Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА И СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ГЕНЕРАЦИИ ИСХОДНЫХ ПЛАНОВ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Планы лучевой терапии создают, в значительной степени, на основании физических параметров пациента. Схема этого плана может быть сложной, поскольку могут быть заданы многочисленные параметры лечения для соответствия физическим характеристикам пациента. Если эффективно может быть разработан некоторый вероятный исходный план лучевой терапии, то общее качество лечения может быть соответственно улучшено, поскольку может быть упрощено и ускорено видоизменение этого вероятного исходного плана в заключительный курс лечения, используемый для лечения пациента, для лиц, обслуживающих пациентов, или для компьютеров.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Машиночитаемый невременный запоминающий носитель хранит набор команд, исполняемых процессором. Этот набор команд функционирует с возможностью приема медицинского изображения текущего пациента для текущего пациента. Набор команд дополнительно функционирует с возможностью сравнения медицинского изображения текущего пациента с множеством медицинских изображений предыдущих пациентов. Каждое из медицинских изображений предыдущих пациентов соответствует предыдущему пациенту. Набор команд дополнительно функционирует с возможностью выбора одного из предыдущих пациентов на основании геометрического подобия между медицинским изображением предыдущего пациента, выбранного одного из предыдущих пациентов, и медицинским изображением текущего пациента. Набор команд дополнительно способен действовать так, что обеспечивает определение исходного плана лучевой терапии на основании плана лучевой терапии для выбранного одного из предыдущих пациентов.

Система включает в себя медицинский блок формирования изображений, базу данных о предыдущих пациентах, систему поиска подобия и систему генерации плана. Медицинский блок формирования изображений генерирует медицинское изображение текущего пациента для текущего пациента. В базе данных о предыдущих пациентах хранятся данные о множестве предыдущих пациентов. Данные о каждом из предыдущих пациентов включают в себя медицинское изображение, относящееся к каждому из предыдущих пациентов, и план лучевой терапии, относящийся к каждому из предыдущих пациентов. Система поиска подобия определяет показатель подобия для каждого из множества предыдущих пациентов. Показатель подобия для каждого из предыдущих пациентов определяют на основании геометрического подобия между медицинским изображением, соответствующим каждому из предыдущих пациентов, и медицинским изображением текущего пациента. Система генерации плана определяет исходный план лучевой терапии для текущего пациента на основании плана лучевой терапии для выбранного одного из множества предыдущих пациентов. Выбранного одного из множества предыдущих пациентов выбирают на основании показателя подобия для выбранного одного из множества предыдущих пациентов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг.1 показана система для автоматической генерации исходных планов лучевой терапии согласно примерному варианту осуществления изобретения.

На Фиг.2 показан способ автоматической генерации исходных планов лучевой терапии согласно примерному варианту осуществления изобретения.

На Фиг.3 показано изображение планов лучевой терапии для текущего пациента и для предыдущих пациентов согласно примерному варианту осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Примерные варианты осуществления настоящего изобретения станут лучше понятными со ссылкой на приведенное ниже описание и на приложенные чертежи, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми позиционными обозначениями. В примерных вариантах осуществления настоящего изобретения описаны системы и способы, посредством которых автоматически генерируют исходные планы лучевой терапии для пациента, получающего лучевую терапию.

До назначения лучевой терапии для пациента необходимо выполнить несколько действий. Онколог-радиолог, дозиметрист или иной соответствующий специалист-медик (именуемый здесь "составителем плана") должен определить целевой объем для облучения, а также те органы и ткани, которые не следует облучать (также именуемые здесь “органами, подверженными риску”). Эти области обычно указаны на изображениях, полученных методом компьютерной томографии (КТ), на изображениях, полученных методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР), на изображениях, полученных методом позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ), на рентгеновских изображениях, на изображениях, полученных методом однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОЭКТ), или на изображениях, полученных методом ультразвуковой диагностики, и они могут быть нарисованы при помощи компьютера или без помощи компьютера для определения их границ. Составитель плана может дополнительно накладывать ограничения на дозу излучения, которую следует подавать в ткань-мишень и в здоровую ткань. Затем, после того, как это определено, для определения вероятного исходного плана лечения задают способ терапевтического воздействия (например, фотонами, электронами), количество, ориентацию пучка, энергию пучка и модификаторы пучка (например, блоки, клинья) источников излучения.

