CN112842287B - 测量血管硬化参数装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种测量血管硬化参数装置和方法，涉及数据处理技术领域，其中，装置包括：几何测量模块，用于通过成像设备获取血管的血管横截面图像和血管纵截面图像；压力测量模块，用于通过传感器获取血管的压力信号；数据处理模块，用于对血管横截面图像和血管纵截面图像进行分析，获取几何变化波形，以及对压力信号进行分析，获取压力变化波形，以及根据几何变化波形和压力变化波形进行处理，获取血管硬化参数；显示输出模块，用于显示血管硬化参数。由此，可以获取稳定的血管硬化参数，具有较好的临床应用价值。
Description
技术领域
本申请涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种测量血管硬化参数装置和方法。
背景技术
近年来，心血管系统疾病已成为全球人类健康的头号杀手，居各种死因首位。研究表明，血管壁的病变及其发生发展是心肌梗死、中风等多种心血管并发症的直接原因，多数血管壁的病变会导致动脉弹性性质(也即，力学性质)的改变，因此在体测量动脉弹性性质对心血管疾病的早期筛查和诊断具有重大意义。
具体地，解剖学表明弹性动脉由三层膜结构构成，中膜是承担动脉力学性质的主要结构，中膜由弹性纤维、胶原纤维、平滑肌细胞等成分构成。弹性纤维作为基底材料，其上缠绕着两束对称分布的胶原纤维束，使得血管表现出很强的各向异性和应变硬化的性质。所谓各向异性，是指血管沿环向和轴向的弹性模量不同；所谓应变硬化，是指随着血管变形的增加，其瞬时弹性模量也随之增加。需要说明的是，从力学角度讲，弹性模量是从材料满足线性关系出发得到的力学性质，若采用更精确的非线性模型，则应当用硬化参数来描述血管的力学性质。
相关技术中，局部测量、区域测量或全身系统测量的方式都不能准确获取血管硬化参数。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种测量血管硬化参数装置，可以获取稳定的血管硬化参数，具有较好的临床应用价值。
本申请的第二个目的在于提出一种测量血管硬化参数方法。
为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种测量血管硬化参数装置，包括：几何测量模块、压力测量模块、数据处理模块和显示输出模块；
所述几何测量模块，用于通过成像设备获取血管的血管横截面图像和血管纵截面图像；
所述压力测量模块，用于通过传感器获取所述血管的压力信号；
所述数据处理模块，用于对所述血管横截面图像和所述血管纵截面图像进行分析，获取几何变化波形，以及对所述压力信号进行分析，获取压力变化波形，以及根据所述几何变化波形和所述压力变化波形进行处理，获取血管硬化参数；
显示输出模块，用于显示所述血管硬化参数。
本申请实施例的测量血管硬化参数装置，通过几何测量模块，用于通过成像设备获取血管的血管横截面图像和血管纵截面图像；压力测量模块，用于通过传感器获取血管的压力信号；数据处理模块，用于对血管横截面图像和血管纵截面图像进行分析，获取几何变化波形，以及对压力信号进行分析，获取压力变化波形，以及根据几何变化波形和压力变化波形进行处理，获取血管硬化参数；显示输出模块，用于显示血管硬化参数。由此，可以获取稳定的血管硬化参数，具有较好的临床应用价值。
在本申请的一个实施例中，所述对所述血管横截面图像和所述血管纵截面图像进行分析，获取几何变化波形，包括：
以预设形状对所述血管横截面图像进行拟合，获取横截面积，并根据所述横截面积确定血管半径；
根据所述血管纵截面图像测量血管的内中膜厚度；
根据所述血管半径和所述内中膜厚度，获取所述几何变化波形。
在本申请的一个实施例中，所述对所述压力信号进行分析，获取压力变化波形；
根据所述压力信号确定压力值；
根据所述压力值，获取所述压力变化波形。
在本申请的一个实施例中，所述根据所述几何变化波形和所述压力变化波形进行拟合处理，获取血管硬化参数，包括：
获取心电信号，并根据所述心电信号对所述几何变化波形和所述压力变化波形进行同步处理，获取实验压力半径曲线；
根据所述实验压力半径曲线中的实验压力数据和实验半径数据，以及预设压力半径曲线中的预设压力进行拟合，获取所述血管硬化参数。
