CN117618025A - 瓣膜实时运动状态的表征系统、方法、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声监测技术领域，揭露了一种瓣膜实时运动状态的表征系统、方法、设备及存储介质，所述系统包括：控制模块用于根据预设探头空间位置设置得到目标探头，并控制目标探头按照发射时间向瓣膜发射超声信号；数据处理模块用于对瓣膜根据超声信号返回的频率波进行滤波处理，根据滤波后的反射波在反射点的发射时间及反射波接收时间生成采集周期；根据采集周期及多普勒补偿计算反射点与超声探头之间的反射距离；显像模块用于根据反射距离计算在采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线；对目标探头对应的运动轨迹曲线进行拟合，得到三维实时运动轨迹曲面。本发明可以提高在运动状态监测上的准确性并使得运动状态表征的真实与具体。

Description

瓣膜实时运动状态的表征系统、方法、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及超声监测技术领域，尤其涉及一种瓣膜实时运动状态的表征系统、方法、设备及存储介质。

背景技术

在医疗应用场景中，当瓣膜组织出现病变，例如，组织表面钙化、腱索断裂等情况时，心脏功能会出现异常，瓣膜的运动轨迹随之会发生显著变化。若精准捕捉瓣膜运动轨迹的异常，则有助于医生对患者瓣膜性心脏病的了解，及时作出诊疗判断。

此外，在部分瓣膜介入治疗手术中，常对假体瓣膜的植入时刻和原生瓣叶的启闭状态有严苛要求。例如，部分二尖瓣假体瓣膜存在倒刺结构，其需要在原生瓣膜“由开入闭”的阶段释放假体瓣膜，以确保倒刺可以在释放初期完成对原生瓣膜的刺穿，确保假体瓣膜不会在释放的瞬间发生滑动。上述场景则需要对原生瓣膜的运动轨迹进行精准的捕捉和监控，以保证瓣膜介入治疗手术的顺利进行。

现有技术中，常常采用M模式超声测量在心动周期中心腔的大小或心瓣膜的运动，但其只能在二维平面内显示某一条线上所有结构的运动数据，以评估腔隙的直径或结构的运动，存在在运动状态监测上不够准确且运动状态表征不够真实与具体的问题。

发明内容

本发明提供一种瓣膜实时运动状态的表征系统、方法、电子设备及计算机可读存储介质，其主要目的在于解决在运动状态监测上不够准确且运动状态表征不够真实与具体的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种瓣膜实时运动状态的表征系统，包括：

控制模块用于：根据预设探头空间位置设置超声探头，得到多个目标探头，并控制多个所述目标探头中的线性相控阵列按照预设发射时间向瓣膜发射超声信号；

数据处理模块用于：获取所述瓣膜根据所述超声信号返回的频率波，对所述频率波进行滤波处理，得到每个目标探头接收的反射波；获取所述反射波在预设反射点的反射波接收时间，根据所述发射时间以及所述反射波接收时间生成采集周期；根据所述采集周期以及多普勒补偿计算所述反射点与所述超声探头之间的反射距离；

显像模块用于：根据所述反射距离计算在所述采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线；对每个目标探头对应的运动轨迹曲线进行拟合，得到三维实时运动轨迹曲面。

可选地，所述控制模块在执行所述根据预设探头空间位置设置超声探头，得到多个目标探头的功能时，具体用于：

根据所述探头空间位置生成所述超声探头中的每一个分探头对应的探头调整指令；所述探头调整指令用于控制所述分探头调整至相应的角度；

将根据所述探头调整指令进行调整后的分探头作为目标探头。

可选地，所述数据处理模块在执行所述对所述频率波进行滤波处理，得到每个目标探头接收的反射波的功能时，具体用于：

获取每个目标探头对应的所述频率波的波长、频率以及角度；

根据所述波长、频率以及角度对所述频率波进行划分，并从划分的结果中选取反射波。

可选地，所述数据处理模块在执行所述获取所述反射波在预设反射点的反射波接收时间的功能之后，具体还包括：

从所述反射点的反射波接收时间中选取最迟的反射波接收时间作为结束接收时间；

根据所述结束接收时间更新所述发射时间。

可选地，所述数据处理模块在执行所述根据所述采集周期以及多普勒补偿计算所述反射点与所述超声探头之间的反射距离的功能时，具体用于：

根据第一距离计算公式计算所述反射点与所述超声探头之间的初始反射距离；

所述第一距离公式表示为：

L＝c×Δt

其中，L表示为所述初始反射距离，c表示为声波在血液内的传播速度，Δt表示为采集周期，t₁表示为所述采集周期中的发射时间，t₂表示为所述采集周期中所述发射时间对应的反射波接收时间；

所述初始反射距离进行多普勒补偿，得到反射距离。

可选地，所述数据处理模块在执行所述对所述初始反射距离进行多普勒补偿，得到反射距离的功能时，具体用于：

获取所述超声信号的超声波频率以及所述反射波的反射波频率，利用多普勒计算公式根据所述超声波频率以及所述反射波频率计算所述反射点的反射移动速度；

利用第二距离计算公式计算根据反射移动速度以及所述采集周期计算反射位移距离；

通过所述反射位移距离对所述初始反射距离进行位移补偿，得到反射距离。

可选地，所述多普勒计算公式表示为：

其中，v₀表示为所述反射点的反射移动速度，c表示为声波在血液内的传播速度，f表示为所述超声波频率，f₁表示为所述反射波频率；

所述第二距离计算公式表示为：

L₁＝v₀Δt

其中，L₁表示为所述反射位移距离，c表示为声波在血液内的传播速度，v₀表示为所述反射点的反射移动速度，Δt表示为采集周期，t₁表示为所述采集周期中的发射时间，t₂表示为所述采集周期中所述发射时间对应的反射波接收时间。

