本发明属于超声图像处理，尤其涉及一种基于超快速超声成像的四维左心室血流速度场重建方法。
背景技术：
1、目前，对心室血流成像的无辐射检测方法有磁共振成像(mri)、超声多普勒成像和基于超声图像的回声粒子图像测速等方法。其中，mri的成像机制使得其无法检测非周期性出现且持续时间短的血流或心肌运动，且成本高昂。而超声技术能够低成本、快速地获得心肌和心室血流的运动数据。因此实际应用中，多采用超声技术对心室血流成像。
2、现有技术中，技术人员通常利用声斑追踪法、1d/2d多普勒血流法，或者结合声斑追踪和1d/2d多普勒血流法实现快速2d血流超声成像或者快速3d超声射流血流成像，而由于心室血流是高速(>1m/s)的3d动态涡流，获取空间速度分量合成为3d速度矢量难度大，目前基于超声成像的各种算法计算3d成像的帧率低、成像速度慢，仍然无法实时追踪高速变化的心室内血流。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于超快速超声成像的四维左心室血流速度场重建方法，实现了对左心室内3d血流速度场的实时追踪。
2、本发明提供了一种基于超快速超声成像的四维左心室血流速度场重建方法，具体包括如下步骤：
3、获取左心室血流的多角度的超快速超声2d高帧频图像序列；
4、分别对各角度的所述超快速超声2d高帧频图像序列处理得到各角度的2d高帧频灰度b-scan超声图像序列；
5、基于左心室血流入口处二尖瓣输入血流速度、心肌壁三维空间和各角度的所述2d高帧频灰度b-scan超声图像序列，重建得到各时刻的3d左心室血流速度场；
6、基于所述2d高帧频灰度b-scan超声图像序列对应的时刻和各时刻的所述3d左心室血流速度场，得到四维左心室血流速度场。
7、进一步的，所述重建得到各时刻的3d左心室血流速度场包括：
8、基于左心室血流入口处二尖瓣输入血流速度对各角度的所述2d高帧频灰度b-scan超声图像序列进行声斑追踪，计算得到各时刻各角度的平面内2d速度场；
9、基于所述心肌壁三维空间对所述各时刻各角度的平面内2d速度场进行3d空间插值和3d正则化计算，得到各时刻的3d左心室血流速度场。
10、进一步的，所述各时刻各角度的平面内2d速度场使用下式计算：
11、
12、其中，δt表示所述2d高帧频灰度b-scan超声图像序列中相邻两帧的间隔时间，pc表示t时刻所述2d高帧频灰度b-scan超声图像序列中一帧图像的一个空间点，s(pc,t)表示在t时刻以pc点为起点的2d运动矢量；m表示以pc点为中心的声斑追踪动态窗口的像素个数，i表示灰度值，i(pi,t)表示t时刻声斑追踪动态窗口的第i个像素的灰度值，s表示动态窗口内声斑的2d运动矢量，·表示卷积。
13、进一步的，所述各时刻的3d左心室血流速度场由下述方程求解得到：
14、
15、其中，λ为正则化参数，为3d左心室血流速度场，为各角度声斑追踪的2d速度场通过3d空间插值得到的3d速度场初值；ρ为心室血流密度；μ为血液粘滞系数；p为血流压力；ρca为心肌壁密度；vca为局部心肌壁运动的平均速度；fca为左心室血流系统所受外力。
16、进一步的，所述动态窗口内的图像灰度分布要大于等于标准差阈值h(t)，所述标准差阈值h(t)由下式计算：
17、
18、当所述动态窗口内的图像灰度分布小于所述标准差阈值时，需要增大动态窗口的大小，直到所述动态窗口内的图像灰度分布大于等于所述标准差阈值。
19、进一步的，将整个左心室心肌壁分为17个节段投射到平面牛眼图上相应的区域，即17个dv，并对每段心肌壁计算其平均速度vca和确定ρca，以计算fca＝∫ρca·vcadv。
20、进一步的，对左心室血流入口处使用多普勒超声得到二尖瓣输入血流速度；使用超声发射和回波接收确定心肌壁的三维空间运动。
21、进一步的，所述分别对各角度的所述超快速超声2d高帧频图像序列处理得到各角度的2d高帧频灰度b-scan超声图像序列包括：
22、使用训练好的cnn网络对所述各角度的超快速超声2d高帧频图像序列进行优化，得到优化后各角度的2d高帧频超声图像序列；
23、将所述优化后各角度的2d高帧频超声图像序列分别进行超声图像后处理，得到各角度的2d高帧频灰度超声b-scan图像序列。
