二维实时超声心动图是一种在临床心血管疾病诊疗中广泛应用的无创的诊断和监护技术,虽然精确勾画舒张期和收缩期左心室的内膜边界可以为临床提供重要的心功能参数,但是由于超声图像的质量问题,全自动、甚至半自动勾画超声边界一直是非常困难的。在本文中,我们描述了一种叫做星形算法(star algorithm, SA)的新的边界探测算法,它运用代价函数、特定知识来全自动探查左心室的内膜边界。在星形算法的研制中我们针对各种图像质量状况和边界形状设计了一些专门的适应性算法。第一部分 基础实验研究目的:在基础实验中,我们通过心尖四腔和左心室乳头肌短轴两个切面的图像从超声图像质量和心内膜边界的形状变化两个方面来初步检验星形算法全自动勾画心内膜边界的能力。心尖四腔切面左心室内膜全自动勾画方法星形算法的勾画策略分为三步,即先找到左心室腔,再找到左心室腔形心,最后从左心室腔内部勾画内膜边界。据此星形算法分为以下四步。图像预处理 星形算法的图像预处理包括三步,灰度直方图均衡、对比度增强和5×5像素平滑。左心室腔定位 本步运算的唯一目的是在左心室腔内找到一点,我们以图像中心为出发点,依次发出八根射线,射线之间间隔45°,每根射线前端都带一个边界探测算子,该算子由两个相互平行的圆弧组成,圆弧之间间隔8个像素点,每个圆弧上有8个取样点。当此算法执行时边界探测算子一边沿着所在射线前进,一边计算两圆弧之间的灰度差。我们把算子探测到的最大灰度差点的位置作为心内膜边界的初始点,星形算法会记下这个点的位置,然后它会自动从记下的灰度差最大点的位置出发沿着同一条线反方向搜索以寻找这条扫描线与该心腔内膜边界的另一个交点,星形算法<WP=5>把间距最大的两个边界点连线的中点作为左心室腔内一点的位置。左心室腔形心定位 围绕上一步中找到的点,星形算法依次发出60根扫描射线,各线之间间隔6°,每根射线前端带一个不同大小的边界探测算子,作为初始心内膜边界点的最大灰度差点的位置也同样在算法内记录下来,我们取所有初始心内膜边界点座标的平均值作为初始左心室腔形心的座标,重复以上步骤直至所得的左心室腔形心座标不变为止。左心室内膜边界勾画 围绕测得的形心我们发出60根扫描射线,每根扫描射线上记录四个灰度差极值点作为边界候选点,在每根扫描射线上我们选择距离左心室形心最近的边界候选点作为初始边界点。接着,我们计算这些初始边界点的平均相邻距离。根据经验,将平均相邻距离加权1.3作为相邻距离的阈值,于是我们将相邻距离在阈值以下的初始边界点组成的连续的最长边界段作为初始边界段,然后用代价函数计算剩余的边界段。该函数以平均相邻距离和局部平均边界灰度来寻找边界,在确定了所有的边界点之后,我们用一条三次B样条曲线来获得一条光滑的心内膜边界线。结果我们在8组有典型质量问题的心尖四腔切面图像上测试了星形算法,结果星形算法的表现相当令人满意,其全自动勾画的平均半径误差率基本在15%左右。左心室乳头肌短轴切面心内膜全自动勾画方法除了在以下各部分我们作了改动以外,在左心室乳头肌短轴切面应用的星形算法与在心尖四腔切面中应用的相同。左心室腔定位 我们将探测初始点放在图像中心点的左侧来寻找左心室腔内的一个点,围绕这个点星形算法发出16根边界扫描射线,而不是8根。左心室腔形心定位 我们用与心尖四腔切面类似的方法在左心室腔内找到一个心腔中垂线附近的点,然后测量乳头肌附近的边界点到该点的距离并在两侧各记录一个该距离最小的边界点位置,这就是两个乳头肌内侧缘顶点的位置,我们将这两个点连线的中点作为左心室的形心。左心室内膜边界勾画 在初始心内膜边界的设定中,我们根据该切面心内膜的形态特征,对上、下两<WP=6>部分边界选择距离形心最远的点作为心内膜边界初始点,对两侧乳头肌附近边界选择距离形心最近的点作为心内膜边界初始点,然后计算全部初始边界点之间的平均相邻距离,并将这一平均相邻距离加权2.0作为相邻距离的阈值,然后我们将相邻距离在阈值以下并且连续的初始边界点连成的最长边界段作为心内膜边界的初始段,但是在边界两侧的乳头肌区,我们预先设了一个距离限制,星形算法只接受与形心间距小于此限制的边界候选点。心内膜边界的其余部分则由代价函数来连接。其余算法与心尖四腔切面相同。结果我们在6组有着不同心内膜形状的乳头肌短轴切面图像上测试了星形算法,结果星形算法在1组图像中出现勾画失败,其余5组勾画的平均半径误差率大致在20%左右。结论基础实验的结果证明在临床条件下星形算法能够实现心内膜边界的全自动勾画。第二部分 临床研究部分目的:由于在确切勾画超声左心室内膜的方法上一直没有很成功的突破,因此左心室二维整体及局部收缩功能的定量分析一直很少有人研究,在本部分中我们除了1,用大批量临床资料进一步评价星形算法全自动勾画左心室内膜的临床价值。2,还将以手工勾画的左心室内膜边界为依据,研究左心室二维整体和局部收缩功能指标的临床价值。3,并以自行设计的方法为基础,研究左心室舒张末期和收缩末期之间移位的矫正方法。方法:我们随机选取了50例正常人,取其舒张?