本發(fā)明涉及獲得肌肉的至少一種功能參數(shù)的方法。本發(fā)明還涉及用獲得功能參數(shù)的這種方法監(jiān)控肌肉狀態(tài)的方法。本發(fā)明還涉及相關(guān)的裝置和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

左室舒張功能的評(píng)估對(duì)于評(píng)價(jià)心臟衰竭和缺血性心肌病而言至關(guān)重要。心肌僵硬度被認(rèn)為在舒張功能中起關(guān)鍵作用。對(duì)于射血分?jǐn)?shù)(在說明書的其余部分標(biāo)記為EF)正常的心臟衰竭患者而言，左心室(在說明書的其余部分標(biāo)記為LV)、松弛和LV僵硬度的異常是關(guān)鍵的病理生理學(xué)機(jī)制之一。還已知心肌僵硬度是肥厚型和擴(kuò)張型心肌病中非常強(qiáng)的預(yù)后參數(shù)。

在心肌梗塞的情況下，組織多普勒和應(yīng)變超聲心動(dòng)圖是已建立的跟蹤心肌變形以評(píng)估收縮功能的方法。

剪切波彈性成像(SWE)是可以實(shí)時(shí)定量測(cè)量軟組織的剪切模量(即僵硬度)的更新的超聲技術(shù)。SWE可以量化心動(dòng)周期中心肌的僵硬度及其變化。

然而，心肌的完全表征需要測(cè)量至少兩種功能參數(shù)例如心肌僵硬度和心肌變形。

發(fā)明簡述

本發(fā)明旨在提供心肌功能或肌肉功能的無創(chuàng)表征。

為此，本發(fā)明涉及一種獲得具有至少一個(gè)部件的肌肉的至少一種功能參數(shù)的方法，所述方法包括以下步驟：

a)向肌肉施加超聲波，

b)在多個(gè)時(shí)間收集由肌肉反向擴(kuò)散(retrodiffused)的超聲波，以獲得收集的超聲波，

其特征在于所述方法還包括以下步驟：

c)使用收集的超聲波在多個(gè)第一時(shí)間測(cè)定代表肌肉部件的至少一個(gè)部件的僵硬度值的多個(gè)第一值，所述多個(gè)第一時(shí)間包括于所述多個(gè)時(shí)間內(nèi)，

d)使用收集的超聲波在多個(gè)第二時(shí)間測(cè)定代表所述部件的變形值的多個(gè)第二值，所述多個(gè)第二時(shí)間包括于所述多個(gè)時(shí)間內(nèi)且與所述多個(gè)第一時(shí)間以一對(duì)一的關(guān)系相關(guān)，和

e)基于所述多個(gè)第一值和所述多個(gè)第二值推導(dǎo)至少一種功能參數(shù)。

借助本發(fā)明，可以無創(chuàng)方式獲得舒張心肌僵硬度。

兩個(gè)不同的步驟c)和d)使這種獲得成為可能，其中，以同時(shí)發(fā)生的方式，代表僵硬度值的值和代表變形值的值分別通過在肌肉上進(jìn)行的一系列測(cè)量而獲得。各測(cè)量利用收集的超聲波來實(shí)現(xiàn)。

這種方法能夠避免估計(jì)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。應(yīng)力不能以無創(chuàng)方式測(cè)量且需要僅源自于應(yīng)變測(cè)量的線性近似值(Hooke定律)。該Hooke定律在生物組織的情況下并且甚至在肌肉的情況下是一個(gè)近似值。換言之，通過避免使用Hooke定律，線性關(guān)系和真實(shí)關(guān)系之間觀察到的變化提供肌肉的功能參數(shù)。

由于這種變化以無創(chuàng)方式僅通過使用超聲波獲得，用于獲得肌肉的至少一種功能參數(shù)的方法是無創(chuàng)的方法。

根據(jù)作為有利的但并非強(qiáng)制的本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，用于獲得至少一種功能參數(shù)的方法可以采取任何技術(shù)上允許的組合合并一個(gè)或幾個(gè)以下特征：

