CN117357091A - 一种基于磁共振加速器的运动监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁共振加速器的运动监测系统，包括：若干NV色心传感器设置于受治疗患者身体的各部位；每一NV色心传感器，用于在治疗开始时，获取NV色心传感器的初始空间位置；在治疗过程中，实时获取NV色心传感器的实时空间位置；数据处理器，用于获取每一NV色心传感器获取的初始空间位置和实时空间位置，并计算确定NV色心传感器的偏移值；在偏移值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述报警器发出暂停治疗的报警信息；在所述偏移值大于第二阈值时，向所述磁共振加速器发送终止信号，以使所述磁共振加速器在接收到所述终止信号时，控制磁共振加速器停止运行，并控制所述报警器发出查看患者治疗情况的报警信息。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振成像技术领域，尤其涉及一种基于磁共振加速器的运动监测系统。
背景技术
磁共振成像作为影像学成像的重要手段，不仅能有效区分不同软组织，而且能分辨炎症、水肿、肿瘤的差异，更无电离损伤及高密度伪影，有CT/CBCT不可比拟的优势。基于这一需求，MR引导放疗(MR guide radiotherapy,MRgRT)概念被提出，MR放疗机得到了迅速发展，磁共振加速器系统(MR-Lianc,Unity)由1.5T磁共振扫描系统和7MV直线加速器组成，通过每次治疗前的磁共振影像生成在线自适应治疗计划，修正由于摆位和器官形变造成的误差，对肿瘤靶区进行实时的追踪和监控，成为了精准放疗的最佳辅助工具。
一次完整的MR引导的自适应治疗放疗通常需要30～40分钟，若需要进行靶区或者危及器官的更改，治疗时间长达1个小时，在整个治疗过程中，需要患者完全保持静止不动。如果在治疗过程中患者因坚持不住而产生一定运动，则需要马上中断治疗，否则会产生较大的剂量误差。因此，如何在磁共振自适应放疗中实时监控患者的运动并对患者可能影响治疗疗效的运动进行报警是目前亟需解决的问题。
而在现有技术中，由于用于监测常规加速器的体表监测仪器无法在磁场环境中使用，因此，在磁共振加速器中对患者进行运动监测通常是由技师使用摄像头对患者进行实时的监控，但这种方法存在需耗费大量的人力资源，同时无法避免人为主观判断失误的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种基于磁共振加速器的运动监测系统，能在磁共振加速器的使用过程中对受治疗患者的运动进行实时监控，避免了人为监测患者运动消耗人力资源和监测不准确的问题，提高了运动监测的准确性。
本发明一实施例提供一种基于磁共振加速器的运动监测系统，包括：若干NV色心传感器、数据处理器、磁共振加速器和报警器；
若干所述NV色心传感器设置于受治疗患者身体的各部位；
每一所述NV色心传感器，用于在治疗开始时，获取NV色心传感器的初始空间位置；在治疗过程中，实时获取NV色心传感器的实时空间位置；将所述初始空间位置和实时空间位置传输至数据处理器；
所述数据处理器，用于在治疗开始时，向所述磁共振加速器发送启动信号，以使所述磁共振加速器在接收到所述启动信号时，控制磁共振加速器开启；获取NV色心传感器的初始空间位置和实时空间位置，并根据NV色心传感器的初始空间位置和实时空间位置确定NV色心传感器的偏移值；在所述偏移值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述报警器发出暂停治疗的报警信息；在所述偏移值大于第二阈值时，向所述磁共振加速器发送终止信号，以使所述磁共振加速器在接收到所述终止信号时，并控制磁共振加速器停止运行，控制所述报警器发出查看患者治疗情况的报警信息。
进一步地，若干所述NV色心传感器设置于受治疗患者身体的各部位，包括：
将若干所述NV色心传感器植入受治疗患者在治疗时所需穿戴衣物中，使若干所述NV色心传感器分布于受治疗患者身体的各部位；其中，所述受治疗患者在治疗时所需穿戴衣物，包括以下任意一项或其组合：裤子、围脖、衣服以及帽子。
进一步地，所述根据NV色心传感器的初始空间位置和实时空间位置确定NV色心传感器的偏移值，包括:
根据NV色心传感器的初始空间位置和实时空间位置确定NV色心传感器在X方向、Y方向和Z方向上的偏移值。
进一步地，所述在所述偏移值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述报警器发出暂停治疗的报警信息，包括：
在X方向、Y方向或Z方向中任意一方向上的所述偏移值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述报警器发出暂停治疗的报警信息，以使所述数据处理器的操作人员根据暂停治疗的报警信息确定是否继续治疗。
进一步地，所述在所述偏移值大于第二阈值时，控制所述报警器发出查看患者治疗情况的报警信息，包括：
在X方向、Y方向或Z方向中任意一方向上的所述偏移值大于第二阈值时，控制所述报警器发出查看患者治疗情况的报警信息，以使所述数据处理器的操作人员根据查看患者治疗情况的报警信息对患者情况进行查看。
进一步地，所述受治疗患者在治疗时所需穿戴衣物采用魔术贴固定于受治疗患者身上。
进一步地，所述NV色心传感器为钻石NV色心传感器。
通过实施本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种基于磁共振加速器的运动监测系统，包括：若干NV色心传感器、数据处理器、磁共振加速器和报警器；通过NV色心传感器在治疗开始时获取一受治疗患者静止时的初始空间位置，并在治疗过程中，实时监测NV色心传感器的空间位置，并传输至数据处理器，使数据处理器将实时获取的空间位置与初始空间位置进行比对，以确定受治疗患者是否发生运动，并在运动幅度超过第一阈值且小于第二阈值时，控制报警器发出暂停治疗的报警信息；在所述偏移值大于第二阈值时，直接控制磁共振加速器停止，以结束治疗过程，并控制所述报警器发出查看患者治疗情况的报警信息，提醒技术员及时查看患者情况。通过将多个NV色心传感器设置在受治疗患者身体的各个部位上，基于NV色心传感器可以高敏感监测实时的磁场信息和磁场变化量的特性，实现了在磁共振加速器的使用过程中对受治疗患者的运动进行实时监控，避免了人为监测患者运动消耗人力资源和监测不准确的问题，提高了运动监测的准确性。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种基于磁共振加速器的运动监测系统的结构示意图。
图2是本发明一实施例提供的一种基于磁共振加速器的运动监测系统的设备间连接结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在对本发明的技术方案进行说明前，需要说明的是，放疗是肿瘤治疗的重要手段，以调强为代表的精准放疗技术目前已广泛应用于临床。但是由于大部分肿瘤的放疗疗程较长，在治疗过程中患者常因放射反应导致消瘦，致使体位固定不可靠，或因肿瘤退缩而导致靶区位置、形状发生改变，这时如仍坚持原放疗方案，无疑会遗漏肿瘤靶区或加重正常组织损伤。如能开展自适应放疗(Adapt ive Rad iotherapy,ART)，借助图像引导及时发现诸如器官运动、摆位误差、肿瘤收缩等变化情况，进而在线调整治疗条件使照射野始终能紧紧“追随”靶区，以达成真正意义上的精准治疗随着医学技术的飞速发展。
而磁共振成像作为影像学成像的重要手段，在磁共振成像基础上发展出的磁共振加速器系统(MR-Lianc,Unity)，磁共振加速器系统(MR-Lianc,Unity)由1.5T磁共振扫描系统(荷兰，Philips公司)和7MV直线加速器(瑞典，Elekta公司)组成，通过每次治疗前的磁共振影像生成在线自适应治疗计划，修正由于摆位和器官形变造成的误差，对肿瘤靶区进行实时的追踪和监控，成为了精准放疗的最佳辅助工具。一次完整的MR引导的自适应治疗放疗通常需要30～40分钟，若需要进行靶区或者危及器官的更改，治疗时间长达1个小时，在整个治疗过程中，我们需要患者完全保持静止不动。如果在治疗过程中患者因坚持不住而产生一定运动，则需要马上中断治疗，否则会产生较大的剂量误差。因此，如何在磁共振自适应放疗中实时监控患者的运动并对患者可能影响治疗疗效的运动进行报警是目前亟需解决的问题，本发明提供的一种基于磁共振加速器的运动监测系统以解决该问题。
如图1所示，是本发明一实施例提供的一种基于磁共振加速器的运动监测系统，包括：若干NV色心传感器、数据处理器、磁共振加速器和报警器；
