技术领域
[0001] 本实用新型涉及医疗器材领域，特别涉及用于放射治疗系统的标定装置。
相关背景技术
[0002] 点云相机是用于提供点云数据的摄像装置，点云相机能够在其视野范围内获取目标物点的图像数据，而这些图像数据经处理后能够转化为相机坐标系下的目标物点的坐标数据，也就是以相机坐标系为参考的点云数据，点云数据对于精确地确定目标物点的坐标具有重要的意义。
[0003] 相关技术中，使点云相机用于放射治疗过程，点云相机能够获得患者体表的治疗区域处的图像数据，该图像数据能转化为相机坐标系下的坐标数据。然而，点云相机所获得的相机坐标系下的坐标数据与患者体表的治疗区域在放疗设备等中心点坐标系下的坐标数据不同(因为相机坐标系和等中心点坐标系是不相同)，所以，需要将相机坐标系下的坐标数据转换为等中心点坐标系下的坐标数据，才能用于引导患者的治疗。
[0004] 在进行点云相机坐标系和等中心点坐标系之间的转换时，需要计算将相机坐标系转换到等中心点坐标系的转换矩阵。可见，提供一种标定装置来用于转换矩阵的计算十分必要。实用新型内容
[0005] 鉴于此，本实用新型提供用于放射治疗系统的标定装置，能够解决上述技术问题。
[0006] 具体而言，包括以下的技术方案：
[0007] 本实用新型实施例提供了一种用于放射治疗系统的标定装置，所述标定装置包括：标定组件、点云相机和处理器；
[0008] 所述标定组件包括：至少一个标定物和承载座，所述至少一个标定物位于所述承载座上，所述承载座用于与所述放射治疗系统的治疗床连接；
[0009] 所述点云相机被配置为能够采集所述至少一个标定物的图像数据，并将所述图像数据发送给所述处理器；
[0010] 所述处理器被配置为能够根据所述图像数据确定所述至少一个标定物上目标点在相机坐标系下的坐标数据，以及，根据所述多个标定物上目标点在相机坐标系下的坐标数据和所述多个标定物上目标点在等中心点坐标系下的坐标数据获取转换矩阵。
[0011] 在一些可能的实现方式中，所述标定物为圆球体或者半球体。
[0012] 在一些可能的实现方式中，所述标定物为多个，多个所述标定物的直径相同。
[0013] 在一些可能的实现方式中，至少部分所述标定物的直径不同。
[0014] 在一些可能的实现方式中，所述承载座包括：座本体和定位件；
[0015] 所述定位件位于所述座本体上，所述定位件用于固定所述标定物。
[0016] 在一些可能的实现方式中，所述定位件为限位槽；
[0017] 所述限位槽开设于所述座本体的表面上，所述限位槽用于接纳所述标定物的端部。
[0018] 在一些可能的实现方式中，所述定位件为连杆；
[0019] 所述连杆的一端与所述座本体连接，所述连杆的另一端与所述标定物连接。
[0020] 在一些可能的实现方式中，所述连杆的数目为多个；
[0021] 多个所述连杆相互错开，且至少部分所述连杆的高度不同。
[0022] 在一些可能的实现方式中，多个所述连杆的高度彼此不同。
[0023] 在一些可能的实现方式中，所述连杆的长度可调。
[0024] 在一些可能的实现方式中，所述连杆和所述座本体之间，以及所述连杆和所述标定物之间均为可拆卸连接。
[0025] 在一些可能的实现方式中，所述标定物的表面设置为第一颜色；
[0026] 所述底座和所述连杆的表面设置为第二颜色；
[0027] 所述点云相机被配置为能够识别所述第一颜色且不能识别所述第二颜色。
[0028] 在一些可能的实现方式中，所述第一颜色为白色，所述第二颜色为黑色。
[0029] 本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
