專利名稱：超聲波診斷裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波診斷裝置和超聲波診斷方法，且具體地，涉及用于測(cè)量血管壁的彈性特征的超聲波診斷裝置和超聲波診斷方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，在醫(yī)療領(lǐng)域中采用使用超聲波圖像的超聲波診斷裝置?？傮w而言，這種類型的超聲波診斷裝置包括具有內(nèi)置傳感器陣列的超聲波探頭以及連接到該超聲波探頭的裝置本體。超聲波探頭向?qū)ο蟀l(fā)送超聲波，從對(duì)象接收超聲回波，以及裝置本體對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行電子處理，以產(chǎn)生超聲波圖像并獲得與疾病相關(guān)的各種信息。
要進(jìn)行超聲波檢查的對(duì)象部位隨著疾病的類型而變化在循環(huán)系統(tǒng)疾病(例如腦梗塞)的情況下，試驗(yàn)性地檢查頸動(dòng)脈，因?yàn)榘?plaque)易于在此處發(fā)展。在這種對(duì)頸動(dòng)脈的超聲波檢查中，測(cè)量斑的厚度以及血管壁的彈性特征，以獲得與例如血管狹窄的發(fā)展程度以及斑破裂的容易程度相關(guān)的信息。為了精確地獲得這種信息，優(yōu)選地允許超聲波束以直角入射血管壁，以精確地檢測(cè)在心臟跳動(dòng)時(shí)發(fā)生在血管壁中的小變化。然而，由于頸動(dòng)脈通常不與斑易于發(fā)展的位置處的體表平行(總頸動(dòng)脈在此處分為內(nèi)頸動(dòng)脈和外頸動(dòng)脈)， 因此讓超聲波束以直角入射血管壁是一項(xiàng)困難的任務(wù)。
例如，JP 2001-299752 A描述了一種超聲波診斷裝置，其中，為了選擇被反射的超聲回波表現(xiàn)出最大振幅的方向作為超聲波束以直角入射血管壁的方向，操縱超聲波束以沿各種方向發(fā)送超聲波束。
JP 2005-074146 A描述了一種超聲波診斷裝置，其中，操縱超聲波束以通過血管的中心，使得超聲波束以直角與血管相交。發(fā)明內(nèi)容
JP 2001-299752 A中所述的超聲波診斷裝置根據(jù)獲得的最大振幅來判斷超聲波束是否以直角入射血管壁，且因此允許在血管具有一致的壁厚的情況下對(duì)超聲波束以直角入射血管壁的方向進(jìn)行精確的選擇。然而，在由于例如斑使得血管厚度不一致的情況下，在斑周圍的血管壁中形成了斜面，且作為超聲波束以直角入射斜面的結(jié)果的超聲回波也表現(xiàn)出最大振幅。因此，使得基于來自頸動(dòng)脈的回波對(duì)血管壁的彈性特征進(jìn)行高精確度測(cè)量是不可能的。
JP 2005-074146 A中所述的超聲波診斷裝置通過用與血管壁接觸的圓對(duì)血管壁進(jìn)行近似，來確定血管的中心。因此，在血管具有一致的壁厚的情況下，可以將超聲波束定向?yàn)榕c血管壁以直角相交。然而，在其厚度不一致的血管壁中或沿著血管的中心軸所取的截面中，難以確定血管的中心，并且因此，不能基于來自頸動(dòng)脈的回波來精確測(cè)量血管壁的彈性特征。
本發(fā)明的目的是提供一種超聲波診斷裝置和方法，其解決了以前的這些問題，并且可以用高精確度來測(cè)量血管壁的彈性特征。
根據(jù)本發(fā)明的超聲波診斷裝置包括
超聲波探頭；
發(fā)射機(jī)/接收機(jī)，用于通過所述超聲波探頭向?qū)ο蟀l(fā)送超聲波束并從對(duì)象接收超聲波束；
圖像產(chǎn)生器，用于基于從所述超聲波探頭輸出的接收信號(hào)，產(chǎn)生超聲波圖像；
血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器，用于基于在通過所述超聲波探頭向所述對(duì)象的血管發(fā)送并從所述對(duì)象的血管接收第一超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的所述接收信號(hào)的振幅信息，來檢測(cè)在血管壁的長軸圖像中與心跳相關(guān)聯(lián)的所述血管壁的徑向擴(kuò)張/收縮的方向；
發(fā)送/接收控制器，用于控制所述發(fā)射機(jī)/接收機(jī)，以通過所述超聲波探頭發(fā)送和接收與由所述血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器所檢測(cè)到的血管壁擴(kuò)張/收縮方向相平行的第二超聲波束；
血管壁跟蹤器，用于使用在發(fā)送和接收所述第二超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的所述接收信號(hào)的振幅信息和相位信息，來跟蹤所述血管壁的運(yùn)動(dòng)；以及
血管壁彈性特征計(jì)算器，用于基于由所述血管壁跟蹤器跟蹤的血管壁運(yùn)動(dòng)，計(jì)算所述血管壁的彈性特征。
根據(jù)本發(fā)明的超聲波診斷方法包括以下步驟
通過超聲波探頭向?qū)ο蟮难馨l(fā)送第一超聲波束并從所述對(duì)象的血管接收所述第一超聲波束；
基于在發(fā)送并接收所述第一超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的接收信號(hào)的振幅信息，來檢測(cè)在血管壁的長軸圖像中與心跳相關(guān)聯(lián)的所述血管壁的徑向擴(kuò)張/收縮的方向；
