在一個方面中，本發(fā)明涉及一種用于提供經(jīng)適配的(adapted)4dct數(shù)據(jù)的計算機實現(xiàn)的方法。在其它方面中，本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、一種計算機程序產(chǎn)品、一種計算機可讀存儲介質(zhì)、一種醫(yī)學(xué)成像設(shè)備以及一種輻射處置規(guī)劃系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、癌癥處置，特別是肺癌處置，由于輻射治療的遞送的技術(shù)進步而不斷演變。自適應(yīng)輻射治療(art)允許修改處置計劃，其目的是由于與初始模擬的解剖學(xué)和/或生理學(xué)偏差而改進到患者的劑量分布。癌癥輻射處置規(guī)劃可以基于4d?ct數(shù)據(jù)(四維計算機斷層攝影數(shù)據(jù))?？梢詫?d?ct模擬應(yīng)用到4d?ct數(shù)據(jù)上，從而生成腫瘤尺寸、形狀和相對于正常組織的位置的快照，其用于創(chuàng)建內(nèi)部總腫瘤體積(igtv)或內(nèi)部靶體積(itv)。盡管處置這些腫瘤的技術(shù)允許高度適形的劑量分布，但是肺癌處置規(guī)劃中涉及的復(fù)雜幾何不確定性需要大的安全邊距來創(chuàng)建規(guī)劃靶體積(ptv)，這可能妨礙劑量遞增。

2、另外，由于在輻射治療中處置周期和處置的總持續(xù)時間通常相當(dāng)長，因此可能發(fā)生在規(guī)劃圖像的采集與實際處置之間有數(shù)星期的情況。這構(gòu)成不良腫瘤覆蓋和更嚴重脫靶效應(yīng)的風(fēng)險。art通過使得能夠定期改變處置計劃來解決這些弱點。然而，4d?ct圖像采集可能對患者造成不可忽略的劑量負擔(dān)，例如在30mgy至60mgy的范圍內(nèi)。因此，用于在肝和肺中移動腫瘤的自適應(yīng)規(guī)劃提出了附加劑量負擔(dān)的挑戰(zhàn)。這限制了臨床醫(yī)生遵循“當(dāng)天計劃”的方法，其中在每次處置前夕適配初始處置計劃以改進準確性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的底層技術(shù)問題是便于醫(yī)學(xué)放射學(xué)中的自適應(yīng)處置規(guī)劃，其特別是在輻射劑量和圖像質(zhì)量方面得到改進。該問題由獨立權(quán)利要求的技術(shù)方案解決。從屬權(quán)利要求與本發(fā)明的另外的方面相關(guān)。獨立于語法術(shù)語使用，男性、女性或其它性別身份的個體被包括在該術(shù)語內(nèi)。

2、本發(fā)明涉及一種用于提供經(jīng)適配的4d?ct數(shù)據(jù)的計算機實現(xiàn)的方法，該方法包括：

3、-接收初始4d?ct數(shù)據(jù)，該初始4d?ct數(shù)據(jù)對應(yīng)于第一4d?ct掃描，該第一4d?ct掃描與在第一檢查日期的解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)，

4、-接收補充4d?ct數(shù)據(jù)，該補充4d?ct數(shù)據(jù)對應(yīng)于部分4d?ct掃描，該部分4d?ct掃描與在第二檢查日期的解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)，

5、-基于初始4d?ct數(shù)據(jù)和補充4d?ct數(shù)據(jù)來計算經(jīng)適配的4d?ct數(shù)據(jù)，該經(jīng)適配的4dct數(shù)據(jù)對應(yīng)于第二4d?ct掃描，該第二4d?ct掃描與在第二檢查日期的解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)，

6、-提供經(jīng)適配的4d?ct數(shù)據(jù)。

7、特別地，解剖結(jié)構(gòu)可以是患者的解剖結(jié)構(gòu)。解剖結(jié)構(gòu)可以是例如器官，特別是肺或肝。解剖結(jié)構(gòu)可以包括病變，例如腫瘤。