[0030] 本实用新型实施例提供的用于放射治疗系统的标定装置，能够用于转换矩阵的计算，应用时，将承载座固定于放射治疗系统的治疗床上，移动治疗床能够标定组件移动至距离放射治疗系统的等中心点一定距离的设定位置处。也就是说，在该设定位置处，标定组件中任一标定物与等中心点之间的距离是确定的，能够确定每一个标定物在等中心点坐标系下的坐标数据。然后，利用点云相机来采集每个标定物的图像数据，点云相机能够将采集得到的图像数据发送给处理器。处理器能够根据图像数据确定标定物上目标点在相机坐标系下的坐标数据，以及，根据标定物上目标点在相机坐标系下的坐标数据和标定物上目标点在等中心点坐标系下的坐标数据来获取转换矩阵。
[0031] 可见，本实用新型实施例提供的用于放射治疗系统的标定装置，通过标定组件和处理器的设计，能够用于计算得到转换矩阵，该转换矩阵能够将相机坐标系转换到等中心点坐标系，这样，在放射治疗系统中用于患者体表治疗的引导时，通过点云相机来获得患者体表治疗区域的图像数据，该图像数据经处理并转换为在相机坐标系下的坐标数据后，利用上述获得的转换矩阵就能够将这些相机坐标系下的坐标数据转换为等中心点坐标系下的坐标数据，该等中心点坐标系下的坐标数据直接用于患者在放射治疗系统中的治疗引导。
具体实施方式
[0045] 为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
[0046] 在利用放射治疗系统，也称放射治疗设备对患者进行治疗时，患者一般躺卧于治疗床上，并通过放射治疗系统中的固定单元进行固定，使得患者的治疗区域相对于放射治疗系统的等中心点固定不动。此时，在以等中心点作为参考基准点的等中心点坐标系中，患者的治疗区域中某一点的坐标数据也是固定的，利用患者治疗区域在等中心点坐标系下的坐标数据，能够界定患者治疗区域的轮廓。
[0047] 举例来说，对于等中心点坐标系，以患者作为参考，其x轴可以沿着从患者耳部到耳部的方向延伸，其z轴可以沿着患者的后背到前胸的方向延伸，其y轴可以沿着患者的头部到脚步的方向延伸。
[0048] 患者在进行放射治疗之前，需要进行治疗计划的制定，在制定治疗计划时，需要使用成像系统扫描患者的治疗区域，利用成像系统来获取治疗区域的图像数据，进而转化成以成像系统的中心轴为参考坐标系的坐标数据，以精确地确定患者治疗区域的位置和尺寸大小等。
[0049] 点云相机是用于提供点云数据的摄像装置，点云相机能够在其视野范围内获取目标物点的图像数据，而这些图像数据经处理后能够转化为相机坐标系下的目标物点的坐标数据，也就是以相机坐标系为参考的点云数据。相关技术中，使点云相机作为摄像装置用于放射治疗过程，点云相机能够获得患者体表的治疗区域处的图像数据，该图像数据能转化为相机坐标系下的坐标数据。
[0050] 然而，点云相机所处的相机坐标系与放疗设备中固定单元所处的等中心点坐标系并不对齐，使得两者之间具有一定的偏差，所以，需要将相机坐标系下的坐标数据转换为等中心点坐标系下的坐标数据，才能用于在放疗设备中引导患者的治疗。
[0051] 在进行点云相机坐标系和等中心点坐标系之间的转换时，需要获取得到将相机坐标系转换到等中心点坐标系的转换矩阵。可见，提供一种标定装置来用于转换矩阵的计算十分必要。
[0052] 附图1提供了一种示例性的用于放射治疗系统的标定装置，参见图1，该标定装置包括：标定组件1、点云相机2和处理器3；
[0053] 其中，如附图2、附图3或者附图4所示，标定组件1包括：至少一个标定物11和承载座12，至少一个标定物11位于承载座12上，承载座12用于与放射治疗系统的治疗床连接。
[0054] 点云相机2被配置为能够采集至少一个标定物11的图像数据，并将图像数据发送给处理器3。
[0055] 处理器3被配置为能够根据图像数据确定标定物11上目标点在相机坐标系下的坐标数据，以及，根据标定物11上目标点在相机坐标系下的坐标数据和标定物11上目标点在等中心点坐标系下的坐标数据来获取转换矩阵。
[0056] 标定组件1中，标定物11的数目可以为一个，也可以为多个，例如，为两个、三个、四个、五个等。
