超声血流监测制造技术

本发明专利技术提供了在脊椎动物受试者中监测血流的方法。未聚焦的平面波超声脉冲沿着传输轴从固定到受试者(5)的单元件超声换能器(2)传输到受试者中。接收到超声波脉冲的反射，随时间产生一系列脉冲多普勒响应信号。处理每个脉冲多普勒响应信号以确定流向单个换能器元件(2)的血液的第一相应空间最大速度值，以及流离血液的第二相应空间最大速度值。从所述空间最大速度值识别心跳，并且将质量度量分配给每个识别的心跳。针对分配的质量度量超出阈值水平，识别空间最大速度值的子集。监测来自子集的值，并且当来自子集的一组值满足预定警报标准时，发出声音或视觉警报的信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声血流监测
技术介绍
本专利技术涉及使用超声表征或监测血流的设备和方法。已经使用各种技术来分析人或动物受试者中的血流。这些包括激光多普勒扫描、近红外光谱和多普勒超声成像。但是，此类分析通常必须由熟练的技术人员执行，该技术人员必须始终与患者同在。进行这种分析的设备也可能非常昂贵(例如，3D超声成像系统的价格超过一百万美元)。因此，这样的技术不太适合在诸如医院病房或在家中的环境中对患者进行无人值守的监视。本专利技术旨在提供更好的方法。
技术实现思路
从第一方面，本专利技术提供了一种用于确定脊椎动物受试者的血流特征的方法，该方法包括：从固定在受试者上的超声波换能器向受试者发送超声波脉冲；在超声换能器处接收超声脉冲的反射；从反射中产生脉冲多普勒响应信号；和处理脉冲多普勒响应信号以确定受试者内血流的特征。从第二方面，本专利技术提供了一种用于确定脊椎动物受试者的血流特征的系统，该系统包括：超声换能器；用于将超声换能器固定到受试者的紧固件或粘合剂层；和控制器，其中所述控制器配置为：控制超声换能器将超声脉冲传输到受试者中；对在超声换能器处接收的超声脉冲的反射采样；从反射中产生脉冲多普勒响应信号；和处理脉冲多普勒响应信号以确定受试者内血流的特征。因此，将看到，根据这些方面，不是熟练的操作员不得不手动地将超声换能器紧靠受试者，而是将超声换能器紧固到受试者。这可以促进在延长的时间段内的血流监测，而无需在数据收集过程中使用连续地关注受试者的操作人员。优选地，超声换能器将在受试者的外表面上被固定到受试者并且因此将是非侵入性的(即，固定将优选地不涉及外科手术过程)。超声换能器可以通过化学和/或机械手段固定到受试者。在一组实施例中，超声换能器使用粘合剂层粘合到受试者。该粘合剂层可以被施加到超声换能器的换能器元件上，使得其位于换能器元件与受试者之间。超声脉冲可以传播通过粘合剂层。在这种情况下，单独的超声凝胶可以是不需要的。替代地，粘合剂层可以将超声换能器的壳体粘合到受试者。然后可以分别施加超声凝胶以消除换能器元件与受试者之间的任何气隙。粘合剂层可能够以大于超声换能器的重量的力将超声换能器结合到受试者。在一些实施例中，该系统包括用于将超声换能器紧固至受试者(诸如受试者的皮肤)的紧固件。超声换能器优选地被设计用于外部使用。紧固件优选是非侵入性的。紧固件可以包括一个或多个带，其可以是织物、塑料或任何其他柔性材料。紧固件的一个或多个带的尺寸可设置成单独或组合地固定在受试者的肢体、头部、手指或其他身体部位周围。紧固件可以包括弹性部分或弹簧或用于向受试者的身体的一部分施加压缩力的其他装置。紧固件可以具有用于接触受试者的皮肤的表面。紧固件可被构造成单独地或与诸如粘合剂的其他方式结合使用摩擦，以将超声换能器弹性地紧靠受检者固定到位。紧固件可以包括夹子。紧固件可以包括用于接收超声换能器的底座。紧固件可以被粘结或固定到超声换能器上，例如，使得需要工具以无损地将超声换能器与紧固件分离。在其他实施例中，超声换能器可以可释放地固定至紧固件，例如仅通过摩擦来保持。超声换能器可以被配置为发射未聚焦的超声脉冲。超声脉冲可以是平面波脉冲。(本领域技术人员将意识到，实际上，波前可能不是完全平坦的，例如，由于换能器中的缺陷，或者由于波传播时的干扰(例如，折射和衍射)，或者由于波前的有限的范围，并且因此应当理解表达“平面波”。)换能器优选不具有声学透镜。控制器可以被配置为从一个或多个发射的超声脉冲产生脉冲多普勒响应信号，其中该脉冲多普勒响应信号聚集来自受试者的区域上的反射，该反射具有与在该区域处接收的发射脉冲基本相同的宽度。该系统可以具有与发射束一致的接收束或空间灵敏度区域。在确定血流特征的深度处，接收束的宽度或直径可以基本等于发射束的宽度或直径或至少是发射束的宽度或直径的一半。发射束和接收束都可以是未聚焦的。可以确定通过多个血管的总血流的血流特性。这与传统的基于阵列的多普勒血流成像系统形成对比，后者使用聚焦的接收束(例如，使用延迟和求和波束形成技术)来分析非常小的区域(通常位于单个动脉的宽度内)内的血流(例如，在焦点处的束宽度小于0.5mm)。超声换能器可以包括多个换能器元件，例如布置成线性或矩形阵列。