[发明专利]基于机器学习的血管导波弹性成像方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于机器学习的血管导波弹性成像方法及系统，其中，该方法包括：通过有限元软件对血管的薄层体系中剪切波的传播进行数值模拟，并获取有限元分析结果；根据有限元分析结果得到全场节点的运动速度分布，并提取薄层中线上节点的运动速度，获取频散曲线以作为神经网络的输入信号；根据频散曲线得到神经网络的训练集和测试集，并采用神经网络方法进行训练，直至训练集上的误差小于预设值，以最终神经网络得到血管导波弹性成像图像。该方法可以提高血管力学性质的测量精度，具有良好的拓展性，实现血管弹性性质的在体无创快速测量，操作简单便，且测量误差小。

技术领域

本发明涉及医学成像技术领域，特别涉及一种基于机器学习的血管导波弹性成像方法及系统。

背景技术

心血管系统疾病在许多国家与地区都是人类健康的头号杀手，心血管系统疾病，如动脉硬化、血管斑块等都会伴随着血管力学性质的显著变化。此外，已有一些研究证实了糖尿病会导致血管力学性质的变化。因此，在体测量血管的力学性质对许多疾病的早期筛查与诊断有非常重要的意义。相关技术中，临床一般通过测定脉搏波波速(Pulse WaveVelocity，简称PWV)来评估血管的力学性质。但该方法只能大致计算一段比较长的血管的平均力学性质，测量结果比较粗略，难以反映血管局部属性。其它表征血管力学性质的方法，如血管内超声(Intravascular Ultrasound，简称IU)等，往往难以同时达到无创、准确、快速的要求。

在相关技术中，如图1所示，(a)脉搏波波速概念，(b)临床中常用的两种脉搏波波速的种类：肱-踝关节脉搏波波速；手指-脚趾脉搏波波速。临床中常用PWV来对血管的力学性质进行表征。心脏的搏动会产生沿着血管传播的脉搏波，通过测量人体血管上两点的距离及脉搏波到达的时间差，即可算得脉搏波的波速。对于同一个个体来说，其血管越硬，脉搏波的波速越高。

脉搏波波速具有测量方便、成本低的特点。但是，采用脉搏波波速存在诸多问题，具体体现在如下几个方面：脉搏波波速反映的是测量两点之间的血管的平均软硬，对于血管的局部病变不敏感；脉搏波所测两点之间的距离较长，对两点之间血管的真实长度的估计往往不准。上述问题会对脉搏波波速测量结果带来很大的误差。脉搏波波速实际上会受到血管周围组织等因素的影响，而尚未有方法能够消除这些影响。

相关技术中，还有其它血管力学性质表征方法，例如，如图2所示，应变弹性成像(Strain Elastography，简称SE)方法，在一个心脏跳动周期内，血压会在一定范围内波动，导致血管的半径发生变化。体外超声、介入式超声和磁共振成像(Magnetic ResonanceImaging，简称MRI)可以对血管的半径变化进行测量，从而反映血管的软硬。但是该方法存在一定局限性，由于血压的波动引起的血管变形相对较小，因此对其位移估计不准，MRI费用比较昂贵并且成像时间较长。

再如，如图3所示，导波弹性成像(Guided Wave Elastography，简称GWE)方法，血管属于薄壁体系，剪切波在薄壁结构中传播时伴有强烈的频散行为，简谐剪切波的相速度与波的频率和薄板尺寸均有关系，该关系可由导波相关理论给出。在剪切波弹性成像(Shear Wave Elastography，简称SWE)的基础上，通过引入导波的分析方法，即可对薄壁结构的局部力学性质进行表征。该方法具有无损、快速(整个测量仅需数秒)的特点，能够较准确地反映薄壁结构的局部性质，在血管的无创局部检测中具有良好的应用前景。但是，该方法的应用前提是对薄板的厚度有足够好的估计，否则测量结果会受到影响，且扩展性不够好，在更复杂的情况下无法给出解析的结果。文献中一般使用B超成像对血管的厚度进行测量。由于B超的波长在量级上与血管的厚度相当，实际用B超测量血管厚度时往往误差较大，从而限制了该方法的进一步应用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。