介入式超声硬度彩色成像法及介入超声心肌硬度彩色成像仪制造技术

本发明专利技术涉及介入式超声硬度彩色成像法，方法步骤：１．建立由介入导管承载的压力传感器结构和超声换能器；２．测量压力值并同时检测厚度，以各检测点压力变化量及厚度形变率之间的比值来表征硬度的大小；将获得某一切面各点心肌硬度值通过查表方式彩色编码重建成二维彩色硬度图；３．将获得的一系列同时相的二维平面彩色硬度图利用线性插补法和网格平滑化的算法建成三维彩色硬度图形。本发明专利技术还涉及介入超声心肌硬度彩色成像仪。本发明专利技术可获得被检心肌组织硬度值，将其值编码后以色彩及色彩亮度的不同图象直观以三维形式显示心肌硬度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及介入微创信息获取技术，涉及人体及动物活体心肌硬度参数获取，彩色成像显示方法及超声诊断仪器。具体是一种利用导管介入方法，通过在人或动物活体心肌上获取并分析组织应力—应变关系，从而得到活体组织硬度指标或根据相应的公式计算出心肌的杨氏模量，并据此进行计算机彩色编码直接显示心肌整体硬度及硬度分布信息的方法。所获取的信息有益于协助医学研究和为临床诊断提供参考。本专利技术同时涉及用于活体心肌硬度信息获取及成像显示的专门仪器—介入超声心肌硬度彩色成像仪。
技术介绍
近年来舒张性心力衰竭(DHF)日益受到重视。据调查在左室功能不全中，舒张性心功能不全约占30％，而在高龄和女性患者则比例更高。据估计美国用于治疗DHF的费用约占全部心衰治疗费用的四分之以一，达150-400亿美元；而在我国单纯性DHF患者也至少400万，与之不相适应的是舒张性心力衰竭的诊断方法至今不够明晰，目前多采用排除法进行诊断。美国心脏病学会认为“DHF的精确诊断非常困难”，学界急切呼唤新的诊断方法和标准。故探讨新的、更为直接的评价心脏舒张功能的方法具有十分重要的科学和社会经济意义。心脏舒张功能降低是由于心室肌僵硬度增加或/和心室肌主动松弛性能降低所致，心肌的主动松弛障碍一般伴随冠心病等可明确诊断的疾病，且可被顺应性良好的心肌进行代偿。因此，获取心室肌僵硬度的变化值即心室肌被动形变属性在临床学诊断及研究中有着十分重要的意义。目前评价舒张功能的方法可靠性均较不满意。人们认为较可靠的用心导管法测量舒张期时间常数等，主要从血流动力学水平进行研究，所反映的心室僵硬度(dP/dV，stiffness)体现左心室容积的变化与压力变化的关系，但当心脏腔室径增加时其值降低，难以正确反映心室肌的被动物理属性。尚缺乏在活体直接检测心肌硬度(hardness，反映心肌在受到应力作用发生应变的能力)，心肌的这一被动弹性特征与患者症状直接相关。心肌细胞和间质结构异常是其被动力学属性改变的主要原因。如心肌细胞的骨架蛋白异常，细胞外基质纤维蛋白的量和比例、以及含水量发生改变导致心肌弹性改变是发生DHF的主要原因。此外，如心肌梗死后瘢痕形成和肥厚梗阻型心肌病等局限性结构异常也会使局部心肌硬度增加。目前，也缺乏评价心肌局限性的硬度异常，如室壁瘤、心室瘢痕，非对称性肥厚的有效方法。心脏的舒张功能主要由于硬度决定，心肌硬度表现为舒张期对压力变化产生形变能力。为了迅速直观并较全面地显示心肌的硬度情况及其分布，故本专利技术借助观察局部心肌对心室压力变化引起形变的能力，或在心脏舒张中晚期某一时段通过导管注入生理盐水，使其心腔内压力升高，检测心肌对心室压力上升产生形变的能力。专利技术这种新型的心脏硬度信息成像技术—介入超声彩色心肌硬度成像。专利技术的内容本专利技术的目的之一是提供一种介入式超声心肌硬度彩色成像法，通过借助承载微型超声探头及压力传感器的介入式导管，进入心腔非接触式获取活体心肌硬度指标并将及其分布通过彩色成像法直观的显示。本专利技术的目的之二是提供一种介入超声心肌硬度彩色成像仪。为实现上述目的一，本专利技术采用的技术方案一是这样的，即一种介入式超声硬度彩色成像法，方法包括以下步骤(1)、建立承载有压力传感器及高频超声换能器结构的介入导管；(2)、上述介入导管的工作方式由以下方式之一或其组合a.由上述导管承载的压力传感器测量心腔内压力变化量；通过可在体外操控的上述介入导管使其延伸到被检心腔，在检测点通过导管顶端超声换能器发射声波环周接收心腔壁回声，并显示；根据超声换能器接受介质的回声强度变化率的不同，获取检测点在某一声束方向不同时刻测量的心腔壁厚度，并以此获得该方向的厚度形变率；通过超声换能器在检测点获取的沿环周切面上各点的心腔壁厚度；b.通过所述介入导管向心腔注入生理盐水，使容积增加，同时进行上述测量和计算获得厚度形变率测量和压力变化量；(3)、根据上述压力变化量与所述切面各点厚度形变率之间的比值来表征该切面各点硬度的大小。将获得某一切面各点心肌硬度值通过查表方式彩色编码重建成二维彩色硬度图。