基于医学影像的组织元素质量比例解构方法及几何模型建立方法技术

本发明专利技术提供一种基于医学影像的组织元素质量比例解构方法及几何模型建立方法，组织元素质量比例解构方法包括通过已知元素质量比例的组织对应的医学影像数据近似未知医学影像数据对应的组织的元素质量比例的步骤；几何模型建立方法包括：读取医学影像的步骤；根据组织元素质量比例解构方法定义组织种类的步骤；决定组织分群数的步骤；通过医学影像与密度之间的转换关系定义组织密度的步骤；建立带有组织和密度信息的3D编码矩阵的步骤；产生几何模型的步骤。透过已知组织的医学影像数据来解构生物体组织元素质量比例，在制作体素假体时更近似于真实情况，可提升剂量计算准确度精进治疗质量。

Medical image based deconstruction method of tissue element mass ratio and geometric modeling method

The present invention provides a method of tissue element mass ratio deconstruction based on medical images and a method for establishing a geometric model. The method of deconstructing the mass proportion of tissue elements includes steps to approximate the element mass ratio of an organization corresponding to unknown medical image data by means of medical image data corresponding to the known mass ratio of the known elements; The methods of establishing the model include reading the steps of medical images, defining the steps of the organization according to the mass proportion deconstruction method of the organization element, determining the steps of organizing the number of groups, defining the steps of the density of tissue through the transformation relationship between medical images and density, and establishing the step of the 3D coding matrix with the information of organization and density. A step that produces a geometric model. The medical image data of known tissues can be used to deconstruct the mass ratio of biological tissue elements, which is more similar to the true condition in making voxel prosthesis, and can improve the accuracy of dose calculation to improve the quality of treatment.