可选地，所述显像模块在执行所述根据所述反射距离计算在所述采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线的功能之前，具体还包括：

判断所述采集周期是否满足预设的心动周期；

若不满足所述心动周期，则返回控制多个所述目标探头中的线性相控阵列按照预设发射时间向瓣膜发射超声信号的步骤。

可选地，所述显像模块在执行所述根据所述反射距离计算在所述采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线的功能时，具体用于：

根据所述采集周期生成时间间隔序列，依次从所述反射点中选取目标反射点；

获取所述目标反射点在时间间隔序列中所对应的目标反射距离，根据所述目标反射距离以及所述目标探头构建反射连线图；

从所述反射连线图中提取所述目标反射点对应的运动轨迹曲线。

可选地，所述显像模块在执行所述对每个目标探头对应的运动轨迹曲线进行拟合，得到三维实时运动轨迹曲面的功能时，具体用于：

获取每个所述目标探头对应的所有反射点的运动轨迹曲线，对所述运动轨迹曲线进行曲线拟合，得到运动轨迹曲面；

对所有所述目标探头对应的运动轨迹曲面进行三维模拟，得到三维实时运动轨迹曲面。

为了解决上述问题，本发明还提供一种瓣膜实时运动状态的表征方法，所述方法包括：

根据预设探头空间位置设置超声探头，得到多个目标探头，并控制多个所述目标探头中的线性相控阵列按照预设发射时间向瓣膜发射超声信号；

获取所述瓣膜根据所述超声信号返回的频率波，对所述频率波进行滤波处理，得到每个目标探头接收的反射波；

获取所述反射波在预设反射点的反射波接收时间，根据所述发射时间以及所述反射波接收时间生成采集周期；

根据所述采集周期以及多普勒补偿计算所述反射点与所述超声探头之间的反射距离；

根据所述反射距离计算在所述采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线；

对每个目标探头对应的运动轨迹曲线进行拟合，得到三维实时运动轨迹曲面。

为了解决上述问题，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述瓣膜实时运动状态的表征系统中的功能。

为了解决上述问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一个计算机程序，所述至少一个计算机程序被电子设备中的处理器执行以实现上述瓣膜实时运动状态的表征系统中的功能。

本发明通过设置不同探头空间位置的超声探头，可以实现在不转动超声探头的手柄的情况下，实现对不同角度的瓣膜运动状态监测；通过对瓣膜返回的频率波进行滤波处理，使进行数据处理的反射波更加准确；通过采集周期以及多普勒补偿计算反射距离，使基于反射距离生成的运动轨迹曲线更加准确；通过反射距离以及反射点生成的运动轨迹曲线进行拟合，以三维实时运动轨迹曲线实现瓣膜在运动状态监测的三维空间表达，使得瓣膜的运动状态表征更加准确且具象化。因此本发明提出的瓣膜实时运动状态的表征系统、方法、电子设备及计算机可读存储介质，其主要目的在于解决在运动状态监测上不够准确且运动状态表征不够真实与具体的问题。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的超声成像装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的超声成像装置的探头组件的各分探头连接为一体的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的超声成像装置的探头组件的外部结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的超声成像装置的手柄组件的外部结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的单个分探头在表征主动脉瓣瓣膜运动状态时的放置示意图；

图6为本发明一实施例提供的多个分探头在表征主动脉瓣瓣膜运动状态时的放置示意图；

图7为本发明一实施例提供的超声成像装置的探头组件的内部结构示意图；

图8为本发明一实施例提供的瓣膜实时运动状态的表征系统的功能模块图；

图9为本发明一实施例提供的目标探头使用线性相控阵列对瓣膜形态进行多平面超声检测的模拟示意图；

图10为本发明一实施例提供的目标探头接收反射点返回的反射波的模拟示意图；

图11为本发明一实施例提供的根据第一距离计算公式计算得到的反射距离所生成的目标反射点的运动轨迹曲线；

图12为本发明一实施例提供的在进行多普勒补偿后生成的目标反射点的运动轨迹曲线；

图13为本发明一实施例提供的瓣膜实时运动状态的表征方法的流程示意图；

图14为本发明一实施例提供的实现所述瓣膜实时运动状态的表征系统的电子设备的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本申请实施例提供一种瓣膜实时运动状态的表征方法。所述瓣膜实时运动状态的表征方法的执行主体包括但不限于服务端、终端等能够被配置为执行本申请实施例提供的该方法的电子设备中的至少一种。换言之，所述瓣膜实时运动状态的表征方法可以由安装在终端设备或服务端设备的软件或硬件来执行。所述服务端包括但不限于：单台服务器、服务器集群、云端服务器或云端服务器集群等。所述服务器可以是独立的服务器，也可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。

