本發(fā)明涉及獲得肌肉的至少一種功能參數(shù)的方法。本發(fā)明還涉及用獲得功能參數(shù)的這種方法監(jiān)控肌肉狀態(tài)的方法。本發(fā)明還涉及相關的裝置和系統(tǒng)。

背景技術：

左室舒張功能的評估對于評價心臟衰竭和缺血性心肌病而言至關重要。心肌僵硬度被認為在舒張功能中起關鍵作用。對于射血分數(shù)(在說明書的其余部分標記為EF)正常的心臟衰竭患者而言，左心室(在說明書的其余部分標記為LV)、松弛和LV僵硬度的異常是關鍵的病理生理學機制之一。還已知心肌僵硬度是肥厚型和擴張型心肌病中非常強的預后參數(shù)。

在心肌梗塞的情況下，組織多普勒和應變超聲心動圖是已建立的跟蹤心肌變形以評估收縮功能的方法。

剪切波彈性成像(SWE)是可以實時定量測量軟組織的剪切模量(即僵硬度)的更新的超聲技術。SWE可以量化心動周期中心肌的僵硬度及其變化。

然而，心肌的完全表征需要測量至少兩種功能參數(shù)例如心肌僵硬度和心肌變形。

發(fā)明簡述

本發(fā)明旨在提供心肌功能或肌肉功能的無創(chuàng)表征。

為此，本發(fā)明涉及一種獲得具有至少一個部件的肌肉的至少一種功能參數(shù)的方法，所述方法包括以下步驟：

a)向肌肉施加超聲波，

b)在多個時間收集由肌肉反向擴散(retrodiffused)的超聲波，以獲得收集的超聲波，

其特征在于所述方法還包括以下步驟：

c)使用收集的超聲波在多個第一時間測定代表肌肉部件的至少一個部件的僵硬度值的多個第一值，所述多個第一時間包括于所述多個時間內，

d)使用收集的超聲波在多個第二時間測定代表所述部件的變形值的多個第二值，所述多個第二時間包括于所述多個時間內且與所述多個第一時間以一對一的關系相關，和

e)基于所述多個第一值和所述多個第二值推導至少一種功能參數(shù)。

借助本發(fā)明，可以無創(chuàng)方式獲得舒張心肌僵硬度。

兩個不同的步驟c)和d)使這種獲得成為可能，其中，以同時發(fā)生的方式，代表僵硬度值的值和代表變形值的值分別通過在肌肉上進行的一系列測量而獲得。各測量利用收集的超聲波來實現(xiàn)。

這種方法能夠避免估計應力-應變關系。應力不能以無創(chuàng)方式測量且需要僅源自于應變測量的線性近似值(Hooke定律)。該Hooke定律在生物組織的情況下并且甚至在肌肉的情況下是一個近似值。換言之，通過避免使用Hooke定律，線性關系和真實關系之間觀察到的變化提供肌肉的功能參數(shù)。

由于這種變化以無創(chuàng)方式僅通過使用超聲波獲得，用于獲得肌肉的至少一種功能參數(shù)的方法是無創(chuàng)的方法。

根據(jù)作為有利的但并非強制的本發(fā)明的進一步的方面，用于獲得至少一種功能參數(shù)的方法可以采取任何技術上允許的組合合并一個或幾個以下特征：

-步驟a)和b)在體內進行。

-肌肉具有帶有持續(xù)時間(temporal duration)的周期，以肌肉周期的持續(xù)時間為模(modulo)，多個第一時間的時間和多個第二時間的相關時間之差的絕對值低于或等于200毫秒。

-功能參數(shù)代表部件的機械功，多個第一值和多個第二值形成僵硬度-變形環(huán)，且在步驟e)，功能參數(shù)是僵硬度-變形環(huán)的面積。

-多個第一值和多個第二值形成帶有四個拐點的僵硬度-變形環(huán)，且步驟e)包括測定至少一個拐點的代表僵硬度值的第一值和代表變形值的第二值。

-多個第一值和多個第二值形成帶有通過四個部件連接的四個拐點的僵硬度-變形環(huán)，且步驟e)包括通過其系數(shù)是功能參數(shù)的指數(shù)函數(shù)曲線擬合至少一個部件。

-肌肉具有反射顆粒，且在步驟a)，施加至少一種聚焦超聲波以在肌肉中生成彈性剪切波并施加一系列超聲波，使得至少一些所述超聲波滲入肌肉區(qū)域，同時在相同區(qū)域傳播剪切波，且在步驟b)，收集的超聲波是通過與肌肉中的反射顆粒相互作用的超聲壓縮波產生的回波。

