專利名稱：顱部超聲波成像方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種顱部超聲波成像的方法，特別是指一種以超聲波造影劑并應(yīng)用特殊信號(hào)處理技術(shù)的顱部超聲波成像方法。
背景技術(shù)：
醫(yī)用超聲波具有安全、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此目前醫(yī)療界廣泛應(yīng)用超聲波影像技術(shù)于身體各部位的臨床診斷，如心臟、腹部、婦產(chǎn)超聲波檢查等。
然而，腦部因外圍顱骨包覆形成阻礙，造成超聲波信號(hào)傳遞及穿透時(shí)的嚴(yán)重衰減(attenuation)，因此一直以來超聲波影像技術(shù)最多僅用于檢查顱內(nèi)中線結(jié)構(gòu)是否偏移、腦室擴(kuò)大與否，而鮮少應(yīng)用于腦部病灶，如腦血腫、動(dòng)靜脈瘤、動(dòng)靜脈畸形等的診斷。目前對(duì)于顱部的影像，可改透過斷層掃描、核磁共振等昂貴儀器取得，并仍有下述針對(duì)顱部超聲波影像的研究及改進(jìn)方式其一，借由快速廣角多單元的扇形掃描儀(sector scanner)，由新生兒未閉闔的囪門，或成人可由枕骨大孔(foramen magnum)、眼窩等特定部位一窺顱內(nèi)究竟。其缺點(diǎn)為發(fā)射超聲波信號(hào)及成像的位置受限于特定部位，且對(duì)于特別是一歲以上幼兒或成人而言，顱內(nèi)檢查死角多。
其二，近年來更高解像力的掃描轉(zhuǎn)換器(scan converter)及高頻率的探頭(transducer)相繼問世，期以“高頻信號(hào)發(fā)射、高頻信號(hào)接收”的技術(shù)提高超聲波影像分辨率。然而，上述技術(shù)及工具對(duì)顱部而言，依舊無法克服高頻超聲波經(jīng)顱骨嚴(yán)重衰減的問題，使得顱部影像分辨率質(zhì)量提高有限，最終無法獲得顱內(nèi)深部或血管性病灶的清晰影像。因此一般仍采用低頻發(fā)射信號(hào)，試圖達(dá)到優(yōu)選穿透率，但分辨率極差。
其三，對(duì)于血流訊號(hào)的取得，目前普遍采用在血液或淋巴液中加入造影劑(contrast agent)的輔助方法，基于其中微氣泡(microbubble)對(duì)聲波具有良好回波特性，達(dá)到提升信號(hào)質(zhì)量的目的，有助于相關(guān)參數(shù)的量取。
配合參閱圖1，有關(guān)造影劑的超聲波回波信號(hào)，進(jìn)行頻譜分析可發(fā)現(xiàn)已知的一基頻響應(yīng)(fundamental response)11、一第二諧振響應(yīng)(secondharmonic response)12，及一次諧振響應(yīng)(subharmonic)。后二者皆屬氣泡的非線性反應(yīng)，且需要較高的發(fā)射聲壓才能使微氣泡產(chǎn)生，其中又以次諧振響應(yīng)13所需的聲壓最高。
其中，基頻響應(yīng)在血流與周圍組織中皆可發(fā)現(xiàn)，因此無法用以比對(duì)及辨識(shí)，失去利用價(jià)值。
就第二諧振響應(yīng)而言，一方面由于其屬高頻，經(jīng)過顱骨后衰減的程度特別顯著；另一方面則由于在哺乳類動(dòng)物組織中也能發(fā)現(xiàn)第二諧振響應(yīng)，使得利用第二諧振響應(yīng)來區(qū)別血液、淋巴液與周圍組織的能力大為降低。
就次諧振響應(yīng)而言，由于其需受高聲壓激發(fā)才能產(chǎn)生，往往導(dǎo)致微氣泡破裂，對(duì)安全構(gòu)成威脅，因此并不適于顱內(nèi)檢查使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的，即在提供一種不局限于特定成像位置的顱部超聲波成像方法及系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的，在于提供一種可有效取得顱內(nèi)血流信號(hào)并成像的量測方法及系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一目的，在于提供一種精確且安全的顱部超聲波成像方法及系統(tǒng)。