Затем процесс планирования продолжают итерационным способом, от этого вероятного плана лечения. На первоначальном этапе и на каждом последующем этапе вычисляют дозу облучения, получаемую в результате этого плана, по всему объему пациента. Как изложено выше, затем регулируют параметры лучевой терапии итерационным способом до тех пор, пока не будут достигнуты желательные ограничения по дозе, и составитель плана принимает решение о том, что план является удовлетворительным. Вышеупомянутые основные принципы применимы как для трехмерной конформной лучевой терапии (3DCRT), так и для лучевой терапии с модулированной интенсивностью (IMRT). Процедура регулирования может выполняться при помощи компьютера или без помощи компьютера для определения обновлений параметров плана лучевой терапии. Определение исходного плана составителем плана является важным, поскольку хорошо разработанный исходный план может уменьшить время, требуемое для оптимизации лечения пациента. Кроме того, качество конечного плана лучевой терапии может меняться в зависимости от качества исходного плана, созданного вручную, что приводит к возможности изменения качества лечения в зависимости от лица, обслуживающего пациента. Примерные варианты осуществления изобретения устраняют эти недостатки за счет использования параметров, характеризующих геометрию пациента, и иных параметров для автоматической генерации исходного плана терапии.

На Фиг.1 на схематичном виде проиллюстрирована примерная система 100. Линиями, соединяющими элементы, показанные на Фиг.1, могут являться тракты связи любого типа, пригодные для передачи данных между соединенными таким образом элементами. Система 100 включает в себя сканирующее устройство 110 для получения изображений текущего пациента, лучевая терапия для которого планируется в данный момент времени. Сканирующим устройством 110 может являться компьютерный томограф, устройство получения изображений методом ЯМР, устройство получения изображений методом ПЭТ, рентгеновское сканирующее устройство, устройство получения изображений методом ОЭКТ, устройство получения изображений методом ультразвуковой диагностики или им может являться любое из устройств получения медицинских изображений различных других типов, являющихся известными в данной области техники. Сканирующее устройство 110 соединено с возможностью обмена информацией с рабочей станцией 120 для составления плана лечения, представляющей собой вычислительную систему (например, комбинацию аппаратного и программного обеспечения, например, процессора и программных команд, исполняемых процессором для выполнения определенных функций), используемую составителем плана для планирования лучевой терапии текущего пациента. Рабочая станция 120 для составления плана лечения является аналогичной известным системам, которые используются составителями планов в настоящее время, за исключением того, что будет описано ниже.

Рабочая станция 120 для составления плана лечения принимает изображения пациента из сканирующего устройства 110 и передает изображения пациента в средство 130 поиска подобия. Средство 130 поиска подобия также извлекает данные о предыдущих пациентах из базы 140 данных о предыдущих пациентах, которые затем сравнивают с изображениями текущего пациента, как более подробно будет описано ниже. Возможно, что информация из базы 140 данных о предыдущих пациентах хранится в хранилище с использованием известных стандартов передачи и хранения медицинской информации, таких как, например, DICOM или DICOM-RT. Хранящиеся данные о предыдущих пациентах могут включать в себя медицинские изображения (например, изображения, полученные способами КТ, ЯМР, ПЭТ, рентгеноскопии, ОЭКТ, ультразвуковой диагностики и т.д.), геометрическое определение целевой структуры (например, облучаемой опухоли), идентификация органов, подверженных риску, (например, органов, которые не должны подвергаться облучению) и план лечения, используемый для предыдущего пациента. Эти данные включают в себя данные о способе терапевтического облучения, о количестве источников излучения, об энергии каждого пучка, об используемых модификаторах и о картах интенсивности. В некоторых случаях планом лучевой терапии, хранящимся для каждого предыдущего пациента, является конечный план лечения, решение о принятии которого было принято после уточнения исходного плана лечения пациента. Кроме того, информация, хранящаяся в базе 140 данных о предыдущих пациентах, для каждого пациента может включать в себя дополнительную релевантную информацию, такую как, например, информация о возрасте, об истории болезни пациента, об истории болезни в семье пациента, дополнительную информацию о текущем состоянии пациента, о другом лечении, назначенном пациенту в текущий момент времени (например, о химиотерапии), или любую иную информацию, которая может являться важной для составителя плана для разработки курса лучевой терапии для текущего пациента.

