临床治疗过程中确定个性化剂量的方法、系统、设备及介质

1.本发明属于剂量技术领域，涉及一种临床治疗过程中确定个性化剂量的方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.放射治疗是一种常用的恶性肿瘤治疗方案，其通过辐射破坏肿瘤细胞，从而达到治疗恶性肿瘤的效果。放射剂量是决定治疗效果的关键因素，较少的放射剂量易导致较差的治疗效果，较多的放射剂量易导致后遗症的发生。放射剂量的确定是个性化放射治疗的关键步骤，其取决于源区域的时间积分活度和单次核转化过程中靶区域的平均剂量值。国际辐射防护委员会(international commission on radiological protection，icrp)第103号出版物指出：蒙特卡罗方法是临床上确定剂量的金标准。
3.以甲状腺恶性肿瘤的
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i放射治疗为例，通常有三种方法确定吸收剂量：固定剂量法、半经验剂量法和个性化剂量法。固定剂量法通常基于大剂量的方案对患者进行治疗，这一过程易导致患者严重的不良反应；半经验剂量法通常基于医生估算的甲状腺质量结合医生自身的经验确定剂量，这一过程主要依赖医生的判断，具有很大的不确定性；个性化剂量法通常基于蒙特卡罗方法结合临床数据确定剂量，其是各方法中最为精准的。在其他放射治疗领域，如恶性肿瘤骨转移的
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sr和
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ra治疗也是按照固定剂量法或半经验剂量法进行治疗，其没有考虑患者体内真实放射性物质分布信息与代谢情况。
4.固定剂量法与半经验剂量法不能实现基于个体的辐射风险评估，无法实现个性化治疗。临床上常用的个性化剂量法涉及图像的预处理与吸收剂量的计算，通常基于人工对组织和器官进行划分并且需要学习蒙特卡罗软件的使用，上述过程具有效率低、难度大等缺点。基于此，临床上常用的个性化剂量法无法适配实际的需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种临床治疗过程中确定个性化剂量的方法、系统、设备及介质，该方法、系统、设备及介质能够较为准确的吸收剂量，且计算简单，效率较高。
6.为达到上述目的，本发明公开了一种临床治疗过程中确定个性化剂量的方法，包括：
7.读取医学图像，基于分割算法对所述医学图像中的组织及器官进行分割，得到分割后的图像；
8.根据分割后的图像建立体素模型，并以此计算组织及器官的质量；
9.获取输入文件，并将所述输入文件输入到蒙特卡罗软件中，利用蒙特卡罗软件确定靶区域的能量沉积信息，根据所述靶区域的能量沉积信息绘制靶区域的能量沉积图像，根据所述能量沉积图像及所述组织及器官的质量计算靶区域的平均剂量值；
10.读取临床测量的源区域时间-活度数据，对所述源区域时间-活度数据进行分段积
分，得到源区域的时间积分活度；
11.根据所述靶区域的平均剂量值及所述源区域的时间积分活度计算吸收剂量。
12.所述基于分割算法对所述医学图像进行组织及器官的分割的具体过程为：
13.使用阈值分割算法及区域生长算法对医学图像进行分割，得到医学图像中部分组织和器官；
14.使用神经网络算法基于医学图像数据库对医学图像进行分割，得医学图像中其余组织及器官。
15.所述使用阈值分割算法及区域生长算法对医学图像进行分割之前还包括：
16.将医学图像转化为预设格式，通过预设滤波算法对医学图像进行滤波处理。
17.所述根据分割后的图像建立体素模型，并以此计算组织及器官的质量的具体过程为：
18.根据分割后的图像建立体素模型，设定组织及器官的密度及元素组成，计算组织和器官的质量。
19.所述获取输入文件，并将所述输入文件输入到蒙特卡罗软件中，利用蒙特卡罗软件确定靶区域的能量沉积信息的具体过程为：
20.读取体素模型所需的几何信息，并将所述几何信息转化为蒙特卡罗软件的输入文件形式；
21.读取计算所需的物理信息，并将所述物理信息转化为蒙特卡罗软件的输入文件形式；
22.调用蒙特卡罗软件计算单次核转化过程中靶区域的能量沉积信息。
23.还包括：绘制时间-活度曲线。
24.本发明公开了一种临床治疗过程中确定个性化剂量的系统，包括：
25.分割模块，用于读取医学图像，对所述医学图像中的组织及器官进行分割，得到分割后的图像；
26.第一计算模块，用于根据分割后的图像建立体素模型，并以此计算组织及器官的质量；
27.第二计算模块，用于确定靶区域的能量沉积信息，根据所述靶区域的能量沉积信息绘制靶区域的能量沉积图像，根据所述能量沉积图像及所述组织及器官的质量计算靶区域的平均剂量值；
28.分段积分模块，用于读取临床测量的源区域时间-活度数据，对所述源区域时间-活度数据进行分段积分，得到源区域的时间积分活度；
29.第三计算模块，用于根据所述靶区域的平均剂量值及所述源区域的时间积分活度计算吸收剂量。
30.还包括：
31.预处理模块，用于将医学图像转化为预设格式，通过预设滤波算法对医学图像进行滤波处理。
32.本发明公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述临床治疗过程中确定个性化剂量方法的步骤。
33.本发明公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述临床治疗过程中确定个性化剂量方法的步骤。
