【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医学图像处理，具体涉及一种基于能谱ct的肿瘤放疗靶区识别方法、系统及设备。
技术介绍
1、肿瘤放射治疗是一种常见的肿瘤治疗方法，利用高能射线照射肿瘤组织，破坏癌细胞的dna结构，阻止其生长和分裂，从而达到治疗的目的。这种治疗方法通常结合手术和化疗使用，可以根治肿瘤、缓解症状、减小肿瘤体积或减少复发风险。放疗靶区勾画是在放射治疗计划中确定肿瘤和潜在转移区域的过程。为实现肿瘤放疗靶区的准确勾画，医生可基于常规医学影像数据，如ct图像、核磁共振图像(mri)和正电子发射断层成像(pet)等，勾画肿瘤在身体内的位置、形状和大小，同时考虑相关组织器官的保护。准确的勾画对确保放疗的疗效和安全至关重要，可最大限度地杀灭肿瘤细胞，减少正常组织受损，并提高患者的治疗成功率和生活质量。
2、基于常规医学影像数据，虽然可实现肿瘤靶区的勾画，但其存在诸多局限：
3、①恶性肿瘤多呈浸润性生长，与临近正常组织无明显界限。如图1所示，ct图像为一例食管癌患者的肿瘤靶区，图2为18f-fdg pet功能图像展示肿瘤内部代谢活度区域(高亮区域)，提示该患者肿瘤浸润并非“均匀”；若仅仅依靠ct解剖图像(图1)则无法捕捉这一特性。
4、②为了确保肿瘤靶区不“漏照”，目前常规做法，将临床靶体积(ctv)在肉眼可见肿瘤靶区(gtv)各方向均匀外扩5～6mm。然而，外扩后的靶区范围过大，会导致ps评分较低、病期较晚、心肺功能差者无法完成治疗。
5、③为了准确识别肿瘤的生物边界，临床实践中于放疗前对患者进行pet
6、④放疗在抑制肿瘤血管生成、周围组织浸润和远处转移方面具有显著优势。因此，在肿瘤放疗疗程中(通常持续5-6周)，肿瘤的生物边界一定会产生动态变化。而现实情况是，不可能对患者持续进行多次pet功能成像，也就无法及时发现放疗分次间肿瘤生物边界的变化。
7、近年来，能谱ct作为一种先进的成像技术，利用物质在双能量x射线下产生不同的吸收，经后处理得到不同单能量图像，提供比常规ct更多的影像信息。
8、能谱ct没有用于肿瘤放疗靶区勾画的主要原因有以下两点：
9、①能谱ct常用于影像科医生对肿瘤诊断和消除金属伪影等定性分析，例如在低能量段的单能量图像上，具有更好的软组织分辨力，有助于提高病灶检出率；高能量段的图像则有利于消除金属伪影，提高含金属材料植入物的显示效果；而肿瘤放疗靶区的勾画需对肿瘤的高危浸润边界进行定量分析，单一能量ct的定性分析无法满足靶区勾画要求。
10、②图像后处理工作站对于能谱ct的定量分析，仅限于二维层面固定形状感兴趣区(如圆形和矩形)，不支持基于单个体素的定量分析，难以获得更加精细的分析结果，从而无法从三维角度准确勾画肿瘤靶区。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于能谱ct的肿瘤放疗靶区识别方法、系统及设备，通过构建肿瘤组织和正常组织的特征能谱曲线，拟合待测体素的能谱曲线所包含肿瘤和正常组织成份的权重，识别肿瘤浸润高危阳性像素点区域，实现对瘤放疗靶区的准确识别。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种基于能谱ct的肿瘤放疗靶区识别方法，包括以下步骤：
4、(1)基于能谱ct扫描序列获得不同重建点的若干套单能量ct图像；
5、(2)利用回顾性标记确定每一套单能量ct图像中肿瘤感兴趣区域和周围正常组织区域的像素点；
6、(3)获取肿瘤感兴趣区域和正常组织感兴趣区域内像素点的能谱曲线集合，分别提取肿瘤和正常组织的特征能谱曲线基础集；
7、(4)获取待测区域内像素点的能谱曲线集合；
8、(5)根据肿瘤和正常组织的特征能谱曲线基础集拟合待测区域内像素点的能谱曲线集合所包含肿瘤与正常组织的成份权重，识别待测区域内的肿瘤浸润高危阳性像素点区域；
9、(6)对肿瘤浸润高危阳性像素点区域外围边界进行三维重建，确定肿瘤高危浸润区域三维轮廓；
10、(7)根据肿瘤高危浸润区域三维轮廓指导肿瘤放疗靶区的识别和勾画。
11、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
12、步骤(1)中，不同单能量ct图像的获得为由能谱ct扫描序列对患者在一定能量范围内进行双能量扫描后进行重建，每隔3-6kev设为一个重建点，得到若干套单能量ct图像。
13、步骤(2)中，利用回顾性标记确定每一套单能量ct图像中肿瘤感兴趣区域和周围正常组织区域的像素点，具体包括：
14、1)通过回顾性分析，将患者的反映肿瘤和正常组织特征的影像与不同重建点的单能量ct图像配准；
15、2)根据反映肿瘤和正常组织特征的影像，对不同重建点的单能量ct图像中的肿瘤、正常组织相应像素点进行标记。
16、步骤(3)中，所述获取肿瘤感兴趣区域和正常组织感兴趣区域内像素点的能谱曲线集合，具体包括：
17、1)针对肿瘤感兴趣区内的像素点，分别在不同重建点的单能量ct图像上以该像素点为中心体素，计算该中心像素的三维最近邻域体素的hu平均值作为纵坐标，以重建点的能量kev值为纵坐标，得到该像素点的能谱曲线，遍历区域内的每一个像素点，得到肿瘤感兴趣区域内所有像素点的能谱曲线集合；
