一种医用直线加速器多页光栅位置检测方法与流程

本发明涉及医用直线加速器技术领域，具体为一种医用直线加速器多页光栅位置检测方法。

背景技术：

放射治疗是肿瘤治疗的主要方法之一。放疗过程中多页光栅到位精度对靶区照射剂量的精确性和正常组织器官的保护具有重要意义。目前对多页光栅到位检测方法很多，其中主要有剂量胶片法，平面探测器阵列法，电子射野影像系统(EPID)。但是剂量胶片法的摆位、重复性、参考点的确定等均会影响测量结果，且工作量大，胶片的重复利用率低。平面探测器阵列法其测量面积受限，无法一次对所有的叶片到位情况进行检测，EPID也是测量面积不够大，而且需配套电动平移设备，对硬件要求较高。且以上三种方法都无法对每片页片的到位情况进行直接的跟踪和分析，

为了克服上述不足，提出了一种医用直线加速器多页光栅位置检测方法，该系统使用计算机视觉技术，通过对采集到的视频进行软件处理，获得视频中多页光栅实际位移量，与治疗计划的多叶光栅位移量比较，从而实现对多页光栅的到位精度检测。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种医用直线加速器多页光栅位置检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种医用直线加速器多页光栅位置检测方法，包括以下步骤：

第一步：搭建计算机视觉平台，包括选择视频采集所需要的工业相机，镜头，光源，处理视频所用的PC与相关软件的安装调试，在多页光栅下方放置固定板，将工业相机置于固定板板上多页光栅等中心位置；

第二步：在加速器上对病人进行模拟治疗；

第三步：使用软件中图像采集模块采集多页光栅的运动视频；

第四步：使用软件对所得图像处理，测得多页光栅位移，先将获得的图像二值化处理，后计算出图像中感兴趣点移动的像素点个数，乘以单位像素点的变化与实际距离的比例系数，求得物体移动的实际位移；

第五步：将治疗计划的多叶光栅位移量导入PC端与实际位移量比较；

第六步：显示结果。

优选的，所述第一步中，依照计算机视觉平台的搭建需要，选择相机需要考虑工业相机的扫描方式，感光元件，彩色还是灰阶以及信号传输类型；同时综合考虑对精度的要求，视野大小，检测物体的速度。对相机分辨率的要求可以通过要求的精度计算：

精度＝视野(长或宽)÷相机像素(长或宽)

则 相机像素(长或宽)＝视野(长或宽)÷精度

镜头选择需确定焦距，首先计算符合需求的放大倍率(M)：

放大倍率(M)＝Sensor Sizes/FOV

代入计算焦距(f)公式：

焦距(f)＝Sensor Sizes*WD/FOV

其中Sensor Sizes是感光元件大小(相机内部感光元件的尺寸)；

FOV是视野范围(相机所能获取到物体的实际范围)；

WD是工作距离(相机镜头前缘到物体表面的距离)。

符合需求的镜头实际的焦距需大于该数值。也可通过镜头目录或软件查询，只要将所需要的参数填入，便可快速找到适当的镜头。本发明中采用的自编软件，可以实现视频获取，图像处理，数值比较及显示。整个硬件设计中，考虑到不同品牌型号多页光栅尺寸不同，在选择器件中尽可能的满足绝大多数多页光栅品牌型号。

优选的，所述第二步中，根据不同品牌不同型号多页光栅形状大小的差异，安装相机时应注意相机工作距离，相机视场应覆盖整个多页光栅运动范围，为了后续软件处理简单，将荧光标记物涂抹到光栅叶片顶端，使用紫外线灯照射2到5分钟，后撤去紫外线灯，将固定板放置与多页光栅下方，相机固定在固定板上，关闭放疗室灯，软件连接相机与PC端，在黑暗的环境下通过软件的USB采集视频模块采集视频，荧光剂采用蓄光型荧光漆。

优选的，所述第三步中，单位像素点与实际距离的比例系数需预先测定，且对于不同品牌型号多页光栅均需测定，测定步骤如下：

(1)、采集多页光栅从起始(0位移)位置运动到终点(中线)位置视频；

(2)、使用软件测得像素点个数，多页光栅的实际位移通过查看多页光栅手册，实际测量和系统导出三种方式获得；

(3)、误差分析采取多次测量取平均值的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使用计算机视觉技术对多页光栅到位检测，系统精确度高，可以同时对所有叶片进行检测，而且可以实时在线显示结果，同时对硬件的要求低，系统成本较低，可重复利用率高，操作简单，使用方便。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的视频采集流程图；

