门控装置及其控制方法、装置、医疗设备系统与流程

本公开涉及医疗设备领域，具体涉及一种门控装置及其控制方法、装置、医疗设备系统。

背景技术：

磁共振成像(magneticresonanceimaging，mri)作为一种多参数、多对比度的成像技术，是现代医学影像学中主要的成像方式之一。磁共振成像的基本工作原理是利用磁共振现象，采用射频激励激发人体中的氢质子，运用梯度场进行位置编码，随后采用接收线圈接收带位置信息的电磁信号，最终利用傅里叶变换重建出图像信息，即磁共振图像。

然而，磁共振成像由于成像时间相对较长，因此在进行成像时，容易受到组织生理运动的影响，产生运动伪影。以心脏磁共振成像(cardiacmagneticresonance，cmr)为例，在进行磁共振成像时，由于心脏的周期性跳动的影响，会使图像产生严重的运动伪影，造成图像模糊不清。

为了消除心脏磁共振图像的伪影，相关技术中，通常是利用心电门控技术，把数据采集的时间控制在心脏跳动周期的某一时段内，例如在心脏周期的end-systole(收缩末期)和mid-diastole(舒张中期)处进行快速采集，这个时段心脏运动相对静止，从而成像更加稳定。磁共振成像的心电门控装置包括位于磁共振扫描间的心电检测盒和位于设备间的心电信号处理盒，心电检测盒是通过心电电极片与人体相连获取心电信号，经光电转换后通过光纤传输给心电信号处理盒，心电信号处理盒根据心电信号控制之后传输给谱仪。

但是在临床中，由于心电信号为生物电信号，受磁场强度的影响较大，因此位于扫面间的心电检测盒在采集心电信号时会受到磁场的影响。而且随着磁共振成像技术的发展，为了提高图像的信噪比，往往采用1.5特斯拉或更高强度的超导磁体，在如此高磁场的环境下，电磁场对心电信号的干扰将大大增加，导致门控装置无法可靠触发。

技术实现要素：

为解决心电门控装置容易受到电磁影响，导致无法可靠触发的技术问题，本公开提供了一种门控装置及其控制方法、装置、医疗设备系统、电子设备、存储介质。

第一方面，本公开提供了一种门控装置的控制方法，包括：

获取包含被测目标心音的第一声音信号，和远离被测目标心脏位置的第二声音信号；

将所述第一声音信号和所述第二声音信号相减，得到被测目标的心音信号；

根据所述心音信号生成脉冲控制信号。

在一些实施方式中，在所述将所述第一声音信号和所述第二声音信号相减之前，还包括：

对所述第一声音信号和所述第二声音信号进行低通滤波。

在一些实施方式中，在所述根据所述心音信号生成脉冲控制信号之前，还包括：

对所述心音信号进行平滑滤波。

第二方面，本公开提供了一种门控装置，包括：

声音采集器，包括至少一第一采集器、至少一第二采集器、以及传感器，所述传感器与所述第一采集器和所述第二采集器连接，用于将所述第一采集器采集的声音转换为第一声音信号，将所述第二采集器采集的声音转换为第二声音信号；和

