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呼吸门控放疗中呼吸基线波动对呼吸预测滤波器性能的影响 被引量:2
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作者 郑佳俊 孙丽 +2 位作者 汪琪 牟忠德 翟振宇 《中国医学物理学杂志》 CSCD 2022年第2期152-156,共5页
目的:评估基于瓦里安实时位置管理(RPM)系统的呼吸门控放疗中病人呼吸基线波动对呼吸预测滤波器(BPF)性能的影响。方法:分析20例RPM相位式呼吸门控放疗病例的参考呼吸波形和残余呼吸信号以及共146次治疗时的呼吸波形和残余呼吸信号,作... 目的:评估基于瓦里安实时位置管理(RPM)系统的呼吸门控放疗中病人呼吸基线波动对呼吸预测滤波器(BPF)性能的影响。方法:分析20例RPM相位式呼吸门控放疗病例的参考呼吸波形和残余呼吸信号以及共146次治疗时的呼吸波形和残余呼吸信号,作以下处理:(1)将呼吸波形(包括参考和治疗时)经Savitsky-Golay平滑、峰值检测和异常点剔除后得到呼吸基线,计算其标准差做为衡量基线波动强弱的指标,计算各次治疗时基线波动相对于参考基线波动的相对偏差;(2)计算残余呼吸信号(包括参考和治疗时)标准差,将其作为衡量呼吸信号强弱的指标,同样计算各次治疗时残余呼吸相对于参考残余呼吸的相对偏差;(3)对基线波动偏差和残余呼吸信号偏差做Pearson相关性分析。结果:146次治疗中呼吸基线波动偏差最小值和最大值分别为-61.0%、752.3%,四分位数分别为42.8%、90.3%、161.7%;残余呼吸信号偏差最小值和最大值分别为-74.8%、174.0%,四分位数分别为-7.8%、15.1%、48.8%;残余呼吸信号偏差与基线波动偏差之间的相关系数为0.544,差异有统计学意义(P<0.01);线性拟合系数为0.2。结论:当前RPM相位式呼吸门控技术条件下,治疗时病人实际残余呼吸信号偏差与呼吸基线波动偏差线性显著相关,每100%的基线波动偏差平均可导致20%的残余呼吸信号偏,表明BPF性能受到影响;临床工作中需要制定有效的质量控制方案以避免治疗时病人出现缓慢的呼吸基线波动偏差。 展开更多
关键词 实时位置管理 相位式呼吸门控 呼吸预测滤波器 呼吸基线 基线波动 残余呼吸信号
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小波分解结合自适应神经模糊推理系统的呼吸预测研究
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作者 朱丹 王伟 付东山 《天津医科大学学报》 2018年第6期474-479,488,共7页
目的:研究一种方法精确预测胸腹部肿瘤放射治疗中的非规则呼吸运动。方法:提出基于小波分解和自适应神经模糊推理系统的呼吸运动预测方法(WANFIS),利用小波分解将呼吸信号分成基线、低频和高频三部分,并分别采用线性拟合、自适应神经模... 目的:研究一种方法精确预测胸腹部肿瘤放射治疗中的非规则呼吸运动。方法:提出基于小波分解和自适应神经模糊推理系统的呼吸运动预测方法(WANFIS),利用小波分解将呼吸信号分成基线、低频和高频三部分,并分别采用线性拟合、自适应神经模糊推理系统(ANFIS)、简单移动平均进行预测,然后综合三部分预测值作为呼吸运动预测结果。基于30例临床数据回顾性分析,将WANFIS算法与神经网络(NN)、CyberKnife放射外科系统的Synchrony呼吸同步追踪系统、ANFIS这三种典型预测算法进行对照比较。结果:本文提出的WANFIS算法的归一化均方根误差(nRMSE)平均值为0.09,小于NN的0.17、Synchrony的0.11以及ANFIS的0.11。结论:WANFIS能更好地预测非规则呼吸信号,更有效地补偿放疗系统时间延迟。 展开更多
关键词 呼吸预测 小波分解 自适应神经模糊推理系统 神经网络 呼吸同步追踪系统 射波刀
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基于分离有限状态模型的呼吸预测算法 被引量:2
3
作者 史少华 张辉 +2 位作者 樊文刚 张翔 叶佩青 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期257-265,共9页
由呼吸运动导致的肿瘤位置变化严重影响放射治疗精度,需要准确预测呼吸位置以实现系统的实时在线误差补偿。该文提出了一种基于分离有限状态模型的呼吸预测算法,将呼吸基线与起伏相分离,并分别使用局部加速度恒定的Kalman滤波和改进的... 由呼吸运动导致的肿瘤位置变化严重影响放射治疗精度,需要准确预测呼吸位置以实现系统的实时在线误差补偿。该文提出了一种基于分离有限状态模型的呼吸预测算法,将呼吸基线与起伏相分离,并分别使用局部加速度恒定的Kalman滤波和改进的有限状态模型进行预测。改进的有限状态模型将呼吸数据按照邻域特征分为线性、非线性和不规则3种状态,根据每种状态的特点用不同的模型进行预测。对25组患者的实际呼吸数据进行预测,并和传统预测算法进行对比,结果表明:分离有限状态模型呼吸预测算法的均方误差和最大误差明显下降,尤其对于有明显基线漂移的呼吸状态,该算法的预测误差几乎不受影响。 展开更多
关键词 呼吸预测 基线漂移 KALMAN滤波 有限状态模型
