專利名稱：用于輻射治療規(guī)劃的具有實(shí)時(shí)輪廓片斷影響繪制的輪廓勾畫的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下涉及輻射治療領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、輻射治療規(guī)劃領(lǐng)域、圖像處理領(lǐng)域，以及相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在輻射治療中，將電離輻射的空間靶向劑量施加到腫瘤或者其他包含癌或惡性組織的區(qū)域。生長并且快速增殖的癌細(xì)胞與正常細(xì)胞相比傾向于更加易于受到電離輻射的損傷，并且因而通過適當(dāng)?shù)匾?guī)劃通過施加優(yōu)選殺死癌或者惡性組織的輻射而施予的更高劑量來強(qiáng)化所述損傷。但是，電離輻射對于惡性和健康細(xì)胞都是有害的，因此對于將有效地向惡性腫瘤施加輻射治療同時(shí)限制對健康組織的附帶損傷而言，輻射的精密空間靶向是很重要的。在輻射治療中，以如下的方式在圍繞對象的角位置施加輻射束:所述輻射束組合以產(chǎn)生集中于腫瘤或者其他治療區(qū)域的靶向總輻射劑量空間分布，同時(shí)保持某些對輻射敏感的重要器官的累積照射量低于安全閾值?？梢酝ㄟ^使用多個(gè)圍繞對象分布的固定放射源，或者通過圍繞對象旋轉(zhuǎn)諸如線性加速器(直線加速器)的單一放射源(即，斷層放療)，來實(shí)現(xiàn)角度覆蓋。事先針對特定對象，基于所采集的那一對象的成像數(shù)據(jù)來規(guī)劃輻射治療。通常，使用計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)成像進(jìn)行輻射治療規(guī)劃，但是也可額外地或者替代CT利用其他成像模態(tài)，例如磁共振(MR)或者正電子發(fā)射斷層攝影(PET)。為了規(guī)劃輻射治療程序，在圖像中與勾畫對輻射敏感的“風(fēng)險(xiǎn)”器官或者必須限制其輻射劑量的區(qū)域一起，勾畫腫瘤或者其他目標(biāo)。輻射規(guī)劃參數(shù)由腫瘤學(xué)家或者其他醫(yī)務(wù)人員提供。輻射治療規(guī)劃參數(shù)典型地包括將被遞送給惡性腫瘤的最小劑量或者目標(biāo)劑量，以及對于風(fēng)險(xiǎn)器官或者區(qū)域而言最大的允許劑量。器官勾畫以及輻射治療規(guī)劃參數(shù)和對各種組織的放射衰減或吸收特性的已知信息用作對強(qiáng)度調(diào) 制優(yōu)化的輸入，該優(yōu)化對輻射束的空間屬性和強(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化以將輻射集中于目標(biāo)同時(shí)限制風(fēng)險(xiǎn)器官或區(qū)域的照射量，從而滿足輻射治療規(guī)劃的參數(shù)。一種已知的用于執(zhí)行這種圖像引導(dǎo)輻射治療的輻射治療規(guī)劃系統(tǒng)是Pinnacle 輻射治療規(guī)劃系統(tǒng)(可以從荷蘭埃因霍溫的皇家飛利浦電子股份有限公司獲得)。通常，強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化是輻射治療工作流程中的主要瓶頸。優(yōu)化是一種“逆向”過程，其中優(yōu)化輻射束的空間屬性和強(qiáng)度以提供基于這些空間屬性和強(qiáng)度而計(jì)算出的優(yōu)化的輻射劑量圖。然而，由更新型的計(jì)算機(jī)所提供的更快的處理速度正在逐漸克服這一瓶頸。輪廓描繪處理也是工作流程的瓶頸。對腫瘤和所有的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)器官的準(zhǔn)確勾畫通常被認(rèn)為是輻射治療規(guī)劃處理的重要方面。為了確保精度和準(zhǔn)確性，由放射學(xué)專家或者其他訓(xùn)練有素的醫(yī)務(wù)人員來手動(dòng)執(zhí)行輪廓描繪。一些系統(tǒng)提供了用于定義初始輪廓的自動(dòng)分割——然而，在這種系統(tǒng)中通常會有后繼的手動(dòng)輪廓描繪操作，其中放射學(xué)專家或者其他訓(xùn)練有素的醫(yī)務(wù)人員視情況確定和調(diào)整輪廓。手動(dòng)輪廓描繪處理是繁瑣且費(fèi)時(shí)的，并且占用了專業(yè)醫(yī)務(wù)人員的寶貴時(shí)間。以下提供了新的和改進(jìn)的裝置及方法，其克服了以上提及的問題和其他問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)公開的方面，一種方法包括:執(zhí)行輪廓描繪以在規(guī)劃圖像中限定勾畫了輻射靶區(qū)域和一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的輪廓；以及在所述輪廓描繪期間顯示規(guī)劃圖像以及所述輪廓，所述顯示包括對所述輪廓進(jìn)行編碼以指示所述輪廓對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出的影響。根據(jù)另一公開的方面，一種方法包括:執(zhí)行輪廓描繪以在規(guī)劃圖像中限定勾畫了輻射靶區(qū)域和一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的輪廓片斷；使用所述輪廓片斷來執(zhí)行強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化以生成輻射治療規(guī)劃和相應(yīng)的計(jì)算的輻射劑量圖；以及在所述輪廓描繪期間，顯示所述規(guī)劃圖像和所述輪廓片斷，所述輪廓片斷被關(guān)于所述輪廓片斷對所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響編碼。