放疗计划仿真方法及装置与流程

本发明主要涉及放疗计划，尤其涉及一种放疗计划仿真方法及装置。

背景技术：

放射治疗(简称放疗)是一种目前常用的治疗恶性肿瘤的手段，其基本原理是利用大量射线所产生的能量破坏细胞的染色体，使细胞停止生长，从而消灭可快速分裂和生长的恶性肿瘤细胞。其中射线可以是α射线、β射线、γ射线、X射线、电子束、质子束等。

在实际的放疗过程中，需要从不同角度依次将高能射线射入病人体内，使射线聚焦于病灶处从而杀死肿瘤组织。放疗设备的机械结构通常由治疗头和治疗床两部分构成，治疗头和治疗床有各自的旋转轴，两部分相配合就可以在空间中灵活的控制射线的入射角度。但也由于两部分可以自由移动，有时会出现治疗头和治疗床在移动过程中，发生治疗头碰撞病人的情况，并且此类事故已有报道。

在临床中为了避免上述危险情况的发生，在病人躺在治疗床上之后，执行真正的放疗之前，医院的技师通常会让放疗设备在不出束(即不输出射线)的状态下，将整个治疗过程中治疗头和治疗床的运动轨迹全部运行一遍，以验证治疗头是否会碰撞病人，上述过程在放疗领域的术语称为“Dry Run”。通过对整个运动过程的观察，以及人工干预和保护，完成一遍Dry Run的检查过程后，可以在后续的治疗中保证不会发生碰撞。

但在Dry Run的检查过程中还是存在一定的危险性，因为如果发现会发生碰撞，执行Dry Run的技师需要反应迅速，立刻地停止放疗设备的运动，这样会给病人带来一定的心理负担；如果不摆放病人，在Dry Run的全过程则需要技师假想病人的体积以及在病床上的具体位置，采用此种方式虽然消除了对病人的任何影响，但是准确性较差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种放疗计划仿真方法及装置，其能够在不会对病人产生影响的情况下，准确地检测放疗计划是否会发生碰撞。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种放疗计划仿真方法，适用于仿真放疗计划中的放疗设备的运动，其中所述放疗设备包括治疗头和治疗床，所述仿真方法包括：a.获取多个特征点在实际空间的第一位置；b.采集所述多个特征点的图像，并基于所述图像获取所述多个特征点在所述图像中的第二位置；c.根据所述多个特征点的所述第一位置和所述第二位置计算投影变换关系；以及d.根据所述投影变换关系将治疗头三维模型、治疗床三维模型和病人三维模型中的一者或二者映射至一显示界面，以在所述显示界面中模拟所述治疗头、所述治疗床和所述病人中的一者或二者的运动，并且当在所述显示界面模拟所述治疗床的运动时也模拟所述病人的运动，其中，所述治疗头、所述治疗床和所述病人的运动至少部分地由所述放疗计划所规定。

在本发明的一实施例中，所述特征点包括所述治疗床的角点。

在本发明的一实施例中，所述多个特征点的所述第一位置通过读取所述治疗床中心点在实际空间的第三位置，结合所述治疗床的尺寸计算得到。

在本发明的一实施例中，所述第一位置包括所述特征点在一世界坐标系上的三维坐标，所述第二位置包括所述特征点在所述图像上的二维坐标，所述投影变换关系包括投影变换矩阵。

在本发明的一实施例中，在所述显示界面中模拟所述治疗头的运动包括根据所述放疗计划生成的所述治疗头的运动轨迹，改变所述治疗头三维模型映射到所述显示界面上的位置。

在本发明的一实施例中，在所述显示界面中模拟所述治疗头的运动时，所述病人躺在所述治疗床上。

在本发明的一实施例中，在所述显示界面中模拟所述病人的运动包括根据所述放疗计划生成的所述治疗床的运动轨迹，改变所述病人三维模型映射到所述显示界面上的位置。

在本发明的一实施例中，所述运动轨迹通过所述放疗计划中的多个轨迹点插值得到。

在本发明的一实施例中，所述病人三维模型根据所述病人在所述实际空间中的皮肤外轮廓数据构建。

在本发明的一实施例中，所述皮肤外轮廓数据通过对所述病人的CT序列图像集进行皮肤分割获得。

在本发明的一实施例中，所述病人三维模型包括在尺寸上包围所述病人的封闭几何形状。

在本发明的一实施例中，在所述显示界面中模拟所述病人的运动时，所述病人三维模型的治疗等中心点与所述放疗设备的等中心点对准。

在本发明的一实施例中，当在所述显示界面中同时模拟所述治疗头和所述病人的运动时，所述放疗计划仿真方法还包括：e.计算所述治疗头三维模型与所述病人三维模型可能发生碰撞的位置。

