一种辐射剂量估算方法及装置

1.本发明实施例涉及医学数据处理技术领域，尤其涉及一种辐射剂量估算方法及装置。


背景技术：

2.口腔是人体的重要组成部分，是消化系统的起端，主要由唇、颊、舌、腭、涎腺、牙和颌骨等组成，具有咀嚼、吞咽、言语和感觉等功能，并维持着颌面部的正常形态。在口腔医学中，口腔锥形束ct(cone beam computed tomography，以下简称“cbct”)可以呈现三维信息，在口腔常见疾病的诊断和治疗中扮演着重要角色。
3.cbct的普及带来社会群体辐射剂量增加，如何降低辐射剂量，以及如何cbct数据进行安全、精准、高效的使用成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.基于现有技术的上述情况，本发明实施例的目的在于提供一种辐射剂量估算方法及装置，通过cbct获取的数据信息加以分析，对辐射剂量进行估算，以为cbct扫描过程的参数设置和使用剂量提供数据依据。
5.为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种辐射剂量估算方法，包括步骤：
6.根据预设间隔厚度对目标体进行扫描，以获取该目标体不同切面的扫描数据以及与该扫描数据对应的目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数；
7.对所述扫描数据进行三维重建和二维转换，得到配准后的数据集；
8.对所述数据集进行组织分割，以得到分割后的数据集；
9.将所述分割后的数据集与预设的标准数据进行对比，获得每个组织所包含的元素种类及密度；
10.利用所述目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数和所述对比的结果，模拟该次扫描成像过程，以计算各个组织在该次扫描中受到的辐射剂量。
11.进一步的，采用口腔锥形束ct获取该目标体不同切面的扫描数据。
12.进一步的，所述目标体参数包括目标体的软组织厚度；所述扫描定位参数包括扫描视野；所述扫描设置参数包括扫描模式、管电压的射束能级、管电流和时间的函数、自动曝光时间和旋转时间；
13.所述扫描视野为圆柱体或圆柱体的一部分，其中圆柱直径为4cm～20cm，高度4cm～20cm中的至少一种；
14.所述扫描模式包括高清模式，正常模式和低剂量模式中的至少一种。
15.进一步的，采用分割网络对所述数据集进行组织分割；所述分割网络根据以下步骤建立：
16.构建原始分割网络，所述原始分割网络包括编码模块、特征提取模块和n个解码模
块；
17.利用扫描数据集对所述原始分割网络进行训练，得到分割网络。
18.进一步的，所述编码模块用于对输入的重建数据进行编码，得到语义特征图；
19.所述特征提取模块用于对编码模块得到的每个语义特征图进行处理，得到不同分辨率的语义特征图；
20.所述n个解码模块分别用于根据所述语义特征图得到不同组织的预测概率图。
21.进一步的，所述组织包括牙釉质、牙本质、牙周膜、牙槽嵴顶、上颌窦底、骨硬板、骨小梁和根管和其他软组织。
22.进一步的，利用所述目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数和所述对比结果，采用蒙特卡洛方法模拟扫描成像过程中辐射射线与身体组织相互作用的物理过程，获得每个组织在该次扫描过程中受到的辐射剂量。
23.进一步的，将各个组织受到的辐射剂量以分布断层图的形式进行输出。
24.进一步的，所述分布断层图中的强度指示该位置在扫描成像过程中受到的辐射剂量。
25.根据本发明的另一个方面，提供了一种辐射剂量估算装置，包括数据获取模块、配准模块、组织分割模块、组织分析模块和辐射剂量计算模块；其中，
26.所述数据获取模块，用于根据预设间隔厚度对目标体进行扫描，以获取该目标体不同切面的扫描数据以及与该扫描数据对应的目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数；
27.所述配准模块，对所述扫描数据进行三维重建和二维转换，得到配准后的数据集；
28.所述组织分割模块，对所述数据集进行组织分割以得到分割后的数据集；
29.所述组织分析模块，将所述分割后的数据集与预设的标准数据进行对比，获得每个组织所包含的元素种类及密度；