-步驟a)和b)在體內(nèi)進(jìn)行。

-肌肉具有帶有持續(xù)時(shí)間(temporal duration)的周期，以肌肉周期的持續(xù)時(shí)間為模(modulo)，多個(gè)第一時(shí)間的時(shí)間和多個(gè)第二時(shí)間的相關(guān)時(shí)間之差的絕對(duì)值低于或等于200毫秒。

-功能參數(shù)代表部件的機(jī)械功，多個(gè)第一值和多個(gè)第二值形成僵硬度-變形環(huán)，且在步驟e)，功能參數(shù)是僵硬度-變形環(huán)的面積。

-多個(gè)第一值和多個(gè)第二值形成帶有四個(gè)拐點(diǎn)的僵硬度-變形環(huán)，且步驟e)包括測(cè)定至少一個(gè)拐點(diǎn)的代表僵硬度值的第一值和代表變形值的第二值。

-多個(gè)第一值和多個(gè)第二值形成帶有通過四個(gè)部件連接的四個(gè)拐點(diǎn)的僵硬度-變形環(huán)，且步驟e)包括通過其系數(shù)是功能參數(shù)的指數(shù)函數(shù)曲線擬合至少一個(gè)部件。

-肌肉具有反射顆粒，且在步驟a)，施加至少一種聚焦超聲波以在肌肉中生成彈性剪切波并施加一系列超聲波，使得至少一些所述超聲波滲入肌肉區(qū)域，同時(shí)在相同區(qū)域傳播剪切波，且在步驟b)，收集的超聲波是通過與肌肉中的反射顆粒相互作用的超聲壓縮波產(chǎn)生的回波。

-所述方法進(jìn)一步包括將至少一種推導(dǎo)的功能參數(shù)儲(chǔ)存于存儲(chǔ)單元中的步驟。

-所述方法進(jìn)一步包括將至少一種推導(dǎo)的功能參數(shù)顯示在顯示單元上的步驟。

-肌肉是心肌，部件是心肌的至少一個(gè)片段且功能參數(shù)是舒張末期被動(dòng)心肌僵硬度、心肌功、被動(dòng)心肌僵硬度隨變形的變化和收縮末期心肌僵硬度的至少一種。

-重復(fù)步驟a)到e)以獲得功能參數(shù)的多個(gè)值。

-步驟a)到e)的各重復(fù)對(duì)應(yīng)于肌肉的不同運(yùn)作條件。

還提議了一種監(jiān)控肌肉狀態(tài)的方法，包括進(jìn)行如之前所述的獲得所述肌肉的至少一種功能參數(shù)的方法以獲得所述肌肉的至少一種功能參數(shù)的多個(gè)值的步驟。監(jiān)控肌肉狀態(tài)的方法還包括根據(jù)比較標(biāo)準(zhǔn)將功能參數(shù)的多個(gè)值與功能參數(shù)的多個(gè)預(yù)期值相比較的步驟，和在不滿足比較標(biāo)準(zhǔn)的情況下發(fā)出警報(bào)的步驟。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，肌肉是心肌且狀態(tài)選自健康、昏迷狀態(tài)(in stunning state)、缺血和梗塞。

還涉及用于獲得具有至少一個(gè)部件的肌肉的至少一種功能參數(shù)的裝置，所述裝置包括適于將超聲波施加于肌肉的施加單元和適于在多個(gè)時(shí)間收集由肌肉反向擴(kuò)散的超聲波以獲得收集的超聲波的收集單元。裝置還包括適于進(jìn)行以下步驟的計(jì)算器：使用收集的超聲波在多個(gè)第一時(shí)間測(cè)定代表肌肉部件的至少一個(gè)部件的僵硬度值的多個(gè)第一值，所述多個(gè)第一時(shí)間包括于所述多個(gè)時(shí)間內(nèi)。計(jì)算器還適于使用收集的超聲波在多個(gè)第二時(shí)間測(cè)定代表所述部件的變形值的多個(gè)第二值，所述多個(gè)第二時(shí)間包括于所述多個(gè)時(shí)間內(nèi)且與所述多個(gè)第一時(shí)間以一對(duì)一的關(guān)系相關(guān)。計(jì)算器還適于基于所述多個(gè)第一值和所述多個(gè)第二值推導(dǎo)至少一種功能參數(shù)。

