[发明专利]一种用于辐射剂量评估的生物体体素模型实现方法

说明书

本发明涉及用于辐射剂量评估的生物体体素模型实现方法，识别并分割每张断层图像中的器官和/或组织，给模型各个器官和/或组织赋予物理属性，所述物理属性包括各个器官和/或组织的元素组成和密度，将体素模型的描述，本发明解决了现有技术中对于颜色信息复杂的断层解剖图像手动进行分割，工作量大的问题，采用半自动识别与分割方法，既大大提高了识别与分割效率，又保证了图像识别与分割的质量。本发明解决了现有技术中图像采集过程中所产生的标本位置的微小形变和移动问题，对序列图像进行了图像配准。本发明解决了现有技术中显示效果不好所带来的问题，对模型进行三维重建和可视化，以观察图像配准、器官和/或组织的识别与分割效果。

技术领域

本发明涉及辐射剂量评估和模型实现技术领域，更为具体地，本发明涉及用于辐射剂量评估的生物体体素模型实现方法。

背景技术

体素模型作为一种数字化模型，其能够用于辐射剂量的模拟计算，以模拟各种粒子，例如，中子、光子、电子在模型内部的输运，得到各种需要的物理量，例如，粒子注量、辐射剂量。现有CT或MRI断层图像序列不能清晰反映断层的全部信息，分辨出的组织和/或器官有限，大大限制了体素模型在辐射剂量模拟计算中的应用。现有技术中对颜色信息复杂的断层解剖图像，无成熟的图像分割算法用以对其进行识别和分割，依靠人工肉眼识别的话，手工进行工作量非常大。最后，在实现过程中还要考虑到模拟计算过程中使用灵活性和实用性的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提出一种用于辐射剂量评估的生物体体素模型实现方法，本发明的断层图像为具有控制点对的矢状面图像。本发明中采用基于控制点对的线性变换方法，对断层图像序列进行配准，提高配准效率和质量；在对断层图像组织器官识别与分割过程中，利用“选区”复制技术，极大提高组织器官识别与分割效率；在模型三维重建过程中，利用预先建立针对每个器官的二值化图像序列，完成对所有器官和组织进行三维重建可视化，不仅提高了三维可视化效率，并且有利于验证器官组织结构的准确性。另外，利用重复结构功能的栅元描述方法为体素模型赋予物理属性，不仅极大提高赋值效率，而且减小了计算内存开销。

本发明的技术方案如下：

一种用于辐射剂量评估的生物体体素模型实现方法，识别并分割每张断层图像中的器官和/或组织，给模型各个器官和/或组织赋予物理属性，所述物理属性包括各个器官和/或组织的元素组成和密度，将体素模型的描述，其具体包括如下步骤:

S1:采集小鼠序列切片图像，获取小鼠体素模型的序列断层图像；所述断层图像类型为冷冻断层切片图像；

S2：对S1中所获得的序列断层图像进行配准，纠正S1中所获得序列切片图像的相互位置偏差；

S3:经过S2步骤的配准过程后，重新选择基准图像和待配准图像的其他控制点对，重复S2步骤配准过程，进一步提高图像配准质量；

S4:对配准后的序列图像进行像素调整，并减少用于建立体素模型的断层图片数量，以提高辐射输运模拟计算效率；

S5：对组织、器官进行识别与分割，使一种组织或器官用一种颜色填充，通过颜色差异给不同的器官或组织赋予不同的物理属性；

S6：对小鼠体素模型进行三维重建以及三维显示，检验序列图像配准情况以及组织、器官的分割效果，验证模型解剖结构是否与真实的解剖结构一致；

S7：基于重复体素结构功能的栅格描述方法对体素模型进行描述。

优选地，在获取小鼠体素模型断层图像的过程中要求所述小鼠冷冻块与切割平台粘合固定，避免切割过程中小鼠位置发生偏移；小鼠被充分冷冻后包裹固定。

优选地，沿着小鼠冷冻块矢状面方向，在小鼠体外与冷冻块边缘之间打孔，打孔个数2，以在每张断层图像上留下控制点；孔洞长度等于为冷冻块矢状面厚度以便进行图像配准。