CN106687047B - 提供对血管内流动和压力数据的数字处理的传感器接口设备 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例被配置为评价血管中的堵塞并且具体地血管中的狭窄的严重性。在一些具体实施例中，本公开的设备、系统和方法被配置为通过监测流体流动来评价冠状动脉中的狭窄的严重性。在一些实施例中，本公开的设备、系统和方法接收包括流体流动数据的模拟传感器数据，并且根据正交采样率对模拟传感器数据进行数字化。加权累加器对经数字化的传感器数据执行基带转换，并且可以执行其他信号处理步骤。经处理的数据然后被提供用于在许多诊断评价中的任意诊断评价中使用。

Description

提供对血管内流动和压力数据的数字处理的传感器接口设备
技术领域
本公开总体涉及对血管的评价，并且更具体涉及用于评价对通过血管的流体的流动的堵塞或其他约束的严重性的系统和技术。在一些实例中，本公开的各方面特别适合于对生物血管的评估。例如，本公开的一些具体实施例被特定地配置用于评估人类血管的狭窄。
背景技术
健康护理行业中的技术创新和趋势正在驱动越来越多地在介入心脏病学实践中采用血管内诊断流程。已经表明，使用血管内诊断工具补充常规外部诊断流程(例如，血管造影)促进了对介入流程的更适当并且更有效的应用，导致改善的患者满意度以及增加成本效益。具体地，已经开发了用于使用被放置在柔性细长构件(诸如用于插管术流程的血管内导管或导丝)的远侧端部处的小型传感器来评价血管阻塞和其他血管疾病的诊断设备和方法。例如，已知的血管内医学感测技术包括用于血流储备分数(FFR)或瞬时自由波比率(iFR)的计算的血管内压力测量、用于冠状动脉血流储备(CFR)或其他流动相关参数的确定的多普勒超声血流测量、血管内超声(IVUS)成像、和光学相干断层摄影(OCT)成像。这些技术中的每种可以适合于不同的诊断情况。
为了便于改善的诊断以引导更适当的处置，健康护理设施通常维持许多血管内诊断、以及感测模态以用于在导管室中的介入流程期间使用。最近，已经开发了从多个不同的成像、处置、诊断和感测工具收集医学数据并且处理多模态医学数据的处理系统。这样的多模态系统由于通过减少支持多种技术所需的分立系统的数量而减少导管室中的杂乱并且由于由将来自不同感测技术的信息组合到单个单元中引起的协同效应而受到重视。在这些多模态系统中，高效且灵活的信号处理系统由于便于更紧凑系统具有更大的能力和适应性而受到重视。
尽管现有诊断系统已经证明是有用的，但是它们并非没有缺点。许多原有系统依赖于高度专化的模拟电路来处理传感器数据。相比于常规模拟方案，现代数字信号处理系统可以提供增加的灵活性和适应性、降低的功率消耗、更紧凑的封装、增强的稳定性、以及改善的性能。
相应地，依然存在对用于获得诊断信息(诸如被用于评价血管中的堵塞以及具体地血管中的狭窄的严重性的血管数据)的经改进的设备、系统和方法的需要。执行数字域中的信号处理的经改进的诊断系统具有为现有的诊断和治疗实践带来改进的性能并且为进一步发展做好准备的潜力。
发明内容
本公开的实施例被配置为利用具有测量流动、压力、和/或温度的一个或多个感测设备的血管内设备来评价血管中的堵塞以及在一些示例中血管中的狭窄的严重性。
在一些实例中，提供了一种诊断系统，所述诊断系统从血管内设备的传感器接收传感器信息。所述诊断系统包括患者接口模块，所述患者接口模块能操作用于处理从所述血管内设备接收的模拟流动传感器数据。所述患者接口模块包括模数转换器，所述模数转换器能操作用于根据正交采样率对所述模拟流动传感器数据进行采样以产生数字流动传感器数据。所述患者接口模块还包括信号处理源，所述信号处理源能操作用于对所述数字流动传感器数据执行基带转换以产生基带流动传感器数据。所述患者接口模块还包括接口子单元，所述接口子单元能操作用于输出所述基带流动传感器数据。所述模拟流动传感器数据可以包括血管内的流体流动速度的测量结果。在这样的实施例，所述正交采样率可以对应于超声换能器的中心频率。例如，在一个这样的实施例，所述正交采样率近似等于所述中心频率的四倍。这种正交采样方法简化了在所述数字传感器数据的所述基带转换中所涉及的许多步骤和计算，并且可以使数字基带转换成为对模拟基带转换的有吸引力的备选方案。
