[0024] 图1中，1和2为工业相机，3和4为红外滤光片，5和6为支架，7和8为数据连接 线，9和10为相机电源线，11和12为采集卡，13为计算机，14为显示屏，16为红外LED，17 为受试者，18为CT床，19为扫描架。
[0025] 图2为本发明的硬件主体工作流程图。
[0026] 图3为本发明的距离测度函数的序列的3DCT。
[0027] 图4为本发明的实验效果图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和实施例对本发明的技术实施过程做进一步说明。
[0029] 实施例：
[0030] 本发明获取呼吸信号的方法是立体视觉技术，即采用两个或两个以上的相机搭建 的立体视觉测量系统，对放置在病人胸腹部的靶标进行实时空间（三维）定位，获取随时间 变化的体表运动幅度曲线。
[0031]参见图 1，本发明使用ToshibaAquilionONE320-sliceCT扫描仪，采用"Lung massperfusion"扫描模式采集4D肺部CT图像，该CT扫描仪能够完成自主呼吸状态的肺 部动态扫描。获取完整肺部10个连续的3DCT图像仅需18. 5秒。同时，使用实验室自行 研制的双目立体视觉系统采集体外呼吸信号。该系统由红外标记物、两部可以检测红外线 的相机和一部控制计算机组成，红外标记物为一个120°投射角、直径5mm的红外发光二极 管。该系统可以实时记录标记物的相对空间坐标，且采样率为30HZ，该系统硬件主体包括 五个部分，即红外标记物、立体视觉测量单元、数据分析单元、通信单元、控制单元。关键技 术在于结合标记物在4DCT中与呼吸信号中的移位信息，构建距离测度函数，同时确定所有 CT图像对应的标记物的空间坐标。该技术方案的工作流程是：使用CT扫描仪采集4D肺部 CT图像，该CT扫描仪能够完成自主呼吸状态的肺部动态扫描。使用实验室自行研制的双目 立体视觉系统采集体外呼吸信号，该系统可直接记录标记物的相对空间坐标，且精度高。
[0032] 接下来进一步的对本发明的技术环节进行详细说明。
[0033] 1.红外标记物
[0034] 红外标记物为一个120°投射角、直径5mm的红外发光二极管，其支撑结构的底部 具有容易放置或吸附在病人体表的结构，在病人进行呼吸运动时，红外标记物会随着体表 进行运动。
[0035] 2.立体视觉测量单元
[0036] 立体视觉测量单元由两个或两个以上的数字相机、计算机或单片机处理器、机械 结构等组成。首先，经过光学设计，确定相机的间距、夹角、分辨率、镜头焦距等参数，搭建立 体定位系统；其次，对各相机进行同步标定，获取各相机的内、外参数；再次，同步触发各相 机，获取红外标记物的在各相机图像上的坐标序列；最后，利用相机的内、外参数和红外标 记物的坐标序列重建红外标记物的空间坐标。该单元的工作指标包括定位精度、频率等，其 主要技术流程如图2所示。
[0037] 构造的距离测度函数的技术环节包括如下几点。
[0038] (1)标记物特征点高精度提取
[0039] 双目视觉系统每秒记录红外标记物30个空间坐标，CT扫描间隔为1. 5秒，通过两 者的采样频率，可得出，每获取相邻两个3D肺部CT图像，双目视觉系统记录标记物46个空 间坐标（含有45个采样间隔）。通过标记物相同时间段内在4D肺部CT图像中和呼吸信号 中的位移量的比较，确定采集的3D肺部CT图像和记录的标记物的空间坐标的对应关系。
[0040] (2)构造的距离测度函数F的计算公式
[0041] 构造的距离测度函数F的计算公式为：
【主权项】
