一种PET-CT集成式心脏扫描同步装置及方法与流程

一种pet-ct集成式心脏扫描同步装置及方法
技术领域
1.本发明涉及断层扫描医疗器械技术领域，尤其涉及一种pet-ct集成式心脏扫描同步装置及方法。


背景技术：

2.在pet ct影像设备中，基于ecg心电门控扫描是一项重要的扫描技术。通常市面上购买的心电监护仪设备只有心电信号显示功能和波形输出功能，没有心电信号同步触发输出功能，且整机外形、心电数据包格式不统一很难与pet ct集成；输出的数据为心电监护仪处理后的数据，实时性不高；外购整机成本较高。


技术实现要素：

3.为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种集成度高且扫描实时性高的pet-ct集成式心脏扫描同步装置及方法。
4.本发明公开了一种pet-ct集成式心脏扫描同步装置，包括：心电信号转换模块，所述心电信号转换模块设有心电监护五导联接口，通过所述心电监护五导联接口接收被监测体的心电模拟信号，并将所述心电模拟信号转换为心电数字信号；所述心电信号转换模块与控制模块连接，用于向所述控制模块发送所述心电数字信号；所述控制模块将所述心电数字信号进行算法处理后向同步信号触发模块输出同步脉冲，所述同步信号触发模块与接收端连接，进而将心跳的同步信号发送至接收端，进而实现心电触发的pet-ct联动扫描，所述接收端包括ct扫描控制器和pet扫描控制器；同时所述控制模块将心电数字信号通过数据收发模块发送到监测端；所述数据收发模块包括网络收发器和网络隔离变压器，通过所述网络收发器将心电数字信号发送到监测端，通过所述网络隔离变压器以与外部信号进行电气隔离；同步信号触发模块包括光电耦合器，通过所述光电耦合器与外部信号进行电气隔离。
5.优选的，还包括dcdc隔离电源模块，所述dcdc隔离电源模块用于接收直流电源，以向所述装置供电；所述装置的输入电源通过所述dcdc隔离电源模块与外部信号进行电气隔离。
6.优选的，还包括心电信号模拟模块，所述心电信号模拟模块包括多路开关选通器和数模转换器；所述控制模块将标准心电波形的数字信号发送到所述心电信号模拟模块，所述心电信号模拟模块接收到所述数字信号后产生与所述数字信号相对应的电压值。
7.本发明还公开了一种pet-ct集成式心脏扫描同步方法，基于上述的pet-ct集成式心脏扫描同步装置，包括如下步骤：使用心电信号转换模块通过所述心电监护五导联接口接收被监测体的心电模拟信号，并将所述心电模拟信号转换为心电数字信号；所述控制模块获取所述心电数字信号后：所述控制模块将所述心电数字信号通过所述数据收发模块发送到监测端；且所述控制模块通过集成在所述控制模块内部的算法判断此时的所述心电数字信号是否为心电信号的r波波峰；当所述控制模块判断所述心电数字信号为r波波峰时，
所述控制模块通过所述同步信号触发模块将脉冲信号通过同步触发信号发送模块发送到接收端，进而实现心电触发的pet-ct联动扫描；同时所述控制模块进行心率计算，并将计算的心率通过所述数据收发模块发送到监测端。
8.优选的，所述控制模块将所述心电数字信号通过所述数据收发模块发送到监测端；且所述控制模块通过集成在所述控制模块内部的算法判断此时的所述心电数字信号是否为心电信号的r波波峰之前还包括，所述控制模块检测所获取的所述心电数字信号的可靠性：向通过所述心电监护五导联接口所形成的电路中施加电流i，若电路饱和，则判定为导联连接不正常，从而否定所述心电数字信号的可靠性；所述控制模块记录预设时间段内大于预设阈值的n个心电值记为v
peak
[n]，计算求得峰位均值若v
rms
＜0.3mv，则否定所述心电数字信号的可靠性。
[0009]
优选的，所述控制模块将所述心电数字信号通过所述数据收发模块发送到监测端；且所述控制模块通过集成在所述控制模块内部的算法判断此时的所述心电数字信号是否为心电信号的r波波峰之前还包括，计算r波波峰的触发阈值：所述控制模块记录预设时间段内大于预设阈值的n个心电值记为v