將主要的功效寫在目的段里于是，本發(fā)明顱部超聲波成像方法及系統(tǒng)，可針對(duì)一顱部血管進(jìn)行探測并建立影像，該血管內(nèi)的血液因注射有造影劑而存在多數(shù)微氣泡。該系統(tǒng)包括一超聲波探頭(transducer)、與超聲波探頭相連的一發(fā)射模塊、一接收模塊，及一信號(hào)處理模塊。
該方法則包括以下步驟(1)發(fā)射模塊產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)訊號(hào)，令超聲波探頭對(duì)顱骨內(nèi)該血管依序發(fā)射多帶狀頻寬的超聲波發(fā)射信號(hào)，亦即短脈沖信號(hào)(short-pulse)。由于本發(fā)明所擷取用以分析的信號(hào)，受顱骨衰減的程度微小(詳細(xì)說明于下文)，因此該超聲波探頭可選擇自顱部任意位置進(jìn)行量測，使超聲波穿透顱骨等介質(zhì)進(jìn)入顱部血管。
(2)超聲波探頭探測得來自微氣泡的回波信號(hào)，并傳送至接收模塊。
(3)信號(hào)處理模塊接收回波信號(hào)，并將回波信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到一基頻響應(yīng)、一第二諧振響應(yīng)、一次諧振響應(yīng)，及一低頻響應(yīng)(low-frequency response)。該低頻響應(yīng)發(fā)生在頻譜中接近直流的部分，其頻寬近似于基頻響應(yīng)的頻寬，或說是發(fā)射信號(hào)的頻寬。低頻響應(yīng)的產(chǎn)生可在本發(fā)明所推導(dǎo)的理論及實(shí)驗(yàn)中共同被支持—當(dāng)微氣泡受雙頻率聲波信號(hào)同時(shí)刺激，且該雙頻夠接近時(shí)(適當(dāng)發(fā)射頻寬)，該雙頻的差值在頻譜中接近直流的部分被激發(fā)，也就是低頻響應(yīng)。
(4)信號(hào)處理模塊利用帶通濾波器擷取低頻響應(yīng)，避免來自直流電與基頻的干擾。此步驟相當(dāng)于僅保留血管內(nèi)信號(hào)，對(duì)于血管成像有極大幫助。
(5)依據(jù)該低頻響應(yīng)推算得該等微氣泡的方位、深度，并建立血管影像。
超聲波整體影像質(zhì)量同時(shí)取決于發(fā)射與接收信號(hào)，以往因無法克服信號(hào)經(jīng)顱骨衰減的問題，故在發(fā)射及接收方面皆采低頻信號(hào)，因此得到較低的影像分辨率。而本發(fā)明可改善上述狀況，在發(fā)射信號(hào)部分采高頻，雖發(fā)射過程仍受衰減，但重點(diǎn)在于，對(duì)于微氣泡的回波信號(hào)僅采低頻響應(yīng)，其所受到顱骨的衰減程度相較于高頻極少，因此僅需以適當(dāng)強(qiáng)度的發(fā)射信號(hào)，或在發(fā)射信號(hào)時(shí)補(bǔ)償以適度的能量，讓超聲波信號(hào)經(jīng)過顱骨衰減后，維持足以產(chǎn)生低頻響應(yīng)的能量，即可達(dá)到的較清晰血管成像。也就是說，本發(fā)明「高頻發(fā)射、低頻接收」的方式，較以往「低頻發(fā)射、低頻接收」所獲得的影像分辨率佳。
由于本發(fā)明采用的低頻響應(yīng)，并不需要如次諧振響應(yīng)所需的高聲壓，即可被激發(fā)產(chǎn)生，因此不會(huì)有微氣泡破裂的現(xiàn)象，相較于傳統(tǒng)技術(shù)顯然更安全且適用于顱部超聲波成像。此外，本發(fā)明非僅限制于人體顱部的成像，可普遍應(yīng)用于哺乳類動(dòng)物其它，尤其受骨骼包圍的器官，甚至用來檢測形成于鋼筋內(nèi)的龜裂空隙，成功克服了以往超聲波遏高衰減系數(shù)介質(zhì)而大幅衰減時(shí)，必須采取降低影像分辨率的問題。