若干所述NV色心传感器设置于受治疗患者身体的各部位；
每一所述NV色心传感器，用于在治疗开始时，获取NV色心传感器的初始空间位置；在治疗过程中，实时获取NV色心传感器的实时空间位置；将所述初始空间位置和实时空间位置传输至数据处理器；
所述数据处理器，用于在治疗开始时，向所述磁共振加速器发送启动信号，以使所述磁共振加速器在接收到所述启动信号时，控制磁共振加速器开启；获取每一NV色心传感器的初始空间位置和实时空间位置，并根据NV色心传感器的初始空间位置和实时空间位置确定NV色心传感器的偏移值；在所述偏移值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述报警器发出暂停治疗的报警信息；在所述偏移值大于第二阈值时，向所述磁共振加速器发送终止信号，以使所述磁共振加速器在接收到所述终止信号时，并控制磁共振加速器停止运行，并控制所述报警器发出查看患者治疗情况的报警信息。
具体的，将多个NV色心传感器布设于受治疗患者身体的各个部位上，使得通过NV色心传感器所获取的空间位置变化来确定设置于受治疗患者身上的NV色心传感器是否因患者运动而产生空间位置上的变化。
在一个优选的实施例中，所述NV色心传感器为钻石NV色心传感器。
具体的，金刚石氮-空位色心是金刚石晶体中的一种点缺陷结构，当金刚石中碳原子构成的面心立方晶格的一个碳原子被氮原子所取代，且其邻近有一个晶格空位时，就形成NV色心，利用其在磁场中的量子顺磁共振效应和荧光辐射特性可进行精密的磁测量。NV色心传感器具有高空间分辨率，高灵敏度，高生物兼容性等技术优势。此外，利用标准的微纳加工技术，NV色心传感器的整体尺寸仅有20×15×1.5立方毫米，在磁场的精密测量中发挥重要作用。
在一个优选的实施例中，若干所述NV色心传感器设置于受治疗患者身体的各部位，包括：将若干所述NV色心传感器植入受治疗患者在治疗时所需穿戴衣物中，使若干所述NV色心传感器分布于受治疗患者身体的各部位；其中，所述受治疗患者在治疗时所需穿戴衣物，包括以下任意一项或其组合：裤子、围脖、衣服以及帽子。
在另一个优选的实施例中，所述受治疗患者在治疗时所需穿戴衣物采用魔术贴固定于受治疗患者身上。
具体的，如图2所示，①表示钻石NV色心传感器、②表示数据处理器、③表示报警器④表示磁共振加速器。
通常情况下，为便于在患者受治疗时能更便捷的设置NV色心传感器，会将NV色心传感器植入到诸如上衣、裤子、围脖和帽子中，植入的NV色心传感器可如图2所示的方式排列。继而将植入了NV色心传感器的衣物与数据处理器进行通信连接，从而使得数据处理器可获取NV色心传感器所获取的空间位置。需要说明的是，在治疗过程中可根据实际的治疗情况确定治疗时所需穿戴的衣物，例如：仅进行头部治疗时，可排除身体部位运动而产生的影响头部治疗的效果，此时可使患者仅穿戴植入有NV色心传感器的帽子。
在患者受治疗前，穿戴对应植入有NV色心传感器的衣物。优选的，为便于穿戴，通常上衣采用背心形式，裤子采用短裤形式。且在患者穿戴衣物过程中，采用魔术贴进行衣物的固定，从而使得植入有NV色心传感器的衣物可适合各种体型的患者进行穿戴。避免了因患者体型差异而需重复制造衣服的问题。
在患者完成植入有NV色心传感器的衣服穿戴后，在治疗开始时，患者处于静止状态，此时通过数据处理器获取NV色心传感器的初始空间位置，并以该初始空间位置作为监测患者是否在治疗过程中产生运动的标准。对于一NV色心传感器来说，数据处理器在获取到初始空间位置后，以该初始空间位置作为基准值，在治疗过程中从NV色心传感器中获取的实时空间位置后，均与初始空间位置进行比对，以确定当前治疗过程中当前NV色心传感器的位置是否产生偏移值，以此来反映患者在该NV色心传感器所在部位的运动情况。
此外，在治疗开始时，数据处理器向磁共振加速器发送启动信号，以使磁共振加速器在接收到启动信号时，控制磁共振加速器开启。但是，基于磁共振加速器的启动是通过磁共振加速器自身的控制系统来实现的特性，这种通过数据处理器直接控制磁共振加速器启动的方式难以对磁共振加速器做到准确的调控，因此，这种启动方式是缺乏安全性的。优选的，在实际应用过程中，通常采用数据处理器向操作人员发出启动磁共振加速器的信号，使得操作人员根据数据处理器所反馈的启动磁共振加速器的信号控制磁共振加速器启动，以使磁共振加速器通过自主调节自身的控制系统来实现磁共振加速器自身的启动，从而使得磁共振加速器的启动更具安全性。
