CN106139424A - 一种精确放射治疗计划系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种精确放射治疗计划系统，包括CT数据输入模块、机器数据模块、放射治疗计划数据库、靶区定位模块、剂量计算模块、计算机、在线剂量反演模块、剂量采集模块、射束设置和预设理想剂量分布模块、设置射束模块、计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块、第一判断模块、第一评价结果模块、计算射束产生的剂量和优化模块、第二评价结果模块、第二判断模块、输出模块。该精确放射治疗计划治疗系统设计合理，结构简单，可以精确和快速的计算靶区剂量，大大提高了放射治疗的效率；而且增加评价系统可以使剂量更加精准，适用于临床使用，提高了放射治疗的疗效，降低了病人的治疗痛苦。

Description

一种精确放射治疗计划系统
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体是一种精确放射治疗计划系统。
背景技术
肿瘤放射治疗是利用放射线治疗肿瘤的一种局部治疗方法。放射线包括放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类x射线治疗机或加速器产生的x射线、电子线、质子束及其他粒子束等。大约70％的癌症患者在治疗癌症的过程中需要用放射治疗，约有40％的癌症可以用放射治疗根治，放射治疗在肿瘤治疗中的作用和地位日益突出，已成为治疗恶性肿瘤的主要手段之一。
放射治疗虽仅有几十年的历史，但发展较快。在CT影像技术和计算机技术发展帮助下，现在的放射治疗技术由二维放射治疗发展到三维放射治疗、四维放射治疗技术，放射治疗剂量分配也由点剂量发展到体积剂量分配，及体积剂量分配中的剂量调强。现在的放射治疗技术主流包括立体定向放射治疗(SRT)和立体定向放射外科(SRS)。立体定向放射治疗(SRT)包括三维适形放射治疗(3DCRT)、三维适形调强放射治疗(IMRT)；立体定向放射外科(SRS)包括X刀(X-knife)、伽玛刀(Y刀)和射波刀(CyberKnife)，X刀、伽玛刀和射波刀等设备均属于立体定向放射治疗的范畴，其特征是三维、小野、集束、分次、大剂量照射，它要求定位的精度更高和靶区之外剂量衰减的更快。
放射治疗的疗效取决于放射敏感性，不同组织器官以及各种肿瘤组织在受到照射后出现变化的反应程度各不相同。放射敏感性与肿瘤细胞的增殖周期和病理分级有关，即增殖活跃的细胞比不增殖的细胞敏感，细胞分化程度越高放射敏感性越低，反之愈高。此外，肿瘤细胞的氧含量直接影响放射敏感性，例如早期肿瘤体积小，血运好，乏氧细胞少时疗效好，晚期肿瘤体积大，瘤内血运差，甚至中心有坏死，则放射敏感性低；生长在局部的鳞癌，较在臀部和四肢的肿瘤血运好，敏感性高；肿瘤局部合并感染，血运差(乏氧细胞多)，放射敏感性下降。因此，保持照射部位清洁，预防感染、坏死，是提高放射治疗敏感性的重要条件。临床上根据对不同剂量的反应，将放射线对肿瘤的敏感性分为：(1)放射高度敏感肿瘤，指照射20～40Gy肿瘤消失，如：淋巴类肿瘤、精原细胞瘤、肾母细胞瘤等；(2)放射中度敏感肿瘤，指照射60～65Gy肿瘤消失，如：大多数鳞癌、脑瘤、乳腺癌等；(3)放射低度敏感肿瘤，指照射70Gy以上肿瘤才消失，如：大多数腺癌，肿瘤的放射敏感性与细胞的分化程度有关，分化程度越高，放射敏感性越低；(4)放射不敏感的肿瘤，如：纤维肉瘤、骨肉瘤、黑色素瘤等，但一些低分化肿瘤如骨的网状细胞肉瘤、尤文肉瘤、纤维肉瘤腹膜后和腘窝脂肪肉瘤等，仍可考虑放射治疗。