在一些实例中，提供了一种评价患者的血管的方法，包括：接收模拟传感器数据，所述模拟传感器数据包括流体流动的测量结果；使用正交采样率对所述模拟传感器数据进行数字化以获得数字传感器数据，所述正交采样率对应于在获得所述模拟传感器数据过程中所使用的超声换能器的中心频率；使用计算系统执行对所述数字传感器数据的基带转换以获得数字基带传感器数据；不起将基于所述数字基带传感器数据的流体流动的测量结果的表示输出到显示器以用于在诊断评价中使用。在一些实施例中，所述正交采样率是由如下等式定义的：
正交采样率＝4/(2N+1)×中心频率，
其中，N是大于或等于零的整数。例如，在一个这样的实施例中，所述正交采样率大致等于所述超声换能器的中心频率的四倍。在一些实例中，所述基带转换可以包括将经数字化的样本与同相和正交参考信号混合以产生同相和正交分量，并且然后对所述同相分量并且对所述正交分量执行插值和低通滤波。
还提供了被具体配置为与这样的设备接口和/或实施这样的方法的其他设备、系统和方法。根据下文的详细描述，本公开的额外的方面、特征以及优点将变得显而易见。
附图说明
将参照附图来描述本公开的例示性实施例，在附图中：
图1是根据本公开的实施例的医学诊断系统的图解示意图，其示出了相关联的血管内设备的远侧部分。
图2是根据本公开的实施例的诊断系统的患者接口监测器(PIM)的图解示意图。
图3是根据本公开的实施例的PIM的信号处理器的图解示意图。
图4是图示了根据本公开的实施例的用于通过诊断系统接收并处理医学传感器数据的步骤的流程图。
具体实施方式
出于帮助理解本公开的原理的目的，现在将参照在附图中图示的实施例，并且特定语言将被用于对其进行描述。然而，应当理解，不旨在限制本公开的范围。所描述的设备、系统和方法的任何更改和进一步修改以及本公开的原理的任何进一步的应用被充分设想到，并且被包括在本公开内，如本公开所涉及的领域中的技术人员通常会想到的。具体地，充分设想到了，关于一个实施例所描述的特征、部件和/或步骤可以与关于本公开的其他实施例所描述的特征、部件和/或步骤进行组合。然而，为了简洁起见，这些组合的许多重述将不会被单独描述。
参照图1，在其中示出了根据本公开的实施例的诊断系统100。一般而言，诊断系统100可以是单模态医学系统或多模态医学系统。在这方面，多模态医学系统提供了被设计为对用来采集和解读生理学和形态学信息和/或协调人体脉管系统中的各种状况的处置的各种方法敏感的多种形式的采集和处理元件的相干集成和合并。
如所示的，诊断系统100包括感测器械102。感测器械102可以是被定尺寸或者被成形为被定位在血管内的设备、器械、或探头中的任意形式。在图示的实施例中，器械102大致表示导丝。在其他实施例中，器械102可以是导管，包括快速交换导管或丝线上导管。一般地，器械102被定尺寸为使得其能够被定位在血管内而不显著地削弱通过血管的流体流动。相应地，在一些实例中，器械102具有为0.035”、0.018”、0.014”或更小的外径。
如在图1中所示的，器械102的远侧端部被推进到血管104中。血管104表示活体内的自然和人造两者的填充流体的结构，并且能够包括例如但不限于诸如以下的结构：血管(动脉和静脉)、心脏的各部分、心脏瓣膜、支架、分流器、滤波器、以及被定位在身体内的其他自然或人造设备。
器械102被配置为获得关于器械102被定位于其中的血管104内的流体流动(或关于血管104自身)的诊断信息。在这方面，器械102包括被定位在器械102的远侧部分内的一个或多个感测元件、换能器、和/或其他监测元件(一般被称为传感器106)。例如，一个或多个传感器可以被设置在所述器械的远侧顶端108处。(一个或多个)传感器106被配置为获得诊断信息，诸如如下中的一个或多个：流动速度、体积流量、血管内压力、温度、图像(包括使用血管内超声、光学相干断层摄影、热、和/或其他成像技术获得的图像)、和/或其组合。
