CN115105757A - 医疗模体、以及基于医疗模体的设备精度检测方法、系统 - Google Patents

医疗模体、以及基于医疗模体的设备精度检测方法、系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种医疗模体、以及基于医疗模体的设备精度检测方法、系统，涉及设备检测技术领域，主要目的在于解决现有人为进行断层扫描设备的精度检测准确性差、效率低的问题。医疗模体包括：主模体，以及设置于所述主模体的侧壁上的金属件组；其中，所述金属件组包括至少一对主金属件，一对所述主金属件相对于所述主模体的中心截面对称设置；所述主模体置于断层扫描系统中进行扫描后，得到所述主金属件的主投影位置数据，以基于所述主投影位置数据进行所述断层扫描系统的设备精度检测。

Description

医疗模体、以及基于医疗模体的设备精度检测方法、系统
技术领域
本发明涉及一种设备检测技术领域，特别是涉及一种医疗模体、以及基于医疗模体的设备精度检测方法、系统。
背景技术
随着医疗技术的快速发展，对医疗设备的精度要求也逐渐升高，以便更加契合医疗技术的发展。其中，医用电子直线加速器(简称为加速器)是用于对肿瘤以及其他病灶进行发射线治疗的医疗器械，加速器的设备几何精度直接影响治疗效果，因此，在使用过程中，需要确保加速器放射治疗的准确性。
目前，现有基于加速器的几何精度进行检测通常基于手动使用坐标纸、直尺，前指针、检测板等辅助校准工具进行人为精度检测，并通过目测激光灯定位辅助校准工具，以及使用度量工具测量误差。但是，人为精度检测不可避免的引入人为误差，重复性较差且检测精度不准确，并且加速器中需要进行几何精度检测的项目较多，多次人为操作耗时费力，会对操作人员带来额外的辐射危害。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种医疗模体、以及基于医疗模体的设备精度检测方法、系统，主要目的在于解决现有人为进行断层扫描设备的设备精度检测准确性差、效率低的问题。
依据本发明一个方面，提供了一种医疗模体，其特征在于，包括：主模体，以及设置于所述主模体的侧壁上的金属件组；
其中，所述金属件组包括至少一对主金属件，一对所述主金属件相对于所述主模体的中心截面对称设置；
所述主模体置于断层扫描系统中进行扫描后，得到所述主金属件的主投影位置数据，以基于所述主投影位置数据进行所述断层扫描系统的设备精度检测。
进一步地，所述金属件组还包括至少一对辅金属件，每对所述辅金属件相对于所述主模体的中心截面对称设置；
其中，所述主模体置于所述断层扫描系统中进行扫描后，得到所述辅金属件的辅投影位置数据，以基于所述辅投影位置数据对所述主模体处于所述断层扫描系统中的相对位置进行校正。
进一步地，每一所述辅金属件按照预设角度设置于所述主模体的侧壁上，且位于所述中心截面一侧的各所述辅金属件设置于与所述中心截面平行的截面上。
进一步地，所述主金属件与所述辅金属件分别为实心金属球体。
进一步地，所述主模体为空心玻璃材质，所述主金属件与所述辅金属件分别设置于所述主模体的玻璃侧壁上。
依据本发明另一个方面，提供了一种基于医疗模体的设备精度检测方法，应用于医疗模体，包括：
当确定医疗模体置于预设扫描位置后，按照扫描间隔角度进行电压级断层扫描，并采集所述医疗模体上一对主金属件匹配的目标点位数据，所述目标点位数据为基于所述一对主金属件按照所述扫描间隔角度扫描得到的第一主投影位置数据之间的第一连线交点、以及第二主投影位置数据之间的第二连线交点、所述第一主投影位置数据、所述第二主投影位置数据确定的；
根据所述第一连线交点、所述第二连线交点之间的直线角度确定探测器平板扭转角度，并按照所述探测器平板扭转角度对所述目标点位数据的位置角度进行旋转校正，以使所述探测器平板扭转角度的角度置零；
基于旋转校正后所述目标点位数据所对应的投影位置数据确定所述电压级断层扫描所对应的设备旋转参数，作为设备精度检测的检测结果。
进一步地，所述基于旋转校正后所述目标点位数据所对应的投影位置数据确定所述电压级断层扫描所对应的设备旋转参数包括：
基于校正后所述目标点位数据中的第一连线交点、第二连线交点、第一主投影位置数据、第二主投影位置数据进行几何形状拟合，确定拟合形状参数，并根据所述拟合形状参数计算设备旋转参数，所述设备旋转参数包括旋转轴距离、探测器距离、方向偏差、连线交点斜率与截距。
进一步地，所述按照扫描间隔角度进行电压级断层扫描，并采集所述医疗模体上一对主金属件匹配的目标点位数据之前，所述方法还包括：
基于至少一对辅金属件的辅投影位置数据确定所述医疗模体执行所述电压级断层扫描的相对位置；
若所述相对位置匹配预设扫描位置，则执行对所述医疗模体的电压级断层扫描。
进一步地，所述基于至少一对辅金属件的辅投影位置数据确定所述医疗模体执行所述电压级断层扫描的相对位置包括：
