CN110536641B - 确定电离辐射源的配置设置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种确定电离辐射源(1)的配置设置的方法，所述配置设置用于减少程序过程中在医疗手术室(10)中的患者(3)和医生(4)所吸收的辐射剂量。在程序前，在医疗手术室模型中获取针对不同配置设置的模拟传播和电离辐射散射的地图的数据库。在所述程序过程中，确定医生的位置。确定能够生成目标解剖结构图像的源的一组配置设置之后，使用数据库中的地图确定由患者和医生所吸收的辐射剂量。然后输出组合辐射剂量减少的推荐配置设置。
Description
技术领域
本发明涉及一种减少医生在介入程序过程中在医疗手术室中暴露于电离辐射的领域。尤其是，本发明旨在提供电离辐射源的最佳配置设置，以防止医生和患者接受过多辐射剂量，同时确保对患者的满意的解剖图像。
背景技术
微创医疗手术由于在减少患者创伤和住院时间方面的有效性而日益流行。这些技术通常涉及到在手术过程中实时成像技术的使用。在这种介入程序过程中使用的成像技术通常依赖于电离辐射源的使用，所述电离辐射源将进入医疗手术室的患者和医生暴露于危险的辐射剂量。
人们越来越担心在这种介入程序过程中使用的电离辐射源会导致长期的健康危害，尤其是进入医疗手术室的医生。众所周知，某些身体部位对电离辐射特别敏感(眼睛、头部、皮肤、腿部、性腺)，尤其是这些部位至少没有被防护服覆盖的情况下，更是如此。当超出电离辐射的阈值剂量时，暴露于电离辐射会导致健康危害，比如眼睛或皮肤损伤。患者或医生的身体所接受的电离辐射剂量的大小，或者患者或医生至少有一个身体部位所接受的剂量，都会增加随后的负面生物效应的严重性。而且，还有一个已知的、与暴露于过低水平的电离辐射相关的随机风险，例如，会导致癌症的随机发生。
出于上述原因，越来越需要为医生提供避免其在医疗手术室中过度暴露于电离辐射的工具。
文件WO2016/020278提供了一种用于估算医疗手术室中辐射危害分布的方法，以便医生可以调整其位置，以避开辐射危害最大的区域。这种估算依赖于蒙特卡罗类型的计算，该计算考虑到从辐射源直接传播到个人的电离辐射的辐射暴露以及由医疗手术室环境散射的电离辐射的暴露。计算电离辐射所考虑的环境包括物体以及进入医疗手术室的患者和医生。辐射危害以三个维度表示，使医生能够看到哪些身体部位暴露于最高水平的电离辐射下。
尽管文件WO2016/020278的教导提供了关于辐射危害空间分布的可靠信息，但是这些信息是通过冗长的、需要几分钟或几小时来完成的计算获得的，因此，它们不能用于在可移动电离辐射源的情况下提供辐射危害的实时图片。
在微创介入程序的背景下，通常会移动电离辐射源，以便为医生提供实施介入程序所需的患者目标解剖结构的图像。电离辐射源通常是安装在机器人化血管造影C形臂上的X射线源。从C形臂相对于患者的不同投影角度获取患者的解剖结构的图像。目前，工作重点是提供目标解剖结构的最佳图像并减少患者在这个过程中吸收的剂量。电离辐射源的配置设置不适用于考虑到进入医疗手术室中的医生所吸收的辐射剂量。但是，大部分的介入程序都涉及从不同投影中实时采集多个图像，所述投影将医生暴露于辐射危害。荧光透视引导干预就是这种危险介入程序的一个例子。
因此，需要提供一种方法来确定电离辐射源的适当配置设置，该配置设置可以减少患者和医生在介入程序过程中在医疗手术室中吸收的辐射剂量。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种确定电离辐射源的配置设置的方法，其中，在涉及到使用源的程序中减少在医疗手术室中的患者和至少一位医生所吸收的辐射剂量，源的配置设置使得能够生成患者的目标解剖结构的图像，所述方法包括：在所述程序前：
/a/获取至少一部分医疗手术室的模型；
