基于法向量的靶区体积轮廓的外扩内缩方法及计算设备与流程

1.本发明涉及一种外扩内缩域，具体涉及一种基于法向量的靶区体积轮廓的外扩内缩方法及计算设备。


背景技术：

2.随着放射治疗技术的发展调强放射治疗方式逐渐兴起，调强放射治疗需要使剂量分布在三维方向上与靶区形状相似一致，尽可能减少对靶区周围正常组织的照射剂量。而在放射治疗计划系统(tps)中是否可以准确勾画出靶区轮廓边界，将直接影响放射治疗的结果和效果。在放射治疗过程中，射线照射肿瘤的过程就类似于打靶的过程。在靶区勾画时，常常会遇到肿瘤区(gross target volume,gtv)、临床靶区(clinical target volume,ctv)、计划靶区(planning target volume,ptv)。在放射治疗计划系统(tps)的勾画功能中，gtv轮廓扩张可以依据设定的边界距离自动生成ctv、ptv，与之前手动勾画相比可以大幅度地减少时间并提高轮廓的勾画精度。
3.靶区轮廓实际上是由一组有序点构成的无规则多边形。
4.在平面上，常用的外扩内缩方法是直接对多边形边界上的点进行前后左右移动，但通过这种方法得到的外扩内缩点有时会超过预先设定的外扩内缩范围，导致靶区体积轮廓外扩内缩不精准。
5.在空间上，最简单常用的外扩内缩方法是对分别对一层轮廓进行外扩内缩，然后直接构成空间上外扩内缩轮廓，未考虑空间上各层轮廓扩张时的相互影响关系，导致在空间上外扩内缩形状差距与实际较大。而借用图像处理技术进行靶区体积轮廓的外扩内缩方法，实现较为繁琐。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于法向量的靶区体积轮廓的外扩内缩方法及计算设备。
7.为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
8.一方面，本发明公开一种基于法向量的靶区体积轮廓的外扩内缩方法，包括以下步骤：
9.s1：获取数据，通过对所有影响层上的轮廓以及预先输入外扩内缩参数信息的提取，获得需要执行外扩内缩的所有层轮廓信息、ct层信息以及上、下、前、后、左、右六个方向上的外扩内缩参数值；
10.其中，参数值均为实数；
11.当参数值取正数时，表示为外扩；
12.当参数值取负数时，表示为内缩；
13.当参数值取零值时，表示既不外扩也不内缩；
14.s2：一层轮廓进行外扩内缩，对所有层轮廓信息中的其中一层轮廓按照前、后、左、
右四个方向上的参数值执行外扩内缩，获得经外扩内缩后的新轮廓信息；
15.s3：ct层外扩内缩，对该层轮廓重新外扩内缩并将获取到的新轮廓保存至受影响的ct层上，实现靶区轮廓的精确勾画；
16.进一步，s2具体包括以下步骤：
17.s2.1：获取轮廓上全部点，并对由全部点组成的点集进行重新排序，判断全部点围成的区域面积是否大于零；
18.若大于零，则进行顺时针排序；
19.否则，进行逆时针排序；
20.s2.2：以轮廓上每个点为原点，按照前、后、左、右四个方向划分成四个象限，根据s2.1重新排序后得到的点集，计算每点外法线方向以及每点沿外法线方向的偏移量，通过外法线方向确定该点所在的象限，从而计算得到沿外法线方向对应的外扩内缩点；
21.s2.3：提取点集中每个点对应的外扩内缩点，依次勾画连接所有点，得到的轮廓作为外扩内缩的轮廓。
22.在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：
23.作为优选的方案，s3具体包括以下步骤：
24.s3.1：获取参数信息，获取所有层轮廓信息、影响层和ct层的位置信息以及前、后、左、右、上、下六个方向外扩内缩参数值；
25.s3.2：重新计算确定参数值，根据影响层和ct层位置之间的距离以及上、下方向的外扩内缩参数值，重新计算前、后、左、右四个方向上的外扩内缩参数值；
26.s3.3：获取新轮廓，将重新计算得到的前、后、左、右四个外扩内缩参数值代入到s2中的一层轮廓进行外扩内缩中，得到一个新轮廓并将该轮廓保存到当前ct层上；
27.s3.4：轮廓融合选取，当前ct层受到所有层外扩内缩影响，将得到的所有轮廓进行融合选取，得到所有影响层在当前ct层上的一个轮廓；
28.s3.5：通过自定义多轮廓融合函数，将一个ct层上的多个不同轮廓融合成当前ct层上的一个新轮廓。
29.作为优选的方案，s3.2中，影响层和ct层之间的距离d具体由下式可得：
30.d＝|p
1-p2|；
31.其中，p1为影响层的位置；
32.p2为ct层的位置。
33.作为优选的方案，s3.2中，新的前、后、左、右四个方向上的外扩内缩参数值x'由下式可得：
[0034][0035]
