基于盐水造影的右心衰图像分析方法、系统及设备

1.本发明涉及临床医学中的图像分析领域，更具体地，涉及一种基于盐水造影的右心衰图像分析方法、系统、设备、计算机可读存储介质及其应用。


背景技术：

2.右心衰患者右心室功能障碍可能继发于肺静脉压升高、心肌受累、心室间相互作用以及神经激素作用等。右心衰临床相关疾病包括瓣膜性疾病、栓塞性疾病、慢性肺部疾病、特发性肺动脉高压、先心病等。研究发现，重度右心衰与死亡率增加相关。评价右心衰的常用参数指标有收缩功能参数、右心室心肌性能指标、组织多普勒、心脏电生理指标、神经激素及细胞因子等，但有的受制于准确率不高、有的受制于指标获取难度，都不尽如人意，临床亟待一种快速无创检测右心衰的解决方案。
3.电阻抗断层成像技术（electrical impedance tomography，eit）是利用生物组织的电特性，通过配置于生物体表面的电极阵列，施加安全的激励电流，测量其边界电压，经图像重构得到生物体内电阻率分布及变化的图像。不同组织或同一组织不同生理、病理状态下，其电阻率是存在差异的。eit的优势在于利用生物阻抗所携带的丰富生理和病理信息，实现无损伤功能性成像和医学图像监护。虽然eit作为一种全新的医学成像技术，具有无损伤、便携、低成本、功能成像、图像监护等突出特点，但eit在临床中的应用存在一定的局限性，其中重要的一个原因就是其数据分析的复杂性，设备制造商提供的在线工具不足以满足临床医师的所有需求。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于，提供一种基于eit阻抗信号的数据分析，进行患者右心衰检测，为了使检测结果更准确，发明人采用了盐水增强造影eit。
5.本技术的目的在于提供一种基于盐水造影的右心衰图像分析方法，包括：获取患者eit阻抗信号，包括通气阶段的阻抗信号、盐水造影阶段的阻抗信号；对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波生成肺区roi图；对所述通气阶段的阻抗信号进行带通滤波生成心区roi图；基于盐水造影阶段的心区roi和肺区roi阻抗下降情况，计算盐水进入心区roi的起点时间与盐水进入肺区roi的时间的差值；基于所述差值输出患者是否存在右心衰的分类结果。
6.进一步，所述基于盐水造影阶段的心区roi和肺区roi阻抗下降情况，计算盐水进入心区roi的起点时间与盐水进入肺区roi的起点时间的差值具体为：取心区roi的阻抗开始下降作为盐水进入心区的起点时间，取肺区roi的阻抗开始下降作为盐水进入肺区的时间，计算盐水进入心区roi的起点时间与盐水进入肺区roi的时间的差值 。
7.进一步，所述方法还可以是：
获取患者eit阻抗信号，包括通气阶段的阻抗信号、盐水造影阶段的阻抗信号；对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波生成肺区阻抗曲线；对所述通气阶段的阻抗信号进行带通滤波生成心区阻抗曲线；取所述心区阻抗曲线开始下降作为盐水进入心区的起点时间，取所述肺区阻抗曲线开始下降作为盐水进入肺区的时间，计算盐水进入心区的起点时间与盐水进入肺区的时间的差值 ；基于所述差值输出患者是否存在右心衰的分类结果。
8.进一步，所述基于所述差值输出患者是否存在右心衰的分类结果具体为：当差值间隔超过阈值输出存在右心衰的分类结果，当差值间隔低于阈值输出不存在右心衰的分类结果。
9.进一步，所述对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波生成肺区roi图具体为：对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波，利用标准差的大小计算出肺区roi图，所述计算的公式为：其中δv为低通滤波后阻抗信号变化的标准差，vi为像素点i的信号在一段时间内的变化，为均值，n为时间内的帧数；可选的，所述对所述通气阶段的阻抗信号进行带通滤波生成心区roi图具体为：对所述通气阶段的阻抗信号进行带通滤波，利用标准差的大小计算出心区roi图，所述计算的公式为：δq为带通滤波后阻抗信号变化的标准差，qi为像素点i的信号在一段时间内的变化，为均值，n为时间内的帧数。
