CN116188484A - 处理心肌再灌注数据的方法及超声成像系统 - Google Patents

处理心肌再灌注数据的方法及超声成像系统 Download PDF

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王勃
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刘强
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Abstract

一种处理心肌再灌注数据的方法及超声成像系统，该方法包括：获取对目标对象进行心肌再灌注过程中采集的多帧超声图像；确定心肌再灌注过程中的基准时刻，基准时刻对应的超声图像为第一超声图像；确定与基准时刻具有相同时象的多帧第二超声图像；对第一超声图像和第二超声图像进行心肌分割；计算第一超声图像分割后的各个心肌节段的第一造影强度；计算多帧第二超声图像分割后的各个心肌节段的第二造影强度；根据同一个心肌节段的第一造影强度和不同时刻对应的第二造影强度，计算得到每个心肌节段在不同时刻的相对造影强度；根据每个心肌节段的相对造影强度确定每个心肌节段的再灌注状态。本申请能够客观、准确地确定每个心肌节段的再灌注状态。

Description

处理心肌再灌注数据的方法及超声成像系统
技术领域
本申请涉及超声成像技术领域，更具体地涉及一种处理心肌再灌注数据的方法及超声成像系统。
背景技术
在常规超声心动图及血管超声检查基础上应用声学增强剂在心肌血流灌注方面为临床提供了重要的诊断信息。心肌声学造影是评估心功能的有力工具。通过对血流的定性和定量分析，了解心脏的生理和病理生理改变，从而对心脏功能及病变性质进行判断。
临床可通过使用高机械指数脉冲(High MI Flash)破坏心肌内造影剂微气泡，达到监测心肌再灌注过程、分析心肌再灌注情况的目的。医生通过分析脉冲后一段时间内采集的造影图像得到心肌灌注的信息。在心肌声学造影中，心肌的不同节段分布在图像的不同深度上，由于成像会受到深度的影响，且造影微泡被破坏的效果也与深度相关，这会导致脉冲后不同节段的心肌显示强度有差异，医生需要凭借经验排除深度影响才能进行更加准确的判断，主观性强且对医生的经验有较高的要求。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本申请实施例第一方面提供了一种处理心肌再灌注数据的方法，所述方法包括：获取对目标对象进行心肌再灌注过程中采集的多帧超声图像；确定所述心肌再灌注过程中的基准时刻，所述基准时刻对应的超声图像为第一超声图像；确定与所述基准时刻具有相同时象的多帧第二超声图像；对所述第一超声图像和所述第二超声图像进行心肌分割；计算所述第一超声图像分割后的各个心肌节段的第一造影强度；计算多帧所述第二超声图像分割后的各个心肌节段的第二造影强度；根据同一个心肌节段的第一造影强度和不同时刻对应的第二造影强度，计算得到每个所述心肌节段在不同时刻的相对造影强度；根据每个所述心肌节段的相对造影强度确定每个所述心肌节段的再灌注状态。
在一个实施例中，所述确定所述心肌再灌注过程中的基准时刻，包括：根据所述心肌再灌注过程中造影剂对所述超声图像的成像影响程度最小的时刻，确定出所述基准时刻。
在一个实施例中，所述根据所述心肌再灌注过程中造影剂对所述超声图像的成像影响程度最小的时刻，确定出所述基准时刻，包括：计算所述多帧超声图像的造影强度；将所述造影强度的最低值对应的时刻作为所述基准时刻。
在一个实施例中，所述确定与所述基准时刻具有相同时象的多帧第二超声图像，包括：获取所述心肌再灌注的过程中采集的心电图；基于所述心电图确定所述基准时刻的时象，并将多个心动周期中与所述基准时刻的时象相同的时刻对应的超声图像作为多帧所述第二超声图像。
在一个实施例中，所述根据同一个心肌节段的第一造影强度和不同时刻的第二造影强度，计算得到每个所述心肌节段在不同时刻的相对造影强度，包括：将所述同一个心肌节段不同时刻的第二造影强度分别与所述同一个心肌节段的第一造影强度相减，以得到所述同一个心肌节段的不同时刻对应的所述相对造影强度。
在一个实施例中，所述根据同一个心肌节段的第一造影强度和不同时刻的第二造影强度，计算得到每个所述心肌节段在不同时刻的相对造影强度，包括：将所述同一个心肌节段不同时刻的第二造影强度分别与所述同一个心肌节段的第一造影强度相除，以得到所述同一个心肌节段的不同时刻对应的所述相对造影强度。
在一个实施例中，所述根据每个所述心肌节段的相对造影强度确定每个所述心肌节段的再灌注状态，包括：根据每个所述心肌节段的相对造影强度的峰值确定每个所述心肌节段的再灌注状态。
