CN103977498B - 一种放射性粒子锥形布源的三维构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种放射性粒子锥形布源的三维构建方法，通过在三维空间中定义穿刺起点及穿刺终点，可在选定的感兴趣肿瘤区域内按照给定的参数对放射性粒子进行锥形布放，从而使TPSB系统可以使用与临床实际穿刺类似的方式在三维空间进行布源，进而提高实际穿刺过程中的穿刺效率及布源精度。

Description

一种放射性粒子锥形布源的三维构建方法

技术领域

本发明属于放射性粒子布源技术领域，涉及一种放射性粒子锥形布源的三维(3D)构建方法。

背景技术

常规放疗由于范围广、副作用强、对正常组织杀伤力强，给接受治疗的患者带来很大的痛苦。体内伽玛刀(恶性肿瘤组织间三维立体定向放射治疗系统)是根据超声、CT、MRI等影像检查结果，首先利用放射性粒子治疗计划系统(Treatment Planning System forBrachytherapy，TPSB)准确设计放射性粒子植入的位置、数量、植入途径，制定出治疗方案；然后在CT、B超、内窥镜引导或手术直视下经皮穿刺，通过粒子植入枪将放射性粒子按计划植入实体恶性肿瘤间；最后通过放射粒子发出的持续低能量的X射线或γ射线，使肿瘤组织受到最大程度杀伤，从而达到治疗目的。由于体内伽玛刀采用TPSB计划系统，可使靶灶在得到最大照射剂量的同时，减少正常组织的照射量，从而很大程度地改善患者的治疗效果及治疗后的生活质量。此外，持续低剂量的适形照射治疗，可以使肿瘤组织内分裂周期不同的肿瘤细胞得到均匀地照射治疗，符合肿瘤生长的规律。因此，近年来内放疗在恶性肿瘤的治疗方面得到了广泛应用。

为了提高放射治疗精度，在手术前，医生需依据TPSB系统设计优化的穿刺布源方案。即：首先根据超声、CT、MRI等影像检查结果，勾勒并重建肿瘤的三维形态；随后，依据肿瘤致死有效等剂量区的计算结果，并结合人体解剖结构，设计放射粒子植入的位置、数量及植入途径。因此，灵活方便的布源方案是手术设计的核心。然而，传统的布源方式主要在二维(2D)平面按照点、线、2D模板方式进行：

1)单个粒子布源：在指定位置放置一个粒子；

2)直线布源：在直线上以给定的间距进行布源；

3)2D模板布源模式：包括圆、椭圆、正方形、六角形及自定义模板。可按照给定的模板参数(如圈数，圆的半径，椭圆的长短轴、正方形的边长等)，将指定数目的粒子沿模板边缘均匀布放。

但在临床实际应用中，上述传统的布源模式与临床经皮穿刺的操作方式和过程不一致，为实现制定的计划，需要反复出针入针，这对患者创伤较大；此外，传统布源模式的布源精度较差，难以满足临床实际需要。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种放射性粒子锥形布源的三维构建方法，通过模拟临床穿刺手法，使TPSB系统可以用与实际穿刺类似的方式在三维空间进行布源，从而提高实际穿刺过程中的布源精度。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种放射性粒子锥形布源的三维构建方法，包括以下操作：

1)将来自于影像检查的肿瘤先验数据导入到处理器中，并生成相应的三维图像；

2)在三维空间中设置放布源参数，包括放射性粒子属性、放射性粒子间距、放射性粒子与肿瘤边缘的距离；

3)通过肿瘤定位视图指定穿刺起点；在穿刺起点设置完毕后，定位视图上有相应的提示；

4)通过肿瘤定位视图指定穿刺终点；在穿刺终点设置完毕后，定位视图上有相应的提示；

5)在穿刺起点与穿刺终点之间添加布源线，并在所添加的布源线上进行放射性粒子的布设；

对于一个锥形布源起点，能够指定多个布源终点，并添加相应的布源线，形成发散的三维锥形束；

6)对所有布放好的放射粒子，按照其剂量分布，计算三维空间内的剂量分布并叠加，用于显示射线对肿瘤和周围组织的影响；

7)进行三维锥形布源线的编辑操作：包括在三维图像空间中，布源线的删除、移动操作，以及布源线上某个粒子的删除、移动的操作；

8)将放射性粒子锥形布源方案导出处理器。

所述的来自于影像检查的肿瘤先验数据包括超声、CT、MRI的影像检查结果。

所述的放射性粒子包括：InterSource125、I125_Model_6711、I125_Model_6702、IR_192及Pd_103_Model_200。

