[发明专利]基于粒子滤波的放疗机器人肿瘤运动估计预测系统及方法

权利要求书

1.一种基于粒子滤波的放疗机器人肿瘤运动估计预测系统，其特征在于，所述系统包括：呼吸跟踪单元、影像定位单元、影像融合单元及治疗计划单元，所述呼吸跟踪单元用于跟踪患者体表标记点的三维运动数据，所述影像定位单元用于跟踪患者体内肿瘤的三维运动数据，所述影像融合单元用于对收集的运动数据进行基于粒子滤波的融合并预测肿瘤未来时刻的运动数据，所述治疗计划单元用于实时调整治疗射束进行精确照射，

其中，所述影像融合单元用于：

根据三维运动数据，建立当前时刻肿瘤和历史时刻肿瘤之间的运动关系模型，并将该模型作为粒子滤波的状态转移方程，建立一段时间内体表标记点和体内肿瘤之间的运动关系模型作为粒子滤波的观测方程；其中，状态转移方程为x_k＝f(x_k-1)，观测方程为z_k＝h(x_k)，其中，x_k为k时刻体内肿瘤的运动数据，z_k为k时刻测得的体表标记点的运动数据；

基于状态转移方程和观测方程，利用粒子滤波算法根据当前时刻体表标记点的运动数据估计出体内肿瘤的运动位置；具体为，通过粒子滤波器估计肿瘤的运动位置，状态转移方程通过肿瘤的运动学过程建立，观测方程通过拟合体内肿瘤和体表标记点之间的运动关系获得。

2.根据权利要求1所述的基于粒子滤波的放疗机器人肿瘤运动估计预测系统，其特征在于，所述系统还包括病患固定及自动定位单元及机器人投射单元，病患固定及自动定位单元用于固定患者并进行定位，机器人投射单元用于控制治疗射束达到靶区。

3.根据权利要求1所述的基于粒子滤波的放疗机器人肿瘤运动估计预测系统，其特征在于，所述呼吸跟踪单元为红外跟踪单元，其包括同步追踪摄像机及固定于患者腹部的若干发光二极管。

4.根据权利要求1所述的基于粒子滤波的放疗机器人肿瘤运动估计预测系统，其特征在于，所述影像定位单元为X射线影像定位单元，其包括X光射源及非晶硅影像接收器。

5.根据权利要求1所述的基于粒子滤波的放疗机器人肿瘤运动估计预测系统，其特征在于，所述系统还包括呼吸运动模拟器，用于模拟放疗中体内肿瘤和体表标记点之间的运动变化关系。