專利名稱：機器視覺系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機^^見覺系統。它針對在惡劣或其它困難環(huán)境下機器視覺應 用中出現的問題提出了解決方案，所述環(huán)境例如在放射治療設備的內部。
背景技術：
放射治療設備包括電離輻射束的產生，通常為x射線或電子束或其它亞原
子粒子束。其被引導至患者的癌性區(qū)域，并且對抗腫瘤細胞，使得患者癥狀得
到緩解。通常，優(yōu)選的是限定(delimit)輻射束使得劑量在腫瘤細胞中最大化， 且在患者的健康細胞中最小化，因為這提高了治療的效率并減小了患者所承受 的副作用。這樣做的多種方法被發(fā)展起來。
限定輻射劑量的一個主要部件為所謂的"多葉片準直器"(MLC)。這是一種 由大量在陣列中左右排列的伸長的薄葉片組成的準直器。齡葉片可縱向移動， 使得其尖端能延伸到輻射野(radiation field)中或者從輻射野中收回。由此可以 定位葉片尖端陣列，以便定義準直器的可變邊緣。可收回所有葉片來打開輻射 野，或者可以延伸所有的葉片來關閉輻射野?？蛇x地， 一些葉片可以被收回而 一些葉片被延伸，以便在操作極限內定義任何希望的形狀。多葉片準直器通常 由兩組這樣的陣列組成，每組從準直器的相對側突出到輻射野中。
為了提供反饋并允許對葉片的位置進行精確調整，監(jiān)控葉片的當前實際位置 當然是必要的。迄今，人們^^兩種主要方法皿到這一目的，即
-光學視覺位置感測
-傳統的位置感測，例如電位計，編碼器等
附圖l給出了本申請人迄今對精確的葉片位置讀出(positional readout)問題 所采用的方法。該解決方案基于視覺系統，由此照相機系統'觀看"84個不同的 反射器。這些反射器中的4個反射器為參考標記，可見區(qū)域的每個角落處有一 個參考標記物，并且這些反射器中的80個反射器標記在這兩個相對的葉片組中 的針葉片的個體位置，每個葉片組各有40個葉片。針葉片的位置由此可被 計算出。該反射器具有回射的性質，也就是光沿著與入射光相同的路徑被反射
4回。
因此，照相機10經由一對傾斜可調整的鏡子16, 18觀看準直器葉片12， 14，所述鏡子允許照相機位于輻射束之外。分束器20被放置在光路(該光路介 于兩個鏡子16， 18之間，使得它也位于輻射束之外)中，以允許投光器(light projector) 22沿著相同的光路照射準直器葉片12， 14?？商峁┝硗獾溺R子或多 個鏡子24，以便 光器(和/或其它元件)放置在方便的位置中。
其它檢測傾向于利用傳統的測量方法。這包括M:單獨的傳ii^測S^葉
片的位置。共同的設計要求為故障容錯，或'單故障容錯"，這意味著為了保證 單個葉片的正確定位，必須使用輔助傳感器或備用傳感器。這因此使得需要的 位置傳感器的數量加倍。
兩種方法 在各種問題。光學方法和其它目前的機^見覺解決方案需要照 射的高度均勻性，這導致難以識別有效反射器。由于灰塵和表面損壞，葉片反 射器材料只有有限的壽命。反射器材料必須被高度精確地安裝。雜散光和/棘 自內部g和/或治療臺上部的反射的雜散目可能干擾該系統。最后，葉片標 記物的回射性質要求光源和照相機位置位于光學上相同的位置(在非常小的公 差內)，否則標記物的形狀和視在亮度將發(fā)生變化。
傳統的位置測量方法也面臨許多困難。特別是需要大量傳感^~~每個葉片 最少需要兩個傳感器以提供一個主回讀和一個備用回讀。需要的精度和使用的 傳感器數量共同意味著該系統作為一個整體具有普遍較低的可靠性。另外，以 充分緊湊的設計封裝所需數量的傳感器存在困難，且由于在其使用領域內不可 避免的輻射破壞，傳感器面臨潛在的低可靠性。

發(fā)明內容
本發(fā)明包括使用熒光標記物以便標記視野內的葉片和/或參考點。用光照射 該標記物，所述光被調諧為使所述標記物發(fā)出波長不同于照射光的波長的熒光。 該熒光然后被照相機檢測。這種方法允許圖像被照相機捕獲，并具有增強的對 比度。
