專利名稱：光纖在光動力治療處置中的作用的建模，以及所述處置的規(guī)劃中的輔助的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對光纖的作用進行建模的方法，所述光纖用于對通過光動力治療的患者進行處置，以及一種規(guī)劃這樣的處置的輔助程序。
背景技術(shù)：
光動力治療,或PDT是這樣的一種治療:其包括施予光敏物質(zhì),所述光敏物質(zhì)優(yōu)先地結(jié)合到組織，例如腫瘤細胞，并且之后使用具有合適的波長、能夠激活所述光敏物質(zhì)的光源照射所述組織，所述光敏物質(zhì)因而在原位釋放純態(tài)氧或自由基，所述純態(tài)氧或自由基是高反應性的并且快速氧化鄰近組織，從而通過細胞凋亡(程序性細胞死亡)或通過令供給腫瘤細胞的血管缺血(瞄準血管的光動力治療技術(shù)或VTP)令癌細胞死亡。這樣產(chǎn)生的氧自由基種類通常具有低的覆蓋和很短的存在時間，這使得它們的毒性效應是非常局域化的。TOT技術(shù)能夠處置如特定癌癥或AMD (老年黃斑變性)的疾病。最近，幾項研究表明，PDT是一種用于通過將光敏物質(zhì)與特定激光器及專用光纖組合來處置前列腺癌的有效備選。因此，本申請公司已經(jīng)研究了多種光敏劑，特別是wst-09，或Tookacl ，以及更近期的WST-1I，在專利申請WO 2004045492和EP 1137411中進行了描述，其已經(jīng)被證明特別適于處置前列腺癌。在前列腺癌的情況中，所述光敏產(chǎn)品首先通過靜脈注射施予給患者以供由癌細胞捕獲。在這一階段，藥品保持非激活狀態(tài)，直到將它暴露于適當波長的光。之后，通過為 在超聲指導下定位的若干光纖供給的激光器，施加所述光。因此，將能夠由激光供能的若干光纖引入前列腺中。用在短程治療中的類型的外部網(wǎng)格允許外科醫(yī)生在前列腺內(nèi)準確地并且相對于彼此定位為多種光纖。更準確地說，這樣的網(wǎng)格包括根據(jù)具有已知間隔的若干行和若干列的矩陣布置在單個平面上的多個孔。例如，在圖1中示出的短程治療網(wǎng)格I包括以0.5mm的間隔分開的十三行和十三列的矩陣，其具有位于行和列的每個交叉點處的交叉孔，例如孔2位于列“F”和行“5”的交叉點處。將每個光纖(沒有在圖1中示出)通過孔垂直于外部網(wǎng)格引入，直到它進入待處置的前列腺的區(qū)域。使用連接到控制監(jiān)視器的探頭的超聲引導允許外科醫(yī)生在監(jiān)視器的屏幕上觀察前列腺并且以給定的穿透深度將每個光纖引入。為了有效的處置，使用的光纖的數(shù)量、它們在短程治療網(wǎng)格的特定孔中的位置和每個光纖在處置區(qū)域中的引入長度必須針對每個患者準確地確定。特別在前列腺處置的情況中，個體處置規(guī)劃是必要的，因為構(gòu)成光纖數(shù)量、它們的位置和引入長度的不同參數(shù)，會根據(jù)前列腺的性質(zhì)，癌癥腫瘤的位置和治療選項(焦點處置，半消融等)，在不同患者之間明顯不同。特別是從文獻“Treatment and planning and dose analysis for interstitialphotodynamic therapy of prostate cancer，，，Sean RH Davidson et al, Phys.Med.Biol.54 (2009) 2293-2313，已知一種軟件產(chǎn)品，所述軟件產(chǎn)品用于實現(xiàn)針對規(guī)劃通過前列腺的光動力學治療的處置的輔助程序，以確?；颊呓邮諏τ诎袇^(qū)域或處置區(qū)域的充足的照射劑量，同時將由周圍非靶區(qū)域接收的照射劑量最小化。在該文獻中，所述規(guī)劃是基于在前列腺和周圍區(qū)域中光分布的預測的，并且更具體而言，是基于通過使用有限元的求解方法解光散射的方程的。由于與這樣建模的光敏物質(zhì)相關(guān)聯(lián)的光纖的作用，所述規(guī)劃包括尋找建模這樣的配置(特別是光纖的數(shù)量和光纖相對于短程治療網(wǎng)格的位置):對于所述配置，所建模的光分布最適合患者處置。這種規(guī)劃方法的主要缺點在于建模中涉及的復雜的數(shù)學計算。因而，基于配置的參數(shù)，獲得規(guī)劃結(jié)果的總時間可以超過幾個小時。由從業(yè)者(放射科醫(yī)生或外科醫(yī)生)做出的調(diào)整必須迭代地手動執(zhí)行，直到獲得與期望相符的光分布。這種方法在應用時存在顯著的困難:在前列腺內(nèi)探頭的引入，之后光纖的引入，顯著改變了前列腺的形狀和體積，并且影響規(guī)劃、模型的一致性，所述模型支持光纖相對于目標(處置區(qū)域)的相對位置。