高速的血管内超声数据传输及成像

血管内超声（IVUS）成像技术能提供动脉粥样斑块的组织信息,便于医生对血管病变作出全面、准确的评价,已广泛应用于心血管疾病的诊断。针对现有的超声数据采集装置在传输速度、成本、灵活性等方面的不足,提出并实现了一种高速的血管内超声成像数据传输及成像方法。采集到的血管内超声信号经过处理后通过高速USB3.0接口传输到PC端,再进行对数压缩以及坐标变换等操作,最后实时显示图像。实际传输速率统计显示,传输速度稳定在2040Mb/s上下。血管仿体成像实验中管壁组织清晰、内腔轮廓平滑。     

用于血管内成像的 60 MHz 高频超声换能器设计及其成像实验

在血管内超声成像系统中,超声换能器是重要的部件之一,对成像性能起决定性作用。提高超声换能器的成像分辨率可以获得更多图像细节,有助于临床获取动脉粥样硬化斑块的细节信息。此外,超声换能器还需要具有足够的穿透深度,能够对斑块和血管进行完整评估。而成像分辨率和成像深度都与超声换能器的频率密切相关,且二者相互制约。该文综合考虑了冠脉成像对成像分辨率与成像深度的要求,优化设计并制备了一种 60 MHz 的微型高频换能器。仿体实验表明,基于该换能器的超声成像分辨率可显著提高,且成像深度满足冠脉成像的需求。大动物活体实验结果表明,与商业 40 MHz 换能器相比,该文所设计的换能器能更清楚地看到血管中膜内层边界和支架结构,可以为临床提供更精细的指导优化。     

基于内窥超声环阵换能器的快速成像方法研究

随着超声快速成像技术的发展,诞生了一系列新型超声成像模态,大大提高了病变诊断的准 确性和特异性。但这些新技术都需要较高的成像帧率来实现对组织瞬时变化的精确追踪。然而目前已 有的几种快速成像算法都是基于线阵、凸阵以及平面阵的,还没有完全应用到内窥环阵换能器上,导 致这些新技术还无法很好地应用到内窥成像中。为此,该文研究了 3 种基于内窥超声环阵换能器的快 速成像方法,并进行了图像重建的理论推导以及仿真实验验证。结果表明,3 种快速成像算法都可以 将成像帧率提高到 1 kHz 以上,同时将横向分辨率限制在 2 mm 以内。     

开放式的高分辨率超声成像系统

在医学和生物学研究当中,对活体组织进行无创性成像具有重要意义。高分辨率超声成像技术,可以对细微组 织实现高空间分辨率的成像,已被广泛应用于皮肤、眼睛、心血管和小动物成像等生物医学领域。目前领域内的相关研 究需要不同的成像系统参数,例如要求不同的探头性能、数据采集策略、信号处理以及图像重建、显示和保存方法。因 此需要一种灵活和开放的超声成像系统,能让用户根据各种研究需求实现个性化设置并能全面获取原始实验数据。文章 提出了一种实时的、便携式设计的开放式超声成像系统,可支持定制的高分辨率超声成像研究。系统基于高速现场可 编程逻辑门阵列(FPGA)实现灵活多样的超声成像。用户可以轻松地根据个性化应用需求来调整系统结构。测试结果表 明,本系统能实现 B 超成像、编码激励成像、多普勒成像、血管内成像、多模态组合成像等,为高分辨率生物医学应用 研究提供了非常灵活的成像工具。     

血管内光声图像的时间反演重建方法

目的 将光声成像与医学内窥技术相结合的血管内光声(IVPA)成像技术可为心血管内易损斑块的检测以及指导介入治疗提供可靠的参考。针对采用单阵元探测器进行圆周扫描的IVPA成像系统,提出基于时间反演(TR)算法的重建IVPA横截面灰阶图像的方法。方法 通过建立超声传播模型,对光声信号的反向传播过程进行模拟,反演得到血管横截面的2维初始光声压分布图像。针对测量位置稀疏和有限角度测量都会造成光声数据不完备,进而导致重建图像质量下降的问题,通过对探测器采集到的光声信号进行样条插值达到提高成像质量以及消除伪影的目的。结果 仿真实验结果表明,与相同测量位置下利用滤波反投影(FBP)算法重建出的图像相比,采用本文算法重建出的图像的结构相似性指标(SSIM)值可提高约65%。结论 该方法能有效地提高IVPA重建图像的质量,为后续图像重建算法的优化提供有益参考。     

