本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)處置規(guī)劃的領(lǐng)域中的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在典型的醫(yī)學(xué)介入(例如，短程放療)的背景下，基于流程前成像(例如，mri、超聲、x射線)數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)計(jì)劃，其中描繪處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)，同時(shí)避免一個(gè)或多個(gè)臨界器官。通常在短程放療期間，使用包括多個(gè)孔口的網(wǎng)格來以最終導(dǎo)管位置或針位置盡可能接近地類似所規(guī)劃的位置的方式引導(dǎo)導(dǎo)管或針的插入。

定位單元用于將網(wǎng)格相對(duì)于患者正確地對(duì)齊。定位單元可連接到患者臺(tái)。在定位了患者和網(wǎng)格之后，可以利用醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)來校準(zhǔn)網(wǎng)格的位置。之后，基于預(yù)定劑量約束，可以計(jì)算介入計(jì)劃(例如，hdr/ldr放療處置計(jì)劃、熱消融計(jì)劃)，該計(jì)劃提供輸送滿足規(guī)定的劑量約束的劑量分布所需要的針插入位置。以這種方式，可以確定在處置期間需要通過其將導(dǎo)管或針插入的網(wǎng)格中的位置。

對(duì)模式的生成并將其適配到特定幾何結(jié)構(gòu)要求大量人工作業(yè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是簡(jiǎn)化臨床醫(yī)生在處置規(guī)劃期間的工作流。

該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所描述的處置系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明部分地基于發(fā)明人的如下洞察：盡管可以通過現(xiàn)代處置規(guī)劃軟件找到適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格位置并將其建議給臨床醫(yī)生，但是許多醫(yī)生依賴標(biāo)準(zhǔn)模式進(jìn)行導(dǎo)管插入或針插入，標(biāo)準(zhǔn)模式已經(jīng)被證實(shí)產(chǎn)生良好且健壯的處置結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)考慮到醫(yī)生的這種常用工作方式，并得到消耗少得多的時(shí)間的規(guī)劃方式。

通過向臨床醫(yī)生自動(dòng)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式或標(biāo)準(zhǔn)模式的集合，所提供的導(dǎo)管插入模式或針插入模式將依從臨床醫(yī)生的首選對(duì)稱性和形狀的想法，同時(shí)簡(jiǎn)化工作流，這是因?yàn)椴槐刈詣?dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)模式。此外，本發(fā)明可以幫助經(jīng)驗(yàn)較少的臨床醫(yī)生選擇臨床上可接受的導(dǎo)管插入模式或針插入模式。

在創(chuàng)建介入計(jì)劃之前預(yù)先確定標(biāo)準(zhǔn)模式。標(biāo)準(zhǔn)模式顯示了在顯著的程度上對(duì)關(guān)于這些處置有經(jīng)驗(yàn)的臨床醫(yī)生在他將要手動(dòng)創(chuàng)建導(dǎo)管插入模式或針插入模式時(shí)將提出的插入模式的一定程度的對(duì)稱性和/或類似性。此外，標(biāo)準(zhǔn)模式可以基于臨床醫(yī)生對(duì)將要使用的導(dǎo)管或針的最大值和/或最小值、和/或針密度或?qū)Ч苊芏然虻教幹媚繕?biāo)結(jié)構(gòu)和/或風(fēng)險(xiǎn)器官的邊緣的針距離或?qū)Ч芫嚯x的洞察?？梢栽谶x擇了標(biāo)準(zhǔn)模式之后直接使用該標(biāo)準(zhǔn)模式，或者標(biāo)準(zhǔn)模式可以是進(jìn)行(限制)優(yōu)化的起始點(diǎn)。

可以通過分析由有經(jīng)驗(yàn)的臨床醫(yī)生所使用的導(dǎo)管插入模式或針插入模式來生成標(biāo)準(zhǔn)模式的集合。備選地，處置規(guī)劃系統(tǒng)可以被配置為允許臨床醫(yī)生自己創(chuàng)建由模式提供模塊使用的集合。這是有利的，因?yàn)椴煌呐R床醫(yī)生可以使用不同的標(biāo)準(zhǔn)模式。通過允許臨床醫(yī)生自己創(chuàng)建集合，他可以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模式具有更大的影響，同時(shí)工作流保持對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工作流的簡(jiǎn)化，因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)工作流中針對(duì)每個(gè)個(gè)體患者需要大量手工作業(yè)以生成模式并將其適配到特定幾何結(jié)構(gòu)。此外，處置規(guī)劃系統(tǒng)可以被配置為允許向系統(tǒng)添加標(biāo)準(zhǔn)模式或從系統(tǒng)中移除標(biāo)準(zhǔn)模式。另外，這允許臨床醫(yī)生進(jìn)一步按自己的偏好優(yōu)化系統(tǒng)?？梢詫?biāo)準(zhǔn)模式的集合保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

