CN105025786A - 对从电阻抗断层成像所获得信息进行简化的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用来简化通过电阻抗断层成像所获得信息的方法和设备，该方法包括以下步骤：通过电阻抗断层成像进行数据采集，并对数据进行对应的处理；应用至少一个算法来检测特定事件、状况或发展态势，以便允许对至少一个关注的区域的识别，以及生成包括至少该区域的图像，该区域可预先限定或由用户限定。关注的区域的图形表达可以通过对颜色、纹理、图、轮廓等的使用来获得。经过处理的数据由阻抗值或由阻抗值推导出的数据组成。

Description

对从电阻抗断层成像所获得信息进行简化的方法和设备
技术领域
本公开涉及电阻抗断层成像(EIT)，更具体地涉及图像的处理以便用更简单的方式对图像进行解读。
背景技术
电阻抗断层成像(EIT)是基于在患者的体表上应用频率范围在10kHz和2.5MHz之间的可变电信号来获取图像的技术。用于该目的的设备包括多个与皮肤相接触地放置的电极，该电极通过电导体连接到生成信号的处理单元。所使用的方法包括多个步骤，其中，在每个步骤中选择一对用于信号注入的电极，而在不用于信号的注入的电极处测量感应的电压。在随后的步骤中，选择其它用于信号注入的电极对，继续该序列直到设备的所有电极都被选择过，完成一个探测周期。通过电极捕获的感应电压提交至通过专用软件的处理，以允许生成代表在关注的身体中的换气(ventilation)和灌注(perfusion)现象的图像。
与呼吸速率计相比，电阻抗断层成像的重大优势之一是，例如，由于EIT产生图像，因此它为用户提供躯体的区域信息用于研究。
然而，与现有技术一致地，该图像以其最高可能的分辨率进行显示，其中每个像素具有各自对应的电阻抗值。使用了一些滤除噪声和改进图像的算法，但是为了在图像中显示每个像素，总是寻求确定每个像素的值。
尽管努力开发越来越精确的EIT设备，但是，在解读(interpretation)能力以及用户对由该设备生成的信息的利用方面，仍然呈现出极大的挑战。甚至连有经验的物理学家和理疗医师都认为对这些图像的解读是困难的。这是该项技术使用上的限制，如果该项技术得到广泛使用，通过允许对呼吸机和血液动力学参数的调整以及适当操作，其将在病患存活率方面带来显著的增长。
标题为“METHOD AND APPARATUS FOR DISPLAYING INFORMATION OBTAINED BYELECTRICAL IMPEDANCE TOMOGRAPHYDATA”的美国专利7,435,226描述了各种屏幕模式，并且建议使用图表和数值的方式来获得数据的简化，以帮助图像解读。用于生成图像的数据以不同的方式进行处理，用于计算和显示图表以及数值。
以图表或数值格式显示图像信息的尝试是有效的，但是并没有改善图像本身，正如所说的那样，图像本身是EIT主要的优势。相反的，对每个关注的区域都有一次构造以及多个图表，这给用户带来了更高级别的困难度，而没有带来对解读图像的认知努力的帮助。对于为EIT数据保留的空间受限的那些情况来说，例如在使用已经被安装在重症监护室的设备屏幕(例如，监控器或呼吸机)的EIT模块的情况中，这甚至更重要。
标题为“METHOD AND APPARATUS FOR SIMPLIFYING DIAGNOSTIC ASSESSMENTOF A MECHANICALLY VENTILATED PATIENT”的美国专利公开2009/0024008需要对不同来源的参数进行采集，因为要由此建立对肺部的图示，其根据呼吸量以及呼吸率或者增大或者减小。
肺部图示旨在为用户提供所获得生理参数的定性的图片。尽管乍一看，这好似一个有趣的观点，该项技术从数值值引导至新图形元素(图像)的产生，要求用户要考虑这样两种类型的表示。
标题为“METHOD AND APPARATUS FOR TIME-BASED ANALYSIS OF ELECTRICALIMPEDANCE TOMOGRAPHY DATA”的国际公开WO2012/007425描述了一种方法和设备，其中EIT图像包括一个或多个像素，表示针对像素或一组像素进行计算的特定阻抗值或甚至是特定PAT(脉冲到达时间)值。由于多个像素具有相同的潜在(underlying)值，则自然地，以相同的方式对该组进行表示。然而，使用具有不同阻抗值的一组像素并以取决于在这组像素所组成的区域中识别出的状况、事件或发展态势的统一的方式表示，这并没有解决简化图形表达的问题。
