CN101422368A - 呼吸信号提取和呼吸运动引导装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种呼吸信号提取和呼吸运动引导装置，包括治疗床、治疗床上方的框架、激光发生器、三组摄像单元、显示器和影像处理中心，框架包括一根位于框架前上方的横梁，横梁的两侧各设有一根可旋转固定的侧梁，激光发生器固定在横梁上，三组摄像单元分别固定在横梁的中心和两根侧梁的前端；数据处理中心分别与摄像头和显示器相连接。本发明取得的有益效果是：(1)通过三组摄像单元，对患者的胸部或腹部体表运动进行跟踪，然后通过对拍摄数据进行处理，提取患者的呼吸信号；(2)同时对患者进行视频和音频的引导，并将所提取到的患者的呼吸信号与呼吸运动模板信号对比，使患者能有效的控制自己的呼吸状态，从而达到呼吸引导的目的。

Description

呼吸信号提取和呼吸运动引导装置

技术领域

本发明涉及一种医疗器械，特别是一种呼吸信号提取和呼吸运动引导装置。

背景技术

对于受呼吸运动影响较大的胸腹部肿瘤，实施精确放疗的关键是在模拟定位和放疗实施过程中对靶区进行实时检测和动态跟踪。靶区实时跟踪技术大致分为基于体内标记和基于体表标记两大类。基于体内标记的实时跟踪技术往往将标记物置于肿块内部或者肿块周围，可利用标记物和肿块之间的固定关系实时推测肿块的位置，如日本北海道大学研发的X线透视成像肿瘤实时跟踪系统(RTRT系统)。RTRT系统通过X线透视成像装置实时显示植入肿瘤内部或肿瘤周围的金粒，检测靶区的运动，在摆位校正、呼吸门控放疗、实时跟踪放疗中得到了广泛应用，是目前最常用的基于体内标记的靶区实时跟踪装置。但RTRT系统存在下列问题：①金粒植入操作有一定创伤性，增加了气胸、出血、感染、麻醉药物过敏等风险；②X线透视造成额外X线暴露；③放疗过程中，部分金粒发生脱位。④植入单个金粒对肿瘤跟踪时，不能识别肿瘤的变形和旋转运动，因此，往往需要多金粒联合。为此，人们尝试通过提取身体表面的运动信息实现对靶区的实时跟踪。瓦里安公司研发的是基于红外摄像的实时跟踪系统(RPM系统)。RPM系统是在患者腹部或胸部体表放置带有红外光反射物质的塑料块，室内某位置的红外光二极管发出红外光，运动敏感摄像头捕捉塑料块上反射光的影像并传给计算机，通过对影像的数字化处理得到体表标记物的运动信息，从而实现对靶区的实时跟踪。实验证明，RPM系统能够有效记录体表呼吸信号的幅度和时相，因此，在呼吸门控放疗和跟踪放疗研究中得到广泛应用。基于体表标记的跟踪技术具有操作相对简单、不增加额外X线暴露等优点，在用于四维CT扫描、呼吸门控放疗和实时跟踪放疗等方面具有良好的应用前景。应用RPM系统对靶区进行实时跟踪时，有两个问题需要考虑：①体表标记物的运动能否有效预测体内肿瘤的运动。有研究显示，利用多个体表标记点的综合信号预测肿瘤运动，优于单一标记点跟踪技术。因此，我们提出采用多标记点代替单一标记点，并建立回归模型，利用多标记点的综合信号对靶区位置进行预测的技术，以改善RPM系统单一体表标记点跟踪肿瘤的不确定性；②放疗过程中如何使体表标记物与体内肿瘤之间的运动关系保持恒定。呼吸运动是一种半自主运动，应用基于体表标记的靶区实时跟踪技术时，有必要建立简单、易重复的呼吸引导技术。

目前，应用较多的呼吸引导方式包括音频引导和视频引导两种，音频引导是给患者固定长度的“吸气”、“呼气”的音频提示，使不同呼吸周期的长度保持一致，而视频引导是患者按固定幅度的呼吸波形反馈性控制自己的呼吸，使不同呼吸周期的幅度保持一致。临床实践中，有的仅应用音频引导，更多的是应用视频引导。有研究显示，与前两者相比，结合视频和音频的引导能明显减小肿瘤的残余运动，多数患者不能同时配合复杂的视听呼吸运动引导，因此，有必要通过改善呼吸信号的提取方式和显示方式，简化呼吸引导设备，开发一种患者更容易配合的呼吸信号提取和呼吸运动引导装置。

发明内容

本发明要解决的问题是：提供一种呼吸信号提取和呼吸运动引导装置，该装置能准确地提取患者的呼吸信号，同时对患者的呼吸运动进行视频和音频引导，使患者的呼吸运动更有规律。

