用于对齐血管的超声数据的空间不同的子体积的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医学诊断超声系统，并且尤其涉及用于对颈动脉狭窄的自动筛查的非 成像多普勒探头系统。
【背景技术】
[0002] 脑卒中是世界范围内的第三大死因。根据世界卫生组织，在2002年脑卒中导致多 于550万人死亡，其中那些死亡中有约50%发生在中国和印度。尽管在发达国家发病率正 下降，但在美国脑卒中仍导致163000的死亡数。据认为这些死亡中的很大一部分是颈动脉 分叉中的疾病的结果。颈动脉分叉，在其处颈总动脉（CCA)分支成颈内动脉（ICA)和颈外 动脉（ECA)，是动脉粥样硬化病的常见位点。ICA--向脑部供血的分支--的狭窄或变窄 很久以来就已知与缺血性脑卒中的发生有关。对颈动脉狭窄的严重度的应用已演变为对脑 卒中风险的替代指标。
[0003] 颈动脉粥样硬化的发生和与脑卒中相关联的死亡是发展中国家日益突出的问题。 在这些国家，能够在低资源环境中使用的颈动脉筛查设备将通过提供几个特征来解决该日 益严重的问题。首先，在这些环境中常常缺乏技术人员，并且因此设备应当能够以最少的训 练和指导来使用。第二，设备应当便宜，以便在这些环境中可负担得起。第三，设备应当能 够以高度自动的方式归类颈动脉中狭窄的程度，无需使用在农村环境可能得不到的高端双 超声扫描器。
【发明内容】
[0004] 根据本发明的原理，一种用于颈动脉诊断的诊断超声系统包括简单的非成像多普 勒超声探头。所述探头具有换能器元件的二维阵列，其带有低计数的相对大尺寸的元件，该 相对大尺寸能够覆盖颈动脉在其分叉处的面积。所述大尺寸元件非相控地独立运行，由此 降低多普勒系统的成本。本发明的所述探头和系统能够产生颈动脉血流在二维或三维中表 示，并且能够通过随着探头在血管上被移动匹配颈动脉流的片段而组装流的扩展视图。在 颈动脉已被定位后，通过对峰值收缩期速度和血流湍流的自动测量，来评估狭窄的程度。
【附图说明】
[0005] 在附图中：
[0006] 图1以方框图形式图示根据本发明的原理构建的超声系统。
[0007] 图2图示本发明的探头的阵列换能器中的元件的大小和尺寸。
[0008]图2a图示针对良好多普勒接收，图2的阵列中的换能器元件的角度。
[0009] 图3图示本发明的超声系统的探头放置显示，其在颈动脉上的恰当探头布置中引 导操作者。
[0010]图4在元件的离散的行中图示本发明的多普勒探头的操作。
[0011] 图5图示由本发明的超声系统产生的二维血管图。
[0012] 图6图示由本发明的超声系统产生的三维血管图。
[0013] 图7图示对通过利用本发明的探头和系统进行扫描产生的三维血管图的渐进性 组装。
[0014] 图8图示对颈动脉中遇到的流状态的谱学多普勒显示。
[0015] 图9为在本发明的系统中对湍流和峰值收缩期速度的自动评估的流程。
[0016] 图10为根据本发明的流分析的基本步骤的图解。
[0017] 图11图示了多普勒谱学，其中，其包络的上下极值被跟踪。
【具体实施方式】
