用于測量動脈參數的系統和方法與流程

本發明涉及測量動脈參數，更具體地涉及一種用于利用射頻超聲來測量動脈參數的系統和方法。

背景技術：

通常，血壓測量被視為是用以估量患者的健康狀況的理想生物標志物。為此，在外科手術之前或者在常規健康檢查期間并且甚至當患者處于醫學觀察下時，對血壓進行測量。按照慣例，在肱動脈上測量血壓來確定收縮測量值和舒張測量值。這些測量值通常被視為是針對所有動脈的標準。

通常，使用血壓計來測量血壓。于此測量到的血壓是主動脈血壓，通過該主動脈血壓，在存在一些變差的情況下，對肱動脈上的血壓進行估計。該方法主要利用箍帶，該箍帶被圍繞上臂放置并且被充氣膨脹到超收縮壓，隨后，在釋放由箍帶的充氣膨脹所產生的壓力時，記錄收縮壓和舒張壓。這里，重要的是，利用被適當確定尺寸以適合于患者的箍帶，以便降低或者消除血壓測量中的偏差。

另一方面，還可利用超聲來測量血壓。這種基于超聲的血壓測量方法通常使用亮度模式(b模式)成像以及圖像處理算法來追蹤動脈的運動。

證據顯示，在肱動脈上測量到的血壓并未描繪其它周圍動脈上的實際血壓。在特定動脈上獲得絕對血壓對于評估和處理與血管相關的失調已經變得是勢在必行的。因此，連同動脈中的流量估計一起的局部血壓測量極大地改善了診斷和監控心血管病的能力。

在兩個上述方法中，尚未實現局部血壓測量。除此之外，諸如收縮期峰值速度(psv)、脈搏波傳播速度(pwv)、動脈硬度等之類的多種其它動脈參數的測量并不能夠通過可利用的已知裝置或者技術來實現。

us2014143064al公開了將血流速度用作參數來計算血壓。

當然，存在需要以通過單個測量過程來測量局部血壓和其它動脈參數。本發明旨在提供一種針對上文中所述需要的解決方法。

發明的目的

本發明的目的在于提供一種用于測量局部動脈參數的系統；

本發明的另一目的在于提供一種用于通過單個測量過程測量包括局部血壓的多個局部動脈參數的系統；

本發明的又一目的在于提供一種用于通過本發明的系統來測量局部血壓的方法；以及

本發明的再一目的在于提供一種用于由本發明的系統通過單個測量過程來測量多個其它動脈參數的方法。

技術實現要素：

在本發明的一方面中，提供了一種用于利用超聲來測量動脈參數的系統。該系統包括：信號單元，其用于提供射頻(rf)超聲信號和解調rf超聲信號以及來自由此獲取的信號的與其相關的數據；檢測單元，其用于檢測動脈中血流的存在；識別單元，其用于識別所述動脈；處理單元，其用于處理所述數據并且用于提供所述動脈的擴張波形；和估計單元，其用于對所述動脈的局部動脈參數中的至少一個進行估計。

有利的是，通過單個測量過程來測量局部血壓和其它動脈參數，從而導致診斷和監控心血管病的能力的改善。

本發明提供一種通過用于測量動脈參數的非成像且無創的系統及方法實現的解決方案。此外，本發明提供了一種以無箍帶的方式測量動脈參數的解決方案。再者，本發明消除了為了確定血壓而對psv的絕對需要。

在本發明的一個優選實施例中，多個換能器元件成柵格構造布置，以便從所述動脈的多個位置同時獲得局部rf超聲信號。

在本發明的一個優選實施例中，rf超聲信號被用于確定擴張波形，其捕獲因血液的搏動性所導致的動脈直徑的變化、壓力波形的變化、局部血壓的變化及源自于此的其它脈動參數的變化。

在本發明的一個優選實施例中，解調rf超聲信號被用于識別所關注的動脈，以及用于確定收縮期峰值速度，其描繪了所述動脈中異常流動的存在。

在本發明的另一方面中，提供了一種用于利用超聲測量動脈參數的方法。本發明的方法包括：通過信號單元提供射頻(rf)超聲信號和解調rf超聲信號以及來自由此獲取的信號的與其相關的數據；通過檢測單元檢測動脈中血流的存在；通過識別裝置識別所述動脈；通過處理單元處理所述數據并提供所述動脈的擴張波形；以及通過估計單元對所述動脈的局部動脈參數中的至少一個進行估計。

