CN103959345A

CN103959345A - 使用颜色的剂量分布显示方法

Info

Publication number: CN103959345A
Application number: CN201180075147.1A
Authority: CN
Inventors: 斯特凡·维尔斯迈尔
Original assignee: Brainlab AG
Current assignee: Brainlab AG
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: WO2013044992A1; US9724539B2; US20140232740A1; EP2761600A1; CN103959345B

Abstract

本发明涉及一种显示患者体内组织中的辐射剂量分布的数据处理方法、对应程序以及运行该程序的计算机，该方法的步骤由计算机执行并且包括：a)获取医学图像数据，其包括描述了解剖体部位的医学图像信息；b)基于医学图像数据获取辐照资格数据，该数据包括描述了解剖体部位所属的资格类的辐照资格信息，该资格类描述了解剖体部位以治疗辐射进行照射的资格；c)获取剂量分布数据，其包括描述了解剖体部位中的辐射剂量分布的剂量分布信息；d)基于辐照资格数据并基于使用可代表剂量分布信息的颜色范围，在显示装置上显示医学图像信息中的剂量分布信息。

Description

使用颜色的剂量分布显示方法

技术领域

本发明涉及一种方法，特别是根据独立权利要求的显示辐射剂量分布的数据处理方法。

背景技术

当为特定患者设计放射治疗方案时，通常在治疗开始之前先确定患者身体组织中的辐射剂量分布。具体地，必须事先确定在不同解剖区域或类型的组织中所造成的辐射剂量。一般情况下，图形化显示或剂量分布会显示在有关所关注的解剖区域的医学图像信息内。所关注区域包括目标区域和非目标区域，例如健康组织和关键结构。通常，使用颜色方案(颜色范围)来显示有关剂量分布的信息。在当前的技术中，将相同的颜色方案用于健康组织和关键结构这两种目标体积中。这导致的问题是，要在视觉上区分出分配有剂量分布信息的图形化表示的所关注区域的类型。

因此，本发明要解决的问题是，简化对分配有图形化剂量分布信息的所关注区域的类型的视觉识别。

发明内容

该问题可以通过所附的任一项独立权利要求的主题来解决。本发明的优点、有利特征、有利实施例及有利方面均在下文中公开，并且包含在从属权利要求的主题中。只要技术上合理且可行，便可以根据本发明对不同的有利特征进行组合。具体说，一个实施例的特征在具有与另一实施例的另一特征相同或类似的功能时，可以在特别情况下进行替换，而一个实施例的特征在可为另一实施例补充附加功能时，可被添加到另一实施例中。

在本发明的框架内，计算机程序单元可通过硬件和/或软件(这包括固件、驻留软件、微代码等)来实施。在本发明的框架内，计算机程序单元可采取通过计算机可用、特别是计算机可读的数据存储介质来实施的计算机程序产品的形式，具体说可采取所述数据存储介质中包含的指令执行系统上采用的或与之结合使用的计算机可读的程序指令、“代码”或“计算机程序”的形式。这种系统可以是计算机；计算机可以是包括用于执行根据本发明的计算机程序单元和/或程序的装置的数据处理设备，特别是包括执行计算机程序单元的数字处理器(中央处理单元，即CPU)以及可选地包括用于存储执行计算机程序单元所使用的和/或产生的数据的易失性存储器(具体说是随机存取存储器，即RAM)的数据处理设备。在本发明的框架内，计算机可用、特别是计算机可读的数据存储介质可以是任何数据存储介质，其可以包含、存储、传送、传播或传输那些指令执行系统、装置或设备上使用或与之结合使用的程序。计算机可用、特别是计算机可读的数据存储介质例如可以是，但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、仪器或设备，或者是诸如互联网的传播介质。计算机可用或计算机可读的数据存储介质甚至可以是例如可打印所述程序的纸或其他合适介质，因为程序可以通过电的方式而获取，例如通过光学扫描该纸或其他合适介质，然后再编译、解码或以适当方式另行处理。优选地，数据存储介质是非易失数据存储介质。本文所述的计算机程序产品以及任何软件和/或硬件形成用于执行本发明的示例性实施例中的功能的各种装置。计算机和/或数据处理设备可特别地包括具有可输出引导信息的装置的引导信息设备。引导信息可例如通过视觉指示装置(如监视器和/或灯)可视地输出给用户，和/或通过听觉指示装置(如扬声器和/或数字语音输出装置)可听地输出给用户，和/或通过触觉指示装置(如振动元件或并入到仪器中的振动元件)可触摸地输出给用户。

