超声成像方法及装置与流程

1.本技术涉及超声成像领域，具体涉及一种超声成像方法及装置。


背景技术：

2.磁性纳米颗粒由于其高渗透和长滞留效应，被广泛的应用于抗肿瘤药物的靶向递送领域。
3.在抗肿瘤药物的靶向递送领域，磁性纳米颗粒的实时示踪是实现人为可控送药的一项关键技术。但是，传统的光学成像、磁共振成像以及超声成像均无法实现对磁性纳米颗粒在深层组织(如大于5cm)的高信噪比实时示踪。因此，如何实现对磁性纳米颗粒在深层组织的高信噪比实时示踪，是亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本技术提供一种超声成像方法及装置，能够实现对磁性纳米颗粒在深层组织的高信噪比实时示踪。
5.第一方面，提供一种超声成像方法，包括：利用外部磁场将磁性颗粒聚集在目标区域；利用外部交变磁场对所述目标区域的所述磁性颗粒进行激活，以使得所述磁性颗粒产生超声波信号；检测所述目标区域的所述超声波信号；利用所述超声波信号生成所述目标区域的超声图像。
6.在一种可能的实现方式中，所述目标区域的交变磁场为脉冲交变磁场。
7.在一种可能的实现方式中，所述脉冲交变磁场的脉冲频率<5khz；和/或，所述脉冲交变磁场的载波频率为10
‑
300khz。
8.在一种可能的实现方式中，所述利用所述超声波信号生成所述目标区域的超声图像，包括：利用所述超声波信号得到所述目标区域的成像序列；采用自相关算法对所述成像序列中的相邻图像进行自相关处理，生成所述超声图像。
9.在一种可能的实现方式中，所述超声图像是基于所述成像序列中的2
‑
20个连续帧生成的。
10.在一种可能的实现方式中，所述目标区域的用于聚集所述磁性颗粒的磁场是通过钕铁硼永磁体产生的。
11.在一种可能的实现方式中，所述目标区域的用于聚集所述磁性颗粒的磁场强度为1t
‑
2t。
12.在一种可能的实现方式中，所述目标区域的交变磁场是通过电磁螺线管产生的。
13.在一种可能的实现方式中，所述检测所述目标区域的所述超声波信号，包括：利用1
‑
7mhz的低频超声探头检测所述目标区域的所述超声信号。
14.在一种可能的实现方式中，所述磁性颗粒为磁性纳米液滴或磁性纳米微泡。
15.第二方面，提供一种超声成像装置，包括：磁性靶向模块，用于将磁性颗粒聚集在目标区域；交变磁场模块，用于对所述目标区域的所述磁性颗粒进行激活，以使得所述磁性
颗粒产生超声波信号；超声检测模块，用于检测所述目标区域的所述超声波信号；超声图像生成模块，用于利用所述超声波信号生成所述目标区域的超声图像。
16.在一种可能的实现方式中，所述目标区域的交变磁场为脉冲交变磁场。
17.在一种可能的实现方式中，所述脉冲交变磁场的脉冲频率<5khz；和/或，所述脉冲交变磁场的载波频率为10
‑
300khz。
18.在一种可能的实现方式中，所述超声图像生成模块用于：利用所述超声波信号得到所述目标区域的成像序列；采用自相关算法对所述成像序列中的相邻图像进行自相关处理，生成所述超声图像。
19.在一种可能的实现方式中，所述超声图像是基于所述成像序列中的2
‑
20个连续帧生成的。
20.在一种可能的实现方式中，所述目标区域的用于聚集所述磁性颗粒的磁场是通过钕铁硼永磁体产生的。
21.在一种可能的实现方式中，所述目标区域的用于聚集所述磁性颗粒的磁场强度为1t
‑
2t。
22.在一种可能的实现方式中，所述目标区域的交变磁场是通过电磁螺线管产生的。
23.在一种可能的实现方式中，所述超声检测模块用于：利用1
‑
7mhz的低频超声探头检测所述目标区域的所述超声信号。
24.在一种可能的实现方式中，所述磁性颗粒为磁性纳米液滴或磁性纳米微泡。
25.本技术实施例提出了一种超声成像方法，通过对目标区域的磁性颗粒施加外部交变磁场，能够使得外部交变磁场的磁能以热能的形式传递给该磁性颗粒。而该磁性颗粒吸收能热后会产生热胀冷缩现象。该磁性颗粒的膨胀收缩所产生的机械能，即超声波。由于该磁性颗粒能够发出超声波，从而避免了常规超声激励下的背景干扰，进而实现了超声成像对该磁性颗粒在深层组织的高信噪比实时示踪。
附图说明
26.图1是本技术实施例提供的一种超声成像方法的流程示意图。