peak
[n]，计算求得峰位均值所述r波波峰的触发阈值v
t
＝k*v
rms
，其中，k为心率触发阈系数。
[0010]
优选的，根据实际场景下的噪声水平确定所述心率触发阈系数k。
[0011]
优选的，所述控制模块将所述心电数字信号通过所述数据收发模块发送到监测端；且所述控制模块通过集成在所述控制模块内部的算法判断此时的所述心电数字信号是否为心电信号的r波波峰之后还包括：更新所述r波波峰的触发阈值v
t
。
[0012]
优选的，所述所述控制模块进行心率计算包括：所述控制模块记录每个波峰之间的时间间隔，通过数学算法将所述时间间隔转换为心率，所述数学算法包括平均值算法、指数法算法。
[0013]
优选的，所述所述控制模块通过所述同步信号触发模块将脉冲信号通过同步触发信号发送模块发送到接收端包括：当所述控制模块判断所述心电数字信号为r波波峰时，调用所述同步信号触发模块产生两路脉宽可调的同步触发方波脉冲分别到ct扫描控制器和pet扫描控制器。
[0014]
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0015]
1.本发明可以在线采集心电信号，并实时输出两路心电门控触发信号分别用于pet和ct扫描，可以联动心电信号和pet/ct扫描；心电图形数据通过所述数据收发模块输出到pet/ct已有的显示设备，相比心电监护仪减少了显示器、锂电池等相关硬件成本。本发明的pet-ct集成式心脏扫描同步方法成本低、触发实时性强、准确度高、易集成；pet-ct集成式心脏扫描同步装置外形尺寸较小，可以集成到ct机架、床尾等位置，集成度高。
附图说明
[0016]
图1为本发明提供的pet-ct集成式心脏扫描同步装置的优选实施例的结构示意图；
[0017]
图2为本发明提供的心电信号示意图；
[0018]
图3为本发明提供的pet-ct集成式心脏扫描同步方法的流程示意图；
[0019]
图4为本发明提供的心电信号检出测试数据。
具体实施方式
[0020]
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
[0021]
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0022]
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0023]
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
[0024]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0025]
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0026]
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
[0027]
参见附图1-2，本发明公开了一种pet-ct集成式心脏扫描同步装置，包括心电信号转换模块、控制模块、数据收发模块、同步信号触发模块、dcdc隔离电源模块和心电信号模拟模块。
[0028]-心电信号转换模块，心电信号转换模块设有心电监护五导联接口，可以连接心电监护五导联，通过心电监护五导联接口接收被监测体的心电模拟信号，被监测体的心电波形通常如下图2所示。心电信号转换模块与控制模块连接，心电信号转换模块将心电模拟信号经过放大、滤波、采样量化后转换为心电数字信号后，向控制模块通过spi接口发送该心电数字信号。
[0029]-控制模块，控制模块优选为微型控制单元mcu，mcu将心电数字信号进行算法处理