18、2)针对正常组织区内的像素点，分别在不同重建点的单能量ct图像上以该像素点为中心体素，计算该中心像素的三维最近邻域体素的hu平均值作为纵坐标，以重建点的能量kev值为纵坐标，得到该像素点的能谱曲线，遍历区域内的每一个像素点，得到正常组织感兴趣区域内所有像素点的能谱曲线集合。
19、步骤(3)中，所提取的肿瘤和正常组织的特征能谱曲线基础集，为针对肿瘤感兴趣区和正常组织感兴趣区内像素点的能谱曲线，采用主成分分析分别提取表征肿瘤和正常组织的特征能谱曲线，包含以下步骤：
20、1)定义感兴趣区域内能谱曲线的相互关系，如下式：
21、
22、其中，x为能谱曲线矩阵，大小为m×n，表示m条长度为n的肿瘤或正常组织能谱曲线集合；cx为能谱曲线矩阵x的协方差矩阵，表示能谱曲线间的相互关系；
23、2)利用pca求解线性变换p来重新表征能谱曲线矩阵x，由下式定义：
24、px＝y
25、其中，p为一组正交的基向量，y为x在基向量p下的投影，表示为能谱曲线集合的主成分，则y的协方差矩阵定义为cy：
26、
27、其中，cy是一个对角矩阵，如下式：
28、cy＝pcxpt
29、其中，p将cx对角化得到对角矩阵cy，cy中的变量称为特征值，用于衡量p中主成分的重要性；p中特征值最大的特征向量是第一主成分，指向能谱曲线数据集x中方差最大方向，对应能谱曲线集本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于能谱CT的肿瘤放疗靶区识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于能谱CT的肿瘤放疗靶区识别方法，其特征在于：步骤(1)中，不同单能量CT图像的获得为由能谱CT扫描序列对患者在一定能量范围内进行双能量扫描后进行重建，每隔3-6keV设为一个重建点，得到若干套单能量CT图像。
3.根据权利要求1所述的基于能谱CT的肿瘤放疗靶区识别方法，其特征在于：步骤(2)中，利用回顾性标记确定每一套单能量CT图像中肿瘤感兴趣区域和周围正常组织区域的像素点，具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于能谱CT的肿瘤放疗靶区识别方法，其特征在于：步骤(3)中，所述获取肿瘤感兴趣区域和正常组织感兴趣区域内像素点的能谱曲线集合，具体包括：
5.根据权利要求1所述的基于能谱CT的肿瘤放疗靶区识别方法，其特征在于：步骤(3)中，所提取的肿瘤和正常组织的特征能谱曲线基础集，为针对肿瘤感兴趣区和正常组织感兴趣区内像素点的能谱曲线，采用主成分分析分别提取表征肿瘤和正常组织的特征能谱曲线，包含以下步骤：
6.根据权利要求1所述
7.根据权利要求1所述的基于能谱CT的肿瘤放疗靶区识别方法，其特征在于：步骤(5)中，所述拟合待测区域内像素点的能谱曲线集合所包含肿瘤与正常组织的成份权重，包含以下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于能谱CT的肿瘤放疗靶区识别方法，其特征在于：步骤(5)中，所述识别待测区域内的肿瘤浸润高危阳性像素点区域，包含以下步骤：
9.一种基于能谱CT的肿瘤放疗靶区的识别系统，其特征在于，包括：
10.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现如权利要求1-8任一项所述的基于能谱CT的肿瘤放疗靶区的识别方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于能谱ct的肿瘤放疗靶区识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于能谱ct的肿瘤放疗靶区识别方法，其特征在于：步骤(1)中，不同单能量ct图像的获得为由能谱ct扫描序列对患者在一定能量范围内进行双能量扫描后进行重建，每隔3-6kev设为一个重建点，得到若干套单能量ct图像。
3.根据权利要求1所述的基于能谱ct的肿瘤放疗靶区识别方法，其特征在于：步骤(2)中，利用回顾性标记确定每一套单能量ct图像中肿瘤感兴趣区域和周围正常组织区域的像素点，具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于能谱ct的肿瘤放疗靶区识别方法，其特征在于：步骤(3)中，所述获取肿瘤感兴趣区域和正常组织感兴趣区域内像素点的能谱曲线集合，具体包括：
5.根据权利要求1所述的基于能谱ct的肿瘤放疗靶区识别方法，其特征在于：步骤(3)中，所提取的肿瘤和正常组织的特征能谱曲线基础集，为针对肿瘤感兴趣区和正常组织感兴趣区内像素点的能谱曲线，采用主成分分析分别提取表征肿瘤和正常组织的特征能谱曲线，包含以下步骤：
6.根据权利要求1所述的基于能...
【专利技术属性】
技术研发人员：李双双，侯震，朱健，刘娟，高山宝，尹贻才，张陵，韩永超，张媛，闫婧，
申请(专利权)人：南京鼓楼医院，
类型：发明
国别省市：
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