本发明涉及治疗束控制领域。本发明涉及医药领域，特别地涉及使用束具体说幅射束(也称为治疗束)来治疗患者的身体部位。治疗束对待治疗的身体部位进行治疗，这种部位将在下文称为“治疗患体部位”。这些身体部位具体说是患者身体的部位，即解剖学上的身体部位。电离辐射特别地用于治疗目的。特别地，治疗束包括或由电离辐射构成。电离辐射包括或由粒子(例如，亚原子粒子或离子)或电磁波构成，所述粒子或电磁波的能量足以使电子从原子或分子中分离，由此对其进行电离。这种电离辐射的示例是X射线、高能粒子(高能粒子束)和/或从放射性元件发出的电离辐射。治疗辐射，特别是治疗束具体说用于放射治疗或放疗中，特别是用于肿瘤学领域的放射治疗或放疗中。特别是针对癌症的治疗，使用了电离辐射对带有诸如肿瘤的病理结构或组织的身体部位进行治疗。由此，肿瘤作为治疗患体部位的示例。

优选地，对治疗束进行控制使其能穿过治疗患体部位。然而，治疗束会对治疗患体部位之外的身体部位造成负面影响。这些身体部位在本文称为“外部身体部位”。通常，为到达并由此穿过治疗患体部位，治疗束必须穿过外部身体部位。

针对背景技术A，可参考以下两个网页：

http://www.elekta.com/healthcare_us_elekta_vmat.php及

http://www.varian.com/us/oncology/treatments/treatment_techniques/rapidarc。

为了确定治疗患体部位的位置或者将治疗患体部位可视化，使用诸如X射线装置、CT装置或MRT装置的分析装置以产生身体的分析图像(例如X射线图像或MRT图像)。分析装置具体说是例如通过使用波和/或辐射和/或能量束(具体为电磁波和/或辐射、超声波和/或粒子束)来分析患者身体的装置。分析装置具体说是通过分析患者身体来产生患者身体(特别是患者身体的内部结构和/或解剖部位)的图像(例如，二维或三维图像)的装置。分析装置特别地用于医学诊断中，特别是放射学中。然而，可能难以在分析图像中识别出治疗患体部位。具体说，可能更容易识别出与治疗患体部位的位置变化、特别是治疗患体部位的移动变化相关联的指示性身体部位。因此，在已知指示性身体部位与治疗患体部位的位置变化(特别是移动变化)之间的相关性的基础上，跟踪指示性身体部位允许对治疗患体部位的移动进行跟踪。

在医学领域，成像方法用于产生人体解剖结构(例如，软组织、骨骼、内脏等)的图像数据(例如，二维或三维图像数据)。医学成像方法可理解为是指有利地基于仪器(apparatus-based)的成像方法(即所谓的医学成像模式和/或辐射成像方法)，诸如计算机层析成像(CT)和锥束计算机层析成像(CBCT，特别是测定体积式CBCT)、X射线层析成像、磁共振成像(MRT或MRI)、，常规X线、超声波和/或超声检查以及正电子发射层析成像。分析装置特别地用于以基于仪器的成像方法来产生图像数据。成像方法特别用于医学诊断，以分析解剖体从而产生可由图像数据来描述的图像。成像方法特别用于检测人体中的病理变化。然而，解剖结构中的一些变化(特别是结构(组织)中的病理变化)可能是不可检测的，特别是在由成像方法产生的图像中是不可见的。肿瘤例如代表了解剖结构变化的示例。如果肿瘤生长，那么可以说成是代表了扩张的解剖结构。这种扩张的解剖结构可能是不可检测的；具体说，仅有部分扩张的解剖结构可被检测出。例如，当使用造影剂渗入肿瘤时，早期/晚期脑部肿瘤通常在MRI扫描中可见。MRI扫描代表了成像方法的示例。在脑肿瘤的MRI扫描情况下，认为MRI图像中的信号增强(由于造影剂渗入肿瘤而导致)代表了固体肿瘤块。由此，肿瘤在由成像方法产生的图像中是可检测的，特别是可辨别的。除了这些肿瘤(称为“增强型”肿瘤)之外，认为还有约10％的脑肿瘤在扫描中是不可辨别的，特别是用户在观察由成像方法产生的图像时是不可见的。

