剂量规划系统的制作方法

1.本发明涉及放射肿瘤治疗(radiation oncology)领域，特别涉及一种将人体器官组织内的药物浓度分布列入考量的剂量规划系统。


背景技术：

2.目前已知的剂量规划系统，例如硼中子捕获治疗(boron neutron capture therapy；bnct)计划系统，是基于受测者器官内药物浓度分布为均匀分布(uniform distribution)的假设，而进行中子/光子剂量分布的计算与规划。然而，以含硼药物为例，其浓度在受测者的正子造影(positron emission tomography；pet)影像中，尤其是在肿瘤体积(gross tumor volume；gtv)的区域附近，通常是分布不均匀的。这种不均匀的药物浓度分布，会导致已知的剂量规划系统在中子/光子剂量分布的计算与规划方面的不准确。
3.因此，需要一种剂量规划系统，能考量药物在人体器官组织内的实际分布状况，对中子/光子剂量分布进行较为准确的计算与规划。


技术实现要素：

4.本发明的实施例提供一种剂量规划系统，包含：影像处理模组，设置以载入受测者的复数帧电脑断层(computer tomography；ct)影像及感兴趣区域(region of interest；roi)资料，整合ct影像及roi资料，以产生对应于受测者的影像资料数据；药物吸收比分布模组，设置以载入受测者的药物浓度分布影像，对药物浓度分布影像及影像资料数据进行影像对位(image registration)，以产生药物吸收比分布资料数据，作为剂量规划系统进行药物剂量分布计算的依据。
5.在某些实施例中，剂量规划系统更包含：器官组织分布模组，依据roi资料，定位出影像资料数据上的复数个器官组织，以产生器官组织分布资料数据；剂量率分布模组，设置以载入器官组织分布资料数据、药物吸收比分布资料数据及材料组成参数资料数据，并基于器官组织分布资料数据、药物吸收比分布资料数据及材料组成参数资料数据，计算每一复数个均质化体积内的像素剂量率分布，以产生像素剂量率分布资料数据。
6.在某些实施例中，剂量规划系统更包含：剂量规划模组，设置以接收生物效应参数、射束强度、药物血中浓度及照射时间，将生物效应参数、射束强度、药物血中浓度及照射时间整合进像素剂量率分布资料数据，以产生剂量规划资料数据。
7.在某些实施例中，剂量规划模组更设置以对不同照射条件或基于不同影像资料数据或其他放射治疗下的多个剂量规划资料数据进行剂量叠加，以产生多重剂量规划资料数据。
8.在某些实施例中，剂量规划系统更包含剂量报告模组，设置以基于剂量规划资料数据，产生可视觉化呈现的剂量报告数据，剂量报告数据包含等剂量分布、单维剂量分布、体积剂量直方图，以及器官组织的剂量分布。
9.在某些实施例中，剂量率分布模组更设置以：设定体积均质化尺寸、粒子计数尺
寸、射束参数及药物血中浓度；基于器官组织分布资料数据、药物吸收比分布资料数据、材料组成参数资料数据、体积均质化尺寸、粒子计数尺寸、射束参数及药物血中浓度，进行体积均质化计算及材料分群计算，以产生蒙地卡罗(monte carlo)程式输入数据，其中蒙地卡罗程式输入数据包含均质化体积所各自对应的材料群编码；依照蒙地卡罗程式输入数据进行蒙地卡罗粒子迁移计算，以产生蒙地卡罗程式输出数据；基于蒙地卡罗程式输出数据，使用像素剂量重建法计算每一均质化体积内的像素剂量率分布，以产生像素剂量率分布资料数据。
10.在某些实施例中，体积均质化计算包含：计算在体积均质化尺寸下，每一均质化体积内的平均材料组成；其中材料分群计算，包含：基于均质化体积内的平均材料组成，对均质化体积进行分群，以取得均质化体积所各自对应的材料群编码。
11.在某些实施例中，平均材料组成包含钙(ca)、氢(h)、氮(n)、碳(c)、氧(o)、磷(p)、药物主要作用原子等元素各自的原子密度。
12.在某些实施例中，剂量率分布模组更设置以；载入准直仪描述数据及射束描述数据；根据准直仪描述数据及射束描述数据，设定射束参数。
13.在某些实施例中，体积均质化尺寸与粒子计数尺寸不相等。
14.在某些实施例中，使用像素剂量重建法计算每一均质化体积内的该剂量率，包含：基于每一均质化体积的相邻的均质化体积的平均粒子通率，产生多项式；使用多项式，计算每一均质化体积内的粒子通量权重分布；基于粒子通量权重分布、器官组织分布资料数据及药物吸收比分布资料数据，计算每一均质化体积内的像素剂量率分布。
附图说明
15.本揭露将可从以下示范的实施例的叙述搭配附带的图式更佳地理解。此外，应被理解的是，在本揭露的流程图中，各区块的执行顺序可被改变，且/或某些区块可被改变、删减或合并。
16.图1是根据本发明的实施例的一种剂量规划系统的系统方块图。
17.图2是根据本发明的实施例所绘示，图1中的剂量率分布模组所设置以执行的处理程序的流程图。
