CN109069862B - 患者监测系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于监测正在进行放射治疗的患者的患者监测系统，包括：投影仪，其可操作以将光图案投射到进行放射治疗的患者上；患者约束装置，其可操作以相对于治疗设备约束患者；图像检测器，其可操作以获得患者的图像；以及模型生成模块，其可操作以处理由图像检测器获得的患者的图像以生成患者的一部分的表面的模型，其中患者约束装置的至少一部分被着色并且模型生成模块被禁止生成患者约束装置的着色部分的模型。

Description

患者监测系统
技术领域
本发明涉及一种患者监测系统，尤其涉及一种包括用于在治疗期间固定患者的患者约束装置的患者监测系统。
背景技术
放射治疗包括将辐射束投射到患者身体的预定区域，以便消除或减少其中存在的恶性或良性肿瘤以及治疗非癌性疾病。这种治疗通常是定期和重复进行的。在每次医疗干预时，患者必须相对于辐射源定位，以便以尽可能高的精度照射所选区域，以避免辐射辐射束对其有害的相邻组织。如果在治疗期间检测到患者的移动，则应该停止治疗以避免照射除治疗位置之外的患者的区域。
由于该原因，已经提出了用于在放射治疗期间辅助患者定位并检测患者移动的许多监测系统，诸如在Vision RT的早期专利和专利申请US7889906、US7348974、US8135201、US2015/062303和US2015/0265852中描述的那些。
在Vision RT的专利申请中描述的系统中，使用投射到被监测患者的一部分上的散斑图案的立体摄像机获得患者的图像。模型生成模块确定变换以识别和匹配由立体摄像机的左透镜和右透镜接收的这些图像的对应部分。然后利用这些匹配来生成患者的3D模型，当正确定位以确认患者处于正确位置时，将该患者的3D模型与患者表面的存储参考模型进行比较。通常，这种比较涉及进行Procrustes分析以确定最小化由基于实时图像生成的数据识别的患者表面上的点与患者表面的存储参考模型上的点之间的位置差异的变换。
对于立体定向手术，特别是在治疗脑肿瘤时，必须使患者相对于辐射输送系统以非常高的精度定位，以使得将辐射输送到肿瘤而不是周围的健康组织。由于该原因，进行立体定向手术的患者的头部经由诸如头罩的患者约束装置牢固地附接到躺椅上，以使得患者在治疗期间不能移动他们的头部。相同的考虑适用于利用替代患者约束装置的肿瘤的其它类型和位置的情况。
诸如面罩的患者约束装置通常由热塑性材料制成，该热塑性材料在初始治疗环节之前被加热。然后通过将面罩放在患者的面部上并且然后使其固定，将面罩模塑到患者的头部。所得到的头罩完全包围患者的头部，并且从而限制移动并允许患者在每个治疗环节被放置于固定位置。这种全头面罩的示例在WO03/061477和WO04/032781中公开。尽管全头面罩是对仅使用下巴带固定患者的改进，但是由于面罩完全遮盖患者的面部，因此在治疗期间不可能监测面部的移动。该问题已经通过使用US8662083描述的替代头罩来解决，该头罩包括布置成使患者的面部基本上自由以允许通过立体摄像机进行监测的孔。
仍然需要改进患者监测系统。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种患者监测系统，包括：患者约束装置，其可操作以相对于治疗设备约束患者，其中患者约束装置的至少一部分被着色；摄像机系统，其可操作以获得患者和患者约束装置的图像；以及模型生成模块，其可操作以处理由摄像机系统获得的图像，以生成在图像中出现的患者的一部分的表面的模型。
在一些实施例中，患者监测系统可另外包括可操作以将光图案投射到进行治疗的患者上的投影仪。在这种实施例中，优选地，患者约束装置的着色部分被布置成吸收由投影仪投射的大部分投射光，以使得投射图案在与约束装置相对应的图像部分中不是显而易见的。