通過所述超聲波探頭向所述對(duì)象的血管發(fā)送與檢測(cè)到的血管壁擴(kuò)張/收縮方向相平行的第二超聲波束，并從所述對(duì)象的血管接收與檢測(cè)到的血管壁擴(kuò)張/收縮方向相平行的第二超聲波束；
使用在發(fā)送和接收所述第二超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的所述接收信號(hào)的振幅信息和相位信息，來跟蹤所述血管壁的運(yùn)動(dòng)；以及
基于所跟蹤的血管壁運(yùn)動(dòng)，計(jì)算所述血管壁的彈性特征。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的超聲波診斷裝置的框圖。
圖2是表示根據(jù)實(shí)施例1的超聲波診斷裝置的操作的流程圖。
圖3是示出了如何向正在擴(kuò)張和收縮的血管壁發(fā)送第一超聲波束的視圖。
圖4是示出了如何在血管壁擴(kuò)張和收縮的方向上發(fā)送第二超聲波束的視圖。
圖5是示出了在一次心跳中的反射點(diǎn)的位置變化的圖。
圖6A是示出了在一次心跳中的反射點(diǎn)Rl和R2之間的厚度變化的圖，且圖6B是示出了在一次心跳中的反射點(diǎn)R2和R3之間的厚度變化的圖。
圖7是示出了由斑引起的應(yīng)變的圖像的視圖。
圖8是示出了根據(jù)實(shí)施例2的超聲波診斷裝置的框圖。
圖9是示出了在實(shí)施例3中如何發(fā)送第一超聲波束和第二超聲波束的視圖。
具體實(shí)施方式
下面將基于附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的超聲波診斷裝置的配置。超聲波診斷裝置包括用于發(fā)送和接收超聲波的超聲波探頭1以及連接到超聲波探頭1的診斷裝置本體2。診斷裝置本體2通過超聲波探頭1控制超聲波的發(fā)送和接收，基于獲取的接收信號(hào)，產(chǎn)生表示超聲波圖像的圖像數(shù)據(jù)，計(jì)算血管壁的彈性特征，以及顯示應(yīng)變圖像。
超聲波探頭1是與對(duì)象接觸的具有例如凸面掃描類型、線性掃描類型、或扇面掃描類型的探頭。超聲波探頭1包括一維或二維排列的多個(gè)超聲波傳感器。超聲波傳感器基于被施加的致動(dòng)信號(hào)向?qū)ο蟀l(fā)送超聲波，并接收從對(duì)象反射的超聲回波以輸出接收信號(hào)。
每個(gè)超聲波傳感器由振蕩器構(gòu)成，該振蕩器包括壓電體以及在壓電體兩端提供的電極，壓電體由例如以PZT(鋯鈦酸鉛，lead zirconate titanate)為代表的壓電陶瓷或以 PVDF(聚偏(二)氟乙烯，polyvinylidene difluoride)為代表的壓電聚合物制成。將脈沖的或連續(xù)波的電壓施加到振蕩器的電極引起壓電體收縮。該收縮引起振蕩器產(chǎn)生脈沖的或連續(xù)波的超聲波，將超聲波結(jié)合以形成超聲波束。在接收到傳播中的超聲波時(shí)，振蕩器收縮以產(chǎn)生電信號(hào)。輸出該電信號(hào)，作為超聲波的接收信號(hào)。
診斷裝置本體2包括連接到超聲波探頭1的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3。發(fā)射機(jī)/接收機(jī) 3連接到斷層成像圖像產(chǎn)生器4，圖像產(chǎn)生器4進(jìn)而經(jīng)由顯示控制器5連接到監(jiān)視器6。斷層成像圖像產(chǎn)生器4按次序經(jīng)由血管壁檢測(cè)器7、逐部分血管壁運(yùn)動(dòng)方向檢測(cè)器8、血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器9、以及波束方位設(shè)置器10連接到發(fā)送/接收控制器11。發(fā)送/接收控制器11連接到發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3。發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3還按次序連接到相位信息計(jì)算器 12、血管壁跟蹤器13、以及血管壁彈性特征計(jì)算器14。血管壁彈性特征計(jì)算器14連接到顯示控制器5。
發(fā)送/接收控制器11順序設(shè)置超聲波探頭1的超聲波束發(fā)送和超聲回波接收的方向，且具有用于根據(jù)已設(shè)置的發(fā)送方向選擇發(fā)送延遲模式的發(fā)送控制功能以及用于根據(jù)已設(shè)置的接收方向選擇接收延遲模式的接收控制功能。
發(fā)送延遲模式是分配給相應(yīng)超聲波傳感器的致動(dòng)信號(hào)的延遲時(shí)間模式，以使用從超聲波探頭1的多個(gè)超聲波傳感器發(fā)送的超聲波來形成具有期望方向的超聲波束；接收延遲模式是分配給相應(yīng)超聲波傳感器的接收信號(hào)的延遲時(shí)間模式，以使用多個(gè)超聲波傳感器接收的超聲波來提取從期望方向傳播而來的超聲回波。在發(fā)送/接收控制器11中存儲(chǔ)多個(gè)發(fā)送延遲模式和多個(gè)接收延遲模式，且酌情選擇并使用。
發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3并入了發(fā)送電路和接收電路。發(fā)送電路包括多個(gè)信道，并產(chǎn)生被施加到超聲波探頭1的多個(gè)超聲波傳感器的多個(gè)致動(dòng)信號(hào)。在該過程中，基于由發(fā)送/ 接收控制器11選擇的發(fā)送延遲模式，可以給予致動(dòng)信號(hào)以相應(yīng)的延遲。在將信號(hào)供應(yīng)給超聲波探頭1之前，發(fā)送電路可以調(diào)整致動(dòng)信號(hào)的延遲量，使得從多個(gè)超聲波傳感器供應(yīng)的超聲波形成超聲波束，或者可以向超聲波探頭1供應(yīng)多個(gè)致動(dòng)信號(hào)，使得同時(shí)從多個(gè)超聲波傳感器發(fā)送的超聲波到達(dá)對(duì)象的整個(gè)成像區(qū)域。
