專利名稱：遠程測量受檢者心率的雷達系統(tǒng)的制作方法
遠程測量受檢者心率的雷達系統(tǒng)
本發(fā)明涉及一種遠程監(jiān)護受檢者心跳的監(jiān)護設(shè)備，該監(jiān)護設(shè)備設(shè)置成 接收指示受檢者移動的監(jiān)護信號。
本發(fā)明還涉及一種設(shè)置成從受檢者身上采集數(shù)據(jù)的成像或光譜系統(tǒng)
(該系統(tǒng)包括這樣的監(jiān)護設(shè)備)，例如磁共振(MR)或計算機斷層攝影(CT) 系統(tǒng)或心臟三維(3D) X射線血管造影系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)還設(shè)置成利用 觸發(fā)信號使數(shù)據(jù)采集與受檢者的心跳時相同步。
本發(fā)明還涉及一種遠程監(jiān)護受檢者心跳的方法，該監(jiān)護方法基于指示 受檢者移動的監(jiān)護信號，該監(jiān)護信號能遠程感測。
本發(fā)明還涉及一種包括如下指令的計算機程序產(chǎn)品，當(dāng)在計算機上運 行該計算機程序產(chǎn)品時，
-訪問由監(jiān)護設(shè)備遠程接收的監(jiān)護信號，該監(jiān)護信號表示受檢者的心
跳，
-根據(jù)該監(jiān)護信號啟動觸發(fā)設(shè)備以生成觸發(fā)信號，該觸發(fā)信號表示受 檢者的心跳時相，以及
-使成像或光譜系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)采集與受檢者的心跳時相同步，該同步 受到觸發(fā)信號的影響。
在US5573012中討述了一種實現(xiàn)這種方法的設(shè)備的一個實施例，其教 授了一種監(jiān)護體內(nèi)各部分(例如心臟)運動的方法和裝置。該實施例包括 通過采用重復(fù)模式的脈沖回波雷達，以及對電磁(EM)脈沖的雙向飛行時 間進行計時來發(fā)射并探測非常短暫的電壓脈沖。對大量的反射脈沖進行平 均以產(chǎn)生被來自心壁的反射所調(diào)制的電壓。
現(xiàn)有技術(shù)的問題在于由該設(shè)備來實現(xiàn)該方法相當(dāng)繁瑣。因而，本發(fā)明 的一個目的是提供一種實現(xiàn)簡化的技術(shù)來監(jiān)護受檢者心跳的設(shè)備。
這一目的可由根據(jù)第一段的監(jiān)護設(shè)備來實現(xiàn)，其中，監(jiān)護信號是從受 檢者的胸壁外表面接收的。不像現(xiàn)有技術(shù)那樣，其中設(shè)備為了探測心跳需要直接監(jiān)護心壁或組織，而本發(fā)明使用各種遠程感測技術(shù)探測心跳對胸壁 的影響來遠程感測受檢者的心跳。這些非接觸式技術(shù)的示例包括捕獲立體 圖片、高分辨率視頻等。
本發(fā)明的這一和其它方面將基于下面各實施例進行進一步地闡述，其 在從屬權(quán)利要求中有所定義。
根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)護設(shè)備的一個實施例包括處理器，用于處理監(jiān)護信號 以生成指示心跳的輸出信號。雖然監(jiān)護信號包括有關(guān)心跳的信息，但是有 時候必須對監(jiān)護信號進行處理以將其轉(zhuǎn)換成輸出信號，使其能輸入到其它 設(shè)備中。例如，處理器可將監(jiān)護信號轉(zhuǎn)換成在屏幕或監(jiān)護器上作為波形顯 示的電流或電壓信號。處理器例如還能在特定時段內(nèi)對多次心跳進行平均， 并輸出指示平均心率的信號。然后這種平均心率可用于預(yù)測下一次心跳何 時發(fā)生。
在另一實施例中，根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)護設(shè)備還包括發(fā)射機，用于向受檢 者的胸壁發(fā)射測量信號，其中，當(dāng)操作時，該測量信號與胸壁相互作用以 生成監(jiān)護信號。發(fā)射機定位在距患者適當(dāng)?shù)木嚯x處，并設(shè)置成向該患者發(fā)
射輻射，例如EM輻射、超聲等。所發(fā)射的輻射被受檢者的胸壁反射，從 而生成監(jiān)護信號?；蛘撸l(fā)射的輻射與胸部相互作用從而產(chǎn)生能形成監(jiān) 護信號的不同輻射。例如，可將在暴露于一定波長的光時發(fā)熒光的材料緊 緊地披蓋到患者上，或者凃在胸壁上。當(dāng)這種熒光材料受到入射光激發(fā)時， 對熒光進行探測從而監(jiān)護心臟運動。
在另一實施例中，根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)護設(shè)備還包括觸發(fā)設(shè)備，設(shè)置成訪 問監(jiān)護信號以生成表示心跳時相的觸發(fā)信號。觸發(fā)設(shè)備可生成對應(yīng)于特定 心跳時相，例如心室收縮時相或心房舒張時相等的觸發(fā)信號。觸發(fā)信號可 以為電流或電壓脈沖，或者光脈沖等的形式，其反過來用于觸發(fā)監(jiān)護過程 中的下一步。
