基于柔性压力床垫的放疗中患者体位变化实时监测系统及方法

本发明属于放射医疗器械，具体涉及基于柔性压力床垫的放疗中患者体位变化实时监测系统及方法。

背景技术：

1、放射治疗是一种重要的肿瘤治疗方法。在放射治疗过程中，体位变化对疗效的影响至关重要，由于生理因素、心理因素等患者发生体位变化是一种常见的问题，这可能会导致放射线偏离靶区照射到错误的位置，造成靶区剂量不足或正常器官受到额外的照射。因此，实时监测患者治疗过程中的体位变化，确保射线照射在正确的位置是非常重要的，可以有效提高放疗的准确性和治疗效果。

2、目前，对患者分次内放疗中体位变化的监测手段，主要包括基于非辐射的系统和基于辐射的系统。基于非辐射的系统有超声引导的追踪系统、磁共振引导的追踪系统、电磁追踪系统、光学影像引导系统，它们存在的缺点主要是耗时、需要昂贵硬件、需要经验丰富物理师，使用条件有限，而且电磁追踪系统是有创的。基于辐射的系统有电子射野影像系统(epid)、kv级锥形束ct(cbct)、mv级锥形束ct(tomo)系统等，它们的缺点主要是会给患者带来额外的辐射剂量。因此，需要一个性价比高、无创无额外伤害、反应速度快、方便使用的实时监测系统，能够准确地监测和记录患者在放射治疗期间的体位变化。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的主要目的是提供一种基于柔性压力床垫的放疗中患者体位变化实时监控系统及方法，通过柔性压力床垫采集患者背部压力信息，可以实现简单直接监测患者是否发生较大的体位变化，提高放疗的准确性和治疗效果。

2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种基于柔性压力床垫的放疗中患者体位变化实时监测系统，包括：柔性压力床垫、数据采集模块和数据显示模块，其中：

4、所述柔性压力床垫，具有轻薄的特点，单块尺寸为30cm*30cm，实际测量时使用两块，放置在放射治疗空间内硬质的碳纤维床上，即患者身体下方，与患者直接接触，用于采集患者治疗时处于仰卧位的背部压力信号；所述柔性压力床垫分为三层，上下层为聚酯薄膜，在两层聚酯薄膜之间为带状半导体材料；所述带状半导体材料行列交叉组成压力敏感点，当压力敏感点接触到压力时，将感受到的力学变化转换为电阻变化。

5、所述数据采集模块位于柔性压力床垫的侧边，用于采集柔性压力床垫上各行各列压力敏感点的信号，经过处理发送到所述数据显示模块；所述数据采集模块包括绝缘保护壳、pcb线路板、单片机、供电接口、信号指示灯和通信模块。所述单片机为主控制器，通过扫描电路生成各行和各列敏感点的电压信号，再通过模数转换器将电压信号转换成数字信号；所述通信模块将数字信号通过tcp/ip通信规则经网线实时发送到所述数据显示模块。

6、所述数据显示模块包括一台计算机装置和实时监测软件；所述实时监测软件将接收到的信号通过转换系统转换为压力值矩阵或压力图像的形式；压力图像中以不同颜色表示不同压力值，红色系表示压力值偏大、黄色系表示压力值中等大小，绿色系表示压力值较小，压力为零则不显示，从而在所述计算机装置上以二维图像的形式可视化的输出所监测到的患者实时背部压力信号；所述实时监测软件具有存储患者基本信息、设置选区、显示所选区域压力中心点位置、开始和停止采集、存储患者一段时间的压力信号、计算一段时间的压力中心变化的轨迹面积和人轨迹长度、数据回放、数据提取等功能。

7、可选的，设置报警器，与所述数据显示模块连接，当检测到患者体位变化量超过阈值时所述报警器发出相应的报警信号。

8、优选的，所述柔性压力床垫上的压力敏感点分布密集，个数不小于6400个，且每两个压力敏感点之间间距小于4mm。系统的参数如表1所示。

9、表1

10、 参数 数值 单位 柔性压力床垫尺寸 30*30 cm 压力敏感点个数 6400 个 柔性压力床垫块数 2 块 采集频率 100 hz 压力测量范围 10-200 kpa

