CN114343603A - 基于阻抗数据的肺血流监测系统、监测方法及分析系统 - Google Patents

Abstract

本公开描述了一种基于阻抗数据的肺血流监测系统、监测方法及分析系统，肺血流监测系统包括接收单元、计算单元和选择单元；接收单元用于接收位于观察时间段之内待测对象的目标位置的阻抗数据；计算单元基于心率获取多个心跳周期时刻、各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图和其对应的面积，基于心脏部位的阻抗数据确定心率；选择单元用于从多个肺血流灌注图中选择面积大于预设面积的肺血流灌注图作为目标肺血流灌注图，其中，预设面积与身体质量指数呈负相关或由多个肺血流灌注图的最大面积确定。由此，能够准确识别灌注物到达肺组织各区域的终止时刻，并且能够根据肺血流灌注图的面积提供准确且可靠的肺部的肺血流灌注图以监测肺血流。

Description

基于阻抗数据的肺血流监测系统、监测方法及分析系统

技术领域

本公开大体涉及电阻抗断层成像技术领域，具体涉及一种基于阻抗数据的肺血流监测系统、监测方法及分析系统。

背景技术

电阻抗断层成像技术具有无创、无辐射和便携等优点，在床旁实时监护方面具有良好的应用潜力。利用电阻抗断层成像技术生成的阻抗数据能够精确地对肺部的生理状态进行分析。例如，可以基于肺血流灌注过程的阻抗数据生成肺血流灌注图以了解肺血流供应或对肺部的生理状态进行评估。

然而，在肺血流灌注中，注射的灌注物(例如盐水)到达肺血管的时间不同，而且达到肺组织各区域的时间也不同，存在时间误差。因此，如何确定准确的肺血流灌注图还有待于研究。

发明内容

本公开是鉴于上述的状况而提出的，其目的在于提供一种能够准确识别灌注物到达肺组织各区域的终止时刻，并且能够根据肺血流灌注图的面积提供准确且可靠的肺部的肺血流灌注图以监测肺血流的基于阻抗数据的肺血流监测系统、监测方法及分析系统。

为此，本公开的第一方面提供了一种基于阻抗数据的肺血流监测系统，所述肺血流监测系统利用由肺血流灌注过程的阻抗数据获得的目标肺血流灌注图对肺血流进行监测，包括接收单元、计算单元和选择单元；所述接收单元用于接收位于观察时间段之内待测对象的目标位置的阻抗数据，其中，所述目标位置包括肺部和心脏部位，所述阻抗数据包括所述目标位置的各个像素随时间变化的阻抗；所述计算单元基于心率获取多个心跳周期分别对应的多个心跳周期时刻，并获取所述多个心跳周期时刻中各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图和各个肺血流灌注图的面积，其中，基于所述心脏部位的阻抗数据确定所述心率；以及所述选择单元用于从多个肺血流灌注图中选择面积大于预设面积的肺血流灌注图作为所述目标肺血流灌注图，其中，所述预设面积与身体质量指数呈负相关或由所述多个肺血流灌注图的最大面积确定。

在本公开中，基于心脏部位的阻抗数据确定心率，并基于该心率获取肺灌注后的多个心跳周期时刻，然后根据随时间变化的局部的阻抗分别计算各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图和各个肺血流灌注图的面积，并通过比较多个肺血流灌注图的面积，确定目标肺血流灌注图。在这种情况下，根据局部的阻抗变化能够精准地识别出肺组织各区域的终止时刻，而且能够根据肺血流灌注图的面积提供准确且可靠的肺部的肺血流灌注图，进而能够利用肺血流灌注图监测肺血流情况。

另外，在本公开的第一方面所涉及的肺血流监测系统中，可选地，所述计算单元获取各个肺血流灌注图的面积包括：以每个肺血流灌注图中像素的最大值的预设比例作为预设像素值；选择像素值大于所述预设像素值的像素作为各个肺血流灌注图的灌注像素；并且将各个肺血流灌注图的灌注像素的数量作为各个肺血流灌注图的面积。由此，能够获得各个肺血流灌注图的面积。

另外，在本公开的第一方面所涉及的肺血流监测系统中，可选地，所述选择单元还用于判断是否存在多个大于所述预设面积的肺血流灌注图，若存在，则从该多个大于所述预设面积的肺血流灌注图中选择对应的心跳周期时刻最大的肺血流灌注图作为所述目标肺血流灌注图。由此，能够获得准确的目标肺血流灌注图。

另外，在本公开的第一方面所涉及的肺血流监测系统中，可选地，所述计算单元基于所述心脏部位的阻抗数据确定所述心率为：基于所述心脏部位的阻抗数据确定所述心脏部位的至少一个像素对应的目标阻抗波形，基于所述目标阻抗波形确定所述心率。由此，能够基于心脏部位的阻抗数据确定心率。

另外，在本公开的第一方面所涉及的肺血流监测系统中，可选地，所述多个心跳周期时刻中第k个心跳周期时刻T_k满足公式：T_k＝T_b+60/HR×(k+1)，其中，T_k<T_e，HR表示所述心率，T_b表示所述观察时间段中的灌注时刻，T_e表示所述观察时间段中的通气时刻。由此，能够基于心率获取心跳周期时刻。

另外，在本公开的第一方面所涉及的肺血流监测系统中，可选地，所述计算单元获取各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图包括：获取所述肺部的像素在预设时间范围内随着时间变化的阻抗作为所述肺部的像素对应的阻抗序列，其中，所述预设时间范围为所述多个心跳周期时刻中的各个心跳周期时刻至所述观察时间段中的通气时刻减去预设窗长；并且基于滑窗法的时间窗获取所述阻抗序列的多个时间片段内的阻抗分别对应的多个下降斜率并将最大的下降斜率作为所述肺血流灌注图的像素的像素值，其中，所述时间窗的窗长为所述预设窗长。由此，能够基于肺部随时间变化的阻抗获取各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图。

