基于圖像的病例檢索、勾畫及治療計(jì)劃系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于圖像的病例檢索、勾畫及治療計(jì)劃系統(tǒng)和方法，屬于醫(yī)學(xué)設(shè)備及應(yīng)用方法【技術(shù)領(lǐng)域】。該系統(tǒng)包括器官識(shí)別模塊、病例數(shù)據(jù)庫(kù)、相似病例選擇模塊、器官及靶區(qū)定位模塊和計(jì)劃映射模塊等，相應(yīng)實(shí)現(xiàn)病歷數(shù)據(jù)庫(kù)、相似病例檢索、器官勾畫、計(jì)劃設(shè)計(jì)和計(jì)劃評(píng)估的功能，從而能夠基于新病例圖像檢索出歷史相似病例，進(jìn)而根據(jù)相似病例確定新病例的器官勾畫及治療計(jì)劃，不僅能夠提高勾畫和計(jì)劃設(shè)計(jì)的速度，而且能夠有效降低計(jì)劃設(shè)計(jì)對(duì)使用者經(jīng)驗(yàn)的依賴，從而提高治療方案的穩(wěn)定性和精確性。
【專利說明】基于圖像的病例檢索、勾畫及治療計(jì)劃系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)設(shè)備及應(yīng)用方法【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及放射治療設(shè)備及方法【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]放射治療與手術(shù)、化療是當(dāng)前腫瘤治療的三大手段，放射治療計(jì)劃系統(tǒng)是放射治療的重要組成部分。放射治療計(jì)劃的目的是盡可能地對(duì)靶區(qū)施行高劑量照射同時(shí)使周圍正常組織所受影響最小。
[0003]現(xiàn)有的放射治療系統(tǒng)，需要通過輸入患者的CT影像數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)出可用于直線加速器的治療方案。完成一個(gè)治療計(jì)劃通常包括靶區(qū)和關(guān)鍵器官的勾畫、計(jì)劃布野和優(yōu)化、劑量計(jì)算和計(jì)劃驗(yàn)證等關(guān)鍵步驟。其中器官及靶區(qū)勾畫、計(jì)劃布野、優(yōu)化等不僅依賴于醫(yī)生和物理師的技術(shù)水平，而且往往非常耗時(shí)，有的計(jì)劃需要反復(fù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證，重復(fù)很多次，因此成為了治療計(jì)劃設(shè)計(jì)中最耗時(shí)也是影響最終治療方案好壞的關(guān)鍵步驟。因此，如何加快勾畫和設(shè)計(jì)過程，同時(shí)提高計(jì)劃的質(zhì)量對(duì)整個(gè)腫瘤放射治療具有重大意義。
[0004]專利“一種基于檢索的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)及檢索方法(申請(qǐng)?zhí)?201110129576.4) ”提出一種基于語(yǔ)義特征來進(jìn)行相似病例的檢索，從而將相似病例的治療計(jì)劃用于新病例的計(jì)劃設(shè)計(jì)。這種基于語(yǔ)義的檢索方法不僅需要人工輸入每個(gè)病例的文字描述，工作量大，效率低，更重要的是，檢索到的相似病例主要是基于文字描述的近似，而計(jì)劃設(shè)計(jì)所依賴的影像數(shù)據(jù)可能差別較大，從而提高了在當(dāng)前病例上使用相似病例的難度并且降低了相似病例作為參照的使用效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種能夠提高相似病例檢索的準(zhǔn)確性，從而為新的放射治療提供參考數(shù)據(jù)，加快新病例的器官和靶區(qū)勾畫以及放射治療的計(jì)劃設(shè)計(jì)，進(jìn)而提高放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)的整體速度和質(zhì)量，縮短了制定治療計(jì)劃所需時(shí)間，降低醫(yī)生工作強(qiáng)度，提高工作效率，且成本低廉的基于圖像的放射治療相似病例檢索、器官及靶區(qū)勾畫及計(jì)劃系統(tǒng)和方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的基于圖像的相似病例檢索系統(tǒng)具有如下構(gòu)成:
[0007]該相似病例檢索系統(tǒng)包括:輸入模塊、器官識(shí)別模塊、病例數(shù)據(jù)庫(kù)和相似病例選擇模塊。其中，輸入模塊用以通過用戶操作，獲取需要進(jìn)行放射治療的新病例的圖像；器官識(shí)別模塊用以對(duì)所述的新病例的圖像中的各器官進(jìn)行識(shí)別，獲得新病例器官定位識(shí)別信息；病例數(shù)據(jù)庫(kù)用以存儲(chǔ)多個(gè)既有病例的圖像，以及與所述的既有病例圖像對(duì)應(yīng)的既有病例的器官定位識(shí)別信息、器官及靶區(qū)定位信息和治療計(jì)劃信息；相似病例選擇模塊用以根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息與各個(gè)既有病例器官定位識(shí)別信息進(jìn)行對(duì)比，選擇至少一個(gè)既有病例器官作為相似病例，并計(jì)算相似病例與新病例間的變換矩陣。
