放疗剂量测量方法与流程

本发明涉及放疗技术领域，尤其涉及一种放疗剂量测量方法。

背景技术：

放疗(即放射治疗)是目前治疗肿瘤的三大手段之一，是指用各种不同能量的射线照射肿瘤，以抑制和杀灭癌细胞为目的的一种治疗方法。由于放射性破坏和杀死肿瘤细胞的同时，对周围正常组织细胞也有破坏作用，因而放疗的目标是尽可能增大肿瘤靶区的受照射剂量，并同时尽可能减少肿瘤靶区周围的组织器官的受照射剂量。因而，获取患者肿瘤靶区和周围组织器官的受照射剂量对提高肿瘤的控制率和降低放疗辐射有重要的意义。

目前，获取患者的受照射剂量一般通过TPS(Treatment Planning System，放射治疗计划系统)根据勾画出的靶区图像进行计算获得，但这种方式获取的是理论值，并非实际受照射剂量。而在通过放疗对患者进行治疗时，只有知道患者的实际受照射剂量，才能够更好地把握放疗时的剂量，以避免剂量过多导致的额外的剂量辐射和剂量过少导致的肿瘤高复发率。

而测量放疗剂量，目前常用的方法是用一个统一的体模或测量设备(如Delta4和ArcCHECK4D等基于中心探头矩阵的三维测量工具)来模拟人体，以进行放疗剂量的测量。这种方式能够有效地测量调强和三维适形的放疗剂量，但由于他们均为标准测量组件，不能根据患者实际解剖结构、轮廓外形和肿瘤解剖结构来自由定义测量条件，因而必然导致测量结果不完全准确，即无法获取肿瘤靶区实际受照射剂量和剂量分布情况。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供了一种放疗剂量测量方法，以解决上述问题的至少一个。该方法包括：

根据需求获取测量目标，对测量目标进行三维建模，获取测量目标的三维模型；

将三维模型进行3D打印，并对打印出的三维模型填充材料；

根据填充好材料的三维模型，模拟人体体模进行照射；

对照射后的体模进行处理，测量出受照射剂量。

由此，可以根据测量目标的实际结构和轮廓外形进行放疗剂量的测量，能够准确获取测量目标的实际受照射剂量，实现了根据需求进行3D个性化放疗剂量测量。最大限度地模拟人体解剖结构、外形轮廓和肿瘤解剖结构，测量出的受照射剂量更接近实际值，为放疗计划的实施提供更有价值更可靠的实验参考数据，以有效防止放疗实施过程中剂量过多带来的辐射和过少带来的高复发率，对提高放疗治疗的成功率有重要实践意义。

在一些实施方式中，测量目标包括靶区和组织器官。同时实现对靶区和组织器官进行受照射剂量的测量，能够检测靶区的受照射剂量和组织器官的受照射剂量，保证合理地实施放疗，降低对组织器官的辐射污染，并保证对靶区的合理照射量，从而尽可能增大对肿瘤的控制率和降低放疗辐射。

在一些实施方式中，当测量目标为靶区时，根据需求获取测量目标，对测量目标进行三维建模，获取测量目标的三维模型包括：定位获取测量目标的医学图像，并根据测量需求进行靶区勾画；根据获取的医学图像和勾画出的肿瘤靶区图像，进行三维建模，将需要进行放疗照射的各个部分绘制成与实际形状一致的三维薄层空壳组件，其中对靶区的绘制细化至各个靶区，包括绘制出肿瘤靶区、临床靶区和计划靶区。由此，可以根据患者实际肿瘤情况，通过三维建模自由定义测量目标，通过按实际形状进行三维建模，也使得输出的三维模型更接近人体真实解剖结构、外形轮廓和肿瘤解剖结构，从而实现3D个性化放疗剂量的测量，为提高肿瘤的控制率提供有效的帮助。而且将测量的靶区细化到各个TV，能够实现结合不同的病患需求和各种实际情况，对不同TV的靶区的实际受照射剂量进行测量，提高测量结果的准确性，以最大限度地根据实际情况实施放疗，合理调整照射剂量，从而提高放疗的成功率和降低肿瘤的复发率。

