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基于射频信号超声心肌弹性成像的研究

基于射频信号超声心肌弹性成像的研究

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作者：单志蕊南方医科大学

学位级别：硕士

随着人们生活水平的提高,饮食习惯的改善,心肌梗死成为危害人类健康的严重杀手。心肌梗死的病因是冠状动脉闭塞,血流中断,使部分心肌因严重的持久性缺血而发生局部坏死。心肌梗死的发病率随着年龄增长而逐步上升,以65～79岁为最高,目前... 详细信息

随着人们生活水平的提高,饮食习惯的改善,心肌梗死成为危害人类健康的严重杀手。心肌梗死的病因是冠状动脉闭塞,血流中断,使部分心肌因严重的持久性缺血而发生局部坏死。心肌梗死的发病率随着年龄增长而逐步上升,以65～79岁为最高,目前正在向年轻化趋势发展。心肌梗死严重影响人们正常生活,限制人们的活动,降低生活质量,甚至可能导致猝死。心肌组织与其它生物组织相同,其病理变化与组织硬度变化有关,组织的弹性对疾病的诊断与治疗具有重要的参考价值。临床触诊是诊断疾病的一种重要技术,是通过直接接触感知软组织的弹性度作为判断组织病变的标准。但是由于这种诊断方法主要凭借医师的主观判断,而且局限于诊断人体表面相对较大的病灶,不能作为精确诊断的有效方法。近年来超声弹性成像技术的发展,弥补了利用触诊来感知病情的方法。超声弹性成像的方法由***等人于1991年提出后广泛应用于软组织成像,使得医学上对软组织的检测从定性判断发展到定量判断。超声弹性成像的基本原理是使用超声探头给组织表面一个垂直的力,可以采集到受力前后组织的信息。利用相关分析方法对受力前后组织的信号进行分析,计算出组织受力前后形变的大小,进而得到组织的应变分布来追踪组织的弹性。超声弹性成像作为一种新的影像学成像方法,是通过获取组织的弹性信息进行辅助诊断的影像技术。它弥补了传统超声影像形式不能直接提供组织弹性信息的不足,具有无创伤、低成本、操作简单等优点,目前已经被广泛应用于甲状腺、血管、肝脏等的临床影像诊断中。随着影像技术硬件和软件的发展,超声心肌弹性成像逐渐发展成熟起来。许多学者尝试使用射频(radio frequency)信号作为心肌弹性成像的基础来计算心肌弹性。RF信号的使用相对于传统使用灰度图的计算有很大的优势。灰度图是在RF信号基础上经过处理得到的信号,RF信号相对于灰度图包含更加原始的图像信息和更多的组织信息。精确的组织信息降低了计算误差,从而提高结果的精准度。为了更好的观察组织的解剖结构,首先对实验中获得的RF信号进行重建,转换成灰度图直观的显示组织的解剖结构。动态规划方法基本概念是将待求解的问题分解成若干子问题,逐个求解每一个子问题,并在已经得到的一部分子问题的解中分析得出下一个子问题的解。动态规划方法可以避免很多重复计算,使得总的计算时间缩短。Zhang等已经将动态规划方法应用到甲状腺疾病中计算相应组织的位移。但是动态规划方法局限于计算组织的整数位移,不能满足一些形变较小的组织的位移计算。Rivaz等在动态规划方法的基础上提出最小化解析方法(Analytic minimization)。动态规划方法可以计算组织的整数位移,最小化解析方法在动态规划方法的基础上对整数位移进行二次计算得到组织的小数级别的位移,从而提高位移计算的精准度。最小化解析方法已经应用于甲状腺、乳腺等组织位移的计算,但是尚未应用于心脏组织的计算,本文首次将最小化解析方法应用于心脏形变的计算。彩色应变图像可以显示组织的生物力学信息,但是应变图显示的是整个心肌以及周围组织共同的结果,心肌组织与周围其它组织混在一起,不易区分。目前已经配有超声弹性成像功能的相关设备中,无论是剪切波弹性成像还是准按压弹性成像,其绘制技术都是将较规则形状的感兴趣区的弹性图像覆盖到灰度B超图上,不能根据组织具体形状进行勾画。本文在此基础上提出整体勾画方法,将整个心肌区域的彩色应变图整体映射到灰度图相应位置上,实现快速绘制心肌区域的彩色应变图,达到动态观察心肌组织弹性的目的。动物疾病模型的准确建立关系到科学实验的准确性,准确的评估动物实验的成功性非常关键。临床基础研究中使用结扎冠状动脉左前降支的方法对大鼠进行心肌梗死造模已成为公认的方法。因此,本文也采用此方法建立心肌梗死大鼠模型,通过超声设备扫描获得超声RF信号。基于超声RF信号,运用动态规划方法和最小化解析方法,计算正常大鼠和心肌梗死大鼠的心肌弹性图,动态追踪心肌梗死区域的弹性。本文主要进行以下三个方面的超声心肌弹性成像研究：①心肌组织的动态位移跟踪及应变分布的算法研究我们采用超声设备Ultrasonix Sonix RP系统,该系统采用PC平台即Microsoft(？) Visual Studio(？)环境,是一种开放式超声研究平台系统,配有超声探头C5-2/60,中心频率为5 MHz,检测深度为15 cm。系统可以同时保存超声B型灰度图像、超声视频信号和超声RF信号。本研究招募一24岁健康成年男性为实验对象。采用仰卧位,待心跳稳定后(68次每分钟),进行超声检测。实验聘请一位有经验的临床超声医师对受试者进行检测。超声探头放置于左侧胸骨旁位置,获取心脏左心室长轴图。通过自编软件读取超声RF信号并重建超声B型图像。根据所获得的RF信号,对其在纵向方向上使用降采样的方法,在横向方向上采用

关键词：超声心肌弹性成像超声射频信号动态规划最小化解析整体映射心肌梗死动物模型

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