用于對(duì)齊血管的超聲數(shù)據(jù)的空間不同的子體積的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)診斷超聲系統(tǒng)，并且尤其涉及用于對(duì)頸動(dòng)脈狹窄的自動(dòng)篩查的非 成像多普勒探頭系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 腦卒中是世界范圍內(nèi)的第三大死因。根據(jù)世界衛(wèi)生組織，在2002年腦卒中導(dǎo)致多 于550萬(wàn)人死亡，其中那些死亡中有約50%發(fā)生在中國(guó)和印度。盡管在發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)病率正 下降，但在美國(guó)腦卒中仍導(dǎo)致163000的死亡數(shù)。據(jù)認(rèn)為這些死亡中的很大一部分是頸動(dòng)脈 分叉中的疾病的結(jié)果。頸動(dòng)脈分叉，在其處頸總動(dòng)脈（CCA)分支成頸內(nèi)動(dòng)脈（ICA)和頸外 動(dòng)脈（ECA)，是動(dòng)脈粥樣硬化病的常見(jiàn)位點(diǎn)。ICA--向腦部供血的分支--的狹窄或變窄 很久以來(lái)就已知與缺血性腦卒中的發(fā)生有關(guān)。對(duì)頸動(dòng)脈狹窄的嚴(yán)重度的應(yīng)用已演變?yōu)閷?duì)腦 卒中風(fēng)險(xiǎn)的替代指標(biāo)。
[0003] 頸動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和與腦卒中相關(guān)聯(lián)的死亡是發(fā)展中國(guó)家日益突出的問(wèn)題。 在這些國(guó)家，能夠在低資源環(huán)境中使用的頸動(dòng)脈篩查設(shè)備將通過(guò)提供幾個(gè)特征來(lái)解決該日 益嚴(yán)重的問(wèn)題。首先，在這些環(huán)境中常常缺乏技術(shù)人員，并且因此設(shè)備應(yīng)當(dāng)能夠以最少的訓(xùn) 練和指導(dǎo)來(lái)使用。第二，設(shè)備應(yīng)當(dāng)便宜，以便在這些環(huán)境中可負(fù)擔(dān)得起。第三，設(shè)備應(yīng)當(dāng)能 夠以高度自動(dòng)的方式歸類頸動(dòng)脈中狹窄的程度，無(wú)需使用在農(nóng)村環(huán)境可能得不到的高端雙 超聲掃描器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本發(fā)明的原理，一種用于頸動(dòng)脈診斷的診斷超聲系統(tǒng)包括簡(jiǎn)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，其帶有低計(jì)數(shù)的相對(duì)大尺寸的元件，該 相對(duì)大尺寸能夠覆蓋頸動(dòng)脈在其分叉處的面積。所述大尺寸元件非相控地獨(dú)立運(yùn)行，由此 降低多普勒系統(tǒng)的成本。本發(fā)明的所述探頭和系統(tǒng)能夠產(chǎn)生頸動(dòng)脈血流在二維或三維中表 示，并且能夠通過(guò)隨著探頭在血管上被移動(dòng)匹配頸動(dòng)脈流的片段而組裝流的擴(kuò)展視圖。在 頸動(dòng)脈已被定位后，通過(guò)對(duì)峰值收縮期速度和血流湍流的自動(dòng)測(cè)量，來(lái)評(píng)估狹窄的程度。
【附圖說(shuō)明】
[0005] 在附圖中：
[0006] 圖1以方框圖形式圖示根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的超聲系統(tǒng)。
[0007] 圖2圖示本發(fā)明的探頭的陣列換能器中的元件的大小和尺寸。
[0008]圖2a圖示針對(duì)良好多普勒接收，圖2的陣列中的換能器元件的角度。
[0009] 圖3圖示本發(fā)明的超聲系統(tǒng)的探頭放置顯示，其在頸動(dòng)脈上的恰當(dāng)探頭布置中引 導(dǎo)操作者。
[0010]圖4在元件的離散的行中圖示本發(fā)明的多普勒探頭的操作。
[0011] 圖5圖示由本發(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圖示對(duì)通過(guò)利用本發(fā)明的探頭和系統(tǒng)進(jìn)行掃描產(chǎn)生的三維血管圖的漸進(jìn)性 組裝。
[0014] 圖8圖示對(duì)頸動(dòng)脈中遇到的流狀態(tài)的譜學(xué)多普勒顯示。
[0015] 圖9為在本發(fā)明的系統(tǒng)中對(duì)湍流和峰值收縮期速度的自動(dòng)評(píng)估的流程。
[0016] 圖10為根據(jù)本發(fā)明的流分析的基本步驟的圖解。
