用于对二尖瓣返流的分析的超声彩流图的制作方法
【专利摘要】描述了一种超声诊断成像系统，所述超声诊断成像系统通过彩流成像来评估通过二尖瓣的返流。多普勒处理器产生对返流瓣膜周围的血流的多普勒速度测量，以识别将要在返流流动量化的PISA方法中使用的等速表面。所述速度测量结果被用来为所述彩流图像中的像素着色，并且被映射到与所述图像一起使用的颜色条的多种颜色。所述颜色条在所述颜色条的速度范围中的明显识别出所述彩流图像中的等速表面的一个或多个速度处展示明显颜色转变。所述颜色条可以由所述条的零速度参考颜色与所述条的端部之间的所述条中间的混叠速度，以及与期望等速对齐并且被用来创建颜色转变的混叠速度形成。
【专利说明】用于对二尖瓣返流的分析的超声彩流图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医学诊断超声系统，并且具体涉及用于对二尖瓣返流流动的分析的诊 断超声成像系统的使用。
【背景技术】
[0002] 返流流动是一种需要分析和适当处置的严重医疗状况。就在左心室收缩以将血液 泵送到身体中之前，二尖瓣必须完全闭合，以使得收缩将把全部血流喷射到主动脉中。如果 瓣膜没有完全闭合，则左心室中的血液的一些将通过未完全密封的瓣膜中的开口被喷射回 到左心房中。这种血液的回流一通常是通过未完全闭合的瓣叶喷回的小的短暂的血流射 束一减少了从心脏流出的血流，并因此降低了每次心脏收缩的效率。接着心脏接着必须 更快速地泵送，以便于身体提供其必要的滋养血流的供应。心脏由于它的低效率而过劳，导 致心力衰竭。
[0003] 临床医生多年来一直使用超声成像以试图检测返流血流。对瓣膜返流的超声检测 最初是通过在心脏的左侧的超声图像中寻找以上提到的血液的射束来完成的。在过去二十 年间，一直通过二维（2D)彩流多普勒成像来帮助观察射束，在二维彩流多普勒成像中，小 的血液射束的高速度和湍流被通过靠近泄漏的心脏瓣膜仔细搜索这些异常的局部流速来 检测。但是，对射束在其中最普遍的图像平面的采集，连同心脏和瓣膜运动及在二尖瓣附近 的血流湍流，以及射束的短暂出现，对这种主观方法提出了挑战。近年来，在可以以超声方 式观察射束的位置的情况下，临床医生已经使用被称为PISA的技术--近端等速表面积的 首字母缩写来试图量化返流血流。在这种方法中，通过彩流多普勒成像来对疑似瓣膜和在 LV心腔内部并且接近瓣膜的区域进行成像。在射束出现时，在近端区域中形成流动汇聚区 域（FCR)，这是因为所述区域中的血流速度朝着返流口瞬间加速。该流型在彩流图像中的产 生混叠，这是因为流速度暂时超过用于彩流图像的速度范围。该时刻的彩流图像被捕获并 且被冻结在显示器屏幕上。接着对FCR的第一混叠线处的速度v进行测量，并且对从所述 混叠线到瓣膜口的假定中心的距离r进行测量。接着使用表达式Qt = 2 ?r2v来将这两个 测量结果用于计算通过所述口的流率。
[0004] PISA技术中的重要步骤是辨别超声图像中的等速表面。所述表面可以是二维超 声图像中的弧形曲线或是3D超声图像中的准半球区。以高精确度识别所述等速表面是必 要的，这是因为从等速表面到返流口测得的径向距离是流率方程的平方项。过去被用来更 好地辨别等速表面的一种方法是尝试使用彩流系统的混叠阈值来识别所述表面。彩流超声 系统通过以被称作脉冲重复频率的采样率来对血液的流动进行采样来运行。该采样率将满 足血流速度的奈奎斯特准则，所述血流速度转化成高达采样率的一半的频率。这些充分采 样的血流速度的范围一般在超声图像旁边被显示为零速度周围从+V至-V的范围的不同 颜色的颜色条，其中，V是被采样以满足奈奎斯特准则的最大速度。因此，待检测的血流的 速度越大，则多普勒采样率必须越大。如果流速超过+V或-V速度，则多普勒处理器将"卷 绕"，并且显示颜色条的另一个端部的颜色。血流诊断中的正常实践是使用这样的多普勒采 样率，即所述多普勒采样率足够高以使得所有期望血流速度都将根据奈奎斯特准而被充分 采样，并且将不超过混叠开始的速度。
