CN115836875A

CN115836875A - 校正方法及系统

Info

Publication number: CN115836875A
Application number: CN202211406447.XA
Authority: CN
Inventors: 李传浩; 廖璨
Original assignee: Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Current assignee: Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Priority date: 2022-11-10
Filing date: 2022-11-10
Publication date: 2023-03-24

Abstract

本发明提供一种校正方法及系统。其中，在所述校正方法中，本发明采用高精度的光学测量装置获取治疗床的第一位置信息；以及，通过坐标转换实现光学测量装置和医疗设备的坐标系的高度结合，并据此获得基于医疗设备的坐标系的第二位置信息。所述第二位置信息精准表征了所述治疗床的形貌状态。继而，根据所述第二位置信息和所述目标坐标信息，获取所述变换矩阵，以作为所述治疗床的位置校正参数。进一步的，所述变换矩阵可分解为平移矩阵和旋转矩阵。即，可以通过平移或旋转的方式精准调节所述治疗床的位置，以保证校正精度。

Description

校正方法及系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种校正方法及系统。

背景技术

随着医学影像技术的高速发展，超声、核磁共振、计算机断层扫描、核素、正电子发射断层扫描以及分子显像等已广泛应用于医学诊断，并能够相互结合实现多模态成像、融合显像；还能够与放疗设备结合使用，以实现精准放疗。

其中，在诊疗过程中，需要使用治疗床将待检查对象移动至扫描设备的扫描区域内或放疗设备的治疗区域内。为保证成像质量和治疗位置的精准度，治疗床的位置和形态需要符合设定标准，以使待检查对象能够位于扫描区域或治疗区域的中心。若治疗床发生形变，例如下沉或偏转，会造成待检查对象与扫描区域或治疗区域之间产生位置偏差，直接导致图像质量差、融合图像不精确或治疗位置偏差等问题。然而，现阶段对于治疗床位置的校正方案仅限于针对治疗床下沉的校正，且校正精度有限。

因此，亟需一种新的校正方法及系统，以实现对治疗床位置的精准校正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种校正方法及系统，以解决如何提高治疗床位置校正的精准度，以及如何提高医疗设备成像质量中的至少一个问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种校正方法，其特征在于，包括：

采用光学测量装置获取至少部分治疗床的第一位置信息；

转换所述第一位置信息的坐标系，以获取基于医疗设备的坐标系的第二位置信息；

根据所述第二位置信息与目标坐标信息，计算出变换矩阵；

根据所述变换矩阵校正所述治疗床的位置。

可选的，在所述的校正方法中，采用点云配准算法处理所述第二位置信息与所述目标坐标信息，以计算出所述变换矩阵。

可选的，在所述的校正方法中，在获取所述变换矩阵之后，采用迭代算法分解所述变换矩阵，以形成平移矩阵和旋转矩阵。

可选的，在所述的校正方法中，根据所述平移矩阵，所述治疗床沿第一方向、第二方向和/或第三方向平移；和/或，根据所述旋转矩阵，所述治疗床沿所述第一方向、所述第二方向和/或所述第三方向旋转，以使所述治疗床位于目标位置；

其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向相互垂直。

可选的，在所述的校正方法中，在获取所述第一位置信息之前，所述校准方法还包括：在所述治疗床上安装测量标记。

可选的，在所述的校正方法中，所述第一位置信息包括所述测量标记与所述光学测量装置之间的距离，和/或，所述测量标记的点云数据；以及，所述目标坐标信息包括目标位置的坐标信息。

可选的，在所述的校正方法中，当所述第一位置信息为所述测量标记与所述光学测量装置之间的距离时，根据所述光学测量装置在所述医疗设备的坐标系中的坐标，以及所述距离，获取所述测量标记在所述医疗设备的坐标系中的所述第二位置信息；和/或，

当所述第一位置信息为所述测量标记的点云数据时，根据所述光学测量装置和所述医疗设备之间的坐标转换矩阵，获取所述测量标记在所述医疗设备的坐标系中的所述第二位置信息。

基于同一发明构思，本发明还提供一种校正系统，包括：测量标记、光学测量装置和处理器；

所述测量标记设置于治疗床上；

所述光学测量装置位于所述治疗床的一侧，用于获取所述测量标记的第一位置信息；

所述处理器分别与医疗设备和所述光学测量装置相连，用于转换所述第一位置信息的坐标系，以获取基于所述医疗设备的坐标系的第二位置信息；以及，根据所述第二位置信息与目标坐标信息，计算出变换矩阵；其中，所述医疗设备根据所述变换矩阵校正所述治疗床的位置。

