專利名稱：介入式超聲組織硬度獲取法及介入超聲硬度檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人體物理參數(shù)獲取方法及超聲診斷儀器，同時涉及介入微創(chuàng)信息獲取技術(shù)。用于心肌、大血管和其它人體深部內(nèi)臟組織硬度值的獲取。是一種利用導(dǎo)管介入技術(shù)，在人或動物活體深部獲取并分析組織應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，從而直接獲得人體組織彈性參數(shù)和屬性的方法。所獲取的信息有益于協(xié)助醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷。
背景技術(shù)：
活體組織的硬度是表征組織是否病變的重要指標(biāo)，判斷心肌、血管和內(nèi)臟組織硬度改變具有重要作用。心肌缺血、陳舊性心肌梗死、高血壓、動脈硬化、組織癌變、組織鈣化、纖維化等可使活體組織或臟器硬度增加，而心肌發(fā)育不良、囊腫等病變組織硬度降低。組織硬度的增加還可顯著影響臟器的功能。如心肌僵硬度增加可導(dǎo)致舒張性心力衰竭；陳舊性心肌梗死形成的瘢痕導(dǎo)致心肌局部僵硬度的顯著增加而影響心臟的收縮和舒張功能；動脈的硬度增加損害血管的彈性及功能；中文的“癌”字有石頭樣組織硬變的意思，局部組織的硬度異常增加可能是發(fā)生了癌癥等病變。因此定量檢測人體組織，尤其是深部臟器組織的硬度，在醫(yī)學(xué)研究及臨床實踐中具有重要的參考價值。
組織硬變更多地發(fā)生在心臟、血管及其它深部體腔內(nèi)，且缺乏直接的檢測方法。獲得直接的組織硬度對臨床診斷十分重要，如心肌僵硬度增加導(dǎo)致的舒張性心力衰竭在我國至少有400萬人，在臨床上使用“排除法”進(jìn)行診斷。心肌硬度(hardness or stiffness反映心肌在受到應(yīng)力作用發(fā)生應(yīng)變的能力)這一被動彈性物理特征與患者臨床表現(xiàn)直接相關(guān)，但目前由于不能直接測量心肌硬度而缺乏參考的“金標(biāo)準(zhǔn)”。該領(lǐng)域?qū)W者對現(xiàn)狀感到失望，急切呼喚新的信號檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)。目前“血管硬化”這一固有的病理表現(xiàn)不是直接測量而是依靠其它方法推斷的。在粘膜下的胃癌如能夠檢測其硬度可作為胃鏡診斷的重要補充。但目前缺乏能在深部體腔直接測量組織僵硬度的方法和儀器。
目前已有利用印壓原理，通過對人體某組織施加一定壓力，并用超聲等手段檢測組織的形變量，分析應(yīng)力—應(yīng)變的關(guān)系從而定量檢測比較生物組織硬度的方法?，F(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用印壓方法評價人體組織的僵硬度，如測量體表腫瘤及瘢痕等，只能在體表，或借助直硬的延伸部分進(jìn)行較表淺的組織分析測量，這些儀器通常在體外通過手執(zhí)或安裝在機(jī)械裝置上，體積大且不夠靈巧，更不能實現(xiàn)在心臟腔內(nèi)、血管內(nèi)和其它內(nèi)臟中檢測組織硬度用于協(xié)助醫(yī)學(xué)診斷的要求。而非印壓技術(shù)(如多普勒超聲等)對心臟血管內(nèi)臟等活體組織僵硬度的檢測是間接的，受影響的因素較多而準(zhǔn)確性不高。另外一類方法是應(yīng)用心導(dǎo)管技術(shù)，分析心臟的壓力-容積的關(guān)系變化來檢測心室的順應(yīng)性，從而間接評估心肌僵硬度的方法，該方法適應(yīng)介入微創(chuàng)的要求，實際上獲得的是心室腔僵硬度常數(shù)(constant of chamber stiffness)，并非直接反映心肌的被動物理屬性，受到心室大小等影響而不夠準(zhǔn)確；尤其是該方法不能夠檢測局部組織(如心肌梗死后形成的瘢痕、腫瘤局部組織等)僵硬度的變化。