这可以通过约束装置的颜色基本上是黑色来实现，以便吸收大部分投射光。在其它实施例中，患者约束装置的颜色可以被选择以便对应于与投射光的波长相关联的颜色，以使得到约束装置的表面上的光投射不是显而易见的。在一些实施例中，约束装置可以被着色为黑色。
在一些实施例中，约束装置的着色可以通过在形成约束装置的热塑性塑料中包含合适的染料来实现。可替代地，在对约束装置进行模塑之后，可以将适当的着色施加到约束装置的外部。
在一些实施例中，摄像机系统可包括立体摄像机系统。在这种实施例中，投影仪可以包括散斑投影仪，其可操作以将伪随机光图案投射到被监测的患者的表面上。在这种实施例中，模型生成模块可以被布置成识别通过匹配投射的光图案的对应部分的表示而由摄像机系统获得的立体图像的对应部分，并且被禁止生成患者约束装置的着色部分的模型，其中光图案基本上被吸收。这降低了建模系统匹配与患者约束装置相对应的图像部分的能力。在匹配发生的情况下，它们更可能对应于患者的表面，并且因此提高了系统的精度。
在这种实施例中，优选地，约束装置可以被选择以具有低反射率，以便减少在约束装置的图像中出现的镜面高光的事件，并且约束装置的结构被选择为使得在由患者监视器获得的约束装置的图像中出现的孔和穿孔与由建模系统利用以识别立体图像的对应部分的投射到约束装置上的光图案的部分具有不同的尺寸。
在一些实施例中，投影仪可以将结构光投射到进行治疗的患者上。
在一些实施例中，模型生成模块可以处理由摄像机系统获得的图像，以识别与着色约束装置的颜色相对应的图像的部分。
在一些实施例中，模型生成模块可以被布置为处理图像以识别与患者约束装置的着色部分相对应的图像的部分，并且仅试图识别图像的识别区域之外的立体图像的对应部分。
在一些实施例中，模型生成模块可以处理由摄像机系统获得的图像，以生成在图像中出现的患者的一部分的表面的模型，并且处理进一步的图像以纹理渲染所生成的患者的部分的模型。然后，模型生成模块可基于所生成模型的部分来监测患者的位置，该所生成模型的部分没有被纹理渲染与患者约束装置的颜色相对应的颜色。在这种实施例中，患者监测系统可以将没有被纹理渲染与患者约束装置的颜色相对应的颜色的所生成模型的部分与患者的表面的所存储模型进行比较，并且生成定位指令以将所生成模型的部分与所存储模型匹配。
在一些实施例中，患者约束装置的着色部分可以被图案化，并且患者监测系统被配置为识别所生成模型的部分，该所生成模型的部分利用与在患者约束装置的着色部分上出现的图案相对应的图案来纹理渲染。
在一些实施例中，患者约束装置的着色部分可以是约束装置中的孔周围的边界，并且患者监测系统可基于所生成模型的部分来监测患者的位置，该所生成模型的部分包含在被纹理渲染与着色边界相对应的颜色的模型的片段内。
附图说明
现在将仅参考附图以示例的方式描述本发明，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的患者监测系统的示意性透视图；
图2是用于图1的患者监测系统的头罩的坯件的前视图；
图3是佩戴由图2的坯件形成的头罩的患者的头部和颈部的透视图；
图4是图1的患者监测系统的立体摄像机系统的前透视图；
图5是图1的患者监测系统的计算机系统的示意性框图；
图6是由图1的患者监测系统捕获的图像的说明性示例；以及
图7是由图1的患者监测系统生成的模型表面的说明性示例。
具体实施方式
患者监测系统包括摄像机系统10，在该实施例中，该摄像机系统10包括通过布线(未示出)连接到计算机14的立体摄像机系统。计算机14还连接到治疗设备16，诸如用于施加放射治疗的线性加速器。提供机械躺椅18作为治疗设备的一部分，患者20在治疗期间躺在该躺椅18上。治疗设备16和机械躺椅18布置成使得在计算机14的控制下，机械躺椅18和治疗设备16的相对位置可以横向、垂直、纵向和旋转地变化，如由靠近躺椅的箭头在附图中所指示的。