可选的，在所述的校正系统中，所述光学测量装置包括光学相机、线阵激光雷达或面阵激光雷达。

可选的，在所述的校正系统中，所述测量标记包括反射球和/或反射薄膜。

综上所述，本发明提供一种校正方法及系统。其中，在所述校正方法中，本发明采用高精度的光学测量装置获取治疗床的第一位置信息；以及，通过坐标转换实现光学测量装置和医疗设备的坐标系的高度结合，并据此获得基于医疗设备的坐标系的第二位置信息。所述第二位置信息精准表征了医疗设备的坐标系中所述治疗床的形貌状态。继而，根据所述第二位置信息和所述目标坐标信息，获取所述变换矩阵，以作为所述治疗床的位置校正参数。进一步的，所述变换矩阵可分解为平移矩阵和旋转矩阵。即，可以通过平移或旋转的方式精准调节所述治疗床的位置，以保证校正精度。

附图说明

图1是本发明实施例中的校正方法的流程图。

图2是本发明实施例中的医疗设备的结构示意图。

图3是本发明实施例中的治疗床位置偏移的示意图。

图4是本发明实施例中的标记平面的示意图。

图5是本发明实施例中的标记点的示意图。

图6是本发明实施例中的光学测量装置相对测量标记的位置示意图。

图7是本发明实施例中的获取测量平面的示意图。

图8是本发明实施例中的获取测量平面的示意图。

图9是本发明实施例中的测量平面和目标平面的位置关系示意图。

图10是本发明实施例中的变换矩阵的示意图。

图11是本发明实施例中的获取中心坐标的示意图。

图12是本发明实施例中的校正系统的结构示意图。

其中，附图标记为：

1-医疗设备；11-治疗床；12-调节座；13-扫描装置；

2-校正系统；21-测量标记；211-测量平面；212-目标平面；22-光学测量装置；23-处理器。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。以及，本说明书中X轴、Y轴和Z轴是三维坐标系中的坐标方向。所指第一方向为坐标系中X轴所在的正负半轴方向，第二方向为坐标系中Y轴所在的正负半轴方向，第三方向为坐标系中Z轴所在的正负半轴方向。

请参阅图1，本实施例提供一种校正方法，包括：

步骤一S10：采用光学测量装置获取至少部分治疗床的第一位置信息；

步骤二S20：转换所述第一位置信息的坐标系，以获取基于医疗设备的坐标系的第二位置信息；

步骤三S30：根据所述第二位置信息与目标坐标信息，计算出变换矩阵；

步骤四S40：根据所述变换矩阵校正所述治疗床的位置。

可见，本实施例采用高精度的光学测量装置获取治疗床的第一位置信息；以及，通过坐标转换实现光学测量装置和医疗设备的坐标系的高度结合，并据此获得基于医疗设备的坐标系的第二位置信息。所述第二位置信息精准表征了医疗设备的坐标系中所述治疗床的形貌状态。继而，根据所述第二位置信息和所述目标坐标信息，获取所述变换矩阵，以作为所述治疗床的位置校正参数，校正精度高。

以下结合附图1～11具体说明本实施例提供的所述校正方法。

步骤一S10：采用光学测量装置22获取至少部分治疗床11的第一位置信息。

请参阅图2和图3，本实施例所涉及的医疗设备1包括治疗床11、调节座12和扫描装置13。所述治疗床11设置于所述调节座12上，用于承载待检查对象。所述调节座12能够沿空间坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴的正负半轴方向调节所述治疗床11的位置，即所述调节座12可沿六个方向调节所述治疗床11的位置。所述扫描装置13可以是用于成像的扫描器或是放疗设备，本实施例对此不做具体限定。其中，因所述治疗床11在承载过程中受到待检查对象的重力作用，会发生一定程度的下沉或偏转，使得所述治疗床11偏离设定位置，影响扫描成像质量及放疗治疗效果。当然，在所述治疗床11空载的时候，也可能出现形变的问题。对此，在扫描之前需要对治疗床11进行位置校正。

请参阅图4和图5，为精准校正所述治疗床11，本实施例采用光学测量装置22作为测量设备，来获取所述治疗床11的具体位置和姿态信息。优选的，所述光学测量装置22的测量精度可达到0.5毫米，例如为：光学相机、线阵激光雷达或面阵激光雷达。其中，所述光学相机能够获取目标物的点云数据，即，目标物的多点坐标信息。所述线阵激光雷达以及所述面阵激光雷达能够获取目标物的相对距离。

