【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于超聲圖像處理，尤其涉及一種基于超快速超聲成像的四維左心室血流速度場重建方法。
技術(shù)介紹
1、目前，對心室血流成像的無輻射檢測方法有磁共振成像(mri)、超聲多普勒成像和基于超聲圖像的回聲粒子圖像測速等方法。其中，mri的成像機制使得其無法檢測非周期性出現(xiàn)且持續(xù)時間短的血流或心肌運動，且成本高昂。而超聲技術(shù)能夠低成本、快速地獲得心肌和心室血流的運動數(shù)據(jù)。因此實際應(yīng)用中，多采用超聲技術(shù)對心室血流成像。
2、現(xiàn)有技術(shù)中，技術(shù)人員通常利用聲斑追蹤法、1d/2d多普勒血流法，或者結(jié)合聲斑追蹤和1d/2d多普勒血流法實現(xiàn)快速2d血流超聲成像或者快速3d超聲射流血流成像，而由于心室血流是高速(>1m/s)的3d動態(tài)渦流，獲取空間速度分量合成為3d速度矢量難度大，目前基于超聲成像的各種算法計算3d成像的幀率低、成像速度慢，仍然無法實時追蹤高速變化的心室內(nèi)血流。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、鑒于上述的分析，本專利技術(shù)旨在提供一種基于超快速超聲成像的四維左心室血流速度場重建方法，實現(xiàn)了對左心室內(nèi)3d血流速度場的實時追蹤。
2、本專利技術(shù)提供了一種基于超快速超聲成像的四維左心室血流速度場重建方法，具體包括如下步驟：
3、獲取左心室血流的多角度的超快速超聲2d高幀頻圖像序列；
4、分別對各角度的所述超快速超聲2d高幀頻圖像序列處理得到各角度的2d高幀頻灰度b-scan超聲圖像序列；
5、基于左心室血流入口處二尖瓣輸入血流速度、心肌壁三維
6、基于所述2d高幀頻灰度b-scan超聲圖像序列對應(yīng)的時刻和各時刻的所述3d左心室血流速度場，得到四維左心室血流速度場。
7、進一步的，所述重建得到各時刻的3d左心室血流速度場包括：
8、基于左心室血流入口處二尖瓣輸入血流速度對各角度的所述2d高幀頻灰度b-scan超聲圖像序列進行聲斑追蹤，計算得到各時刻各角度的平面內(nèi)2d速度場；
9、基于所述心肌壁三維空間對所述各時刻各角度的平面內(nèi)2d速度場進行3d空間插值和3d正則化計算，得到各時刻的3d左心室血流速度場。
10、進一步的，所述各時刻各角度的平面內(nèi)2d速度場使用下式計算：
11、
12、其中，δt表示所述2d高幀頻灰度b-scan超聲圖像序列中相鄰兩幀的間隔時間，pc表示t時刻所述2d高幀頻灰度b-scan超聲圖像序列中一幀圖像的一個空間點，s(pc,t)表示在t時刻以pc點為起點的2d運動矢量；m表示以pc點為中心的聲斑追蹤動態(tài)窗口的像素個數(shù)，i表示灰度值，i(pi,t)表示t時刻聲斑追蹤動態(tài)窗口的第i個像素的灰度值，s表示動態(tài)窗口內(nèi)聲斑的2d運動矢量，·表示卷積。
13、進一步的，所述各時刻的3d左心室血流速度場由下述方程求解得到：
14、
15、其中，λ為正則化參數(shù)，為3d左心室血流速度場，為各角度聲斑追蹤的2d速度場通過3d空間插值得到的3d速度場初值；ρ為心室血流密度；μ為血液粘滯系數(shù)；p為血流壓力；ρca為心肌壁密度；vca為局部心肌壁運動的平均速度；fca為左心室血流系統(tǒng)所受外力。
16、進一步的，所述動態(tài)窗口內(nèi)的圖像灰度分布要大于等于標(biāo)準(zhǔn)差閾值h(t)，所述標(biāo)準(zhǔn)差閾值h(t)由下式計算：
17、
18、當(dāng)所述動態(tài)窗口內(nèi)的圖像灰度分布小于所述標(biāo)準(zhǔn)差閾值時，需要增大動態(tài)窗口的大小，直到所述動態(tài)窗口內(nèi)的圖像灰度分布大于等于所述標(biāo)準(zhǔn)差閾值。
19、進一步的，將整個左心室心肌壁分為17個節(jié)段投射到平面牛眼圖上相應(yīng)的區(qū)域，即17個dv，并對每段心肌壁計算其平均速度vca和確定ρca，以計算fca＝∫ρca·vcadv。
20、進一步的，對左心室血流入口處使用多普勒超聲得到二尖瓣輸入血流速度；使用超聲發(fā)射和回波接收確定心肌壁的三維空間運動。
21、進一步的，所述分別對各角度的所述超快速超聲2d高幀頻圖像序列處理得到各角度的2d高幀頻灰度b-scan超聲圖像序列包括：
22、使用訓(xùn)練好的cnn網(wǎng)絡(luò)對所述各角度的超快速超聲2d高幀頻圖像序列進行優(yōu)化，得到優(yōu)化后各角度的2d高幀頻超聲圖像序列；
23、將所述優(yōu)化后各角度的2d高幀頻超聲圖像序列分別進行超聲圖像后處理，得到各角度的2d高幀頻灰度超聲b-scan圖像序列。
24、進一步的，所述分別對各角度的所述超快速超聲2d高幀頻圖像序列處理得到各角度的2d高幀頻灰度b-scan超聲圖像序列包括：
25、基于所述各角度的超快速超聲2d高幀頻圖像序列得到相應(yīng)的各角度的同相正交數(shù)據(jù)序列；
26、使用訓(xùn)練好的cnn網(wǎng)絡(luò)分別對所述各角度的同相正交數(shù)據(jù)序列進行優(yōu)化，得到優(yōu)化后各角度的同相正交數(shù)據(jù)序列；
27、將所述訓(xùn)練后各角度的同相正交數(shù)據(jù)序列進行超聲圖像后處理，得到各角度的2d高幀頻灰度b-scan超聲圖像序列。
28、進一步的，所述分別對各角度的所述超快速超聲2d高幀頻圖像序列處理得到各角度的2d高幀頻灰度b-scan超聲圖像序列包括：
29、分別將各角度的所述超快速超聲2d高幀頻圖像序列轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的待優(yōu)化的2d灰度b-scan超聲圖像序列；
