[发明专利]一种亚像素精度的快速三维超声心动图散斑跟踪方法

说明书

本发明涉及一种亚像素精度的快速三维超声心动图散斑跟踪方法，包括：由操作医师选取跟踪点，并进行块大小、搜索区域大小等初始参数的设定；隔帧(奇数帧)对参考块像素值进行校准后执行1/16亚像素精度的块匹配跟踪；通过样条插值计算获得偶数帧跟踪点坐标，并由计算机在3D超声心动图序列图像上自动标注心肌组织感兴趣区域。本发明实现了一种高精度的快速3D超声心动图散斑跟踪方法，且该方法具有良好的自适应特性和鲁棒性。本发明方法适用于旨在实现心脏功能精确评价和定量诊疗的3D STE成像技术。本发明方法的2D变体是一种亚像素精度的快速2D超声心动图散斑跟踪方法。

技术领域

本发明涉及一种三维(3D)超声心动图散斑跟踪方法，尤其涉及一种亚像素精度的快速3D超声心动图散斑跟踪方法，属于医学超声图像处理技术领域，旨在实现心脏功能精确评价和定量诊疗的3D STE成像技术(3D Speckle TrackingEchocardiography)。

背景技术

心力衰竭是冠心病、高血压、先天性心脏病、瓣膜性心脏病、心肌病等心血管疾病发展的最后阶段，是造成心血管疾病患者死亡的主要原因和临床治疗的最后战场，被认为是21世纪心血管界面临的最大挑战。对易患心力衰竭的高危人群，早期进行心脏功能的定量评价，及早识别心脏收缩与舒张功能异常并进行有效的干预，有利于预防和延缓心力衰竭的发生和发展，从而有助于延长心血管疾病患者的寿命和改善预后。散斑跟踪三维超声心动图(3D Speckle TrackingEchocardiography，3D STE)正是这样一种新兴的、旨在实现心脏功能精确评价和定量诊疗的超声成像技术，它通过对3D超声心动图散斑(Speckle)或散斑模式(Speckle pattern)的跟踪和运动分析，能精确地实现心肌组织的速度向量成像、应变和应变率成像，以及左心室扭转角位移、扭转力矩、扭转角速度等运动参数的测量与显像，从而为临床医生客观评估心肌的整体和局部功能、心室的收缩与舒张功能提供定量分析依据，也为临床医生定量研究心肌组织的生物弹性力学特性提供技术手段。

超声心动图散斑跟踪方法中要跟踪分析的散斑或散斑模式，在图像处理实践中则是位于心肌组织内的若干感兴趣区域(ROI)，亦即传统块匹配处理的块或核(Block/Kernel)。而见诸文献报道的超声心动图散斑跟踪方法主要有两类：块匹配的散斑跟踪方法和光流场的散斑跟踪方法。光流场的散斑跟踪方法(Optical flow based speckletracking)能实现较高精度的心肌组织运动跟踪，但对图像质量要求苛刻，临床实用性差。块匹配的散斑跟踪方法(Block matching based speckle tracking)临床实用性较好，是3D STE成像技术领域主流的方法，但传统的块匹配方法难以实现高精度的心肌组织运动跟踪。另外，以往方法的计算处理效率以及自适应特性和鲁棒性等临床应用性能普遍欠佳。

发明内容

针对以往方法或者跟踪精度低，或者临床实用性差，普遍难以满足心脏功能精确评价和定量诊疗临床应用需求的弊端，本着性能良好、临床实用的技术原则，本发明提出了一种具有良好自适应特性和鲁棒性、1/16亚像素精度的快速3D超声心动图散斑跟踪方法。

术语解释：

1、三次样条插值，Cubic Spline Interpolation，其中，样条指穿过一系列形值点的光滑曲线，样条插值则是计算获得此类曲线的数学方法。

2、全搜索算法，Full search，图像处理中实现块匹配运算的一种策略，通过评估搜索区域内的全部候选点获得匹配块。

3、SAD，Sum of absolute differences，绝对误差和。

4、成像系统3D图像空间，3D医学成像领域的技术术语，在本发明中指3D超声心动图序列图像所在的笛卡尔空间，如图3所示，三维是指笛卡尔空间的X、Y、Z坐标三维。

本发明的技术方案如下：