CN103491876A - 能量施加装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于向对象施加能量的能量施加装置，其中，所述对象（2）包括具有放射性材料的位置（3），并且其中，所述能量施加装置（1）包括位置检测单元，所述位置检测单元能用于检测具有所述放射性材料的所述位置；以及X射线单元，所述X射线单元用于向所述对象的所检测的位置施加X射线。由于应向其施加能量的所述位置包括放射性材料，因此能够通过使用所述位置检测单元准确检测该位置。此外，由于能够通过控制例如所述X射线的强度和能谱而良好控制所述X射线的施加，因此能量能够被准确施加到所准确检测的位置。因此能够以提高的准确度执行向所述对象施加能量的整体过程。
Description
技术领域
本发明涉及用于向对象施加能量的能量施加装置、能量施加方法以及能量施加计算机程序。本发明还涉及介入设备，其为手持设备和体内设备中的至少一种，用于施加能量到对象，以及涉及用于控制所述介入设备的控制设备。
背景技术
US 2008/0200803 A1公开了一种癌症检测和处置仪器，包括第一导电板以及与第一导电板相对且具有第一开口的第二导电板。第一信号线被设置在第一导电板与第二导电板之间，并且第一接触构件的一端通过第一开口被暴露，并且第一接触构件的另一端被连接到第一信号线。介电部分被填充在第一导电板和第二导电板与所述第一信号线之间，并且导电层围绕介电部分的两侧表面和前端表面，其中这些表面被暴露。癌症检测和处置仪器还包括单片微波集成电路，其向第一信号线供应检测专用的超高频信号和检测专用的超高频功率，并接收通过第一信号线的反射信号。数字信号处理器从单片微波集成电路接收反射信号，分析反射信号的电磁特性，并且根据分析结果控制处置专用的超高频功率。癌症区域的基于微波的检测和处置可能仅具有减小的准确度。例如，也可能将较大部分的健康组织检测并处置为癌症区域。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于向对象施加能量的能量施加装置，其中，能够以提高的准确度执行应向其施加能量的位置，以及能量向该位置的施加。
在本发明的第一方面中，提出一种用于向对象施加能量的能量施加装置，其中，所述对象包括具有放射性材料的位置，并且其中，所述能量施加装置包括：
-位置检测单元，其能被用于检测具有所述放射性材料的所述位置，以及
-X射线单元，其用于向所述对象的所检测的位置施加X射线。
由于应向其施加能量的所述位置包括放射性材料，能够通过使用所述位置检测单元准确地检测该位置。此外，由于所述X射线的施加能够通过控制例如所述X射线的强度和能谱而被良好控制，能量能够被准确地施加到所准确检测的位置。因此，能够以提高的准确度执行向所述对象施加能量的整体过程。
所述对象例如为具有淋巴结的人，其可以已累积了作为示踪剂的放射性材料，例如类似Tc-99的伽马发射体，其具有140keV的能量和六小时的半衰期。所述示踪剂可以在包含癌细胞的淋巴结中被富集。因此可以通过向所检测的淋巴结施加所述X射线，检测并处置转移性的淋巴结。
所述放射性材料也可以为诸如氟代脱氧葡萄糖（FDG）的放射性葡萄糖组分，其中，FDG的F-18通过正电子发射衰减，其具有110分钟的半衰期。所发射的正电子与产生511keV光子的电子一起湮灭。FDG能够被用于检测肠道和肝脏肿瘤。其还能够被用于诊断、分级和处置监测诸如结直肠、肺、黑色素瘤、乳腺、霍奇金病以及非霍奇金淋巴瘤的许多其他癌症形式。能够通过以例如5至10mCi的剂量（其对应于185至370MBq）注射所述放射性材料而提供它。
优选地，所述能量施加装置包括介入设备，所述介入设备为手持设备和体内设备中的至少一种，其中，所述介入设备包括所述位置检测单元的至少一部分以及所述X射线单元的至少一部分，从而使得具有所述放射性材料的所述位置为能检测的，并且X射线能经由所述接入设备被施加到所检测的位置。所述手持设备，其也可以被看作是手持探头，能够具有笔式形状，并且所述体内设备能够为导管或针。所述手持设备优选地可用于开放性，但为微创的手术中，其中，用户能够通过使用所述手持设备，检测具有所述放射性材料的所述位置，并且向所检测的位置施加所述X射线。如果所述介入设备为导管或针，则所述导管或针能够被引入到待处置的人中，以检测具有放射性材料的位置，并且向所检测的位置施加X射线。所述位置检测单元的检测元件和所述X射线单元的X射线发射部分优选地位于所述介入设备的尖端处。
