[发明专利]一种用于放射治疗中患者摆位的实时验证装置及方法

权利要求书

1.一种用于放射治疗中患者摆位的实时验证装置，其特点是包括设置在治疗室内的治疗床周围的第一光学摄像机、第二光学摄像机和第三光学摄像机，每台光学摄像机安装在对应的支架上，其中第一光学摄像机设置在正对治疗床的前方，第二光学摄像机和第三光学摄像机分别设置在治疗床的两侧，三台光学摄像机通过视频线连接在视频采集卡上，视频采集卡安装在图形工作站上，视频标定板对应患者的头部、脚部、左侧、右侧设置在治疗床上，视频标定板分别采集标定图像来标定摄像机，图形工作站通过算法和软件控制摄像机来进行患者摆位的实时验证；所述的治疗床为旋转式治疗床，所述的第一光学摄像机的支架高度为1.8米-2.0米，第二光学摄像机和第三光学摄像机的支架高度为1.2米-2.0米，三台光学摄像机的支架底座距离治疗床中心的水平距离2.5米-3.0米，第二光学摄像机和第三光学摄像机摆放位置连线垂直于治疗床且经过治疗床中心，摄像机从上向下拍摄治疗床以及固定在其上的患者。

2.一种用于放射治疗中患者摆位的实时验证方法，其特征在于是包括如下步骤：

（1）、患者首次摆位和标准参考图像的获取：患者首次在治疗室接受治疗时，将三台摄像机按照所述的验证装置设置连接好，打开验证装置图形工作站上的控制软件；按照治疗计划系统输出的患者摆位参数对患者摆位，通过常规的摆位验证方法即通过常规的DR设备采集的图像和治疗计划系统输出的DRR图像配准，来确定患者的正确摆位，使用图像工作站上的算法软件获取每个摄像头的标准参考摆位光学图像，并将该光学图像存储在数据库中；

（2）、差值图像的获取：在进行患者后续分次治疗时，每个摄像头拍摄的实时视频图像和该摄像头的标准参考图像进行差值计算，即将每帧实时图像的每个像素的RGB值减去对应摄像头的标准参考图像的每个像素的RGB值，获取摆位偏差图像；

（3）、感兴趣区域的获取：对摆位偏差图像首先使用5*5内核的均值滤波器和7*7内核的高斯滤波器进行平滑滤波，将平滑滤波后的差值图像使用canny算子进行轮廓提取获取包含所有轮廓的最大矩形区域坐标，即感兴趣区域坐标；

（4）、患者摆位验证：计算感兴趣区域坐标内的标准参考图像和实时视频图像上的角点，并将两幅图像的角点进行匹配；获取匹配角点的坐标偏差值，如果偏差值小于设定的1毫米阈值，则认定患者摆位正确，如果偏差值大于1毫米，则根据偏差值对患者进行重新摆位；

（5）、获取患者摆位偏差：将获得的ROI区域坐标映射到参考图像和和实时视频图像上，对映射的区域通过改进的ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)角点提取配准算法提取角点，配准两幅图像上ROI区域内的角点；在自动获取的ROI区域内使用ORB算法提取角点并且获取角点的描述算子，根据标准参考图像好实时视频图像上的角点和角点描述算子进行匹配；并改进ORB算法，删除其中坐标位置、方向、和描述算子完全一致的背景角点；在同一个坐标系下计算配准角点之间的位置偏差值，根据对每个摄像头的标定参数计算出在该摄像头下配置点的实际偏差距离；

（6）、患者摆位验证：如果某一个或者几个摄像头中视频图像的角点坐标偏差与其对应的标准参考图像上配准的角点坐标大于1毫米，则根据摄像头的位置和角点坐标偏差值引导医务人员对患者摆位进行校正调整，调整后重新进行步骤（2）的运算，直到患者在每个摄像头下的视频图像和该摄像头的标准参考图像偏差值小于1毫米，符合治疗要求则本发明装置输出信号给治疗控制系统，开始治疗；

（7）、实时监控治疗中的患者体位：患者治疗过程中，三个摄像头实时监控患者的体位，摄像头的实时视频图像与各自的标准参考图像进行差值运算，对差值运算图像进行自动的轮廓提取，获取的轮廓面积如果大于10平方像素，则需要停止治疗，对患者进行摆位调整，如果轮廓面积小于10平方像素，则继续治疗；

（8）、患者摆位实时监控：在患者治疗的过程中，摄像头实时监控患者，当患者的无意识运动引起的视频图像和摆位参考图像之间的差分值大于设定的阈值1毫米时，系统将发出信号传递给治疗控制系统，控制系统停止放疗，医务人员根据摆位偏差参数对患者进行重新摆位，然后恢复治疗。