[发明专利]使用光学相机和投影阴影对呼吸的检测和测量

说明书

一种呼吸监测设备，包括：光源(30)，其被布置为生成被定位用于由成像设备(8)进行成像的成像对象(P)的投影阴影(S)；摄像机(40)，其被布置为采集所述投影阴影的视频；以及电子处理器(42)，其被编程为从所采集的视频提取所述投影阴影的边缘的位置作为时间的函数。在一些实施例中，所述光源被布置成将阴影投影到所述成像设备的膛壁(20)上，并且所述摄像机被布置成采集所述膛壁上的投影阴影的视频。所述电子处理器可以被编程为基于所采集的视频的每个帧中的边缘的位置和视频帧的时间戳来提取边缘(E)的位置作为时间(46)的一维函数。

技术领域

下文总体上涉及医学成像领域、呼吸监测领域、呼吸门控医学成像领域和相关领域。

背景技术

在医学成像期间对患者呼吸的监测能够服务于各种有用的目的。所监测的呼吸循环能够用于执行预期的门控成像，其中，成像数据仅在呼吸周期的特定部分(即阶段)期间被收集，这能够减少由于呼吸的运动伪影。在备选回顾性门控方法中，成像数据连续地被收集，并且然后由呼吸阶段分箱，并且所选择的阶段可以被重建。呼吸监测还能够用于检测屏气，例如以在患者屏住他或她的呼吸时触发成像。呼吸监测还能够服务于患者安全监测功能，例如，如果呼吸变得不稳定，则能够中断或终止成像会话。

各种呼吸监测设备是已知的。在一些方法中，电阻带用于检测在吸气/呼气的情况下胸部或躯干直径的变化。加速度计能够类似地用于监测胸部运动，或者空气流量计能够用于直接监测进入/离开嘴或鼻部通道的空气流量。然而，这些方法需要将监测设备与患者连接-这对患者来说可能是不舒服的，尤其是如果其他设备也被连接。设备还占用检查区域空间。此外，呼吸监测设备可能与某些成像模态不兼容。例如，金属部件有时与磁共振(MR)成像不兼容，而X射线吸收材料在计算机断层摄影(CT)成像中是有问题的。

另一已知的呼吸监测设备采用摄像机，其被布置为在成像期间采集患者的视频。通过分析图像从图像帧提取呼吸以检测胸部运动。可以任选地提供专用照明以改进用于视频的照明。关于这种方法的困难包括通常从上方无障碍地查看患者的相机的布置，以及被执行以提取胸部运动的复杂的图像处理。该方法也容易出错，这是由于小的患者/相机错位，和/或由于低图像对比度，例如如果患者穿着全白色的医院服装；并且如果患者以仰卧位置躺着使得胸部不可观察，和/或如果胸部由诸如局部射频(RF)线圈的模糊部件覆盖(如在一些MR成像流程中)，则可能无法使用。

下文公开了解决上述问题和其他问题的新的和改进的系统和方法。

发明内容

在一个所公开的方面中，呼吸监测设备包括：光源，其被布置为生成被定位用于由成像设备进行成像的成像对象的投影阴影；摄像机，其被布置为采集所述投影阴影的视频；以及电子处理器，其被编程为从所采集的视频提取所述投影阴影的边缘的位置作为时间的函数。在一些实施例中，所述光源被布置为将所述阴影投影到所述成像设备的膛壁上，并且所述摄像机被布置为采集所述膛壁上的所述投影阴影的视频。所述电子处理器可以被编程为基于所采集的视频的每个帧中所述边缘的位置和视频帧的时间戳来提取所述边缘的位置作为时间的一维函数。

在另一所公开的方面中，呼吸监测设备包括：具有膛壁的成像设备；光源，其被布置为将被定位用于由所述成像设备进行成像的成像对象的阴影投影到所述成像设备的膛壁上；摄像机，其被布置为采集被投影在膛壁上的成像对象的阴影的视频；以及电子处理器，其被编程为从所采集的视频提取被投影到所述膛壁上的所述阴影的边缘(E)的位置作为时间的函数。

在另一所公开的方面中，一种呼吸监测方法包括：投影被定位用于由成像设备进行成像的成像对象的阴影；采集所述投影阴影的视频；从所采集的视频提取投影阴影的边缘的位置作为时间的函数；并且从所提取的作为时间的函数的所述投影阴影的边缘的位置提取呼吸信息。

一个优点在于在医学成像期间提供基于相机的呼吸监测，其由于改进的图像对比度而具有改进的准确度。

另一个优点在于甚至当患者穿着低对比度衣服时也能提供这种改进的图像对比度。