專利名稱：劑量-體積核生成的制作方法
劑量_體積核生成下文總體涉及確定用于計算患者體內(nèi)的預(yù)期吸收劑量分布以規(guī)劃放射療法治療 的劑量-體積核，并且對其的描述是結(jié)合了單光子發(fā)射計算機(jī)斷層攝影(SPECT)掃描器 給出的。但是，下文同樣適用于其他醫(yī)療成像和非醫(yī)療成像應(yīng)用，例如正電子發(fā)射斷層 攝影(PET)和/或其他應(yīng)用。靶向放射性核素療法(TRT)已經(jīng)被用在了各種疾病，例如，非霍奇金斯淋巴瘤 和神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤的治療當(dāng)中。一般來講，TRT涉及向患者施用治療同位素(諸如抗體 或肽的帶有放射性核素標(biāo)記的細(xì)胞特異性的試劑)，以殺死對應(yīng)于特定細(xì)胞類型的特定組 織，例如腫瘤。所述細(xì)胞特異性的試劑或載體有選擇地尋找出這樣的細(xì)胞，而放射性核 素則發(fā)生衰變，發(fā)射出諸如β粒子的致死放射線，其穿行數(shù)毫米，與組織相互作用，并 殺死或破壞組織。治療的成功通常依賴于感興趣組織所吸收或攝取的放射活性的量以及 放射活性保持局限在該組織處的時長。由于有可能利用診斷核同位素(單光子或正電子 發(fā)射體)標(biāo)記載體分子，因而能夠利用SPECT或PET掃描器掃描患者從而在規(guī)劃階段獲 得有關(guān)放射活性的信息。諸如碘-131的一些同位素既是β發(fā)射體又是光子的發(fā)射體， 因而有可能實施治療，并看到提供治療的輻射。令人遺憾的是，所發(fā)射的輻射還會和感興趣組織之外的組織相互作用并殺死這 些組織。因此，希望在規(guī)劃階段(發(fā)生在施用治療之前)確定患者體內(nèi)的預(yù)期的吸收劑 量分布，以便預(yù)測出對靶細(xì)胞的治療效果和對其他細(xì)胞的潛在副作用。常規(guī)地，使用由 SPECT或PET掃描器生成的圖像數(shù)據(jù)確定預(yù)期的吸收劑量分布，所述圖像數(shù)據(jù)定量地提 供了準(zhǔn)確的活性信息。更具體而言，出于放射治療規(guī)劃目的，向患者施用診斷同位素， 例如帶有SPECT或PET標(biāo)記的細(xì)胞特異性試劑，并對患者進(jìn)行掃描。一種從核圖像數(shù)據(jù) 確定內(nèi)部劑量分布的技術(shù)是3D體素化S值法，其包括下述處理步驟。在所得到的圖像數(shù) 據(jù)中定義三維劑量計算網(wǎng)格，并針對網(wǎng)格中的每個體素確定放射性衰變總數(shù)的估值。可 以通過下述方式實現(xiàn)這一目的針對每一體素，在一時間周期內(nèi)重復(fù)掃描，之后對該時 間周期內(nèi)的數(shù)據(jù)積分，并將該值除以所注入的診斷活性的量，以生成滯留時間圖，該圖 提供了對于所述時間周期每個體素中每個注入診斷活性的衰變總數(shù)的指示。已經(jīng)通過使對應(yīng)的滯留時間圖與三維陣列卷積確定了每個體素的預(yù)期吸收劑量 分布，所述三維陣列描述了由于源體素中的放射活性的量而在相鄰體素中被吸收(沉積) 的劑量。文中將這一陣列稱為劑量-體積核(DVK)，其是特定同位素、體素的組織物質(zhì) 和體素尺寸的函數(shù)。對于具有幾毫米量級的短衰變粒子量程的同位素以及2到10毫米的 體素維度而言，由7X7X7個體素構(gòu)成的DVK或者更小的DVK通常就足夠了。為了計 算精確的內(nèi)部劑量分布并且能夠由其導(dǎo)出有意義的臨床結(jié)論，所使用的DVK必須是準(zhǔn)確 的。常規(guī)地，在規(guī)劃之前使用Monte-Carlo技術(shù)預(yù)先計算適當(dāng)準(zhǔn)確的DVK。令人遺憾的 是，這樣的方式可能具有時間密集性(在小時量級)，而且每個預(yù)先計算的DVK都對應(yīng) 于特定的體素尺寸(空間分辨率)。因此，Monte-Carlo技術(shù)并不能很好地適用于DVK 的即需生成，例如，當(dāng)在規(guī)劃過程中需要DVK來計算預(yù)期吸收劑量分布時生成。此外， 必須預(yù)先計算并存儲針對每個感興趣同位素、每類感興趣組織以及每個感興趣體素尺寸的DVK，這可能需要高計算工作量和大存儲空間。本申請的各個方面解決了上述問題和其他問題。根據(jù)一個方面，一種放射規(guī)劃系統(tǒng)包括劑量體積核確定器和預(yù)期吸收劑量確定 器。劑量體積核確定器生成針對劑量計算網(wǎng)格中的多個體素中的每個的劑量體積核。每 個劑量體積核均以徑向劑量分布和針對希望的體素尺寸的模板函數(shù)為基礎(chǔ)。預(yù)期吸收劑 量確定器(124)基于劑量體積核確定針對多個體素中的每個的預(yù)期吸收劑量分布。