CN103083023A

CN103083023A - 一种用ct扫描器来测量呼吸周期的方法及装置

Info

Publication number: CN103083023A
Application number: CN2011103583978A
Authority: CN
Inventors: 董家勤; H·江; 唐轶男; 刘平; 吴海峰
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: CN103083023B

Abstract

本发明公开了一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法及装置，用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，包括步骤：用CT扫描器对深吸气的病员进行平扫描，根据平扫描得到的影像设定后续扫描的范围，用CT扫描器对设定的扫描范围进行连续扫描并同时用CT信号检测器采样收集穿透该扫描范围的射线的信息，根据收集到的射线信息，绘制出呼吸曲线图，根据呼吸曲线图得到呼吸周期。用CT扫描器来测量呼吸周期的装置，包括CT扫描器、CT检测器、与CT检测器的输出相连接的呼吸曲线产生单元、与呼吸曲线产生单元的输出相连接的呼吸周期解析单元。本发明技术方案，不需要增加外部的测量设备或者改造现有的CT机进行硬件，就可以准确的测量呼吸周期。

Description

一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法及装置

技术领域

本发明涉及呼吸周期测量技术领域，特别是一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法及装置。

背景技术

在用CT机对病员进行电影扫描(cine scan)之前，需要根据病员的呼吸周期来设定电影扫描的时长。现有的对病员的呼吸周期进行测量的方法，主要是在CT机之外，辅以外部的一些设备，来单独的测量病员的呼吸周期，比如：用专用的照相机或者传感器来测量呼吸周期。专利申请号为20080243018的美国专利申请和专利申请号是20050039699的美国专利申请都提及了这样的方法。这些外部的辅助设备，会增加整个系统的成本和复杂性，并且无法集成到CT设备中。因此，需要有一种简单、低成本、集成化的解决方案，能够直接利用CT扫描器来测量呼吸周期，进而确定CT电影扫描时长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法及装置，以解决现有技术需要增加额外的辅助设备，成本高、设计复杂、集成化程度低的问题。

为了解决上述问题，本发明提供的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是依次包含如下步骤：

步骤一：用CT扫描器对深吸气的病员进行平扫描，并根据平扫描得到的影像设定后续扫描的范围；

步骤二：用CT扫描器对步骤一设定的扫描范围进行连续扫描并同时用CT信号检测器采样收集穿透该扫描范围的射线的信息；

步骤三：根据步骤二收集到的射线信息，绘制出呼吸曲线图；

步骤四：根据呼吸曲线图得到呼吸周期。

所述步骤一包括如下步骤：

1)对病员的肺部进行Z轴方向为90度的平扫描；

2)从平扫描得到的影像图上面找出横膈膜的最上边沿位置，以该位置作为后续扫描的范围。

所述2)步依次包括对平扫描图像进行低通滤波；对滤波后的图像求梯度图；从梯度图上找出超过门限的区域，即横膈膜的最上边沿位置三个步骤。

所述步骤三绘制呼吸曲线图的方法是：

1)在若干个收集到了穿透该扫描范围的射线的检测器中，选择一个检测器；

2)将该检测器采样收集得到的数据点延时间轴方向排列，即可得到呼吸曲线图。

所选择的检测器，是所述若干个检测器中，随病员的呼吸运动，收集采样到的信号强度最大的那个检测器。

在所述步骤一之前，还包括在病员的胸部的固定位置放置一个能够衰减穿过其中的X射线的标识块的步骤。

所述标识块由两层不同的材料贴合而成，靠近病员胸部一层的材料对X射线的衰减能力小于远离病员胸部的那一层材料对X射线的衰减能力。

所述标识块放置在病员呼吸时，胸部的运动幅度最大的位置。

在放置标识块的情况下，所述步骤一包括如下步骤：

1)对病员的肺部进行Z轴方向为90度的平扫描；

2)从平扫描得到的影像图上找出标识块；

3)以标识块的中线位置作为后续扫描的范围。

所述步骤四包括如下步骤：

1)判断呼吸曲线上是否存在连续三个合理的呼吸周期，如果存在，进入2)步，否则向操作人员给出提示信息并停止扫描；

2)判断这三次呼吸周期是否稳定，如果稳定，则算出该三次呼吸周期值的平均值和标准差，用该平均值加上三倍标准差，作为后续电影扫描的建议时长；如果不稳定，则向操作人员给出提示信息并停止扫描。

