CN103189106B - 一种对光纤的作用进行建模的装置、用于规划通过光动力学治疗对患者的处置的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种辅助方法（200），所述辅助方法（200）用于针对患者的使用光动力治疗进行的处置的规划，在所述光动力治疗期间，预定的光敏物质必须被施予给所述患者并且之后通过若干光纤接受预定波长的光照，所述光纤能够根据相对于短程疗法网格的位置、在插入长度上引入到所述处置区域。所述方法通过体积重建执行处置区域的体积的测量（230），所述体积重建通过直接输入到处置区域的一系列数字图像上的轮廓的数字处理进行；然后通过计算确定（250）使用的光纤的数量、光纤相对于短程治疗网格的位置和和它们的插入长度，这优化了使用所测量的检测区域体积计算的总理论作用体积的相应性，所述总理论作用体积是基于每条光纤的位置、以及与圆柱体积相对应的光纤的基础理论作用体积来计算的，所述圆柱具有预定作用半径R和与光纤的插入长度相对应的高度。本发明也涉及一种光纤的作用半径的建模方法（100），所述建模方法（100）使用以下两者之间的关联：根据对患者临的多个床实验的实际坏死区域的测得体积，从与在临床实验中使用的同样的参数集和光纤的基础理论作用体积计算的不同理论体积。

Description

一种对光纤的作用进行建模的装置、用于规划通过光动力学 治疗对患者的处置的装置
技术领域
本发明涉及一种对光纤的作用进行建模的装置 以及 一种用于规划通过光动力学治疗对患者的处置的装置。
背景技术
光动力治疗，或PDT是这样的一种治疗：其包括施予光敏物质，所述光敏物质优先地结合到组织，例如肿瘤细胞，并且之后使用具有合适的波长、能够激活所述光敏物质的光源照射所述组织，所述光敏物质因而在原位释放纯态氧或自由基，所述纯态氧或自由基是高反应性的并且快速氧化邻近组织，从而通过细胞凋亡（程序性细胞死亡）或通过令供给肿瘤细胞的血管缺血（瞄准血管的光动力治疗技术或VTP）令癌细胞死亡。这样产生的氧自由基种类通常具有低的覆盖和很短的存在时间，这使得它们的毒性效应是非常局域化的。PDT技术能够处置如特定癌症或AMD（老年黄斑变性）的疾病。
最近，几项研究表明，PDT是一种用于通过将光敏物质与特定激光器及专用光纤组合来处置前列腺癌的有效备选。
因此，本申请公司已经研究了多种光敏剂，特别是WST-09，或以及更近期的WST-11，在专利申请WO 2004045492和EP 1137411中进行了描述，其已经被证明特别适于处置前列腺癌。
在前列腺癌的情况中，所述光敏产品首先通过静脉注射施予给患者以供由癌细胞捕获。在这一阶段，药品保持非激活状态，直到将它暴露于适当波长的光。
之后，通过为在超声指导下定位的若干光纤供给的激光器，施加所述光。因此，将能够由激光供能的若干光纤引入前列腺中。用在短程治疗中的类型的外部网格允许外科医生在前列腺内准确地并且相对于彼此定位为多种光纤。更准确地说，这样的网格包括根据具有已知间隔的若干行和若干列的矩阵布置在单个平面上的多个孔。例如，在图1中示出的短程治疗网格1包括以0.5mm的间隔分开的十三行和十三列的矩阵，其具有位于行和列的每个交叉点处的交叉孔，例如孔2位于列“F”和行“5”的交叉点处。将每个光纤（没有在图1中示出）通过孔垂直于外部网格引入，直到它进入待处置的前列腺的区域。使用连接到控制监视器的探头的超声引导允许外科医生在监视器的屏幕上观察前列腺并且以给定的穿透深度将每个光纤引入。
为了有效的处置，使用的光纤的数量、它们在短程治疗网格的特定孔中的位置和每个光纤在处置区域中的引入长度必须针对每个患者准确地确定。特别在前列腺处置的情况中，个体处置规划是必要的，因为构成光纤数量、它们的位置和引入长度的不同参数，会根据前列腺的性质，癌症肿瘤的位置和治疗选项（焦点处置，半消融等），在不同患者之间明显不同。
