数据扩增方法、信号成像方法、装置、设备和存储介质与流程

本发明涉及信号成像，具体涉及一种数据扩增方法、信号成像方法、装置、设备和存储介质。

背景技术：

1、在一些情况下，需要对患者的肺部活动进行长时间的持续监测。此外，各种肺部疾病的诊断也需要对肺部进行成像检测。目前，医学上常用计算机断层成像技术(computedtomography,ct)对肺部成像。但是使用ct成像前，患者需要从病房转移到ct设备旁，并且承受ct的辐射，因此ct并不适用于长时间的监测。电阻抗成像(electrical impedancetomography,eit)具有无辐射、无侵入的特性，并且有着很高的时间分辨率，能够在床旁实时地对患者的肺部进行成像。eit通过在皮肤表面注入电流，随后按照设定的顺序测量相应电极间的电压，再通过成像算法进行成像。然而，由于eit成像问题是高度非线性以及病态的，因此传统的eit成像算法所重建的eit图像空间分辨率不高。为了提高eit图像的空间分辨率，近年来有许多数据驱动算法被提出，但是为了达到较好的成像效果，数据驱动算法需要大量的数据进行训练。因为eit的实际数据比较稀缺，所以大多数文献都采用仿真数据构建数据集。仿真的数据多为二维胸腔截面，来源于二维的ct图像数据或者仿真的二维椭圆结构，这与实际中eit测量的数据有较大的差距。现有的三维eit仿真方法无法从四维ct图像数据中一次性获得肺部在呼吸时各个状态下的eit数据，每次只能仿真呼吸中某一时刻的肺部状态，所以需要花费大量的时间在模型的处理上，仿真效率低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施方式提供了一种数据扩增方法、信号成像方法、装置、设备和存储介质，能够在一定程度上提升基于传感信号成像数据扩增的效率。

2、本发明一方面提供了一种数据扩增方法，所述方法包括：获取呼气末时刻的第一肺部医学影像序列和吸气末时刻的第二肺部医学影像序列；基于所述第一肺部医学影像序列建立初始肺部轮廓和基于所述第二肺部医学影像序列建立最终肺部轮廓；根据所述初始肺部轮廓和所述最终肺部轮廓生成若干个中间时刻的肺部仿真轮廓；所述中间时刻用于表征所述呼气末时刻至所述吸气末时刻之间的时刻；在若干个所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面上分别添加仿真信号采集装置，并接收所述仿真信号采集装置返回的传感信号；所述传感信号和所述肺部仿真轮廓对应的传感图像构成一组带标签的训练数据；所述仿真信号采集装置是超声信号采集装置和电压信号采集装置中的一个。

3、在一个实施方式中，根据所述初始肺部轮廓和所述最终肺部轮廓生成若干个中间时刻的肺部仿真轮廓包括：基于所述初始肺部轮廓对应的体积和所述最终肺部轮廓计算呼气末时刻和吸气末时刻之间的胸膜腔内压差；根据所述胸膜腔内压差生成各个中间时刻和呼气末时刻之间的胸膜腔内压差；基于各个所述中间时刻和呼气末时刻之间的胸膜腔内压差生成表征各个中间时刻的肺部仿真轮廓。

4、在一个实施方式中，所述仿真信号采集装置为电压信号采集装置，在若干个所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面上分别添加仿真信号采集装置，并接收所述仿真信号采集装置返回的传感信号；包括：在若干个所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面上分别添加电极阵列；测量所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面的表面电压；所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面的表面电压和所述肺部仿真轮廓对应的电导率分布图像构成一组带标签的训练数据。

5、在一个实施方式中，测量所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面的表面电压，包括：依次在所述电极阵列中相邻两个电极组成的电极对注入激励电流信号；针对在各个电极对上注入所述激励电流信号，分别采集所述电极阵列上各电极的电压值，得到所述肺部仿真轮廓的表面电压。

6、在一个实施方式中，数据扩增方法还包括：构建训练样本；所述训练样本至少包括所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面的传感信号和所述肺部仿真轮廓对应的传感图像；将所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面的传感信号输入至图像重建模型得到所述肺部仿真轮廓对应目标传感图像；基于所述肺部仿真轮廓对应目标传感图像和所述肺部仿真轮廓对应的传感图像之间的差异更新所述图像重建模型。