[0057] 标定物11的数目为一个时，通过移动治疗床，使治疗床分别移动至不同的设定位置处，这样，标定物11也随治疗床一同移动至相应的位置处，在该种情形下，根据治疗床的移动位置的数目，能够相应地确定标定物11的标定位置的数目，也就是达到了和多个标定物11相同的标定效果。
[0058] 标定物11的数目为多个时，通过使多个标定物11分别布置于承载座12上不同位置处，根据标定物11的数目，能够提供对应数目的标定位置。该种方式使得标定过程更加简单易操作。
[0059] 本实用新型实施例提供的用于放射治疗系统的标定装置，能够用于转换矩阵的计算，应用时，将承载座12固定于放射治疗系统的治疗床上，移动治疗床能够标定组件1移动至距离放射治疗系统的等中心点一定距离的设定位置处。也就是说，在该设定位置处，标定组件1中任一标定物11与等中心点之间的距离是确定的，能够确定每一个标定物11在等中心点坐标系下的坐标数据。然后，利用点云相机2来采集每个标定物11的图像数据，点云相机2能够将采集得到的图像数据发送给处理器3。处理器3能够根据图像数据确定标定物11上目标点在相机坐标系下的坐标数据，以及，根据标定物11上目标点在相机坐标系下的坐标数据和标定物11上目标点在等中心点坐标系下的坐标数据来获取转换矩阵。
[0060] 可见，本实用新型实施例提供的用于放射治疗系统的标定装置，通过标定组件1和处理器3的设计，能够用于计算得到转换矩阵，该转换矩阵能够将相机坐标系转换到等中心点坐标系，这样，在放射治疗系统中用于患者体表治疗的引导时，通过点云相机2来获得患者体表治疗区域的图像数据，该图像数据经处理并转换为在相机坐标系下的坐标数据后，利用上述获得的转换矩阵就能够将这些相机坐标系下的坐标数据转换为等中心点坐标系下的坐标数据，该等中心点坐标系下的坐标数据直接用于患者在放射治疗系统中的治疗引导。
[0061] 以下就本实用新型实施例提供的用于放射治疗系统的标定装置中包含的各部件的结构布置及其作用进行进一步地示例性说明：
[0062] 对于标定组件1
[0063] 标定组件1中，标定物11位于承载座12上，例如，承载座12上布置有多个标定物11，这样，当标定组件1在治疗床上固定，并随着治疗床移动至特定位置处之后，每一个标定物11具有在等中心点坐标系中确定的且已知的位置(坐标)，通过识别这些标定物11在相机坐标系(即，点云相机2所在的坐标系)中的位置，这样，标定物11在相机坐标系中的位置和标定物11在等中心点坐标系中的已知的位置之间的位置偏差能够被计算，进而，使得标定物
11在相机坐标系和在等中心点坐标系中的位置关系被确定，即，转换矩阵能够被相应地确定。
[0064] 为了对标定物11在相机坐标系和等中心点坐标系中的位置进行有效对比，需要首先在标定物11上确定一目标点，获取该目标点在相机坐标系和等中心点坐标系中的坐标数据用于转换。
[0065] 为了更容易地确定标定物11上的目标点以及更容易地获取标定物11上目标点上的坐标数据，本实用新型实施例中使标定物11为圆球体或者半球体。
[0066] 当采用圆球体或者半球体时，标定物11的球心就可以作为标定物11的目标点，在利用点云相机2获取标定物11表面上任一点处的图像后，根据该标定物11的半径数据以及上述图像数据，经过简单的处理就能够获得标定物11的球心在相机坐标系中的坐标数据。
[0067] 在一些示例中，如附图2所示，本实用新型实施例使用的标定物11为圆球体，这样，点云相机2从任意角度进行拍摄，无论拍摄到标定物11表面上哪一点处的图像信息，这些图像信息能够起到相同的作用，不会出现因拍摄角度不同而导致图像信息不同的问题，不仅使得标定过程更加可靠，且使得标定过程更加方便。
[0068] 在本实用新型实施中，对于多个圆球体或者半球体结构的标定物11，多个标定物11的直径可以相同，或者，多个标定物11的直径可以部分的相同，或者，多个标定物11的直径可以彼此不同。
[0069] 在一些可能的实现方式中，多个标定物11的直径可以相同，这样，在对直径相同的标定物11的点云相机2图像信息进行处理时，采用相同的处理公式即可获得相应的坐标数据。
