CN104751498A - 一种放疗计划呈现方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于信息处理技术领域，提供了一种放疗计划呈现方法及系统。所述方法包括：接收第一二维剂量图像序列；顺序存储第一二维剂量图像序列中所有体素对应的剂量值，以获得三维剂量体积；接收CT图像序列；在CT图像序列上对三维剂量体积进行二维采样，以获取第二二维剂量图像序列；以第二二维剂量图像序列为依据，确定结构的DVH；根据第二二维剂量图像序列生成二值连通区域图像序列；根据二值连通区域图像序列生成等剂量曲线；根据CT图像序列、等剂量曲线以及结构的DVH生成并显示等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景。本发明实施例能够直观呈现等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景。

Description

一种放疗计划呈现方法及系统

技术领域

本发明属于信息处理技术领域，尤其涉及一种放疗计划呈现方法及系统。

背景技术

在肿瘤放射治疗领域，肿瘤患者在接受放射线治疗之前，放疗医师会根据肿瘤患者的计算机断层扫描（Computer Tomography，CT）模拟定位图像，勾画出患者的肿瘤的结构轮廓，以及放射线照射涉及到的肿瘤附近的器官的结构轮廓。放疗物理技师再根据放疗医师勾画的结构轮廓和CT模拟定位图像，在治疗计划系统（Treatment Planning System，TPS）上设计出在放射治疗设备上对患者肿瘤部位进行放射线治疗的治疗计划，放疗计划设计完成后，放疗医师需要对放疗计划进行呈现，以确认该计划是否适合用来给患者进行治疗。

现有的呈现方法在模拟剂量在肿瘤患者的肿瘤部位和危及的器官之间的分布情况时，不够直观。

发明内容

本发明实施例提供了一种放疗计划呈现方法，旨在解决现有方法难以直观呈现模拟场景的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种放疗计划呈现方法，所述方法包括下述步骤：

接收第一二维剂量图像序列，所述第一二维剂量图像序列由一系列在空间上顺序排列且相互平行的剂量图像平面组成，所述剂量图像平面由三维剂量空间中包含厚度、长度和宽度的采样栅格集合组成，剂量图像平面中的每一个栅格为一个体素，体素中包含的值为所述体素所在位置关于三维剂量分布的剂量值；

顺序存储所述第一二维剂量图像序列中所有体素对应的剂量值，以获得三维剂量体积；

接收计算机断层扫描CT图像序列，所述CT序列由一系列在空间上顺序排列且相互平行的CT图像平面组成；

在所述CT图像序列上对所述三维剂量体积进行二维采样，以获取第二二维剂量图像序列；

以所述第二二维剂量图像序列为依据，确定结构的剂量体积积分直方图DVH；

根据第二二维剂量图像序列生成二值连通区域图像序列；

根据所述二值连通区域图像序列生成等剂量曲线；

根据所述CT图像序列、等剂量曲线以及结构的DVH生成并显示等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景。

本发明实施例的另一目的在于提供一种放疗计划呈现系统，所述系统包括：

接收器，用于接收第一二维剂量图像序列，所述第一二维剂量图像序列由一系列在空间上顺序排列且相互平行的剂量图像平面组成，所述剂量图像平面由三维剂量空间中包含厚度、长度和宽度的采样栅格集合组成，剂量图像平面中的每一个栅格为一个体素，体素中包含的值为所述体素所在位置关于三维剂量分布的剂量值；以及用于接收计算机断层扫描CT图像序列，所述CT序列由一系列在空间上顺序排列且相互平行的CT图像平面组成；

三维剂量体积装配器，用于顺序存储所述第一二维剂量图像序列中所有体素对应的剂量值，以获得三维剂量体积；

剂量图像采样器，用于在所述CT图像序列上对所述三维剂量体积进行二维采样，以获取第二二维剂量图像序列；

结构剂量分布计算器，用于以所述第二二维剂量图像序列为依据，确定结构的剂量体积积分直方图DVH；

图像分割器，用于根据第二二维剂量图像序列生成二值连通区域图像序列；

边界跟踪器，用于根据所述二值连通区域图像序列生成等剂量曲线；

场景装配器，用于根据所述CT图像序列、等剂量曲线以及结构的DVH生成并显示等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景。

本发明实施例中，由于能够将放射治疗肿瘤时所用到的剂量及其在肿瘤的分布情况直观呈现出来，因此有利于呈现放疗计划是否合适，提高判断的准确性。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种放疗计划呈现方法的流程图；

图2是本发明第二实施例提供的一种放疗计划呈现系统的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，通过对第一二维剂量图像序列、CT图像序列的处理，获得等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景，并显示获得的场景。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明第一实施例提供的一种放疗计划呈现方法的流程图，在本实施例中，“第一二维剂量图像序列”和“第二二维剂量图像序列”中的“第一”、“第二”仅用于区分两个不同的序列，并无实际含义，详述如下：

