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《放射醫(yī)學(xué)論文放射線醫(yī)學(xué)論文：醫(yī)學(xué)tps中放射線劑量分布的三維可視化方法》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、放射醫(yī)學(xué)論文放射線醫(yī)學(xué)論文：醫(yī)學(xué)TPS中放射線劑量分布的三維可視化方法摘 要:針對放射治療計(jì)劃系統(tǒng)GyroRTPS需要,給出了一個(gè)放射線劑量分布三維可視化的實(shí)現(xiàn)方法,以幫助醫(yī)師多角度查看病灶組織任意剖面上的放射線劑量分布情況。首先論述系統(tǒng)中對體數(shù)據(jù)和劑量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)變換、插值計(jì)算等預(yù)處理;然后根據(jù)VTK工具包中可處理的數(shù)據(jù)類型對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,給出了基于VTK實(shí)現(xiàn)劑量分布三維顯示及其與體數(shù)據(jù)融合顯示的方法。實(shí)例測試結(jié)果和臨床使用表明,基于該方法開發(fā)的軟件系統(tǒng)運(yùn)行可靠,可更好地輔助醫(yī)師進(jìn)行放射治療決策。關(guān)鍵詞:醫(yī)學(xué)治療計(jì)劃系統(tǒng)
2、;放射線;劑量分布;可視化方法0 引言治療計(jì)劃系統(tǒng)(TreatmentPlanningSystem,TPS)是伽瑪?shù)吨委煹呐涮总浖?。在臨床放射治療前,通過對滿足DICOM(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine)的醫(yī)學(xué)序列CT(ComputedTomography)或MRI(MagneticResonanceImaging)等圖像的分析,實(shí)現(xiàn)對病灶區(qū)域的精確定位,同時(shí)由治療計(jì)劃系統(tǒng)模擬射線照射時(shí)的劑量分布情況[1-2],輔助醫(yī)生制訂準(zhǔn)確的放療方案,使放射治療最大限度殺死癌變細(xì)胞
3、的同時(shí),避免或減少對正常組織和重要器官的傷害。簡單的二維TPS依據(jù)某一方向的CT切片數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬放射,只能顯示單張切片上的劑量分布情況,不能全面地反映病灶區(qū)的受劑量情況,無法模擬真實(shí)的立體放射治療。一個(gè)完善的放射治療TPS[3],需要精確描述病灶區(qū)域和正常組織的空間關(guān)系,建立準(zhǔn)確的劑量分布數(shù)據(jù)場[4],最終能夠?qū)θ梭w患病組織的劑量空間分布進(jìn)行多角度多層面的可視化顯示處理,幫助醫(yī)生制訂準(zhǔn)確詳盡的放射治療方案,以期達(dá)到提高放射治療精度、減少放射損傷的目的。對劑量分布采用三維立體方式的可視化,將成為伽瑪?shù)斗派渲委熤幸粋€(gè)不可缺少
4、的功能。1 二維劑量分布顯示劑量通常是指一次給藥后產(chǎn)生藥物治療效果的數(shù)量,這里則用于表征射線強(qiáng)度。在伽瑪?shù)斗派渲委煹呐涮总浖PS中,劑量分布是指伽瑪射線的粒子照射到人體中能量吸收的空間分布。劑量計(jì)算一般由TPS中的單獨(dú)模塊完成,劑量計(jì)算完成后,空間某點(diǎn)的劑量值存放在一個(gè)三維數(shù)組中供顯示模塊調(diào)用。傳統(tǒng)的劑量顯示按照等值線繪制方式得到平面等劑量線圖,如圖1所示;或者顯示空間各層的等劑量云圖,如圖2所示。雖然平面顯示可方便地查看某一切片上的劑量分布情況,但是無法提供一個(gè)三維(立體)的劑量分布顯示[5],醫(yī)生也無法從整體上查看
5、受照射病灶組織中劑量分布情況,所以仍然需要醫(yī)生依靠經(jīng)驗(yàn),由多幅二維圖像估計(jì)病灶組織的大小及形狀,“構(gòu)思”劑量分布與病灶組織的三維幾何關(guān)系。2 體數(shù)據(jù)和劑量數(shù)據(jù)的預(yù)處理隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)的發(fā)展,可以很方便地利用一些可視化工具包(例如VTK等)對體數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建,并對繪制結(jié)果提供任意面剖切顯示[6]。本文依據(jù)作者所在項(xiàng)目組從事研發(fā)的“陀螺刀”放射治療計(jì)劃系統(tǒng)GyroRTPS(GyroRadiotherapyTreatmentPlanningSystem)來探索利用VTK進(jìn)行劑量分布的三維可視化研究。本文中
6、涉及的體數(shù)據(jù)為符合DICOM協(xié)議的CT或MRI圖像數(shù)據(jù),劑量則依據(jù)“陀螺刀”設(shè)備的制造原理由GyroRTPS計(jì)算得到。2.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換在GyroRTPS中,由劑量計(jì)算模塊計(jì)算得到的劑量數(shù)據(jù)存放在一個(gè)float型的三維數(shù)組中,其計(jì)算是在如圖3所示的坐標(biāo)系中進(jìn)行。為了使處理的數(shù)據(jù)量盡可能小,并不是對每張圖片的所有像素都做處理,只計(jì)算興趣圖像區(qū)內(nèi)的劑量分布,興趣圖像區(qū)的大小和位置由醫(yī)師勾勒得出。所以,劑量數(shù)據(jù)的分布原點(diǎn)也不是坐標(biāo)系的原點(diǎn)。如圖3所示,劑量分布原點(diǎn)所在的坐標(biāo)系為計(jì)算劑量數(shù)據(jù)時(shí)所用的坐標(biāo)系,其外層的坐標(biāo)系則為原始圖
7、像所在坐標(biāo)系,兩者所用并不是一個(gè)坐標(biāo)系。而在對DICOM圖像序列進(jìn)行三維重建時(shí)的坐標(biāo)系(在此只考慮XY軸方向的二維坐標(biāo)系)則是以原始圖像坐標(biāo)系的點(diǎn)(0,N)為原點(diǎn)(N為原始DICOM圖像的寬度),以向右為X軸正方向,以向上為Y軸正方向,X軸與原始DICOM圖像下邊重合的坐標(biāo)系。所以在對原始劑量數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建之前,必須進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,將劑量坐標(biāo)系下的劑量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維重建坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)。設(shè)原始圖像所在坐標(biāo)系為S1,劑量分布坐標(biāo)系為S2,三維重建坐標(biāo)系為S3?，F(xiàn)已知?jiǎng)┝糠植甲鴺?biāo)系S2的原點(diǎn)在S1中的坐標(biāo)為(x1,y1),三維
8、重建坐標(biāo)系S3在S1中的坐標(biāo)為(0,N),N為原始DICOM圖像的寬度?，F(xiàn)在的工作是需要將劑量坐標(biāo)系S2下的所有點(diǎn)轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)系S3下。設(shè)坐標(biāo)系S2下任意一點(diǎn)的坐標(biāo)為(x2,y2),轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)系S3下的坐標(biāo)為(x,y),則轉(zhuǎn)換公式為:x=x1+x2(1)y=N-y1-y2(2)又由于坐標(biāo)系S1的度量單位為像素長度,而坐