Некоторые или все данные о предыдущих пациентах затем передают из средства 130 поиска подобия в систему 150 генерации плана, которая генерирует план для текущего пациента на основании данных о предыдущих пациентах, что более подробно будет описано ниже. Система 150 генерации плана также связана с рабочей станцией 120 для составления плана лечения, чтобы ее выходные данные могли быть возвращены составителю плана, использующему рабочую станцию для составления плана лечения. Для специалистов в данной области техники понятно, что средство 130 поиска подобия, база 140 данных о предыдущих пациентах и система 150 генерации плана могут быть реализованы различными способами, в том числе в виде элементов рабочей станции 120 для составления плана лечения или в виде отдельных аппаратных и/или программных компонентов, что не влияет на их функции, или в виде любых их комбинаций. Например, средство 130 поиска подобия может включать в себя процессор и программное обеспечение, содержащее команды, исполняемые процессором. База 140 данных о предыдущих пациентах может быть реализована в сервере, имеющем массив запоминающих устройств и реляционную базу данных или другой тип обычно используемой структуры базы данных.

На Фиг.2 проиллюстрирован примерный способ 200 для автоматической генерации исходного плана лучевой терапии для текущего пациента, который будет здесь описан со ссылкой на примерную систему 100, показанную на Фиг.1. На этапе 210 сканирующее устройство 110 используют для получения изображений текущего пациента. Как изложено выше, полученными изображениями могут являться изображения, полученные методом КТ, изображения, полученные методом ЯМР, или медицинские изображения, полученные любым другим методом. Понятно, что, как правило, эти изображения представляют собой последовательности двумерных поперечных сечений, по которым может быть построено трехмерное изображение пациента. Однако в некоторых случаях может оказаться целесообразным, чтобы изобретение включало в себя использование одного двумерного изображения или чтобы оно включало в себя использование трехмерной модели, не выходя за пределы более широких концепций, описанных в упомянутом примерном варианте осуществления изобретения. В альтернативном варианте медицинские изображения текущего пациента могут являться заранее записанными с использованием такого устройства, как, например, сканирующее устройство 110, и могут быть извлечены на этом этапе способа 200.

На этапе 220 выполняют выделение признака в изображениях текущего пациента с использованием средства 130 поиска подобия. Эта операция может включать в себя распознавание различных структур (например, опухолей, органов, костей и т.д.), показанных на изображениях, и определение объемов, формы, морфологии и текстуры каждого из признаков. Это выполняют с использованием алгоритмов выделения признака, многие из которых являются известными в данной области техники, и в результате генерируют вектор признака, отображающий множество признаков, указанных в изображениях текущего пациента.

