一种超声心动图左心室分割检测射血分数方法与流程

1.本发明涉及图像分割和超声医疗领域，尤其涉及一种超声心动图左心室分割检测射血分数方法。


背景技术：

2.心血管疾病是目前住院的主要原因以及日益严重的全球性健康问题。准确评估心脏功能对于心血管基本诊断及健康防护至关重要，特别是对于心衰患者的管理显得更为重要。
3.射血分数(ejection fraction，ef)检测是最方便有效的评判心功能重要指标之一，也是判断心力衰竭类型的重要指标。通常用左心室容积评价左心室功能，并用simpson法计算。射血分数是心脏收缩时泵出的左心腔(左室)中血液体积的百分比，正常值为50％～70％。射血分数的计算公式为：ef＝(edv-es)*100％/edv，式中ef为射血分数；edv为心室舒张末容积；es为心室收缩末容积。从式中可以看出，射血分数是一个容积比率指标，从容积的角度反映的心室的射血功能。如果射血分数小于50％，则考虑存在心肌收缩力减低，心脏收缩功能下降。
4.二维-辛普森双平面法：在标准四腔或二腔超声心动图的腔内边缘勾勒出左心室(lv)面积，通过数值计算方法推导出心室舒张末容积edv和心室收缩末容积es的值，再通过公式计算出射血分数ef。显然，在超声心动图上精确勾勒左心室边界，准确计算所述左心室容积，依赖于医生的经验和手法，观察者之间的变异性也会使得重复性较低，所耗费的时间成本较高，还常常导致检测结果不准确。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种超声心动图左心室分割检测射血分数方法，通过在超声四腔心动图上分割左心室图，精确估算射血分数。
6.本发明的具体技术方案是，一种超声心动图左心室分割检测射血分数方法包括如下步骤：步骤1，用超声心动图采集设备采集包括完整左心室，至少一个心动周期的四腔超声心动图视频数据；步骤2，将所述心动图视频数据按时间顺序分解成帧图像序列；步骤3，将每一帧图像的左心室边界用图像分割法分割出来；步骤4，根据所述帧图像分割的左心室边界计算所述帧的射血体积；步骤5，将所述帧射血体积按帧顺序绘成曲线，标出曲线最小点esv(收缩末期容积)和最大点edv（舒张末期容积）；步骤6，根据射血分数计算公式：ef＝(edv-es)*100％/edv，计算射血分数ef。
7.进一步，所述图像分割法采用基于阈值的图像分割方法，根据左心室图像与边缘背景在灰度上的差异，把图像分为具有不同灰度级的目标区域和背景区域，将左心室图像
从所述超声帧图像中分割出来。所述基于阈值的图像分割方法包括如下步骤：步骤1，选取一个初始阈值t；步骤2，利用所述阈值t把所述超声帧图像分成两组图像，分别由灰度值大于阈值t的像素和由灰度值小于等于阈值t的像素组成，记为和 ；步骤3，计算 和均值 和，确定新的阈值，且 ；步骤4，如果 ，进入步骤5，否则返回步骤2；步骤5，所述超声图像帧右上半分割的边缘闭合图像，即为所述左心室，将其分割边界像素点连接成闭合曲线得到左心室边界。
8.根据本发明的一个方面，采用拟园柱体切片方法计算所述左心室边界的射血体积，包括如下步骤：步骤1，将所述左心室边界沿长轴分成高度为的若干梯形条；步骤2，计算每个所述梯形条拟柱体体积，即,分别为拟柱体上、中、下底面积；步骤3，将所有拟柱体体积相加，得到用所述左心室边界计算的射血体积。
9.进一步，所述底面体积 和的直径分别是梯形条的上下边长， 的直径为上底平面与下底平面之间距离时得到的梯形条边长。
10.根据本发明的另一方面，在用所述左心室边界计算射血体积时，引入一个梯形边测量标尺m，所有所述左心室边界分割梯形条的边都用所述标尺m缩放，而不需测量所述左心室边界分割梯形条上下两边的真实长度。
11.进一步，所述标尺m，可以取测量射血分数的所述超声心动图中，任意分割梯形条的其一边长，当所述左心室边界所分割的梯形条都用同一标尺m缩放后，所计算的esv和edv中，都包含同样的标尺m，在计算ef的比例计算式中，m的影响被消除。
12.根据本发明的再一方面，用直线旋转法确定所述左心室边界长轴，包括如下步骤：步骤1，在所述左心室边界上任意取两点（ ），（ ），构成直线；步骤2，以（）为起点，沿所述左心室边界逆时针取点（ ），与点（ ）构成直线 ；步骤3，如果，则将（）选为新的起点（ ），旋转到，继续沿所述左心室边界逆时针选择（），再计算 ，直至 ，此时直线的定位点（ ）已到达所述左心室上边界的最远点；步骤4，如果 ，则放弃（），沿所述左心室边界顺时针方向重新选点（），构建直线，如果，则将（）选为新的起点（ ）， 逆时针旋转到，直至 ，此时直线 的定位点（ ）已到达所述左心室上边界的最远点；步骤5，在找到上边界最远点（）后，再固定其为（ ），同样方法沿所述左心室下边界两侧寻找到下边界的最远点（）；步骤6，将两个最远点连接成直线，即为所述左心室长轴。
13.有益效果：
本发明提供了一种超声心动图左心室分割检测射血分数方法，所述方法包括：用超声心动图采集设备采集包括完整左心室；将所述心动图视频数据按时间顺序分解成帧图像序列；将每一帧图像的左心室边界用图像分割法分割出来；根据所述帧图像分割的左心室边界计算所述帧的射血体积；将所述帧射血体积按帧顺序绘成曲线，标出曲线最小点esv(收缩末期容积)和最大点edv（舒张末期容积）；根据射血分数计算公式：ef＝(edv-es)*100％/edv，计算射血分数ef。所述方法具有检测速度快，使用简单方便的效果，对于心衰筛查分类和心衰患者预后具有十分重要的临床意义。此外，快速识别射血分数的细微变化，为实时精确诊断心血管疾病提供了帮助。
