨率的情况下的斑块构造(例如基部、脂质核心以及纤维或钙化帽)的表征。可以基于这种信息来递送疗法或治疗，或者可以在递送这种疗法(例如以斑炔基部为目标而不会损伤帽或甚至脂质核心的高强度聚焦超声治疗、组织对疗法的反应的连续确定(诸如在高强度聚焦超声的剂量之间)等等)期间使用这种信息。
[0095]可以使用任何成像系统(例如图1的成像系统10)来提供脉冲回波数据，尽管一个或多个成像系统可能优于其他成像系统。在一个或多个实施例中，可以由诸如图3和图4中示出的成像系统100来执行数据获取。例如，如图3中所示，该成像系统100可以被用来获取数据以及对这样获取的数据执行实时处理。该成像系统100可以包括加载有用于高帧速率脉冲回波数据收集的程序的超声扫描仪102 (例如Sonix RP (Ultrasonix, Canada))。该超声扫描仪可以包括诸如啁啾生成、波形生成、数据收集和数据传输能力之类的特征。 [0096]如示例性实施例中所示，可以通过例如吉比特以太网将所收集的数据流线化到控制器PC 104以进行实时数据处理。该数据处理计算机104可以通过利用多核图形处理单元106 (例如GPU ;nVIDIA，Santa Clara, CA)来应对高分辨率(空间和时间二者)斑点追踪和可分离的2D后置滤波所需的密集计算。超声扫描仪102可以操作在B模式中以进行图像引导(例如产生B模式图像)并且可以操作在M2D模式中以进行高帧速率数据收集。M2D模式通过根据如用户所定义的那样将扫描线的数目限制到感兴趣区域(ROI)来实现高帧速率成像。M2D数据可以用于斑点追踪。例如，在一个实施例中，可以执行利用在1000fps处每帧10个A线的M2D模式获取。例如，通过将扫描线的数目限制到10且将成像范围限制到40mm，可以将线性阵列探头(例如LA14-5/38)用于M2D模式中的1000fps帧速率处的数据收集。在一个或多个具有编码激励的实施例中，M2D模式可以以每秒从2000到5000帧或更高的帧速率来收集数据。
[0097]在图3中示出的实施例中，高强度聚焦超声(HIFU)也是可能的(例如用于生成针对治疗或亚治疗机械和/或热效应的超声)。由此，Virtex2Pro (Xilinx, CA)现场可编程门阵列(FPGA)板108专用于HIFU源和同步帧触发生成。该实施通过在脉冲回波成像活动时短暂地使HIFU发生器静寂来允许无干扰的数据收集。
[0098]用于这里的成像的斑点追踪依赖于递增的逐帧时移的准确估计，所述逐帧时移通常比RF回波采样周期小得多。在一个实施例中，实施脉冲回波数据的两个后续帧的2D复相关。实时数据处理引擎110基于具有大量核的GPU 106 (例如具有240个处理核且被设计成充分利用其高度并行架构的GTX285 GPU)。利用集成性能基元(Intel)和Matlab工具112、114来补充实时处理的实施。此外，提供了研究接口系统120以用于操作者控制。
[0099]图4示出用于成像系统(诸如图3中示出的成像系统)的基于GPU的实施方式130的示例性框图。在一个实施例中，针对每个处理阶段，以数据独立方式来为算法执行细粒度的划分，以使得所有240个处理器高效地工作于各个数据块。
[0100]例如，图4示出用于应变成像的波束赋形超声数据的实时信号处理链的一个示例性实施例(例如针对ID而示出，但是其可以被推广到2D或3D)。在轴向方向上执行实时斑点追踪，但是作为第一步可以实时地执行轴向应变和轴向剪切应变以识别血管边界(例如这已经在各种直径(老鼠中~lmm以及猪中~4mm)的血管上活体测试)。可以在所识别的血管周围的感兴趣区域(RoI)中执行2D应变计算。可以在该步骤之后实时地计算轴向和横向应变以及对应的剪切应变。此外，可以提供紧邻管壁的应变和剪切应变的直接估计。对于应变计算的ID和2D版本二者，时间方向上的附加计算将进一步限定血管边界和壁的内部边界。例如，在对动脉粥样硬化进行成像的上下文中，这可能得到斑块的内部组分。
[0101]如图4中所示，在CPU侧，数据可以来自网络堆栈(例如实验模式，其中，从SonixRP扫描仪对数据进行流线化)或数据文件(例如检查模式)。可以利用所设计的UI系统(基于OpenGL)来对经过处理的结果进行可视化，或者将经过处理的结果暴露给其他商业软件以进一步分析(例如Matlab)。还可以在用于实时温度控制的反馈控制中使用该结果。
[0102]在GPU侧，图4示出在如下文献中描述的算法的基于GPU的实施方式:(参见例如 Simon 等人的“Two-Dimensional Temperature Estimation Using DiagnosticUltrasound, vIEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectronics, and FrequencyControl, vol.45，n0.4，pp.1088-1099，JULY 1998)。图 4 中示出的各个框具有至少如下功能:希尔伯特(Hilbert)变换:使用FIR希尔伯特变换器来计算RF回波的分析信号；互相关/相位投影/累积:实施斑点追踪的ID版本；2D可分离滤波器:允许温度估计(例如热应变计算);双线性插值:为数据可视化提供硬件加速的插值；以及本地存储:提供GPU域中的数据管理。