所述在进行穿刺起点、穿刺终点设计时，还将穿刺起点及终点信息添加到穿刺点列表。

所述在添加布源线前，穿刺起点及穿刺终点可以重新设定。

所述可根据布源方案，显示布源信息，包括穿刺起点位置及编号、穿刺终点位置及编号、粒子数量及穿刺深度。

所述在放射粒子布放后，在进行显示时可显示百分比等剂量曲线、不同感兴趣区域的“体积-剂量直方图”及图像三维空间中任意部位的放射剂量。

所述可生成一个通过布源线的截面，通过该视图可观察到穿刺路径通过的组织。

所述在三维空间中进行放射性粒子的移动时，先生成通过布源线的平面，然后在这个平面上选择粒子，并移动其位置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明模拟临床穿刺手法，提出一种基于三维空间的放射粒子锥形布源方法，使TPSB系统可以使用与临床实际穿刺类似的方式在三维空间进行布源，从而提高实际穿刺过程中的穿刺效率及布源精度，改善患者的治疗效果。

本发明模拟临床穿刺手法，在三维空间中进行锥形布源。通过在三维空间中定义穿刺起点及穿刺终点，可在选定的感兴趣区域内按照给定的间距进行锥形布源，从而提高实际穿刺过程中的穿刺效率及布源精度。

基于本发明的布源方案，可有效减少入针点数目，从而减少术中对病人的创伤。

附图说明

图1为基于三维空间的锥形布源操作流程示意图；

图2为锥形空间布源操作示意图。(a)为以点1为入针点进行锥形布源操作；(b)为删除以点1为入针点的锥形布源方案中的一条布源线；(c)为增加点2、3为入针点，进行锥形布源操作；

图3为锥形布源方式中布源线及布源粒子的3D显示及剂量体积直方图显示。(a)为锥形布源方式中布源线及布源粒子的3D显示；(b)为剂量体积直方图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，本发明提出的放射性粒子锥形布源的3D构建方法，包括以下操作：

1)选取感兴趣的肿瘤区域：

将来自于影像检查的肿瘤先验数据(比如超声、CT、MRI等影像检查结果)导入到处理器或计算机中，通过分割方法并结合手动修正，勾画感兴趣的肿瘤区域，并生成相应的三维图像；

2、设置锥形布源参数：

包括设置放射性粒子属性(例如，InterSource125、I125_Model_6711、I125_Model_6702、IR_192及Pd_103_Model_200)、放射性粒子间距、放射性粒子与肿瘤边缘的距离等。

3、设置穿刺起点/入针点(或选择已有入针点)：

通过定位视图指定入针点；同时将此入针点位置添加到“穿刺起点”列表中，方便下次直接从列表中选取该点为入针点。在添加布源线前，可随时重新设定入针点。另外，在入针点设置完毕后，定位视图上会有相应的提示，例如在定位视图中，可将该入针点点显示为一个亮点。

4、设置穿刺终点(或选择已有穿刺终点)：

通过定位视图指定穿刺终点；同时将该位置存入到“穿刺终点”列表中，方便下次直接从列表中选取此点为穿刺终点；在添加布源线前，用户可随时重新设定穿刺终点。另外，在穿刺终点设置完毕后，定位视图上应有相应的提示。

