本發(fā)明屬于運(yùn)動(dòng)信號(hào)預(yù)測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種基于肉眼可視的體表變化信號(hào)對(duì)體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。

背景技術(shù)：

體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)是進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。在醫(yī)學(xué)影像中，體內(nèi)組織的運(yùn)動(dòng)以呼吸引起的自主運(yùn)動(dòng)最為明顯。在采集圖像的過(guò)程中，它會(huì)使得采集到的體內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)圖像存在運(yùn)動(dòng)偽影、圖像中組織器官邊界模糊等。對(duì)體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)的預(yù)測(cè)有助于醫(yī)學(xué)圖像的去模糊或去偽影處理。

目前已有的基于體表變化信號(hào)的體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)方法主要是使用線性模型、多項(xiàng)式模型等明確的函數(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行擬合后，預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)變化。這樣的方法是建立在體表變化信號(hào)與體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)之間的關(guān)系是固定且確定的假設(shè)之上的。然而在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，這樣的假設(shè)并不是一直有效。輕微的咳嗽、呼吸的深淺或呼吸頻率的改變等都會(huì)導(dǎo)致體表變化信號(hào)與體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)間關(guān)系的改變。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于體表變化信號(hào)預(yù)測(cè)體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)的方法，該方法不以明確的函數(shù)表達(dá)形式為核心，并且能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)體內(nèi)組織的運(yùn)動(dòng)信號(hào)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于體表變化信號(hào)預(yù)測(cè)體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)的方法，包括以下步驟：

s1：同步采集一段時(shí)間內(nèi)的體表變化信號(hào)與體內(nèi)組織的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，建立歷史數(shù)據(jù)組；

歷史數(shù)據(jù)組表示為ψ＝{(pi，pi)|i＝1，2，3，...，n}，其中pi表示第i時(shí)刻的體表變化信號(hào)，pi表示第i時(shí)刻的體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)。

在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)是指隨時(shí)間變化的三維空間坐標(biāo)，即pi＝(pxi，pyi，pzi)，其中pxi、pyi和pzi表示體內(nèi)組織沿著三維空間的三個(gè)正交軸的坐標(biāo)值；pi＝(pxi，pyi，pzi)，其中pxi、pyi和pzi表示體表某一特定點(diǎn)沿著三維空間的三個(gè)正交軸的坐標(biāo)值。

s2：在進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，獲取tm時(shí)刻的體表變化信號(hào)pm；

s3：判斷pm是否在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)；

在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，判斷pm是否在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)的依據(jù)是“pm＝(pmx，pmy，pmz)的每個(gè)坐標(biāo)值是否均在其相應(yīng)的坐標(biāo)范圍[pmin-0.1×s，pmax+0.1×s]內(nèi)”，其中，pmin、pmax和s分別是歷史數(shù)據(jù)組ψ中體表變化信號(hào)在各軸上坐標(biāo)的最小值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)差。

s4：根據(jù)s3的判斷結(jié)果，預(yù)測(cè)tm時(shí)刻后的第j時(shí)刻的體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)具體為：

當(dāng)pm在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)時(shí)，在ψ中，找到與體表變化信號(hào)pm距離最接近的m個(gè)信號(hào)，記為再根據(jù)時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系，找到相對(duì)應(yīng)的體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)則

當(dāng)pm不在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)，判斷pm-1是否在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，判斷pm-1是否在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)的依據(jù)是“pm-1＝(pm-1，x，pm-1，y，pm-1，z)的每個(gè)坐標(biāo)值是否均在其相應(yīng)的坐標(biāo)范圍[pmin-0.1×s，pmax+0.1×s]內(nèi)”，其中，pmin、pmax和s分別是歷史數(shù)據(jù)組ψ中體表變化信號(hào)在各軸上坐標(biāo)的最小值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)差。

當(dāng)pm-1在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)時(shí)，在ψ中，找到與體表變化信號(hào)pm-1距離最接近的m個(gè)信號(hào)，記為再根據(jù)時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系，找到相對(duì)應(yīng)的體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)則

當(dāng)pm-1不在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)時(shí)，將pm投影至二維平面u^2d(該二維平面的基向量是ψ中記錄的體表變化信號(hào)集的2個(gè)特征向量，這2個(gè)特征向量對(duì)應(yīng)于2個(gè)最大的特征值)。將pm和{pi|pi∈ψ，i＝1，2，3，...，n}投影至u^2d，分別記錄為和在φ中找到m個(gè)與距離最接近的信號(hào)再根據(jù)時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系，在ψ中找到相對(duì)應(yīng)的體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)則