還提議了一種用于監(jiān)控肌肉狀態(tài)的系統(tǒng)，包括如之前所述用于獲得肌肉的至少一種功能參數(shù)的裝置，所述裝置適于獲得所述肌肉的至少一種功能參數(shù)的多個(gè)值。所述系統(tǒng)還包括適于根據(jù)比較標(biāo)準(zhǔn)將功能參數(shù)的多個(gè)值與功能參數(shù)的多個(gè)預(yù)期值相比較的比較器，和適于在不滿足比較標(biāo)準(zhǔn)的情況下發(fā)出警報(bào)的警報(bào)單元。

附圖說明

將根據(jù)與附圖一起提供并作為說明性實(shí)例而不限制本發(fā)明目的以下描述更好地理解本發(fā)明。在附圖中：

-圖1是獲得至少一種心肌功能參數(shù)的裝置的示意圖，

-圖2是監(jiān)控心肌狀態(tài)的系統(tǒng)的示意圖，所述系統(tǒng)包括圖1的裝置，

-圖3是闡明僵硬度-片段環(huán)的實(shí)例的圖，和

-圖4是顯示基于圖3所研究的心肌片段的機(jī)械功的進(jìn)展的圖。

一些實(shí)施方式的詳述

獲得至少一種心肌功能參數(shù)的裝置10顯示于圖1。

這種裝置10適于獲得心肌功能參數(shù)。通過定義，功能參數(shù)是與肌肉性質(zhì)相關(guān)的參數(shù)、與肌肉代謝相關(guān)的參數(shù)或與肌肉運(yùn)作相關(guān)的參數(shù)。

心肌功能參數(shù)例如是，舒張末期被動(dòng)心肌僵硬度、心肌的特定片段的心肌功、被動(dòng)心肌僵硬度隨變形的變化或收縮末期心肌僵度。

裝置10包括施加單元12、收集單元14和計(jì)算機(jī)單元16。

施加單元12適于將超聲波施加于心肌。

根據(jù)圖1的實(shí)施例，施加單元12包括一系列傳感器。

或者，施加單元12僅包括一個(gè)傳感器。

收集單元14適于收集由肌肉反向擴(kuò)散的超聲波。

根據(jù)圖1的實(shí)施例，收集單元14包括一系列傳感器。

或者，收集單元14僅包括一個(gè)傳感器。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，施加單元12和收集單元14是同一單元。

計(jì)算機(jī)單元16包括計(jì)算器18、存儲(chǔ)單元20和顯示單元22。

計(jì)算器18適于執(zhí)行計(jì)算。

根據(jù)圖1的實(shí)施例，計(jì)算器18是處理器。

存儲(chǔ)單元20適于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。

顯示單元22適于顯示數(shù)據(jù)。

例如，顯示單元22是屏幕。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，計(jì)算器18、存儲(chǔ)單元20和顯示單元22包括在手表中。這可以獲得便攜式裝置10。

現(xiàn)在參考獲得至少一種心肌功能參數(shù)的方法描述裝置10的操作。

通過利用施加單元12，施加單元12將一束聚焦超聲波施加于心肌。聚焦超聲波在肌肉中產(chǎn)生彈性剪切波。

然后施加單元12施加一系列超聲波使得至少一些所述超聲波滲入心肌片段，同時(shí)在心肌的相同片段傳播剪切波。

由于心肌具有反射顆粒，與心肌中的反射顆粒相互作用的超聲壓縮波產(chǎn)生回波。這種回波稱為反向擴(kuò)散的超聲波。

在具體的實(shí)施方式中，該系列超聲波是一系列聚焦超聲波。對(duì)于超速成像尤其是這樣。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，該系列超聲波是一系列非聚焦超聲波。對(duì)于心臟鏡尤其是這樣。