特别是从文献“Treatment and planning and dose analysis forinterstitial photodynamic therapy of prostate cancer”，Sean RH Davidson et al,Phys.Med. Biol.54（2009）2293-2313，已知一种软件产品，所述软件产品用于实现针对规划通过前列腺的光动力学治疗的处置的辅助程序，以确保患者接收对于靶区域或处置区域的充足的照射剂量，同时将由周围非靶区域接收的照射剂量最小化。在该文献中，所述规划是基于在前列腺和周围区域中光分布的预测的，并且更具体而言，是基于通过使用有限元的求解方法解光散射的方程的。由于与这样建模的光敏物质相关联的光纤的作用，所述规划包括寻找建模这样的配置（特别是光纤的数量和光纤相对于短程治疗网格的位置）：对于所述配置，所建模的光分布最适合患者处置。
这种规划方法的主要缺点在于建模中涉及的复杂的数学计算。因而，基于配置的参数，获得规划结果的总时间可以超过几个小时。由从业者（放射科医生或外科医生）做出的调整必须迭代地手动执行，直到获得与期望相符的光分布。
这种方法在应用时存在显著的困难：在前列腺内探头的引入，之后光纤的引入，显著改变了前列腺的形状和体积，并且影响规划、模型的一致性，所述模型支持光纤相对于目标（处置区域）的相对位置。
因为计算所需的时间，对在处置（通过超声探头）时实际记录的参数进行调整是不现实的。
因此，尚没有已知的这样的对光纤的作用建模和辅助PDT处置的规划中的方法：其简单到差不多自动地递送针对每个患者的在PDT处置中使用的参数的优化的配置，并且几乎不需要从业者干预。
发明内容
本发明具体地意欲通过提出，一方面，由计算机实现的、基于简单计算的建模工具，以及另一方面，也由计算机实现的规划工具，来克服已知方法的缺点，所述规划工具对于从业者是易于使用的，并且能够快速地，通常在几分钟内递送为每个患者量身定做的，为从业者优化使用的光纤数量和光纤的长度和位置（相对于像在短程治疗中使用的外部网格）的规划。
为了这一目的，本发明涉及一种计算机实现的、光纤的作用的建模方法，所述光纤要在通过光动力学治疗的患者处置中使用从而以预先定义的波长在处置区域内光纤的；上照射所述处置区域，从而激活施予给所述患者并且出现在那个处置区域中的之前定义的光敏物质，所述方法的特征在于：其包括通过圆柱的基础理论作用体积对所述光纤的基础理论作用体积建模，所述圆柱具有作用半径R和与所述插入长度相对应的长度L，以及确定与实际坏死区域的测得体积相关的所述作用半径R，所述确定根据使用与至少一个光纤相关联的所述光敏物质执行在不同患者上的多个临床试验进行，每个临床试验与对应于所述临床试验的实际条件的参数集相关联，所述参数集至少包括使用的光纤的数目、它们相对于短程治疗网格的位置以及在所述处置区域中的每个光纤的插入长度，其中，从相同的参数集以及所述基础理论作用体积计算理论作用体积。
所述建模方法优选地包括下列步骤：
-通过针对每个患者在数据库中存储第一数字文件、第二数字文件以及与临床试验的实际情况相对应的参数集，根据所述临床试验构建计算机数据库，所述第一数字文件与所述临床试验前的所述处置区域的系列数字图像相对应，所述第二数字文件与所述临床试验后的所述处置区域的系列数字图像相对应；
-根据所述第一数字文件和第二数字文件针对所述数据库中的每个患者，测量所述临床试验期间的实际坏死区域的体积；
-针对所述数据库中的每个患者，根据所述参数集和光纤的基础理论作用体积计算总理论作用体积；
-通过将针对所述数据库中的每个患者计算的总理论作用体积与所述实际坏死区域的测量的体积相关，确定光纤的作用半径R。
所述第一数字文件和第二数字文件的数字图像的系列分别与处置前和处置后的所述区域的横截面图像相对应。
所述数字图像为，例如，磁共振图像或超声图像。
在优选的实现方式中，测量所述坏死区域的体积的步骤实际包括以下步骤：
-在显示于计算机屏幕上的计算机图形用户接口上加载和显示第二计算机文件的系列图像；
-通过在显示于所述计算机屏幕上的所述系列的每个图像上直接输入，对所述实际坏死区域进行轮廓绘制；
-通过体积重建，测量所述实际坏死区域的体积，所述体积重建是根据输入轮廓的数字处理的。