另一方面，一種方法包括針對希望的體素尺寸生成模板函數(shù)，其中，所述模 板函數(shù)包括該體素尺寸所特有的幾何信息；檢索徑向劑量分布，其中，徑向劑量分布函 數(shù)將由于治療同位素的點源而得到的吸收劑量表示為與點源的距離的函數(shù)；以及根據(jù)所 述模板函數(shù)和所述徑向劑量分布生成劑量體積核。另一方面，一種方法包括提示用戶給出體素尺寸；通知用戶沒有對于該體素 尺寸的劑量體積核；接收來自用戶的指示所要生成的模板函數(shù)的類型的輸入；基于體素 尺寸生成模板函數(shù)；獲得徑向劑量分布；以及根據(jù)模板函數(shù)和徑向劑量分布生成劑量體 積核。在閱讀并理解了下述詳細(xì)描述的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明 的其他方面。本發(fā)明可以實施為各種的部件或部件布置，以及通過各種的步驟或步驟安排。 附圖僅用于圖示說明優(yōu)選實施例，不應(yīng)被認(rèn)為對本發(fā)明構(gòu)成限制。

圖1圖示了與醫(yī)療成像系統(tǒng)結(jié)合的放射規(guī)劃系統(tǒng)；圖2圖示了示例放射規(guī)劃系統(tǒng)；圖3圖示了示例徑向劑量分布函數(shù)；圖4圖示了示例模板函數(shù)；圖5圖示了使用隨機(jī)法確定模板函數(shù)的示例技術(shù)；圖6圖示了一種方法。參考圖1，放射治療規(guī)劃(RTP)系統(tǒng)100能夠生成針對患者部位的預(yù)期吸收劑量 分布用于治療規(guī)劃。RTP 100系統(tǒng)能夠使用圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)由單光子發(fā)射斷層攝 影器(SPECT)、正電子發(fā)射斷層攝影器(PET)和/或一種或多種基于其他發(fā)射的掃描器 生成，這些掃描器為了放射治療規(guī)劃和/或其他目的生成指示患者體內(nèi)吸收的放射活性 的數(shù)據(jù)。此外，出于一些包括核醫(yī)療數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)、風(fēng)險器官的分割等的目的，對來自諸 如χ射線CT或MRI的器械的其它圖像數(shù)據(jù)的使用也是可能的。出于清楚簡明的原因， 下文結(jié)合SPECT系統(tǒng)101描述了 RTP系統(tǒng)100的非限制性實施例。SPECT系統(tǒng)101包括至少一個伽瑪放射敏感探測器，例如伽瑪照相機(jī)102i和 1022。在所圖示的實施例中，伽瑪照相機(jī)102i和1022相對于彼此以大約九十(90)度的 角度設(shè)置。在另一實施例中，使用該范圍之外的角度。將伽瑪照相機(jī)102配置為繞縱軸 或ζ軸圍繞檢查區(qū)域104旋轉(zhuǎn)以獲得多個投影角或視圖。也可以將伽瑪照相機(jī)102配置 為相對于縱軸切向平移。使用一個或多個驅(qū)動使伽瑪照相機(jī)102發(fā)生旋轉(zhuǎn)和/或平移。伽瑪照相機(jī)102中的每個包括準(zhǔn)直器106和光傳感器陣列108。準(zhǔn)直器106包括 多個開口并使得位于檢查區(qū)域104中的從放射性同位素110發(fā)出的伽瑪光子準(zhǔn)直。光傳 感器陣列106包括與光電倍增管(PMT)或半導(dǎo)體光探測器的陣列光通信的閃爍體。在另一實施例中，光傳感器陣列106包括直接轉(zhuǎn)換探測器或者其他種光敏探測器。隨著伽瑪 照相機(jī)102的旋轉(zhuǎn)，閃爍體檢測穿過準(zhǔn)直器開口的伽瑪光子，并響應(yīng)其產(chǎn)生光，光傳感 器陣列生成指示所檢測到的伽瑪光子的投影數(shù)據(jù)。重建器112重建所述投影數(shù)據(jù)，以生成指示從檢查區(qū)域104發(fā)出的放射性同位素 的分布的體積圖像數(shù)據(jù)。計算機(jī)起著操作員控制臺114的作用，并包括諸如監(jiān)視器或顯 示器的人可讀的輸出裝置以及諸如鍵盤和鼠標(biāo)的輸入裝置。駐留在控制臺114上的軟件 允許操作員(例如)經(jīng)由圖形用戶界面(GUI)來控制系統(tǒng)101的操作。對象支撐物116 支撐處于檢查區(qū)域104中的諸如人類患者的對象。為了放射治療規(guī)劃，向患者施用標(biāo)記以諸如111InGH-Ill)的SPECT診斷同位素 的試劑，并在一定的時間間隔內(nèi)相對于試劑的施用時刻在很多不同的時刻，利用掃描器 101對患者進(jìn)行掃描。從每次掃描得到的圖像數(shù)據(jù)指示掃描時患者體內(nèi)放射活性的量或濃 度。將所述圖像數(shù)據(jù)提供給RTP系統(tǒng)100。RTP系統(tǒng)100的預(yù)期吸收劑量確定器124基于由來自掃描器100的圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)出 的對于每個體素的滯留時間圖和描述放射性源體素周圍的劑量沉積的對于每個體素的劑 量-體積核(DVK)來確定多個體素中的每個的預(yù)期吸收劑量分布。