基于深度相机的皮肤剂量计算方法

技术领域

本发明涉及X射线技术领域，尤其涉及一种基于深度相机的皮肤剂量计算方法。

背景技术

皮肤剂量是指单位质量皮肤组织所接受或“吸收”电离辐射能量的一种量度。目前的锥形束CT(CBCT)的患者入射剂量(皮肤剂量)指示是由厂商根据经验设置一个固定入射位置，通过计算此入射位置在无遮挡时的剂量率和剂量作为患者入射剂量指示。但现有的这种方法只是一种预估，患者距离探测平板的远近和体位姿态都会导致患者实际受到的辐射剂量与CT指示的剂量值相差明显，因此需要一种新的皮肤剂量计算方法，可以监测患者实际受到的辐射剂量。

发明内容

发明目的：针对上述不足，本发明提出一种基于深度相机的皮肤剂量计算方法，通过深度相机定位到患者的实际入射位置，以此给出准确的患者入射剂量。

技术方案：

基于深度相机的皮肤剂量计算方法，包括：

通过其内设有若干标记球的标定模体进行标定得到三维透视设备的射束坐标系与深度相机的相机坐标系之间的变换关系；

通过深度相机采集患者病灶图像并根据前述变换关系计算得到病灶图像中各像素点在射束坐标系下的坐标；

根据射线源的射束角度确定射束区域，结合前述各像素点坐标确定患者实际入射位置及入射深度，据此计算得到对应的皮肤剂量。

所述标定模体内嵌有上下两层标定球，每层内各标定球高度相同，各层内标定球的间距不同。

所述标定得到三维透视设备的射束坐标系与深度相机的相机坐标系之间的变换关系具体为：

三维透视设备扫描标定模体的透视图像，识别并提取其上标定球及其质心坐标；

通过标定球间距识别得到各标定球所处层数，并根据标定模体的设计参数得到标定球高度，进而得到标定球质心在射束坐标系下的坐标；

通过深度相机采集标定模体的图像，并提取其中标定球得到其质心在相机坐标系的坐标；

计算射束坐标系与相机坐标系之间的变换关系。

采用阈值法识别并提取透视图像中标定球及其质心坐标。

所述确定射束区域具体为：

其中，

结合前述各像素点坐标将不在射束区域内的像素点剔除，确定患者实际入射位置。

确定患者实际入射位置及入射深度具体为：

在射束区域内获取其中距离射线源最近的像素点，判断其是否为异常点；

若其不为异常点，则获取其距离射线源的距离作为患者入射深度；

若其为异常点，则将其从射束区域剔除；

重复上述过程直到获取得到患者入射深度。

判断所述射束区域内的像素点是否为异常点具体为：

计算透视图像上目标像素点与射线源之间的距离h

计算得到对应的皮肤剂量具体为：

获取随时间变化的固定入射深度H

有益效果：本发明通过深度相机定位到患者的实际入射位置，并计算实际入射位置处的皮肤剂量，可以显示准确的皮肤剂量指示。

附图说明

图1为本发明的皮肤剂量计算方法的流程图；

图2为标定模体的结构示意图；

图3为射束坐标系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

如图1所示，本发明基于深度相机的皮肤剂量计算方法包括步骤：

(1)参数标定；

本发明的参数标定采用如图2所示的标定模体，标定模体为立方体结构，其内嵌有上下两层标定球，具体地，标定球为涂色金属球，更具体地，标定球为钢珠；每层内各标定球高度相同，分别为h

(11)CBCT的C臂竖直放置，高压球管(即射线源)在上方，深度相机安装于高压球管侧面，在高压球管与探测器之间设置水平底座(底座不会对X光形成明显遮挡)，将标定模体放置于底座上，置于C臂机视野和深度相机视野内，测量得到底座表面高度为h

(12)扫描标定模体的透视图像，识别并提取其上标定球及其质心坐标；

具体地，采用阈值法(即提取透视图像上像素值小于设定阈值的像素点)提取得到标定球并计算其在图像坐标系的质心坐标Z；

(13)通过标定球间距识别得到各标定球所处层数，并根据标定模体的设计参数得到某一标定球高度h，根据步骤(12)得到的其在图像坐标系的质心坐标按几何投影计算得到其质心在射束坐标系下的坐标Z

具体地，某一标定球在射束坐标系的x轴、y轴、z轴的坐标值Z

Z

Z

Z

其中，Z.x、Z.y分别为标定球在图像坐标系的x轴、y轴的坐标值；

(14)通过深度相机采集标定模体的图像，并提取其中标定球得到其质心在相机坐标系的坐标Z

本发明中，深度相机采用RGB双目相机，通过获取得到的RGB图像和深度图像识别得到标定球质心在相机坐标系的坐标；

(15)根据步骤(13)计算得到的各标记球质心在射束坐标系下的坐标及步骤(14)得到的各标记球质心在相机坐标系的坐标计算得到射束坐标系与相机坐标系之间的线性转换矩阵R：

R＝(Z

其中，Z

(2)定位患者实际入射位置及入射深度；

(21)通过深度相机采集患者病灶的RGB图像和深度图像，并据此识别得到图像上各像素点在相机坐标系的坐标P

(22)根据CBCT射线源的射束角度

其中，P

根据上述判断步骤(21)中得到的各像素点是否在射束区域C内，将不在射束区域C内的像素点剔除；

(23)在射束区域C内获取其中距离射线源(即高压球管)最近的像素点，判断其是否为异常点；

若其不为异常点，则获取其距离射线源的距离作为患者入射深度H

若其为异常点，则将其从射束区域C剔除，重复本步骤直到获取得到患者入射深度H

其中，判断射束区域C内的像素点是否为异常点具体为：

分别计算透视图像上目标像素点与射线源之间的距离h

其中，周围各像素点定义为在透视图像上与目标像素点之间的距离小于设定距离范围内的像素点。

(3)计算入射剂量；

通过外挂剂量检测设备或者通过电压、电流等曝光参数计算得到固定入射深度H

本发明通过标定模体进行参数标定，从而得到射束坐标系与相机坐标系之间的变换关系，之后在CBCT扫描患者病灶得到透视图像的同时通过深度相机采集患者病灶的RGB图像和深度图像，识别到其中患者病灶，从而可以根据前述变换关系定位到患者的实际入射位置，据此计算实际入射位置处的皮肤剂量，可以显示准确的剂量率指示、累积剂量指示及剂量面积指示。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。