所述判断呼吸曲线上是否存在连续三个合理的呼吸周期的标准是，每一个呼吸的周期时长都在2到8秒之间，就认为合理，反之不合理。

所述判断这三次呼吸周期是否稳定的方法是：如果任意两次呼吸周期值的差值的绝对值不超过一个预先设定的门限，就认为稳定，反之就认为不稳定。

所述预先设定的门限值，为这三个呼吸周期时长的标准差的两倍。

本发明提供的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的装置，包括CT扫描器和CT检测器，其特征是：还包括与CT检测器的输出相连接的呼吸曲线产生单元，以及和该呼吸曲线产生单元的输出相连接的呼吸周期解析单元。

所述呼吸曲线产生单元进一步包括将所述CT检测器的输出数据按照时间轴排列的单元。

所述呼吸周期解析单元包括呼吸周期计算模块、呼吸周期合理性判定模块、呼吸周期稳定性判定模块、呼吸周期输出模块，呼吸周期计算模块以所述呼吸曲线产生单元的输出作为输入，其输分别连接到呼吸周期合理性判定模块和呼吸周期稳定性判定模块，呼吸周期合理性判定模块和呼吸周期稳定性判定模块都链接到呼吸周期输出模块。

与现有技术相比，本发明提供的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法及装置，其有益的技术效果是：

首先，不需要增加外部的高成本测量设备，也不需要对现有的CT机进行硬件改造，就可以对病员进行准确的呼吸周期的测量，进而确定CT电影扫描的时长。

此外，在采用低成本的标识块的情况下，所需的放射剂量进一步下降。

附图说明

图1是本发明提供的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法的总体流程图；

图2是本发明具体实施例1的流程图；

图3是本发明具体实施例2的流程图；

图4是本发明提供的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的装置的总体结构图；

图5是本发明具体实施例3的装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式一：

1、先用CT扫描器对深吸气的病员的肺部进行Z轴方向为90度的平扫描，在平扫描得到的影像上，选取病员的横膈膜区域的最上边沿作为下面的扫描步骤需要的扫描区域，具体的选取方法是：对平扫描图像进行低通滤波；对滤波后的图像求梯度图；从梯度图上找出超过门限的区域，即横膈膜的最上边沿位置三个步骤。由于在肺部区域，有且仅有横膈膜会在该梯度图上面产生明显的梯度变化，所以，该门限的设定只需要结合CT影像处理的技术常识，就可以容易的设定；

2、对1步选定的扫描范围进行持续一段时间的连续扫描，在连续扫描的同时，用CT信号检测器对收集到的穿过所述扫描区域的信号进行实时的检测并采样，采样的频率为10Hz；

3、根据2步采样得到的数据，实时的绘制出病员的呼吸曲线图，由于呼吸运动过程中，病员的横膈膜会产生明显的往复运动，这会导致随着时间的变化，检测器检测到的横膈膜区域的信号强度也产生相应的变化，因此，在绘制呼吸曲线图时，选择一个随横膈膜运动变化而接收信号强度变化最明显的检测器上面的数据，就可以利用该数据，延时间轴方向绘制出呼吸曲线图，即：以接收到某一个数据点的时间作为横轴，以该数据点的值作为纵轴，绘制出随时间变化的呼吸曲线图；当然，也可以以该检测器为中心，选择相邻的若干个检测器上面的数据，求出平均值以后用于绘制呼吸曲线图；

4、在3步得到的实时显示的呼吸曲线图上面，两个相邻波峰或者波谷所间隔的时间长度，即为一个呼吸周期的时间长度，判断是否存在连续三个合理的呼吸周期，即：这三个呼吸周期的时间长度都在2到8秒之间，如果存在，则进入5步，否则，停止扫描并向操作员给出告警，等待操作员的下一步指令；

5、判断这三个呼吸周期的时长是否稳定，即：判断任意两次呼吸周期的时长之差的绝对值是否超过了这三次的呼吸周期时长值的标准差的两倍，如果超过了，则认为不稳定，就停止扫描并向操作员给出告警，等待操作员的下一步指令，反之认为稳定，进入6步；

