一种小肠微循环功能测评方法与流程

1.本发明属于数据分析技术领域，特别涉及一种小肠微循环功能测评方法。


背景技术：

2.小肠微循环是小肠吸收肠道内营养物质及自身组织细胞与血液进行物质交换的场所，具有独特的形态学特点和生理功能，小肠微循环功能紊乱，将影响小肠的消化、吸收、分泌和内分泌功能，引起机体代谢紊乱。
3.如图1所示，现有技术主要包括形态学研究方法和活体微循环研究方法。形态学研究方法常采用光学显微镜和电子显微镜观察离体标本、小肠微血管塑料及树脂铸型，了解正常及病变肠黏膜微循环的微观结构和变化。活体微循环研究方法主要包括小肠绒毛微循环的微循环显微镜活体观察、放射性元素（
99
tc）体内标记红细胞测定小肠血流灌注量等。
4.小肠微循环功能测评现有技术存在以下客观缺点：（1）准确性。活体微循环研究方法中的微循环显微镜属定性观察分析，其结果准确性一般。
5.（2）安全性。放射性元素（
99
tc）体内标记红细胞测定小肠血流灌注量对实验环境和辐射防护要求较高，对实验人员的健康存在影响；（3）形态学研究方法属于微循环结构层面，无法反映小肠微循环功能，上述客观缺点进一步影响小肠微循环功能测评的科学性和准确性。
6.因此，如何能够提高小肠微循环功能特征展示的科学性和准确性，是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种小肠微循环功能测评方法，通过小肠微循环血流动力学和微循环氧的捕获和分析，实现全面准确地描述小肠微循环功能特征。此外，本发明通过通用微循环框架实现了小肠微循环功能的可视化，提高小肠微循环功能特征展示的科学性。
8.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种小肠微循环功能测评方法，包括以下方法：步骤1，小肠微循环氧参数和微循环血流动力学参数的测定：利用小肠微循环功能测评装置，采集小肠微循环功能数据，包括小肠微循环氧参数和血流动力学参数，将数据分别保存为无损数据格式，备解析；所述小肠微循环功能测评装置包括微循环氧分压监测仪和双通道激光多普勒监测仪，采集相关参数时将设备的光学探针集成至微米立体定位仪，利用微米立体定位仪将光学探针引导至小肠上方1 mm处，用白光和激光两种光源进行采集；步骤2，小肠微循环功能数据的清洗：将步骤1测定得到的小肠微循环功能数据导入数据清洗模块，通过箱线图算法，处
理离群的小肠微循环功能数据；步骤3，小肠微循环功能的可视化：步骤3.1，三维可视化模型构建导入经步骤2清洗处理后的小肠微循环功能数据，通过离差标准化法对所述微循环功能数据进行无量纲化处理，以消除多维度数据的量纲，将所述小肠微循环功能数据统一投射在[0, 1]区间内，使用python和echarts生成小肠微循环功能三维可视化模块，其中，将时间、微循环功能参数变量及微循环功能参数变量值分别定义为模块x轴、y轴和z轴；步骤3.2，小肠微循环功能单轴气泡图导入经步骤2清洗处理后的小肠微循环功能数据，使用echarts生成小肠微循环功能单轴气泡图，对小肠微循环功能数据分布权重关联进行可视化；步骤3.3，小波变换频谱分析使用小波变换对小肠微循环血流信号进行进一步分析和可视化展示，导入经步骤2清洗处理后的小肠微循环血流动力学参数，根据微循环血流灌注信号频率可划分为n种频段来源信号幅值，通过各频段来源信号幅值，生成小肠微血管血流灌注、血流速度及红细胞密度信号在特征频段的二维分布图；同时通过时间、频率和微循环特征来源幅值三个维度指标绘制小肠微循环血流灌注信号三维时频图；通过雷达图展示小肠微循环功能相关幅值的分布模式。
[0009]
进一步的，步骤1中所述微循环氧分压监测仪包括德国presens公司的微循环氧分压监测仪microx tx3和microx 4 trace；所述双通道激光多普勒监测仪选用英国moor公司的双通道激光多普勒监测仪vms或英国oxford optronix公司oxyflo pro激光多普勒血流仪。
[0010]