根据本发明的方法具体而言是一种数据处理方法。所述数据处理方法优选使用具体说是计算机的技术手段来执行。特别地，所述数据处理方法由计算机执行或在计算机上执行。为了处理数据，特别是为了以电的方式和/或光的方式处理数据，该计算机具体说还包括处理器和存储器。所描述的计算步骤具体说通过计算机来执行。确定步骤或计算步骤特别地是在该技术性的数据处理方法框架内(特别是在程序框架内)对数据进行确定的步骤。计算机可以具体为任何种类的数据处理装置，尤其是电子数据处理装置。计算机可以是那些通常被认为是例如台式个人计算机PC、笔记本、上网本等的装置，但计算机也可以是任何可编程装置，例如移动电话或嵌入式处理器。计算机可特别地包括“子计算机”系统(网络)，其中每个子计算机代表其本身的计算机。术语“计算机”包含云计算机，特别是云服务器。术语“云计算机”包含云计算机系统，特别地包括具有至少一个云计算机的系统，特别是具有多个可操作式互连的云计算机(例如服务器场)的系统。优选地，云计算机与诸如万维网(WWW)的广域网连接。这种云计算机位于连接于万维网的计算机的所谓“云”中。这种基础设施用于云计算，所述云计算描述了不要求终端用户获知那些传送特定服务的计算机的物理位置及配置的计算、软件、数据访问和存储服务。特别地，术语“云”用来比喻互联网(万维网)。特别地，云提供作为服务(LaaS)的计算基础设施。云计算机可以用作用于执行本发明方法的操作系统和/或数据处理应用程序的虚拟主机。优选地，云计算机是由Amazon Web Services^TM提供的弹性计算云(EC2)。为了接收或输出数据和/或执行模数转换，计算机特别地还包括接口。该数据特别地是可表示物理特性的数据和/或可从技术信号生成的数据。该技术信号特别地通过(技术性)探测装置(例如，用于探测标记符的装置)和/或(技术性)分析装置(例如，用于执行成像方法的装置)产生，其中所述技术信号具体说是电或光信号。技术信号具体说表示由计算机接收或输出的数据。

表述“获取数据”具体说(在数据处理方法的框架内)包含数据是由数据处理方法或程序确定的情况。确定数据具体说包括：测量物理量，以及将所测量的值转换成具体说是数字数据和/或通过计算机来计算该数据，特别是在本发明的方法范围内计算该数据。“获取数据”的含义还特别地包含这样的情况，即通过数据处理方法或程序从例如另一程序、前一方法步骤或数据存储介质中接收或检索数据，进而特别地用于通过数据处理方法或程序进行进一步处理。因此，“获取数据”还可例如表示等待接收数据和/或正在接收数据。所接收的数据可例如经由接口来输入。“获取数据”还可指代数据处理方法或程序为了从数据源(主动)或经由接口(例如，从另一计算机或网络)接收或检索数据所执行的步骤，所述数据源例如为数据存储介质(例如，ROM、RAM、数据库、硬盘等)。数据可通过在获取步骤之前执行附加步骤的方式来实现“就绪”状态。根据附加步骤来生成数据，以用于获取。对数据(例如，通过分析装置)进行特定的探测或捕获。作为备选或附加，数据是根据所述附加步骤例如通过接口来输入的。可在特定况下输入所生成的数据(例如，输入到计算机中)。根据附加步骤(其在获取步骤之前进行)，数据也可以通过执行将数据存储于数据存储介质(例如，ROM、RAM、CD和/或硬盘驱动器)的附加步骤的方式来提供，从而使数据在根据本发明的方法或程序的框架内就绪。因此，“获取数据”还可涉及操控设备以获得和/或提供待获取的数据。特别地，获取步骤不涉及侵入性步骤，侵入性步骤表示对身体进行实质上的生理干扰，其需要对身体采取专业医疗措施，并且即使采取了所需的专业医疗措施或护理，该身体还是会承受极大的健康风险。特别地，获取数据具体说是确定数据不涉及外科手术步骤，并且尤其不涉及使用外科手术或外科疗法来治疗人体或动物体的步骤。这也特别地适用于涉及确定数据的任何步骤。为了区分本发明的方法所使用的不同数据，数据被标记为(即，简称为)“XY数据”等，并且由其所描述的信息进行定义。

