本發(fā)明屬于醫(yī)療設(shè)備測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種利用光學(xué)信息，實(shí)時(shí)、快速、精準(zhǔn)地測(cè)量醫(yī)用放療設(shè)備等中心三維坐標(biāo)的方法，主要用于醫(yī)用放療設(shè)備(包括但不限于加速器、模擬定位機(jī)、鈷機(jī)、伽馬刀、定位激光燈等)在安裝、維護(hù)、質(zhì)量保證以及放療病人臨床實(shí)時(shí)擺位等需要測(cè)量和校準(zhǔn)等中心的情況。

背景技術(shù)：

放療質(zhì)量主要依賴于腫瘤中心能否準(zhǔn)確放置于醫(yī)療設(shè)備等中心位置，若醫(yī)療設(shè)備等中心位置計(jì)算不準(zhǔn)確，將導(dǎo)致放療擺位出現(xiàn)重大錯(cuò)誤，使放療質(zhì)量大打折扣，導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)，這也是中國腫瘤復(fù)發(fā)率居高不下的重要原因之一。因此，可以說醫(yī)療設(shè)備等中心的精度決定了放療的質(zhì)量。

傳統(tǒng)測(cè)量方法利用角尺、水平尺、坐標(biāo)紙、夾持固定物旋轉(zhuǎn)機(jī)架、拍片等輔助工具和方法進(jìn)行觀察、目測(cè)和估計(jì)，通過人工計(jì)算與經(jīng)驗(yàn)判斷設(shè)備等中心精度是否準(zhǔn)確，對(duì)測(cè)試人員的水平要求高，測(cè)量誤差在1mm左右甚至更大。因此，很有必要提供一種自動(dòng)地、精準(zhǔn)地以及和測(cè)試人員水平無關(guān)地測(cè)量醫(yī)用放療設(shè)備等中心三維坐標(biāo)的方法。本發(fā)明利用光學(xué)信息，通過計(jì)算機(jī)圖像處理手段和數(shù)據(jù)計(jì)算方法，實(shí)時(shí)、快速和準(zhǔn)確測(cè)量光學(xué)坐標(biāo)系下等中心的三維坐標(biāo)，并保證較高的精度（測(cè)量誤差在0.5mm以內(nèi)），使得放療精確擺位成為可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的

放療擺位的核心是腫瘤中心與設(shè)備等中心的重合問題，等中心的精準(zhǔn)測(cè)量是準(zhǔn)確擺位的前提，本發(fā)明的目的在于提出一種醫(yī)用放療設(shè)備等中心三維坐標(biāo)的精準(zhǔn)測(cè)量方法，利用光學(xué)成像設(shè)備（包括但不限于紅外傳感器成像、雙目/多目立體掃描成像、結(jié)構(gòu)光掃描成像）獲取特征點(diǎn)，擬合放療設(shè)備機(jī)架與治療床的旋轉(zhuǎn)軸，從而精準(zhǔn)測(cè)量醫(yī)用放療設(shè)備等中心三維坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠的等中心測(cè)量獲取方法，保證放療質(zhì)量，降低腫瘤復(fù)發(fā)率。

技術(shù)方法

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

在測(cè)量階段，放療設(shè)備機(jī)架與治療床分別旋轉(zhuǎn)多個(gè)角度，利用光學(xué)成像設(shè)備（包括但不限于紅外傳感器成像、雙目/多目立體掃描成像、結(jié)構(gòu)光掃描成像）實(shí)時(shí)獲取機(jī)架與治療床上的特征點(diǎn)坐標(biāo)，得到至少三組特征點(diǎn)的三維位置信息。在計(jì)算階段，根據(jù)測(cè)量得到的多組特征點(diǎn)三維位置信息，分別擬合計(jì)算機(jī)架與治療床的旋轉(zhuǎn)軸空間方程，由兩軸線的空間位置關(guān)系，得到設(shè)備等中心的三維坐標(biāo)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中所述的“利用光學(xué)成像設(shè)備（包括但不限于紅外傳感器成像、雙目/多目立體掃描成像、結(jié)構(gòu)光掃描成像）實(shí)時(shí)獲取機(jī)架與治療床上的特征點(diǎn)坐標(biāo)，得到至少三組特征點(diǎn)的三維位置信息”包括以下步驟：