[0008]該基于圖像的相似病例檢索系統(tǒng)中，所述的器官識(shí)別模塊包括:皮膚輪廓提取單元、骨骼輪廓提取單元和區(qū)域定位單元。其中，皮膚輪廓提取單元用以在所述的新病例的圖像中，通過皮膚分割算法，獲取新病例的皮膚輪廓數(shù)據(jù)；骨骼輪廓提取單元用以根據(jù)所述的新病例的皮膚輪廓數(shù)據(jù)，在皮膚區(qū)域內(nèi)，自動(dòng)獲取新病例的骨骼輪廓數(shù)據(jù)；區(qū)域定位單元用以將所述的皮膚輪廓數(shù)據(jù)和骨骼輪廓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)人體模型的皮膚與骨骼數(shù)據(jù)的幾何特征進(jìn)行對(duì)比，獲取所述的新病例的圖像中的新病例器官定位識(shí)別信息。
[0009]該基于圖像的相似病例檢索系統(tǒng)中，所述的相似病例選擇模塊包括:篩選控制單元、相似性度量單元、選擇控制單元和變換矩陣計(jì)算單元。其中篩選控制單元用以根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息，在所述的病例數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出具有與相同器官定位識(shí)別信息的至少一個(gè)既有病例作為候選病例；相似性度量單元用以將各所述的候選病例的圖像通過基于像素的形變配準(zhǔn)映射到所述的新病例的圖像中，并基于像素計(jì)算既有病例與新病例之間的相似度；選擇控制單元用以根據(jù)所述的既有病例與新病例之間的相似度，確定至少一個(gè)候選病例作為所述的相似病例；變換矩陣計(jì)算單元根據(jù)相似病例與新病例之間的形變配準(zhǔn)映射關(guān)系計(jì)算獲得將相似病例圖像中的像素映射到新病例的圖像中的對(duì)應(yīng)像素的變換矩陣。
[0010]本發(fā)明還提供一種利用所述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于圖像的相似病例檢索方法，該方法包括以下步驟:
[0011](I)所述的輸入模塊通過用戶操作，獲取需要進(jìn)行放射治療的新病例的圖像；
[0012](2)所述的器官識(shí)別模塊對(duì)所述的新病例的圖像中的各器官進(jìn)行識(shí)別，獲得新病例器官定位識(shí)別信息；
[0013](3)所述的相似病例選擇模塊根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息與各個(gè)既有病例器官定位識(shí)別信息進(jìn)行對(duì)比，選擇至少一個(gè)既有病例器官作為相似病例，并計(jì)算相似病例與新病例間的變換矩陣。
[0014]該基于圖像的相似病例檢索方法中，所述的器官識(shí)別模塊包括皮膚輪廓提取單元、骨骼輪廓提取單元和區(qū)域定位單元，所述的步驟(2)具體包括以下步驟:
[0015](21)所述的皮膚輪廓提取單元，通過自動(dòng)皮膚分割算法，在所述的新病例的圖像中獲取新病例的皮膚輪廓數(shù)據(jù)；
[0016](22)所述的骨骼輪廓提取單元，并根據(jù)所述的新病例的皮膚輪廓數(shù)據(jù)，在皮膚區(qū)域內(nèi)獲取新病例的骨骼輪廓數(shù)據(jù)；
[0017](23)所述的區(qū)域定位單元將所述的皮膚輪廓數(shù)據(jù)和骨骼輪廓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)人體模型的皮膚與骨骼數(shù)據(jù)的幾何特征進(jìn)行對(duì)比，獲取所述的新病例的圖像中的新病例器官定位識(shí)別息。
[0018]該基于圖像的相似病例檢索方法中，所述的相似病例選擇模塊包括篩選控制單元、相似性度量單元、選擇控制單元和變換矩陣計(jì)算單元，所述的步驟(3)具體包括以下步驟:
[0019](31)所述的篩選控制單元在所述的病例數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出具有與所述的新病例器官定位識(shí)別信息相同的器官定位識(shí)別信息的至少一個(gè)既有病例作為候選病例；
[0020](32)所述的相似性度量單元將各所述的候選病例的圖像通過基于像素的形變配準(zhǔn)映射到所述的新病例的圖像中，并基于像素計(jì)算既有病例與新病例之間的相似度；
[0021](33)所述的選擇控制單元根據(jù)所述的既有病例與新病例之間的相似度，確定至少一個(gè)候選病例作為所述的相似病例；
[0022](34)所述的變換矩陣計(jì)算單元根據(jù)相似病例與新病例之間的形變配準(zhǔn)映射關(guān)系計(jì)算獲得將相似病例圖像中的像素映射到新病例的圖像中的對(duì)應(yīng)像素的變換矩陣。
[0023]本發(fā)明還提供一種基于圖像的器官及靶區(qū)勾畫系統(tǒng)，該器官及靶區(qū)勾畫系統(tǒng)包括:所述的相似病例檢索系統(tǒng)以及器官及靶區(qū)定位模塊。其中，器官及靶區(qū)定位模塊用以根據(jù)相似病例檢索系統(tǒng)獲得的相似病例的器官及靶區(qū)定位信息確定所述的新病例的器官及革巴區(qū)定位信息。
[0024]該基于圖像的器官及靶區(qū)勾畫系統(tǒng)中，所述的器官及靶區(qū)定位模塊包括:器官及靶區(qū)輪廓映射單元和器官及靶區(qū)定位單元。其中，器官及靶區(qū)輪廓映射單元用以根據(jù)所述的變換矩陣將至少一個(gè)相似病例的器官及靶區(qū)定位信息映射到新病例的圖像中；器官及靶區(qū)定位單元用以根據(jù)所述的至少一個(gè)相似病例的器官及靶區(qū)定位信息在新病例的圖像中的映射結(jié)果確定所述的新病例的器官及靶區(qū)定位信息。
[0025]本發(fā)明還提供一種利用所述的器官及靶區(qū)勾畫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于圖像的器官及靶區(qū)勾畫方法，該方法包括以下步驟:
[0026](I)所述的輸入模塊通過用戶操作，獲取需要進(jìn)行放射治療的新病例的圖像；
[0027](2)所述的器官識(shí)別模塊對(duì)所述的新病例的圖像中的各器官進(jìn)行識(shí)別，獲得新病例器官定位識(shí)別信息；
[0028](3)所述的相似病例選擇模塊根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息與各個(gè)既有病例器官定位識(shí)別信息進(jìn)行對(duì)比，選擇至少一個(gè)既有病例器官作為相似病例，并計(jì)算相似病例與新病例間的變換矩陣；
[0029](4)所述的器官及靶區(qū)定位模塊根據(jù)所述的相似病例的器官及靶區(qū)定位信息以及所述的變換矩陣確定所述的新病例的靶區(qū)定位信息。
[0030]該基于圖像的器官及靶區(qū)勾畫方法中，所述的器官及靶區(qū)定位模塊包括器官及靶區(qū)輪廓映射單元和器官及靶區(qū)定位單元，所述的步驟(4)具體包括以下步驟:
[0031](41)所述的器官及靶區(qū)輪廓映射單元根據(jù)所述的變換矩陣將至少一個(gè)相似病例的靶區(qū)定位信息映射到新病例的圖像中；
[0032](42)所述的器官及靶區(qū)定位單元根據(jù)所述的至少一個(gè)相似病例的器官及靶區(qū)定位信息在新病例的圖像中的映射結(jié)果確定所述的新病例的器官及靶區(qū)定位信息。
[0033]本發(fā)明還提供一種基于圖像的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，該放射治療計(jì)劃系統(tǒng)包括:
[0034]如前所述的基于圖像的放射治療靶區(qū)定位系統(tǒng)以及計(jì)劃映射模塊。該計(jì)劃映射模塊用以根據(jù)所述的相似病例的治療計(jì)劃信息和變換矩陣確定所述的新病例的治療計(jì)劃信肩、O
[0035]本發(fā)明還提供一種利用所述的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于圖像的放射治療計(jì)劃方法，該基于圖像的放射治療計(jì)劃方法包括以下步驟:
[0036](I)所述的輸入模塊通過用戶操作，獲取需要進(jìn)行放射治療的新病例的圖像；
[0037](2)所述的器官識(shí)別模塊對(duì)所述的新病例的圖像中的各器官進(jìn)行識(shí)別，獲得新病例器官定位識(shí)別信息；
[0038](3)所述的相似病例選擇模塊根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息與各個(gè)既有病例器官定位識(shí)別信息進(jìn)行對(duì)比，選擇至少一個(gè)既有病例器官作為相似病例，并計(jì)算相似病例與新病例間的變換矩陣；
[0039](4')所述的計(jì)劃映射模塊根據(jù)所述的相似病例的治療計(jì)劃信息和變換矩陣確定所述的新病例的治療計(jì)劃信息。
[0040]采用了該發(fā)明的基于圖像放射治療相似病例檢索、器官及靶區(qū)勾畫及計(jì)劃系統(tǒng)和方法，由于相似病例檢索系統(tǒng)包括器官識(shí)別模塊、病例數(shù)據(jù)庫(kù)和相似病例選擇模塊，從而能夠基于新病例器官定位識(shí)別信息和既有病例器官定位識(shí)別信息確定相似病例，為新的放射治療提供參考數(shù)據(jù)，進(jìn)而根據(jù)相似病例的器官及靶區(qū)定位信息確定所述的新病例的器官及靶區(qū)定位信息，從而無需對(duì)新病例圖像進(jìn)行語(yǔ)義描述，避免了采用語(yǔ)義相近但圖像差距較大的既有病例，提高了檢索出的既有病例的相似性，進(jìn)而大幅加快了新病例的器官和靶區(qū)勾畫以及放射治療的計(jì)劃制定，提高了放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)的整體速度和質(zhì)量，有效縮短了制定治療計(jì)劃所需時(shí)間，進(jìn)一步降低醫(yī)生工作強(qiáng)度，提高工作效率，且本發(fā)明的基于圖像的放射治療相似病例檢索、器官及靶區(qū)勾畫及計(jì)劃系統(tǒng)和方法，其成本也相當(dāng)?shù)土?br> 【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為本發(fā)明的基于圖像的相似病例檢索系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖2為本發(fā)明的基于圖像的相似病例檢索方法的步驟流程圖。
[0043]圖3為本發(fā)明的基于圖像的放射治療相似病例檢索、器官及靶區(qū)定位及計(jì)劃方法應(yīng)用于實(shí)際的放射治療計(jì)劃制定過程中的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例詳細(xì)說明。
[0045]請(qǐng)參閱圖1所示，為本發(fā)明的基于圖像的相似病例檢索系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046]在一種實(shí)施方式中，該基于圖像的相似病例檢索系統(tǒng)包括輸入模塊、器官識(shí)別模塊、病例數(shù)據(jù)庫(kù)和相似病例選擇模塊。其中，輸入模塊用以通過用戶操作，獲取需要進(jìn)行放射治療的新病例的圖像；器官識(shí)別模塊用以對(duì)所述的新病例的圖像中的各器官進(jìn)行識(shí)別，獲得新病例器官定位識(shí)別信息；病例數(shù)據(jù)庫(kù)用以存儲(chǔ)多個(gè)既有病例的圖像，以及與所述的既有病例圖像對(duì)應(yīng)的既有病例的器官定位識(shí)別信息、器官及靶區(qū)定位信息和治療計(jì)劃信息；相似病例選擇模塊用以根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息與各個(gè)既有病例器官定位識(shí)別信息進(jìn)行對(duì)比，選擇至少一個(gè)既有病例器官作為相似病例，并計(jì)算相似病例與新病例間的變換矩陣。