在本发明的一实施例中，当所述治疗头三维模型和所述病人三维模型运动至所述可能发生碰撞的位置时，从视觉和/或听觉上发出提醒。

在本发明的一实施例中，当所述治疗头三维模型和所述病人三维模型运动至所述可能发生碰撞的位置时，在所述显示界面上高亮显示所述治疗头三维模型和/或所述病人三维模型。

在本发明的一实施例中，当所述治疗头三维模型和所述病人三维模型运动至所述可能发生碰撞的位置时，在所述显示界面上提供建议的可避开碰撞位置的一个或者多个轨迹点。

在本发明的一实施例中，放疗计划仿真方法还接收用户的交互操作，且根据所述交互操作执行暂停仿真、继续仿真和选择轨迹点中的一个或多个。

本发明的另一方面提供了一种放疗计划仿真装置，包括：图像获取模块，用于实时地获取用户眼前的图像；显示模块，用于显示图像获取模块获取的图像和/或处理器所输出的图像；存储器，用于存储可由处理器执行的指令；处理器，用于执行所述指令以实现如上所述的方法。

本发明的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其中当计算机指令被处理器执行时，执行如上所述的方法。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用了增强现实技术，在显示界面中模拟显示治疗头、治疗床和病人中的至少一者在放疗计划中的运动，使用户可以通过显示界面准确地观察放疗计划是否会发生碰撞，并可以通过图形学中的几何形体相交算法检测放疗计划是否会发生碰撞，实现了在不会对病人产生影响的情况下，准确地检测放疗计划是否会发生碰撞。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的放疗设备的结构示意图。

图2是根据本发明一实施例的放疗计划仿真装置的基本框图。

图3是根据本发明一实施例的放疗计划仿真方法的基本流程图。

图4是根据本发明一实施例的放疗计划仿真方法的基本流程图。

图5是根据本发明一实施例的世界坐标系的示意图。

图6是根据本发明另一实施例的放疗计划仿真方法的基本流程图。

图7是根据本发明一实施例的构建病人全身的三维模型的方法的基本流程图。

图8是根据本发明另一实施例的放疗计划仿真方法的基本流程图。

图9是根据本发明一实施例的治疗头三维模型、病人三维模型和治疗床三维模型在可能发生碰撞的位置处的显示界面示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

图1是根据本发明一实施例的放疗设备的机械结构。参考图1所示，放疗设备100可包括治疗床10、固定机架20、旋转机架30、定位光源40以及治疗头31。

治疗床10安装在固定机架20外部，并可以有多种运动的自由度。治疗床10的自由度可以包括上下、左右、前后和旋转等自由度，如图1中的箭头所示。

旋转机架30能够相对于固定机架20旋转，其旋转轨迹如图中的虚线圆形C所示，旋转轴如图中的X所示。旋转轴X经过系统的等中心点O。这一等中心点O可以由放疗设备100外部的定位光源40界定。定位光源40可包括3个激光灯，其被配置为分别从三个彼此垂直的方向发出激光束并相交于放疗设备100的等中心点O。其中，放疗设备100的等中心点O为旋转机架30的旋转轴和治疗头31的射束的束轴的交点。治疗头31设在旋转机架30上。治疗头31可射出射线用于对治疗床10上的病人进行放射治疗。治疗头31的射束的束轴为图中的Y。

放疗计划包括治疗床10和治疗头31的运动轨迹的规划，以实现从不同角度依次将高能射线射入病人体内，使射线聚焦于病灶处从而杀死肿瘤组织。治疗床10具有上下、左右、前后和旋转等自由度，治疗头31能够相对于固定机架20旋转，可见治疗床10和治疗头31之间具有很多的自由度，若在放疗计划中对治疗床10和治疗头31的运动轨迹规划的不好，则在放疗过程中治疗头31极有可能会与治疗床10或病人发生碰撞。为了在不会对病人产生影响的情况下，能够准确地检测放疗计划是否会发生碰撞，本发明提出了利用增强现实(Augmented Reality，简称AR)技术来进行检测。增强现实技术是一种实时地计算摄影机图像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。