備選地，可以以基于規(guī)則的方式基于患者的處置目標(biāo)和避免結(jié)構(gòu)來生成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式或標(biāo)準(zhǔn)模式的集合。這可以在處置之前患者已經(jīng)被定位在患者支撐物上時(shí)在工作中完成。

處置規(guī)劃系統(tǒng)的實(shí)施例還包括用于使得能夠基于標(biāo)準(zhǔn)模式的幾何結(jié)構(gòu)與至少一個(gè)處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)的比較或基于根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模式得到的處置劑量與預(yù)定劑量約束的比較來從標(biāo)準(zhǔn)模式的集合中選擇一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管插入模式或針插入模式的模塊。處置規(guī)劃系統(tǒng)被配置為向臨床醫(yī)生提供標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)管插入位置或針插入位置的集合在處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)上的投影。使得臨床醫(yī)生能夠從該集合中選擇導(dǎo)管插入位置或針插入位置。備選地，處置系統(tǒng)自動(dòng)選擇一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式，其與處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)最佳匹配或者針對(duì)其的結(jié)果處置劑量與預(yù)定劑量約束最佳匹配。幾何結(jié)構(gòu)的最佳匹配例如可以通過以下來確定：調(diào)查哪個(gè)或哪些標(biāo)準(zhǔn)插入模式給出處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)的良好覆蓋，同時(shí)沒有導(dǎo)管位置或針位置在處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)之外。預(yù)定劑量約束例如可以是給予處置區(qū)域的最小劑量或者給予鄰近風(fēng)險(xiǎn)器官的最大劑量。風(fēng)險(xiǎn)器官是可能在通過被提供到處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)的劑量進(jìn)行處置期間被損壞的器官，例如，針對(duì)前列腺處置的直腸、尿道和膀胱是風(fēng)險(xiǎn)器官。劑量測(cè)定質(zhì)量的指示符的示例是保形性指數(shù)或vx(接收規(guī)定劑量的x％的體積)或者dx(覆蓋體積的x％的最小劑量)。

處置規(guī)劃系統(tǒng)的實(shí)施例被配置用于使得能夠分割一個(gè)或多個(gè)非訪問區(qū)。非訪問區(qū)是針不能夠或不應(yīng)當(dāng)進(jìn)入或通過的區(qū)域。這例如可以是可能會(huì)被導(dǎo)管或針傷害的臨界結(jié)構(gòu)，例如尿道。此外，非訪問區(qū)可以是由于患者的解剖結(jié)構(gòu)(例如，由于存在骨頭)或由于患者相對(duì)于他被定位在其上的患者支撐物的位置導(dǎo)管或針不能夠進(jìn)入或通過的區(qū)域。分割可以由處置規(guī)劃系統(tǒng)自動(dòng)完成或由系統(tǒng)的用戶完成。該實(shí)施例是有利的，因?yàn)殛P(guān)于臨界結(jié)構(gòu)的位置的信息可以用于選擇標(biāo)準(zhǔn)模式。例如，在前列腺中的典型臨界結(jié)構(gòu)是尿道，應(yīng)當(dāng)避免刺穿尿道。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，不選擇可能導(dǎo)致刺穿尿道的標(biāo)準(zhǔn)模式。

處置規(guī)劃系統(tǒng)的實(shí)施例包括患者特異性優(yōu)化模塊，其被配置用于通過使用成本函數(shù)來將標(biāo)準(zhǔn)模式適配到處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)的患者特異性幾何結(jié)構(gòu)。優(yōu)化允許以下中的至少一個(gè)：均勻縮放，對(duì)導(dǎo)管插入位置或針插入位置的塊進(jìn)行移位，移除或添加單個(gè)導(dǎo)管插入位置或針插入位置，對(duì)單個(gè)導(dǎo)管插入位置或針插入位置進(jìn)行移位。成本函數(shù)包括針對(duì)模式與標(biāo)準(zhǔn)模式的對(duì)稱性和/或形狀的偏差的懲罰項(xiàng)。這樣，標(biāo)準(zhǔn)模式可以針對(duì)個(gè)體患者被優(yōu)化，同時(shí)仍依從臨床醫(yī)生的首選對(duì)稱性和形狀的想法。處置規(guī)劃系統(tǒng)可以被配置為在選擇一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)插入模式之前和/或之后執(zhí)行優(yōu)化。

