CN111568424B - 一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置及其使用方法，该装置包括呼吸运动信号控制电脑终端、一分二视频信号分配器、显示器、多进一出视频信号切换器、视频信号延长线和迷你显示器。一分二视频信号分配器的信号输入端口与呼吸运动信号控制电脑终端相连器，其一个信号输出端口与多进一出视频信号切换器的输入端口相连；多进一出视频信号切换器的输出端口通过视频信号延长线与迷你显示器相连。在使用时根据所需要的视频信号，切换操作使该信号传输至迷你显示器。该装置用于呼吸门控放疗治疗中，患者可以观察到自己的呼吸运动曲线，根据呼吸运动信号自我调节呼吸节奏，增强了呼吸稳定性，提高了放射治疗效率与质量。

Description

一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置及其使用方法，属于放射肿瘤学、医学物理学和生物医学工程领域。

背景技术

放疗和外科治疗、药物治疗并列为肿瘤治疗的三大手段之一，是一种用射线电离辐射作用杀灭肿瘤的方法，约70％的肿瘤患者在疾病的不同阶段需要接受放疗。有一些肿瘤，如肺癌、肝癌以及乳腺癌等，受到呼吸运动的影响会引起肿瘤规律性的位移。肿瘤的这种规律性运动在放疗过程中降低了其受照射剂量的准确性，对周围正常器官的也会造成一定损伤。

针对肿瘤组织移动的问题，目前已经有一些呼吸运动管理技术开发出来，例如呼吸控制技术(ABC)、实时位置管理系统(RPM)、光学体表监控系统(OSMS)以及磁导航系统(Calypso)。这些技术通过对吸气量、体表皮肤移动或体内肿瘤周围组织的运动的监测，建立和肿瘤组织运动的关系。只有当肿瘤组织运动到阈值范围内时，才控制加速器出束；肿瘤组织移动到阈值范围外时，则暂停出束。这些技术在使用时需要放射治疗师实时观察患者的呼吸运动曲线，并通过向患者“喊话”方式调节患者呼吸运动的周期、幅度不规律性问题，或者在屏气过程中漏气的问题。患者处于一种被动盲从的状态，患者呼吸节奏控制较差，降低了放疗质量及效率。

为了改变患者在基于呼吸运动管理下放射治疗中被动盲从的状态，让呼吸运动周期、幅度更具规律性，或者降低在屏气中可能存在的漏气现象，本发明提出一种放疗中呼吸运动信号同步装置。通过该装置，患者可以实时观察到自己呼吸运动状态，由被动转为主动的控制自身的呼吸运动状态，提高放疗的效率及准确性。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置及其使用方法。没有该装置的情况下，患者呼吸运动不规律，重复性差，影响了放疗效率和质量。使用该装置患者可以观察到自己的呼吸运动曲线，可根据呼吸运动信号自我调节呼吸节奏，增强了呼吸稳定性，提高了放射治疗效率与放射准确性。

技术方案：为实现上述目标，本发明提供了一种用于放射治疗的呼吸运动信号同步的装置，该装置包括多个呼吸运动信号控制电脑终端以及之一一对应的一分二视频信号分配器和显示器，还包括1个多进一出视频信号切换器和1个迷你显示器；其中一分二视频信号分配器的信号输入端口与呼吸运动信号控制电脑终端的视频信号输出端口连接；一分二视频信号分配器的一个信号输出端口与相应的显示器连接，另一个信号输出端口与多进一出视频信号切换器的信号输入端口连接，多进一出视频信号切换器的信号输出端口通过视频信号延长线与迷你显示器的视频信号输入接口连接；其中呼吸运动信号控制电脑终端、一分二视频信号分配器、显示器和多进一出视频信号切换器布置在放疗加速器的操作间，迷你显示器架设在治疗间。

其中：

所述的多个呼吸运动信号控制电脑终端的个数为2～4个，分别安装有下述四款呼吸运动控制软件中的一种、且各不相同：主动呼吸控制技术(ABC)、实时位置管理系统(RPM)、光学体表监控系统(OSMS)和磁导航系统(Calypso)。

