專利名稱：測量心臟收縮功能的方法和裝置的制作方法
測量心臟收縮功能的方法和裝置本發(fā)明涉及測量心臟收縮功能的方法和裝置。心臟收縮功能的臨床評估是心臟學(xué)的重要部分，用于檢測多種心臟病理，諸如擴(kuò)張或肥大的心肌癥、心肌梗塞、心肌缺血等。心臟收縮功能通常是通過收縮末期壓力-容量關(guān)系(ESPVR)作出評估，一般需要對病人進(jìn)行多次多個(gè)心搏周期的介入測量。所述ESPVR呈現(xiàn)線性關(guān)系的特性，尤其是其斜率、心臟收縮末期彈性(elastance) (Emax或Ees)。為了避免上述缺點(diǎn)，已經(jīng)設(shè)計(jì)出了用于估計(jì)ESPVR的非介入方法。例如， W0-A-98/19594描述了這種非介入的、單次心搏的測試方法，該方法測量心臟的壓力、容積和心跳(其中例如心壓測試的一些測量還是介入的)，隨后基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)將這些數(shù)據(jù)用于 ESPVR的評估。然而，這種已知的方法還是較為復(fù)雜，因?yàn)樗枰瑫r(shí)使用很多測量設(shè)備。此外， 這種方法基于多個(gè)假設(shè)條件-被檢測的心臟遵循該方法所使用的統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律；-彈性與時(shí)間呈線性函數(shù)；-在單個(gè)心搏周期中，壓力-容量圖的容量軸截距為常數(shù)。這些假設(shè)可能在某些情況下會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，并且因而導(dǎo)致ESPVR的錯(cuò)誤評估。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于測量心臟收縮功能的新方法，這種方法至少可以避免上述缺點(diǎn)。為此目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于測量病人心臟心肌收縮功能的方法，該方法至少包括如下步驟a)激勵(lì)步驟，在該步驟中，通過換能器陣列將至少一個(gè)聚焦超聲波發(fā)射至病人的體內(nèi)并在病人的心臟心肌中產(chǎn)生彈性剪切波
b)觀察步驟，在該步驟中，觀察在病人心臟肌肉中的觀察區(qū)域中的剪切波的傳播， 該觀察步驟還包括下述子步驟bl)由換能器陣列將一系列非聚焦超聲壓縮波發(fā)射至病人的心臟心肌中，調(diào)整所述非聚焦超聲波的時(shí)間使得至少部分所述非聚焦超聲波滲入觀察區(qū)域，與此同時(shí)剪切波也在所述觀察區(qū)域中傳播；b2)通過所述換能器陣列實(shí)時(shí)接收來自檢測的觀察區(qū)域的探測信號，所述探測信號包括由非聚焦超聲壓縮波與病人心臟肌肉內(nèi)的反射粒子相互作用所產(chǎn)生的回波；以及，c)至少一個(gè)處理步驟，在該步驟中，至少包括子步驟c2)c2)確定在所述觀察區(qū)域中的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)具有所述反射粒子運(yùn)動(dòng)的特征；d)心臟收縮功能的評估步驟，在該步驟中，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間的變化，在觀察區(qū)域中的至少一個(gè)點(diǎn)上確定至少一個(gè)心臟收縮末期的彈性參數(shù)，所述心臟收縮末期的彈性參數(shù)為剪切傳播參數(shù)在心臟收縮末期所選取的數(shù)值的函數(shù)，所述剪切波傳播參數(shù)可以反映心臟心肌的彈性。
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根據(jù)這些方法，運(yùn)用限定的裝置可以精確地、快速地和非介入地確定心臟的收縮功能。此外，可以確定局部的收縮功能，從而有可能通過心臟的至少一部分來建立收縮功能的映射。在本發(fā)明方法的各種實(shí)施例中，還可以具有下述步驟中的一個(gè)和/或多個(gè)步驟 (下述步驟可以單獨(dú)使用或組合使用)-所述處理步驟C)還包括，在所述確定運(yùn)動(dòng)參數(shù)的子步驟c2)之前，還包括一個(gè)子步驟cl)-cl)處理在子步驟1^2)中從觀察區(qū)域連續(xù)接收到的探測信號，以便確定剪切波的連續(xù)傳播圖像；-在心臟收縮評估步驟d)中所計(jì)算的剪切波傳播參數(shù)可以選自剪切波速度、剪切彈性模量、楊氏彈性模量和剪切波彈性以及局部應(yīng)變的倒數(shù)；-在心臟收縮功能的計(jì)算步驟d)中，計(jì)算在觀察區(qū)域多個(gè)點(diǎn)上的心臟收縮末期的彈性參數(shù)并且確定在觀察區(qū)域中的所述心臟收縮末期彈性參數(shù)的映射；-在所述子步驟bl)中，所述非聚焦超聲波壓縮波至少以每秒300次的速率進(jìn)行發(fā)射；-在心臟收縮功能的評估步驟d)，所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值是在涵蓋至少一個(gè)心搏周期的一個(gè)測量周期中以每秒多次且多個(gè)不同瞬間來重復(fù)確定的，并且心臟收縮末期彈性參數(shù)是根據(jù)所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值來確定的；-心臟收縮末期的彈性參數(shù)為所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值最大值的函數(shù)；-所述測量周期在Is至180s之間；-在所述心臟收縮功能評估步驟d)中，所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值是以每秒5次的速率重復(fù)確定的；-在所述心臟收縮功能評估步驟d)中，心臟收縮末期通過心電圖來檢測，并且心臟收縮末期的彈性參數(shù)是在檢測到的收縮末期確定的；-在所述心臟收縮功能評估步驟d)中，所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值是在涵蓋多個(gè)心搏周期的一個(gè)測量周期中以多個(gè)隨機(jī)瞬間來重復(fù)確定的，并且心臟收縮末期彈性參數(shù)確定為所述剪切波傳輸參數(shù)的數(shù)值的最大數(shù)值的函數(shù)；-所述方法還包括心臟舒張彈性評估步驟e)，在該步驟中，確定心臟舒張彈性參數(shù)，所述心臟舒張彈性參數(shù)為通過在心臟舒張期間的剪切波傳播參數(shù)所選取數(shù)值的函數(shù)；-在所述心臟舒張彈性評估步驟e)中，所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值是在涵蓋至少一個(gè)心搏周期的一個(gè)測量周期中以每秒多次且多個(gè)不同瞬間來重復(fù)確定的，并且心臟舒張的參數(shù)是基于所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值來確定的；-所述心臟舒張彈性參數(shù)為所述剪切波傳播參數(shù)數(shù)值的最小值的函數(shù)；-在所述心臟收縮功能評估步驟d)中，心臟舒張通過心電圖來檢測，并且心臟舒張彈性參數(shù)是在已檢測到的心臟舒張的剪切波傳播參數(shù)所選取數(shù)值的函數(shù)；-在所述子步驟c2)，所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)由一個(gè)屬于所述換能器陣列的對應(yīng)換能器在觀察區(qū)域的至少一個(gè)預(yù)定測量區(qū)域中確定；-該方法還包括用于追蹤心臟心肌畸變的追蹤步驟，從而在心臟心肌的相同位置上進(jìn)行剪切波傳播參數(shù)的測量。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于測量病人心臟心肌收縮功能的裝置，包括通過至少一個(gè)電子控制系統(tǒng)分別獨(dú)立控制的換能器陣列，適用于a)通過所述換能器陣列將至少一個(gè)聚焦超聲波發(fā)射至病人體內(nèi)，從而在病人心臟肌肉中產(chǎn)生彈性剪切波；b)觀察在病人心臟心肌的觀察區(qū)域中的剪切波的傳播，通過以下方法bl)換能器陣列將一系列非聚焦的超聲壓縮波發(fā)射至病人心臟心肌中，調(diào)整所述非聚焦超聲波的時(shí)間，使得至少一些非聚焦超聲波能夠滲入觀察區(qū)域，與此同時(shí)，剪切波能在觀察區(qū)域中進(jìn)行傳播；以及b2)通過所述換能器陣列來實(shí)時(shí)接收來自被檢測觀察區(qū)域的探測信號，所述探測信號包括由非聚焦超聲壓縮波與在病人心臟中的反射粒子相互作用所產(chǎn)生的回波；c)處理從觀察區(qū)域中連續(xù)獲得的探測信號，從而由此確定在觀察區(qū)域中的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)具有所述反射粒子運(yùn)動(dòng)的特征；d)基于運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間的變化，確定在觀察區(qū)域至少一個(gè)點(diǎn)上的至少一個(gè)心臟收縮末期彈性參數(shù)，所述心臟收縮末期彈性參數(shù)是由心臟收縮末期的剪切波傳播參數(shù)所選取的數(shù)值的函數(shù)，所述剪切波傳播參數(shù)可以反映心臟心肌的彈性。