后向同步信号触发模块输出同步脉冲，同步信号触发模块与接收端连接，进而将心跳的同步信号发送至接收端，进而实现心电触发的pet-ct联动扫描，接收端包括ct扫描控制器和pet扫描控制器。同时控制模块将心电数字信号通过数据收发模块发送到监测端，这里的监测端可以是实体终端，也可以是云端，实体终端例如是pet-ct设备的显示器，云端即可以理解为一个存储端。
[0030]-数据收发模块包括网络收发器和网络隔离变压器，优选的，网络收发器为基于rmii接口的百兆网络收发器。当mcu接收到心电数字信号后，会通过此网络收发器将心电数字信号发送到监测端。数据收发模块通过网络隔离变压器以与外部信号进行电气隔离，降低外部装置对本装置产生的耦合干扰。
[0031]-同步信号触发模块包括光电耦合器，通过光电耦合器与外部信号进行电气隔离，降低外部装置对本装置产生的耦合干扰。mcu通过同步信号触发模块将心脏跳动同步信号发送到ct曝光控制器和pet数据采集控制器。
[0032]-dcdc隔离电源模块，dcdc隔离电源模块用于接收直流电源，以向装置供电。优选的，dcdc隔离电源模块可以接受较宽的电压输入范围，例如可以接收来自外部的6～40v直流电源。本装置的输入电源通过dcdc隔离电源模块与外部信号进行电气隔离，降低外部装置对本装置产生的耦合干扰。
[0033]-心电信号模拟模块，可对接心电监护五导联接口。心电信号模拟模块包括多路开关选通器和高精度高速数模转换器dac；控制模块将标准心电波形的数字信号发送到心电信号模拟模块，心电信号模拟模块接收到数字信号后产生与数字信号相对应的电压值。
[0034]
本发明的pet-ct集成式心脏扫描同步装置，具备心电脉冲检出功能且其测量精度可满足petct基于门控扫描的需求。相比心电监护仪减少了显示器、锂电池等相关硬件成本，组装方便且成本低；且外形尺寸较小，可以集成到ct机架、床尾等位置，集成度高。
[0035]
参见附图3，本发明还公开了一种pet-ct集成式心脏扫描同步方法，基于上述的pet-ct集成式心脏扫描同步装置，包括如下步骤：
[0036]
s100、使用心电信号转换模块通过心电监护五导联接口接收被监测体的心电模拟信号，并将心电模拟信号转换为心电数字信号；
[0037]
s200、初始化；
[0038]
s300、控制模块获取心电数字信号后，控制模块将心电数字信号通过数据收发模块发送到监测端，且控制模块通过集成在控制模块内部的算法判断此时的心电数字信号是否为心电信号的r波波峰；
[0039]
s400、当控制模块判断心电数字信号为r波波峰时，控制模块通过同步信号触发模块将脉冲信号通过同步触发信号发送模块发送到接收端，进而实现心电触发的pet-ct联动扫描；同时控制模块进行心率计算，并将计算的心率通过数据收发模块发送到监测端。
[0040]
当装置开始工作时，mcu控制本装置进入步骤s200的初始化阶段，进而进入r波波峰检出程序。步骤s200的初始化包括检测所获取的心电数字信号的可靠性和计算r波波峰的触发阈值。
[0041]
进一步，mcu检测所获取的心电数字信号的可靠性的方式优选提供两种方式：(1)施加偏置电流法测量导联连接：向通过心电监护五导联接口所形成的电路中施加微弱的电流i。当导联连接断开时，即导联输入端为开路状态，此时开路电阻r无穷大，根据v＝i*r，电
路饱和，判断为导联开路，即导联连接不正常，从而否定心电数字信号的可靠性。(2)心电幅值可靠性。控制模块记录预设时间段内大于预设阈值的n个心电值记为v
peak
[n]，计算求得峰位均值若v
rms
＜0.3mv，则否定心电数字信号的可靠性。
[0042]
设定r波波峰的触发阈值的目的主要是过滤噪声，降低本装置的误判。优选的mcu计算r波波峰的触发阈值具体为：控制模块记录预设时间段内大于预设阈值的n个心电值记为v
peak
[n]，计算求得峰位均值r波波峰的触发阈值v
t
＝k*v
rms