在根據(jù)本發(fā)明監(jiān)護設(shè)備的另一實施例中，測量信號是EM輻射，監(jiān)護 信號是經(jīng)反射的EM輻射，而輸出信號是測量信號與監(jiān)護信號之間頻率的 多普勒頻移。例如，微波收發(fā)器向胸部發(fā)射連續(xù)波的微波束作為測量信號， 并接收來自胸壁的反射作為監(jiān)護信號。與發(fā)射信號相比，在移動表面上波的反射引起反射信號的頻移。頻移的幅度表示反射表面的運動。這樣通過
測量頻率在發(fā)射和反射的EM波之間頻率的多普勒頻移，能分解出心跳對 胸壁的影響，從而能夠以非接觸的方式監(jiān)護心跳。
在根據(jù)本發(fā)明監(jiān)護設(shè)備的另一實施例中，測量信號是光EM輻射，例 如光束，監(jiān)護信號是經(jīng)反射的光EM輻射，對其處理以得到受檢者胸壁的 剪切圖(shearograms)的時間序列，并可通過比較該時間序列上的連續(xù)各 剪切圖獲得輸出信號。代替普通光束，還可使用類似激光的單色光源發(fā)射 測量信號。借助于光學(xué)系統(tǒng)，生成一系列胸部圖像。對象(在這種情況下 為胸部)的每幅圖像例如借助于光學(xué)器件進一步進行復(fù)制，并且同時移動 并疊置到初始圖像上。這在圖像上產(chǎn)生了剪應(yīng)變的效果，并且將所得到的 圖像稱為剪切圖。
剪切干涉(shearography)是種相對測量方法，其中所得到的圖像表示 被記錄對象在時間上移動的兩種狀態(tài)間的差。每幅剪切圖例如與其先前的 剪切圖相比較，產(chǎn)生比較圖像。如果兩個像素的光程長度變化程度相同或 者根本沒變，則無法得到差分信息。然而，如果像素的位置相對于鄰近像 素的位置發(fā)生變化，則光程長度的這種差將產(chǎn)生有關(guān)局部變化的定量信息， 這繼而產(chǎn)生比較圖像中的局部斑點或條紋圖案。這些局部斑點或條紋圖案 指示心跳對胸壁的影響。在SP正-International Society for Opetical Engine 2003年2月出版的由Wolfgang Steinchen、 Lianxiang Yang撰寫的"Digital Shearography:Theory and Application of Digital Speckle Pattern Shearing Interferometry"中對剪切干涉的概念做了進一步地解釋。
在根據(jù)本發(fā)明監(jiān)護設(shè)備的另一實施例中，監(jiān)護信號是光EM輻射，對 其處理以得到立體圖像的時間序列，并通過比較時間序列上的連續(xù)各立體 圖像獲得輸出信號。立體照相機監(jiān)護患者的胸部。雖然可代替地使用單道 相機，但是立體觀測具有改進對被監(jiān)護對象的大小、距離并因此同樣對被 監(jiān)護對象移動的評定的優(yōu)勢。立體照相機記錄由心臟跳動引起的患者胸部 的微小移動。在測量期間拍攝的連續(xù)各圖像抓拍顯示了由于胸壁的移動所 造成的圖像特征的變化，這反過來是由心臟的運動造成的。
在根據(jù)本發(fā)明監(jiān)護設(shè)備的另一實施例中，測量信號是超聲輻射，監(jiān)護 信號是經(jīng)反射的超聲輻射，并且輸出信號是測量信號與監(jiān)護信號之間的多普勒頻移。超聲發(fā)射機向胸部發(fā)射超聲束作為測量信號，而超聲接收器接 收來自胸壁的反射作為監(jiān)護信號。與發(fā)射信號相比，移動表面上波的反射 造成反射信號的頻移。頻移的幅度表示反射表面的運動。這樣通過測量頻 率在發(fā)射和反射的超聲波之間頻率的多普勒頻移，能分解出心跳對胸壁的 影響，從而能夠以非接觸的方式監(jiān)護心跳。
本發(fā)明的另一目的是提供一種如起始各段中提到的成像或光譜系統(tǒng)， 其中，以簡化的方式探測受檢者的心跳。
這一目的可由根據(jù)第一段的成像或光譜系統(tǒng)來實現(xiàn)，其中，從受檢者 的胸壁外表面接收用于生成觸發(fā)信號的監(jiān)護信號。以這樣的方式建立成像
或光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使得數(shù)據(jù)采集與受檢者的心跳時相同步。例如，在MR 成像系統(tǒng)中，以這樣的方式進行數(shù)據(jù)采集同步使得在心跳的特定時相期間 采集k空間的特定區(qū)域或特定線條，或者甚至是整個k空間。例如，心臟 在其舒張時相期間移動最小，因此指示這一時相的觸發(fā)信號用于觸發(fā)k空 間中央?yún)^(qū)域的采集，使得采集圖像中的運動偽影最小。在心室收縮時相期 間，此時心臟移動最大，觸發(fā)信號可觸發(fā)k空間外側(cè)線條的采集?；蛘?， 還有可能觸發(fā)例如CT掃描器上的采集，使得在每次觸發(fā)期間采集整個數(shù) 據(jù)集。例如，圖像采集可在每次心室收縮時相末期啟動，并能夠持續(xù)從而 在每次啟動后能收集整幅圖像。類似地，在心臟三維X射線血管造影的情 況下使圖像采集與心跳時相的同步也是有益的。
