一種醫用直線加速器多頁光柵位置檢測方法與流程
2023-05-11 09:55:31
本發明涉及醫用直線加速器技術領域，具體為一種醫用直線加速器多頁光柵位置檢測方法。
背景技術：
放射治療是腫瘤治療的主要方法之一。放療過程中多頁光柵到位精度對靶區照射劑量的精確性和正常組織器官的保護具有重要意義。目前對多頁光柵到位檢測方法很多，其中主要有劑量膠片法，平面探測器陣列法，電子射野影像系統(EPID)。但是劑量膠片法的擺位、重複性、參考點的確定等均會影響測量結果，且工作量大，膠片的重複利用率低。平面探測器陣列法其測量面積受限，無法一次對所有的葉片到位情況進行檢測，EPID也是測量面積不夠大，而且需配套電動平移設備，對硬體要求較高。且以上三種方法都無法對每片頁片的到位情況進行直接的跟蹤和分析，
為了克服上述不足，提出了一種醫用直線加速器多頁光柵位置檢測方法，該系統使用計算機視覺技術，通過對採集到的視頻進行軟體處理，獲得視頻中多頁光柵實際位移量，與治療計劃的多葉光柵位移量比較，從而實現對多頁光柵的到位精度檢測。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種醫用直線加速器多頁光柵位置檢測方法，以解決上述背景技術中提出的問題。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種醫用直線加速器多頁光柵位置檢測方法，包括以下步驟：
第一步：搭建計算機視覺平臺，包括選擇視頻採集所需要的工業相機，鏡頭，光源，處理視頻所用的PC與相關軟體的安裝調試，在多頁光柵下方放置固定板，將工業相機置於固定板板上多頁光柵等中心位置；
第二步：在加速器上對病人進行模擬治療；
第三步：使用軟體中圖像採集模塊採集多頁光柵的運動視頻；
第四步：使用軟體對所得圖像處理，測得多頁光柵位移，先將獲得的圖像二值化處理，後計算出圖像中感興趣點移動的像素點個數，乘以單位像素點的變化與實際距離的比例係數，求得物體移動的實際位移；
第五步：將治療計劃的多葉光柵位移量導入PC端與實際位移量比較；
第六步：顯示結果。
優選的，所述第一步中，依照計算機視覺平臺的搭建需要，選擇相機需要考慮工業相機的掃描方式，感光元件，彩色還是灰階以及信號傳輸類型；同時綜合考慮對精度的要求，視野大小，檢測物體的速度。對相機解析度的要求可以通過要求的精度計算：
精度＝視野(長或寬)÷相機像素(長或寬)
則 相機像素(長或寬)＝視野(長或寬)÷精度
鏡頭選擇需確定焦距，首先計算符合需求的放大倍率(M)：
放大倍率(M)＝Sensor Sizes/FOV
代入計算焦距(f)公式：
焦距(f)＝Sensor Sizes*WD/FOV
其中Sensor Sizes是感光元件大小(相機內部感光元件的尺寸)；
FOV是視野範圍(相機所能獲取到物體的實際範圍)；
WD是工作距離(相機鏡頭前緣到物體表面的距離)。
符合需求的鏡頭實際的焦距需大於該數值。也可通過鏡頭目錄或軟體查詢，只要將所需要的參數填入，便可快速找到適當的鏡頭。本發明中採用的自編軟體，可以實現視頻獲取，圖像處理，數值比較及顯示。整個硬體設計中，考慮到不同品牌型號多頁光柵尺寸不同，在選擇器件中儘可能的滿足絕大多數多頁光柵品牌型號。
優選的，所述第二步中，根據不同品牌不同型號多頁光柵形狀大小的差異，安裝相機時應注意相機工作距離，相機視場應覆蓋整個多頁光柵運動範圍，為了後續軟體處理簡單，將螢光標記物塗抹到光柵葉片頂端，使用紫外線燈照射2到5分鐘，後撤去紫外線燈，將固定板放置與多頁光柵下方，相機固定在固定板上，關閉放療室燈，軟體連接相機與PC端，在黑暗的環境下通過軟體的USB採集視頻模塊採集視頻，螢光劑採用蓄光型螢光漆。
優選的，所述第三步中，單位像素點與實際距離的比例係數需預先測定，且對於不同品牌型號多頁光柵均需測定，測定步驟如下：
(1)、採集多頁光柵從起始(0位移)位置運動到終點(中線)位置視頻；
(2)、使用軟體測得像素點個數，多頁光柵的實際位移通過查看多頁光柵手冊，實際測量和系統導出三種方式獲得；
