颈动脉血管局部脉搏波传播速度测量方法技术

颈动脉血管局部脉搏波传播速度测量方法，包括以下步骤：步骤一、设计超快速梳齿状聚焦波束发射与接收序列，同时获取沿颈动脉血管长轴方向的多点射频回波信号；步骤二、对同时接收的沿颈动脉血管长轴方向的多个聚焦波束回波信号进行滤波预处理后，识别与追踪每根扫描线中血管前后壁的回波信号，步骤三、对每根扫描线中血管前后壁的相邻帧回波信号分别进行一维自相关相移估计，得到其对应的相移速度波形，之后，得到每根扫描线处血管壁随心动周期变化所对应的相移波形；步骤四、计算相邻扫描线血管壁相移波形之间的相对时延，对时延进行线性拟合，其斜率的倒数即是估计的局部脉搏波传播速度；本发明专利技术为动脉粥样硬化的早期检测提供新的依据。

【技术实现步骤摘要】
颈动脉血管局部脉搏波传播速度测量方法
本专利技术涉及超声成像
，特别涉及一种基于超快速梳齿状聚焦波束发射与接收序列的颈动脉血管局部脉搏波传播速度测量方法。
技术介绍
动脉弹性减退是多种因素对血管壁早期损害的综合表现，是早期血管病变较好的特异性和敏感性指标。目前临床上只能在血管结构病变阶段依靠B超图像、多普勒血流等方面诊断血管壁增厚或斑块存在，无法在血管功能病变阶段实现对动脉粥样硬化定量的早期检测与评价。1878年，Moens等人推导了脉搏波波速(PWV)与弹性模量的数学方程式，即Moens-Korteweg方程，证实了脉搏波传播速度与血管壁弹性模量之间成正比例关系。因此，脉搏波传播速度通常可作为衡量血管硬化程度的直接指标。之后，Safar等人通过大量人体实验证实了脉搏波波速可独立作为动脉硬化程度评价指标和心血管疾病的风险因素。在动脉粥样硬化发展过程中血管弹性减小，脉搏波在动脉系统中的传播速度变快，因此，测量脉搏波传播速度将有利于动脉粥样硬化早期检测的实现，降低急性心脑血管事件的发生。在超声成像领域，对血管脉搏波传播速度的测量方法主要有全局脉搏波传播速度测量和局部脉搏波传播速度测量。通过测量脉搏波在一长段血管中传播的时间延迟来获得PWV的方法，叫做全局脉搏波波速估计。根据所测位置的不同有颈-股动脉脉搏波传导速度(cfPWV)与肱-踝动脉脉搏波传导速度(baPWV)。使用这种方法求得的PWV是沿着整段血管的平均值，无法确定哪一处血管片段发生病变、存在斑块，同时测量误差较大。在动脉粥样硬化初期，斑块往往都很小，针对局部血管片段的PWV估计将具有更为重要的意义。然而传统B超成像模式是由逐条扫描线依次聚焦发射接收实现的，这种成像模式的成像帧频只有几十赫兹，而人体脉搏波传播速度可达到数米/秒，传统超声成像的帧率难以捕捉脉搏波在局部血管片段上的传播。因此，有必要发展一种高帧率的超声成像模式来实现血管局部脉搏波传播速度的测量。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，实现高帧率超声成像的要求，本专利专利技术一种基于超快速梳齿状聚焦波束发射与接收序列的颈动脉血管局部脉搏波传播速度测量方法，为动脉粥样硬化的早期检测提供新的依据。为满足以上要求，本专利技术的技术方案为：颈动脉血管局部脉搏波传播速度测量方法，包括以下步骤：步骤一、设计超快速梳齿状聚焦波束发射与接收序列，同时获取沿颈动脉血管长轴方向的多个聚焦波束回波信号；步骤二、对同时接收的沿颈动脉血管长轴方向的多个聚焦波束回波信号进行滤波预处理后，识别与追踪每根扫描线中血管前后壁的回波信号，作为步骤三中自相关估计的输入；步骤三、对每根扫描线中血管前后壁的相邻帧回波信号分别进行一维自相关相移估计，得到其对应的血管前后壁相邻帧之间的相对相移变化—相移速度波形，之后，对血管前后壁的相移速度波形进行低通滤波、去基线漂移、积分及相减处理得到每根扫描线处血管壁随心动周期变化所对应的相移波形；步骤四、计算相邻扫描线血管壁相移波形之间的相对时延，对血管壁上扫描线之间的距离以及对应相移波形的时延进行线性拟合，其斜率的倒数即是估计的局部脉搏波传播速度。