基于梯度特征的调强放射治疗计划剂量数据的插值算法制造技术

本发明专利技术涉及一种基于梯度特征的调强放射治疗计划剂量数据的插值算法，属于调强放射治疗技术领域。该插值算法根据调强放射治疗计划剂量数据平面的梯度特征通过采用改进传统的Canny算法获取调强放射治疗计划剂量数据平面上各个梯度边缘点和非梯度边缘点；并根据所获得的梯度边缘点所对应梯度剖面的锐度以及非梯度边缘点所对应的偏离系数得到调强放射治疗计划剂量数据平面上每一点对应的双三次插值核的系数；并对每一个待插值点使用所述双三次插值核的系数进行双三次插值，从而求得每一个待插值点的调强放射治疗计划剂量数据。本发明专利技术的插值算法在减小误差的同时，克服了传统双线性插值的平滑效应，保留了原有的梯度信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种调强放射治疗计划剂量数据的处理方法，特别是涉及一种基于梯 度特征的调强放射治疗计划剂量数据的插值算法，属于调强放射治疗
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技术介绍
调强放射治疗（IntensityModulatedRadiationTherapy,IMRT)剂量验证作 为放射治疗计划可靠性的重要保证，剂量验证的准确性对放射治疗效果以及患者的安全 有着重要意义。剂量验证的基本原理是对于所制定的调强放射治疗计划，利用DD(Dose Difference)、DTA(DistanceToAgreement)、Gamma因子等剂量验证方法来比较治疗计划 系统（TreatmentPlanSystem，TPS)对所制定的治疗计划进行计算产生的调强放射治疗计 划剂量数据和按治疗计划进行实施时测量硬件得到的测量剂量数据；调强放射治疗计划剂 量数据从产生到进行剂量验证的过程中有时需要经过多次插值计算。一方面，TPS使用相 关模型对调强放射治疗计划进行计算得到一个较为精确的调强放射治疗计划剂量数据平 面，而TPS内部有时还需要改变这个较为精确的调强放射治疗计划剂量数据平面上数据点 之间的物理间距，以满足特定的输出要求，因而需要对这个较为精确的调强放射治疗计划 剂量数据平面进行插值计算；另一方面，剂量验证时需要先将调强放射治疗计划剂量数据 平面和测量剂量数据平面按等剂量中心进行重合之后再比较相同位置上的点，但由于其两 者的物理间距不相同，因此会导致所述调强放射治疗计划剂量数据平面和测量剂量数据平 面两者重合之后其剂量数据平面上的点将会错位分布，此时仍需要进行插值计算，从而使 在调强放射治疗计划剂量数据平面上得到与测量剂量数据平面相同位置的点的剂量值，进 而方可以使用DD、DTA、Gamma因子等剂量验证方法进行剂量验证。 在实际应用中主要通过如DoseLab，MapCkeck等软件进行剂量验证，它们对调强 放射治疗计划剂量数据进行插值时主要采用的方法多为双线性插值算法，该方法是利用待 插值点的四个相邻点的值作线性内插，其公式表示如下（贾永红，《数字图像处理》武汉大学 出版社，2003.): f(i+u,j+v) = (1-u) (l-v)f(i,j) + (l-u)vf(i,j+1) +u(1-v)f(i+1,j)+uvf(i+1,j+1) 1 其中，u和v分别为待插值点在水平方向、垂直方向上与点（i,j)的距离；但是由 于调强放射治疗为了达到较好的治疗效果同时保护正常组织，一般在病灶区和正常区域之 间形成较大的剂量梯度，因此调强放射治疗计划剂量数据中往往存在较多的梯度边缘点， 而传统的双线性插值由于其算法本身具有平滑效应因而无法正确的处理这些梯度边缘，从 而会产生较大的计算误差，并且使整个调强放射治疗计划剂量数据分布趋于平滑而失去原 有的梯度信息，进而对治疗医生和物理师的判断产生误导。