在一些实施方式中，当测量目标为组织器官时，根据需求获取测量目标，对测量目标进行三维建模，获取测量目标的三维模型包括：定位获取测量目标的医学图像，根据获取的医学图像，进行三维建模，将需要进行放疗照射的各个部分绘制成与实际形状一致的三维薄层空壳组件。由此，通过三维建模的真实模拟，不但可以对靶区进行放疗剂量测量，还可以根据需求对所有的组织器官进行放疗剂量测量，从而可以检测其他组织器官对放疗的实际反应，为减少放疗副作用提供参考和支持。

在一些实施方式中，将三维模型进行3D打印，并对打印出的三维模型填充材料包括：使用3D打印机打印出各个三维薄层空壳组件；对测量目标的三维薄层空壳组件，填充放射剂量测量材料；对其余的三维薄层空壳组件，通过等效填充物填充。由此，通过进行放射剂量测量材料及等效物填充，可以真实模拟出人体靶区及组织器官，能够有效保障测量出的照射剂量的准确性。同时，将各个三维薄层空壳组件分别打印和填充，可以实现根据需要选择测量目标进行处理，以更好地实现个性化测量，满足不同的测量需求。

在一些实施方式中，根据填充好的三维模型，模拟人体体模进行照射包括：将填充好的各个三维薄层空壳组件组装成一个整体，形成人体模拟体模；根据患者实际摆位条件对体模进行摆位，并按照等同的放疗计划对体模进行照射。由此，可以根据人体实际的解剖结构和肿瘤位置，模拟出真实的人体体模，并根据实际放疗条件实施放疗，以最大限度地测量出实际的照射剂量，为放疗计划的实施提供最有价值的实验数据，以提高放疗治疗的成功率，降低放疗风险。

在一些实施方式中，对照射后的体模进行处理，测量出受照射剂量包括：从体模中取出测量目标对应的三维薄层空壳组件，并分别从各测量目标对应的三维薄层空壳组件中取出填充的放射剂量测量材料；对取出的放射剂量测量材料分别进行处理，获取吸收剂量值，以得到各测量目标的受照射剂量。由此，可以根据需要获取相应测量目标对应的三维薄层空壳组件中的已受照射的填充材料进行检测，以实现根据需求分别对不同的测量目标进行检测，不需要再对不同的测量目标进行反复的重复试验，更加方便快捷，提高效率。

在一些实施方式中，放射剂量测量材料为热释光材料，对取出的放射剂量测量材料分别进行处理，获取吸收剂量值，以得到各测量目标的受照射剂量包括：通过热释光材料处理设备对取出的热释光材料分别进行加热，并根据加热后的热释光材料输出的能量，获取辐射剂量值，以得到测量目标的受照射剂量。由此，就可以应用现有设备，对测量目标已吸收的照射剂量进行检测，获得实际的受照射剂量，简单方便。

在一些实施方式中，组织器官为危及组织器官和计划危及组织器官。通过对危及组织器官的实际受照射剂量的测量，可以降低对周围器官的辐射，最大限度地减小对患者进行放疗的副作用。而通过对计划危及组织器官进行受照射剂量的测量，将患者在放疗实施过程的摆位误差、身体移位等情况考虑进来，能够更加有效地减少放疗辐射，保证患者的健康。

在一些实施方式中，医学图像为CT图像或MRI图像。根据CT或MRI图像进行三维建模，能够实现高度模拟人体解剖结构、轮廓外形和肿瘤结构的，从而保证测量结构的准确率。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的放疗剂量测量方法的方法流程示意图；

图2为本发明另一种实施方式的放疗剂量测量方法的方法流程示意图；

图3为本发明又一实施方式的放疗剂量测量方法的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作详细的说明。

图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的用于放疗剂量测量方法的方法流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤S101：对测量目标进行三维建模，获取测量目标的三维模型。

根据患者的病情和解剖结构选择放疗剂量测量目标，并对测量目标进行选择性建模，勾画出测量目标的三维模型。在对测量目标进行建模时，一般首先通过定位获取医学图像，以根据医学图像将测量目标的各个部分绘制成与实际形状一致的三维薄层空壳组件。