其中，x为前、后、左、右四个方向的原始参数值；
[0036]
y为上、下两个方向的原始参数值，当ct层位置在影响层位置上方时，y为向上方向原始参数值；当ct层位置在影响层位置下方时，y为向下方向原始参数值。
[0037]
作为优选的方案，s3.5具体包括以下内容：
[0038]
首先，将一个ct层上多个不同轮廓按照其是否相交或是否包含分成不同的多组；
[0039]
然后，每个组的轮廓分别进行多个区域融合获取轮廓边界点；
[0040]
最终，根据所有组的轮廓边界点勾画出一个新轮廓，作为当前ct层上的轮廓。
[0041]
另一方面，本发明公开一种计算设备，包括：
[0042]
一个或多个处理器；
[0043]
存储器；
[0044]
以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个程序包括用于实现上述任一种基于法向量的靶区体积轮廓的外扩内缩方法的指令。
[0045]
本发明公开一种基于法向量的靶区体积轮廓的外扩内缩方法及计算设备，具有以下有益效果：
[0046]
第一，通过外法线方向确定外扩内缩点，并考虑了空间上靶区体积扩张时各层间相互影响关系，使靶区体积外扩内缩后得到的轮廓更加符合实际形状。进一步提高了适形度，能够实现对各种复杂靶区体积轮廓扩张，如内凹型靶区和环形靶区的精准扩张勾画。
[0047]
第二，相比较每层轮廓扩张后，然后直接构成空间上外扩内缩轮廓或者再次考虑相互影响层之间的影响重新外扩叠加融合成新轮廓，本发明不需要事先对每层轮廓进行扩张，仅考虑在空间上下方向扩张范围内所有层进行相应重新计算前、后、左、右参数值，再进行扩张叠加融合成新轮廓，提高了勾画速度；
[0048]
第三，本发明的实现过程简单，快速。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0050]
图1为本发明实施例提供的外扩内缩方法的流程图。
[0051]
图2为本发明实施例提供的一层轮廓进行外扩内缩的流程图。
[0052]
图3为本发明实施例提供的ct层外扩内缩的流程图。
具体实施方式
[0053]
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
[0054]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0055]
使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
[0056]
另外，“包括”元件的表述是“开放式”表述，该“开放式”表述仅仅是指存在对应的部件或步骤，不应当解释为排除附加的部件或步骤。
[0057]
为了达到本发明的目的，一种基于法向量的靶区体积轮廓的外扩内缩方法及计算
设备的其中一些实施例中，如图1所示，外扩内缩方法包括以下步骤：
[0058]
s1：获取数据，通过对所有影响层上的轮廓以及预先输入外扩内缩参数信息的提取，获得需要执行外扩内缩的所有层轮廓信息、ct层信息以及上、下、前、后、左、右六个方向上的外扩内缩参数值；
[0059]
其中，参数值均为实数；
[0060]
当参数值取正数时，表示为外扩；
[0061]
当参数值取负数时，表示为内缩；
[0062]
当参数值取零值时，表示既不外扩也不内缩；
[0063]
s2：一层轮廓进行外扩内缩，对所有层轮廓信息中的其中一层轮廓按照前、后、左、右四个方向上的参数值执行外扩内缩，获得经外扩内缩后的新轮廓信息；
[0064]
s3：ct层外扩内缩，对该层轮廓重新外扩内缩并将获取到的新轮廓保存至受影响的ct层上，实现靶区轮廓的精确勾画；
[0065]
进一步，如图2所示，s2具体包括以下步骤：
[0066]
s2.1：获取轮廓上全部点，并对由全部点组成的点集进行重新排序，判断全部点围成的区域面积是否大于零；
[0067]
若大于零，则进行顺时针排序；
[0068]
否则，进行逆时针排序；
[0069]
s2.2：以轮廓上每个点为原点，按照前、后、左、右四个方向划分成四个象限，根据s2.1重新排序后得到的点集，计算每点外法线方向以及每点沿外法线方向的偏移量，通过外法线方向确定该点所在的象限，从而计算得到沿外法线方向对应的外扩内缩点；
[0070]
s2.3：提取点集中每个点对应的外扩内缩点，依次勾画连接所有点，得到的轮廓作为外扩内缩的轮廓。
[0071]
法线是与多边形的曲面垂直的理论线。外法线唯一，只要确定外扩距离，对于多边形曲面上任一点的外扩点也就自然确定。采用外法线得到的多边形与原多边形的平行性较好，使靶区体积外扩内缩后得到的轮廓更加符合实际形状，提高适形度。
[0072]
