使用3D信息作为输入来预测可实现的剂量分布转让专利
申请号 : CN201480053868.6
文献号 : CN105592887B
文献日 : 2018-11-16
发明人 : E·屈塞拉 , J·哈特曼 , J·诺德 , R·巴格艾
申请人 : 瓦里安医疗系统国际股份公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种计算机实施的系统,包括:
用于访问特定于患者的信息的装置;
用于使用患者特定信息作为预测模型的输入来确定在所述患者中的目标体积内部的空间剂量分布的预测的装置,所述预测模型使用包括从向其他患者应用其他辐射处置规划得到的数据的训练数据来建立;以及用于基于所述预测来产生剂量体积直方图和相关联的三维剂量分布信息的装置,所述剂量体积直方图和所述三维剂量分布信息用于开发针对所述患者的辐射处置规划;
其中所述训练数据包括指示所述其他患者中的目标体积的组成的空间上分布的信息。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述空间上分布的信息包括正电子发射断层摄影(PET)图像数据。
3.根据权利要求1所述的系统,还包括用于使用所述训练数据来找到在所述空间上分布的信息的图像数据像素强度与在所述目标体积内部的空间剂量水平之间的关系的装置。
4.根据权利要求1所述的系统,其中所述患者特定信息是从包括以下的组中选择的:所述目标体积的大小和形状;有风险器官的大小和形状;有风险器官的类型;所述目标体积的与器官重叠的部分;以及器官的与所述目标体积重叠的部分。
5.根据权利要求1所述的系统,其中所述剂量体积直方图和所述三维剂量分布信息还使用所述预测模型来产生。
6.根据权利要求1所述的系统,其中所述辐射处置规划调谐所述三维剂量分布信息至所述目标体积,其中非均匀剂量分布在辐射处置期间被应用到所述患者中的所述目标体积。
7.根据权利要求1所述的系统,还包括用于将来自所述辐射处置规划的应用的反馈并入到所述预测模型中的装置。
8.一种计算机系统,包括:
中央处理单元(CPU);以及
存储器,其耦合到所述CPU并且具有存储在其中的指令,所述指令在由所述计算机系统执行时使所述计算机系统执行包括以下的操作:访问特定于患者的信息;
将患者特定信息输入到预测模型中,所述预测模型使用包括来自向其他患者应用其他辐射处置规划的结果的训练数据来建立;
利用所述预测模型来计算在所述患者中的目标体积内部的空间剂量分布;以及基于所述空间剂量分布来产生剂量体积直方图和相关联的三维剂量分布信息,所述剂量体积直方图和所述三维剂量分布信息随后能用于开发和访问特定于所述患者的处置规划;
其中所述训练数据包括指示所述其他患者中的目标体积的组成的空间上分布的信息。
9.根据权利要求8所述的系统,其中所述空间上分布的信息包括正电子发射断层摄影(PET)图像数据。
10.根据权利要求8所述的系统,其中所述操作还包括使用所述训练数据来找到在所述空间上分布的信息的图像数据像素强度与在所述目标体积内部的空间剂量水平之间的关系。
11.根据权利要求8所述的系统,其中所述患者特定信息是从包括以下的组中选择的:所述目标体积的大小和形状;有风险器官的大小和形状;有风险器官的类型;所述目标体积的与器官重叠的部分;以及器官的与所述目标体积重叠的部分。
12.根据权利要求8所述的系统,其中所述辐射处置规划调谐所述三维剂量分布信息至所述目标体积,其中非均匀剂量分布在辐射处置期间被应用到所述患者中的所述目标体积。
13.根据权利要求8所述的系统,其中所述操作还包括将来自所述辐射处置规划的应用的反馈并入到所述预测模型中。
14.一种计算机可读存储介质,具有用于使计算机系统执行一种方法的计算机可执行指令,所述方法包括:访问针对多个患者的多个辐射处置规划,所述辐射处置规划被存储在基于知识的规划系统中的数据库中;
使用包括来自向所述患者应用所述辐射处置规划的结果的训练数据来生成预测模型;
将特定于另一患者的信息输入到所述预测模型中;
利用所述预测模型来计算在所述患者中的目标体积内部的空间剂量分布;以及基于所述空间剂量分布来产生剂量体积直方图和相关联的三维剂量分布信息,所述剂量体积直方图和所述三维剂量分布信息随后用于开发特定于所述患者的处置规划;
其中所述训练数据包括指示所述其他患者中的目标体积的组成的空间上分布的信息。
