用于血管内成像的信号处理的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及血管内成像以及血管内图像数据的处理的领域。
【背景技术】
[0002]血管内成像通常用于识别血管的在诊断上重要的特性。例如，血管内成像系统可以被保健专业人员用来帮助识别并定位血管中的堵塞或损害。常见的血管内成像系统包括血管内超声波(IVUS)系统以及光学相干断层扫描(OCT)系统。
[0003]IVUS系统包括基于所接收的电信号发射超声波能量并且基于由不同的血管内结构反射的超声波能量发送返回电信号的一个或多个超声波换能器。在一些实例中，具有一个高分辨率显示器的一个控制台能够实时地显示IVUS图像。以这种方式，IVUS可以用于提供包括冠状动脉内腔的血管结构和内腔、冠状动脉壁形态、以及冠状动脉壁的表面处或附近的装置诸如支架的体内可视化。IVUS成像可以用于使包括冠状动脉疾病的病变血管可视化。在一些实例中，这个或这些超声波换能器可以在一个相对高的频率下(例如，1MHz-60MHz，在一些优选实施例中，40MHz-60MHz)操作并且可以靠近一根IVUS导管组件的一个远端被携带。一些IVUS系统涉及该血管的360度可视化(例如，机械地旋转该IVUS导管组件，使IVUS信号从相控阵列换能器转向等)。
[0004]由该换能器接收的电信号可以是图像信息的形式并且可以用来构建图像。在一些系统中，模拟图像信息可以被数字化成矢量形式。接着可以由一系列矢量构建一个图像。例如，各自包括N个数据点的M个矢量可以用来构建一个MX N二维图像。在一些系统中，一个患者的血管结构的图像可以被生成并且被实时显示以便提供此类结构的体内可视化。
[0005]该换能器通常产生模拟信号并且在一个特定的频率下操作。通常，所接收的该图像信息的分辨率随着该换能器的操作频率以及从该换能器的数据采集的频率的增加而增加。也就是说，高频图像趋于具有比低频图像更好的分辨率。然而，当与低频图像相比较时，因为与高频传输相关联的损耗，在一个高频下获取的数据通常包括更大的信号损耗，并且因此包括一个更低的信噪比(“SNR”)。如果该图像强度经由增加的增益放大，这可以导致暗、很难看清的图像或者严重干扰的图像。因此，大多数血管内成像在一个相对较低的频率下执行，为了一个改善的SNR而牺牲图像分辨率。
[0006]在一些系统中，图像信息被处理来改善该SNR。处理可以包括组合数据(诸如求平均值)，包络检测，和/或选择各种数据点以便消除(诸如异常值消除)。然而，每个处理步骤都需要时间。例如，在一些系统中，包络检测可以要求每个矢量逐一通过该包络检测器，从而使该成像过程减速。如果该处理滞后过长，则可以变得不可能的是生成用于被成像的该血管结构的体内可视化的一个实时显示。
【发明内容】
[0007]本发明的实施例提供一种具有高频图像信息采集和整个范围的噪声的有效噪声滤波的血管内成像系统。处理步骤被执行来实现高分辨率，低噪声图像。足够低程度的噪声允许该图像信息被放大以便显示高分辨率细节，而无需也放大该噪声到使该图像模糊的程度。
[0008]在一些实施例中，此类处理步骤可以包括高频数据的相干滤波，将该高频数据转换成低频数据的包络检测，以及低频数据的空间滤波。诸如包络检测的一些过程可以并行地执行以便加速处理。在一些实施例中，处理步骤被足够快速地执行以便实时生成并显示来自高频图像信息的一个高分辨率图像。
[0009]用于执行此类测量的系统可以包括血管内成像导管组件，该血管内成像导管组件被配置成用于在数据收集过程中生成对应于其周围环境(例如，一个患者的血管)的成像信息的原始帧。该成像信息的原始帧可以包括一组原始矢量，该组原始矢量中的每个矢量包括一组原始数据点。在一些实例中，每个矢量表示成像信息的角度部分，而该矢量内的每个数据点表示沿着那个角度部分的径向尺寸。该系统可以包括一个成像引擎，该成像引擎用于从该血管内成像导管组件接收成像信息的该原始帧并且产生包括一组增强的矢量的成像信息的一个增强帧。
[0010]该成像引擎可以包括一个相干滤波器，该相干滤波器被配置成用于将来自该组原始矢量的矢量分组到原始矢量组中并且基于这些原始矢量组内的数据点的比较生成第一组矢量。在一些情况下，该比较处于每个矢量内的类似的径向位置的点之间。该第一组矢量中的矢量通常各自表示这些原始矢量组中的一个中的这些矢量并且包括第一组数据点。该第一组矢量中的每个矢量内的该第一组数据点可以包括与该原始成像信息中的每组原始数据点相同数量的数据点。
