CN106345072A - 一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法及系统，本发明通过对两路视频采集器采集到的视频进行处理，获得多叶光栅实际运动状态及位置，与设定的多叶光栅运动状态及位置比较，从而实现对多叶光栅的到位精度检测。本发明通过采集光栅叶片运动视频，对所采集视频的图片做图像处理，获取图像中光栅叶片实际位移量。同时与光栅叶片的计划位移量作比较，获得其位移误差，并可在超出误差范围时报警。该方法具有较高的精确度，且在自检或者放疗时均可以实时在线显示叶片到位情况，且对硬件的要求较低，系统成本低，可重复利用，系统安装调试成功后无需其他操作，相关人员学习简单，使用方便。

Description

一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法及系统。

背景技术

多叶光栅具有高度适形、操作简单和快速运动等特点，已经被广泛使用于放射治疗。放疗过程中多叶光栅到位精度对靶区照射剂量的精确性和正常组织器官的保护具有重要意义。因此，需要对多叶光栅叶片的到位精度检测。

目前对多叶光栅到位检测方法主要有剂量胶片法，平面探测器阵列法，电子射野影像系统。

剂量胶片法是通过对照射的胶片进行处理最终获得光栅叶片的位置信息，但洗片的条件、参考点的确定等均会影响测量结果，且过程繁琐，工作量大，胶片的重复利用率低。

平面探测器阵列法采用电离式矩阵获取光栅叶片位置，不过受所选电离式矩阵面积规格的限制，无法同时对全部叶片到位情况进行检测。

电子射野影像系统原理与胶片法类似，但是受其测量面积限制，需配套电动平移设备，对硬件要求较高。上述三种方法都是通过对射野的测量进而推算光栅叶片位置，不是直接测量光栅叶片位置，均属间接测量，且无法实现实时检测。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法及系统，本发明通过对两路视频采集装置(视频采集器)采集到的视频进行软件处理，获得多叶光栅实际运动状态及位置，与计划中多叶光栅运动状态及位置比较，从而实现对多叶光栅的到位精度检测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法，包括以下步骤：

(1)将多叶光栅叶片顶端涂抹荧光剂，在多叶光栅叶片运动方向的两侧支架分别设置一紫外灯，另一方向的两侧支架分别设置一台视频采集器；

(2)对直线加速器多叶光栅进行到位精度检测；

(3)开启紫外灯，至荧光剂充分吸收能量，开启直线加速器的同时开启两路视频采集器，分别采集多叶光栅前后位置各一半叶片的运动视频；

(4)对视频进行图像提取，将提取的图像进行二值化处理，确定感兴趣区域，获取感兴趣点坐标值，与实际坐标值比较，计算得感兴趣点实际位移量，测得多叶光栅位移；

(5)将实际测量位移量与设定的多叶光栅位移量进行实时比较，获得并显示误差值，在误差超出阈值范围时报警。

所述步骤(1)中，视频采集器的像素、精度和焦距应与多叶光栅尺寸大小相适配。固定支架为不影响加速器射野，同时满足所采集图像视野大小要求，高度应根据不同型号多叶光栅而定。

所述步骤(3)中，利用两个视频采集器分别采集多叶光栅不同区域的叶片运动视频。

所述步骤(4)中，根据多叶光栅的运动速度不同设定对应的图像提取帧速，后将图像转化为灰度图像，继而进行二值化处理，突出荧光点，确定荧光点为兴趣点。

所述步骤(4)中，根据比例系数即单位像素点与实际距离的比，将图像坐标转换到实际坐标。

所述步骤(4)中，不同加速器上的多叶光栅均需测定，测定步骤如下：

(4-1)将多叶光栅全部叶片完全打开时的位置设为起始位置，即0位移位置，此时叶片顶端荧光点组成一条直线，定为起始线，叶片运动到中间位置为末位置，此时叶片顶端荧光点组成的直线定为中线；

(4-2)控制全部叶片从起始线运动到中线，采集运动过程视频，获得感兴趣区域以及每片叶片的感兴趣点移动的像素点个数，计算比例系数。

所述步骤(4-2)中，获得像素点移动个数的步骤如下：

(a)获取初时刻与任意时刻图像，对同一感兴趣点进行处理；

(b)获得感兴趣点的轮廓；

(c)获得每个轮廓的中心点坐标；

(d)任意时刻感兴趣点中心坐标与初时刻感兴趣点中心坐标做差即得像素点移动个数；

(e)导出并显示坐标值及像素点移动个数。

所述步骤(5)中，图像采集过程中采用双视频采集器分别采集光栅前后各一半的叶片，所得数据顺序与设定的数据顺序不同，因此对两组数据比较时需先按照设定的叶片的顺序排序，之后进行比较。

一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测，包括支架，所述支架为一矩形框架，支架通过卡槽固定于加速器机头上，在加速器的多叶光栅叶片运动方向的两侧边框上分别设置紫外灯，在平行于多叶光栅叶片运动方向的两侧边框上分别设置一台视频采集器；