本公开第二方面提供了一种基于阻抗数据的肺血流监测方法，所述肺血流监测方法利用由肺血流灌注过程的阻抗数据获得的目标肺血流灌注图对肺血流进行监测，包括：接收位于观察时间段之内待测对象的目标位置的阻抗数据，其中，所述目标位置包括肺部和心脏部位，所述阻抗数据包括所述目标位置的各个像素随时间变化的阻抗；基于心率获取多个心跳周期分别对应的多个心跳周期时刻，并获取所述多个心跳周期时刻中各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图和各个肺血流灌注图的面积，其中，基于所述心脏部位的阻抗数据确定所述心率；并且从多个肺血流灌注图中选择面积大于预设面积的肺血流灌注图作为所述目标肺血流灌注图，其中，所述预设面积与身体质量指数呈负相关或由所述多个肺血流灌注图的最大面积确定。

在本公开中，基于心脏部位的阻抗数据确定心率，并基于该心率获取肺灌注后的多个心跳周期时刻，然后根据随时间变化的局部的阻抗分别计算各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图和各个肺血流灌注图的面积，并通过比较多个肺血流灌注图的面积，确定目标肺血流灌注图。在这种情况下，根据局部的阻抗变化能够精准地识别出肺组织各区域的终止时刻，而且能够根据肺血流灌注图的面积提供准确且可靠的肺部的肺血流灌注图，进而能够利用肺血流灌注图监测肺血流情况。

本公开第三方面提供了一种肺部生理状态分析系统，包括上述第一方面的肺血流监测系统和肺通气血流比装置；所述肺血流监测系统用于获取目标肺血流灌注图；以及所述肺通气血流比装置基于所述目标肺血流灌注图获取用于分析肺部生理状态的肺通气-血流比图。

在本公开中，通过肺血流监测系统获取准确且可靠的肺部的肺血流灌注图，进而基于目标肺血流灌注图获取肺通气-血流比图。由此，能够更直观地分析肺部的生理状态。

另外，在本公开的第三方面所涉及的肺部生理状态分析系统中，可选地，所述肺通气-血流比图VP满足公式：VP＝Ventilation/Perfusion，其中，Ventilation表示目标肺区的每分钟通气图，Perfusion表示所述目标肺区的每分钟肺血流灌注图，所述目标肺区为肺通气区域和肺血流灌注区域之和；所述每分钟通气图的第i个像素的像素值Ventilation_i满足公式：Ventilation_i＝(RR×V_T×(1-DS％))×V_i/V_lung，其中，RR表示呼吸频率，V_T表示潮气量，DS％表示死腔占总通气的比例，V_i表示平均潮气图中所述目标肺区的第i个像素的像素值，V_lung表示潮气值；所述每分钟肺血流灌注图的第i个像素的像素值Perfusion_i满足公式：

其中，SV表示心脏部位的每搏输出值，HR表示心率，PerfusionMap_lung表示所述目标肺血流灌注图中所述目标肺区对应的肺血流灌注值，

表示所述目标肺血流灌注图中所述目标肺区的第i个像素的像素值。由此，能够获取肺通气-血流比图。

另外，在本公开的第三方面所涉及的肺部生理状态分析系统中，可选地，将所述心脏部位的像素对应的阻抗在目标时间范围内的下降斜率之和作为所述每搏输出值，其中，所述目标时间范围为观察时间段中的灌注时刻至所述灌注时刻加1秒。由此，能够基于心脏部位的阻抗获取每搏输出值。

根据本公开，能够提供一种能够准确识别灌注物到达肺组织各区域的终止时刻，并且能够根据肺血流灌注图的面积提供准确且可靠的肺部的肺血流灌注图以监测肺血流的基于阻抗数据的肺血流监测系统、监测方法及分析系统。

附图说明

现在将仅通过参考附图的例子进一步详细地解释本公开，其中：

图1是示出了本公开示例所涉及的胸部整体阻抗随着时间变化的示意图。

图2是示出了本公开示例所涉及的基于阻抗数据的肺血流监测方法的示意性场景。

图3是示出了本公开示例所涉及的基于阻抗数据的肺血流监测系统的示例性的框图。

图4(a)是示出了本公开示例所涉及的目标阻抗波形的示意图。

图4(b)是示出了本公开示例所涉及的基于目标阻抗波形确定心率的流程图。

图5(a)是示出了本公开示例所涉及的第一时刻对应的肺血流灌注图的示意图。

图5(b)是示出了本公开示例所涉及的第二时刻对应的肺血流灌注图的示意图。

图5(c)是示出了本公开示例所涉及的第三时刻对应的肺血流灌注图的示意图。

图5(d)是示出了本公开示例所涉及的第四时刻对应的肺血流灌注图的示意图。

图5(e)是示出了本公开示例所涉及的获取各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图的流程图。

图6是示出了本公开示例所涉及的获取各个肺血流灌注图的面积的流程图。

图7是示出了本公开示例所涉及的基于阻抗数据的肺血流监测方法的流程图。

图8是示出了本公开示例所涉及的肺部生理状态分析系统的示例性的框图。

图9是示出了本公开示例所涉及的肺通气-血流比图的示意图。

具体实施方式

以下，参考附图，详细地说明本公开的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。需要说明的是，本公开中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，例如所包括或所具有的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可以包括或具有没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本公开所描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非在此另有指示或者与上下文明显矛盾。

本公开示例涉及的基于阻抗数据的肺血流监测系统、监测方法及分析系统能够准确识别灌注物到达肺组织各区域的终止时刻，并且能够根据肺血流灌注图的面积提供准确且可靠的肺部的肺血流灌注图。本公开示例涉及的基于阻抗数据的肺血流监测方法有时也可以简称为监测方法、成像方法、或肺血流监测方法等。本公开示例涉及的基于阻抗数据的肺血流监测系统有时也可以简称为监测系统、成像系统、或肺血流监测系统等。

