专利名称：一种放射治疗计划中靶区自动勾画的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于医学影像技术领域，尤其涉及一种放射治疗计划中靶区自动勾画的方法和装置。
背景技术：
放射治疗计划是病人在进行放射治疗前，物理师对其病灶区域或周围组织的放射剂量所做的一种规划。病灶区域的勾画是物理师在放射治疗计划中一个关键步骤，直接影响着病人的治疗效果。在传统的三维病灶区域勾画中，往往需要医师对其各二维断层逐个手动勾画得到。这样往往会导致耗时长，人为误差等缺点。近来也出现了不少基于先验知识的三维靶区自动勾画的方法，此种方法一般需要已经勾画好的相关靶区的先验数据集，通过找出与待勾画病灶最相似的病灶模版与其配准，实现靶区的自动勾画。这样一方面前期准备工作量大，另一方面会存在最优模版的不确定性，从而影响配准的精度，再加之三维配准较二维耗时长。当然二维的靶区勾画也有很多种，包括基于灰度和梯度信息等，但是此种单纯依靠影像灰度和梯度对比，一是对噪声较敏感，二是有些病灶轮廓区域往往周围信息对比并不明显或需要医生凭临床经验来判断，这样很容易导致靶区勾画存在错误。本发明针对上述问题，提出了一套以医师手动勾画某一断层靶区作为先验知识，采用循环二维断层配准，实现轮廓的自动传播，同时提高了自动勾画速度及精度。
发明内容
本发明实施例提供了一种放射治疗计划中靶区自动勾画的方法，能够以医师手动勾画某一断层靶区作为先验知识，采用循环二维断层配准，实现轮廓的自动传播，同时提高了自动勾画速度及精度。为此，本 发明实施例提供了如下技术方案:一种放射治疗计划中靶区自动勾画的方法，包括以下步骤:将待配准的断层Slice n+1与已勾画好的模版进行相似度测量，得到互信息值MI ；当MI达到或超过设定阈值时，将所述待配准的断层Slice n+1与前一断层影像进行基于特征点的弹性配准，得到所述待配准的断层Slice n+1的粗轮廓信息；运用动态轮廓算子对所述粗轮廓信息进行精细化调整，得到所述待配准的断层Slice n+1的精细轮廓信息；n自动加一，重复所述步骤A至C，进行到下一个循环流程中。本发明实施例还提供了一种放射治疗计划中靶区自动勾画的装置，包括以下部分:相似度检测模块，用于将待配准的断层Slice n+1与已勾画好的模版进行相似度测量，得到互信息值MI ；弹性配准模块，用于当MI达到或超过设定阈值时，将所述待配准的断层Slicen+1与前一断层影像进行基于特征点的弹性配准，得到所述待配准的断层Slice n+1的粗轮廓信息；精细化调整模块，用于运用动态轮廓算子对所述粗轮廓信息进行精细化调整，得到所述待配准的断层Slice n+1的精细轮廓信息；循环启动模块，用于当步骤C结束时，对n自动加一，重复所述步骤A至C，进行到下一个循环流程中。与现有技术相比，本发明的实施例以医师手动勾画某一断层靶区作为先验知识，采用循环二维断层配准，能够解决临床放疗中医师手动勾画的低效及人为误差等缺点，实现轮廓的自动传播，同时提高了自动勾画速度及精度。
图1是本发明实施例提供的放射治疗计划中靶区自动勾画方法的流程图；图2是本发明实施例提供的基于特征点的弹性配准的方法流程图；图3是本发明实施例提供的放射治疗计划中靶区自动勾画装置的结构图；图4是本发明实施例提供的弹性配准模块的结构图。
具体实施例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，此处所描述的仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图1是发明实施例提供的放射治疗计划中靶区自动勾画方法的流程图，为了便于说明，仅不出了与本发明实施例相关的部分。如图1所示，该方法包括以下步骤:步骤100，将待配准的断层Slice n+1与已勾画好的模版进行相似度测量，得到互信息值MI。具体的,Template代表物理师手动勾画好的CT影像二维断层。Slice n代表三维CT影像的第n个二维断层。即，本发明需要物理师首先勾画好某一层靶区，再通过循环自动配准算法将靶区轮廓进行传播。具体的，相似度测量采用互信息算子，该算子普遍用于医学影像中，具有良好的测度性。步骤101，当MI低于设定阈值时，则产生预警，生成查看提醒，提醒物理师查看，或结束自动勾画程序。步骤102，当MI达到或超过设定阈值时，将所述待配准的断层Slice n+1与前一断层影像进行基于特征点的弹性配准，得到所述待配准的断层Slice n+1的粗轮廓信息。