本发明也涉及在通过光动力学治疗对患者的处置的规划中的一种辅助方法，所述光动力学治疗使用与上述建模方法相同的原则。更具体而言，一种计算机实现辅助方法，其用于对通过光动力学治疗进行的患者处置的规划，在所述光动力学治疗中，预定的光敏物质必须被施予给患者并且之后通过若干光纤接受在预定波长的照射，所述若干光纤被设计用于根据相对于短程治疗网格的位置以一段插入长度引入所述治疗区域，所述辅助方法特征在于，其包括以下步骤：
-在显示于计算机屏幕上的计算机图形用户接口上加载和显示与系列数字图像相对应的数字文件；
-通过在显示于所述计算机屏幕上的所述系列的每个图像上的直接输入，对所述处置区域进行轮廓绘制；
-通过体积重建测量所述实际坏死区域的体积，所述体积重建是根据输入轮廓的数字处理的；
-显示和定位叠加在所述系列的每个图像和输入的对应轮廓上的所述短程治疗网格的平面表示。
-通过计算确定使用的光纤数量、它们相对于所述短程治疗网格的位置和它们的插入长度，这优化了计算的总理论作用体积和测量的所述处置区域体积的对应，所述总理论作用体积是基于每个光纤的位置和与圆柱体积相对应的基础理论作用体积来计算的，所述圆柱具有预先确定的作用半径R 和与所述光纤的插入长度相对应的高度。
优选地，根据所述建模方法预先确定作用半径R，所述建模方法是根据建模过程的。
可选地，作用半径R从一组可能值中选择。
在所述辅助方法的优选的实现方式中，通过计算进行的确定步骤使用梯度下降型优化算法，例如，鲍威尔算法。
本发明也考虑计算机程序产品，所述计算机程序产品在计算机上实施时，执行根据本发明所述的建模方法。
最后，本发明涉及计算机程序产品，所述计算机程序产品在计算机上实施时，执行根据本发明所述的规划辅助方法。两个计算机程序产品能够是独立的，或者在单个计算机程序产品内组合。
附图说明
参考附图的，根据以下描述，将会更好地理解本发明的各方面，其中：
-图1，如以上所描述，是外部短程治疗型网格，其用于定位多个针对 PDT处置的光纤；
-图2以简要的形式图示了在本发明的建模方法中实施的步骤；
-图3示出了特定光纤在不同观察角度下，在763nm波长处的发射特征；
-图4示意性地表示了处置前的前列腺横截面的范例，以及在临床试验中有效用于PDT处置的光纤的范例；
-图5示出了磁共振图像的范例，所述磁共振图像示出了在临床试验中的PDT处置后7天获得的前列腺横截面；
-图6示意性地图示了根据光纤集在短程治疗网格上的相对位置，对它们的作用进行建模的原则；
-图7图示了为验证模型执行的多种相关的结果；
-图8示意性地图示了被定位以产生叠加区域的两个光纤；
-图9以简要的形式示出了在根据本发明所述的规划辅助方法中实施的不同步骤；
-图10是代表在根据本发明所述的规划辅助方法的第一阶段后的图形用户接口的计算机屏幕的拷贝；
-图11、12a和12b是代表在根据本发明所述的规划辅助方法的不同阶段的图形用户接口的可视化区域的显示的范例的截图。
具体实施方式
首先，将参考图2，对根据本发明所述的光纤作用的建模方法的各步骤进行详细描述，所述光纤用于在通过光动力学进行治疗的患者的抗癌处置中。也应该强调，这种方法旨在由设计安装于计算机上的软件产品来实现。所述软件产品因此包括若干例程软件，一些涉及到建模中包括的计算或估计的步骤，而其他的更特定地涉及管理图形用户接口和处理信息，所述图形用户接口能够显示在计算机的屏幕上，所述能够由用户经由所述图形用户接口输的信息。
在本研究中，申请人已经验证了与WST-11光敏剂相关联的、针对在 763nm的特定波长下的光纤的使用的建模方法，用于前列腺癌的处置。可以容易地理解，建模的原则，以及由这种建模产生的在规划中的辅助的原则，能够用于光纤和光敏剂的其他组合，并且能够应用于其他器官的处置。
本发明的建模方法本质上基于这样的事实：与光敏剂相组合而考虑的光纤的基础理论作用体积能够通过圆柱的基础理论作用体积建模，所述圆柱具有与光纤的作用半径相对应的半径R、与光纤发射光的长度相对应的长度L。这种模型是基于在不同观察角度下对光纤的发射特征的检查的，如图3中所示。在与不同观察角度相对应的各种曲线的比较中，确实能够看出，在与光纤的纵轴成90°的角度，得到最大密度。因此，申请人寻求了一种方式来基于之前临床试验的结果确定光纤的作用半径R。
申请人的研究已经示出，能够以大于0.8的相关系数建立在下述两者间的仿射关系：