可以无延迟地对在多个换能器元件处接收到的信号求和(与传统的延迟和求和波束形成相反)，并且可以从在每个相应的换能器元件处接收到的信号求和生成脉冲多普勒响应信号。但是，在一组实施例中，超声换能器是单元件换能器。(单个)换能器元件可以是压电元件。超声换能器中的相同元件可以发送和接收超声。这使得换能器的成本保持较低。换能器可以从平面发射超声波。与传统的基于阵列的超声换能器中的每个换能器元件相比，该平面的宽度(例如，最大、最小或平均宽度)可能较大，例如，其宽度至少为2mm、5mm、10mm、20mm或更大。与从换能器发送的超声波脉冲的波长相比，该发送表面的宽度可以是10个波长、50个波长、或甚至100个波长或更大。(本文中称的波长可理解为与在人体软组织中传播的波有关，例如以1540m/s传播的波。)宽度与波长之比为十、二十、五十倍或更多倍可有助于提供更均匀的束，这对于从体积相当的不同深度区域提供响应是期望的。换能器可以在基本上均匀的束中(即，在传播(深度)方向上具有恒定或近似恒定的横截面)传输超声波能量，至少直到进行反射以确定血流特征的最大深度为止。换能器(或其发射面)可以具有任何形状，但是在一组实施例中，它是圆形或矩形的。因此，它可以将圆形或矩形的圆柱形束传输到生物体中，例如直径约为5毫米或10毫米的圆形束。血流的特征可以根据从受试者体内的区域接收到的反射确定。通过不聚焦发射束，并且通过使用远大于发射波长(例如，十倍或更大)的换能器，超声脉冲的强度在该区域上可以基本均匀。对于聚焦的发射束，这通常是不可能的，聚焦的发射束的强度将在整个区域上以及单个血管上变化。类似地，通过不聚焦接收束，可以从整个区域基本均匀地聚集反射。对于只有很小的空间敏感度区域的聚焦的接收束，通常这是不可能的。可以通过换能器或其发射面的形状确定受试者内区域的横向范围。区域的轴向位置或范围(即，在传播方向上，在本文中也称为深度方向)可以由每个脉冲的持续时间(例如，至少为脉冲持续时间的一半)和在传输每个脉冲后对反射进行采样的时间延迟来确定。如下面更详细解释的，可以对来自多个不同(例如，非重叠)区域的反射进行采样和处理，以生成单独的各个多普勒信号；这些反射可以是从一个或多个公共发射脉冲接收的，即它们可能都覆盖了大致相同的时间段。范围门控(Range-gating)可用于控制所述(或每个)区域的轴向范围。在一些实施例中，区域的深度在0.15mm至1mm之间。该区域可以具有大约5mm、10mm或20mm的直径或最小宽度。该系统特别适合于确定靠近换能器的血流特征。这是因为未聚焦的宽束意味着来自每个血细胞的反射相对较弱。因此，该区域可以在传播方向上具有与换能器的最大距离，该最大距离小于换能器或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种监测脊椎动物受试者的血流的方法，所述方法包括：/n将未聚焦的平面波超声脉冲沿着传输轴从固定在受试者上的单元件超声换能器的单个换能器元件传输到所述受试者中；/n在所述单个换能器元件处从所述受试者中的区域接收所述超声脉冲的反射；/n随时间从所述反射产生一系列的脉冲多普勒响应信号；/n处理每个脉冲多普勒响应信号，以确定流经所述区域并朝着所述单个换能器元件的血液的第一相应空间最大速度值，并确定流经所述区域并远离所述单个换能器元件的血液的第二相应空间最大速度值；/n从所述空间最大速度值识别心跳；/n为每个识别出的心跳分配质量度量；/n识别所分配的质量度量超过阈值水平的所述空间最大速度值的子集；/n随时间监测所述最大空间速度值的子集中的值；和/n确定所述空间最大速度值的子集中的一组一个或多个值何时满足预定警报标准，并且响应于所述确定，发出听觉或视觉警报的信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180207 GB 1802007.3;20181019 GB 1817102.51.一种监测脊椎动物受试者的血流的方法，所述方法包括：
将未聚焦的平面波超声脉冲沿着传输轴从固定在受试者上的单元件超声换能器的单个换能器元件传输到所述受试者中；
在所述单个换能器元件处从所述受试者中的区域接收所述超声脉冲的反射；
随时间从所述反射产生一系列的脉冲多普勒响应信号；
处理每个脉冲多普勒响应信号，以确定流经所述区域并朝着所述单个换能器元件的血液的第一相应空间最大速度值，并确定流经所述区域并远离所述单个换能器元件的血液的第二相应空间最大速度值；
从所述空间最大速度值识别心跳；
为每个识别出的心跳分配质量度量；
识别所分配的质量度量超过阈值水平的所述空间最大速度值的子集；
随时间监测所述最大空间速度值的子集中的值；和
确定所述空间最大速度值的子集中的一组一个或多个值何时满足预定警报标准，并且响应于所述确定，发出听觉或视觉警报的信号。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述受试者中的所述区域包含多个血管，并且其中每个脉冲多普勒响应信号由来自所述多个血管中的血液的反射产生。