具体的,如图2所示,还包括以下步骤:步骤1021，当MI达到或超过设定阈值时，对待配准的断层Slice n+1与前一断层影像进行特征点提取。具体的，图2 中的Slicel和Slice2代表相邻两个CT 二维断层，SIFT算子是特征检测算子，TPS算子是弹性变换算子。其中特征点的提取主要采用SIFT (scale-1nvariantfeature transform)检测算子,此种算子得到的特征点具有鲁邦性高等特点。循环配准的方法就是指基于特征点的弹性配准算子将相邻层进行配准。步骤1022，基于所述特征点进行弹性变换运算，得到所述待配准的断层Slice n+1与前一断层影像的像素坐标的弹性变换关系。具体的，弹性变换主要采用TPS (thin plate spline)算子，此种方法具有良好的弹性变换特性。靶区轮廓的自动传播是指通过配准得到的两幅图像的像素间变换关系。步骤1023，Slice层的精细化轮廓信息将根据得到的所述弹性变换关系，得到所述待配准的断层Slice n+1的粗轮廓信息。具体的，将已勾画的轮廓像素坐标进行变换，得到配准图像的相应像素点的坐标。步骤103，运用动态轮廓算子对所述粗轮廓信息进行精细化调整，得到所述待配准的断层Slice n+1的精细轮廓信息。具体的，是指基于配准得到的粗轮廓，当某像素点的动态轮廓能量值没有找到预先设置的阈值时，将不对其进行调整。轮廓精细化调整主要是对配准传播的粗轮廓进行微调，此其更贴近靶区实际轮廓曲线。具体的，轮廓精细化主要采用动态轮廓算子(Snake)，该算子主要基于能量最小化原理，包括曲度，梯度，灰度信息等，具有良好自动检测和精细功能，并结合配准粗轮廓信息，具有良好约束性。步骤104，n自动加一，重复所述步骤A至C，进行到下一个循环流程中。基于相同的构思，本发明实施例还提供了一种放射治疗计划中靶区自动勾画装置，如图3所示，该装置包括:模块201，相似度检测模块，用于将待配准的断层Slice n+1与已勾画好的模版进行相似度测量，得到互信息值MI。模块202，弹性配准模块，用于当MI达到或超过设定阈值时，将所述待配准的断层Slice n+1与前一断层影像进行基于特征点的弹性配准，得到所述待配准的断层Slice n+1的粗轮廓信息。具体的，如图4所示，包括以下部分:单元2021，特征点提取单元，用于当MI达到或超过设定阈值时，对所述待配准的断层Slice n+1与前一断层影像进行特征点提取。单元2022，弹性变换运算单元，用于基于所述特征点进行弹性变换运算，得到所述待配准的断层Slice n+1与前一断层影像的像素坐标的弹性变换关系。单元2023，粗轮廓信息生成单元，用于Slice层的精细化轮廓信息将根据得到的所述弹性变换关系，得到所述待配准的断层Slice n+1的粗轮廓信息。模块203，精细化调整模块，用于运用动态轮廓算子对所述粗轮廓信息进行精细化调整，得到所述待配准的断层Slice n+1的精细轮廓信息；模块204，循环启动模块，用于当步骤C结束时，对n自动加一，重复所述步骤A至C，进行到下一个循环流程中。本发明实施例通过对待配准的断层Slice n+1与物理师手动勾画的模版进行相似度(互信息MI)测量，当MI低于 阈值时，则产生预警，提醒物理师查看或者自动勾画程序结束，当MI超过某一阈值时，Slice n+1将与前一断层影像进行基于特征点的弹性配准，即首先对两幅影像进行SIFT自动特征点提取，然后基于特征点进行TPS运算，得到了两幅图像的像素坐标的变换关系，Slice n层的精细化轮廓信息将根据得到的弹性变换关系，得到Slice n+1的粗轮廓信息，接着运用动态轮廓算子对其轮廓进行精细化调整，这段流程结束时，n自动加一，进行到下一个循环流程中。该方法以医师手动勾画某一断层靶区作为先验知识，采用循环二维断层配准，能够解决临床放疗中医师手动勾画的低效及人为误差等缺点，实现轮廓的自动传播，同时提高了自动勾画速度及精度。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的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终端设备(可以是手机，个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。`
权利要求
