CN102458260B - 测量心脏收缩功能的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

适用于测量病人心脏收缩功能的方法，包括机械剪切波通过心脏传播以及传播的观察，从而确定反映心脏弹性的剪切波传播参数。对心脏收缩末期的传播参数的数值进行采样，使得该参数反映心脏收缩末期的弹性。

Description

测量心脏收缩功能的方法和装置
本发明涉及测量心脏收缩功能的方法和装置。
心脏收缩功能的临床评估是心脏学的重要部分，用于检测多种心脏病理，诸如扩张或肥大的心肌症、心肌梗塞、心肌缺血等。
心脏收缩功能通常是通过收缩末期压力-容量关系(ESPVR)作出评估，一般需要对病人进行多次多个心搏周期的介入测量。所述ESPVR呈现线性关系的特性，尤其是其斜率、心脏收缩末期弹性(elastance)(Emax或Ees)。
为了避免上述缺点，已经设计出了用于估计ESPVR的非介入方法。例如，WO-A-98/19594描述了这种非介入的、单次心搏的测试方法，该方法测量心脏的压力、容积和心跳(其中例如心压测试的一些测量还是介入的)，随后基于统计数据将这些数据用于ESPVR的评估。
然而，这种已知的方法还是较为复杂，因为它需要同时使用很多测量设备。此外，这种方法基于多个假设条件：
-被检测的心脏遵循该方法所使用的统计学规律；
-弹性与时间呈线性函数；
-在单个心搏周期中，压力-容量图的容量轴截距为常数。
这些假设可能在某些情况下会出现错误，并且因而导致ESPVR的错误评估。
本发明的一个目的是提供一种用于测量心脏收缩功能的新方法，这种方法至少可以避免上述缺点。
为此目的，根据本发明，提供了一种用于测量病人心脏心肌收缩功能的方法，该方法至少包括如下步骤：
a)激励步骤，在该步骤中，通过换能器阵列将至少一个聚焦超声波发射至病人的体内并在病人的心脏心肌中产生弹性剪切波；
b)观察步骤，在该步骤中，观察在病人心脏肌肉中的观察区域中的剪切波的传播，该观察步骤还包括下述子步骤：
b1)由换能器阵列将一系列非聚焦超声压缩波发射至病人的心脏心肌中，调整所述非聚焦超声波的时间使得至少部分所述非聚焦超声波渗入观察区域，与此同时剪切波也在所述观察区域中传播；
b2)通过所述换能器阵列实时接收来自检测的观察区域的探测信号，所述探测信号包括由非聚焦超声压缩波与病人心脏肌肉内的反射粒子相互作用所产生的回波；以及，
c)至少一个处理步骤，在该步骤中，至少包括子步骤c2)：
c2)确定在所述观察区域中的至少一个运动参数，所述运动参数具有所述反射粒子运动的特征；
d)心脏收缩功能的评估步骤，在该步骤中，根据运动参数随时间的变化，在观察区域中的至少一个点上确定至少一个心脏收缩末期的弹性参数，所述心脏收缩末期的弹性参数为剪切传播参数在心脏收缩末期所选取的数值的函数，所述剪切波传播参数可以反映心脏心肌的弹性。
根据这些方法，运用限定的装置可以精确地、快速地和非介入地确定心脏的收缩功能。此外，可以确定局部的收缩功能，从而有可能通过心脏的至少一部分来建立收缩功能的映射。
在本发明方法的各种实施例中，还可以具有下述步骤中的一个和/或多个步骤(下述步骤可以单独使用或组合使用)：
-所述处理步骤c)还包括，在所述确定运动参数的子步骤c2)之前，还包括一个子步骤c1)：
-c1)处理在子步骤b2)中从观察区域连续接收到的探测信号，以便确定剪切波的连续传播图像；
-在心脏收缩评估步骤d)中所计算的剪切波传播参数可以选自剪切波速度、剪切弹性模量、杨氏弹性模量和剪切波弹性以及局部应变的倒数；
-在心脏收缩功能的计算步骤d)中，计算在观察区域多个点上的心脏收缩末期的弹性参数并且确定在观察区域中的所述心脏收缩末期弹性参数的映射；
-在所述子步骤b1)中，所述非聚焦超声波压缩波至少以每秒300次的速率进行发射；
-在心脏收缩功能的评估步骤d)，所述剪切波传播参数的数值是在涵盖至少一个心搏周期的一个测量周期中以每秒多次且多个不同瞬间来重复确定的，并且心脏收缩末期弹性参数是根据所述剪切波传播参数的数值来确定的；
-心脏收缩末期的弹性参数为所述剪切波传播参数的数值最大值的函数；
-所述测量周期在1s至180s之间；
-在所述心脏收缩功能评估步骤d)中，所述剪切波传播参数的数值是以每秒5次的速率重复确定的；