27.图2是本技术实施例提供的一种超声成像装置的结构示意图。
具体实施方式
28.本技术中所提及的目标区域可以是待成像的区域。该目标区域例如可以是人体或动物体的某部分组织，如人体的肺部，或动物的肝脏等。作为一个示例，该目标区域可以是深层组织，如癌细胞所在的组织。
29.磁性纳米颗粒是纳米级的粒子，其磁性内核一般是由铁、钴、镍等具有磁性的金属氧化物组成。由于磁性纳米颗粒具有高渗透性、磁导向性以及长滞留效应等优点，使得磁性纳米颗粒被广泛的应用于抗肿瘤药物的靶向递送领域。
30.为了更好的实现人为可控给药，磁性纳米颗粒的表面通常需要被修饰。作为一个示例，被修饰可以是用有机或无机材料直接包裹磁性纳米颗粒，从而实现磁性纳米颗粒的功能化。例如，也可以在磁性纳米颗粒外面包裹液滴、微泡、荧光材料等，以使得被修饰后的磁性纳米颗粒可以对声、光、电、磁、热等外界刺激源敏感，进而可以实现对磁性纳米颗粒的
实时示踪。
31.在抗肿瘤药物的靶向递送领域，磁性纳米颗粒的实时示踪是实现人为可控送药的一项关键技术。对磁性纳米颗粒进行示踪的方法有多种。例如，可以是光学成像技术，也可以是磁共振成像技术、超声成像技术等。
32.基于光学成像的示踪方法是指利用一定波长的光束照射目标区域中的包括荧光分子的磁性纳米颗粒，以使得磁性纳米颗粒上的荧光分子产生荧光，进而实现对磁性纳米颗粒示踪的方法。基于光学成像的示踪方法可以实现对磁性纳米颗粒的高信噪比实时示踪。但是，光束在深入组织时存在光衍射现象，光束衰减较快。因此，基于光学成像的示踪方法无法实现对磁性纳米颗粒在深层组织(如大于5cm)的示踪。
33.基于磁共振成像的示踪方法是指先将目标区域置于磁场中，然后对目标区域发射无线电波。该无线电波会激发目标区域中的磁性纳米颗粒，以使得无线电波和磁性纳米颗粒产生共振，进而使得磁性纳米颗粒可以吸收无线电波的能量。在停止无线电波发射后，磁性纳米颗粒会按特定频率发出能量信号，从而实现对磁性纳米颗粒示踪的方法。基于磁共振成像的示踪方法可以实现对磁性纳米颗粒在深层组织的高信噪比示踪。但是，由于磁共振成像原理的限制，使得磁共振成像需要一定的时间。也就是说，基于磁共振成像的示踪方法无法实现对磁性纳米颗粒的实时示踪。
34.基于超声成像的示踪方法是指对目标区域发送超声波，然后检测该目标区域中的磁性纳米颗粒对应的超声回波，进而实现对磁性纳米颗粒示踪的方法。基于超声成像的示踪方法可以实现对磁性纳米颗粒在深层组织的实时示踪。但是，在超声波的激励下，磁性纳米颗粒周围的组织也会产生超声回波。也就说，基于该超声成像的示踪方法无法避免超声激励下的背景干扰，从而使得基于该超声成像的示踪方法信噪比较低。
35.综上所述，传统的光学成像、磁共振成像以及超声成像均无法实现对磁性纳米颗粒在深层组织的高信噪比实时示踪。因此，如何实现对磁性纳米颗粒在深层组织的高信噪比实时示踪，是亟待解决的问题。
36.基于上述问题，本技术实施例提出了一种超声成像方法，通过对目标区域的磁性颗粒施加外部交变磁场，能够使得外部交变磁场的磁能以热能的形式传递给该磁性颗粒。而该磁性颗粒吸收能热后会产生热胀冷缩现象。该磁性颗粒的膨胀收缩所产生的机械能，即超声波。由于该磁性颗粒能够发出超声波，从而避免了常规超声激励下的背景干扰，进而实现了超声成像对该磁性颗粒在深层组织的高信噪比实时示踪。
37.图1为本技术实施例提供的一种超声成像方法的流程示意图。下面结合图1对超声成像方法10的步骤s11
‑
s14进行介绍。
38.步骤s11，利用外部磁场将磁性颗粒聚集在目标区域。
39.在一些实施例中，该外部磁场可以由磁体产生，该磁体例如可以电磁体，也可以是永磁体。该永磁体的材料可以分为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料和复合永磁材料等。其中，注塑钕铁硼(也称稀土永磁材料)具有极高之精确度、容易制成各向异性形状复杂的薄壁环或薄磁体。正因为其良好的可塑性和磁场分布的可设计性，注塑钕铁硼常被灌注制备成符合生物医学要求的钕铁硼永磁体。
40.在一些实施例中，永磁体在目标区域产生磁场的磁场强度例如可以为0.5
