一种吞咽实时监测方法及其系统与流程

本发明涉及吞咽监测领域，尤其是一种吞咽实时监测方法及其系统。

背景技术：

目前针对吞咽的检查手段需要采用专业的检测器材或药物进入人体进行监测。一方面，专业的检查器材或药物等条件不容易获得，给吞咽监测带来不便；第二方面，专业检测器材或药物需要进入人体，容易给被监测者带来不适体验；第三方面，由于检查原理等方面的局限，不能做到对被监测者在饮食过程中进行实时监测，无法判断被监测者在饮食的过程中是否会存在异常情况。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种吞咽实时监测方法及其系统，用于实时、有效地监控被监测者是否发生吞咽。

本发明所采用的技术方案是：一种吞咽实时监测方法，包括以下步骤：

s1、实时获取被监测者在饮食状态下咽喉部位的微波图像作为实时监测图像，并根据所述实时监测图像获取咽喉监测感兴趣区域的监测图像数据；

s2、根据所述监测图像数据和预先设置的参照图像数据进行处理以判断被监测者是否发生吞咽困难。

2.根据权利要求1所述的吞咽实时监测方法，其特征在于，所述吞咽实时监测方法还包括步骤：

s3、判断被监测者发生吞咽困难时，进行报警。

进一步地，所述步骤s1之前还包括步骤：

s0、获取被监测者在非饮食状态下咽喉部位的微波图像作为参照图像，根据所述参照图像获取咽喉监测感兴趣区域的参照图像数据。

进一步地，所述步骤s1具体为：

多次实时获取所述被监测者在饮食状态下咽喉部位的微波图像作为实时监测图像，保存所述实时监测图像的采集时间和采集次数，所述采集次数随着所述采集时间的递增而逐一递增，并根据所述实时监测图像获取咽喉监测感兴趣区域的监测图像数据；

所述步骤s2具体为：

根据所述监测图像数据、采集次数和预先设置的参照图像数据进行处理以判断被监测者是否发生吞咽困难。

进一步地，所述步骤s2包括子步骤：

s21、根据所述监测图像数据和参照图像数据获取吞咽判断信息；

s22、获取所述采集次数与吞咽判断信息的关系曲线图，并根据所述关系曲线图获取吞咽判断斜率；

s23、判断所述吞咽判断斜率是否小于预设参考斜率，若判断结果为是，表示被监测者发生吞咽困难；否则，表示被监测者吞咽正常。

进一步地，所述吞咽判断信息包括图像形态信息和/或图像信号最大强度信息和/或图像信号强度分布信息。

进一步地，所述吞咽判断信息为图像形态信息、图像信号最大强度信息和图像信号强度分布信息；

所述步骤s22具体为：

获取所述采集次数与图像形态信息的关系曲线图并获取曲线的斜率为第一斜率，获取所述采集次数与图像信号最大强度信息的关系曲线图并获取曲线的斜率为第二斜率，获取所述采集次数与图像信号强度分布信息的关系曲线图并获取曲线的斜率为第三斜率，所述第一斜率、第二斜率和第三斜率的绝对值的均值为吞咽判断斜率。

本发明所采用的另一技术方案是：一种吞咽实时监测系统，包括

微波图像采集单元，用于实时获取被监测者在饮食状态下咽喉部位的微波图像作为实时监测图像；

主控单元，用于根据所述实时监测图像获取咽喉监测感兴趣区域的监测图像数据，并根据所述监测图像数据和预先设置的参照图像数据进行处理以判断被监测者是否发生吞咽困难；

所述微波图像采集单元的输出端与主控单元的输入端连接。

进一步地，所述吞咽实时监测系统还包括：

报警单元，用于判断被监测者发生吞咽困难时，进行报警；所述主控单元的输出端与报警单元的输入端连接。

进一步地，所述微波图像采集单元还用于获取被监测者在非饮食状态下咽喉部位的微波图像作为参照图像；

所述主控单元还用于根据所述参照图像获取咽喉监测感兴趣区域的参照图像数据。

进一步地，所述微波图像采集单元包括微波天线模块、微波激励模块和微波收集模块，所述微波激励模块用于激励微波天线模块，所述微波收集模块用于采集微波天线模块接收到的微波信号并将其数据化处理；

所述微波天线模块的输出端与微波收集模块的输入端连接，所述微波激励模块的输出端与微波天线模块的输入端连接。

进一步地，所述微波天线模块为360度环形微波天线阵列。

进一步地，所述微波图像采集单元还包括微波开关模块，用于控制所述微波收集模块与所述360度环形微波天线阵列中的每个微波天线之间的通道的通断，所述微波天线模块的输出端与微波开关模块的输入端连接，所述微波开关模块的输出端与微波收集模块的输入端连接，所述主控单元的输出端与微波开关模块的输入端连接。