在本發(fā)明裝置的各種實(shí)施例中，還可以具有下述結(jié)構(gòu)中的一個(gè)和/或多個(gè)結(jié)構(gòu) (下述結(jié)構(gòu)可以單獨(dú)使用或組合使用)-所述電子控制系統(tǒng)適用于確定剪切波的連續(xù)傳播圖像，并且由此確定所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)；-由所述控制系統(tǒng)所計(jì)算的剪切波傳播參數(shù)是選自剪切波速度、剪切波模式、楊氏模量、剪切波彈性和局部應(yīng)變的倒數(shù)；-所述控制系統(tǒng)適用于計(jì)算在觀察區(qū)域多個(gè)點(diǎn)上的所述心臟收縮末期彈性參數(shù)， 并用于確定在觀察區(qū)域中的所述心臟收縮末期彈性參數(shù)的映射；-所述控制系統(tǒng)適用于以至少每秒300次的速率來發(fā)射所述非聚焦超聲壓縮波；-所述控制系統(tǒng)適用于在涵蓋至少一個(gè)心搏周期的一個(gè)測量周期內(nèi)以每秒多次且多個(gè)不同瞬間來確定所述剪切波傳播參數(shù)的重復(fù)數(shù)值，并且所述中央單元適用于根據(jù)所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值來確定心臟收縮末期的彈性參數(shù)；-所述控制系統(tǒng)適用于確定心臟收縮末期的彈性參數(shù)作為所述剪切波傳播參數(shù)數(shù)值的最大值的函數(shù)；-所述測試周期在Is至180s之間；-所述控制系統(tǒng)適用于以至少每秒5次來確定所述剪切波傳播參數(shù)；-該裝置還包括連接著所述控制系統(tǒng)的心電圖，所述控制系統(tǒng)適用于通過心電圖來檢測心臟收縮末期并且確定在檢測到的收縮末期的收縮末期的彈性參數(shù)；-所述控制系統(tǒng)適用于在涵蓋多個(gè)心搏周期的一個(gè)測量周期內(nèi)以多個(gè)隨機(jī)瞬間來重復(fù)確定所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值，并且確定所述收縮末期的彈性參數(shù)作為所述剪切波傳播參數(shù)數(shù)值的最大值的函數(shù)；-所述控制系統(tǒng)適用于確定心臟舒張的彈性參數(shù)，所述心臟舒張的彈性參數(shù)是由心臟舒張的所述剪切波傳播參數(shù)所選取數(shù)值的函數(shù)；-所述控制系統(tǒng)適用于在涵蓋至少一個(gè)心搏周期的一個(gè)測量周期內(nèi)以每秒多次且
7多個(gè)不同瞬間來重復(fù)確定所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值，并且所述中央單元適用于根據(jù)所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值來確定心臟舒張彈性參數(shù)；-所述控制系統(tǒng)適用于確定心臟舒張彈性參數(shù)作為所述剪切波傳播參數(shù)數(shù)值的最小值的函數(shù)；-所述裝置還包括連接著所述中央系統(tǒng)的心電圖，所述控制系統(tǒng)適用于通過心電圖來檢測心臟舒張，并且確定在所檢測心臟舒張的心臟舒張的彈性參數(shù)；-所述裝置還包括連接著所述控制系統(tǒng)的心電圖，所述控制系統(tǒng)以心臟舒張周期的精確時(shí)間來觸發(fā)剪切波傳播的觀察以及以心臟舒張周期的精確時(shí)間來觸發(fā)剪切波傳播參數(shù)的確定；-所述控制系統(tǒng)適用于根據(jù)屬于換能器陣的一個(gè)對應(yīng)換能器所獲得的數(shù)據(jù)來確定在觀察區(qū)域中的至少一個(gè)預(yù)定測量范圍中的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；-所述控制系統(tǒng)適用于追蹤心臟心肌的畸變以及確定在心臟心肌的相同位置上的剪切波傳播參數(shù)；-收縮功能的評估與該系統(tǒng)實(shí)時(shí)提供的傳統(tǒng)超聲波圖像聯(lián)系在一起。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將通過以非限制性實(shí)例以及參考附圖給出的下述實(shí)施例的詳細(xì)闡述而變得更為明晰。在附圖中-