优选地，本发明的方法至少部分地通过计算机来执行。也就是，本发明方法的所有步骤或仅某些步骤(即，少于步骤总数)可以由计算机来执行。

本发明的方法是一种显示辐照剂量分布的数据处理方法。辐照剂量分布表示由于放疗而累积在患者体内组织中的辐射剂量分布的信息。在本公开的框架内，术语“剂量”涵盖了术语能量剂量和当量剂量。优选地，获取包括了医学图像信息的医学图像数据，该医学图像信息描述了患者的解剖体部位。医学图像数据是通过向患者身体应用医学成像方法而产生的图像数据。

优选地，基于医学图像数据来获取辐照资格数据。辐照资格数据包括辐照资格信息，该辐照资格信息特别描述了解剖体部位或者解剖体部位成分所属的资格类。资格类描述了针对通过治疗辐射来照射解剖体部位及其成分的资格。术语“资格”特别地描述了是否期望通过治疗辐射来照射解剖体部位及其成分，具体说期望解剖体部位及其成分中有多少通过治疗辐射来照射。换言之，资格类是对照射期望度的度量。在放射治疗中，必须在表示上述治疗患体部位的目标区域与包括一般不属于目标区域部位的所有身体部位的非目标区域之间做出辨别。非目标区域可例如是健康组织或关键结构。在放射治疗中，通常期望尽可能小地保持施加于健康组织的剂量，同时由于治疗束为了到达目标区域通常必须穿过健康组织，因此通常会不可避免地照射到健康组织。在本公开的框架内，关键结构还称为关键区域，而健康组织还称为健康区域。关键区域特别是那些禁止受到治疗辐射照射以避免对患者身体的不希望损伤的区域。关键区域例如包括心脏或脑部功能区域，对它们的损伤可能是致命或不可修复的并且还与对患者生活质量的不良影响相关。由此，患者身体组织可特别地分成三组资格类。优选地，将资格类分别分配给健康区域、关键区域和目标区域。备选或附加地，可以将特定资格类分配给非目标区域。优选地，为每个资格类分配唯一的数字值。进一步优选地，分配给目标区域、非目标区域、健康区域和关键区域的资格类对于每个区域或者每个此类区域都是唯一的。在本公开的框架内，包含了所有这些区域类型的通用术语称为资格区域。

辐照资格数据优选基于医学图像中资格区域的位置的信息来获取，特别是关于待要执行的放射治疗的信息，诸如光束能量、光束类型、光束源类型和待治疗疾病类型。

优选地，获取包括了剂量分布信息的剂量分布数据，该剂量分布信息描述了解剖体部位中的辐射剂量分布。优选地，基于医学图像数据来获取剂量分布数据。特别地，基于医学图像数据来获取吸收数据，该吸收数据包括描述了由解剖体部位吸收治疗辐射的吸收信息。基于医学图像数据获取的吸收信息优选通过亨氏单位(Hounsfield unit)表示，亨氏单位是对用于成像方法的电离辐射的吸收的量度，其中通过该成像方法产生的医学图像数据与图像对比度相关，特别是与灰度相关。通过提供关于治疗辐射种类的信息，特别是光束能量的信息，可以确定由解剖体部位对应吸收的治疗辐射。然后，优选地基于吸收数据来获取剂量分布数据。