/b/获取在至少一部分医疗手术室的模型中针对源的不同配置设置的模拟传播和电离辐射散射的地图的数据库；以及
在所述程序过程中：
/c/识别医疗手术室中至少一位医生的当前位置；
/d/确定能够生成目标解剖结构图像的源的配置设置组；
针对在源的确定的配置设置组中的一个源的配置设置：
/e/使用数据库中的地图估计由患者的至少一个身体部位的模型所吸收的辐射剂量以及由至少一位医生的至少一个身体部位的模型所吸收的辐射剂量；
/f/确定由患者的至少一个身体部位的模型以及至少一位医生的至少一个身体部位的模型所吸收的组合辐射剂量；以及
/g/输出源的配置设置组中的一个源的推荐配置设置，所述推荐配置设置是确定的组合辐射剂量减少的配置设置。
通过获取针对源的不同配置设置的散射辐射的预先计算地图，本发明有效地减少了医生在医疗手术室中通过直接和散射的电离辐射传播所吸收的辐射剂量所需的计算次数。术语“获取”可以恢复到由实施本发明的方法的人生成数据库的情况，或者由第三方提供数据库的情况。而且，本发明有利地在程序过程中或者实时地仅执行为确定由患者的至少一个身体部位的模型以及医生的至少一个身体部位的模型所吸收的辐射剂量所需的少量计算。这种计算量的有效减少使得能够实时进行计算并且当医生在医疗手术室中移动时提供推荐的配置设置。
术语“辐射剂量”是既指随着时间而吸收的平均、全局辐射剂量，又指患者或医生所吸收的瞬间辐射剂量。实际上，本发明可以实时跟踪患者和医生的身体部位接收到的电离辐射的变化，因此出现突然的辐射尖峰时做出反应。
在医疗手术室中有超过一位医生的情况下，可以实施本发明。
可以用很多不同的方式实施步骤/d/，所述步骤/d/包括确定能够生成目标解剖结构图像的一组配置设置。这组配置设置可以采用经验法(例如，设置了源的一系列位置和方向的方法，以期望获得可接受的图像质量)来确定。后续步骤可以针对这组配置设置的子集来实施(例如，当寻求组合辐射剂量的局部或全局最小值的算法被使用时，比如模拟退火算法或任何最小化算法)，或者针对来自所确定的一组配置设置中每个配置设置来实施。输出的推荐配置设置可以被提供给随后决定后续操作过程的医生，或者可以由源自动编程和设置。
根据一个实施例，所述方法可进一步包括：
-在推荐的配置设置下操作源。
在推荐的配置设置下使用源的情况下，有效地减少了由医生和患者所吸收的辐射剂量。
根据一个实施例，所述配置设置可包括从以下参数中选择的参数：源相对于患者的位置、源相对于患者的方向、影响由源发射的电离辐射强度的源的能量供应。
当源相对于患者的位置或方向被改变时，散射电离辐射的空间分布也会被改变。可以选择这样一种设置，即根据医生在医疗手术室中的确定位置把医生接受的剂量减少到最少。当源的能量供应被改变时，吸收辐射源的大小也可以被改变。
根据一个实施例，所述方法可进一步包括，在所述程序过程中：
-跟踪医疗手术室中至少一位医生的至少一个身体部位的当前位置；
-当医疗手术室中至少一位医生的至少一个身体部位的当前位置改变时，重复步骤/d/至步骤/g/。
这种方法使得能够实时确定最适当的配置设置，所述配置设置减少由患者和医生所吸收的辐射剂量。例如，当医生在程序过程中在医疗手术室中移动时，可以动态改变配置设置，或者建议改变配置设置，并让医生决定做什么。
根据一个实施例，所述方法可进一步包括，在程序过程中：
-跟踪医疗手术室中散射环境的变化；
-当医疗手术室中散射环境变化时，重复步骤/d/至步骤/g/。
医疗手术室中物体位置的改变可能会影响医疗手术室中电离辐射的空间分布。有利的是在步骤/b/针对散射环境的不同可能配置(例如，针对除了电离辐射源以外的医疗设备的不同位置)已经获得地图。而且，可以在线跟踪环境的改变，并且相应地实时更新电离辐射的模拟传播和散射地图。通过预先计算比如人或物体这样的散射元素的散射地图，可以通过将预先计算的地图放置在人或物体的当前位置来快速更新预先计算的地图。
根据一个实施例，所述方法可进一步包括，在所述程序前：
