確定生物體呼吸頻率的方法、系統(tǒng)和磁共振斷層成像設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了確定生物體呼吸頻率的方法、系統(tǒng)和磁共振斷層成像設(shè)備。在用于確定生物體(10)的呼吸頻率的方法中，借助布置在生物體(10)處的無線電發(fā)射器(F)發(fā)射無線電信號(S)，采集所發(fā)射的無線電信號(S)并且借助所采集的無線電信號(S)確定呼吸頻率。呼吸頻率確定系統(tǒng)具有無線電發(fā)射器(F)以及無線電采集裝置(U、U′)，其中，無線電采集裝置(U、U′)被構(gòu)造用于采集所采集的無線電信號的至少一個量，特別是至少一個頻率和/或至少一個幅度或至少一個相位，并且被設(shè)置用于至少根據(jù)該量確定生物體(10)的呼吸頻率。磁共振斷層成像設(shè)備具有這樣的呼吸頻率確定系統(tǒng)(5、5′)。
【專利說明】確定生物體呼吸頻率的方法、系統(tǒng)和磁共振斷層成像設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定生物體的呼吸頻率的方法、一種呼吸頻率確定系統(tǒng)以及一種磁共振斷層成像設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]在特定情況下，需要確定生物體(例如人)的呼吸頻率。特別是在全身成像方法情況下，適合在全身成像方法期間確定呼吸頻率。
[0003]公知在使用當(dāng)前可使用的全身成像設(shè)備下，按照直接與患者接觸的方式確定呼吸頻率:在此，患者被帶子綁住，其中，評估帶子的周期性擴(kuò)張(例如由Zephyr技術(shù)公司的B1Harness BT)，或者作為帶子的替代將充氣的墊子固定到患者處。另一種公知的確定呼吸頻率的可能性是，構(gòu)成雷達(dá)方法(例如在Jelen，M.；Biebel, E.Μ.(2006):Multifrequency Sensor for Remote Measurement of Breath and Heartbeat, in:Advances in Rad1 Science 4 (79)，第79-83頁中進(jìn)行了描述)。在此，將弱的CW信號(Cff=iiContinuous Wave”，連續(xù)波)輻射到患者上，并且接收并評估反射的信號(連續(xù)波雷達(dá))。
[0004]另外，還能夠使用FMCW 雷達(dá)(FMCW Frequency ModulatedContinuous Wave”，頻率調(diào)制的連續(xù)波)，以便直接測量心率和呼吸頻率。這個技術(shù)能夠直接應(yīng)用于磁共振斷層成像設(shè)(MRT 設(shè)備)(K.Mostov et al.:Medical Applicat1ns of Shortwave FMRadar:Remote Monitoring of Cardiac and Respiratory Mot1n, 2010)。
[0005]必須扣住患者或者必須手動固定到患者的這樣的附加測量單元、例如雷達(dá)測量單元或帶子，干擾患者或者由于空間原因而不能滿意地應(yīng)用。在此，使全身成像方法的執(zhí)行明顯變困難或者不舒服。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，給出一種用于確定生物體的呼吸頻率的方法，其特別是也能夠舒適地并節(jié)省空間地應(yīng)用于對生物體的全身成像方法中。另外，本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是，給出一種呼吸頻率確定系統(tǒng)，利用它能夠適合地執(zhí)行所述方法。此夕卜，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，給出一種磁共振斷層成像設(shè)備，利用它能夠在執(zhí)行磁共振斷層成像檢查期間執(zhí)行用于確定生物體的呼吸頻率的方法。
[0007]上述技術(shù)問題通過具有在權(quán)利要求1中給出的特征的用于確定生物體的呼吸頻率的方法，并且通過具有在權(quán)利要求7中給出的特征的呼吸頻率確定系統(tǒng)，并通過具有在權(quán)利要求10中給出的特征的磁共振斷層成像設(shè)備來解決。本發(fā)明的有利擴(kuò)展從相關(guān)聯(lián)的從屬權(quán)利要求、下面的描述和附圖得到。
