专利名称：确定弹性指标可靠性的超声波诊断设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于使用超声波测量血管的弹性指标、并且评价和确定弹性指标的可靠性的技术。具体地，本发明涉及一种超声波诊断设备、一种确定弹性指标可靠性的方法、和一种用于确定弹性指标可靠性的程序，所述超声波诊断设备、所述确定弹性指标可靠性的方法以及所述用于确定弹性可靠性的程序确定通过使用超声波进行测量获得的血管的弹性指标的可靠性。
背景技术：
为了根据心肌的声学特性和弹性特性执行非侵入式心脏诊断，需要以通过皮肤的方式连续测量在多个搏动下在达到几百Hz的频带中在心壁的每一个位置中具有等于几十μπι或小于几十ym的振幅的微小振动。因此，已知一种技术，其中使用检测到的信号的振幅和相位确定血管壁的瞬时位置，并且追踪血管壁基于心跳的大幅度位移运动，从而获得血管的弹性模量(参见JP 10-5226A)。具体地，根据血管壁的连续位置获得血管壁的微小振动的运动速度波形，获得沿血管壁的深度方向的预定间隔处取得的部位的追踪轨迹，并且计算所述部位的厚度的时间变化，从而获得血管的弹性模量。
发明内容
然而，当测量血管的弹性模量时，有必要追踪由于心跳而持续运动的血管壁的位移。同时，可理解的是如果由于心跳而产生的位移过大，或者如果要被测量的血管的位置偏移，则追踪失败，并且所获得的弹性模量的可靠性降低。本发明已经考虑到上述情况，并且本发明的目的是提供一种超声波诊断设备，一种确定弹性指标可靠性的方法、以及一种用于确定弹性指标可靠性的程序，所述超声波诊断设备、所述确定弹性指标可靠性的方法以及所述用于确定弹性指标可靠性的程序能够评价和确定使用超声波测量的诸如弹性模量的弹性指标的可靠性，从而当可靠性为低时告知诸如测量技术人员的用户，并且防止根据诸如不可靠的弹性模量的弹性指标执行各种诊断，从而执行准确诊断。为了实现以上目的，本发明提供了一种超声波诊断设备，包括控制装置，所述控制装置用于控制超声波束的发送和接收；追踪装置，所述追踪装置用于追踪在超声波束的发送方向上血管的多个点在发送方向上的位移；计算装置，所述计算装置用于根据追踪装置的追踪结果计算血管的弹性指标；获取装置，所述获取装置用于获取血管的特定点在发送方向上的位移方向或位移量；和确定装置，所述确定装置用于根据获取装置的获取结果确定弹性指标的可靠性。优选地,所述多个点位于血管后壁(posterior vascular wall)上,并且所述特定点至少位于血管后壁上。当血管后壁在心脏收缩阶段朝向血管外移动时，优选地，确定装置确定弹性指标的可靠性为高。
当血管后壁在血管从最小直径增加到最大直径的时间段期间朝向血管前壁移动等于或大于O. Ilmm时，优选地，确定装置确定弹性指标的可靠性为低。优选地，所述多个点位于血管后壁上，并且所述特定点位于血管前壁和血管后壁上。当血管的中心位置在血管从最小直径增加到最大直径的时间段期间朝向前壁移动等于或大于O. 24mm时，优选地，确定装置确定弹性指标的可靠性为低。当在一个心跳期间朝向前壁的血管中心位移等于或大于O. 49mm时，优选地，确定装置确定弹性指标的可靠性为低。优选地，超声波诊断设备还包括报警 装置，所述报警装置用于当确定装置确定弹性指标的可靠性为低时给出警告。血管优选的是人体的颈动脉。本发明还提供了一种确定弹性指标可靠性的方法，所述方法包括控制步骤，所述控制步骤控制超声波束的发送和接收；追踪步骤，所述追踪步骤追踪在超声波束的发送方向上血管的多个点在发送方向上的位移；计算步骤，所述计算步骤根据追踪步骤中的追踪结果计算血管的弹性指标；获取步骤，所述获取步骤获取血管的特定点在发送方向上的位移方向或位移量；和确定步骤，所述确定步骤根据获取步骤中的获取结果确定弹性指标的可靠性。