34.本发明具有以下有益效果：
35.本发明所述的临床治疗过程中确定个性化剂量的方法、系统、设备及介质在具体操作时，基于分割算法对所述医学图像进行组织及器官的分割。同时，获取输入文件，并将所述输入文件输入到蒙特卡罗软件中，利用蒙特卡罗软件确定靶区域的能量沉积信息基于体素模型计算组织及器官的质量，极大降低用户使用蒙特卡罗软件进行计算的门槛，避免人工对组织及器官进行划分带来的效率低及难度大的问题，支持粒子输运相关结果的读取、临床医学数据的计算以及图像的绘制，具有便捷性好、可用性强的特点。
附图说明
36.图1为医学图像的预处理流程图；
37.图2为本发明的方法流程图；
38.图3为甲状腺体素模型的示意图；
39.图4为能量沉积图。
具体实施方式
40.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
41.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
42.实施例一
43.参考图1及图2，本发明所述的临床治疗过程中确定个性化剂量的方法包括以下步骤：下面的括号后面的缩进好像不一样，以1)和2)为例
44.1)读取医学图像，并将其转化为预设格式；
45.2)通过预设滤波算法对医学图像进行滤波处理，以降低图像的噪声；
46.3)使用阈值分割算法及区域生长算法分割得到医学图像中具有显著像素差异的组织和器官；
47.4)使用神经网络算法基于医学图像数据库对医学图像中其余组织及器官进行分割；
48.5)绘制分割后的图像；
49.6)根据分割后的图像建立体素模型，基于国际辐射防护委员会(international commission on radiological protection，icrp)第110号出版物，设定组织及器官的密度及元素组成，计算组织和器官的质量；
50.7)读取体素模型所需的几何信息，并将所述几何信息转化为蒙特卡罗软件的输入文件形式；
51.8)读取计算所需的物理信息，并将所述物理信息转化为蒙特卡罗软件的输入文件形式，所述物理信息包括温度信息、源参数信息、材料信息、物理量的统计信息；
52.9)调用蒙特卡罗软件计算单次核转化过程中靶区域的能量沉积信息，并根据计算结果绘制靶区域的能量沉积图像，根据所述能量沉积图像及步骤1)得到的质量计算靶区域的平均剂量值；
53.10)读取临床测量的源区域时间-活度数据，通过分段积分模块对所述源区域时间-活度数据进行分段积分，得到源区域的时间积分活度，并绘制时间-活度曲线；
54.11)根据步骤4)得到的平均剂量值及步骤5)得到的时间积分活度计算吸收剂量。
55.实施例二
56.参考图3及图4，在本实施例中，基于国际辐射防护委员会(international commission on radiological protection，icrp)第110号出版物定义组织和器官的密度和元素组成，选取七种组织和器官的密度和元素质量百分比为例，如表1所示。
57.表1
[0058][0059][0060]
在本实施例中，蒙特卡罗软件是基于蒙特卡罗方法计算多种粒子输运问题的通用软件包。蒙特卡罗软件为mcnp、geant4、gate和fluka中的一种或多种。使用蒙特卡罗软件计算不同治疗方案下的粒子输运过程，获得不同恶性肿瘤类型、不同恶性肿瘤几何结构、不同恶性肿瘤空间位置、不同粒子类型、不同粒子物理信息等情况下单次核转化过程中靶区域的平均剂量值。
[0061]
在本实施例中，根据医用内照射剂量委员会(medical internal radiation dose committee)的定义，靶区域的吸收剂量为：
[0062][0063]dt
表示靶区域的吸收剂量，s(r
t
←rs
)表示在单次核转化过程中靶区域平均剂量值(由蒙特卡罗软件计算得出)，表示时间积分活度(由临床数据得出)，即源区域中核转化的总次数。
[0064]
实施例三
[0065]
本发明所述的临床治疗过程中确定个性化剂量的系统，包括：
[0066]
分割模块，用于读取医学图像，对所述医学图像中的组织及器官进行分割，得到分割后的图像；
[0067]
第一计算模块，用于根据分割后的图像建立体素模型，并以此计算组织及器官的质量；
[0068]
第二计算模块，用于确定靶区域的能量沉积信息，根据所述靶区域的能量沉积信息绘制靶区域的能量沉积图像，根据所述能量沉积图像及所述组织及器官的质量计算靶区域的平均剂量值；
[0069]
分段积分模块，用于读取临床测量的源区域时间-活度数据，对所述源区域时间-活度数据进行分段积分，得到源区域的时间积分活度；
[0070]
第三计算模块，用于根据所述靶区域的平均剂量值及所述源区域的时间积分活度计算吸收剂量。
[0071]
实施例四
[0072]
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述临床治疗过程中确定个性化剂量方法的步骤，其中，所述存储器可能包含内存，例如高速随机存储器，也可能还包括非易失性存储器，例如，至少一个磁盘存储器等；处理器、网络接口、存储器通过内部总线互相连接，该内部总线可以是工业标准体系结构总线、外设部件互连标准总线、扩展工业标准结构总线等，总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。存储器用于存放程序，具体地，程序可以包括程序代码、所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。
[0073]
实施例五
