用于從旋轉(zhuǎn)血管內(nèi)超聲設(shè)備產(chǎn)生圖像的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年3月13日遞交的美國臨時專利申請序列號61/778, 757的 權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，將其全部內(nèi)容通過引用并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本申請總體上涉及用于從旋轉(zhuǎn)血管內(nèi)超聲設(shè)備產(chǎn)生圖像的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 在超聲成像中，空間分辨率和穿透深度是用于定量評估圖像質(zhì)量的重要參數(shù)。通 常，在超聲中心頻率處的波長確定空間分辨率，同時隨著頻率增大分辨率得到改善。然而， 組織衰減通常作為頻率的線性函數(shù)而增大，甚至在血管內(nèi)超聲成像應(yīng)用中常用的較高頻率 (例如，大于40MHz)處變成非線性的。盡管高頻率超聲促進(jìn)在近場中的高分辨率成像，但是 穿透深度將被損害，從而致使深層組織結(jié)構(gòu)難以識別。
[0005] 為了增強穿透深度而不損失空間分辨率，通常增大發(fā)射電壓電平來向成像目標(biāo)發(fā) 射更多的發(fā)射能量。然而，該方法受限于診斷醫(yī)學(xué)超聲的規(guī)定和血管內(nèi)超聲成像環(huán)境的本 質(zhì)兩者，例如，超聲換能器元件和成像系統(tǒng)電子設(shè)備之間的長線纜長度以及集成有安裝換 能器的導(dǎo)管的電子器件的小尺寸。
[0006] 不增大發(fā)射電壓電平，使用延長的調(diào)制發(fā)射脈沖串的編碼激勵方法已經(jīng)被采用于 解決維持穿透深度同時增大操作頻率以改善空間分辨率的困境。該方法被稱作脈沖壓縮。 使用脈沖壓縮的超聲成像裝置采用編碼長脈沖而不是傳統(tǒng)的短脈沖。一種類型的編碼激勵 方法使用格雷碼。格雷碼是以短脈沖串調(diào)制的二進(jìn)制碼。（特定序列的）兩種不同的二進(jìn) 制碼構(gòu)成格雷對。當(dāng)分別對兩種碼進(jìn)行解碼和相加時，距離旁瓣被完全消除，只留下主瓣。 由于格雷碼的這種特性，已經(jīng)對將格雷碼利用于超聲成像裝置中作出了很大努力。
[0007] 在實踐中，由于組織結(jié)構(gòu)內(nèi)的非線性超聲傳播、運動偽影和其它非理想因素，并未 完全去除距離旁瓣。尤其對于旋轉(zhuǎn)血管內(nèi)超聲，連續(xù)的旋轉(zhuǎn)引起用于產(chǎn)生格雷對的相鄰A 型掃描的輕微的角度錯位，從而導(dǎo)致增大的距離旁瓣水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明使用短脈沖串調(diào)制的格雷碼與多波束方法一起來抑制格雷碼旋轉(zhuǎn)血管內(nèi) 超聲（IVUS)中的運動偽影。與格雷碼一起使用的多波束策略涉及交替地發(fā)送互補格雷碼 并且之后將（大于一的）奇數(shù)數(shù)量的加權(quán)的解碼的A型掃描進(jìn)行相加。
[0009] 在某些方面中，本發(fā)明提供一種用于從旋轉(zhuǎn)血管內(nèi)超聲設(shè)備產(chǎn)生圖像的方法。所 述方法涉及交替地向血管內(nèi)超聲設(shè)備中的多個換能器發(fā)送互補格雷碼。額外地，所述方法 涉及從所述換能器接收互補碼的回聲并執(zhí)行對所述回聲的脈沖壓縮。所述脈沖壓縮涉及對 接收到的回聲進(jìn)行加權(quán)并且將奇數(shù)的加權(quán)回聲進(jìn)行相加，其中，中央回聲被給予1. 〇的權(quán) 重值并且其鄰域的加權(quán)和構(gòu)成格雷對的互補回聲。根據(jù)所壓縮的回聲來產(chǎn)生圖像，并且可 以顯示所述圖像。本發(fā)明的方法可以額外地涉及計算對所述互補碼的接收到的回聲的卷 積。
[0010] 可以使用在本領(lǐng)域中已知的任何技術(shù)來產(chǎn)生格雷碼。在某些實施例中，格雷碼是 通過在所述格雷碼上應(yīng)用雙相窗來產(chǎn)生的。所述雙相窗可以是雙相矩形窗、雙相漢明窗、雙 相漢寧窗和雙相巴特利特窗中的一個。
[0011] 本發(fā)明的另一方面是提供一種用于從旋轉(zhuǎn)血管內(nèi)超聲設(shè)備產(chǎn)生圖像的系統(tǒng)。所 述系統(tǒng)包括：處理器；以及與所述處理器耦合的多個波束模塊。每個模塊包括：用于從所述 處理器接收觸發(fā)信號的接收器；利用格雷碼編程的復(fù)雜可編程邏輯器件；高電壓切換發(fā)射 器；以及超聲換能器。
[0012] 所述處理器將觸發(fā)信號交替地發(fā)送到所述波束模塊，由此使得所述波束模塊交替 地發(fā)送互補格雷碼。所述處理器接收所述互補碼的回聲。所述處理器執(zhí)行對所述回聲的脈 沖壓縮，包括對接收到的回聲進(jìn)行加權(quán)并且將奇數(shù)的加權(quán)回聲進(jìn)行相加，其中，中央回聲被 給予1. 〇的權(quán)重值并且其鄰域的加權(quán)和構(gòu)成格雷對的互補回聲。所述處理器根據(jù)所壓縮的 回聲來產(chǎn)生圖像。所述處理器耦合到顯示設(shè)備并使得所述圖像被顯示。