發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3的接收電路包括多個(gè)信道，以接收并放大從多個(gè)相應(yīng)超聲波傳感器輸出的多個(gè)模擬接收信號(hào)，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字接收信號(hào)。在該過程中，發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3基于由發(fā)送/接收控制器11所選的接收延遲模式，提供具有相應(yīng)延遲的多個(gè)接收信號(hào)，并將接收信號(hào)相加以執(zhí)行接收調(diào)焦處理。通過該接收調(diào)焦處理，產(chǎn)生聲線信號(hào)(聲線數(shù)據(jù))，其中，使超聲回波的焦點(diǎn)會(huì)聚。
接下來，聲線數(shù)據(jù)通過例如以下方式經(jīng)歷包絡(luò)檢測(cè)處理低通濾波處理，之后是根據(jù)取決于超聲波反射位置深度的距離，使用STC(靈敏度時(shí)間增益控制)進(jìn)行的衰減校正。
將這樣處理過的聲線數(shù)據(jù)順序地存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器具有用于累積多個(gè)幀的聲線數(shù)據(jù)的充足存儲(chǔ)器容量。由于具有圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生功能，向接收電路輸入以實(shí)時(shí)模式直接供應(yīng)的聲線數(shù)據(jù)和以凍結(jié)模式(freeze mode)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器供應(yīng)的聲線數(shù)據(jù)，并對(duì)這些聲線數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)處理(如，對(duì)數(shù)壓縮和增益調(diào)整)，以產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)，將該圖像數(shù)據(jù)輸出至斷層成像圖像產(chǎn)生器4。
斷層成像圖像產(chǎn)生器4通過光柵轉(zhuǎn)換，將從發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3的接收電路供應(yīng)的超聲波圖像的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為與普通電視信號(hào)掃描方法兼容的圖像數(shù)據(jù)，并在將該數(shù)據(jù)供應(yīng)到顯示控制器5之前，執(zhí)行必要的圖像處理，如，層次處理(gradation processing)。此外，斷層成像圖像產(chǎn)生器4向血管壁檢測(cè)器7供應(yīng)超聲波圖像的圖像數(shù)據(jù)。
顯示控制器5基于從斷層成像圖像產(chǎn)生器4供應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)，引起監(jiān)視器6顯示超聲波診斷圖像。監(jiān)視器6包括顯示設(shè)備(例如LCD)，并在顯示控制器5的控制下顯示超聲波診斷圖像。
血管壁檢測(cè)器7通過例如對(duì)斷層成像圖像產(chǎn)生器4供應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，來檢測(cè)血管壁的位置。逐部分血管壁運(yùn)動(dòng)方向檢測(cè)器8將由血管壁檢測(cè)器7檢測(cè)到的超聲波圖像中的血管壁劃分為多個(gè)部分，并基于逐幀變化的每個(gè)劃分部分的位置，來檢測(cè)每個(gè)血管壁部分與心跳關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)的方向。通過例如模式匹配方法來檢測(cè)每個(gè)血管壁部分的運(yùn)動(dòng)方向。血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器9基于由血管壁運(yùn)動(dòng)方向檢測(cè)器8檢測(cè)到的每個(gè)血管壁部分的運(yùn)動(dòng)方向，在與心跳相關(guān)聯(lián)的徑向上檢測(cè)血管壁的擴(kuò)張/收縮的方向。波束方位設(shè)置器10設(shè)置超聲波束的方位，使得與血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器9檢測(cè)到的血管壁擴(kuò)張/收縮方向相平行地發(fā)送超聲波束。
發(fā)送/接收控制器11設(shè)置發(fā)送延遲模式，使得超聲波探頭1在由波束方位設(shè)置器 10設(shè)置的方向上發(fā)送超聲波束，且向發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3輸出發(fā)送延遲模式。超聲波探頭1 基于由發(fā)送控制器11設(shè)置的發(fā)送延遲模式，與血管壁擴(kuò)張/收縮方向相平行地發(fā)送超聲波束O