[0070] 在一些可能的实现方式中，至少部分标定物11的直径不同，例如，部分标定物11直径相同，剩余部分的标定物11直径不同，或者，全部的标定物11直径均不同。
[0071] 在对不同直径的标定物11的点云相机2图像信息进行处理时，采用不同的处理公式即可获得相应的坐标数据。
[0072] 本实用新型实施例中，承载座12至少包括座本体121，标定物11可以直接放置于座本体121上，为了提高标定物11的放置稳定性，可以在座本体121上布置定位结构，用于对标定物11进行定位。
[0073] 在一些可能的实现方式中，如附图1所示，承载座12包括：座本体121和定位件122；其中，定位件122位于座本体121上，定位件122用于固定标定物11。
[0074] 利用定位件122来实现标定物11在承载座12上的稳定放置，定位件122的数目与标定物11的数目相同且一一对应。
[0075] 示例性地，定位件122的结构包括但不限于以下：连杆122a、限位槽122b、卡箍、夹箍等。
[0076] 在一些可能的实现方式中，如附图2所示，定位件122为连杆122a；连杆122a的一端与座本体121连接，连杆122a的另一端与标定物11连接。
[0077] 如附图2所示，标定组件1包括：多个标定物11和多个连杆122a，多个标定物11与多个连杆122a一一对应，标定物11通过对应的连杆122a固定于座本体121上，座本体121用于与放射治疗系统的治疗床连接。
[0078] 标定物11的数量和连杆122a的数量相同，本实用新型实施例中，可以使标定物11的数量为至少3个，例如为，3个、4个、5个、6个或者更多个，当然，在任意两个标定物11相互不遮挡(即，点云相机2能够对每一个标定物11进行有效的摄像，而不受相邻标定物11的遮挡影响)。如此限定标定物11的数据，不仅利于标定过程更加精确，且利于简化标定过程，使得一次标定即可获得用于计算转换矩阵的所有图像数据。
[0079] 标定物11通过连杆122a固定于承载座12上，本实用新型实施例中，多个连杆122a相互错开，这样不仅能使得每一个标定物11在沿平行于底座表面方向上的坐标彼此不同，且能够防止任意相邻两个标定物11之间相互遮挡。
[0080] 举例来说，如附图2所示，连杆122a的数量为四个，例如，可以使四个连杆122a排布成四边形形状，或者，使其中三个连杆122a排布成三角形形状，而另一个连杆122a位于三角形的中心。
[0081] 对于多个连杆122a的情况，在一些示例中，使至少部分连杆122a的高度不同，这样，在垂直于承载座12表面的方向上，至少部分标定物11的坐标数据也不同。
[0082] 进一步地，使多个连杆122a的高度彼此不同。这样，多个标定物11处于不同平面上，也就是说，每一个标定物11在相机坐标系中的三维坐标数据均彼此不同，以提供更多的计算数据。
[0083] 在一些可能的实现方式中，可以使连杆122a的长度可调，这样，可以根据实际需求，对连杆122a的长度进行适应性调节，进而可以对多个标定物11的高度进行调节，提高该标定装置的适应性。
[0084] 连杆122a实现长度可调的方式包括但不限于以下：套管式结构、滑槽式结构、几何形变式结构等。
[0085] 本实用新型实施例中，使连杆122a和底座之间，以及连杆122a和标定物11之间均为可拆卸连接，这样便于标定组件1在底座上的安装和拆卸。
[0086] 举例来说，上述可拆卸连接方式包括但不限于：螺纹连接、螺钉连接、卡接、销接、磁扣连接等。
[0087] 在一些可能的实现方式中，如附图5所示，定位件122为限位槽122b；限位槽122b开设于座本体121的表面上，限位槽122b用于接纳标定物11的端部。
[0088] 限位槽122b须满足以下条件：(1)通过接纳标定物11的端部就能够达到使标定物11限位于该槽腔内的目的，使得标定物11相对于治疗床进行固定，不会发生不期望的位移。