熒光標記物是接^A射光能量并，不同波長(或頻率)的光的標記物。這 不同于反射光的波長基本上與入射光相同的簡單反射或回射。
相應地，本發(fā)明提供了一種用于放射治療設備的多葉片準直器，其包括至少 一個具有熒光標記物的葉片。自然地，優(yōu)選的是基本上所有的準直器葉片都具有熒光^H己物。然而，不難 想像可提出一種混合系統。
所述葉片通常將被安裝在某種框架中。對于框架本身來說具有一個或多個熒 光標記物通常是有利的，優(yōu)選地具有幾個標記物，以便共同指示準直器的最大 鵬湖共框架參考。
熒光標記物發(fā)射的光的波^1常長于入射光，允許提供合適的濾光器來區(qū)分 標記物所發(fā)射的光。用于熒光標記物的一種合適的材料是紅寶石。它可以為球 形或圓柱形或者另一種合適的形狀。當然可以在單個葉片或多個葉片上提供幾 個標記物，理想地所述標記物處于不同的配置中，以便達到較高的識別精確度 和/或魯棒性。
本發(fā)明還提供了一種力鄉(xiāng)治療設備，其包括如上定義的多葉片準直器，和布 置為觀看熒光標記物的照相機。用于熒光標記物的照射源也是有用的并且理想 地為單色或幾乎單色的。該照相機可具有濾光器，該濾光器布置為基本上阻止 照Jt源發(fā)射的波長的光iJA照相機，從而提高圖像的對比度。
該方M治療設備還可以包括光學上與輻射源處于相同位置的照射源，以允許 操作者在視覺上檢查正被發(fā)射或者將被發(fā)射的輻射野。該處于相同位置的源優(yōu) 選為基本上單色的，在熒光標記物的波長處基本上不發(fā)射光。然后可以將濾光 器放置在放射治療設備的輸出處，用于阻斷熒光標記物的波長的光，并且從而 增強所拍攝的熒光標記物的圖像的對比度。


JJW1例子參照附圖對本發(fā)明的實施例進行描述，其中 ，的附圖1為已知的位置讀出布置；以及 附圖2為依照本發(fā)明的位置讀出布置。
具體實施例方式
將關于感測放射治療設備內的大量MLC葉片的位置來描述本發(fā)明。如上文 所述，就電離輻射而言，這些葉片在苛刻的環(huán)境中運行，有意地在放射治療頭 部內產生所述電離輻射并且為了執(zhí)行其功能所述葉片必須突出到該電離輻射 中。該苛刻性使得難以長期提供穩(wěn)定并且可靠的機器卑見覺解決方案來實施葉片 監(jiān)控。關于MLC葉片所釆取的解決方案當然可應用于其它情形，特別是(但并 不排fe^)苛刻的或在區(qū)分被照射的標記物方面存在困難的環(huán)境。附圖2示出了本發(fā)明的示例。為了便于說明，省略了附圖1中的聚酯薄膜鏡 子18,因此該光學系統的一些的直線路徑被示出。實際上，當然要提供該鏡子，
使得敏感部件從輻射束中被移除并且使得部件可被放置在輻射頭的方便位置 中。附圖l中的鏡子16， 24不再需要，這導致更加簡單、便宜且潛在地更加準
確的解決方案。
因此，MLC葉片100， 102被兩個不同源照射。第一個為綠色場投光器(green field light projector) 104，該綠色場投光器發(fā)射覆蓋整個場的綠光束106,該綠色 場投光器采取點源的形式以允許明顯的葉片清晰度。該光被葉片100， 102 (以 及任何其它可能存在的準直器)準直并且經由綠^il的聚酯薄膜屏108被允 許射出該頭部。該光因此落在治療臺上或其上的患者上并且允許操作者校驗多 葉片準直器的操作。
第二光源為410nm的單色源110,其采取漫射源的形式以提供良好的機^^見 覺特性。在此示例中，它包括提供 魏高S賊光源116的410nm發(fā)光二極管112， 114的陣列。該光被綠艦通濾光器108阻擋且由此不落到治療臺或患者身上； 結果，它不擾亂投射光場的形狀并且該源不需要在光學上與輻射源處于相同位 置。因此它可以被放置為允許對葉片100， 102的明亮且均勻的照射。