[0047]利用該實(shí)施方式所述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于圖像的相似病例檢索方法，如圖2所示，包括以下步驟:
[0048](I)所述的輸入模塊通過用戶操作，獲取需要進(jìn)行放射治療的新病例的圖像；
[0049](2)所述的器官識(shí)別模塊對(duì)所述的新病例的圖像中的各器官進(jìn)行識(shí)別，獲得新病例器官定位識(shí)別信息；
[0050](3)所述的相似病例選擇模塊根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息與各個(gè)既有病例器官定位識(shí)別信息進(jìn)行對(duì)比，選擇至少一個(gè)既有病例器官作為相似病例，并計(jì)算相似病例與新病例間的變換矩陣。
[0051]在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的器官識(shí)別模塊包括:皮膚輪廓提取單元、骨骼輪廓提取單元和區(qū)域定位單元。其中，皮膚輪廓提取單元用以在所述的新病例的圖像中，通過皮膚分割算法，獲取新病例的皮膚輪廓數(shù)據(jù)；骨骼輪廓提取單元用以根據(jù)所述的新病例的皮膚輪廓數(shù)據(jù)，在皮膚區(qū)域內(nèi)，通過自適應(yīng)閾值分割算法，獲取新病例的骨骼輪廓數(shù)據(jù)；區(qū)域定位單元用以將所述的皮膚輪廓數(shù)據(jù)和骨骼輪廓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)人體模型的皮膚與骨骼數(shù)據(jù)的幾何特征進(jìn)行對(duì)比，獲取所述的新病例的圖像中的新病例器官定位識(shí)別信息。
[0052]利用該優(yōu)選實(shí)施方式所述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于圖像的相似病例檢索方法中，所述的步驟(2)具體包括以下步驟:
[0053](21)所述的皮膚輪廓提取單元，通過皮膚分割算法，在所述的新病例的圖像中獲取新病例的皮膚輪廓數(shù)據(jù)；
[0054](22)所述的骨骼輪廓提取單元，通過自適應(yīng)閾值分割算法，并根據(jù)所述的新病例的皮膚輪廓數(shù)據(jù)，在皮膚區(qū)域內(nèi)獲取新病例的骨骼輪廓數(shù)據(jù)；
[0055](23)所述的區(qū)域定位單元將所述的皮膚輪廓數(shù)據(jù)和骨骼輪廓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)人體模型的皮膚與骨骼數(shù)據(jù)的幾何特征進(jìn)行對(duì)比，獲取所述的新病例的圖像中的新病例器官定位識(shí)別息。
[0056]在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的相似病例選擇模塊包括:篩選控制單元、相似性度量單元、選擇控制單元和變換矩陣計(jì)算單元。其中篩選控制單元用以根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息，在所述的病例數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出具有與相同器官定位識(shí)別信息的至少一個(gè)既有病例作為候選病例；相似性度量單元用以將各所述的候選病例的圖像通過基于像素的形變配準(zhǔn)映射到所述的新病例的圖像中，并基于像素計(jì)算既有病例與新病例之間的相似度；選擇控制單元用以根據(jù)所述的既有病例與新病例之間的相似度，確定至少一個(gè)候選病例作為所述的相似病例；變換矩陣計(jì)算單元根據(jù)相似病例與新病例之間的形變配準(zhǔn)映射關(guān)系計(jì)算獲得將相似病例圖像中的像素映射到新病例的圖像中的對(duì)應(yīng)像素的變換矩陣。
[0057]利用該更優(yōu)選實(shí)施方式所述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于圖像的相似病例檢索方法中，所述的步驟(3)具體包括以下步驟:
[0058](31)所述的篩選控制單元在所述的病例數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出具有與所述的新病例器官定位識(shí)別信息相同的器官定位識(shí)別信息的至少一個(gè)既有病例作為候選病例；
[0059](32)所述的相似性度量單元將各所述的候選病例的圖像通過形變配準(zhǔn)映射到所述的新病例的圖像中，并基于像素計(jì)算既有病例與新病例之間的相似度；
[0060](33)所述的選擇控制單元根據(jù)所述的既有病例與新病例之間的相似度，確定至少一個(gè)候選病例作為所述的相似病例；
[0061](34)所述的變換矩陣計(jì)算單元根據(jù)相似病例與新病例之間的形變配準(zhǔn)映射關(guān)系計(jì)算獲得將相似病例圖像中的像素映射到新病例的圖像中的對(duì)應(yīng)像素的變換矩陣。
[0062]本發(fā)明還提供一種基于圖像的器官及靶區(qū)勾畫系統(tǒng)，在一種實(shí)施方式中，該器官及靶區(qū)勾畫系統(tǒng)包括所述的相似病例檢索系統(tǒng)以及器官及靶區(qū)定位模塊。其中，器官及靶區(qū)定位模塊用以根據(jù)相似病例檢索系統(tǒng)獲得的相似病例的器官及靶區(qū)定位信息確定所述的新病例的器官及靶區(qū)定位信息。