-第一，在使用与至少一个光纤相关联的相同光敏材料在不同患者上执行的临床试验中的实际坏死区域的体积，其中每个临床试验与参数集相关联，所述参数与真实临床试验条件相对应，并且所述参数至少包括使用的光纤的数量、它们相对于短程治疗网格的位置以及每个光纤在处置区域中的插入长度，
-以及第二，从相同参数集和光纤的基础理论作用体积计算的理论作用体积。
因为理论作用体积依赖于光纤的基础理论作用体积，所述基础理论作用体积继而是，具体地，作用半径，因此能够简单地确定作用半径。
参考图2，建模方法100因此包括初级步骤110，在初级步骤110中，建立之前进行的临床试验的结果的数据库，所述临床实验在多个患者上使用相同的光敏材料，以相同的剂量（例如，4mg/kg的WST11）执行，所述光敏材料与我们期望进行建模的至少一个光纤相关联。这种建立包括将每个患者的一个记录存储于所述数据库中，所述记录至少具有如下元素：
-第一数字文件，其与临床试验前的处置区域的一系列磁共振图像相对应，所述一系列磁共振图像优选地是一系列横截面图像；
-第二数字文件，其与所述试验后的所述区域的一系列磁共振图像相对应，所述磁共振图像优选地是在由PDT进行的所述区域处置的几天后的磁共振图像；
-与所述临床试验的实际实现情况相对应的所有参数，其至少包括所使用的光纤的数量、它们在短程治疗网格上的位置以及每个光纤在处置区域中的引入长度。
例如，图4示意性地表示了处置前的具有轮廓3的前列腺的横截面，实际用于讨论中的临床试验中的PDT处置的光纤4，即12个相同的光纤和它们的位置。中心点5示意性地表示了尿道的位置。附近的每个点表示了光纤，数字指示了每个光纤在前列腺中的插入长度。图5示出了由在PDT 处置七天后采集的磁共振图像获得的所述前列腺的相同的横截面。
一旦建立了数据库，就实施程序的步骤120以：基于所述第一数字文件和所述第二数字文件，通过针对数据库中的每个患者（即针对数据库中的每个记录）的测量，来确定在临床试验中的实际坏死区域的体积。
在本发明优选的实施例中，这一步骤120有利地包括第一步骤121，在第一步骤121期间，将所述第二文件的图像的系列逐帧加载并显示在图形用户接口（没有示出）上，所述图形用户接口显示在计算机屏幕上。用户，在该情况下是放射科医生或临床医生，能够之后在步骤122中继续进行，以通过在显示在计算机屏幕上的系列中的每个图像上的直接输入，优选地，经由连接至计算机的鼠标，绘制实际坏死的区域的轮廓。由从业者提交的轮廓显示为直接叠加在每个图像上，允许从业者做出任何轮廓修改，所述轮廓修改在进行至下一步前是必要的。然后可以在步骤123中，通过根据输入轮廓的常规数字处理的体积重建，有效地计算实际坏死区域的体积。
针对数据库的每个记录重复步骤121-123。紧接步骤120，也针对数据库中存储的所有临床试验提供实际坏死区域的所有体积。
根据本发明所述的方法的下一步130，实际能够要么在步骤120之前、之后，要么甚至与步骤120同时地进行，于是包括针对数据库中的每个患者，基于每个光纤的位置、每个光纤的插入长度以及光纤的基础理论作用体积，确定光纤总数的总理论作用体积，所述光纤的基础理论作用体积由以下公式给出：
V＝πR2L
再次，该体积通过体积重建的常规方法计算，但是在此考虑每个横截面平面中的光纤体的总体轮廓，将每个光纤作为圆柱处置。图6示出了前列腺横截面磁共振图像（图6左侧）和总体轮廓（图6右侧）的对比，所述前列腺横截面磁共振图像从所述第二数字文件获得，在所述第二数字文件中，在相应临床试验过程中实际使用的光纤4的定位相对于短程治疗网格1显示为叠加的，所述总体轮廓，在同一水平上，白色矩形表示的每个光纤的作用体积，通过圆柱进行建模。
一旦已经执行了步骤120和130，余下唯一要做的事情是在图2中提及的步骤140中，通过与以实际坏死区域的测量的体积计算的总理论作用体积相关，针对数据库中的每个患者确定光纤的作用半径R。
已经在从来自28次临床试验的结果汇编的数据库上验证了上面描述的建模方法100，所述28次临床试验对所涉及的患者使用每千克4mg的剂量执行，每次使用若干光纤，所述若干光纤的插入长度以5mm为增量，范围从15到40mm。