8、4d?ct數(shù)據(jù)可以與空間的三維和時間的一維有關(guān)。時間的維度可以特別地與呼吸信號和/或呼吸階段的序列有關(guān)。第一4d?ct掃描可以是第一全質(zhì)量4d?ct掃描。與第一4dct掃描相比，部分4d?ct掃描將解剖結(jié)構(gòu)暴露于較少的輻射劑量，從而損害圖像質(zhì)量、圖像分辨率、時間分辨率和/或掃描范圍。特別地，初始4d?ct數(shù)據(jù)可以覆蓋未被補充4d?ct數(shù)據(jù)覆蓋的至少一個4d采樣點。

9、可以基于初始4d?ct數(shù)據(jù)來計算初始處置計劃。例如，可以基于初始4d?ct數(shù)據(jù)來計算解剖結(jié)構(gòu)的第一表示，解剖結(jié)構(gòu)的第一表示與在第一檢查日期的解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)。特別地，基于初始4d?ct數(shù)據(jù)，可以計算與解剖結(jié)構(gòu)的腫瘤的尺寸和/或運動有關(guān)和/或與患者中的解剖和/或形態(tài)狀況有關(guān)的第一信息。例如，可以基于第一表示和/或基于第一信息來計算初始處置計劃。

10、可以基于經(jīng)適配的4d?ct數(shù)據(jù)來計算經(jīng)適配的處置計劃。例如，可以基于經(jīng)適配的4d?ct數(shù)據(jù)來計算解剖結(jié)構(gòu)的第二表示，解剖結(jié)構(gòu)的第二表示與在第二檢查日期的解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)。特別地，基于經(jīng)適配的4d?ct數(shù)據(jù)，可以計算與解剖結(jié)構(gòu)的腫瘤的尺寸和/或運動有關(guān)和/或與患者中的解剖和/或形態(tài)狀況有關(guān)的第二信息。例如，可以基于第二表示和/或基于第二信息來計算經(jīng)適配的處置計劃。

11、為了降低用于自適應(yīng)重新規(guī)劃的劑量負擔(dān)，特別是為了緊接在實際處置之前(以創(chuàng)建“當(dāng)天計劃”)或在處置期間的限定的時間點更新處置計劃，初始4d?ct數(shù)據(jù)可以用作先前信息并基于來自補充4dct數(shù)據(jù)的最新信息進行修改。來自初始4d?ct數(shù)據(jù)的先前信息的使用可以幫助減小在輻射處置規(guī)劃期間自適應(yīng)更新4d?ct規(guī)劃數(shù)據(jù)集的劑量負擔(dān)，該輻射處置規(guī)劃特別是以增量重新規(guī)劃的形式。

12、例如，第二4d?ct掃描可以基本上等同于在第二檢查日期對第一4d?ct掃描的重復(fù)。特別地，第二檢查日期在時間上可以晚于第一檢查日期。例如，第二檢查日期可以發(fā)生在第一檢查日期之后的至少兩天、在第一檢查日期之后的至少一個星期和/或在第一檢查日期之后的至少一個月。

13、所提出的方法可以實現(xiàn)用于4d?ct成像的劑量減小的工作流程，其將允許在處置的不同分次期間對處置計劃的自適應(yīng)重新計算，以便使輻射計劃適配在處置期間的改變。這些改變可以與例如腫瘤尺寸、腫瘤運動、腫瘤周圍的組織的狀況和/或形態(tài)有關(guān)。

14、由于在初始4d?ct數(shù)據(jù)的采集與實際處置之間可能有多個星期，因此這種方法可以幫助顯著地提高輻射處置規(guī)劃的質(zhì)量、有效性和準確性，同時保持低的附加劑量負擔(dān)。