进一步的，步骤2中离群小肠微循环功能数据的具体方法为：定义q1为25%最大值，q3为75%最大值，q3与q1之间的差值为四分位距（iqr），并设定（q1ꢀ–ꢀ
1.5
ꢀ×ꢀ
iqr）和（q
3 +1.5
ꢀ×ꢀ
iqr）为微循环功能参数边界值，超过边界值的微循环功能数据视为离群值，并调整为正常范围边界值。
[0011]
进一步的，步骤3.3中根据微循环血流灌注信号频率可划分为6种频段来源信号幅值，分别为2~5 hz的心源幅值，0.4~2 hz的呼吸源幅值，0.15~0.4 hz的肌源幅值，0.04~0.15 hz的神经源幅值，0.0095~0.04 hz的一氧化氮依赖性内皮细胞源幅值和0.005~0.0095 hz的一氧化氮非依赖性内皮细胞源幅值。
[0012]
本发明相比现有技术的有益效果为：1、本发明所述的小肠微循环功能测评方法中，所述小肠微循环功能包括小肠微循环血流动力学（微循环血流灌注和血流速度）和微循环氧（微循环氧分压）两个维度；而现有技术主要通过形态学和活体微循环研究方法，相关指标存在间接性（微血管结构）和单一性（仅包含血流灌注），相比之下本发明所述方法可更为全面和完整地评价小肠微循环功能；2、本发明所述的小肠微循环功能测评方法中，微循环功能数据自动化剔除了来自仪器固件和光学部件的异常值数据，提高了小肠微循环功能测评的科学性；此外，本发明所述方法基于通用微循环框架等工具，对小肠微循环功能数据进行可视化，有助于深度分析和挖掘小肠微循环功能状态，而现有技术不包含可视化工程。
附图说明
[0013]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为现有技术的技术方案图；图2为本发明所述小肠微循环功能测评方法的流程图；图3为所述小肠微循环功能测评及可视化呈现方法模式图；图4为实施例1小肠微循环功能三维可视化视图；图中，（a）小肠微循环三维可视化直方图，（b）小肠微循环三维可视化散点图；po2：微循环组织氧分压，bp：微循环血流灌注水平，v：微循环血流灌注速度；图5为利用测试数据生成的单轴气泡图；图6为实施例1小肠微循环功能单轴气泡图；图中，po2：微循环组织氧分压，bp：微循环血流灌注水平，v：微循环血流灌注速度；图7为实施例1小肠微血管血流灌注、血流速度及红细胞密度信号在特征频段的二维分布图；图中，黑色曲线为小肠微血管血流灌注，绿色曲线为微循环血流速度，红色曲线为红细胞密度信号。微循环血流信号频谱分布图代表各频段幅值及特征峰所在频率区间；图8为实施例1小肠微循环血流灌注信号三维时频图；图中，蓝色（低）到橙色（高）的尺度代表连续小波系数；图9为实施例1小肠微循环功能相关幅值雷达图。
具体实施方式
[0014]
实施例1如图2、图3所示，本实施例提供了一种小肠微循环功能测评方法，与其他组织相比，小肠微循环功能的测评具有以下特点：1）小肠是人体重要器官，主要负责食物的消化和营养物质的吸收。小肠微循环是进行血液中物质交换的重要场所，其功能障碍将影响小肠的消化、吸收、分泌和内分泌功能，导致机体代谢紊乱；2）属于腹腔脏器（腹腔内位器官），其微循环功能数据捕获入路、光源路径与浅表组织（如皮肤）和胸腔组织（如肺）均不同；3）小肠存在机械性消化运动，故其微循环功能数据的干扰和干扰来源与浅表组织（如皮肤）、胸腔组织（如肺）和其他腹腔器官或组织（如胰腺、肾等）均不同。
[0015]
本实施例依托计算机算法实现了小肠微循环功能（微循环血流动力学及微循环氧）的测评，依托通用微循环框架实现了小肠微循环功能的可视化，具体步骤为：步骤1，小肠微循环氧参数和微循环血流动力学参数的测定：利用小肠微循环功能测评装置，采集小肠微循环功能数据，包括小肠微循环氧参数和血流动力学参数（s1）；所述小肠微循环功能测评装置包括微循环氧分压监测仪microx tx3（德国presens公司）和双通道激光多普勒监测仪vms（英国moor公司），将上述设备的光学探针集成至微米立体定位仪，利用微米立体定位仪将光学探针引导至小肠上方1 mm处，用白光和激光两种光源，采集小肠微循环功能数据，包括小肠微循环组织氧分压（po2）、小肠微循环血流灌注水平（bp）和血流灌注速度（v）。将数据分别保存为无损数据格式，备解析。
