3-D超声冠状动脉造影，用于冠状动脉循环的多尺度解剖和功能性成像的非电离和非侵入性技术制造技术

本发明专利技术涉及心脏的冠状动脉血流的超声和成像领域。冠状动脉微血管功能障碍(CMD)患者预后不良，心血管事件发生率显著较高，包括心力衰竭、心源性猝死和心肌梗死(MI)住院。尽管临床急需，但临床上还没有可用于直接可视化冠状动脉微脉管系统并评估局部冠状动脉微脉管系统的非电离和非侵入性技术。由于该器官的快速运动，血流成像仍然是难以在心脏中进行的任务。为了克服用于冠状血流的实际成像方法的局限性，本发明专利技术人提出了一种超声超快成像方法，所述方法自动检测心肌速度低的时间段，并从同一数据采集中估算冠状血流速度和组织速度。一数据采集中估算冠状血流速度和组织速度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】3
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D超声冠状动脉造影，用于冠状动脉循环的多尺度解剖和功能性成像的非电离和非侵入性技术


技术介绍

[0001]如在稳定型心绞痛或心肌梗塞的情况下所观察，冠状动脉循环是心脏灌注的原因，并且冠状动脉血流的改变对心脏的性能具有严重的后果。冠状血管系统由三个隔室组成。第一个由心外膜冠状动脉构成，其沿心脏表面延伸并表现出从几毫米到500μm的直径。第二个包括前动脉，其从心外膜到心内膜穿透心肌，并表现出500μm至100μm的直径。第三个对应于冠状动脉微血管系统，其显示低于100μm的血管直径[1]。
[0002]迄今为止，心外膜冠状血管系统是唯一可使用当前血管造影技术[1，2](如X射线[3])、计算机断层扫描血管造影(CTA)[4]或心脏磁共振(CMR)成像[5]在人体内成像的隔室。因此，心脏病学实践集中于局灶性宏观冠状动脉疾病。例如，具有导管插入术的侵入性冠状动脉造影术(ICA)[3]目前仍然是在疑似缺血的情况下研究冠状动脉病变的参考技术。ICA既提供了主要心外膜狭窄的解剖分析，也提供了基于血流储备分数(FFR)的整体功能评估。FFR的评估确实是进行缺血性心脏病的临床决策的主要工具[2，6]以及随后通过经皮冠状动脉介入或手术进行的药理学或侵入性治疗[7]。
[0003]在许多患者中，冠状动脉疾病(CAD)的早期表现是微血管疾病，并且现在认识到冠状动脉微血管功能障碍(即包括前动脉)是心肌缺血的重要标记[1，6]，然而，在临床实践中评估其仍然具有挑战性。
[0004]事实上，治疗稳定型缺血性心脏病的临床指南仅考虑排除心外膜疾病体征后的冠状动脉微血管功能障碍[8]。大量具有心绞痛体征和应激试验缺血的患者的冠状动脉造影正常[9]。目前的证据表明，这些患者中的大部分患有冠状动脉微血管功能障碍(CMD)，也称为微血管心绞痛[9]。CMD患者预后不良，其中心血管事件发生率显著较高，包括心力衰竭、心源性猝死和心肌梗死(MI)住院。
[0005]尽管临床急需，但临床上还没有技术来直接可视化冠状动脉微血管系统并评估局部冠状动脉微血管系统。迄今为止，只有通过功能性测试(PET、CMR和造影剂超声心动图)进行的全球间接测量提供响应血管舒张剂腺苷的血液动力学信息，如心肌血流量(MBF)和冠状动脉血流储备(CFR)[1]。
[0006]然而，尽管辐射剂量管理有所改进，但电离模式的累积辐射暴露仍与癌症风险相关[10]。该风险在儿科患者中特别重要，例如患有先天性或获得性心脏病的儿童，其可能暴露于来自必要的医学成像程序[11]的相对高的终生累积剂量的电离辐射，所述医学成像程序包括射线照相术、荧光检查程序(包括诊断性和介入性心导管插入术)、电生理学检查、心脏计算机断层摄影(CT)研究和核心脏病学检查。
[0007]血流成像仍然是进行快速运动器官(如心脏)的困难任务。对于低流速(<1cm/s)的小血管成像，常规超声多普勒成像的灵敏度长期保持有限，并且在该速度范围内组织和血液运动的重叠使得组织和血液信号的分离具有挑战性。近年来，超快多普勒成像使得血流
