CN102436006B - 监测身体积累的辐射剂量 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及监测身体积累的辐射剂量。本发明涉及在采集至少一个放射图像期间监测作为或已经作为受辐射照射的受检者的身体或身体的一部分积累的辐射剂量的方法，其中：处理由此采集的图像来确定身体或身体的一部分的3D模拟，采用重构的3D图像的该模拟识别成像身体或身体的一部分的不同要素；计算在已经作为该图像采集的受检者的所述身体或所述身体的一部分中积累的辐射剂量的分布，关于以下三点来进行所述计算：其中能够识别身体或身体的一部分的不同要素的该3D模拟，应用于该3D模型的物质与辐射之间的相互作用的理论模型，表征在采集这些图像期间发射的辐射并且在采集图像期间存储在存储器中的参数。本发明还涉及一种计算机程序，其包括能够实现所述方法的代码指令，以及一种医学成像系统。

Description

监测身体积累的辐射剂量
技术领域
本发明涉及通过辐射进行医学成像的领域。更具体地本发明涉及估计和监测当采集图像时身体或其某些器官所受到的辐射剂量。本发明尤其在实时监测介入射线照相期间患者所受到的辐射剂量方面具有特别应用。
背景技术
已知受检者或其器官受X-射线剂量的照射产生两个类型的效应：
-长期、随机效应(癌症风险)与患者在一生中所积累的剂量相关。从这个角度来看，任何辐射剂量必定被对患者的益处所抵消。
-在照射(灼伤)后的数小时、数天、数周的短期效应与短时间内非常高的剂量的照射相关。
然而，通过辐射进行成像可以使受检者的身体或其某些部分受辐射剂量照射，该辐射剂量在采集与采集之间变化非常大，特别与选择的照射角度相关。
另外，辐射、尤其是X射线-辐射与人体的骨骼或组织的相互作用非常不同，这妨碍了对身体给定部分仍然可以受到照射的辐射水平的简单确定。
因此需要有使用户能够在采集一个或多个放射图像期间估计由身体或由身体的不同部分接收的辐射剂量的分布的工具。
还期望的是，在采集新图像期间，避免在身体的一些区域中或在一些器官中积累过高的辐射剂量，并因此能够限定随后图像的采集条件从而允许身体中积累的辐射剂量的最优化。
已经知道允许估计身体积累的辐射剂量的分布的方法。然而，该已知方法使用例如均质圆柱体模拟，并且不允许考虑涉及每个受检者的或构成身体的不同器官的形态的特异性。
发明内容
本发明提出了一种在采集至少一个放射图像期间监测由作为或已经作为受辐射照射的受检者的身体或身体的一部分积累的辐射剂量的方法，其中：
-处理由此采集的图像来确定身体或身体的一部分的3D模拟，采用重构的3D图像的该模拟识别成像身体或身体的一部分的不同要素，
-关于：
·在其中可以识别身体或身体的一部分的不同要素的该3D模拟，
·应用于该3D模拟的物质与辐射之间的相互作用的理论模型，
·表征在采集这些图像期间施加的辐射并且在采集图像期间存储在存储器中的参数，
来计算在已经作为该图像采集的受检者的所述身体或所述身体的一部分中积累的辐射剂量的分布。
本发明还提出了一种计算机程序，其包括在所述程序被计算机读取时能够实现提出的方法的代码指令；以及计算机程序产品，其包括存储在能够由计算机读取的介质上的代码指令，并且包括在所述程序由计算机读取时，能够实现该方法的不同步骤的部件。
本发明进一步提出了一种医学成像系统，其包括计算机，该计算机包括程序化的部件来实现该方法。
附图说明
本发明的其他特性、目的和优势将通过下列描述变得明显，下列描述仅仅是说明性的并且是非限制性的，并结合附图进行阅读，其中，
-图1是成像装置的示意图，
-图2图示了遵照本发明能够用图1中的装置实现的方法的示例的步骤，
-图3和4图示了其他两个可能实施例。
具体实施方式
回想成像装置的结构
图1示意性地图示了C形臂成像装置。
它包括：
-台架100，受检者110安置在其上，
-发射源120(例如，X射线源)，设置在C形臂130的一端，
-探测器121(例如数字传感器阵列)，面对该发射源120安置，在台架100和受检者110的另一侧上，并由C形臂130的另一端所承载。
C形臂130相对于台架100是可动的。它可以倾斜以允许不同的照射角度。它还可以沿台架纵向移动。
在其他实施例中，或者为了补充C形臂130的移动性，台架100是可动的，来在不同移动中提供更大的灵活性。
装置还包括计算机140或计算机组，其接收由探测器121采集的图像，并程序化来处理这些图像，以及执行下文参照图2以及下列等等描述的步骤。
该计算机可以另外与显示部件150结合，来显示该处理的结果。
实施例的示例
图2中，在第一步骤10，在经受程序的患者周围采集初始2D图像期间身体110或者其一部分被照射少量辐射剂量。
在第二步骤20，关于这些2D图像，计算机140计算已经作为这些图像采集的受检者的受检者或其一部分的3D模拟，并处理该3D模拟来产生已经被采集了图像的身体或身体的一部分的3D模型。
所应用的处理过程使用本身已知的分割和重构技术。
在3D模型中还识别患者身体的不同要素或器官(例如骨骼，肉，心脏，肝脏、肺脏)。
因此从而产生的3D模型考虑形成受检者的身体的不同要素的密度中的差异，且不限于简化为具有均质密度的简单几何形状的模拟。