图1是示出了本公开示例所涉及的胸部整体阻抗随着时间变化的示意图。

本公开示例涉及的阻抗数据可以通过电阻抗断层成像技术(Electricalimpedance tomography，EIT)获得。在一些示例中，可以在待测对象的胸部布置电极组以获得在一定时间(例如，观察时间段)内反映待测对象的肺部和心脏部位的电阻抗分布信息的图像作为阻抗数据。另外，阻抗数据可以包括肺部和心脏部位的各个像素(也即，电阻抗断层成像图像中的各个像素)随时间变化的阻抗。另外，肺部和心脏部位的各个像素可以表示肺部或心脏部位的像素级别的位置(也可以称为局部点)。作为示例，图1示出了胸部整体阻抗随着时间变化的示意图，其中，Tb可以表示灌注时刻，T1可以表示第一时刻，T2可以表示第二时刻，T3可以表示第三时刻，T4可以表示第四时刻，Te可以表示通气时刻，稍后详细描述各个时刻。另外，阻抗的单位可以为相对值(arbitrary unit，au)。

图2是示出了本公开示例所涉及的基于阻抗数据的肺血流监测方法的示意性场景。本公开的示例描述的场景是为了更加清楚的说明本公开的技术方案，并不构成对于本公开提供的技术方案的限定。

在一些示例中，本公开示例涉及的监测方法可以应用于如图2所示的场景中。在场景中，电阻抗断层成像设备20可以包括电极装置21、线缆22和工作电子装置23，在待测对象的胸部布置电极装置21，工作电子装置23借助于线缆22将交流电流或交流电压馈送到电极装置21，且工作电子装置23能够获取电极装置21的测量信号以利用重建算法生成阻抗数据并将阻抗数据传输给肺血流监测系统10。肺血流监测系统10可以实施监测方法，该监测方法可以将阻抗数据处理成各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图和目标肺血流灌注图等数据并以数字、图形或图像的形式示出数据。

在一些示例中，监测方法可以以计算机程序指令的方式集成在呼吸机或电阻抗断层成像设备20中。由此，能够方便地辅助对肺血流或对肺部的生理状态进行分析。在一些示例中，监测方法可以以计算机程序指令的方式存储在服务器上，并由服务器执行。在一些示例中，服务器可以包括一个或多个处理器和一个或多个存储器。其中，处理器可以包括中央处理单元、图形处理单元以及能够处理数据的其它任何电子部件，能够执行计算机程序指令。存储器可以用于存储计算机程序指令。在一些示例中，服务器通过执行存储器上的计算机程序指令可以实现监测方法。在一些示例中，服务器也可以是云端服务器。

本公开示例涉及的方案获取肺灌注后的多个心跳周期时刻，然后根据随时间变化的局部的阻抗分别计算各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图和各个肺血流灌注图的面积，并通过比较多个肺血流灌注图的面积，确定目标肺血流灌注图(也即，肺部的肺血流灌注图)。在这种情况下，根据局部的阻抗变化能够精准地识别出肺组织各区域的终止时刻，而且能够根据肺血流灌注图的面积提供准确且可靠的肺部的肺血流灌注图。

在一些示例中，电阻抗断层成像设备20获得的阻抗数据也可以传输给肺部生理状态分析系统30(稍后描述)。肺部生理状态分析系统30可以包括肺血流监测系统10以通过肺血流监测系统10获取目标肺血流灌注图，进而基于目标肺血流灌注图获取肺通气-血流比图。由此，能够更直观地分析肺部的生理状态。

以下，结合附图详细描述本公开涉及的肺血流监测系统10。图3是示出了本公开示例所涉及的基于阻抗数据的肺血流监测系统10的示例性的框图。

本公开示例涉及的肺血流监测系统10可以利用由肺血流灌注过程的阻抗数据获得的目标肺血流灌注图对肺血流进行监测。在一些示例中，如图3所示，肺血流监测系统10可以包括接收单元11、计算单元13和选择单元15。

如图3所示，肺血流监测系统10可以包括接收单元11。接收单元11可以用于获取阻抗数据(也可以称为待分析阻抗数据)。在一些示例中，阻抗数据可以来自待测对象的目标位置。另外，阻抗数据可以包括目标位置的各个像素随时间变化的阻抗。在一些示例中，阻抗数据可以是位于观察时间段之内待测对象的目标位置的阻抗数据。

在一些示例中，目标位置可以为用于分析肺血流灌注(也即，构建肺部的肺血流灌注图)的待测对象的身体部位(例如胸部)。在一些示例中，目标位置可以包括肺部和心脏部位。在这种情况下，后续能够从阻抗数据中获取肺部和心脏部位的阻抗数据。在一些示例中，若不确定需要通过心脏部位的阻抗数据获取相关的参数(例如，心率)，目标位置也可以仅包括肺部。也即，阻抗数据可以仅包括肺部的阻抗数据。

例如，可以将电阻抗断层成像设备20的16个电极贴放于待测对象的第4至第5的肋间(也即，可以将电阻抗断层成像设备20连接待测对象)，以采集帧率为20帧/秒采集阻抗数据(也可以称为EIT数据)。其中，阻抗数据可以由多幅EIT图像构成，单幅EIT图像可以由32×32个像素组成，多幅EIT图像中同一个位置的像素的阻抗可以形成阻抗序列，阻抗序列可以包括随时间变化的阻抗。

另外，观察时间段可以为肺血流灌注过程对应的时间段。在一些示例中，观察时间段可以包括灌注时刻至通气时刻的时间段。另外，灌注时刻可以表示在待测对象屏气状态下，开始灌注灌注物的时刻，通气时刻可以表示待测对象重新通气的时刻(也即，恢复通气的时刻)。在这种情况下，后续能够根据灌注时刻至通气时刻的阻抗数据获取多个心跳周期时刻，进而能够获取对应的肺血流灌注图。

在一些示例中，灌注物可以用于造影。在一些示例中，灌注物可以为盐水。另外，盐水的浓度可以为3％-10％。例如，盐水的浓度可以为3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等。

例如，在电阻抗断层成像设备20连接待测对象后，待测对象屏气一定时间(例如，6s以上)、或在对待测对象实施机械通气中吸气末或者呼吸末按屏气键一定时间(例如，6s以上)，在屏气过程中通过中央静脉导管向待测对象体内注射灌注物(例如，浓度为3％-10％，体积为5ml(毫升)-10ml的氯化钠(NaCL)溶液)，屏气结束后恢复通气，全过程记录胸部的阻抗数据。另外，胸部的阻抗数据可以包括灌注时刻至通气时刻的时间段的阻抗数据。