圖1為在本發(fā)明實(shí)施例中的剪切波成像裝置圖示；-圖2圖示通過圖1所示裝置所測量到的病人心臟(以實(shí)線表示)的左心室心肌的剪切波以及左心室的的血壓(以虛線)。圖1所示的裝置1適用于測量在觀察區(qū)域內(nèi)的收縮功能，所述觀察區(qū)域包括活體病人2的心臟3的全部或部分，尤其是心臟的肌肉。更加具體地說，裝置1用于測量病人心臟，例如左心房的心肌3a的收縮功能，所述心肌外部由心包北覆蓋。該測量通過下述步驟執(zhí)行-通過心臟3尤其是通過心肌3a所傳播的機(jī)械剪切波；-通過散射粒子3c反射的非聚焦超聲波壓縮波來觀察心臟(以及尤其是心肌)中的剪切波的傳播，所述散射粒子3c用于反射超聲波并且通常包含在生物組織中(粒子3c 可以由媒介3a中的任意不均勻性所構(gòu)成，尤其是由膠原質(zhì)粒子構(gòu)成)；-根據(jù)剪切波傳播的觀察來確定剪切波傳播的參數(shù)，該參數(shù)反映心臟的彈性(尤其是心肌的彈性)并因此反映其收縮功能。文獻(xiàn)US-B2-7252004闡述了裝置1的結(jié)構(gòu)和常用操作方法，下文也將提及。裝置1包括下述裝置，例如-超聲波換能器陣列4，例如，線性陣列典型地包括在通用回波探頭中所已知沿著軸線并列設(shè)置Tl-TN的η個(gè)超聲波換能器(因此，陣列4適合進(jìn)行觀察區(qū)域的二維OD)成像，但是陣列4也可以是適合于進(jìn)行觀察區(qū)域3D成像的二維陣列)；換能器的數(shù)量η大于 1，例如為幾十個(gè)(即，100至300個(gè))；換能器Tl-TN發(fā)送超聲壓縮波脈沖，該脈沖是回波成像術(shù)中常用的類型，例如具有在0. 5MHz至IOOMHz之間的頻率且優(yōu)選在0. 5MHz至15MHz之間的頻率，例如大約為2. 5MHz ；-電子架5控制換能器陣列4并且從中獲取信號；
-微型計(jì)算機(jī)6用于控制電子架5并且觀察從電子架中所獲得的超聲圖像，所述計(jì)算機(jī)6包括例如屏幕6a和鍵盤6d及其它用戶接口。本文將電子架5和微型計(jì)算機(jī)6稱為裝置1的控制系統(tǒng)。這類控制系統(tǒng)可能由兩個(gè)以上的裝置所構(gòu)成或者也可能由能夠滿足電子架5和微型計(jì)算機(jī)6所有功能的單個(gè)電子裝置所構(gòu)成。電子架5可以包括，例如-N個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器7 (El-En)并且各自分別連接著換能器陣列4的η個(gè)換能器 (Tl-Tn)；-η個(gè)緩沖存儲器8 (Ml-Mn)且各自分別連接著η個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器7 ；-中央處理單元9(CPU)且與緩沖存儲器8和微型計(jì)算機(jī)6通訊；-數(shù)字信號處理器11(DSP)且連接著中央處理單元9 ；-存儲器10(MEM)且連接著中央處理單元8。此外，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，中央處理單元9 (或計(jì)算機(jī)6)可連接著心電圖 12 (ECG)，該心電圖用于測量病人的心電圖并將心電圖信號傳輸給中央處理單元9。換能器Tl-Tn由中央處理單元9分別獨(dú)立進(jìn)行控制。因此，換能器Tl-Tn可以選擇性地發(fā)射-非聚焦超聲壓縮波；或者，-聚焦在心臟3—點(diǎn)或多點(diǎn)上的超聲壓縮波。術(shù)語“非聚焦超聲壓縮波”可以理解為顯示心臟3整個(gè)觀察區(qū)域中的任何非聚焦波，例如-超聲壓縮波為“平面波”(即，波陣面在X，Y平面呈直線的波)或任何其它類型的非聚焦波；-由多個(gè)不同的換能器Tl-Tn發(fā)射的任意探測信號所產(chǎn)生的波；或-聚焦在心臟3—點(diǎn)或多點(diǎn)的超聲壓縮波；或-弱聚焦波(稱為“寬”傳輸聚焦聚焦距離與孔徑之比>2. 5)；或-發(fā)散波，例如球面波；或-同時(shí)聚焦在多個(gè)焦點(diǎn)上的波；或-更普遍任意類型的傳輸波，這種波不對應(yīng)于聚焦單一焦點(diǎn)位置的傳統(tǒng)聚焦的傳輸波，并且焦距/孔徑之比< 2. 5。在裝置1操作的過程中，換能器陣列4設(shè)置為與病人2皮膚加進(jìn)行接觸，例如在病人的胸部。裝置1的操作方法由控制系統(tǒng)控制，即，控制處理單元9和/或計(jì)算機(jī)6，它們?yōu)檫@樣操作的方法進(jìn)行編程。本文將這兩個(gè)裝置稱為裝置1的控制系統(tǒng)(當(dāng)然，控制系統(tǒng)可以不同于已經(jīng)闡述過的實(shí)施例，尤其是如上文所述的單一電子裝置構(gòu)成或兩個(gè)以上的電子裝置構(gòu)成)。