专利名称：一种治疗计划中靶点布置方法和治疗计划系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及放射治疗的剂量规划，尤其涉及一种治疗计划中靶点布置方法和治疗 计划系统。
背景技术：
立体定向放射治疗手术或立体定向放射治疗是放射治疗中常见的两种放射治疗 技术，常见的设备是基于钴-60放射源的伽玛刀和基于电子加速器的X刀。前者通常采用 多个钴-60放射源聚焦照射的方式，使靶体接受高剂量的均勻照射而周围健康组织受量很 低以达到控制或根除病变的目的。利用伽玛刀治疗设备实施放射治疗之前，通常需要制定 出一个可接受的放射治疗计划。在制定治疗计划时，医生和物理师需要根据靶体的体积和 形状，确定靶点数目，调整每个靶点的位置、每个靶点对应的准直器大小以及每个靶点的相 对权重等参数，以获得一个全局适形的治疗计划。由于涉及的参数很多，尤其是当靶体的体 积较大且形状不规则，或者靶体邻近有健康组织时，这是一个非常费时的过程，同时对计划 设计人员的经验和技能要求很高。为了解决这个问题，就需要剂量的自动规划。当前剂量的自动规划方法主要分为 两类。第一类方法是，将各靶点形成的剂量场(通常选择50%等剂量线)近似为一个刚性 的球或椭球，然后通过几何填充靶体体积的方式进行靶点的自动布置。整个填充过程是完 全基于几何测量而不需要进行剂量计算。缺点是需要最后进行剂量计算以确认计划。由于 忽略了靶点之间剂量场相互叠加对全局剂量场的影响，自动填充获得的计划可能与实际的 剂量场存在较大误差。另一种方法是将多个预设权重的靶点定位于靶体中某些预设位置， 然后通过迭代优化方式自动优化这些预设靶点的位置、相对权重以获得一个全局适形的剂 量规划。由于剂量计算非常耗时，为了加速整个迭代优化的过程，通常在迭代中采用简化的 剂量计算模型，或者仅仅选取部分靶体轮廓/关键组织轮廓点进行计算，这样最后优化得 到的计划也与实际获得剂量场存在误差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能减少误差提高优化效率的靶点
布置方法。本发明的另一目的在于提供一种基于上述方法的治疗计划系统。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案—种治疗计划靶点布置方法，包括治疗前在治疗计划中，根据病人体内的病灶在 靶体上进行治疗靶点布置的过程，所述过程包括步骤A 选择进行靶点布置的参数，所述参数包括处方剂量、准直器规格、预设迭 代次数和最小靶体深度索引；步骤B 根据病人靶体轮廓数据构建靶体体素模型，所述靶体体素模型体素值采 用二值定义，所述二值定义分别标识靶体外和靶体内；
步骤C:根据所述靶体体素模型构建靶体深度索引模型，所述深度索引模型包括 靶体中体素的深度信息；步骤D 在所述靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域，在所述选择的准 直器规格中选择预设等剂量面宽度适合的准直器或准直器组合进行靶点布置；步骤E 根据所述靶点布置进行剂量计算；步骤F:根据剂量计算结果对所述靶体体素模型进行更新，将获得剂量值大于或 等于所述处方剂量的体素设置为靶体外，将剂量值小于处方剂量的体素设置为靶体内；步骤G 重复步骤C至步骤F直至靶体深度索引模型中的最大深度索引值小于第 一预设索引值或迭代次数大于预设迭代次数；步骤H:输出靶点布置结果。其中所述步骤B中的二值定义为将靶体外的体素值设置为0，将靶体内的体素值 设置为1 ；其中所述步骤C包括步骤Cl 复制所述靶体体素模型，形成靶体深度索引模型；步骤C2 将所述靶体深度索引模型中的体素值为1且相邻体素中至少一个体素值 为0的设置为1，其余设置为0;步骤C3 在所述靶体深度索引模型中，将所述靶体体素模型中体素值为1且对应 深度索引模型中体素值为0的体素的体素值设置为相邻最小非零体素值+1 ；若相邻所有 体素值均为0，则设置为0;步骤C4 重复步骤C3，直到所述靶体深度索引模型中所有对应所述靶体体素模型 中体素值为1的体素值非0为止。其中所述步骤D的最大索引值为所述靶体深度索引模型中最大的体素值。其中所述步骤D包括步骤Dl 在所述靶体深度索引模型中选择具有最大体素值的体素；步骤D2 计算所述具有最大体素值的体素到体素值为1的体素的最近距离；步骤D3 在所述具有最大体素值的体素上布置靶点，所述靶点的准直器为在所述 选择的准直器规格中预设等剂量面宽度与所述最近距离最接近的准直器。