專利名稱：一種基于光流分析計(jì)算心肌背向散射積分起伏程度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種基于光流分析計(jì)算心肌背向散射積分起伏程度的方法，屬于醫(yī)學(xué)超聲領(lǐng)域，特別用于心肌的超聲組織定征即心肌缺血的檢測(cè)。
背景技術(shù)：
冠心病和心肌梗塞在人群中的發(fā)病率非常高，尤其在中老年人群中，是當(dāng)今社會(huì)的主要致死病因。經(jīng)臨床研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)冠心病或心肌梗塞患者，在患病初期，均有心肌缺血癥狀。因此，如果能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)他們的心肌缺血癥狀，找出心肌缺血的位置，就可能更及時(shí)地采取治療措施，對(duì)預(yù)防和救治冠心病或心肌梗塞的病人提供技術(shù)上的幫助。
大量實(shí)驗(yàn)研究表明，心肌的超聲背向散射積分(以下簡(jiǎn)稱IB)可以成為一個(gè)定量診斷心肌缺血的新參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)中可以觀察到，IB隨心動(dòng)周期出現(xiàn)周期性的起伏，一般稱這種周期性起伏的幅度為CVIB。對(duì)正常心肌，CVIB值較大，對(duì)缺血心肌，CVIB值較小。如果得到心肌在整個(gè)心動(dòng)周期的IB曲線，并計(jì)算CVIB值，就可以對(duì)心肌供血狀況有一個(gè)基本了解。
目前，利用IB進(jìn)行心肌缺血診斷的主要應(yīng)用是由診斷人員在B超圖上選取一點(diǎn)(實(shí)際對(duì)應(yīng)于一小塊心肌，稱該點(diǎn)為關(guān)注點(diǎn))，計(jì)算它的CVIB值以對(duì)其心肌供血狀況進(jìn)行分析。在已有技術(shù)，對(duì)關(guān)注點(diǎn)一般采用兩種獲得IB曲線的方法第一種方法是完全不考慮心肌的運(yùn)動(dòng)，即關(guān)注點(diǎn)坐標(biāo)不隨B超圖像幀數(shù)的切換而變化。當(dāng)診斷人員從第一幀B超圖上選定對(duì)應(yīng)于心肌的關(guān)注點(diǎn)后，取出該點(diǎn)坐標(biāo)在B超圖每一幀分別對(duì)應(yīng)的射頻信號(hào)，然后計(jì)算IB，從而得到IB曲線。這種方法的缺點(diǎn)是存在計(jì)算誤差。
第二種獲取IB曲線的方法考慮了心肌的運(yùn)動(dòng)。由于自動(dòng)跟蹤關(guān)注點(diǎn)在各幀的坐標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)人采取了手工跟蹤的方法，即由醫(yī)生對(duì)B超圖像逐幀地手工標(biāo)出關(guān)注點(diǎn)的位置，然后再計(jì)算IB曲線。從效果上來(lái)說(shuō)，這種做法確實(shí)優(yōu)于第一種，但是，使用這種方法，診斷人員的工作量比較大，實(shí)用性因此受到很大限制。另外，由于對(duì)關(guān)注點(diǎn)的跟蹤基于人的主觀判斷，不同的人對(duì)同一數(shù)據(jù)，可能會(huì)有不同的追蹤結(jié)果，這為最后計(jì)算出的CVIB值帶來(lái)了人為因素的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于光流分析計(jì)算心肌背向散射積分起伏程度的方法，基于光流分析技術(shù)，自動(dòng)跟蹤關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上計(jì)算CVIB，從而對(duì)關(guān)注點(diǎn)代表的心肌供血情況做出準(zhǔn)確的判斷。
本發(fā)明提出的基于光流分析計(jì)算心肌背向散射積分起伏程度的方法，包括如下步驟(1)掃描被測(cè)對(duì)象心臟，連續(xù)采集超聲射頻信號(hào)；(2)根據(jù)上述超聲射頻信號(hào)，重建反映掃描區(qū)域結(jié)構(gòu)的B超圖像序列；(3)在上述B超圖像序列的第一幀圖像上選取關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)；(4)追蹤上述關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在其余各幀圖像上的位置；(5)根據(jù)關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)在各幀的位置，從上述采集的超聲射頻信號(hào)中找出其在不同時(shí)刻的射頻信號(hào)段，計(jì)算該射頻信號(hào)段的背向散射積分值，獲得背向散射積分曲線；(6)根據(jù)關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)的背向散射積分曲線，計(jì)算該心肌質(zhì)點(diǎn)的背向散射積分起伏程度。
