CN101101613A - 光动力学治疗计划软件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光动力学治疗计划软件，包括有：用户界面；存储通过用户界面输入的病灶及附近正常组织的光学参数、医生治疗要求和入射光参数初始设定值、存储通过计算机接口输入的病人医学影像文件和实时光学信号所反应的光敏剂在病灶及附近正常组织的残存浓度、以及存储通过用户界面输出满足医生治疗要求的入射光参数的数据库；光学计算并产生治疗方案部分；反复调整入射光参数直至达到医生治疗要求为止的治疗计划比较部分；本发明是提高和保证光动力学疗法治疗以癌症为主的疾病的有效率的必备工具之一。可以帮助医生根据病灶的光学参数数据具体设计和优化光照治疗方案；也可根据监测的光敏剂分子存留浓度比的变化决定最佳光照治疗时间；还可以根据光学实时信号向医生提供是否对病人再次进行光动力学治疗可靠依据。

Description

光动力学治疗计划软件

技术领域

本发明涉及一种为提高光动力学方法治疗癌症或其他疾病之疗效的治疗计划软件，特别是涉及一种应用计算光照射功率和能量在人体病灶内及周边组织的分布和治疗前后及过程中的光敏剂残存浓度变化而确定最佳光照治疗方案的光动力学治疗计划软件。

背景技术

通常，治疗癌症有三种传统方法：手术、高能射线辐射治疗和化疗。手术治疗的主要缺点是对中晚期癌症的病灶细胞不易或不能彻底清除，对病人创伤大，不适于体弱及年老患者和敏感器官的治疗，一般无法多次实行。高能射线辐射治疗所使用的高能量光子或粒子在相同强度下对癌和正常细胞有同样的杀伤力，所以病灶附近的正常组织细胞通常也会被大量杀伤而产生较大的副作用，并且还需要昂贵的加速器或产生环境污染的放射源。对一些敏感器官处的癌症比如心脏附近的肝肺等，高能射线辐射治疗对病人极易产生较大的副作用，也不宜进行多次治疗。化疗通过药物在病人全身循环进入癌细胞后产生毒性后杀死癌细胞，但由于化疗药物也通常会进入并杀死正常细胞，所以在有效治疗癌症的同时也会产生很大的副作用，例如头发脱落，无法进食和体质大幅度下降等。因而这三种传统癌症疗法均有副作用大，不宜多次治疗等缺点。

自上世纪七十年代起，随着激光技术的发展，一种新型的以光学技术为主的光动力学方法受到许多研究人员的重视。在经过大量的基础研究与临床研究的基础上光动力学方法自九十年代起开始用于癌症的临床早期诊断和治疗。光动力学疗法是一种利用进入人体组织细胞内的光敏剂在受到光照激发后产生的动力学反应导致细胞死亡达到疾病治疗目的的一种方法。光动力学疗法临床应用为癌症及其他疾病治疗。光动力学临床治疗由两个步骤组成：通常经静脉向病人体内注射光敏剂，经循环系统进入人体的组织细胞；在24小时或更长时间的药动力学分布后光敏剂分子在癌或非正常细胞内与正常细胞的残存浓度比达到最高值时用光束照射病灶，当癌或非正常组织细胞中的光敏剂分子受到光照时，吸收光子能量，变成激发态分子与细胞内控制细胞凋零或其他细胞损失机制的接受分子相互作用而导致细胞及所在区域组织的死亡，达到治疗疾病的目的。