經(jīng)由發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3向相位信息計(jì)算器12輸入在平行于血管擴(kuò)張/收縮方向的超聲波束發(fā)送和接收中產(chǎn)生的來自超聲波探頭1的接收信號(hào)。相位信息計(jì)算器12基于來自發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3的接收信號(hào)，計(jì)算相位信息。
血管壁跟蹤器13使用經(jīng)由相位信息計(jì)算器12輸入的接收信號(hào)的振幅信息和相位信息，以精確地跟蹤血管壁的運(yùn)動(dòng)?？梢酝ㄟ^例如在JP 3652791 B中描述的方法來執(zhí)行該足艮S宗。
血管壁彈性特征計(jì)算器14基于由血管壁跟蹤器13跟蹤的血管壁運(yùn)動(dòng)，計(jì)算血管壁的彈性特征，產(chǎn)生應(yīng)變圖像數(shù)據(jù)，并通過顯示控制器5允許監(jiān)視器6顯示應(yīng)變圖像。
接下來，將參照?qǐng)D2的流程圖來描述實(shí)施例1的操作。
首先，如圖3所示，當(dāng)在步驟Sl中將超聲波探頭1置于與體表S相接觸時(shí)，超聲波探頭1響應(yīng)于來自診斷裝置本體2的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3的發(fā)送電路的致動(dòng)信號(hào)，在垂直于體表S的方向上發(fā)送第一超聲波束。從超聲波探頭1發(fā)送的第一超聲波束沿著血管V的長軸入射血管V，并由血管壁對(duì)其進(jìn)行反射，使得其超聲回波由超聲波探頭1的多個(gè)超聲波傳感器接收到。從超聲波探頭1向發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3的接收電路輸出與接收到的超聲回波相對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)，并由接收電路對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化，據(jù)此，基于每幀中的數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)度(振幅)產(chǎn)生沿著血管V的長軸的斷層成像圖像的圖像數(shù)據(jù)。將如此產(chǎn)生的斷層成像圖像的圖像數(shù)據(jù)從發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3輸出到斷層成像圖像產(chǎn)生器4。
在步驟S2中，進(jìn)入斷層成像圖像產(chǎn)生器4的沿著血管V的長軸的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)歷必需的圖像處理(如層次處理)，并被輸出至顯示控制器5，使得監(jiān)視器6顯示血管V的長軸斷層成像圖像。斷層成像圖像產(chǎn)生器4向血管壁檢測(cè)器7輸出長軸斷層成像圖像的圖像數(shù)據(jù)。在步驟S3，血管壁檢測(cè)器7使用所輸入的長軸斷層成像圖像的圖像數(shù)據(jù)中的血管壁和血管腔之間的振幅的差，來識(shí)別血管壁的位置，且在步驟S4中，在血管壁的已識(shí)別出的位置中設(shè)置用于模式匹配的關(guān)注區(qū)域(ROI)。具體地，在將長軸斷層成像圖像轉(zhuǎn)換為模糊圖像之后，血管壁檢測(cè)器7基于在長軸斷層成像圖像中血管腔的振幅小于血管壁的振幅這一事實(shí)，執(zhí)行二值化處理(binarization processing)，并通過將離黑白邊緣部分例如大約2mm 的深度范圍認(rèn)為是血管壁，在每幀中設(shè)置關(guān)注區(qū)域。
將已設(shè)置了關(guān)注區(qū)域的長軸斷層成像圖像的圖像數(shù)據(jù)從血管壁檢測(cè)器7輸出至逐部分血管壁運(yùn)動(dòng)方向檢測(cè)器8。如圖3所示，逐部分血管壁運(yùn)動(dòng)方向檢測(cè)器8使用已設(shè)置了關(guān)注區(qū)域的長軸斷層成像圖像，將關(guān)注區(qū)域劃分為多個(gè)部分P。由于血管壁隨著心跳在徑向上擴(kuò)張和收縮，因此關(guān)注區(qū)域中的部分P在每幀中的位置變化。在步驟S5中，逐部分血管壁運(yùn)動(dòng)方向檢測(cè)器8通過模式匹配方法，檢測(cè)在關(guān)注區(qū)域中每幀變化的每個(gè)部分P的運(yùn)動(dòng)矢量。換言之，逐部分血管壁運(yùn)動(dòng)方向檢測(cè)器8獲得與心跳相關(guān)聯(lián)的每個(gè)部分P的位置變化的方向，作為運(yùn)動(dòng)矢量。