步骤S102：对三维建模进行3D打印，并对打印出的三维模型填充材料。

在将各个部分绘制成与实际形状一致的三维薄层空壳组件后，使用3D打印机将各个三维薄层空壳组件打印出来，以得到相应的空壳组件的三维模型。进行3D打印后，还需要对空壳组件进行等效物填充。其中，这里的等效物是指两种物质接收辐射的属性(或者说挡射线的能力)相似，比如人的肌肉对辐射的接收属性与某种物质相似，那么就可以将这种物质作为肌肉的等效物来进行填充，即将肌肉对应的空壳组件塞满这种物质，而装满这种物质的空壳组件就相当于肌肉对应的组织器官。

优选地，在本发明的实施例中，可以选择放射剂量测量材料作为测量目标的填充物，选择等效物作为其他组织器官的填充物，即在打印出的测量目标的三维薄层空壳组件中填充放射剂量测量材料，并在打印出的其余的三维薄层空壳组件中填充等效填充物。

步骤S103：将填充好的三维模型模拟人体进行放疗照射。

将填充好的各个三维薄层空壳组件根据人体解剖结构组装成一个整体，以形成人体模拟体模。之后，根据患者实际摆位条件对模拟体模进行摆位，并按照等同的放疗计划对模拟体模进行照射。

步骤S104：对照射后的三维模型进行处理，测量出受照射剂量。

在以相同的条件对模拟体模进行照射后，从模拟体模中取出测量目标对应的三维薄层空壳组件，并从三维薄层空壳组件中取出填充的放射剂量测量材料，以对取出的放射剂量测量材料进行处理，从而获取吸收剂量值，该剂量值也即是测量目标的受照射剂量。

其中，优选地，本发明实施例中的测量目标既可以是靶区，也可以是其他组织器官，如靶区周围的危及组织器官或其他需要测量放疗剂量的正常组织器官。实施例中的医学图像，既可以是定位获取的CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)图像，也可以是定位获取的MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)图像。实施例中的放射剂量测量材料优选为热释光材料。

图2以测量目标为肿瘤靶区、医学图像为CT图像、放射剂量测量材料为热释光材料为例，示意性地显示了对肿瘤靶区进行放疗剂量的测量的方法流程。如图2所示，该方法包括：

步骤S201：定位获取CT图像，并对CT图像进行靶区勾画。

在该步骤中，首先需要通过定位CT扫描获取CT图像，并通过3D肿瘤靶区勾画软件对扫描出的CT图像进行靶区勾画。其中，对靶区的勾画要细化到各个TV(Target Volume)，包括勾画出肿瘤靶区(GTV)、临床靶区(CTV)、计划靶区(PTV)、治疗区(TV)和照射区(IV)。

步骤S202：根据勾画出的肿瘤靶区图像和CT图像进行三维建模，将CT图像的各个部分绘制成与实际形状一致的三维薄层空壳组件，对靶区的绘制细化到各个TV。

根据CT图像和勾画出的肿瘤靶区图像，将人体需要进行放疗照射的区段通过三维建模软件(优选工业级)绘制出来。其中，在绘制时，本发明实施例优选将每个部分都勾画成与实际形状一致的三维薄层空壳组件。比如，对于肿瘤靶区，勾画出与肿瘤靶区的形状对应的三维薄层空壳组件，对于临床靶区，勾画出于临床靶区的实际形状对应的三维薄层空壳组件等。在本实施例中，需要通过三维建模软件进行绘制的照射区域包括靶区、软组织、骨、空腔以及外围轮廓。其中，对靶区的绘制需要细化到各个TV、对软组织的绘制需要细化到脂肪、肌肉等、对骨的绘制需要细化到不同骨质，以保证与人体解剖结构的高模拟度，以实现根据患者的实际情况进行个性化测量。

步骤S203：使用3D打印机打印出各个三维薄层空壳组件。

将三维建模得到的各个三维薄层空壳组件通过3D打印机进行打印，从而得到与各个部分对应的多个三维薄层空壳组件的3D模型。

步骤S204：用热释光材料填充靶区对应的空壳组件，并用对应的等效填充物填充其余的空壳组件。

在各靶区对应的三维薄层空壳组件的模型中填充热释光材料，并在其余的空壳组件的模型中填充与该部分对应的等效填充物，例如，对于软组织对应的空壳组件的模型，填充与软组织对应的等效物；而在与骨对应的空壳组件的模型中，填充与骨对应的等效物。对等效物的释义，参见前文叙述。通过三维建模和在打印出的空壳组件模型中填充合适的材料，可以最大限度地模拟实际解剖结构、轮廓外形和肿瘤解剖结构。

