[发明专利]剂量形变误差计算方法和系统

说明书

技术领域

本申请总体上涉及用于辐射治疗规划的方法和系统。辐射治疗是由受过培训的医疗专业人员规划和执行将电离辐射递送给患者的处理。辐射递送的目的能够广泛地变化。非常常见地，该治疗通过使病变组织离子化从而破坏病变组织来用于处置疾病，例如，癌症。辐射治疗规划的中心目的是控制辐射递送以使到在患者的身体之内的靶区(即，病变组织)的辐射暴露最大化，同时使到在患者的身体之内的非靶区(即，健康组织)的辐射暴露最小化。

背景技术

如通常所实施的，辐射治疗以患者的身体的详细的三维成像扫描(例如，计算机断层摄影(CT)扫描)开始。受过培训的医疗专业人员常常基于成像数据来指定辐射治疗计划的若干特性。例如，使用成像数据，医疗专业人员能够识别在患者的身体之内的特定的靶区和非靶区。专业人员还能够指定要被递送到靶区(即，足以破坏病变组织)的最小辐射剂量，要被递送到各个非靶区(即，限制损伤健康组织)的最大辐射剂量以及辐射治疗的若干其他期望的特性。

在许多情况下，利用辐射治疗进行处置的患者将已经经历一个或多个在前的辐射治疗处置。然后期望医疗专业人员知道已经被递送到患者的身体的各个区域的辐射剂量，以更好地为当前提出的处置做准备。在患者已经接收多于一个辐射治疗递送的情况下，尤其在要求高准确度的临床环境中，这能够是特别困难的。甚至在单个辐射递送期期间，确定已经被递送的辐射剂量也能够是有用的，以帮助维持对辐射递送的质量控制，来补偿在递送期间的患者运动以及也许补偿其他原因。

辐射剂量计算以成像数据开始，所述成像数据识别在先前的辐射治疗期中的每一个中被递送到患者的辐射剂量。该成像数据被存储在3D逐体素基础或2D逐像素基础上。下面的讨论假设成像数据是三维的，但是该理念也同样很好地应用于二维环境。

对于每个在前的辐射递送期，成像数据通常包括对于每个体素的至少两个数据点。第一数据点是结构数据点，其表示相对于在成像数据中的其他结构被定位在体素处的结构的相对密度。因此，表示致密结构的体素典型地比表示更小致密结构的体素在成像数据中显得更暗。相似密度值的邻近体素集合表示相同的结构。以这种方式，成像数据向医疗专业人员示出骨骼(高密度)、器官(例如，心脏或肝脏(中等密度))、间质区(低密度)以及在患者的身体内部的其他区域的位置和取向。第二体素数据点是辐射剂量数据点，其表示在由在前的辐射递送期的空间中被递送到体素的点的辐射剂量。以这种方式，对于每个在前的辐射递送期，成像数据反映结构体素网格和辐射剂量体素网格。当被组合时，这两个网格向医疗专业人员示出在先前的辐射治疗期中被递送到患者的辐射剂量分布。

在规划未来的辐射递送期中，关于其自身的这样的成像数据显然能够是有用的。然而，如果能够将辐射剂量值“变换”或“映射”到患者的当前的成像数据集，所述成像数据集用于规划下一辐射递送治疗，则能够加强其有用性。即，在一个或多个先前的辐射递送与当前正被规划的辐射递送之间已经经过的时间中，患者的内脏器官的位置和取向将已经改变。例如，由患者的呼吸、心脏跳动、体重增加或减轻、消化过程以及其他生理过程引起这样的移动。另外，在辐射递送期之间，靶肿瘤或其他靶区域的尺寸可以响应于在前的处置而很好地收缩或尽管进行处置但生长。来源于这些和其他考虑的形变常常能够是显著的，尤其给出正在被使用的成像数据的高准确度。因此，在逐体素的基础上，变换处理的目的是识别在两个成像数据集之间的在解剖结构上“对应”体素的位置差异。当具有多于一个在前的辐射递送期，必须将其进行组合以便得到患者的辐射轮廓的完全理解时，由移动或其他形变引起的变换困难成倍地增加。

具有本领域已知的若干这样的变换处理，例如，相对简单的刚性变换和更加复杂的可形变的图像变换，所述可形变的图像变换采用位移矢量场(DVF)。如果在两个成像数据集之间的形变或差异是显著的，那么采用可形变的DVF图像变换是更加准确的。相同的DVF变换能够应用于成像数据集的两个网格：结构网格和辐射剂量网格。因此，适当的DVF变换能够应用于两个或更多个不同的数据集，以便将数据集中的每个变换到共同的参考坐标框架。