在图示的实施例中，器械102包括被配置为监测血管内的流体流动的至少一个传感器106。一些示例性流动监测传感器106合并一个或多个超声换能器。例如，在一些实例中，流动监测传感器106是被配置为检测指示血液流动速度的多普勒频移超声回波信号的超声换能器。
另外地或者在备选方案中，器械102可以包括至少一个压力监测传感器106。示例性压力监测传感器106包括压敏压力传感器、压电压力传感器、电容压力传感器、电磁压力传感器，液柱(该液柱和与所述器械分离和/或被定位所述器械的在邻近液柱的部分处的液柱传感器连通)、光学压力传感器、和/或其组合。在一些实例中，压力监测元件的一个或多个特征被实施为使用微机电系统(MEMS)技术和/或其他合适的制造技术制造的固态部件。包括流动速度和压力测量元件两者的商用导丝产品的范例是可从Volcano公司获得的
Figure BDA0001242670760000051
XT压力和流动导丝。
当传感器106激活时，存在于器械102中的通信信道110(诸如光纤、导线束、和/或无线收发器)将传感器数据承载到被耦接至器械102的近侧端部的患者接口监测器(PIM)112。PIM 112能操作用于接收由器械102和对应的传感器106收集的医学传感器数据，并且能操作用于向处理系统114传输所接收的数据。在各种实施例中，PIM 112通过USB连接传输医学传感器数据，但是在其他实施例中，能够利用以太网连接、迅雷连接、火线连接、或一些其他高速数据总线连接。在其他实例中，PIM 112可以经由使用IEEE 802.11Wi-Fi标准、超宽带(UWB)标准、无线火线、无线USB、或另一高速无线网络标准的无线连接被连接到处理系统114。
除了在器械102与处理系统114之间传输数据外，PIM 112可以在传输数据之前执行对所述传感器数据的处理。在这样的实施例的范例中，PIM 112执行对所述数据的放大、滤波、打时间戳、识别、和/或合计。PIM 112还可以将数据从处理系统114转移到器械102的传感器106。在示例性实施例中，这种反馈数据包括启用和禁用传感器和/或配置针对个体传感器的操作模式的命令。在一些实施例中，PIM 112还供应功率以驱动对传感器106的操作。
PIM 112被耦接到的处理系统114管理传感器操作以及数据采集、处理、解读和显示。在这方面，处理系统114经由PIM 112从器械102的传感器106接收传感器数据，处理所述传感器数据以致使其适于显示，并且将经处理的传感器数据呈现在用户显示器或监测器116上。
在各种实施例中，诊断系统100包括计算系统，所述计算系统包括硬件和软件的任意组合，以便采集、处理和显示医学数据。在其中诊断系统100包括计算机工作站的实施例中，所述系统包括处理器(诸如微控制器或专用中央处理单元(CPU))、非瞬态计算机可读存储介质(诸如硬盘驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(例如，CD-ROM、DVD等))、视频控制器(诸如图形处理单元(GPU))、和/或网络通信设备(诸如以太网控制器和/或无线通信控制器)。诊断系统100的硬件可以被编程为执行在本文中所描述的与数据采集和分析相关联的步骤。相应地，应当理解，与数据采集、数据处理、器械控制、和/或本公开的其他处理或控制方面有关的任何步骤可以由诊断系统100使用被存储在能由处理系统访问的非瞬态计算机可读介质上或中的对应指令来实施。此外，应当理解，本公开的不同的处理和/或控制方面可以单独地或者在使用多个计算设备的预定分组内实施。本公开涵盖在下面跨多个计算设备描述的处理和/或控制方面的任何分隔和/或组合。