在一个实施例中，所述根据每个所述心肌节段的相对造影强度的峰值确定每个所述心肌节段的再灌注状态，包括：统计多个心肌节段的相对造影强度的峰值；根据统计结果确定代表再灌注状态正常的阈值范围；将每个所述心肌节段的相对造影强度的峰值与所述代表再灌注状态正常的阈值范围进行比较，得到每个所述心肌节段的再灌注状态。
在一个实施例中，所述根据每个所述心肌节段的相对造影强度的峰值确定每个所述心肌节段的再灌注状态，包括：将每个所述心肌节段的相对造影强度的峰值与代表再灌注状态正常的预设阈值范围进行比较，得到每个所述心肌节段的再灌注状态。
在一个实施例中，所述计算所述多帧超声图像的造影强度，包括：计算所述多帧超声图像的灰度值的平均值，得到所述多帧超声图像的造影强度；所述计算所述第一超声图像分割后的各个心肌节段的第一造影强度，包括：计算所述第一超声图像分割后的各个心肌节段所在区域的灰度值的平均值，得到所述第一造影强度；所述计算多帧所述第二超声图像分割后的各个心肌节段的第二造影强度，包括：计算每帧所述第二超声图像分割后的各个心肌节段所在区域的灰度值的平均值，得到所述第二造影强度。
在一个实施例中，所述方法还包括：显示所述心肌节段的参数，所述心肌节段的参数包括所述相对造影强度、所述再灌注状态、所述第一造影强度和所述第二造影强度中的至少一种。
在一个实施例中，所述方法还包括：当任一个所述心肌节段存在灌注异常时，生成用于提示所述心肌节段存在灌注异常的提示信息。
本申请实施例第二方面提供一种处理心肌再灌注数据的方法，所述方法包括：获取对目标对象进行心肌再灌注过程中采集的多帧超声图像；确定所述心肌再灌注过程中的基准时刻，所述基准时刻对应的超声图像为第一超声图像；确定与所述基准时刻具有相同时象的多帧第二超声图像；对所述第一超声图像和所述第二超声图像进行心肌分割；计算所述第一超声图像分割后的各个心肌节段的第一造影强度；计算多帧所述第二超声图像分割后的各个心肌节段的第二造影强度；根据同一个心肌节段的第一造影强度和不同时刻对应的第二造影强度，计算得到每个所述心肌节段在不同时刻的相对造影强度。
本申请实施例第三方面提供一种超声成像系统，包括：超声探头；发射电路，用于激励所述超声探头向目标组织发射超声波；接收电路，用于控制所述超声探头接收所述超声波的回波，以获得所述超声波的回波信号；处理器，用于执行如上所述的处理心肌再灌注数据的方法的步骤。
根据本申请实施例的处理心肌再灌注数据的方法和超声成像系统根据相同时象的超声图像计算每个心肌节段的相对造影强度，并根据相对造影强度确定每个心肌节段的再灌注状态，由于第一超声图像和第二超声图像对应相同时象，因而能够抵消心跳对成像产生的影响；由于采用相对造影强度代替绝对造影强度来确定再灌注状态，排除了不同心肌节段的深度差异对造影强度产生的影响，最终能够更加客观、准确地确定每个心肌节段的再灌注状态。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在附图中：
图1示出根据本申请实施例的超声成像系统的示意性框图；
图2示出根据本申请一实施例的处理心肌再灌注数据的方法的示意性流程图；
图3示出根据本申请一实施例的完全灌注和部分灌注的超声图像；
图4示出根据本申请一实施例的计算相对灌注强度的示意图；
图5示出根据本申请另一实施例的处理心肌再灌注数据的方法的示意性流程图。
具体实施方式
为了使得本申请的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。基于本申请中描述的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本申请的保护范围之内。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本申请能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本申请的范围完全地传递给本领域技术人员。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本申请提出的技术方案。本申请的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。
下面，首先参考图1描述根据本申请一个实施例的超声成像系统，图1示出了根据本申请实施例的超声成像系统100的示意性结构框图。
如图1所示，超声成像系统100包括超声探头110、发射电路112、接收电路114、处理器116和显示器118。进一步地，超声成像系统还可以包括发射/接收选择开关120和波束合成模块122，发射电路112和接收电路114可以通过发射/接收选择开关120与超声探头110连接。