技术实现思路
本专利技术的目的就是在于克服上述所述传统双线性插值算法存在的缺陷和不足，提 出一种。该插值算法能够在减小计 算误差的同时，克服传统双线性插值的平滑效应，且保留了原有的梯度信息；并有利于治疗 医生和物理师对调强放射治疗计划剂量数据的正确判断，从而避免产生误导。 为实现上述目的，本专利技术采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。 本专利技术所述，是根据调强 放射治疗计划剂量数据平面的梯度信息，使用改进传统的Canny边缘探测算法获取该剂量 数据平面上各梯度边缘点和非梯度边缘点，根据获取的梯度边缘点所对应梯度剖面的锐度 以及非梯度边缘点所对应的偏离系数，获得调强放射治疗计划剂量数据平面上每一点为双 三次插值中心点时对应的双三次插值核的系数，对每一个待插值点使用该双三次插值核的 系数进行双三次插值，从而得到每一个待插值点的调强放射治疗计划剂量数据；包括以下 步骤：步骤1 :对治疗计划系统产生的调强放射治疗计划剂量数据平面l·，计算该调 强放射治疗计划剂量数据平面上每一点（i，j)的梯度以及该点对应的梯度模 IviL(i,j)|| ; 步骤2 :对传统Canny边缘探测算法进行改进，根据步骤1中得到的调强放射治疗 计划剂量数据平面上每一点的梯度信息，使用改进的Canny边缘探测算法获取调强放射治 疗计划剂量数据平面上各个梯度边缘点a'，_r)和非梯度边缘点a"，j"); 步骤3 :对步骤2所获取的调强放射治疗计划剂量数据平面上各个梯度边缘点 (y，_r)进行梯度剖面的追踪，从而得到每一个梯度边缘点对应的梯度剖面； 步骤4 :对步骤3所得到的调强放射治疗计划剂量数据平面上每一个梯度边缘点 (w，)所对应梯度剖面的锐度σ(ρα'，j'))进行计算；对步骤2所述调强放射治 疗计划剂量数据平面上每一个非梯度边缘点a"，j")自定义的偏离系数p(i"，j") 进行计算； 步骤5 :根据步骤4得到调强放射治疗计划剂量数据平面上每一个梯度边缘点 (w，)对应梯度剖面的锐度σ(ρα'，j'))，确定锐度σ(ρα'，j'))与以梯度 边缘点，_r)为双三次插值中心点时所对应双三次插值核的系数a(w，_r)之间 的函数关系； 步骤6 :根据步骤4得到调强放射治疗计划剂量数据平面上每一个非梯度边缘点 a"，r)的偏离系数p(i"，r)，确定偏离系数p(i"，r)与以非梯度边缘点 a"，j")为双三次插值中心点时所对应的双三次插值核的系数aa"，j")之间的函数 关系； 步骤7 :将步骤5和步骤6所得到的双三次插值核的系数的两函数结果合并，从而 得出以调强放射治疗计划剂量数据平面上每一点（i，j)为双三次插值中心点时对应的双 三次插值核的系数a(i，j); 步骤8:对于待插值点，设置其坐标为（a，b)，若ae[i，i+l)且be[j，j+l)，根 据步骤7得出的所述双三次插值核的系数a(i，j)，令点（i，j)为双三次插值中心点，并以该 双三次插值核的系数a(i,j)对待插值点进行双三次插值计算，从而得出每一个待插值点 的调强放射治疗计划剂量数据。 上述技术方案中，所述步骤2中对传统Canny算法进行改进，其采用如下操作： (a)略去传统Canny算法中高斯滤波的过程，获得略去高斯滤波后的结果； (b)对略去传统Canny算法中高斯滤波的结果进行判断，假设（i'，j')点为传 统Canny算法略去高斯滤波后结果中的调强放射治疗计划剂量数据平面上的一个梯度边 缘点，且以（iW)点为中心的3X3邻域中含有其他梯度边缘点，若（iW)点梯度 模小于所述邻域中其他梯度边缘点梯度模，则重新将（i'，j')点标记为非梯度边缘点。 