CN101528128B - 呼吸传感器 - Google Patents

Abstract

一种呼吸传感器包括适合于从在患者一侧的第一接触点延伸到在患者的相对侧的第二接触点的框架，其包括在第一接触点中的力传感器。第二接触点可包括患者支撑物，其将通常支撑在一般水平状态下的患者。框架优选地如US5,681,326中所示具有延伸越过适合于接纳患者的区域的弓形结构。第一接触点可包括邻接患者的板。该传感器理想地定位于板和框架的剩余部分之间。

Description

呼吸传感器

技术领域

本发明涉及呼吸监测。

背景技术

在包括放射治疗的治疗范围期间呼吸监测是有用的。由于放射治疗涉及将有害辐射束引向肿瘤，因此将施加到健康组织上的剂量最小化是重要的。使用瞄准仪来适当地使射束定形，并且射束的方向随时间改变，这些措施能够帮助输送最大剂量到肿瘤区域而输送最小剂量到健康组织。

这些措施需要知道肿瘤的位置。通常，这是通过在先的调查确定的，但是靠近肺的肿瘤呈现出困难，因为随着呼吸周期进行，它们与周围组织一起移动。通常，只有在呼吸周期中的相似点，肿瘤将位于期望的位置。

在成像应用中呼吸监测同样重要。计算机断层摄影(CT)扫描仪能够根据一系列二维图像产生非常好质量的三维表示，但是假设患者在连续的图像之间没有移动或者没有改变。呼吸明显违背这一假设并且因此引起三维表示中的伪影或退化。

到目前为止，这已经通过利用指示患者何时呼吸的指示器提示呼吸周期或者通过检测该周期来处理。我们更早的申请WO2004/066211描述了能够从锥束CT图像检测呼吸相位并选择合适图像进行处理的算法。用于检测呼吸周期的大多数现有技术依靠检测由呼吸产生的运动。

发明内容

本发明设法在检测呼吸周期的同时将呼吸运动最小化或者甚至消除呼吸运动。

因此本发明提供一种呼吸传感器，该呼吸传感器包括适合于从在患者一侧的第一接触点延伸到在患者的相对侧上的第二接触点的框架，其包括在第一接触点中的力传感器。

第二接触点可包括患者支撑物，该患者支撑物通常将支撑在一般水平状态下的患者。从而，框架能够以在患者之下的支撑物和在患者之上的第一接触点的形式围绕患者延伸。

框架优选地为不易弯曲的和射线可透过的，从而避免干扰进行的放射性研究。框架室(cab)还包括射线可透过的固定装置，该固定装置被布置在框架内部且患者的身体被规定为倚靠在该固定装置上，所述固定装置包括柔性外壳，其包含可弯曲的物质，该固定装置适合于允许患者部分地陷入到固定装置中且在第一阶段被定向在所需的位置中，并且固定装置的可弯曲的物质可变化为不易弯曲的状态以在第二阶段将患者固定在该所需的位置中。这种框架在US5,681,326中示出。

该框架可以包括弓形结构，该弓形结构延伸越过适合于接纳患者的区域。弓形结构是有利的，因为它能够在患者的两侧连接到框架上，并且因此提供更加刚性的底层，从该底层测量由患者施加的力。

第一接触点可包括邻接患者的板。板将提供更大的表面区域且因此造成患者更少的不适。板可经由可调节的装置附接至框架，例如以满足不同患者尺寸的需要。螺纹提供合适的可调节性。传感器理想地定位在可调节的装置和板之间。可调节的装置可在弓形结构处附接至框架，因此使其能够被置于患者的腹部正上方。这将保证在使用中它完全被置于压缩下而不是承受弯曲力矩。再次，这有助于确保整个结构的刚性。