光动力学方法结合低剂量化疗与无辐射危害的可见或近红外光照射两种方法的优点治疗癌症，低剂量光敏剂在病人全身扩散后本身不产生毒性。只有经过光照射后的癌症病灶内及附近的组织细胞的光敏剂分子才会由于光激发产生毒性而杀死癌细胞及相邻的正常细胞。与传统疗法相比，光动力学方法副作用较小，一般可对病人进行多次治疗，也适于对体弱及年老患者和敏感器官的治疗。此外，所需的光源系统和光敏剂成本低，易于在中小城市及乡镇医院推广。但目前在世界各地用于临床治疗的光动力学疗法缺乏可以根据每个病人不同情况对光敏剂浓度及光照条件设计定量准确的治疗方案计划系统。因此光动力学治疗癌症及其他疾病的效果或有效率会根据主治医生的经验而异，很难保证在不同医生或不同病人情况下达到一致同样与最佳疗效。

最近三十年的大量基础与临床研究结果表明，光动力学疗法治疗以癌症为主的疾病之有效率与下列因素有极大的关系：(1)光照前病人组织癌或非正常细胞内与正常细胞内的光敏剂分子残存浓度比的变化及何时达到峰值，(2)造成癌症或其他疾病的非正常组织细胞的范围或病灶区域，(3)照射光束在病人组织内的功率与能量分布，(4)由于光照射激发造成的光敏剂分子被“漂白”或蜕变的比率(不再起光敏动力学反应)。因素(1)决定进行光照射的最佳起始时间；因素(2)和(3)决定有效光照射区域，过大会造成过多正常细胞及组织的死亡之强烈副作用，过小则可能导致治疗效果差并癌症复发；因素(4)决定光照时间长度以及是否应该进行多次光照治疗，单次光照过长会造成副作用，过短则可能导致治疗效果差并癌症复发。若要达到提高和保证光动力学疗法治疗以癌症为主的疾病之有效率的目的，发展并应用以组织光学为基础的治疗计划软件势在必行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种应用计算光照射功率和能量在人体病灶内及周边组织的分布和治疗前后及过程中的光敏剂残存浓度变化而确定光照治疗方案的光动力学治疗计划软件。

本发明所采用的技术方案是：一种光动力学治疗计划软件，包括有：(a)一个用户界面，和用于存储通过用户界面输入的病灶及附近正常组织的光学参数，医生治疗要求和入射光参数初始设定值，存储通过计算机接口输入的病人医学影像文件盒和实时光学信号所反应的光敏剂在病灶及附近正常组织的的残存浓度、以及存储通过用户界面输出满足医生治疗要求的治疗计划的数据库；(b)根据数据库存储的病人医学影像文件，病灶及附近正常组织的光学参数分布，光敏剂在病灶及附近正常组织的残存浓度和选定的入射光参数，数值计算照射光能量在病灶及附近正常组织内部的分布，并输出与之相应的治疗计划部分；(c)根据计算治疗计划与数据库存储的医生治疗要求部分所设数据的差距，反复调整入射光参数直至达到医生治疗要求为止的治疗计划比较部分；(d)根据数据库存储的实时光学信号监测病人体组织癌或非正常细胞内与正常细胞内的光敏剂分子存留浓度比的变化以确定光照的最佳起始时间，以及根据数据库存储的实时光学信号监测在光动力学治疗过程中病人组织细胞内的光敏剂分子存留浓度以确定光照的最佳持续时间的入射光参数设定部分；(e)光动力学治疗前设定治疗要求、光动力学治疗后使用光动力学诊断方法根据数据库存储的实时光学信号所反应的在病人组织细胞内的光敏剂分子存留浓度测量病灶变化状况以确定是否需要进行光动力学的再次治疗的医生治疗要求部分。

