[发明专利]使用超声波估计心脏应变和位移的系统和方法

说明书

使用超声波估测心肌应变和位移的系统及方法被公开。根据一个方面，该方法包括在一段时间内接收从受试对象获取的图像帧。该方法还包括在图像帧中确定受试对象的特征散斑。此外，该方法包括跟踪图像帧中散斑的整体运动。该方法还包括基于跟踪的整体运动确定受试对象的至少一部分的位移。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月24日提交的美国临时专利申请No. 62/354,432，名称为“使用高帧率超声波估测心脏应变的系统及方法”的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

本申请要求于2016年7月1日提交的丹麦专利申请No. PA 2016 00394的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

当前公开的主题涉及成像系统及方法。更具体地，当前公开的主题涉及使用超声波估测心脏应变和移位的系统及方法。

背景

心脏病是40岁以上人群发病和死亡的主要原因。例如，在美国，心力衰竭很常见，在65岁以上的成年人群中发病率为6%至10%。心力衰竭可能是电异常或机械异常的结果。在心力衰竭的早期阶段，机械异常和电异常的影响难以区分，造成准确诊断和有效治疗变得困难。

检测和测量快速机械现象，例如机械收缩的传播和去极化后的松弛，可能具有重大的临床意义。去极化以0.5至2m/s的速度传播，这取决于电兴奋是通过心肌组织还是浦肯野纤维。使用传统的超声扫描仪不可能检测到这些现象，传统的超声扫描仪以每秒50到110帧（fps）的速度运行。需要大于500 fps的帧率来记录关于机械激活序列的信息，并将它们与通过心电图（EKG）获得的电测量相关联。

如果这些机械现象在速度和持续时间上与电兴奋波通过左心室的传播相似，则它们将持续30毫秒。由于常规临床超声成像的低图像采集速率，这些快速机械现象目前无法检测到。

用于使超声图像中的测量自动化的常用技术是散斑或特征跟踪。最常用的商业散斑跟踪算法，如GE Healthcare的自动函数成像软件和TomTec 2D（二维）心肌功能分析软件，使用光流方法进行帧到帧心肌运动跟踪。光流具有可检测速度的下限，这取决于算法检测帧之间的子像素变化的能力。如果目标在两个连续图像之间的移动小于相邻空间样本之间的移动，并且跟踪方法不能实现子像素变化检测，则帧到帧光流方法将无法检测到移动。关于散斑跟踪的多项研究表明，使用40到110 fps之间的帧率可以实现最佳的跟踪精度，因为这样可以在图像质量和帧率之间实现最佳折衷。该发现反映了当前可用的商业诊断机器的性能，其通过减少空间采样来增加帧率。从具有不充分空间采样的超声图像导出的任何测量或观察可顺带不指示实际心肌运动的伪影。目前，没有商业诊断机器能够捕获具有与组织多普勒成像（TDI大于180fps）或普通EKG采样率（大于500Hz）相同的时间分辨率的B超图像，同时保持足够的空间采样。如果要在不影响空间采样的情况下增加时间分辨率，那么临床医生将有更好的工具来研究心肌运动及其与心肌电结果的关系。