CN114224385A - 一种无创肾交感神经活性检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无创肾交感神经活性检测系统及方法，其中，该无创肾交感神经活性检测系统中，超声发射模块产生分别用于刺激和成像的脉冲信号，超声双功能换能器进行信号转换，超声接收模块接收超声回波信号，转换成数字信号，成像模块根据数字信号进行超声灰阶成像和血流动力学参数成像，参数测量模块测量超声刺激引起的图像的参数变化值，评估模块基于超声参数变化值对肾交感神经活性进行评估；其技术方案有益效果在于，可以利用超声波的力学效应进行无创深部神经刺激，利用超声波的波动效应进行成像，引导肾交感神经刺激，并获取刺激前后各类血流动力学参数及其变化量，变化率等，可以无创、准确地评估受测人员的肾交感神经的活性。

Description

一种无创肾交感神经活性检测系统及方法

技术领域

本发明涉及医学检测技术领域，尤其涉及一种无创肾交感神经活性检测系统及方法。

背景技术

内脏运动神经系统调节内脏、心血管的运动和腺体的分泌，通常不受意志支配和控制，称为自主神经，包括交感神经和副交感神经。肾交感神经是自主神经系统的重要组成部分，在自主神经平衡的调节中发挥着重要作用，其过度激活是高血压、心力衰竭、心律失常等多种心血管疾病发生和发展的重要机制之一。

肾交感神经消融（Renal sympathetic denervation, RDN）通过阻断肾交感神经，降低交感神经系统活性，从而促进自主神经再平衡，达到降低血压的目的，被认为是治疗顽固性高血压的重要手段。RDN手术治疗高血压目前存在的首要问题是：相当部分患者进行RDN手术后血压没有显著改善，需要找到可靠的标准来选择RDN手术获益人群，并在术中可即时判定消融效果。

目前基于电刺激的检测方法穿透性较差，需采用电极直接接触神经，不能进行非接触的深部刺激，而肾交感神经位于深部，通常只能在术中，或者微创介入使用；且神经活性评估指标也通常为有创股动脉血压、常规测量血压和心率，反映整体交感神经系统活性，只能间接表征肾交感神经的活性，准确性较差。另外基于血液成分检测装置的肾交感神经检测技术同样是微创介入性，需将血液成分检测装置置于肾动脉血管内，刺激装置也是介入性，且血液成分变化有滞后性。

因此，目前肾交感神经活性检测方法有一定局限性，亟需针对肾交感神经局部活性的有效检测方法和装置。

发明内容

本申请提供了一种无创肾交感神经活性检测系统及方法。

第一方面，提供了一种无创肾交感神经活性检测系统，包括超声发射模块、超声双功能换能器、超声接收模块、成像模块、参数测量模块、评估模块和控制模块，其中：

所述超声发射模块，用于产生第一脉冲发射信号和第二脉冲发射信号，所述第一脉冲发射信号用于成像，所述第二脉冲发射信号用于对检测部位产生刺激，所述第一脉冲发射信号的能量低于所述第二脉冲发射信号，所述第一脉冲发射信号的脉冲短于所述第二脉冲发射信号的脉冲；

所述超声双功能换能器，用于在预设超声频率范围内将所述超声发射模块产生的脉冲发射信号转换成声信号，以及用于将外界声场中的声信号转换为电信号；

所述超声接收模块，用于接收所述超声发射信号对应的超声回波信号，将所述超声回波信号转换成数字信号；

所述成像模块，用于根据所述数字信号进行超声成像，获得检测图像；

所述参数测量模块，用于基于所述检测图像测量刺激引起的超声参数变化值；

所述评估模块，用于基于所述超声参数变化值，对肾交感神经活性进行评估，获得评估结果；

所述控制模块，用于通过人机交互界面接收并编译控制指令，并将所述控制指令传输到对应的模块以使所述模块实现相应控制功能。

第二方面，提供了一种无创肾交感神经活性检测方法，应用于无创肾交感神经活性检测系统，所述无创肾交感神经活性检测系统包括超声发射模块、超声双功能换能器、超声接收模块、成像模块、参数测量模块、评估模块和控制模块；所述方法包括：

所述超声发射模块产生第一脉冲发射信号和第二脉冲发射信号，所述第一脉冲发射信号用于成像，所述第二脉冲发射信号用于对检测部位产生刺激，所述第一脉冲发射信号的能量低于所述第二脉冲发射信号，所述第一脉冲发射信号的脉冲短于所述第二脉冲发射信号的脉冲；

