人体胸腹部压迫监测系统

1.本公开涉及医学数据监测技术领域，涉及肿瘤放射治疗过程中胸腹部压迫数据的监测，尤其是一种人体胸腹部压迫监测系统。


背景技术：

2.自主呼吸是人体重要的自然生理体征，其呼吸频率与潮气量因人而异。人体在自主呼吸过程中，体内脏器的相对位置会发生不同程度的移位。对于胸腹部肿瘤患者，肿瘤会伴随呼吸出现明显的周期性运动。针对此类放疗患者，须在治疗前准确评估病灶区域呼吸动度，并制定相应的干预措施，以保证肿瘤精确定位和放疗剂量精确交付。
3.放疗临床中一种常用的呼吸运动干预技术是腹部压迫，即借助腹压板、腹压袋、腹压带等装置，通过压迫腹腔脏器，达到限制脏器呼吸幅度的目的。为了保证放疗全疗程的腹部压迫一致性，腹部压迫装置均带有计量指示表尺，如下降高度、气囊压强等。
4.在对放疗患者施加腹部压迫后，通常会采集患者4d-ct图像，以准确评估腹部压迫后的肿瘤病灶的呼吸动度。采集患者4d-ct图像过程中，需同步采集患者呼吸曲线，临床现行4d-ct的呼吸曲线采集方式，以人体上体表位置(例如胸部、腹部)指示为主，通过上体表位置周期性升降变化，来表征呼吸曲线。如图1所示，图1为现有技术中呼吸门控引导下的4d-ct成像的示意图，其中图中下部的曲线为呼吸波形示意性曲线。
5.现有腹部压迫装置在临床使用中主要存在以下技术问题：通过下降高度或气囊气压来表征腹部压迫强度的方法，灵敏度不高，毫米级高度距离偏差所造成的体感差异非常显著，越来越无法满足实际要求；另外，患者4d-ct图像信号采集的同时，需同步采集患者呼吸曲线，在对患者施加腹部压迫后，患者胸腹部的体表运动受到极大限缩，往往出现体表振幅侦测失败现象，无法有效采集患者呼吸曲线，进而造成4d-ct无法实施。


