不規(guī)則形狀射野面積的快速準(zhǔn)確測(cè)算

吳江月

摘 要 不規(guī)則形狀射野的面積很難較準(zhǔn)確地估計(jì)，而處方劑量又依賴(lài)射野面積值來(lái)計(jì)算。本文用圖像采集、標(biāo)定點(diǎn)提取、射野輪廓提取、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、隨機(jī)蒙卡算法求不規(guī)則形狀射野面積。

關(guān)鍵詞 不規(guī)則形狀的射野面積 標(biāo)定點(diǎn) 輪廓 蒙卡算法

中圖分類(lèi)號(hào)：P218 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

不規(guī)則形狀射野的面積很難較準(zhǔn)確地估計(jì)，而處方劑量又依賴(lài)射野面積值來(lái)計(jì)算。本文采用普及率很高的Android手機(jī)，實(shí)現(xiàn)不規(guī)則形狀射野面積的快速準(zhǔn)確測(cè)算。在放療模擬定位的影像上用紅色標(biāo)識(shí)出需要照射的區(qū)域，用藍(lán)色標(biāo)識(shí)出四個(gè)固定位置點(diǎn)，首先提取紅色分量，再平滑處理過(guò)濾掉細(xì)節(jié)雜點(diǎn)而得到了射野形狀輪廓。其次提取藍(lán)色分量，按四個(gè)固定點(diǎn)的已知位置與當(dāng)前坐標(biāo)關(guān)系，將射野形狀輪廓的當(dāng)前坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為標(biāo)定位置。圖像處理過(guò)程主要依據(jù)顏色分量。以紅藍(lán)水筆標(biāo)示勾畫(huà)，處理中很容易在深黑色處出現(xiàn)斷點(diǎn)，這是因?yàn)榧t藍(lán)墨水被紙張吸收而喪失了顏色分量特征。只有用油性彩筆才可以像油漆一樣覆蓋掉深黑色，凸顯出顏色分量特征。然后利用手機(jī)拍照功能采集射野形狀。以下詳述具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

1圖像采集

就是對(duì)Camera 模塊的開(kāi)發(fā)過(guò)程。模擬定位影像的平行居中采集，很難完全準(zhǔn)確地做到，一般需要采集幾張照片之后選擇最好的一張，也就是射野中心與屏幕中心重合，光柵邊界與屏幕邊緣平行。這要求拍照后將照片存儲(chǔ)到手機(jī)SD card 的功能。

2標(biāo)定點(diǎn)提取

（1）提取藍(lán)色像素點(diǎn)，其余轉(zhuǎn)化為0；

（2）將每個(gè)藍(lán)色像素點(diǎn)域歸結(jié)成一個(gè)均值點(diǎn)；

（3）將四個(gè)均值點(diǎn)再平均賦值得到四個(gè)單一像素點(diǎn)；左右Y值相同，上下X值相同，且上下X值等于左右Y均值，且左右Y值等于上下X均值；

（4）存儲(chǔ)標(biāo)定像素點(diǎn)的物理尺寸比例。因?yàn)闃?biāo)定點(diǎn)是射野形狀大小的基準(zhǔn)，對(duì)標(biāo)定點(diǎn)的提取應(yīng)該盡可能地準(zhǔn)確，減少干擾點(diǎn)帶來(lái)的偏差。首先，四個(gè)標(biāo)定點(diǎn)都在坐標(biāo)軸上，即，在寬度或者高度一半的狹小區(qū)間內(nèi)，據(jù)此可以排除肉眼難以看到的四個(gè)象限內(nèi)的乖離雜點(diǎn)。上標(biāo)定點(diǎn)在寬度一半的狹小區(qū)間且高度小于一半，下標(biāo)定點(diǎn)在寬度一半的狹小區(qū)間且高度大于一半；左標(biāo)定點(diǎn)在高度一半的狹小區(qū)間且寬度小于一半，左標(biāo)定點(diǎn)在高度一半的狹小區(qū)間且寬度大于一半。這可以分別求出各個(gè)定標(biāo)點(diǎn)的均值。其次，以均值作為中心，在高度的1/8上下范圍內(nèi)重新求出各個(gè)定標(biāo)點(diǎn)的均值；再以新的均值為中心，繼續(xù)在高度的1/16上下范圍內(nèi)重新求出各個(gè)定標(biāo)點(diǎn)的均值。直接在一個(gè)預(yù)先確定的極小范圍內(nèi)求出各個(gè)定標(biāo)點(diǎn)的均值，很容易遺漏掉標(biāo)定點(diǎn)。雖然打印出來(lái)的模擬定位影像尺寸都一樣，但是，頭頸影像的標(biāo)定點(diǎn)可能靠近射野邊緣，盆腔影像的標(biāo)定點(diǎn)可能接近射野中心。從標(biāo)定點(diǎn)提取流程圖中可以看出，采集圖像的居中要求容許有一定的偏差，并不是嚴(yán)格在居中坐標(biāo)軸上提取標(biāo)定點(diǎn)，而是放寬了1/8，長(zhǎng)度更是從1/2逐漸收縮為1/8。

