主权项:
1.一种基于连续超声图像的无创颅内压测量方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤,第一步,自动标记视神经鞘位置;具体为:步骤1.1,基于K折交叉验证思想,使用带权重的最小二乘估计方法,得到视神经鞘的通用模板;(1.1.1)通过超声方法获得1000份连续超声图像,从每份连续超声图像中,选择1帧质量较好的图像,标记出视神经鞘位置,视神经鞘位置的大小为200*100像素,作为学习模板;将1000个学习模板随机分成10组,每组100个学习模板,用其中的9组作为监督学习的训练集,剩余的1组作为验证集;(1.1.2)对训练集中的900个学习模板进行基于灰度的线性归一化处理:In(x,y)=(I(x,y)-Imin)/(Imax-Imin)(1)公式(1)中,I(x,y)表示原图像中在位置(x,y)像素灰度,In(x,y)表示归一化后的图像在位置(x,y)像素灰度,Imin、Imax分别代表原图中灰度的最小值和最大值;每个学习模板的视神经鞘位置图像大小为200*100像素,将其视为100个200维的列向量;记第j个学习模板的第i列为fji,将通用模板的第i列记gi;式(2)中,kj为每个学习模板在训练学习中的超参数,且满足式(3)的约束条件,初始值设为kj=1.00,j=1,2,...,900;i=1,2,…,100;基于代价函数E1学习通用模板,确定每一列的权重系数α1,α2,...,α100的值,代价函数E1定义为:用最小二乘法求得式(4)中权重系数α1,α2,...,α100,从而得到通用模板Imodel,用矩阵形式表示如下:Imodel=[α1*g1,...,αi*gi,...,α100*g100](5)(1.1.3)将通用模板Imodel应用于验证集,计算匹配度M;(1.1.4)如果匹配度M小于90%,则调整超参数kj重新训练通用模板,进而改变公式(4)中的权重系数α1,α2,...,α100,得到新的通用模板;(1.1.5)重复步骤(1.1.2)~(1.1.4),使得10组学习模板的每一组作为验证集时,Imodel均满足匹配度M要求,则Imodel作为视神经鞘的通用模板;步骤1.2,基于SSDA算法,使用步骤1.1获得的通用模板Imodel,为每一份连续超声图像进行自动标记;(1.2.1)随机选取一份连续超声图像,基于通用模板Imodel,使用SSDA算法,为每份连续超声图像标记剩余帧;(1.2.2)对自动标记的帧进行核对,挑选出标记不正确的帧,总和记为Ferror,连续超声图像的总帧数即总图像数是Ftotal,若错误率:Ferror/Ftotal*100%≤1.00%,认为标记合格,符合要求;否则对标记不正确的帧进行分析,判定当前帧图像质量,若确定质量差,删除此帧;返回步骤(1.2.1),修改阈值取值th1=th0+εth,εth为学习的步长,设为0.8;(1.2.3)重复(1.2.1)~(1.2.2),直至对全部1000份连续超声图像自动标记的错误率均符合要求;第二步,自动检测视神经鞘平面外运动;平面外运动是指超声探头的运动,在垂直于采集平面的方向上的分量;若图像序列存在平面外运动,则视神经鞘的运动分析会产生误差,因此必须将其剔除;设计并验证平面外运动的判别准则,以此判断存在平面外运动的帧;基于判别准则,设计并验证图像序列重构准则,评估图像序列中被剔除的图像比例为多少时,导致对视神经鞘的运动分析误差过大;第三步,估计视神经鞘运动;视神经鞘运动的过程中,周围组织也会受迫运动,因此在检测视神经鞘运动的同时,为周围组织建立运动模型,将两者结合在一起,给出视神经鞘的运动估计;具体为:视神经鞘主体的运动估计,采用块匹配算法及光流算法,得出运动估计如下:M(t)=a0+a1cos(ωft)+b1cos(ωft)(17)式中,M(t)表示t时刻视神经鞘的位置;a0表示视神经鞘的中心位置;a1表示正弦基频分量的振幅;b1表示余弦基频分量的振幅;ωf=2πm/60;已知心跳率为m,单位是bpm,即每分钟搏动次数;步骤3.1:在重构后的图像序列中,基于SURF特征点匹配,得出重构后的前后两帧对应点的运动矢量;步骤3.2:拟用二阶阻尼运动模型拟合视神经鞘周围组织的运动;结合人工标记的连续超声图像,对二阶阻尼运动模型进行参数的训练;设二阶阻尼运动模型运动遵循如下特征方程:欠阻尼状态下,解为:x(t)=ce-βtsin(ωt+θ)(19)式中,c表示阻尼运动的初始幅度,ω为脉搏波动的频率,β=2ξω0,ξ为阻尼比,ω0为自然频率;和分别表示x(t)的一阶导数和二阶导数;θ表示阻尼运动的初始相位;步骤3.3:随机选取医生或专家标记的100份连续超声图像,基于分析图像得出的视神经鞘运动结果,用线性拟合K=(k1,k2,k3)T,求解如下超定方程:k1*ai+k2*bi+k3*ci=Ai(21)式中,ai表示第i份连续超声图像中视神经鞘位置的正弦基频分量的振幅;bi表示第i份连续超声图像中视神经鞘位置的余弦基频分量的振幅;ci表示视神经鞘周围组织阻尼运动的初始幅度;令b=(A1,A2,...,A100)T,表示经医生或专家确认过的视神经鞘位移;K=(k1,k2,k3)T;令则公式(21)的矩阵形式为:G*K=b(22)得出最小二乘解:K=(GT*G)-1*GTb(23)步骤3.4:给定一份新的连续超声图像,结合式(17)、式(19)和式(21),得出视神经鞘的运动估计A;视神经鞘有左右之分,计算方法一样;因此同样方法得到Aleft和Aright,分别表示左右视神经鞘的位移,并用如下公式表示视神经鞘刚度Δ:步骤3.5:将K=(k1,k2,k3)T应用到剩余的900份连续超声图像中验证,确认视神经鞘刚度Δ的计算是否满足要求,否则按照步骤1.1的方法,调整参数;通过测量视神经鞘刚度的方法来实现颅内压的测量。