一种基于多通道压力感应的MRI门控方法及系统

一种基于多通道压力感应的mri门控方法及系统
技术领域
1.本发明一般地涉及mri门控领域。更具体地，本发明涉及一种基于多通道压力感应的mri门控方法和一种基于多通道压力感应的mri门控系统。


背景技术：

2.现代医学中，利用mri（磁共振成像）技术进行人体内部结构的成像。其利用核磁共振（nuclear magnetic resonance，简称nmr）原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。
3.在利用mri进行成像过程中，需要利用患者呼吸信息，包括呼吸时相、呼吸周期信息进行mri门控以成像。而呼吸信息的准确获取，是决定成像或治疗效果的重要因素。
4.在先申请cn201810399008.8（一种呼吸信息的获取方法及系统）中公开了可以通过采集人体下体表与检查床的压力变化，并通过模数转换后进行滤波来获取呼吸信号。然而，在实际的使用中由于患者体型的差异较大，不同通道间的测量值差异较大，使得呼吸测量的准确度不够。因此，如何提升mri门控所需的呼吸信号的准确度，以提升mri成像质量成为急需解决的问题。


技术实现要素：

5.为了至少解决上述背景技术部分所描述的技术问题，本发明提出了一种基于多通道压力感应的mri门控方法及系统。利用本发明的方案，可以有效提高提升mri门控所需的呼吸信号的准确度，从而提升mri成像质量。鉴于此，本发明在如下的多个方面提供解决方案。
6.本发明的第一方面提供了一种基于多通道压力感应的mri门控方法，包括；通过多个信号采集通道采集人体下体表与检查床接触面间的压力变化，以获取多个呼吸信号；对所述多个呼吸信号进行信号处理，以获取表征对应通道信号水平的多个推荐指标；所述推荐指标包括稳定度指标、灵敏度指标及信噪比指标；基于所述多个推荐指标从多个信号采集通道中选取符合预设要求的最优通道；基于最优通道采集到的呼吸信号进行mri门控。
7.在一个实施例中，对所述多个呼吸信号进行信号处理，具体包括初级调理步骤和次级调理步骤；所述初级调理步骤用于降低所述多个呼吸信号的采样噪声，得到除噪呼吸信号；所述次级调理步骤用于根据所述除噪呼吸信号中的信号频率的不同得到所述多个推荐指标。
8.在一个实施例中，所述初级调理步骤具体包括；使用高于人体呼吸频率的采样率进行压力值采样，对连续多个采样点进行平滑，以降低初试采样噪声。
9.在一个实施例中，所述次级调理步骤具体包括；提取信号中直流与超低频率部分，定义为静态压力成分fs；提取信号中超高频率部分，定义为测量信号的噪声成分fn；提取信号中剩余的中频部分，作为动态压力成分fd；使用静态压力成分fs变化水平来表征患者是
否有明显移动，作为稳定度推荐指标；使用静态压力成分fs与动态压力成分fd之间的比值，即fd/fs，来表征信号的测量灵敏度，作为灵敏度推荐指标；使用动态压力fd与噪声成分fn之间的计算关系，即10lg(fd/fn)，来表征采集通道的信噪比，作为信噪比指标；所述超高频率为大于呼吸截止频率，所述超低频率为小于呼吸截止频率。
10.在一个实施例中，所述选取符合预设要求的最优通道，包括选择下列条件中的一个或多个进行门控成像：稳定度值最大；灵敏度值最大；信噪比值最大。
11.本发明的第二方面提供了一种基于多通道压力感应的mri门控系统，包括；压力采集模块，用于通过多个信号采集通道采集人体下体表与检查床接触面间的压力变化，以获取多个呼吸信号；信号处理模块，对所述多个呼吸信号进行信号处理，以获取表征对应通道信号水平的多个推荐指标；所述推荐指标包括稳定度指标、灵敏度指标及信噪比指标；通道选取模块，基于所述多个推荐指标从多个信号采集通道中选取符合预设要求的最优通道；mri门控模块，基于最优通道采集到的呼吸信号进行mri门控。
12.在一个实施例中，对所述多个呼吸信号进行信号处理，具体包括初级调理步骤和次级调理步骤；所述初级调理步骤用于降低所述多个呼吸信号的采样噪声，得到除噪呼吸信号；所述次级调理步骤用于根据所述除噪呼吸信号中的信号频率的不同得到所述多个推荐指标。
13.在一个实施例中，所述初级调理步骤具体包括；使用高于人体呼吸频率的采样率进行压力值采样，对连续多个采样点进行平滑，以降低初试采样噪声。
14.在一个实施例中，所述次级调理步骤具体包括；提取信号中直流与超低频率部分，定义为静态压力成分fs；提取信号中超高频率部分，定义为测量信号的噪声成分fn；提取信号中剩余的中频部分，作为动态压力成分fd；使用静态压力成分fs变化水平来表征患者是否有明显移动，作为稳定度推荐指标；使用静态压力成分fs与动态压力成分fd之间的比值，即fd/fs，来表征信号的测量灵敏度，作为灵敏度推荐指标；使用动态压力fd与噪声成分fn之间的计算关系，即10lg(fd/fn)，来表征采集通道的信噪比，作为信噪比指标；所述超高频率为大于呼吸截止频率，所述超低频率为小于呼吸截止频率。
15.在一个实施例中，所述选取符合预设要求的最优通道，包括选择下列条件中的一个或多个进行门控成像：稳定度值最大；灵敏度值最大；信噪比值最大。