在本申请的一个实施例中，所述根据所述实验压力半径曲线中的实验压力数据和实验半径数据，以及预设压力半径曲线中的预设压力进行拟合，获取所述血管硬化参数，包括：
给定血管材料的本构模型；基于力学原理和所述本构模型，建立与所述理论压力数据和所述理论半径数据对应的力学关系；
基于力学原理，建立与理论内中膜厚度和所述理论半径数据对应的几何关系；
根据所述力学关系和所述几何关系，以及所述实验压力数据、所述实验半径数据、所述实验内中膜厚度数据，拟合获取参数集，基于所述参数集获取所述血管硬化参数。
在本申请的一个实施例中，所述血管材料的本构模型为：
其中，W表示应变能密度函数，μ表示弹力纤维的剪切模量，c表示胶原纤维的剪切模量，bθ表示血管沿环向的硬化系数，bz表示血管沿轴向的硬化系数，λ为环向伸长比，λz为轴向伸长比，I1＝λ2+λz 2+λ-2λz -2，特别的，bθ为所述血管硬化参数。
在本申请的一个实施例中，所述力学关系为：
其中，P表示所述理论压力，μ表示弹力纤维的剪切模量，c表示胶原纤维的剪切模量，bθ表示血管沿环向的硬化系数，bz表示血管沿轴向的硬化系数，λ为环向伸长比，λi为内径对应的环向伸长比，λo为外径对应的环向伸长比，λz为轴向伸长比，特别的，λ＝ri/Ri，ri表示所述理论半径，Ri表示初始构型下的血管内径。
在本申请的一个实施例中，所述几何关系为：
其中，h为当前构型下的血管壁厚即所述理论内中膜厚度，H为初始构型下的血管壁厚，ri为当前构型下的血管内径即所述理论半径数据，Ri为初始构型下的血管内径，λz为轴向伸长比。
在本申请的一个实施例中，所述参数集为Ω＝(μ,c,bθ,bz,λz,Ri)，μ表示弹力纤维的剪切模量，c表示胶原纤维的剪切模量，bθ表示血管沿环向的硬化系数，bz表示血管沿轴向的硬化系数，λz为轴向伸长比，Ri为初始构型下的血管内径。
为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种测量血管硬化参数方法，包括：
通过成像设备获取血管的血管横截面图像和血管纵截面图像；
通过传感器获取所述血管的压力信号；
对所述血管横截面图像和所述血管纵截面图像进行分析，获取几何变化波形，以及对所述压力信号进行分析，获取压力变化波形，以及根据所述几何变化波形和所述压力变化波形进行拟合处理，获取血管硬化参数；
显示所述血管硬化参数。
本申请实施例的测量血管硬化参数方法，通过成像设备获取血管的血管横截面图像和血管纵截面图像；通过传感器获取血管的压力信号；对血管横截面图像和血管纵截面图像进行分析，获取几何变化波形，以及对压力信号进行分析，获取压力变化波形，以及根据几何变化波形和压力变化波形进行处理，获取血管硬化参数；显示血管硬化参数。由此，可以获取稳定的血管硬化参数，具有较好的临床应用价值。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例一所提供的一种测量血管硬化参数装置的结构示意图；
图2为本申请实施例的几何测量模块示意图(a)横轴切面超声测量方式(b)横轴切面超声图像序列(c)长轴切面超声测量方式(d)长轴切面超声图像序列；
图3为本申请实施例的压力测量模块示意图(a)压力测量方式(b)压平法血压测量原理；
图4为本申请实施例的(a)横截面面积拟合(b)内中膜厚度测量；
图5为本申请实施例的(a)半径测量波形(b)压力测量波形(c)压力-半径曲线；
图6为本申请实施例的血管等效力学模型的示例图；
图7为本申请实施例所提供的一种测量血管硬化参数装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的测量血管硬化参数装置和方法。
图1为本申请实施例一所提供的一种测量血管硬化参数装置的结构示意图。
如图1所示，该测量血管硬化参数装置包括：几何测量模块100、压力测量模块200、数据处理模块300和显示输出模块400。
其中，几何测量模块100，用于通过成像设备获取血管的血管横截面图像和血管纵截面图像；压力测量模块200，用于通过传感器获取血管的压力信号；数据处理模块300，用于对血管横截面图像和血管纵截面图像进行分析，获取几何变化波形，以及对压力信号进行分析，获取压力变化波形，以及根据几何变化波形和压力变化波形进行处理，获取血管硬化参数；显示输出模块400，用于显示血管硬化参数。