标题为“APPRATUS AND METHOD TO DETERMINE FUNCTIONAL LUNGCHARACTERISTCS”的美国专利公开2012/0228143描述了一种设备和方法，通过电阻抗断层成像来确定肺的功能特征。从关注的区域中，对每个区域均计算在该区域的阻抗与总体阻抗之间的比例，产生表示这些比例的图表和指标。该文献没有说明这些指标通过关注的区域的统一表达而被显示在图像本身中。相反的，它指的是不会改善图像本身的数值指标和图表，给用户带来了更高级别的困难度。
因此，很显然现有技术没有产生对图像的简化，因为其没有提供其它的方式来表示或减少信息。
发明内容
如前所述，本发明的目的是提供一种方法和设备，用来简化用户对通过电阻抗断层成像所获得的图像的解读，使得该项技术能更有效和可靠的普及。
另一个目的是提供用于确定关注的区域的方法和设备。
另一个目的是提供一种对每个关注的区域在图像本身中提供能够显示在这些区域中的多个状况、事件和发展态势的图形表达的方法和设备。
另一个目的是提供一种方法和设备，用于建议对关注的区域中识别出的异常和偏差的进行校正的方法。
综合描述
前述提到的目的及其它目的均可由本公开通过包括以下步骤的方法来实现：
●通过电阻抗的数据采集；
●数据处理；
●应用至少一个算法来检测特定的状况、发展态势或事件；
●识别至少一个关注的区域，该区域包括具有共同的某种潜在状况、事件或发展态势的两个或更多个像素的组。
依照本公开的另一个特征，该方法包括以下附加的步骤：
●识别至少一个图形表达，该图形表达至少包括构成关注的区域(ROI)的两个或更多个像素的组；
●生成图像，该图像包括带有对应表达的至少一个关注的区域。
依照本公开的另一个特征，基本的步骤可随着时间重复执行。
依照本公开的另一个特征，当处理数据时，至少一个关注的区域能被自动地限定。
依照本公开的另一个特征，预先限定至少一个关注的区域。
依照本公开的另一个特征，由用户限定至少一个关注的区域。
依照本公开的另一个特征，随着时间对至少一个关注的区域进行修改。
依照本公开的另一个特征，通过使用颜色来完成对关注的区域中状况、危险情况或发展态势的图形表达。
依照本公开的另一个特征，通过使用纹理(例如带方格或条纹的图案，或具有区别厚度的线条等)来实现对关注的区域中状况、危险情况或发展态势的图形表达。
依照本公开的另一个特征，通过使用图形，可包括尤其是椭圆、箭头、塌陷的肺泡(collapsed alveolus)、极度膨胀的肺泡(hyperdistended alveolus)、阻塞的动脉或通行标志，来实现对关注的区域中状况、危险情况或发展态势的图形表达。
依照本公开的另一个特征，关注的区域的图形表达可指示该区域中某种状况的主导地位，该状况尤其包括肺不张(atelectasis)、膨胀过度(hyperdistention)、潮汐复张(tidal recruitment)、相移换气(phase-shiftventilation)、肺内分流(不带换气的灌注)、死腔(不带灌注的换气)、异常换气的动态模式、异常换气分布、异常解剖、肺动脉高压、血容量状态(volemicstatus)、肺阻力或肺顺应性。
依照本公开的另一个特征，关注的区域的图形表达可指示该关注的区域中事件的出现，所述事件尤其是包括气胸、阻塞或选择性插管。
依照本公开的另一个特征，关注的区域的图形表达可指示该区域中的发展态势，例如肺泡塌陷的增加。
依照本公开的另一个特征，对甚至包括具有不同潜在阻抗值的像素的关注的区域以统一的方式进行表达。
依照本公开的另一个特征，关注的区域的图形表达建议尤其是例如肺泡复原操作的程序、病患所需含水量、对人工呼吸器的调整或者开始或结束撤机操作的建议。
依照本公开的另一个特征，可以通过对两个或更多个图形表达的组合对关注的区域进行特征化，两个或更多个图形表达可以相互重叠并且同时显示、交替显示或按优先顺序依次显示。
依照本公开的另一个特征，所提出的设备包括阻抗断层成像设备，所述阻抗断层成像设备具有获取阻抗信号的装置、处理所采集数据的装置、识别由两个或更多个像素组成的关注的区域的图形表达的处理装置、以及生成包括至少一个关注的区域及其对应的表达的图像的装置。