-定义患者相对于源的位置；
-在至少一部分医疗手术室的模型中在所定义的患者位置添加患者模型；
-获取电离辐射模拟传播地图的数据库时，包括由患者模型在至少一部分医疗手术室的模型中所吸收或散射的辐射传播。
在所述程序前可以选择患者在医疗手术室中的位置，在所述程序过程中，患者通常不移动或者至少不会移动太多。但是，患者是散射电离辐射的重要来源，与该散射相关的计算很复杂。提供该散射辐射的预先计算地图减少了由患者和医生所吸收的辐射剂量的计算次数，并且还提供了这些剂量的更精确的值。患者的模型可以是通用模型，也可以是患者特定的模型，该模型是医疗手术室至少一部分的模型的一部分。患者特定的模型提供了散射辐射的更精确的图片，而且，例如，可以在所述程序前几分钟计算该模型。
根据一个实施例，所述方法可进一步包括，在所述程序过程中：
-跟踪医疗手术室中患者的至少一个身体部位的当前位置；
-当医疗手术室中患者的至少一个身体部位的当前位置改变时，重复步骤/d/至步骤/g/。
如果患者在程序过程中移动或者被移动，有利的是可以考虑在患者模型中改变患者的位置，以便计算由患者或其至少一个身体部位所接受的更精确的剂量。也可以跟踪患者的运动，以更新由患者所散射的辐射地图。
根据一个实施例，所述方法可进一步包括，在所述程序前：
-在至少一部分医疗手术室的模型中定义至少一个区域，该区域位于预期至少一位医生要进入在该医疗手术室中的位置；
-获取仅针对至少一个区域的电离辐射的模拟传播和散射地图的数据库。
通过减少计算的辐射传播的空间的体积来确定由医生或由其至少一个身体部位所吸收的辐射剂量，本发明进一步优化了提供所吸收的辐射剂量的计算速度。例如，所述至少一个区域可以是医生的头部、手部、颈部或躯干周围的区域。在所选区域外，无需进行计算，因为所述区域外的辐射传播并不有助于由医生所吸收的辐射剂量。
具体而言，所述至少一个区域可以是一个表面，该表面包含医疗手术室的一部分，预期至少一位医生会进入该医疗手术室的一部分，该表面与来自和表面相交的电离辐射的模拟传播和散射的粒子的轨迹和能量相关。
在程序前获得的地图包含许多电离粒子的传播路径，这些粒子从源发射并被环境(物体、患者及任何其它散射辐射源)散射。但是，只有有限数量的这些粒子会与医生相互作用并有助于由其身体或其身体的部位所吸收的辐射剂量。本发明仅通过计算吸收的辐射剂量时保持粒子穿过医生的轨迹来优化计算的次数。关于这些粒子的信息被储存在一个表面中，储存在该表面中的每个粒子都与能量和传播矢量有关。在某些实施例中，储存在该表面中的信息是统计信息，所述统计信息增加了沿穿过表面的大体相似的传播路径的多个粒子的辐射强度。这样，可以更快地确定最适当的配置设置。
根据一个实施例，所述表面可以是正多面体。
根据一个实施例，可以通过增加由患者至少一个身体部位的模型所吸收的辐射剂量以及由至少一位医生的至少一个身体部位的模型所吸收的辐射剂量确定组合辐射剂量，将第一权重系数应用到由患者至少一个身体部位的模型所吸收的辐射剂量，将第二权重系数应用到由至少一位医生的至少一个身体部位的模型所吸收的辐射剂量。
考虑到患者很少暴露于这种电离辐射，而医生则经常经受这样的辐射危害，对由患者和医生所吸收的剂量使用不同权重系数能够更好地调整这两个人的可接受的剂量。
根据一个实施例，所述方法可进一步包括：
-选择与确定的组合辐射剂量被降低到预定阈值以下的配置设置相对应的推荐配置设置。
根据一个实施例，所述方法可进一步包括，在所述程序过程中：
-针对源的确定的配置设置组中的源的每个配置设置，估计患者的目标解剖结构的图像质量；
-选择推荐配置设置作为配置设置，所述配置设置的确定的组合辐射剂量降低到预定阈值以下，而且患者的目标解剖结构的图像质量高于预定质量阈值。
图像质量是选择最适合的配置设置时可以考虑的另一个参数。通过定义质量阈值和阈值辐射剂量，可以或多或少地为任一优化的参数赋予权重。