具体地，几何测量模块100负责获取浅表动脉在心动周期内的几何变化波形，可使用的成像设备包括但不限于超声成像、磁共振成像、CT成像等。一个实施例是由超声主机和超声探头构成，超声探头可选用普通线阵探头、凸阵探头、相控阵探头或柔性探头，探头中心频率在4～30MHz，超声主机需配备有心电采集模块，能够同步记录心电信号。
具体地，压力测量模块200负责获取浅表动脉在心动周期内的压力变化波形，可使用的设备包括但不限于压力传感器、光电传感器等。一个实施例是由压力传感器、模数转换器、桥式放大器构成，压力传感器的量程范围为0～500mmHg，测量精度不低于5mmHg，在压力测量系统需配备有心电采集模块，能够同步记录心电信号。
具体地，数据处理模块300主要由计算机及搭载其上的软件构成，主要负责处理来自几何测量模块和压力测量模块的数据，对数据分析拟合，得到血管硬化参数。
具体地，显示输出模块400主要由显示器和打印机构成，以屏显方式或打印纸张方式将血管硬化参数输出给用户，对于多组测量数据则以统计形式将数据输出给用户。
需要说明的是，几何测量模块既可设计成和压力测量模块直接同步，从而实现同时对血管进行测量；又可各自配备同步的心电测量元件，以心电为基准进行同步。
在本申请实施例中，对血管横截面图像和血管纵截面图像进行分析，获取几何变化波形，包括：以预设形状对所述血管横截面图像进行拟合，获取横截面积，并根据所述横截面积确定血管半径；根据血管纵截面图像测量血管的内中膜厚度；根据血管半径和内中膜厚度，获取几何变化波形。
在本申请的实施例中，对压力信号进行分析，获取压力变化波形；根据压力信号确定压力值；根据压力值，获取压力变化波形。
在本申请的实施例中，根据几何变化波形和压力变化波形进行处理，获取血管硬化参数，包括：获取心电信号，并根据心电信号对几何变化波形和压力变化波形进行同步处理，获取实验压力半径曲线；根据实验压力半径曲线中的实验压力数据和实验半径数据，以及预设压力半径曲线中的预设压力进行拟合，获取血管硬化参数。其中，预设压力半径曲线可以为理论压力半径曲线中的理论压力，也可以是仿真压力半径曲线中的仿真压力，具体根据应用需要选择设置。
在本申请的实施例中，根据实验压力半径曲线中的实验压力数据和实验半径数据，以及预设压力半径曲线中的预设压力进行拟合，获取血管硬化参数，包括：设定血管材料的本构模型；基于力学原理和本构模型，建立理论压力数据和理论半径数据的对应关系；基于力学原理，建立与理论内中膜厚度和理论半径数据对应的几何关系；根据力学关系和几何关系，以及实验压力数据、实验半径数据、实验内中膜厚度数据，拟合获取参数集，基于参数集获取血管硬化参数。
在本申请的实施例中，血管材料的本构模型可以根据应用场景需要选择设置，比如为：
其中，W表示应变能密度函数，μ表示弹力纤维的剪切模量，c表示胶原纤维的剪切模量，bθ表示血管沿环向的硬化系数，bz表示血管沿轴向的硬化系数，λ为环向伸长比，λz为轴向伸长比，I1＝λ2+λz 2+λ-2λz -2，特别的，bθ为所述血管硬化参数。
需要说明的是，本申请的血管材料的本构模型不限于(1)的形式，例如还可以为：
其中，W表示应变能密度函数，μ表示血管材料的剪切模量，b表示血管材料的硬化系数，I1＝λ2+λz 2+λ-2λz -2，λ为环向伸长比，λz为轴向伸长比。
在本申请的实施例中，力学关系为：
其中，P表示理论压力，μ表示弹力纤维的剪切模量，c表示胶原纤维的剪切模量，bθ表示血管沿环向的硬化系数，bz表示血管沿轴向的硬化系数，λ为环向伸长比，λi为内径对应的环向伸长比，λo为外径对应的环向伸长比，λz为轴向伸长比，特别的，λ＝ri/Ri，ri表示理论半径，Ri表示初始构型下的血管内径。
在本申请的实施例中，几何关系为：
其中，h为当前构型下的血管壁厚即理论内中膜厚度，H为初始构型下的血管壁厚，ri为当前构型下的血管内径即理论半径数据，Ri为初始构型下的血管内径，λz为轴向伸长比。
在本申请的实施例中，参数集为Ω＝(μ,c,bθ,bz,λz,Ri)，μ表示弹力纤维的剪切模量，c表示胶原纤维的剪切模量，bθ表示血管沿环向的硬化系数，bz表示血管沿轴向的硬化系数，λz为轴向伸长比，Ri为初始构型下的血管内径。