控制器，包括信号处理器，所述信号处理器用于将所述第一声音信号和所述第二声音信号相减，得到被测目标的心音信号，并根据所述心音信号生成脉冲控制信号。

在一些实施方式中，所述声音采集器还包括第一光电转换器，所述第一光电转换器的输入端连接所述传感器，其用于将所述第一声音信号和所述第二声音信号分别转换为光信号；

所述控制器还包括第二光电转换器，所述第二光电转换器的输入端连接所述第一光电转换器的输出端，其用于将所述光信号分别转换为所述第一声音信号和所述第二声音信号。

在一些实施方式中，所述控制器还包括第一滤波器，所述第一滤波器连接于所述传感器和所述信号处理器之间，其用于对所述第一声音信号和所述第二声音信号进行低通滤波。

在一些实施方式中，所述控制器还包括第二滤波器，所述第二滤波器的输入端连接所述信号处理器的输出端，其用于对所述心音信号进行平滑滤波。

第三方面，本公开提供了一种门控装置的控制装置，包括：

获取模块，用于获取包含被测目标心音的第一声音信号，和远离被测目标心脏位置的第二声音信号；

处理模块，用于将所述第一声音信号和所述第二声音信号相减，得到被测目标的心音信号；

生成模块，用于根据所述心音信号生成脉冲控制信号。

在一些实施方式中，所述处理模块在用于将所述第一声音信号和所述第二声音信号相减之前，还用于：

对所述第一声音信号和所述第二声音信号进行低通滤波。

在一些实施方式中，所述处理模块在用于根据所述心音信号生成脉冲控制信号之前，还用于：

对所述心音信号进行平滑滤波。

第四方面，本公开提供了一种电子设备，包括：

处理器；和

存储器，与所述处理器可通信连接，其存储有能够被处理器执行的计算机可读指令，在所述计算机可读指令被执行时，所述处理器执行根据第一方面任一实施方式中所述的方法。

第五方面，本公开提供了一种医疗设备系统，包括：

根据第二方面任一实施方式中所述的门控装置；和

医疗设备，用于接收所述门控装置发送的所述脉冲控制信号，并根据所述脉冲控制信号执行预设动作。

第六方面，本公开提供了一种存储介质，存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令用于使计算机执行根据第一方面任一实施方式中所述的方法。

本公开实施方式提供的门控装置的控制方法，包括获取包含被测目标心音的第一声音信号和远离被测目标心脏位置的第二声音信号，并将第一声音信号和第二声音信号相减，得到被测目标的心音信号，根据心音信号生成脉冲控制信号。本公开方案采集心音信号生成脉冲控制信号，由于心音信号为机械信号，因此不受电磁场影响，有效避免电磁场对磁共振成像的干扰，使门控装置触发更加可靠。并且本公开方案通过采集多源声音信号，利用多源声音信号相减得到纯净的心音信号，心音信号计算更加简单方便。同时声音采集相较心电信号采集成本更低，降低硬件成本。

附图说明

为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本公开一些实施方式中门控装置或电子设备的结构示意框图。

图2是根据本公开一些实施方式中门控装置的结构示意图。

图3是根据本公开一些实施方式中门控装置的控制方法的流程图。

图4是根据本公开一个具体实施方式中门控装置的控制方法的流程图。

图5是根据本公开一些实施方式中门控装置的控制装置的结构示意框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本公开保护的范围。此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本公开提供的门控装置的控制方法，可应用于心脏磁共振成像的门控装置。

心脏门控技术是利用被测者的心跳等生理信号，控制磁共振扫描仪的射频脉冲发射序列，使每次扫描的磁共振信号的产生和采集与心跳周期的生理运行同步。从而每次扫描获得的磁共振信号都来自心跳周期的同一状态，多个周期的同一状态的图像进行叠加，得到信噪比更高的磁共振图像。

需要说明的是，现有技术中mri(magneticresonanceimaging，磁共振成像)的心电门控装置，一般采用4个心电电极获取多个导联的被测者的ecg(electrocardiogram，心电图信号)，电极分别标有ra、rl、la、ll，分别代表右上肢、右下肢、左上肢、左下肢。但是由于心电信号为生物电信号，受磁场强度的影响较大，因此在采集心电信号时往往会受到电磁场影响，导致磁共振成像效果不好。同时心电电极为一次性使用的消耗品，且成本较高，并且对心电检测盒电磁屏蔽的硬件成本也较高，均增加了磁共振的成本。

正是基于上述现有技术中存在的问题，本公开提供了一种门控装置及其控制方法、装置、医疗设备系统。图1中示出了本公开一些实施方式中门控装置的结构框图，从而实现门控装置及电子设备的相应功能。