本發(fā)明的另一 目的是提供一種監(jiān)護受檢者心跳的簡化方法。
這一目的可由根據(jù)開始各段的方法來實現(xiàn)，其中，從受檢者的胸壁外 表面接收監(jiān)護信號。本發(fā)明使用各種遠程感測或非接觸式技術(shù)，探測心跳 對胸壁的影響來遠程感測受檢者的心跳。這些非接觸式技術(shù)的示例包括捕 獲立體圖片、高分辨率視頻等。
本發(fā)的這一和其它方面將基于下面各實施例進行進一步地闡述，其在 從屬權(quán)利要求中有所定義。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實現(xiàn)中，對監(jiān)護信號進行處理以生成指示 心跳的輸出信號。雖然監(jiān)護信號包括有關(guān)心跳的信息，但是常常需要對監(jiān) 護信號進行處理以便將其轉(zhuǎn)換成輸出信號，使得它能輸入到其它設(shè)備中。 例如，能對監(jiān)護信號進行處理并將其轉(zhuǎn)換成在屏幕或監(jiān)護器上作為波形顯示的電流或電壓信號。其它對監(jiān)護信號進行處理的示例包括濾波、放大、 變換成光信號等。
在另一實現(xiàn)中，根據(jù)本發(fā)明的方法還包括向受檢者的胸壁發(fā)送測量信 號的步驟，其中，從測量信號與胸壁的相互作用中生成監(jiān)護信號。所發(fā)送
的輻射可以包括EM輻射、激光、超聲等，它們可被受檢者的胸壁反射從 而生成監(jiān)護信號。或者，所發(fā)送的輻射可與胸壁相互作用以產(chǎn)生能形成監(jiān) 護信號的不同輻射。例如，可將在暴露于一定波長的EM輻射時發(fā)熒光的 材料緊緊地披蓋、涂覆或以其它方式呈現(xiàn)在受檢者的胸壁上。當(dāng)熒光材料 受入射EM輻射激發(fā)時，對熒光進行探測從而以非接觸的方式監(jiān)護心跳。
在另一實現(xiàn)中，根據(jù)本發(fā)明的方法還包括使用監(jiān)護信號生成表示受檢 者心跳時相的觸發(fā)信號的步驟。觸發(fā)信號可對應(yīng)于特定的心跳時相，例如 心室收縮時相或心房舒張時相等。不同類型的觸發(fā)信號可包括來自報警器 的可聽信號、諸如電壓或電流脈沖的電信號等。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能由計算機裝置裝入的計算機程序，該 計算機程序包括使成像或光譜系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)采集與受檢者的心跳時相同步 的各種指令，其中，以簡化的方式對受檢者的心跳進行探測。
這一目的可由根據(jù)起始各段的計算機程序產(chǎn)品來實現(xiàn)，其中，從受檢 者的胸壁外表面遠程接收監(jiān)護信號。監(jiān)護設(shè)備，例如立體照相機或高分辨 率視頻照相機接收監(jiān)護信號。計算機程序提供訪問監(jiān)護信號的能力。計算 機程序還提供對監(jiān)護信號迸行處理的各種指令，從而生成表示受檢者心跳 的處理信號。計算機程序或者可為設(shè)置成處理監(jiān)護信號的處理器提供各種 指令，該處理器生成作為輸出的處理信號。計算機程序還提供控制觸發(fā)設(shè) 備接收監(jiān)護信號或處理信號作為其輸入的各種指令。觸發(fā)設(shè)備輸出表示受 檢者心跳時相的觸發(fā)信號。計算機程序還可提供識別受檢者心跳時相的各 種指令。計算機程序還提供對成像或光譜系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)采集進行同步的各 種指令，該同步基于觸發(fā)信號。計算機程序產(chǎn)品可以是駐存于計算機可讀 介質(zhì)，例如CD-ROM或DVD的計算機程序?；蛘?，計算機程序產(chǎn)品可以 是例如經(jīng)由因特網(wǎng)下載或以其它方式傳輸給計算機的可下載程序。
本發(fā)的這一和其它方面將基于下面各實施例進行進一步地闡述，其在 從屬權(quán)利要求中有所定義。在根據(jù)本發(fā)明計算機程序產(chǎn)品的一個實施例中，計算機程序產(chǎn)品還提 供對能夠發(fā)射測量信號的發(fā)射機進行控制的各種指令。測量信號與受檢者 的胸壁相互作用以生成由監(jiān)護設(shè)備感測的監(jiān)護信號。計算機程序可命令發(fā) 射機啟動測量信號的發(fā)射。計算機程序還可控制測量信號的強度或持續(xù)時 間。
本發(fā)明的這些和其它方面將在下面基于如下的實施例、通過舉例的方 式、并參照各附圖進行詳細描述，在附圖中

圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備；
圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，還包括處理單元； 圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，還包括發(fā)射單元； 圖4示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，還包括觸發(fā)單元； 圖5示意性示出了根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的實施例，其中，測量信號是EM
或超聲輻射，監(jiān)護信號是經(jīng)反射的EM或超聲輻射，而輸出信號是測量信 號與監(jiān)護信號之間頻率的多普勒頻移；
圖6圖示地示出了受檢者胸壁的移動，其中，患者心跳的影響疊置于 呼吸運動之上，并且其中，標(biāo)為"o"的軸表示胸壁移位的幅度，而標(biāo)為"t" 的軸表示時間；
圖7示意性示出了根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的另一實施例，其中，測量信號是 光EM輻射，監(jiān)護信號是經(jīng)反射的光EM輻射，對其進行處理以得到受檢 者胸壁剪切圖的時間序列，并且通過比較時間序列上的連續(xù)各剪切圖來獲 得輸出信號；
圖8示意性示出了根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的另一實施例，其中，測量信號是 能進行處理以獲得立體圖像時間序列的光EM輻射，并且通過比較時間序 列上的連續(xù)各立體圖像來獲得輸出信號；
圖9示意性示出了設(shè)置成從受檢者身上采集數(shù)據(jù)的成像或光譜系統(tǒng)的 實施例，該系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明一個實施例的監(jiān)護設(shè)備，其中，該系統(tǒng)還 設(shè)置成利用觸發(fā)信號使數(shù)據(jù)采集與受檢者的心跳時相同步；
圖IO示意性示出了根據(jù)本發(fā)明方法的一個實現(xiàn)，其中，遠程感測指示 受檢者胸壁外表面移動的監(jiān)護信號；圖11示意性示出了根據(jù)本發(fā)明方法的一個實現(xiàn)，其中，對監(jiān)護信號進 行處理以生成指示心跳的輸出信號；
圖12示意性示出了根據(jù)本發(fā)明方法的一個實現(xiàn)，其中，向受檢者的胸 壁發(fā)射測量信號，并且其中，從測量信號與胸壁的相互作用中生成監(jiān)護信 號；以及
圖13示意性示出了根據(jù)本發(fā)明方法的一個實現(xiàn)，其中，監(jiān)護信號用于 生成表示受檢者心跳時相的觸發(fā)信號。
值得注意的是，各個附圖中使用的對應(yīng)附圖標(biāo)記表示各附圖中對應(yīng)的 結(jié)構(gòu)。
圖1示出了使用包括遠程傳感器102的監(jiān)護設(shè)備105來監(jiān)護受檢者胸 壁101的本發(fā)明實施例。給監(jiān)護設(shè)備105的輸入是來自胸壁101的監(jiān)護信 號103。監(jiān)護設(shè)備105將輸出信號104輸出。
監(jiān)護設(shè)備105不直接與患者體接觸，并且非接觸地接收監(jiān)護信號103。 監(jiān)護設(shè)備105可以是例如能捕捉胸壁101影片的高分辨率、高速視頻照相 機。具有每秒100幀或更高幀捕獲速率的視頻照相機系統(tǒng)能夠?qū)τ尚奶?起的胸壁移動進行可靠探測。由于心臟運動對胸壁的影響大約為500微米， 因此具有25微米分辨率的視頻照相機將足以在空間上分辨出心跳產(chǎn)生的胸 壁移動。
圖2示出了本發(fā)明的另一實施例，其中使用監(jiān)護設(shè)備105通過研究心 跳對受檢者胸壁101的影響來研究受檢者的心跳。監(jiān)護設(shè)備105包括遠程 傳感器204，其在不與受檢者體接觸的情況下接收監(jiān)護信號103，并向處理 器201輸出信號203，該處理器201對信號203進行處理以生成輸出信號 202。
遠程傳感器204是高分辨率、高速視頻照相機，將其輸出203發(fā)送給 處理單元201 。處理單元201包括幀抓取器，能夠使處理器201對進入的視 頻圖片進行逐幀地比較，從而探測胸壁的移動。處理單元201將信號203 轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號，將它們進一步饋送至顯示設(shè)備，例如屏幕或監(jiān)護 器。處理器201或者包括方便從攝影圖像中識別感興趣對象，例如患者胸 壁的軟件。例如借助于膠帶將光學(xué)或其它的標(biāo)記(未在附圖中示出)可去除地貼于受檢者的胸壁上，其中，標(biāo)記能進一步方便對感興趣對象的識別。 軟件執(zhí)行逐幀的圖像比較以探測和監(jiān)護患者的心跳。
圖3示出了本發(fā)明的實施例，其中，監(jiān)護設(shè)備105還包括向患者胸壁 101發(fā)射入射輻射301的發(fā)射設(shè)備304。監(jiān)護設(shè)備105還包括遠程接收器或 傳感器305，它能接收來自患者胸壁101的監(jiān)護信號302。感測設(shè)備305將 輸出信號303輸出。