處置規(guī)劃系統(tǒng)的實(shí)施例被配置用于使得用戶能夠影響懲罰項(xiàng)。這可以通過設(shè)置以下中的至少一項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)：在x方向、y方向或z方向上對(duì)模式的最大允許縮放，要個(gè)體地被移動(dòng)的導(dǎo)管插入點(diǎn)或針插入點(diǎn)的最大允許數(shù)量，依賴于單個(gè)導(dǎo)管被移動(dòng)的距離的懲罰，對(duì)模式的非對(duì)稱性的懲罰，針對(duì)與標(biāo)準(zhǔn)模式的總體偏差的度量，能夠被添加和/或被移除的導(dǎo)管插入位置或針插入位置的最大允許總數(shù)量，依賴于導(dǎo)管距目標(biāo)的表面的距離的懲罰，用于防止覆蓋不足和熱點(diǎn)的對(duì)結(jié)果劑量分布的懲罰。這樣，用戶可以影響模式可以與標(biāo)準(zhǔn)模式偏差的量。

處置規(guī)劃系統(tǒng)的實(shí)施例被配置為在從插入點(diǎn)到處置位置的軌跡進(jìn)入或通過非訪問區(qū)時(shí)將導(dǎo)管插入位置或針插入位置從標(biāo)準(zhǔn)模式中移除。這是有利的，因?yàn)檫@樣可以避免不可行的導(dǎo)管插入模式或針插入模式。

根據(jù)處置規(guī)劃系統(tǒng)的實(shí)施例，處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)是前列腺。處置規(guī)劃系統(tǒng)自動(dòng)選擇包括前列腺的中腺的醫(yī)學(xué)圖像切片并且將來自標(biāo)準(zhǔn)模式的集合的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式投影到前列腺中腺。將前列腺中腺的幾何結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)模式進(jìn)行比較?；诒容^，選擇一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式。這是有利的，因?yàn)榕c聚焦于3d體積相比，聚焦于一個(gè)切片將加速過程。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，處置規(guī)劃系統(tǒng)包括醫(yī)學(xué)成像單元(例如，超聲、mri、x射線)，其被配置用于獲取來自處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)的醫(yī)學(xué)圖像并且被配置用于將醫(yī)學(xué)圖像提供到圖像提供模塊。處置規(guī)劃系統(tǒng)還可以包括顯示器，其被配置用于顯示多個(gè)所選擇的標(biāo)準(zhǔn)模式以允許用戶從多個(gè)所選擇的標(biāo)準(zhǔn)模式中選擇首選導(dǎo)管插入模式或針插入模式。此外，處置規(guī)劃系統(tǒng)被配置用于接收關(guān)于由用戶選擇的標(biāo)準(zhǔn)模式的用戶輸入。

本發(fā)明不限于短程放療，而是還可以用于利用例如rf或hifu針的規(guī)劃處置。此外，本發(fā)明的實(shí)施例可以被實(shí)施為如獨(dú)立處置規(guī)劃系統(tǒng)的軟件。本發(fā)明的實(shí)施例還可以用于更新現(xiàn)有的處置規(guī)劃系統(tǒng)。

本發(fā)明的這些和其他方面將從下文描述的實(shí)施例變得顯而易見并參考下文描述的實(shí)施例獲得闡述。

附圖說明

圖1示出了前列腺的超聲圖像。

圖2示意性示出了處置規(guī)劃系統(tǒng)的實(shí)施例。

圖3以圖解方式示出了本發(fā)明的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖1示出了前列腺12的超聲圖像10。在圖像的頂部，投影了網(wǎng)格11。該網(wǎng)格包括多個(gè)孔口13。選擇幾個(gè)孔口作為導(dǎo)管插入位置或針插入位置(例如，18)。這些導(dǎo)管插入位置或針插入位置一起形成標(biāo)準(zhǔn)模式。如圖1所示，導(dǎo)管插入模式或針插入模式是對(duì)稱的，并且類似于前列腺12的幾何結(jié)構(gòu)。此外，可以看出，在尿道14和周圍導(dǎo)管位置或針位置(例如18)之間保持了一定距離。這樣，可以防止導(dǎo)管或針刺穿尿道。此外，這樣，可以限制對(duì)尿道的處置劑量，同時(shí)對(duì)前列腺應(yīng)用高的處置劑量。這將限制在尿道中劑量誘發(fā)毒性的可能性。為了相同的原因，在導(dǎo)管位置或針位置和直腸16之間保持一定距離。