接下来参照图2，更详细地示出了根据本公开的实施例的示例性PIM112。PIM 112提供了经改进的器械接口，所述经改进的器械接口利用高采样率的模数转换来使得很多信号处理能够在数字域中执行，而更广泛地使用模拟信号处理电子器件。例如，在一些实施例中，模拟部件被用于执行数据处理步骤，包括基带转换、插值和低通滤波、积分和保持、和/或去除低频和静止回波的杂波滤波。这些部件在传感器数据(电压波形)的模拟表示上进行操作。历史地，模拟信号处理已经为处理高频信号提供了相对紧凑且高效的方法，但是对于适合于改变信号处理任务具有有限的灵活性，在其是数字电子器件的情况下，在其能力方面受限于转换和处理高频模拟信号。然而，现代数字电子器件现在能够以相比于常规模拟电子器件更紧凑且功率高效的形式适应高频模数转换和信号处理任务，同时提供极大增强的灵活性。尽管模拟电路往往被调谐到特定器械102或器械族102，数字信号处理通常能够通过(一个或多个)数字信号处理元件的可编程性来提供极大程度的灵活性，以适合于多种多样的传感器类型。相应地，在一些实施例中，相比于模拟加强方案，数字信号处理提供了相同或经改善的信号处理能力和更大的灵活性，同时提供了更紧凑的实施方式和降低的功率消耗。在一些这样的实施例中，这些益处能够在更小且更不昂贵的PIM 112中实现。
如在图2中所示的，PIM 112包括信号分离器202、一个或多个模数转换器(例如，ADC 204和206)、信号处理器208和接口子单元210。在图示的实施例中，PIM 112被配置为从器械102接收压力和流动相关的数据。应当理解，这些数据类型是示例性的，并且相应地，部件可以基于由器械102提供的传感器数据的类型而被添加到PIM 112或从PIM 112中减去。
所接收的传感器数据可以首先被提供给PIM 112的信号分离器202。在其中器械102在相同组的电子导体或其他通信路径上供应超过一种类型的数据的实施例中，信号分离器202在数据类型之间进行区别，以在每次输出时提供不同类型或模态的数据。例如，在图示的实施例中，信号分离器202将由器械102报告的压力数据与同样由器械102报告的流动相关的数据分离。在其中器械102仅供应单一类型的数据的实施例中，信号分离器202可以被省略或者被禁用。
信号分离器202进行操作的机制部分地依赖于经过通信信道110传输数据的方式。在实施例中，不同类型的数据在不同的导体上进行报告，并且信号分离器202仅仅根据数据类型分离导体。在实施例中，数据是时分多路复用的，并且信号分离器202包括时分多路复用器。在一些实施例中，不同的数据类型具有不同的特性频率，并且信号分离器202包括许多低通、高通、和/或带通滤波器。例如，在实施例中，压力数据被报告为DC和低频信号(例如，大约为100Hz和以下)，而承载流动相关的多普勒超声回波信号的超声回波信号具有更高的特性频率(例如，在超声频率范围内，通常为10MHz和更高)。相应地，信号分离器202使复合信号经过低通滤波器以提取压力相关的数据，并且经过高通滤波器以提取流动相关的数据。当然，这些实施例仅仅是示例性的，并且设想到和提供了其他类型的信号分离。
在分离之后，数据信号中的一个或多个可以被放大。在图示的实施例中，所述流动数据被图示的放大器放大，而压力数据不被放大。然而，应当理解，在其他实施例中，信号数据的所述类型中的所有、一些和/或没有在模数转换之前被放大。经放大或未放大的数据使用模数转换器(诸如ADC 204和206)来数字化。ADC 204和206在离散时刻对模拟信号进行采用，并且以数字格式提供采样值。由ADC所使用的采样率可以部分地由正在被采样的数据的类型和其特性频率来确定。例如，压力数据可以相对缓慢地改变，并且因此，在实施例中，大约200Hz的采样率被提供给ADC 204。在一些实例中，PIM 112包括如在2014年3月14日提交的美国专利申请No.14/212989中所描述的用于处理压力数据的部件，该专利申请以引用方式被完全并入本文。