依照本公开的另一个特征，所提出的设备可以包括自动限定关注的区域、存储预先定义的ROI以及允许用户定义关注的区域的处理装置。
依照本公开的另一个特征，所提出的设备可以包括用户界面，用于显示、记录、打印和/或传输数据及所生成的图像。
附图说明
本公开的其它特征及优势将通过对优选实施例(仅作为示例给出而不是对发明的限制)的描述及其参照的附图而更清楚，其中：
图1示意性地示出了依照现有技术的由EIT设备显示的图像。该图像以其较高的分辨率显示，其中根据预先确定的颜色图案，对每个像素的值进行计算及显示。
图2示意性地示出了依照现有技术的从生成图像的相同数据绘制出用来简化信息的图表和其它方式。通常，在图像侧上显示这些，但是这些并没有简化图像本身。
图3示意性地示出了根据现有技术的关注的区域(ROI)的概念。在该图中，圆圈对所选择的三个关注的区域进行了划界，并且从这些区域建立图形以及绘制数值。
图4示意性地示出了依照现有技术的从EIT产生的图像中限定关注的区域。对每个关注的区域，使用图形和数值来降低和简化信息，以帮助图像解读。然而，该方法对用户带来了更高级别的困难度，因为这还增加他/她对解读信息的认知过程的水平。
图5A显示了传统EIT的相应的图像，用来强调通过本公开更容易解读图像。图5B示意性地示出了对包含两个或更多个像素的组的关注的区域的限定。此外，对每个关注的区域确定图形表达，其指示了在该区域中占主导地位的状况，例如，肺后部的塌陷以及肺前部的极度膨胀。
图6A显示了传统EIT的相应的图像，用来强调通过本公开更容易解读图像。图6B示意性地示出了关注的区域及其相应的表达，其指示了在该区域中选择性插管事件的出现。
图7A显示了传统EIT的相应的图像，用来强调通过本公开更容易解读图像。图7B示意性地示出了关注的区域及其相应的表达，其指示了在该区域中气胸事件的出现。
图8A和8B示意性地示出了相同区域的换气和血液动力学的表达的组合。如图8B所示，在每个关注的区域中使用与颜色重叠的带方格的纹理，而不是如图8A所示的那样简单的将它们并排显示，或将图像重叠。
图9示意性地示出了所述方法的基本步骤的流程图。
具体实施方式
在那些需要立即进行医疗干预的情况中，图像的简化将带来关于解读和操作的优势。
据此，除了用特定颜色或纹理指示病理状况，本公开的设备还可以指示应当做什么，以使得受影响的区域可以再次显示被认为是正常的颜色。
依照本公开，EIT设备具有识别例如导致肺不张的像素的算法，这些像素的对应的肺泡正在塌陷。如图5B中示例所示，对图像进行处理以便于指示特定的关注的区域的主要状况，而不是按一个个像素来显示图像，以尽可能接近充气(或灌注)状态而显示特定的肺泡，这样简化了对将采用的方法的识别，并因此简化了该临床方法的有效性的验证。适当地，应当注意关注的区域可以包含具有不同阻抗值的像素，以及在该情况中的关注的区域由被认为最突出和/或最重要的另一个状况来限定。
在给定区域可能同时发生多个状况、重要的事件和发展态势。本发明提供对每个区域进行显示，以便于同时指示其相关的状况、事件或发展态势。这样进行的示例性的方式是通过使用纹理、颜色和轮廓厚度来对每个关注的区域进行同时显示的(如图6B、7B和8B)。
本公开通过确定关注的区域以及用于显示每个区域的图形元素而简化了通过EIT生成的图像。这完全不同于现有技术，其产生了信息的减少，例如，图2所示，沿着时间或数值的图形。
对于通过EIT获得的给定数据组，经受数据处理，以及该数据处理包括，例如：
——识别塌陷和膨胀过度的算法，
——识别气胸的算法，
——检测换气分布的算法，
——检测分流、死腔等的算法，以及
——确定所识别或检测到的状况的优先顺序的算法。
基于这些算法的结果，该设备指示可能的关注的区域，并且建议适当的方式来显示通过应用该算法所获得的结果，对生成的图像本身进行简化。
可替换的，关注的区域可以被先验地(或者通过存储在系统中的参数，或者通过用户引入的标准)限定。应用一个或多个算法来限定每个区域必须被怎样显示。更为关注的事件类型、状况类型以及病患数据也有助于重新定向优先次序，并且可有助于数据处理。
对所采集的数据周期性地应用这些算法，以对新的关注的区域提出建议、更新当前关注的区域的表达、以及甚至检测事件，并因此在关注的区域中进行显示。
