CN117858671A - 无电路心动周期确定 - Google Patents

Abstract

本发明提供了无电路心动周期确定，该无电路心动周期确定包括：通过超声成像设备捕获目标心肌的一个或多个图像帧的视频剪辑；以及将这些帧提交给已经用一组带注释的图像训练的分类器，每个对应心肌在心动周期的指定时相捕获，该心动周期的该指定时相的基本事实指示从针对该对应心肌随时间测量的电信号的单独记录的周期图绘制。响应于该提交，根据该心动周期的对应时相接收对所提交帧的不同部分的分类。最后，在该设备中确定该目标心肌的该心动周期的同期时相，而无需通过靠近该目标心肌固定的闭环传感器电路来感测电信号。

Description

无电路心动周期确定

交叉引用

本申请要求于2021年5月14日提交的美国申请17/321,269和2021年5月14日提交的法国申请2105072的权益，这些申请据此全文以引用方式并入。

背景技术

本发明涉及心脏监测领域，并且更具体地涉及心动周期的计算表征。

相关技术描述

心脏监测通常是指对心脏活动的连续或间歇监测，通常通过心电图进行，并相对于患者的心律对其状况进行评估。通常，心脏监测需要将两个或更多个不同的传感器固定在身体表面上，以便创建单独的双传感器电路。然后，随着施加到所监测心肌的不同部分上的电信号增强然后减弱，形成不同电路的不同对传感器测量称为心脏周期或心动周期的不同方面。上述称为心电图，缩写为“ECG”或“EKG”。

心脏周期或心动周期是人的心脏从一次心跳开始到下一次心跳开始的表现。该周期由两个时期组成：一个是心肌放松并补充血液的时期(称为舒张期)，之后是收缩和泵血的时期(称为收缩期)。已知心动周期包括五个不同的时相，其中三个时相通常在表示心动周期的图中是可见的，并且在大多数情况下所有五个时相都是可见的。心动周期的第一时相是P周期，其表示电脉冲传导到心脏的心房，导致心房收缩，随后是短暂延迟，然后是心动周期的QRS复合波部分，其反映了电活动通过心室肌的传播，并且固有地包括心动周期的五个时相中的三个时相，并且被称为R波部分。此后，在另一短暂延迟之后，T周期开始并且反映了心室的复极化，从而使心脏恢复到静息状态。

代表心动周期的图通常是ECG的产物。然而，在许多情况下，在进行ECG之外处理心动周期也很重要，例如，在执行心脏超声时，了解心动周期期间的同期时刻可能会很有优势。然而，ECG的质量取决于电极在患者上的正确放置以及由此得到的电极与患者之间的接触质量。同样，在心脏超声检查期间需要操纵超声棒，需要将不同的传感器放置在患者的胸部，而来自这些传感器的多根导线可能很笨重，并且现代超声设备缺乏内部ECG功能。然而，从ECG明确了解的心动周期可有助于提高超声期间产生的图像质量。

发明内容

本发明的实施方案解决了关于心脏超声期间心动周期确定的现有技术缺陷，并且提供了用于心脏超声期间的无电路心动周期确定的新颖且非显而易见的方法、系统和计算机程序产品。一种用于无电路心动周期确定的方法包括：通过心脏超声成像设备捕获目标心肌的一个或多个图像帧的视频剪辑；以及将该一个或多个图像帧提交给已经用一组带注释的图像训练的分类器，每个对应心肌在心动周期的指定时相捕获，该心动周期的该指定时相的基本事实指示从针对该对应心肌随时间测量的电信号的单独记录的周期图绘制。

该方法还包括响应于该提交，根据该心动周期的对应时相接收对所提交的图像帧的不同部分的分类。最后，该方法包括在心脏超声成像设备中呈现针对目标心肌的心动周期的对应时相中的同期时相的指示。重要的是，在超声成像设备中确定目标心肌的心动周期的同期时相，而无需通过靠近目标心肌固定的闭环传感器电路来感测电信号。以这种方式，可使用所确定的心动周期以便通过心脏超声成像设备进一步获取高质量超声图像。

