一种根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程序的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程序，包括治疗床自由度设定界面、默认感兴趣区设定界面、数据读入界面、勾画与融合界面、在线调整界面、图像变形配准算法和感兴趣区刚体配准算法。本发明通过通过在线影像和原始影像进行刚体配准时，有针对性的设定用于刚体配准的感兴趣区和权重，从而产生更有意义的移床数据，对患者进行精确摆位，使放疗计划的实施更准确。
【专利说明】
一种根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程序
技术领域
[0001] 本发明涉及肿瘤放射治疗领域，特别提供了一种根据在线影像产生治疗床调整数 据的计算机程序。
【背景技术】
[0002] 患者的位置控制是放疗计划质量控制的重要环节。目前用来进行患者位置控制的 设备包括热塑体膜、负压袋、正交X光和锥形束CT患者位置校正系统等。热塑体膜、负压袋都 是通过限定人体的外轮廓来进行摆位，精度通常较差。正交X光患者位置校正系统通过获取 患者在治疗床上的正交X光投影图像，并将其与原始CT图像进行二维/三维配准，获得移床 数据来进行摆位。与上述设备相比，锥形束CT患者位置校正系统目前被认为最准确，其在治 疗前扫描患者在治疗床上的锥形束CT影像，通过对骨、软组织等的刚体配准，获得移床数 据，达到精确摆位的目的。但是，骨或软组织的位置并不是放疗实施最关心的目标，而肿瘤 靶区和周围重要器官的位置变化才与放疗计划的准确实施息息相关。因为膀胱充盈、肿瘤 退缩等原因产生人体内部的解剖结构变化，使得通过骨配准、软组织配准等方法获得的移 床数据有时并不能准确反映肿瘤靶区和周围重要器官的位置变化，从而造成放疗计划实施 上的偏差。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明旨在提供一种根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机 程序，其通过在线影像和原始影像进行刚体配准时，有针对性的设定用于刚体配准的感兴 趣区和权重，从而产生更有意义的移床数据，对患者进行精确摆位。
[0004] 本发明采用的技术方案是：一种根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程 序，此计算机程序包括治疗床自由度设定界面、默认感兴趣区设定界面、数据读入界面、勾 画与融合界面、在线调整界面、图像变形配准算法和感兴趣区刚体配准算法。
[0005] 在治疗床自由度设定界面，用户可设定治疗床可运动的自由度;通常治疗床至少 有三个平移自由度，有的治疗床有一个、两个或者三个旋转自由度。
[0006] 在默认感兴趣区设定界面，用户可设定不同部位肿瘤用于刚体配准的默认感兴趣 区和权重;通常给予靶区较高的权重，以使移床数据主要考虑靶区的位置变化。
[0007]在数据读入界面，可由用户选择或计算机自动读入在放射治疗计划制定前获取的 原始影像、原始影像上的靶区、器官轮廓和等中心坐标;计算机自动读入依靠加速器控制 台、DICOM服务器和此计算机程序之间的通信来实现。
[0008] 在数据读入界面，可由用户选择或计算机自动读入在放射治疗实施前获取在线影 像、在线影像上的等中心坐标;计算机自动读入依靠在线影像控制台、DICOM服务器和此计 算机程序之间的通信来实现。
[0009] 在勾画与融合界面，可由用户手工或计算机自动在在线影像上产生在线的靶区和 器官轮廓;计算机自动算法包括通过运行变形配准的方法映射原始图像上靶区和器官轮廓 到在线图像，产生在线的靶区和器官轮廓;计算机自动算法还包括运行自动勾画算法自动 产生的在线靶区和器官轮廓；当上述自动算法产生的靶区和器官轮廓不正确时还可以通过 手工的方式勾画或修改在线靶区和器官轮廓。
[0010]在在线调整界面，计算机自动匹配模板，获取用于刚体配准的默认感兴趣区和权 重，用户可根据需要，针对患者的个体情况，修改这些用于刚体配准的感兴趣区和权重； 在在线调整界面，根据设定的治疗床自由度、感兴趣区和权重，此程序可对原始图像和 在线图像进行刚体配准，产生移床数据；刚体配准的目标函数是包含有感兴趣区和对应权 重的相似性测度函数。
[0011] 本发明的有益效果是:通过对靶区和重要器官设置较高的权重，产生更有意义的 移床数据，从而使放疗计划的实施更准确。
【附图说明】
[0012] 图1 一种根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程序的流程图。
【具体实施方式】 [0013] 实施例1 本发明所述的具体实施例为一种根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程序，包 括治疗床自由度设定界面、默认感兴趣区设定界面、数据读入界面、勾画与融合界面、在线 调整界面、图像变形配准算法和感兴趣区刚体配准算法。
[0014] 下面结合附图1进行详细说明。一种根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机 程序实现以下步骤： 1)在治疗床自由度设定界面包含有六个自由度的选择列表，每个自由度列表项还包含 有此自由度运动限值输入控件，对于旋转自由度还包含有旋转轴位置输入控件。用户可选 择哪些自由度是当前治疗床可执行的，并输入相关数据，以设置此程序在进行步骤7)刚体 配准时的行为。