通過跟蹤研究及動態(tài)文獻(xiàn)檢索，尚未發(fā)現(xiàn)有通過導(dǎo)管進(jìn)入心血管及其它內(nèi)臟腔內(nèi)獲取組織應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系、從而得到心血管組織及內(nèi)臟組織僵硬度的方法和儀器。一般情況下進(jìn)入心血管系統(tǒng)內(nèi)、尤其是心腔內(nèi)獲取信息十分困難，隨著心血管介入技術(shù)的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)化，該儀器的設(shè)計研制成為可能；另一方面隨著對疾病病理生理認(rèn)識的深入，在一些病理情況下迫切需要獲取人體活體組織的僵硬度用于協(xié)助診斷，如準(zhǔn)確獲取心肌僵硬度對診斷心臟舒張功能異常有決定性意義，為大血管硬化的診斷提供定量化的“金指標(biāo)”。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的之一是提供一種借助心導(dǎo)管技術(shù)平臺的介入式超聲組織硬度獲取法。
本發(fā)明的目的之二是提供一種介入式超聲硬度檢測儀。
根據(jù)所述方法，通過導(dǎo)管介入臟器“觸摸”深部組織，定量檢測表征組織硬度和彈性的基本參數(shù)—組織的楊氏模量及其它指標(biāo)用于研究及協(xié)助醫(yī)學(xué)診斷，從而發(fā)明借助導(dǎo)管技術(shù)介入心血管及深部臟器腔內(nèi)，利用導(dǎo)管頂端的水囊對組織施壓，利用超聲檢測組織的形變量，通過分析組織對應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)變的能力獲得組織硬度資料的方法—介入超聲組織硬度檢測法。同時本方案應(yīng)用成熟的心血管介入診斷導(dǎo)管作為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將用于檢測組織形變的超聲探頭微型化，可實時監(jiān)測導(dǎo)管對組織施加的壓力，應(yīng)用成熟的可控彎曲導(dǎo)管技術(shù)，設(shè)計可在體腔內(nèi)靈活運動，對心肌、血管、胃腸道等組織進(jìn)行硬度檢測的導(dǎo)管及主機(jī)。本方案應(yīng)用成熟技術(shù)組合，實現(xiàn)超聲印壓診斷系統(tǒng)的導(dǎo)管化，從而發(fā)明經(jīng)導(dǎo)管超聲硬度檢測方法及相對應(yīng)的介入超聲硬度獲取儀器—超聲導(dǎo)管硬度檢測儀，為心臟血管及深部內(nèi)臟組織硬度的檢測提供途徑及方法。
為實現(xiàn)上述目的一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的，即一種導(dǎo)管超聲硬度信息獲取法，方法包括以下步驟1、建立或設(shè)立由介入導(dǎo)管承載的超聲換能器及壓力傳感器結(jié)構(gòu)；2、通過可在體外操控的介入導(dǎo)管將壓力通過水囊施加到被檢組織上，該施加的力被壓力傳感器實時連續(xù)記錄；同時，超聲換能器實時連續(xù)的接收被檢測組織受壓過程中回聲信號的變化，并通過M型超聲心動圖模式顯示組織厚度變化的圖象；3、建立壓力信號隨時間變化的曲線與M型超聲心動圖模式顯示組織厚度變化的圖象之間的疊加或?qū)φ請D形；在所述疊加或?qū)φ請D上選擇到需要檢測時段圖像停幀，然后取壓力曲線上加壓或減壓時間段，測量其壓力變化數(shù)值和厚度變化值；4、在組織形變量和壓力檢測值獲得后，根據(jù)施加在組織上的壓力與形變的關(guān)系，用上述壓力值與厚度變化值的比值表征組織硬度；同時可利用公式E＝P(1-ν2)/2awκ(ν，a/h)獲得被檢組織的楊氏模量E，公式中p為施加的力，w為形變量即厚度變化值，a為印壓水囊半徑，ν為泊松比，該泊松比值一般活體組織取值0.45，h為被檢組織厚度，κ為比例因子，當(dāng)a/h小于1/2時，κ可取值為1。
