一种体外肺部模拟检测系统及检测方法与流程

1.本发明属于医疗器械技术领域，具体来说是一种体外肺部模拟检测系统及检测方法。


背景技术：

2.肺部疾病的早期识别可提高肺病整体治愈率，延长患者生存时间和生活质量，同时减少社会医疗负担。但如何精准鉴别病灶仍是目前呼吸科、肿瘤科及影像科医生面临的挑战。
3.现阶段肺部疾病的筛查和随访主要通过ct影像进行。传统ct扫描的过程伴随辐射的积累，反复的辐射暴露增加患者患癌风险，因此，开发新的随访检测手段，以较低的辐射暴露提供更多的肺部信息，对于提高临床医师对肺部疾病的鉴别能力，同时可使更多患者获益并节约医疗资源。
4.3d能谱数字x线影像技术(3d能谱-dr)以x线切面成像技术和多次曝光能谱成像技术为基础，在远低于ct辐射剂量的前提下获得高质量的胸部3dx线影像和能谱信息，获得类似ct影像的切面影像和丰富的能谱诊断信息。
5.3d能谱-dr是世界各大医疗影像系统产品公司倾力开发的前沿技术，但其作为一项较新的技术在临床中的应用还需进一步探索。


技术实现要素：

6.1.发明要解决的技术问题
7.本发明的目的在于解决缺乏三维影像识别模拟装置获取相关辅助诊断信息的问题。
8.2.技术方案
9.为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
10.本发明的一种体外肺部模拟检测系统，包括胸腔模拟组件，所述胸腔模拟组件为密封的罐体且设有可开合的上盖和放置于内部的模拟肺，所述上盖设有开口连通有接头组件和备用接口，所述接头组件用于连接所述模拟肺和气管插管导管，所述气管插管导管连通有呼吸机，所述胸腔模拟组件设置于三维影像检测设备对应位置以使得所述模拟肺正对所述三维影像检测设备的合成像板。
11.优选的，所述上盖包括相互贴合的内盖和外盖，所述内盖的尺寸与所述密封罐体的开口内径尺寸相适配，所述外盖的尺寸略大于所述密封罐体开口外径尺寸，所述内盖外侧环绕有密封圈与所述密封罐体内部贴合形成密封。
12.优选的，所述上盖设有开口一和开口二，所述开口一连接备用接口，所述开口二连接固定接头，所述开口二的尺寸大于所述开口一的尺寸。
13.优选的，所述开口一设有六角活丝内接头，通过旋紧加了垫片的云头将六角活丝内接头固定在开口一上，所述模拟肺的气管固定在倒锁式龙头接头上，所述倒锁式龙头接
头与六角活丝内接头进行连接固定。
14.优选的，所述三维影像检测设备包括三维影像检测装置和影像数据处理装置，所述三维影像检测装置包括成像扫描单元、射线发射单元和射线接收单元；所述射线发射单元包括至少一个发射源，所述发射源包括高能发射部和低能发射部，使得可以分别发射两种不同能量的射线对物体进行成像；所述成像扫描单元与所述射线发射单元和所述射线接收单元中的至少一种连接，所述射线接收单元与所述射线发射单元相对设置，所述影像数据处理装置与所述射线接收单元连接，以实现将高低双能二维图像重构成高低双能三维重建图像。
15.一种体外肺部模拟检测方法，所述方法采用上述所述的系统，所述方法包括
16.s100、配置系统；
17.s200、启动呼吸机对模拟肺进行呼吸模拟；
18.s300、启动三维影像检测设备对模拟肺的呼吸形态进行扫描；
19.s400、采集数据及数据预处理；
20.s500、数据分析；
21.s600、建立匹配模型。
22.优选的，所述步骤s400中的采集数据及数据预处理具体为筛选合格的影像图片进行归一化处理，所述合格的影像图片的标准为具备足够清晰度，完整覆盖预定照射区域，没有伪影，以及有较好的信噪比和对比度。
23.3.有益效果
24.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
25.本发明的一种体外肺部模拟检测系统及检测方法，包括胸腔模拟组件，所述胸腔模拟组件为密封的罐体且设有可开合的上盖和放置于内部的模拟肺，所述上盖设有开口连通有接头组件和备用接口，所述接头组件用于连接所述模拟肺和气管插管导管，所述气管插管导管连通有呼吸机，所述胸腔模拟组件设置于三维影像检测设备对应位置以使得所述模拟肺正对所述三维影像检测设备的合成像板，通过模拟肺进行模拟检测，三维影像检测设备对模拟肺存在疾病时候的形态进行拍摄分析，从而构建出了不同性质的肺部疾病体外模型，为后续进行分析和辅助判断提供数据。
附图说明
26.图1为本发明的一种体外肺部模拟检测系统的整体结构示意图
27.图2为本发明的上盖的结构示意图；
28.图3为实施例2的设备模拟肺内吸入圆形薄荷糖的影像示意图；
29.图4为实施例2的设备模拟肺内吸入葡萄籽的影像示意图；