因為計算所需的時間，對在處置(通過超聲探頭)時實際記錄的參數(shù)進行調(diào)整是不現(xiàn)實的。因此，尚沒有已知的這樣的對光纖的作用建模和輔助PDT處置的規(guī)劃中的方法:其簡單到差不多自動地遞送針對每個患者的在PDT處置中使用的參數(shù)的優(yōu)化的配置，并且?guī)缀醪恍枰獜臉I(yè)者干預。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具體地意欲通過提出，一方面，由計算機實現(xiàn)的、基于簡單計算的建模工具，以及另一方面，也由計算機實現(xiàn)的規(guī)劃工具，來克服已知方法的缺點，所述規(guī)劃工具對于從業(yè)者是易于使用的，并且能夠快速地，通常在幾分鐘內(nèi)遞送為每個患者量身定做的，為從業(yè)者優(yōu)化使用的光纖數(shù) 量和光纖的長度和位置(相對于像在短程治療中使用的外部網(wǎng)格)的規(guī)劃。為了這一目的，本發(fā)明涉及一種計算機實現(xiàn)的、光纖的作用的建模方法，所述光纖要在通過光動力學治療的患者處置中使用從而以預先定義的波長在處置區(qū)域內(nèi)光纖的；上照射所述處置區(qū)域，從而激活施予給所述患者并且出現(xiàn)在那個處置區(qū)域中的之前定義的光敏物質(zhì)，所述方法的特征在于:其包括通過圓柱的基礎理論作用體積對所述光纖的基礎理論作用體積建模，所述圓柱具有作用半徑R和與所述插入長度相對應的長度L，以及確定與實際壞死區(qū)域的測得體積相關(guān)的所述作用半徑R，所述確定根據(jù)使用與至少一個光纖相關(guān)聯(lián)的所述光敏物質(zhì)執(zhí)行在不同患者上的多個臨床試驗進行，每個臨床試驗與對應于所述臨床試驗的實際條件的參數(shù)集相關(guān)聯(lián)，所述參數(shù)集至少包括使用的光纖的數(shù)目、它們相對于短程治療網(wǎng)格的位置以及在所述處置區(qū)域中的每個光纖的插入長度，其中，從相同的參數(shù)集以及所述基礎理論作用體積計算理論作用體積。所述建模方法優(yōu)選地包括下列步驟:-通過針對每個患者在數(shù)據(jù)庫中存儲第一數(shù)字文件、第二數(shù)字文件以及與臨床試驗的實際情況相對應的參數(shù)集，根據(jù)所述臨床試驗構(gòu)建計算機數(shù)據(jù)庫，所述第一數(shù)字文件與所述臨床試驗前的所述處置區(qū)域的系列數(shù)字圖像相對應，所述第二數(shù)字文件與所述臨床試驗后的所述處置區(qū)域的系列數(shù)字圖像相對應；-根據(jù)所述第一數(shù)字文件和第二數(shù)字文件針對所述數(shù)據(jù)庫中的每個患者，測量所述臨床試驗期間的實際壞死區(qū)域的體積；-針對所述數(shù)據(jù)庫中的每個患者，根據(jù)所述參數(shù)集和光纖的基礎理論作用體積計算總理論作用體積；-通過將針對所述數(shù)據(jù)庫中的每個患者計算的總理論作用體積與所述實際壞死區(qū)域的測量的體積相關(guān)，確定光纖的作用半徑R。所述第一數(shù)字文件和第二數(shù)字文件的數(shù)字圖像的系列分別與處置前和處置后的所述區(qū)域的橫截面圖像相對應。所述數(shù)字圖像為，例如，磁共振圖像或超聲圖像。在優(yōu)選的實現(xiàn)方式中，測量所述壞死區(qū)域的體積的步驟實際包括以下步驟:-在顯示于計算機屏幕上的計算機圖形用戶接口上加載和顯示第二計算機文件的系列圖像；-通過在顯示于所述計算機屏幕上的所述系列的每個圖像上直接輸入，對所述實際壞死區(qū)域進行輪廓繪制；-通過體積重建，測量所述實際壞死區(qū)域的體積，所述體積重建是根據(jù)輸入輪廓的數(shù)字處理的。本發(fā)明也涉及在通過光動力學治療對患者的處置的規(guī)劃中的一種輔助方法，所述光動力學治療使用與上述建模方法相同的原則。更具體而言，一種計算機實現(xiàn)輔助方法，其用于對通過光動力學治療進行的患者處置的規(guī)劃，在所述光動力學治療中，預定的光敏物質(zhì)必須被施予給患者并且之后通過若干光纖接受在預定波長的照射，所述若干光纖被設計用于根據(jù)相對于短程治療網(wǎng)格的位置以一段插入長度引入所述治療區(qū)域，所述輔助方法特征在于，其包括以下步驟:-在顯示于計算機屏幕上的計算機圖形用戶接口上加載和顯示與系列數(shù)字圖像相對應的數(shù)字文件；-通過在顯示于所述計算機屏幕上的所述系列的每個圖像上的直接輸入，對所述處置區(qū)域進行輪廓繪制；-通過體積重建測量所述實際壞死區(qū)域的體積，所述體積重建是根據(jù)輸入輪廓的數(shù)字處理的；-顯示和定位疊加在所述系列的每個圖像和輸入的對應輪廓上的所述短程治療網(wǎng)格的平面表不。