上述方法中追蹤關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在其余各幀圖像上的位置的方法，包括如下步驟(1)以關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)為中心，在第一幀B超圖像上選取一個(gè)正方形子圖像，在第二幀B超圖像的同樣位置選取同樣大小的正方形子圖像；(2)對(duì)從上述連續(xù)兩幀B超圖像中取出的兩幅子圖像進(jìn)行光流計(jì)算，得到兩幅子圖像之間的位移場(chǎng)；(3)計(jì)算上述位移場(chǎng)的平均位移值，將其作為關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在兩幀B超圖像中之間的位移；(4)重復(fù)步驟(1)～(3)，依次計(jì)算關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在每相鄰兩幀B超圖像中的位移。
利用本發(fā)明提出的計(jì)算心肌背向散射積分起伏程度的方法，對(duì)正常人，心肌缺血病人進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明，從正常人B超圖像上選取關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)，或者從心肌缺血病人B超圖像上選取位于非缺血區(qū)域的關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)，計(jì)算CVIB值，得到的結(jié)果明顯大于關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)選取在心肌缺血病人B超圖像的缺血區(qū)域時(shí)的結(jié)果，這表明本發(fā)明提出的方法可有效地區(qū)分正常心肌和缺血心肌。另外，對(duì)于現(xiàn)有基于固定點(diǎn)計(jì)算CVIB的方法，本發(fā)明所提方法可以有效避免現(xiàn)有方法可能產(chǎn)生誤判的情況。此外，用基于光流分析的方法對(duì)關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在各幀的位置進(jìn)行追蹤，得到的結(jié)果也比較準(zhǔn)確。


圖1為本發(fā)明方法中重建的B超圖像。圖像上的“*”號(hào)代表要關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)。
圖2是本發(fā)明的基于光流計(jì)算追蹤關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)的原理示意圖，其中圖2(a)和2(b)為B超圖像中選出的連續(xù)兩幀，正方形框?yàn)檫x出的子圖像；圖2(c)按照坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系將光流計(jì)算結(jié)果疊加上B超圖像的子圖像。
圖3為將心肌質(zhì)點(diǎn)追蹤的結(jié)果與對(duì)應(yīng)IB曲線和心電信號(hào)進(jìn)行比較示意圖，其中圖3(a)為關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于第一幀B超圖像在x方向的位移情況，圖3(b)為關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于第一幀B超圖像在y方向的位移情況，圖3(c)為IB曲線的變化情況，圖3(d)為心電信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的基于光流分析計(jì)算心肌背向散射積分起伏程度的方法，其具體步驟為(1)掃描被測(cè)對(duì)象心臟，連續(xù)采集超聲射頻信號(hào)。本發(fā)明的實(shí)施例中，用常用B超設(shè)備的探頭對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行掃描，從B超設(shè)備內(nèi)部電路提取波束合成后的射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大，用高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，一般要求采集時(shí)間超過(guò)1秒，采樣率10M，本發(fā)明一實(shí)施例使用的是AD-LINK公司的PCI-9812數(shù)據(jù)采集卡。