，其中，k为心率触发阈系数。根据实际场景下的噪声水平可确定心率触发阈系数k。参见附图4中，0-0.7时刻mcu进行r波波峰的触发阈值运算后获得的最佳触发响应阈值，黄色线所示即为阈值指示。
[0043]
需要说明的是，控制模块通过集成在控制模块内部的算法判断此时的心电数字信号是否为心电信号的r波波峰之后还需要更新r波波峰的触发阈值v
t
，以供下次检测使用。
[0044]
综上所述，本发明所基于的pet-ct集成式心脏扫描同步装置的主要包含心电数值打包输出功能、心电信号r波波峰判断功能、心率计算功能、同步脉冲输出功能。
[0045]
心电数值打包输出功能主要由心电信号转换模块实现，将心电信号转换模块的数值信号加上后端可识别的包格式后通过网络发送到后端即可。
[0046]
心电信号r波波峰判断功能主要由心电信号转换模块和控制模块mcu实现，心电信号转换模块将被检测体的心电信号转换为数字信号记为ecg_datn输入到mcu，mcu再将数字信号通过运算、比较后计算出当前数值是否为心电信号r波波峰位。
[0047]
心率计算功能主要由控制模块实现，控制模块记录每个波峰之间的时间间隔，通过数学算法将时间间隔转换为心率，数学算法包括平均值算法、指数法算法。
[0048]
同步脉冲输出功能主要由同步信号触发模块和控制模块mcu实现，当控制模块判断心电数字信号为r波波峰时，调用同步信号触发模块产生两路脉宽可调的同步触发方波脉冲分别到ct扫描控制器和pet扫描控制器，进而实现心电触发的联动扫描。
[0049]
附图4为本装置的一种实施例的心电信号检出测试数据，其中：红色为人体心电信号，黄色为动态阈值，蓝色为r波波峰检出脉冲。
[0050]
图中0-0.7时刻为本装置学习阶段、用于捕捉人体信号峰位产生初始阈值。0.7时刻开始，本装置生产初始阈值，信号过阈值以后，装置进入峰位判断响应区，当判断出峰位以后，系统输出脉冲触发同步信号见蓝色峰位检出，并将当前峰值通过算法更新到下次峰位判断响应区阈值，实现动态阈值更新。2.5-3时刻，是呼吸导致的基线漂移，动态阈值实时更新后，无误触和漏触发现象，脉冲检出器正常工作。
[0051]
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种pet-ct集成式心脏扫描同步装置，其特征在于，包括：心电信号转换模块，所述心电信号转换模块设有心电监护五导联接口，通过所述心电监护五导联接口接收被监测体的心电模拟信号，并将所述心电模拟信号转换为心电数字信号；所述心电信号转换模块与控制模块连接，用于向所述控制模块发送所述心电数字信号；所述控制模块将所述心电数字信号进行算法处理后向同步信号触发模块输出同步脉冲，所述同步信号触发模块与接收端连接，进而将心跳的同步信号发送至接收端，进而实现心电触发的pet-ct联动扫描，所述接收端包括ct扫描控制器和pet扫描控制器；同时所述控制模块将心电数字信号通过数据收发模块发送到监测端；所述数据收发模块包括网络收发器和网络隔离变压器，通过所述网络收发器将心电数字信号发送到监测端，通过所述网络隔离变压器以与外部信号进行电气隔离；同步信号触发模块包括光电耦合器，通过所述光电耦合器与外部信号进行电气隔离。2.根据权利要求1所述的pet-ct集成式心脏扫描同步装置，其特征在于，还包括dcdc隔离电源模块，所述dcdc隔离电源模块用于接收直流电源，以向所述装置供电；所述装置的输入电源通过所述dcdc隔离电源模块与外部信号进行电气隔离。3.根据权利要求1所述的pet-ct集成式心脏扫描同步装置，其特征在于，还包括心电信号模拟模块，所述心电信号模拟模块包括多路开关选通器和数模转换器；所述控制模块将标准心电波形的数字信号发送到所述心电信号模拟模块，所述心电信号模拟模块接收到所述数字信号后产生与所述数字信号相对应的电压值。4.