用于頸動脈狹窄的自動篩查的非成像二維陣列探頭和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)診斷超聲系統(tǒng)，并且具體地，涉及用于頸動脈狹窄的自動篩查的 非成像多普勒探頭系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 卒中是全世界死亡的第三主要原因。根據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，在2002年，卒中造 成超過5. 5百萬人死亡，這些死亡中的大約50%發(fā)生在中國和印度。盡管在發(fā)達(dá)國家中的 發(fā)生率正在下降，然而在美國卒中仍造成163000例死亡。這些死亡中的很大部分被認(rèn)為是 頸動脈分叉中的疾病的結(jié)果。頸動脈分叉，在該位置處頸總動脈（CCA)分支成內(nèi)部（ICA) 和外部（ECA)頸動脈，是動脈粥樣硬化疾病的常見部位。ICA的狹窄或變窄，將血液供應(yīng)到 腦部的分支早已被證實與缺血性卒中的發(fā)生有關(guān)。頸動脈狹窄的嚴(yán)重性的使用已經(jīng)演變?yōu)?卒中風(fēng)險的替代測量。
[0003] 頸動脈硬化的發(fā)生率以及與卒中相關(guān)聯(lián)的死亡率在發(fā)展中國家越來越成為問題。 在這些國家中，能夠在低資源環(huán)境中使用的頸動脈篩查設(shè)備通過提供若干特征將解決這一 日益嚴(yán)重的問題。首先，在這些環(huán)境中常常缺乏技術(shù)人員，因此所述設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠以最小的 訓(xùn)練和指導(dǎo)使用。第二，所述設(shè)備應(yīng)當(dāng)是廉價的，以便在這些環(huán)境中是能夠負(fù)擔(dān)的起的。第 三，所述設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠以高度自動化的方式對頸動脈中的狹窄的程度進(jìn)行分類，而無需使 用在鄉(xiāng)下環(huán)境中不可獲得的高端雙超聲掃描器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本發(fā)明的原理，用于頸動脈診斷的診斷超聲系統(tǒng)包括簡單的、非成像多普勒 超聲探頭。所述探頭具有換能器元件的二維陣列，所述換能器元件的二維陣列具有相對大 尺寸的少數(shù)元件，其能夠覆蓋在頸動脈的分叉處的頸動脈的區(qū)域。所述大尺寸的元件被獨 立地操作而無定相（phasing)，從而降低了多普勒系統(tǒng)的成本。本發(fā)明的探頭和系統(tǒng)能夠以 二或三維產(chǎn)生頸動脈血流的表示，并且當(dāng)探頭在血管上方移動時，通過匹配頸動脈流的段， 能夠組合流的延伸視圖。一旦已經(jīng)定位了頸動脈，通過對峰值收縮速度和血流湍流的自動 測量來評估狹窄的程度。
【附圖說明】
[0005] 在附圖中：
[0006] 圖1以方框圖的形式圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的超聲系統(tǒng)。
[0007] 圖2圖示了本發(fā)明的探頭的陣列換能器的元件的尺寸和維度。
[0008]圖2a圖示了為了良好的多普勒接收對圖2的陣列的換能器元件的角度調(diào)節(jié)。
[0009]圖3圖示了引導(dǎo)操作員在頸動脈上進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶筋^放置的本發(fā)明的超聲系統(tǒng)的 探頭放置顯示。
[0010] 圖4圖示了在元件的離散行中的本發(fā)明的多普勒探頭的操作。
[0011] 圖5圖示了由本發(fā)明的超聲系統(tǒng)產(chǎn)生的二維血管圖。
[0012] 圖6圖示了由本發(fā)明的超聲系統(tǒng)產(chǎn)生的三維血管圖。
[0013] 圖7圖示了通過利用本發(fā)明的探頭和系統(tǒng)掃描產(chǎn)生的三維血管圖的漸次組合。
[0014] 圖8圖示了在頸動脈中遇到的流狀況的譜多普勒顯示。
[0015] 圖9是在本發(fā)明的系統(tǒng)中對湍流和峰值收縮速度的自動評估的流程圖。