如图3所示，肺血流监测系统10可以包括计算单元13。计算单元13可以用于获取多个心跳周期时刻、各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图和各个肺血流灌注图的面积。另外，心跳周期也可以称为心动周期。

在一些示例中，多个心跳周期时刻可以分别对应多个心跳周期(也可以称为多个心跳周期分别对应的多个心跳周期时刻)。具体地，心跳周期时刻可以与心跳周期具有一一对应的关系。

在一些示例中，多个心跳周期时刻中的各个心跳周期时刻可以大于灌注时刻且不大于通气时刻。在这种情况下，能够降低其他心跳周期时刻的干扰。

在一些示例中，多个心跳周期时刻可以包括从灌注时刻开始，两次、三次、四次和五次心跳周期后对应的第一时刻、第二时刻、第三时刻和第四时刻。在一些示例中，若第四时刻大于通气时刻，多个心跳周期时刻也可以不包括第四时刻。

如上所述，计算单元13可以用于获取多个心跳周期时刻。在一些示例中，计算单元13可以基于心率获取多个心跳周期时刻。由此，能够获得准确的心跳周期时刻。在一些示例中，多个心跳周期时刻中第k个心跳周期时刻T_k可以满足公式：

T_k＝T_b+60/HR×(k+1)，

其中，T_k<T_e，HR可以表示心率，T_b可以表示观察时间段中的灌注时刻，T_e可以表示观察时间段中的通气时刻。由此，能够基于心率获取心跳周期时刻。

例如，第一时刻T₁可以满足T₁＝T_b+60/HR×2，第二时刻T₂可以满足T₂＝T_b+60/HR×3，第三时刻T₃可以满足T₃＝T_b+60/HR×4，第四时刻T₄可以满足T₄＝T_b+60/HR×5。一般而言，从第一时刻T₁开始，会有较多的灌注物进入到肺部的组织。

图4(a)是示出了本公开示例所涉及的目标阻抗波形的示意图。

在一些示例中，计算单元13可以基于心脏部位的阻抗数据确定心率。在一些示例中，计算单元13可以基于心脏部位的阻抗数据确定心脏部位的至少一个像素对应的目标阻抗波形，基于目标阻抗波形确定心率。其中，目标阻抗波形可以表示心脏部位的至少一个像素对应的阻抗随时间的变化。由此，能够基于心脏部位的阻抗数据确定心率。作为示例，图4(a)示出了目标阻抗波形的示意图。但本公开的示例不限于此，在另一些示例中，心率也可以是固定值(例如经验值)、或是通过其他常规的方法或设备进行计算或测量获得。

另外，心脏部位的阻抗数据可以由上述的电阻抗断层成像设备20获取。在一些示例中，心脏部位的阻抗数据可以从上述待分析阻抗数据(也即，全过程记录的阻抗数据)中获取。在一些示例中，可以通过带通滤波器对预设时长的待分析阻抗数据进行处理以获得心脏部位的阻抗数据(也即，心脏部位随时间变化的阻抗)，然后基于心脏部位的阻抗数据确定心脏部位的至少一个像素对应的目标阻抗波形。另外，带通滤波器的下限截止频率和上限截止频率可以根据实际情况进行调整。

例如，可以任意选择上述电阻抗断层成像设备20在全过程记录的阻抗数据中预设时长(例如10秒以上)的数据，设置带通滤波器的下限截止频率(例如，0.8Hz(赫兹))和上限截止频率(例如，2.5Hz)，对预设时长的阻抗数据进行带通滤波器处理以获得心脏部位的阻抗数据，然后选择心脏部位的至少一个像素(例如，可以选择第6行第17列的像素)，并基于心脏部位的阻抗数据获取该至少一个像素对应的阻抗随时间变化的目标阻抗波形。在一些示例中，可以根据经验选择心脏部位的至少一个像素。

图4(b)是示出了本公开示例所涉及的基于目标阻抗波形确定心率的流程图。

如上所述，计算单元13可以基于目标阻抗波形确定心率。在一些示例中，如图4(b)所示，计算单元13基于目标阻抗波形确定心率可以包括基于目标阻抗波形获取目标时间差(步骤S102)和基于目标时间差获取心率(步骤S104)。由此，能够基于心脏部位随时间变化的阻抗获取心率。

在一些示例中，在步骤S102中，可以获取至少一个像素中各个像素对应的目标阻抗波形中多个相邻波峰之间的多个时间差，并对多个时间差求平均值以获取各个像素对应的平均时间差。在一些示例中，若至少一个像素的数量为1，则目标时间差可以为至少一个像素的平均时间差，若至少一个像素的数量大于1，则目标时间差可以为至少一个像素的平均时间差的平均值。在一些示例中，在步骤S104中，可以将60除以目标时间差作为心率。

例如，继续上述的例子，在基于心脏部位的阻抗数据获取至少一个像素对应的阻抗随时间变化的目标阻抗波形后，获取目标阻抗波形中多个相邻波峰之间的多个时间差。令第j个相邻波峰之间的时间差为

各个像素对应的平均时间差

可以满足公式：

其中，mean为求平均值的函数，若至少一个像素的数量为1，心率可以满足公式：

例如，平均时间差为0.983秒对应的心率可以为61.03次/分钟。

图5(a)是示出了本公开示例所涉及的第一时刻对应的肺血流灌注图的示意图。图5(b)是示出了本公开示例所涉及的第二时刻对应的肺血流灌注图的示意图。图5(c)是示出了本公开示例所涉及的第三时刻对应的肺血流灌注图的示意图。图5(d)是示出了本公开示例所涉及的第四时刻对应的肺血流灌注图的示意图。图5(e)是示出了本公开示例所涉及的获取各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图的流程图。

如上所述，计算单元13可以用于获取各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图。作为示例，图5(a)、图5(b)、图5(c)和图5(d)分别示出了第一时刻至第四时刻对应的肺血流灌注图。

在一些示例中，计算单元13可以基于肺部的像素在预设时间范围内随着时间变化的阻抗和滑窗法的时间窗获取肺部的像素的像素值(也可以称为灌注值)，进而基于肺部的像素的像素值获取肺血流灌注图。