-所述方法進一步包括將至少一種推導的功能參數(shù)儲存于存儲單元中的步驟。

-所述方法進一步包括將至少一種推導的功能參數(shù)顯示在顯示單元上的步驟。

-肌肉是心肌，部件是心肌的至少一個片段且功能參數(shù)是舒張末期被動心肌僵硬度、心肌功、被動心肌僵硬度隨變形的變化和收縮末期心肌僵硬度的至少一種。

-重復步驟a)到e)以獲得功能參數(shù)的多個值。

-步驟a)到e)的各重復對應于肌肉的不同運作條件。

還提議了一種監(jiān)控肌肉狀態(tài)的方法，包括進行如之前所述的獲得所述肌肉的至少一種功能參數(shù)的方法以獲得所述肌肉的至少一種功能參數(shù)的多個值的步驟。監(jiān)控肌肉狀態(tài)的方法還包括根據(jù)比較標準將功能參數(shù)的多個值與功能參數(shù)的多個預期值相比較的步驟，和在不滿足比較標準的情況下發(fā)出警報的步驟。

根據(jù)優(yōu)選的實施方式，肌肉是心肌且狀態(tài)選自健康、昏迷狀態(tài)(in stunning state)、缺血和梗塞。

還涉及用于獲得具有至少一個部件的肌肉的至少一種功能參數(shù)的裝置，所述裝置包括適于將超聲波施加于肌肉的施加單元和適于在多個時間收集由肌肉反向擴散的超聲波以獲得收集的超聲波的收集單元。裝置還包括適于進行以下步驟的計算器：使用收集的超聲波在多個第一時間測定代表肌肉部件的至少一個部件的僵硬度值的多個第一值，所述多個第一時間包括于所述多個時間內。計算器還適于使用收集的超聲波在多個第二時間測定代表所述部件的變形值的多個第二值，所述多個第二時間包括于所述多個時間內且與所述多個第一時間以一對一的關系相關。計算器還適于基于所述多個第一值和所述多個第二值推導至少一種功能參數(shù)。

還提議了一種用于監(jiān)控肌肉狀態(tài)的系統(tǒng)，包括如之前所述用于獲得肌肉的至少一種功能參數(shù)的裝置，所述裝置適于獲得所述肌肉的至少一種功能參數(shù)的多個值。所述系統(tǒng)還包括適于根據(jù)比較標準將功能參數(shù)的多個值與功能參數(shù)的多個預期值相比較的比較器，和適于在不滿足比較標準的情況下發(fā)出警報的警報單元。

附圖說明

將根據(jù)與附圖一起提供并作為說明性實例而不限制本發(fā)明目的以下描述更好地理解本發(fā)明。在附圖中：

-圖1是獲得至少一種心肌功能參數(shù)的裝置的示意圖，

-圖2是監(jiān)控心肌狀態(tài)的系統(tǒng)的示意圖，所述系統(tǒng)包括圖1的裝置，

-圖3是闡明僵硬度-片段環(huán)的實例的圖，和

-圖4是顯示基于圖3所研究的心肌片段的機械功的進展的圖。

一些實施方式的詳述

獲得至少一種心肌功能參數(shù)的裝置10顯示于圖1。

這種裝置10適于獲得心肌功能參數(shù)。通過定義，功能參數(shù)是與肌肉性質相關的參數(shù)、與肌肉代謝相關的參數(shù)或與肌肉運作相關的參數(shù)。

