CN106139423B - 一种基于摄像头的图像引导粒子植入*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于摄像头的图像引导粒子植入***，包括成像设备、计划***工作站、患者定位标记、安装在粒子植入器械上的定位标记、摄像头实时定位装置。摄像头实时定位装置通过双目视觉原理实时计算定位标记的空间坐标，并在计划***中显示肿瘤、感兴趣区、计划针道和实时针道的三维图像。方便医生准确的实施和调整计划。

Description

一种基于摄像头的图像引导粒子植入***
技术领域
本发明涉及一种图像引导粒子植入设备。
背景技术
目前以粒子植入到人体***的放疗技术在临床已普遍运用。传统的医生手动针刺手术的完成程度要依赖医生的专业素质和操作经验，手术精确度低。粒子植入机器人虽说提高了手术的精确度，但机器人结构精巧复杂，设备费用高。用于粒子植入的3D打印模板，可以减少手术时间，提高手术精度，但当患者解剖结构发生变化时，由于打印3D模板需要较长周期，导致调整治疗计划困难。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种基于摄像头的图像引导粒子植入***，实时探测和显示粒子植入针的姿态和位置。将其与计划针道和粒子植入位置进行比较，三维显示其与肿瘤和周围重要器官的相对位置，方便医生准确实施和调整计划。
本发明公开的一种基于摄像头的图像引导粒子植入***包括成像设备、计划***工作站、患者定位标记、安装在粒子植入器械上的定位标记、摄像头实时定位装置。其中计划***工作站包括计算机和运行在计算机上的粒子植入计划***。
成像设备是CT成像设备、MR成像设备或PET成像设备。
粒子植入计划***读取或接收上述成像设备采集的解剖图像；并可在解剖图 像的横截面、冠状面、矢状面和任意角度斜切面上勾画肿瘤和周围重要器官；同样的，也可以在解剖图像的横截面、冠状面、矢状面和任意角度斜切面上设计粒子植入的针道，设定粒子植入点的坐标。
摄像头实时定位装置至少包含两个摄像头，摄像头拍摄患者定位标记和粒子植入器械上的定位标记。并将视频图像实时传送到计划***工作站。粒子植入计划***从计划***工作站实时获取摄像头实时定位装置传送过来的视频图像，从图像中实时提取患者定位标记和粒子植入器械上的定位标记，并对其进行匹配，通过双目视觉原理重建出这些标记的空间坐标。
患者定位标记在成像设备产生的图像上显示，也在摄像头实时定位装置捕获的视频图像上显示，用来确定成像设备产生图像的空间坐标系和双目视觉原理重建的空间坐标系之间的关系。
粒子植入计划***包含实时针道显示模块，实时针道显示模块同时显示肿瘤、重要器官、计划针道和实时针道的三维图像，实时显示当前针道的空间角度和针尖上粒子植入点的坐标，显示计划针道的空间角度和粒子植入点的坐标，实时显示计划针道和当前针道的夹角，实时显示计划粒子植入点和当前针尖上粒子植入点空间坐标差值。
附图说明
图1为实施例1定位装置、粒子植入针和定位棒整体图；
图2为实施例1粒子植入针和定位棒局部放大图；
图3为实施例2定位标贴、粒子植入针和荧光定位棒整体图；
图4为实施例2定位标贴、粒子植入针和荧光定位棒局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
一种基于摄像头的图像引导粒子植入***实施例1包括CT成像设备、计划***工作站、安装有反光小球106的弧形压板104、安装有反光小球105的定位棒102、摄像头实时定位装置103。其中计划***工作站包括计算机和运行在计算机上的粒子植入计划***。
CT成像设备将扫描得到的CT图像保存为DICOM格式的文件，用户将这些CT图像文件复制到计划***工作站上，由粒子植入计划***读入。通过粒子植入计划可显示解剖图像的横截面、冠状面、矢状面和任意角度斜切面，用户可以在上述各个显示面上勾画肿瘤和周围重要器官；同样的，也可以在上述各个显示面上设计粒子植入的针道，设定粒子植入点的坐标。
