[发明专利]一种心肌声学造影图像定量分析的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种心肌声学造影图像定量分析的方法，尤其涉及一种基于光流场计算散斑跟踪技术的心肌声学造影图像定量分析方法。

(二)背景技术

在心肌声学造影(Myocardial Contrast Echocardiography，MCE)图像定量分析的临床应用中，人们经由MCE时间-强度曲线得到某心肌节段的冠脉微循环血流动力学参数，如血容量、血流速度、血流量等供临床医师定量评价心肌灌注。MCE图像定量分析的一般原理是：测量某心肌节段的所选择感兴趣(Region of Interest，ROI)区域的取样点dB值。这里，ROI区域的中心称作取样点，ROI区域像素值的平均称作取样点dB值。国内外学者以往的研究都证明：超声切面内的微泡浓度随触发时间延长呈指数上升，其变化规律可用Y＝A(1-e^-βX)(A＞0，β＞0)数学模型描述。模型中的参数A反映了心肌微血管的血容量，参数β反映了心肌微血管的血流速度，A·β则反映了心肌微血管的血流量。由所选择ROI区域的取样点dB值测量数据，采用非线性回归分析方法，求解以上数学模型，便可获得反映某心肌节段冠脉微循环各项临床指标的MCE时间-强度曲线。上述MCE图像定量分析的基本前提是：某心肌节段所选择的ROI区域，在存储的MCE图像序列不同帧上，是完全相同的心肌区域。但在临床实践中，诸如超声探头位置或方位的细微变化、患者体动、心脏跳动、呼吸及其他脏器蠕动之类的因素是不可能完全避免的，致使MCE图像序列存在较严重的帧间失准问题，并最终导致所选择的ROI区域在MCE图像序列不同帧上的位置发生“漂移”。若不考虑上述MCE图像序列的帧间失准问题，换言之，若不跟踪所选择ROI区域在MCE图像序列不同帧上的位置变化，MCE图像的定量分析便会失去准确性与客观性，分析结果的临床有效性也难以保证。

据查，目前已投入临床应用的MCE定量分析软件，大致分为两类。一类如孙丰荣、张明强等在《生物医学工程学杂志》(心肌造影超声心动图定量分析软件系统的设计与实现，2005；一种新的基于MCE的心肌微循环定量分析系统的研制，2008)等学术刊物中报道的MCE图像定量分析软件系统。该类软件在其MCE图像定量分析中，某心肌节段所选择的ROI区域，在MCE图像序列不同帧上的位置是静止不变的。即，该类软件没有考虑MCE图像序列的帧间失准所导致的ROI区域在MCE图像序列不同帧上的位置变化。显然，应用该类软件对MCE图像进行定量分析，其准确性和临床有效性有待商榷。另外的一类MCE定量分析软件则采用手动或交互式处理方法以应对所选择ROI区域在MCE图像序列不同帧上的位置变化，比如GE公司的Vivid7型超声设备，该设备在超声序列图像播放过程中，允许观察者对所选择ROI区域位置“漂移”比较明显的帧手动改变所选择ROI区域的位置，这种人工调整所选择ROI区域位置的方法操作繁琐、耗时，MCE图像定量分析的准确性很大程度上取决于临床医师的经验和知识。另据查，目前为止，也有学者关注MCE图像序列的帧间失准所导致的ROI区域在MCE图像序列不同帧上的位置变化问题，如M.L.Lope博士(2003)在文章Improving Myocardial Contrast EchocardiographyImages Registration byIncreasing Images Similarity中，综合基于分割与基于像素属性的图像配准技术提出的一种半自动的MCE超声序列图像的弹性配准算法，该算法的配准精度和有效性取决于分割阶段人工选择的模板，无法实现配准过程的自动化，且计算效率和鲁棒性不理想。

(三)发明内容

针对背景技术中所述的：(1)或者不考虑MCE图像序列的帧间失准所导致的ROI区域在MCE图像序列不同帧上的位置变化问题，致使分析结果的准确性和临床有效性难以保证，(2)或者考虑该问题但依赖于人工调整，致使分析过程缺乏自动化、分析结果缺乏客观性，(3)或者考虑该问题并采用序列图像配准的解决问题思路，但方法大都准确性差、鲁棒性低，本发明提出一种基于光流场计算散斑跟踪技术的MCE图像定量分析方法，该方法通过计算MCE图像序列的光流场，进而获得所选择ROI区域的位移，通过位移准确定位所选择ROI区域在MCE图像序列每一帧中的位置，继而由所选择ROI区域的取样点dB值测量数据，采用非线性回归分析方法，求解相关数学模型并绘制MCE时间-强度曲线。

本发明的技术方案如下：

一种基于光流场计算散斑跟踪技术的MCE定量分析方法，步骤如下：

S1)确定光流计算中的能量方程