一種基於紅外引導的精確定位跟蹤方法和系統的製作方法

2023-12-09 03:47:56 1

專利名稱：一種基於紅外引導的精確定位跟蹤方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及放射治療中病人擺位和靶區定位跟蹤的方法和系統。
背景技術：
隨著放射治療技術的發展，腫瘤放療已經進入到「精確定位，精確計劃設計，精確治療」的階段，精確放療技術使得在腫瘤治療上實現聞精度，聞劑量，聞療效和低損傷的現代放療模式逐步成為現實。放療擺位是放療計劃執行過程中一個重要環節。臨床實踐中， 由於日常擺位不確定和患者器官移動引起的治療中靶區位置和靶區體積變化等因素會給治療帶來很大的誤差，甚至對患者造成難以彌補的損傷。同時在患者接受分次治療的過程中，由於呼吸運動會導致身體治療部位的位置和形狀可能發生變化，也是影響精確治療的關鍵因素之一。
對於擺位的實施，國內目前使用的擺位方法多是依靠醫生的臨床經驗來定性確定的，還沒有定量的依據，如使用面罩、身體定位框，通過在框上畫標記或在身體上畫標記，然後用雷射交匯法來對準；採集MV級X射線和KV級X射線圖像驗證；在病人體內植入標記點或電磁波裝置。採用雷射燈定位精度差，擺位時間較長，無法滿足精確放療快速、高精度的擺位要求,通過圖像的採集驗證擺位需要相應的硬體支持,並且會給病人帶來額外的附加照射劑量，植入式標記點，電磁波信號採集裝置等用於擺位定位雖然可以提高精度，但會對病人帶來附加的損傷和不適。
對呼吸運動的檢測可通過跟蹤測量與呼吸運動相關的物理參數的變化來實現。這些變化的物理量可以是人體內部器官或是標記點的幾何位置，也可以是呼吸運動引起的體表標誌的幾何位置，應用於臨床的有X射線透視、呼吸氣流量檢測、體表標誌點攝像檢測、 腹帶檢測。X射線透視法會使病人接受更多的射線，另外對軟組織部位腫瘤靶區，需要植入 X射線可見的金屬標記點才能進行跟蹤，會給病人帶來額外的損傷和痛苦。呼吸氣流量檢測方法需要限制病人呼吸，病人舒適度受到影響，同時因病人的呼吸常存在不確定的存氣量， 也會影響呼吸時相的判斷的準確性。腹帶檢測方法中腹帶的鬆緊度會影響甚至會改變病人的呼吸方式，從而影響測量精度。發明內容
本發明技術解決問題克服現有技術的定位精度不高，跟蹤效果差的問題，提供一種基於紅外的精確定位跟蹤方法和系統，能夠實現無損，精確，實時定位和檢測。
本發明技術解決方案一種基於紅外引導的精確定位跟蹤方法，其特徵實現步驟如下
(I)將人體的影像數據導入到紅外定位跟蹤系統中，並顯示影像數據的大小和位置信息；
(2)在步驟(I)中獲得的人體影像數據上加載採集得到的紅外標記位置信息；
(3)基於步驟(I )中的人體影像數據和步驟(2)中的紅外標記位置信息，根據紅外的位置信息自動給出工具模板庫，進行製作主動或被動的定位跟蹤工具，計算標記部位的空間信息；
(4)基於步驟(3)中的定位跟蹤工具，能夠進行定位和跟蹤兩種呼吸模式下的定位和跟蹤功能；
(5)根據步驟(4)中呼吸模式的選擇「定位」，利用步驟(3)中得到的空間信息和人體的影像數據信息進行配準，得到人體定位的偏移量；根據步驟(4)中呼吸模式的選擇「跟蹤」，利用步驟(3)中得到的空間信息直接輸出偏移量，對人體的影像數據位置進行跟蹤。
一種基於紅外引導的精確定位跟蹤系統，其特徵包括
影像導入模塊，用於將人體的影像數據導入到紅外定位跟蹤系統中，並顯示影像數據的大小和位置信息；
數據採集和查看模塊，用於採集紅外標記位置信息，並將之加載到由影像導入模塊獲得的人體影像數據上；
定位和跟蹤工具製作模塊，利用影像導入模塊和數據採集和查看模塊得到的信息，根據不同的治療部位，設置定位和跟蹤工具的形狀，所需要的紅外標記的數量和位置， 自動給出工具模板庫,製作主動或被動的定位跟蹤工具,計算標記部位的空間信息；
影像融合和配準模塊，利用定位和跟蹤工具製作模塊得到的定位跟蹤工具的位置信息，將當前的位置信息和上一次的位置信息進行比較和配準，從而得到影像位置偏移的空間位置信息；
