一種局部脈搏波速度測量裝置及其測量方法與流程
2023-10-05 22:43:44 2
本發明涉及超聲檢測人體脈搏波技術，具體涉及一種局部脈搏波速度測量裝置及其測量方法。
背景技術：
心血管疾病的主要作用因素是大動脈損害，較高的心血管疾病發病率強調了早期檢測動脈異常的重要性。在評價動脈的無創方法中，脈搏波速度測量被廣泛用作動脈彈性和硬度的指標。技術上，許多局部測定方法利用超聲都卜勒或核磁成像，這些方法多依據收縮期和舒張期的壓力變化，局限性在於需要預先知道測量部位的血壓水平，目前對於一些無法直接測量血壓的動脈如主動脈仍無法進行。此外，還有一些光學測定方法，可以對較長的節段動脈進行測量，由於靈敏度限制，該方法無法精確測量局部小段動脈脈搏波速度，且該方法的測量部位局限於淺表血管。節段脈搏波速度以及淺表血管的脈搏波速度結果無法滿足醫療診斷對於局部較深層血管脈搏波速度測量的需求，因此亟需繼續優化改善。
超聲線陣掃描測量局部脈搏波速度技術主要是利用超聲線陣，測量脈搏波通過線陣兩端的時間差，超聲線陣兩端間距與該時間差的比值即此處局部脈搏波速度。然而，在局部脈搏波速度測量中，超聲線陣掃描需要滿足高幀頻的要求，否則由於脈搏波速度較快，超聲線陣將無法捕捉到脈搏波。而臨床用超聲系統幀頻不能滿足需求，這導致很難直接利用臨床超聲線陣進行局部脈搏波的測量。
技術實現要素：
針對以上現有技術中存在的問題，本發明提出了一種利用兩個相距一定距離的聚焦超聲單探頭對血管壁進行m-mode成像，獲得血管壁的時間位移曲線，並計算出局部脈搏波速度的裝置和方法。
本發明的一個目的在於提出一種局部脈搏波速度測量裝置。
本發明的局部脈搏波速度測量裝置包括：第一和第二超聲聚焦單探頭、第一和第二固定裝置、第一和第二脈衝發生接收器、信號發生器、數據採集卡、醫用超聲線陣、線陣採集單元和pc機；其中，醫用超聲線陣連接至線陣採集單元；第一和第二超聲聚焦單探頭分別固定在第一和第二固定裝置上；第一和第二超聲聚焦單探頭分別與第一和第二脈衝發生接收器連接；第一和第二脈衝發生接收器分別通過第一通道和第二通道連接至數據採集卡；信號發生器分別連接至數據採集卡、第一和第二脈衝發生接收器；數據採集卡連接至pc機；在醫用超聲線陣的兩端分別通過第一和第二固定裝置設置第一和第二超聲聚焦單探頭；醫用超聲線陣的檢測表面與第一和第二超聲聚焦單探頭的中心線共面，並且第一和第二超聲聚焦單探頭的中心線與醫用超聲線陣的檢測表面垂直；醫用超聲線陣檢測到皮膚下的動脈血管的位置及深度，通過調整使得醫用超聲線陣的檢測表面與體內局部的動脈血管平行；通過第一和第二固定裝置分別調整第一和第二超聲聚焦單探頭的高度，使得第一和第二超聲聚焦單探頭的聚焦區域分別位於動脈血管壁上；信號發生器產生高重複頻率的同步觸發信號，控制數據採集卡、第一和第二脈衝發生接收器同步；第一和第二脈衝發生接收器產生同步的脈衝電壓，並分別驅動第一和第二超聲聚焦單探頭；第一和第二超聲聚焦單探頭分別發出超聲信號，傳輸至動脈血管壁的表面；第一和第二超聲聚焦單探頭分別接收動脈血管壁反射回來的超聲信號，並將超聲信號轉換成電信號，分別傳輸至第一和第二脈衝發生接收器；第一和第二脈衝發生接收器分別通過第一通道和第二通道將信號傳輸至數據採集卡；數據採集卡將數據傳輸至pc機，pc機獲得第一和第二超聲聚焦單探頭的聚焦區域處的兩個脈搏波的原始波形圖，並通過計算得到局部脈搏波速度。