超声探头110包括多个换能器阵元，多个换能器阵元可以排列成一排构成线阵，或排布成二维矩阵构成面阵，多个换能器阵元也可以构成凸阵列。换能器阵元用于根据激励电信号发射超声波，或将接收的超声波转换为电信号，因此每个换能器阵元可用于实现电脉冲信号和超声波的相互转换，从而实现向被测对象的目标区域的组织发射超声波、也可用于接收经组织反射回的超声波回波。在进行超声检测时，可通过发射序列和接收序列控制哪些换能器阵元用于发射超声波，哪些换能器阵元用于接收超声波，或者控制换能器阵元分时隙用于发射超声波或接收超声波的回波。参与超声波发射的换能器阵元可以同时被电信号激励，从而同时发射超声波；或者，参与超声波束发射的换能器阵元也可以被具有一定时间间隔的若干电信号激励，从而持续发射具有一定时间间隔的超声波。超声探头110还可以用于对还有造影微泡的组织发射高机械指数脉冲，以破坏造影微泡。用于进行超声成像的超声探头和用于发射高机械指数脉冲的超声探头可以为不同的超声探头。
在超声成像过程中，发射电路112将经过延迟聚焦的发射脉冲通过发射/接收选择开关120发送到超声探头110。超声探头110受发射脉冲的激励而向被测对象的目标区域的组织发射超声波束，经一定延时后接收从目标区域的组织反射回来的带有组织信息的超声回波，并将此超声回波重新转换为电信号。接收电路114接收超声探头110转换生成的电信号，获得超声回波信号，并将这些超声回波信号送入波束合成模块122，波束合成模块122对超声回波数据进行聚焦延时、加权和通道求和等处理，然后送入处理器116。处理器116对超声回波信号进行信号检测、信号增强、数据转换、对数压缩等处理形成超声图像。处理器116得到的超声图像可以在显示器118上显示，也可以存储于存储器124中。
可选地，处理器116可以实现为软件、硬件、固件或其任意组合，并且可以使用单个或多个专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、单个或多个通用集成电路、单个或多个微处理器、单个或多个可编程逻辑器件、或者前述电路和/或器件的任意组合、或者其他适合的电路或器件。并且，处理器116可以控制所述超声成像系统100中的其它组件以执行本说明书中的各个实施例中的方法的相应步骤。
显示器118与处理器116连接，显示器118可以为触摸显示屏、液晶显示屏等；或者，显示器118可以为独立于超声成像系统100之外的液晶显示器、电视机等独立显示器；或者，显示器118可以是智能手机、平板电脑等电子设备的显示屏，等等。其中，显示器118的数量可以为一个或多个。
显示器118可以显示处理器116得到的超声图像。此外，显示器118在显示超声图像的同时还可以提供给用户进行人机交互的图形界面，在图形界面上设置一个或多个被控对象，提供给用户利用人机交互装置输入操作指令来控制这些被控对象，从而执行相应的控制操作。例如，在图形界面上显示图标，利用人机交互装置可以对该图标进行操作，用来执行特定的功能，例如在超声图像上绘制出感兴趣区域框等。
可选地，超声成像系统100还可以包括显示器118之外的其他人机交互装置，其与处理器116连接，例如，处理器116可以通过外部输入/输出端口与人机交互装置连接，外部输入/输出端口可以是无线通信模块，也可以是有线通信模块，或者两者的组合。外部输入/输出端口也可基于USB、如CAN等总线协议、和/或有线网络协议等来实现。
其中，人机交互装置可以包括输入设备，用于检测用户的输入信息，该输入信息例如可以是对超声波发射/接收时序的控制指令，可以是在超声图像上绘制出点、线或框等的操作输入指令，或者还可以包括其他指令类型。输入设备可以包括键盘、鼠标、滚轮、轨迹球、移动式输入设备(例如带触摸显示屏的移动设备、手机等等)、多功能旋钮等等其中之一或者多个的结合。人机交互装置还可以包括诸如打印机之类的输出设备。
超声成像系统100还可以包括存储器124，用于存储处理器执行的指令、存储接收到的超声回波、存储超声图像，等等。存储器可以为闪存卡、固态存储器、硬盘等。其可以为易失性存储器和/或非易失性存储器，为可移除存储器和/或不可移除存储器等。
应理解，图1所示的超声成像系统100所包括的部件只是示意性的，其可以包括更多或更少的部件。本申请对此不限定。
下面参照图2描述本申请实施例提出的处理心肌再灌注数据的方法，图2是本申请实施例的处理心肌再灌注数据的方法200的一个示意性流程图。处理心肌再灌注数据的方法200可以实现于超声成像系统，其执行主体可以是超声成像系统的处理器。具体地，本申请实施例的处理心肌再灌注数据的方法200包括如下步骤：
在步骤S210，获取对目标对象进行心肌再灌注过程中采集的多帧超声图像；
在步骤S220，确定所述心肌再灌注过程中的基准时刻，所述基准时刻对应的超声图像为第一超声图像；
在步骤S230，确定与所述基准时刻具有相同时象的多帧第二超声图像；
在步骤S240，对所述第一超声图像和所述第二超声图像进行心肌分割；
