CN104414644A - 确定生物体呼吸频率的方法、系统和磁共振断层成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了确定生物体呼吸频率的方法、系统和磁共振断层成像设备。在用于确定生物体(10)的呼吸频率的方法中，借助布置在生物体(10)处的无线电发射器(F)发射无线电信号(S)，采集所发射的无线电信号(S)并且借助所采集的无线电信号(S)确定呼吸频率。呼吸频率确定系统具有无线电发射器(F)以及无线电采集装置(U、U′)，其中，无线电采集装置(U、U′)被构造用于采集所采集的无线电信号的至少一个量，特别是至少一个频率和/或至少一个幅度或至少一个相位，并且被设置用于至少根据该量确定生物体(10)的呼吸频率。磁共振断层成像设备具有这样的呼吸频率确定系统(5、5′)。

Description

确定生物体呼吸频率的方法、系统和磁共振断层成像设备
技术领域
本发明涉及一种用于确定生物体的呼吸频率的方法、一种呼吸频率确定系统以及一种磁共振断层成像设备。
背景技术
在特定情况下，需要确定生物体(例如人)的呼吸频率。特别是在全身成像方法情况下，适合在全身成像方法期间确定呼吸频率。
公知在使用当前可使用的全身成像设备下，按照直接与患者接触的方式确定呼吸频率：在此，患者被带子绑住，其中，评估带子的周期性扩张(例如由Zephyr技术公司的BioHarness BT)，或者作为带子的替代将充气的垫子固定到患者处。另一种公知的确定呼吸频率的可能性是，构成雷达方法(例如在Jelen,M.；Biebel,E.M.(2006)：Multifrequency Sensor for RemoteMeasurement of Breath and Heartbeat,in：Advances in Radio Science 4(79)，第79-83页中进行了描述)。在此，将弱的CW信号(CW：“Continuous Wave”，连续波)辐射到患者上，并且接收并评估反射的信号(连续波雷达)。
另外，还能够使用FMCW雷达(FMCW：“Frequency ModulatedContinuous Wave”，频率调制的连续波)，以便直接测量心率和呼吸频率。这个技术能够直接应用于磁共振断层成像设(MRT设备)(K.Mostov et al.:Medical Applications of Shortwave FM Radar:Remote Monitoring of Cardiacand Respiratory Motion,2010)。
必须扣住患者或者必须手动固定到患者的这样的附加测量单元、例如雷达测量单元或带子，干扰患者或者由于空间原因而不能满意地应用。在此，使全身成像方法的执行明显变困难或者不舒服。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，给出一种用于确定生物体的呼吸频率的方法，其特别是也能够舒适地并节省空间地应用于对生物体的全身成像方法中。另外，本发明还要解决的技术问题是，给出一种呼吸频率确定系统，利用它能够适合地执行所述方法。此外，本发明要解决的技术问题是，给出一种磁共振断层成像设备，利用它能够在执行磁共振断层成像检查期间执行用于确定生物体的呼吸频率的方法。
上述技术问题通过具有在权利要求1中给出的特征的用于确定生物体的呼吸频率的方法，并且通过具有在权利要求7中给出的特征的呼吸频率确定系统，并通过具有在权利要求10中给出的特征的磁共振断层成像设备来解决。本发明的有利扩展从相关联的从属权利要求、下面的描述和附图得到。
在根据本发明的用于确定生物体的呼吸频率的方法中，借助布置在生物体处的无线电发射器或者无线电发射元件发射无线电信号，并采集所发射的无线电信号；和/或发射无线电信号，并且借助布置在生物体上的无线电接收器或无线电接收元件采集无线电信号。根据本发明，借助所采集的无线电信号确定呼吸频率。
在本发明的意义上，无线电发射器被理解为发射无线电信号的装置。在此，在本发明的意义上，不一定需要无线电发射器自身包括必要时存在的发射电子器件或类似物。相反，无线电发射器自身首先仅包括以发射天线形式的无线电发射元件，其被构造用于发射无线电信号。可选地和优选地，术语“无线电发射器”除了发射天线，还包括用于供应发射天线的振荡器，并且优选包括放大器。