圖1是一超聲波回波信號(hào)的頻譜圖，說明在傳統(tǒng)技術(shù)文獻(xiàn)揭露的基頻、第二諧振，及次諧振響應(yīng)；
圖2是本發(fā)明顱部超聲波成像系統(tǒng)一優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)方塊圖；及圖3是本發(fā)明顱部超聲波成像方法一優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。
主要組件符號(hào)說明11基頻響應(yīng)12第二諧振響應(yīng)13次諧振響應(yīng)20信號(hào)處理模塊21超聲波探頭22發(fā)射模塊23接收模塊25濾波單元26低頻擷取單元27成像單元31～36步驟具體實(shí)施方式
有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考附圖的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。
如圖2所示，本發(fā)明顱部超聲波成像系統(tǒng)建構(gòu)在一般超聲波系統(tǒng)上，優(yōu)選實(shí)施例是以一顱部血管進(jìn)行探測并建立影像舉例說明，需透過事先靜脈注射造影劑的方式，使該血管內(nèi)的血液存在多數(shù)微氣泡。該系統(tǒng)包括一超聲波探頭21、與超聲波探頭相連的一發(fā)射模塊22、一接收模塊23，及一信號(hào)處理模塊20。
信號(hào)處理模塊20內(nèi)部又包括依序相連的一濾波單元25、一低頻擷取單元26，及一成像單元27。
配合參閱圖3，本發(fā)明顱內(nèi)壓量測方法則包括以下步驟步驟31-發(fā)射模塊22產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)訊號(hào)，傳遞至超聲波探頭21。該超聲波探頭21應(yīng)預(yù)先貼靠于顱部外表任意處。
步驟32-超聲波探頭21依據(jù)該驅(qū)動(dòng)訊號(hào)，對(duì)顱骨內(nèi)該血管依序發(fā)射多帶狀頻寬的超聲波發(fā)射信號(hào)。由于超聲波成像質(zhì)量需同時(shí)取決于發(fā)射與接收信號(hào)，在本發(fā)明的發(fā)射信號(hào)部分采高頻，可獲得優(yōu)選的影像分辨率。此外，發(fā)射信號(hào)的能量在本實(shí)施例是以補(bǔ)償?shù)姆绞?，借此使超聲波信?hào)經(jīng)過顱骨衰減后，維持足以產(chǎn)生低頻響應(yīng)的能量，以達(dá)到的較清晰血管成像。補(bǔ)償量是依據(jù)該發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度與其衰減系數(shù)的乘積，一般而言，顱骨的衰減系數(shù)為1.3分貝/厘米.MHz。
步驟33-超聲波探頭21探測得來自微氣泡的回波信號(hào)，并傳送至接收模塊23。
步驟34-接收模塊23將回波信號(hào)傳遞至信號(hào)處理模塊20的濾波單元25，進(jìn)行濾波處理使該探測得到的回波信號(hào)質(zhì)量提升。
步驟35-信號(hào)處理模塊20接收回波信號(hào)，低頻擷取單元26接收來自濾波單元25的回波信號(hào)，并進(jìn)行頻譜分析。依據(jù)該回波信號(hào)的頻率分布，可得到一與發(fā)射頻率的中心頻率及頻寬相當(dāng)?shù)幕l響應(yīng)41，及一接近直流的部分的低頻響應(yīng)42，并利用帶通濾波器擷取一低頻響應(yīng)42。該低頻響應(yīng)42頻寬近似于基頻響應(yīng)41的頻寬。此步驟相當(dāng)于僅保留血管內(nèi)信號(hào)，對(duì)于血管成像有極大幫助。
步驟36-依據(jù)該低頻響應(yīng)推算得該等微氣泡的方位、深度，并建立血管影像。
