專利名稱：全方向m型心動圖的速度場和加速度場的檢測方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種速度場和加速度場的檢測方法及其裝置，特別是一種全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測方法及其裝置。
背景技術(shù)：
全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測方法及其裝置是用于檢測心臟各結(jié)構(gòu)各部位各時刻的運動速度及加速度，從而進一步揭示心臟內(nèi)各結(jié)構(gòu)的運動和變形。目前國內(nèi)外文獻尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)這一方面的報導(dǎo)，盡管發(fā)明專利全方向M型心動圖方法及其系統(tǒng)(其專利號為ZL98125713.5)解決了從心臟二維截面像中重建任意多個方向線上所捕捉的心臟結(jié)構(gòu)某部位的運動軌跡(或稱為運動波形圖即全方向M型心動圖)，該圖讓我們清楚并可以同步比較心臟各結(jié)構(gòu)所有被確定部位運動(移動)幅度的大小。但這些運動軌跡也即各時刻心臟某結(jié)構(gòu)運動幅度(或者說視覺感覺到運動)，從運動和力的研究來說這是最原始的，因為它沒有揭示隱含其中更深層次的運動或者說沒有揭示產(chǎn)生這些運動(移動)大小的原因，而人體的心臟不同，人體其它臟器的最大特點是“動”字，即心臟內(nèi)各結(jié)構(gòu)的運動和變形，也就因為它們的運動和變形帶來了人類的生命，運動和變形的異常是心臟疾病的由來，所以對運動和變形的深入研究是心血管血液動力學(xué)極為重要的問題。心臟各結(jié)構(gòu)截面像的運動或變形，即體現(xiàn)在其二維圖像的運動或變形，產(chǎn)生各種運動的原因應(yīng)是更深層次的運動信息，即運動速度以致于加速度的理解，也即某一時刻點的運動是由于這時刻速度引起的(ds＝v·dt)，而對于心臟各結(jié)構(gòu)各部位的運動是復(fù)雜的，各時刻的速度一般是不一樣的，即V＝V(t)，而dv＝a·dt，V(t)=∫0′adt+V0]]>從而看出某時刻的速度和加速度是引起心臟各結(jié)構(gòu)各部位移動(或變形)的由來，是極為重要的運動參數(shù)(或運動信息)，加速度 有著更重要的意義，因為F→=ma→,]]>若 被求得，它對心臟各結(jié)構(gòu)各部位各時刻(可以和心電圖基準(zhǔn)相比較)總作用力有個定性和準(zhǔn)定量的理解。所以以上的工作將是更深層次無創(chuàng)傷地對心臟內(nèi)作血液動力學(xué)的研究，這是心臟醫(yī)學(xué)的重要工作，它可以不必接觸到心臟內(nèi)部(如導(dǎo)管穿刺)而是從B超的序列圖像的分析和研究來得到，所以這些工作將是非常有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測方法及其裝置，它可以準(zhǔn)確地測量心臟各結(jié)構(gòu)各部位各時刻的運動速度及加速度，從而將更深層次地?zé)o創(chuàng)傷地揭示心臟各結(jié)構(gòu)部位的運動信息，為診斷心臟疾病提供準(zhǔn)確的檢測依據(jù)。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
本發(fā)明是在本人發(fā)明的“全方向M型心動圖方法及其系統(tǒng)”(其專利號為ZL98125713.5)的基礎(chǔ)上做出的進一步深入的發(fā)明，在所述的專利中，它能在超聲心動圖截面像的任一位置(也可以同時多位置)設(shè)置任意方向、任意多個方向線，提出它們所對應(yīng)心臟各結(jié)構(gòu)的各部位的灰度(位置)～時間波形圖，即全方向M型心動圖。本發(fā)明是在這些全方向M型心動圖中任意選擇所需對應(yīng)心臟某結(jié)構(gòu)某一部位的全方向M型心動圖波形，并對其作邊緣提取后，再對其作時間的離散函數(shù)微分，從而得到該部位每一時刻的運動速度，并構(gòu)成全時軸該部位的運動速度包絡(luò)線(V＝V(t))，我們稱它為速度場；在得到某部位運動速度包絡(luò)線后，對其作時間的離散函數(shù)微分，從而得到該部位每時刻運動加速度，并構(gòu)成該部位全時軸的加速度包絡(luò)線(a＝a(t))，我們稱之為加速度場。