根据一个实施例，所述方法可进一步包括：
-定义成本函数f，表示为：
f(C，T，P)＝αv(C，P)+βh(C，T，P)+γi(C，P)
其中，C是源的配置设置，T是至少一位医生的当前位置，P表示患者参数，至少包括患者在医疗手术室中的位置，v表示由患者的至少一个身体部位所吸收的辐射剂量，h表示由至少一位医生的至少一个身体部位所吸收的辐射剂量，i表示患者目标解剖结构的图像质量，α、β、γ是权重系数，
-选择最小化成本函数f的推荐配置。
本发明还涉及到包括程序指令的一种计算机程序产品，所述计算机程序产品可以加载到数据处理装置中，而且当所述计算机程序被所述数据处理装置运行时，所述计算机程序产品适于使数据处理单元执行上文所述的步骤/a/至步骤/g/。
附图说明
通过阅读下文所示的示例性实施例的详细说明，可以更好地理解本发明的方法。所述实施例是阐释性实施例，而非限制性实施例。为其提供了附图，在附图中：
-图1是包括电离辐射源的三维环境的示意图；以及
-图2是C形臂形式的电离辐射源及其可能的平动自由度和旋转自由度的示意图；以及
-图3是具有立体像素的个体模型的示意图；以及
-图4是在医生周围选择的表面的示意图，以在预先计算的辐射传播和散射地图中使用储存在所述表面中的粒子来计算由医生所吸收的辐射剂量；以及
-图5是显示实施本发明的方法的可能的步骤的流程图；以及
-图6是适于执行本发明的方法的计算机系统的可能的实施例。
清晰起见，各图所示的特征的尺寸不一定与相应元件的实际尺寸的比例相对应。各图中相似的标号与相似的元件或项目相对应。
具体实施方式
本发明寻求优化电离辐射源的配置设置，以至少减少由医生所吸收的辐射剂量，与此同时保护患者不暴露于过量的辐射剂量。寻求这种优化配置设置所采用的策略可能会有所不同，但是所选择的策略使过程准实时地(即在几秒内)发生，这样医生不必中断他的介入程序，这样的中断会损害患者健康并打扰医生。
在图1中阐释了包括电离辐射源1的医疗手术室10的实例。源是血管造影C形臂5的一部分，所述血管造影C形臂还包括检测器2。患者3通常位于源和医疗手术台6上的检测器2之间。在介入程序过程中，至少一位医生4进入医疗手术室10。在医疗手术室10中可能不只有一位医生。
电离辐射源1周围的环境包括能够在各个方向散射辐射的多个元素。例如，散射元素可以包括医疗器械和家具12，13，14、患者本身3以及至少一位医生4。
可以在医疗手术室中放置传感器和摄像头11，以便在医疗手术室10的特定位置局部监测辐射量，并且跟踪散射元素的位置，即患者3和至少一位医生4的位置。来自传感器的测量值可用于校准或验证传播辐射和散射辐射的模拟，或者可用于代替医疗手术室部分区域的模拟值，如适用。
在介入程序过程中，将电离辐射源1和检测器2放在患者3周围，以便使患者的目标解剖结构成像。手术可能需要重新放置电离辐射源1，以便使患者的不同身体部位成像，而且至少一位医生4通常在医疗手术室中移动以执行其任务。源的配置设置以及医生的位置的这些变化需要快速计算医生要暴露于其中的辐射剂量。
尽管传统上目标解剖结构的图像质量是重新放置电离辐射源要考虑的主要参数，但是，在本发明的情况下，据观察，源的配置设置的细微变化不一定对图像质量有明显的负面影响，但可能对医疗手术室10中辐射的分布有显著的影响。这一观察以及在能够保持良好图像质量的配置参数中的可接受变化的程度取决于成像解剖结构的性质。例如，在血管程序过程中，只有很小的角度变化是可以接受的；其中，即便源的方向发生很小的变化，血管结构的可视性也会消失。
本发明力图依靠这项观察，找出图像质量与由患者3和至少一位医生4所接受的辐射剂量之间的可接受折衷。由介入程序的背景产生的一个约束条件是必须准实时地(即在几秒内)找到所述折衷。
