基于医疗程序模拟的辐射估算和防护制造技术

公开了用于确定x射线引导的医疗程序期间的辐射暴露的系统和方法。所述系统包括：x射线设备模型，模拟所述x射线引导的医疗程序期间来自x射线设备的辐射发射；人体暴露模型，在所述x射线引导的医疗程序期间模拟一个或多个人体解剖；辐射度量处理器，计算至少一个辐射暴露度量；以及反馈系统，基于所述至少一个辐射度量输出信息。所述辐射度量处理器基于与操作设置对应的输入参数以及一个或多个人体解剖的位置和结构计算辐射暴露度量。

Radiation estimation and protection based on medical procedure simulation

Systems and methods for determining radiation exposure during X ray guided medical procedures are disclosed. The system includes: the X ray equipment model, radiation from X ray equipment during the medical procedure to simulate the X X-ray guided emission; model of human exposure, during medical procedures guide in the X ray simulation of one or more human anatomy; radiation measurement processor, calculates at least one radiation exposure measure; and the feedback system, the at least one radiation measurement based on the output information. The radiation measurement processor calculates a radiation exposure metric based on the input parameters corresponding to the operation settings, and one or more anatomical positions and structures of the human body.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2013年10月7日提交的第61/887,835号美国临时申请的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及用于模拟影像导航医疗程序期间暴露给患者或医疗团队的辐射，更具体地涉及基于x射线影像导航程序(例如，透视)的辐射暴露。
技术介绍
现今，使用电离辐射的医疗设备已经在保健行业得到了广泛应用。允许医疗团队有效地诊断和治疗患者、电离辐射已经用于不同的医疗分支，包括放射学、心脏病学、神经学、肿瘤学、创伤治疗、整形外科、血管内介入。使用x射线成像作为诊断工具和治疗选项的益处持续增长。包括心血管疾病、癌症、糖尿病和慢性呼吸道疾病的非传染性疾病(NCD)已经通过使用x射线成像显著获益。根据世界卫生组织，现在NCD的全球流行性是世界上死亡的主要原因。在这些领域中典型使用且负责电离辐射的发射的设备类型包括CT扫描仪、荧光镜和放射性x射线照相机。电离辐射还普遍存在于核医学和分子成像过程中，其中放射性物质被引入患者体内。然而，暴露于辐射典型地导致严重的副反应，包括对活组织的微观损伤。组织损伤有时可能导致皮肤烧伤或辐射病(也被统称为“组织反应”或“确定性反应”)，在一些情况下可能导致癌症(“随机反应”)。因二次“散射”辐射，这种类型的组织损伤对患者和在这些环境下工作医疗团队都存在风险。医疗团队暴露于此环境中的患者或其它对象散射出的二次散射辐射是有害辐射。引入了ALARA(合理可行尽量低)作为管理潜在益处与潜在损害之间的折衷的一种方式。ALARA是以假设任意量级的每个辐射剂量可产生一定水平的副作用的辐射安全原理，因此ALARA旨在通过采用所有合理的方法使辐射剂量最小。在世界的大多数地方，ALARA也是一种管制要求。医疗辐射暴露的比率已经在过去几十年有了迅速增长。近期研究发现公众的整体辐射暴露的一多半来自医疗辐射。研究还发现美国人口暴露于来自诊断医疗程序的电离辐射已经比早期的1980年代增长了若干倍。对此增长有贡献的程序主要包括基于CT的程序、基于核医学的程序和介入透视。最近的若干项趋势表明透视程序将很快超过基于CT的程序称为与辐射暴露最相关的一类程序。举个例子，透视引导的程序因通常用于治疗NCD而日益受欢迎。而且，为了有利于开放性手术且随着新的血管内技术的快速发展，医疗团队正在向x射线引导的微创手术过渡。