如图1所示，在一些实施方式中，本公开提供的门控装置或电子设备包括处理器610、存储器620、以及声音采集器700，声音采集器700、存储器620均与处理器610连接。

处理器610、存储器620、以及声音采集器700之间通过总线630，建立任意两只之间的可通信连接。

处理器610可以为任何类型，具备一个或者多个处理核心的处理器。其可以执行单线程或者多线程的操作，用于解析指令以执行获取数据、执行逻辑运算功能以及下发运算处理结果等操作。

声音采集器700用于采集多源声音，声音采集器700可以是任何形式的采集器，例如听诊器、mic(microphone，麦克风)、声音传感器等。在一些实施方式中，声音采集器700可采用医用听诊器，从而便于获取被测者心跳声音。处理器610获取声音采集器700获取的声音信号，并对声音信号进行处理去噪，得到被测者的纯净心音信号，最后根据心音信号生成用于控制扫描仪放线的控制信息。

存储器620可包括非易失性计算机可读存储介质，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、相对于处理器610远程设置的分布式存储设备或者其他非易失性固态存储器件。存储器620可以具有程序存储区，用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，供处理器610调用以使处理器610执行下文所述的一个或者多个方法步骤。存储器620还可以包括易失性随机存储介质、或者硬盘等存储部分，作为数据存储区，用以存储处理器610下发输出的运算处理结果及数据。

需要说明的是，对于磁共振成像，在利用心音信号控制扫描仪射频脉冲时，为了提高控制准确性，需要对采集到的心音信号进行去噪，从而得到纯净的心音信号。一般需要采用复杂的电子滤波装置，对初始心音信号进行滤波、放大、数模转换等，计算十分复杂。更重要的是，经过电子滤波的心音信号始终较难满足触发门控扫描的要求，本案发明人通过研究对比发现，这是由于磁共振设备在扫描时噪声种类较多，例如设备水冷机组、扫描梯度切换、以及射频扫描序列等，这些噪声的频率及幅度各不相同，仅通过电子滤波始终难以获得纯净的心音信号，进而导致成像效果不佳。

为了解决上述问题，在本公开方案中，利用声音采集器700采集多源声音信号，利用多源信号相减得到更为纯净的被测者的心音信号。声音采集器700包括多个采集器，为了对采集的声音信号进行区分，将多个采集器采集的包含被测目标心音和背景噪音的声音信号定义为“第一声音信号”，将多个采集器采集的远离被测目标心脏位置的背景噪音信号定义为“第二声音信号”。第一声音信号可来自于一个采集器，也可来自于多个采集器，第二声音信号同理。

图2中示出了本公开一些实施方式中门控装置的具体结构示意图。如图2所示，在一些实施方式中，本公开提供的门控装置可包括：声音采集器700和控制器600。

声音采集器700包括第一采集器710、第二采集器720、以及传感器730。在图2所示实施方式中，第一采集器710和第二采集器720的数量各设置为一个，且均采用医用听诊器。

值得说明的是，虽然心音信号相对于生物电信号不受电磁场影响，但是为了进一步减少采集器采集声音的噪声，提高门控装置与磁共振设备的兼容性。在一些实施方式中，设置听诊器为非金属材质的听诊器，从而减少听诊器在电磁场中的信号干扰。在一个示例性的实施中，听诊器采用塑料材质的听诊器。

在对声音信号进行采集时，由前述可知，第一声音信号包括被测者的心音、以及设备水冷机组、扫描梯度切换、射频扫描序列等环境噪音。因此第一采集器710可设于靠近被测者心脏的位置，从而获取包含尽可能清晰的心音的第一声音信号，例如在图2所示实施方式中，第一采集器710紧贴于被测者的心口位置。第二声音信号为不包含心音的环境噪音，主要为与第一声音信号中相同的设备水冷机组、扫描梯度切换、射频扫描序列等环境噪音。因此第二采集器720可设于远离被测者心脏位置，例如在图2所示的实施方式中，第二采集器720贴于被测者的手腕上。