举例而言，以受试者测量颈总动脉为例，说明本申请的具体操作步骤，需要说明的是颈总动脉仅为一实施案例，该实施步骤原则上可适用于任一浅表血管：
具体地，用几何测量模块100对血管的横截面和纵截面分别进行测量，获取血管横截面搏动动画和血管内中膜厚度。作为一个实施例，采用超声成像系统。如图2a所示，将超声探头沿颈动脉短轴方向轻放在皮肤表面，避免挤压血管。调节超声探头的倾角，使探头成像面与局部血管垂直，并且血管横截面尽量保持在成像面的中部。记录超声图像5s，对应约5-7个心动周期，对应的逐帧图像记为F1,F2,…,Fn，如图2b所示。在记录超声图像时，同时记录心电信号ECG(心电图)。
具体地，以探头的正中位置为轴旋转探头90°，使得血管在超声下出现沿纵轴的切面视图，轻微调节探头位置，使得血管壁的内中膜清晰成像，如图2c所示。记录超声图像5s，对应约5-7个心动周期，对应的逐帧图像记为Fl1,Fl2,…,Fln，如图2d所示。
具体地，用压力测量模块200对颈动脉血压进行测量，作为一个示例，用压力传感计测量颈动脉血压,如图3a所示。本实施例中采用的测血压方法为压平法，如图3b所示，将压力传感器压紧颈动脉，使得颈动脉紧贴下方骨骼，动脉呈现扁平形状，记录压力传感器输出的压力信号。(需要强调的是，此时由传感器得到的压力波形仅为颈动脉血压的相对值，为得到压力绝对值需进行标定。)用电子血压计测量肱动脉收缩压和舒张压，由肱动脉压力值对颈动脉压力进行标定，具体标定方法将在下一节说明。记录压力波形5s，对应约5-7个心动周期。在记录压力信号时，同时记录心电信号ECG。
具体地，由几何测量模块100得到的血管横截面的图像，逐帧测量血管的腔内面积，可以将面积或等效半径作为实验数据进行分析。横截面面积可以是血管边界包围的面积，也可以是以圆形、椭圆形或其它形状进行拟合时得到的面积。作为一个实施例，以圆形对横截面面积进行拟合，面积记为A，由面积计算得到血管半径ri，测量波形如图5a所示。
具体地，由几何测量模块100得到的血管纵截面的图像，测量血管的内中膜厚度(IMT)。作为一个实施例，当采用超声测量内中膜厚度时，由于超声图像分辨率的限制，记录舒张期的内中膜厚度h(此时对应内中膜厚度的最大值，且血管直径达到最小值)，如图4b所示。
具体地，若血管压力是通过间接测量方法获得的，则需通过标定获得真实血压。作为一个示例，由压力传感器获得由血管搏动产生的皮肤表面压力波形，结合电子血压计得到的肱动脉压力值进行标定。标定的原则是认为肱动脉和颈动脉的舒张压和平均压相等，由此可得颈动脉的绝对压力值P，测量结果如图5b所示。
通过心电图将半径曲线(图5a)和压力曲线(图5b)进行时间对齐，得到压力-半径的关系曲线，如图5c所示。需要强调的是，可提取整个时段，也可提取加载段(即压力和半径都处于上升段的曲线部分)的压力和半径数据，作为对血管硬化参数进行拟合的原始数据。
血管硬化参数的拟合方法：用特定本构模型描述血管力学性质。作为一个示例，HGO本构模型：
其中，各个变量的含义是：W表示应变能密度函数，μ表示弹力纤维的剪切模量，c表示胶原纤维的剪切模量，bθ表示血管沿环向的硬化系数，bz表示血管沿轴向的硬化系数，λ为环向伸长比，λz为轴向伸长比，I1＝λ2+λz 2+λ-2λz -2。
建立厚壁圆筒受内压的力学模型，通过理论分析得到压力-半径(P-r)关系，例如，使用HGO本构下的结果：
其中，各个变量的含义是：λ为环向伸长比，λ＝r/R，R表示初始构型下的任一材料点处的半径，r表示当前构型下的相应材料点处的半径，如图6所示。λz为轴向伸长比，λz＝z/Z，表示血管在当前构型下的轴向长度与初始构型下的轴向长度之比。λi为内径处的伸长比，λi＝ri/Ri，其中Ri对应初始构型下的血管内径，ri对应当前构型下的血管内径，如图6所示。λo定义为λo＝ro/Ro，其中Ro＝Ri+H，ro＝ri+h，H和h分别对应初始构型和当前构型的血管壁厚。P表示压力，μ表示弹力纤维的剪切模量，c表示胶原纤维的剪切模量，bθ表示血管沿环向的硬化系数，bz表示血管沿轴向的硬化系数。
另外，由力学原理得到初始构型和当前构型下几何的关系：
其中，各个变量的含义是：H和h分别对应初始构型和当前构型的血管壁厚，Ri和ri分别对应初始构型和当前构型的血管内径，λz为轴向伸长比。