这样，在治疗床移动时，标定物11始终相对于治疗床保持固定状态。(2)标定物11的端部位于限位槽122b中时，不会影响点云相机2对标定物11的图像采集，确保标定物11上特定目标点的图像数据能够被准确采集到。
[0089] 示例性地，限位槽122b的结构包括但不限于以下：圆弧形凹槽、椭圆弧形凹槽、圆台形凹槽、多边形凹槽(例如，四变形凹槽、六边形凹槽等)。
[0090] 标定组件1通过承载座12，具体是座本体121固定于三维治疗床上，在一些示例中，座本体121包括：主体部分和连接部分，其中，主体部分用于支撑多个定位件122连接，连接部分用于与三维治疗床连接。
[0091] 主体部分和连接部分可以位于同一平面内，主体部分和连接部分也可以具有一定的夹角，两者之间的夹角例如可以为30°‑120°，例如为90°等。
[0092] 在一些可能的实现方式中，承载座12被配置为固定于三维治疗床上，使得多个连杆122a的轴向方向均与躺卧于治疗床上的患者的身高方向相同。
[0093] 在一些可能的实现方式中，使标定物11的表面设置为第一颜色；承载座12，例如，座本体121和连杆122a的表面设置为第二颜色；点云相机2被配置为能够识别第一颜色且不能识别第二颜色。
[0094] 这样，点云相机2在获取标定物11的图像信息时，不会受到承载座12的干扰，仅能够识别标定物11，提高对所获取的图像信息的可靠度和精确度。
[0095] 标定物11表面的第一颜色可以是自身所带的颜色，也可以是颜色涂层，同样地，承载座12表面的第二颜色可以是自身所带的颜色，也可以是颜色涂层。
[0096] 在一些可能的示例中，第一颜色为白色，第二颜色为黑色，使点云相机2配置为不能识别黑色，即可满足上述要求。该种颜色设置方式简单，且对点云相机2的要求较低，利于降低标定难度。
[0097] 举例来说，本实用新型实施例提供了这样一种标定组件1，其包括：哑光陶瓷材质的圆球体作为标定物11、表面具有黑色颜色涂层的铝合金杆作为连杆122a、黑灰色的合成纤维板作为座本体121。这样，标定物11呈现为陶瓷本身具有的白色，连杆122a和承载座12呈现为黑色。
[0098] 基于上述所述，本实用新型实施例提供了这样一种标定组件1，如附图2、附图3或者附图4所示，该标定组件1包括：座本体121、四个连杆122a和四个标定物11；
[0099] 其中，标定物11为哑光陶瓷材质的圆球体，连杆122a为表面具有黑色颜色涂层的铝合金杆，座本体121为黑色的合成纤维板。
[0100] 连杆122a的一端与标定物11螺纹连接，连杆122a的另一端与座本体121螺纹连接，每一个标定物11通过一个连杆122a固定于承载座12上方。
[0101] 四个标定物11分布成正方形形状，四个标定物11中，其中两个标定物11的直径相同，另外两个标定物11的直径相同。例如，其中两个标定物11的直径为50.8mm，另外两个标定物11的直径为60mm。
[0102] 四个连杆122a的高度各自不同，使得标定物11的球心到承载座12的距离也各自不同，例如，四个标定物11的球心到承载座12的距离分别为60mm、65mm、75mm、80mm。
[0103] 对于点云相机2
[0104] 点云相机2为本领域所常见的，本实用新型实施例中，可以使用一个点云相机2，也可以使用两个、三个或者四个点云相机2。
[0105] 当标定物11为圆球体时，使用一个点云相机2，并使该点云相机2置于能够采集到所有标定物11图像数据的位置即可。
[0106] 本实用新型实施例中，点云相机2布置在能够采集到标定物11图像的任意位置处均可，点云相机2可以独立地布置于放射治疗系统之外的某个位置，点云相机2也可以布置于放射治疗系统上某个固定的部件上，只要确保点云相机2能够获取到标定物11的图像数据即可。
[0107] 对于处理器3
