CN105078461B - 一种呼吸监测传感器及呼吸引导系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种呼吸监测传感器及呼吸引导系统与方法，包括呼吸监测传感器、数据分析系统、主控制器、显示设备和呼吸引导装置；呼吸监测传感器包括监测应变片和控制电路，监测应变片包含有边缘粘贴带和传感电路，控制电路用于处理每个监测应变片的传感电路采集的数据；呼吸引导装置包括语音引导系统或/和灯光引导装置；所述呼吸引导的方法步骤为：治疗前计算并建立呼吸规律模型；治疗中计算当前呼吸规律并与正常呼吸规律比较求出差值；主控制器根据差值控制呼吸引导系统进行呼吸患者引导。本发明所属方案可以根据监测到的患者呼吸运动的规律，主动式地自适应引导患者趋于正常呼吸，降低患者呼吸的不确定性波动，提高治疗的质量。

Description

一种呼吸监测传感器及呼吸引导系统与方法

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，具体是一种用于呼吸监测的呼吸监测传感器及呼吸引导系统与方法。

背景技术

放射治疗是从1895年伦琴发现X射线后开始的，随着医疗技术的不断发展，放射治疗成为了目前肿瘤治疗的发展趋势，已成为了肿瘤治疗的重要方法之一。大量的临床数据表明，经过科学、合理的放射治疗后，肿瘤患者的生存率显著提高，寿命得到有效延长。伴随着影像技术、精密机械技术、放射生物技术、放射物理技术、临床治疗技术等学科的发展，放疗技术也从50年代的初级放疗，发展为常规放疗，再发展到适形放疗技术、调强放疗技术，以及先进的图像引导精确放疗技术。

而放射治疗对于肿瘤患者而言，患者由于接受放射治疗时会或多或少的存在恐惧感，难免会有呼吸的不确定性波动，对于动态靶区患者的放疗便造成了较大的不确定性影响，如靶区定位、靶区跟踪等问题的解决。因此，呼吸门控技术也便成了放疗中常用的一种技术手段。虽然一些图像引导的放疗技术和设备，可以不采用呼吸门控技术，如Cyberknife系统，但其设备的价格昂贵，不利于推广，同时采用的图像引导方式要求实时性高，患者一旦出现较大的呼吸波动，便会造成治疗计划的重新制定、患者重新摆位或者治疗停止等，会极大地影响治疗效率和治疗的质量。而现有的呼吸门控技术多采用“屏气”一类的方式，对于患者而言具有强制性，会增强患者的不适感和不舒服性，终归不是一种人性化的技术。

此外，在一些局部麻醉的介入外科手术中，比如局部肝脏、肾动脉消融、动脉血管栓塞等，呼吸运动会造成器官、血管等的蠕动，对于治疗带来不利，此时如果可以引导患者实现规律性正常呼吸，对于患者实施治疗会带来一定帮助。但现在的介入类手术系统中，并无呼吸引导类设备与装置。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种呼吸监测传感器及呼吸引导系统与方法，可以根据监测到的患者呼吸运动的规律，主动式地自适应引导患者趋于正常呼吸，提高治疗的质量，降低患者呼吸的不确定性波动。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种呼吸监测传感器，包括监测应变片和控制电路；监测应变片包含横向监测应变片、斜向监测应变片和纵向监测应变片，所述监测应变片包含有边缘粘贴带和传感电路，边缘粘贴带用来将应变片粘贴在患者胸腹皮肤表面，传感电路用来采集呼吸造成的皮肤表面的力变化或位移变化数据；控制电路用于处理每个监测应变片的传感电路采集的数据。

本发明所述的呼吸监测传感器方案中，所述的横向监测应变片优选沿着患者宽度方向粘贴，纵向监测应变片优选沿着患者长度方向粘贴，斜向监测应变片沿着与横向监测应变片和纵向监测应变片分别成一定斜角的方向粘贴，优选成45斜角方向；更进一步，人体呼吸时胸腹隔膜处的运动幅度较大，呼吸运动的表现较为明显，为了提高呼吸监测的精度，优选横向监测应变片、纵向监测应变片和斜向监测应变片均贴在患者胸腹部隔膜对应处的表面皮肤上。

一种呼吸引导系统，包括呼吸监测传感器、数据分析系统、主控制器、显示设备和呼吸引导装置；所述呼吸监测传感器、数据分析系统、显示设备和呼吸引导装置均与主控制器电连接；所述呼吸监测传感器包括监测应变片和控制电路，监测应变片包含横向监测应变片、斜向监测应变片和纵向监测应变片，所述监测应变片包含有边缘粘贴带和传感电路，边缘粘贴带用来将应变片粘贴在患者胸腹皮肤表面，传感电路用来采集呼吸造成的皮肤表面的力变化或位移变化数据，控制电路用于处理每个监测应变片的传感电路采集的数据；所述呼吸引导装置包括灯光引导装置或/和语音引导系统。