用理论曲线对测量结果进行拟合，获取参数集Ω，获取血管硬化参数。作为本步骤的实施细节，记实验数据为(rj,Pj)，j＝1,2,3,…,n，n表示实验数据点的总数，以及血管壁厚h。此处参数r特指血管内径ri。参数集定义为Ω＝(μ,c,bθ,bz,λz,Ri)，未知参数H通过(3)式、实验数据h、ri、参数集参数Ri、λz进行计算。用理论曲线(2)式对实验数据(rj,Pj)进行拟合，获取参数集Ω，并从Ω中提取参数bθ作为血管硬化参数。
通过改变初始猜测值重复获取参数集Ω，校核硬化参数的稳定性。以HGO本构模型为例，取不同的初始猜测值，硬化参数bθ的反演稳定性高，误差仅在±10％以内。
由此，可以得到稳定的血管硬化参数bθ，其表示的力学含义是血管沿环向的硬化指数，其值可作为表征血管硬化的直接参数。该材料参数具有稳定性好、力学含义清晰的特点，因此具有较好的临床应用价值，有望成为临床上对血管刚度进行诊断的新指标。
因此，本申请能够测得血管的硬化参数，具有操作简单、数据稳定的特点，包括几何测量模块、压力测量模块、数据处理模块和显示输出模块。几何测量模块负责获取浅表动脉在心动周期内的几何变化波形；压力测量模块负责获取浅表动脉在心动周期内的压力变化波形；数据处理模块负责图像、压力数据的提取和分析，由计算机及搭载其上的软件构成；显示输出模块由计算机构成，负责以屏显形式输出血管的硬化参数。
申请实施例的测量血管硬化参数装置，可行性好，测量方法简单，测量设备成本低廉，其成本远低于基于剪切波弹性成像的方法，测量血管的硬化参数，得到稳定的材料硬化参数，反映血管的本征力学性质，对动脉硬化等疾病检测具有潜在的应用价值，有望成为临床的一个新指标，实时性好，数据处理速度快，可以即时得到血管的硬化参数。
本申请实施例的测量血管硬化参数装置，通过几何测量模块，用于通过成像设备获取血管的血管横截面图像和血管纵截面图像；压力测量模块，用于通过传感器获取血管的压力信号；数据处理模块，用于对血管横截面图像和血管纵截面图像进行分析，获取几何变化波形，以及对压力信号进行分析，获取压力变化波形，以及根据几何变化波形和压力变化波形进行处理，获取血管硬化参数；显示输出模块，用于显示血管硬化参数。由此，可以获取稳定的血管硬化参数，具有较好的临床应用价值。
为了实现上述实施例，本申请还提出一种测量血管硬化参数方法。
图7为本申请实施例提供的一种测量血管硬化参数方法的流程示意图。
如图7所示，该测量血管硬化参数方法包括：
步骤101，通过成像设备获取血管的血管横截面图像和血管纵截面图像。
步骤102，通过传感器获取血管的压力信号。
步骤103，对所述血管横截面图像和血管纵截面图像进行分析，获取几何变化波形，以及对压力信号进行分析，获取压力变化波形，以及根据几何变化波形和压力变化波形进行处理，获取血管硬化参数。
步骤104，显示血管硬化参数。
本申请实施例的测量血管硬化参数方法，通过成像设备获取血管的血管横截面图像和血管纵截面图像；通过传感器获取血管的压力信号；对血管横截面图像和血管纵截面图像进行分析，获取几何变化波形，以及对压力信号进行分析，获取压力变化波形，以及根据几何变化波形和压力变化波形进行处理，获取血管硬化参数；显示血管硬化参数。由此，可以获取稳定的血管硬化参数，具有较好的临床应用价值。
需要说明的是，前述对测量血管硬化参数装置实施例的解释说明也适用于该实施例的测量血管硬化参数方法，此处不再赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带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，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的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。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种测量血管硬化参数装置，其特征在于，包括：几何测量模块、压力测量模块、数据处理模块和显示输出模块；
所述几何测量模块，用于通过成像设备获取血管的血管横截面图像和血管纵截面图像；
所述压力测量模块，用于通过传感器获取所述血管的压力信号；
