[發明專利]基于流體速度場的超聲頸動脈斑塊分割方法

有效

• 申請號: 202110593922.8
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113362360B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 謝江;沈華雨;張武;劉彬東
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06T7/155
• 分類號: G06T7/155;G06V10/40;G06V10/80;G06T5/00;G06T7/11;G06T7/00;G06F30/28
• 代理公司: 貴州派騰知識產權代理有限公司 52114
• 代理人: 唐斌

本發明公開了一種基于流體速度場的頸動脈斑塊分割方法，包括：A.基于計算流體力學方法為每一張超聲圖像生成對應的血流速度場；B.對超聲圖像和速度場進行三通道均值標準化；C.構建多模態融合分割框架分割超聲圖像。本發明新提出的基于流體速度場的頸動脈斑塊分割方法通過引入計算流體力學模擬的速度場，以及結合層次級特征融合、多尺度上下文信息提取、帶偏向的上采樣等深度學習技術的方式，該方法引入計算流體力學模擬的血流速度場，以利用含在速度場中的潛在有效先驗知識幫助精確定位斑塊，提高頸動脈超聲斑塊的分割精度。

技術領域

本發明涉及計算機數據處理領域，特別是涉及一種采用計算機算法分隔頸動脈斑塊的方法。

背景技術

心腦血管疾病是全球死亡的主要原因之一。作為冠心病與腦卒中的病理基礎，頸動脈粥樣硬化性斑塊，簡稱頸動脈斑塊，是導致心腦血管事件的最常見且最重要的一個因素。頸動脈斑塊由血脂、結締組織基質和平滑肌細胞、巨噬細胞等各種成分沉積而成，斑塊的破損將形成血栓，極易引發腦卒中等急性心腦血管事件。易破損的斑塊稱為易損斑塊或不穩定斑塊，病理上斑塊的穩定性需要通過斑塊的組織成分、表面形態等微觀特征才能確定。而在臨床實踐中，醫療人員則通過頸動脈影像對斑塊進行斑塊類型與形態的評估以診斷斑塊的穩定性，給出相應的醫療建議和可選的干預治療方案。然而，這一手工過程不僅學習成本高、勞動密集、繁瑣乏味，而且容易因醫生的不同判斷獲得不同的結果，缺乏統一的標準。為建立一個更加魯棒、更低人力成本、更可重復的診斷流程并提升診斷效率和準確率，研究計算機技術以輔助對斑塊形態的評估是必要的。

頸動脈超聲檢查因其操作簡易、成本低廉且無創無輻射的特性而成為應用最廣泛的頸動脈檢查手段。基于頸動脈超聲檢查，醫生可以快速觀察血管幾何形狀、狹窄程度以及斑塊形態和組織成分進而做出診斷。然而，由于頸動脈超聲影像中存在著不規則分布的偽影、散斑噪聲、低對比度和局部灰度變化，斑塊區域較小且斑塊形狀變化復雜，所以利用計算機技術進行超聲中的頸動脈斑塊分割仍是一項挑戰。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對難以利用計算機技術分割頸動脈斑塊的問題，引入計算流體力學模擬的速度場，以及結合層次級特征融合、多尺度上下文信息提取、帶偏向的上采樣等深度學習技術的方式，建立一種精度高的頸動脈斑塊分割框架。該框架可以緩解超聲影像中的噪聲和斑塊的多變的形狀帶來的分割困難，并且能夠高效利用來自速度場的潛在有效信息，能被廣泛用于各個位置、各種類型的頸動脈斑塊分割。

本發明的技術方案是：

一種基于流體速度場的頸動脈斑塊分割方法，包括以下步驟：

A.基于計算流體力學方法為每一張超聲圖像生成對應的血流速度場；

B.對超聲圖像和速度場進行三通道均值標準化；在步驟B中，對超聲圖像和速度場執行同步的隨機旋轉、翻轉和裁剪以增強數據。

C.構建多模態融合分割框架分割超聲圖像。

所述步驟C的多模態融合分割框架包括三個模塊，分別是層次級特征融合模塊、多尺度上下文信息提取模塊和帶偏向的上采樣模塊。

步驟A中所述的基于計算流體力學方法為每一張超聲圖像生成對應的血流速度場，其具體步驟如下：

A1.基于超聲圖像中的血管壁輪廓，生成對應的二值化血管壁輪廓圖；

A2.基于超聲圖像對應的血流速度信息和A1所述的二值化血管壁輪廓圖，采用壓力耦合方程組的半隱式算法生成與超聲圖像對應的血流速度場，計算時視血流為牛頓流體并令其充分發展。

在步驟B中，對超聲圖像和速度場執行同步的隨機旋轉、翻轉和裁剪以增強數據。

步驟C中所述的構建多模態融合分割框架分割超聲圖像，其具體步驟如下：