附图说明

现在将参照附图作为例子描述本发明的实施例，其中；

图1示出治疗前在身体框架中的患者；

图2示出穿过图1的框架的纵断面；

图3示出图1的患者的矢状CT切片；

图4示出依照本发明的传感器；

图5a示出从这种传感器上方看的示意图；

图5b示出这种传感器的示意性分解图；

图6示出这种传感器对施加于其上的力的响应；

图7示出图4的传感器的装配位置；

图8示出图7的备选方案；

图9示出数据处理装置；

图10示出在呼气期间检测到的患者的运动；以及

图11示出依照本发明检测到的运动和感测到的力。

具体实施方式

图1示出可用于本发明中的立体定向(stereotactical)身体框架1。这包括伸长的、不易弯曲的框架2，该框架2由不会在图像中引起任何伪影(干扰)的材料、即对X射线和其它放射性辐射透明的材料制成。固定装置3适合于插入到在顶部和在端部开放的框架2中，所述固定装置包括柔性外壳，其对液体是不可渗透的且密封地包裹易弯曲的物质，未示出。参见图2，在这个固定装置上，使患者采用诊断或治疗所需的位置，患者部分地陷入该可弯曲的固定装置中，并且获得倚靠患者的大的接触表面。随后，给予固定装置3不易弯曲的状态以便将患者固定在所需位置中。这可以通过固定装置的外壳容纳多个例如所谓的Frigolit珠等的小物体来实现，当在不可渗透的外壳内产生负压时，这些小物体被固定在它们各自的位置中。还可以以液体填充外壳，能够使该液体凝固以便保持其强制形状。从而，该外壳能够充满预聚合聚氨酯泡沫，当患者已经被定向在所需位置中时，使该泡沫最终聚合并且从而形成不易弯曲的固定化合物。借助于在框架2的纵向方向上固定地布置在框架2上的第一指示装置4和布置在弓形结构6上的第二指示装置5(该弓形结构6在该框架上在其纵向方向上是可移置的)，患者能够被定向在该固定装置中用于治疗先前已经借助于计算机断层摄影、X射线等定位的区域。

框架2优选地形成有固定孔(未示出)和/或固定凸耳7，固定装置在其第一易弯曲阶段能够穿透到固定孔中，在其第二不易弯曲阶段，固定凸耳穿透到该固定装置中以便将其固定。

最后，框架2包括一个或多个沿着框架的每个纵向侧的定向装置8。优选地可释放地附接到框架的内部的定向装置8包括可透射线的支撑物，其具有三个阻挡辐射的线阵列，该阻挡辐射的线阵列由例如用于诊断X射线、血管照影、DSA和CT检查的金属丝、条带或薄的铜片、或者用于诊断PET和MRI检查的充满气、液体或物质的管子构成。第一阵列10包括多个从框架的一个开口端平行延伸的不同长度的线，如图1中所示，所述线优选地还与框架的底部平行。第二阵列11包括与第一阵列10成一定角度延伸且从第一阵列沿着框架的每个纵向侧延伸的平行线。第二阵列11终止于邻近纵向侧的上边缘的第三阵列12。第三阵列12包括一个或多个连续线，其优选地与第一阵列的线平行。同样参见图2，其示意性地示出定向装置8的纵断面。在这幅图中，框架2通过实线来指示而固定装置3的上表面通过虚线来指示。

框架2由床单元支撑，该床单元允许患者在被固定在框架中时移动。

诊断设备产生图像部分、例如MRI或CT断面图像，且这部分的方位由定向装置8指示。通过计算在第一阵列10中的线的数目，获得基值。参见图2，测量第一阵列中最高的连续线与该图像部分和第二阵列中斜线之一相交的点之间的距离并产生辅助值。因为两个上部水平标记11和12之间的距离是已知的，这个距离可用作计算图像截面中的纵坐标的参考。类似地，图像平面中的横坐标能够通过已知的在框架两侧上的11和12之间的距离来计算。借助于这些值，能够以高精度确定图像部分的方位。应当注意到，该图像部分不需要与框架2的纵轴成直角地被定向，但可以如图2中所示以可选的角度被定向，在图2中图像部分与第二阵列11中相关联的线之间的每个交叉点位于不同水平上。这幅图示意性地示出患者的断面图像，其中出现目标区域或治疗区域13。在诊断应用中，立体定向系统的定向精度已经为大约1mm，且在使用立体定向装置的重复治疗中定向精度已经为在横向平面上大约3mm，并且在纵向平面上大约6mm。针对靠近横膈膜的目标区域获得这些值且这些值在一定程度上受患者的呼吸影响。为了减少呼吸运动的影响，已经在这样一些场合下使用腹部压缩板(14)。

