文摘
客观的。超声图像引导的研究旨在探索应用通用药物麻醉结合腰椎和骶丛块基于矩阵实验室(MATLAB)算法在人工髋关节置换术和研究其临床效果。方法。经典的测地线活动轮廓(GAC)算法和改进的模糊聚类水平集算法被用来段腰丛的超声图像,然后他们分割效果比较。这两个算法的矩阵实验室(MATLAB)平台。共有60名患者人工髋关节置换术进行选择和随机分成实验组和对照组。对照组接受一般药物麻醉,实验组接受超声引导下腰椎和骶丛块结合全身麻醉。平均动脉压和心率在t0(麻醉之前),t1(通风)之前,t2(皮肤切割时),t3(假体植入时),t4(切口关闭时),和t5年底(通风)观察术中剂量舒芬太尼和24小时镇痛剂量、术后谵妄的发生率,和认知功能障碍的发生率被记录了下来。结果。改进的模糊聚类水平集算法比GAC模型算法在图像分割和运行时间。与对照组相比,实验组的平均动脉压和心率四个时间点的t1、t2、t3和t5明显减少(<年代vg height="8.68572pt" id="M1" style="vertical-align:-0.0498209pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.6359 8.15071 8.68572" width="8.15071pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
1。介绍
髋部骨折是一种经常发生的疾病在诊所。患者肢体肿胀的临床表现,限制运动,和痛苦,在老年患者更常见,往往伴随着各种器官的衰落(1]。目前,治疗这一疾病的主要方法是全髋关节置换术(THA)。它可以有效地改善髋关节功能,减少术中出血,用更少的并发症。在髋关节置换手术,通常需要全身麻醉。然而,大多数老年人髋部骨折患者,伴随着各种慢性疾病,免疫力低下,贫穷的肝脏和肾脏功能2- - - - - -4),高失血,明显的应激反应,对麻醉剂的敏感性。低剂量的麻醉剂会影响患者的呼吸和循环功能,和剂量麻醉是无法忍受的5- - - - - -7]。腰丛块(LPB)是目前最常用的麻醉方法路飞。与传统的简单的全身麻醉和脊髓麻醉相比,腰椎块结合全身麻醉不仅促进呼吸道管理,也有效地减少了循环萧条。腰丛块结合全身麻醉可广泛应用于下肢手术包括骨髓关节置换手术。超声引导下神经阻滞可以在直视下直接阻止周围神经,使临床医生观察神经的结构和动态观察局部麻醉剂的扩散,从而提高成功率和减少并发症,奠定成功的基础穿刺块(8,9]。
超声波方便、生殖、无损和实时,因此常用于各种医院骨科。在超声成像技术,超声波的绕射和反射特征用于人体注入超声。接收到的回波信号根据不同组织的阻抗和衰减系数是不同的。这些信号将被记录在超声波检测器,以反映器官的位置和强度的变化,然后检查机关是否有病变检测(10- - - - - -12]。超声波设备需要结合超声波成像系统以提高超声的诊断效率。同时,为了更好地管理超声波成像信息,超声成像系统需要不断的优化(13- - - - - -15]。图像分割中占有重要位置的定量和定性分析的医学超声图像,直接影响后续的分析和处理16]。正确和清晰的超声图像分割提供了一个保证准确的诊断信息提取在临床应用,也是临床定量分析的关键,实时监控,计算机辅助操作的精确定位17,18]。近年来,随着分割技术的进步,技术,如动态规划、活动轮廓模型和水平集图像分割迅速发展从二维分割三维分割,而不断提高图像分割(19- - - - - -21]。传统的超声图像分割主要是基于边缘检测的方法和区域生长方法,相互补充,需要结合临床实际应用(22]。模糊聚类水平集算法模型,研究了在图像分析和计算机视觉领域,但其应用超声波有限是因为大型超声波噪声的特征(23]。因此,近年来,许多专家和学者致力于模糊聚类水平集算法适应超声图像的处理,和已取得一定进展,如二值化算法的建议基于模糊聚类的水平集算法。然而,相关研究仍存在一些问题。如果该算法广泛应用于超声波图像处理,还需要进一步的研究(24]。MATLAB是目前世界上最有用的一个软件应用程序,它有强大的计算和可视化功能。它有30多个工具箱为不同的区域。它是首选工具领域的计算机辅助设计和算法仿真25]。
因此,在这项研究中,使用MATLAB软件来改善模糊聚类水平集算法,并应用到超声图像引导全身麻醉结合腰骶神经丛块在人工髋关节置换术,提供科学依据提高超声诊断和辅助诊断的效率和促进髋关节置换手术的康复。
2。材料和方法
2.1。研究对象
60接受髋关节置换术的患者在医院从2019年3月至2020年3月被选中,和30人登记为对照组,其余的人登记为实验组。对照组有17名男性和13名女性,平均年龄为(51.2±3.7)年,有16个实验组男性和14名女性,平均年龄为(52.8±2.4)年,和一般信息没有明显差异。排除标准如下:严重心血管和脑血管疾病和肺部感染患者在围手术期期间,那些不适合全身麻醉;那些有凝血功能异常;那些有精神病史;那些对麻醉剂过敏;和那些不合作或拒绝腰椎神经阻滞。实验遇到了医学伦理的要求,所有的病人被告知,签署了同意书。
2.2。基于MATLAB的超声图像分割算法
超声图像分割采用水平集活动轮廓模型(LSACM)能量函数结构,它主要包括演化曲线和图像分割。模型的演化曲线采用隐函数表达式称为几何活动轮廓模型,介绍了水平集算法和可以自然地适应拓扑的变化曲线。GAC模型是一个典型的几何活动轮廓模型的代表。GAC模型的功能函数的能量<年代pan class="equation_break" id="EEq1">