类似地，无线电接收器仅被理解为接收无线电信号的装置。必要时存在的评估电子器件不一定包括在术语“无线电接收器”自身中。相反，术语“无线电接收器”自身首先仅包括以接收天线形式的无线电接收元件，其被构造用于接收无线电信号。然而，可选地和优选地，术语“无线电接收器”还包括这样的评估电子器件。
根据本发明，因此仅需要在生物体处布置无线电发射器。而不需要生物体佩戴干扰性的带子。另外，能够弃用需要空间的测量单元，例如雷达测量单元。无线电发射器适合被构造成空间节省的和无线的。以这种方式能够无需大的空间支出而应用本方法。特别地，在一般使用减少的可用空间执行全身成像方法时，能够无其它障碍地适合地应用根据本发明的方法。
优选在根据本发明的方法中，将所采集的无线电信号的至少一个幅度和/或至少一个频率和/或至少一个相位用于确定呼吸频率。
适合地，在根据本发明的方法中，使用无线电发射器，其被布置在生物体的胸部或腹部或背部附近并且其因此以呼吸的频率来回运动；和/或使用无线电接收器，其被布置在生物体的胸部或腹部或背部附近。因此，所采集的无线电信号的幅度随着呼吸频率变化。适合地，在根据本发明的方法中，时间分辨地使用幅度用于确定呼吸频率。从时间上的幅度走向中，能够简单地确定呼吸频率。
替代地或附加地，在根据本发明的方法中，将特别是时间上的无线电信号的变化、特别是幅度和/或相位和/或频率的变化、特别是由于从发射元件到接收元件的信号路径的传输特性变化而引起的变化用于确定呼吸频率：无线电发射器优选发射具有足够恒定的频率和/或幅度和/或恒定的相位的无线电信号，从而在采集无线电信号时，所采集的无线电信号的频率和/或幅度和/或相位随着无线电发射器的运动而改变。适合地，在根据本发明的方法中，时间分辨地采集所采集的无线电信号的频率。从所采集的无线电信号的传输特性(特别是无线电信号的幅度和/或相位)的时间上的走向中，能够容易地确定呼吸频率。
替代地或除了上述可能性外，同样优选能够使用所采集的无线电信号的相位。由于无线电发射器和/或无线电接收器的周期性运动，例如无线电发射器到用于采集无线电信号的无线电采集装置的距离发生改变。由于周期性变化的路径，因此采集到具有周期性变化的相位的无线电信号。适合地，在根据本发明的方法中，时间分辨地采集相位。从所采集的无线电信号的相位的时间走向中，能够容易地确定呼吸频率。
在本发明的优选扩展中，在本方法中首先对所采集的无线电信号进行频率滤波(特别是低通滤波)，并且将频率滤波后的无线电信号用于确定呼吸频率。特别地，由于无线电发射器和/或无线电接收器随着呼吸频率运动而引起的无线电信号的时间变化(其一般构成无线电信号的低频部分)易于从无线电信号中分离，并且将其用于确定呼吸频率。特别地，无线电信号的另一频率范围、特别是更高的频率范围能够被用于传输另外的数据。适合地，在本方法的该扩展中，将在典型的呼吸频率的范围中的频率范围，即频率小于1Hz和/或大于100mHz的频率范围分离出来，并且用于确定呼吸频率。
优选在运行磁共振断层成像设备时执行根据本发明的方法，并且确定位于磁共振断层成像设备中的生物体的呼吸频率。
理想地，在运行具有接收线圈的磁共振断层成像设备时执行根据本发明的方法，其中，借助无线电信号，将由接收线圈接收的信息信号传输到磁共振断层成像设备的其余部分。在此，磁共振断层成像设备的其余部分指不被构造为局部线圈的部分。在本说明书的范围内，术语“接收线圈”被理解为术语“局部线圈”的同义词。因此在根据本发明的方法的该特别优选的扩展中，无线电发射器不仅被用于确定呼吸频率，无线电发射器在运行磁共振断层成像设备时还同时接管其它特别是已经从现有技术中已知的任务。因此特别适合设置无线电发射器，借助其将由接收线圈接收的信息信号传输到磁共振断层成像设备的至少一个其余部分。因此在根据本发明的方法的该扩展中，通过将其按照根据本发明的方法用于确定呼吸频率，已经为其它功能存在的无线电发射器附加地接管另外的功能。