值得说明的是，由于第二采集器720主要采集环境噪音，因此第二采集器720的位置不局限于被测者的手腕，也可以是例如大腿、胳膊等其他位置。另外，第二采集器720也不局限于设于被测者肢体上，也可直接设于扫描间的环境空间中，例如磁共振设备机组上，当第二采集器720设于环境空间时，其硬件形态无需设置为听诊器，可以是例如mic等声音采集器。但是，需要说明的是，为了尽可能保证第二声音信号与第一声音信号中的环境噪声相同，在优选的实施方式中，第二采集器720贴于被测者肢体上，且不宜与第一采集器710距离过远，因此在图2所示实施方式中，第二采集器720贴于被被测者胳膊上。

由于门控装置需要根据被测者心音控制被测者心动周期中的脉冲发射，因此对于第一采集器710和第二采集器720采集的声音，需要利用传感器730转换为声音模拟电信号进行传输。如图2所示，在一些实施方式中，传感器730的两个输入端通过连接线分别与第一采集器710和第二采集器720连接，从而将第一采集器710和第二采集器720采集的声音转换为模拟电信号，即第一声音信号和第二声音信号。传感器730采用现有技术中的声音传感器即可实现，本公开对此不再赘述。

控制器600包括信号处理器，信号处理器可与上述处理器610相同，在此不再赘述。信号处理器用于对传感器730发送的第一声音信号和第二声音信号进行处理计算，从而得到纯净的被测者的心音信号。

需要说明的是，对于磁共振扫描而言，一般声音采集器700设于扫描间，而包含控制器600的主机一般位于设备间，因此第一声音信号和第二声音信号需要通过线缆进行传输，为了进一步提高信号传输效率，在一些实施方式中，可将第一声音信号和第二声音信号进一步转换为模拟光信号进行传输。

具体而言，在一些实施方式中，声音采集器700还包括第一光电转换器(附图未示出)，第一光电转换器的输入端连接传感器730的输出端，从而将传感器730输出的模拟电信号转换为光信号。控制器600还包括第二光电转换器，第二光电转换器的输入端例如通过光纤与第一光电转换器的输出端连接，从而将第一光电转换器输出的模拟光信号转换为电信号，进而传输给信号处理器。第一光电转换器和第二光电转换器采用现有技术中的光电传感器即可实现，本公开对此不再赘述。

信号处理器接收第一声音信号和第二声音信号，第一声音信号包括被测者的心音和设备水冷机组、扫描梯度切换、射频扫描序列等环境噪音，而第二声音信号为设备水冷机组、扫描梯度切换、射频扫描序列等环境噪音，因此信号处理器将第一声音信号和第二声音信号相减，即对第一声音信号进行去噪，得到被测者纯净的心音信号。

对于磁共振扫描而言，其最大频率的噪声来自于梯度线圈中电流的快速切换，即梯度切换噪音，由于其噪音频率远高于心音和其他噪音，因此在一些实施方式中，在对第一声音信号和第二声音信号相减之前，可先对第一声音信号和第二声音信号进行低通滤波，从而去除声音信号中的梯度切换噪音，进而简化后续计算。

具体而言，在一些实施方式中，控制器600还包括第一滤波器，第一滤波器设于传感器730和信号处理器之间，第一滤波器为低通滤波器，从而在控制器600接收到第一声音信号和第二声音信号时，首先对第一声音信号和第二声音信号进行低通滤波，从而去除第一声音信号和第二声音信号中的梯度切换噪音，进而将滤波后的第一声音信号和第二声音信号传输至信号处理器中进行计算处理。