在这<年代vg height="11.5564pt" id="M5" style="vertical-align:-2.26807pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -9.28833 21.9432 11.5564" width="21.9432pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
因为演化方程的稳定性不高,Osher提出了一个新的水平集方法,介绍了亥维赛函数,和建造一个新能源的功能函数,表示如下:<年代pan class="equation_break" id="EEq4">
在这<年代vg height="12.5794pt" id="M12" style="vertical-align:-3.29107pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -9.28833 26.1472 12.5794" width="26.1472pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
本研究主要是基于Kumar et al。模糊水平基于集合的图像算法的14,改进的水平集表示为基于模糊聚类的进化<年代pan class="equation_break" id="EEq5">
进化步长设置为年代,在那里<年代vg height="9.39034pt" id="M15" style="vertical-align:-3.42943pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -5.96091 9.51692 9.39034" width="9.51692pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
2.3。对两种算法的分割效果的评价
以下三个标准是用来客观地评价多个超声波图像的分割效果的两个算法。
区域的对比表达如下:<年代pan class="equation_break" id="EEq6">
在哪里<年代vg height="12.7178pt" id="M18" style="vertical-align:-3.42947pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -9.28833 11.7923 12.7178" width="11.7923pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
区域一致性<年代vg height="11.927pt" id="M21" style="vertical-align:-3.291101pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.6359 13.1363 11.927" width="13.1363pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
最大香农熵<年代vg height="11.9316pt" id="M27" style="vertical-align:-3.2957pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.6359 26.8048 11.9316" width="26.8048pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
2.4。模拟两个超声波分割算法
改进的模糊聚类的初始种群水平集算法基于MATLAB流行= 30,εGA = 5.0;GAC模型算法,err_goal = 0.002, 1 r = 0.01。实际的输出TT
TT 1.0001−0.0001−0.0001 - 0.003 = 0.0006
0.0148−0.0007 - 0.9971−0.0056−0.0038
0.0241−0.0009−0.0046 0.9911−0.0060
0.0283−0.0007−0.0055−0.0105 - 0.9925
获得的算法用于训练目标曲线,然后分析了运行时间和迭代次数。
2.5。麻醉的方法
而对照组的患者有直接的全身麻醉。0.25毫克/公斤咪达唑仑,异丙酚2.0毫克/公斤,0.2毫克/公斤cisatracurium溴化,和0.4μ克/公斤是静脉注射舒芬太尼与机械通气。
实验组接受腰丛块全身麻醉诱导前的影响方面。具体方法如下。实验组患者接受超声引导下腰椎和骶丛块基于改进的模糊聚类水平集图像分割结合全身麻醉。低频超声波探测器是用来扫描的最高点和中线的交点两侧棘,和腰丛神经暴露,此椭圆图像。目标区域确定后,基于改进的模糊聚类水平集图像分割,成像能力进行优化,适当的景深,聚焦范围,获取被选中,3毫升1%利多卡因浸润麻醉皮肤使用。周围神经丛刺激采用针穿刺针。针尖端到达目标区域后,没有血液和20毫升0.5% ropivacaine注入。同样,超声引导下骶丛神经阻滞基于改进的模糊聚类水平集图像分割。连接的探头是定位在1/2髂后上棘和大转子之间,这是一个持续的高回声的影子。骶神经丛的形象是一个高回声椭圆图像骶骨和髂骨之间,和15毫升的0.5% ropivacaine注入相同的方法如上所述。 The patient was observed, and if there was no abnormality, mechanical ventilation and general anesthesia were given, propofol 2.0 mg/kg infusion, sufentanil 0.1 mg/kg infusion.