本发明还提供了一种用于确定弹性指标可靠性的程序，所述程序使计算机运行确定弹性指标可靠性的方法的控制步骤、追踪步骤、计算步骤、获取步骤、和确定步骤。本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于确定弹性指标可靠性的程序存储在所述计算机可读存储介质中。根据本发明，可以评价和确定使用超声波测量的弹性模量的可靠性，从而当可靠性为低时告知诸如测量技术人员的用户，并防止用户在没有改变的情况下持续进行不必要的测量或根据缺乏可靠性的弹性模量进行各种诊断，从而执行准确诊断。
图I是显示根据本发明的实施例I的超声波诊断系统的主要结构的外观的立体图；图2是显示图I中所示的超声波诊断设备的主要结构和连接到超声波诊断设备的外围设备的方框图；图3是显示图I中所示的超声波诊断设备中的追踪过程的概要的示意性视图；图4是显示追踪点Pl到P5的位置y的时间变化的示例的图表；图5A和5B是显示相邻反射体之间的厚度的随时间变化的波形的示例的曲线图；图6是显示其中测量人体的颈动脉的弹性模量的状态的示意性视图；图7A是显示根据实施例I的当从头部区域看时颈部区域上的超声波探头的邻接角度的变化并包括颈部区域的横截面的示意性视图；图7B是人的头部区域和颈部区域的不意性视图；图8A-8C是显示每一个位置处的血管壁的直径的变化速度的随时间变化的波形、血管直径以及血管壁的每一个追踪点的位移的示例的曲线图9A-9C是显示每一个位置处的血管壁的直径的变化速度的随时间变化的波形、血管直径以及血管壁的每一个追踪点的位移的另一示例的曲线图；图10是显示在一个心跳期间的血管中心位移、血管后壁和血管中心的从最小直径时间到最大直径时间的位移、以及当从不同方向测量时弹性模量的可靠性的表格；图IlA和IlB是显示弹性模量的可靠性降低的原因的示意性视图；图12是示意性地显示颈动脉的分层构造的剖视图；以及
图13A、13B和13C是显示在超声波探头被推动并邻接对象时在颈静脉作为窗口的情况下从不同方向测量时在一个心跳期间血管的每一个部分的变化的曲线图。
具体实施例方式以下参照
本发明的实施例。相同的部件由相同的附图标记表示。(实施例I)图I是显示根据本发明的实施例I的超声波诊断系统500的主要结构的外观的一个示例的立体图。这里，提供对其中用作探头的超声波探头，控制超声波探头、分析获得的超声波回波的接收信号并合成图像的超声波诊断设备，以及显示合成图像的显示器分开设置的情况的说明。如图I所示，超声波诊断系统500包括超声波诊断设备100、超声波探头200、用户操作单元300、以及显示器400。虽然未示出，但是超声波探头200是通过由一维或二维换能器阵列形成的多个超声波换能器执行超声波束的发送和接收的探头，所述探头在其中所述探头的上面布置有超声波换能器的末端处的阵列部分邻接对象的表面上的状态下使用。超声波换能器响应于要被施加的致动信号朝向对象发送超声波束、接收由对象反射的超声波回波，并输出接收信号。每一个超声波换能器都由振动器构成，在所述振动器中，电极形成在诸如由PZT(锆钦酸铅Pb (lead) zirconate titanate)代表的压电陶瓷或由 PVDF (polyvinylidenedifluoride:聚偏二氟乙烯)代表的压电聚合物的压电材料(压电体)的两个端部处。如果将脉冲或连续波电压施加在振动器的电极的两端，则压电体膨胀和收缩。通过膨胀和收缩，由振动器产生脉冲超声波或连续超声波，并且所述超声波被合成以形成超声波束。当接收传播的超声波回波时，振动器膨胀和收缩，并且产生电信号。所述电信号作为超声波回波的接收信号被输出。作为超声波探头的类型，存在各种类型，例如，凸起型、线性扫描型、以及扇形扫描型。超声波探头200通过电缆202连接到超声波诊断设备100，并且通过超声波诊断设备100控制超声波探头200的操作。