[發(fā)明專利]一種照射劑量確定方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810480047.0
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108815721B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱健;侯震;李振江;于海寧;白曈;尹勇;李寶生
• 申請（專利權(quán)）人: 山東省腫瘤防治研究院(山東省腫瘤醫(yī)院)
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王戈

本發(fā)明公開了一種照射劑量確定方法及系統(tǒng)。照射劑量確定方法包括：利用回顧性標(biāo)記確定放療模擬定位影像中感興趣區(qū)域內(nèi)具有生物特征的像素點(diǎn)；根據(jù)具有生物特征的像素點(diǎn)提取局部影像組學(xué)特征；局部影像組學(xué)特征包括灰度直方圖強(qiáng)度、腫瘤形狀特征、紋理特征、高斯型拉普拉斯濾波特征以及小波特征；獲取待測局部影像組學(xué)特征；根據(jù)局部影像組學(xué)特征識別待測局部影像組學(xué)特征的陽性區(qū)域；對陽性區(qū)域的外圍邊界進(jìn)行三維重建，確定三維圖像；三維圖像為顯示生物特征的三維圖像；根據(jù)三維圖像確定不同區(qū)域不同位置的照射劑量。采用本發(fā)明所提供的照射劑量確定方法及系統(tǒng)能夠針對腫瘤區(qū)域內(nèi)不同生物特征的腫瘤給予適宜的照射劑量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)放療領(lǐng)域，特別是涉及一種照射劑量確定方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

放療與外科手術(shù)治療、內(nèi)科化療并成為腫瘤治療的三大手段。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，約65％的患者需要在腫瘤治療的過程中用到放療，部分癌種(如早期鼻咽癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌)可以通過放療治愈，放療對腫瘤治愈的貢獻(xiàn)度達(dá)40％。

放療大體步驟流程如下所示：

第一步，如圖1所示，模擬定位，即對患者進(jìn)行體位固定條件下的醫(yī)學(xué)影像成像。

第二步，如圖2所示，放療計劃設(shè)計，即將上一步的圖像傳輸至放療計劃系統(tǒng)(treatmentplanning system，TPS)軟件，在該軟件上模擬X射線入射角度、形狀、能量，并通過該軟件計算輻射劑量，模擬放療實(shí)施后患者體內(nèi)腫瘤及其周圍危及器官的受照射劑量分布情況，通過劑量-體積直方圖的形式進(jìn)行統(tǒng)計量化評估。

第三步，計劃實(shí)施，即上述放療計劃經(jīng)放療醫(yī)生和放射物理師共同確認(rèn)后，提交醫(yī)用直線加速器執(zhí)行，如圖3所示，執(zhí)行前，首先借助相同的固定裝置，將患者按“第一步模擬定位”時的體位重新固定于醫(yī)用直線加速器治療床，即“擺位”；然后啟用醫(yī)用直線加速器同機(jī)影像系統(tǒng)，圖3中白色箭頭指向的CBCT成像系統(tǒng)，在患者不離開治療床的情況下，在約2分鐘的時間內(nèi)，對患者治療部位進(jìn)行快速成像；再后，將快速成像的圖像與“第二步放療計劃設(shè)計”中使用的患者影像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，利用配準(zhǔn)結(jié)果揭示的體位變化，移動加速器治療床，使患者體位恢復(fù)到“第一步模擬定位”和“第二步放療計劃設(shè)計”相同的體位，如圖4所示；最后，調(diào)用該患者的放療計劃，為患者實(shí)施放療。

現(xiàn)有放療計劃方法，如上面“第二步，放療計劃設(shè)計”所描述的，現(xiàn)有放療計劃設(shè)計過程是在解剖影像和功能影像引導(dǎo)下制定的，解剖影像(如CT、MRI)反映出患者體內(nèi)腫瘤和正常組織解剖結(jié)構(gòu)和位置，功能影像(如f-MRI、PET、SPECT等)反映出的患者腫瘤內(nèi)部的部分生物特性，以此為參考，在計劃設(shè)計過程中調(diào)節(jié)照射野的參數(shù)(包括射線形狀、強(qiáng)度)，從而模擬計算患者體內(nèi)劑量分布情況，完成計劃設(shè)計。

如上面“第二步，放療計劃設(shè)計”所描述的，現(xiàn)有放療計劃的制定過程，參照了解剖影像(如CT、MRI)和功能影像(如f-MRI、PET、SPECT)，其局限體現(xiàn)在：

以解剖影像引導(dǎo)制定放療計劃，解剖影像只能反映腫瘤和周圍正常組織的位置和結(jié)構(gòu)，但無法反映生物功能信息(如腫瘤內(nèi)部的葡萄糖代謝水平、乏氧水平、血管生成情況，正常組織出現(xiàn)并發(fā)癥風(fēng)險的大小等)；而人體內(nèi)腫瘤或者正常組織的生物特性，一方面在很大程度上決定了放療的成敗(比如對于腫瘤內(nèi)部的乏氧區(qū)域，乏氧區(qū)域的存在與腫瘤的遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移和不良預(yù)后都有直接相關(guān)性，而大量研究證實(shí)乏氧區(qū)域的腫瘤細(xì)胞對放射線抗拒，如果沒有實(shí)施高劑量照射，則腫瘤可能無法被有效殺滅；再比如圖5所示，雖然白色箭頭所示腫瘤區(qū)域從CT解剖結(jié)構(gòu)上看未出現(xiàn)體積上的縮小，但CT灌注功能影像顯示血流量減低，即腫瘤活性細(xì)胞已經(jīng)顯著減少，實(shí)際治療是有效的；又比如，對于易出現(xiàn)放射性肺炎的正常功能肺沒有進(jìn)行有針對性地保護(hù)，則患者接受放療后可能出現(xiàn)致死性的放射性肺炎)，另一方面?zhèn)€體化差異巨大，同一類腫瘤的兩個患者可能存在巨大的生物特性差別(比如同一放療照射劑量實(shí)施后，放射敏感的患者腫瘤消退明顯，而放射抗拒的患者腫瘤不變甚至增殖)，因此，能反映生物功能信息的因素參與到放療計劃的制定過程中是非常關(guān)鍵和必要的。