麻醉的麻醉诱导前操作,维护操作期间,从麻醉和复苏术后两组是相同的。
2.6。观察指标
平均动脉压和心率在6时间点观察,t0, t1, t2、t3、t4、t5。舒芬太尼用于操作的数量,24小时止痛剂的量,术后谵妄的发生率,和认知功能障碍的发生率被记录了下来。
2.7。统计分析
采用平均值±标准偏差表示测量数据,并实现了两组之间的比较t以及。枚举数据为代表n(%),实现了两组之间的比较χ2测试。使用SPSS22.0所有数据处理,并与Excel 2019条形图了。<年代vg height="8.68572pt" id="M34" style="vertical-align:-0.0498209pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.6359 8.15071 8.68572" width="8.15071pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
3所示。结果
3.1。广汽算法的分割结果
很明显从图2GAC模型可以准确地细分L2横突间的边界和L3横突,使腰丛更准确。然而,它未能准确地细分腰丛的边界。这可能是因为GAC模型利用梯度信息来构造曲线的演化方程。然而,超声图像弱边缘和噪声大,很难让曲线更准确的边界。
(一)
(b)
3.2。改进的模糊聚类水平集的分割结果
根据聚类结果表明,MATLAB仿真,这是接近目标区域的边缘,但由于不均匀的超声图像和噪声大的特点,一些噪音也出现在不属预定目标的区域,如图3。水平集演化后上述聚类结果表明,较小的区域可以过滤掉目标区域的边缘清晰。因此,基于改进的模糊聚类水平集算法比基于GAC模型的图像分割算法。
(一)
(b)
在迭代次数和运行时间的两个算法进行了比较,发现当迭代的数量是相同的,改进的模糊聚类的运行时间水平集算法11.82 s,而GAC模型的算法12.69 s,如表所示1。前的运行时间是0.87秒低于后者,表明基于改进的模糊聚类图像分割水平集算法比GAC模型算法的运行时间。
3.3。分割评估两种方法的性能
的分割性能的定量分析结果两种方法如表所示2。这是指出,改进的模糊聚类的分割性能水平集算法比经典的基于MATLAB GAC模型算法。这证明了改进的模糊聚类的有效性和可行性水平集算法基于MATLAB。
3.4。平均动脉压的比较
平均动脉压的比较在t0的6个时间点,t1、t2、t3、t4、t5如图4。实验组的平均动脉压在t0, t1, t2、t3、t4, t5为112.25±10.11,101.87±8.88,99.76±9.37,97.84±10.66,94.51±9.42,110.88±8.46,分别。与对照组相比,实验组的平均动脉压在四个时间点的t1、t2、t3, t5明显降低(<年代vg height="8.68572pt" id="M38" style="vertical-align:-0.0498209pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.6359 8.15071 8.68572" width="8.15071pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
3.5。心率的比较
心率的比较在t0的6个时间点,t1, t2、t3、t4、t5如图5。实验组的心率在t0, t1, t2、t3、t4, t5分别为78.15±8.27、73.54±6.91、69.73±7.32、70.63±9.66、66.17±6.77、74.52±8.01,分别。与对照组相比,实验组的心率在四个时间点的t1、t2、t3, t5明显降低(<年代vg height="8.68572pt" id="M41" style="vertical-align:-0.0498209pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.6359 8.15071 8.68572" width="8.15071pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
3.6。比较术中剂量舒芬太尼、镇痛剂量