相比于压力数据的低特性频率，由多普勒超声换能器产生的流动速度数据可以具有高得多的特性频率。超声换能器通过发射以标称中心频率为中心的超声波并且从周围组织(诸如血管壁104和血管内的移动血液)接收回波信号来操作。相应地，在一些实施例中，相关的流动数据(多普勒频移超声回波信号)落在以标称中心频率附近为中心的相对窄的带宽内。用于血管内多普勒流动测量的各种示例性超声换能器具有大约10MHz与大约15MHz之间的标称中心频率。其他示例性超声换能器具有大约20MHz或大约40MHz的标称中心频率。由于与其通常窄得多的带宽相比其相对高的中心频率，多普勒超声回波信号常常在被数字化之前被转换至基带形式，以便减小所要求的ADC采样率。基带转换将窄带宽高频信号与正弦和余弦参考波形混合以产生以零频率为中心但是覆盖与原始回波信号相同带宽的一对低频同相和正交信号。所得到的更低频率的信号能够通过以相比于直接对原始回波信号进行采样所需的速率低得多的速率数字化的样本来忠实地表示。
然而，如将在下文进一步详细地讨论的，存在以更高的采样率直接对多普勒频移超声回波信号进行数字化而非使用模拟基带转换来减少采样率要求的优点。具体地，模拟基带转换在同相和正交信道之间引入非线性失真和失匹配，在随后的多普勒分析中产生伪影，而直接数字采样可以利用单个ADC来捕获同相和正交样本两者，由此确保完美匹配以消除信道匹配伪影。另外，模拟基带转换电路要求对部件的仔细调谐，以确保最佳性能，并且一般在适合于不同操作频率以支持多种设备类型方面提供有限的灵活性。相比之下，直接数字采样减少或消除对部件的调谐的需要，其中，任何要求的校准或调谐在数字域中通过被存储在非瞬态存储器中的补偿系数来实施。此外，直接数字采样方案通过加载新的固件以控制采样频率和其他信号处理参数来提供许多灵活性以适应不同的设备和信号处理算法。
直接数字采样的一个具体变体是如在下文更详细描述的数字正交采样方案。根据该方案，在各种实施例中，流动ADC 206以通过以下公式确定的采样率对多普勒频移超声回波信号进行数字化：
采样率＝4/(2N+1)×标称中心频率，
其中，N是大于或等于0的整数。在其中器械102的超声换能器具有12MHz的标称中心频率的示例性实施例中，N被选择为0，使得流动数据ADC 206以标称中心频率的4倍(即，48MHz)对多普勒频移超声回波信号进行采样。
作为直接正交采样的备选方案，高速ADC 206可以被用于以比尼奎斯特速率更大(即，比回波信号中的最高频率分量的两倍更大)的任意频率对多普勒频移超声回波信号进行采样。高速ADC支持非常高的采样率(在GHz范围内和之上)。因此，在一些实施例中，ADC206被用于以比尼奎斯特速率显著更大(例如，尼奎斯特速率的10倍或更大)的速率对流动数据进行采样。在进一步的示例性实施例中，流动数据ADC 206以伪随机间隔进行采样。
数字化的传感器数据被提供给信号处理器208，信号处理器208可以包括FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)、可编程微控制器、微处理器、和/或任何其他处理源。在实施例中，信号处理器208可以在经由接口子单元210为诊断系统100(诸如处理系统114)的其他部件提供这种经处理的、流动相关的数据之前对数字化的多普勒频移超声回波数据执行基带转换、滤波、插值、降噪、积分和保持、和/或其他信号处理任务。
现在参照图3，更详细地图示了示例性信号处理源208。所图示的逻辑方框302-316表示被配置为对传感器数据执行各种信号处理任务的硬件、固件、软件、和/或其组合。在图示的实施例中，所述传感器数据包括表示血流数据的多普勒频移超声回波信号，并且信号处理方框包括执行对数字化的数据的基带转换的混合器方框302和306以及低通滤波器方框304和308。类似于模拟域中的基带转换，数字基带转换方框产生表示高频数据的一组低频基带信号。基本原理是时变信号S(t)能够被表示为如下：
S(t)＝I(t)cos(2πfct)-Q(t)sin(2πfct)。
