用于二尖瓣反流的可视化和量化的超声成像的制作方法

本公开总体上涉及用于可视化和量化患者体内的血流的超声成像。尤其是，基于超声数据将通过复杂的二尖瓣瓣口的血流建模为具有多个源点的简单的血流模型的卷积。将得到的血流模型与获取到的三维彩色多普勒数据进行比较和调整以确保准确性。

背景技术：

1、超声成像广泛使用在医学成像和诊断。三维彩色多普勒成像测量了患者体内的血流的速度，并通过在显示器上示出不同颜色向医生传达该信息。彩色多普勒成像在识别患者的心脏中的二尖瓣处的血液的反流上尤其有用。在健康的心脏中，血液从左心房通过二尖瓣进入左心室。当心脏收缩时，二尖瓣关闭以防止血液流回左心房，而血液被迫从左心室进入主动脉并被传送到身体的其他部位。然而，在二尖瓣没有完全关闭而允许血液从左心室流回左心房时，会出现二尖瓣反流。这种二尖瓣反流妨碍心脏以它应当的效率泵血并可能导致严重的症状。

2、对于为二尖瓣反流开出适当的处理的医生来说，他们必须知道情况的程度。具体来说，他们必须知道回流到左心房的血液量或血液体积流量，以及在二尖瓣没有完全关闭时形成的孔或瓣口的大小。这两个指标很难利用常规方法准确量化。量化通过二尖瓣的血流的主流方法是近侧等速表面面积(pisa)方法。pisa方法将二尖瓣近似为平坦的二维平面上的单个针孔。然而，由于二尖瓣不是平坦或二维的，而是不规则、动态或不断移动的三维表面，而且由于二尖瓣在反流期间形成的间隙也不是单个针孔，而是复杂的形状，因此pisa方法提供了通过二尖瓣瓣口的体积流量和瓣口面积的不准确的测量结果。其他方法(例如计算流体动力学方法(cfd))提供了比pisa方法更准确的测量结果，但需要繁重的计算步骤且不适合临床使用。使用现有评估和量化二尖瓣反流的技术的后果包括对测量结果的信心的缺乏、高度可变的结果、耗时过多而不实用的过程，以及超声检查的不必要的重复。

3、ep3692925a1涉及一种基于已识别的反流瓣口来估计反流流量的方法，并且使用了动态表面模型和流量汇聚模型。

4、ep2654569a1涉及一种用于量化二尖瓣反流的流速和体积流量的方法，并且涉及建模的流速场的使用。

5、us2019/125295a1涉及一种用于在超声数据中检测瓣膜和检测通过瓣膜的流量的方法。

技术实现思路

1、本公开的实施例是用于可视化和量化二尖瓣反流的系统、设备和方法。通过将二尖瓣建模为三维表面以及将二尖瓣瓣口建模为整个收缩期的实际复杂形状，本公开克服了通过泄露的二尖瓣的血液的体积流量和二尖瓣中的瓣口的面积的测量结果的不准确性。具体来说，一种超声成像系统获取在整个心动周期中二尖瓣的三维(3d)彩色多普勒体积数据。然后，该系统识别出示出收缩期或其中二尖瓣关闭、血液被从心脏的左心室推出的阶段的超声图像帧。对于这些识别出的帧中的每一个，生成二尖瓣和瓣口的3d模型。瓣口被建模为在瓣口的形状内彼此相邻定位的许多小孔。然后将来自这些小孔中的每一个的流量模型进行组合，从而得到通过作为一个整体的瓣口的流量模型。然后将该流量模型与实际超声图像进行比较。该系统对模型做出调整以使流量模型匹配图像中看到的实际流量以确保准确性。然后，基于调整后的流量模型计算流量体积和瓣口面积。对显示收缩期的每个超声图像重复该过程。