[0063]利用該實(shí)施方式所述的器官及靶區(qū)勾畫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于圖像的器官及靶區(qū)勾畫方法包括以下步驟:
[0064](I)所述的輸入模塊通過用戶操作，獲取需要進(jìn)行放射治療的新病例的圖像；[0065](2)所述的器官識(shí)別模塊對(duì)所述的新病例的圖像中的各器官進(jìn)行識(shí)別，獲得新病例器官定位識(shí)別信息；
[0066](3)所述的相似病例選擇模塊根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息與各個(gè)既有病例器官定位識(shí)別信息進(jìn)行對(duì)比，選擇至少一個(gè)既有病例器官作為相似病例，并計(jì)算相似病例與新病例間的變換矩陣；
[0067](4)所述的器官及靶區(qū)定位模塊根據(jù)所述的相似病例的器官及靶區(qū)定位信息以及所述的變換矩陣確定所述的新病例的靶區(qū)定位信息。
[0068]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的器官及靶區(qū)定位模塊包括:器官及靶區(qū)輪廓映射單元和器官及靶區(qū)定位單元。其中，器官及靶區(qū)輪廓映射單元用以根據(jù)所述的變換矩陣將至少一個(gè)相似病例的器官及靶區(qū)定位信息映射到新病例的圖像中；器官及靶區(qū)定位單元用以根據(jù)所述的至少一個(gè)相似病例的器官及靶區(qū)定位信息在新病例的圖像中的映射結(jié)果確定所述的新病例的器官及靶區(qū)定位信息。
[0069]利用該優(yōu)選的實(shí)施方式所述的器官及靶區(qū)勾畫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于圖像的器官及靶區(qū)勾畫方法中，所述的步驟(4)具體包括以下步驟:
[0070](41)所述的器官及靶區(qū)輪廓映射單元根據(jù)所述的變換矩陣將至少一個(gè)相似病例的靶區(qū)定位信息映射到新病例的圖像中；
[0071](42)所述的器官及靶區(qū)定位單元根據(jù)所述的至少一個(gè)相似病例的器官及靶區(qū)定位信息在新病例的圖像中的映射結(jié)果確定所述的新病例的器官及靶區(qū)定位信息。
[0072]本發(fā)明還提供一種基于圖像的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，在一種實(shí)施方式中，該放射治療計(jì)劃系統(tǒng)包括:如前所述的基于圖像的放射治療靶區(qū)定位系統(tǒng)以及計(jì)劃映射模塊。所述的計(jì)劃映射模塊用以根據(jù)所述的相似病例的治療計(jì)劃信息和變換矩陣確定所述的新病例的治療計(jì)劃信息。
[0073]利用該實(shí)施方式所述的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于圖像的放射治療計(jì)劃方法包括以下步驟:
[0074](I)所述的輸入模塊通過用戶操作，獲取需要進(jìn)行放射治療的新病例的圖像；
[0075](2)所述的器官識(shí)別模塊對(duì)所述的新病例的圖像中的各器官進(jìn)行識(shí)別，獲得新病例器官定位識(shí)別信息；
[0076](3)所述的相似病例選擇模塊根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息與各個(gè)既有病例器官定位識(shí)別信息進(jìn)行對(duì)比，選擇至少一個(gè)既有病例器官作為相似病例，并計(jì)算相似病例與新病例間的變換矩陣；
[0077](4')所述的計(jì)劃映射模塊根據(jù)所述的相似病例的治療計(jì)劃信息和變換矩陣確定所述的新病例的治療計(jì)劃信息。
[0078]在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明的提出了基于圖像檢索的放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)的思想，作為解決相似病例檢索的關(guān)鍵技術(shù)。可以包括利用X射線、Y射線、電子線、質(zhì)子等進(jìn)行放射治療的各種放射治療計(jì)劃系統(tǒng)。其主要技術(shù)思路是，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，通過建立腫瘤病人的臨床數(shù)據(jù)庫(kù)，利用云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于圖像檢索的智能化放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，對(duì)提高當(dāng)前病例放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)不僅能夠提高設(shè)計(jì)得效率和質(zhì)量，而且具有重要的學(xué)術(shù)和臨床價(jià)值。具體而言，則是通過在歷史病例數(shù)據(jù)中搜索與當(dāng)前病例相似的病例數(shù)據(jù)，通過圖像處理技術(shù)，將歷史病例的治療方案映射到當(dāng)前病例，從而實(shí)現(xiàn)快速的方案設(shè)計(jì)。