(4)、以心电图R波作为触发指令控制步进电机，由其带动超声导管在被检心腔内等距或定距移动，分别获得各层面同时相的二维平面彩色硬度图，将获得的一系列同时相的二维平面彩色硬度图利用线性插补法和网格平滑化的算法建成三维彩色硬度图形。为实现上述目的一，本专利技术采用的技术方案二是这样的，即一种介入式超声硬度彩色成像法，方法包括以下步骤(1)、建立承载由压力传感器及超声换能器结构的介入导管；(2)、通过可在体外操控的上述介入导管使其延伸到被检心腔的检测点，在检测点通过导管顶端超声换能器发射声波环周接收心腔壁回声，并显示；通过导管顶端的超声换能器发射声波并接收回声，根据超声换能器接受介质的回声强度变化的不同，自动识别心内外壁；当心腔内压力发生变化时，运用局部信号追踪技术分析某单一声束内各部分的位移量，从而得到压力变化前后沿心壁深度方向各部分组织形变量，将分析环周各声束得到的局部形变量的分布组合在一起就得到一横切面上的形变分布图，根据同时测得的腔内压力，也可计算出心脏组织局部的弹性模量，从而得到弹性图，将局部的形变值或弹性模量值赋予彩色编码就可以得到彩色硬度分布图。所述局部信号追踪技术为选自以下集合的其中之一时域互相关技术，时域自相关技术，过零点追踪法，频域相关法或它们的组合。(3)、以心电图R波作为触发指令控制步进电机，由其带动超声导管在被检心腔内等距或定距移动，按前诉方法分别获得各层面同时相的二维平面彩色硬度图，将获得的一系列同时相的二维平面彩色硬度图利用线性插补法和网格平滑化的算法建成三维彩色硬度图形。为实现本专利技术的第二个目的而采用的技术方案是这样的，即一种介入超声心肌硬度彩色成像仪，包括超声心肌硬度成像导管和主机，超声心肌硬度成像导管其中之一的特征是导管的头端固定有高频超声换能器；所述导管的内还装有压力传感器，导管前端有侧孔；所述超声换能器电缆供电线及信号线和压力传感器信号线由导管末端穿出与主机连接。安装在导管头端的所述超声换能器由单晶阵压电陶瓷构成，或由能各自独立工作的多晶阵压电陶瓷，在导管的前端构成环形探测面构成。所述导管可以为双层结构，环状超声换能器通过其背材固定在导管前端的内层上，所述超声换能器电缆供电线及信号线和压力传感器光纤由导管夹层穿过，并由导管末端前段电缆及光纤分线口处穿出与主机连接。导管的末端连接高压注射器，或连接步进电机的驱动连接端、或穿入导引钢丝。所述主机包括超声放大器、光纤信号调理器、心电放大器、超声信号发生器、A/D转换、步进电机、步进电机驱动器、步进电机控制板、中央控制CPU、控制面板、显示器。上述装置的工作原理是这样的所述超声信号发生器在中央控制CPU控制下激励超声换能器发射超声信号，环状超声换能器接收的超声信号与中央控制CPU数据输入端连接，超声换能器接收到的信号经放大及A/D转换后送入中央控制CPU，光纤压力传感器测量的压力信号，通过光纤信号调理器传输给A/D转换后送入中央控制CPU，将其获得被检测心腔壁厚度的形变量及压力值通过计算得出硬度值，并将该值通过计算机以查表方式彩色编码重建成二维彩色硬度图。通过显示器以色彩及色彩亮度的不同直接显示。心电放大器实时采集心电信号经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介入式超声硬度彩色成像法，其特征是方法包括以下步骤：（１）、建立承载有压力传感器及高频超声换能器结构的介入导管；（２）、上述介入导管的工作方式由以下方式之一或其组合：ａ．由上述导管承载的压力传感器测量心腔内压力变 化量；通过可在体外操控的上述介入导管使其延伸到被检心腔，在检测点通过导管顶端超声换能器发射声波，并环周接收心腔壁回声；根据超声换能器接受介质的回声强度变化率的不同，获取检测点在某一声束方向不同时刻测量的心腔壁厚度，并以此获得该方向的厚度形变率；通过超声换能器在检测点获取的沿环周切面上各点的心腔壁厚度；ｂ．通过所述介入导管向心腔注入生理盐水，使容积增加，同时进行上述测量和计算获得厚度形变率测量和压力变化量；（３）、根据上述压力变化量与所述切面各点厚度形变率之间的 比值来表征该切面各点硬度的大小；将获得某一切面各点心肌硬度值通过查表方式彩色编码重建成二维彩色硬度图；（４）、以心电图Ｒ波作为触发指令控制步进电机，由其带动超声导管在被检心腔内等距或定距移动，分别获得各层面同时相的二维平面彩色硬度图 ，将获得的一系列同时相的二维平面彩色硬度图利用线性插补法和网格平滑化的算法建成三维彩色硬度图形。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晶，郑永平，雷寒，邓辉胜，邓昌明，曾令秋，凌智瑜，江永红，刘地川，
申请(专利权)人：黄晶，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]