获取至少一对辅金属件所对应的辅投影位置数据，并连接处于对称位置的所述辅投影位置数据确定中心投影位置；
基于所述中心投影位置与设备机架位置进行对比，确定所述医疗模体执行所述电压级断层扫描的相对位置。
依据本发明又一个方面，提供了一种基于医疗模体的设备精度检测系统，包括：医疗模体，以及断层扫描系统，所述医疗模体用于置于所述断层扫描系统中进行扫描，以完成所述断层扫描系统的设备精度检测。
借由上述技术方案，本发明实施例提供的技术方案至少具有下列优点：
本发明提供了一种医疗模体、以及基于医疗模体的设备精度检测方法、系统，与现有技术相比，本发明实施例中的医疗模体包括主模体，以及设置于所述主模体的侧壁上的金属件组；其中，所述金属件组包括至少一对主金属件，一对所述主金属件相对于所述主模体的中心截面对称设置；所述主模体置于断层扫描系统中进行扫描后，得到所述主金属件的主投影位置数据，以基于所述主投影位置数据进行所述断层扫描系统的设备精度检测，实现设备精度检测的高度自动化，实现断层扫描设备的检测重复可执行性目的，大大节省人力资源，且满足具有针对性的检测需求，从而提高设备精度检测准确性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的一种医疗模体结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的一种机架角度为0°下扫描得到的图像数据示意图；
图3示出了本发明实施例提供的一种基于医疗模体的设备精度检测方法流程图；
图4示出了本发明实施例提供的一种医疗模体实体结构示意图；
图5示出了本发明实施例提供的一种机架旋转对主金属件进行扫描得到投影图像数据的示意图；
图6示出了本发明实施例提供的一种主金属件P2对应的主金属件投影位置数据C1示意图；
图7示出了本发明实施例提供的一种主金属件P3对应的主金属件投影位置数据C2示意图；
图8示出了本发明实施例提供的另一种基于医疗模体的设备精度检测方法流程图；
图9示出了本发明实施例提供的一种主模体的中心投影点示意图；
图10示出了本发明实施例提供的一种基于医疗模体的设备精度检测系统组成框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
针对基于加速器的几何精度进行检测通常基于手动使用坐标纸、直尺，前指针、检测板等辅助校准工具进行人为精度检测，并通过目测激光灯定位辅助校准工具，以及使用度量工具测量误差。但是，人为精度检测不可避免的引入人为误差，重复性较差且检测精度不准确，并且加速器中需要进行几何精度检测的项目较多，多次人为操作耗时费力，会对操作人员带来额外的辐射危害。本发明实施例提供了一种医疗模体，如图1所示，包括：主模体100，以及设置于所述主模体100的侧壁上的金属件组200；
其中，所述金属件组200包括至少一对主金属件201，一对所述主金属件201相对于所述主模体100的中心截面对称设置；
所述主模体100置于断层扫描系统中进行扫描后，得到所述主金属件201的主投影位置数据，以基于所述主投影位置数据进行所述断层扫描系统的设备精度检测。
本发明实施例中，金属件组200中包括至少一对主金属件201，此时，一对主金属件201相对于主模体100的中心截面对称设置，此时，一对中的2个主金属件201距离中心截面的距离可以预先进行设定，如均距离中心截面为110mm，不做具体限定。同时，主金属件201设置于主模体100的侧壁上，若主模体100为实心，则侧壁为外侧壁，若主模体100为空心柱体，则主金属件201可以设置于主模体100的柱体侧壁内测或柱体侧壁外侧，本发明实施例不做具体限定。优选的，主模体100为空心玻璃材质的柱体，可以为圆桶形柱体，也可以为椭圆桶形柱体，本发明实施例不做具体限定。
需要说明的是，主模体100上的金属件组200包括至少一对主金属件201，在将本发明实施例中的医疗模体置于断层扫描系统中进行扫描时，为了基于金属件组200扫描得到的投影位置数据进行设备精度检测，金属件组200为实心金属球体，金属球体材质可以为合金钢材质，优选为钨钢材质，本发明实施例不做具体限定。同时，为了使得到的扫描数据中仅仅显示金属件组200的投影位置数据，避免引入主模体100外形，主模体100为玻璃材质，优选为空心玻璃材质，使得主金属件201设置于主模体100的玻璃侧壁上，此时，主模体100所形成的圆桶形直径优选为200mm，从而使得主金属件201的投影位置数据的圆环直接也为200mm。
本发明提供了一种医疗模体，本发明实施例中的医疗模体包括主模体，以及设置于所述主模体的侧壁上的金属件组；其中，所述金属件组包括至少一对主金属件，一对所述主金属件相对于所述主模体的中心截面对称设置；所述主模体置于断层扫描系统中进行扫描后，得到所述主金属件的主投影位置数据，以基于所述主投影位置数据进行所述断层扫描系统的设备精度检测，实现设备精度检测的高度自动化，实现断层扫描设备的检测重复可执行性目的，大大节省人力资源，且满足具有针对性的检测需求，从而提高设备精度检测准确性。