成像的灵敏度极大增加。显示该技术能够检测由于神经血管耦合引起的脑内小血流变化，因此在麻醉和清醒的小动物中进行功能性脑成像，以用于神经科学研究[12]。通过开发适用于超快成像的新杂波滤波器(例如时空奇异值分解)进一步增加灵敏度[13]。然而，在心脏应用中，由于心脏的快速运动，冠状动脉血流的超声多普勒成像仍然是有限的。
[0008]已经证明，超快多普勒成像能够限制一部分所述运动的影响并且允许增加多普勒成像的灵敏度[14]，但是在心脏的快速运动阶段期间多普勒成像仍然是不可能的。
[0009]为了克服用于冠状动脉血流的实际成像方法的局限性，本专利技术人采用最近提出的4
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D(3
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D+时间)超声超快成像方法[15]来自动检测心肌速度低的时间段，并根据相同的数据采集来估算流速和组织速度。
[0010]因此，提供了一种用于在患者床边以宏观和微观尺度对冠状血流成像的非侵入性、非电离技术。
[0011]专利技术概述
[0012]本专利技术的范围由权利要求限定。落在权利要求范围之外的任何主题仅出于信息目的而提供。
[0013]本文公开了一种非侵入性和非电离的成像方法以增强冠状血流的直接成像以及从心外膜到心内膜区域的宏观和微观尺度上冠状血管的解剖结构和功能的成像。
[0014]因此，提供了成像方法、成像设备和计算机可读介质，用于以宏观和微观尺度对冠状血管进行非电离、非侵入性解剖和功能性成像。
[0015]缩写列表
[0016]CAD＝冠状动脉疾病
[0017]CFR＝冠状动脉血流储备
[0018]CMD＝冠状动脉微血管功能障碍
[0019]CMR＝心脏磁共振
[0020]CT＝计算机断层扫描
[0021]CTA＝计算机断层扫描血管造影
[0022]DSP＝数字信号处理器
[0023]ECG＝心电图
[0024]FFR＝部分流量储备
[0025]ICA＝侵入性冠状动脉造影
[0026]MBF＝心肌血流
[0027]MI＝心肌梗塞
[0028]PET＝正电子发射断层摄影
[0029]SVD＝奇异值分解
[0030]TD＝传输延迟
[0031]附图简要说明
[0032]本公开的其他特征和优点参照附图从其一个非限制性实施例的的以下详细描述中显现。
[0033]在附图中：
[0034]图1是示出用于心脏的4D成像的设备的示意图；
[0035]图2是示出图1的部分设备的框图；
[0036]图3是说明由图1
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2的设备产生的发散超声波的虚拟源的图；
[0037]图4示出了通过图1
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2的设备的活体心脏中发散的超声波的发射；
[0038]图5示出了分别来自两个虚拟源的具有不同传播方向的两个连续发散超声波的发射；
[0039]图6示出了心动周期期间的心肌壁运动。血流可在两个时间窗内以有限的组织速度重建；
[0040]图7示出了基线和反应性充血期间冠状动脉流速成像的实例；
[0041]图8示出了微泡成像和定位(平均强度投影)；
[0042]图9：示出了微泡定位和跟踪，其中(A)通过超声成像灌注的分离的心脏的冠状动脉网络和(B)在分离的灌注的心脏中绘制冠状动脉流速。
[0043]专利技术详述
[0044]在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。
[0045]图1和图2所示的设备适合于生物1，例如哺乳动物，特别是人的心脏的超快4D超声成像。
[0046]该设备可以包括例如至少2D阵列超声探头2和控制系统。
[0047]2D阵列超声探头2可以具有例如几百到几千个换能器元件T
ij