[0016]
步骤2，小肠微循环功能数据清洗：将步骤1捕获的小肠微循环功能数据导入数据清洗模块，通过箱线图算法，处理离群的小肠微循环功能参数。具体方法为：定义q1为25 %最大值，q3为75 %最大值，q3与q1之间的差值为四分位距（iqr），并设定（q1ꢀ–ꢀ
1.5
ꢀ×ꢀ
iqr）和（q
3 +1.5
ꢀ×ꢀ
iqr）为微循环功能参数边界值，超过边界值的微循环功能数据视为离群值，并调整为正常范围边界值（s2）。
[0017]
步骤3，小肠微循环功能的可视化步骤3.1，三维可视化模型构建：导入经步骤2清洗处理后的小肠微循环功能数据，通过离差标准化法对所述微循环功能数据进行无量纲化处理，以消除多维度数据的量纲，将微循环功能数据统一投射在[0, 1]区间内，实现同一通用坐标系框架下小肠微循环功能的可视化（s3）。
[0018]
具体方法为：导入上述无量纲化处理后的小肠微循环功能数据，使用python和echarts生成小肠微循环功能三维可视化模块，其中，将时间、微循环功能参数变量及微循环功能参数变量值分别定义为模块x轴、y轴和z轴（s4）。导入经步骤2清洗处理后的小肠微循环功能数据，生成如图4所示的小肠微循环功能三维可视化视图。
[0019]
步骤3.2，小肠微循环功能单轴气泡图本实施例使用单轴气泡图对小肠微循环功能参数（微循环氧和微循环血流灌注）分布权重关联进行可视化。以“气泡”的面积差异展示小肠微循环功能数据的分布权重及其关联。
[0020]
导入步骤2清洗处理后的小肠微循环功能数据，使用echarts生成小肠微循环功能单轴气泡图，实现小肠微循环功能参数分布和权重关联分析。如图5所示，利用部分测试数据生成的单轴气泡图中，横轴表示小肠微循环功能参数数据分布的取值范围，均分为6个区间，并使用数字对连续区间进行标记，分别为区间0~1、区间1~2、区间2~3、区间3~4、区间4~5、区间5~6，反映小肠微循环功能数据的分布权重关联；微循环功能数据分布量与“气泡”面积成正比：圆形面积越大，表明越多的微循环功能数据落在圆形对应的区间。故单轴气泡图在本实施例中可直观展示小肠微循环功能数据在各取值区间的分布、权重关联情况（s5）。
[0021]
在图6所示的小肠微循环血流灌注速度（v）分布权重关联气泡图中，区间刻度0~20 pu对应的圆形面积较大，区间刻度20~120 pu对应的圆形面积较小，则表明该微循环血流灌注速度数据较多集中分布在区间刻度0~20 pu，较少数据分布在区间刻度20~120 pu，即小肠微循环血流灌注速度主要在0~20 pu水平，0~20 pu水平的微循环血流灌注速度为微循环功能的优势权重。
[0022]
步骤3.3，小波变换频谱分析：本实施例使用小波变换对小肠微循环血流信号进行进一步分析和可视化展示。导入经步骤2处理后的小肠微循环血流灌注数据，根据微循环血流灌注信号频率可划分为六种频段来源信号幅值（表1），包括2~5 hz的心源幅值，0.4~2 hz 的呼吸源幅值，0.15~0.4 hz的肌源幅值，0.04~0.15 hz的神经源幅值，0.0095~0.04 hz的一氧化氮依赖性内皮细胞源幅值和0.005~0.0095 hz的一氧化氮非依赖性内皮细胞源幅值（s6）。
[0023]
通过上述六种频段来源信号幅值，如图7所示，生成小肠微血管血流灌注、血流速度及红细胞密度信号在特征频段的二维分布图。
[0024]
如图8所示，通过时间（sec）、频率（hz）和微循环特征来源幅值（au）三个维度指标绘制小肠微循环血流灌注信号三维时频图，反映6种与小肠微循环功能相关幅值随时间进程的分布特征和变化规律。
[0025]
如图9所示，通过雷达图展示六种小肠微循环功能相关幅值的分布模式。6种小肠微循环功能相关特征幅值包括心源幅值、呼吸源幅值、肌源幅值、神经源幅值、一氧化氮依赖性内皮细胞源幅值和一氧化氮非依赖性内皮细胞源幅值。
[0026]
最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。