16.利用本发明所提供的方案，通过利用稳定度指标、灵敏度指标及信噪比指标来选取最优信号采集通道，并基于最优信号采集通道采集到的呼吸信号进行mri门控。可以满足不同体型的患者的使用需求，提升了所采集的呼吸信号准确度，进而提升了mri成像质量。
附图说明
17.通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：图1是示出根据本发明实施例的多通道mri门控方法示意图；图2是示出根据本发明实施例的信号处理方法示意图；图3是示出根据本发明实施例的次级调理步骤方法示意图；图4是示出根据本发明实施例的多通道mri门控系统示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
19.应当理解，本发明的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
20.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施方式的目的，而并不意在限定本发明。如在本发明说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本发明说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
21.如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当... 时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0022]
下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。
[0023]
本发明的第一方面，提供了一种基于多通道压力感应的mri门控方法。图1是示出根据本发明一个实施例的多通道mri门控方法示意图。本发明一种基于多通道压力感应的mri门控方法，可以实施为如下描述的步骤s100-s400：步骤s100，采集人体下体表与检查床接触面间的压力变化，以获取多个呼吸信号。
[0024]
本发明实施例中，通过多个信号采集通道采集人体下体表与检查床接触面间的压力变化。人体呼吸时，背部会有多个肌肉群协同参与，利用背部肌肉舒张与收缩过程与检查窗面产生的压力变化来表征呼吸状态。
[0025]
在本发明一优选的实施例中，多个信号采集通道中应用压力传感器来感测呼吸时人体背部与检查床接触面的压力变化。其中压力传感器的布置方式可以是一个信号采集通道对应一个压力传感器，也可以是一个信号采集通道对应多个压力传感器或者是多个信号采集通道对应一个压力传感器。本发明中通过压力传感器的多通道网络化布置，以尽可能多的采集呼吸时人体背部与检查床接触面的压力变化数据，提升后续数据处理的准确性。
[0026]
在本发明一优选的实施例中，压力传感器可以安装或内嵌于检查床中，以减少患者穿脱仪器的步骤，提升患者就医体验；或者，压力传感器也可采取外置式，在需要时进行佩戴，在此配置情况下，可以方便医生对需要检查的重点部位进行调节，具有更高的灵活性。
[0027]
在本发明一优选的实施例中，根据采集得到的压力信号，系统对上述压力信号进行模数转换，比如，采用模数转换器进行模拟数字信号的转换，即将采集到的上述模拟压力信号转换为数字信号，即为初始的呼吸信号。
[0028]
步骤s200，对所述多个呼吸信号进行信号处理，以获取表征对应通道信号水平的
多个推荐指标。
[0029]
本发明实施例中，获取到初始的呼吸信号后需要进行数字信号处理，得到推荐指标。所述推荐指标包括稳定度指标、灵敏度指标及信噪比指标。其中，稳定度指标用于表征患者是否有明显移动，该信号通道是否稳定，可以预料的，若检查过程患者有明显移动会影响到mri成像的清晰度；灵敏度指标用于表征信号的测量灵敏度，可以预料的，若该采集通道的灵敏度较低会影响到mri成像的质量；信噪比指标用于表征该信道信噪比，可以预料的，若该采集通道的信噪比较低会影响到mri成像的速度。
[0030]
在本发明一优选的实施例中，对所述多个呼吸信号进行信号处理包括初级调理步骤和次级调理步骤。请参见图2，图2是示出根据本发明一个实施例的对呼吸信号进行信号处理方法示意图，可以实施为如下描述的步骤s210-s220：步骤s210，初级调理步骤，用于降低所述多个呼吸信号的采样噪声，得到除噪呼吸信号；在本发明一优选的实施例中，初级信号调理步骤目的是进行初步信号的平滑。由于人体呼吸周期大约为3-6秒/每次，可以通过使用高采样率，如50hz进行压力值采样（采样间隔为40ms），对连续多个采样点（如5个采样点）进行平滑（或中值滤波），以降低初试采样噪声。
[0031]
步骤s220，次级调理步骤，用于根据所述除噪呼吸信号中的信号频率的不同得到所述多个推荐指标。
[0032]
在本发明一优选的实施例中，次级调理步骤具体参见图3。图3是示出根据本发明一个实施例的次级调理步骤方法示意图，可以实施为如下描述的步骤s221-s226。
[0033]
步骤s221,提取信号中直流与超低频率部分，定义为静态压力成分fs；步骤s222,提取信号中超高频率部分，定义为测量信号的噪声成分fn；步骤s223,提取信号中剩余的中频部分，定义为动态压力成分fd。