影像實時跟蹤模塊，利用定位和跟蹤工具製作模塊得到的定位跟蹤工具的位置信息，實時準確地獲取定位跟蹤工具位置信息，並提供位置信息實時的顯示和自動量化分析功能。
本發明與現有技術相比的優點在於本發明提出的紅外實時定位跟蹤系統利用紅外定位中的紅外攝像原理，可以進行位置檢測，能夠做到無損，精確，實時，可以根據紅外標記位置信息，自動給出工具模板庫進行匹配，進行製作主動或被動的定位跟蹤工具。同時提供定位和跟蹤兩種模式下的位置檢測。該方法檢測精度高，系統構成和操作簡單，病人可以自由呼吸，具有較好的舒適度，因此可以將其用在精確放療之前的擺位驗證，在治療過程中，紅外設備通過識別和記錄主動標記點和被動標記點的運動從 而對靶區運動進行實時跟蹤檢測，通過使用紅外引導實時跟蹤定位系統在線或離線指導擺位誤差的修正，可以提高擺位的精度，減少擺位的不確定性，在維持或提高腫瘤控制率的同時，減少周圍正常組織的照射，從而達到指導臨床的目的。


圖1是本發明方法實現流程圖2是本發明系統的組成框圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發明定位方法具體實現如下
(I)將人體的影像數據，如CT，MRI, PET等導入到紅外定位跟蹤系統中，並顯示影像數據的大小和位置信息；
(2)在步驟(I)中獲得的人體影像數據上，採集得到的紅外標記位置信息，記錄紅外線發射和接收器得到的主動定位小球和被動定位小球的位置信息，通過紅外線與定位小球相連，將紅外定位跟蹤系統的輸出與計算機的輸入相連，並將計算機的輸出進行存儲用於後續傳輸。通過接收測試區域的紅外線，紅外傳感器反饋附著有紅外反光小球工具的位置和方向的變化。將轉換的數據和信息的標準輸出給紅外定位跟蹤系統；
具體採集步驟如下
a)放置紅外傳感器，確保它的測量範圍覆蓋所需的應用區域。如果單個傳感器無法完全覆蓋，可以考慮多個傳感器串聯來擴大測量範圍。
b)將紅外傳感器連接到紅外定位跟蹤系統進行初始化設置。進行系統運行參數設定。例如數據的顯示類型，主機與系統控制單元的連接方式，標記點的數量等等。系統控制單元可以採集特徵測量空間內紅外標記點的坐標。
c)將紅外標記點貼附在被測量部位上，放置在特徵測量空間內。通過開關啟動命令來開始捕捉被測量部位的運動。
d)開始命令一發出，按照系統控制單元的指令，標識點反射紅外光，紅外傳感器偵測到紅外標記點的發光。紅外傳感器將偵測到的標識點的坐標發送給系統控制單元，並由系統控制單元處理原始數據後發送給主機。
e)當軟體發出停止命令時，數據採集停止。
( 3 )基於步驟(I)中的人體影像數據和步驟(2 )中的紅外標記位置信息，製作主動或被動的定位跟蹤工具，計算標記部位的空間信息，將定位跟蹤工具貼附在被測量部位上， 放置在特徵測量空間內。通過開關啟動命令來開始捕捉被測量部位的運動；
(4)根據呼吸模式的選擇為「定位」，利用步驟(3)中得到的空間信息和和人體的影像數據信息進行配準，得到人體定位的偏移量，將人體當前的位置信息和之前計劃中的位置信息進行比較，並採用金字塔多解析度互信息配準方法和標記點配準方法進行多模影像的配準，從而得到配準後影像的位置信息和偏移的誤差信息；
(5)根據呼吸模式的選擇為「跟蹤」，利用步驟(3)中得到的空間信息直接輸出偏移量，對人體的影像數據位置進行跟蹤，實時準確地獲取人體呼吸的時間節律，不同呼吸時相的呼吸運動的幅度等信息。
如圖2所示，本發明中的基於紅外引導的精確定位跟蹤系統，包括
影像導入模塊，用於將人體的影像數據(如CT，MRI, PET等)導入到紅外定位跟蹤系統中，並顯示影像數據的大小和位置信息；
數據採集和查看模塊，用於採集紅外標記位置信息，並將之加載到由影像導入模塊獲得的人體影像數據上，記錄紅外線發射和接收器得到的主動定位小球和被動定位小球的位置信息，通過紅外線與定位小球相連，將紅外定位跟蹤系統的輸出與計算機的輸入相連，並將計 算機的輸出進行存儲用於後續傳輸，接收測試區域的紅外線，紅外傳感器反饋附著有紅外反光小球工具的位置和方向的變化，將轉換的數據和信息的標準輸出給紅外定位跟蹤系統；
