一种基于B超信号评估呼吸和心动周期的方法与流程

文档序号:20195890发布日期:2020-03-27 20:08阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于b型超声成像仪信号评估呼吸和心动周期的方法,包括如下步骤:

步骤一、在生物组织热消融过程中采集若干b超图像信号;

步骤二、根据所得b超图像序列,计算获得一系列互相关系数-时间曲线;

得到参考帧对应的互相关系数-时间曲线c1(t);互相关系数计算方式为:

其中,*表示共轭运算,设biref(x,y)为参考帧信号,bitar(x,y)为目标帧信号,(i0,j0)为roi区域最左下角的像素点的坐标;

步骤三、根据所得b超图像序列,评估呼吸和心动周期;具体方法如下:

3.1对步骤二中所得互相关系数-时间曲线c1(t),利用线性调频z变换计算其频谱f1(f);线性调频z变换计算如下:

其中:其中m,n为正整数,a0,w0为常数,θ0为抽样点的相角,φ0为两抽样点之间的角度差,x(n)为原始信号;选取频谱中幅值最大的峰值所处频率为呼吸频率的可能值fres,1;

3.2选择当前参考帧之后、时间间隔不小于0.1秒的第k帧为参考帧,按照步骤二和步骤3.1,重新计算互相关系数-时间曲线ck(t)、对应的频谱fk(f)和呼吸频率的可能值fres,k;如此重复,计算不少于x可能的呼吸频率值;

3.3对步骤3.2中得到的不少于x个可能的呼吸频率值,进行高斯分布拟合,取拟合所得高斯函数分布中心为最终确定的呼吸频率值fres;则呼吸周期tres确定为1/fres;

3.4对步骤3.2中所得不少于x个可能的呼吸频率值,计算对应的呼吸周期,通过阈值判断对应的参考帧为合格或不合格,超过阈值,则记对应的参考帧为不合格参考帧;剩余参考帧记为合格参考帧;

3.5如步骤3.4中所得合格参考帧少于x个,则重复3.2-3.4中的步骤,使合格参考帧不少于x个;

3.6对任意合格参考帧m,在其对应的频谱fm(f)中,将频率fres,m后的第一个幅度谱峰所处频率记为fm,将频率fm后的第一个幅度谱峰所处频率记为fr,依据判断条件进行判定:

0.5(1-r)(fr+fres,m)≤fm≤0.5(1+r)(fr+fres,m)

其中:r为判断系数,r不大于0.1,r的初始值设置为[0,0.1]之间的任意值;

3.7如上述判定成立,则将fr记为合格参考帧m对应的可能心动频率之一;随后,将步骤3.6中fr后的第一个幅度谱峰所处频率记为fr,重新按步骤3.6中的条件进行判定;如此重复;

3.8将fm后的第一个幅度谱峰所处频率记为fm后,将fm后的第一个幅度谱峰所处频率记为fr,按照步骤3.6-3.7进行判定;如此重复;对合格参考帧m对应的所有可能心动频率,取对应的fm处幅值最大的情形,记其中的fr为参考帧m对应的心动频率;

3.9对步骤3.5中所得全部合格参考帧,重复步骤3.6-3.8,得到所有参考帧对应的心动频率;对所有心动频率值进行高斯分布拟合,取拟合所得高斯函数分布中心为待选心动频率值,对应的高斯分布尺度参数为σ;

3.10将步骤3.6中的调节判定系数的值,使待选心动频率值分布最集中;选择使3.9中的高斯分布尺度参数最小的判断系数r,将对应的待选心动频率值记录为最终确定的心动频率值fhb;则心动周期thb确定为1/fhb。

2.根据权利要求1所述的一种基于b型超声成像仪信号评估呼吸和心动周期的方法,其特征在于,步骤一,具体步骤包括:

1.1根据需求确定b超探头的类型、波束控制方式和几何形状;

1.2利用所选探头结合b超仪主机对活体进行监控,采集按时间等间隔排列的b超图像序列。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于b型超声成像仪信号评估呼吸和心动周期的方法,其特征在于,步骤二具体包括:

2.1对采集的每帧b超图像,将像素点在横向和纵向的坐标分别记为x和y;对所有帧,确定b超图像的矩形roi区域,roi为感兴趣区域,roi区域横向和纵向像素点数分别记为i和j;roi区域为整幅b超图像或b超图像中的局部;

2.2将采集得到的所有b超图像按时序排列并编号;将第i帧的编号除以ffps获得各帧对应的时间坐标,i=1~n;将时间变量记为t,单位为秒;将频率变量记为f,单位为赫兹;选取第1帧图像作为参考帧信号;

2.3以所有b超图像帧分别作为目标帧信号,逐一与参考帧计算互相关系数;以目标帧的时间坐标为横坐标,以互相关系数为纵坐标,得到参考帧对应的互相关系数-时间曲线c1(t);互相关系数计算方式为:

其中,*表示共轭运算,设biref(x,y)为参考帧信号,bitar(x,y)为目标帧信号,(i0,j0)为roi区域最左下角的像素点的坐标。

4.根据权利要求2所述的一种基于b型超声成像仪信号评估呼吸和心动周期的方法,其特征在于,步骤1.1选择的b超探头类型为凸阵探头、线阵探头或相控阵探头;波束控制方式为线扫、相控阵、机械扇扫或面阵;波束几何形状为弧形、圆形或矩形。

5.根据权利要求2所述的一种基于b型超声成像仪信号评估呼吸和心动周期的方法,其特征在于,所述步骤1.2中,b超监控区域包括生物活体的腹部或胸部。

6.根据权利要求2或4或5所述的一种基于b型超声成像仪信号评估呼吸和心动周期的方法,其特征在于,步骤1.2中采集的b超图像序列的采集帧频ffps不低于5帧/秒,采集时长不短于4秒;采集的b超图像序列中每帧图像由探头接收的原始超声回波信号经波束合成后形成或原始超声回波经正交检波、降低采样率后,再经波束合成形成;每帧图像为复值图像或实值图像;所有图像帧的格式相同。

7.根据权利要求1所述的一种基于b型超声成像仪信号评估呼吸和心动周期的方法,其特征在于,步骤3.3中高斯分布拟合,公式为,a是曲线尖峰的高度,b是尖峰中心的坐标,σ称为标准方差。

8.根据权利要求1或7所述的一种基于b型超声成像仪信号评估呼吸和心动周期的方法,其特征在于,步骤3.4中,阈值选择为:可能呼吸频率与确定呼吸频率相比误差超过后者15%所对应的参考帧记为不合格参考帧,对应的互相关系数-时间曲线的频谱不用于计算心动周期。

9.根据权利要求8所述的一种基于b型超声成像仪信号评估呼吸和心动周期的方法,其特征在于,步骤3.2、3.3、3.4、3.5中“x”范围为5-10。

10.根据权利要求1所述的一种基于b型超声成像仪信号评估呼吸和心动周期的方法,其特征在于,步骤3.10调节判定系数的值使待选心动频率值分布最集中具体方法为,判断系数r以不超过0.05的间隔步进,每步进一次均重复步骤3.6-3.9。

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