专利名称：剂量-体积核生成的制作方法
剂量_体积核生成下文总体涉及确定用于计算患者体内的预期吸收剂量分布以规划放射疗法治疗 的剂量-体积核，并且对其的描述是结合了单光子发射计算机断层摄影(SPECT)扫描器 给出的。但是，下文同样适用于其他医疗成像和非医疗成像应用，例如正电子发射断层 摄影(PET)和/或其他应用。靶向放射性核素疗法(TRT)已经被用在了各种疾病，例如，非霍奇金斯淋巴瘤 和神经内分泌肿瘤的治疗当中。一般来讲，TRT涉及向患者施用治疗同位素(诸如抗体 或肽的带有放射性核素标记的细胞特异性的试剂)，以杀死对应于特定细胞类型的特定组 织，例如肿瘤。所述细胞特异性的试剂或载体有选择地寻找出这样的细胞，而放射性核 素则发生衰变，发射出诸如β粒子的致死放射线，其穿行数毫米，与组织相互作用，并 杀死或破坏组织。治疗的成功通常依赖于感兴趣组织所吸收或摄取的放射活性的量以及 放射活性保持局限在该组织处的时长。由于有可能利用诊断核同位素(单光子或正电子 发射体)标记载体分子，因而能够利用SPECT或PET扫描器扫描患者从而在规划阶段获 得有关放射活性的信息。诸如碘-131的一些同位素既是β发射体又是光子的发射体， 因而有可能实施治疗，并看到提供治疗的辐射。令人遗憾的是，所发射的辐射还会和感兴趣组织之外的组织相互作用并杀死这 些组织。因此，希望在规划阶段(发生在施用治疗之前)确定患者体内的预期的吸收剂 量分布，以便预测出对靶细胞的治疗效果和对其他细胞的潜在副作用。常规地，使用由 SPECT或PET扫描器生成的图像数据确定预期的吸收剂量分布，所述图像数据定量地提 供了准确的活性信息。更具体而言，出于放射治疗规划目的，向患者施用诊断同位素， 例如带有SPECT或PET标记的细胞特异性试剂，并对患者进行扫描。一种从核图像数据 确定内部剂量分布的技术是3D体素化S值法，其包括下述处理步骤。在所得到的图像数 据中定义三维剂量计算网格，并针对网格中的每个体素确定放射性衰变总数的估值。可 以通过下述方式实现这一目的针对每一体素，在一时间周期内重复扫描，之后对该时 间周期内的数据积分，并将该值除以所注入的诊断活性的量，以生成滞留时间图，该图 提供了对于所述时间周期每个体素中每个注入诊断活性的衰变总数的指示。已经通过使对应的滞留时间图与三维阵列卷积确定了每个体素的预期吸收剂量 分布，所述三维阵列描述了由于源体素中的放射活性的量而在相邻体素中被吸收(沉积) 的剂量。文中将这一阵列称为剂量-体积核(DVK)，其是特定同位素、体素的组织物质 和体素尺寸的函数。对于具有几毫米量级的短衰变粒子量程的同位素以及2到10毫米的 体素维度而言，由7X7X7个体素构成的DVK或者更小的DVK通常就足够了。为了计 算精确的内部剂量分布并且能够由其导出有意义的临床结论，所使用的DVK必须是准确 的。常规地，在规划之前使用Monte-Carlo技术预先计算适当准确的DVK。令人遗憾的 是，这样的方式可能具有时间密集性(在小时量级)，而且每个预先计算的DVK都对应 于特定的体素尺寸(空间分辨率)。因此，Monte-Carlo技术并不能很好地适用于DVK 的即需生成，例如，当在规划过程中需要DVK来计算预期吸收剂量分布时生成。此外， 必须预先计算并存储针对每个感兴趣同位素、每类感兴趣组织以及每个感兴趣体素尺寸的DVK，这可能需要高计算工作量和大存储空间。本申请的各个方面解决了上述问题和其他问题。根据一个方面，一种放射规划系统包括剂量体积核确定器和预期吸收剂量确定 器。剂量体积核确定器生成针对剂量计算网格中的多个体素中的每个的剂量体积核。每 个剂量体积核均以径向剂量分布和针对希望的体素尺寸的模板函数为基础。预期吸收剂 量确定器(124)基于剂量体积核确定针对多个体素中的每个的预期吸收剂量分布。另一方面，一种方法包括针对希望的体素尺寸生成模板函数，其中，所述模 板函数包括该体素尺寸所特有的几何信息；检索径向剂量分布，其中，径向剂量分布函 数将由于治疗同位素的点源而得到的吸收剂量表示为与点源的距离的函数；以及根据所 述模板函数和所述径向剂量分布生成剂量体积核。另一方面，一种方法包括提示用户给出体素尺寸；通知用户没有对于该体素 尺寸的剂量体积核；接收来自用户的指示所要生成的模板函数的类型的输入；基于体素 尺寸生成模板函数；获得径向剂量分布；以及根据模板函数和径向剂量分布生成剂量体 积核。在阅读并理解了下述详细描述的情况下，本领域普通技术人员将认识到本发明 的其他方面。本发明可以实施为各种的部件或部件布置，以及通过各种的步骤或步骤安排。 附图仅用于图示说明优选实施例，不应被认为对本发明构成限制。