根據(jù)另一公開的方面，一種方法包括:通過具有至少勾畫了輻射靶區(qū)域和一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的輪廓作為輸入的強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化來計(jì)算依從于劑量規(guī)劃參數(shù)的輻射劑量圖，所述劑量規(guī)劃參數(shù)指示針對所述輻射靶區(qū)域和所述一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的劑量或者劑量約束；以及在所顯示的規(guī)劃圖像中繪制所述輪廓，包括對所述輪廓進(jìn)行編碼以指示所述輪廓對所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響。根據(jù)另一公開的方面，公開了一種數(shù)字處理器，其被配置為執(zhí)行在緊接的前三個(gè)段落中任一個(gè)所述的方法。根據(jù)另一公開的方面，公開了一種存儲有指令的存儲介質(zhì)，所述指令可以由數(shù)字處理器運(yùn)行以執(zhí)行在緊接的前三個(gè)段落中任一個(gè)所述的方法。根據(jù)另一公開的方面，一種裝置包括:輪廓描繪模塊，其被配置為在規(guī)劃圖像中迭代地調(diào)整勾畫了輻射靶區(qū)域和一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的輪廓；強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化模塊，其被配置為生成與針對由所述輪廓勾畫的所述輻射靶區(qū)域和所述一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的劑量或者劑量約束相符合的輻射治療規(guī)劃；以及差分分析模塊，其被配置為調(diào)用所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化模塊來估計(jì)所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出關(guān)于所述輪廓的偏導(dǎo)數(shù)；其中，所述輪廓描繪模塊被配置為在每次迭代輪廓調(diào)整之后調(diào)用所述差分分析模塊以估計(jì)關(guān)于所述輪廓片斷的所述偏導(dǎo)數(shù)，并且被配置為在所述規(guī)劃圖像的顯示上繪制所述輪廓片斷，所述輪廓片斷被基于所述估計(jì)的偏導(dǎo)數(shù)編碼以指示所述輪廓片斷對所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于為輻射治療規(guī)劃提供了更加有效的輪廓描繪。另一優(yōu)點(diǎn)在于在輻射治療規(guī)劃期間給放射科醫(yī)師或者其他醫(yī)療專家提供反饋。另一優(yōu)點(diǎn)在于在針對輻射治療規(guī)劃的輪廓描繪期間給放射科醫(yī)師或者其他醫(yī)療專家提供引導(dǎo)。當(dāng)閱讀和理解了以下詳細(xì)描述時(shí)，進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將是顯而易見的。


圖1概略地示出了包括輻射治療規(guī)劃模塊的輻射治療系統(tǒng)。圖2概略地示出了由圖1的系統(tǒng)的輻射治療規(guī)劃模塊適當(dāng)?shù)貓?zhí)行的輻射治療規(guī)劃方法。圖3-6概略地示出了區(qū)域和勾畫的輪廓，其概略地示出了圖2的方法的選定操作。圖7概略地示出了圖2的方法的偏導(dǎo)數(shù)估計(jì)操作的實(shí)施例。圖8概略地示出了圖2方法的變型，其采用預(yù)先計(jì)算的輪廓片斷影響分類。
具體實(shí)施例方式參考圖1，輻射治療系統(tǒng)包括成像模態(tài)10，其適于采集用于規(guī)劃輻射治療的規(guī)劃圖像。在一些實(shí)施例中，該成像模態(tài)10是計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)掃描機(jī)，例如Brilliance Big Bore CT掃描機(jī)(可以從荷蘭埃因霍溫的皇家飛利浦電子股份有限公司獲得)。該Brilliance Big Bore CT掃描機(jī)是具有85cm的大的患者孔徑的說明性CT掃描機(jī)，該孔徑足夠大以容納被安排于典型的輻射治療位置的患者。可以替代地使用其他CT掃描機(jī)，以及其他成像模態(tài)，例如正電子發(fā)射斷層攝影(PET)、磁共振(MR)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影(SPECT)，等等。所采集的圖像被存儲在圖像存儲器12中。優(yōu)選地對計(jì)劃接受輻射治療的對象采集規(guī)劃圖像。例如，該對象可是腫瘤患者，或者獸醫(yī)學(xué)的對象等。術(shù)語“規(guī)劃圖像”在本上下文中涉及用于輪廓描繪的規(guī)劃圖像(或者規(guī)劃圖像的集合)。在輻射治療程序之前，輻射治療規(guī)劃模塊20執(zhí)行輻射治療規(guī)劃。所述規(guī)劃模塊20包括輪廓描繪子模塊22和顯示子模塊24，它們協(xié)作來執(zhí)行輪廓描繪以在規(guī)劃圖像中限定勾畫了輻射靶區(qū)域以及一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的輪廓。例如，所述輻射靶區(qū)域可以是癌腫瘤，并且所述一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域可包括鄰近重要器官或者組織，所述鄰近重要器官或者組織的輻射照射量應(yīng)當(dāng)被保持在最大值之下。