进一步的，为配合所述光学测量装置22的数据获取，以及保证第一位置信息的精确度，在使用所述光学测量装置22获取所述第一位置信息之前，还需要在所述治疗床11上安装测量标记21。其中，所述测量标记21包括多个标记点和/或标记平面，以利于所述光学测量装置22识别并获取对应的坐标信息或距离信息。优选的，所述标记点可以是反射球、彩色标记或几何形状的板件等；所述标记平面可以是反射薄膜或彩色薄膜等。

进一步的，所述测量标记21可以遍及整个所述治疗床11的上表面或下表面；也可以仅设置于所述治疗床11的部分区域上。例如，扫描对象是患者头部，则可以在患者头部对应的所述治疗床11上的位置处安装所述测量标记21。若扫描对象是患者腹部，则可以在患者腹部对应的所述治疗床11的位置处安装所述测量标记21。优选的，所述测量标记21可以预埋在所述治疗穿11的上表面或下表面。基于此，为能够准确识别到所述测量标记21，所述光学测量装置22的位置可以根据所述测量标记21的位置来确定。例如为：设置在治疗床11的正下方、斜下方、正上方或斜上方等。并且，所述光学测量装置22还可以设置于所述调节座12上，或者设置于所述扫描装置13上，但需满足能够获取所述测量标记21的第一位置信息。此外，本实施例不限定所述光学测量装置22的数量，可以为一个、两个或三个以上等。

请参阅图6～8，所述第一位置信息包括所述测量标记21与所述光学测量装置22之间的距离，和/或，所述测量标记21的点云数据。如图6所示，当所述光学测量装置22为激光雷达时，所述激光雷达所获取的是所述测量标记21与所述激光雷达之间的距离D。优选的，所述激光雷达与所述测量标记21相对设置；即，所述激光雷达位于所述测量标记21的正上方或正下方，则根据所述距离D可直接获取所述治疗床11的下沉量。如图7所示，当所述光学测量装置22为光学相机时，所述光学相机能够获取所述测量标记21的点云数据。可以理解的是，当所述测量标记21为标记平面时，所述第一位置信息对应于所述标记平面上多个点的坐标P_ij，并通过所述多个点的坐标P_ij来表征所述标记平面的坐标信息，进而表征所述治疗床11或所述治疗床11上待调整区域的坐标信息。当所述测量标记21位标记点时，如图8所示，所述第一位置信息包括所有所述标记点的坐标。同样，所有所述标记点的坐标能够表征所述治疗床11或所述待调整区域的坐标信息。

步骤二S20：转换所述第一位置信息的坐标系，以获取基于医疗设备1的坐标系的第二位置信息。

本实例提供的所述校正方法利用高精准度的所述光学测量装置22的获取治疗床11的位置信息和姿态信息，即所述第一位置信息；但所述第一位置信息是基于所述光学测量装置22的坐标系，而校正所述治疗床11位置的目的在于所述治疗床11的位置满足所述医疗设备1的扫描位置或治疗位置。因此，需要将所述第一位置信息的坐标系转换至所述医疗设备1的坐标系中，实现坐标系的统一，以便于后续的位置调整。

因此，根据获取的所述第一位置信息的种类不同，可分别对所述第一位置信息进行处理。当所述第一位置信息为所述测量标记21与所述光学测量装置22之间的距离时，根据所述光学测量装置22在所述医疗设备1的坐标系中的坐标，以及所述距离D，获取所述测量标记21在所述医疗设备1的坐标系中的所述第二位置信息。例如，所述光学测量装置22位于所述测量标记21的正下方时，所述光学测量装置22获取的距离D为100厘米；且在所述医疗设备1的坐标系中所述光学测量装置22的坐标为(2，2，-98)。基于此，所述测量标记21在所述医疗设备1的坐标系中的坐标为(2，2，2)，即所述第二位置信息为(2，2，2)。

当所述第一位置信息为所述测量标记21的点云数据时，在转换所述第一位置信息的坐标系之前，所述校正方法还包括：获取所述光学测量装置22的坐标系与所述医疗设备1的坐标系之间的坐标转换矩阵，则通过所述坐标转换矩阵，实现了所述第一位置信息的坐标系转换，从而获取基于医疗设备1的坐标系的第二位置信息，规避了因光学测量装置22和医疗设备1的坐标系误差而导致的校正数据的偏差，有利于精准校正。

步骤三S30：根据所述第二位置信息与目标坐标信息，计算出变换矩阵M。

根据所述步骤二S20可知，所述第二位置信息能够表征在所述医疗设备1坐标系中，所述治疗床11上所述测量标记21的坐标信息。相应的，所述目标坐标信息为目标位置的坐标信息。需要说明的是，所述目标位置是指所述医疗设备1期待所述治疗床11的最佳位置。