1. 一种新的构建序列影像与呼吸信号对应关系的方法，其特征在于：该方法的主体至 少包括五个部分：红外标记物、立体视觉测量单元、数据分析单元、通信单元、控制单元；该 方法结合标记物在4D CT中与呼吸信号中的移位信息，构建距离测度函数，同时确定所有 CT图像对应的标记物的空间坐标，其步骤为： ⑴、使用CT扫描仪采集4D肺部CT图像；该CT扫描仪能够完成自主呼吸状态的肺部 动态扫描； (2)、使用立体视觉系统采集体外呼吸信号，直接记录标记物的相对空间坐标。
2. 根据权利要求1所述的新的构建序列影像与呼吸信号对应关系的方法，其特征在 于：所述红外标记物为一个120°投射角、直径5 mm的红外发光二极管，其支撑结构的底部 具有容易放置或吸附在病人体表的结构，在病人进行呼吸运动时，红外标记物会随着体表 进行运动；所述立体视觉测量单元由两个或两个以上的数字相机、计算机或单片机处理器、 机械结构组成。
3. 根据权利要求2所述的新的构建序列影像与呼吸信号对应关系的方法，其特征在 于：所述步骤（1)还包括： 数据采集时，受试者静卧在CT床上，将红外标记物黏贴于受试者胸部剑突位置的体 表； 首先开启双目立体视觉系统，采集红外标记物位移数据； 接着，CT操作者通过麦克指导受试者作呼吸运动，接着启动CT扫描仪进行肺部动态扫 描。
4. 根据权利要求2所述的新的构建序列影像与呼吸信号对应关系的方法，其特征在 于：所述步骤（2)还包括： 结合标记物相同时间段内在4D肺部CT图像中和呼吸信号中的距离移动信息，构造距 离测度函数；通过计算距离测度函数可确定序列3D肺部CT图像与标记物空间坐标的一一 对应关系。
5. 根据权利要求4所述的新的构建序列影像与呼吸信号对应关系的方法，其特征在 于：所述控制单元负责对立体测量单元、数据分析单元和通信单元进行控制，协调完成整个 系统功能。
6. 根据权利要求2-5中的任一项所述的新的构建序列影像与呼吸信号对应关系的方 法，其特征在于：对于立体视觉测量单元的操作还包括如下过程： 首先，经过光学设计，确定相机的间距、夹角、分辨率、镜头焦距参数，搭建立体定位系 统； 其次，对各相机进行同步标定，获取各相机的内、外参数； 再次，同步触发各相机，获取红外标记物的在各相机图像上的坐标序列；最后，利用相 机的内、外参数和红外标记物的坐标序列重建红外标记物的空间坐标。
7. 根据权利要求6所述的新的构建序列影像与呼吸信号对应关 系的方法，其特征在于：所述的构造的距离测度函数F的计算公式为：
1，2, 3代表x，y，z三个方向，q,为CT图像的空间分辨率；m-ι为获取m个序列3D肺部CT 图像I的时间间隔个数；Ci是标记物在第i个时间点的3D肺部CT图像I i中的坐标，D」为 双目视觉系统记录的红外标记物第j个时间点的相对空间坐标。
【专利摘要】本发明公开了一种构建序列影像与呼吸信号对应关系的方法，在运动追踪法框架下，利用双目立体视觉系统，采集红外标记物的位移作为人体呼吸信号。采用新一代CT扫描机，获取受试者深呼吸模式下完整的肺部4D CT图像。结合体外标记物的距离移动信息，构造距离测度函数，提出距离对应关联法，通过标记物相同时间段内在4DCT中和呼吸信号中的位移量的比较，确定4D CT和呼吸信号的对应关系。该发明简化了呼吸信号获取的操作步骤，提高了数据测量精度，降低了实验时间以及受试者接收的辐射剂量。
【IPC分类】G06T7-00, A61B6-03, A61B19-00
【公开号】CN104739510
【申请号】CN201410675421
【发明人】崔学理, 高欣, 夏威
【申请人】中国科学院苏州生物医学工程技术研究所
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年11月24日