图2阐释了包括源1和检测器2的血管造影C形臂5。C形臂可以在三个维度沿不同方向运动，并围绕患者旋转，以获得所需的解剖结构的图像。等心点23表示要成像的解剖结构的焦点。等心点23通常位于患者身上的某处。电离辐射源沿着轴x、24或y、25或z、26侧向平移是可能的。等心点23与电离辐射源1之间的距离20，也称为“管到等心点距离”或TID，也是C形臂的一个可调整参数。电离辐射源1与检测器2之间的距离22，也称为“管到检测器距离”或TDD，也是可调整的。电离辐射源1也可以沿着两个角度θ(右/左前斜位或RAO，LAO)和φ(尾/颅方向或CAU，CRA)倾斜，如图2所示，以改变源相对于患者的方向22。
这些自由度使得能够生成具有患者3的解剖结构不同层次细节的很多不同图像。
另一个可以调整的参数是电离辐射源1的能量供应，所述能量供应影响由源发出的电离辐射的强度。
电离辐射源1的配置设置可以包括上述源的位置和方向和/或源的能量供应。
当患者的目标解剖结构被识别时，选择第一配置设置Cnom。该配置设置大多数情况下既不减少由至少一位医生4所吸收的辐射剂量，也不减少患者吸收的剂量。可以在不损失过多图像质量的情况下改变配置设置Cnom的参数。角度θ和φ的可接受改变的典型范围在+/-10°内，通常取决于目标解剖结构。关于能量供应以及沿着轴x，y，z平移的改变与距离TID和TDD的改变的一定公差也是可以接受的。配置设置形成能够生成目标解剖结构图像的源的一组S配置设置，所述配置设置的这些参数中的一些参数在不损失相当大图像质量的情况下被改变。
本发明寻求在一组S中找到一种配置设置，该配置设置至少减少由至少一位医生4的至少一个身体部位以及患者3的至少一个身体部位所吸收的辐射剂量。还应注意，本发明的方法还可以用于在医生不在的情况下(通常，当医生移动到远离电离辐射源1的安全位置时)减少患者吸收的辐射剂量。
为从一组S中选择适当的配置设置，本发明针对一组S中的不同配置设置计算由患者和医生所吸收的辐射剂量。为此，将患者3和至少一位医生4建模为体模，如图3所示。单个的身体40分解为体素41，并识别不同的身体部位，比如腿43、臂42、头44、眼44和颈46。
根据所监测的身体部位，使相应体素41与从电离辐射源1发出的粒子的轨迹相交，无论所述粒子从源直接移动到体素41或者被源周围的环境、被患者3的身体、至少一位医生4的身体或者患者3或至少一位医生4的另一个体素41散射，都是如此。
模拟来自源的粒子的轨迹和散射是一个冗长的过程，很难在数秒内准实时地实施。
因为医疗手术室10的设置和室内大部分散射辐射源以及源的所有可能的配置设置是已知的，所以可能在介入程序前获得医疗手术室10中传播和散射辐射地图。预先计算的地图提供从电离辐射源1发出的大量粒子的能量和轨迹，在不同配置设置下操作所述电离辐射源1。在至少一部分医疗手术室10的模型中生成这些图，而且这些图还可以包括在一个位置处位于至少一部分医疗手术室10的模型中的患者3模型，在该位置处患者3要在医疗手术台6的位置。这样，可将患者3视为散射辐射源，并提高计算吸收辐射剂量的方法的准确性。
作为选择，也可以在程序过程中跟踪医疗手术室中影响散射辐射剖面的变化。
这些预先计算地图节省了大量计算时间，并且将实时计算减少为计算患者3以及由至少一位医生4的任一某个或某些身体部位或者其整个身体所吸收的辐射剂量。
在程序过程中，至少一位医生进入医疗手术室10，实时跟踪其当前位置。
无论至少一位医生4在房间中的任何位置，房间中的电离辐射粒子的轨迹和能量都已经储存在预先计算地图中。通过识别医生的当前位置并且通过将医生身体模型的体素41与储存在源的不同配置设置的地图中的粒子相交来计算由医生所吸收的剂量。
用类似的过程计算由患者3所吸收的剂量。
通过监测程序过程中患者的可能的运动以及环境中散射物体的变化，可以进一步增强计算。