图2是根据本发明一实施例的放疗计划仿真装置的基本框图。参考图2所示，放疗计划仿真装置200包括图像获取模块210、显示模块220、处理器230和存储器240。图像获取模块210用于实时地获取用户眼前的图像图像，例如获取如图1所示出的放疗设备100的图像。显示模块220用于显示图像获取模块210获取的图像和/或处理器230所输出的图像。存储器240用于存储可由处理器250执行的指令。处理器230用于执行存储于存储器240中的指令，以使用增强现实技术来实现检测或辅助检测放疗计划是否会发生碰撞。可以理解，放疗计划仿真装置200可是个人计算机、平板电脑、智能手机、智能眼镜等，其中智能眼镜例如可以是Microsoft公司的HoloLens、Google公司的Google Glass。

图3是根据本发明一实施例的放疗计划仿真方法的基本流程图。参考图3所示，放疗计划仿真方法300包括：

步骤310：获取多个特征点在实际空间的第一位置。其中，该多个特征点可以包括治疗床的两条边相交的角点。在一可选的实施例中，治疗床的多个角点的第一位置可以通过读取治疗床中心点在实际空间的第三位置，结合治疗床的尺寸计算得到。可以理解，角点可以是两条边相交的顶点，还可以是两条边之间相连的圆弧，本发明对此并不加以限制。可以理解，特征点可以是放疗设备上的其它容易被识别的物体或物体上的一部分，还可以是放疗设备外的容易被识别的物体或物体上的一部分，本发明对此并不加以限制。在一些实施例中，特征点在实际空间的第一位置可以包括特征点在一世界坐标系上的三维坐标。

步骤320：采集多个特征点的图像，并基于图像获取多个特征点在图像中的第二位置。在一可选的实施例中，特征点在图像中的第二位置可以包括特征点在图像中的二维坐标。在一实施例中，在步骤320获取的图像是如图1所示的放疗设备100中的治疗床10，特征点可以为治疗床10的角点，特征点在图像中的第二位置可以包括角点在图像中的二维坐标。

步骤330：根据多个特征点的第一位置和第二位置计算投影变换关系。其中，投影变换关系用于表征特征点的第一位置和第二位置之间的映射关系，其可以包括例如投影变换矩阵，以将特征点在世界坐标系中的三维坐标与图像中的二维坐标的关系。可以理解，通过该投影变换关系可以将实际空间中的物体投影至图像。

步骤340：根据投影变换关系将治疗头三维模型、治疗床三维模型和病人三维模型中的一者或二者映射至一显示界面，以在显示界面中模拟治疗头、治疗床和病人中的一者或二者的运动，并且当在显示界面模拟治疗床的运动时也模拟病人的运动。其中，治疗头、治疗床和病人的运动至少部分地由放疗计划所规定。需要说明的是，未在显示界面中模拟其运动的部件应在实际空间中根据放疗计划与在显示界面中模拟其运动的部件同步运动，举例来说，治疗床未在显示界面中模拟其运动，治疗头在显示界面中模拟其运动，则治疗床应在实际空间中根据放疗计划与显示界面中模拟的治疗头同步运动。可以理解，根据放疗计划，可以在显示界面中模拟治疗头、治疗床和病人中至少一者的平移、转动、匀速运动和变速运动中的一者或多者等。

在一实施例中，在步骤340中可以通过在显示界面中显示通过图像获取模块获取的未被模拟的部件的图像，并在该图像上叠加上被模拟的部件的三维模型的投影，以在该显示界面中同时展现被模拟的部件和未被模拟的部件的运动，以便于这些部件在运动时是否会发生碰撞。