逐部分血管壁運(yùn)動(dòng)方向檢測(cè)器8向血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器9輸出血管壁的每個(gè)部分P的運(yùn)動(dòng)矢量。在步驟S6中，血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器9將血管壁的部分P 的運(yùn)動(dòng)矢量求平均，或使用某種其他方法，獲得與心跳相關(guān)聯(lián)的徑向血管壁擴(kuò)張/收縮方向。將如此獲得的血管壁擴(kuò)張/收縮方向從血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器9輸出到波束方位設(shè)置器10，據(jù)此，波束方位設(shè)置器10設(shè)置第二超聲波束的方向，使得超聲波探頭1與擴(kuò)張 /收縮方向相平行地發(fā)送第二超聲波束。將第二超聲波束的所設(shè)置的方位從波束方位設(shè)置器10輸出到發(fā)送/接收控制器11，發(fā)送/接收控制器11進(jìn)而基于第二超聲波束的方位設(shè)置發(fā)送延遲模式。將發(fā)送延遲模式從發(fā)送控制器11輸出到發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3的發(fā)送電路， 且發(fā)送電路基于發(fā)送延遲模式向超聲波探頭1供應(yīng)致動(dòng)信號(hào)。從而在步驟S7中，超聲波探頭1發(fā)送第二超聲波束，如圖4所示，第二超聲波束被操縱為在與血管壁擴(kuò)張/收縮方向相平行的方向上。
從而，由于基于使用第一超聲波束獲得的血管壁振幅信息，將發(fā)送第二超聲波束的方位設(shè)置為與血管壁擴(kuò)張/收縮方向相平行，因此即使在血管厚度由于例如斑而不一致時(shí)，也可以將第二超聲波束操縱為與血管壁擴(kuò)張/收縮方向相平行。
從超聲波探頭1發(fā)送的被操縱為與血管壁擴(kuò)張/收縮方向相平行的第二超聲波束在位于例如具有不同特征(如，血管壁中的彈性特征)的組織之間的分界面中的反射點(diǎn)被反射。假定例如如圖4所示，來自超聲波探頭1的入射到在血管壁的較遠(yuǎn)側(cè)形成的斑中的第二超聲波束在血管壁上的反射點(diǎn)Rl至R5處被反射，則由超聲波探頭1接收來自反射點(diǎn)Rl 至R5的超聲回波。將與由超聲波探頭1接收到的來自反射點(diǎn)Rl至R5的超聲回波相對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)從超聲波探頭1輸出到發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3的接收電路，據(jù)此，接收電路將接收信號(hào)數(shù)字化，并獲得其振幅信息，將振幅信息從發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3輸出到相位信息計(jì)算器12。 相位信息計(jì)算器12計(jì)算與來自反射點(diǎn)Rl至R5的超聲回波相對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)的相位信息， 并向血管壁跟蹤器13供應(yīng)振幅信息和相位信息。在步驟S8中，血管壁跟蹤器13精確地跟蹤血管壁上的反射點(diǎn)Rl至R5的幀間運(yùn)動(dòng)。通過跟蹤，如圖5所示獲得在例如一次心跳中反射點(diǎn)Rl至R5的位置上的變化。
將血管壁中的反射點(diǎn)Rl至R5的所跟蹤的運(yùn)動(dòng)從血管壁跟蹤器13輸出到血管壁彈性特征計(jì)算器14，血管壁彈性特征計(jì)算器14基于血管壁中的反射點(diǎn)Rl至R5的所跟蹤的運(yùn)動(dòng)，提取在相鄰反射點(diǎn)之間的位置(相位)差，以計(jì)算厚度并獲得隨時(shí)間變化的厚度波形。例如如圖6A所示，使用針對(duì)一次心跳的、反射點(diǎn)Rl和R2之間的位置差，來獲得表示在這些反射點(diǎn)之間的厚度隨時(shí)間變化的波形，且如圖6B所示，使用針對(duì)一次心跳的、反射點(diǎn) R2和R3之間的位置差來獲得表示在這些反射點(diǎn)之間的厚度隨時(shí)間變化的波形。基于所獲得的各自表示相鄰反射點(diǎn)之間的隨時(shí)間變化的厚度的波形，使用以下公式(1)來計(jì)算在血管壁徑向上相鄰反射點(diǎn)之間發(fā)生的應(yīng)變量ε i
ε j = AhiAdi(1)
其中，hdi是在血管壁最厚時(shí)，接近心臟擴(kuò)張期的結(jié)束時(shí)相鄰反射點(diǎn)之間的厚度； Ahi是在一次心跳期間厚度最小時(shí)，在心臟收縮期中相鄰反射點(diǎn)之間的厚度的最大變化。 基于公式(1)，將圖6A的反射點(diǎn)Rl和R2之間的Δ Ill與圖6B的反射點(diǎn)R2和R3之間的Δ h2 進(jìn)行比較表明Atl2大于Ah1，意味著在反射點(diǎn)Rl和R2之間的組織比在反射點(diǎn)R2和R3之間的組織更硬。從而，在步驟S9中，由血管壁彈性特征計(jì)算器14來計(jì)算應(yīng)變量，作為血管壁彈性特征。
隨后，在步驟SlO中通過圖像處理，通過顯示控制器5的中介，在監(jiān)視器6上顯示應(yīng)變圖像，借助所述圖像處理，在彩色圖中向血管V中的相鄰反射點(diǎn)之間的應(yīng)變量分配對(duì)應(yīng)顏色。例如如圖7所示的應(yīng)變圖像包含位于斑的中心處、具有較大應(yīng)變的部分C，表明斑的中心部分C包含比周圍部分更柔軟的大量脂質(zhì)。
本實(shí)施例允許第二超聲波束以平行于血管壁的方向入射血管，使得對(duì)小相位改變進(jìn)行高精確度測(cè)量成為可能。此外，所獲得的精確的彈性特征為臨床醫(yī)學(xué)提供了不能從斷層成像圖像中獲知的有用信息。
可以獲得的彈性特征包括彈性系數(shù)、應(yīng)變率以及剛度參數(shù)，且應(yīng)變圖像可以包含這些中的任一項(xiàng)。