為了觀察在心臟3中的剪切波的傳播，裝置1的控制系統(tǒng)6，9編程為可連續(xù)執(zhí)行多個(gè)步驟a)激勵(lì)步驟，在該步驟中，控制系統(tǒng)6，9控制陣列4發(fā)射聚焦于病人體內(nèi)的至少一個(gè)超聲波，從而在在心臟中產(chǎn)生彈性剪切波(所述聚焦波可以通過所有或部分的換能器Tl-Tn進(jìn)行發(fā)射)；b)觀察步驟，在該步驟中，在心臟3 (尤其在心肌3a)觀察區(qū)域中的多個(gè)點(diǎn)上同時(shí)觀察剪切波的傳播，該觀察步驟包括下述子步驟bl)控制系統(tǒng)6，9控制陣列4對粘彈性的媒介發(fā)射連續(xù)的非聚焦的超聲壓縮波 (這些非聚焦波可以通過全部或部分的換能器Tl-TN進(jìn)行發(fā)射)，其速率至少為每秒300 次，例如為500次/S(在步驟a中發(fā)射的超聲波的聚焦和時(shí)間)，并且調(diào)整所述非聚焦超聲波的時(shí)間，以便在剪切波通過觀察區(qū)域的傳播過程中，至少一些所述非聚焦超聲波能到達(dá)觀察區(qū)域；b2)控制系統(tǒng)6，9控制陣列4檢測從病人體內(nèi)2接收到探測信號(這個(gè)檢測可由所有或部分的換能器來執(zhí)行)，所述信號包括在觀察區(qū)域中非聚焦超聲壓縮波與反射粒子 3c相互作用產(chǎn)生的回波；這些回波(直接或間接)對應(yīng)于構(gòu)成病人心臟尤其是病人心肌的粘彈性媒介的位移的連續(xù)圖像；已經(jīng)檢測到的信號實(shí)時(shí)存儲于緩沖存儲器；C)至少一個(gè)處理步驟，在該步驟中cl)控制系統(tǒng)6，9處理在子步驟b2)中從病人體內(nèi)2所接收到的連續(xù)探測信號，以確定連續(xù)傳播圖像；以及，c2)控制系統(tǒng)6，9至少確定在觀察區(qū)域多個(gè)點(diǎn)上所構(gòu)成病人心臟3 (尤其是心肌 3a)粘彈性媒介的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。值得注意的是，上述子步驟c2)可以省略通常，本發(fā)明的方法不需要確定傳輸圖像，并且控制系統(tǒng)6，9可以通過其他方法來確定運(yùn)動(dòng)參數(shù)。在激勵(lì)步驟a)中發(fā)射的聚焦超聲波可以是頻率f在0. 5MHz至15MHz之間的單色波，例如頻率大約為2. 5MHz，該波適用于在k/f秒的時(shí)間段內(nèi)發(fā)送，其中k為50至5000之間的整數(shù)(例如大約為500)并且f以Hz表示。這樣的波有可能在其它時(shí)間段分隔的連續(xù)發(fā)射時(shí)間段中發(fā)射，所述發(fā)射時(shí)間段可以每秒5至1000次發(fā)送速率來順序排列。在一個(gè)變化實(shí)例中，在激勵(lì)步驟a)中發(fā)射的聚焦超聲波為頻率分別為fl和f2的兩個(gè)單色波的線性疊加(具體為和)，所述頻率為例如20Hz <= |fl-f2| <= 1000Hz，并因此產(chǎn)生具有調(diào)制頻率為|fl-f2|的調(diào)幅波。此外，在激勵(lì)步驟a)中發(fā)射的聚焦超聲波可優(yōu)選為同時(shí)聚焦或反之為多點(diǎn)聚焦的，以便所產(chǎn)生的剪切波呈現(xiàn)出理想波形(例如，有可能產(chǎn)生平面的剪切波，或反之為聚焦剪切波)并且照射在媒介2中的理想?yún)^(qū)域。在步驟bl中，該步驟可以持續(xù)0. 1至180s，例如1至30s，優(yōu)選為1至如，有可能以每秒500至10000次速率發(fā)射非聚焦超聲壓縮波，并且優(yōu)選速率為每秒1000至5000次 (這樣的速率可以由壓縮波通過病人體內(nèi)2的來回行程時(shí)間進(jìn)行限制必需在新的壓縮波發(fā)送之前使探針6接收到的由壓縮波所產(chǎn)生的所有回波)。每個(gè)非聚焦超聲壓縮波以高于剪切波速度的傳播速度通過病人體內(nèi)2(即在人體中以1500m/s傳播)傳播，并且與反射粒子3c相互作用，從而產(chǎn)生回波或在信號中的其它的模擬擾動(dòng)，這樣的信號在回波掃描技術(shù)中稱為斑點(diǎn)噪聲。在非聚焦超聲壓縮波的每次發(fā)射后，在子步驟1^2)中由換能器Tl-Tn拾取斑點(diǎn)噪聲。在第j次發(fā)射后由各個(gè)換能器Ti通過上述方法所拾取到的信號Sij (t)由對應(yīng)于換能器Ti的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器Ei以高頻(例如30MHz到100MHz)進(jìn)行初始采樣以及數(shù)字化(例如12 位)。隨后，將這種方法所采樣和數(shù)字化的信號Sij(t)以類似實(shí)時(shí)的方式存儲于對應(yīng)換能器Ti的緩沖存儲器Mi。舉例說明，各個(gè)存儲器Mi可為約128MB的容量，并且包含j = 1至P次發(fā)射所連續(xù)接收到的所有信號Sij (t)。在延遲時(shí)間內(nèi)，在已經(jīng)存儲了對應(yīng)相同剪切波傳播的所有信號Sij(t)之后，中心單元9通過對應(yīng)子步驟cl)的常規(guī)路徑所形成的步驟來處理這些信號(或者通過例如加法電路的其它電路來處理或電腦6處理這些信號)。這樣就產(chǎn)生了分別對應(yīng)于第j次發(fā)射后的觀察區(qū)域圖像的信號Sj (x, y)。例如，有可能由以下方程來確定信號Sj(t)
