技术领域
[0001] 本
发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及呼吸门控设备、方法及MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。
背景技术
[0002] PET/CT(Positron Emission Tomography/Computed Tomography，
正电子发射
断层显像/X线电子
计算机断层扫描)设备，是一种将PET(功能代谢显像)和CT(解剖结构显像)两种先进的影像技术有机结合在一起的新型医疗影像设备。通常人体的呼吸运动与其
肺部相关，在采用PET/CT设备对被检者的肺部进行扫描时，由于CT的扫描速度较快，通常在被检者的单个呼吸周期，即几秒钟内就可以完成扫描，因此被检者的呼吸运动不会影响CT扫描图像的
质量，而由于PET的扫描速度相对较慢，通常需要几分钟到几十分钟的时间，在上述过程中被检者将进行多次呼吸运动，肺部组织伴随呼吸运动上下起伏，从而导致PET扫描图像上会产生一定的伪影。因此，相关技术中采用呼吸门控设备对被检者的呼吸运动进行检测，从而根据检测结果校正PET扫描图像中的伪影。
[0003] 相关技术中，呼吸门控设备可以采用
图像识别方式，对被检者肺部
位置的特征点进行检测，通过判断特征点的运动从而检测出被检者的呼吸运动。但是，当被检者呼吸较微弱，或者有较厚衣物阻隔时，上述呼吸运动将难以被检测到，因此无法对扫描图像进行有效校正。
发明内容
[0004] 本发明提供呼吸门控设备、方法及MCU，以解决相关技术中的呼吸门控设备检测呼吸运动不准确的问题。
[0005] 根据本发明
实施例的第一方面，提供一种呼吸门控设备，所述设备包括：呼吸运动采集装置和门控
信号输出装置，其中，
[0006] 所述呼吸运动采集装置，用于通过
加速度
传感器获得表征被检者呼吸运动的加速度数据，并将所述加速度数据通过无线方式传输至所述门控信号输出装置；
[0007] 所述门控信号输出装置，用于在接收到所述加速度数据后，根据所述加速度数据输出门控信号。
[0008] 根据本发明实施例的第二方面，提供一种呼吸门控方法，所述方法应用于包括呼吸运动采集装置和门控信号输出装置的呼吸门控设备，所述方法包括：
[0009] 所述呼吸运动采集装置通过加速度传感器获得表征被检者呼吸运动的加速度数据，并将所述加速度数据通过无线方式传输至所述门控信号输出装置；
[0010] 所述门控信号输出装置在接收到所述加速度数据后，根据所述加速度数据输出门控信号。
[0011] 根据本发明实施例的第三方面，提供一种MCU，所述MCU应用于呼吸门控设备中的门控信号输出装置，所述MCU包括：
[0012] 获取单元，用于在预设检测周期内，通过无线方式获取表征被检者呼吸运动的加速度数据，所述加速度数据为通过加速度传感器获得的数据；
[0013] 输出单元，用于根据所述加速度数据输出门控信号。
[0014] 本发明实施例中的呼吸门控设备包括通过无线方式通信的呼吸运动采集装置和门控信号输出装置，应用本发明实施例提供的呼吸门控设备，在检测被检者呼吸运动时，由于呼吸运动采集装置可以附着在被检者身体上，因此可以通过加速度传感器准确采集到表征被检者呼吸运动的加速度数据，在将上述加速度数据通过无线方式传输到门控信号输出装置后，可以对加速度数据进行分析并输出门控信号，从而在准确检测到被检者的呼吸运动的同时，可以向PET/CT设备提供能够对扫描图像进行有效校正的门控信号。
[0015] 应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
[0016] 此处的附图被并入
说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
[0017] 图1为本发明呼吸门控设备的一个实施例
框图；
[0018] 图2A为本发明呼吸门控设备的另一个实施例框图；
[0019] 图2B为图2A中采集到的加速度数据的类正弦曲线示意图；
[0020] 图2C为图2A中呼吸运动的门控信号输出示意图；
[0021] 图3为本发明呼吸门控方法的一个实施例
流程图；
[0022] 图4为本发明MCU的一个实施例框图；