进一步地，所述微波图像采集单元还包括检测装置模块，所述360度环形微波天线阵列设置在检测装置模块上，所述检测装置模块包括一键式拆解开关，所述一键式拆解开关用于快速打开和闭合检测装置模块。

本发明的第一个有益效果是：

本发明一种吞咽实时监测方法。通过实时获取被监测者在饮食状态下咽喉部位的微波图像作为实时监测图像，根据实时监测图像和参照图像数据进行处理以判断被监测者是否发生吞咽困难。克服了现有技术中吞咽监测实时性差，被监测者体验差，专业的检查器材或药物等条件不易获得的技术问题，实现了实时、有效地监控被监测者是否发生吞咽困难，进而提高被监测者的生活质量。

另外，本发明通过在判断被监测者发生吞咽困难时及时进行报警，以提醒工作人员，缓解被监测者由于吞咽困难带来的痛苦；还通过利用多次获取的实时监测图像进行综合处理判断，有效提高吞咽困难测量的准确性；

本发明的第二个有益效果是：

本发明中一种吞咽实时监测系统，微波图像采集单元实时获取被监测者在饮食状态下咽喉部位的微波图像作为实时监测图像，主控单元根据实时监测图像和参照图像数据进行处理以判断被监测者是否发生吞咽困难。克服了现有技术中吞咽监测实时性差，被监测者体验差，专业的检查器材或药物等条件不易获得的技术问题，实现了实时、有效地监控被监测者是否发生吞咽困难，进而提高被监测者的生活质量。

另外，本发明通过设置报警单元，实现在判断被监测者发生吞咽困难时及时进行报警，以提醒工作人员，缓解被监测者由于吞咽困难带来的痛苦；还通过设置360度环形微波天线阵列，提高微波信号的采集精度，进而提高咽喉部位的微波图像的精确度；另外，还通过设置微波开关模块，实现一个微波收集模块对应多个微波天线的微波信号采集系统，节省检测系统的硬件成本。

本发明可广泛应用于各种吞咽监测系统。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明中一种吞咽实时监测系统的一具体实施例结构框图；

图2是本发明中一种吞咽实时监测系统的微波天线模块的一具体实施例结构示意图；

图3是本发明中一种吞咽实时监测方法的一具体实施例方法流程图；

图4是本发明中一种吞咽实时监测方法的另一具体实施例方法流程图；

图5是本发明中一种吞咽实时监测系统所监测到的微波数据中的传输系数曲线图；

图6是本发明中一种吞咽实时监测系统所监测到的微波数据中的反射系数曲线图；

图7是咽喉部位的微波图像示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

近些年来，微波成像技术作为一种新型的无创检测手段，因其具有高分辨率、强穿透力、低截获率以及强抗干扰性等特点，在军事、考古、商业、经济等领域受到越来越多的关注。相对于x光成像，微波成像技术具有辐射功率小、实时处理、电路实现方式简单、易于系统集成化与微型化等优点，是目前国际上用于人体组织结构检测应用研究的热点。本发明将微波成像技术引入到被监测者的饮食监测中，旨在于提供一种准确有效的吞咽无创监测方法及系统。其原理是用微波照射被测物体，然后通过物体外部散射场的测量值来重构物体的形状或(复)介电常数分布。由于食物的介电常数也明显高于空气的介电常数值，通过监测咽喉部位的介电常数变化情况，将能够判断是否存在食物团块长时间阻塞在咽喉部位，从而达到对被监测者饮食过程进行实时监测的目的。利用本发明的监测系统，能够在被监测者饮食过程中，对其吞咽过程进行实时监测，可以准确判断是否发生食物团块阻塞等异常情况，并且给予护理人员发出预警，为护理人员采取及时、有效的处理措施提供依据，将会快速的减缓被监测者的痛苦，降低由吞咽所引起的并发症的发病机率，还能够降低被监测者在饮食过程中由食物团块阻塞引起的潜在风险，从而为被监测者提供强有力的生活保障，提升他们的生活质量。因此，对被监测者的饮食过程进行准确、实时、有效的监测，具有十分重要的意义。

参考图1，图1是本发明中一种吞咽实时监测系统的一具体实施例结构框图，一种吞咽实时监测系统，包括：

微波图像采集单元1，用于实时获取被监测者在饮食状态下咽喉部位的微波图像作为实时监测图像；微波图像采集单元1还用于获取被监测者在非饮食状态下咽喉部位的微波图像作为参照图像；

