高剂量率近距离放射治疗系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于执行高剂量率(HDR)近距离放射治疗的HDR近距离放射治疗系统。本发明还涉及用于通过使用HDR近距离放射治疗系统来执行HDR近距离放射治疗的HDR近距离放射治疗方法和计算机程序。
【背景技术】
[0002]HDR近距离放射治疗是一种形式的癌症治疗，其利用在短时间段内(S卩，例如在几分钟内)直接在靶处或在靶附近递送的高剂量的电离辐射。由于所递送的剂量相对较高，因此仅非常小的、关于剂量被施加于其中的停留位置的误差裕量以及定义在停留位置处施加剂量的时间段的停留时间是可接受的。因此重要的是能够开发定义停留位置和停留时间的准确的处置计划，以及根据该处置计划准确地递送辐射。处置计划一般是基于分割的超声图像来开发的，在所述超声图像中对靶和用于递送剂量的近距离放射治疗导管进行分割。为了开发非常准确的处置计划，因此要求非常准确地在超声图像中分割靶和近距离放射治疗导管。然而，在a)靶和近距离放射治疗导管与b)它们的周围之间固有的超声对比度常常相对较低，这可能导致在超声图像中对靶和近距离放射治疗导管的非常不准确的分割，并且因此导致非常不准确的HDR近距离放射治疗。
【发明内容】
[0003]本发明的目标是提供一种用于执行HDR近距离放射治疗的HDR近距离放射治疗系统，所述HDR近距离放射治疗系统允许执行所述HDR近距离放射治疗的改进的准确性。本发明的另外的目标是提供一种HDR近距离放射治疗方法和用于通过使用所述HDR系统来执行所述HDR近距离放射治疗的计算机程序。
[0004]在本发明的第一方面中，提出了一种用于执行HDR近距离放射治疗的HDR近距离放射治疗系统，其中，所述HDR近距离放射治疗系统包括:
[0005]-近距离放射治疗导管，其要被插入到活体内部的靶区域中或要被插入为靠近活体内部的靶区域，
[0006]-细长引入元件，其具有辐射源，所述细长引入元件用于将由所述辐射源发出的辐射施加到所述靶区域，其中，所述近距离放射治疗导管和所述引入元件适于允许所述引入元件被引入到所述近距离放射治疗导管中，
[0007]-超声成像设备，其用于通过将超声辐射发送到所述活体的内部中并且通过测量由所述活体的所述内部反射的超声辐射来生成所述活体的所述内部的超声图像，
[0008]-超声传感器，其用于被布置在所述近距离放射治疗导管在所述活体内的定位处，其中，所述超声传感器适于基于由所述超声成像设备发送的并由所述超声传感器接收到的超声辐射来生成超声信号，
[0009]-位置确定单元，其用于基于所生成的超声信号来确定所述超声传感器的位置，并且用于当所述引入元件已经被引入到所述近距离放射治疗导管中时，基于所述超声传感器的所确定的位置来确定所述近距离放射治疗导管在所述活体内的姿态和形状和/或所述辐射源的位置。
[0010]由于在生成所述超声信号时所述超声传感器被布置在所述近距离放射治疗导管在所述活体内的定位处，其中，所述超声传感器的位置能够基于所生成的超声信号得以准确地确定，并且由于当具有所述辐射源的所述引入元件已经被引入到所述近距离放射治疗导管中时所述近距离放射治疗导管在所述活体内的所述姿态和所述形状和/或所述辐射源的所述位置是基于所述超声传感器的经准确确定的位置来确定的，因此所述近距离放射治疗导管的所述姿态和所述形状和/或所述辐射源的所述位置能够得以准确地确定，而不一定要求对所述超声图像的分割。这允许基于所述近距离放射治疗导管的经准确确定的姿态和形状和/或所述辐射源的经准确确定的位置来对处置计划进行准确确定并且根据所述处置计划对辐射的准确递送。
[0011]所述细长引入元件优选为适于在所述近距离放射治疗导管内移动所述辐射源的源缆线。所述超声成像设备优选为二维或三维超声成像设备。其可以包括经直肠超声(TRUS)探头。所述超声传感器例如为锆钛酸铅(PZT)超声传感器。
[0012]所述HDR近距离放射治疗系统能够包括一个或几个近距离放射治疗导管。此外，一个或几个超声传感器能够被布置在各自的近距离放射治疗导管在所述活体内的定位处。尤其地，所述HDR近距离放射治疗系统能够包括用于被布置在所述近距离放射治疗导管在所述活体内的定位处的几个超声传感器，其中，所述超声传感器适于基于由所述超声成像设备发送的并由所述超声传感器接收到的超声辐射来生成超声信号，其中，所述位置确定单元能够适于基于所生成的超声信号来确定所述近距离放射治疗导管在所述活体内的位置。所述活体优选为人，但也能够为动物。
