一种血管内超声探头的在体导航方法

1.本发明涉及组织成像技术领域，尤其涉及一种血管内超声探头的在体导航方法。


背景技术：

2.血管内超声(ivus)是将超声换能器置于血管内并从血管内部进行超声成像的技术。由于其较高的空间分辨率，ivus已被广泛用于血管狭窄病灶处的特征辨别以及帮助介入手术的术前术中决策。在ivus的成像过程中，病人需要注射碘造影剂，然后使用ct的x射线进行血管造影以及ivus探头的血管内导航。然而，x射线产生的电离辐射伤害不仅会提高病人及ivus诊断技师的白血病、甲状腺恶性肿瘤等其他癌症的发病率，还会影响胎儿的发育，使得孕妇难以进行正常的ivus诊断。为了避免电离辐射伤害，ivus探头需通过新的无电离辐射的成像技术进行血管内导航。
3.磁粒子成像(magnetic particle imaging，mpi)是利用超顺磁性物质，如：超顺磁性氧化铁纳米颗粒(superparamagnetic ironoxide nanoparticle，spio)在变化磁场中的非线性响应定量探测该物质空间分布的技术。mpi具有：成像速度快、无成像深度限制、高敏度和成像过程中无电离辐射等优点。基于磁粒子成像技术实施ivus探头的血管内导航可实现无电离辐射的ivus影像诊断，从而避免电离辐射对患者和ivus诊断医师的伤害，并破除ivus诊断对孕妇的限制。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有ivus探头导航技术中需要使用x射线，对病人及诊断医师产生电离辐射伤害的问题，而提出的一种血管内超声探头的在体导航方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种血管内超声探头的在体导航方法，包括ivus子系统、mpi子系统和ivus与mpi控制子系统,包括以下步骤：
7.s1、将探头通过导管放入到血管内，并让探头处在mpi子系统的成像视野中；
8.s2、开始进行ivus子系统的实时成像；并且通过mpi成像技术进行血管造影以及血管内ivus探头的超顺磁性涂层信号的探测；
9.s3、使用s2得到的mpi信号进行三维图像重建，同时获得血管影像及ivus探头的空间位置；然后，通过ivus探头的空间位置计算出ivus探测区域在血管影像中的空间分布；
10.s4、基于s3中获得的血管影像和ivus探测区域的即时显示，将ivus探头导航至血管的诊断部位。
11.优选的，所述ivus子系统包括：超声探头、发射电路、接收电路和导管，所述发射电路激励所述超声探头向被检测者的血管管腔和管壁发射超声波，所述接收电路控制所述超声探头接收由所述血管管腔和管壁返回的超声波的回波，获得超声回波信号，所述导管将超声探头送入血管内，并到达诊断处。
12.优选的，所述血管影像获得方法为：将稀释的spio溶液注入到血管中，使用mpi子
系统中的高频正弦交变磁场激励spio，通过mpi子系统的接收线圈接收spio在交变磁场中的非线性响应信号，同时通过mpi子系统的空间扫描实现spio的空间定位；经过mpi子系统的图像重建后，血管中的spio被mpi影像追踪，spio溶液在血管中的流动轨迹即为血管影像。
13.优选的，所述mpi子系统包括：第一扫描线圈、第一永磁体、第二扫描线圈、激励线圈、第三扫描线圈、第四扫描线圈、第二永磁体、和接收线圈。
14.优选的，所述超声探头表面涂有超顺磁性涂层材料，用以mpi子系统对所述超声探头的探测与定位，超顺磁性涂层材料的制备方法为：将聚乙烯醇(pva)溶液加热并搅拌12小时以上；该溶液冷却到室温后，加入二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide)和超顺磁性氧化铁，并在室温下搅拌；然后，将反应的混合溶液进行透析，并将透析液与异丙醇混合；使用磁体分离该混合溶液中的含铁物质与不含铁的杂质；最后，将分离的含铁部分掺入到清漆中。
15.优选的，所述ivus与mpi控制子系统包括：终端电脑pc和多通道数据采集卡daq。
16.优选的，所述多通道数据采集卡包括至少2个接收通道和1个触发输出通道；其中，2个接收通道分别用以接收mpi子系统中的接收线圈探测信号和ivus子系统中的超声探头探测信号；触发输出通道用以向ivus子系统发出触发信号，实现对ivus子系统的调控。
17.优选的，所述终端电脑对超声回波信号进行处理，以获得被检测者的血管超声图像数据，并将图像数据显示出来，同时，所述终端电脑对mpi子系统的探测数据进行处理，以获得被检测者的血管mpi图像数据以及ivus探头在图像中的位置，并将图像数据以及ivus探头位置显示出来。
18.本发明中，所述一种血管内超声探头的在体导航方法的有益效果：
19.本发明通过mpi的血管造影可视化血管分布及病灶位置，同时使用mpi探测并定位涂有超顺磁性涂层的在体ivus探头，实现mpi对血管内ivus探头直观且无电离辐射地导航，有临床应用前景。
附图说明
20.图1为本发明提出的一种血管内超声探头的在体导航方法的一个实施示意图；
