CN105893772B - 用于放射治疗计划的数据获取方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于放射治疗计划的数据获取方法和装置。该方法包括以下步骤：进入肿瘤信息管理系统并执行如下步骤：接收二维图像文件序列的导入；触发预处理程序：将二维图像文件序列重建为三维体数据文件，存储到数据库中；调用器官自动分割算法从三维体数据文件中分割出器官区域，并将器官区域存储到数据库中；进入放疗计划系统并执行如下步骤：从数据库中加载三维体数据文件；接收操作者对需要勾画的器官的选择，从数据库中提取并呈现被选择器官对应的器官区域；接收操作者对器官及靶区的勾画；响应于操作者操作进入计划制定阶段；以及响应于操作者完成计划制定，进行剂量计算。

Description

用于放射治疗计划的数据获取方法和装置
技术领域
本发明主要涉及放射治疗计划系统，尤其涉及一种用于放射治疗计划的数据获取方法和装置。
背景技术
放射治疗(后文简称放疗)是指利用放射性同位素产生的射线和各类X射线治疗机或加速器产生的X射线、电子线、质子束以及其他粒子束等治疗肿瘤的一种方法。
制定放疗计划的一般过程是，医生给出处方和治疗方案，物理师根据医生处方和治疗方案制定放疗计划。物理师首先根据医生处方勾画需要治疗的器官和肿瘤位置，以及总的肿瘤体积(Gross Tumor Volume GTV)、计划治疗体积(Planning Target Volume,PTV)和临床目标体积(Clinical Target volume,CTV)等靶区。然后物理师根据治疗方案，创建射野(Beam)和子野(Beam segment)，检查剂量体积分布(Dose-Volume Histogram,DVH)，如果不满足处方目标，进行优化计算直到满足要求为止。最后物理师批准(Approve)计划，保存整个计划数据，用以治疗。
放疗计划系统中器官的自动勾画和剂量计算在整个制定计划过程中，比较耗时，如何提高整体的性能，是一个重要而长期的难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供用于放疗计划的数据获取方法和装置，以减少制定计划的时间。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于放射治疗计划的数据获取方法，包括以下步骤：响应于操作者操作，进入肿瘤信息管理系统并执行如下步骤：接收二维图像文件序列的导入；触发预处理程序：将该二维图像文件序列重建为三维体数据文件，存储到数据库中；调用器官自动分割算法从三维体数据文件中分割出器官区域，并将该器官区域存储到该数据库中；响应于操作者操作，进入放疗计划系统并执行如下步骤：从该数据库中加载该三维体数据文件；接收操作者对需要勾画的器官的选择，从该数据库中提取并呈现被选择器官对应的器官区域；接收操作者对器官及靶区的勾画；响应于操作者操作进入计划制定阶段；以及响应于操作者完成计划制定，进行剂量计算。
可选地，上述方法还包括在肿瘤信息管理系统中，计算该器官区域的密度值，并且响应于操作者操作进入计划制定阶段后，从该数据库中提取该器官区域的密度值作为剂量计算预处理的数据。
可选地，上述方法还包括在肿瘤信息管理系统中，调用剂量计算过程中与体数据密切相关且与放射治疗设备的机器参数无关的计算，将结果存储到该数据库中，并且响应于操作者操作进入计划制定阶段后，从该数据库中提取该结果作为剂量计算预处理的数据。
可选地，接收操作者对器官及靶区的勾画，包括接收对自动勾画的器官和靶区的修改。
可选地，该靶区包括总的肿瘤体积、计划治疗体积和临床目标体积中的至少一个。
可选地，该肿瘤信息管理系统和该治疗管理系统是使用统一的数据格式。
可选地，该剂量计算方法为笔形束算法、卷积算法或蒙特卡洛算法。
可选地，该数据库包括自定义文件系统和xml格式文件。
