劑量形變誤差計(jì)算方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請總體上涉及用于輻射治療規(guī)劃的方法和系統(tǒng)。輻射治療是由受過培訓(xùn)的 醫(yī)療專業(yè)人員規(guī)劃和執(zhí)行將電離輻射遞送給患者的處理。輻射遞送的目的能夠廣泛地變 化。非常常見地，該治療通過使病變組織離子化從而破壞病變組織來用于處置疾病，例如， 癌癥。輻射治療規(guī)劃的中心目的是控制輻射遞送以使到在患者的身體之內(nèi)的靶區(qū)（即，病 變組織）的輻射暴露最大化，同時使到在患者的身體之內(nèi)的非靶區(qū)（即，健康組織）的輻射 暴露最小化。
【背景技術(shù)】
[0002] 如通常所實(shí)施的，輻射治療以患者的身體的詳細(xì)的三維成像掃描（例如，計(jì)算機(jī) 斷層攝影（CT)掃描）開始。受過培訓(xùn)的醫(yī)療專業(yè)人員常?；诔上駭?shù)據(jù)來指定輻射治療 計(jì)劃的若干特性。例如，使用成像數(shù)據(jù)，醫(yī)療專業(yè)人員能夠識別在患者的身體之內(nèi)的特定的 靶區(qū)和非靶區(qū)。專業(yè)人員還能夠指定要被遞送到靶區(qū)（即，足以破壞病變組織）的最小輻 射劑量，要被遞送到各個非靶區(qū)（即，限制損傷健康組織）的最大輻射劑量以及輻射治療的 若干其他期望的特性。
[0003] 在許多情況下，利用輻射治療進(jìn)行處置的患者將已經(jīng)經(jīng)歷一個或多個在前的輻射 治療處置。然后期望醫(yī)療專業(yè)人員知道已經(jīng)被遞送到患者的身體的各個區(qū)域的輻射劑量， 以更好地為當(dāng)前提出的處置做準(zhǔn)備。在患者已經(jīng)接收多于一個輻射治療遞送的情況下，尤 其在要求高準(zhǔn)確度的臨床環(huán)境中，這能夠是特別困難的。甚至在單個輻射遞送期期間，確定 已經(jīng)被遞送的輻射劑量也能夠是有用的，以幫助維持對輻射遞送的質(zhì)量控制，來補(bǔ)償在遞 送期間的患者運(yùn)動以及也許補(bǔ)償其他原因。
[0004] 輻射劑量計(jì)算以成像數(shù)據(jù)開始，所述成像數(shù)據(jù)識別在先前的輻射治療期中的每一 個中被遞送到患者的輻射劑量。該成像數(shù)據(jù)被存儲在3D逐體素基礎(chǔ)或2D逐像素基礎(chǔ)上。 下面的討論假設(shè)成像數(shù)據(jù)是三維的，但是該理念也同樣很好地應(yīng)用于二維環(huán)境。
[0005] 對于每個在前的輻射遞送期，成像數(shù)據(jù)通常包括對于每個體素的至少兩個數(shù)據(jù) 點(diǎn)。第一數(shù)據(jù)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)點(diǎn)，其表示相對于在成像數(shù)據(jù)中的其他結(jié)構(gòu)被定位在體素處的 結(jié)構(gòu)的相對密度。因此，表示致密結(jié)構(gòu)的體素典型地比表示更小致密結(jié)構(gòu)的體素在成像數(shù) 據(jù)中顯得更暗。相似密度值的鄰近體素集合表示相同的結(jié)構(gòu)。以這種方式，成像數(shù)據(jù)向醫(yī) 療專業(yè)人員示出骨骼（高密度）、器官（例如，心臟或肝臟（中等密度））、間質(zhì)區(qū)（低密度） 以及在患者的身體內(nèi)部的其他區(qū)域的位置和取向。第二體素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)是輻射劑量數(shù)據(jù)點(diǎn)，其 表示在由在前的輻射遞送期的空間中被遞送到體素的點(diǎn)的輻射劑量。以這種方式，對于每 個在前的輻射遞送期，成像數(shù)據(jù)反映結(jié)構(gòu)體素網(wǎng)格和輻射劑量體素網(wǎng)格。當(dāng)被組合時，這兩 個網(wǎng)格向醫(yī)療專業(yè)人員示出在先前的輻射治療期中被遞送到患者的輻射劑量分布。
