基于深度相机的放射治疗体位监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于深度相机的放射治疗体位监测系统，包括坐标系转换系统、体位监测模块；所述坐标系转换系统，用于确定世界坐标系与定位CT坐标系的转换关系体位监测模块：通过深度相机获取患者体位点云，并分割出目标点云P；将患者通过定位CT系统获取的定位CT数据导入点云处理软件分割出患者的定位CT点云，再通过世界坐标系与定位CT坐标系之间的转换关系转换到世界坐标系中形成定位点云P

【技术实现步骤摘要】
基于深度相机的放射治疗体位监测系统


[0001]本专利技术涉及放射治疗中体位监测
，尤其涉及基于深度相机的放射治疗体位监测系统。

技术介绍

[0002]放射治疗是肿瘤临床治疗的三大主要手段之一，大部分恶性肿瘤患者在接受治疗的过程中或多或少都需要接受放疗。放疗的目的是最大限度的杀灭肿瘤细胞，而使周围正常组织和器官免受或少受射线照射。有研究表明，放射治疗过程中病人体位不准确会使得病人的复发率大大提高。锥形束CT(CBCT)是目前最常用的图像引导放疗技术，在治疗前进行CT影像重建后获得三维影像模型，与治疗计划的患者模型进行比较，计算出治疗床需要调节的参数，但CBCT具有辐射的缺点。
[0003]但放疗次数多、周期长，影响患者体位精确性的因素众多。放疗前的摆位依据患者体表的标记线进行，但标记线易模糊，且对于肥胖患者或者皮肤松弛的患者，依据体表标记线摆位误差较大，因此需要提出新的方法辅助技术人员进行摆位。
[0004]放疗中影响患者体位变化的因素主要有以下几个：(1)呼吸运动和其他组织的自主运动引起肿瘤组织不规则的移动问题，这个问题主要集中在胸腹部。患者可能采取胸式呼吸也可能采取腹式呼吸，也可能在放疗过程中出现吸气、呼气过度的情况，从而引起靶区的移动。(2)对于乳腺等非刚性器官，活动度大，在分次治疗间容易出现摆位误差，因此在放疗过程中时，必须保持胸壁、手臂等在相对一致的位置，不能随意改变肢体位置，而现有的CBCT技术无法确认治疗过程中患者肢体是否保持位置不变。(3)对于盆腔部位的患者，膀胱的充盈程度对肿瘤的位置、危及器官的位置(OAR)及患者体表定位线的位置都有很大的影响。(4)对于儿童、老年或者无意识的患者很可能会在治疗的过程中出现不自主的移动，常用的放疗引导技术难以监测到这种体位的变化。因此需要提出新的方法对放疗过程中患者的体位进行实时监测，实时与技术人员反映患者的体位变化。
[0005]专利号201610464508.6提出的一种用于放疗的位置监测方法，将靶点标记放在患者体表，参考标记放在固有坐标系，用监测模块接收靶点标记块和参考标记块的信号完成位置监测。但标记易脱落和位移，对患者体位跟踪产生很大影响，其次个别标记点位移不足以代替整个靶区的位移，且靶区外患者的肢体摆放也对靶区的位移有较大影响，尤其对于乳腺和宫颈患者。
[0006]专利号201811579081.X提出一种红外光和可见光三维重建的放疗辅助系统。患者的定位CT数据导入治疗计划系统中进行计划设计，包括靶区勾画、剂量计算等过程，因此治疗时患者的体位应该以定位CT体位为准。上述专利技术对于重建的体表并未与定位CT进行配准，计算实际摆位体位与定位体位之间的误差，其次，可见光和红外光重建效果受环境影响较大，监测有一定难度。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于深度相机的放射治疗体位监测系统，可以以具体误差数值引导患者体位的调整，还可以在放疗中对体位实时监测。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009]一种基于深度相机的放射治疗体位监测系统，
[0010]包括坐标系转换系统、体位监测模块；
[0011]所述坐标系转换系统，用于确定世界坐标系与定位CT坐标系的转换关系
[0012]体位监测模块：通过深度相机获取患者体位点云，并分割出目标点云P；将患者通过定位CT系统获取的定位CT数据导入点云处理软件分割出患者的定位CT点云，再通过世界坐标系与定位CT坐标系之间的转换关系转换到世界坐标系中形成定位点云P
CT
‑
sim
，将目标点云P与定位点云P
CT
‑
sim
进行实时点云精配准计算六维误差，并输出结果；
[0013]深度相机所在坐标系为世界坐标系，定位CT系统所在坐标系为定位CT坐标系。
[0014]进一步地，所述坐标系转换系统中确定世界坐标系与定位CT坐标系的转换关系的方法为：
[0015]将校准模体固定于加速器等中心进行CBCT扫描，对得到的CBCT数据进行重建并分割出CBCT点云Q
