用于向对象内的靶区域施加辐射的系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于向对象内的靶区域施加辐射的系统。如近距离放射治疗导管的引入元件(12)被插入到所述对象中，并且辐射源(10)在引入元件内移动，从而位于所述靶区域内或靠近所述靶区域。所述靶区域被加热，其中，根据沿着引入元件的温度来控制辐射源在引入元件内的移动。对象对于在沿着引入元件的长度的各位置处由辐射源发出的辐射的易受性能够取决于在各位置处的温度，使得可以通过根据沿着引入元件的长度的温度来控制辐射源的移动来优化对辐射的施加。
【专利说明】
用于向对象内的靶区域施加辐射的系统
技术领域
[0001] 本发明涉及用于向对象内的靶区域施加辐射的系统、方法和计算机程序。
【背景技术】
[0002] 用于向对象内的靶区域施加辐射的系统例如是高剂量率(HDR)近距离辐射治疗系 统。HDR近距离辐射治疗系统包括被引入到靶区域中的近距离辐射治疗导管，其中在近距离 辐射治疗导管内，将放射性辐射源移动到不同的停留位置(dwell position)，所述放射性 辐射源在所述停留位置处被定位各自的停留时间。在不同的停留位置处靶区域被由放射性 辐射源发出的放射性辐射处置各自的停留时间。
[0003] 由辐射源发出的辐射例如主要通过生成攻击待破坏的肿瘤DNA细胞的氧自由基来 破坏仅含有相对低量氧的癌组织，这可能导致施加辐射的效力下降。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种用于向对象内的靶区域施加辐射的系统、方法和计算机 程序，其中，能够提尚施加福射的效力。
[0005] 在本发明的第一方面中，提出了一种用于向对象内的靶区域施加辐射的系统，其 中，所述系统包括：
[0006] 细长引入元件，其用于被插入到所述对象中，并且用于将发出要被施加到所述靶 区域的辐射的辐射源引入到所述对象中；
[0007] 移动单元，其用于在所述引入元件内移动所述辐射源，使得所述辐射源被定位在 所述靶区域内或靠近所述靶区域；
[0008] 加热单元，其用于加热所述革E区域；
[0009] 温度确定单元，其用于确定沿着所述引入元件的长度的温度；以及
[0010] 控制单元，其用于根据所确定的温度来控制所述移动单元。
[0011] 所述对象对于由所述辐射源在沿着所述引入元件的长度的各位置处发出的辐射 的敏感性能够取决于在所述各位置处的温度。例如，如果所述对象是如人或动物的生物，如 果被辐照的区域具有增高的氧水平，则所施加的辐射能够更有效，其中，能够通过加热来实 现这样的增高的氧水平，因为这将导致更高的血液循环和氧供应。因此，确定沿着所述引入 元件的长度的温度并且根据所确定的温度来控制所述辐射源在所述引入元件内的移动允 许施加辐射的最优效果。
[0012] 所述加热单元可以适于通过微波、射频和/或超声来加热所述靶区域。所述引入元 件优选是细长的中空引入元件，如导管或针，尤其是近距离放射治疗导管。所述系统优选地 适于在加热所述靶区域时和/或在已经加热所述靶区域之后执行HDR治疗。
[0013] 在实施例中，所述控制单元适于控制所述移动单元，使得所述辐射源被移动到所 述对象内的位置并停止在所述对象内的位置处，在所述位置处所确定的温度大于预定义的 阈值温度。取决于所确定的温度的对所述辐射源在所述引入元件内的移动的这种控制能够 导致向所述靶区域施加辐射的进一步提高的效力。
[0014] 此外，所述系统可以包括靶区域提供单元，所述靶区域提供单元用于提供所述靶 区域在所述对象内的位置，其中，所述温度确定单元可以适于基于所确定的沿着所述引入 元件的长度的温度以及所提供的靶区域来确定所述靶区域内的温度，并且其中所述控制单 元可以适于控制所述移动单元，使得如果所确定的所述靶区域内的温度低于预定义的阈值 温度，则不将所述辐射源引入到所述对象中或将所述辐射源从所述对象缩回。具体而言，如 果所述靶区域不处于高热，则可以停止治疗递送。所确定的所述靶区域内的温度例如可以 是所述靶区域内沿着所述引入元件的长度的温度的平均值、这些温度的最小值、这些温度 的最大值等。在实施例中，所述控制单元可以适于控制所述移动单元，使得如果所述靶区域 内沿着所述引入元件的长度的单个、预定量的或所有温度低于所述预定义的阈值温度，则 不将所述辐射源引入到所述对象中或将所述辐射源从所述对象缩回。此外，所述系统可以 包括输出单元，所述输出单元用于在所确定的所述靶区域内的温度低于预定义的阈值温度 的情况下输出警报，即例如，在所述靶区域不处于高热的情况下可以生成警报。然后用户可 以通过将所述辐射源从所述对象移除来停止对所述靶区域的辐射施加，由此确保仅在辐射 非常有效的情况下将辐射施加到所述对象，尤其是所述靶区域。