上述方案中，所述灯光引导装置包括一组发光灯、安装支架和引导控制器，所述一组发光灯设置于安装框架的一侧；所述引导控制器设置在安装支架另一侧或设置在呼吸引导系统的主控制器中，所述引导控制器控制一组发光灯按照控制规律连续发光，用于引导患者按照灯光变化规律呼吸。

上述方案中，所述控制规律为一种与患者正常呼吸规律自适应变化的控制规律，该自适应关系具体为：控制规律输出的呼吸频率与正常呼吸频率成指数关系，指数关系中设置有自适应系数，其取值确定的方法为：当患者当前呼吸规律较正常呼吸规律差值较大时，如当前呼吸频率较正常呼吸频率过快或过慢时，控制规律与呼吸规律之间的自适应系数的绝对值较大，可以引导患者尽快趋向正常呼吸规律；当患者当前呼吸规律较正常呼吸规律接近时，控制规律与呼吸规律之间的自适应系数的绝对值接近于1，此时引导患者保持该呼吸规律的同时进一步趋于正常呼吸规律。

上述方案中，所述自适应系数由自适应系数运算器根据当前呼吸运动规律与正常呼吸规律之间的差值运算得到。

上述方案中，所述安装支架优选一种眼镜框架，可以直接佩戴在患者眼部。

上述方案中，所述一组发光灯优选6个双色LED灯，排成一字型斜线，具有渐变上升的感觉；当6个双色LED灯以第一种灯光色沿着渐变上升方向依次亮灯，用于指示吸气过程；相反，当6个双色LED灯以第二种灯光色沿着渐变上升的反方向依次灭灯，用于指示呼气过程。

上述方案中，所述语音引导系统优选地包括一个语音输出设备和耳机，语音输出设备用于向患者提供语音信息，耳机用于患者收听语音输出设备的信息。

一种呼吸引导方法，包括呼吸引导系统，其方法步骤如下：

A、治疗前，患者正常呼吸时，呼吸监测传感器采集患者正常呼吸规律数据，计算并建立呼吸规律模型，存储于数据分析系统；

B、治疗中，呼吸监测传感器采集患者呼吸规律数据，计算当前呼吸规律并与正常呼吸规律比较，数据分析系统根据比较结果求出差值；

C、主控制器根据差值控制呼吸引导系统进行呼吸患者引导。

本发明的有益效果在于：

（1）采用多个监测应变片作为呼吸传感器的数据采集端，数据采集的可靠性提高，即使有一个应变片出现了漂移和数据失真现象，也不会较大的影响数据的真实性；同时在所述监测应变片有边缘粘贴带，可以直接粘贴在患者体表，免去了穿戴背心等；

（2）呼吸引导系统包含用于数据采集的呼吸传感器，数据分析系统，主控制器和呼吸引导装置，从患者的呼吸监测到最终的呼吸引导，构成了一个闭环反馈系统，提高了呼吸引导控制的精度，且其“引导”是一种自适应患者正常呼吸的引导策略，对于有效地控制患者呼吸在正常呼吸频率状态微小波动，而不强迫或者影响患者的呼吸，对于患者是一种适应，而非强制，是一种以“患者为中心”的人性化设计，其对于提高动态靶区肿瘤的治疗和呼吸运动模型分析精度具有非常明显的作用；

（3）采用一组一字型斜线排列的双色灯，按照灯光与色彩渐变的方式作为引导的指示符号，能够更加清楚的指示患者趋向正常的呼吸规律。

附图说明

图1为本发明所述的一种呼吸监测传感器结构示意图。

图2为本发明所述的一种呼吸引导系统的系统组成方框图。

图3为本发明所述的一种呼吸引导装置，具体为灯光引导装置的实施例的示意图。

图4为本发明所述的一种呼吸引导方法的方法流程图。

图中数字的含义为：

1：监测应变片；11：横向监测应变片；12：斜向监测应变片；13：纵向监测应变片；111，121，131：边缘粘贴带；112，122，132：传感电路；2：控制电路；3：发光灯；4：眼镜框架。

具体实施例

下面结合附图及实施例进一步详述本发明，但本发明不仅限于所述实施例。

实施例一

如图1所示，一种呼吸监测传感器，包括监测应变片1和控制电路2；监测应变片包含横向监测应变片11、斜向监测应变片12和纵向监测应变片13，所述横向监测应变片11包含有边缘粘贴带111和传感电路112，所述斜向监测应变片12包含有边缘粘贴带121和传感电路122，所述纵向监测应变片13包含有边缘粘贴带131和传感电路132，边缘粘贴带用来将应变片粘贴在患者胸腹皮肤表面，传感电路用来采集呼吸造成的皮肤表面的力变化或位移变化数据；控制电路2用于处理每个监测应变片的传感电路采集的数据。