11、第二方面，本发明提供一种基于柔性压力床垫的放疗中患者体位变化实时监测方法，包括：设备清零，记录患者基本信息；放疗施照过程中，患者平躺于柔性压力床垫上，数据采集模块采集柔性压力床垫各行各列压力敏感点的信号并处理，然后将其发送到数据显示模块；数据显示模块实时显示患者压力信号图像和选区的压力中心位置，同时记录整个过程的压力数据和压力中心运动的轨迹面积、轨迹长度；施照开始和结束时分别进行cbct扫描，两次cbct图像配准误差在2mm内的患者的压力数据作为静组数据；采集大量患者实际放疗实施过程中的静组和运动组数据，建立放疗中患者背部压力变化的数据库，对数据进行预处理、特征提取；使用机器学习算法对提取的特征进行监督学习，训练出一个能够准确识别患者是否发生体位变化的模型，并对训练出的模型进行测试和评估，计算模型的准确率、auc值和roc曲线等指标。将训练好的模型应用到实时检测中，对实时采集的背部压力信号进行判断识别，判断患者在放疗实施过程中是否发生不可容忍的体位变化。

12、本发明的有益效果如下：

13、放射治疗中患者体位变化的精确检测，实时监测及时反馈给放疗技术操作员，以便在出现不可容忍的体位变化时调整病人的位置，实现整个放疗过程的精准化。具有无创、轻便、灵活使用、性价比高、灵敏等优点，可以直接放置在患者身体背部表面，不会对患者造成不适和产生额外伤害。

技术特征：

1.一种基于柔性压力床垫的放疗中患者体位变化实时监测系统，其特征在于，包括柔性压力床垫、数据采集模块、数据显示模块；

2.根据权利要求1所述的基于柔性压力床垫的放疗中患者体位变化实时监测系统，其特征在于，所述柔性压力床垫分为三层，上、下层为聚酯薄膜，在两层聚酯薄膜之间为带状半导体材料；所述带状半导体材料行列交叉形成压力敏感点，当压力敏感点接触到压力时，将感受到的力学变化转换为电阻变化。

3.根据权利要求1所述的基于柔性压力床垫的放疗中患者体位变化实时监测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括绝缘保护壳、pcb线路板、单片机、供电接口、信号指示灯和通信模块。

4.根据权利要求1所述的基于柔性压力床垫的放疗中患者体位变化实时监测系统，其特征在于，所述数据显示模块包括一台计算机装置和实时监测软件。

5.根据权利要求4所述的基于柔性压力床垫的放疗中患者体位变化实时监测系统，其特征在于，所述实时监测软件将接收到的信号通过转换系统转换为压力值矩阵或压力图像的形式；压力图像中以不同颜色表示不同压力值，红色系表示压力值偏大、黄色系表示压力值中等大小，绿色系表示压力值较小，压力为零则不显示；所述实时监测软件具有存储患者基本信息、设置选区、显示所选区域压力中心点位置、开始和停止采集、存储患者一段时间的压力信号、计算一段时间的压力中心变化的轨迹面积和人轨迹长度、数据回放、数据提取的功能。

6.根据权利要求1-5之一所述的一种基于柔性压力床垫的放疗中患者体位变化实时监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种基于柔性压力床垫的放疗中患者体位变化实时监测系统及方法，属于放射医疗器械技术领域，系统包括：柔性压力床垫、数据采集模块、数据显示模块。该系统通过柔性压力床垫实时采集患者在实施放射治疗过程中处于仰卧位的背部压力信号，数据采集模块采集和处理信号并发送给数据显示模块，计算机上监测软件实时显示患者压力图像并记录整个放疗过程中患者的数据，通过采集的千名患者的数据提取特征值建模并测试和评估模型，最终将训练好的模型应用到实时检测中，可实时判断患者在放疗实施过程中是否发生了不可容忍的体位变化。

技术研发人员：王宏志,邵婧媛,崔相利,束炅,刘苓苓
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15