按照各系统中的不同种类的肿瘤，目前放射治疗的适应症可以分为以下类别：(1)消化系统，口腔部癌早期手术和放射疗效相同，有的部位更适合于放射治疗，如舌根部癌和扁桃体癌，中期综合治疗以手术前放射治疗较好，晚期可作姑息性放射治疗；食管癌早期以手术为主，中晚期以放射治疗为主，另外颈段及胸上段食管癌因手术难度大、术后生活质量差等原因，一般行放射治疗；肝、胰、胃、小肠、结肠、直肠癌以手术治疗为主。(2)呼吸系统，鼻咽癌以放射治疗为主；上颌窦癌以手术前放射治疗为好，不能手术者行单独放射治疗，一部分可以治愈；喉癌早期放射治疗或手术治疗，中晚期放射治疗、手术综合治疗；肺癌以手术为主，不适合手术又无远地转移者可行放射治疗，少数可以治愈；小细胞未分化型肺癌要行放射治疗加化疗。(3)泌尿生殖系统，肾透明细胞癌以手术为主，手术后放射治疗有一定好处；膀胱早期以手术为主，中期手术前放射治疗有一定好处，晚期可做姑息治疗；肾母细胞癌以手术、手术与放射治疗化疗三者综合治疗为好；睾丸肿瘤应先手术，然后行手术后放射治疗；子宫颈癌早期手术与放射治疗疗效相同，Ⅱ期以上只能单纯放射治疗，且疗效较好；子宫体癌以手术前放射治疗为好，不能手术者也可放射治疗。(4)乳腺癌以手术治疗为主，凡Ⅰ期或Ⅱ期乳癌，肿瘤位于外侧象限，腋窝淋巴结阴性者手术后不做放射治疗，Ⅰ期而肿瘤位于内侧象限或Ⅱ期乳癌皆作手术后放射治疗，Ⅲ期手术前照射也有好处。(5)神经系统肿瘤，脑瘤大部分要手术后放射治疗；髓母细胞应以放射治疗为主；神经母细胞瘤手术后应行放射治疗或化疗；垂体瘤可放射治疗或手术后放射治疗。(6)皮肤及软组织恶性肿瘤，皮肤黏膜早期手术或放射治疗均可，晚期也可放射治疗；黑色素瘤及其他肉瘤，应以手术为主，也可考虑配合放射治疗。(7)骨恶性肿瘤，骨肉瘤以手术为主，也可作手术前放射治疗；骨网织细胞肉瘤、尤文瘤可行放射治疗辅以化疗。(8)淋巴类肿瘤，Ⅰ、Ⅱ期以放射治疗为主，Ⅲ、Ⅳ期以化疗为主，可加用局部放射治疗。
放射治疗是目前医学界用于肿瘤治疗的主要手段之一，而且由于计算机技术，尤其是精确放射治疗计划系统(TPS)在放射治疗中的应用，使放射治疗进入精确放射治疗年代。治疗计划系统的应用，可以使得放射治疗做到精确定位、精确设计肿瘤靶区剂量分布，放射治疗计划的目的是尽可能选择最好的照射方案，以达到对靶区施行高剂量照射、产生不可恢复性摧毁的同时使周围正常组织及关键或敏感组织所受影响最小的目的，从而提高生存率。但是由于放射治疗计划系统涉及的参数众多，而且放射治疗的剂量只能通过复杂的理论计算来确定，医生需要反复调试优化参数，以符合剂量约束条件，在每次调试优化后都需要对剂量进行计算，而剂量计算是在三维空间进行的，计算过程复杂，耗时较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精确放射治疗计划系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种精确放射治疗计划系统，包括CT数据输入模块、机器数据模块、放射治疗计划数据库、靶区定位模块、剂量计算模块、计算机、在线剂量反演模块、剂量采集模块、射束设置和预设理想剂量分布模块、设置射束模块、计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块、第一判断模块、第一评价结果模块、计算射束产生的剂量和优化模块、第二评价结果模块、第二判断模块、输出模块；所述CT数据输入模块连接至靶区定位模块，靶区定位模块连接至机器数据模块和放射治疗计划数据库，放射治疗计划数据库连接至剂量计算模块，放射治疗计划数据库将选择的放射计划输送至剂量计算模块，剂量计算模块连接至在线剂量反演模块和剂量采集模块；剂量计算模块通过计算机连接至防射源评价模块，放射源评价模块包括射束设置和预设理想剂量分布模块、设置射束模块、计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块、第一判断模块、第一评价结果模块、计算射束产生的剂量和优化模块、第二评价结果模块、第二判断模块、输出模块，射束设置和预设理想剂量分布模块连接至计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块，计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块连接至第一评价结果模块，第一评价结果模块连接至第一判断模块，第一判断模块根据判断结果连接至输出模块或射束设置和预设理想剂量分布模块，所述设置射束模块连接至计算射束产生的剂量和优化模块，计算射束产生的剂量和优化模块连接至第二评价结果模块，第二评价结果模块连接至第二判断模块，第二判断模块根据判断结果连接至输出模块或设置射束模块。