-通過計算確定使用的光纖數(shù)量、它們相對于所述短程治療網(wǎng)格的位置和它們的插入長度，這優(yōu)化了計算的總理論作用體積和測量的所述處置區(qū)域體積的對應，所述總理論作用體積是基于每個光纖的位置和與圓柱體積相對應的基礎理論作用體積來計算的，所述圓柱具有預先確定的作用半徑R和與所述光纖的插入長度相對應的高度。優(yōu)選地，根據(jù)所述建模方法預先確定作用半徑R，所述建模方法是根據(jù)建模過程的。 可選地，作用半徑R從一組可能值中選擇。在所述輔助方法的優(yōu)選的實現(xiàn)方式中，通過計算進行的確定步驟使用梯度下降型優(yōu)化算法，例如，鮑威爾算法。本發(fā)明也考慮計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品在計算機上實施時，執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明所述的建模方法。最后，本發(fā)明涉及計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品在計算機上實施時，執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明所述的規(guī)劃輔助方法。兩個計算機程序產(chǎn)品能夠是獨立的，或者在單個計算機程序產(chǎn)品內(nèi)組合。


參考附圖的，根據(jù)以下描述，將會更好地理解本發(fā)明的各方面，其中:-圖1，如以上所描述，是外部短程治療型網(wǎng)格，其用于定位多個針對PDT處置的光纖;-圖2以簡要的形式圖示了在本發(fā)明的建模方法中實施的步驟；-圖3示出了特定光纖在不同觀察角度下，在763nm波長處的發(fā)射特征；-圖4示意性地表示了處置前的前列腺橫截面的范例，以及在臨床試驗中有效用于PDT處置的光纖的范例；-圖5示出了磁共振圖像的范例，所述磁共振圖像示出了在臨床試驗中的PDT處置后7天獲得的前列腺橫截面；-圖6示意性地圖示了根據(jù)光纖集在短程治療網(wǎng)格上的相對位置，對它們的作用進行建模的原則； -圖7圖示了為驗證模型執(zhí)行的多種相關(guān)的結(jié)果；-圖8示意性地圖示了被定位以產(chǎn)生疊加區(qū)域的兩個光纖；-圖9以簡要的形式示出了在根據(jù)本發(fā)明所述的規(guī)劃輔助方法中實施的不同步驟；-圖10是代表在根據(jù)本發(fā)明所述的規(guī)劃輔助方法的第一階段后的圖形用戶接口的計算機屏幕的拷貝；-圖11、12a和12b是代表在根據(jù)本發(fā)明所述的規(guī)劃輔助方法的不同階段的圖形用戶接口的可視化區(qū)域的顯示的范例的截圖。
具體實施例方式首先，將參考圖2，對根據(jù)本發(fā)明所述的光纖作用的建模方法的各步驟進行詳細描述，所述光纖用于在通過光動力學進行治療的患者的抗癌處置中。也應該強調(diào)，這種方法旨在由設計安裝于計算機上的軟件產(chǎn)品來實現(xiàn)。所述軟件產(chǎn)品因此包括若干例程軟件，一些涉及到建模中包括的計算或估計的步驟，而其他的更特定地涉及管理圖形用戶接口和處理信息，所述圖形用戶接口能夠顯示在計算機的屏幕上，所述能夠由用戶經(jīng)由所述圖形用戶接口輸?shù)男畔?。在本研究中，申請人已?jīng)驗證了與WST-1l光敏劑相關(guān)聯(lián)的、針對在763nm的特定波長下的光纖的使用的建模方法，用于前列腺癌的處置?？梢匀菀椎乩斫?，建模的原則，以及由這種建模產(chǎn)生的在規(guī)劃中的輔助的原則，能夠用于光纖和光敏劑的其他組合，并且能夠應用于其他器官的處置。