‑
2t。钕铁硼永磁体在目标区域产生磁场的磁场强度例如可以为1
‑
2t，由此可以保证对目标区域的
磁性颗粒的聚集效果。
41.在一些实施例中，该聚集也可以称为富集。该外部磁场例如可以为梯度磁场的一种或多种，本技术对比不做具体限制。
42.步骤s12，利用外部交变磁场对所述目标区域的所述磁性颗粒进行激活，以使得所述磁性颗粒产生超声波信号。
43.在一些实施例中，该外部交变磁场可以由通电线圈产生。该通电线圈例如可以是电磁螺线管，也可以是亥姆霍兹线圈。其中，电磁螺线管具有结构简单、成本低、好集成等优点，常被用于产生交变磁场。为了产生满足要求的交变磁场，例如，可以将电磁螺线管的宽设置为5
‑
10cm，电磁螺线管的高设置为5
‑
20cm，电磁螺线管的功率设置为5
‑
20kw。又例如，也可以将电磁螺线管的宽设置为5cm，电磁螺线管的高设置为10cm，电磁螺线管的功率设置为5
‑
10kw。
44.在一些实施例中，该通电线圈中的电流例如可以是交变电流。该交变电流例如可以是正弦交变电流，也可以是脉冲交变电流。该交变电流例如还可以是通过对正弦交变电流和脉冲交变电流进行卷积计算得到的具有脉冲性质的正弦交变电流。由此可以获得具有脉冲性质的交变磁场，从而降低了交变磁场对超声成像设备中的电信号的干扰。
45.在一些实施例中，交变磁场可以是具有脉冲性质的正弦交变电流产生的脉冲交变磁场。作为一个示例，该脉冲交变磁场的脉冲重复频率例如可以小于5khz，也可以小于1khz。作为另一个示例，该脉冲交变磁场的载波重复频率例如可以为10khz
‑
300khz，也可以为100khz
‑
300khz。
46.在一些实施例中，磁性颗粒可以是有交变磁场响应的磁性物质，例如，该磁性颗粒可以是单个的磁性粒子，也可以是磁性液滴、磁性微泡等。当磁性颗粒为磁性液滴或磁性微泡时，该磁性液滴或磁性微泡例如可以包含单个磁性粒子，也可以包含多个磁性粒子。为了使得磁性颗粒可以深入组织，该磁性颗粒例如可以为磁性纳米颗粒，也可以为磁性纳米液滴、磁性纳米微泡等。当磁性颗粒为磁性纳米液滴或磁性纳米微泡时，该磁性纳米液滴或磁性纳米微泡例如可以包含单个磁性纳米颗粒，也可以包含多个磁性纳米颗粒。
47.作为一个示例，磁性液滴或磁性微泡可以作为超声造影剂。作为另一个示例，磁性纳米液滴或磁性纳米微泡也可以作为超声造影剂。
48.在一些实施例中，磁性颗粒的粒径分布例如可以为100
‑
1000nm，也可以小于800nm，由此可以保证磁性颗粒的渗透性。
49.在一些实施例中，可以利用外部交变磁场对目标区域的磁性颗粒进行激活。该激活是指在交变磁场的作用下，使得磁性颗粒发出超声波。作为一个示例，该超声波可以是由磁性颗粒在交变磁场中的震动或移动产生的。作为另一个示例，该超声波也可以是指在交变磁场的作用下，磁性粒子的磁畴会发生不断偏转，使得交变磁场的磁能以热能的形式传递给该磁性颗粒，进而使得该磁性颗粒发生热胀冷缩现象。该磁性颗粒的膨胀收缩所产生的机械能，即超声波。例如，当磁性颗粒为磁性微泡时，微泡会吸收磁性粒子在交变磁场下产生的热能，以使得磁性微泡发生热胀冷缩现象，该磁性微泡膨胀收缩所产生的机械能，即超声波。又例如，当磁性颗粒为磁性液滴时，液滴会吸收磁性粒子在交变磁场下产生的热能，以使得磁性液滴发生相变和热胀冷缩，该相变和膨胀收缩产生的机械能，即超声波。
50.在一些实施例中，磁性(纳米)液滴或磁性(纳米)微泡吸收磁性粒子(磁性纳米颗
粒)在交变磁场下产生的热能后，该液滴或微泡例如可以产生数百倍体积的膨胀，即可以产生较强的超声波。
51.通过步骤s21，利用外部磁场可以实现对磁性颗粒的聚集，以使得聚集后的磁性颗粒会形成更强的超声波信号，从而增加超声成像的质量，即增强了超声成像法对磁性颗粒的示踪效果。
52.在一些实施例中，超声成像方法10也可以不对磁性颗粒进行聚集，即步骤s11可以省略。也就是说，在省略步骤s11后，超声成像仍然可以实现对磁性颗粒在深层组织的高信噪比实时示踪。
53.步骤s13，检测目标区域的超声波。
