一种获取组织等效闪烁体剂量分布的方法、系统和装置与流程

1.本发明涉及剂量测量技术领域，具体涉及一种获取组织等效闪烁体剂量分布的方法、系统和装置。


背景技术：

2.放射治疗广泛应用于癌症等人体疾病治疗中，在放射治疗过程中，剂量的估算至关重要，准确的剂量估算可以避免病人出现超剂量照射风险。光场成像技术作为现代图像测量的一个分支，广泛应用于工业制造、机器视觉等领域。使用光场成像技术，获取光场图像，利用深度估计算法进行反演，进而获取射线在组织等效闪烁体中的光场三维光分布信息，最终准确获得剂量分布结果。
3.传统的图像重建算法，主要是基于光场图像中线段的三维几何性质，通过子光圈图像之间的线匹配计算视差得到图像的深度，存在立体匹配与测距精度不高的问题。基于相关度计算的图像深度估计方法不需要进行相机标定，大大简化深度估计的流程。但是存在多个视角之间虚拟相机的基线过短，可能导致误匹配的问题，并且图像块的相关度与深度信息之间并没有明确的比例关系，因此，难以对结果定量分析。因此，有必要采用一种新的图像重建算法获取组织等效闪烁体三位光信息的分布情况。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种获取组织等效闪烁体剂量分布的方法、系统和装置，该方法和装置能够在仅使用闪烁体材料和成像单元的情况下准确的测量射线在组织等效闪烁体中的三维剂量分布信息。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种获取组织等效闪烁体剂量分布的方法，包括以下步骤：
7.通过光场相机捕获射线在物理模型内的组织等效闪烁体中沉积能量产生的闪烁光信息，形成图像数据集；
8.对所述图像数据集中的光场图像进行预处理，基于预处理后的所述图像数据集，设计卷积神经网络模型，利用图像深度估计算法获取所述图像数据集中每个图像的三维光信息分布。
9.根据获取的三维光信息分布确定剂量分布。
10.进一步，如上获取组织等效闪烁体剂量分布的方法，包括：
11.所述物理模型内的组织等效闪烁体在受到辐射源的射线的能量沉积时，产生发光信息，且光产额与射线的能量沉积成正比；
12.所述光场相机收集所述射线在组织等效闪烁体中沉积能量产生的发光信息，根据收集的发光信息重建所述物理模型受到辐射后形成的三维发射光的光场图像，形成图像数据集。
13.进一步，如上获取组织等效闪烁体剂量分布的方法，包括：
14.基于预处理后的所述图像数据集和所述卷积神经网络模型，分别提取所述图像数据集中图像的水平方向和垂直方向的特征向量；
15.通过softmax函数接收所述卷积神经网络输出的特征向量，获取所述图像数据集中每个图像的三维光信息。
16.本发明实施例中还提供了一种获取组织等效闪烁体剂量分布的系统，包括以下模块：
17.获取模块，用于通过光场相机捕获射线在组织等效材料中沉积能量产生的闪烁光信息，形成图像数据集；
18.计算模块，用于基于预处理后的所述图像数据集，设计卷积神经网络模型获取所述图像数据集中每个图像的三维光信息分布；
19.输出模块，根据获取的三维光信息分布确定剂量分布。
20.进一步，所述的获取模块根据收集的发光信息重建物理模型受到辐射后形成的三维发射光的光场图像。
21.进一步，所述的计算模块根据光线的分布特征，按照水平和垂直方向的图像特征训练卷积神经网络模型。
22.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的获取组织等效闪烁体剂量分布的方法。
23.一种获取组织等效闪烁体剂量分布的装置，包括：
24.处理器；以及
25.存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；
26.其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行前述的获取组织等效闪烁体剂量分布的方法。
27.本发明的有益效果在于：本发明所提供的方法、系统和装置，采用光场成像设备，设计卷积神经网络进行光场图像深度估计，满足图像获取的高分辨率，以及图像深度信息的准确性，最终重建射线在组织等效闪烁体中的剂量分布。可为基于闪烁体的三维剂量分布测量领域提供技术支持。
附图说明
28.图1为本发明实施例中提供的一种获取组织等效闪烁体剂量分布装置的结构原理示意图；
29.图2为本发明实施例中提供的一种获取组织等效闪烁体剂量分布的方法的流程图；
30.图3为本发明实施例中提供的图像深度估计方法的流程图；