人体呼吸时胸腹隔膜处的运动幅度较大，呼吸运动的表现较为明显，本实施例为了提高呼吸监测的精度，优选横向监测应变片11、纵向监测应变片13和斜向监测应变片12均贴在患者胸腹部隔膜对应处的表面皮肤上，并且横向监测应变片11沿着患者宽度方向粘贴，纵向监测应变片优选沿着患者长度方向粘贴，斜向监测应变片沿着与横向监测应变片和纵向监测应变片分别成45斜角的方向粘贴。

实施例二

本实施例如图2所示，一种呼吸引导系统，包括呼吸监测传感器、数据分析系统、主控制器、显示设备和呼吸引导装置，所述呼吸监测传感器、数据分析系统、显示设备和呼吸引导装置均与主控制器电连接。

所述呼吸监测传感器如图1所示，包括监测应变片1和控制电路2，本实施例中为了让呼吸监测传感器更好地采集到患者呼吸造成的皮肤表面的力变化或位移变化数据，并且减小数据失真的可能性，监测应变片设置为3个，分别为横向监测应变片11、斜向监测应变片12和纵向监测应变片13，所述监测应变片包含有边缘粘贴带和传感电路，边缘粘贴带用来将应变片粘贴在患者胸腹皮肤表面，传感电路用来采集呼吸造成的皮肤表面的力变化或位移变化数据，控制电路2用于处理每个监测应变片的传感电路采集的数据；更进一步，人体呼吸时胸腹隔膜处的运动幅度较大，呼吸运动的表现较为明显，为了提高呼吸监测的精度，优选横向监测应变片11、纵向监测应变片13和斜向监测应变片12均贴在患者胸腹部隔膜对应处的表面皮肤上，且将横向监测应变片11沿着患者宽度方向粘贴，纵向监测应变片13沿着患者长度方向粘贴，斜向监测应变片12沿着与横向监测应变片和纵向监测应变片分别成45斜角方向粘贴。

本实施例所述的呼吸引导装置包括语音引导系统和灯光引导装置，其中语音引导系统包括一个语音输出设备和耳机，语音输出设备用于向患者提供语音信息，耳机用于患者收听语音输出设备的信息；灯光引导装置包括一组发光灯3、安装支架和引导控制器，所述一组发光灯3设置于安装框架的一侧；所述引导控制器设置在安装支架另一侧或设置在呼吸引导系统的主控制器中，所述引导控制器控制一组发光灯按照控制规律连续发光，用于引导患者按照灯光变化规律呼吸。

本实施例中，所述安装支架设置为一种眼镜框架4，如图3所示，可以直接佩戴在患者眼部，便于患者直接观察灯光引导系统中发光灯的变化。更进一步，为了能够更加明显的进行患者呼吸引导，所述的一组发光灯3选用6个双色LED灯，排成一字型斜线，具有渐变上升的感觉；当6个双色LED灯以第一种灯光色沿着渐变上升方向依次亮灯，用于指示吸气过程；相反，当6个双色LED灯以第二种灯光色沿着渐变上升的反方向依次灭灯，用于指示呼气过程。

本实施例中，将灯光引导系统的控制规律设置为一种与患者正常呼吸规律自适应变化的控制规律，该自适应关系具体为：控制规律输出的呼吸频率与正常呼吸频率成指数关系；该指数关系中设置有自适应系数，其控制趋势为：当患者当前呼吸规律较正常呼吸规律差值较大时，如当前呼吸频率较正常呼吸频率过快或过慢时，控制规律与呼吸规律之间的自适应系数的绝对值较大，可以引导患者尽快趋向正常呼吸规律；当患者当前呼吸规律较正常呼吸规律接近时，控制规律与呼吸规律之间的自适应系数的绝对值接近于1，此时引导患者保持该呼吸规律的同时进一步趋于正常呼吸规律；所述自适应系数由自适应系数运算器根据当前呼吸运动规律与正常呼吸规律之间的差值运算得到。

如图4所示，本实施例呼吸引导系统用于患者进行呼吸引导的具体方法步骤为：

治疗前：当患者正常呼吸时，采用呼吸监测传感器采集患者正常呼吸规律数据，计算并建立呼吸规律模型，存储于数据分析系统；

治疗中：利用呼吸监测传感器采集患者呼吸规律数据，计算当前呼吸规律并与正常呼吸规律比较，数据分析系统根据比较结果求出差值；

呼吸引导：主控制器根据差值控制呼吸引导系统进行呼吸患者引导，并实时将患者的正常呼吸规律和模型，以及当前经控制规律引导后患者的呼吸规律显示在显示装置界面，便于医护人员观察。