為此，輻射治療規(guī)劃是關(guān)于劑量規(guī)劃參數(shù)26的，所述劑量規(guī)劃參數(shù)26指示針對輻射靶區(qū)域和一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的劑量或劑量約束。強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化子模塊30至少接收由勾畫輪廓描繪部件22，24生成的輪廓作為輸入，并且生成輻射治療規(guī)劃以及依從劑量規(guī)劃參數(shù)26的計(jì)算的輻射劑量圖32。該強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化子模塊30任選地接收其他相關(guān)輸入，例如指示輻射吸收的衰減圖(例如，基于規(guī)劃圖像和/或解剖模型而適當(dāng)?shù)赜?jì)算的)。強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化典型地是迭代的“逆向”處理，其中:
(I)初始化輻射治療參數(shù)，例如射束強(qiáng)度、準(zhǔn)直器設(shè)置等，接著(2)使用這些參數(shù)來運(yùn)算計(jì)算的劑量圖，接著(3)利用劑量規(guī)劃參數(shù)26來評估計(jì)算的劑量圖的符合性，接著(4)以預(yù)期使得計(jì)算的劑量圖更加緊密地符合于劑量規(guī)劃參數(shù)26的方式來更新輻射治療參數(shù)。然后重復(fù)操作(2)- (4)以迭代地使計(jì)算的劑量圖最佳地符合劑量規(guī)劃參數(shù)26。在由輪廓描繪部件22，24執(zhí)行的輪廓描繪期間，顯示子模塊24繪制具有編碼(例如，顏色編碼和/或線的粗細(xì)編碼)的輪廓，該編碼指示輪廓對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響。為此，差分分析子模塊40被配置為調(diào)用強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化子模塊30來估計(jì)強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出關(guān)于輪廓的偏導(dǎo)數(shù)。在一些實(shí)施例中，強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出是劑量分布，每個(gè)偏導(dǎo)數(shù)量化當(dāng)輪廓點(diǎn)或者輪廓片斷變化時(shí)劑量累積是如何變化的，并且偏導(dǎo)數(shù)量化在輪廓片斷處關(guān)于劑量累積的變化，或者關(guān)于輪廓位置處的劑量分布的導(dǎo)數(shù)。輪廓描繪子模塊22被配置為在每次迭代輪廓調(diào)整之后調(diào)用差分分析子模塊40以估計(jì)關(guān)于輪廓片斷的偏導(dǎo)數(shù)，并且被配置為在規(guī)劃圖像的顯示上繪制輪廓片斷，該輪廓片斷被基于所估計(jì)的偏導(dǎo)數(shù)編碼以指示該輪廓片斷對強(qiáng)度調(diào)整優(yōu)化的影響。在一個(gè)方法中，輻射治療規(guī)劃模塊20在合適的計(jì)算機(jī)44上實(shí)現(xiàn)，該計(jì)算機(jī)44具有顯示設(shè)備46 (例如，LCD屏幕、陰極射線管顯示設(shè)備等)以及一個(gè)或多個(gè)用戶輸入設(shè)備，例如圖示的鍵盤48、或者鼠標(biāo)、追蹤球、或者其他指向式用戶輸入設(shè)備，等等。顯示子模塊24在顯示設(shè)備46上顯示具有輪廓片斷的規(guī)劃圖像，并且該輪廓片斷被基于所估計(jì)的偏導(dǎo)數(shù)編碼以指示該輪廓片斷對強(qiáng)度調(diào)整優(yōu)化的影響。用戶經(jīng)由用戶輸入設(shè)備48手動(dòng)地輸入對輪廓的調(diào)整。然后輪廓描繪子模塊22調(diào)用差分分析子模塊40以估計(jì)關(guān)于輪廓(包括經(jīng)調(diào)整的輪廓)的偏導(dǎo)數(shù)，并且在顯示設(shè)備46上繪制(更新的)輪廓片斷，所述輪廓片斷疊加到規(guī)劃圖像上并且被編碼以指示該輪廓片斷對強(qiáng)度調(diào)整優(yōu)化的(更新的)影響。由福射治療規(guī)劃|旲塊20生成的最終福射治療規(guī)劃被存儲在福射治療規(guī)劃存儲器50中。在進(jìn)行輻射治療程序的計(jì)劃日期和時(shí)間，采用輻射治療裝置52根據(jù)存儲在存儲器50中的福射治療規(guī)劃通過福射治療控制系統(tǒng)54來控制遞送至對象的治療性福射。例如，在圖示的實(shí)施例中，輻射治療遞送裝置52是斷層攝影線性加速器(直線加速器)，并且輻射治療控制系統(tǒng)54操作多葉準(zhǔn)直器(MLC)或者直線加速器52的其他輻射束外觀成形裝置以當(dāng)線性加速器圍繞對象旋轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)制射束強(qiáng)度和外觀，從而給對象遞送輻射劑量分布，該分布根據(jù)依從劑量規(guī)劃參數(shù)26的輻射治療規(guī)劃給目標(biāo)特征提供了期望的積分輻射劑量，同時(shí)適當(dāng)?shù)叵拗苹蛘呒s束了敏感的重要特征的輻射照射量。輻射治療規(guī)劃模塊20可以通過單獨(dú)的數(shù)字處理器、兩個(gè)或者更多的數(shù)字處理器、計(jì)算機(jī)、專用集成電路(ASIC)等來不同地具體化。例如，圖示的計(jì)算機(jī)44可以包含規(guī)劃模塊20。同樣，包括具有輪廓編碼的輪廓描繪以影響強(qiáng)度調(diào)整優(yōu)化的輻射治療規(guī)劃可通過存儲指令的存儲介質(zhì)來具體化，該指令可由數(shù)字處理器運(yùn)行以執(zhí)行包括具有輪廓編碼的輪廓描繪的規(guī)劃。