本發(fā)明的建模方法本質(zhì)上基于這樣的事實:與光敏劑相組合而考慮的光纖的基礎理論作用體積能夠通過圓柱的基礎理論作用體積建模，所述圓柱具有與光纖的作用半徑相對應的半徑R、與光纖發(fā)射光的長度相對應的長度L。這種模型是基于在不同觀察角度下對光纖的發(fā)射特征的檢查的，如圖3中所示。在與不同觀察角度相對應的各種曲線的比較中，確實能夠看出，在與光纖的縱軸成90°的角度，得到最大密度。因此，申請人尋求了一種方式來基于之前臨床試驗的結(jié)果確定光纖的作用半徑R。申請人:的研究已經(jīng)示出，能夠以大于0.8的相關(guān)系數(shù)建立在下述兩者間的仿射關(guān)系:-第一,在使用與至少一個光纖相關(guān)聯(lián)的相同光敏材料在不同患者上執(zhí)行的臨床試驗中的實際壞死區(qū)域的體積，其中每個臨床試驗與參數(shù)集相關(guān)聯(lián)，所述參數(shù)與真實臨床試驗條件相對應，并且所述參數(shù)至少包括使用的光纖的數(shù)量、它們相對于短程治療網(wǎng)格的位置以及每個光纖在處置區(qū)域中的插入長度，-以及第二，從相同參數(shù)集和光纖的基礎理論作用體積計算的理論作用體積。

因為理論作用體積依賴于光纖的基礎理論作用體積，所述基礎理論作用體積繼而是，具體地，作用半徑，因此能夠簡單地確定作用半徑。參考圖2，建模方法100因此包括初級步驟110，在初級步驟110中，建立之前進行的臨床試驗的結(jié)果的數(shù)據(jù)庫，所述臨床實驗在多個患者上使用相同的光敏材料，以相同的劑量(例如，4mg/kg的WST11)執(zhí)行，所述光敏材料與我們期望進行建模的至少一個光纖相關(guān)聯(lián)。這種建立包括將每個患者的一個記錄存儲于所述數(shù)據(jù)庫中，所述記錄至少具有如下元素:-第一數(shù)字文件，其與臨床試驗前的處置區(qū)域的一系列磁共振圖像相對應，所述一系列磁共振圖像優(yōu)選地是一系列橫截面圖像；-第二數(shù)字文件，其與所述試驗后的所述區(qū)域的一系列磁共振圖像相對應，所述磁共振圖像優(yōu)選地是在由PDT進行的所述區(qū)域處置的幾天后的磁共振圖像；-與所述臨床試驗的實際實現(xiàn)情況相對應的所有參數(shù)，其至少包括所使用的光纖的數(shù)量、它們在短程治療網(wǎng)格上的位置以及每個光纖在處置區(qū)域中的引入長度。例如，圖4示意性地表示了處置前的具有輪廓3的前列腺的橫截面，實際用于討論中的臨床試驗中的PDT處置的光纖4，即12個相同的光纖和它們的位置。中心點5示意性地表示了尿道的位置。附近的每個點表示了光纖，數(shù)字指示了每個光纖在前列腺中的插入長度。圖5示出了由在PDT處置七天后采集的磁共振圖像獲得的所述前列腺的相同的橫截面。一旦建立了數(shù)據(jù)庫，就實施程序的步驟120以:基于所述第一數(shù)字文件和所述第二數(shù)字文件，通過針對數(shù)據(jù)庫中的每個患者(即針對數(shù)據(jù)庫中的每個記錄)的測量，來確定在臨床試驗中的實際壞死區(qū)域的體積。在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中，這一步驟120有利地包括第一步驟121，在第一步驟121期間，將所述第二文件的圖像的系列逐幀加載并顯示在圖形用戶接口(沒有示出)上，所述圖形用戶接口顯示在計算機屏幕上。用戶，在該情況下是放射科醫(yī)生或臨床醫(yī)生，能夠之后在步驟122中繼續(xù)進行，以通過在顯示在計算機屏幕上的系列中的每個圖像上的直接輸入，優(yōu)選地，經(jīng)由連接至計算機的鼠標，繪制實際壞死的區(qū)域的輪廓。由從業(yè)者提交的輪廓顯示為直接疊加在每個圖像上，允許從業(yè)者做出任何輪廓修改，所述輪廓修改在進行至下一步前是必要的。然后可以在步驟123中，通過根據(jù)輸入輪廓的常規(guī)數(shù)字處理的體積重建，有效地計算實際壞死區(qū)域的體積。針對數(shù)據(jù)庫的每個記錄重復步驟121-123。緊接步驟120，也針對數(shù)據(jù)庫中存儲的所有臨床試驗提供實際壞死區(qū)域的所有體積。根據(jù)本發(fā)明所述的方法的下一步130，實際能夠要么在步驟120之前、之后，要么甚至與步驟120同時地進行，于是包括針對數(shù)據(jù)庫中的每個患者，基于每個光纖的位置、每個光纖的插入長度以及光纖的基礎理論作用體積，確定光纖總數(shù)的總理論作用體積，所述光纖的基礎理論作用體積由以下公式給出:V= Ji R2L再次，該體積通過體積重建的常規(guī)方法計算，但是在此考慮每個橫截面平面中的光纖體的總體輪廓，將每個光纖作為圓柱處置。圖6示出了前列腺橫截面磁共振圖像(圖6左側(cè))和總體輪廓(圖6右側(cè))的對比，所述前列腺橫截面磁共振圖像從所述第二數(shù)字文件獲得，在所述第二數(shù)字文件中，在相應臨床試驗過程中實際使用的光纖4的定位相對于短程治療網(wǎng)格I顯示為疊加的，所述總體輪廓，在同一水平上，白色矩形表示的每個光纖的作用體積，通過圓柱進行建模。