24、进一步的，所述分别对各角度的所述超快速超声2d高帧频图像序列处理得到各角度的2d高帧频灰度b-scan超声图像序列包括：
25、基于所述各角度的超快速超声2d高帧频图像序列得到相应的各角度的同相正交数据序列；
26、使用训练好的cnn网络分别对所述各角度的同相正交数据序列进行优化，得到优化后各角度的同相正交数据序列；
27、将所述训练后各角度的同相正交数据序列进行超声图像后处理，得到各角度的2d高帧频灰度b-scan超声图像序列。
28、进一步的，所述分别对各角度的所述超快速超声2d高帧频图像序列处理得到各角度的2d高帧频灰度b-scan超声图像序列包括：
29、分别将各角度的所述超快速超声2d高帧频图像序列转换为相应的待优化的2d灰度b-scan超声图像序列；
30、使用训练好的cnn网络对各角度的所述待优化的2d灰度b-scan超声图像序列进行优化，得到各角度的2d高帧频灰度b-scan超声图像序列。
31、本发明至少可以实现下述之一的有益效果：
32、通过采用新型超声换能器同时获取多角度的超快速超声图像序列，进一步获取相应的多角度2d速度场，引入基于navier-stokes的3d流体物理特性构建出3d心室血流速度场，解决了现有3d超声技术成像速度慢，无法实时追踪3d血流速度场的技术问题。
33、基于navier-stokes的3d流体物理特性构建3d心室血流速度场，通过结合navier-stokes正则化的速度重建算法，同时考虑血流的惯性、压力以及粘性力对血液流动规律的影响，以及心肌壁对血流系统的外部作用力(各部分心肌对血流系统的合力)，使得重建3d心室血流速度场更为准确。
34、传统的相干复合成像通过多次发射和接收成像，去除超快速超声成像的噪声得到高质量图像，无法满足实时追踪3d血流速度场的需求；而本发明只需一次成像，通过使用cnn(卷积神经网络)对超快速超声成像获得的多角度2d图像序列进行训练，即可得到高时空分辨率的多角度2d超声图像序列，既解决了超快速超声成像图像质量差的问题，又满足了实时追踪3d血流速度场的需求。
35、通过采用新型超声换能器，仅需进行一次超声发射-接收即可获取目标范围内各个角度的全部信息，相对于超声多普勒和传统聚焦扫描成像需要多次成像的过程更为高效，更便于实施对左心室内3d血流速度场的实时追踪。
36、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
1.一种基于超快速超声成像的四维左心室血流速度场重建方法,其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的四维左心室血流速度场重建方法，其特征在于，所述重建得到各时刻的3d左心室血流速度场包括：
3.根据权利要求2所述的四维左心室血流速度场重建方法，其特征在于，所述各时刻各角度的平面内2d速度场使用下式计算：
4.根据权利要求3所述的四维左心室血流速度场重建方法，其特征在于，所述各时刻的3d左心室血流速度场由下述方程求解得到：
5.根据权利要求3所述的四维左心室血流速度场重建方法，其特征在于，所述动态窗口内的图像灰度分布要大于等于标准差阈值h(t)，所述标准差阈值h(t)由下式计算：
6.根据权利要求4所述的四维左心室血流速度场重建方法，其特征在于，将整个左心室心肌壁分为17个节段投射到平面牛眼图上相应的区域，即17个dv，并对每段心肌壁计算其平均速度vca和确定ρca，以计算fca＝∫ρca·vcadv。
7.根据权利要求1所述的四维左心室血流速度场重建方法，其特征在于，对左心室血流入口处使用多普勒超声得到二尖瓣输入血流速度；使用超声发射和回波接收确定心肌壁的三维空间运动。
8.根据权利要求1所述的四维左心室血流速度场重建方法，其特征在于，所述分别对各角度的所述超快速超声2d高帧频图像序列处理得到各角度的2d高帧频灰度b-scan超声图像序列包括：
9.根据权利要求1所述的四维左心室血流速度场重建方法，其特征在于，所述分别对各角度的所述超快速超声2d高帧频图像序列处理得到各角度的2d高帧频灰度b-scan超声图像序列包括：
10.根据权利要求1所述的四维左心室血流速度场重建方法，其特征在于，所述分别对各角度的所述超快速超声2d高帧频图像序列处理得到各角度的2d高帧频灰度b-scan超声图像序列包括：