超声波诊断设备100具有执行对超声波诊断系统500的各个单元的操作的整体控制的功能。超声波诊断设备100通过超声波探头200发送和接收超声波束，或者由接收到的超声波回波产生断层分析图像以及将该断层分析图像显示在显示器400上。超声波诊断设备100产生B模式图像或M模式图像作为断层分析图像，并将产生的所述图像实时地显示在显示器400上。超声波诊断设备100还具有显示血管壁等的厚度变化波形的功能或计算并显示观察的组织的弹性指标(在这种情况下，例如，弹性模量)的功能。以下说明超声波诊断设备100的详细结构。用户操作单元300包括键盘、定点装置、和各种按钮或表盘。诸如医生或技术人员的操作者(用户)使用用户操作单元300操作超声波诊断系统500。例如，操作者使用用户操作单元300根据观察部位指定关于超声波诊断系统500的操作模式的各种设定值或改变从超声波探头200发送的超声波束的焦点的深度。操作者使用用户操作单元300指定感兴趣区(以下，缩写为ROI)。显示器400例如是光栅扫描型LCD等，并且根据从超声波诊断设备100输出的模拟转换图像信号将超声波图像显示为移动图像或静止图像。图2是显示超声波诊断设备100的主要结构和连接到超声波诊断设备100的外围设备的方框图。不再重复说明图I中已经示出的结构。超声波诊断设备100包括发送/接收控制器111、发送电路113、接收电路115、断层分析图像生成器117、显示处理器119、追踪点设定器121、追踪器125、血管壁厚度变化计算器127、追踪点位移计算器128、血压输入单元129、弹性模量计算器132、以及弹性模量可靠性判定器133。超声波探头200、血压计103和显示器400被设置为连接 到超声波诊断设备100的外围设备。发送/接收控制器111通过发送电路113和接收电路115依次设定超声波探头200的超声波束的发送方向和超声波回波的接收方向。发送/接收控制器111具有根据设定的发送方向选择发送延迟模式的发送控制功能和根据设定的接收方向选择接收延迟模式的接收控制功能。发送延迟模式是被施加到每一个超声波换能器的致动信号上以在期望的方向上由从超声波探头200的多个超声波换能器发送的超声波形成超声波束的延迟时间的模式。接收延迟模式是被施加到接收信号上以从期望方向通过由多个超声波换能器接收到的超声波提取超声波回波的延迟时间的模式。多个发送延迟模式和多个接收延迟模式被存储在内部存储器(未示出)中，并且基于情况被适当地选择和使用。发送电路113包括多个通道，并产生被施加到超声波探头200的多个超声波换能器的多个致动信号。此时，延迟时间可以根据由发送/接收控制器111选择的发送延迟模式施加在多个致动信号中的每一个上。发送电路113可以调节多个致动信号中的每一个的延迟量并将多个致动信号供应给超声波探头200的多个超声波换能器，使得从多个超声波换能器发送的超声波形成超声波束。可选地，发送电路113可以将多个致动信号供应给超声波探头200，使得从多个超声波换能器发送的超声波立即到达对象的整个成像区域。类似于发送电路113，接收电路115包括多个通道。接收电路115放大通过多个超声波换能器接收到的多个模拟信号，并将该模拟信号转换成数字接收信号。接收电路115执行接收集中处理，在该接收焦点处理(reception focus process)中，延迟时间根据由发送/接收控制器111选择的接收延迟模式被施加到多个接收信号中的每一个上，并且添加接收信号。通过这种接收焦点处理，超声波回波的焦点变窄以形成声线信号(声线数据)。接下来，接收电路115通过低通滤波处理等对声线数据执行包络检波处理(envelope detection process),并通过STC (灵敏度时间增益控制)根据超声波的反射位置的深度基于距离校正衰减。