与基于CT的程序相比，部分由于已经降低了基于CT的程序中的暴露的最新进展，预期透视程序造成更高的辐射暴露风险。例如，CT扫描技术的改进已经使其能够利用先前所需辐射的仅一小部分来运行CT扫描。相反，对于其它x射线引导的程序(例如，介入透视程序)，辐射暴露度量仍然很高。此外，已经通过了限制使用CT扫描的立法和指导方针。与基于CT的程序相比，医疗团队能够在透视程序的过程中改变x射线设备的操作设置。这些操作设置在透视程序期间被动态改变，并且影响被传送至患者和医疗团队的辐射量、以及由设备产生的影像质量。由于团队要在介入透视的情况下做手术，所以无法在成像期间通过与x射线源保持大距离来减少他们自身的暴露，例如诊断性CT扫描的实施。有与可能影响被传送至患者或医疗团队的辐射暴露水平的操作设置对应的许多不同的输入参数，并且这些参数可能相关联或功能相依。例如，辐射剂量比率可能受中心波束穿过身体的路径长度、患者厚度、桌子、c形臂运动和角度、被成像的身体部分、x射线机器的透视脉冲率、透视剂量水平(低/正常/高)、电影获取(开/关)、电影获取帧速率、C形臂检测器高度、准直器(方或圆)、使用中的楔形滤波器数量、视角(FOV)放大率、数字减影造影(DSA)的使用、患者在桌上的位置变化(体质)、用于特定程序的剂量协议、x射线管电压和电流、射束成型滤波器的使用、自动剂量速率控制(ADRC)的使用、辐射源的位置(位于患者桌子之上或之下)、或取代平面板的影像增强器的使用的影响。单个参数或参数组合的变化可能改变针对患者或医疗团队的辐射剂量。然而，由于辐射对人类而言不可见或不明显，所以，对医疗专业人员而言，很好地了解这些变化的不良影响是非常困难的。此外，单个参数或参数组合的变化可改变由x射线机器产生的x射线影像的质量，从而可能影响治疗交付中做出的正确决定。因为这些参数相关联或功能相依，所以精确地确定参数的变化如何影响辐射剂量率或影像质量在计算上是极复杂的。然而，了解设备设置、影像质量和所导致的暴露之间的复杂关系允许医疗团队在优化影像和治疗质量的同时最小化患者和他们自身的健康风险。当前，医疗团队无法接受表明透视程序期间操作设置的变化如何导致暴露给患者或医疗团队的辐射的变化的训练。尽管详细了解辐射减少技术，但是现今大多数医疗团队只接受了辐射暴露的基本概念的评述，而没有接受任何亲身实践训练。训练模型典型地不包括任何亲身实践部件，这是因为当前在不使用真实辐射的情况下没有任何有效的方式来提供真实的亲身实践训练。尽管一些训练程序使用空的手术室并且使用“幻影”替代患者，但是弊端仍然存在。特别地，这些训练程序仍然使医疗团队暴露于二次辐射，并且它们阻碍手术室用于真实的程序。而且，它们未说明操作期间的操作设置的变化如何导致辐射暴露和影像质量的变化、或者操作设置可如何在x射线引导的医疗程序的不同点需要被改变以平衡辐射暴露与影像质量之间的折衷。尽管已经开发了用于测量、估算和可视化辐射暴露的技术和系统，但是当前公知的技术没有描述用于在非常真实且完全无辐射的模拟环境中针对操作设置调整的作用以及它们对辐射暴露和影像质量的影响培训医疗专业人员或医疗团队的全面解决方案。模拟越接近真实世界，就越可能将训练效果投放到真实的手术室。此外，用于测量、估算和可视化辐射暴露的系统未说明在程度过程中模拟参数的变化如何动态地影响辐射。考虑了多个不同模拟参数的模拟常常具有复杂的计算，并且一般以时间和资源敏感的蒙特卡罗方式执行。此外，为了改变一组参数，模拟一般被重复执行，因此不能有效地说明在实际程序期间参数的变化如何影响辐射。而且，用于测量、估算和可视化辐射暴露的系统未提供关于与不同水平的辐射暴露相关联的风险水平的任何有意义信息。与辐射暴露相比，它们一般没有针对风险程度的任何直接指示。所以需要集成一个有效的手段以说明如何评估健康风险和估算伤害。由此，需要一个训练系统以允许医学生、医师、医院员工在亲身实践、无辐射且高度真实的环境中练习最小化x射线引导的程序期间的暴露所需的技能。此外，需要一个训练系统以使他们易于透彻了解如何通过使用不同的程序技术影响所导致的剂量。
技术实现思路
公开了用于模拟人体上的x射线引导的医疗程序和计算按所述x射线引导的医疗程序期间一个或多个人体的辐射暴露的系统和方法。所公开的方法和系统包括使用户基于x射线设备模型或人体暴露模型的输入参数的相应变化确定辐射度量的变化。通过确定辐射度量的变化，所述方法和系统可在x射线引导的程序期间输出当前和累积的辐射度量实况。更新的度量还使所述方法和系统向用户提供反馈和性能评估。通过向患者或医疗团队提供与暴露给患者的辐射量有关的信息，用户可调节输入参数以实现程序期间辐射暴露、x射线影像质量和与暴露相关联的风险之间的优化平衡。例如，在血管内程序期间，用户可响应于暴露的危险程度调节输入参数。