在步骤S250，计算所述第一超声图像分割后的各个心肌节段的第一造影强度；
在步骤S260，计算多帧所述第二超声图像分割后的各个心肌节段的第二造影强度；
在步骤S270，根据同一个心肌节段的第一造影强度和不同时刻对应的第二造影强度，计算得到每个所述心肌节段在不同时刻的相对造影强度；
在步骤S280，根据每个所述心肌节段的相对造影强度确定每个所述心肌节段的再灌注状态。
本申请实施例的处理心肌再灌注数据的方法200根据相同时象的超声图像计算每个心肌节段的相对造影强度，并根据相对造影强度确定每个心肌节段的再灌注状态，由于第一超声图像和第二超声图像对应相同时象，因而能够抵消心跳对成像产生的影响；由于采用相对造影强度代替绝对造影强度来确定再灌注状态，降低了不同心肌节段的深度差异对造影强度产生的影响，最终能够更加客观、准确地确定每个心肌节段的再灌注状态。
具体地，在步骤S210中，获取对目标对象进行心肌再灌注过程中采集的多帧超声图像。心肌再灌注即在心肌灌注过程中的某一时刻使用高机械指数脉冲(High MI Flash)破坏心肌内的造影微泡，并连续观察该时刻之后造影剂的充盈-消退过程。破坏造影微泡的高机械指数脉冲的力度以刚好破坏心肌内的造影微泡而不破坏心腔微泡为宜，一般机械指数可以设置在0.8～1.2之间。心肌灌注过程是指向目标对象体内打入造影剂，在造影剂到达心脏部位后，对心脏部位进行超声成像，根据超声成像的结果判断心肌的血液供给状态。打入人体的造影剂为包含造影微泡的溶液，具有高回声性，即反射超声波的能力。造影微泡中的气体与人体组织的回声性存在很大差异，因此，含有造影微泡的部位能够产生由于高回声差异而具有较高对比度的超声图像。当通过静脉注入造影剂后，造影剂随血流灌注进入各组织器官，使组织显影增强。参见图3，心肌再灌注过程中采集的超声图像能够呈现心肌再灌注的整个过程，并且能够用于区分不同的心肌再灌注状态。
示例性地，心肌再灌注过程中采集的多帧超声图像至少包括从发射高机械指数脉冲的时刻开始、直到心肌造影强度再次达到峰值强度为止的过程中连续采集的多帧超声图像。多帧超声图像可以是超声视频中的多个视频帧。
在步骤S220，确定心肌再灌注过程中的基准时刻，基准时刻对应的超声图像为第一超声图像。
在一个实施例中，可以根据心肌再灌注过程中造影剂对超声图像的成像影响程度最小的时刻，确定出基准时刻。造影剂对超声图像的成像影响程度最小，即心肌中造影微泡的含量最低。在高机械指数脉冲击碎造影微泡前，心肌内造影强度处于峰值平台期，在击碎造影微泡后，心肌内造影微泡含量下降到最低。由于心肌再灌注的目的为连续观察造影剂的充盈-消退过程，因此，以造影剂对超声图像的成像影响程度最小的时刻作为参考时刻可以很好地对上述过程进行追踪。
如上所述，造影剂具有高回声性，造影剂对超声图像的成像产生的影响具体表现为使组织显影增强，因此，可以计算多帧超声图像的造影强度，将造影强度的最低值对应的时刻作为基准时刻。在计算多帧超声图像的造影强度时，可以采用原始的超声回波信号，也可以采用对原始的超声回波信号进行边界增强、对数压缩等处理后得到的图像信号。由于图像信号为灰阶信号，使用对数压缩后的图像信号进行定量分析可以减少过亮的数据点对结果的影响。具体地，可以计算每帧超声图像中所有像素点的灰度平均值，以得到每帧超声图像造影强度。在一些实施例中，为了真实客观地反映实际的造影强度，也可以使用反对数压缩后得到的超声回波信号计算造影强度。
在步骤S230，确定与基准时刻具有相同时象的多帧第二超声图像。其中，时象指在心动周期中的时象。由于心肌在不同时象具有不同的活动规律，提取相同时相的超声图像能够对心肌节段进行更准确的分割。
具体地，心动周期为心脏的一次收缩和舒张所构成的机械活动周期，心动周期的时象包括等容收缩期、快速射血期、缓慢射血期、等容舒张期、快速充盈期、缓慢充盈期以及心房收缩期。例如，若心肌再灌注的过程包括N个心动周期，且基准时刻在对应的心动周期中的时象为心房收缩期，则可以将其他N-1个心动周期中心房收缩期对应的超声图像作为第二超声图像，或者将其他超声图像中对应于心房收缩期的超声图像作为第二超声图像。示例性地，每个心动周期对应一帧第二超声图像；或者，每个心动周期对应至少两帧第二超声图像；或者，至少两个心动周期对应一帧第二超声图像；具体可以根据采集超声图像时的帧率确定第二超声图像的帧数。
在一个实施例中，为了确定与基准时刻具有相同时象的多帧第二超声图像，可以获取心肌再灌注的过程中采集的心电图，基于心电图确定基准时刻的时象，并将多个心动周期中与基准时刻的时象相同的时刻对应的超声图像作为多帧第二超声图像。在该实施例中，以心电图为依据，寻找到与第一超声图像具有相同时象的多帧第二超声图像。