所述的ABC是通过管路采集患者的吸气吐气量并转化成气量变化曲线；RPM是通过在患者体表放置的红外线标记点的高低运动转化成呼吸运动曲线；OSMS是通过采集患者腹部体表和起始CT图像重建的偏差转换成运动曲线；Calypso是通过采集植入患者体内瘤旁的电磁信号粒子的运动转换成呼吸运动曲线。

所述的一分二视频信号分配器是指可以将视频信号由一路输入转为两路同步输出的装置，其中所述的视频信号指的是VGA信号、DVI信号或HDMI信号中的一种。

多进一出视频信号切换器是指同时接受多个一分二视频信号分配器输出的视频信号、并由人工选择切换至任一视频信号输出的装置。

所述的迷你显示器指的是尺寸为7～12英寸，并可接收VGA、DVI和HDMI信号的彩色液晶显示器。

本发明还提供了一种上述放疗中呼吸运动信号同步的装置的使用方法，包括以下步骤：

1)通过呼吸运动信号控制电脑终端采集患者的呼吸运动情况，并以呼吸运动曲线的视频信号输出至视频信号输出端口；

2)将呼吸运动曲线的视频信号输入一分二视频信号分配器中，由一分二视频信号分配器的两个输出端口同步输出两路视频信号，一路视频信号进入对应的显示器，另一路视频信号传输到多进一出视频信号切换器输入端口；

3)根据所需要的视频信号，按下多进一出视频信号切换器的信号切换按钮，使该需要的视频信号通过视频信号延长线传输至迷你显示器，供患者观察自己的呼吸运动曲线。

有益效果：本发明提供的是一种放疗中呼吸运动信号同步的装置及其使用方法，用来将呼吸运动信号从操作间传输至治疗间，起到患者自主控制呼吸节奏的目的。与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、由于患者可以观察到自己的呼吸运动曲线，因此患者可以以此作为反馈，控制自身的呼吸运动，包括深吸气屏气、深呼气屏气、规律呼吸后吐气屏气、以及规律呼吸等；

2、该装置可以切换包括ABC、RPM、OSMS以及Calypso中的两种及以上呼吸运动监控信号，因此适用范围广，可搭配不同的呼吸运动控制终端使用；

3、使用该装置与不使用该装置相比，患者的呼吸运动曲线更有规律性，增强了呼吸稳定性，提高了放射治疗效率与放射准确性。

附图说明

图1为本发明提供的用于放疗中呼吸运动信号同步的装置整体示意图；

图2展示了未使用该装置时的呼吸运动曲线；

图3展示了使用该装置时的呼吸运动曲线；

图中有：呼吸运动信号控制电脑终端1，一分二视频信号分配器2，显示器3，多进一出视频信号切换器4，视频信号延长线5，迷你显示器6，放疗加速器的操作间A，治疗间B，分别安装呼吸控制技术、实时位置管理系统、光学体表监控系统以及磁导航系统的呼吸运动信号控制电脑终端1a、1b、1c和1d，与1a、1b、1c和1d一一对应的一分二视频信号分配器2a、2b、2c和2d以及显示器3a、3b、3c和3d。

具体实施方式

本发明提供了一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置及其使用方法，使用该装置患者可以观察到自己的呼吸运动曲线，因而可根据呼吸运动信号自我调节呼吸节奏，增强了呼吸稳定性，提高了放射治疗效率与放射准确性。以下结合实施例和附图对本发明作进一步的描述，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1

一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置(如图1所示)，该装置包括4个呼吸运动信号控制电脑终端1a、1b、1c和1d，分别安装有呼吸控制技术(ABC)、实时位置管理系统(RPM)、光学体表监控系统(OSMS)以及磁导航系统(Calypso)；4个一分二视频信号分配器2a、2b、2c和2d和4个显示器3a、3b、3c和3d，还包括1个四进一出视频信号切换器4和1个12英寸DVI迷你显示器6；其中一分二视频信号分配器2a的输入端口与呼吸运动信号控制电脑终端1a的视频信号输出端口连接，一分二视频信号分配器2a的一个输出端与相应的显示器3a连接，另一个输出端与四进一出视频信号切换器4的输入端口连接(剩余的1b、1c、1d、2b、2c、2d、3b、3c、3d之间的连接与1a、2a、3a类似)；四进一出视频信号切换器4的输出端口通过DVI视频信号延长线5与12英寸DVI迷你显示器6的视频输入接口连接；其中呼吸运动信号控制电脑终端1a、1b、1c和1d、一分二视频信号分配器2a、2b、2c和2d、显示器3a、3b、3c和3d和四进一出视频信号切换器4布置在放疗加速器的操作间A，12英寸DVI迷你显示器6架设在治疗间B。