[0015] 在实施例中，所述系统包括靶区域提供单元，其用于提供所述靶区域在所述对象 内的位置；以及计划生成单元，其用于基于所提供的所述靶区域在所述对象内的位置和所 确定的温度来生成定义所述辐射源在所述对象内的停留位置和停留时间的计划，其中，所 述控制单元适于根据所生成的计划来控制所述移动单元。所述计划的生成还包括对现有计 划的调整。甚至可以在治疗递送期间执行所述调整。所述计划生成单元可以适于生成所述 计划，使得其仅将停留位置定义在所述对象内在其处所确定的温度大于预定义阈值温度的 位置处。此外，所述计划生成单元可以适于生成所述计划，使得在停留位置处的停留时间取 决于在所述停留位置处的温度。例如，如果在所述靶区域内的位置处的温度高于阈值温度， 使得能够假设氧水平增高，但如果所述温度仍相对较低，则所述停留时间可能较大，然而， 如果所述温度较大，则在该位置处所述停留时间可能较小。生成所述计划不仅例如取决于 所述靶区域的位置，而且还取决于所述靶区域内的当前温度分布，能够进一步提高向所述 靶区域施加辐射的效力。
[0016] 在优选实施例中，所述引入元件包括沿着所述引入元件的长度布置的光纤，所述 光纤用于生成指示沿着所述引入元件的长度的温度的光学信号，其中，所述温度确定单元 适于基于所生成的光学信号来确定沿着所述引入元件的长度的温度。所述光纤优选包括用 于生成所述光学信号的布拉格光栅。备选地或额外地，所述温度确定单元能够适于以另一 方式确定沿着引入元件的温度。例如，能够使用基于图像的温度测量技术来确定沿着所述 引入元件的长度的温度。具体而言，可以使用磁共振或超声温度测量技术来确定沿着导管 的长度的温度。在实施例中，通过分割来确定所述引入元件在图像中的位置，并且基于在所 述引入元件的所确定的位置处的图像值来确定沿着所述引入元件的长度的温度。所述系统 还可以包括位置确定单元，所述位置确定单元用于尤其是基于所述光学信号来确定所述引 入元件的位置。此外，所述计划生成单元可以适于基于所提供的所述靶区域在所述对象内 的位置、所确定的温度和所确定的所述引入元件的位置来生成定义所述辐射源在所述对象 内的停留位置和停留时间的计划，其中，所述控制单元可以适于根据所生成的计划来控制 所述移动单元。基于所述光学信号尤其是基于所生成的光学形状感测信号来确定所述引入 元件的位置允许对所述引入元件在所述对象内的位置的非常准确的确定，其中，能够使用 该非常准确地确定的位置，以便最初(尤其是实时地)生成或调整定义所述辐射源的停留位 置和停留时间的计划。这能够导致向靶区域施加辐射的进一步增加的效力。然而，所述位置 确定单元还能够适于以其它方式确定所述引入元件的位置，例如通过使用电磁跟踪技术、 超声跟踪技术等来确定。在实施例中，所述系统包括：图像提供单元，其用于提供至少示出 所述靶区域的所述对象的图像；以及输出单元，其包括显示器，所述显示器用于基于所确定 的所述引入元件的位置来显示叠加有对所述引入元件的表示的图像。这允许用户检查所述 引入元件是否在所述对象内的期望位置处。
[0017] 所述靶区域提供单元可以适于基于所提供的所述对象的图像来确定所述靶区域 的位置。例如，所述靶区域提供单元可以适于在所提供的图像中分割所述靶区域，以便确定 所述靶区域的位置。
[0018] 所述输出单元可以适于根据所确定的温度来输出单个值。所述单个值可以是尤其 在所述靶区域内的最小值、最大值或平均值。此外，所述系统可以包括若干引入元件，所述 引入元件用于被插入到所述对象中并且用于将辐射源引入到所述对象中，其中，可以通过 使用例如沿着所述引入元件的长度布置的光纤来沿着所述引入元件的长度确定所述温度， 以便基于所述光学信号来确定所述对象内的三维温度分布。
[0019] 在实施例中，所述系统包括图像提供单元，所述图像提供单元用于提供至少示出 所述靶区域的所述对象的图像，其中，所述温度确定单元适于基于所述光学信号来确定沿 着所述引入元件的长度的第一温度，并且适于通过使用图像-温度变换过程基于所提供的 图像来确定第二温度，其中，通过使用所述第一温度来校准所述图像-温度变换过程。所述 图像提供单元可以包括超声成像设备或磁共振成像设备。因此，例如基于所述光学信号而 获得的所述温度能够被用于校准另一基于图像的温度测量流程，其中，在已经执行了该校 准之后，从所述基于图像的温度测量流程获得的温度能够被用于确定例如所述靶区域内的 温度。例如，能够在显示器上示出该额外的温度信息和/或由所述控制单元使用该额外的温 度信息来控制所述移动单元，这可以导致向所述靶区域施加辐射的进一步提高的效力。具 体而言，沿着所述引入元件的长度确定的所述温度可以被直接用于控制所述移动单元和/ 或沿着所述引入元件的长度确定的所述温度可以被间接地用于控制所述移动单元，其中， 在后一种情况下，沿着所述引入元件的长度的温度可以被用于校准图像-温度变换，并且可 以基于经校准的图像-温度变换来确定例如所述靶区域内的温度。
