[發明專利]一種基于應力應變的血管內超聲彈性分析方法

在審

• 申請號: 202011491465.3
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112465813A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 汪友生;劉繼榮
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/60;G06K9/32;G06K9/62;G06N3/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種基于應力應變的血管內超聲彈性分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，從互聯網獲取醫學圖像序列，使用血管內超聲IVUS圖像；

步驟2，將IVUS圖像預處理，進行像素值歸一化，感興趣區域提取，仿射對齊，統一圖像分辨率操作；

步驟3，將數據集按特定比例劃分為訓練數據集S₁和測試數據集S₂，對S₁中每張圖像多次采用不同程度非線性數據增強實現數據擴充；

步驟4，基于配準模型進行位移估計；

步驟5，基于應力應變進行應變估計；

步驟6，把徑向應變通過顏色編碼函數映射成彩色應變圖，清晰直觀展示血管變形進行彈性分析。

2.根據權利要求1所述的一種基于應力應變的血管內超聲彈性分析方法，其特征在于，步驟4中，步驟4.1，將S₁中數據每次按圖像對含一張參考源圖像和一張待配準圖像形式輸入到多層編碼解碼器配準網絡中，并隨機初始化網絡權重w_i；

步驟4.2，規定P_A是參考源圖像，P_B是待配準圖像，D是待求的位移場，P_B(D)是待配準圖像P_B經位移場D變換后的配準圖像，則P_A和P_B(D)之間的相似性測度S_SIM(·)為：

其中，Ω是圖像中像素總數，i是對應圖像上的點；

步驟4.3，為了使位移場D更加平滑，對位移場D計算改進后的平滑正則項S_SM(·)：

S_SM(D)＝w₁||D||+w₂P(D)

其中，||·||表示計算位移場一階懲罰正則項，w₁和w₂是正則項系數，用來權衡兩個正則化項所占比重，是彎曲能量懲罰正則項，V為采樣點總個數，～表示變量與其估計量間的偏差，為點處的位移場在x、y方向的二階偏導數；

步驟4.4，計算配準模型最終代價函數S_LOSS(·)：

S_LOSS(P_A,P_B,D)＝S_SIM(P_A,P_B(D))+S_SM(D)

步驟4.5，使用反向傳播優化更新網絡權重參數w_i，直至S_LOSS值不再變小或模型達到預先設定的迭代次數，配準模型訓練完成，求得最終位移變形場D。

3.根據權利要求1所述的一種基于應力應變的血管內超聲彈性分析方法，其特征在于，步驟5中，步驟5.1，將直角坐標中的位移變形場D轉換為極坐標表示，得到徑向方向位移r和角向方向位移w；

步驟5.2，定義變形梯度張量H為：

其中，(F,M)代表圖像在配準之前點的位置，(f,m)代表圖像在配準之后點的位置，且滿足(f,m)＝H(F,M)；

步驟5.3，根據變形梯度張量H計算應變張量矩陣C：

其中，T代表矩陣轉置；

步驟5.4，計算徑向應變，由于血管壁變形是以非常小的微米為單位發生形變，得到初步徑向位移的應變ε_ff：

步驟5.5，徑向位移只有徑向長度發生變化，沒有轉向變化，則最終徑向應變為：

由于配準模型求位移之前為消除旋轉影響對數據進行過仿射對齊，固不再求角向應變。