本發(fā)明涉及醫(yī)療影像處理技術(shù)，具體涉及醫(yī)學(xué)三維可視化技術(shù)。

背景技術(shù)：

目前，治療計劃系統(tǒng)中劑量的三維可視化顯示及其與體數(shù)據(jù)融合顯示方法主要是基于VTK進(jìn)行渲染。這種方法在對劑量分布進(jìn)行三維繪制之前,將劑量數(shù)組構(gòu)造為VTK可以處理的多邊形數(shù)據(jù)(Polygonal Data)類型，然后使用VTK提供的三維重建流程進(jìn)行劑量的可視化處理。

為了使醫(yī)生可以很直觀地觀察劑量分布與人體組織的空間關(guān)系，需要將劑量分布圖與體數(shù)據(jù)三維重構(gòu)圖融合在一起進(jìn)行對比顯示。

這種方法與傳統(tǒng)的面繪制類似，需要構(gòu)造生成中間幾何圖元，在這個過程中會造成某些圖像細(xì)節(jié)丟失，而且融合過程是基于VTK進(jìn)行的，無法對融合過程具體的分類和光照方式進(jìn)行控制，往往無法實(shí)現(xiàn)臨床上對劑量分類具體需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有治療計劃系統(tǒng)中劑量三維可視化技術(shù)所存在的問題，需要一種能夠直觀顯示劑量分布的三維可視化技術(shù)。

為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種治療計劃系統(tǒng)中劑量分布的三維可視化方法，能夠更能直觀展現(xiàn)劑量的分布情況。

為解決該技術(shù)問題，本發(fā)明提供的治療計劃系統(tǒng)中劑量分布的三維可視化方法，包括：

重采樣可視成像所需的數(shù)據(jù)；

對重采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分類；

基于分類后數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像合成。

在本可視化方法中，通過重采樣在可視成像時對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)。

在本可視化方法中，在采樣過程中對阻光度和顏色值分類。

在本可視化方法中，對阻光度基于CT值及剃度進(jìn)行自動分類，基于如下公式進(jìn)行確定：

其中，α為阻光度，h為體元對應(yīng)CT值，h₁，h₂為CT值門限，且滿足h₁＜h₂。

在本可視化方法中，對阻光度進(jìn)行手動自定義分類。

在本可視化方法中，對阻光度基于感興趣區(qū)進(jìn)行自定義分類。

在本可視化方法中，對顏色值基于劑量值進(jìn)行自動分類，基于如下公式確定：

其中，c_λ為顏色分量，d為體元對應(yīng)劑量值，d₁，d₂為劑量值門限，且滿足d₁＜d₂；c_λ1為d₁對應(yīng)顏色分量值，c_λ2為d₂對應(yīng)顏色分量值。

在本可視化方法中，對顏色值基于處方劑量進(jìn)行自定義分類，基于如下公式確定：

其中，為體元v[i,j,k]的顏色分量值，c_λ1滿足優(yōu)化條件的顏色，c_λ2為不滿足優(yōu)化條件的顏色，[ROI^T]為靶區(qū)體元，[ROI^R]為危及器官體元，d_p1、d_p2為靶區(qū)處方劑量，d_p為危及器官處方劑量。

在本可視化方法中，通過如下的圖像合成算子完成圖像合成：

其中，為第i個采樣點(diǎn)的顏色值，為不透明度值，為進(jìn)入第i個采樣點(diǎn)時的顏色值，為不透明度值，為經(jīng)過第i個采樣點(diǎn)后的顏色值，為不透明度值為。

本發(fā)明的方案使得醫(yī)生可以根據(jù)臨床需要對阻光度及顏色進(jìn)行定義，從而使得劑量分布可以基于需要進(jìn)行三維可視化顯示，從而使醫(yī)生能更能直觀的判斷相關(guān)組織的劑量分布情況。

此外，由于基于光線投射理論的體繪制技術(shù)無需構(gòu)造中間幾何圖元，使得基于患者CT圖像體數(shù)據(jù)的三維可視化效果細(xì)節(jié)更加清晰。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)例中α及顏色自定義分類示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)例中實(shí)現(xiàn)體顯示流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

本方案提供一種基于光線投射方法的體繪制三維可視化用技術(shù)，其通過在光線投射采樣過程中，對阻光度分別基于CT值自動分類和手動自定義分類、基于感興趣區(qū)進(jìn)行自定義分類；對顏色值分量分別基于劑量值進(jìn)行自動分類，基于處方劑量進(jìn)行自定義分類。這些分類方式及不同組合，使得醫(yī)生可以根據(jù)臨床需要對阻光度及顏色進(jìn)行定義，從而使得劑量分布可以基于需要進(jìn)行三維可視化顯示，從而使醫(yī)生能更能直觀的判斷相關(guān)組織的劑量分布情況。

據(jù)此，本方案進(jìn)行體繪制時主要包括如下三步驟(參見圖2)：

步驟1：數(shù)據(jù)重采樣

重采樣是在可視成像時對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行的重構(gòu)。具體實(shí)現(xiàn)時，本方案將重構(gòu)和重采樣結(jié)合在一起，具體可采用最近鄰插值法、三線性插值法、高斯插值法等進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。