權(quán)利要求
1.一種適用于測量病人心臟心肌收縮功能的方法，至少包括下列步驟a)激勵(lì)步驟，在所述步驟中，通過換能器陣列將至少一個(gè)聚焦超聲波發(fā)射至病人體內(nèi)并在病人心臟心肌中產(chǎn)生彈性剪切波；b)觀察步驟，在所述步驟中，觀察在病人心臟心肌觀察區(qū)域中的剪切波的傳播，該觀察步驟包括下述子步驟bl)由換能器陣列將一系列非聚焦超聲波發(fā)射至病人心臟心肌中，調(diào)整所述非聚焦超聲波的時(shí)間使之至少部分所述非聚焦超聲波滲入觀察區(qū)域，同時(shí)剪切波在所述觀察區(qū)域中傳播；以及，b2)所述換能器陣列實(shí)時(shí)接收來自檢測的所述觀察區(qū)域的探測信號，所述探測信號包括由非聚焦超聲壓縮波與在病人心臟心肌內(nèi)的反射粒子相互作用而產(chǎn)生的回波；c)至少一個(gè)處理步驟，在該步驟中，至少包括子步驟c2)c2)在一個(gè)觀察區(qū)域中確定至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)具有所述反射粒子的運(yùn)動(dòng)特征；d)心臟收縮功能的評估步驟，在所述步驟中，根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間的變化，在觀察區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)點(diǎn)上確定至少一個(gè)收縮末期彈性參數(shù)，所述心臟收縮末期彈性參數(shù)為在心臟收縮的末期由剪切傳播參數(shù)所選取數(shù)值的函數(shù)，所述剪切波傳播參數(shù)反映了心臟心肌的彈性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述處理步驟c)還包括在所述確定運(yùn)動(dòng)參數(shù)的子步驟(^)之前的另一個(gè)子步驟cl)cl)處理在子步驟1^2)中從觀察區(qū)域連續(xù)接收到的探測信號，從而確定剪切波的連續(xù)傳播圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在心臟收縮預(yù)測的步驟d)中計(jì)算的剪切波傳播參數(shù)選自剪切波速度、剪切彈性模量、楊氏彈性模量和剪切波彈性以及局部應(yīng)力的倒數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在心臟的收縮計(jì)算步驟d)中，計(jì)算在觀察區(qū)域多點(diǎn)上的所述收縮末期彈性參數(shù)并確定在觀察區(qū)域中的所述收縮末期彈性參數(shù)映射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述子步驟bl)中，所述非聚焦超聲波壓縮波至少以每秒300次的速率進(jìn)行發(fā)射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在心臟收縮功能的評估步驟d)中，所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值是在涵蓋至少一個(gè)心搏周期的一個(gè)測量周期內(nèi)以每秒多次且多個(gè)不同瞬間重復(fù)確定的，并且收縮末期彈性參數(shù)是根據(jù)所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值來確定的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在收縮末期的彈性參數(shù)為所述剪切波傳播參數(shù)數(shù)值的最大值的函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述測量周期在Is至180s之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述心臟收縮功能評估步驟d)中，所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值是以每秒5次的速率重復(fù)確定的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述心臟收縮功能評估步驟d)中，由心電圖檢測心臟收縮末期并且在所述檢測到的收縮末期確定收縮末期的彈性參數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述心臟收縮功能評估步驟d)中，所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值是在涵蓋多個(gè)心搏周期的一個(gè)測量周期中以多個(gè)