第一和第二超聲聚焦單探頭之間的距離為d，根據第一和第二超聲聚焦單探頭探測到由於脈搏波引起兩個聚焦區域的血管壁的位移的原始波形圖，計算得到它們的相對延遲時間δt；則局部脈搏波速度pwv＝d/δt。
信號發生器產生超過1千赫茲的高重複頻率。
傳統的醫用超聲採集系統就包括了醫用超聲線陣、線陣採集單元、信號處理單元和圖像顯示單元，因此，本發明直接在傳統的醫用超聲線陣的兩端分別設置超聲聚焦單探頭，節省了改裝超聲線陣的成本，相比傳統醫用超聲線陣來說，本發明提高了檢測靈敏度和探測深度，即能夠檢測更加微小的血管壁位移以及更深的血管壁位移，操作簡單，只需先在醫用超聲採集系統的圖像上找到平行於超聲線陣的待測的動脈血管即可進行測量。
pc機包括信號處理單元、圖像顯示單元和計算單元；其中，數據採集卡採集的數據傳輸至信號處理單元，信號處理單元將第一超聲聚焦單探頭和第二超聲聚焦單探頭接收到的時序超聲信號以時間-信號幅值形式，並傳輸至圖像顯示單元顯示出原始波形；原始波形傳輸至計算單元在計算單元，利用第一超聲聚焦單探頭得到的原始波形，計算第一超聲聚焦單探頭正下方對應的血管下壁與血管上壁的位移之差即血管直徑的變化，並繪製出血管直徑隨時間變化的時序波形，對於第二超聲聚焦單探頭接收到的原始波形，做同樣的處理，得到第二超聲聚焦單探頭正下方對應的血管直徑隨時間變化的時序波形；通過比較第一與第二超聲聚焦單探頭對應的血管直徑隨時間變化波形，得到兩者的相對延時，即δt，利用pwv＝d/δt即計算出脈搏波速度。pc機設置採集卡的採集延遲點數與採集點數，延遲點數與動脈血管壁的深度相應，採集點數與動脈血管壁的厚度相應，至少覆蓋動脈血管壁的厚度。
本發明的另一個目的在於提供一種局部脈搏波速度的測量方法。
本發明的局部脈搏波速度的測量方法，包括以下步驟：
1)將第一和第二超聲聚焦單探頭分別固定在第一和第二固定裝置上，通過第一和第二固定裝置分別將第一和第二超聲聚焦單探頭分別放置在醫用超聲線陣的兩端，醫用超聲線陣的檢測表面與第一和第二超聲聚焦單探頭的中心線共面，並且第一和第二超聲聚焦單探頭的中心線與醫用超聲線陣的檢測表面垂直；
2)將醫用超聲線陣放置在皮膚表面，連接至醫用超聲採集系統，在醫用超聲採集系統的圖像上，檢測到皮膚下的動脈血管的位置及深度，調整醫用超聲線陣的位置，使得其檢測表面與局部的動脈血管平行；
3)根據步驟2)中測量得到的局部的動脈血管的深度，通過第一和第二固定裝置分別調整第一和第二超聲聚焦單探頭的高度，分別將第一和第二超聲聚焦單探頭的聚焦區域調整到動脈血管壁上；
4)信號發生器產生同步觸發脈衝，控制數據採集卡、第一和第二脈衝發生接收器同步；
5)第一和第二脈衝發生接收器產生同步的脈衝電壓，並分別驅動第一和第二超聲聚焦單探頭；
6)第一和第二超聲聚焦單探頭分別發出超聲信號，傳輸至動脈血管壁的表面；
7)第一和第二超聲聚焦單探頭分別接收動脈血管壁反射回來的超聲信號，並將超聲信號轉換成電信號，分別傳輸至第一和第二脈衝發生接收器；
