CN112546460A - 一种体表追踪*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种体表追踪***，包括:控制器和若干个激光雷达；若干个激光雷达设置在治疗床的上方区域；激光雷达与控制器连接；激光雷达被配置为对治疗床上患者的体表轮廓进行扫描，得到原始点云数据；控制器被配置为：根据原始点云数据生成用于进行人体体表追踪的实时人体体表数据。本发明实施例通过将若干个激光雷达设置在治疗床的上方，通过将多个方向多个角度的不同激光雷达的扫描数据进行拼接，从而实现了对患者的体表轮廓的点云数据完整扫描，进而有利于准确追踪患者的体表数据。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械辅助治疗技术领域，尤其是涉及一种体表追踪***。
背景技术
放射治疗是肿瘤治疗的三大手段之一，在所有肿瘤病人的治疗中，有超过70％的患者需要在治疗的不同阶段接受放射治疗。随着放射治疗新技术的发展，适形调强放射治疗等精准治疗技术广泛地应用于肿瘤临床治疗。放疗主要是利用放射线进行局部治疗，靶点定位精确，增加局部照射剂量的同时，减少周围正常细胞损伤，副作用小，适用性广。然而在接受放射治疗患者的***在每次治疗摆位时不仅会发生位移偏差，还会因为人体是非刚性结构而不可避免地发生各种旋转、扭曲和形变改变，导致放射治疗的靶区形状、位置、角度等偏离放射治疗计划。为了解决以上问题，需要设置体表追踪***来对患者体表数据进行追踪和定位。
现有的体表追踪***通常采用结构光立体视觉相机实现对体表数据的扫描，并通过平面分割的方法剔除治疗床及其附近的干扰点云数据，由于结构光立体视觉相机价格昂贵以及结构较大，现有的体表追踪***通常以直线加速器的中心为圆心，将3台结构光立体视觉相机以120°的间隔安装在天花板，以实现对人体体表数据的追踪。但是现有的体表追踪***的其他设备容易遮挡住结构立体视觉相机的视野，导致无法准确获取患者的体表数据。
发明内容
本发明提供了一种体表追踪***，以解决现有的体表追踪***无法准确获取患者的体表数据的技术问题。
本发明的实施例提供了一种体表追踪***，包括：
控制器和若干个激光雷达；
若干个所述激光雷达设置在治疗床的上方区域；所述激光雷达与所述控制器连接；所述激光雷达被配置为对所述治疗床上患者的体表轮廓进行扫描，得到原始点云数据；
所述控制器被配置为：根据所述原始点云数据生成用于进行人体体表追踪的实时人体体表数据。
进一步地，在所有所述激光雷达的下方设置有标定物，每个所述激光雷达通过对所述标定物进行扫描，获取所述标定物的中心坐标，将每一所述激光雷达的扫描信息逐一转换到所述中心坐标所在的坐标系上。
进一步地，所述对治疗床上患者的体表轮廓进行扫描，得到原始点云数据，具体为：
以预设的发射角度发射光束至所述治疗床上患者的体表轮廓，以在所述体表轮廓形成发射/散射的回波信号；其中，所述体表轮廓包括若干个扫描点；
接收所述回波信号并根据回波信号计算得到扫描点与所述激光雷达的距离，以及所述扫描点的坐标信息；
根据所有所述扫描点的坐标信息构成三维扫描成像，得到原始点云数据。
进一步地，所述激光雷达包括处理器，以及分别与所述处理器连接的激光发射器、扫描器和探测器。
进一步地，所述根据所述原始点云数据生成用于进行人体体表追踪的实时人体体表数据，具体为：
对所述原始点云数据采用体素化网格下采样处理，得到待去噪点云数据；
识别所述待去噪点云数据中的治疗床点云数据，将所述治疗床点云数据去除后得到实时人体体表点云数据，并通过点云渲染技术将所述实时人体体表点云数据实时显示。
进一步地，在所述识别所述待去噪点云数据中的治疗床点云数据，将所述治疗床点云数据去除后得到实时人体体表点云数据之后，还包括：
采用配准算法对所述待去噪点云数据和所述实时人体体表点云数据进行配准，得到六维定位偏差，所述六维定位偏差用于调整患者在治疗床的位置。
进一步地，所述采用配准算法对所述待去噪点云数据和所述实时人体体表点云数据进行配准，得到六维定位偏差，具体为：