例如，存儲介質(zhì)可是硬盤或者其他磁性存儲介質(zhì)、光盤或者其他光學(xué)存儲介質(zhì)、隨機(jī)訪問存儲器(RAM)、只讀存儲器(R0M)，閃存，或者其他電子存儲介質(zhì)、它們的各種組合，等等。參考圖2，描述了適于由圖1的系統(tǒng)執(zhí)行的說明性輻射治療規(guī)劃方法，所述輻射治療規(guī)劃方法包括具有用于影響強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輪廓編碼的輪廓描繪。在操作60中，顯示規(guī)劃圖像并且生成和顯示始初輪廓。操作60可以采用手動(dòng)初始輪廓描繪、利用規(guī)劃圖像的自動(dòng)分割的自動(dòng)初始輪廓描繪、或者半自動(dòng)方法。然后由強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化子模塊30執(zhí)行強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化操作62以生成輸出64，該輸出64包括優(yōu)化的輻射治療參數(shù)(例如，射束強(qiáng)度、多葉準(zhǔn)直器設(shè)置等)、計(jì)算的輻射劑量圖32 (見圖1)、以及諸如相關(guān)的合計(jì)劑量參數(shù)的任選的另外參數(shù)。例如，該合計(jì)劑量參數(shù)可以包括遞送至輻射靶區(qū)域和/或一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的累積輻射劑量，并且每個(gè)這樣的累積輻射劑量通過在計(jì)算的輻射劑量圖32中的區(qū)域上積分來計(jì)算。輸出64也可以任選地包括一個(gè)或多個(gè)綜合參數(shù)，例如以說明性范例的方式，指示任何計(jì)算的區(qū)域劑量(輻射靶區(qū)域或者風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域)與相應(yīng)劑量規(guī)劃參數(shù)的最大偏差的度量。之后是操作66，68，70中的計(jì)算輪廓對強(qiáng)度調(diào)整優(yōu)化的影響。為執(zhí)行差分分析，將輪廓分?jǐn)喑奢喞瑪?，并且?jì)算強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出關(guān)于輪廓片斷的偏導(dǎo)數(shù)。因而，在操作66中選定輪廓片斷用于差分分析。在操作68中，估計(jì)強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出關(guān)于選定輪廓片斷的偏導(dǎo)數(shù)。操作66，68在所有的輪廓片斷上迭代69以估計(jì)關(guān)于輪廓片斷的偏導(dǎo)數(shù)。操作70基于估計(jì)的偏導(dǎo)數(shù)對每個(gè)輪廓片斷關(guān)于其對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響進(jìn)行分類。在操作74中，顯示子模塊24顯示規(guī)劃圖像，任選地顯示選定的合計(jì)劑量參數(shù)，以及顯示包括影響繪制的輪廓片斷，也就是，包括指示輪廓對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出的影響的輪廓片斷編碼的輪廓片斷。這一影響由操作70的輪廓片斷分類輸出來適當(dāng)?shù)亓炕Ｔ诓僮?6中更新輪廓片斷。輪廓片斷更新操作76可是手動(dòng)的，例如由用戶經(jīng)由用戶輸入裝置48來接收輪廓片斷調(diào)整輸入?？蛇x地，輪廓片斷更新操作76可以是自動(dòng)的，例如基于規(guī)劃圖像中輻射靶區(qū)域和/或風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的重新分段來執(zhí)行。處理流程然后返回操作62以更新計(jì)算的輻射劑量圖32和強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的其他輸出64以考慮輪廓片斷調(diào)整，并且通過重復(fù)操作66，68，70來更新影響分析，以及依據(jù)操作74更新顯示。以此方式，用戶大體實(shí)時(shí)地，也就是在輪廓描繪處理期間，觀察輪廓描繪操作的影響。參考圖3-圖6，概略地圖示了通過圖2的方法的操作66，68，70執(zhí)行的影響分析。圖3圖示了由輪廓C勾畫的區(qū)域R。操作62針對該輪廓C計(jì)算強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出64。出于說明的目的，輸出64 (或者用于影響分析的它的分量)在此不失一般性地被稱為輸出Y。圖4圖示了區(qū)域R和輪廓C，但是具有調(diào)整的輪廓，將第一選定輪廓片斷CSl向外調(diào)整差量Aesi。(替代地，該差別輪廓片斷調(diào)整可以是向內(nèi)調(diào)整)。操作68通過將強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化應(yīng)用于調(diào)整的輪廓以生成調(diào)整的輸出Y1并且將關(guān)于第一輪廓片斷CSl的偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算為(Y1-Y)/Acsi來適當(dāng)?shù)毓烙?jì)關(guān)于第一輪廓片斷CSl的偏導(dǎo)數(shù)。圖5圖示了區(qū)域R和輪廓C，但是具有如下地調(diào)整的輪廓:將第二選定的輪廓片斷CS2向外調(diào)整差量ACS2。(同樣，替代地，該差別輪廓片斷調(diào)整可以是向內(nèi)調(diào)整)。