基于包膜微泡的灌注成像与超声控制释放的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于胞膜微泡的血流灌注成像与超声控制释放的系统及方法，系统包括超声成像探头、全数字化Ｂ超、射频数据输出端口、高速数据采集卡、主控ＰＣ机、任意波形发生器、三维运动装置、运动控制装置和单阵元换能器。在全数字化Ｂ超的基础上，以声驱动扩散特性改变机制的血流灌注成像算法来实现，由此方法直接对获取的原始射频数据进行判决，并实时成像，在提取感性区域时间强度曲线时，对窜入选定ＲＯＩ区域的非造影区可不考虑。在灌注图像引导下的包膜微泡控制释放，针对所使用的微泡，采取低幅连续正弦波和低幅预校正线性调频脉冲的交替序列＋短时间零发射＋中幅的经过预校正的线性调频脉冲的组合控释序列，有效地提高了包膜微泡的破坏效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超声诊断与治疗设备
，涉及到一种集超声微血管灌注成像和在灌注图像引导下的包膜微泡超声定位控制释放于一体的系统和方法。
技术介绍
超声微泡造影剂(microbubble Ultrasound Contrast Agent，mUCA)具有较强的回波散射性能和特有的声学特性，目前被认为是最好的人体微血管内的造影材料。在微小血管检测和组织灌注成像方面，使用微泡造影剂具有成像效果好、实时、操作简便、无离子辐射、无损性、适用面广等优点。灌注成像对临床心血管疾病诊断与治疗过程评价具有重要意义。超声造影剂除了可以作为诊断药剂之外，也可以用于治疗领域。将微泡造影剂作为药物的运载工具，包括将药物包裹在微泡造影剂内或将药物粘附于微泡造影剂的表面两种情况。在超声灌注图像引导下，当药物到达靶组织显影后，用一定能量的超声波破坏微泡，使药物向组织释放，达到定点释药和治疗的目的。这样的治疗具有无创、操作简便、靶向性好、安全、可以多次重复使用等优点。在诊断成像方面，超声造影成像经历了从增加图像灰阶强度的原始成像模式，到基于第二代造影微泡的基波成像模式，再到利用目前第三代超声造影剂非线性特性的二次谐波成像、二次谐波功率多普勒成像、脉冲逆转谐波多普勒成像、脉冲释放成像等。结合上述成像模式各自的优势，从而又发展了一些新的成像技术，如脉冲逆转谐波功率多普勒成像、多脉冲释放成像等成像模式，这些成像方法对硬件要求较高，其构成相对复杂，开发成本较高。另一方面，预计在未来5年内，世界上有90％以上中档及高档B超将要实现全数字化。这是一个契机，数字化技术由于其灵活、可靠等突出优势必定还是21世纪技术发展的潮流。开发“全数字化”的医疗设备也被认为是新世纪医疗仪器的发展方向。因此，在越来越普及的全数字化B超的基础上，在不增加大的开发成本下，开发具有新的成像功能和综合化的成像设备是一项具有重大意义和挑战性的任务。中国专利技术专利《超声波诊断微脉管显像》ZL03813323.7(公开日2005年8月24日，公开号为1658798)给出了一种借助超声造影剂来显像细小血管的方法和设备，该专利技术仅限于诊断领域，而且用以检测造影剂进行显像的方法是在序列图像跟踪的基础上进行的。在治疗方面，采用一定能量的低频超声波控制胞膜微泡的破坏，是人们普遍采用的一种控释方式。中国专利技术专利《同时进行超声诊断和治疗的方法和设备》ZL 96194441.2(公开日1998年7月1日，公开号1186420)给出了一种在对患者的某个部位使用治疗超声，使施于该部位的囊泡破裂以达到囊泡上的生物活性剂释放的目的的同时对该部位进行超声成像的方法和设备，其核心在于同时施加诊断和治疗用的复合换能器组件的设计和一种超声控制的囊泡释放方法，破坏脉冲为一定能量的低频超声波。中国专利技术专利《超声微泡造影剂定位控释方法》ZL 2004100219053(公开日2005年1月5日，公开号为1559615)中给出了一种利用微泡作为基因的运载工具并对基因进行定位控释的一种方法，破坏脉冲为一定能量的低频超声波。本专利技术中申请人在最原始的蕴涵丰富信息量的射频数据基础上，直接对射频回波信号进行判决，区分造影包膜微泡和背景组织，达到检测微泡并对其显像的目的。对包膜微泡的控制释放方法考虑微泡破坏时在血管中的位置分布以及在声辐射场中的行为特性进行特异性的破坏。