[0020] 所述温度确定单元可以适于确定沿着所述引入元件的整个长度或沿着所述引入 元件的长度的部分的温度。在后一种情况下，可以沿着所述引入元件的长度的被布置在所 述靶区域内的部分来确定温度。
[0021] 所述系统优选还包括控制单元，所述控制单元用于根据所确定的温度来控制所述 加热单元。例如，能够控制所述加热单元，使得所述靶区域尤其是整个靶区域具有大于预定 义的阈值温度的温度，以便确保当将辐射源放置在所述靶区域内或靠近所述靶区域时，所 述靶区域处于高热条件中。这能够导致向所述靶区域施加辐射的进一步提高的效力。
[0022] 在本发明的另一方面中，提出了一种用于向对象内的靶区域施加辐射的方法，其 中，所述方法包括：
[0023]通过使用加热单元来加热所述祀区域；
[0024]通过温度确定单元来确定沿着细长的引入元件的长度的温度，所述引入元件已经 被插入到所述对象中，以将发出要被施加到所述靶区域的辐射的辐射源引入到所述对象 中；以及
[0025] 通过控制单元来控制用于在所述引入元件内移动所述辐射源的移动单元，使得所 述辐射源根据所确定的温度而被定位在所述靶区域内或靠近所述靶区域。
[0026] 在本发明另一方面中，提出一种用于向对象内的靶区域施加辐射的计算机程序， 其中，所述计算机程序包括程序代码单元，所述程序代码单元用于当在控制根据权利要求1 所述的系统的计算机上运行所述计算机程序时，令所述系统执行根据权利要求14所述的方 法的步骤。
[0027] 应当理解，权利要求1所述的系统、权利要求14所述的方法以及权利要求15所述的 计算机程序具有类似和/或相同的优选实施例，特别是如从属权利要求中所定义的。
[0028] 应当理解，本发明的优选实施例还可以是从属权利要求或上述实施例与各自的独 立权利要求的任何组合。
[0029] 根据下文描述的实施例所阐明并结合所述实施例，本发明的这些和其它方面将变 得显而易见。
【附图说明】
[0030] 在附图中：
[0031] 图1示意性且示范性地示出了用于向对象内的靶区域施加辐射的系统的实施例；
[0032] 图2示意性且示范性地示出了所述系统的要被插入到对象中以向靶区域施加辐射 的引入兀件；
[0033]图3示意性且示范性地图示了在引入元件在已经被插入到对象中之后的可能布 置；
[0034]图4示意性且示范性地示出了引入元件的截面图；
[0035] 图5示意性且示范性地示出了在沿着引入元件的长度的不同位置处所确定的温度 的可视化;并且
[0036] 图6示出了示范性地图示用于向对象内的靶区域施加辐射的方法的实施例的流程 图。
【具体实施方式】
[0037] 图1示意性且示范性地示出了用于向对象内的靶区域施加辐射的系统。在该实施 例中，系统1是近距离放射治疗系统，其用于向躺在支撑部件3(例如台）上的对象2施加近距 离放射治疗。近距离放射治疗系统1包括放置单元5,其用于将放射源靠近对象2内的靶区域 放置或放置在对象2内的靶区域内，以将由辐射源发出的辐射引导到靶区域。辐射源10优选 是发出如Ir-192的放射性辐射的放射性辐射源。在图2中更详细地示例性且示范性地示出 了放置单元5。
[0038] 放置单元5包括若干细长的引入元件12,在该实施例中所述引入元件是导管，所述 引入元件具有用于被引入到对象2中的端部20。放置单元5还包括驱动线13,辐射源10被附 接到所述驱动线，其中，驱动线13与辐射源10可以在导管12的每个中移动以在期望的停留 位置处将辐射源10放置期望的停留时间。放置单元5还包括移动单元14,所述移动单元也被 认为是后装机(afterloader)，并且其适于通过使用马达将辐射源10引入到不同的导管12 中并在不同导管12内移动辐射源10。具体而言，移动单元14可以适于通过与不同导管12连 接的索引器来驱动辐射源10。对于关于这种将辐射源10放置在对象内的更多细节，可以参 考J.Venselaar和J.Perez Calatayud编写的 "A Practical Guide to Quality Control of Brachytherapy Equipment"（European Society for Therapeutic Radiology and Oncology，2004年），通过引用将其并入本文。
[0039] 放置单元还可以包括用于帮助在对象2内的期望的停留位置将辐射源放置期望的 停留时间的元件。例如，放置单元可以包括能够用于以更一致的配置将导管插入到对象2中 的模板。
[0040] 在该实施例中，系统1适于处置前列腺内的靶区域，所述靶区域优选是肿瘤区域。 可以将辐射源放置在靶区域内和/或靠近靶区域，即具体是与靶区域相邻。图3示意性且示 范性示出了在放置单元5的导管12在前列腺11内的可能布置。
