用于对颈动脉狭窄进行分类的非成像二维阵列探头和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及医学诊断超声系统，并且具体设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] 中风是全世界死亡的第=主要原因。根据世界卫生组织，2002年，中风占去超过 5500000的死亡，其中，那些死亡中的大约50%发生在中国和印度。尽管发生率在发达国家 中正在下降，然而中风在美国占去163000的死亡数。运些死亡中的很大部分被认为是颈动 脉分叉中的疾病的结果。颈总动脉(CCA)在颈动脉分叉处分支为颈内动脉(ICA)和颈外动脉 化CA),颈动脉分叉是动脉粥样硬化疾病的常见位点。ICA(向大脑供应血液的分支）的狭窄 或变窄一直W来被认为与缺血性中风的发生有关。对颈动脉狭窄的严重性的使用已经发展 为对中风的风险的替代量度。
[0003] 颈动脉动脉粥样硬化的发生和与中风相关联的死亡在发展中国家中是日益增加 的问题。在运些国家中，能够被使用在低资源环境中的颈动脉筛查设备将通过提供若干特 征来解决该增长性问题。第一，在运些环境中常常缺少技术人员，并且因此设备应当能够在 最少训练和指令的情况下来使用。第二，设备应当是便宜的，W便在运些环境中负担得起。 第=，设备应当能够W高度自动的方式对颈动脉中的狭窄的程度进行分类，而无需使用在 乡村环境中不可用的高端复式超声扫描器。
【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，所述换能器元件的二维阵列具有相对 大尺寸的少量元件，所述相对大尺寸的少量元件能够覆盖所述颈动脉在其分叉处的区。所 述大尺寸的元件在非相控的情况下被独立地操作，从而降低所述多普勒系统的成本。本发 明的探头和系统能够W二维或=维的方式产生颈动脉血液流动的表示，并且当在血管上方 移动所述探头时，能够通过匹配颈动脉流动的节段来组装所述流动的延伸视图。当所述颈 动脉已经被定位后，就通过对峰值收缩速度和血液流动端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IW方框图形式图示了根据本发明的原理构建的超声系统。
[0007] 图2图示了本发明的探头的阵列换能器的元件的尺寸和维度。
[000引图2a图示了用于良好的多普勒接收的图2的阵列的换能器元件的斜置。
[0009]图3图示了本发明的超声系统的探头放置显示，所述探头放置显示引导操作者在 颈动脉上方的适当探头放置。
[0010] 图4图示了本发明的多普勒探头W离散的元素行形式的操作。
[0011] 图5图示了由本发明的超声系统产生的二维血管图。
[0012] 图6图示了由本发明的超声系统产生的S维血管图。
[0013] 图7图示了对通过利用本发明的探头和系统扫描而产生的=维血管图的渐进式组 装。
[0014] 图8图示了对在颈动脉中遇到的流动状况的谱多普勒显示。
[0015] 图9是对本发明的系统中的端流和峰值收缩速度的自动评估的流程图。
[0016] 图10是根据本发明对流动分析的基本步骤的图解。
[0017]图11图示了具有被跟踪的包络线的上限和下限的多普勒谱。
【具体实施方式】
[0018] 首先参考图1，W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包含换能器元件的换能器阵列12,所述换能器元件的换能器阵列12将超声波发射到身体 中并接收返回的回波信号W用于多普勒处理。对超声发射和接收的控制和计时由波束形成 器控制器16提供，所述波束形成器控制器16控制系统波束形成器14。该波束形成器14不是 常规的延迟与求和波束形成器，运是因为该换能器阵列不能W相控方式进行操作。替代地， 每个元件被单独致动，W将超声波从元件的前表面直接发射到身体中，并且独立地接收波 的反射。波束形成器通过每个换能器控制对连续的发射-接收间隔(脉冲重复间隔或PRI)的 计时，使得全体在时间上间隔开的回波被每个换能器元件在感兴趣的深度范围上的连续的 深度处接收到，所述感兴趣的深度范围为颈动脉所位于的标称深度。每个全体回波采样然 后能够被多普勒处理，W检测每一个换能器元件前面的流动状况。正交带通滤波器18将回 波信号处理成正交的I分量和Q分量。单独的分量被多普勒角度估计器20用于估计在每个换 能器元件前面的多普勒询问要被执行的深度处的多普勒信号的相位移位或频率移位。备选 地，可W估计多普勒功率。在每个换能器前面的深度处的由多普勒角度估计器20产生的多 普勒频率或强度能够被直接映射到在那些深度定位处的流动的速度值或多普勒功率。该多 普勒数据被禪合到流动图像处理器30,所述流动图像处理器30在空间上将数据处理成二维 或=维图像格式，其中，对速度值进行颜色编码或强度编码。该空间多普勒血管图由显示处 理器36进行处理，并且被显示在显示器52上，W图示在阵列换能器下方的解剖结构中的流 动正在发生的定位并且通过颜色编码来图示该流动的速度和方向或通过强度调制来图示 多普勒功率。多普勒数据也被禪合到谱多普勒处理器32,所述谱多普勒处理器32产生用于 W如下所述的那样对峰值收缩速度和端流分析的多普勒数据的谱分析。多普勒角度处理器 40调控(condition)针对多普勒询问的角度的处理，所述角度优选如W下所述的那样通过 倾斜由换能器元件进行的波发射的方向来设定。图形处理器34被提供为将血管图坐标和其 他图形数据(例如，患者姓名）叠加在所显示的图像上。体积绘制器24执行对=维血管图数 据的体积绘制，W按如下所述的那样产生=维血管图。整个系统由用户控制装置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。该实施例是用于探头的具有总 共80个元件的阵列，每个元件对被布置在包含10行X 8列的二维矩阵中的3mm X 3mm进行测 量。在运样的配置中，覆盖的面积为30mmX24mm。具有该小数目的元件W及该相对大的个体 尺寸的元件的换能器阵列比微小节距的阵列元件更易于做成小方块，使该阵列制造起来简 单，具有高产量并且因此制作相对便宜。在选择元件的数目时要考虑的因素包括覆盖范围、 分辨率、W及提供与标准超声探头相比可接受准确度的数目。已经发现从3mmX 3mm到6mmX 6mm的范围变动的元件尺寸对于与颈动脉的标称深度一起使用的未聚焦元件是可接受的。 已经发现大约40mm的阵列尺寸适合于覆盖颈动脉的分支。如图2所图示的，探头旨在抵靠患 者的颈部被放置在颈动脉上方。当探头孔与颈动脉纵向地成一直线并且动脉的分叉在视野 内时，换能器将覆盖颈动脉的可感知的区，其中颈总动脉（CCA)在一端处并且颈内动脉 (ICA)和颈外动脉化CA)在另一端处进行分支。W-角度放置探头中的元件，W提供30-60度 的多普勒角度。众所周知，当血液流动的方向正交于超声波的方向时，不能够获得多普勒信 号，并且当波与流动成一直线地指向时，获得最大