[发明专利]一种基于联合点配准算法设备的图像定位装置

说明书

本发明公开了一种基于联合点配准算法设备的图像定位装置，在加速器上集成X射线发射器和数字图像探测平板，通过CBCT功能迅速得到病人的三维图象，在得到三维图象后，通过坐标系统研究视觉定位技术中的各坐标系及其相互转换关系，再结合视觉位姿估计技术从图像配准角度出发，针对发明中所涉及的待配准图像为两幅尺寸相差大、重叠区域小的这一类图像配准问题，分析提高配准性能的因素，并针对分析结果，且采用基于SURF和BRISK的特征点配准改进算法，基于该算法，提供一种的图像定位装置。

技术领域

本发明涉及一种医疗设备，特别涉及与加速器治疗仪配合使用的一种人体立体定位放射治疗装置，具体涉及一种基于联合点配准算法设备的图像定位装置。

背景技术

在对肿瘤(靶区)进行放射治疗时，有如下重要指标：第一，肿瘤的精确定位。在3D空间中，医生或物理师首先在CT室扫描病人的CT图像，通过算法将一系列CT图像重建成三维图像，此时，可定位三维图象中肿瘤的三维坐标。然后医生或物理师将病人放置到加速器室进行复位，将肿瘤的三维坐标与加速器的治疗等中心(isocenter)精确重合。最后开始治疗。但在这种方式中，存在一个问题，当病人呼吸的时候，肿瘤位置会随着呼吸运动而在一定范围内变化，也就是说，肿瘤并不是固定在等中心位置，这将会造成治疗中肿瘤及周围受保护器官所接受的剂量出现偏差。另外，CT室与加速器室一般相隔较远，如果利用“扫一次CT，做一次复位”的方式来实现时间轴的跟踪，耗时耗力，不可取。有的医院将CT和加速器安装在一个房间，并且共用一张床板，当需要扫CT时，移动床板至CT位置，需要治疗时，移动床板至加速器位置，这样比较麻烦，而且安装机器需要一个很大的房间，比较占地方，成本消耗太大。同时，CT扫描时采用的传统断层扫描方式，需要旋转多圈才能得到一组CT，比较耗时。第二，照射剂量的控制和验证。目前的剂量验证是这样做的，一个数字图像探测平板与加速器机头正交摆放，加速器发射射线，平板接收剂量，并生成一幅数字图像(相当于给剂量拍了一张灰度照片)，图像各点由于所受剂量强度的不同(剂量强度由照射时间及叠加照射次数决定)，灰度的深浅各不相同，深色的部分剂量高(灰度值高)，浅色的部分剂量低(灰度值低)，通过定义好的剂量-灰度值映射表，我们可换算出各点的实际照射剂量。该图像被导入到验证系统中，通过读取图像中的剂量，并将其与TPS制作的计划中对应点的理想剂量进行比对，得到验证结果。其缺点是：仍然由于4D空间中时间轴的影响，肿瘤在呼吸运动中位置产生一定变化，如使用3D空间的方式进行验证，剂量会有一定的误差。

发明内容

基于上述技术问题，无论采用何种CT技术，如果在CT扫描和加速器照射时加进了时间变量因素，就称为四维放射，相应的加进了时间变量因素的CT扫描，称之为四维CT；而动态螺旋断层放射治疗系统是一个将治疗计划、剂量计算、兆伏级CT扫描、定位和螺旋照射治疗功能集为一体的调强放疗系统。采用类似CT的模式，从360度聚焦断层照射肿瘤，靶区适形性佳，剂量分布均匀，使正常组织及器官得到最大限度的保护；具有图像引导放射治疗功能，每次放疗前在治疗机上进行CT扫描，确认治疗体位在三维空间上与治疗计划一致后再行放疗，从而保证了治疗的精确性。具体地，本发明通过图像采集单元成像系统研究肿瘤的三维位姿与二维实时图像之间的关系，通过坐标系统研究视觉定位技术中的各坐标系及其相互转换关系，再结合视觉位姿估计技术从图像配准角度出发，针对本发明中所涉及的待配准图像为两幅尺寸相差大、重叠区域小的这一类图像配准问题，分析提高配准性能的因素。并针对分析结果，提出一种基于SURF和BRISK的特征点配准改进算法。同时，将配准问题进一步转化为图像快速配准问题。针对图像的配准算法存在精度差、用时长、平台可实现性差等不足，在特征点改进算法的基础上，提出一种基于联合点配准算法设备的图像定位装置。实验结果表明该算法能解决当前处理平台的局限性，提高算法速度和精度，相比于现有算法有较好的性能优势。最后，充分利用多源传感器信息和先验环境知识，基于图像配准算法提出一种视觉全局直接定位技术，提高了直接全局定位算法的实时性和稳定性。具体是通过如下的技术方案实现的：