30.所述辐射剂量计算模块，利用所述目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数和所述对比的结果，模拟该次扫描成像过程，以计算各个组织在该次扫描中受到的辐射剂量。
31.综上所述，本发明实施例提供了一种辐射剂量估算方法及装置，包括步骤：
32.根据预设间隔厚度对目标体进行扫描，以获取该目标体不同切面的扫描数据以及与该扫描数据对应的目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数；对所述扫描数据进行三维重建和二维转换，得到配准后的数据集；对所述数据集进行组织分割，以得到分割后的数据集；将所述分割后的数据集与预设的标准数据进行对比，获得每个组织所包含的元素种类及密度；利用所述目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数和所述对比结果，模拟该次扫描成像过程，以计算各个组织在该次扫描中受到的辐射剂量。本发明实施例的方案通过cbct获取的数据信息加以分析，对辐射剂量进行估算，以为cbct扫描过程的参数设置和使用剂量提供数据依据。本发明提供的技术方案具有如下有益的技术效果：
33.(1)本发明实施例提供的辐射剂量估算方法，根据实际获取的扫描数据以及与扫描数据对应的目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数，考虑了多方面的数据影响因素通过模拟估算各个组织的辐射剂量，以为cbct扫描过程的参数设置和使用剂量提供数据依据，从而可以在降低使用辐射剂量的同时，通过调整其他参数提高扫描质量。
34.(2)本发明实施例的技术方案通过分割网络对牙列和牙槽骨数据进行三维分割，
分割效果好，能够更精确的反映图像数据中不同组织的位置，使得估算的精确度更高。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本发明实施例辐射剂量估算方法的流程图；
37.图2是本发明实施例辐射剂量估算装置的构成框图。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
39.需要说明的是，除非另外定义，本发明一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
40.cbct的辐射剂量通常与扫描视野、扫描参数、扫描模式、体素值大小和应用的探测器密切相关。cbct比传统牙科x线机所致医疗照射剂量大，所致受检者的医疗照射剂量是传统牙科射线机拍摄平片的数十倍到百倍,而且不同的设备,其辐射剂量差异很大。同时，口腔放射学检查的特点一是诊疗过程需要重复检查，二是少年儿童患者较多，他们对电离辐射的敏感性高。这就使得锥形束ct的辐射剂量问题成为关注的焦点。本发明实施例的方法通过在实际扫描条件对辐射剂量进行估算，从而可以利用估算结果实现合理的剂量控制，对拍摄区域精准定位，降低患者的辐射剂量。
41.下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个可选的实施例，提供了一种辐射剂量估算方法，该方法的流程图如图1所示，包括如下步骤：
42.s1、根据预设间隔厚度对目标体进行扫描，以获取该目标体不同切面的扫描数据以及与该扫描数据对应的目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数。采用口腔锥形束ct，即cbct获取该目标体不同切面的扫描数据，其中，目标体参数例如包括目标体的软组织厚度；扫描定位参数例如包括扫描视野；扫描设置参数例如包括扫描模式、管电压的射束能级、管电流和时间的函数、自动曝光时间和旋转时间；扫描视野为圆柱体或圆柱体的一部分，其中圆柱直径为4cm～20cm，高度4cm～20cm中的至少一种；扫描模式例如为高清模式，正常模式和低剂量模式中的至少一种。
43.s2、对所述扫描数据进行三维重建和二维转换，得到配准后的数据集。可以通过扫描设备自带的三维重建系统进行三维重建后进行二维图像分离，以得到配准后的图片集。
44.s3、对所述数据集进行组织分割，以得到分割后的数据集。本实施例可以用于口腔的辐射剂量估算，所涉及的组织例如包括但不限于牙釉质、牙本质、牙周膜、牙槽嵴顶、上颌窦底、骨硬板、骨小梁、根管和其他软组织。根据某些实施例，可以采用分割网络对所述数据集进行组织分割；所述分割网络根据以下步骤建立：