步骤S205：将各个填充好的空壳组件组装成人体模拟体模。

将填充好的各个空壳组件，包括靶区对应的空壳组件、软组织对应的空壳组件、骨对应的空壳组件、空腔对应的空壳组件和外围轮廓对应的空壳组件，按照人体实际解剖结构进行组装，从而得到人体模拟体模。由于是按实际形状绘制建模和对空壳组件进行了等效物填充，所以此时得到的人体模拟体模能够最大限度地模拟人体真实的结构、轮廓外形和肿瘤解剖结构，是实现个性化放疗剂量测量的关键。

步骤S206：根据实际摆位方式和放疗计划，对人体模拟体模进行照射。

将模拟模型按照患者实际照射条件给予照射，实际照射条件例如包括按相同的摆位对模拟体模进行摆位和按照相同的放疗计划实施照射等。由此，才能够获取有效且准确的实际受照射剂量值。

步骤S207：从照射后的模拟体模中取出靶区对应的空壳组件，对不同的TV对应的空壳组件分别进行热释光处理，获取各TV的靶区的实际受照射剂量。

在进行照射后，从模拟体模中取出各靶区对应的空壳组件，分别进行热释光处理，以获取相应的靶区的实际受照射剂量，例如对肿瘤靶区、临床靶区和计划靶区，分别取出其对应的空壳组件，并对肿瘤靶区对应的空壳组件单独进行热释光处理，以获取肿瘤靶区的实际受照射剂量，对于临床靶区对应的空壳组件也单独进行热释光处理，以获取临床靶区的实际受照射剂量，对其他靶区也同样单独处理，以获取相应地实际受照射剂量。热释光处理具体包括从相应的空壳组件中取出已接受照射的热释光材料，并通过热释光材料处理设备对取出的热释光材料进行加热，然后热释光材料处理设备会对加热后的热释光材料输出的能量进行测量，并输出辐射剂量值，通过读取该剂量值即可得到实际受照射剂量。由此，便实现了对靶区的放疗剂量的测量。

图3以测量目标为危及组织器官、医学图像为MRI图像、放射剂量测量材料为热释光材料为例，示意性地显示了对危及组织器官进行放疗剂量的测量的方法流程。如图3所示，该方法包括：

步骤S301：定位获取MRI图像，根据MRI图像进行三维建模，将MRI图像的各个部分绘制成与实际形状一致的三维薄层空壳组件，对危及组织器官的绘制根据测量需求选择绘制范围和形状。

通过定位MRI获取需要测量的危及组织器官的MRI图像，将MRI重建的三维图像转换为工业级三维建模软件的三维图像，例如可以是根据获取的MRI图像将人体需要进行放疗照射的区段通过三维建模软件(优选工业级)绘制出来。其中，在绘制时，本发明实施例优选将每个部分都绘制成与实际形状一致的三维薄层空壳组件。本发明实施例中需要绘制的部分包括危及组织器官、软组织、骨、空腔和外围轮廓。其中，考虑到人体在实际照射中可能发生移位的情况，为了提高测量出的实际受照射剂量的准确性，还绘制出的测量目标部分还可以包括计划危及组织器官。其中，在对危及组织器官和计划危及组织器官进行绘制时，可以根据需要绘制测量目标组织器官的全部或者部分三维图、对软组织的绘制需要细化到脂肪、肌肉等、对骨的绘制需要细化到不同骨质，以保证与人体解剖结构的高模拟度，以实现根据患者的实际情况进行个性化测量。

步骤S302：使用3D打印机打印出各个三维薄层空壳组件。

将三维建模得到的各个三维薄层空壳组件通过3D打印机进行打印，从而得到与各个部分对应的多个三维薄层空壳组件的3D模型。

步骤S303：用热释光材料填充危及组织器官对应的空壳组件，并用对应的等效填充物填充其余的空壳组件。

在危及组织器官对应的三维薄层空壳组件的模型中填充热释光材料，并在其余的空壳组件的模型中填充与该部分对应的等效填充物，例如，对于软组织对应的空壳组件的模型，填充与软组织对应的等效物；而在与骨对应的空壳组件的模型中，填充与骨对应的等效物。对等效物的释义，参见前文叙述。通过三维建模和在打印出的空壳组件模型中填充合适的材料，可以最大限度地模拟实际解剖结构、轮廓外形和肿瘤解剖结构。

