[发明专利]放射治疗中的一种计算机辅助靶区三维重建方法及装置

权利要求书

1.放射治疗中的一种计算机辅助靶区三维重建方法及装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对靶区轮廓数据点进行预处理，包括过滤重复点以及曲率过大的尖锐噪声；

S2、在已经得到的靶区轮廓中，以一个封闭轮廓为一个处理对象，反求控制顶点；

S3、拟合轮廓数据得到NURBS曲线；

S4、对靶区进行局部修改；

S5、对于多帧图像构成的图像集，通过每一帧图像中的靶区的NURBS曲线，采用扫掠法构建三维NURBS曲面；

S6、离散NURBS曲线得到离散的轮廓数据。

2.根据权利要求1所述的放射治疗中的一种计算机辅助靶区三维重建方法及装置，其特征在于：所述步骤S1对靶区轮廓数据点进行预处理，包括过滤重复点以及曲率过大的尖锐噪声，具体为，

S1.1过滤重复点

遍历数据点集中的所有点，计算相邻两点之间的距离，如果两点之间的距离小于设定阈值，则认为这是重复点，将其中一个点于点集中去除；

S1.2过滤曲率过大的尖锐噪声

S1.2.1限制线段夹角

对于一条直线段，提取首末两点，对于点集中的形成的相邻线段，分别计算其夹角，其夹角范围为[0,180]度，在保证夹角大于第一特定阈值的前提下，过滤部分直线段上的点，保证相邻夹角大于第一特定阈值；

S1.2.2当点集中相邻线段形成的夹角小于第一特定阈值，则在这两点之间插入一些中间点，保证其相邻夹角不小于允许值。

3.根据权利要求1所述的放射治疗中的一种计算机辅助靶区三维重建方法及装置，其特征在于：所述步骤S2在已经得到的靶区轮廓中，以一个封闭轮廓为一个处理对象，反求控制顶点，具体为，

S2.1在已经得到的靶区轮廓中，以一个封闭轮廓为一个处理对象，对处理对象内完成数据点预处理后的节点通过均匀参数化法、积累弦长参数化法或福利参数化法进行参数化处理；

S2.2通过圆弧估算法求解靶区轮廓的离散曲率；

S2.3基于表现离散曲率变化的特征点，即曲率极值点、折痕点和拐点，基于这些特征点对数据点集进行分段处理；

S2.4计算分段处理后各段的控制顶点

确定NURBS曲线的次数k，反求控制顶点，反求控制顶点的方程如下，

式中，矩阵中的元素均为NURBS基函数的值，NURBS基函数的值通过高斯消元法求解获得。

4.根据权利要求1所述的放射治疗中的一种计算机辅助靶区三维重建方法及装置，其特征在于：所述步骤S3拟合轮廓数据得到NURBS曲线，具体为，在确定控制顶点的基础上，结合NURBS基函数确定对应的NURBS曲线。

5.根据权利要求1所述的放射治疗中的一种计算机辅助靶区三维重建方法及装置，其特征在于：所述步骤S4，对靶区进行局部修改，具体包括以下方法，

a)鼠标选择相应的控制顶点，通过拖拽的方法对控制顶点进行局部的微调，同时基于调整后的控制顶点实时更新NURBS曲线；

b)对于非平滑的位置，在对应的位置增加控制顶点，以满足生成复杂曲线造型的要求；

c)对于冗余的控制顶点，进行删除，删除后自动更新相关NURBS曲线。

6.根据权利要求1所述的放射治疗中的一种计算机辅助靶区三维重建方法及装置，其特征在于：所述步骤S5对于多帧图像构成的图像集，通过每一帧图像中的靶区的NURBS曲线，采用扫掠法构建三维NURBS曲面，具体为，

对于p帧图像构成的图像集，通过每一帧图像中的靶区的NURBS曲线，共计p次NURBS曲线推广到p*q次NURBS曲面，其表达式如下所示，

式中，d_i,j(i＝0,1,2…n；j＝0,1,2…m)为包含参数u以及v的控制网格，ω_i,j为权重因子，N_i,p(u)为定义在节点矢量U方向上的规范非有理B样条基函数，N_j,q(v)为定义在节点矢量V方向上的规范非有理B样条基函数，q为节点矢量V方向的规范非均匀有理B样条的次数，n为U方向的控制顶点的个数，m为V方向上的控制顶点的个数。

7.根据权利要求1所述的放射治疗中的一种计算机辅助靶区三维重建方法及装置，其特征在于：所述步骤S6离散NURBS曲线得到离散的轮廓数据，具体包括以下步骤，

S6.1确定约束点，对于一些关键节点，为了避免在离散化过程中的误差，需要事先确定约束点，约束点在离散化过程中保持不变；

S6.2通过等弧长方法从NURBS曲线进行分段，确定段数；

S6.3对于每一个分段，根据预先给定的网格尺寸添加节点，保持相应的坐标值。