-在所述心脏收缩功能评估步骤d)中，心脏收缩末期通过心电图来检测，并且心脏收缩末期的弹性参数是在检测到的收缩末期确定的；
-在所述心脏收缩功能评估步骤d)中，所述剪切波传播参数的数值是在涵盖多个心搏周期的一个测量周期中以多个随机瞬间来重复确定的，并且心脏收缩末期弹性参数确定为所述剪切波传输参数的数值的最大数值的函数；
-所述方法还包括心脏舒张弹性评估步骤e)，在该步骤中，确定心脏舒张弹性参数，所述心脏舒张弹性参数为通过在心脏舒张期间的剪切波传播参数所选取数值的函数；
-在所述心脏舒张弹性评估步骤e)中，所述剪切波传播参数的数值是在涵盖至少一个心搏周期的一个测量周期中以每秒多次且多个不同瞬间来重复确定的，并且心脏舒张的参数是基于所述剪切波传播参数的数值来确定的；
-所述心脏舒张弹性参数为所述剪切波传播参数数值的最小值的函数；
-在所述心脏收缩功能评估步骤d)中，心脏舒张通过心电图来检测，并且心脏舒张弹性参数是在已检测到的心脏舒张的剪切波传播参数所选取数值的函数；
-在所述子步骤c2)，所述运动参数由一个属于所述换能器阵列的对应换能器在观察区域的至少一个预定测量区域中确定；
-该方法还包括用于追踪心脏心肌畸变的追踪步骤，从而在心脏心肌的相同位置上进行剪切波传播参数的测量。
本发明的另一个目的在于提供一种用于测量病人心脏心肌收缩功能的装置，包括通过至少一个电子控制***分别独立控制的换能器阵列，适用于：
a)通过所述换能器阵列将至少一个聚焦超声波发射至病人体内，从而在病人心脏肌肉中产生弹性剪切波；
b)观察在病人心脏心肌的观察区域中的剪切波的传播，通过以下方法：
b1)换能器阵列将一系列非聚焦的超声压缩波发射至病人心脏心肌中，调整所述非聚焦超声波的时间，使得至少一些非聚焦超声波能够渗入观察区域，与此同时，剪切波能在观察区域中进行传播；以及
b2)通过所述换能器阵列来实时接收来自被检测观察区域的探测信号，所述探测信号包括由非聚焦超声压缩波与在病人心脏中的反射粒子相互作用所产生的回波；
c)处理从观察区域中连续获得的探测信号，从而由此确定在观察区域中的至少一个运动参数，所述运动参数具有所述反射粒子运动的特征；
d)基于运动参数随时间的变化，确定在观察区域至少一个点上的至少一个心脏收缩末期弹性参数，所述心脏收缩末期弹性参数是由心脏收缩末期的剪切波传播参数所选取的数值的函数，所述剪切波传播参数可以反映心脏心肌的弹性。
在本发明装置的各种实施例中，还可以具有下述结构中的一个和/或多个结构(下述结构可以单独使用或组合使用)：
-所述电子控制***适用于确定剪切波的连续传播图像，并且由此确定所述运动参数；
-由所述控制***所计算的剪切波传播参数是选自剪切波速度、剪切波模式、杨氏模量、剪切波弹性和局部应变的倒数；
-所述控制***适用于计算在观察区域多个点上的所述心脏收缩末期弹性参数，并用于确定在观察区域中的所述心脏收缩末期弹性参数的映射；
-所述控制***适用于以至少每秒300次的速率来发射所述非聚焦超声压缩波；
-所述控制***适用于在涵盖至少一个心搏周期的一个测量周期内以每秒多次且多个不同瞬间来确定所述剪切波传播参数的重复数值，并且所述中央单元适用于根据所述剪切波传播参数的数值来确定心脏收缩末期的弹性参数；
-所述控制***适用于确定心脏收缩末期的弹性参数作为所述剪切波传播参数数值的最大值的函数；
-所述测试周期在1s至180s之间；
-所述控制***适用于以至少每秒5次来确定所述剪切波传播参数；
-该装置还包括连接着所述控制***的心电图，所述控制***适用于通过心电图来检测心脏收缩末期并且确定在检测到的收缩末期的收缩末期的弹性参数；
-所述控制***适用于在涵盖多个心搏周期的一个测量周期内以多个随机瞬间来重复确定所述剪切波传播参数的数值，并且确定所述收缩末期的弹性参数作为所述剪切波传播参数数值的最大值的函数；
-所述控制***适用于确定心脏舒张的弹性参数，所述心脏舒张的弹性参数是由心脏舒张的所述剪切波传播参数所选取数值的函数；
-所述控制***适用于在涵盖至少一个心搏周期的一个测量周期内以每秒多次且多个不同瞬间来重复确定所述剪切波传播参数的数值，并且所述中央单元适用于根据所述剪切波传播参数的数值来确定心脏舒张弹性参数；