一旦已經(jīng)執(zhí)行了步驟120和130，余下唯一要做的事情是在圖2中提及的步驟140中，通過與以實際壞死區(qū)域的測量的體積計算的總理論作用體積相關(guān)，針對數(shù)據(jù)庫中的每個患者確定光纖的作用半徑R。已經(jīng)在從來自28次臨床試驗的結(jié)果匯編的數(shù)據(jù)庫上驗證了上面描述的建模方法100，所述28次臨床試驗對所涉及的患者使用每千克4mg的劑量執(zhí)行，每次使用若干光纖，所述若干光纖的插入長度以5mm為增量,范圍從15到40mm。圖7右側(cè)的曲線示出了得到的理論體積和從臨床試驗得到的實際壞死區(qū)域體積之間的極好的相關(guān)性(相關(guān)指數(shù)等于0.87)。在尋求使理論體積最接近針對28次臨床試驗的實際壞死區(qū)域體積的R值中，發(fā)現(xiàn)平均半徑為7.49mm,精度為1.08mm。圖7左側(cè)的圖形轉(zhuǎn)而表示實際壞死體積與光纖基礎體積總和的相關(guān)性。因此需要注意，通過考慮由所有光纖根據(jù)它們的位置形成的實際體積，而不是考慮光纖的基礎體積的總和，獲得了好得多的相關(guān)性，因為這能夠考慮這樣的事實:當兩個光纖A和B被定位為具有疊加區(qū)域C時，如在圖8的范例中圖示地，實際體積與兩個單獨光纖的基礎體積的總和不對應，而是等于這些基礎體積的總和減去共有體積。換言之，在建模中，不應考慮已經(jīng)被另一光纖的作用覆蓋的體積部分中的光纖的作用，因為在覆蓋區(qū)域中的細胞僅可能壞死一次。上面描述的建模結(jié)果能夠用于規(guī)劃任何未來的PDT處置中，用于實施現(xiàn)在將描述的、具體參考圖9的根據(jù)本發(fā)明的規(guī)劃輔助的方法200中。再次，所述輔助方法將會由軟件產(chǎn)品實現(xiàn)，所述軟件產(chǎn)品被設計為安裝在計算機上，并且一些處理步驟需要用戶(通常為從業(yè)者)通過被設計為顯示在計算機屏幕上、并且由所述軟件產(chǎn)品控制的圖形接口進行干預。這種規(guī)劃的目的是快速將針對經(jīng)歷光動力學治療的任何患者的參數(shù)集遞送給從業(yè)者，所述參數(shù)集是關(guān)于使用的光纖的數(shù)量、它們相對于短程治療網(wǎng) 格的位置以及在處置區(qū)域中的插入長度被優(yōu)化的。
為了實施現(xiàn)在將會被詳細描述的各種步驟210-240，之前必須執(zhí)行所述軟件產(chǎn)品的校準以確定光纖的作用半徑R的值。這能夠通過存儲以其他方式確定的R值完成，或者通過允許用戶在一組可能值中，例如一組值{5.5mm, 5.6mm, 6.5mm, 7.5mm, 8.5mm},選擇R值完成。優(yōu)選地，然而，如圖9所述，在實施上面描述的建模方法100的步驟的相同的軟件產(chǎn)品內(nèi)確定R值。因此，可以在任何時間重新校準作用半徑的值，將任何新臨床試驗考慮在其中。所述輔助方法的第一步驟210那么包括允許加載和顯示，在顯示在計算機屏幕上的圖形用戶接口上的處置區(qū)域的、與一系列數(shù)字圖像對應的數(shù)字文件，所述一系列數(shù)字圖像要么是磁共振圖像，要么是是超聲圖像，優(yōu)選地是平面橫截面圖像。所述數(shù)字文件為，例如，DICOM格式的。圖10示出了，例如，呈現(xiàn)了圖形用戶接口 6的計算機屏幕的拷貝，圖形用戶接口 6具有在其中加載了用于顯示的患者前列腺的橫截面圖像7的區(qū)域。如從這個截幕截圖中可見，圖形用戶接口 6也包括信息區(qū)域8，信息區(qū)域8具有用戶能夠經(jīng)由連接至計算機的小鍵盤填寫直接輸入的信息欄，并且包括多種命令按鍵以允許用戶觸發(fā)多種動作。具體地，在步驟210后，用戶能夠通過所述接口的區(qū)域9的導航按鍵在圖像的數(shù)字文件的不同部分間導航，經(jīng)由所述接口的區(qū)域10上的兩個按鍵以在顯示的每個圖像7上放大以及相應地縮小。其他按鍵允許移動顯示的圖像或改變對比度。能夠直接將多種患者信息輸入至接口區(qū)域8，例如檢查中心、患者標志和姓名、他的生日、傳送的劑量和能量、以及任何合適的注釋。在規(guī)劃后，將所有這種信息保存在，例如，PDF文件中。在步驟210之后，從業(yè)者能夠直接進行至圖形接口 6以到達步驟220，用于針對處置區(qū)域繪制輪廓。這種繪制輪廓是通過在顯示在圖形接口 6上的系列的每個圖像7上直接輸入完成的，優(yōu)選地經(jīng)由連接至計算機的鼠標。由從業(yè)者輸入的輪廓顯示為直接疊加在每個圖像上，允許他做出任何輪廓修改，所述輪廓修改在進行至下一步前是必要的。