[0008]在根據(jù)本發(fā)明的用于確定生物體的呼吸頻率的方法中，借助布置在生物體處的無線電發(fā)射器或者無線電發(fā)射元件發(fā)射無線電信號，并采集所發(fā)射的無線電信號；和/或發(fā)射無線電信號，并且借助布置在生物體上的無線電接收器或無線電接收元件采集無線電信號。根據(jù)本發(fā)明，借助所采集的無線電信號確定呼吸頻率。
[0009]在本發(fā)明的意義上，無線電發(fā)射器被理解為發(fā)射無線電信號的裝置。在此，在本發(fā)明的意義上，不一定需要無線電發(fā)射器自身包括必要時存在的發(fā)射電子器件或類似物。相反，無線電發(fā)射器自身首先僅包括以發(fā)射天線形式的無線電發(fā)射元件，其被構(gòu)造用于發(fā)射無線電信號?？蛇x地和優(yōu)選地，術(shù)語“無線電發(fā)射器”除了發(fā)射天線，還包括用于供應(yīng)發(fā)射天線的振蕩器，并且優(yōu)選包括放大器。
[0010]類似地，無線電接收器僅被理解為接收無線電信號的裝置。必要時存在的評估電子器件不一定包括在術(shù)語“無線電接收器”自身中。相反，術(shù)語“無線電接收器”自身首先僅包括以接收天線形式的無線電接收元件，其被構(gòu)造用于接收無線電信號。然而，可選地和優(yōu)選地，術(shù)語“無線電接收器”還包括這樣的評估電子器件。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，因此僅需要在生物體處布置無線電發(fā)射器。而不需要生物體佩戴干擾性的帶子。另外，能夠棄用需要空間的測量單元，例如雷達(dá)測量單元。無線電發(fā)射器適合被構(gòu)造成空間節(jié)省的和無線的。以這種方式能夠無需大的空間支出而應(yīng)用本方法。特別地，在一般使用減少的可用空間執(zhí)行全身成像方法時，能夠無其它障礙地適合地應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0012]優(yōu)選在根據(jù)本發(fā)明的方法中，將所采集的無線電信號的至少一個幅度和/或至少一個頻率和/或至少一個相位用于確定呼吸頻率。
[0013]適合地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，使用無線電發(fā)射器，其被布置在生物體的胸部或腹部或背部附近并且其因此以呼吸的頻率來回運(yùn)動；和/或使用無線電接收器，其被布置在生物體的胸部或腹部或背部附近。因此，所采集的無線電信號的幅度隨著呼吸頻率變化。適合地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，時間分辨地使用幅度用于確定呼吸頻率。從時間上的幅度走向中，能夠簡單地確定呼吸頻率。
[0014]替代地或附加地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，將特別是時間上的無線電信號的變化、特別是幅度和/或相位和/或頻率的變化、特別是由于從發(fā)射元件到接收元件的信號路徑的傳輸特性變化而引起的變化用于確定呼吸頻率:無線電發(fā)射器優(yōu)選發(fā)射具有足夠恒定的頻率和/或幅度和/或恒定的相位的無線電信號，從而在采集無線電信號時，所采集的無線電信號的頻率和/或幅度和/或相位隨著無線電發(fā)射器的運(yùn)動而改變。適合地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，時間分辨地采集所采集的無線電信號的頻率。從所采集的無線電信號的傳輸特性(特別是無線電信號的幅度和/或相位)的時間上的走向中，能夠容易地確定呼吸頻率。
[0015]替代地或除了上述可能性外，同樣優(yōu)選能夠使用所采集的無線電信號的相位。由于無線電發(fā)射器和/或無線電接收器的周期性運(yùn)動，例如無線電發(fā)射器到用于采集無線電信號的無線電采集裝置的距離發(fā)生改變。由于周期性變化的路徑，因此采集到具有周期性變化的相位的無線電信號。適合地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，時間分辨地采集相位。從所采集的無線電信號的相位的時間走向中，能夠容易地確定呼吸頻率。
[0016]在本發(fā)明的優(yōu)選擴(kuò)展中，在本方法中首先對所采集的無線電信號進(jìn)行頻率濾波(特別是低通濾波)，并且將頻率濾波后的無線電信號用于確定呼吸頻率。特別地，由于無線電發(fā)射器和/或無線電接收器隨著呼吸頻率運(yùn)動而引起的無線電信號的時間變化(其一般構(gòu)成無線電信號的低頻部分)易于從無線電信號中分離，并且將其用于確定呼吸頻率。特別地，無線電信號的另一頻率范圍、特別是更高的頻率范圍能夠被用于傳輸另外的數(shù)據(jù)。適合地，在本方法的該擴(kuò)展中，將在典型的呼吸頻率的范圍中的頻率范圍，即頻率小于IHz和/或大于10mHz的頻率范圍分離出來，并且用于確定呼吸頻率。
