CN102217952A - 基于心肌运动轨迹的向量环图生成方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明本公开了一种基于心肌运动轨迹的向量环图生成方法和装置，利用该方法生成的向量环可以用于心肌功能评价。本发明的方法利用斑点跟踪算法，对兴趣区域运动关键点进行捕获，生成运动轨迹向量环。该向量环具有极强的在时间轴上的直观性，通过直观同步显示心肌运动轨迹向量环规律，让医师能够一眼就能判别兴趣区域是否可能存在病变。

Description

基于心肌运动轨迹的向量环图生成方法和装置

技术领域

本发明涉及医学设备领域中的超声图像追踪技术，尤其是一种基于心肌运动轨迹的向量环图生成方法和装置。

背景技术

超声心脏图像的组织追踪是基于组织多普勒显像的一种新技术，它通过测定房室平面位移，能够评价心肌的收缩、舒张功能，除了能够评价心脏整体功能，而且更主要应用于评估心室局部功能，因此它在心肌缺血的早期检出、梗死心肌的成活性评价、预测心脏病预后中有重要意义。

现有的心脏超声评价方法，主要为灰度图显示法，最近出现了如速度，加速度等的功能曲线表示法，也有基于斑点跟踪的斑点运动显示过程表示方法，而这些评价方法均不直观，不能一眼看出特征兴趣区域的运动情况。也有一些公司如phil ips等，采用兴趣区域各点各时刻得即时运动矢量的表示方法，然而，这种方法只能在同一时刻知晓兴趣环状区域各点的瞬时运动矢量，却无法直观表达某区域整体运动在时间轴上的运动变化。

中国专利200710063604.0公开了一种向量心电图仪及实现方法，将立体心向量环投影在额、横、侧三个平面后，形成平面心向量图；在三个平面环体上从不同的角度做若干条虚拟导联轴线的投影，形成线性方式表达的向量心电图。虚拟导联轴在各平面上0～360度范围内设有0～18个导联轴，共生成54导向量心电图。弥补传统心电图因导联轴数目少所致的“夹角盲区”过大和缺失的侧面观察。可以1～78导联同源同步及/或选择性描记十二导心电图、正交心电图、向量心电图、时间心向量图、变向时间心向量图、连续心向量图、分解/放大心向量图、立体心向量图。可以在一维、二维和三维心电图中同步转换、观察，用于教学演示。提出三维心电发展观，从时空域全方位全角度观测心脏生物电活动。

发明内容

本发明的目的是克服现有超声心脏兴趣组织病变分析技术的不直观性，本发明提出了一种基于心肌运动轨迹的向量环图生成方法和装置。

本发明的技术方案是：一种基于心肌运动轨迹的向量环图生成方法，包括如下步骤：

(1)在高帧频条件下采集受试二维超声心动图图像序列用于脱机分析；

(2)任意采集一张超声心动图的图像I作为交互式感兴趣区域选取的初始帧；

(3)将兴趣区域置于特征区域，所谓的特征区域，应具有以下性质：

a)在超声投影范围之内

b)具有一定灰度，不能是全黑色区域；

(4)当初始帧和初始兴趣区域选择完毕后，确定源兴趣区域(ROI)中心点；

(5)通过SAD方法，获得此ROI在所有各帧图像中的位置；

(6)将各个图像中兴趣点的位置进行平滑处理；

(7)连接斑点各平滑位置坐标形成封闭运动轨迹向量环，并与当前位置同步显示。

上述生成方法的附加技术方案如下：

优选地，在步骤(5)中，按下述算法获得此ROI在所有各帧图像中的位置，

${\∂}_k=\mathrm{SAD}(i,j)=\underset{m=1}{\overset{L_x}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{L_y}{\mathrm{\Σ}}}|f_k(m,n)-f_{k-1}(m+i,n+j)|$

其中，(i，j)为所选取的邻域16个ROI中的某个ROI相对于源ROI的位移矢量。f_k，f_k+1分别为当前帧和下一帧的灰度值，L_xL_y为块的大小，为此ROI在所有各帧图像中的位置。

优选地，在步骤(6)中，按下述算法进行平滑，

$x_i^{\′}=\frac{1}{2k}\underset{j=-k}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{i+j}$

其中，x_i为原始SAD方法追踪后的在第i帧的位置，x′_i为平滑后的新位置，k为平滑参数，可手动调整。

一种实施上述方法的装置，其特征在于该装置包括心脏对象的二维超声心动图采集装置和处理二维超声心动图采集装置采集数据的计算机，在计算机中按上述方法对信号进行处理。

本发明的有益效果是：与传统手动测量方法相比，具有良好的一致性，然而自动分析方法每帧处理时间可以缩短时间99％以上；传统手动测量方法中，相同操作者测量同一数据变异和不同操作者测量相同数据的变异性在8％和13％左右，然而只要初始帧兴趣区域的位置不变，自动分析方法能够相当好地重复出心动周期中的斑点运动轨迹变化。同时，与传统基于单区域SAD跟踪方法相比，本发明充分考虑了多邻域跟踪的辅助跟踪，具有良好的抗噪声性能，实验效果显示，稳定性好，很少发生突发错，尤其在高噪声下，其跟踪效果优越性远远超过单区域SAD跟踪效果，能够有效降低传统手动跟踪计算斑点位置的工作量，提高处理的实际和数据处理的重复性。同时，相比传统SAD斑点跟踪方法，本发明通过多区域重心估计匹配的方法，特别有利于形变组织的跟踪。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明实施例中心肌轨迹化图形显示。

