一种基于摄像头的医用电子直线加速器质控系统
医用电子直线加速器质量控制。
背景技术
医用电子直线加速器是目前最主流的放疗设备。要确保放疗的精确实施，对加速器的质量控制就格外重要。2019年11月，国家癌症中心/国家肿瘤质控中心发布了《医用电子直线加速器质量控制指南》为加速器的规范质控提供了指导，其中机械性能的质量控制涉及激光灯、光距尺、十字叉丝、光野和射野等。对上述质控采用人工进行测量分析的方法，工作量大，也难以避免偶然的错误。于是，有一些质控自动化的工具被开发。比如用机载EPID进行射野相关的质量控制，但是机载EPID无法完成对光距尺、激光灯等射野以外的质控工作。
发明内容
本发明公开一种基于摄像头的医用电子直线加速器质控系统，采用摄像头既可以代替人的眼睛，又可以根据双目视觉原理建立坐标系，完成距离测量，从而大大减少相关质控的工作量。
本发明公开了一种基于摄像头的医用电子直线加速器质控系统，其特征在于此质控系统由摄像头、质控模体、计算资源和运行在计算资源上的质控软件构成。
摄像头用来拍摄检测方案执行过程中的图像，当然也可以是摄像机（这里不对摄像头和摄像机做概念上的区分）。摄像头可以固定在治疗室，不随加速器机架旋转。摄像头可以安装在加速器机架上，随机架一起旋转。摄像头可以安装在加速器小机头上，随机架旋转的同时，还随小机头一起旋转。小机头是指加速器机头上随准直器一起旋转的部分。摄像头朝向放置在等中心附近的质控模体拍摄。
质控模体包含有半透明薄板。质控模体包含有荧光物质。荧光物质在加速器射线的照射下会产生可见光，照射结束，则产生的可见光也会消失。荧光物质可以是半透明塑料闪烁体、闪烁体晶体、荧光涂料等。当进行射野质控时，加速器出射线打在荧光物质上，摄像头拍摄荧光物质上被射线曝光的形状。这时荧光物质的作用类似于胶片，但由于照射结束，荧光物质也停止发光，因此可以重复曝光使用。避免换胶片带来的工作量。
计算资源可以是一台电脑，也可以是一部手机，或者是云端的分布式计算资源。
质控软件通过控制接口控制摄像头拍摄检测方案执行过程中的图像。质控软件通过分析摄像头拍摄的检测方案执行过程中的图像，产生检测结果。质控软件对不符合要求的检测结果给出警示。质控软件保存拍摄的原始图像、分析数据和检测结果。质控软件通过控制接口控制加速器执行指定的检测方案。控制接口除了有通常的加速器控制外，还包括对治疗床的控制，对光矩尺的开关控制，对光野的开关控制，对单个激光灯的开关控制，还包括对治疗室灯光的开关控制。对于控制台没有对光矩尺、光野、单个激光灯、治疗室灯光开关控制的，可以通过在上述发光元件回路中串接一个受控的常闭继电器来实现。
附图说明：
图1实施例1示意图
图2 实施例1中的质控模体
图3 实施例2示意图
图4 实施例3示意图
具体实施例：
实施例1
图1展示了本发明的一个实施例。此实施例中只有一个摄像头（101）朝向质控模体（102）拍摄；103是医用电子直线加速器；104是治疗床；摄像头固定在加速器机房的天花板上；质控模体则放置在治疗床上。此实施例中的质控模体由三个面板组成（见图2），每个面板的四各角上都有标记点，给分析软件提供已知的距离信息。其中201是水平底板，由水等效材料构成，上面标有横向刻度线；202是垂直横板，中心标有十字标记线；203是垂直纵板，上面标有垂直刻度线；垂直横板和垂直纵板都是厚度0.2mm的半透明塑料板。204是固定在水平底板上的三个竖直支撑杆，用来固定垂直横板和垂直纵板。当检测激光灯定位准确度时，质控软件通过控制接口控制治疗床移动使等中心位于质控模体水平底板刻度线附近（光野十字竖线和治疗床Y轴方向上激光线都与刻度线相交），质控软件通过控制接口控制加速器打开光野，关闭激光灯，质控软件通过摄像头控制接口控制摄像头拍摄第一张质控模体底板照片；关闭光野，打开激光灯，质控软件通过摄像头控制接口控制摄像头拍摄第二张质控模体底板照片；质控软件通过控制接口控制治疗床沿床Y轴方向移动一定距离，使光野十字竖线和治疗床Y轴方向上激光线仍保持与刻度线相交，打开光野，关闭激光灯，拍摄第三张质控模体底板照片；关闭光野，打开激光灯，拍摄第四张质控模体底板照片；质控软件结合刻度线分析四张底板照片，分别自动识别和计算第一张光野十字竖线和第二张治疗床Y轴方向上激光线之间的距离，第三张光野十字竖线和第四张治疗床Y轴方向上激光线之间的距离；最后自动分析两个距离差，以评价光野十字竖线和治疗床Y轴方向上激光线之间的平行度。