本发明还提出一种用于放射治疗计划的数据获取装置，包括第一模块和第二模块。第一模块用于响应于操作者操作，进入肿瘤信息管理系统并执行如下步骤：接收二维图像文件序列的导入；触发预处理程序：将该二维图像文件序列重建为三维体数据文件，存储到数据库中；调用器官自动分割算法从三维体数据文件中分割出器官区域，并将该器官区域存储到该数据库中；第二模块用于响应于操作者操作，进入放疗计划系统并执行如下步骤：从该数据库中加载该三维体数据文件；接收操作者对需要勾画的器官的选择；从该数据库中提取并呈现该器官对应的器官区域；接收操作者对器官及靶区的勾画；响应于操作者操作进入计划制定阶段；以及响应于操作者完成计划制定，进行剂量计算。
与现有技术相比，本发明通过优化肿瘤信息管理系统与放疗计划系统之间的协作方式和一系列的数据预处理，很大程度上减少了制定计划的时间。
附图说明
图1是根据本发明实施例的治疗管理系统的框图。
图2A、2B是根据本发明一实施例的放射治疗计划的数据获取方法流程图。
图3是根据本发明一实施例的图像文件导入界面。
图4是根据本发明一实施例的从患者管理界面进入治疗计划界面的操作界面。
图5是根据本发明一实施例的选择需要勾画的器官的界面。
图6是根据本发明一实施例的进入计划制定阶段的界面。
图7是根据本发明一实施例的计划制定界面。
图8A、8B是根据本发明另一实施例的放射治疗计划的数据获取方法流程图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
通常而言，放疗计划制定过程涉及肿瘤信息管理系统(Oncology InformationSystem,OIS)和放疗计划系统(Radiation Treatment Planning System,RTPS)两个部分。在现有商业化系统中，这是两个独立的软件产品，可能属于不同的公司开发的，两者之间的数据交换协议是医学数字成像和通信(Digital Imaging and Communications inMedicine,DICOM)。肿瘤信息管理系统主要对肿瘤患者的相关数据进行管理，放疗计划系统则对放疗计划的制定过程进行管理。放疗计划系统中器官的自动分割和剂量计算在整个制定计划过程中，比较耗时。经过分析，耗时的原因包括操作者进行繁琐的操作所耗费的时间和操作者等待设备进行运算所浪费的时间。本发明的实施例通过优化肿瘤信息管理系统与放疗计划系统之间的协作方式和一系列的数据预处理，来很大程度上减少制定计划的时间。
图1是根据本发明实施例的治疗管理系统的框图。参考图1所示，本实施例的治疗管理系统100包含肿瘤信息管理系统110、放疗计划系统120和数据库130。数据库130是被肿瘤信息管理系统110和放疗计划系统120共享。因此肿瘤信息管理系统110和放疗计划系统120能够以某种程度进行协作。举例来说，由肿瘤信息管理系统110产生的数据，可以被放疗计划系统120使用。可以理解，肿瘤信息管理系统110和放疗计划系统120最好使用统一的数据格式以方便数据共享。为减少数据格式的频繁转换，肿瘤信息管理系统110和放疗计划系统120在内部交互时可以使用二者共同约定的格式。这种内部格式可以由治疗管理系统100的开发者自行定义。当然，肿瘤信息管理系统110和放疗计划系统120各自与外部设备交互时，可以使用DICOM格式。
在本发明的实施例中，数据库130可以是某种数据库实现，例如Oracle、MicrosoftSQL Server、Access、MySQL及PostgreSQL等，也可包括自定义文件系统和xml格式文件。
放疗计划系统120进一步包括勾画模块121、计划模块122、评估模块123、验证模块124以及剂量计算引擎125。勾画模块121用于器官的自动和半自动分割，以及手动勾画。勾画模块121提供在此过程中所需的界面和功能。计划模块122用于设计和制定一套包含射束的治疗计划。计划模块122提供在此过程中所需的界面和功能。评估模块123用于多套计划之间的比较和评估。评估模块123提供在此过程中所需的界面和功能。验证模块124用于验证治疗计划在直线加速器上的治疗效果。验证模块124提供在此过程中所需的界面和功能。剂量计算引擎125用于计算治疗计划中患者的目标区域和相关器官所吸收到的放射剂量。这些模块的进一步细节将在后文的描述中更加清晰。