还优选的是，所述位置检测单元包括检测元件的阵列，所述检测元件的阵列用于检测来自所述放射性材料的辐射，并且用于生成指示所检测的辐射的检测信号。所述检测元件的阵列优选为闪烁检测器阵列或直接转换材料检测器阵列。例如所述检测元件的阵列能够为基于SiPM或基于数字SiPM的闪烁检测器阵列，或为基于CZT的直接转换材料检测器阵列。所述检测信号能够指示各个入射事件（即，所检测的辐射）的能量、到达时间和/或位置。
所述检测元件的阵列能够位于包围所述X射线单元的至少一部分的两个或多个区域。此外，所述检测器元件的阵列能够位于圆柱形容器上，所述检测器元件的阵列覆盖在所述圆柱形容器外侧，其中，所述X射线单元的至少一部分位于所述容器内。所述X射线单元优选地在所述能量施加装置的介入设备的远端可滑动出所述容器，以允许所述X射线单元向所述对象施加X射线。
所述检测元件的阵列优选地适于根据各个检测元件的位置，生成空间检测信号，其中，所述能量施加装置包括方向确定单元，所述方向确定单元用于基于所述空间检测信号，确定最大放射性的方向。进一步优选地，所述方向确定单元适于区分所述空间检测信号，并且适于基于所区分的检测信号，确定最大放射性的方向。此外，所述能量施加装置优选地包括输出单元，所述输出单元用于输出所检测的最大放射性的方向。具体而言，所述装置能够包括显示器，所述显示器用于向用户显示所检测的方向。所述显示器能够被提供在所述接入设备上，例如，在诸如手持探头的手持设备上，和/或所述显示器能够被提供在所述介入设备的外部，具体而言，在所述手持设备的外部。通过提供所述最大放射性的方向，给出针对所述方向的指示，在所述指示中，所述具有放射性材料的位置被定位。因此，用户能够在所述最大放射性的方向中，移动所述能量施加装置，具体而言移动所述介入设备，以便寻找具有所述放射性材料的所述位置，将通过向该位置施加所述X射线而处置该位置。
在优选的实施例中，所述检测元件的阵列适于允许检测所检测的辐射的能量分辨谱，其中，所述能量施加装置还包括活性确定单元，所述活性确定单元用于根据所检测的能量分辨谱，确定所述放射性材料的活性。具体而言，能够将所检测的谱与目标谱进行比较，并且能够根据所述比较，确定所述放射性材料的活性。这允许确定比活性，比活性为标记所述对象的X射线应被施加位置的特定放射性材料的活性，即，如果在所述对象中存在不同的放射性材料，则其能够在不同的放射性材料之间进行区分。
所确定的活性还能够被显示在所述输出单元上，具体而言在所述显示器上。
进一步优选地，所述检测元件的阵列可以在计数模式与积分模式之间切换，在所述计数模式中，检测单一检测的放射性事件，其中，所述能量施加装置还包括检测与X射线施加控制单元，所述检测与X射线施加控制单元用于控制所述位置检测单元，从而使得当所述X射线未被施加时，在所述计数模式操作所述检测元件的阵列，并且使得当所述X射线被施加时，在所述积分模式操作所述检测元件的阵列，其中，当所述X射线被施加时，所述检测元件的阵列检测被所述对象散射的散射X射线，并且其中，所述检测与X射线施加控制单元适于根据所述散射X射线，控制所述X射线单元。所述散射X射线提供反馈，该反馈允许改善对所述X射线的施加的控制。
还优选地，所述能量施加装置包括定位单元，所述定位单元用于确定所述能量施加装置的至少一部分相对于参考坐标系的位置。所述定位单元包括，例如差分GPS传感器、光纤布拉格光栅（FBG）传感器、电磁（EM）传感器等中的至少一种。优选地，所述定位单元被布置在所述能量施加装置的介入设备处。所述定位单元优选地向位置计算单元提供定位信号，以计算所述能量施加装置的至少一部分相对于参考坐标系的位置。