，其间距小于1mm。2D阵列超声探头2可以具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于成像生物心脏的冠状动脉血流的方法，所述方法包括至少以下步骤：步骤a)采集步骤，其中未聚焦的超声波由2D阵列超声换能器在心脏中发射，并且来自反向散射的超声波的原始数据由所述2D阵列超声换能器采集；步骤b)成像步骤，其中从所述原始数据生成所述活体心脏的N个3D体积冠状动脉血流图像的序列，所述3D图像的序列形成示出心脏的成像体积的运动的动画；步骤c)测定步骤，其中测定心脏的运动最小的至少一个时间窗；步骤d)计算步骤，其中基于对应于在步骤c)中鉴别的至少一个时间窗的N个3D冠状动脉血流图像的序列，在所述成像体积中自动计算与冠状动脉血流速度相关的至少一个参数的3D制图；步骤e)定位步骤，其中仅基于步骤d)的3D制图，将具有预定特性的至少一个关注点定位在对应于步骤c)中鉴别的至少一个时间窗的所述N个3D冠状动脉血流图像的序列中；步骤f)量化步骤，其中在步骤e)的至少一个关注点处自动测定冠状动脉血流速度并且自动计算涉及所述冠状动脉血流速度的预定量化参数；仅基于步骤d)的3D制图在所述至少一个关注点处自动测定所述冠状动脉血流速度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述测定步骤c)包括以下步骤：步骤i)成像步骤，其中从步骤a)的原始数据生成所述活体心脏的N个3D体积组织图像的序列，所述3D图像的序列形成示出心脏的成像体积的运动的动画，步骤ii)计算步骤，其中基于示出心脏的成像体积的运动的所述N个3D体积组织图像的序列，在所述成像体积中自动计算与心脏组织速度相关的至少一个参数的3D制图，步骤iii)心脏组织的运动估算步骤，其中仅基于步骤ii)的3D制图将具有预定特性的至少一个关注点定位在所述N个3D体积组织图像的序列中，并且其中自动测定所述至少一个关注点处的组织速度；和步骤iv)测定步骤，其中测定在步骤iii)中量化的组织速度达到最小速度的所述时间窗。3.根据权利要求2所述的方法，其中步骤iv)的所述最小速度小于5cm/s。4.根据权利要求1所述的方法，其中测定步骤c)的所述至少一个时间窗通过心电图来测定。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的方法，其中步骤c)的所述至少一个时间窗对应于所述舒张期的开始和结束，并且步骤f)的所述量化参数选自血流、最大速度、平均速度或时间速度分布。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的方法，还包括追踪步骤，其中在先前已经施用了在其血管系统中注射的微泡或超声造影剂的患者中追踪微泡或超声造影剂并且确定它们的轨迹和速度。7.根据权利要求1、2、5和6中任一项所述的方法，其中多普勒估算器或斑点追踪来进行所述组织运动估算。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述气泡或超声造影剂追踪步骤包括时空过滤或机器学习。9.根据权利要求1
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8中任一项所述的方法，其中自动量化所述冠状血管的密度；自动量化按体积单位灌注的血液体积；通过血流速度的加速自动检测狭窄；冠脉血流储备指数通
过估算先前已经施用血管舒张物质的患者中冠脉血流速度的变化而获得；并且还包括所述中心腔的自动分割步骤。10.对生物心脏的冠状动脉血流进行4D成像的设备，所述设备至少包括2D阵列超声探头(2)和控制系统(3，4)，所述控制系统(3，4)被设置为：(a)通过2D阵列超声换能器在心脏中发射未聚焦的超声波，并通过所述2D阵列超声换能器从反向散射的超声波中获...

【专利技术属性】
技术研发人员：权利要求书三页说明书一一页附图七页，
申请(专利权)人：国家科学研究中心巴黎高等理工化工学校，
类型：发明
国别省市：