На этапе 230 вектор признака текущего пациента сравнивают с вектором признака предыдущих пациентов, для которых в базе 140 данных о предыдущих пациентах хранятся соответствующие данные. В примерном варианте осуществления изобретения результаты выделения признака для предыдущих пациентов хранят в базе 140 данных о предыдущих пациентах в виде векторов признака; в другом варианте осуществления изобретения данными, хранящимися в базе 140 данных о предыдущих пациентах, являются изображения предыдущих пациентов, и на этом этапе примерного способа могут быть вычислены вектора признака. На этом этапе средство 130 поиска подобия сравнивает вектор признака текущего пациента с вектором признака, относящимся к каждому из множества предыдущих пациентов; сравнение выполняют с использованием известных показателей, которые могут включить в себя Lp-норму разности векторов (например, манхэттенское расстояние (расстояние городских кварталов), расстояние Махаланобиса, эвклидово расстояние и расширения более высокого порядка). Результатом этого сравнения является численное значение, описывающее оценку подобия каждого из предыдущих пациентов текущему пациенту. Например, им может являться число на шкале от 0 до 100, от 0 до 1 и т.д.

В альтернативном варианте вместо выполнения выделения признака выполняют непосредственное геометрическое сравнение изображений текущего пациента и предыдущего пациента. В качестве одного из примеров эта операция включает в себя использование метрики хаусдорфова (Hausdorff) расстояния, инвариантной к сдвигу и к повороту. В другом примере эта операция включает в себя совмещение изображений на общем атласе путем нежесткого совмещения и их сравнение по вокселям. Это сравнение может быть применено к каждой структуре в изображении (например, к целевому объему, к органу, подверженному риску, и т.д.), к одной или более точек, содержащихся в структуре (например, к центру тяжести каждой структуры), к границам каждой структуры или сразу к комбинации всех структур. Для специалистов в данной области техники понятно, что в варианте осуществления изобретения, который не включает в себя сравнение векторов признака, может отсутствовать описанный выше этап 220 выделения признака. Как изложено выше, результатом этого сравнения является показатель подобия, и им может являться, например, число на шкале от 0 до 100, от 0 до 1 и т.д.

В качестве еще одного примера, этап 230 сравнения может включать в себя как сравнение пациентов, представленных векторами признака, так и сравнение изображений в целом. В этом примере два показателя подобия объединяют (например, с использованием среднего значения двух показателей подобия, относящихся к каждому предыдущему пациенту, или с использованием иного способа).

В качестве еще одного возможного варианта, в описанной выше процедуре сравнения признаков могут содержаться дополнительные признаки, не являющиеся вычисленными по изображениям. Эти признаки могут включать в себя данные о биомаркерах, данные, относящиеся к семейной истории (например, о наличии генов, которые могут указывать повышенную восприимчивость к излучению), о возрасте пациента, о предыстории предшествующего рака у пациента или в семье пациента, о наличии других терапий, проводимых в текущий момент времени (например, химиотерапии) и т.д. В этом случае они просто включены в состав применяющегося средства сравнения признаков, что существенно не изменяет характер описанной выше процедуры.

Как описано выше, после сравнения текущего пациента с предыдущими пациентами, выполняют этап 240, на котором предыдущих пациентов классифицируют по соответствующим им показателям подобия. Затем выполняют этап 250, на котором система 150 генерации плана генерирует исходный план для текущего пациента. В первом примере система 150 генерации плана копирует план с предыдущего пациента с самым высоким показателем подобия для его использования для текущего пациента. Как описано выше, этот план может включать в себя сведения о способе терапевтического воздействия излучением (например, фотонами, электронами, протонами), о количестве пучков/источников, об угловой ориентации пучков, о положении изоцентра внутри пациента для каждого пучка, об энергии каждого пучка, об использовании модификаторов (например, клиньев, динамических клиньев, фильтров) и о картах интенсивности. Затем этот план становится исходным планом для текущего пациента и, как описано выше, может быть уточнен.