[0023] 图5为应用本发明呼吸门控实施例的一个应用场景示意图。
具体实施方式
[0024] 在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附
权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0025] 应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
[0026] 在采用PET/CT设备对被检者的肺部进行扫描时，为了校正由于被检者呼吸运动造成的PET扫描图像中的伪影，可以采用呼吸门控装置对被检者的呼吸运动进行检测，从而根据检测结果校正扫描图像。由于呼吸运动是呼吸肌的舒缩造成胸腔有规律的扩大与缩小相交替的运动，因此呼吸门控装置的基本工作原理，就是通过检测这种交替的运动，从而得到整个呼吸过程中的呼吸运动数据，并输出门控信号，以使PET/CT设备可以根据呼吸运动数据和门控信号对PET扫描图像进行校正，从而与CT图像进行有效融合，去除扫描图像中的伪影。下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
[0027] 参见图1，为本发明呼吸门控设备的一个实施例框图：
[0028] 该呼吸门控设备可以包括：呼吸运动采集装置110和门控信号输出装置120。
[0029] 其中，呼吸运动采集装置110，用于通过加速度传感器获得表征被检者呼吸运动的加速度数据，并将所述加速度数据通过无线方式传输至所述门控信号输出装置。
[0030] 在一个可选的实现方式中，呼吸运动采集装置110可以在预设检测周期内，获取通过加速度传感器采集的用于表征被检者呼吸运动的加速度数据，并将采集到的加速度数据通过第一天线进行发射。
[0031] 其中，预设检测周期可以与PET/CT设备的扫描周期相同；加速度传感器可以集成在该呼吸运动采集装置110内，也可以独立于呼吸运动采集装置110设置，无论采用何种方式设置，只要保证加速度传感器可以采集到被检者呼吸运动的数据，并能够将采集到的加速度数据传输给呼吸运动采集装置110进行处理即可；呼吸运动采集装置110与门控信号输出装置120之间通信的无线方式采用的传输
频率可以为2.4GHz，即第一天线可以采用2.4GHz作为加速度数据的发射频率。
[0032] 门控信号输出装置120，用于在接收到所述加速度数据后，根据所述加速度数据输出门控信号。
[0033] 在一个可选的实现方式中，门控信号输出装置120可以通过第二天线接收第一天线发射的加速度数据，并将该加速度数据对时间进行两次积分后，可以将加速度数据转换为位移数据，该位移数据表示被检者在预设检测周期中的呼吸运动的幅值随时间变化的情况，因此可以根据该位移数据检测每个呼吸周期内被检者的呼吸运动是否在预设幅值范围内，该预设幅值范围为预定义的正常呼吸运动对应的幅值范围，并在在检测到的正常呼吸运动的呼吸周期输出预设脉宽的门控信号，例如，该预设脉宽可以为10ms，并可以预先设置在每个呼吸周期的吸气运动对应的最大幅值输出该门控信号，或者也可以在每个呼吸周期的呼气运动对应的最小幅值输出该门控信号。
[0034] 应用本发明实施例提供的呼吸门控设备，在检测被检者呼吸运动时，由于呼吸运动采集装置可以附着在被检者身体上，因此可以通过加速度传感器准确采集到表征被检者呼吸运动的加速度数据，在将上述加速度数据通过无线方式传输到门控信号输出装置后，可以对加速度数据进行分析并输出门控信号，从而在准确检测到被检者的呼吸运动的同时，可以向PET/CT设备提供能够对扫描图像进行有效校正的门控信号。
[0035] 参见图2A，为本发明呼吸门控装置的另一个实施例框图，该实施例在图1所示实施例的
基础上，详细公开了一种呼吸运动采集装置110和门控信号输出装置120的示例性结构：
[0036] 首先，对呼吸运动采集装置110的结构进行描述：
[0037] 该呼吸运动采集装置110可以包括：加速度传感器111、滤波及电平转换
电路112、第一MCU113、无线发送模
块114、电源模块115。
[0038] 其中，加速度传感器111，用于在预设检测周期内，采集用于表征被检者呼吸运动的加速度数据，并将加速度数据传输至滤波及电平转换电路112。
