[发明专利]一种观察子宫肿瘤放疗总剂量的分布图像的生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及X射线辐射的测量，具体涉及用于评估子宫肿瘤放疗辐射剂量的图像的生成方法。

背景技术

常规的放射治疗是以第一次获取的病人计算机断层图像（CT，Computed Tomography）作为计划图像，并只以该计划CT图像生成治疗计划，对病人实施治疗。但实际上，在每一次分次治疗中，病人的内部解剖结构都会发生改变，如技师摆位的误差，病人内部脏器的蠕动，肿瘤随着放疗的进行体积会缩小等，如果仍基于首次计划实施放疗，必将带来严重的剂量误差，并有可能使正常组织卷入高剂量区域。自适应放射治疗（ART，Adaptive Radiotherapy）技术可以解决上述问题。ART技术在治疗分次中获取当次治疗的病人CT图像，并基于该图像重新设计计划，对病人实施治疗。而图像变形配准技术（DIR，Image Deformable Registration）是ART的一项关键技术，它主要用于将计划CT图像上的轮廓线推衍至当前CT图像，避免物理师重新勾画轮廓线的麻烦；另一方面，变形配准可以将各分次的剂量分布变形到同一解剖空间后进行叠加，从而评价病人所受的总剂量照射。

图像变形配准本质上是要寻找一种点对点的空间变换，将一幅图像（浮动图像）的解剖结构变形到另一幅图像（参考图像）上。目前变形配准算法可分为基于物理模型变形配准算法：如基于线性弹性模型的，基于流体力学模型的，基于光流场模型的；也有基于数学函数的变形配准算法：如基于小波变换的，基于薄板样条函数或B样条函数的，基于调和函数的等等。但几乎所有这些算法都基于这样一个假设：两幅图像上点是一一对应的，即一幅图像上的点，总能在另一幅图像上找到。如果在一副图像上出现了另一副图像并不存在的结构，一般常规的变形配准算法无法有效解决这类问题。

在宫颈癌放射治疗中，很多病人需要同时接受高剂量率近距离放射治疗（high-dose-rate brachytherapy,HDR）以及调强放射治疗（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）。在进行HDR内照射的时候，需要先在病人阴道中放置一个施源器，然后将放射源通过施源器输送至阴道内临近肿瘤的区域进行照射，因此，进行HDR内照射放疗时获取的计划CT图像含有施源器。而常规的IMRT属于外照射放疗，病人并不需要放置施源器，因此获取的计划CT图像不包含施源器。

如果要评价该病人受照的总剂量，需要对IMRT和HDR的CT图像进行图像变形配准，得到变形场，然后利用该变形场将剂量矩阵映射到同一空间（例如，将IMRT的剂量矩阵变换到HDR的剂量矩阵空间，或相反），最后再进行剂量的叠加。对于这样的图像配准问题，显然违背了一般变形配准算法的基本假设，因为施源器在两幅图像上并不同时存在。因此，如果直接对IMRT CT和HDR CT图像进行变形配准，必然会产生严重的配准误差，从而导致剂量叠加的不准确。

Christensen G E等2001年公开了一种包含施源器的图像与不包含施源器的图像之间的变形配准方法（Christensen G E,Carlson B,Chao K S,Yin P,Grigsby P W,Nguyen K,Dempsey J F,Lerma F A,Bae K T,Vannier M W and Williamson J F2001Image-based dose planning of intracavitary brachytherapy:registration of serial-imaging studies using deformable anatomic templates Int J Radiat Oncol Biol Phys51227-43），该方法由以下步骤组成：（1）将浮动图像和参考图像中膀胱、直肠、阴道和子宫（包括施源器）三组感兴趣区域分别勾画分割出来，并生成对应的二值掩模图像；（2）在浮动图像和参考图像中手动选择标记点，利用标记点进行初始化配准；（3）在步骤（2）的初始化配准的基础上，利用粘滞性流体力学算法对三组掩模图像进行配准，得到三组变形场；（4）将步骤（3）中得到的配准变形场进行叠加，得到总的变形场，然后对浮动图像进行变形。上述方法尽管也能得到配准结果，且该配准结果可应用于放疗辐射剂量的评估，但是由于该方法是直接用含施源器的图像进行配准，因此如果将其所得到的图像用于放疗辐射剂量评估，显然不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于观察子宫肿瘤放疗总剂量的分布图像的生成方法，该方法所生成的图像可准确地评价宫肿瘤病人受照的总剂量。