-所述控制***适用于确定心脏舒张弹性参数作为所述剪切波传播参数数值的最小值的函数；
-所述装置还包括连接着所述中央***的心电图，所述控制***适用于通过心电图来检测心脏舒张，并且确定在所检测心脏舒张的心脏舒张的弹性参数；
-所述装置还包括连接着所述控制***的心电图，所述控制***以心脏舒张周期的精确时间来触发剪切波传播的观察以及以心脏舒张周期的精确时间来触发剪切波传播参数的确定；
-所述控制***适用于根据属于换能器阵的一个对应换能器所获得的数据来确定在观察区域中的至少一个预定测量范围中的运动参数；
-所述控制***适用于追踪心脏心肌的畸变以及确定在心脏心肌的相同位置上的剪切波传播参数；
-收缩功能的评估与该***实时提供的传统超声波图像联系在一起。
本发明的其它特征和优点将通过以非限制性实例以及参考附图给出的下述实施例的详细阐述而变得更为明晰。
在附图中：
-图1为在本发明实施例中的剪切波成像装置图示；
-图2图示通过图1所示装置所测量到的病人心脏(以实线表示)的左心室心肌的剪切波以及左心室的的血压(以虚线)。
图1所示的装置1适用于测量在观察区域内的收缩功能，所述观察区域包括活体病人2的心脏3的全部或部分，尤其是心脏的肌肉。更加具体地说，装置1用于测量病人心脏，例如左心房的心肌3a的收缩功能，所述心肌外部由心包3b覆盖。该测量通过下述步骤执行：
-通过心脏3尤其是通过心肌3a所传播的机械剪切波；
-通过散射粒子3c反射的非聚焦超声波压缩波来观察心脏(以及尤其是心肌)中的剪切波的传播，所述散射粒子3c用于反射超声波并且通常包含在生物组织中(粒子3c可以由媒介3a中的任意不均匀性所构成，尤其是由胶原质粒子构成)；
-根据剪切波传播的观察来确定剪切波传播的参数，该参数反映心脏的弹性(尤其是心肌的弹性)并因此反映其收缩功能。
文献US-B2-7252004阐述了装置1的结构和常用操作方法，下文也将提及。
装置1包括下述装置，例如：
-超声波换能器阵列4，例如，线性阵列典型地包括在通用回波探头中所已知沿着轴线并列设置T1-TN的n个超声波换能器(因此，阵列4适合进行观察区域的二维(2D)成像，但是阵列4也可以是适合于进行观察区域3D成像的二维阵列)；换能器的数量n大于1，例如为几十个(即，100至300个)；换能器T1-TN发送超声压缩波脉冲，该脉冲是回波成像术中常用的类型，例如具有在0.5MHz至100MHz之间的频率且优选在0.5MHz至15MHz之间的频率，例如大约为2.5MHz；
-电子架5控制换能器阵列4并且从中获取信号；
-微型计算机6用于控制电子架5并且观察从电子架中所获得的超声图像，所述计算机6包括例如屏幕6a和键盘6d及其它用户接口。
本文将电子架5和微型计算机6称为装置1的控制***。这类控制***可能由两个以上的装置所构成或者也可能由能够满足电子架5和微型计算机6所有功能的单个电子装置所构成。
电子架5可以包括，例如：
-N个模/数转换器7(E1-En)并且各自分别连接着换能器阵列4的n个换能器(T1-Tn)；
-n个缓冲存储器8(M1-Mn)且各自分别连接着n个模/数转换器7；
-中央处理单元9(CPU)且与缓冲存储器8和微型计算机6通讯；
-数字信号处理器11(DSP)且连接着中央处理单元9；
-存储器10(MEM)且连接着中央处理单元8。
此外，在本发明的一些实施例中，中央处理单元9(或计算机6)可连接着心电图12(ECG)，该心电图用于测量病人的心电图并将心电图信号传输给中央处理单元9。
换能器T1-Tn由中央处理单元9分别独立进行控制。因此，换能器T1-Tn可以选择性地发射：
-非聚焦超声压缩波；或者，
-聚焦在心脏3一点或多点上的超声压缩波。
术语“非聚焦超声压缩波”可以理解为显示心脏3整个观察区域中的任何非聚焦波，例如：
-超声压缩波为“平面波”(即，波阵面在X，Y平面呈直线的波)或任何其它类型的非聚焦波；
-由多个不同的换能器T1-Tn发射的任意探测信号所产生的波；或
-聚焦在心脏3一点或多点的超声压缩波；或
-弱聚焦波(称为“宽”传输聚焦：聚焦距离与孔径之比＞2.5)；或
-发散波，例如球面波；或
-同时聚焦在多个焦点上的波；或
-更普遍任意类型的传输波，这种波不对应于聚焦单一焦点位置的传统聚焦的传输波，并且焦距/孔径之比＜2.5。