步骤S11，接收第一二维剂量图像序列，所述第一二维剂量图像序列由一系列在空间上顺序排列且相互平行的剂量图像平面组成，所述剂量图像平面由三维剂量空间中包含厚度、长度和宽度的采样栅格集合组成，剂量图像平面中的每一个栅格为一个体素，体素中包含的值为所述体素所在位置关于三维剂量分布的剂量值。

该步骤中，体素中包含的值表示在三维剂量空间中，该体素点所在位置的关于三维剂量分布的采样值，即剂量值。

步骤S12，顺序存储所述第一二维剂量图像序列中所有体素对应的剂量值，以获得三维剂量体积。

该步骤中，以接收的第一二维剂量图像序列为输入，在内存中创建一块连续的内存空间，顺序存储二维剂量图像序列的所有体素对应的剂量值，从而构成一块连续的三维剂量分布存储空间，该连续的三维剂量分布存储空间即为三维剂量体积。

步骤S13，接收计算机断层扫描CT图像序列，所述CT序列由一系列在空间上顺序排列且相互平行的CT图像平面组成。

该步骤中，CT图像序列由一系列在空间上顺序排列且相互平行的CT图像平面组成，每一个CT图像平面代表三维人体空间中包含特定厚度、长度和宽度的采样栅格集合。CT图像平面中的每一个栅格称为体素，体素中包含的值表示在三维人体空间中，该体素点所在位置的关于人体密度分布的采样值，即CT值。

步骤S14，在所述CT图像序列上对所述三维剂量体积进行二维采样，以获取第二二维剂量图像序列。

该步骤中，以CT图像序列和三维剂量体积为输入，在CT图像平面上，对三维剂量体积进行二维采样，采样点以CT图像平面内任意指定的栅格序列排列，每个栅格为一个采样点，采样得到的栅格序列即为第二二维剂量图像平面。在CT图像序列的每一个平面上采样，即可得到第二二维剂量图像序列。

步骤S15，以所述第二二维剂量图像序列为依据，确定结构的剂量体积积分直方图DVH。

该步骤的结构是指人体器官或肿瘤的结构。

其中，以所述第二二维剂量图像序列为依据，确定结构的剂量体积积分直方图DVH的步骤具体包括：

A1、分别确定包围在结构轮廓线组成的任意多边形内部的各个剂量值的体素个数总和。

A2、确定结构的体素个数总和。

A3、分别将各个剂量值的体素个数总和除以所述结构的体素个数总和乘以100%，根据结果绘制结构的DVH。

该步骤中，剂量体积积分直方图（Dose Volume Histogram，DVH）通过下式确定：

H(n)=(∑Voxeldose=n)/V_Roi*100%

其中n为剂量值常量，Voxeldose为体素的剂量值，V_Roi为名为Roi的结构体素个数总和，H[n]为Roi结构内剂量值为n的所有体素个数的总和占Roi体素个数总和的百分比，称为Roi结构的DVH。当以n为横坐标，H为纵坐标，H[n]为坐标点，将H[n]绘制成曲线时，H[n]又称为DVH曲线。

上述步骤中，结构轮廓线是以所述CT图像平面为依据，按照人体器官在CT图像中的灰度分布情况而勾画的人体器官结构轮廓。这些轮廓线由一系列的顺序排列的坐标点组成。

步骤S16，根据第二二维剂量图像序列生成二值连通区域图像序列。

该步骤中，通过预设的剂量阈值对第二二维剂量图像序列中的图像进行图像分割，进而得到二值连通区域图像序列。

其中，所述根据第二二维剂量图像序列生成二值连通区域图像序列的步骤具体包括：

判断所述第二二维剂量图像序列对应的剂量值是否大于等于预设的剂量阈值，若是，将剂量值所在位置的像素值置为1，否则，将剂量值所在位置的像素值置为0。

该步骤中，通过下式对第二二维剂量图像序列进行图像分割：

在Voxeldose大于等于A时，F=1；在Voxeldose小于A时，F=0。

其中：F为分割后的二值图像像素值，Voxeldose为分割前剂量图像中的体素点的剂量值，A为预设的剂量阈值。

步骤S17，根据所述二值连通区域图像序列生成等剂量曲线。

其中，根据所述二值连通区域图像序列生成等剂量曲线的步骤具体包括：

B1、查找所述二值连通区域图像序列中像素值为1的区域；

B2、采用八邻域法对查找到的区域进行追踪，生成像素值为1的连通区域的边界轮廓线集合。

该步骤中，以二值连通区域图像序列为输入，对该二值连通区域图像序列中的所有图像中高亮（像素值为1）的连通区域进行八邻域法轮廓追踪，输出高亮连通区域的边界轮廓线集合，即等剂量曲线。