所述超声双功能换能器在预设超声频率范围内将所述超声发射模块产生的脉冲发射信号转换成声信号，以及将外界声场中的声信号转换为电信号；

所述超声接收模块接收所述超声发射信号对应的超声回波信号，将所述超声回波信号转换成数字信号；

所述成像模块根据所述数字信号进行超声成像，获得检测图像；

所述参数测量模块基于所述检测图像测量刺激引起的超声参数变化值；

所述评估模块基于所述超声参数变化值，对肾交感神经活性进行评估，获得评估结果。

第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如第一方面及其任一种可能的实现方式的步骤。

第四方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有一条或多条指令，所述一条或多条指令适于由处理器加载并执行如上述第一方面及其任一种可能的实现方式的步骤。

本申请实施例提供的无创肾交感神经活性检测系统，包括超声发射模块、超声双功能换能器、超声接收模块、成像模块、参数测量模块、评估模块和控制模块，其中：所述超声发射模块，用于产生第一脉冲发射信号和第二脉冲发射信号，所述第一脉冲发射信号用于成像，所述第二脉冲发射信号用于对检测部位产生刺激，所述第一脉冲发射信号的能量低于所述第二脉冲发射信号，所述第一脉冲发射信号的脉冲短于所述第二脉冲发射信号的脉冲；所述超声双功能换能器，用于在预设超声频率范围内将所述超声发射模块产生的脉冲发射信号转换成声信号，以及用于将外界声场中的声信号转换为电信号；所述超声接收模块，用于接收所述超声发射信号对应的超声回波信号，将所述超声回波信号转换成数字信号；所述成像模块，用于根据所述数字信号进行超声成像，获得检测图像；所述参数测量模块，用于基于所述检测图像测量刺激引起的超声参数变化值；所述评估模块，用于基于所述超声参数变化值，对肾交感神经活性进行评估，获得评估结果；所述控制模块，用于通过人机交互界面接收并编译控制指令，并将所述控制指令传输到对应的模块以使所述模块实现相应控制功能。本申请技术方案的有益效果在于，可以利用超声波的力学效应进行无创深部神经刺激，利用超声波的波动效应进行成像，并获取刺激前后各项参数等信息，无创评估受测人员的肾交感神经的活性，并且实现了超声刺激和成像引导一体化；直接检测刺激部位的局部反应作为肾交感神经活性新的评估指标，相比比血压、心率变异性等表征整体交感系统反应的指标，更精确有效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

图1为本申请实施例提供的一种无创肾交感神经活性检测系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种超声刺激肾交感神经区域示意图；

图3为本申请实施例提供的一种超声发射模块的信号发射时序示意图；

图4A为本申请实施例提供的一种肾动脉B-mode图像示意图；

图4B为本申请实施例提供的一种肾动脉多普勒血流图像示意图；

图5为本申请实施例提供的一种无创肾交感神经活性检测系统的结构功能示意图；

图6为本申请实施例提供的一种无创肾交感神经活性检测方法的流程示意图；

图7为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请实施例中涉及到的超声波是一种在弹性介质（生物组织）中传播的机械波，兼具波动效应、热效应、力学效应等复杂声学效应，具有穿透力深、空间指向性好、可动态聚焦扫描等优势在医学领域广泛应用。在传统生物医学超声中，超声诊断成像技术主要利用其波动效应，高强度聚焦超声治疗技术主要利用其热效应。超声波的非线性效应使声场中的介质（神经）会受到辐射力的作用。

下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。

请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种无创肾交感神经活性检测系统的结构示意图。如图1所示，该无创肾交感神经活性检测系统100包括超声发射模块110、超声双功能换能器120、超声接收模块130、成像模块140、参数测量模块150、评估模块160和控制模块170，其中：

所述超声发射模块110，用于产生第一脉冲发射信号和第二脉冲发射信号，所述第一脉冲发射信号用于成像，所述第二脉冲发射信号用于对检测部位产生刺激，所述第一脉冲发射信号的能量低于所述第二脉冲发射信号，所述第一脉冲发射信号的脉冲短于所述第二脉冲发射信号的脉冲；

所述超声双功能换能器120，用于在预设超声频率范围内将所述超声发射模块110产生的脉冲发射信号转换成声信号，以及用于将外界声场中的声信号转换为电信号；

所述超声接收模块130，用于接收所述超声发射模块110产生的超声发射信号对应的超声回波信号，将所述超声回波信号转换成数字信号；

上述成像模块140，用于根据上述数字信号进行超声成像，获得检测图像；

上述参数测量模块150，用于基于上述检测图像测量刺激引起的超声参数变化值；

上述评估模块160，用于基于上述超声参数，对肾交感神经活性进行评估，获得评估结果；

上述控制模块170，用于通过人机交互界面接收并编译控制指令，并将上述控制指令传输到对应的模块以使上述模块实现相应控制功能。

本申请实施例中提供一种无创的肾交感神经活性检测系统，深度挖掘利用超声波独特的声学特性和生物物理效应，即其中的超声发射模块110可以产生第一脉冲发射信号，利用超声波的波动效应进行成像；超声发射模块110还可以产生第二脉冲发射信号，利用超声波的力学效应进行神经刺激，从而可以获取刺激前后的各种参数和信息，无创评估受测人员肾交感神经的活性。