30.图5为实施例2的设备模拟肺内吸入鸡肉鱼刺的影像示意图；
31.图6为实施例2的设备模拟比较造模前后的影像学变化示意图；
32.图7为实施例2的设备显示气道的影像示意图；
33.图8为实施例2的设备模拟肺内吸入药丸的影像示意图；
34.图9为实施例2的设备模拟肺大泡的肺部影像示意图；
35.图10为实施例2的设备模拟肺炎的影像示意图；
36.图11为实施例2的设备比较不同的气道压力对肺部气道的影响的影像示意图。
37.示意图中的标号说明：
38.100、胸腔模拟组件；110、模拟肺；120、上盖；121、开口一；122、开口二；123、密封圈；130、接头组件；140、备用接口；200、三维影像检测设备；300、呼吸机；400、气管插管导管。
具体实施方式
39.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
40.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了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，而是可包括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。
41.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
42.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
43.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
44.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
45.实施例1
46.参照附图1-2，本实施例的一种体外肺部模拟检测系统，包括胸腔模拟组件100，所述胸腔模拟组件100为密封的罐体且设有可开合的上盖120和放置于内部的模拟肺110，所述上盖120设有开口连通有接头组件130和备用接口，所述接头组件130用于连接所述模拟肺110和气管插管导管400，所述气管插管导管400连通有呼吸机300，所述胸腔模拟组件100设置于三维影像检测设备200对应位置以使得所述模拟肺110正对所述三维影像检测设备200的合成像板210。本实施例的系统通过模拟肺110进行模拟检测，三维影像检测设备200对模拟肺110存在疾病的形态进行拍摄分析，从而构建出了不同性质的疾病肺部体外模型，
为后续进行分析和辅助判断提供数据，本实施例的模拟肺110为动物肺，本实施例优选猪肺。猪的气道与人类气道的可比性使这种动物更适合进行肺部疾病模拟研究。
47.所述上盖120包括相互贴合的内盖和外盖，所述内盖的尺寸与所述密封罐体的开口内径尺寸相适配，所述外盖的尺寸略大于所述密封罐体开口外径尺寸，所述内盖外侧环绕有密封圈123与所述密封罐体内部贴合形成密封。所述上盖120设有开口一121和开口二122，所述开口一121连接备用接口，所述开口二122连接固定接头130，所述备用接口连接有压力检测设备，用于检测罐体内气压并进行对比分析。所述开口二122距离所述密封罐体侧壁的距离与所述模拟肺110的大小尺寸相适配以使得所述密封罐体能完全容纳所述模拟肺110扩张后的尺寸且保持模拟肺110靠近所述密封罐体侧壁从而保证扫描效果。
48.所述开口二122的尺寸大于所述开口一121的尺寸。所述密封罐为透明的有机玻璃材质。所述模拟肺110固定好后在密封罐内贴近一侧罐壁，在三维影像检测设备200的扫描面板的20公分范围内，保证三维影像检测设备的成像效果。
49.所述开口二122设有六角活丝内接头，通过旋紧加了垫片的云头将六角活丝内接头固定在开口二122上，所述模拟肺110的气管固定在倒锁式龙头接头上，所述倒锁式龙头接头与六角活丝内接头进行连接固定。所述倒锁式龙头接头与六角活丝内接头都为直通型，其为ppr材质，一体成型，不易老化，也不损伤气管。
50.所述气管插管导管400一端伸入模拟肺110内并通过气囊膨胀进行固定，所述气管插管导管400远离所述模拟肺110的一端连接l型接头医用无菌可伸缩螺纹管，l型接头医用无菌可伸缩螺纹管另一端连接呼吸机管路与呼吸机300进行连接。