phantom
；
[0016]采用固定于治疗床上方的深度相机来获取校准模体的表面点云，分割出校准模体点云P
phantom
；
[0017]将校准模体点云P
phantom
与CBCT点云Q
phantom
配准，确定世界坐标系和CBCT坐标系之间的转换关系
[0018]通过TPS治疗计划系统获取CBCT坐标系与定位CT坐标系之间的移床关系从而确定世界坐标系与定位CT坐标系之间的转换关系
[0019][0020]进一步地，所述体位监测模块包括放疗摆位验证模块和/或放疗实时监测模块；
[0021]所述放疗摆位验证模块，用于在放疗前对患者体位进行摆位验证；
[0022]所述放疗实时监测模块，用于患者放疗中体位实时监测。
[0023]进一步地，所述放疗摆位验证模块：通过深度相机进行放疗前患者体位摆位的点云采集，并从采集的点云信息中手动分割出患者的摆位点云信息P
patient
；将患者通过定位CT系统获取的定位CT数据导入点云处理软件分割出患者的定位CT点云，再通过世界坐标系与定位CT坐标系之间的转换关系转换到世界坐标系中形成定位点云P
CT
‑
sim
；将分割出的患者的摆位点云信息P
patient
与定位点云P
CT
‑
sim
进行点云精配准计算六维误差，并输出结果。
[0024]进一步地，所述放疗实时监测模块：通过深度相机实时获取患者放疗中体位点云，并实时自动分割出实时目标点云P
realtime
‑
patient
；将患者通过定位CT系统获取的定位CT数据导入点云处理软件分割出患者的定位CT点云，再通过世界坐标系与定位CT坐标系之间的转换关系转换到世界坐标系中形成定位点云P
CT
‑
sim
，将实时目标点云P
realtime
‑
patient
与定
位点云P
CT
‑
sim
进行实时点云精配准计算六维误差，并输出结果。
[0025]进一步地，所述点云精配准准则为：
[0026]采用最小化点云中的点到目标点云对应点所在的平面距离作为配准准则：
[0027][0028]其中，T表示变换矩阵，p
i
、q
i
分别表示源点云与目标点云中的对应点，n
i
表示q
i
对应点的法向量。
[0029]进一步地，所述的基于深度相机的放射治疗体位监测系统还包括
[0030]混合现实引导放疗摆位模块，用于引导患者放疗摆位；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于深度相机的放射治疗体位监测系统，其特征在于：包括坐标系转换系统、体位监测模块；所述坐标系转换系统，用于确定世界坐标系与定位CT坐标系的转换关系体位监测模块：通过深度相机获取患者体位点云，并分割出目标点云P；将患者通过定位CT系统获取的定位CT数据导入点云处理软件分割出患者的定位CT点云，再通过世界坐标系与定位CT坐标系之间的转换关系转换到世界坐标系中形成定位点云P
CT
‑
sim
，将目标点云P与定位点云P
CT
‑
sim
进行实时点云精配准计算六维误差，并输出结果；深度相机所在坐标系为世界坐标系，定位CT系统所在坐标系为定位CT坐标系。2.根据权利要求1所述的基于深度相机的放射治疗体位监测系统，其特征在于：所述坐标系转换系统中确定世界坐标系与定位CT坐标系的转换关系的方法为：将校准模体固定于加速器等中心进行CBCT扫描，对得到的CBCT数据进行重建并分割出CBCT点云Q
phantom
；采用固定于治疗床上方的深度相机来获取校准模体的表面点云，分割出校准模体点云P
phantom
；将校准模体点云P
phantom
与CBCT点云Q
phantom
配准，确定世界坐标系和CBCT坐标系之间的转换关系通过TPS治疗计划系统获取CBCT坐标系与定位CT坐标系之间的移床关系从而确定世界坐标系与定位CT坐标系之间的转换关系定世界坐标系与定位CT坐标系之间的转换关系3.根据权利要求1所述的基于深度相机的放射治疗体位监测系统，其特征在于：所述体位监测模块包括放疗摆位验证模块和/或放疗实时监测模块；所述放疗摆位验证模块，用于在放疗前对患者体位进行摆位验证；所述放疗实时监测模块，用于患者放疗中体位实时监测。4.根据权利要求3所述的基于深度相机的放射治疗体位监测系统，其特征在于：所述放疗摆位验证模块：通过深度相机进行放疗前患者体位摆位的点云采集，并从采集的点云信息中手动分割出患者的摆位点云信息P
patient
；将患者通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪昕晔，李春迎，张赛，陆正大，张恒，髙留刚，谢凯，孙佳伟，
申请(专利权)人：常州市第二人民医院，
类型：发明
国别省市：