两个组成信号I(t)和Q(t)被称为S(t)的同相分量和正交分量。这种表示是有用的，因为I(t)和Q(t)被向下频移被称为载波频率的fc，并且如果时变信号具有载波频率附近的窄带宽，那么组成信号在零频率附近的带宽中类似地窄。在这种情况下，所述时变信号完全由在了解所选的载波频率的情况下进行组合的两个组成信号表示，而在许多情况下，低频组成信号I(t)和Q(t)在随后的信号处理步骤中比其高频对应部分S(t)更易于操纵。在许多实施例中，fc被选择为等于被用于获得多普勒流动数据的超声换能器的标称中心频率。为了获得I(t)，经数字化的传感器数据在同相混合器方框302中与余弦参考波形cos(2πfct)混合(相乘)，并且然后由滤波器方框304进行低通滤波以去除不想要的高频分量。为了获得Q(t)，经数字化的传感器数据在正交混合器方框306中与正弦参考波形sin(2πfct)混合，并且由滤波器方框308进行低通滤波以去除不想要的高频分量。
信号处理器208的同相混合器方框302可以利用供应有参考波形cos(2πfct)的样本作为系数的乘法器来实施，并且正交混合器方框306可以利用供应有参考波形sin(2πfct)的样本作为系数的乘法器来实施。在采样率符合如下等式的实施例中：
采样率＝4/(2N+1)×标称中心频率，
这些系数是无关紧要的。例如，当N＝0并且fc被选择为超声换能器的标称中心频率时，参考波形cos(2πfct)的经数字化的样本为[1，0，-1，0，1，0，-1，0，…]，并且参考波形sin(2πfct)的经数字化的样本为[0，1，0，-1，0，1，0，-1，…]。利用这些简单的系数，正交混合一般所需的通常复杂的数字乘法方框能够被简化为简单的数字逻辑。此外，贡献于同相分量的ADC样本仅仅是基数样本，而贡献于正交分量的ADC样本仅仅是偶数样本。通过数字正交采样促进的同相分量与正交分量之间的这种分离通过削减贡献于各种中间结果(诸如低通滤波器或积分和保持输出)的样本的一半数量而简化了随后的信号处理操作。
在使用任意速率的高频模数转换(相比于直接数字正交采样)的备选实施例中，参考波形系数不是如此简单的，并且此外，每个样本可以贡献于同相分量和正交分量两者。利用这些重要的系数，需要一对高速数字乘法器来实施混合器方框302和306，并且这些混合器方框中的每个将需要处理偶数样本和基数样本两者。但是，即使在这种增加的复杂性的情况下，所要求的高速乘法器也能够被容易地并入到基于FPGA(或其他)的实施方式内。
如在图3中进一步图示的，来自混合器方框302和306的同相和正交输出随后由插值和低通滤波器方框304和308进行处理。插值提供对应于相同时刻的同相和正交样本，并且其相对于直接正交采样是特别有利的，因为该采样过程自然地提供了彼此偏离等于直接正交采样的采样周期的时移的同相和正交样本。一般而言，插值是通过带通滤波器来实施的，然而，在以零频率为中心的基带信号的情况下，插值是利用简单的低通滤波器来实施的。利用有限脉冲响应(FIR)滤波器实施插值是方便的，在此情况下，插值滤波器系数能够与低通滤波器系数进行组合(通过卷积)，使得两个操作能够在单个步骤中一起被执行。
一旦确定了同相分量和正交分量I(t)和Q(t)，信号处理器208就可以执行其他信号处理任务。在实施例中，信号处理器208执行积分和保持过程，以实施范围选择性，定义范围门深度，限制带宽，并且改善信噪比。来自插值和低通滤波器方框304和308的同相和正交输出由积分和保持方框310和312进行处理，以产生范围选通的基带多普勒信号。所述积分和保持步骤是通过在来自初始传输脉冲的期望延迟(对应于范围门深度)之后简单地累积(求和)所选数量的连续样本(对应于范围门宽度)而在数字域中执行的。所述积分操作产生具有标称地等于积分时间的逆的截止频率的低通滤波效果，而信噪比是通过平均为由积分器累积的样本数量的平方根来改善的。
在先前段落中所描述的三种类型的信号处理方框(混合器、插值/滤波器、以及积分和保持)中的每个产生输出，所述输出是到该方框的输入样本的线性组合。通过线性的原理，线性组合的线性组合自身是原始输入的线性组合，并且相应地，所有这三个处理步骤都能够被组合为单个数学运算，所述单个数学运算简单地提供来自ADC的输入样本的加权和(即，线性组合)。在这种情况下，用于复合运算的加权系数包含针对基带混合、插值、低通滤波和积分所需的系数，并且单个乘法器/累积器元件能够提供针对同相信道的方框302、304和310中、或者针对正交信道的方框306、308和312中的混合器、插值/低通滤波器以及积分和保持功能。
