本發(fā)明涉及超聲成像，具體而言，尤其涉及一種基于超聲波的心臟冠脈微細血流采集處理方法。

背景技術：

1、冠狀動脈微血管疾病是造成心肌缺血的重要原因之一。冠狀動脈微血管疾病是指在多種致病因素的作用下，冠狀前小動脈和小動脈的結(jié)構(gòu)和（或）功能異常所致的勞力性心絞痛或心肌缺血客觀證據(jù)的臨床綜合征。目前醫(yī)學上常見的冠脈造影只能看到直徑大于400-500μm的大血管，但是占整個冠脈樹的90%以上的冠狀動脈微血管卻無法被冠脈造影顯示。超聲成像因為其實時快速、無創(chuàng)無輻射的優(yōu)點廣泛應用于臨床診斷中。特別是近年來，借助于高幀頻采集和高并行數(shù)據(jù)處理的超快多普勒血流成像架構(gòu)提高了血流成像質(zhì)量，推動了微細血流成像的發(fā)展。

2、非聚焦波發(fā)射是超快成像的典型特征，其優(yōu)勢是突破了傳統(tǒng)超聲的成像區(qū)域和幀頻限制。其基本的框架是通過構(gòu)建單次發(fā)射覆蓋較大區(qū)域的聲場，使用較少發(fā)射次數(shù)所獲得的接收數(shù)據(jù)合成相較于傳統(tǒng)聚焦方式更高幀頻的數(shù)據(jù)幀。后來又探索出了相干復合方法，即通過發(fā)射延遲控制偏轉(zhuǎn)角度以獲得多個角度的低分辨率圖像幀，再進行相干復合得到最終成像結(jié)果。但在超快成像的背景下，必須保持非聚焦波的數(shù)量盡可能的低，而少量的寬波束發(fā)射在獲得更大合成場和高幀頻的同時仍然會犧牲掉圖像分辨率，產(chǎn)生較低的信噪比和空間分辨力，從而影響多普勒微血管成像質(zhì)量。

3、cn114533122a提出的方法雖然能夠有效地抑制噪聲，提供更魯棒的微泡定位，但不適合應用于冠狀動脈微血管成像中，微泡尺寸過大會影響微細血管的分割和可視化效果。cn116269489a提出的方法雖然能有效提高微血流的成像質(zhì)量，但是未對通道數(shù)據(jù)做解調(diào)處理，通道數(shù)據(jù)頻帶高、帶寬寬，消耗波束合成步驟的工作資源；而且不能同時獲得組織圖像、功率和速度血流圖像和頻譜多普勒圖像。cn117958864a提出的方法可以同步顯示多類圖像，但是需要分時單獨發(fā)射組織激勵脈沖信號和血流激勵脈沖信號，并分別接收兩組激勵后的回波信號，增加了采集和存儲原始數(shù)據(jù)量，控制方法較為復雜，也影響了同步性。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于超聲波的心臟冠脈微細血流采集處理方法，以解決目前基于非聚焦波的超聲超快微血流成像的信噪比和空間分辨率較低，微細血流提取效果不夠理想，無法得到更豐富的冠狀動脈中低速的冠狀動脈微血管圖像的問題。

2、本發(fā)明采用的技術手段如下：

3、一種基于超聲波的心臟冠脈微細血流采集處理方法，包括如下步驟：

4、s1、采集待測人體心臟的通道回波數(shù)據(jù)，對各個通道回波數(shù)據(jù)形成的通道回波數(shù)據(jù)集進行正交解調(diào)、頻譜搬移到基帶和降采樣處理，獲得解調(diào)后的基帶通道數(shù)據(jù)集；

5、s2、對基帶通道數(shù)據(jù)集進行雜波濾波處理，得到組織信號和血流信號；

6、s3、對組織信號執(zhí)行第三處理路徑，同時得到心肌運動估計信息和頻譜多普勒圖像；

7、s4、通過心肌運動估計信息得到運動補償信息，將運動補償信息作為反饋機制分別輸入至第一處理路徑和第二處理路徑中；

8、s5、對組織信號執(zhí)行第一處理路徑，結(jié)合心肌運動估計信息得到灰度組織圖像；

9、s6、對血流信號執(zhí)行第二處理路徑，結(jié)合心肌運動估計信息得到功率多普勒圖像和速度多普勒圖像；

10、s7、輸出灰度組織圖像、功率多普勒圖像、速度多普勒圖像和頻譜多普勒圖像作為最終圖像。

11、進一步地，s1中，通過超聲換能器向待測人體心臟發(fā)射超聲波信號，經(jīng)過待測人體心臟反射后得到攜帶心臟組織信息和血流動力學信息的超聲回波信號，超聲回波信號再經(jīng)過超聲換能器采集后得到通道回波數(shù)據(jù)，具體包括如下步驟：

