[发明专利]用于超分辨率成像的基于卡尔曼滤波器的微血管修复的系统和方法

说明书

本文描述了使用超声的超分辨率成像的系统和方法，其中基于卡尔曼滤波器的微血管修复技术被用于促进具有有限的或否则丢失的微泡信号的稳健的超分辨率成像。本公开中描述的系统和方法可以与局部和全局微泡跟踪方法结合。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月19日提交并且名称为“用于超分辨率成像的基于卡尔曼滤波器的微血管修复的系统和方法”的美国临时专利申请序列号62/747,990的权益，通过引用将其完整地合并于此。

关于联邦政府资助研究的声明

本发明是在美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予CA214523的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

背景技术

基于微泡的超分辨率成像的一个共同挑战是足够的微泡填充目标微脉管系统所需的长累积时间。实际上，包括组织运动、探针运动、微泡剂量极限、成像噪声和各种生理条件(例如，缓慢的微脉管系统灌注)在内的因素将限制用于超分辨率处理的微泡的可用总数。这些因素可能导致不连续的微脉管描绘，其中缺少微脉管结构和微脉管流速测量不可靠。

发明内容

本公开通过提供一种使用超声系统对微血管进行超分辨率成像的方法来解决上述缺点。利用超声系统从对象中的感兴趣区域获取的超声数据被提供给计算机系统，当获取超声数据时对象中存在微泡造影剂。通过将超声数据中的微泡信号与超声数据中的其他信号隔离，利用计算机系统生成微泡信号数据。通过用计算机系统处理微泡信号数据，在微泡信号数据中定位微泡，以确定与微泡信号数据中的微泡相关的空间位置，从而生成定位的微泡数据。将定位的微泡数据输入到卡尔曼滤波器，该卡尔曼滤波器被配置为纠正或平滑微泡运动轨迹中的至少一项，以产生经卡尔曼滤波的微泡数据。至少部分地基于卡尔曼滤波的微泡数据产生超分辨率微血管图像。

本公开的前述方面和其它方面以及优点将从以下描述中显现。在说明书中，对附图进行了参考，所述附图形成其一部分，并且在附图中通过说明的方式示出了优选实施例。此实施例并不一定表示本发明的全部范围，并且因此对权利要求进行参考并且在本文中用于解释本发明的范围。

附图说明

图1是阐述示例性方法的步骤的流程图，该示例性方法用于对基于卡尔曼滤波器的修复使用超声成像来生成微脉管系统的超分辨率图像。

图2显示了通过直接累积技术(第一列)，使用线性拟合约束的微泡运动轨迹(第二列)以及使用在本公开中描述的系统和方法(第三列)的累积生成的微血管密度图(上排)和微血管流动图(下排)的实例。

图3是可以实现本公开中描述的方法的示例系统的框图。

图4是示出可以实现图3所示的系统的硬件组件的框图。

图5是当实现本公开中描述的系统和方法时可以使用的示例超声成像系统的框图。

具体实施方式

本文描述了使用超声的超分辨率成像的系统和方法，其中基于卡尔曼滤波器的微血管修复技术被用于促进具有有限的或否则丢失的微泡信号的稳健的超分辨率成像。本公开中描述的系统和方法可以与任何合适的微泡跟踪方法结合，包括局部或全局微泡跟踪方法。在N个连续的帧中可以进行跟踪的单个微泡的位置可用作卡尔曼滤波器的输入。卡尔曼滤波器可以配置有多个不同的状态和合适的转换函数。

作为一个实例，卡尔曼滤波器可以配置有四个状态(例如，横向微泡位移d_x；轴向微泡位移d_z；横向流速v_x；和轴向流速v_z)和线性转换函数，例如d(t)＝d(t-1)+v(t-1)Δt。在卡尔曼滤波后，流速高于预设速度限值的估计的微泡位置将被拒绝，然后进行基于插值(例如样条插值)的微泡轨迹修复过程。内插因子可以通过局部微泡流速来自适应地确定。