[0005] 对能够被用来更好地辨别等速表面的颜色条的非标准使用是在被称作"基线位 移"中调节颜色条。如以上提到的，零速度常规地在颜色条的中心，在+V和-V的最大速度 之间等距。通过这样的操作来执行基线位移，即将零速度点移到非中心位置，以使得将被用 作等速表面的流速的所述流速在颜色条的一个端部。这将引起在意指的等速流速处发生混 叠，造成等速流速以上的显示的颜色的卷绕。当颜色条的相对端具有不同颜色时（例如一 个端部为红色而另一个端部为蓝色），显示的颜色在等速流率的任一侧上将是不同的。尽管 对颜色条的这种使用将刻意地造成混叠发生并且将颜色条绘制得不合适于被显示的（通 常是不期望的结果），但在等速的任一侧上的颜色差异可以使得在超声图像中更容易辨别 等速表面。期望的是针对二尖瓣返流状况而特别设计的颜色条，所述颜色条在保持表示流 动状况的颜色条被显示的同时在彩流图像中高亮显示等速表面。
【发明内容】
[0006] 根据本发明的原理，描述了一种用于通过彩色多普勒成像来分析返流血流的超声 诊断成像系统。根据颜色条对彩色多普勒图像进行着色，所述颜色条在中心零速度参考与 所述颜色条的一个端部之间展现明显的颜色变化。发生所述颜色变化的所述速度在期望 的等速值的范围中，以使得所述颜色转变将在二尖瓣返流的彩流图像中明显地标出等速表 面。在优选的实现方式中，颜色变化被呈现在所述零速度参考水平以上和以下两者处，以适 应血流的任意方向。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 在附图中：
[0008] 图1以方框图的形式图示了根据本发明的原理构建的超声诊断成像系统。
[0009] 图2图示了返流射束的超声彩色多普勒图像。
[0010] 图3图示了对返流流动的PISA测量。
[0011] 图4图示了彩色多普勒图像的常规颜色条的标尺。
[0012] 图5图示了根据本发明的原理配置的彩色多普勒图像的颜色条。
[0013] 图6图示了根据本发明配置的彩色多普勒图像的颜色条的第二范例。
[0014] 图7图示了使用标准颜色条的返流射束的双平面彩色多普勒图像。
[0015] 图8图示了使用本发明的颜色条的返流射束的双平面彩色多普勒图像。
【具体实施方式】
[0016] 首先参考图1，以方框图的形式示出了根据本发明的原理构建的超声诊断成像系 统。在图1中，换能器阵列10'被提供在超声探头10中以用于发射超声波并且接收回波信 息。换能器阵列10'优选是换能器元件的二维阵列，所述换能器元件能够沿三个维度（比 如沿关于二尖瓣的位置的高度和方位两者）进行扫描以用于3D成像。换能器阵列被耦合 到探头中的微型波束形成器12,微型波束形成器12控制通过阵列元件的信号的发射和接 收。如在US专利 5997479(Savord等）、6013032 (Savord)和 6623432(Powers等）中描述 的，微型波束形成器能够对由换能器元件的组或"面片（patch) "接收的信号进行至少部分 的波束形成。微型波束形成器通过探头线缆被耦合到发射/接收（T/R)开关16,发射/接 收开关16在发射与接收之间切换并且保护主波束形成器20免于高能发射信号。在微型波 束形成器12的控制下来自换能器阵列10的超声束的发射由被耦合到T/R开关和波束形成 器20的发射控制器18来导向，发射控制器18接收来自用户接口或控制面板38的用户操 作的输入。由发射控制器控制的功能中的一个是波束被操纵的方向。波束可以被操纵为从 (正交于）所述换能器阵列直行向前，或者针对较宽的视场而在不同角度。
