在诊断成像和放射治疗过程中监测呼吸运动对于准确诊断和治疗至关重要。然而，由于缺乏实用的非侵入性工具，在这些过程中很少对呼吸运动进行监测，从而导致潜在的图像质量问题。

放射治疗中的呼吸运动管理可确保准确的剂量递送，同时最大限度地减少对器官的辐照危害。而在诊断成像中，需要呼吸运动来确认患者憋气和分类计算机断层扫描（CT）投影以获得四维CT图像。

据麦姆斯咨询介绍，为了填补这一空白，日本建大大学Hiroyuki Kosaka博士等研究人员开发出了一种毫米波传感器（MWS），能够在X射线和CT诊断检查过程中非侵入性地观测患者的呼吸运动。毫米波传感器是一种非接触式设备，利用电磁辐射检测各种场景下的运动。

革命性的毫米波传感器（MWS），用于在X射线和CT扫描诊断过程中无创监测患者的呼吸运动。该传感器可以跟踪呼吸周期并确认憋气情况，从而确保在成像和放射治疗过程中提高图像质量。通过这种非接触式解决方案，毫米波传感器无需反射标记即可提供精确的运动检测，从而提高患者的舒适度和诊断精度。

与需要在患者身上使用反射标记的红外传感器等传统监测系统不同，毫米波传感器无需任何身体接触即可工作，从而保护了患者的隐私和舒适度。他们的这项研究成果已经以“Exploring the feasibility of millimeter-wave sensors for non-invasive respiratory motion visualization in diagnostic imaging and therapy”为题在线发表在Medical Physics杂志上。

为了验证毫米波传感器的有效性，研究人员采用一颗24 GHz微型毫米波传感器检测呼吸运动。“我们使用受控呼吸运动模型（QUASAR）对系统进行了测试。这个模型让我们能够在受控条件下模拟呼吸运动，比较毫米波传感器检测运动细微变化的能力和模型的已知运动模式。”Kosaka博士说，“毫米波传感器成功检测到了运动模式，确保即使在受控测试场景下也能可靠地捕捉呼吸周期。”

此外，研究团队还通过广泛的测试，包括对20名年龄从6个月到64岁不等的健康志愿者进行的试验，对该系统进行了验证。新系统的主要优势包括：

- 非接触式监测，维护患者隐私和舒适度- 能够透过衣物进行精确检测- 仰卧和站立姿势下都能进行稳定的测量- 与现有技术相比，实施成本效益高- 与现有X射线和CT设备轻松集成

本项目共同研究者Hajime Monzen博士解释说：“这项技术有可能使整个影像诊断过程中的呼吸监测标准化。通过提供客观、实时的反馈，我们可以大大减少重复成像的需要，提高诊断的准确性。”

此外，为了测试毫米波传感器检测运动的能力，研究小组使用了无线电波暗箱系统，这有助于确定传感器的方向性。这项测试测量了毫米波传感器从不同角度探测运动的准确程度。研究人员还对传感器进行了优化，利用一种称为快速傅立叶变换的技术来捕捉特定频率的运动，这种技术有助于识别和分离相关的呼吸信号。

为了确保毫米波传感器的准确性，研究小组将检测到的呼吸模式与QUASAR的呼吸模式进行了比较。研究人员利用该模型模拟了不同运动程度的呼吸。通过比较毫米波传感器和模型的波形，研究结果证实毫米波传感器能够可靠地跟踪呼吸运动。

展望未来，毫米波传感器系统有望成为全球医院和诊所的标准工具，提高成像诊断和治疗的准确性和效率。毫米波传感器系统成本低、使用方便、准确性高，可减少因图像质量差或憋气失败而导致的重复成像，从而显著提高医疗质量。

此外，这项技术还能造福于广泛的患者群体，包括老人、儿童和那些因疾病而无法遵循屏气指令的人。

总之，毫米波传感器系统的开发标志着诊断成像和放射治疗中呼吸运动管理的重大飞跃。

“通过提供一种精确、无创、经济高效的呼吸运动监测方法，毫米波传感器可以提高诊断的准确性，改善治疗效果，并有助于提高医疗保健的效率。”Kosaka博士总结说，“这一突破代表了医疗技术的重大进展，有可能彻底改变医疗服务提供者监测呼吸运动的方式，改善患者的体验和治疗效果。”

论文链接：https://doi.org/10.1002/mp.17616