专利名称：呼吸诱导控制器及其实现方法
技术领域：
本发明属于医疗器械领域，具体的说，是涉及一种用于辅助放射治疗的呼吸诱导控制器及其实现方法。
背景技术：
放射治疗是治疗肿瘤的三大手段之一，其理论依据为:肿瘤细胞对射线的敏感性高于正常细胞，放射治疗时射线在杀死肿瘤细胞的同时也会对正常的细胞造成损伤，但不同种类的正常细胞对射线的敏感性也不同，例如晶状体细胞对射线敏感性尤为突出，容易受到射线的损伤；而晶状体又是眼球屈光系统的重要组成部分，也是唯一具有调节能力的屈光间质，因此减少晶状体接受的射线剂量对保护患者的视力有重大意义。放射治疗时，由于胸腹部呼吸运动的影响，肿瘤细胞会跟随患者的呼吸频率运动而运动，若患者呼吸频率变化较大，则肿瘤细胞的运动轨迹不规则，如图1左侧为某肺癌患者胸部的CT冠状图像，其右肺下叶白色团块状物体即为肿瘤组织，如图可见该肿瘤组织在运动图像上存在明显的断层。由于呼吸不规律导致肿瘤运动也不规律从而导致放射治疗的靶区难以精确定位，不仅降低了治疗效果，可能导致肿瘤复发，而且极易扩大射线对患者正常组织的照射，导致正常细胞损伤、坏死，容易导致放疗并发症。针对上述缺陷，通常做法是对患者采用呼吸调控技术加以配合治疗；现有技术中，常用的呼吸调控技术有ABC主动呼吸控制技术和RPM即时位置管理呼吸同步追踪调控技术，前者是将呼吸动作与放射治疗同步化，患者必须口含呼吸感测器并进行若干次适应性训练，这种方式效率低、呼吸调控效果不显著，而后者的跟踪精度并不能完全适应肿瘤的变化，且价格昂贵，难以推广普及，实用价值不高。进一步地，也有通过其它方式实现呼吸控制的技术手段，如:申请日为2011.11.24的一种放射治疗呼吸门控指示方法，该方法对放疗有积极意义，但是，其仅考虑了通过使患者眼睛感光，并由医师进行光线预设，患者再通过预设的光线进行呼吸控制，患者再控制过程中较为被动，其控制效果欠佳，实用性不强，而且，该技术中并未将患者眼睛保护技术和呼吸控制技术相结合，设备的集成性差，功能单一，在实际应用中非常麻烦。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种结构简单、成本低廉、实现方便的呼吸诱导控制器。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
呼吸诱导控制器，包括:
眼球保护单元，用于减少眼球接受的射线剂量，保护晶状体；
呼吸灯单元，设置于眼球保护单元内部，产生渐变光线，使患者眼球感光并用于诱导患者根据光线闪烁频率调整自己的呼吸频率和幅度； 控制单元，用于控制、调节呼吸灯闪烁频率以及呼吸灯的亮度；电力单元，为呼吸灯单元和控制单元提供电力。
为了方便患者使用呼吸诱导控制器，所述眼球保护单元包括空心眼罩；因放射治疗时，发出的射线对人体正常细胞同样有危害，尤其是人体眼球部分的晶状体，其对射线的敏感性尤为突出，因此，为了保护患者在放射治疗中，治疗仪器发出的射线不损伤患者眼睛，空心眼罩的外部覆盖有用于抵挡射线的防护层。目前，抵挡射线的材料有多种，如:铅、石墨、重水，考虑到放射治疗时射线的透射能力，为了最大程度避免射线对人体的伤害，所述防护层由含铅材料制成。作为另外一种优选结构，空心眼罩可直接由射线防护材料制成，优选含铅材料制成，而不再在其外部设置防护层。进一步的，所述呼吸灯单元由设置于空心眼罩上的发光元件构成，且该发光元件受控制单元控制；其中，发光元件可选用LED灯珠、发光二极管等现有常见的发光器件。