使用例如以下公式(2)和(3)來獲得彈性系數(shù)，彈性系數(shù)可以是在血管徑向上的彈性系數(shù)Eh或在圓周方向上的彈性系數(shù)E0i
Eri = ApZ(AhiAdi)(2)
Eei = (rd/hd+D Ap^(AhiAdi)(3)
其中rd是接近心跳擴(kuò)張期的結(jié)束時(shí)血管的內(nèi)半徑，hd是接近心臟擴(kuò)張期的結(jié)束時(shí)的血管壁厚度，hdi是接近心臟擴(kuò)張期的結(jié)束時(shí)相鄰反射點(diǎn)之間的厚度，Ahi是在心臟收縮期中相鄰反射點(diǎn)之間的厚度的最大變化，Δρ是在心臟收縮期中的血壓和接近心臟擴(kuò)張期的結(jié)束時(shí)的血壓之間的差。
可以使用在心臟收縮期中相鄰反射點(diǎn)之間的厚度的最大變化Ahi以及從接近心臟擴(kuò)張期的結(jié)束到心臟收縮期的時(shí)間ΔΤ，根據(jù)以下公式(4)來獲得應(yīng)變率SRi
SRi = Δ Δ T(4)
為了獲得剛度參數(shù)β，首先獲得最大血管直徑Ds和最小血管直徑Dd，作為血管直徑D改變，以及通過測(cè)量血壓，獲得最大血壓讀數(shù)I^s和最小血壓讀數(shù)Pd，并將這些值代入以下公式(5)中
β = {Log(Ps/Pd)}/(Ds/Dd-l)(5)
實(shí)施例2
圖8示出了根據(jù)實(shí)施例2的超聲波診斷裝置的配置。該超聲波診斷裝置使用診斷裝置本體21，而不是如圖1所示的實(shí)施例1的診斷裝置本體2。在診斷裝置本體21中，在斷層成像圖像產(chǎn)生器4和血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器9之間依次提供血管壁邊界檢測(cè)器 22和垂直矢量計(jì)算器23，取代在實(shí)施例1中的診斷裝置本體2中提供的血管壁檢測(cè)器7和逐部分血管壁運(yùn)動(dòng)方向檢測(cè)器8。
如實(shí)施例1 一樣，超聲波探頭1向?qū)ο蟮难馨l(fā)送第一超聲波束并從對(duì)象的血管接收第一超聲波束，且斷層成像圖像產(chǎn)生器4將基于從超聲波探頭1輸出的接收信號(hào)所產(chǎn)生的長軸斷層成像圖像的圖像數(shù)據(jù)輸入至血管壁邊界檢測(cè)器22。血管壁邊界檢測(cè)器22使用在所輸入的長軸斷層成像圖像的圖像數(shù)據(jù)中的血管腔和血管壁之間的振幅差，來檢測(cè)在它們之間的邊界，并在檢測(cè)到的邊界上設(shè)置多個(gè)點(diǎn)。將在邊界上設(shè)置有點(diǎn)的長軸斷層成像圖像的圖像數(shù)據(jù)輸出到垂直矢量計(jì)算器23，然后垂直矢量計(jì)算器23計(jì)算在邊界上設(shè)置的點(diǎn)處的垂直于邊界的單位矢量。血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器9將由垂直矢量計(jì)算器23 計(jì)算的在邊界上設(shè)置的點(diǎn)處的單位矢量相加，并獲得實(shí)質(zhì)上垂直于邊界的方向，以檢測(cè)血管壁擴(kuò)張/收縮方向。
基于這樣檢測(cè)到的血管擴(kuò)張/收縮方向，設(shè)置第二超聲波束的方位，且由超聲波探頭1來發(fā)送和接收第二超聲波束。隨后，基于使用第二超聲波束獲得的來自血管壁上的接收點(diǎn)的接收信號(hào)，血管壁跟蹤器13精確地跟蹤血管壁上的反射點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，以獲得與心跳相關(guān)聯(lián)的血管壁中的反射點(diǎn)的位置變化。基于反射點(diǎn)的位置變化，血管壁彈性特征計(jì)算器 14計(jì)算在相鄰反射點(diǎn)之間的各個(gè)厚度，并計(jì)算隨時(shí)間變化的波形，以使用隨時(shí)間變化的波形來獲得血管壁彈性特征。
本實(shí)施例能夠精確地測(cè)量小的相位改變，并獲得不能從斷層成像圖像中準(zhǔn)確了解的用于臨床醫(yī)學(xué)的有用信息。此外，由于通過將垂直于邊界的單位矢量相加來檢測(cè)血管壁擴(kuò)張/收縮方向，即使在由心跳引起的血管壁的運(yùn)動(dòng)不垂直于血管壁時(shí)，也能夠精確地檢測(cè)血管壁擴(kuò)張/收縮方向。
實(shí)施例3
如圖9所示，在血管壁隨著心臟跳動(dòng)不僅在徑向上擴(kuò)張和收縮，還在垂直于擴(kuò)張/ 收縮方向的方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以通過使用根據(jù)實(shí)施例2的超聲波診斷裝置并通過使用與運(yùn)動(dòng)之前和之后的位置相對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)的振幅信息和相位信息，獲得血管壁擴(kuò)張/收縮方向，來實(shí)現(xiàn)對(duì)血管壁的跟蹤。
首先，如實(shí)施例2 —樣，超聲波探頭1向?qū)ο蟮难躒發(fā)送第一超聲波束，并從對(duì)象的血管V接收第一超聲波束，且血管壁邊界檢測(cè)器22基于從超聲波探頭1輸出的接收信號(hào)的振幅信息，來檢測(cè)血管腔和血管壁之間的邊界，并在邊界上設(shè)置多個(gè)點(diǎn)。隨后，垂直矢量計(jì)算器23計(jì)算在邊界上的點(diǎn)處的垂直于邊界的單位矢量，同時(shí)血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器9將邊界上的點(diǎn)處的單位矢量相加，以檢測(cè)血管壁擴(kuò)張/收縮方向。