附图说明
14.图1是本发明实施例的超声心动图左心室分割检测射血分数方法流程图；图2是本发明实施例的四腔超声心动图视频展开成帧示意图；图3是本发明实施例的基于阈值的图像分割流程图；图4是本发明实施例的左心室边界长轴确定流程图；图5是本发明实施例的左心室射血体积计算流程图；图6是本发明实施例的m标尺缩放数据处理流程图。
具体实施方式
15.现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本原理、基本结构和基本功能，因此其仅显示与本发明有关的构成。
16.本领域的一般技术人员可能会意识到本发明的一些变体以及等同替代，但这些变体和等同替代不应理解为超出了本发明的保护范围。
17.图1是本发明实施例的超声心动图左心室分割检测射血分数方法流程图。如图1所示的检测射血分数方法实现流程，包括如下步骤：s11，用超声心动图采集设备采集包括完整左心室，至少一个心动周期的四腔超声心动图视频数据；s12，将所述心动图视频数据按时间顺序分解成帧图像序列；s13，将每一帧图像的左心室边界用图像分割法分割出来；s14，根据所述帧图像分割的左心室边界计算所述帧的射血体积；s15，将所述帧射血体积按帧顺序绘成曲线，标出曲线最小点esv(收缩末期容积)和最大点edv（舒张末期容积）；s16，根据射血分数计算公式：ef＝(edv-es)*100％/edv，计算射血分数ef。
18.图2是本发明实施例的四腔超声心动图视频展开成帧示意图。如图2所示，接收到的四腔心动图视频数据21，按照帧展开成四腔心动图帧图像，用221，
…
，22n，
…
22n表示，其中22n是第n帧图像，n表示所述视频共有n帧图像。
19.图3是本发明实施例的基于阈值的图像分割流程图。如图3所示的基于阈值的图像分割方法是根据左心室图像与边缘背景在灰度上的差异，把图像分为具有不同灰度级的目标区域和背景区域，将左心室边界从所述超声帧图像中分割出来。如图3(a)所述基于阈值
的图像分割方法流程，包括如下步骤：s31，选取一个初始阈值，令=；s32，利用所述阈值t把所述超声帧图像分成两组图像，分别由灰度值大于阈值t的像素和由灰度值小于等于阈值t的像素组成，记为和 ；s33，计算 和 均值和 ；s34，如果 ，进入步骤s36；s35，确定新的阈值 ，且 ，返回步骤s32；s36，所述超声图像帧右上半分割的边缘闭合图像，即为所述左心室，将其分割边界像素点连接成闭合曲线得到左心室边界，如图3（b）所示。
20.一般来说，所述左心室边界的长轴通常与垂直线向左偏转。
21.图4是本发明实施例的左心室边界长轴确定流程图。图4（a）是通过旋转任意直线确定所述左心室边界长轴的几何原理图，图4（b）是具体实施步骤。如图4（b）所示，确定左心室边界长轴包括如下步骤：s41,在所述左心室边界上任意取两点（），（ ），构成直线 ,并计算其长度；s42,固定（）点，以（）为起点，沿所述左心室边界逆时针取点（ ）；s43,与点（）构成直线 ，并计算其长度 ；s44，判断 ，如果不成立，进入s47，如果成立；s45，判断 ，如果成立，表示 两直线差小于设定误差值，进入s410，如果不成立；s46，将（）选为新的起点（ ），即赋值，返回s42，再沿逆时针方向找下一个（）点；s47，判断，如果是，进入s410，如果不是，变换（ ）取样方向；s48，；s49，顺时针取点（），返回s43；s410，的定位点（ ）已经到达所述左心室上边界的最远点，设标志1；s411，（ ）=（），将（ ）和（ ）点位置交换，即（ ）=（ ），再将直线 沿所述左心室下边界移动，寻找其下边界最远点，即返回s41；s412,在分别找到所述左心室上边界最远点和下边界最远点后，该两点构建的直线即为所述左心室边界的长轴。
22.图5是本发明实施例的左心室射血体积计算流程图。如图5（a）所示为左心室边界用垂直于长轴的梯形切片示意图，图5（b）为拟园柱体切片方法计算射血体积流程，包括如下步骤：s51，将所述左心室边界用垂直于长轴的梯形条分割成高度为δh的若干梯形条；s52，用辛普森（simpson）公式计算每个所述梯形条拟柱体体积： ，其中 分别为梯形上底、中底和下底面积；
s53，将所有拟柱体体积相加，得到用所述左心室边界计算的射血体积。
23.图6是本发明实施例的m标尺缩放数据处理流程图。作为本发明实施例的实施方式之一，在用所述左心室边界计算射血体积时，引入一个梯形边测量标尺m，所有所述左心室边界分割梯形条的边都用所述标尺m缩放，而不需测量所述左心室边界分割梯形条上下两边的真实长度。如图6所示的具体m标尺缩放数据处理流程包括如下步骤：s61，取所示检测射血分数心动图任意帧分割出来的所述左心室边界梯形分割条的任意边作为标尺m；s62，再用所述m对所有帧的所有所述左心室边界分割梯形条的边做缩放处理，用此处理得到的射血体积都包含了m系数，在具体计算ef的比例式中被消除。
24.以上述依据本发明的实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。