图2为本申请实施例提供的一种超声刺激肾交感神经区域示意图。如图2所示，超声发射脉冲电子聚焦，作用于肾动脉特定的刺激靶区。

上述成像模块140可以通过软硬件结合，实现多模式成像，可以进行超声灰阶成像和血流动力学参数成像，包括但不限于超声B-Mode成像、多普勒血流成像和血流向量成像功能等，本申请实施例对此不做限制。

具体的，本申请实施例中的B-Mode成像也称B超，是接收到的回波数据读入，经过信号的调制与低通滤波、数据的抽取、数据的对数增强、数据线的重排、插值重建等完成超声成像的重建过程。

上述多普勒血流成像，主要是接收到的多普勒回波信号经过混频电路和低通滤波器进行相位检波后，一路送到处理电路，进行频谱分析，以显示多普勒频谱；一路送到计算机电路，以得到彩色多普勒血流信息。为了滤除心脏壁、血管壁等反射的信号，以有效地检测超声射线方向的多普勒信号，可以使用MTI滤波器。经过MTI滤波器的超声多普勒信号，进入自相关处理器进行自相关处理，在分别进行平均速度、分散和乘方运算，便得到彩色多普勒信号。将彩色多普勒信号、多普勒频谱信号以及B型信号一起送入数字扫描转换单元（DSC），然后再进行彩色处理，得到红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色数字信号，最后经过数模转换（D/A），在彩色显示器上显示和录像机记录。

上述血流向量成像，可以根据需要选择不同的成像方式，比如：一种方式利用B超图像斑点追踪血液散射子的运动；另一种是在传统的一维多普勒技术的基础之上，通过从不同的方向发射或者接收回波信号，从两个方向估计血流速度，利用三角向量合成最终的血流向量。

本申请实施例中的超声双功能换能器120，是一种在预设超声频率范围将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件，具备成像和刺激两种模式。超声发射模块110可产生两种高压脉冲发射信号（成像和刺激）驱动超声双功能换能器120；超声接收模块130主要用于接收超声回波信号转换成数字信号用于成像。

可选的，上述成像模块140，可以用于实现以下三种成像模式中的一种或几种：B-Mode成像、多普勒血流成像、血流向量成像。

进一步可选的，上述超声参数包括肾动脉血管管径、血流速度、血流量、管壁剪切力中的一种或几种参数的刺激前后变化量和变化率。

上述参数测量模块150，可以基于成像模块140获得的检测图像，测量获得各种超声参数（可以是超声参数变化值），例如，从生成的B-Mode灰阶图像上测量肾动脉血管管径，从从生成的多普勒血流成像和血流向量图像上测量血流速度、血流量、管壁剪切力等血流动力学参数及其刺激前后变化量，变化率等，还可以测量不同模式图像上的不同参数类型，并可以根据需要进行设置，本申请实施例对此不做限制。

上述评估模块160，可以联合参数测量模块150测量出的参数和常规指标，例如血压、心率变异性、血液生化参数和生理参数等，对肾交感神经活性进行综合评估，本申请实施例对评估维度不做限制。

在一种可选的实施方式中，上述评估结果包括肾交感神经活性程度；

上述评估模块160包括预设评估模型，用于：

基于上述超声参数变化值，对肾交感神经活性进行评分；

通过比较上述评分和预设评估阈值，判断上述肾交感神经活性程度。

具体的，评估模块160对肾交感神经活性的评估可以基于预设评估模型，根据测得的超声参数或者其变化值对肾交感神经活性进行评分，并将评分结果和预设评估阈值进行比较，来判断肾交感神经活性程度，比如，可以认为高于某个阈值a，表示肾交感神经活性较高，该人群能从RDN手术中获益；如果RDN手术后，采用系统刺激靶区，刺激前后测量参数无变化或变化率小于某个阈值b，认为神经活性丧失，RDN手术效果理想。可以根据需要设置相应的判断规则、评估模型或相关阈值。

上述控制模块170，主要用于用户对系统进行操作控制，该控制模块170可以通过人机交互界面接收用户操作，并编译相应的控制指令，将控制指令传输到对应的模块以达到控制该模块实现相应功能。

具体的，对实际应用中该无创肾交感神经活性检测系统100工作流程的基本内容举例如下：

A1、系统100首先设置为实时成像模式，利用B-Mode成像和多普勒血流成像，联合解剖结构信息和多普勒血流信息对肾动脉进行有效定位，获取肾动脉血管壁周围的肾交感神经分布区域作为刺激靶区；