將機(jī)架(a)、治療床(b)分別旋轉(zhuǎn)至任意角度，利用光學(xué)成像設(shè)備分別獲取機(jī)架、治療床上特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。其中機(jī)架(a)旋轉(zhuǎn)n次，每次旋轉(zhuǎn)的角度不一樣；治療床(b)旋轉(zhuǎn)m次，每次旋轉(zhuǎn)的角度不一樣。兩組特征點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)集分別記為

其中，a、b分別表示隨機(jī)架、治療床旋轉(zhuǎn)而變化的特征點(diǎn)三維坐標(biāo)集合，i表示機(jī)架的第i次旋轉(zhuǎn)，j表示治療床的第j次旋轉(zhuǎn)。

所述特征點(diǎn)是指具有明顯光學(xué)成像識(shí)別特性的物體或幾何結(jié)構(gòu)的某固定點(diǎn)。在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，所述特征點(diǎn)可以是具有紅外反光特性的標(biāo)記物，該標(biāo)記物可以被紅外傳感器識(shí)別；所述特征點(diǎn)可以是機(jī)架、治療床上的幾何結(jié)構(gòu)特征點(diǎn)（如床角、機(jī)架的機(jī)械機(jī)構(gòu)凸起），該特征點(diǎn)可以通過雙目/多目立體掃描成像或單目結(jié)構(gòu)光掃描成像識(shí)別；所述特征點(diǎn)也可以是特征點(diǎn)集合，如形成的機(jī)架/床角的局部或整體表面形態(tài)，該特征可以通過雙目/多目立體掃描成像或結(jié)構(gòu)光掃描成像識(shí)別。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中所述的“根據(jù)測(cè)量得到的多組特征點(diǎn)三維位置信息，分別擬合計(jì)算機(jī)架與治療床的旋轉(zhuǎn)軸空間方程”，包括以下步驟：

對(duì)于機(jī)架旋轉(zhuǎn)軸，根據(jù)“集合a中各空間點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)軸的距離之差最小”的原則，可優(yōu)化擬合出機(jī)架旋轉(zhuǎn)軸的軸線方程（表示為la）；

對(duì)于治療床旋轉(zhuǎn)軸，根據(jù)“集合b中各空間點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)軸的距離之差最小”的原則，可優(yōu)化擬合出治療床旋轉(zhuǎn)軸的軸線方程（表示為lb）。

在本發(fā)明所述的至少一個(gè)實(shí)施例中，所述機(jī)架和治療床上的特征點(diǎn)個(gè)數(shù)均為1。但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)，就應(yīng)該想到采用多個(gè)特征點(diǎn)也可以擬合出旋轉(zhuǎn)軸線，因此，類似的技術(shù)方案也沒有超過本發(fā)明所公開并要求保護(hù)的范圍。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中所述的“由兩軸線的空間位置關(guān)系，得到設(shè)備等中心三維坐標(biāo)”，包括以下步驟：

計(jì)算兩條軸線間公垂線的兩垂足，分別記為

和

，

則醫(yī)用放療設(shè)備等中心坐標(biāo)估計(jì)為o=da+λ(db-da)，λ∈[0,1]。參數(shù)λ的取值由操作者定義。

默認(rèn)優(yōu)選的λ取值為0，即以機(jī)架旋轉(zhuǎn)軸上的垂足da估計(jì)醫(yī)用放療設(shè)備等中心坐標(biāo)。

有益效果

綜上所述，本發(fā)明的有益效果在于：精準(zhǔn)反映醫(yī)用放療設(shè)備等中心三維坐標(biāo)，各方向上的測(cè)量誤差保持在0.5mm以內(nèi)，保證測(cè)量準(zhǔn)確性；測(cè)量過程不需要專家操作，醫(yī)務(wù)人員通過簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可完成操作，測(cè)量結(jié)果不受測(cè)量人員技術(shù)水平影響；測(cè)量過程僅耗時(shí)1-2分鐘，測(cè)量速度快，效率高，可重復(fù)性高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理框圖。