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所述的一種基于體表變化信號(hào)預(yù)測(cè)體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)的方法不再利用明確的函數(shù)來(lái)關(guān)聯(lián)體外標(biāo)記物運(yùn)動(dòng)信號(hào)和體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)呼吸運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化(如輕微的咳嗽、呼吸的深淺或呼吸頻率的改變)時(shí)，本發(fā)明仍能夠利用歷史數(shù)據(jù)組準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出體內(nèi)組織的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，具有較好的魯棒性。

附圖說(shuō)明

圖1是采集體外標(biāo)記物運(yùn)動(dòng)與體內(nèi)腫瘤運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)數(shù)組的示意圖

圖2是本發(fā)明的流程圖

具體實(shí)施方式

一種基于體表變化信號(hào)預(yù)測(cè)體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)的方法，包括以下步驟：

s1：同步采集一段時(shí)間內(nèi)的體表變化信號(hào)與體內(nèi)組織的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，建立歷史數(shù)據(jù)組；

在圖1所示實(shí)施例中，體表變化信號(hào)pi(i＝1，2，3，...，n)利用雙目攝像機(jī)探測(cè)固定于體表的標(biāo)記球1的三維坐標(biāo)獲得；體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)pi(i＝1，2，3，...，n)利用三維超聲探頭獲取體內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)圖像獲得。體表變化信號(hào)pi與體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)pi是同步采集獲得的，具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。根據(jù)采集得到的信號(hào)建立歷史數(shù)據(jù)組，記為：

ψ＝{(pi，pi)|i＝1，2，3，...，n}

其中，pi＝(pxi，pyi，pzi)，pxi、pyi和pzi分別是體表變化信號(hào)在x、y、z三個(gè)方向上的坐標(biāo)；pi＝(pxi，pyi，pzi)，pxi、pyi和pzi分別是體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)在x、y、z三個(gè)方向上的坐標(biāo)。

s3：判斷pm是否在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)；

在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，判斷pm是否在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)的依據(jù)是“pm＝(pmx，pmy，pmz)的每個(gè)坐標(biāo)值是否均在其相應(yīng)的坐標(biāo)范圍[pmin-0.1×s，pmax+0.1×s]內(nèi)”，其中，pmin、pmax和s分別是歷史數(shù)據(jù)組ψ中體表變化信號(hào)在各軸上坐標(biāo)的最小值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)差。

s4：根據(jù)s3的判斷結(jié)果，預(yù)測(cè)tm時(shí)刻后的第j時(shí)刻的體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)具體為：

當(dāng)pm在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)時(shí)，在ψ中，找到與體表變化信號(hào)pm距離最接近的m個(gè)信號(hào)，記為再根據(jù)時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系，找到相對(duì)應(yīng)的體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)則

當(dāng)pm不在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)，判斷pm-1是否在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，判斷pm-1是否在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)的依據(jù)是“pm-1＝(pm-1，x，pm-1，y，pm-1，z)的每個(gè)坐標(biāo)值是否均在其相應(yīng)的坐標(biāo)范圍[pmin-0.1×s，pmax+0.1×s]內(nèi)”，其中，pmin、pmax和s分別是歷史數(shù)據(jù)組ψ中體表變化信號(hào)在各軸上坐標(biāo)的最小值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)差。

當(dāng)pm-1在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)時(shí)，在ψ中，找到與體表變化信號(hào)pm-1距離最接近的m個(gè)信號(hào)，記為再根據(jù)時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系，找到相對(duì)應(yīng)的體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)則

當(dāng)pm-1不在歷史數(shù)據(jù)組ψ的范圍內(nèi)時(shí)，將pm投影至二維平面u^2d(該二維平面的基向量是ψ中記錄的體表變化信號(hào)集的2個(gè)特征向量，這2個(gè)特征向量對(duì)應(yīng)于2個(gè)最大的特征值)。將pm和{pi|pi∈ψ，i＝1，2，3，...，n}投影至u^2d，分別記錄為和在φ中找到m個(gè)與距離最接近的信號(hào)再根據(jù)時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系，在ψ中找到相對(duì)應(yīng)的體內(nèi)組織運(yùn)動(dòng)信號(hào)則