步骤一所述的设计超快速梳齿状聚焦波束发射与接收序列，同时获取沿颈动脉血管长轴方向的多个聚焦波束回波信号，具体步骤为：以SonixTouch开放式超声成像平台为基础，选用L14-5/38线阵换能器，将128个阵元分为8组，每组阵元个数为16个，编号为1～8。根据实际测量需要，可分别提供N＝2根、4根以及8根梳齿状聚焦波束发射模式；当N＝2时，第1组与第8组阵元同时受激励延时产生聚焦波束，2～7组阵元不工作；N＝4时，第1,3,5,7组阵元同时受激励延时产生4根聚焦波束，2,4,6,8组阵元不工作；N＝8时，1～8组阵元同时受激励延时产生8根聚焦波束；为了实现对聚焦波束回波信号的同时接收，选用SonixDAQ高速数据采集装置对单通道数据进行同时采集，之后通过波束合成实现对聚焦波束回波信号的同时接收；发射序列将同时获取沿颈动脉血管长轴方向的N组射频回波信号，存储于一个三维矩阵s(x,y,t)中，x方向代表成像深度，y方向代表扫描线数，t方向代表成像帧数，用于颈动脉局部脉搏波传播速度的测量。步骤二所述的对同时接收的沿颈动脉血管长轴方向的多个聚焦波束回波信号进行滤波预处理后，识别与追踪每根扫描线中血管前后壁的回波信号，作为步骤三中自相关估计的输入，具体步骤为：(1)对同时接收的沿颈动脉血管长轴方向的N组聚焦波束回波信号，采用巴特沃斯带通滤波器滤除信号噪声，再将滤波后信号减去其自身的平均值以去除信号的直流分量，在回波信号上手动选取包含颈动脉血管信号的ROI区域，利用一维自相关法估计ROI区域内第1帧信号与第2帧信号所发生的相移，并对相移结果进行均值平滑滤波和归一化处理得到相移计算结果。(2)对第1帧射频信号取包络，利用阈值法找到局部最大峰值点，结合相移计算结果，将两两局部最大峰值位置之间信号相移最大的区域看作血管腔位置；基于包络信号，从血管腔位置开始分别向两侧寻找最近的局部最大峰值点，认为位于血管腔两侧的两个最近的局部最大峰值点位置就是血管前后壁位置；(3)根据血管前后壁信号峰值点位置，依次向两侧寻找信号幅度下降为峰值幅度0.05倍时的两个位置，将它们之间的射频信号作为血管前后壁信号；之后的各帧信号均参照初始帧血管前后壁位置自动选取相同位置处的血管前后壁射频信号进行处理。步骤三所述的对每根扫描线中血管前后壁的相邻帧回波信号分别进行一维自相关相移估计，得到其对应的血管前后壁相邻帧之间的相对相移变化—相移速度波形，之后，对血管前后壁的相移速度波形进行低通滤波、去基线漂移、积分及相减处理得到每根扫描线处血管壁随心动周期变化所对应的相移波形；具体步骤为：(1)在血管壁每条扫描线位置处，利用基于相位的一维自相关法估计血管前后壁相邻两帧回波信号所发生的相移，将血管前后壁相邻帧回波信号所发生的相移沿时间轴展开，即血管前后壁的相移速度波形；(2)应用前向-反向双向巴特沃斯低通数字滤波器滤除血管前后壁相移速度波形中的高频噪声，将噪声抑制后的血管前后壁相移速度波形减去其自身的平均值以去除由于人体呼吸运动所引起的波形基线漂移影响；(3)将血管前后壁相移速度波形沿时间轴积分可获得血管前后壁的相移波形，再将血管前后壁的相移波形相减即得到血管壁的相移波形。同理，在血管壁每条扫描线位置处均可获得一条血管壁相移波形，即得到血管壁上多点相移波形。步骤四所述的基于血管壁上多点相移波形，计算相邻相移波形之间的相对时延，对血管壁上各点距离以及对应相移波形的时延进行线性拟合，其斜率的倒数即是估计的局部脉搏波传播速度，具体步骤为：(1)基于血管壁上多点相移波形，截取一个周期的相移波形数据用于后续的相移波形时延估计；(2)一个周期的血管壁多点相移波形求二阶导，得到多点相移二阶导波形，在相移二阶导波形上寻找重搏切迹点，即相移波形峰值后第一个二阶导最大峰值，以该峰值点为中心，在相移二阶导波形上，取左右幅度下降为峰值幅度的0.1倍之间的局部信号用于相移波形时延估计；(3)基于血管壁多点相移二阶导局部信号，应用一维自相关法估计多点相移二阶导波形局部信号之间的时延；(4)对血管壁上各点距离以及对应相移波形的本文档来自技高网...