所述3D模拟可以例如采用在文章“3Dreconstructionofthehumanribcagefrom2Dprojectionimagesusingastatisticalshapemodel(人胸腔使用统计形状模型从2D投影图像的3D重构)；JaldaDworzak等，IntJCars(2010)5：111-124”中描述的方式获得。
特别地，利用该出版物中提出的技术，患者的身体采用3D重构，从而避免旋转采集，如果这样的旋转需要除标准检查之外的X-射线剂量，并且为该目的使用在检查期间自然采集的图像。
例如，在介入心脏病学中，在诊断阶段期间，在围绕患者身体的某组角度上采集2D图像。在有限数量的视图中的这些图像由计算机140处理，其重构解剖结构，该解剖结构的例如统计形状模型是可获得的。
在步骤30，对于从而获得的3D模拟，计算机140应用先前存储的、患者体内的辐射吸收和扩散的理论模型。关于该3D模拟、该理论模型以及有关图像采集的条件的一定数量的额外数据，它计算在患者的不同部分中积累的剂量的分布。所述理论模型例如具有在使用Geant4软件来模拟和仿真光子与物质的相互作用的许多最近研究中所描述的类型，例如：
“PerformanceofGEANT4indosimetryapplcations：CalculationofX-rayspectraandkerma-to-doseequivalentconversioncoefficients(GEANT4在剂量测定应用中的性能：X射线光谱和比释动能到剂量等价转换系数的计算)；CarlaC.Guimaraes，MauricioMoralles，EmicoOkuno；RadiationMeasurments43(2008)1525-1531”。
考虑并且应用于该模型的参数是例如：
-发射特性(电压以kV计，强度以mA计)，
-发射管的性质，
-发射的焦斑的尺寸，
-考虑中的受检者的身体的自身性质，尤其是受检者的骨骼中不同器官的密度和不同特性。
这里将注意到，该步骤并不需要任何额外的捕捉仪器，其意味着继续使用具有与常规成像装置的结构大致上相似的结构的用于实现该方法的装置是可能的，其中计算部件除外。
例如通过只考虑吸收的辐射，或还考虑X-射线扩散可以获得若干水平的精度。
在步骤40，计算机140命令显示从而获得的积累剂量的3D映射，这典型地通过呈现具有对应于不同水平的积累辐射剂量的分级颜色的3D图像来进行。
可以给予受检者体内X-射线剂量的分布的该确定若干用处。
例如，它可以用于继受检者照射后验证该照射已经通过不过度照射受检者的身体的某些部分而对受检者安全地实施。
它还可以用于确定用于随后照射的最佳照射方向，以便不使受检者身体的一些部分受过度辐射剂量照射。
该模拟可以对每个新采集的2D图像更新。积累剂量的分布然后可以可选地重新计算。
实施例的其他示例
如将要理解的，这里所采用的情况是其中处理来确定3D模拟并且尤其是第一个3D模拟的图像是介入程序期间采集的2D图像。
明显地，作为模拟的处理的变化形式并为了识别患者身体的不同要素和器官，想象在例如CT或MRI的程序之前采集的3D图像的使用也是可能的。
处理以使随后采集的图像适应初始3D图像则显然是必要的。
并且，如由图3中的示例图示的，提供额外的最优化步骤50是可能的，其由确定最适合的照射方向以便不使受检者身体的一些区域受过高的X-射线剂量照射构成。
与之前描述的确定步骤30相似，最优化步骤50考虑许多参数，可在下面提到这些参数：
-它期望发射的X-射线的特性，
-X-射线发射管的性质，
-发射焦斑的尺寸，
-受检者的身体的性质，尤其是受检者不同器官和骨骼的密度和不同性质。
另外，该最优化步骤50考虑了受检者中的感兴趣区域，换言之，期望对其进行精确模拟的那些区域，典型地在医学成像情况下的内脏器官或身体的一部分。
这些感兴趣区域或者关于在第一应用步骤10期间发射的X-射线自动确定，例如通过确定在该第一应用步骤10期间发射的X-射线束的交叉，或者它们由操作员典型地在控制X-射线发射装置的装置上指定。
最优化步骤因此将确定最适合于在受检者身体的不同区域上采用大致上统一和均质的方式分布辐射剂量的方向，同时获得感兴趣区域的精确模拟。
该最优化步骤可以使用以便使X-射线发射装置自动化。对于例如冠状动脉的成像，很少的角度允许系统来确定C形臂所安置的空间中的一组位置，使得动脉的投射收缩的可视化效果被最小化。
利用在由GE医疗的“Computer-assisteedpositioning-Compas”中描述的，还在文章“Optimizingcoronaryangiographicviews；GFinet，JLiénard；TheInternationalJournalofCardiacImaging；Volume11，Supplement1/March，1995”中描述的系统，尤其使其成为可能。
基于该原理，计算机140确定并在屏幕上显示该组视图中已经达到的剂量。它还为下列角度选择提出的视图，注意：
-由Compas型程序识别的一组感兴趣的角度，
-禁止在解剖的给定部分上特定最大剂量的积累，