其中所述步骤D之前还包括构建准直器等剂量模型，所述等剂量模型包括各准 直器预设等剂量面在坐标轴上的值；其中所述步骤D包括在所述靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域，在 所述等剂量模型中选择预设等剂量面宽度适合的准直器进行靶点布置。其中所述等剂量模型还包括准直器组合预设等剂量面在坐标轴上的值；其中所述步骤D还包括在所述靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域， 在所述等剂量模型中选择预设等剂量面宽度适合的准直器组合进行靶点布置。一种治疗计划系统，用于病人进行放射治疗前的剂量规划，包括靶点布置模块，用 于在治疗计划中根据靶体轮廓信息在靶体上布置靶点并输出靶点布置结果，所述靶点布置 模块包括靶体体素单元、靶体深度索引单元、参数设置单元、布靶单元、剂量计算单元和迭 代单元；所述靶体体素单元用于根据病人靶体轮廓数据构建靶体体素模型，所述靶体体素模型采用二值定义，所述二值定义分别标识靶体外和靶体内；所述靶体深度索引单元用于根据所述靶体体素模型构建靶体深度索引模型，所述 深度索引模型包括靶体中体素的深度信息；所述参数设置单元用于选择进行靶点布置的参数，所述参数包括处方剂量、准直 器规格、预设迭代次数和最小靶体深度；所述布靶单元用于在所述靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域，在所述 选择的准直器规格中选择等剂量面宽度适合的准直器或准直器组合进行靶点布置；所述剂量计算单元用于根据靶点布置进行剂量计算；所述靶体体素单元还用于在剂量计算结果更新后根据剂量计算结果对所述靶体 体素模型进行更新，将获得剂量值大于或等于处方剂量的体素设置为靶体外，将剂量值小 于处方剂量的体素设置为靶体内；所述迭代单元用于在靶体体素单元对所述靶体体素模型更新后，依次调用所述靶 体深度索引单元、布靶单元、剂量计算单元，直至所述靶体深度索引模型中的最大深度索引 值小于第一预设索引值或迭代次数大于预设迭代次数。其中所述靶体深度索引单元还用于复制所述靶体体素模型，形成靶体深度索引模型；将所述靶体深度索引模型中的 体素值为1且相邻体素中至少一个体素值为0的设置为1，其余设置为0 ；在所述靶体深度 索引模型中，迭代地将所述靶体体素模型中体素值为1且对应深度索引模型中体素值为0 的体素的体素值设置为相邻最小非零体素值+1 ；若相邻所有体素值均为0，则设置为0，直 到所述靶体深度索引模型中所有对应所述靶体体素模型中体素值为1的体素值非0为止；其中所述最大索引值为所述靶体深度索引模型中最大的体素值。其中所述布靶单元还用于在所述靶体深度索引模型中选择具有最大体素值的体 素；计算所述具有最大体素值的体素到体素值为1的体素的最近距离；在所述具有最大体 素值的体素上布置靶点，所述靶点的准直器为在所述选择的准直器规格中预设等剂量面宽 度与所述最近距离最接近的准直器。所述系统还包括等剂量模型单元，用于构建准直器等剂量模型，所述等剂量模型 包括各准直器预设等剂量面在坐标轴上的值；所述布靶单元还用于在所述靶体深度索引模 型中选择最大深度索引值区域，在所述等剂量模型中选择预设等剂量面宽度适合的准直器 进行靶点布置。其中所述等剂量模型还包括准直器组合预设等剂量面在坐标轴上的值；所述布靶单元还用于在所述靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域，在所述等剂量模型中选择 预设等剂量面宽度适合的准直器组合进行靶点布置。由于采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于(1)本发明在靶点布置过程中加入了剂量计算，并根据实际的剂量计算结果迭代 布置靶点，减少了误差；通过引入深度索引模型并不断更新，增加了靶点布置的剂量适形 度，增加了对靶体肿瘤的局部控制，同时减少对周边健康组织的损伤，提高治疗效果；同时 减少了迭代次数，提高了优化效率，减少了治疗计划的时间花费，提高了放射治疗过程的效 率；
(2)本发明的靶体深度索引模型充分考虑靶体的形状特点，通过多次扫描获得靶 体的深度信息，提高了靶点布置的适形度，进一步提高治疗效果；(3)本发明通过构建等剂量面模型，用户可以定制不同的靶点等剂量模型，进一步 提高了优化效率；(4)本发明通过对体素模型的更新，对靶体内剂量未达到处方剂量的体素进行靶 点布置，进一步提高了靶点布置的适形度。
