本發(fā)明涉及一種基于一維呼吸狀態(tài)信號測量而實現(xiàn)的體內(nèi)組織呼吸運動估計的方法。
背景技術：
隨著技術的發(fā)展，醫(yī)療領域?qū)τ诰鹊囊笤絹碓礁?。在放射治療、穿刺活檢等領域，由于自主呼吸作用的影響，體內(nèi)的組織器官會產(chǎn)生運動，使得實際醫(yī)療操作情況會與術前計劃的有所不同。
傳統(tǒng)的方法會使用b超等可實時成像的設備給予術中的圖像顯示和引導，但是實時成像的精度畢竟不高，再加上成像對象的運動，容易造成圖像偽影。因此，很有必要提供一種可實時估算體內(nèi)組織運動信息的方法。
技術實現(xiàn)要素：
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的在于提出一種基于呼吸狀態(tài)空間重構的體內(nèi)組織呼吸運動估計方法，利用時間對應關系，建立呼吸狀態(tài)與體內(nèi)組織呼吸運動間的關聯(lián)模型，從而實現(xiàn)依靠實測的一維呼吸狀態(tài)信號來估計體內(nèi)組織運動信號的目的。
技術方案
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
在建模階段，同步采集一維呼吸狀態(tài)信號和體內(nèi)組織的三維運動信號，針對一維狀態(tài)信號利用延時嵌入法重構狀態(tài)空間s，依據(jù)時間對應關系，構建呼吸狀態(tài)空間-體內(nèi)運動空間數(shù)據(jù)集t；在估計階段，實測當前時刻的呼吸狀態(tài)信號，在狀態(tài)空間s中找到其相似狀態(tài)，根據(jù)時間對應關系，估計當前的體內(nèi)組織運動信號。本發(fā)明的核心包括狀態(tài)空間s的重構、相似狀態(tài)的判斷、體內(nèi)組織運動信號的估計。
進一步地，本發(fā)明中所述的狀態(tài)空間s的重構，包括以下步驟：
對于采集到的體外運動狀態(tài)信號{x(i)：1≤i≤n}，根據(jù)延時嵌入法，可以重構得到一組向量s(i)＝[x(i)，x(i+τ)，…，x(i+(d-1)τ)]，i＝1，2，…，n-(d-1)τ，其中，d和τ分別是嵌入維數(shù)和嵌入延遲；狀態(tài)空間s重構為s＝{s(i)|i＝1，2，…，n-(d-1)τ}。
進一步地，本發(fā)明中所述的相似狀態(tài)的判斷，包括以下步驟：
采集到當前時刻的呼吸狀態(tài)信號，記為x(t)，該信號與其過去時刻的d個信號共同構建一個重構向量s′＝[x(t-(d-1)τ)，x(t-(d-2)τ)，…，x(t-τ)，x(t)]；在狀態(tài)空間s中通過求取下式的m個最小值找到向量s′的m個相似狀態(tài)集合(記為{s′nn(k)：k＝1，2，…，m})：
進一步地，本發(fā)明所述的體內(nèi)組織運動信號的估計，包括以下步驟：
根據(jù)相似狀態(tài)集合{s′nn(k)：k＝1，2，…，m}，在呼吸狀態(tài)空間-體內(nèi)運動空間數(shù)據(jù)集t中，找到與之時間對應的體內(nèi)組織運動信號集合(記為{y(k)：k＝1，2，…，m})，則當前的體內(nèi)組織運動信號估計為
有益效果
綜上所述，本發(fā)明的有益效果在于：利用時間延遲法重構呼吸狀態(tài)空間，不同于僅依靠單一標量刻畫呼吸運動周期性的方法，而是對大量的數(shù)據(jù)進行綜合處理，重構呼吸系統(tǒng)的原動力系統(tǒng)模型。在尋找實測體外信號的相似狀態(tài)時，關聯(lián)其過去時刻的信號值，避免微小的信號擾動影響，因而更具有魯棒性。
附圖說明
本發(fā)明的原理框圖。
具體實施方式
為了更了解本發(fā)明的技術內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖示說明如下。
附圖是本發(fā)明的原理框圖，步驟包括：
(1)同步采集體內(nèi)組織運動信號{y(i)：1≤i≤n}和呼吸狀態(tài)信號{x(i)：1≤i≤n}；
(2)利用延時嵌入法，重構狀態(tài)空間s；
重構步驟如下：
s＝{s(i)|i＝1，2，…，n-(d-1)τ}
s(i)＝[x(i)，x(i+τ)，…，x(i+(d-1)τ)]，i＝1，2，…，n-(d-1)τ
其中，d和τ分別是嵌入維數(shù)和嵌入延遲。
(3)根據(jù)同步采集的時間對應關系，建立呼吸狀態(tài)空間-體內(nèi)運動空間數(shù)據(jù)集t；
t＝{(s(j)，y(j+(d-1)τ))|j＝1，2，…，n-(d-1)τ}
(4)實測當前時刻呼吸狀態(tài)信號x(t)；
(5)x(t)與其過去時刻的d個信號共同構建一個重構向量s′；
構建方法為：s′＝[x(t-(d-1)τ)，x(t-(d-2)τ)，…，x(t-τ)，x(t)]。
(6)在狀態(tài)空間s中找到與s′相似的m個狀態(tài){s′nn(k)：k＝1，2，…，m}；
具體方法為：用公式
(7)根據(jù)時間同步對應關系，在數(shù)據(jù)集t中找到與{s′nn(k)：k＝1，2，…，m}相對應的m個體內(nèi)組織運動信號集合{y(k)：k＝1，2，…，m}；
(8)當前時刻的體內(nèi)組織運動信號估計為