治疗设备16包括主体22，机架24从该主体22延伸。准直器26设置在机架24的远离治疗设备16的主体22的端部处。为了改变辐射照射患者20的角度，在计算机14的控制下，机架24布置成围绕穿过治疗设备16的主体22的中心的轴线旋转。另外，治疗设备的照射位置也可以通过在机架24的端部处旋转准直器26来改变。
在该实施例中，以头罩21形式的患者约束装置用于约束进行治疗的患者20的头部19。
在使用中，摄像机系统10获得躺在机械躺椅18上的患者20的视频图像。这些视频图像经由布线传送到计算机14。然后计算机14处理患者20的图像以生成被治疗的患者的表面的模型。在涉及立体定向脑手术的该实施例中，患者表面的模型将包括患者头部的一部分和面部的表面的模型。
可以将该模型与早期治疗环节期间生成的患者模型进行比较。当定位患者时，识别当前模型表面和从较早的环节获得的目标模型表面之间的差异，并且确定对准表面所需的定位指令并将其发送到机械躺椅18。随后在治疗期间可以识别与初始设置的任何偏差，并且如果偏差大于阈值，则计算机14向治疗设备16发送指令以使治疗停止，直到可以重新定位患者20为止。
如将更详细解释的，在该实施例中，为了使计算机14能够生成患者20的表面的模型，将随机的光图案投射到患者20的表面上。这在识别患者20的立体图像的对应部分时辅助计算机14。
在该实施例中，头罩21被着色，以使得在由立体摄像机10获得的图像中，在头罩21上投射的光图案不是显而易见的。这可以通过将头罩21着色为亚光黑色来实现，以使得投射光基本上被头罩21吸收。可替代地，头罩21的颜色可以被选择为基本上类似于投射光的颜色。
以这种方式着色头罩21禁止匹配算法识别与头罩21相对应的立体图像的部分中的匹配。结果，由计算机14生成的模型避免了将头罩21的表面部分结合到模型中。这提高了患者可以定位的精度，因为所生成的模型与先前存储的模型之间的匹配仅对应于患者20的表面。
图2是根据本发明的实施例的头部约束坯件21的前视图。坯件21也在图3中示出，其包括在患者头部19变形之后头部约束坯件21的示意性透视图。
头罩21包括刚性U形框架28，其具有整体形成的穿孔板30。穿孔板30由热塑性塑料制成，当被加热时，该热塑性塑料可通过放置在患者头部上而变形。
在该实施例中，头罩21由适于在患者头部上变形而不会引起不适的任何热塑性塑料制成，即热塑性塑料必须在足够低的温度下软化，以使患者的皮肤不被烧伤。在50℃至100℃的范围的温度下熔化或软化的合适的热塑性塑料包括聚(己二酸乙二醇酯)、聚(ε-己内酯)、聚乙烯醇硬脂酸酯、乙酸纤维素、丁酸酯和含有共聚单体的乙基纤维素聚(环氧丙烷)、反式聚异戊二烯和顺式聚异戊二烯基热塑性材料，以及聚己内酯基材料。
在该实施例中，头罩21被着色为黑色，以便吸收投射到其表面上的大部分图案光，使得在获得的头罩21的图像中不容易辨别图案光。头罩21可以在使用合适的颜料模塑热塑性塑料或者使用涂层进行后模塑期间着色。合适的涂层将包括深黑色黑板漆，其诸如用于使光学望远镜内部变黑以最小化光路中的杂散光。
如果使用涂层，涂层应当优选是低过敏性的，以便最小化与患者皮肤反应的风险。
在该实施例中，穿孔板30具有三个大孔，该三个大孔包括主中心孔32和设置在主中心孔32的任一边的两个辅助三角形孔34、36。在框架28中设置一系列螺孔35，使得框架28能够附接到约束平台。