本发明实施例中，所述瓣膜实时运动状态的表征系统应用于超声成像装置，参阅图1至图4，1表示为超声探头，2表示为导管组件，3表示为手柄组件，4表示为外部的信息处理设备，110表示为分探头，111表示为探头头部，112表示为内管，31表示为手柄壳体，32表示为滑动机构，33表示为旋转机构，311表示为第一滑槽，321表示为滑动按钮，331表示为旋钮部件，332表示为转动调节开关部件。

具体地，所述超声成像装置包括沿轴向A由远及近依次设置的超声探头、导管组件以及手柄组件；参阅图超声探头包括多个分探头，各分探头之间可相互独立地运动；手柄组件包括手柄壳体以及设置在手柄壳体上的滑动机构和旋转机构；各分探头穿设过导管组件并与滑动机构和旋转机构连接，滑动机构选择性地控制所有分探头中的一个沿轴向A移动，旋转机构选择性地控制所有分探头中的一个沿手柄组件的周向B转动。

本发明实施例中，由于超声探头包括多个能够分别独立运动的分探头，且滑动机构可控制各分探头沿轴向A移动、旋转机构可控制各分探头在周向B转动，故该超声成像装置可控制各分探头分别以各自期望的位姿指向各个目标位置，并在同一时间完成不同部位的成像或监测、且不增加操作难度和繁琐度，从而获得高准确性的监测数据和高精度的显像，有效实现不同部位的同时成像或监测；进一步地，分探头中可能包含姿态传感器，用于监控各探头与水平面的夹角、各探头的周向B转动角度和轴向A移动距离、三维空间坐标等位置参数。

具体地，分探头的数量可以设置为两个、三个、四个及以上，其具体可根据实际设计和使用需求设定，本发明对此不做具体限定。

参阅图5所示为单个分探头在表征主动脉瓣瓣膜运动状态时的放置示意图，参阅图6所示为多个分探头在表征主动脉瓣瓣膜运动状态时的放置示意图，其中，5表示为主动脉瓣，6表示为左心室，7表示为腱索，8表示为二尖瓣，9表示为左心房。

本发明实施例中，各探头头部可以为使用线性相控阵列的2D平面成像、使用机械旋转线性相控阵列的3D立体成像和使用矩阵相控阵列的4D实时立体成像中的一种或多种的组合；本发明优选地，探头头部为使用线性相控阵列的2D平面成像；探头头部内设置有超声收发组件，用于根据预设的参数产生超声，并收集经过组织反射和/或折射的回波。

具体地，超声收发组件包括超声发射电路、回波接受电路以及换能器阵列，且超声发射电路、回波接受电路与换能器阵列电连接。换能器阵列用于根据逆压电效应受超声发射电路的激励波形激励而产生超声波，并根据压电效应将组织的回波转换为电信号；然后回波接受电路对电信号进行例如滤波、调幅、AD转换等的初步处理。

本发明实施例中，探头头部的外表形状可以设置为圆柱、圆台、圆锥、长方体等任意形状；优选的，为避免探头头部的边和角刺伤组织，探头头部的边角处做圆弧过渡处理。

本发明实施例中，滑动机构包括多个滑动按钮；手柄壳体上设置有沿轴向A延伸的多个第一滑槽；各滑动按钮可移动地设置于一个对应的第一滑槽，并与对应的分探头的内管连接，且内管在轴向A相对于滑动按钮静止、并在周向B相对于滑动按钮可转动。这样，各滑动按钮可分别通过对应的内管控制对应的分探头在轴向A移动，且不干涉内管的转动，使得各分探头的操作过程更加简单。

具体地，内管在与滑动按钮对应的位置固设有卡扣，卡扣套设在内管上；滑动按钮上设置有卡接，且卡扣在轴向A上与卡接保持相对静止、在周向B上可相对于卡接转动。这样，通过卡扣与卡接的配合，即可使内管在轴向A上随滑动按钮的移动而移动、且使内管不会随探头旋钮部件转动而转动，使得内管与滑动按钮、探头旋钮部件之间的结构更加简单。

本发明实施例中，旋转机构包括探头旋钮部件、转动调节开关部件以及多个与各内管传动连接的从动部件。探头旋钮部件和转动调节开关部件分别设置在手柄壳体上，各从动部件均设置于手柄壳体内。且探头旋钮部件用于接受外部的力矩，例如操作者手动旋转，以通过一从动部件将该力矩传递给对应的一内管；转动调节开关部件与探头旋钮部件连接并选择性地将探头旋钮部件与各从动部件耦合，以在探头旋钮部件的带动下、经由各从动部件驱动各内管带动对应的探头头部转动。这样，转动调节开关部件可控制探头旋钮部件与所有分探头中的一个传动连接，以带动该分探头沿周向B转动至期望的姿态，使得探头组件的分探头使用一套旋转机构，即无需给每个分探头配备独立的旋转驱动件，进而使得分探头的旋转操作过程更加简单，结构设计简单化、轻量化。