通過使相鄰源體素對 一體素做出的預(yù)期吸收劑量貢獻(xiàn)相加來確定該體素的總預(yù)期吸收劑量。滯留時間圖(residence time map)發(fā)生器120生成針對每個體素的滯留時間圖。 滯留時間圖指示在掃描時間間隔內(nèi)單位注入的活性量在對應(yīng)的體素中的衰變總數(shù)。在一 種情況中，滯留時間圖發(fā)生器120通過在所述時間間隔內(nèi)對一體素內(nèi)的活性積分導(dǎo)出該 體素的滯留時間圖。劑量-體積核(DVK)確定器122確定DVK，如上文所述，DVK是 體素尺寸、感興趣同位素和感興趣組織的函數(shù)?？梢灶A(yù)先計算或者在規(guī)劃期間即需計算 DVK,如下文中將更為詳細(xì)描述的。用戶界面(UI) 126允許用戶和RTP系統(tǒng)100彼此交互。這樣的交互可以包括交 換用于促進(jìn)預(yù)期吸收劑量圖的確定的信息。在一種情況下，如文中所述在規(guī)劃期間即需生成DVK縮短了 DVK計算時間和 /或提高了 DVK靈活性，同時提供了通過由Monte-Carlo技術(shù)生成DVK實現(xiàn)的準(zhǔn)確性。 此外，根據(jù)預(yù)先計算的或者以交互式劑量計算所需的速度即需計算的模板函數(shù)，可以在 運行中計算出在任何希望體素尺寸的DVK。接下來將結(jié)合圖2-5提供對RTP系統(tǒng)100的示例性實施例的更為詳細(xì)的描述。 首先參考圖2，DVK確定器122基于徑向劑量分布和適當(dāng)?shù)哪０搴瘮?shù)確定用于預(yù)期劑量分 布計算的DVK。在一種情況下，DVK確定器122通過使用模板函數(shù)對徑向劑量分布采 樣到希望的體素尺寸(分辨率)來確定特定體素的DVK。例如，可以使用下述積分計算 體素(i，j，k)的 DVK:
權(quán)利要求
1.一種放射治療規(guī)劃系統(tǒng)(100)包括劑量體積核確定器(122)，其確定針對劑量計算網(wǎng)格中的多個體素中的每個的劑量體 積核；其中，所述劑量體積核中的每個基于徑向劑量分布和針對特定體素尺寸的模板函 數(shù)；以及預(yù)期吸收劑量確定器(124)，其基于所述劑量體積核確定針對所述多個體素中的每個 的預(yù)期吸收劑量分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述模板函數(shù)包括所述體素尺寸特有的幾何信 息，并且所述模板函數(shù)基于所述體素尺寸來選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述徑向劑量分布作為與治療同位素的點源的 距離的函數(shù)表示由于所述點源而產(chǎn)生的吸收劑量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述模板函數(shù)是足以用于具有等長度邊的參考 尺寸立方體素的尺寸的可縮放的立方模板函數(shù)，其中，所述模板函數(shù)被縮放到所述體素 尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述模板函數(shù)包括針對小于最小體素尺寸的立 方體素的立方體素模板函數(shù)的加和，其中，將所述立方體素模板函數(shù)相加以生成針對至 少所述最小體素尺寸的較大體素的單一模板函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述較大體素不是立方的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述模板函數(shù)是三個一維模板函數(shù)的加和。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述三個一維模板函數(shù)中的每個的形狀為三角 形函數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述模板函數(shù)是三個單一維度概率密度函數(shù)的 聯(lián)合概率密度函數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括模板函數(shù)確定器(214)，其基于隨機(jī)采樣生 成所述模板函數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述模板函數(shù)表示分別在源體素和靶體素中 隨機(jī)放置的起點和終點之間的距離的歸一化出現(xiàn)率。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在規(guī)劃期間生成所述模板函數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述劑量體積核確定器(122)即需確定所述 劑量體積核，即，所述劑量體積核不是預(yù)先計算的，而是在需要其來確定所述預(yù)期吸收 劑量分布時計算的。