为此，在该实施方案的一个方面，所捕获的图像的分类是与在心动周期上测量的周期图的R波部分对应的视频剪辑的帧的一部分的分类。在该实施方案的另一个方面，所捕获的图像的分类是与在多个不同心动周期上测量的周期图的R-R间期对应的视频剪辑的帧的一部分的分类。关于后者，可指定一定数量的不同心动周期，使得视频剪辑的帧可被剪辑为仅包括视频剪辑的帧中与指定数量的不同心动周期的R-R间期对应的部分。然后，可循环回放所剪辑的帧，以便提供支持特定医学诊断的所剪辑的帧的周期性视图，同时排除与诊断无关的帧的其他部分。

在该实施方案的另一方面，该方法还包括识别视频剪辑的帧中与R波对应的部分，同时去除视频剪辑的帧中剩余的其他部分。在该实施方案的又一方面，可从单独记录的周期图生成模型曲线。此后，可将所生成的同期周期图曲线拟合到模型曲线，以便平滑所生成的图并且更准确地呈现所生成的图。

在本发明的另一实施方案中，数据处理系统适于在心脏超声期间进行无电路心动周期确定。该系统包括一个或多个计算机的主机计算平台，每个计算机具有存储器和至少一个处理器。该系统还包括心动周期确定模块。该模块继而包括计算机程序指令，该计算机程序指令在主机计算平台中执行时能够将目标心肌的一个或多个图像帧的所捕获的视频剪辑提交给用一组带注释的图像训练的分类器，每个对应心肌在心动周期的指定时相捕获，该心动周期的该指定时相的基本事实指示从针对该对应心肌随时间测量的电信号的单独记录的周期图绘制。这些指令还能够响应于该提交，根据该心动周期的对应时相接收对所提交的帧的不同部分的分类。最后，使这些指令能够在心脏超声成像设备中呈现针对目标心肌的同期周期图的指示，而无需通过靠近目标心肌固定的闭环传感器电路来感测电信号。

本发明的其他方面将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地从该描述中将是显而易见的，或者可通过本发明的实践获知。本发明的各方面将通过在所附权利要求中特别指出的要素和组合来实现和获得。应当理解，前面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，而不是对所要求保护的本发明的限制。

附图说明

并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图例示了本发明的实施方案，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。本文所示的实施方案目前是优选的，然而，应当理解，本发明不限于所示的精确布置和手段，其中：

图1是用于在心脏超声期间进行无电路心动周期确定的过程的图示；

图2是适于在心脏超声期间进行无电路心动周期确定的数据处理系统的示意图；并且

图3是示出用于在心脏超声期间进行无电路心动周期确定的过程的流程图。

具体实施方式

本发明的实施方案提供了在心脏超声期间的无电路心动周期确定。根据本发明的一个实施方案，在多个不同心动周期内，不同的ECG与相应不同心脏的超声成像同时获取。然后，超声成像的一个或多个图像帧中的每个图像帧的不同视频剪辑用与不同图像帧同时发生的心动周期的不同时相注释，如根据ECG中的对应ECG所确定的。然后，将一个或多个带注释的帧提供给分类器，以便将一个或多个带注释的帧的像素元素与心动周期的不同时相中的对应注释时相相关联。此后，作为对目标心脏执行超声检查的结果，可将所获取的目标心脏的一个或多个帧提交给分类器，以便作为响应基于所获取的一个或多个帧的像素元素并且在不使用ECG的一个或多个传感器对的情况下接收对目标心脏的心动周期的同期时相的预测。

在进一步的图示中，图1图示了用于无电路心动周期确定的过程。如图1所示，超声诊断成像设备110获取目标心脏的一个或多个图像帧的视频剪辑图像130。此后，设备110将视频剪辑图像130的一个或多个帧提交给分类器140。分类器140继而处理视频剪辑图像130的不同帧的各个像素，并且产生视频剪辑图像130的一个或多个帧的分类150，该分类属于心动周期的若干时相之一。分类150随后可呈现在设备110的显示器内。同样，分类器140产生一组数据点180，其反映了针对视频剪辑图像130的一个或多个帧的对应部分确定的时相和针对视频剪辑图像130的帧的序列中帧的不同帧的时间序列值