在装置1操作的过程中，换能器阵列4设置为与病人2皮肤2a进行接触，例如在病人的胸部。
装置1的操作方法由控制***控制，即，控制处理单元9和/或计算机6，它们为这样操作的方法进行编程。本文将这两个装置称为装置1的控制***(当然，控制***可以不同于已经阐述过的实施例，尤其是如上文所述的单一电子装置构成或两个以上的电子装置构成)。
为了观察在心脏3中的剪切波的传播，装置1的控制***6，9编程为可连续执行多个步骤：
a)激励步骤，在该步骤中，控制***6，9控制阵列4发射聚焦于病人体内的至少一个超声波，从而在在心脏中产生弹性剪切波(所述聚焦波可以通过所有或部分的换能器T1-Tn进行发射)；
b)观察步骤，在该步骤中，在心脏3(尤其在心肌3a)观察区域中的多个点上同时观察剪切波的传播，该观察步骤包括下述子步骤：
b1)控制***6，9控制阵列4对粘弹性的媒介发射连续的非聚焦的超声压缩波(这些非聚焦波可以通过全部或部分的换能器T1-TN进行发射)，其速率至少为每秒300次，例如为500次/S(在步骤a中发射的超声波的聚焦和时间)，并且调整所述非聚焦超声波的时间，以便在剪切波通过观察区域的传播过程中，至少一些所述非聚焦超声波能到达观察区域；
b2)控制***6，9控制阵列4检测从病人体内2接收到探测信号(这个检测可由所有或部分的换能器来执行)，所述信号包括在观察区域中非聚焦超声压缩波与反射粒子3c相互作用产生的回波；这些回波(直接或间接)对应于构成病人心脏尤其是病人心肌的粘弹性媒介的位移的连续图像；已经检测到的信号实时存储于缓冲存储器；
c)至少一个处理步骤，在该步骤中：
c1)控制***6，9处理在子步骤b2)中从病人体内2所接收到的连续探测信号，以确定连续传播图像；以及，
c2)控制***6，9至少确定在观察区域多个点上所构成病人心脏3(尤其是心肌3a)粘弹性媒介的运动参数。
值得注意的是，上述子步骤c2)可以省略：通常，本发明的方法不需要确定传输图像，并且控制***6，9可以通过其他方法来确定运动参数。
在激励步骤a)中发射的聚焦超声波可以是频率f在0.5MHz至15MHz之间的单色波，例如频率大约为2.5MHz，该波适用于在k/f秒的时间段内发送，其中k为50至5000之间的整数(例如大约为500)并且f以Hz表示。这样的波有可能在其它时间段分隔的连续发射时间段中发射，所述发射时间段可以每秒5至1000次发送速率来顺序排列。
在一个变化实例中，在激励步骤a)中发射的聚焦超声波为频率分别为f1和f2的两个单色波的线性叠加(具体为和)，所述频率为例如20Hz＜＝|f1-f2|＜＝1000Hz，并因此产生具有调制频率为|f1-f2|的调幅波。
此外，在激励步骤a)中发射的聚焦超声波可优选为同时聚焦或反之为多点聚焦的，以便所产生的剪切波呈现出理想波形(例如，有可能产生平面的剪切波，或反之为聚焦剪切波)并且照射在媒介2中的理想区域。
在步骤b1中，该步骤可以持续0.1至180s，例如1至30s，优选为1至4s，有可能以每秒500至10000次速率发射非聚焦超声压缩波，并且优选速率为每秒1000至5000次(这样的速率可以由压缩波通过病人体内2的来回行程时间进行限制：必需在新的压缩波发送之前使探针6接收到的由压缩波所产生的所有回波)。
每个非聚焦超声压缩波以高于剪切波速度的传播速度通过病人体内2(即在人体中以1500m/s传播)传播，并且与反射粒子3c相互作用，从而产生回波或在信号中的其它的模拟扰动，这样的信号在回波扫描技术中称为斑点噪声。
在非聚焦超声压缩波的每次发射后，在子步骤b2)中由换能器T1-Tn拾取斑点噪声。在第j次发射后由各个换能器Ti通过上述方法所拾取到的信号Sij(t)由对应于换能器Ti的模/数转换器Ei以高频(例如30MHz到100MHz)进行初始采样以及数字化(例如12位)。
随后，将这种方法所采样和数字化的信号Sij(t)以类似实时的方式存储于对应换能器Ti的缓冲存储器Mi。
举例说明，各个存储器Mi可为约128MB的容量，并且包含j＝1至P次发射所连续接收到的所有信号Sij(t)。
在延迟时间内，在已经存储了对应相同剪切波传播的所有信号Sij(t)之后，中心单元9通过对应子步骤c1)的常规路径所形成的步骤来处理这些信号(或者通过例如加法电路的其它电路来处理或电脑6处理这些信号)。