這相應(yīng)于將流程返回至選擇操作66的第二迭代69，該選擇操作66現(xiàn)在選擇第二輪廓片斷CS2。操作68的第二重復(fù)通過將強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化應(yīng)用于調(diào)整的輪廓以生成調(diào)整的輸出Y2并且將對第二輪廓片斷CS2的偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算為(Y2-Y)/Aes2來估計(jì)關(guān)于第二輪廓片斷CS2的偏導(dǎo)數(shù)。(注意到在用于輪廓片斷的差量是相同，也就是Aesi= Aes2，并且對于所有的輪廓片斷都是如此的情況下，那么任選地省略通過除以Acsi或者Acs2的比例縮放)。通過迭代循環(huán)69的操作來針對輪廓C的每個(gè)輪廓片斷重復(fù)該處理，以計(jì)算出關(guān)于組成輪廓C的輪廓片斷的偏導(dǎo)數(shù)。通常，輸出Y可以是強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的任意輸出，只要對針對該輸出對輪廓的影響感興趣即可。在一個(gè)范例中，輸出Y可以是輻射靶區(qū)域中的劑量。在另一范例中，輸出Y可以是綜合參數(shù)，例如在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域中劑量相對于那一風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的劑量約束的最大比率(在所有的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域上)。在操作70中，基于偏導(dǎo)數(shù)對輪廓片斷進(jìn)行分類。例如，在一個(gè)方法中使用二元分類器，其具有在關(guān)于那一輪廓片斷的偏導(dǎo)數(shù)大于閾值的情況下被分類為“高影響”的輪廓片斷，以及在關(guān)于那一輪廓片斷的偏導(dǎo)數(shù)低于閾值的情況下被分類為“低影響”的輪廓片斷。更普遍的，該分類可以多于兩類、三類，等等。在一些實(shí)施例中，分類操作70由給每個(gè)輪廓片斷分配分?jǐn)?shù)的連續(xù)評分操作替代。如圖6概略地圖示的，每個(gè)輪廓片斷顯示有適當(dāng)?shù)木幋a，該編碼指示由分類(或者評分)操作70計(jì)算的該輪廓片斷的影響。在說明性的實(shí)施例中使用三個(gè)影響分類。實(shí)輪廓線用于對高影響的分割進(jìn)行編碼。短劃線用于對中等影響的分割編碼。點(diǎn)劃線用于對低影響的分割編碼。圖6圖示了用于參考圖3-圖5來描述其影響分析的說明性區(qū)域R以及用于兩個(gè)其他區(qū)域Rl，R2的這樣的輪廓編碼。雖然在圖6中使用實(shí)線/短劃線/點(diǎn)劃線，但是在其中顯示設(shè)備46能夠生成顏色顯示的其他實(shí)施例中，編碼可以是顏色編碼，例如采用顏色“紅色”來對高影響的輪廓片斷進(jìn)行編碼，顏色“黃色”來對中等影響的輪廓片斷進(jìn)行編碼，以及顏色“綠色”來對低影響的輪廓片斷進(jìn)行編碼。指示輪廓片斷對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響的輪廓片斷的編碼有利地告知了執(zhí)行輪廓描繪的放射學(xué)專家或者其他醫(yī)務(wù)人員哪個(gè)輪廓片斷對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化最具影響。參考圖6，例如，放射學(xué)專家已知由短劃線編碼的輪廓片斷對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化具有低的影響，并且因此可以以相對粗略的方式來完成對那些虛輪廓片斷的輪廓描繪。另一方面，放射學(xué)專家已知由實(shí)線編碼的輪廓片斷對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化具有高影響，并且因此應(yīng)當(dāng)高度小心并且精確地來完成對那些實(shí)輪廓片斷的輪廓描繪。通過告知放射學(xué)專家哪個(gè)輪廓片斷具有高影響以及哪個(gè)具有低影響，加速了輪廓描繪處理(通過允許放射學(xué)專家更加粗略地定位低影響輪廓片斷)并且也使得輪廓描繪處理更加準(zhǔn)確(由于放射學(xué)專家確保了高影響輪廓片斷的準(zhǔn)確性)。繼續(xù)參考圖1和2并且進(jìn)一步參考圖7，可以高效地執(zhí)行由差分分析子模塊40調(diào)用強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化子模塊30而執(zhí)行的偏導(dǎo)數(shù)估計(jì)操作68。這是因?yàn)獒槍γ總€(gè)偏導(dǎo)數(shù)估計(jì)的優(yōu)化并不是從頭開始，而是可以使用強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化操作62的輸出64作為開始值而執(zhí)行。如圖7概略地示出一，針對在操作66中選定的輪廓片斷的偏導(dǎo)數(shù)估計(jì)操作68從操作80開始，在操作80將選定的輪廓片斷向外(或者，在另一實(shí)施例中，向內(nèi))調(diào)整差量Aes (例如，在圖4中的差量調(diào)整Aesi，或者圖5中的差量調(diào)整Aes2)。在操作82中，用操作80的輪廓片斷差量來執(zhí)行強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化迭代，以便生成具有輪廓片斷差量的強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出84。使用強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化操作62的輸出64作為開始值來執(zhí)行迭代82。