所述数据处理模块，用于对所述血管横截面图像和所述血管纵截面图像进行分析，获取几何变化波形，以及对所述压力信号进行分析，获取压力变化波形，以及根据所述几何变化波形和所述压力变化波形进行处理，获取血管硬化参数，其中，所述根据所述几何变化波形和所述压力变化波形进行处理，获取血管硬化参数，包括：获取心电信号，并根据所述心电信号对所述几何变化波形和所述压力变化波形进行同步处理，获取实验压力半径曲线；根据所述实验压力半径曲线中的实验压力数据和实验半径数据，以及预设压力半径曲线中的预设压力进行拟合，获取所述血管硬化参数；
显示输出模块，用于显示所述血管硬化参数。
2.如权利要求1所述的测量血管硬化参数装置，其特征在于，所述对所述血管横截面图像和所述血管纵截面图像进行分析，获取几何变化波形，包括：
以预设形状对所述血管横截面图像进行拟合，获取横截面积，并根据所述横截面积确定血管半径；
根据所述血管纵截面图像测量血管的内中膜厚度；
根据所述血管半径和所述内中膜厚度，获取所述几何变化波形。
3.如权利要求1所述的测量血管硬化参数装置，其特征在于，所述对所述压力信号进行分析，获取压力变化波形；
根据所述压力信号确定压力值；
根据所述压力值，获取所述压力变化波形。
4.如权利要求1所述的测量血管硬化参数装置，其特征在于，所述根据所述实验压力半径曲线中的实验压力数据和实验半径数据，以及预设压力半径曲线中的预设压力进行拟合，获取所述血管硬化参数，包括：
给定血管材料的本构模型；
基于力学原理和所述本构模型，建立与理论压力数据和理论半径数据对应的力学关系；
基于力学原理，建立与理论内中膜厚度和所述理论半径数据对应的几何关系；
根据所述力学关系和所述几何关系，以及所述实验压力数据、所述实验半径数据、所述实验内中膜厚度数据，拟合获取参数集，基于所述参数集获取所述血管硬化参数。
5.如权利要求4所述的测量血管硬化参数装置，其特征在于，所述血管材料的本构模型为：
其中，W表示应变能密度函数，μ表示弹力纤维的剪切模量，c表示胶原纤维的剪切模量，bθ表示血管沿环向的硬化系数或者血管硬化参数，bz表示血管沿轴向的硬化系数，λ为环向伸长比，λz为轴向伸长比，I1＝λ2+λz 2+λ-2λz -2。
6.如权利要求4所述的测量血管硬化参数装置，其特征在于，所述力学关系为：
其中，P表示所述理论压力，μ表示弹力纤维的剪切模量，c表示胶原纤维的剪切模量，bθ表示血管沿环向的硬化系数，bz表示血管沿轴向的硬化系数，λ为环向伸长比，λi为内径对应的环向伸长比，λo为外径对应的环向伸长比，λz为轴向伸长比，特别的，λ＝ri/Ri，ri表示所述理论半径，Ri表示初始构型下的血管内径。
7.如权利要求4所述的测量血管硬化参数装置，其特征在于，所述几何关系为：
其中，h为当前构型下的血管壁厚即所述理论内中膜厚度，H为初始构型下的血管壁厚，ri为当前构型下的血管内径即所述理论半径数据，Ri为初始构型下的血管内径，λz为轴向伸长比。
8.如权利要求4所述的测量血管硬化参数装置，其特征在于，
所述参数集为Ω＝(μ,c,bθ,bz,λz,Ri)，μ表示弹力纤维的剪切模量，c表示胶原纤维的剪切模量，bθ表示血管沿环向的硬化系数，bz表示血管沿轴向的硬化系数，λz为轴向伸长比，Ri为初始构型下的血管内径。
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117197096B (zh) * | 2023-09-13 | 2024-02-20 | 广州麦笛亚医疗器械有限公司 | 一种基于血管图像的血管功能评估方法和系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108742570A (zh) * | 2018-06-20 | 2018-11-06 | 博动医学影像科技（上海）有限公司 | 基于冠脉优势类型获取血管压力差的方法及装置 |
| CN109567872A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-04-05 | 清华大学 | 基于机器学习的血管导波弹性成像方法及系统 |