根据本发明的呼吸频率确定系统被设置用于执行如以上描述的用于确定生物体的呼吸频率的方法。呼吸频率确定系统具有被构造用于布置在生物体处的无线电发射器以及用于采集无线电发射器发射的无线电信号的无线电采集装置。替代地或附加地，呼吸频率确定系统具有无线电发射器和无线电采集装置，后者具有被构造用于布置在生物体处的无线电接收器或无线电接收元件。在此，无线电采集装置分别被构造用于优选时间分辨地采集所采集的无线电信号的至少一个量，特别是至少一个频率和/或至少一个幅度和/或至少一个相位，并且根据所述至少一个量确定生物体的呼吸频率。因此借助根据本发明的呼吸频率确定系统，能够容易地执行如以上描述的用于确定生物体的呼吸频率的方法。
适合地，在根据本发明的呼吸频率确定系统中，无线电采集装置具有至少一个频率滤波器，特别是低通滤波器。以这种方式，如以上已经关于根据本发明的方法所描述的，无线电发射器不仅能够被用于确定呼吸频率，无线电发射器还可以同时完成特别是对于磁共振断层成像设备已经已知的其它信息信号传输功能。特别是能够利用低通滤波器容易地过滤出呼吸频率相关的信号部分。适合地，频率滤波器被构造用于过滤出具有在典型的呼吸频率的频率范围内、即频率小于1Hz和/或大于100mHz的频率范围的频率的信号部分，从而能够将该信号部分用于确定呼吸频率。
适合地，在根据本发明的呼吸频率确定系统中，无线电采集装置具有至少一个功率探测器和/或至少一个频率探测器和/或至少一个相位探测器。借助功率探测器特别是能够容易地采集所采集的无线电信号的幅度。替代地或附加地，借助频率探测器能够容易地采集所采集的无线电信号的频率。替代地或附加地，相应地利用相位探测器能够特别容易地采集所采集的无线电信号的相位。
根据本发明的磁共振断层成像设备具有如以上描述的呼吸频率确定系统。适合地，磁共振断层成像设备具有接收线圈，其中，无线电发射器与接收线圈信号联接，并被构造用于发射由接收线圈接收的信息信号。适合地，由无线电发射器发射的信息信号同时构成无线电信号。
附图说明
以下借助在附图中示出的实施例详细解释本发明。
图1示意性地在原理图中示出了用于执行根据本发明的用于确定生物体的呼吸频率的方法的根据本发明的呼吸频率确定系统，以及
图2示意性地在原理图中示出了用于执行根据本发明的用于确定生物体的呼吸频率的方法的根据本发明的呼吸频率确定系统的另一构造。
具体实施方式
借助在图1中示出的根据本发明的呼吸频率确定系统5，确定人体10的呼吸频率。为此，人体10佩戴无线电发射器F，其包括发射天线A以及用于供应发射天线A的发射电子器件T。发射天线A被布置在人体10的腹部附近，并且因此随着呼吸的频率来回运动。发射天线A以自身已知的方式向接收天线E发射包含无线电数据的无线电信号S。接收天线E以与人体10和其呼吸运动运动去耦的方式布置，并且接收无线电信号S。接收天线E是无线电采集装置U的一部分，其具有与接收天线E连接的用于评估所接收的无线电信号S的接收电子器件R。此外，无线电采集装置U包括低通滤波器L和频率探测单元f。接收电子器件R处理所接收的无线电信号S，并且借助在图1中未明确示出的幅度解调器以及借助在图1中同样未明确示出的频率解调器，提取所采集的无线电信号S。在解调后，分别呈现解调后的信号D，其包括包含无线电数据的高频信号部分以及低频信号部分NFS。低频信号部分NFS通过由于人体10的呼吸运动引起的无线电发射器F的运动决定。低频在这里表示频率大于100mHz并小于1Hz的范围。解调后的信号D随后从接收电子器件R被传输到为此与接收电子器件信号联接的低通滤波器L。低通滤波器L从解调后的信号D中分离出低频信号部分NFS，并且因此仅输出在典型的呼吸频率范围内的频率。该低频信号部分NFS被传输到频率探测单元f，其从低频信号部分NFS中探测呼吸频率。频率探测单元借助数字傅利叶变换和随后的最大值寻找或借助周期测量读取频率。
在图2中示出的呼吸频率确定系统5′对应于在图1中示出的呼吸频率确定系统5。与在图1中示出的呼吸频率确定系统5不同地，在图2中示出的呼吸频率确定系统5′中，直接从借助接收天线E接收的无线电信号S中提取幅度以及相位以及频率。为此，无线电采集装置U′包括功率探测器P、频率探测器ν以及相位探测器φ。功率探测器P、频率探测器ν和相位探测器φ分别直接与接收天线E信号联接，在所示出的实施例中借助电线线路连接。相反，接收电子器件R独立于功率探测器P、频率探测器ν和相位探测器φ与接收天线E连接。类似于在图1中示出的实施例，功率探测器P、频率探测器ν和相位探测器φ分别将其所探测的信号传输到低通滤波器，其又将低频信号部分NFS传输到频率探测单元f。