歸納上述，本發(fā)明所述發(fā)射信號(hào)雖發(fā)射過程仍受衰減，但重點(diǎn)在于對(duì)于來自管內(nèi)血流中的微氣泡的回波信號(hào)，僅采低頻響應(yīng)作為成像基準(zhǔn)，其所受到顱骨的衰減程度相較于高頻極少，因此僅需在發(fā)射信號(hào)時(shí)補(bǔ)償適度的能量，即可達(dá)到的較清晰血管成像。因此確實(shí)可達(dá)到本發(fā)明成像位置不受局限，且安全、經(jīng)濟(jì)、精確成像的目的。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即大凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，均仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種顱部超聲波成像方法，針對(duì)一顱部血管進(jìn)行探測并建立影像，該血管內(nèi)的血液因注射有造影劑而存在多數(shù)微氣泡，該方法包括以下步驟(A)對(duì)該血管依序發(fā)射多帶狀頻寬的超聲波發(fā)射信號(hào)；(B)探測得來自管內(nèi)該微氣泡的回波信號(hào)；(C)針對(duì)每一回波信號(hào)進(jìn)行頻譜分析并分離得到一低頻響應(yīng)，該低頻響應(yīng)的頻寬近似于該發(fā)射信號(hào)的頻寬；及(D)依據(jù)該回波信號(hào)的低頻響應(yīng)推算得該微氣泡的方位、深度，并建立血管影像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顱部超聲波成像方法，其中，該步驟(A)的發(fā)射信號(hào)視衰減系數(shù)而調(diào)整為適當(dāng)強(qiáng)度。
3.一種顱部超聲波成像系統(tǒng)，針對(duì)一顱部血管進(jìn)行探測并建立影像，該血管內(nèi)的血液因注射有造影劑而存在多數(shù)微氣泡；該系統(tǒng)包括一發(fā)射模塊，用以對(duì)該血管依序發(fā)射多帶狀頻寬的超聲波發(fā)射信號(hào)；一接收模塊，用以探測來自管內(nèi)該等微氣泡的回波信號(hào)；及一信號(hào)處理模塊，包括一低頻擷取單元，針對(duì)該回波信號(hào)進(jìn)行頻譜分析并分離得到一低頻響應(yīng)，該低頻響應(yīng)的頻寬近似于該基頻響應(yīng)的頻寬；及一成像單元，依據(jù)該回波信號(hào)的低頻響應(yīng)推算得該等微氣泡的方位、深度，并建立血管影像。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的顱部超聲波成像系統(tǒng)，該發(fā)射信號(hào)視衰減系數(shù)而調(diào)整為適當(dāng)強(qiáng)度。
全文摘要
一種顱部超聲波成像方法，針對(duì)一顱部血管進(jìn)行探測并建立影像，該血管內(nèi)的血液因注射有造影劑而存在多數(shù)微氣泡。該方法包括以下步驟(1)對(duì)顱骨內(nèi)該血管依序發(fā)射多帶狀頻寬的超聲波發(fā)射信號(hào)。(2)探測來自微氣泡的回波信號(hào)。(3)將回波信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到一低頻響應(yīng)，其頻寬近似發(fā)射信號(hào)的頻寬。(4)依據(jù)該低頻響應(yīng)推算得該等微氣泡的方位、深度，并建立血管影像。
文檔編號(hào)A61B8/00GK1813636SQ200510008229
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2005年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月6日
發(fā)明者周宜宏, 吳宗佑, 蘇大榮, 羅孟宗 申請(qǐng)人:微星科技股份有限公司