A2、利用实时B-Mode成像、多普勒血流成像和血流向量成像，分别测量刺激前的肾动脉管径、血流速度、血流量、管壁剪切力等血流动力学参数；

A3、系统100设置为实时成像+刺激模式，控制产生多通道不同时间延迟的脉冲信号，驱动超声线阵换能器发射多路超声波，形成电子聚焦从靶区起始点出发，焦点按照设定的扫描轨迹以恒定速度移动，直到依次遍历刺激整个靶区，重复刺激30s～300s；

A4、刺激结束后，等待5～30s，利用B-Mode成像、多普勒血流成像或血流向量成像分别测量刺激后肾动脉管径、血流速度、血流量、管壁剪切力等血流动力学参数；计算以上超声参数的变化量、变化率并记录；

A5、重复以上过程3次以上，超声参数可取平均；

A6、联合系统100测量超声参数和常规指标，例如血压、心率变异性、血液生化参数和生理参数等，对肾交感神经活性进行综合评估。

本申请实施例中的无创肾交感神经活性检测系统100，可以通过超声波的非线性效应使声场中的肾交感神经受到声辐射力的作用，实现无创、深部刺激肾交感神经，并且实现了超声刺激和成像引导一体化；直接检测刺激部位的局部反应作为肾交感神经活性新的评估指标，相比比血压、心率变异性等表征整体交感系统反应的指标，更精确有效。

目前常用的肾交感神经活性检测中，①基于电刺激装置的检测方法穿透性较差，需采用电极直接接触神经，不能进行非接触的深部刺激，而肾交感神经位于深部，通常只能在术中，或者微创介入使用；且神经活性评估指标也通常为有创股动脉血压、常规测量血压和心率，反映整体交感神经系统活性，只能间接表征肾交感神经的活性，准确性较差。②基于血液成分检测装置的肾交感神经检测技术同样是微创介入性，需将血液成分检测装置置于肾动脉血管内，刺激装置也是介入性，且血液成分变化有滞后性，是否有显著变化量还有待研究。③基于超声的神经检测技术虽然无创，但主要用于神经定位、刺激和消融，目前没有用于肾交感神经活性的检测，且评估指标也通常为血压和心率，反映整体交感神经系统活性。

针对目前技术方案的局限性，本申请实施例提供的一种无创肾交感神经活性检测系统，深度挖掘利用超声波独特的声学特性和生物物理效应，利用超声波的力学效应进行神经刺激，利用超声波的波动效应进行如B超成像、多普勒血流成像和血流矢量成像等成像功能，获取刺激前后肾动脉血管管径、血流速度、血流量等血流动力学参数及其变化量、变化率等，可以无创评估受测人员肾交感神经的活性。可以辅助手术前后的状态评估。肾交感神经活性较高的人群能从RDN手术中获益，术后也可以对消融效果进行评估，如果神经活性丧失，则认为RDN手术效果理想。本申请实施例为神经活性评估提供无创、有效的临床新工具，为RDN手术规划提供了重要的指导意义。

在一种可选的实施方式中，上述超声双功能换能器120包括多层叠结构线阵换能器，具体可包括：保护层、匹配层、压电材料层、背衬层、散热层和柔性电路板，其中：

上述保护层用于保护压电材料层；

上述匹配层用于增强传播到组织中的超声波能量；

上述压电材料层用于实现电信号与声信号的互相转换；

上述背衬层用于连接上述压电材料层和上述散热层，将热量从上述压电材料层传导到上述散热层；

上述柔性电路板用于连结上述超声双功能换能器和上述超声发射模块以进行信号传输。

具体的，超声双功能换能器120可以为多层叠结构线阵换能器，在一种实施方式中，该多层叠结构线阵换能器由前至后依次为保护层、匹配层、压电材料层、背衬层、散热层和柔性电路板。通过对每个阵元单独引线、发射顺序和时间延迟控制，利用线性电子聚焦、动态聚焦、实时动态孔径、动态变迹以及动态频率扫描等技术相结合，可获得优越的声束分辨特性、很高的旁瓣抑制能力和较大的信号动态范围。在一种可选实施方式中，其具体结构及作用介绍如下：

保护层：位于超声双功能换能器120表面，保护压电材料层不被磨损或破坏，用硅橡胶制备，声阻抗与人体组织相近，低衰减，用于波束聚焦，提高横向分辨力，其厚度可以根据需要设置，；例如可取1/4波长；