进一步地，如图1所示，所述金属件组200还包括至少一对辅金属件202，每对所述辅金属件202相对于所述主模体100的中心截面对称设置；
其中，所述主模体100置于所述断层扫描系统中进行扫描后，得到所述辅金属件202的辅投影位置数据，以基于所述辅投影位置数据对所述主模体100处于所述断层扫描系统中的相对位置进行校正。
为了使基于医疗模体进行断层扫描系统的设精度检测，在对设置有主金属件201的主模体100进行扫描之前，需要进行主模体100处于断层扫描系统中的相对位置校正。具体的，金属件组200还包括至少一对辅金属件202，每对辅金属件2022相对于主模体100的中心截面对称设置，从而使得断层扫描系统在对主模体100进行初次扫描时，得到位置相对于中心截面对称的辅投影位置数据。其中，为了更好的进行相对位置校正，辅金属件202通常优选为6对，从而基于得到的6对辅投影位置数据进行相对位置校正。
进一步地，为了得到对称于中心截面，且投影位置用于位置校正的辅金属件202的辅投影数据，每一所述辅金属件202按照预设角度设置于所述主模体100的侧壁上，且位于所述中心截面一侧的各所述辅金属件202设置于与所述中心截面平行的截面上。
其中，预设角度可以为360°的整除数，以均匀平分的在位于中心截面的一侧截面上设置一对辅金属件202中的一个，即每一对辅金属件202中的一个辅金属件202，相对于中心截面一侧设置于与中心截面平行的一个截面上，同时，全部对辅金属件202中的一个金属件在一个截面上按照预设角度均匀设置，从而使得基于断层扫描系统进行平台扫描后，得到如图2所示的主金属件201与辅金属件202分别对应的投影位置。例如，辅金属件202优选为金属材质实心小球，设置于主模体100的侧壁圆周上，每两个辅金属件202与圆环中心连线所成夹角为30°，所成2个圆环直径都为200mm，距离中心截面均为50mm，本发明实施例不做具体限定。
优选的，每一个辅金属件202分别设置于主模体100的侧壁上，且辅金属件202与主金属件201均为实心金属球体，为了体现不同的投影效果，辅金属件202与主金属件201作为实心金属球体的直径可以不同，如辅金属件202直径优选为3mm，主金属件201直接优选为5mm，本发明实施例不做具体限定。另外，主模体100上的中心截面与侧壁交点处还可以设置中心金属件，以基于中心金属件的中心投影位置数据作为主投影位置数据、辅投影位置数据、相对位置的校正依据。
本发明提供了一种医疗模体，本发明实施例中的医疗模体包括主模体，以及设置于所述主模体的侧壁上的金属件组；其中，所述金属件组包括至少一对主金属件，一对所述主金属件相对于所述主模体的中心截面对称设置；金属件组还包括至少一对辅金属件，每对所述辅金属件相对于所述主模体的中心截面对称设置，以基于所述辅投影位置数据进行所述断层扫描系统的相对位置校正，提高基于主模体进行设备精度检测的准确性，以实现设备精度检测的高度自动化，实现断层扫描设备的检测重复可执行性目的，大大节省人力资源，且满足具有针对性的检测需求，从而提高设备精度检测准确性。
本发明实施例提供了一种基于医疗模体的设备精度检测方法，应用于医疗模体，如图3所示，包括：
301、当确定医疗模体置于预设扫描位置后，按照扫描间隔角度进行电压级断层扫描，并采集所述医疗模体上一对主金属件匹配的目标点位数据。
本发明实施例中，如图4所示，医疗模体为空心玻璃材质圆柱桶形，侧壁上设置有主金属件，如P2、P3处表示的金属钨钢实心球体，在进行不同电压级断层扫描过程中，医疗模体位于旋转机架的治疗床上，从而在旋转机架中按照不同扫描间隔角度进行如图5所示的扫描时，得到对应于不同电压级断层扫描所对应的扫描图像数据。具体的，电压级断层扫描为按照不同电压级别执行的断层扫描，如KV电压级的锥形束CT扫描，简称为KV-CBCT(KV-Cone Beam Computed Tomography)、MV电压级的锥形束CT扫描，简称为MV-CBCT(MV-ConeBeam Computed Tomography)，本发明实施例不做具体限定。其中，为了基于不同电压级的断层扫描，以进行设备精度的检测，目标点位数据为基于一对主金属件按照扫描间隔角度扫描得到的第一主投影位置数据之间的第一连线交点、以及第二主投影位置数据之间的第二连线交点、第一主投影位置数据、第二主投影位置数据确定的。当执行不同电压级断层扫描时，首先需要将医疗模体放于待执行断层扫描系统的治疗床上，此治疗床位于机架中，且医疗模体的支架一端水平放置在治疗床上，另一端通过支架的夹持装置将支架夹紧在治疗床的两端，以确保医疗模体与治疗床之间没有相对运动。此时，医疗模体的外壁刻度线对准激光灯，使医疗模体放置的位置接近于机架旋转轴所对应的等中心线位置，即预设扫描位置则为扫描床上接近等中心线的位置，以按照扫描间隔角度进行电压级断层扫描。