实施例2
图3展示了本发明的一个实施例。此实施例中有两个摄像头（301），两个摄像头都固定在加速器机房的天花板上，朝向质控模体拍摄。此实施例中的质控模体和实施例1中的相同。根据双目视觉原理，两个摄像头被标定到固定参考系。当检测床的运动精度时，质控软件通过控制接口控制机架和准直器转至0度，质控软件通过控制接口控制治疗床升降直到模体水平底板上刻度线位于等中心平面（既通过两个摄像头双目视觉实时计算水平底板刻度线上某个刻度点在固定参考系中的坐标值，反馈控制床升降，使水平底板刻度线固定参考系z坐标值为0），然后质控软件通过控制接口开环控制治疗床分别进床20cm、40cm、60cm、70cm，左右移床10cm、20厘米，降床20cm，作为指定值。同时两个摄像头双目视觉实时计算水平底板刻度线上对应刻度点在固定参考系下的移动距离作为移动的实际值，比较实际值和指定值的偏差。
实施例3
图4展示了本发明的一个实施例。此实施例中有两个摄像头（401），两个摄像头都固定在加速器机架上，朝向等中心拍摄，随机架一起旋转。此实施例中的质控模体结构上和实施例1中的相同，只是垂直横板和垂直纵板都是厚度0.2mm的半透明塑料闪烁体薄板。根据双目视觉原理，两个摄像头被标定到机架坐标系。当进行机架旋转同心度月检时，质控软件通过控制接口使机架和准直器旋转至0°，质控软件通过控制接口控制治疗床移动直到模体垂直横板上十字中心位于机架坐标系（0，0，0）位置，旋转机架到90°、180°、270°，同时两个摄像头双目视觉分别计算上述角度垂直横板上十字中心在机架坐标系下的坐标值，然后计算四个坐标值与它们均值的偏差。当进行机架旋转同心度年检时，质控软件通过控制接口使机架和准直器旋转至0°，设置X方向准直器为中心位置最小宽度，Y方向准直器宽度30 cm，分别在0°、60°、120°、150°、210°和270°的机架角度出射线，同时质控软件通过控制接口控制摄像头分别拍摄上述角度垂直横板上的荧光图像，分析计算各个荧光区域长轴内接圆的半径。
此实施例中的摄像头位于机架的机身上，事实上摄像头可以位于机架上任何方便拍摄的位置，例如摄像头也可以位于连接机身和机头的横臂上，朝向等中心拍摄。
实施例4
此实施例中有两个摄像头安装在加速器小机头上，随机架旋转的同时，还随小机头一起旋转。更具体的，摄像头安装在托盘适配器上；使用时，托盘适配器插入加速器小机头上的托盘，两个摄像头朝向等中心方向拍摄。根据双目视觉原理，两个摄像头被标定到限束器坐标系。此实施例中的质控模体结构上和实施例1中的相同，只是垂直横板和垂直纵板都是厚度0.2mm的半透明塑料闪烁体薄板，水平底板上表面附有荧光涂料。当检测准直器旋转同心度时，质控软件通过控制接口使机架和准直器旋转至0°，设置X方向准直器为中心位置最小宽度，Y方向准直器宽度30 cm，然后控制准直器旋转，分别在300°、330°、0°、30°、60°和90°的准直器角度出射线，同时质控软件通过控制接口控制摄像头分别拍摄上述角度水平底板上的荧光图像，分析计算各个荧光区域长轴内接圆的半径。
因为两个摄像头根据双目视觉原理被标定到限束器坐标系，因此两个摄像头就可以代替前指针的作用。当检测光矩尺的指示准确度时，质控软件通过控制接口控制机架和准直器转至0度，质控软件通过控制接口控制治疗床升降直到模体水平底板上刻度线位于等中心平面（既通过两个摄像头双目视觉实时计算水平底板刻度线上某个刻度点在限束器坐标系中的坐标值，反馈控制床升降，使水平底板刻度线限束器坐标系z坐标值为0），然后质控软件通过控制接口打开光野和光矩尺，控制摄像头拍摄水平底板上图像，自动提取图像上光野十字线横线和光矩尺的交点，获取光矩尺读数，记录光矩尺读数与水平底板z坐标值（目前为0）的偏差。质控软件通过控制接口控制治疗床升降直到模体水平底板上刻度线位于等中心平面上下各20cm，重复上面的过程。
此实施例中的摄像头安装在托盘适配器上，不用时方便取下；事实上摄像头可以位于小机头上任何方便拍摄的位置，也可以固定安装在小机头上。
