参数自适应配置的超声颈动脉局部脉搏波波速估计方法

本发明涉及脉搏波分析，特别是涉及一种参数自适应配置的超声颈动脉局部脉搏波波速估计方法。

背景技术：

1、超声传输时间法检测颈动脉pwv(pulse wave velocity，脉搏波波速)的信号处理过程如下：首先获取线阵探头从左到右扫描一段颈动脉对应各声束位置的超声射频回波信号；然后对每帧时刻下管壁对应的射频回波信号进行运动追踪估计各声束位置管壁运动轨迹，即脉搏波或脉动位移曲线，并滤除脉搏波中的反射波、斑点噪声、呼吸等干扰信号；最后基于滤波后的脉动位移曲线上冲段计算脉搏波延迟时间，对一段已知距离内的序列延迟时间进行线性拟合估计脉搏波波速。其中，脉搏波中反射波分离、杂波抑制以及延迟时间估计是影响超声传输时间法检测颈动脉脉搏波波速准确性的关键信号处理过程。脉搏波是由两个相反方向传播的入射波和反射波叠加而成。其中，入射波是由心脏周期性的收缩舒张产生，而反射波是由正向波在颈动脉窦、毛细血管、管壁弹性模量改变等血管不连续的地方发生反射而形成，其强度和传播速度随血管壁弹性变硬的增加而增大，且进行反向传播时其幅度会发生不同程度衰减。因此，对于颈动脉不同位置处入射波和反射波叠加形成的脉搏波产生的形变各不相同，脉搏波中反射波幅度或频率成分变得更加复杂，加之临床采集信号时由于呼吸、斑点噪声等原因造成估计的脉搏波信号形变加重，进而加大了脉搏波杂波抑制的难度；而且延迟时间估计通常是基于脉搏波上冲段的时间基准点或基准段的定位，但研究发现，时间基准点的定位对脉搏波的形变比较敏感，脉搏波杂波抑制结果好坏直接影响时间基准点定位；时间基准段(脉搏波段)虽在此方面有所改善，但针对不同弹性程度下的脉搏波延迟时间估计，脉搏波段时间段长度和位置的选择可能不同，脉搏波段参数选择不具备普适性，而且估计精度不高。

2、因此，本发明公开一种参数自适应配置的超声颈动脉局部脉搏波波速自适应估计方法，采用“追踪段最小方差总和”和“最大线性拟合优化系数”准则作为评价条件建立目标函数，利用群体智能优化算法对脉搏波滤波和延迟时间估计参数进行最优化配置，最后基于最优参数计算颈动脉局部脉搏波波速。该方法有望为临床改善超声颈动脉脉搏波波速估计精度提供有效技术手段。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种参数自适应配置的超声颈动脉局部脉搏波波速估计方法，以提高脉搏波段参数选择的普适性，并提高脉搏波波速估计的精度。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种参数自适应配置的超声颈动脉局部脉搏波波速估计方法，所述方法包括如下步骤：

4、获取脉搏波信号；

5、构建估计所述脉搏波信号表征的脉搏波波速的多目标函数；所述多目标函数包括追踪段最小方差总和与最大线性拟合优化系数；

6、采用元启发式算法求解所述多目标函数，确定最优滤波参数和最优延迟时间估计参数；滤波参数包括滤波窗口宽度和最小二乘拟合阶数，延迟时间估计参数包括脉搏波上冲段延迟时间估计匹配段起始位置和匹配段长度；

7、基于所述最优滤波参数对所述脉搏波信号进行滤波，获得最优滤波脉搏波曲线；

8、基于最优滤波脉搏波曲线和所述最优延迟时间估计参数计算脉搏波波速。

9、可选的，所述追踪段最小方差总和的计算公式为：

10、

11、

12、x+l≤flupk；

13、n+1<m≤flpulse；

14、n≥0；

15、x＞0；

16、l＞1；

17、其中，t1为追踪段最小方差总和，i为总的扫描声束线数，ssd1，j(m，n，x，l，τd)为对脉搏波信号以滤波参数为m、n的sg滤波器进行滤波，得到的滤波后的脉搏波曲线以延迟时间估计参数为x、l的匹配模板段进行追踪，得到的第1线声束位置的模板段与第j线声束位置的脉搏波追踪段之间的方差，m和n分别为sg滤波器的滤波窗口宽度和最小二乘拟合阶数；x和l分别为脉搏波上冲段延迟时间估计匹配段起始位置和匹配段长度，f1，[m，n](k)为第1线声束位置对应的滤波后脉搏波曲线上的第k个信号值，τd为相邻两个线声束位置的时移，fj，[m，n](k+τd)为第j线声束位置对应的滤波后脉搏波曲线上的第k+τd个时移后的信号值，flupk和flpulse分别为脉搏波上冲段长度和脉搏波长度。