图1示出根据本发明治疗计划中靶点布置方法的一个实施例的流程图；图2示出根据本发明治疗计划中靶点布置方法的另一个实施例的流程图；图3示出根据本发明方法另一个实施例的靶体轮廓插值的示意图；图4示出根据本发明方法另一个实施例的靶体体素化的示意图；图5示出根据本发明方法另一个实施例的靶体深度索引模型的示意图；图6a示出根据本发明方法另一个实施例的靶体深度索引模型构造中靶体体素模 型的示意图；图6b_图6e示出根据本发明方法另一个实施例的靶体深度索引模型构造中靶体 进行深度扫描的示意图；图6f示出根据本发明方法另一个实施例的靶体深度索引模型构造中各方向对深 度影响的示意图；图7示出根据本发明方法另一个实施例的靶体深度索引模型中最大深度索引值 区域的示意图；图8a示出根据本发明方法另一个实施例的靶体局部凸出的示意图；图8b示出根据本发明方法另一个实施例的靶体局部分叉的示意图；图9示出根据本发明方法另一个实施例的更新靶体体素模型的示意图；图10示出根据本发明方法另一个实施例的更新靶体深度索引模型的示意图；图11示出根据本发明治疗计划系统的一个实施例的结构示意图。
具体实施例方式治疗计划中，靶体定义以后，需要在靶体上布置治疗用的靶点，靶点的信息包括靶 点位置、靶点的准直器规格以及靶点的弧段等。在布置靶点的过程中，需要考虑对靶体的适 形覆盖，也就是尽量让剂量分布与靶体的形状一致，这样就可以将尽量多的放射剂量投射 到靶体上，而将尽量少的剂量投射到周围健康组织和危及器官上。危及器官主要是指需要 特别保护的器官，对于头部而言，主要包括眼睛、脑干等，对于体部包括脊髓等。下面通过具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。图1示出根据本发明治疗计划中靶点布置方法的一个实施例的流程图，包括步骤102 选择进行靶点布置的参数，该参数包括处方剂量、准直器规格、预设迭 代次数和最小靶体深度索引；步骤104 根据病人靶体轮廓数据构建靶体体素模型，该靶体体素模型体素值采 用二值定义，所述二值定义分别标识靶体外和靶体内；
步骤106 根据靶体体素模型构建靶体深度索引模型，该深度索引模型包括靶体 中体素的深度信息；步骤108 在靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域，在选择的准直器规 格中选择预设等剂量面宽度适合的准直器或准直器组合进行靶点布置；步骤110 根据靶点布置进行剂量计算；步骤112 ；根据剂量计算结果对靶体体素模型进行更新，将获得剂量值大于或等 于所述处方剂量的体素设置为靶体外，将剂量值小于处方剂量的体素设置为靶体内；步骤114 重复步骤106至步骤112直至靶体深度索引模型中的最大深度索引值 小于第一预设索引值或迭代次数大于预设迭代次数；步骤116 输出靶点布置结果。一种实施方式，其中步骤104中的二值定义为将靶体外的体素值设置为0，将靶体 内的体素值设置为1 ；其中步骤106包括步骤1062 复制靶体体素模型，形成靶体深度索引模型，实际上就是将靶体体素 模型作为靶体深度索引模型的初始；步骤1064 将靶体深度索引模型中的体素值为1且相邻体素中至少一个体素值为 0的设置为1，其余体素的体素值设置为0 ；步骤1066 在靶体深度索引模型中，将靶体体素模型中体素值为1且对应深度索 引模型中体素值为0的体素的体素值设置为相邻最小非零体素值+1 ；若相邻所有体素值 均为0，则设置为0;步骤1068 重复步骤1066，直到靶体深度索引模型中所有对应所述靶体体素模型 中体素值为1的体素值非0为止。其中步骤108中的最大索引值为靶体深度索引模型中最大的体素值。一种实施方式，其中第一预设索引值可以设置为1，预设迭代次数可以根据要布置 的靶点数目进行设置，例如设为30。一种实施方式，步骤108进一步包括步骤1082 在靶体深度索引模型中选择具有最大体素值的体素，即具有最大深度 索引值的体素；步骤1084 计算该具有最大体素值的体素到体素值为1的体素的最近距离；步骤1086 在该具有最大体素值的体素上布置靶点，所述靶点的准直器为在所述 选择的准直器规格中预设等剂量面宽度与所述最近距离最接近的准直器。若具有最大体素 值的体素有多个，则任意选取或选择相对中间的一个。一种实施方式，步骤108之前还可包括步骤107 构建准直器等剂量模型，该等剂量模型包括各准直器预设等剂量面在 坐标轴上的值；步骤108还包括在靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域，在该等剂量 模型中选择预设等剂量面宽度适合的准直器进行靶点布置。一种实施方式，其中等剂量模型还包括准直器组合预设等剂量面在坐标轴上的 值；