15、與第一4d?ct掃描相比，部分4d?ct掃描的輻射劑量可以減小，特別是顯著地減小。特別地，部分4d?ct可以相對于第一4d?ct掃描以數(shù)量級而減小劑量，例如以實現(xiàn)像執(zhí)行基于4d?ct的自適應(yīng)重新規(guī)劃或者甚至進入“當(dāng)天計劃”的方向那樣的方法。第二4d?ct掃描的輻射劑量可以與第一4d?ct掃描的輻射劑量相當(dāng)，特別是基本上相等，特別是相等。

16、第一4d?ct掃描的輻射劑量可以高于10mgy，特別是高于30mgy，和/或小于100mgy，特別是小于60mgy。部分4d?ct掃描的輻射劑量可以小于第一4d?ct掃描的輻射劑量的50％，特別是小于第一4d?ct掃描的輻射劑量的25％，特別是小于第一4d?ct掃描的輻射劑量的10％。第二4d?ct掃描的輻射劑量可以高于第一4d?ct掃描的輻射劑量的50％，特別是高于第一4d?ct掃描的輻射劑量的75％，特別是等于第一4d?ct掃描的輻射劑量。

17、由于經(jīng)適配的4d?ct數(shù)據(jù)對應(yīng)于第二4d?ct掃描，因此該方法不需要明確地或隱含地將第二4d?ct掃描應(yīng)用到解剖區(qū)域。第二4dct掃描可以被理解為用于表征經(jīng)適配的4d?ct數(shù)據(jù)的虛構(gòu)物。

18、與第一4d?ct掃描相比，部分4d?ct掃描的解剖結(jié)構(gòu)的被掃描體積分數(shù)可以減小，特別是顯著地減小。在整個本說明書中，顯著地減小可以被理解為至少減小為二分之一，特別是至少減小為四分之一，例如至少減小為十分之一。第二4d?ct掃描的被掃描體積分數(shù)可以與第一4d?ct掃描的被掃描體積分數(shù)相當(dāng)，特別是基本上相等，特別是相等。為了生成補充4d?ct數(shù)據(jù)，可以僅對最相關(guān)的區(qū)域，例如包含腫瘤的那些區(qū)域，進行部分4d?ct掃描。

19、可以基于初始4d?ct數(shù)據(jù)來選擇部分4d?ct掃描的掃描范圍，與第一4d?ct掃描的掃描范圍相比，部分4d?ct掃描的掃描范圍減小，特別是顯著地減小。第二4d?ct掃描的掃描范圍可以與第一4dct掃描的掃描范圍相當(dāng)，特別是基本上相等，特別是相等。為了減小在部分4d?ct掃描期間被掃描并且因此被照射的體積分數(shù)，一種可能的方式將是減小4d?ct掃描的掃描范圍并對其進行調(diào)節(jié)，使得在掃描期間僅照射腫瘤運動的區(qū)域。

20、與第一4d?ct掃描相比，部分4d?ct掃描沿x射線扇形方向的照射場的延伸可以減小，特別是顯著地減小。第二4d?ct掃描的沿x射線扇形方向的照射場的延伸可以與第一4dct掃描的沿x射線扇形方向的照射場的延伸相當(dāng)，特別是基本上相等，特別是相等。如果所使用的ct掃描器也能夠沿扇形方向調(diào)節(jié)其照射場，則這將是可能的輻射減小潛力的另一來源。在這種情況下，可以使用第一4d?ct掃描，以便進行部分4d?ct掃描的截斷。

21、一旦完成了具有減小的照射范圍的部分4d?ct掃描，提出了將補充4d?ct數(shù)據(jù)與初始4d?ct數(shù)據(jù)組合。由此，初始4d?ct數(shù)據(jù)中的腫瘤區(qū)域可以由補充4d?ct數(shù)據(jù)替換和/或更新。為了調(diào)節(jié)過渡區(qū)域中的初始4d?ct數(shù)據(jù)和補充4d?ct數(shù)據(jù)，可以使用非剛性配準或任何其它合適的圖像配準算法。