在图3中，穿孔板30中的孔32、34、36的布置使得当头罩21通过放置在患者面部上而变形时，穿孔板30被模塑和拉伸以雕刻患者头部19的轮廓，同时使患者的面部(包括眼睛、鼻子和嘴巴)露出。同时，孔32、34、36之间的穿孔板30的部分被拉伸，以便在患者面部的任一侧形成下巴带38和一对伴随的侧支柱40，它们一起起到约束患者头部19就位的作用，同时使变形的板30具有相当大的结构刚度，从而确保如下事实，即尽管患者的面部未被封闭，但是当面罩位于作为约束平台的一部分提供的垫子42上时，面罩起到将患者的头部19保持在固定位置的作用。除了对患者更舒适之外，使患者的面部露出使得能够使用非接触式运动检测系统(诸如US7889906中公开的Vision RT的AlignRT RTM系统)来检测患者的移动。
在图2中，在变形之前，穿孔板30基本上填充整个U形框架28，其中穿孔板30的边缘44在U形框架28的开口端部处遵循蛇形曲线，该蛇形曲线在远离U形框架28的顶点移动之前最初大致垂直地延伸到框架28的臂，以便在板30的中央部分提供小的附加突起46。如图2中所示，该突起46使得穿孔板30的该部分能够形成下巴带38，当头罩21变形时，该下巴带38包围患者的下巴。
在该实施例中，主中心孔32包括中央矩形部分48和两个相邻的翼部分50、52，其中，中央矩形部分48延伸穿过穿孔板30的中间三分之一，中央矩形部分48的较长边平行于U形框架28的臂延伸。两个翼部分50、52各自包括直角三角形开口，每个开口具有沿中央矩形部分48的长边半途向下延伸的底边，并且每个翼部分50、52具有与中央矩形部分48的边缘53齐平的顶点，该中央矩形部分48的边缘53在中央矩形部分48的长边和U形框架28的边缘55之间半途远离穿孔板30的边缘44。
在该实施例中，为了增加穿孔板30的一些区域的抗变形性，板30的一些区域没有穿孔。更具体地，除了在板30的片段的中央区域54和紧邻U形框架28的开口端部的带56中之外，板30的与U形框架28的开口端部相邻的部分没有穿孔。在使用中，这使得中央区域54和板30的紧邻U形框架28的开口端部的片段更容易变形并因此适应患者下巴的形状。另外，远离横跨延伸到框架28的臂的U形框架30的开口端部的横跨主孔32的边缘延伸的板30的带57也没有穿孔。
两个辅助三角形孔34、36各自包括直角三角形开口。两个辅助三角形孔34、36位于主中心孔32的两边，其中底边邻近U形框架28的臂，并且顶点与主中心孔32的中央矩形部分48的边缘的端部齐平，主孔32的翼状部分50、52的斜边和三角形孔34、36彼此平行。
以这种方式，主孔32和两个辅助三角形孔34、36的边缘限定了穿孔板30的一对条带58、60的边缘，该对条带58、60位于将U形框架28与邻近U形框架28的开口端部的板30的部分连接的主孔32的任一边。在如图3所示的使用中，这些条带58、60变形，以便形成支柱40，该支柱40将由与U形框架28的开口端部相邻的板30的部分形成的下巴带38与远离框架28的开口端部的U形框架28的一部分连接。
一旦设置，在变形之后，当处于张力下时，穿孔板30将抵抗进一步的变形。在使用中，变形板30的下部用于将患者头部19保持就位，因为板30的该部分形成下巴带38，该下巴带38防止患者的下巴远离U形框架28的平面移动。类似地，穿孔板30的远离U形框架28的开口端部的部分防止患者20的前额远离U形框架28的平面移动。最后，穿孔板30的远离U形框架28的开口端部的部分和由主中心孔32和两个辅助孔34、36之间的条带58、60形成的支柱40一起防止与U形框架28的臂平行的方向的移动。
特别地，应该注意的是，通过以上述方式设置两个辅助孔34、36和主中心孔32，形成头部约束装置，该头部约束装置抵抗运动但是具有开口，该开口使患者的面部露出。这是因为在主中心孔32和两个辅助孔34、36之间由条带58、60形成的支柱40的方向通过朝向U形框架28的开口端部的任何移动而被置于张力下，并且因此，即使在没有穿孔板30覆盖患者面部的情况下，也能在张力下向头部约束装置提供结构刚度。
图4是图1的患者监测系统的立体摄像机系统10的前透视图。
