CN111681200A - 骨骼肌损伤测量分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种骨骼肌损伤测量分析系统，包括：便携式超声设备用于对患者的骨骼肌损伤部位进行超声扫查，通过高频探头采集超声二维图像，并将超声二维图像实时传输到移动终端中；移动终端用于基于各超声二维图像及其感兴趣区域分别进行肌纤维回声强度、肌纤维回声强度均匀性、肌纤维的密度、肌纤维形状描述子、肌纤维条索的延展性、肌纤维分布的均匀性和肌纤维条索分布的周期性分析，并通过反馈界面显示肌纤维回声强度的分布图、肌纤维回声强度均匀性的分布图、肌纤维的密度的曲线图、肌纤维形状描述子的曲线图、肌纤维条索的延展性的曲线图、肌纤维分布的均匀性的曲线图和肌纤维条索分布的周期性的曲线图，以根据该些曲线图进行骨骼肌损伤综合分析。

Description

骨骼肌损伤测量分析系统

技术领域

本发明涉及骨骼肌损伤测量技术领域，特别是涉及一种骨骼肌损伤测量分析系统。

背景技术

创伤的快速救治是反映医疗机构综合水平和核心竞争力的重要指标之一。肌肉作为人体运动系统的重要组成部分，创伤受损较为常见，轻者影响肢体活动度，重至致残。高分辨率超声检查作为肌肉损伤首选的诊断工具，能够为肌肉损伤的诊断和预后评价提供有效的影像学信息，目前受超声设备和医师经验水平的限制，尚未能做出定量稳定的客观表述。

目前，较多基层医院尚未开展针对骨骼肌损伤的超声定量诊断，临床医师通常依据主观经验对患者肌肉损伤的病情严重程度和受损范围进行大致判断并治疗，且预后评估系统尚不完善。在驻岛、航海等军事卫勤保障任务中，即使配备了超声医师，也多为经验尚浅的年轻医师，对于骨骼肌损伤的定性诊断易受自身主观局限性影响。

因此，此种基层、战时骨骼肌超声诊断系统的不足之处显而易见：①依据经验对患者骨骼肌损伤病情严重程度和受损范围的诊断不够客观量化，可能延误治疗时机，影响预后；②长期从事肌肉超声诊断的超声医师较少，基层医院和军事任务中一线工作者累积的工作经验不足，对骨骼肌的损伤、修复程度进行识图判读时难免会有误差。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种新型的骨骼肌损伤测量分析系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供一种骨骼肌损伤测量分析系统，其特点在于，其包括便携式超声设备和移动终端；

所述便携式超声设备用于对患者的骨骼肌损伤部位进行超声扫查，通过高频探头采集超声二维图像，并将超声二维图像实时传输到移动终端中；

所述移动终端用于基于各超声二维图像及其感兴趣区域分别进行肌纤维回声强度、肌纤维回声强度均匀性、肌纤维的密度、肌纤维形状描述子、肌纤维条索的延展性、肌纤维分布的均匀性和肌纤维条索分布的周期性分析，并通过反馈界面显示肌纤维回声强度的分布图、肌纤维回声强度均匀性的分布图、肌纤维的密度的曲线图、肌纤维形状描述子的曲线图、肌纤维条索的延展性的曲线图、肌纤维分布的均匀性的曲线图和肌纤维条索分布的周期性的曲线图，以根据该些曲线图进行骨骼肌损伤综合分析。

较佳地，超声二维图像大小为M×N；

肌纤维回声强度的特征值的计算公式如下：

MI＝∫∫I(x，y)/S_ROI

其中，I(x，y)代表超声二维图像中感兴趣区域ROI在(x，y)像素点的灰度值，S_ROI表示感兴趣区域ROI的面积。

较佳地，肌纤维回声强度均匀性的特征值的计算公式如下：

较佳地，肌纤维的密度的计算公式如下：

DOT₁(σ，α)＝||1-Texton||/S_ROI

其中，||·||表示统计1-Texton的个数。

较佳地，肌纤维形状描述子的计算公式如下：

其中，

表示被计算的连通区域的像素点的集合，|T|代表集合T的势，NOP₁(i；σ，α)表示第i个1-Texton中的像素点个数，

值越小表明肌纤维形状越接近条索状。

较佳地，肌纤维条索的延展性，该特征根据描述要求统计肌纤维基元的长度的均值：：

较佳地，肌纤维分布的均匀性的计算公式如下：

其中，ω代表所有重心点的集合，重心点ci的坐标记为

D()统计的是欧氏距离。

较佳地，肌纤维条索分布的周期性的计算公式如下：

(u^*，v^*)＝argmax|G_b(u，v；σ，α)|，u∈[1，M-1]，v∈[1，N-1]