步骤S18，根据所述CT图像序列、等剂量曲线以及结构的DVH生成并显示等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景。

其中，根据所述CT图像序列、等剂量曲线以及结构的DVH生成并显示等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景的步骤具体包括：

C1、根据所述CT图像序列、等剂量曲线以及结构的DVH生成等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景；

C2、渲染所述剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景；

C3、显示渲染后的场景。

该步骤中，对场景渲染后再输出能够增强画面实体感，使画面更直观。

本发明实施例中，通过对第一二维剂量图像序列、CT图像序列的处理，获得等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景，并显示获得的场景。由于本发明实施例能够将放射治疗肿瘤时所用到的剂量及其在肿瘤的分布情况直观呈现出来，因此有利于呈现放疗计划是否合适，提高判断的准确性。

实施例二：

图2示出了本发明第二实施例提供的一种与实施例一提供的放疗计划呈现方法对应的放疗计划呈现系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该放疗计划呈现系统包括：接收器21、三维剂量体积装配器22、剂量图像采样器23、结构剂量分布计算器24、图像分割器25、边界跟踪器26、场景装配器27。其中：

接收器21，用于接收第一二维剂量图像序列，所述第一二维剂量图像序列由一系列在空间上顺序排列且相互平行的剂量图像平面组成，所述剂量图像平面由三维剂量空间中包含厚度、长度和宽度的采样栅格集合组成，剂量图像平面中的每一个栅格为一个体素，体素中包含的值为所述体素所在位置关于三维剂量分布的剂量值；以及用于接收计算机断层扫描CT图像序列，所述CT序列由一系列在空间上顺序排列且相互平行的CT图像平面组成。

三维剂量体积装配器22，用于顺序存储所述第一二维剂量图像序列中所有体素对应的剂量值，以获得三维剂量体积。

其中，第一二维剂量图像序列中所有体素对应的剂量值是顺序存储在一块连续的内存空间。

剂量图像采样器23，用于在所述CT图像序列上对所述三维剂量体积进行二维采样，以获取第二二维剂量图像序列。

其中，采样点以CT图像平面内任意指定的栅格序列排列，每个栅格为一个采样点，采样得到的栅格序列即为第二二维剂量图像平面。

结构剂量分布计算器24，用于以所述第二二维剂量图像序列为依据，确定结构的剂量体积积分直方图DVH。

优选地，结构剂量分布计算器24包括：

体素个数总和计算模块，用于分别确定包围在结构轮廓线组成的任意多边形内部的各个剂量值的体素个数总和；

结构体积计算模块，用于确定结构的体素个数总和；

直方图绘制模块，用于分别将各个剂量值的体素个数总和除以所述结构的体素个数总和乘以100%，根据结果绘制结构的DVH。

其中，结构轮廓线是以所述CT图像平面为依据，按照人体器官在CT图像中的灰度分布情况而勾画的人体器官结构轮廓。这些轮廓线由一系列的顺序排列的坐标点组成。

图像分割器25，用于根据第二二维剂量图像序列生成二值连通区域图像序列。

优选地，图像分割器25包括：

判断模块，用于判断所述第二二维剂量图像序列对应的剂量值是否大于等于预设的剂量阈值；

像素值确定模块，用于在第二二维剂量图像序列对应的剂量值是否大于等于预设的剂量阈值时，将剂量值所在位置的像素值置为1，否则，将剂量值所在位置的像素值置为0。

边界跟踪器26，用于根据所述二值连通区域图像序列生成等剂量曲线。

优选地，边界跟踪器26包括：

像素值查找模块，用于查找所述二值连通区域图像序列中像素值为1的区域；

区域追踪模块，用于采用八邻域法对查找到的区域进行追踪，生成像素值为1的连通区域的边界轮廓线集合。

其中，生成的像素值为1的连通区域的边界轮廓线集合即为等剂量曲线。

场景装配器27，用于根据所述CT图像序列、等剂量曲线以及结构的DVH生成并显示等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景。

优选地，为了使输出的场景更真实，场景装配器27还可对生成的剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景进行渲染后再输出。

本发明实施例中，由于本发明实施例能够将放射治疗肿瘤时所用到的剂量及其在肿瘤的流向直观呈现出来，因此有利于呈现放疗计划是否合适。

在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的放疗计划呈现系统及方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明实施例各个实施例中的各功能单元可以集成在一个控制器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。上述装置中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例的对应过程，在此不再赘述。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（processor）执行本发明实施例各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种放疗计划呈现方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