在一些示例中，预设时间范围可以为多个心跳周期时刻中的各个心跳周期时刻至观察时间段中的通气时刻减去预设窗长。另外，预设窗长可以为滑窗法中时间窗的窗长(也即时间窗长度)。例如，对于第一时刻，预设时间范围可以为T₁至T_e-W，对于第二时刻，预设时间范围可以为T₂至T_e-W，以此类推其他心跳周期时刻对应的预设时间范围，其中，T₁可以表示第一时刻，T₂可以表示第二时刻，T_e可以表示通气时刻，W可以表示预设窗长。

在一些示例中，如图5(e)所示，计算单元13获取各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图可以包括获取阻抗序列(步骤S202)和基于滑窗法获取肺血流灌注图(步骤S204)。由此，能够基于肺部随时间变化的阻抗获取各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图。

在一些示例中，在步骤S202中，可以获取肺部的像素在与各个心跳周期时刻对应的预设时间范围内随着时间变化的阻抗作为肺部的像素对应的阻抗序列。由此，能够获得肺部的多个像素对应的多个阻抗序列。

在一些示例中，在步骤S204中，可以基于滑窗法的时间窗获取各个像素的阻抗序列的多个时间片段，然后获取多个时间片段内的阻抗分别对应的多个下降斜率并将最大的下降斜率作为肺血流灌注图的像素的像素值。其中，时间窗的窗长可以为上述的预设窗长。

具体地，可以设置时间窗的窗长和移动步长(例如，可以设置窗长为2秒，移动步长为0.1秒)，令时间窗以移动步长沿着阻抗序列移动以生成多个时间片段，计算各个时间片段内的阻抗的下降斜率，从多个时间片段对应的多个下降斜率中选择最大的下降斜率作为肺血流灌注图的像素的像素值。在这种情况下，能够获取肺血流灌注图的各个像素的像素值，进而能够获得肺血流灌注图。

另外，多个时间片段对应的多个下降斜率中最大的下降斜率也可以称为肺部的像素的灌注值。在一些示例中，时间窗的窗长和移动步长可以根据实际情况调整。

图6是示出了本公开示例所涉及的获取各个肺血流灌注图的面积的流程图。

如上所述，计算单元13可以用获取各个肺血流灌注图的面积。在一些示例中，如图6所示，计算单元13获取各个肺血流灌注图的面积可以包括获取预设像素值(步骤S302)、基于预设像素值获取各个肺血流灌注图的灌注像素(步骤S304)和基于各个肺血流灌注图的灌注像素获取各个肺血流灌注图的面积(步骤S306)。由此，能够获得各个肺血流灌注图的面积。

在一些示例中，在步骤S302中，可以以每个肺血流灌注图中像素的最大值的预设比例作为预设像素值。在一些示例中，预设比例可以小于1。优选地，预设比例可以为10％。也即，可以以每个肺血流灌注图中像素的最大值的10％作为预设像素值。但本公开的示例不限于此，在另一些示例中，预设像素值也可以为固定值(例如经验值)。

在一些示例中，在步骤S304中，可以选择像素值大于预设像素值的像素作为各个肺血流灌注图的灌注像素。由此，能够确定各个肺血流灌注图的灌注像素。

在一些示例中，在步骤S306中，可以将各个肺血流灌注图的灌注像素的数量作为各个肺血流灌注图的面积。也即，可以将各个肺血流灌注图的所有灌注像素的数量之和作为各个肺血流灌注图的面积。在另一些示例中，也可以将各个肺血流灌注图的灌注像素对应的区域的面积作为各个肺血流灌注图的面积。

例如，对于第一时刻至第四时刻对应的肺血流灌注图，可以分别获取每幅肺血流灌注图中像素的最大值的10％作为预设像素值，选择大于该预设像素值的像素作为每幅肺血流灌注图的灌注像素，将各个肺血流灌注图的灌注像素的数量作为各个肺血流灌注图的面积以计算第一时刻至第四时刻对应的各个肺血流灌注图的面积。如图5(a)至5(d)至所示，第一时刻对应的肺血流灌注图的面积可以为338，第二时刻对应的肺血流灌注图的面积可以为276，第三时刻对应的肺血流灌注图的面积可以为274，第四时刻对应的肺血流灌注图的面积可以为265。

返回参考图3，肺血流监测系统10可以包括选择单元15。选择单元15可以用于通过比较多个肺血流灌注图的面积，确定目标肺血流灌注图。

在一些示例中，选择单元15可以用于从多个肺血流灌注图中选择面积大于预设面积的肺血流灌注图作为目标肺血流灌注图。另外，目标肺血流灌注图对应的心跳周期时刻可以为灌注物到达肺组织各区域的终止时刻。由此，能够准确地确定终止时刻。

在一些示例中，预设面积可以与身体质量指数(Body Mass Index，BMI)呈负相关或由多个肺血流灌注图的最大面积确定。在这种情况下，能够降低由于心脏加肺部的区域同时被划定导致面积过大、或灌注物还停留在心脏区域导致面积过小等情况，对确定目标肺血流灌注图的负面影响。

如上所述，预设面积可以与身体质量指数呈负相关。也即，身体质量指数越大，预设面积可以越小。例如，越肥胖的人对应的预设面积可以越小。在一些示例中，预设面积与身体质量指数的对应关系可以是预设对应关系。例如，可以基于统计学的方法，对特定数量的样本进行统计和分析以获取不同范围的身体质量指数对应的预设面积(也即，预设对应关系)并建立查询库，在使用时，可以根据待测对象的身体质量指数从查询库获取对应的预设面积。在另一些示例中，预设对应关系也可以是经验值。

如上所述，预设面积可以由多个肺血流灌注图的最大面积确定。在一些示例中，预设面积可以为多个肺血流灌注图的最大面积的相对值。在一些示例中，相对值可以为多个肺血流灌注图的最大面积的预设比例(以下称为面积预设比例)。在一些示例中，面积预设比例可以小于1。优选地，面积预设比例可以为0.8至0.9。例如，面积预设比例可以为0.8、0.82、0.85、0.87或0.9等。