全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測方法包含如下步驟1.由全方向M型心動圖系統(tǒng)產(chǎn)生全方向M型心動圖；2.從全方向M型心動圖中選擇所需的可以代表心臟某結(jié)構(gòu)指定部位的灰度(位置)～時間波形圖，檢測準(zhǔn)確出可以代表該部位運動軌跡的準(zhǔn)確平滑的“邊緣”曲線，即S＝S(t)；3.將這運動軌跡對時間作離散函數(shù)的一階微分(或說求運動軌跡每時刻的斜率)，從而得到速度場，即V=ΔSΔt;]]>4.對已求得的速度場經(jīng)平滑后對時間作離散函數(shù)一階微分(或說求速度場每時刻的斜率)，從而得到加速度場，即a=ΔVΔt;]]>5.上述的“邊緣”曲線、速度場及加速度場的圖形及其數(shù)據(jù)均可被存貯或顯示打印出來。
所述的從已經(jīng)選擇的灰度(位置)～時間波形圖中提取的“邊緣”曲線，即S＝S(t)是利用移動線狀模板檢測出代表心臟某結(jié)構(gòu)該位置該時刻活動波形點隨時間的運動軌跡。
所述的S＝S(t)，對其個別斷離點、奇異點作人工奇、離點的干預(yù)并平滑，從而得到連續(xù)完整的邊緣包絡(luò)線。
所述的連續(xù)完整的邊緣包絡(luò)線用灰度差法對其邊緣進行糾正并平滑，得到準(zhǔn)確的心臟某結(jié)構(gòu)指定部位的運動軌跡。
所述的速度場經(jīng)平滑后形成了連續(xù)完整的V＝V(t)。
所述的加速度場經(jīng)平滑后形成了連續(xù)完整的a＝a(t)。
所述的S＝S(t)、V＝V(t)及a＝a(t)的圖形均可回送全方向M型心動圖總系統(tǒng)的顯示、打印數(shù)據(jù)管理模塊，并可顯示、打印輸出。
全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測裝置包含有全方向M型心動圖系統(tǒng)，即包含有計算機及其顯示器，打印機、放相機、全方向M型心動圖重建模塊、同步心電圖提取模塊及顯示、打印數(shù)據(jù)管理模塊，其特征是它還包含邊緣提取模塊、速度生成模塊及加速度生成模塊，其中邊緣提取模塊包含線狀模板，由全方向M型心動圖系統(tǒng)輸出所選擇的心動圖經(jīng)邊緣提取模塊中的線狀模板處理后輸出心臟被測點的位置隨時間的運動軌跡，即S＝S(t)，該運動軌跡經(jīng)速度場生成模塊處理后輸出速度場包絡(luò)線V＝V(t)，該包絡(luò)線經(jīng)加速度場生成模塊處理后輸出加速度場包絡(luò)線a＝a(t)，上述S＝S(t)、V＝V(t)及a＝a(t)的心動信息圖形均可回送全方向M型心動圖系統(tǒng)，并可通過顯示打印數(shù)據(jù)管理模塊顯示打印出來。
所述的線狀模板是一般邊緣檢測模板的垂直方向檢測模板。
本發(fā)明是在現(xiàn)有的“全方向M型心動圖方法及其系統(tǒng)”的基礎(chǔ)上進一步揭示被選擇的心臟某結(jié)構(gòu)某部位對應(yīng)的心動圖(即運動軌跡)，經(jīng)邊緣提取模塊獲得波形線，并經(jīng)速度生成模塊及加速度生成模塊得到它的速度包絡(luò)線及加速度包絡(luò)線，從而能更深層次地?zé)o創(chuàng)傷地揭示心臟各部位的運動信息，它適用于視頻輸出的所有醫(yī)學(xué)圖像的這些運動信息的提取。