為實現(xiàn)本發(fā)明的第二個目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，即一種介入超聲硬度檢測儀，包括超聲硬度檢測導(dǎo)管和主機(jī)，其特征是導(dǎo)管的頭端固定有液囊，液囊之后固定有超聲換能器，導(dǎo)管的頭端或末端安裝有壓力傳感器，導(dǎo)管頭端固定有支撐環(huán)管及與之連接的操控拉力鋼絲，導(dǎo)管的末端連接操作手柄，所述操作手柄末端外套底部連接操控拉力鋼絲；所述超聲換能器的供電線及信號線由導(dǎo)管的末端穿出與主機(jī)連接。
所述導(dǎo)管為單管結(jié)構(gòu)時，液囊之后固定的超聲換能器為圓柱體，在液囊與超聲換能器之間安裝壓力傳感器；當(dāng)導(dǎo)管為同軸雙管結(jié)構(gòu)時，超聲換能器為環(huán)狀圓柱體，安裝在導(dǎo)管頭端的中心管與外管之間，液囊與中心管頭端連通，壓力傳感器安裝在與中心管末端連通的液囊三通內(nèi)；導(dǎo)管的電源線和信號線通過電纜線與主機(jī)相連接。
所述主機(jī)包括超聲放大器、壓力放大器、心電放大器、A/D轉(zhuǎn)換、中央控制CPU、控制面板、監(jiān)視器；其中所述超聲換能器發(fā)射及接收的超聲信號與中央控制CPU數(shù)據(jù)輸入端連接，換能器接收到的信號經(jīng)放大及A/D轉(zhuǎn)換后送入中央控制CPU，以M型方式顯示被檢組織厚度；所述壓力傳感器實時接受對被壓組織施加的壓力，其壓力信號經(jīng)放大及A/D轉(zhuǎn)換后送入中央控制CPU，以曲線方式顯示壓力變化。心電放大器實時采集心電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入中央控制，顯示心電圖曲線。中央控制CPU為主機(jī)核心，控制超聲發(fā)射信號、分析計算及顯示回聲超聲及壓力信號?？刂泼姘逶谄胀ǔ曉\斷儀上改進(jìn)，與中央控制CPU相連接，用于控制儀器狀態(tài)、輸入數(shù)據(jù)及資料、進(jìn)行測量等。超聲、壓力及心電信號整合后在顯示器以M型模式顯示超聲信號，并同屏同步動態(tài)顯示壓力心電圖等生理信號，按本方案顯示組織硬度曲線等資料。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明產(chǎn)生的積極效果是(1)、裝置導(dǎo)管化克服現(xiàn)有印壓硬度檢測方法及裝置難以對深部甚至心血管組織硬度檢測的困難。借助心導(dǎo)管技術(shù)平臺，按心導(dǎo)管的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，很容易通過血管鞘安全地進(jìn)入心臟及大血管；并按這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入內(nèi)臟無明顯技術(shù)困難。通過導(dǎo)管延伸觸覺，使感知心肌、大血管及內(nèi)臟的硬度成為可能。
(2)、可操控性有效實現(xiàn)對不同靶部位組織硬度的獲取。利用導(dǎo)管的可控彎等技術(shù)實現(xiàn)在體外用X線、內(nèi)窺鏡、超聲等技術(shù)引導(dǎo)到達(dá)檢測部位，利用不同大小、形狀的彎度，實現(xiàn)局部“點”部位組織硬度的檢測，為局部組織硬度檢測提供基本方法。
(3)、導(dǎo)管頂部的水囊設(shè)計有利于保護(hù)組織，進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測并傳導(dǎo)壓力。有利于均勻準(zhǔn)確地傳導(dǎo)對組織施加的壓力，有利于超聲對組織印壓深度的準(zhǔn)確檢測并避免對被檢測組織的損傷。
(4)、直接獲得被檢組織的硬度和楊氏模量，利用本方案提供的軟件，便捷獲得被檢組織的硬度和彈性信息。