一种上述用于放疗中呼吸运动信号同步的装置的使用方法，包括以下步骤：

1)控制4个呼吸运动信号控制电脑终端1a、1b、1c和1d采集患者的呼吸运动情况，并分别以呼吸运动曲线视频信号的形式输出至视频信号输出端口；

2)将4个呼吸运动曲线的视频信号分别输入到对应的一分二视频信号分配器2a、2b、2c和2d中，由一分二视频信号分配器2a、2b、2c和2d的两个输出端口同步输出两路视频信号，一路视频信号进入对应的显示器3a、3b、3c和3d中，另一路视频信号传输至四进一出视频信号切换器4；

3)根据所需要的视频信号，按下四进一出视频信号切换器4的信号切换按钮，使该需要的视频信号通过视频信号延长线5传输至12英寸DVI迷你显示器6，供患者观察自己的呼吸运动曲线。

实施例2

一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置(如图1所示)，该装置包括3个呼吸运动信号控制电脑终端1a、1b和1c，分别安装有呼吸控制技术(ABC)、实时位置管理系统(RPM)和光学体表监控系统(OSMS)；3个一分二视频信号分配器2a、2b、2c和3个显示器3a、3b、3c，还包括1个三进一出视频信号切换器4和1个7英寸VGA迷你显示器；其中一分二视频信号分配器2a的输入端口与呼吸运动信号控制电脑终端1a的视频信号输出端口连接，一分二视频信号分配器2a的一个输出端与相应的显示器3a连接，另一个输出端与三进一出视频信号切换器4的输入端口连接(剩余的1b、1c、2b、2c、3b、3c之间的连接与1a、2a、3a类似)；三进一出视频信号切换器4的输出端口通过VGA视频信号延长线5与7英寸VGA迷你显示器6的视频输入接口连接；其中呼吸运动信号控制电脑终端1a、1b、1c、一分二视频信号分配器2a、2b、2c、显示器3a、3b、3c和三进一出视频信号切换器4布置在放疗加速器的操作间A，7英寸VGA迷你显示器6架设在治疗间B。该装置可以切换呼吸控制技术(ABC)、实时位置管理系统(RPM)、光学体表监控系统(OSMS)三路呼吸运动信号，并将其中一路信号传输至加速器治疗间。

一种上述用于放疗中呼吸运动信号同步的装置的使用方法，包括以下步骤：

1)控制3个呼吸运动信号控制电脑终端1a、1b和1c采集患者的呼吸运动情况，并分别以呼吸运动曲线视频信号的形式输出至视频信号输出端口；

2)将3个呼吸运动曲线的视频信号分别输入到对应的一分二视频信号分配器2a、2b和2c中，由一分二视频信号分配器2a、2b和2c的两个输出端口同步输出两路视频信号，一路视频信号进入对应的显示器3a、3b和3c中，另一路视频信号传输至三进一出视频信号切换器4；

3)根据所需要的视频信号，按下三进一出视频信号切换器4的信号切换按钮，使该需要的视频信号通过视频信号延长线5传输至7英寸VGA迷你显示器6，供患者观察自己的呼吸运动曲线。