接收第一二维剂量图像序列，所述第一二维剂量图像序列由一系列在空间上顺序排列且相互平行的剂量图像平面组成，所述剂量图像平面由三维剂量空间中包含厚度、长度和宽度的采样栅格集合组成，剂量图像平面中的每一个栅格为一个体素，体素中包含的值为所述体素所在位置关于三维剂量分布的剂量值；

顺序存储所述第一二维剂量图像序列中所有体素对应的剂量值，以获得三维剂量体积；

接收计算机断层扫描CT图像序列，所述CT序列由一系列在空间上顺序排列且相互平行的CT图像平面组成；

在所述CT图像序列上对所述三维剂量体积进行二维采样，以获取第二二维剂量图像序列；

以所述第二二维剂量图像序列为依据，确定结构的剂量体积积分直方图DVH；

根据第二二维剂量图像序列生成二值连通区域图像序列；

根据所述二值连通区域图像序列生成等剂量曲线；

根据所述CT图像序列、等剂量曲线以及结构的DVH生成并显示等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以所述第二二维剂量图像序列为依据，确定结构的剂量体积积分直方图DVH的步骤具体包括：

分别确定包围在结构轮廓线组成的任意多边形内部的各个剂量值的体素个数总和；

确定结构的体素个数总和；

分别将各个剂量值的体素个数总和除以所述结构的体素个数总和乘以100%，根据结果绘制结构的DVH。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述结构轮廓线是以所述CT图像平面为依据，按照人体器官在CT图像中的灰度分布情况而勾画的人体器官结构轮廓。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第二二维剂量图像序列生成二值连通区域图像序列的步骤具体包括：

判断所述第二二维剂量图像序列对应的剂量值是否大于等于预设的剂量阈值，若是，将剂量值所在位置的像素值置为1，否则，将剂量值所在位置的像素值置为0。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述二值连通区域图像序列生成等剂量曲线的步骤具体包括：

查找所述二值连通区域图像序列中像素值为1的区域；

采用八邻域法对查找到的区域进行追踪，生成像素值为1的连通区域的边界轮廓线集合。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述CT图像序列、等剂量曲线以及结构的DVH生成并显示等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景的步骤具体包括：

根据所述CT图像序列、等剂量曲线以及结构的DVH生成等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景；

渲染所述剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景；

显示渲染后的场景。

7.一种放疗计划呈现系统，其特征在于，所述系统包括：

接收器，用于接收第一二维剂量图像序列，所述第一二维剂量图像序列由一系列在空间上顺序排列且相互平行的剂量图像平面组成，所述剂量图像平面由三维剂量空间中包含厚度、长度和宽度的采样栅格集合组成，剂量图像平面中的每一个栅格为一个体素，体素中包含的值为所述体素所在位置关于三维剂量分布的剂量值；以及用于接收计算机断层扫描CT图像序列，所述CT序列由一系列在空间上顺序排列且相互平行的CT图像平面组成；

三维剂量体积装配器，用于顺序存储所述第一二维剂量图像序列中所有体素对应的剂量值，以获得三维剂量体积；

剂量图像采样器，用于在所述CT图像序列上对所述三维剂量体积进行二维采样，以获取第二二维剂量图像序列；

结构剂量分布计算器，用于以所述第二二维剂量图像序列为依据，确定结构的剂量体积积分直方图DVH；

图像分割器，用于根据第二二维剂量图像序列生成二值连通区域图像序列；

边界跟踪器，用于根据所述二值连通区域图像序列生成等剂量曲线；

场景装配器，用于根据所述CT图像序列、等剂量曲线以及结构的DVH生成并显示等剂量曲线显示场景和DVH曲线显示场景。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述结构剂量分布计算器包括：

体素个数总和计算模块，用于分别确定包围在结构轮廓线组成的任意多边形内部的各个剂量值的体素个数总和；

结构体积计算模块，用于确定结构的体素个数总和；

直方图绘制模块，用于分别将各个剂量值的体素个数总和除以所述结构的体素个数总和乘以100%，根据结果绘制结构的DVH。

9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述图像分割器包括：

判断模块，用于判断所述第二二维剂量图像序列对应的剂量值是否大于等于预设的剂量阈值；

像素值确定模块，用于在第二二维剂量图像序列对应的剂量值是否大于等于预设的剂量阈值时，将剂量值所在位置的像素值置为1，否则，将剂量值所在位置的像素值置为0。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述边界跟踪器包括：

像素值查找模块，用于查找所述二值连通区域图像序列中像素值为1的区域；

区域追踪模块，用于采用八邻域法对查找到的区域进行追踪，生成像素值为1的连通区域的边界轮廓线集合。