作为本发明进一步的方案：所述剂量采集模块包括成像面板计量采集模块和电离室剂量采集模块。
作为本发明再进一步的方案：所述靶区定位模块设置有医学图像分割模块，医学图像分割的具体步骤为：一、输入图像；二、选择需要进行精细分割的区域；三、调用最大类间方差法进行多阈值分割；四、在T0决定的直方图的最小范围调用直方图水面下降互信息法寻求更优阈值向量T；五、在阈值向量T处分割所选图像区域。
作为本发明再进一步的方案：所述靶区定位模块设置有三维重建模块。
作为本发明再进一步的方案：所述三维重建模块采用基于切片级的表面三维重建技术，具体步骤为：一、提取人体器官及靶区分布在各断层图像上的轮廓线；二、轮廓线配对，构建三角片；三、以三角片为单位拟合相应器官的外表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该精确放射治疗计划治疗系统设计合理，结构简单，可以精确和快速的计算靶区剂量，大大提高了放射治疗的效率；而且增加评价系统可以使剂量更加精准，适用于临床使用，提高了放射治疗的疗效，降低了病人的治疗痛苦。
附图说明
图1为精确放射治疗计划系统的整体结构图。
其中：1-CT数据输入模块；2-机器数据模块；3-放射治疗计划数据库；4-靶区定位模块；5-剂量计算模块；6-计算机；7-在线剂量反演模块；8-剂量采集模块；9-射束设置和预设理想剂量分布模块；10-设置射束模块；11-计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块；12-第一判断模块；13-第一评价结果模块；14-计算射束产生的剂量和优化模块；15-第二评价结果模块；16-第二判断模块；17-输出模块。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
请参阅图1，一种精确放射治疗计划系统，包括CT数据输入模块1、机器数据模块2、放射治疗计划数据库3、靶区定位模块4、剂量计算模块5、计算机6、在线剂量反演模块7、剂量采集模块8、射束设置和预设理想剂量分布模块9、设置射束模块10、计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11、第一判断模块12、第一评价结果模块13、计算射束产生的剂量和优化模块14、第二评价结果模块15、第二判断模块16、输出模块17；所述CT数据输入模块1连接至靶区定位模块4，将患者的CT数据信息经过靶区定位模块4确定肿瘤位置，靶区定位模块4连接至机器数据模块2和放射治疗计划数据库3，通过机器数据模块2和放射治疗计划数据库3的对比找出合适的放疗计划，放射治疗计划数据库3连接至剂量计算模块5，放射治疗计划数据库3将选择的放射计划输送至剂量计算模块5，剂量计算模块5计算靶区需要的放射剂量，剂量计算模块5连接至在线剂量反演模块7和剂量采集模块8；剂量计算模块5通过计算机6连接至防射源评价模块，放射源评价模块包括射束设置和预设理想剂量分布模块9、设置射束模块10、计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11、第一判断模块12、第一评价结果模块13、计算射束产生的剂量和优化模块14、第二评价结果模块15、第二判断模块16、输出模块17，射束设置和预设理想剂量分布模块9连接至计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11，计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11连接至第一评价结果模块13，第一评价结果模块13连接至第一判断模块12，第一判断模块12根据判断结果连接至输出模块17或射束设置和预设理想剂量分布模块9，所述设置射束模块10连接至计算射束产生的剂量和优化模块14，计算射束产生的剂量和优化模块14连接至第二评价结果模块15，第二评价结果模块15连接至第二判断模块16，第二判断模块16根据判断结果连接至输出模块17或设置射束模块10。