由于心电图是心脏电活动最直接的表征，与心动周期密切关联，因而根据能够快速准确地确定超声图像的时象。例如，心电图R波顶峰对应于等容收缩期开始；心电图的T波终点对应于等容舒张期开始；T波终点到下一个P波的起点对应于快速充盈期；P波后半部分对应于心房收缩期，以此类推。在根据心电图确定第二超声图像时，可以不具体区分超声图像对应的时象，直接根据超声图像对应的心电波形确定第二超声图像，例如若第一超声图像对应于心电图中的R波顶峰，则将其他心动周期中R波顶峰对应的超声图像确定为第二超声图像，由此确定的第二超声图像同样与第一超声图像具有相同的时象。
在其他实施例中，也可以根据超声数据划分出不同的心动周期，进而确定与基准时刻具有相同时象的多帧第二超声图像，例如，可以根据血流频谱或组织多普勒频谱划分心动周期。或者，也可以根据除心电图以外的其他生理信号划分心动周期，例如血氧信号等。
之后，在步骤S240，对第一超声图像和第二超声图像进行心肌分割，得到第一超声图像和第二超声图像中的多个心肌节段。在一个实施例中，可以首先第一超声图像进行分割，以得到多个心肌节段，之后利用跟踪算法跟踪第一超声图像中的每个心肌节段，得到第二超声图像中的各个心肌节段。或者，可以对多帧超声图像进行分割后，将第二超声图像中的心肌节段与第一超声图像中的心肌节段进行配准。
示例性地，可以分别在第一超声图像和第二超声图像中分割出心肌区域，并按照节段模型将心肌区域划分为多个心肌节段。心肌节段的划分有多种模型，具体地，可以采用16段模型或17段模型对心肌节段进行划分。16段模型将左心室心肌分为基底环、中间环和心尖环，在短轴切面上，将基底环和中间环划分为六个区域，即基底环包括前壁基底段、前间隔基底段、下间隔基底段、下壁基底段、下侧壁基底段和前侧壁基底段，中间环包括前壁中间段、前间隔中间段、下间隔中间段、下壁中间段、下侧壁中间段和前侧壁中间段；将心尖环划分为四个区域，具体包括前壁心尖段、前间隔心尖段、下壁心尖段和侧壁心尖段。超声图像中包含的心肌节段与超声图像的扫查切面有关，例如，若超声图像的扫查切面为短轴切面，则其中包含的心肌节段为基底环的六个心肌节段、中间环的六个心肌节段或心尖环的四个心肌节段。若超声图像的扫查切面为长轴切面，则其中包含基底环的两个心肌节段、中间环的两个心肌节段和心尖环的两个心肌节段。17段模型与16段模型相比增加了心尖帽，即超出心腔末端的心肌部分。
示例性地，在第一超声图像或第二超声图像中分割出心肌区域后，按照上述的节段模型将心肌区域划分为不同的心肌节段。以16节段模型为例，基底环、中间环和心尖环的高度分别为左室长度的三分之一，基底环和中间环的六个心肌节段分别占左心室周长的六分之一，心尖环的四个心肌节段分别占左心室周长的四分之一。
分割心肌区域的方法包括但不限于传统的图像分割方法和基于机器学习的图像分割方法。当采用传统的图像分割方法时，基于心肌区域的图像特征，对每一帧超声图像进行图像分割，以获得每一帧超声图像上的心肌区域。示例性地，传统的图像分割方法包括但不限于基于阈值的分割方法、基于区域的图像分割方法、基于图论的图像分割方法和基于能量泛函的图像分割方法。基于阈值的分割方法的基本思想是基于图像的灰度特征，按照某个准则函数计算最佳灰度阈值，通过比较图像中的所有像素灰度与阈值之间的大小关系，进而划分出不同的区域，基于阈值的分割方法包括直方图双峰法、最大类间方差法等。基于区域的图像分割方法的基本思想是依据图像的相似性准则划分不同区域，基于区域的图像分割方法主要包括区域生长法、区域分裂合并法、分水岭算法等。基于图论的图像分割方法是将图像分割问题与图的最小割问题相关联，主要包括图割、随机游走等。基于能量泛函的图像分割方法的基本思想是使用连续曲线表示目标轮廓，借助目标轮廓定义能量泛函，通过求解能量泛函极小化问题，得到最终目标区域的分割轮廓，主要包括主动轮廓模型、水平集分割方法等。
当采用基于机器学习或深度学习的图像分割方法时，首先将超声图像划分为多个图像块，提取图像块的图像特征，利用分类器对图像块的图像特征进行分类，根据图像块的类别确定超声图像上的心肌区域。具体地，基于机器学习的图像分割方法是采用机器学习方法对维超声图像中的每一个像素点取周围邻域的图像块，对每个图像块进行特征提取，特征提取方法可以是传统的PCA(主成分分析)、LDA(线性判别分析)、Harr特征、纹理特征等，也可以采用深度神经网络来进行特征提取；然后将提取到的特征和数据库进行匹配，用KNN(K-近邻算法)、SVM(支持向量机)、随机森林、神经网络等判别器进行分类，确定当前图像块对应的像素点是目标还是背景来达到分割心肌区域的目的。基于深度学习端到端的语义分割算法首先需要构建数据库，数据库包括大量的超声数据及其对应的数据标定结果，数据标定结果为待分割心肌区域的分割结果。基于深度学习的图像分割方法基于神经网络实现，神经网络的主要架构包括卷积层、激活层、池化层和上采样或者反卷积层，通过浅层的卷积层对图像进行提取相关特征，然后通过反卷积层将特征图进行上采样映射回原图的大小，得到一个与输入图像尺寸一致的输出图像，该输出图像直接分割出心肌区域。
