[發(fā)明專利]一種估算流體速度的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410348514.6
• 申請(qǐng)日: 2014-07-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104146731A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱維寶;葉宗英;鄭海榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): A61B8/06
• 分類號(hào): A61B8/06
• 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;彭家恩

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及醫(yī)療超聲成像技術(shù)，尤其涉及一種估算流體速度的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

醫(yī)療超聲成像技術(shù)是一種基于超聲波的影像技術(shù)。隨著醫(yī)學(xué)、材料、計(jì)算機(jī)、電子工程等技術(shù)的飛速發(fā)展，醫(yī)療超聲成像設(shè)備的性能不斷提高、功能不斷完善、用途不斷擴(kuò)展。超聲成像診斷具有高空間分辨率、實(shí)時(shí)快速成像、操作方法簡(jiǎn)便、無(wú)禁忌、無(wú)損傷、可重復(fù)、可提攜和經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛的用于各種醫(yī)學(xué)應(yīng)用當(dāng)中。它與CT和MRI一起構(gòu)成了臨床醫(yī)學(xué)中必不可少的影像診斷技術(shù)。

大量臨床研究表明，人體主要血管的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)能夠直接反映人體的生理功能，可以作為輔助臨床診斷的重要測(cè)量指標(biāo)。血流速度的檢測(cè)，無(wú)論是對(duì)于血管疾病的早期診斷、治療方案的確定、療效的評(píng)估，還是對(duì)人體器官的生理、病理研究都具有十分重要的意義。

流經(jīng)血管的血液流速可以用各種方法進(jìn)行估計(jì)，一種以簡(jiǎn)便而著稱的最流行的技術(shù)就是通過(guò)B型超聲成像確定血管位置，然后用脈沖多普勒測(cè)出血管中間位置的血流速度，如圖1所示，其中1為血管壁，2為血管內(nèi)的血液，3為換能器。超聲脈沖多普勒采用共用式的換能器，換能器受高壓脈沖激勵(lì)向血管發(fā)射頻率為????????????????????????????????????????????????的超聲，血管內(nèi)血細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)速度為v，超聲脈沖發(fā)射完換能器即轉(zhuǎn)換為接收狀態(tài)，由于血液的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，換能器接收到的超聲波頻率會(huì)產(chǎn)生多普勒頻率偏移。超聲換能器接收到的多普勒頻移方程為：

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其中c是超聲在人體軟組織中的傳播速度，為超聲波束與血液流動(dòng)方向之間的夾角。

現(xiàn)有技術(shù)通常采用如圖2所示的模擬解調(diào)過(guò)程對(duì)換能器所接收到的回波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后經(jīng)過(guò)濾波并使用采樣保持器將數(shù)據(jù)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器將解調(diào)得到的模擬采樣信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)頻譜分析得到，最后通過(guò)公式(1)計(jì)算出速度v。

傳統(tǒng)的模擬解調(diào)過(guò)程使用的混頻器、采樣保持器以及濾波器會(huì)引入額外噪聲，并且解調(diào)器只針對(duì)特定的換能器和給定的頻率范圍，靈活性差。現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備只能對(duì)血管內(nèi)固定采樣容積的速度進(jìn)行測(cè)量，以血管中間位置的血流速度來(lái)代替血管內(nèi)的血流速度，測(cè)量的血液速度不夠精確，且不能實(shí)時(shí)測(cè)得血管內(nèi)血流速度剖面。如果要得到血管內(nèi)速度剖面，通常是根據(jù)血管中間位置的流速通過(guò)時(shí)域相關(guān)算法對(duì)血流速度剖面做出假設(shè)，對(duì)外周血管選用拋物線型，對(duì)高流速血管如主動(dòng)脈弓則選用鈍型，從而進(jìn)行運(yùn)算得到速度剖面，不僅算法復(fù)雜、運(yùn)算量大，且不是血管內(nèi)血流情況的真實(shí)反映。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N估算流體速度的系統(tǒng)及方法。

根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N估算流體速度的系統(tǒng)，包括定位裝置、換能器、脈沖發(fā)生器、接收電路和處理器；

所述定位裝置，用于通過(guò)超聲成像確定待檢測(cè)流體的位置，確定待檢測(cè)速度剖面，在所述剖面上選取多個(gè)信號(hào)采樣點(diǎn)；

所述換能裝置，包括換能器，所述換能器用于在所述處理器的控制下，向流體發(fā)射超聲波并接收脈沖回波信號(hào)；

所述處理器，還用于對(duì)所述脈沖回波信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出所述多個(gè)信號(hào)采樣點(diǎn)的流體速度，并對(duì)所述多個(gè)信號(hào)采點(diǎn)的流體速度值進(jìn)行曲線擬合，得到流體速度的剖面曲線。

上述系統(tǒng)中，所述換能裝置還包括脈沖發(fā)生器和接收電路；

所述脈沖發(fā)生器，用于在所述處理器的控制下，向所述換能器發(fā)出電氣脈沖激勵(lì)；

所述接收電路，用于接收所述脈沖回波信號(hào)，并將所述脈沖回波信號(hào)發(fā)送給所述處理器。

上述系統(tǒng)中，所述接收電路包括依次連接的放大器、濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

所述放大器，用于對(duì)所述脈沖回波信號(hào)進(jìn)行放大；

所述濾波器，用于對(duì)所述放大后的脈沖回波信號(hào)進(jìn)行濾波；

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對(duì)濾波后的脈沖回波信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將經(jīng)過(guò)放大和濾波的脈沖回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

上述系統(tǒng)中，所述處理器包括依次連接的數(shù)字濾波器、正交解調(diào)器、選通模塊和頻譜提取模塊；

所述數(shù)字濾波器，用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波；

所述正交解調(diào)器，用于對(duì)濾波處理后的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)以獲取同相和正交的解析信號(hào);

所述選通模塊，用于從所述解析信號(hào)中提取不同流體深度的信號(hào)數(shù)據(jù);

所述頻譜提取模塊，用于根據(jù)所述不同流體深度的信號(hào)數(shù)據(jù)計(jì)算流體多普勒頻移信息以獲取流體速度。

上述系統(tǒng)中，所述正交解調(diào)模塊包括希爾伯特變換單元和低通濾波單元。