一旦针对视频剪辑图像130的一个或多个帧确定了分类150，就可通过从经修改的帧170中排除视频剪辑图像130的图像帧中的不同图像帧来产生一组经修改的一个或多个帧170，其中分类150填充在过滤器160之外，诸如过滤器排除了心脏周期的R波时相之外的分类，或者心脏周期的特定R-R部分之外的分类。设备110然后在设备110中呈现经修改的帧170的显示120。同样，作为选择，来自视频剪辑图像130的数据点180针对ECG模型190进行拟合，以产生用于在设备110中呈现的模拟ECG显示100。

结合图1描述的过程可在计算机数据处理系统内实现。在进一步的图示中，图2示意性地示出了适于无电路心动周期确定的数据处理系统。该系统包括主机计算平台，该主机计算平台包括一个或多个计算机，每个计算机具有至少一个处理器210、存储器220、固定存储装置230和显示器240。固定存储装置230在其中存储由通信地耦接到超声诊断成像设备200的输入/输出电路250获取的目标心脏的相应超声视频剪辑的一个或多个帧。

神经网络260可在运行时加载到主机计算平台的存储器220中。神经网络260被训练成将不同心脏的不同视频剪辑的不同图像帧的不同图像与不同心脏周期时相相关，使得当向神经网络260呈现同时获取的目标心脏的视频剪辑的一组帧时，神经网络260返回相关心脏周期时相，诸如P波、R波或T波。同样，神经网络260被训练成将不同心脏的不同视频剪辑的不同图像帧与对应的分类数据点相关联，使得当向神经网络260呈现同时获取的目标心脏的视频剪辑的一个或多个帧时，神经网络260还返回分类数据点的相关序列，然后可将这些分类数据点曲线拟合到模拟ECG中。

值得注意的是，该系统还包括心动周期确定模块300。心动周期确定模块300包括计算机程序指令，这些计算机程序指令当由主机计算平台的一个或多个处理器210在存储器220中执行时，将神经网络260加载到存储器220中，并且接收先前获取并存储在固定存储装置230中或者同时从超声诊断成像设备200实时获取的相应不同视频剪辑的不同帧的连续流，并且将视频剪辑的帧连续提交给神经网络260。此后，作为响应，程序指令从神经网络260接收关于心动周期的对应时相的视频剪辑的每个帧的分类以及用于分类的测序数据。程序指令然后针对ECG的已知模型对测序数据进行曲线拟合，以便产生可在显示器240中显示的模拟ECG。

同样，程序指令从视频剪辑的一个或多个帧中提取视频剪辑的帧中已被分类到指定过滤器之外的部分。以举例的方式，过滤器可排除分类在心动周期的R波部分之外的视频剪辑影像或分类为落在阈值数量的R-R心动周期之外的视频剪辑影像的任一个或多个帧。任选地，程序代码从视频剪辑的一个或多个帧中提取与单个完整的R-R周期之外的心动周期部分相关联的所有帧，然后在显示器240中显示视频图像的剩余一个或多个帧的循环呈现。

在心动周期确定模块300的操作的更进一步的图示中，图3是示出用于无电路心动周期确定的过程的流程图。从框310开始，从超声诊断成像设备接收一个或多个图像帧的视频剪辑，并且在框320中，将所接收的一个或多个帧提交给分类器。在框330中，从分类器接收心动周期时相以及不同帧和对应分类的测序数据两者。然后，在框340中，检索过滤器，并且在框350中，将过滤器应用于帧，以便从显示中排除那些基于与心动周期时相的特定部分的关联而被分类到过滤器之外的帧。这样，在判定框360中，确定是否从超声诊断成像设备中的显示中排除该一个或多个帧。

