CN1814322A - 利用呼吸信号控制图像同步的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用呼吸信号控制图像同步的装置，该装置具有呼吸监测单元、成像装置、图像采集装置以及微处理装置，微处理装置一方面接受呼吸监测单元输出的呼吸信号，并根据该呼吸信号来记录呼吸信号特征值，另一方面控制图像采集装置，采集并记录成像装置输出的图像。微处理装置在开始治疗的同时，根据呼吸监测单元检测到的患者呼吸信号来记录原始的呼吸信号特征值N0，同时控制图像采集装置，采集并记录此时的图像。在治疗结束的同时，微处理装置采集当前的呼吸信号特征值N1，并比较N1是否等于N0，由此根据呼吸状态来使控制图像同步。

Description

利用呼吸信号控制图像同步的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种利用呼吸信号来控制图像同步的装置和方法，特别是涉及一种在超声治疗中利用呼吸信号来控制图像同步的装置和方法。

背景技术

医学研究发现肿瘤细胞的耐热性比正常细胞要差，在42.5℃以上的温度环境下，30分钟内肿瘤细胞死亡，而正常细胞损伤较轻且可逆转。高强度聚焦超声肿瘤治疗系统就是根据肿瘤细胞的这一特点，以超声波为能量源，利用其穿透性和可聚焦性，将探头发射出的平均声强较低的超声波通过介质耦合，经过皮肤进入人体肿瘤组织，聚焦或者汇聚到一个空间点，形成一个平均声强在1000W/cm²以上的焦域(焦域大小：Φ3×8mm)，使该焦域瞬时(0.1秒到5秒)产生强烈的温度升高(高于70℃)，加上其空化作用(即强超声在液体中产生类似雾状的气泡，其形成和消失可以产生极高的温度和压力，从而使组织受到严重破坏)和机械振荡作用，破坏焦域处的组织。通过对肿瘤进行如此由点到线、由线到面、由面到体逐点扫描的固化治疗，从而使整个肿瘤组织固化，实现治疗的目的。

在对疾病进行治疗的过程中，特别是在超声治疗的过程中，常常需要把病人在治疗前、后拍摄到的医学图像进行对比，以分析治疗的效果。但是由于人体的呼吸运动会引起胸腔和腹腔内器官的轻微移动和变形，因此在不同的呼吸状态下获得的医学图像之间本身就存在着差异。这就给图像对比分析的工作带来很大的干扰，因为对于差异的医学图像，并不能够轻易的判断出这种差异是由于治疗引起的，还是由呼吸运动引起的，或者是由两者共同引起的。即使能够判断出来，这也将影响到对治疗效果的分析。

由于呼吸运动是不可避免的，呼吸运动给医学图像带来的影响也是难以避免的，因此出于实际的考虑是——如何能够使治疗前后所获得的医学图像都对应于非常接近的呼吸状态。即利用呼吸信号控制不同时间采集的图像同步，从而尽量减小由于呼吸运动给图像对比带来的影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种利用呼吸信号控制图像同步的装置，其特征在于，具有：呼吸监测单元，与患者连接，对患者的呼吸进行监测，输出与呼吸状态对应的呼吸信号；成像装置，扫描患者病灶处的图像；图像采集装置，与上述成像装置连接，用于采集上述成像装置输出的图像；以及微处理装置，分别与上述呼吸监测单元和上述图像采集装置连接，一方面接受上述呼吸监测单元输出的呼吸信号，并根据该呼吸信号来记录呼吸信号特征值，另一方面控制上述图像采集装置，采集并记录上述成像装置输出的图像。上述微处理装置在开始治疗的同时，根据上述呼吸监测单元检测到的患者呼吸信号来记录原始的呼吸信号特征值N0，同时控制上述图像采集装置，采集并记录此时的图像。在治疗结束的同时，上述微处理装置采集当前的呼吸信号特征值N1，并比较N1是否等于N0。如果N1＝N0，则上述微处理装置记录上述图像采集装置所采集的此时的图像，然后结束流程。如果N1≠N0，则等待一定的时间间隔T0，然后再次采集当前的呼吸信号特征值N1，然后再判断N1是否等于N0，重复这样的步骤，直到N1＝N0，然后结束流程。

本发明提供一种利用呼吸信号控制图像同步的方法，在开始治疗的同时，根据患者呼吸信号来记录原始的呼吸信号特征值N0，同时采集并记录此时的图像。在治疗结束的同时，采集当前的呼吸信号特征值N1，并比较N1是否等于N0。如果N1＝N0，则采集并记录此时的图像，然后结束流程。如果N1≠N0，则等待一定的时间间隔T0，然后再次采集当前的呼吸信号特征值N1，然后再判断N1是否等于N0，重复这样的步骤，直到N1＝N0，然后结束流程。

