一种DIBH训练方法、装置和一种DIBH训练设备

本技术涉及信号处理与放射治疗，特别是涉及一种dibh训练方法、装置和一种dibh训练设备。

背景技术：

1、在胸腹部肿瘤放射治疗中，呼吸运动会导致肿瘤靶区产生毫米级至厘米级的动态位移。放疗过程中，设备响应与束流投放存在固有延迟，若无法对呼吸运动导致的靶区位移进行有效管控，将造成照射野与肿瘤靶区错位，导致靶区剂量不足、肿瘤局部控制率下降，或造成心脏、肺组织等串行危及器官受照剂量超标，引发放射性损伤。深吸气屏气（deepinspiration breath hold，dibh）是目前胸腹部肿瘤放射治疗中主流的呼吸运动管控技术。其通过引导患者在深吸气后保持稳定屏气，使靶区位置相对固定，同时拉大靶区与心脏、肺组织等危及器官之间的空间距离，降低放射性损伤的风险。因此，放疗前对患者进行dibh训练，显得尤为重要。

2、现有的dibh训练，在医院场景下，利用光学体表监测系统，通过双目立体视觉或结构光技术实现患者体表三维重建与六自由度体位监测，其定位精度可达毫米级，但是，因设备庞大、成本高昂，部署于医院定位室和加速器机房，仅能完成训练指导，需要在完成训练指导后居家自主完成dibh训练。

3、针对居家训练场景，现有技术提出了通过二维曲线展示呼吸幅度或流量变化进行反馈训练，此种训练方式，仅能实现对屏气时长和屏气量的训练，无法量化评估呼吸模式，以及对屏气状态的体位进行复现引导，由于深吸气屏气时的胸廓扩张模式与躯干体位相关，相同屏气量下不同体位所对应的膈肌下移幅度和胸廓形变存在差异，致使屏气状态下肿瘤靶区的实际空间位置与标定的空间位置之间存在差异。因此，现有的训练方式，无法保证多次训练之间以及训练与临床治疗之间的屏气状态的体位的一致性，存在训练效果差的问题。

4、针对现有的居家训练场景中的dibh训练方式，无法保证多次训练之间以及训练与临床治疗之间的屏气状态的体位空间一致性，存在训练效果差的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种dibh训练方法、装置和一种dibh训练设备。

2、第一方面，本技术提供了一种dibh训练方法。应用于dibh训练设备，所述方法包括：

3、确定用户在自由呼吸状态下的体表点云相对于预设的基准点云的位姿偏移量；所述位姿偏移量，包括旋转偏移量和平移偏移量；

4、当所述位姿偏移量大于预设的位姿偏移量阈值时，生成与位姿偏移量所对应的体位调整指令；所述体位调整指令，用于指导用户进行旋转和/或平移；

5、重复获取体位调整后的用户在自由呼吸状态下的体表点云相对于预设的基准点云的位姿偏移量，并生成体位调整指令的过程，直至所述位姿偏移量小于或等于所述预设的位姿偏移量阈值为止；

6、指导用户进行深吸气屏气，并确定用户在屏气状态下的呼吸模式参数；

7、当用户在屏气状态下的呼吸模式参数，与预设的呼吸模式基准参数的差，大于预设的呼吸模式差值阈值时，生成呼吸模式调整指令；所述呼吸模式调整指令，用于指导用户进行胸式呼吸和/或腹式呼吸。

8、重复获取呼吸模式调整后的用户在屏气状态下的呼吸模式参数，并生成呼吸模式调整指令的过程，直至用户在屏气状态下的呼吸模式参数，与预设的呼吸模式基准参数的差，小于或等于预设的呼吸模式差值阈值为止。