-通过寻找接近当前工作角度的角度。
可以在每次发射前增加由操作者的确认步骤，使得照射程序依然处于有资格人员的监督下。
还将注意到利用给予计算机140的有关不同发射辐射的不同数据，计算机计算患者体外(例如在放射室中)的辐射扩散的估计，并且显示该信息的描绘(该室的映射)供该室中的医生和助手使用，这也是可能的。
图4图示方法的另一个变化形式，其中最优化步骤50被仿真步骤60取代，其向装置的操作者指示如果受检者在给定条件下(例如在给定的方向)受到照射，将获得的受检者的身体中的X-射线剂量的分布。
作为使用该变化形式的示例，可以列举该情况，其中继最初三个步骤10、20、30之后，X-射线发射系统由装置的操作者移动使它朝向给定的方向，在该情况下装置将从受检者的照射方面指示这样的取向的后果，或者就在该给定方向照射之后更加精确地指示受检者的身体中的X-射线剂量的随后分布。
这些最优化50和仿真60步骤都可以由计算机实现，该计算机可或可不与用于实现受检者模拟和受检者的身体中的X-射线剂量的分布的确定的步骤的一个或多个计算机相同。
相似地，该计算机可以与显示部件结合，例如允许最优化下限定的方向的图示，或仿真下的受检者的身体中的X-射线剂量的分布的图示，使得操作者随后能够确定如何进行受检者的X-射线照射。
部件列表
100 台架 10 受辐射照射
110 受检者 20 身体的模拟
120 发射源 30 积累的剂量的分布的计算
121 探测器 40 3D映射的显示
130 C形臂 50 最优化步骤
140 计算机 10 受辐射照射
150 显示部件 20 身体的模拟
10 受辐射照射 30 积累的剂量的分布的计算
20 身体的模拟 40 3D映射的显示
30 积累的剂量的分布的计算 60 分布的仿真
40 3D映射的显示

Claims (11)

1.一种在采集至少一个放射图像期间监测受辐射照射(10)的受检者的身体或身体的一部分中积累的辐射剂量的方法，其中：
-处理(20)该采集的图像来确定所述受检者身体或所述身体的一部分的3D模拟，采用3D重构的图像的该模拟识别所成像身体或身体的一部分的不同要素，包括：
·对所述受检者身体或所述身体的一部分的不同要素进行3D模拟，
·对于该3D模拟应用的物质与辐射之间的相互作用的理论模型，
·使用在采集这些图像期间的发射辐射并且在采集所述图像期间存储在存储器中的参数来计算(30)已经作为该图像采集的受检者的所述身体或所述身体的一部分中积累的辐射剂量的分布。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在新的采集前，进一步包括以下步骤：确定在新图像的不同采集条件下积累的剂量的分布的仿真(60)，以便选择用于采集新图像的至少一个最优化条件。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定对于不同方向的辐射发射的所积累的剂量的分布的仿真(60)。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对每个新采集的图像更新3D模拟。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所积累的剂量的分布也重新计算。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于确定所述3D模拟或第一个3D模拟所处理的图像是介入期间采集的2D图像。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于确定第一个3D模拟的3D模拟所处理的至少一个图像是在介入前先采集的3D图像。
8.如权利要求4和7中任一项所述的方法，其特征在于，随后采集的图像被处理以适应先前采集的3D图像。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，显示(40)在已经作为该图像采集的受检者的所述身体或所述身体的一部分中所积累的辐射剂量的分布的3D表示。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还计算所述受检者体外的X-射线扩散的估计，并显示该估计的表示。
11.一种医学成像系统，其包括：
-台架(100)，
-辐射发射装置(120)和相面对的采集装置(121)，其设置在一相同支架(130)上，所述支架相对于该台架(100)能移动，
-用于处理(20)采集的图像来确定受检者身体或所述身体的一部分的3D模拟，采用3D重构的图像的该模拟识别所成像身体或身体的一部分的不同要素的装置，包括：
·用于对所述受检者身体或所述身体的一部分的不同要素进行3D模拟的装置，
·用于对于该3D模拟应用物质与辐射之间的相互作用的理论模型的装置，
·用于使用在采集这些图像期间的发射辐射并且在采集所述图像期间存储在存储器中的参数来计算已经作为该图像采集的受检者的所述身体或所述身体的一部分中积累的辐射剂量的分布的装置。
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