主控单元2，用用于根据所述实时监测图像获取咽喉监测感兴趣区域的监测图像数据，并根据所述监测图像数据和预先设置的参照图像数据进行处理以判断被监测者是否发生吞咽困难；主控单元2还用于控制监测系统的启动、人机交互、监测记录的显示等；微波图像采集单元1的输出端与主控单元2的输入端连接；主控单元2还用于根据参照图像获取咽喉监测感兴趣区域的参照图像数据。

报警单元3，用于判断被监测者发生吞咽困难时，进行报警；主控单元2的输出端与报警单元3的输入端连接。本实施例中，主控单元2还用于在监测到被监测者在饮食过程中发生食物团块阻塞的情况时，控制报警单元发出警报提示，以提示被监测者或者吞咽看护者。其中，报警单元可以是声学报警单元，例如喇叭，发出报警提示声，以提示工作人员被监测者发生吞咽；也可以是光学报警单元，例如光报警器，为了更加方便、有效地进行报警提示，可以采用声光报警器作为报警单元。

作为技术方案的进一步改进，参考图1和图2，图2是本发明中一种吞咽实时监测系统的微波天线模块的一具体实施例结构示意图；微波图像采集单元1包括微波天线模块11、微波激励模块12、微波开关模块13、微波收集模块14和数据传输模块15，微波激励模块12的输出端与微波天线模块11的输入端连接，微波天线模块11的输出端与微波开关模块13的输入端连接，微波开关模块13的输出端与微波收集模块14的输入端连接，微波收集模块14的输出端与数据传输模块15的输入端连接，数据传输模块15的输出端与主控单元2的输入端连接，主控单元2的输出端与微波开关模块13的输入端连接。其中，微波天线模块11为360度环形微波天线阵列，包括多个微波天线111，将微波天线111布局成环形，如图2所示，提高微波信号的采集精度，进而提高咽喉部位的微波图像的精确度；微波图像采集单元1还包括检测装置模块112，360度环形微波天线阵列设置在检测装置模块112上，检测装置模块112主要用于微波天线的结构布局，检测装置模块112包括一键式拆解开关c，通过一键式拆解开关c可以快速完成检测装置模块112的打开和闭合，不仅能够方便医务人员的操作，而且还将提升被监测者的体验感；微波激励模块12用于激励微波天线模块，使微波天线111向被监测者a发射出微波信号；微波收集模块14用于采集微波天线模块11接收到的微波信号并将其数据化处理；微波开关模块13用于控制微波收集模块14与360度环形微波天线阵列中的每个微波天线之间的通道的通断，本实施例中，微波开关模块13包括微波开关(可以是电子开关或机械开关)，使得微波收集模块14可以分时收集不同微波天线的微波信号，能够降低监测系统对微波收集模块14的需求，在微波收集模块14明显少于微波天线的数目的基础上，即可实现对微波天线阵列的激励和信号接收，也可以明显提高监测系统采集微波数据的速度，降低检测系统的硬件成本。数据传输模块15用于将微波收集模块14所采集到的微波信号和与之对应的微波天线信息传入到主控单元2，为系统能够准确实时的分析微波数据提供有力的保障。数据传输模块15可以是有线数据传输模块或者是便捷的无线数据传输模块，例如wifi模块或者蓝牙模块等。

参考图2，本发明的吞咽实时监测系统的具体使用过程如下：

首先，被监测者a坐于座椅b上，使360度环形微波天线阵列正对着被监测者a的咽喉部位，被监测者a的咽喉部位位于360度环形微波天线阵列的中心；然后接通电源，启动微波激励模块，微波天线模块工作发出微波信号至被监测者a的咽喉部位；微波收集模块收集微波天线模块的微波信号并将其数据化处理，并将数据传入主控单元进行处理判断，当判断出现吞咽异常，即吞咽困难时，控制报警单元进行报警，提醒工作人员被监测者a发生吞咽困难。监测结束后，通过按下一键式拆解开关c，可以快速解开360度环形微波天线阵列。

由于被监测者的咽喉部位在食物阻塞情况时的介电常数将明显高于正常状态下的介电常数，本发明通过微波成像技术重构咽喉部位的介电常数变化的特性分布，获取咽喉部位的微波图像，并根据参照图像和实时监测图像进行处理以准确判断是否会存在食物团块阻塞等异常情况，实现对被监测者进行饮食过程的实时、有效吞咽监测，为被监测者提供一种准确有效的无创吞咽监测系统，以提高被监测者的生活质量。

