心内膜位移量化图谱无创评估方法、设备及介质

本发明涉及医学图像处理、心脏功能定量分析和计算机辅助评估，具体涉及一种基于心脏电影磁共振成像序列、解剖锚点约束的心内膜闭合轮廓轨迹建模以及法向位移量化图谱生成的心内膜位移量化图谱无创评估方法、计算机设备及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、心肌梗死、缺血性心肌损伤和相关心肌运动障碍会导致局部心肌收缩能力下降、室壁运动不同步以及心室重构风险增加。临床上通常结合增强磁共振成像、室壁运动判读、整体心功能指标和医生经验进行综合评估。增强磁共振成像依赖造影剂，检查流程较长，且造影剂禁忌人群难以接受该类检查。基于常规心脏电影磁共振成像序列对心内膜运动进行无创、快速、可解释的量化评估，具有临床辅助价值。

2、现有心脏电影磁共振图像分析技术主要包括多任务分割与运动估计、基于图像配准的变形场估计、基于心室血池质心的径向射线扫描、基于极坐标图像展开的轮廓分析以及端到端深度分类等路径。多任务分割与运动估计方法通常通过共享编码器或隐空间同时输出分割掩膜和变形向量场，容易形成依赖网络隐特征的黑箱式判断。基于图像配准的技术通常输出像素级或体素级变形场，临床节段对应关系需要额外后处理。基于心室血池质心或径向射线扫描的技术依赖固定中心和固定角度，容易受到心脏整体平移、切面倾斜、局部非径向运动以及解剖起点不一致的影响。

3、为降低与上述技术路径的相似风险，并提高结果的可复核性，本发明不以变形向量场作为核心输出，不采用共享潜在空间的并行分割和运动估计架构，不以血池质心作为径向射线扫描中心，也不将心内膜轮廓简单展开为以固定角度为横轴的极坐标图像。本发明将心内膜轮廓表示为具有解剖锚点、曲线方向和周期弧长坐标的闭合曲线，在闭合曲线的周期弧长邻域内建立相位间对应关系，并将对应位移投影至舒张末期参考轮廓的局部内法向方向，进一步生成包含位移强度、收缩时相和可信度的三通道心内膜位移量化图谱。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种心内膜位移量化图谱无创评估方法、设备及介质，以解决现有技术中端到端运动估计模型可解释性不足、基于质心的径向扫描对几何中心依赖强、基于变形场的输出难以稳定映射至临床节段判读体系以及图谱可信度来源不清楚的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种心内膜位移量化图谱无创评估方法，该方法由计算机设备执行。所述方法通过标准化处理、心内膜闭合轮廓提取、解剖锚点校准、周期弧长对应、参考轮廓法向位移投影、节段稳健汇聚和可信度校验生成心内膜位移量化图谱。

3、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

4、一种心内膜位移量化图谱无创评估方法，通过计算机设备执行以下步骤，

5、s1、获取心脏电影磁共振成像序列，并对所述心脏电影磁共振成像序列进行标准化处理，得到标准化相位图像序列；

6、s2、对所述标准化相位图像序列中的每个相位图像进行心内膜概率估计和闭合轮廓提取，并基于解剖锚点将各相位图像对应的心内膜闭合轮廓转换为具有相同轮廓起点、相同轮廓方向和归一化弧长坐标的闭合曲线；

7、s3、以舒张末期相位对应的闭合曲线作为参考轮廓，在所述归一化弧长坐标的周期弧长邻域内确定目标相位闭合曲线上的对应点与所述参考轮廓上的参考点之间的对应关系，并将所述对应点相对于所述参考点的位移投影至所述参考点的局部内法向方向，得到心内膜法向位移轨迹；

8、s4、基于心内膜概率、轮廓对应残差、时间平滑性和生理范围约束计算点级可信度和节段可信度；

9、s5、按照预设临床节段映射关系对所述心内膜法向位移轨迹进行节段汇聚，生成包括位移强度通道、收缩时相通道和可信度通道的心内膜位移量化图谱，并根据节段位移数值、收缩时相和所述节段可信度生成运动异常辅助提示；

