CN215653468U - 一种眼球肿瘤放疗中质子重离子设备的门控的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种眼球肿瘤放疗中质子重离子设备的门控的系统，包括图像采集设备、监控主机，所述的监控主机包括图像处理模块、图像显示模块、存储模块以及控制模块四个子模块，本实用新型涉及的门控系统基于眼球图像的采集，在采集的图像内进行眼球运动的坐标系，对眼球相对照射位置的偏移位置进行监控，实现对质子重离子设备的控制，从而对患者正常的部位进行保护，同时也保证治疗部位进行合理范围内的束线照射。
Description
技术领域
本实用新型涉及放射性治疗医疗设备器材，特别设计一种眼球肿瘤放疗中质子重离子设备的门控的系统。
背景技术
质子、重离子治疗是目前放射治疗领域先进的治疗技术，由于离子具有布拉格峰的物理特性，可以在布拉格峰区域沉积大部分能量，而入射区域及束流侧向及末端剂量较低，从而可以降低靶区周围正常组织的受照剂量。碳离子还具有较高的生物效应，针对辐射不敏感的肿瘤具有较好的疗效。
葡萄膜恶性黑色素瘤是一种罕见的眼球恶性肿瘤，包括脉络膜恶黑，睫状体恶黑和虹膜恶黑。欧洲发病率每百万人5-7例/年，亚洲发病率每百万人 0.4-0.6例/年。主要治疗手段包括眼球摘除，局部切除，温热疗法，光子放疗，粒子短程放疗，和离子放疗。放射治疗已经成为主要的眼球肿瘤治疗手段。有文献报道在肿瘤控制、眼睛保护、视力和不良事件发生率等方面，质子和重离子放疗可以提供更优的治疗效果。
人的眼球会发生无自主运动，眼球的位置时刻可能发生变化。在眼球肿瘤放疗过程中，眼球的转动会引起肿瘤位置的变化，进而可能影响治疗精度，甚至导致治疗失败。因此眼球肿瘤的放射治疗要求眼球位置固定，且要求与计划 CT扫描时眼球位置基本一致，误差应在临床治疗可接受的范围内。常规光子放射治疗中主要通过患者凝视光源完成眼球的定位。然而，质子及碳离子治疗眼球肿瘤一般采用单野入射方式，入射路径的选择可能对正常组织受照剂量产生较大影响，肿瘤的位置(眼球的凝视角度)在一定程度上决定了入射的路径，因此本领域技术人员从实际出发，需要设计一种可解决或者缓解上述问题或部分问题的技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的眼球肿瘤放疗中质子重离子设备的门控的系统。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种眼球肿瘤放疗中质子重离子设备的门控的系统，其特征在于：包括图像采集设备、监控主机，所述的监控主机包括图像处理模块、图像显示模块、存储模块以及控制模块四个子模块；
眼球图像采集设备用于对采集的治疗眼球部位的实时图像；
图像处理模块用于对采集的眼球实时图像进行处理标定眼球位置信息；
图像显示模块用于显示由图像处理模块处理后眼球位置图像；
存储模块用于存储图像数据信息；
控制模块用于图像采集设备以及质子重离子设备的控制器通信耦合，实现图像采集设备以及质子重离子设备的双向控制。
进一步的：所述的控制模块由一组快门线通过Hub连接两组图像采集设备，实现两组图像采集设备快门同步触发。
进一步的：所述的图像采集设备采用具有千兆网口的工业相机。
进一步的：所述的图像处理模块包括畸变矫正子模块、元素识别子模块、建模子模块以及图像坐标系拼接子模块以数据接口子模块；
畸变矫正子模块用于对采集的眼球部位的图像利用透视畸变原理复原为以虹膜为基准平面的平面图片；
元素识别子模块用于识别眼球部位的眼球轮廓以及虹膜的位置标定；
建模子模块用于标定虹膜的点对点的运动距离并建立网格坐标系；
图像坐标系拼接子模块用于将建立的网格坐标系与采集的实时图像进拼接处理；