22、與第一4d?ct掃描相比，部分4d?ct掃描的呼吸周期的被掃描分數(shù)可以減小，特別是顯著地減小。第二4d?ct掃描的呼吸周期的被掃描分數(shù)可以與第一4d?ct掃描的呼吸周期的被掃描分數(shù)相當(dāng)，特別是基本上相等，特別是相等。特別地，呼吸周期可以是患者的呼吸周期。例如，部分4d?ct掃描可以應(yīng)用到呼吸周期的分數(shù)，特別是僅應(yīng)用到呼氣或吸氣階段，而不是應(yīng)用到與第一4d?ct掃描的掃描范圍相等的部分4d?ct掃描的掃描范圍。

23、可以基于初始4d?ct數(shù)據(jù)和補充4d?ct數(shù)據(jù)、通過以下方式來計算經(jīng)適配的4d?ct數(shù)據(jù)：從在第一4d?ct掃描期間掃描的呼吸周期的給定階段，到在部分4d?ct掃描期間跳過的呼吸周期的部分中的其對應(yīng)階段，應(yīng)用圖像配準，特別是非剛性變換。由此，可以填充部分4d?ct掃描中的呼吸周期上的缺失部分，以獲得覆蓋整個呼吸周期的經(jīng)適配的4d?ct數(shù)據(jù)。由此，從原始全質(zhì)量4d?ct獲取關(guān)于缺失階段的圖像信息。用于經(jīng)適配的4d?ct數(shù)據(jù)的呼吸信號可以在部分4d?ct掃描期間、之前和/或之后全部采集。另一選項是采集僅覆蓋部分掃描的呼吸周期的被掃描分數(shù)的部分呼吸信號，并使用它來計算呼吸信號的缺失部分，例如，基于吸氣移動與呼氣移動基本上相反的假設(shè)來計算呼吸信號的缺失部分。

24、部分4d?ct掃描可以是呼吸周期的單個階段的前瞻性(prospective)階段選擇性4d?ct掃描。特別地，前瞻性階段選擇性4d?ct掃描可以是前瞻性地觸發(fā)的階段選擇性4d?ct掃描。在這種情況下，3d體積信息將從補充4d?ct數(shù)據(jù)獲取，而呼吸運動的信息將從初始4dct數(shù)據(jù)獲取。

25、可以基于初始4d?ct數(shù)據(jù)來計算解剖結(jié)構(gòu)的呼吸運動的運動向量場，其中基于運動向量場和補充4d?ct數(shù)據(jù)，特別是針對呼吸周期的單個階段的補充4d?ct數(shù)據(jù)，來計算經(jīng)適配的4d?ct數(shù)據(jù)。呼吸運動的運動向量場可以基于初始4d?ct數(shù)據(jù)來計算，并用于基于從單個階段的部分4d?ct掃描得到的補充4d?ct數(shù)據(jù)來計算經(jīng)適配的4dct數(shù)據(jù)。通過使用來自初始4d?ct數(shù)據(jù)的信息，可以計算呼吸運動的整個運動向量場，這允許將每個階段變換為周期的每個其它階段。

26、可以基于初始4d?ct數(shù)據(jù)來計算關(guān)于解剖結(jié)構(gòu)的初始輻射處置規(guī)劃數(shù)據(jù)，和/或可以基于經(jīng)適配的4d?ct數(shù)據(jù)來計算關(guān)于解剖結(jié)構(gòu)的經(jīng)適配的輻射處置規(guī)劃數(shù)據(jù)。

27、本發(fā)明還涉及一種計算機程序產(chǎn)品或計算機可讀存儲介質(zhì)，其包括指令，當(dāng)該指令由計算機執(zhí)行時，該指令使得計算機執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方面中的一個方面的方法。