發(fā)射設(shè)備304是照射患者胸壁區(qū)域的光源。如圖1的描述所示，遠程 感測模塊305是視頻照相機?；蛘撸袦y設(shè)備305是能捕獲胸壁快相的高 速照相機。例如，能每秒拍攝100張照片的照相機可足以分辯出各單次心 跳對胸壁的影響。照相機的時間分辨率(幀率)可根據(jù)受檢者平均心率的 先驗知識或估計進行調(diào)節(jié)。例如，在心跳的間隔期間可降低幀率。在預(yù)期 下次心跳將要開始之前不久，可將增加幀率到高速以便精確地捕獲運動并 在時間域中對其進行定位。
圖4示出了本發(fā)明的一個實施例，其中，監(jiān)護設(shè)備105包括遠程接收 器404，其通過處理電路405連接到觸發(fā)電路401。遠程傳感器404接收來 自受檢者胸壁101的監(jiān)護信號403，而觸發(fā)電路401輸出觸發(fā)信號402。
遠程傳感器404是通常能夠每秒捕獲100幀或更高的高速攝影照相機。 將每次捕獲的幀與連續(xù)的幀進行比較，以探測胸壁位置的微小變化，該比 較由處理單元405來完成?；蛘撸鐖D1中的描述所述，遠程傳感器404 可以是具有高空間和時間分辨率的視頻照相機。它能在環(huán)境光的條件下充 分捕獲攝影或視頻圖片?；蛘呖梢杂欣氖牵瑩碛懈邚姸裙庠聪蚴軝z者胸 壁101發(fā)射光。同樣有利的是，借助于在照相機前面放入濾光片(例如IR 濾光器)而僅使用一小部分光譜。所發(fā)射的光是測量信號，而從受檢者胸 壁101的表面上反射的光是監(jiān)護信號。
處理模塊還可包括能根據(jù)在一段時間內(nèi)計算的平均心率來預(yù)測下次心 跳的硬件或軟件。心率在整個呼吸周期中會輕微地改變，通常在吸氣時輕 微地增大并在呼氣時輕微地減小。除了隨呼吸時相發(fā)生改變(稱之為竇性 心律失常)夕卜，心跳通常具有固有的變率。在上述任一種情況下，為了更 精確地預(yù)測下次心跳而使用來自以前心跳的信息是有益的。
觸發(fā)電路401在心跳的特定時相生成觸發(fā)信號402。該心跳時相可根據(jù)監(jiān)護設(shè)備105探測到心跳之后流逝的時間來計算。例如，平均心率為每分 鐘72次時，人的心動周期持續(xù)大約83ms。假設(shè)心房收縮時相作為心動周 期的起始點，則心室收縮時相發(fā)生在進入心動周期大約10ms。心室收縮時 相可能是最易于進行體外探測的，因為在這一時相中心臟的位移最大，從 而產(chǎn)生對胸壁的最大影響。 一旦在心室收縮時相探測到心跳，可根據(jù)在所 探測的心室時相之后流逝的時間計算出心動周期的其它時相。例如，心臟 的心室舒張時相發(fā)生在心室收縮時相之后大約30ms。觸發(fā)信號402用于同 步成像系統(tǒng)中，例如MR系統(tǒng)或CT系統(tǒng)或3DX射線血管造影系統(tǒng)中的數(shù) 據(jù)采集。
圖5示出了本發(fā)明的一個實施例，其中，監(jiān)護設(shè)備105包括向受檢者 胸壁101發(fā)射EM或超聲福射501的發(fā)射機502。遠程接收器507接收被對 象反射的EM或超聲波503。處理電路508包括混合器504，其接收來自發(fā) 射機502和接收器507的輸入。使用低通濾波器505對混合信號進行濾波 以生成輸出信號506。
所發(fā)射的發(fā)射或測量波的主瓣指向感興趣對象，在這一情況下感興趣 對象是受檢者的胸壁。那些被對象反射的ME或超聲波的頻率相對于發(fā)射 波的頻率發(fā)生移動。根據(jù)如下公知的公式，頻移fD。Ppler與感興趣對象的速 度有關(guān)，
其中，f。是由發(fā)射機發(fā)射的EM或超聲波的頻率，c分別是EM波或超聲波 的傳播速度，而v是對象接近或遠離發(fā)射機的速度，從而分別產(chǎn)生正或負 的頻移。將測量信號501與監(jiān)護信號503混合或相乘，并對混合信號進行 低通濾波在輸出端得到具有頻率fo。p咖的信號506，而不考慮接收信號的多 普勒頻移相對于發(fā)射信號的頻率是正還是負。
在fQ=lGHZ時，例如，如果感興趣對象以每秒0.1米的恒定速度移動， 則在信號輸出端將有0.67Hz的頻移。由于每次心跳引起的皮膚表面的運動 僅持續(xù)幾分之一秒，即使我們假設(shè)在這一短暫時間內(nèi)以恒定速度進行運動，
我們也將不能在輸出端看到fD。pp^的整個正弦波周期。相反，期待每次心
跳時輸出信號上的單次峰值更加合理。
圖6示出了患者胸壁移動的圖示，其中，將患者心跳601的效果顯示為疊置在由呼吸602引起的胸壁運動之上。
胸腔的呼吸運動可產(chǎn)生近似正弦形狀的信號602，并且頻率很低，例如 大約0.2Hz，而疊置在由呼吸運動產(chǎn)生的該信號之上的將是由心跳引入的峰 601。這樣，信號中的突然變化指示了心跳引起的運動，反之更慢的變化可 歸因于呼吸作用。
圖7示出了本發(fā)明的一個實施例，其中，監(jiān)護設(shè)備105包括發(fā)射可見 EM輻射的發(fā)射機702、連接到含有緩沖介質(zhì)704和比較器設(shè)備705的處理 單元708的光學(xué)剪切干涉系統(tǒng)707。入射輻射^^入射光701從患者胸壁101 處反射，作為監(jiān)護信號709。光學(xué)剪切干涉系統(tǒng)輸出由處理器708處理的剪 切圖703的時間序列。處理單元708將輸出信號706輸出。