具体实施方式

本发明具体实施例，一种基于心肌运动轨迹的向量环图生成方法，生成的向量环可以用于评价心肌功能，该方法的具体步骤为：

(1)在高帧频条件下采集本受试心脏对象的二维超声心动图用于脱机分析。本发明实施实例中，用心脏探头对受试对象进行检查，同时链接心电图各个导联记录心电活动，然后将帧频调节到120帧/秒，平均每个心动周期采集图像90帧，成像深度为10cm，调整时间和灰度增益，聚焦以及其他成像条件与一个恰当的范围，固定上述参数设置，观察不同切面的二维超声图像序列，并连续采集8个心动周期，数据以DICOM格式存储于超声主机，然后通过光盘拷贝到个人电脑进行脱机分析。

(2)任意采集一张超声心动图图像I作为交互式感兴趣区域选取的初始帧；由于本算法可以对任意斑点和特征组织进行分析，因此，对超声图像的选取是任意的。

(3)、将兴趣区域置于特征区域，所谓的特征区域，应具有以下性质：

(a)在超声投影范围之内，虽然整个超声图像是长方形，但是超声采集有效区域为扇形区域。

(b)具有一定灰度，不能是全黑色区域；因为全黑色区域没有组织和斑点，没有跟踪的必要。

(4)在图像I上，当初始帧和初始兴趣区域选择完毕后，确定源ROI中心点

(5)通过SAD方法，获得此ROI在所有各帧图像中的位置。

${\∂}_k=\mathrm{SAD}(i,j)=\underset{m=1}{\overset{L_x}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{L_y}{\mathrm{\Σ}}}|f_k(m,n)-f_{k-1}(m+i,n+j)|,$ 其中，(i，j)为所选取的邻域16个ROI中的某个ROI相对于源ROI的位移矢量。f_k，f_k+1分别为当前帧和下一帧的灰度值，L_xL_y为块的大小。

(6)将各个图像中兴趣点的位置进行平滑处理

平滑方法：

其中，x_i为原始SAD方法追踪后的在第i帧的位置，x′_i为平滑后的新位置，k为平滑参数，可手动调整。

(7)连接斑点各平滑位置坐标形成封闭运动轨迹向量环，并与当前位置同步显示

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种基于心肌运动轨迹的向量环图生成方法，包括如下步骤：

(1)在高帧频条件下采集受试二维超声心动图图像序列用于脱机分析；

(2)任意采集一张超声心动图的图像I作为交互式感兴趣区域选取的初始帧；

(3)将兴趣区域置于特征区域，所谓的特征区域，应具有以下性质：

a)在超声投影范围之内

b)具有一定灰度，不能是全黑色区域；

(4)  当初始帧和初始兴趣区域选择完毕后，确定源兴趣区域(ROI)中心点；

(5)通过SAD方法，获得此ROI在所有各帧图像中的位置；

(6)将各个图像中兴趣点的位置进行平滑处理；

(7)连接斑点各平滑位置坐标形成封闭运动轨迹向量环，并与当前位置同步显示。

2.根据权利要求1所述的基于心肌运动轨迹的向量环图生成方法，其特征在于，在步骤(5)中，按下述算法获得此ROI在所有各帧图像中的位置，

${\∂}_k=\mathrm{SAD}(i,j)=\underset{m=1}{\overset{L_x}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{L_y}{\mathrm{\Σ}}}|f_k(m,n)-f_{k-1}(m+i,n+j)|$

其中，(i，j)为所选取的邻域1 6个ROI中的某个ROI相对于源ROI的位移矢量，f_k，f_k+1分别为当前帧和下一帧的灰度值，L_xL_y为块的大小，为这个ROI在所有各帧图像中的位置。

3.根据权利要求2所述的基于多邻域辅助二维超声形变组织图像跟踪方法，其特征在于，上述跟踪方法的附加技术方案如下：在步骤(7)中精度d设定为：1到min((x₂-x₁)，(y₂-y₁))。

4.根据权利要求3所述的基于多邻域辅助二维超声形变组织图像跟踪方法，其特征在于，在步骤(6)中，按下述算法进行平滑，

$x_i^{\′}=\frac{1}{2k}\underset{j=-k}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{i+j}$

其中，x_i为原始SAD方法追踪后的在第i帧的位置，x′_i为平滑后的新位置，k为平滑参数，可手动调整。

5.一种实施权利要求1所述方法的装置，其特征在于该装置包括心脏对象的二维超声心动图采集装置和处理二维超声心动图采集装置采集数据的计算机，在计算机中按权利要求1所述方法对信号进行处理。

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