研究目的
开发和评估一种简易光学系统，用于检测和测量放疗过程中患者的外部运动，旨在通过监测运动、警示超限位移以及记录轨迹以供分析，从而提高剂量输送的准确性。
研究成果
所开发的光学系统精度高（小位移测量精度优于0.3毫米），对低幅度运动敏感（<0.5毫米），并能追踪高速运动（最高达11.5厘米/秒）。该系统结构简单、成本低廉且无创，适合在放射治疗中常规用于监测患者运动，具有应用于门控系统及其他运动检测场景的潜力。未来工作包括扩展至更多自由度及其他医学领域。
研究不足
该系统对摄像头位置变化敏感，移动后需重新校准；对于超过11.5厘米/秒的极高速运动或低帧率情况下，其精度可能降低；依赖外部替代标记，这些标记可能与内部运动不完全相关；若未贴在平整解剖部位，表面曲率导致的贴纸变形会影响精度。
1：实验设计与方法选择：
系统采用两台摄像机捕捉运动物体上点（白色贴纸上的黑点）的二维图像，运用基于Tsai工作的几何算法从二维投影重建三维位置。校准过程通过已知点求解方程实现。
2：样本选择与数据来源：
测试对象包括仿体（线性位移、圆周轨迹、振荡运动）及23名肿瘤患者（乳腺、肺部、膀胱肿瘤，共461个点轨迹）。
3：实验设备与材料清单：
摄像机（Intellisense CC 2330P、MediaWave变焦27X）、数字录像机（X-Motion Premium 4）、带铝制结构与贴纸的校准仿体、直线加速器治疗床（西门子ZXT）、微分筒螺丝（Parker Hannifin Daedal）、呼吸仿体（Anzai AZ-733V）、自制振荡仿体、图像采集卡（DGF/MC4/PCIe）、工作站（惠普Z420）、照度计（HIBOK 30）、软件（MATLAB、Python）。
4：0P、MediaWave变焦27X）、数字录像机（X-Motion Premium 4）、带铝制结构与贴纸的校准仿体、直线加速器治疗床（西门子ZXT）、微分筒螺丝（Parker Hannifin Daedal）、呼吸仿体（Anzai AZ-733V）、自制振荡仿体、图像采集卡（DGF/MC4/PCIe）、工作站（惠普Z420）、照度计（HIBOK 30）、软件（MATLAB、Python）。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：通过仿体点校准，以25帧/秒录制视频，亚像素级精度图像处理追踪点，实时跟踪并设置运动容差警报，数据分析包含FFT及平滑处理以实现运动分离。
5：数据分析方法：
偏差统计分析，采用Levenberg-Marquardt算法拟合正弦函数，计算百分位数与方差用于患者运动研究。
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linac couch
ZXT
Siemens
To perform linear displacements for testing
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frame grabber card
DGF/MC4/PCIe
The Imaging Source
To grab real-time images for tracking
-
camera
CC 2330P
Intellisense
To capture 2D images of points for motion tracking
-
camera
Varifocal 27X
MediaWave
To capture 2D images of points for motion tracking
-
digital video recorder
X-Motion Premium 4
Presntco
To record videos from cameras
-
micrometer screw
Parker Hannifin Daedal
To measure small displacements with high precision
-
respiratory phantom
AZ-733V
Anzai Medical
To simulate respiratory motion for testing
-
workstation
Z420
HP
To control the frame grabber and run tracking software
-
light meter
HIBOK 30
Tecno y Medida
To measure room illumination
-
software
MATLAB 2008b
MathWorks
To implement algorithms for image processing and motion analysis
-
software
Python
To implement algorithms for data fitting
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