一種監(jiān)測(cè)生理運(yùn)動(dòng)曲線和體表輪廓的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種監(jiān)測(cè)生理運(yùn)動(dòng)曲線和體表輪廓的方法及 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知放射治療是腫瘤治療的最重要、最基本的手段之一，目前，腫瘤放射治療 的主要設(shè)備是直線加速器、鉆60治療機(jī)和伽馬刀。但由于腫瘤組織被正常組織所包繞，殺滅 腫瘤的同時(shí)會(huì)損傷正常的組織。加之放射治療中如何消除器官的受生理運(yùn)動(dòng)的影響，如呼 吸運(yùn)動(dòng)、膀脫充盈、腸胃蠕動(dòng)、腫瘤的增大和減小，W及器官的彈性形變、分次治療中的擺位 誤差等，使之無法準(zhǔn)確定位。在體部放射治療中，通常采用的體部定位框架只能對(duì)腫瘤進(jìn)行 靜態(tài)定位，而無法實(shí)時(shí)跟蹤由于生理運(yùn)動(dòng)，例如呼吸等引起的腫瘤位置的變化，運(yùn)樣使得射 線祀點(diǎn)不能始終對(duì)準(zhǔn)腫瘤組織，從而讓較多的正常組織接受不必要的福射，降低了療效并 產(chǎn)生副作用，直接影響到腫瘤治療的效果。
[0003] 目前通常采用的方法是使射線束的工作周期與某一特定呼吸時(shí)相同步，使腫瘤在 口控窗內(nèi)的殘余運(yùn)動(dòng)最小，該方法通常分為W下=種：
[0004] (1)基于體表標(biāo)識(shí)物技術(shù)，如已商用的瓦里安公司的Real-time Posi tion Management System(RPM)，該系統(tǒng)單純依靠紅外成像系統(tǒng)跟蹤體表變化，其缺點(diǎn)在于，使用 的標(biāo)識(shí)盒和球在不同觀察角度下跟蹤精度不準(zhǔn)確，需要人工調(diào)節(jié)紅外傳感器的位置，同時(shí) 由于單純依賴紅外成像系統(tǒng)，對(duì)紅外的精度要求非常高，同時(shí)也引入了紅外死角的問題，也 會(huì)帶來實(shí)時(shí)性的問題，另外，紅外反射球自身也是一種耗材，而且需要在絕對(duì)黑暗的情況下 使用，整個(gè)系統(tǒng)價(jià)格較高，不易推廣使用。
[000引（2)基于呼吸流量的技術(shù)，通過呼吸流量計(jì)或肺活量計(jì)等將被檢測(cè)到的呼吸流量 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，設(shè)置流量闊值，W此來產(chǎn)生口控信號(hào)。它的缺點(diǎn)在于：需要病人配戴口罩 等來測(cè)量氣流量，其耐受性較差。
[0006] (3)基于壓力傳感器的技術(shù)，該技術(shù)是采用呼吸腹帶或變形測(cè)量計(jì)等裝置，通過其 內(nèi)部的壓力傳感器來測(cè)量壓力的變化，由此產(chǎn)生口控信號(hào)。它的缺點(diǎn)在于:腹帶或變形測(cè)量 計(jì)對(duì)患者的腹部造成一定的擠壓，給患者帶來不適感，耐受性很差。
[0007] 目前，本領(lǐng)域的研究人員致力于開發(fā)基于跟蹤體表變化的技術(shù)，例如，專利申請(qǐng)?zhí)?為201010552002.3的中國專利公開了一種激光引導(dǎo)醫(yī)療設(shè)備自動(dòng)定位系統(tǒng)及方法，該專利 基于病人體表的標(biāo)記不易跟蹤，病人呼吸會(huì)導(dǎo)致體表標(biāo)記產(chǎn)生非剛性形變，容易丟失標(biāo)記 等的問題，采用通過圖像剪影的辦法來獲得跟蹤點(diǎn)，然而，運(yùn)對(duì)外界客觀因素如光照和照相 機(jī)曝采集速率的依賴性較大，易丟失或錯(cuò)誤跟蹤。