图2A、2B是根据本发明一实施例的放射治疗计划的数据获取方法流程图。参考图2A、2B所示，本实施例的一种用于放射治疗计划的数据获取方法，包括以下步骤：
在步骤201，响应于操作者操作，进入肿瘤信息管理系统110；
在步骤202，接收二维图像文件序列的导入；
图3是根据本发明一实施例的图像文件导入界面。参考图3所示，在界面300上选定了一个或多个患者后，点击导入按钮301，批量导入一系列二维图像文件。在此，将每个患者所对应的多个二维图像文件称为二维图像文件序列。二维图像文件通常是CT或MR图像数据文件，且是DICOM的格式。
在步骤203，触发预处理程序。
当一套完整的病人数据导入完成后，触发预处理程序。
在步骤204，将二维图像文件序列重建为三维体数据文件，存储到数据库中；
在此步骤中，将一个序列下所有的单张的二维图像文件，重建为一个三维体数据文件RtImage3D，存到数据库130中。
在步骤205，调用器官自动分割算法从三维体数据文件中分割出器官区域，并将该器官区域存储到该数据库中；
在此步骤中，器官自动分割算法会将感兴趣区域(Volume of Interest,VOI)作为自定义内部数据存到数据库中，进行皮肤等相关器官的自动分割工作。器官自动分割是指根据人体模型初步定位出器官的位置，比如左肺、心脏、脊椎等，然后根据三维体数据文件中的不同的器官图像值(如CT值)的不同，应用图像处理中边缘提取等算法，将所需要的器官标记出来。在本发明的实施例中，可以使用已知的器官自动分割算法来实施这一步骤，在此不再展开。
在步骤206，计算器官区域的密度(Density)值；
在此步骤中，会根据图像值(如CT值)到密度值的映射关系表，计算器官区域的密度值。
在步骤204-206，肿瘤信息管理系统110的预处理程序自动执行了许多操作，这些操作可在无需操作者干预的情况下，后台自动执行。或者这些操作可在步骤204之前弹出对话框，让操作者确认后再开始自动执行。在后续的步骤中，当操作者需要这些操作的结果时即可直接使用。在步骤207，响应于操作者操作，进入放疗计划系统；
图4是根据本发明一实施例的从患者管理界面进入治疗计划界面的操作界面。参考图4所示，在患者管理界面300的“患者”条目上点击右键，出现可操作的选项，如“TPS”，将光标移动“TPS”，出现二级选项，如“勾画”、“计划制定”、“计划评估”和“计划验证”，选择任一选项均可进入治疗计划界面。在此，选择“勾画”选项以进入治疗计划系统120的界面。
在步骤208，从数据库中加载三维体数据文件；
在此步骤中，治疗计划系统120会加载此前的步骤204中获得存储于数据库130中的三维体数据文件。
在步骤209，接收操作者对需要勾画的器官的选择，从该数据库中提取并呈现被选择器官对应的器官区域；
在步骤210，接收操作者对器官及靶区的勾画；
图5是根据本发明一实施例的选择需要勾画的器官的界面。参考图5所示，在界面500中提供了一些器官供操作者选择，例如“SKIN”(皮肤)、“LUNG LEFT”(左肺)、“LUNGRIGHT”(右肺)、“HEART”(心脏)、“LIVER”(肝脏)、“SPLEEN”(脾脏)、“BRAIN”(大脑)等，操作者可在右侧的框内选择需要勾画的器官。响应于此，治疗计划系统120从数据库130中提取并呈现器官对应的器官区域。
在呈现器官的界面上，治疗计划系统120的勾画模块121允许操作者勾画器官和靶区，其中靶区包括总的肿瘤体积GTV、计划治疗体积PTV和临床目标体积CTV中的至少一个，也允许操作者修改自动勾画出来的器官和靶区。
自动勾画器官和靶区可以通过现有技术来实现，例如自动勾画GTV，可以根据医生标记的肿瘤位置和大小，应用图像处理中区域增长的方法，形成GTV。
在步骤211，响应于操作者操作进入计划制定阶段，从数据库中提取剂量计算预处理的数据；