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基于后验概率的呼吸信号预测 被引量:2
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作者 周寿军 周智洋 +2 位作者 邱建平 王文辉 尹洪男 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期213-220,共8页
放疗过程中,采用图像引导、呼吸门控或实时跟踪技术对受呼吸影响较大的胸腹部位肿瘤目标进行治疗时,需要对呼吸条件下目标的运动进行估计。呼吸运动具有不确定性,利用传统数学模型描述其变化规律时,无法有效处理该问题。本研究提出后验... 放疗过程中,采用图像引导、呼吸门控或实时跟踪技术对受呼吸影响较大的胸腹部位肿瘤目标进行治疗时,需要对呼吸条件下目标的运动进行估计。呼吸运动具有不确定性,利用传统数学模型描述其变化规律时,无法有效处理该问题。本研究提出后验概率算法进行呼吸运动估计,并利用呼吸状态判别技术有效控制跟踪过程,以解决呼吸的非线性逼近和基线漂移等问题。实验通过对11例患者的呼吸运动进行预测,证实了所提出方法的有效性;在应对信号变化和延时等方面,后验概率估计与传统算法的比较,也取得了令人满意的效果。 展开更多
关键词 放射治疗 呼吸预测 肿瘤跟踪 概率估计
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基于粒子群算法与反向传播神经网络的呼吸运动预测研究 被引量:1
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作者 常盼春 杨济民 +1 位作者 杨娟 游涛 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期714-719,共6页
在放射治疗过程中,呼吸运动会造成某些器官组织如肺、肝的靶区发生变化,从而降低放疗的效果,并且加大对正常组织器官的伤害。因此,在放疗过程中对靶区进行呼吸运动的实时估计是一项非常必要的工作。由于具备较好的非线性拟合能力,优化... 在放射治疗过程中,呼吸运动会造成某些器官组织如肺、肝的靶区发生变化,从而降低放疗的效果,并且加大对正常组织器官的伤害。因此,在放疗过程中对靶区进行呼吸运动的实时估计是一项非常必要的工作。由于具备较好的非线性拟合能力,优化反向传播神经网络(BP-NN)已经被广泛应用于呼吸的预测,然而BP-NN容易陷入局部最优值。提出一种应用粒子群算法(PSO)优化BP-NN的方法减少陷入局部最优值的机率,提高呼吸运动预测的精度。首先,应用PSO算法寻找神经网络的最佳初始权值与阈值;然后,应用最优的初始权值与阈值建立神经网络(PSO-NN);最后,利用建立的PSO-NN网络进行呼吸预测。结果表明,11组肺癌病人呼吸运动预测实验对比结果表明,此算法(PSO-NN)相比单纯应用BP-NN算法的平均绝对误差由0.24减少到0.18(25%),互相关系数由0.82提高到0.86。所提出的算法可以有效地减少BP-NN陷入局部最优值的机率,提高预测的精度。 展开更多
关键词 呼吸预测 粒子群算法 反向传播神经网络 放射治疗
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基于自适应神经模糊推理系统的呼吸预测算法研究 被引量:3
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作者 朱丹 马善达 +1 位作者 王伟 付东山 《国际生物医学工程杂志》 CAS 2018年第1期44-50,共7页
目的 研究一种对非规则呼吸运动更精确的预测算法,更有效地补偿放疗系统的时间延迟,提高胸腹部肿瘤图像引导跟踪或门控放射治疗的靶点精度。 方法 提出了一种基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)的对非规则呼吸运动的预测算法。该AN... 目的 研究一种对非规则呼吸运动更精确的预测算法,更有效地补偿放疗系统的时间延迟,提高胸腹部肿瘤图像引导跟踪或门控放射治疗的靶点精度。 方法 提出了一种基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)的对非规则呼吸运动的预测算法。该ANFIS模型结构利用呼吸运动的位置和速度作为输入参数,构造一个结合位置和速度的N×N模糊集,并通过历史数据建立训练集。在预测过程中,如最新输入信号的位置或速度超出当前训练集的幅度范围,则对位置或速度进行相应的幅度调整,然后作为ANFIS模型的输入参数进行预测。本研究采集了20例CyberKnife治疗的胸腹部患者的非规则呼吸临床数据,通过回顾性离线分析,对ANFIS、神经网络(NN)、支持向量机(SVM)、CyberKnife系统的Synchrony呼吸同步追踪系统这4种典型预测算法精度进行对照比较。 结果 比较4种预测算法对20例患者数据的结果,证实笔者提出的ANFIS算法预测结果的归一化均方根误差(nRMSE)、最大误差(Max)、大于1 mm误差个数均小于NN、SVM和Synchrony。 结论 ANFIS预测算法的精确性和鲁棒性均优于其他3种算法,能更好地预测非规则呼吸信号。 展开更多
关键词 呼吸预测 自适应神经模糊推理系统 神经网络 支持向量机 射波刀
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基于RGCN的阻塞性睡眠呼吸暂停预测研究
