用于利用从多谱段血液流动和灌注成像获取的信号确定血液动力学状态参数的方法、系统和计算机程序产品技术方案

提供了计算元KG信号的方法。所述方法包括：用近红外（NIR）光源和/或可见光光源照射样品内的感兴趣区域；获取感兴趣区域的图像；处理所获取的图像以得到与所获取图像相关联的元数据；以及从与所获取的图像相关联的元数据计算元KG信号。还提供了相关的系统和计算机程序产品。

Method, system, and computer program product for determining hemodynamic parameters using signals acquired from multispectral blood flow and perfusion imaging

A method for computing the KG signal of the element is provided. The method includes: using near infrared (NIR) light source and / or visible light irradiation in the ROI region of interest; image acquisition; image processing the acquired image is obtained by the associated metadata; and the calculated KG signal from the metadata associated with the acquired image. Related systems and computer program products are also provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于利用从多谱段血液流动和灌注成像获取的信号确定血液动力学状态参数的方法、系统和计算机程序产品优先权主张本申请对2014年10月14日提交的美国临时申请NO.62/063,663和2015年3月20日提交的美国临时申请62/136,010主张优先权，上述申请的公开内容在此以整体引用的方式包含在本文中。版权保留本专利文档的一部分公开内容包含了受版权保护的材料。版权拥有人东卡罗来纳大学（位于北卡罗来纳州的格林维尔）对于任何人复制以专利和商标局文件或记录形式呈现的专利文档或专利公开的行为无异议，但是在任何情形下都以其它方式保留所有的版权。
本专利技术概念通常涉及器官和/或组织的可视化，更具体地涉及确定样品中的血液流动和灌注参数。
技术介绍
组织和/器官内的血液流动和灌注由二维区域或三维结构上的单位时间传送的血液量定义。血液流动通常涉及在大于小动脉层级的血管（大血管层级）中的单位时间内的流量。灌注通常指代小血管层级内的血液流动，在该层级上当前没有在非侵入式技术下的量化参数。实时地直接测量和量化血液流动和灌注的技术仍然在发展中。当前有几种成像技术（例如激光多普勒成像（LDI）和激光斑点成像（LSI））可用来测量流体速度的大小和分布。流体速度是展示了流的方向和大小的线性流，但是不管是在小血管层级还是在大血管层级，都没有对流直接进行量化。为了与更为贴近临床的直观概念以及血液流动和灌注的术语联系在一起，可能需要进一步的假设或分析。实际上，通过与合适的流体动力学建模结合，这些关于流体速度测量的成像技术具有同时在实验和人体临床条件下得到血液流动和灌注的量化信息的潜力。在本文中，术语“血液流动”和“灌注”被用来代替技术性更强的术语“流体速度”。在哺乳动物的物种中，血液流动在心血管系统中并非是常量。实验和临床数据证明，在一个心动周期内血液速度是变化的，这是因为在一个心动周期内，心输出量和主动脉压并非是恒定的。以冠状动脉中的血液流动为例，在心动周期的心脏收缩时相，由于心室心肌收缩，冠状血液流动较低或甚至停止。然而在心脏舒张时相，血液流动相对较高并且达到最大水平。基于具体的解剖学和生理学特性，其它组织和器官内的血液流动和灌注同样受心动周期的影响而变化，但是这些不同的器官系统还具有似乎与心动周期无关的血液流动和灌注的状态。当前对血液流动和灌注进行评价的技术在这些组织和器官系统中无法作出区分，并因此可能有对这些技术进行改进的期望。
技术实现思路