技术实现思路
针对上述国内外的包膜微泡造影剂诊断及治疗技术的现状以及已有系统存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提供一种基于包膜微泡的灌注成像及在灌注图像引导下的包膜微泡超声定位控制释放的系统和方法。为了实现上述任务，本专利技术给出如下的技术解决方案一种超声微血管灌注成像以及在灌注图像引导下的包膜微泡超声定位控制释放系统，其特征在于，该系统由血流灌注成像子系统和包膜微泡超声控制释放子系统及其主控PC机组成，血流灌注成像子系统在现有的全数字化B超仪的基础上，利用其提供的原始射频数据，利用主控PC机的主控成像软件实时采集射频数据并且在主控PC机显示器上准实时显示彩色的血流灌注图像，全数字化B超仪上显示的黑白图像可以作为基本的解剖位置引导；包膜微泡超声控制释放系统利用灌注成像子系统获取的彩色灌注图像做引导，在主控PC机内的控制软件支持下，根据造影剂的尺寸分布及其在声辐射场中的行为特性组合控释超声序列波形，通过任意波形发生器和功率放大器驱动单阵元换能器，控制包膜微泡的破坏，同时利用灌注成像子系统监控包膜微泡破坏的情况。上述血流灌注成像子系统实现的成像方法，其特征在于，该方法步骤如下(1)B超成像系统发射普通单脉冲，当造影包膜微泡通过静脉注入体内后，通过带有高速数据采集卡的主控PC机通过主控软件连续采集相邻两帧射频数据；(2)利用其中的一帧射频数据经过DSC变换后，重建出B型灰度图像；(3)对步骤(1)中采集到的原始射频数据，采用包膜微泡声驱动扩散特性改变机制的血流灌注成像算法进行判决，决定哪些区域是背景组织区域，哪些区域是造影包膜微泡显像区域；(4)对包膜微泡造影区域根据其B模式灰度值进行彩色编码，取代对应区域的灰度值，即可获取背景组织为灰度图像和包膜微泡造影区为彩色的直观灌注图像。上述包膜微泡声驱动扩散特性改变机制的血流灌注成像算法按下列公式(1)或(2)所示的算法求出超声扫描区域的每一个区域中相邻的两帧射频回波数据在该区域的解相关值，然后对各区域的解相关值进行判决，当解相关值大于或等于给定的阈值时，认为是造影微泡显像区，而相关值小于给定的阈值时，则认为是背景组织；DCRSSD=∫-T2T2(P1(t)-P2(t))2dt---(1)]]>DCRSAD=∫-T2T2|P1(t)-P2(t)|dt---(2)]]> 其中，P1(t)和P2(t)分别为同一目标区域的射频回波信号，T为解相关窗宽，DCRSSD或DCRSAD为同一目标区域的相邻两帧射频信号的解相关值。上述包膜微泡超声控制释放子系统实现的微泡造影剂的超声定位控制释放的方法，其特征在于，具体方法步骤如下(1)安装调节好做治疗用的单阵元换能器的位置、三维运动装置及三维运动控制装置，启动主控PC机上的治疗主控软件；(2)按照权利要求4的血流灌注成像方法，当包膜微泡通过静脉注入体内后，当观察到靶组织出现彩色区域后，即造影微泡在靶组织显影后，启动主控PC机上的主控软件，对三维运动装置进行微调；(3)根据不同的胞膜微泡设定不同的组合控释序列，通过主控PC机主控软件传给任意波形发生器，由任意波形发生器产生指定的波形并输出给功率放大器，再驱动单阵元换能器作用于包膜微泡，完成此扫描位置包膜微泡的协同靶向和控制释放；(4)利用主控软件使三维运动装置进行摆动微扫描，重复步骤(3)，直至包膜微泡在扫描视野内全部被破坏。本专利技术在现有的全数字化B超的基础上，利用包膜微泡声驱动扩散特性改变机制的血流灌注成像算法构建的灌注成像子系统，能够直接基于射频数据进行判决，区分造影包膜微泡显像区域和背景组织区域，无须做序列图像跟踪或特征提取，运算量小，适合实时成像，并且分别用彩色和灰度标记造影包膜微泡显像区域和背景组织区域，图像直观，方便医生诊断。