專利名稱：顱部超聲波成像方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種顱部超聲波成像的方法，特別是指一種以超聲波造影劑并應用特殊信號處理技術的顱部超聲波成像方法。
背景技術：
醫用超聲波具有安全、價格低廉等優點，因此目前醫療界廣泛應用超聲波影像技術于身體各部位的臨床診斷，如心臟、腹部、婦產超聲波檢查等。
然而，腦部因外圍顱骨包覆形成阻礙，造成超聲波信號傳遞及穿透時的嚴重衰減(attenuation)，因此一直以來超聲波影像技術最多僅用于檢查顱內中線結構是否偏移、腦室擴大與否，而鮮少應用于腦部病灶，如腦血腫、動靜脈瘤、動靜脈畸形等的診斷。目前對于顱部的影像，可改透過斷層掃描、核磁共振等昂貴儀器取得，并仍有下述針對顱部超聲波影像的研究及改進方式其一，借由快速廣角多單元的扇形掃描儀(sector scanner)，由新生兒未閉闔的囪門，或成人可由枕骨大孔(foramen magnum)、眼窩等特定部位一窺顱內究竟。其缺點為發射超聲波信號及成像的位置受限于特定部位，且對于特別是一歲以上幼兒或成人而言，顱內檢查死角多。
其二，近年來更高解像力的掃描轉換器(scan converter)及高頻率的探頭(transducer)相繼問世，期以“高頻信號發射、高頻信號接收”的技術提高超聲波影像分辨率。然而，上述技術及工具對顱部而言，依舊無法克服高頻超聲波經顱骨嚴重衰減的問題，使得顱部影像分辨率質量提高有限，最終無法獲得顱內深部或血管性病灶的清晰影像。因此一般仍采用低頻發射信號，試圖達到優選穿透率，但分辨率極差。
其三，對于血流訊號的取得，目前普遍采用在血液或淋巴液中加入造影劑(contrast agent)的輔助方法，基于其中微氣泡(microbubble)對聲波具有良好回波特性，達到提升信號質量的目的，有助于相關參數的量取。
配合參閱圖1，有關造影劑的超聲波回波信號，進行頻譜分析可發現已知的一基頻響應(fundamental response)11、一第二諧振響應(secondharmonic response)12，及一次諧振響應(subharmonic)。后二者皆屬氣泡的非線性反應，且需要較高的發射聲壓才能使微氣泡產生，其中又以次諧振響應13所需的聲壓最高。
其中，基頻響應在血流與周圍組織中皆可發現，因此無法用以比對及辨識，失去利用價值。
就第二諧振響應而言，一方面由于其屬高頻，經過顱骨后衰減的程度特別顯著；另一方面則由于在哺乳類動物組織中也能發現第二諧振響應，使得利用第二諧振響應來區別血液、淋巴液與周圍組織的能力大為降低。
就次諧振響應而言，由于其需受高聲壓激發才能產生，往往導致微氣泡破裂，對安全構成威脅，因此并不適于顱內檢查使用。
發明內容
因此，本發明的目的，即在提供一種不局限于特定成像位置的顱部超聲波成像方法及系統。
本發明的另一目的，在于提供一種可有效取得顱內血流信號并成像的量測方法及系統。
本發明的再一目的，在于提供一種精確且安全的顱部超聲波成像方法及系統。
將主要的功效寫在目的段里于是，本發明顱部超聲波成像方法及系統，可針對一顱部血管進行探測并建立影像，該血管內的血液因注射有造影劑而存在多數微氣泡。該系統包括一超聲波探頭(transducer)、與超聲波探頭相連的一發射模塊、一接收模塊，及一信號處理模塊。
該方法則包括以下步驟(1)發射模塊產生驅動訊號，令超聲波探頭對顱骨內該血管依序發射多帶狀頻寬的超聲波發射信號，亦即短脈沖信號(short-pulse)。由于本發明所擷取用以分析的信號，受顱骨衰減的程度微小(詳細說明于下文)，因此該超聲波探頭可選擇自顱部任意位置進行量測，使超聲波穿透顱骨等介質進入顱部血管。