在该实施例中，立体摄像机系统10包括壳体64，该壳体64经由铰链68连接到支架66。支架66使得立体摄像机系统10能够在固定位置附接到治疗室的天花板，同时铰链68允许立体摄像机系统10的方向相对于支架66进行定向，以使得立体摄像机系统10布置成在机械躺椅18上观察患者20。
一对透镜70L、70R安装在壳体64的前表面71的任一端。这些透镜70L、70R定位在图像检测器(诸如在壳体64内包含的CMOS有源像素传感器或电荷耦合器件(未示出))的前面。图像检测器布置在透镜70L、70R后面以便经由透镜70L、70R捕获患者20的图像。在一些实施例中，壳体64可以由诸如铅的材料制成，该铅提供非常好的辐射屏蔽，并且从而减小高能粒子在由图像检测器获得的图像中生成随机误差的程度。
在该实施例中，散斑投影仪72设置在两个透镜70L、70R之间的壳体64的前表面71的中间。散斑投影仪72布置成用伪随机散斑图案的红外光照射患者20，以使得当两个图像检测器捕获患者20的图像时，可以区分所捕获图像的对应部分。为此，散斑投影仪包括诸如LED的光源和胶片，其中在胶片上印刷有随机散斑图案。在使用中，来自光源的光经由胶片投射，并且因此，由亮区和暗区组成的图案被投射到患者20的表面上。当立体摄像机系统10捕获投射的散斑图案的图像时，然后可以处理图像以确定患者表面上的一组点的位置，并且因此可以监测患者的定位。
图5是图1的患者监视器的计算机14的示意性框图。
为了计算机14处理从立体摄像机系统10接收的图像，计算机14由在盘74上提供的软件或通过经由通信网络接收电信号76到多个功能模块78-86中来配置。应当理解，图5中所示的功能模块78-86纯粹是概念性的，以便有助于理解要求保护的发明的工作，并且在某些实施例中可能不直接与软件的源代码中的代码块对应。在其它实施例中，由所示功能模块78-86执行的功能可以在不同模块之间划分，或者可以通过针对不同功能重新使用相同模块来执行。
在该实施例中，功能模块78-86包括：3D位置确定模块78，用于处理从立体摄像机系统10接收的图像；模型生成模块80，用于处理由3D位置确定模块78生成的数据，并将数据转换为成像表面的3D线网模型；生成模型存储器82，用于存储成像表面的3D线网模型；目标模型存储器84，用于存储先前生成的3D线网模型；以及匹配模块86，用于确定将生成的模型与目标模型匹配所需的旋转和平移。
在使用中，当由立体摄像机系统10获得图像时，这些图像由3D位置确定模块78处理。该处理使得3D位置确定模块78能够识别患者20的表面上的点的3D位置。这通过3D位置确定模块78识别由立体摄像机系统10的透镜70L、70R获得的成对图像中的对应点，并且然后基于所获得的成对图像中的对应点的相对位置和识别获得图像的摄像机的相对位置的所存储的数据而确定这些点的3D位置来实现。
通常，对应点的识别基于对大约16×16像素的图像块的分析。为了帮助识别和匹配如上所述的对应块，立体摄像机系统10包括散斑投影仪72，该散斑投影仪72布置成将伪随机散斑图案投射到正被成像的患者20上，以使得患者20的表面的不同部分可以更容易区分。散斑图案的尺寸被选择以使得不同的图案在不同的图像块中将是明显的。
图6是由头罩21包围的人体模型头部的由立体摄像机系统10捕获的图像的说明性示例，散斑图案投射到该头罩21上。从图6中可以看出，散斑图案在与人体模型的面部相对应的图像部分中是可见的。然而，在与该说明性示例中涂有哑光黑色涂料的头罩21相对应的图像区域中，散斑图案不可见。
然后，由3D位置确定模块78生成的位置数据被传送到模型生成模块80，该模型生成模块80处理位置数据以生成由立体摄像机10成像的患者20的表面的3D线网模型。由于散斑图案在与头罩21的表面相对应的区域中不容易检测到，因此3D位置确定模块78不太可能能够识别由立体摄像机10获得的关于图像的这些区域的立体图像中的对应部分，并且因此，这些区域不太可能被包括在由模型生成模块80生成的3D线网模型中。