以上述方式处理的声线数据被依次存储在电影存储器(cinememory)(未示出)中，所述电影存储器具有累积用于多个帧的声线数据的存储能力。接收电路115包括图像数据生成器(未示出)。接收电路115直接输入声线数据以被以实况转播模式直接供应给图像数据生成器，以及输入声线数据以被从电影存储器以冻结模式供应给图像数据生成器。接收电路115对声线数据执行诸如Log (对数)压缩或增益调节的预处理以产生图像数据，并将该图像数据输出给断层分析图像生成器117和追踪点设定器121。断层分析图像生成器117根据通常的电视信号扫描系统将从接收电路115供应的超声波图像的图像数据转换(光栅转换)成图像数据，执行诸如灰度处理的必要的图像处理，并将图像数据输出给显示处理器119。追踪点设定器121在由从接收电路115供应的图像数据表示的超声波图像中设定ROI (感兴趣区)，并沿对象的深度方向(超声波的发送方向)在ROI中设定用于自动追踪血管壁位移波形、血管直径等的多个追踪点。关于追踪点的信息被输出到追踪器125。操作者可以在观察显示器400上的显示时手动设定追踪点，或者追踪点设定器121可以根据特定算法自动设定追踪点。虽然由追踪点设定器121设定的追踪点还用于确定如下所述的弹性模量的可靠性，但是不是被设定成用于自动追踪血管壁位移波形、血管直径等的所 有追踪点能用于确定弹性模量的可靠性。因此，操作者可以从所有追踪点中手动设定用于确定弹性模量的可靠性的一个或多个特定追踪点，或者追踪点设定器121可以根据特定算法自动设定用于确定弹性模量的可靠性的一个或多个追踪点。虽然在本实施例中通过用户操作单元300由操作者手动指定ROI来执行通过追踪点设定器121对ROI的设定，但是可以根据图像数据自动执行ROI的设定。例如，在颈动脉的超声波诊断的情况下，由于(I)血管中的超声回声较弱，并且在B模式图像上获得低亮度，以及(2)在观察颈动脉的横截面中，颈动脉的尺寸大约为Icm并且作为血管是最大的，因此可以相对简单地由图像数据自动检测到颈动脉。追踪器125从超声波断层分析图像数据自动识别由追踪点设定器121设定的每一个追踪点，并且将追踪点的位移辨别为追踪目标，即，血管壁的位置的变化(血管壁位移)。追踪器125将通过辨别血管壁的位置的变化获得的血管壁的厚度变化波形作为血管壁位移波形输出给血管壁厚度变化计算器127，并将用于确定弹性模量的可靠性的特定追踪点的位移作为数据输出给追踪点位移计算器128。从追踪器125输出给血管壁厚度变化计算器127的位移数据可以仅包括脉管后壁的位移，或者可以包括后壁的位移和前壁的位移。血管壁厚度变化计算器127根据通过追踪器125中进行的追踪获得的血管壁的厚度变化波形获得心脏收缩阶段血管直径(最大血管直径)Ds和心脏扩大阶段血管直径(最小血管直径)Dd。即，从图像数据追踪血管直径D的变化，并且获得最大血管直径Ds和最小血管直径Dd。血管壁厚度变化计算器127由血管壁的厚度变化波形计算血管壁的厚度的变化，并将血管壁的厚度的变化输出给弹性模量计算器132。追踪点位移计算器128由用于确定从追踪器125供应的弹性模量的可靠性的位移数据计算对象的在特定追踪点处的深度方向(超声波的发送方向)上的位移方向和位移量，并将位移方向和位移量作为计算结果输出给弹性模量可靠性确定器133。另一方面，血压计103是其中箍带缠绕在对象的上臂以测量对应于心脏收缩和扩张的最大值Ps和最小值Pd的箍带型血压计。测量的血压数据被自动或手动输入给超声波诊断设备100的血压输入单元129。血压输入单元129是与血压计103和超声波诊断设备100的接口，并将输入的血压数据输出给弹性模量计算器132。弹性模量计算器132使用分别从血管壁厚度变化计算器127供应的血管壁厚度变化数据和血压输入单元129供应的血压数据计算作为表示血管弹性的指标中的一个的弹性模量，并将弹性模量输出给弹性模量可靠性确定器133。