10、s6、输出所述心内膜位移量化图谱、节段位移数值、节段可信度和运动异常辅助提示。

11、进一步地，所述步骤s1包括：获取同一检查对象在至少一个短轴层面上且覆盖心动周期的多个相位图像；对所述相位图像进行像素间距重采样、图像矩阵裁剪或填充、左心室区域定位和方向一致化处理，得到重采样图像；基于心脏邻域掩膜内像素强度的均值和标准差对所述重采样图像进行强度归一化，得到所述标准化相位图像序列；在训练阶段，将同一检查对象的全部相位图像和全部层面图像划入同一数据子集。

12、进一步地，所述步骤s2包括：对每个标准化相位图像进行心内膜概率估计，得到心内膜区域概率图；根据所述心内膜区域概率图和预设心内膜概率阈值得到二值心内膜区域；对所述二值心内膜区域执行连通域筛选、孔洞填充和边界平滑，得到心内膜闭合轮廓；将所述心内膜闭合轮廓重采样为n个有序轮廓点；检测或推断解剖锚点，以所述解剖锚点作为轮廓起点并按照预设解剖方向对所述n个有序轮廓点重新排序，得到所述闭合曲线。

13、进一步地，所述解剖锚点由右心室插入点、室间隔侧参考点、乳头肌相对位置点或者由上述结构形成的等效曲线起点确定；根据各闭合曲线围合面积确定舒张末期相位和收缩末期相位，其中围合面积最大的相位为舒张末期相位，围合面积最小的相位为收缩末期相位。

14、进一步地，所述步骤s3包括：在所述参考轮廓的归一化弧长坐标上选取多个参考点；根据相邻参考点计算各参考点的单位切向量，并将由所述单位切向量旋转得到的候选法向量调整为指向左心室腔内部的方向，得到单位内法向量；以目标参考点的归一化弧长坐标为中心构建周期弧长搜索窗口，并在所述周期弧长搜索窗口跨越归一化弧长坐标的端点时，利用闭合曲线的首尾邻接关系处理弧长回绕；在所述周期弧长搜索窗口内确定目标相位闭合曲线上的对应点。

15、进一步地，在所述周期弧长搜索窗口内确定对应点，包括：基于轮廓点间空间距离和位移幅值合理性的加权代价函数，在所述周期弧长搜索窗口内确定使所述加权代价函数最小的对应点；计算所述对应点与相应参考点之间的位移向量在相应参考点的单位内法向量上的投影，得到原始法向位移；对所述原始法向位移进行时间一致性校正，得到校正后的法向位移；根据所述校正后的法向位移计算点级位移幅度、点级收缩峰值相位和点级回弹指数。

16、进一步地，所述步骤s4包括：根据点级边界不确定性、点级轮廓对应残差、点级时间不平滑惩罚和点级生理范围惩罚计算所述点级可信度；根据节段内多个点的点级可信度对所述心内膜法向位移轨迹进行加权汇聚，得到节段收缩末期位移、节段位移幅度和节段收缩峰值相位；根据人群参考统计信息和个体历史参考信息中的至少一种，对所述节段收缩末期位移、所述节段位移幅度和所述节段收缩峰值相位进行标准化处理；将标准化后的节段位移幅度映射为所述位移强度通道，将标准化后的节段收缩峰值相位映射为所述收缩时相通道，并将所述节段可信度映射为所述可信度通道，得到各临床节段对应的图谱元素。

17、进一步地，所述步骤s5中生成运动异常辅助提示，包括：当节段可信度低于预设可信度阈值时，生成复核提示；当节段可信度不低于所述预设可信度阈值、且节段收缩末期位移低于预设位移阈值时，生成收缩异常提示；当节段可信度不低于所述预设可信度阈值、且节段收缩峰值相位晚于预设收缩时相阈值时，生成收缩不同步提示；其余情形生成未见异常提示。

