DICOM-RT：放疗系统的坐标系统DICOM-RT Coordinate System

背景：

继上一篇博文后，继续科普肿瘤放疗领域中的相关概念。文中的知识点都来自于相关的官方或相关企业文档，仅从相关行业从业者的角度来进行阐述，由于本人不是放疗医生和技师，因此可能与实际工作中的环节有出入，欢迎大家来邮交流，共同进步。
本博文开篇让我从最熟悉的DICOM文件格式说起，相较于普通的bmp图像而言，DCM是结合了患者、医院、设备等相关信息于像素数据之上的文件。但单单从像素数据来看，两者同样存在着差异：

标准的BMP文件像素存储顺序是由左到右、由下到上，即坐标原点为图像左下角；而DICOM标准存储顺序为从左到右，从上到下，坐标原点为图像左上角。（详情参见专栏博文 DICOM医学图像处理：DICOM存储操作之“多幅BMP图像数据存入DCM文件”）

这说明bmp图像与dcm图像的坐标系是不同的，在肿瘤放疗过程中也存在着多个坐标系，详情见下文：

放疗中的坐标系统：

放疗治疗过程中牵涉到患者、放疗设备（直线加速器、准直器、多叶光栅MLC）、诊室等多个对象，存在着不同的视角自然就存在着不同的坐标系。

0. 默认固定坐标系：

IEC 61217标准中规定的坐标系都属于“笛卡尔右手坐标系”，默认横轴（Xf）由左到右，纵轴（Yf）有前到后，竖轴（Zf）由下到上。如下图所示：

1. 患者坐标系：

整个DICOM标准中的坐标系亦是来源于IEC 61217标准，这其中唯一不同的就是患者坐标系。相较于IEC Patient坐标系，DICOM标准中（放疗系统）的患者坐标新是IEC Patient坐标系沿着X轴顺时针旋转90度。

2. 机架坐标系（射线坐标系）：

放疗过程中主要的是直线加速器，即射线发生器。这里所谓的机架（Gantry Coordinate）坐标系对应的就是射线坐标系（Beam Coordinate）。

注：上图中的患者坐标系指的是IEC Patient Coordinate System
我们再看一张DICOM标准中的插图，该图是机架顺时针旋转90度后的示意图：

机架系统的旋转是沿着固定坐标系Yf顺时针，如下所示：

3. 射线过滤坐标系：

如下图右上角(Xw,Yw,Zw)表示的即是Wedge Filter Coordinate System。

注：上图的S代表Radiation Source；Io代表ISOCenter；R/D F代表Radiation Field or Delineated Radiation Field

放疗设备设计图：

1. 上图1代表机架（Gantry）旋转轴
2. 上图4代表限束器（准直器）的旋转轴
3. 上图5代表Patient Support（IEC标准患者坐标系）等中心旋转
4. 上图14代表沿着Yf轴正向看去放射野在Xf方向的距离。
5. 上图15代表沿着Xf轴反向看去放射野在Yf方向的距离。

如果从上往下看（沿着Zf反向看）上述FX、FY的示意图如下：

参考资料：

http://dicom.nema.org/medical/dicom/current/output/chtml/part03/sect_C.8.8.25.6.html
http://rtsafety.org/Download/Documents/CoordinateSystemsAndTransformations.pdf
https://www.aapm.org/pubs/reports/OR_01.pdf

作者：[email protected]
时间：2016-04-09