超分辨率造影成像方法和超声成像系统与流程

本发明涉及超声成像，更具体地涉及一种超分辨率造影成像方法和超声成像系统。

背景技术：

1、超声造影作为一项能对病灶及其组织血流灌注情况进行实时动态观测的新技术，在肝癌、甲状腺癌和乳腺癌等恶性疾病的诊断中扮演着日益重要的角色，成为临床评价血流循环和灌注的必要检查方法。

2、微循环的堵塞、梗阻与病变，是许多疾病的先兆，通过观察微血管变化有利于疾病的早期诊断。微循环指的是血管网络中微动脉与微静脉之间的血液循环，它既是循环系统的末梢部分，同时还是脏器的重要组成成分。通常情况下，微循环的血流量与人体组织、器官代谢水平相适应，维持人体正常的生命活动及新陈代谢。当组织器官的代谢与功能出现异常时，微循环会发生一定程度的改变，因此微循环与疾病的发生、发展密切相关，具有重要的生理、病理、药理和临床意义，对于各类疾病的早期诊断及治疗具有重要价值。但由于超声波在远场面临衍射极限限制，导致临床常规超声造影显示微血管结构细节的能力有限。

3、超分辨率造影成像(super-resolution contrast-enhanced ultrasound，sr-ceus)是一种具有超高空间分辨率的新型成像方法，通过借鉴光学超分辨率成像中的荧光显微定位技术原理，通过定位与跟踪微泡运动轨迹，从而构建出空间尺度在微米级的血管图像。超分辨率造影成像技术解决了微血管显示的难题，成为观察微血流的有力工具，目前广泛应用于肿瘤、不同组织器官的微血流灌注及斑块新生血管等领域的临床前研究中。

4、超分辨率造影成像可以提供比传统超声成像技术更高的分辨率，从而更清晰地显示微小血管结构。然而，超分辨率造影成像的临床转化面临着许多挑战，其中一项重要挑战超分辨率造影成像对运动干扰非常敏感。超分辨率造影成像最小可以实现微米级分辨率，但是，呼吸运动可能会远远超过该水平几倍的数量级。特别是超分辨率造影成像需要较长的采集时间，以便累计微泡定位和追踪结果，对帧间运动非常敏感。因此，呼吸运动将造成多帧之间血管的严重错位和重影，难以校正，从而限制超分辨率率造影成像的最大可实现分辨率。

5、目前对于该问题的解决方案主要通过患者屏气方式进行数据采集与处理，但屏气时间有限，严重限制了超分辨率造影成像的临床应用。

技术实现思路

1、在 技术实现要素： 部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

2、本发明实施例一方面提供了一种超分辨率造影成像方法，所述方法包括：

3、控制超声探头向目标对象的含有造影剂微泡的目标组织发射超声波，并接收所述超声波的回波信号；

4、根据所述超声波的回波信号得到多帧超声图像数据；

5、在接收所述回波信号的过程中，实时获取所述目标对象的呼吸数据；

6、根据所述呼吸数据确定至少一个呼吸周期，并确定至少一个所述呼吸周期的至少一个呼吸时相；

7、在所述至少一个呼吸时相对应的多帧所述超声图像数据中，确定时相内参考帧超声图像数据；

8、基于所述至少一个呼吸时相对应的所述时相内参考帧超声图像数据，对该呼吸时相对应的多帧所述超声图像数据进行时相内配准；

9、基于时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行超分辨率数据处理，以得到超分辨率造影图像；

10、显示所述超分辨率造影图像。

11、在一个实施例中，所述至少一个呼吸时相包括吸气时相，所述基于时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行超分辨率数据处理，以得到超分辨率造影图像，包括：

12、基于至少一个所述吸气时相对应的时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行超分辨率数据处理，以得到该吸气时相对应的超分辨率造影图像。

