基于超声造影的时空灌注异质性特征计算系统及其应用

本发明涉及医学数据处理领域，具体而言，涉及一种基于超声造影的时空灌注异质性特征计算系统及其应用。

背景技术：

1、超声造影(contrast ultrasound)又称声学造影，是利用造影剂使后散射回声增强，明显提高超声诊断的分辨力、敏感性和特异性的技术。双幅模式的超声造影可以同时显示灰阶超声图像以及超声造影，帮助医师在疾病的超声造影检查中实时定位病灶的位置，提高对结果的判读与诊断能力。

2、由于超声造影剂为纯血池造影剂，造影剂在感兴趣区间的信号就代表着感兴趣区间内的血流信号。因此超声造影可以观察感兴趣区内的血流情况，包括血流速度、方向、到达先后时间、血供丰度等，从而了解肿瘤内部的血管分布和血流灌注模式情况。

3、造影剂的灌注异质性是指在病变的情况下，感兴趣区间内的造影剂信号可表现为多种形式，可呈均匀或不均匀、正态分布或偏态分布，尤其是在恶性肿瘤的生长过程中，肿瘤在不断增殖和分化过程中存在血管结构紊乱、扭曲、动静脉短路等差异性的血液灌注现象被称为血管灌注时空异质性，在超声造影下表现为造影剂灌注的时空异质性。灌注时空异质性可以更好地了解良恶性肿瘤内部的血流灌注情况，用来判断和评估肿瘤的增殖活性和恶性程度，有望用于指导放疗和化疗的治疗计划。

4、然而，临床上超声造影血流灌注的评估存在较强的主观性，对诊断医生经验依赖性较高，不同医生诊断结论间的一致性虽然尚可，但并非完全一致。并且，超声造影视频虽然含有大量的信息，但提供的帮助诊断的指标较少，目前主要围绕定性指标，如动脉期高增强、快速消退、不均匀灌注等，而定量指标如时间强度曲线相关参数，提供的是整个感兴趣区域的信息，相当于对感兴趣区域做了平均化，未曾表征区域内部造影增强强度的分布，不足以准确描述病灶的时空异质性。

5、鉴于此，本发明提出了一种基于超声造影的时空灌注异质性特征计算系统及其应用。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于超声造影的时空灌注异质性特征计算系统及其应用。具体方案如下：

2、一种基于超声造影的时空灌注异质性特征计算系统，包括如下：

3、数据获取单元，用于获取包含灰阶图像和造影图像的超声造影视频；

4、关键帧单元，用于将所述造影图像的某一帧，分别与其他帧进行相似度计算，筛选出在结节区域与其他帧相似度最高的帧，并将其作为关键帧；

5、运动矫正单元，用于裁剪相同大小、位置的灰阶图像和造影图像，基于关键帧对所述灰阶图像和所述造影图像进行运动矫正，得到第一图像集；

6、区间划分单元，用于在所述第一图像集中定义感兴趣区间，确保所述结节区域处于所述感兴趣区间，并以预设方形像素块为单位将所述感兴趣区间划分成多个像素单元；

7、曲线构建单元，用于计算各个像素单元的信号强度，并构建出各像素单元的信号强度随时间变化的、关于超声造影灌注曲线的曲线图；

8、特征计算单元，用于对各个像素单元随时间变化的信号强度进行离散度计算，以进行定量化时间-离散度，并构建两条分位数曲线，通过两条分位数曲线之间的曲线间面积反映感兴趣区间内血管分布的时空异质性特征。

9、在一个具体实施例中，在曲线构建单元中，构建曲线图之前，对时间和各像素单元的信号强度进行归一化处理，使曲线间面积范围在0-1之间。

10、在一个具体实施例中，取每一个时间点下各个像素单元的信号强度值，求取可表征数据离散度的统计学指标。

11、在一个具体实施例中，所述统计学指标包括四分位数间距、95％置信区间、变异系数、标准差或标准误差。

12、在一个具体实施例中，当以四分位数曲线为所述预设规则中的统计学指标时：

13、分别取所述超声造影灌注曲线上每个时间点的信号强度的25％和75％分位数做成两个曲线，得到一条表示四分之一分位的分位数曲线和一条表示四分之三分位的分位数曲线，通过求取两条分位数曲线与纵坐标之间的面积得到曲线间面积。

14、在一个具体实施例中，所述方形像素块的大小包括2*2、3*3或4*4。

15、在一个具体实施例中，所述运动矫正单元所采用的运动矫正算法包括滤波去运动、时间延迟去运动、空间滤波去运动、运动补偿去运动或基于深度学习的运动矫正。

16、在一个具体实施例中，在所述曲线构建单元中，对像素单元中各信号强度去零后取中位数即为该像素单元的信号强度。

17、一种计算机设备，所述计算机设备包括：

18、一个或多个处理器；

19、存储器，用于存储一个或多个程序；

20、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如下处理：

21、获取包含灰阶图像和造影图像在内的超声造影视频；

22、将造影图像的某一帧，分别与其他帧进行相似度计算，筛选出在结节区域与其他帧相似度最高的帧，并将其作为关键帧；

23、裁剪相同大小、位置的灰阶图像和造影图像，基于关键帧对所述灰阶图像和所述造影图像进行运动矫正，得到第一图像集；

24、在所述第一图像集中定义感兴趣区间，确保所述结节区域处于所述感兴趣区间，以预设方形像素块为单位将感兴趣区间划分成多个像素单元；

25、计算各个像素单元的信号强度，并构建出各像素单元的信号强度随时间变化的、关于超声造影灌注曲线的曲线图；

26、对各个像素单元随时间变化的信号强度进行离散度计算，以进行定量化时间-离散度，并构建两条分位数曲线，通过两条分位数曲线之间的曲线间面积反映感兴趣区间内血管分布的时空异质性特征。

27、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如下处理：

28、获取包含灰阶图像和造影图像在内的超声造影视频；

29、将造影图像的某一帧，分别与其他帧进行相似度计算，筛选出在结节区域与其他帧相似度最高的帧，并将其作为关键帧；

30、裁剪相同大小、位置的灰阶图像和造影图像，基于关键帧对所述灰阶图像和所述造影图像进行运动矫正，得到第一图像集；

31、在所述第一图像集中定义感兴趣区间，确保所述结节区域处于所述感兴趣区间，以预设方形像素块为单位将感兴趣区间划分成多个像素单元；

32、计算各个像素单元的信号强度，并构建出各像素单元的信号强度随时间变化的、关于超声造影灌注曲线的曲线图；

33、对各个像素单元随时间变化的信号强度进行离散度计算，以进行定量化时间-离散度，并构建两条分位数曲线，通过两条分位数曲线之间的曲线间面积反映感兴趣区间内血管分布的时空异质性特征。

34、有益效果：本发明提供了一种基于超声造影的时空灌注异质性特征计算系统及其应用，借助曲线间面积定量化表征超声造影中肿瘤的灌注时空异质性特征，可用于评估肿瘤时空异质性。相较于现有方案，保留了肿瘤区域内部的差异性特征，避免对肿瘤灌注信息平均化，能有效的评估恶性肿瘤血管的时空异质性。

35、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。