10.进一步，所述方法还可以是：获取患者eit阻抗信号，包括通气阶段的阻抗信号、盐水造影阶段的阻抗信号；对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波生成肺区roi图及肺区阻抗曲线；对所述通气阶段的阻抗信号进行带通滤波生成心区roi图及心区阻抗曲线；基于盐水造影阶段的心区roi和肺区roi阻抗下降情况，计算盐水进入心区roi的起点时间与盐水进入肺区roi的时间的差值，作为第一差值；取所述心区阻抗曲线开始下降作为盐水进入心区的起点时间（t0），取所述肺区阻抗曲线开始下降作为盐水进入肺区的时间（t1），计算盐水进入心区的起点时间与盐水进入肺区的时间的差值，作为第二差值；基于所述第一差值和第二差值输出患者是否存在右心衰的分类结果。
11.进一步，采用低通滤波器对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波生成肺区roi图，所述低通滤波器频率设置为低于50每分钟；可选的，采用带通滤波器对所述通气阶段的
阻抗信号进行带通滤波生成心区roi图，所述带通滤波器频率设置为50每分钟-200每分钟。
12.本技术的目的在于提供一种基于盐水造影的右心衰图像分析系统，所述系统包括：获取模块，用于获取患者eit阻抗信号，包括通气阶段的阻抗信号、盐水造影阶段的阻抗信号；第一生成模块，用于对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波生成肺区roi图；第二生成模块，用于对所述通气阶段的阻抗信号进行带通滤波生成心区roi图；计算模块，用于基于盐水造影阶段的阻抗下降情况，计算盐水进入心区roi的起点时间与盐水进入肺区roi的时间的差值；输出模块，用于基于所述差值，输出患者是否存在右心衰的分类结果。
13.本技术的目的在于提供一种基于盐水造影的右心衰图像分析设备，所述设备包括：存储器和处理器；所述存储器用于存储程序指令；所述处理器用于调用程序指令，当程序指令被执行时，用于执行实现上述的基于盐水造影的右心衰图像分析方法。
14.一种计算机可读存储介质，其上存储有基于盐水造影的右心衰图像分析的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的基于盐水造影的右心衰图像分析方法。
15.本技术的优点：1.本技术创新性的公开一种基于盐水造影的右心衰图像分析方法，该方法通过通气阶段的低通滤波和带通滤波生成肺区和心区roi区，并基于盐水造影阶段的心区roi和肺区roi阻抗下降情况计算盐水进入心区和肺区的时间差，通过比较患者时间差与正常人的阈值大小，给出患者是否存在右心衰的诊断结果；2.本技术创新性的还提供一种基于心区阻抗曲线和肺区阻抗曲线的拐点计算盐水进入心区和肺区的时间差，通过比较患者时间差与正常人的阈值大小，给出患者是否存在右心衰的诊断结果；3.本技术在进行盐水造影的右心衰图像分析方法时，进行了方法学的创新，对通气阶段的阻抗信号进行低通滤波，利用标准差的大小计算出肺区roi图，并公开具体计算公式，同时对通气阶段的阻抗信号进行带通滤波，利用标准差的大小计算出心区roi图，并公开具体计算公式，为后面精准计算盐水进入心区roi的起点时间与盐水进入肺区roi的时间的差值提供数据基础。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
17.图1是本发明实施例提供的基于盐水造影的右心衰图像分析方法的流程示意图；图2是本发明实施例提供的基于盐水造影的右心衰图像分析系统示意图；图3是本发明实施例提供的基于盐水造影的右心衰图像分析设备示意图；图4是本发明实施例提供的低通滤波器相应频谱图；图5是本发明实施例提供的带通滤波器相应频谱图；
图6是本发明实施例提供的低通滤波和带通滤波生成肺区和心区roi，肺区的点和心区的点分别定位为相应通气和心跳标准差图中值最大的像素；图7是本发明实施例提供的心脏正常的病人的高渗盐水注射后的电阻抗变化曲线，上图为心脏区域盐水到达时刻（左侧虚线），下图为盐水到达肺部的时刻（右侧虚线），需时为1.5秒；图8是本发明实施例提供的三尖瓣反流的病人的高渗盐水注射后的电阻抗变化曲线，上图为心脏区域盐水到达时刻（左侧虚线），下图为盐水到达肺部的时刻（右侧虚线），需时为3.2秒；图9是本发明实施例提供的阻抗曲线图，心区阻抗曲线开始下降作为盐水进入心区的起点时间（t0），肺区阻抗曲线开始下降作为盐水进入肺区的时间（t1）。