(2)超聲波探頭探測得來自微氣泡的回波信號，并傳送至接收模塊。
(3)信號處理模塊接收回波信號，并將回波信號進行頻譜分析，得到一基頻響應、一第二諧振響應、一次諧振響應，及一低頻響應(low-frequency response)。該低頻響應發生在頻譜中接近直流的部分，其頻寬近似于基頻響應的頻寬，或說是發射信號的頻寬。低頻響應的產生可在本發明所推導的理論及實驗中共同被支持—當微氣泡受雙頻率聲波信號同時刺激，且該雙頻夠接近時(適當發射頻寬)，該雙頻的差值在頻譜中接近直流的部分被激發，也就是低頻響應。
(4)信號處理模塊利用帶通濾波器擷取低頻響應，避免來自直流電與基頻的干擾。此步驟相當于僅保留血管內信號，對于血管成像有極大幫助。
(5)依據該低頻響應推算得該等微氣泡的方位、深度，并建立血管影像。
超聲波整體影像質量同時取決于發射與接收信號，以往因無法克服信號經顱骨衰減的問題，故在發射及接收方面皆采低頻信號，因此得到較低的影像分辨率。而本發明可改善上述狀況，在發射信號部分采高頻，雖發射過程仍受衰減，但重點在于，對于微氣泡的回波信號僅采低頻響應，其所受到顱骨的衰減程度相較于高頻極少，因此僅需以適當強度的發射信號，或在發射信號時補償以適度的能量，讓超聲波信號經過顱骨衰減后，維持足以產生低頻響應的能量，即可達到的較清晰血管成像。也就是說，本發明「高頻發射、低頻接收」的方式，較以往「低頻發射、低頻接收」所獲得的影像分辨率佳。
由于本發明采用的低頻響應，并不需要如次諧振響應所需的高聲壓，即可被激發產生，因此不會有微氣泡破裂的現象，相較于傳統技術顯然更安全且適用于顱部超聲波成像。此外，本發明非僅限制于人體顱部的成像，可普遍應用于哺乳類動物其它，尤其受骨骼包圍的器官，甚至用來檢測形成于鋼筋內的龜裂空隙，成功克服了以往超聲波遏高衰減系數介質而大幅衰減時，必須采取降低影像分辨率的問題。
圖1是一超聲波回波信號的頻譜圖，說明在傳統技術文獻揭露的基頻、第二諧振，及次諧振響應；
圖2是本發明顱部超聲波成像系統一優選實施例的系統方塊圖；及圖3是本發明顱部超聲波成像方法一優選實施例的流程圖。
主要組件符號說明11基頻響應12第二諧振響應13次諧振響應20信號處理模塊21超聲波探頭22發射模塊23接收模塊25濾波單元26低頻擷取單元27成像單元31～36步驟具體實施方式
有關本發明的前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考附圖的一個優選實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
如圖2所示，本發明顱部超聲波成像系統建構在一般超聲波系統上，優選實施例是以一顱部血管進行探測并建立影像舉例說明，需透過事先靜脈注射造影劑的方式，使該血管內的血液存在多數微氣泡。該系統包括一超聲波探頭21、與超聲波探頭相連的一發射模塊22、一接收模塊23，及一信號處理模塊20。
信號處理模塊20內部又包括依序相連的一濾波單元25、一低頻擷取單元26，及一成像單元27。
配合參閱圖3，本發明顱內壓量測方法則包括以下步驟步驟31-發射模塊22產生一驅動訊號，傳遞至超聲波探頭21。該超聲波探頭21應預先貼靠于顱部外表任意處。