在电压级断层扫描过程中，旋转机架旋转的角度可以配置为扫描间隔角度，如间隔30度，从而得到共采集12个旋转机架角度的投影图像，每一张投影图像上确定一对主金属件的投影位置点。由于医疗模体的主模体侧壁上设置有主金属件，主金属件为金属材质，如钨钢材质实心小球，以结合有机磨砺材质的模体，减少模体外壁对射线的衰减，确保投影图像中主金属件的清晰度，如图4所示中的P2、P3位置点处的小球，本发明实施例不做具体限定。此时扫描得到的投影图像中包含有P2、P3处主金属件的主投影位置数据，即作为第一主投影位置数据以及第二主投影位置数据。其中，由于主金属件P2、P3分别位于主模体中心截面的两侧，距离中心截面对称且距离为预定距离，如110mm，以得到扫描P2、P3所得到的第一主投影位置数据、第二主投影位置数据。从如图6所示中的P2所对应的第一主投影位置数据可以确定，在同一个电压级下，同一个主金属件的投影位置变化为一个椭圆形，因此，将一个主金属件的投影位置与相对于旋转180°时的对称的投影位置进行连线，得到一个连线交点C1，即为椭圆形的圆心，如图7所示中为P3所对应的连线交点C2。具体的，当为MV电压级断层扫描时，第一主投影位置数据为12个MV电压断层扫描下主金属件P2的投影位置数据，按照旋转180°时对称的位置点进行连线，得到第一连线交点。对应的，第二主投影位置数据为12个MV电压断层扫描下主金属件P3的投影位置数据，按照旋转180°时对称的位置点进行连线，得到第二连线交点。此时，将MV电压级下的第一连线交点、第二连线交点以及所对应的第一主投影位置数据、第二主投影位置数据确定为目标点位数据，以获取目标点位数据。
需要说明的是，在进行电压级断层扫描时，是基于直线加速器进行X射线扫描的，且旋转机架需要按照旋转轴在不同机架角度旋转下进行X射线扫描，从而得到主金属件在不同机架角度下的断层扫描投影位置数据此时，由于机架旋转扫描，对于得到的扫描投影位置数据会形成一个圆形或椭圆形，因此，目标点位数据为主金属件所对应的断层扫描投影位置数据所形成的圆形或椭圆形所对应圆心的位置数据。
302、根据所述第一连线交点、所述第二连线交点之间的直线角度确定探测器平板扭转角度，并按照所述探测器平板扭转角度对所述目标点位数据的位置角度进行旋转校正，以使所述探测器平板扭转角度的角度置零。
本发明实施例中，由于在进行不同电压级断层扫描时，均是基于探测器平板进行采集扫描图像数据，且探测器平板是人为安装在与机架旋转轴平行的位置，会存在一定的扭转角度，因此，需要对电压级断层扫描所得到的目标点位数据进行校正。其中，探测器平板扭转角度为基于进行电压级断层扫描得到的目标点位数据计算得到的，以进行校正。具体的，由于目标点位数据中包括至少两个参照物所对应的投影位置数据，因此，可以基于这两个投影位置数据进行连线，将连线的斜率作为探测器平板扭转角度，即根据所述第一连线交点、第二连线交点之间的直线角度确定探测器平板扭转角度，按照探测器平板扭转角度对所述目标点位数据的位置角度进行旋转校正。
具体的，针对不同电压级断层扫描过程中，可以在每个投影图像数据中识别到一对主金属件的投影位置数据，因此，基于扫描得到的多张投影图像数据，将多张投影图像数据中主金属件P2、P3的全部位置数据汇总至一个坐标系中，从而形成P2、P3分别对应的一个椭圆，连接每个椭圆中，间隔180°机架角度的两个投影位置，每个椭圆得到6多条相交直线，即得到第一连线交点交点C1(u1，v1)，第二连线交点C2(u2，v2)即为目标模体中圆环的圆心。此时，为了确定探测器平板是否存在扭转，基于两个连线交点连线，从而以此连线的直线角度，即斜率作为探测器平板扭转角度。
例如，通过第一连线交点交点C1(u1，v1)，第二连线交点C2(u2，v2)，如图6、7所示，构建两个交点连线的直线方程：
Figure BDA0003659741940000101
其中，
Figure BDA0003659741940000102
kaxis为直线角度，即斜率，
Figure BDA0003659741940000103
baxis为截距。此时，通过通过直线角度，即斜率，确定探测器平板扭转角度η；
Figure BDA0003659741940000104
另外，不同电压级断层扫描，如MV电压级断层扫描与KV级电压断层扫描分别确定连线角度后，计算探测器平板扭转角度的方法相同，区别仅在于扫描采集到的多张投影图像数据数量不同，因此，均可以根据第一连线交点、第二连线交点之间的直线角度确定探测器平板扭转角度，本发明实施例不做具体限定。