由于差量的變化Aes很小，并且只影響選定的輪廓片斷，因此預(yù)期輸出64接近于多次迭代將產(chǎn)生的“正確”值。因此，預(yù)期根據(jù)相減運(yùn)算86從輸出64減去單次迭代82的輸出84 (以及任選地除以差量Acs)提供了關(guān)于選定的輪廓片斷的輸出的偏導(dǎo)數(shù)的合理估計(jì)。出于輪廓片斷影響分類70的目的，替代地可以用更加復(fù)雜的差分度量替代相減運(yùn)算86。此外，由于僅執(zhí)行單次的迭代82，因而偏導(dǎo)數(shù)估計(jì)操作68是高效的。雖然舉例說明了單次迭代82，但是在其他實(shí)施例中可執(zhí)行兩次或者更多次迭代，以開環(huán)的方式或者迭代直到滿足選定的停止條件。回來參考圖2，在每個(gè)輪廓片斷更新操作76之后執(zhí)行影響分析66，68，70。以這種方式，用戶大體上實(shí)時(shí)地觀察輪廓描繪操作對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響，也就是在輪廓描繪處理期間，包括在輪廓描繪處理期間可能發(fā)生的各種輪廓片斷對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響中的任何變化。然而，在一些輻射治療應(yīng)用中，不預(yù)期在輪廓描繪處理期間輪廓片斷的影響顯著變化，因此實(shí)際可行的是預(yù)先計(jì)算各種輪廓片斷對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響。這可以例如基于針對當(dāng)前對象或者針對先前對象而執(zhí)行的先前輪廓描繪/輻射治療規(guī)劃程序來完成。預(yù)先計(jì)算的影響也可以基于第一原理分析，例如使用衰減模型。參考圖8，示出了圖2的處理的變型。圖8的處理與圖2的處理的不同在于用檢索操作90來代替了影響分析操作66，68，70，該檢索操作90檢索預(yù)先計(jì)算的輪廓片斷影響分類，然后由顯示操作74中的顯示子模塊24使用該分類以便顯示由對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響來編碼的輪廓。在圖8的實(shí)施例中，輪廓的編碼是基于預(yù)先計(jì)算的輪廓片斷影響分類的。將這一方法適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于如下的情形:一類規(guī)劃任務(wù)足夠相似從而預(yù)先計(jì)算的輪廓片斷影響分類是適用的。所公開的具有輪廓影響編碼的輪廓描繪方法包括作為輪廓描繪處理的部分的對處置規(guī)劃的計(jì)算和分析。執(zhí)行輪廓描繪的放射學(xué)專家或者其他醫(yī)學(xué)專家通過在手動(dòng)輪廓描繪期間接收視覺上的“重要性”反饋，或者在自動(dòng)或半自動(dòng)輪廓描繪的情況下通過將沿著輪廓的重要特征并入自動(dòng)分割算法，而受益。在一些實(shí)施例中，輪廓影響編碼被輸入自動(dòng)分割/輪廓描繪算法，這允許放松對自動(dòng)算法的準(zhǔn)確性要求。在手動(dòng)輪廓描繪時(shí)，技術(shù)人員被告知需要改進(jìn)初始輪廓勾畫的哪個(gè)區(qū)域。強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化子模塊30通過差分分析子模塊40而補(bǔ)充以使得能夠估計(jì)關(guān)于輪廓片斷的偏導(dǎo)數(shù)。如參考圖7所提到的，差分分析子模塊40任選地通過快速數(shù)值方案在第一近似中估計(jì)偏導(dǎo)數(shù)，例如使用強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的單次迭代。也預(yù)期其他變型。例如，放射學(xué)專家可以首先快速地做出腫瘤(或者其他輻射靶區(qū)域)和所有風(fēng)險(xiǎn)器官(或者，更一般地，風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域)的粗略輪廓。然后計(jì)算和分析治療規(guī)劃，具體而言進(jìn)行對輪廓的差分分析。這一分析的結(jié)果對規(guī)劃/劑量沉積的變化給每個(gè)輪廓片斷分配了量化的“影響”值?？梢允褂妙伾幋a、或者線型編碼、或者線粗細(xì)編碼等來在顯示器中編碼不同的影響值，從而指示哪里的輪廓描繪應(yīng)當(dāng)更精確或者較不精確。當(dāng)技術(shù)人員更新輪廓時(shí)(例如，通過操作鼠標(biāo)或者追蹤球而使用指向和拖拽操作)，重新完成差分劑量計(jì)算并且更新輪廓顏色編碼。對于一些應(yīng)用，例如其中輻射靶區(qū)域是前列腺并且將被勾畫的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域典型地包括股骨頭、膀胱以及直腸的前列腺治療規(guī)劃，無論勾畫的準(zhǔn)確性如何，某些輪廓片斷都不可能具有高影響，同時(shí)其他的輪廓片斷需要十分準(zhǔn)確。在這種應(yīng)用中，可采用參考圖8描述的變型方法，其中事先預(yù)先計(jì)算影響值(例如，通過多個(gè)測試案例而事先訓(xùn)練)。在采用自動(dòng)或者半自動(dòng)分割的方法中，學(xué)習(xí)的或者預(yù)先計(jì)算的影響值成為用于自動(dòng)的或基于模型的分割的模型(也即在模型中包含的先驗(yàn)知識)的一部分。在基于模型的分割處理期間，該影響值用作附加的(或然的)特征以平衡其中的輪廓很難勾畫出的區(qū)域中的準(zhǔn)確性。在這種實(shí)施例中，可以任選地避免在分割期間的劑量計(jì)算。已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例來描述了本發(fā)明。