基于多切面多频段超声图像融合的腰部多裂肌康复锻炼方法与流程

本发明涉及运动康复，具体涉及一种基于多切面多频段超声图像融合的腰部多裂肌康复锻炼方法。

背景技术：

1、腰部多裂肌（lumbar multifidus, lm）是维持脊柱节段稳定性的核心肌群，其损伤与慢性腰痛（chronic low back pain, clbp）密切相关。临床研究表明，针对性康复锻炼可有效促进多裂肌功能恢复，但锻炼效果的客观评估仍是制约精准康复的关键瓶颈。目前，超声成像技术因其便携、实时、无电离辐射的特性，已成为肌肉骨骼康复评估的首选影像学手段，但现有技术在康复锻炼评估场景中存在显著局限。

技术实现思路

1、现有评估多裂肌的影像技术如下：

2、（1）二维超声单一切面评估技术：已有的技术通常采用横切面或矢状旁切面分别获取多裂肌图像，通过手动描记测量肌肉厚度、横截面积等。如图1所示，单一横切面图像可显示多裂肌与椎板、棘突的解剖关系，但无法完整显示肌肉长轴走行及筋膜连续性；单一矢状旁切面虽可显示肌纤维走向，但对深层肌腹与椎骨附着点的显示受限，无法评估康复锻炼前后肌肉的变化。已有的技术受限于探头频带特性，通常采用单一中心频率（如10 mhz或12 mhz）进行扫查。高频超声（≥12 mhz）虽可提供浅层筋膜及肌束膜的高分辨率图像（如图2所示），但其穿透深度不足（通常<4 cm），难以清晰显示肥胖患者或深层（l4-l5、l5-s1节段）的多裂肌完整结构；低频超声（5-8 mhz）虽可穿透至深层肌腹（如图2所示），但空间分辨率下降，难以识别康复锻炼前后筋膜、肌肉等结构细微的形态改变。

3、（2）多参数超声采集技术：部分已有的技术尝试结合二维灰阶超声、剪切波弹性成像及彩色多普勒血流成像分别获取形态学、硬度及血流灌注参数。然而，多参数检查对超声仪器提出了更高的要求，且操作流程更加复杂，限制其临床应用。

4、（3）三维超声容积成像技术：近期有技术采用三维容积探头采集腰部多裂肌数据，通过三维重建显示肌肉整体形态（如图3所示）。然而，三维超声仍依赖单一频段（通常为中等频率6-9 mhz）成像，无法在单次扫查中同时获得高分辨率表层结构图像与深部组织透声图像，难以满足康复锻炼评估的需求。

5、（4）磁共振成像（mri）评估技术： mri被公认为评估腰部多裂肌慢性损伤（特别是脂肪浸润、肌纤维萎缩及纤维化改变）的影像学金标准。通过t1加权像、t2加权像及dixon脂肪定量序列，mri可清晰显示肌肉与脂肪组织的信号差异，定量测量脂肪浸润率及相对横截面积，并对隐匿性肌内水肿具有极高的检出灵敏度。然而，mri检查时间长，费用高，且对体内金属植入物（如弹片、固定钢板）及幽闭恐惧患者存在禁忌，限制了其评估中的普适性。

6、已有的技术的主要缺陷在于：(1)单频段成像的信息孤立性。腰部多裂肌解剖层次复杂，其浅层筋膜、中间肌腹及深层椎骨附着区对超声频率的物理要求各异。(2)单一切面评估的维度局限性。多裂肌损伤常表现为三维空间内的非连续性病变（如局灶性肌束撕裂、脂肪浸润条索）。(3)已有的技术尚未建立不同频段超声图像间的空间配准与信息融合算法，无法将高频图像的纹理细节与低频图像的深层结构信息进行像素级或特征级融合。这限制了超声对多裂肌康复锻炼的综合评估能力。

7、因此，亟需一种能够融合多切面解剖信息与多频段物理信息的超声影像分析方法，实现腰部多裂肌康复锻炼的客观、精准评估。本发明提出的一种基于多切面多频段超声图像融合的腰部多裂肌康复锻炼方法具有以下技术优点：

8、（1）突破了单频段成像的物理权衡瓶颈：通过高低频协同，同时获得浅层筋膜的高分辨率纹理信息（轴向分辨率≤0.3 mm）与深层肌腹的完整透声图像（穿透深度≥6 cm），解决了肥胖患者或深层（l5-s1）多裂肌评估中"看得清但看不透"或"看得透但看不清"的技术矛盾。

9、（2）通过将横切面图像与矢状旁切面图像对应到同一目标节段进行联合评估，可以同时表征肌肉横截面积、轮廓形态、肌纤维走向以及局部回声分布等信息，从而提升对脂肪浸润、局灶性损伤及结构连续性异常等复杂病变的识别能力。

10、（3）提高了信息利用率并降低了单一视图带来的偏差。本发明将不同探头、不同频段和不同切面获取的图像构建为单输入、双输入或多输入融合模式，通过特征级融合充分利用各类图像的互补信息，减少单一视图或单一频段造成的信息缺失，提高评估结果的稳定性。

11、（4）提高了操作标准化程度：通过预设的切面采集顺序与融合算法，降低了对操作者个人经验的依赖；采用预训练的卷积神经网络模型进行迁移学习，通过对医学超声图像进行微调，自动提取多尺度、多层级的判别特征，减少对人工特征设计的依赖，提升模型在小样本医学数据中的泛化能力。

12、（5）实现了损伤程度的客观量化评估。本发明可基于训练后的图像分析模型输出各损伤类别的预测概率、分类结果及对应置信度，将传统依赖人工经验的主观判读转化为可重复、可比较的数值化输出，从而提高评估结果的一致性，并为临床随访、疗效观察及辅助诊断提供量化依据。

13、（6）具备良好的临床应用潜力与可扩展性：适用于常规二维超声设备，无需额外昂贵硬件，可嵌入现有医学影像分析系统，支持进一步扩展至其他肌肉或软组织损伤评估任务，因此具有良好的临床推广价值。

1.一种基于多切面多频段超声图像融合的腰部多裂肌康复锻炼评估方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1包括：对目标受试者的目标腰椎节段进行多切面、多频段超声图像采集，获得以下至少一种图像：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s5包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s6包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s7包括：

9.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述s3包括：根据实验设计或临床应用需求，将输入数据构建为不同模式；所述模式包括但不限于：单输入模式、双输入融合模式以及多输入融合模式：

10.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述s4包括：采用卷积神经网络作为分类模型，所述卷积神经网络为vgg16、resnet、densenet、efficientnet或其他具备图像分类能力的网络结构；优选vgg16；