参阅图7，其中，110表示为分探头，111表示为探头头部，1111表示为超声组件，112表示为内管，1121表示为线缆，手柄壳体上设置有通信接口，用于与外部的信息处理设备通信连接；内管内设置有线缆；线缆的远端伸入探头头部内与超声收发组件连接、线缆的近端穿设过内管并伸入手柄壳体内与通信接口连接，且通过通信接口与外部的信息处理设备通信连接，以将超声收发组件收集的回波信号传递至外部的信息处理设备中。外部的信息处理设备对回波信号做进一步的处理，再将处理后的回波信号传输至外部显示装置上，以完成超声显像或检测数据显示。这样，各分探头的探头头部内的超声收发组件产生超声，并收集回波，回波信息通过线缆传递至外部的信息处理设备以做进一步的处理，然后在外部的显示装置上完成超声显像或检测数据显示。并且，外部的信息处理设备通过通信连接，可以控制超声成像装置中的探头进行转动，已实现不同部位的同时成像或监测。

进一步地，所述信息处理设备可以为超声计算机，用于实现数据处理功能，所述外部显示装置可以为超声显像装置，用于实现运动状态拟合显像功能；或者，所述信息处理设备以及所述外部显示装置可以为超声主机处理装置，所述超声主机处理装置中包括数据处理模块以及显像模块，用于实现数据处理功能以及运动状态拟合显像功能。

如图8所示，是本发明一实施例提供的瓣膜实时运动状态的表征系统的功能模块图。根据实现的功能，所述瓣膜实时运动状态的表征系统400可以包括控制模块401、数据处理模块402及显像模块403。本发明所述模块也可以称之为单元，是指一种能够被瓣膜实时运动状态的表征系统的处理器所执行，并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在瓣膜实时运动状态的表征系统的存储器中。

在本实施例中，关于各模块/单元的功能如下：

所述控制模块401，根据预设探头空间位置设置超声探头，得到多个目标探头，并控制多个所述目标探头中的线性相控阵列按照预设发射时间向瓣膜发射超声信号；

所述数据处理模块402，用于获取所述瓣膜根据所述超声信号返回的频率波，对所述频率波进行滤波处理，得到每个目标探头接收的反射波；获取所述反射波在预设反射点的反射波接收时间，根据所述发射时间以及所述反射波接收时间生成采集周期；根据所述采集周期以及多普勒补偿计算所述反射点与所述超声探头之间的反射距离；

所述显像模块403，用于根据所述反射距离计算在所述采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线；对每个目标探头对应的运动轨迹曲线进行拟合，得到三维实时运动轨迹曲面。

下面结合具体实施例，分别针对瓣膜实时运动状态的表征系统的各个组成部分以及具体工作流程进行说明：

所述控制模块401用于：根据预设探头空间位置设置超声探头，得到多个目标探头，并控制多个所述目标探头中的线性相控阵列按照预设发射时间向瓣膜发射超声信号。

本发明实施例中，所述超声探头由多个分探头组成，用于生成对应的可成像区域；所述控制模块可以与各姿态传感器相连，可监控各探头与水平面的夹角、各探头的周向B转动角度和轴向A移动距离、三维空间坐标等位置参数，

本发明实施例中，在对瓣膜的运动轨迹进行表征监测之前，需要先将超声探头经过血管输送至心腔或者血管内，优选地，可以采用微创介入；在超声探头达到心腔或者血管的目标部位后，可以使用超声探头对应的手柄组件上的滑动按钮和探头旋钮微调超声探头中各分探头的位置和朝向，对心脏内部使用B模式成像，以获取瓣膜组织的位置，并观察超声计算机显示屏，确保瓣膜组织位于超声探头中各分探头的可成像区域。

进一步地，在确定超声探头中各分探头的位置和朝向后，即得到多个目标探头，可以将各分探头对应的姿态传感器检测的位置参数进行清零；若在清零后位置参数的数值发生的变化，则表明超声探头产生了位移或转动，则可依据发生变化的数值，及时提示做出相应的调整，或者以清零后的超声探头为基准，构建坐标系，在探头发生位置变化时，可以通过建立的坐标系进行空间表达确定探头实时变化位置。

本发明实施例中，所述控制模块在执行所述根据预设探头空间位置设置超声探头，得到多个目标探头的功能时，具体用于：

根据所述探头空间位置生成所述超声探头中的每一个分探头对应的探头调整指令；所述探头调整指令用于控制所述分探头调整至相应的角度；

将根据所述探头调整指令进行调整后的分探头作为目标探头。

本发明实施例中，所述探头空间位置中的探头角度可以为10°至80°之间，具体地所述探头空间位置可以根据实际情况进行确定探头发射超声信号的平面能够覆盖整个瓣膜；进一步地，可以以超声探头中分探头的一个探头发射超声信号的平面角度为基准，例如10°，在该基准的基础上以10°为间隔调整超声探头中的其他分探头，使得超声探头中分探头发射超声信号的平面角度分别为10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°，将瓣膜近似看成由八个平面累叠而成；探头发射超声信号的辐射范围受探头方向限制，所述探头角度可以通过正负来表示探头的方向；所述目标探头即为设置完成探头空间位置(包括探头角度的数值以及正负)的分探头，参阅图9所示，目标探头使用线性相控阵列对瓣膜形态进行多平面超声检测的模拟示意图，其中，10表示为超声轴向A深度，11表示为超声横向方位，12表示为发射声波，13表示为瓣叶。

