[发明专利]二维超声心动图序列中心肌形状、运动和变形分析方法

权利要求书

1.利用二维超声心动图序列中心肌形状、运动和变形分析系统进行分析的方法，其特征在于：

分析系统包括依次相连的预处理单元(2)、心肌运动形态计算单元(3)和可视化单元(4)，以及与预处理单元(2)相连的采集设备(1)；

所述预处理单元(2)与可视化单元(4)相连；

所述采集设备(1)用于采集二维超声心动图；

所述预处理单元(2)从采集设备(1)导入二维超声心动图的序列数据，并对该序列数据进行预处理；所述预处理单元(2)输出心动周期内心肌壁各点坐标至心肌运动形态计算单元(3)，输出心动周期内心肌壁各点方向至可视化单元(4)；

所述心肌运动形态计算单元(3)利用预处理单元(2)输出的心肌壁各点坐标，计算完整心动周期内心肌的形状、运动和变形信息，并输出至可视化单元(4)；

所述可视化单元(4)对心肌壁各点方向以及心肌形状、运动和变形信息进行可视化显示；

所述心肌运动形态计算单元(3)包括心肌形状表征部件(31)、心肌运动表征部件(32)和心肌形变表征部件(33)；心肌形状表征部件(31)、心肌运动表征部件(32)和心肌形变表征部件(33)均与预处理单元(2)和可视化单元(4)相连；

所述心肌形状表征部件(31)利用预处理单元(2)输出的心动周期心肌壁各点坐标计算完整心动周期内心肌的形状信息，并通过可视化单元(4)进行显示；

所述心肌运动表征部件(32)利用预处理单元(2)输出的心动周期心肌壁各点坐标计算心肌壁各点在心动周期内各时刻位置的位移和速度信息，并通过可视化单元(4)进行显示；

所述位移包括径向位移和纵向位移，速度包括径向速度和纵向速度；

所述心肌形变表征部件(33)利用预处理单元(2)输出的心动周期心肌壁各点坐标计算心肌的纵向应变信息，并通过可视化单元(4)进行显示；

可视化单元(4)对心肌壁各点方向以及心肌的形状、运动和变形信息进行可视化显示，便于直观判断心脏运动功能的健康程度；

首先通过预处理单元(2)对待分析的二维超声心动图序列进行预处理，从而获取心动周期心肌壁各点坐标，并将心肌壁各点在心动周期各时刻位置的方向于可视化单元(4)上显示；之后心肌运动形态计算单元(3)根据心动周期心肌壁各点坐标分别计算心肌形状、位移、速度以及纵向应变；

方法为依次进行以下步骤：

S1、预处理单元(2)导入并预处理待分析的二维超声心动图序列，并输出心动周期内心肌壁各点坐标至心肌运动形态计算单元(3)，输出心动周期内心肌壁各点方向至可视化单元(4)进行显示；

预处理单元(2)中所输出心动周期内心肌壁各点方向的计算方法如下：

1.1、心肌壁各点在心动周期各时刻位置的纵向方向e_long计算步骤如下：

而

若

若

其中，t_j为心动周期内某时刻；x_i代表第i个具体心肌点；np为t_j时刻心肌壁的点的数量；表示心肌点x_i+1在时刻t_j时位置的坐标，表示心肌点x_i-1在时刻t_j时位置的坐标；

1.2、心肌壁各点在心动周期各时刻位置的径向方向e_radial则可将对应纵向方向e_long旋转90度获得，计算公式如下：

S2、心肌运动形态计算单元(3)根据步骤S1中心肌壁各点坐标分别计算完整心动周期内心肌的形状、运动和变形信息，并通过可视化单元(4)进行显示；

步骤S2中完整心动周期内心肌的形状信息包括心动周期开始阶段、收缩末期和舒张末期的心肌形状，通过心肌形状表征部件(31)在可视化单元(4)上显示其的方法如下：

步骤S1中预处理单元(2)输出心动周期内心肌壁各点的坐标为坐标矩阵其公式为：

其中，为每个心肌点分别在心动周期开始阶段、收缩末期和舒张末期对应的x轴坐标；为每个心肌点在心动周期开始阶段、收缩末期和舒张末期对应的y轴坐标；

所述心肌运动表征部件(32)根据坐标矩阵将心动周期开始阶段、收缩末期和舒张末期的心肌形状通过可视化单元(4)显示；

步骤S2中完整心动周期内心肌的形状信息还包括收缩末期和舒张末期整个心肌形状的总长度和相对差比值，通过心肌形状表征部件(31)计算其的方法包括以下步骤：

2.1、收缩末期和舒张末期整个心肌形状的总长度的计算步骤如下：

其中，为j时刻第i-1个心肌点的x轴坐标，为j时刻第i+1个心肌点的x轴坐标；为j时刻第i-1个心肌点的y轴坐标，为j时刻第i+1个心肌点的y轴坐标；Δlong_x(j,i)为j时刻第i个心肌点的x轴坐标差，Δlong_y(j,i)为j时刻第i个心肌点的y轴坐标差；|Δlong_(j,i)|对应两个位置差的范数；L定义为某时刻t整个心肌形状的总长度，t＝j，通过对所有点的范数进行求和获得；

2.2、收缩末期和舒张末期整个心肌形状总长度相对差比值的计算：

根据步骤2.1计算得到整个心肌形状的最大总长度L_ED和最小总长度L_ES；

整个心肌形状总长度的相对差比值为

S3、完整心动周期内心肌的运动信息包括心肌壁各点在心动周期内各时刻位置的径向位移、纵向位移、径向速度和纵向速度，通过心肌运动表征部件(32)计算其的方法包括如下步骤：

3.1、计算心肌壁各点在心动周期内各时刻位置的径向位移和纵向位移；

由于

其中，为时刻t_j时心肌点x_i的x轴坐标，为时刻t₀时心肌点x_i的x轴坐标；为时刻t_j时心肌点x_i的y轴坐标，为时刻t₀时心肌点x_i的y轴坐标；

因此，心肌点径向位移u_r和纵向位移u_l可通过以下公式进行计算：

其中，e_radial,x表示e_radial在x轴方向的分量，e_radial,y表示e_radial在y轴方向的分量；e_long,x表示e_long在x轴方向的分量，e_long,y表示e_long在y轴方向的分量；

3.2、计算步骤3.1输出的各点的径向速度和纵向速度；

所述径向速度v_r和纵向速度v_l从位移对时间的导数得到，计算步骤如下：

详细计算如下：

其中，t_interval为0.01秒；

S4、完整心动周期内心肌的变形信息包括心肌壁各点在心动周期内各时刻位置的纵向应变，通过心肌形变表征部件(33)计算其所采用的计算公式如下：

其中，

2.根据权利要求1所述的利用二维超声心动图序列中心肌形状、运动和变形分析系统进行分析的方法，其特征在于：

步骤S1中预处理单元(2)预处理待分析的二维超声心动图序列的方法如下：

所述预处理单元(2)首先对导入的待分析二维超声心动图序列进行漂移校正；然后利用散斑跟踪技术对心肌壁进行自动跟踪，沿着二维超声心动图序列传播方向对心肌进行分割，并按照QRS波群出现的先后进行排序，使数据在时间上对齐。