图4说明了减少为计算由至少一位医生4所吸收的辐射剂量所需的计算量的进一步改进。在图4中，将医疗手术室10的至少一部分的模型缩小为一个区域7，该区域是在至少一位医生4的身体部位附近以及患者周围或环境的任何散射元素选择的表面。例如，这个表面可以是多面体、球体或者是医生附近的任何其它适当表面。不考虑储存在地图中的所有粒子，而是仅使用储存在地图中的与区域7相交的粒子计算医生吸收的辐射剂量。在图4中，区域7是至少一位医生4前面的表面，并且储存关于从患者发出的粒子以及环境中散射元素的信息，所述散射元素的轨迹穿过表面并且朝向医生。
储存在该表面中的粒子与能量和传播矢量相关。为了进一步简化吸收的辐射剂量的计算，当粒子方向基本相似时(即通常方向相差不到5°)，可将粒子组合在一起，而且其能量增加。
当然，可以定义具有任何形状的区域7和表面，或者定义多个表面，以确定由医生不同身体部位所吸收的辐射剂量。
按照相似的方式计算由患者3所吸收的辐射剂量。
由于这些计算的速度很快(几秒钟内)，所以计算的辐射剂量可以是考虑突然辐射尖峰的瞬时辐射剂量，也可以是考虑程序过程中吸收的所有辐射的累积辐射剂量。
可以通过最小化成本函数f做出新配置设置的选择，使得：
f(C，T，P)＝αv(C，P)+βh(C，T，P)+γi(C，P)
其中，C是源的配置设置，T是至少一位医生4的当前位置，P表示至少包括患者在医疗手术室10中的位置的患者参数，v表示由患者3至少一个身体部位所吸收的辐射剂量，h表示由至少一位医生4的至少一个身体部位所吸收的辐射剂量，i表示患者目标解剖结构的图像质量，α、β、γ是权重系数。
该成本函数就v项而言可进一步考虑患者的当前位置，如上文简单所述。
权重项α、β可用于调整将哪种辐射类型视为患者3和至少一位医生4可接受的类型。患者可以比医生吸收更高的辐射剂量，医生经常暴露于较低水平的电离辐射。对于医生而言，寻求使吸收的辐射剂量“低到合理可行的程度”(在普通文献中也称为ALARA)的配置设置。
从上文成本函数f的表达可以看出，可以添加考虑目标解剖结构的图像质量的参数i。实际上，医生可能需要特定的图像分辨率或对比度质量，或者例如，目标解剖结构的可见性，而且可以将图像质量设置为选择源的改进配置设置的方法的参数。
例如，可以通过使用患者先验模型模拟图像对图像质量进行定量评估。这样，可以针对本发明方法中使用的每种配置设置提供解剖结构的尺寸、对比度、图像分辨率。
如果一种配置设置包括具有特别低水平的电离辐射的医疗手术室10的区域，本发明则可以进一步包括一个选项，该选项为医师识别出比其当前位置更合适的位置。
可以使用各种算法使成本函数f最小化。一种可能是使用全局最小化算法，比如模拟退火法或分别探测一组S中每种配置设置，以找到成本函数f的最低值。
这种方法会导致冗长的计算，最好使用梯度下降法。梯度下降法在每个迭代循环测试参数略有变化的配置设置，直到达到停止条件为止。例如，这个停止条件可以是固定的迭代次数(不同配置设置的测试)或成本函数值的相对减少(例如，患者和医生的组合辐射剂量的一定减少或者成本函数值的相对百分比减少，比如减少25％)。
梯度下降法提供被认为可接受的成本函数的局部最小值，尤其是如果该方法节省计算时间，更是如此。
作为这个最小化步骤的结果，所述方法输出推荐配置设置Copt。将该信息提供给决定是否接受新设置Copt的医生，或者把推荐配置设置提供给控制单元，所述控制单元自动命令电离辐射源1在Copt下运行。
图5是提供上文所述方法的一个示例性实施例的流程图。在第一个步骤501中，选择源的起始配置设置Cnom。在步骤502中，该步骤发生在程序前，运行至少一部分医疗手术室10的辐射传播和散射图的数据库。在步骤504中，可以输入定义成本函数f的条件(例如，辐射阈值水平、图像质量阈值)。在步骤503中，使用适当的最小化算法使成本函数f最小化。
在步骤505中，输出源的推荐配置设置。在步骤506中，提供解剖结构的模拟图像以及关于辐射暴露的信息。该步骤是可选的，并用于通知医生关于与推荐配置设置相关的风险，可能建议医生一个新位置。