本发明实施例中，所述线性相控阵列可以实现在单一平面内发射超声信号，所述发射时间为触发线性相控阵列发射超声信号的时刻，第一次发射时间可以根据监测时机启动，第一次发射时间之后的发射时间可以为根据瓣膜根据所述超声信号返回的反射波的时间而确定；以第二次发射时间为例，在线性相控阵列于第一次发射时间发射超声信号之后，可以将目标探头接收到瓣膜返回的所有反射波对应的时刻作为第二次发射时间，重新向瓣膜发射超声信号。

本发明实施例中，当使用多个分探头时，各分探头发射的超声波可能产生相互干扰，为解决不同探头之间的干涉，基于瓣膜的开合为周期性运动，短时间内各周期的开合运动轨迹基本一致这一原理，可以控制不同的目标探头分时段启动，在一个目标探头发射超声信号并完成数据采集后，再启动下一个目标探头超声信号发射工作以及数据采集工作。

所述数据处理模块402用于：获取所述瓣膜根据所述超声信号返回的频率波，对所述频率波进行滤波处理，得到每个目标探头接收的反射波；获取所述反射波在预设反射点的反射波接收时间，根据所述发射时间以及所述反射波接收时间生成采集周期；根据所述采集周期计算所述反射点与所述超声探头之间的反射距离。

本发明实施例中，所述数据处理模块还包括滤波模块和计算模块；所述线性相控阵列在单一平面内发射超声信号后，探头所接收的频率波除了在该单一平面存在反射波之外，瓣膜组织还会再其他平面产生散射波、折射波等；此时，滤波模块可以过滤其余角度的散射波、折射波、衍射波等，使目标探头的各线性相控阵列只接收各自声波发射平面内的反射波；所述计算模块用于计算反射点与所述超声探头之间的反射距离，以实现后续的运动状态轨迹生成。

本发明实施例中，所述数据处理模块在执行所述对所述频率波进行滤波处理，得到每个目标探头接收的反射波的功能时，具体用于：

获取每个目标探头对应的所述频率波的波长、频率以及角度；

根据所述波长、频率以及角度对所述频率波进行划分，并从划分的结果中选取反射波。

本发明实施例中，探头所接收的散射波、折射波等在频率、波长以及角度上会存在差别，因此，可以通过根据不同波的参数特征对频率波进行划分，确定散射波、折射波、衍射波等，进而从中选取目标探头对应的反射波。

本发明实施例中，所述滤波模块可以对来自不同二维平面或三维空间的反射波筛选，再将数据传输至计算模块，进行反射距离的测算。

本发明另一可选实施例中，基于各个目标探头接收的反射波的频率范围可以存在不同这一原理，可以通过设置发射不同频率的超声信号，使得各目标探头的接收反射波的阈值范围存在差异，进而避免各分探头发射的超声波可能产生相互干扰的问题。

进一步地，通过有限元仿真分析、理论分析或临床监测等，可获得瓣膜的开合速度范围约为v₁:1m/s-v₁:2m/s。

依据多普勒原理：

其中，v₀表示为所述反射点的反射移动速度，c表示为声波在血液内的传播速度，f表示为所述超声波频率，f₁表示为所述反射波频率；

其中，v₀的速度值范围与瓣膜的开合速度范围基本一致，即为v₁:1m/s-v₁:2m/s，则各目标探头的接收反射波的阈值范围为：

因此，通过设置不同的超声波频率值大小，可以使各目标探头的接收反射波的阈值范围无重合区域，则可以避免各探头发射的超声波产生相互干扰。

本发明实施例中，可以在目标探头发射的超声信号所构成的2维平面超声波扇区的横向方位中均匀选取采集点，将该采集点作为反射点；优选地，每个2维平面超声波扇区对应的反射点可以不少于15个。参阅图10所示，为目标探头接收反射点返回的反射波的模拟示意图，其中，14表示为反射点，15表示为反射波。

本发明实施例中，所述反射点的反射波接收时间即为目标探头发出超声信号后，到达所述反射点，所述反射点基于该超声信息形成反射波反射至所述目标探头的时刻。

进一步地，本发明实施例中，所述数据处理模块在执行所述获取所述反射波在预设反射点的反射波接收时间的功能之后，具体还包括：

从所述反射点的反射波接收时间中选取最迟的反射波接收时间作为结束接收时间；

根据所述结束接收时间更新所述发射时间。

本发明实施例中，将目标探头对应的反射点所反射的反射波都接收完之后，将最后一次接收反射波的时间作为结束接收时间，并可以将结束接收时间作为新的发射时间，重新使探头发射超声信号。

本发明实施例中，可以将所有发射时间与对应的反射波接收时间的时间间隔作为采集周期；其中，所述时间间隔根据不同的发射时间以及对应反射波接收时间可能相同或者不同。

本发明实施例中，所述数据处理模块在执行所述根据所述采集周期以及多普勒补偿计算所述反射点与所述超声探头之间的反射距离的功能时，具体用于：

根据第一距离计算公式计算所述反射点与所述超声探头之间的初始反射距离；

对所述初始反射距离进行多普勒补偿，得到反射距离。

本发明实施例中，所述第

L＝c×Δt

其中，L表示为所述初始反射距离，c表示为声波在血液内的传播速度，Δt表示为采集周期，t₁表示为所述采集周期中的发射时间，t₂表示为所述采集周期中所述发射时间对应的反射波接收时间。