[0079]在該系統(tǒng)中，根據(jù)當(dāng)前病例的圖像數(shù)據(jù)獲取歷史相似病例的勾畫、治療計(jì)劃及劑量等數(shù)據(jù)，用于指導(dǎo)當(dāng)前病例放射治療計(jì)劃的勾畫及計(jì)劃設(shè)計(jì)，這將大大減少放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)的時(shí)間和復(fù)雜性，降低由于使用者經(jīng)驗(yàn)不足等帶來的低效和計(jì)劃欠優(yōu)等弊端，從而提高放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)的效率以及放射治療計(jì)劃的質(zhì)量，這是對(duì)現(xiàn)有放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)方式的重要改進(jìn)。
[0080]如圖3所示，為本發(fā)明的基于圖像的放射治療相似病例檢索、器官及靶區(qū)定位及計(jì)劃方法應(yīng)用于實(shí)際的放射治療計(jì)劃制定過程中的流程示意圖。
[0081]整個(gè)基于圖像檢索的放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)過程，包括兩大部分:相似病例圖像檢索(左邊矩形框所示)和利用檢索到的相似病例完成計(jì)劃設(shè)計(jì)(右邊矩形框包括部分)。具體可分為:
[0082]1、相似病例檢索:
[0083]相似病例檢索過程的輸入是新病例的圖像和歷史病例數(shù)據(jù)庫(kù)，輸出即為所有找到的相似病例數(shù)據(jù)。在給定一個(gè)新的病例數(shù)據(jù)后，從數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索相似病例的過程包括:
[0084](I)皮膚輪廓提取:在新的病例圖像中，通過皮膚全自動(dòng)分割算法，獲取患者的三維皮膚表面輪廓數(shù)據(jù)。
[0085](2)骨骼輪廓提取:在皮膚區(qū)域內(nèi)，通過全自動(dòng)骨骼檢測(cè)算法，獲取患者骨骼輪廓表面數(shù)據(jù)；也可以采用自適應(yīng)閾值分割算法獲取患者骨骼輪廓表面數(shù)據(jù)，即CT值最大的那些像素就是骨骼所在區(qū)域，通過自適應(yīng)閾值分割算法即可完成骨骼輪廓的提出。
[0086](3)區(qū)域定位:由于人體從頭到腳不同位置其皮膚包圍區(qū)域及骨骼具有不同的幾何特征(比如頭部與胸部或腹部，其皮膚區(qū)域的面積、骨骼的形狀等都不同)，從而通過與標(biāo)準(zhǔn)人體模型的皮膚與骨骼區(qū)域幾何特征的比較，能夠獲取新病例圖像所在位置及包含區(qū)域范圍。
[0087](4)候選相似病例:將獲取的區(qū)域位置與病例數(shù)據(jù)庫(kù)中每個(gè)病例的區(qū)域信息，獲得具有相同或相近區(qū)域位置的候選病例數(shù)據(jù)，通過計(jì)算當(dāng)前病例與候選病例的基于像素的圖像相似性，獲得多個(gè)相似病例及其對(duì)應(yīng)的相似度供用戶選擇。
[0088](5)病例數(shù)據(jù)庫(kù):包括病人的圖像、器官靶區(qū)勾畫數(shù)據(jù)、治療計(jì)劃、計(jì)算劑量等放射治療所需基本信息；另外對(duì)每個(gè)病例定義一個(gè)在人體中的區(qū)域位置信息——該數(shù)據(jù)在病人導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)自動(dòng)求出，計(jì)算方法與新病例的區(qū)域定位方法相同。
[0089](6)相似性度量:將候選病例的圖像通過基于像素的形變配準(zhǔn)的方法映射到新病例數(shù)據(jù)中，計(jì)算出基于像素的相似度。
[0090](7)相似病例:通過相似性度量的結(jié)果，獲得最為相似的幾個(gè)或全部病例作為相似病例供后續(xù)計(jì)劃設(shè)計(jì)使用。每個(gè)相似病例不僅包括其與新病例的相似度，也包括一個(gè)該病例到新病例的變換矩陣，該矩陣以形變的方式將其每個(gè)像素映射到新病例的對(duì)應(yīng)像素。
[0091]2、計(jì)劃設(shè)計(jì):
[0092](I)器官和靶區(qū)的輪廓形狀映射:用戶可以選擇最相似的一個(gè)病例或其認(rèn)為最適合做參考的某個(gè)相似病例，通過對(duì)應(yīng)的變換矩陣將器官和靶區(qū)的勾畫結(jié)果映射到新的病例中，從而簡(jiǎn)單快速地完成了新病例的器官勾畫。
[0093](2)治療計(jì)劃的映射:將選擇的相似病例的計(jì)劃數(shù)據(jù)映射到新病例中，其中與病人位置有關(guān)的參數(shù)通過變換矩陣轉(zhuǎn)換為新病例的參數(shù)。
[0094](3)計(jì)劃優(yōu)化:對(duì)映射的勾畫與計(jì)劃數(shù)據(jù)，用戶進(jìn)行評(píng)審，對(duì)不滿足要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行人工修改；對(duì)計(jì)劃數(shù)據(jù)，也可通過逆向優(yōu)化來進(jìn)一步優(yōu)化計(jì)劃參數(shù)，使設(shè)定的計(jì)劃能更好地適應(yīng)新病例數(shù)據(jù)。
[0095](4)劑量計(jì)算:完成計(jì)劃優(yōu)化后，調(diào)用系統(tǒng)的劑量計(jì)算引擎完成劑量計(jì)算。
[0096](5)計(jì)劃評(píng)估:醫(yī)生對(duì)設(shè)計(jì)的計(jì)劃進(jìn)行評(píng)估驗(yàn)證，確保計(jì)劃的合理性。
[0097](6)計(jì)劃數(shù)據(jù)輸出:將經(jīng)過評(píng)估驗(yàn)證的治療計(jì)劃輸出給治療直線加速器，等待治療。