在实施例中，信号处理器208在方框314和316中执行杂波滤波，以去除由于静止和缓慢移动的组织造成的超声回波贡献。在一些实施例中，杂波滤波遵循混合器和低通滤波器方框中的基带转换以及积分和保持方框中的范围门选择，以去除存在于范围选通的基带多普勒信号中的静止和低频分量。杂波滤波能够在FFT(快速傅里叶变换)处理将多普勒信号转换至频域之后通过简单地删除谱的低频分箱来实施。备选地，杂波滤波能够在FFT之前在时域运算中被执行。在FFT之前的时域杂波滤波器在减少在存在大的低频杂波分量的情况下保持多普勒谱的低水平流动血流分量所要求的FFT计算内的动态范围方面是有利的。时域杂波滤波器能够利用包括矩形波串平均(累加器)和减法的相对简单的算法来实施，或者其能够使用利用IIR(无限脉冲响应)或FIR(有限脉冲响应)架构实施的更复杂的高通滤波器。
在各种实施例中，信号处理器208对同相和正交分量执行额外的信号处理(诸如快速傅里叶变换(FFT))和/或对来自FFT的谱输出执行瞬时峰值速度(IPV)处理。随后，信号处理器208为接口子单元210提供经处理的同相分量和正交分量，以便递送到诊断系统100(诸如处理系统114)的其他部件。
现在参照图4，图示了根据本公开的实施例的使用图1-3的诊断系统100处理传感器数据的方法400。应当理解，额外的步骤能够在方法400的各步骤之前、期间和之后被提供，并且所描述的步骤中的一些步骤能够针对该方法的其他实施例被替换或消除。
参照方框402，获得医学传感器数据。在一些实施例中，血管内设备(诸如前面提到的器械102)被推进到血管104中。被设置在器械102上的传感器106被激活，并且被用于获得医学传感器数据。相应地，医学传感器数据包括一个或多个数据模态，诸如流动(速度)、流动(体积)、压力、图像、温度、和/或其组合。在一个这样的实施例中，所述医学传感器数据包括多普勒超声血流传感器数据和压力传感器数据两者。所获得的医学传感器数据经由通信信道110被提供给PIM 112，如在方框404中所示的。
参照方框406，在实施例中，PIM 112内的信号分离器202根据相应的模态分离医学传感器数据。例如，信号分离器202可以根据其不同的特性频率分离来自压力传感器数据的多普勒超声血流传感器数据。
参照方框408，PIM 112的一个或多个ADC对医学传感器数据进行数字化，由此将其从模拟形式转换为数字形式。ADC在离散时刻对模拟信号进行采样，并且以数字形式提供采样值。在基于多普勒超声的血流传感器数据的示例性实施例中，以通过如下等式指定的ADC采样率执行数字正交采样可以是有利的：
采样率＝4/(2N+1)×标称中心频率，
其中，N是大于或等于0的整数。在一些实施例中，N被选择为0，以提供标称中心频率4倍的采样率。该采样率提供数字正交采样以简化随后的信号处理，并且其远高于忠实地捕获信号的全带宽最低限度所要求的尼奎斯特速率。过度采样的数据能够相对于通过样本平均的ADC量化噪声提供增加的信噪比。在其他实施例中，ADC以比尼奎斯特速率显著更高的速率(例如，尼奎斯特速率的10倍)和/或以伪随机的采样间隔对基于多普勒超声的血流传感器数据进行采样。
参照方框410，PIM 112的信号处理器208对经数字化的传感器数据执行基带转换。所述基带转换产生表示高频窄带宽传感器数据的一组低频信号。经数字化的传感器数据与余弦参考波形cos(2πfct)混合(相乘)并且被低通滤波以获得同相分量。经数字化的传感器数据与正弦参考波形sin(2πfct)混合(相乘)并且被低通滤波以获得正交分量。在各种实施例中，所述基带转换通过单个加权的累积器来执行，而在其他实施例中，所述基带转换通过一对加权的累积器来执行，一个用于同相分量，而另一个用于正交分量。