如果确定不从超声诊断成像设备中的显示中排除该一个或多个帧，则在框370中将该一个或多个帧显示在超声诊断成像设备中。然而，在任一情况下，在框380中，将测序数据与模型ECG图拟合，以便产生模拟ECG，然后将其显示在超声诊断成像设备中。此后，对于下一个接收到的视频剪辑重复该过程。以这种方式，只要更高质量的图像帧与心动周期的某些时相相关联，便可使用与视频剪辑的每个帧相关联的心动周期确定来确定从视图中排除视频剪辑中的哪些帧。

本发明可体现在系统、方法、计算机程序产品或它们的任何组合中。计算机程序产品可包括其上具有计算机可读程序指令以用于使处理器执行本发明的方面的一个或多个计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是有形设备，该有形设备可以保持和存储供指令执行设备使用的指令。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子存储设备、磁性存储设备、光学存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或前述的任何适当组合。

本文所述的计算机可读程序指令可从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备，或者经由网络下载到外部计算机或外部存储设备。计算机可读程序指令可完全在用户计算机上执行，部分在用户计算机上执行，作为独立软件包执行，部分在用户计算机上并且部分在远程计算机上执行，或完全在远程计算机或服务器上执行。本文参考根据本发明实施方案的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述本发明的各方面。应当理解，流程图图示和/或框图的每个框，以及流程图图示和/或框图中的框的组合可由计算机可读程序指令来实现。

可将这些计算机可读程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的装置。这些计算机可读程序指令也可存储在计算机可读存储介质中，其可引导计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式起作用，使得具有存储在其中的指令的计算机可读存储介质包括制品，该制品包括实施在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的各方面的指令。

也可将计算机可读程序指令加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使一系列操作步骤在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行以产生计算机实现的过程，使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的指令实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。

附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能具体实施的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每一框可表示指令的模块、片段或部分，其包括用于实施指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些另选具体实施中，框中所指出的功能可不按图中所指出的次序发生。例如，实际上可基本同时执行按顺序示出的两个框，或者有时候可以按相反的顺序执行所述框，这取决于所涉及的功能。还将指出，框图和/或流程图图示的每一框以及框图和/或流程图图示中的框的组合可由执行指定功能或动作或者实施专用硬件和计算机指令的组合的基于专用硬件的系统来实施。

最后，本文所使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并且不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指示。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”(include、includes和/或including)指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的群组的存在或添加。

以下权利要求中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于与具体要求保护的其他要求保护的元件组合地执行该功能的任何结构、材料或动作。已出于说明和描述的目的给出了本发明的描述，但并不旨在是穷举的或限于本发明所公开的形式。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。选择和描述实施方案是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，并且使得本领域的其他普通技术人员能够理解本发明的具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施方案。

因此，已经详细描述了本申请的发明并参考其实施方案，显而易见的是，在不偏离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，修改和变化是可能的。

Claims (18)

1.一种用于在心脏超声期间进行无电路心动周期确定的方法，包括：

将目标心肌的一个或多个图像帧的心脏超声视频剪辑提交给用一组带注释的图像训练的分类器，每个对应心肌在心动周期的指定时相捕获，其中所述心动周期的所述指定时相的基本事实指示从针对所述对应心肌随时间测量的电信号的单独记录的周期图绘制；

响应于所述提交，根据所述心动周期的对应时相接收对所提交的一个或多个图像帧的不同部分的分类；以及

确定所述目标心肌的所述心动周期的所述对应时相中的同期时相，而无需通过靠近所述目标心肌固定的闭环传感器电路来感测电信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所捕获的图像的所述分类是与在所述心动周期上测量的所述周期图的R波部分对应的所述一个或多个图像帧的一部分的所述分类。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所捕获的图像的所述分类是与在多个不同心动周期上测量的所述周期图的R-R间期对应的所述一个或多个图像帧的一部分的所述分类。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括识别所述一个或多个图像帧中与R波对应的部分，以及去除所述一个或多个图像帧中剩余的其他部分。

5.根据权利要求3所述的方法，还包括指定一定数量的所述不同心动周期，将所述一个或多个图像帧剪辑为仅包括与所述指定数量的所述不同心动周期的所述R-R间期对应的所述一个或多个图像帧的部分，以及循环回放所剪辑的一个或多个图像帧。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述单独记录的周期图生成模型曲线，以及将所述目标心肌的所述心动周期的所述时相中的多个同期时相曲线拟合到所述模型曲线，以便产生模拟图。

