[发明专利]放射疗法治疗规划设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种放射疗法治疗规划(radiotherapeutic treatment planning)设备，以及相关方法。

背景技术

放射疗法是通过将有害的辐射束指向肿瘤来工作的。为了避免对肿瘤周围的健康组织带来不必要的伤害，要将辐射束校准为合适的横截面形状，并且从多个方向朝向肿瘤照射。

随着时间的发展，用于产生和控制这种射束的设备已经不断变得愈加复杂和功能强大。当前外射束放射疗法(external beam radiotherapy)可直接将射束从一个稳定旋转的桶架(gantry)指向病人，同时可将射束校准为复杂的并且是可变的截面形状，该截面形状被修整为向病人传送改变的放射剂量率，以形成肿瘤内最大化、任何附近敏感结构内极小化并且在其它组织内最优化的三维剂量分布。多源放射疗法设备能够传递精确剂量到病人的头部内以及颈部和肩部上面部分的特定的小的体积，并通过对病人位置的精确指示将其组合形成类似的复杂剂量分布。

为了控制这些类型的设备，治疗规划计算机使用复杂的软件来将希望的剂量分布或者一套治疗约束转化为用于设备的物理移动和操作的一系列指令。很明显，这些计算机需要知道肿瘤存在的位置；该信息通过对病人的内部扫描而获得，例如CT扫描或者其它类似方法。

这需要一个内科医师“分割”扫描结果，也就是画出含有肿瘤的体积(volume)和含有任何敏感结构例如视神经、消化系统等的体积的轮廓。因此对结构进行分割在治疗规划应用中是重要的任务，因为治疗规划过程依赖于(和其它的因素一起)分割的精确度以保证其结果的质量。有很多种分割工具，跨度从完全手工的工具到完全自动化的工具。

然而，手工方法的优点是他们提供对结果的完全(或者绝大部分的)控制。缺点是非常消耗时间，很困难，并且手工分割大规模的三维结构是很让人乏味的。

很多自动化方法(特别是先进的方法)的一个缺点，是缺乏对结果的控制。在任何情况下，没有一个方法可以被认为是完全精确的，并且在结果不可接受时，通常没有办法去修正它，或者必须使用纯手工工具来修正-因此抵消了一部分自动化方法的好处。

我们的GammaPlan^TM和SurgiPlan^TM工具目前提供手工描绘轮廓和可为在目标物和背景之间具有好的对比度的某些图像工作的简单的半自动化工具。这些工具是有用的，但能受益于其更加强大。

发明内容

本发明因此提供一种治疗规划设备，包括用于接收病人的三维表示(representation)的装置，用于显示至少一部分表示的装置，用于用户指定该表示的子区域的装置，以及计算装置，该计算装置适于根据该表示中体素与邻近的体素之间的相似度以及该子区域的位置，将该表示分割成解剖结构内的区域以及解剖结构外部的区域。

表示的至少一部分可包括一个或者多个贯穿该表示的平面截面，例如病人的轴状的，矢状的和/或冠状的视图。

治疗规划设备优选进一步包括用于指定子区域为位于该结构内部的设备，用于指定子区域为位于该结构外部的设备，和/或用于指定子区域是在该结构边界处的设备。在后一种情况下，边界子区域的大小能被做可调节的。

治疗规划设备可以是独立的系统，或者它可以包括在它的周围部分或者全部诊断成像系统中。通常，放射线学者将在一个合适的工作站(例如PACSTM工作站)分割肿瘤或者其它结构并且将结果存储以便在治疗规划系统内的进一步处理。该进一步处理可发生在相同的工作站，或者在另外一个工作站，服务器或者其它能够访问所存储的分割结果的处理装置，例如通过网络设置的方式。

计算装置可通过将在此所描述的该类函数极小化来分割该表示，其开始于值I(x)的阵列，其中x是特定的像素或者体素，其中一些值是未知的而一些被约束到特定的值，然后产生输出数列I(x)，其中之前未知的值被计算出来且之前被约束的值不变。合适地，对于在所分割的体积外部的体素，I(x)是0，而对于所分割的体积内部的体素，I(x)为1。理想地，I(x)的值被约束在子区域内。

优选地，函数是通过贯穿I(x)的变化的计算装置而被极小化的费用函数，。

我们还希望被指定为是边界区域的子区域内的I(x)的初始值被约束到不同的预先设定的值。在本发明的特别有益的方面中，在函数极小化后，然后使被指定为是边界区域内的子区域内的I(x)的值不被约束，其余的I(x)的值被约束，然后将该函数第二次被极小化。