CN104107062B - 一种评估放射治疗效果方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于医疗软件技术领域，提供了一种评估放射治疗效果方法及系统，所述方法包括：接收输入的计算机断层扫描CT图像、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息、放射治疗剂量分布矩阵和放射治疗计划射野参数；查询得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量；根据所述人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量以及放射治疗计划射野参数，计算人体器官和肿瘤靶区各个体素点的等效生物剂量；根据所述等效生物剂量和所述单次物理剂量对放射治疗效果进行评估。本发明通过查询得到单次物理剂量和计算等效生物剂量并构建相应的轮廓线，解决了现有技术存在的评估放射治疗效果不准确的问题。

Description

一种评估放射治疗效果方法及系统

技术领域

本发明属于医疗软件技术领域，尤其涉及一种评估放射治疗效果方法及系统。

背景技术

在肿瘤放射治疗领域，放疗医师在给肿瘤患者安排基于放射线照射的放射治疗方案后，由放疗物理技师通过放疗计划系统（TreatmentPlanning System，TPS）设计出符合治疗方案要求的放疗计划。TPS输出的放疗计划中包括有治疗射野参数（主要包括产生治疗用放射线的加速器针对肿瘤部位进行放射线治疗照射时，加速器的各个运动部件的运动参数，如放射线入射角度、射野形状、放射线能量、跳数、照射总分次数等），患者人体吸收的物理剂量在患者体内的三维剂量分布，由CT断层扫描设备扫描产生的CT断层扫描图像，以及设计计划前有放疗医师在CT图像上所勾画的用于描述患者人体器官及肿瘤部位的轮廓形状和位置的结构数据。

在对肿瘤患者进行放射治疗前，放疗医师需要借助于计算机模拟技术，通过观察物理剂量在人体内的梯度分布情况，以及肿瘤靶区和正常器官受到的特定剂量照射的剂量体积直方图DVH的分布情况，来评估物理技师所设计的放疗计划的是否符合治疗方案的要求。

物理剂量所反映的是放射线在理想情况下被人体组织吸收后其剂量的理想分布情况，并不能完全反映出放射治疗的生物效应。肿瘤的灭杀和正常器官的损伤更依赖于生物剂量而不仅仅是物理剂量，相同的物理总剂量，在不同的治疗次数、治疗时间间隔的条件下，所产生的生物学效应往往有较大差别，因此通过物理剂量和生物剂量结合的方式对放疗计划进行评估，具有更有价值的临床意义。但目前的技术条件下，放疗医师只能通过TPS上提供的计划评估功能，通过观察物理剂量分布、物理剂量体积等参数来进行计划评估，存在评估准确性不够的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种评估放射治疗效果方法及系统，以解决现有技术存在的放疗医师只能通过TPS上提供的计划评估功能，通过观察物理剂量分布、物理剂量体积等参数来进行计划评估，评估准确性不够的问题。

本发明的实施例是这样实现的,一种评估放射治疗效果方法,所述方法包括以下步骤:

接收输入的计算机断层扫描CT图像、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息、放射治疗剂量分布矩阵和放射治疗计划射野参数，所述人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息包括人体器官和肿瘤靶区的各个体素点在CT图像上的三维坐标数据，所述放射治疗剂量分布矩阵为经过放射治疗后，放射线在患者体内产生的物理总剂量的三维剂量分布矩阵；

根据CT图像、放射治疗剂量分布矩阵、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息以及放射治疗射野参数，查询得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量；

根据所述人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量以及放射治疗计划射野参数，计算人体器官和肿瘤靶区各个体素点的等效生物剂量；

根据所述等效生物剂量和所述单次物理剂量对放射治疗效果进行评估。

本发明的实施例的另一目的在于提供一种评估放射治疗效果系统，所述系统包括：

接收单元，用于接收输入的计算机断层扫描CT图像、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息、放射治疗剂量分布矩阵和放射治疗计划射野参数，所述人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息包括人体器官和肿瘤靶区的各个体素点在CT图像上的三维坐标数据，所述放射治疗剂量分布矩阵为经过放射治疗后，放射线在患者体内产生的物理总剂量的三维剂量分布矩阵；

