基于电阻抗成像技术控制多叶准直器叶片的方法及系统

本发明涉及医学成像，特别涉及一种基于电阻抗成像技术控制多叶准直器叶片的方法及系统。

背景技术：

1、在放射治疗中，正常细胞也会受到辐射损伤，因此需要准确确定病灶位置，实施局部放射治疗，以确保对正常健康组织的最小损害，并同时不遗漏癌细胞组织的治疗。调强适形放射治疗(imrt，intensity modulated radiation therapy)是一种在治疗区域内通过调整辐射剂量来实现均匀分布的方法，能够根据治疗需求调整放射照射体积。该方法确保了治疗区域的几何形状与肿瘤在射野内的形状保持一致，同时最小化了周围正常组织和器官的辐射剂量。为实现这一功能，通常采用多叶准直器(multi-leafcollimator,mlc)。多叶准直器是一种机械运动部件，通过叶片的排列和运动来精确定位肿瘤目标，从而在实现精准定位的同时实现适形照射，以最大程度减小放疗引起的副作用。

2、在调强适形放射治疗中，由于摆位精度和患者呼吸等因素，肿瘤靶区可能发生运动，导致肿瘤移出放射线照射范围，使正常组织受到辐射。这影响了治疗的准确性和疗效。为避免正常组织受到辐射损伤，提高治疗效果，需要实现对目标肿瘤的精准、实时、安全的图像引导追踪。目前的图像引导手段主要采用磁共振成像(mri)和x射线计算机断层扫描(ct)。然而，这些技术仅提供准确的静态图像评估，无法满足肺部肿瘤实时追踪的需求，且在实际运行中存在一定的副作用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无创、安全、更快速、更精准的基于电阻抗成像技术控制多叶准直器叶片的方法及系统。

2、研究指出，人体组织的电特性参数对癌变敏感，癌变组织与正常组织的阻抗值存在明显差异，大部分癌变组织的阻抗值高于正常组织。因此，人体组织的电阻抗可作为识别癌症肿瘤的技术指标。电阻抗成像技术(eit，electrical impedance tomography)是一种无创、非侵入式、成本低的检测技术，其通过电极阵列在人体表面施加驱动电流或电压来采集电阻抗信息，并基于此信息重建电阻抗分布图像。eit技术具有高速采集的优势，最快可达每秒几百帧，同时具有无辐射、低成本和易操作等特点。因此，eit技术非常适合用于放射治疗过程中对肿瘤进行实时动态的监测和追踪。

3、以电阻抗成像技术为图像引导手段，实时精确控制多叶准直器，解决呼吸移动导致过度辐射，造成辐射损伤的问题。

4、本发明的第一方面是提供了一种基于电阻抗成像技术控制多叶准直器叶片的方法，为一种肿瘤定位算法。用于实现eit数据采集系统的多叶准直器叶片定位功能，精准确定多叶准直器叶片的目标移动位置，适用于不同叶片数的多叶准直器，实际应用时可以根据成本和需求调整叶片的数量。

5、对每一片叶片，实时获取各叶片的当前位置；将肿瘤形状近似为类圆形；

6、根据重建图像获得目标肿瘤的中心位置，以该位置作为轴心将图像分为四个部分；

7、判断肿瘤切面的半径和叶片宽度大小的关系；若肿瘤切面的半径小于或等于叶片宽度的一半，则仅需根据新的坐标信息移动肿瘤中心坐标位置的叶片；若肿瘤切面的半径大于叶片宽度的一半，则计算肿瘤切面半径与叶片宽度的一半的差值；计算该差值与单片叶片宽度的倍数关系，即该差值大小能够包括多少片叶片的宽度大小，将结果进行向上取整处理；所得到的结果是以中心位置坐标为轴心的四分之一部分所移动的叶片数；根据该四分之一部分的叶片数计算圆形轮廓上各点的极坐标，利用极坐标计算各点的直角坐标，以该直角坐标作为新的目标位置；通过以上计算方式获得轮廓上各部分所有的点坐标后，控制叶片移动至这些点坐标的对应位置上。