(2)根據(jù)上述超聲射頻信號(hào)，重建反映掃描區(qū)域結(jié)構(gòu)的B超圖像序列，重建B超圖像序列的方法為對(duì)射頻信號(hào)去直流后，做HILBERT變換，然后按照B超系統(tǒng)中的DSC算法，即可形成最后圖像序列。圖1為重建的B超圖像序列中的第一幀。
(3)在上述B超圖像序列的圖1所示的第一幀圖像上選取關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)，圖1中的“*”號(hào)為選取的心肌質(zhì)點(diǎn)。
(4)追蹤上述關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在其余各幀圖像上的位置；(5)根據(jù)關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)在各幀的位置，從上述采集的超聲射頻信號(hào)中找出其在不同時(shí)刻的射頻信號(hào)段，計(jì)算該射頻信號(hào)段的背向散射積分值，獲得背向散射積分曲線。計(jì)算IB的公式為IB(t0)=10log10(∫t0-Δtt0+Δtx2(t)dt)----(1)]]>公式(1)中，x(t)是指射頻信號(hào)。
(6)根據(jù)關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)的背向散射積分曲線，計(jì)算該心肌質(zhì)點(diǎn)的背向散射積分起伏程度。計(jì)算CVIB可以采取公開(kāi)文獻(xiàn)的任何一種方法，本實(shí)施例使用一階傅立葉級(jí)數(shù)法，其過(guò)程為CVIB＝4*max(|X(k)|)/N (2)其中，N是IB序列的長(zhǎng)度，X(k)是長(zhǎng)度為N的IB序列在頻域10*N點(diǎn)的CZT變換。
上述方法中追蹤關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在其余各幀圖像上的位置的方法是基于光流分析的方法，其過(guò)程包括如下步驟(1)以關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)為中心，在第一幀B超圖像上選取一個(gè)正方形子圖像，在第二幀B超圖像的同樣位置選取同樣大小的正方形子圖像。參見(jiàn)圖2(a)和圖2(b)，圖2(a)和圖2(b)為連續(xù)的兩幀B超圖象，方框內(nèi)為選取的子圖像。
(2)對(duì)從上述連續(xù)兩幀B超圖像中取出的兩幅子圖像進(jìn)行光流計(jì)算，得到兩幅子圖像之間的位移場(chǎng)。此處使用的光流分析方法為phase based optical flow方法，對(duì)圖2(a)和圖2(b)選出的子圖像，光流分析的結(jié)果見(jiàn)圖2(c)，圖2(c)為光流計(jì)算的結(jié)果按照坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系疊加到原子圖像的結(jié)果(相對(duì)于圖2(a)和圖2(b)顯示的子圖像，圖2(c)有一定放大)。
(3)計(jì)算上述位移場(chǎng)的平均位移值，將其作為關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在兩幀B超圖像中之間的位移；(4)重復(fù)上述步驟(1)～(3)，依次計(jì)算關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在每相鄰兩幀B超圖像中的位移。需要注意，在每幀選取用于相關(guān)計(jì)算的子圖像的位置并非都和第一幀選取的子圖像一樣，要根據(jù)所追蹤到的關(guān)注點(diǎn)位置隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證關(guān)注點(diǎn)始終處于用于相關(guān)計(jì)算的子圖像中央。
表1，表2分別顯示了正常人和室間隔心肌缺血病人室間隔處心肌的CVIB計(jì)算結(jié)果比較、室間隔心肌缺血病人室間隔心肌和其余位置心肌CVIB比較、從表1、表2可以看到用本發(fā)明所說(shuō)方法對(duì)缺血心肌和正常心肌的CVIB計(jì)算結(jié)果有非常明顯的區(qū)別。表3是用本專利所說(shuō)的方法和傳統(tǒng)基于固定點(diǎn)的方法分別進(jìn)行計(jì)算CVIB的比較，可以看到，對(duì)基于固定點(diǎn)的方法可能導(dǎo)致CVIB計(jì)算有誤的情況(關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)選到心肌邊緣)，本發(fā)明所提方法可以有效避免。