[0034]
在根据信号频率的不同，提取到需要的信号后，还需要对信号进行处理，以获取表征各采集通道信号水平的多个推荐指标，具体信号处理的过程如下：步骤s224,使用静态压力成分fs变化水平来表征患者是否有明显移动，作为稳定度推荐指标；步骤s225,使用静态压力成分fs与动态压力成分fd之间的比值，即fd/fs，来表征信号的测量灵敏度，作为灵敏度推荐指标；步骤s226，使用动态压力fd与噪声成分fn之间的计算关系，即10lg(fd/fn)，来表征采集通道的信噪比，作为信噪比指标。
[0035]
需要注意的是，超高频率及超低频率是相对于正常呼吸频率范围来比较的。人体呼吸周期大约为3-6秒/每次。例如，若大于如0.5hz，（即呼吸周期为2s/每次）可以判断为超高频率。具体超高频率及超低频率的值在本发明中不作具体限定，凡是认为超出正常呼吸频率范围内的频率，在合理范围内，都可被视为超高频率及超低频率。
[0036]
以下继续回到图1。步骤s300，基于所述多个推荐指标从多个信号采集通道中选取符合预设要求的最优通道。
[0037]
本发明实施例中，考虑到患者体型差异较大，当利用获取到的呼吸信号进行mri门控时，会出现在测量结果差异较大。例如，当测量体重过大患者，静态力fs有可能过大、信号
幅度fd相对较小，从而测量灵敏度fs/fd较小；反之，过瘦患者，尽管测量灵敏较高，但有可能测量信噪比较差。因而，需要根据不同的患者体型，选择符合预设要求的采集通道的测量结果，以保证呼吸信号的准确度。
[0038]
在本发明一优选的实施例中，所述选取符合预设要求的最优通道，包括选择下列条件中的一个或多个进行门控成像：稳定度值最大，灵敏度值最大，信噪比值最大。可以理解的，选择最优通道时，需要根据患者的实际体型进行调整，例如检测较胖的患者可以选取信噪比最高和/或灵敏度最高的通道所采集的呼吸信号进行门控；而针对过瘦的患者可以选取稳定性最高和/或信噪比最高的通道所采集的呼吸信号进行门控。本发明通过推荐指标进行最终信号通道的人工选择或自动选择，如根据偏好人工或自动选择最稳定/灵敏/信噪比最优通道，用于后续门控成像，使得适用患者人群（身高、体重、体格）更广。
[0039]
步骤s400，基于最优通道采集到的呼吸信号进行mri门控。
[0040]
本发明实施例中，将最优通道采集到的呼吸信号传输给mri控制器，使得mri控制器利用上述最优通道采集到的呼吸信号进行mri门控。
[0041]
基于图1、图2和图3所描述的一种基于多通道压力感应的mri门控方法，本发明的第二方面还提供了基于多通道压力感应的mri门控系统；该mri门控系统可以实施图1、图2和图3所描述的一种基于多通道压力感应的mri门控方法，从而达到通过多个推荐指标来获取最优采集通道获取的呼吸信号，来进行mri门控的目的；如图4所示，本发明一种呼吸信息的获取系统包括：压力采集模块100，用于通过多个信号采集通道采集人体下体表与检查床接触面间的压力变化，以获取多个呼吸信号；信号处理模块200，对所述多个呼吸信号进行信号处理，以获取表征对应通道信号水平的多个推荐指标；所述推荐指标包括稳定度指标、灵敏度指标及信噪比指标；通道选取模块300，基于所述多个推荐指标从多个信号采集通道中选取符合预设要求的最优通道；mri门控模块400，基于最优通道采集到的呼吸信号进行mri门控。
[0042]
在本发明一优选的实施例中，所述对所述多个呼吸信号进行信号处理，具体包括初级调理步骤和次级调理步骤；所述初级调理步骤用于降低所述多个呼吸信号的采样噪声，得到除噪呼吸信号；所述次级调理步骤用于根据所述除噪呼吸信号中的信号频率的不同得到所述多个推荐指标。
[0043]
在本发明一优选的实施例中，所述初级调理步骤具体包括；使用高于人体呼吸频率的采样率进行压力值采样，对连续多个采样点进行平滑，以降低初试采样噪声。
[0044]
在本发明一优选的实施例中，所述次级调理步骤具体包括；提取信号中直流与超低频率部分，定义为静态压力成分fs；提取信号中超高频率部分，定义为测量信号的噪声成分fn；提取信号中剩余的中频部分，定义为动态压力成分fd；使用静态压力成分fs变化水平来表征患者是否有明显移动，作为稳定度推荐指标；
使用静态压力成分fs与动态压力成分fd之间的比值，即fd/fs，来表征信号的测量灵敏度，作为灵敏度推荐指标；使用动态压力fd与噪声成分fn之间的计算关系，即10lg(fd/fn)，来表征该信道信噪比，作为信噪比指标；所述超高频率为大于呼吸截止频率，所述超低频率为小于呼吸截止频率。
[0045]
在本发明一优选的实施例中，所述选取符合预设要求的最优通道，包括选择下列条件中的一个或多个进行门控成像：稳定度值最大；灵敏度值最大；信噪比值最大。
[0046]
虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方式是仅以示例的方式提供的。本领域技术人员在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解在实践本发明的过程中，可以采用本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。