然后收集單元14在多個(gè)時(shí)間收集反向擴(kuò)散的超聲波。

這種收集能夠獲得可以分析以測(cè)定值的多個(gè)圖像。

然后計(jì)算器18測(cè)定使用收集的超聲波在多個(gè)第一時(shí)間測(cè)定代表肌肉部件的至少一個(gè)部件的僵硬度值的多個(gè)第一值，所述多個(gè)第一時(shí)間包括于所述多個(gè)時(shí)間內(nèi)。

代表僵硬度的值是與僵硬度有關(guān)的任何物理量。

例如，心肌的剪切模量μ是代表僵硬度的值。由于剪切波以各向異性方式在肌肉中傳播，這種剪切模量E是沿著若干方向的心肌的若干剪切模量μ_方向的平均值。

或者，特定方向的心肌的剪切模量μ_方向也是代表僵硬度的值。標(biāo)記為μ_平行的沿著心肌纖維方向的剪切模量和標(biāo)記為μ_垂直的沿著與心肌纖維方向垂直的方向的剪切模量是特定方向中的心肌的剪切模量的實(shí)例。

作為另一個(gè)實(shí)施例，心肌的楊氏模量E是代表僵硬度的值。楊氏模量E定義為通過關(guān)系E＝3μ與剪切模量μ相關(guān)。由于剪切波以各向異性方式傳在肌肉中傳播，這種楊氏模量μ是沿著若干方向的心肌的若干楊氏模量E_方向的平均值。

或者，特定方向的心肌的楊氏模量E_方向也是代表僵硬度的值。標(biāo)記為E_平行的沿著心肌纖維方向的楊氏模量和標(biāo)記為E_垂直的沿著與心肌纖維方向垂直的方向的楊氏模量是特定方向中的心肌的楊氏模量的實(shí)例。

作為另一個(gè)實(shí)施例，心肌中剪切波的傳播速度c_S是代表僵硬度的值。心肌中剪切波的傳播速度c_S通過以下關(guān)系與楊氏模量E_方向相關(guān)：

其中ρ是心肌密度。

由于剪切波以各向異性方式在肌肉中傳播，剪切波的這種傳播速度c_S是心肌中剪切波沿著若干方向的若干傳播速度c_{S_方向}的平均值。

或者，特定方向的心肌中剪切波的傳播速度c_{S_方向}也是代表僵硬度的值。標(biāo)記為c_{S_平行}的沿著心肌纖維方向的剪切波的傳播速度和標(biāo)記為c_{S_垂直}的沿著與心肌纖維方向垂直的方向的剪切波的傳播速度是特定方向的心肌中剪切波的傳播速度c_{S_方向}的實(shí)例。

然后計(jì)算器18使用收集的超聲波在多個(gè)第二時(shí)間測(cè)定代表所述部件的變形值的多個(gè)第二值。

代表變形的值是與變形相關(guān)的任何物理量。

累積變形是代表變形的值的實(shí)例。

片段的長度是代表變形的值的實(shí)例。

這種長度沿著任何方向測(cè)量。沿著纖維方向的長度、沿著與纖維方向垂直的方向的長度是可以考慮的片段長度的實(shí)例。

標(biāo)準(zhǔn)化到參考長度的片段長度是代表變形的值的另一個(gè)實(shí)例。

心室的體積也代表變形。

所述多個(gè)第二時(shí)間包括于所述多個(gè)時(shí)間內(nèi)且與所述多個(gè)第一時(shí)間以一對(duì)一的關(guān)系相關(guān)。

優(yōu)選地，以心動(dòng)周期的持續(xù)時(shí)間為模，多個(gè)第一時(shí)間的時(shí)間和多個(gè)第二時(shí)間的相關(guān)時(shí)間之差的絕對(duì)值低于或等于100毫秒。