匹配层：采用环氧树脂和致密粉末（如氧化铝、玻璃粉等）制备，解决超声双功能换能器120声阻抗与生物组织声阻抗的声学匹配，增强传播到组织中的超声波能量；

压电材料层：可采用1-3型压电复合材料制备，由一维连通的压电陶瓷柱相平行排列于三维连通的环氧树脂组成。加入环氧树脂等聚合物，有效降低了陶瓷在强度脆性方面的弱点，减小了陶瓷的横向耦合，增大了复合材料纵向机电转换效率；具有低声阻抗，易与水和皮肤等介质进行阻抗匹配；由于聚合物衰减较大，Q值较低，适合制作宽带窄脉冲换能器。可选的，可以采用切割填充法制备，将已极化的压电陶瓷切割成均匀排列的立柱，灌注环氧树脂，抽真空、固化，磨去未切通部分而制成。压电材料层根据其特有的压电效应，可实现电信号与声信号的互相转换，是超声双功能换能器120的核心部件，二面被有金属层作为电极层。

背衬层：使用环氧树脂、钨粉、氧化铝粉和一些增强衰减的添加物制备，具有高衰减、低声阻抗的声学特性，吸收压电材料层因震动而往内部辐射的声能量，防止声能量反射造成干扰，连接压电材料层和散热层，将热量从压电材料层传导到散热层；

散热层：采用铝合金，铜，铜合金和其它金属制备，具有高的热导率；

柔性电路板：连结超声双功能换能器120和超声发射模块110，可使用具有镂空引脚的柔性线路板进行阵元引线。

本申请实施例中采用的线阵超声换能器可以根据需要设置其阵元数量、中心频率和带宽范围等参数，此处不做限制。例如，可以包括20-256个阵元，中心频率4.7MHz，-6dB带宽范围：2.95MHz-6.45MHz，百分比带宽：74.4%。

在一种可选的实施方式中，系统可根据需要选择其他类型的超声换能器，例如半球阵、面阵、线阵，环阵等，作用于不同部位的神经，例如脑、心脏、甲状腺、血管等，此处不做限制。

可选的，还可以采用或结合其他类型的刺激模块，即选择或结合其他能量源产生无创神经刺激，例如电能、机械能、声能、磁能、光能和热能等，本申请实施例对此不做限制。

在一种可选的实施方式中，上述超声发射模块110包括脉冲波形发生器、功率放大器和换能器匹配电路，其中：

上述脉冲波形发生器由可编程逻辑器件完成；

上述功率放大器包括成像发射功率放大器和刺激功率放大器，上述成像发射功率放大器采用场效应管驱动器及场效应对管实现，用于产生上述第一脉冲发射信号，上述刺激功率放大器用于对上述第二脉冲发射信号进行功率放大；

上述换能器匹配电路包含串联电阻和并联电感，上述串联电阻用于实现脉冲产生电路和上述超声双功能换能器120之间的阻抗匹配，并联电感用于实现上述超声双功能换能器120的并联调谐。

具体的，上述脉冲波形发生器由可编程逻辑器件（FPGA）完成，可以根据需要选择芯片，例如可选用Altera公司EP4CE115F29C7N芯片，成像和刺激发射脉冲序列的基本参数包括频率、个数、延迟、占空比、重复频率、时序等都可以进行编程控制。

FPGA输出的脉冲波形幅度、功率很小，不足以直接驱动超声双功能换能器120，因此设置成像发射功率放大器。该成像发射功率放大器可采用场效应管驱动器MD1711及场效应对管TC6320来实现。MD1711是一款高性能的驱动器,芯片内部集成了2个通道，可以产生5级波形用于B-mode和彩色多普勒成像系统。TC6320是高压低门限增强型场对管，内部集成两对推挽电路，每对推挽电路由一个P沟道MOSFET和一个N沟道MOSFET组成，前端逻辑控制驱动栅极可导通最高±100V的高压激励，最大输出电流3A，可用于产生双极性高压脉冲信号；两管彼此隔离，且每个管都集成有栅源电阻和钳位栅源齐纳二极管,有效保护了输入端；具有高达的击穿电压和的输出峰值电流，可以有效激励超声双功能换能器120。

刺激功率放大器可以根据需要选择，例如可选用Microsemi公司的VRF151G，经过功率放大后的波形幅值最高170V，持续漏电流最大36A，可工作的频率上限175MHz，最大发射功率可达150W。

匹配电路可以由一个串联电阻和一个并联电感组成。根据超声双功能换能器120实际频谱特性进行微调达到匹配。电阻实现高压激励脉冲产生电路和换能器之间的阻抗匹配，并联电感实现换能器的并联调谐。在此基础上，超声发射模块110的信号发射时序如图3所示，其中显示了两种不同的发射信号，即用于成像的较低能量、短脉冲发射信号，和用于刺激的较高能量、长脉冲发射信号，两者可高速切换。多通道脉冲电信号通过电子延迟，实现电子聚焦。