在另一实施例中，在步骤340中的显示界面可以为一半透明的显示界面，用户可以透过该半透明的显示界面观察实际空间中的部件，例如实际空间中的治疗床、治疗头、病人等。在该实施例中，可以在该半透明的显示界面上显示被模拟的部件的投影，用户通过该半透明的显示界面可以同时观察到显示界面上的图像和实际空间中的部件，如此，对于用户而言，在该显示界面中显示的图像与实际空间中的部件是叠加起来的，这样就可以同时展现被模拟的部件和未被模拟的部件的运动，可以方便地观察这些部件在运动时是否会发生碰撞。

在可选的实施例中，放疗计划仿真方法300还可以包括：

步骤350：接收用户的交互操作，并根据该交互操作执行相应操作。

在步骤350中，可以提供用户选择轨迹点、暂停仿真、继续仿真等交互功能。例如，用户可以通过预先警示的可能碰撞位置提示信息选择轨迹点，使仿真暂停在可能发生碰撞的轨迹点附近，以方便观察碰撞发生的可能性，以及寻找如何避免碰撞的方案等。在一些实施例中，用户的交互操作可以是手势操作、触控操作等。

可以理解，放疗计划仿真方法300可以在图2所示出的放疗计划仿真装置200中被执行，其中，图像获取模块210用于实时获取治疗床的图像，显示模块220用于在其显示界面中模拟治疗头的运动，处理器230用于根据存储于存储器240中的指令执行计算、图像处理等操作。

图4是根据本发明一实施例的放疗计划仿真方法的基本流程图。参考图4所示，放疗计划仿真方法400包括：

步骤410：获取多个特征点在世界坐标系上的三维坐标。其中，世界坐标系可以是以放疗设备的等中心点O为原点，以正对放疗设备主体(即用户位于图1中所示的旋转轴上，面向治疗头30)时，从左到右为X轴的正向，从地板向天花板为Z轴的正向，从近到远为Y轴的正向而构成的坐标系，如图5所示。在一实施例中，该多个特征点可以包括治疗床的两条边相交的角点。

步骤420：采集多个特征点的图像，并基于图像获取多个特征点在图像中的二维坐标。

步骤430：根据多个特征点在世界坐标系上的三维坐标和多个特征点在图像上的二维坐标，计算投影变换矩阵。

步骤440：根据在世界坐标系中构建的治疗头三维模型、根据放疗计划生成的治疗头的运动轨迹和投影变换矩阵，在一显示界面模拟治疗头的运动。需要说明的是，在步骤440中仅在显示界面中模拟治疗头的运动，治疗床和病人未被模拟，在显示界面模拟治疗头的运动的过程中，治疗床和/或病人在实际空间中可以根据放疗计划同步运动。

在一实施例中，放疗计划仿真方法400还可以包括：

步骤450：接收用户的交互操作，并根据该交互操作执行相应操作。

在步骤450中，可以提供用户选择轨迹点、暂停仿真、继续仿真等交互功能。例如，用户可以通过预先警示的可能碰撞位置提示信息，使治疗头三维模型和/或治疗床(病人可以躺在治疗床上)停在可能发生碰撞的轨迹点附近，以方便观察碰撞发生的可能性，以及寻找如何避免碰撞的方案等。在一些实施例中，用户的交互操作可以是手势操作、触控操作等。

放疗计划仿真方法400可以在图2所示出的放疗计划仿真装置200中被执行，其中，图像获取模块210用于实时获取治疗床的图像，显示模块220用于在其显示界面中模拟治疗头的运动，处理器230用于根据存储于存储器240中的指令执行计算、图像处理等操作。

在步骤410中，若特征点为治疗床的角点，则该多个特征点在世界坐标系上的三维坐标可以通过实时读取治疗床中心点在世界坐标系上的三维坐标，结合治疗床的尺寸计算得到。例如，假设在初始时治疗床的长度方向与Y轴平行，治疗床中心点的坐标为(0,0,0)，治疗床的长为l，宽为w，则治疗床的四个角点的坐标分别为(-w/2,-l/2,0)、(w/2,-l/2,0)、(-w/2,l/2,0)、(w/2,l/2,0)。

在步骤420中，多个特征点在图像上的二维坐标可以是在图像坐标系中的坐标。其中，图像坐标系可以是以像素为单位的图像像素坐标系，也可以是以距离为单位的图像物理坐标系。

在步骤430中，可以使用计算机视觉技术来计算投影变换矩阵。在计算机视觉中，特征点在世界坐标系上的三维坐标和该特征点在图像上的二维坐标的关系可以通过如下计算得到：

P′＝Mproj·Pcamera (1)