再进一步的，所述控制单元包括CPU，均与CPU连接的控制电路和显示屏，以及用于供患者或医师操作执行调节控制操作的触控板；其中，CPU和控制电路均内置于空心眼罩内，显示屏和触控板则位于空心眼罩的外部。作为一种优选结构，将呼吸诱导控制器设计为潜水眼罩的结构形式，所述空心眼罩为两个，且在两个空心眼罩之间还设有用于连接二者的连接带，两个空心眼罩相对于设有连接带的一侧各设有卡扣，两个卡扣之间连接有用于将呼吸诱导控制器固定在患者头部的头带。在两个空心眼罩的结构基础上，将控制单元进一步分配到每个空心眼罩内，两个空心眼罩中的其中一个设有CPU、控制电路，且其外部还设有触控板，而另一个空心眼罩的外部则设有显示屏；
或者，可将触控板和显示屏整合在一起，将触控板和显示屏的功能通过一个部件完成，即在其中一个空心眼罩上设有触摸显示屏；所述连接带内置有将两个空心眼罩电连接的电线。基于上述呼吸诱导控制器的实现方法，包括以下步骤:
(1)患者在使用前，由医务人员测试其基础呼吸速率，然后将呼吸诱导控制器带在患者头部，使空心眼罩罩住患者眼睛，同时，设置呼吸诱导控制器的初始闪烁频率，使之与患者的基础呼吸速率相匹配；
(2)患者跟随呼吸灯的闪烁频率进行呼吸；
(3)若患者不适应初始频率，则根据自己习惯的呼吸频率，通过控制单元调节呼吸灯的闪烁频率；
(4)重复步骤(3)直至患者适应当前呼吸灯的闪烁频率；
(5)患者跟随当前呼吸灯的闪烁频率进行呼吸，完成呼吸诱导。本方法的原理是根据呼吸灯稳定的闪烁频率来诱导患者控制自己的呼吸频率，使之趋近于稳定，在呼吸过程中不出现大的波动，从而使得肿瘤细胞的运动轨迹规则化、可预见化，如图7所示，患者跟随呼吸灯闪烁频率进行呼吸的具体方法是:呼吸灯渐亮时，患者逐渐吸气，呼吸灯亮度达到峰值，患者结束吸气；呼吸灯渐暗时，患者逐渐吐气，呼吸灯灭，患者结束吐气。患者跟随呼吸灯亮、灭的变化完成自己的吸气和吐气过程，灯渐亮则吸气，灯渐暗则吐气。基于同样的原理，灯渐暗患者吸气，灯渐亮患者吐气，其诱导控制原理与上述一样，只不过改变了患者呼吸与呼吸灯渐变过程的对应关系，具体的说，呼吸灯渐暗时，患者逐渐吸气，呼吸灯灭，患者结束吸气；呼吸灯渐亮时，患者逐渐吐气，呼吸灯亮度达到峰值，患者结束吐气。本发明的设计思路是:首先，确定肿瘤细胞运动不规则所造成的影响，发明人在在采集4D-CT图像的时候发现在某些时候图像会出现断层现象，追其原因发现呼吸不规律是导致图像断层的首要原因；因为4D-CT图像采集前技术员会根据前一段时间采集的呼吸速率预判将要采集图像的呼吸速率，如果这两个速率发生比较大的变化，就会产生断层；由于4D-CT图像是勾画靶区的最基本的图像，如果图像质量不好或者产生比较大的误差，对靶区勾画、以后的治疗都会产生非常大的影响。其次，根据原因确定设计方案，目前，已经公开的用于辅助放射治疗，具体的说是精准放疗的技术主要有:被动加压技术、深呼吸后屏气技术、主动呼吸控制技术、呼吸门控方法、实时跟踪放疗方法等，发明人根据现有技术的优缺点，以及在实际放疗中的实施难易程度，最终选择了呼吸控制技术作为本发明专利申请的理论基础。再其次，依据患者眼睛的感光性，从而采用通过灯光诱导患者呼吸，由患者根据外界的提示或刺激主动控制自己的呼吸频率。最后，考虑放疗中患者眼球晶状体对射线较为敏感，容易受到射线损伤，因此，结合灯光诱导患者呼吸和保护患者眼球晶状体在放疗过程中不被损伤二者为一体，最终形成本发明的设计框架。与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