基于這樣檢測(cè)到的血管壁擴(kuò)張/收縮方向，設(shè)置第二超聲波束的方位，據(jù)此，超聲波探頭1發(fā)送由與血管壁擴(kuò)張/收縮方向平行的多個(gè)掃描線構(gòu)成的第二超聲波束。假如如圖9所示，在心臟跳動(dòng)時(shí)，血管壁擴(kuò)張/收縮并還在縱向上運(yùn)動(dòng)，且因此血管壁的給定部分從位置Pl運(yùn)動(dòng)到位置P2，使得在運(yùn)動(dòng)之前的位置Pl位于第二超聲波束的掃描線Ll上，且在運(yùn)動(dòng)之后的位置P2位于第二超聲波束的掃描線L2上。由超聲波探頭1接收在運(yùn)動(dòng)之前和之后在血管壁的給定部分處反射的超聲回波，超聲波探頭1通過發(fā)射機(jī)/接收機(jī)3和相位信息計(jì)算器12向血管壁跟蹤器13供應(yīng)與超聲回波相對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)。
血管壁跟蹤器13基于從接收信號(hào)獲取的振幅信息和相位信息，精確地跟蹤血管壁運(yùn)動(dòng)，以獲得與心跳相關(guān)聯(lián)的血管壁的位置變化?；趶慕邮招盘?hào)獲取的振幅信息和相位信息，精確地跟蹤例如如圖9所示的血管壁的給定位置的幀間運(yùn)動(dòng)，以分別獲得在運(yùn)動(dòng)之前和之后的位置Pl和位置P2，同時(shí)獲得第二超聲波束的掃描線中分別穿過位置Pl和P2 的掃描線Ll和L2。隨后，基于根據(jù)第二超聲波束的掃描線Ll獲得的接收信號(hào)和根據(jù)第二超聲波束的掃描線L2獲得的接收信號(hào)，根據(jù)在運(yùn)動(dòng)之前的血管壁的給定部分的位置Pl和在運(yùn)動(dòng)之后的血管壁的給定部分的位置P2之間的相位差，計(jì)算在點(diǎn)Pl和P2之間的擴(kuò)張/ 收縮方向上發(fā)生的位置變化。從而，血管壁跟蹤器13基于根據(jù)第二超聲波束的掃描線中與在運(yùn)動(dòng)之前和之后的血管壁的部分的相應(yīng)位置相對(duì)應(yīng)的掃描線所獲得的接收信號(hào)的相位， 計(jì)算與心跳相關(guān)聯(lián)的血管擴(kuò)張/收縮方向上的位置變化。針對(duì)血管壁上的多個(gè)反射點(diǎn)執(zhí)行相同的跟蹤，以獲得與例如一次心跳相對(duì)應(yīng)的反射點(diǎn)的擴(kuò)張/收縮方向上發(fā)生的位置變化。
基于由血管壁跟蹤器13獲得的血管壁擴(kuò)張/收縮方向上發(fā)生的反射點(diǎn)的位置變化，血管壁彈性特征計(jì)算器14計(jì)算在相鄰反射點(diǎn)之間的各個(gè)厚度，并計(jì)算隨時(shí)間變化的波形，以使用隨時(shí)間變化的波形來獲得血管壁彈性特征。
本實(shí)施例使得即使在血管壁沿血管的軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)也能高精確度地測(cè)量小的相位改變。
權(quán)利要求
1.一種超聲波診斷裝置，包括超聲波探頭；發(fā)射機(jī)/接收機(jī)，用于通過所述超聲波探頭向?qū)ο蟀l(fā)送超聲波束并從對(duì)象接收超聲波束；圖像產(chǎn)生器，用于基于從所述超聲波探頭輸出的接收信號(hào)，產(chǎn)生超聲波圖像；血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器，用于基于在通過所述超聲波探頭向所述對(duì)象的血管發(fā)送并從所述對(duì)象的血管接收第一超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的所述接收信號(hào)的振幅信息，來檢測(cè)在血管壁的長軸圖像中與心跳相關(guān)聯(lián)的所述血管壁的徑向擴(kuò)張/收縮的方向；發(fā)送/接收控制器，用于控制所述發(fā)射機(jī)/接收機(jī)，以通過所述超聲波探頭發(fā)送和接收與由所述血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器所檢測(cè)到的血管壁擴(kuò)張/收縮方向相平行的第二超聲波束；血管壁跟蹤器，用于使用在發(fā)送和接收所述第二超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的所述接收信號(hào)的振幅信息和相位信息，來跟蹤所述血管壁的運(yùn)動(dòng)；以及血管壁彈性特征計(jì)算器，用于基于由所述血管壁跟蹤器跟蹤的血管壁運(yùn)動(dòng)，計(jì)算所述血管壁的彈性特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中，所述血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器通過以下步驟檢測(cè)所述血管壁擴(kuò)張/收縮方向基于在由所述發(fā)射機(jī)/接收機(jī)發(fā)送和接收所述第一超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的接收信號(hào)的振幅信息，跟蹤所述血管壁運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波診斷裝置，其中，所述血管壁擴(kuò)張/收縮方