他人當(dāng)閱讀和理解了前述詳細(xì)描述時(shí)可想到修改和變型。本發(fā)明旨在被解釋為包括所有的這種修改和變型，只要它們落在所附權(quán)利要求或者其等價(jià)物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法包括: 執(zhí)行輪廓描繪以在規(guī)劃圖像中限定勾畫了輻射靶區(qū)域和一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的輪廓；以及 在所述輪廓描繪期間，顯示規(guī)劃圖像以及所述輪廓，所述顯示包括對所述輪廓進(jìn)行編碼以指示所述輪廓對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出的影響。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述顯示包括對所述輪廓進(jìn)行顏色編碼以指示所述輪廓對強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出的影響。
3.如權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的方法，其中，輪廓描繪的所述執(zhí)行包括接收輪廓片斷的手動(dòng)更新，并且所述顯示包括在每次手動(dòng)更新之后更新所述輪廓的所述編碼。
4.如權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的方法，其中，輪廓描繪的所述執(zhí)行包括更新輪廓片斷，并且所述顯示包括在每次輪廓片斷更新之后更新所述輪廓的所述編碼。
5.如權(quán)利要求1 -4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述輪廓包括輪廓片斷并且所述編碼包括: 估計(jì)所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的所述輸出關(guān)于所述輪廓片斷的偏導(dǎo)數(shù)；以及 基于估計(jì)的偏導(dǎo)數(shù)對所述輪廓片斷進(jìn)行編碼。
6.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述輪廓包括輪廓片斷并且所述編碼包括: 檢索預(yù)先計(jì)算的輪廓片斷影響分類，其中，所述編碼包括根據(jù)所檢索的輪廓片斷影響分類對所述輪廓片斷進(jìn)行編碼。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，還包括: 在所述輪廓描繪之后，執(zhí)行所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化以生成依從于劑量規(guī)劃參數(shù)的輻射治療規(guī)劃，所述劑量規(guī)劃參數(shù)指示針對所述輻射靶區(qū)域和所述一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的劑量或者劑量約束。
8.一種方法包括: 執(zhí)行輪廓描繪以在規(guī)劃圖像中限定勾畫了輻射靶區(qū)域和一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的輪廓片斷； 使用所述輪廓片斷來執(zhí)行強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化以生成輻射治療規(guī)劃和相應(yīng)的計(jì)算的輻射劑量圖；以及 在所述輪廓描繪期間，顯示所述規(guī)劃圖像和所述輪廓片斷，所述輪廓片斷被關(guān)于所述輪廓片斷對所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響編碼。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述顯示包括: 顯示所述輪廓片斷，所述輪廓片斷被關(guān)于所述輪廓片斷對所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響而通過顏色或者線型編碼。
10.如權(quán)利要求8-9中任一項(xiàng)所述的方法，還包括: 估計(jì)所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出關(guān)于所述輪廓片斷的偏導(dǎo)數(shù)；以及 基于估計(jì)的偏導(dǎo)數(shù)來計(jì)算所述輪廓片斷對所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的所述影響。
11.如權(quán)利要求8-9中任一項(xiàng)所述的方法，還包括: 檢索預(yù)先計(jì)算的輪廓片斷影響分類，所述輪廓片斷影響分類指示所述輪廓片斷對所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的所述影響，所述顯示包括根據(jù)所述預(yù)先計(jì)算的輪廓片斷影響分類對所述輪廓片斷進(jìn)行編碼。
12.如權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中: 所述輪廓描繪包括執(zhí)行連續(xù)的輪廓片斷更新，以及 所述顯示包括在所述輪廓描繪的每次輪廓片斷更新之后，更新關(guān)于所述輪廓片斷對所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響的所述輪廓片斷的所述編碼。