在一个优选的实施例中，所述根据NV色心传感器的初始空间位置和实时空间位置确定NV色心传感器的偏移值，包括:根据NV色心传感器的初始空间位置和实时空间位置确定NV色心传感器在X方向、Y方向和Z方向上的偏移值。
具体的，由于所获取的初始空间位置和实时空间位置均为三维空间数据，因此，在计算偏移值时，需分别计算在X方向、Y方向和Z方向上的偏移值。
在一个优选的实施例中，所述在所述偏移值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述报警器发出暂停治疗的报警信息，包括：在X方向、Y方向或Z方向中任意一方向上的所述偏移值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述报警器发出暂停治疗的报警信息，以使所述数据处理器的操作人员根据暂停治疗的报警信息确定是否继续治疗。
在另一个优选的实施例中，所述在所述偏移值大于第二阈值时，控制所述报警器发出查看患者治疗情况的报警信息，包括：在X方向、Y方向或Z方向中任意一方向上的所述偏移值大于第二阈值时，控制所述报警器发出查看患者治疗情况的报警信息，以使所述数据处理器的操作人员根据查看患者治疗情况的报警信息对患者情况进行查看。
具体的，为避免在治疗过程中产生不影响治疗过程的细微运动时使得治疗中断，在数据处理器计算得到NV色心传感器在X方向、Y方向和Z方向上的偏移值时，需将其分别与X方向对应的第一阈值和第二阈值、Y方向对应的第一阈值和第二阈值和Z方向对应的第一阈值和第二阈值进行校验，在任意一方向的偏移值大于对应的第一阈值且小于对应的第二阈值时，发送提示操作人员是否需要暂停治疗的信息，以使操作人员在接收到是否需要暂停治疗的信息后，根据报警器提示的信息结合患者情况判断是否继续治疗，还是终止治疗。在任意一方向的偏移值大于对应的第二阈值时，发送信号控制磁共振加速器停止运行，并控制报警器向操作人员发送提示操作人员查看患者情况的信息，以使操作人员在接收到查看患者情况的信息后，终止治疗并查看患者的治疗情况。
为了更好的说明上述偏移值和对应设定的第一阈值和第二阈值所能达到的效果，以下进行举例说明：
以一NV色心传感器获取到的初始空间位置坐标为(1,0,0)，第一时刻下获取的实时空间位置坐标为(1.2,0.2,0)，第二时刻下获取的实时空间位置坐标为(1.6,0.8,0)，第三时刻下获取的实时空间坐标为(1.6,1.3,0)，X、Y和Z方向的偏移阈值范围为0.5-1为例，其中，0.5即为上述第一阈值，1即为上述第二阈值。
在获取到第一时刻的实时空间位置时，将其与初始空间位置进行比对，计算得到在X方向和Y方向偏移值为0.2，其并未超出对应的第一阈值0.5，因此，无需使治疗中断。通常产生这种微小偏差可以是由于患者呼吸过程中引起的小幅度运动。
在继续获取到第二时刻的实时空间位置时，将其与初始空间位置进行比对，计算得到在X方向偏移值为0.6，在Y方向上偏移值为0.8，超出第一阈值0.5，但未超出第二阈值1，可判定为患者可能产生一定运动，数据处理器及时发送报警信号，并提示“是否暂停放疗”，以提醒放射治疗师主观判断是否停止患者放疗。例如：头部患者在治疗过程无法持续保持静止产生的微小偏移。
在继续获取到第三时刻的实时空间位置时，将其与初始空间位置进行比对，计算得到在X方向偏移值为0.6，在Y方向上偏移值为1.3，Y方向超出第二阈值1，可判定为患者产生较大幅度运动，不适合继续放疗，数据处理器立即向磁共振加速器发送终止放疗的信号，控制磁共振加速器停止运行，并同时控制报警器发出警报，提醒技术员及时查看患者情况。如头部患者在治疗中突发剧烈的咳嗽时，头部的NV色心传感器即可能发送如上述的大幅度偏移。
需要补充的是，在控制所述磁共振加速器停止运行前，若此时患者处于图像配准或者靶区勾画阶段则立马停止勾画，等待患者再次处于静止状态后再重新扫描，配准以及勾画。若患者正处于治疗过程中则停止出束，中断治疗。
通过实施本发明所提供的一种基于磁共振加速器的运动监测系统，具有如下有益效果：
1、能实现在磁场下对患者运动状态的实时监测；
2、采用NV色心传感器使得在对患者运动状态监测中能高精度和高敏感的监测；
3、能通过在监测到患者运动幅度过大影响治疗时及时中断治疗，避免无效治疗，优化了磁共振加速器的治疗过程。