13、在一个实施例中，所述在所述至少一个呼吸时相对应的多帧所述超声图像数据中，确定时相内参考帧超声图像数据，包括：

14、确定所述吸气时相对应的所述呼吸数据的最大呼吸幅度；

15、在所述吸气时相内确定所述呼吸数据为所述最大呼吸幅度的一半时所对应的时刻，将该时刻对应的超声图像数据确定为所述吸气时相的时相内参考帧超声图像数据。

16、在一个实施例中，在进行所述时相内配准之后、进行所述超分辨率数据处理之前，所述方法还包括：

17、在多个所述吸气时相对应的多帧所述超声图像数据中，确定第一时相间参考帧超声图像数据；

18、基于所述第一时相间参考帧超声图像数据，对所述多个吸气时相对应的时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行时相间配准。

19、在一个实施例中，所述第一时相间参考帧超声图像数据包括所述多个吸气时相对应的多帧所述超声图像数据的第一帧、最后一帧或中间帧。

20、在一个实施例中，所述呼吸时相包括呼气时相，所述基于时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行超分辨率数据处理，以得到超分辨率造影图像，包括：

21、基于至少一个所述呼气时相对应的时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行超分辨率数据处理，以得到该呼气时相对应的超分辨率造影图像。

22、在一个实施例中，所述在所述至少一个呼吸时相对应的多帧所述超声图像数据中，确定时相内参考帧超声图像数据，包括：

23、确定所述呼气时相对应的所述呼吸数据的最大呼吸幅度；

24、在所述呼气时相内确定所述呼吸数据为所述最大呼吸幅度的一半时所对应的时刻，将该时刻对应的超声图像数据确定为所述呼气时相的时相内参考帧超声图像数据。

25、在一个实施例中，在进行所述时相内配准之后、进行所述超分辨率数据处理之前，所述方法还包括：

26、在多个所述呼气时相对应的多帧所述超声图像数据中，确定第二时相间参考帧超声图像数据；

27、基于所述第二时相间参考帧超声图像数据，对所述多个呼气时相对应的时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行时相间配准。

28、在一个实施例中，所述第二时相间参考帧超声图像数据包括所述多个呼气时相对应的多帧所述超声图像数据的第一帧、最后一帧或中间帧。

29、在一个实施例中，所述至少一个呼吸时相包括平台期时相，所述基于时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行超分辨率数据处理，以得到超分辨率造影图像，包括：

30、基于至少一个所述平台期时相对应的时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行超分辨率数据处理，以得到该平台期时相对应的超分辨率造影图像。

31、在一个实施例中，与所述平台期时相对应的时相内参考帧超声图像数据包括：该平台期时相对应的多帧所述超声图像数据中的第一帧、最后一帧或中间帧。

32、在一个实施例中，在进行所述时相内配准之后、进行所述超分辨率数据处理之前，所述方法还包括：

33、在多个所述平台期时相对应的多帧所述超声图像数据中，确定第三时相间参考帧超声图像数据；

34、基于所述第三时相间参考帧超声图像数据，对所述多个平台期时相对应的时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行时相间配准。

35、在一个实施例中，所述至少一个呼吸周期包括连续的多个所述呼吸周期，确定至少一个所述呼吸周期的至少一个呼吸时相包括确定每个所述呼吸周期的至少一个呼吸时相。

36、本发明实施例第二方面提供一种超分辨率造影成像方法，所述方法包括：

37、获取目标对象的呼吸数据；

38、根据所述呼吸数据确定至少一个呼吸周期，并确定至少一个所述呼吸周期的至少一个平台期时相；

39、获取至少一个所述平台期时相对应的多帧超声图像数据，所述多帧超声图像数据针对所述目标对象的目标组织采集，所述目标组织含有造影剂微泡；

40、在所述至少一个平台期时相对应的多帧所述超声图像数据中，确定时相内参考帧超声图像数据；

41、基于所述至少一个平台期时相对应的所述时相内参考帧超声图像数据，对与该平台期时相对应的多帧所述超声图像数据进行时相内配准；

42、基于时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行超分辨率数据处理，以得到超分辨率造影图像。