[0041] 每个导管12包括具有布拉格光栅的光纤。具体而言，如在图4中示意性且示范性示 出的，每个导管12可以在外壁16内包括具有布拉格光栅的三根光纤17,其中这三根光纤17 可以呈角度地等距分布，即它们可以具有距彼此的120度的角度距离。系统1还包括光学感 测控制单元9,其用于通过使用具有布拉格光栅的光纤17来生成指示沿着各导管12的温度 以及各导管12在对象内的位置的光学信号。
[0042] 例如，每根光纤17可以包括长度为8mm的十个布拉格光栅，并沿着各光纤17以20mm 的距离进行分开。光纤17可以连接到光学感测控制单元9的宽带的源和探测器。每个布拉格 光栅的峰值反射波长由于张力和温度的变化而移位，使得这些移位可以被用于重建沿着各 导管12的形状和温度。具体而言，可以重建整体的各导管12相对于各已知的锚定位置的形 状，以便确定各导管12的每个部分或段的位置，并且可以确定在沿着各导管12的长度的不 同部分或段处的温度。例如，可以通过如下给出取决于张力ε和温度变化AT的峰值反射波 长λβ的移位Δ λβ
[0043]
[0044] 其中，ks和kT表示常量，其可以通过校准测量进行确定，并且其中，该等式可以与同 一导管12的三根光纤17具有距彼此的120度的角度距离的知识一起使用，以确定各导管12 的形状和沿着各导管12的长度的温度。可以通过内插值来确定在其处已经确定了温度的不 同部分或段之间的温度。对于关于基于光学信号确定各导管12的形状以及由此的各导管12 的位置以及沿着各导管12的长度的温度的更多细节，例如可以参考F.T.S. Yu等人的"Fiber Optic Sensors"（Marcel Dekker Inc.，2002年），尤其是该书的第四章，通过引用将其并入 本文。由温度确定单元13执行对沿着各导管12的长度的温度的确定，并且由位置确定单元 35确定各导管12的形状以及由此的各导管12的位置。
[0045] 系统1还包括成像单元4、8,在该实施例中所述成像单元是超声单元。超声单元包 括超声探头4和超声控制单元8。超声探头4可以被放置在对象2的外部表面上，如图1示例性 和示范性示出的，或者超声探头可以被布置在对象2内，以便生成对象2(尤其是靶区域）的 图像。例如，超声探头可以是经直肠的超声探头。可以在显示器41上向用户示出所生成的图 像，以便在将导管12引入到对象2中的同时引导用户。在另一实施例中，成像单元可以是另 一种成像设备，如磁共振成像设备。由于成像单元4、8提供示出包括靶区域的对象2的图像， 成像单元4、8可以被视为图像提供单元。
[0046] 在实施例中，可以将由位置确定单元35所确定出的导管12在对象2内的位置与成 像单元4、8所提供的对象的图像配准，以便允许显示器41基于所确定的导管12的位置示出 图像内导管12的表示。此外，靶区域提供单元32可以适于基于由成像单元4、8例如通过分割 所提供的图像内的靶区域而提供的图像来确定靶区域在对象2内的位置。基于所确定的靶 区域在对象2内的位置，可以在显示器41上示出该靶区域的表示。这样，显示器41可以在将 导管12引入到对象2中的同时引导用户。
[0047] 作为对生成对象2的当前图像的替代或补充，成像单元可以适于提供介入前图像， 其中，也是在这种情况下，可以将所确定的导管12在对象2内的位置与由成像单元提供的对 象2的图像配准，以便允许显示器41示出叠加有所提供的图像的导管12的表示。为了将所确 定的导管12的位置与所提供的图像配准，可以使用已知的配准技术，所述技术可以基于在 由成像单元生成的图像中检测装备有具有布拉格光栅的光纤的导管，同时基于光学信号确 定导管的位置。
[0048]系统1还包括用于加热靶区域的加热单元30。例如，加热单元可以适于通过使用超 声技术、微波技术或射频技术来加热靶区域。具体而言，加热单元可以适于执行经尿道的微 波加热或高强度聚焦超声(HIFU)加热，其中，超声射束可以通过使用弯曲的换能器或相控 阵列而被聚焦到可以被定位在靶区域内的小的聚焦区。对于关于HIFU加热的更多细节可以 参考例如T.Khokhlova和J.Hwang的"HIFU for palliative treatment of pancreatic cancer"（Journal of Gastrointestinal Oncology，2011年，第2卷，第3号，第175-184页）， 通过引用将其并入本文。在实施例中，可以将用于生成超声图像的超声单元与基于超声的 加热单元集成。然而，如图1所示意性图示的，用于生成超声图像的超声单元和基于超声的 加热单元还可以是分开的单元。
