[發(fā)明專利]超快超聲多普勒脊髓微血流成像系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111772676B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許凱亮;臧佳琦;閆少淵;他得安;王威琪
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: A61B8/06
• 分類號: A61B8/06;A61B8/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種超快超聲多普勒脊髓微血流成像系統(tǒng)。本發(fā)明系統(tǒng)包含硬件和軟件兩部分；硬件部分包含超聲波發(fā)射和接收模塊和實驗器材模塊。軟件部分包含超快超聲成像、波束合成、運動校準、雜波濾除、多普勒成像、求差和相關(guān)性分析等模塊。首先，基于超快超聲成像技術(shù)和多角度平面波復(fù)合成像的理論編寫超聲平面波發(fā)射與接收控制模塊，并由計算機軟件控制硬件設(shè)備發(fā)射和接收超聲波；對接收到的回波數(shù)據(jù)進行處理，最終得到多普勒血流圖像；并對血流的速度、方向等參數(shù)進行分析。該系統(tǒng)還提供了在脊髓加壓、受損傷，刺激條件下對脊髓微血流進行成像的模式，可以進行脊髓功能分析和生理病理性分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及脊髓微血流成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

脊髓損傷常伴隨著功能性神經(jīng)損傷，創(chuàng)傷中心區(qū)域血流完全損失和周圍血流灌注量的減少可用于指示脊髓功能損傷病灶。

目前，臨床上進行脊柱損傷的標準診斷方法有X光平片、計算機斷層掃描(CT)和核磁共振成像(MRI)等。這些方法目前仍舊存在以下不足：存在對人體健康有害的電磁輻射，成本高，成像時間較長。相比于這些已有的方法，超聲成像具有成像速度快、設(shè)備便攜、成本低和無電離輻射等優(yōu)點。基于多角度平面波復(fù)合成像的超快超聲多普勒血流成像方法作為一種新型血流監(jiān)測技術(shù)，具有對脊髓內(nèi)微血管和相關(guān)微血流進行高分辨率成像的潛力。(何瓊,羅建文.超高速超聲成像的研究進展[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2014,30(8):1251-1255.)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種成像速度快、設(shè)備便攜、成本低和無電離輻射的脊髓微血流成像系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的脊髓微血流成像系統(tǒng)，是基于超快超聲多普勒技術(shù)的，該系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分。其中，硬件部分可分為兩大模塊：超聲信號發(fā)射和接收模塊，以及實驗器材模塊。超聲信號發(fā)射和接收模塊包含波形發(fā)生器、超聲探頭、模擬信號放大器、模擬信號濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和存儲單元；實驗器材模塊包含脊髓固定裝置、生理信號檢測裝置、脊髓加壓裝置、電刺激裝置、示波器和任意波形發(fā)生器；軟件部分包括超聲脈沖發(fā)射與接受序列模塊、波束合成模塊、運動校準模塊、雜波濾除取模塊、血流多普勒成像模塊、求差模塊。該系統(tǒng)涉及的技術(shù)包含超快超聲成像技術(shù)、超聲血流多普勒成像技術(shù)、脊髓功能成像等。

(一)硬件部分

1.超聲波發(fā)射與接收模塊

超聲波發(fā)射與接收模塊包括波形發(fā)生器、超聲探頭、模擬信號放大器、模擬信號濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和存儲單元。該模塊的作用是發(fā)射超聲信號的接收回波信號。

優(yōu)選地，該硬件模塊的連接方式和工作流程如圖2所示，首先由軟件設(shè)定的超聲波發(fā)射與接收序列控制波形發(fā)生器產(chǎn)生傳輸波形，并由超聲探頭將電能轉(zhuǎn)化為聲能發(fā)射超聲波；回波信號的接收由同一個或不同的超聲探頭完成，并由模擬信號放大器和模擬信號濾波器對回波信號進行處理，然后又模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，送入存儲單元，完成數(shù)據(jù)存儲。

2.實驗器材模塊

實驗器材模塊用于對脊髓進行固定，并在不同的條件下對脊髓微血流成像，和相關(guān)生理信號的監(jiān)測。

優(yōu)選地，該模塊包括脊髓固定裝置、生理信號監(jiān)測裝置、脊髓加壓裝置、電刺激裝置、示波器和任意波形發(fā)生器。脊髓固定裝置用于對脊髓進行固定，可以利用脊髓加壓裝置對脊髓定量地加壓，并通過示波器觀察在不同的壓力情況下血流動力學(xué)的變化；也可以利用電刺激裝置對觀測對象施加電刺激，通過脊髓微血流分析探究脊髓神經(jīng)功能與血流變化的關(guān)系，從而進行相關(guān)的生理病理性分析；并可以輔以生理信號監(jiān)測裝置實時測量呼吸、心跳等生理信號，進行呼吸心跳相關(guān)的運動校準，以及其他生理信號與血流信號的相關(guān)性分析。

(二)軟件模塊

軟件模塊包括超聲脈沖發(fā)射與接受序列模塊、波束合成模塊、運動校準模塊、雜波濾除模塊、血流多普勒成像模塊、求差模塊。