实施例2
请参阅图1，一种精确放射治疗计划系统，包括CT数据输入模块1、机器数据模块2、放射治疗计划数据库3、靶区定位模块4、剂量计算模块5、计算机6、在线剂量反演模块7、剂量采集模块8、射束设置和预设理想剂量分布模块9、设置射束模块10、计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11、第一判断模块12、第一评价结果模块13、计算射束产生的剂量和优化模块14、第二评价结果模块15、第二判断模块16、输出模块17；所述CT数据输入模块1连接至靶区定位模块4，将患者的CT数据信息经过靶区定位模块4确定肿瘤位置，靶区定位模块4连接至机器数据模块2和放射治疗计划数据库3，通过机器数据模块2和放射治疗计划数据库3的对比找出合适的放疗计划，放射治疗计划数据库3连接至剂量计算模块5，放射治疗计划数据库3将选择的放射计划输送至剂量计算模块5，剂量计算模块5计算靶区需要的放射剂量剂量计算模块5连接至在线剂量反演模块7和剂量采集模块8；剂量计算模块5通过计算机6连接至防射源评价模块，放射源评价模块包括射束设置和预设理想剂量分布模块9、设置射束模块10、计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11、第一判断模块12、第一评价结果模块13、计算射束产生的剂量和优化模块14、第二评价结果模块15、第二判断模块16、输出模块17，射束设置和预设理想剂量分布模块9连接至计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11，计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11连接至第一评价结果模块13，第一评价结果模块13连接至第一判断模块12，第一判断模块12根据判断结果连接至输出模块17或射束设置和预设理想剂量分布模块9，所述设置射束模块10连接至计算射束产生的剂量和优化模块14，计算射束产生的剂量和优化模块14连接至第二评价结果模块15，第二评价结果模块15连接至第二判断模块16，第二判断模块16根据判断结果连接至输出模块17或设置射束模块10。
所述剂量采集模块8包括成像面板计量采集模块和电离室剂量采集模块；
实施例3
请参阅图1，一种精确放射治疗计划系统，包括CT数据输入模块1、机器数据模块2、放射治疗计划数据库3、靶区定位模块4、剂量计算模块5、计算机6、在线剂量反演模块7、剂量采集模块8、射束设置和预设理想剂量分布模块9、设置射束模块10、计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11、第一判断模块12、第一评价结果模块13、计算射束产生的剂量和优化模块14、第二评价结果模块15、第二判断模块16、输出模块17；所述CT数据输入模块1连接至靶区定位模块4，将患者的CT数据信息经过靶区定位模块4确定肿瘤位置，靶区定位模块4连接至机器数据模块2和放射治疗计划数据库3，通过机器数据模块2和放射治疗计划数据库3的对比找出合适的放疗计划，放射治疗计划数据库3连接至剂量计算模块5，放射治疗计划数据库3将选择的放射计划输送至剂量计算模块5，剂量计算模块5计算靶区需要的放射剂量，剂量计算模块5连接至在线剂量反演模块7和剂量采集模块8；剂量计算模块5通过计算机6连接至防射源评价模块，放射源评价模块包括射束设置和预设理想剂量分布模块9、设置射束模块10、计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11、第一判断模块12、第一评价结果模块13、计算射束产生的剂量和优化模块14、第二评价结果模块15、第二判断模块16、输出模块17，射束设置和预设理想剂量分布模块9连接至计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11，计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11连接至第一评价结果模块13，第一评价结果模块13连接至第一判断模块12，第一判断模块12根据判断结果连接至输出模块17或射束设置和预设理想剂量分布模块9，所述设置射束模块10连接至计算射束产生的剂量和优化模块14，计算射束产生的剂量和优化模块14连接至第二评价结果模块15，第二评价结果模块15连接至第二判断模块16，第二判断模块16根据判断结果连接至输出模块17或设置射束模块10。