51.所述三维影像检测设备200包括三维影像检测装置和影像数据处理装置，所述三维影像检测装置包括成像扫描单元、射线发射单元和射线接收单元；所述射线发射单元包括至少一个发射源，所述发射源包括高能发射部和低能发射部，使得可以分别发射两种不同能量的射线对物体进行成像；所述成像扫描单元与所述射线发射单元和所述射线接收单元中的至少一种连接，所述射线接收单元与所述射线发射单元相对设置，所述影像数据处理装置与所述射线接收单元连接，以实现将高低双能二维图像重构成高低双能三维重建图像。
52.参照附图3所示，附图3具体为模拟肺110偶然摄入圆形薄荷糖的场景，其中附图3的a图中为传统二维影像学表现，附图3的b为采用本技术的系统得到影像学表现，图c、d为支气管镜下辅助判断的异物位置，由此可知，采用本实施例的系统进行检测，结果更加准确。
53.参照附图4所示，采用本实施例的系统进行模拟肺部吸入葡萄籽的影像检测，其中图a为常规x线下的影像学表现，图b、d、e为采用本系统得到的影像学表现。
54.参照附图5所示，其中图5的a、b部分为异物为猪肉和细骨的组合在模拟肺110中的影像数据，图5中的c、d部分为异物为鸡肉和鱼刺的组合在模拟肺110中的影像数据。
55.参照附图6所示，图中为比较造模前后的影像学变化(椭圆区域)，给予不同的气道压力后影像学的变化，给与不同的气道压力后分析不同的机械通气参数下对急性肺损伤的影像学影响。(肺水肿的诊断和治疗过程中的评估)。
56.因此，通过本实施例的系统能够研究出肺部不同状态下在3d能谱-dr系统中的影像学表现，在较低辐射前提下，对肺部组织及结节提供3d高分辨成像，并提供丰富的能谱诊
断信息，构建出肺部疾病早期筛查的图像特征，为其在肺部疾病的早期诊断提供更多的依据，为肺部疾病诊断随访的诊疗工作提供基础，实现低剂量、高鉴别力、更简便的肺部疾病早期诊断方法。
57.实施例2
58.本实施例的一种体外肺部模拟检测方法，所述方法实施例1所述的系统，所述方法包括
59.s100、配置系统；
60.s200、启动呼吸机300对模拟肺110进行呼吸模拟；
61.s300、启动三维影像检测设备200对模拟肺110的呼吸形态进行扫描；
62.s400、采集数据及数据预处理；
63.s500、数据分析；
64.s600、建立匹配模型。
65.所述步骤s400中的采集数据及数据预处理具体为筛选合格的影像图片进行归一化处理，所述合格的影像图片的标准为具备足够清晰度，完整覆盖预定照射区域，没有伪影，以及有较好的信噪比和对比度。这些条件有助于确保影像的质量，从而更准确地进行后续的分析和诊断。
66.所述步骤s600中的建立匹配模型具体为对步骤s500获取的影像图片中异物的进行标注后，将影像图片分为训练集和测试集，搭建算法框架并进行网络训练，训练模型并检测模型收敛，选择表现最好的架构准确率重新训练，获得最终准确率，保存网络模型。
67.参照图7，其中图a和图b均清楚的显示了气道的三维影像，其中图d、e、f、g均为对应位置支气管镜下的气道影像学表现，由此可知，本系统可以提供较高的空间分辨率和更精细的细节表现力。对于大气道(如气管和主支气管)以及小气道的结构、形态及其变化，可以给出更清晰、更全面的展示。且可以从各个角度观察和评估气道。揭示气道之间的空间关系，有助于我们理解疾病对气道结构的影响，相比于胸片，本技术的系统在影像对比度方面具有优势，能更清晰地展示软组织和空气的界限，从而更精准地描绘气道的形态。
68.参照图8，图8为采用本技术的系统模拟了意外吞服药丸的肺部影像学表现，由图可知，采用本技术的系统可以清楚明确得找到药丸在气道中的位置，而在常规胸片中很难进行准确快速的识别。
69.参照图9，图9为采用本技术的系统模拟了肺大疱的肺部影像，其中图a和图c为常规x线的影像学表现，图b和图d为采用本技术得到的影像学表现，由此可知，采用本技术的系统可以提供比传统胸片更多的细节，包括肺组织的细微变化和结构的清晰度。这样，医生可以清楚地看到和分辨肺大疱的边界和内容，而不是仅仅依赖胸片的二维视图。且可以生成三维图像，可以从多个角度展示肺部结构，使医生能够清楚地看到肺大疱的真实大小和形状，以及它与周围组织的关系。
70.通过连续的影像序列，可以形成动态的三维图像。这种能力使得医生能够观察到肺大疱的动态变化，进一步提高诊断的准确性。可以更准确地鉴别肺大疱。临床上有时会有酷似大量气胸的巨大肺大疱，胸片极容易误诊为大量气胸，若错误行胸腔穿刺后会加重患者病情。本设备检测得到的肺部影像数据可以提高对肺大疱的鉴别能力，进而减少误诊的可能。
71.参照图10，图10为采用本技术的系统模拟肺炎的肺部影像，其中图a为常规x线的影像学表现，图b和图c为采用本技术得到的影像学表现。