所述系统还包括用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在不需要使人暴露于电离辐射的情况下确定模拟的x射线引导的医疗程序期间一个或多个人体的辐射暴露量的系统，所述系统包括：x射线设备模型，在不需要发射电离辐射的情况下模拟所述x射线引导的医疗程序期间来自x射线设备的辐射发射，所述x射线设备模型包括与在所述x射线引导的医疗程序期间受控的操作设置对应的第一组输入参数，其中所述输入参数被配置为在所述模拟的x射线引导的医疗程序期间改变；人体暴露模型，在所述x射线引导的医疗程序期间模拟一个或多个人体解剖，所述人体暴露模型包括第二组输入参数，所述第二组输入参数对应于在所述x射线引导的医疗程序期间一个或多个人体解剖的位置和结构；辐射度量处理器，计算位于所述模拟的x射线引导的医疗程序的房间内的一个或多个人体的至少一个辐射暴露度量，其中所述辐射暴露度量的计算发生在所述x射线引导的医疗程序期间，并且基于所述第一组输入参数和所述第二组输入参数以及关联所述第一组输入参数和所述第二组参数的变化与所述辐射暴露度量的变化的模型；以及反馈系统，在所述x射线引导的医疗程序期间基于所述至少一个辐射暴露模型输出信息。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.07 US 61/887,8351.一种用于在不需要使人暴露于电离辐射的情况下确定模拟的x射线引导的医疗程序期间一个或多个人体的辐射暴露量的系统，所述系统包括：x射线设备模型，在不需要发射电离辐射的情况下模拟所述x射线引导的医疗程序期间来自x射线设备的辐射发射，所述x射线设备模型包括与在所述x射线引导的医疗程序期间受控的操作设置对应的第一组输入参数，其中所述输入参数被配置为在所述模拟的x射线引导的医疗程序期间改变；人体暴露模型，在所述x射线引导的医疗程序期间模拟一个或多个人体解剖，所述人体暴露模型包括第二组输入参数，所述第二组输入参数对应于在所述x射线引导的医疗程序期间一个或多个人体解剖的位置和结构；辐射度量处理器，计算位于所述模拟的x射线引导的医疗程序的房间内的一个或多个人体的至少一个辐射暴露度量，其中所述辐射暴露度量的计算发生在所述x射线引导的医疗程序期间，并且基于所述第一组输入参数和所述第二组输入参数以及关联所述第一组输入参数和所述第二组参数的变化与所述辐射暴露度量的变化的模型；以及反馈系统，在所述x射线引导的医疗程序期间基于所述至少一个辐射暴露模型输出信息。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述人体暴露模型包括所述人体解剖的至少一个三维表达。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述反馈系统还包括x射线成像模拟器，所述x射线成像模拟器基于所述x射线设备模型和所述人体暴露模型显示人体的x射线影像，所述x射线成像模拟器显示一系列x射线影像并且响应于所述输入参数的变化。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述辐射度量处理器基于所述输入参数的变化计算x射线影像噪声图案，所述x射线成像模拟器将所述x射线噪声加到显示的x射线影像，其中所述x射线噪声基于所述辐射度量生成。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述人体暴露模型基于来自CT扫描或MRI扫描之一的与患者有关的预存在的患者数据。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述x射线设备模型模拟透视x射线机器。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述输入参数基于从程序获得的辐射报告的数据和DICOM数据被设置。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述人体暴露模型包括所述患者尺寸、患者体型、患者体重、患者性别、怀孕状态和年龄中一个或多个。9.根据权利要求3所述的系统，还包括血管内模拟器，所述血管内模拟器追踪医疗仪器的运动，并将检测到的运动翻译成虚拟仪器在所述人体暴露模型内的移动。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述x射线成像模拟器基于所述血管内模拟器显示仿真的在所述人体暴露模型内移动的医疗仪器的透视影像。11.一种用于模拟人体上的x射线引导的医疗程序和确定所述x射线引导的医疗程序期间一个或多个人体的辐射暴露量的系...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华·佩尔·哥斯达·法特，拉尔斯·比尔格·隆恩，
申请(专利权)人：曼帝斯有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US