本专利技术概念的一些实施例提供了用于计算元KG信号的方法。该方法包括用至少一个光源照射样品内的感兴趣区域，其中光源为近红外（NIR）光源和/或可见光光源；获取感兴趣区域的图像；处理所获取的图像以得到与所获取图像相关联的元数据；以及从与所获取的图像相关联的元数据计算元KG信号。在进一步的实施例中，元KG信号可以从原始图像或灌注图像得出。在还进一步的实施例中，该方法可以还包含利用计算得到的元KG信号获取血液流动和灌注数据。计算元KG信号可进一步包含通过下列方式从所获取的图像生成元KG信号：处理所获取的图像而得到对比图像并且计算感兴趣区域内的对比图像平均对比强度与时间的关系。该方法可进一步包含通过分析平均强度与时间的关系的频率分量，从感兴趣区域内的平均强度与时间的关系计算心率和脉动信息中的至少一个。该方法可进一步包含：根据平均强度与时间的关系的频率分量在异常与正常组织之间作出区分；以及指示与基础的生理响应相关的异常性程度。在一些实施例中，该方法进一步包含从心率提取心率变异性（HRV）信息，所述心率从感兴趣区域内的平均对比强度与时间的关系计算得到。在进一步的实施例中，该方法还包括：改变感兴趣区域的配置；以及生成视场内感兴趣区域的二维心率图。感兴趣区域的配置的改变可包括改变感兴趣区域的尺寸和位置中的至少一个。在还有进一步的实施例中，样品可以是组织和器官之一。在一些实施例中，计算元KG信号可包含利用斑点对比图像的平均强度计算元KG信号。在进一步的实施例中，可以确定至少一个血液动力学状态参数（HSP），包括心率（HR）、心率变异性（HRV）、R-R间隔（RRI）、RRI标准偏差（RRISD）、心脏收缩压阈值（SBt）、心率与收缩压乘积（RPP）、心率收缩和心率舒张期间的瞬时灌注、灌注曲线的频率分析和时间-频率分析以及包括灌注曲线斜率在内的收缩指数，上述参数都基于计算得到的元KG信号。在还进一步的实施例中，可以确定至少一个血液动力学状态参数，包括基于计算得到的元KG信号的组织含氧量、血红蛋白含量和温度。本专利技术概念的一些实施例提供了用于计算元KG信号的计算机系统。该系统包括：处理器；以及与处理器耦合并且包含计算机可读程序代码的存储器，当该计算机可读程序代码由处理器执行时，将使处理器执行操作，所述操作包括：用至少一个光源照射样品内的感兴趣区域，其中光源为近红外（NIR）光源和/或可见光光源；获取感兴趣区域的图像；处理所获取的图像以得到与所获取图像相关联的元数据；以及从与所获取的图像相关联的元数据计算元KG信号。本专利技术概念的进一步实施例提供了用于计算元KG信号的计算机程序产品。该计算机程序产品包括非暂时性计算机可读存储介质，其具有体现在介质内的计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码包括：用至少一个光源照射样品内的感兴趣区域的计算机可读程序代码，其中光源为近红外（NIR）光源和/或可见光光源；获取感兴趣区域的图像的计算机可读程序代码；处理所获取的图像以得到与所获取图像相关联的元数据的计算机可读程序代码；以及从与所获取的图像相关联的元数据计算元KG信号的计算机可读程序代码。本专利技术概念的还进一步的实施例提供利用双波长光源从元KG信号去除与运动相关的假象的方法。该方法包括：用近红外（NIR）光源和可见光（VL）光源照射样品中的感兴趣区域；获取两组感兴趣区域的图像，每组对应于NIR光源和VL光源的其中一个；处理两组图像以获得NIR元数据和VL元数据；从NIR元数据和VL元数据分别计算NIR元KG和VL元KG；从NIR元KG和VL元KG提取与运动相关的公共信号分量；以及通过从NIR元KG中抵扣运动相关的公共信号分量来计算无噪声的元KG。在一些实施例中，计算无噪声的元KG可包括去除因运动假象引起的噪声，其中因运动假象引起的噪声包括呼吸活动。附图说明图1为根据本专利技术概念的一些实施例的系统的框图。图2A-2C为图表，其示出根据本专利技术概念的一些实施例的多波长成像技术中的平均强度与时间的关系。图3A-3C为图表，其示出根据本专利技术概念的一些实施例的去除呼吸污染的多波长成像技术中的平均强度与时间的关系。图4A-4C为一系列关于心脏的激光斑点图像。图5为图表，其示出根据本专利技术概念的实施例的平均强度与时间的关系，其表示元KG信号。图6A-6C为心脏收缩期间的一系列关于心脏的激光斑点图像。图7为图表，其示出根据本专利技术概念的实施例的平均强度与时间的关系，其表示元KG信号。图8A-8C为心脏舒张期间的一系列关于心脏的激光斑点图像。图8D为图表，其示出根据本专利技术概念的实施例的平均强度与时间的关系，其表示元KG信号。图9A为示出心脏舒张期间的一帧原始图像数据序列的图像。