用于對齊血管的超聲數(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] 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550萬人死亡，其中那些死亡中有約50%發(fā)生在中國和印度。盡管在發(fā)達國家發(fā)病率正 下降，但在美國腦卒中仍導(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脈 分叉中的疾病的結(jié)果。頸動脈分叉，在其處頸總動脈（CCA)分支成頸內(nèi)動脈（ICA)和頸外 動脈（ECA)，是動脈粥樣硬化病的常見位點。ICA--向腦部供血的分支--的狹窄或變窄 很久以來就已知與缺血性腦卒中的發(fā)生有關(guān)。對頸動脈狹窄的嚴(yán)重度的應(yīng)用已演變?yōu)閷δX 卒中風(fēng)險的替代指標(biāo)。
[0003] 頸動脈粥樣硬化的發(fā)生和與腦卒中相關(guān)聯(lián)的死亡是發(fā)展中國家日益突出的問題。 在這些國家，能夠在低資源環(huán)境中使用的頸動脈篩查設(shè)備將通過提供幾個特征來解決該日 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，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 夠以高度自動的方式歸類頸動脈中狹窄的程度，無需使用在農(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，其帶有低計數(shù)的相對大尺寸的元件，該 相對大尺寸能夠覆蓋頸動脈在其分叉處的面積。所述大尺寸元件非相控地獨立運行，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)生頸動脈血流在二維或三維中表 示，并且能夠通過隨著探頭在血管上被移動匹配頸動脈流的片段而組裝流的擴展視圖。在 頸動脈已被定位后，通過對峰值收縮期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圖示對通過利用本發(fā)明的探頭和系統(tǒng)進行掃描產(chǎn)生的三維血管圖的漸進性 組裝。
[0014] 圖8圖示對頸動脈中遇到的流狀態(tài)的譜學(xué)多普勒顯示。
[0015] 圖9為在本發(fā)明的系統(tǒng)中對湍流和峰值收縮期速度的自動評估的流程。
[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 波信號以供多普勒處理。對超聲發(fā)射和接收的控制和計時由控制系統(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，這是因為換能 器陣列不是以相控方式來操作的。相反，每個元件被單獨致動以將超聲波從其正面直接發(fā) 射到身體中，并各自地接收來自波的反射。波束形成器控制對每個換能器的連續(xù)發(fā)射接收 間隔的計時（脈沖重復(fù)間隔或PRI)，使得由每個換能器元件在感興趣深度范圍上的連續(xù)深 度處接收時間間隔回波的集合，該感興趣深度范圍為頸動脈位于其處的名義深度。回波樣 本的每個集合然后能夠被多普勒處理，以探測在每個換能器元件前方的流狀況。正交帶通 濾波器18將回波信號處理成正交的I和Q分量。單獨的分量被多普勒角度估計器20用于 估計多普勒信號在每個換能器元件前方要在其中執(zhí)行多普勒詢問的深度處的相移或頻移。 備選地可以估計多普勒功率。由多普勒角度估計器20產(chǎn)生的在每個換能器前方的深度處 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 的位置以及該流動的速度和方向，或者通過強度調(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)整針對多普勒詢問的角度 的過程，該過程優(yōu)選地如下文描述地通過傾斜由換能器元件的波發(fā)射的方向來設(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 系統(tǒng)由通過用戶控制50來操作。
[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80個元件的探頭的陣列，每個元件測量有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大的個 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，使該陣列制造簡單且高產(chǎn) 出率，并且因此相對地造價低廉。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_的元件尺寸對于與頸動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脈的分支。如圖2中所圖示，探頭旨在被放置為在 頸動脈上抵靠患者的頸部。當(dāng)探頭的孔與頸動脈縱向成一線并且動脈的分叉在視場內(nèi)時， 換能器將覆蓋頸動脈的客觀的面積，其中在一端為頸總動脈（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，不能夠獲得多普勒信號，并且當(dāng)波被定向為 與流成一線時獲得最大信號。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 陣列下方的頸動脈流幾乎不會或不會認(rèn)識到多普勒信號。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在掃描期間使探頭相對于皮膚傾斜來提供。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