[0006] 在規(guī)劃未來的輻射遞送期中，關(guān)于其自身的這樣的成像數(shù)據(jù)顯然能夠是有用的。 然而，如果能夠?qū)⑤椛鋭┝恐?變換"或"映射"到患者的當(dāng)前的成像數(shù)據(jù)集，所述成像數(shù)據(jù) 集用于規(guī)劃下一輻射遞送治療，則能夠加強(qiáng)其有用性。即，在一個或多個先前的輻射遞送與 當(dāng)前正被規(guī)劃的輻射遞送之間已經(jīng)經(jīng)過的時間中，患者的內(nèi)臟器官的位置和取向?qū)⒁呀?jīng)改 變。例如，由患者的呼吸、心臟跳動、體重增加或減輕、消化過程以及其他生理過程引起這樣 的移動。另外，在輻射遞送期之間，靶腫瘤或其他靶區(qū)域的尺寸可以響應(yīng)于在前的處置而很 好地收縮或盡管進(jìn)行處置但生長。來源于這些和其他考慮的形變常常能夠是顯著的，尤其 給出正在被使用的成像數(shù)據(jù)的高準(zhǔn)確度。因此，在逐體素的基礎(chǔ)上，變換處理的目的是識別 在兩個成像數(shù)據(jù)集之間的在解剖結(jié)構(gòu)上"對應(yīng)"體素的位置差異。當(dāng)具有多于一個在前的 輻射遞送期，必須將其進(jìn)行組合以便得到患者的輻射輪廓的完全理解時，由移動或其他形 變引起的變換困難成倍地增加。
[0007] 具有本領(lǐng)域已知的若干這樣的變換處理，例如，相對簡單的剛性變換和更加復(fù)雜 的可形變的圖像變換，所述可形變的圖像變換采用位移矢量場（DVF)。如果在兩個成像數(shù) 據(jù)集之間的形變或差異是顯著的，那么采用可形變的DVF圖像變換是更加準(zhǔn)確的。相同的 DVF變換能夠應(yīng)用于成像數(shù)據(jù)集的兩個網(wǎng)格：結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和輻射劑量網(wǎng)格。因此，適當(dāng)?shù)腄VF 變換能夠應(yīng)用于兩個或更多個不同的數(shù)據(jù)集，以便將數(shù)據(jù)集中的每個變換到共同的參考坐 標(biāo)框架。
[0008] 在變換翹曲處理期間能夠產(chǎn)生至少兩個不同種類的誤差：與計(jì)算DVF相關(guān)聯(lián)的誤 差（"DVF計(jì)算誤差"）和與將DVF應(yīng)用于輻射劑量網(wǎng)格相關(guān)聯(lián)的誤差（"劑量翹曲誤差")。 具有已知的方法來單獨(dú)地計(jì)算每個類型的誤差。例如，使用諸如測量骰子相似性得分或?qū)?"真"外形的傳播外形的一致性的豪斯多夫（Housdorf)距離的方法能夠確定幾何的DVF計(jì) 算誤差。而且，已經(jīng)描述了用于基于劑量梯度來確定通過圖像體積的DVF所要求的空間準(zhǔn) 確度的方法。參見例如 Nahla K. Saleh-Sayah 等人的 "A Distance to Dose Difference Tool for Estimating the Required Spatial Accuracy of a Displacement Vector Field"（Medical Physics，卷 38,期號 5,第 2318-2323 頁（2011 年 5 月））。例如，通過 翹曲劑量網(wǎng)格和感興趣區(qū)域兩者以及計(jì)算翹曲之前和之后的感興趣區(qū)域的劑量體積直方 圖（DVH)能夠確定劑量翹曲誤差。然后，在DVH中的差異能夠提供哪個結(jié)構(gòu)可以具有更多 劑量翅曲誤差的指不。