7
作者 张恩铭 袁玥 +2 位作者 滕飞 姚远 张海波 《郑州大学学报(理学版)》 CAS 北大核心 2023年第6期71-76,共6页
阻塞性睡眠呼吸暂停(obstructive sleep apnea,OSA)预测对于睡眠健康预警至关重要。然而传统方法往往忽略各生理信号的空间和时间依赖性。提出一种基于循环图卷积网络(recurrent graph convolutional network,RGCN)的深度学习框架来挖... 阻塞性睡眠呼吸暂停(obstructive sleep apnea,OSA)预测对于睡眠健康预警至关重要。然而传统方法往往忽略各生理信号的空间和时间依赖性。提出一种基于循环图卷积网络(recurrent graph convolutional network,RGCN)的深度学习框架来挖掘呼吸生理信号间的时空特征。此方法利用图结构对呼吸生理信号数据的关联性进行建模。第一阶段构造了时空循环卷积块,利用图卷积和循环卷积对信号的空间特征和时间特征进行提取,对睡眠呼吸信号进行预测。第二阶段基于卷积操作对预测后的呼吸信号进行OSA事件分类。实验结果表明,RGCN模型捕获了呼吸信号的时空相关性,呼吸信号预测最低MAE和RMSE分别达到1.0613和2.9941,利用预测的呼吸信号进行OSA事件预测的F1达到了89.7%,与其他方法相比效果有明显提升。 展开更多
关键词 阻塞性睡眠呼吸暂停预测 呼吸生理信号 循环图卷积 深度学习
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胸腹部肿瘤放射治疗呼吸运动预测算法的研究 被引量:2
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作者 余度 康开莲 《中国医学装备》 2018年第5期146-148,共3页
在胸腹部放射治疗中,由于呼吸运动会影响放射治疗精度,故采用实时跟踪技术,其为现代精确放射治疗中有效的解决方法。综述实时跟踪放射治疗中用来补偿系统响应延时的呼吸运动预测算法,并比较各种算法的特点、性能及发展现状,展望未来实... 在胸腹部放射治疗中,由于呼吸运动会影响放射治疗精度,故采用实时跟踪技术,其为现代精确放射治疗中有效的解决方法。综述实时跟踪放射治疗中用来补偿系统响应延时的呼吸运动预测算法,并比较各种算法的特点、性能及发展现状,展望未来实时跟踪技术的发展及趋势。 展开更多
关键词 胸腹部肿瘤 放射治疗 实时跟踪技术 呼吸运动预测算法
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基于随机森林算法的呼吸信号预测模型
9
作者 孙文正 《当代医药论丛》 2023年第7期12-15,共4页
目的:利用随机森林算法进行呼吸信号的精准预测。方法:搭建随机森林预测模型对304组呼吸信号进行预测,采用均方根误差及互相关系数对模型500 ms预测精度进行评估。每组呼吸信号经过归一化处理后,前一分钟数据用于模型训练,后三十秒数据... 目的:利用随机森林算法进行呼吸信号的精准预测。方法:搭建随机森林预测模型对304组呼吸信号进行预测,采用均方根误差及互相关系数对模型500 ms预测精度进行评估。每组呼吸信号经过归一化处理后,前一分钟数据用于模型训练,后三十秒数据用于模型验证。此外,本文还探索了超参数对随机森林模型预测效果的影响。结果:与无预测相比,采用随机森林模型进行呼吸位置补偿,304组呼吸运动信号位置的平均均方根误差下降42%(0.36到0.21),互相关系数从0.61提升至0.86,两者P-value均小于0.01。结论:随机森林模型可以准确预测呼吸信号位置,大幅度降低由于各类延迟引起的位置不准确问题,具有较高的临床使用价值。 展开更多
关键词 放射治疗 呼吸信号预测 随机森林
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司法消噪算法在智能人工呼吸床中的应用 被引量:3
10
作者 许继平 李华来 +1 位作者 刘载文 王小艺 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2010年第11期250-252,共3页
研究智能人工呼吸床系统和呼吸同步智能控制算法,提出基于司法消噪的呼吸周期预测算法。针对信号处理消噪方法的不足,在时间序列消噪中引入司法处理过程,提出一种包含新到数据初判、可疑噪声审查、噪声确定处理、法规修订完善等消噪机... 研究智能人工呼吸床系统和呼吸同步智能控制算法,提出基于司法消噪的呼吸周期预测算法。针对信号处理消噪方法的不足,在时间序列消噪中引入司法处理过程,提出一种包含新到数据初判、可疑噪声审查、噪声确定处理、法规修订完善等消噪机制的司法消噪算法。介绍关键参数λ的优化选取方法,与傅里叶变换消噪方法进行仿真实验对比,结果表明该算法实现了对时间序列噪声和新稳态的处理,保留了数据原始信息。 展开更多
关键词 智能人工呼吸 呼吸周期预测 司法消噪 傅里叶变换 智能控制
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司法消噪算法改进及关键参数优化 被引量:1
11
作者 李华来 许继平 +1 位作者 刘载文 王小艺 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2011年第18期269-271,274,共4页