在一种可选的实施方式中，上述超声接收模块130包括收发隔离电路、可变增益放大器、滤波电路和模数转换电路，其中：

上述收发隔离电路用于实现上述超声回波信号的接收通道与上述超声发射信号的发射通道的隔离；

上述可变增益放大器用于对上述超声回波信号进行放大处理；

上述滤波电路用于对上述超声回波信号进行滤波；

上述模数转换电路用于对超声回波信号进行模数转换，并将转换后的信号传输给上述脉冲波形发生器缓存。

具体的，超声双功能换能器120是收发一体的，需要对收发回路进行隔离，以避免高压发射脉冲直接加到接收回路上，损毁后级器件。在接收电路的最前端设计收发切换开关，在激励高压的瞬间断开，发射完再导通接收回波信号。在一种实施方式中，收发隔离电路主要由PNP开关晶体管3CK2C和公司的高压开关二极管阵列MMBD3004BRM构成。门控制电平信号直接输入到3CK2C的基极，当该信号为高电平时，3CK2C截止，发射极与集电极之间处于关断状态，直流电源无法通过3CK2C向BD3004提供有效的正向偏置电压，二极管截止，使得超声回波接收通道处于断路关闭状态，实现与发射通道的隔离。而当门控信号为低电平时，3CK2C处于饱和状态，开关导通，直流电源通过发射极的电阻分压作用向回波通道的二极管提供足够大的正向偏置电压，使二极管导通，即开启了接收通道，使得超声回波信号能够无损的经由二极管进入到后续的信号调理电路。

超声双功能换能器120接收到的回波信号十分微弱，不能直接采样量化，需要对信号进行放大处理。在一种实施方式中，可变增益放大器可选用TI公司的超声前端模拟芯片AFE5808，AFE5808内部是8通道设计，每通道都集成了LNA、VCAT、PGA、LPF、ADC和CW MIXER等功能，将原本复杂分立的超声接收电路整合在一片芯片内，更利于优化设计和控制噪声。在低噪声模式下，可实现最大54dB的动态增益控制，滤波电路的截止频率多档可选，可通过SPI修改寄存器方便的实现，在经过前面的信号放大和模拟滤波之后，对超声回波进行模数转换，以低电压差分信号的形式传输给FPGA数据缓存。

本申请实施例中，系统采用超声双功能换能器，具备刺激和成像两种模式，不仅能实现成像所使用的低能量、短脉冲发射方式，还能实现刺激所使用的较高能量、较长脉冲发射方式，通过结构优化设计，改进探头制作工艺，使压电材料和粘接剂涂层的平整程度达到微米级，进一步改善了探头的热传导性能，解决了探头进行较大功率超声发射时引起的换能器发热问题，优化了驱动电路设计，缩短了换能器响应时间，提高了“刺激-成像”模式之间的切换速度等。

图4A为本申请实施例提供的一种肾动脉B-mode图像示意图，图4B为本申请实施例提供的一种肾动脉多普勒血流图像示意图。举例来讲，在具体操作中，系统的超声探头可横向置于右前腹肋间或肋缘下，在下移的肝后方寻找右肾静脉和下腔静脉，然后在这些静脉后方寻找右肾动脉长轴切面。如图4A所示，可以利用B-Mode图像获取肾动脉解剖结构信息，测量肾动脉中段血管管径及变化量。如图4B所示，可以利用多普勒血流成像（也可利用血流向量成像），测量肾动脉中段血流平均速度、血流量及变化量。可选的，还可以利用血流向量成像测量管壁剪切力及变化量。完成一侧肾动脉测量后，换另一侧按上述方式进行操作。

可选的，本申请实施例中还可采用多种生理、功能信息监测，例如肌电信号、血压、心率、温度、血氧饱和度、血流动力学参数、硬度、肌肉抽动等。该系统还可用于检测其他对机械力刺激有反馈的生物组织神经的活性，例如迷走神经、副交感神经等。

请参阅图5，图5是本申请另一实施例提供的一种无创肾交感神经活性检测系统的结构功能示意图。具体的，该无创肾交感神经活性检测系统包括：超声双功能线阵换能器、超声发射模块、超声接收模块、多模式成像模块、控制模块和参数测量模块。超声双功能线阵换能器与超声发射模块和超声接收模块连接，超声接收模块与多模式成像模块连接，多模式成像模块连接与控制模块连接，控制模块与超声发射模块连接，超声发射模块、超声接收模块、多模式成像模块和评估模块分别所包含的功能单元如图所示。该无创肾交感神经活性检测系统具体结构和功能可以参考图1所示实施例中的具体描述，此处不再赘述。

