[发明专利]利用分离的超声数据子集进行超分辨率微血管成像

说明书

描述了受试者体内的微血管的超分辨率超声成像。从已经被给予微气泡造影剂的受试者体内的感兴趣区域获取超声数据。当微气泡移动穿过感兴趣区域或以其他方式存在于感兴趣区域中时获取超声数据。微气泡信号从超声数据中被隔离，并基于微气泡的特性(诸如时空血流动力学)被分离为数据子集。通过定位、跟踪和积累每个数据子集中的微气泡，可以针对每个子集生成微血管的超分辨率图像，使得这些图像中的每一个表示稀疏的微气泡信号子集。这些图像被结合以生成超分辨率微血管图像。

关联申请的交叉引用

本申请要求于2019年6月14日提交的题为“SUPER-RESOLUTION MICROVESSELIMAGING USING SEPARATED SUBSETS OF ULTRASOUND DATA(利用分离的超声数据子集进行超分辨率微血管成像)”的美国临时专利申请序列第62/861,580号的权益，该临时专利申请通过引用以其整体并入本文。

关于联邦资助研究的说明

本发明是在国家卫生研究院授予的CA214523项下的政府支持下完成的。政府具有本发明中的某些权利。

背景技术

基于超声造影剂(诸如微气泡)的超声超分辨率微血管成像最近被提出，以打破常规超声成像的衍射极限，大幅提高空间分辨率。实现超分辨率的基本思想是，空间隔离微气泡的位置/定位可被确定，并用于以超过衍射极限的分辨率构建血流图像。这从根本上不同于常规成像，在常规成像下，使用后向散射的微气泡信号形成图像，其中空间分辨率受到超声波长的物理限制，超声波长是微气泡的尺寸的数百倍。超声超分辨率成像的实现一般包括以下步骤：注射造影剂(诸如微气泡)，采集一定时间段的超声数据帧，以及通常包括微气泡信号提取、定位、跟踪和重建的后处理。

目前，超分辨率成像的一个主要挑战是微气泡分离不足。空间隔离微气泡信号对于精确微气泡定位至关重要，精确微气泡定位然后被用于形成超分辨率图像。当微气泡彼此太接近时，它们的回波信号会重叠和干扰，这使得各个微气泡的定位是不准确的甚至是不可能的。解决这一挑战的一种方法是降低微气泡浓度，例如，使用稀释的微气泡。然而，产生足够的隔离微气泡信号也是必要的，以充分填充靶向微脉管系统(microvasculature)。降低浓度将导致更稀疏的微气泡事件，并显著延长重建整个血管树所需的数据采集时间。由于组织和操作者诱发的运动对超分辨率成像有害，因此在体内的长采集时间也是一个挑战。稀释法还可能要求持续输注微气泡或多次微气泡注射以达到目标剂量，这在临床环境中具有挑战性。因此，在降低采集时间和获得足够数量的隔离微气泡信号之间存在根本性的折衷。

发明内容

本公开通过提供一种从超声数据生成受试者体内的微脉管系统的图像的方法来解决上述缺点。方法包括：利用计算机系统访问从受试者获取的超声数据。通过使用所述计算机系统从所述超声数据中提取微气泡信号，来生成微气泡信号数据。使用计算机系统从微气泡信号数据生成多个微气泡信号数据子集。通过基于微气泡特性将微气泡信号数据分离为微气泡信号子集来生成多个微气泡信号数据子集。使用计算机系统针对每个微气泡信号数据子集生成微血管图像，其中每个微血管图像表示稀疏的微气泡信号子集。然后基于所述多个微气泡信号数据子集中的每一个子集的微血管图像的组合生成组合的微血管图像。

本公开的上述和其他方面及优点将通过以下说明书而显现。在说明书中，参考了形成说明书的一部分的附图，其中通过图示的方式示出了优选实施例。然而，此实施例不一定代表本发明的全部范围，并且因此，参考权利要求和本文来解释本发明的范围。

附图说明

图1示出了基于不同微气泡特性分离微气泡信号的示例。

图2示出了阐述用于使用超声系统产生已经被给予微气泡造影剂的受试者体内的微血管的超分辨率图像的示例方法的步骤的流程图。

图3是阐述基于SVD滤波将微气泡信号数据分离为数据子集的示例方法的步骤的流程图。

图4是频谱的示例，该频谱可用于将微气泡信号数据分离为数据子集。