2、该过程有利地为医生提供了在整个心动周期的收缩阶段的每个时间点处的准确的血液体积流量数据和瓣口面积数据。此外，由于该过程是针对每个超声图像帧完成的，因此考虑了在整个收缩期的二尖瓣和反流瓣口的不断变化的形状。该过程还考虑了由于二尖瓣没有完全关闭(包括在可能形成多个瓣口的情况下)所形成的不同瓣口的复杂形状。通过对整个收缩阶段的血液体积流量的测量结果进行积分，还能为医生提供在单个收缩阶段期间从心室渗漏到心房的总血液体积的精确测量结果。在具有所有这些信息的情况下，医生能够做出关于适当补救措施的更准确的决定来解决该状况。此外，该过程的计算速度足够快而足以实时完成并与病人侧使用兼容。该过程也是非侵入性的，这意味着在二尖瓣修复手术之前、期间或之后，它们都可以容易地被用于量化二尖瓣反流。这样，医生就可以在手术后立即知道修复的成功，而无需等待结束治疗或在任何恢复时间后。此外，本文所述的算法计算出的流量对比时间的数据会向医生传递流量是收缩早期、收缩晚期还是全收缩期的信息，这可以揭示关于反流的机制的附加信息。以前，这些信息对医生来说不是自动可获得的，而是需要手动进行繁琐的追踪，以推断出这类基于时间的信息。

3、根据示例性方面，提供了一种超声系统。该超声系统包括声学元件阵列，其被配置为获得超声数据，其中超声数据包括多普勒数据和b型数据；处理器电路，其被配置为用于与声学元件阵列和显示器通信，其中处理器电路被配置为：接收由声学元件阵列获得的超声数据，其中超声数据表示与二尖瓣中的瓣口相关联的二尖瓣反流；基于b型数据生成二尖瓣的模型；基于二尖瓣的模型和多普勒数据生成瓣口的模型；向显示器输出第一屏幕显示，其中第一屏幕显示包括：二尖瓣的模型；以及二尖瓣的模型内的瓣口的模型；基于瓣口的模型生成二尖瓣反流的血流模型；将血流模型与多普勒数据进行比较；改变瓣口的模型，使得血流模型被改变为匹配多普勒数据，其中瓣口的模型被改变为具有不同形状、不同位置或不同取向中的至少一个；以及向显示器输出第二屏幕显示，其中第二屏幕显示包括：基于超声数据的超声图像；以及超声图像中的瓣口的模型，其中第二屏幕显示中的瓣口的模型包括不同形状、不同位置或不同取向中的至少一个。

4、二尖瓣的模型可包括二尖瓣的解剖结构模型。瓣口的模型的生成可包括基于多普勒数据识别二尖瓣的解剖结构模型内的瓣口。在一些实施例中，处理器电路可被配置为基于多普勒数据中的超过阈值速度的速度来识别瓣口。在一些实施例中，为了修改瓣口的形状，处理器电路被配置为修改阈值速度。在一些实施例中，为了修改瓣口的位置，处理器电路被配置为在二尖瓣的模型中沿垂直方向移动瓣口。在一些实施例中，处理器电路被配置为基于二尖瓣反流的血流模型输出3d等速表面。

5、在一些实施例中，第一屏幕显示和/或第二屏幕显示包括基于超声数据的第一超声图像和基于超声数据的第二超声图像，其中第一超声图像被沿第一轴线定向，第二超声图像被沿不同的第二轴线定向。在一些实施例中，第一超声图像和第二超声图像(i)是基于多平面重整(mpr)的，或(ii)包括侧视图。在一些实施例中，第一轴线和第二轴线对应于瓣口的形状或修改后的形状中的至少一个。在一些实施例中，处理器电路被配置为确定流量体积、瓣口面积或置信度指标中的至少一个，且处理器电路被配置为向显示器输出基于流量体积、瓣口面积或置信度指标中的至少一个的图形表示。

6、根据示例性方面，提供了一种超声系统。该超声系统包括处理器电路，该处理器电路被配置为用于与声学元件阵列和显示器通信，其中处理器电路配置为：接收由声学元件阵列获得的超声数据，其中超声数据表示与二尖瓣中的瓣口相关联的二尖瓣反流；基于超声数据，识别二尖瓣的解剖结构模型内的瓣口；输出瓣口的第一图形表示；基于二尖瓣反流的模型与超声数据之间的比较，修改瓣口的形状、位置或取向中的至少一个；以及输出具有修改后的形状、修改后的位置或修改后的取向中的至少一个的瓣口的第二图形表示。

