4D心腔内超声成像系统、超声成像方法及超声成像装置与流程

本发明涉及超声成像，尤其涉及一种4d心腔内超声成像系统、超声成像方法及超声成像装置。

背景技术：

1、电生理心脏病和结构性心脏病是重大的人类健康问题。电生理心脏病通常由于心脏中不规则的电流传输导致的心率失常，结构性心脏病是由于心脏结构异常(如心肌肥厚、房间隔缺损缺损、左心耳血栓)导致的心脏疾病。使用微创导管介入治疗是当前电生理心脏病和结构性心脏病的一线治疗方式，通过将介入导管(如微波/射频/脉冲电场/球囊消融、人工瓣膜、封堵器)由外周血管介入的方式插入心腔内进行治疗。由于无需开胸，介入导管介入手术降低了手术风险和术后恢复成本。由于介入过程中心脏进行快速三维运动，在手术中进行4d心脏成像(即动态3d成像)，能够实时监控介入导管和心腔相对位置，且相比于2d成像更加直观、具有动态三维视野，能够实时监控手术并发症(如血栓、心包积液)，具有重要的临床意义。

2、心腔内超声(intracardiac echocardiography，ice)是当前临床上最先进的心脏成像技术，通过将微型超声探头经股静脉插入心腔内，从而对心脏进行实时高清成像。4dice是下一代ice的技术发展方向，当前临床使用的4d ice通常使用面阵微型超声探头(matrix-phase array transducer)，探头包括数量众多的超声换能器单元以二维排列，通过电子偏转超声波束的方式对感兴趣区域进行扫描和成像。面阵探头能够实现实时、大深度三维成像，然而其探头集成程度高、工艺复杂；另一方面，探头包含数量众多的超声阵元，每个阵元均需要单独引线，为了减少换能器连接线束数量，通常需要在介入导管前端集成一次性的专用集成芯片(asic)进行成像信号处理，asic芯片研发和生产成本高昂、且通常有严重的发热问题，限制了声发射功率。

3、因此，目前实现4d成像存在成本较高，设备体积较大，且处理的数据量大，计算复杂度高等问题，故现有的4d成像技术仍有进步空间，以便于合理利用资源。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种4d心腔内超声成像系统、超声成像方法及超声成像装置，可以解决现有技术中的成本高、体积大等问题。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供一种4d心腔内超声成像系统，所述4d心腔内超声成像系统至少包括：介入导管、体外的机械驱动装置及超声主机；所述介入导管包含位于远端的空腔和位于空腔内的微型超声探头，所述机械驱动装置设置在所述介入导管近端；所述机械驱动装置及所述超声主机分别与所述微型超声探头连接；

3、所述超声主机用于输出声波驱动信号；

4、所述微型超声探头用于间歇性发射所述超声主机输出的声波驱动信号；

5、所述机械驱动装置用于在所述微型超声探头发射所述超声主机输出的声波驱动信号时，传动带动所述微型超声探头在所述介入导管的内部单向且匀速旋转，以对成像目标不同位置进行机械4d扫描成像；

6、所述微型超声探头还用于接收所述声波驱动信号的回波信号，并将所述接收到回波信号传输至所述超声主机，所述超声主机还用于对接收到的回波信号进行信号后处理，以确定所述成像目标的4d超声成像。

7、在一种可行实现方式中，所述介入导管的内壁包括至少四根间隔为90°角的拉丝，所述介入导管近端还设置有手柄，所述手柄用于牵引至少一个所述拉丝，来调节所述拉丝的松紧度，实现所述微型超声探头的四个方向的调弯。

8、在一种可行实现方式中，所述4d心腔内超声成像系统还包括扭矩弹簧以及导管端连接器，所述扭矩弹簧设置于所述介入导管的空腔内且与所述微型超声探头固定连接，且所述扭矩弹簧与导管端连接器之间固定连接，通过导管端连接器旋转带动扭矩弹簧和探头旋转；所述微型超声探头、所述扭矩弹簧以及导管端连接器均一次性使用。