在 Martin J. Murphy 等人的 "A Method to Estimate the Effect of Deformable Image Registration Uncertainties on Daily Dose Mapping" （Medical Physics，卷39,期號2,第573-580頁（2012年2月））中能夠找到基于相同理念的更加全 面的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 確定總的劑量變換誤差，以有效的方式組合DVF計(jì)算誤差與劑量翹曲誤差兩者已 經(jīng)證明是困難且難懂的。本公開提供了用于計(jì)算總的劑量變換誤差的方法。所述誤差可以 對應(yīng)于一個單個輻射劑量網(wǎng)格的變換翹曲或者對應(yīng)于使用多于一個經(jīng)變換的輻射劑量網(wǎng) 格而累積的劑量。
[0010] 提供了一種用于確定輻射劑量變換誤差的方法和系統(tǒng)，其中，在由至少一個固定 圖像數(shù)據(jù)集和至少一個移動圖像數(shù)據(jù)集記錄的一個或多個成像結(jié)構(gòu)中具有形變。自動或半 自動地識別在固定圖像中和在移動圖像中的對應(yīng)界標(biāo)點(diǎn)。獲得固定圖像輻射劑量網(wǎng)格和移 動圖像輻射劑量網(wǎng)格，其中，所述移動圖像輻射劑量網(wǎng)格包括實(shí)際移動圖像點(diǎn)劑量，所述實(shí) 際移動圖像點(diǎn)劑量表示在移動圖像輻射劑量網(wǎng)格中的界標(biāo)點(diǎn)處的輻射劑量水平。確定固定 圖像與移動圖像之間的變換矩陣，并且將所述變換矩陣應(yīng)用于移動圖像數(shù)據(jù)集以生成翹曲 輻射劑量網(wǎng)格。所述翹曲輻射劑量網(wǎng)格包含翹曲點(diǎn)劑量，所述翹曲點(diǎn)劑量表示在固定圖像 福射劑量網(wǎng)格中的界標(biāo)點(diǎn)處的翹曲福射劑量網(wǎng)格中的福射劑量水平。確定在對應(yīng)界標(biāo)點(diǎn)處 的實(shí)際點(diǎn)劑量與翹曲點(diǎn)劑量之間的差異，以便生成劑量誤差。
[0011] 在一個實(shí)施方式中，這些方法可以至少自動或半自動地識別在固定圖像數(shù)據(jù)集與 移動圖像數(shù)據(jù)集之間的對應(yīng)界標(biāo)點(diǎn)。識別在固定圖像數(shù)據(jù)集和移動圖像數(shù)據(jù)集中的一個中 的第一感興趣區(qū)域和在固定圖像數(shù)據(jù)集和移動圖像數(shù)據(jù)集中的另一個中的第二感興趣區(qū) 域，使得第一感興趣區(qū)域自動對應(yīng)于第二感興趣區(qū)域。生成第一表面網(wǎng)孔以近似第一感興 趣區(qū)域，并且生成第二表面網(wǎng)孔以近似第二感興趣區(qū)域，其中，第一表面網(wǎng)孔和第二表面網(wǎng) 孔包括相等數(shù)目的頂點(diǎn)。識別在第一感興趣區(qū)域中的至少一個頂點(diǎn)和在第二區(qū)域中的至少 一個頂點(diǎn)作為自動對應(yīng)界標(biāo)點(diǎn)。
[0012] 也提供了合并所述方法的輻射治療規(guī)劃系統(tǒng)。
[0013] 對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在閱讀以下對若干實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，很多 優(yōu)點(diǎn)和益處將變得明顯。本發(fā)明可以采取各種部件和部件布置，以及各種處理操作和處理 操作的安排的形式。附圖僅是出于圖示許多實(shí)施例的目的，而不應(yīng)被解釋為對本發(fā)明的限 制。
【附圖說明】
[0014] 圖1示意性地圖示了典型的輻射治療遞送系統(tǒng)100 ;
[0015] 圖2圖示了用于確定歸因于一個單個輻射劑量網(wǎng)格的變換翹曲的總的劑量變換 誤差的方法200 ;
[0016] 圖3A和圖3B圖示了用于確定歸因于多于一個輻射劑量網(wǎng)格的累積的變換翹曲的 總的劑量變換誤差的方法300 ;并且
[0017]