圖11示出了作為范例的計算機屏幕截圖，所述計算機屏幕截圖示出了所述圖形用戶接口的區(qū)域，在所述圖形用戶接口的區(qū)域，能夠顯示由用戶繪制的輪廓11，所述輪廓11疊加在平面橫截面圖像7上。在此應該注意，在前列腺癌的PDT處置過程中，可以處置腺體的不同區(qū)域。根據(jù)這些不同臨床程序，由計算機實現(xiàn)的所述輔助方法有利地允許用戶為患者定義合適的程序。它提供了四個選擇:-整個腺體的處置；-右葉的處置(右半消融)；-左葉的處置(左半消融)；-焦點處置。在繪制輪廓步驟220之前，用戶能夠有利地選擇他設想的處置類型，例如通過所述圖形用戶接口的下拉菜單形式的選擇區(qū)域12 (見圖10)。根據(jù)選擇的處置類型，除前列腺輪廓之外，用戶還可以輸入更加準確地定義處置區(qū)域的其他輪廓。
在輪廓繪制步驟220后，因而就有了系列MRI的橫截面和處置區(qū)域的輪廓,所述輪廓顯示為疊加在所述圖形用戶接口的顯示上。與如上面描述的相同的導航按鍵9，放大10，對比度改變或移動，可以在這一點使用?？梢杂欣乇４嫠鲚喞杂糜谠谥笕我鈺r間重新載入和觀察。根據(jù)本發(fā)明所述的規(guī)劃輔助方法的下一步驟230那么包括通過根據(jù)在步驟220中輸入的輪廓的常規(guī)數(shù)字處理的體積重建，計算處置區(qū)域的體積。這一步驟優(yōu)選地通過用戶在特定命令按鍵上的動作，例如在圖10中示出的按鍵13，來觸發(fā)，如果處置區(qū)域為整個前列腺的話。這樣測量的體積有利地在所述圖形接口上以cm3顯示。當測量的體積為前列腺體積時，也能夠以毫米計算和顯示前列腺在三個空間平面(橫截面，矢狀面和冠狀面)上的最大尺寸。根據(jù)本發(fā)明所述的規(guī)劃輔助方法的接下來的步驟240包括顯示和定位疊加在相應系列的每個圖像和輸入的輪廓上的短程治療網(wǎng)格的平面表示。為了這個目的，用戶必須從之前加載的橫截面圖像的系列中選擇圖像，優(yōu)選地選擇與所述系列的中心切片相對應的圖像。選擇的圖像，與在步驟220中之前輸入的疊加的(一個或多個)輪廓一起，顯示在所述圖形接口的相應顯示區(qū)域中。在這一步，用戶能夠有利地定義初始安全邊界，所述初始安全邊界對應于:合適的光纖的位置與前列腺囊之間所需的最小距離。這個距離默認初始化在預先確定的固定值，例如等于6mm,但是能夠通過所述圖形接口在輸入?yún)^(qū)域14 (見圖10)中被修改。步驟240優(yōu)選地由用戶觸發(fā)，例如通過激活位于在于在輸入?yún)^(qū)域14中的所述圖形用戶接口的特定動作按鍵。 圖12a和12b表示了，作為范例，在步驟240的實施過程中獲得的兩個屏幕截圖。更具體地，圖12a表示了所述圖形用戶接口的這樣的區(qū)域:在其上，選擇的平面橫截面圖像7與之前由用戶輸入的(步驟220)相關(guān)聯(lián)的輪廓11同時出現(xiàn)，以及方格15，方格15的邊對應第一安全邊界，并且方格15的中心對應在短程治療網(wǎng)格上的特定位置，通常為對應于圖1中心列D與這個網(wǎng)格的底部線I之間的交叉點的位置D1。這個方格能夠有利地由用戶經(jīng)由所述圖形用戶接口通過點擊其中心點來移動。圖12b表示了圖形接口 6的這樣的區(qū)域:其示出了短程治療網(wǎng)格的圖形平面表示16，短程治療網(wǎng)格的圖形平面表示16疊加在選擇的平面橫截面圖像7和對應的之前輸入的輪廓11 (步驟220)之上。平面表示16顯示為多個符號，在此顯示為圓圈，其根據(jù)圖1中的短程治療網(wǎng)格布置在矩陣中。在這一步能夠有利地使用顏色，以將可以合適用于處置的光纖位置的視覺指示提供給用戶。例如，白色圓圈表示該位置是不合適的，因為它位于前列腺輪廓外，并且紅色圓圈對應在前列腺內(nèi)部的位置，但是也不合適，因為它不在處置區(qū)域內(nèi)，或者因為它太靠近危險區(qū)域，例如囊或尿道，根據(jù)之前定義的安全邊界。綠色圓圈則可以意味著具體位置是合適的，因此給出能夠選擇的光纖的最大數(shù)量的指示。接下來的步驟250 (圖9)構(gòu)成了根據(jù)本發(fā)明所述的規(guī)劃輔助方法的核心。它是關(guān)于通過計算最佳參數(shù)進行的確定的，所述參數(shù)是關(guān)于使用的光纖的數(shù)量、它們的在短程治療網(wǎng)格上的定位以及它們的插入長度的，這允許獲得在計算的總理論作用體積與處置區(qū)域在步驟230的體積間的最佳匹配。理論作用體積的計算基于與參考圖2的建模方法100解釋的原則相同的原則。因此，所述總理論作用體積是基于每個光纖的位置和光纖的基礎理論作用體積計算的，后者基礎體積對應于具有預先確定的作用半徑R、以及與光纖的插入長度相對應的高度的圓柱的體積。為了允許優(yōu)化，步驟250優(yōu)選地使用梯度下降型優(yōu)化算法，如鮑威爾算法。這種算法沿共軛方向執(zhí)行一維最小化。如果St1As2=O,則Rn的兩個矢量(或方向)S1和S2是關(guān)于正定對稱矩陣A為對稱的。這種算法需要定義目標函數(shù)f以最小化。在此，定義函數(shù)f使得所述算法最優(yōu)地定位光纖，即，具有目標區(qū)域的最佳覆蓋，但是也具有這樣的限制:一定不要有前列腺外(目標外)的壞死區(qū)域。使用的函數(shù)能夠通過下面的公式以數(shù)學方式定義:
權(quán)利要求
1.計算機實現(xiàn)的光纖(4)的作用的建模方法(100)，所述光纖(4)用在通過光動力學治療對患者的處置中從而以預先定義的波長在處置區(qū)域內(nèi)光纖的插入長度照射所述處置區(qū)域，從而激活施予給所述患者并且出現(xiàn)在那個處置區(qū)域中的之前定義的光敏物質(zhì)，所述方法的特征在于:它包括通過圓柱的基礎理論作用體積對所述光纖的基礎理論作用體積進行建模，所述圓柱具有作用半徑R和與所述插入長度相對應的長度L，以及確定(140)所述作用半徑R，所述作用半徑R與實際壞死區(qū)域的測得體積相關(guān)，所述確定(140)在使用與至少一個光纖相關(guān)聯(lián)的所述光敏物質(zhì)在不同患者上執(zhí)行多個臨床試驗之后進行，每個臨床試驗和與所述臨床試驗的實際條件相對應的參數(shù)集相關(guān)聯(lián)，并且所述參數(shù)集至少包括使用的光纖的數(shù)量、它們相對于短程治療網(wǎng)格(I)的位置以及在所述處置區(qū)域中的每個光纖的所述插入長度，其中，從相同的參數(shù)集以及所述基礎理論作用體積計算理論作用體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法(100)，其特征在于，它由以下步驟組成: -通過針對每個患者在數(shù)據(jù)庫存儲第一數(shù)字文件、第二數(shù)字文件以及與所述臨床試驗的實際情況相對應的參數(shù)集，根據(jù)所述臨床試驗構(gòu)建(110 )計算機數(shù)據(jù)庫，所述第一數(shù)字文件與所述臨床試驗前的所述處置區(qū)域的一系列數(shù)字圖像相對應，所述第二數(shù)字文件與所述臨床試驗后的所述區(qū)域的系列數(shù)字圖像相對應； -根據(jù)所述第一數(shù)字文件和第二數(shù)字文件，針對所述數(shù)據(jù)庫中的每個患者，測量(120)所述臨床試驗期間的所述實際壞死區(qū)域的體積； -針對在所述數(shù)據(jù)庫中的每個患者，根據(jù)所述參數(shù)集和光纖的所述基礎理論作用體積計算(130)所述總理論作用體積； -通過將針對所述數(shù)據(jù)庫中每個患者計算的所述總理論作用體積與所述實際壞死區(qū)域的測得體積相關(guān)，確定(140)光纖的所述作用半徑R。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法(100)建模，其特征在于:所述第一數(shù)字文件和第二數(shù)字文件的所述系列數(shù)字圖像分別與處置前和處置后的所述區(qū)域的橫截面圖像相對應。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的建模方法(100)，其特征在于:所述數(shù)字圖像為磁共振圖像或超聲圖像。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的建模方法，其特征在于:測量所述壞死區(qū)域的體積的步驟(120)實際包括以下步驟: -在顯示于計算機屏幕上的計算機圖形用戶接口上加載和顯示(121)所述第二計算機文件的所述系列圖像； -通過在顯示于所述計算機屏幕上的所述系列的每個圖像上的直接輸入，對所述實際壞死區(qū)域進行輪廓繪制(122)； -通過體積重建測量(123)所述實際壞死區(qū)域的體積，所述體積重建是根據(jù)輸入的所述輪廓的所述數(shù)字處理的。