对所述待去噪点云数据和所述实时人体体表点云数据进行粗配准处理，根据所述粗配准处理返回的矩阵作为精配准的初始矩阵，根据所述初始矩阵对所述待去噪点云数据和所述实时人体体表点云数据进行精配准处理，得到用于调整患者在治疗床上的位置的六维定位偏差。
进一步地，所述识别所述待去噪点云数据中的治疗床点云数据，具体为：
采用随机抽样算法识别所述待去噪点云数据中的治疗床点云数据。
进一步地，所述对所述原始点云数据采用体素化网格下采样处理，得到待去噪点云数据，具体为：
根据所有的原始点云数据构造多个三维体素栅格，其中每一所述三维体素栅格内包含若干个原始点云数据；
获取每一所述三维体素栅格内所有原始点云数据的重心点数据，将所述重心点数据来表示所述重心点数据所在的三维体素栅格的所有点云数据，将所有重点数据作为待去噪点云数据。
进一步地，所述***还包括但不限于加速器或图像扫描装置的一种或多种，所述加速器或所述图像扫描装置设置于所述治疗床上方的机架上。
本发明实施例通过将若干个激光雷达设置在治疗床的上方，通过将多个方向多个角度的不同激光雷达的扫描数据进行拼接，从而实现了对患者完整的体表轮廓的点云数据扫描，进而有利于准确追踪患者的体表数据。
附图说明
图1是本发明实施例提供的体表追踪***的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的雷达激光的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参阅图1，本发明的实施例提供了一种体表追踪***，包括：
控制器若干个激光雷达2；
若干个激光雷达2设置在治疗床3的上方区域；激光雷达2和与控制器连接；
激光雷达2被配置为对治疗床3上患者的体表轮廓进行扫描，得到原始点云数据；
控制器被配置为：
根据原始点云数据生成用于进行人体体表追踪的实时人体体表数据。
本发明实施例通过将若干个激光雷达2设置在治疗床3的上方，通过将多个方向多个角度的不同激光雷达2的扫描数据进行拼接，从而实现了对患者完整的体表轮廓的点云数据扫描，进而有利于准确追踪患者的体表数据。需要说明的是，个别激光雷达2被遮挡而缺失数据的情况可以忽略不计。
本发明实施例通过在治疗床的上方空间多位置设置多个激光雷达，可实现360°无死角安装，从而能够获取全面的人体轮廓原始点云数据；本发明实施例结构简单，在降低设备部署的成本的同时使得和治疗室的空间更加简化；本发明实施例通过激光雷达以非可见光对人体轮廓进行扫描，能够有效避免刺激患者的眼睛，从而有效地提高患者的治疗体验。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，在所有激光雷达2的下方设置有一个标定物，所有激光雷达2根据标定物对进行统一坐标系标定，具体为：
每个激光雷达2通过对标定物进行扫描，获取标定物的中心坐标，将每一激光雷达2的扫描信息逐一转换到中心坐标所在的坐标系上。
在本发明实施例中，每一激光雷达2的扫描信息逐一转换到中心坐标所在的坐标系上，实现在同一坐标下的统一表示激光雷达2所获取的原始点云数据，且激光雷达2可实现360°无死角安装，避免其他设备容易遮挡住结构立体视觉相机的视野，导致无法准确追踪患者体表数据的情况。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，对治疗床上患者的体表轮廓进行扫描，得到原始点云数据，具体为：
以预设的发射角度发射光束至治疗床上患者的体表轮廓，以在体表轮廓形成发射/散射的回波信号；其中，体表轮廓包括若干个扫描点；
接收回波信号并根据回波信号计算得到扫描点与激光雷达的距离，以及扫描点的坐标信息；
根据所有扫描点的坐标信息构成三维扫描成像，得到原始点云数据。
请参阅图2，激光雷达2包括处理器，以及分别与处理器连接的激光发射器、扫描器和探测器。