[0008] 專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910105863.4的中國專利公開了基于腹部體表輪廓曲線產(chǎn)生數(shù) 字化呼吸口控信號(hào)的方法，并具體公開了通過數(shù)據(jù)采集，訓(xùn)練呼吸樣本的方法來實(shí)現(xiàn)匹配， 該方法對(duì)病人前IOs的呼吸曲線的普適性要求較高，對(duì)病人在后期治療中的呼吸變化或者 移動(dòng)位置輕微變化的系統(tǒng)魯棒性較差，同時(shí)基于YCb化的人體皮膚分割算法本身精度不高， 對(duì)于呼吸曲線的精度識(shí)別較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種監(jiān)測(cè)生理運(yùn)動(dòng)曲線的方法，包括W下 步驟：
[0010] Sl、在被測(cè)者的身體上放置標(biāo)識(shí)物；
[0011] S2、利用雙目攝像機(jī)和紅外傳感器采集標(biāo)識(shí)物的坐標(biāo)；
[0012] S3、分析校正雙目攝像機(jī)和紅外傳感器采集的標(biāo)識(shí)物的坐標(biāo)，從而得到被測(cè)者的 生理運(yùn)動(dòng)曲線。
[0013] 進(jìn)一步地，所述步驟S3具體包括：
[0014] S31、將雙目攝像機(jī)和紅外傳感器采集的標(biāo)識(shí)物的坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，并根據(jù)比對(duì)結(jié)果 得到位置偏差；
[0015] S32、根據(jù)所述位置偏差對(duì)標(biāo)識(shí)物的坐標(biāo)進(jìn)行校正，從而得到被測(cè)者的生理運(yùn)動(dòng)曲 線。
[0016] 進(jìn)一步地，所述步驟S31具體包括：
[0017] S311、將雙目攝像機(jī)采集的標(biāo)識(shí)物的坐標(biāo)r(x，y，z)與紅外傳感器采集的標(biāo)識(shí)物的 坐標(biāo)R(x，y，z)建立--對(duì)應(yīng)的關(guān)系，并對(duì)對(duì)應(yīng)的r(x，y，z)與R(x，y，z)進(jìn)行采樣，使用偏差 公式建立如下優(yōu)化模型：
[0019] 其中，A為位置偏差，Min: A代表位置偏差的最小值，N為采樣組數(shù)，且N〉l。
[0020] S312、采用隨機(jī)或非隨機(jī)算法求解所述優(yōu)化模型，得到位置偏差。
[0021] 進(jìn)一步地，在所述步驟S2中，利用雙目攝像機(jī)采集標(biāo)識(shí)物的=維坐標(biāo)的方法包括 W下步驟：
[0022] S21、利用雙目攝像機(jī)采集標(biāo)識(shí)物的RGB帖數(shù)據(jù)；
[0023] S22、將RGB帖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為服V空間的顏色特征，
[0024] 或根據(jù)RGB帖數(shù)據(jù)提取RGB空間的SIFI特征，
[0025] 或?qū)GB帖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為HSV空間的顏色特征同時(shí)根據(jù)RGB帖數(shù)據(jù)提取RGB空間的 SIFI特征，實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)物的=維坐標(biāo)采集。
[0026] 進(jìn)一步地，還包括步驟S4、顯示被測(cè)者的生理運(yùn)動(dòng)曲線。
[0027] 進(jìn)一步地，所述步驟Sl中的標(biāo)識(shí)物為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的標(biāo)識(shí)物，且所述標(biāo)識(shí)物上具有用 于標(biāo)定標(biāo)識(shí)物特征的特征點(diǎn)，相鄰的特征點(diǎn)之間具有對(duì)比度。
[0028] 相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種監(jiān)測(cè)生理運(yùn)動(dòng)曲線的系統(tǒng)，包括采集模塊和處理模 塊，
[0029] 所述采集模塊，用于利用雙目攝像機(jī)和紅外傳感器采集標(biāo)識(shí)物的坐標(biāo)；
