[发明专利]超快超声多普勒脊髓微血流成像系统

说明书

本发明属于生物医学超声成像技术领域，具体为一种超快超声多普勒脊髓微血流成像系统。本发明系统包含硬件和软件两部分；硬件部分包含超声波发射和接收模块和实验器材模块。软件部分包含超快超声成像、波束合成、运动校准、杂波滤除、多普勒成像、求差和相关性分析等模块。首先，基于超快超声成像技术和多角度平面波复合成像的理论编写超声平面波发射与接收控制模块，并由计算机软件控制硬件设备发射和接收超声波；对接收到的回波数据进行处理，最终得到多普勒血流图像；并对血流的速度、方向等参数进行分析。该系统还提供了在脊髓加压、受损伤，刺激条件下对脊髓微血流进行成像的模式，可以进行脊髓功能分析和生理病理性分析。

技术领域

本发明属于生物医学超声成像技术领域，具体涉及脊髓微血流成像系统。

背景技术

脊髓损伤常伴随着功能性神经损伤，创伤中心区域血流完全损失和周围血流灌注量的减少可用于指示脊髓功能损伤病灶。

目前，临床上进行脊柱损伤的标准诊断方法有X光平片、计算机断层扫描(CT)和核磁共振成像(MRI)等。这些方法目前仍旧存在以下不足：存在对人体健康有害的电磁辐射，成本高，成像时间较长。相比于这些已有的方法，超声成像具有成像速度快、设备便携、成本低和无电离辐射等优点。基于多角度平面波复合成像的超快超声多普勒血流成像方法作为一种新型血流监测技术，具有对脊髓内微血管和相关微血流进行高分辨率成像的潜力。(何琼,罗建文.超高速超声成像的研究进展[J].中国医学影像技术,2014,30(8):1251-1255.)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成像速度快、设备便携、成本低和无电离辐射的脊髓微血流成像系统。

本发明提供的脊髓微血流成像系统，是基于超快超声多普勒技术的，该系统分为硬件和软件两部分。其中，硬件部分可分为两大模块：超声信号发射和接收模块，以及实验器材模块。超声信号发射和接收模块包含波形发生器、超声探头、模拟信号放大器、模拟信号滤波器、模数转换器和存储单元；实验器材模块包含脊髓固定装置、生理信号检测装置、脊髓加压装置、电刺激装置、示波器和任意波形发生器；软件部分包括超声脉冲发射与接受序列模块、波束合成模块、运动校准模块、杂波滤除取模块、血流多普勒成像模块、求差模块。该系统涉及的技术包含超快超声成像技术、超声血流多普勒成像技术、脊髓功能成像等。

(一)硬件部分

1.超声波发射与接收模块

超声波发射与接收模块包括波形发生器、超声探头、模拟信号放大器、模拟信号滤波器、模数转换器和存储单元。该模块的作用是发射超声信号的接收回波信号。

优选地，该硬件模块的连接方式和工作流程如图2所示，首先由软件设定的超声波发射与接收序列控制波形发生器产生传输波形，并由超声探头将电能转化为声能发射超声波；回波信号的接收由同一个或不同的超声探头完成，并由模拟信号放大器和模拟信号滤波器对回波信号进行处理，然后又模数转换器进行模数转换，送入存储单元，完成数据存储。

2.实验器材模块

实验器材模块用于对脊髓进行固定，并在不同的条件下对脊髓微血流成像，和相关生理信号的监测。

优选地，该模块包括脊髓固定装置、生理信号监测装置、脊髓加压装置、电刺激装置、示波器和任意波形发生器。脊髓固定装置用于对脊髓进行固定，可以利用脊髓加压装置对脊髓定量地加压，并通过示波器观察在不同的压力情况下血流动力学的变化；也可以利用电刺激装置对观测对象施加电刺激，通过脊髓微血流分析探究脊髓神经功能与血流变化的关系，从而进行相关的生理病理性分析；并可以辅以生理信号监测装置实时测量呼吸、心跳等生理信号，进行呼吸心跳相关的运动校准，以及其他生理信号与血流信号的相关性分析。

(二)软件模块

软件模块包括超声脉冲发射与接受序列模块、波束合成模块、运动校准模块、杂波滤除模块、血流多普勒成像模块、求差模块。