在步骤507中，请求由医生或机器的批准。如果未获批准，该方法则重新开始或保持当前配置设置。如果予以批准，方法则在步骤508检查应用程序编程接口是否可用于命令源在新配置设置下运行。如果不存在这种应用程序，则向医生提供新配置设置，以便他根据需要重新定位源。如果确实存在这种应用程序，则在步骤510中进行逆运动学，以定义如何为电离辐射源1重新定位、重新定向以及重新提供能量。在步骤511中，命令源处于新配置设置。
图6是为实施上述方法而配制的计算机系统的可能的实施例。
计算机系统600包括计算机，这个计算机包括存储器605，用于存储程序指令，所述程序指令可以加载到电路中，并且当电路604运行程序指令时，所述程序指令使电路604执行本发明的步骤。
存储器605还可以储存用于执行上文所述的本发明步骤的数据和有用信息。
例如，电路604可以是：
-适于用计算机语言解释指令的处理器或处理单元，所述处理器或处理单元可以包括存储器，与所述存储器相关联或者附接到所述存储器，所述存储器包括指令，或者
-处理器/处理单元与存储器的相关性，处理器或处理单元适于用计算机语言解释指令，存储器包括所述指令，或者
-电子卡，其中，在硅电子卡中描述了本发明的步骤，或者
-可编程电子芯片，比如FPGA芯片(表示“现场可编程门阵列”)。
该计算机包括用于接收数据的输入接口603以及用于提供电离辐射源的推荐配置设置的输出接口606，所述数据用于本发明的上述方法(例如，辐射阈值或图像质量阈值)。
为了方便与计算机交互，可以提供屏幕601和键盘602，并将其连接到计算机电路604。
上文所述的方法能够准实时地快速、准确估算由患者和医生所吸收的辐射剂量，并且找到改进的配置设置，该改进的配置设置在介入程序过程中在不损失相当大的图像质量的情况下，限制这个剂量。
使用上文所述的有利简化方法来限制在介入程序过程中进行的计算次数而计算出的辐射剂量与利用完整蒙特卡罗型模拟得到的结果作比较。结果表明，两种方法的结果相差不到5％，由此证明，本发明在不失精确度的情况下，成功战胜了计算次数的挑战。
Claims (15)
1.一种确定电离辐射源的配置设置的方法，其中，在涉及到使用源的程序中减少在医疗手术室中的患者和至少一位医生所吸收的辐射剂量，源的配置设置使得能够生成患者的目标解剖结构的图像，所述方法包括：在所述程序前的如下行为：
/a/获取至少一部分医疗手术室的模型；
/b/获取在至少一部分医疗手术室的模型中针对源的不同配置设置的电离辐射的模拟传播和电离辐射散射的地图的数据库；
以及在所述程序过程中的如下行为：
/c/识别医疗手术室中至少一位医生的当前位置；
/d/确定能够生成目标解剖结构图像的源的配置设置组；
针对在源的确定的配置设置组中的一个源的配置设置：
/e/使用数据库中的地图估计由患者的至少一个身体部位的模型所吸收的辐射剂量以及由至少一位医生的至少一个身体部位的模型所吸收的辐射剂量；
/f/确定由患者的至少一个身体部位的模型以及至少一位医生的至少一个身体部位的模型所吸收的组合辐射剂量；以及
/g/输出源的配置设置组中的一个源的推荐配置设置，所述推荐配置设置是确定的组合辐射剂量减少的配置设置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括如下行为：
-在推荐的配置设置下操作源。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源的配置设置包括从以下参数中选择的参数：源相对于患者的位置、源相对于患者的方向、影响由源发射的电离辐射强度的源的能量供应。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，在程序过程中的如下行为：
-跟踪医疗手术室中至少一位医生的至少一个身体部位的当前位置；