已分配有不同资格类的资格区域可以重叠或不重叠。应当注意，在本发明框架内的数据处理可具体以二维或三维的空间维度来实现。然而，数据处理优选以三维空间维度来实现。由此，可以将重叠定义为资格区域的二维或三维交叉区。

优选地，在显示装置上显示剂量分布信息。进一步优选地，剂量分布信息具体说通过高亮(highlight)来显示在医学图像信息中。显示装置具体说是任何种类的标准监视器，诸如阴极射线管监视器或LCD显示器。优选地，基于使用用于表示剂量分布信息的高亮)的颜色范围来显示剂量分布信息。特别地，给特定剂量值唯一地分配一特定颜色(也称为颜色值)。由于剂量分布信息将通过针对每个资格类(即，每种类型的资格区域)的特定方式来显示，因此还基于辐照资格数据来显示剂量分布信息。优选地，向每个资格类唯一地分配一颜色范围。换言之，针对属于某特定资格类的每个身体部位，使用唯一的颜色范围来显示剂量分布信息。优选地对剂量分布信息进行显示，使得剂量分布信息显示在图像中相关身体部位或资格区域的所在位置处。换言之，将剂量分布图形化地覆盖在已确定分布剂量分布并与之关联的身体部位上。根据本发明一特定实施例，颜色范围还可以唯一分配给特定解剖区域。例如，针对脑部不同的关键结构的剂量分布信息可以通过针对每个关键结构的唯一颜色范围来显示。

颜色范围是不同颜色值的范围或区间，其中每个颜色值仅在区间中出现一次。优选地，用于特定资格类的颜色范围与任何其他资格类的颜色范围不相交。颜色范围及其不相交特性优选地定义在颜色空间中，诸如红-绿-蓝(RGB)颜色空间或青-品红-黄-黑(CMYK)颜色空间。

优选地，将颜色范围中的颜色值标准化，以表示针对颜色范围呈唯一性的剂量分布值范围。例如，剂量分布信息所描述的不同的剂量分布值范围可以通过不同的、特别是不相交的颜色范围来显示。

关于颜色范围的信息，特别是包含在颜色范围中的颜色值，优选由包含在颜色范围数据中的颜色范围信息来描述。换言之，颜色范围信息描述了可用于显示剂量分布信息(特别是剂量值)的颜色范围。更具体地说，颜色范围(颜色值)描述了剂量值。颜色范围数据优选用本发明的方法来获取。剂量分布数据则优选(还)基于颜色范围数据来显示。

优选地，基于获取到包含在剂量分布信息中的最大和最小剂量分布值来确定剂量分布范围数据。剂量分布范围数据具体说包括剂量分布范围信息，该剂量分布范围信息描述了待显示的剂量分布值的范围。优选是，基于剂量分布范围数据来获取或确定颜色范围分区数据。颜色范围分区数据具体说包括描述了剂量分布范围的划分的分区信息。优选地，将剂量分布范围划分成不相交的类或离散值。然后，对每个不相交的类或离散值分配颜色范围中的一颜色值。然后，优选基于颜色范围分区数据来索要剂量分布信息。

本发明还涉及一种程序，所述程序当运行在计算机上或者当加载到计算机上时使计算机执行本文所述的一个、多个或全部的方法步骤；和/或涉及一种存储有所述程序(特别是以非暂时性形式)的程序存储介质；和/或涉及一种运行所述程序的计算机或者其存储器加载有所述程序的计算机；和/或涉及一种携带了可表示所述程序(特别是上述程序)的信息的信号波，特别是数字信号波，所述程序具体说包括适于执行本文所述的任意或全部的方法步骤的代码装置。设有上述程序的计算机或者存储器加载有该程序的计算机优选包括云计算机。

附图说明

下面参考附图，对本发明的以下示例性实施例进行说明，其中附图仅视为是本发明的示例，而不意在将本发明限制于这些具体实施例。

图1示出了针对人脑解剖区域的显示或剂量分布信息。

具体实施方式

图1中示出了将本发明方法应用于人脑1的剂量分布的概略图。目标区域2中的剂量分布信息显示在由圆点3所指示的、属于红色范围的颜色范围中。剂量值的特定类通过各个类的个别红色阴影来表示。