用于心臟B超、彩超，本發(fā)明可以同步地展示截面圖像中(在數(shù)字化許可之下的)任意多個任意方向采樣線段所對應(yīng)(并和心電圖基準(zhǔn))都互相同步的灰度(位置)～時間波形圖，即s＝s(t)，以及v＝v(t)和a＝a(t)波形圖，為此該系統(tǒng)提供了心臟舒縮過程中心內(nèi)各結(jié)構(gòu)如房室壁、血管等部位點上的各時刻移動幅度、速度、加速度以及腔體壁厚度及其變化過程的數(shù)據(jù)，這是對心臟各結(jié)構(gòu)的舒縮功能等心臟運動、形變數(shù)據(jù)及其過程中數(shù)據(jù)(包括時相比較數(shù)據(jù))的直接地準(zhǔn)確檢測。它對比國際上最新的室壁運動(只能測到速度)的多普勒檢測具有不受方向限制和不是經(jīng)過其他參數(shù)(如頻率)轉(zhuǎn)換為速度，而是直接測量的兩大優(yōu)點，尤其重要的它還能檢測加速度，由于它可以生成任意多個任意方向又互相同步的M型心動圖及其速度場、加速度場，所以它還能夠?qū)π呐K各結(jié)構(gòu)各部位的總體和細(xì)節(jié)之間的互相影響與關(guān)系進行分析、研究和評價，此外，同一個采樣序列超聲心動圖截面像群得到的所有全方向M型心動圖及其速度場、加速度場包絡(luò)線圖和二維超聲心動圖下方的心電圖(作時軸基準(zhǔn))都互相同步，可以進行幅值、時相等比較和測量。為此，它將對心臟疾病的診斷和血液動力學(xué)的研究有著重大的意義。


圖1為本發(fā)明的檢測裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖2為圖1中邊緣提取模塊結(jié)構(gòu)圖。
圖3為圖1中速度場生成模塊結(jié)構(gòu)圖。
圖4為圖1中加速度場生成模塊結(jié)構(gòu)圖。
圖5為本發(fā)明的檢測裝置的輸出結(jié)果圖。
圖6為心臟不同結(jié)構(gòu)的某部位的速度場和心電圖同步輸出結(jié)果圖。
圖7為心臟不同結(jié)構(gòu)的某部位的加速度場和心電圖同步輸出結(jié)果圖。
具體實施例方式
如圖1至圖4所示，本發(fā)明的前題是在產(chǎn)生“全方向M型心動圖”波形的基礎(chǔ)上，并對被選擇的心臟某結(jié)構(gòu)某部位對應(yīng)的心動圖形(也即運動軌跡)經(jīng)分析運算得到它的速度和加速度。
本發(fā)明的速度場及加速度場的檢測方法包含如下步驟1.從全方向M型心動圖中選擇可以代表心臟某結(jié)構(gòu)指定部位的灰度(位置)～時間波形圖；2.用人工開出一窗口，在這窗口內(nèi)用線狀模板從上到下?lián)鞙y出代表心臟某結(jié)構(gòu)該位置該時刻運動波形點，移動線狀模板即可形成該位置隨時間的運動軌跡。
3.對個別斷離點、奇異點作人工奇、離點的干預(yù)，從而形成完整的邊緣線包絡(luò)。
4.用灰度差法對該完整的邊緣進行糾正，從而得到準(zhǔn)確的心臟某結(jié)構(gòu)指定部位的運動軌跡。該軌跡對于一個時刻只有一個點值，即變成時間變量的唯一應(yīng)變量，這樣的邊緣包絡(luò)線就是我們所需要的邊緣包絡(luò)線，或者說是心臟某結(jié)構(gòu)一確定位置隨時間的運動軌跡，即S＝S(t)，它被顯示、打印數(shù)據(jù)管理模塊接收作為進一步速度場檢測的基礎(chǔ)，也可以直接被顯示、打印以及進入全方向M型心動圖總系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理中。
5.由全方向M型心動圖系統(tǒng)中的顯示、打印數(shù)據(jù)管理模塊選擇出心臟某結(jié)構(gòu)確定位置的心動波形邊緣包絡(luò)線(即運動軌跡)S＝S(t)作離散函數(shù)的一階微分，即Vi=ΔSiΔti,]]>V＝V1(t)，V2(t)…Vi(t)…，這些離散的速度Vi(t)被平滑后形成了V＝V(t)包路線，作為加速度檢測的基礎(chǔ)并回送入全方向M型心動圖總系統(tǒng)的顯示、打印數(shù)據(jù)管理模塊。
6.由顯示、打印數(shù)據(jù)管理模塊提取出速度場包絡(luò)線V＝V(t)作離散函數(shù)的一階微分即ai=ΔViΔti,]]>a＝a1(t)，a2(t)，…ai(t)…，這些離散的加速度ai(t)被平滑后形成了a＝a(t)包絡(luò)線，回送到顯示、打印數(shù)據(jù)管理模塊，作為加速度的數(shù)據(jù)和波形的輸出。