[0017]優(yōu)選在運(yùn)行磁共振斷層成像設(shè)備時執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，并且確定位于磁共振斷層成像設(shè)備中的生物體的呼吸頻率。
[0018]理想地，在運(yùn)行具有接收線圈的磁共振斷層成像設(shè)備時執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，借助無線電信號，將由接收線圈接收的信息信號傳輸?shù)酱殴舱駭鄬映上裨O(shè)備的其余部分。在此，磁共振斷層成像設(shè)備的其余部分指不被構(gòu)造為局部線圈的部分。在本說明書的范圍內(nèi)，術(shù)語“接收線圈”被理解為術(shù)語“局部線圈”的同義詞。因此在根據(jù)本發(fā)明的方法的該特別優(yōu)選的擴(kuò)展中，無線電發(fā)射器不僅被用于確定呼吸頻率，無線電發(fā)射器在運(yùn)行磁共振斷層成像設(shè)備時還同時接管其它特別是已經(jīng)從現(xiàn)有技術(shù)中已知的任務(wù)。因此特別適合設(shè)置無線電發(fā)射器，借助其將由接收線圈接收的信息信號傳輸?shù)酱殴舱駭鄬映上裨O(shè)備的至少一個其余部分。因此在根據(jù)本發(fā)明的方法的該擴(kuò)展中，通過將其按照根據(jù)本發(fā)明的方法用于確定呼吸頻率，已經(jīng)為其它功能存在的無線電發(fā)射器附加地接管另外的功能。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的呼吸頻率確定系統(tǒng)被設(shè)置用于執(zhí)行如以上描述的用于確定生物體的呼吸頻率的方法。呼吸頻率確定系統(tǒng)具有被構(gòu)造用于布置在生物體處的無線電發(fā)射器以及用于采集無線電發(fā)射器發(fā)射的無線電信號的無線電采集裝置。替代地或附加地，呼吸頻率確定系統(tǒng)具有無線電發(fā)射器和無線電采集裝置，后者具有被構(gòu)造用于布置在生物體處的無線電接收器或無線電接收元件。在此，無線電采集裝置分別被構(gòu)造用于優(yōu)選時間分辨地采集所采集的無線電信號的至少一個量，特別是至少一個頻率和/或至少一個幅度和/或至少一個相位，并且根據(jù)所述至少一個量確定生物體的呼吸頻率。因此借助根據(jù)本發(fā)明的呼吸頻率確定系統(tǒng)，能夠容易地執(zhí)行如以上描述的用于確定生物體的呼吸頻率的方法。
[0020]適合地，在根據(jù)本發(fā)明的呼吸頻率確定系統(tǒng)中，無線電采集裝置具有至少一個頻率濾波器，特別是低通濾波器。以這種方式，如以上已經(jīng)關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法所描述的，無線電發(fā)射器不僅能夠被用于確定呼吸頻率，無線電發(fā)射器還可以同時完成特別是對于磁共振斷層成像設(shè)備已經(jīng)已知的其它信息信號傳輸功能。特別是能夠利用低通濾波器容易地過濾出呼吸頻率相關(guān)的信號部分。適合地，頻率濾波器被構(gòu)造用于過濾出具有在典型的呼吸頻率的頻率范圍內(nèi)、即頻率小于IHz和/或大于10mHz的頻率范圍的頻率的信號部分，從而能夠?qū)⒃撔盘柌糠钟糜诖_定呼吸頻率。
[0021]適合地，在根據(jù)本發(fā)明的呼吸頻率確定系統(tǒng)中，無線電采集裝置具有至少一個功率探測器和/或至少一個頻率探測器和/或至少一個相位探測器。借助功率探測器特別是能夠容易地采集所采集的無線電信號的幅度。替代地或附加地，借助頻率探測器能夠容易地采集所采集的無線電信號的頻率。替代地或附加地，相應(yīng)地利用相位探測器能夠特別容易地采集所采集的無線電信號的相位。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的磁共振斷層成像設(shè)備具有如以上描述的呼吸頻率確定系統(tǒng)。適合地，磁共振斷層成像設(shè)備具有接收線圈，其中，無線電發(fā)射器與接收線圈信號聯(lián)接，并被構(gòu)造用于發(fā)射由接收線圈接收的信息信號。適合地，由無線電發(fā)射器發(fā)射的信息信號同時構(gòu)成無線電信號。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]以下借助在附圖中示出的實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。