弧形压板104固定在治疗床上。松开四个竖直杆上的旋钮，弧形压板可沿四个竖直杆上下移动。向下压紧患者后，可以锁紧四个竖直杆上的旋钮，使其不可上下移动，用来固定患者。弧形压板上装有四个反光标记小球106作为患者定位标记。
定位棒102固定在粒子植入针101后端，和粒子植入针101位于同一条直线上。定位棒上有两个反光标记小球105，方便摄像头实时定位装置103捕获和识别。
弧形压板为碳纤维材质，以减少对CT成像射线X光的吸收。弧形压板上的反光标记 小球106和定位棒上的反光标记小球105均为金属材质，在CT图像上有较高的HU值，以方便在粒子植入计划***上对其进行自动识别。
摄像头实时定位装置103由四个带有LED灯的摄像头构成，确保弧形压板上每一个反光标记小球和定位棒上的每一个反光标记小球都至少有两个摄像头捕获。摄像头将视频 图像实时传送到计划***工作站。粒子植入计划***从计划***工作站实时获取摄像头实时定位装置传送过来的视频图像，从图像中实时提取弧形压板上反光标记小球和定位棒上的反光标记小球，并对其进行匹配，通过双目视觉原理重建出这些标记的空间坐标。粒子植入计划***通过重建的定位棒上的反光标记小球105的空间坐标和定位棒102与粒子植入针101的相对位置关系，计算出粒子植入针101的姿态和针尖上粒子植入点的坐标。
患者在进行CT扫描时，需要将弧形压板上的反光标记小球106扫描进CT图像。用户可以通过粒子植入计划***，在CT图像上标出这些患者定位标记。或者，由粒子植入计划***通过阈值分割和根据这四个反光小球的相对位置关系对其进行辅助自动识别，再由用户进行确认。粒子植入计划***将双目视觉原理重建的弧形压板上的反光小球和CT图像上的反光小球进行重合，以确定成像设备产生图像的空间坐标系和双目视觉原理重建的空间坐标系之间的关系。
通过成像设备产生图像的空间坐标系和双目视觉原理重建的空间坐标系之间的关系，粒子植入计划***可以将两个坐标系中的元素在同一个三维图像中显示。在实时针道显示模块，可同时显示肿瘤、重要器官、计划针道和实时针道的三维图像，实时显示当前针道的空间角度和针尖上粒子植入点的坐标，显示计划针道的空间角度和粒子植入点的坐标，实时显示计划针道和当前针道的夹角，实时显示计划粒子植入点和当前针尖上粒子植入点空间坐标差值。
实施例2
一种基于摄像头的图像引导粒子植入***实施例2包括PET-CT成像设备、计划***工作站、定位标贴204、荧光定位棒202、摄像头实时定位装置203。其中计划***工作站包括计算机和运行在计算机上的粒子植入计划***。
PET-CT成像设备通过网络将扫描得到的PET图像和CT图像发送到DICOM服务器，粒子植入计划***通过DICOM网络协议从服务器查询和读取PET图像和CT图像数据。通过粒子植入计划可显示CT图像、PET图像或两者融合图像的横截面、冠状面、矢状面和任意角度斜切面，用户可以在上述各个显示面上勾画肿瘤和周围重要器官；同样的，也可以在上述各个显示面上设计粒子植入的针道，设定粒子植入点的坐标。
定位标贴204作为患者定位标记贴在患者的体表，标贴上固定有荧光表层的金属球。荧光表层方便摄像头捕获，金属材质在CT图像上有较高的HU值，方便粒子植入计划***对其进行自动识别。
荧光定位棒202固定在粒子植入针201后端，和粒子植入针201位于同一条直线上。荧光表层方便摄像头实时定位装置203捕获和识别。
摄像头实时定位装置203由四个带有LED灯的摄像头构成，确保每一个定位标贴和 荧光定位棒都至少有两个摄像头捕获。摄像头将视频图像实时传送到计划***工作站。粒子植入计划***从计划***工作站实时获取摄像头实时定位装置传送过来的视频图像，从图像中实时提取定位标贴上小球204和荧光定位棒202的端点，并对其进行匹配，通过双目视觉原理重建出这些标记的空间坐标。粒子植入计划***通过重建的荧光定位棒上的端点空间坐标和荧光定位棒202与粒子植入针201的相对位置关系，计算出粒子植入针 201的姿态和针尖上粒子植入点的坐标。
患者在进行CT扫描时，需要将定位标贴204扫描进CT图像。用户可以通过粒子植入计划***，在CT图像上标出这些患者定位标记。或者，由粒子植入计划***通过阈值分割和其紧贴体表的相对位置关系对其进行辅助自动识别，再由用户进行确认。粒子植入计划***将双目视觉原理重建的定位标贴小球和CT图像上的定位标贴小球进行重合，以确定成像设备产生图像的空间坐标系和双目视觉原理重建的空间坐标系之间的关系。