为了解决上述技术问题，本发明的呼吸信号提取和呼吸运动引导装置，包括床位、置于床位上方的框架、激光发生器、三组摄像单元、用于显示呼吸信号的显示器和影像处理中心，所述框架包括一根位于框架前上方的可上下旋转的横梁，；所述激光发生器固定在横梁上；所述三组摄像单元，一组固定在横梁的中心，另外两组分别固定在两根侧梁的前端；所述摄像单元通过数据线与数据处理中心相连接，所述显示器与数据处理中心通过数据线相连接。

本发明的呼吸信号提取和呼吸引导装置，还包括一个固定在墙壁上的喇叭。

本发明的呼吸信号提取和呼吸引导装置，所述每个摄像单元包括两个摄像头。

本发明的呼吸信号提取和呼吸引导装置，所述横梁上设有一个支撑架，支撑架上设有

本发明取得的有益效果是：(1)通过三组摄像单元，对患者的胸腹部运动进行追踪，并通过对摄像头提取数据的处理，获取患者的呼吸信号；(2)呼吸信号提取过程中对患者进行视频和音频引导，并将所获取的患者的呼吸信号与呼吸引导模板对比显示，使患者能有效控制自己的呼吸状态，从而达到呼吸运动引导的目的。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是显示器所显示的吸气状态图。

图3是显示器所显示的呼气状态图。

图中：1、喇叭，2、显示器3、平台，4、支架，5、数据线，6、激光发生器，7、框架，8、数据处理中心，9、床体，10、患者，11、摄像单元，12、摄像头，13、横梁，14、侧梁，15、呼吸引导模板，16、呼吸状态柱状图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的呼吸信号提取和呼吸运动引导装置，包括床位9、置于床位9上方的框架7、激光发生器6、三组摄像单元11、用于显示呼吸信号的显示器2和影像处理中心8，所述框架7包括一根位于框架7前上方的可上下旋转得横梁13，所述横梁的两侧各设有一根侧梁14，所述激光发生器6固定在横梁13上，所述三组摄像单元11，一组固定在横梁13的中心，另外两组分别固定在两根侧梁14的前端，所述摄像单元11通过数据线5与数据处理中心8相连接；所述显示器2与数据处理中心8通过数据线相连接，所述每个摄像单元11包括两个摄像头12，所述横梁13上设有一个支撑架4，支撑架4上设有一个可上下旋转的平台3，所述显示器2置于所述平台3上。

本发明的呼吸信号提取和呼吸引导装置，还包括一个固定在墙壁上的喇叭1。

提取呼吸信号时，首先让患者10平躺在床体9上，将框架7放置好，然后调整激光发生器6，由激光发生器6发出三束激光并照射到患者10的腹部，显示三个激光点。随着患者的呼吸运动，三个激光点进行周期性运动，三个激光点运动的全部过程，通过三组摄像单元11将整个过程拍摄下来，并通过数据线5传输到数据处理中心8，数据处理中心8通过对影像的处理，建立患者10呼吸过程的模型，从而将患者10的呼吸信号提取出来，并以柱状的形式在显示器2上显示出来。

如图2和图3所示，在进行呼吸运动引导的时候，首先提取患者10感觉最舒适的呼吸信号作为呼吸引导模板15，并在显示器2上显示出来，旋转支架4，使得患者10能很舒服的看到显示器2上的图像，然后开始利用呼吸引导模板15引导患者10做呼吸运动，此时患者10的呼吸状态柱状图16通过本发明的呼吸信号提取装置提取出来，并在显示器2上显示，患者通过观察显示器2，并将自己的呼吸状态柱状图16与呼吸引导模板15对比，控制自己的呼吸，使自己的呼吸状态柱状图16尽量与呼吸引导模板15相一致，从而达到呼吸运动引导的目的。在呼吸气末转折时，固定在墙壁上的喇叭1还会发出“吸气”和“呼气”的声音提示。

Claims (4)

1.一种呼吸信号提取和呼吸运动引导装置，其特征在于：包括床位(9)、置于床位(9)上方的框架(7)、激光发生器(6)、三组摄像单元(11)、用于显示呼吸信号的显示器(2)和影像处理中心(8)，所述框架(7)包括一根位于框架(7)前上方的可上下旋转的横梁(13)，所述横梁的两侧各设有一根侧梁(14)，所述激光发生器(6)固定在横梁(13)上，所述三组摄像单元(11)，一组固定在横梁(13)的中心，另外两组分别固定在两根侧梁(14)的前端，所述摄像单元(11)通过数据线(5)与数据处理中心(8)相连接；所述显示器(2)与数据处理中心(8)通过数据线相连接。

2.根据权利要求1所述的呼吸信号提取和呼吸运动引导装置，其特征在于：还包括一个固定在墙壁上的喇叭(1)。

3.根据权利要求1所述的呼吸信号提取和呼吸运动引导装置，其特征在于：所述每个摄像单元(11)包括两个摄像头(12)。

4.根据权利要求1所述的呼吸信号提取和呼吸运动引导装置，所述横梁(13)上设有一个支撑架(4)，支撑架(4)上设有一个可上下旋转的平台(3)，所述显示器(2)置于所述平台(3)上。

Images