定位和跟蹤工具製作模塊，利用影像導入模塊和數據採集和查看模塊得到的信息，根據不同的治療部位，設置定位和跟蹤工具的形狀，所需要的紅外標記的數量和位置， 製作主動或被動的定位跟蹤工具，計算標記部位的空間信息；
影像融合和配準模塊，利用定位和跟蹤工具製作模塊得到的定位跟蹤工具的位置信息，將當前的位置信息和上一次的位置信息進行比較和配準，從而得到影像位置偏移的空間位置信息，將人體當前的位置信息和之前計劃中的位置信息進行比較，並採用金字塔多解析度互信息配準方法和標記點配準方法進行多模影像的配準，從而得到配準後影像的位置信息和偏移的誤差信息；
影像實時跟蹤模塊，利用定位和跟蹤工具製作模塊得到的定位跟蹤工具的位置信息，實時準確地獲取定位跟蹤工具位置信息，並提供位置信息實時的顯示和自動量化分析。
本發明未詳細闡述部分屬於本領域公知技術。
以上所述，僅為本發明部分具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本領域的人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想 到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種基於紅外引導的精確定位跟蹤方法，其特徵實現步驟如下(I)將人體的影像數據導入到紅外定位跟蹤系統中，並顯示影像數據的大小和位置信(2)在步驟(I)中獲得的人體影像數據上加載採集得到的紅外標記位置信息；(3 )基於步驟(I)中的人體影像數據和步驟(2 )中的紅外標記位置信息，根據紅外的位置信息自動給出工具模板庫，進行製作主動或被動的定位跟蹤工具，計算標記部位的空間信息；(4)基於步驟(3)中的定位跟蹤工具，能夠進行定位和跟蹤兩種呼吸模式下的定位和跟蹤功能；(5)根據步驟(4)中呼吸模式的選擇「定位」，利用步驟(3)中得到的空間信息和人體的影像數據信息進行配準，得到人體定位的偏移量；根據步驟(4)中呼吸模式的選擇「跟蹤」， 利用步驟(3)中得到的空間信息直接輸出偏移量，對人體的影像數據位置進行跟蹤。
2.一種基於紅外引導的精確定位跟蹤系統，其特徵包括影像導入模塊，用於將人體的影像數據導入到紅外定位跟蹤系統中，並顯示影像數據的大小和位置信息；數據採集和查看模塊，用於採集紅外標記位置信息，並將之加載到由影像導入模塊獲得的人體影像數據上；定位和跟蹤工具製作模塊，利用影像導入模塊和數據採集和查看模塊得到的信息，根據不同的治療部位，設置定位和跟蹤工具的形狀，所需要的紅外標記的數量和位置，自動給出工具模板庫，製作主動或被動的定位跟蹤工具，計算標記部位的空間信息；影像融合和配準模塊，利用定位和跟蹤工具製作模塊得到的定位跟蹤工具的位置信息，將當前的位置信息和上一次的位置信息進行比較和配準，從而得到影像位置偏移的空間位置信息；影像實時跟蹤模塊，利用定位和跟蹤工具製作模塊得到的定位跟蹤工具的位置信息， 實時準確地獲取定位跟蹤工具位置信息，並提供位置信息實時的顯示和自動量化分析功倉泛。
全文摘要
一種基於紅外引導的精確定位跟蹤方法和系統，該方法和系統由影像導入模塊，數據採集和查看模塊，定位和跟蹤工具製作模塊，影像融合和配準模塊和影像實時跟蹤模塊五大模塊組成。通過使用該方法和系統中的模板和參數可針對具體的人體部位自行設計跟蹤工具，提供了一種靈活並較全面的人機互動接口，本發明提高了定位的精度，同時可以提供實時跟蹤，具有精度高、可操控性強、實時性好、簡便易行的特點。
文檔編號A61N5/10GK103055430SQ20131000833
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月10日 優先權日2013年1月10日
發明者賈婧, 劉航, 吳茜, 任強, 吳宜燦 申請人:合肥超安醫療科技有限公司