[0011]该成像引擎可以包括一个包络检测模块，该包络检测模块用于接收该第一组矢量并且基于每个第一组数据点内的数据点彼此之间的比较生成第二组矢量。该第二组矢量中的每个矢量可以包括第二组数据点。每个第二组数据点可以具有比其相关联的第一组更少数量的数据点，但是可以表示该第一组数据点。在一些情况下，该第二组数据点可以包括表示该第一组数据点的较低频率。该第二组矢量可以包括与该第一组相同数量的矢量。
[0012]该成像引擎可以包括一个用于接收该第二组矢量并且生成一组增强的矢量的空间滤波器。该空间滤波器可以将来自该第二组矢量的矢量分组到经处理的矢量组中并且基于每个经处理的矢量组的数据点的比较生成一组增强的矢量。该空间滤波器可以包括每个经处理的矢量组内的数据点的比较，这些数据点具有类似的或者邻近的径向位置。在一些实例中，每个经处理的矢量组可以用来生成该组矢量中的一个单个增强的矢量。每个增强的矢量可以包括与该第二组矢量中的相关联矢量中的该第二组数据点相同数量的数据点。该组增强的矢量可以被组合来产生成像信息的该增强帧。
[0013]在一些系统中，该成像引擎可以包括一个图像生成器，该图像生成器被配置成用于基于成像信息的该增强帧生成一个图像。这些系统可以包括一个显示器，该显示器被联接到该成像引擎上以用于显示由该图像生成器生成的图像。在一些系统中，可以大致实时向一个用户显示来自该图像生成器和显示器的图像。
【附图说明】
[0014]图1是一个血管内成像系统的一个说明性实施例。
[0015]图2A和2B示出作为该血管内成像引擎的一部分的示例性相干滤波器配置。
[0016]图3A-3C示出一个示例性包络检测过程。
[0017]图4A-4B示出被安排用于处理或显示的示例性亮度数据集。
[0018]图5是示出生成高分辨率血管内图像的多步骤过程的一个过程流程图。
[0019]图6是示出图像信息从该换能器到一个显示器的流动的一个系统级框图。
【具体实施方式】
[0020]以下详细说明在本质上是示例性的，并且绝非旨在以任何方式对本发明的范围、适用性、或配置进行限制。更恰当的是，以下说明提供了用于实施本发明的实例的一些实用解释。对选定元件提供了构造、材料、尺寸以及制造过程的多个实例，并且所有其他元件采用了本发明领域的普通技术人员所已知的那些。本领域技术人员将认识到，许多提到的实例具有各种适合的替代方案。
[0021]图1是一个系统100的一个说明性实例，该系统100可以被配置成用于执行血管内成像。系统100可以包括一根导管组件102、一个平移机构110、以及一个用户界面120。该导管组件102可以包括一个近端104和被配置成插入一个患者118的一根血管中的一个远端106。在一个实例中，导管组件102可以经由股动脉插入该患者118中并且被引导到该患者118内的感兴趣区域。图1中的虚线表示该导管组件102在该患者118内的部分。
[0022]在一些实例中，导管组件102可以包括位于远端106内的一个换能器108，该换能器108被配置成用于发射并且接收基于波的能量并且生成成像数据一例如，以便使该患者118内的该感兴趣区域成像。例如，在系统100是一个IVUS系统的情况下，换能器108可以包括一个IVUS成像探针，该IVUS成像探针包括一个被配置成用于发射和接收超声波能量并且生成超声波数据的超声波换能器。在另一个实例中，系统100可以是一个OCT系统，其中该换能器108可以包括一个被配置成用于发射和接收光并且生成OCT数据的OCT成像探针。
[0023]在一些实施例中，该导管组件102可以包括一个成像组件和一个护套。该成像组件可以包括该换能器108，一根驱动电缆，以及一根传输线(例如，一根同轴电缆)。该护套可以限定一个管腔，在该官腔内该成像组件被允许自由移动。该驱动电缆可以被固定到该换能器108上，这样使得该驱动电缆通过该护套的移动致使该换能器108也移动通过该护套。因此，在一些实施例中，该换能器108可以经由该驱动电缆而在该护套内平移和旋转，而不需要在该动脉内移动该护套。这对于避免该导管组件102与一个患者的动脉的内部之间在成像或其他血管内成像操作过程中移动该换能器108时引起的过度摩擦而言可能是有利的。例如，当移动到