步骤108还包括在靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域，在等剂量模 型中选择预设等剂量面宽度适合的准直器组合进行靶点布置。本领域技术人员应该理解，本实施例的步骤和图示是示例性的，其步骤的编号并 不构成对本发明的限制，有些步骤的顺序可以改变，例如步骤102可以设置在布置靶点前 的任何时刻，步骤107之需要设置在步骤108之前等等。图2示出根据本发明治疗计划中靶点布置方法的另一个实施例的流程图，包括步骤202 创建不同准直器及其组合的等剂量模型；本实施例中，根据放射治疗设备支持的准直器数目，以球模(头部球模直径R = IOOcm球模；体部球模直径R = ^Ocm球模)标准模体，也可以采用其他直径的球模或其他 形状的模体。通过剂量模拟创建不同准直器及其组合的等剂量模型。考虑到实际应用中， 一般采用50%的等剂量线/面包络靶体，等剂量模型选择50%的等剂量模型，即50%的等 剂量线/面形成的剂量分布模型，本领域技术人员应该理解，也可以采用其他比值的等剂 量线/面，如55%、60%等。模拟的结果保存在一张等剂量模型列表中，便于查找。以SGS-II为例，该设备支持0. 8cm、1. 5cm、2. 5cm、4. 0cm、5. 5cm五种不同类型的准 直器，通过采用标准球模的模拟，可以创建出相应的等剂量模型如下A 模拟不同准直器及其组合的等剂量分布；B 根据模拟结果，构造等剂量模型，如表1所示
权利要求
1.一种治疗计划中靶点布置方法，包括治疗前在治疗计划中，根据病人体内的病灶在 靶体上进行治疗靶点布置的过程，其特征在于，所述过程包括步骤A 选择进行靶点布置的参数，所述参数包括处方剂量、准直器规格、预设迭代次 数和最小靶体深度索引；步骤B 根据病人靶体轮廓数据构建靶体体素模型，所述靶体体素模型体素值采用二 值定义，所述二值定义分别标识靶体外和靶体内；步骤C:根据所述靶体体素模型构建靶体深度索引模型，所述深度索引模型包括靶体 中体素的深度信息；步骤D 在所述靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域，在所述选择的准直器 规格中选择预设等剂量面宽度适合的准直器或准直器组合进行靶点布置； 步骤E 根据所述靶点布置进行剂量计算；步骤F 根据剂量计算结果对所述靶体体素模型进行更新，将获得剂量值大于或等于 所述处方剂量的体素设置为靶体外，将剂量值小于处方剂量的体素设置为靶体内；步骤G 重复步骤C至步骤F直至靶体深度索引模型中的最大深度索引值小于第一预 设索引值或迭代次数大于预设迭代次数； 步骤H:输出靶点布置结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述步骤B中的二值定义为将靶体外的 体素值设置为0，将靶体内的体素值设置为1 ；其中所述步骤C包括步骤Cl 复制所述靶体体素模型，形成靶体深度索引模型；步骤C2 将所述靶体深度索引模型中的体素值为1且相邻体素中至少一个体素值为0 的设置为1，其余设置为0;步骤C3 在所述靶体深度索引模型中，将所述靶体体素模型中体素值为1且对应深度 索引模型中体素值为0的体素的体素值设置为相邻最小非零体素值+1 ；若相邻所有体素 值均为0，则设置为0;步骤C4 重复步骤C3，直到所述靶体深度索引模型中所有对应所述靶体体素模型中体 素值为1的体素值非0为止。其中所述步骤D的最大索引值为所述靶体深度索引模型中最大的体素值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中所述步骤D包括 步骤Dl 在所述靶体深度索引模型中选择具有最大体素值的体素；步骤D2 计算所述具有最大体素值的体素到体素值为1的体素的最近距离； 步骤D3 在所述具有最大体素值的体素上布置靶点，所述靶点的准直器为在所述选择 的准直器规格中预设等剂量面宽度与所述最近距离最接近的准直器。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述步骤D之前还包括构建准直器等剂量模型，所述等剂量模型包括各准直器预设等剂量面在坐标轴上的值；其中所述步骤D包括在所述靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域，在所述等剂量模型中选择预设 等剂量面宽度适合的准直器进行靶点布置。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其中所述等剂量模型还包括准直器组合预 设等剂量面在坐标轴上的值；其中所述步骤D还包括在所述靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域，在所述等剂量模型中选择预设 等剂量面宽度适合的准直器组合进行靶点布置。