优选地，本发明实施例中，当反射波传递回探头的时间段内，瓣膜上的反射点也可能在移动，因此可以根据多普勒原理计算反射距离。

本发明实施例中，所述数据处理模块在执行所述对所述初始反射距离进行多普勒补偿，得到反射距离的功能时，具体用于：

获取所述超声信号的超声波频率以及所述反射波的反射波频率，利用多普勒计算公式根据所述超声波频率以及所述反射波频率计算所述反射点的反射移动速度；

利用第二距离计算公式计算根据反射移动速度以及所述采集周期计算反射位移距离；

通过所述反射位移距离对所述初始反射距离进行位移补偿，得到反射距离。

具体地，本发明实施例中，所述多普勒计算公式表示为：

其中，v₀表示为所述反射点的反射移动速度，c表示为声波在血液内的传播速度，f表示为所述超声波频率，f₁表示为所述反射波频率；

所述第二距离计算公式表示为：

L₁＝v₀Δt

其中，L₁表示为所述反射位移距离，c表示为声波在血液内的传播速度，v₀表示为所述反射点的反射移动速度，Δt表示为采集周期，t₁表示为所述采集周期中的发射时间，t₂表示为所述采集周期中所述发射时间对应的反射波接收时间。

本发明实施例中，所述反射点的反射移动速度的方向在反射点与发射点的连线直线上，靠近探头为正值，远离探头为负值。

本发明实施例中，在单一平面内，对同一反射点的相邻瞬时时刻反射位置进行多普勒测算补偿，可以使得进行运动轨迹拟合生成的轨迹曲线更加精准。

所述显像模块403用于：根据所述反射距离计算在所述采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线；对每个目标探头对应的运动轨迹曲线进行拟合，得到三维实时运动轨迹曲面。

本发明实施例中，所述显像模块在执行所述根据所述反射距离计算在所述采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线的功能之前，具体还包括：

判断所述采集周期是否满足预设的心动周期；

若不满足所述心动周期，则返回控制多个所述目标探头中的线性相控阵列按照预设发射时间向瓣膜发射超声信号的步骤。

本发明实施例中，所述心动周期可以周期时间，例如，0.8s；所述采集周期可以有多个时间间隔构成，每个时间间隔代表探头发射超声信号至接受反射波的所需时间，每个时间间隔可能相同或者不同；所述采集周期小于所述心动周期，则表示未完成一个完整的心动采集周期，需要继续发射超声信号进行反射波采集；所述采集周期大于或等于所述心动周期，则表示已完成一个完成在心动采集周期。

本发明实施例中，显像模块还包括单平面显像模块、三维图像处理模块和实时运动状态拟合模块；所述单平面显像模块用于生成每个目标探头对应的每个反射点在采集周期内的运动轨迹曲线；所述三维图像处理模块用于生成在采集周期内每个目标探头的所有反射点对应的运动轨迹曲线所拟合的运动轨迹曲面；所述实时运动状态拟合模块用于对所有目标探头对应的运动轨迹曲面进行拟合，得到三维实时运动轨迹曲面。

本发明实施例中，所述显像模块在执行所述根据所述反射距离计算在所述采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线的功能时，具体用于：

根据所述采集周期生成时间间隔序列，依次从所述反射点中选取目标反射点；

获取所述目标反射点在时间间隔序列中所对应的目标反射距离，根据所述目标反射距离以及所述目标探头构建反射连线图；

从所述反射连线图中提取所述目标反射点对应的运动轨迹曲线。

本发明实施例中，如图11所示，为根据第一距离计算公式计算得到的反射距离所生成的目标反射点的运动轨迹曲线；如图12所示，为在进行多普勒补偿之后，生成的目标反射点的运动轨迹曲线，其中，16表示为目标探头的超声信号发射点，14表示为反射点，17表示为反射点运动轨迹，18表示为反射距离,19表示为多普勒补偿后的反射点。

本发明实施例中，所述显像模块在执行所述对每个目标探头对应的运动轨迹曲线进行拟合，得到三维实时运动轨迹曲面的功能时，具体用于：

获取每个所述目标探头对应的所有反射点的运动轨迹曲线，对所述运动轨迹曲线进行曲线拟合，得到运动轨迹曲面；

对所有所述目标探头对应的运动轨迹曲面进行三维模拟，得到三维实时运动轨迹曲面。

本发明实施例中，若存在8个不同探头空间位置的目标探头，在每个目标探头发射的超声信号所构成的2维平面超声波扇区的横向方位中均匀选取15个反射点，在时间间隔序列中的每个时间间隔内则采集有120个反射数据，基于时间间隔序列中每个时间间隔采集的120个反射数据可以生成三维实时运动轨迹曲面。

本发明通过设置不同探头空间位置的超声探头，可以实现在不转动超声探头的手柄的情况下，实现对不同角度的瓣膜运动状态监测；通过对瓣膜返回的频率波进行滤波处理，使进行数据处理的反射波更加准确；通过采集周期以及多普勒补偿计算反射距离，使基于反射距离生成的运动轨迹曲线更加准确；通过反射距离以及反射点生成的运动轨迹曲线进行拟合，以三维实时运动轨迹曲线实现瓣膜在运动状态监测的三维空间表达，使得瓣膜的运动状态表征更加准确且具象化。因此本发明提出的瓣膜实时运动状态的表征系统，其主要目的在于解决在运动状态监测上不够准确且运动状态表征不够真实与具体的问题。