当N1＝N0时，表示N1和N0都是从呼吸周期开始经过相同的时间间隔记录的特征值，因此在这两个时刻的呼吸状态几乎相同，所采集的图像可以进行对比。

附图说明

图1是本发明一个实施例的利用呼吸信号控制图像同步的装置的结构示意图。

图2是本发明一个实施例的利用呼吸信号控制图像同步的装置的工作流程图。

图3是表示如何获得呼吸信号特征值的流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明实施例的利用呼吸信号控制不同时间采集的图像同步的装置的结构示意图。由图中可以看出，该装置由两路构成。一路是呼吸传感器101→信号处理装置102→AD转换器103→微处理装置104，另一路是成像装置107→图像采集装置105→微处理装置104。其中呼吸传感器101与患者连接，对人呼吸产生的气体流动进行监测，输出与呼吸状态(呼吸气流)对应的模拟电信号；信号处理装置102接收呼吸传感器101输出的与呼吸状态对应的模拟电信号，对其进行放大和滤波、去噪，即将微弱的模拟电信号放大到一定的幅度，并且抑制信号中的噪声和干扰，提高信噪比。结果处理后的信号被输出到AD转换器103(模数转换器)，AD转换器103将模拟信号转换为数字信号，然后输出给微处理装置104进行处理。另外，成像装置107扫描患者病灶处的图像，例如可以是B超装置、CT或MRI(核磁共振成像)装置等；图像采集装置105在微处理装置104的控制下，采集成像装置107扫描的图像，并将所采集的图像输入微处理装置104。以上的呼吸传感器101、信号处理装置102和AD转换器103构成了本发明的呼吸监测单元。

以下参照图2，对本发明的图像同步采集装置的工作流程进行说明。首先，在步骤S1中，微处理装置104在开始治疗的同时，根据呼吸监测单元检测到的患者呼吸信号来记录原始的呼吸信号特征值N0，同时记录图像采集装置105所采集的此时的图像。呼吸信号特征值N的获得方法将在后面描述。

然后对患者进行治疗。在治疗结束的同时，微处理装置104在步骤S2中采集当前的呼吸信号特征值N1。然后在步骤S3中，微处理装置104比较N1是否等于N0。

如果N1＝N0，则表示此时的呼吸状态与治疗开始时的呼吸状态相同。微处理装置104记录图像采集装置105所采集的此时的图像，然后结束流程。

如果N1≠N0，则表示此时的呼吸状态与治疗开始时的呼吸状态不同。进入步骤S4，等待一定的时间间隔T0(例如10ms)，然后返回步骤S2，继续采集当前的呼吸信号特征值N1，然后再判断N1是否等于N0。重复步骤S2、S3、S4，直到N1＝N0。

以下利用图3，详细说明呼吸信号特征值N的获得方法。呼吸传感器101检测患者的呼吸信号，输出给信号处理装置102。信号处理装置102对该模拟电信号进行放大、滤波和去噪处理，然后输出给AD转换器103转换为数字信号。由于人体每次呼吸转换的瞬间，各种物理量会发生较大变化，例如此时的气体流量几乎为0，相应地，呼吸传感器101所检测到的呼吸信号也会有较大的波动。微处理装置104读取该信号，并根据该信号来判断是否是一次呼吸周期的开始。如果是一次呼吸周期的开始，则设定N＝0；如果不是一次呼吸周期的开始，则对N累加1，即当前N＝N+1。然后等待一定的时间间隔T0(与步骤S4的时间间隔相等)，微处理装置104再次读取呼吸传感器101检测到的呼吸信号，重复上述的过程。

因此，步骤S1中的原始呼吸信号特征值N0为治疗开始时刻累加的呼吸信号特征值N，步骤S4中的呼吸信号特征值N1是治疗结束后的累加的呼吸信号特征值N。当N1＝N0时，表示N1和N0都是从呼吸周期开始经过相同的时间间隔记录的特征值，因此在这两个时刻的呼吸状态几乎相同，所采集的图像可以进行对比。

例如，设定采样时间间隔T0＝10ms。在治疗前呼吸传感器101检测到呼吸周期的开始，此时设定N＝0。如果20ms后开始治疗，则此时N经过了2次累加，即N0＝0+1+1＝2。微处理装置104在此同时控制图像采集装置105来采集图像，作为原始图像。

在治疗结束的时刻，例如是从呼吸周期开始经过了10ms，则此时N1＝0+1＝4。微处理装置104判断此时的N1≠N0，然后等待一个时间间隔T0，此时N1＝1+1＝2。微处理装置104判断此时的N1＝N0，控制图像采集装置105采集此时的图像，然后结束工作流程。由于N1和N0都是从呼吸周期开始经过相同的时间间隔记录的特征值，因此在这两个时刻的呼吸状态几乎相同，所采集的图像可以进行对比。

