CN113262390B - 一种基于放射性粒子植入的肿瘤放疗效果评价方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于放射性粒子植入的肿瘤放疗效果评价方法，包括导丝标记，CT扫描，获得的断层扫描图层集Pic₁和断层扫描图层集Pic₂进行三维模型重建，获得模型P₁和模型P₂；将模型P₁和模型P₂融合获得模型P₃；将模型P₃网格化，评价指标提取和评价结果输出的步骤。能够详细统计放射性粒子在瘤体内随时间的变化而发生的空间位移变化；同时对瘤体所带来的放疗效果评价；通过对包括放射性粒子聚拢程度指标η₁，肿瘤萎缩程度指标η₂，有效放疗覆盖程度指标η₃和精准放疗程度指标η₄进行统计，客观反映当前反射性粒子肿瘤针对当前瘤体组织的精准放疗技术效果。

Description

一种基于放射性粒子植入的肿瘤放疗效果评价方法

技术领域

本发明涉及精准放疗术后评价技术领域，尤其涉及放射性粒子植入治疗肿瘤的效果评价方法，具体涉及一种基于放射性粒子植入的肿瘤放疗效果评价方法。

背景技术

肿瘤是当今全球范围内医疗技术面临的一大难题，据国际癌症研究机构(IARC)发布的近年来全球每年新增癌症患者近2000万，因为肿瘤导致死亡的近1000万人。现有医疗技术中虽然肿瘤的有效治疗手段有多种，但是基于肿瘤早起往往没有任何症状，从而导致难以做到早发现，早治疗，因此，譬如通过手术切除达到痊愈的方式并不适用于大部分肿瘤患者；剩下的治疗方法通常就是放化疗和靶向治疗，其中靶向治疗是所有肿瘤治疗中最为有效的一种，但基于其对肿瘤的情况有严格要求，以及靶向药物的昂贵也使得大部分患者不会采用或者不能采用。从而使得放化疗成为了肿瘤治疗手段中最为普遍和有效的治疗手段。放化疗对于癌细胞虽然有着明显的抑制甚至杀死作用，但同样的对健康细胞亦产生致命伤害，所以基于放化疗的原因，其不可避免的会给患者带来极大的副作用。随着科学技术的不断提升，现在临床已经广泛的运用精准放射手段，其利用微小的放射性粒子对具备区域进行针对性的放射，以达到杀死肿瘤中的癌细胞，同时又实现健康器官细胞不受放射影像的技术效果。

尽管如此，作为目前精准放疗的最佳手段之一，由于粒子针对不同肿瘤组织的作用不同，在放射性粒子植入瘤体之后，肿瘤细胞的DNA遭到射线破坏而无法快速复制，瘤体会逐渐萎缩、坍塌，从而达到治疗的技术效果。

然后，现有的术后评价往往是通过CT进行扫描，对比术前后瘤体的体积大小，从而判断肿瘤被放射后被破坏的程度，以及增生的程度；但并不能够针对瘤体内部的放射治疗的精准度、有效治疗的程度，放射性粒子偏离程度进行客观评价，从而无法精准的反馈放射性粒子的品类与瘤体组织的种类之间的作用关系和治疗效果。

发明内容

为了解决现有放射性粒子针对肿瘤进行精准放疗技术缺少精准评价导致无法或者放射性粒子的不同品类与不同瘤体组织之间的作用效果的技术问题，本申请提供一种基于放射性粒子植入的肿瘤放疗效果评价方法，能够详细、客观、准确的评价放射性粒子针对特定肿瘤组织进行放疗后的治疗效果，从而最终获知不同放射性粒子对不同瘤体组织之间的作用效果，以便于为后续精准放疗技术领域的放射性粒子的研究，放射性粒子的选型提供科学的依据。

