超声血管测量设备和方法技术

本发明专利技术涉及超声血管测量设备和方法，是用于在图像，如超声图像内识别不同组织结构方面，如动脉壁的边界的系统和方法。可用关于识别的组织结构方面的信息做出不同的测量。例如，可进行内膜－介质厚度测量。另外地或可替换地，可表征组织结构方面，如动脉内的动脉粥样斑，如通过确定其中的密度。各种信息，如用在一个图像中组织结构方面识别的测量数据可存储并应用到后来的图像，如视频序列图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于处理包括血管的脉管结构的数字图像的方法和设备。更具体地，涉及用于解释颈总动脉的超声图像的方法。
技术介绍
冠心病(CAD)就是动脉窄化，该动脉向心脏供应带有氧气和营养物的血液。CAD可引起呼吸短促，心绞痛，甚至是心脏病发作。动脉窄化通常是由于动脉粥样斑堆积造成的，或换句话说，就是动脉粥样硬化程度(burden)的加重。动脉粥样斑的堆积还会产生中风，心脏病发作，和栓塞(embolisms)的危险，该栓塞由动脉粥样斑碎片从动脉壁上脱离并阻塞较小血管造成的。在血凝块(blood clot)形成后很短时间内，此时血凝块还未变硬，易于断裂，动脉壁破裂和覆盖该破裂碎片的血凝块部分脱离的危险特别大。对冠状动脉自身动脉粥样硬化程度的测量困难且是侵入性的。而且，风险评估涉及测量动脉粥样硬化程度及其发展速率。该评估因此随着时间涉及多种侵入性程序。CAD的治疗也要求额外的侵入性程序以测量治疗的效果。位于颈部并靠近皮肤的颈动脉被证明能反映冠状动脉的粥样硬化程度。而且，研究表明降低冠状动脉的粥样硬化程度将伴随颈动脉中粥样硬化程度的降低。一种用于测量粥样硬化程度的非侵入性方法是分析颈动脉的超声图像。高分辨率B型超声扫描术就可以生成这类图像。超声图像通常提供包括颈动脉壁的多层数字图像，然后其被测量以确定或估算粥样硬化的程度(extent)。其它成像系统可以类似地提供颈动脉的数字图像，如磁共振成像(MRI)和射频成像。颈动脉壁包括内膜，其靠近血流，并随着脂肪物质和动脉粥样斑沉积而增厚，或看起来随之增厚；位于内膜附近并由于高血压而增厚的介质；和提供动脉壁支撑结构的外膜。血液在其中流动的通道是内腔。内膜和介质层的组合厚度，或内膜-介质厚度(IMT)能反映出动脉管的情况，能精确地识别或反映早期阶段的粥样硬化疾病。超声图像通常包括像素阵列，每个像素具有相应于其强度的特定值。像素的强度(亮度)相应于其表示的组织的密度，像素越亮表示组织越密。每个具有不同密度的不同类型的组织因此可在超声图像中区分。由于密度不同，内腔，内膜，介质和外膜可在超声图像中识别。超声图像通常是通过向要测量的组织发射声波并测量组织反射的声波的强度和相位而形成的。这种成像方法有一定的局限性和误差。例如，图像可能受不完美的传感器造成的噪声的影响。另一个误差原因是从位于身体深处或较密组织下方的组织反射的声波的衰减。来自不同物体或组织边缘的随机反射，特别是非平面超声波引起的随机反射，也可增加噪声。超声扫描术的局限性使超声图像的解释变得复杂。设计用来计算IMT厚度的其它系统在补偿这些局限性时会丢弃图像的精确部分。某些IMT测量系统将图像分成列(columns)并检查每个列，寻找图像的最大的，最小的，或恒定部分以便定位包括动脉壁的组织层。如果一列图像中所选壁体部分不容易识别，这样的系统可丢弃该整列图像数据。该方法不能利用列中动脉壁其它可识别部分。而且，个别地检查像素列不能利用邻近列中精确的信息，从这些精确信息，我们可以在像素列内外推，内推，或者指导检索信息。现有方法的另一个局限性是它们不能适当地限制在像素列中检索的像素范围。噪声和图像质量差可能引起最大，最小，或强度梯度的所有检索产生明显错误的结果。限制检索范围是一种形式的过滤，其消除不可能精确的结果。现有方法要么不限制关键点(criticalpoints)的检索范围，要么采用不是定制的，甚至可能与被分析的图像内容无关的固定限制。所需要的是一种IMT测量方法，能补偿超声成像方法中的局限性。提供能在利用各像素列中精确信息的同时对噪声和很差的图像质量作出补偿的IMT测量方法将是本领域中的一个进步。而提供一种用于测量IMT的方法，将关键点的搜索范围限制在实际组织或组织边界可能在的区域，又将是一个进步。