7、在本发明的多个方面中的任一个的一些实施例中，超声数据包括多普勒数据，且处理器电路被配置为基于多普勒数据识别二尖瓣的解剖结构模型内的瓣口。在一些方面，处理器电路被配置为基于多普勒数据中的超过阈值速度的速度识别瓣口。在一些方面，为了修改瓣口的形状，处理器电路被配置为修改阈值速度。在一些方面，为了修改瓣口的位置，处理器电路被配置为在二尖瓣的解剖结构模型中沿垂直方向移动瓣口。在一些方面，处理器电路被配置为基于瓣口生成二尖瓣反流的模型。在一些方面，超声数据包括多普勒数据，且处理器电路被配置为基于二尖瓣反流的模型和多普勒数据之间的比较来修改瓣口的形状、位置或取向中的至少一个。在一些方面，处理器电路被配置为基于具有修改后的形状、修改后的位置或修改后的取向中的至少一个的瓣口生成二尖瓣反流的另一模型。在一些方面，处理器电路被配置为基于二尖瓣反流的模型输出3d等速表面。在一些方面，处理器电路被配置为输出基于超声数据的第一超声图像和基于超声数据的第二超声图像，第一超声图像被沿第一轴线定向，第二超声图像被沿不同的第二轴线定向。在一些方面，第一超声图像和第二超声图像是基于多平面重整(mpr)的。在一些方面，第一超声图像和第二超声图像包括侧视图。在一些方面，第一轴线和第二轴线对应于瓣口的形状或修改后的形状中的至少一个。在一些方面，处理器电路被配置为确定流量体积、瓣口面积或置信度指标中的至少一个，并且处理器电路被配置为向显示器输出基于流量体积、瓣口面积或置信度指标中的至少一个的图形表示。

8、根据示例性方面，提供了一种超声系统。该超声系统包括被配置为用于与声学元件阵列和显示器通信的处理器电路，其中处理器电路被配置为：接收由声学元件阵列获得的多普勒超声数据，其中多普勒超声数据表示与二尖瓣中的瓣口相关联的二尖瓣反流；基于瓣口的模型生成二尖瓣反流的模型；向显示器输出屏幕显示，其中屏幕显示包括：包括多普勒超声数据的第一超声图像；叠加在第一超声图像上使得二尖瓣反流的模型对应于多普勒超声数据的二尖瓣反流的模型的图形表示。

9、在一些方面，二尖瓣反流的模型的图形表示包括反流分布的图形表示。在一些方面，第一超声图像包括二维(2d)图像，且反流分布的图形表示包括等速轮廓(isovelocitycontour)。在一些方面，第一超声图像包括三维(3d)图像，且反流分布的图形表示包括等速网格。在一些方面，二尖瓣反流的模型的图形表示包括反流流场的图形表示。在一些方面，反流流场的图形表示包括矢量。在一些方面，模型的图形表示包括二尖瓣反流的射流的轴线的图形表示。在一些方面，模型的图形表示包括垂直于二尖瓣的轴线的图形表示。在一些方面，屏幕显示包括第二超声图像，第一超声图像被沿第一轴线定向，而第二超声图像被沿不同的第二轴线定向。在一些方面，第一超声图像和第二超声图像包括侧视图。在一些方面，第一轴线和第二轴线对应于瓣口的形状。在一些方面，模型的图形表示包括瓣口的轮廓的图形表示。在一些方面，第一超声图像包括俯视图。在一些方面，屏幕显示还包括二尖瓣反流的模型的三维(3d)表示。

10、根据示例性方面，提供了一种超声系统。该超声系统包括：声学元件阵列，其被配置为获得超声数据，其中超声数据包括多普勒数据和b型数据；处理器电路，其被配置为用于与声学元件阵列和显示器通信，其中处理器电路被配置为：接收由声学元件阵列获得的超声数据，其中超声数据表示与二尖瓣中的瓣口相关联的二尖瓣反流；生成二尖瓣的模型；基于二尖瓣的模型和多普勒数据生成瓣口的模型；基于瓣口的模型生成二尖瓣反流的血流模型；将血流模型与多普勒数据进行比较；改变瓣口的模型使得血流模型被改变为匹配多普勒数据；基于血流模型或瓣口的模型中的至少一个，计算血流体积或瓣口面积中的至少一个；向显示器输出屏幕显示，其中屏幕显示基于以下中的两个或更多个：超声数据、二尖瓣的模型、瓣口的模型、血流模型、血流体积或瓣口面积。

11、本公开的附加的方面、特征和优点将从以下详细描述中变得明显。