[0024]圖1示意性地在原理圖中示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的用于確定生物體的呼吸頻率的方法的根據(jù)本發(fā)明的呼吸頻率確定系統(tǒng)，以及
[0025]圖2示意性地在原理圖中示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的用于確定生物體的呼吸頻率的方法的根據(jù)本發(fā)明的呼吸頻率確定系統(tǒng)的另一構(gòu)造。

【具體實(shí)施方式】
[0026]借助在圖1中示出的根據(jù)本發(fā)明的呼吸頻率確定系統(tǒng)5，確定人體10的呼吸頻率。為此，人體10佩戴無線電發(fā)射器F，其包括發(fā)射天線A以及用于供應(yīng)發(fā)射天線A的發(fā)射電子器件T。發(fā)射天線A被布置在人體10的腹部附近，并且因此隨著呼吸的頻率來回運(yùn)動。發(fā)射天線A以自身已知的方式向接收天線E發(fā)射包含無線電數(shù)據(jù)的無線電信號S。接收天線E以與人體10和其呼吸運(yùn)動運(yùn)動去耦的方式布置，并且接收無線電信號S。接收天線E是無線電采集裝置U的一部分，其具有與接收天線E連接的用于評估所接收的無線電信號S的接收電子器件R。此外，無線電采集裝置U包括低通濾波器L和頻率探測單元f。接收電子器件R處理所接收的無線電信號S，并且借助在圖1中未明確示出的幅度解調(diào)器以及借助在圖1中同樣未明確示出的頻率解調(diào)器，提取所采集的無線電信號S。在解調(diào)后，分別呈現(xiàn)解調(diào)后的信號D，其包括包含無線電數(shù)據(jù)的高頻信號部分以及低頻信號部分NFS。低頻信號部分NFS通過由于人體10的呼吸運(yùn)動引起的無線電發(fā)射器F的運(yùn)動決定。低頻在這里表示頻率大于10mHz并小于IHz的范圍。解調(diào)后的信號D隨后從接收電子器件R被傳輸?shù)綖榇伺c接收電子器件信號聯(lián)接的低通濾波器L。低通濾波器L從解調(diào)后的信號D中分離出低頻信號部分NFS，并且因此僅輸出在典型的呼吸頻率范圍內(nèi)的頻率。該低頻信號部分NFS被傳輸?shù)筋l率探測單元f，其從低頻信號部分NFS中探測呼吸頻率。頻率探測單元借助數(shù)字傅利葉變換和隨后的最大值尋找或借助周期測量讀取頻率。
[0027]在圖2中不出的呼吸頻率確定系統(tǒng)5'對應(yīng)于在圖1中不出的呼吸頻率確定系統(tǒng)5。與在圖1中示出的呼吸頻率確定系統(tǒng)5不同地，在圖2中示出的呼吸頻率確定系統(tǒng)5'中，直接從借助接收天線E接收的無線電信號S中提取幅度以及相位以及頻率。為此，無線電采集裝置U'包括功率探測器P、頻率探測器V以及相位探測器Φ。功率探測器P、頻率探測器V和相位探測器Φ分別直接與接收天線E信號聯(lián)接，在所示出的實(shí)施例中借助電線線路連接。相反，接收電子器件R獨(dú)立于功率探測器P、頻率探測器V和相位探測器Φ與接收天線E連接。類似于在圖1中示出的實(shí)施例，功率探測器P、頻率探測器V和相位探測器Φ分別將其所探測的信號傳輸?shù)降屯V波器，其又將低頻信號部分NFS傳輸?shù)筋l率探測單元f。
[0028]借助在圖2中示出的實(shí)施例，只要無線電信號S的無線電數(shù)據(jù)不占用呼吸的頻率范圍，就能夠獨(dú)立于用于對該無線電數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制類型執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。因此，在未特別示出的另外的實(shí)施例中，無線電發(fā)射器F和無線電采集裝置U'也可以應(yīng)用數(shù)字方法。
[0029]所示出的呼吸頻率確定系統(tǒng)5、5'的實(shí)施例因此被構(gòu)造用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。呼吸頻率確定系統(tǒng)5、5'分別是磁共振斷層成像設(shè)備(未明確示出)的一部分。在此，無線電發(fā)射器F被構(gòu)造用于將磁共振斷層成像設(shè)備的接收線圈(未明確示出)的信息信號傳輸?shù)叫畔⑻幚碓O(shè)備。