请参阅图6，图6是本申请实施例提供的一种无创肾交感神经活性检测方法的流程示意图。该方法可应用于如图1或图5所示实施例中的无创肾交感神经活性检测系统，该无创肾交感神经活性检测系统包括超声发射模块、超声双功能换能器、超声接收模块、成像模块、参数测量模块、评估模块和控制模块，此处不再赘述；该方法包括：

601、超声发射模块产生第一脉冲发射信号和第二脉冲发射信号，上述第一脉冲发射信号用于成像，上述第二脉冲发射信号用于对检测部位产生刺激；

其中，第一脉冲发射信号的能量低于第二脉冲发射信号，第一脉冲发射信号的脉冲短于第二脉冲发射信号的脉冲；

602、超声双功能换能器在预设超声频率范围内将上述超声发射模块产生的脉冲发射信号转换成声信号，以及将外界声场中的声信号转换为电信号；

603、超声接收模块接收上述超声发射发射信号对应的超声回波信号，将上述超声回波信号转换成数字信号；

604、成像模块根据上述数字信号进行超声成像，获得检测图像；

605、参数测量模块基于上述检测图像测量刺激引起的超声参数变化值；

606、评估模块基于上述超声参数变化值，对肾交感神经活性进行评估，获得评估结果。

其中，上述方法中的步骤已经在图1-图3所示实施例中进行了相关具体描述，此处不再赘述。

本申请实施例中的系统采用超声刺激和引导一体化：刺激坐标和成像引导坐标的完全匹配，刺激前，利用B超成像和多普勒血流成像对肾动脉进行有效定位，获取肾动脉血管壁周围的肾交感神经分布区域作为刺激靶区；刺激后，利用B超成像实时跟踪肾动脉血管的管径变化，利用多普勒血流成像和血流向量成像实时跟踪肾动脉的血流动力学参数变化。

系统利用肾交感神经元上的机械敏感性离子通道（压力传感器）能够响应机械力刺激的特性，通过超声波的非线性效应使声场中的肾交感神经受到声辐射力的作用，达到无创、深部刺激肾交感神经，引起反应的目的。

系统采用超声无创测量肾动脉的血流动力学参数，例如血流速度变化量，血流量变化量，管壁剪切力变化量等，直接检测刺激部位的局部反应，作为肾交感神经活性新的评估指标，比血压、心率变异性等表征整体交感系统反应的指标更精确有效。

系统也结合常规评估指标，例如血压、心率，血液生化参数，受测人员生理参数，检测更全面可靠，认为肾交感神经活性较高的人群能从RDN手术中获益。术后也可以对消融效果进行评估，如果神经活性丧失，则认为RDN手术效果理想。本发明为神经活性评估提供无创、有效的临床新工具，为RDN手术规划提供了重要的指导意义。

基于上述方法实施例以及系统实施例的描述，本申请实施例还提供一种电子设备。请参见图7，该电子设备700至少包括处理器701、输入设备702、输出设备703以及计算机存储介质704。其中，电子设备内的处理器701、输入设备702、输出设备703以及计算机存储介质704可通过总线或其他方式连接。

计算机存储介质704可以存储在电子设备的存储器中，上述计算机存储介质704用于存储计算机程序，上述计算机程序包括程序指令，上述处理器701 用于执行上述计算机存储介质704存储的程序指令。处理器701（或称CPU（Central Processing Unit，中央处理器））是电子设备的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或多条指令，具体适于加载并执行一条或多条指令从而实现相应方法流程或相应功能；在一个实施例中，本申请实施例上述的处理器701可以用于进行一系列的处理，包括如图6所示实施例中方法等等。

本申请实施例还提供了一种计算机存储介质（Memory），上述计算机存储介质是电子设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机存储介质既可以包括电子设备中的内置存储介质，当然也可以包括电子设备所支持的扩展存储介质。计算机存储介质提供存储空间，该存储空间存储了电子设备的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器701加载并执行的一条或多条的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序（包括程序代码）。需要说明的是，此处的计算机存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器；可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器的计算机存储介质。

在一个实施例中，可由处理器701加载并执行计算机存储介质中存放的一条或多条指令，以实现上述实施例中的相应步骤；具体实现中，计算机存储介质中的一条或多条指令可以由处理器501加载并执行图6中方法的任意步骤，此处不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，该模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所显示或讨论的相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行该计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。该计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。该计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过该计算机可读存储介质进行传输。该计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（digital subscriber line，DSL））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。该计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。该可用介质可以是只读存储器（read-onlymemory，ROM），或随机存储存储器（random access memory，RAM），或磁性介质，例如，软盘、硬盘、磁带、磁碟、或光介质，例如，数字通用光盘（digital versatile disc，DVD）、或者半导体介质，例如，固态硬盘（solid state disk ，SSD）等。

Claims (10)