具体实施方式
18.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
19.在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如s101、s102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.本技术实施例提供了基于盐水造影的右心衰图像分析方法、基于盐水造影的右心衰图像分析系统、基于盐水造影的右心衰图像分析设备和计算机可读存储介质。其中，基于盐水造影的右心衰图像分析设备可以为终端或者服务器等设备。该终端可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、个人计算机(personalcomputer，简称pc)等终端设备。服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容发布网络(contentdeliverynetwork，简称cdn)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。终端以及服务器可以通过有线或无线通信方式进行直接或间接地连接，本技术在此不做限制。
22.图1是本发明实施例提供的基于盐水造影的右心衰图像分析方法流程示意图，具体地，包括如下步骤：s101：获取患者eit阻抗信号，包括通气阶段的阻抗信号、盐水造影阶段的阻抗信号。
23.在一个实施例中，在开始造影剂注射前，医生将呼吸机设置为呼气末屏气状态，持续一段时间；在此期间，立刻通过上腔静脉注射10 ml浓度为10%的高渗盐水，并观察eit的阻抗变化情况 ；之后立刻恢复机械通气。机械通气阶段采集通气阶段的阻抗信号，呼气末
屏气状态后注射盐水的时间开始采集盐水造影阶段的阻抗信号。
24.在一个具体的实施例中，获取的患者盐水造影eit阻抗信号采用以下步骤：（1）呼吸屏气测试，右心与肺相要求至少8秒；心肺传输时间的影响，为更好的建构左心相显像，要求最少15秒以上，必要时进一步延长屏气时间；（2）注射盐水进行心室血流造影，屏气期间持续采集胸部电阻抗信号变化；进一步，步骤（1）的具体操作如下：呼吸屏气测试，要求最少8秒以上（呼吸机机械通气时，按呼气或吸气屏气8s；自主呼吸患者嘱屏气8秒）；呼吸屏气测试通过后，方可行盐水造影eit检查。其中，注射盐水的浓度为10%，注射量为10ml。
25.再进一步，步骤（2）的具体操作如下：受试者连接肺电阻抗监测仪器，准备10% nacl 10ml，确认受试者已建立中心静脉导管；呼吸屏气开始后1秒，同步快速从中心静脉导管注射10ml的10% nacl 到体内进行肺血流灌注造影；期间持续采集胸部电阻抗信号的变化。
26.基于整个过程中，患者的胸腔内总的相对阻抗-时间变化曲线构建阻抗曲线，本领域技术人员可明显将阻抗划分成三个部分，即通气-呼吸末屏气-通气，进而得到通气阶段的阻抗信号、盐水造影阶段的阻抗信号。
27.s102：对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波生成肺区roi图；在一个实施例中，对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波，利用标准差的大小计算出肺区roi图，所述计算的公式为：其中δv为低通滤波后阻抗信号变化的标准差，vi为像素点i的信号在一段时间内的变化，为均值，n为时间内的帧数；在一个实施例中，采用低通滤波器对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波生成肺区roi图，所述低通滤波器频率设置为低于50每分钟；具体为使用3阶butterworth 滤波器分离呼吸相关信号，低通滤波器频率设置为50每分钟（~0.83hz）。低通滤波器相应频谱图见图4。
28.s103：对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波生成肺区roi图；在一个实施例中，对所述通气阶段的阻抗信号进行带通滤波，利用标准差的大小计算出心区roi图，所述计算的公式为：δq为带通滤波后阻抗信号变化的标准差，qi为像素点i的信号在一段时间内的变化，为均值，n为时间内的帧数。