在同一心動(dòng)周期期間進(jìn)行測(cè)量的情況下，多個(gè)第一時(shí)間的時(shí)間和多個(gè)第二時(shí)間的相關(guān)時(shí)間之差的絕對(duì)值低于或等于200毫秒。

更優(yōu)選地，以心動(dòng)周期的持續(xù)時(shí)間為模，多個(gè)第一時(shí)間的時(shí)間和多個(gè)第二時(shí)間的相關(guān)時(shí)間之差的絕對(duì)值低于或等于20毫秒。

在同一心動(dòng)周期期間進(jìn)行測(cè)量的情況下，多個(gè)第一時(shí)間的時(shí)間和多個(gè)第二時(shí)間的相關(guān)時(shí)間之差的絕對(duì)值低于或等于20毫秒。

如在圖3上可見，多個(gè)第一值和多個(gè)第二值形成僵硬度-變形環(huán)。圖12闡明僵硬度-片段環(huán)的實(shí)例。在基線(虛線)、心肌梗塞5分鐘后(實(shí)線)、梗塞2小時(shí)后(粗線)和再灌注40分鐘后(點(diǎn)劃線)，將由SWE測(cè)量的僵硬度作為片段長度的函數(shù)作圖。

這種環(huán)包括由四個(gè)部件(下部、上部和側(cè)部)連接的四個(gè)拐點(diǎn)。當(dāng)從下部開始連續(xù)追隨環(huán)時(shí)，接著是下部，然后接著是第一側(cè)部，然后接著是上部和然后接著是第二側(cè)部。

在心肌的具體情況下，下部和第一側(cè)部共有的拐點(diǎn)稱為舒張末期點(diǎn)，而上部和第二側(cè)部共有的拐點(diǎn)稱為收縮末期點(diǎn)。

然后計(jì)算器18基于所述多個(gè)第一值和所述多個(gè)第二值推導(dǎo)至少一種心肌功能參數(shù)。

根據(jù)實(shí)施例，心肌功能參數(shù)代表片段的機(jī)械功。在這種情況下，心肌功能參數(shù)通過計(jì)算僵硬度-變形環(huán)的面積而獲得。這種計(jì)算基于圖3給出的數(shù)據(jù)用示意圖闡明于圖4。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，在推導(dǎo)步驟，至少一個(gè)部件通過其系數(shù)是心肌功能參數(shù)的指數(shù)函數(shù)曲線擬合。

例如，心肌功能參數(shù)代表舒張末期被動(dòng)心肌僵硬度，且這種心肌功能參數(shù)通過曲線擬合下部來獲得。圖3通過顯示擬合兩個(gè)環(huán)的下部的示例性指數(shù)函數(shù)闡明這種曲線擬合步驟。這兩種示例性指數(shù)函數(shù)分別具有兩個(gè)系數(shù)，標(biāo)記為β1和β2。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，推導(dǎo)步驟包括測(cè)定至少一個(gè)拐點(diǎn)的代表僵硬度值的第一值(僵硬度坐標(biāo))和代表變形值的第二值(變形坐標(biāo))。

例如，在心肌情況下，獲得舒張末期點(diǎn)和收縮末期點(diǎn)的僵硬度坐標(biāo)和變形坐標(biāo)是有價(jià)值的。

在推導(dǎo)步驟結(jié)束時(shí)，推導(dǎo)出至少一個(gè)心肌功能參數(shù)。

將這種推導(dǎo)的心肌功能參數(shù)儲(chǔ)存于存儲(chǔ)單元20中并顯示于顯示單元22上。

獲得至少一種心肌功能參數(shù)的方法能夠利用僵硬度-變形環(huán)獲得心肌功能參數(shù)。

這種僵硬度-變形環(huán)可以以無創(chuàng)方式獲得。事實(shí)上，根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，獲得方法中暗示的測(cè)量在體內(nèi)進(jìn)行。

此外，獲得至少一種心肌功能參數(shù)的方法能夠獲得現(xiàn)有技術(shù)方法不容易獲得的心肌功能參數(shù)。特別是，心肌片段的機(jī)械功是現(xiàn)有技術(shù)方法難以獲得的量。

