基于超快超声多普勒的三维脑损伤成像方法研究

三维超声微血管成像可直观呈现血流信息,对于脑血管疾病诊断和治疗具有重要意义。本文旨在将超快超声成像技术、超快超声功率多普勒技术和机械扫描相结合,实现脑血管三维成像和脑缺血区域评价。通过工程实现,完成了可同步控制微型线性位移平台移动和超声阵列超快发射、高速采集与压缩存储的三维扫描数据采集序列与系统。利用GPU并行运算,高效实现了超声图像波束合成方法,对原始射频超声数据完成重建。进而,基于SVD杂波滤除技术,从重建三维超声数据中提取了脑部的动态小血管信号,并获得了各切面的功率多普勒成像和冠状面彩色多普勒超声小血管成像。最后,采用体素方法对三维脑血管进行重建。大鼠在体实验结果表明,该成像系统可用于三维脑血管网络在体成像,以及脑血管损伤区域定位与量化评价。本工作对脑病检测技术发展与诊断方法研究具有一定的借鉴意义。此外,相关检测系统和成像算法具有一定普适性,对其他富含微血流血管的组织检测也有一定的参考价值。

生成对抗网络加速超分辨率超声定位显微成像方法研究

超快超声定位显微成像(uULM),突破了传统超声衍射极限,可实现分辨率远小于发射波长的在体深层微血管精准成像.通过对微血管中数以万计的运动微泡进行中心点定位和轨迹追踪, uULM技术可重建微血管图像.通常一张uULM图像需要数十秒甚至数百秒的连续长程图像采集,这在一定程度上限制了其更广泛的临床应用.针对这一挑战,本研究在阐明了超声衍射极限、超分辨率定位理论方法的基础上,给出了基于傅里叶环相关的分辨率测定原理和实现方法,并结合传统uULM重建技术,发展了一种基于生成对抗网络的深度学习超分辨超声成像方法,以缩减uULM对图像采集时长的依赖,提高成像速度和成像分辨率.针对大鼠脑的在体数据分析结果表明,基于生成对抗网络的超声定位显微技术微血管分辨达到10μm,在保持较高超声成像空间分辨率和图像饱和度的同时,数据采集时间缩减一半,从而显著降低了uULM对图像数据采集时长的依赖.相关深度学习模型连接轨迹的计算复杂度较小,且避免了人工调参以及轨迹筛选,为加速超分辨率uULM微血流成像和提升uULM成像分辨率提供了一种有效的工具.相关思路与方法对促进超分辨率uULM成像技术发展具有一定的借鉴意义.

超分辨率超快超声脊髓微血管成像方法

脊髓功能对神经传导通路至关重要,脊髓血管受损及伴随的继发性损伤与脊髓功能状态密切相关.因而,脊髓内微血管网络结构和血流状态在脊髓功能在体、精准与实时评价中具有重要前景.临床常用的血管造影手段存在分辨率低、放射性、设备笨重和使用不便等问题,无法全面满足脊髓血流术中检查与预后跟踪的需求.本文以基于多角度复合平面波的超快超声技术为基础,应用超分辨率定位显微技术(ULM),实现了大鼠脊髓内微血管成像.基本原理为应用基于鲁棒主成分分析(RPCA)的滤波方法,分离脊髓组织信号和运动的造影微泡信号,通过微泡定位、轨迹追踪,实现亚波长分辨率的超分辨率超声成像.随后,引入基于傅里叶环相关系数方法,对成像分辨率进行量化分析;进而对微泡数量、有效轨迹、血管饱和度、血流速度和半高全宽范围等进行了定量评价.在体成像实验结果表明,ULM可获得清晰的大鼠脊髓内微血流图像.定量分析表明,发射频率为15.625 MHz的超声探头可实现13-16μm范围的分辨率,远小于100μm成像波长.综上,ULM可被应用于脊髓内微血管精准成像,相关结果可为超分辨率脊髓功能监测与动态评价的进一步研究提供借鉴,对于脊髓损伤诊断、应急治疗与预后恢复等临床研究亦有一定的借鉴意义.