[0039] 本实施例中，预设检测周期可以与PET/CT设备的扫描周期相同。由于呼吸运动由胸腔的往复运动构成，每个呼吸周期的呼吸运动由一次呼气和一次吸气组成，通常呼气时间略大于吸气时间，因此当加速度传感器附着在被检者身体的胸腔部位时，可以通过该加速度传感器检测到表征呼吸运动的加速度数据，根据呼吸运动的周期性特点，预设检测周期内的加速度数据可以表征为一个类正弦曲线，如图2B所示。加速度传感器可以将采集到的加速度数据采用
电压信号的形式传输至滤波及电平转换电路112。
[0040] 滤波及电平转换电路112，用于将所述加速度传感器111采集的加速度数据进行滤波处理，对滤波处理后的加速度数据进行电平转换，以使加速度数据对应的
电信号的电压值与所述第一MCU的工作电压值一致，并将电平转换后的加速度数据传输至所述第一MCU113。
[0041] 由于加速度传感器111采集的加速度数据可能存在噪音等干扰，因此滤波及电平转换电路112中可以根据需要预先设置高通
滤波器或低通滤波滤波器，在接收到加速度数据时，首先对这些加速度数据进行滤波处理，以便消除噪音，获得平滑的加
速度曲线；另外，加速度数据在采用电压信号的方式传输时，如果其与第一MCU113的工作电压不一致，则需要对其进行电平转换，以便保证第一MCU113可以对其进行处理，例如，假设加速度数据的电压信号的电压值为正负5V，第一MCU113的工作电压为正负3V，则可以按照两个电压之间的比例，对加速度数据的电压信号的电压值进行等比缩放，使其达到第一MCU113的可用电压。
[0042] 第一MCU113，用于将获取到的加速度数据传输至所述无线发送模块114。
[0043] 无线发送模块114，用于将接收到的加速度数据通过第一天线进行发射。
[0044] 本实施例中，第一天线可以采用2.4GHz作为加速度数据的发射频率。
[0045] 电源模块115，用于通过
电池向所述呼吸运动采集装置供电，并对所述电池的工作过程进行管理。
[0046] 本实施例中，电源模块115的管理功能可以包括对电池的充放电进行管理，对电池的
短路进行管理，对电池进行过载保护等，具体的管理过程与
现有技术中的电池管理过程类似，在此不再赘述。在一个可选的实现方式中，该呼吸运动采集装置110使用的电池可以为锂电池。
[0047] 其次，对门控信号输出装置120的结构进行描述：
[0048] 该门控信号输出装置120可以包括：无线接收模块121、第二MCU122、门控输出模块123、CAN(Controller Area Network，
控制器局域网)总线124。
[0049] 其中，所述无线接收模块121，用于通过第二天线接收所述第一天线发射的加速度数据，并将所述加速度数据传输至所述第二MCU。
[0050] 对应于无线发送模块114的第一天线的发射频率为2.4GHz，第二天线的接收频率也可以相应为2.4GHz。本实施例中，只要保证第一天线和第二天线之间的无线通信过程采用相同的频率即可，对于所采用频率的具体值本实施例不进行限制。
[0051] 所述第二MCU122，用于将所述加速度数据转换为位移数据，根据所述位移数据检测每个呼吸周期内的呼吸运动是否在预设幅值范围内，所述预设幅值范围为预定义的正常呼吸运动对应的幅值范围。
[0052] 本实施例中，第二MCU122的工作电压可以设置为与第一MCU113一致，以便第二MCU122可以对接收到的加速度数据直接进行处理。
[0053] 当第二MCU122接收到加速数据后，可以将该加速度数据对时间进行两次积分后，得到对应的位移数据，该位移数据表示被检者在预设检测周期中的呼吸运动的幅值随时间变化的情况，与加速度数据一致，该位移数据也可以表征为类正弦曲线。
[0054] 本实施例中，可以预先定义正常呼吸运动对应的幅值范围，该幅值范围包括一个上限值和一个下限值。因此第二MCU122在检测呼吸运动是否在预设幅值范围内时，可以先计算正常呼吸运动的呼吸周期内位移数据的最大值或最小值，其中最大值为正常呼吸运动的吸气运动对应的最大幅值，最小值为所述正常呼吸运动的呼气运动对应的最小幅值，然后判断当上述最大值超过幅值范围的上限值，或者最小值低于幅值范围的下限值时，确定呼吸运动不在预设幅值范围内，否则，呼吸运动在预设幅值范围内。另外，除了预先定义正常呼吸运动对应的幅值范围外，也可以在对被检者正式进行呼吸门控之前，采用呼吸门控设备对被检者进行呼吸训练，获得若干呼吸周期内被检者吸气运动对应的最大幅值的平均值作为幅值范围的上限值，以及呼气运动对应的最小幅值的平均值作为幅值范围的下限值。具体采用何种方式设置正常呼吸运动对应的幅值范围，本实施例不进行限制。