进一步的，在一些实施方式中，为提高得到的心音信号的准确性，控制器还包括第二滤波器，第二滤波器的输入端连接信号处理器的输出端，从而对信号处理器得到的被测者的心音信号进行平滑滤波，从而使得心音信号输出更加清晰。

需要说明的是，对于信号的过滤和去噪，不局限于上述的低通滤波和平滑滤波，还可采用其他形式的信号处理方法，例如采用深度学习算法，对心音信号进行处理，本公开对此不作限制。

通过上述可知，本公开提供的门控装置，利用声音采集器采集心音信号，并根据心音信号控制磁共振扫描脉冲发射，心音信号的获取不受磁共振的电磁场干扰，因此门控装置触发更加可靠，并且无需对传感器做高强度的电磁屏蔽，降低硬件成本。并且本公开门控装置利用多源声音信号相减得到纯净的心音信号，无需复杂的电子滤波装置和计算，使得心音信号计算更加简单方便。同时声音采集器相较心电电极成本更低，进一步降低磁共振扫描成本。

本公开还提供了一种门控装置的控制方法，适用于上述任一实施方式中所述的门控装置，从而根据被测者的心音信号控制磁共振扫描仪的射频脉冲发射序列，提高磁共振成像效果。

如图3所示，在一些实施方式中，本公开提供的控制方法包括：

s10、获取包含被测目标心音的第一声音信号，和远离被测目标心脏位置的第二声音信号。

具体而言，参照图2实施方式，将第一采集器710紧贴于被测者的心口位置，从而采集带包含被测目标心音以及环境噪音的初始心音。将第二采集器720贴于被测者手腕，从而采集环境噪音。通过传感器730将初始心音和环境噪音转换为模拟电信号进行后续传输。

s20、将第一声音信号和第二声音信号相减，得到被测目标的心音信号。

具体而言，参照图2实施方式，控制器600的信号处理器接收第一声音信号和第二声音信号，第一声音信号包括被测者的心音和设备水冷机组、扫描梯度切换、射频扫描序列等环境噪音，而第二声音信号为设备水冷机组、扫描梯度切换、射频扫描序列等环境噪音，因此信号处理器将第一声音信号和第二声音信号相减，即对第一声音信号进行去噪，得到被测者纯净的心音信号。

s30、根据心音信号生成脉冲控制信号。

具体而言，对于心脏磁共振成像，需要根据被测者的心动周期控制磁共振扫描仪的射频脉冲发射序列，因此门控装置根据心音信号生成脉冲控制信号。磁共振设备的控制台接收门控装置生成的脉冲控制信号，根据脉冲控制信号，对射频放线装置进行周期性的扫描，将多个心动周期的同一状态的图像进行叠加，得到心脏磁共振图像。

通过上述可知，本公开提供的门控装置的控制方法，采集心音信号生成脉冲控制信号，由于心音信号为机械信号，因此不受电磁场影响，有效避免电磁场对磁共振成像的干扰，使门控装置触发更加可靠。并且本公开方案通过采集多源声音信号，利用多源声音信号相减得到纯净的心音信号，心音信号计算更加简单方便。同时声音采集相较心电信号采集成本更低，降低硬件成本。

图4中示出了根据本公开门控装置的控制方法的一个具体实施方式，在本实施方式中，控制方法包括：

s1、获取包含被测目标心音的第一声音信号，和远离被测目标心脏位置的第二声音信号。

s2、对第一声音信号和第二声音信号进行低通滤波。

s3、将第一声音信号和第二声音信号相减，得到被测目标的心音信号。

s4、对心音信号进行平滑滤波。

s5、根据滤波后的心音信号生成脉冲控制信号。

具体而言，在步骤s1中，参见上述步骤s10即可，在此不再赘述。

在步骤s2中，对于磁共振扫描而言，其最大频率的噪声来自于梯度线圈中电流的快速切换，即梯度切换噪音，由于其噪音频率远高于心音和其他噪音。因此在本实施方式中，在步骤s2之前，先对第一声音信号和第二声音信号进行低通滤波，从而去除声音信号中的梯度切换噪音，进而简化后续计算。

