不规则形状射野面积的快速准确测算

吴江月

摘 要 不规则形状射野的面积很难较准确地估计，而处方剂量又依赖射野面积值来计算。本文用图像采集、标定点提取、射野轮廓提取、坐标转换、随机蒙卡算法求不规则形状射野面积。

关键词 不规则形状的射野面积 标定点 轮廓 蒙卡算法

中图分类号：P218 文献标识码：A

不规则形状射野的面积很难较准确地估计，而处方剂量又依赖射野面积值来计算。本文采用普及率很高的Android手机，实现不规则形状射野面积的快速准确测算。在放疗模拟定位的影像上用红色标识出需要照射的区域，用蓝色标识出四个固定位置点，首先提取红色分量，再平滑处理过滤掉细节杂点而得到了射野形状轮廓。其次提取蓝色分量，按四个固定点的已知位置与当前坐标关系，将射野形状轮廓的当前坐标转化为标定位置。图像处理过程主要依据颜色分量。以红蓝水笔标示勾画，处理中很容易在深黑色处出现断点，这是因为红蓝墨水被纸张吸收而丧失了颜色分量特征。只有用油性彩笔才可以像油漆一样覆盖掉深黑色，凸显出颜色分量特征。然后利用手机拍照功能采集射野形状。以下详述具体实现过程。

1图像采集

就是对Camera 模块的开发过程。模拟定位影像的平行居中采集，很难完全准确地做到，一般需要采集几张照片之后选择最好的一张，也就是射野中心与屏幕中心重合，光栅边界与屏幕边缘平行。这要求拍照后将照片存储到手机SD card 的功能。

2标定点提取

（1）提取蓝色像素点，其余转化为0；

（2）将每个蓝色像素点域归结成一个均值点；

（3）将四个均值点再平均赋值得到四个单一像素点；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）存储标定像素点的物理尺寸比例。因为标定点是射野形状大小的基准，对标定点的提取应该尽可能地准确，减少干扰点带来的偏差。首先，四个标定点都在坐标轴上，即，在宽度或者高度一半的狭小区间内，据此可以排除肉眼难以看到的四个象限内的乖离杂点。上标定点在宽度一半的狭小区间且高度小于一半，下标定点在宽度一半的狭小区间且高度大于一半；左标定点在高度一半的狭小区间且宽度小于一半，左标定点在高度一半的狭小区间且宽度大于一半。这可以分别求出各个定标点的均值。其次，以均值作为中心，在高度的1/8上下范围内重新求出各个定标点的均值；再以新的均值为中心，继续在高度的1/16上下范围内重新求出各个定标点的均值。直接在一个预先确定的极小范围内求出各个定标点的均值，很容易遗漏掉标定点。虽然打印出来的模拟定位影像尺寸都一样，但是，头颈影像的标定点可能靠近射野边缘，盆腔影像的标定点可能接近射野中心。从标定点提取流程图中可以看出，采集图像的居中要求容许有一定的偏差，并不是严格在居中坐标轴上提取标定点，而是放宽了1/8，长度更是从1/2逐渐收缩为1/8。

3提取射野轮廓

（1）以较低阀值提取红色像素点，其余转化为0；

（2）分别以上下均值和左右均值取代原像素点做平滑处理得到两幅图像；

（3）将以上两个图像融合，以阀值提取融合后图像中的红色像素点，其余转化为0。这利用了射野轮廓的宽度和连续性，射野轮廓之外的零散红色杂点会在平滑处理中被淡化。

4坐标转换

处理结果为400X400的BMP图片，每个像素点对应于1mm的物理尺寸。这可以直接读取并转化为野内为1而野外为0的射野强度矩阵。从提取的定标点与图像轮廓，转换为机器实际坐标的射野形状，就是两个坐标系的变换，依据是坐标系平移缩放变换公式x2=kx*x1+a，y2=ky*y1+b。在本文中X与Y轴的缩放比例相同。两个坐标系被实际物理尺度联系起来，在x1y1坐标系中，5cm对应像素点数目为fivecm；在x2y2坐标系中，每个像素点对应于1mm。因此，缩放比例scaleWH =fivecm/50。两个坐标系的变换要求原点重合，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，不必逐个将x1y1转化为x2y2，只用将每行的minvaluex1和maxvaluex1变换为minvaluex2和maxvaluex2，并且对于minvaluex1大于maxvaluex1的射野闭合行也不必变换，同时，行号必须进行变换。将minvaluex2和maxvaluex2之间像素填充为红色，其他像素都填充为绿色，就得到变换后的机器实际坐标的射野形状。对原始图像的填充处理并显示，只是为了检查勾画轮廓有无杂点或者断点。求出光栅JAWS的数值范围，仅计算光栅范围内的未遮挡部分，相当于计算框。对于远小于40x40 cm^2的射野，计算量将减少几倍。

5利用随机蒙卡算法求不规则形状射野面积

首先在光栅范围内均匀随机取一万个点，根据随机点的颜色区分该点在射野内部还是外部，如果是内部红色则计数。这样得到一万个随机分布点在射野内部的个数，将规则光栅面积值乘以射野内部个数除以总的随机点数，就得到了不规则形状射野面积。

总结。本文以鼻咽癌普放的初次照射为例，以该系统来计算射野面积。模拟定位机技术员根据定位时的成像板位置，确定普放治疗单中图像的实际比例，用蓝笔标出（-5cm，0cm）、（5cm，0cm）、（0cm， -5cm）、（0cm， 5cm）四个定标点；医生用红笔勾画出遮挡住脑干、眼球、口腔等危及器官的照射区域。手工计算将射野在等中心处的面积，粗略估计为光栅面积的1/2，而本文开发系统计算出来的为光栅面积的0.682。

参考文献

[1] 胡逸民.肿瘤放射物理学[M].北京：原子能出版社，1999：615-616.

[2] 陈利华，董志学.基于Android的裂缝宽度检测系统设计实现[J].计算机工程与设计，2013，34（9）：3195-3199.