通过成像设备产生图像的空间坐标系和双目视觉原理重建的空间坐标系之间的关系，粒子植入计划***可以将两个坐标系中的元素在同一个三维图像中显示。在实时针道显示模块，可同时显示肿瘤、重要器官、计划针道和实时针道的三维图像，实时显示当前针道的空间角度和针尖上粒子植入点的坐标，显示计划针道的空间角度和粒子植入点的坐标，实时显示计划针道和当前针道的夹角，实时显示计划粒子植入点和当前针尖上粒子植入点空间坐标差值。
与实施例1不同的是，实施例2的患者定位标记直接贴在患者体表，若在植入过程中患者产生移动，通过摄像头实时定位装置监视患者定位标记，肿瘤、重要器官、计划针道的位置和姿态也可以进行实时更新。

Claims (3)

1.一种基于摄像头的图像引导粒子植入***，其特征在于：所述图像引导粒子植入***包括成像设备、弧形压板、患者定位标记、定位棒、摄像头实时定位装置、计划***工作站和实时针道显示模块；其中，
所述成像设备能够对患者进行成像扫描，成像扫描过程中将所述患者定位标记扫描进扫描图像；
所述成像设备是CT成像设备、MR成像设备或PET成像设备；
所述弧形压板固定在治疗床上，用来固定患者，弧形压板上装有四个第一反光标记小球作为患者定位标记；所述弧形压板可沿四个竖直杆上下移动，通过旋钮锁紧；所述弧形压板为碳纤维材质，以减少对CT成像射线X光的吸收；
所述定位棒固定在粒子植入针后端，并与粒子植入针位于同一条直线上；所述定位棒上有两个第二反光标记小球，方便摄像头实时定位装置捕获和识别；
所述第一和第二反光标记小球均为金属材质，在扫描图像上有较高的HU值，以方便在粒子植入计划***上对其进行自动识别；
所述摄像头实时定位装置由四个带有LED灯的摄像头构成，确保所述第一反光标记小球和第二反光标记小球都至少被两个摄像头捕获，所述摄像头将视频图像实时传送到计划***工作站；
所述计划***工作站包括计算机和粒子植入计划***；
所述粒子植入计划***能够读入所述扫描图像，并通过粒子植入计划***显示解剖图像的横截面、冠状面、矢状面和任意角度斜切面，用户可以在各个面上勾画肿瘤和周围重要器官；并在上述各个面上设计粒子植入的针道，设定粒子植入点的坐标；同时，所述粒子植入计划***还能够通过阈值分割，并根据四个所述第一反光标记小球的相对位置关系在所述扫描图像上对第一反光标记小球进行辅助自动识别，再由用户进行确认；
所述粒子植入计划***能够从计划***工作站实时获取所述摄像头实时定位装置传送过来的视频图像，从图像中实时提取第一反光标记小球和第二反光标记小球，并对其进行匹配，通过双目视觉原理重建出第一反光标记小球和第二反光标记小球的空间坐标；粒子植入计划***通过重建的第二反光标记小球的空间坐标和定位棒与粒子植入针的相对位置关系，计算出粒子植入针的姿态和针尖上粒子植入点的坐标；
粒子植入计划***将双目视觉原理重建的第一反光标记小球和扫描图像上的第一反光标记小球进行重合，以确定成像设备产生图像的空间坐标系和双目视觉原理重建的空间坐标系之间的关系，进而粒子植入计划***可以将两个坐标系中的元素在同一个三维图像中显示；
所述实时针道显示模块能够同时显示肿瘤、重要器官、计划针道和实时针道的三维图像，实时显示当前针道的空间角度和针尖上粒子植入点的坐标，显示计划针道的空间角度和粒子植入点的坐标，实时显示计划针道和当前针道的夹角，实时显示计划粒子植入点和当前针尖上粒子植入点空间坐标差值；
所述图像引导粒子植入***还包括DICOM服务器。
2.根据权利要求1所述的一种基于摄像头的图像引导粒子植入***，其特征在于：所述定位棒可替换为荧光定位棒，所述荧光定位棒的荧光表层方便摄像头实时定位装置捕获和识别。
3.根据权利要求1所述的一种基于摄像头的图像引导粒子植入***，其特征在于：所述弧形压板可替换为定位标贴，所述定位标贴贴在患者的体表，定位标贴上固定有荧光表层的金属球。
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