9、在一种可行实现方式中，所述机械驱动装置包括电机、多通道滑环以及主机端连接器；所述电机与所述多通道滑环的定子固定连接，所述主机端连接器与所述多通道滑环的转子固定连接，所述主机端连接器与所述导管端连接器连接，所述电机通过机械传动、带动所述多通道滑环的转子旋转，所述电机、多通道滑环以及主机端连接器均重复使用。

10、在一种可行实现方式中，所述微型超声探头为二维成像的相控阵探头，或者以预设的空间角度进行组合的多个二维成像的相控阵探头。

11、在一种可行实现方式中，所述微型超声探头包括换能器以及声透镜，所述声透镜对所述换能器发出的超声波进行聚焦，实现在聚焦位置的超声波的信噪比增强。

12、在一种可行实现方式中，所述介入导管的空腔中填充有生理盐水，填充的方式为通过所述介入导管近端的注射器向所述介入导管远端的空腔中填充生理盐水，以实现换能器与所述介入导管的外鞘进行声耦合。

13、为实现上述目的，本发明第二方面提供一种超声成像方法，所述超声成像方法应用于如第一方面及任一可行实现方式所述4d心腔内超声成像系统，所述超声成像方法包括：

14、获取回波信号，所述回波信号是通过机械驱动装置带动微型超声探头匀速且单向旋转的同时，微型超声探头间歇性发射声波驱动信号并接收回波信号；

15、对所述回波信号进行滤波以及波束合成的信号后处理，得到波束合成后的图像；

16、对波束合成后的图像，根据机械驱动装置的旋转速度和接收回波信号的时间，获得各个体素点的球坐标；

17、对所述球坐标下表示的体素点通过预设的插值算法进行插值处理，将各个体素点在球坐标系下的球坐标转换为卡迪尔坐标系下的图像像素，得到由图像像素构成的成像目标的4d超声图像。

18、在一种可行实现方式中，所述插值算法包括如下数学表达式：

19、

20、其中，ρd＝(ρ-ρi)/(ρi+1-ρi)，θd＝(θ-θj)/(θj+1-θj)，为球坐标，c为卡迪尔坐标系(x,y,z)上的图像像素。

21、为实现上述目的，本发明第三方面提供一种超声成像装置，所述超声成像装置包括：

22、信号获取模块：用于获取回波信号，所述回波信号是通过机械驱动装置带动微型超声探头匀速且单向旋转的同时，微型超声探头间歇性发射声波驱动信号并接收回波信号；

23、波束合成模块：用于对接收的声波信号进行滤波以及波束合成的信号后处理，得到波束合成后的图像；

24、坐标计算模块：用于对对波束合成后的图像，根据机械驱动装置的旋转速度和接收回波信号的时间，获得各个体素点的球坐标；

25、坐标变换模块：用于对所述球坐标下表示的体素点通过预设的插值算法进行插值处理，将各个体素点在球坐标系下的球坐标转换为卡迪尔坐标系下的图像像素，得到由图像像素构成的成像目标的4d超声图像。

26、为实现上述目的，本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述超声成像方法所示步骤。

27、采用本发明实施例，具有如下有益效果：

28、本发明提供一种4d心腔内超声成像系统，4d心腔内超声成像系统至少包括：介入导管、体外的机械驱动装置及超声主机；介入导管包含位于远端的空腔和位于空腔内的微型超声探头，机械驱动装置设置在介入导管近端；机械驱动装置及超声主机分别与微型超声探头连接；超声主机用于输出声波驱动信号；微型超声探头用于间歇性发射超声主机输出的声波驱动信号；机械驱动装置用于在微型超声探头发射超声主机输出的声波驱动信号时，传动带动微型超声探头在介入导管的内部单向且匀速旋转，以对成像目标不同位置进行机械4d扫描成像；微型超声探头还用于接收声波驱动信号的回波信号，并将接收到回波信号传输至超声主机，超声主机还用于对接收到的回波信号进行信号后处理，以确定成像目标的4d超声成像。上述成像系统，可以实现成像目标的4d超声成像，且由于采用微型超声探头以及机械驱动装置设置在介入导管的近端，有效减少介入导管的外径，可以实现在介入手术过程中，在保证成像目标的4d超声成像的同时降低探头和系统的复杂度、降低手术器械的成本。