基于M型超声波的心肌运动轨迹自动追踪方法研究

摘要

心脏病是目前危害人类健康和威胁病人生命的常见病、多发病。随着我国人口老龄化的到来，心血管疾病的发病率和死亡人数逐年上升。医学影像技术的广泛使用，使心血管疾病的诊断水平显著提高。超声心动图的使用对心血管疾病的诊断具有重要的参考价值。超声波诊断具有操作简单、及时、耗费低廉等特点，并且对人体无电离辐射的损伤。
　　在超声心动图的研究中，心脏运动的轨迹一直是心肌评价的研究重点，因此超声波心动图研究的关键是心肌运动轨迹追踪的方法研究。首先通过M型超声波对心脏进行扫描得到超声波信号，并对超声波进行一系列变换，得到信号的瞬时相位变化，来计算心肌上每个采样点的瞬时速度，利用瞬时速度模型来跟踪心肌运动的轨迹。为了得到更加接近真实的心肌运动轨迹，论文的主要研究内容分为以下两个部分:
　　1.提出了基于M型超声波的心动周期自动判定方法。根据心脏跳动的周期性律和M型超声波不同时刻的相位变化，用相关分析的方法自动判断出一个心动周期。对临床上的13例M型超声波的数据进行了心动周期的自动判定实验。并将相关分析方法和医生的手工操作结果进行比较，对相关分析法进行精确度评价和一致性检验，结果表明用相关分析法对心动周期进行自动检测有较高的精确度，可以代替医生的手工操作，并为后面的心肌轨迹追踪提供可靠的参数。
　　2.建立了心肌运动轨迹追踪的二维动态规划模型。在传统的一维动态规划方法的基础上，加入心肌层之间的收缩特性。这个二维动态规划模型不但具有一维动态规划的全局最优性，减小了超声波信号中斑点和噪声的影响，同时也使轨迹的追踪结果更符合真实值。最后进行了模型评价，对临床上26组M型超声波心动图的数据进行了实验，分别为13个室间隔数据和13个左室后壁数据，分别用二维动态规划模型、一维的动态规划方法和医生的手工操作对这26组数据进行心肌运动轨迹追踪，追踪的起始点保持一致。用二维动态规划模型和有经验医生的手工操作结果进行对比，证明本文提出的方法具有较高的精确度，以及代替医生手工操作的能力，可以降低追踪误差，提高心血管疾病诊断的效率。又将二维动态规划模型和传统的一维动态规划方法进行对比，证明二维动态规划模型得出的心肌运动轨迹曲线的质量和精确度都比使用一维的动态规划方法要好。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目的和意义

1．3 国内外研究现状

1．4 研究内容

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 研究步骤

1．4．3 本文结构

1．4．4 本文的创新点

2 理论分析

2．1 心脏结构

2．2 超声波的基本特征

2．2．1 超声波的物理特性

2．2．2 人体组织声学类型

2．2．3 超声诊断仪的类型

2．3 M型超声波心动图

2．3．1 超声诊断的优缺点

2．4 相关分析法

2．5 动态规划法

2．5．1 动态规划的基本模型

2．5．2 求解方法

2．5．3 最短路线问题

2．5．4 最短路线问题的最优解原理

2．5．5 最短路径的算法

3 离散多普勒信号测定心肌速度

3．1 离散多普勒信号确定心肌速度的模型

3．2 实验中心肌速度的获得

3．3 本章小结

4 相关分析法确定心动周期

4．1 相关分析法

4．2 实验结果分析

4．2．1 精度评价

4．2．2 Bland-Altman图

4．3 本章小结

5 心肌轨迹的追踪

5．1 心肌轨迹追踪的单曲线模型

5．2 一些心肌轨迹追踪的优化算法

5．2．1 相关加权平均法去噪

5．2．2 心肌弹性模型

5．2．3 动态规划方法

5．2 双重动态规划模型

5．3 实验结果分析

5．3．1 实验均值和方差

5．3．2 参数λ的选择

5．3．3 追踪实验

5．3．4 精确度分析

5．4 本章小结

6 总结

6．1 本文总结

6．2 未来研究方向

参考文献

致谢

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