一種時間強度曲線的呼吸運動補償及雙峰擬合的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超聲造影成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種時間強度曲線的呼吸運動補償 及雙峰擬合的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲造影劑在臨床B超成像中的引入，有效增強血流回波信號的強度，極大的提 高超聲圖像中灌注組織的對比度，彌補了原有普通超聲檢測信號的不足，并使利用超聲造 影技術(shù)來定量估計血流灌注成為可能。在人體微小血管和組織灌注檢測與成像方面，與CT、 MRI等其他醫(yī)學(xué)檢測方法相比，具有成像效果好、實時、操作簡便、無離子輻射、無損性、使用 面廣等優(yōu)點，因此在醫(yī)學(xué)超聲成像中發(fā)揮著越來越重要的作用。在具體操作中，醫(yī)生通常利 用時間強度曲線（time-intensity curve, TIC)來反映局部組織血液中造影劑含量或濃度 隨時間的變化，來定量分析局部組織的血流灌注信息。TIC的獲取通過采集造影劑在組織血 管灌注過程中的圖像幀序列，選定感興趣區(qū)（region of interesting, ROI)，測量造影后各 幀圖像感興趣區(qū)的聲學(xué)強度，繪制聲學(xué)強度隨時間變化曲線而獲得的。TIC可反映微泡背 向散射強度隨時間的變化，即局部造影劑濃度隨時間的變化。目前，醫(yī)生通常通過提取TIC 的曲線參數(shù)，如峰值、峰值時間、峰面積、沖入率等來進行病理評價，這種操作技術(shù)已在飛利 浦HD15造影定量分析軟件中出現(xiàn)；并已廣泛用于估計心肌血流灌注、區(qū)分肝臟的良性惡性 病變、研宄腫瘤的新生血管的血液供給情況等。
[0003] 然而在進行超聲造影診斷時，病人不自主的呼吸將使待觀察區(qū)域發(fā)生運動偏移， 這在肝臟造影成像中，尤為明顯。而對于TIC的提取則基于某一 ROI的聲學(xué)強度，一般此ROI 在序列B超造影圖像中的位置是固定不變的，這樣，人體的呼吸運動會使前后幀ROI區(qū)域不 是同一位置，而發(fā)生了偏移。這對于醫(yī)生進行定量分析及處理時造成了干擾，并導(dǎo)致結(jié)果出 現(xiàn)錯誤，影響超聲造影定量評價的準確性。在實際操作中，醫(yī)生雖要求病人屏住呼吸，減少 呼吸運動的干擾，但在長達數(shù)分鐘的造影檢查過程中病人并不能持久屏住呼吸。所以，一般 情況下，超聲造影成像是在病人自由呼吸過程中進行的，但呼吸運動的干擾，降低了 TIC提 取的準確性。目前在文獻中用到的呼吸運動補償方法包括圖像配準方法、呼吸門控算法等。 圖像配準方法，如塊匹配方法，算法簡單、易于實現(xiàn)，但其遍歷搜索方法耗時太久，所選用的 平均誤差函數(shù)等作為評判標準并不全面。而呼吸門控算法中目前最新文獻中以主成分分析 方法為代表，但其運算復(fù)雜度較大，不易實現(xiàn)；同時需人工剔除錯誤的肝臟造影圖像，不僅 耗時，而且存在主觀因素的影響。
[0004] 另外，目前文獻、專利中所用到的基于短時團式灌注模型分析TIC時，關(guān)注點主要 是造影劑的首次通過峰擬合曲線及參數(shù)的提取，而忽略了因心臟周期搏動帶來的造影劑在 觀察區(qū)域再循環(huán)峰的客觀存在。而再循環(huán)峰包含了豐富的生理信息。在微泡的濃度達到峰 值濃度之后，隨后發(fā)生的是相對緩慢的微泡濃度下降，直至下降趨勢受到微泡再循環(huán)的干 擾，微泡再循環(huán)尖峰表明微泡已經(jīng)完成整個循環(huán)并重新回到成像目標部位。首次峰和再循 環(huán)峰之間的拐點具有重要的生理學(xué)意義。該拐點是微泡沖出相與再次沖入相的沖入沖出量 相等的時間點，該點的時刻可以作為判斷微循環(huán)及局部血供性能的重要依據(jù)。因此，在對 TIC進行曲線擬合時，要同時關(guān)注首次通過峰和再循環(huán)峰的擬合，即雙峰擬合，只有這樣才 能充分提取TIC曲線所包含的生理學(xué)信息，充分利用TIC曲線來進行病理評價。
[0005] 為此，對TIC進行運動補償，并進行雙峰擬合，對于準確提取TIC趨勢、獲取準確的 灌注信息以及更好地對血流灌注進行評價具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對肝臟超聲造影成像使用TIC進行灌注評價時TIC受到強烈的呼吸運動干擾以 及再次循環(huán)峰被忽略的實際問題，本發(fā)明的目的在于提供一種時間強度曲線的呼吸運動補 償及雙峰擬合的方法。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0008] (1)基于以累積絕對誤差為標準的塊匹配方法，在軸向以及橫向?qū)μ崛∽孕蛄蠦 超造影圖像的時間強度曲線進行呼吸運動補償；