这样就产生了分别对应于第j次发射后的观察区域图像的信号Sj(x，y)。
例如，有可能由以下方程来确定信号Sj(t)：
s j ( t ) = Σ i = 1 n α i ( x , y ) . s ij [ t ( x , y ) + d i ( x , y ) / V ]
其中：
-Sij为在第j次的超声压缩波之后由换能器可感知的原始信号；
-t(x，y)为超声压缩波到达具有坐标(x，y)观察区域观察点所用时间，其中在第j次开始时为t＝0；
-di(x，y)是具有坐标(x，y)的观察区域观察点和第i个换能器之间的距离或该距离的近似数值。
-V为在被观察粘弹性媒介中的超声压缩波的平均传播速度；以及，
-αi(x，y)为考虑变迹关系(apodizationrelationships)的权重系数(具体而言，在多个实施例中，可以假设αi(x，y)＝1)。
当观察区域是三维(采用两维换能器阵列)时，上述方程需作必要的变更，并且以(x，y，z)代替(x，y)作为做空间坐标。
在选择了路径形成步骤之后，中央单元9在中央存储器M中存储图像信号Sj(x，y)(或如果图像为1维时则为Sj(X)，或者如果图像为3D时则为Sj(x，y，z))，各个图像信号Sj(x，y)分别对应于第j次发射。如果计算机本身执行图像处理时，这些信号还可以存储于计算机6。
正如US-B2-7252004所描述的，这些图像在步骤c2)的延迟时间中通过相互关联并且较优的通过成对的交叉关联或优选与参考图关联来进行处理。
上述交叉关联可以在例如数字信号处理器11中进行处理，或者可以在中央处理器9或计算机6中进行处理。
在该交叉关联处理过程中，最大化交叉关联函数<Sj(x，y)，Sj+1(x，y)>，以确定各个粒子3c承受超声回波所引起的位移。
US-B2-7252004描述了这类交叉关联计算的实施例。
这样就产生了在剪切波影响下心脏3(尤其是心肌3a)各个位置中的剪切波所产生的位移矢量的集合(在本文所讨论的实例中，这些位移矢量可选择性地减少为单一分量)。
将位移矢量集存储于存储器M或计算机6，并且可以慢动作图片的形式显示在例如计算机屏幕4a上，在所述慢动作图片中，位移的数值可通过例如灰度级或色彩级的光学参数来表示。
因此，可以清晰展示在媒介2中具有不同特性的区域之间的剪切波的传播差异。
剪切波传播的运动图片还可以重叠在普通的回波扫描术的图像中，所述回波扫描术图像也可以由上述装置1产生。
此外，除了位移，还可以对观察区域各个点计算心脏3的畸变，例如位移矢量所推导出的分量矢量分别与空间变量相关(在所讨论的实例中，分别为X和Y坐标)。这些畸变矢量也可以位移矢量一样，用来以运动图片的方式清晰展现剪切波的传播，并因此具有消除在观察过程中换能器阵列4相对于病人身***移的优点。
在位移或畸变区域中，计算机6(或通常是控制***6，9)根据在观察区域X，Y(或以二维阵列换能器的X，Y，Z)中随着时间变化的运动参数(位移或畸变)的方法，通过映射步骤d)方法进行处理，在所述步骤d)中，由用户激励计算机6来计算在所选择的观察区域内某些点(至少一点)上或整个观察区域内的剪切波的至少一个传播参数。
选择在映射步骤中所计算的剪切波的传播参数，例如通过剪切模数μ或杨氏模数E＝3μ或剪切波传播速度cs(式中ρ为组织的密度)或剪切弹性μ1，正如US-B2-7252004所描述的，也可以是局部应变的倒数。这样传播参数反映了构成观察区域媒介的弹性，例如心肌3a。
这个传播参数可以通过例如计算机6来计算，在涵盖至少一个心搏周期的一个测量周期内以每秒多次(例如，以每秒至少5次的速率或以每秒至少10次的速率)且不同瞬间来重复计算。这样的测量周期在0.1至180s之间，例如1至30s，优选为在1至4s。
例如，如图2所示，计算机6可以计算随时间t变化的心肌的剪切模数μ(图2中的线段13)。图2显示了剪切模数μ还可以与左心房的心压(图2中的线段14)以及心跳周期相关：剪切模数的最大值对应于心脏收缩末期)。
因此，计算机6可根据传播参数的连续数值来确定心脏收缩末期的弹性参数，该参数是心脏收缩末期的传播参数的数值的函数。例如，心脏收缩末期的弹性参数可以等于心脏收缩末期的传播参数的数值。