7.如圖5所示為本發(fā)明的檢測裝置的輸出結(jié)果圖，它可同時顯示心臟某結(jié)構(gòu)某位置心動波形的邊緣曲線、速度場、加速度場及心電圖。
本發(fā)明的速度和加速度場的檢測裝置是由全方向M型心動圖系統(tǒng)、邊緣提取模塊、速度場生成模塊、加速度場生成模塊及顯示打印數(shù)據(jù)管理模塊，全方向M型心動圖系統(tǒng)包含計算機及其顯示器、打印機、放相機、全方向M型心動圖重建模塊及同步心電圖波形提取模塊，邊緣提取模塊包含一線狀模板，它是一般邊緣檢測模板的垂直方向檢測模板，它可用于從上到下檢測出代表心臟某結(jié)構(gòu)該位置該時刻的運動波形點，各時刻波形點被檢出后就形成了該位置隨時間的運動軌跡，即S＝S(t)，為了生成完整的邊緣包絡(luò)線，經(jīng)邊緣提取模塊形成的運動軌跡通過人工操作，對其個別斷離點、奇異點作人工奇、離點的干預(yù)即可得到，再用灰度差法對該完整的邊緣進行糾正并平滑后，從而得到準(zhǔn)確的心臟某結(jié)構(gòu)指定部位的運動軌跡，即S＝S(t)，它被顯示、打印數(shù)據(jù)管理模塊接收作為進一步速度場檢測的依據(jù)，也可以直接被顯示、打印出來，或進入全方向M型心動圖總系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理中；由顯示、打印、數(shù)據(jù)管理模塊選擇出心臟某結(jié)構(gòu)確定位置的心動波形邊緣包絡(luò)線(即其運動軌跡)S＝S(t)，送入速度場生成模塊，該模塊可對S＝S(t)作離散函數(shù)的一階微分，即Vi=ΔSiΔti,]]>V＝V1(t)，V2(t)…，Vi(t)…，這些離散的速度被平滑后形成了V＝V(t)包絡(luò)線，該包絡(luò)線作為檢測加速度的依據(jù)，被回送入顯示、打印數(shù)據(jù)管理模塊，并可由該模塊顯示打印出來，如圖6所示為心臟不同結(jié)構(gòu)的某部位的速度場和心電圖同步圖；由顯示、打印數(shù)據(jù)管理模塊提取出速度場包絡(luò)線V＝V(t)，送入加速度場生成模塊，該模塊可對V＝V(t)作離散函數(shù)的一階微分即ai=ΔViΔti,]]>a＝a1(t)，a2(t)…ai(t)…，這些離散的加速度ai(t)被平滑后形成了a＝a(t)包絡(luò)線，回送顯示、打印數(shù)據(jù)管理模塊，并可顯示、打印輸出，如圖7所示為心臟不同結(jié)構(gòu)的某部位的加速度場和心電圖同步圖。如圖5所示，其工作過程是在全方向M型心動圖系統(tǒng)輸出的全方向M型心動圖中選擇某一所需的心動圖，用鼠標(biāo)點擊“開窗”進行開窗操作；再用鼠標(biāo)點擊邊界，則生成邊界的初形，通過人工操作，點擊鼠標(biāo)右鍵的“糾正模塊”對其個別斷離點、奇異點作人工奇、離點的干預(yù)即可得到，再用灰度差法對該完整的邊緣進行糾正并平滑后，從而得到準(zhǔn)確的心臟某結(jié)構(gòu)指定部位的運動軌跡，即S＝S(t)；點擊“速度/加速度”，自動生成速度、加速度包絡(luò)線，并可顯示、打印輸出。
權(quán)利要求
1.一種全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測方法包含如下步驟1)由全方向M型心動圖系統(tǒng)產(chǎn)生全方向M型心動圖；2)從全方向M型心動圖中選擇所需的可以代表心臟某結(jié)構(gòu)指定部位的灰度(位置)～時間波形圖，檢測準(zhǔn)確出可以代表該部位運動軌跡的準(zhǔn)確平滑的“邊緣”曲線，即S＝S(t)；3)將這運動軌跡對時間作離散函數(shù)的一階微分(或說求運動軌跡每時刻的斜率)，從而得到速度場，即V=ΔSΔt;]]>4)對已求得的速度場經(jīng)平滑后對時間作離散函數(shù)一階微分(或說求速度場每時刻的斜率)，從而得到加速度場，即a=ΔVΔt;]]>5)上述的“邊緣”曲線、速度場及加速度場的圖形及其數(shù)據(jù