查询单元，用于根据CT图像、放射治疗剂量分布矩阵、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息以及放射治疗射野参数，查询得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量；

计算单元，用于根据所述人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量以及放射治疗计划射野参数，计算人体器官和肿瘤靶区各个体素点的等效生物剂量；

第一评估单元，用于根据所述等效生物剂量和所述单次物理剂量对放射治疗效果进行评估。

本发明实施例通过接收治疗的次数、时间间隔以及查询得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量，计算出等效生物剂量，根据所述单次物理剂量和等效生物剂量评估放射治疗效果，解决了现有技术存在的放疗医师只能通过TPS上提供的计划评估功能，通过观察物理剂量分布、物理剂量体积等参数来进行计划评估，无法准确评估放射治疗效果的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的评估放射治疗效果方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的评估放射治疗效果系统的模块结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了获取评估放射治疗效果方法,所述方法如图1所示,具体步骤包括:

S11、接收输入的计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)图像、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息、放射治疗剂量分布矩阵和放射治疗计划射野参数。

在本实施例中，CT图像、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息由CT成像设备生成，放射治疗剂量分布矩阵和放射治疗计划射野参数由放射治疗计划系统（Treatment Planning System，TPS）生成；所述CT图像包含人体体素在三维空间坐标系的位置，所述人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息包括人体器官和肿瘤靶区的各个体素点在CT图像上三维坐标数据，所述放射治疗剂量分布矩阵为经过所述放射治疗后，放射线在患者体内产生的物理总剂量的三维剂量分布矩阵，所述三维剂量分布矩阵包括三维坐标数据和三维坐标对应的单次物理剂量所述放射治疗计划射野参数包括治疗次数N和两次治疗的时间间隔t，放射治疗计划射野参数还包括放射线的入射角度、治疗射野的大小和形状、放射线的能量和跳数等，不过本实施例不需要用到放射线的入射角度、治疗射野的大小和形状、放射线的能量和跳数等参数。

S12、根据CT图像、放射治疗剂量分布矩阵、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息以及放射治疗射野参数，查询得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量。

在本实施例中，在多次放射治疗中，每次放射治疗时人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量是相等的，首先查询人体器官和肿瘤靶区各个体素点的总物理剂量，然后根据治疗次数计算得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量。

S13、根据所述人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量以及放射治疗计划射野参数，计算人体器官和肿瘤靶区各个体素点的等效生物剂量。

需要说明的是，等效生物剂量是针对单次物理剂量而言的，是指单次物理剂量与人体结合所产生的生物效果，能够有效反应放射治疗的效果。

S14、根据所述等效生物剂量和所述单次物理剂量对放射治疗效果进行评估。

可选的，实现步骤所述S12的方法包括：

根据所述放射治疗剂量分布矩阵的三维坐标数据和三维坐标对应的总物理剂量，在CT图像上选取三维坐标与所述放射治疗剂量分布矩阵的三维坐标重合点，构建总物理剂量图像平面；

根据人体器官和肿瘤靶区各个体素点在CT图像上的三维坐标数据，查询得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的总物理剂量；

根据人体器官和肿瘤靶区各个体素点的总物理剂量以及放射治疗射野参数总的治疗次数，计算得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量。

需要说明的是，构建总物理剂量图像平面是为了方便后面查询人体器官和肿瘤靶区各个体素点的总物理剂量，构建总物理剂量图像平面的目的是让总物理剂量和CT图像建立联系，构建总物理剂量图像平面也可以使用构建总物理剂量与CT图像关系表格来替代，根据总物理剂量和放射治疗射野参数的治疗次数，可以计算得到单次物理剂量

可选的，实现步骤所述S13的方法包括：

$\mathrm{BED}=\frac{N\×d\×(1+\frac{d}{\mathrm{\α}/\mathrm{\β}})}{1+\frac{2}{\mathrm{\α}/\mathrm{\β}}}-K\×(N-1)\×t;$

其中，所述BED为人体器官和肿瘤靶区各个体素点的等效生物剂量，所述α/β为预存的剂量效应系数，所述K为预存的剂量修正参数，所述d为人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量，所述N为治疗次数，所述t为治疗之间的时间间隔，所述放射治疗计划射野参数包括治疗次数和治疗之间的时间间隔。