向檢測(cè)器基于在由所述發(fā)射機(jī)/接收機(jī)發(fā)送和接收所述第一超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的接收信號(hào)的振幅信息，檢測(cè)在血管腔和所述血管壁之間的邊界，并將與所檢測(cè)到的邊界實(shí)質(zhì)垂直的方向檢測(cè)為所述血管壁擴(kuò)張/收縮方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的超聲波診斷裝置，其中，當(dāng)所述血管壁在與心跳相關(guān)聯(lián)的、垂直于所述血管壁擴(kuò)張/收縮方向的方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述血管壁跟蹤器使用與在所述運(yùn)動(dòng)之前和之后的相應(yīng)位置相對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)的振幅信息和相位信息，來跟蹤所述血管壁運(yùn)動(dòng)。
5.一種超聲波診斷方法，包括以下步驟通過超聲波探頭向?qū)ο蟮难馨l(fā)送第一超聲波束并從所述對(duì)象的血管接收所述第一超聲波束；基于在發(fā)送并接收所述第一超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的接收信號(hào)的振幅信息，來檢測(cè)在血管壁的長軸圖像中與心跳相關(guān)聯(lián)的所述血管壁的徑向擴(kuò)張/收縮的方向；通過所述超聲波探頭向所述對(duì)象的血管發(fā)送與檢測(cè)到的血管壁擴(kuò)張/收縮方向相平行的第二超聲波束，并從所述對(duì)象的血管接收與檢測(cè)到的血管壁擴(kuò)張/收縮方向相平行的第二超聲波束；使用在發(fā)送和接收所述第二超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的所述接收信號(hào)的振幅信息和相位信息，來跟蹤所述血管壁的運(yùn)動(dòng)；以及基于所跟蹤的血管壁運(yùn)動(dòng)，計(jì)算所述血管壁的彈性特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波診斷方法，其中，通過以下步驟檢測(cè)所述血管壁擴(kuò)張/收縮方向基于在發(fā)送和接收所述第一超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的接收信號(hào)的振幅信息，跟蹤所述血管壁運(yùn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波診斷方法，其中，通過以下步驟檢測(cè)所述血管壁擴(kuò)張/ 收縮方向基于在發(fā)送和接收所述第一超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的接收信號(hào)的振幅信息，檢測(cè)在血管腔和所述血管壁之間的邊界，并將與所檢測(cè)到的邊界實(shí)質(zhì)垂直的方向檢測(cè)為所述血管壁擴(kuò)張/收縮方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的超聲波診斷方法，其中，當(dāng)所述血管壁在與心跳相關(guān)聯(lián)的、垂直于所述血管壁擴(kuò)張/收縮方向的方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，使用與在所述運(yùn)動(dòng)之前和之后的相應(yīng)位置相對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)的振幅信息和相位信息，來跟蹤所述血管壁運(yùn)動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波診斷方法，其中，基于在發(fā)送和接收所述第一超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的接收信號(hào)，產(chǎn)生超聲波圖像。
全文摘要
一種超聲波診斷裝置包括超聲波探頭；檢測(cè)器，用于基于在由發(fā)射機(jī)/接收機(jī)通過所述超聲波探頭向?qū)ο蟮难馨l(fā)送并從所述對(duì)象的血管接收第一超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的所述接收信號(hào)的振幅信息，來檢測(cè)在血管壁的長軸圖像中與心跳相關(guān)聯(lián)的所述血管壁的徑向擴(kuò)張/收縮的方向；控制器，用于控制所述發(fā)射機(jī)/接收機(jī)，以通過所述超聲波探頭發(fā)送和接收與所檢測(cè)到的血管壁擴(kuò)張/收縮方向相平行的第二超聲波束；跟蹤器，用于使用在發(fā)送和接收所述第二超聲波束時(shí)從所述超聲波探頭輸出的所述接收信號(hào)的振幅信息和相位信息，來跟蹤所述血管壁的運(yùn)動(dòng)；以及計(jì)算器，用于基于所跟蹤的血管壁運(yùn)動(dòng)，計(jì)算所述血管壁的彈性特征。
文檔編號(hào)A61B8/08GK102525565SQ201110355409
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
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