圖2是本發(fā)明的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖示說明如下。

附圖1是本發(fā)明的原理框圖，步驟包括：

1、分別旋轉(zhuǎn)機(jī)架和治療床n次和m次，每次旋轉(zhuǎn)的角度不一致，在每次旋轉(zhuǎn)時(shí)，利用光學(xué)成像設(shè)備（包括但不限于紅外傳感器成像、雙目/多目立體掃描成像、結(jié)構(gòu)光掃描成像）實(shí)時(shí)獲取機(jī)架與治療床上的特征點(diǎn)坐標(biāo)，得到至少三組隨著機(jī)架和治療床旋轉(zhuǎn)而變化的特征點(diǎn)三維位置信息。

為便于說明，將隨機(jī)架旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生變化的特征點(diǎn)三維坐標(biāo)集合記錄為

，

將隨治療床旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生變化的特征點(diǎn)三維坐標(biāo)集合記錄為

。

進(jìn)一步地，所述特征點(diǎn)是指具有明顯光學(xué)成像識(shí)別特性的物體或幾何結(jié)構(gòu)的某固定點(diǎn)。在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，所述特征點(diǎn)可以是具有紅外反光特性的標(biāo)記物，該標(biāo)記物可以被紅外傳感器識(shí)別；所述特征點(diǎn)可以是機(jī)架、治療床上的幾何結(jié)構(gòu)特征點(diǎn)（如床角、機(jī)架的機(jī)械機(jī)構(gòu)凸起），該特征點(diǎn)可以通過雙目/多目立體掃描成像或結(jié)構(gòu)光掃描成像識(shí)別；所述特征點(diǎn)也可以是特征點(diǎn)集合，如形成的機(jī)架/床角的局部或整體表面形態(tài)，該特征可以通過雙目/多目立體掃描成像或結(jié)構(gòu)光掃描成像識(shí)別。

2、根據(jù)測(cè)量得到的多組三維位置信息，分別擬合機(jī)架與治療床的旋轉(zhuǎn)軸空間方程，具體步驟如下：

對(duì)于機(jī)架旋轉(zhuǎn)軸，根據(jù)“集合a中各空間點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)軸的距離之差最小”的原則，可優(yōu)化擬合出機(jī)架旋轉(zhuǎn)軸的軸線方程（表示為la）；

對(duì)于治療床旋轉(zhuǎn)軸，根據(jù)“集合b中各空間點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)軸的距離之差最小”的原則，可優(yōu)化擬合出治療床旋轉(zhuǎn)軸的軸線方程（表示為lb）。

在本發(fā)明所述的至少一個(gè)實(shí)施例中，所述機(jī)架和治療床上的特征點(diǎn)個(gè)數(shù)均為1。但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)，就應(yīng)該想到采用多個(gè)特征點(diǎn)也可以擬合出旋轉(zhuǎn)軸線，因此，類似的技術(shù)方案也沒有超過本發(fā)明所公開并要求保護(hù)的范圍。

3、由兩軸線的空間位置關(guān)系，得到設(shè)備等中心三維坐標(biāo)，具體步驟如下：

計(jì)算兩條軸線間公垂線的垂足，分別記為和，則醫(yī)用放療設(shè)備等中心坐標(biāo)估計(jì)為o=da+λ(db-da)，λ∈[0,1]。參數(shù)λ的取值由操作者定義。

優(yōu)選地，λ取值為0，即以機(jī)架旋轉(zhuǎn)軸上的垂足da估計(jì)醫(yī)用放療設(shè)備等中心坐標(biāo)。