[0017] 由微型波束形成器12产生的部分波束形成的信号被耦合到主波束形成器20,在 主波束形成器20处，来自换能器元件的独立面片的部分波束形成的信号被组合成完全波 束形成的信号。例如，主波束形成器20可以具有128个通道，通道中的每个接收来自12个 换能器元件的面片的部分波束形成的信号。以这种方式，由二维阵列的超过1500个换能器 元件接收到的信号可以有效地贡献到单个波束形成的信号。
[0018] 波束形成的信号被耦合到信号处理器22。信号处理器22可以以各种方式来处理 接收到的回波信号，例如带通滤波、抽取、I和Q分量分离、以及谐波信号分离，所述谐波信 号分离行动以分离线性信号和非线性信号，从而使得能够实现对从组织和微泡返回的非线 性回波信号的识别。信号处理器也可以执行额外的信号增强，例如相干斑抑制、信号复合和 噪声消除。
[0019] 经处理的信号被耦合到B模式处理器26和多普勒处理器28。B模式处理器26采 用幅度检测以用于对身体中的结构（例如心脏壁的组织、二尖瓣和血细胞）进行成像。如 在US专利6283919 (Roundhill等）和US专利6458083 (Jago等）中描述的，可以以谐波模 式或基础模式或两者的组合来形成身体的结构的B模式图像。多普勒处理器28处理来自 组织和血流的时间明显信号以用于检测图像场中的物质的运动（例如血细胞的流动）。多 普勒处理器典型地包括壁滤波器，所述壁滤波器具有可以被设定为通过和/或拒绝从身体 中的选定类型的材料返回的回波的参数。比如，壁滤波器能够被设定为具有带通特性，所述 带通特性使来自较高速度材料的具有相对较低幅度的信号通过，而拒绝来自较低速度或零 速度材料的相对较强的信号。这种带通特性将使来自流动的血液的信号通过，而拒绝来自 附近固定的或缓慢移动的目标（例如心脏的壁）的信号。反向特性将使来自心脏的运动 组织的信号通过，而拒绝血流信号，以用于被称作组织多普勒成像，检测并且描绘组织的运 动。多普勒处理器接收并且处理来自图像场中不同点的时间离散回波信号的序列，来自特 定点的回波的序列被称作系列（ensemble)。在相对较短的间隔上快速连续接收到的回波的 系列可以被用来估计流动血液的多普勒偏移频率，其中，多普勒频率到速度的对应性指示 血流速度。在较长时间段上接收到的回波的系列被用来估计较慢流动的血液或缓慢移动的 组织的速度。对于快速出现的射束的二尖瓣返流评估，一般采用短系列长度（较少样本）， 以使得可以实现高采集帧率。采集信号样本的速率（或信号样本之间的时间间隔）被称为 脉冲重复频率（PRF)，并且建立可以没有混叠地测得的血流的最大速度。为了满足采样的奈 奎斯特准则并防止混叠，必须以这样的速率在系列中对血流进行采样，即所述速率是被测 流动的最高速度的等价频率的至少两倍。可以通过
【权利要求】