需要特别说明的，在绘制了计划危及组织器官的情况下，对计划危及组织器官对应的三维薄层空壳组件的模型也填充热释光材料，即计划危及组织器官也作为剂量测量目标，以提高测量结果的真实度和可靠性。

步骤S304：将各个填充好的空壳组件组装成人体模拟体模。

将填充好的各个空壳组件，包括危及组织器官和计划危及组织器官对应的空壳组件、软组织对应的空壳组件、骨对应的空壳组件、空腔对应的空壳组件和外围轮廓对应的空壳组件，按照人体实际解剖结构进行组装，从而得到人体模拟体模。由于是按实际形状绘制建模和对空壳组件进行了等效物填充，所以此时得到的人体模拟体模能够最大限度地模拟人体真实的结构和轮廓外形，是实现个性化放疗剂量测量的关键。

步骤S305：根据实际摆位方式和放疗计划，对人体模拟体模进行照射。

将模拟模型按照患者实际照射条件给予照射，实际照射条件例如包括按相同的摆位对模拟体模进行摆位和按照相同的放疗计划实施照射等。由此，才能够获取有效且准确的实际受照射剂量值。

步骤S306：从照射后的模拟体模中取出危及组织器官对应的空壳组件，对需要进行测量的危及组织器官对应的空壳组件分别进行热释光处理，获取各危及组织器官的实际受照射剂量。

在进行照射后，从模拟体模中取出危及组织器官对应的空壳组件，在绘制了计划危及组织器官的情况下，还包括取出计划危及组织器官，并分别对危及组织器官和计划危及组织器官对应的空壳组件进行热释光处理，以获取相应的组织器官的实际受照射剂量，例如对危及组织器官和计划危及组织器官，分别取出其对应的空壳组件，并对危及组织器官对应的空壳组件单独进行热释光处理，以获取危及组织器官的实际受照射剂量，对于计划危及组织器官对应的空壳组件也单独进行热释光处理，以获取计划危及组织器官的实际受照射剂量。热释光处理具体包括从相应的空壳组件中取出已接受照射的热释光材料，并通过热释光材料处理设备对取出的热释光材料进行加热，然后热释光材料处理设备会对加热后的热释光材料输出的能量进行测量，并输出辐射剂量值，通过读取输出的剂量值即可得到实际受照射剂量。由此，便实现了对危及组织器官以及计划危及组织器官的放疗剂量的测量。

通过本发明实施例的方法，可以根据需要实施定制化测量，即根据不同的需求或者不同的病患情况等，定位获取需要测量的目标的医学图像，并根据医学图像进行三维建模，获取测量目标的三维薄层空壳组件模型，将空壳组件进行3D打印和等效物填充，即可模拟出实际的人体解剖结构、轮廓外形和肿瘤结构，从而通过实际照射条件照射，以实现放疗剂量中的3D测量个性化。由于本发明实施例的测量方法是根据实际需求和情况定制的，而且通过三维建模、3D打印和填充，其模型能够高度模拟人体真实结构，因而得到的受照射剂量值与实际受照射剂量接近度非常高，能够为放疗方法和计划的实施提供最有价值的参考。

其中，需要说明的是，本发明测量方法的核心在于通过三维建模绘制出与实际形状一致的空壳组件、将空壳组件进行3D打印、等效物填充及按实际条件进行照射。经过这些核心处理步骤，目的旨在根据实际情况获取与人体最高度接近的模拟体模。但本发明实施例列出的只是一部分实施例，并非对本发明方法的限制，应该理解的是，凡是基于“根据实际情况获取与人体解剖结构、外形轮廓和肿瘤解剖结构最高度接近的模拟体模，以通过实际照射条件对模拟体模进行照射，从而测量出实际受照射剂量”的主旨思想，获取相应的三维模型，并模拟实际照射条件进行3D个性化测量的方法，都属于本发明的保护范围。而基于该核心思想，本领域的技术人员应当理解，本发明的测量目标可以根据需求个性化定制，并不局限于上述实施例的靶区、危及组织器官和计划危及组织器官，还可以是其他任意的组织器官。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。