所述的病灶及附近正常组织光学参数部分是基于辐射传输理论定义的吸收系数、散射系数和各向异性参数，由用户通过用户界面输入光动力学疗计划软件的数据库。

所述的实时光学信号包括有：实时荧光、散射光信号。

通过用户界面输入的入射光参数包括有：输送光能的光纤数目、扩散角度，光照功率分布、光照面积、及距离和光照时间。

所述的光学计算部分包括有根据包括医学断层成像资料在内的病人影像文件资料自动生成与病灶及附近正常组织等价的三维浑浊介质数值计算模型。

所述的医学断层成像资料包括有：X光和核磁共振图像文件以及数据库中的病人组织光学参数。

所述的光学计算部分还可以是根据入射光参数计算照射光能量在病灶及附近正常组织内部的分布并在计算机显示屏幕上根据使用者的要求作不同投影角度的三维显示。

所述的治疗计划比较部分是将病灶及附近正常组织内部的计算照射光能量分布也即计算治疗计划与医生的治疗方案所要求的光学能量分布进行比较，并通过改变入射光参数调整光照计划方案，直至使入射光参数满足医生治疗方案所要求的在病灶内及附近组织内的光学能量分布为止，调整后的入射光参数通过用户界面作为满足医生治疗要求的治疗计划输出。

所述的输入的实时光学信号部分是由实时荧光和散射光信号测定系统提供的实时荧光和散射光信号，监测光敏剂注射后病人体内组织癌或非正常细胞内与正常细胞内的的光敏剂分子存留浓度比的变化，以提供确定光照的最佳起始时间的依据。

所述的输入的实时光学信号部分是由实时荧光和散射光信号测定系统提供的实时组织光学参数，监测光动力学治疗过程中病人体内组织癌或非正常细胞内与正常细胞内的的光敏剂分子存留浓度比的变化，以提供确定光照的最佳持续时间的依据。

所述的输入的实时光学信号部分还可在光动力学治疗后结合光动力学诊断方法监测病人恢复状况，以提供病人是否需要再次进行光动力学治疗的依据。

所述的光动力学诊断方法是在病人体内注射治疗剂量的十分之一至千分之一的光敏剂后，测量病灶及周围正常组织内细胞的光敏剂分子产生的实时荧光和散射光信号，通过与光动力学治疗前的实时荧光和散射光信号相比，确定病灶变化状况，并以此为依据确定是否需要再次进行光动力学治疗。

所述的数据库部分存入所有接受光动力学治疗病人的病史和治疗记录，包括病人在治疗前，治疗中和治疗后的组织光学参数测量结果，各种医学影像文件，各次实时荧光和散射光信号及其变化以及光动力学治疗记录。

本发明的光动力学治疗计划软件，是提高和保证光动力学疗法治疗以癌症为主的疾病的有效率的必备工具之一。可以帮助医生或医务人员根据病灶的光学参数据针对每个病人的不同情况具体设计准确适用的光照治疗方案，对包括光照面积，光功率分布及光照时间的入射光参数进行优化设计，从而提高光动力学治疗效果；也可以用于根据荧光或其他光学实时信号监测病人体组织癌或非正常细胞内与正常细胞内的的光敏剂分子存留浓度比的变化，从而决定针对光敏剂在每个病人体内循环之不同情况的个人最佳光照治疗时间；还可以用于根据荧光或其他光学实时信号监测在光动力学治疗过程中病人组织细胞内的光敏剂分子存留浓度，向医生提供是否对病人继续进行光动力学治疗可靠依据。

附图说明

图1是本发明的光动力学治疗计划软件构成示意图；

图2是本发明的通过蒙特卡罗方法进行的辐射传输理论计算的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的光动力学治疗计划软件。

使用光动力学方法有效治疗疾病的关键在于向病灶即癌症或非正常组织细胞区域提供足够的可以激发光敏剂分子的光照能量以达到杀死癌症或非正常细胞的目的。同时应尽量减小病灶外正常组织细胞区域内的光照能量以减小正常细胞的死亡也即癌症治疗的副作用。因为光照能量在功率不变时等于光照功率与光照时间的乘积，所以不同区域的光照能量可以通过光照功率的空间分布及光照时间进行调节。因此设计可以提高或巩固疗效的光动力学治疗计划软件需要准确的组织光学模型及高效率的算法。