步驟2：數(shù)據(jù)分類

重采樣結(jié)束以后就是對重采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，本方案中進(jìn)行分類的方法有三種：一種是自動的分類方法，如根據(jù)閾值和梯度進(jìn)行分類；第二種是根據(jù)組織分割的結(jié)果進(jìn)行分類；第三種方法是手動設(shè)定不同象素值對應(yīng)的阻光度、顏色等特性。

據(jù)此，本方案針對放射治療計劃系統(tǒng)劑量分布三維可視化臨床需求，提供了以下幾種方式對阻光度及顏色分量進(jìn)行分類。

(一)自動分類

阻光度基于CT值及剃度進(jìn)行自動分類，而顏色值基于劑量值進(jìn)行自動分類。具體做法如下，阻光度與CT值映射關(guān)系由下式給出，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)阻光度的自動分類：

其中，α為阻光度，h為體元對應(yīng)CT值，h₁,h₂為CT值門限，且滿足h₁＜h₂。

而顏色與劑量值映射關(guān)系由下式給出，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)顏色值的自動分類：

其中，c_λ為顏色分量，d為體元對應(yīng)劑量值，d₁,d₂為劑量值門限，且滿足d₁＜d₂。c_λ1為d₁對應(yīng)顏色分量值，c_λ2為d₂對應(yīng)顏色分量值。

在該自動分類方案中，小于門限值或大于門限值的體元數(shù)據(jù)點(diǎn)屬于相同的物質(zhì)；在門限內(nèi)，相同CT值體元數(shù)據(jù)點(diǎn)屬于相同的物質(zhì)。同一個組織和器官是由多種不同的物質(zhì)組成的。

(二)自定義分類

自定義分類方法可以手動設(shè)置CT值對應(yīng)的α值(阻光度)及劑量值對應(yīng)的顏色值。該自定義分類方法具有極大的靈活性，用戶可以根據(jù)繪制具體要求來調(diào)整數(shù)據(jù)的可視化屬性，從而獲得理想的顯示效果，例如對某些組織和器官的突出顯示等。

本方案對α映射表(即阻光度α與CT值映射關(guān)系表)提供了兩種自定義方式：一種是基于具體CT值配置α值，如圖1所示，用戶可以通過調(diào)整α曲線配置CT值與α映射表。另外一種方式是設(shè)定感興趣區(qū)(ROI)α值，比如將一些危及器官或靶區(qū)的α值設(shè)為較大一些，以便突出顯示這些器官的劑量分布情況。

本方案對顏色映射表(即顏色值與劑量值之間的映射對應(yīng)關(guān)系表)的定義，作為舉例，在圖1中可通過雙擊菱形顏色按鈕來調(diào)整劑量值對應(yīng)的顏色值。這種方法具有極大的靈活性，用戶可以根據(jù)繪制具體要求來調(diào)整數(shù)據(jù)的可視化屬性，從而獲得理想的顯示效果。

(三)基于處方劑量分類

臨床上，特別是逆向調(diào)強(qiáng)計劃，會針對靶區(qū)及危及器官設(shè)定處方劑量，如設(shè)定靶區(qū)劑量區(qū)間，設(shè)定危及器官最大劑量等。這些處方劑量做為優(yōu)化目標(biāo)參數(shù)，可以基于感興趣區(qū)(ROI)處方劑量對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行評估。

針對以上需求，本方案提供了對顏色值基于處方劑量進(jìn)行分類的方式，具體分類方法由下式給出：

其中，為體元v[i,j,k]的顏色分量值，c_λ1滿足優(yōu)化條件的顏色，c_λ2為不滿足優(yōu)化條件的顏色。[ROI^T]為靶區(qū)體元，[ROI^R]為危及器官體元。d_p1、d_p2為靶區(qū)處方劑量，d_p為危及器官處方劑量。

該顏色值基于處方劑量分類方法使臨床醫(yī)生在進(jìn)行劑量分布評估時，可以基于顏色對感興趣區(qū)(ROI)劑量分布是否滿足條件做出更直觀的判斷。

步驟3：圖像合成。

體繪制的最后一步是圖像合成。圖像合成算法是根據(jù)一定的光學(xué)模型推導(dǎo)出來的。本方案中基于光線吸收與發(fā)射?？梢缘玫接汕爸梁蟮膱D像合成算子：

這里，為第i個采樣點(diǎn)的顏色值，為不透明度值，為進(jìn)入第i個采樣點(diǎn)時的顏色值，為不透明度值，為經(jīng)過第i個采樣點(diǎn)后的顏色值，為不透明度值為。

本實(shí)例方案中基于分類方式及不同組合，使得醫(yī)生可以根據(jù)臨床需要對阻光度及顏色進(jìn)行定義，從而使得劑量分布可以基于需要進(jìn)行三維可視化顯示，從而使醫(yī)生能更能直觀的判斷相關(guān)組織的劑量分布情況。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。