所述多叶光栅叶片顶端均匀涂抹有荧光剂。

本发明的有益效果为：

(1)本发明使用计算机视觉技术对多叶光栅到位精度检测，采用初始时刻感兴趣点位置与该时刻感兴趣点位置之差作为像素点移动个数的方法，消除了累积误差，系统具有较高的精确度；

(2)本发明可以通过控制帧速调节精度，在自检或者放疗时均可使用，而且可以实时在线显示叶片到位情况；

(3)本发明可以在同一时刻一次性对所有叶片进行检测，且对硬件的要求较低，系统成本低，可重复利用，系统安装调试成功后无需其他操作，相关人员学习简单，使用方便。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的多叶光栅叶片位置的实时检测流程示意图；

图3为本发明的比例测定流程示意图；

图4为本发明的处理流程图；

其中，1、加速器机头；2、多叶光栅，3、卡槽；4、固定支架上顶部前后边框，5、固定支架上顶部左右边框，6、固定支架下底部前后边框，7、固定支架下底部左右边框。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明系统结构示意图，其中1为加速器机头；位于其中心位置的为多叶光栅，如图中2所示；图示3为卡槽；4为固定支架上顶部前后边框，起固定作用，防止固定支架变形；5为固定支架上顶部左右边框，该边框用于插入加速器机头同位置的卡槽中，将固定框架与加速器机头连接为一体；6为固定支架下底前后边框，边框中间位置放置相机；7为固定支架下底左右边框，边框的中间位置放置光源，即紫外灯。

如图2所示，给出来本发明的方法流程图：

第一步：搭建硬件平台，首先将多叶光栅叶片顶端涂抹荧光剂，为保证亮度可均匀多次涂抹，将固定支架上顶部左右边框(图1中的5所示)插入加速器机头下方卡槽中(图1中的3所示)，下底前后边框(图1中的6所示)中间位置各放置一台相机，下底左右边框(图1中的7所示)中间位置各放置紫外灯，为不影响加速器射野，同时满足所采集图像视野大小要求，固定支架高度应根据不同型号多叶光栅而定，连接PC端，相机与紫外灯，测试硬件，调试软件；

所述第一步中，将荧光剂均匀涂抹在多叶光栅叶片顶端，此步骤为该发明可以实现的根本，由于在放疗过程中，隔离室内灯光关闭，采用荧光剂可以在黑暗环境中发光，使用紫外灯照射效果更佳，在自检过程中亦可关闭隔离室灯光，因此在放疗与自检过程中均可使用，该步骤同时简化了后续软件处理中感兴趣点的确定。

固定支架为长方体框架，将固定支架顶部左右边框插入加速器机头下方卡槽中，下底前后边框中间位置各放置一台相机，下底左右边框中间位置各放置紫外灯，为不影响加速器射野，同时满足所采集图像视野大小要求，固定支架高度应根据不同型号多叶光栅而定。

注：光栅运动方向的边框为左右边框，平行于光栅叶片的边框为前后边框。

选择相机需要考虑系统对精度的要求，视野大小，检测物体的速度。对相机分辨率的要求可以通过要求的精度计算：

精度＝视野(长或宽)÷相机像素(长或宽)

则 相机像素(长或宽)＝视野(长或宽)÷精度

计算焦距(f)公式：

焦距(f)＝感光元件大小*工作距离/视野大小

符合需求的镜头实际的焦距需大于该数值。在选择相机时，考虑到不同品牌型号多叶光栅尺寸大小不同，所选器件尽可能的满足对绝大多数多叶光栅品牌型号视频采集的需要。

第二步：对直线加速器多叶光栅进行到位精度自检，或使用加速器对病人进行治疗；

第三步：采集视频，预先3分钟开启紫外灯，使荧光剂充分吸收能量，开启直线加速器的同时开启两路相机，使用下底前边框相机采集多叶光栅前部左右两区域的叶片运动视频，下底后边框相机采集多叶光栅后部左右区域的叶片运动视频。并传输至PC端做进一步处理；

第四步：如图4所示，预先将计划位移量导入PC端，使用软件对所得两路视频处理，测得多叶光栅位移，首先根据光栅运动速度及精度要求将视频按最低30帧/秒提取图像，将图像转化为灰度图像，对所得图像选择合适阈值将图像二值化处理，确定感兴趣区域，获取感兴趣点坐标值，与实际坐标值比较，计算得感兴趣点实际位移量，即为光栅叶片实际位移量。

其中，由图像坐标到实际坐标是通过比例换算完成，比例系数为单位像素点与实际距离的比，该比例系数对于不同加速器上的多叶光栅均需测定，如图3所示，测定步骤如下：

(1)、将多叶光栅全部叶片完全打开时的位置设为起始位置，即0位移位置，此时叶片顶端荧光点组成一条直线，定为起始线，叶片运动到中间位置为末位置，此时叶片顶端荧光点组成的直线定为中线。控制全部叶片从起始线运动到中线，采集运动过程视频。