如图1所示，本发明的光动力学治疗计划软件，包括有：用户界面部分、病灶光学参数部分、病人医学影像文件部分、实时光学信号部分、数据库部分、光学计算部分、治疗计划比较部分、入射光参数设定调整部分、医生治疗要求部分。

其中：

(a)用户界面是用来向数据库输入病灶及附近正常组织的光学参数、医生治疗要求，以及输出显示治疗方案，过程和结果；数据库用来储存病灶及附近正常组织的光学参数、存储病人医学影像文件、存储实时光学信号所反应的光敏剂在病灶及附近正常组织的的残存浓度、以及存储入射光参数初始设定值与调整值。本发明的数据库部分可以存入所有接受光动力学治疗病人的病史和治疗记录，包括病人在治疗前，治疗中和治疗后的组织光学参数测量结果，各种医学成像文件，各次实时荧光和散射光信号及其变化，医生治疗要求以及光动力学治疗计划记录。

在上面所述的病灶光学参数部分是基于辐射传输理论定义的吸收系数、散射系数和各向异性参数，是由用户通过用户界面存入光动力学疗计划软件的数据库。各向异性参数的定义为光散射角度余弦的平均值，所以各向异性参数值在+1和-1之间，各向异性参数为+1时代表散射光角度不变(cos0°＝1)，各向异性参数为-1时代表散射光均为背向散射(cos180°＝-1)，各向异性参数为0时代表散射光为各向同性(cos90°＝0)。

所述的实时光学信号包括有：实时荧光、散射光信号。

所述的入射光参数包括有：输送光能的光纤数目、扩散角度，光照功率分布、光照面积、及距离和光照时间。其初始值可由医生治疗处方的光照射能量密度平均值决定。

(b)光学计算部分是根据数据库存储的病人断层成像影像资料文件，病灶及附近正常组织的光学参数分布，光敏剂在病灶及附近正常组织的残存浓度和入射光参数，数值计算照射光能量在病灶及附近正常组织内部的分布并产生相应的治疗方案。

(c)治疗计划比较部分是通过用户界面将上述计算得到的治疗方案也即光能量三维分布按使用者选择的不同投影角度显示给医生，并根据照射光能量在病灶及附近正常组织内部的计算分布与医生治疗要求部分所要求的光学能量分布数据进行比较，反复调整入射光参数直至使入射光参数达到医生治疗方案所要求的在病灶内及附近组织内的光学能量分布为止，将最后确定的满足医生治疗要求的治疗方案与其他有关病人诊断治疗的数据和文件作为病例资料存入数据库供医务人员使用。

(d)满足医生治疗要求的治疗方案中所确定的入射光参数还可以根据数据库存储的实时光学信号监测病人体组织癌或非正常细胞内与正常细胞内的光敏剂分子存留浓度比的变化而调整确定光照的最佳起始时间，以及根据数据库存储的实时光学信号监测在光动力学治疗过程中病人组织细胞内的光敏剂分子存留浓度而确定光照的最佳持续时间的；

上面所述的治疗计划比较和入射光参数调整部分还可以根据医务人员所选择的不同的光源及光输送系统(例如光纤微镜头或柱状散射头)计算光照在病灶组织表面上的单位功率分布。

(e)医生治疗要求部分包括：光动力学治疗前设定治疗要求、光动力学治疗后使用光动力学诊断方法根据数据库存储的实时光学信号所反应的在病人组织细胞内的光敏剂分子存留浓度测量病灶变化状况以确定是否需要进行光动力学的再次治疗。

本发明的实时光学信号输入部分是根据连线的实时荧光和散射光信号测定系统提供的治疗前和治疗中的实时荧光和散射光信号，监测光敏剂注射后病人体内组织癌或非正常细胞内与正常细胞内的的光敏剂分子存留浓度比的变化，以提供确定光照的最佳起始时间的依据。

实时光学信号输入部分还根据连线的实时荧光和散射光信号测定系统提供的治疗前和治疗中的实时组织光学参数，监测光动力学治疗过程中病人体内组织癌或非正常细胞内与正常细胞内的的光敏剂分子存留浓度比的变化，以提供确定光照的最佳持续时间的依据。