需说明的是，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的系统实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
所述领域的技术人员可以清楚地了解到，为了方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可参考前述方法实施例中对应的过程，在此不再赘述。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于磁共振加速器的运动监测系统，其特征在于，包括：若干NV色心传感器、数据处理器、磁共振加速器和报警器；
若干所述NV色心传感器设置于受治疗患者身体的各部位；
每一所述NV色心传感器，用于在治疗开始时，获取NV色心传感器的初始空间位置；在治疗过程中，实时获取NV色心传感器的实时空间位置；将所述初始空间位置和实时空间位置传输至数据处理器；
所述数据处理器，用于在治疗开始时，向所述磁共振加速器发送启动信号，以使所述磁共振加速器在接收到所述启动信号时，控制磁共振加速器开启；获取每一NV色心传感器的初始空间位置和实时空间位置，并根据NV色心传感器的初始空间位置和实时空间位置确定NV色心传感器的偏移值；在所述偏移值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述报警器发出暂停治疗的报警信息；在所述偏移值大于第二阈值时，向所述磁共振加速器发送终止信号，以使所述磁共振加速器在接收到所述终止信号时，控制磁共振加速器停止运行，并控制所述报警器发出查看患者治疗情况的报警信息。
2.如权利要求1所述的一种基于磁共振加速器的运动监测系统，其特征在于，若干所述NV色心传感器设置于受治疗患者身体的各部位，包括：
将若干所述NV色心传感器植入受治疗患者在治疗时所需穿戴衣物中，使若干所述NV色心传感器分布于受治疗患者身体的各部位；其中，所述受治疗患者在治疗时所需穿戴衣物，包括以下任意一项或其组合：裤子、围脖、衣服以及帽子。
3.如权利要求1所述的一种基于磁共振加速器的运动监测系统，其特征在于，所述根据NV色心传感器的初始空间位置和实时空间位置确定NV色心传感器的偏移值，包括:
根据NV色心传感器的初始空间位置和实时空间位置确定NV色心传感器在X方向、Y方向和Z方向上的偏移值。
4.如权利要求3所述的一种基于磁共振加速器的运动监测系统，其特征在于，所述在所述偏移值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述报警器发出暂停治疗的报警信息，包括：
在X方向、Y方向或Z方向中任意一方向上的所述偏移值大于第一阈值且小于第二阈值时，控制所述报警器发出暂停治疗的报警信息，以使所述数据处理器的操作人员根据暂停治疗的报警信息确定是否继续治疗。
5.如权利要求4所述的一种基于磁共振加速器的运动监测系统，其特征在于，所述在所述偏移值大于第二阈值时，控制所述报警器发出查看患者治疗情况的报警信息，包括：
在X方向、Y方向或Z方向中任意一方向上的所述偏移值大于第二阈值时，控制所述报警器发出查看患者治疗情况的报警信息，以使所述数据处理器的操作人员根据查看患者治疗情况的报警信息对患者情况进行查看。
6.如权利要求2所述的一种基于磁共振加速器的运动监测系统，其特征在于，所述受治疗患者在治疗时所需穿戴衣物采用魔术贴固定于受治疗患者身上。
7.如权利要求1所述的一种基于磁共振加速器的运动监测系统，其特征在于，所述NV色心传感器为钻石NV色心传感器。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311251028.8A CN117357091A (zh) | 2023-09-26 | 2023-09-26 | 一种基于磁共振加速器的运动监测系统 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311251028.8A CN117357091A (zh) | 2023-09-26 | 2023-09-26 | 一种基于磁共振加速器的运动监测系统 |
Publications (1)
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