在一個實施例中，剪切干涉?zhèn)鞲衅鲉卧褂眉訉挼募す鉁y量患者胸壁 的移動。優(yōu)選地，使用高性能半導(dǎo)體激光設(shè)備。使用CCD照相機作為記錄 設(shè)備。借助于光學(xué)系統(tǒng)707，連續(xù)生成一系列剪切圖703。將這些剪切圖存 儲在緩沖介質(zhì)704中，并通過比較器705將連續(xù)各剪切圖彼此進行比較。 處理單元產(chǎn)生出含有有關(guān)患者胸壁移動信息的不同圖像。作為激光光源的 替代，可使用以紅外、可見光或紫外波長發(fā)射EM輻射的光源來生成各剪 切圖。
圖8示出了本發(fā)明的一個實施例，其中，監(jiān)護設(shè)備105包括感測來自 受檢者胸壁101的感測信號801的傳感器設(shè)備802。傳感器設(shè)備802連接到 包括幀抓取器807、緩沖介質(zhì)804、運動分析單元805和心跳探測單元809 的處理器803。幀抓取器807輸出立體攝影圖像808的時間序列，而處理單 元803輸出表示受檢者心跳的輸出信號806。
如果從兩個不同的位置拍攝對象，則兩個投影中心間的連線稱之為"基 線"。如果兩個照相機的觀看方向彼此平行并與基線(所謂的"正軸")成 90°角，則它們具有類似于人眼在兩個視網(wǎng)膜上產(chǎn)生兩幅圖像的性質(zhì)。因此， 這兩幅圖像的重疊區(qū)域(也稱之為"立體像對")能在三維中進行觀看，從 而模擬人類立體視覺。實際上，立體像對能用單個照相機從兩個位置，或 者通過使用立體照相機來產(chǎn)生。然而，與單通道照相機相比，使用立體照 相機系統(tǒng)具有增加對被監(jiān)護對象的大小、距離并因此同樣對被監(jiān)護對象移 動的評定的優(yōu)勢。通常，立體照相機包括安裝在桿兩端的兩個照相機，該桿具有精確校準(zhǔn)的長度(例如，40cm)。該桿起基線的作用。兩個照相機具 有相同的幾何特性。當(dāng)需要用于3D觀察時，它們具有彼此平行并與基線成 90。角的觀看方向。
在示例性實施例中，立體照相機802監(jiān)護患者的胸壁101。立體照相機 系統(tǒng)的輸出發(fā)送給幀抓取器電路807，幀抓取器電路807捕獲幀并生成一系 列胸壁101的立體圖像808。各圖像在發(fā)送給運動分析單元805和心跳探測 單元809之前可存儲在緩沖介質(zhì)804中。運動分析單元805和心跳探測單 元809能實現(xiàn)為硬件或軟件或兩者結(jié)合的方式。在測量期間拍攝的連續(xù)各 圖像抓拍會顯示圖像特征中由于心臟移動而發(fā)生的變化。運動分析單元805 結(jié)合心跳探測單元809，探測圖像特征中的變化。因而處理單元803生成表 示受檢者心跳的輸出信號806。
圖9示出了一種設(shè)置成從患者身上采集圖像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，例如MR系 統(tǒng)或CT系統(tǒng)或心臟3D X射線血管造影系統(tǒng)。遠程傳感器404接收來自患 者胸壁101的監(jiān)護信號403。監(jiān)護信號403發(fā)送給處理單元405。處理單元 405的輸出發(fā)送給觸發(fā)設(shè)備401，由觸發(fā)設(shè)備401生成觸發(fā)信號402。成像 系統(tǒng)901包括能利用觸發(fā)信號402啟動成像設(shè)備903上的數(shù)據(jù)采集的同步 電路902?？梢垣@得使用觸發(fā)信號來同步從WendtRE、 RokeyR、 Vick GW 等人在Magnetic Resonance Imaging上第5巻第89-95頁(1988)發(fā)表的 "Electrocardiographic gating and monitoring in NMR imaging"的MR系纟充 中、在從Schoepf U、 Becker CR、 Bruening RD等人在Radiology上第212 巻第649-654頁(1999)發(fā)表的"Electrocardiographically Gated Thin-Section CT of the Lung"的CT系統(tǒng)中，以及在從Aschenbach S、 Ulzheimer S、 Baum U 等人在Circulation上第102巻第2823-2828頁(2000)發(fā)表的"Noninvasive Coronary Angiography by Retrospectively ECG-gated Multislice Spiral CT"的 心臟3DX射線血管造影系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集的附加信息。