实施例3

一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置(如图1所示)，该装置包括3个呼吸运动信号控制电脑终端1b、1c、1d，分别安装有实时位置管理系统(RPM)、光学体表监控系统(OSMS)以及磁导航系统(Calypso)；3个一分二视频信号分配器2b、2c和2d和3个显示器3b、3c和3d，还包括1个三进一出视频信号切换器4和1个9英寸HDMI迷你显示器6；其中一分二视频信号分配器2b的输入端口与呼吸运动信号控制电脑终端1b的视频信号输出端口连接，一分二视频信号分配器2b的一个输出端与相应的显示器b连接，另一个输出端与三进一出视频信号切换器4的输入端口连接(剩余的1c、1d、2c、2d、3c、3d之间的连接与1b、2b、3b类似)；三进一出视频信号切换器4的输出端口通过HDMI视频信号延长线5与9英寸HDMI迷你显示器6的视频输入接口连接；其中呼吸运动信号控制电脑终端1b、1c、1d、一分二视频信号分配器2b、2c、2d、显示器3b、3c、3d和三进一出视频信号切换器4布置在放疗加速器的操作间A，9英寸HDMI迷你显示器6架设在治疗间B。

一种上述用于放疗中呼吸运动信号同步的装置的使用方法，包括以下步骤：

1)控制3个呼吸运动信号控制电脑终端1b、1c、1d采集患者的呼吸运动情况，并分别以呼吸运动曲线视频信号的形式输出至视频信号输出端口；

2)将3个呼吸运动曲线的视频信号分别输入对应的一分二视频信号分配器2b、2c、2d中，由一分二视频信号分配器2b、2c、2d的两个输出端口同步输出两路视频信号，一路视频信号进入对应的显示器3b、3c、3d中，另一路视频信号传输至三进一出视频信号切换器4；

3)根据所需要的视频信号，按下三进一出视频信号切换器4的信号切换按钮，使该需要的视频信号通过视频信号延长线5传输至9英寸HDMI迷你显示器6，供患者观察自己的呼吸运动曲线。

实施例4

一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置(如图1所示)，该装置包括2个呼吸运动信号控制电脑终端1b、1c，分别安装有实时位置管理系统(RPM)和光学体表监控系统(OSMS)；2个一分二视频信号分配器2b、2c和2个显示器3b、3c，还包括1个二进一出视频信号切换器4和1个10英寸VGA迷你显示器6；其中一分二视频信号分配器2b的输入端口与呼吸运动信号控制电脑终端1b的视频信号输出端口连接，一分二视频信号分配器2b的一个输出端与相应的显示器b连接，另一个输出端与三进一出视频信号切换器4的输入端口连接(1c、2c、3c之间的连接与1b、2b、3b类似)；二进一出视频信号切换器4的输出端口通过VGA视频信号延长线5与10英寸VGA迷你显示器6的视频输入接口连接；其中呼吸运动信号控制电脑终端1b、1c、一分二视频信号分配器2b、2c、显示器3b、3c和二进一出视频信号切换器4布置在放疗加速器的操作间A，10英寸VGA迷你显示器6架设在治疗间B。

一种上述用于放疗中呼吸运动信号同步的装置的使用方法，包括以下步骤：

1)控制2个呼吸运动信号控制电脑终端1b、1c采集患者的呼吸运动情况，并分别以呼吸运动曲线视频信号的形式输出至视频信号输出端口；

2)将2个呼吸运动曲线的视频信号分别输入对应的一分二视频信号分配器2b、2c中，由一分二视频信号分配器2b、2c的两个输出端口同步输出两路视频信号，一路视频信号进入对应的显示器3b、3c中，另一路视频信号传输至二进一出视频信号切换器4；

3)根据所需要的视频信号，按下二进一出视频信号切换器4的信号切换按钮，使该需要的视频信号通过视频信号延长线5传输至10英寸VGA迷你显示器6，供患者观察自己的呼吸运动曲线。

图2和图3展示了使用该装置前后的呼吸运动曲线，浅灰色阴影部分代表加速器出束的时间段，在此阶段患者处于呼气后屏气状态；浅灰色阴影外是患者自由呼吸状态。

可以很明显看出，在头脚方向和腹背方向，使用前患者呼吸规律性差，呼吸幅度变化较大，且在呼气屏气状态下曲线也会逐渐偏移，很快脱离阈值并阻止了加速器出束，影响了加速器出束的效率。而在使用该装置后，可以看出在头脚方向和腹背方向患者自我控制的呼吸曲线的周期性变好，呼吸振幅变化也不大，且在屏气状态下，呼吸曲线比较平稳，偏移量较小，加速器可以平稳出束较长时间，提高了治疗效率。

