[发明专利]粒子植入肿瘤内放疗剂量规划方法、系统及介质

说明书

本发明公开了粒子植入肿瘤内放疗剂量规划方法、系统及介质，用于放射粒子内放疗介入手术机器人，包括：医学图像信息获取步骤；医学图像多脏器分割步骤，对医学图像进行多脏器分割，包括在医学图像上对一个或多个器官进行标注；穿刺针路径规划步骤，基于被标注器官和虚拟入针面板对穿刺针的可行路径进行限制；放射性粒子辐射剂量计算步骤，对放射性粒子计算其在体内环境中的辐射剂量；放射性粒子布源剂量优化步骤，根据粒子的辐射剂量、肿瘤病灶形态和体积，对植入粒子的数量和空间位置进行优化，得到累积辐射剂量满足设定剂量的粒子布源结果。本发明使得放射粒子剂量分布满足临床要求。

技术领域

本发明涉及医学图像处理技术领域、肿瘤内放疗剂量计算和优化领域，特别涉及一种粒子植入肿瘤内放疗剂量规划方法、系统及介质。

背景技术

恶性肿瘤已经成为一种严重威胁人类健康且常见的多发疾病，其主要的治疗手段有手术治疗、化学治疗和放射治疗等。其中，放射治疗利用放射源发出的高能射线，持续抑制肿瘤细胞的有丝分裂，从而起到治疗效果。与普通的外照射治疗相比，放射性粒子植入性内放疗能大幅提高对肿瘤病灶的放射剂量，同时减少患者正常器官组织所接受的辐射，对恶性肿瘤的局部控制率高、治疗后并发症发病率低，显著延长了患者的生存时间。

治疗剂量规划系统的出现，使得放射粒子植入性内放疗成为早期癌症治疗的标准手段。传统的治疗剂量规划系统首先通过病人术前、术中的医疗影像数据，由医生根据临床经验勾画肿瘤和靶器官边界，后借助等剂量线、等剂量面和剂量体积直方图等辅助参数合理布置放射性粒子，使得剂量在能够满足杀灭肿瘤细胞的同时并保护正常器官组织，最后输出报告指导手术。但在传统治疗剂量规划系统中，靶器官的勾画需要大量的手工操作，且对于CT图像中的一些器官，由于器官与周围组织的对比度较低，且形态多变，即使手工分割也很困难。同时放射粒子的剂量计算和剂量优化也是内放疗介入手术成功的关键，传统方法很难使得剂量分布满足临床要求，且容易出现剂量辐射冷区和热区。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种粒子植入肿瘤内放疗剂量规划方法，能够使得放射粒子剂量分布满足临床要求。

本发明还提出一种粒子植入肿瘤内放疗剂量规划系统。

本发明还提出一种实施上述方法的计算机可读存储介质。

根据本发明的第一方面实施例的粒子植入肿瘤内放疗剂量规划方法，用于放射粒子内放疗介入手术机器人，包括：医学图像信息获取步骤，获取病灶及其周围一定范围内的三维的医学图像；医学图像多脏器分割步骤，对医学图像进行多脏器分割，包括在医学图像上对一个或多个器官进行标注，所述器官包括肿瘤病灶；穿刺针路径规划步骤，基于被标注器官和虚拟入针面板对穿刺针的可行路径进行限制；放射性粒子辐射剂量计算步骤，对选定大小、材质和活性特征的放射性粒子计算其在体内环境中的辐射剂量；放射性粒子布源剂量优化步骤，根据粒子的辐射剂量、肿瘤病灶形态和体积，对植入粒子的数量和空间位置进行优化，得到累积辐射剂量满足设定剂量的粒子布源结果。

根据本发明实施例的粒子植入肿瘤内放疗剂量规划方法，至少具有如下有益效果：本发明的粒子植入肿瘤内放疗剂量规划方法相比于传统的治疗剂量规划系统，不需要大量的手工操作来勾画靶器官。且本发明的方法能够使得放射性粒子剂量分布满足临床要求，不容易出现剂量辐射冷区和热区。

根据本发明的一些实施例，所述医学图像多脏器分割步骤包括：基于已训练的深度学习的多脏器分割模型进行预分割，得到所述医学图像的多脏器预分割结果；基于Grabcut算法，输入过分割区域和/或前分割区域的标记信息，对所述多脏器预分割结果进行交互优化。本实施例结合深度学习方法的高精度与交互算法的鲁棒性，能够对不同的医学数据进行稳定的精准输出。