(I)本发明根据呼吸灯的渐变特性，然后通过呼吸灯的光线刺激患者眼睛，诱导患者跟随呼吸灯的渐变过程呼吸，呼吸灯的闪烁频率稳定，从而诱导患者有规律地呼吸，肿瘤细胞在患者有规律地呼吸的前提下，其运动轨迹较非常规则，便于勾画靶区，且靶区覆盖范围基本与肿瘤细胞的轨迹一致， 有效地减小了放疗时射线照射患者正常细胞，导致正常细胞损伤、坏死的缺陷，实现精准放疗。(2)本发明设计空心外罩结构，患者使用呼吸诱导控制器时，眼罩罩住患者眼睛，患者视线所及仅有呼吸灯所发出的光线，一方面，可使患者注意力集中在灯光上，提高诱导效果；另一方面，消除患者对加速器(一种大型放射治疗设备)的心理恐惧，使其心律稳定、呼吸规律。(3)本发明在空心眼罩外部还设有显示屏，该显示屏用于显示当前呼吸灯的闪烁频率，患者根据闪烁频率可清楚的知晓自己的呼吸速率，若用以长期训练呼吸，能达到训练肺功能的目的。(4)本发明中患者或医师可通过控制单元对呼吸灯的闪烁频率进行调节，患者在以往呼吸习惯的基础上，调节选择适合自己的呼吸灯闪烁频率，不仅提高了患者使用呼吸诱导控制器的舒适度，而且减少临床上呼吸训练的难度，极大地提高了本发明的呼吸诱导效果。(5)本发明还综合考虑了放疗中射线对人体眼球晶状体的损伤，在空心眼罩外部覆盖有一层由含铅材料制成的防护层，或者空心眼罩外壳直接由含铅材料制成，用于抵挡射线对晶状体的伤害，保护患者眼球。(6)本发明结构合理、设计巧妙，且所用部件、材料均为现有市面常见的部件、材料，不仅具备新颖性和创造性，而且，其制造成本低廉，实用价值高；为其大范围的推广应用，奠定了坚实的基础。
图1为肿瘤组织在患者呼吸不规律时运动轨迹不规则出现断层的示意图。图2为肿瘤组织在患者呼吸时运动轨迹示意图。图3为本发明中呼吸诱导控制器的结构示意图。图4为图3的俯视图。图5为本发明中空心眼罩的局部结构示意图。图6为本发明中呼吸诱导控制器的另一种结构示意图。图7为本发明呼吸诱导控制的诱导模式示意图。图8为本发明控制单元与呼吸灯的连接原理图。图9为本发明中呼吸诱导流程示意图。上述附图中，附图标记对应的名称为:1-空心眼罩，2-连接带，3-卡扣，4-头带，
5-触控板，6-显示屏，7-电池槽。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例1
呼吸诱导控制器该设备通过灯光的渐变过程，诱导患者跟随灯光的变换呼吸，如图7所示，灯光亮一灭一次，或者，灭一亮一次，患者完成一次呼吸动作。现有技术中有部分技术手段采用图像变换的方式来诱导患者，其主要存在以下缺陷:患者眼球对图像的反应没有纯粹的光源线快，且图像容易扰乱患者思维或过于吸引患者。在呼吸诱导中，患者除了需将注意力集中于诱导执行单元上以外，还需保存平静的心理，二者是诱导患者规律呼吸的重要因素；而作为主要诱导患者呼吸的单元，其必须在保证吸引患者视线的同时，而不对患者自身的思维活动有太多的影响，因此，本实施例中光源选用呼吸灯单元，呼吸灯是目前技术较为成熟的一种渐变型的灯，其应用最为广泛的地方是手机呼吸灯提示系统上，如:对手机未接来电、未读短信的提醒。本发明借鉴呼吸灯的特性，通过呼吸灯产生渐变光线，使患者眼球感光并用于诱导患者根据光线闪烁频率调整自己的呼吸频率和幅度；进一步的，呼吸灯由发光元件构成，发光元件可选用LED灯珠、发光二极管等现有常见的发光器件。