用于頸動(dòng)脈狹窄的自動(dòng)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(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] 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(jì)，在2002年，卒中造 成超過(guò)5. 5百萬(wàn)人死亡，這些死亡中的大約50%發(fā)生在中國(guó)和印度。盡管在發(fā)達(dá)國(guó)家中的 發(fā)生率正在下降，然而在美國(guó)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(dòng)脈分叉中的疾病的結(jié)果。頸動(dòng)脈分叉，在該位置處頸總動(dòng)脈（CCA)分支成內(nèi)部（ICA) 和外部（ECA)頸動(dòng)脈，是動(dòng)脈粥樣硬化疾病的常見(jiàn)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(shí)與缺血性卒中的發(fā)生有關(guān)。頸動(dòng)脈狹窄的嚴(yán)重性的使用已經(jīng)演變?yōu)?卒中風(fēng)險(xiǎn)的替代測(cè)量。
[0003] 頸動(dòng)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(guó)家越來(lái)越成為問(wèn)題。 在這些國(guó)家中，能夠在低資源環(huán)境中使用的頸動(dòng)脈篩查設(shè)備通過(guò)提供若干特征將解決這一 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，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(jià)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(dòng)化的方式對(duì)頸動(dòng)脈中的狹窄的程度進(jìn)行分類，而無(wú)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(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，所述換能器元件的二維陣列具有相對(duì)大 尺寸的少數(shù)元件，其能夠覆蓋在頸動(dòng)脈的分叉處的頸動(dòng)脈的區(qū)域。所述大尺寸的元件被獨(dú) 立地操作而無(wú)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(dòng)脈血流的表示，并且當(dāng)探頭在血管上方移動(dòng)時(shí)，通過(guò)匹配頸動(dòng)脈流的段， 能夠組合流的延伸視圖。一旦已經(jīng)定位了頸動(dòng)脈，通過(guò)對(duì)峰值收縮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(duì)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(dòng)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(guò)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(dòng)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(duì)湍流和峰值收縮速度的自動(dòng)評(píng)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(shí)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(hào)以用于多普勒處理。通過(guò)控制系統(tǒng)射束形成器14的射束形成器控制器16提供對(duì) 超聲發(fā)送和接收的控制和計(jì)時(shí)。當(dāng)不以定相的方式操作換能器陣列時(shí)，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(gè)元件被單獨(dú)地致動(dòng)以將超聲波從其前表面直 接發(fā)送到身體內(nèi)，并且個(gè)體地接收來(lái)自所述波的反射。射束形成器控制每個(gè)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(jì)時(shí)，使得通過(guò)在感興趣的深度范圍上的連續(xù)深 度處的每個(gè)換能器元件來(lái)接收時(shí)間上間隔開(kāi)的回波的組合，所述感興趣深度范圍是頸動(dòng)脈 所位于的標(biāo)稱深度。然后，回波采樣的每個(gè)組合能夠是多普勒處理以檢測(cè)在每個(gè)換能器元 件前面的流狀況。正交帶通濾波器18將回波信號(hào)處理成正交I和Q分量。單獨(dú)分量由多普 勒角度估計(jì)器20用于估計(jì)在多普勒詢問(wèn)要被執(zhí)行的每個(gè)換能器元件前面的深度處的多普 勒信號(hào)的相位或頻率移位。備選地，可以估計(jì)多普勒功率。通過(guò)多普勒角度估計(jì)器20產(chǎn)生 的在每個(gè)換能器前面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 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(qiáng)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(guò)顏色編碼的所述流的速度和方向或通過(guò)強(qiáng)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(duì)峰值收縮速度對(duì)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(duì)多普勒詢問(wèn)的 角度的處理為條件，所述多普勒詢問(wèn)的角度優(yōu)選通過(guò)傾斜換能器元件的波發(fā)送的方向來(lái)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(duì)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(guò)用戶控制50來(lái)操作整個(gè)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(shí)施例是針對(duì)具有總共80 個(gè)元件的探頭的陣列，每個(gè)元件測(cè)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(duì)大的個(gè)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(duì)廉價(jià)。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(duì)于與頸動(dòng)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(dòng)脈的分支。如圖2圖示的，探頭旨在被放置為在頸動(dòng)脈上方抵 靠患者的頸部。當(dāng)探頭孔徑與頸動(dòng)脈縱向一致并且動(dòng)脈的分叉處在視場(chǎng)之內(nèi)時(shí)，換能器將 覆蓋在一端具有頸總動(dòng)脈（CCA)并且在另一端具有內(nèi)部（ICA)和外部（ECA)分支的頸動(dòng)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(shí)，不能夠獲得多普勒信號(hào)，并且當(dāng)將波指向與流一致 時(shí)獲得最大信號(hào)。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(dòng)脈流將實(shí)現(xiàn)很少或者沒(méi)有多普