其中，Pcamera为特征点在世界坐标系上的三维坐标，Mproj为投影变换矩阵，P′为特征点经过投影变换矩阵作用后在视平面投影的三维坐标(上述坐标均采用齐次坐标系的表示方法，因此表达为长度为4的向量坐标)。由于P′点位于视平面，所以其z值等于相机与视平面间的距离，这是系统设定值为已知量，再通过如下的坐标变换，即可以得到P′点在二维屏幕坐标系中的位置，

其中Ws,Hs表示屏幕窗口的宽和高，Wp,Hp表示视平面的宽和高，这四个值都是预先设置的系统常量，(xp,yp)为P′点的前两个维度坐标值，(xs,ys)表示P′点变换到屏幕中的二维坐标。

在一实施例中，投影变换矩阵Mproj可以具有如下形式：

其中，r,t,f,n为四个变量。需要说明的是，投影变换矩阵Mproj是OpenGL三维绘制工业标准中的公式。

在一实施例中，可以根据治疗床的四个角点在世界坐标系上的三维坐标和该四个角点在图像上的二维坐标，构成一线性方程组，进而可以求得变量r,t,f,n的值，即可得到投影变换矩阵Mproj。可以理解，当在不同的位置获取图像时，投影变换矩阵Mproj中的四个变量r,t,f,n可能会具有不同的值。

在步骤440中，在世界坐标系中构建的治疗头三维模型和放疗计划中治疗头的轨迹点可以存储在放疗计划仿真装置200中的存储器240中，也可以存储在与放疗计划仿真装置200具有数据连接的其它存储器中，本发明对此不加以限制。当已获取治疗头三维模型、治疗头的运动轨迹和投影变换矩阵Mproj后，即可通过调用OpenGL或者DirectX等三维绘制引擎的相关接口，将世界坐标系中的治疗头三维模型投影显示在一显示界面上，以在该显示界面上模拟治疗头的运动。具体来说，放疗设备的治疗头只能围绕机器等中心做圆周运动，因此针对即将进行的放疗计划中治疗头的轨迹点数据，通过线性插值等办法获取连续的运动轨迹点，根据该连续的运动轨迹点，对治疗头三维模型进行旋转坐标变换，即可得到各轨迹点上治疗头三维模型的新坐标，再对新坐标上的治疗头三维模型进行投影变换，即可以在显示界面上模拟治疗头的运动。

在一优选的实施例中，放疗计划仿真方法400可以是在病人躺在治疗床上的情况下执行的，如此可以在显示界面上观察治疗床与病人是否会发生碰撞。在一实施例中，同样可以在显示界面上显示实时获取治疗床和病人的图像，并与治疗头三维模型进行叠加显示，以便于观察治疗头三维模型在运动时是否会与病人发生碰撞。在另一实施例中，显示界面可以为一半透明的界面，并在该显示界面上显示治疗头三维模型，利用显示界面的治疗头三维模型与实际空间中的治疗床和病人叠加，以便于观察治疗头三维模型在运动时是否会与病人发生碰撞。

图6是根据本发明另一实施例的放疗计划仿真方法的基本流程图。参考图6所示，放疗计划仿真方法500包括：

步骤510：获取多个特征点在世界坐标系上的三维坐标。其中，世界坐标系可以是以放疗设备的等中心点O为原点，以正对放疗设备主体(即用户位于图1中所示的旋转轴上，面向治疗头30)时，从左到右为X轴的正向，从地板向天花板为Z轴的正向，从近到远为Y轴的正向而构成的坐标系，如图5所示。在一实施例中，该多个特征点可以包括治疗床的两条边相交的角点。

步骤520：采集多个特征点的图像，并基于图像获取多个特征点在图像中的二维坐标。

步骤530：根据多个特征点在世界坐标系上的三维坐标和多个特征点在图像上的二维坐标，计算投影变换矩阵。

步骤540：根据在世界坐标系中构建的病人三维模型和/或治疗床三维模型、根据放疗计划生成的治疗床的运动轨迹和投影变换矩阵，在一显示界面模拟病人和/或治疗床的运动。可以理解，在显示界面中仅模拟病人的运动的实施例中，在仿真的过程中，治疗头和治疗床在实际空间中可以根据放疗计划同步运动，在显示界面中病人三维模型跟随治疗床同步运动。在显示界面中同时模拟病人和治疗床的运动的实施例中，在仿真的过程中，治疗头在实际空间中可以根据放疗计划同步运动。

