[發(fā)明專利]一種基于應(yīng)力應(yīng)變的血管內(nèi)超聲彈性分析方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011491465.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN112465813A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪友生;劉繼榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T7/60;G06K9/32;G06K9/62;G06N3/08
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種基于應(yīng)力應(yīng)變的血管內(nèi)超聲彈性分析方法，屬于計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)圖像分析領(lǐng)域，特別涉及一種基于血管內(nèi)超聲圖像彈性分析方法。首先在一個(gè)深度編解碼配準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)模型中，令改進(jìn)的代價(jià)函數(shù)最小化來(lái)估計(jì)血管壁位移，針對(duì)位移不平滑問(wèn)題，引入兩個(gè)不同權(quán)重的正則項(xiàng)來(lái)平滑位移，將迭代計(jì)算放在模型訓(xùn)練中，提高實(shí)際位移估計(jì)速度，然后在極坐標(biāo)下基于應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算位移的徑向應(yīng)變，最后使用彩色編碼為徑向應(yīng)變生成應(yīng)變彈性圖，進(jìn)而直觀分析血管壁彈性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)圖像分析領(lǐng)域，特別涉及一種基于血管內(nèi)超聲(Intravascular Ultrasound,IVUS)圖像彈性分析方法。

背景技術(shù)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，由心血管疾病引起的死亡已經(jīng)成為人類死亡的三大主要原因之一，研究證明此類病發(fā)主要是由動(dòng)脈粥樣硬化(AS)引起的易損斑塊破裂所導(dǎo)致。斑塊的特性主要取決于其組成成分和幾何形狀，而這些又與血管壁的彈性性能相關(guān)，所以，研究血管壁的彈性性能對(duì)于早期發(fā)現(xiàn)和識(shí)別易損斑塊預(yù)防心血管疾病的發(fā)生具有重要的臨床意義。盡管動(dòng)脈粥樣硬化斑塊具有臨床意義，但目前的影像學(xué)方法很難直接評(píng)估斑塊破裂和血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)。

血管內(nèi)超聲技術(shù)能夠提供血管橫截面圖像，顯示血管內(nèi)腔、管壁和粥樣斑塊的組織形態(tài)學(xué)特征以及斑塊的病理組成，比冠狀動(dòng)脈造影成像更容易發(fā)現(xiàn)血管早期病變。一定血壓下，斑塊會(huì)表現(xiàn)出與周圍血管組織不同的彈性性狀。血管組織彈性是一種生物力學(xué)參數(shù)，主要受人體病理和生理過(guò)程影響。血流會(huì)導(dǎo)致動(dòng)脈壁在周期性壓力下發(fā)生變形，通常情況下，僵硬且彈性低的組織發(fā)生較小形變，而柔軟且彈性大的組織發(fā)生較大形變。血液的循環(huán)壓力被視為應(yīng)力，動(dòng)脈壁變形被視為應(yīng)變。因此，分析血管壁和斑塊在血壓作用下的反應(yīng)可以評(píng)估易損斑塊破裂的可能性。

早期的血管彈性分析主要有聲像彈性圖和擴(kuò)散波形的彈性圖兩種技術(shù)，它們通過(guò)測(cè)量組織的振動(dòng)幅度等參數(shù)再以灰階或偽彩色的形式顯示出來(lái)。而組織的振動(dòng)幅度測(cè)量需要額外的振動(dòng)源，所以這種方法發(fā)展一直受到限制。上世紀(jì)90年代，血管內(nèi)超聲彈性圖的發(fā)展應(yīng)用為人體動(dòng)態(tài)組織的彈性顯像做出了重要的推進(jìn)作用。它通過(guò)超聲波及核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)等技術(shù)獲取相關(guān)信號(hào)，提取管壁組織的運(yùn)動(dòng)信息，以此來(lái)描述相應(yīng)組織的彈性特征，實(shí)現(xiàn)了管壁整體與局部彈性信息的可視化。

目前很多血管內(nèi)超聲彈性圖都是基于射頻信號(hào)，事實(shí)上IVUS圖像也提供了很多豐富信息，但如何利用IVUS圖像信息準(zhǔn)確估計(jì)血管彈性以及預(yù)測(cè)易損斑塊破裂方法仍是挑戰(zhàn)。本發(fā)明介紹一種基于應(yīng)力應(yīng)變的血管內(nèi)超聲彈性分析方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為血管壁提供一種更科學(xué)的彈性分析方法，首先在一個(gè)深度編解碼配準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)模型中，令改進(jìn)的代價(jià)函數(shù)最小化來(lái)估計(jì)血管壁位移，針對(duì)位移不平滑問(wèn)題，引入兩個(gè)不同權(quán)重的正則項(xiàng)來(lái)平滑位移，將迭代計(jì)算放在模型訓(xùn)練中，提高實(shí)際位移估計(jì)速度，求得位移之后基于應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算徑向應(yīng)變，使用彩色編碼為徑向應(yīng)變生成應(yīng)變彈性圖，進(jìn)而直觀分析血管壁彈性。

一種基于應(yīng)力應(yīng)變的血管內(nèi)超聲彈性分析方法，該方法包括如下步驟：

步驟1，從互聯(lián)網(wǎng)獲取醫(yī)學(xué)圖像序列，本文使用IVUS圖像；

步驟2，將IVUS圖像預(yù)處理，進(jìn)行像素值歸一化，感興趣區(qū)域提取，仿射對(duì)齊，統(tǒng)一圖像分辨率操作；

步驟3，將數(shù)據(jù)集按特定比例劃分為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集S₁和測(cè)試數(shù)據(jù)集S₂，對(duì)S₁中每張圖像多次采用不同程度非線性數(shù)據(jù)增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)擴(kuò)充；

步驟4，基于配準(zhǔn)模型進(jìn)行位移估計(jì)；

步驟4.1，將S₁中數(shù)據(jù)每次按圖像對(duì)(含一張參考源圖像和一張待配準(zhǔn)圖像)形式輸入到多層編碼解碼器配準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)中，并隨機(jī)初始化網(wǎng)絡(luò)權(quán)重w_i；