[发明专利]使用信号-相位直方图预测呼吸信号并测定呼吸的非周期性

说明书

技术领域

本发明涉及用于处理呼吸信号的系统和方法，并涉及使用呼吸信号处理结果的系统和方法。

背景技术

已采用辐射疗法来治疗肿瘤组织。在辐射疗法中，将来自外部来源的高能束应用于患者。可旋转的外部来源(如在弧形疗法的情况下)会产生指向患者并到达目标部位的平行辐射束。必须准确控制剂量和剂量放置以确保肿瘤接受足够的辐射并确保对周围健康组织的损伤最小。

有时在辐射疗法期间，患者可能正在经历呼吸运动。在这些情况下，可能需要在治疗递送期间补偿呼吸运动以使辐射可适当递送至目标区域或停止递送至目标区域。例如，如果患者的呼吸变成非周期性(例如，由于如咳嗽的突然运动)，那么会需要停止递送辐射。补偿呼吸运动具有两个部分：1)确定辐射疗法目标的位置，以及2)例如通过如在门控中打开或关闭治疗束、如在多叶准直器(MLC)追踪中改变光束的方向、如在治疗床追踪中移动患者支撑件或以上的组合来控制辐射系统的一个或多个部件。

存在与当前目标定位技术有关的时延。这是因为当前定位方法具有由数据采集造成的时延和由处理延迟造成的另一时延。在控制辐射系统部件如改变治疗束方向或重新定位患者所需的机械运动中也存在时延。申请人决定为了在时间上和几何上精确地补偿呼吸运动，需要克服目标定位和控制机器部件两者的整体时延。为了补偿呼吸运动，申请人确定将需要提供新技术来预测呼吸信号以便可克服目标定位和控制机器部件造成的的整体时延。

另外，肺目标的无约束且正常的呼吸运动仅是近似周期性的并随时间变化。这些变化可以是基线漂移和大约10%或更多的呼吸幅度和周期变化的组合。由咳嗽或吞咽引起的更突然的变化会造成自正常呼吸模式甚至更大的偏差。有时，听觉或视觉训练技术可减少这些变化，但是即使在诊所中实施这些技术后10%的变化仍是正常的。主题申请的申请人确定需要将由上述变化造成的呼吸非周期性的程度量化，因为预计它会影响任何预测算法的执行并因此影响确定管理运动的目标位置的准确度。申请人还确定将需要具有非周期性的快速响应和预期性测量，当突然发生偏离正常呼吸模式时其可用于中断治疗束。为了补偿周期性偏差(例如，由于咳嗽)，申请人确定将需要提供用新技术以确定非周期性。

另外，在当前的辐射疗法技术中，在治疗期间对内部目标区域定期成像(例如，使用x射线)以验证内部目标区域的位置。申请人确定内部目标区域的定期成像并不是合乎需要的，因为它会增加递送至患者的辐射剂量。因此，申请人还确定将需要提供一种用于引发不定期成像过程的技术。

发明内容

根据一些实施例，一种处理受试者的呼吸信号的方法，包括：获得受试者的呼吸信号；使用呼吸信号获得信号-相位直方图，其中信号-相位直方图包括多个数据点，每个数据点至少具有相位值和信号值；使用来自信号-相位直方图的多个数据点中的至少一些数据点来确定参照值；确定参照值和与当前呼吸周期相关的信号值之间的差是否超过阈值；以及当差超过阈值时产生输出。在一些实施例中，与当前呼吸周期相关的信号值可以是与呼吸周期中当前时刻相关的信号值。

根据其它实施例，一种用于处理受试者的呼吸信号的系统，包括处理器，该处理器被配置用于获得受试者的呼吸信号；使用呼吸信号获得信号-相位直方图，其中信号-相位直方图包括多个数据点，每个数据点至少具有相位值和信号值；使用来自信号-相位直方图的多个数据点中的至少一些数据点来确定参照值；确定参照值和与当前呼吸周期相关的信号值之间的差是否超过阈值；以及当差超过阈值时产生输出。在一些实施例中，与当前呼吸周期相关的信号值可以是与呼吸周期中当前时刻相关的信号值。

根据其它实施例，一种计算机产品，具有存储在非暂态介质中的一组指令，其中该指令的执行使得过程被执行，该过程包括：获得受试者的呼吸信号；使用呼吸信号获得信号-相位直方图，其中信号-相位直方图包括多个数据点，每个数据点至少具有相位值和信号值；使用来自信号-相位直方图的多个数据点中的至少一些数据点来确定参照值；确定参照值和与当前呼吸周期相关的信号值之间的差是否超过阈值；以及当差超过阈值时产生输出。在一些实施例中，与当前呼吸周期相关的信号值可以是与呼吸周期中当前时刻相关的信号值。

根据其它实施例，一种处理受试者的呼吸信号的方法，包括：获得受试者的呼吸信号；使用呼吸信号确定信号-相位直方图，其中信号-相位直方图包括多个数据点，每个数据点至少具有相位值和信号值；获得与呼吸周期中当前时刻相关的当前信号值；获得将来相位值；以及使用当前信号值、将来相位值以及信号-相位直方图来预测将来信号值。