CN107617170A - 一种放疗过程人体摆位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放疗过程人体摆位系统，包括三维采集子系统、点云基本处理子系统及实时配准子系统，采用激光三维定位方法及GPU加速技术实现人体实时摆位比对；本发明的优点是，本发明采用三维激光光扫描技术对病患进行扫描，获取三维数据，误差可控制在0.5mm左右，再采用GPU加速和并行处理技术提高运算效率，可使整个操作过程控制在几十秒之内。

Description

一种放疗过程人体摆位系统

技术领域

本发明涉及放射治疗领域，具体为一种放疗过程人体摆位系统。

背景技术

放射治疗是治愈恶性肿瘤不可或缺的主要方法之一，“放射治疗科”或“肿瘤放射治疗中心”是由多个团队有机组成的战斗集体，各负其责，相互配合，这样才能最有效地保护肿瘤患者正常组织和重要器官，彻底地或最大限度地消灭肿瘤细胞。肿瘤的放射治疗通常由医师和物理师制定好一个完整的治疗方案后，由治疗师用一个月到一个半月的时间，通过对病人精确的照射摆位来完成这个治疗方案，每个疗程约需30天，每次照射1～3个部位。摆位不仅要精确，还需要有很好的重复性。治疗师的摆位工作在放疗工作中是极其重要的一个环节，也是治疗计划正确无误、完整实施的重要保证。

目前常见的摆位方法和手段主要有：

1)头部和体部肿瘤的摆位，通常分别使用热塑性固定膜和负压真空气垫，对患者进行头、体部位置的固定；使用激光定位灯对其进行定位，热塑性固定膜和负压真空气垫的制作质量及过程，也会影响到摆位的精度和治疗效果。如中国专利文件CN 104338238A公布的一种快速精确定位肿瘤的方法。

2)中国专利文件CN 103736208 A公布了一种放射治疗用红外定位自动摆位系统。所述的放射治疗用红外定位自动摆位系统，其特征是，包括红外定位相机、红外定位单元、放射治疗设备、计算机、显示设备、红外相机注册单元，红外定位相机通过红外线与红外定位单元相连，红外定位相机的输入和输出与计算机相连，计算机的输出与显示设备相连，计算机与放射治疗设备相连，红外定位相机通过红外相机注册单元与放射治疗设备相连。本发明通过合理的结构搭配，将红外定位小球和立体框架组合成为红外定位单元，方便在多种情况下监控患者的坐标，红外定位单元随患者移动而移动，实时监控患者的位置情况，提供良好的监测结果，保证放射治疗的效果。

前者方法定位精度低，容易产生较大误差，后者仅达实现平面定位方式，没有充分立体信息，进而在一些较为隐蔽部位，定位精度较差，效率不高。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种放疗过程人体摆位系统，可将定位误差控制在0.5mm左右，整个操作过程控制在几十秒之内，定位精度高，运算效率高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种放疗过程人体摆位系统，包括三维采集子系统、点云基本处理子系统及实时配准子系统；

所述三维采集子系统包括激光散斑系统及高精度彩色相机：采用激光散斑结构光来获取患者深度信息，即三维信息，采用色彩相机获取被测物颜色信息；

所述云基本处理子系统包括FPGA模块及DSP模块：采用基本FPGA和DSP前端点云处理系统，获取被测量物完整三维信息，融合颜色统计信息，改进传统点云处理算法，进一步通过实时处理子系统，对采集到的数据逐个像素块进行分类编码，获得每个窗口的深度，再通过深度信息进行反解运算，获得患者在世界坐标系下的坐标，获得更高精度的深度信息；

所述实时配准子系统采用GPU加速技术及并行处理技术：当再次进行放疗时，采用相同的上述两个步骤方法对病人进行实时扫描，获取当前病人三维数据，并且传入实时配准子系统中，完成两片点云的配准工作，采用并行处理和GPU加速等技术对数据进行处理。

进一步的，所述云基本处理子系统采用训练好的深度模型对数据进行分类。

进一步的，所述云基本处理子系统通过拼接技术获取被测量物完整三维信息。

进一步的，所述云基本处理子系统采用深度学习方法对数据进行训练。

进一步的，其特征在于，其定位误差≤0.5mm。

本发明的有益效果在于：

相对于现有技术中热塑性固定膜和负压真空气垫的制作质量及过程，会影响到摆位的精度和治疗效果，本发明采用三维激光光扫描技术对病患进行扫描，获取三维数据，可将误差控制在0.5mm左右；同时现有技术中仅能实现平面方式定位，对于立体信息、隐蔽部位定位精度差、效率低，本发明采用GPU加速和并行处理技术提高运算效率，可使整个操作过程控制在几十秒之内，三维激光光扫描技术与GPU加速和并行处理技术结合可以快速、准确获得较为全面的三维信息，不会因为隐蔽部位而影响数据的精确度，整体而言，本发明定位精度高、运算效率高、定位过程简单快捷，在临床中具有较高的使用价值，可大规模推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统组成及处理过程示意图。