对智能人工呼吸床系统的司法消噪算法进行改进,将司法处理思想引入时间序列消噪中,提出一种新的呼吸周期预测算法。在此基础上完善司法消噪算法的法规综合处理函数,优化影响消噪效果的关键参数(违法因子、制定噪声法规所需的依据数据数... 对智能人工呼吸床系统的司法消噪算法进行改进,将司法处理思想引入时间序列消噪中,提出一种新的呼吸周期预测算法。在此基础上完善司法消噪算法的法规综合处理函数,优化影响消噪效果的关键参数(违法因子、制定噪声法规所需的依据数据数目、第i个立法数据权值及最大举证数据数目)。实验结果证明,改进的算法对所处理的信号序列要求较低,适用范围更广,预测效果更好。 展开更多
关键词 智能人工呼吸 呼吸周期预测 司法消噪算法 违法因子 立法数据
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基于双向门控循环神经网络的在线超前呼吸运动预测模型
12
作者 徐王杰 崔灿灿 +1 位作者 李朝军 林艳萍 《机电一体化》 2023年第1期44-52,共9页
超声引导经皮穿刺手术机器人系统中,患者的呼吸运动会引起胸腹部组织变形和位置改变,同时控制系统对命令的响应存在延迟,导致机器人引导穿刺过程中超声探头与皮肤的稳定接触难以被保证,进而降低超声图像质量和穿刺精度。为了对呼吸运动... 超声引导经皮穿刺手术机器人系统中,患者的呼吸运动会引起胸腹部组织变形和位置改变,同时控制系统对命令的响应存在延迟,导致机器人引导穿刺过程中超声探头与皮肤的稳定接触难以被保证,进而降低超声图像质量和穿刺精度。为了对呼吸运动进行提前预测以实现稳定接触和精准穿刺,本文提出了一种基于双向门控循环神经网络(Bi-GRU)的在线超前呼吸运动预测模型。本文基于17例受试者的体表呼吸运动数据,分析了影响在线超前呼吸运动预测模型准确性的主要因素。研究结果表明,本文提出的模型具有更高的实时性和准确性。 展开更多
关键词 呼吸运动预测 超前预测 在线训练 Bi-GRU
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BP神经网络模型预测肝肿瘤运动趋势可行性研究 被引量:1
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作者 姚晔 戈伟强 +1 位作者 周云 张立波 《国际放射医学核医学杂志》 2016年第1期22-25,共4页
目的 利用BP(back propagation)神经网络模型对1例肝癌碘油介入术后患者的肝肿瘤运动趋势进行预测.方法 使用X射线容积成像系统对某肝癌患者进行扫描,采集各时相呼吸运动图像.利用碘油标记方法,对肝癌病灶进行定位,并通过图像检测技术... 目的 利用BP(back propagation)神经网络模型对1例肝癌碘油介入术后患者的肝肿瘤运动趋势进行预测.方法 使用X射线容积成像系统对某肝癌患者进行扫描,采集各时相呼吸运动图像.利用碘油标记方法,对肝癌病灶进行定位,并通过图像检测技术,获取病灶标记点的运动轨迹.对标记点的运动轨迹数据进行分析,建立BP神经网络模型,并用其预测下一时间段的运动曲线,将预测结果与肿瘤标记点实际的运动轨迹进行比较分析.结果 利用BP神经网络可以有效预测肝肿瘤的运动趋势,在一定时间段内可保持良好的精准度,误差在1个像素距离内,但在呼吸运动峰值处预测精准度尚不理想,误差接近2个像素距离.结论 BP神经网络模型是预测肝肿瘤运动的一种新方法,可能对肝癌的体部立体定向放疗以及实时跟踪放疗精准度的提升有一定帮助,且具有一定的临床价值. 展开更多
关键词 肝肿瘤 BP神经网络 呼吸预测 图像跟踪
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Comparison of the pulmonary dead-space fraction derived from ventilator volumetric capnography and a validated equation in the survival prediction of patients with acute respiratory distress syndrome 被引量:6
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作者 Yu-Jiao Zhang xin-Jing Gao +5 位作者 Zhi-Bo Li Zhi-Yong Wang Quan-Sheng Feng Cheng-Fen Yin Xing Lu Lei Xu 《Chinese Journal of Traumatology》 CAS CSCD 2016年第3期141-145,共5页