45.s3.1、构建原始分割网络，所述原始分割网络包括编码模块、特征提取模块和n个解码模块；其中，编码模块用于对输入的重建数据进行编码，得到语义特征图；特征提取模块用于对编码模块得到的每个语义特征图进行处理，得到不同分辨率的语义特征图；n个解码模块分别用于根据所述语义特征图得到不同组织的预测概率图。
46.s3.2、利用扫描数据集对所述原始分割网络进行训练，得到分割网络。
47.s4、将所述分割后的数据集与预设的标准数据进行对比，获得每个组织所包含的元素种类及密度。预设的标准数据例如可以来自数据库资料，包括但不限于icrp、icru等数据库。
48.s5、利用目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数和所述对比结果，模拟该次扫描成像过程，以计算各个组织在该次扫描中受到的辐射剂量。利用所述目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数和所述对比结果，采用蒙特卡洛方法模拟扫描成像过程中辐射射线与身体组织相互作用的物理过程，获得每个组织在该次扫描过程中受到的辐射剂量。获取每个组织在该次扫描过程中受到的辐射剂量后，将各个组织受到的辐射剂量以分布断层图的形式进行输出。以辐射剂量分布断层图的形式进行输出，是指与cbct扫描成像重建出的断层图像类似，将各个组织受到的辐射剂量分布以断层图像的形式进行显示，所显示的图像中的强度指示该位置和/或组织在cbct扫描成像过程中受到辐射剂量。
49.根据本发明的另一个实施例，提供了一种辐射剂量估算装置，该辐射剂量估算装置的构成框图如图2所示，该装置包括数据获取模块、配准模块、组织分割模块、组织分析模块和辐射剂量计算模块。
50.数据获取模块，用于根据预设间隔厚度对目标体进行扫描，以获取该目标体不同切面的扫描数据以及与该扫描数据对应的目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数；
51.配准模块，对所述扫描数据进行三维重建和二维转换，得到配准后的数据集；
52.组织分割模块，对所述数据集进行组织分割以得到分割后的数据集；
53.组织分析模块，将所述分割后的数据集与预设的标准数据进行对比，获得每个组织所包含的元素种类及密度；
54.辐射剂量计算模块，利用所述目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数和所述对比结果，模拟该次扫描成像过程，以计算各个组织在该次扫描中受到的辐射剂量。
55.本发明该实施例中各模块实现其功能的具体过程均与本发明上述实施例中方法中涉及的步骤相同，在此不再赘述。
56.综上所述，本发明实施例涉及一种辐射剂量估算方法及装置，包括步骤：根据预设间隔厚度对目标体进行扫描，以获取该目标体不同切面的扫描数据以及与该扫描数据对应的目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数；对所述扫描数据进行三维重建和二维转换，得到配准后的数据集；对所述数据集进行组织分割，以得到分割后的数据集；将所述分割后
的数据集与预设的标准数据进行对比，获得每个组织所包含的元素种类及密度；利用所述目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数和所述对比结果，模拟该次扫描成像过程，以计算各个组织在该次扫描中受到的辐射剂量。本发明实施例的方案通过cbct获取的数据信息加以分析，对辐射剂量进行估算，以为cbct扫描过程的参数设置和使用剂量提供数据依据。本发明实施例提供的辐射剂量估算方法，根据实际获取的扫描数据以及与扫描数据对应的目标体参数、扫描定位参数和扫描设置参数，考虑了多方面的数据影响因素通过模拟估算各个组织的辐射剂量，以为cbct扫描过程的参数设置和使用剂量提供数据依据，从而可以在降低使用辐射剂量的同时，通过调整其他参数提高扫描质量；通过分割网络对牙列和牙槽骨数据进行三维分割，分割效果好，能够更精确的反映图像数据中不同组织的位置，使得估算的精确度更高。
57.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。本发明实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。