进一步的，所述目标坐标信息与所述第二位置信息相对应。换言之，所述目标坐标信息具有所述第二位置信息中的每个点坐标相对应的点坐标。具体的，请参阅图6，当所述第二位置信息是根据所述距离D获取时，所述第二位置信息为所述测量标记21在医疗设备1坐标系中的点坐标(x0，y0，z0)，则所述目标坐标信息即为所述测量标记21的期待点坐标(x0’，y0’，z0’)。因此，在同一坐标系中，通过运算可以获取所述测量标记21的点坐标(x0，y0，z0)相对期待点坐标(x0’，y0’，z0’)的变换矩阵M。以及，采用迭代算法分解所述变换矩阵M，能够获取如图10所示的平移矩阵和旋转矩阵。

当所述第二位置信息为点云数据时，请参阅图7，且当所述测量标记21为标记平面时，所述光学测量装置22获取整个标记平面的点云数据，即所述第一位置信息。经坐标转换后的所述第二位置信息包括多点坐标，并能够拟合出测量平面211，以表征所述标记平面及所述待调整区域的姿态信息。请参阅图8，当所述测量标记21为标记点时，所述光学测量装置22获取每一个所述标记点的坐标，以作为所述第一位置信息。经坐标转换后的所述第二位置信息也包括所有所述标记点的坐标。当所述标记点的数量较多时，同样可以拟合出一个测量平面211，来表征所述待调整区域的姿态信息。相应的，请参阅图9，所述目标坐标信息所包括的点云数据也能够拟合出一个目标平面212。

进一步的，如图9～10所示，将所述测量平面211作为一个点云图像，以及将所述目标平面作为另一个点云图像，采用点云配准算法进行处理，能够计算出所述测量平面211相对所述目标平面212的变换矩阵M。需要说明的是，所述点云配准算法可以将一幅或多幅图片最优映射到目标图片，以实现对图片的空间转换以及相似度融合。因此，采用所述点云配准算法可以获取所述测量平面211映射至所述目标平面212的转换路径，即所述变换矩阵M。因空间转换涉及到旋转以及平移等位置变换，故采用迭代算法分解所述变换矩阵，以形成平移矩阵和旋转矩阵。如图10所示，所述变换矩阵M可拆解为平移矩阵T、第一方向旋转矩阵Rx、第二方向旋转矩阵Ry、第三方向旋转矩阵Rz。其中，T_x、T_y、T_z分别为沿X轴、Y轴、Z轴的平移量；θ为旋转角度。

请参阅图11，若所述测量标记21为标记点，且所述标记点的数量较少，拟合的平面不足以准确表征所述待调整区域时，可以通过拟合中心点的方式获取变换矩阵。示例性的，所述标记点为P₁₁、P₁₂和P₂₁，根据三个标记点的坐标可以拟合中三点的中心坐标O₁(x1，y1，z1)。相应的，所述目标坐标信息包括与所述中心坐标O₁相对的目标坐标O₂(x2，y2，z2)。同样，所述目标坐标O₂是预设的，且为所述中心坐标O₁的期待位置。基于此，也可以使用点云配准算法获取所述中心坐标O₁相对的所述目标坐标O₂的变换矩阵M；以及采用迭代算法分解所述变换矩阵M，同样能够获取如图10所示的平移矩阵和旋转矩阵。

步骤四S40：根据所述变换矩阵M校正所述治疗床11的位置。

在获取所述平移矩阵和所述旋转矩阵之后，根据所述平移矩阵，所述治疗床11沿第一方向、第二方向和/或第三方向平移；和/或，根据所述旋转矩阵，所述治疗床11沿所述第一方向、所述第二方向和/或所述第三方向旋转，以使所述治疗床11位于目标位置。即，所述治疗床11沿着X轴所在的正负半轴方向平移、沿着Y轴所在的正负半轴方向平移和/或沿着Z轴所在的正负半轴方向平移；和/或，所述治疗床11以X轴为旋转轴，绕所述X轴旋转、以Y轴为旋转轴，绕所述Y轴旋转和/或以Z轴为旋转轴，绕所述Z轴旋转。如图9所示，以所述平移矩阵和所述旋转矩阵为所述治疗床11的位置调整参数，通过平移和/或旋转的方式，将所述测量平面211的位置和姿态，校正为所述目标平面212的所在位置和姿态。或者是，将所述中心坐标O₁的位置校正至所述目标坐标O₂的位置处；亦或者是，将所述测量标记21的点坐标(x0，y0，z0)校正至期待点坐标(x0’，y0’，z0’)的位置处。