图7右侧的曲线示出了得到的理论体积和从临床试验得到的实际坏死区域体积之间的极好的相关性（相关指数等于0.87）。在寻求使理论体积最接近针对28次临床试验的实际坏死区域体积的R值中，发现平均半径为 7.49mm，精度为1.08mm。
图7左侧的图形转而表示实际坏死体积与光纤基础体积总和的相关性。因此需要注意，通过考虑由所有光纤根据它们的位置形成的实际体积，而不是考虑光纤的基础体积的总和，获得了好得多的相关性，因为这能够考虑这样的事实：当两个光纤A和B被定位为具有叠加区域C时，如在图8 的范例中图示地，实际体积与两个单独光纤的基础体积的总和不对应，而是等于这些基础体积的总和减去共有体积。换言之，在建模中，不应考虑已经被另一光纤的作用覆盖的体积部分中的光纤的作用，因为在覆盖区域中的细胞仅可能坏死一次。
上面描述的建模结果能够用于规划任何未来的PDT处置中，用于实施现在将描述的、具体参考图9的根据本发明的规划辅助的方法200中。再次，所述辅助方法将会由软件产品实现，所述软件产品被设计为安装在计算机上，并且一些处理步骤需要用户（通常为从业者）通过被设计为显示在计算机屏幕上、并且由所述软件产品控制的图形接口进行干预。这种规划的目的是快速将针对经历光动力学治疗的任何患者的参数集递送给从业者，所述参数集是关于使用的光纤的数量、它们相对于短程治疗网格的位置以及在处置区域中的插入长度被优化的。
为了实施现在将会被详细描述的各种步骤210-240，之前必须执行所述软件产品的校准以确定光纤的作用半径R的值。这能够通过存储以其他方式确定的R值完成，或者通过允许用户在一组可能值中，例如一组值{5.5 mm，5.6mm，6.5mm，7.5mm，8.5mm}，选择R值完成。优选地，然而，如图9所述，在实施上面描述的建模方法100的步骤的相同的软件产品内确定R值。因此，可以在任何时间重新校准作用半径的值，将任何新临床试验考虑在其中。
所述辅助方法的第一步骤210那么包括允许加载和显示，在显示在计算机屏幕上的图形用户接口上的处置区域的、与一系列数字图像对应的数字文件，所述一系列数字图像要么是磁共振图像，要么是是超声图像，优选地是平面横截面图像。所述数字文件为，例如，DICOM格式的。图10 示出了，例如，呈现了图形用户接口6的计算机屏幕的拷贝，图形用户接口6具有在其中加载了用于显示的患者前列腺的横截面图像7的区域。如从这个截幕截图中可见，图形用户接口6也包括信息区域8，信息区域8具有用户能够经由连接至计算机的小键盘填写直接输入的信息栏，并且包括多种命令按键以允许用户触发多种动作。具体地，在步骤210后，用户能够通过所述接口的区域9的导航按键在图像的数字文件的不同部分间导航，经由所述接口的区域10上的两个按键以在显示的每个图像7上放大以及相应地缩小。其他按键允许移动显示的图像或改变对比度。能够直接将多种患者信息输入至接口区域8，例如检查中心、患者标志和姓名、他的生日、传送的剂量和能量、以及任何合适的注释。在规划后，将所有这种信息保存在，例如，PDF文件中。
在步骤210之后，从业者能够直接进行至图形接口6以到达步骤220，用于针对处置区域绘制轮廓。这种绘制轮廓是通过在显示在图形接口6上的系列的每个图像7上直接输入完成的，优选地经由连接至计算机的鼠标。由从业者输入的轮廓显示为直接叠加在每个图像上，允许他做出任何轮廓修改，所述轮廓修改在进行至下一步前是必要的。图11示出了作为范例的计算机屏幕截图，所述计算机屏幕截图示出了所述图形用户接口的区域，在所述图形用户接口的区域，能够显示由用户绘制的轮廓11，所述轮廓11 叠加在平面横截面图像7上。
在此应该注意，在前列腺癌的PDT处置过程中，可以处置腺体的不同区域。根据这些不同临床程序，由计算机实现的所述辅助方法有利地允许用户为患者定义合适的程序。它提供了四个选择：
-整个腺体的处置；
-右叶的处置（右半消融）；
-左叶的处置（左半消融）；
-焦点处置。
在绘制轮廓步骤220之前，用户能够有利地选择他设想的处置类型，例如通过所述图形用户接口的下拉菜单形式的选择区域12（见图10）。
根据选择的处置类型，除前列腺轮廓之外，用户还可以输入更加准确地定义处置区域的其他轮廓。