14.一種方法，包括生成針對特定體素尺寸的模板函數(shù)，其中，所述模板函數(shù)包括所述體素尺寸特有的 幾何信息；檢索徑向劑量分布，其中，所述徑向劑量分布函數(shù)作為與治療同位素的點源的距離 的函數(shù)表示由于所述點源而產(chǎn)生的吸收劑量；以及基于所述模板函數(shù)和所述徑向劑量分布生成劑量體積核。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括基于所述劑量體積核和滯留時間圖來生成針 對所述治療同位素的預(yù)期吸收劑量分布。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括使用所述模板函數(shù)通過將所述徑向劑量分布 采樣到對于所述體素尺寸的體素網(wǎng)格，來生成所述劑量體積核。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括在放射治療規(guī)劃期間生成所述模板函數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括預(yù)先計算并存儲所述模板函數(shù)，以用于后續(xù) 的放射治療規(guī)劃。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括在放射治療規(guī)劃期間生成所述劑量體積核。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括在需要所述劑量體積核來生成預(yù)期吸收劑量 分布時，即需生成所述劑量體積核。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述模板函數(shù)是具有足以用于參考尺寸立方 體素的尺寸的立方模板函數(shù)，所述方法還包括將所述模板函數(shù)縮放到所述體素尺寸。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括將多個較小立方體素模板函數(shù)相加以生成針 對較大體素的單一模板函數(shù)，所述較大體素的至少一條邊的長度大于個體立方體素的邊 長。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括將三個一維模板函數(shù)相加以生成三維模板函數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括通過隨機(jī)采樣生成所述模板函數(shù)，其中，所 述模板函數(shù)是分別在源體素和靶體素中隨機(jī)放置的起點和終點之間的距離的直方圖。
25.—種方法，包括提示用戶給出體素尺寸；在針對所述體素尺寸沒有劑量體積核時通知所述用戶；接收來自所述用戶的指示所要生成的模板函數(shù)的類型的輸入；基于所述體素尺寸生成所述模板函數(shù)；獲得徑向劑量分布；以及生成針對所述體素尺寸的根據(jù)所述模板函數(shù)和所述徑向劑量分布的劑量體積核。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括基于所生成的劑量體積核生成對于治療同位 素的預(yù)期吸收劑量。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括提示所述用戶給出用于通過隨機(jī)采樣生成所 述模板函數(shù)的大量起點和終點。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括提示所述用戶給出用于確定適當(dāng)數(shù)量的起點 和終點的閾值誤差值，其中，所述適當(dāng)數(shù)量的起點和終點用于通過隨機(jī)采樣生成所述模 板函數(shù)。
全文摘要
一種放射規(guī)劃系統(tǒng)包括劑量體積核確定器(122)和預(yù)期吸收劑量確定器(124)。劑量體積核確定器(122)生成針對劑量計算網(wǎng)格中的多個體素中的每個的劑量體積核。每個劑量體積核基于徑向劑量分布和針對特定體素尺寸的模板函數(shù)。預(yù)期吸收劑量確定器(124)基于劑量體積核確定對于多個體素中的每個的預(yù)期吸收劑量分布。
文檔編號G06F17/18GK102015024SQ200980114451
公開日2011年4月13日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者A·格迪克, B·施魏策爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司