[0103]换言之，在一个或多个实施例中，这里提供了一种用于脉管成像的系统，其包括一个或多个超声换能器(例如，其中该一个或多个换能器被配置成将超声能量递送到脉管区域，从其产生脉冲回波数据)；和处理装置(例如包括一个或多个程序，系统的一个或多个处理器可执行所述程序以便实施如这里所述的以及该系统的一个或多个功能，诸如控制数据帧获取、斑点追踪、可视化、图像生成、特征识别等等)。
[0104]换言之，该处理装置(例如GPU、CPU等)可以被配置(例如在一个或多个程序的控制下操作)成例如:控制以下述帧速率来捕获脉冲回波数据，该帧速率使得所测得的限定脉管区域中的至少一部分血管的管壁的位移和所测得的经过所述至少一部分血管的平均血流量随时间具有准周期性分布，以便允许同时对管壁和血流量二者进行运动追踪；使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据；以及基于应变和剪切应变图像数据来识别至少一部分血管位于其中的脉管区域的至少一个脉管特征(例如，其中所述至少一个脉管特征包括与经过血管的流量相关联的流量特征、与血管相关联的结构特征、以及与血管相关联的血流动力学特征中的至少一个)。
[0105] 此外，例如，处理装置可以被配置成:使用至少一部分血管位于其中的脉管区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪限定所述至少一部分血管的管壁和经过所述至少一部分血管的血流量二者的运动(例如，其中以下述帧速率来捕获脉冲回波数据，该帧速率使得可在与心脏脉搏周期相对应的相同周期性循环内同时测量限定所述至少一部分血管的管壁的位移和经过所述至少一部分血管的血流量)；以及/或者基于同时测得的管壁位移和平均血流量来识别所述至少一部分血管位于其中的脉管区域的至少一个脉管特征。此外，例如，该处理装置进一步可操作用于(例如通过执行一个或多个程序)使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据(例如，其中所述斑点追踪包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的多维相关，其中所述多维相关包括基于互相关采样脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值)。
[0106]如图5A-5D中所示，在一个或多个实施例中，获取脉冲回波数据的帧速率应该至少大于lOOfps、以及甚至大于200fps。在至少一个实施例中，该帧速率大于300fps。该中贞速率应该足够高以用于同时在组织和血液二者中的可靠运动追踪(例如以使得涉及其的测量结果与同一时间帧或周期性循环有关)。例如，在一个实施例中，M2D模式允许在将相关性保持在高级别的同时提供高帧速率，以便产生平滑且相接的位移/速度场(例如组织的位移、血流的运动)，从而允许鲁棒的应变和剪切应变确定。
[0107]用于获取脉冲回波数据的帧速率应该足以提供表现良好的、流和组织二者中的位移场。在一个实施例中，可以通过随时间对与组织位移(例如管壁位移或运动)的追踪有关的通道直径以及与经过血管的流量的追踪(例如经过血管的血流量的追踪)有关的平均流速的测量来识别这种表现良好的位移。由此，图5A-?示出对于多个帧速率的、血管中流量的追踪(例如由以实线示出的平均流速的变化来表示)以及血管组织位移的追踪(例如由以虚线示出的通道直径随时间的变化来表示)二者的曲线图。图5A示出对于40fps帧速率的确定；图5B示出对于81fps帧速率的确定；图5C示出对于162fps帧速率的确定；以及图5D示出对于325fps帧速率的确定。
[0108]从图5A和5B清楚地看到，这些低帧速率(例如小于IOOfps)未产生表现良好的所测得的限定血管的管壁的位移以及所测得的经过血管的平均血流量。换言之，可能未准确地同时测量流量以及组织位移(例如管壁位移)的测量结果。例如，如图5A和5B中清楚地示出的那样，遍及由通道直径信息表示的管壁位移的周期性循环(例如管壁位移的从峰值到峰值)，血流量被示为相当随机。换言之，这种血流量数据充满伪影，从而在该循环期间使准确的流量确定变得困难。甚至管壁位移信息看起来也包括一些伪影。
[0109]然而，从图5C和可辨别出，在较高的帧速率(例如大于IOOfps)处，所测得的限定血管的管壁的位移以及所测得的经过血管的平均血流量表现良好，以使得可以准确地同步(例如对应于同一时间)测量流量和组织位移(例如管壁位移)的测量结果。例如，如图5C和中清楚地示出的那样，遍及由通道直径信息表示的管壁位移的周期性循环(例如管壁位移的从峰值到峰值)，血流量被示为不随机得多。换言之，所测得的限定血管的管壁的位移和所测得的经过血管的平均血流量随时间具有准周期性分布，这允许同时对管壁和血流量二者进行运动追踪。要注意，通道直径和平均流速二者的强峰值在同一周期性循环(例如对应于心动周期)内。