在本發明的一個優選實施例中，本發明的方法由本發明的系統實施。

附圖說明

參見附圖，其中：

圖1示出了根據本發明的用于測量動脈參數的系統；

圖2示出了從所關注的動脈獲取射頻數據；

圖3描繪了于所關注的動脈的不同部位處獲得的回波圖形；和

圖4示出了樣本擴張波形。

具體實施方式

下文中參照圖1到圖4通過非窮舉的示例性實施例進一步描述了本發明。

在圖1中，示出了一種用于測量動脈參數的系統(100)。該系統(100)包括信號單元(101)，其具有成柵格構造布置的多個換能器元件。這些換能器元件單獨地或者共同地運轉以提供適合于待進行測量的所關注的動脈的未處理的射頻超聲信號。根據本發明的測量包括利用成未處理的形式和解調形式中的射頻超聲信號。該射頻解調單元(102)解調未處理的射頻超聲信號。設置探測單元(103)，以便利用從解調的射頻超聲信號中獲得的多普勒頻譜數據來探測血流在所關注的動脈中的存在。當探測出血流存在時，就通過識別單元(104)對所關注的動脈進行具體識別。提供反饋信號，以便針對少數幾個數據周期連續地獲取數據，從而進行進一步的處理。該識別單元具有與每個相應的動脈有關的一個或多個模式。

提供處理單元(105)以處理表明所關注的動脈的數據，并且在本說明書中隨后對其進行說明。

從換能器元件獲得的信號受到噪音和瞬變行為的影響。對該未處理的射頻回波信號進行預處理以改善信噪比(snr)，并且通過利用后面有帶通濾波器的匹配濾波器來除去瞬變現象。施加非線性的增益以抑制來自皮膚凝膠界面的高幅反射。

如圖2中所示，就所關注的動脈，在具體時間間隔中獲得信號幀。放置在身體的表面上的換能器(201)將超聲脈沖發送到身體中，從而穿過軟組織(202)到達如同頸動脈的動脈(203)。來自換能器的超聲脈沖(204)被示出為到達動脈(203)的較遠壁并且該脈沖已經被反射。所反射的超聲脈沖被示出為(205)。顯然，超聲脈沖被傳送，并且這些超聲脈沖從直徑為d的動脈的近壁及遠壁得到反射。這些回波由同一換能器所接收。示出了回波的在時間間隔t(ms)內形成的包含振幅信息a(a,u)的數據幀(fl、f2和f3)。

如此識別處的所關注的動脈被繪制成rf數據，以用于計算動脈具體擴張波形。

圖3示出了在超聲波從諸如所關注的動脈(300)的外膜(301)、中層(302)和內膜(303)之類的不同解剖部位得到反射之后的回波圖形(1、2、3、4)。從壁的內層(303)(內膜)到位于動脈內側的腔(管腔)(304)的過渡產生不同的回波，其在近壁和遠壁兩者處均是明顯的。較強回波表示最外層(外膜)(301)。中間層(中層)(302)是低回波的。

所獲得的回波圖形被用于計算該擴張波形，這是因為能夠觀察到的是，如圖3中所示的在不同區域上從動脈獲得的回波是不同的。

動脈的遠壁和近壁可被通過實施回波門跟蹤而進行分離。對這些回波進行識別以便在所獲取的信號中發現所關注的區域，在那里，動脈的解剖結構可位于該區域中。為了從回波圖形中識別出所關注的區域，使用諸如極大似然法之類的概率方法。首先，利用滑動窗口法，獲得給定信號的能量圖，并且確定最大能量區域，并且從針對不同患者的這些所關注的區域中遍及多個幀選取多個特征。通過獲得平均數和協方差，利用高斯混合模型獲得特征數據。在提供測試幀時，在被建立以提供所關注的區域的可能性的模型的背景下，選取特征并對其進行測試。基于諸如壁級法(wallclassapproach)之類的單級法(singleclassapproach)對數據進行分類。該方法利用可能性的截斷值來向壁級分配點。