例如，以预设面积可以由多个肺血流灌注图的最大面积确定为例，继续上述的例子，第一时刻对应的肺血流灌注图的面积可以为338，第二时刻对应的肺血流灌注图的面积可以为276，第三时刻对应的肺血流灌注图的面积可以为274，第四时刻对应的肺血流灌注图的面积可以为265，选择面积预设比例为0.85，则经计算，第一时刻的面积大于预设面积，可以将第一时刻对应的肺血流灌注图作为目标肺血流灌注图。

在另一些示例中，预设面积可以由身体质量指数和多个肺血流灌注图的最大面积共同确定。具体地，可以分别由身体质量指数和多个肺血流灌注图的最大面积确定至少两个肺血流灌注图，然后从至少两个肺血流灌注图中选择对应的心跳周期时刻最大的肺血流灌注图作为目标肺血流灌注图。

在一些示例中，选择单元15还可以用于判断是否存在多个大于预设面积的肺血流灌注图，若存在，则从该多个大于预设面积的肺血流灌注图中选择对应的心跳周期时刻最大的肺血流灌注图作为目标肺血流灌注图。也即，若存在多个大于预设面积的肺血流灌注图，可以将距离灌注时刻较远的心跳周期时刻对应的肺血流灌注图作为目标肺血流灌注图。由此，能够获得准确的目标肺血流灌注图。

但本公开的示例不限于此，在另一些示例中，选择单元15也可以显示各个肺血流灌注图的面积，接收医生对肺血流灌注图进行选择的操作，将医生选择的肺血流灌注图作为目标肺血流灌注图，将目标肺血流灌注图对应的心跳周期时刻作为灌注物到达肺组织各区域的终止时刻。

以下结合图7描述本公开示例所涉及的基于阻抗数据的肺血流监测方法(以下可以简称为监测方法)。监测方法可以由上述的肺血流监测系统10的实施。需要说明的是，除非特别说明，上述的肺血流监测系统10的相关描述同样适用于监测方法。图7是示出了本公开示例所涉及的基于阻抗数据的肺血流监测方法的流程图。

本公开示例涉及的监测方法可以利用由肺血流灌注过程的阻抗数据获得的目标肺血流灌注图对肺血流进行监测。如图7所示，在一些示例中，监测方法可以包括获取阻抗数据(步骤S402)，获取多个心跳周期时刻、各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图和各个肺血流灌注图的面积(步骤S404)，和通过比较多个肺血流灌注图的面积，确定目标肺血流灌注图(步骤S406)。

如上所述，监测方法可以包括步骤S402。在一些示例中，在步骤S402中，可以获取阻抗数据。在一些示例中，阻抗数据可以来自待测对象的目标位置。另外，阻抗数据可以包括目标位置的各个像素随时间变化的阻抗。在一些示例中，阻抗数据可以是位于观察时间段之内待测对象的目标位置的阻抗数据。在一些示例中，目标位置可以为用于分析肺血流灌注的待测对象的身体部位。在一些示例中，目标位置可以包括肺部和心脏部位。在一些示例中，观察时间段可以包括灌注时刻至通气时刻的时间段。具体内容参见接收单元11的相关描述，此处不再赘述。

如上所述，监测方法可以包括步骤S404。在一些示例中，在步骤S404中，可以获取多个心跳周期时刻。在一些示例中，多个心跳周期时刻可以分别对应多个心跳周期。具体地，心跳周期时刻可以与心跳周期具有一一对应的关系。在一些示例中，多个心跳周期时刻中的各个心跳周期时刻可以大于灌注时刻且不大于通气时刻。在这种情况下，能够降低其他心跳周期时刻的干扰。在一些示例中，在步骤S404中，可以基于心率获取多个心跳周期时刻。在一些示例中，可以基于心脏部位的阻抗数据确定心率。在一些示例中，可以基于心脏部位的阻抗数据确定心脏部位的至少一个像素对应的目标阻抗波形，基于目标阻抗波形确定心率。其中，目标阻抗波形可以表示心脏部位的至少一个像素对应的阻抗随时间的变化。具体内容参见计算单元13的获取多个心跳周期时刻的相关描述，此处不再赘述。

在一些示例中，在步骤S404中，可以获取各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图。在一些示例中，可以基于肺部的像素在预设时间范围内随着时间变化的阻抗和滑窗法的时间窗获取肺部的像素的像素值，进而基于肺部的像素的像素值获取肺血流灌注图。在一些示例中，预设时间范围可以为多个心跳周期时刻中的各个心跳周期时刻至观察时间段中的通气时刻减去预设窗长。另外，预设窗长可以为滑窗法中时间窗的窗长。具体内容参见计算单元13的获取各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图的相关描述，此处不再赘述。

在一些示例中，在步骤S404中，可以获取各个肺血流灌注图的面积。在一些示例中，可以获取预设像素值，基于预设像素值获取各个肺血流灌注图的灌注像素，并基于各个肺血流灌注图的灌注像素获取各个肺血流灌注图的面积。具体内容参见计算单元13的获取各个肺血流灌注图的面积的相关描述，此处不再赘述。

如上所述，监测方法可以包括步骤S406。在一些示例中，在步骤S406中，可以从多个肺血流灌注图中选择面积大于预设面积的肺血流灌注图作为目标肺血流灌注图。另外，目标肺血流灌注图对应的心跳周期时刻可以为灌注物到达肺组织各区域的终止时刻。在一些示例中，预设面积可以与身体质量指数呈负相关或由多个肺血流灌注图的最大面积确定。在一些示例中，在步骤S406中，还可以判断是否存在多个大于预设面积的肺血流灌注图，若存在，则从该多个大于预设面积的肺血流灌注图中选择对应的心跳周期时刻最大的肺血流灌注图作为目标肺血流灌注图。具体内容参见选择单元15的相关描述，此处不再赘述。

本公开还涉及电子设备，电子设备可以包括至少一个处理电路。至少一个处理电路被配置为执行上述的监测方法中的一个或多个步骤。

本公开还涉及计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以存储有至少一个指令，至少一个指令被处理器执行时实现上述的监测方法中的一个或多个步骤。