本发明实施例中，当确定探测器平板扭转角度后，为了确保对设备精度进行检测时，探测器平板与机架转轴平行，因此，通过得到的探测器平板扭转角度对目标点位数据进行校正。具体的，按照电压级断层扫描下得到的探测器平板扭转角度对扫描得到的目标点位数据的位置角度进行旋转校正，即按照第一探测器平板扭转角度分别对第一目标参照对象投影位置数据、第二目标参照对象投影位置数据的位置角度进行旋转，即为将探测器平板扭转角度的角度置0，以将此时的目标点位数据作为探测器平板未发生扭转扫描得到的，使校正后的主金属件投影位置数据为探测器平板未发生偏转所得到的投影位置数据。
需要说明的是，在基于探测器平板扭转角度对目标点位数据的位置角度进行旋转校正时，由于目标点位数据为多个投影图像数据将主金属件的位置投影汇总至一个坐标系下得到的，因此，目标点位数据的位置角度即为与探测器平板扭转角度处于一个坐标系下的，从而可以按照y轴方向旋转，按照探测器平板扭转角度对目标点位数据的位置角度进行旋转校正，以使探测器平板扭转角度的角度置零。
303、基于旋转校正后所述目标点位数据所对应的投影位置数据确定所述电压级断层扫描所对应的设备旋转参数，作为设备精度检测的检测结果。
其中，设备旋转参数用于表征设备在旋转扫描过程中所需检测的对象，包括但不限于旋转轴距离、探测器距离、方向偏差、连线交点斜率与截距，从而基于设备旋转参数，以确定为设备精度的检测结果。具体的，可以基于目标点位数据所对应的投影位置数据计算备旋转参数，从而使得设备旋转参数包括旋转轴距离、探测器距离、方向偏差、连线交点斜率与截距。其中，转轴距离为设备靶点到机架转轴的距离(source axis distance，sad)，探测器距离为设备靶点到探测器的距离(source imager distance，sid)，方向偏差为平板探测器位置相对于机架空间方向的偏差，连线交点斜率与截距为目标点位数据所对应的投影位置数据所形成两个圆形或椭圆形的圆心连线的斜率与截距，本发明实施例不做具体限定。
需要说明的是，目标点位数据为基于医疗模体上主金属件所对应的断层扫描投影位置数据得到的，因此，目标点位数据所对应的投影位置数据即为主金属件投影位置数据，从而基于主金属件投影位置数据进行计算设备旋转参数。
在另一个本发明实施例中，为了进一步限定及说明，步骤基于旋转校正后所述目标点位数据所对应的投影位置数据确定所述电压级断层扫描所对应的设备旋转参数包括：
基于校正后所述目标点位数据中的第一连线交点、第二连线交点、第一主投影位置数据、第二主投影位置数据进行几何形状拟合，确定拟合形状参数，并根据所述拟合形状参数计算设备旋转参数，所述设备旋转参数包括旋转轴距离、探测器距离、方向偏差、连线交点斜率与截距。
为了准确计算设备旋转参数，以作为设备几何精度检测结果，在基于目标点位数据中的连线交点确定设备旋转参数时，由于目标点位数据为基于主投影位置数据形成的几何形状所对应的圆心，作为形成此几何图形的投影位置点，针对第一主投影位置数据P2，以及第二主投影位置数据P3、第一连线交点C1、第二连线交点C2，进行几何形状拟合，确定拟合形状参数。其中，探测器平板是按照机架转轴进行旋转断层扫描的，因此，进行几何形状拟合得到的图像为椭圆或圆形，从而确定作为椭圆或圆形的形状参数，如椭圆的圆心坐标，椭圆数学表达公式中的参数等，本发明实施例不做具体限定。
例如，使用最小二乘法，拟合作为两个主金属件的实心圆珠旋转一周的投影坐标，拟合得到2个椭圆方程及参数，使用最小二乘法，拟合两个圆珠旋转一周的投影坐标，拟合得到2个椭圆方程及参数：p0u2+v2-2p1u-2p2v+2p3uv+p4＝0，其中，u、v分别为表示投影坐标参数，用于说明投影位置数据处于u、v坐标系中，p0、p1、p2、p3、p4为椭圆方向的参数，椭圆的圆心坐标表示为
Figure BDA0003659741940000121
表示为
Figure BDA0003659741940000122
Figure BDA0003659741940000123
需要说明的是，由于预期计算的设备旋转参数包括旋转轴距离、探测器距离、方向偏差、连线交点斜率与截距，确定拟合形状参数后，基于此拟合形状参数计算设备旋转参数，首先可以将上述拟合形状参数进行标准化处理，以快速进行旋转轴距离、探测器距离、方向偏差、连线交点斜率与截距计算。
例如，拟合形状参数包括：
Figure BDA0003659741940000124
b＝a/p0，c＝p3b，以将a、b、c作为中间参数计算旋转轴距离、探测器距离、方向偏差、连线交点斜率与截距。进而，还可以基于上述拟合形状参数a、b、c构建中间变量，
Figure BDA0003659741940000125
Figure BDA0003659741940000126
其中，ai、bi、ci分别为第i电压级断层扫描，i＝1、2，k＝1、2，当两个金属实心小球P2、P3分别分布于主体模体的中心截面两侧，z1＞0,z2<0。