21.图2为本发明提出的一种血管内超声探头的在体导航方法的框图；
22.图3为本发明提出的一种血管内超声探头的在体导航方法的控制子系统与集成在该子系统中的mpi信号发生器的结构框图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.参照图1-3，一种血管内超声探头的在体导航方法，包括ivus子系统、mpi子系统和ivus与mpi控制子系统，包括以下步骤：
25.(1)：将探头105通过导管104放入到血管内，并让探头处在mpi子系统的成像视野中；同时，开始进行ivus子系统的实时成像；
26.(2)：将稀释的spio溶液注入到血管中，使用mpi子系统中的高频正弦交变磁场同时激励spio和血管内探头105的超顺磁性涂层，并通过接收线圈113同时接收spio和探头
105的超顺磁性涂层在交变磁场中的非线性响应信号；高频的正弦交流电接入到激励线圈109中，产生高频激励磁场的同时实现磁场自由点在垂直于纸面方向的扫描；低频的正弦交流电接入到第一扫描线圈106和第三扫描线圈110中，产生水平方向的交变磁场，实现水平方向磁场自由点的扫描；低频的正弦交流电接入到第二扫描线圈108和第四扫描线圈111中，产生垂直方向的交变磁场，实现垂直方向磁场自由点的扫描；mpi子系统中的激励线圈109、第一扫描线圈106、第二扫描线圈108、第三扫描线圈110和第四扫描线圈111产生的磁场相互结合，实现磁场自由点的空间扫描与mpi成像视野中的超顺磁性物质的非线性响应信号的激励；
27.(3)：使用接受线圈113在(2)中测得的响应信号，通过标准的mpi系统矩阵图像重建方法实现mpi子系统的三维图像重建，从而同时获得血管影像和探头105所在位置；然后，通过探头105的空间位置计算出ivus探测区域在血管影像中的空间分布；
28.(4)：基于步骤(3)中获得的血管影像和ivus探测区域的即时显示，将ivus探头105导航至血管的诊断部位。
29.如图1所示，ivus子系统包括：超声探头105、发射电路101、接收电路103和导管104。除此之外，还可以包括发射/接收选择开关102。
30.超声探头105是用于血管内超声检测的任意探头，其中，超声探头105声头部分可以是多个超声换能器组成的阵列，如围绕导管轴线的圆形阵列。超声换能器用于根据激励电信号发射超声波束，或将接收到的超声回波转换为电信号，从而实现超声探测波的产生以及回波信号的接收；超声探头105端点位置的表面涂有超顺磁性涂层材料，用以mpi子系统对所述超声探头的探测与定位；
31.导管104用于将超声探头105送入血管内，并实现超声探头105与发射/接收选择开关102的连接；
32.发射电路101用于根据控制子系统的控制产生发射序列，发射序列用于控制单个或多个超声换能器向组织发射超声波。
33.接收电路103用于接收从探头105处传回的超声回波的电信号，并将该超声回波信号送入控制子系统中。
34.如图1所示，mpi子系统包括：第一扫描线圈106、第一永磁体107、第二扫描线圈108、激励线圈109、第三扫描线圈110、第四扫描线圈111、第二永磁体112、和接收线圈113；其中，第一永磁体107和第二永磁体112同极相向放置，在接收线圈113中心位置产生磁场自由点，用于编码超顺磁性物质的空间位置；第一扫描线圈106和第三扫描线圈110串联，接入低频的正弦交流电，用于水平方向磁场自由点的扫描；第二扫描线圈108和第四扫描线圈111串联，接入低频的正弦交流电，用于垂直方向磁场自由点的扫描；激励线圈109接入高频的正弦交流电，用于激励超顺磁性物质的非线性响应信号以及磁场自由点在垂直于纸面方向的扫描；接收线圈113用于接收磁性物质的响应信号。
35.如图3所示，ivus与mpi控制子系统包括：终端电脑pc和多通道数据采集卡daq；其中，终端电脑连接至多通道数据采集卡daq；多通道数据采集卡daq包括第一模拟接收通道io0、第二模拟接收通道io1和触发输出通道tri，还可以包括第一至第三模拟输出通道ao0～io2；触发输出通道tri连接至ivus发射电路的触发端，用以ivus子系统与mpi子系统同步运行的调控；第一模拟接收通道io0和第二模拟接收通道io1分别与mpi子系统的接收线圈
113和ivus子系统的接收电路103相连，分别用以接收mpi接收线圈信号和ivus探头探测信号；第一至第三模拟输出通道ao0～io2用为mpi子系统的信号发生器；第一至第三模拟输出通道ao0～io2分别连接至mpi子系统的功率放大器，分别用以产生mpi激励线圈、mpi的垂直方向扫描线圈和mpi的水平方向扫描线圈的正弦交流电；多通道数据采集卡daq接收到来自终端电脑pc的调控指令后，第一至第三模拟输出通道ao0～io2在指定的频率与振幅上，分别发出1个高频的激发电流和2个低频的扫描电流；第一模拟接收通道io0和第二模拟接收通道io1同步开始分别采集mpi与ivus子系统的信号；采集的信号储存到终端电脑pc缓存中等待图像重建。
36.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。