6、算出该三次呼吸周期值的平均值和标准差，用该平均值加上三倍标准差，作为后续电影扫描的建议时长。

本具体实施例披露的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，不需要采用任何外部辅助设备，也不需要对现有的CT机硬件做任何修改，而是直接对病员的横膈膜区域进行扫描，根据病员呼吸过程中横膈膜的上下位置变化，来绘制出实时的呼吸曲线图，进而得到呼吸周期值和后续的电影扫描的建议时长。

具体实施方式二：

1、在病员胸部放置一个能够衰减穿过其中的X射线的标识块，该标识块需要固定在病员胸部，在后续的整个过程中，与其所放置的胸部位置保持相对静止，该标识块的放置位置最好选择在病员呼吸时，胸部的运动幅度最大的位置，此外该标识块由两层不同的材料贴合而成，靠近病员胸部的那一层的材料对X射线的衰减能力小于远离病员胸部的那一层材料对X射线的衰减能力；

2、用CT扫描器对深吸气的病员的肺部进行Z轴方向为90度的平扫描，在平扫描得到的影像上，找出该标识块，并选取标识块的中线位置作为后续扫描的范围；

3、对2步选定的扫描范围进行持续一段时间的连续扫描，在连续扫描的同时，用CT信号检测器对收集到的信号进行实时的检测并采样，采样的频率为10Hz；

4、根据3步采样得到的数据，实时的绘制出病员的呼吸曲线图，由于呼吸运动过程中，固定于病员胸部的标识块会产生明显的往复运动，这会导致随着时间的变化，检测器检测到的标识块区域的信号强度也产生相应的变化，因此，在绘制呼吸曲线图时，选择一个随标识块运动变化而接收信号强度变化最明显的检测器上面的数据，就可以利用该数据，延时间轴方向绘制出呼吸曲线图，即：以接收到某一个数据点的时间作为横轴，以该数据点的值作为纵轴，绘制出随时间变化的呼吸曲线图；当然，也可以以该检测器为中心，选择相邻的若干个检测器上面的数据，求出平均值以后用于绘制呼吸曲线图；

5、在4步得到的实时显示的呼吸曲线图上面，两个相邻波峰或者波谷所间隔的时间长度，即为一个呼吸周期的时间长度，判断最近的三个呼吸周期的时长是否合理，即时间长度都在2到8秒之间，如果合理，则进入6步，否则，停止扫描并向操作员给出告警，等待操作员的下一步指令；

6、判断最近的三个呼吸周期的时长是否稳定，即：判断任意两次呼吸周期的时长之差的绝对值是否超过了这三次的呼吸周期时长值的标准差的两倍，如果超过了，则认为不稳定，就停止扫描并向操作员给出告警，等待操作员的下一步指令，反之认为稳定，进入7步；

7、算出该三次呼吸周期值的平均值和标准差，用该平均值加上三倍标准差，作为后续电影扫描的建议时长。

本实施例披露的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，利用一个固定于病员胸部的标识块，通过扫描病员呼吸过程中，该标识块的位置变化情况，来绘制出呼吸曲线图，进而得到呼吸周期值以及电影扫描的建议时长。该方法增加一个低成本的标识块后，相对于具体实施例一披露的方法，能够进一步的降低所需的放射剂量。

具体实施方式三：

本实施例披露了一种用CT扫描器来测量呼吸周期的装置。该装置包括CT扫描器和CT检测器，还包括与CT检测器的输出相连接的呼吸曲线产生单元，以及和该呼吸曲线产生单元的输出相连接的呼吸周期解析单元。

所述CT扫描器进一步包括能够以呼吸运动过程中，位置变化最明显的人体器官或者外部物体作为扫描对象的单元。

呼吸周期解析单元包括呼吸周期计算模块、呼吸周期合理性判定模块、呼吸周期稳定性判定模块、呼吸周期输出模块，呼吸周期计算模块以呼吸曲线产生单元的输出作为输入，其输连接到呼吸周期合理性判定模块，呼吸周期合理性判定模块的输出链接到呼吸周期稳定性判定模块，呼吸周期稳定性判定模块都链接到呼吸周期输出模块。