术中剂量舒芬太尼、镇痛剂量的比较结果如图所示6。芬太尼、镇痛药物的用量在实验组为15.88±9.26,56.47±7.45,分别;芬太尼、镇痛药物的用量在对照组34.76±7.28,79.76±9.37,分别。与对照组相比,术中剂量舒芬太尼和镇痛的剂量实验组明显减少(<年代vg height="8.68572pt" id="M44" style="vertical-align:-0.0498209pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.6359 8.15071 8.68572" width="8.15071pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
3.7。比较术后认知功能障碍的发生率和谵妄
术后认知功能障碍的发生率的比较和谵妄如图7。认知障碍、谵妄的发生率实验组为5.13%和2.56%,分别;认知障碍、谵妄的发生率对照组是20.51%和17.95%,分别。与对照组相比,术后认知功能障碍和谵妄的发生率实验组明显降低(<年代vg height="8.68572pt" id="M47" style="vertical-align:-0.0498209pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.6359 8.15071 8.68572" width="8.15071pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
4所示。讨论
在这项研究中,首先,详细分析超声波成像的基础进行了基于LSACM研究不同LSACMs超声波成像的影响。然后,Kumar等人改进了模糊水平集图像算法基于模糊水平集图像算法和超声图像的特点,进行了腰丛超声图像的分割实验,这是与经典LSACM和GAC模型算法相比,和这两个算法的实验效果和性能进行了检查和分析。经过实验分析,发现改进的模糊聚类水平集算法比基于GAC模型的图像分割算法。此外,当迭代次数是一样的,改进的模糊聚类的运行时间水平集算法11.82 s,而GAC模型的算法12.69 s。前的运行时间是0.87秒低于后者,表明基于改进的模糊聚类图像分割水平集算法比GAC模型算法在运行时间,这是类似于徐等的研究,表明卷积神经网络有线束的优势在乳腺癌超声图像分割,和精度,精度和召回率都超过80%,运行时间是11.4秒,这是这项研究的结果一致26),这表明这些算法可以提高医学超声成像质量,协助临床诊断的疾病(27]。因此,改进的模糊聚类水平集算法在超声图像分割具有一定优势,可以推荐用于临床辅助诊断。
麻醉治疗髋关节置换手术是至关重要的,它可以改善血流动力学的稳定性,减少对病人的不良反应,提高手术的疗效[28]。发现与对照组相比,平均动脉压和心率的实验组四个时间点的t1、t2、t3, t4和明显减少,和、镇痛药物和舒芬太尼术后认知功能障碍和谵妄的发生率明显减少,这与以前的研究结果是一致的(29日],通常用于髋部骨折手术全身麻醉,但它常常引起不良反应期间和手术后,影响手术的效果。外围神经阻滞麻醉几乎没有影响病人的呼吸和循环,但是传统的神经阻滞麻醉经常不准确等缺陷定位(30.]。腰丛超声波的研究是基于改进的模糊聚类水平集算法,可实现精确位置改善腰椎和骶丛块麻醉的效果。结果表明,实验组的平均动脉压在t0, t1, t2、t3、t4, t5为112.25±10.11,101.87±8.88,99.76±9.37,97.84±10.66,94.51±9.42,110.88±8.46,分别;四个时间点的平均动脉压t1, t2, t3, t5明显低于对照组(<年代vg height="8.68572pt" id="M50" style="vertical-align:-0.0498209pt" version="1.1" viewbox="-0.0498162 -8.6359 8.15071 8.68572" width="8.15071pt" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
5。结论
水平集算法的基础上,提出改进的模糊聚类是比GAC模型算法基于经典水平集图像分割和运行时间。在其指导下,腰椎和骶丛块结合全身麻醉在人工髋关节置换术更好的性能,具有良好的临床应用效果,可以减少药物的剂量,从而降低预后不良的发生引起的认知功能障碍、精神错乱等药物,并比简单的全身麻醉。然而,这项研究仍有一定的局限性,如算法比较和小样本量太少,这将减少该研究的力量。在后续,扩大样本容量是必要的加强这个研究的发现。总之,这项研究可以提供科学依据提高超声诊断的效率和协助诊断,同时促进髋关节置换手术的康复。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
本研究支持医疗卫生科技项目B台州科技局(1702 ky40)。