实时光学信号输入部分还可在光动力学治疗后结合光动力学诊断方法监测病人恢复状况，以便提供病人是否需要再次进行光动力学治疗的依据。这里所说的光动力学诊断方法是在病人体内注射低剂量(如治疗剂量的十分之一至千分之一)的光敏剂后，测量病灶及周围正常组织内细胞的光敏剂分子产生的实时荧光和散射光信号，通过与光动力学治疗前的实时荧光和散射光信号相比，确定病灶变化状况，并以此为依据确定是否需要再次进行光动力学治疗。

本发明的光学计算部分由根据包括病人医学断层成像资料内的影像文件资料自动生成与病灶及附近正常组织等价的三维模型以及基于辐射传输理论的浑浊介质数值计算模型组成。其医学断层成像资料包括有：X光和核磁共振图像文件以及数据库中的病人组织光学参数。本发明的光学计算部分还可以是根据入射光参数计算照射光能量在病灶及附近正常组织内部的分布并在计算机显示屏幕上根据使用者的要求作不同投影角度的三维显示。

本发明的数值计算模型可采用不同的方法实现，本实施例所采用的是一种蒙特卡罗方法来实现的。蒙特卡罗方法为一种统计模型方法，由于其算法简洁和适于复杂边界形状的特点在浑浊介质光学及其他领域内得到广泛应用(在光学领域的应用可参见Z.Song，K.Dong，X.H.Hu and J.Q.Lu，″Monte Carlo simulation of converging laser beamspropagating in biological materials，″Appl.Opt.38(13)，2944-2949(1999)，在其他领域内的应用可参见G.S.Fishman，“Monte Carlo：concepts，algorithms，andapplications”，Springer-Verlag(1996))。蒙特卡罗方法用许多光子的集合代表照射光能量并计算这些光子在与病灶及附近正常组织等价的三维浑浊介质计算模型内的传输过程，也即光子在浑浊介质模型内的吸收和散射过程。通过对所有光子由于其传输过程所造成的浑浊介质模型内分布进行统计分析而最后得到照射光能量在病灶及附近正常组织内部的分布。

除眼睛的角膜等少数组织外，人体组织为光学混浊介质，也既光与组织的相互作用以散射为主。因此光在组织中的能量传播和分布为一复杂的边界条件问题，需要用准确的数理模型描述并求解，通常称为组织光学模型。目前广泛应用的组织光学模型为辐射传输理论，该理论将生物或人体组织的光学参数定义为吸收系数，散射系数和散射分布函数(如函数形式确定为汉尼-格林斯坦(Henyey-Greenstein)函数则此函数可由各向异性参数决定)。光学吸收系数通常与组织内的不同成分如生物大分子种类和浓度，血液，色素颗粒的大小与多少等有关。而光学散射系数和散射分布函数则与组织内的细胞种类和分布结构等有关。据此，人体器官内不同组织如癌症病灶和正常组织之间，不同类正常组织如表皮和真皮组织之间的光学参数不同。光在人体器官组织中的能量传播和分布由这些光学参数根据辐射传输理论或辐射传输方程决定。由于辐射传输方程及人体器官实际形状的复杂性，光在人体器官组织中的能量传播和分布无法用解析函数表达，通常需要计算机进行数值求解。