43、在一个实施例中，所述确定至少一个所述呼吸周期的至少一个平台期时相，包括：

44、将该呼吸周期对应的所述呼吸数据的呼吸幅度小于或等于预设呼吸幅度的时段确定为所述平台期时相。

45、在一个实施例中，所述确定至少一个呼吸周期的至少一个平台期时相，包括：

46、将该呼吸周期内的一预设时段确定为所述平台期时相，所述一预设时段的开始时刻与该呼吸周期的吸气末时刻间隔第一预设时长，和/或，所述一预设时段的结束时刻与该呼吸周期的呼气末时刻间隔第二预设时长段。

47、在一个实施例中，所述平台期时相包括开始时刻和结束时刻，所述获取所述至少一个平台期时相对应的多帧超声图像数据，包括：

48、在所述开始时刻时，开始采集所述超声图像数据；

49、在所述结束时刻时，结束采集所述超声图像数据。

50、在一个实施例中，所述获取所述至少一个平台期时相对应的多帧超声图像数据，包括：

51、在获取目标对象的呼吸数据的过程中，连续采集所述目标对象的所述目标组织的多帧超声图像数据；

52、从连续采集的所述多帧超声图像数据中提取与所述至少一个平台期时相对应的多帧超声图像数据。

53、在一个实施例中，在进行所述时相内配准之后、进行所述超分辨率数据处理之前，所述方法还包括：

54、在多个所述平台期时相对应的多帧所述超声图像数据中，确定时相间参考帧超声图像数据；

55、基于所述时相间参考帧超声图像数据，对时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行时相间配准。

56、在一个实施例中，所述方法还包括：

57、获取所述目标对象的心电数据；

58、根据所述心电数据确定至少一个心动周期，并根据至少一个所述心动周期确定至少一个减慢充盈期时相；

59、所述获取至少一个所述平台期时相对应的多帧超声图像数据，包括：获取同时处于所述平台期时相和所述减慢充盈期时相的多帧超声图像数据。

60、本发明实施例第三方面提供一种超分辨率造影成像方法，所述方法包括：

61、获取目标对象的目标组织在目标时间段内的多帧超声图像数据，所述目标组织含有造影剂微泡；

62、获取所述目标对象在所述目标时间段内的呼吸数据；

63、根据所述呼吸数据确定至少一个呼吸周期，并确定至少一个所述呼吸周期的至少一个平台期时相；

64、从所述多帧超声图像数据中提取与所述至少一个平台期时相对应的多帧超声图像数据；

65、基于与所述至少一个平台期时相对应的多帧超声图像数据进行超分辨率数据处理，以得到超分辨率造影图像。

66、在一个实施例中，所述确定至少一个所述呼吸周期的至少一个平台期时相，包括：

67、将该呼吸周期对应的所述呼吸数据的呼吸幅度小于或等于预设呼吸幅度的时段确定为所述平台期时相。

68、在一个实施例中，所述确定至少一个所述呼吸周期的至少一个平台期时相，包括：

69、将该呼吸周期内的一预设时段确定为所述平台期时相，所述一预设时段的开始时刻与该呼吸周期的吸气末时刻间隔第一预设时长，和/或，所述一预设时段的结束时刻与该呼吸周期的呼气末时刻间隔第二预设时长。