29.在一个实施例中，使用3阶butterworth 滤波器分离心跳相关信号，带通滤波器频率设置为50每分钟和200每分钟，[0.83hz，3.33hz]。带通滤波器相应频谱图见图5。
[0030]
在一个具体实施例中，通过上述方法确定肺区和心区，图6中的点分别定位为相应通气和心跳标准差图中值最大的像素点。
[0031]
s104：基于盐水造影阶段的心区roi和肺区roi阻抗下降情况，计算盐水进入心区roi的起点时间与盐水进入肺区roi的时间的差值；在一个实施例中，取心区roi的阻抗开始下降作为盐水进入心区的起点时间（t0），取肺区roi的阻抗开始下降作为盐水进入肺区的时间（t1），计算盐水进入心区roi的起点时间与盐水进入肺区roi的时间的差值。具体的，在一个具体实施例中，盐水造影阶段右心相图的具体构建如下：屏气期间整体电阻曲线开始下降作为盐水进入心脏的起点（t0），取某roi肺区的阻抗开始下降作为盐水进入肺血管到达肺区的时间点（t1），因此t0-t1时间段的电阻曲线主要反映盐水主要进入聚集右心时期，应用t0-t1时间段的电阻-时间变化曲线，计算斜率，构建右心显像 。电阻-时间曲线的斜率计算窗为0.5秒，步长为0.5秒，通过分析t0-t1时期中的每个0.5秒窗中构建的右心相图。
[0032]
更具体的，右心相序列图中第i个像素点最佳斜率的计算通过第i个像素点灌注量计算公式得到：其中，tn为t0-t1时间段的第n个时间窗，a
i 为最小二乘法拟合曲线的最佳斜率，δ为某时间像素点i的相对阻抗值，b为截距。
[0033]
在呼气末屏气状态下，呼吸相关的阻抗变化几乎为零，阻抗变化主要受血流灌注影响，注入高渗盐水后像素点对应区域的阻抗下降，色阶、像素等特征相应改变，基于色阶、像素等特征的改变可在心区及肺区roi区域中检测盐水进入的时间点。
[0034]
s105：基于所述差值输出患者是否存在右心衰的分类结果。
[0035]
在一个实施例中，当差值间隔超过阈值，输出存在右心衰的分类结果。具体的，所述阈值通过无右心衰人群盐水进入心区roi的起点时间与盐水进入肺区roi的时间的差值的统计学结果确定阈值或阈值范围。
[0036]
在一个具体实施例中，图7是本发明实施例提供的心脏正常的病人的高渗盐水注射后的电阻抗变化曲线，上图为心脏区域盐水到达时刻（左侧虚线），下图为盐水到达肺部的时刻（右侧虚线），需时为1.5秒；图8是本发明实施例提供的三尖瓣反流的病人的高渗盐水注射后的电阻抗变化曲线，上图为心脏区域盐水到达时刻（左侧虚线），下图为盐水到达肺部的时刻（右侧虚线），需时为3.2秒。具体的，当差值间隔超过阈值2.5秒输出存在右心衰的分类结果，当差值间隔低于阈值2.5秒输出不存在右心衰的分类结果。
[0037]
所述右心衰包括瓣膜性疾病、栓塞性疾病、慢性肺部疾病、特发性肺动脉高压、先心病等，上述疾病中表现出因右心功能不全导致右心排血量的减少或速度减慢，进而导致浓盐水随血流从右心房右心室流向肺的时间变长。
[0038]
在一个具体实施例中，所述右心衰为三尖瓣反流。三尖瓣反流（tricuspid regurgitation，tr）是一种常见的瓣膜性疾病，可由右心室容积和压力超负荷，或心腔扩张引起。按病理变化结果三尖瓣病变可分为三尖瓣闭锁、关闭不全、下移畸形等。于本技术所
述方法，可以进行上述疾病早期监测。
[0039]
在一个具体实施例中，所述右心衰为栓塞性疾病。成人中肺栓塞是最常见的急性右心室负荷加重的原因，故而，基于本技术所述方法，可以早期监测肺栓塞等栓塞性疾病。
[0040]
在一个具体实施例中，所述右心衰为慢性肺部疾病。肺源性心脏病可表现为右心室肥厚无症状的右心室功能不全、右心衰，故而，基于本技术所述方法，可以早期监测慢性肺部疾病。
[0041]
在一个具体实施例中，所述右心衰为先心病。先心病包括巨大房间隔缺损合并左向右分流导致右心室负荷过重、法洛四联症修补术后肺动脉瓣反流、先天性右房室瓣下移畸形、右心室流出道机械性梗阻或血流动力学紊乱大动脉转位等，基于本技术所述方法，可以进行上述疾病早期监测。
[0042]