Family Cites Families (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002045361A (ja) * | 2000-08-01 | 2002-02-12 | Sensor:Kk | 生体血管組織の縦弾性係数計測装置 |
| CN1559345A (zh) * | 2004-02-20 | 2005-01-05 | 无锡贝尔森影像技术有限公司 | 脑血管血液动力学检测方法和仪器 |
| CN2728423Y (zh) * | 2004-07-07 | 2005-09-28 | 无锡贝尔森影像技术有限公司 | 脑血管血液动力学检测仪器 |
| CN1631316A (zh) * | 2005-01-10 | 2005-06-29 | 上海德安生物医学工程有限公司 | 脑血管系统功能及脑循环动力学分析方法和仪器 |
| US9125732B2 (en) * | 2005-07-25 | 2015-09-08 | Vascular Dynamics, Inc. | Devices and methods for control of blood pressure |
| US7539533B2 (en) * | 2006-05-16 | 2009-05-26 | Bao Tran | Mesh network monitoring appliance |
| CN101474083A (zh) * | 2009-01-15 | 2009-07-08 | 西安交通大学 | 血管力学特性超分辨成像与多参数检测的系统与方法 |
| CN101699280B (zh) * | 2009-10-15 | 2011-08-17 | 北京索瑞特医学技术有限公司 | 超声无损检测粘弹性介质弹性的方法及其装置 |
| CN102113899A (zh) * | 2009-12-30 | 2011-07-06 | 东软飞利浦医疗设备系统有限责任公司 | 基于超声回波的血管实时二维动态信息提取方法 |
| US9801607B2 (en) * | 2010-01-31 | 2017-10-31 | Vladimir Shusterman | Evaluating arterial pressure, vasomotor activity and their response to diagnostic tests |
| US8315812B2 (en) * | 2010-08-12 | 2012-11-20 | Heartflow, Inc. | Method and system for patient-specific modeling of blood flow |
| CN102579017A (zh) * | 2011-01-11 | 2012-07-18 | 无锡华清医疗器械有限公司 | 无创血流动力学参数分析仪 |
| CA2798337A1 (en) * | 2012-12-04 | 2014-06-04 | University Of Winnipeg | Cardiovascular pulse wave analysis method and system |
| JP6091870B2 (ja) * | 2012-12-07 | 2017-03-08 | 東芝メディカルシステムズ株式会社 | 血管解析装置、医用画像診断装置、血管解析方法、及び血管解析プログラム |
| CN103054563B (zh) * | 2013-01-06 | 2016-02-24 | 深圳先进技术研究院 | 一种血管壁图像纹理特征的量化和提取方法 |
| US9339196B2 (en) * | 2013-03-14 | 2016-05-17 | Gong Bu Design Company | Non-invasive method and device of measuring the real-time continuous pressure of fluid in elastic tube and the dynamic compliance of elastic tube |