基于同一发明构思，请参阅图2和12，本实施例还提供一种校正系统2，包括：测量标记21、光学测量装置22和处理器23。所述测量标记21可以为点状和/或平面状，且可拆卸的设置于所述治疗床11上，并与光学测量装置22的配合，以使得所述光学测量装置22获取所述测量标记21的位置状态和姿态信息。所述光学测量装置22位于所述治疗床11的一侧，用于获取所述测量标记21的第一位置信息。所述处理器23分别与所述医疗设备1和所述光学测量装置22相连，用于转换所述第一位置信息的坐标系，以获取基于医疗设备1的坐标系的第二位置信息；以及，根据所述第二位置信息与目标坐标信息，计算出变换矩阵M。其中，所述医疗设备1根据所述变换矩阵M校正所述治疗床11的位置。可选的，所述处理器23集成于所述医疗设备1的处理系统中。

综上所述，本实施例提供一种校正方法及系统。其中，在所述校正方法中，采用高精度的光学测量装置22获取治疗床的第一位置信息；以及，通过坐标转换实现了光学测量装置22和医疗设备1的坐标系的高度结合，并据此获得基于医疗设备1的坐标系的第二位置信息。所述第二位置信息精准表征了所述治疗床11的形貌状态。继而，根据所述第二位置信息和所述目标坐标信息，获取所述变换矩阵M，以作为所述治疗床11的位置校正参数。进一步的，所述变换矩阵M可分解为平移矩阵和旋转矩阵。即，可以通过平移或旋转的方式精准调节所述治疗床11的位置，以保证校正精度。

此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims

1.一种校正方法，其特征在于，包括：

采用光学测量装置(22)获取至少部分治疗床(11)的第一位置信息；

转换所述第一位置信息的坐标系，以获取基于医疗设备(1)的坐标系的第二位置信息；

根据所述第二位置信息与目标坐标信息，计算出变换矩阵(M)；

根据所述变换矩阵(M)校正所述治疗床(11)的位置。

2.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，采用点云配准算法处理所述第二位置信息与所述目标坐标信息，以计算出所述变换矩阵(M)。

3.根据权利要求2所述的校正方法，其特征在于，在获取所述变换矩阵(M)之后，采用迭代算法分解所述变换矩阵(M)，以形成平移矩阵和旋转矩阵。

4.根据权利要求3所述的校正方法，其特征在于，根据所述平移矩阵，所述治疗床(11)沿第一方向、第二方向和/或第三方向平移；和/或，根据所述旋转矩阵，所述治疗床(11)沿所述第一方向、所述第二方向和/或所述第三方向旋转，以使所述治疗床(11)位于目标位置；

5.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，在获取所述第一位置信息之前，所述校准方法还包括：在所述治疗床(11)上安装测量标记(21)。

6.根据权利要求5所述的校正方法，其特征在于，所述第一位置信息包括所述测量标记(21)与所述光学测量装置(22)之间的距离，和/或，所述测量标记(21)的点云数据；以及，所述目标坐标信息包括目标位置的坐标信息。

7.根据权利要求6所述的校正方法，其特征在于，当所述第一位置信息为所述测量标记(21)与所述光学测量装置(22)之间的距离时，根据所述光学测量装置(22)在所述医疗设备(1)的坐标系中的坐标，以及所述距离，获取所述测量标记(21)在所述医疗设备(1)的坐标系中的所述第二位置信息；和/或，

当所述第一位置信息为所述测量标记(21)的点云数据时，根据所述光学测量装置(22)和所述医疗设备(1)之间的坐标转换矩阵，获取所述测量标记(21)在所述医疗设备(1)的坐标系中的所述第二位置信息。

8.一种校正系统(2)，其特征在于，包括：测量标记(21)、光学测量装置(22)和处理器(23)；

所述测量标记(21)设置于治疗床(11)上；

所述光学测量装置(22)位于所述治疗床(11)的一侧，用于获取所述测量标记(21)的第一位置信息；

所述处理器(23)分别与医疗设备(1)和所述光学测量装置(22)相连，用于转换所述第一位置信息的坐标系，以获取基于所述医疗设备(1)的坐标系的第二位置信息；以及，根据所述第二位置信息与目标坐标信息，计算出变换矩阵(M)；其中，所述医疗设备(1)根据所述变换矩阵(M)校正所述治疗床(11)的位置。

9.根据权利要求8所述的校正系统(2)，其特征在于，所述光学测量装置(22)包括光学相机、线阵激光雷达或面阵激光雷达。

10.根据权利要求8所述的校正系统(2)，其特征在于，所述测量标记(21)包括反射球和/或反射薄膜。