通过上述同样的方法，可以获取同一心肌节段在不同时刻的超声图像中的对应区域，完成同一心肌节段持续跟踪。心肌节段的划分还可以采用其他方式，本申请实施例对此不做限制。
之后，在步骤S250，计算第一超声图像分割后的各个心肌节段的第一造影强度，以及在步骤S260，计算多帧第二超声图像分割后的各个心肌节段的第二造影强度。示例性地，在计算第一造影强度或第二造影强度时可以采用原始的超声回波信号或原始的超声回波信号进行边界增强、对数压缩等处理后得到的图像信号。具体地，在根据图像信号计算造影强度时，可以计算第一超声图像分割后的各个心肌节段所在区域的灰度值的平均值，得到第一造影强度，计算每帧第二超声图像分割后的各个心肌节段所在区域的灰度值的平均值，得到第二造影强度。
在步骤S270，根据同一个心肌节段的第一造影强度和不同时刻对应的第二造影强度，计算得到每个心肌节段在不同时刻的相对造影强度。相对造影强度是通过对各个心肌节段的绝对造影强度进行归一化所得到的。由于不同心肌节段在空间上处于图像中的不同深度，超声成像时深度会对图像质量造成影响。本申请实施例根据每个心肌节段在基准时刻的第一造影强度对第二造影强度进行归一化，排除了深度对成像质量带来的影响，所得到的相对造影强度更能体现不同心肌节段之间灌注状态的横向差异。，
在一个实施例中，可以将同一个心肌节段不同时刻的第二造影强度分别与同一个心肌节段的第一造影强度相减，以得到同一个心肌节段的不同时刻对应的相对造影强度。参见图4，各个心肌节段在基准时刻的第一造影强度分为记为i01、i02、i03、i04等，在t时刻的第二造影强度分别记为it1、it2、it3、it4等，则t时刻各心肌节段的相对造影强度分别为rt1＝it1-i01、rt2＝it2-i02、rt3＝it3-i03、rt4＝it4-i04，以此类推。
在其他实施例中，也可以采用其他计算方式作为归一化的计算方式，例如，可以将同一个心肌节段不同时刻的第二造影强度分别与同一个心肌节段的第一造影强度相除，以得到同一个心肌节段的不同时刻对应的相对造影强度。
在步骤S280，根据每个心肌节段的相对造影强度确定每个心肌节段的再灌注状态。
在一个实施例中，由于心肌再灌注达到的造影强度的峰值是判断心肌节段是否存在异常的重要指标，因此，可以根据每个心肌节段的相对造影强度的峰值确定每个心肌节段的再灌注状态。相比于现有医生凭借经验的主观判断，本申请实施例的处理心肌再灌注数据的方法200自动计算相对造影强度，自动从空间维度提取信息，排除深度因素对各心肌节段达到的造影强度的峰值及其一致性的判断带来的干扰，使得对再灌注状态的判断更加客观、准确。
示例性地，在判断再灌注状态时，可以根据多个心肌节段的相对造影强度得到相对阈值，由于相对造影强度排除了深度因素造成的干扰，因此统计得到的相对阈值能够准确判断再灌注状态。具体地，统计多个心肌节段的相对造影强度的峰值，根据统计结果确定代表再灌注状态正常的阈值范围，将每个心肌节段的相对造影强度的峰值与代表再灌注状态正常的阈值范围进行比较，得到每个心肌节段的再灌注状态。如果某一心肌节段的相对造影强度的峰值与其他心肌节段的相对造影强度的峰值差距过大，则说明该心肌节段的再灌注状态存在异常。
在另一个实施例中，也可以根据绝对阈值判断心肌节段的再灌注状态。具体地，将每个心肌节段的相对造影强度的峰值与代表再灌注状态正常的预设阈值范围进行比较，得到每个心肌节段的再灌注状态。可选地，也可以根据绝对阈值和相对阈值共同确定每个心肌节段的再灌注状态。
在一些实施例中，还可以显示处理心肌再灌注数据的过程中得到的心肌节段的参数，具体包括相对造影强度、再灌注状态、第一造影强度和第二造影强度中的至少一种。显示心肌节段的参数的方式可以包括文字方式或图像方式，文字方式包括直接显示表示相对造影强度的大小、再灌注状态的类型等的文字；图像方式可以包括显示心肌节段模型，并在心肌节段模型中以不同的颜色、纹理等表示不同的参数，例如将完全灌注显示为绿色、部分灌注显示为黄色、无关注显示为红色等。
在一些实施例中，当任一个心肌节段存在灌注异常时，还可以生成用于提示心肌节段存在灌注异常的提示信息。提示信息的具体实现方式包括但不限于文字提示、图形提示、指示灯提示、声音提示等。在一些实施例中，可以通过心肌节段模型图进行异常提示，例如将异常状态的心肌节段突出显示等。
综上所述，本申请实施例的处理心肌再灌注数据的方法200根据相同时象的超声图像计算每个心肌节段的相对造影强度，并根据相对造影强度确定每个心肌节段的再灌注状态，由于第一超声图像和第二超声图像对应相同时象，因而能够抵消心跳对成像产生的影响；由于采用相对造影强度代替绝对造影强度来确定再灌注状态，排除了不同心肌节段的深度差异对造影强度产生的影响，最终能够更加客观、准确地确定每个心肌节段的再灌注状态。
