[发明专利]超声图像中二尖瓣返流口位置的自动识别

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2010年12月23日提交的序列号为61/426699的美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及医学诊断超声系统，并且具体而言，涉及针对分析二尖瓣返流使用诊断超声成像系统。

背景技术

返流是一种严重的医疗状况，需要对其进行分析以及适当的处置。在左心室即将收缩以将血液泵送到身体中之前，二尖瓣必须完全关闭，使得所述收缩将把全部血流喷射到主动脉中。如果瓣膜没有完全关闭，左心室中的部分血液将穿过未完全封闭的瓣膜中的缝隙喷射回左心房中。该血液返流——通常是穿过未完全关闭的瓣叶的喷回的少量短暂的血流喷射——减少了心脏的血液流出量并且因此减少了每次心脏收缩的效率。为了给身体提供其必需的滋养血流的供给，那么心脏必须泵送得更快。心脏因为其低效率而工作过度，导致心力衰竭。

多年以来，临床医师使用超声成像设法检测返流血流。瓣膜返流的超声检测最初通过在心脏左侧的超声图像中寻找上述血液喷射来完成。在过去二十年间，二维（2D）彩色血流多普勒成像便利了所述喷射的观察，在所述二维（2D）彩色血流多普勒成像中，通过在泄漏的心脏瓣膜周围仔细寻找这些异常的局部流速来检测少量血液喷射的高速和湍流。但是喷射最显著的图像平面的采集，加上在二尖瓣附近的心脏运动和瓣膜运动和血流湍流，以及所述喷射发生的瞬时性，对这种主观方法提出了挑战。最近几年中，在可以超声地观察喷射位置的情况下，临床医师已使用称为PISA的技术来设法量化返流血流，其中所述PISA是近端等速表面积（Proximal Iso-velocity Surface Area）的首字母缩写。在该方法中，通过彩色血流多普勒成像对LV心室中和邻近瓣膜的可疑的瓣膜和区域进行成像。在喷射发生时，因为在所述区域中血流速度突然向返流口加速，在邻近的区域形成流会聚区（FCR）。因为流速暂时地超过彩色血流图像所使用的速度范围，因此该流型导致在彩色血流图像中的混迭（aliasing）。此时捕获彩色血流图像并将其在显示屏幕上冻结。接着，测量在所述FCR的第一混迭线处的速度v，并且测量由从所述混迭线到所述瓣膜孔口的假定中心的距离r。然后通过使用表达式Q_t=2πr²v，用这两个测量结果计算通过所述孔口的流量。

当执行该程序时，出现若干困难。一个是当所述喷射处在峰值时在彩色血流图像中对其进行捕获，获得最大的准确度。在心搏周期期间所述喷射的持续时间可只有300-450毫秒，然而，通常的彩色血流帧速率可能在每秒10-20帧的范围内。因此，很可能，采集一个彩色血流图像帧的时间将不同于喷射处于峰值时的准确时刻。临床医师可以在额外的心搏周期重复彩色血流采集序列，或者解决由在喷射的准确峰值以外处进行测量造成的不准确性。

另一问题在于不容易在所述彩色血流图像中界定瓣膜口的中心。所述瓣膜组织产生大量超声回波并随着扫描发生快速移动，并且可在图像中呈现为庞大的、模糊的或难以区分的团块。因此可能是，测量r的准确度将受不能估计孔口准确位置的影响。

还有第三个问题是基本的PISA技术只是一个单一、一维的测量。只执行一次速度测量并且在估算中只使用到所述孔口的单一半径r。所述方法假设在FCR中剩下的血液与单一测量的血液表现相同。明显地，在执行单一测量中的任何不准确将产生不准确的结果。

试图修正这些不准确的基本PISA技术的扩展是在二维图像中描绘FCR外边界的圆弧周围执行多次速度测量。测量从每个速度测量点到孔口的距离r，并且使用所述多个测量计算流速Q_t。尽管多次测量可预防对单一的不准确测量的依赖，但是出现了另一问题。完成单一测量（1D）技术一般地通过瞄准穿过心脏尖端和直接穿过假定的返流口的超声波探头的中心波束，并且通过沿该波束线执行速度v和距离r的测量。使用与该返流矢量这样对齐的波束线，所测量的速度将是准确的并且不受非零多普勒角度的影响。众所周知，超声多普勒速度测量受流方向和超声束方向之间角度的影响。与波束方向恰好在一条直线的流将被准确地测量，然而相对于波束方向呈非零角度的流将按照角度的余弦减少。与波束方向正交（90o）的流将不产生多普勒响应。因此，为了产生更加准确的速度测量，必须根据流矢量和波束方向之间的角度修正通过超声测量的多普勒速度。在2D PISA技术的情况下，在执行速度测量的每个点，由于其流矢量和波束方向之间角度的变化，沿FCR圆弧的额外的速度测量将是不准确的。因此，尽管多次测量可以补偿在单一速度测量中的造成的误差，但是由于在每个测量点上在多普勒角度中的变化使得合计的测量将低估流量。