可选的，实现步骤所述S14的方法具体包括：

在CT图像上分别将所述等效生物剂量值相等的点和所述单次物理剂量值相等的点连接起来，形成生物等剂量轮廓线和物理等剂量轮廓线；

将生物等剂量轮廓线和物理等剂量轮廓线显示在显示屏上，以使得治疗医师可以根据所述生物等剂量轮廓线和物理等剂量轮廓线评估放射治疗效果。

需要说明的是，在CT图像上分别将所述等效生物剂量值相等的点和所述单次物理剂量值相等的点连接起来，形成生物等剂量轮廓线和物理等剂量轮廓线的意思是，在CT图像上将等效生物剂量值相等的点连接起来形成生物等剂量轮廓线，形成的方式是提取等效生物剂量值进行图像分割，对指定剂量区域利用边界检测算法获取剂量区域边界坐标点，利用轮廓跟踪算法将边界坐标点按多边形顶点连接方式，连接形成生物等剂量轮廓线，在CT图像上将单次物理剂量值相等的点连接起来，形成物理等剂量轮廓线，形成的方式和生物等剂量轮廓线一样。

可选的，上述方法还包括：

根据所述等效生物剂量值、单次物理剂量值、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息以及CT图像，计算各个器官和肿瘤靶区的体积以及总等效生物剂量和总物理剂量；

根据所述各个器官和肿瘤靶区的体积以及总等效生物剂量和总物理剂量，将总等效生物剂量和总物理剂量以剂量体积直方图显示出来，以使得治疗医师可以根据所述剂量体积直方图评估放射治疗效果。

需要说明的，根据CT图像和人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息以及CT图像计算人体器官和肿瘤靶区的体积，然后统计出人体器官和肿瘤靶区的总等效生物剂量和总物理剂量，绘制剂量体积直方图。

综上所述，本发明实施例通过接收CT图像、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息、放射治疗剂量分布矩阵和放射治疗计划射野参数，计算出单次物理剂量和对应的生物剂量值，并且形成将物理等剂量轮廓线和生物等剂量轮廓线，以使得治疗医师容易评估放射治疗的效果，解决了现有技术存在的评估方式无法准确评估放射治疗效果的问题。

本发明实施例提供了评估放射治疗效果系统,所述评估放射治疗效果系统如图2所示,具体包括:

接收单元21，用于接收输入的计算机断层扫描CT图像、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息、放射治疗剂量分布矩阵和放射治疗计划射野参数，所述人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息包括人体器官和肿瘤靶区的各个体素点在CT图像上的三维坐标数据，所述放射治疗剂量分布矩阵为经过放射治疗后，放射线在患者体内产生的物理总剂量的三维剂量分布矩阵；

查询单元22，用于根据CT图像、放射治疗剂量分布矩阵以及人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息以及放射治疗射野参数，查询得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量；

计算单元23，用于根据所述人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量以及放射治疗计划射野参数，计算人体器官和肿瘤靶区各个体素点的等效生物剂量；

第一评估单元24，用于根据所述等效生物剂量和所述单次物理剂量对放射治疗效果进行评估。

可选的，所述查询单元22具体用于：

根据所述放射治疗剂量分布矩阵的三维坐标数据和三维坐标对应的总物理剂量，在CT图像上选取三维坐标与所述放射治疗剂量分布矩阵的三维坐标重合点，构建总物理剂量图像平面；

根据人体器官和肿瘤靶区各个体素点在CT图像上的三维坐标数据，查询得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的总物理剂量；

根据人体器官和肿瘤靶区各个体素点的总物理剂量以及放射治疗射野参数总的治疗次数，计算得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量。

可选的，所述计算单元23具体用于：

$\mathrm{BED}=\frac{N\×d\×(1+\frac{d}{\mathrm{\α}/\mathrm{\β}})}{1+\frac{2}{\mathrm{\α}/\mathrm{\β}}}-K\×(N-1)\×t;$

其中，所述BED为人体器官和肿瘤靶区各个体素点的等效生物剂量，所述α/β为预存的剂量效应系数，所述K为预存的剂量修正参数，所述d为人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量，所述N为治疗次数，所述t为治疗之间的时间间隔，所述放射治疗计划射野参数包括治疗次数和治疗之间的时间间隔。