本發(fā)明可直接同時獲得被檢組織承受的應(yīng)力和該組織產(chǎn)生的應(yīng)變，并在直觀的圖象上通過簡單的測量、設(shè)置和自動計算，即可獲得組織被動形變能力的硬度和彈性模量等基本物理量，為科學(xué)研究和臨床檢測組織硬度提供直接、便捷的手段和方法。


圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為導(dǎo)管頭端的剖面放大示意圖；圖3、4分別為圖2的A-A、B-B剖面示意圖；圖5為本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。
參見附圖圖中1-水囊三通、2-電源線接插口、3-導(dǎo)管延長線、4-導(dǎo)管操作手炳、5-導(dǎo)管彎曲拉桿、6-導(dǎo)管體、7-導(dǎo)管頭、8-拉力鋼絲、9-超聲換能器電源線、10-支撐金屬環(huán)、11-超聲換能器背材、12-壓電陶瓷、13-匹配層、14-水囊、15-導(dǎo)管壁、16-導(dǎo)水管、17-拉力鋼絲附著點、18-填充粘接膠。
具體實施例方式
實施例1 介入式超聲組織硬度獲取法對檢測導(dǎo)管的基本要求檢測導(dǎo)管的外形尺寸類似于射頻消融電極導(dǎo)管。導(dǎo)管外徑6F，借助血管鞘可經(jīng)股動脈、橈動脈等途徑進(jìn)入左心室、主動脈弓、胸腹主動脈等，經(jīng)股靜脈可進(jìn)入腔靜脈、右心系統(tǒng)直至肺動脈。直接或借助內(nèi)窺鏡進(jìn)入胃、食道、結(jié)腸或子宮；借助體腔鏡技術(shù)進(jìn)入胸腹腔等(如借助腹腔鏡)可進(jìn)入腹腔。
檢測導(dǎo)管的可控彎曲原理與射頻消融電極導(dǎo)管相似。通過對被檢組織施加應(yīng)力，或借助臟器自身的舒縮獲取硬度參數(shù)。導(dǎo)管彎的大小根據(jù)被檢臟器不同腔室大小等性質(zhì)作不同的選擇。
安裝在導(dǎo)管頂端的液囊要求在導(dǎo)管對組織施壓時水囊基本不變形，且超聲對水囊接觸組織厚度的檢測有很高的精度。
所述導(dǎo)管的頂端預(yù)先成型的圓柱狀低順應(yīng)性材料(如聚氨酯膜)的可充液囊，液囊高約2mm，直徑約2mm，囊壁有足夠的張力(1大氣壓以上，＞760mmHg)，在輕壓組織時液囊無明顯形變，液囊的頂部近似于一個平面。液囊后的超聲換能器前端有聲透鏡匹配層13，能夠?qū)⒙暿劢?，使其有更高的檢測精度。
實施例2，介入超聲組織硬度信息獲取法的基本操作過程將導(dǎo)管以普通介入導(dǎo)管方式送入體內(nèi)，導(dǎo)管頭沿垂直被檢組織方向以水囊和組織表面以不同的力度接觸，對組織的壓力通過水囊液體傳導(dǎo)至壓力傳感器獲得實時壓力曲線，組織受到水囊觸壓后在導(dǎo)管長軸方向產(chǎn)生一定的形變，該形變被高分辨率的超聲檢測并以M型超聲模式與壓力和心電圖曲線同屏同步顯示和記錄。應(yīng)用本方案提供的計算機(jī)軟件，通過同步測量某些時間段對組織施加的壓力和組織厚度變化，即可得到硬度常數(shù)K值，并可根據(jù)公式計算活體組織的楊氏模量。
由于心肌、大血管等組織是擬彈性組織，可用彈性材料方法進(jìn)行近似研究。生物組織受到印壓力在厚度方向產(chǎn)生的形變量的關(guān)系為指數(shù)曲線，其僵硬度為應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線的切線斜率，但在較小的應(yīng)力作用時其應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系呈很好的線性關(guān)系(＜137克/平方厘米，2毫米直徑探頭)，即所謂增量定律。故只要使用適當(dāng)?shù)膲毫?，通過至少兩點應(yīng)力對應(yīng)其應(yīng)變的測值即可通過線性分析獲得組織的硬度值，并可利用公式E＝P(1-ν2)/2awκ(ν，a/h)獲得被檢組織的楊氏模量，從而用于比較研究和協(xié)助醫(yī)學(xué)診斷。