在本实施例中，此步骤中剂量计算预处理的数据可包括步骤206所计算的器官区域的密度(Density)值。
在另一实施例中，在步骤206中也可不计算器官区域的密度值，在此步骤中就无需从数据库中提取剂量计算预处理的数据。作为替代，器官区域的密度值会在后述的剂量计算步骤中进行。
图6是根据本发明一实施例的进入计划制定的界面。参考图6所示，在完成器官勾画后，点击计划制定按钮601进入计划制定阶段。
图7是根据本发明一实施例的计划制定界面。参考图7所示，计划制定界面700提供制定计划所需的交互操作。治疗计划系统120的计划模块122用于提供计划制定功能。
在步骤212，响应于操作者完成计划制定，进行剂量计算。
在此步骤中，治疗计划系统120会调用剂量计算引擎125进行剂量计算。在本发明的实施例中，剂量计算方法可以是笔形束算法(Pencil Beam)、卷积算法(Convolution)或蒙特卡洛算法(Monte Carlo)。
本实施例通过优化肿瘤信息管理系统与放疗计划系统之间的协作方式和一系列的数据预处理，可以使得三维体数据文件的生成、剂量计算的一些数据的生成等步骤，可以在操作者没有干预(甚至没有察觉)的情况下完成，因此可以显著减少操作者等候设备计算所浪费的时间。这种减少的效果在操作者于肿瘤信息管理系统110中同时导入多个病人的图像数据文件的情况下更为显著。在这一情况下，肿瘤信息管理系统110已经在后台完成了多个病人的三维体数据文件以及剂量计算的相关的一些数据的生成，而操作者可能还在处理第一个病人的治疗计划。因此当操作者开始处理第二个病人的治疗计划时，可以在几乎不必等待的情况下制定治疗计划。并且，预处理过程中自动进行的器官分割，可以减少操作者进行器官勾画的时间。以上两个方面结合起来，可以很大程度上减少制定计划的时间。
可以理解，肿瘤信息管理系统110中所进行的预处理，其对象范围并不限于上面所述实施例。
图8A、8B是根据本发明另一实施例的放射治疗计划的数据预处理方法流程图。参考图8A、8B所示，本实施例的一种用于放射治疗计划的数据预处理方法，包括以下步骤：
在步骤801，响应于操作者操作，进入肿瘤信息管理系统110；
在步骤802，接收二维图像文件序列的导入；
在步骤803，触发预处理程序。
当一套完整的病人数据导入完成后，触发预处理程序。
在步骤804，将该二维图像文件序列重建为三维体数据文件，存储到数据库中；
在此步骤中，将一个序列下所有的单张的二维图像文件，重建为一个三维体数据文件RtImage3D，存到数据库130中。
在步骤805，调用器官自动分割算法从三维体数据文件中分割出器官区域，并将该器官区域存储到该数据库中；
在此步骤中，器官自动分割算法会将感兴趣区域(Volume of Interest,VOI)作为自定义内部数据存到数据库中，进行皮肤等相关器官的自动分割工作。器官自动分割是指根据人体模型初步定位出器官的位置，比如左肺、心脏、脊椎等，然后根据二维图像文件中图像中的不同的器官密度值的不同，应用图像处理中边缘提取等算法，将所需要的器官标记出来。在本发明的实施例中，可以使用已知的器官自动分割算法来实施这一步骤，在此不再展开。
在步骤806，计算器官区域的密度(Density)值；
在此步骤中，会根据图像值(如CT值)到密度的映射关系表，计算器官区域的密度值。
在步骤807，调用剂量计算过程中与体数据密切相关且与放射治疗设备的机器参数无关的计算，将结果存储到数据库中；
在此步骤中，可先进行剂量计算过程中与体数据密切相关而与放射治疗设备的机器参数，如机架角度、准直器角度、叶片位置和病床(Table)角度无关的计算，将结果存到数据库130中。
在步骤804-807，肿瘤信息管理系统110的预处理程序自动执行了许多操作，这些操作可在无需操作者干预的情况下，后台自动执行。在后续的步骤中，当操作者需要这些操作的结果时即可直接使用。
在步骤808，响应于操作者操作，进入放疗计划系统；
在步骤809，从数据库中加载三维体数据文件；
在此步骤中，治疗计划系统120会加载此前的步骤804中获得存储于数据库130中的三维体数据文件。
