[發(fā)明專利]結(jié)合雙周期判斷的胸腹表面區(qū)域呼吸信號周期預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910018163.5
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109741827B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于曉洋;王明;韓岫君;樊琪;胡亞欣;徐雅婷;趙煙橋;張琴;王妍;王淼;朱子桐;李宇瀟
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G16H20/40;A61N5/10
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本發(fā)明結(jié)合雙周期判斷的胸腹表面區(qū)域呼吸信號周期預(yù)測方法屬于腫瘤醫(yī)學(xué)、精密儀器、工程技術(shù)和數(shù)學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域；該方法首先構(gòu)建理想單周期呼吸信號，然后進(jìn)行周期延拓，得到理想多周期呼吸信號，最后對理想多周期呼吸信號進(jìn)行周期提取，整個提取過程在數(shù)據(jù)量相同的兩個假想周期間進(jìn)行，并在兩個周期內(nèi)即可完成周期提?。辉摲椒ǚ椒軌驕?zhǔn)確提取理想多周期呼吸信號的周期，為準(zhǔn)確預(yù)測呼吸運(yùn)動奠定仿真實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明結(jié)合雙周期判斷的胸腹表面區(qū)域呼吸信號周期預(yù)測方法屬于腫瘤醫(yī)學(xué)、精密儀器、工程技術(shù)和數(shù)學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

放射治療(后文簡稱為放療)是治療癌癥最主要的手段之一。大約70％的癌癥患者在治療癌癥的過程中會用到放療，約有40％的癌癥可以通過放療治愈。放射治療效果與放射線照射到腫瘤區(qū)域的精度和劑量有關(guān)。消化系統(tǒng)惡性腫瘤位于胸腔腹腔內(nèi)，受呼吸運(yùn)動影響，腫瘤的位置和體積都會隨時間而改變，造成放射線照射精度降低，從而影響放療效果。

為了解決呼吸運(yùn)動降低放療效果的問題，很多學(xué)者開展了靶區(qū)擴(kuò)邊、屏氣、呼吸門控、被動加壓、四維放療和實(shí)時跟蹤等技術(shù)或方法的研究工作。這些工作有效降低了呼吸運(yùn)動對放療效果的影響，然而，由于這些工作都是在呼吸運(yùn)動發(fā)生后開展的滯后補(bǔ)償工作，因此無法從根本上克服呼吸運(yùn)動降低放療效果的問題。

為了解決上述問題，一些學(xué)者開始研究超前補(bǔ)償方法，該方法首先需要對呼吸運(yùn)動進(jìn)行預(yù)測。目前，呼吸運(yùn)動預(yù)測方法可分為以下兩大類：第一、模型預(yù)測方法，它通過監(jiān)測前期呼吸運(yùn)動數(shù)據(jù)，建立呼吸運(yùn)動模型，再基于模型來推測未來的呼吸運(yùn)動；第二、無模型預(yù)測方法，它通過觀察到的呼吸運(yùn)動模式進(jìn)行訓(xùn)練，形成啟發(fā)式的學(xué)習(xí)算法，通過學(xué)習(xí)來預(yù)測未來的呼吸運(yùn)動。

雖然呼吸運(yùn)動不斷重復(fù)吸氣和呼氣動作，但是呼吸運(yùn)動并不以吸氣和呼氣為一個周期進(jìn)行簡單重復(fù)，在每次吸氣和呼氣的過程中，受自身以及外界的影響，周期和幅值都會有改變，模型預(yù)測方法無法照顧到這種變化，因此預(yù)測精度會受到制約，所以，更多學(xué)者開始在無模型預(yù)測方法中進(jìn)行嘗試，例如，用高斯過程回歸來預(yù)測呼吸運(yùn)動。

高斯過程回歸是一種普適的預(yù)測算法，通過學(xué)習(xí)已知數(shù)據(jù)來預(yù)測未來數(shù)據(jù)，預(yù)測結(jié)果以均值和方差的形式給出。由于高斯過程回歸算法本身并不是單純針對呼吸運(yùn)動預(yù)測而提出，因此不會考慮到呼吸運(yùn)動的一些約束條件。如果將呼吸運(yùn)動的約束條件考慮進(jìn)去，就會縮小預(yù)測范圍，預(yù)測結(jié)果也就會更加精確。

對于呼吸運(yùn)動而言，其頻率會限定在某一個范圍內(nèi)，因此可以通過獲取呼吸信號的周期或頻率來約束預(yù)測結(jié)果，提高預(yù)測精度。可見，獲取呼吸運(yùn)動的周期有利于提高預(yù)測精度。

然而，由于呼吸運(yùn)動并不是單周期的簡單重復(fù)，因此很難用兩個相同特征值的距離來判斷周期。那么，如果獲取呼吸運(yùn)動的周期已經(jīng)成為提高預(yù)測精度的關(guān)鍵技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了預(yù)測呼吸信號的周期，本發(fā)明從理想的呼吸信號入手，提出了一種呼吸信號周期提取方法，該方法不僅包括根據(jù)呼吸規(guī)律構(gòu)建理想呼吸信號的工作，而且包括對理想呼吸信號周期進(jìn)行提取的工作。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

結(jié)合雙周期判斷的胸腹表面區(qū)域呼吸信號周期預(yù)測方法，由以下步驟組成：

步驟a、構(gòu)建理想單周期呼吸信號；

步驟b、對步驟a得到的理想單周期呼吸信號進(jìn)行周期延拓，得到理想多周期呼吸信號；

步驟c、對步驟b得到的理想多周期呼吸信號進(jìn)行周期提取，包括：

步驟c1、設(shè)定周期數(shù)據(jù)變量為1，進(jìn)入步驟c2；

步驟c2、根據(jù)周期數(shù)據(jù)變量，計(jì)算第一周期所有數(shù)據(jù)之和，以及第二周期所有數(shù)據(jù)之和，進(jìn)入步驟c3；

步驟c3、判斷第一周期所有數(shù)據(jù)之和是否等于第二周期所有數(shù)據(jù)之和，如果：