在优选的实施例中，所述能量施加装置还包括图像提供单元，所述图像提供单元用于提供所述对象的图像，所述图像相对于所述参考坐标系被配准；以及显示器，所述显示器用于示出所确定的所述能量施加装置的所述至少一部分相对于所述对象的位置。所述装置优选地被用于介入程序，并且优选地在所述介入程序之前生成所提供的图像。所述图像例如为正电子发射断层摄影（PET）图像、单光子发射计算机断层摄影（SPECT）图像、计算机断层摄影（CT）图像、磁共振（MR）图像或超声图像。所述图像也能够为另一成像模态的图像。所述参考坐标系例如通过用于生成所述对象的所述图像的成像模态限定。优选地实时地确定所述能量施加装置的至少一部分的位置，由此允许基于所确定的位置，导航所述装置，所确定的位置相对于所述对象被示出在显示器上。
进一步优选地，所述能量施加装置包括X射线检测元件，所述X射线检测元件用于检测从所述对象散射的散射X射线；以及控制设备，所述控制设备用于依赖所检测的散射X射线，控制所述X射线的施加。因此，所述能量施加装置能够包括检测元件的阵列，所述检测元件的阵列能够被用于检测所述放射性材料的位置，并且用于检测散射X射线，如上文所描述的，或者所述能量施加装置能够包括单独的检测元件，检测器元件的阵列以用于检测所述放射性材料的位置；以及X射线检测元件，所述X射线检测元件用于检测散射X射线。如果单独的检测器被用于检测所述放射性材料的位置，并用于检测散射X射线，则能够与检测散射X射线同时地检测所述放射性材料的位置。此外，不同的检测器能够每个都针对各个检测被优化。
在本发明另外一方面中，提出一种用于向对象施加能量的介入设备，所述介入设备为手持设备和体内设备中的至少一种，其中，所述介入设备包括位置检测单元的至少一部分，以及X射线单元的至少一部分，所述位置检测单元可被用于检测具有放射性材料的位置，所述X射线单元用于向所检测的所述对象的位置施加X射线，从而使得具有所述放射性材料的位置为能检测的，并且X射线能经由所述介入设备被施加到所检测的位置。
在本发明另外一方面中，提出一种用于控制如权利要求11所述的介入设备的控制设备，其中，所述控制设备适于控制以下中的至少一个：a）位置检测单元，其用于控制对具有放射性材料的位置的检测，以及b）X射线单元，其用于控制X射线向所检测的位置的施加。
在本发明另外一方面中，提出一种用于向对象施加能量的能量施加方法，其中，所述对象包括具有放射性材料的位置，并且其中，所述能量施加方法包括：
-检测具有所述放射性材料的位置，并且
-通过X射线单元，向所检测的所述对象的位置施加X射线。
在本发明另外一方面中，提出一种用于向对象施加能量的能量施加计算机程序，其中，所述计算机程序包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当所述计算机程序在控制如权利要求1所述的能量施加装置的计算机上运行时，令所述能量施加装置执行如权利要求13所述的能量施加方法的步骤。
应理解，权利要求1所述的能量施加装置、权利要求11所述的介入设备、权利要求12所述的控制设备、权利要求13所述的能量施加方法，以及权利要求14所述的能量施加计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，具体而言，如在独立权利要求中所限定的。
应理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求与各自的独立权利要求的任意组合。
本发明的这些以及其他方面将根据下文描述的实施例变得显而易见，并将参考下文描述的实施例进行阐述。
附图说明
图1示意性且示范性地示出用于向对象施加能量的能量施加装置的实施例，
图2示意性且示范性地示出所述能量施加装置的手持探头的实施例，
图3示范性地示出所述手持探头的检测元件的时间分辨率，
图4示范性地示出由所述检测元件检测的辐射的能谱，
图5示意性且示范性地示出用于向对象施加能量的能量施加装置的另一实施例，
图6示意性且示范性地示出图5中所示的能量施加装置的导管尖端，并且
图7示出示范性图示了用于向对象施加能量的能量施加方法的实施例的流程图，并且
图8示意性且示范性地示出检测元件的二维阵列，以检测闪烁光。
具体实施方式