實施例3 導(dǎo)管超聲硬度信息獲取法方法包括以下步驟a、建立或設(shè)立由介入導(dǎo)管承載的超聲換能器及壓力傳感器結(jié)構(gòu)；b、通過介入導(dǎo)管將壓力施加到被檢組織，該施加的力被壓力傳感器實時連續(xù)記錄；同時，超聲換能器實時連續(xù)的接受被檢測組織受壓過程中回聲信號的變化，并通過M型超聲心動圖模式顯示組織厚度變化的圖象。
c、建立壓力信號曲線與M型超聲心動圖模式顯示組織厚度變化的圖象之間的疊加或?qū)φ請D形；在所述疊加圖上選擇檢測壓力與形變厚度同步顯示好的圖象停幀，然后取壓力曲線上加壓或減壓時間段，測量其壓力變化數(shù)值和厚度變化值；
d、彈性體檢測法將組織作擬彈性研究，測量組織硬度及楊氏模量其硬度及楊氏模量是表征組織硬度的通用指標(biāo)，通過建立被檢組織硬度或楊氏模量的正常值范圍，可判斷組織硬度是否正常，從而用于協(xié)助醫(yī)學(xué)研究或臨床診斷。根據(jù)施加的壓力與形變的關(guān)系，用壓力與形變的比值表征組織硬度；利用公式E＝P(1-ν2)/2awκ(ν，a/h)獲得被檢組織的楊氏模量E，公式中p為施加的力，w為形變量，a為印壓水囊半徑，ν為泊松比(一般活體組織取值0.45)，h為被檢組織厚度，κ為比例因子(當(dāng)a/h小于1/2時，κ可取值為1)。如p＝0.1N，W＝1.2×10-3m，a＝1×10-3m，κ＝1，根據(jù)上式計算出該標(biāo)本的楊氏模量為E＝3.33×104Pa。
e、同步監(jiān)測心電信號，協(xié)助對檢測時相進(jìn)行分析。如進(jìn)行心臟測量時可幫助我們判別心臟的收縮期及舒張期，對其他測量時進(jìn)行監(jiān)護(hù)。
(4)、介入超聲組織硬度信息獲取流程超聲檢測導(dǎo)管進(jìn)入體內(nèi)用X線、內(nèi)窺鏡、體腔鏡、超聲等醫(yī)學(xué)影像技術(shù)引導(dǎo)到達(dá)檢測部位。儀器主機(jī)CPU向超聲信號發(fā)生器發(fā)出控制信號，后者通過導(dǎo)線激勵在導(dǎo)管頂端的超聲換能器，發(fā)射脈沖超聲信號。換能器產(chǎn)生的超聲波通過前方的水囊進(jìn)入被探測組織，組織的回波信號被同一換能器接收，經(jīng)主機(jī)處理后以一維灰度沿時間展開方式顯示，即獲得M型超聲模式顯示。被檢組織的厚度、位置隨時間的變化被清晰顯示。同時對組織施加的壓力被壓力傳感器檢測并以壓力曲線的方式與M型超聲同時同屏顯示，為標(biāo)定心動周期時相，心電圖也實時同屏顯示。在取得滿意的圖象后停幀即可對某一時間段對組織施加的壓力及同一時間段組織產(chǎn)生的形變進(jìn)行測量，測量值進(jìn)入計算機(jī)后自動進(jìn)行計算，即可獲得被檢測部位組織的硬度和彈性參數(shù)。
實施例4、介入超聲硬度檢測儀(1)、儀器的結(jié)構(gòu)及主要部件的功能所述儀器包括超聲硬度檢測導(dǎo)管和主機(jī)，超聲硬度檢測導(dǎo)管的頭端固定有液囊14，液囊之后固定有超聲換能器，導(dǎo)管頭端固定有支撐環(huán)10及與之連接的操控拉力鋼絲8，超聲換能器由匹配層13、壓電陶瓷12及超聲換能器背材層疊粘接為一體；超聲換能元件的供電線及信號線由導(dǎo)管的末端穿出；導(dǎo)管的末端連接操作手柄4，所述操作手柄末端外套底部連接操控拉力鋼絲8，往后滑動導(dǎo)管彎曲拉桿5，拉力鋼絲張緊，導(dǎo)管彎曲。
附圖給出的是一個非限定性的實施例，實施例中所述超聲硬度檢測導(dǎo)管為同中心軸的雙管結(jié)構(gòu)時，超聲換能器為環(huán)狀圓柱體，安裝在導(dǎo)管頭端的中心管與外管之間，液囊與中心管頭端連通，壓力傳感器安裝在與中心管末端或與其連通的液囊三通內(nèi)；導(dǎo)管的電源線和信號線通過電纜線與主機(jī)相連接。