可选的，所述第一评估单元24具体用于：

在CT图像上分别将所述等效生物剂量值相等的点和所述单次物理剂量值相等的点连接起来，形成生物等剂量轮廓线和物理等剂量轮廓线；

将生物等剂量轮廓线和物理等剂量轮廓线显示在显示屏上，以使得治疗医师可以根据所述生物等剂量轮廓线和物理等剂量轮廓线评估放射治疗效果。

可选的，所述系统还包括：

第二评估单元，用于根据所述等效生物剂量值、单次物理剂量值、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息以及CT图像，计算各个器官和肿瘤靶区的体积以及总等效生物剂量和总物理剂量；

根据所述各个器官和肿瘤靶区的体积以及各个器官和肿瘤靶区的总等效生物剂量和总物理剂量，将总等效生物剂量和总物理剂量以剂量体积直方图显示出来，以使得治疗医师可以根据所述剂量体积直方图评估放射治疗效果。

本领域普通技术人员可以理解为上述实施例所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例快速进入应用方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于评估放射治疗效果系统可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种评估放射治疗效果系统，其特征在于，所述系统包括：

接收单元，用于接收输入的计算机断层扫描CT图像、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息、放射治疗剂量分布矩阵和放射治疗计划射野参数，所述人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息包括人体器官和肿瘤靶区的各个体素点在CT图像上的三维坐标数据，所述放射治疗剂量分布矩阵为经过放射治疗后，放射线在患者体内产生的物理总剂量的三维剂量分布矩阵；

查询单元，用于根据CT图像、放射治疗剂量分布矩阵、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息以及放射治疗计划射野参数，查询得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的总物理剂量；

计算单元，用于根据所述人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量以及放射治疗计划射野参数，计算人体器官和肿瘤靶区各个体素点的等效生物剂量；

第一评估单元，用于根据所述等效生物剂量和所述单次物理剂量对放射治疗效果进行评估；

所述第一评估单元具体用于：

在CT图像上分别将等效生物剂量值相等的点和单次物理剂量值相等的点连接起来，形成生物等剂量轮廓线和物理等剂量轮廓线；

将生物等剂量轮廓线和物理等剂量轮廓线显示在显示屏上，以使得治疗医师可以根据所述生物等剂量轮廓线和物理等剂量轮廓线评估放射治疗效果。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述查询单元具体用于：

根据所述放射治疗剂量分布矩阵的三维坐标数据和三维坐标对应的总物理剂量，在CT图像上选取坐标点与所述放射治疗剂量分布矩阵的坐标参数重合点，构建总物理剂量图像平面；

根据人体器官和肿瘤靶区各个体素点在CT图像上的三维坐标数据，查询得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的总物理剂量；

根据人体器官和肿瘤靶区各个体素点的总物理剂量以及放射治疗射野参数总的治疗次数，计算得到人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算单元具体用于：

$BED=\frac{N\×d\×(1+\frac{d}{\mathrm{\α}/\mathrm{\β}})}{1+\frac{2}{\mathrm{\α}/\mathrm{\β}}}-K\×(N-1)\×t;$

其中，BED为人体器官和肿瘤靶区各个体素点的等效生物剂量，α/β为预存的剂量效应系数，K为预存的剂量修正参数，d为人体器官和肿瘤靶区各个体素点的单次物理剂量，N为治疗次数，t为治疗之间的时间间隔，所述放射治疗计划射野参数包括治疗次数和治疗之间的时间间隔。

4.如权利要求1所述的评估放射治疗效果系统，其特征在于，所述系统还包括:

第二评估单元，用于根据等效生物剂量值、单次物理剂量值、人体器官和肿瘤靶区的结构轮廓信息以及CT图像，计算各个器官和肿瘤靶区的体积以及总等效生物剂量和总物理剂量；

根据所述各个器官和肿瘤靶区的体积以及各个器官和肿瘤靶区的总等效生物剂量和总物理剂量，将总等效生物剂量和总物理剂量以剂量体积直方图显示出来，以使得治疗医师可以根据所述剂量体积直方图评估放射治疗效果。