[0049]系统还包括用于根据所确定的温度来控制移动单元14的近距离放射治疗控制单 元15。控制单元15优选还适于根据所提供的靶区域的位置来控制移动单元14。具体而言，近 距离放射治疗控制单元15适于控制移动单元14,使得将辐射源10移动到靶区域内或靠近 (即邻近)靶区域的位置并停止在所述位置处，在所述位置处，所确定的温度大于预定义的 阈值温度。该阈值温度优选是预定义的，使得在靶区域内或靠近靶区域的位置处靶区域处 于高热条件，以便增加向靶区域施加辐射的效力。靠近靶区域的位置优选是相邻的或周围 的足够靠近以允许由辐射源发出的辐射处置靶区域的位置。
[0050]近距离放射治疗控制单元15优选适于控制移动单元14,使得靶区域的温度低于预 定义的阈值温度时，辐射源10不被引入到对象2中或将辐射源10从对象2缩回，其中，所述温 度可以是靶区域内测得的所有温度的平均温度。该阈值温度可以是预定义的，使得在靶区 域具有大于阈值温度的温度的情况下，靶区域处于高热条件。此外，在实施例中，近距离放 射治疗控制单元15可以适于在靶区域内的测量温度的每个位置处，温度都低于预定义的阈 值温度的情况下，不将辐射源引入到对象2中或者将辐射源10从对象2缩回。作为阈值温度， 可以使用40摄氏度或更大的温度。在实施例中，可以控制加热单元30使得靶区域应该具有 在40到45摄氏度的范围内的温度，其中，尤其在这种情况下，阈值温度可以是40摄氏度。
[0051]此外，在靶区域内确定的温度中的至少一个温度低于预定义的阈值温度的情况下 和/或在靶区域的平均温度低于预定义的阈值温度的情况下，显示器41或如声学输出单元 的另一输出单元可以适于输出警报。此外，在实施例中，如果辐射源被定位在对象2内的特 定停留位置处，尤其是靠近靶区域或在靶区域内，并且如果在该停留位置处的温度小于阈 值温度，则可以输出警报。
[0052]近距离放射治疗控制单元15可以适于根据定义辐射源10在对象2内的停留位置和 停留时间的计划来控制移动单元14,其中，可以已经通过计划生成单元31生成了该计划。计 划生成单元31可以适于基于所提供的靶区域的位置、所确定的沿着导管12的长度的温度以 及所确定的导管12的位置来生成计划。计划生成单元31可以适于最初地生成计划和/或通 过调整现有计划来生成计划。具体而言，可以基于沿着导管12的当前温度和/或导管12的当 前位置和/或靶区域的当前位置来实时地调整计划。近距离放射治疗控制单元15可以适于 根据定义最优停留位置和停留时间的实时调整的计划来移动辐射源10。计划生成单元31可 以适于生成计划，使得其仅在靶区域内或靠近靶区域的在其中所确定的温度大于预定义的 阈值温度的区域中定义停留位置。此外，计划生成单元31可以适于生成计划，使得在停留位 置处的停留时间取决于停留位置处的温度。一般地，计划生成单元31可以包括计划生成规 贝1J，其取决于靶区域的位置、导管的位置和沿着导管的温度来定义停留位置和停留时间。 [0053]系统1还包括加热控制单元34,其用于根据所确定的温度来控制加热单元30。例 如，控制单元34可以控制加热单元30,使得至少在由计划生成单元生成的计划所定义的停 留位置处，温度大于预定义的阈值温度。具体而言，加热控制单元34可以适于控制加热单元 30,使得沿着导管12确定的并且针对靶区域内的位置确定的所有温度都大于预定义的阈值 温度。
[0054]系统1还包括输入单元40，如键盘、计算机鼠标、触摸板等，以便允许用户例如向系 统1输入命令，如用于开始近距离放射治疗流程的开始命令、用于停止近距离放射治疗过程 的停止命令等。输入单元40还可以被用于输入定义近距离放射治疗流程的参数，如停留位 置和停留时间。
[0055] 显示器41可以适于针对整个靶区域显示单个温度值。例如，可以基于针对沿着在 靶区域内的导管12的位置所确定的所有温度针对靶区域确定最小温度值、最大温度值或平 均温度值，并且可以在显示器41上示出所述最小温度值、最大温度值或平均温度值。然而， 当然还可能例如如图5中示意性和示范性图示的，显示示出沿着导管长度的温度值的图表。 图5以开尔文示出了针对以任意单元沿着导管的长度的的不同位置z的相对温度T。在图5中 示意性和示范性图示的位置z与沿着各导管的布拉格光栅的不同位置相对应。例如可以通 过内插值确定针对图5中示出的位置之间的位置的温度值。针对存在布拉格传感器(即布拉 格光栅)的位置确定的温度和针对中间位置的内插值温度例如可以由计划生成单元31用于 生成定义停留位置和停留时间的计划，其中，近距离放射治疗控制单元15可以根据计划控 制移动单元14,以便根据温度间接地（即经由计划)控制移动单元14,和/或温度可以由近距 离放射治疗控制单元15直接用于控制移动单元，以根据沿着导管长度的温度在导管内移动 辐射源，和/或温度可以由加热控制单元34用于根据沿着导管长度的温度来控制加热单元 30。另外，可以基于沿着不同导管的长度的温度来确定二维或三维温度图。
