基于声辐射力的人体较粗神经力学激励方法与流程

本发明涉及神经力学技术领域，特别涉及一种基于声辐射力的人体较粗神经力学激励方法。

背景技术：

神经由若干神经纤维束和其外部包裹的神经外膜组成，将神经中枢、感觉器官和效应器联结在一起，是人体信息的传递通路。如图1所示，神经的纤维—包膜结构导致其弹性呈现典型的各向异性，沿纤维平面内和垂直纤维平面内的性质有很大差异。理解神经的各向异性，对神经各向异性进行在体测量，有助于对神经系统的生理、病理状态进行更加清晰的描述。

人体许多常见的疾病都与神经系统相关，如癫痫、腕管综合征、帕金森症等。目前，已有一些研究证实，一些神经系统疾病会引起神经器质性变化，进而导致神经的力学性质发生变化。例如：腕管综合征病人、肝硬化、血管斑块等。其中一些疾病在早期难以通过传统的影像学手段(如超声、核磁等)进行表征；因此，若能通过在体方法对人体组织的力学性质进行测量，则有望对许多疾病进行早期筛查或辅助诊断。医疗领域将在体测量人体组织力学性质的方法统称为弹性成像方法。近年来，随着与成像和力学激励相关的硬件、软件技术的发展和相关科学研究的不断进步，弹性成像方法受到了医疗领域的广泛关注，并且在肝纤维化等疾病的早期筛查等方面有一些实际应用。

一般说来，弹性成像方法的主要流程可以概括成四个步骤：对生物组织施加力学激励；采用成像方法对生物组织在激励下的响应进行成像；从成像结果中提取组织的运动学信号(如变形、波动传播等)；从运动学信号中反演生物组织的力学性质。

在诸多弹性成像方法中，瞬时弹性成像(transientelastography,te)和剪切波弹性成像(supersonicshearimaging,ssi)受到广泛关注。te依靠施加在肋间的机械激励产生在肝脏中传播的近场波，通过近场波确定肝脏力学性质；ssi依靠超声探头产生的聚焦声辐射力产生在生物组织中传播的剪切波，通过剪切波的群速度、频散等信息反演组织的力学性质。

但神经由多个神经纤维束和外部的包膜构成，且形状细长(典型地，正中神经的直径约3～4mm)。由于其特殊结构和性质，将现有的弹性成像技术直接应用于神经时，会产生一系列的问题。神经与周围组织的力学性质差别很大，机械激励产生的近场波或声辐射力产生的剪切波会产生强烈散射，导致波动信号杂乱；神经在超声下呈现筛孔状结构，超声回声低，难以获得其内部影像。因此，为在神经上获得可用的弹性成像结果，必须专门设计激励方法。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于声辐射力的人体较粗神经力学激励方法，该方法有利于采集到更好的神经运动信号，从而有助于从运动信号反演神经的各向异性力学性质。

为达到上述目的，本发明实施例提出了基于声辐射力的人体较粗神经力学激励方法，包括以下步骤：使受试者以预设姿势放置待测部位；将超声探头置于所述待测部位上，调整所述超声探头使正中神经在所述超声探头的成像平面内；固定所述超声探头与所述待测部位的相对位置不动，调整所述超声探头的发射参数，采用声辐射力对待测神经的长轴进行力学激励；将所述超声探头置于所述待测部位上，调整所述超声探头使所述正中神经恰好垂直于所述超声探头的成像平面；固定所述超声探头与所述待测部位的相对位置不动，调整所述超声探头的发射参数，采用所述声辐射力对所述待测神经的横截面进行力学激励。

本发明实施例的基于声辐射力的人体较粗神经力学激励方法，对神经进行力学激励，可使神经在激励下的运动信号更强，从而更有利于从运动信号反演神经的弹性性质、或从运动信号中确认神经的生理状态。

另外，根据本发明上述实施例的基于声辐射力的人体较粗神经力学激励方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述待测神经的长轴在探头平面内且采用点状激励时，所述声辐射力必须满足：使所述声辐射力的焦点在所述待测神经的内部；神经包膜距离所述待测神经不少于1/8d，其中，d为待测神经直径；设置所述声辐射力的特征尺寸小于d。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述特征尺寸为以高斯函数拟合声辐射力力场强度分布所得到的特征尺寸。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述待测神经长轴在探头平面内且采用直线状激励时，所述声辐射力必须满足：所述声辐射力的激励线穿过整个待测神经；所述声辐射力的激励线的端点距所述神经包膜的最短距离不少于1/4d。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述声辐射力的激励线为移动焦点连接成的线。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述待测神经的长轴垂直于探头平面且采用点状激励时，所述声辐射力必须满足：使所述声辐射力的焦点位于所述待测神经的外部；神经包膜距离所述待测神经的最短距离在0～4d之间；所述焦点与待测神经形心的连线和超声探头轴线所形成的夹角应大于30度；所述焦点与待测神经附近的筋膜的距离超过1/8d；设置所述声辐射力的特征尺寸小于d。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述待测神经的长轴垂直于探头平面且采用直线状激励时，所述声辐射力必须满足：使所述声辐射力的激励线位于所述待测神经一侧，且与所述待测神经的最短距离在0～4d之间；所述待测神经的最浅点的深度在移动声辐射力的两个焦点的深度之间，且与二者在深度方向上的距离不少于1/2d。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当待测神经长轴垂直于探头平面且采用曲线状激励时，所述声辐射力必须满足：使所述声辐射力的曲线位于待测神经的外部；所述曲线上任何一点与所述待测神经的距离不超过4d；所述声辐射力的激励线上每一点与所述待测神经的距离的极差不超过1/4d。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为神经结构与各向异性性质，其中，(a)图表示神经的结构，包括神经束膜，神经内膜包裹着多条神经束，(b)图为一种各向异性材料的模型，材料内部均匀分布着沿1方向的纤维，导致沿纤维方向的平面(如1-2平面、1-3平面)和垂直纤维方向的平面(2-3平面)性质有很大差异；