在本发明实施例中，雷达激光通过扫描器形成光束角度偏转，光束与目标作用从而形成反射/散射的回波。当接收端工作时，可产生原路返回的回波信号光子到达接收器，接收端通过探测器形成信号接收，在经过信号处理后，通过飞行时间计算得到目标的距离，通过发射角度得到相应的坐标信息，从而实现三维扫描成像，得到原始点云数据。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，根据原始点云数据生成用于进行人体体表追踪的实时人体体表数据，具体为：
对原始点云数据采用体素化网格下采样处理，得到待去噪点云数据；
识别待去噪点云数据中的治疗床点云数据，将治疗床点云数据去除后得到实时人体体表点云数据，并通过点云渲染技术将实时人体体表点云数据实时显示。
本发明实施例对激光雷达2采集的原始点云数据采用体素化网格下采样处理，得到待去噪点云数据，减少数据点的数量且同时保持点云的形状特征，能够有效提高配准、曲面重建、形状识别等算法速度；通过识别待去噪点云数据中的治疗床3点云数据，将治疗床3点云数据去除后得到实时人体体表点云数据，使得得到的实时人体体表点云数据更精确，从而进一步提高体表追踪的准确性。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，在识别待去噪点云数据中的治疗床点云数据，将治疗床点云数据去除后得到实时人体体表点云数据之后，还包括：
采用配准算法对待去噪点云数据和实时人体体表点云数据进行配准，得到六维定位偏差，六维定位偏差用于调整患者在治疗床的位置。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，采用配准算法对待去噪点云数据和实时人体体表点云数据进行配准，得到六维定位偏差，具体为：
对待去噪点云数据和实时人体体表点云数据进行粗配准处理，根据粗配准处理返回的矩阵作为精配准的初始矩阵，根据初始矩阵对待去噪点云数据和实时人体体表点云数据进行精配准处理，得到用于调整患者在治疗床上的位置的六维定位偏差。
作为一种具体的实施方式，将下采样处理得到的待去噪点云数据作为参考点云，将实时人体体表点云数据作为实时点云，将粗配准处理与精配置处理结合对待去噪点云数据和实时人体体表点云数据进行配准，实时点云通过旋转和平移，与参考点云高度重合，从而得到实时点云相对于参考点云的六维定位偏差，其中六维定位偏差为分别围绕X、Y、Z三个轴旋转的角度以及在三个轴的方向上进行的平移、位移。
在本发明实施例中，需要说明的是，通过六维治疗床4根据六维定位偏差对患者的位置进行修正，六维治疗床4设置在治疗床3的上方，控制器通过控制接口与六维治疗床4连接，控制器控制根据六维定位偏差对患者的位置进行修正，使得在治疗过程中患者的***符合治疗条件的规定，能够在保证治疗效果的同时提高患者的使用体验。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，识别待去噪点云数据中的治疗床3点云数据，具体为：
采用随机抽样算法识别待去噪点云数据中的治疗床3点云数据。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，对原始点云数据采用体素化网格下采样处理，得到待去噪点云数据，具体为：
根据所有的原始点云数据构造多个三维体素栅格，其中每一三维体素栅格内包含若干个原始点云数据；
获取每一三维体素栅格内所有原始点云数据的重心点数据，将重心点数据来表示重心点数据所在的三维体素栅格的所有点云数据，将所有重点数据作为待去噪点云数据。
在本发明实施例中，根据实际需求设置三维体素栅格的大小，栅格设置得越大，滤波后点云点数据越少且速度快。本发明实施例得能够准确对原始点云数据进行滤除，在提高滤波效果的同时降低计算量。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，***还包括但不限于加速器1或图像扫描装置的一种或多种，加速器1或图像扫描装置设置于治疗床上方的机架上。
实施本发明实施例，具有以下有益效果：
本发明实施例通过将若干个激光雷达2设置在治疗床3的上方，通过将多个方向多个角度的不同激光雷达2的扫描数据进行拼接，从而实现了对患者完整的体表轮廓的点云数据扫描，进而有利于准确追踪患者的体表数据。