现有技术中，部分呼吸控制技术虽然采用了诱导呼吸的原理，但是，其诱导执行单元(相对于本实施例中的呼吸灯单元)一般是恒定的，即患者只能跟随已经恒定无法更改的诱导执行单元来控制自己的呼吸频率和幅度，这种方式非常被动，因为每个人的呼吸频率和幅度均不一样，若患者已经习惯了的呼吸频率与诱导执行单元的诱导频率相差太大，则患者在短时间内很难适应一种新的呼吸频率，甚至无法适应，不仅加重了患者的治疗负担，而且，若二者频率差异较大，则极易会影响到诱导呼吸的效果和诱导效率。本实施例基于上述缺陷，在呼吸灯单元的基础上，还设计了一个控制单元，用于控制、调节呼吸灯闪烁频率，患者或医师可通过控制单元对呼吸灯的闪烁频率进行调节，患者在以往呼吸习惯的基础上，调节选择适合自己的呼吸灯闪烁频率，不仅提高了患者使用呼吸诱导控制器的舒适度，而且减少临床上呼吸训练的难度，极大地提高了本发明的呼吸诱导效果。人体眼球晶状体对射线非常敏感，其极易受到射线的损伤，目前，在放疗时均是通过软件在计划的制作上最大限度的保护眼球。然而，已公开的呼吸控制技术中，涉及到通过人体眼球进行诱导呼吸的技术，均忽略了上述重点，其用于诱导患者呼吸的设备的本身对患者眼球不具备防护功能，由此导致，技术手段实施麻烦，诱导患者规律呼吸的时间较长，效率低下。因此，本实施例结合了灯光诱导患者呼吸和保护患者眼球晶状体在放疗过程中不被损伤两种功能为一体，将呼吸诱导控制器的外部结构设计为潜水眼镜的形状，如图3、4所示，为了让本领域技术人员对本发明有更清晰的了解和认识，本实施例将呼吸诱导控制器的外部结构命名为眼球保护单元，其作用在于保护患者眼球不被射线损伤；具体的说，该眼球保护单元包括空心眼罩I ;该空心眼罩I的外部覆盖有用于抵挡射线的防护层，该防护层由含铅材料制成。作为另外一种优选结构，空心眼罩可直接由含铅材料制成，而不再在其外部设置防护层。空心眼罩I的形状在满足完全罩住人体眼部的前提下可作多种改变和设计，如图6所示,应该指出这些改变和设计也应当在本发明专利申请的保护范围内。当空心眼罩I为两个时，在两个空心眼罩I之间还设有用于连接二者的连接带2，两个空心眼罩I相对于设有连接带2的一侧各设有卡扣3，两个卡扣3之间连接有用于将呼吸诱导控制器带在患者头部的头带4。患者带上呼吸控制器后，空心眼罩I完全罩住患者眼部，呼吸灯位于空心眼罩I内部，患者视线所及仅有呼吸灯所发出的光线，便于患者集中注意力，消除患者对放射仪器的心理恐惧。本实施例中，控制单元包括CPU，均与CPU连接的控制电路和显示屏6，以及触控板5;其中，如图5所示，CPU和控制电路均内置于空心眼罩I内，显示屏6和触控板5则位于空心眼罩1的外部。显示屏用于显示当前呼吸灯的闪烁频率，患者根据闪烁频率可清楚的知晓自己的呼吸速率；触控板5则用于供患者、陪护人员或医师操作执行调节控制操作。需要说明的是，如图8所示，控制单元控制、调节呼吸灯闪烁频率的实现方式有多种，上述仅为其中一种，其属于公知的成熟技术，因此，在本实施例中不作赘述。当空心眼罩为两个时，两个空心眼罩I中的一个设有CPU、控制电路，且其外部还设有触控板5，而另一个空心眼罩I的外部则设有显示屏6 ;同时，连接带2内置有用于将两个空心眼罩I电连接的电线。作为另一种优选方式，可将触控板和显示屏的功能结合为一体，如现有的触摸显示屏便可实现上述目的，在其中一个空心眼罩I上设置触摸显示屏，然后将两个空心眼罩通过电连接，实现二者之间的通讯即可。 本实施例中呼吸诱导控制器还包括为呼吸灯单元和控制单元提供电力的电力单元，其一般为电池，如图4所示，在空心眼罩I的上部或下部设有用于安装电池的电池槽7。呼吸诱导控制器的实现方法，如图9所示，包括以下步骤:
(1)患者在使用前，测试自身的基础呼吸速率，然后将呼吸诱导控制器带在患者头部，使空心眼罩罩住患者眼睛，同时，设置呼吸诱导控制器的初始闪烁频率，使之与患者的基础呼吸速率相匹配；
(2)患者跟随呼吸灯的闪烁频率进行呼吸；
(3)若患者不适应初始频率，则根据自己习惯的呼吸频率，通过控制单元调节呼吸灯的闪烁频率，该操作由患者、医师、家属均可完成；(4)重复步骤(3)直至患者适应当前呼吸灯的闪烁频率；
(5)患者跟随当前呼吸灯的闪烁频率进行呼吸，完成呼吸诱导。灯光亮一灭一次，患者完成一次吸气一吐气动作，患者跟随呼吸灯闪烁频率进行呼吸的具体方法是:呼吸灯渐亮时，患者逐渐吸气，呼吸灯亮度达到峰值，患者结束吸气；呼吸灯渐暗时，患者逐渐吐气，呼吸灯灭，患者结束吐气。或者，灯光灭一亮一次，患者完成一次吸气一吐气动作，具体方法是:呼吸灯渐暗时，患者逐渐吸气，呼吸灯灭，患者结束吸气；呼吸灯渐亮时，患者逐渐吐气，呼吸灯亮度达到峰值，患者结束吐气。通过本发明诱导患者有规律地呼吸，肿瘤细胞在患者有规律地呼吸的前提下，其运动轨迹较如图2所示，非常规则，便于勾画靶区，且靶区覆盖范围基本与肿瘤细胞的轨迹一致。实施例2
本实施例与实施例1的不同点在于，在实施例1的基础上还增设了一个语音提示单元，其作用在于，在呼吸灯达到最亮或最暗的时候，辅助以语音提示患者换气，进一步地提高患者呼吸频率与呼吸灯闪烁频率的契合度，从而提高诱导呼吸的效率、效果。语音提示单元同样由电力系统供电，其实现方式有多种，如:耳机、发声喇叭等，当呼吸灯达到亮度的峰值和呼吸灯灭时，语音提示单元工作，提醒患者换气，呼吸灯渐变的峰值则相对于语音提示单元工作的临界点，这种实现方式在现有技术中已比较成熟，因此，本实施例中不作赘述。实施例3
本实施例与上述实施例的不同点在于，每个空心眼罩内的呼吸灯为两个，分别可发出红、绿两种颜色的灯光，呼吸诱导时，红绿两灯交替闪烁，其方式为:绿一渐亮一最亮一红一渐暗一灭一绿，此为一个周期，如绿灯开始渐亮的过程为吸气，红灯渐暗的过程为呼气。根据需要呼吸灯的灯光可选择不同颜色，本实施例以红绿两种灯光颜色举例，是一种常规选择，其不应当限制本申请的保护范围。按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方 案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。
权利要求
1.呼吸诱导控制器，其特征在于，包括: 眼球保护单元，用于减少眼球接受的射线剂量，保护晶状体； 呼吸灯单元，产生渐变光线，使患者眼球感光并用于诱导患者根据光线闪烁频率调整自己的呼吸频率和幅度； 控制单元，用于控制、调节呼吸灯闪烁频率以及呼吸灯的亮度； 电力单元，为呼吸灯单元和控制单元提供电力。
2.根据权利要求1所述的呼吸诱导控制器，其特征在于，所述眼球保护单元包括空心眼罩(I);该空心眼罩(I)的外部覆盖有用于抵挡射线的防护层，或者，空心眼罩(I)由具有射线防护功能的材料制成。
3.根据权利要求2所述的呼吸诱导控制器，其特征在于，所述防护层由射线防护材料制成。
