一种基于空间映射的超声心动图分析系统

1.本公开涉及医学图像处理技术领域，特别涉及一种基于空间映射的超声心动图分析系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.在临床应用中，利用超声心动图进行心脏功能评估是医生诊断心脏病的首要依据。通过对心尖成对视图(心尖二腔室和心尖四腔室)进行左心房分割和测量，可以计算左心室容积变化及射血分数等重要的医学指标。
4.发明人发现，目前，临床医生需要手动分割左心室轮廓，工作效率和重复性均较低，无法实现快速的超声心动图分割；而且目前无法直接的根据超声心动图同时得到左心房分割结果以及左心室容积变化及射血分数数值结果。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于空间映射的超声心动图处理系统，能自动分割心尖二腔室和心尖四腔室中心肌层、左心室及左心房腔室，并直接输出收缩和舒张时期的左心室容积及射血分数。
6.为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
7.本公开第一方面提供了一种基于空间映射的超声心动图分析系统。
8.一种基于空间映射的超声心动图分析系统，包括：
9.数据获取模块，被配置为：获取超声心动图；
10.预处理模块，被配置为：对获取的超声心动图进行预处理；
11.图像处理模块，被配置为：根据预处理后的超声心动图和预设segq-net网络模型，得到超声心动图分割结果以及心动功能数值测量结果；
12.其中，segq-net网络模型的以编码器-解码器分割网络为骨架网络，编码器输出与解码器输出通过一个空间映射模块进行分割和测量任务关联，同时输出分割特征图和测量特征图。
13.进一步的，segq-net网络模型中，分割特征图和测量特征图分别经过分割模块和测量模块输出分割结果和测量结果。
14.进一步的，编码器-解码器分割网络采用unet 为基础网络。
15.进一步的，空间映射模块采用non-local和通道压缩-激励操作，使得两种任务的输入特征图保持相同的空间输入模式。
16.进一步的，超声心动图分割结果包括心肌层、左心室及左心房分割结果。
17.进一步的，心动功能数值结果包括收缩期和/或舒张期的左心室容积和射血分数数值测量结果。
18.进一步的，对获取的医学图像进行预处理，包括以下过程：
19.以0.5的概率翻转输入图像和相应的标签图；
20.将给定图像裁剪为随机大小和纵横比；
21.将裁剪后的图像调整为给定大小。
22.进一步的，超声心动图为心尖二腔室和心尖四腔室的医学图像。
23.本公开第二方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如下步骤：
24.获取超声心动图；
25.对获取的超声心动图进行预处理；
26.根据预处理后的超声心动图和预设segq-net网络模型，得到超声心动图分割结果以及心动功能数值测量结果；
27.其中，segq-net网络模型的以编码器-解码器分割网络为骨架网络，编码器输出与解码器输出通过一个空间映射模块进行分割和测量任务关联，同时输出分割特征图和测量特征图。
28.本公开第三方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如下步骤：
29.获取超声心动图；
30.对获取的超声心动图进行预处理；
31.根据预处理后的超声心动图和预设segq-net网络模型，得到超声心动图分割结果以及心动功能数值测量结果；
32.其中，segq-net网络模型的以编码器-解码器分割网络为骨架网络，编码器输出与解码器输出通过一个空间映射模块进行分割和测量任务关联，同时输出分割特征图和测量特征图。
33.与现有技术相比，本公开的有益效果是：
34.1、本公开所述的系统、介质或电子设备，能自动分割心尖二腔室和心尖四腔室中心肌层、左心室及左心房腔室，并直接输出收缩和舒张时期的左心室容积及射血分数。
35.2、本公开所述的系统、介质或电子设备，空间映射模块采用non-local和通道压缩-激励操作，使得两种任务的输入特征图保持相同的空间输入模式，能够充分连接分割和测量任务中的空间信息。
36.本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
37.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
38.图1为本公开实施例1提供的实验数据集的示意图。
39.图2为本公开实施例1提供的基于空间映射的超声心动图分析系统的工作方法流程示意图。
具体实施方式
40.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
41.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
42.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