在该实施例中，3D模型包括三角形线网模型，其中模型的顶点对应于由3D位置确定模块78确定的3D位置。当已经确定这种模型时，将其存储在生成模型存储器82中。
图7是与图6中所示的人体模型的前视图相对应的3D位置数据和生成的3D线网模型的说明性示例。在示例性图示中，各个3D位置点被示为单独的点，而在其中3D位置数据的密度超过阈值的图像的中央部分中，模型示为连续表面。
从图7中可以清楚地看出，尽管在所示的图像中示出了匹配的数据点，其对应于人体模型的头部的整体，但是图像的中央部分(其中匹配的密度最大并且3D线网表面已经针对其生成)对应于人体模型的表面上的点而不是与头罩21的表面上的点相对应的点。
当存储了患者20的表面的线网模型时，然后，调用匹配模块86以确定在基于由立体摄像机10获得的当前图像的所生成的模型与存储在目标模型存储器84中的患者的先前生成的模型表面之间的匹配平移和旋转。然后，可以将确定的平移和旋转作为指令发送到机械躺椅18，以使得躺椅将患者20定位在相对于治疗设备16相同的位置，就像它们之前治疗时一样。在利用诸如着色头罩的约束装置生成的模型的情况下，这将涉及匹配患者的对应部分，并且因此将改善患者的定位的精度，因为这种匹配不会受到患者相对于头罩21的任何移动和与头罩21而不是患者20的表面对应的点的任何匹配的不利影响。
随后，立体摄像机10可以继续监测患者20，并且可以通过生成另外的模型表面并将那些生成的表面与存储在目标模型存储器84中的目标模型进行比较来识别位置的任何变化。如果确定患者已经移出位置，则可以停止治疗设备16并且重新定位患者20，从而避免照射患者20的错误部分。
尽管在上述实施例中，已经参考了被着色为黑色的头罩21，但是应当理解，并非被着色为黑色，头罩21可以是如下的任何颜色，其吸收在颜色上与投射的散斑图案对应的光或者其它投射光，或以其它方式降低由立体摄像机10捕获的图像中投射的散斑图案或其它投射光的可见性。因此，例如，并非被着色为黑色，而是可能将头罩21着色为红色以便匹配投射到患者表面的散斑图案或其它光的颜色。
还应当理解，本发明不仅仅涉及用于在立体定向脑手术期间约束患者20的热塑性头罩21，而且还扩展到并且同样适用于用于任何形式的治疗(诸如需要高精度的患者定位的放射治疗等)的其它形式的约束装置。这种约束装置的示例将包括全身约束装置，其模塑成患者的形状以相对于定位躺椅固定患者；以及其它类型的约束装置，其被模塑至患者的表面并且被设置以便限制患者运动或者使患者采用指定的姿势或方向。在所有这些情况下，这种约束装置可以被着色，以便减少患者监测系统的匹配的生成。
此外，尽管在上面的示例中已经描述了被着色为黑色的头罩21，但是也应当理解，在其它实施例中，仅约束装置的一部分可能被着色。
因此，例如，不是对整个头罩21着色，而是仅使头罩21的紧邻开口的部分可以被着色，患者的面部可以通过该开口可见。在这种系统中，着色区域中的匹配将减少并且将用于识别与患者相对应的模型的部分和与其它匹配点相对应的匹配之间的边界。在可以识别这种边界的情况下，处理模块然后可以被布置为将3D线网模型的生成限制到边界内的点。
除了对约束装置着色之外，可以采用其它方法来减少所识别的匹配，该匹配对应于约束装置而不是被监测的患者的表面。
因此，例如，优选地，约束装置的表面将基本上是暗色的且非反射的，以便最小化可能出现在可以匹配的约束装置的图像中的镜面高光。此外，优选地，约束装置将被设计以避免具有与用于识别立体图像中的对应特征的图像块的尺寸相对应的尺寸的特征。因此，例如在具有孔或穿孔的约束装置的情况下，优选地，孔或穿孔的尺寸将被选择，以使其具有与图像中匹配的特征的尺寸不同的尺寸。