圖3為對(duì)心肌質(zhì)點(diǎn)追蹤的結(jié)果、對(duì)應(yīng)IB曲線、心電信號(hào)相互比較情況。其中圖3(a)為關(guān)注點(diǎn)相對(duì)于第一幀在x方向的位移情況，圖3(b)為關(guān)注點(diǎn)相對(duì)于第一幀在y方向的位移情況，圖3(c)為IB曲線的變化情況，圖3(d)為心電信號(hào)。從圖3可以看到，x方向位移，y方向位移，IB曲線都顯示出了良好的周期性，其中x方向位移的周期性略差一些，不過(guò)在可接受范圍內(nèi)，另外這種周期性是和心動(dòng)周期(即心電信號(hào)的信號(hào))吻合非常好，這和心肌運(yùn)動(dòng)特征相符合。這證明本發(fā)明所提關(guān)注點(diǎn)追蹤方法很準(zhǔn)確。
表1 正常人和室間隔心肌缺血病人室間隔CVIB比較

表2 室間隔心肌和其余位置心肌CVIB比較

表3 基于固定點(diǎn)CVIB計(jì)算和基于相關(guān)追蹤C(jī)VIB計(jì)算結(jié)果比較

權(quán)利要求
1.一種基于光流分析計(jì)算心肌背向散射積分起伏程度的方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)掃描被測(cè)對(duì)象心臟，連續(xù)采集超聲射頻信號(hào)；(2)根據(jù)上述超聲射頻信號(hào)，重建反映掃描區(qū)域結(jié)構(gòu)的B超圖像序列；(3)在上述B超圖像序列的第一幀圖像上選取關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)；(4)追蹤上述關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在其余各幀圖像上的位置；(5)根據(jù)關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)在各幀的位置，從上述采集的超聲射頻信號(hào)中找出其在不同時(shí)刻的射頻信號(hào)段，計(jì)算該射頻信號(hào)段的背向散射積分值，獲得背向散射積分曲線；(6)根據(jù)關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)的背向散射積分曲線，計(jì)算該心肌質(zhì)點(diǎn)的背向散射積分起伏程度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中追蹤關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在其余各幀圖像上的位置的方法，包括如下步驟(1)以關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)為中心，在第一幀B超圖像上選取一個(gè)正方形子圖像，在第二幀B超圖像的同樣位置選取同樣大小的正方形子圖像。(2)對(duì)從上述連續(xù)兩幀B超圖像中取出的兩幅子圖像進(jìn)行光流計(jì)算，得到兩幅子圖像之間的位移場(chǎng)；(3)計(jì)算上述位移場(chǎng)的平均位移值，將其作為關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在兩幀B超圖像中之間的位移；(4)重復(fù)步驟(1)～(3)，依次計(jì)算關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在每相鄰兩幀B超圖像中的位移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于光流分析計(jì)算心肌背向散射積分起伏程度的方法，屬于醫(yī)學(xué)超聲領(lǐng)域。首先掃描被測(cè)對(duì)象心臟，連續(xù)采集超聲射頻信號(hào)；根據(jù)超聲射頻信號(hào)，重建反映掃描區(qū)域結(jié)構(gòu)的B超圖像序列；在B超圖像序列的第一幀圖像上選取關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)；追蹤關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在其余各幀圖像上的位置；根據(jù)關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)在各幀的位置，從采集的超聲射頻信號(hào)中找出其在不同時(shí)刻的射頻信號(hào)段，計(jì)算該射頻信號(hào)段的背向散射積分值，獲得背向散射積分曲線；根據(jù)關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)的背向散射積分曲線，計(jì)算該心肌質(zhì)點(diǎn)的背向散射積分起伏程度。本發(fā)明方法可有效地區(qū)分正常心肌和缺血心肌。并可有效避免現(xiàn)有方法產(chǎn)生誤判的情況。
文檔編號(hào)A61B8/00GK1586403SQ20041006276
公開(kāi)日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者白凈, 蔣勇, 張永紅 申請(qǐng)人:清華大學(xué)