任意瞬間進(jìn)行重復(fù)確定的，并且將收縮末期彈性參數(shù)確定為所述剪切波傳輸參數(shù)數(shù)值的最大值的函數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，所述方法還包括心臟舒張彈性評估步驟e)，在所述步驟中，確定心臟舒張彈性參數(shù)，所述心臟舒張彈性參數(shù)為通過在心臟舒張期間所述剪切波傳播參數(shù)所選取數(shù)值的函數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在所述心臟舒張彈性評估步驟e)中，所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值是在涵蓋至少一個(gè)心搏周期的一個(gè)測量周期內(nèi)以每秒多次且在不同瞬間重復(fù)確定的，并且基于所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值確定心臟舒張的彈性參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述心臟舒張的彈性參數(shù)為所述剪切波傳播參數(shù)數(shù)值的最小值的函數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述心臟收縮功能的評估步驟d)中， 通過心電圖檢測心臟舒張并且心臟舒張彈性參數(shù)是在已檢測的心臟舒張中所選取的所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值的函數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述子步驟U)中，所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)由一個(gè)屬于所述換能器陣列的對應(yīng)換能器在觀察區(qū)域的至少一個(gè)預(yù)定測量區(qū)域中確定。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括用于追蹤心臟心肌畸變的追蹤步驟，以便剪切波傳播參數(shù)的測量在心臟心肌的相同位置完成。
18.一種測量病人心臟心肌收縮功能的裝置，其特征在于，包括通過至少一個(gè)電子控制系統(tǒng)分別獨(dú)立控制的換能器陣，適用于a)通過所述換能器陣列將至少一個(gè)聚焦超聲波發(fā)射至病人體內(nèi)并在病人心臟心肌中產(chǎn)生彈性剪切波；b)觀察在病人心臟心肌中的觀察區(qū)域內(nèi)的剪切波傳播，通過以下方法bl)由換能器陣列產(chǎn)生的一系列非聚焦的超聲波壓縮波發(fā)射至病人心臟心肌中，調(diào)整所述非聚焦超聲波的時(shí)間，使得至少一些所述超聲波能夠滲入觀察區(qū)域，同時(shí)剪切波能夠在觀察區(qū)域中進(jìn)行傳播；b2)由所述換能器陣實(shí)時(shí)接收來自檢測的觀察區(qū)域的探測信號，所述探測信號包括由非聚焦超聲波壓縮波與在病人心臟中的反射粒子相互作用所產(chǎn)生的回波；c)處理從觀察區(qū)域中連續(xù)接受到的探測信號，從而確定在觀察區(qū)域中的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)具有所述反射粒子的運(yùn)動(dòng)特征；d)基于運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨著時(shí)間的變化，確定在觀察區(qū)域的至少一點(diǎn)上的收縮末期彈性參數(shù)，所述收縮末期彈性參數(shù)是在收縮末期通過剪切波傳播參數(shù)所選取數(shù)值的函數(shù)，所述剪切波傳播參數(shù)反映了心臟心肌的彈性。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述電子控制系統(tǒng)適用于確定剪切波的連續(xù)傳播圖像，并由此確定所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，由所述控制系統(tǒng)所計(jì)算的所述剪切波傳播參數(shù)選自剪切波速度、剪切波模式、楊氏模量、剪切波彈性和局部應(yīng)變的倒數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)適用于計(jì)算在觀察區(qū)域多點(diǎn)上的所述收縮末期彈性參數(shù)，并確定在觀察區(qū)域中的所述收縮末期彈性參數(shù)的映射。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)適用于在以至少每秒300次的速率發(fā)射所述非聚焦超聲波壓縮波。