圖2示意性示出了處置規(guī)劃系統(tǒng)20的實(shí)施例。處置規(guī)劃系統(tǒng)包括圖像提供模塊，其用于提供可以根據(jù)其導(dǎo)出至少一個(gè)處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)12的醫(yī)學(xué)圖像。處置規(guī)劃系統(tǒng)還包括醫(yī)學(xué)成像單元24(例如，超聲、mri、x射線)。醫(yī)學(xué)成像單元被配置為將圖像提供到圖像提供模塊22。備選地，圖像提供模塊可以例如從網(wǎng)絡(luò)、患者數(shù)據(jù)庫(kù)、usb棒來加載醫(yī)學(xué)圖像。在這種情況下，醫(yī)學(xué)圖像可以包括對(duì)處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)12的描繪。這種描繪可以有助于自動(dòng)選擇與目標(biāo)的幾何結(jié)構(gòu)最佳匹配或最佳地滿足預(yù)定劑量約束的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)針插入模式。此外，醫(yī)學(xué)圖像可以包括對(duì)當(dāng)對(duì)處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)應(yīng)用劑量時(shí)需要避免的導(dǎo)管或針的非訪問區(qū)(例如，骨頭、尿道)或風(fēng)險(xiǎn)器官的一個(gè)或多個(gè)描繪。另外，處置規(guī)劃系統(tǒng)可以包括分割使能模塊26，其被配置用于自動(dòng)分割醫(yī)學(xué)圖像中的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)或使得用戶能夠分割醫(yī)學(xué)圖像中的結(jié)構(gòu)。

模式提供模塊28提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式或標(biāo)準(zhǔn)模式的集合?？梢砸曰谝?guī)則的方式基于患者的處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)來生成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式。對(duì)一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式的基于規(guī)則的生成意味著至少對(duì)稱規(guī)則被用于對(duì)一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式的生成。這可以通過對(duì)違反對(duì)稱性設(shè)置懲罰和/或通過以對(duì)稱方式將針或?qū)Ч芴砑拥綐?biāo)準(zhǔn)模式和/或從標(biāo)準(zhǔn)模式移除來進(jìn)行。此外，可以設(shè)置要使用的導(dǎo)管或針的最大數(shù)量和/或最小數(shù)量。另外，可以設(shè)置在導(dǎo)管/針之間的距離以及在導(dǎo)管或針與處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)的邊緣之間的距離或從導(dǎo)管或針到風(fēng)險(xiǎn)器官的距離。此外，可選地，可以設(shè)置導(dǎo)管密度或針密度。該密度可以適于不同疾病狀態(tài)和/或不同子區(qū)域?？梢酝ㄟ^子模式106的組合來構(gòu)建一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式。針對(duì)前列腺12的這個(gè)的示例可以例如是使用兩個(gè)基本對(duì)稱的子模式106，其中4個(gè)導(dǎo)管插入位置和/或針插入位置在尿道14下面。該基于規(guī)則生成的標(biāo)準(zhǔn)模式可以直接用于由臨床醫(yī)生進(jìn)行導(dǎo)管插入或針插入或者可以被提供到優(yōu)化模塊以用于進(jìn)一步優(yōu)化。

標(biāo)準(zhǔn)模式的集合可以被提供到用于使得能夠基于標(biāo)準(zhǔn)模式的幾何結(jié)構(gòu)與至少一個(gè)處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)的比較或基于根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模式得到的處置劑量與預(yù)定劑量約束的比較來選擇23一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式的模塊?？梢酝ㄟ^處置規(guī)劃系統(tǒng)(例如，通過確定vx或dx的值或通過確定保形性指數(shù))來自動(dòng)進(jìn)行該選擇。備選地，用戶自己從由模式提供模塊提供的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式中選擇一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式。為此，在顯示器21上顯示標(biāo)準(zhǔn)模式。還可以組合上述選項(xiàng)，例如，處置規(guī)劃系統(tǒng)可以被配置為自動(dòng)進(jìn)行多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式的第一選擇，用戶可以根據(jù)其做出最終選擇。