[0110]如这里所使用的那样，术语“准周期性分布”意在反映下述分布:该分布在周期性循环中以正则化模式的形式基本上一致，即使将在逐帧的基础上存在一些变化(例如与心动周期相对应的周期性循环)。例如，针对流速的这种准周期性分布可以包括:在每个循环期间指示最大流量的强峰值，随后是指示在该循环的剩余部分期间极少或没有流量的流量测量结果。此外，例如，针对通道直径的这种准周期性分布可以包括:在每个循环期间指示管壁的最大位移的强峰值，随后是指示在该循环的剩余部分期间血管松弛到正常状态的测量结果。产生准周期性分布的这种帧速率允许同时或者换言之彼此同步(例如彼此同相)追踪流量和血管位移。
[0111]帧速率可以根据各种因素而变化。例如，帧速率可以基于血管结构(例如颈动脉相对于外围静脉)、经过血管的周期性流量的定时(例如脉冲循环长度)、血管结构的运动(例如血管松弛到正常的时间)；目标血管的深度(例如可以以较低的帧速率来对较深的血管进行成像)、编码激励的使用(例如编码激励可能允许增大的帧速率)、以及成像聚焦的焦距比数(f-number)(例如较高的焦距比数可能导致降低的横向分辨率)等等。
[0112]更进一步地，在一个或多个实施例中，当使用编码激励超声时，可以实现较高的帧速率。例如在文献中描述了这样的编码激励超声并且这里将不再对其详细讨论。例如在以下文献中提供了可与这里所述的成像方法和/或系统结合使用的编码激励超声的一个或多个说明性不例:Shen等人的“A New Coded-Excitation Ultrasound
Imaging System---Part 1: Basic Principles, ^IEEE Transactions on Ultrasonics,Ferroelec tri cs, and Frequency Control, vol.43, n0.1, pp.131—140， Jan.1996 ；Shen 等人的 “A New Coded-Excitation Ultrasound Imaging System---Part
I1: Operator Design, 〃 IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelec tri cs, andFrequency Control, vol.43, n0.1, pp.141-148，Jan.1996 ;以及 Shen 等人的“Filter-Based Coded-Excitation System for High-Speed Ultrasound Imaging, 〃 IEEETransactions on Medical Imaging, vol.17, n0.6, pp.923-934，Dec.1998,通过引用将它们全部合并于此。
[0113]在一个或多个实施例中，帧速率可以大于IOOfps,大于200fps,大于300fps,大于500fps，大于lOOOfps，并且甚至大于5000fps。在其他实施例中，帧速率可以小于5000fps，小于 4000fps,小于 3000fps,小于 2000fps,小于 1000fps,小于 600fps,小于 500fps,小于400fps,小于300fps，或小于200fps。在至少一个实施例中，帧速率在IOOfps到5000fps的范围内。
[0114]如图2中的成像方法30中所示，将斑点追踪应用于脉冲回波数据(框34)。例如，可以使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据。在一个或多个实施例中，斑点追踪可以包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域(例如窗口)的采样脉冲回波数据的多维相关。该多维相关可以包括基于互相关采样脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值。
[0115]应变和剪切应变图像数据的这种生成允许识别至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征(框36)(例如，与经过血管的流量相关联的流量特征、与血管相关联的结构特征、与血管相关联的血流动力学特征等等)。可以使用和/或可视化一种或多种类型的应变和剪切应变图像数据以便识别这些脉管特征。
[0116]应变计算包括对使用(2D或3D中的)斑点追踪获得的2D(或3D)位移场执行限带的梯度计算。全图像尺寸上(即对于RF回波数据的每个像素)的实时斑点追踪可能可实现在轴向方向上。可以在血管周围的感兴趣区域中实时地实现2D或3D斑点追踪。可以在B模式或者其他超声成像格式上覆盖应变和剪切应变。例如，关于这种计算的信息还见于通过引用合并于此的 Liu 等人的“Real-Time 2-D Temperature Imaging Using Ultrasound, nIEEETransactions on Biomedical Engineering, vol.57, n0.1, pp.12-16 (2010年I月)中。