4.根据权利要求2或3所述的呼吸诱导控制器，其特征在于，所述呼吸灯单元由设置于空心眼罩(I)内部的发光元件构成，且该发光元件受控制单元控制。
5.根据权利要求4所述的呼吸诱导控制器，其特征在于，所述控制单元包括CPU，均与CPU连接的控制电路和显示屏(6)，以及用于供患者或医师操作执行调节控制操作的触控板(5);其中，CPU和控制电路设置于空心眼罩(I)上，显示屏(6)和触控板(5)位于空心眼罩(I)的外部。
6.根据权利要求5所述的呼吸诱导控制器，其特征在于，所述空心眼罩(I)为两个，且在两个空心眼罩(I)之间还设有用于连接二者的连接带(2)，两个空心眼罩(I)相对于设有连接带(2)的一侧各设有卡扣(3)，两`个卡扣(3)之间连接有用于将呼吸诱导控制器固定在患者头部的头带(4 )。
7.根据权利要求6所述的呼吸诱导控制器，其特征在于，两个空心眼罩(I)中的其中一个设有CPU、控制电路，同时，其外部设有触控板(5)，而另一个空心眼罩(I)的外部则设有显示屏(6)； 或者，在其中一个空心眼罩(I)上设有触摸显示屏；所述连接带(2)内置有将两个空心眼罩(I)电连接的电线。
8.权利要求1至7任意一项所述的呼吸诱导控制器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)患者在使用前，由医务人员测试其基础呼吸速率，然后将呼吸诱导控制器带在患者头部，使空心眼罩罩住患者眼睛，同时，设置呼吸诱导控制器的初始闪烁频率，使之与患者的基础呼吸速率相匹配； (2)患者跟随呼吸灯的闪烁频率进行呼吸； (3)若患者不适应初始频率，则根据自己习惯的呼吸频率，通过控制单元调节呼吸灯的闪烁频率； (4)重复步骤(3)直至患者适应当前呼吸灯的闪烁频率； (5)患者跟随当前呼吸灯的闪烁频率进行呼吸，完成呼吸诱导。
9.根据权利要求8所述的呼吸诱导控制器的实现方法，其特征在于，患者跟随呼吸灯闪烁频率进行呼吸的具体方法是:呼吸灯渐亮时，患者逐渐吸气，呼吸灯亮度达到峰值，患者结束吸气；呼吸灯渐暗时，患者逐渐吐气，呼吸灯灭，患者结束吐气。
10.根据权利要求8所述的呼吸诱导控制器的实现方法，其特征在于，患者跟随呼吸灯闪烁频率进行呼吸的具体方法是:呼吸灯渐暗时，患者逐渐吸气，呼吸灯灭，患者结束吸气；呼吸灯渐亮时，患者 逐渐吐气，呼吸灯亮度达到峰值，患者结束吐气。
全文摘要
本发明公开了一种呼吸诱导控制器，主要解决了现有技术中呼吸控制技术效率低、实施不便、成本高等问题。该呼吸诱导控制器包括眼球保护单元，用于保护患者眼球不被射线损伤；呼吸灯单元，设置于眼球保护单元内部，产生渐变光线，使患者眼球感光并用于诱导患者根据光线闪烁频率调整自己的呼吸频率和幅度；控制单元，用于控制、调节呼吸灯闪烁频率；电力单元，为呼吸灯单元和控制单元提供电力；基于上述结构，本发明还公开了呼吸诱导控制器的实现方法。本发明通过灯光来控制呼吸速率和幅度，灯光的速率可视化调节，使患者更容易适应，减少临床上呼吸训练的难度，提高了呼吸控制效率。因此，适合推广应用。
文档编号A61N5/10GK103071247SQ20131003787
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者李林涛, 郎锦义, 王培 , 王首龙, 王先良, 蔡磊, 张德康, 钟海洛, 李建, 李维 申请人:郎锦义, 李林涛