[0017] 圖11圖示了多普勒譜學(xué)，其中，其包絡(luò)的上下極值被跟蹤。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 首先參考圖1，以方框圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的超聲系統(tǒng)。超聲探頭 10包括換能器元件的換能器陣列12,換能器元件將超聲波發(fā)射到身體中并接收返回的回 波信號(hào)以供多普勒處理。對(duì)超聲發(fā)射和接收的控制和計(jì)時(shí)由控制系統(tǒng)波束形成器14的波 束形成器控制器16提供。波束形成器14不是常規(guī)的延遲求和波束形成器，這是因?yàn)閾Q能 器陣列不是以相控方式來(lái)操作的。相反，每個(gè)元件被單獨(dú)致動(dòng)以將超聲波從其正面直接發(fā) 射到身體中，并各自地接收來(lái)自波的反射。波束形成器控制對(duì)每個(gè)換能器的連續(xù)發(fā)射接收 間隔的計(jì)時(shí)（脈沖重復(fù)間隔或PRI)，使得由每個(gè)換能器元件在感興趣深度范圍上的連續(xù)深 度處接收時(shí)間間隔回波的集合，該感興趣深度范圍為頸動(dòng)脈位于其處的名義深度。回波樣 本的每個(gè)集合然后能夠被多普勒處理，以探測(cè)在每個(gè)換能器元件前方的流狀況。正交帶通 濾波器18將回波信號(hào)處理成正交的I和Q分量。單獨(dú)的分量被多普勒角度估計(jì)器20用于 估計(jì)多普勒信號(hào)在每個(gè)換能器元件前方要在其中執(zhí)行多普勒詢問(wèn)的深度處的相移或頻移。 備選地可以估計(jì)多普勒功率。由多普勒角度估計(jì)器20產(chǎn)生的在每個(gè)換能器前方的深度處 的多普勒頻率或強(qiáng)度能夠被直接映射到在那些深度位置處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,流圖像處理器30將數(shù)據(jù)空間處理成二維或三維圖像 格式，在其中速度值被顏色或強(qiáng)度編碼。該空間多普勒血管圖被顯示處理器36處理并被顯 示在顯示器52上，以通過(guò)顏色編碼圖示在陣列換能器下方的解剖結(jié)構(gòu)中在其中發(fā)生流動(dòng) 的位置以及該流動(dòng)的速度和方向，或者通過(guò)強(qiáng)度調(diào)制圖示多普勒功率。多普勒數(shù)據(jù)也被耦 合到譜學(xué)多普勒處理器32,譜學(xué)多普勒處理器32產(chǎn)生對(duì)多普勒數(shù)據(jù)的譜學(xué)分析，用于如下 文描述的峰值收縮期速度和湍流分析。多普勒角度處理器40調(diào)整針對(duì)多普勒詢問(wèn)的角度 的過(guò)程，該過(guò)程優(yōu)選地如下文描述地通過(guò)傾斜由換能器元件的波發(fā)射的方向來(lái)設(shè)置。圖形 處理器34被提供為在所顯示的圖像上疊加血管圖坐標(biāo)與其他圖形數(shù)據(jù)，例如患者姓名。體 積繪制器24執(zhí)行對(duì)三維血管圖數(shù)據(jù)的體積繪制，以產(chǎn)生三維血管圖，如下文所描述。整個(gè) 系統(tǒng)由通過(guò)用戶控制50來(lái)操作。
[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(shí)施例為帶有被布置在包 含10行乘8列的二維矩陣中的總計(jì)80個(gè)元件的探頭的陣列，每個(gè)元件測(cè)量有3mm乘3mm 大。在這樣的配置中，覆蓋面積為30mm乘24mm。具有該小數(shù)目的元件以及該相對(duì)大的個(gè) 體尺寸的元件的換能器陣列比間隔細(xì)密的陣列元件更容易切塊，使該陣列制造簡(jiǎn)單且高產(chǎn) 出率，并且因此相對(duì)地造價(jià)低廉。在選擇元件的數(shù)目中考慮的因素包括覆蓋范圍、分辨率， 以及提供與標(biāo)準(zhǔn)超聲探頭相比可接受的準(zhǔn)確度的數(shù)目。已發(fā)現(xiàn)范圍從3_乘3_至6_乘 6_的元件尺寸對(duì)于與頸動(dòng)脈的名義深度一起使用的非聚焦元件而言是可接受的。已發(fā)現(xiàn) 40mm左右的陣列尺寸適合于覆蓋頸動(dòng)脈的分支。如圖2中所圖示，探頭旨在被放置為在 頸動(dòng)脈上抵靠患者的頸部。當(dāng)探頭的孔與頸動(dòng)脈縱向成一線并且動(dòng)脈的分叉在視場(chǎng)內(nèi)時(shí)， 換能器將覆蓋頸動(dòng)脈的客觀的面積，其中在一端為頸總動(dòng)脈（CCA)并且在另一端為內(nèi)分支 (ICA)和外分支（ECA)。探頭中的元件以一角度被放置為提供30-60度的多普勒角度。如 周知的，當(dāng)血流的方向正交于超聲波的方向時(shí)，不能夠獲得多普勒信號(hào)，并且當(dāng)波被定向?yàn)?與流成一線時(shí)獲得最大信號(hào)。因此，如果陣列12中的元件直接瞄準(zhǔn)到身體中，則從直接在 陣列下方的頸動(dòng)脈流幾乎不會(huì)或不會(huì)認(rèn)識(shí)到多普勒信號(hào)。為了考慮到該方向敏感性，陣列 12中的元件被成角為偏離垂直30-60度的角度，如圖2a中圖示。已發(fā)現(xiàn)30度左右的傾斜 產(chǎn)生可接受的結(jié)果。額外的成角能夠通過(guò)在掃描期間使探頭相對(duì)于皮膚傾斜來(lái)提供。該圖 示出前四行元件中的端部元件12-1、12-2、12-3和12-4,它們通過(guò)將換能器透鏡材料層11 被以選定多普勒角度傾斜并被保持在適當(dāng)位