图1图示了与医疗成像系统结合的放射规划系统；图2图示了示例放射规划系统；图3图示了示例径向剂量分布函数；图4图示了示例模板函数；图5图示了使用随机法确定模板函数的示例技术；图6图示了一种方法。参考图1，放射治疗规划(RTP)系统100能够生成针对患者部位的预期吸收剂量 分布用于治疗规划。RTP 100系统能够使用图像数据，所述图像数据由单光子发射断层摄 影器(SPECT)、正电子发射断层摄影器(PET)和/或一种或多种基于其他发射的扫描器 生成，这些扫描器为了放射治疗规划和/或其他目的生成指示患者体内吸收的放射活性 的数据。此外，出于一些包括核医疗数据的配准、风险器官的分割等的目的，对来自诸 如χ射线CT或MRI的器械的其它图像数据的使用也是可能的。出于清楚简明的原因， 下文结合SPECT系统101描述了 RTP系统100的非限制性实施例。SPECT系统101包括至少一个伽玛放射敏感探测器，例如伽玛照相机102i和 1022。在所图示的实施例中，伽玛照相机102i和1022相对于彼此以大约九十(90)度的 角度设置。在另一实施例中，使用该范围之外的角度。将伽玛照相机102配置为绕纵轴 或ζ轴围绕检查区域104旋转以获得多个投影角或视图。也可以将伽玛照相机102配置 为相对于纵轴切向平移。使用一个或多个驱动使伽玛照相机102发生旋转和/或平移。伽玛照相机102中的每个包括准直器106和光传感器阵列108。准直器106包括 多个开口并使得位于检查区域104中的从放射性同位素110发出的伽玛光子准直。光传 感器阵列106包括与光电倍增管(PMT)或半导体光探测器的阵列光通信的闪烁体。在另一实施例中，光传感器阵列106包括直接转换探测器或者其他种光敏探测器。随着伽玛 照相机102的旋转，闪烁体检测穿过准直器开口的伽玛光子，并响应其产生光，光传感 器阵列生成指示所检测到的伽玛光子的投影数据。重建器112重建所述投影数据，以生成指示从检查区域104发出的放射性同位素 的分布的体积图像数据。计算机起着操作员控制台114的作用，并包括诸如监视器或显 示器的人可读的输出装置以及诸如键盘和鼠标的输入装置。驻留在控制台114上的软件 允许操作员(例如)经由图形用户界面(GUI)来控制系统101的操作。对象支撑物116 支撑处于检查区域104中的诸如人类患者的对象。为了放射治疗规划，向患者施用标记以诸如111InGH-Ill)的SPECT诊断同位素 的试剂，并在一定的时间间隔内相对于试剂的施用时刻在很多不同的时刻，利用扫描器 101对患者进行扫描。从每次扫描得到的图像数据指示扫描时患者体内放射活性的量或浓 度。将所述图像数据提供给RTP系统100。RTP系统100的预期吸收剂量确定器124基于由来自扫描器100的图像数据导出 的对于每个体素的滞留时间图和描述放射性源体素周围的剂量沉积的对于每个体素的剂 量-体积核(DVK)来确定多个体素中的每个的预期吸收剂量分布。通过使相邻源体素对 一体素做出的预期吸收剂量贡献相加来确定该体素的总预期吸收剂量。滞留时间图(residence time map)发生器120生成针对每个体素的滞留时间图。 滞留时间图指示在扫描时间间隔内单位注入的活性量在对应的体素中的衰变总数。在一 种情况中，滞留时间图发生器120通过在所述时间间隔内对一体素内的活性积分导出该 体素的滞留时间图。剂量-体积核(DVK)确定器122确定DVK，如上文所述，DVK是 体素尺寸、感兴趣同位素和感兴趣组织的函数。可以预先计算或者在规划期间即需计算 DVK,如下文中将更为详细描述的。用户界面(UI) 126允许用户和RTP系统100彼此交互。这样的交互可以包括交 换用于促进预期吸收剂量图的确定的信息。在一种情况下，如文中所述在规划期间即需生成DVK缩短了 DVK计算时间和 /或提高了 DVK灵活性，同时提供了通过由Monte-Carlo技术生成DVK实现的准确性。 此外，根据预先计算的或者以交互式剂量计算所需的速度即需计算的模板函数，可以在 运行中计算出在任何希望体素尺寸的DVK。接下来将结合图2-5提供对RTP系统100的示例性实施例的更为详细的描述。 首先参考图2，DVK确定器122基于径向剂量分布和适当的模板函数确定用于预期剂量分 布计算的DVK。在一种情况下，DVK确定器122通过使用模板函数对径向剂量分布采 样到希望的体素尺寸(分辨率)来确定特定体素的DVK。例如，可以使用下述积分计算 体素(i，j，k)的 DVK:
权利要求
1.一种放射治疗规划系统(100)包括剂量体积核确定器(122)，其确定针对剂量计算网格中的多个体素中的每个的剂量体 积核；其中，所述剂量体积核中的每个基于径向剂量分布和针对特定体素尺寸的模板函 数；以及预期吸收剂量确定器(124)，其基于所述剂量体积核确定针对所述多个体素中的每个 的预期吸收剂量分布。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述模板函数包括所述体素尺寸特有的几何信 息，并且所述模板函数基于所述体素尺寸来选择。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述径向剂量分布作为与治疗同位素的点源的 距离的函数表示由于所述点源而产生的吸收剂量。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述模板函数是足以用于具有等长度边的参考 尺寸立方体素的尺寸的可缩放的立方模板函数，其中，所述模板函数被缩放到所述体素 尺寸。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述模板函数包括针对小于最小体素尺寸的立 方体素的立方体素模板函数的加和，其中，将所述立方体素模板函数相加以生成针对至 少所述最小体素尺寸的较大体素的单一模板函数。