一种靶区实时位置模拟方法以及装置

本发明涉及医疗器械领域，尤其是涉及一种靶区实时位置模拟方法以及装置。

背景技术：

1、目前放射治疗已成为治疗恶性肿瘤的主要手段之一，大约70％的肿瘤患者在治疗过程中需要进行放射治疗，而精确放射治疗是放射治疗的发展目标，其要求做到肿瘤的精确定位，进而可以减少靶区周围正常组织并发症概率，提高肿瘤区照射剂量，增加肿瘤控制率。

2、对于肺部肿瘤的患者，由于呼吸运动造成的肺部扩张与收缩会对肺部肿瘤的位置产生很大的影响，因此要实现对肿瘤的精确定位很难。

3、现有技术中出现了模拟放疗时的呼吸运动对肺部肿瘤位置影响的装置，但现有技术中采用呼吸气囊模拟，没有考虑隔膜对肺的影响，肿瘤的实时位置不精确。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种能够实现靶区实时位置精确模拟的方法。

2、为了克服现有技术的不足，本发明的目的之二在于提供一种能够实现靶区实时位置精确模拟的装置。

3、本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

4、一种靶区实时位置模拟方法，包括以下步骤：

5、搭建模拟装置：驱动组件与隔膜模拟件传动连接驱动所述隔膜模拟件往复运动，由能变形材料制成的肺部模拟件悬挂于安装架，肺部模拟件为实心结构，肿瘤模拟件设置于肺部模拟件内部，所述肿瘤模拟件的形状、体积以及位置根据待模拟的肿瘤设置，所述肿瘤模拟件设有惯性传感器；

6、呼吸模拟：所述驱动组件根据呼吸运动曲线数据运动，以驱动所述隔膜模拟件挤压所述肺部模拟件以及与所述肺部模拟件分离，实现所述肺部模拟件的收缩和扩张，所述肿瘤模拟件随所述肺部模拟件活动；

7、靶区实时位置计算：采集所述肿瘤模拟件内的惯性传感器的角速度以及加速度数据，根据角速度以及加速度数据得到所述肿瘤模拟件的姿态，获得靶区实时位置信息。

8、进一步地，在所述靶区实时位置计算步骤中，根据角速度以及加速度数据得到所述肿瘤模拟件的姿态具体为：对采集到的角速度数据进行积分，以获取所述肿瘤模拟件在三个空间轴上的旋转角度变化；对采集到的加速度数据计算出所述肿瘤模拟件当前所受的加速度向量；根据旋转角度变化和加速度向量更新所述肿瘤模拟件的姿态，获得靶区实时运动信息。

9、进一步地，在所述靶区实时位置计算步骤中，根据角速度以及加速度数据得到所述肿瘤模拟件的姿态具体为：将角速度以及加速度数据进行加权平均来计算所述肿瘤模拟件的姿态。

10、进一步地，在所述靶区实时位置计算步骤中，根据角速度以及加速度数据得到所述肿瘤模拟件的姿态具体为：根据系统的动态模型和先验信息，预测下一时刻的状态和协方差，利用测量的角速度以及加速度数据修正预测的状态和协方差，得到最终的姿态估计。

11、进一步地，在所述靶区实时位置计算步骤中，根据角速度以及加速度数据得到所述肿瘤模拟件的姿态具体为：使用四元数微分方程来模拟角速度测量值对四元数的影响，然后利用加加速度数据来校正四元数的方向，从而得到最终的姿态估计。

12、进一步地，所述靶区实时位置表示计算中，靶区实时位置信息根据所述肿瘤模拟件的相邻两姿态计算得出。

13、进一步地，所述靶区实时位置表示计算中，还包括将更新的所述肿瘤模拟件的姿态进行参数化表达。

14、本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

15、一种靶区实时位置模拟装置，包括底座以及驱动组件，所述驱动组件包括驱动件以及与所述驱动件传动连接的偏心轮，所述驱动件固定安装于所述底座，所述偏心轮包括偏心轴，所述靶区实时位置模拟装置还包括连接组件、隔膜模拟件、肺部模拟件、肿瘤模拟件以及安装架，所述连接组件与所述偏心轴配合，所述隔膜模拟件安装于所述连接组件，所述肺部模拟件为实心结构，所述肺部模拟件悬挂于所述安装架并且所述肺部模拟件位于所述隔膜模拟件上方，所述肿瘤模拟件包括惯性传感器，所述肿瘤模拟件设置于所述肺部模拟件内部随所述肺部模拟件运动。