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

一种基于放射性粒子植入的肿瘤放疗效果评价方法，包括以下步骤：

STP100导丝标记：将两根呈十字布置的导丝L₁和L₂粘贴至患者肿瘤部位对应体表，其中一根导丝所在方向与患者头足侧一致；

STP200 CT扫描：针对肿瘤部位进行两次不同角度的扫描，分别获得断层扫描图层集Pic₁和断层扫描图层集Pic₂；

STP300通过步骤STP200中获得的断层扫描图层集Pic₁和断层扫描图层集Pic₂进行三维模型重建，获得模型P₁和模型P₂；

STP400将模型P₁和模型P₂融合：获得导丝L₁和L₂在模型P₁上的成像L′₁和L′₂，在模型P₂上的成像L″₁和L″₂，分别对齐L′₁和L″₁，L′₂和L″₂，融合模型P₁和模型P₂获得模型P₃；

STP500将模型P₃网格化：将模型P₃置于由边长为k的网格单元组成的网格中，以RGB模式分别赋予网格单元、模型P₃和放射性粒子不同色值；

STP600评价指标提取：通过色值阈值分别提取放射性粒子数S₁、放射性粒子数所占网格数S₂、模型P₃所占网格单元数S₃、放射性粒子和模型P₃共同所占网格单元数S₄；

STP700评价结果输出：

输出放射性粒子聚拢程度指标η₁＝(1-S₁/S₀)*100％，η₁值越大代表放射性粒子聚拢程度越高；

输出肿瘤萎缩程度指标η₂＝(1-S₂/S₀)*100％，η₂值越大代表肿瘤萎缩程度越高；

输出有效放疗覆盖程度指标η₃＝(1-S₃/S₀)*100％，η₃值越大代表肿瘤有效放疗覆盖程度越高；

输出精准放疗程度指标η₄＝S₄/S₁，若η₄＝1，则精准放疗程度为100％；若η₄≠1，值越小，精准放疗程度越低；其中，S₀为已置入放射性粒子数。

作为本发明的优选设置方案，优选地，上述步骤STP100中所述导丝L₁和L₂任一根的最短长度在CT最大倾斜角度状态下有效成像断层数不低于4层。CT扫描的方式包括平扫、斜向俯扫和斜向仰扫中的任意两种方式。

为本发明的优选设置方案，优选地，上述步骤STP600中所述放射性粒子数S₁的统计方法包括如下步骤：

STP610提取步骤STP500中对放射性粒子的色值赋值，色值提取误差为±5；

STP620获取由多个离散体组成的放射性粒子模型集合；

STP630计算离散体个数，记为放射性粒子数S₁。

为本发明的优选设置方案，优选地，上述步骤STP600中所述放射性粒子数所占网格数S₂、模型P₃所占网格单元数S₃、放射性粒子和模型P₃共同所占网格单元数S₄采用离散采样方式进行，具体包括以下步骤：

STP640以网格单元中心点O为基准采样点，分别空间坐标系的X、Y、Z轴正负方向对称采样，采样节点为0.2k，单一方向采样数量为4个；

STP650以网格单元中心点O为基准采样点，分别沿着网格单元对角线进行两侧对称采样，采样节点为

单一方向采样数量为3个；

STP660步骤STP610和STP620中共计49个采样点，任一一个采样点的色值属于对应阈值范围，则标记当前网格单元为选中目标网格单元纳入统计。

有益效果：

本发明通过色值采样，能够详细统计放射性粒子在瘤体内随时间的变化而发生的空间位移变化；同时对瘤体所带来的放疗效果评价；通过对包括放射性粒子聚拢程度指标η₁，肿瘤萎缩程度指标η₂，有效放疗覆盖程度指标η₃和精准放疗程度指标η₄进行统计，客观反映当前反射性粒子肿瘤针对当前瘤体组织的精准放疗技术效果。

同时，通过瘤体状态的变化，还可以获得不同反射性粒子针对不同瘤体组织的作用效果和作用周期，能够为放射性粒子后续精准放疗的提高提供科学的参考依据。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明流程图；