心肌功能參數(shù)例如是，舒張末期被動心肌僵硬度、心肌的特定片段的心肌功、被動心肌僵硬度隨變形的變化或收縮末期心肌僵度。

裝置10包括施加單元12、收集單元14和計算機單元16。

施加單元12適于將超聲波施加于心肌。

根據(jù)圖1的實施例，施加單元12包括一系列傳感器。

或者，施加單元12僅包括一個傳感器。

收集單元14適于收集由肌肉反向擴散的超聲波。

根據(jù)圖1的實施例，收集單元14包括一系列傳感器。

或者，收集單元14僅包括一個傳感器。

根據(jù)另一個實施方式，施加單元12和收集單元14是同一單元。

計算機單元16包括計算器18、存儲單元20和顯示單元22。

計算器18適于執(zhí)行計算。

根據(jù)圖1的實施例，計算器18是處理器。

存儲單元20適于儲存數(shù)據(jù)。

顯示單元22適于顯示數(shù)據(jù)。

例如，顯示單元22是屏幕。

根據(jù)另一個實施方式，計算器18、存儲單元20和顯示單元22包括在手表中。這可以獲得便攜式裝置10。

現(xiàn)在參考獲得至少一種心肌功能參數(shù)的方法描述裝置10的操作。

通過利用施加單元12，施加單元12將一束聚焦超聲波施加于心肌。聚焦超聲波在肌肉中產生彈性剪切波。

然后施加單元12施加一系列超聲波使得至少一些所述超聲波滲入心肌片段，同時在心肌的相同片段傳播剪切波。

由于心肌具有反射顆粒，與心肌中的反射顆粒相互作用的超聲壓縮波產生回波。這種回波稱為反向擴散的超聲波。

在具體的實施方式中，該系列超聲波是一系列聚焦超聲波。對于超速成像尤其是這樣。

在另一個實施方式中，該系列超聲波是一系列非聚焦超聲波。對于心臟鏡尤其是這樣。

然后收集單元14在多個時間收集反向擴散的超聲波。

這種收集能夠獲得可以分析以測定值的多個圖像。

然后計算器18測定使用收集的超聲波在多個第一時間測定代表肌肉部件的至少一個部件的僵硬度值的多個第一值，所述多個第一時間包括于所述多個時間內。

代表僵硬度的值是與僵硬度有關的任何物理量。

例如，心肌的剪切模量μ是代表僵硬度的值。由于剪切波以各向異性方式在肌肉中傳播，這種剪切模量E是沿著若干方向的心肌的若干剪切模量μ_方向的平均值。

或者，特定方向的心肌的剪切模量μ_方向也是代表僵硬度的值。標記為μ_平行的沿著心肌纖維方向的剪切模量和標記為μ_垂直的沿著與心肌纖維方向垂直的方向的剪切模量是特定方向中的心肌的剪切模量的實例。

作為另一個實施例，心肌的楊氏模量E是代表僵硬度的值。楊氏模量E定義為通過關系E＝3μ與剪切模量μ相關。由于剪切波以各向異性方式傳在肌肉中傳播，這種楊氏模量μ是沿著若干方向的心肌的若干楊氏模量E_方向的平均值。

或者，特定方向的心肌的楊氏模量E_方向也是代表僵硬度的值。標記為E_平行的沿著心肌纖維方向的楊氏模量和標記為E_垂直的沿著與心肌纖維方向垂直的方向的楊氏模量是特定方向中的心肌的楊氏模量的實例。

作為另一個實施例，心肌中剪切波的傳播速度c_S是代表僵硬度的值。心肌中剪切波的傳播速度c_S通過以下關系與楊氏模量E_方向相關：

其中ρ是心肌密度。

由于剪切波以各向異性方式在肌肉中傳播，剪切波的這種傳播速度c_S是心肌中剪切波沿著若干方向的若干傳播速度c_{S_方向}的平均值。

或者，特定方向的心肌中剪切波的傳播速度c_{S_方向}也是代表僵硬度的值。標記為c_{S_平行}的沿著心肌纖維方向的剪切波的傳播速度和標記為c_{S_垂直}的沿著與心肌纖維方向垂直的方向的剪切波的傳播速度是特定方向的心肌中剪切波的傳播速度c_{S_方向}的實例。

然后計算器18使用收集的超聲波在多個第二時間測定代表所述部件的變形值的多個第二值。

代表變形的值是與變形相關的任何物理量。

累積變形是代表變形的值的實例。

片段的長度是代表變形的值的實例。

這種長度沿著任何方向測量。沿著纖維方向的長度、沿著與纖維方向垂直的方向的長度是可以考慮的片段長度的實例。

標準化到參考長度的片段長度是代表變形的值的另一個實例。

心室的體積也代表變形。

所述多個第二時間包括于所述多個時間內且與所述多個第一時間以一對一的關系相關。

優(yōu)選地，以心動周期的持續(xù)時間為模，多個第一時間的時間和多個第二時間的相關時間之差的絕對值低于或等于100毫秒。

在同一心動周期期間進行測量的情況下，多個第一時間的時間和多個第二時間的相關時間之差的絕對值低于或等于200毫秒。

更優(yōu)選地，以心動周期的持續(xù)時間為模，多個第一時間的時間和多個第二時間的相關時間之差的絕對值低于或等于20毫秒。

在同一心動周期期間進行測量的情況下，多個第一時間的時間和多個第二時間的相關時間之差的絕對值低于或等于20毫秒。

如在圖3上可見，多個第一值和多個第二值形成僵硬度-變形環(huán)。圖12闡明僵硬度-片段環(huán)的實例。在基線(虛線)、心肌梗塞5分鐘后(實線)、梗塞2小時后(粗線)和再灌注40分鐘后(點劃線)，將由SWE測量的僵硬度作為片段長度的函數(shù)作圖。

這種環(huán)包括由四個部件(下部、上部和側部)連接的四個拐點。當從下部開始連續(xù)追隨環(huán)時，接著是下部，然后接著是第一側部，然后接著是上部和然后接著是第二側部。

在心肌的具體情況下，下部和第一側部共有的拐點稱為舒張末期點，而上部和第二側部共有的拐點稱為收縮末期點。

然后計算器18基于所述多個第一值和所述多個第二值推導至少一種心肌功能參數(shù)。

根據(jù)實施例，心肌功能參數(shù)代表片段的機械功。在這種情況下，心肌功能參數(shù)通過計算僵硬度-變形環(huán)的面積而獲得。這種計算基于圖3給出的數(shù)據(jù)用示意圖闡明于圖4。