弹性模量可靠性确定器133通过如下所述的过程根据从追踪点位移计算器128输出的位移方向和位移量评价和确定从弹性模量计算器132供应的弹性模量数据的可靠性，并将确定结果输出给显不处理器119。显示处理器119根据从断层分析图像生成器117供应的图像数据产生用于显示的图像数据。用于显示的图像主要是诸如B模式图像或M模式图像的断层分析图像、血管壁的厚度变化波形等，并且与从弹性模量可靠性确定器133供应的评价结果或确定结果一起被显示。当从弹性模量可靠性确定器133输入指示弹性模量的可靠性较低的通知信号时，显示处理器119在显示器400上显示字符、图形等以为用户提供警告。所述警告可以是报警音调的声音等。显示处理器119可以具有执行诸如包括增益调节和反差调节的线性灰度处理或包括Y校正的非线性灰度处理的图像处理功能。显示处理器119包括D/Α转换器，将用于显示的图像数据转换成模拟图像信号，并将该模拟图像信号输出给外部显示器400。
图3是显示通过本实施例的超声波诊断设备100对血管壁执行的追踪处理的概要的不意性视图。作为用于追踪处理的方法，存在各种方法，例如断层分析图像的模式匹配法、零交叉点法、组织多普勒法、以及相位差追踪法，并且原则上可以使用任意方法。本实施例的超声波诊断设备100使用正交检测输出的振幅信息和相位信息中的一个或两个追踪设定在一个超声波束上的血管后壁中的内膜介质复合体上的多个反射体中的每一个的位置的移动。例如，图3显示了以下所述的一个示例，其中超声波束B26从超声波探头200朝向对象21被发送，超声波束B26穿过血管前壁23和血管内腔24并到达血管后壁25上的追踪点P1、P2、P3、P4和P5，超声波诊断设备100通过超声波探头200从追踪点P1-P5中的每一个接收超声回声信号，并且追踪器125追踪血管22的血管壁，因此，追踪血管壁的厚度。追踪点P1-P5通过追踪点设定器121被手动或自动设定作为五个反射体，即，第一至第五反射体(以下，分别称作为反射体I、反射体2、反射体3、反射体4和反射体5)在血管后壁25上的位置。追踪器125追踪设定的追踪点P1、P2、P3、P4和P5，并获得每一个追踪点的位置的时间变化。虽然下面说明了其中血小板(plaque) 27位于血后管壁25上并且血小板27的一部分(血管后壁25的一部分在所述血小板的一部分处朝向血管内腔24膨胀)被追踪的示例，但是要理解的是即使在没有设置血小板的情况下也可以执行超声波诊断设备100的追踪处理。图4是显示由追踪器125获得的追踪点Pl至P5的位置y的时间变化的示例的曲线图。曲线LI至L5表示对应于追踪点Pl至P5的位置改变。由此附图可很明显看到在单个心跳期间追踪点Pl至P5的位置是如何变化的，或者基于追踪点是否存在位移量的差值(凹陷的程度)。因此，如果计算相邻反射体(例如，P2和P3)的位置的变化的差值，则可以获得血管壁厚度的随时间变化的波形。图5A显示了作为血管壁的相邻反射体的反射体I与反射体2之间的厚度的随时间变化的波形。在该图中，Ahl表示厚度变化的量。图5B显示了反射体3与反射体4之间的厚度的随时间变化的波形。在该图中，AhS表示厚度变化的量。由这些图可以理解的是反射体3与反射体4之间的组织为相对柔软并且由于压力可以显著凹陷的组织，反射体I与反射体2之间的组织是相对较硬并且由于压力不能显著凹陷的组织，即，坚硬组织。如上所述，虽然可以通过血管壁厚度的随时间变化的波形辨别血管壁的弹性度，但是对于更加定量的讨论，可以通过公式(I)计算血管沿径向方向的变形ε。ε j = AhiAdi. · · (I)这里，ε i表示血管壁的反射体i与i+Ι之间的沿径向方向的变形，Ahi表示在心脏收缩阶段反射体i与i+Ι之间的厚度变化的最大值，而hdi表示在心脏扩大阶段结束时反射体i与i+Ι之间的厚度。 在弹性模量计算器132中，可以通过进一步使用由血压计103测量的血压的公式