图2是瘤体模型网格化示意图；

图3是沿图2中A-A的剖视图；

图4是图3经色值提取后获得的模型所占网格单元数示意图；

图5是实施例1中粒子置入前肺癌CT图；

图6是图5部位粒子植入后当天的CT图；

图7是图5部位粒子置入后一个月的CT图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了更加直观和详细的说明本发明所述评价方法，下面结合具体实施例进行说明。

实施例1：

本实施例以肺癌患者为例阐述一种基于放射性粒子植入的肿瘤放疗效果评价方法，包括以下步骤：

STP100导丝标记：将两根呈十字布置的导丝L₁和L₂粘贴至患者肿瘤部位对应体表，其中一根导丝所在方向与患者头足侧一致；上述步骤中所述导丝L₁和L₂的最短长度为40mm，在CT最大倾斜角度状态下以斜向俯扫和斜向仰扫进行，层厚为3mm。值得说明的是，扫描的层厚选择应当按照粒子植入计划的粒子排布间距选择，层厚应当等于或者小于粒子排布距离，从而减少模型重建后粒子本身的建模盲区，提高建模的精准性。

STP200 CT扫描：针对肿瘤部位进行两次不同角度的扫描，分别获得断层扫描图层集Pic₁和断层扫描图层集Pic₂；

STP300通过步骤STP200中获得的断层扫描图层集Pic₁和断层扫描图层集Pic₂进行三维模型重建，获得模型P₁和模型P₂；

STP400将模型P₁和模型P₂融合：获得导丝L₁和L₂在模型P₁上的成像L′₁和L′₂，在模型P₂上的成像L″₁和L″₂，分别对齐L′₁和L″₁，L′₂和L″₂，融合模型P₁和模型P₂获得模型P₃；

STP500将模型P₃网格化：将模型P₃置于由边长为k的网格单元组成的网格中，以RGB模式分别赋予网格单元、模型P₃和放射性粒子不同色值；如图2所示。

STP600评价指标提取：通过色值阈值分别提取放射性粒子数S₁、放射性粒子数所占网格数S₂、模型P₃所占网格单元数S₃、放射性粒子和模型P₃共同所占网格单元数S₄；如图3和图4所示；为本发明的优选设置方案，上述步骤STP600中所述放射性粒子数S₁的统计方法包括如下步骤：

STP610提取步骤STP500中对放射性粒子的色值赋值，色值提取误差为±5；

STP620获取由多个离散体组成的放射性粒子模型集合；

STP630计算离散体个数，记为放射性粒子数S₁。

为本发明的优选设置方案，优选地，上述步骤STP600中所述放射性粒子数所占网格数S₂、模型P₃所占网格单元数S₃、放射性粒子和模型P₃共同所占网格单元数S₄采用离散采样方式进行，具体包括以下步骤：