技术实现思路
考虑到前述事实，本专利技术实施例的主要目的是提供一种用于从不同组织结构，如颈动脉的超声图像中选取测量值，如IMT测量值的新颖的方法和设备。本专利技术实施例的另一个目的是通过将组织边界，如内腔/内膜边界和介质/外膜边界的搜索限制在可能包含它们的区域内而减小测量中误差。本专利技术实施例的另一个目的是用一种数据，或多种数据限制搜索区域以提高处理速度和精度，该数据是基于大部分测量区域分析预先计算得到的。本专利技术实施例的另一个目的是用阈值验证假定的边界位置，该阈值反映图像的实际构成(make-up)。本专利技术实施例的另一个目的是基于假定的边界位置邻近组织结构，如颈动脉的超声图像的公知特征而验证它们。本专利技术实施例的另一个目的是补偿颈动脉的倾斜和渐细，以及参考图像帧(image frame of reference)相对动脉轴向的失配。本专利技术实施例的另一个目的是通过从图像高对比部分外推和内推到图像的低对比部分而补偿低对比和噪声。本专利技术实施例的另一个目的是用超声影像确定组织密度信息，如动脉粥样斑密度信息。和前述目的一致，并按照这里体现和宽泛说明的本专利技术，本专利技术的一个实施例揭示了一种设备，其包括编程的计算机以运行图像处理应用程序并接收组织结构的超声图像，如颈总动脉的图像。图像处理应用程序可执行用于测量内膜-介质厚度(IMT)的过程，该过程提供更好的测量，对用户技巧要求较低，和更高的再现性(reproducibility)。实际上，强度随具体组织成分而变化。然而，强度中的最大差通常不足以定位解剖特征的边界。因此，已经发现在应用不同曲线拟合分析和信号处理技术中，结构边界可清晰地被限定，即使面对相当“噪杂”的数据。在按照本专利技术的方法和设备的某些实施例中，超声成像装置或其它成像装置，如磁共振成像系统(MRI)，计算机断层扫描(CT-Scan)，射频图像，或其它机构可用来产生数字图像。通常，数字图像包含不同像素，每个像素表示图像中特定位置的像元(picture element)。每个像素用一定的强度记录。通常强度范围在0到255之间。在可替换实施例中，像素可具有颜色和强度。在某些实施例中，图像首先被校准尺寸。也就是，确定IMT值，例如，图像尺寸优选针对涉及的测量校准。因此，图像比例可用来示出横跨图像的二维测量值。在某些实施例中，超声图像是由患者仰卧并在水平方向上获得的。因此，图像的纵向通常是水平的，且与颈动脉轴向大约一致。图像的垂直方向相应于横跨颈动脉的近似方向。按照本专利技术的方法和设备的某些实施例中，测量区域可由用户，或通过自动算法选择。熟悉超声系统计算机成像外观的用户可快速选择测量区域。例如，图像的水平中心可邻近所讨论血管的介质/外膜边界选择。较低密度材料倾向于在超声图像中显现较暗，其吸收了来自发射机的超声信号，并因此提供较少的返回反射至传感器。因此，用户可相当快地识别表示外膜区域内更密且反射性更高物质的高强度区域，且较暗的表示内腔区域中低密度或较低吸收性的区域。一般地，表征血管内动脉粥样斑堆积的方法可包括表观内膜-介质厚度的测量。在一个实施例中，该方法可包括提供图像。图像通常是用纵向和横向取向的，该纵向相对观察者水平地延伸，而该横向相对观察者垂直地延伸。取向相应于在躺在检查台上患者颈部获取的颈动脉的图像。因此，颈动脉基本水平取向。轴向是血管中血流方向，且横向基本与其正交。图像通常包括像素。每个像素具有相应的强度，该强度与从对象位置反射的声波强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于表征图像中给出的组织结构方面的方法，所述方法包括：　　　　分析所述图像以识别所述组织结构的方面；　　　　规范化所述图像的强度信息；　　　　使用所述规范化强度信息确定所述方面的密度信息；和　　　　用所述密度信息表征所述方面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赫尔穆特弗里茨，特里弗里茨，
申请(专利权)人：索诺塞特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]