更具体地说，本发明的发明人已经论证：剪切模数的心脏收缩末期的数值为μes＝Emax.*Ves，式中Emax为心脏收缩末期的弹性，Ves为心脏收缩末期的心室容积。因此，μes为心脏收缩功能的索引且接近于Emax并且比Emax好得多，因为μes独立于心室容积。同样也适用于与μes密切相关的上述其它传播参数。
计算机6可以将心脏收缩末期的传播参数数值确定为整个测量周期内这类传播参数的最大数值。
作为一变化例，当中央单元9连接着外部心电图仪12时，由心电图仪检测心脏收缩末期并且将传播参数的心脏收缩末期数值确定为在所述检测心脏收缩末期的传播参数所选取的数值。
作为另一变化例，可以在涵盖多个心搏周期(例如，至少2个或3个周期或者多于5个周期)的一个测量周期内以多个随机瞬间(有可能以小于每秒5次测量的速率)来重复确定剪切波传播参数的数值，并随后由计算机6将传播参数的心脏收缩末期数值确定为所述剪切波传播参数的最大数值。
当然，如上所述，心脏收缩末期弹性参数可以仅在观察区域的一点或者多点上计算，并且在所述观察区域的所述心脏收缩末期的弹性参数的映射可以由计算机6显示器6a示出。
此外，还可以确定心脏舒张弹性参数，所述心脏舒张弹性参数可以是在心脏舒张中由所述剪切波传播参数所选取数值的函数。例如，心脏舒张弹性参数可以等于在心脏舒张中由所述剪切波传播参数所选取的数值。传播参数的心脏收缩数值可确定为在观察周期中所述剪切波传播参数数值的最小值(如同心脏收缩末期测量情况，心脏收缩测量可以在至少一个心脏收缩周期内每秒至少5次的剪切波传播参数的测量速率进行快速速率测量，或者有可能在多于一个心搏周期内以每秒小于5次剪切波传播参数的测量速率进行随机测量)，或者，当心电图12连接着中央单元9时，由心电图检测心脏舒张并且将传播参数的心脏舒张数值确定为在检测心脏舒张中由所述剪切波传播参数所选取的数值。
值得注意的是，本发明的方法还包括追踪步骤，用于追踪心脏心肌的畸变(由于心脏运动所引起的)，以便剪切波传播参数的测量在心脏心肌中的相同位置完成(对心收缩末期测量或心脏舒张)。
此外，如上所述，收缩功能的评估可以与由相同装置实时提供的传统超声图像相联系。
最后，在子步骤c2)中确定运动参数来代替在子步骤c1)中的心脏心肌图像的计算，有可能使用文献WO-A-2008/139245所描述的方法和装置，局部确定在观察区域中的一个或多个预定测量范围内的运动参数，各个测量区域由对应换能器阵列的一个相关换能器所对对应。

Claims (31)

1.一种适用于测量病人心脏心肌收缩功能的方法，至少包括下列步骤：
a)激励步骤，在所述步骤中，通过换能器阵列将至少一个聚焦超声波发射至病人体内并在病人心脏心肌中产生弹性剪切波；
b)观察步骤，在所述步骤中，观察在病人心脏心肌观察区域中的剪切波的传播，该观察步骤包括下述子步骤：
b1)由换能器阵列将一系列非聚焦超声压缩波发射至病人心脏心肌中，调整所述非聚焦超声压缩波的时间使之至少部分所述非聚焦超声压缩波渗入观察区域，同时剪切波在所述观察区域中传播；以及，
b2)所述换能器阵列实时接收来自检测的所述观察区域的探测信号，所述探测信号包括由非聚焦超声压缩波与在病人心脏心肌内的反射粒子相互作用而产生的回波；
c)至少一个处理步骤，在该步骤中，至少包括子步骤c2)：
c2)在一个观察区域中确定至少一个运动参数，所述运动参数具有所述反射粒子的运动特征；
d)心脏收缩功能的评估步骤，在所述步骤中，根据运动参数随时间的变化，剪切波传播参数的数值是在涵盖至少一个心搏周期的一个测量周期内以每秒多次且多个不同瞬间重复确定的，且在观察区域内的至少一个点上确定至少一个收缩末期弹性参数，所述剪切波传播参数反映了心脏心肌的弹性，确定所述剪切波传播参数数值的最大值，且所述收缩末期弹性参数确定为所述最大值的函数，所述收缩末期弹性参数对应于所述心脏收缩功能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理步骤c)还包括在所述确定运动参数的子步骤c2)之前的另一个子步骤c1)：