[0074]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述临床治疗过程中确定个性化剂量方法的步骤，具体地，所述计算机可读存储介质包括但不限于例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器可以包括随机存储存储器(ram)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器可以包括只读存储器(rom)、硬盘、闪存、光盘、磁盘等。
[0075]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0076]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0077]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0078]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0079]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种临床治疗过程中确定个性化剂量的方法，其特征在于，包括：读取医学图像，基于分割算法对所述医学图像中的组织及器官进行分割，得到分割后的图像；根据分割后的图像建立体素模型，并以此计算组织及器官的质量；获取输入文件，并将所述输入文件输入到蒙特卡罗软件中，利用蒙特卡罗软件确定靶区域的能量沉积信息，根据所述靶区域的能量沉积信息绘制靶区域的能量沉积图像，根据所述能量沉积信息及所述组织及器官的质量计算靶区域的平均剂量值；读取临床测量的源区域时间-活度数据，对所述源区域时间-活度数据进行分段积分，得到源区域的时间积分活度；根据所述靶区域的平均剂量值及所述源区域的时间积分活度计算吸收剂量。2.根据权利要求1所述的临床治疗过程中确定个性化剂量的方法，其特征在于，所述基于分割算法对所述医学图像进行组织及器官的分割的具体过程为：使用阈值分割算法及区域生长算法对医学图像进行分割，得到医学图像中部分组织和器官；使用神经网络算法基于医学图像数据库对医学图像进行分割，得医学图像中其余组织及器官。3.根据权利要求2所述的临床治疗过程中确定个性化剂量的方法，其特征在于，所述使用阈值分割算法及区域生长算法对医学图像进行分割之前还包括：将医学图像转化为预设格式，通过预设滤波算法对医学图像进行滤波处理。4.根据权利要求1所述的临床治疗过程中确定个性化剂量的方法，其特征在于，所述根据分割后的图像建立体素模型，并以此计算组织及器官的质量的具体过程为：根据分割后的图像建立体素模型，设定组织及器官的密度及元素组成，计算组织和器官的质量。5.根据权利要求1所述的临床治疗过程中确定个性化剂量的方法，其特征在于，所述获取输入文件，并将所述输入文件输入到蒙特卡罗软件中，利用蒙特卡罗软件确定靶区域的能量沉积信息的具体过程为：读取体素模型所需的几何信息，并将所述几何信息转化为蒙特卡罗软件的输入文件形式；读取计算所需的物理信息，并将所述物理信息转化为蒙特卡罗软件的输入文件形式；调用蒙特卡罗软件计算单次核转化过程中靶区域的能量沉积信息。6.根据权利要求1所述的临床治疗过程中确定个性化剂量的方法，其特征在于，还包括：绘制时间-活度曲线。7.一种临床治疗过程中确定个性化剂量的系统，其特征在于，包括：分割模块，用于读取医学图像，对所述医学图像中的组织及器官进行分割，得到分割后的图像；第一计算模块，用于根据分割后的图像建立体素模型，并以此计算组织及器官的质量；第二计算模块，用于确定靶区域的能量沉积信息，根据所述靶区域的能量沉积信息绘制靶区域的能量沉积图像，根据所述能量沉积图像及所述组织及器官的质量计算靶区域的平均剂量值；
分段积分模块，用于读取临床测量的源区域时间-活度数据，对所述源区域时间-活度数据进行分段积分，得到源区域的时间积分活度；第三计算模块，用于根据所述靶区域的平均剂量值及所述源区域的时间积分活度计算吸收剂量。8.根据权利要求7所述的临床治疗过程中确定个性化剂量的系统，其特征在于，还包括：预处理模块，用于将医学图像转化为预设格式，通过预设滤波算法对医学图像进行滤波处理。9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述临床治疗过程中确定个性化剂量方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述临床治疗过程中确定个性化剂量方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种临床治疗过程中确定个性化剂量的方法、系统、设备及介质，读取医学图像，基于分割算法对所述医学图像中的组织及器官进行分割，得到分割后的图像；根据分割后的图像建立体素模型，并以此计算组织及器官的质量；获取输入文件，并将所述输入文件输入到蒙特卡罗软件中，利用蒙特卡罗软件确定靶区域的能量沉积信息，绘制靶区域的能量沉积图像，根据所述能量沉积图像及所述组织及器官的质量计算靶区域的平均剂量值；读取临床测量的源区域时间-活度数据，得到源区域的时间积分活度；根据所述靶区域的平均剂量值及所述源区域的时间积分活度计算吸收剂量，该方法、系统、设备及介质能够较为准确的吸收剂量，计算简单，效率较高。率较高。率较高。


技术研发人员：胡华四 王潮 胡光 孙伟强 严明飞
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/14