[0030] 所述處理模塊，用于分析校正雙目攝像機(jī)和紅外傳感器采集的標(biāo)識(shí)物的坐標(biāo)，從 而得到被測(cè)者的生理運(yùn)動(dòng)曲線。
[0031] 進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括顯示模塊，用于顯示被測(cè)者的生理運(yùn)動(dòng)曲線。
[0032] 進(jìn)一步地，所述處理模塊包括比對(duì)單元和校正單元，
[0033] 所述比對(duì)單元，用于將雙目攝像機(jī)和紅外傳感器采集的標(biāo)識(shí)物的坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)， 并根據(jù)比對(duì)結(jié)果得到位置偏差；
[0034] 所述校正單元，用于根據(jù)所述位置偏差對(duì)標(biāo)識(shí)物的坐標(biāo)進(jìn)行校正，從而得到被測(cè) 者的生理運(yùn)動(dòng)曲線。
[0035] 進(jìn)一步地，所述比對(duì)單元具體用于:將雙目攝像機(jī)采集的坐標(biāo)r(x，y，z)與紅外傳 感器采集的坐標(biāo)R(x，y，z)建立--對(duì)應(yīng)的關(guān)系，并對(duì)對(duì)應(yīng)的r(x，y，z)與R(x，y，z)進(jìn)行采 樣，使用偏差公式建立如下優(yōu)化模型：
[0037] 其中，A為位置偏差，Min: A代表位置偏差的最小值，N為采樣組數(shù)，且N〉l。
[0038] 進(jìn)一步地，所述標(biāo)識(shí)物為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的標(biāo)識(shí)物，且所述標(biāo)識(shí)物上具有用于標(biāo)定標(biāo)識(shí) 物特征的特征點(diǎn)，相鄰的特征點(diǎn)之間具有對(duì)比度。
[0039] 本發(fā)明還提供了一種監(jiān)測(cè)體表輪廓的方法，包括W下步驟：
[0040] Hl、在被測(cè)者的身體上放置標(biāo)識(shí)物；
[0041] H2、利用雙目攝像機(jī)和紅外傳感器采集被測(cè)者的體表輪廓，其中包括標(biāo)識(shí)物的坐 標(biāo)；
[0042] 冊(cè)、分析雙目攝像機(jī)和紅外傳感器采集的標(biāo)識(shí)物的坐標(biāo)得到位置偏差；
[0043] H4、利用所述位置偏差對(duì)雙目攝像機(jī)和紅外傳感器采集的體表輪廓進(jìn)行矯正，得 到矯正后的體表輪廓隨時(shí)間變化的圖像。
[0044] 進(jìn)一步地，所述步驟冊(cè)具體包括：
[004引 H31、將雙目攝像機(jī)采集的標(biāo)識(shí)物的坐標(biāo)Hx，y，z)與紅外傳感器采集的標(biāo)識(shí)物的 坐標(biāo)R(x，y，z)建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，并對(duì)對(duì)應(yīng)的r(x，y，z)與R(x，y，z)進(jìn)行采樣，使用偏差 公式建立如下優(yōu)化模型：
[0047] 其中，A為位置偏差，Min: A代表位置偏差的最小值，N為所采用的采樣組數(shù)，N〉l。
[0048] S32、采用隨機(jī)或非隨機(jī)算法求解所述優(yōu)化模型，得到位置偏差。
[0049 ]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了 一種監(jiān)測(cè)體表輪廓的系統(tǒng)，包括采集模塊和處理模塊， [0050]所述采集模塊，用于利用雙目攝像機(jī)和紅外傳感器采集被測(cè)者的體表輪廓，其中 包括標(biāo)識(shí)物的坐標(biāo)；
[0051 ]所述處理模塊，用于分析雙目攝像機(jī)和紅外傳感器采集的標(biāo)識(shí)物的坐標(biāo)得到位置 偏差，并利用所述位置偏差對(duì)雙目攝像機(jī)和紅外傳感器采集的