一种抑制IVUS 图像序列中运动伪像的方法

针对连续回撤超声导管采集的冠状动脉血管内超声（intravascular ultrasound,IVUS）图像序列中存在由周期性心脏运动所致运动伪像的问题,提出一种抑制 方法,以改善IVUS 纵向视图的视觉效果。首先,在综合分析运动伪像产生机制和表现形式 的基础上,对相邻帧之间血管壁的刚性运动进行定量估计;然后,采用谱分析方法完成刚性 运动参数中运动分量和几何分量的分离;最后,通过对各帧图像中血管壁的运动分量进行补 偿,完成对运动伪像的抑制。该方法既不需要专门的ECG 门控图像采集装置,也无需记录 ECG 信号,同时不需要抛弃有用帧,在抑制运动伪像的同时保证图像数据集合的完整性。 对模拟图像和临床图像的实验验证了方法的可行性。     

在体全眼微血流超声超分辨成像

多类眼科疾病的早期阶段一般伴有血管的形态学和血流动力学改变,因此,全眼微血管评估对眼科疾病的综合诊断具有重要作用。由于光学成像技术的穿透深度有限,特别是在介质透光率低的情况下,现有的光学成像技术难以对整个眼睛的微血管进行可视化。为此,该文开发了一种超声超分辨成像技术,可以微米级分辨率可视化全眼三维微血管系统。首先,用中心频率为10 MHz的线性阵列快速采集多帧序列;其次,经过微泡信号提取,中心点定位,追踪和中心点叠加得到一个剖面的超分辨率图像;最后,将机械扫描的所有剖面重建为兔全眼三维超分辨率微血管图像。实验结果证明,超声定位显微镜可以显示整个眼睛的微血管系统,这对眼科疾病的早期诊断具有重要意义。     

基于IVUS影像的血管壁局部应变计算方法

动脉血管弹性是反映人体血管系统好坏的重要指标,分析血管壁弹性对早期识别易损斑块、防治心血管疾病具有重要意义。而弹性又以一定力作用下血管壁产生的应变来衡量,研究管壁应变的精确计算方法成为判定血管弹性的关键。在血管内超声图像的基础上,利用有限单元法对血管壁区域进行三角形网格划分,以三角形单元为基础求解血管壁平面二维应变的三个分量,即沿x轴、y轴方向的线应变（正应变）和线段夹角的改变量（切应变）。与一维应变相比,二维应变不仅提供了更多的应变参考数据,还将相邻点之间的形变影响因素也加入到计算中,提高了计算精度。实验计算数据也表明二维应变的分析结果与血管壁区域像素点的实际运动相符合。     

基于血液斑点噪声抑制和T-Snake模型的血管内超声图像边缘提取

血管内超声(IVUS)图像冠状动脉血管壁内、外膜的边缘提取对冠状动脉疾病的诊断和治疗有着重要意义。为了更好地抑制血管内超声图像的血液斑点噪声,首先采用一种时/空滤波方法对IVUS图像进行降噪预处理,以抑制其严重的血液斑点噪声;然后,为了更好地提取血管边缘,提出了一种改进的自适应形变模型,并基于该改进的自适应形变模型(T-Snake模型)给出了一种IVUS图像冠状动脉血管壁内、外膜边缘的提取方法。实验结果表明,该边缘提取方法有着较高的准确性和可靠性,对IVUS序列图像处理的可重复性和鲁棒性较好;也表明了改进的T-Snake模型的可实现性,以及IVUS图像血液斑点噪声抑制方法的有效性。     

结合先验形状信息和序贯学习的心血管内超声外弹力膜检测

目的 针对心血管内超声(IVUS)图像中钙化斑块、声影等干扰因素影响外弹力膜(EEM)轮廓检测准确性的问题,提出结合先验形状信息和序贯学习分类的心血管内超声外弹力膜检测的改进算法。方法 首先用多类多尺度序贯学习(M²SSL)将IVUS图像分割七大不同组织;然后在分类结果的基础上,结合血管先验形状信息筛选出外弹力膜轮廓的关键点;最后,结合IVUS图像的梯度和相位信息,采用Snake模型,获得最终的EEM轮廓。结果 临床采集22组IVUS序列,挑选出具有代表性的153帧图像做实验。统计数据显示:本文算法检测结果的平均Jacc指标为88.5%,满足临床诊断要求,性能优于国内近年来较好的算法。结论 本文的EEM自动检测算法简单有效,相比国内已有算法,提高了对钙化、纤维斑块以及声影区域的识别能力,对含钙化斑块、纤维斑块或血管中心偏移的高频IVUS图像具有较高的适用性。     