图1示意性且示范性地示出用于向对象2施加能量的能量施加装置1的实施例。对象2在该实施例中为人的颈部。对象2包括具有放射性材料的位置3，其中，能量施加装置1包括位置检测单元8，位置检测单元8可被用于检测具有放射性材料的位置3；以及X射线单元9，X射线单元9用于向所检测的对象2的位置3施加X射线。
能量施加装置1包括介入设备5，介入设备5为手持探头，其包括所述位置检测单元的至少一部分和所述X射线单元的至少一部分，从而使得具有放射性材料的位置3为能检测的，并且X射线能经由手持探头5被施加到所检测的位置3。手持探头5经由诸如线缆7的连接元件与控制设备19连接。手持探头5具有笔式形状，并且能够像笔一样由用户的手握持。在图2中更详细地示意性且示范性地示出手持探头5。
手持探头5的位置检测单元8包括第一径向闪烁体阵列81和第二径向闪烁体阵列82，它们在尖端23处相对于手持探头5位于不同轴向位置。第一径向闪烁体阵列81和第二径向闪烁体阵列82包括准直器11、20，准直器11、20用于在从所述放射性材料接收的辐射被各自的径向闪烁体阵列接收之前，将该辐射准直。所述径向闪烁体阵列81、82经由光导21与数字SiPM22连接，其中为了清晰的原因，仅示出了第二径向闪烁体阵列82与数字SiPM22之间的光导。所述数字SiPM为单光子检测设备的阵列，其中，在其他实施例中能够使用单光子检测设备的另一种阵列来代替所述数字SiPM。例如，还能够使用基于SiPM的闪烁阵列检测器，或者具有诸如CZT或CdTe的直接转换材料的阵列。检测器元件的阵列10能够适于至少依赖于各个检测元件的位置，生成检测信号。具体而言，所生成的检测信号能够提供有关以keV为单位的能量、以亚纳秒为单位的到达时间、以及各个检测元件（其已检测了各个入射事件）的位置的信息。确定各个检测元件的位置的准确度优选为1mm或更小。手持探头5的尖端23优选地包括保护性覆盖材料24，保护性覆盖材料24能够经灭菌，并围绕手持探头5的不同元件。
闪烁体阵列81、82包括诸如NaI、LY-SO或LaBr的闪烁材料。所述闪烁材料将入射辐射转换成具有波长的光，所述光可基于数字SiPM被单一光学光子检测设备的阵列22检测。所述闪烁材料被选择为具有大的转换效率，从而使得薄层通过所述闪烁体层减少对辐射剂量的吸收，而不损害剂量传感器的灵敏度。
在图2中所示的实施例中，准直器11、20适于在辐射方向中准直并接收辐射，即优选地，准直器11、20在径向方向中对齐。然而，在另一实施例中，所述检测元件的阵列也能够适于检测前向的辐射，即所述检测元件的阵列能够适于接收来自图2中左侧的辐射。在该情况中，所述准直器能够由手持探头5的外盖24中的平行孔形成。在另一实施例中，能够以另一方式提供准直器。例如，能够在所述手持探头的外盖中提供多个针孔，并形成所述准直器。能够针对各种放射性材料（所述放射性材料可以为SPECT示踪剂），具体而言，针对不同的同位素，以及所述检测系统的期望灵敏度和分辨率，优化所述准直器。例如，如果期望相对高的灵敏度，其中，能够减小空间分辨率，则能够使用较短的准直器。
图3示意性且示范性地示出根据以纳秒为单位的符合分辨时间（CRT），由检测元件的阵列10检测的任意单位的计数。在该范例中，半峰全宽为186ps。在其他实施例中，半峰全宽也能够具有另一值。优选地，半峰全宽小于500ps，进一步优选为小于250ps并且甚至进一步优选为小于150ps。在图3中，实线83表示所测量的计数，并且虚线84指示被拟合到所测量的计数83的高斯函数。
如果所述检测元件的阵列基于直接转换，对应的直接转换材料能够特征在于采用标准光刻和薄膜技术的柔性检测器的特征，如在US2004/0016886和US 6856760中所描述的，在此通过引用将其并入本文。所述直接转换材料优选地被直接结合到读出ASIC，读出ASIC提供数字格式的能量估计、到达时间和位置信息。能够通过诸如聚酰亚胺，具体而言诸如Kapton、Upilex、聚酯或聚醚酰亚胺的柔性物质，使手持探头5内的机械布置最小化。