8)第一和第二脈衝發生接收器將信號放大並分別通過第一通道和第二通道傳輸至數據採集卡；
9)數據採集卡將數據傳輸至pc機，pc機分析數據獲得第一和第二超聲聚焦單探頭的聚焦區域探測到由於脈搏波引起血管壁位移的原始波形圖，並通過計算得到局部脈搏波速度。
其中，在步驟9)中，第一和第二超聲聚焦單探頭之間的距離為d，根據第一和第二超聲聚焦單探頭探測到由於脈搏波引起兩個聚焦區域的動脈血管壁的位移的原始波形圖，計算得到它們的相對延遲時間δt；則局部脈搏波速度pwv＝d/δt。
本發明的優點：
本發明直接在傳統的醫用超聲採集系統的醫用超聲線陣的兩端分別設置超聲聚焦單探頭，而不需要使用昂貴的高幀頻超聲系統，相比傳統超聲線陣來說，本發明提高了檢測靈敏度和探測深度，即能夠檢測更加微小的血管壁位移以及更深的血管壁位移，操作簡單，只需先在醫用超聲採集系統的圖像上找到與醫用超聲線陣的走向平行的待測的動脈血管即可進行測量；與此同時，超聲聚焦單探頭具有檢測解析度高，探測深度大，採集模塊獨立，拆卸靈活等優點，將其與傳統醫用超聲線陣結合，對局部脈搏波速度進行測量具有很大改善。
附圖說明
圖1為本發明的局部脈搏波速度測量裝置的一個實施例的示意圖；
圖2為根據本發明的局部脈搏波速度測量方法的一個實施例得到的兩個聚焦區域的血管壁位移的原始波形圖。
具體實施方式
下面結合附圖，通過具體實施例，進一步闡述本發明。
如圖1所示，本實施例的局部脈搏波速度測量裝置包括：第一超聲聚焦單探頭a、第二超聲聚焦單探頭b、第一和第二脈衝發生接收器、信號發生器、數據採集卡、醫用超聲線陣t、線陣採集單元、信號處理單元、圖像顯示單元和pc機；其中，醫用超聲線陣連接至線陣採集單元；第一和第二超聲聚焦單探頭分別固定在第一和第二固定裝置上；第一和第二超聲聚焦單探頭分別與第一和第二脈衝發生接收器連接；第一和第二脈衝發生接收器分別通過第通道和第二通道連接至數據採集卡；信號發生器分別連接至數據採集卡、第一和第二脈衝發生接收器；數據採集卡連接至pc機；醫用超聲線陣t的檢測表面與局部的動脈血管v平行，放置在皮膚表面s；在醫用超聲線陣的兩端分別通過第一和第二固定裝置設置第一和第二超聲聚焦單探頭a和b；醫用超聲線陣t的檢測表面與第一和第二超聲聚焦單探頭的中心線共面，並且第一和第二超聲聚焦單探頭的中心線與醫用超聲線陣的檢測表面垂直；通過調節第一和第二固定裝置，調整第一和第二超聲聚焦單探頭的高度，分別將兩個單探頭的聚焦區域調整到動脈血管壁上，分別位於動脈血管壁的表面；第一和第二超聲聚焦單探頭之間的距離為d。
如圖2所示，第一和第二超聲聚焦單探頭之間的距離為d，根據第一和第二超聲聚焦單探頭探測到由於脈搏波引起兩個聚焦區域的動脈血管壁的位移的原始波形圖，計算得到它們的相對延遲時間δt；則局部脈搏波速度pwv＝d/δt。
最後需要注意的是，公布實施例的目的在於幫助進一步理解本發明，但是本領域的技術人員可以理解：在不脫離本發明及所附的權利要求的精神和範圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發明不應局限於實施例所公開的內容，本發明要求保護的範圍以權利要求書界定的範圍為準。