基于上述的一种吞咽实时监测系统，本发明还提供一种吞咽实时监测方法，参考图3，图3是本发明中一种吞咽实时监测方法的一具体实施例方法流程图，包括以下步骤：

s1、实时获取被监测者在饮食状态下咽喉部位的微波图像作为实时监测图像，并根据实时监测图像获取咽喉监测感兴趣区域的监测图像数据；

s2、根据监测图像数据和预先设置的参照图像数据进行处理以判断被监测者是否发生吞咽困难。

作为技术方案的进一步改进，参考图3，吞咽实时监测方法还包括步骤：

s3、判断被监测者发生吞咽困难时，进行报警。

在监测到被监测者发生吞咽时，监测系统进行报警操作，主控单元控制报警单元发出警报以提示工作人员，降低被监测者由于吞咽所引起的并发症的发病机率，还能够降低被监测者在饮食过程中由食物团块阻塞引起的潜在风险，从而为被监测者提供强有力的生活保障，提升他们的生活质量。具体地，报警操作可以是声学报警或者光学报警，本发明中，采用声光报警器来进行报警。

作为技术方案的进一步改进，步骤s1之前还包括步骤：

s0、获取被监测者在非饮食状态下咽喉部位的微波图像作为参照图像，根据参照图像获取咽喉监测感兴趣区域的参照图像数据。利用被检测者在非饮食状态下例如饮食前的咽喉部位的微波图像获取参照图像数据，吞咽困难的判断准确度高。另外，也可以是预先获取的参照图像数据，例如利用大数据分析获得的正常图像数据，将其作为参照图像数据，存入监测系统的主控单元中，以备后续判断使用。

作为技术方案的进一步改进，步骤s1具体为：

多次实时获取被监测者在饮食状态下咽喉部位的微波图像作为实时监测图像，保存实时监测图像的采集时间和采集次数，采集次数随着采集时间的递增而逐一递增，并根据实时监测图像获取咽喉监测感兴趣区域的监测图像数据；多次获取实时监测图像，可以有效提高吞咽困难测量的准确性；

步骤s2具体为：

根据监测图像数据、采集次数和预先设置的参照图像数据进行处理以判断被监测者是否发生吞咽困难。

进一步地，步骤s2包括子步骤：

s21、根据监测图像数据和参照图像数据获取吞咽判断信息；

s22、获取采集次数与吞咽判断信息的关系曲线图，并根据关系曲线图获取吞咽判断斜率；

s23、判断吞咽判断斜率是否小于预设参考斜率，若判断结果为是，表示被监测者发生吞咽困难；否则，表示被监测者吞咽正常。

其中，吞咽判断信息包括图像形态信息、图像信号最大强度信息和图像信号强度分布信息中的一种或多种。本实施例中，吞咽判断信息为图像形态信息、图像信号最大强度信息和图像信号强度分布信息；并通过获得采集次数与图像形态信息的关系曲线图并获取该曲线的斜率为第一斜率，获得采集次数与图像信号最大强度信息的关系曲线图并获取该曲线的斜率为第二斜率，获得采集次数与图像信号强度分布信息的关系曲线图并获取该曲线的斜率为第三斜率，将第一斜率、第二斜率和第三斜率的绝对值的均值作为吞咽判断斜率，以进行后续吞咽判断。

本发明通过微波成像技术重构咽喉部位介电常数变化的特性分布，获取咽喉部位的微波图像，并根据参照图像和实时监测图像进行处理以准确判断是否会存在食物团块阻塞等异常情况，实现对被监测者进行饮食过程的实时、有效吞咽监测，为被监测者提供一种准确有效的无创吞咽监测技术，提高被监测者的生活质量。

参考图4，图4是本发明中一种吞咽实时监测方法的另一具体实施例方法流程图；下面具体说明基于吞咽实时监测系统的吞咽实时监测方法：

第一步：在启动饮食监测之前，固定监测系统和被监测者之间的位置，设定吞咽实时监测系统的监测参数，包括设置监测系统的预设运行时间time_set、采集数据间隔时间time_delta，之后启动监测系统，开始监测；设定系统的预设运行时间，可以避免长时间的监测使被监测者产生不适；配合被监测者的饮食规律来设定采集数据间隔时间，可以提高吞咽困难监测的准确性。