每個葉片具有至少一個紅寶石標記物U8。當用特定波長的光照射時，紅寶 石晶體會發(fā)出暗紅\近紅外波段的熒光一標稱為695nm。有許多所謂盼'泵流' 波長可被用于激勵這一行為，特別是綠色波段的525nm和紫~近紫外波段的 410nm。
由此，該紅寶石標記物118將被410nm的單色源110照謝，并且也被綠色 場投光器104照射，在530nm或左右的綠色場投光器104可以充分接近于紅寶 石材料的525nm的激勵波長。這將導致紅寶石發(fā)出熒光，發(fā)出的光沿著各種不 同的方向，包括向上的光120，該向上的光射到二色分光鏡122上，其將光的一 部分轉向至由紅外逸通的濾光器126保護的照相機124。假如輻射頭內沒有這個 波長上的其它光源，該IR選通濾光器126將入射在照相機124上的光限制為由 熒光紅寶石標記物U8發(fā)射的光。
可iiil在紅寶石標記物的背面涂敷鏡子來增強熒光。該鏡子將透射的光M;
紅寶石反射回去，使其發(fā)出更多熒光。
本發(fā)明的特定優(yōu)點在于消除了反射器。在MLC頭部的狹窄而苛亥啲環(huán)境中，這些對光學感測系統的性能和壽命施加了限制?；覊m和污垢的堆積要求定期清 理標記物以保持正確的功能。然而，定期清理本身可以陶氐鄉(xiāng)器的光學性能， 操作條件可能減弱使其保持在適當位置的粘合劑的有效性，進而導致反射器的 脫落。
并且，回射器(retroreflector)的4頓對光源和照相機的定位施加了進一步的 限制。在狹窄的空間內這一限制弓胞的問題是不可忽視的。正如上文所述，本 發(fā)明避免了這種限制。
4頓諸如紅寶石的熒光標記物肖,幫助克服這些問題。首先，紅寶石是剛玉 族的成員并且因此非常堅硬和能夠經受重工業(yè)環(huán)境。定期清理不會影響標記物 的性能。第二，使用一個、 波長而檢測另一個允許將外來干擾過濾在系統之 外。
第三，光源和照相機的位置現在可以彼此獨立，并且(對于MLC來說)患 者照射和機器視覺照射現在也彼此獨立。
因此，艦用410nm或525nm的充足光源照射由紅寶石反射器標記的葉片， 紅寶石標記物將輻射紅光，可通過在視頻照相機上使用近紅外濾光器從背景照 射中提取該紅光。另外，通過過濾射出和射入頭部的外部光，外部照明效應所 帶來的影響可以被最小化。
可使用紅寶石軸承(bearing)來標記葉片。這些軸承易于在商業(yè)上獲得且具 有極好的尺寸精確性。該尺寸精確性， 一致性和穩(wěn)定性使得該軸承可通過打小 于該軸承的大小的埋頭孔(counter sinking)或錐口孔而被精確地安裝。因此安 裝公差潛在地是錐口孔(counter bore)加工工藝公差，這比通過粘合劑附著的 反射器更有利。
該系統配置類似于我們原始的光學系統，雖然有一些主要的不同之處
1) 回射材料將被使用精確的錐口孔放置的紅寶石標記物取代。
2) 投光器被修改以提供兩種光源；用于患者設置的525-530ran源，以及用來激 勵紅寶石標記物發(fā)出熒光的410nm源。該光源還可以用阻止紅光的光學濾光器 來補充，以移除i舒;f感測波段中的污染，即^00nm。
3) 照相機將配備有紅外選通的濾光器，該濾光器理想地通過由熒光產生的 695nm的光。這可以艦j頓以695nm為中心的帶通濾光器鄉(xiāng)一步優(yōu)化。
4 )外部的聚酯薄膜屏是光學帶fflil濾的以便只允許用于患者照射的波長的
8過。為了最大化信噪比，這理想地應該不通過在600nm以上波長的光。
潛在的優(yōu)，括葉片定位準確度的增加，反射器壽命的增加(因為標記物更 容易被清理和保持)，由于更精確更簡單地方 反射器弓l起的裝配時間的減少， 由于被感測的光與照射光為不同的波長，對內部雜散反射的增強的容差，對外 部光干擾的增強的容差。另外，由于標記物安裝方法的精確性，如果需要替代 標記物，在不需重新校準的情況下就可以實現。
當然可以理解的是，可以對Jd述實施例進行多種變化，而不脫離本發(fā)明的范圍。
權利要求
1. 一種用于放射治療設備的多葉片準直器的葉片，其具有熒光標記物。