(2)、将视频传输至PC端，获取起始时刻与末位置时的图像，使用软件获取每片叶片起始位置与末位置时感兴趣点的中心坐标。

两坐标做差获得感兴趣点移动的像素点数，

理论上每片叶片移动的像素点数应该相同，考虑到有误差的存在，可控制叶片往复多次运动，获得多组数据，对所得数据进行误差分析，对误差较大且稳定的可进行人为补偿；

(3)、叶片的实际位移结合多叶光栅手册与系统导出数据来确定。

(4)、

获得比例系数后可以用公式：

实际位移量＝比例系数*像素点移动个数

获得实际位移量。

该公式中的像素点移动个数为初始时刻感兴趣点位置与该时刻感兴趣点位置之差。

获得像素点移动个数的具体方法如下：

(a)、获取初时刻与任意时刻图像，对同一感兴趣点进行处理；

(b)、通过相关软件程序获得感兴趣点的轮廓；

(c)、通过相关软件程序获得每个轮廓的中心点坐标；

(d)、任意时刻感兴趣点中心坐标与初时刻感兴趣点中心坐标做差即得像素点移动个数；

(e)、导出并显示坐标值及像素点移动个数。

第五步：将实际测量位移量与治疗计划中起初设定的多叶光栅位移量进行实时比较，获得误差值。

第六步：显示误差值，并在误差超出可接受误差范围时报警。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)将多叶光栅叶片顶端涂抹荧光剂，在多叶光栅叶片光栅运动方向的两侧分别设置一台视频采集器，另一方向的两侧分别设置一紫外灯；

(2)对直线加速器多叶光栅进行到位精度自检；

(3)开启紫外灯，至荧光剂充分吸收能量，开启直线加速器的同时开启两路视频采集器，分别采集多叶光栅前后位置各一半叶片的运动视频；

(4)对视频进行图像提取，将提取的图像进行二值化处理，确定感兴趣区域，获取感兴趣点坐标值，与实际坐标值比较，计算得感兴趣点实际位移量，测得多叶光栅位移；

(5)将实际测量位移量与设定的多叶光栅位移量进行实时比较，获得误差值，在误差超出阈值范围时报警。

2.如权利要求1所述的一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法，其特征是：所述步骤(1)中，视频采集器的像素、精度和焦距应与多叶光栅尺寸大小相适配。

3.如权利要求1所述的一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法，其特征是：所述步骤(3)中，利用两个视频采集器分别采集多叶光栅不同部区域的叶片运动视频。

4.如权利要求1所述的一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法，其特征是：所述步骤(4)中，根据多叶光栅的运动速度不同设定对应的图像提取帧速，后将图像转化为灰度图像，继而进行二值化处理，突出荧光点，确定荧光点为兴趣点。

5.如权利要求1所述的一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法，其特征是：所述步骤(4)中，根据比例系数即单位像素点与实际距离的比，将图像坐标转换到实际坐标。

6.如权利要求1所述的一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法，其特征是：所述步骤(4)中，不同加速器上的多叶光栅均需测定，测定步骤如下：

(4-1)将多叶光栅全部叶片完全打开时的位置设为起始位置，即0位移位置，此时叶片顶端荧光点组成一条直线，定为起始线，叶片运动到中间位置为末位置，此时叶片顶端荧光点组成的直线定为中线；

(4-2)控制全部叶片从起始线运动到中线，采集运动过程视频，获得感兴趣区域以及每片叶片的感兴趣点移动的像素点个数，计算比例系数。

7.如权利要求6所述的一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法，其特征是：所述步骤(4-2)中，获得像素点移动个数的步骤如下：

(a)、获取初时刻与任意时刻图像，对同一感兴趣点进行处理；

(b)、获得感兴趣点的轮廓；

(c)、获得每个轮廓的中心点坐标；

(d)、任意时刻感兴趣点中心坐标与初时刻感兴趣点中心坐标做差即得像素点移动个数；

(e)、导出并显示坐标值及像素点移动个数。

8.如权利要求1所述的一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测方法，其特征是：所述步骤(5)中，图像采集过程中采用双视频采集器分别采集光栅前后各一半的叶片，所得数据顺序与设定的数据顺序不同，因此对两组数据比较时需先按照设定的叶片的顺序排序，之后进行比较。

9.一种直线加速器多叶光栅叶片位置的实时检测，其特征是：包括支架，所述支架为一矩形框架，支架通过卡槽固定于加速器机头上，在加速器的多叶光栅叶片运动方向的两侧边框上分别设置紫外灯，在平行于多叶光栅叶片运动方向的两侧边框上分别设置一台视频采集器；

所述多叶光栅叶片顶端均匀涂抹有荧光剂。