参照图13所示，为本发明一实施例提供的瓣膜实时运动状态的表征方法的流程示意图。在本实施例中，所述瓣膜实时运动状态的表征方法包括：

S901、根据预设探头空间位置设置超声探头，得到多个目标探头，并控制多个所述目标探头中的线性相控阵列按照预设发射时间向瓣膜发射超声信号；

S902、获取所述瓣膜根据所述超声信号返回的频率波，对所述频率波进行滤波处理，得到每个目标探头接收的反射波；

S903、获取所述反射波在预设反射点的反射波接收时间，根据所述发射时间以及所述反射波接收时间生成采集周期；

S904、根据所述采集周期以及多普勒补偿计算所述反射点与所述超声探头之间的反射距离；

S905、根据所述反射距离计算在所述采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线；

S906、对每个目标探头对应的运动轨迹曲线进行拟合，得到三维实时运动轨迹曲面。

如图14所示，是本发明一实施例提供的实现瓣膜实时运动状态的表征系统的电子设备的结构示意图。

所述电子设备1000可以包括处理器1001、存储器1002、通信总线1003以及通信接口1004，还可以包括存储在所述存储器1002中并可在所述处理器1001上运行的计算机程序，如瓣膜实时运动状态的表征程序。

其中，所述处理器1001在一些实施例中可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述处理器1001是所述电子设备的控制核心(ControlUnit)，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部件，通过运行或执行存储在所述存储器1002内的程序或者模块(例如执行瓣膜实时运动状态的表征程序等)，以及调用存储在所述存储器1002内的数据，以执行电子设备的各种功能和处理数据。

所述存储器1002至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如：SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述存储器1002在一些实施例中可以是电子设备的内部存储单元，例如该电子设备的移动硬盘。所述存储器1002在另一些实施例中也可以是电子设备的外部存储设备，例如电子设备上配备的插接式移动硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(SecureDigital，SD)卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器1002还可以既包括电子设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器1002不仅可以用于存储安装于电子设备的应用软件及各类数据，例如瓣膜实时运动状态的表征程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所述通信总线1003可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。所述总线被设置为实现所述存储器1002以及至少一个处理器1001等之间的连接通信。

所述通信接口1004用于上述电子设备与其他设备之间的通信，包括网络接口和用户接口。可选地，所述网络接口可以包括有线接口和/或无线接口(如WI-FI接口、蓝牙接口等)，通常用于在该电子设备与其他电子设备之间建立通信连接。所述用户接口可以是显示器(Display)、输入单元(比如键盘(Keyboard))，可选地，用户接口还可以是标准的有线接口、无线接口。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。其中，显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在电子设备中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。

图14仅示出了具有部件的电子设备，本领域技术人员可以理解的是，图14示出的结构并不构成对所述电子设备1000的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

例如，尽管未示出，所述电子设备还可以包括给各个部件供电的电源(比如电池)，优选地，电源可以通过电源管理装置与所述至少一个处理器1001逻辑相连，从而通过电源管理装置实现充电管理、放电管理、以及功耗管理等功能。电源还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电装置、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。所述电子设备还可以包括多种传感器、蓝牙模块、Wi-Fi模块等，在此不再赘述。

应该了解，所述实施例仅为说明之用，在专利申请范围上并不受此结构的限制。

所述电子设备1000中的所述存储器1002存储的瓣膜实时运动状态的表征程序是多个指令的组合，在所述处理器1001中运行时，可以实现上述瓣膜实时运动状态的表征系统中的功能。

具体地，所述处理器1001对上述指令的具体实现系统可参考附图对应实施例中相关步骤的描述，在此不赘述。

进一步地，所述电子设备1000集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。所述计算机可读存储介质可以是易失性的，也可以是非易失性的。例如，所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序在被电子设备的处理器所执行时，可以实现上述瓣膜实时运动状态的表征系统中的功能。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，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。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一、第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种瓣膜实时运动状态的表征系统，其特征在于，所述系统包括：

控制模块用于：根据预设探头空间位置设置超声探头，得到多个目标探头，并控制多个所述目标探头中的线性相控阵列按照预设发射时间向瓣膜发射超声信号；

数据处理模块用于：获取所述瓣膜根据所述超声信号返回的频率波，对所述频率波进行滤波处理，得到每个目标探头接收的反射波；获取所述反射波在预设反射点的反射波接收时间，根据所述发射时间以及所述反射波接收时间生成采集周期；根据所述采集周期以及多普勒补偿计算所述反射点与所述超声探头之间的反射距离；

显像模块用于：根据所述反射距离计算在所述采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线；对每个目标探头对应的运动轨迹曲线进行拟合，得到三维实时运动轨迹曲面。