7、在一个实施方式中，将所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面的传感信号输入至图像重建模型得到所述肺部仿真轮廓对应目标传感图像，包括：将所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面的传感信号与所述肺部仿真轮廓对应的呼气末时刻的初始传感信号的差和所述初始传感信号的比值作为第一传感数据；将所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面的传感信号进行归一化处理，得到第二传感数据；将所述第一传感数据和所述第二传感数据进行融合，得到目标传感数据；将所述目标传感数据输入至图像重建模型得到所述肺部仿真轮廓对应目标传感图像。

8、在一个实施方式中，数据扩增方法还包括：在所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面的传感信号中添加在一定阈值范围内的高斯随机噪声，得到肺部仿真轮廓的目标传感信号；相应的，至少基于所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面的传感信号和所述肺部仿真轮廓对应的传感图像、所述肺部仿真轮廓的目标传感信号和所述肺部仿真轮廓对应的传感图像训练所述图像重建模型。

9、本发明的另一方面还提供一种信号成像方法，所述方法包括：获取在胸腔表面添加的针对肺部的信号采集装置采集得到的胸腔表面传感数据；将所述胸腔表面传感数据与预设呼气周期内呼气末时刻的初始传感数据的差和所述初始传感数据的比值作为第一传感数据；将所述胸腔表面传感数据进行归一化处理，得到第二传感数据；将所述第一传感数据和所述第二传感数据进行融合，得到目标传感数据；将所述目标传感数据输入至如上述实施方式中所述的图像重建模型，得到目标传感图像。

10、在一个实施方式中，将所述胸腔表面传感数据进行归一化处理，得到第二传感数据，包括：将所述预设呼气周期内呼气末时刻的初始传感数据和吸气末时刻的最终传感数据的差的绝对值作为传感信号差值；将所述胸腔表面传感数据与所述预设呼气周期内呼气末时刻的初始传感数据的差和所述传感信号差值的比值作为第二传感数据。

11、本发明另一方面还提供了一种数据扩增装置，所述数据扩增装置包括：影像数据获取单元，用于获取呼气末时刻的第一肺部医学影像序列和吸气末时刻的第二肺部医学影像序列；肺部轮廓建立单元，用于基于所述第一肺部医学影像序列建立初始肺部轮廓和基于所述第二肺部医学影像序列建立最终肺部轮廓；肺部轮廓仿真单元，用于根据所述初始肺部轮廓和所述最终肺部轮廓生成若干个中间时刻的肺部仿真轮廓；所述中间时刻用于表征所述呼气末时刻至所述吸气末时刻之间的时刻；传感信号获取单元，用于传感信号获取单元，用于在若干个所述肺部仿真轮廓对应的胸腔表面上分别添加仿真信号采集装置，并接收所述仿真信号采集装置返回的传感信号；所述传感信号和所述肺部仿真轮廓对应的传感图像构成一组带标签的训练数据；所述仿真信号采集装置是超声信号采集装置和电压信号采集装置中的一个。

12、本发明的另一方面还提供了一种信号成像装置，所述信号成像装置包括：信号获取单元，用于获取在胸腔表面添加的针对肺部的信号采集装置采集得到的胸腔表面传感数据；第一传感数据构建单元，用于将所述胸腔表面传感数据与预设呼气周期内呼气末时刻的初始传感数据的差和所述初始传感数据的比值作为第一传感数据；第二传感数据构建单元，用于将所述胸腔表面传感数据进行归一化处理，得到第二传感数据；数据融合单元，用于将所述第一传感数据和所述第二传感数据进行融合，得到目标传感数据；信号成像单元，用于将所述目标传感数据输入至如上述实施方式中所述的训练后的图像重建模型，得到目标传感图像。

13、本发明另一方面还提供了一种电子设备，所述电子设备装置包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述的数据扩增方法和/或信号成像方法。

14、本发明另一方面还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的数据扩增方法和/或信号成像方法。

15、通过获取肺部ct影像数据中呼气末和吸气末两个状态的ct数据，并基于该两个状态的ct数据建立影像建立对应的肺部轮廓数据，然后基于这两个肺部轮廓数据采用数字孪生技术预测肺在呼气末和吸气末这个阶段的动态变化，得到若干个中间时刻的肺部仿真轮廓数据，然后针对这些肺部仿真轮廓数据进行传感信号测量，从而可以得到与肺部仿真轮廓数据对应的传感数据，这种将肺的生物力学模型和电磁学特性相结合，可以建立肺在呼吸周期内的数字孪生模型，从而可以提升肺部仿真传感数据扩增的效率，以便为基于信号进行图像重建模型提供大量的训练数据集。