微泡的独特优势
可检测性:微泡具有高度可压缩性,在超声成像中比周围组织更明亮。
非线性声学特性:微泡是高度非线性声学谐振器,能产生独特的非线性信号,便于与组织信号分离。
流动性:微泡通过血液循环在体内移动,可通过运动过滤来分离微泡信号和组织信号。
微泡定位:包括初始的粗略位置估计和更精细的亚像素算法,以获得超分辨率位置。通常使用局部最大值搜索、互相关或深度学习等方法来识别微泡候选位置,并使用强度加权质心等算法进行亚像素定位。
微泡跟踪:根据微泡在血管内的流动特性,通过最近邻搜索、匹配微泡的特征(如强度、形状或互相关性)等方法,将相邻帧中的微泡位置进行链接和跟踪,从而估计血管的生理参数。
图像生成:将微泡轨迹数据进行插值,填充缺失的空间,生成超分辨率的超声图像。
微泡追踪的体内示例: (A)微泡的稀疏定位导致血管片段不连续; (B)对微泡轨迹进行插值以填补数据中的这些空白; (C)对数据集中的每个微泡轨迹重复此过程,累积所有轨迹数据以产生最终的超分辨率图像
不同成像方式的成像深度和分辨率对比
应用领域
能够提供大脑范围的成像覆盖和微米级的空间分辨率,同时测量单个血管的血流速度。
在中风、衰老、阿尔茨海默病、脑积水和缺血等疾病的研究以及神经活动的功能成像中取得了显著成果,既有动物实验研究,也有人类临床研究。
2. 癌症成像
异常微血管生长是癌症的特征之一,超分辨率超声成像可用于癌症的基础研究和临床管理,如早期检测、诊断和治疗反应评估。 在乳腺癌和淋巴结组织的转化研究中取得了早期有前景的结果。
成像速度慢:数据采集和后处理时间长,容易受到探头和组织运动的影响。 依赖微泡:静脉注射微泡是侵入性操作,在小动物和人类中都存在一定的挑战。 成像范围有限:目前的技术只能成像血管内空间,无法对血管外空间进行成像。
高吞吐量成像:未来的发展方向是实现高吞吐量成像,缩短数据采集和后处理时间,这需要改进微泡定位和跟踪技术,开发更高效的算法和硬件。 临床应用:一旦实现高吞吐量成像,超分辨率超声成像将成为更实用的技术,广泛应用于基础和转化研究,并有望进入临床实践,为临床医生提供更多的诊断和治疗工具。 神经科学领域:在神经科学领域,特别是大脑成像方面,超分辨率超声成像具有巨大的潜力,可用于研究神经系统疾病的进展和治疗反应。
文章链接
https://acousticstoday.org/super-resolution-ultrasound-imaging-the-quest-for-microvessels/
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