综上所述，本发明根据呼吸状态实时采集同步图像，从而基本消除了呼吸运动给超声治疗的图像对比工作所带来的干扰，这也就有助于医生对超声治疗的效果做出一个准确地判断。

另外，需要说明的是，虽然在上述说明中是以在超声治疗中根据呼吸状态实时采集同步图像为例，但本发明不限于此，本领域技术人员可以知道，本发明还可以应用于其他需要比较治疗前和治疗后医学图像的治疗领域。此外，以上的实施例是根据患者呼吸的气体流动来获得呼吸信号特征值的，但本发明不限于此，也可以监测其他物理量，例如压力、温度等，然后用同样的方法来来获得呼吸信号特征值。

本发明所举实施例仅为举例之用，根据本发明所教示的内容，本技术领域内的技术人员可以对本发明进行变更和改进，但均在本发明所保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种利用呼吸信号控制图像同步的装置，其特征在于，具有：

呼吸监测单元，与患者连接，对患者的呼吸进行监测，输出与呼吸状态对应的呼吸信号；

成像装置，扫描患者病灶处的图像；

图像采集装置，与上述成像装置连接，用于采集上述成像装置输出的图像；以及

微处理装置，分别与上述呼吸监测单元和上述图像采集装置连接，一方面接受上述呼吸监测单元输出的呼吸信号，并根据该呼吸信号来记录呼吸信号特征值，另一方面控制上述图像采集装置，采集并记录上述成像装置输出的图像，

上述微处理装置在开始治疗的同时，根据上述呼吸监测单元检测到的患者呼吸信号来记录原始的呼吸信号特征值N0，同时控制上述图像采集装置，采集并记录此时的图像，

在治疗结束的同时，上述微处理装置采集当前的呼吸信号特征值N1，并比较N1是否等于N0，

如果N1＝N0，则上述微处理装置记录上述图像采集装置所采集的此时的图像，然后结束流程，

如果N1≠N0，则等待一定的时间间隔T0，然后再次采集当前的呼吸信号特征值N1，然后再判断N1是否等于N0，重复这样的步骤，直到N1＝N0，然后结束流程。

2.根据权利要求1所述的利用呼吸信号控制图像同步的装置，其特征在于，上述呼吸监测单元包括：

呼吸传感器，与患者连接，对人呼吸进行监测，输出与呼吸状态对应的模拟电信号；

信号处理装置，接收上述呼吸传感器输出的与呼吸状态对应的模拟电信号，对其进行放大和滤波、去噪处理；以及

模数转换器，将模拟信号转换为数字信号，然后输出给上述微处理装置进行处理。

3.根据权利要求2所述的利用呼吸信号控制图像同步的装置，其特征在于，上述呼吸信号特征值N是这样获得的，即

上述微处理装置读取经上述呼吸传感器、信号处理装置、模数转换器而输出的呼吸信号，并根据该呼吸信号来判断是否是一次呼吸周期的开始，如果是一次呼吸周期的开始，则设定N＝0；如果不是一次呼吸周期的开始，则对N累加1，即设定当前N＝N+1，

然后等待上述时间间隔T0，上述微处理装置再次读取呼吸信号，重复上述判断过程。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的利用呼吸信号控制图像同步的装置，其特征在于，

上述呼吸传感器是气体流量传感器，对呼吸产生的气体流动进行检测，输出与呼吸气流对应的模拟电信号。

5.一种利用呼吸信号控制图像同步的方法，其特征在于，

在开始治疗的同时，根据患者呼吸信号来记录原始的呼吸信号特征值N0，同时采集并记录此时的图像，

在治疗结束的同时，采集当前的呼吸信号特征值N1，并比较N1是否等于N0，

如果N1＝N0，则采集并记录此时的图像，然后结束流程，

如果N1≠N0，则等待一定的时间间隔T0，然后再次采集当前的呼吸信号特征值N1，然后再判断N1是否等于N0，重复这样的步骤，直到N1＝N0，然后结束流程。

6.根据权利要求5所述的利用呼吸信号控制图像同步的方法，其特征在于，上述呼吸信号特征值N是这样获得的，即

首先根据所检测的呼吸信号来判断是否是一次呼吸周期的开始，如果是一次呼吸周期的开始，则设定N＝0；如果不是一次呼吸周期的开始，则对N累加1，即设定当前N＝N+1，

然后等待上述时间间隔T0，再次读取呼吸信号，重复上述判断过程。

7.根据权利要求5或6所述的利用呼吸信号控制图像同步的方法，其特征在于，

上述呼吸信号是与呼吸气体流量对应的信号。

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