STP640以网格单元中心点O为基准采样点，分别空间坐标系的X、Y、Z轴正负方向对称采样，采样节点为0.2k，单一方向采样数量为4个；

STP650以网格单元中心点O为基准采样点，分别沿着网格单元对角线进行两侧对称采样，采样节点为

单一方向采样数量为3个；

STP660步骤STP610和STP620中共计49个采样点，任一一个采样点的色值属于对应阈值范围，则标记当前网格单元为选中目标网格单元纳入统计。

STP700评价结果输出：

输出放射性粒子聚拢程度指标η₁＝(1-S₁/S₀)*100％，η₁值越大代表放射性粒子聚拢程度越高；

输出肿瘤萎缩程度指标η₂＝(1-S₂/S₀)*100％，η₂值越大代表肿瘤萎缩程度越高；

输出有效放疗覆盖程度指标η₃＝(1-S₃/S₀)*100％，η₃值越大代表肿瘤有效放疗覆盖程度越高；

输出精准放疗程度指标η₄＝S₄/S₁，若η₄＝1，则精准放疗程度为100％；若η₄≠1，值越小，精准放疗程度越低；其中，S₀为已植入放射性粒子数。

按照上述步骤，将某肺癌患者分别在放射性粒子I¹²⁵植入前、植入当天和植入后一个月进行CT扫描获得图5-图7所示图像；附图显示的是瘤体同一断层图示。值得说明的是，由于间隔一个月扫描和定位误差，可能存在1-3mm的偏差，但粒子植入计划为均等植入，因此，即便存在断层扫描的偏差，亦不影响指标趋势的判断。从图6可以看出，放射性粒子的分布相对均匀，基本按照手术计划均匀植入，且粒子与瘤体之间的稳定性良好，未发生在针道内滑移现象；而图7显示出的放射性粒子呈团状，存在多个粒子聚团的状态，离散均匀度降低，单个离子团的成像面积变大，说明瘤体在放射性粒子作用下，组织发生萎缩、内部出现局部坍塌情况。

本实施例中，放射性粒子I¹²⁵植入数量S₀为68颗；重建模型中放射性粒子数S₁为42颗，此处所述的S₁为三维重建后处于离散状态的放射性粒子成像数量，即相互接触的多颗放射性粒子在三维重建后会形成一体的模型，那么形成该不规则的放射性粒子模型记为一颗，即S₁的1/42。放射性粒子数所占网格数S₂为33个、模型P₃所占网格单元数S₃为18个、放射性粒子和模型P₃共同所占网格单元数S₄为42个。即：

放射性粒子聚拢程度指标η₁＝(1-S₁/S₀)*100％＝42/68＝38.2％；

肿瘤萎缩程度指标η₂＝(1-S₂/S₀)*100％＝51.4％；

有效放疗覆盖程度指标η₃＝(1-S₃/S₀)*100％＝73.5％；

精准放疗程度指标η₄＝S₄/S₁＝42，由上η_1-η₄说明在瘤体在68颗放射性粒子I¹²⁵的持续一个月的作用下，瘤体本身萎缩近一半，放射性粒子的分布聚拢程度达到了38.2％，即随着瘤体的萎缩，放射性粒子的位置发生变化，相邻两颗放射性粒子之间的间距缩小，同时由于瘤体内部松动，导致放射性粒子存在不同程度的游离。但有效放疗覆盖指标为73.5％，说明在瘤体组织受到放射性作用后，癌细胞DNA遭受到不同程度的破坏，但是随着瘤体萎缩，放射性粒子移位的不断加剧，使得瘤体靠近边缘的组织失去了有效的放疗作用，从而使得瘤体靠近健康组织侧在后期并不能实现有效的放疗覆盖。在经过一个月的精准放疗后，瘤体外并未发现放射性粒子的存在，放射性粒子全部被包裹在瘤体内，其他健康的脏器未受到I¹²⁵的放射，未产生副作用，精准度高。

通过上述评价可知，按照现有均匀布设粒子的方案存在两个弊端：

第一、瘤体靠近健康组织的部分随着放疗的进行，瘤体组织不断萎缩，导致放射性粒子不断的进行向心运动，使得靠近瘤体外侧的组织并不能得到足量、有效的放疗作用。

第二、在随着放疗的进行，放射性粒子的向心运动会不断加剧，这使得瘤体中心的放射剂量会高于处方剂量，从而导致有效放疗覆盖指标不能达到理想的85％以上。

由此，本发明不但能够对已经完结的精准放疗粒子植入手术进行客观评价，以获得放射性粒子在不同阶段对肿瘤组织的实际作用效果，同时能够掌握放射性粒子在不同阶段所发生的位移规律，能够有效地针对放射性粒子的布局与精准放疗之间的关系提供客观的科学依据。