借助现有技术的、以常规方式安装及设置的壁装式激光器在治疗室中的标度4和5上调整立体定向坐标，这些坐标限定房间/治疗单元的坐标系统。通过在目标点、即要治疗的组织区域的定位中获得的并被传递给立体定向装置的值来引导，获得该坐标，该坐标对能够从框架开始设置放射源是必要的，使得从那里来的射束被引导到治疗部位或目标点。

图3示出通过使用这种框架可用的图像类型。即使在适当的位置上使用腹部压缩板14(在图像中可见)，在图像中存在由患者的呼吸周期产生的可见伪影16、18。从而，尽管身体框架在支撑患者方面提供大的优点，特别是在第二或随后的访问期间，但是明显地有改进的余地。

图4示出力传感器20。如它们的名字所暗示的，力敏电阻器利用电阻的电特性来测量施加到它们上的力(或压力)。力敏电阻器由两部分、即在膜上携带的电阻材料22以及同样在膜上携带的一组互相交叉的接触24、26构成。每个相应的接触24、26被连接到两个引出线20a、20b之一。这在图4中是明显的，但图5a和5b更详细地示出简化模式。电阻材料用于构成另一膜上两组导线之间的电通路。当施加力到这个传感器上时，在接触之间构成更好的连接，并因此增加导电率。在宽的力范围上，证明导电率近似地为力的线性函数，如图6中所示，典型传感器的作为力的函数的电阻。

图7和8示出适合用于本发明中的腹部压缩板28、30。通常，这些腹部压缩板通过螺纹轴(未示出)被保持在适当的位置，该螺纹轴穿过弓形结构5或身体框架中的类似结构中的螺纹孔并且位于垫圈34上的盲槽32中。那个垫圈34与压缩板28、30中的对应槽36、38配合。从而，一旦患者在身体框架中的适当位置，就使弓形结构5(或其它结构)竖立，将轴拧到弓形结构5(或其它结构)中的它的孔中，且将压缩板28或30与垫圈34放置到患者身上的适当的位置。然后旋转该轴以将它向下驱动到槽中32，将板28或30压入患者的腹部。这有助于将患者保持在适当的位置且(在一定程度上)限制患者的器官的呼吸运动。垫圈32有助于限制旋转力从轴到压缩板28、30的传递。

图7和8示出在压缩板28、30中的每一个中从槽36、38通向板28、30的边缘的通道40、42。在板28、30的边缘，通道40、42以电缆夹44、46结束。在图7的板28中，通道40相对于患者对角地从槽36离开，而在图8的板30中，通道42相对于患者纵向地从槽38离开。该选择很大程度上是患者的便利和舒适的问题。

这些通道40、42允许在压缩板28、30中放置力敏电阻器20。然后电阻器20的有效区域能够被夹在板28、30和垫圈32之间，在槽36、38之内。为获得可靠的操作，在垫圈32和电阻器20之间、在板28、30的通道40、42中放置柔性材料(优选地为在压力释放后显示出很少的滞后效应的柔性材料)是有帮助的。我们优选用硅树脂填充通道40、42并在顶部使用2mm的软橡胶层，该软橡胶层部分地与板28、30接触，且部分地与电阻器20接触。这样，由垫圈32施加的压力的一部分可直接被引导到板，从而防止传感器在垫圈上的最轻微的力时饱和。附接至电阻器20的引出连接20a、20b可被放置在通道40、42中并通过电缆夹44、46被紧固。

图9示出对从力敏电阻器20接收的信息的处理。引出线20a、20b连接到电缆内的导线48、50上，其中电缆通向驱动/放大器单元52，该单元提供电流到电阻器20、检测压降并将该压降放大到有用的信号级。该信号经由电缆54被传送到连接单元56，该连接单元还经由传感器端口60和连接电缆62接收来自CT扫描仪58的成像数据。

然后将来自电阻器20的成像数据和呼吸信号数据都馈送到计算装置64，呼吸信号数据经由模数转换器66传送。呼吸信号数据然后能够被用来从对应于呼吸周期中的相似相位点的成像数据中选择样本。这些所选择的图像能够被用来经由已知的计算方法构造三维断层摄影。