同时，基于此算法的感性区域ROI提取及参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声微血管灌注成像以及在灌注图像引导下的包膜微泡超声定位控制释放系统，其特征在于，该系统由血流灌注成像子系统和包膜微泡超声控制释放子系统及其主控主控ＰＣ机组成，血流灌注成像子系统在现有的全数字化Ｂ超仪的基础上，利用其提供的原始射频数据，利用主控ＰＣ机的主控成像软件实时采集射频数据并且在主控ＰＣ机显示器上准实时显示彩色的血流灌注图像，全数字化Ｂ超仪上显示的黑白图像可以作为基本的解剖位置引导；包膜微泡超声控制释放系统利用灌注成像子系统获取的彩色灌注图像做引导，在主控ＰＣ机内的系统控制软件支持下，根据造影剂的尺寸分布及其在声辐射场中的行为特性组合控释超声序列波形，通过任意波形发生器和功率放大器驱动单阵元换能器，控制包膜微泡的破坏，同时利用灌注成像子系统监控包膜微泡破坏的情况。

【技术特征摘要】
1.一种超声微血管灌注成像以及在灌注图像引导下的包膜微泡超声定位控制释放系统，其特征在于，该系统由血流灌注成像子系统和包膜微泡超声控制释放子系统及其主控主控PC机组成，血流灌注成像子系统在现有的全数字化B超仪的基础上，利用其提供的原始射频数据，利用主控PC机的主控成像软件实时采集射频数据并且在主控PC机显示器上准实时显示彩色的血流灌注图像，全数字化B超仪上显示的黑白图像可以作为基本的解剖位置引导；包膜微泡超声控制释放系统利用灌注成像子系统获取的彩色灌注图像做引导，在主控PC机内的系统控制软件支持下，根据造影剂的尺寸分布及其在声辐射场中的行为特性组合控释超声序列波形，通过任意波形发生器和功率放大器驱动单阵元换能器，控制包膜微泡的破坏，同时利用灌注成像子系统监控包膜微泡破坏的情况。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的血流灌注成像子系统包括一带有成像探头(1)的全数字化B超仪(2)，用于提供的原始射频数据；全数字化B超仪与射频数据输出端口(4)连接，射频数据输出端口(4)上连接有高速数据采集卡(6)，并通过主控PC机与高速数据采集卡连线(16)与一主控PC机(15)连通；主控PC机(15)内设置有成像软件，实时采集射频数据并且在主控PC机的显示器上准实时显示彩色的血流灌注图像，全数字化B超仪上显示的黑白图像作为基本的解剖位置引导；所述的包膜微泡超声控制释放子系统包括单阵元探头(7)，该单阵元探头(7)由三维运动装置(13)驱动，三维运动装置(13)上设有三维运动控制装置(17)，三维运动装置(13)并通过连线与主控PC机(15)连通；主控PC机(15)通过连线与任意波形发生器(11)连接，主控PC机(15)与任意波形发生器(11)连接，其输出端连接功率放大器(9)，由功率放大器(9)驱动单阵元换能器(7)产生组合的超声波序列超声波作用于包膜微泡，使包膜微泡得到有效的破坏，单阵元换能器7在三维运动控制装置的作用下进行摆动微扫描，重复上述包膜微泡的破坏过程。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的成像探头(1)和单阵元换能器(7)处于同一个平面。4.一种在权利要求1所述的血流灌注成像子系统实现的成像方法，其特征在于，该方法步骤如下(1)B超成像系统发射普通单脉冲，当造影微泡通过静脉注入体内后，通过带有高速数据采集卡的主控PC机通过主控软件连续采集相邻两帧射频数据；(2)利用其中的一帧射频数据经过DSC变换后，重建出B型灰度图像；(3)对步骤(1)中采集到的原始射频数据，采用微泡声驱动扩散特性改变机制的血流灌注成像算法进行判决，决定哪些区域是背景组织区域，哪些区域是造影微泡显像区域；(4)对微泡造影区域根据其B模式灰度值进行彩色编码，取代对应区域的灰度值，即可获取背景组织为灰度图像和...

【专利技术属性】
技术研发人员：万明习，吴方刚，樊华，宋延淳，王素品，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]