数据接口子模块用于与图像采集设备以及控制模块实现双向通信耦合。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：本实用新型涉及的门控系统基于眼球图像的采集，在采集的图像内进行眼球运动的坐标系，对眼球相对照射位置的偏移位置进行监控，实现对质子重离子设备的控制，从而对患者正常的部位进行保护，同时也保证治疗部位进行合理范围内的束线照射。
附图说明
图1是本实用新型实施例眼球肿瘤放疗中质子重离子设备的门控的系统的硬件结构示意图。
图2是本实用新型实施例基于门控系统的门控方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
参见图1-2，本实施例一种眼球肿瘤放疗中质子重离子设备的门控的系统，其特征在于：包括图像采集设备、监控主机，所述的监控主机包括图像处理模块、图像显示模块、存储模块以及控制模块四个子模块；
眼球图像采集设备用于对采集的治疗眼球部位的实时图像；
图像处理模块用于对采集的眼球实时图像进行处理标定眼球位置信息；
图像显示模块用于显示由图像处理模块处理后眼球位置图像。
存储模块用于存储图像数据信息；
控制模块用于图像采集设备以及质子重离子设备的控制器通信耦合，实现图像采集设备以及质子重离子设备的双向控制。
本实施例中采用图像识别技术，由图像采集设备采集眼球部位的眼球信息，由于虹膜位置相对眼球位置稳定，且虹膜的大小相对不变，以虹膜位置为基准，虹膜的大小占图像采集画幅的像素即可确定单元像素的实际距离，当眼球虹膜运动到画幅的其他区域则可确定眼球的移动距离，确定眼球的运动位置，利用上述原理，本设备在对眼球的位置进行标定的同时，给与眼球在质子重离子束线照射时其偏移设定位置阈值，在超出偏移阈值则由控制模块给与质子重离子设备信号，停止质子束线，从而对患者正常的部位进行保护，同时也保证治疗部位进行合理范围内的束线照射。
具体的所述的图像处理模块包括畸变矫正子模块、元素识别子模块、建模子模块以及图像坐标系拼接子模块以数据接口子模块；
畸变矫正子模块用于对采集的眼球部位的图像利用透视畸变原理复原为以虹膜为基准平面的平面图片；
元素识别子模块用于识别眼球部位的眼球轮廓以及虹膜的位置标定；
建模子模块用于标定虹膜的点对点的运动距离并建立网格坐标系；
图像坐标系拼接子模块用于将建立的网格坐标系与采集的实时图像进拼接处理；
数据接口子模块用于与图像采集设备以及控制模块实现双向通信耦合。
本实施例中所述的控制模块由一组快门线通过Hub连接两组图像采集设备，实现两组图像采集设备快门同步触发，所述的图像采集设备采用具有千兆网口采用两组图像采集设备，便于从两个角度进行图像的采集，并运用空间透视畸变原理，对图像的尺寸畸变进行处理，保证图像的位置精度，同时采用一组快门线实现两组图像采集设备的同步触发，从而保证两组图像采集设备在同一时间段采集的空间位置信息的一致性。
本实施例具体陈述基于本实用新型涉及的硬件进行质子重离子设备进行门控的步骤：
(1)在治疗床上对患者的头部采用治具进行定位，在眼球的上方设置有 LED点光源阵列，LED点光源阵列横纵排布有单独控制点亮功能的LED灯珠，在眼球的上方设置图像采集设备连续采集眼球运动的实时图像，图像采集设备与患者头部的相对位置保持固定；
(2)点亮患者治疗眼球正上方的LED灯珠，患者凝视眼球正上方LED灯，将LED灯放映在的光源点处于眼球的虹膜中心位置，在图像采集设备采集的图像的画幅区域内利用虹膜的实际直径长度为基准建立眼球运动的参考坐标系，以上述眼球的虹膜中心为参考坐标系原点；
图像的画幅区域内建立的参考坐标系的刻度方法公式：
其中，