本实施例中，当患者出现大幅度呼吸波动或者患者想要和医护人员进行信息沟通时，可以通过语音引导系统进行沟通。

本实施例的呼吸引导系统包含用于数据采集的呼吸传感器，数据分析系统，主控制器和呼吸引导装置，从患者的呼吸监测到最终的呼吸引导，构成了一个闭环系统，且其“引导”是一种自适应患者正常呼吸的引导策略，对于有效地控制患者呼吸在正常呼吸频率状态微小波动，而不强迫或者影响患者的呼吸，对于患者是一种适应，而非强制，是一种以“患者为中心”的人性化设计，其对于提高动态靶区肿瘤的治疗和呼吸运动模型分析精度具有非常明显的作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种呼吸引导系统，包括呼吸监测传感器、数据分析系统、主控制器、显示设备和呼吸引导装置；所述呼吸监测传感器、数据分析系统、显示设备和呼吸引导装置均与主控制器电连接；所述呼吸监测传感器包括监测应变片和控制电路，监测应变片包含横向监测应变片、斜向监测应变片和纵向监测应变片，所述监测应变片包含有边缘粘贴带和传感电路，边缘粘贴带用来将应变片粘贴在患者胸腹皮肤表面，传感电路用来采集呼吸造成的皮肤表面的力变化或位移变化数据，控制电路用于处理每个监测应变片的传感电路采集的数据；所述呼吸引导装置包括灯光引导装置或/和语音引导系统；所述灯光引导装置包括一组发光灯（3）、安装支架和引导控制器；所述一组发光灯（3）设置于安装支架的一侧，引导控制器设置在安装支架另一侧或设置在呼吸引导系统的主控制器中；所述引导控制器控制一组发光灯（3）按照控制规律连续发光，用于引导患者按照灯光变化规律呼吸。

2.按照权利要求1所述的一种呼吸引导系统，其特征在于：所述横向监测应变片沿着患者宽度方向粘贴，纵向监测应变片沿着患者长度方向粘贴，斜向监测应变片沿着与横向监测应变片和纵向监测应变片分别成一定斜角的方向粘贴；并且所述横向监测应变片（11）、纵向监测应变片（13）和斜向监测应变片（12）贴在患者呼吸运动表现较为明显的部位。

3.按照权利要求1所述的一种呼吸引导系统，其特征在于：所述控制规律为一种与患者正常呼吸规律自适应变化的控制规律，该自适应变化的控制规律具体为：控制规律输出的呼吸频率与正常呼吸频率成指数关系；该指数关系中设置有自适应系数，其取值确定的方法为：当患者当前呼吸规律较正常呼吸规律差值较大时，控制规律与呼吸规律之间的自适应系数的绝对值较大，用于引导患者尽快趋向正常呼吸规律；当患者当前呼吸规律较正常呼吸规律接近时，控制规律与呼吸规律之间的自适应系数的绝对值接近于1，用于引导患者保持该呼吸规律的同时进一步趋于正常呼吸规律；所述自适应系数由自适应系数运算器根据当前呼吸运动规律与正常呼吸规律之间的差值运算得到。

4.按照权利要求1所述的一种呼吸引导系统，其特征在于：所述安装支架优选一种眼镜框架（4），可以直接佩戴在患者眼部。

5.按照权利要求1所述的一种呼吸引导系统，其特征在于：所述一组发光灯（3）优选6个双色LED灯，排成一字型斜线，具有渐变上升规律；当6个双色LED灯以第一种灯光色沿着渐变上升方向依次亮灯，用于指示吸气过程；相反，当6个双色LED灯以第二种灯光色沿着渐变上升的反方向依次灭灯，用于指示呼气过程。

6.按照权利要求1所述的一种呼吸引导系统，其特征在于：所述语音引导系统包括一个语音输出设备和耳机，语音输出设备用于向患者提供语音信息，耳机用于患者收听语音输出设备的信息。

7.按照权利要求1所述的一种呼吸引导系统，其特征在于用于呼吸引导的方法步骤为：

A、治疗前，患者正常呼吸时，呼吸监测传感器采集患者正常呼吸规律数据，计算并建立呼吸规律模型，存储于数据分析系统；

B、治疗中，呼吸监测传感器采集患者呼吸规律数据，计算当前呼吸规律并与正常呼吸规律比较，数据分析系统根据比较结果求出差值；

C、主控制器根据差值控制呼吸引导系统进行呼吸患者引导。