[0056]温度确定单元13可以适于使用沿着导管12的长度确定的温度来校准图像-温度变 换过程，可以对由成像单元4、8生成的图像应用所述图像-温度变换过程。例如，成像单元4、 8可以适于使用超声温度测量，其中，超声图像被变换为温度分布。以通过使用超声温度测 量确定对象的温度来校准该超声温度测量技术，同时温度是根据基于光学信号的温度确定 而已知的。在另一实施例中，也可以通过使用基于光学信号沿着导管确定的温度来校准另 一基于图像的温度确定技术，如基于磁共振图像的温度确定技术。接着还可以在显示器41 上示出通过经校准的基于图像的温度确定技术所确定的温度，并由计划生成单元31、近距 离放射治疗控制单元15和/或加热控制单元34使用所述温度。在下文中，将结合图6中所示 的流程图示范性描述向在对象内的靶区域施加辐射的方法的实施例。
[0057]在已经将导管12插入到对象2中以使得它们靠近靶区域或在靶区域内之后，并且 在通过导管12将辐射源10引入到对象2中以使得其被定位为靠近靶区域或在靶区域内之前 或期间，在步骤101中，通过使用加热单元30来加热靶区域。在步骤102中，通过使用沿着导 管12的长度布置的光纤17来生成指示沿着导管12的长度的温度的光学信号，其中，在步骤 103中，由温度确定单元13基于光学信号来确定沿着导管12的长度的温度。在步骤104中，由 近距离放射治疗控制单元15根据所确定的温度控制移动单元14,使得辐射源10被移动到在 靶区域内或靠近靶区域的位置。至少步骤102-104可以被循环执行，使得持续测量温度，并 且根据沿着导管的长度的当前存在的温度(即温度分布)来控制辐射源在导管内的移动。 [0058] 高热是一种癌症处置，其中将身体组织暴露于高温，即例如暴露于40-45摄氏度范 围内的温度，以便破坏并杀死癌细胞。高热可以应用于相对小的区域中，例如肿瘤区域，其 中可以使用递送能量以加热肿瘤区域的技术，如微波技术、射频技术或超声技术。辐射治疗 是另一种癌症处置，其中使用电离辐射来控制或杀死恶性肿瘤细胞。可以使用外部射束辐 射治疗(EBRT)、永久间质源（低剂量率近距离放射治疗）或临时间质源(HDR近距离放射治 疗)来施予电离辐射。
[0059] 高热和辐射治疗彼此补充。电离辐射主要通过生成攻击肿瘤DNA的氧自由基来破 坏癌症组织。因此，含有不足的氧水平的肿瘤细胞对于电离辐射相对有抗性。辐射治疗在氧 化良好的肿瘤中是更有效的，使得导致改善血液循环并因此导致经提高的供氧的高热提高 辐射疗法的效力。另外，高热还可以引起在细胞核中蛋白质的累积，由此防止癌细胞DNA的 自修复。最后，电离辐射和高热在细胞周期的不同阶段期间破坏细胞。在合成阶段期间，月中 瘤细胞对电离辐射有抗性，但是易受到高热的破坏性作用。将高热和辐射治疗组合因此可 以改进癌症治疗。具体而言，高热可以被认为是辐射治疗的非常有效的增强剂。
[0060] 上文参考图1-5描述的系统适于在辐射治疗期间监测靶区域(尤其是肿瘤组织）中 的温度。在显示器上示出所确定的温度，即向临床用户报告沿着导管测得的温度，为组合治 疗提供质量保证。然而，还可以尤其是如以上描述的使用所监测的温度来提供基于温度的 调整和/或生成辐射治疗计划。具体而言，温度测量可以被用作规划辐射治疗的输入，以便 将处置仅限制到易受区域和/或基于各局部温度来调整辐射剂量，即停留时间。
[0061] 辐射源优选是高放射性源并且优选用于执行HDR近距离放射治疗，所述辐射源穿 过被定位于靶区域中和/或靶区域周围的导管，以便递送电离辐射。专用温度感测针或导管 将被定位为距靶区域太远和/或阻塞处置递送导管的潜在位置。因此，温度感测功能优选地 被集成到导管中。此外，导管中的温度感测优选地与例如通过使用如上所述的光学形状感 测技术的跟踪/导航技术组合。
[0062] 系统可以适于在靶区域不再处于高热的情况下发出警报，其中，警报可以是视觉 警报、可听警报、触觉警报等。此外，系统可以适于在靶区域不再处于高热的情况下停止治 疗递送。此外，基于靶区域中测得的温度，系统可以修改治疗递送。例如，可以被认为是后装 机的移动单元可以由近距离放射治疗控制单元指导以基于测得的温度减短或加长在特定 停留位置处的停留时间。对治疗递送的这种调整可以是自动流程。此外，还可以提供交互流 程，其中通知用户关于靶区域中的温度，由此用户可以基于关于靶区域中的温度的信息来 修改治疗递送，尤其是定义停留位置和停留时间的辐射治疗计划。例如，基于在靶区域中的 温度，可以允许用户决定继续处置，即继续加热靶区域和/或将辐射源引入到靶区域中或靠 近靶区域。这可以防止例如可以由于温度提高而诱发的不必要的伤痛。