其中，G_b(u，v；σ，α)表示图像I_b(x，y；σ，α)进行二维离散傅立叶变换后的结果，||表示取其频谱成分。

较佳地，所述移动终端还用于通过反馈界面显示患者基本信息、添加或删除患者、损伤时间、损伤部位及其示意图、超声二维图像、操作者信息、冻结勾画的感兴趣区、量化分析结论、严重程度曲线图、受损范围曲线图等。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明以基于纹理特征的多尺度骨骼肌超声定量分析方法为核心，搭载基于计算机辅助超声图像处理软件，在一台配有高频探头的智能便携式超声诊断仪上实现对肌肉损伤的快速诊断以及预后评估。本发明将应用于急救现场、偏远基层、医疗车、远洋岛礁、军事卫勤训练保障，实现不同技术级别医师对肌肉损伤出可靠定量化、客观一致性高的的超声影像快速诊断和预后评价，确保早期救治。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的骨骼肌损伤测量分析系统的示意图。

图2为本发明较佳实施例的反馈界面显示示意图。

图3为本发明较佳实施例的对两块感兴趣区域进行定量分析的显示示意图。

图4为本发明较佳实施例的对两块感兴趣区域定量分析后得出的图形。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例提供一种骨骼肌损伤测量分析系统，其包括便携式超声设备和移动终端(手机或电脑)。

所述便携式超声设备用于对患者的骨骼肌损伤部位进行超声扫查，通过高频探头采集超声二维图像，并将超声二维图像实时传输到移动终端中。

所述移动终端用于基于各超声二维图像及其感兴趣区域分别进行肌纤维回声强度、肌纤维回声强度均匀性、肌纤维的密度、肌纤维形状描述子、肌纤维条索的延展性、肌纤维分布的均匀性和肌纤维条索分布的周期性分析，并通过反馈界面显示肌纤维回声强度的分布图、肌纤维回声强度均匀性的分布图、肌纤维的密度的曲线图、肌纤维形状描述子的曲线图、肌纤维条索的延展性的曲线图、肌纤维分布的均匀性的曲线图和肌纤维条索分布的周期性的曲线图，以根据该些曲线图进行骨骼肌损伤综合分析。

其中，超声二维图像大小为M×N。

肌纤维回声强度(Muscle Intensity,MI)，此图像特征对应的是超声回声的强度衡量值，不同组织部位由于声阻抗特性和声衰减系数的差异对超声的回声强度是不同的，通常，病变区域与正常区域在回声强度上可能存在明显差异。该特征值的计算公式如下：

MI＝∫∫I(x，y)/S_ROI

其中，I(x，y)代表超声二维图像中感兴趣区域ROI在(x，y)像素点的灰度值，S_ROI表示感兴趣区域ROI的面积。

肌纤维回声强度均匀性(Homogeneity of Muscle Intensity，HMI)此图像特征衡量的是病变区域中的组织与正常区域中的组织是否基本相同，相同的介质(如构成、密度)对于同一超声波的回声强度应该是相同的，当组织区域发生病变如肌间出现血肿时，介质发生改变，回声强度随之改变，因此图像区域内的灰度的标准方差也会发生改变。该特征值的计算公式如下：

肌纤维的密度(Dense of Texton，DOT)，该图像特征反映了单位面积中肌纤维分布的密度。正常肌纤维声像图中，强弱回声呈现间隔有致的紧密分布，但横纹肌损伤后产生的渗出液分布在肌纤维之间会使得肌纤维密度发生改变。该特征统计1-Texton的密度。

DOT₁(σ，α)＝||1-Texton||/S_ROI

其中，||·||表示统计1-Texton的个数。

肌纤维形状描述子(Muscle Shape Descriptor，MSD)正常的肌纤维是呈条状的基元，而水肿的羽毛状肌纤维形状发生了明显变化。

描述子可以描述超声图像中肌纤维基元是呈条索状还是呈斑点状。

其中，

表示被计算的连通区域的像素点的集合，|T|代表集合T的势，NOP₁(i；σ，α)表示第i个1-Texton中的像素点个数，

值越小表明肌纤维形状越接近条索状。

肌纤维条索的延展性(Ductility ofMuscle Texton，DMT)，此特征反映的是肌纤维是否存在断裂。正常的肌纤维基元一般较长，延续性较好，而断裂的肌纤维则延续性被破坏，肌纤维基元较短。该特征根据描述要求统计肌纤维基元的长度的均值：

肌纤维分布的均匀性(Homogeneity ofMuscle Distribution，HMD)。此特征与

纹理特征是合并使用的。当肌肉损伤处较小且分散时，比较大范围内的图像区域中基元分布的均匀性也能够判断是否发生了病变。HMD值越大说明区域中基元分布的越不正常越不均匀，可能存在损伤区域。