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)適用于在涵蓋至少一個(gè)心搏周期的一個(gè)測量周期內(nèi)以每秒多次且不同瞬間來確定所述剪切波傳播參數(shù)的重復(fù)數(shù)值，并且所述中央單元適用于根據(jù)所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值來確定收縮末期的彈性參數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)適用于將收縮末期的彈性參數(shù)確定為所述剪切波傳播參數(shù)數(shù)值的最大值的函數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述測量周期在Is至180s之間。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)適用于以至少每秒5次來確定所述剪切波傳播參數(shù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，還包括連接著所述控制系統(tǒng)的心電圖， 所述控制系統(tǒng)適用于通過心電圖來檢測收縮末期并確定且在檢測到的心臟收縮末期的收縮末期彈性參數(shù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)適用于在涵蓋多個(gè)心搏周期的一個(gè)測量周期內(nèi)以多個(gè)隨機(jī)瞬間來重復(fù)確定所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值，并且將所述收縮末期的彈性參數(shù)確定為所述剪切波傳播參數(shù)數(shù)值的最大值的函數(shù)。
29.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)適用于確定心臟舒張的彈性參數(shù)，所述心臟舒張的彈性參數(shù)是在心臟舒張期間的所述剪切波傳播參數(shù)所選取數(shù)值的函數(shù)。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)適用于在涵蓋至少一個(gè)心搏周期的一個(gè)測量周期內(nèi)以每秒多次且不同瞬間來確定所述剪切波傳播參數(shù)的重復(fù)數(shù)值，并且所述中央單元適用于根據(jù)所述剪切波傳播參數(shù)的數(shù)值來確定心臟舒張彈性參數(shù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)適用于將心臟舒張彈性參數(shù)確定為所述剪切波傳播參數(shù)數(shù)值的最小值的函數(shù)。
32.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，還包括連接著所述中央系統(tǒng)的心電圖， 所述控制系統(tǒng)適用于通過心電圖來檢測心臟舒張并確定在所述已檢測心臟舒張期間的心臟舒張彈性參數(shù)。
33.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，還包括連接著所述控制系統(tǒng)的心電圖，用于以心臟舒張周期的精確時(shí)間來觸發(fā)剪切波傳播的觀察以及以心臟舒張的精確時(shí)間來觸發(fā)剪切波傳播參數(shù)的確定。
34.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)根據(jù)屬于換能器陣的一個(gè)對應(yīng)換能器所獲得的數(shù)據(jù)來確定在觀察區(qū)域中的至少一個(gè)預(yù)定測量范圍內(nèi)的所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
35.根據(jù)權(quán)利要求18所述裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)適用于追蹤心臟心肌的畸變以及確定在心臟心肌的相同位置上的所述剪切波傳播參數(shù)。
全文摘要
適用于測量病人心臟收縮功能的方法，包括機(jī)械剪切波通過心臟傳播以及傳播的觀察，從而確定反映心臟彈性的剪切波傳播參數(shù)。對心臟收縮末期的傳播參數(shù)的數(shù)值進(jìn)行采樣，使得該參數(shù)反映心臟收縮末期的彈性。
文檔編號G01N29/04GK102458260SQ201080035006
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者邁克爾·坦特, 馬修·佩諾特, 馬修·庫阿德, 馬賽阿斯·芬克 申請人:國家科學(xué)研究中心, 超聲成像