超声心动图散斑踉踪技术及其应用研究

发布时间：2017-09-07 06:48

  本文关键词：超声心动图散斑踉踪技术及其应用研究

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【摘要】：超声医学是医学、声学和电子信息工程技术相结合的一门学科,超声检查以其无痛苦、无损伤、无辐射、快捷、方便、实时等特点在现代医学临床诊断中占有非常重要的地位。超声散斑跟踪(Speckle tracking)技术,是近年发展起来的一项临床医学应用前景广阔的医学超声成像技术。该技术利用超声成像固有的属性--散斑(Speckle)信息,在心脏心肌壁中选择临床医生感兴趣的区域(ROI),在整个心动周期内,跟踪和记录每帧超声图像上ROI区域内心肌组织上的散斑或散斑模式位置和运动。通过计算ROI区域内散斑的运动轨迹,定量分析心肌组织运动的位移、应变、应变率、速度以及左心室的扭转角度等心肌运动参数；通过获取的参数,为临床医生整体和局部评价心肌功能提供定量依据,克服了心肌多普勒成像技术角度依赖性的缺陷,具有更大的优越性。本课题由两大部分组成,前半部分对散斑跟踪技术进行了较为系统的研究与阐述,并提出并实现了一种新型的散斑跟踪方法—鲁棒自适应散斑跟踪方法(Robust Adaptive Speckle Tracking,RATracking方法)；后半部分将RATracking方法应用于超声心动图的定量分析中,实现了左心室径向应变和扭转角度的计算,并通过仿真的超声图像序列对方法进行了验证,并将RATracking方法初步应用在临床的左心室短轴图像的径向应变、扭转角度的计算上。鲁棒自适应散斑跟踪方法,为了提高传统块匹配方法的鲁棒性,借鉴光流场散斑跟踪技术解决光流约束方程孔径效应的方法,给传统的块匹配方法施加空间平滑性约束。另外,传统的块匹配跟踪误差积累导致散斑跟踪方法跟踪精度不够理想,为了避免传统块匹配跟踪误差的帧间积累,RATracking方法引入自适应卡尔曼滤波技术以最终实现高精度的超声心动图散斑跟踪。方法确立了菱形搜索、SAD匹配准则、空间平滑性约束、自适应卡尔曼滤波更新参考块的技术路线。该方法有着较高的跟踪精度、良好的鲁棒性、且计算处理效率满足能够临床应用需求。应变的测量是一种无创的,定量评价心肌功能以及其收缩性的超声心动图检查新技术,对及早的发现心肌功能疾病有很高的敏感性,在心血管疾病许多方面都有着很重要的临床需求,包括早期发现不同病因的冠心病等心脏疾病。不同心肌节段的收缩应变代表着心肌组织局部的收缩功能,所以心肌组织的应变是一个定量的直观的评价心脏收缩功能的指标,不受周围心肌组织和心脏整体运动的影响。本课题基于RATracking方法,实现了对心肌内膜、外膜上成对ROI区域的跟踪,进而实现了超声心动图的心肌径向应变的测量。心肌的扭转是表现心肌组织整体运动功能变化的敏感指标,心尖部位的旋转跟左心室的收缩有关,而心底部的解旋主要与左心室的舒张有关。临床研究发现左心室扭转运动的扭转角度、扭转力矩等参数与心肌组织纤维的收缩力成正相关,对左心室的局部或者全局病变相当敏感,是一个比射血分数等传统指标更可靠、可早期反映左心室收缩功能变化的重要指标,有着广泛的临床应用。本课题主要研究了左心室扭转力矩计算中一个非常重要的环节,即基于RATracking方法实现了左心室扭转角度的测量。
【关键词】：超声心动图 散斑跟踪 径向应变 扭转角度
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R540.45
【目录】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 符号说明12-13
• 第1章 绪论13-16
• 1.1 课题的来源和背景13-14
• 1.2 课题研究内容和论文结构14-15
• 1.3 课题的创新点15-16
• 第2章 超声心动图散斑跟踪技术16-31
• 2.1 引言16-17
• 2.2 散斑跟踪技术的物理基础17-21
• 2.2.1 医学超声成像原理17-18
• 2.2.2 散斑与散斑模式的形成18-20
• 2.2.3 散斑跟踪技术应用于超声心动图的可行性20-21
• 2.3 超声心动图散斑跟踪技术的应用21-23
• 2.3.1 软组织运动估计21-22
• 2.3.2 血流估计22
• 2.3.3 超声弹性成像22-23
• 2.4 块匹配的散斑跟踪技术23-31
• 2.4.1 匹配准则26-27
• 2.4.2 搜索策略27-29
• 2.4.3 图像块尺寸和搜索区域29-30
• 2.4.4 块匹配的散斑跟踪技术小结30-31
• 第3章 鲁棒自适应散斑跟踪方法31-42
• 3.1 引言31-32
• 3.2 鲁棒自适应散斑跟踪方法描述32-37
• 3.2.1 空间平滑性约束的块匹配32-33
• 3.2.2 自适应卡尔曼滤波更新参考块33-34
• 3.2.3 鲁棒自适应散斑跟踪方法在散斑跟踪成像技术中的应用34-37
• 3.3 仿真实验37-42
• 3.3.1 基于线性系统成像模型的仿真超声心动图37-39
• 3.3.2 鲁棒自适应散斑跟踪方法的性能仿真39-42
• 第4章 左心室心肌径向应变和扭转角度的计算42-53
• 4.1 引言42-44
• 4.2 心肌径向应变和扭转角度的计算方法描述44-50
• 4.2.1 心肌应变计算44-47
• 4.2.2 扭转角度计算47-50
• 4.3 实验结果50-53
• 4.3.1 基于超声心动图短轴仿真图像序列的验证50-51
• 4.3.2 临床超声图像的结果51-53
• 第5章 结论与展望53-55
• 参考文献55-60
• 致谢60-62
• 攻读硕士期间的研究成果62-63
• 学位论文评阅及答辩情况表63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 金震东;消化系统腔内超声临床应用进展[J];中华超声影像学杂志;2001年07期

2 刘利;王志刚;任建丽;;二维斑点追踪成像技术在心血管疾病中的应用进展[J];中国医学影像技术;2011年01期

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本文编号：808042