如上面引用的參考中所記錄的，將成像系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)采集與受檢者的 心跳同步，心跳可利用心電圖(ECG)設(shè)備來探測。常規(guī)ECG使用金屬線 來傳導(dǎo)ECG信號。這些金屬線可在MR圖像中引入偽影，從而使圖像質(zhì)量 降低。因此為觸發(fā)MR系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)采集而如本發(fā)明中使用源自遠程感測 技術(shù)的觸發(fā)信號是有益的。在CT或X射線血管造影情況下，如本發(fā)明所略述的，使用以非接觸方式感測的信號來觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，提供了由于不必
將ECG導(dǎo)線施加到患者身上而更易于患者操作的優(yōu)勢。
圖IO示出了根據(jù)本發(fā)明方法的一種實現(xiàn)，該方法包括接收監(jiān)護信號的 步驟1001和生成指示患者心跳的輸出信號的步驟1002。在感測步驟1001 中，在不直接與患者體接觸的情況下接收監(jiān)護信號。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明方法的另一實現(xiàn)，該方法包括以非接觸方式從 患者的胸壁接收監(jiān)護信號的步驟1101，處理監(jiān)護信號的步驟1102，以及生 成指示患者心跳的輸出信號的步驟1103。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明方法的另一實現(xiàn)，該方法包括向患者發(fā)射測量 信號的步驟1201，從患者的胸壁接收監(jiān)護信號的步驟1202，以及生成指示 患者心跳的輸出信號的步驟1203，其中，從測量信號與患者胸壁的相互作 用中生成監(jiān)護信號。
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明方法的另一實現(xiàn)，該方法包括從患者的胸壁接 收監(jiān)護信號的步驟1301，處理監(jiān)護信號的步驟1302，生成指示患者心跳的 輸出信號的步驟1303，以及生成指示患者心跳時相的觸發(fā)信號的步驟1304。
應(yīng)當(dāng)注意的是，上述各實施例說明而非限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域的技 術(shù)人員能夠在不脫離權(quán)利要求書的范圍的情況下，設(shè)計很多替代實施例。 在權(quán)利要求中，置于括號內(nèi)的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋為對權(quán)利要求的限制。 "包括"一詞并不排除那些列在權(quán)利要求之外的各元件或各步驟的存在。 在元件前面的詞語"一"或"一個"并不排除多個這種元件的存在。本發(fā) 明可借助于包括若干不同元件的硬件，以及借助于適當(dāng)編程的計算機來實 現(xiàn)。在列舉若干器件的系統(tǒng)權(quán)利要求中，若干這些器件可具體化為一個和 相同項目的計算機可讀軟件或硬件。僅僅在互不相同的從屬權(quán)利要求中記 述了某些測量這一實事并不表示使用這些測量的組合不能帶來益處。
權(quán)利要求
1、一種遠程監(jiān)護受檢者心跳的監(jiān)護設(shè)備(105)，所述監(jiān)護設(shè)備(105)設(shè)置成接收指示所述受檢者的胸壁(101)外表面移動的監(jiān)護信號(103)。
2、 如權(quán)利要求1所述的遠程監(jiān)護受檢者心跳的監(jiān)護設(shè)備(105)，所述 監(jiān)護設(shè)備還包括-處理器(201)，用于處理所述監(jiān)護信號(103)以生成指示所述心跳 的輸出信號(202)。
3、 如權(quán)利要求1所述的遠程監(jiān)護受檢者心跳的監(jiān)護設(shè)備(105)，所述 監(jiān)護設(shè)備(105)還包括-發(fā)射機(304)，用于向所述受檢者的胸壁(101 )發(fā)射測量信號(301 )，3巾-在操作時，所述測量信號(301)與所述胸壁(101)相互作用以生 成所述監(jiān)護信號(302)。
4、 如權(quán)利要求1到3中任一項所述的遠程監(jiān)護受檢者心跳的監(jiān)護設(shè)備 (105)，所述監(jiān)護設(shè)備(105)還包括-觸發(fā)設(shè)備(401)，其設(shè)置成訪問所述監(jiān)護信號(403)以生成表示所 述心跳時相的觸發(fā)信號(402)。
5、 如權(quán)利要求2和3所述的遠程監(jiān)護受檢者心跳的監(jiān)護設(shè)備(105)，其中-所述測量信號(501)是電磁輻射， -所述監(jiān)護信號(503)是經(jīng)反射的電磁輻射，并且 -所述輸出信號(506)是所述測量信號(501)與所述監(jiān)護信號(503) 之間頻率的多普勒頻移。