下面对实现本发明数值计算部分方法之一的蒙特卡罗方法给出进一步的说明。通过蒙特卡罗方法进行的辐射传输理论计算可以参照图2由如下步骤组成：

S1：输入入射光参数和被追踪光子总数N₀；

S2：输入病灶光学参数及三维模型；

S3：由光子的入射方向决定其初始行进方向；

S4：设定被追踪光子数N＝1；

S5：判断被追踪光子数N是否大于N₀？N大于N₀进入S17，否则进入S6；

S6：根据吸收系数随机决定光子总路程；

S7：判断被追踪光子数N是否大于1？N大于1进入S16，否则进入S8；

S8：根据散射系数随机决定光子自由行进路程；

S9：追踪光子至下一散射点；

S10：判断累计行进路程是否大于总路程？是进入S11，否则进入S12；

S11：判断光子被吸收后进入S15；

S12：判断是否接触边界？是进入S13，否则进入S16；

S13：判断是否溢出组织？是进入S14，否则进入S16；

S14：判断光子逃逸后进入S15；

S15：将被追踪光子数N增加1后进入S5；

S16：根据散射相函数随机决定光子散射角度也即行进方向，然后进入S8；

S17：计算并输出病灶及临近组织内光能量分布后结束计算程序；

本发明的光纤系统和测定方法的计算确定程序部分的核心为基于浑浊介质内辐射传输理论的光学信号计算方法。辐射传输理论可以表达为一辐射传输方程的微积分方程，其与时间无关的形式可表达如下

s·L(r，s)＝-(μ_a+μ_s)L(r，s)+μ_s∫_4πp(s，s′)L(r，s′)dΩ′。

上式中s为光传播方向的单位矢量，代表矢量点乘算符，代表矢量梯度算符，r为三维空间内的坐标矢量，L(r，s)为光流量(单位面积单位立体角内的光功率)，_a为吸收系数，_s为散射系数，p(s，s’)为散射相函数(正比于光自s’方向散射到s方向的几率)，

代表对三位空间总立体角为4   的s’方向的立体角度积分。基于辐射传输方程的边界值问题通常有两种解法：数值解方法和以蒙特卡罗方法为代表的统计方法。数值解方法为将前述的辐射传输方程转化为差分方程组后根据边界条件求解。蒙特卡罗方法则为根据前述的辐射传输方程所描述的光学传输过程，用许多光子代表入射光束，计算每个光子在三维空间内传输过程的行进轨道。光子的行进轨道由多个随机变量决定，而这些随机变量的分布函数分别由吸收系数，散射系数和散射相函数决定。光子在所考虑的区域边界附近的行进轨道通常根据平行光束在边界面上的反射系数公式处理。在对所有光子(几十万或更多)的行进轨道计算完成后再进行统计分析，从而得到病灶及临近组织内光能量分布。

图2是实现上述蒙特卡罗方法的一种逻辑流程。该方法将混浊介质等价于一包含随机分布的光吸收中心和光散射中心的介质，光吸收中心和光散射中心的浓度与混浊介质的吸收系数，散射系数分别相关，而光吸收中心和光散射中心的随机分布则通过对光子总路程与自由路程的随机分布体现。在蒙特卡罗方法计算开始之前，需要输入入射光参数如光束能量分布和入射方向和代表入射光束的光子数N₀，以及病灶光学参数及三维模型。因为蒙特卡罗方法为统计方法，其结果会包含统计误差，所以需要进行跟踪计算的光子数N₀必须足够大，才能将计算结果中的统计误差降到足够小。但N₀过大会造成计算时间过长。一般情况下N₀在10的6次方至10的10次方之间。