CFpixel是像素-长度转换刻度因子，
Diris是虹膜的实际或估计直径，
Piris是自动识别出虹膜的直径所包含的像素数；
(3)通过患者凝视治疗位对应的LED灯珠，使得眼球位移，眼球的肿瘤部位落入质子重离子束流作用范围内；
(4)根据眼球运动的实时图像获取眼球虹膜中心在参考坐标系中的X方向以及Y方向的坐标值，并获得X方向以及Y方向的眼球运动的位移曲线；运动位移曲线以时间为横坐标，以虹膜中心在X方向以及Y方向距离眼球运动坐标系原点的位移为纵坐标；
(5)定义眼球运动的偏差阈值，以治疗位眼球运动位置为基准，判断眼球实时位置与治疗位眼球位置的偏差与所定义的偏差阈值的关系，将判断结果通过通信单元给质子重离子治疗系统输出门控信号；
判断逻辑：眼球实时运动位置与治疗位眼球位置的偏差在设定偏差阈内则控制质子重离子束流的开始或恢复工作；眼球实时运动位置与治疗位眼球位置的偏差在设定偏差阈外则控制质子重离子束流的中断；
其中眼球实时位置与治疗位眼球位置的偏差，其计算公式：
DevX＝(Xpos-Xref)×CFpixel (公式2)
DevY＝(Ypos-Yref)×CFpixel (公式3)
其中，
DevX和DevY分别是X方向和Y方向眼球运动的实时位置与治疗位眼球位置的偏差，
Xpos和Ypos分别是X方向和Y方向眼球虹膜中心的实时坐标值，
Xref和Yref分别是患者凝视治疗位时，X方向和Y方向眼球虹膜中心的参考坐标值。
根据上述逻辑，利用本系统通过图像采集设备进行采集眼球部位的实时图像，通过图像处理模块对图像进行畸变矫正、坐标系标定以及眼球虹膜位置识别标定，通过图像显示模块对处理的图像进行显示，直观的掌握眼球的位置信息，采用控制模块根据系统设定的阈值逻辑，基于微机控制原理自主向质子重离子设备发出控制信号，对重离子放射系统进行控制停止工作，当眼球回到阈值范围内则开启/恢复质子重离子放射系统件进行正常工作。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种眼球肿瘤放疗中质子重离子设备的门控的系统，其特征在于：包括图像采集设备、监控主机，所述的监控主机包括图像处理模块、图像显示模块、存储模块以及控制模块四个子模块；
眼球图像采集设备用于对采集的治疗眼球部位的实时图像；
图像处理模块用于对采集的眼球实时图像进行处理标定眼球位置信息；
图像显示模块用于显示由图像处理模块处理后眼球位置图像；
存储模块用于存储图像数据信息；
控制模块用于图像采集设备以及质子重离子设备的控制器通信耦合，实现图像采集设备以及质子重离子设备的双向控制。
2.根据权利要求1所述的眼球肿瘤放疗中质子重离子设备的门控的系统，其特征在于：所述的控制模块由一组快门线通过Hub连接两组图像采集设备，实现两组图像采集设备快门同步触发。
3.根据权利要求1所述的眼球肿瘤放疗中质子重离子设备的门控的系统，其特征在于：所述的图像采集设备采用具有千兆网口的工业相机。
4.根据权利要求1所述的眼球肿瘤放疗中质子重离子设备的门控的系统，其特征在于：所述的图像处理模块包括畸变矫正子模块、元素识别子模块、建模子模块以及图像坐标系拼接子模块以数据接口子模块；
畸变矫正子模块用于对采集的眼球部位的图像利用透视畸变原理复原为以虹膜为基准平面的平面图片；
元素识别子模块用于识别眼球部位的眼球轮廓以及虹膜的位置标定；
建模子模块用于标定虹膜的点对点的运动距离并建立网格坐标系；
图像坐标系拼接子模块用于将建立的网格坐标系与采集的实时图像进拼接处理；
数据接口子模块用于与图像采集设备以及控制模块实现双向通信耦合。
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