所生成的检测信号经由数据传输单元60和线缆7，被提供到方向确定单元12，以基于所述检测信号确定最大放射性的方向，由于已知哪个检测元件已检测到哪个事件，因此所述检测信号为空间检测信号。方向确定单元12区分所述空间检测信号，并且基于所区分的空间检测信号，确定最大放射性的方向。之后在显示器35上示出所检测的最大放射性的方向。例如箭头30能够被示出在显示器35上，其中，使箭头30与所检测的最大放射性的方向对齐。手持探头5优选地包括手柄31，其中，显示器35优选地被附接于手柄31。额外地或备选地，也能够在被连接到控制设备19的显示器17上，示出所检测的最大放射性的方向。能够在各个显示器上实时地示出所确定的最大放射性的方向，以便允许用户在几秒内将手持探头5移动到包括放射性材料的期望位置。所确定的最大放射性的方向优选为三维矢量。
所述检测器元件优选为单独可读的，以允许对所检测的辐射的强度的差分测量。根据沿手持探头5的轴向位置，并且根据相对于绕手持探头5的长度轴旋转的径向位置，确定所述强度，即计数率。由于第一闪烁体阵列81和第二闪烁体阵列82的元件相对于手持探头5的几何结构，具体而言相对于手持探头5的位置，是已知的，能够将所述计数率的三维空间梯度确定为最大放射性的方向。例如，如果第一闪烁体阵列81测量的计数率大于由第二闪烁体阵列82测量的计数率，则能够确定所述计数率的空间梯度，所述空间梯度被对准为基本上平行于手持探头5的长度轴，并且其指向手持探头5的尖端23。
检测元件的阵列10还适于允许检测所检测的辐射的能量分辨谱，其中，能量施加装置1还包括活性确定13，活性确定13用于根据所检测的能量分辨谱，确定所述放射性材料的活性。具体而言，能够将所检测的谱与目标谱相比较，并且根据所述比较，能够确定所述放射性材料的活性。所述活性能够例如以Bq/ml为单位被示出。具有活性33的反馈（其优选地被示于显示器35和/或显示器17上）向操作者给出已找到的期望位置（即期望热点）的置信度。
图4示意性且示范性地示出依赖于以keV为单位的能量E的谱85。虚曲线87指示目标谱，并且点虚曲线86指示逃逸峰。这两条曲线86和87的组合被拟合到谱85，从而得到拟合曲线88。拟合曲线88的峰指示具有目标谱87的放射性材料的活性。能够通过校准测量，确定拟合曲线88的峰与活性之间的分配，其中，在放射性材料的活性为已知的同时，确定拟合曲线88的峰。在其他实施例中，可能不考虑所述逃逸峰。此外，原始谱85在能量范围内的峰能够被用于确定活性，所述能量范围由各种放射性材料限定。
所述能谱由于多种原因是有用的。例如所述能谱能够被用于检测使用的放射性材料，即放射性示踪剂的正确能量峰。因此能够拒绝例如来自先前的调查或处置的其他示踪剂。例如，I-123以159keV发射，并且能够与以511keV发射的FDG区分。此外，仅非散射事件，即不受人内的散射影响并且主要在谱的能量峰中的事件，能够被用于寻找正确的三维梯度以及强度的绝对值。经散射的事件具有较低能量，并且因此能够通过使用能量窗口被丢弃。具体而言，根据期望的放射性材料，能够自动地提供对应的能量窗口，其中，为了确定三维梯度并且优选地还确定活性，仅使用具有在各个能量窗口内的能量的事件。此外，能够不仅通过使用峰值，还通过使用位于各个能量窗口内的另外的事件，执行绝对量化，例如执行对活性的绝对确定。所述检测元件优选地适于提供针对每个所检测的事件的时间信息。具体而言，每个事件均包括时间戳。所述时间戳能够被用于聚类所检测的事件，具体而言，聚类所检测的伽马射线事件，所述事件在相邻的检测器元件中被检测到，并且其具有基本上相同的时间戳。这能够导致减少的检测器散射。
X射线单元9优选地为以例如50kV的适度电压运行的微型X射线管。所述X射线管能够被关闭和打开，其中，辐射能量相对低，并因此具有短的范围。平均能量例如在20至30keV的范围内。这意味着不必须在标准放疗仓中进行处置，如果放射性材料也将被用于处置目的，将会出现这种情况。人和处置人员的健康组织将免受影响，并且能够无需理会繁琐的同位素保障和规程。例如由Xoft公司提供这样的X射线管，其中，该X射线管具有排出冷却物的2.4mm的直径，并且以50kV和300μA运行。其在组织中3cm距离处给出大致为0.6Gy的剂量率，并因此被归类为高剂量率源。
所述X射线单元的剂量和发射谱能够由检测与X射线施加控制单元14控制。例如，检测与X射线施加控制单元14能够适于控制所述X射线单元的高电压和电流，从而使得由所述X射线单元发射具有期望剂量和发射谱的X射线。
