[发明专利]基于梯度特征的调强放射治疗计划剂量数据的插值算法

说明书

技术领域

本发明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，属于调强放射治疗技术领域。。

背景技术

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(DoseDifference)、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)(1-v)f(i,j)+(1-u)vf(i,j+1)

A(1)

+u(1-v)f(i+1,j)+uvf(i+1,j+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。

发明内容

本发明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，提出一种基于梯度特征的调强放射治疗计划剂量数据的插值算法。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，本发明采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。

本发明所述基于梯度特征的调强放射治疗计划剂量数据的插值算法，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I_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▽I_L(i,j)以及该点对应的梯度模||▽I_L(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(i′,j′)和非梯度边缘点(i″,j″)；