31.图4为本实施例还提供一种实现上述获取组织等效闪烁体剂量方法的装置的结构框图。
具体实施方式
32.下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
33.如图1所示，相机拍摄通过传送带传送的组织等效闪烁体剂量实物，然后利用计算
机处理相机中存储的相片信息。
34.如图2所示，本实施例提供一种获取组织等效闪烁体剂量分布的方法，包括：
35.s100、通过光场相机捕获射线在物理模型内的组织等效闪烁体中沉积能量产生的闪烁光信息，形成图像数据集；
36.具体地，s100包括：
37.s101、物理模型内的闪烁体在受到辐射源的射线的能量沉积时，产生发光信息，且光产额与射线的能量沉积成正比；
38.s102、光场相机收集物理模型产生的发光信息，根据收集的发光信息重建物理模型受到辐射后形成的三维发射光的光场图像，形成图像数据集。
39.光场图像采用微透镜阵列为4*4的光场相机获取，调整光场相机焦距，使其能够准确聚焦。保持相机的参数不变，变换场景得到大于200张的光场图像。每个子图像的分辨率为512*512。
40.s200、对所述图像数据集中的光场图像进行预处理，基于预处理后的图像数据集，设计卷积神经网络模型，进行模型训练和特征学习，利用图像深度估计算法获取图像数据集中每个图像的三维光信息。
41.具体地图像深度估计算法如图3所示，s200包括：
42.s201、由于卷积神经网络对数据集是否平衡很敏感，一个不平衡的数据集训练的网络模型往往分类效果较差。因此，需要使数据平衡化，使不同标签类别的数据接近平均分布，保持样本集的平行性，即不同特征的训练样本数量基本相同。然后，可以将数据集按比例分成5份(每份中保持类别比例相同)，其中4份为训练集，1份为测试集。
43.s202、根据训练数据集的参数分布确定光场图像的深度范围为[m,n]，并且设定两个相邻域的间隔为d，由此可将深度分为类。将水平方向和垂直方向的epi区域块作为一对特征，分别输入到子网络中，各自输出一个特征向量。最后，利用softmax函数接收来自两个子网络的特征向量，对图像的深度信息做出预测，获取图像数据集中每个图像的三维光信息。
[0044]
s300、根据获取的三维光信息分布确定剂量分布。
[0045]
本实施例中，卷积神经网络模型的相关训练参数设置：batchsize(指一次训练所选取的样本数)值为64，学习率设为0.01，学习率递减因子设为0.99，dropout设为0.5，迭代次数为20次。
[0046]
本发明设计了新的获取组织等效闪烁体剂量分布的方法，以光场图像作为数据集进行模型训练、特征学习，最终获取组织等效闪烁体中的光线分布。利用组织等效闪烁材料及光场相机构成的三维剂量测量系统，能够准确的测量射线在组织等效材料中的三维剂量分布信息，为放射治疗中的剂量估算提供更为准确的参考。
[0047]
同时，参照附图4所示，本实施例还提供一种实现上述获取组织等效闪烁体剂量方法的装置，包括：
[0048]
获取模块100，用于通过光场相机捕获射线在组织等效材料中沉积能量产生的闪烁光信息，形成图像数据集；
[0049]
计算模块200，用于基于预处理后的所述图像数据集，设计卷积神经网络模型，利用图像深度估计算法获取所述图像数据集中每个图像的三维光信息分布；
[0050]
输出模块300，用于输出光线的三维分布情况，即根据获取的三维光信息分布确定剂量分布。
[0051]
本实施例中，一种获取组织等效闪烁体剂量分布的方法和装置可以是计算机，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行前述患者潜在重要信息的确定方法。存储器与处理器可以通过总线连接。存储单元可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)和/或高速缓存存储单元，还可以进一步包括只读存储单元(rom)。计算机还包括与总线连接的显示单元。显示单元可以对前述重要信息等进行显示。
[0052]
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被上述处理器执行时实现前述获取光信息分布的方法。
[0053]
综上所述，本实施例中获取组织等效闪烁体剂量分布的方法和获取组织等效闪烁体剂量分布的装置为同一发明构思。
[0054]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。