18.图3a、图3b及图3c展示根据本发明的实施例的剂量规划系统与已知技术计算剂量分布的差异。
19.符号说明
20.100:剂量规划系统
21.101:影像处理模组
22.102:药物吸收比分布模组
23.103:器官组织分布模组
24.104:剂量率分布模组
25.105:剂量规划模组
26.106:剂量报告模组
27.200:处理程序
28.201-205:步骤
29.301,302:等剂量曲线图
30.303:等药物浓度曲线图
31.实施方式
32.图1是根据本发明的实施例的一种剂量规划系统100的系统方块图。如图1所示，剂量规划系统100包含影像处理模组101、药物吸收比分布模组102、器官组织分布模组103、剂量率分布模组104、剂量规划模组105，及剂量报告模组106。
33.剂量规划系统100更包含至少一个处理器。剂量规划系统100会载入程式，以使处理器执行影像处理模组101、药物吸收比分布模组102、器官组织分布模组103、剂量率分布模组104、剂量规划模组105及剂量报告模组106的功能。剂量规划系统100亦可包含至少一个输入装置(例如滑鼠、键盘、控制器、触控显示器元件或小键盘)以及至少一个输出装置(例如显示装置、印表机或扩音器)。剂量规划系统100亦可包含一个或多个用于储存资料的储存装置，例如磁碟驱动器、光储存元件以及固态储存装置如随机存取记忆体(ram)、只读记忆体(rom)、可拆卸媒体装置、记忆卡以及快闪记忆卡等。
34.图1中的影像处理模组101，可设置以载入受测者的复数帧电脑断层(computer tomography；ct)影像及感兴趣区域(region of interest；roi)资料，并且整合这些ct影像及roi资料，以产生对应于受测者的影像资料数据。ct影像是针对特定扫描区域，例如受测者的头部、胸腔、腹部
…
等，利用从不同角度的许多x射线穿透人体，再由电脑所组合而成的二维(2d)影像，用以观察受测者的身体内部。影像资料数据为多帧2d的ct影像所堆叠而成的三维(3d)影像，用以描述受测者身体内部的一或多个感兴趣区域的位置。roi资料包含每一感兴趣区域的多个点的座标，用以在影像资料数据勾勒出每一感兴趣区域的轮廓。感兴趣区域可例如为肿瘤或特定器官，但在影像资料数据中尚未定义这些感兴趣区域为哪一器官，又或者是肿瘤。
35.图1中的药物吸收比分布模组102，可设置以载入受测者的药物浓度分布影像，并对药物浓度分布影像及影像资料数据进行影像对位(image registration)，以产生药物吸收比分布资料数据，用以描述受测者体内的药物相对吸收比例。药物浓度分布影像为正子造影(positron emission tomography；pet)影像或是磁振造影(magnetic resonance imaging；mri)影像，用以描述受测者体内的药物浓度分布。此处所述影像对位可以是任何一种将影像数据(在本发明的实施例中，即药物浓度分布影像中的数据)对应至影像资料数据的空间坐标系(space coordinate system)的一种基于影像灰阶值的医学影像对位(intensity-based medical image registration)演算法，但本发明并非限定于此。
36.图1中的器官组织分布模组103，可依据roi资料，定位出影像资料数据上的复数个器官组织，以产生器官组织分布资料数据，用以描述受测者体内复数个器官组织的位置分布。器官组织可例如为肿瘤或特定器官，其定位的方法可以是运用人工智能(ai)技术自动产生每一器官组织与其所在区域之间的对应关系(例如，第一区域对应大脑，第二区域对应肿瘤
…
等)，也可以是在使用者界面上提供绘图工具，供使用者进行手动的圈选与标记。
37.图2是根据本发明的实施例所绘示，图1中的剂量率分布模组104所设置以执行的处理程序200的流程图。如图2所示，处理程序200包含步骤201-步骤205。
38.处理程序200起始于步骤201。于步骤201，载入器官组织分布资料数据、药物吸收比分布资料数据、材料组成参数资料数据、准直仪描述数据及射束描述数据。此处所述材料
组成参数资料数据，记载人体各器官组织的元素组成，例如钙(ca)、氢(h)、氮(n)、碳(c)、氧(o)、磷(p)等元素的组成。此处所述准直仪描述数据与射束描述数据，分别记载描述准直仪与射束的条件的参数。然后，处理程序200进入步骤202。
39.于步骤202，根据准直仪描述数据及射束描述数据，设定体积均质化(homogenization)尺寸、粒子计数尺寸、射束参数及药物血中浓度(plasma drug concentration)等参数，以作为执行下一步骤(即步骤203)所需要的输入参数。体积均质化尺寸及粒子计数尺寸，是以像素(pixel)为单位，例如n
×
m像素。在某些实施例中，体积均质化尺寸与粒子计数尺寸被设定为不相等。完成步骤202后，处理程序200进入步骤203。