具体的，旋转轴距离为设备靶点到旋转轴距离(source axis distance，sad)，探测器距离为设备靶点到探测器距离(source imager distance，sid)，方向偏差即为探测器平板位置在u、v两个方向的偏差，连线交点斜率与截距为第一连线交点C1、第二连线交点C2所形成直线的斜率以及截距。
例如，探测器距离sid的计算方法为：
Figure BDA0003659741940000131
其中，a为上述中间参数中的a，a1为第一主金属件投影位置数据P2所对应椭圆形状的拟合形状参数，n为，n0为，n1为。旋转轴距离sad的计算方法为：
Figure BDA0003659741940000132
其中，d为目标参照对象实心小球的实际间距，
Figure BDA0003659741940000133
分别为两个主金属件实心小球投影的u，v坐标数据，N为旋转一周曝光次数，N＝1、2...。方向偏差(u0，v0)的计算方法为：
Figure BDA0003659741940000134
Figure BDA0003659741940000135
连线交点斜率与截距的计算方法为：
Figure BDA0003659741940000136
b＝v1-k*u1。
为了进一步对设备精度进行检测，在基于直线加速器进行计算机断层扫描时，可以在机架设备中配置有不同电压级断层扫描系统，从而针对同一个主模体进行不同电压级断层扫描，确定设备几何精度的检测，其中，电压级断层扫描包括第一电压级断层扫描，如MV电压级断层扫描，第二电压级断层扫描，如KV电压级断层扫描，本发明实施例不做具体限定。对于第一电压级断层扫描以及第二电压级断层扫描，计算设备旋转参数的方法相同，区别仅在于MV电压级断层扫描为按照30°间隔进行扫描，得到12张投影图像数据，KV电压级断层扫描为按照3°间隔进行扫描，得到120张投影图像数据。此时，每一张投影图像上均可以确定一对主金属件P2、P3所对应的位置点，本发明实施例在此不再赘述。因此，基于步骤101-103的执行，可以基于投影图像数据中的投影位置数据得到第一电压级断层扫描所对应的第一方向偏差与第二电压级断层扫描所对应的第二方向偏差，以便构建设备几何关系。
本发明实施例中，由于不同电压级断层扫描均是将采集扫描图像的设备固定在一个机架系统上，因此，在对主模体不变动的情况下，分别执行第一电压级断层扫描与第二电压级断层扫描机架旋转轴的位置是固定不变的，得到不同的设备旋转参数可以针对一组机架设备进行设备结合精度的检测。因此，在确定不同电压级断层扫描后，构建第一电压级断层扫描与第二电压级断层扫描之间的设备几何关系。其中，设备几何关系用于表征断层扫描设备中进行第一电压级断层扫描的采集系统与进行第二电压级断层扫描的采集系统之间设备等中心几何关系，例如设备等中心重合关系，设备等中心交叉关系等，本发明实施例不做具体限定。此时，可以基于第一电压级断层扫描得到的第一连线交点斜率与截距以及第二电压级断层扫描得到的第二连线交点斜率与截距进行计算。
具体的，按照设备几何关系、第一电压级断层扫描对应的第一连线交点斜率与截距、第二电压级断层扫描对应的第二连线交点斜率与截距，计算设备等中心重合误差，具体的，首先确定第一电压级断层扫描所对应的第一连线交点斜率与截距，以及第二电压级断层扫描得到的第二连线交点斜率与截距。例如，确定KV电压级断层扫描的连线交点斜率
Figure BDA0003659741940000141
截距bKV＝v1-kKV*u1，MV电压级断层扫描的连线交点斜率
Figure BDA0003659741940000142
截距bMV＝v1'-kMV*u1'，其中，(u1，v1)、(u2，v2)为KV电压级断层扫描得到的主金属件P2、P3所对应的投影位置数据，(u1'，v1')、(u2'，v2')为MV电压级断层扫描得到的目标参照对象P2、P3所对应的投影位置数据。此时，通过与旋转轴方程结合得到等中心重合误差公式为：
Figure BDA0003659741940000143
其中，
Figure BDA0003659741940000144
需要说明的是，执行第一电压级断层扫描的采集系统与执行第二电压级断层扫描的采集系统分别安装与本发明实施例中的旋转机架空间中，从而以相同的机架旋转轴以及目标模体进行断层扫描，以确定两套采集系统之间的设备几何精度的检测结果。并且，第一电压级断层扫描与第二电压级断层扫描可以按照预定的先后顺序执行，并将采集到的扫描图像数据存储在当前执行主体中，从而在进行设备几何精度检测时进行获取，以执行步骤101-103中的方法。
在另一个本发明实施例中，为了进一步限定及说明，如图8所述，步骤按照扫描间隔角度进行电压级断层扫描，并采集所述医疗模体上一对主金属件匹配的目标点位数据之前，所述方法还包括：