7.一种适于在心脏超声期间进行无电路心动周期确定的数据处理系统，所述系统包括：

包括一个或多个计算机的主机计算平台，每个计算机包括存储器和至少一个处理器；和

心动周期确定模块，所述心动周期确定模块包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在所述主机计算平台中执行时能够执行：

通过心脏超声成像设备捕获目标心肌的一个或多个图像帧的视频剪辑；

将所述一个或多个图像帧提交给用一组带注释的图像训练的分类器，每个对应心肌在心动周期的指定时相捕获，其中所述心动周期的所述指定时相的基本事实指示从针对所述对应心肌随时间测量的电信号的单独记录的周期图绘制；

响应于所述提交，根据所述心动周期的对应时相接收对所提交的一个或多个图像帧的不同部分的分类；以及

确定所述目标心肌的所述心动周期的所述对应时相中的同期时相，而无需通过靠近所述目标心肌固定的闭环传感器电路来感测电信号。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所捕获的图像的所述分类是与在所述心动周期上测量的所述周期图的R波部分对应的所述一个或多个图像帧的一部分的所述分类。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所捕获的图像的所述分类是与在多个不同心动周期上测量的所述周期图的R-R间期对应的所述一个或多个图像帧的一部分的所述分类。

10.根据权利要求7所述的系统，还包括识别所述一个或多个图像帧中与R波对应的部分，以及去除所述一个或多个图像帧中剩余的其他部分。

11.根据权利要求9所述的系统，还包括指定一定数量的所述不同心动周期，将所述一个或多个图像帧剪辑为仅包括与所述指定数量的所述不同心动周期的所述R-R间期对应的所述一个或多个图像帧的部分，以及循环回放所剪辑的一个或多个图像帧。

12.根据权利要求7所述的系统，其中所述程序指令还执行从所述单独记录的周期图生成模型曲线，以及将所述目标心肌的所述心动周期的所述对应时相中的多个同期时相曲线拟合到所述模型曲线，以便产生模拟图。

13.一种用于在心脏超声期间进行无电路心动周期确定的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括具有利用其体现的程序指令的计算机可读存储介质，所述程序指令能够由设备执行以使所述设备执行方法，所述方法包括：

通过心脏超声成像设备捕获目标心肌的一个或多个图像帧的视频剪辑；

将所述一个或多个图像帧提交给用一组带注释的图像训练的分类器，每个对应心肌在心动周期的指定时相捕获，其中所述心动周期的所述指定时相的基本事实指示从针对所述对应心肌随时间测量的电信号的单独记录的周期图绘制；

响应于所述提交，根据所述心动周期的对应时相接收对所提交的一个或多个图像帧的不同部分的分类；以及

确定所述目标心肌的所述心动周期的所述对应时相中的同期时相，而无需通过靠近所述目标心肌固定的闭环传感器电路来感测电信号。

14.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所捕获的图像的所述分类是与在所述心动周期上测量的所述周期图的R波部分对应的所述一个或多个图像帧的一部分的所述分类。

15.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所捕获的图像的所述分类是与在多个不同心动周期上测量的所述周期图的R-R间期对应的所述一个或多个图像帧的一部分的所述分类。

16.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所述方法还包括识别所述一个或多个图像帧中与R波对应的部分，以及去除所述一个或多个图像帧中剩余的其他部分。

17.根据权利要求15所述的计算机程序产品，其中所述方法还包括指定一定数量的所述不同心动周期，将所述一个或多个图像帧剪辑为仅包括与所述指定数量的所述不同心动周期的所述R-R间期对应的所述一个或多个图像帧的部分，以及循环回放所剪辑的一个或多个图像帧。

18.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所述方法还包括从所述单独记录的周期图生成模型曲线，以及将所述目标心肌的所述心动周期的所述对应时相中的多个同期时相曲线拟合到所述模型曲线，以便产生模拟图。