如图2所示，蒙特卡罗计算方法需要对N₀个入射光子逐个进行其在病灶及临近组织内行进路程跟踪计算直至该光子行进结束，也即光子或被组织吸收或溢出组织(也即光子逃逸)。在对每个光子的行进路程跟踪计算开始之前，蒙特卡罗计算程序将根据由组织吸收系数决定的随机分布确定光子的总路程和根据由组织散射系数决定的随机分布确定光子的自由行进路程长度。光子跟踪计算的第一步为跟踪光子沿初始行进方向至其自由行进路程所决定的位置，假设光子在此位置被散射。在光子开始下一自由路程行进之前将对该光子是否被吸收或溢出等条件进行测试。如上述条件之一被满足，则开始下一个光子的行进路程跟踪计算。如上述条件均未被满足，蒙特卡罗计算程序将根据组织的散射相函数(或在确定相函数形式如汉尼-格林斯坦散射相函数下根据测样的各向异性参数)决定散射角度也即下一行进自由路程的方向后，再根据由组织散射系数决定的随机分布确定光子的自由路程长度，从而开始对该光子的行进路程跟踪的反复计算直至光子行进结束。当对某个光子行进路程跟踪计算结束后，蒙特卡罗计算程序比较被跟踪计算光子的累计数N，如N大于N₀，蒙特卡罗计算结束，否则将N增加1后对下一个入射光子开始跟踪计算。当对N₀个入射光子的跟踪计算全部完成后，计算程序对所有被跟踪光子路程进行统计分析从而获得病灶及临近组织内光能量分布并输出。

相对于其他基于辐射传输理论的数值或近似方法，蒙特卡罗方法的算法简洁，可考虑任何复杂的器官形状，其计算精确度可以按需要调节而达到准确快速的要求。蒙特卡罗方法之最重要的优点在于其算法可以充分利用平行及计算方式在由许多计算机上同时计算，从而大大降低所需的计算时间。

更详细而言，本发明的光动力学治疗计划软件中光学计算部分可以输入需要治疗的病人影像文件如x光断层成像资料等即可重建病灶及附近组织的三维结构。将此结构与组织光学参数和入射光参数结合即可通过蒙特卡罗方法获得相应的照射光在病人体内组织中的光能量分布。

本发明提出的光动力学治疗计划软件可以利用基于蒙特卡罗或其它数值计算方法设计的平行计算内核，输入光照治疗前通过荧光和光散射信号测量得到的病灶内及附近的癌与正常组织内光敏剂分子存留浓度比，从而为医生提供针对光敏剂在每个病人体内循环之不同情况的个人最佳光照治疗开始时间之建议。此外，光动力学疗法计划软件系统还可以根据光照治疗前病灶内及附近的癌与正常组织内光敏剂分子存留浓度为医生提供可保证杀死病灶癌细胞光照治疗时间长度和是否进行多次光照治疗之建议。

本发明提出的光动力学治疗计划软件还可以利用基于蒙特卡罗或其它数值计算方法设计的平行计算内核，输入光照过程中通过荧光和光散射信号测量得到的病灶内及附近的癌与正常组织内由于光漂白效应引起的光敏剂浓度下降及残存浓度和病灶癌组织的变化情况，为医生提供病人光照治疗时间是否需要变化及是否需要再次进行光动力学治疗之建议。

Claims (13)

1.一种光动力学治疗计划软件，其特征在于，包括有：

(a)一个用户界面，和用于存储通过用户界面输入的病灶及附近正常组织的光学参数，医生治疗要求和入射光参数初始设定值，存储通过计算机接口输入的病人医学影像文件盒和实时光学信号所反应的光敏剂在病灶及附近正常组织的的残存浓度、以及存储通过用户界面输出满足医生治疗要求的治疗计划的数据库；

(b)根据数据库存储的病人医学影像文件，病灶及附近正常组织的光学参数分布，光敏剂在病灶及附近正常组织的残存浓度和选定的入射光参数，数值计算照射光能量在病灶及附近正常组织内部的分布，并输出与之相应的治疗计划部分；

(c)根据计算治疗计划与数据库存储的医生治疗要求部分所设数据的差距，反复调整入射光参数直至达到医生治疗要求为止的治疗计划比较部分；

(d)根据数据库存储的实时光学信号监测病人体组织癌或非正常细胞内与正常细胞内的光敏剂分子存留浓度比的变化以确定光照的最佳起始时间，以及根据数据库存储的实时光学信号监测在光动力学治疗过程中病人组织细胞内的光敏剂分子存留浓度以确定光照的最佳持续时间的入射光参数设定部分；

