放射疗法治疗规划设备和方法技术

一种治疗规划设备，其包括用于接收病人的三维表示的装置，用于显示所述表示的至少一部分的装置，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子区域的位置以及该表示中体素与邻近的体素之间的相似度，将该表示分割成解剖结构内的区域以及解剖结构外的区域。该治疗规划设备优选进一步包括用于将子区域指定为是在结构内部的装置，用于将子区域指定为是在结构外部的装置，和／或用于将子区域指定为在结构的边界的装置。在后一种情况下，我们优选边界子区域的大小是可调节的。计算装置可通过将费用函数极小化来分割该表示。我们还优选被指定为在边界区域的子区域内的函数的初始值被约束到不同的预先确定的值。在本发明专利技术的特别有利的方面中，在对函数极小化后，被指定为在边界区域的子区域内的值然后是不被约束的，其余的值是被约束的，然后对函数进行第二次极小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种放射疗法治疗规划(radiotherapeutic treatment planning)设 备，以及相关方法。
技术介绍
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 和SurgiPlan 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。
技术实现思路
本专利技术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 (χ) 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 (χ)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。在本专利技术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。在这个方面，在第一次极小化后，其余的I(X)的值可被约束到它们的值，或者在 第一次极小化后根据它们的值将其约束到预先设定的值，如内部体素的值或者外部体素的 值。举例来说，在第一次极小化后，具有大于预先设定的阈值的值的其余的I(X)的值可被 约束到对应于内部体素的值的预先设定的值，而在第一次极小化后，具有小于预先设定的 阈值的值的其余的I(X)的值被约束到对应于外部体素的值的预先设定的值。该项技术还可从三维(或者二维)扫描的分割延伸到四维扫描，也就是时间序列 三维图像。这样的扫描可能与区域范围有关，诸如关于循环移动肿瘤(cyclically moving tumour)的治疗规划，比如肺部的或者乳房的肿瘤。附图说明本专利技术的一个实施方式将在下文中作为示例参考如下附图进行描述图1是基于划线的分割处理；图2示出了使用内部的和外部的划线来约束区域边界；图3示出了具有可变宽度的模糊边界的划线的使用的示例；图4示出了根据本专利技术的过程的流程图；以及图5示出了根据本专利技术的可替代的描绘轮廓的方法。具体实施例方式我们描述一种改自结合了手工和自动化方法的最好的特性的用于图像抠图 (image matting)(参考文献1)和图像着色(参考文献2)的方法的新的分割技术。该方法 给予用户对结果的完全控制，并且还使大量的工作自动化，使得只需极少的用户交互。由于该技术，用户使用如图1中所示两种类型的划线(scribble)来对所关注的图 像或者区域10进行注解，其将已划线的像素标记为在里面或者在外面。因此，第一类型的 划线12被操作者用于表示图像10的位于已成像的结构14内的区域，并且第二类型的划线 16表示图像10的位于已成像的结构14外部的区域。任一类型的任何数量的划线都能增 加，如果操作者感到需要进一步约束结果的话。图1当然是二维的，然而将被医师使用的扫描一般是三维的。实际上，医师将工作 在来自三维图像的二维投影或者平面截面上，然后系统将在医师输入的基础上处理三维图 像。因此，本文中的术语“像素(pixel)”和“体素(voxel)”是可交换使用的。可通过借由如鼠标或者图形输入板的输入笔等人机交互设备(HID)所施加的笔 触(brush stroke)来添加划线。不同类型的划线可通过(经由图形用户界面或者其它方 式)选择新的模式、或通过在该HID或者另一 HID (例如左和右的鼠标按钮，或者键盘上的 SHIFT键与鼠标或输入笔移动结合使用等)上使用不同的控制来表示。划线可以具有由操 作者所选择的任何合适的形状，或者可以例如是通过单一鼠标点击的简单的点选择。所关注的区域内的每个像素然后被系统分配内部的或者外部的值。对于所有未 被注解的像素，这些值最初都是未知的，并且对于外部的划线这些值被约束到(例如)0，而 对内部的划线约束到1。如果优选，所关注的区域10的边缘处的所有像素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种治疗规划设备，包括用于接收病人的三维表示的装置，用于显示所述表示的至少一部分的装置，用于用户指定所述表示的子区域的装置，以及计算装置，所述计算装置适于根据所述表示中体素与邻近的体素之间的相似度以及子区域的位置，将所述表示分割成解剖结构内部的区域以及解剖结构外部的区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：ALG埃里克松耶尔利登，
申请(专利权)人：伊利克塔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]