一种呼吸运动补偿的超声造影灌注参量成像方法技术

本发明专利技术提供一种呼吸运动补偿的超声造影灌注参量成像方法：联合非负矩阵分解所得的呼吸运动曲线和基于帧挑选以及呼吸相位分割两种呼吸运动补偿方案，对呼气、吸气末期等呼吸相位子序列构建追踪序列并进行由粗到精三步搜索的块匹配呼吸运动位移矢量跟踪计算，进而对所有呼吸相位对应的子序列图像的TIC进行针对性特征补偿，最后可得到经呼吸运动补偿后的灌注参量图像。相比于其他的灌注参量运动补偿方法，本方法避免了手动帧挑选的复杂性，能够较好地适用于腹部各个脏器，且非负矩阵分解得到的运动曲线具有良好的生理意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超声造影成像领域，具体涉及一种呼吸运动补偿的超声造影灌注参量成像方法。
技术介绍
超声造影血流灌注参量成像是一种功能性成像方法，已被初步应用于估计心肌血流灌注、区分肝脏的良性恶性病变、研究肿瘤新生血管的血液供给情况等。超声造影图像序列一般是在患者自由呼吸时采集的，呼吸运动的存在使得造影图像序列之间往往存在目标区域的严重偏移，从而影响医学诊断的结果。为了减小呼吸运动的影响，临床上可以采用屏息法。但该方法的局限性在于数据的采集时间受到很大限制。第二种方法为运动追踪法，通过在感兴趣区域内植入金属标记物进行运动追踪。该方法的缺陷在于有创性，并且检测到的运动信息仅仅为标记物的运动信息。第三种方法为门控法，分为在线和离线两种方式。在线门控包括呼吸门控和导航门控。呼吸门控采用外置呼吸探测垫或腹带检测呼吸运动，控制图像采集设备在特定时间内采集图像。导航门控不需任何外接部件，但需预先对横膈膜进行正常呼吸下的矢状位和冠状位扫描，寻找横膈膜置顶位置作为呼吸末期的导航窗位置，该技术操作复杂，扫描周期较长。离线门控是指在自由呼吸条件下采集图像序列，然后分析选出相同呼吸相位处的图像。该方法受人为因素影响较大，且相当耗时。第四种方法为呼吸运动模型法。该方法利用内部器官的运动数据和替代数据之间的关系进行建模。但并不是对于体内所有成像器官都能找到合适的替代数据，并且建模的过程较为复杂。第五种为基于纯图像的自动门控方法，为当前的研究热点。对患者进行B超造影成像，基于B超图像序列使用因子分析法提取呼吸运动曲线，并通过设定阈值挑选出呼气末和吸气末的造影图像序列，对其进行灌注参量成像。基于纯图像的自动门控呼吸运动补偿方法存在的限制：如因子分析法中因子数选择的困难、提取的呼吸运动曲线可能存在负值而不符合实际的生理意义、只针对腹部一种脏器进行运动补偿而对于其他腹部器官的有效性有待验证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种普遍适用于腹部各个脏器同时保证分解结果具有实际生理意义的自动门控呼吸运动补偿的超声造影灌注参量成像方法。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：(1)基于非负矩阵分解的呼吸运动曲线提取与可调强度阈值法的有效B超图像序列筛选：对B超图像序列进行非负矩阵分解得到整个灌注过程的呼吸运动曲线，并基于可调强度阈值法，剔除呼吸运动曲线突变区对应的无效图像；(2)联合B超图像序列总帧数和目标区脏器呼吸运动导致形变程度进行判定，从而选出最佳呼吸运动补偿方案，利用所述呼吸运动补偿方案对包含呼气、吸气末期在内的所有呼吸相位子序列构建追踪序列；(3)对追踪序列进行由粗到精三步搜索的块匹配呼吸运动位移矢量跟踪计算，进而对所有呼吸相位对应的子序列图像的微泡背向散射时间强度曲线进行针对性特征补偿；(4)经过步骤3)后，对B超图像序列中的造影图像序列进行灌注参量成像。所述步骤(1)具体包括以下步骤：(1.1)对非负矩阵分解的基矩阵Qk×r和系数矩阵Pr×m进行初始设定，将Q和P均设置为0～1之间随机均匀分布的矩阵，其中k为一帧B超图像的总像素点数，r为降秩维数，一般设置为2～4，m为TIC的帧数；(1.2)针对原始B超图像序列矩阵Vk×m，V的行向量对应图像中特定像素点的TIC，列向量对应一帧图像中的所有像素点，并以欧式距离作为降秩逼近判定标准，采用交替迭代的方法，对Q和P矩阵进行逼近更新计算，算法的目标函数和第n+1(n≥0)次迭代的具体过程如下： m i n Q , P D ( Q , P ) = 1 2 | | V - Q P | | 2 = 1 2 Σ i = 1 k Σ j = 1 m ( V i j - ( Q P ) i j ) 2 ]]> Q i j ( n ) = Q i j ( n ) Σ a = 1 k Q a j ( n ) , i = 1 , .. , k , j = 1 , ... , r ]]> P i j ( n + 1 ) = P i j ( n ) ( Q ( n ) T V ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种呼吸运动补偿的超声造影灌注参量成像方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)对B超图像序列进行非负矩阵分解得到整个灌注过程的呼吸运动曲线，并基于可调强度阈值法，剔除呼吸运动曲线突变区对应的无效图像；(2)联合B超图像序列总帧数和目标区脏器呼吸运动导致形变程度进行判定，从而选出最佳呼吸运动补偿方案，利用所述呼吸运动补偿方案对包含呼气、吸气末期在内的所有呼吸相位子序列构建追踪序列；(3)对追踪序列进行由粗到精三步搜索的块匹配呼吸运动位移矢量跟踪计算，进而对所有呼吸相位对应的子序列图像的微泡背向散射时间强度曲线进行针对性特征补偿；(4)经过步骤3)后，对B超图像序列中的造影图像序列进行灌注参量成像。