54.在一些实施例中，可以对该超声波进行检测和/或接收。该超声波可以包括目标区域中磁性颗粒发出的超声波信号。该超声波可以指声信号，也可以指声信号对应的电信号。该超声波可以通过超声波检测模块进行检测和/或接收。超声波检测模块例如可以是包括将声波转换成电信号的转换器件等。该转换器件例如可以包括压电陶瓷和ad模块中的一种或多种。以超声波为电信号为例，在一些实施例中，可以将该电信号存储至存储介质(或实时存储介质)中，以便后续操作。
55.在一些实施例中，超声波检测模块例如可以是超声换能器。该超声换能器例如可以包括超声探头。该超声探头例如可以是低频超声探头。该超声探头的中心频率例如可以为1
‑
10mhz，也可以为1
‑
7mhz。该超声探头的中心频率是根据超声波的频率设置的，由此可以使得超声探头对该超声波信号的检测质量更好。
56.在一些实施例中，上述脉冲交变磁场会对超声成像设备中的电信号形成一定干扰。因此，利用脉冲交变磁场的脉冲特性，可以对超声波的检测和/或接收时间进行合理设置，以使得超声波检测模块对超声波的检测和/或接收时间处于脉冲交变磁场的脉冲低电平期间，从而能够降低交变磁场对超声波信号的检测和/或接收的干扰。作为一个示例，可以将检测和/或接收超声波信号的起始时刻设置为脉冲交变磁场的脉冲下降沿的到来时刻瞬间。作为另一个示例，超声波信号可以为上述起始时刻之后的1
‑
100ms内检测到的超声波信号，由此可以保证超声信号的检测质量。
57.步骤s14，利用超声波信号生成目标区域的超声图像。
58.该超声图像例如可以利用超声信号重建模块生成。该超声信号重建模块例如可以对磁性颗粒发出的超声波(或超声波对应的电信号)进行以下处理中的一种或多种，从而得到超声图像：进行波束合成、滤波以及帧处理。
59.该超声图像例如可以是根据检测和/或接收到的每帧超声波信号生成的目标区域的超声图像，也可以是先利用检测到的超声波信号得到目标区域的成像序列，然后采用自相关算法对成像序列中的相邻图像进行自相关处理，最终根据自相关处理结果生成的超声图像。该自相关算法例如可以是帧间差分法。
60.作为示例而非限定，本技术实施例中，可以对成像序列中的2
‑
20个连续帧进行自相关算法处理，以生成超声图像。由此，可以保证超声图像的成像质量。
61.本技术实施例中的超声成像方法可以避免超声激励下的背景干扰问题，使得超声图像的对比度和信噪比都能显著增加。通过循环步骤s11
‑
s14可以实现对磁性颗粒在深层组织的高信噪比实时示踪。
62.上文结合图1详细描述了本技术的方法实施例，下面结合图2详细描述本技术的装置实施例。应理解，方法实施例的描述与装置实施例的描述相互对应，因此，未详细描述的部分可以参见前面方法实施例。
63.图2是本技术实施例提供的一种超声成像装置的结构示意图。图2中所示的超声成像装置20可以包括磁性靶向模块21，交变磁场模块22，超声检测模块23以及超声图像生成模块24。下面对这些模块进行详细介绍。
64.磁性靶向模块21可以用于将磁性颗粒聚集在目标区域。
65.超声发射模块22可以用于对目标区域的磁性颗粒进行激活，以使得磁性颗粒产生超声波信号。
66.超声检测模块23可以用于检测目标区域的超声波。
67.超声图像生成模块24可以用于利用超声波信号生成目标区域的超声图像。
68.可选地，目标区域的交变磁场为脉冲交变磁场。
69.可选地，脉冲交变磁场的脉冲频率<5khz；和/或，脉冲交变磁场的载波频率为10
‑
300khz。
70.可选地，超声图像生成模块用于：利用超声波信号得到目标区域的成像序列；采用自相关算法对成像序列中的相邻图像进行自相关处理，以生成超声图像。
71.可选地，超声图像是基于成像序列中的2
‑
20个连续帧生成的。
72.可选地，目标区域的用于聚集磁性颗粒的磁场是通过钕铁硼永磁体产生的。
73.可选地，目标区域的用于聚集磁性颗粒的磁场强度为1t
‑
2t。
74.可选地，目标区域的交变磁场是通过电磁螺线管产生的。
75.可选地，超声检测模块用于：利用1
‑
7mhz的低频超声探头检测目标区域的超声信号。
76.可选地，磁性颗粒为磁性纳米液滴或磁性纳米微泡。
77.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本技术的保护范围之内。