本申请实施例还提供一种处理心肌再灌注数据的方法，参见图5，处理心肌再灌注数据的方法500包括如下步骤：
在步骤S510，获取对目标对象进行心肌再灌注过程中采集的多帧超声图像；
在步骤S520，确定所述心肌再灌注过程中的基准时刻，所述基准时刻对应的超声图像为第一超声图像；
在步骤S530，确定与所述基准时刻具有相同时象的多帧第二超声图像；
在步骤S540，对所述第一超声图像和所述第二超声图像进行心肌分割；
在步骤S550，计算所述第一超声图像分割后的各个心肌节段的第一造影强度；
在步骤S560，计算多帧所述第二超声图像分割后的各个心肌节段的第二造影强度；
在步骤S570，根据同一个心肌节段的第一造影强度和不同时刻对应的第二造影强度，计算得到每个所述心肌节段在不同时刻的相对造影强度。
本申请实施例的处理心肌再灌注数据的方法500与上文所述的处理心肌再灌注数据的方法200大体上类似，同样根据相同时象的超声图像计算每个心肌节段的相对造影强度，由于第一超声图像和第二超声图像对应相同时象，因而能够抵消心跳对成像产生的影响；所得到的相对造影强度降低了不同心肌节段的深度差异对造影强度产生的影响，最终能够更加客观、准确地体现每个心肌节段的再灌注状态。
示例性地，得到每个心肌节段在不同时刻的相对造影强度之后，本实施例的处理心肌再灌注数据的方法500可以直接显示相对造影强度，或显示相对造影强度随时间变化的曲线，用户可以根据相对造影强度随时间变化的曲线自行确定各心肌节段的再灌注状态，而不限于由系统根据相对造影强度自动确定再灌注状态。
本申请实施例还提供一种超声成像系统，用于实现上述的处理心肌再灌注数据的方法200或处理心肌再灌注数据的方法500。该超声成像系统包括超声探头、发射电路、接收电路、处理器和显示器。重新参照图1，该超声成像系统可以实现为如图1所示的超声成像系统100，超声成像系统100可以包括超声探头110、发射电路112、接收电路114、处理器116以及显示器118，可选地，超声成像系统100还可以包括发射/接收选择开关120、波束合成模块122和存储器124，发射电路112和接收电路114可以通过发射/接收选择开关120与超声探头110连接，各个部件的相关描述可以参照上文的相关描述，在此不做赘述。
其中，发射电路112用于控制超声探头110向目标组织发射超声波；接收电路114用于控制超声探头110接收目标组织返回的超声波的回波，以获得超声回波信号；处理器116用于基于超声回波信号进行超声成像；处理器116还用于执行上文的处理心肌再灌注数据的方法200或处理心肌再灌注数据的方法500的步骤。
以上仅描述了超声成像系统各部件的主要功能，更多细节参见对处理心肌再灌注数据的方法200或处理心肌再灌注数据的方法500进行的相关描述，在此不做赘述。本申请实施例的超声成像系统能够实现心肌灌注或心肌再灌注过程的自动化量化分析。
尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本申请的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。
本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本申请实施例的一些模块的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种处理心肌再灌注数据的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取对目标对象进行心肌再灌注过程中采集的多帧超声图像；
确定所述心肌再灌注过程中的基准时刻，所述基准时刻对应的超声图像为第一超声图像；
确定与所述基准时刻具有相同时象的多帧第二超声图像；
对所述第一超声图像和所述第二超声图像进行心肌分割；
计算所述第一超声图像分割后的各个心肌节段的第一造影强度；
计算多帧所述第二超声图像分割后的各个心肌节段的第二造影强度；
根据同一个心肌节段的第一造影强度和不同时刻对应的第二造影强度，计算得到每个所述心肌节段在不同时刻的相对造影强度；
根据每个所述心肌节段的相对造影强度确定每个所述心肌节段的再灌注状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述心肌再灌注过程中的基准时刻，包括：
根据所述心肌再灌注过程中造影剂对所述超声图像的成像影响程度最小的时刻，确定出所述基准时刻。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述心肌再灌注过程中造影剂对所述超声图像的成像影响程度最小的时刻，确定出所述基准时刻，包括：