30、使用訓(xùn)練好的cnn網(wǎng)絡(luò)對各角度的所述待優(yōu)化的2d灰度b-scan超聲圖像序列進行優(yōu)化，得到各角度的2d高幀頻灰度b-scan超聲圖像序列。
31、本專利技術(shù)至少可以實現(xiàn)下述之一的有益效果：
32、通過采用新型超聲換能器同時獲取多角度的超快速超聲圖像序列，進一步獲取相應(yīng)的多角度2d速度場，引入基于navier-stokes的3d流體物理特性構(gòu)建出3d心室血流速度場，解決了現(xiàn)有3d超聲技術(shù)成像速度慢，無法實時追蹤3d血流速度場的技術(shù)問題。
33、基于navier-stokes的3d流體物理特性構(gòu)建3d心室血流速度場，通過結(jié)合navier-stokes正則化的速度重建算法，同時考慮血流的慣性、壓力以及粘性力對血液流動規(guī)律的影響，以及心肌壁對血流系統(tǒng)的外部作用力(各部分心肌對血流系統(tǒng)的合力)，使得重建3d心室血流速度場更為準(zhǔn)確。
34、傳統(tǒng)的相干復(fù)合成像通過多次發(fā)射和接收成像，去除超快速超聲成像的噪聲得到高質(zhì)量圖像，無法滿足實時追蹤3d血流速度場的需求；而本專利技術(shù)只需一次成像，通過使用cnn(卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))對超快速超聲成像獲得的多角度2d圖像序列進行訓(xùn)練，即可得到高時空分辨率的多角度2d超聲圖像序列，既解決了超快速超聲成像圖像質(zhì)量差的問題，又滿足了實時追蹤3d血流速度場的需求。
35、通過采用新型超聲換能器，僅需進行一次超聲發(fā)射-接收即可獲取目標(biāo)范圍內(nèi)各個角度的全部信息，相對于超聲多普勒和傳統(tǒng)聚焦掃描成像需要多次成像的過程更為高效，更便于實施對左心室內(nèi)3d血流速度場的實時追本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于超快速超聲成像的四維左心室血流速度場重建方法,其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，所述重建得到各時刻的3D左心室血流速度場包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，所述各時刻各角度的平面內(nèi)2D速度場使用下式計算：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，所述各時刻的3D左心室血流速度場由下述方程求解得到：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，所述動態(tài)窗口內(nèi)的圖像灰度分布要大于等于標(biāo)準(zhǔn)差閾值H(T)，所述標(biāo)準(zhǔn)差閾值H(T)由下式計算：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，將整個左心室心肌壁分為17個節(jié)段投射到平面牛眼圖上相應(yīng)的區(qū)域，即17個dV，并對每段心肌壁計算其平均速度vca和確定ρca，以計算Fca＝∫ρca·vcadV。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，對左心室血流入口處使用多普勒超聲
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，所述分別對各角度的所述超快速超聲2D高幀頻圖像序列處理得到各角度的2D高幀頻灰度B-Scan超聲圖像序列包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，所述分別對各角度的所述超快速超聲2D高幀頻圖像序列處理得到各角度的2D高幀頻灰度B-Scan超聲圖像序列包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，所述分別對各角度的所述超快速超聲2D高幀頻圖像序列處理得到各角度的2D高幀頻灰度B-Scan超聲圖像序列包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于超快速超聲成像的四維左心室血流速度場重建方法,其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，所述重建得到各時刻的3d左心室血流速度場包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，所述各時刻各角度的平面內(nèi)2d速度場使用下式計算：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，所述各時刻的3d左心室血流速度場由下述方程求解得到：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，所述動態(tài)窗口內(nèi)的圖像灰度分布要大于等于標(biāo)準(zhǔn)差閾值h(t)，所述標(biāo)準(zhǔn)差閾值h(t)由下式計算：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的四維左心室血流速度場重建方法，其特征在于，將整個左心室心肌壁分為17個節(jié)段投射到平面牛眼圖上相應(yīng)的區(qū)域，即17個dv，并對每段心肌壁計算其平...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧熠寧，高航，黃成軍，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院微電子研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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