В другом альтернативном примере система 150 генерации плана объединяет планы от множества предыдущих пациентов. В этом примере один или более элементов плана (например, способ терапевтического воздействия, количество пучков и т.д.) для плана, предназначенного для текущего пациента, генерируют путем объединения значений от одного или от более предыдущих пациентов. Например, угловую ориентацию одного или более пучков берут равной средневзвешенному значению для группы предыдущих аналогичных пациентов, причем данные от каждого предыдущего пациента взвешивают посредством показателя подобия текущего пациента. В другом примере комбинация основана на мажоритарной системе или на средних значениях. Количество объединяемых предыдущих пациентов и выбор объединяемых признаков может быть различным в различных вариантах реализации; в одном из примеров эти возможные варианты выбирает составитель плана.

В другом альтернативном примере выбранных предыдущих пациентов фильтруют на основании результатов; например, используют планы только пациентов с хорошими исходами болезни. В этом примере в базе 140 данных о предыдущих пациентах дополнительно хранят данные о результатах. Результаты могут быть определены количественно как годы жизни, годы жизни без заболевания, годы до прогрессирования заболевания и т.д. В другом примере система 150 генерации плана также копирует ограничения по дозе от предыдущих пациентов, или с использованием ограничения по дозе от наиболее сходного предыдущего пациента или, как описано выше, с использованием объединенных сведений о множестве предыдущих пациентов.

Наконец, на этапе 260 план, который был сгенерирован системой 150 генерации плана, передают в рабочую станцию 110 для составления плана лечения. В этот момент уточнение этого автоматически сгенерированного исходного плана лечения выполняют обычным способом.

На Фиг.3 проиллюстрировано примерное изображение 300, выводимое на экран дисплея, которое предоставляют составителю плана с использованием рабочей станции 110 для составления плана лечения. Изображение 300 включает в себя иллюстрацию геометрических признаков текущего пациента. Изображение 300 также включает в себя иллюстрацию геометрических признаков предыдущих пациентов, ранжированных по подобию. Составитель плана может выбрать изображение одного из предыдущих пациентов для более детального просмотра, и изображение 300 дополнительно показывает хранящийся план лучевой терапии для выбранного одного из предыдущих пациентов. Например, на проиллюстрированном изображении 300 для отображения выбран наиболее сходный предыдущий пациент.

Примерные варианты осуществления изобретения приводят к генерации для текущего пациента исходного плана лучевой терапии, имеющего лучшее качество, чем исходный план лучевой терапии, созданный составителем плана специально для текущего пациента на основании собственного опыта, который имеет составители плана. Кроме того, вследствие объективного характера сравнения с прошлыми пациентами, качество лечения, получаемого пациентами, может быть стандартизировано, а не являться зависящим от квалификации и опыта составителя плана. В дополнение к этому, поскольку исходный план для текущего пациента основан на планах для одного или более предыдущих пациентов с совместным использованием характеристик с текущим пациентом, может потребоваться меньше уточнений, а это приводит к тому, что пациент, в целом, подвергается меньшему облучению и быстрее завершает курс лучевой терапии.

Для специалистов в данной области техники понятно, что описанные выше примерные варианты осуществления изобретения могут быть реализованы любым количеством способов, в том числе в виде отдельного программного модуля, в виде комбинации аппаратных средств и программного обеспечения и т.д. Например, средство 130 поиска подобия может представлять собой программу, содержащую строки кода, которые, когда они являются компилированными, могут быть выполнены в процессоре.

Следует отметить, что в соответствии с правилом 6.2(b) Договора о патентной кооперации (PCT) пункты формулы изобретения могут включать в себя ссылочные позиции/номера ссылок. Однако не следует считать, что формула настоящего изобретения ограничена примерным вариантами осуществления изобретения, которые соответствуют ссылочным позициям/номерам ссылок.

Для специалистов в данной области техники очевидно, что могут быть сделаны различные видоизменения настоящего изобретения, не выходя за пределы сущности или объема настоящего изобретения. Таким образом, подразумевается, что настоящее изобретение охватывает свои видоизменения и изменения, если они не выходят за пределы объема прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.