參見附圖4，所述主機(jī)包括超聲放大器、壓力放大器、心電放大器、A/D轉(zhuǎn)換、中央控制CPU、控制面板、監(jiān)視器組成；其中所述超聲換能器發(fā)射及接收的超聲信號與中央控制CPU連接，換能器接收到的信號經(jīng)放大及A/D轉(zhuǎn)換后送入中央控制CPU，以M型方式顯示被檢組織厚度；所述壓力傳感器實時接受對被壓組織施加的壓力，其壓力信號經(jīng)放大及A/D轉(zhuǎn)換后送入中央控制CPU，以曲線方式顯示壓力變化。心電放大器實時采集心電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入中央控制，顯示心電圖曲線。中央控制CPU為主機(jī)核心，控制超聲發(fā)射信號、分析計算及顯示回聲超聲及壓力信號?？刂泼姘逶谄胀ǔ曉\斷儀上改進(jìn)，與中央控制CPU相連接，用于控制儀器狀態(tài)、輸入數(shù)據(jù)及資料、進(jìn)行測量等。超聲、壓力及心電信號整合后在顯示器以M型模式顯示超聲信號，并同屏同步動態(tài)顯示壓力心電圖等生理信號，按本方案顯示組織硬度曲線等在實施例中所述超聲放大器、壓力放大器、心電放大器可以分別采用型號為AD623AN，ISO.ECG-1mV全隔離心電放大器。其中超聲換能器及放大器由汕頭超聲研究所購買。壓力傳感器及其放大器由蚌埠中星儀器儀表元件廠提供。心電放大器實時采集心電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入中央控制，顯示心電圖曲線，心電放大器由北京市海淀祥云計算機(jī)技術(shù)公司提供。
上述裝置中導(dǎo)管頭頂端的液囊，在給定壓力(1個大氣壓)下可行成一個較堅硬的柱狀水囊(直徑2毫米，高2毫米)；超聲換能器可沿導(dǎo)管長軸方向發(fā)射及接收超聲；壓力傳感器可實時連續(xù)精密地監(jiān)測壓力的變化；支撐金屬環(huán)固定在內(nèi)導(dǎo)管上，操控鋼絲連接在支撐金屬環(huán)10的外側(cè)方；其后與外導(dǎo)管體相連接，并用膠密封；內(nèi)管為一端水囊連通，另一端與水囊三通1連接的水管16。
當(dāng)儀器工作時，超聲硬度檢測導(dǎo)管按心血管介入要求進(jìn)入心臟、大血管或內(nèi)臟腔室或體腔后，內(nèi)管接口通過水囊三通與靜態(tài)壓力泵相連接，壓力泵在內(nèi)管中通入生理鹽水或造影劑，給予一定的靜壓力(約一個大氣壓)，通過內(nèi)管在導(dǎo)管頭頂端形成一個小的柱狀液囊。由于有1個大氣壓的靜壓力，在對組織輕輕觸壓時能保持其水囊的形狀。
導(dǎo)管頭在醫(yī)學(xué)圖象監(jiān)測引導(dǎo)下被操控調(diào)節(jié)到需要測量的部位，操作導(dǎo)管對被檢組織施加一定壓力，超聲換能器和壓力傳感器同步工作，同時檢測組織在承受不同壓力時，組織壁厚的變化。超聲換能器沿導(dǎo)管長軸方向前向發(fā)射并接收單聲束高頻超聲(約10MHz)；壓力傳感器高頻取樣，形成連續(xù)動態(tài)的壓力曲線。組織承受的壓力變化。超聲導(dǎo)管將壓力和組織厚度變化的信息同時傳輸?shù)街鳈C(jī)供分析研究之用主機(jī)將超聲信號處理后以M型超聲診斷模式顯示在顯示器上，壓力和心電圖曲線也同時可辨別地重疊顯示在同一圖框內(nèi)。主機(jī)的測量程序(與高分辨M型超聲心動圖測量程序相同，縱向測量精度為0.1毫米)臟器壁厚度和運動變化與壓力變化的關(guān)系，計算出被檢測組織僵硬度的數(shù)值。
本發(fā)明由于所述方法及裝置而產(chǎn)生的有益效果如下
A、本發(fā)明首次借助導(dǎo)管技術(shù)將超聲印壓硬度檢測方法用于深部內(nèi)臟組織的檢測，用最直接的方法獲得一些人體深部重要組織應(yīng)力—應(yīng)變的關(guān)系，從而能夠首次直接獲得心臟血管等臟器定量硬度信息，就象我們的手能夠直接“觸摸”到心肌等組織，使其定量化并更加精準(zhǔn)。