12、對同一片待測人體心臟的目標區(qū)域重復多次采集，獲得不同偏轉(zhuǎn)角度下的各通道回波數(shù)據(jù)集；對各通道回波數(shù)據(jù)集直接進行正交解調(diào)和降采樣處理，獲得解調(diào)后的基帶通道數(shù)據(jù)集，基帶通道數(shù)據(jù)集公式如下：

13、

14、其中，(x,z)為每次發(fā)射下的橫向和縱向像素點，n為超聲換能器第n個通道，m為第m個偏轉(zhuǎn)角度，為通道回波數(shù)據(jù)，為解調(diào)本振信號的角頻率。

15、進一步地，s2中，雜波濾波處理采用奇異值分解濾波器對由大的集合長度所組成的基帶通道數(shù)據(jù)集做時空雜波濾波，將基帶通道數(shù)據(jù)集分成組織信號和血流信號兩部分，大的集合長度指100幀以上。

16、進一步地，s2具體包括如下步驟：

17、解調(diào)后的基帶通道數(shù)據(jù)集是尺寸為的三維數(shù)據(jù)矩陣，其中表示軸向深度，表示波束合成后接收的波束數(shù)量，表示集合長度；

18、將三維數(shù)據(jù)矩陣通過casorati變換轉(zhuǎn)變?yōu)槎S時空矩陣 s，二維時空矩陣s的尺寸為，對二維時空矩陣 s進行基于特征的奇異值分解：

19、

20、其中，△是由奇異值按照數(shù)值由大到小依次排序組成的對角矩陣，u是空間奇異矢量矩陣，v是時間奇異矢量矩陣，表示矩陣共軛轉(zhuǎn)置；

21、計算協(xié)方差矩陣；

22、將奇異值分解過程替換為特征值分解過程，計算出的時間特征值和特征向量與上式中的奇異值△和時間奇異矢量矩陣v相對應，特征值分解計算公式如下：

23、

24、其中，代表特征值， e代表相應的特征向量，所有特征值均按降序排列，即；

25、基于特征值分解計算公式，計算特征值曲線的一階導數(shù)，選取對應一階導數(shù)最大值處的特征值作為分離組織信號和血流信號的第一閾值節(jié)點k1，選取對應一階導數(shù)最小值處的特征值作為分離血流信號和噪聲的第二閾值節(jié)點k2，分別對應組織信號生成一組代表組織信號的特征值組和對應血流信號生成一組代表血流信號的特征值組；

26、使用和第一組組織信號特征值組對應的特征向量組濾波即可提取出組織信號，使用和第二組血流信號特征值對應的特征向量組濾波即可提取出血流信號，分別獲得組織信號和血流信號：

27、

28、。

29、進一步地，s5具體包括如下步驟：

30、s51、組織信號經(jīng)過波束合成處理：將雜波濾波處理后的若干組織相關的基帶通道數(shù)據(jù)進行延時處理，并將各個通道延時處理后的數(shù)據(jù)相加，再經(jīng)過相位旋轉(zhuǎn)處理后得到波束合成后的組織信號數(shù)據(jù)；

31、s52、經(jīng)過波束合成后的組織信號數(shù)據(jù)進一步經(jīng)過線性或非線性相干復合處理；

32、s53、對相干復合后的數(shù)據(jù)集取包絡和對數(shù)壓縮處理；

33、s54、對s53處理后數(shù)據(jù)進行經(jīng)過濾波處理，獲得灰度組織圖像；濾波處理包括在橫向和縱向上進行的fir濾波、平滑濾波、斑點噪聲抑制處理。

34、進一步地，s6具體包括如下步驟：

35、s61、血流信號集經(jīng)過波束合成處理：將雜波濾波處理后的若干血流相關的基帶通道數(shù)據(jù)進行延時處理，并將各個通道延時處理后的數(shù)據(jù)相加，得到波束合成后的血流信號數(shù)據(jù)；

36、s62、經(jīng)過波束合成后的血流信號數(shù)據(jù)進一步經(jīng)過線性或非線性相干復合處理；

37、s63、對相干復合后的數(shù)據(jù)集在集合長度上做基于自相關的功率估計，得到功率多普勒數(shù)據(jù)，功率多普勒數(shù)據(jù)公式如下：

38、

39、其中，r是相干復合后的復基帶信號，是x的復共軛，s是空間樣本索引，t是時間樣本索引，t是可用樣本數(shù)量，即集合長度；

40、做基于自相關的速度估計，得到速度多普勒數(shù)據(jù)，速度多普勒數(shù)據(jù)公式如下：

41、

42、s64、對功率多普勒數(shù)據(jù)做濾波處理，得到功率多普勒圖像；對速度多普勒數(shù)據(jù)做濾波處理，得到速度多普勒圖像，濾波處理包括kernel濾波、tophat增強處理。