计算所述多帧超声图像的造影强度；
将所述造影强度的最低值对应的时刻作为所述基准时刻。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述确定与所述基准时刻具有相同时象的多帧第二超声图像，包括：
获取所述心肌再灌注的过程中采集的心电图；
基于所述心电图确定所述基准时刻的时象，并将多个心动周期中与所述基准时刻的时象相同的时刻对应的超声图像作为多帧所述第二超声图像。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据同一个心肌节段的第一造影强度和不同时刻的第二造影强度，计算得到每个所述心肌节段在不同时刻的相对造影强度，包括：
将所述同一个心肌节段不同时刻的第二造影强度分别与所述同一个心肌节段的第一造影强度相减，以得到所述同一个心肌节段的不同时刻对应的所述相对造影强度。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据同一个心肌节段的第一造影强度和不同时刻的第二造影强度，计算得到每个所述心肌节段在不同时刻的相对造影强度，包括：
将所述同一个心肌节段不同时刻的第二造影强度分别与所述同一个心肌节段的第一造影强度相除，以得到所述同一个心肌节段的不同时刻对应的所述相对造影强度。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据每个所述心肌节段的相对造影强度确定每个所述心肌节段的再灌注状态，包括：
根据每个所述心肌节段的相对造影强度的峰值确定每个所述心肌节段的再灌注状态。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据每个所述心肌节段的相对造影强度的峰值确定每个所述心肌节段的再灌注状态，包括：
统计多个心肌节段的相对造影强度的峰值；
根据统计结果确定代表再灌注状态正常的阈值范围；
将每个所述心肌节段的相对造影强度的峰值与所述代表再灌注状态正常的阈值范围进行比较，得到每个所述心肌节段的再灌注状态。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据每个所述心肌节段的相对造影强度的峰值确定每个所述心肌节段的再灌注状态，包括：
将每个所述心肌节段的相对造影强度的峰值与代表再灌注状态正常的预设阈值范围进行比较，得到每个所述心肌节段的再灌注状态。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述计算所述多帧超声图像的造影强度，包括：
计算所述多帧超声图像的灰度值的平均值，得到所述多帧超声图像的造影强度；
所述计算所述第一超声图像分割后的各个心肌节段的第一造影强度，包括：
计算所述第一超声图像分割后的各个心肌节段所在区域的灰度值的平均值，得到所述第一造影强度；
所述计算多帧所述第二超声图像分割后的各个心肌节段的第二造影强度，包括：
计算每帧所述第二超声图像分割后的各个心肌节段所在区域的灰度值的平均值，得到所述第二造影强度。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
显示所述心肌节段的参数，所述心肌节段的参数包括所述相对造影强度、所述再灌注状态、所述第一造影强度和所述第二造影强度中的至少一种。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当任一个所述心肌节段存在灌注异常时，生成用于提示所述心肌节段存在灌注异常的提示信息。
13.一种处理心肌再灌注数据的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取对目标对象进行心肌再灌注过程中采集的多帧超声图像；
确定所述心肌再灌注过程中的基准时刻，所述基准时刻对应的超声图像为第一超声图像；
确定与所述基准时刻具有相同时象的多帧第二超声图像；
对所述第一超声图像和所述第二超声图像进行心肌分割；
计算所述第一超声图像分割后的各个心肌节段的第一造影强度；
计算多帧所述第二超声图像分割后的各个心肌节段的第二造影强度；
根据同一个心肌节段的第一造影强度和不同时刻对应的第二造影强度，计算得到每个所述心肌节段在不同时刻的相对造影强度。
14.一种超声成像系统，其特征在于，包括：
超声探头；
发射电路，用于激励所述超声探头向目标组织发射超声波；
接收电路，用于控制所述超声探头接收所述超声波的回波，以获得所述超声波的回波信号；
处理器，用于执行权利要求1-13中任一项所述的方法的步骤。
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