【附圖說明】
[0013] 圖1是示出使用長度為8的格雷互補序列對的旁瓣相消原理的一組圖。
[0014] 圖2示出了本發(fā)明的系統(tǒng)。
[0015] 圖3是示出如何執(zhí)行本發(fā)明的方法的圖。
【具體實施方式】
[0016] 本發(fā)明總體上涉及用于從旋轉(zhuǎn)血管內(nèi)超聲（IVUS)設(shè)備產(chǎn)生圖像的系統(tǒng)和方法。 本發(fā)明的系統(tǒng)和方法對于旋轉(zhuǎn)IVUS尤其有用。在旋轉(zhuǎn)IVUS導(dǎo)管中，具有壓電晶體的單個 換能器被快速旋轉(zhuǎn)（例如，每分鐘大約1800轉(zhuǎn)數(shù)），同時換能器以電脈沖間歇地被激勵。激 勵脈沖使得換能器振動，從而發(fā)送出一系列發(fā)射脈沖。以允許接收回聲信號的時間的頻率 發(fā)送發(fā)射脈沖。穿插有接收信號的發(fā)射脈沖序列提供重建血管的完整橫截面圖像所需的超 聲數(shù)據(jù)。
[0017] 旋轉(zhuǎn)IVUS導(dǎo)管的一般設(shè)計和構(gòu)造被示出在例如Yock的美國專利No. 4, 794, 931、 5, 000, 185 和 5, 313, 949 ;Sieben 等人的美國專利 No. 5, 243, 988 和 5, 353, 798 ;Crowley 等人的美國專利No. 4, 951，677 ;Pomeranz的美國專利No. 5, 095, 911 ;Griffith等人 的美國專利No. 4, 841，977 ;Maroney等人的美國專利No. 5, 373, 849 ;Born等人的美 國專利No. 5, 176, 141 ;Lancee等人的美國專利No. 5, 240, 003 ;Lancee等人的美國 專利 No. 5, 375, 602 ;Gardineer 等人的美國專利 No. 5, 373, 845 ;Seward 等人的 Mayo Clinic Proceedings 71(7) :629_635(1996) ;Packer 等人的 Cardiostim Conference 833(1994)，"Ultrasound Cardioscopy"，Eur. J.C.P.E. 4(2) : 193 (1994 年6月）；Eberle 等人的美國專利No. 5,453, 575 ;Eberle等人的美國專利No. 5, 368,037 ;Eberle等人的 美國專利5, 183,048 ;Eberle等人的美國專利No. 5, 167,233 ;Eberle等人的美國專利 No. 4, 917, 097 ;Eberle等人的美國專利5, 135, 486 ;以及在涉及管腔內(nèi)超聲設(shè)備和模態(tài)的 領(lǐng)域中已知的其它參考文獻(xiàn)中。導(dǎo)管通常將具有近側(cè)區(qū)和遠(yuǎn)側(cè)區(qū)，并且將包括被定位在遠(yuǎn) 側(cè)區(qū)的成像端部。這種導(dǎo)管具有獲得當(dāng)成像端部被定位在患者的身體內(nèi)部的感興趣區(qū)域時 成像端部周圍區(qū)域的回聲圖像（echographic image)的能力。所述導(dǎo)管及其相關(guān)聯(lián)的電子 電路還能夠限定導(dǎo)管軸相對于在感興趣區(qū)域中獲得的每個回聲數(shù)據(jù)集的位置。
[0018] 本發(fā)明的系統(tǒng)和方法使用格雷碼。在超聲中對格雷碼的使用例如被描述在美國 專利號 7, 535, 797、6, 958, 042、6, 663, 565、6, 638, 227、6, 491，631、6, 375, 618、6, 350, 240、 6, 312, 384、6, 210, 332、6, 186, 949和6, 146, 328中，將其全部內(nèi)容通過引用并入本文中。
[0019] 格雷互補序列是二進(jìn)制碼對，屬于稱作互補對的信號的大家族，其包括兩個相同 長度N的碼，所述碼的自相關(guān)函數(shù)具有在幅值上相等但是在符號上相反的旁瓣。將其相加 得到具有峰值為2N和零旁瓣的復(fù)合自相關(guān)函數(shù)。圖1示出了每個長度等于8比特的有符 號的一對的旁瓣相消的原理。
[0020] 基本上存在用于生成格雷對的若干算法。假設(shè)變量aJPbJi = 1，2,…n)是兩個 等于'+1'或'-1'，[3]的長度為n的互補序列的元素，A
[0021] k=a,,
[0022] (1)
[0023] b2, . . . ,bn.
[0024] 當(dāng)且僅當(dāng)關(guān)聯(lián)多項式
[0025] A (x) =a1+a2x+. . . +anxn\
[0026] (2)
[0027] B (x) =b1+b2x+. . . +bnxn\
[0028] 滿足洛朗多項式環(huán)等式Z[x，x 1中的恒等式
[0029] A (x) A (x :) +B (x) B (x :) = 2n (3)
[0030] 時，有序?qū)Γˋ