18、可选的，所述最大线性拟合优化系数的计算公式为：

19、

20、

21、

22、

23、x+l≤flupk；

24、n+1<m≤flpulse；

25、n≥0；

26、x＞0；

27、l＞1；

28、其中，t2为最大线性拟合优化系数，r2为线性拟合优化系数，td1，j为第1线声束位置与第j线声束位置对应的脉搏波信号之间的脉搏波延迟时间，为第1线声束位置与其余各线声束位置对应的脉搏波信号之间的脉搏波延迟时间的平均值，为第1线声束位置与第j线声束位置对应的脉搏波信号之间的脉搏波延迟时间在拟合直线的对应值，i为脉搏波信号的总线声束位置，ssd1，j(m，n，x，l，τd)为对脉搏波信号以滤波参数为m、n的sg滤波器进行滤波，得到的滤波后的脉搏波曲线以延迟时间估计参数为x、l的匹配模板段进行追踪，得到的第1线声束位置的模板段与第j线声束位置的脉搏波追踪段之间的方差，m和n分别为sg滤波器的滤波窗口宽度和最小二乘拟合阶数；x和l分别为脉搏波上冲段延迟时间估计匹配段起始位置和匹配段长度，f1，[m，n](k)为第1线声束位置对应的滤波后脉搏波曲线上的第k个信号值，τd为相邻两个线声束位置的时移，fj，[m，n](k+τd)为第j线声束位置对应的滤波后脉搏波曲线上的第k+τd个时移后的信号值，flupk和flpulse为脉搏波上冲段长度和脉搏波长度。

29、可选的，脉搏波波速的计算公式为：

30、

31、其中，pwv为脉搏波波速，d1，j为超声探头扫描的第1线声束位置与第j线声束位置间的距离，为第1线声束位置与第j线声束位置对应的脉搏波信号之间的脉搏波延迟时间在拟合直线的对应值。

32、一种参数自适应配置的超声颈动脉局部脉搏波波速估计系统，所述系统应用于上述的方法，所述系统包括：

33、脉搏波信号获取模块，用于获取脉搏波信号；

34、多目标函数构建模块，用于构建估计所述脉搏波信号表征的脉搏波波速的多目标函数；所述多目标函数包括追踪段最小方差总和与最大线性拟合优化系数；

35、多目标函数求解模块，用于采用元启发式算法求解所述多目标函数，确定最优滤波参数和最优延迟时间估计参数；滤波参数包括滤波窗口宽度和最小二乘拟合阶数，延迟时间估计参数包括脉搏波上冲段延迟时间估计匹配段起始位置和匹配段长度；

36、滤波模块，用于基于所述最优滤波参数对所述脉搏波信号进行滤波，获得最优滤波脉搏波曲线；

37、脉搏波波速计算模块，用于基于最优滤波脉搏波曲线和所述最优延迟时间估计参数计算脉搏波波速。

38、一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。

39、一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的方法。

40、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

41、本发明实施例提供一种参数自适应配置的超声颈动脉局部脉搏波波速估计方法，所述方法包括如下步骤：获取脉搏波信号；构建估计所述脉搏波信号表征的脉搏波波速的多目标函数；所述多目标函数包括追踪段最小方差总和与最大线性拟合优化系数；采用元启发式算法求解所述多目标函数，确定最优滤波参数和最优延迟时间估计参数；基于所述最优滤波参数对所述脉搏波信号进行滤波，获得最优滤波脉搏波曲线；基于最优滤波脉搏波曲线和所述最优延迟时间估计参数计算脉搏波波速。采用追踪段最小方差总和与最大线性拟合优化系数准则作为条件建立多目标函数，利用元启发式算法对脉搏波滤波和延迟时间估计参数进行最优化配置，最后基于最优参数计算颈动脉局部脉搏波波速。实现参数自适应配置的超声颈动脉局部脉搏波波速自适应估计，解决了由于超声颈动脉脉搏波波速估计过程中参数难以准确把握导致脉搏波波速估计不准确的问题，提高了脉搏波段参数选择的普适性，并提高了脉搏波波速估计的精度。