1.一种无创肾交感神经活性检测系统，其特征在于，包括超声发射模块、超声双功能换能器、超声接收模块、成像模块、参数测量模块、评估模块和控制模块，其中：

所述超声发射模块，用于产生第一脉冲发射信号和第二脉冲发射信号，所述第一脉冲发射信号用于成像，所述第二脉冲发射信号用于对检测部位产生刺激，所述第一脉冲发射信号的能量低于所述第二脉冲发射信号，所述第一脉冲发射信号的脉冲短于所述第二脉冲发射信号的脉冲；

所述超声双功能换能器，用于在预设超声频率范围内将所述超声发射模块产生的脉冲发射电信号转换成声信号，以及用于将外界声场中的声信号转换为电信号；

所述超声接收模块，用于接收超声发射信号对应的超声回波信号，将所述超声回波信号转换成数字信号；

所述成像模块，用于根据所述数字信号进行超声灰阶成像和血流动力学参数成像，获得检测图像；

所述参数测量模块，用于基于所述检测图像测量刺激引起的参数变化值；

所述评估模块，用于基于超声图像参数，对肾交感神经活性进行评估，获得评估结果；

所述控制模块，用于通过人机交互界面接收并编译控制指令，并将所述控制指令传输到对应的模块以使所述模块实现相应控制功能。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述超声双功能换能器包括多层叠结构线阵换能器，包括：保护层、匹配层、压电材料层、背衬层、散热层和柔性电路板，其中：

所述保护层用于保护压电材料层；

所述匹配层用于增强传播到组织中的超声波能量；

所述压电材料层用于实现电信号与声信号的互相转换；

所述背衬层用于连接所述压电材料层和所述散热层，将热量从所述压电材料层传导到所述散热层；

所述柔性电路板用于连结所述超声双功能换能器和所述超声发射模块以进行信号传输。

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述超声发射模块包括脉冲波形发生器、功率放大器和换能器匹配电路，其中：

所述脉冲波形发生器由可编程逻辑器件完成；

所述功率放大器包括成像发射功率放大器和刺激功率放大器，所述成像发射功率放大器采用场效应管驱动器及场效应对管实现，用于产生所述第一脉冲发射信号，所述刺激功率放大器用于对所述第二脉冲发射信号进行功率放大；

所述换能器匹配电路包含串联电阻和并联电感，所述串联电阻用于实现脉冲产生电路和所述超声双功能换能器之间的阻抗匹配，并联电感用于实现所述超声双功能换能器的并联调谐。

4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述超声接收模块包括收发隔离电路、可变增益放大器、滤波电路和模数转换电路，其中：

所述收发隔离电路用于实现所述超声回波信号的接收通道与所述超声发射信号的发射通道的隔离；

所述可变增益放大器用于对所述超声回波信号进行放大处理；

所述滤波电路用于对所述超声回波信号进行滤波；

所述模数转换电路用于对超声回波信号进行模数转换，并将转换后的信号传输给所述脉冲波形发生器缓存。

5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述成像模块用于实现以下三种成像模式中的一种或几种：B-Mode成像、多普勒血流成像、血流向量成像。

6.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述超声图像参数包括但不限于肾动脉血管管径、血流速度、血流量、管壁剪切力中的一种或几种参数的刺激前后变化量和变化率。

7.根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述评估结果包括肾交感神经活性程度；

所述评估模块包括预设评估模型，用于：

基于所述超声图像参数，对肾交感神经活性进行评分；

通过比较所述评分和预设评估阈值，判断所述肾交感神经活性程度。

8.一种无创肾交感神经活性检测方法，其特征在于，应用于无创肾交感神经活性检测系统，所述无创肾交感神经活性检测系统包括超声发射模块、超声双功能换能器、超声接收模块、成像模块、参数测量模块、评估模块和控制模块；所述方法包括：

所述超声发射模块产生第一脉冲发射信号和第二脉冲发射信号，所述第一脉冲发射信号用于成像，所述第二脉冲发射信号用于对检测部位产生刺激，所述第一脉冲发射信号的能量低于所述第二脉冲发射信号，所述第一脉冲发射信号的脉冲短于所述第二脉冲发射信号的脉冲；

所述超声双功能换能器在预设超声频率范围内将所述超声发射模块产生的脉冲发射信号转换成声信号，以及将外界声场中的声信号转换为电信号；

所述超声接收模块接收超声发射信号对应的超声回波信号，将所述超声回波信号转换成数字信号；

所述成像模块根据所述数字信号进行超声成像，获得检测图像；

所述参数测量模块基于所述检测图像测量刺激引起的参数变化值；

所述评估模块基于超声图像参数，对肾交感神经活性进行评估，获得评估结果。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求8所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求8所述方法的步骤。

Images