[0117]例如，使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据可以包括生成轴向应变和/或轴向剪切应变图像数据(例如轴向涉及经过所成像的血管的轴)中的至少一个。此外，应变和剪切应变图像数据的这种生成可以包括生成横向应变和/或横向剪切应变图像数据。可以例如在纵视图(例如沿着血管)或横截面视图(例如与血管的轴正交)中对这种数据进行可视化，如这里进一步提供的那样。
[0118]例如，可以使用和/或可视化一种或多种类型的应变和剪切应变图像数据以识别一个或多个管壁边界，包括整个血管周围的管壁边界(例如，可以以横截面来对这些边界进行可视化和/或在整个血管周围测量这些边界)。可以从其识别、测量或计算一个或多个其他脉管特征，诸如一个或多个管壁边界内的组织特性、邻近该一个或多个管壁边界的斑块构造的一个或多个部分、和/或基于同时对管壁和血流量的运动追踪的一个或多个血流动力学测量结果。
[0119]对于将血管以及经过其的流量的一个或多个部分进行成像来说，某些类型的应变和剪切应变图像数据可能比其他图像数据更有益。例如，在识别(例如血管的相对侧上的)第一组相对壁边界时，轴向应变图像数据可能是有益的，而在识别(例如血管的相对侧上的)第二组相对壁边界时，轴向剪切应变图像数据可能是有益的，以使得可以识别整个血管的边界(例如在横截面中可辨别)。此外，对于横向应变和横向剪切应变，通常同样是这种情况。此外，例如，在提供壁剪切应变数据(例如用于识别可能的斑块形成)时，横向剪切应变可能是有益的。
[0120]此外，例如，剪切应变图像进一步限定管壁，不仅是近端和远端壁，而且还有侧壁，在传统超声中侧壁难以看到。(2D/3D+时间)计算还可以被用来改善作为心搏周期期间的时间的函数的壁边界的检测。`
[0121]对脉冲回波数据应用的斑点追踪(框34)可以包括使用一个或多个斑点区域(即被追踪的窗口)的采样脉冲回波数据的任何多维相关。例如，可以使用一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的二维相关，以及其他多维相关技术。
[0122]在一个实施例中，例如,如在通过引用合并于此的E.S.Ebbini的“Phase-coupledtwo-dimensional speckle tracking algorithm, vIEEE Trans.Ul trason.,Ferroelect., Freq.Contr., vol.53, n0.5, pp.972-990，May 2006 (在下文中被称为“Ebbini 2006”)中所述的那样执行斑点追踪。例如，一般来说，这种斑点追踪包括:在横向和轴向方向上粗略搜索采样脉冲回波数据的幅度以在互相关的采样脉冲回波数据内定位互相关性峰值的附近区；在该互相关性峰值的附近区内确定接近该互相关性峰值的至少两个相对的梯度矢量；在该互相关性峰值的附近区内确定互相关采样脉冲回波数据的零相位线；以及使用接近该互相关性峰值的该至少两个相对的梯度矢量以及零相位线来估计互相关性峰值。
[0123]更具体地，如在Ebbini (2006)中描述的那样，提供了一种用于基于搜索区域中二维(2D)复相关性的幅度和相位的梯度进行位移估计的2D斑点追踪方法。该方法将相关性峰值附近的相位和幅度梯度相联系以便在轴向方向和横向方向二者上以子采样精度确定其坐标。这利用根据在采样的(横向插值的)2D互相关性网格上幅度和相位梯度矢量之间的角度确定的最低级别横向插值来实现。该算法后的一个结果是幅度梯度矢量对真实峰值的最终逼近与零相位等值线正交。这导致零相位等值线上的2D鲁棒投影，其导致插值级别处的子采样精度完全低于所需的精度。此外，该方法包括鲁棒的快速搜索算法，其允许在不需要穷举搜索的情况下对真实峰值进行定位。[0124]换言之，斑点追踪使用2D复互相关的相位来根据斑点数据进行鲁棒且高效的位移估计。该斑点追踪方法找到2D复互相关性的真实峰值作为约束的优化问题。该优化问题的目的是:找到经受零相位约束的2D复互相关性的真实峰值处的轴向和横向滞后的坐标。该公式的基础在数学上是根据真实相关性峰值附近的2D互谱的逆傅里叶变换示出的。该几何方法以子采样精度找到轴向和横向位移估计。该方法基于下述事实:2D互相关性的幅度的梯度矢量沿零相位等值线的正交线逼近真实峰值。在已知零相位等值线也经过真实峰值的情况下，倘若幅度梯度矢量源自足够靠近峰值的网格点，则可能通过在该等值线上找到这些矢量正交的点来简单地定位该峰值。该算法的一个特征是以允许进行有效投影的最低级别来使用复互相关的插值。因此，就根据基础2D互相关函数的特性而不是根据期望横向分辨率来确定子采样精度所需的插值的级别来说，该算法在计算上是高效的。
[0125]下面是基于相关性的2D斑点追踪的数学基础并将其与2D互谱方法相关。此后，然后提供了相位耦合的2D斑点追踪算法的两种实现。