在一实施例中，放疗计划仿真方法500还可以包括：

步骤550：接收用户的交互操作，并根据该交互操作执行相应操作。

在步骤550中，可以提供用户选择轨迹点、暂停仿真、继续仿真等交互功能。例如，用户可以通过预先警示的可能碰撞位置提示信息，使治疗头、治疗床(或治疗床三维模型)和病人三维模型中的一者或多者停在可能发生碰撞的轨迹点附近，以方便观察碰撞发生的可能性，以及寻找如何避免碰撞的方案等。在一些实施例中，用户的交互操作可以是手势操作、触控操作等。

放疗计划仿真方法500可以在图2所示出的放疗计划仿真装置200中被执行，其中，图像获取模块210用于实时获取治疗床的图像，显示模块220用于在其显示界面中模拟病人躺在治疗床或治疗床三维模型上，处理器230用于根据存储于存储器240中的指令执行计算、图像处理等操作。

步骤510-530可以采用与放疗计划仿真方法400中的步骤410-430相同的方式来获取特征点在世界坐标系中的三维坐标、特征点在图像上的二维坐标以及投影变换矩阵Mproj，因此在此不再展开详细描述。

在步骤540中，在世界坐标系中构建的病人三维模型和/或治疗床三维模型可以存储在放疗计划仿真装置200中的存储器240中，也可以存储在与放疗计划仿真装置200具有数据连接的其它存储器中，本发明对此不加以限制。

在一实施例中，病人三维模型可以根据病人在世界坐标系中的皮肤外轮廓数据进行构建。具体来说，可以先对病人的CT序列图像集进行皮肤分割，获取该病人在世界坐标系中的皮肤外轮廓数据，而后以该皮肤外轮廓数据进行病人三维模型的建立。

一般而言，病人的CT序列图像集中的皮肤边界能够提供精确的病人三维模型的外轮廓，但这部分外轮廓通常只是病人躯干的一部分，不足以构建病人全身的三维模型。在本发明的一实施例中，可以通过进入摆位时的病人真实全身侧位照片和病人的CT序列图像集来构建病人全身的三维模型。参考图7所示，构建病人全身的三维模型的方法600包括：

步骤610：对CT序列图像集进行皮肤分割，获取皮肤外轮廓。

步骤620：对病人摆位时拍摄的全身侧位照片进行人体边界分割，获取病人全身侧面的外轮廓。

步骤630：以病人全身侧面的外轮廓为中轴线，结合皮肤外轮廓，构建能够完整包含病人的外包围盒。在一优选的实施例中，该外包围盒可以是计算出的病人全身外轮廓外扩预定距离得到。该预定距离例如可以是0.5厘米、1厘米、3厘米、5厘米。

在另一实施例中，病人三维模型可以包括在尺寸上包围病人的封闭几何形状，例如可以是一矩形外包围盒。在更具体的实施例中，可以以病人整个躯体中的最大长、宽、高来构建该矩形外包围盒。在另一更具体的实施例中，可以根据病人的厚度、治疗床的长和治疗床的宽来构建的该矩形外包围盒，如此可以尽可能地避免经验证通过的放疗计划发生碰撞。

与放疗计划仿真方法400类似，当已获取病人三维模型、治疗床三维模型和投影变换矩阵Mproj后，即可通过调用OpenGL或者DirectX等三维绘制引擎的相关接口，将世界坐标系中的病人三维模型和/或治疗床三维模型投影显示在一显示界面上，以在该显示界面上模拟病人躺在治疗床上。在一实施例中，在显示界面模拟病人躺在治疗床或治疗床三维模型上时，病人三维模型的治疗等中心点与放疗设备的等中心点对准。