本公开示例所涉及的基于阻抗数据的肺血流监测系统10、监测方法、电子设备及存储介质，基于心脏部位的阻抗数据确定心率，并基于该心率获取肺灌注后的多个心跳周期时刻，然后根据随时间变化的局部的阻抗分别计算各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图和各个肺血流灌注图的面积，并通过比较多个肺血流灌注图的面积，确定目标肺血流灌注图。在这种情况下，根据局部的阻抗变化能够精准地识别出肺组织各区域的终止时刻，而且能够根据肺血流灌注图的面积提供准确且可靠的肺部的肺血流灌注图，进而能够利用肺血流灌注图监测肺血流情况。

图8是示出了本公开示例所涉及的肺部生理状态分析系统30的示例性的框图。

如上所述，肺部生理状态分析系统30可以包括肺血流监测系统10。在一些示例中，如图8所示，肺部生理状态分析系统30可以包括肺血流监测系统31(也可以称为肺血流监测系统10)和肺通气血流比装置33。

在一些示例中，肺血流监测系统31可以用于获取目标肺血流灌注图。在一些示例中，肺血流监测系统31还可以用于获取心率。具体内容参见上述肺血流监测系统10的相关描述。

图9是示出了本公开示例所涉及的肺通气-血流比图的示意图。

在一些示例中，肺通气血流比装置33可以基于目标肺血流灌注图获取肺通气-血流比图。另外，肺通气-血流比图可以用于分析肺部生理状态的。由此，能够基于肺通气-血流比图直观地对肺部的生理状态进行分析。作为示例，图9示出了肺通气-血流比图的示意图。

另外，肺通气-血流比图可以表示每分钟通气图的像素的像素值(也可以称为阻抗值)与每分钟肺血流灌注图的像素的像素值之比。在一些示例中，肺通气-血流比图可以表示目标肺区的每分钟通气图对应的像素的像素值(也可以称为阻抗值)与目标肺区的每分钟肺血流灌注图对应的像素的像素值之比。

在一些示例中，目标肺区可以为肺通气区域和肺血流灌注区域之和。在一些示例中，肺通气区域可以由平均潮气图中像素值为最大值的第一百分比以上的像素构成。在一些示例中，肺血流灌注区域可以由目标肺血流灌注图中像素值为最大值的第二百分比以上的像素构成。在一些示例中，第一百分比可以为10％至30％。在一些示例中，第二百分比可以为10％至30％。另外，第一百分比和第二百分比可以根据实际情况进行调整。

在一些示例中，肺通气-血流比图VP可以满足公式：

VP＝Ventilation/Perfusion，

其中，Ventilation可以表示目标肺区的每分钟通气图，Perfusion可以表示目标肺区的每分钟肺血流灌注图。由此，能够获取肺通气-血流比图。

在一些示例中，目标肺区的每分钟通气图的第i个像素的像素值Ventilation_i可以满足公式：

Ventilation_i＝(RR×V_T×(1-DS％))×V_i/V_lung，

其中，RR可以表示呼吸频率，V_T可以表示潮气量，DS％可以表示死腔占总通气的比例，V_i可以表示平均潮气图中目标肺区的第i个像素的像素值(也可以称为阻抗值)，V_lung可以表示潮气值。在一些示例中，DS％可以根据经验进行设置。例如，可以将DS％设置为30％。

在一些示例中，可以通过屏气前一定时间(例如1分钟)内的阻抗数据，计算该一定时间内的相邻波峰之间时间差的均值，再将60除以均值以获取呼吸频率。例如，假设均值为4.255秒，则呼吸频率可以为60/4.255＝14.1次/分钟。

在一些示例中，平均潮气图可以通过将屏气前一定时间(例如1分钟)内的多次呼吸周期分别对应的多个呼吸周期潮气图求平均获得。也即，平均潮气图

可以满足公式：

其中，C可以表示呼吸周期潮气图的数量，

可以表示第c个呼吸周期潮气图。

在一些示例中，可以将平均潮气图的目标肺区的像素的像素值之和作为潮气值(也即V_lung)。

在一些示例中，目标肺区的每分钟肺血流灌注图的第i个像素的像素值Perfusion_i可以满足公式：

其中，SV可以表示心脏部位的每搏输出值，HR可以表示心率，PerfusionMap_lung可以表示目标肺血流灌注图中目标肺区对应的肺血流灌注值(也即，目标肺血流灌注图中目标肺区对应的像素的像素值之和)，

可以表示目标肺血流灌注图中目标肺区的第i个像素的像素值。

在一些示例中，可以基于心脏部位的像素对应的阻抗在目标时间范围内的下降斜率获取心脏部位的每搏输出值。在一些示例中，将心脏部位的像素对应的阻抗在目标时间范围内的下降斜率之和作为每搏输出值。由此，能够基于心脏部位的阻抗获取每搏输出值。另外，目标时间范围内的下降斜率可以为心脏部位的像素对应的阻抗在目标时间范围内的下降斜率。

另外，目标时间范围可以由观察时间段中的灌注时刻确定。一般而言，灌注物进入心脏后第一秒，心脏部位的阻抗下降最快。在一些示例中，目标时间范围可以为观察时间段中的灌注时刻至灌注时刻加1秒。也即，T_b至T_b+1，其中，T_b可以表示灌注时刻。在这种情况下，能够获得准确的目标时间范围，进而能够获得准确的每搏输出值。

在一些示例中，心脏部位的每搏输出值SV可以满足公式：

其中，SVMap_n可以表示心脏部位的第n个像素对应的下降斜率，N可以表示心脏部位的像素的数量。例如，经由上述公式计算，SV可以为0.0785。

在一些示例中，可以将目标时间范围内的下降斜率作为心脏部位的每搏输出图的像素的像素值，将心脏部位的每搏输出图的像素的像素值之和作为心脏部位的每搏输出值。由此，能够获得心脏部位的每搏输出图和每搏输出值。