[0126]令伞为在时间从2D区域(例如斑点区域或窗口)接收到的分析超声信号，其中空间坐标X和Z分别表示横向和轴向方向。所接收到的信号模型假设具有矩形采样(例如线性阵列)的线性空间不变成像系统。在经历(分别在X和Z方向上的)平移式和4之后，在时间接收到的信号
【权利要求】
1.一种成像方法，包括: 提供至少一部分血管位于其中的区域的超声脉冲回波数据，其中所述脉冲回波数据包括处于下述帧速率的脉冲回波数据:该帧速率使得所测得的限定所述至少一部分血管的管壁的位移和所测得的经过所述至少一部分血管的平均血流量随时间具有准周期性分布，以便允许同时对管壁和血流量二者进行运动追踪； 使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据，其中所述斑点追踪包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的多维相关，其中所述多维相关包括基于互相关脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值；以及 基于所述应变和剪切应变图像数据来识别至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征，其中所述至少一个脉管特征包括与经过血管的流量相关联的流量特征、与血管相关联的结构特征、以及与血管相关联的血流动力学特征中的至少一个。
2.一种成像方法，包括: 提供至少一部分血管位于其中的区域的超声脉冲回波数据； 使用至少一部分血管位于其中的区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪限定所述至少一部分血管的管壁以及经过所述至少一部分血管的血流量二者的运动，其中提供脉冲回波数据包括以下述帧速率来提供超声脉冲回波数据:该帧速率使得能够在与心脏脉搏周期相对应的同一周期性循环内同时测量限定所述至少一部分血管的管壁的位移以及经过所述至少一部分血管的血流量；以及 基于同时测得的管壁位移和平均血流量来识别至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征。
3.根据权利要求2的方法，其中所述方法还包括使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据，其中所述斑点追踪包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的多维相关，其中所述多维相关包括基于互相关采样脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中识别至少一个脉管特征包括识别一个或多个管壁边界。
5.根据权利要求1至4中任一项的方法，其中所述斑点追踪还包括基于所识别的一个或多个管壁边界来修改被追踪的一个或多个斑点区域中的至少一个的特征，以使得所述至少一个斑点区域完全在管壁之内或之外。
6.根据权利要求1至5中任一项的方法，其中识别一个或多个管壁边界包括识别整个血管周围的管壁边界。
7.根据权利要求1至6中任一项的方法，其中识别至少一个脉管特征包括测量所述一个或多个管壁边界内的组织特性。
8.根据权利要求1至7中任一项的方法，其中识别至少一个脉管特征包括识别邻近所述一个或多个管壁边界的斑块构造的一个或多个部分。
9.根据权利要求1至8中任一项的方法，其中识别至少一个脉管特征包括基于同时对血流量和管壁的运动二者的运动追踪来计算一个或多个血流动力学测量结果。
10.根据权利要求1至9中任一项的方法，其中使用一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的多维相关包括使用一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的二维相关。
11.根据权利要求1至10的方法，其中确定互相关性峰值包括: 在横向和轴向方向上粗略地搜索采样脉冲回波数据的幅度以在互相关采样脉冲回波数据内定位互相关性峰值的附近区； 在所述互相关性峰值的附近区内，确定接近所述互相关性峰值的至少两个相对梯度矢量; 在所述互相关性峰值的附近区内，确定互相关采样脉冲回波数据的零相位线；以及 使用所述接近所述互相关性峰值的至少两个相对梯度矢量和所述零相位线来估计所述互相关性峰值。
12.根据权利要求1至11中任一项的方法，其中该方法还包括基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来向患者递送疗法。
13.根据权利要求1至12中任一项的方法，其中该方法还包括使用超声能量以基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来递送疗法。
14.根据权利要求13的方法，其中该方法还包括提供至少一个被配置成发射和接收超声能量的换能器，其中使用超声能量以基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来递送疗法包括使用所述至少一个换能器来获得脉冲回波数据和生成递送疗法的超声能量。