式中，

d-特征矢量的尺寸

c-協方差矩陣

μ-高斯平均值

x-測試點的特征矢量

此外，血流在收縮和舒張期間的變化導致動脈彈性的變化。該彈性的變化在動脈的直徑變化方面顯現出來。基于因壁運動所獲得的回波，對連續的信號幀進行分析，并且動脈的擴張波形被以近壁運動和遠壁運動之間的差異進行計算。

考慮到在兩個連續的獲取物中所獲得的回波，在第i^th獲取物中，nwi(t)是近壁回波，并且fwi(t)是遠壁回波。現在，在下一迭代中獲得的近壁回波和遠壁回波可表示為：

nwi+1(t)＝nwi(t±гnw)

fwi+1(t)＝fwi(t±гfw)

其中гfw和гnw是近壁回波和遠壁回波中的偏移量。回波跟蹤涉及估計這些偏移量以及因此跟隨回波的移動。為了估計回波在連續獲取物之間的時間偏移量，采用了偏移和搜索法，并且該方法對應于計算信號nwi(t)和nwi+1(t)之間的最大互相關值而言是理想的，并且將偏移量гfw和гnw估計為對應于互相關的最大值的時間。

一旦確定延遲，就基于音速(v)來計算壁運動

dnw(i)＝0.5*v*[γnw(i)+γnw(i-1)]

dfw(i)＝0.5*v*[γfw(i)+γfw(i-1)]

動脈擴張波形被以近壁運動和遠壁運動之間的差異進行計算，并且通過下式給出：

δd(i)＝dfw(i)-dnw(i)

代入t＝(i/fprf)，擴張波形δd(t)被確定為如下：

δd(t)＝dfw(t)-dnw(t)

通過上述擴張波形，可計算峰到峰擴張值，其可被用于測量其它動脈順應性測量值。

圖4示出了樣本擴張波形，其表示出樣本s(#)上通過連續幀的壁直徑d(mm)的變化。

通過動脈的橫截面的變化更好地表現出了動脈中的壓力變化。作為時間的函數的動脈壁橫截面被基于擴張波形通過下列公式進行進一步計算：

血壓波形p(t)和動脈壁橫截面a(t)之間的函數關系建立如下：

p(t)＝poe^γa(t)公式(2)

式中，p0是常數，并且γ在患者的多個動脈之間以及多個患者之間有所不同。需要查詢表和動脈模型來測量所關注的動脈的相應γ。如圖1中所示的識別單元(104)提供了該輸入以估計動脈和動脈具體γ值，以便進行更為精確的壓力波形估計。

通過公式(2)，可計算壓力波形，并且可對動脈收縮壓、動脈舒張壓和平均動脈壓進行估計。因此，有可能采用無創和非成像方法連續地檢測所關注動脈的血壓。

由于在與所關注的動脈相關的直徑及壓力的變化是可獲得的，因此可如下對諸如彈性模數、動脈擴張性、動脈順應性和硬化指數之類的其它動脈順應性測量值進行計算，式中，ps是收縮壓而pd是舒張壓。

彈性模數

動脈擴張性

動脈順應性

硬化指數

本發明因此提供了對于所關注的動脈的局部血壓以及其它動脈參數和動脈順應性測量值的連續測量。

本文中已經僅明確圖示和描述了本發明的某些特征，并且本領域技術人員將想到許多修改和改變。本發明并不受限于在本說明書中在此描述的優選實施例。將會注意到的是，本發明被通過示例性實施例進行解釋，并且既不是詳盡的也不是限制性的。本發明的在本說明書中在此并未進行詳細描述的某些方面得到了本領域技術人員的充分理解。同樣，在任何適用的情況下，在本說明書中在此使用的涉及單數形式的術語也包括其復數，并且反之亦然。未在本專利說明書中具體描述的任何相關修改或變化事實上被解釋為處于本發明的范圍內。所附權利要求書意在覆蓋落在本發明的精神范圍內的所有這種修改和改變。

由此，本領域技術人員將理解的是，本發明可以其它具體形式予以表現，而并不脫離本發明的精神或基本特征。當前公開的實施例因此被視為在所有方面都是說明性的，而非限制性的。本發明的范圍由所附權利要求書而非前述描述所表明，處于本發明的含義、界限及其等效物的范圍內的所有改變均意在被涵蓋在其中。