[0098]采用了該發(fā)明的基于圖像放射治療相似病例檢索、器官及靶區(qū)勾畫及計(jì)劃系統(tǒng)和方法，由于相似病例檢索系統(tǒng)包括器官識(shí)別模塊、病例數(shù)據(jù)庫(kù)和相似病例選擇模塊，從而能夠基于新病例器官定位識(shí)別信息和既有病例器官定位識(shí)別信息確定相似病例，為新的放射治療提供參考數(shù)據(jù)，進(jìn)而根據(jù)相似病例的器官及靶區(qū)定位信息確定所述的新病例的器官及靶區(qū)定位信息，從而無需對(duì)新病例圖像進(jìn)行語(yǔ)義描述，避免了采用語(yǔ)義相近但圖像差距較大的既有病例，提高了檢索出的既有病例的相似性，進(jìn)而大幅加快了新病例的器官和靶區(qū)勾畫以及放射治療的計(jì)劃制定，提高了放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)的整體速度和質(zhì)量，有效縮短了制定治療計(jì)劃所需時(shí)間，進(jìn)一步降低醫(yī)生工作強(qiáng)度，提高工作效率，且本發(fā)明的基于圖像的放射治療相似病例檢索、器官及靶區(qū)勾畫及計(jì)劃系統(tǒng)和方法，其成本也相當(dāng)?shù)土?br> [0099]在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種基于圖像的相似病例檢索系統(tǒng)，其特征在于，所述的相似病例檢索系統(tǒng)包括: 輸入模塊，用以通過用戶操作，獲取需要進(jìn)行放射治療的新病例的圖像； 器官識(shí)別模塊，用以對(duì)所述的新病例的圖像中的各器官進(jìn)行識(shí)別，獲得新病例器官定位識(shí)別信息; 病例數(shù)據(jù)庫(kù)，用以存儲(chǔ)多個(gè)既有病例的圖像，以及與所述的既有病例圖像對(duì)應(yīng)的既有病例的器官定位識(shí)別信息、器官及靶區(qū)定位信息和治療計(jì)劃信息；以及 相似病例選擇模塊，用以根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息與各個(gè)既有病例器官定位識(shí)別信息進(jìn)行對(duì)比，選擇至少一個(gè)既有病例器官作為相似病例，并計(jì)算相似病例與新病例間的變換矩陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像的相似病例檢索系統(tǒng)，其特征在于， 所述的器官識(shí)別模塊包括: 皮膚輪廓提取單元，用以在所述的新病例的圖像中，通過自動(dòng)皮膚分割算法，獲取新病例的皮膚輪廓數(shù)據(jù)； 骨骼輪廓提取單元，用以根據(jù)所述的新病例的皮膚輪廓數(shù)據(jù)，自動(dòng)獲取新病例的骨骼輪廓數(shù)據(jù)；以及 區(qū)域定位單元，用以將所述的皮膚輪廓數(shù)據(jù)和骨骼輪廓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)人體模型的皮膚與骨骼數(shù)據(jù)的幾何特征進(jìn)行對(duì)比，獲取所述的新病例的圖像中的新病例器官定位識(shí)別信息圖像相似病例檢索系統(tǒng)； 所述的相似病例選擇模塊包括: 篩選控制單元，用以根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息，在所述的病例數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出具有與相同器官定位識(shí)別信息的至少一個(gè)既有病例作為候選病例； 相似性度量單元，用以將各所述的候選病例的圖像通過基于像素的形變配準(zhǔn)映射到所述的新病例的圖像中，并基于像素計(jì)算既有病例與新病例之間的相似度； 選擇控制單元，用以根據(jù)所述的既有病例與新病例之間的相似度，確定至少一個(gè)候選病例作為所述的相似病例； 變換矩陣計(jì)算單元，根據(jù)相似病例與新病例之間的形變配準(zhǔn)映射關(guān)系計(jì)算獲得將相似病例圖像中的像素映射到新病例的圖像中的對(duì)應(yīng)像素的變換矩陣。
3.一種利用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于圖像的相似病例檢索方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟: (1)所述的輸入模塊通過用戶操作，獲取需要進(jìn)行放射治療的新病例的圖像； (2)所述的器官識(shí)別模塊對(duì)所述的新病例的圖像中的各器官進(jìn)行識(shí)別，獲得新病例器官定位識(shí)別信息； (3)所述的相似病例選擇模塊根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息與各個(gè)既有病例器官定位識(shí)別信息進(jìn)行對(duì)比，選擇至少一個(gè)既有病例器官作為相似病例，并計(jì)算相似病例與新病例間的變換矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于圖像的相似病例檢索方法，其特征在于，所述的器官識(shí)別模塊包括皮膚輪廓提取單元、骨骼輪廓提取單元和區(qū)域定位單元，且所述的相似病例選擇模塊包括篩選控制單元、相似性度量單元、選擇控制單元和變換矩陣計(jì)算單元， 