15.根据权利要求14所述的计算机可读存储介质,其中所述空间上分布的信息包括正电子发射断层摄影(PET)图像数据。
16.根据权利要求14所述的计算机可读存储介质,其中所述方法还包括使用所述训练数据来找到在所述空间上分布的信息的图像数据像素强度与在所述目标体积内部的空间剂量水平之间的关系。
17.根据权利要求14所述的计算机可读存储介质,其中所述患者特定信息是从包括以下的组中选择的:所述目标体积的大小和形状;有风险器官的大小和形状;有风险器官的类型;所述目标体积的与器官重叠的部分;以及器官的与所述目标体积重叠的部分。
18.根据权利要求14所述的计算机可读存储介质,其中所述剂量体积直方图和所述三维剂量分布信息还使用所述预测模型来产生。
19.根据权利要求14所述的计算机可读存储介质,其中所述辐射处置规划调谐所述三维剂量分布信息至所述目标体积,其中非均匀剂量分布在辐射处置期间被应用到所述患者中的所述目标体积。
20.根据权利要求14所述的计算机可读存储介质,其中所述方法还包括将来自所述辐射处置规划的应用的反馈并入到所述预测模型中。
说明书 :
使用3D信息作为输入来预测可实现的剂量分布
申请的优先权,通过引用将其整体并入本文。
背景技术
够指定例如射束相对于患者的角度、射束形状、丸药和屏蔽的放置、等等。总体上,处置规划的目的是在使周围健康组织对辐射的暴露最小化的同时将充分的辐射递送到目标体积。处
置规划通常借助于剂量体积直方图(DVH)来访问,一般而言,剂量体积直方图(DVH)在二维
中表示三维(3D)剂量分布。
发明内容
患者的解剖结构(例如,器官)的轮廓的几何信息能够是适于患者的(例如,与患者配准的)
预定义信息,或者其能够例如基于患者的计算机断层摄影(CT)扫描。KBP的实际实施方式包括模型训练阶段后跟有估计阶段,在模型训练阶段中来自先前的和现有的处置规划的历史
信息被用于生成通用预测模型,在估计阶段中通用模型被用于基于针对特定患者的集合信
息来确定(例如,估计或预测)针对该患者的可实现的剂量分布。
其能够被用于检测癌变肿瘤和肿瘤的范围(例如,大小),并且能够被用于确定肿瘤对处置
的响应。空间信息能够被用于在辐射处置规划期间调谐目标结构的期望的剂量水平,该过
程被知晓为“剂量绘图”。“剂量绘图”辐射治疗允许在目标体积内(例如在肿瘤体积内)的辐射的非均匀递送;能够应用将更高剂量递送到体积内的某些区域的强度调制辐射治疗
(IMRT)的策略。换言之,代替将均匀剂量水平应用到整个目标体积,剂量被重新分布使得例如一些区域接收更高剂量。
用的信息被扩展以包括这样的空间信息。在实施例中,KBP被扩展以包括来自例如PET图像
的空间信息。然而,根据本发明的实施例不限于PET图像;能够使用其他类型的图像,例如但不限于功能磁共振成像(MRI)图像。一般地,根据本发明的实施例能够利用KBP结合得到与
目标体积的组成有关的信息的任何3D成像技术。
射处置规划得到的数据的训练数据来建立预测模型。训练数据包括指示其他患者中的目标
体积中的活动的水平的空间上分布的信息(例如,PET图像数据)。基于预测来产生剂量体积直方图和相关联的三维剂量分布信息。剂量体积直方图和三维剂量分布信息能够被用于开
发针对患者的辐射处置规划。
处置规划。
在用于限制要求保护的主体的范围。
附图说明
记描绘类似的元件。
具体实施方式
这些实施例。相反,本公开内容旨在覆盖可以被包含在如由所附权利要求限定的本公开内
容的精神和范围内的备选、修改和等同方案。另外,在本公开内容的下面的具体实施方式
中,阐述了许多具体细节以便提供对本公开内容的透彻理解。然而,将理解本公开内容可以在没有这些具体细节的情况下来实践。在其他实例中,没有详细描述众所周知的方法、流
程、部件和电路从而不使本公开内容的各方面不必要地模糊。
员用于将其工作的内容最有效地传达给其他领域技术人员使用的技术手段。在本申请中,
流程、逻辑块、过程、等等被设想为得到期望结果的步骤或指令的自洽序列。步骤是利用物理量的物理操纵的步骤。通常,尽管不一定必需,这些量采取能够被存储、被转移、被组合、被比较和以其他方式被操纵在计算系统中的电信号或磁信号的形式。已经证实有时主要出
于常见用法的原因将这些信号指代为事务、位、值、元素、符号、字符、样本、像素、等等是方便的。
的动作和过程(例如,图5的流程图500)。计算系统或类似的电子计算设备操纵并转变在计