c1)处理在子步骤b2)中从观察区域连续接收到的探测信号，从而确定剪切波的连续传播图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在心脏收缩功能的评估步骤d)中计算的所述剪切波传播参数选自剪切波速度、剪切弹性模量、杨氏弹性模量和剪切波弹性以及局部应力的倒数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在心脏收缩功能的评估步骤d)中，计算在观察区域多点上的所述收缩末期弹性参数并确定在观察区域中的所述收缩末期弹性参数映射。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述子步骤b1)中，所述非聚焦超声压缩波至少以每秒300次的速率进行发射。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量周期在1s至180s之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述心脏收缩功能的评估步骤d)中，所述剪切波传播参数的数值是以每秒5次的速率重复确定的。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述心脏收缩功能的评估步骤d)中，由心电图检测心脏收缩末期并且在所述检测到的收缩末期确定收缩末期的弹性参数。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述心脏收缩功能的评估步骤d)中，所述剪切波传播参数的数值是在涵盖多个心搏周期的一个测量周期中以多个任意瞬间进行重复确定的，并且将收缩末期弹性参数确定为所述剪切波传播参数数值的最大值的函数。
10.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述方法还包括心脏舒张弹性评估步骤e)，在所述步骤中，确定心脏舒张弹性参数，所述心脏舒张弹性参数为通过在心脏舒张期间所述剪切波传播参数所选取数值的函数。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述心脏舒张弹性评估步骤e)中，所述剪切波传播参数的数值是在涵盖至少一个心搏周期的一个测量周期内以每秒多次且在不同瞬间重复确定的，并且基于所述剪切波传播参数的数值确定心脏舒张的弹性参数。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述心脏舒张的弹性参数为所述剪切波传播参数数值的最小值的函数。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述心脏舒张弹性评估步骤e)中，通过心电图检测心脏舒张并且心脏舒张弹性参数是在已检测的心脏舒张中所选取的所述剪切波传播参数的数值的函数。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述子步骤c2)中，所述运动参数由一个属于所述换能器阵列的对应换能器在观察区域的至少一个预定测量区域中确定。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括用于追踪心脏心肌畸变的追踪步骤，以便剪切波传播参数的测量在心脏心肌的相同位置完成。
16.一种测量病人心脏心肌收缩功能的装置，其特征在于，包括通过至少一个电子控制***分别独立控制的换能器阵列，适用于：
a)通过所述换能器阵列将至少一个聚焦超声波发射至病人体内并在病人心脏心肌中产生弹性剪切波；
b)观察在病人心脏心肌中的观察区域内的剪切波传播，通过以下方法：
b1)由换能器阵列产生的一系列非聚焦的超声波压缩波发射至病人心脏心肌中，调整所述非聚焦超声压缩波的时间，使得至少一些所述非聚焦超声压缩波能够渗入观察区域，同时剪切波能够在观察区域中进行传播；
b2)由所述换能器阵列实时接收来自检测的观察区域的探测信号，所述探测信号包括由非聚焦超声压缩波与在病人心脏中的反射粒子相互作用所产生的回波；
c)处理从观察区域中连续接收到的探测信号，从而确定在观察区域中的至少一个运动参数，所述运动参数具有所述反射粒子的运动特征；
d)基于运动参数随着时间的变化，在涵盖至少一个心搏周期的一个测量周期内重复地以每秒多次且在不同瞬间来确定剪切波传播参数的数值，所述剪切波传播参数反映了心脏心肌的弹性；