在一些示例中，心率可以由肺血流监测系统31获取。但本公开的示例不限于此，也可以使用其他方式获取心率。

本公开示例所涉及的肺部生理状态分析系统30，通过肺血流监测系统31获取准确且可靠的肺部的肺血流灌注图，进而基于目标肺血流灌注图获取肺通气-血流比图。由此，能够更直观地分析肺部的生理状态。

但本公开的示例不限于此，在另一些示例中，肺部生理状态分析系统30也可以不包括肺血流监测系统31，肺通气血流比装置33可以基于任意方法获得肺部的肺血流灌注图(也即，目标肺血流灌注图)获取肺通气-血流比图。

虽然以上结合附图和实施方式对本发明进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本发明。本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变化，这些变形和变化均落入本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种基于阻抗数据的肺血流监测系统，其特征在于，所述肺血流监测系统利用由肺血流灌注过程的阻抗数据获得的目标肺血流灌注图对肺血流进行监测，包括接收单元、计算单元和选择单元；所述接收单元用于接收位于观察时间段之内待测对象的目标位置的阻抗数据，其中，所述目标位置包括肺部和心脏部位，所述阻抗数据包括所述目标位置的各个像素随时间变化的阻抗；所述计算单元基于心率获取多个心跳周期分别对应的多个心跳周期时刻，并获取所述多个心跳周期时刻中各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图和各个肺血流灌注图的面积，其中，基于所述心脏部位的阻抗数据确定所述心率；以及所述选择单元用于从多个肺血流灌注图中选择面积大于预设面积的肺血流灌注图作为所述目标肺血流灌注图，其中，所述预设面积与身体质量指数呈负相关或由所述多个肺血流灌注图的最大面积确定。

2.根据权利要求1所述的肺血流监测系统，其特征在于，所述计算单元获取各个肺血流灌注图的面积包括：

以每个肺血流灌注图中像素的最大值的预设比例作为预设像素值；

选择像素值大于所述预设像素值的像素作为各个肺血流灌注图的灌注像素；并且

将各个肺血流灌注图的灌注像素的数量作为各个肺血流灌注图的面积。

3.根据权利要求1所述的肺血流监测系统，其特征在于：

所述选择单元还用于判断是否存在多个大于所述预设面积的肺血流灌注图，若存在，则从该多个大于所述预设面积的肺血流灌注图中选择对应的心跳周期时刻最大的肺血流灌注图作为所述目标肺血流灌注图。

4.根据权利要求1所述的肺血流监测系统，其特征在于，所述计算单元基于所述心脏部位的阻抗数据确定所述心率为：

基于所述心脏部位的阻抗数据确定所述心脏部位的至少一个像素对应的目标阻抗波形，基于所述目标阻抗波形确定所述心率。

5.根据权利要求1所述的肺血流监测系统，其特征在于：

所述多个心跳周期时刻中第k个心跳周期时刻T_k满足公式：

T_k＝T_b+60/HR×(k+1)，

其中，T_k<T_e，HR表示所述心率，T_b表示所述观察时间段中的灌注时刻，T_e表示所述观察时间段中的通气时刻。

6.根据权利要求1所述的肺血流监测系统，其特征在于，所述计算单元获取各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图包括：

获取所述肺部的像素在预设时间范围内随着时间变化的阻抗作为所述肺部的像素对应的阻抗序列，其中，所述预设时间范围为所述多个心跳周期时刻中的各个心跳周期时刻至所述观察时间段中的通气时刻减去预设窗长；并且

基于滑窗法的时间窗获取所述阻抗序列的多个时间片段内的阻抗分别对应的多个下降斜率并将最大的下降斜率作为所述肺血流灌注图的像素的像素值，其中，所述时间窗的窗长为所述预设窗长。

7.一种基于阻抗数据的肺血流监测方法，其特征在于，所述肺血流监测方法利用由肺血流灌注过程的阻抗数据获得的目标肺血流灌注图对肺血流进行监测，包括：接收位于观察时间段之内待测对象的目标位置的阻抗数据，其中，所述目标位置包括肺部和心脏部位，所述阻抗数据包括所述目标位置的各个像素随时间变化的阻抗；基于心率获取多个心跳周期分别对应的多个心跳周期时刻，并获取所述多个心跳周期时刻中各个心跳周期时刻对应的肺血流灌注图和各个肺血流灌注图的面积，其中，基于所述心脏部位的阻抗数据确定所述心率；并且从多个肺血流灌注图中选择面积大于预设面积的肺血流灌注图作为所述目标肺血流灌注图，其中，所述预设面积与身体质量指数呈负相关或由所述多个肺血流灌注图的最大面积确定。

8.一种肺部生理状态分析系统，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的肺血流监测系统和肺通气血流比装置；所述肺血流监测系统用于获取目标肺血流灌注图；以及所述肺通气血流比装置基于所述目标肺血流灌注图获取用于分析肺部生理状态的肺通气-血流比图。

9.根据权利要求8所述的肺部生理状态分析系统，其特征在于：

所述肺通气-血流比图VP满足公式：

VP＝Ventilation/Perfusion，

其中，Ventilation表示目标肺区的每分钟通气图，Perfusion表示所述目标肺区的每分钟肺血流灌注图，所述目标肺区为肺通气区域和肺血流灌注区域之和；

所述每分钟通气图的第i个像素的像素值Ventilation_i满足公式：

Ventilation_i＝(RR×V_T×(1-DS％))×V_i/V_lung，

其中，RR表示呼吸频率，V_T表示潮气量，DS％表示死腔占总通气的比例，V_i表示平均潮气图中所述目标肺区的第i个像素的像素值，V_lung表示潮气值；

所述每分钟肺血流灌注图的第i个像素的像素值Perfusion_i满足公式：

其中，SV表示心脏部位的每搏输出值，HR表示心率，PerfusionMap_lung表示所述目标肺血流灌注图中所述目标肺区对应的肺血流灌注值，

表示所述目标肺血流灌注图中所述目标肺区的第i个像素的像素值。

10.根据权利要求9所述的肺部生理状态分析系统，其特征在于：

将所述心脏部位的像素对应的阻抗在目标时间范围内的下降斜率之和作为所述每搏输出值，其中，所述目标时间范围为观察时间段中的灌注时刻至所述灌注时刻加1秒。

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