[0009] (2)對呼吸運動補償后的時間強度曲線進行預(yù)處理得到預(yù)處理后的時間強度曲 線，預(yù)處理依次包括頻域濾波、時域濾波以及基線歸零；
[0010] (3)通過強度閾值法和局部最小值法確認擬合區(qū)間的起始點和終止點；
[0011] (4)對預(yù)處理后的時間強度曲線進行再循環(huán)峰擬合判定，如存在再循環(huán)峰，進行再 循環(huán)峰擬合，然后輸出再循環(huán)峰擬合與首次通過峰擬合結(jié)果相加得到的雙峰擬合結(jié)果，并 輸出首次通過峰與再循環(huán)峰的拐點強度值和時刻，拐點是指首次通過峰下降支與再循環(huán)峰 上升支的交叉點。
[0012] 所述步驟（1)具體包括以下步驟：
[0013] (1. 1)設(shè)置當前幀、當前塊的大小以及搜索路徑及搜索區(qū)域；
[0014] (1.2)以下一幀為匹配幀，當前塊所在的中心位置為初始位移，在搜索區(qū)域內(nèi)依次 按軸向、橫向選定匹配塊；
[0015] (1. 3)計算匹配塊與當前塊的累積絕對誤差，找到最小累積絕對誤差所對應(yīng)的匹 配塊的中心位置，計算該匹配塊相對當前塊的軸向偏移位移以及橫向偏移位移；
[0016] (1. 4)重復(fù)步驟（1. 2)~（1. 3)，得到序列B超造影圖像中最小累積絕對誤差所對 應(yīng)的匹配塊的軸向偏移位移以及橫向偏移位移；
[0017] 按幀依次將需提取時間強度曲線的感興趣區(qū)的行、列位置與所述塊匹配方法得到 的橫向偏移位移、軸向偏移位移對應(yīng)疊加，實現(xiàn)運動補償；按幀計算運動補償后的對應(yīng)感興 趣區(qū)內(nèi)的灰度均值以及所述當前幀感興趣區(qū)內(nèi)的灰度均值，得到呼吸運動補償后的時間強 度曲線。
[0018] 所述步驟（2)具體包括以下步驟：
[0019] (2. 1)對呼吸運動補償后的時間強度曲線進行巴特沃斯低通濾波，截止頻率為 0. 2~0. 7Hz，濾波器的階數(shù)為2~3 ;然后進行中值時域濾波，鄰域窗長取值為：時間強度 曲線總數(shù)據(jù)點數(shù)/20 ;
[0020] (2. 2)對于經(jīng)過步驟（2. 1)處理后的呼吸運動補償后的時間強度曲線，選取造影 微泡進入成像平面的時刻之前的時間強度曲線幅值均值作為基線值，將基線值從整個時間 強度曲線序列信號中減去，然后將時間強度曲線中所有的負強度值的點賦值為極小的數(shù)。
[0021] 所述步驟（3)具體包括以下步驟：
[0022] (3. 1)找出時間強度曲線的峰值Ip和峰值時間t p;沿著時間強度曲線的上升階段 按時間增加的方向，找到時間強度曲線強度首次高于IpIO~15%的數(shù)據(jù)點對應(yīng)的時刻，作 為擬合區(qū)間的起始點；
[0023] (3. 2)設(shè)定強度閾值為Ip的40~50%;從tp開始，沿著時間強度曲線下降階段找 到所有局部極小值及對應(yīng)的時刻，保存為局部極小值集合；若局部極小值集合為空，則在時 間強度曲線下降階段按時間增加的方向找到強度首次低于I P20~25%的數(shù)據(jù)點對應(yīng)的時 亥IJ，作為擬合區(qū)間的終止點；
[0024] (3. 3)若局部極小值集合不為空，從距離tp最近的局部極小值對應(yīng)的時刻開始，沿 著時間增加的方向進行判定，如該局部極小值小于所述強度閾值，則將該局部極小值對應(yīng) 時刻作為擬合區(qū)間的終止點，否則循環(huán)至下一個局部極小值點進行判定；如遍歷t p后所有 局部極小值對應(yīng)的時刻，找不到滿足判定條件的局部極小值點，則在時間強度曲線下降階 段按時間增加的方向找到強度首次低于I P20~25 %的數(shù)據(jù)點對應(yīng)的時刻，作為擬合區(qū)間的 終止點。
[0025] 所述步驟（4)具體包括以下步驟：
[0026] (4. 1)對預(yù)處理后的時間強度曲線進行首次通過峰擬合：對預(yù)處理后的時間強度 曲線，確定擬合區(qū)間起始點與終止點，并進行線性GAMM團注模型擬合；GAMM團注模型的 尺度因子以及曲線形狀參數(shù)通過多元線性回歸分析方法確定；
[0027] (4. 2)將預(yù)處理后的時間強度曲線與首次通過峰擬合結(jié)果相減得剩余時間強度曲 線，若剩余時間強度曲線的峰值大于預(yù)處理后的時間強度曲線峰值的20~25%，則進行再 循環(huán)峰擬合，然后輸出雙峰擬合結(jié)果，否則直接輸出首次通過峰擬合結(jié)果。
[0028] 若剩余時間強度曲線的峰值大于預(yù)處理后的時間強度曲線峰值的20~25%，則：
[0029] (1)對剩余時間強度曲線進行再循環(huán)峰擬合：對剩余時間強度曲線，確認擬合區(qū) 間的起始點與終止點，然后進行線性GAMM團注模型擬合；GA