算系统存储器、寄存器或其他这样的信息存储装置、发送或显示设备内被表示为物理(电
子)量的数据。
了本文描绘和描述的序列以外的序列。
论。通过举例而非限制性的方式,计算机可读存储介质可以包括非暂态计算机存储介质和
通信介质。一般地,程序模块包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、等等。在各种实施例中,可以根据需要来组合或分布程序模块的功能。
移除介质。计算机存储介质包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程ROM(EEPROM)、闪速存储器或其他存储器技术、紧凑盘ROM(CD-ROM)、数字多用盘
(DVD)或其他光学存储装置、磁盘、磁带、磁盘存储装置或其他磁性存储设备或能够被用于存储期望信息并且能够被访问以检索该信息的任何其他介质。
线介质和诸如声学介质、射频(RF)介质和其他无线介质的无线介质。以上中的任何的组合
还能够被包含在计算机可读介质的范围内。
1中由虚线106图示。系统100还具有额外的特征/功能。例如,系统100还可以包括额外的存储装置(可移除的和/或不可移除的),包括但不限于磁盘或光盘或者磁带。这样的额外的存储装置在图1中由可移除存储装置108和不可移除存储装置120图示。系统100还可以包含例
如在使用到一个或多个远程计算机的逻辑连接的网络化环境中允许设备与其他设备通信
的(多个)通信连接122。
网络化计算机的一些组合上。
据。
包括但不限于正电子发射断层摄影(PET)和功能磁共振成像(MRI)。
型验证阶段212中被使用。
一样本的剂量体积直方图(DVH)。在模型训练阶段210中的处置规划使用空间信息(例如PET
图像)来开发。在模型验证阶段212中,基于预测模型150在训练数据上的性能(其准确地对
训练数据和针对训练数据的DVH进行建模的能力)以及其基于处置规划的另一(第二样本)
令人满意地预测验证数据的能力(其准确地对验证数据和针对验证数据的DVH进行建模的
能力)来评价预测模型150。预测模型150的适当性通过其令人满意地对训练数据和验证数
据两者建模和预测的能力来证明。
间信息与在目标剂量水平中的变化之间的关系。在另一实施例中,其他结构信息(诸如从目标结构的边缘的距离)能够被用于确定空间剂量信息。预测模型150还能够基于某些图像处
理步骤(例如对PET图像的平滑)或其他类似的操纵。
212中包含的数据能够被用于独立地测试和核验模型的准确度。模型开发是前进直到令人
满意地预测到验证数据的在训练与验证之间的迭代过程。
的模型。
通过估计在患者内部的目标体积(例如,肿瘤)中的可实现的剂量分布来开发针对新患者的
处置规划。该估计能够通过将患者特定信息(例如,几何信息)输入到预测模型150中来进
行,预测模型150能够基于模型的在训练数据和/或验证数据中使用的处置规划的结果的精
华来预测剂量分布。
的数据处理部件320、以及输出接口330。系统300整体或部分地可以在计算系统100(图1)
上/使用计算系统100(图1)被实施为软件程序、硬件逻辑、或它们的组合。
中,预测结果伴随有指示预测的质量的参数,诸如(例如受训练数据的内部一致性影响的)
结果的可靠性、所预测的规划的复杂度以及结果的可能性。
统400包括知识库402和处置规划工具集410。知识库402包括患者记录404(例如辐射处置规
划)、处置类型406和统计模型408。图4的示例中的处置规划工具集410包括当前患者记录
412、处置类型414、医学图像处理模块416、优化器418、剂量分布模块420和完成的患者记录
422(例如最终批准的处置规划)。
进行比较。使用当前患者信息、所选择的处置类型406和所选择的统计模型408,工具集410生成能够由临床医师批准的优化的处置规划。
证的预测模型150,期望那些结果落入针对具有类似疾病类型和处置类型的患者的历史上
接受的范围内。
形式的计算机可读存储介质上的计算机可执行指令。
息(例如,PET图像数据)来开发辐射处置规划。
间剂量水平之间的关系。
划。辐射处置规划调谐针对目标体积的辐射映射图的三维剂量分布信息,使得非均匀剂量
分布在辐射处置期间被应用到目标体积。
可实现的剂量分布。所估计的剂量分布能够被用于自动地提供空间上不同的目标剂量水平
(以用于剂量绘图)。
和动作被公开为实施权利要求的示例形式。