2.根据权利要求1所述的瓣膜实时运动状态的表征系统，其特征在于，所述控制模块在执行所述根据预设探头空间位置设置超声探头，得到多个目标探头的功能时，具体用于：

根据所述探头空间位置生成所述超声探头中的每一个分探头对应的探头调整指令；所述探头调整指令用于控制所述分探头调整至相应的角度；

将根据所述探头调整指令进行调整后的分探头作为目标探头。

3.根据权利要求1所述的瓣膜实时运动状态的表征系统，其特征在于，所述数据处理模块在执行所述对所述频率波进行滤波处理，得到每个目标探头接收的反射波的功能时，具体用于：

获取每个目标探头对应的所述频率波的波长、频率以及角度；

根据所述波长、频率以及角度对所述频率波进行划分，并从划分的结果中选取反射波。

4.根据权利要求1所述的瓣膜实时运动状态的表征系统，其特征在于，所述数据处理模块在执行所述获取所述反射波在预设反射点的反射波接收时间的功能之后，具体还包括：

从所述反射点的反射波接收时间中选取最迟的反射波接收时间作为结束接收时间；

根据所述结束接收时间更新所述发射时间。

5.根据权利要求1所述的瓣膜实时运动状态的表征系统，其特征在于，所述数据处理模块在执行所述根据所述采集周期以及多普勒补偿计算所述反射点与所述超声探头之间的反射距离的功能时，具体用于：

根据第一距离计算公式计算所述反射点与所述超声探头之间的初始反射距离；

所述第一距离公式表示为：

L＝c×Δt

其中，L表示为所述初始反射距离，c表示为声波在血液内的传播速度，Δt表示为采集周期，t₁表示为所述采集周期中的发射时间，t₂表示为所述采集周期中所述发射时间对应的反射波接收时间；

对所述初始反射距离进行多普勒补偿，得到反射距离。

6.根据权利要求5所述的瓣膜实时运动状态的表征系统，其特征在于，所述数据处理模块在执行所述对所述初始反射距离进行多普勒补偿，得到反射距离的功能时，具体用于：

获取所述超声信号的超声波频率以及所述反射波的反射波频率，利用多普勒计算公式根据所述超声波频率以及所述反射波频率计算所述反射点的反射移动速度；

利用第二距离计算公式计算根据反射移动速度以及所述采集周期计算反射位移距离；

通过所述反射位移距离对所述初始反射距离进行位移补偿，得到反射距离。

7.根据权利要求6所述的瓣膜实时运动状态的表征系统，其特征在于，所述多普勒计算公式表示为：

其中，v₀表示为所述反射点的瞬时移动速度，c表示为声波在血液内的传播速度，f表示为所述超声波发射频率，f₁表示为所述反射波频率；

所述第二距离计算公式表示为：

L₁＝₀Δt

其中，L₁表示为所述反射位移距离，c表示为声波在血液内的传播速度，v₀表示为所述反射点的反射移动速度，Δt表示为采集周期，t₁表示为所述采集周期中的发射时间，t₂表示为所述采集周期中所述发射时间对应的反射波接收时间。

8.根据权利要求1所述的瓣膜实时运动状态的表征系统，其特征在于，所述显像模块在执行所述根据所述反射距离计算在所述采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线的功能之前，具体还包括：

判断所述采集周期是否满足预设的心动周期；

若不满足所述心动周期，则返回控制多个所述目标探头中的线性相控阵列按照预设发射时间向瓣膜发射超声信号的步骤。

9.根据权利要求1所述的瓣膜实时运动状态的表征系统，其特征在于，所述显像模块在执行所述根据所述反射距离计算在所述采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线的功能时，具体用于：

根据所述采集周期生成时间间隔序列，依次从所述反射点中选取目标反射点；

获取所述目标反射点在时间间隔序列中所对应的目标反射距离，根据所述目标反射距离以及所述目标探头构建反射连线图；

从所述反射连线图中提取所述目标反射点对应的运动轨迹曲线。

10.根据权利要求1所述的瓣膜实时运动状态的表征系统，其特征在于，所述显像模块在执行所述对每个目标探头对应的运动轨迹曲线进行拟合，得到三维实时运动轨迹曲面的功能时，具体用于：

获取每个所述目标探头对应的所有反射点的运动轨迹曲线，对所述运动轨迹曲线进行曲线拟合，得到运动轨迹曲面；

对所有所述目标探头对应的运动轨迹曲面进行三维模拟，得到三维实时运动轨迹曲面。

11.一种瓣膜实时运动状态的表征方法，其特征在于，所述方法包括：

根据预设探头空间位置设置超声探头，得到多个目标探头，并控制多个所述目标探头中的线性相控阵列按照预设发射时间向瓣膜发射超声信号；

获取所述瓣膜根据所述超声信号返回的频率波，对所述频率波进行滤波处理，得到每个目标探头接收的反射波；

获取所述反射波在预设反射点的反射波接收时间，根据所述发射时间以及所述反射波接收时间生成采集周期；

根据所述采集周期以及多普勒补偿计算所述反射点与所述超声探头之间的反射距离；

根据所述反射距离计算在所述采集周期内每个目标探头对应的反射点的运动轨迹曲线；

对每个目标探头对应的运动轨迹曲线进行拟合，得到三维实时运动轨迹曲面。

12.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至10中任意一项所述的瓣膜实时运动状态的表征系统中的功能。

13.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至10中任意一项所述的瓣膜实时运动状态的表征系统中的功能。