[發(fā)明專利]一種管壁應(yīng)力相位角的測(cè)量方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310213038.2
• 申請(qǐng)日: 2013-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN103340620A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭海榮;牛麗麗;錢明;孟龍;肖楊;王叢知
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): A61B5/026
• 分類號(hào): A61B5/026
• 代理公司: 深圳鼎合誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44281
• 代理人: 任葵

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及管壁應(yīng)力的測(cè)量技術(shù)，尤其涉及一種管壁應(yīng)力相位角的測(cè)量方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

心血管疾病（CVD）已成為人類死亡病因最高的“頭號(hào)殺手”，也是人們健康的“無聲兇煞”，亟需發(fā)展新型早期診斷方法。血管內(nèi)皮細(xì)胞襯于整個(gè)心血管系統(tǒng)的內(nèi)表面，是血管壁與血液之間的分界細(xì)胞，是形成心血管封閉管道系統(tǒng)的形態(tài)基礎(chǔ)。血管內(nèi)皮細(xì)胞的功能復(fù)雜多樣，在體內(nèi)作為重要的“調(diào)節(jié)組織”維持著心血管系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。研究已證實(shí)，血管內(nèi)皮功能障礙與多種心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，既是心血管疾病的早期表現(xiàn)形式，又是早于動(dòng)脈硬化形態(tài)學(xué)發(fā)展的第一步。因此正確評(píng)價(jià)血管內(nèi)皮功能，敏銳識(shí)別血管早期病變，可為早期診斷和防治高血壓、冠心病、糖尿病等常見心血管疾病及其相應(yīng)的靶器官病變提供有效手段，為臨床治療提供新方向。

在體血管內(nèi)皮細(xì)胞處于一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境中，作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞的機(jī)械應(yīng)力有二種：血液流動(dòng)產(chǎn)生的剪切應(yīng)力(wall?shear?stress，WSS)和血壓導(dǎo)致的周向應(yīng)力(circumferential?stress，CS)。這二種力同時(shí)作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，從而調(diào)節(jié)其表型。最近的研究指出，最容易出現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化和內(nèi)膜增生的循環(huán)區(qū)域，如彎曲血管內(nèi)壁，分支血管外壁，也是血流剪切應(yīng)力與血管壁周向應(yīng)力最不同步的部位。為了說明這個(gè)不同相(asynchronous)的現(xiàn)象，美國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)前主席John?M.Tarbell教授引入了應(yīng)力相位角(stress?phase?angle，SPA)的概念，應(yīng)力相位角是血管壁周向應(yīng)力與血流剪切應(yīng)力之間的相位角。應(yīng)力相位角反映壓力和流體波形的不同步性，它是結(jié)合動(dòng)脈壁力學(xué)因素和流體力學(xué)因素對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞影響的唯一參數(shù)。因此，如果能夠明確應(yīng)力相位角在檢測(cè)血管病變部位中的作用，可以為血管早期病變提供新的診斷方法和依據(jù)。

目前的研究主要是通過計(jì)算機(jī)仿真，從細(xì)胞水平上驗(yàn)證了應(yīng)力相位角理論的正確性。然而，尚無合適的方法對(duì)應(yīng)力相位角進(jìn)行定量分析。因此，為了研究彈性管腔內(nèi)應(yīng)力相位角的變化規(guī)律，必須有一種方法可以同步測(cè)量血管壁周向應(yīng)力和血流剪切應(yīng)力。

關(guān)于同步探測(cè)血管壁運(yùn)動(dòng)和血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)方法的研究國(guó)際上已有少量報(bào)道。Richard?G.Wise等人利用相位對(duì)比磁共振成像技術(shù)同時(shí)測(cè)量大鼠心臟的流速分布圖和心室壁的運(yùn)動(dòng)。S.Sampath等人利用磁化空間調(diào)制的磁共振成像技術(shù)測(cè)量健康志愿者心肌位移，利用梯度編碼磁共振成像技術(shù)測(cè)量心肌血流速度。但是，磁共振設(shè)備價(jià)格昂貴、體積龐大、實(shí)時(shí)性差，使其應(yīng)用受到了限制。而超聲方法因其方便、實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)受到普遍應(yīng)用。P.Tortoli等開發(fā)一種系統(tǒng)采用兩個(gè)超聲束來同時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)脈的直徑變化和流場(chǎng)速度分布，該系統(tǒng)的復(fù)雜性限制了它的廣泛應(yīng)用。H.Hasegawa等采用高幀頻獲得的射頻回波信號(hào)同時(shí)測(cè)量動(dòng)脈壁的徑向應(yīng)變和流場(chǎng)速度。但該方法計(jì)算流場(chǎng)速度依賴超聲束與血流方向的夾角。J.Luo等應(yīng)用斑點(diǎn)追蹤方法同時(shí)測(cè)量動(dòng)脈壁軸向速度和血流速度。然而，該方法要求較高的幀頻(8kHz)。綜上所述，目前文獻(xiàn)中提到的磁共振成像無法滿足測(cè)量實(shí)時(shí)性的要求，而報(bào)道的超聲方法對(duì)成像系統(tǒng)有特殊的要求，都存在一定的局限性。另外，流道或流體的非透明性，使得目前應(yīng)用較廣的光學(xué)方法很難適用。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確管壁應(yīng)力相位角的測(cè)量方法。

本申請(qǐng)要解決的另一技術(shù)問題是提供一種基于上述方法的測(cè)量系統(tǒng)。

本申請(qǐng)要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案加以解決：

一種管壁應(yīng)力相位角的測(cè)量方法，包括：

在流體中加入超聲造影微泡；

使用高頻超聲成像裝置采集連續(xù)采集多幀感興趣區(qū)域的超聲圖像；

對(duì)相鄰兩幅超聲圖像對(duì)應(yīng)區(qū)域進(jìn)行互相關(guān)分析，得到管壁的周向應(yīng)力和流場(chǎng)剪切應(yīng)力；

繪制管壁周向應(yīng)力和流場(chǎng)剪切應(yīng)力相對(duì)于時(shí)間變化的波形圖，測(cè)量應(yīng)力相位角。

其中所述管壁包括血管壁；所述流體包括血液；所述使用高頻超聲成像裝置采集連續(xù)采集多幀感興趣區(qū)域的超聲圖像包括：使用高頻超聲成像裝置采集連續(xù)至少三個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)的感興趣區(qū)域的超聲圖像；所述繪制管壁周向應(yīng)力和流場(chǎng)剪切應(yīng)力相對(duì)于時(shí)間變化的波形圖，測(cè)量應(yīng)力相位角包括：繪制血管壁周向應(yīng)力和血流剪切應(yīng)力隨心動(dòng)周期變化的波形圖，測(cè)量應(yīng)力相位角。