18、进一步地，所述步骤s5还包括：将各临床节段对应的图谱元素渲染至标准节段底图，其中各临床节段的颜色由所述位移强度通道确定，各临床节段的透明度或边框样式由所述可信度通道确定，并在各临床节段标注所述节段收缩末期位移、所述节段位移幅度、所述节段收缩峰值相位和所述节段可信度中的至少一种；基于各临床节段的图谱元素、节段位移数值、节段可信度和运动异常辅助提示生成评估报告。

19、进一步地，在训练阶段，构建包括标准化心脏电影磁共振成像序列、心内膜参考掩膜、解剖锚点参考信息以及临床参考标签或节段运动评分的训练样本集合；采用联合损失函数训练心内膜概率估计、解剖锚点定位和运动异常辅助提示，所述联合损失函数包括心内膜概率估计损失、解剖锚点定位损失、异常辅助提示分类损失、时间平滑损失和生理范围约束损失；在应用阶段，无需输入心内膜参考掩膜、解剖锚点参考信息、临床参考标签或节段运动评分。

20、由上述技术方案可知，本发明公开一种心内膜位移量化图谱无创评估方法、设备及介质，该方法先获取心脏电影磁共振成像序列并进行标准化处理；提取各相位的心内膜闭合轮廓，基于解剖锚点建立具有相同起点、相同方向和归一化弧长坐标的闭合曲线；以舒张末期轮廓为参考，在周期弧长邻域内确定目标相位轮廓对应点，并将位移投影至参考轮廓点的局部内法向方向，得到心内膜法向位移轨迹；按照预设临床节段映射关系生成包含位移强度通道、收缩时相通道和可信度通道的心内膜位移量化图谱；采用融合心内膜概率估计损失、解剖锚点定位损失、异常辅助提示分类损失、时间平滑损失与生理范围约束损失的联合损失函数完成端到端训练与验证，构建可部署评估系统。本发明无需造影剂，可快速、定量、可视化评估心内膜位移及节段性室壁运动，解决现有技术依赖造影剂、可解释性不足、图谱可信度来源不清、对质心与固定角度依赖强等问题，为心肌梗死、缺血性心肌病的早期筛查、精准评估与辅助复核提供安全便捷的量化手段。

21、本发明的心内膜位移量化图谱无创评估方法，通过心内膜概率估计、解剖锚点校准与周期弧长坐标建模，深度挖掘心脏电影序列中的心内膜运动信息，提升了心肌运动量化的可解释性和临床可接受度。在图像标准化后，采用基于概率图的闭合轮廓提取和解剖锚点重定向，确保各相位、各层面轮廓具有相同起点、方向和归一化弧长坐标，为周期邻域对应奠定空间一致性基础。以舒张末期参考轮廓的局部内法向作为位移投影方向，结合周期弧长搜索窗口与融合边缘概率的代价函数，在无造影剂条件下稳定捕捉真实法向位移轨迹，显著降低心脏整体平移、切面倾斜和非径向运动带来的对应误差。时间一致性校正与生理范围约束有效抑制轮廓噪声和异常跳动，提升位移轨迹的生理合理性。节段汇聚引入点级可信度加权，融合人群与个体参考生成位移强度、收缩时相、可信度三通道图谱，解决了传统变形场难以稳定映射至17节段判读体系的难题，并为每幅图谱提供明确的可信度来源。训练阶段采用时间平滑损失和生理范围约束损失，基于物理规律引导模型快速收敛，提高位移轨迹准确性。经严格验证并与传统方法比较，本发明展现出优异的运动量化性能和节段异常提示能力。这不仅克服了现有模型可解释性差、依赖血池质心、易受几何偏移影响的问题，还实现了无造影剂、可复核的心内膜位移无创评估，为室壁运动异常的诊断与随访提供了安全、高效、可追溯的量化工具。