呼吸周期计算模块根据呼吸曲线产生单元绘制出的实时的呼吸曲线，找到最近的三个呼吸周期，并根据相邻的两个波峰或者波谷的时间间隔，确定这三个呼吸周期的时间长度，并将其输出给呼吸周期合理性判定模块和呼吸周期稳定性判定模块。

呼吸周期合理性判定模块判定这三个呼吸周期时长是否都在2到8秒之间，如果是，则认为这三个周期时长合理，并将这三个呼吸周期值发送给呼吸周期稳定性判定模块；否则，认为不合理，并向操作员发出告警并暂停扫描，等待操作员的后续指令。

呼吸周期稳定性判定模块根据这三个呼吸周期的时长，计算出其标准差，如果任意一次呼吸周期值不超过这三次的呼吸周期值的标准差的两倍，就认为稳定，并将这三个呼吸周期值发送给呼吸周期输出模块；反之就认为不稳定，并向操作员发出告警并暂停扫描，等待操作员的后续指令。

呼吸周期输出模块根据输入的三个呼吸周期值，计算出其平均值和标准差，以平均值加上三倍的标准差后得到的值，作为输出给后续的电影扫描的参考时长。

Claims

1.一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是依次包含如下步骤：

步骤四：根据呼吸曲线图得到呼吸周期。

2.根据权利要求1所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是：所述步骤一包括如下步骤：

1)对病员的肺部进行Z轴方向为90度的平扫描；

3.根据权利要求2所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是：所述2)步依次包括对平扫描图像进行低通滤波；对滤波后的图像求梯度图；从梯度图上找出超过门限的区域，即横膈膜的最上边沿位置三个步骤。

4.根据权利要求1所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是：所述步骤三绘制呼吸曲线图的方法是：

5.根据权利要求4所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是：所选择的检测器，是所述若干个检测器中，随病员的呼吸运动，收集采样到的信号强度最大的那个检测器。

6.根据权利要求1所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是：在所述步骤一之前，还包括在病员的胸部的固定位置放置一个能够衰减穿过其中的X射线的标识块的步骤。

7.根据权利要求6所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是：所述标识块由两层不同的材料贴合而成，靠近病员胸部一层的材料对X射线的衰减能力小于远离病员胸部的那一层材料对X射线的衰减能力。

8.根据权利要求6所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是：所述标识块放置在病员呼吸时，胸部的运动幅度最大的位置。

9.根据权利要求6所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是：所述步骤一包括如下步骤：

1)对病员的肺部进行Z轴方向为90度的平扫描；

2)从平扫描得到的影像图上找出标识块；

3)以标识块的中线位置作为后续扫描的范围。

10.根据权利要求1所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是所述步骤四包括如下步骤：

11.根据权利要求10所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是：所述判断呼吸曲线上是否存在连续三个合理的呼吸周期的标准是，每一个呼吸的周期时长都在2到8秒之间，就认为合理，反之不合理。

12.根据权利要求10所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是：所述判断这三次呼吸周期是否稳定的方法是：如果任意两次呼吸周期值的差值的绝对值不超过一个预先设定的门限，就认为稳定，反之就认为不稳定。

13.根据权利要求12所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的方法，其特征是：所述预先设定的门限值，为这三个呼吸周期时长的标准差的两倍。

14.一种用CT扫描器来测量呼吸周期的装置，包括CT扫描器和CT检测器，其特征是：还包括与CT检测器的输出相连接的呼吸曲线产生单元，以及和该呼吸曲线产生单元的输出相连接的呼吸周期解析单元。

15.根据权利要求14所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的装置，其特征是：所述呼吸曲线产生单元进一步包括将所述CT检测器的输出数据按照时间轴排列的单元。

16.根据权利要求14所述的一种用CT扫描器来测量呼吸周期的装置，其特征是：所述呼吸周期解析单元包括呼吸周期计算模块、呼吸周期合理性判定模块、呼吸周期稳定性判定模块、呼吸周期输出模块，呼吸周期计算模块以所述呼吸曲线产生单元的输出作为输入，其输分别连接到呼吸周期合理性判定模块和呼吸周期稳定性判定模块，呼吸周期合理性判定模块和呼吸周期稳定性判定模块都链接到呼吸周期输出模块。