【技术特征摘要】
1.一种呼吸运动补偿的超声造影灌注参量成像方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)对B超图像序列进行非负矩阵分解得到整个灌注过程的呼吸运动曲线，并基于可调强度阈值法，剔除呼吸运动曲线突变区对应的无效图像；(2)联合B超图像序列总帧数和目标区脏器呼吸运动导致形变程度进行判定，从而选出最佳呼吸运动补偿方案，利用所述呼吸运动补偿方案对包含呼气、吸气末期在内的所有呼吸相位子序列构建追踪序列；(3)对追踪序列进行由粗到精三步搜索的块匹配呼吸运动位移矢量跟踪计算，进而对所有呼吸相位对应的子序列图像的微泡背向散射时间强度曲线进行针对性特征补偿；(4)经过步骤3)后，对B超图像序列中的造影图像序列进行灌注参量成像。2.根据权利要求1所述一种呼吸运动补偿的超声造影灌注参量成像方法，其特征在于：所述步骤(1)具体包括以下步骤：(1.1)对非负矩阵分解的基矩阵Qk×r和系数矩阵Pr×m进行初始设定，将Q和P均设置为0～1之间随机均匀分布的矩阵，其中k为一帧B超图像的总像素点数，r为降秩维数，m为TIC的帧数；(1.2)针对原始B超图像序列矩阵Vk×m，V的行向量对应图像中特定像素点的TIC，列向量对应一帧图像中的所有像素点，并以欧式距离作为降秩逼近判定标准，采用交替迭代的方法，对Q和P矩阵进行逼近更新计算，算法的目标函数和第n+1次迭代的具体过程如下： m i n Q , P D ( Q , P ) = 1 2 | | V - Q P | | 2 = 1 2 Σ i = 1 k Σ j = 1 m ( V i j - ( Q P ) i j ) 2 ]]> Q i j ( n ) = Q i j ( n ) Σ a = 1 k Q a j ( n ) , i = 1 , .. , k , j = 1 , ... , r ]]> P i j ( n + 1 ) = P i j ( n ) ( Q ( n ) T V ) i j ( Q ( n ) T Q ( n ) P ( n ) ) i j , i = 1 , .. , r , j = 1 , ... , m ]]> Q i j ( n + 1 ) = Q i j ( n ) ( V P ...

【专利技术属性】
技术研发人员：万明习，王弟亚，肖梦楠，吴方刚，吴宇鹏，
申请(专利权)人：西安交通大学，飞依诺科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61