401、基于至少一对辅金属件的辅投影位置数据确定所述医疗模体执行所述电压级断层扫描的相对位置；
402、若所述相对位置匹配预设扫描位置，则执行对所述医疗模体的电压级断层扫描。
为了确保包括主模体以及设置于主模体侧壁上的金属件组的医疗模体处于机架机床上的位置准确，以及稳定性，金属件组还包括至少一对辅金属件，如图4所示中的P4、P5，优选的，与P4、P5分别对应一个平面中配置有共6个辅金属件，每一个平面内的6个辅金属件形成一个圆环，分别分布与主模体的中心截面的两侧，与主模体中心截面对称。此时，辅金属件优选为金属材质实心小球，设置于主模体的侧壁圆周上，每两个辅金属件与圆环中心连线所成夹角为30°，所成2个圆环直径都为200mm，距离中心截面均为50mm，其中，P4、P5直径为5mm，其他辅金属件直径可以为3mm，从而得到如图2所示的机架角度为0°时断层扫描投影图像数据。另外，如图4所示，P1为主模体上的中心截面与侧壁交点处设置的中心金属件，以基于中心金属件的中心投影位置数据作为主投影位置数据、辅投影位置数据、相对位置的校正依据，得到如图2所示的中心金属件的投影位置点。
在按照机架角度为0°时，将主模体放置于机架机床中，从而使得当前执行端基于至少两对辅金属件的辅投影位置数据确定主模体执行电压级断层扫描的相对位置，即按照机架0°所进行断层扫描所对应的投影图像数据可以确定辅投影位置数据，即如图2所示的投影图中的金属实心小球的扫描投影位置，以确定主模体执行电压级断层扫描的相对位置。若相对位置匹配预设扫描位置，则执行对主模体的电压级断层扫描，此时的预设扫描位置则为预先规定的主模体处于设备等中心点处，从而使得设备稳定且准确的对医疗模体进行电压级断层扫描。
在另一个本发明实施例中，为了进一步限定及说明，步骤基于至少一对辅金属件的辅投影位置数据确定所述医疗模体执行所述电压级断层扫描的相对位置包括：
获取至少一对辅金属件所对应的辅投影位置数据，并连接处于对称位置的所述辅投影位置数据确定中心投影位置；
基于所述中心投影位置与设备机架位置进行对比，确定所述医疗模体执行所述电压级断层扫描的相对位置。
本发明实施例中，为了确保主模体处于机架机床的相对位置是准确的，辅投影位置数据确定主模体执行电压级断层扫描的相对位置，具体的，按照机架角度为0°进行一次初始断层扫描，得到P4、P5以及形成与P4、P5所对应的圆环的全部辅金属件的辅投影位置数据，从而进行连接每一对辅金属件所对应的辅投影位置数据。此时，辅金属件P4与相对应180°的对称辅金属件形成一对，如图9所示，每一对辅投影位置数据之间的连线交点为中心投影位置。
需要说明的是，为了确保医疗模体的放置位置是准确的，基于中心投影位置与设备机架位置进行对比，从而确定医疗模体执行电压级断层扫描的相对位置，即基于中心投影位置与预先确定的设备机架位置在一个坐标系中进行对比，若存在偏离，则可以确定医疗模体的相对位置，以便进行重新调整或者，基于此相对位置建立位置坐标系，本发明实施例不做具体限定。
本发明提供了一种基于医疗模体的设备精度检测方法，与现有技术相比，本发明实施例中通过当确定医疗模体置于预设扫描位置后，按照扫描间隔角度进行电压级断层扫描，并采集医疗模体上一对主金属件匹配的目标点位数据；根据第一连线交点、第二连线交点之间的直线角度确定探测器平板扭转角度，并按照探测器平板扭转角度对目标点位数据的位置角度进行旋转校正，以使探测器平板扭转角度的角度置零；基于旋转校正后目标点位数据所对应的投影位置数据确定电压级断层扫描所对应的设备旋转参数，作为设备精度检测的检测结果，实现设备精度检测的高度自动化，实现断层扫描设备的检测重复可执行性目的，大大节省人力资源，且满足具有针对性的检测需求，从而提高设备精度检测准确性。
本发明实施例提供了一种基于医疗模体的设备精度检测系统，如图10所示，包括：医疗模体51，以及断层扫描系统52，所述医疗模体51用于置于所述断层扫描系统52中进行扫描，以完成所述断层扫描系统52的设备精度检测；
具体的，所述医疗模包括体主模体，以及设置于所述主模体的侧壁上的金属件组；
其中，所述金属件组包括至少一对主金属件，一对所述主金属件相对于所述主模体的中心截面对称设置；
所述主模体置于断层扫描系统52中进行扫描后，得到所述主金属件的主投影位置数据，以基于所述主投影位置数据进行所述断层扫描系统52的设备精度检测；
所述断层扫描系统52，用于当确定医疗模体51置于预设扫描位置后，按照扫描间隔角度进行电压级断层扫描，并采集所述医疗模体51上一对主金属件匹配的目标点位数据，所述目标点位数据为基于所述一对主金属件按照所述扫描间隔角度扫描得到的第一主投影位置数据之间的第一连线交点、以及第二主投影位置数据之间的第二连线交点、所述第一主投影位置数据、所述第二主投影位置数据确定的；根据所述第一连线交点、所述第二连线交点之间的直线角度确定探测器平板扭转角度，并按照所述探测器平板扭转角度对所述目标点位数据的位置角度进行旋转校正，以使所述探测器平板扭转角度的角度置零；基于旋转校正后所述目标点位数据所对应的投影位置数据确定所述电压级断层扫描所对应的设备旋转参数，作为设备精度检测的检测结果。