具体实施方式

如图1所示的一种放疗过程人体摆位系统，包括三维采集子系统、点云基本处理子系统及实时配准子系统；

所述三维采集子系统使用激光散斑系统及高精度彩色相机得到原始三维点云数据，具体为：采用激光散斑结构光来获取患者深度信息，即三维信息，采用色彩相机获取被测物颜色信息；

所述云基本处理子系统采用FPGA模块及DSP模块自动调整人体方向、点云去噪，得到三维点云人体表面轮廓，具体为：采用基本FPGA和DSP前端点云处理系统，获取被测量物完整三维信息，融合颜色统计信息，改进传统点云处理算法，进一步通过实时处理子系统，对采集到的数据逐个像素块进行分类编码，获得每个窗口的深度，再通过深度信息进行反解运算，获得患者在世界坐标系下的坐标，获得更高精度的深度信息；

所述实时配准子系统采用GPU加速技术及并行处理技术，进行快速点云配准及人体尺寸测量，具体为：当再次进行放疗时，采用相同的上述两个步骤方法对病人进行实时扫描，获取当前病人三维数据，并且传入实时配准子系统中，完成两片点云的配准工作，采用并行处理和GPU加速等技术对数据进行处理。

进一步的，所述云基本处理子系统采用训练好的深度模型对数据进行分类。

进一步的，所述云基本处理子系统通过拼接技术获取被测量物完整三维信息。

进一步的，所述云基本处理子系统采用深度学习方法对数据进行训练。

进一步的，其特征在于，其定位误差≤0.5mm。

本发明的实施过程为：

首次放疗前，采用激光三维扫描技术获取人体放疗体位，再次放疗时，通过扫描和实时配准方法进行摆位工作，这个工作可在数十秒内完成，大大提高摆位工作效率和摆位精度。

处理过程中关键步骤如下：

(1)工业相机标定；

(2)投射激光散斑结构光；

(3)获取激光散斑测试图像；

(4)特征提取及分割；

(5)采用深度学习方法对数据进行训练；

(6)将特征数据进行窗口化处理；

(7)提取特征；

(8)采用训练好的深度模型对数据进行分类。

相对于现有技术中热塑性固定膜和负压真空气垫的制作质量及过程，会影响到摆位的精度和治疗效果，本发明采用三维激光光扫描技术对病患进行扫描，获取三维数据，可将误差控制在0.5mm左右；同时现有技术中仅能实现平面方式定位，对于立体信息、隐蔽部位定位精度差、效率低，本发明采用GPU加速和并行处理技术提高运算效率，可使整个操作过程控制在几十秒之内，三维激光光扫描技术与GPU加速和并行处理技术结合可以快速、准确获得较为全面的三维信息，不会因为隐蔽部位而影响数据的精确度，整体而言，本发明定位精度高，运算效率高，在临床中具有较高的使用价值，可大规模推广。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种放疗过程人体摆位系统，其特征在于，包括三维采集子系统、点云基本处理子系统及实时配准子系统；

所述三维采集子系统包括激光散斑系统及高精度彩色相机：采用激光散斑结构光来获取患者深度信息，即三维信息，采用色彩相机获取被测物颜色信息；

所述云基本处理子系统包括FPGA模块及DSP模块：采用基本FPGA和DSP前端点云处理系统，获取被测量物完整三维信息，融合颜色统计信息，改进传统点云处理算法，进一步通过实时处理子系统，对采集到的数据逐个像素块进行分类编码，获得每个窗口的深度，再通过深度信息进行反解运算，获得患者在世界坐标系下的坐标，获得更高精度的深度信息；

所述实时配准子系统采用GPU加速技术及并行处理技术：当再次进行放疗时，采用相同的上述两个步骤方法对病人进行实时扫描，获取当前病人三维数据，并且传入实时配准子系统中，完成两片点云的配准工作，采用并行处理和GPU加速等技术对数据进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种放疗过程人体摆位系统，其特征在于，所述云基本处理子系统采用训练好的深度模型对数据进行分类。

3.根据权利要求1所述的一种放疗过程人体摆位系统，其特征在于，所述云基本处理子系统通过拼接技术获取被测量物完整三维信息。

4.根据权利要求1所述的一种放疗过程人体摆位系统，其特征在于，所述云基本处理子系统采用深度学习方法对数据进行训练。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种放疗过程人体摆位系统，其特征在于，其定位误差≤0.5mm。