技术实现要素：

6.(一)要解决的技术问题
7.有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种人体胸腹部压迫监测系统，以至少部分解决上述技术问题。
8.(二)技术方案
9.本公开的一方面，提供了一种人体胸腹部压迫监测系统，包括：信号采集装置，用于测量压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和动态压力变化信息；数据处理装置，用于对所述静态压力信息和动态压力变化信息进行处理；门控ct成像装置，用于与外接ct成像设备进行通讯，将处理后的所述静态压力信息和动态压力变化信息传输至外接ct成像设备进行ct成像。
10.根据本公开的实施例，所述信号采集装置为压力传感器。
11.根据本公开的实施例，所述压力传感器采用薄膜压阻传感器，所述数据处理装置至少包括一滤波器和一处理器，其中：所述薄膜压阻传感器通过分压电阻测量压迫装置与
人体体表之间的静态压力信息和动态压力变化信息；所述滤波器对所述静态压力信息和动态压力变化信息进行滤波处理，得到用以表征压迫装置与人体体表之间的静态压力信息的直流成分和用以表征压力随时间变化的动态压力变化信息的交流成分；所述处理器从所述直流成分中提取出静态压力信息，并从所述交流成分中提取出呼吸时相信息；所述门控ct成像装置将所述静态压力信息和所述呼吸时相信息传输至外接ct成像设备进行ct成像。
12.根据本公开的实施例，所述压力传感器采用聚偏二氟乙烯pvdf压电传感器，所述数据处理装置至少包括一放大器、一滤波器和一处理器，其中：所述聚偏二氟乙烯pvdf压电传感器直接测量压迫装置与人体体表之间压力随时间变化的动态压力变化信息；所述放大器对所述动态压力变化信息进行放大处理；所述滤波器对放大后的动态压力变化信息进行滤波处理；所述处理器从滤波后的动态压力变化信息中得到压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和呼吸时相信息；所述门控ct成像装置将所述静态压力信息和所述呼吸时相信息传输至外接ct成像设备进行ct成像。
13.根据本公开的实施例，所述信号采集装置采用单通道测量方式或多通道测量方式，对压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和动态压力变化信息进行测量。
14.根据本公开的实施例，所述信号采集装置采用多通道测量方式时，所述信号采集装置对压迫中心及上下左右不同测量位置的静态压力信息和动态压力变化信息进行测量，获得多路测量信号；所述数据处理装置从所述多路测量信号中获取压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和呼吸时相信息；所述门控ct成像装置将所述静态压力信息和所述呼吸时相信息传输至外接ct成像设备进行ct成像。
15.根据本公开的实施例，所述门控ct成像装置具有与外接ct成像设备进行通讯的接口，用于接收外接ct成像设备发来的指令信号，并向外接ct成像设备返回所述静态压力信息和所述呼吸时相信息。所述指令信号包括开始扫描信号、结束扫描信号和起始时间戳信号中的至少一个。
16.根据本公开的实施例，该系统嵌入于压迫装置中，或者是贴在压迫装置与人体体表之间的接触面上，或者是贴在人体体表与衣物之间的接触面上。
17.(三)有益效果
18.根据本公开的实施例，本公开提供的人体胸腹部压迫监测系统，通过采用压力传感器作为信号采集装置，该压力传感器至少可以采用薄膜压阻传感器或聚偏二氟乙烯(pvdf)压电传感器，能够较为准确的测量和采集压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和动态压力变化信息，进而获得人体在胸腹部压迫力度，提高了胸腹部压迫技术在临床实施的一致性；同时通过采用数据处理装置对所述静态压力信息和动态压力变化信息进行放大及滤波处理，能够有效地提取出压迫状态下的呼吸时相信息，进而有效地解决了胸腹部压迫程度检测的问题，同时解决了胸腹部压迫状态下呼吸曲线的获取问题。
19.根据本公开的实施例，本公开提供的人体胸腹部压迫监测系统，通过测量和采集压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和动态压力变化信息，并有效地提取出压迫状态下的呼吸时相信息，提高了呼吸曲线驱动的4d-ct或其他门控ct成像技术(例如特定时相ct成像)的成功率，在有关于胸腹部放疗医学数据监测技术领域有良好的应用前景。
附图说明
20.通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
21.图1为现有技术中呼吸门控引导下的4d-ct成像的示意图，其中图中下部的曲线为呼吸波形示意性曲线。
22.图2为依照本公开实施例的人体胸腹部压迫监测系统的示意图。
23.图3为依照本公开实施例的薄膜压阻传感器采用单通道测量方式通过分压电阻测量压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和动态压力变化信息的电路图。
24.图4为基于图3所示的电路薄膜压阻传感器采用单通道测量方式从原始电压信号中滤波提取用以表征压迫装置与人体体表之间的静态压力信息的直流成分的示意图。
25.图5为基于图3所示的电路薄膜压阻传感器采用单通道测量方式从原始电压信号中滤波提取用以表征压力随时间变化的动态压力周期性变化信息的时相信息的示意图。
26.图6为依照本公开实施例的聚偏二氟乙烯pvdf压电传感器直接测量压迫装置与人体体表之间压力随时间变化的动态压力变化信息的示意图。
具体实施方式
27.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
28.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
29.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
30.并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
31.再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。说明书与权利要求书中所使用的序数例如“s1”、“s2”、“s3”等的用词，以修饰权利要求项的步骤，其本身并不意含及代表该请求步骤有任何之前的序数，也不代表某一请求步骤与另一请求步骤的顺序、或是制造方法上的顺序，这些序数的使用仅用来使具有某命名的一请求步骤得以和另一请求步骤能作出清楚区分。
32.本公开的实施例提供了一种人体胸腹部压迫监测系统，通过采用压力传感器作为信号采集装置，该压力传感器至少可以采用薄膜压阻传感器或聚偏二氟乙烯(pvdf)压电传感器，能够较为准确的测量和采集压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和动态压力变
化信息，进而获得人体在胸腹部压迫力度，提高了胸腹部压迫技术在临床实施的一致性；同时通过采用数据处理装置对所述静态压力信息和动态压力变化信息进行放大及滤波处理，能够有效地提取出压迫状态下的呼吸时相信息，进而有效地解决了胸腹部压迫程度检测的问题，同时解决了胸腹部压迫状态下呼吸曲线的获取问题。
33.如图2所示，图2为依照本公开实施例的人体胸腹部压迫监测系统的示意图。需要注意的是，图2所示仅为可以应用本公开实施例的应用场景的示例，以帮助本领域技术人员理解本公开的技术内容，但并不意味着本公开实施例不可以用于其他环境或场景。