-当医疗手术室中至少一位医生的至少一个身体部位的当前位置改变时，重复步骤/d/至步骤/g/。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，在所述程序过程中的如下行为：
-跟踪医疗手术室中散射环境的变化；
-当医疗手术室中散射环境变化时，重复步骤/d/至步骤/g/。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，在所述程序前的如下行为：
-定义患者相对于源的位置；
-在至少一部分医疗手术室的模型中在所定义的患者位置添加患者模型；
-获取电离辐射模拟传播和散射的地图的数据库时，包括由患者模型在至少一部分医疗手术室的模型中所吸收或散射的辐射传播程序。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，在所述程序过程中的如下行为：
-跟踪医疗手术室中患者的至少一个身体部位的当前位置；
-当医疗手术室中患者的至少一个身体部位的当前位置改变时，重复步骤/d/至步骤/g/。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，在所述程序前的如下行为：
-在至少一部分医疗手术室的模型中定义至少一个区域（7），该区域位于预期至少一位医生要进入在该医疗手术室中的位置；
-获取仅针对至少一个区域的电离辐射的模拟传播和散射地图的数据库。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少一个区域是一个表面，该表面包含医疗手术室的一部分，预期至少一位医生会进入该医疗手术室的一部分，该表面与来自和表面相交的电离辐射的模拟传播和散射的粒子的轨迹和能量相关。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述表面是正多面体。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过增加由患者至少一个身体部位的模型所吸收的辐射剂量以及由至少一位医生的至少一个身体部位的模型所吸收的辐射剂量确定组合辐射剂量，将第一权重系数应用到由患者至少一个身体部位的模型所吸收的辐射剂量，将第二权重系数应用到由至少一位医生的至少一个身体部位的模型所吸收的辐射剂量。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括如下行为：
-选择与源的配置设置相对应的推荐配置设置，所述推荐配置设置的确定的组合辐射剂量降低到预定阈值以下。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，在所述程序过程中的如下行为：
-针对源的确定的配置设置组中的源的每个配置设置，估计患者的目标解剖结构的图像质量；
-选择源的确定的配置设置组中的一个配置设置作为推荐配置设置，所述推荐配置设置的确定的组合辐射剂量降低到预定阈值以下，而且患者的目标解剖结构的图像质量高于预定质量阈值。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括如下行为：
-定义成本函数f，表示为：
其中，C是源的配置设置，T是至少一位医生的当前位置，P表示患者参数，至少包括患者在医疗手术室中的位置，v表示由患者的至少一个身体部位所吸收的辐射剂量，h表示由至少一位医生的至少一个身体部位所吸收的辐射剂量，i表示患者目标解剖结构的图像质量，α、β、γ是权重系数，
-选择最小化成本函数f的推荐配置。
15.一种非暂时性计算机可读介质，包括存储在其中的指令，当由数据处理装置执行时，所述介质配置所述数据处理装置，以执行权利要求1的步骤/a/至步骤/g/的行为。
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