6、 如權(quán)利要求2和3所述的遠程監(jiān)護受檢者心跳的設(shè)備(105)，其中-所述測量信號(701)是光電磁輻射，-所述監(jiān)護信號(709)是經(jīng)反射的光電磁輻射，對其迸一步處理以得 到所述受檢者胸壁(101)的剪切圖(703)的時間序列，以及-所述輸出信號(706)是通過比較所述時間序列中的連續(xù)各剪切圖來 獲得的。
7、 如權(quán)利要求2所述的遠程監(jiān)護受檢者心跳的設(shè)備(105)，其中-所述監(jiān)護信號(801)是光電磁輻射，對其進一步處理以得到立體圖 像(808)的時間序列，以及-所述輸出信號(806)是通過比較所述時間序列中的連續(xù)各立體圖像 來獲得的。
8、 如權(quán)利要求2和3所述的遠程監(jiān)護受檢者心跳的設(shè)備(105),其中 -所述測量信號(501)是超聲輻射，-所述監(jiān)護信號(503)是經(jīng)反射的超聲輻射，以及 -所述輸出信號(506)是所述測量信號(501)與所述監(jiān)護信號(503) 之間的多普勒頻移。
9、 一種設(shè)置成從受檢者身上采集數(shù)據(jù)的成像或光譜系統(tǒng)(卯l),例如 磁共振或計算機斷層攝影系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括-如權(quán)利要求4所述的監(jiān)護設(shè)備(105)，以及其中，所述系統(tǒng)還設(shè)置成利用所述觸發(fā)信號(402)使所述數(shù)據(jù)采集與 所述受檢者的心跳時相同步。
10、 一種遠程監(jiān)護受檢者心跳的方法，所述監(jiān)護方法基于-指示所述受檢者的胸壁外表面移動的監(jiān)護信號，所述監(jiān)護信號能遠 程感測。
11、 一種如權(quán)利要求IO所述的遠程監(jiān)護受檢者心跳的方法，-其中，對所述監(jiān)護信號進行處理以生成指示所述心跳的輸出信號。
12、 一種如權(quán)利要求IO所述的遠程監(jiān)護受檢者心跳的方法，其中 -向所述受檢者的胸壁發(fā)射測量信號，-其中，所述監(jiān)護信號是從所述測量信號與所述胸壁的相互作用中生 成的。
13、 一種如權(quán)利要求10到12中任一項所述的監(jiān)護受檢者心跳的方法， 所述方法還包括如下步驟-使用所述監(jiān)護信號來生成表示所述受檢者心跳時相的觸發(fā)信號。
14、 一種計算機程序產(chǎn)品，包括如下指令當(dāng)在計算機上運行所述計算機程序產(chǎn)品時，-訪問由監(jiān)護設(shè)備遠程接收的來自受檢者胸壁外表面的監(jiān)護信號，所 述監(jiān)護信號表示所述受檢者的心跳，-根據(jù)所述監(jiān)護信號啟動觸發(fā)設(shè)備以生成觸發(fā)信號，所述觸發(fā)信號表 示所述受檢者的心跳時相，以及-使成像或光譜系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)采集與所述受檢者的心跳時相同步，所 述同步受到所述觸發(fā)信號的影響。
15、 一種如權(quán)利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品 還包括如下指令-對能夠發(fā)射測量信號的發(fā)射機進行控制，其中，當(dāng)操作時，所述測 量信號與所述受檢者胸壁相互作用以生成所述監(jiān)護信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種遠程監(jiān)護受檢者心跳的監(jiān)護設(shè)備(105)，該監(jiān)護設(shè)備包括遠程傳感器(102)，用于接收指示由受檢者心跳引起的受檢者胸壁(101)移動的監(jiān)護信號(103)。在本發(fā)明的一個實施例中，監(jiān)護設(shè)備(105)還包括觸發(fā)設(shè)備(401)，其設(shè)置成訪問監(jiān)護信號(403)以生成表示心跳時相的觸發(fā)信號(402)。本發(fā)明還涉及一種設(shè)置成從受檢者身上采集數(shù)據(jù)的成像或光譜系統(tǒng)(901)，例如磁共振或計算機斷層攝影系統(tǒng)或者心臟3D X射線血管造影系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括這樣的監(jiān)護設(shè)備(105)，其中，該系統(tǒng)還設(shè)置成利用觸發(fā)信號(402)使數(shù)據(jù)的采集與受檢者的心跳時相同步。
文檔編號A61B5/113GK101316552SQ200680044651
公開日2008年12月3日 申請日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者C·H·伊格尼, E·瑙約卡特, G·J·米施, R·平特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司