Purpose: This prospective observational study aims to evaluate the accuracy of dead-space fraction derived from the ventilator volumetric capnography (volumetric CO2) or a prediction equation to predict the surviva... Purpose: This prospective observational study aims to evaluate the accuracy of dead-space fraction derived from the ventilator volumetric capnography (volumetric CO2) or a prediction equation to predict the survival of mechanically ventilated patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS). Methods: Consecutive VDJVT measurements were obtained based upon a prediction equation validated by Frankenfield et al for dead-space ventilation fraction: VD/VT = 0.320 + 0.0106 (PaCO2-ETCO2) 4- 0.003 (RR) + 0.0015 (age) in adult patients who had infection-related severe pneumonia and were confirmed as having ARDS. Here PaCO2 is the arterial partial pressure of carbon dioxide in mmHg; ETC02, the end- tidal carbon dioxide measurement in mmHg; RR, respiratory rate per minute; and age in years. Once the patient had intubation, positive end expiratory pressure was adjusted and after Phigh reached a steady state, VD/VT was measured and recorded as the data for the first day. VD/VT measurement was repeated on days 2, 3, 4, 5 and 6. Meanwhile we collected dead-space fraction directly from the ventilator volu- metric CO2 and recorded it as Vd/Vt. We analyzed the changes in VD/VT and Vd/Vt over the f-day period to determine their accuracy in predicting the survival of ARDS patients. Results: Overall, 46 patients with ARD5 met the inclusion criteria and 24 of them died, During the first 6 days of intubation, VD/VT was significantly higher in nonsurvivors on day 4 (0.70 ± 0,01 vs 0.57 ± 0.01 ), day 5 (0.73 ± 0.01 vs, 0.54 ± 0.01 ), and day 6 (0.73 ±0,02 vs. 0.54 ± 0.01 ) (all p - 0.000). Vd/Vt showed no significant difference on days 1-4 but it was much higher in nonsurvivors on day 5 (0.45 ± 0.04 vs. 0.41 ±0.06) and day 6 (0.47 ± 0,05 vs. 0.40 ± 0.03) (both p - 0.008). VD/VT on the fourth day was more accurate to predict survival than Vd/Vt. The area under the receiver-operating characteristic curve for VD/VT and Vd/Vt in evaluating ARDS patients survival was day 4 (0,974 ± 0.093 vs. 0.701 ± 0.023, p = 0.0024) with the 95% confidence interval being 0.857-0.999 vs, 0.525-0.84L Conclusion: Compared with Vd/Vt derived from ventilator volumetric CO2, VD/VT on day 4 calculated by Frankenfield et al's equation can more accurately predict the survival of ARDS patients. 展开更多
关键词 Respiratory distress syndrome adultRespiration artificialPulmonary dead-space fractionSurvivalVolumetric capnography
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