【摘 要】
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心血管疾病是导致人类死亡的主要原因,据世界卫生组织（World Health Organization,WHO）统计,在过去30年内全球范围死于心血管疾病的人数约有650万人,占全球所有死亡人数的1/3,早期采用有效手段对心脏功能进行定量评价,对心脏病的预防十分重要。心脏功能定量评价通常依赖于各种医学成像技术,超声心动图因其价格便宜、仪器便携、无电离辐射等特点,同时具有高时间分辨率,可实时成像,适
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心血管疾病是导致人类死亡的主要原因,据世界卫生组织（World Health Organization,WHO）统计,在过去30年内全球范围死于心血管疾病的人数约有650万人,占全球所有死亡人数的1/3,早期采用有效手段对心脏功能进行定量评价,对心脏病的预防十分重要。心脏功能定量评价通常依赖于各种医学成像技术,超声心动图因其价格便宜、仪器便携、无电离辐射等特点,同时具有高时间分辨率,可实时成像,适用于心脏运动的动力学研究等优势,在心脏医学影像技术中应用最为广泛。二维/三维散斑跟踪超声心动图（2D/3D Speckle Tracking Echocardiogram,2D/3D STE）是一种量化心肌功能的重要技术,它通过对超声心动图中的散斑进行逐帧跟踪,获得心脏的位移估计和应变参数,可对心脏疾病的诊断和预防提供有效的帮助。相比于组织多普勒成像（Tissue Doppler Imaging,TDI）,散斑跟踪方法没有角度依赖性限制,且具有量化局部组织变形的优点,被广泛用以表征心脏的多维运动,在评估心肌功能障碍（如梗死和缺血）方面具有重要临床价值。使用2D STE进行应变成像已成功用于量化心肌功能,但由于心脏的运动本质上是3D现象,散斑运动表现为3D空间中的复杂运动,对其进行准确的跟踪需要3D成像方法。3D STE通过实际的三维观察而非几何假设来跟踪心肌的变形,可以克服2D STE的某些固有局限性,如可以避免2D STE进行多次采集时由心律变异性引起的误差,避免2D STE由于散斑运动出成像断面以外的散斑跟踪“失效”问题,以及可以通过单个体数据集进行左心室所有3D应变参数的计算,所以理论上优于2D STE以及传统超声心动图的诊断能力。2D/3D STE通常分为三类:光流法、弹性图像配准法和块匹配法。基于光流和弹性图像配准的散斑跟踪需要以高质量的图像为基础,且伴有复杂的计算量,临床实用性较差。基于块匹配的散斑跟踪方法具有实现简单、临床实用性好的优势,是3D STE成像技术领域主流的方法,但传统块匹配法难以对心肌组织的运动进行高精度跟踪。另外,以往方法的自适应特性和鲁棒性等临床应用性能普遍欠佳。针对以往方法或计算效率低,或跟踪精度低,难以满足心脏功能的精确评价和定量诊疗临床应用需求的弊端,本文提出了一种亚像素精度的快速3D超声心动图散斑跟踪方法—块匹配的三维亚像素散斑跟踪（记作SBM方法）。SBM方法具有良好的自适应特性和鲁棒性,可实现1/16亚像素精度的快速散斑跟踪。本文还使用 STRAUS（3D Strain Assessment in Ultrasound）数据集对SBM方法开展仿真应用实验,并与一种基于光流的、一种基于弹性配准的和两种基于块匹配的方法进行对比分析研究,统计分析结果表明了SBM方法的有效性和良好的跟踪精度,也揭示了 SBM方法具有较高的临床实用价值和应用潜力。
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