[0030]在未特別示出的實(shí)施例中，其在其它方面對應(yīng)于以上解釋的實(shí)施例，呼吸頻率確定系統(tǒng)不是被構(gòu)造用于人體10、而用于動物的呼吸頻率確定，并且為了確定動物的呼吸頻率執(zhí)行以上描述的方法。
[0031]在未特別示出的另外的實(shí)施例中，將無線電發(fā)射器F的發(fā)射天線A和無線電采集裝置U、U'的接收天線E的作用互相交換，即接收天線E被布置在人體10的腹部附近，其中，發(fā)射天線A以與人體10運(yùn)動去耦的方式布置。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定生物體(10)的呼吸頻率的方法，其中，借助布置在所述生物體(10)處的無線電發(fā)射器(的或無線電發(fā)射元件，發(fā)射無線電信號(3)并采集所發(fā)射的無線電信號(8)；和丨或發(fā)射無線電信號并借助布置在所述生物體處的無線電接收器或無線電接收元件，采集所發(fā)射的無線電信號，并且借助所采集的無線電信號(3)確定呼吸頻率。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所采集的無線電信號(3)的至少一個幅度和/或至少一個頻率和/或至少一個相位用于確定呼吸頻率。
3.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，將所述無線電信號(3)的變化、特別是將所采集的無線電信號(3)的幅度和/或頻率和/或相位的變化，用于確定呼吸頻率。
4.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，首先對所采集的無線電信號(3)進(jìn)行頻率濾波、特別是低通濾波，并且將頻率濾波后的、特別是低通濾波后的無線電信號(3)用于確定呼吸頻率。
5.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，在運(yùn)行磁共振斷層成像設(shè)備時執(zhí)行所述方法，并且其中，確定位于所述磁共振斷層成像設(shè)備中/上的所述生物體(10)的呼吸頻率。
6.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，在運(yùn)行具有接收線圈的磁共振斷層成像設(shè)備時執(zhí)行所述方法，其中，借助所述無線電信號(3)，將由所述接收線圈接收的信息信號傳輸?shù)剿龃殴舱駭鄬映上裨O(shè)備的其余部分。
7.—種呼吸頻率確定系統(tǒng)(5),用于執(zhí)行按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于確定生物體(10)的呼吸頻率的方法，所述呼吸頻率確定系統(tǒng)具有被構(gòu)造用于布置在生物體處的無線電發(fā)射器(5)和用于采集由所述無線電發(fā)射器(的發(fā)射的無線電信號的無線電采集裝置⑴、化)40/或具有無線電發(fā)射器和帶有被構(gòu)造用于布置在生物體處的無線電接收器或無線電接收元件的無線電采集裝置⑴、化)，其中，所述無線電采集裝置⑴、化)被構(gòu)造用于采集所采集的無線電信號(3)的至少一個量、特別是至少一個頻率和/或至少一個幅度和/或至少一個相位，并且根據(jù)所述至少一個量確定所述生物體(10)的呼吸頻率。
8.按照權(quán)利要求7所述的呼吸頻率確定系統(tǒng)，其中，所述無線電采集裝置⑴、化)具有至少一個頻率濾波器仏)，特別是低通濾波器。
9.按照權(quán)利要求7或8所述的呼吸頻率確定系統(tǒng)，其中，所述無線電采集裝置⑴、化)具有至少一個功率探測器(卩)和/或至少一個頻率探測器(V )和/或至少一個相位探測器(小)。
10.一種磁共振斷層成像設(shè)備，具有按照權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的呼吸頻率確定系統(tǒng)(5.5^ I
11.按照權(quán)利要求10所述的磁共振斷層成像設(shè)備，其具有至少一個接收線圈，其中，無線電發(fā)射器(的與所述接收線圈信號聯(lián)接，并被構(gòu)造用于發(fā)射由所述接收線圈接收的信息信號。
【文檔編號】A61B5/08GK104414644SQ201410432284
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】S.比伯, M.威爾 申請人:西門子公司