在一实施例中，可以在显示界面上显示实时获取实际空间中的治疗床和/或治疗头的图像，并与病人三维模型进行叠加显示，以便于观察治疗头在运动时是否会与病人三维模型发生碰撞。在另一实施例中，显示界面可以为一半透明界面，并在该显示界面上显示病人三维模型和/或治疗床三维模型，利用显示界面的病人三维模型和/或治疗床三维模型与实际空间中的治疗床和/或治疗头叠加，以便于观察治疗头在运动时是否会与病人三维模型发生碰撞。

图8是根据本发明另一实施例的放疗计划仿真方法的基本流程图。参考图8所示，放疗计划仿真方法700包括：

步骤710：获取多个特征点在世界坐标系上的三维坐标。其中，世界坐标系可以是以放疗设备的等中心点O为原点，以正对放疗设备主体(即用户位于图1中所示的旋转轴上，面向治疗头30)时，从左到右为X轴的正向，从地板向天花板为Z轴的正向，从近到远为Y轴的正向而构成的坐标系，如图5所示。在一实施例中，该多个特征点可以包括治疗床的两条边相交的角点。

步骤720：采集多个特征点的图像，并基于图像获取多个特征点在图像中的二维坐标。

步骤730：根据多个特征点在世界坐标系上的三维坐标和多个特征点在图像上的二维坐标，计算投影变换矩阵。

步骤740：根据在世界坐标系中构建的治疗头三维模型、根据放疗计划生成的治疗头的运动轨迹和投影变换矩阵，在一显示界面模拟治疗头的运动。

步骤750：根据在世界坐标系中构建的病人三维模型三维模型、根据放疗计划生成的治疗床的运动轨迹和投影变换矩阵，在一显示界面模拟病人的运动。需要说明的是，在放疗计划仿真方法700中同时在显示界面中模拟治疗头和病人的运动，治疗床未被模拟，在显示界面模拟治疗头和病人的运动的过程中，治疗床在实际空间中可以根据放疗计划同步运动。

放疗计划仿真方法700可以在图2所示出的放疗计划仿真装置200中被执行，其中，图像获取模块210用于实时获取治疗床的图像，显示模块220用于在其显示界面中模拟治疗头的运动以及模拟病人躺在治疗床上，处理器230用于根据存储于存储器240中的指令执行计算、图像处理等操作。

步骤710-730可以采用与放疗计划仿真方法400中的步骤410-430相同的方式来获取特征点在世界坐标系中的三维坐标、特征点在图像上的二维坐标以及投影变换矩阵Mproj，因此在此不再展开详细描述。

步骤740可以采用与放疗计划仿真方法400中的步骤440相同的方式来模拟治疗头的运动，因此在此不再展开详细描述。

步骤750可以采用与放疗计划仿真方法500中的步骤540相同的方式来模拟病人躺在治疗床上，因此在此不再展开详细描述。

在一实施例中，放疗计划仿真方法700还可以包括：

步骤760：计算治疗头三维模型与病人三维模型可能发生碰撞的位置。

在步骤760中，可以对即将进行的放疗计划中治疗头的轨迹点，通过线性插值等办法可以获取连续的运动轨迹，结合预先得到的病人三维模型，针对运动轨迹中的各空间位置点，调用图形学中的几何形体相交算法，预先计算出可能会发生碰撞的位置。在步骤760中，还可以通过视觉和/或听觉来提醒用户可能会发生碰撞的位置。在一实施例中，可以在显示界面中以特定的显示方式通知客户可能会发生碰撞的位置，例如，轨迹点高亮显示，或在进入可能发生碰撞的位置时，高亮显示虚拟的治疗头三维模型和/或病人三维模型，如图9所示。在一优选的实施例中，在治疗头三维模型和病人三维模型运动至可能发生碰撞的位置时，还可以在显示界面上提供建议的可避开碰撞位置的一个或多个轨迹点。

在另一实施例中，放疗计划仿真方法700还可以包括：

步骤770：接收用户的交互操作，并根据该交互操作执行相应操作。

在步骤770中，可以提供用户选择轨迹点、暂停仿真、继续仿真等交互功能。例如，用户可以通过预先警示的可能碰撞位置提示信息，使虚拟的治疗头三维模型和/或病人三维模型停在可能发生碰撞的轨迹点附近，以方便观察碰撞发生的可能性，以及寻找如何避免碰撞的方案等。在一些实施例中，用户的交互操作可以是手势操作、触控操作等。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

计算机可读信号介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读信号介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。

本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。