(2)和(3)计算血管壁的反射体之间在径向方向上的弹性模量Eh和在圆周方向上的弹性
模量Eei。
权利要求
1.ー种超声波诊断设备，包括 控制装置，所述控制装置用于控制超声波束的发送和接收； 追踪装置，所述追踪装置用于追踪在所述超声波束的发送方向上血管的多个点在发送方向上的位移； 计算装置，所述计算装置用于根据所述追踪装置的追踪结果计算所述血管的弾性指标; 获取装置，所述获取装置用于获取所述血管的特定点在所述发送方向上的位移方向或位移量；和 确定装置，所述确定装置用于根据所述获取装置的获取结果确定所述弹性指标的可靠性。
2.根据权利要求I所述的超声波诊断设备，其中，所述多个点位于血管后壁上，并且所述特定点至少位于所述血管后壁上。
3.根据权利要求2所述的超声波诊断设备，其中，当所述血管后壁在心脏收缩阶段朝向所述血管外移动时，所述确定装置确定所述弹性指标的可靠性为高。
4.根据权利要求2所述的超声波诊断设备，其中，当所述血管后壁在所述血管从最小直径増加到最大直径的时间段期间朝向血管前壁移动等于或大于O. Ilmm时，所述确定装置确定所述弹性指标的可靠性为低。
5.根据权利要求I所述的超声波诊断设备，其中，所述多个点位于血管后壁上，并且所述特定点位于血管前壁和所述血管后壁上。
6.根据权利要求5所述的超声波诊断设备，其中，当所述血管的中心位置在所述血管从最小直径増加到最大直径的时间段期间朝向所述前壁移动等于或大于O. 24mm时，所述确定装置确定所述弹性指标的可靠性为低。
7.根据权利要求5所述的超声波诊断设备，其中，当在一个心跳期间朝向所述前壁的血管中心位移等于或大于O. 49mm时，所述确定装置确定所述弹性指标的可靠性为低。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的超声波诊断设备，还包括报警装置，所述报警装置用于当所述确定装置确定所述弹性指标的可靠性为低时给出警告。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的超声波诊断设备，其中，所述血管是人体的颈动脉。
10.一种确定弾性指标可靠性的方法，包括以下步骤 控制步骤，所述控制步骤控制超声波束的发送和接收； 追踪步骤，所述追踪步骤追踪在所述超声波束的发送方向上的血管的多个点在发送方向上的位移； 计算步骤，所述计算步骤根据所述追踪步骤中的追踪结果计算所述血管的弾性指标；获取步骤，所述获取步骤获取所述血管的特定点在所述发送方向上的位移方向或位移量;和 确定步骤，所述确定步骤根据所述获取步骤中的获取结果确定所述弹性指标的可靠性。
11.一种用于确定弹性指标可靠性的程序，所述程序使计算机运行根据权利要求10所述的确定弹性指标可靠性的方法的所述控制步骤、所述追踪步骤、所述计算步骤、所述获取步骤、和所述确定步骤。
12.—种计算机可读存储介质，根据权利要求11所述的用于确定弾性指标可靠性的所述程序存储在所述计算机可读存储介质中。
全文摘要
本发明公开了一种确定超声波束的弹性指标可靠性的超声波诊断设备和方法，所述超声波诊断设备和方法发送和接收超声波束、追踪在超声波束的发送方向上的血管的多个点在发送方向上的位移、根据追踪结果计算血管的弹性指标、获取血管的特定点的发送方向上的位移方向或位移量、以及根据获取结果确定弹性指标的可靠性。用于确定弹性指标可靠性的程序使计算机运行所述方法的各个步骤。计算机可读存储介质存储所述程序。
文档编号A61B8/08GK102670254SQ201210048480
公开日2012年9月19日 申请日期2012年2月28日 优先权日2011年3月8日
发明者宫地幸哉 申请人:富士胶片株式会社