【技术保护点】
颈动脉血管局部脉搏波传播速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、设计超快速梳齿状聚焦波束发射与接收序列，同时获取沿颈动脉血管长轴方向的多个聚焦波束回波信号；步骤二、对同时接收的沿颈动脉血管长轴方向的多个聚焦波束回波信号进行滤波预处理后，识别与追踪每根扫描线中血管前后壁的回波信号，作为步骤三中自相关估计的输入；步骤三、对每根扫描线中血管前后壁的相邻帧回波信号分别进行一维自相关相移估计，得到其对应的血管前后壁相邻帧之间的相对相移变化—相移速度波形，之后，对血管前后壁的相移速度波形进行低通滤波、去基线漂移、积分及相减处理得到每根扫描线处血管壁随心动周期变化所对应的相移波形；步骤四、计算相邻扫描线血管壁相移波形之间的相对时延，对血管壁上扫描线之间的距离以及对应相移波形的时延进行线性拟合，其斜率的倒数即是估计的局部脉搏波传播速度。

【技术特征摘要】
1.颈动脉血管局部脉搏波传播速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、设计超快速梳齿状聚焦波束发射与接收序列，同时获取沿颈动脉血管长轴方向的多个聚焦波束回波信号；步骤二、对同时接收的沿颈动脉血管长轴方向的多个聚焦波束回波信号进行滤波预处理后，识别与追踪每根扫描线中血管前后壁的回波信号，作为步骤三中自相关估计的输入；步骤三、对每根扫描线中血管前后壁的相邻帧回波信号分别进行一维自相关相移估计，得到其对应的血管前后壁相邻帧之间的相对相移变化—相移速度波形，之后，对血管前后壁的相移速度波形进行低通滤波、去基线漂移、积分及相减处理得到每根扫描线处血管壁随心动周期变化所对应的相移波形，即获得血管壁上多点相移波形；步骤四、基于血管壁上多点相移波形，计算相邻扫描线血管壁相移波形之间的相对时延，对血管壁上扫描线之间的距离以及对应相移波形的时延进行线性拟合，其斜率的倒数即是估计的局部脉搏波传播速度。2.根据权利要求1所述的颈动脉血管局部脉搏波传播速度测量方法，其特征在于，步骤一所述的设计超快速梳齿状聚焦波束发射与接收序列，同时获取沿颈动脉血管长轴方向的多个聚焦波束回波信号，具体步骤为：以SonixTouch开放式超声成像平台为基础，选用L14-5/38线阵换能器，将128个阵元分为8组，每组阵元个数为16个，编号为1～8,根据实际测量需要，分别提供N＝2根、4根以及8根梳齿状聚焦波束发射模式：当N＝2时，第1组与第8组阵元同时受激励延时产生聚焦波束，2～7组阵元不工作；N＝4时，第1,3,5,7组阵元同时受激励延时产生4根聚焦波束，2,4,6,8组阵元不工作；N＝8时，1～8组阵元同时受激励延时产生8根聚焦波束；为了实现对聚焦波束回波信号的同时接收，选用SonixDAQ高速数据采集装置对单通道数据进行同时采集，之后通过波束合成实现对多个聚焦波束回波信号的同时接收；发射序列将同时获取的沿颈动脉血管长轴方向的多个聚焦波束回波信号，存储于一个三维矩阵s(x,y,t)中，x方向代表成像深度，y方向代表扫描线数，t方向代表成像帧数，用于颈动脉局部脉搏波传播速度的测量。3.根据权利要求1所述的颈动脉血管局部脉搏波传播速度测量方法，其特征在于，步骤二所述的对同时接收的沿颈动脉血管长轴方向的多个聚焦波束回波信号进行滤波预处理后，识别与追踪每根扫描线中血管前后壁的回波信号，作为步骤三中自相关估计的输入，具体步骤为：(1)对同时接收的沿颈动脉血管长轴方向的N组聚焦波束回波信号，采用巴特沃斯带通滤波器滤除信号噪声，再将滤波后信号减去其自身的平均值以去除信号的直流分量，在回波信号上手动选取包含颈动脉血管信号的ROI区域，利用一维自相关法估计ROI区域内第1帧信号与第2帧信号所发生的相移，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：万明习，胡咪咪，万锦锦，韩萌，敬博文，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61