40.于步骤203，基于器官组织分布资料数据、药物吸收比分布资料数据、材料组成参数资料数据、体积均质化尺寸、粒子计数尺寸、射束参数及药物血中浓度，进行体积均质化计算及材料分群计算，以产生蒙地卡罗(monte carlo)程式输入数据，作为执行下一步骤(即步骤204)所需要的输入资料。蒙地卡罗程式输入数据包含多个均质化体积所各自对应的材料群编码。然后，处理程序200进入步骤204。
41.在某些实施例中，体积均质化计算包含计算在步骤203所设定的体积均质化尺寸下，每一均质化体积内的平均材料组成。举例来说，假设受测者的ct影像的原始解析度为512
×
512像素，在步骤203所设定的体积均质化尺寸为n
×
m像素，则计算n
×
m个均质化体积中的每个均质化体积内的平均材料组成。平均材料组成可包含钙(ca)、氢(h)、氮(n)、碳(c)、氧(o)、磷(p)、药物主要作用原子等元素各自的原子密度。
42.在某些实施例中，材料分群计算包含基于均质化体积内的平均材料组成，对均质化体积进行分群，以取得某一均质化体积所对应的材料群编码。被分在同一群中的那些均质化体积，将较于被分在其他组的均质化体积，彼此具有较为相似的平均材料组成的比例分布，例如较为相似的钙(ca)、氢(h)、氮(n)、碳(c)、氧(o)、磷(p)、药物主要作用原子等元素的原子密度的比例分布。
43.于步骤204，依照蒙地卡罗程式输入数据进行蒙地卡罗粒子迁移计算，以产生蒙地卡罗程式输出数据。然后，处理程序200进入步骤205。
44.于步骤205，基于蒙地卡罗程式输出数据，使用像素剂量重建法计算每一均质化体积内的各原始像素的剂量率，以产生像素剂量率分布资料数据。此像素剂量率分布资料数据是用于描述像素剂量率在这些均质化体积内的分布情况。
45.在某些实施例中，使用像素剂量重建法计算每一均质化体积内的像素剂量率，包含基于每一均质化体积的相邻的均质化体积的平均粒子通率，产生一个二次(或一次，或指数)多项式，然后再使用此多项式计算每一均质化体积内的粒子通率权重分布。最后，基于粒子通率权重分布、器官组织分布资料数据及药物吸收比分布资料数据，计算每一像素的剂量率。
46.图1中的剂量规划模组105，可设置以接收生物效应参数、射束强度、药物血中浓度及照射时间，并将生物效应参数、射束强度、药物血中浓度及照射时间整合进像素剂量率分布资料数据，以产生剂量规划资料数据。
47.在某些实施例中，图1中的剂量规划模组105更设置以对不同照射条件或基于不同影像资料数据或其他放射治疗下的多个剂量规划资料数据进行剂量叠加，以产生多重剂量规划资料数据。
48.图1中的剂量报告模组106，可设置以基于剂量规划资料数据，产生可视觉化呈现的剂量报告数据。剂量报告数据可包含等剂量分布、单维剂量分布、体积剂量直方图，以及器官组织的剂量分布。
49.图3a、图3b及图3c展示根据本发明的实施例的剂量规划系统相较于已知技术的差异。图3a中的等剂量曲线图301为已知将受测者器官组织内的药物浓度设定为固定值的作法下，所产生范例的等剂量曲线图。图3b为根据本发明的实施例的剂量规划系统依据图3c的等药物浓度曲线图所产生范例的等剂量曲线图302。在此范例中，系假设射束方向由影像左方入射，以及等剂量曲线图301、等剂量曲线图302及等药物浓度曲线图303系以红、橙、黄、绿、蓝
…
等颜色的线条，依序代表数值由高至低的位置。如图3a所示，等剂量曲线图301所显示出的剂量分布接近于由左方射入的射束的中子通率分布，大致上是由左向右递减。至于图3b所示纳入药物浓度分布后所得到的等剂量曲线图302，其显示出的剂量分布相较于等剂量曲线图301所显示出由左向右递减的剂量分布更具合理性。
50.本发明所揭露的剂量规划系统，考量了药物在受测者器官组织内的实际分布状况，藉此更准确地计算出中子/光子剂量在受测者器官组织内分布的情形，利于进行较适切的剂量规划。
51.在本说明书中以及申请专利范围中的序号，例如「第一」、「第二」等等，仅系为了方便说明，彼此之间并没有顺序上的先后关系。
52.「某些实施例」、「一实施例」、「实施例」、「多个实施例」、「该实施例」、「该些实施例」、「一或更多个实施例」、「有些实施例」以及「一个实施例」都是指一或更多个实施例(但并非全部)，除非另有特别的限定。
53.以上段落使用多种层面描述。显然的，本文的教示可以多种方式实现，而在范例中揭露的任何特定架构或功能仅为一代表性的状况。根据本文的教示，任何熟知此技艺的人士应理解在本文揭露的各层面可独立实作或两种以上的层面可以合并实作。
54.虽然本揭露已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何熟习此技艺者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。