[發(fā)明專利]基于GrowCut的鼻咽癌原發(fā)病灶臨床靶區(qū)自動(dòng)勾畫方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710677214.6
• 申請(qǐng)日: 2017-08-09
• 公開（公告）號(hào): CN107437249A
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸遙;李賦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州柏視醫(yī)療科技有限公司
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T7/11;G06T7/136
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 李斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及預(yù)測腫瘤生長，模擬腫瘤擴(kuò)散研究領(lǐng)域，特別涉及一種基于GrowCut的鼻咽癌原發(fā)病灶臨床靶區(qū)自動(dòng)勾畫方法。

背景技術(shù)

調(diào)強(qiáng)放射治療(IntensityModulatedRadiationTherapy,IMRT)是目前治療鼻咽癌的主流放療技術(shù)，精確的靶區(qū)勾畫是臨床放療計(jì)劃成功的前提，對(duì)鼻咽癌的治療、治療方案各項(xiàng)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)估以及病人治療后的生活質(zhì)量，都有著極為關(guān)鍵的影響。目前，靶區(qū)勾畫主要依賴醫(yī)生的手動(dòng)勾畫。現(xiàn)醫(yī)院使用的ABAS靶區(qū)勾畫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在三維方向上，硬性擴(kuò)展醫(yī)生指定的數(shù)值范圍作為預(yù)防照射靶區(qū)，之后，再根據(jù)醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合ICRU(InternationalCommissionRadiologicalUnits，83report，2010)給出的大概勾畫標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行修改。

目前手動(dòng)勾畫的靶區(qū)，由于客觀原因(勾畫時(shí)只有水平面的視角參照，缺乏上下層面的視角參考)，主觀原因(不同放射醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)不同造成的主觀差異)的存在，造成不同醫(yī)生之間的靶區(qū)的勾畫的結(jié)果存在很大差異。對(duì)后續(xù)的治療方案的確定，治療效果的評(píng)估帶來了負(fù)面的影響。另一方面，對(duì)于一個(gè)病人的放療靶區(qū)勾畫，通常需要2-3小時(shí)，需要很大的人力和時(shí)間成本，而ABAS的勾畫系統(tǒng)過于簡單，單一的距離擴(kuò)展不適用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和組織的情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于GrowCut的鼻咽癌原發(fā)病灶臨床靶區(qū)自動(dòng)勾畫方法，方法首次被應(yīng)用于腫瘤擴(kuò)散模型模擬，不僅提高了醫(yī)生的工作效率，同時(shí)能夠給后續(xù)放療計(jì)劃提供精確的預(yù)測區(qū)域，并對(duì)后續(xù)治療方案、劑量體積參數(shù)的評(píng)估和晚期損傷的相關(guān)性研究提供一個(gè)條件一致的評(píng)估基礎(chǔ)平臺(tái)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:

本發(fā)明公開了一種基于GrowCut的鼻咽癌原發(fā)病灶臨床靶區(qū)自動(dòng)勾畫方法，具體包括下述步驟：

S1、對(duì)模板CT的圖像序列進(jìn)行數(shù)據(jù)離散操作，網(wǎng)格化三維的CT圖像得到對(duì)應(yīng)的三維網(wǎng)格，讀入訓(xùn)練集中醫(yī)生勾畫好的腫瘤輪廓文件，生成腫瘤原發(fā)灶區(qū)域的二值圖像；

S2、對(duì)讀入的原發(fā)灶腫瘤數(shù)據(jù)做預(yù)處理操作，挖掘鄰近腫瘤之間的互關(guān)聯(lián)關(guān)系，統(tǒng)計(jì)相鄰的體素聯(lián)合出現(xiàn)的頻數(shù)，存儲(chǔ)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，建立互關(guān)聯(lián)規(guī)則的數(shù)據(jù)庫；

S3、讀入新病人的原發(fā)腫瘤數(shù)據(jù)，設(shè)定原發(fā)腫瘤區(qū)域格點(diǎn)強(qiáng)度值為1，按照預(yù)設(shè)定的元胞演化規(guī)則和互關(guān)聯(lián)規(guī)則信息不斷更新各個(gè)離散網(wǎng)格點(diǎn)的強(qiáng)度值；直到各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)強(qiáng)度值停止更新，給定不同的損失代價(jià)閾值得到對(duì)應(yīng)的臨床放療靶區(qū)范圍；具體包括下述步驟：

S31、設(shè)定初始狀態(tài)的體素點(diǎn)的強(qiáng)度值，位于GTV內(nèi)部的體素點(diǎn)看作種子點(diǎn)，強(qiáng)度值設(shè)置為1，位于GTV外部的體素點(diǎn)的強(qiáng)度值設(shè)置為0，此時(shí)設(shè)為t＝0下的狀態(tài)，具體來說，對(duì)于點(diǎn)坐標(biāo)為(x,y,z)的體素點(diǎn)M_xyz,該點(diǎn)在第t次迭代的強(qiáng)度值記為

S32、在已知第t次迭代狀態(tài)值，計(jì)算t+1次迭代演化過程。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟S1中，還包括下述步驟：

S11、將模板CT的圖像序列進(jìn)行網(wǎng)格化，將CT圖像序列劃分為width×height×zLen的三維網(wǎng)格，其中，width和height分別是一個(gè)CT切片橫向和縱向上的格點(diǎn)數(shù)目，zLen為模板CT的層數(shù)，網(wǎng)格化之后得到的網(wǎng)格點(diǎn)即為體素點(diǎn)；

S12、所述二值圖像為：載入醫(yī)生勾畫好的腫瘤輪廓文件，判斷體素位置是否在腫瘤區(qū)域內(nèi)部；對(duì)應(yīng)腫瘤區(qū)域的圖像體素點(diǎn)置1，不含腫瘤區(qū)域的圖像體素格點(diǎn)置0；所述腫瘤區(qū)域?qū)⑦\(yùn)用判斷像素點(diǎn)是否在多邊形內(nèi)的方法即

InPolygon，分開非腫瘤區(qū)域與腫瘤區(qū)域；具體的InPolygon的計(jì)算公式為：

IN＝InPolygon(x,y,xv,yv)

其中IN為輸出的二值圖像，其尺寸與原始輸入CT圖像I(x,y)相同，(x,y)為像素點(diǎn)的坐標(biāo)，(xv,yv)為GTV輪廓上的點(diǎn)坐標(biāo)。

3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GrowCut的鼻咽癌原發(fā)病灶臨床靶區(qū)自動(dòng)勾畫方法，其特征在于，步驟S2中，還包含下述步驟：

S21、預(yù)處理：去掉二值圖像中腫瘤表面層面不穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，所述的不穩(wěn)定數(shù)據(jù)是指：由于不同病人拍片時(shí)間的不同，腫瘤表面即最外層數(shù)據(jù)存在誤差；采用腐蝕算法進(jìn)行預(yù)處理，具體公式為：

其中B(x)是腐蝕結(jié)構(gòu)元素，對(duì)空間E中的每一點(diǎn)，結(jié)構(gòu)元素B(x)平移之后，X是B包含于E的元素集合；