基于微泡浓度归一化处理的亚谐波信号分析及其测定门静脉压力的实验研究

Portal hypertension a serious threat to cirrhotic patients which may cause lethal gastrointestinal bleeding. Portal pressure measurement can predict the risk of bleeding and evaluate anti-hypertension effect of drug. Measurements through portal vein catheterization is the reference standard for the determination of portal pressure, however it is invasive and pricy and difficult to monitor liver disease progress through repeated measurements. Accurate noninvasive measurement of portal pressure method is needed.Studies have shown that nonlinear signal from microbubble contrast-enhanced ultrasound imaging is relavant to ambient pressure, especially the subharmonic signal.But the signal would be influence by the local microbubble concentration. Few study focused on the management of local microbubble concentration in evaluation of blood pressure using sub-harmonic signal. Normalization is a dimensionless processing method, widely used in the field of statistics and signal processing. In order to accurately analyze the relationship between sub-harmonic signal and portal pressure, local microbubble concentration should be normalized because it is difficult to control.In this study, we will make phantom and animal models of portal hypertension to explore a method of portal pressure evaluation using sub-harmonic radiofrequency signal after microbubble concentration normalization ,so as to provide early diagnosis and accurate evaluation of portal hypertension.

门静脉高压症严重威胁患者生命，消化道大出血是致死主因。测定门静脉压力可预测出血风险、评价药物降压效果。目前门静脉导管术是测定门静脉压力主要方法，但该法有创且价昂，难以重复测量来监测肝病进展和评价药效。临床上尚缺乏准确测量门脉压力的无创方法。研究表明，超声造影时微泡产生的非线性信号强度与微泡外周压力相关，且与亚谐波信号的相关性最大，可用于血压的无创检测。然而亚谐波信号强度还受局部微泡浓度影响，且局部微泡浓度难以准确测定，目前在利用亚谐波信号测定血压的研究中，局部微泡浓度对测定结果的影响仍难以避免。归一化是一种无量纲处理方法，广泛应用于数据统计和信号处理等领域。本研究拟在前期通过无限冲激响应带通滤波获取亚谐波射频信号的基础上，制作仿体和门静脉高压动物模型，对局部微泡浓度作归一化处理后分析亚谐波射频信号强度与门静脉压力的相关性，以期无创测得门静脉压力，为门脉高压症的诊治提供早期、准确的评价指标。

门静脉高压是肝硬化的常见并发症，导致的消化道大出血严重威胁患者的健康和生命。门静脉压力评估是研究门脉高压的重要手段。本研究完成了压力可调仿生门静脉血管系统的建立；在仿体实验中分析了基于微泡亚谐波信号强度与血管压力的关系；完成了门静脉高压动物模型的建模；分析了动物实验中超声造影亚谐波信号强度与门静脉压力的关系。建立的压力可控密闭循环仿体，自主设计了控制软件，可精确调节并保持仿体血管内的压力，调节范围0-20Kpa，精度0.1KPa。通过该仿体系统，实验获得仿生血管内模拟临床应用的超声造影剂的浓度1:3000和1:6000两种不同微泡浓度下的超声造影射频信号，并进行信号重建和分析。分析结果显示，在不同区段、不同的列点的亚谐波信号与压力值的相关系数有差异，但总体来说二者之间存在一定的相关性。在不同浓度下，亚谐波信号幅值与微泡外周压力的相关性存在差异，在1:3000浓度下二者的相关性关系更高，相关系数为0.314。表明当浓度太低时微泡不能很好地充盈血管，导致超声显影效果不佳，得到的相关性较差。对于超声图像不同列的信号，其超声亚谐波信号也有不同，与压力值的对应关系也会发生改变，其相关性也就存在差异，应选择信号较强列的信号进行读取。在门静脉高压动物模型的建模和优化实验中，术中超声的精确引导是造模成功的关键。从肠系膜分支血管处置入测压导管至门静脉主干，通过电子测压装置可以精确监测门静脉压力；在超声引导下可实现超选择置入5F栓塞导管至门静脉的肝内分支，在术中超声的引导下精准置入导管的成功率为100%。从栓塞导管内注射粒径350µm的明胶海绵栓塞剂，可以有效地栓塞肝内门静脉的分支，获取3个间隔≥5mmHg的门静脉压力梯度，实现不同门静脉压力下的超声微泡亚谐波成像。通过动物实验，获取了不同机械指数和不同门静脉压力下的亚谐波造影信号，分析显示机械指数越高亚谐波频率处的能量越强，亚谐波处的能量大小和压力大小成反相关，符合我们的实验预想结果，也和体外模型实验的结论符合。