9、在其中一个实施例中，所述确定用户在自由呼吸状态下的体表点云相对于预设的基准点云的位姿偏移量，包括：

10、获取用户在自由呼吸状态下的第一体表图像；

11、提取所述第一体表图像的目标区域中的第一体表点云；

12、确定所述第一体表点云相对于所述预设的基准点云的位姿偏移量。

13、在其中一个实施例中，所述确定所述第一体表点云相对于所述预设的基准点云的位姿偏移量，包括：

14、计算所述第一体表点云的第一质心和所述预设的基准点云的第二质心；

15、根据所述第一质心和所述第二质心，计算所述第一体表点云和所述预设的基准点云之间的协方差矩阵；

16、对所述协方差矩阵进行svd求解，确定所述第一体表点云相对于所述预设的基准点云的位姿偏移量。

17、在其中一个实施例中，所述平移偏移量，包括x轴偏移量、y轴偏移量和z轴偏移量；所述旋转偏移量，包括绕x轴的旋转偏移量、绕y轴的旋转偏移量、绕z轴的旋转偏移量；所述预设的位姿偏移阈值，包括预设的x轴偏移量阈值、预设的y轴偏移量阈值、预设的z轴偏移量阈值、预设的绕x轴的旋转偏移量阈值、预设的绕y轴的旋转偏移量阈值、预设的绕z轴的旋转偏移量阈值；所述当位姿偏移量大于预设的位姿偏移量阈值时，生成与位姿偏移量所对应的体位调整指令，包括：

18、当x轴偏移量的绝对值大于或等于预设的x轴偏移量阈值时，生成身体左右移动的调整指令；

19、当y轴偏移量的绝对值大于或等于预设的y轴偏移量阈值时，生成身体上下移动的调整指令；

20、当z轴偏移量的绝对值大于或等于预设的z轴偏移量阈值时，生成胸部挺起或放松的调整指令；

21、当绕y轴的旋转偏移量的绝对值大于或等于预设的绕y轴的旋转偏移量阈值时，生成转身的调整指令；

22、当绕x轴的旋转偏移量的绝对值大于或等于预设的绕x轴的旋转偏移量阈值时，生成上半身俯仰的调整指令；

23、和/或，当绕z轴的旋转偏移量的绝对值大于或等于预设的绕z轴的旋转偏移量阈值时，生成双肩调平的调整指令。

24、在其中一个实施例中，在重复获取体位调整后的用户在自由呼吸状态下的体表点云相对于预设的基准点云的位姿偏移量，并生成体位调整指令的过程，直至所述位姿偏移量小于或等于所述预设的位姿偏移量阈值为止之后，所述方法还包括：

25、获取用户体位调整完成后在自由呼吸状态下的第二体表图像，并根据预设的基准点云，以及第二体表图像，确定用户调整后的体位所对应的目标变换矩阵；所述目标变换矩阵，为将所述第二体表图像中的目标区域中的第二体表点云所对应的坐标系调整至所述预设的基准点云所对应的坐标系的变换矩阵。

26、在其中一个实施例中，所述呼吸模式参数，包括胸式呼吸占比和腹式呼吸占比；所述指导用户进行深吸气屏气，并确定用户在屏气状态下的呼吸模式参数，包括：

27、指导用户进行深吸气屏气，并采集用户在深吸气动作完成时的第三体表图像；

28、提取所述第三体表图像的目标区域中的第三体表点云；

29、将所述第三体表点云，按位置划分为不同区域；所述不同区域包括上部区域、中部区域和下部区域；

30、将划分为上部区域的各个点云在z轴方向上的平均值，与划分为中部区域的各个点云在z轴方向上的平均值的商，确定为用户在屏气状态下的胸式呼吸占比；所述z轴方向为用户的腹背方向；

31、将划分为下部区域的各个点云在z轴方向上的平均值，与划分为中部区域的各个点云在z轴方向上的平均值的商，确定为用户在屏气状态下的腹式呼吸占比。

32、在其中一个实施例中，在提取所述第三体表图像的目标区域中的第三体表点云之后，还包括：

33、基于目标变换矩阵，对第三体表点云进行矫正，得到矫正后的第三体表点云。

34、在其中一个实施例中，所述根据预设的基准点云，以及第二体表图像，确定用户调整后的体位所对应的目标变换矩阵，包括：

35、以所述旋转偏移量和所述平移偏移量为迭代初始值，将所述第二体表图像中的目标区域中的第二体表点云投影至预设的基准点云所对应的坐标系，得到投影点云，并计算投影点云与所述预设的基准点云的各个点对的距离的均方根误差；

