基于力学与阻抗特征重构的食道成像分析模型与方法

本发明属于生物组织监测领域，涉及一种基于力学与阻抗特征重构的食道成像分析模型与方法。

背景技术：

1、胃食道反流和贲门失弛缓症两种疾病都是一种食道功能性失调疾病，前者会引起患者出现反酸，胃灼热等不适症状，后者会引起患者吞咽困难、食物滞留等消化问题。

2、目前临床上主要依赖于内窥镜或者食道测压术来完成两种疾病的检测，另外还可以通过钡餐来检测食道疾病，但钡餐含有放射性，会对患者的健康造成一定的风险。

3、现有检测技术多集中于单一维度的信息，内窥镜仅提供了食道的视觉信息，食道测压术仅提供了食道的力学信息；对于早期的贲门失弛缓症可能并不出现明显的形态变化，难以通过食道外观来与正常食道进行区分，存在一定的局限性；而功能性管腔成像探针被用于胃肠道的功能障碍检测中，它能提供有关胃肠道的尺寸、黏膜完整性和狭窄性信息，但它无法提供关于胃肠道的动态应力和应变信息。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于力学与阻抗特征重构的食道成像分析模型与方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、基于力学与阻抗特征重构的食道成像分析模型与方法，该方法包括以下步骤：

4、从球囊内获取微变压电矩阵，通过球囊复合物理场计算进行数据处理，得到关键节点力学重构，利用可视化技术进行食道力学分布时空图；

5、同时，从球囊外得到环状阻抗采集阵列的电势数据，采用信赖域优化的tikhonov正则化算法进行处理，得到电阻抗图像；

6、通过结合食道关键节点力学重构图像与电阻抗成像结果。

7、进一步的，所述球囊是柔性封闭球囊，4个pvdf压电传感器均匀分布在球囊内的导管上，外层球囊上有4个电极阵列，每个阵列含有6个检测电极；pvdf压电传感器组来反映球囊所受压力分布，实时获取食道的应力分布。

8、进一步的，所述关键节点力学重构包括：食道蠕动时，控制pvdf压电传感器工作频率在1hz至20hz内，使用四个pvdf压电传感器采集到m帧压电信号，将其整合成一个4×m的时序压电信号矩阵，通过球囊复合物理场计算模型进行数据处理，从中获取食道四个关键节点的实时压力，通过可视化技术得到关键节点力学重构图像。

9、进一步的，所述信赖域优化的tikhonov正则化算法包括：

10、步骤1：初始化系统参数；确定测量边界电压，根据预先获得的食道电阻抗正仿真数据，设置先验电导率，设置信赖域初始半径，以及停止准则阈值ε，初始迭代次数为0，并预设最大迭代次数为一个根据实验经验确定的数值；

11、步骤2：构建tikhonov正则化目标函数j(x)；

12、步骤3：计算当前解xk处的目标函数的梯度和残差；

13、步骤4：确定优化的搜索方向sk；

14、步骤5：根据模型预测和实际表现，动态调整信赖域的大小δk；

15、步骤6：更新解xk+1；

16、步骤7：收敛检查，如果满足任一收敛条件则停止迭代，否则，调整信赖域大小并返回第3步；

17、步骤8：输出当前迭代得到的电导率分布。

18、进一步的，所述搜索方向sk是通过最小化以下模型预测误差mk(s)来确定的：

19、

20、进一步的，试试收敛条件包括梯度的模长||gk||小于设定阈值ε，迭代次数达到或超过设定的最大迭代次数，目标函数j(x)在连续迭代中的改变量小于设定阈值ε三类。

21、本发明的有益效果在于：

22、本发明使用球囊检测结构一方面对食道的关键节点进行力学图像重构，另一方面能实现食道的电阻抗图像重构；此外，将电阻抗成像技术引入了食道检测分析，能获得食道的电阻抗特征分布，并且采用了信赖域优化的tikhonov正则化算法，以确保成像结果的高精确性、稳定性和快速收敛。通过结合食道力学重构图像与电阻抗重构图像，对胃食道反流和贲门失弛缓症两种情况进行多维度数据分析。

23、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.基于力学与阻抗特征重构的食道成像分析模型与方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

2.基于权利要求1所述的基于力学与阻抗特征重构的食道成像分析模型与方法，其特征在于：所述球囊是柔性封闭球囊，4个pvdf压电传感器均匀分布在球囊内的导管上，外层球囊上有4个电极阵列，每个阵列含有6个检测电极；pvdf压电传感器组来反映球囊所受压力分布，实时获取食道的应力分布。

3.基于权利要求1所述的基于力学与阻抗特征重构的食道成像分析模型与方法，其特征在于：所述关键节点力学重构包括：食道蠕动时，控制pvdf压电传感器工作频率在1hz至20hz内，使用四个pvdf压电传感器采集到m帧压电信号，将其整合成一个4×m的时序压电信号矩阵，通过球囊复合物理场计算模型进行数据处理，从中获取食道四个关键节点的实时压力，通过可视化技术得到关键节点力学重构图像。

4.基于权利要求1所述的基于力学与阻抗特征重构的食道成像分析模型与方法，其特征在于：所述信赖域优化的tikhonov正则化算法包括：

5.基于权利要求4所述的基于力学与阻抗特征重构的食道成像分析模型与方法，其特征在于：所述搜索方向sk是通过最小化以下模型预测误差mk(s)来确定的：

6.基于权利要求4所述的基于力学与阻抗特征重构的食道成像分析模型与方法，其特征在于：试试收敛条件包括梯度的模长||gk||小于设定阈值ε，迭代次数达到或超过设定的最大迭代次数，目标函数j(x)在连续迭代中的改变量小于设定阈值ε三类。

技术总结
本发明涉及一种基于力学与阻抗特征重构的食道成像分析模型与方法，属于生物组织监测领域。该方法中利用PVDF压电传感器组、检测电极、控制电路等组成的柔性球囊检测装置来采集食道的电阻抗与力学信号；分析模型利用PVDF压电传感器组来实时获取食道的应力分布，利用检测电极得到的电学数据进行食道的电阻抗成像，得到高分辨率的三维食道图像；从球囊内获取微变压电矩阵，通过球囊复合物理场计算进行数据处理，得到关键节点力学重构，利用可视化技术进行食道力学分布时空图；从球囊外得到阻抗采集阵列的电势数据，采用信赖域优化的Tikhonov正则化算法进行处理，得到电阻抗图像；通过结合节点力学图像重构与电阻抗成像结果。

技术研发人员：冉鹏,刘薇,赖映兵,李闽氚,焦追追,钟莹,刘磊
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>重庆邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24