43、進一步地，s3具體包括如下步驟：

44、s31、組織信號經(jīng)過波束合成處理：將雜波濾波處理后的若干組織相關的基帶通道數(shù)據(jù)進行延時處理，并將各個通道延時處理后的數(shù)據(jù)相加，再經(jīng)過相位旋轉(zhuǎn)處理后得到波束合成后的組織信號數(shù)據(jù)；

45、s32、對s31處理后的組織信號進行重新采樣處理，選取代表心肌組織位置處的s個樣本點，獲得每一次采樣下的所有s個樣本點，將所有s個樣本點累加到一起，得到另一組基于組織信號的均勻數(shù)據(jù)集；

46、s33、對均勻數(shù)據(jù)集內(nèi)的每個樣本點都在集合長度上做快速傅里葉變換，將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，獲得均勻數(shù)據(jù)集的頻譜信息；

47、s34、依據(jù)均勻數(shù)據(jù)集的頻譜信息進行運動估計，獲得心肌運動估計信息，心肌運動估計信息包括心肌運動周期、峰值速度和平均速度；

48、s35、對均勻數(shù)據(jù)集的頻譜信息做短時傅里葉變化處理，獲得心肌運動的頻譜多普勒圖像。

49、本發(fā)明還提供了一種存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)包括存儲的程序，其中，所述程序運行時，執(zhí)行上述任一項基于超聲波的心臟冠脈微細血流采集處理方法。

50、本發(fā)明還提供了一種電子裝置，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器通過所述計算機程序運行執(zhí)行上述任一項基于超聲波的心臟冠脈微細血流采集處理方法。

51、較現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

52、本發(fā)明可以在無造影劑的情況下實現(xiàn)高靈敏度心臟冠狀動脈微細血管成像，通過運動補償信息的反饋輸入機制有效減除快速運動的心肌背景干擾，同步獲得高信噪比、高分辨率的灰度心臟組織圖像，血流信息更豐富、可視化效果更好的心肌冠狀動脈微細血管的彩色血流圖像，以及反應心肌運動的頻譜多普勒圖像。直徑在400μm以下的前小動脈和小動脈微細血管將得到有效可視化。

53、其中，直接對通道數(shù)據(jù)集進行正交解調(diào)處理，可以將通道信號從高頻搬移到基帶，獲得基帶通道數(shù)據(jù)集，可以有效降低通道數(shù)據(jù)帶寬；同時基于基帶通道數(shù)據(jù)進行波束合成具有較低的相位誤差，有助于提高計算精度，產(chǎn)生更好的波束合成數(shù)據(jù)，有利于后續(xù)的組織和血流成像。進一步對基帶通道數(shù)據(jù)做抽取，可以減少冗余數(shù)據(jù)，降低運算量。通常返回的通道回波數(shù)據(jù)為未解調(diào)的射頻數(shù)據(jù)，射頻數(shù)據(jù)為實信號，數(shù)據(jù)頻帶高，就需要高采樣率的adc讀取，導致通道數(shù)據(jù)的傳輸帶寬過寬，數(shù)據(jù)量大。本發(fā)明采取提前對射頻通道數(shù)據(jù)做正交解調(diào)處理，將頻譜搬移到基帶并做降采樣處理，就可以有效降低通道數(shù)據(jù)帶寬；同時基于基帶通道數(shù)據(jù)進行波束合成具有較低的相位誤差，有助于提高計算精度，產(chǎn)生更好的波束合成數(shù)據(jù)，有利于后續(xù)的組織和血流成像。進一步對基帶通道數(shù)據(jù)做抽取，可以減少冗余數(shù)據(jù)，降低運算量。

54、另外，將雜波濾波優(yōu)先應用于波束合成前的基帶通道數(shù)據(jù)集上，可以有效分離數(shù)據(jù)，分別獲得用于二維組織成像的組織信號和用于彩色血流成像的攜帶豐富血流信息的血流信號，此時血流信號中的運動的心肌信號被提前抑制，后續(xù)彩色血流成像中減少心肌運動的干擾，同時可以避免后續(xù)非線性復合處理過程中血流信號的相位失真。

55、本發(fā)明在基帶通道數(shù)據(jù)集的處理上，計算復雜度低，計算量小，有效地節(jié)省計算成本，提高計算速度，可以快速有效地選取出合適的組織信號和血流信號、血流信號和高頻噪聲的界限點，有效分離數(shù)據(jù)，并提前抑制部分高頻噪聲干擾和心肌組織運動干擾，分別獲得用于二維組織成像的組織信號和用于彩色血流成像的攜帶豐富血流信息的血流信號。