)均可被存貯或顯示打印出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測方法，其特征是所述的從已經(jīng)選擇的灰度(位置)～時間波形圖中提取的“邊緣”曲線，即S＝S(t)是利用移動線狀模板檢測出代表心臟某結(jié)構(gòu)該位置該時刻活動波形點隨時間的運動軌跡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測方法，其特征是所述的S＝S(t)，對其個別斷離點、奇異點作人工奇、離點的干預(yù)和平滑，從而得到連續(xù)完整的邊緣包絡(luò)線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測方法，其特征是所述的完整的邊緣包絡(luò)線用灰度差法對其邊緣進行糾正并平滑，得到準(zhǔn)確的心臟某結(jié)構(gòu)指定部位的運動軌跡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測方法，其特征是所述的速度場V＝V(t)經(jīng)平滑后形成了連續(xù)完整的V＝V(t)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測方法，其特征是所述的加速度場α＝α(t)經(jīng)平滑后形成了連續(xù)完整的a＝a(t)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測方法，其特征是所述的S＝S(t)、V＝V(t)及a＝a(t)的圖形均可回送全方向M型心動圖總系統(tǒng)的顯示、打印數(shù)據(jù)管理模塊，并可顯示、打印輸出。
8.一種全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測裝置包含有全方向M型心動圖系統(tǒng)，即包含有計算機及其顯示器，打印機、放相機、全方向M型心動圖重建模塊、同步心電圖提取模塊及顯示、打印數(shù)據(jù)管理模塊，其特征是它還包含邊緣提取模塊、速度生成模塊及加速度生成模塊，其中邊緣提取模塊包含線狀模板，由全方向M型心動圖系統(tǒng)輸出所選擇的心動圖經(jīng)邊緣提取模塊中的線狀模板處理后輸出心臟被測點的位置隨時間的運動軌跡，即S＝S(t)，該運動軌跡經(jīng)速度場生成模塊處理后輸出速度場包絡(luò)線V＝V(t)，該包絡(luò)線經(jīng)加速度場生成模塊處理后輸出加速度場包絡(luò)線a＝a(t)，上述S＝S(t)、V＝V(t)及a＝a(t)的心動信息圖形均可回送全方向M型心動圖系統(tǒng)，并可通過顯示打印數(shù)據(jù)管理模塊顯示打印出來。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測裝置，其特征是所述的線狀模板是一般邊緣檢測模板的垂直方向檢測模板。
全文摘要
本發(fā)明提供一種全方向M型心動圖的速度場和加速度場的檢測方法及其裝置，它包含有全方向M型心動圖系統(tǒng)，其特征是它還包含邊緣提取模塊、速度生成模塊及加速度生成模塊，其中邊緣提取模塊包含線狀模板，本發(fā)明是在這些全方向M型心動圖中任意選擇所需對應(yīng)心臟某結(jié)構(gòu)某一部位的全方向M型心動圖波形，并對其作邊緣提取后，對其作時間的離散函數(shù)微分，即可得到該部位每一時刻的運動速度，再對其作時間的離散函數(shù)微分，從而得到該部位每時刻運動加速度，本發(fā)明可以準(zhǔn)確地測量心臟各結(jié)構(gòu)各部位各時刻的運動速度及加速度，從而將更深層次地?zé)o創(chuàng)傷地揭示心臟各部位的運動信息，為心臟疾病的診斷和血液動力學(xué)的研究提供重要的科學(xué)依據(jù)。
文檔編號A61B5/00GK1539379SQ20031010428
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月29日
發(fā)明者林強, 林 強 申請人:福州大學(xué)