例如在图2所示的实施方式中，采用第一滤波器对第一声音信号和第二声音信号进行滤波，第一滤波器设于传感器730和信号处理器之间，第一滤波器为低通滤波器，从而在控制器600接收到第一声音信号和第二声音信号时，首先对第一声音信号和第二声音信号进行低通滤波，从而去除第一声音信号和第二声音信号中的梯度切换噪音，进而将滤波后的第一声音信号和第二声音信号传输至信号处理器中进行计算处理。

在步骤s3中，参见上述步骤s20即可，在此不再赘述。

在步骤s4中，为进一步提高心音信号的信噪比，对得到的心音信号进行平滑滤波。例如在图2所示实施方式中，控制器还包括第二滤波器，第二滤波器的输入端连接信号处理器的输出端，从而对信号处理器得到的被测者的心音信号进行平滑滤波，从而使得心音信号输出更加清晰。

在步骤s5中，参见上述步骤s30即可，在此不再赘述。

通过上述可知，在本实施方式中，在图3实施方式的基础上，通过对第一声音信号和第二声音信号进行低通滤波，大大简化了心音信号的计算过程，同时使得心音信号信噪比更高。并且通过对心音信号进一步进行平滑滤波，使得心音信号输出更加清晰，进而使得磁共振成像效果更好。

本公开还提供了一种医疗设备系统，该医疗设备系统可以是适于采用门控装置进行控制扫描的扫描设备系统，例如磁共振成像系统。

在一些实施方式中，医疗设备系统包括：上述任一实施方式中的门控装置；和医疗设备。

在一个示例性的实施中，医疗设备以磁共振设备为例，门控装置根据被测者心音信号生成脉冲控制信号，磁共振设备的控制台接收门控装置生成的脉冲控制信号，根据脉冲控制信号，对射频放线装置进行周期性的扫描，将多个心动周期的同一状态的图像进行叠加，得到心脏磁共振图像，通过磁共振设备的显示屏进行显示。

通过上述可知，本公开提供的医疗设备系统采集心音信号生成脉冲控制信号，由于心音信号为机械信号，因此不受电磁场影响，有效避免电磁场对成像的干扰，使医疗设备成像效果更好。并且本公开方案通过采集多源声音信号，利用多源声音信号相减得到纯净的心音信号，心音信号计算更加简单方便。同时声音采集相较心电信号采集成本更低，降低系统硬件成本。

本公开还提供了一种门控装置的控制装置，适用于门控装置，如图5所示，在一些实施方式中，该装置包括：

获取模块10，用于获取包含被测目标心音的第一声音信号，和远离被测目标心脏位置的第二声音信号；

处理模块20，用于将第一声音信号和第二声音信号相减，得到被测目标的心音信号；

生成模块30，用于根据心音信号生成脉冲控制信号。

在一些实施方式中，处理模块20在用于将第一声音信号和第二声音信号相减之前，还用于：

对第一声音信号和第二声音信号进行低通滤波。

在一些实施方式中，处理模块20在用于根据心音信号生成脉冲控制信号之前，还用于：

对心音信号进行平滑滤波。

通过上述可知，本公开提供的门控装置的控制装置，采集心音信号生成脉冲控制信号，由于心音信号为机械信号，因此不受电磁场影响，有效避免电磁场对磁共振成像的干扰，使门控装置触发更加可靠。并且本公开方案通过采集多源声音信号，利用多源声音信号相减得到纯净的心音信号，心音信号计算更加简单方便。同时声音采集相较心电信号采集成本更低，降低硬件成本。

本公开还提供了一种存储介质，存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令用于使计算机执行上述任一实施方式中的控制方法。实现存储介质相应功能的计算机系统可参照图1所示，在此不再赘述。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施方式的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本公开创造的保护范围之中。