16、进一步地，所述连接组件设有配合槽，所述配合槽呈一字型，所述偏心轴位于所述配合槽内。

17、进一步地，所述肺部模拟件由弹性材料制成，所述肿瘤模拟件由柔性材料制成。

18、相比现有技术，本发明一种靶区实时位置模拟方法，驱动组件根据呼吸运动曲线数据运动，以驱动所述隔膜模拟件挤压所述肺部模拟件以及与所述肺部模拟件分离，实现所述肺部模拟件的收缩和扩张，所述肿瘤模拟件随所述肺部模拟件活动；采集所述肿瘤模拟件内的惯性传感器的角速度以及加速度数据，根据角速度以及加速度数据得到所述肿瘤模拟件的姿态，获得靶区实时位置信息，通过上述步骤，能够精确模拟肿瘤在受呼吸影响的状态下的实时位置。

技术特征：

1.一种靶区实时位置模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的靶区实时位置模拟方法，其特征在于：在所述靶区实时位置计算步骤中，根据角速度以及加速度数据得到所述肿瘤模拟件的姿态具体为：对采集到的角速度数据进行积分，以获取所述肿瘤模拟件在三个空间轴上的旋转角度变化；对采集到的加速度数据计算出所述肿瘤模拟件当前所受的加速度向量；根据旋转角度变化和加速度向量更新所述肿瘤模拟件的姿态，获得靶区实时运动信息。

3.根据权利要求1所述的靶区实时位置模拟方法，其特征在于：在所述靶区实时位置计算步骤中，根据角速度以及加速度数据得到所述肿瘤模拟件的姿态具体为：将角速度以及加速度数据进行加权平均来计算所述肿瘤模拟件的姿态。

4.根据权利要求1所述的靶区实时位置模拟方法，其特征在于：在所述靶区实时位置计算步骤中，根据角速度以及加速度数据得到所述肿瘤模拟件的姿态具体为：根据系统的动态模型和先验信息，预测下一时刻的状态和协方差，利用测量的角速度以及加速度数据修正预测的状态和协方差，得到最终的姿态估计。

5.根据权利要求1所述的靶区实时位置模拟方法，其特征在于：在所述靶区实时位置计算步骤中，根据角速度以及加速度数据得到所述肿瘤模拟件的姿态具体为：使用四元数微分方程来模拟角速度测量值对四元数的影响，然后利用加加速度数据来校正四元数的方向，从而得到最终的姿态估计。

6.根据权利要求1所述的靶区实时位置模拟方法，其特征在于：所述靶区实时位置表示计算中，靶区实时位置信息根据所述肿瘤模拟件的相邻两姿态计算得出。

7.根据权利要求1所述的靶区实时位置模拟方法，其特征在于：所述靶区实时位置表示计算中，还包括将更新的所述肿瘤模拟件的姿态进行参数化表达。

8.一种靶区实时位置模拟装置，包括底座以及驱动组件，其特征在于：所述驱动组件包括驱动件以及与所述驱动件传动连接的偏心轮，所述驱动件固定安装于所述底座，所述偏心轮包括偏心轴，所述靶区实时位置模拟装置还包括连接组件、隔膜模拟件、肺部模拟件、肿瘤模拟件以及安装架，所述连接组件与所述偏心轴配合，所述隔膜模拟件安装于所述连接组件，所述肺部模拟件为实心结构，所述肺部模拟件悬挂于所述安装架并且所述肺部模拟件位于所述隔膜模拟件上方，所述肿瘤模拟件包括惯性传感器，所述肿瘤模拟件设置于所述肺部模拟件内部随所述肺部模拟件运动。

9.根据权利要求8所述的靶区实时位置模拟装置，其特征在于：所述连接组件设有配合槽，所述配合槽呈一字型，所述偏心轴位于所述配合槽内。

10.根据权利要求8所述的靶区实时位置模拟装置，其特征在于：所述肺部模拟件由弹性材料制成，所述肿瘤模拟件由柔性材料制成。

技术总结本发明公开了一种靶区实时位置模拟方法以及装置，属于医疗器械领域，驱动组件与隔膜模拟件传动连接驱动隔膜模拟件往复运动，肺部模拟件悬挂于安装架，肺部模拟件为实心结构，肿瘤模拟件设置于肺部模拟件内部，肿瘤模拟件的形状、体积以及位置根据待模拟的肿瘤设置，肿瘤模拟件设有惯性传感器；驱动组件根据呼吸运动曲线数据运动，以驱动隔膜模拟件挤压肺部模拟件以及与肺部模拟件分离，实现肺部模拟件的收缩和扩张，肿瘤模拟件随肺部模拟件活动；采集肿瘤模拟件内的惯性传感器的角速度以及加速度数据，根据角速度以及加速度数据得到肿瘤模拟件的姿态，获得靶区实时位置信息，通过上述步骤，能够精确模拟肿瘤在受呼吸影响的状态下的实时位置。技术研发人员：郭凯,吴煜雯,张举中,朱笑莹,杨洪波受保护的技术使用者：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/5