尽管在上述实施例中描述了头罩，其中头罩21的颜色被选择以便阻碍3D位置确定模块78识别立体图像的对应部分的能力，但是应当理解，在一些实施例中，不是将约束装置的全部或部分的颜色如此选择以吸收散斑图案，而是约束装置的颜色可以被选择以容易地在图像内检测到，并且3D位置确定模块78可以被布置为识别这种图像片段，并且当试图识别匹配时忽略这些着色片段。
在这种实施例中，约束装置或邻近被成像患者区域的约束装置的一部分可以以易于区分的颜色着色，例如绿色。当3D位置确定模块试图识别立体图像的对应部分时，与图6的图像相反，其中散斑图案被约束装置吸收并且因此仅在与人体模型的面部相对应的图像部分中可见，捕获的图像还将包括约束装置的部分，其将容易地通过构成与约束装置的特定可识别颜色相对应的图像的像素的颜色或颜色范围来识别。然后可以布置3D位置确定模块78，以便在试图识别立体图像的对应部分时不处理与头罩21相对应的所识别的颜色或颜色范围的像素。
还应当理解，在替代实施例中，可以发生图像处理的组合，其中着色约束装置的图像不匹配，因为投射的光被吸收到图像不易显现的程度，或者约束装置的吸收使得图像仍然是明显的并且约束装置的颜色使得图像能够与患者的图像区分开，并且因此不能由3D位置确定模块78匹配。
在其它实施例中，患者约束装置可具有可区分的图案以进一步帮助或实现患者的图像与患者约束装置之间的区分以及防止匹配。
在替代实施例中，监测系统不是利用约束装置的颜色来防止生成约束装置的表面的模型，而是可以以传统方式生成模型，并且利用约束装置的颜色来识别与患者的表面相对应的模型部分并且仅利用模型的那些部分来监测患者的位置。
因此，例如在这种系统中，可以在用于监测患者的立体摄像机系统10中包括附加的彩色摄像机。在这种系统中，当模型生成模块80基于由3D位置确定模块78识别的匹配生成模型时，由附加彩色摄像机捕获的图像数据然后可以用于纹理渲染所生成的模型。然后可以通过移除与约束装置的颜色相对应的模型的部分来进一步处理纹理渲染模型，以使得模型的剩余部分对应于被监测的患者的表面的一部分，并且然后可以利用该模型定位患者进行治疗。
尽管在上述实施例中已经描述了利用立体摄像机系统投影仪将光的散斑图案投射到患者表面上的系统，但是应当理解，在其它实施例中可以使用其它方法。例如，在被监测的患者的表面的部分更加不均匀的情况下，可以省略光的投射，并且可以直接从识别患者的表面的对应部分来实现立体图像的匹配部分，而无需诸如通过将光图案投射到患者表面上来实现的附加区分数据。在如上所述的这种实施例中，模型生成模块然后可以利用着色约束装置的颜色来识别与约束装置相对应的图像的部分并且避免利用图像的这些部分来生成患者表面的模型或者可替代地可以使用所识别的图像部分的颜色来识别与约束装置相对应的模型的部分，并且在监测患者的移动时避免使用模型的这些部分。
可替代地，在另一个实施例中，不是将随机光图案投射到患者上，而是可以使用例如结构光，例如，网格图案可能投射到患者的表面上，并且计算机14可以被布置成基于光图案的变形生成患者20的表面的模型。在这种实施例中，摄像机系统10可以不是立体摄像机系统。
应当理解，上述实施例通过在不匹配患者约束装置的图像的情况下生成患者的模型，能够以更高的精度定位患者。这可以以替代方式实现：通过使得患者约束装置由基本上吸收投射光的颜色构成而物理地防止患者约束装置被成像，或者使用可区分着色的患者约束装置并且处理被监测的患者部分的图像以使得患者约束装置的图像不匹配，或通过使用来自附加摄像机的图像数据来纹理渲染被监测的患者部分并且在利用模型定位患者之前将在颜色上与约束装置的颜色对应的模型的部分移除。

Claims (16)

1.一种患者监测系统，包括：
患者约束装置，其可操作以相对于治疗设备约束患者，其中，所述患者约束装置的至少一部分被着色；