【技术实现步骤摘要】
基于医学影像的组织元素质量比例解构方法及几何模型建立方法
本专利技术一方面涉及一种组织元素质量比例解构方法，尤其涉及一种基于医学影像的组织元素质量比例解构方法；本专利技术另一方面涉及一种几何模型建立方法，尤其涉及一种基于医学影像的几何模型建立方法。
技术介绍
随着原子科学的发展，例如钴六十、直线加速器、电子射束等放射线治疗已成为癌症治疗的主要手段之一。然而传统光子或电子治疗受到放射线本身物理条件的限制，在杀死肿瘤细胞的同时，也会对射束途径上大量的正常组织造成伤害；另外由于肿瘤细胞对放射线敏感程度的不同，传统放射治疗对于较具抗辐射性的恶性肿瘤(如：多行性胶质母细胞瘤(glioblastomamultiforme)、黑色素细胞瘤(melanoma))的治疗成效往往不佳。为了减少肿瘤周边正常组织的辐射伤害，化学治疗(chemotherapy)中的标靶治疗概念便被应用于放射线治疗中；而针对高抗辐射性的肿瘤细胞，目前也积极发展具有高相对生物效应(relativebiologicaleffectiveness,RBE)的辐射源，如质子治疗、重粒子治疗、中子捕获治疗等。其中，中子捕获治疗便是结合上述两种概念，如硼中子捕获治疗，借由含硼药物在肿瘤细胞的特异性集聚，配合精准的中子射束调控，提供比传统放射线更好的癌症治疗选择。硼中子捕获治疗(BoronNeutronCaptureTherapy,BNCT)是利用含硼(B-10)药物对热中子具有高捕获截面的特性，借由10B(n,α)7Li中子捕获及核分裂反应产生4He和7Li两个重荷电粒子，两粒子的总射程约相当于一个细胞大小，因此对于生物体造成的辐射伤害能局限在细胞层级，当含硼药物选择性地聚集在肿瘤细胞中，搭配适当的中子射源，便能在不对正常组织造成太大伤害的前提下，达到局部杀死肿瘤细胞的目的。三维模型广泛应用于科学实验分析、科学实验模拟领域。比如在核辐射与防护领域，为了模拟生物体在一定辐射条件下的吸收剂量，常常需要利用计算机技术对医学影像进行各种处理建立精确的蒙特卡罗软件需要的晶格模型，并结合软件进行模拟计算。蒙特卡罗方法是目前能够对辐照目标内部三维空间核粒子碰撞轨迹和能量分布进行精确模拟的工具，蒙特卡罗方法与复杂的三维人体解剖模型相结合代表了模拟在计算机技术中的跃进。在诊断放射检查中，精确的人体器官剂量评估对于放射治疗是非常有益的。目前，国际上已经成功建立多种人体模型并结合蒙特卡罗模拟程序，对人体在辐射环境下的吸收剂量进行精确性的计算评估。人体三维解剖模型成功转换为蒙特卡罗程序所需要的几何描述是进行蒙特卡罗模拟计算的前提条件，也是目前国际上蒙特卡罗模拟研究的热点和难点。核磁共振成像(MagneticResonanceImaging,MRI)或电子计算机断层扫描(ComputedTomography,CT)等医学影像能够针对人体体内特征提供较为详细的组织几何结构信息，为人体内部结构的实体建模提供了数据基础。其中，以计算机断层扫描为例，将CT影像数据转换成与人体解剖构造相近的体素假体模型，从而模拟辐射的迁移历程，及与人体组织的作用情形来计算辐射吸收剂量。因此，在给定体素假体的各项元素组成时，尽可能地与病人真实情况吻合，以在模拟计算时获得最接近真实情况的结果。然而目前对体素假体的材料定义，普遍由固定区间范围的CT值对应固定元素组成比例的组织，如Vanderstraeten等人于2007年发表的文献(将在下文详述)所述，CT值＝-100～20对应为脂肪，CT值＝20～100对应为肌肉。但是人体各组织应由特定的元素质量比例组成，而非由单一区间内的固定元素质量比例代表，由此可知目前常见的体素假体成份定义方法仍有相当大的改善空间。因此，有必要提出一种提高治疗计划精确性的基于医学影像的组织元素质量比例解构方法及包含该解构方法的几何模型建立方法。
技术实现思路
本专利技术的一方面提供一种基于医学影像的组织元素质量比例解构方法，包括通过已知元素质量比例的组织对应的医学影像数据近似未知医学影像数据对应的组织的元素质量比例的步骤。该方法透过已知的组织元素质量比例，以医学影像数据求出其他组织的元素质量比例，提供更多组织种类用于建立基于医学影像转换的体素假体，该假体可用于蒙地卡罗治疗计划系统，透过更大量的组织元素质量比例，在蒙特卡罗计算时进而指定正确的物理作用数据如光子的线性衰减系数、中子的作用截面、与荷电粒子(质子、电子或其它荷电粒子)的质量阻挡本领，提供接近于真实的粒子迁移环境。作为一种优选地，所述医学影像数据与光子线性衰减系数相关，通过所述医学影像数据可以获得已知元素质量比例的组织的有效线性衰减系数。更进一步，所述通过已知元素质量比例的组织对应的医学影像数据近似未知医学影像数据对应的组织的元素质量比例的步骤包括：将NIST提供的基本元素的光子线性衰减系数以所述医学影像射束能谱加权，求出所述医学影像射束下的平均线性衰减系数μi；以所述医学影像的侦检器效率与增建因子乘积作为效率加权因子C，来修正各组织的线性衰减系数使其成为各组织的有效线性衰减系数即以相近医学影像数据的组织元素质量比例作为初始假设，以推演算法求出各医学影像数据所对应的生物体内化学元素质量比例分布即mi。作为一种优选地，所述医学影像数据为CT值，所述CT值HU与有效线性衰减系数μeff的关系为HU＝1000(μeff/μwater-1)，所述CT值以n为一群组，将CT值范围由-100至+1530分为1630/n群组。所述推演算法为最大近似算法。本专利技术的另一方面提供一种基于医学影像的几何模型建立方法，包括：读取医学影像的步骤；根据医学影像数据与组织种类之间的转换关系或上述组织元素质量比例解构方法定义组织种类的步骤；决定组织分群数的步骤；通过医学影像与密度之间的转换关系定义组织密度的步骤；建立带有组织和密度信息的3D编码矩阵的步骤；产生几何模型的步骤。该几何模型建立方法根据医学影像的数据与组织种类之间的转换关系，可以根据实际需要确定组织分群数，从而更加精确地提供组织种类、元素组成及密度，建立的几何模型更加匹配于医学影像反应出的真实情况。作为一种优选地，该几何模型建立方法应用于中子捕获治疗，其进一步包括给定B-10浓度的步骤和建立带有B-10浓度信息的3D编码矩阵的步骤。标记有B-10浓度信息的几何模型，便可清楚地知道，各个组织内的含硼药物浓度，然后进行中子捕获治疗照射模拟时，则更加真实地反应出实际情况。组织分群数为用户手动定义的组织分群数加上数据库中已有的4种组织分群数或14种组织分群数或70种组织分群数或所述组织元素质量比例解构方法确定的163种组织分群数。如果在已有数据库中并未建立有相对应的组织分群数，那么可以由用户自定义一个新的组织分群数。这样即避免了如果已有数据库中不能完全匹配相对应的组织分群数，只能近似选择的情况，从而有效地提高的建模的精确度。更加优选地，该几何模型建立方法进一步包括建立3D组织编码矩阵的步骤和建立3D密度编码矩阵的步骤。根据医学影像的切片通过相对应的转换关系，每一张切片建立相应的组织编码和密度编码，从而建立起3D组织编码矩阵和3D密度编码矩阵。几何模型包括蒙特卡罗软件输入档所需的晶格卡、栅元卡、曲面卡和材料卡。通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于医学影像的组织元素质量比例解构方法，包括通过已知元素质量比例的组织对应的医学影像数据近似未知医学影像数据对应的组织的元素质量比例的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种基于医学影像的组织元素质量比例解构方法，包括通过已知元素质量比例的组织对应的医学影像数据近似未知医学影像数据对应的组织的元素质量比例的步骤。2.根据权利要求1所述的基于医学影像的组织元素质量比例解构方法，其特征在于：所述医学影像数据与光子线性衰减系数相关，通过所述医学影像数据可以获得已知元素质量比例的组织的有效线性衰减系数。3.根据权利要求2所述的基于医学影像的组织元素质量比例解构方法，其特征在于：所述通过已知元素质量比例的组织对应的医学影像数据近似未知医学影像数据对应的组织的元素质量比例的步骤包括：将NIST提供的基本元素的光子线性衰减系数以所述医学影像射束能谱加权，求出所述医学影像射束下的平均线性衰减系数μi；以所述医学影像的侦检器效率与增建因子乘积作为效率加权因子C，来修正各组织的线性衰减系数使其成为各组织的有效线性衰减系数即以相近医学影像数据的组织元素质量比例作为初始假设，以推演算法求出各医学影像数据所对应的生物体内化学元素质量比例分布即mi。4.根据权利要求3所述的基于医学影像的组织元素质量比例解构方法，其特征在于：所述医学影像数据为CT值，所述CT值HU与有效线性衰减系数μeff的关系为HU＝1000(μeff/μwater-1)，所述CT值以n为一群组，将CT值范围由-100至+1530分为1630/n群组。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘渊豪，萧明城，
申请(专利权)人：南京中硼联康医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32