| WO2014142958A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Avinger, Inc. | Optical pressure sensor assembly |
| CN105580019B (zh) * | 2013-07-30 | 2018-09-14 | 哈特弗罗公司 | 为优化诊断性能利用边界条件模型化血流的方法和系统 |
| US9242088B2 (en) * | 2013-11-22 | 2016-01-26 | Simon Fraser University | Apparatus and methods for assisted breathing by transvascular nerve stimulation |
| JP2015160108A (ja) * | 2014-02-28 | 2015-09-07 | セイコーエプソン株式会社 | 超音波測定装置及び超音波測定方法 |
| JP6667999B2 (ja) * | 2014-05-16 | 2020-03-18 | キヤノンメディカルシステムズ株式会社 | 画像処理装置、画像処理方法、及びプログラム |
| US20160095572A1 (en) * | 2014-10-06 | 2016-04-07 | Sperion Medical Devices, LLC | System and Method for Non-Invasive Blood Pressure Measurement |
| KR102351124B1 (ko) * | 2014-11-07 | 2022-01-14 | 삼성메디슨 주식회사 | 혈관의 특징을 산출하는 방법 및 이를 위한 초음파 장치 |
| EP3220811B1 (en) * | 2014-11-17 | 2023-10-18 | David A. Borkholder | Blood pressure and arterial compliance estimation from arterial segments |
| EP3531914A4 (en) * | 2016-10-25 | 2020-04-15 | The Regents of The University of Michigan | PERIPHERAL VASCULAR RESISTANCE ESTIMATION USING A PIEZOELECTRIC MINISENSOR |
| JP7134687B2 (ja) * | 2018-04-20 | 2022-09-12 | キヤノンメディカルシステムズ株式会社 | Ｘ線診断装置、医用画像処理装置、及び医用画像診断装置 |
| CN109009001B (zh) * | 2018-07-02 | 2019-07-09 | 博动医学影像科技（上海）有限公司 | 血管压力差修正方法、装置和设备 |
| CN109171812B (zh) * | 2018-09-26 | 2021-08-10 | 南京邮电大学 | 一种基于弹性模量的颈动脉衰老预测方法 |
| CN110559015B (zh) * | 2019-08-26 | 2020-12-22 | 清华大学 | 血管生理参数测量方法、设备、计算机设备和存储介质 |
| CN111134635B (zh) * | 2019-12-31 | 2021-08-20 | 清华大学 | 血管弹性的检测方法、装置、电子设备和存储介质 |
-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108742570A (zh) * | 2018-06-20 | 2018-11-06 | 博动医学影像科技（上海）有限公司 | 基于冠脉优势类型获取血管压力差的方法及装置 |
| CN109567872A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-04-05 | 清华大学 | 基于机器学习的血管导波弹性成像方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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