[發(fā)明專利]具有音高偏移的超聲血流多普勒音頻

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080020478.0
• 申請(qǐng)日: 2010-04-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102421372A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·阿加瓦爾;D·霍普辛普森;D·W·克拉克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號(hào): A61B8/06
• 分類號(hào): A61B8/06;A61B8/08;G01S15/89
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 王英;劉炳勝

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)診斷超聲系統(tǒng)，并且具體而言，涉及能夠以分音高(pitch)控制的產(chǎn)生多普勒音頻的超聲系統(tǒng)。

使用多普勒音頻診斷血流可追溯到幾十年前。在出現(xiàn)多普勒流動(dòng)特性的實(shí)時(shí)視頻顯示之前的年代，音頻是用超聲診斷血流的唯一手段。醫(yī)師將多普勒探頭瞄準(zhǔn)感興趣的器官或血管，沒(méi)有視頻的輔助，并傾聽(tīng)血流特有的脈動(dòng)“倏倏”聲。由于多普勒頻移一般在千赫茲范圍或更低，所以可以將經(jīng)放大的多普勒頻率信號(hào)用于直接驅(qū)動(dòng)音頻揚(yáng)聲器。這樣保持了當(dāng)今從血流生成超聲多普勒信號(hào)的方式。然而，隨著多普勒流動(dòng)的實(shí)時(shí)視頻顯示，諸如譜多普勒和彩色流多普勒提供了更精確并且空間上特定的方式來(lái)用超聲方式診斷血流特性，音頻多普勒的診斷用途已經(jīng)衰退。盡管如此，多普勒音頻仍舊是診斷超聲的基本要素，并且如今仍用于幫助指導(dǎo)和確認(rèn)適當(dāng)?shù)奶筋^和樣本體積放置。當(dāng)聲譜儀操作員所看到的可視顯示和聲譜儀操作員所聽(tīng)到的多普勒音頻兩者都產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的信息時(shí)，增強(qiáng)了聲譜儀操作員對(duì)診斷信息有效性和精確性的信心。

多普勒音頻信號(hào)是通過(guò)作為超聲系統(tǒng)一部分的音響系統(tǒng)而播放的。在車載系統(tǒng)中，音響系統(tǒng)的揚(yáng)聲器可以位于拖車上各種位置，諸如在系統(tǒng)主機(jī)中、在控制面板上或者在顯示器上。由于揚(yáng)聲器由拖車承載并且可以位于各種地方，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以使用各式各樣的市售揚(yáng)聲器。但隨著近來(lái)出現(xiàn)了更緊湊的手持式超聲系統(tǒng)，揚(yáng)聲器的空間受到大大制約。在緊湊型系統(tǒng)中，尺寸和重量很受重視，并且系統(tǒng)設(shè)計(jì)師常常局限于使用非常小，非常緊湊的揚(yáng)聲器。例如，在Philips?Healthcare的CX50緊湊型超聲系統(tǒng)中，揚(yáng)聲器被安裝在承載把手中，需要使用非常小、輪廓非常薄的揚(yáng)聲器。由于其屬性的原因，小揚(yáng)聲器一般將比更大的揚(yáng)聲器有更高范圍的頻率響應(yīng)，這是由它們的小尺寸和受限的聲學(xué)環(huán)境兩者導(dǎo)致的結(jié)果。這些揚(yáng)聲器不能有在更大隔聲罩中的更大揚(yáng)聲器所具有的更高保真度的低頻(低音)響應(yīng)特性。

如上所述，超聲系統(tǒng)的揚(yáng)聲器必須要再現(xiàn)多普勒信號(hào)頻率范圍的音頻聲音。多普勒信號(hào)的頻率與血流速度或速率成正比(proportional)。對(duì)于較高速度的血流，保真度良好的再現(xiàn)大致處在便攜式系統(tǒng)的小揚(yáng)聲器能力之內(nèi)，因?yàn)閬?lái)自較高速度流動(dòng)的較高頻率聲音處在揚(yáng)聲器的可再現(xiàn)頻率范圍之內(nèi)。當(dāng)診斷動(dòng)脈血流時(shí)通常會(huì)遇到這些較高的血流速度。但在靜脈流診斷中，血流速度要低得多。例如，腿部隱靜脈中的靜脈血流可能在僅每秒幾厘米的范圍內(nèi)或者更低。因此，從這些低流動(dòng)速率再現(xiàn)的多普勒音頻將是小揚(yáng)聲器再現(xiàn)很差的低頻。多普勒音頻將音量低、失真大并且難以理解。因此，希望提供尤其在靜脈超聲檢查中遇到的較低頻率的更好的音頻再現(xiàn)。

針對(duì)組織多普勒模式已經(jīng)嘗試了低頻再現(xiàn)問(wèn)題的一種解決方案。在組織多普勒中，通過(guò)多普勒處理來(lái)探測(cè)組織的運(yùn)動(dòng)，諸如心臟心肌的運(yùn)動(dòng)。與血流不同的是，組織運(yùn)動(dòng)是組織的連續(xù)部分的運(yùn)動(dòng)，其中組織細(xì)胞是一致運(yùn)動(dòng)的，因?yàn)樗鼈兪俏锢斫舆B在一起的。于是，組織運(yùn)動(dòng)中占支配地位的是接連組織細(xì)胞的統(tǒng)一速度，而不是湍動(dòng)血流產(chǎn)生的速度范圍。因此，多普勒信號(hào)的特征將是任何短時(shí)段的支配性的單頻率。使用平均頻率值生成在平均頻率下的合成正弦波。為了再現(xiàn)較高頻率的多普勒信號(hào)，僅需要將平均頻率乘以頻率縮放項(xiàng)，從而將正弦波頻率偏移到較高頻率。例如，將合成的正弦波頻率乘以三，能夠?qū)?0Hz的信號(hào)簡(jiǎn)單地調(diào)制到180Hz。

盡管對(duì)于組織多普勒而言是成功的，但這種平均頻率偏移方法卻不適用于血流的多普勒音頻。如上所述，靜脈或動(dòng)脈中的血細(xì)胞是分離的，并且將基本彼此獨(dú)立地在血流中運(yùn)動(dòng)。由于在血管壁處有摩擦，而在血管中心內(nèi)沒(méi)有，所以血管中心處的流速將大于沿血管壁的速率。由于在障礙和瓣膜處導(dǎo)致的紊流，血細(xì)胞還可能沿很多不同的方向運(yùn)動(dòng)。因此，血流的特征不是像組織那樣的單一速度，而是有眾多同時(shí)的速度。多普勒音頻產(chǎn)生的是與這些速度對(duì)應(yīng)的音頻的譜，對(duì)于經(jīng)訓(xùn)練的耳朵而言，該譜富有諧波和細(xì)微的音色。經(jīng)訓(xùn)練的聲譜儀操作員依靠這種豐富的多普勒音頻聲音來(lái)引導(dǎo)其放置探頭和樣本體積。將多普勒信號(hào)的平均頻率簡(jiǎn)單地偏移到更高頻率不能夠再現(xiàn)血流引起的多普勒偏移(Doppler?shift)頻率的完整譜，而將產(chǎn)生單調(diào)的人為聲音，這是經(jīng)訓(xùn)練的聲譜儀操作員所不熟悉的。因此，針對(duì)改善低頻靜脈流音頻多普勒聲音再現(xiàn)的問(wèn)題，必須采取不同的方式。