所述剂量采集模块8包括成像面板计量采集模块和电离室剂量采集模块；
所述靶区定位模块4设置有医学图像分割模块，医学图像分割的具体步骤为：一、输入图像；二、选择需要进行精细分割的区域；三、调用最大类间方差法进行多阈值分割；四、在T0决定的直方图的最小范围调用直方图水面下降互信息法寻求更优阈值向量T；五、在阈值向量T处分割所选图像区域；
实施例4
请参阅图1，一种精确放射治疗计划系统，包括CT数据输入模块1、机器数据模块2、放射治疗计划数据库3、靶区定位模块4、剂量计算模块5、计算机6、在线剂量反演模块7、剂量采集模块8、射束设置和预设理想剂量分布模块9、设置射束模块10、计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11、第一判断模块12、第一评价结果模块13、计算射束产生的剂量和优化模块14、第二评价结果模块15、第二判断模块16、输出模块17；所述CT数据输入模块1连接至靶区定位模块4，将患者的CT数据信息经过靶区定位模块4确定肿瘤位置，靶区定位模块4连接至机器数据模块2和放射治疗计划数据库3，通过机器数据模块2和放射治疗计划数据库3的对比找出合适的放疗计划，放射治疗计划数据库3连接至剂量计算模块5，放射治疗计划数据库3将选择的放射计划输送至剂量计算模块5，剂量计算模块5计算靶区需要的放射剂量，剂量计算模块5连接至在线剂量反演模块7和剂量采集模块8；剂量计算模块5通过计算机6连接至防射源评价模块，放射源评价模块包括射束设置和预设理想剂量分布模块9、设置射束模块10、计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11、第一判断模块12、第一评价结果模块13、计算射束产生的剂量和优化模块14、第二评价结果模块15、第二判断模块16、输出模块17，射束设置和预设理想剂量分布模块9连接至计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11，计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块11连接至第一评价结果模块13，第一评价结果模块13连接至第一判断模块12，第一判断模块12根据判断结果连接至输出模块17或射束设置和预设理想剂量分布模块9，所述设置射束模块10连接至计算射束产生的剂量和优化模块14，计算射束产生的剂量和优化模块14连接至第二评价结果模块15，第二评价结果模块15连接至第二判断模块16，第二判断模块16根据判断结果连接至输出模块17或设置射束模块10。
所述剂量采集模块8包括成像面板计量采集模块和电离室剂量采集模块；
所述靶区定位模块4设置有医学图像分割模块，医学图像分割的具体步骤为：一、输入图像；二、选择需要进行精细分割的区域；三、调用最大类间方差法进行多阈值分割；四、在T0决定的直方图的最小范围调用直方图水面下降互信息法寻求更优阈值向量T；五、在阈值向量T处分割所选图像区域；
所述靶区定位模块4设置有三维重建模块；
所述三维重建模块采用基于切片级的表面三维重建技术，具体步骤为：一、提取人体器官及靶区分布在各断层图像上的轮廓线；二、轮廓线配对，构建三角片；三、以三角片为单位拟合相应器官的外表面。