1.一种放射治疗计划中靶区自动勾画的方法，其特征在于，包括以下步骤: A:将待配准的断层Slice n+1与已勾画好的模版进行相似度测量，得到互信息值MI ；B:当MI达到或超过设定阈值时，将所述待配准的断层Slice n+1与前一断层影像进行基于特征点的弹性配准，得到所述待配准的断层Slice n+1的粗轮廓信息； C:运用动态轮廓算子对所述粗轮廓信息进行精细化调整，得到所述待配准的断层Slice n+1的精细轮廓信息； D:n自动加一，重复所述步骤A至C， 进行到下一个循环流程中。
2.如权利要求1所述的放射治疗计划中靶区自动勾画的方法，其特征在于，所述步骤A还包括以下步骤: a:当MI低于设定阈值时，则产生预警，生成查看提醒，或结束自动勾画程序。
3.如权利要求1或2所述的放射治疗计划中靶区自动勾画的方法，其特征在于，所述步骤B还包括以下步骤: bl:当MI达到或超过设定阈值时，对所述待配准的断层Slice n+1与前一断层影像进行特征点提取； b2:基于所述特征点进行弹性变换运算，得到所述待配准的断层Slice n+1与前一断层影像的像素坐标的弹性变换关系； b3 =Slice层的精细化轮廓信息将根据得到的所述弹性变换关系，得到所述待配准的断层Slice n+1的粗轮廓信息。
4.如权利要求1或2所述的放射治疗计划中靶区自动勾画的方法，其特征在于，所述步骤bl还包括以下步骤: blO:所述特征点提取采用SIFT检测算子。
5.如权利要求1或2所述的放射治疗计划中靶区自动勾画的方法，其特征在于，所述步骤b2还包括以下步骤: b20:所述弹性变换运算采用TPS算子。
6.如权利要求1或2所述的放射治疗计划中靶区自动勾画的方法，其特征在于，所述步骤C还包括以下步骤: Cl:所述运用动态轮廓算子Snake对所述粗轮廓信息进行精细化调整，是指基于所述粗轮廓信息，当某像素点的动态轮廓能量值没有找到预先设置的阈值时，将不对其进行调難iF.0
7.如权利要求6所述的放射治疗计划中靶区自动勾画的方法，其特征在于，所述运用动态轮廓算子Snake基于能量最小化原理，包括曲度、梯度、灰度信息。
8.如权利要求1所述的放射治疗计划中靶区自动勾画的方法，其特征在于，所述相似度测量采用互信息算子。
9.一种放射治疗计划中靶区自动勾画装置，其特征在于，包括以下部分: 相似度检测模块，用于将待配准的断层Slice n+1与已勾画好的模版进行相似度测量，得到互彳目息值MI ； 弹性配准模块，用于当MI达到或超过设定阈值时，将所述待配准的断层Slice n+1与前一断层影像进行基于特征点的弹性配准，得到所述待配准的断层Slice n+1的粗轮廓信息；精细化调整模块，用于运用动态轮廓算子对所述粗轮廓信息进行精细化调整，得到所述待配准的断层Slice n+1的精细轮廓信息； 循环启动模块，用于当步骤C结束时，对n自动加一，重复所述步骤A至C，进行到下一个循环流程中。
10.如权利要求9所述的放射治疗计划中靶区自动勾画装置，其特征在于，所述弹性配准模块，还包括以下部分: 特征点提取单元，用于当MI达到或超过设定阈值时，对所述待配准的断层Slice n+1与前一断层影像进行特征点提取； 弹性变换运算单元，用于基于所述特征点进行弹性变换运算，得到所述待配准的断层Slice n+1与前一断层影像的像素坐标的弹性变换关系； 粗轮廓信息生成单元，用于Slice层的精细化轮廓信息将根据得到的所述弹性变换关系，得到所述待配 准的断层Slice n+1的粗轮廓信息。
全文摘要
本发明适用计算机领域，公开了一种放射治疗计划中靶区自动勾画的方法，包括将待配准的断层Slice n+1与已勾画好的模版进行相似度测量，得到互信息值MI，当MI达到或超过设定阈值时，将待配准的断层Slice n+1与前一断层影像进行基于特征点的弹性配准，得到待配准的断层Slice n+1的粗轮廓信息，然后运用动态轮廓算子对粗轮廓信息进行精细化调整，得到待配准的断层Slicen+1的精细轮廓信息，最后，n自动加一，进行到下一个循环流程中。本发明以已经勾画好的某一断层靶区作为先验知识，采用循环二维断层配准，实现了轮廓的自动传播，同时提高了自动勾画速度及精度。
文档编号G06T7/00GK103247046SQ20131013797
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者杨雨晗, 谢耀钦 申请人:深圳先进技术研究院