13.—種方法包括: 通過具有至少勾畫了輻射靶區(qū)域和一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的輪廓作為輸入的強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化，來計(jì)算依從于劑量規(guī)劃參數(shù)的輻射劑量圖，所述劑量規(guī)劃參數(shù)指示針對所述輻射靶區(qū)域和所述一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的劑量或者劑量約束；以及 在顯示的規(guī)劃圖像中繪制所述輪廓包括對所述輪廓進(jìn)行編碼以指示所述輪廓對所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述編碼包括: 對所述輪廓進(jìn)行顏色進(jìn)行編碼以指示所述輪廓對所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響。
15.如權(quán)利要求13-14中任一項(xiàng)所述的方法，還包括: 通過迭代的輪廓調(diào)整來執(zhí)行對所述輻射靶區(qū)域和所述一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的輪廓描繪，其中，在每次迭代的輪廓調(diào)整之后重復(fù)所述計(jì)算和所述繪制。
16.如權(quán)利要求13-15中任一項(xiàng)所述的`方法，其中，所述輪廓包括輪廓片斷并且所述編碼包括: 估計(jì)所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出關(guān)于所述輪廓片斷的偏導(dǎo)數(shù)； 基于估計(jì)的偏導(dǎo)數(shù)針對所述輪廓片斷計(jì)算輪廓片斷影響分類；以及 利用所述輪廓片斷影響分類對所述輪廓片斷進(jìn)行編碼。
17.如權(quán)利要求13-15中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述輪廓包括輪廓片斷并且所述編碼包括: 用預(yù)先計(jì)算的輪廓片斷影響分類來對所述輪廓片斷進(jìn)行編碼。
18.一種數(shù)字處理器(44)，其被配置為執(zhí)行如權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)所述的方法。
19.一種存儲有指令的存儲介質(zhì)，所述指令能夠由數(shù)字處理器(44)運(yùn)行以執(zhí)行如權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)所述的方法。
20.一種裝置包括: 輪廓描繪模塊(22，24)，其被配置為在規(guī)劃圖像中迭代地調(diào)整勾畫了輻射靶區(qū)域和一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的輪廓； 強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化模塊(30)，其被配置為生成輻射治療規(guī)劃，所述輻射治療規(guī)劃與針對由所述輪廓勾畫的所述輻射靶區(qū)域和所述一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的劑量或者劑量約束(26)相符；以及 差分分析模塊(40)，其被配置為調(diào)用所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化模塊(30)來估計(jì)所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出關(guān)于所述輪廓的偏導(dǎo)數(shù)； 其中，所述輪廓描繪模塊(22，24)被配置為在每次迭代的輪廓調(diào)整之后調(diào)用所述差分分析模塊(40)以估計(jì)關(guān)于所述輪廓片斷的所述偏導(dǎo)數(shù)，并且被配置為在所述規(guī)劃圖像的顯示上繪制所述輪廓片斷，所述輪廓片斷被基于所估計(jì)的偏導(dǎo)數(shù)編碼以指示所述輪廓片斷對所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響。
全文摘要
一種輪廓描繪模塊(22，24)在圖像中規(guī)劃迭代地調(diào)整勾畫了輻射靶區(qū)域和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的輪廓。強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化模塊(30)生成與針對由所述輪廓勾畫的所述輻射靶區(qū)域和所述風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的劑量或者劑量約束(26)相符的輻射治療規(guī)劃。差分分析模塊(40)被配置為調(diào)用所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化模塊(30)來估計(jì)所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的輸出關(guān)于所述輪廓的偏導(dǎo)數(shù)。所述輪廓描繪模塊(22，24)被配置為在每次迭代的輪廓調(diào)整之后調(diào)用所述差分分析模塊(40)以估計(jì)關(guān)于所述輪廓片斷的所述偏導(dǎo)數(shù)并且被配置為在所述規(guī)劃圖像的顯示上描繪所述輪廓片斷，所述輪廓片斷被基于所估計(jì)的偏導(dǎo)數(shù)編碼以指示所述輪廓片斷對所述強(qiáng)度調(diào)制優(yōu)化的影響。
文檔編號A61N5/10GK103119626SQ201180044478
公開日2013年5月22日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者T·內(nèi)奇, D·貝斯特羅夫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司