本发明的工作原理是：病人通过CT数据输入模块1输入CT图片数据信息，CT数据输入模块1将信息传递至靶区定位模块4，靶区定位模块4对图片进行处理，得到病人身体器官中的肿瘤位置，放射治疗计划数据库3和机器数据模块2的分析对比得到较佳的治疗计划，放射治疗计划数据库3将信息传递至剂量计算模块5，剂量计算模块5计算靶区需要剂量，并将信息传递至在线剂量反演模块7和剂量采集模块8，剂量计算模块5将信息传递至计算机6，计算机6控制射线源评价模块工作，当第一判断模块12判断为不合格时，继续启动射束设置和预设理想剂量分布模块9，当第一判断模块12判断为合格时，启动输出模块17，当第二判断模块16判断为不合格时，继续启动设置射束模块10，当第二判断模块16判断为合格时，启动输出模块17。
该精确放射治疗计划治疗系统设计合理，结构简单，可以精确和快速的计算靶区剂量，大大提高了放射治疗的效率；而且增加评价系统可以使剂量更加精准，适用于临床使用，提高了放射治疗的疗效，降低了病人的治疗痛苦。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种精确放射治疗计划系统，其特征在于，包括CT数据输入模块(1)、机器数据模块(2)、放射治疗计划数据库(3)、靶区定位模块(4)、剂量计算模块(5)、计算机(6)、在线剂量反演模块(7)、剂量采集模块(8)、射束设置和预设理想剂量分布模块(9)、设置射束模块(10)、计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块(11)、第一判断模块(12)、第一评价结果模块(13)、计算射束产生的剂量和优化模块(14)、第二评价结果模块(15)、第二判断模块(16)、输出模块(17)；所述CT数据输入模块(1)连接至靶区定位模块(4)，靶区定位模块(4)连接至机器数据模块(2)和放射治疗计划数据库(3)，放射治疗计划数据库(3)连接至剂量计算模块(5)，放射治疗计划数据库(3)将选择的放射计划输送至剂量计算模块(5)，剂量计算模块(5)连接至在线剂量反演模块(7)和剂量采集模块(8)；剂量计算模块(5)通过计算机(6)连接至防射源评价模块，放射源评价模块包括射束设置和预设理想剂量分布模块(9)、设置射束模块(10)、计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块(11)、第一判断模块(12)、第一评价结果模块(13)、计算射束产生的剂量和优化模块(14)、第二评价结果模块(15)、第二判断模块(16)、输出模块(17)，射束设置和预设理想剂量分布模块(9)连接至计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块(11)，计算射束剂量响应矩阵和确定射束强度分配模块(11)连接至第一评价结果模块(13)，第一评价结果模块(13)连接至第一判断模块(12)，第一判断模块(12)根据判断结果连接至输出模块(17)或射束设置和预设理想剂量分布模块(9)，所述设置射束模块(10)连接至计算射束产生的剂量和优化模块(14)，计算射束产生的剂量和优化模块(14)连接至第二评价结果模块(15)，第二评价结果模块(15)连接至第二判断模块(16)，第二判断模块(16)根据判断结果连接至输出模块(17)或设置射束模块(10)。
2.根据权利要求1所述的精确放射治疗计划系统，其特征在于，所述剂量采集模块(8)包括成像面板计量采集模块和电离室剂量采集模块。
3.根据权利要求1所述的精确放射治疗计划系统，其特征在于，所述靶区定位模块(4)设置有医学图像分割模块，医学图像分割的具体步骤为：一、输入图像；二、选择需要进行精细分割的区域；三、调用最大类间方差法进行多阈值分割；四、在T0决定的直方图的最小范围调用直方图水面下降互信息法寻求更优阈值向量T；五、在阈值向量T处分割所选图像区域。
4.根据权利要求1所述的精确放射治疗计划系统，其特征在于，所述靶区定位模块(4)设置有三维重建模块。
5.根据权利要求4所述的精确放射治疗计划系统，其特征在于，所述三维重建模块采用基于切片级的表面三维重建技术，具体步骤为：一、提取人体器官及靶区分布在各断层图像上的轮廓线；二、轮廓线配对，构建三角片；三、以三角片为单位拟合相应器官的外表面。
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