其中，ω代表所有重心点的集合，重心点ci的坐标记为

D()统计的是欧氏距离。

肌纤维条索分布的周期性(Periodicity of Muscle Distribution，PMD)。正常肌纤维层状结构的分布存在明显的周期性，肌纤维按照某个距离值近似等距离间隔分布。当出现血肿或水肿后，由于肌束间的距离发生参差不齐的改变，分布的周期性会发生明显的改变。PMD的值越大说明超声图像呈现明显的周期性分布，反之则是损伤后存在血肿或水肿问题的随机弥散性纹理分布。

(u^*，v^*)＝argmax|G_b(u，v；σ，α)|，u∈[1，M-1]，v∈[1，N-1]

其中，G_b(u，v；σ，α)表示图像I_b(x，y；σ，α)进行二维离散傅立叶变换后的结果，| |表示取其频谱成分。

对超声图像进行定量分析后，通过一目了然的反馈窗口将所得结论合理展现，达到对骨骼肌损伤快速定量诊断和预后评估的提示性目的。

如图2-4所示，该反馈窗口可导入骨骼肌损伤测量分析系统运行所得数据及结论，同时存有便携式超声设备存储的肌肉损伤图片。其界面可包括受检者基本信息、添加或删除受检者、损伤时间、损伤部位及其示意图、实时传输存储的超声图像、操作者信息、冻结勾画的感兴趣区、量化分析结论、严重程度曲线图、受损范围曲线图等。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种骨骼肌损伤测量分析系统，其特征在于，其包括便携式超声设备和移动终端；

所述便携式超声设备用于对患者的骨骼肌损伤部位进行超声扫查，通过高频探头采集超声二维图像，并将超声二维图像实时传输到移动终端中；

所述移动终端用于基于各超声二维图像及其感兴趣区域分别进行肌纤维回声强度、肌纤维回声强度均匀性、肌纤维的密度、肌纤维形状描述子、肌纤维条索的延展性、肌纤维分布的均匀性和肌纤维条索分布的周期性分析，并通过反馈界面显示肌纤维回声强度的分布图、肌纤维回声强度均匀性的分布图、肌纤维的密度的曲线图、肌纤维形状描述子的曲线图、肌纤维条索的延展性的曲线图、肌纤维分布的均匀性的曲线图和肌纤维条索分布的周期性的曲线图，以根据该些曲线图进行骨骼肌损伤综合分析。

2.如权利要求1所述的骨骼肌损伤测量分析系统，其特征在于，超声二维图像大小为M×N；

肌纤维回声强度的特征值的计算公式如下：

MI＝∫∫I(x，y)/S_ROI

其中，I(x,y)代表超声二维图像中感兴趣区域ROI在(x,y)像素点的灰度值，S_ROI表示感兴趣区域ROI的面积。

3.如权利要求2所述的骨骼肌损伤测量分析系统，其特征在于，肌纤维回声强度均匀性的特征值的计算公式如下：

4.如权利要求2所述的骨骼肌损伤测量分析系统，其特征在于，肌纤维的密度的计算公式如下：

DOT₁(σ，α)＝||1-Texton||/S_ROI

其中，||·||表示统计1-Texton的个数。

5.如权利要求2所述的骨骼肌损伤测量分析系统，其特征在于，肌纤维形状描述子的计算公式如下：

其中，

τ表示被计算的连通区域的像素点的集合，|τ|代表集合τ的势，NOP₁(i；σ，α)表示第i个1-Texton中的像素点个数，

值越小表明肌纤维形状越接近条索状。

6.如权利要求2所述的骨骼肌损伤测量分析系统，其特征在于，肌纤维条索的延展性，该特征根据描述要求统计肌纤维基元的长度的均值：：

7.如权利要求2所述的骨骼肌损伤测量分析系统，其特征在于，肌纤维分布的均匀性的计算公式如下：

其中，ω代表所有重心点的集合，重心点ci的坐标记为

D()统计的是欧氏距离。

8.如权利要求2所述的骨骼肌损伤测量分析系统，其特征在于，肌纤维条索分布的周期性的计算公式如下：

(u^*，v^*)＝argmax|G_b(u，v；σ，a)|，u∈[1，M-1]，v∈[1，N-1]

其中，G_b(u，v；σ，α)表示图像I_b(x，y；σ，α)进行二维离散傅立叶变换后的结果，||表示取其频谱成分。

9.如权利要求1所述的骨骼肌损伤测量分析系统，其特征在于，所述移动终端还用于通过反馈界面显示患者基本信息、添加或删除患者、损伤时间、损伤部位及其示意图、超声二维图像、操作者信息、冻结勾画的感兴趣区、量化分析结论、严重程度曲线图、受损范围曲线图等。

Images