[0063] 虽然在上述实施例中导管的光纤包括用于生成光学信号的离散布拉格光栅，而所 述光学信号接着用于重建各导管的形状以及由此的各导管的位置并确定沿着各导管的长 度的温度，但在其它实施例中，作为对使用具有离散布拉格光栅的光纤的替代，可以使用备 选的光纤方法，如使用连续光栅。
[0064] 虽然在上述实施例中引入元件是导管，但在其它实施例中引入元件还可以是用于 被引入到对象中的另一引入元件。此外，虽然在上述实施例中，已经将若干引入元件插入到 对象中，但在其它实施例中，可以仅将单个引入元件插入到对象中。本领域技术人员在实践 所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和权利要求，可以理解和实现对所公开的实 施例的其它变型。
[0065] 在权利要求书中，词语"包括"不排除其他元件或步骤，并且词语"一"或"一个"不 排除多个。
[0066] 单个元件或其他单元可以满足权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相 同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
[0067] 已经被描述为由特定数量的单元或设备执行的操作，如确定沿着引入元件的温 度、确定引入元件的位置、确定对象内的靶区域、生成定义停留位置和停留时间的计划等， 和/或对用于向对象内的靶区域施加辐射的系统的控制可以通过任意其它数量的单元或设 备执行。例如，可以由单个处理单元执行确定沿着引入元件的温度、确定靶区域在对象内的 位置、生成定义停留位置和停留时间的计划以及其它流程。这些操作和/或根据向对象内的 靶区域施加辐射的方法而对用于向对象内的靶区域施加辐射的系统的控制可以被实现为 计算机程序的程序代码单元和/或被实现为专用硬件。
[0068] 计算机程序可以被存储/分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为 其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经 由因特网或其他的有线或无线的电信系统。
[0069] 权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
[0070] 本发明涉及一种用于向对象内的靶区域施加辐射的系统。如近距离放射治疗导管 的引入元件被插入到对象中，并且辐射源在引入元件内移动，使得其被定位于靶区域内或 靠近靶区域。靶区域被加热，其中，根据沿着引入元件的温度来控制辐射源在引入元件内的 移动。对象对于在沿着引入元件的长度的各位置处由辐射源发出的辐射的易受性可以取决 于在各位置处的温度，使得可以通过根据沿着引入元件的长度的温度来控制辐射源的移动 来优化对辐射的施加。
【主权项】
1. 一种用于向对象内的靶区域施加辐射的系统，其中，所述系统（1)包括： -细长的引入元件（12)，其用于被插入到所述对象(2)中并且用于将发出要被施加到所 述靶区域的辐射的辐射源(10)引入到所述对象(2)中； -移动单元（14)，其用于在所述引入元件（12)内移动所述辐射源（10)，使得所述辐射源 (10)被定位在所述靶区域内或靠近所述靶区域； -加热单元(30)，其用于加热所述靶区域； -温度确定单元（13)，其用于确定沿着所述引入元件（12)的长度的温度；以及 -控制单元(15)，其用于根据所确定的温度来控制所述移动单元(14)。2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制单元（15)适于控制所述移动单元（14)， 使得所述辐射源（10)被移动到所述对象(2)内的位置并停止在所述对象(2)内的位置处，在 所述位置处所确定的温度大于预定义的阈值温度。3. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统（1)还包括靶区域提供单元(32)，所述靶 区域提供单元用于提供所述靶区域在所述对象(2)内的位置，其中，所述温度确定单元（13) 适于基于沿着所述引入元件（12)的长度确定的所述温度以及所提供的靶区域来确定所述 靶区域内的温度，并且其中，所述控制单元(15)适于控制所述移动单元（14)，使得在所述靶 区域内的所述温度低于预定义的阈值温度的情况下，不将所述辐射源（10)引入到所述对象 (2)中或将所述辐射源(10)从所述对象(2)缩回。4. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统（1)还包括靶区域提供单元(32)，所述靶 区域提供单元用于提供所述靶区域在所述对象(2)内的位置，其中，所述温度确定单元（13) 适于基于沿着所述引入元件（12)的长度确定的所述温度和所提供的靶区域来确定所述靶 区域内的温度，其中，所述系统（1)还包括输出单元(41)，所述输出单元用于在所述靶区域 内的所述温度低于预定义的阈值的情况下输出警报。5. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统（1)还包括:靶区域提供单元(32)，其用 于提供所述靶区域在所述对象(2)内的位置；以及计划生成单元(31)，其用于基于所提供的 所述靶区域在所述对象(2)内的位置和所确定的温度来生成定义所述辐射源（10)在所述对 象(2)内的停留位置和停留时间的计划，其中，所述控制单元（15)适于根据所生成的计划来 控制所述移动单元(14)。6. 根据权利要求5所述的系统，其中，所述计划生成单元(31)适于生成所述计划，使得 所述计划仅将停留位置定义在所述对象(2)内在其处所确定的温度大于预定义的阈值温度 的位置处。7. 根据权利要求5所述的系统，其中，所述计划生成单元(31)适于生成所述计划，使得 在停留位置处的停留时间取决于在所述停留位置处的温度。8. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述引入元件（12)包括沿着所述引入元件（12)的 长度布置的光纤（17)，所述光纤用于生成光学信号，所述光学信号指示沿着所述引入元件 (12)的长度的所述温度，并且其中，所述温度确定单元（13)适于基于所生成的光学信号来 确定沿着所述引入元件(12)的长度的所述温度。9. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统（1)还包括位置确定单元(35)，用于基于 所述光学信号确定所述引入元件(12)的位置。10. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统（1)包括图像提供单元(4、8)，所述图像 提供单元用于提供至少示出所述靶区域的所述对象（2)的图像，其中，所述温度确定单元 (13)适于基于所述光学信号来确定沿着所述引入元件（12)的长度的第一温度，并且适于通 过使用图像-温度变换过程基于所提供的图像来确定第二温度，其中，通过使用所述第一温 度来校准所述图像-温度变换过程。11. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统（1)还包括:位置确定单元(35)，其用于 确定所述引入元件（12)的位置;靶区域提供单元(32)，其用于提供所述靶区域在所述对象 (2)内的位置；以及计划生成单元(31)，其用于基于所提供的所述靶区域在所述对象(2)内 的位置、所确定的温度和所确定的所述引入元件（12)的位置来生成定义所述辐射源（10)在 所述对象(2)内的停留位置和停留时间的计划;其中，所述控制单元（15)适于根据所生成的 计划来控制所述移动单元(14)。12. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统（1)还包括:位置确定单元(35)，其用于 确定所述引入元件（12)的位置;图像提供单元(4、8)，其用于提供至少示出所述靶区域的所 述对象(2)的图像；以及输出单元(41)，其包括显示器，所述显示器用于基于所确定的所述 引入元件(12)的位置来显示叠加有对所述引入元件(12)的表示的所述图像。13. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统（1)还包括控制单元(34)，所述控制单 元用于根据所确定的温度来控制所述加热单元(30)。14. 一种用于向对象(2)内的靶区域施加辐射的方法，其中，所述方法包括： -通过使用加热单元(30)来加热所述靶区域； -通过温度确定单元（13)来确定沿着细长的引入元件（12)的长度的温度，所述引入元 件（12)已经被插入到所述对象（2)中，以将发出要被施加到所述靶区域的辐射的辐射源 (10)引入到所述对象⑵中；并且-通过控制单元(15)来控制用于在所述引入元件（12)内移 动所述辐射源（10)的移动单元（14)，使得所述辐射源（10)根据所确定的温度而被定位在所 述靶区域内或靠近所述靶区域。15. -种用于向对象(2)内的靶区域施加辐射的计算机程序，所述计算机程序包括程序 代码单元，所述程序代码单元用于当在控制根据权利要求1所述的系统的计算机上运行所 述计算机程序时，令所述系统执行根据权利要求14所述的方法的步骤。
【文档编号】A61M36/04GK106061541SQ201580010705
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年2月26日
【发明人】G·L·T·F·豪特瓦斯特, D·宾内卡普
【申请人】皇家飞利浦有限公司