6.計算機實現(xiàn)的輔助方法(200)，其用于規(guī)劃通過光動力學治療對患者的處置，在所述光動力學治療中，預定的光敏物質(zhì)必須被施予給所述患者并且之后通過若干光纖接受在預定波長的照射，所述若干光纖被設計為根據(jù)相對于短程治療網(wǎng)格(I)的定位在插入長度上引入所述治療區(qū)域，所述輔助方法(200)的特征在于，其包括以下步驟: -在顯示于計算機屏幕上的圖形用戶接口(6)上加載和顯示(210)與所述處置區(qū)域的數(shù)字圖像(7)系列相對應的數(shù)字文 件；-通過在顯示于所述計算機屏幕上的所述系列的每個圖像上的直接輸入，對所述處置區(qū)域進行輪廓繪制(220); -通過根據(jù)輸入的輪廓(11)的數(shù)字處理的體積重建，測量(230)所述實際壞死區(qū)域的體積； -顯示和定位(240 )疊加在所述系列的每個圖像(7 )和輸入的對應輪廓(11)上的所述短程治療網(wǎng)格(I)的平面表示(16)。
-通過計算來確定(250)使用的光纖的數(shù)量、它們相對于所述短程治療網(wǎng)格的位置和它們的插入長度，這優(yōu)化了計算的總理論作用體積與所述處置區(qū)域的測得體積的相應性，所述總理論作用體積是基于每個光纖的位置和與一圓柱體積相對應的光纖的基礎理論作用體積來計算的，所述圓柱具有預先確定的作用半徑R和與所述光纖的所述插入長度相對應的高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輔助方法(200)，其特征在于:所述作用半徑R是根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的建模方法預先確定的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輔助方法(200)，其特征在于:所述作用半徑R是從一組可能的值中選擇的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8所述的輔助方法(200)，其特征在于:所述處置區(qū)域的所述數(shù)字圖像(7)系列與所述處置區(qū)域的橫截面圖像相對應。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的輔助方法(200)，其特征在于:所述數(shù)字圖像為磁共振圖像或超聲圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求6-10所述的輔助方法(200)，其特征在于:通過計算的確定步驟(250)使用梯度下降型優(yōu)化算法。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的輔助方法(200)，其特征在于:通過計算的確定步驟(250)使用鮑威爾算法。
13.計算機程序產(chǎn)品，其在實現(xiàn)于計算機上時，執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的建模方法。
14.計算機程序產(chǎn)品，其在實現(xiàn)于計算機上時，執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求6-12中任一項所述的輔助方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輔助方法(200)，所述輔助方法(200)用于針對患者的使用光動力治療進行的處置的規(guī)劃，在所述光動力治療期間，預定的光敏物質(zhì)必須被施予給所述患者并且之后通過若干光纖接受預定波長的光照，所述光纖能夠根據(jù)相對于短程療法網(wǎng)格的位置、在插入長度上引入到所述處置區(qū)域。所述方法通過體積重建執(zhí)行處置區(qū)域的體積的測量(230)，所述體積重建通過直接輸入到處置區(qū)域的一系列數(shù)字圖像上的輪廓的數(shù)字處理進行；然后通過計算確定(250)使用的光纖的數(shù)量、光纖相對于短程治療網(wǎng)格的位置和和它們的插入長度，這優(yōu)化了使用所測量的檢測區(qū)域體積計算的總理論作用體積的相應性，所述總理論作用體積是基于每條光纖的位置、以及與圓柱體積相對應的光纖的基礎理論作用體積來計算的，所述圓柱具有預定作用半徑R和與光纖的插入長度相對應的高度。本發(fā)明也涉及一種光纖的作用半徑的建模方法(100)，所述建模方法(100)使用以下兩者之間的關(guān)聯(lián)根據(jù)對患者臨的多個床實驗的實際壞死區(qū)域的測得體積，從與在臨床實驗中使用的同樣的參數(shù)集和光纖的基礎理論作用體積計算的不同理論體積。
文檔編號A61N5/06GK103189106SQ201180048687
公開日2013年7月3日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者N·貝特魯尼, J·哈代, S·布克里斯 申請人:施泰巴馬奧爾股份公司