15.根据权利要求1至14中任一项的方法，其中使用二维斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据包括生成轴向应变和轴向剪切应变图像数据以及/或者横向应变和横向剪切应变图像数据中的至少一个。
16.根据权利要求1至15中任一项的方法，其中提供至少一部分血管位于其中的区域的超声脉冲回波数据包括使用编码激励。
17.根据权利要求1至16中任一项的方法，其中该方法还包括将去混响滤波器应用于来自血液中的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据，以便在执行来自血液中的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的斑点追踪时去除因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的回波分量。
18.—种成像方法，包括: 提供至少一部分血管位于其中的区域的超声脉冲回波数据； 使用所述至少一部分血管位于其中的区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪限定所述至少一部分血管的管壁和经过所述至少一部分血管的血流量中的至少一个的运动； 基于所述一个或多个斑点区域的斑点追踪来识别一个或多个管壁边界； 基于所识别的一个或多个管壁边界来修改被追踪的一个或多个斑点区域中的至少一个的至少一个特征，以使得所述至少一个斑点区域完全在管壁之内或之外。
19.根据权利要求18所述的方法，其中修改被追踪的一个或多个斑点区域中的至少一个的至少一个特征包括基于所识别的一个或多个管壁边界来修改位置、尺寸或形状中的至少一个，以使得所述至少一个斑点区域完全在管壁之内或之外。
20.根据权利要求18的方法，其中识别一个或多个管壁边界包括识别整个血管周围的管壁边界。
21.—种成像方法，包括: 提供至少一部分血管位于其中的区域的超声脉冲回波数据； 使用所述至少一部分血管位于其中的区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪至少经过所述至少一部分血管的血流量的运动；以及 在执行来自血液中的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的斑点追踪时去除因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的回波分量。
22.根据权利要求21的方法，其中去除因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的回波分量包括使用时变反滤波器来减小因 管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的分量。
23.根据权利要求21至22中任一项的方法，其中使用斑点追踪包括使用至少一部分血管位于其中的区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪限定所述至少一部分血管的管壁以及经过所述至少一部分血管的血流量二者的运动。
24.根据权利要求21至23中任一项的方法，其中该方法还包括使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据，其中所述斑点追踪包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的多维相关，其中所述多维相关包括基于互相关采样脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值。
25.一种用于脉管成像的系统，包括: 一个或多个超声换能器，其中该一个或多个换能器被配置成将超声能量递送到脉管区域，从其产生脉冲回波数据；以及 处理装置，其被配置成: 控制以下述帧速率来捕获脉冲回波数据，该帧速率使得所测得的限定所述脉管区域中的至少一部分血管的管壁的位移和所测得的经过所述至少一部分血管的平均血流量随时间具有准周期性分布，以便允许同时对管壁和血流量二者进行运动追踪； 使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据，其中所述斑点追踪包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的多维相关，其中所述多维相关包括基于互相关脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值；以及 基于应变和剪切应变图像数据来识别至少一部分血管位于其中的脉管区域的至少一个脉管特征，其中所述至少一个脉管特征包括与经过血管的流量相关联的流量特征、与血管相关联的结构特征、以及与血管相关联的血流动力学特征中的至少一个。