投影仪，其可操作以将光图案投射到进行治疗的患者上；
摄像机系统，其可操作以获得所述患者和所述患者约束装置的图像；以及
模型生成模块，其可操作以处理由所述摄像机系统获得的图像，以生成出现在所述图像中的患者的一部分的表面的模型；
其中，所述患者约束装置的着色部分被布置成吸收由所述投影仪投射的大部分的投射光，以使得投射图案在与所述患者约束装置相对应的所述图像的部分中不是显而易见的。
2.根据权利要求1所述的患者监测系统，其中，摄像机系统包括立体摄像机系统；所述投影仪包括散斑投影仪，所述散斑投影仪可操作以将伪随机光图案投射到被监测的患者的所述表面上；以及所述模型生成模块被布置成通过匹配所投射的光图案的对应部分的表示而识别由所述摄像机系统获得的立体图像的对应部分，并且被禁止生成所述患者约束装置的所述着色部分的模型，其中所述光图案基本上被吸收。
3.根据权利要求2所述的患者监测系统，其中，所述患者约束装置的结构使得在由所述摄像机系统获得的所述患者约束装置的图像中出现的所述患者约束装置中的孔和穿孔与由所述模型生成模块利用以识别立体图像的对应部分的投射到所述患者约束装置上的光图案的部分具有不同的尺寸。
4.根据权利要求1所述的患者监测系统，其中，所述投影仪包括可操作以将结构光投射到进行治疗的患者上的投影仪。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的患者监测系统，其中所述患者约束装置的所述着色部分与基本上吸收由所述投影仪投射到所述患者上的光的颜色相对应。
6.根据权利要求1所述的患者监测系统，其中所述模型生成模块可操作以处理由所述摄像机系统获得的图像，以识别与所述着色约束装置的颜色相对应的所述图像的部分。
7.根据权利要求1所述的患者监测系统，其中，所述模型生成模块可操作以处理由所述摄像机系统获得的图像，以生成在所述图像中出现的患者的一部分的所述表面的模型；处理进一步的图像以纹理渲染所生成的所述患者的所述部分的模型；并且基于所生成模型的所述部分来监测患者的位置，所生成模型的部分没有被纹理渲染与所述患者约束装置的颜色相对应的颜色。
8.根据权利要求7所述的患者监测系统，其中，所述患者监测系统可操作以将没有被纹理渲染与所述患者约束装置的颜色相对应的颜色的所生成模型的所述部分与患者的所述表面的所存储模型进行比较，并且生成定位指令以将所生成模型的所述部分与所存储模型匹配。
9.根据权利要求7所述的患者监测系统，其中，所述患者约束装置的着色部分被图案化，并且所述患者监测系统被配置为识别所生成模型的部分，所生成模型的部分利用与在所述患者约束装置的着色部分上出现的图案相对应的图案来纹理渲染。
10.根据权利要求7所述的患者监测系统，其中，所述患者约束装置的着色部分是所述患者约束装置中的孔周围的边界，并且所述患者监测系统被配置为基于所生成模型的所述部分来监测患者的所述位置，所生成模型的所述部分包含在被纹理渲染与着色边界相对应的颜色的模型的片段内。
11.根据权利要求1所述的患者监测系统，其中，所述患者约束装置的着色部分被着色为黑色。
12.根据权利要求1所述的患者监测系统，其中，所述患者约束装置的着色部分包括热塑性塑料。
13.根据权利要求1所述的患者监测系统，其中，所述患者约束装置的着色部分包含着色所述患者约束装置的染料。
14.根据权利要求1所述的患者监测系统，其中，所述患者约束装置的着色部分的表面被涂在所述患者约束装置的外部上。
15.根据权利要求1所述的患者监测系统，其中，所述患者约束装置的表面具有低反射率。
16.根据权利要求1所述的患者监测系统，其中，所述患者约束装置包括头罩。
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