在一个实施例中，本发明实施例提供的基于盐水造影的右心衰图像分析方法，主要步骤包括：获取患者eit阻抗信号，包括通气阶段的阻抗信号、盐水造影阶段的阻抗信号；对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波生成肺区阻抗曲线；对所述通气阶段的阻抗信号进行带通滤波生成心区阻抗曲线；取所述心区阻抗曲线开始下降作为盐水进入心区的起点时间（t0），取所述肺区阻抗曲线开始下降作为盐水进入肺区的时间（t1），计算盐水进入心区的起点时间与盐水进入肺区的时间的差值；基于所述差值输出患者是否存在右心衰的分类结果。
[0043]
在一个具体实施例，所述方法还可以是：获取患者eit阻抗信号，包括通气阶段的阻抗信号、盐水造影阶段的阻抗信号；对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波生成肺区roi图及肺区阻抗曲线；对所述通气阶段的阻抗信号进行带通滤波生成心区roi图及心区阻抗曲线；基于盐水造影阶段的心区roi和肺区roi阻抗下降情况，计算盐水进入心区roi的起点时间与盐水进入肺区roi的时间的差值，作为第一差值；取所述心区阻抗曲线开始下降作为盐水进入心区的起点时间（t0），取所述肺区阻抗曲线开始下降作为盐水进入肺区的时间（t1），计算盐水进入心区的起点时间与盐水进入肺区的时间的差值，作为第二差值；基于所述第一差值和/或第二差、或二者的平均值输出患者是否存在右心衰的分类结果。
[0044]
在一个具体实施例中，可以同时参考基于图像计算得到的第一差值和基于阻抗曲线计算得到的第二差值或二者的平均值。
[0045]
在一个实施例中，屏气期间整体电阻曲线开始下降作为盐水进入心脏的起点（t0），肺区的阻抗开始下降作为盐水进入肺血管到达肺区的时间点（t1）；具体的，所述盐水进入心区的起点时间（t0）、盐水进入肺区的时间（t1）见图9所示。当盐水再次回流到心区时，心脏区阻抗-时间曲线会再次下降，开始下降的位置为时间点t2，第二个谷底时间点为t3。
[0046]
图2本发明实施例提供的基于盐水造影的右心衰图像分析系统，其包括：获取模块，用于获取患者eit阻抗信号，包括通气阶段的阻抗信号、盐水造影阶段
的阻抗信号；第一生成模块，用于对所述通气阶段的阻抗信号进行低通滤波生成肺区roi图；第二生成模块，用于对所述通气阶段的阻抗信号进行带通滤波生成心区roi图；计算模块，用于基于盐水造影阶段的阻抗下降情况，计算盐水进入心区roi的起点时间与盐水进入肺区roi的时间的差值；输出模块，用于基于所述差值，输出患者是否存在右心衰的分类结果。
[0047]
图3是本发明实施例提供的基于盐水造影的右心衰图像分析设备，包括：存储器和处理器；该设备还可以包括：输入装置和输出装置。
[0048]
存储器、处理器、输入装置和输出装置可以通过总线或者其他方式连接，图7所示的以总线连接方式为例；其中，存储器用于存储程序指令；处理器用于调用程序指令，当程序指令被执行时，用于执行上述基于盐水造影的右心衰图像分析方法。
[0049]
本发明提供的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述基于盐水造影的右心衰图像分析方法。
[0050]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0051]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0052]
作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0053]
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
[0054]
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器（rom，readonlymemory）、随机存取存储器（ram，randomaccessmemory）、磁盘或光盘等。
[0055]
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步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0056]
以上对本发明所提供的一种计算机设备进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。