该处理自然地以建议将由用户执行的诊断和/或程序而达到顶峰，例如，对于肺泡塌陷将建议进行复原操作。
从而，它们构成了临床决策支持工具。
最后，应当意识到所述图像可在EIT本身或与其连接的设备上进行显示。对数据的分析可由在物理上与信号获取电路相接近、或者甚至与能集成EIT的设备相接近(或集成其中)的处理器执行。

Claims (20)

1.一种用来简化通过电阻抗断层成像所获得的信息的方法，该方法包括以下基本步骤：
通过电阻抗进行数据采集；
数据处理；
应用至少一个算法来检测特定的状况、发展态势或事件；
以及
限定至少一个关注的区域，该区域包括具有共同的特定状况、事件或发展态势的两个或更多个像素的组。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：
为至少一个关注的区域限定至少的图像表达；
以及
生成包括具有对应的表达的至少一个关注的区域的图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据处理使用阻抗数据或由阻抗数据推导出的数据。
4.根据权利要求1或2中的任一个所述的方法，其中随着时间重复所述步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其中当处理数据时，自动地限定至少一个关注的区域。
6.根据权利要求1所述的方法，其中预先限定至少一个关注的区域。
7.根据权利要求1所述的方法，其中由用户限定至少一个关注的区域。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中随着时间对至少一个关注的区域进行修改。
9.根据权利要求2所述的方法，其中通过以下的图形特征中的一个或多个来获得对关注的区域的图形表达：
使用颜色；
使用纹理；
使用图；以及
使用概述关注的区域的轮廓。
10.根据权利要求2所述的方法，其中关注的区域的图形表达指示所述关注的区域中的特定状况的主导地位，该状况尤其例如肺不张、膨胀过度、潮汐复张、相移换气、肺内分流、死腔、异常的换气的动态模式、异常换气分布、异常解剖、肺动脉高压、异常血容量状态(高或低)、肺阻力和肺顺应性。
11.根据权利要求2所述的方法，其中关注的区域中的图形表达指示该关注的区域中事件的出现，该事件来自包括尤其是气胸、阻塞或选择性插管的集合。
12.根据权利要求2所述的方法，其中关注的区域的图形表达指示该区域中的发展态势，该发展态势来自包括尤其是气胸、阻塞和选择性插管的集合。
13.根据权利要求1所述的方法，其中相同的关注的区域的两个或更多个像素呈现它们的相应的彼此不同的阻抗值。
14.根据权利要求2所述的方法，其中关注的区域的图形表达从尤其包括肺泡复原操作、人工呼吸器的调整以及撤机操作的集合中建议程序。
15.根据权利要求9、10、11或12中的任一所述的方法，其中通过对两个或更多个图形表达进行组合来特征化关注的区域。
16.根据权利要求9或15中的任一所述的方法，其中特征化关注的区域的图形表达是重叠的并且同时显示的。
17.根据权利要求9或15中的任一所述的方法，其中特征化关注的区域的图形表达是交替显示的。
18.根据权利要求9或15中的任一所述的方法，其中特征化关注的区域的图形表达是按优先顺序显示的。
19.一种用来简化通过电阻抗断层成像所获得的信息的设备，依照权利要求1到8中的任一项所述的方法，该设备包括：
获取阻抗信号的装置；
处理所采集数据的装置；
限定由两个或更多个像素组成的关注的区域的装置；
对所述包含两个或更多个像素的关注的区域限定图形表达的处理装置；以及
生成图像的装置，该图像包括具有对应的表达的至少一个关注的区域。
20.根据权利要求19所述的设备，该设备还包括数据的界面以及所生成的图像的界面，所述设备包含以下元件中的至少一个元件：
显示所生成的图像的装置；
记录所生成的图像的装置；
传输所生成的图像的装置；
打印所产生的生成的图像的装置；
用户界面装置，用于限定由两个或更多个像素组成的关注的区域；
以及
存储所述关注的区域的装置。
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