[0013]所述HDR近距离放射治疗系统可以包括装备有所述超声传感器的导丝，其中，所述导丝可以适于被插入到所述近距离放射治疗导管中，以将所述超声传感器布置在所述近距离放射治疗导管在所述活体内的定位处。优选地，所述导丝装备有被布置在所述导丝的端部处的超声传感器。尤其地，所述导丝可以仅装备有被布置在所述导丝的端部处的单个超声传感器。然而，在一实施例中所述导丝可以装备有不被布置在所述导丝的端部处的至少一个另外的超声传感器。备选地或额外地，所述近距离放射治疗导管可以装备有所述超声传感器，以将所述超声传感器布置在所述近距离放射治疗导管的定位处，并且/或者所述引入元件可以装备有所述超声传感器，使得当所述引入元件已经被引入到所述近距离放射治疗导管中时所述超声传感器被布置在所述近距离放射治疗导管的定位处。
[0014]在一实施例中，导丝装备有所述超声传感器，其中，所述导丝适于被插入到所述近距离放射治疗导管中，以将所述超声传感器布置在所述近距离放射治疗导管在所述活体内的所述定位处，其中，所述导丝适于被插入到所述近距离放射治疗导管中并且适于被从所述近距离放射治疗导管收回，其中，所述超声传感器适于在所述导丝被插入到所述近距离放射治疗导管中和/或所述导丝被从所述近距离放射治疗导管收回时生成超声信号，并且其中，所述位置确定单元适于基于在所述导丝被插入到所述近距离放射治疗导管中和/或所述导丝被从所述近距离放射治疗导管收回时生成的所述超声信号来确定所述超声传感器的不同位置，并且适于基于所述超声传感器的所确定的位置来确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状。这允许通过仅使用被优选地布置在所述导丝的端部处的单个超声传感器来确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状。
[0015]所述超声成像设备优选地适于使得在所述导丝的移动期间所述超声传感器处于所述超声成像设备的视场中，以便允许所述超声传感器在每个位置处生成所述超声信号，所述超声信号应当用于确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状。所述超声成像设备因此优选为三维超声成像设备。然而，如果被附接到导丝的超声传感器用于确定所述近距离放射治疗导管的位置和形状，则所述超声成像设备也能够为二维超声成像设备。尤其地，所述超声成像设备能够为用于生成所述活体内的成像平面的二维图像的二维超声成像设备，其中，所述成像平面的位置是能修改的，以便将超声辐射发送到所述活体内的不同区域中，从而允许所述超声传感器在所述超声传感器处于在所述导丝的插入和/或收回期间的不同位置处时生成所述超声信号，其中，所述系统还能够包括成像平面位置提供单元和导丝控制单元，其中，所述成像平面位置提供单元用于提供所述成像平面的各自位置，所述导丝控制单元用于基于所述成像平面的所确定的位置来控制所述导丝的所述插入和/或所述收回而使得当修改所述成像平面的所述位置时所述超声传感器处于所述成像平面内，其中，所述位置确定单元适于基于所生成的超声信号和所述成像平面的所提供的各自位置来确定所述超声传感器的位置。这允许通过使用仅装备有单个超声传感器的导丝来确定所述近距离放射治疗导管的位置和形状，即使所述超声成像设备为二维超声成像设备。
[0016]在另外的实施例中，所述导丝装备有几个超声传感器，其中，每个超声传感器均适于基于由所述超声成像设备发送的并由各自的超声传感器接收到的超声辐射来生成超声信号，其中，所述位置确定单元适于a)针对每个超声传感器，基于在所述导丝的所述插入和/或所述收回期间生成的各自的超声信号来确定各自的超声传感器的不同位置的集合，b)针对所述各自的超声传感器的不同位置的每个集合，确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状，从而确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状的集合，以及c)对所述近距离放射治疗导管的所确定的姿态和形状的集合中的姿态和形状求平均，以确定所述近距离放射治疗导管的平均姿态和平均形状。这能够进一步改进确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状的准确性。