上述技术方案中，所述步骤5中调强放射治疗计划剂量数据平面上每一个梯度边 缘点，_r)对应梯度剖面的锐度〇(p(i'，j'))与以点a'，j')为双三次插值 中心点时对应的双三次插值核的系数a(i'，j')之间的函数关系，由以下公式（2)表示：⑵ 其中〇_表示该调强放射治疗计划剂量数据平面上锐度的最大值。 上述技术方案中，所述步骤5中调强放射治疗计划剂量数据平面上每一个非梯度 边缘点a"，j")的偏离系数pa"，j")与以点a"，j")为双三次插值中心点时 对应的双三次插值核的系数a(i"，j")之间的函数关系，由以下公式（3)表示：(3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于梯度特征的调强放射治疗计划剂量数据的插值算法，其特征在于根据计划剂量数据平面梯度信息，使用改进传统Canny边缘探测算法获取其上各梯度边缘点和非梯度边缘点，以获取的梯度边缘点对应的梯度剖面锐度及非梯度边缘点对应的偏离系数，得到以计划剂量数据平面上每一点为双三次插值中心点时对应的双三次插值核系数，对每一待插值点进行双三次插值，即得每一待插值点的调强放射治疗计划剂量数据；包括以下步骤：步骤1：对治疗计划系统产生的调强放射治疗计划剂量数据平面IL，计算该调强放射治疗计划剂量数据平面上每一点(i,j)的梯度以及该点对应的梯度模步骤2：对传统Canny边缘探测算法进行改进，根据步骤1中得到的调强放射治疗计划剂量数据平面上每一点的梯度信息，使用改进的Canny边缘探测算法获取调强放射治疗计划剂量数据平面上各个梯度边缘点(i′,j′)和非梯度边缘点(i″,j″)；步骤3：对步骤2所获取的调强放射治疗计划剂量数据平面上各个梯度边缘点(i′,j′)进行梯度剖面的追踪，从而得到每一个梯度边缘点对应的梯度剖面；步骤4：对步骤3所得到的调强放射治疗计划剂量数据平面上每一个梯度边缘点(i′,j′)所对应梯度剖面的锐度σ(P(i′,j′))进行计算；对步骤2所述调强放射治疗计划剂量数据平面上每一个非梯度边缘点(i″,j″)自定义的偏离系数ρ(i″,j″)进行计算；步骤5：根据步骤4得到调强放射治疗计划剂量数据平面上每一个梯度边缘点(i′,j′)对应梯度剖面的锐度σ(P(i′,j′))，确定锐度σ(P(i′,j′))与以梯度边缘点(i′,j′)为双三次插值中心点时所对应双三次插值核的系数a(i′,j′)之间的函数关系；步骤6：根据步骤4得到调强放射治疗计划剂量数据平面上每一个非梯度边缘点(i″,j″)的偏离系数ρ(i″,j″)，确定偏离系数ρ(i″,j″)与以非梯度边缘点(i″,j″)为双三次插值中心点时所对应的双三次插值核的系数a(i″,j″)之间的函数关系；步骤7：将步骤5和步骤6所得到的双三次插值核的系数的两函数结果合并，从而得出以调强放射治疗计划剂量数据平面上每一点(i,j)为双三次插值中心点时对应的双三次插值核的系数a(i,j)；步骤8：对于待插值点，设置其坐标为(a,b)，若a∈[i,i+1)且b∈[j,j+1)，根据步骤7得出的所述双三次插值核的系数a(i,j)，令点(i,j)为双三次插值中心点，并以该双三次插值核的系数a(i,j)对待插值点进行双三次插值计算，从而得出每一个待插值点的调强放射治疗计划剂量数据。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翟磊，黄宁，范轶翔，吴庆星，夏翔，王鹏，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51