一种pet-ct集成式心脏扫描同步方法，其特征在于，基于上述权利要求1-3任一所述的pet-ct集成式心脏扫描同步装置，包括如下步骤：使用心电信号转换模块通过所述心电监护五导联接口接收被监测体的心电模拟信号，并将所述心电模拟信号转换为心电数字信号；所述控制模块获取所述心电数字信号后：所述控制模块将所述心电数字信号通过所述数据收发模块发送到监测端；且所述控制模块通过集成在所述控制模块内部的算法判断此时的所述心电数字信号是否为心电信号的r波波峰；当所述控制模块判断所述心电数字信号为r波波峰时，所述控制模块通过所述同步信号触发模块将脉冲信号通过同步触发信号发送模块发送到接收端，进而实现心电触发的pet-ct联动扫描；同时所述控制模块进行心率计算，并将计算的心率通过所述数据收发模块发送到监测端。5.根据权利要求4所述的pet-ct集成式心脏扫描同步方法，其特征在于，所述控制模块将所述心电数字信号通过所述数据收发模块发送到监测端；且所述控制模块通过集成在所述控制模块内部的算法判断此时的所述心电数字信号是否为心电信号的r波波峰之前还包括，所述控制模块检测所获取的所述心电数字信号的可靠性：向通过所述心电监护五导联接口所形成的电路中施加电流i，若电路饱和，则判定为导联连接不正常，从而否定所述心电数字信号的可靠性；所述控制模块记录预设时间段内大于预设阈值的n个心电值记为v
peak
[n]，计算求得峰
位均值若v
rms
＜0.3mv，则否定所述心电数字信号的可靠性。6.根据权利要求1所述的pet-ct集成式心脏扫描同步方法，其特征在于，所述控制模块将所述心电数字信号通过所述数据收发模块发送到监测端；且所述控制模块通过集成在所述控制模块内部的算法判断此时的所述心电数字信号是否为心电信号的r波波峰之前还包括，计算r波波峰的触发阈值：所述控制模块记录预设时间段内大于预设阈值的n个心电值记为v
peak
[n]，计算求得峰位均值所述r波波峰的触发阈值v
t
＝k*v
rms
，其中，k为心率触发阈系数。7.根据权利要求6所述的pet-ct集成式心脏扫描同步方法，其特征在于，根据实际场景下的噪声水平确定所述心率触发阈系数k。8.根据权利要求4或7所述的pet-ct集成式心脏扫描同步方法，其特征在于，所述控制模块将所述心电数字信号通过所述数据收发模块发送到监测端；且所述控制模块通过集成在所述控制模块内部的算法判断此时的所述心电数字信号是否为心电信号的r波波峰之后还包括：更新所述r波波峰的触发阈值v
t
。9.根据权利要求4所述的pet-ct集成式心脏扫描同步方法，其特征在于，所述所述控制模块进行心率计算包括：所述控制模块记录每个波峰之间的时间间隔，通过数学算法将所述时间间隔转换为心率，所述数学算法包括平均值算法、指数法算法。10.根据权利要求4所述的pet-ct集成式心脏扫描同步方法，其特征在于，所述所述控制模块通过所述同步信号触发模块将脉冲信号通过同步触发信号发送模块发送到接收端包括：当所述控制模块判断所述心电数字信号为r波波峰时，调用所述同步信号触发模块产生两路脉宽可调的同步触发方波脉冲分别到ct扫描控制器和pet扫描控制器。

技术总结
本发明提供了一种PET-CT集成式心脏扫描同步装置及方法，心电信号转换模块设有心电监护五导联接口，通过所述心电监护五导联接口接收被监测体的心电模拟信号，并将所述心电模拟信号转换为心电数字信号；所述心电信号转换模块与控制模块连接，用于向所述控制模块发送所述心电数字信号；所述控制模块将所述心电数字信号进行算法处理后向同步信号触发模块输出同步脉冲，所述同步信号触发模块与接收端连接，进而将心跳的同步信号发送至接收端，进而实现心电触发的PET-CT联动扫描，所述接收端包括CT扫描控制器和PET扫描控制器；同时所述控制模块将心电数字信号通过数据收发模块发送到监测端。到监测端。到监测端。


技术研发人员：余李 李兴 陈修儒 江浩川
受保护的技术使用者：明峰医疗系统股份有限公司
技术研发日：2023.08.30
技术公布日：2023/10/20