28、本發(fā)明還涉及一種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其包括數(shù)據(jù)接口和處理器，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)被配置用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方面中的一個方面的方法。

29、本發(fā)明還涉及一種醫(yī)學(xué)成像設(shè)備，其包括根據(jù)本發(fā)明的方面中的一個方面的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并且被配置用于執(zhí)行與解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)的第一4d?ct掃描以獲得初始4d?ct數(shù)據(jù)，和/或用于執(zhí)行與解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)的部分4d?ct掃描以獲得補充4d?ct數(shù)據(jù)。

30、醫(yī)學(xué)成像設(shè)備可以是例如計算機斷層攝影設(shè)備和/或錐形射束ct設(shè)備。

31、本發(fā)明還涉及一種輻射處置規(guī)劃系統(tǒng)，其包括根據(jù)本發(fā)明的方面中的一個方面的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并且被配置用于提供關(guān)于解剖結(jié)構(gòu)的初始輻射處置規(guī)劃數(shù)據(jù)，和/或用于提供關(guān)于解剖結(jié)構(gòu)的經(jīng)適配的輻射處置規(guī)劃數(shù)據(jù)。

32、本文提到的任何算法和/或模型可以基于以下架構(gòu)中的一者或多者：深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度信念網(wǎng)絡(luò)、隨機森林、深度殘差學(xué)習(xí)、深度強化學(xué)習(xí)、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、siamese網(wǎng)絡(luò)、生成對抗網(wǎng)絡(luò)或自動編碼器。

33、計算機程序產(chǎn)品可以是例如計算機程序，或包括除計算機程序之外的另一元件。該另一元件可以是：硬件，例如其上存儲有計算機程序的存儲器設(shè)備、用于使用計算機程序的硬件密鑰等；和/或軟件，例如用于使用計算機程序的軟件密鑰或文檔。計算機可讀存儲介質(zhì)可以被體現(xiàn)為非永久主存儲器(例如，隨機存取存儲器)或永久大容量存儲設(shè)備(例如，硬盤、usb棒、sd卡、固態(tài)盤)。

34、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以包括例如云計算系統(tǒng)、分布式計算系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、計算機、平板計算機、智能電話等中的至少一者。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以包括硬件和/或軟件。該硬件可以是例如處理器系統(tǒng)、存儲器系統(tǒng)以及其組合。該硬件可以可由軟件配置和/或可由軟件操作。用于執(zhí)行方法的動作的計算可以在處理器中執(zhí)行。

35、可以接收數(shù)據(jù)，特別是初始4d?ct數(shù)據(jù)和補充4d?ct數(shù)據(jù)，特別是通過數(shù)據(jù)接口來接收數(shù)據(jù)，例如通過接收承載數(shù)據(jù)的信號和/或通過從計算機存儲器讀取數(shù)據(jù)和/或通過手動用戶輸入，來接收數(shù)據(jù)，例如通過圖形用戶界面來接收數(shù)據(jù)?？梢蕴峁?shù)據(jù)，特別是經(jīng)適配的4dct數(shù)據(jù)和/或輻射處置規(guī)劃數(shù)據(jù)，特別是通過數(shù)據(jù)接口來提供數(shù)據(jù)，例如通過發(fā)送承載數(shù)據(jù)的信號和/或通過將數(shù)據(jù)寫入到計算機存儲器中和/或通過在顯示器上顯示數(shù)據(jù)，來提供數(shù)據(jù)。

36、在本發(fā)明的上下文中，表述“基于”可以特別地被理解為意指“除其他之外，使用”。特別地，據(jù)此，基于第二特征來計算(或生成、確定等)第一特征的措辭不排除基于第三特征來計算(或生成、確定等)第一特征的可能性。

37、參考以下事實：所描述的方法和所描述的系統(tǒng)僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選示例性實施例，并且在不脫離如由權(quán)利要求書所指定的本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行變化。