[0015] 2)在默认感兴趣区设定界面，用户可设定不同部位肿瘤用于刚体配准的默认感兴 趣区和权重作为模板;比如肺部肿瘤可以默认设定骨、计划靶区和脊髓作为感兴趣区，权重 依此为1、3、1。
[0016] 3)在数据读入界面，可由用户选择或计算机自动读入在放射治疗计划制定前获取 的原始影像、原始影像上的靶区、器官轮廓和等中心坐标;计算机自动读入依靠加速器控制 台向此计算机程序发送当前患者的姓名、ID、计划唯一标识信息，由此计算机程序从DICOM 服务器查询和读取相关数据。
[0017] 4)在数据读入界面，可由用户选择或计算机自动读入在放射治疗实施前获取在线 影像、在线影像上的等中心坐标;计算机自动读入依靠在线影像控制台向此计算机程序发 送当前患者的姓名、ID、在线图像唯一标识信息，由此计算机程序从DICOM服务器查询和读 取相关数据。
[0018] 5)在勾画与融合界面，可由用户手工或计算机自动在在线影像上产生在线的靶区 和器官轮廓;计算机自动算法包括通过运行变形配准的方法映射原始图像上靶区和器官轮 廓到在线图像，产生在线的靶区和器官轮廓;计算机自动算法还包括运行自动勾画算法自 动产生的在线靶区和器官轮廓，典型的自动勾画算法包括阈值分割算法、模板匹配算法;当 上述自动算法产生的靶区和器官轮廓不正确时还可以通过手工的方式勾画或修改在线靶 区和器官轮廓。
[0019] 6)在在线调整界面，计算机根据器官名称和靶区位置自动匹配合适的模板，获取 用于刚体配准的默认感兴趣区和权重，用户也可修改这些感兴趣区和权重设置。
[0020] 7)在在线调整界面，根据设定的治疗床自由度、感兴趣区和权重，此程序可对原始 图像和在线图像进行刚体配准，产生移床数据;刚体配准的目标函数如下：
其中，f是在步骤1)设定条件下的平移旋转向量，％是第i个感兴趣区的权重，1?是原始 图像上第i个感兴趣区，是平移旋转向量J作用下在线图像上第i个感兴趣区。当平移旋 转向量I作用下在线图像上第i个感兴趣区与原始图像上第i个感兴趣区匕的交集越 大，此目标函数值越小，说明两者匹配的越好。通过最小化此目标函数，获得刚体配准结果I 。此目标函数是包含有感兴趣区和对应权重的相似性测度函数，使得权重越大的感兴趣区 对配准结果的影响越大。
【主权项】
1. 本发明公开了一种根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程序，其特征在于此 程序包括治疗床自由度设定界面、默认感兴趣区设定界面、数据读入界面、勾画与融合界 面、在线调整界面、图像变形配准算法和感兴趣区刚体配准算法。2. 根据权利要求1所述的根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程序，其特征在 于此程序实现以下步骤： 1) 在治疗床自由度设定界面，用户可设定治疗床可运动的自由度； 2) 在默认感兴趣区设定界面，用户可设定不同部位肿瘤用于刚体配准的默认感兴趣区 和权重作为模板； 3) 在数据读入界面，可由用户选择或计算机自动读入在放射治疗计划制定前获取的原 始影像、原始影像上的靶区、器官轮廓和等中心坐标； 4) 在数据读入界面，可由用户选择或计算机自动读入在放射治疗实施前获取在线影 像、在线影像上的等中心坐标； 5) 在勾画与融合界面，可由用户手工或计算机自动在在线影像上产生在线的靶区和器 官轮廓； 6) 在在线调整界面，计算机自动匹配模板，获取用于刚体配准的默认感兴趣区和权重， 用户也可修改这些感兴趣区和权重设置； 7) 在在线调整界面，根据设定的治疗床自由度、感兴趣区和权重，此程序可对原始图像 和在线图像进行刚体配准，产生移床数据。3. 根据权利要求2所述的根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程序，其特征在 于:所述步骤3)原始影像是患者在制定放疗计划前获取的CT图像、MR图像或PET图像。4. 根据权利要求2所述的根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程序，其特征在 于:所述步骤4)在线影像是患者在治疗床上获取的锥形束CT图像、MR图像或超声图像。5. 根据权利要求2所述的根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程序，其特征在 于:所述步骤5)在线的靶区和器官轮廓是计算机通过运行变形配准的方法映射产生在线的 靶区和器官轮廓。6. 根据权利要求2所述的根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程序，其特征在 于:所述步骤5)在线的靶区和器官轮廓是计算机通过运行自动勾画算法自动产生的在线靶 区和器官轮廓。7. 根据权利要求2所述的根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程序，其特征在 于:所述步骤5)在线的靶区和器官轮廓是通过手工勾画产生在线的靶区和器官轮廓。8. 根据权利要求2所述的根据在线影像产生治疗床调整数据的计算机程序，其特征在 于:所述步骤7)刚体配准的目标函数是包含有感兴趣区和对应权重的相似性测度函数。
【文档编号】G06T7/00GK106055912SQ201610422704
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】李宝生, 虞刚, 李洪升, 马长升, 梁月强
【申请人】张家港赛提菲克医疗器械有限公司