(e)光动力学治疗前设定治疗要求、光动力学治疗后使用光动力学诊断方法根据数据库存储的实时光学信号所反应的在病人组织细胞内的光敏剂分子存留浓度测量病灶变化状况以确定是否需要进行光动力学的再次治疗的医生治疗要求部分。

2.根据权利要求1所述的光动力学治疗计划软件，其特征在于，所述的病灶及附近正常组织光学参数部分是基于辐射传输理论定义的吸收系数、散射系数和各向异性参数，由用户通过用户界面输入光动力学疗计划软件的数据库。

3.根据权利要求1所述的光动力学治疗计划软件，其特征在于，所述的实时光学信号包括有：实时荧光、散射光信号。

4.根据权利要求1所述的光动力学治疗计划软件，其特征在于，通过用户界面输入的入射光参数包括有：输送光能的光纤数目、扩散角度，光照功率分布、光照面积、及距离和光照时间。

5.根据权利要求1所述的光动力学治疗计划软件，其特征在于，所述的光学计算部分包括有根据包括医学断层成像资料在内的病人影像文件资料自动生成与病灶及附近正常组织等价的三维浑浊介质数值计算模型。

6.根据权利要求5所述的光动力学治疗计划软件，其特征在于，所述的医学断层成像资料包括有：X光和核磁共振图像文件以及数据库中的病人组织光学参数。

7.根据权利要求1或4所述的光动力学治疗计划软件，其特征在于，所述的光学计算部分还可以是根据入射光参数计算照射光能量在病灶及附近正常组织内部的分布并在计算机显示屏幕上根据使用者的要求作不同投影角度的三维显示。

8.根据权利要求1所述的光动力学治疗计划软件，其特征在于，所述的治疗计划比较部分是将病灶及附近正常组织内部的计算照射光能量分布也即计算治疗计划与医生的治疗方案所要求的光学能量分布进行比较，并通过改变入射光参数调整光照计划方案，直至使入射光参数满足医生治疗方案所要求的在病灶内及附近组织内的光学能量分布为止，调整后的入射光参数通过用户界面作为满足医生治疗要求的治疗计划输出。

9.根据权利要求1所述的光动力学治疗计划软件，其特征在于，所述的输入的实时光学信号部分是由实时荧光和散射光信号测定系统提供的实时荧光和散射光信号，监测光敏剂注射后病人体内组织癌或非正常细胞内与正常细胞内的的光敏剂分子存留浓度比的变化，以提供确定光照的最佳起始时间的依据。

10.根据权利要求1所述的光动力学治疗计划软件，其特征在于，所述的输入的实时光学信号部分是由实时荧光和散射光信号测定系统提供的实时组织光学参数，监测光动力学治疗过程中病人体内组织癌或非正常细胞内与正常细胞内的的光敏剂分子存留浓度比的变化，以提供确定光照的最佳持续时间的依据。

11.根据权利要求1所述的光动力学治疗计划软件，其特征在于，所述的输入的实时光学信号部分还可在光动力学治疗后结合光动力学诊断方法监测病人恢复状况，以提供病人是否需要再次进行光动力学治疗的依据。

12.根据权利要求1或11所述的光动力学治疗计划软件，其特征在于，所述的光动力学诊断方法是在病人体内注射治疗剂量的十分之一至千分之一的光敏剂后，测量病灶及周围正常组织内细胞的光敏剂分子产生的实时荧光和散射光信号，通过与光动力学治疗前的实时荧光和散射光信号相比，确定病灶变化状况，并以此为依据确定是否需要再次进行光动力学治疗。

13.根据权利要求1所述的光动力学治疗计划软件，其特征在于，所述的数据库部分存入所有接受光动力学治疗病人的病史和治疗记录，包括病人在治疗前，治疗中和治疗后的组织光学参数测量结果，各种医学影像文件，各次实时荧光和散射光信号及其变化以及光动力学治疗记录。

Images