在使用西门子Sensation Open CT扫描仪的另一个实例中，利用Anzai传感器端口系统，(经由54)进入连接单元56的信号在单元56内被复制。信号经由62被引导到传感器端口60并且还能够被66接收。该传感器端口提供呼吸信号给CT扫描仪计算机，在那里呼吸信号与成像数据一同被存储。换言之，在这个实例中单元56是不具有任何有源元件的简单的重新布线装置，且能够简单地以两根分开的电缆代替。对于CT应用，计算机64只用来监视信号，以调节放大器单元52上的正确的偏移和增益。在kV荧光透视应用中，计算机64用来将呼吸信号与提供给这台计算机的kV图像一起进行存储。

替代地，呼吸信号数据能够被实时地分析并被用来对CT扫描仪58进行门控，从而产生相位协调的图像。这将具有患者将暴露于更少的辐射下的优点，但缺点在于相位中只有一个点能被成像。曝光之后图像的离线选择允许基本上选择任何所需的相位。

图10示出植入患者体内的黄金标记的数字X射线荧光镜图像68。可以看到例如参考标记为70的每个标记在时间平均图像中留下一条线，显示在呼吸期间那个局部组织区域的运动。图11示出上面的线72，其是一个这样的标记随时间变化的瞬时位置。下面的线74是由力敏电阻器20报告的监测到的力。可以看出两根线显示出变化，该变化展示具有相同相位的周期性变化；因此能够断定电阻器20准确地报告了呼吸相位。

当然应理解的是，能够对上面描述的实施例进行许多改变而不脱离本发明的范围。

Claims (18)

1.一种呼吸传感器，包括适合于从在患者的一侧的第一接触点延伸到允许在该患者的相对侧上的第二接触点的装置的框架，该框架包括在第一接触点中的力传感器。

2.依照权利要求1的呼吸传感器，其中所述允许第二接触点的装置包括所述框架的适于邻接患者的部分。

3.依照权利要求1的呼吸传感器，其中所述允许第二接触点的装置包括用于将该传感器装配到患者支撑物上的连接器。

4.依照权利要求1的呼吸传感器，其中所述允许第二接触点的装置包括患者支撑物，该呼吸传感器的剩余部分为整体部分。

5.依照权利要求4的呼吸传感器，其中该患者支撑物支撑在一般水平状态下的患者。

6.依照在前权利要求中任何一个的呼吸传感器，其中所述框架是不易弯曲的和射线可透过的。

7.依照权利要求1-5中任何一个的呼吸传感器，其中所述框架还包括射线可透过的固定装置，该固定装置被布置在所述框架内部并且患者的身体被规定为倚靠在该固定装置上，所述固定装置包括柔性外壳，该柔性外壳包含可弯曲的物质，该固定装置适合于允许患者部分地陷入到该固定装置中且在第一阶段被定向在所需的位置中，并且该固定装置的可弯曲的物质可变化为不易弯曲的状态以在第二阶段将患者固定在该所需的位置中。

8.依照权利要求1-5中任何一个的呼吸传感器，其中所述框架包括弓形结构，该弓形结构延伸越过适合于接纳患者的区域。

9.依照权利要求1-5中任何一个的呼吸传感器，其中所述第一接触点包括邻接患者的板。

10.依照权利要求9的呼吸传感器，其中所述板经由可调节的装置附接到所述框架上。

11.依照权利要求10的呼吸传感器，其中所述可调节的装置是螺纹。

12.依照权利要求10的呼吸传感器，其中该传感器定位在所述可调节的装置和所述板之间。

13.依照权利要求8的呼吸传感器，其中所述第一接触点包括邻接患者的板，并且所述板经由可调节的装置附接到所述框架上。

14.依照权利要求8的呼吸传感器，其中所述第一接触点包括邻接患者的板，并且所述可调节的装置是螺纹。

15.依照权利要求8的呼吸传感器，其中所述第一接触点包括邻接患者的板，并且该传感器定位在所述可调节的装置和所述板之间。

16.依照权利要求13的呼吸传感器，其中所述可调节的装置在所述弓形结构处附接到所述框架上。

17.依照权利要求14的呼吸传感器，其中所述可调节的装置在所述弓形结构处附接到所述框架上。

18.依照权利要求15的呼吸传感器，其中所述可调节的装置在所述弓形结构处附接到所述框架上。

Images