根據(jù)另一個實施例，在推導步驟，至少一個部件通過其系數(shù)是心肌功能參數(shù)的指數(shù)函數(shù)曲線擬合。

例如，心肌功能參數(shù)代表舒張末期被動心肌僵硬度，且這種心肌功能參數(shù)通過曲線擬合下部來獲得。圖3通過顯示擬合兩個環(huán)的下部的示例性指數(shù)函數(shù)闡明這種曲線擬合步驟。這兩種示例性指數(shù)函數(shù)分別具有兩個系數(shù)，標記為β1和β2。

根據(jù)另一個實施例，推導步驟包括測定至少一個拐點的代表僵硬度值的第一值(僵硬度坐標)和代表變形值的第二值(變形坐標)。

例如，在心肌情況下，獲得舒張末期點和收縮末期點的僵硬度坐標和變形坐標是有價值的。

在推導步驟結束時，推導出至少一個心肌功能參數(shù)。

將這種推導的心肌功能參數(shù)儲存于存儲單元20中并顯示于顯示單元22上。

獲得至少一種心肌功能參數(shù)的方法能夠利用僵硬度-變形環(huán)獲得心肌功能參數(shù)。

這種僵硬度-變形環(huán)可以以無創(chuàng)方式獲得。事實上，根據(jù)優(yōu)選的實施方式，獲得方法中暗示的測量在體內進行。

此外，獲得至少一種心肌功能參數(shù)的方法能夠獲得現(xiàn)有技術方法不容易獲得的心肌功能參數(shù)。特別是，心肌片段的機械功是現(xiàn)有技術方法難以獲得的量。

此外，可以表明獲得至少一種心肌功能參數(shù)的方法和有創(chuàng)方法一樣準確。

這種準確性已經用實驗方法證實。事實上，利用裝置10的實驗在開胸的綿羊模型上進行。胸骨切開術后，將施加單元12的超聲傳感器置于左心室游離壁的前面。使用組合剪切波成像和應變成像的順序。在1s內以重復率15Hz進行剪切波成像，以量化心動周期內的心肌僵硬度變化。在同一心動周期期間在超聲波圖象上測量心肌應變。從這兩種無創(chuàng)的基于超聲的測量獲得僵硬度-應變曲線環(huán)。在心肌梗塞期間，在缺血壁上進行相同的實驗。與基線相比，環(huán)的面積強烈降低(幾乎等于0)。僵硬度-應變環(huán)的面積與片段功相關。

獲得至少一種心肌功能參數(shù)的這種方法也可以應用于其他肌肉。例如，肌肉是子宮或涉及體育鍛煉的肌肉。

根據(jù)實施方式，重復獲得功能參數(shù)的方法若干次以獲得心肌功能參數(shù)的多個值。

在這種情況下，可實現(xiàn)比較。

可以為心肌的不同運作條件進行比較。例如，心肌經受藥物或人可能在體力的不同階段。

比較也可以是時間上的，這樣功能參數(shù)的進展可以指示心肌運作的異常。

為此，如圖2所示，提議用于監(jiān)控心肌狀態(tài)的系統(tǒng)23。表述“狀態(tài)”是指心肌運作的評估。疾病和健康是心肌狀態(tài)。存在中間狀態(tài)。例如，心臟雜音也是心肌狀態(tài)。

系統(tǒng)23包括如圖1所示用于獲得至少心肌的裝置10、比較器24和警報單元26。

裝置10適于獲得心肌的至少一種心肌功能參數(shù)的多個值。

比較器24適于根據(jù)比較標準將心肌功能參數(shù)的多個值與心肌功能參數(shù)的多個預期值相比較。

比較器24例如是處理器。

比較標準可以根據(jù)監(jiān)控的種類而不同。

例如，比較標準是預定閾值。例如，如果片段的機械功低于給定值，這意味著所考慮的片段不處于健康狀態(tài)。

例如，比較標準與心肌功能參數(shù)隨時間的進展，尤其是，在給定時間內心肌功能參數(shù)的衍生值隨時間的進展相關。

為預防梗塞，與舒張末期被動心肌僵硬度有關的比較標準已經表明舒張末期被動心肌僵硬度和梗塞之間的強相關。

為檢測缺血，考慮與片段的機械功的進展相關的比較標準。

警報單元26適于在不滿足比較標準的情況下發(fā)出警報。

警報可以是音響警報或可視警報。

這種系統(tǒng)23能夠有效監(jiān)控心肌狀態(tài)。

優(yōu)選地，系統(tǒng)23是便攜式的。

可以組合本文上述考慮的實施方式和可選實施方式以進一步產生本發(fā)明的實施方式。