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，如图3所示，s3具体包括以下步骤：
[0073]
s3.1：获取参数信息，获取所有层轮廓信息、影响层和ct层的位置信息以及前、后、左、右、上、下六个方向外扩内缩参数值；
[0074]
s3.2：重新计算确定参数值，根据影响层和ct层位置之间的距离以及上、下方向的外扩内缩参数值，重新计算前、后、左、右四个方向上的外扩内缩参数值；
[0075]
s3.3：获取新轮廓，将重新计算得到的前、后、左、右四个外扩内缩参数值代入到s2中的一层轮廓进行外扩内缩中，得到一个新轮廓并将该轮廓保存到当前ct层上；
[0076]
s3.4：轮廓融合选取，当前ct层受到所有层外扩内缩影响，将得到的所有轮廓进行融合选取，得到所有影响层在当前ct层上的一个轮廓；
[0077]
s3.5：通过自定义多轮廓融合函数，将一个ct层上的多个不同轮廓融合成当前ct层上的一个新轮廓。
[0078]
其中，下面对自定义多轮廓融合函数进行进一步描述：
[0079]
假设有5个轮廓，1、2、4相交(或包含)分成一组，1、3、4相交(或包含)分成一组，3、
4、5相交(或包含)分成一组，即共分成三组。根据各组轮廓的边缘范围分别对各组进行合并融合选取轮廓点，最后合并全部轮廓点形成一个新轮廓。
[0080]
进一步，在上述实施例的基础上，s3.2中，影响层和ct层之间的距离d具体由下式可得：
[0081]
d＝|p
1-p2|；
[0082]
其中，p1为影响层的位置；
[0083]
p2为ct层的位置。
[0084]
进一步，在上述实施例的基础上，s3.2中，新的前、后、左、右四个方向上的外扩内缩参数值x'由下式可得：
[0085][0086]
其中，x为前、后、左、右四个方向的原始参数值；
[0087]
y为上、下两个方向的原始参数值，当ct层位置在影响层位置上方时，y为向上方向原始参数值；当ct层位置在影响层位置下方时，y为向下方向原始参数值。
[0088]
进一步，在上述实施例的基础上，s3.5具体包括以下内容：
[0089]
首先，将一个ct层上多个不同轮廓按照其是否相交或是否包含分成不同的多组；
[0090]
然后，每个组的轮廓分别进行多个区域融合获取轮廓边界点；
[0091]
最终，根据所有组的轮廓边界点勾画出一个新轮廓，作为当前ct层上的轮廓。
[0092]
另一方面，本发明实施例公开一种计算设备，包括：
[0093]
一个或多个处理器；
[0094]
存储器；
[0095]
以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个程序包括用于实现上述任一实施例公开的基于法向量的靶区体积轮廓的外扩内缩方法的指令。
[0096]
本发明公开一种基于法向量的靶区体积轮廓的外扩内缩方法及计算设备，具有以下有益效果：
[0097]
第一，通过外法线方向确定外扩内缩点，并考虑了空间上靶区体积扩张时各层间相互影响关系，使靶区体积外扩内缩后得到的轮廓更加符合实际形状。进一步提高了适形度，能够实现对各种复杂靶区体积轮廓扩张，如内凹型靶区和环形靶区的精准扩张勾画。
[0098]
第二，相比较每层轮廓扩张后，然后直接构成空间上外扩内缩轮廓或者再次考虑相互影响层之间的影响重新外扩叠加融合成新轮廓，本发明不需要事先对每层轮廓进行扩张，仅考虑在空间上下方向扩张范围内所有层进行相应重新计算前、后、左、右参数值，再进行扩张叠加融合成新轮廓，提高了勾画速度；
[0099]
第三，本发明的实现过程简单，快速。
[0100]
应当理解，这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和计算设备，或者本发明的方法和计算设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、cd-rom、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被该机器执行时，该机器变成实践本发明的设备。
[0101]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0102]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0103]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
[0104]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。