[0016] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的流分析的基本步驟的圖表。
[0017] 圖11圖示了具有其包絡(luò)被跟蹤的上或下極限的多普勒譜。
【具體實施方式】
[0018] 首先參考圖1，以方框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的超聲系統(tǒng)。超聲探 頭10包含換能器元件的換能器陣列12,換能器元件將超聲波發(fā)送到身體內(nèi)并接收返回的 回波信號以用于多普勒處理。通過控制系統(tǒng)射束形成器14的射束形成器控制器16提供對 超聲發(fā)送和接收的控制和計時。當(dāng)不以定相的方式操作換能器陣列時，射束形成器14不是 傳統(tǒng)的延遲與求和射束形成器。替代地，每個元件被單獨地致動以將超聲波從其前表面直 接發(fā)送到身體內(nèi)，并且個體地接收來自所述波的反射。射束形成器控制每個換能器的連續(xù) 發(fā)送-接收間隔（脈沖重復(fù)間隔或PRI)的計時，使得通過在感興趣的深度范圍上的連續(xù)深 度處的每個換能器元件來接收時間上間隔開的回波的組合，所述感興趣深度范圍是頸動脈 所位于的標(biāo)稱深度。然后，回波采樣的每個組合能夠是多普勒處理以檢測在每個換能器元 件前面的流狀況。正交帶通濾波器18將回波信號處理成正交I和Q分量。單獨分量由多普 勒角度估計器20用于估計在多普勒詢問要被執(zhí)行的每個換能器元件前面的深度處的多普 勒信號的相位或頻率移位。備選地，可以估計多普勒功率。通過多普勒角度估計器20產(chǎn)生 的在每個換能器前面的深度處的多普勒頻率或強度能夠被直接映射到在那些深度位置處 的流的速度值或多普勒功率。該多普勒數(shù)據(jù)被耦合到流圖像處理器30,其將所述數(shù)據(jù)空間 地處理成二維或三維圖像格式，其中，所述速度值被顏色或強度編碼。該空間多普勒血管圖 由顯示處理器36進(jìn)行處理，并且被顯示在顯示器52上以圖示陣列換能器下面的解剖結(jié)構(gòu) 中流發(fā)生的位置以及通過顏色編碼的所述流的速度和方向或通過強度調(diào)制的多普勒功率。 多普勒數(shù)據(jù)也被耦合到譜多普勒處理器32,其產(chǎn)生針對峰值收縮速度對多普勒數(shù)據(jù)的譜分 析和如下文描述的湍流分析。如下文所描述的，多普勒角度處理器40以針對多普勒詢問的 角度的處理為條件，所述多普勒詢問的角度優(yōu)選通過傾斜換能器元件的波發(fā)送的方向來設(shè) 置。圖形處理器34被提供以在顯示的圖像上覆蓋血管圖坐標(biāo)和諸如患者姓名的其他圖形 數(shù)據(jù)。如文下所描述的，體積繪制器24執(zhí)行對三維血管圖數(shù)據(jù)的體積繪制，以用于產(chǎn)生三 維血管圖。通過用戶控制50來操作整個系統(tǒng)。
[0019] 圖2圖示了用于本發(fā)明的探頭10的換能器陣列12。該實施例是針對具有總共80 個元件的探頭的陣列，每個元件測量3mm乘3mm，其被布置在包含10行乘8列的二維矩陣 中。在這樣的配置中，覆蓋的面積是30mm乘24_。具有小量元件和相對大的個體尺寸的元 件的換能器陣列比更精細(xì)間隔的陣列元件更容易切成塊，使得該陣列易于以高產(chǎn)量制造， 并且因此制造相對廉價。在選擇元件的數(shù)量中考慮的因素包括覆蓋率、分辨率和與標(biāo)準(zhǔn)超 聲探頭相比較提供可接受的精確度的數(shù)量。從3mm乘3mm至6mm乘6mm范圍的元件尺寸已 經(jīng)被發(fā)現(xiàn)對于與頸動脈的標(biāo)稱深度使用的非聚焦元件是可接受的。大約40_的陣列尺寸 已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)適合于覆蓋頸動脈的分支。如圖2圖示的，探頭旨在被放置為在頸動脈上方抵 靠患者的頸部。當(dāng)探頭孔徑與頸動脈縱向一致并且動脈的分叉處在視場之內(nèi)時，換能器將 覆蓋在一端具有頸總動脈（CCA)并且在另一端具有內(nèi)部（ICA)和外部（ECA)分支的頸動脈 的可感知區(qū)域。在探頭中的元件被放置成角度以提供30-60度的多普勒角度。眾所周知， 當(dāng)血流的方向正交于超聲波的方向時，不能夠獲得多普勒信號，并且當(dāng)將波指向與流一致 時獲得最大信號。由此，如果陣列12的元件筆直地瞄準(zhǔn)到身體內(nèi)，從緊接在陣列下面的頸 動脈流將實現(xiàn)很少或者沒有多普