[0108] 本实用新型实施例中，处理器3被配置为能够根据图像数据确定标定物11上目标点在相机坐标系下的坐标数据，以及，根据标定物11上目标点在相机坐标系下的坐标数据和标定物11上目标点在等中心点坐标系下的坐标数据来获取转换矩阵。
[0109] 当标定物11的数目为一个时，通过移动治疗床来达到移动标定物11的目的，进而获得标定物11上目标点在不同位置处的坐标数据，这包括：标定物11上目标点在不同位置处对应的多个在相机坐标系下的坐标数据，以及，标定物11上目标点在不同位置处对应的多个在等中心点坐标系下的坐标数据。
[0110] 在该种情形下，处理器3被配置根据上述的标定物11上目标点在不同位置处对应的多个在相机坐标系下的坐标数据，以及，标定物11上目标点在不同位置处对应的多个在等中心点坐标系下的坐标数据，获得转换矩阵。
[0111] 当标定物11的数目为多个时，多个标定物11的目标点在相机坐标系下对应有多个坐标数据，以及，多个标定物11的目标点在等中心点坐标系下对应有多个坐标数据。
[0112] 在该种情形下，处理器3被配置为能够根据图像数据确定多个标定物11上目标点在相机坐标系下的坐标数据，以及，根据多个标定物11上目标点在相机坐标系下的坐标数据和多个标定物11上目标点在等中心点坐标系下的坐标数据来获取转换矩阵。
[0113] 处理器3与点云相机2连接，例如通过数据线进行连接，这样点云相机2获取的图像数据能直接传输至处理器3中。
[0114] 处理器3处理标定物11的图像数据时，首先能够利用球面拟合方法获取每一个标定物11的目标点的坐标，例如，对于圆球状的标定物11，获取其球心坐标即可。
[0115] 根据公式AX＝Y，可得到A＝Y×X‑1，其中Y代表等中心点坐标系下的三维坐标(y_1，y_2，y_3)，X代表相机坐标系下三维坐标(x_1，x_2，x_3}，A是欧拉转换矩阵，为一个4×4的方阵。
[0116] 根据上述转换关系可知，在提供了四个标定物11的目标点在等中心点坐标系下的坐标数据，以及对应的相同的目标点在相机坐标系下的坐标数据时，即能够将转换矩阵A求解出来。
[0117] 也就是说，处理器3被配置为利用上述多个标定物11上目标点在相机坐标系下的‑1坐标数据和多个标定物11上目标点在等中心点坐标系下的坐标数据，根据公式A＝Y×X ，即可求解得到转换矩阵A。
[0118] 最终得到的欧拉矩阵A，即是相机坐标系下的点位置转换到等中心坐标系下的点位置的转换矩阵。
[0119] 综上，本实用新型实施例提供的标定装置，至少具有以下优点：
[0120] (1)通过使标定组件1中，多个标定物11位于承载座12上，承载座12与放射治疗系统的治疗床连接。并且，标定物11为圆球体或者半球体，这样，每一个标定物11具有在等中心点坐标系中确定的且已知的位置(坐标)，通过识别这些标定物11在相机坐标系中的位置，标定物11在相机坐标系中的位置和标定物11在等中心点坐标系中的已知的位置之间的位置偏差能够被计算，转换矩阵能够被相应地确定。上述标定组件1具有成型制备过程简单，易操作等优点，且提供的标定用数据可靠，精度高等优点，利于简化标定流程，在保证精度的前提下提高了标定效率。
[0121] (2)通过使点云相机2和处理器3配合使用，以用来计算点云相机2与等中心点相对位置的转换矩阵，使得转换矩阵的计算方式比较简单方便，进一步利于简化标定流程，在保证精度的前提下提高了标定效率。
[0122] 在本实用新型实施例中，术语“第一”和“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。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
[0123] 以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本实用新型的技术方案，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
