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申请/专利权人：中国计量科学研究院

摘要：本发明是有关于一种基于超声医学影像的射血分数校准方法及专用设备，使用具有生物组织等效特性的材料制成人体动态心脏模型，通过高精度激光位移传感器精确测量并给出不同心率值下沿着左心室短轴切面方向且左心室外侧位置的位移量标准值；然后利用超声医学影像设备测量并给出该位置位移量的测量值，位移量标准值减去测量值获得修正值，建立心率值与位移量修正值的对照表，然后将该对照表、人体动态心脏模型左心室舒张态的心横径长度标准值和测得值内置于超声医学影像设备中，用于校准射血分数测量结果。通过本发明的校准方法及专用设备，可以提升超声医学影像设备射血分数测量结果的准确性，提升心力衰竭等临床疾病诊断结果的有效性。

主权项：1.一种基于超声医学影像的射血分数校准方法，其特征在于其包括以下步骤：步骤1：制作人体动态心脏模型；所述的步骤1包括：步骤1-1：绘制基于开源的人体动态心脏模型的三维数值模型，结合真实人体心脏数据调节三维数值模型的几何尺寸，使其呈现真实人体生理解剖结构；步骤1-2：调节用于制备人体动态心脏模型的心肌材料的弹性模量，心肌材料由三组分硅基橡胶制成，使用邵氏硬度计测量制备的人体动态心脏模型的心肌材料硬度，根据硬度与弹性模量的换算公式计算弹性模量，通过调节三组分的比例，使得人体动态心脏模型的心肌材料的弹性模量等效于真实人体心肌组织的弹性模量；心肌材料弹性模量在1.86～2.37MPa之间，在力学特性上等效于人体真实心肌组织；步骤1-3：制作人体动态心脏模型，根据步骤1-1的三维数值模型进行3D打印，获得人体动态心脏模型，然后对打印的人体动态心脏模型进行倒模，利用模具及步骤1-2中的人体动态心脏模型的心肌材料制备人体动态心脏模型；为方便后续步骤中的各项工作，在人体动态心脏模型倒模过程中，将此模型分为上下两个部分，后续的所有步骤均在下半部分上进行操作，待所有步骤完成后将上下两部分利用步骤1-2中相同的心肌材料粘接在一起，形成完整的人体动态心脏模型；制备完成的人体动态心脏模型包括左心房、左心室、右心房、右心室；步骤1-4：确定超声成像位置，基于M型-Teich法超声心动成像射血分数测量方法的需求，沿着左心室短轴切面方向且在左心室外侧位置开小孔，将一根内径不小于1mm的硬质橡胶皮管3粘接在人体动态心脏模型内部；在左心室内，根据人体动态心脏模型心横径尺寸，穿过硬质橡胶皮管3套接弹簧2，弹簧2的一端抵在左心室壁，弹簧2的另一端抵在室间隔上；在室间隔上斜挖出通道，用于将硬质橡胶皮管3粘接固定在室间隔上，通道直径小于弹簧2内径；步骤1-5：确定定位点标记，在步骤1-4中的小孔外侧粘接直径大于5mm、厚度小于0.5mm的圆柱形的亚克力垫片1，在亚克力垫片1的圆心中央钻0.5mm直径的通孔，同时以亚克力垫片1的圆心为对称点，在同一条直径上且距离亚克力垫片1的圆心1mm的位置再钻2个直径为0.5mm的通孔；在与这一组对称通孔连线垂直的另一条直径上标注对称的定位点标记×，两个定位点标记×距离亚克力垫片1的圆心距离均为1.5mm，这两个定位点标记×用作后续激光位移传感器16标定亚克力垫片1的位移量；将两根线径为0.23cm的尼龙线4由步骤1-4中的硬质橡胶皮管3穿出，穿过亚克力垫片1的圆心通孔后，两根尼龙线4分别从亚克力垫片1上对称的两个通孔穿出，再穿回硬质橡胶皮管3中；尼龙线4的线头伸出硬质橡胶皮管3的管口另一端10cm；将穿好尼龙线4的亚克力垫片1的下端粘接在左心室外壁上；步骤1-6：将粘接好亚克力垫片1的人体动态心脏模型置于光学投影仪的载物台上，沿着左心室短轴且垂