[发明专利]用于确定感兴趣动脉在变化的压力下，动脉的状态从开放切换到闭合以及从闭合切换到开放的时刻的方法、设备和系统

说明书

技术领域

本发明涉及多普勒超声，具体而言，涉及用于确定感兴趣动脉在变化的压力下开放/闭合切换时刻的方法、设备和系统。

背景技术

多普勒超声在临床应用中被广泛用于测量血流速度。在标准多普勒超声血流测量中，经验丰富的医生首先选择尺寸合适的套囊并在感兴趣动脉之上的位置处将其围在肢体上。在将多普勒探头在动脉上放置好之后，医生需要等待多普勒声音变得稳定有节律。之后，医生为套囊充气，以逐渐增大套囊压力直到多普勒声音消失，这表明动脉已经完全闭塞。到动脉状态从开放变化为闭合（或反之亦然）时，提供重要信息，因为该时刻对于确定血流测量中的一些参数非常关键。例如，在恰在该切换时刻之前的时刻（此时动脉的状态从开放变化为闭合）处，从血压计读出的对应压力被定义为充气收缩压（SBP）。如果正确确定开放到闭合切换时刻，就可以正确测量充气SBP。

之后，医生进一步为套囊充气，直到套囊压力达到高于充气SBP 20mmHg到30mmHg，之后，缓慢地为套囊放气，直到多普勒声音再次出现。相似地，当医生在放气过程中听到第一个多普勒声音的时刻从血压计中读出的对应压力被定义为放气SBP，在生理学上其描述动脉状态从关闭变化为重新开放。多普勒超声被用作确定感兴趣动脉的开放/闭合切换时刻并且进一步测量收缩压的黄金标准。

然而，在变化的压力下自动确定感兴趣动脉的开放/闭合切换时刻仅仅基于连续超声信号的变化。如何正确探测充气阶段中的最后一个声音和放气阶段中的第一个声音是根本问题。

常规上，这能够以数学方式总结为特征映射问题。受标准血流测量的启发，三个典型的血流参数（即足够的声音功率、合理的血流速度和对应于心跳的稳定节律）是映射动脉开放状态的直接特征。只要在套囊充气期间这些特征之一突然改变，即超出了该特征阈值，则认为动脉被闭合。对于套囊放气阶段，必须要求第一个声音识别的安全条件，即当动脉的状态从闭合变化为开放时应该恢复多普勒声音的所有特征。

然而，上文提到的这三个特征不容易由多位用户采用，尤其是对于为患有动脉疾病的患者找到区分动脉的两种状态的合适阈值。人与人之间的这些特征可能不同，甚至对于不同时期的同一个人这些特征也可能不同，这就造成了错误确定开放/闭合切换时刻的问题。

例如，使用功率特征的问题是：因为患有动脉粥样硬化的患者的远端狭窄是缺血性的，所以当将换能器置于远端狭窄处时，多普勒声音呈现低功率属性。然而，对于同一个患者，近端狭窄处的功率情况与远端狭窄处的功率情况不同。由于来自狭窄位置周围的湍流和层流的功率贡献，声音的功率和正常动脉的声音功率一样高。声音功率的幅度依赖于动脉狭窄的等级，使得本领域技术人员不能为所有的测量情况设置一个能量阈值。此外，低功率在动脉的开放和闭合状态之间产生不明显的功率边界，这使得设置有效的功率阈值变得困难。对于患有动脉钙化的患者的情况与低功率情况相似。因为患有动脉钙化的患者的动脉不能完全闭塞，所以通常很难找到功率明显低的稳定持续时间。

此外，使用血流速度的问题可能如下：一些因素可以影响测量的血流速度。对于血流动力学，这些因素包括：动脉的直径、血液粘稠度和动脉壁的硬度。血液动力学参数会因患者的病况而畸变。对于操作，影响血流速度的观测值的主要因素是超声的传输角。由于血流速度的可变性，应该为不同的用户定制区分动脉状态的速度阈值，这使得算法变得非常复杂。

此外，使用声音周期性的问题是：受试者的心律与多普勒信号的周期性高度相关。一个人的心跳对他的情绪和来自外部环境的刺激敏感。当一个人感到紧张或不安时他的心律从80bpm加速到120bpm是很常见的。这也会在血流测量期间发生。尽管能够在校准阶段估算受试者的心跳，但是随着套囊压力增加或降低，与患有心律失常的患者非常不同，正常人的心律很可能变化很大。节律改变的程度是不能提前预测的，使得在人很容易感到紧张或痛苦的情况下很难很好地设置周期性阈值。如果低估或高估了节律改变，那么估计的切换时刻会相应地滞后或超前。

从上文能够看出，为什么不能够容易地解决上文提到的问题的重要原因是，在没有任何校准程序的情况下不可能描述受试者的血流行为的，并且使用校准预测不可能调整用于测量期间的变化的算法。

常规的方法不可用于确定患有动脉钙化、狭窄和心律失常患者的精确切换时刻。如果一种方法专注于多普勒声音功率的改变，那么该方法就具有错误的风险，因为患者患有动脉钙化或者狭窄的情况下该功率变化可能极其小。如果一种方法专注于多普勒声音周期的变化，那么在受试者是患有心律失常的患者或者心率容易受到干扰的人的情况下，该方法不会有效。