此外，可以表明獲得至少一種心肌功能參數(shù)的方法和有創(chuàng)方法一樣準(zhǔn)確。

這種準(zhǔn)確性已經(jīng)用實(shí)驗(yàn)方法證實(shí)。事實(shí)上，利用裝置10的實(shí)驗(yàn)在開胸的綿羊模型上進(jìn)行。胸骨切開術(shù)后，將施加單元12的超聲傳感器置于左心室游離壁的前面。使用組合剪切波成像和應(yīng)變成像的順序。在1s內(nèi)以重復(fù)率15Hz進(jìn)行剪切波成像，以量化心動(dòng)周期內(nèi)的心肌僵硬度變化。在同一心動(dòng)周期期間在超聲波圖象上測(cè)量心肌應(yīng)變。從這兩種無創(chuàng)的基于超聲的測(cè)量獲得僵硬度-應(yīng)變曲線環(huán)。在心肌梗塞期間，在缺血壁上進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)。與基線相比，環(huán)的面積強(qiáng)烈降低(幾乎等于0)。僵硬度-應(yīng)變環(huán)的面積與片段功相關(guān)。

獲得至少一種心肌功能參數(shù)的這種方法也可以應(yīng)用于其他肌肉。例如，肌肉是子宮或涉及體育鍛煉的肌肉。

根據(jù)實(shí)施方式，重復(fù)獲得功能參數(shù)的方法若干次以獲得心肌功能參數(shù)的多個(gè)值。

在這種情況下，可實(shí)現(xiàn)比較。

可以為心肌的不同運(yùn)作條件進(jìn)行比較。例如，心肌經(jīng)受藥物或人可能在體力的不同階段。

比較也可以是時(shí)間上的，這樣功能參數(shù)的進(jìn)展可以指示心肌運(yùn)作的異常。

為此，如圖2所示，提議用于監(jiān)控心肌狀態(tài)的系統(tǒng)23。表述“狀態(tài)”是指心肌運(yùn)作的評(píng)估。疾病和健康是心肌狀態(tài)。存在中間狀態(tài)。例如，心臟雜音也是心肌狀態(tài)。

系統(tǒng)23包括如圖1所示用于獲得至少心肌的裝置10、比較器24和警報(bào)單元26。

裝置10適于獲得心肌的至少一種心肌功能參數(shù)的多個(gè)值。

比較器24適于根據(jù)比較標(biāo)準(zhǔn)將心肌功能參數(shù)的多個(gè)值與心肌功能參數(shù)的多個(gè)預(yù)期值相比較。

比較器24例如是處理器。

比較標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)監(jiān)控的種類而不同。

例如，比較標(biāo)準(zhǔn)是預(yù)定閾值。例如，如果片段的機(jī)械功低于給定值，這意味著所考慮的片段不處于健康狀態(tài)。

例如，比較標(biāo)準(zhǔn)與心肌功能參數(shù)隨時(shí)間的進(jìn)展，尤其是，在給定時(shí)間內(nèi)心肌功能參數(shù)的衍生值隨時(shí)間的進(jìn)展相關(guān)。

為預(yù)防梗塞，與舒張末期被動(dòng)心肌僵硬度有關(guān)的比較標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)表明舒張末期被動(dòng)心肌僵硬度和梗塞之間的強(qiáng)相關(guān)。

為檢測(cè)缺血，考慮與片段的機(jī)械功的進(jìn)展相關(guān)的比較標(biāo)準(zhǔn)。

警報(bào)單元26適于在不滿足比較標(biāo)準(zhǔn)的情況下發(fā)出警報(bào)。

警報(bào)可以是音響警報(bào)或可視警報(bào)。

這種系統(tǒng)23能夠有效監(jiān)控心肌狀態(tài)。

優(yōu)選地，系統(tǒng)23是便攜式的。

可以組合本文上述考慮的實(shí)施方式和可選實(shí)施方式以進(jìn)一步產(chǎn)生本發(fā)明的實(shí)施方式。