图9B为示出心脏收缩期间的一帧原始图像数据序列的图像。图9C为根据本专利技术概念的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于计算元KG信号的方法，所述方法包括：用至少一个光源照射样品内的感兴趣区域，其中光源为近红外（NIR）光源和/或可见光光源；获取感兴趣区域的图像；处理所获取的图像以得到与所获取图像相关联的元数据；以及从与所获取的图像相关联的元数据计算元KG信号，其中，照射、获取、处理和计算中的至少一个步骤由至少一个处理器执行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.14 US 62/063663;2015.03.20 US 62/1360101.一种用于计算元KG信号的方法，所述方法包括：用至少一个光源照射样品内的感兴趣区域，其中光源为近红外（NIR）光源和/或可见光光源；获取感兴趣区域的图像；处理所获取的图像以得到与所获取图像相关联的元数据；以及从与所获取的图像相关联的元数据计算元KG信号，其中，照射、获取、处理和计算中的至少一个步骤由至少一个处理器执行。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括下列步骤之一：从原始图像得出元KG信号；和从灌注图像得出元KG信号。3.如权利要求1所述的方法，还包含利用计算得到的元KG信号获取血液流动和灌注数据。4.如权利要求3所述的方法，其中，计算元KG信号进一步包含通过下列方式从所获取的图像生成元KG信号：处理所获取的图像而得到对比图像并且计算感兴趣区域内的对比图像的平均对比强度与时间的关系。5.如权利要求4所述的方法，进一步包含通过分析感兴趣区域内的平均强度与时间的关系的频率分量，从平均强度与时间的关系计算心率和脉动信息中的至少一个。6.如权利要求5所述的方法，进一步包含：根据平均强度与时间的关系的频率分量在异常与正常组织之间作出区分；以及指示与基础的生理响应相关的异常性程度。7.如权利要求5所述的方法，进一步包含从心率提取心率变异性（HRV）信息，所述心率从感兴趣区域内的平均对比强度与时间的关系计算得到。8.如权利要求1所述的方法，还包括：改变感兴趣区域的配置；以及生成视场内感兴趣区域的二维心率图。9.如权利要求8所述的方法，其中，感兴趣区域的配置的改变包括改变感兴趣区域的尺寸和位置中的至少一个。10.如权利要求1所述的方法，其中,样品是组织和器官之一。11.如权利要求1所述的方法，其中，计算元KG信号包含利用斑点对比图像的平均强度计算元KG信号。12.如权利要求1所述的方法，进一步包含确定至少一个血液动力学状态参数（HSP），所述参数包括心率（HR）、心率变异性（HRV）、R-R间隔（RRI）、RRI标准偏差（RRISD）、心脏收缩压阈值（SBt）、心率与收缩压乘积（RPP）、心率收缩和心率舒张期间的瞬时灌注、灌注曲线的频率分析和时间-频率分析以及包括灌注曲线斜率在内的收缩指数，上述参数都基于计算得到的元KG。13.如权利要求1所述的方法，进一步包含确定至少一个血液动力学状态参数，所述参数包括基于计算得到的元KG信号的组织含氧量、血红蛋白含量和温度。14.一种用于计算元KG信号的计算机系统，该系统包括：处理器；以及与处理器耦合并且包含计算机可读程序代码的存储器，当该计算机可读程序代码由处理器执行时，将使处理器执行操作，所述操作包括：用至少一个光源照射样品内的感兴趣区域，其中光源为近红外（NIR）光源和/或可见光光源；获取感兴趣区域的图像；处理所获取的图像以得到与所获取图像相关联的元数据；以及从与所获取的图像相关联的元数据计算元KG信号。15.如权利要求14所述的系统，其中，处理器进一步执行的操作包括利用计算得到的元KG信号获取血液流动和灌注数据。16.如权利要求15所述的系统，其中，处理器进一步执行的操作包括通过计算感兴趣区域内的平均强度与时间的关系来从所获取的图像中生成元KG信号。17.如权利要求16所述的系统，其中，处理器进一步执行的操作包含通过分析感兴趣区域内的平均强度与时间的关系的频率分量，从平均强度与时间的关系计算心率和脉动信息中的至少一个。18.如权利要求17所述的系统，处理器进一步执行的操作包含：根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈成，TB小费尔古森，金圣翰，彭志勇，KM雅各布斯，
申请(专利权)人：东卡罗莱娜大学，
类型：发明
国别省市：美国,US