3提取射野輪廓

（1）以較低閥值提取紅色像素點(diǎn)，其余轉(zhuǎn)化為0；

（2）分別以上下均值和左右均值取代原像素點(diǎn)做平滑處理得到兩幅圖像；

（3）將以上兩個(gè)圖像融合，以閥值提取融合后圖像中的紅色像素點(diǎn)，其余轉(zhuǎn)化為0。這利用了射野輪廓的寬度和連續(xù)性，射野輪廓之外的零散紅色雜點(diǎn)會(huì)在平滑處理中被淡化。

4坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

處理結(jié)果為400X400的BMP圖片，每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)于1mm的物理尺寸。這可以直接讀取并轉(zhuǎn)化為野內(nèi)為1而野外為0的射野強(qiáng)度矩陣。從提取的定標(biāo)點(diǎn)與圖像輪廓，轉(zhuǎn)換為機(jī)器實(shí)際坐標(biāo)的射野形狀，就是兩個(gè)坐標(biāo)系的變換，依據(jù)是坐標(biāo)系平移縮放變換公式x2=kx*x1+a，y2=ky*y1+b。在本文中X與Y軸的縮放比例相同。兩個(gè)坐標(biāo)系被實(shí)際物理尺度聯(lián)系起來(lái)，在x1y1坐標(biāo)系中，5cm對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)數(shù)目為fivecm；在x2y2坐標(biāo)系中，每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)于1mm。因此，縮放比例scaleWH =fivecm/50。兩個(gè)坐標(biāo)系的變換要求原點(diǎn)重合，即（x1-zerox）/ fivecm=（x2-200）/ 50，于是，x2= （x1-zerox）/ （fivecm/50）+200=（x1-zerox）/ scaleWH+200。同理，y2= （y1-zeroy）/ scaleWH+200。但是，不必逐個(gè)將x1y1轉(zhuǎn)化為x2y2，只用將每行的minvaluex1和maxvaluex1變換為minvaluex2和maxvaluex2，并且對(duì)于minvaluex1大于maxvaluex1的射野閉合行也不必變換，同時(shí)，行號(hào)必須進(jìn)行變換。將minvaluex2和maxvaluex2之間像素填充為紅色，其他像素都填充為綠色，就得到變換后的機(jī)器實(shí)際坐標(biāo)的射野形狀。對(duì)原始圖像的填充處理并顯示，只是為了檢查勾畫(huà)輪廓有無(wú)雜點(diǎn)或者斷點(diǎn)。求出光柵JAWS的數(shù)值范圍，僅計(jì)算光柵范圍內(nèi)的未遮擋部分，相當(dāng)于計(jì)算框。對(duì)于遠(yuǎn)小于40x40 cm^2的射野，計(jì)算量將減少幾倍。

5利用隨機(jī)蒙卡算法求不規(guī)則形狀射野面積

首先在光柵范圍內(nèi)均勻隨機(jī)取一萬(wàn)個(gè)點(diǎn)，根據(jù)隨機(jī)點(diǎn)的顏色區(qū)分該點(diǎn)在射野內(nèi)部還是外部，如果是內(nèi)部紅色則計(jì)數(shù)。這樣得到一萬(wàn)個(gè)隨機(jī)分布點(diǎn)在射野內(nèi)部的個(gè)數(shù)，將規(guī)則光柵面積值乘以射野內(nèi)部個(gè)數(shù)除以總的隨機(jī)點(diǎn)數(shù)，就得到了不規(guī)則形狀射野面積。

總結(jié)。本文以鼻咽癌普放的初次照射為例，以該系統(tǒng)來(lái)計(jì)算射野面積。模擬定位機(jī)技術(shù)員根據(jù)定位時(shí)的成像板位置，確定普放治療單中圖像的實(shí)際比例，用藍(lán)筆標(biāo)出（-5cm，0cm）、（5cm，0cm）、（0cm， -5cm）、（0cm， 5cm）四個(gè)定標(biāo)點(diǎn)；醫(yī)生用紅筆勾畫(huà)出遮擋住腦干、眼球、口腔等危及器官的照射區(qū)域。手工計(jì)算將射野在等中心處的面積，粗略估計(jì)為光柵面積的1/2，而本文開(kāi)發(fā)系統(tǒng)計(jì)算出來(lái)的為光柵面積的0.682。

參考文獻(xiàn)

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