在轮廓绘制步骤220后，因而就有了系列MRI的横截面和处置区域的轮廓，所述轮廓显示为叠加在所述图形用户接口的显示上。与如上面描述的相同的导航按键9，放大10，对比度改变或移动，可以在这一点使用。可以有利地保存所述轮廓以用于在之后任意时间重新载入和观察。
根据本发明所述的规划辅助方法的下一步骤230那么包括通过根据在步骤220中输入的轮廓的常规数字处理的体积重建，计算处置区域的体积。这一步骤优选地通过用户在特定命令按键上的动作，例如在图10中示出的按键13，来触发，如果处置区域为整个前列腺的话。这样测量的体积有利地在所述图形接口上以cm3显示。当测量的体积为前列腺体积时，也能够以毫米计算和显示前列腺在三个空间平面（横截面，矢状面和冠状面）上的最大尺寸。
根据本发明所述的规划辅助方法的接下来的步骤240包括显示和定位叠加在相应系列的每个图像和输入的轮廓上的短程治疗网格的平面表示。为了这个目的，用户必须从之前加载的横截面图像的系列中选择图像，优选地选择与所述系列的中心切片相对应的图像。选择的图像，与在步骤220 中之前输入的叠加的（一个或多个）轮廓一起，显示在所述图形接口的相应显示区域中。在这一步，用户能够有利地定义初始安全边界，所述初始安全边界对应于：合适的光纤的位置与前列腺囊之间所需的最小距离。这个距离默认初始化在预先确定的固定值，例如等于6mm，但是能够通过所述图形接口在输入区域14（见图10）中被修改。步骤240优选地由用户触发，例如通过激活位于在于在输入区域14中的所述图形用户接口的特定动作按键。
图12a和12b表示了，作为范例，在步骤240的实施过程中获得的两个屏幕截图。更具体地，图12a表示了所述图形用户接口的这样的区域：在其上，选择的平面横截面图像7与之前由用户输入的（步骤220）相关联的轮廓11同时出现，以及方格15，方格15的边对应第一安全边界，并且方格15的中心对应在短程治疗网格上的特定位置，通常为对应于图1中心列D与这个网格的底部线1之间的交叉点的位置D1。这个方格能够有利地由用户经由所述图形用户接口通过点击其中心点来移动。
图12b表示了图形接口6的这样的区域：其示出了短程治疗网格的图形平面表示16，短程治疗网格的图形平面表示16叠加在选择的平面横截面图像7和对应的之前输入的轮廓11（步骤220）之上。平面表示16显示为多个符号，在此显示为圆圈，其根据图1中的短程治疗网格布置在矩阵中。在这一步能够有利地使用颜色，以将可以合适用于处置的光纤位置的视觉指示提供给用户。例如，白色圆圈表示该位置是不合适的，因为它位于前列腺轮廓外，并且红色圆圈对应在前列腺内部的位置，但是也不合适，因为它不在处置区域内，或者因为它太靠近危险区域，例如囊或尿道，根据之前定义的安全边界。绿色圆圈则可以意味着具体位置是合适的，因此给出能够选择的光纤的最大数量的指示。
接下来的步骤250（图9）构成了根据本发明所述的规划辅助方法的核心。它是关于通过计算最佳参数进行的确定的，所述参数是关于使用的光纤的数量、它们的在短程治疗网格上的定位以及它们的插入长度的，这允许获得在计算的总理论作用体积与处置区域在步骤230的体积间的最佳匹配。
理论作用体积的计算基于与参考图2的建模方法100解释的原则相同的原则。因此，所述总理论作用体积是基于每个光纤的位置和光纤的基础理论作用体积计算的，后者基础体积对应于具有预先确定的作用半径R、以及与光纤的插入长度相对应的高度的圆柱的体积。
为了允许优化，步骤250优选地使用梯度下降型优化算法，如鲍威尔算法。这种算法沿共轭方向执行一维最小化。如果ST 1As2=0，则Rn的两个矢量（或方向）s1和s2是关于正定对称矩阵A为对称的。这种算法需要定义目标函数f以最小化。在此，定义函数f使得所述算法最优地定位光纤，即，具有目标区域的最佳覆盖，但是也具有这样的限制：一定不要有前列腺外（目标外）的坏死区域。使用的函数能够通过下面的公式以数学方式定义：
其中，N为光纤总数，i为表示特定光纤的指标，v为体素，T为目标区域并且H为保持在目标外的区域，以及w1和w2为固定正权重。