借助在图2中示出的实施例，只要无线电信号S的无线电数据不占用呼吸的频率范围，就能够独立于用于对该无线电数据进行调制的调制类型执行根据本发明的方法。因此，在未特别示出的另外的实施例中，无线电发射器F和无线电采集装置U′也可以应用数字方法。
所示出的呼吸频率确定系统5、5′的实施例因此被构造用于实施根据本发明的方法。呼吸频率确定系统5、5′分别是磁共振断层成像设备(未明确示出)的一部分。在此，无线电发射器F被构造用于将磁共振断层成像设备的接收线圈(未明确示出)的信息信号传输到信息处理设备。
在未特别示出的实施例中，其在其它方面对应于以上解释的实施例，呼吸频率确定系统不是被构造用于人体10、而用于动物的呼吸频率确定，并且为了确定动物的呼吸频率执行以上描述的方法。
在未特别示出的另外的实施例中，将无线电发射器F的发射天线A和无线电采集装置U、U′的接收天线E的作用互相交换，即接收天线E被布置在人体10的腹部附近，其中，发射天线A以与人体10运动去耦的方式布置。

Claims (11)

1.一种用于确定生物体(10)的呼吸频率的方法，其中，借助布置在所述生物体(10)处的无线电发射器(F)或无线电发射元件，发射无线电信号(S)并采集所发射的无线电信号(S)；和/或发射无线电信号并借助布置在所述生物体处的无线电接收器或无线电接收元件，采集所发射的无线电信号，并且借助所采集的无线电信号(S)确定呼吸频率。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，将所采集的无线电信号(S)的至少一个幅度和/或至少一个频率和/或至少一个相位用于确定呼吸频率。
3.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述无线电信号(S)的变化、特别是将所采集的无线电信号(S)的幅度和/或频率和/或相位的变化，用于确定呼吸频率。
4.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其中，首先对所采集的无线电信号(S)进行频率滤波、特别是低通滤波，并且将频率滤波后的、特别是低通滤波后的无线电信号(S)用于确定呼吸频率。
5.按照上述权利要求中任一项所述的方法，在运行磁共振断层成像设备时执行所述方法，并且其中，确定位于所述磁共振断层成像设备中/上的所述生物体(10)的呼吸频率。
6.按照上述权利要求中任一项所述的方法，在运行具有接收线圈的磁共振断层成像设备时执行所述方法，其中，借助所述无线电信号(S)，将由所述接收线圈接收的信息信号传输到所述磁共振断层成像设备的其余部分。
7.一种呼吸频率确定系统(5)，用于执行按照上述权利要求中任一项所述的用于确定生物体(10)的呼吸频率的方法，所述呼吸频率确定系统具有被构造用于布置在生物体处的无线电发射器(5)和用于采集由所述无线电发射器(F)发射的无线电信号的无线电采集装置(U、U′)；和/或具有无线电发射器和带有被构造用于布置在生物体处的无线电接收器或无线电接收元件的无线电采集装置(U、U′)，其中，所述无线电采集装置(U、U′)被构造用于采集所采集的无线电信号(S)的至少一个量、特别是至少一个频率和/或至少一个幅度和/或至少一个相位，并且根据所述至少一个量确定所述生物体(10)的呼吸频率。
8.按照权利要求7所述的呼吸频率确定系统，其中，所述无线电采集装置(U、U′)具有至少一个频率滤波器(L)，特别是低通滤波器。
9.按照权利要求7或8所述的呼吸频率确定系统，其中，所述无线电采集装置(U、U′)具有至少一个功率探测器(P)和/或至少一个频率探测器(ν)和/或至少一个相位探测器(φ)。
10.一种磁共振断层成像设备，具有按照权利要求7至9中任一项所述的呼吸频率确定系统(5、5′)。
11.按照权利要求10所述的磁共振断层成像设备，其具有至少一个接收线圈，其中，无线电发射器(F)与所述接收线圈信号联接，并被构造用于发射由所述接收线圈接收的信息信号。
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