直于亚克力垫片1上表面的方向测量左心室心横径长度，作为M型-Teich法超声心动成像射血分数测量方法中左心室舒张态的心横径长度标准值；步骤2：将人体动态心脏模型安装于亚克力水箱中；步骤3：安装机械运动控制机构且将安装于亚克力水箱的人体动态心脏模型与机械运动控制机构连接；步骤4：开启机械运动控制机构，带动人体动态心脏模型产生规律性的往复运动；步骤5：沿着左心室短轴切面方向，标定左心室外侧位置的位移量，在亚克力水箱中不注水、利用可调节升降的支架20来确定激光位移传感器16的位置，通过激光位移传感器16测量该位置位移量的标准值；其中所述的步骤5的具体步骤是利用可升降的固定支架20来确定激光位移传感器16的位置，沿着左心室短轴切面方向标定左心室外侧位置处位移量时，对于40～150次分间的心率值，每隔5次分的心率值进行一次左心室外侧位置处位移量标准值的测量；测量时亚克力水箱中不加水，同时取下右侧板7，设置预定的心率值使得左心室壁产生规律性的往复运动，调节激光位移传感器16的高度和位置，将激光位移传感器16用于测距的激光点投射在亚克力垫片1上，分别测量亚克力垫片1上左右对称的两个定位点标记×的位移量，每个定位点测量10次位移量取平均值作为该位置的位移量测量结果，最终以两个定位点的位移量测量结果的平均值作为沿着左心室短轴切面方向且在左心室外侧位置处的位移量的标准值；人体动态心脏模型运动时设置的每一种心率值都对应一种气泵活塞系统的电磁阀12的开关速率，由于气泵活塞系统的电磁阀12的开关速率的变化会导致气动活塞11的推拉杆的收缩运动不完全，导致沿着左心室短轴切面方向且在左心室外侧位置处的位移量会随心率值的变化而发生改变，因此每一个心率值都对应一个位移量的标准值；步骤6：获取超声心动图像，在亚克力水箱中注满水直至淹没人体动态心脏模型，然后进行超声心动图像的获取，获取超声心动图像后，利用M型-Teich法测量位移量的测量值；其中所述的步骤6具体步骤是：心率值不变，将右侧板7插回亚克力水箱的凹槽内，在亚克力水箱中注满水直至淹没人体动态心脏模型，然后进行超声心动图像的获取；超声心动图像获取时，将超声成像设备的探头固定在固定支架20上，探头的高度与标定人体动态心脏位移量标准值时激光位移传感器16的高度一致；然后在亚克力水箱右侧板7的塑料薄膜7-1上涂抹耦合剂，移动固定支架20，使得超声成像设备的探头贴附在塑料薄膜7-1上，并以左心室短轴切面的角度获取超声心动图像；由于亚克力垫片1与人体动态心脏模型左心室的声学特性不同，亚克力垫片1对超声的反射效果更强烈，因此在超声心动图像中亚克力垫片1的图像亮度会更高，当超声成像设备的探头与左心室短轴切面基本保持共平面时，亚克力垫片1在超声心动图像上会呈现一个形状不变、位置改变的明亮长方形，利用亚克力垫片1与人体动态心脏模型左心室的超声心动图像的不同来辅助寻找左心室短轴切面；在人体动态心脏模型左心室呈现舒张态的情况下，以左心室短轴切面的角度获取超声心动图像并重复测量10次，以10次测量结果的平均值作为左心室舒张态的心横径长度测得值；步骤7：超声心动位移量测量结果的修正，将标准值减去测量值即为沿着左心室短轴切面方向且在左心室外侧位置的超声心动位移量测量结果的修正值，对于40～150次分间的心率值，每隔5次分测量该心率值对应的位移量修正值，将测得的心率值与位移量修正值的对照表以及左心室舒张态的心横径长度标准值和测得值内嵌到超声设备中，即可用于以后基于超声医学影像的射血分数计算结果的修正，对于不在对照表内的心率值，采用线性插值的方式获得心率值对应的位移量修正值。

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