换言之，鲍威尔算法在此用于找出最佳参数值（数量N、每个光纤i 的位置、插入长度），所述最佳参数值会将针对不同参数值计算的理论体积与处置区域的测得体积间的差异最小化。在实践中，所述算法会通过施加这样的第一可能值N开始：通过将在步骤230中测量的目标体积除以光纤的基础理论作用体积以估计所述第一可能值N，所述光纤的基础理论作用体积等于ΠR2L，其中R为光纤的预先定义的作用半径。
所述算法之后通过重复搜索光纤的所有可能位置和可能插入长度而继续，所述光纤的所有可能位置和可能插入长度将会允许所述算法向函数f 的最小值收敛。给定选择的模型和由所述算法实施的计算的简单性，在几分钟时间段后，能够非常快速地获得结果。所述计算是特别快速的，因为所述算法仅考虑了实际合适的位置（在步骤240中显示的网格的平面表示上的绿色圆圈）。
优化步骤250优选地由用户触发，例如，通过触发位于输入区域18中的图形用户接口6的特定动作按键17（见图10）。
应该注意，也可以提供使用的更好的灵活性，提示用户在进行优化250 之前选择特定参数，例如使用的光纤的数量，假定该数量与在处置区域中合适的光纤最大数量不是不相容的。在这种情况下，该光纤的数量由用户直接输入，优选地在所述图形接口的输入区域18中。此外，除了上面提出的第一安全边界外，用户还能够自己定义两个额外安全边界，第一个边界对应于光纤末端与前列腺囊基面处之间的最小距离（默认设为5mm），并且第二个边界对应于光纤末端与前列腺囊顶之间的最小距离（默认设为3 mm）。这些不同的安全边界可以有利地由用户修改，通过在所述图形接口的输入区域18中的具体专用信息栏的适当位置直接输入。最终，如上文已经提到的，用户能够在值集合{5.5mm，5.6mm，6.5mm，7.5mm；8.5mm} 中选择作用半径值R。
在所有情况中，在针对优化的步骤250的结尾，提供了这样的结果：所述结果给出了最小数量（由用户选择或自动优化）、每个光纤的位置和长度，所有这些参数的值针对患者的具体情况被优化。这种结果有利地显示在所述图形用户接口上，例如，在靠近输入区域18的特定显示区域19.
除了这些数据外，也可以提供以额外的数据以供显示：
-坏死相对于模拟的目标体积的覆盖率。
-与目标体积中光纤长度的总和相对应的指数。
-光纤长度总和。
-在MRI图像上在三种情况（轴向-冠状及矢状）中模拟的作用体积的图形表示。
很明显，所述结果也存储于（例如）PDF文件中，使得用户可以在任何时间参考，通过在计算机上显示或者在纸上打印规划报告，所述规划报告给出了概况，所述概况包括：
-之前输入在所述图形接口中的任何患者信息；
-测量的不同体积；
-选择的处置类型；
-在优化中考虑的安全边界；
-使用的光纤的作用半径；
-选择或优化的光纤数量；
-光纤的位置和长度；
-各光纤之间距离
-指数，光纤长度总和和得到的覆盖率。
-用于规划的多种MRI横截面。
可以有利地优化得到的规划，例如通过手动修改光纤的数量。在所述界面上重新计算光纤的每次增加或删除、覆盖率、指数和光纤长度总和。也可以简单地通过修改一个或多个参数引入针对相同患者的新规划，从以下中选择所述一个或多个参数：
-短程治疗网格的位置
-光纤的数量
-安全边界
-光纤的作用半径。

Claims (11)

1.一种对光纤(4)的作用进行建模的装置，所述光纤(4)用在通过光动力学治疗对患者的处置中从而以预先定义的波长在处置区域内光纤的插入长度照射所述处置区域，从而激活施予给所述患者并且出现在那个处置区域中的之前定义的光敏物质，所述光纤是在与所述光纤的纵轴垂直的方向上以最大密度发射光的类型的光纤，所述装置的特征在于：它包括第一模块，用于通过圆柱的体积对与所述光敏物质相组合的所述光纤的基础理论作用体积进行建模，所述圆柱具有作用半径R和与所述插入长度相对应的长度L，并且所述装置的特征在于通过所述装置中的如下模块来确定(140)所述作用半径R：
-第二模块，用于通过针对每个患者在数据库存储第一数字文件、第二数字文件以及与所述临床试验的实际情况相对应的参数集，根据使用与至少一个光纤相关联的所述光敏物质在不同患者上的多个临床试验构建(110)计算机数据库，每个临床试验和与所述临床试验的实际条件相对应的参数集相关联，并且所述参数集至少包括使用的光纤的数量、它们相对于短程治疗网格(1)的位置以及在所述处置区域中的每个光纤的所述插入长度，所述第一数字文件与所述临床试验前的所述处置区域的一系列数字图像相对应，所述第二数字文件与所述临床试验后的所述区域的一系列数字图像相对应；