在步骤810，接收操作者对需要勾画的器官的选择，从该数据库中提取并呈现被选择器官对应的器官区域；
在步骤811，接收操作者对器官及靶区的勾画；
在步骤812，响应于操作者操作进入计划制定阶段，从数据库中提取剂量计算预处理的数据；
在本实施例中，此步骤中剂量计算预处理的数据可包括步骤806所计算的器官区域的密度(Density)值和步骤807所计算的结果。
在步骤813，响应于操作者完成计划制定，进行剂量计算。
本发明上述实施例提出的数据获取方法，将OIS与RTPS整合在一起，通过优化工作流和一系列的数据预处理，能够极大地提高整体的性能，很大程度减少医生和物理师的时间；同时提高了制定治疗计划的效率，缩短患者等待的时间。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其中当所述计算机指令被处理器执行时，执行以下步骤：
响应于操作者操作，进入肿瘤信息管理系统并执行如下步骤：
接收二维图像文件序列的导入；
触发预处理程序：将该二维图像文件序列重建为三维体数据文件，存储到数据库中；调用器官自动分割算法从三维体数据文件中分割出器官区域，并将该器官区域存储到该数据库中；
响应于操作者操作，进入放疗计划系统并执行如下步骤：
从该数据库中加载该三维体数据文件；
接收操作者对需要勾画的器官的选择，从该数据库中提取并呈现被选择器官对应的器官区域；
接收操作者对器官及靶区的勾画；
响应于操作者操作进入计划制定阶段；以及
响应于操作者完成计划制定，进行剂量计算。
2.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，还包括在肿瘤信息管理系统中，计算该器官区域的密度值，并且响应于操作者操作进入计划制定阶段后，从该数据库中提取该器官区域的密度值作为剂量计算预处理的数据。
3.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，还包括在肿瘤信息管理系统中，调用剂量计算过程中与体数据密切相关且与放射治疗设备的机器参数无关的计算，将结果存储到该数据库中，并且响应于操作者操作进入计划制定阶段后，从该数据库中提取该结果作为剂量计算预处理的数据。
4.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，接收操作者对器官及靶区的勾画，包括接收对自动勾画的器官和靶区的修改。
5.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，该靶区包括总的肿瘤体积、计划治疗体积和临床目标体积中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，该肿瘤信息管理系统和治疗管理系统是使用统一的数据格式。
7.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，该剂量计算方法为笔形束算法、卷积算法或蒙特卡洛算法。
8.根据权利要求1所述的计算机可读存储介质，其特征在于，该数据库包括自定义文件系统和xml格式文件。
9.一种用于放射治疗计划的数据获取装置，包括：
第一模块，用于响应于操作者操作，进入肿瘤信息管理系统并执行如下步骤：
接收二维图像文件序列的导入；
触发预处理程序：将该二维图像文件序列重建为三维体数据文件，存储到数据库中；调用器官自动分割算法从三维体数据文件中分割出器官区域，并将该器官区域存储到该数据库中；
第二模块，用于响应于操作者操作，进入放疗计划系统并执行如下步骤：
从该数据库中加载该三维体数据文件；
接收操作者对需要勾画的器官的选择；
从该数据库中提取并呈现该器官对应的器官区域；
接收操作者对器官及靶区的勾画；
响应于操作者操作进入计划制定阶段；以及
响应于操作者完成计划制定，进行剂量计算。
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