34.图2中，本公开实施例的人体胸腹部压迫监测系统，包括信号采集装置21、数据处理装置22和门控ct成像装置23，其中：信号采集装置21，用于测量压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和动态压力变化信息；数据处理装置22，用于对所述静态压力信息和动态压力变化信息进行处理；门控ct成像装置23，用于与外接ct成像设备进行通讯，将处理后的所述静态压力信息和动态压力变化信息传输至外接ct成像设备进行ct成像。
35.在本公开的实施例中，所述信号采集装置21一般采用压力传感器，该压力传感器至少为薄膜压阻传感器或聚偏二氟乙烯pvdf压电传感器，由于不同压力传感器的测量灵敏度与噪声水平有差异，需要对原始测量信号做调理，例如放大、滤波等。在实际应用中，由于存在电子学噪声，滤波是必备的信号调理项；是否要对信号进行放大，取决于传感器的类型、灵敏度及量程等，例如聚偏二氟乙烯pvdf压电传感器的信号幅度非常微弱，需要进行信号放大，而薄膜压阻传感器的信号幅度比较大，所以无需放大。
36.当所述信号采集装置21采用薄膜压阻传感器时，所述数据处理装置22至少包括一滤波器和一处理器，其中：所述薄膜压阻传感器通过分压电阻测量压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和动态压力变化信息；所述滤波器对所述静态压力信息和动态压力变化信息进行滤波处理，得到用以表征压迫装置与人体体表之间的静态压力信息的直流成分和用以表征压力随时间变化的动态压力变化信息的交流成分；所述处理器从所述直流成分中提取出静态压力信息，并从所述交流成分中提取出呼吸时相信息；所述门控ct成像装置23将所述静态压力信息和所述呼吸时相信息传输至外接ct成像设备进行ct成像。
37.当所述信号采集装置21采用聚偏二氟乙烯pvdf压电传感器时，所述数据处理装置22至少包括一放大器、一滤波器和一处理器，其中：所述聚偏二氟乙烯pvdf压电传感器直接测量压迫装置与人体体表之间压力随时间变化的动态压力变化信息；所述放大器对所述动态压力变化信息进行放大处理；所述滤波器对放大后的动态压力变化信息进行滤波处理；所述处理器从滤波后的动态压力变化信息中得到压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和呼吸时相信息；所述门控ct成像装置23将所述静态压力信息和所述呼吸时相信息传输至外接ct成像设备进行ct成像。
38.在本公开的实施例中，外接ct成像设备进行ct成像可以为4d-ct成像，特定时相ct成像等。
39.在本公开的实施例中，所述信号采集装置21可以采用单通道测量方式或多通道测量方式，对压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和动态压力变化信息进行测量。在实际应用中，所述信号采集装置21具备接触面压力测量的功能，可以采用单测量点(即单通道测量方式)，也可以采用多测量点(即多通道测量方式)，可以是静态压力测量，也可以是动态压力变化测量。
40.由于在压迫状态下，可能存在某些传感器超量程的情况，作为可选方案，采用多通道测量方式，一方面表征不同测量位的压力状态，例如压迫中心及上下左右等位置，另一方面用来规避可能的信号超量程问题，同时，多路信号也可以共同参与呼吸曲线提取。
41.在本公开的实施例中，在所述信号采集装置21采用多通道测量方式时，所述信号采集装置21对压迫中心及上下左右不同测量位置的静态压力信息和动态压力变化信息进行测量，获得多路测量信号；所述数据处理装置22从所述多路测量信号中获取压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和呼吸时相信息；所述门控ct成像装置23将所述静态压力信息和所述呼吸时相信息传输至外接ct成像设备进行ct成像。
42.在本公开的实施例中，在所述信号采集装置21采用单通道测量方式时，如图3所示，图3为依照本公开实施例的薄膜压阻传感器采用单通道测量方式通过分压电阻测量压迫装置与人体体表之间的静态压力信息和动态压力变化信息的电路图。
43.图4为基于图3所示的电路薄膜压阻传感器采用单通道测量方式从原始电压信号中滤波提取用以表征压迫装置与人体体表之间的静态压力信息的直流成分的示意图。在图4中，上部曲线为原始电压信号，下部曲线为滤波后提取的直流成分，用来表征静态压力。
44.图5为基于图3所示的电路薄膜压阻传感器采用单通道测量方式从原始电压信号中滤波提取用以表征压力随时间变化的动态压力周期性变化信息的时相信息的示意图。在图5中，通过滤波提取交流成分，根据信号周期变化，表征呼吸时相变化，横坐标为时间(ms)，纵坐标(0-2π)表征呼吸时相(波谷对应相位为0/2π，波峰对应相位为π)。
45.图6示出了依照本公开实施例的聚偏二氟乙烯pvdf压电传感器直接测量压迫装置与人体体表之间压力随时间变化的动态压力变化信息的示意图。在图6中，具有非尖锐波峰的曲线为压力动态变化情况，具有尖锐波峰的曲线为时相曲线变化信息，横坐标为时间(ms)，纵坐标(0-2π)表征呼吸时相(波谷对应相位为0/2π，波峰对应相位为π)。
46.在本公开的实施例中，所述门控ct成像装置23具有与外接ct成像设备进行通讯的接口，用于接收外接ct成像设备发来的指令信号，并向外接ct成像设备返回所述静态压力信息和所述呼吸时相信息，告知外接ct成像设备目前正处于哪个呼吸时相上。所述指令信号包括开始扫描信号、结束扫描信号和起始时间戳信号中的至少一个。
47.在所述门控ct成像装置23与外接ct成像设备进行交互时，外接ct成像设备通常都有与其他设备交互的硬件接口，接口型号与通讯协议为各个厂家的自定义格式，该交互接口用来与所述门控ct成像装置进行交互，互相告知当前时间、开始信号采集和时间戳、当前所处呼吸时象、结束信号采集和时间戳等。
48.在本公开的实施例中，所述的人体胸腹部压迫监测系统可以嵌入于压迫装置中，或者是贴在压迫装置与人体体表之间的接触面上，或者是贴在人体体表与衣物之间的接触面上。
49.至此，已经结合附图对本公开进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有了清楚的认识。
50.需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
51.当然，根据实际需要，本公开还可以包含其他的部分，由于同本公开的创新之处无关，此处不再赘述。
52.类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
53.此外，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行组合作为新的实施例。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
54.除非存在技术障碍或矛盾，本公开的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本公开的保护范围中。
55.虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本公开的限制。
56.虽然本公开总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体公开构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。
57.以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。