-第三模块，用于根据所述第一数字文件和第二数字文件，针对所述数据库中的每个患者，测量(120)所述临床试验期间的实际坏死区域的体积；
-第四模块，用于针对在所述数据库中的每个患者，根据所述参数集和每个光纤的所述基础理论作用体积计算(130)总理论作用体积；
-第五模块，用于通过将针对所述数据库中每个患者计算的所述总理论作用体积与所述实际坏死区域的测得体积相关，确定(140)光纤的所述作用半径R。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一数字文件和第二数字文件的所述系列数字图像分别与处置前和处置后的所述区域的横截面图像相对应。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述数字图像为磁共振图像或超声图像。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：测量所述坏死区域的体积实际包括：
-在显示于计算机屏幕上的计算机图形用户接口上加载和显示(121)所述第二数字文件的所述系列数字图像；
-通过在显示于所述计算机屏幕上的所述系列的每个图像上的直接输入，对所述实际坏死区域进行轮廓绘制(122)；
-通过体积重建测量(123)所述实际坏死区域的体积，所述体积重建是根据输入的所述轮廓的所述数字处理的。
5.一种用于规划通过光动力学治疗对患者的处置的装置，在所述光动力学治疗中，预定的光敏物质必须被施予给所述患者并且之后通过若干光纤接受在预定波长的照射，所述若干光纤被设计为根据相对于短程治疗网格(1)的定位在插入长度上引入处置区域，所述光纤是在与所述光纤的纵轴垂直的方向上以最大密度发射光的类型的光纤，所述装置的特征在于，其包括：
-第一模块，用于在显示于计算机屏幕上的图形用户接口(6)上加载和显示(210)与所述处置区域的数字图像(7)系列相对应的数字文件；
-第二模块，用于通过在显示于所述计算机屏幕上的所述系列的每个图像上的直接输入，对所述处置区域进行轮廓绘制(220)；
-第三模块，用于通过根据输入的轮廓(11)的数字处理的体积重建，测量(230)所述处置区域的体积；
-第四模块，用于显示和定位(240)叠加在所述系列的每个图像(7)和输入的对应轮廓(11)上的所述短程治疗网格(1)的平面表示(16)；
-第五模块，用于通过计算来确定(250)使用的光纤的数量、它们相对于所述短程治疗网格的位置和它们的插入长度，这优化了计算的总理论作用体积与所述处置区域的测得体积的相应性，所述总理论作用体积是基于每个光纤的位置和与所述光敏物质相组合的光纤的基础理论作用体积来计算的，所述基础理论作用体积与圆柱的体积相对应，所述圆柱具有预先确定的作用半径R和与所述光纤的所述插入长度相对应的长度L。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述作用半径R是由根据权利要求1-4中任一项所述的装置预先确定的。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述作用半径R是从一组可能的值中选择的。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述处置区域的所述数字图像(7)系列与所述处置区域的横截面图像相对应。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的装置，其特征在于：所述数字图像为磁共振图像或超声图像。
10.根据权利要求5-8中任一项所述的装置，其特征在于：通过计算来确定使用梯度下降型优化算法。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：通过计算来确定使用鲍威尔算法。
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