[0055] 所述门控输出模块123，用于在所述第二MCU检测到的正常呼吸运动的呼吸周期输出预设脉宽的门控信号。
[0056] 在一个可选的实现方式中：所述门控输出模块123可以在正常呼吸运动的呼吸周期内位移数据的最大值(即吸气运动对应的最大幅值)对应的时刻输出预设脉宽的门控信号，或者在正常呼吸运动的呼吸周期内位移数据的最小值(即呼气运动对应的最小幅值)对应的时刻输出预设脉宽的门控信号，例如本实施例中预设脉宽可以设置为10ms。本实施例中，可以预先设置在最大值输出门控信号，或者在最小值输出门控信号，只要保证每个正常呼吸运动的呼吸周期可以输出一个门控信号即可。如图2C所示，为本实施例中呼吸运动的门控信号输出示意图，在图2C中示出了若干呼吸周期内位移数据的类正弦曲线，以及通过虚线表示的幅值范围的上限值和下限值，在图2C中，假设预先定义在正常呼吸运动的吸气运动对应的最大幅值处输出门控信号，则在第一个呼吸周期内为正常呼吸运动，因此输出门控信号，第二个呼吸周期内为异常呼吸运动，因此不输出门控信号。
[0057] 通常人体每分钟呼吸大约16次至20次，当呼吸次数过高，或者过低时，都可能表示人体出现异常。因此在另一个可选的实现方式中，结合门控输出模块123输出的门控信号，第二MCU122还可以统计单位时间(例如，一分钟)内门控输出模块123输出的门控信号的信号数量，在信号数量超过预设数量
阈值时，表示被检者呼吸异常，此时第二MCU122可以控制门控输出模块123停止输出门控信号，并输出告警信息。
[0058] 所述CAN总线124，用于与PET/CT设备交互呼吸运动数据，其中，呼吸运动数据可以包括至少一种下述数据：所述第二MCU输出的加速度数据、对加速度数据转换得到的位移数据；PET/CT设备预先向呼吸门控设备输入的门控信号的预设脉宽、正常呼吸运动对应的预设幅值范围等。
[0059] 应用本发明实施例提供的呼吸门控设备，在检测被检者呼吸运动时，由于呼吸运动采集装置可以附着在被检者身体上，因此可以通过加速度传感器准确采集到表征被检者呼吸运动的加速度数据，在将上述加速度数据通过无线方式传输到门控信号输出装置后，可以对加速度数据进行分析并输出门控信号，从而在准确检测到被检者的呼吸运动的同时，可以向PET/CT设备提供能够对扫描图像进行有效校正的门控信号。
[0060] 参见图3，为本发明呼吸门控方法的实施例流程图，该方法可以应用于如图1或图2A所示的呼吸门控设备中，包括以下步骤：
[0061] 步骤301：呼吸运动采集装置通过加速度传感器获得表征被检者呼吸运动的加速度数据，并将加速度数据通过无线方式传输至门控信号输出装置。
[0062] 本步骤中，所述呼吸运动采集装置在预设检测周期内，获取通过所述加速度传感器采集的用于表征被检者呼吸运动的加速度数据；将所述加速度数据通过第一天线进行发射。
[0063] 在一个可选的实现方式中：呼吸运动采集装置通过第一天线进行发射加速度数据之前，可以对加速度数据进行滤波处理，并对滤波处理后的加速度数据进行电平转换，以使加速度数据对应的电信号的电压值与所述呼吸运动采集装置的预设工作电压值一致。
[0064] 步骤302：门控信号输出装置在接收到加速度数据后，根据该加速度数据输出门控信号。
[0065] 本步骤中，门控信号输出装置通过第二天线接收所述第一天线发射的加速度数据，将加速度数据转换为位移数据后，根据位移数据检测每个呼吸周期内的呼吸运动是否在预设幅值范围内，预设幅值范围为预定义的正常呼吸运动对应的幅值范围，在检测到的正常呼吸运动的呼吸周期输出预设脉宽的门控信号。
[0066] 在一个可选的实现方式中：门控信号输出装置可以计算正常呼吸运动的呼吸周期内位移数据的最大值或最小值，其中最大值为所述正常呼吸运动的吸气运动对应的最大幅值，最小值为所述正常呼吸运动的呼气运动对应的最小幅值，在最大值对应的时刻输出预设脉宽的门控信号，或者在最小值对应的时刻输出所述预设脉宽的门控信号。
