[發明專利]一種胸腹表面呼吸運動信號準相位超分辨電路

在審

• 申請號: 202010075870.0
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111135478A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 趙煙橋;陳睿;胡亞欣
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明一種胸腹表面呼吸運動信號準相位超分辨電路屬于精密儀器和胸腹部放射治療技術領域；該電路包括信號轉換模塊，相位差多輸出模塊，電阻鏈多相位生成模塊，多相位正弦方波轉換模塊和多相位融合邏輯門模塊；這些模塊作為一個整體，缺一不可，共同實現了將一個周期的呼吸運動信號變成多個周期的準相位方波信號，且相位相差準相位超分辨方波輸出信號的零周期；即實現了對胸腹表面呼吸運動信號的超分辨，這個結果所能夠帶來的進一步技術優勢在于，在多個呼吸周期過程中，通過判斷方波信號的頻率變化即可判斷呼吸頻率的變化，更重要的是，由于超分辨方波的周期遠小于呼吸運動周期，因此能夠在小于一個呼吸周期的時間范圍內判斷呼吸頻率變化。

技術領域

本發明一種胸腹表面呼吸運動信號準相位超分辨電路屬于精密儀器和胸腹部放射治療技術領域。

背景技術

在胸腹部腫瘤放射治療過程中，呼吸使得腫瘤區域逸出靶區或正常組織進入靶區，不僅降低了放療效果，而且容易產生并發癥。

為了解決呼吸運動給放射治療帶來的負面影響，臨床上最早采用了呼吸保持和呼吸門控等方法，通過對呼吸的干預實現腫瘤位置的控制，雖然取得了一定的效果，但是患者耐受性差；為了提高患者耐受性，不干預患者呼吸，又出現了跟蹤系統，通過監測腫瘤區域實現對腫瘤位置的跟蹤，然而，由于這種方法屬于滯后補償方法，因此總會出現“慢半拍”的問題；為了提高跟蹤精度，學者們采用了預測手段，期初，將呼吸運動視為一個呼吸周期的簡單重復，然而，由于呼吸運動本身具有無明顯規律的準周期特性，因此預測精度并不高，隨著時間的推移，誤差會越來越大；后來，學者們根據呼吸運動的歷史規律，通過擬合，形成以時間為變量的呼吸運動模型，進而對未來呼吸運動進行預測，這種方法的效果較好；本課題組的研究生樊琪和史領采用高斯過程回歸方法對呼吸運動進行預測，并以均值和方差的形式給出預測結果，為呼吸運動提供了一種全新的預測手段。

對于呼吸運動的宏觀特性由幅值和頻率來決定，由于幅值和頻率之間又存在著一定的對應關系，因此只需要準確獲得呼吸頻率，即可實現呼吸運動預測，然而，對于呼吸頻率的預測，至少要采集一個呼吸周期，這樣就給呼吸頻率快速分析帶來了一定的困難。如果能夠對呼吸運動信號進行超分辨，就可以實現在少于一個呼吸運動周期的時間獲得呼吸頻率，進而快速實現對呼吸運動進行預測與分析。然而，在本領域，還沒有發現對呼吸運動信號進行超分辨的技術手段。

發明內容

為了實現對呼吸運動信號進行超分辨，本發明公開了一種胸腹表面呼吸運動信號準相位超分辨電路與方法，能夠將一個周期的呼吸運動信號變成多個周期的準相位方波信號，且相位相差準相位超分辨方波輸出信號的零周期；這個結果所能夠帶來的進一步技術優勢在于，在多個呼吸周期過程中，通過判斷方波信號的頻率變化即可判斷呼吸頻率的變化，更重要的是，由于超分辨方波的周期遠小于呼吸運動周期，因此能夠在更短時間內，即小于一個呼吸周期的時間范圍內，判斷出呼吸頻率的變化。

本發明的目的是這樣實現的：

一種胸腹表面呼吸運動信號準相位超分辨電路，包括信號轉換模塊，相位差多輸出模塊，電阻鏈多相位生成模塊，多相位正弦方波轉換模塊和多相位融合邏輯門模塊；

所述信號轉換模塊的輸入為一個周期的呼吸運動信號f(t)，輸出為：

其中：t₀為呼吸運動信號f(t)開始采集的時間；ω為呼吸運動信號f(t)的角頻率；T為呼吸運動信號f(t)的周期；