5、添加布源线：

在穿刺起点与穿刺终点之间添加布源线，并在所添加的布源线上进行放射性粒子的布设；

添加布源线后回到设置穿刺终点步骤(步骤4)，以便用户以原入针点继续添加布源线。

在实际穿刺过程中，一个入针点往往可进行多次穿刺。为模拟该过程，对于一个锥形布源线起点，允许定义多个穿刺终点，添加多条布源线，从而形成发散的锥形束，如图2所示。

系统可根据布源方案，可显示布源信息，包括穿刺起点位置及编号、穿刺终点位置及编号、粒子数量及穿刺深度等。

6、显示粒子、布源线及等剂量曲线：

对所有布放好的放射粒子，按照其剂量分布模型，计算三维空间内的剂量分布并叠加，以显示射线对肿瘤和周围组织的影响，计算结果如图3所示。

①三维图形显示：在放射粒子布放后，显示粒子和肿瘤的三维空间分布、放射剂量的三维立体分布；

②曲线显示：在放射粒子布放后，显示任意百分比等剂量曲线(例如：100％,75％,50％,25％)、不同感兴趣区域的“体积—剂量直方图”、图像三维空间中任意部位的放射剂量等；

③生成一个通过布源线的截面。通过该视图可以方便的观察该穿刺路径通过了哪些组织，可以辅助完成调整入针点位置、调整穿刺路径上粒子位置等操作。

7、锥形布源线的编辑操作

在三维空间中，进行布源线的编辑操作主要是指：布源线的删除、移动操作，以及布源线上某个粒子的删除、移动(沿布源线)操作，如图2所示。其中，布源线的选择操作可通过列表或鼠标拣选实现。考虑到在三维空间中控制粒子位置的操作较为困难，在进行放射性粒子操作时，可首先生成通过布源线的平面，然后在这个平面上选择粒子，并移动其位置。

Claims (6)

1.一种非治疗目的的放射性粒子锥形布源的三维构建方法，其特征在于，包括以下操作：

1)将来自于影像检查的肿瘤先验数据导入到处理器中，并生成相应的三维图像；

2)在三维空间中设置参数，包括放射性粒子属性、放射性粒子间距、放射性粒子与肿瘤边缘的距离；

3)通过肿瘤定位视图指定穿刺起点；在穿刺起点设置完毕后，定位视图上有相应的提示；

4)通过肿瘤定位视图指定穿刺终点；在穿刺终点设置完毕后，定位视图上有相应的提示；

5)在穿刺起点与穿刺终点之间添加布源线，并在所添加的布源线上进行放射性粒子的布设；

对于一个锥形布源起点，能够指定多个布源终点，并添加相应的布源线，形成发散的三维锥形束；

6)对所有布放好的放射粒子，按照其剂量分布，计算三维空间内的剂量分布并叠加，用于显示射线对肿瘤和周围组织的影响；

7)进行三维锥形布源线的编辑操作：包括在三维图像空间中，布源线的删除、移动操作，以及布源线上某个粒子的删除、移动的操作；

8)将放射性粒子锥形布源方案导出处理器；

在进行穿刺起点、穿刺终点设计时，还将穿刺起点及终点信息添加到穿刺点列表；在添加布源线前，穿刺起点及穿刺终点可以重新设定；根据布源方案，显示布源信息，包括穿刺起点位置及编号、穿刺终点位置及编号、粒子数量及穿刺深度。

2.如权利要求1所述的非治疗目的的放射性粒子锥形布源的三维构建方法，其特征在于，所述的来自于影像检查的肿瘤先验数据包括超声、CT、MRI的影像检查结果。

3.如权利要求1所述的非治疗目的的放射性粒子锥形布源的三维构建方法，其特征在于，所述的放射性粒子包括：InterSource125、I125_Model_6711、I125_Model_6702、IR_192及Pd_103_Model_200。

4.如权利要求1所述的非治疗目的的放射性粒子锥形布源的三维构建方法，其特征在于，在放射粒子布放后，在进行显示时可显示百分比等剂量曲线、不同感兴趣区域的“体积-剂量直方图”及图像三维空间中任意部位的放射剂量。

5.如权利要求1所述的非治疗目的的放射性粒子锥形布源的三维构建方法，其特征在于，还生成一个通过布源线的截面，通过该视图可观察到穿刺路径通过的组织。

6.如权利要求1所述的非治疗目的的放射性粒子锥形布源的三维构建方法，其特征在于，在三维空间中进行放射性粒子的移动时，先生成通过布源线的平面，然后在这个平面上选择粒子，并移动其位置。