3.根据权利要求1或2所述的方法，包括使用自相关操作以从所述空间最大速度值识别心跳。


4.根据任一权利要求所述的方法，其中分配给每个心跳的质量度量取决于从针对各个心跳的脉冲多普勒响应信号得出的数据与从针对先前心跳的脉冲多普勒响应信号得出的数据的相似性。


5.根据任一权利要求所述的方法，其中所述区域的宽度基本上等于在所述区域处的所发射的超声脉冲的束宽度。


6.根据任一权利要求所述的方法，其中所述超声换能器机械地紧固到所述受试者。


7.根据任一权利要求所述的方法，包括针对流向或离开所述超声换能器的血液确定在一时间段内通过所述区域的空间最大速度的最大值、最小值或平均值。


8.根据任一权利要求所述的方法，还包括在显示装置上图形地表示所述第一空间最大速度值和第二空间最大速度值。


9.根据任一权利要求所述的方法，包括执行所述监测60分钟或更长时间。


10.根据任一权利要求所述的方法，其还包括处理每个脉冲多普勒响应信号，以便从相应的脉冲多普勒响应信号中针对流过相应的深度或深度范围内的相应区域的血液为多个深度或深度范围中的每一个随时间确定空间最大速度值的相应序列，其中所述序列包括跨所述多个深度或深度范围的公共时间段的空间最大速度值。


11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：
在显示装置上显示所述值序列的图形表示；
从操作人员接收识别感兴趣的深度或深度范围的输入；和
确定在所述感兴趣的深度或深度范围处的所述第一空间最大速度值和第二空间最大速度值。


12.根据权利要求10所述的方法，还包括控制器：
为多个深度或深度范围的每一个计算各自的质量值；和
使用所述质量值选择确定所述第一空间最大速度值和第二空间最大速度值的深度或深度范围。


13.一种用于监测脊椎动物受试者的血流的系统，所述系统包括：
具有单个换能器元件的单元件超声换能器，其用于固定到所述受试者；
控制器，
其中所述控制器配置为：
当所述超声换能器固定到所述受试者上时，控制所述超声换能器沿传输轴从所述单个换能器元件向所述受试者传输未聚焦的平面波超声脉冲；
对在所述单个换能器元件处从所述受试者中的区域接收的超声脉冲的反射采样；
随着时间从所述反射中生成一系列脉冲多普勒响应信号；
处理每个脉冲-多普勒响应信号，以确定流经所述区域并朝着所述单个换能器元件的血液的第一相应空间最大速度值，并确定在所述时间段内流经所述区域并远离所述单个换能器元件的血液的第二相应空间最大速度值；
从所述空间最大速度值识别心跳；
为...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯·托普，托尔比约恩·赫古姆，
申请(专利权)人：挪威科技大学，
类型：发明
国别省市：挪威;NO