第二步：采集饮食前的一组微波数据，参考图5和图6，图5是本发明中一种吞咽实时监测系统所监测到的微波数据中的传输系数曲线图(传输系数的频率-幅度曲线图)；图6是本发明中一种吞咽实时监测系统所监测到的微波数据中的反射系数曲线图(反射系数的频率-幅度曲线图)；它们分别代表微波系统所测试到的传输系数和反射系数曲线，获得饮食前的咽喉部位的微波图像。参考图7，图7是咽喉部位的微波图像示意图，其中，d为咽喉监测感兴趣区域，为感兴趣数据区域，根据对实时监测图像和参照图像的该区域的图形数据随时间变化趋势的分析，以作为监测异常判断的依据；e为颈部轮廓曲线：用于勾勒出被监测者的颈部轮廓曲线，轮廓之内为人体正常组织微波成像结果，轮廓之外为参考背景区域(如空气)成像；f为颈部成像区域：位于颈部轮廓曲线之内，是人体正常组织微波成像结果，作为颈部成像区域；g为参考背景区域：位于颈部轮廓曲线之外，是人体颈部之外的成像区域(外部环境，如空气)，因其对监测结果无影响，为避免测试环境干扰，将该区域的图像强度值设置为最低，作为参考背景区域。接着，根据图像分割算法获取图7中d区域(即咽喉监测感兴趣区域)的图像数据，作为参照图像数据s。获取咽喉感兴趣区域的图像数据进行后续处理判断，可以减少所需运算量，提高吞咽异常的判断速度。

第三步：实时记录饮食过程中的咽喉部位的微波图像，并获取图7中d区域的图像数据，作为监测图像数据t1，并且记录获取该监测图像数据的时间轴参数t1，并将采集次数n设置为1；

第四步：将监测图像数据t1与参照图像数据s结合进分析，包括对图像形态信息、图像信号最大强度信息、图像信号强度分布信息等多参数的分析，将分析结果作为判断组信息j1(图像形态信息j1s、最大强度信息j1m、强度分布信息j1h)，记录采集次数n(n＝1)与j1中各子集参数信息的映射关系。利用对图像形态信息、图像信号最大强度信息、图像信号强度分布信息多个参数进行分析判断吞咽异常与否，可以提高吞咽异常判断的准确性。判断组信息j1中各子集参数信息的具体分析内容可以细分为以下几个方面：

图像形态信息j1s：根据图像的物理坐标位置范围，分别截取参照图像数据s与监测图像数据t1中所对应d区域的记录数据为as和at1。取as的强度最大值下降-3db后各像素点所对应的坐标信息(xas,yas)，同时，取at1的强度最大值下降-3db后各像素点所对应的坐标信息(xat1,yat1)。计算坐标信息xas数列长度和xat1数列长度，以二者之间的最小值作为坐标信息数列的长度，将xas、yas数列和xat1、yat1数列按照降序或升序重新排列(数列长度为坐标信息xas数列长度和xat1数列长度中的最小值)。计算xas数列和xat1数列的pearson(皮尔逊)相关系数，作为px，计算yas数列和yat1数列的pearson(皮尔逊)相关系数，作为py。

最大强度信息j1m：将as和at1的最大强度值之比作为最大强度信息j1m。

强度分布信息j1h：计算归一化后的图像矩阵as_normalize和at1_normalize，取两者之差的绝对值作为强度数据intensity，统计强度数据对应的像素总值(即像素总个数)为n，统计强度值大于阈值threshold的像素个数为n_threshold，则记n_threshold与n的比值为强度分布信息j1h。其中：

intensity＝|at1_normalize-as_normalize|；

threshold＝max(intensity)*t,其中t的值在(0.5,0.95)之间；

第五步：等待采集数据间隔时间time_delta之后，判断已运行时间time_run是否大于监测系统的预设运行时间time_set，如果小于time_set，则重复第三步和第四步，获取一系列咽喉部位的微波图像，从一系列随时间变化的微波图像，以获得咽喉监测感兴趣区域数据的变化趋势，作为异常分析的数据来源。具体地，将监测图像数据、时间轴参数、判断组信息分别保存为tn、tn、jn，其中n＝n+1；并绘制n与jn各子集信息参数(jns、jnm、jnh)的关系曲线图，分别计算关系曲线所对应的变化斜率值k(ks、km、kh)，并计算ks、km、kh它们的绝对值的均值kf，如果kf的值小于预设参考斜率k，则判断为吞咽困难，进行声光报警，发出声光警报，否则监测系统继续运行；

第六步：等待采集数据间隔时间time_delta之后，判断已运行时间time_run是否大于监测系统的预设运行时间time_set，如果大于time_set，则发出提醒信号(可以是语音提醒)，说明已经达到设定监测时间长度，并自动停止监测系统的运行。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。