所述的步驟(2)具體包括以下步驟:(21)所述的皮膚輪廓提取單元，通過皮膚分割算法，在所述的新病例的圖像中獲取新病例的皮膚輪廓數(shù)據(jù)； (22)所述的骨骼輪廓提取單元，根據(jù)所述的新病例的皮膚輪廓數(shù)據(jù)，在皮膚區(qū)域內(nèi)獲取新病例的骨骼輪廓數(shù)據(jù)； (23)所述的區(qū)域定位單元將所述的皮膚輪廓數(shù)據(jù)和骨骼輪廓數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)人體模型的皮膚與骨骼數(shù)據(jù)的幾何特征進(jìn)行對(duì)比，獲取所述的新病例的圖像中的新病例器官定位識(shí)別信息； 所述的步驟(3)具體包括以下步驟: (31)所述的篩選控制單元在所述的病例數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出具有與所述的新病例器官定位識(shí)別信息相同的器官定位識(shí)別信息的至少一個(gè)既有病例作為候選病例； (32)所述的相似性度量單元將各所述的候選病例的圖像通過基于像素的形變配準(zhǔn)映射到所述的新病例的圖像中，并基于像素計(jì)算既有病例與新病例之間的相似度； (33)所述的選擇控制單元根據(jù)所述的既有病例與新病例之間的相似度，確定至少一個(gè)候選病例作為所述的相似病例； (34)所述的變換矩陣計(jì)算單元根據(jù)相似病例與新病例之間的形變配準(zhǔn)映射關(guān)系計(jì)算獲得將相似病例圖像中的像素映射到新病例的圖像中的對(duì)應(yīng)像素的變換矩陣。
5.一種基于圖像的器官及靶區(qū)勾畫系統(tǒng)，其特征在于，所述的器官及靶區(qū)勾畫系統(tǒng)包 括: 如權(quán)利要求1所述的相似病例檢索系統(tǒng)，以及 器官及靶區(qū)定位模塊，用以根據(jù)相似病例檢索系統(tǒng)獲得的相似病例的器官及靶區(qū)定位信息確定所述的新病例的器官及靶區(qū)定位信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于圖像的器官及靶區(qū)勾畫系統(tǒng)，其特征在于，所述的器官及靶區(qū)定位模塊包括: 器官及靶區(qū)輪廓映射單元，用以根據(jù)所述的變換矩陣將至少一個(gè)相似病例的器官及靶區(qū)定位信息映射到新病例的圖像中； 器官及靶區(qū)定位單元，用以根據(jù)所述的至少一個(gè)相似病例的器官及靶區(qū)定位信息在新病例的圖像中的映射結(jié)果確定所述的新病例的器官及靶區(qū)定位信息。
7.一種利用權(quán)利要求5所述的器官及靶區(qū)勾畫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于圖像的器官及靶區(qū)勾畫方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟: (1)所述的輸入模塊通過用戶操作，獲取需要進(jìn)行放射治療的新病例的圖像； (2)所述的器官識(shí)別模塊對(duì)所述的新病例的圖像中的各器官進(jìn)行識(shí)別，獲得新病例器官定位識(shí)別信息； (3)所述的相似病例選擇模塊根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息與各個(gè)既有病例器官定位識(shí)別信息進(jìn)行對(duì)比，選擇至少一個(gè)既有病例器官作為相似病例，并計(jì)算相似病例與新病例間的變換矩陣； (4)所述的器官及靶區(qū)定位模塊根據(jù)所述的相似病例的器官及靶區(qū)定位信息以及所述的變換矩陣確定所述的新病例的靶區(qū)定位信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于圖像的器官及靶區(qū)勾畫方法，其特征在于，所述的器官及靶區(qū)定位模塊包括器官及靶區(qū)輪廓映射單元和器官及靶區(qū)定位單元，所述的步驟(4)具體包括以下步驟: (41)所述的器官及靶區(qū)輪廓映射單元根據(jù)所述的變換矩陣將至少一個(gè)相似病例的靶區(qū)定位信息映射到新病例的圖像中； (42)所述的器官及靶區(qū)定位單元根據(jù)所述的至少一個(gè)相似病例的器官及靶區(qū)定位信息在新病例的圖像中的映射結(jié)果確定所述的新病例的器官及靶區(qū)定位信息。
9.一種基于圖像的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)包括: 如權(quán)利要求1所述的基于圖像的放射治療靶區(qū)定位系統(tǒng)； 計(jì)劃映射模塊，用以根據(jù)所述的相似病例的治療計(jì)劃信息和變換矩陣確定所述的新病例的治療計(jì)劃信息。
10.一種利用權(quán)利要求9所述的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于圖像的放射治療計(jì)劃方法，其特征在于，所述的基于圖像的放射治療計(jì)劃方法包括以下步驟: (1)所述的輸入模塊通過用戶操作，獲取需要進(jìn)行放射治療的新病例的圖像； (2)所述的器官識(shí)別模塊對(duì)所述的新病例的圖像中的各器官進(jìn)行識(shí)別，獲得新病例器官定位識(shí)別信息； (3)所述的相似病例選擇模塊根據(jù)所述的新病例器官定位識(shí)別信息與各個(gè)既有病例器官定位識(shí)別信息進(jìn)行對(duì)比，選擇至少一個(gè)既有病例器官作為相似病例，并計(jì)算相似病例與新病例間的變換矩陣； (4')所述的計(jì)劃映射模塊根據(jù)所述的相似病例的治療計(jì)劃信息和變換矩陣確定所述的新病例的治療計(jì)劃信息。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104036109SQ201410093559
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】李曉亮 申請(qǐng)人:上海大圖醫(yī)療科技有限公司