[发明专利]一种高帧率心脏超声心肌运动位移估计方法及系统

说明书

本发明公开了一种高帧率心脏超声心肌运动位移估计方法及系统，采用超高帧率多角度发散波至心脏并接受回波信号，获得高帧率多角度相干复合发散波心超序列射频数据，对多个心动周期内的高帧率多角度相干复合发散波心超序列射频数据进行心肌的边缘检测和识别，产生心肌掩膜，根据心肌掩膜估计大位移估计项、小位移估计项、正则项共同构建心肌位移估计代价函数，通过整合大位移和小位移构建代价函数、引入正则项、改写代价函数、考虑重合率，克服大位移和小位移难以平衡、位移估计时存在极值点、去相关噪声和平面外运动的难题，实现心脏快速搏动期间心肌运动的准确估计。

技术领域

本发明属于超声成像领域，具体涉及一种高帧率心脏超声心肌运动位移估计方法及系统。

背景技术

心脏的高帧率成像，如因心肌纤维层应力重构，早期心衰，在静息态(心率65bpm左右)无法被准确检测。采用心肌压力测试(心率将达到120bpm以上)，包括药物的压力测试和运动态下的压力测试，诱发早期心脏心肌功能异常，由此来进行早期检测。

常用的压力测试主要是心电检测技术，但心电检测无法直观进行可视化；超声是影像学技术中帧率最高，具有实时动态、无辐射、床边检测等优势，因此常被用来心脏结构与功能成像。常规超声采用聚焦波超声成像或高帧率平面波超声成像。然而，超高帧率平面波存在低声压无焦点等导致的低信噪比等限制，为此，近年提出的多角度相干复合成像技术可以实现心脏的高帧率与高信噪比成像。

基于心动周期内的心肌的位移变化来评价心肌的收缩功能，是心脏最主要的力学评判根据。常规的方法包括组织多普勒估计法，互相关估计法，这类方法有利于大位移的估计，但对心肌的小位移估计不灵敏；光流法等方法对小位移估计灵敏，却因其对去相关噪声更具敏感性，因而不适于大位移估计。为此，如何在心肌位移估计中平衡大位移与小位移的估计是一个国际难题。

因心脏的快速搏动、特别是压力测试下高达120bpm以上的高速收缩与舒张变化，心肌的位移估计又受到帧间去相关噪声的干扰以及心肌平面外运动的干扰，而上述干扰又会导致在位移估计时存在极值点，特别是在心肌边缘的位移估计中，尤为明显，这严重降低了心肌位移估计的精度，特别在心脏应力测试下，更为重要。因此，如何在心脏压力测试下，心室高速收缩舒张搏动中准确估计心肌在收缩期、舒张期的位移变化，是一项国际难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高帧率心脏超声心肌运动位移估计方法及系统，以克服现有技术的不足，本发明通过整合大位移和小位移构建代价函数、引入正则项、改写代价函数、考虑重合率，能够实现心脏快速搏动期间心肌运动的准确估计。

一种高帧率心脏超声心肌运动位移估计方法，包括以下步骤：

1)在心脏高速搏动时，采用超声探头发射超高帧率多角度发散波并接受回波信号，获得高帧率多角度相干复合发散波心超序列射频数据。

2)通过人工智能技术对多个心动周期内的高帧率多角度复合发散波心超序列射频数据进行心肌的边缘检测和识别，产生心肌掩膜。

3)估计大位移估计项、小位移估计项、正则项共同构建心肌位移估计代价函数，并受时域与空域约束以提高该函数的鲁棒性。

4)在时域与空域约束条件下，对大位移估计项、小位移估计项、正则项的权重进行迭代和最小二乘递归更新，获得瞬时心肌位移分布。

优选的，所述步骤1)具体包括以下步骤：

1.1)受试者的心脏高速搏动包括静息态与压力测试态，其中静息态时心率在55-75bpm，压力测试态时心率在120bpm以上。

1.2)采用相控阵阵列超声探头发射超高帧率的发散波，其帧率可达到4000Hz以上；该发散波采用的是N个角度倾斜发射。