26.一种用于脉管成像的系统，包括: 一个或多个超声换能器，其中该一个或多个换能器被配置成将超声能量递送到脉管区域，从其产生脉冲回波数据；以及 处理装置，其被配置成: 控制至少一部分血管位于其中的脉管区域的脉冲回波数据的捕获； 使用至少一部分血管位于其中的脉管区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪限定所述至少一部分血管的管壁和经过所述至少一部分血管的血流量二者的运动，其中脉冲回波数据是以下述帧速率来捕获的:该帧速率使得能够在与心脏脉搏周期相对应的同一周期性循环内同时测量限定所述至少一部分血管的管壁的位移和经过所述至少一部分血管的血流量；以及 基于同时测得的管壁位移和平均血流量来识别所述至少一部分血管位于其中的脉管区域的至少一个脉管特征。
27.根据权利要求26的系统，其中所述处理装置还可操作用于使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据，其中所述斑点追踪包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的多维相关，其中所述多维相关包括基于互相关采样脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值。
28.根据权利要求25至27中任一项的系统，其中所述处理装置可操作用于识别至少一个脉管特征包括识别一个或多个管壁边界。
29.根据权利要求28的系统，其中所述处理装置可操作用于:当使用斑点追踪时，基于所识别的一 个或多个管壁边界来修改被追踪的一个或多个斑点区域中的至少一个的特征，以使得所述至少一个斑点区域完全在管壁之内或之外。
30.根据权利要求25至29中任一项的系统，其中所述处理装置可操作用于识别整个血管周围的管壁边界。
31.根据权利要求25至30中任一项的系统，其中所述处理装置可操作用于测量所述一个或多个管壁边界内的组织特性。
32.根据权利要求25至31中任一项的系统，其中所述处理装置可操作用于识别邻近所述一个或多个管壁边界的斑块构造的一个或多个部分。
33.根据权利要求25至32中任一项的系统，其中所述处理装置可操作用于基于同时对血流量和管壁的运动二者的运动追踪来计算一个或多个血流动力学测量结果。
34.根据权利要求25至33中任一项的系统，其中所述处理装置可操作用于使用一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的二维相关。
35.根据权利要求25至34中任一项的系统，其中所述处理装置可操作用于控制通过至少下述操作而对互相关性峰值的确定: 在横向和轴向方向上粗略地搜索采样脉冲回波数据的幅度以在互相关采样脉冲回波数据内定位互相关性峰值的附近区； 在所述互相关性峰值的附近区内，确定接近所述互相关性峰值的至少两个相对梯度矢量; 在所述互相关性峰值的附近区内，确定互相关采样脉冲回波数据的零相位线；以及 使用所述接近所述互相关性峰值的至少两个相对梯度矢量和所述零相位线来估计所述互相关性峰值。
36.根据权利要求25至35中任一项的系统，其中系统还包括用于基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来向患者递送疗法的疗法系统。
37.根据权利要求36的系统，其中所述疗法系统包括可操作用于使用超声能量以基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来递送疗法的系统。
38.根据权利要求36至37中任一项的系统，其中疗法装置包括至少一个被配置成发射和接收超声能量的换能器，其中所述至少一个换能器可操作用于提供超声能量以基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来递送疗法，并且所述至少一个换能器可操作以用于获得脉冲回波数据以便生成图像数据。
39.根据权利要求25至38中任一项的系统，其中所述处理装置可操作用于使用二维斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据，其中使用二维斑点追踪包括生成轴向应变和轴向剪切应变图像数据以及/或者横向应变和横向剪切应变图像数据中的至少一个。
40.根据权利要求25至39中任一项的系统，其中所述处理装置可操作用于控制使用编码激励来提供至少一部分血管位于其中的区域的超声脉冲回波数据。
41.根据权利要求25至39中任一项的系统，其中所述处理装置可操作用于将去混响滤波器应用于来自血液中的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据，以便在执行来自血液中的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的斑点追踪时去除因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的回波分量。