进一步地，对激光雷达2采集的原始点云数据采用体素化网格下采样处理，得到待去噪点云数据，减少数据点的数量且同时保持点云的形状特征，能够有效提高配准、曲面重建、形状识别等算法速度；通过识别待去噪点云数据中的治疗床点云数据，将治疗床点云数据去除后得到实时人体体表点云数据，使得得到的实时人体体表点云数据更精确，从而进一步提高体表追踪的准确性。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种体表追踪***，其特征在于，包括：
控制器和若干个激光雷达；
若干个所述激光雷达设置在治疗床的上方区域；所述激光雷达与所述控制器连接；所述激光雷达被配置为对所述治疗床上患者的体表轮廓进行扫描，得到原始点云数据；
所述控制器被配置为：根据所述原始点云数据生成用于进行人体体表追踪的实时人体体表数据。
2.如权利要求1所述的体表追踪***，其特征在于，在所有所述激光雷达的下方设置有标定物，每个所述激光雷达通过对所述标定物进行扫描，获取所述标定物的中心坐标，将每一所述激光雷达的扫描信息逐一转换到所述中心坐标所在的坐标系上。
3.如权利要求1-2任一项所述的体表追踪***，其特征在于，所述对治疗床上患者的体表轮廓进行扫描，得到原始点云数据，具体为：
以预设的发射角度发射光束至所述治疗床上患者的体表轮廓，以在所述体表轮廓形成发射/散射的回波信号；其中，所述体表轮廓包括若干个扫描点；
接收所述回波信号并根据回波信号计算得到扫描点与所述激光雷达的距离，以及所述扫描点的坐标信息；
根据所有所述扫描点的坐标信息构成三维扫描成像，得到原始点云数据。
4.如权利要求1所述的体表追踪***，其特征在于，所述激光雷达包括处理器，以及分别与所述处理器连接的激光发射器、扫描器和探测器。
5.如权利要求1所述的体表追踪***，其特征在于，所述根据所述原始点云数据生成用于进行人体体表追踪的实时人体体表数据，具体为：
对所述原始点云数据采用体素化网格下采样处理，得到待去噪点云数据；
识别所述待去噪点云数据中的治疗床点云数据，将所述治疗床点云数据去除后得到实时人体体表点云数据，并通过点云渲染技术将所述实时人体体表点云数据实时显示。
6.如权利要求5所述的体表追踪***，其特征在于，在所述识别所述待去噪点云数据中的治疗床点云数据，将所述治疗床点云数据去除后得到实时人体体表点云数据之后，还包括：
采用配准算法对所述待去噪点云数据和所述实时人体体表点云数据进行配准，得到六维定位偏差，所述六维定位偏差用于调整患者在治疗床的位置。
7.如权利要求6所述的体表追踪***，其特征在于，所述采用配准算法对所述待去噪点云数据和所述实时人体体表点云数据进行配准，得到六维定位偏差，具体为：
对所述待去噪点云数据和所述实时人体体表点云数据进行粗配准处理，根据所述粗配准处理返回的矩阵作为精配准的初始矩阵，根据所述初始矩阵对所述待去噪点云数据和所述实时人体体表点云数据进行精配准处理，得到用于调整患者在治疗床上的位置的六维定位偏差。
8.如权利要求7所述的体表追踪***，其特征在于，所述识别所述待去噪点云数据中的治疗床点云数据，具体为：
采用随机抽样算法识别所述待去噪点云数据中的治疗床点云数据。
9.如权利要求1所述的体表追踪***，其特征在于，所述对所述原始点云数据采用体素化网格下采样处理，得到待去噪点云数据，具体为：
根据所有的原始点云数据构造多个三维体素栅格，其中每一所述三维体素栅格内包含若干个原始点云数据；
获取每一所述三维体素栅格内所有原始点云数据的重心点数据，将所述重心点数据来表示所述重心点数据所在的三维体素栅格的所有点云数据，将所有重点数据作为待去噪点云数据。
10.如权利要求1所述的体表追踪***，其特征在于，还包括但不限于加速器或图像扫描装置的一种或多种，所述加速器或所述图像扫描装置设置于所述治疗床上方的机架上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210326 |