43.在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
44.实施例1：
45.本公开实施例1提供了一种基于空间映射的超声心动图分析系统，包括：
46.数据获取模块，被配置为：获取超声心动图；
47.预处理模块，被配置为：对获取的超声心动图进行预处理；
48.图像处理模块，被配置为：根据预处理后的超声心动图和预设segq-net网络模型，得到超声心动图分割结果以及心动功能数值测量结果。
49.具体的，包括以下内容：
50.以病人为单位，采集超声心动图中心尖二腔室和心尖四腔室的医学图像，对左心房内外膜进行标注，得到实验数据；
51.将实验数据进行预处理，得到实验所需数据集；
52.将实验数据集输入到segq-net网络中进行训练，网络的输出为超声心动图心肌层、左心室及左心房分割结果和收缩期、舒张期的左心室容积及射血分数数值结果。
53.首先利用相应的设备采集超声心动图图像，在医院数据的支撑下，采集各个实验对象的超声心动图图像。采集完图像后，将采集到的图像经过处理，制作为实验数据集。
54.构建实验数据集的过程如图1所示，包括：数据采集、数据标注和数据增强预处理三个部分；
55.数据采集包括采集病人的两种不同的超声心动图图像，以病人为单位，首先从超声心动图中选出心尖二腔室和心尖四腔室的dicom影像并转换成png格式。
56.需要指出的是，本实施例所提供的数据均为合法来源获取的数据。
57.数据标注是采用labelme对png图像进行手动标注，在标注时，分别逐点描绘左心房的内外膜轮廓，从生成的json文件中读取原图(img.png)与标签图(label.png)作为实验数据集。
58.分割数据集数据增强预处理方法具体为：
59.(1)随机翻转：以0.5的概率翻转输入图像和相应的label；
60.(2)随机裁剪：将给定图像裁剪为随机大小和纵横比；
61.(3)调整大小：将输入图像调整为给定大小。
62.测量数值数据集需要提取测量指标(左心室收缩容积、左心室舒张容积及左心室射血分数)及相应的数值结果，并以病人为单位保存到txt文件中。
63.将实验数据集输入到segq-net网络中得到超声心动图左心房分割结果及测量结
果。具体计算流程为：
64.如图2所示，对一个输入图像x，经过编码器θ(
·
)和解码器后获得的编码器特征为f1＝θ(x)和f1和f2输入空间映射模块φ(
·
)后得到分割特征图f1和测量特征图f2，然后分别经过分割模块和测量模块得到最后的分割结果和测量结果。
65.本实施例中，segq-net以编码器-解码器分割网络为骨架网络，编码器输出与解码器输出通过一个空间映射模块进行分割和测量任务关联，同时输出分割和测量特征图。分割和测量特征图分别经过分割和测量模块输出分割和测量结果。其中，编码器-解码器采用unet 为基础网络，空间映射模块采用non-local和通道压缩-激励操作，使得两种任务的输入特征图保持相同的空间输入模式，充分连接分割和测量任务中的空间信息。
66.实施例2：
67.本公开实施例2提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如下步骤：
68.获取超声心动图；
69.对获取的超声心动图进行预处理；
70.根据预处理后的超声心动图和预设segq-net网络模型，得到超声心动图分割结果以及心动功能数值测量结果；
71.其中，segq-net网络模型的以编码器-解码器分割网络为骨架网络，编码器输出与解码器输出通过一个空间映射模块进行分割和测量任务关联，同时输出分割特征图和测量特征图。
72.实施例3：
73.本公开第三方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如下步骤：
74.获取超声心动图；
75.对获取的超声心动图进行预处理；
76.根据预处理后的超声心动图和预设segq-net网络模型，得到超声心动图分割结果以及心动功能数值测量结果；
77.其中，segq-net网络模型的以编码器-解码器分割网络为骨架网络，编码器输出与解码器输出通过一个空间映射模块进行分割和测量任务关联，同时输出分割特征图和测量特征图。
78.本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
79.本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
80.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
81.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
82.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random accessmemory，ram)等。
83.以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。