值得强调的是，本发明旨在对已经治疗完毕的放射性粒子植入手术进行放疗效果评价，同时获知放射性粒子在整个放疗过程中包括运动、对瘤体组织细胞作用，以及给瘤体组织带来的变化的规律，以及该手术术后效果的评价。其本身并不涉及对肿瘤的治疗和诊断。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于放射性粒子植入的肿瘤放疗效果评价方法，其特征在于：包括以下步骤：

STP100导丝标记：将两根呈十字布置的导丝L₁和L₂粘贴至患者肿瘤部位对应体表，其中一根导丝所在方向与患者头足侧一致；

STP200 CT扫描：针对肿瘤部位进行两次不同角度的扫描，分别获得断层扫描图层集Pic₁和断层扫描图层集Pic₂；

STP300通过步骤STP200中获得的断层扫描图层集Pic₁和断层扫描图层集Pic₂进行三维模型重建，获得模型P₁和模型P₂；

STP400将模型P₁和模型P₂融合：获得导丝L₁和L₂在模型P₁上的成像L′₁和L′₂，在模型P₂上的成像L″₁和L″₂，分别对齐L′₁和L″₁，L′₂和L″₂，融合模型P₁和模型P₂获得模型P₃；

STP500将模型P₃网格化：将模型P₃置于由边长为k的网格单元组成的网格中，以RGB模式分别赋予网格单元、模型P₃和放射性粒子不同色值；

STP600评价指标提取：通过色值阈值分别提取放射性粒子数S₁、放射性粒子数所占网格数S₂、模型P₃所占网格单元数S₃、放射性粒子和模型P₃共同所占网格单元数S₄；

STP700评价结果输出：

输出放射性粒子聚拢程度指标η₁＝(1-S₁/S₀)*100％，η₁值越大代表放射性粒子聚拢程度越高；

输出肿瘤萎缩程度指标η₂＝(1-S₂/S₀)*100％，η₂值越大代表肿瘤萎缩程度越高；

输出有效放疗覆盖程度指标η₃＝(1-S₃/S₀)*100％，η₃值越大代表肿瘤有效放疗覆盖程度越高；

输出精准放疗程度指标η₄＝S₄/S₁，若η₄＝1，则精准放疗程度为100％；若η₄≠1，值越小，精准放疗程度越低；其中，S₀为已置入放射性粒子数。

2.根据权利要求1所述的一种基于放射性粒子植入的肿瘤放疗效果评价方法，其特征在于：步骤STP100中所述导丝L₁和L₂任一根的最短长度在CT最大倾斜角度状态下有效成像断层数不低于4层。

3.根据权利要求2所述的一种基于放射性粒子植入的肿瘤放疗效果评价方法，其特征在于：CT扫描的方式包括平扫、斜向俯扫和斜向仰扫中的任意两种方式。

4.根据权利要求2所述的一种基于放射性粒子植入的肿瘤放疗效果评价方法，其特征在于：步骤STP600中所述放射性粒子数S₁的统计方法包括如下步骤：

STP610提取步骤STP500中对放射性粒子的色值赋值，色值提取误差为±5；

STP620获取由多个离散体组成的放射性粒子模型集合；

STP630计算离散体个数，记为放射性粒子数S₁。

5.根据权利要求4所述的一种基于放射性粒子植入的肿瘤放疗效果评价方法，其特征在于：步骤STP600中所述放射性粒子数所占网格数S₂、模型P₃所占网格单元数S₃、放射性粒子和模型P₃共同所占网格单元数S₄采用离散采样方式进行，具体包括以下步骤：

STP640以网格单元中心点O为基准采样点，分别空间坐标系的X、Y、Z轴正负方向对称采样，采样节点为0.2k，单一方向采样数量为4个；

STP650以网格单元中心点O为基准采样点，分别沿着网格单元对角线进行两侧对称采样，采样节点为

单一方向采样数量为3个；

STP660步骤STP610和STP620中共计49个采样点，任一一个采样点的色值属于对应阈值范围，则标记当前网格单元为选中目标网格单元纳入统计。

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