参照方框412，PIM 112的信号处理器208对经基带转换的传感器数据执行额外的处理。这可以包括积分和保持过程、杂波滤波、FFT、IPV、和/或其他合适的处理步骤。参照方框414，经处理的传感器数据经由PIM的接口子单元210被提供给诊断系统100(诸如处理系统114)的其他部件。经处理的传感器数据然后可以被用于任何合适的目的，包括对血管104的诊断评价。在各种实施例中，所述积分和保持过程使用被用于通过混合和滤波执行基带转换的(一个或多个)相同的加权的累积器来执行。
本领域技术人员还应认识到，上述的装置、系统和方法能够以各种方式进行更改。相应地，本领域技术人员应认识到，本公开所包含的实施例不限于上述的具体示例性实施例。在这方面，尽管已经示出并描述了例示性实施例，但是在前述公开内容中设想到了宽范围的更改、改变和替换。应当理解，可以对前述内容进行这样的变化而不脱离本公开的范围。相应地，恰当的是，所附的权利要求书宽泛地并且以与本公开一致的方式进行解释。

Claims (12)

1.一种医学诊断系统(100)，包括：
患者接口模块(112)，其能操作用于处理从血管内设备(102)接收的模拟流动传感器数据，其中，所述患者接口模块(112)包括：
信号分离器(202)，其能操作用于将在相同通信路径(110)上从所述血管内设备(102)接收的、流动传感器数据之外的至少一个其他类型的数据分离；
模数转换器(206)，其能操作用于根据正交采样率对所述模拟流动传感器数据进行采样以产生数字流动传感器数据；
信号处理源(208)，其能操作用于对所述数字流动传感器数据执行基带转换以产生基带流动传感器数据；以及
接口子单元(210)，其能操作用于将所述基带流动传感器数据输出到处理系统(114)。
2.根据权利要求1所述的医学诊断系统(100)，其中，所述至少一个其他类型的数据是压力数据。
3.根据权利要求2所述的医学诊断系统(100)，其中，所述接口子单元(210)将数字压力数据输出到所述处理系统(114)。
4.根据权利要求1所述的医学诊断系统，其中，所述模拟流动传感器数据包括血管内的流体流动速度的测量结果。
5.根据权利要求1所述的医学诊断系统，其中，所述正交采样率是通过如下等式来定义的：
正交采样率＝4/(2N+1)×标称中心频率，
其中，N是大于或等于零的整数。
6.根据权利要求5所述的医学诊断系统，其中，载波频率被选取为等于被用于获得所述模拟流动传感器数据的超声换能器的所述标称中心频率。
7.根据权利要求5所述的医学诊断系统，其中，N被选择为使得所述正交采样率至少为所述模拟流动传感器数据的尼奎斯特速率。
8.根据权利要求1所述的医学诊断系统，其中，所述信号处理源包括能操作用于对所述数字流动传感器数据执行所述基带转换的加权累加器。
9.根据权利要求8所述的医学诊断系统，其中，所述加权累加器还能操作用于执行：
对所述数字流动传感器数据进行同相信号混合以产生同相分量；
对所述数字流动传感器数据进行正交信号混合以产生正交分量；并且
对所述同相分量和所述正交分量进行插值和低通滤波。
10.根据权利要求8所述的医学诊断系统，其中，所述加权累加器包括同相加权累加器和正交累加器。
11.根据权利要求2所述的医学诊断系统，还包括所述血管内设备(102)，所述血管内设备包括被设置在所述血管内设备(102)的远侧端部处的流体流动传感器和压力传感器(106)，其中，所述流体流动传感器(106)能操作用于通过与所述压力数据的所述压力传感器相同的通信路径(110)将所述模拟流动传感器数据提供至所述患者接口模块(112)。
12.根据权利要求1所述的医学诊断系统，还包括所述处理系统(114)，所述处理系统能操作用于基于所述基带流动传感器数据来获得流体流动体积的测量结果并且在用户显示器上显示流体流动体积的所述测量结果。
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