与目标区域的剂量分布信息相类似地、但以绿色阴影来显示脑干4的剂量分布信息，即由条纹5所指示的绿色范围来显示。脑干作为关键区域的示例，其中向本示例中的对应资格类分配了绿色范围。

在目标区域2周围，代表等剂量线(即，剂量值相同的线)的等高线6、7绘制在蓝色范围中，以表示健康区域中的剂量分布信息。

作为本发明的另一实施例，可以对出现在图1的实施例中的又一关键区域分配黄色的颜色范围，以用于显示针对该又一关键区域的剂量分布信息。这将代表唯一地向每个解剖区域和资格类分配颜色范围的情形。

通过由图1所示的方式来显示剂量分布信息的优点在于，查看图形化表示的人员借助用于显示与各个解剖区域相关联的剂量分布信息的颜色，第一眼就能识别出不同资格类的资格区域。而且，本发明简化了在视觉上比较两个并排放置的备选辐照方案的处理。

Claims

1.一种显示患者体内组织中的辐射剂量分布的数据处理方法，所述方法的步骤由计算机执行并且包括：

a)获取医学图像数据，其包括描述了解剖体部位的医学图像信息；

b)基于所述医学图像数据获取辐照资格数据，所述辐照资格数据包括描述了所述解剖体部位所属的资格类的辐照资格信息，所述资格类描述了以治疗辐射进行照射的所述解剖体部位的资格；

c)获取剂量分布数据，其包括描述了在所述解剖体部位中的辐射剂量分布的剂量分布信息；

d)基于所述辐照资格数据并基于使用可代表所述剂量分布信息的颜色范围，在显示装置上显示所述医学图像信息中的所述剂量分布信息。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：

基于所述医学图像数据来获取吸收数据，所述吸收数据包括描述了由所述解剖体部位吸收治疗辐射的吸收信息，其中所述吸收信息优选通过亨氏单位表示。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于所述吸收数据来获取所述剂量分布数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述颜色范围唯一地分配给所述资格类。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，包括：

获取包括了颜色范围信息的颜色范围数据，所述颜色范围信息描述了可用于显示剂量分布信息的颜色范围，特别是可用于显示剂量值的颜色范围。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，基于所述颜色范围数据来显示所述剂量分布数据。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述颜色范围唯一地分配给属于所述解剖体部位的解剖区域。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，属于不同资格类的资格区域在二维或三维的空间维度中重叠，或者在二维或三维的空间维度中不重叠。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，针对特定资格类的所述颜色范围与其他任何资格类的颜色条不相交。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述颜色范围定义在红-绿-蓝颜色空间或者青-品红-黄-黑颜色空间中。

11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，分别将资格类分配给目标区域和非目标区域，所述非目标区域特别地包括健康区域和关键区域，其中特别地，分别将资格类分配给健康区域和关键区域。

12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述颜色范围标准化，以表示针对颜色范围呈唯一性的剂量分布值范围。

13.根据权利要求12所述的方法，包括：

基于获取到包含在所述剂量分布信息中的最大和最小剂量分布值，确定包括了剂量分布范围信息的剂量分布范围数据，所述剂量分布范围信息描述了待显示的剂量分布值的范围；

基于所述剂量分布范围数据，获取或确定颜色范围分区数据，所述颜色范围分区数据包括描述了剂量分布范围的划分的分区信息；

基于所述颜色范围分区数据，显示所述剂量分布信息。

14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述剂量分布范围的划分是划分为不相交的类或离散值。

15.一种程序，当其运行在计算机上或者当加载到计算机上时使计算机执行根据上述权利要求中任一项所述的一个或多个或所有的方法步骤；和/或涉及一种特别以非暂时性形式存储所述程序的程序存储介质；和/或涉及一种运行所述程序的计算机或者其存储器加载有所述程序的计算机，特别是云计算机；和/或涉及一种携带了可表示所述程序、特别是上述程序的信息的信号波，特别是数字信号波，所述程序特别地包括适于执行上述任何或全部方法步骤的代码装置。