[0017]所述位置确定单元能够适于基于所述超声传感器的所确定的位置，通过将对所述近距离放射治疗导管进行建模的曲线拟合到所述超声传感器的所确定的位置来确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状。所述拟合流程能够考虑由所述近距离放射治疗导管的已知机械特性强加的约束，如所述近距离放射治疗导管的最大可能弯曲度。这也能够得到对所述近距离放射治疗导管的所确定的姿态和形状的进一步改进的准确性。
[0018]在一实施例中，所述系统包括用于被沿着所述近距离放射治疗导管的长度布置的几个超声传感器，其中，每个超声传感器均适于基于由所述超声成像设备发送的并由各自的超声传感器接收到的超声辐射来生成超声信号，其中，所述位置确定单元适于基于由所述超声传感器生成的所述超声信号来确定所述超声传感器的位置，并且适于基于所确定的位置来确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状。例如，所述导丝可以装备有几个超声传感器，其中，每个超声传感器均可以适于基于由所述超声成像设备发送的并由所述各自的超声传感器接收到的超声辐射来生成超声信号，其中，所述位置确定单元能够适于当所述导丝已经被插入到所述近距离放射治疗导管中时，基于由所述超声传感器生成的所述超声信号来确定所述超声传感器的位置，并且适于基于所确定的位置来确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状。备选地或额外地，所述近距离放射治疗导管可以装备有几个超声传感器，其中，每个超声传感器均可以适于基于由所述超声成像设备发送的并由所述各自的超声传感器接收到的超声辐射来生成超声信号，其中，所述位置确定单元可以适于基于由所述超声传感器生成的所述超声信号来确定所述超声传感器的位置，并且适于基于所确定的位置来确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状。这允许非常准确地确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状，而不要求在对所述近距离放射治疗导管的姿态和形状的确定期间移动所述导丝或所述近距离放射治疗导管。尤其地，如果所述近距离放射治疗导管装备有被沿着所述近距离放射治疗导管的长度布置的几个超声传感器，则所述近距离放射治疗导管的姿态和形状能够在所述近距离放射治疗期间，即，在所述辐射源在所述近距离放射治疗导管内被移动时，得以非常准确地确定。
[0019]针对该确定，能够使用三维超声成像设备，其中，应当用于确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状的全部超声传感器被布置在所述超声成像设备的视场内。然而，代替使用三维超声成像设备，也可以使用二维超声成像设备以用于基于几个超声传感器来确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状。尤其地，所述超声成像设备能够为用于生成所述活体内的成像平面的二维图像的二维超声成像设备，其中，所述成像平面的位置是能修改的，以便将超声辐射发送到所述活体内的不同区域中，从而允许所述几个超声传感器基于由所述超声成像设备发送的并由所述各自的超声传感器接收到的超声辐射来生成超声信号，其中，所述系统还可以包括用于提供所述成像平面的各自位置的成像平面位置提供单元，其中，所述位置确定单元可以适于基于由所述超声传感器生成的各自的超声信号和所述成像平面的所确定的各自位置来确定所述超声传感器的位置。因此，能够通过移动由所述二维超声成像设备定义的成像平面而使得应当用于确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状的每个超声传感器至少一次处于所述成像平面内来确定所述超声传感器的位置，其中，可以通过移动，尤其是平移和/或旋转所述二维超声成像设备来修改所述成像平面的位置。这允许基于对沿着所述近距离放射治疗导管的长度布置的超声传感器的位置的确定来确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状，而不一定要求具有覆盖不同超声传感器的位置的视场的三维超声成像设备。
[0020]也在该实施例中，所述位置确定单元可以适于通过将对所述近距离放射治疗导管的姿态和形状进行建模的曲线拟合到所述超声传感器的所确定的位置来确定所述近距离放射治疗导管的姿态和形状。此外，该拟合流程也能够考虑由所述近距离放射治疗导管的已知机械特性强