[发明专利]基于医学影像数据的平滑几何模型建立方法

说明书

本发明一方面提供一种基于医学影像数据的平滑几何模型建立方法，包括：输入或读取医学影像数据的步骤；根据医学影像数据建立三维医学影像体素模型的步骤；将三维医学影像体素模型平滑化的步骤；建立三维体素假体组织模型的步骤。本发明另一方面提供一种基于医学影像数据的平滑几何模型建立方法，包括：输入或读取医学影像数据的步骤；根据医学影像数据建立三维体素假体组织模型的步骤；将三维体素假体组织模型平滑化的步骤。本发明的平滑几何模型建立方法将三维医学影像体素模型或三维体素假体组织模型进行平滑化，更加接近人体器官的真实情况，从而提高剂量计算可靠度以提升治疗质量。

技术领域

本发明涉及一种几何模型建立方法，尤其涉及一种基于医学影像数据的平滑几何模型建立方法。

背景技术

随着原子科学的发展，例如钴六十、直线加速器、电子射束等放射线治疗已成为癌症治疗的主要手段之一。然而传统光子或电子治疗受到放射线本身物理条件的限制，在杀死肿瘤细胞的同时，也会对射束途径上大量的正常组织造成伤害；另外由于肿瘤细胞对放射线敏感程度的不同，传统放射治疗对于较具抗辐射性的恶性肿瘤(如：多行性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme)、黑色素细胞瘤(melanoma))的治疗成效往往不佳。

为了减少肿瘤周边正常组织的辐射伤害，化学治疗(chemotherapy)中的标靶治疗概念便被应用于放射线治疗中；而针对高抗辐射性的肿瘤细胞，目前也积极发展具有高相对生物效应(relative biological effectiveness,RBE)的辐射源，如质子治疗、重粒子治疗、中子捕获治疗等。其中，中子捕获治疗便是结合上述两种概念，如硼中子捕获治疗，借由含硼药物在肿瘤细胞的特异性集聚，配合精准的中子射束调控，提供比传统放射线更好的癌症治疗选择。

硼中子捕获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是利用含硼(¹⁰B)药物对热中子具有高捕获截面的特性，借由¹⁰B(n,α)⁷Li中子捕获及核分裂反应产生⁴He和⁷Li两个重荷电粒子，两粒子的总射程约相当于一个细胞大小，因此对于生物体造成的辐射伤害能局限在细胞层级，当含硼药物选择性地聚集在肿瘤细胞中，搭配适当的中子射源，便能在不对正常组织造成太大伤害的前提下，达到局部杀死肿瘤细胞的目的。

三维模型广泛应用于科学实验分析、科学实验模拟领域。比如在核辐射与防护领域，为了模拟人体在一定辐射条件下的吸收剂量，常常需要利用计算机技术对医学影像数据进行各种处理建立精确的MCNP需要的晶格模型，并结合MCNP(蒙特卡罗程序)进行模拟计算。

蒙特卡罗方法是目前能够对辐照目标内部三维空间核粒子碰撞轨迹和能量分布进行精确模拟的工具，蒙特卡罗方法与复杂的三维人体解剖模型相结合代表了模拟在计算机技术中的跃进。在诊断放射检查中，精确的人体器官剂量评估对于放射治疗是非常有益的。目前，国际上已经成功建立多种人体模型并结合蒙特卡罗模拟程序，对人体在辐射环境下的吸收剂量进行精确性的计算评估。人体三维解剖模型成功转换为蒙特卡罗程序所需要的几何描述是进行蒙特卡罗模拟计算的前提条件，也是目前国际上蒙特卡罗模拟研究的热点和难点。

核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)或电子计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)等医学影像数据能够针对人体体内特征提供较为详细的组织几何结构信息，为人体内部结构的实体建模提供了数据基础。而在中子捕获治疗领域如何根据医学影像数据建立MCNP所需的几何模型，即MCNP软件输入档所需的晶格模型或体素假体组织模型，属于一个很重要的课题，目前常见的MCNP几何模型均是以一小立方体(体素，voxel)为基本元素，对应医学影像内含的信息建构而成，因此体素模型的轮廓如阶梯般呈现，如图4，与人体器官、组织的曲面轮廓存在着一定程度的误差，进而影响剂量计算结果的可靠度。