本发明提供了一种基于医疗模体的设备精度检测系统，与现有技术相比，本发明实施例中的医疗模体的主模体置于断层扫描系统中进行扫描后，得到所述主金属件的主投影位置数据，以基于所述主投影位置数据进行所述断层扫描系统的设备精度检测，实现设备精度检测的高度自动化，实现断层扫描设备的检测重复可执行性目的，大大节省人力资源，且满足具有针对性的检测需求，从而提高设备精度检测准确性。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种医疗模体，其特征在于，包括：主模体，以及设置于所述主模体的侧壁上的金属件组；
其中，所述金属件组包括至少一对主金属件，一对所述主金属件相对于所述主模体的中心截面对称设置；
所述主模体置于断层扫描系统中进行扫描后，得到所述主金属件的主投影位置数据，以基于所述主投影位置数据进行所述断层扫描系统的设备精度检测。
2.根据权利要求1所述的医疗模体，其特征在于，所述金属件组还包括至少一对辅金属件，每对所述辅金属件相对于所述主模体的中心截面对称设置；
其中，所述主模体置于所述断层扫描系统中进行扫描后，得到所述辅金属件的辅投影位置数据，以基于所述辅投影位置数据对所述主模体处于所述断层扫描系统中的相对位置进行校正。
3.根据权利要求2所述的医疗模体，其特征在于，每一所述辅金属件按照预设角度设置于所述主模体的侧壁上，且位于所述中心截面一侧的各所述辅金属件设置于与所述中心截面平行的截面上。
4.根据权利要求2所述的医疗模体，其特征在于，所述主金属件与所述辅金属件分别为实心金属球体。
5.根据权利要求2所述的医疗模体，其特征在于，所述主模体为空心玻璃材质，所述主金属件与所述辅金属件分别设置于所述主模体的玻璃侧壁上。
6.一种基于医疗模体的设备精度检测方法，其特征在于，应用于权利要求1至5任一项所述的医疗模体，所述方法包括：
当确定医疗模体置于预设扫描位置后，按照扫描间隔角度进行电压级断层扫描，并采集所述医疗模体上一对主金属件匹配的目标点位数据，所述目标点位数据为基于所述一对主金属件按照所述扫描间隔角度扫描得到的第一主投影位置数据之间的第一连线交点、以及第二主投影位置数据之间的第二连线交点、所述第一主投影位置数据、所述第二主投影位置数据确定的；
根据所述第一连线交点、所述第二连线交点之间的直线角度确定探测器平板扭转角度，并按照所述探测器平板扭转角度对所述目标点位数据的位置角度进行旋转校正，以使所述探测器平板扭转角度的角度置零；
基于旋转校正后所述目标点位数据所对应的投影位置数据确定所述电压级断层扫描所对应的设备旋转参数，作为设备精度检测的检测结果。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于旋转校正后所述目标点位数据所对应的投影位置数据确定所述电压级断层扫描所对应的设备旋转参数包括：
基于校正后所述目标点位数据中的第一连线交点、第二连线交点、第一主投影位置数据、第二主投影位置数据进行几何形状拟合，确定拟合形状参数，并根据所述拟合形状参数计算设备旋转参数，所述设备旋转参数包括旋转轴距离、探测器距离、方向偏差、连线交点斜率与截距。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述按照扫描间隔角度进行电压级断层扫描，并采集所述医疗模体上一对主金属件匹配的目标点位数据之前，所述方法还包括：
基于至少一对辅金属件的辅投影位置数据确定所述医疗模体执行所述电压级断层扫描的相对位置；
若所述相对位置匹配预设扫描位置，则执行对所述医疗模体的电压级断层扫描。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于至少一对辅金属件的辅投影位置数据确定所述医疗模体执行所述电压级断层扫描的相对位置包括：
获取至少一对辅金属件所对应的辅投影位置数据，并连接处于对称位置的所述辅投影位置数据确定中心投影位置；
基于所述中心投影位置与设备机架位置进行对比，确定所述医疗模体执行所述电压级断层扫描的相对位置。
10.一种基于医疗模体的设备精度检测系统，其特征在于，包括：权利要求1至5任一项所述的医疗模体，以及权利要求6至9任一项所述的断层扫描系统，所述医疗模体用于置于所述断层扫描系统中进行扫描，以完成所述断层扫描系统的设备精度检测。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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