步驟32-超聲波探頭21依據該驅動訊號，對顱骨內該血管依序發射多帶狀頻寬的超聲波發射信號。由于超聲波成像質量需同時取決于發射與接收信號，在本發明的發射信號部分采高頻，可獲得優選的影像分辨率。此外，發射信號的能量在本實施例是以補償的方式，借此使超聲波信號經過顱骨衰減后，維持足以產生低頻響應的能量，以達到的較清晰血管成像。補償量是依據該發射信號強度與其衰減系數的乘積，一般而言，顱骨的衰減系數為1.3分貝/厘米.MHz。
步驟33-超聲波探頭21探測得來自微氣泡的回波信號，并傳送至接收模塊23。
步驟34-接收模塊23將回波信號傳遞至信號處理模塊20的濾波單元25，進行濾波處理使該探測得到的回波信號質量提升。
步驟35-信號處理模塊20接收回波信號，低頻擷取單元26接收來自濾波單元25的回波信號，并進行頻譜分析。依據該回波信號的頻率分布，可得到一與發射頻率的中心頻率及頻寬相當的基頻響應41，及一接近直流的部分的低頻響應42，并利用帶通濾波器擷取一低頻響應42。該低頻響應42頻寬近似于基頻響應41的頻寬。此步驟相當于僅保留血管內信號，對于血管成像有極大幫助。
步驟36-依據該低頻響應推算得該等微氣泡的方位、深度，并建立血管影像。
歸納上述，本發明所述發射信號雖發射過程仍受衰減，但重點在于對于來自管內血流中的微氣泡的回波信號，僅采低頻響應作為成像基準，其所受到顱骨的衰減程度相較于高頻極少，因此僅需在發射信號時補償適度的能量，即可達到的較清晰血管成像。因此確實可達到本發明成像位置不受局限，且安全、經濟、精確成像的目的。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，不能以此限定本發明實施的范圍，即大凡依本發明內容所作的簡單的等效變化與修飾，均仍屬本發明涵蓋的范圍內。
權利要求
1.一種顱部超聲波成像方法，針對一顱部血管進行探測并建立影像，該血管內的血液因注射有造影劑而存在多數微氣泡，該方法包括以下步驟(A)對該血管依序發射多帶狀頻寬的超聲波發射信號；(B)探測得來自管內該微氣泡的回波信號；(C)針對每一回波信號進行頻譜分析并分離得到一低頻響應，該低頻響應的頻寬近似于該發射信號的頻寬；及(D)依據該回波信號的低頻響應推算得該微氣泡的方位、深度，并建立血管影像。
2.根據權利要求1所述的顱部超聲波成像方法，其中，該步驟(A)的發射信號視衰減系數而調整為適當強度。
3.一種顱部超聲波成像系統，針對一顱部血管進行探測并建立影像，該血管內的血液因注射有造影劑而存在多數微氣泡；該系統包括一發射模塊，用以對該血管依序發射多帶狀頻寬的超聲波發射信號；一接收模塊，用以探測來自管內該等微氣泡的回波信號；及一信號處理模塊，包括一低頻擷取單元，針對該回波信號進行頻譜分析并分離得到一低頻響應，該低頻響應的頻寬近似于該基頻響應的頻寬；及一成像單元，依據該回波信號的低頻響應推算得該等微氣泡的方位、深度，并建立血管影像。
4.根據權利要求3所述的顱部超聲波成像系統，該發射信號視衰減系數而調整為適當強度。
全文摘要
一種顱部超聲波成像方法，針對一顱部血管進行探測并建立影像，該血管內的血液因注射有造影劑而存在多數微氣泡。該方法包括以下步驟(1)對顱骨內該血管依序發射多帶狀頻寬的超聲波發射信號。(2)探測來自微氣泡的回波信號。(3)將回波信號進行頻譜分析，得到一低頻響應，其頻寬近似發射信號的頻寬。(4)依據該低頻響應推算得該等微氣泡的方位、深度，并建立血管影像。
文檔編號A61B8/00GK1813636SQ200510008229
公開日2006年8月9日 申請日期2005年2月6日 優先權日2005年2月6日
發明者周宜宏, 吳宗佑, 蘇大榮, 羅孟宗 申請人:微星科技股份有限公司