1. 一种诊断超声系统，所述诊断超声系统产生流动或运动的速度的彩流图像，所述诊 断超声系统包括： 具有换能器阵列的超声探头，其用于向运动组织或流体的位置发射超声能量并且从运 动组织或流体的位置接收超声回波； 对接收到的回波进行响应的多普勒处理器，其用于产生组织或血流速度的多普勒速度 测量结果； 对所述多普勒速度测量结果进行响应的运动量化处理器，其将速度测量结果映射到针 对彩色多普勒图像的多种不同颜色； 对所述不同颜色进行响应的图形处理器，其产生用于与所述彩色多普勒图像一起显示 的颜色指示物，所述颜色指示物具有端部速度水平和针对零速度的参考水平，所述颜色指 示物的颜色被布置为在所述参考水平与所述端部速度水平之间的点处展现明显颜色转变； 以及 被耦合到所述图像处理器和所述流动量化处理器的显示设备，其结合所述颜色指示物 来显示彩色多普勒图像。
2. 如权利要求1所述的诊断超声系统，其中，所述颜色指示物还包括颜色条，所述颜色 条具有从所述条的一个端部变化至零速度颜色的多种不同颜色。
3. 如权利要求2所述的诊断超声系统，其中，所述颜色条还包括从所述零速度颜色逐 渐变化至所述明显颜色转变的多种不同颜色，并且包括从所述明显颜色转变逐渐变化至所 述颜色条的所述端部的多种不同颜色。
4. 如权利要求3所述的诊断超声系统，其中，所述明显颜色转变与将要在彩流图像中 被识别的速度相对应；并且还包括： 用户控制，其能由用户操作以选择将要通过所述明显颜色转变来识别的所述速度。
5. 如权利要求1所述的诊断超声系统，其中，所述颜色指示物还包括颜色条，所述颜色 条具有从所述条的一个端部变化至另一个端部的多种不同颜色，其中，零速度颜色被定位 在所述两个端部之间。
6. 如权利要求5所述的诊断超声系统，其中，所述明显颜色转变被定位在所述零速度 颜色与所述条的一个端部之间；并且还包括： 第二明显颜色转变，其被定位在所述零速度颜色与所述条的另一个端部之间。
7. 如权利要求1所述的诊断超声系统，其中，所述颜色指示物的所述颜色还被布置为 在所述参考水平与所述端部速度水平之间发生混叠的点处展现所述明显颜色转变。
8. 如权利要求7所述的诊断超声系统，其中，在所述端部速度水平处的所述颜色和在 所述参考水平处的所述颜色两者均为零速度颜色。
9. 如权利要求7所述的诊断超声系统，其中，所述颜色指示物还包括具有两个端部的 颜色条； 其中，所述明显颜色转变被定位在零速度颜色与所述条的一个端部之间的混叠速度点 处；并且还包括： 第二明显颜色转变，其被定位在所述零速度颜色与所述条的另一个端部之间的第二混 叠速度点处。
10. 如权利要求9所述的诊断超声系统，其中，在所述颜色条的所述端部处的所述颜色 还包括零速度颜色。
11. 如权利要求7所述的诊断超声系统，其中，所述明显颜色转变与将要在彩流图像中 识别的速度相对应；并且还包括： 用户控制，其能由用户操作以选择在其之上发生混叠的速度。
12. 如权利要求11所述的诊断超声系统，其中，所述流速度场的经调节的形状包括抛 物线形、扁圆形、抛物面或扁球体中的一种。
13. 如权利要求1所述的诊断超声系统，其中，所述超声系统还能操作以测量二尖瓣返 流；并且 其中，所述明显颜色转变被用来在对二尖瓣返流的所述测量中使用的彩色多普勒图像 中识别等速表面。
14. 如权利要求13所述的诊断超声系统，其中，所述明显颜色转变通过多种逐渐改变 的颜色中的明显的明线或暗线来识别等速表面。
15. 如权利要求14所述的方法，其中，所述明显颜色转变还在所述彩色多普勒图像中 识别返流射束的边界。
【文档编号】G01S15/89GK104394772SQ201380034167
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年6月17日 优先权日:2012年6月27日
【发明者】K·E·蒂勒, Q·魏, M·什雷斯塔 申请人:皇家飞利浦有限公司