處置規(guī)劃系統(tǒng)可以計(jì)算并輸出特定網(wǎng)格孔以用于在標(biāo)準(zhǔn)模式中的導(dǎo)管或針，從而獲得所選標(biāo)準(zhǔn)模式的最佳定位。如果選擇了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式，則每個(gè)模式可以定義其最佳位置。

處置規(guī)劃系統(tǒng)此外可以包括患者特異性優(yōu)化模塊25。優(yōu)化允許以下中的至少一項(xiàng)：均勻縮放，對(duì)導(dǎo)管插入位置或針插入位置的塊進(jìn)行移位，移除或添加單個(gè)導(dǎo)管插入位置或針插入位置，對(duì)單個(gè)導(dǎo)管插入位置或針插入位置進(jìn)行移位。成本函數(shù)包括針對(duì)模式與標(biāo)準(zhǔn)模式的對(duì)稱性和/或形狀的偏差的懲罰項(xiàng)。此外，成本函數(shù)可以包括針對(duì)優(yōu)化的劑量分布與規(guī)定的劑量分布的偏差的懲罰項(xiàng)。另外，優(yōu)化模塊可以被配置用于在通過該位置的導(dǎo)管插入或針插入將導(dǎo)致導(dǎo)管或針到處置目標(biāo)結(jié)構(gòu)的軌跡時(shí)自動(dòng)將導(dǎo)管插入位置或針插入位置從標(biāo)準(zhǔn)插入模式中移除，其中該軌跡通過非訪問區(qū)(如臨界結(jié)構(gòu))或例如由于患者的解剖結(jié)構(gòu)或其在患者支撐物上的位置而不能到達(dá)的區(qū)域。處置規(guī)劃系統(tǒng)可以被配置為在選擇一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)插入模式之前和/或之后執(zhí)行優(yōu)化。

圖3以圖解方式示出了本發(fā)明的實(shí)施例。首先，將患者定位在臺(tái)頂部上，并且將網(wǎng)格與醫(yī)學(xué)成像單元24進(jìn)行校準(zhǔn)。在此之后，開始30執(zhí)行處置規(guī)劃系統(tǒng)。根據(jù)該實(shí)施例，這些圖像來自前列腺。此外，在這些圖像上執(zhí)行分割31?；卺t(yī)學(xué)圖像和/或分割，找到前列腺中腺32。這例如可以通過確定包含最大前列腺橫截面的圖像切片或通過簡(jiǎn)單地選擇所分割的前列腺的中間切片來實(shí)現(xiàn)。從標(biāo)準(zhǔn)模式的集合中獲取多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式。該集合可以在模式數(shù)據(jù)庫(kù)35中獲得。備選地，可以基于規(guī)則生成一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式。將多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)插入模式投影到前列腺中腺，以便找到一個(gè)或多個(gè)最佳匹配33?？赡艿?，用戶可以從由處置規(guī)劃系統(tǒng)34進(jìn)行的預(yù)先選擇中選擇標(biāo)準(zhǔn)模式。

在選擇之后，可以以受限制的方式使所選擇的(一個(gè)或多個(gè))標(biāo)準(zhǔn)插入模式變形，從而保持所需要的對(duì)稱性和形狀36。為了對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步促進(jìn)，處置規(guī)劃系統(tǒng)可以被配置用于使得用戶能夠例如通過允許用戶設(shè)置以下中的至少一項(xiàng)來修改成本函數(shù)中的懲罰項(xiàng)：在x方向、y方向或z方向上對(duì)模式的最大允許縮放，要個(gè)體地被移動(dòng)的導(dǎo)管插入點(diǎn)或針插入點(diǎn)的最大允許數(shù)量，依賴于單個(gè)導(dǎo)管被移動(dòng)的距離的懲罰，對(duì)模式的非對(duì)稱性的懲罰，針對(duì)與標(biāo)準(zhǔn)模式的總體偏差的度量，能夠被添加和/或被移除的導(dǎo)管插入位置或針插入位置的最大允許總數(shù)量。在此之后，執(zhí)行如本領(lǐng)域中公知的逆向規(guī)劃。在此之后，確定得到的處置規(guī)劃的質(zhì)量37。重復(fù)該過程，直到得到的處置規(guī)劃滿足預(yù)定要求或在最大數(shù)量的迭代之后38。在此之后，過程結(jié)束39。

雖然已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細(xì)說明和描述了本發(fā)明，但是這種說明和描述被認(rèn)為是說明性或示例性的而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，并且可以用于醫(yī)學(xué)處置規(guī)劃領(lǐng)域中的處置規(guī)劃。