8、进一步地，重建的图像是由一个具有相等行数列数的矩阵构成，为了适应当使用不同叶片数量时所需要相对应范围的直角坐标系，通过对重建图像的数据矩阵进行插值的方式实现对矩阵尺寸大小的变化，在保证重建图像平滑性的同时让图像矩阵与直角坐标系的比例相对应。

9、进一步地，所述的肿瘤中心位置是根据重建图像的各像素点上电导率值的数值大小决定的，重建图像中电导率数值较高部分的集中区域为目标肿瘤所在的位置；对重建图像电导率数值设定合适的阈值范围，肿瘤的中心位置为这一阈值范围中数值最大的像素点的坐标位置。

10、叶片宽度依据实际使用的叶片数量进行调整，多数情况下多叶准直器的待检测范围通常是固定的。

11、对叶片数量计算结果进行向上取整的处理是为了让叶片运动后的开口处更接近目标肿瘤的实际形状，最大程度上保证健康组织不受辐射损伤。

12、目标肿瘤轮廓上各点位置的极坐标由实际移动的叶片数量决定，适用于目标肿瘤形状为类圆形的情况；通过将极坐标转化为直角坐标可以尽可能包括轮廓上能体现的各个点的坐标位置。

13、本发明的第二方面是提供了一种基于电阻抗成像技术控制多叶准直器叶片的系统，包括：

14、数据处理模块，用于实时采集数据，将采集的数据通过计算转化为用于重建图像的电导率分布；

15、通讯模块，用于与多叶准直器及肿瘤模拟系统之间的数据传输；

16、图像重建模块，用于根据电导率分布展示重建后的图像；

17、叶片定位模块，采用所述电阻抗成像技术控制多叶准直器叶片的方法，用于定位目标肿瘤的轮廓位置。

18、该系统可以跟随个体身体的变化情况实现实时的图像重建，能够实现所述控制系统各设备之间的通讯建立，实现数据的采集和处理，完成对所述叶片的定位，所述叶片定位的方法是根据所述控制系统提出的多叶准直器控制方法实现的。

19、进一步地，所述的多叶准直器包括：

20、两组叶片组，两组叶片组相对设置，每组叶片组由多个叶片组成，每一叶片独立移动；

21、多个步进电机，所述步进电机数量与叶片数量相等，每一步进电机控制一叶片，为所述叶片的移动提供驱动力；

22、控制电机运行的电路板，建立每个所述步进电机的通信连接控制、数据处理控制和逻辑运算控制，保证所述步进电机的稳定运行；

23、多个传动机构，每一步进电机连接一传动机构。传动机构为皮带及齿轮。

24、多个滚珠丝杠，每一传动机构连接一滚珠丝杠，在每一滚珠丝杠的滑块上安装一叶片，辅助其完成直线运动；滚珠丝杆将电机的转动运动转换为直线运动，保证所述叶片的线性运动方式和较高的运动效率；

25、支架，包括铝合金底座和悬挂支架，用于支撑所述多个步进电机、多个传动机构及多个滚珠丝杠，保证所述设备整体的一致性。

26、进一步地，所述叶片长边的两端分别向不同方向翻转，所述叶片翻转的部分为相邻两叶片间的重叠部，翻转方向垂直于所述叶片的平面。

27、进一步地，所述的肿瘤模拟系统包括水槽、胶棒，通过胶棒模拟目标肿瘤的形状，所述水槽内壁在水平方向上均匀分布了多个电极片，通过所述电极片采集数据，再通过所述胶棒在水槽中的运动模拟肿瘤在人体内的运动。

28、本发明提供的技术包括以下有益效果：

29、1.本发明采用了电阻抗成像技术替代传统的医疗影像方式，降低了治疗过程中辐射所带来的副作用，实现了在放射治疗过程中对目标肿瘤进行实时动态的监测和追踪，提高了肿瘤定位的精度，有效减少了多叶准直器设备的开发成本。

30、2.本发明构建了基于电阻抗成像的模拟多叶准直器控制系统，可以满足不同数量叶片以及不同控制方法研究的需要，真实地展现了多叶准直器系统的工作过程和实现原理，加速了多叶准直器系统的开发研究流程。