因而说明该装置一方面可以使患者在自由状态下呼吸更有规律，重复性好，呼吸幅度变化也较小；另一方面可以让患者的屏气状态更平稳，减小屏气时的呼吸偏移，呼吸运动偏移可在阈值内保持较长时间，提高了治疗效率。

Claims (5)

1.一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置，其特征在于：该装置包括多个呼吸运动信号控制电脑终端(1)以及与之一一对应的一分二视频信号分配器(2)和显示器(3)，还包括1个多进一出视频信号切换器(4)和1个迷你显示器(6)；其中一分二视频信号分配器(2)的信号输入端口与呼吸运动信号控制电脑终端(1)的视频信号输出端口连接，一分二视频信号分配器(2)的一个信号输出端口与对应的显示器(3)连接，另一个信号输出端口与多进一出视频信号切换器(4)的信号输入端口连接，多进一出视频信号切换器(4)的信号输出端口通过视频信号延长线(5)与迷你显示器(6)的视频信号输入接口连接；其中呼吸运动信号控制电脑终端(1)、一分二视频信号分配器(2)、显示器(3)和多进一出视频信号切换器(4)布置在放疗加速器的操作间(A)，迷你显示器(6)架设在治疗间(B)；

所述的多个呼吸运动信号控制电脑终端(1)的个数为2～4个，分别安装有下述四款呼吸运动控制软件中的一种、且各不相同：主动呼吸控制技术、实时位置管理系统、光学体表监控系统和磁导航系统；

当所述装置包括4个呼吸运动信号控制电脑终端时，4个呼吸运动信号控制电脑终端分别安装呼吸控制技术、实时位置管理系统、光学体表监控系统以及磁导航系统中的一种；所述装置还包括4个一分二视频信号分配器(2a)、(2b)、(2c)和(2d)以及4个显示器(3a)、(3b)、(3c)和(3d)，还包括1个四进一出视频信号切换器和1个12英寸DVI迷你显示器；

所述的主动呼吸控制技术是通过管路采集患者的吸气吐气量并转化成气量变化曲线；实时位置管理系统是通过在患者体表放置的红外线标记点的高低运动转化成呼吸运动曲线；光学体表监控系统是通过采集患者腹部体表和初始CT图像重建的偏差转换成运动曲线；磁导航系统是通过采集植入患者体内瘤旁的电磁信号粒子的运动转换成呼吸运动曲线。

2.如权利要求1所述的一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置，其特征在于：所述的一分二视频信号分配器(2)是指可以将视频信号由一路输入转为两路同步输出的装置，其中所述的视频信号指的是VGA信号、DVI信号或HDMI信号中的一种。

3.如权利要求1所述的一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置，其特征在于：多进一出视频信号切换器(4)是指同时接受多个一分二视频信号分配器(2)输出的视频信号、并由人工选择切换至任一路视频信号输出的装置。

4.如权利要求1所述的一种用于放疗中呼吸运动信号同步的装置，其特征在于：所述的迷你显示器(6)指的是尺寸为7～12英寸，并可接收VGA、DVI和HDMI信号的彩色液晶显示器。

5.一种如权利要求1～4任一所述的放疗中呼吸运动信号同步的装置的使用方法，其特征在于：

该方法包括以下步骤：

1)通过呼吸运动信号控制电脑终端(1)采集患者的呼吸运动情况，并以呼吸运动曲线视频信号的形式输出至视频信号输出端口；

2)将呼吸运动曲线的视频信号输入一分二视频信号分配器(2)中，由一分二视频信号分配器(2)的两个输出端口同步输出两路视频信号，一路视频信号进入对应的显示器(3)，另一路视频信号传输至多进一出视频信号切换器(4)；

3)根据所需要的视频信号，按下多进一出视频信号切换器(4)的信号切换按钮，使该需要的视频信号通过视频信号延长线(5)传输至迷你显示器(6)，供患者观察自己的呼吸运动曲线。