70、本发明实施例第四方面提供一种超分辨率造影成像方法，所述方法包括：

71、获取目标对象在目标时间段内的呼吸数据；

72、根据所述呼吸数据确定至少一个呼吸周期，并确定所述至少一个呼吸周期的至少一个平台期时相；

73、在所述平台期时相的开始时刻时，开始采集所述目标对象的目标组织的多帧超声图像数据，所述目标组织含有造影剂微泡；

74、在所述平台期时相的结束时刻时，结束采集所述超声图像数据；

75、基于所述平台期时相内采集的多帧所述超声图像数据进行超分辨率数据处理，以得到超分辨率造影图像。

76、在一个实施例中，所述确定所述至少一个呼吸周期的至少一个平台期时相，包括：

77、将该呼吸周期对应的所述呼吸数据的呼吸幅度小于或等于预设呼吸幅度的时段确定为所述平台期时相。

78、在一个实施例中，所述确定所述至少一个呼吸周期的至少一个平台期时相，包括：

79、将该呼吸周期内的一预设时段确定为所述平台期时相，所述一预设时段的开始时刻与该呼吸周期的吸气末时刻间隔第一预设时长，和/或，所述一预设时段的结束时刻与该呼吸周期的呼气末时刻间隔第二预设时长。

80、在一个实施例中，所述方法还包括：

81、根据所述呼吸数据显示呼吸曲线；

82、在所述呼吸曲线中标识出所述平台期时相。

83、在一个实施例中，所述呼吸数据和所述超声图像数据为在所述目标对象未屏气状态下采集的数据。

84、本发明实施例第五方面提供一种超分辨率造影成像方法，所述方法包括：

85、获取目标对象的心电数据；

86、根据所述心电数据确定至少一个心电周期，并确定至少一个所述心电周期的至少一个减慢充盈期时相；

87、获取至少一个所述减慢充盈期时相对应的多帧超声图像数据，所述多帧超声图像针对所述目标对象的目标组织采集，所述目标组织含有造影剂微泡；

88、在至少一个所述减慢充盈期时相对应的多帧所述超声图像数据中，确定时相内参考帧超声图像数据；

89、基于所述至少一个减慢充盈期时相对应的所述时相内参考帧超声图像数据，对该减慢充盈期时相对应的多帧所述超声图像数据进行时相内配准；

90、基于时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行超分辨率数据处理，以得到超分辨率造影图像。

91、在一个实施例中，所述获取至少一个所述减慢充盈期时相对应的多帧超声图像数据，包括：

92、在所述减慢充盈期时相的开始时刻时，开始采集所述超声图像数据；

93、在所述减慢充盈期时相的结束时刻时，结束采集所述超声图像数据。

94、在一个实施例中，在进行所述时相内配准之后、进行所述超分辨率数据处理之前，所述方法还包括：

95、在多个所述减慢充盈期时相对应的多帧所述超声图像数据中，确定时相间参考帧超声图像数据；

96、基于所述时相间参考帧超声图像数据，对时相内配准后的多帧所述超声图像数据进行时相间配准。

97、在一个实施例中，所述方法还包括：

98、获取所述目标对象的呼吸数据；

99、根据所述呼吸数据确定至少一个呼吸周期，并根据至少一个所述呼吸周期确定至少一个平台期时相；

100、所述获取至少一个所述减慢充盈期时相对应的多帧超声图像数据，包括：获取同时处于所述平台期时相和所述减慢充盈期时相的多帧超声图像数据。

101、本发明实施例第六方面提供一种超声成像系统，包括：

102、超声探头；

103、发射电路，用于激励所述超声探头向含有造影剂微泡的目标组织发射超声波；

104、接收电路，用于控制所述超声探头接收所述超声波的回波信号；

105、处理器，用于执行如上所述的超分辨率造影成像方法，以生成超声图像；

106、显示器，用于显示所述超声图像。

107、本发明实施例的超分辨率造影成像方法和超声成像系统基于呼吸数据划分不同的呼吸周期和呼吸时相，对至少一个呼吸时相对应的多帧超声图像数据进行时相内配准，基于时相内配准后的超声图像数据生成超分辨率造影图像，由于同一呼吸时相内的超声图像数据之间相似度较高，因而进行时相内配准能够提高配准效果，避免呼吸运动影响超分辨率数据处理的准确性。