图2为根据本发明一个实施例的基于声辐射力的人体较粗神经力学激励方法流程图；

图3为根据本发明一个实施例中超声探头成像面平行于正中神经示意图；

图4为以正中神经为例的超声探头平面沿正中神经轴向，采用点状激励的结果示意图，其中，x代表许用的激励点；

图5为以正中神经为例的探头平面沿正中神经轴向，采用线状激励的结果示意图，其中，x代表许用的激励线；

图6为根据本发明一个实施例中超声探头成像面垂直于正中神经示意图；

图7为以正中神经为例的探头平面垂直于正中神经轴向，采用点状激励的结果示意图，其中，x代表许用的激励点(每次只在一个激励点上进行激励)；

图8为以正中神经为例的探头平面垂直于正中神经轴向，采用线形激励的结果示意图，其中，虚线代表许用的激励线(每次只在一条激励线上进行激励)；

图9为以正中神经为例的的探头平面垂直于正中神经轴向，采用线状激励的结果示意图，其中，虚线代表许用的激励线。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于声辐射力的人体较粗神经力学激励方法。

图2是本发明一个实施例的基于声辐射力的人体较粗神经力学激励方法流程图。

如图2所示，该基于声辐射力的人体较粗神经力学激励方法包括以下步骤：

在步骤s1中，使受试者以预设姿势放置待测部位。

也就是说，受试者以特定体位、固定特定姿势放置待测部位，保持待测神经稳定。例如，如图3所示。受试者取标准坐姿，将小臂平放在桌面上，大臂与小臂的夹角为120度，保持手掌放松，手臂不主动用力该姿势仅为一具体实施案例，并非唯一姿势。

在步骤s2中，将超声探头置于待测部位上，调整超声探头使正中神经在超声探头的成像平面内。

也就是说，如图3所示，将超声探头置于手臂上，调整探头使得正中神经在超声探头的成像平面内，典型的b超图像如图4所示。

在步骤s3中，固定超声探头与待测部位的相对位置不动，调整超声探头的发射参数，采用声辐射力对待测神经的长轴进行力学激励。

也就是说，固定探头与受试者手臂的相对位置不动，并对正中神经进行激励。调整超声换能器的设置参数，使得声辐射力满足如下条件：

当采用单点声辐射力激励时，声辐射力的焦点(能量最强位置)在正中神经以内；距离正中神经的神经包膜的距离不少于神经直径的1/8；声辐射力的特征尺寸(以高斯函数拟合声辐射力力场强度分布所得到的特征尺寸)小于正中神经的直径。从而使得声辐射力直接准确作用在待测神经的纤维束上，测得指标(如剪切波速、频散等)更能反映正中神经的力学性质。典型的许用激励点如图4所示。

采用移动声辐射力激励时，声辐射力的激励线(移动焦点所连成的线)穿过整个正中神经；声辐射力激励线的端点距神经包膜的最短距离不少于1/4个正中神经直径。从而使声辐射力引起的波动更接近拟平面波，方便通过波动信号。典型的许用激励线如图5所示。

在步骤s4中，将超声探头置于待测部位上，调整超声探头使正中神经恰好垂直于超声探头的成像平面。

也就是说，如图6所示，将超声探头置于手臂上，调整探头使得正中神经恰好垂直于探头的成像平面。典型的b超图像如图7所示。

在步骤s5中，固定超声探头与待测部位的相对位置不动，调整超声探头的发射参数，采用声辐射力对待测神经的横截面进行力学激励。

也就是说，固定探头与受试者手臂的相对位置不动，并对正中神经进行激励。调整超声换能器的设置参数，使得声辐射力满足如下条件：

采用单点声辐射力激励时，声辐射力的焦点(能量最强位置)位于正中神经外部；距离正中神经包膜的最短距离在0～4d之间；焦点与正中神经形心的连线和超声探头轴线所成的夹角应大于30度；焦点与正中神经附近的筋膜的距离超过1/8个正中神经直径；声辐射力的特征尺寸小于正中神经的直径。从而，当焦点距离正中神经过远时，剪切波由于其扩散和组织耗散，到达神经的能量会比较弱；当焦点距筋膜过近时，由于筋膜是强反射介质，其波动会干扰正中神经本身的运动；当前述夹角过小时，正中神经受到的剪切效应不明显。典型的声辐射力的作用点如图8所示。

采用移动声辐射力激励时，声辐射力的激励线(移动焦点连接成的线)位于正中神经一侧，且与正中神经的最短距离在0～4d之间；正中神经最浅点(如a点所示)的深度在移动声辐射力的两个焦点的深度之间，且与二者在深度方向上的距离不少于1/4d。从而避免正中神经较深的部位存在筋膜，会干扰到正中神经测量；较浅一端不受其它组织的干扰。典型的许用声辐射力的作用线如图9所示。

采用移动声辐射力激励时，声辐射力的激励线也可以为曲线(移动焦点连接成的线)；曲线位于待测神经外部；曲线上任何一点与待测神经的距离不超过4d；激励线上每一点与待测神经的距离的极差不超过1/4d。典型的许用声辐射力的作用线。

根据本发明实施例提出的基于声辐射力的人体较粗神经力学激励方法，对神经进行力学激励，可使神经在激励下的运动信号更强，从而更有利于从运动信号反演神经的弹性性质、或从运动信号中确认神经的生理状态。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。