血管内超声图像后处理综述

血管内超声显像是目前临床常用的诊断血管病变的介入影像手段,可在活体中观 察血管壁和管腔的形态,以及斑块的形态和成分。采用数字图像处理技术,对血管内超声图像 序列进行自动或半自动地处理和分析,对于血管病变的计算机辅助诊断和制定最佳诊疗方案具 有重要意义。本文就近年来血管内超声图像计算机后处理的研究现状进行综述,包括图像分割 和组织标定、运动伪影的抑制、血管的三维重建、血管形态和血流动力学参数的测量、组织定 征显像及与其他影像的融合等,评价了目前的研究情况,并对未来的研究提出了展望。     

结合图像增强的心血管内超声中-外膜边缘检测

针对心血管内超声(IVUS)图像中-外膜边缘检测中,伪影、斑块及血管分支等造成边缘难以准确检测的问题,提出一种基于空频域图像增强的中-外膜边缘检测算法。首先,采用一种空频域相结合的增强算法对图像进行增强处理,该增强算法结合了基于方向滤波器组的频率域增强算法与基于邻域、直方图均衡化的空间域增强算法的优点,同时克服了前者导致的对比度降低的缺陷及后者带来的图像细节模糊的缺陷。然后,将增强后的图像数据矩阵作为代价矩阵,利用启发式图搜索法对代价矩阵进行图搜索,从而获取中-外膜边缘。实验结果表明,本文增强算法在增强中-外膜边缘特征的同时改善了图像的对比度和清晰度,使基于其增强结果的图搜索能准确地检测到中-外膜边缘,其检测正确率达到92.76%,提高了IVUS图像中-外膜边缘检测的准确性。     

一种血管内超声图像边缘提取的新方法

血管内超声图像的血管壁内外膜边缘检测是IVUS图像处理中必不可少的步骤与重要环节, 基于主动轮廓模型的血管壁边缘提取的效果好坏很大程度上依赖于初始轮廓能否较为精确的选取. 提出了一种提取血管壁边缘的新方法, 以自适应阈值分割的方式降低目标图像的复杂度, 结合marr边缘检测算子找到血管壁内外膜边缘的初始轮廓, 在此基础之上, 采用改进的GVF-snake算法使初始轮廓线精确收敛于真实的血管壁边缘, 实验结果验证了此方法的有效性.     

氢气微泡的制备及其超声成像研究

氢气是一种新型、简单、安全的选择性抗氧化剂。但氢气的水溶性低、难以实时追踪和定点可控释放限制了其在生物医学上的应用。微泡具有造影、载气及定点可控释放的特性。文章将氢气与全氟丙烷通过一定比例混合制备了一种新型的载氢气微泡。体外、体内超声成像实验发现载氢气微泡在磷酸盐缓冲液以及在大鼠左心室和肝脏中均有很好的超声成像性能。该研究为进一步利用氢气微泡来实现超声定点释放和治疗奠定了实验基础。     

基于活动轮廓模型和统计特征的血管内超声图像的边缘提取

血管内超声(IVUS)图像边缘的提取对冠状动脉疾病的诊断和治疗有着重要的意义。为此,提出了一种用于自动提取血管内超声图像内、外膜边缘的方法。这种方法基于活动轮廓模型和超声图像的对比度特征量以及Rayle igh分布统计特性,有效利用动态规划和启发式图搜索方法,分别在不同的代价函数形式下,对血管内超声图像内、外膜边缘进行自动提取。实验结果表明,和以往的提取方法相比,该方法算法简单,准确性较高,对序列图像处理的可重复性和鲁棒性较强,是一种较好的全局最优化算法。     

图像融合在超声造影成像中的应用

针对造影谐波成像能够增强病灶,基波成像能够提供清晰的组织边界的特点,提出了利用相同频率下采集的超声造影基波和谐波图像进行Curvele图像融合的方法,增强谐波图像中的组织边缘。该方法首先对超声造影基波和谐波图像进行Curvelet变换,然后对于低频和高频系数分别采用不同的融合策略,获得组织边界和内部细节均清晰的超声图像,实现病灶区和组织边界的良好定位。实验结果验证了该方法的有效性。