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述较大体素不是立方的。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述模板函数是三个一维模板函数的加和。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述三个一维模板函数中的每个的形状为三角 形函数。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述模板函数是三个单一维度概率密度函数的 联合概率密度函数。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括模板函数确定器(214)，其基于随机采样生 成所述模板函数。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述模板函数表示分别在源体素和靶体素中 随机放置的起点和终点之间的距离的归一化出现率。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，在规划期间生成所述模板函数。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述剂量体积核确定器(122)即需确定所述 剂量体积核，即，所述剂量体积核不是预先计算的，而是在需要其来确定所述预期吸收 剂量分布时计算的。
14.一种方法，包括生成针对特定体素尺寸的模板函数，其中，所述模板函数包括所述体素尺寸特有的 几何信息；检索径向剂量分布，其中，所述径向剂量分布函数作为与治疗同位素的点源的距离 的函数表示由于所述点源而产生的吸收剂量；以及基于所述模板函数和所述径向剂量分布生成剂量体积核。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括基于所述剂量体积核和滞留时间图来生成针 对所述治疗同位素的预期吸收剂量分布。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括使用所述模板函数通过将所述径向剂量分布 采样到对于所述体素尺寸的体素网格，来生成所述剂量体积核。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括在放射治疗规划期间生成所述模板函数。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括预先计算并存储所述模板函数，以用于后续 的放射治疗规划。
19.根据权利要求14所述的方法，还包括在放射治疗规划期间生成所述剂量体积核。
20.根据权利要求14所述的方法，还包括在需要所述剂量体积核来生成预期吸收剂量 分布时，即需生成所述剂量体积核。
21.根据权利要求14所述的方法，其中，所述模板函数是具有足以用于参考尺寸立方 体素的尺寸的立方模板函数，所述方法还包括将所述模板函数缩放到所述体素尺寸。
22.根据权利要求15所述的方法，还包括将多个较小立方体素模板函数相加以生成针 对较大体素的单一模板函数，所述较大体素的至少一条边的长度大于个体立方体素的边 长。
23.根据权利要求15所述的方法，还包括将三个一维模板函数相加以生成三维模板函数。
24.根据权利要求15所述的方法，还包括通过随机采样生成所述模板函数，其中，所 述模板函数是分别在源体素和靶体素中随机放置的起点和终点之间的距离的直方图。
25.—种方法，包括提示用户给出体素尺寸；在针对所述体素尺寸没有剂量体积核时通知所述用户；接收来自所述用户的指示所要生成的模板函数的类型的输入；基于所述体素尺寸生成所述模板函数；获得径向剂量分布；以及生成针对所述体素尺寸的根据所述模板函数和所述径向剂量分布的剂量体积核。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括基于所生成的剂量体积核生成对于治疗同位 素的预期吸收剂量。
27.根据权利要求25所述的方法，还包括提示所述用户给出用于通过随机采样生成所 述模板函数的大量起点和终点。
28.根据权利要求25所述的方法，还包括提示所述用户给出用于确定适当数量的起点 和终点的阈值误差值，其中，所述适当数量的起点和终点用于通过随机采样生成所述模 板函数。
全文摘要
一种放射规划系统包括剂量体积核确定器(122)和预期吸收剂量确定器(124)。剂量体积核确定器(122)生成针对剂量计算网格中的多个体素中的每个的剂量体积核。每个剂量体积核基于径向剂量分布和针对特定体素尺寸的模板函数。预期吸收剂量确定器(124)基于剂量体积核确定对于多个体素中的每个的预期吸收剂量分布。
文档编号G06F17/18GK102015024SQ200980114451
公开日2011年4月13日 申请日期2009年3月20日 优先权日2008年4月24日
发明者A·格迪克, B·施魏策尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司