專(zhuān)利名稱(chēng)：一種計(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)明涉及一種計(jì)算心肌背向散射積分起伏程度(以下簡(jiǎn)稱(chēng)CVIB)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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計(jì)算心肌背向散射積分起伏程度的方法，利用圖像相關(guān)技術(shù)自動(dòng)跟蹤關(guān)注點(diǎn)，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)明提出的計(jì)算心肌背向散射積分起伏程度的方法，包括以下步驟(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是優(yōu)化窗圖像相關(guān)法，其過(guò)程包括以下步驟(1)設(shè)相關(guān)窗為正方形，邊長(zhǎng)為W；(2)根據(jù)上述設(shè)定的相關(guān)窗，用圖像相關(guān)法，求出關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在B超圖像序列的前四幀圖像中任意兩幀間的相對(duì)位移；(3)計(jì)算關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在任意兩幀間的由直接估計(jì)得到的相對(duì)位移與由累積相加得到的相對(duì)位移之間的差值，求所有差值之和ERR(w)；(4)重復(fù)步驟(2)和(3)，并找出差值之和為最小時(shí)的相關(guān)窗邊長(zhǎng)V；(5)利用邊長(zhǎng)為V的相關(guān)窗追蹤關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在各幀B超圖像上的位置。
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，用優(yōu)化窗圖像相關(guān)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)，虛線框代表利用圖像相關(guān)求位移的窗，是以關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)為中心的正方形窗。
圖2本發(fā)明方法中確定優(yōu)化相關(guān)窗尺寸的原理示意圖。
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)注心肌質(zhì)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)。
具體實(shí)施例方式
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，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)，圖1中的“*”號(hào)為選取的心肌質(zhì)點(diǎn)。
(4)追蹤關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在其余各幀圖像上的位置。對(duì)心臟B超圖像上的一點(diǎn)進(jìn)行追蹤的方法為優(yōu)化窗圖像相關(guān)法。
(5)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；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為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優(yōu)化窗圖像相關(guān)法，其過(guò)程包括以下步驟(1)設(shè)相關(guān)窗為正方形，邊長(zhǎng)為w；(2)根據(jù)上述設(shè)定的相關(guān)窗，用圖像相關(guān)法，求出關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在B超圖像序列的前四幀圖像中任意兩幀間的相對(duì)位移。令dij(i＜j)為關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在第i幀與第j幀之間的相對(duì)位移，這一步將得到d12、d23、d34、d13、d24、d14。參見(jiàn)圖2，dij本應(yīng)是個(gè)矢量，為了方便繪圖，圖2中只畫(huà)出一個(gè)方向的位移。
(3)計(jì)算關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在任意兩幀間的由直接估計(jì)得到的相對(duì)位移與由累積相加得到的相對(duì)位移之間的差值，求所有差值之和ERR(w)。定義Δdij為直接估計(jì)得到的相對(duì)位移與由累積相加得到的相對(duì)位移之間的差值，即
Δdij=abs(dij-Σb=ib=j-1db,b+1)|(i<j,j<=4)----(3)]]>式(3)中減號(hào)左邊為直接估計(jì)的第i幀到第j幀的位移，減號(hào)右邊為通過(guò)求累加求和計(jì)算的第i幀到第j幀的位移。例如，Δd13＝abs(d13-(d12+d23))，d13代表直接計(jì)算出的第1幀到第3幀的位移，d12+d23則是通過(guò)計(jì)算出第一幀到第二幀的位移，第二幀到第三幀的位移，二者相加得到的第一幀到第三幀位移(參見(jiàn)圖2)。如果計(jì)算正確，Δdij應(yīng)該趨近于零。ERR(w)可以由公式(4)進(jìn)行計(jì)算Err(w)=ΣΔdij|(i<j,j<=4)----(4)]]>由于Δdij應(yīng)該趨近于零，所理想狀況下，ERR(w)的值也應(yīng)該趨近于零。
(4)改變w的值，重復(fù)步驟(2)和(3)，并找出差值之和為最小時(shí)的相關(guān)窗邊長(zhǎng)V；(5)利用邊長(zhǎng)為V的相關(guān)窗追蹤關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在各幀B超圖像上的位置。
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是用本發(fā)明所說(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，本發(fā)明方法可以有效避免對(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)。
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，并且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以下步驟(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是優(yōu)化窗圖像相關(guān)法，其過(guò)程包括以下步驟(1)設(shè)相關(guān)窗為正方形，邊長(zhǎng)為W；(2)根據(jù)上述設(shè)定的相關(guān)窗，用圖像相關(guān)法，求出關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在B超圖像序列的前四幀圖像中任意兩幀間的相對(duì)位移；(3)計(jì)算關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在任意兩幀間的由直接估計(jì)得到的相對(duì)位移與由累積相加得到的相對(duì)位移之間的差值，求所有差值之和ERR(w)；(4)重復(fù)步驟(2)和(3)，并找出差值之和為最小時(shí)的相關(guān)窗邊長(zhǎng)V；(5)利用邊長(zhǎng)為V的相關(guān)窗追蹤關(guān)注心肌質(zhì)點(diǎn)在各幀B超圖像上的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種計(jì)算心肌背向散射積分起伏程度的方法，屬于醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)領(lǐng)域。本方法首先掃描被測(cè)對(duì)象心臟，連續(xù)采集超聲射頻信號(hào)后重建反映掃描區(qū)域結(jié)構(gòu)的B超圖像序列，從第一幀圖像上選取關(guān)注的心肌質(zhì)點(diǎn)，并追蹤其在其余各幀圖像上的位置；根據(jù)該位置，從超聲射頻信號(hào)中找出其在不同時(shí)刻的射頻信號(hào)段，計(jì)算背向散射積分曲線和背向散射積分起伏程度。本發(fā)明的方法可有效地區(qū)分正常心肌和缺血心肌。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。本方法還用優(yōu)化窗圖像相關(guān)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。
文檔編號(hào)G06F17/00GK1586405SQ20041006276
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)