[0018] 首先参考图1，以方框图形式示出了根据本发明的原理构建的超声系统。超声探头 10包括换能器元件的换能器阵列12,换能器元件将超声波发射到身体中并接收返回的回 波信号以供多普勒处理。对超声发射和接收的控制和计时由控制系统波束形成器14的波 束形成器控制器16提供。波束形成器14不是常规的延迟求和波束形成器，这是因为换能 器阵列不是以相控方式来操作的。相反，每个元件被单独致动以将超声波从其正面直接发 射到身体中，并各自地接收来自波的反射。波束形成器控制对每个换能器的连续发射接收 间隔的计时（脉冲重复间隔或PRI)，使得由每个换能器元件在感兴趣深度范围上的连续深 度处接收时间间隔回波的集合，该感兴趣深度范围为颈动脉位于其处的名义深度。回波样 本的每个集合然后能够被多普勒处理，以探测在每个换能器元件前方的流状况。正交带通 滤波器18将回波信号处理成正交的I和Q分量。单独的分量被多普勒角度估计器20用于 估计多普勒信号在每个换能器元件前方要在其中执行多普勒询问的深度处的相移或频移。 备选地可以估计多普勒功率。由多普勒角度估计器20产生的在每个换能器前方的深度处 的多普勒频率或强度能够被直接映射到在那些深度位置处流的速度值或多普勒功率。该多 普勒数据被耦合到流图像处理器30,流图像处理器30将数据空间处理成二维或三维图像 格式，在其中速度值被颜色或强度编码。该空间多普勒血管图被显示处理器36处理并被显 示在显示器52上，以通过颜色编码图示在阵列换能器下方的解剖结构中在其中发生流动 的位置以及该流动的速度和方向，或者通过强度调制图示多普勒功率。多普勒数据也被耦 合到谱学多普勒处理器32,谱学多普勒处理器32产生对多普勒数据的谱学分析，用于如下 文描述的峰值收缩期速度和湍流分析。多普勒角度处理器40调整针对多普勒询问的角度 的过程，该过程优选地如下文描述地通过倾斜由换能器元件的波发射的方向来设置。图形 处理器34被提供为在所显示的图像上叠加血管图坐标与其他图形数据，例如患者姓名。体 积绘制器24执行对三维血管图数据的体积绘制，以产生三维血管图，如下文所描述。整个 系统由通过用户控制50来操作。
[0019] 图2图示了用于本发明的探头10的换能器阵列12。该实施例为带有被布置在包 含10行乘8列的二维矩阵中的总计80个元件的探头的阵列，每个元件测量有3mm乘3mm 大。在这样的配置中，覆盖面积为30mm乘24mm。具有该小数目的元件以及该相对大的个 体尺寸的元件的换能器阵列比间隔细密的阵列元件更容易切块，使该阵列制造简单且高产 出率，并且因此相对地造价低廉。在选择元件的数目中考虑的因素包括覆盖范围、分辨率， 以及提供与标准超声探头相比可接受的准确度的数目。已发现范围从3_乘3_至6_乘 6_的元件尺寸对于与颈动脉的名义深度一起使用的非聚焦元件而言是可接受的。已发现 40mm左右的阵列尺寸适合于覆盖颈动脉的分支。如图2中所图示，探头旨在被放置为在 颈动脉上抵靠患者的颈部。当探头的孔与颈动脉纵向成一线并且动脉的分叉在视场内时， 换能器将覆盖颈动脉的客观的面积，其中在一端为颈总动脉（CCA)并且在另一端为内分支 (ICA)和外分支（ECA)。探头中的元件以一角度被放置为提供30-60度的多普勒角度。如 周知的，当血流的方向正交于超声波的方向时，不能够获得多普勒信号，并且当波被定向为 与流成一线时获得最大信号。因此，如果阵列12中的元件直接瞄准到身体中，则从直接在 阵列下方的颈动脉流几乎不会或不会认识到多普勒信号。为了考虑到该方向敏感性，阵列 12中的元件被成角为偏离垂直30-60度的角度，如图2a中图示。已发现30度左右的倾斜 产生可接受的结果。额外的成角能够通过在扫描期间使探头相对于皮肤倾斜来提供。该图 示出前四行元件中的端部元件12-1、12-2、12-3和12-4,它们通过将换能器透镜材料层11 被以选定多普勒角度倾斜并被保持在适当位