e)通过确定所述剪切波传播参数数值的最大值，从而在观察区域的至少一点上确定至少一个收缩末期弹性参数，所述收缩末期弹性参数确定为所述最大值的函数，所述收缩末期弹性参数对应于心脏收缩功能。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述电子控制***适用于确定剪切波的连续传播图像，并由此确定所述运动参数。
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，由所述电子控制***所计算的所述剪切波传播参数选自剪切波速度、剪切波模式、杨氏模量、剪切波弹性和局部应变的倒数。
19.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述电子控制***适用于计算在观察区域多点上的所述收缩末期弹性参数，并确定在观察区域中的所述收缩末期弹性参数的映射。
20.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述电子控制***适用于在以至少每秒300次的速率发射所述非聚焦超声压缩波。
21.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述测量周期在1s至180s之间。
22.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述电子控制***适用于以至少每秒5次来确定所述剪切波传播参数。
23.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，还包括连接着所述电子控制***的心电图，所述电子控制***适用于通过心电图来检测收缩末期并确定且在检测到的心脏收缩末期的收缩末期弹性参数。
24.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述电子控制***适用于在涵盖多个心搏周期的一个测量周期内以多个随机瞬间来重复确定所述剪切波传播参数的数值，并且将所述收缩末期的弹性参数确定为所述剪切波传播参数数值的最大值的函数。
25.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述电子控制***适用于确定心脏舒张的弹性参数，所述心脏舒张的弹性参数是在心脏舒张期间的所述剪切波传播参数所选取数值的函数。
26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述电子控制***适用于在涵盖至少一个心搏周期的一个测量周期内以每秒多次且不同瞬间来确定所述剪切波传播参数的重复数值，并且所述电子控制***适用于根据所述剪切波传播参数的数值来确定心脏舒张弹性参数。
27.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述电子控制***适用于将心脏舒张弹性参数确定为所述剪切波传播参数数值的最小值的函数。
28.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，还包括连接着所述电子控制***的心电图，所述电子控制***适用于通过心电图来检测心脏舒张并确定在所述已检测心脏舒张期间的心脏舒张弹性参数。
29.根据权利要求16所述的装置，还包括连接着所述电子控制***的心电图，用于以心脏舒张周期的精确时间来触发剪切波传播的观察以及以心脏舒张的精确时间来触发剪切波传播参数的确定。
30.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述电子控制***根据属于换能器阵列的一个对应换能器所获得的数据来确定在观察区域中的至少一个预定测量范围内的所述运动参数。
31.根据权利要求16所述装置，其特征在于，所述电子控制***适用于追踪心脏心肌的畸变以及确定在心脏心肌的相同位置上的所述剪切波传播参数。
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