72.在本实施例中，方法还包括将备用接口连接到压力测定仪，以进行模拟呼吸机治疗下的呼吸力学变化分析。设定呼吸机参数为压力控制模式，呼吸周期为6秒，呼气末正压(peep)设置为0/10/20厘米水柱压力，压力支持(pc)为0厘米水柱压力。打开呼吸机进行通气，同时记录胸腔内压力。在不同的参数设置下，收集的影像如图11所示。图中展示了呼吸机分别施加0、10、20厘米水柱压力时，气道压力对肺部气道以及胸腔内负压的影响。随着气道压力的增大，气道随之扩张。可以计算出气道压力与气道扩张、气道顺应性、气道阻力以及驱动压等因素的关系。这项方法对于研究气道的呼吸力学特性非常有帮助，而且它对小气道的显示有望应用于慢性阻塞性肺病的诊断中。
73.以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种体外肺部模拟检测系统，其特征在于：包括胸腔模拟组件(100)，所述胸腔模拟组件(100)为密封的罐体且设有可开合的上盖(120)和放置于内部的模拟肺(110)，所述上盖(120)设有开口连通有接头组件(130)和备用接口，所述接头组件(130)用于连接所述模拟肺(110)和气管插管导管(400)，所述气管插管导管(400)连通有呼吸机(300)，所述胸腔模拟组件(100)设置于三维影像检测设备(200)对应位置以使得所述模拟肺(110)正对所述三维影像检测设备(200)的合成像板(210)。2.根据权利要求1所述的一种体外肺部模拟检测系统，其特征在于：所述上盖(120)包括相互贴合的内盖和外盖，所述内盖的尺寸与所述密封罐体的开口内径尺寸相适配，所述外盖的尺寸略大于所述密封罐体开口外径尺寸，所述内盖外侧环绕有密封圈(123)与所述密封罐体内部贴合形成密封。3.根据权利要求2所述的一种体外肺部模拟检测系统，其特征在于：所述上盖(120)设有开口一(121)和开口二(122)，所述开口一(121)连接备用接口，所述开口二(122)连接固定接头(130)，所述开口二(122)的尺寸大于所述开口一(121)的尺寸。4.根据权利要求2所述的一种体外肺部模拟检测系统，其特征在于：所述开口一(121)设有六角活丝内接头，通过旋紧加了垫片的云头将六角活丝内接头固定在开口一(121)上，所述模拟肺(110)的气管固定在倒锁式龙头接头上，所述倒锁式龙头接头与六角活丝内接头进行连接固定。5.根据权利要求2所述的一种体外肺部模拟检测系统，其特征在于：所述三维影像检测设备(200)包括三维影像检测装置和影像数据处理装置，所述三维影像检测装置包括成像扫描单元、射线发射单元和射线接收单元；所述射线发射单元包括至少一个发射源，所述发射源包括高能发射部和低能发射部，使得可以分别发射两种不同能量的射线对物体进行成像；所述成像扫描单元与所述射线发射单元和所述射线接收单元中的至少一种连接，所述射线接收单元与所述射线发射单元相对设置，所述影像数据处理装置与所述射线接收单元连接，以实现将高低双能二维图像重构成高低双能三维重建图像。6.一种体外肺部模拟检测方法，其特征在于：所述方法采用上述权利要求1-5任一项所述的系统，所述方法包括s100、配置系统；s200、启动呼吸机(300)对模拟肺(110)进行呼吸模拟；s300、启动三维影像检测设备(200)对模拟肺(110)的呼吸形态进行扫描；s400、采集数据及数据预处理；s500、数据分析；s600、建立匹配模型。7.根据权利要求6所述的一种体外肺部模拟检测方法，其特征在于：所述步骤s400中的采集数据及数据预处理具体为筛选合格的影像图片进行归一化处理，所述合格的影像图片的标准为具备足够清晰度，完整覆盖预定照射区域，没有伪影，以及有较好的信噪比和对比度。

技术总结
本发明的一种体外肺部模拟检测系统及检测方法，属于医疗器械技术领域。包括胸腔模拟组件，所述胸腔模拟组件为密封的罐体且设有可开合的上盖和放置于内部的模拟肺，所述上盖设有开口连通有接头组件和备用接口，所述接头组件用于连接所述模拟肺和气管插管导管，所述气管插管导管连通有呼吸机，所述胸腔模拟组件设置于三维影像检测设备对应位置以使得所述模拟肺正对所述三维影像检测设备的合成像板，通过模拟肺进行模拟检测，三维影像检测设备对模拟肺存在疾病的形态进行拍摄分析，从而构建出了不同性质的肺部疾病体外模型，为后续进行分析和辅助判断提供数据。析和辅助判断提供数据。析和辅助判断提供数据。


技术研发人员：李占霞 任涛
受保护的技术使用者：上海市第六人民医院
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/19