图3为本发明的比例测定软件实现流程图；

图4为本发明的位移测量软件实现流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，给出了本发明医用直线加速器多页光栅位置检测方法流程图，其包括以下具体步骤：

第一步：搭建计算机视觉平台，包括选择视频采集所需要的工业相机，镜头，光源，处理视频所用的PC与相关软件的安装调试，在多页光栅下方放置固定板，将工业相机置于固定板板上多页光栅等中心位置，采用CCD工业相机，感光元件尺寸为3μm-10μm，像素为PAL制为768*576，NTSC制为640*480，帧速为120帧，镜头视场为20cm以上。选紫外线灯为光源。连接相机与PC，PC端安装相关软件，依照计算机视觉平台的搭建需要，选择相机需要考虑工业相机的扫描方式，感光元件，彩色还是灰阶以及信号传输类型；同时综合考虑对精度的要求，视野大小，检测物体的速度。对相机分辨率的要求可以通过要求的精度计算：

精度＝视野(长或宽)÷相机像素(长或宽)

则 相机像素(长或宽)＝视野(长或宽)÷精度

镜头选择需确定焦距，首先计算符合需求的放大倍率(M)：

放大倍率(M)＝Sensor Sizes/FOV

代入计算焦距(f)公式：

焦距(f)＝Sensor Sizes*WD/FOV

其中Sensor Sizes是感光元件大小(相机内部感光元件的尺寸)；

FOV是视野范围(相机所能获取到物体的实际范围)；

WD是工作距离(相机镜头前缘到物体表面的距离)。

符合需求的镜头实际的焦距需大于该数值。也可通过镜头目录或软件查询，只要将所需要的参数填入，便可快速找到适当的镜头。本发明中采用的自编软件，可以实现视频获取，图像处理，数值比较及显示。整个硬件设计中，考虑到不同品牌型号多页光栅尺寸不同，在选择器件中尽可能的满足绝大多数多页光栅品牌型号。

第二步：在加速器上对病人进行模拟治疗。

第三步：图像采集，如图2所示，首先将荧光标记物涂抹到光栅叶片顶端，为达到荧光足够亮的目的，可多次均匀涂抹。使用紫外线灯对荧光剂照射2到5分钟，使其达到最亮状态，将固定板放置于多页光栅下方，相机固定在固定板上，与多页光栅处于等中心位置，关闭放疗室灯，在黑暗的环境下荧光效果凸显。PC端软件连接相机，使用软件中视频采集模块获取视频，采集图像。

此步骤中，根据不同品牌型号多页光栅，适当调整固定板放置位置，调整相机工作距离，相机视场应覆盖整个多页光栅运动范围。

第四步：使用软件对所得图像处理，测得多页光栅位移。步骤如下：

(1)比例测定，如图3所示，使用软件中的视频采集模块获取图像，将所得图像二值化，选择灰度值128作为二值化图像的阈值；获取多页光栅起始位置图像，使用质心处理模块获取起始位置质心坐标，获取多页光栅运动到中线位置时图像，使用质心处理模块获取中线位置质心坐标，根据两坐标计算得像素个数；通过多页光栅手册查询多页光栅从起始位置运动到中线位置时的标准位移量，同时实测多页光栅位移量，以检验是否到位；运用公式，标准实际位移比像素个数德比例系数。

(2)多页光栅位移测量，如图4所示，使用软件中视频采集模块获取视频；选择灰度值128作为二值化图像的阈值；获取多页光栅运动位移图像；使用质心处理模块获取图像中质心坐标；比较初始质心坐标，计算像素个数，乘以比例系数得实际位移。

此步骤中，比例系数的测定去除误差采用多次测量取平均值的方法。针对不同多页光栅均需测定单位像素点与实际距离的比例系数。

第五步：将治疗计划的多叶光栅位移量导入PC端与实际位移量比较；

第六步：显示结果，获得最终多页光栅到位结果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。