[发明专利]模型增强的成像

说明书

本申请是申请号为200980131607.0的名为“模型增强的成像”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

下文总体上涉及成像，尤其适用于正电子发射断层摄影（PET）；不过，也可以使其适应于其他医疗成像和非医疗成像应用。

背景技术

通常在诊断之后通过辐射治疗来处置肿瘤。在辐射治疗中，将高到足以杀死肿瘤细胞的辐射剂量递送到肿瘤。常规辐射治疗系统，例如强度调制的辐射治疗（IMRT）系统，能够向靶区域精确地递送处方剂量，避过靶区域周围的“正常”组织并且使“正常”组织免于受到辐射损伤的更大风险。通常，根据处方给出的分配方案，在数周之内以很多部分剂量的形式给出辐射剂量。

可以使用功能性成像对包括肿瘤的活组织中的葡萄糖摄取进行成像，肿瘤一般表现出相对于“正常”组织更大的代谢速率。对于肿瘤而言，功能性成像能够用于定位、阶段划分和监测生长。这种功能性流程的范例包括利用18F-氟代脱氧葡萄糖（FDG）。对于这种流程而言，将示踪剂FDG引入待扫描的对象或受检者体内。随着放射性药剂的衰变，产生正电子。当在正电子湮没事件中正电子与电子交互作用时，产生一对重合的511keVγ射线。γ射线沿着响应线向相反方向行进，将在重合时间窗口之内探测到的γ射线对记录为湮没事件。重建在扫描期间采集的事件以产生表示放射性核素分布，并因此表示组织和肿瘤摄取的葡萄糖分布的图像或其他数据。

还能够使用功能性成像来监测肿瘤以及处于来自辐射处置的辐射风险下的组织的响应。不过，组织对所加辐射的反应之一是细胞死亡和炎症，这是因为巨噬细胞被吸引到被处置部位以处理或消除由辐射杀死的细胞。这种处理可能导致被辐射组织中葡萄糖的摄取增加。令人遗憾的是，对于功能性PET而言，炎症引起的葡萄糖摄取增加无法与肿瘤中的葡萄糖摄取增加区分开。结果，一旦炎症反应开始，就不能通过功能性PET定量地单独测量出肿瘤对辐射处置的响应。相反，图像数据示出了肿瘤和巨噬细胞两者的葡萄糖摄取。

示出形态变化（例如肿瘤尺寸）的诸如CT、MRI或其他成像流程的流程，能够在处置之后数周，在身体有时间对死细胞进行响应之后再执行，以便确定被处置的肿瘤是缩小了还是长大了。令人遗憾的是，除非直到数周之后，否则这样的信息不提供定量信息，不能用于确认当前处置参数，帮助改变参数或确定终止处置。在另一种方法中，基于指示其他人如何对处置响应的历史数据假设处置的效果。令人遗憾的是，类似的肿瘤未必做出同样的响应，导致这种方法容易出现错误。

尽管如上所述，通过辐射治疗处置肿瘤，但也使用其他处置方案来处置肿瘤。令人遗憾的是，常常难以作出处置决定，因为患肿瘤的患者个体常常不会对处置进行预期的响应，且处置可能产生不期望的副作用。因此，通常在处置期间通过附加检查，例如成像、血液检查等来监测患者。如果处置监测表明处置未产生预期结果，能够终止和/或更改处置。原则上，可以在计算机模型的帮助下模拟肿瘤的发展和处置响应。然而，在临床实践中这样做可能是困难的，可能计算强度大。此外，这种模型依赖于人口数据作为输入，其可能不代表个体患者。

正向和反向规划是对于外部射束辐射治疗的直线加速器参数优化的两个概念。在正向规划中，由用户手动改变直线加速器的参数，例如射束数量及其角位置，直到满足处置设计参数为止，例如提供给靶的剂量以及提供给正常组织的最大剂量。由于参数数量的原因，一般不能通过正向规划解决IMRT的问题。反向规划旨在通过计算方法使参数优化实现自动化，其中，通过算法实现大多数参数的优化，但像射束数量、角坐标、剂量-体积或生物目标和约束的一些初始设置仍然是手动确定的。

根据处置的复杂性，可能需要优化、结果检查和输入参数调节的若干次迭代，以实现临床可接受的计划。一种进一步使这种迭代过程自动化的方法是通过在给定间隔中改变反向规划输入参数并接下来允许用户在计划间导航且选择计划来计算很多可能的IMRT方案。然而，这种方法可能计算强度大，需要在高维度空间中导航，使其用户友好性较低。此外，仍然需要指定各种输入参数。

发明内容

本申请的各个方面解决上述问题以及其他问题。

根据一个方面，一种治疗处置响应模拟器包括：建模器，所述建模器基于关于对象或受检者的信息产生所述对象或受检者的结构的模型；以及预测器，所述预测器基于所述模型和治疗处置计划产生表示所述结构可能如何对处置进行响应的预测。