2. —種用于放射治療設備的多葉片準直器，其包括至少一個具有熒光標記 物的葉片。
3. 根據權利要求2所述的多葉片準直器，其中基本上所有的準直器葉片都 具有熒光標記物。
4. 根據權利要求2所述的多葉片準直器，其中至少一個葉片具有多個標記物。
5. 根據權利要求4所述的多葉片準直器，其中多個葉片具有多個標記物，每個葉片帶有的標記物的配置不同于其它葉片的配置。
6. 根據權利要求2或權利要求3所述的多葉片準直器，其中葉片被安裝在 框架上，并且該框架具有至少一個熒光標記物。
7. 根據權禾腰求6所述的多葉片準直器，其中框架具有多個熒光標記物， 所述多個熒光標記物共同指示準直器的最大4鵬。
8. 根據權利要求2-7中的任一項所述的多葉片準直器，其中所述熒光標記 物被布置為皿波長長于入射光的光。
9. 根據權利要求2-8中的任一項所述的多葉片準直器，其中所述熒光標記 物包括紅寶石。
10. 根據權利要求2-9中的任一項所述的多葉片準直器，其中所述熒光標 記物是球形的。
11. 根據權禾腰求2-9中的任一項所述的多葉片準直器，其中所述熒光標 記物是圓柱形的。
12. 放射治療設備，其包括根據權利要求2-11中的任一項所述的多葉片準 直器，以及布置為觀看所述熒光標記物的照相機。
13. 根據權利要求12所述的方謝治療設備，還包括用于熒光標記物的照射源。
14. 根據權禾腰求13所述的方謝治療設備，其中所逸照腫源為、 ]^源。
15. 根據權利要求13或權利要求14所述的放射治療設備，其中所述照相 機具有濾光器，該濾光器被布置為基本上阻止由照射源發(fā)射的波長的光進入照相機。
16. 根據權利要求12-15中的任一項所述的放射治療設備，包括在光學上 與輻針源處于相同位置的照射源。
17. 根據權利要求16所述的放射治療設備，其中所述處于相同位置的源是 基本上單色的。
18. 根據權利要求16或權利要求17所述的方鄉(xiāng)治療設備，其中所述處于相同位置的照射源為點源。
19. 根據權利要求16或權利要求17所述的方夂射治療設備，其中所述處于相同位置的源在熒光標記物的波長處基本上不發(fā)光。
20. 根據權利要求16-19中的任一項所述的放射治療設備，包括其輸出位 置處的濾光器，用于阻斷熒光標記物的波長的光。
21. 設備，包括至少一個附著有熒光標記物的可移動元件，在所述熒光標 記物的激勵頻率處的照射源，和布置為觀看所述可移動元件并能夠感測所述標 記物的熒光頻率處的光的照相機。
22. 根據權利要求21所述的設備，其中所述熒光標記物包括紅寶石。
23. 根據權利要求21或權利要求22所述的設備，其中所述照相機具有濾 光器，所述濾光器布置為基本上防止由照射源發(fā)射的波長的3ti2A照相機。
24. 根據前述任何一個權利要求所述的設備，其中所述源是基本上單色的。
25. 根據權利要求24所述的設備，其中所述源在熒光標記物的波長處基本 上不發(fā)光。
全文摘要
本發(fā)明涉及機器視覺系統。熒光標記物標記多葉片準直器的葉片和/或視野內的參考點。標記物被光照射，該光被調諧為使標記物發(fā)出波長不同于照射光的熒光。照相機然后檢測熒光。提供了用于放射治療設備的多葉片準直器，其包括至少一個帶有熒光標記物的葉片。標記物發(fā)射光的波長通常長于入射光。標記物的合適材料是紅寶石。還提供了放射治療設備，其包括多葉片準直器，和觀看熒光標記物的照相機。用于熒光標記物的照射源為單色或幾乎單色的。照相機可具有濾光器，其基本阻止照射源發(fā)射的波長的光進入照相機。該設備還可包括在光學上與輻射源處于相同位置的照射源。該源基本是單色的。濾光器置于放射治療設備的輸出位置，以阻斷標記物波長的光。
文檔編號A61N5/10GK101510454SQ20091012675
公開日2009年8月19日 申請日期2009年2月1日 優(yōu)先權日2008年2月1日
發(fā)明者A·M·史密斯, S·A·阿萬 申請人:伊利克塔股份有限公司