[0067] 在另一个可选的实现方式中：门控信号输出装置可以统计单位时间内输出的门控信号的信号数量，在信号数量超过预设数量阈值时，停止输出门控信号并输出告警信息。
[0068] 在另一个可选的实现方式中：门控信号输出装置可以通过CAN总线与PET/CT设备交互呼吸运动数据，其中，呼吸运动数据包括至少一种下述数据：加速度数据、对加速度数据转换得到的位移数据；PET/CT设备输入的门控信号的预设脉宽、正常呼吸运动对应的预设幅值范围等。
[0069] 上述呼吸门控方法实施例的具体实现过程与前述呼吸门控设备实施例所描述的一致，在此不再赘述。
[0070] 参见图4，为发明MCU的实施例框图，该MCU可以应用于如图1和图2A所示的呼吸门控设备中的门控信号输出装置，该MCU包括：获取单元410和输出单元420。
[0071] 其中，获取单元410，用于在预设检测周期内，通过无线方式获取表征被检者呼吸运动的加速度数据，所述加速度数据为通过加速度传感器获得的数据；
[0072] 输出单元420，用于根据所述加速度数据输出门控信号。
[0073] 在一个可选的实现方式中，所述输出单元420可以包括(图4中未示出)：
[0074] 数据转换子单元，用于将所述加速度数据转换为位移数据；
[0075] 呼吸检测子单元，用于根据所述位移数据检测每个呼吸周期内的呼吸运动是否在预设幅值范围内，所述预设幅值范围为预定义的正常呼吸运动对应的幅值范围；
[0076] 信号输出子单元，用于在检测到的正常呼吸运动的呼吸周期输出预设脉宽的门控信号。
[0077] 在另一个可选的实现方式中，所述输出单元还可以包括(图4中未示出)：
[0078] 幅值计算子单元，用于计算所述正常呼吸运动的呼吸周期内位移数据的最大值或最小值，其中所述最大值为所述正常呼吸运动的吸气运动对应的最大幅值，所述最小值为所述正常呼吸运动的呼气运动对应的最小幅值；
[0079] 所述信号输出子单元，具体用于在所述最大值对应的时刻输出所述预设脉宽的门控信号，或者在所述最小值对应的时刻输出所述预设脉宽的门控信号。
[0080] 在另一个可选的实现方式中，所述输出单元还可以包括(图4中未示出)：
[0081] 信号统计子单元，用于统计单位时间内输出的门控信号的信号数量；
[0082] 告警输出子单元，用于在所述信号数量超过预设数量阈值时，控制所述信号输出子单元停止输出门控信号，并输出告警信息。
[0083] 在另一个可选的实现方式中，所述MCU还可以包括(图4中未示出)：
[0084] 交互单元，用于通过CAN总线与PET/CT设备交互呼吸运动数据，其中，[0085] 所述呼吸运动数据包括至少一种下述数据：所述加速度数据、对所述加速度数据转换得到的位移数据；PET/CT设备输入的所述门控信号的预设脉宽、所述正常呼吸运动对应的预设幅值范围。
[0086] 在另一个可选的实现方式中，所述无线方式采用的传输频率为2.4GHz。
[0087] 上述MCU中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述设备或方法中对应的实现过程，在此不再赘述。
[0088] 参见图5，为本发明呼吸门控实施例的一个应用场景示意图：
[0089] 图5中包括：PET/CT设备和呼吸门控设备。其中，呼吸门控设备的呼吸运动采集装置可以设计为一个呼吸腹带，该呼吸腹带可以固定在被检者的上身，例如，通过粘连方式缠绕在被检者的胸部，以便对呼吸运动数据进行采集；呼吸门控设备的门控信号输出装置可以设计为一个数据板卡，该数据板卡可以设置在PEC/CT设备上，并可以通过CAN总线与PEC/CT设备进行数据交互。图5中示出的呼吸门控设备的工作过程与前述图1至图4实施例描述的一致，在此不再赘述。
[0090] 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0091] 应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种
修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