36、将均方根误差作为迭代优化的目标函数，通过svd分解求解新的旋转偏移量与新的平移偏移量；

37、以新的旋转偏移量和新的平移偏移量为迭代参数，重复更新均方根误差的过程，直至均方根误差小于预设的误差阈值，或均方根误差小于预设的收敛阈值且迭代次数达到预设的迭代次数阈值为止；将此时的迭代参数，确定为用户调整后的体位所对应的目标变换矩阵。

38、第二方面，本技术还提供了一种dibh训练装置，应用于dibh训练设备。所述装置包括：

39、偏移量确定模块，用于确定用户在自由呼吸状态下的体表点云相对于预设的基准点云的位姿偏移量；所述位姿偏移量，包括旋转偏移量和平移偏移量；

40、体位调整指令生成模块，用于当所述位姿偏移量大于预设的位姿偏移量阈值时，生成与位姿偏移量所对应的体位调整指令；所述体位调整指令，用于指导用户进行旋转和/或平移；

41、体位调整模块，用于重复获取体位调整后的用户在自由呼吸状态下的体表点云相对于预设的基准点云的位姿偏移量，并生成体位调整指令的过程，直至所述位姿偏移量小于或等于所述预设的位姿偏移量阈值为止；

42、呼吸模式参数确定模块，用于指导用户进行深吸气屏气，并确定用户在屏气状态下的呼吸模式参数；

43、呼吸模式调整指令生成模块，用于当用户在屏气状态下的呼吸模式参数，与预设的呼吸模式基准参数的差，大于预设的呼吸模式差值阈值时，生成呼吸模式调整指令；所述呼吸模式调整指令，用于指导用户进行胸式呼吸和/或腹式呼吸。

44、以及呼吸模式调整模块，用于重复获取呼吸模式调整后的用户在屏气状态下的呼吸模式参数，并生成呼吸模式调整指令的过程，直至用户在屏气状态下的呼吸模式参数，与预设的呼吸模式基准参数的差，小于或等于预设的呼吸模式差值阈值为止。

45、第三方面，本技术还提供了dibh训练设备。所述dibh训练设备包括存储器、处理器和血氧监测单元，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述的dibh训练方法；所述血氧监测单元，用于监测用户的血氧饱和度。

46、上述dibh训练方法、装置和一种dibh训练设备，通过确定用户在自由呼吸状态下的体表点云相对于预设的基准点云的位姿偏移量，并当位姿偏移量大于预设的位姿偏移量阈值时，生成与位姿偏移量所对应的体位调整指令，以指导用户进行旋转和/或平移，并重复生成体位调整指令指导用户进行体位调整的过程，直至位姿偏移量小于或等于预设的位姿偏移量阈值为止，其通过对自由呼吸状态下的旋转和/或平移调整，保证用户的身体的旋转角度和摆位与预设的基准点云所对应的体位一致，进而，指导用户进行深吸气屏气，并确定用户在屏气状态下的呼吸模式参数。进而，在用户在屏气状态下的呼吸模式参数，与预设的呼吸模式基准参数的差，大于预设的呼吸模式差值阈值时，生成呼吸模式调整指令，来指导用户进行胸式呼吸和/或腹式呼吸，采用此种方式，进行呼吸模式参数的调整，通过呼吸模式参数的调整，进一步通过调整胸式呼吸和腹式呼吸的占比，来进一步调整用户在屏气状态下的膈肌下移幅度和胸廓形变，使得用户屏气状态下的体位与基准点云所对应的体位一致，即保证用户屏气状态下的体位和临床治疗时的体位一致，以及保证多次训练时的屏气状态下的体位一致，解决了现有居家训练场景中的dibh训练方式，无法保证多次训练之间以及训练与临床治疗之间的屏气状态的体位空间一致性，存在训练效果差的问题。

47、本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。