B、準(zhǔn)確探察人體深部組織的硬度，為了解人體病理狀態(tài)、診斷疾病提供重要甚至是決定性依據(jù)。如心肌僵硬度增加是引起心臟舒張功能障礙的主要因素，迄今沒有任何方法能夠在人及動物活體直接檢測到心肌的僵硬度。本發(fā)明能夠直接定量采集獲得代表心肌或組織的僵硬程度的信號參量，為心臟舒張功能不全等疾病的診斷提供客觀直接的依據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種介入式超聲組織硬度獲取法，方法包括以下步驟(1)建立或設(shè)立由介入導(dǎo)管承載的超聲換能器及壓力傳感器結(jié)構(gòu)；(2)通過可在體外操控的介入導(dǎo)管將壓力通過水囊施加到被檢組織上，該施加的力被壓力傳感器實時連續(xù)記錄；同時，超聲換能器實時連續(xù)的接收被檢測組織受壓過程中回聲信號的變化，并通過M型超聲心動圖模式顯示組織厚度變化的圖象；(3)建立壓力信號隨時間變化的曲線與M型超聲心動圖模式顯示組織厚度變化的圖象之間的疊加或?qū)φ請D形；在所述疊加或?qū)φ請D上選擇到需要檢測時段圖像停幀，然后取壓力曲線上加壓或減壓時間段，測量其壓力變化數(shù)值和厚度變化值；(4)在組織形變量和壓力檢測值獲得后，根據(jù)施加在組織上的壓力與形變的關(guān)系，用上述壓力值與厚度變化值的比值表征組織硬度；同時可利用公式E＝P(1-ν2)/2awκ(ν，a/h)獲得被檢組織的楊氏模量E，公式中p為施加的力，w為形變量即厚度變化值，a為印壓水囊半徑，ν為泊松比，該泊松比值一般活體組織取值0.45，h為被檢組織厚度，κ為比例因子，當(dāng)a/h小于1/2時，κ可取值為1。
2.一種介入超聲硬度檢測儀，包括超聲硬度檢測導(dǎo)管和主機(jī)，其特征是導(dǎo)管的頭端固定有液囊(14)，液囊之后固定有超聲換能器，導(dǎo)管的頭端或末端安裝有壓力傳感器；導(dǎo)管頭端固定有支撐環(huán)管及與之連接的操控拉力鋼絲，導(dǎo)管的末端連接操作手柄，所述操作手柄末端外套底部連接操控拉力鋼絲；導(dǎo)管內(nèi)的電源線和信號線通過電纜線與主機(jī)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的介入超聲硬度檢測儀，其特征是所述導(dǎo)管為單管結(jié)構(gòu)，超聲換能器為圓柱體，在液囊與超聲換能器之間安裝壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的介入超聲硬度檢測儀，其特征是導(dǎo)管為同中心軸雙管結(jié)構(gòu)，超聲換能器為環(huán)狀圓柱體，安裝在導(dǎo)管頭端的中心管與外管之間，液囊與中心管頭端連通，壓力傳感器安裝在與中心管末端連通的液囊三通內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2介入超聲硬度檢測儀，其特征是所述超聲換能器由匹配層(13)、壓電陶瓷(12)及超聲換能器背材層層疊粘接為一體；超聲換能元件的供電線及信號線由導(dǎo)管的末端穿出；導(dǎo)管的末端連接操作手柄(4)，所述操作手柄末端外套底部連接操控拉力鋼絲(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及的介入式超聲組織硬度獲取法，包括建立由介入導(dǎo)管承載的超聲換能器及壓力傳感器結(jié)構(gòu)；通過可在體外操控的介入導(dǎo)管將壓力通過水囊施加到被檢組織，連續(xù)記錄壓力及超聲換能器接收的回聲信號的變化，并通過M型超聲心動圖模式顯示組織厚度變化的圖象；測量其壓力變化數(shù)值和厚度變化值；用獲得的壓力值與厚度變化值的比值表征組織硬度，并計算出彈性模量。所述介入超聲硬度檢測儀包括超聲硬度檢測導(dǎo)管和主機(jī)，導(dǎo)管的頭端固定有液囊，液囊之后固定有超聲換能器及壓力傳感器；導(dǎo)管內(nèi)的電源線和信號線與主機(jī)相連接。本發(fā)明可直接獲得組織被動形變能力的硬度和彈性模量等基本物理量，為科學(xué)研究和臨床檢測組織硬度提供直接、可靠的信息。
文檔編號A61B8/12GK1663534SQ200510020378
公開日2005年9月7日 申請日期2005年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月5日
發(fā)明者黃晶, 鄧昌明, 鄭永平, 凌智瑜, 劉地川, 鄧輝勝 申請人:黃晶