42.一种用于脉管成像的系统，包括: 一个或多个超声换能器，其中该一个或多个换能器被配置成将超声能量递送到脉管区域，从其产生脉冲回波数据；以及 处理装置，其被配置成: 控制至少一部分血管位于其中的脉管区域的超声脉冲回波数据的捕获； 使用所述至少一部分血管位于其中的脉管区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪限定所述至少一部分血管的管壁和经过所述至少一部分血管的血流量中的至少一个的运动； 基于所述一个或多个斑点区域的斑点追踪来识别一个或多个管壁边界； 基于所识别的一个或多个管壁边界来修改被追踪的一个或多个斑点区域中的至少一个的特征，以使得所述至少一个斑点区域完全在管壁之内或之外。
43.根据权利要求42的系统，其中所述处理装置可操作用于基于所识别的一个或多个管壁边界来修改位置、尺寸或形状中的至少一个，以使得所述至少一个斑点区域完全在管壁之内或之外。
44.根据权利要求42至43中任一项的系统，其中所述处理装置可操作用于识别整个血管周围的一个或多个管壁边界。
45.一种用于脉管成像的系统，包括: 一个或多个超声换能器，其中该一个或多个换能器被配置成将超声能量递送到脉管区域，从其产生脉冲回波数据；以及 处理装置，其被配置成: 控制至少一部分血管位于其中的脉管区域的超声脉冲回波数据的捕获； 使用至少一部分血管位于其中的区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪至少经过所述至少一部分血管的血流量的运动；以及 在执行来自血液中的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的斑点追踪时去除因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的回波分量。
46.根据权利要求45的系统，其中所述处理装置可操作用于去除因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的回波分量包括使用时变反滤波器来减小因管壁处的反射而引起的脉冲回波数据中的分量。
47.根据权利要求45至46中任一项的系统，其中所述处理装置可操作用于使用所述至少一部分血管位于其中的区域的一个或多个斑点区域的斑点追踪来追踪限定所述至少一部分血管的管壁以及经过所述至少一部分血管的血流量二者的运动。
48.根据权利要求45至47中任一项的系统，其中所述处理装置可操作用于使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据，其中所述斑点追踪包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域的采样脉冲回波数据的多维相关，其中所述多维相关包括基于互相关采样脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值。
49.一种用于脉管成像的系统，包括: 一个或多个超声换能器，其中该一个或多个换能器被配置成将超声能量递送到脉管区域，从其产生脉冲回波数据；以及 用于控制以下述帧速率来捕获脉冲回波数据的装置，该帧速率使得所测得的限定所述脉管区域中的至少一部分血管的管壁的位移和所测得的经过所述至少一部分血管的平均血流量随时间具有准周期性分布，以便允许同时对管壁和血流量二者进行运动追踪； 用于使用斑点追踪来生成所述至少一部分血管位于其中的区域的应变和剪切应变图像数据的装置，其中所述斑点追踪包括使用所述至少一部分血管位于其中的区域中的经受变形的一个或多个斑点区域的脉冲回波数据的多维相关，其中所述多维相关包括基于互相关脉冲回波数据的相位和幅度梯度来确定采样脉冲回波数据的互相关性峰值；以及 用于基于应变和剪切应变图像数据来识别至少一部分血管位于其中的脉管区域的至少一个脉管特征的装置，其中所述至少一个脉管特征包括与经过血管的流量相关联的流量特征、与血管相关联的结构特征、以及与血管相关联的血流动力学特征中的至少一个。
50.根据权利要求49的系统，其中所述系统还包括用于基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来向患者递送疗法的疗法装置。
51.根据权利要求50的系统，其中所述疗法装置包括可操作用于使用超声能量以基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来递送疗法的系统。
52.根据权利要求49至51中任一项的系统，其中所述疗法装置包括至少一个被配置成发射和接收超声能量的换能器，其中所述至少一个换能器可操作用于提供超声能量以基于至少一部分血管位于其中的区域的至少一个脉管特征的识别来递送疗法，并且所述至少一个换能器可操作以用于获得脉冲回波数据以便生成图像数据。
【文档编号】A61B8/08GK103747742SQ201280028868
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年4月13日 优先权日:2011年4月14日
【发明者】E.S.埃比尼, 刘大龙, 万娅芸, A.J.卡斯珀 申请人:明尼苏达大学评议会