(3)、誤差分析採取多次測量取平均值的方法。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明使用計算機視覺技術對多頁光柵到位檢測，系統精確度高，可以同時對所有葉片進行檢測，而且可以實時在線顯示結果，同時對硬體的要求低，系統成本較低，可重複利用率高，操作簡單，使用方便。
附圖說明
圖1為本發明的方法流程圖；
圖2為本發明的視頻採集流程圖；
圖3為本發明的比例測定軟體實現流程圖；
圖4為本發明的位移測量軟體實現流程圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
下面結合附圖對本發明做進一步說明：
如圖1所示，給出了本發明醫用直線加速器多頁光柵位置檢測方法流程圖，其包括以下具體步驟：
第一步：搭建計算機視覺平臺，包括選擇視頻採集所需要的工業相機，鏡頭，光源，處理視頻所用的PC與相關軟體的安裝調試，在多頁光柵下方放置固定板，將工業相機置於固定板板上多頁光柵等中心位置，採用CCD工業相機，感光元件尺寸為3μm-10μm，像素為PAL制為768*576，NTSC制為640*480，幀速為120幀，鏡頭視場為20cm以上。選紫外線燈為光源。連接相機與PC，PC端安裝相關軟體，依照計算機視覺平臺的搭建需要，選擇相機需要考慮工業相機的掃描方式，感光元件，彩色還是灰階以及信號傳輸類型；同時綜合考慮對精度的要求，視野大小，檢測物體的速度。對相機解析度的要求可以通過要求的精度計算：
精度＝視野(長或寬)÷相機像素(長或寬)
則 相機像素(長或寬)＝視野(長或寬)÷精度
鏡頭選擇需確定焦距，首先計算符合需求的放大倍率(M)：
放大倍率(M)＝Sensor Sizes/FOV
代入計算焦距(f)公式：
焦距(f)＝Sensor Sizes*WD/FOV
其中Sensor Sizes是感光元件大小(相機內部感光元件的尺寸)；
FOV是視野範圍(相機所能獲取到物體的實際範圍)；
WD是工作距離(相機鏡頭前緣到物體表面的距離)。
符合需求的鏡頭實際的焦距需大於該數值。也可通過鏡頭目錄或軟體查詢，只要將所需要的參數填入，便可快速找到適當的鏡頭。本發明中採用的自編軟體，可以實現視頻獲取，圖像處理，數值比較及顯示。整個硬體設計中，考慮到不同品牌型號多頁光柵尺寸不同，在選擇器件中儘可能的滿足絕大多數多頁光柵品牌型號。
第二步：在加速器上對病人進行模擬治療。
第三步：圖像採集，如圖2所示，首先將螢光標記物塗抹到光柵葉片頂端，為達到螢光足夠亮的目的，可多次均勻塗抹。使用紫外線燈對螢光劑照射2到5分鐘，使其達到最亮狀態，將固定板放置於多頁光柵下方，相機固定在固定板上，與多頁光柵處於等中心位置，關閉放療室燈，在黑暗的環境下螢光效果凸顯。PC端軟體連接相機，使用軟體中視頻採集模塊獲取視頻，採集圖像。
此步驟中，根據不同品牌型號多頁光柵，適當調整固定板放置位置，調整相機工作距離，相機視場應覆蓋整個多頁光柵運動範圍。
第四步：使用軟體對所得圖像處理，測得多頁光柵位移。步驟如下：
(1)比例測定，如圖3所示，使用軟體中的視頻採集模塊獲取圖像，將所得圖像二值化，選擇灰度值128作為二值化圖像的閾值；獲取多頁光柵起始位置圖像，使用質心處理模塊獲取起始位置質心坐標，獲取多頁光柵運動到中線位置時圖像，使用質心處理模塊獲取中線位置質心坐標，根據兩坐標計算得像素個數；通過多頁光柵手冊查詢多頁光柵從起始位置運動到中線位置時的標準位移量，同時實測多頁光柵位移量，以檢驗是否到位；運用公式，標準實際位移比像素個數德比例係數。
(2)多頁光柵位移測量，如圖4所示，使用軟體中視頻採集模塊獲取視頻；選擇灰度值128作為二值化圖像的閾值；獲取多頁光柵運動位移圖像；使用質心處理模塊獲取圖像中質心坐標；比較初始質心坐標，計算像素個數，乘以比例係數得實際位移。
此步驟中，比例係數的測定去除誤差採用多次測量取平均值的方法。針對不同多頁光柵均需測定單位像素點與實際距離的比例係數。
第五步：將治療計劃的多葉光柵位移量導入PC端與實際位移量比較；
第六步：顯示結果，獲得最終多頁光柵到位結果。
儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同物限定。