6.一种治疗计划系统，用于对病人进行放射治疗前的剂量规划，其特征在于，包括靶点 布置模块，用于在治疗计划中根据靶体轮廓信息在靶体上布置靶点并输出靶点布置结果， 所述靶点布置模块包括靶体体素单元、靶体深度索引单元、参数设置单元、布靶单元、剂量 计算单元和迭代单元；所述靶体体素单元用于根据病人靶体轮廓数据构建靶体体素模型，所述靶体体素模型 采用二值定义，所述二值定义分别标识靶体外和靶体内；所述靶体深度索引单元用于根据所述靶体体素模型构建靶体深度索引模型，所述深度 索引模型包括靶体中体素的深度信息；所述参数设置单元用于选择进行靶点布置的参数，所述参数包括处方剂量、准直器规 格、预设迭代次数和最小靶体深度；所述布靶单元用于在所述靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域，在所述选择 的准直器规格中选择等剂量面宽度适合的准直器或准直器组合进行靶点布置；所述剂量计算单元用于根据靶点布置进行剂量计算；所述靶体体素单元还用于在剂量计算结果更新后根据剂量计算结果对所述靶体体素 模型进行更新，将获得剂量值大于或等于处方剂量的体素设置为靶体外，将剂量值小于处 方剂量的体素设置为靶体内；所述迭代单元用于在靶体体素单元对所述靶体体素模型更新后，依次调用所述靶体深 度索引单元、布靶单元、剂量计算单元，直至所述靶体深度索引模型中的最大深度索引值小 于第一预设索引值或迭代次数大于预设迭代次数。
7.如权利要求6所述的治疗计划系统，其特征在于，其中所述靶体深度索引单元还用于复制所述靶体体素模型，形成靶体深度索引模型；将所述靶体深度索引模型中的体素 值为1且相邻体素中至少一个体素值为0的设置为1，其余设置为0 ；在所述靶体深度索引 模型中，迭代地将所述靶体体素模型中体素值为1且对应深度索引模型中体素值为0的体 素的体素值设置为相邻最小非零体素值+1 ；若相邻所有体素值均为0，则设置为0，直到所 述靶体深度索引模型中所有对应所述靶体体素模型中体素值为1的体素值非0为止；其中所述最大索引值为所述靶体深度索引模型中最大的体素值。
8.如权利要求7所述的治疗计划系统，其特征在于，其中所述布靶单元还用于在所述 靶体深度索引模型中选择具有最大体素值的体素；计算所述具有最大体素值的体素到体素 值为1的体素的最近距离；在所述具有最大体素值的体素上布置靶点，所述靶点的准直器 为在所述选择的准直器规格中预设等剂量面宽度与所述最近距离最接近的准直器。
9.如权利要求6所述的治疗计划系统，其特征在于，还包括等剂量模型单元，用于构建 准直器等剂量模型，所述等剂量模型包括各准直器预设等剂量面在坐标轴上的值；所述布 靶单元还用于在所述靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域，在所述等剂量模型中选择预设等剂量面宽度适合的准直器进行靶点布置。
10.如权利要求9所述的治疗计划系统，其特征在于，其中所述等剂量模型还包括准直 器组合预设等剂量面在坐标轴上的值； 所述布靶单元还用于在所述靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域，在所述等剂量模型中选择预设 等剂量面宽度适合的准直器组合进行靶点布置。
全文摘要
本发明公开了一种治疗计划中靶点布置方法，包括根据病人体内的病灶在靶体上进行治疗靶点布置的过程，该过程包括A选择进行靶点布置的参数；B构建靶体体素模型；C根据靶体体素模型构建靶体深度索引模型；D在靶体深度索引模型中选择最大深度索引值区域进行靶点布置；E根据靶点布置进行剂量计算；F根据剂量计算结果对靶体体素模型进行更新；G重复C至F直至靶体深度索引模型中的最大深度索引值小于第一预设索引值或迭代次数大于预设迭代次数；H输出靶点布置结果。本发明还公开了一种治疗计划系统。本发明通过引入深度索引模型，增加了剂量适形度，增加了对肿瘤的局部控制，减少对周边健康组织的损伤，提高了治疗效果。
文档编号G06F19/00GK102063569SQ20101061226
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者刘启平, 卿侯 申请人:深圳市海博科技有限公司