在该实施例中，辐射在径向方向40中被发射。辐射能够被径向地全方位地发射，即在每个径向方向上相似地发射，或者在相对于绕所述手持探头的长度轴的旋转的不同旋转角范围中利用不同强度发射。例如在某些旋转角范围中，所述X射线辐射的强度能够大于在其余旋转角范围中的，具体而言，可以仅在某些旋转角范围中发射X射线辐射。
检测器元件的阵列10能在计数模式与积分模式之间切换，在所述计数模式中检测单一放射性事件。检测与X射线施加单元14优选地适于控制位置检测单元8，从而使得当X射线未被施加时，以所述计数模式运行检测元件的阵列10，并且使得当X射线被施加时，以所述积分模式运行检测元件的阵列10，其中，当X射线被施加时，检测元件的阵列10检测由对象散射的散射X射线，并且其中，检测与X射线施加控制单元14适于根据所述散射X射线，控制X射线单元9。
能量施加装置1还包括定位单元15，定位单元15用于确定能量施加装置1的至少一部分相对于参考坐标系的位置。在该实施例中，定位单元15确定手持探头5相对于参考坐标系的位置。所述定位单元包括，例如差分GPS传感器、光纤布拉格光栅（FBG）传感器、电磁（EM）传感器等中的至少一种。
能量施加装置1还包括图像提供单元16，图像提供单元16用于提供对象2的图像，所述图像相对于所述参考坐标系被配准，其中，显示器17适于示出能量施加装置1的至少一部分相对于对象2的所确定的位置。具体而言，显示器17示出完整的手持探头5或手持探头5的尖端相对于对象2的位置。
所述能量施加装置优选地适于被用于介入程序中，其中，优选地在所述介入程序之前生成所提供的图像。因此，图像提供单元16优选地为用于存储所述图像的存储单元，或为用于经由有线或无线数据连接接收所述图像的接收单元。所述图像例如为PET图像、SPECT图像、CT图像、MR图像等。优选地，实时确定手持探头5的位置，由此允许用户基于在显示器17上相对于对象示出的所确定的位置，导航手持探头5。
所述参考坐标系例如为由生成所提供的图像的成像模态定义的坐标系。示于图像中的元件的位置因此相对于所述参考坐标系是已知的。定位单元15和位置计算单元18则优选地适于也相对于由所述成像模态定义的所述坐标系，确定手持探头5的位置，以便将手持探头5的所确定的位置与所提供的图像配准。
手持探头5在所提供的图像内的位置能够被用于接近目标，例如接近待处置的病变。之后优选地通过使用位置检测单元8，进行精细导航。
图5示意性且示范性地示出用于向对象施加能量的能量施加装置的另外的实施例70。图5中所示的能量施加装置70类似于上文参考图2所描述的能量施加装置1。具体而言，图5中所示的能量施加装置70也包括方向确定单元12、活性确定单元13、检测与X射线施加控制单元14、图像提供单元18和显示器17。图5中所示的能量施加装置70与图2中所示的能量施加装置1的主要差异为使用导管53代替手持探头5。在图5中，导管53的尖端56已被引入到被布置在患者50上的人51中。控制单元54包括导航单元55，导航单元55用于将导管53，具体而言将导管尖端56，导航到人51内的期望位置。在图6中更详细地示范性示出导管尖端56的实施例。
导管尖端56类似于上文参考图2所描述的手持探头5。具体而言，导管尖端56也包括具有准直器11、20，光导21和数字SiPM22的第一径向闪烁体阵列81和第二径向闪烁体阵列82，它们形成位置检测单元8的检测器元件的阵列10。此外，导管尖端56也包括定位单元15和X射线单元9。优选地，位置检测单元8和X射线单元9具有合并的尺寸，这允许这些部件被置于具有例如2至3mm的直径的小导管内。
下文中，将参考图7中所示的流程图示范性地描述用于向对象施加能量的能量施加方法的实施例。
在步骤101中，所述介入设备，例如手持探头5或导管尖端56被导航到人内的期望位置。能够通过使用定位单元15和所述人的经配准的预采集的图像，执行对所述介入设备的这种粗略导航，其中，通过使用定位单元15，所述介入设备在所述对象内的位置能够被追踪，并被显示于显示器17上。在步骤102中，检测具有（例如通过注射放射性示踪剂）已存在于所述人内的放射性材料的位置，并且如果需要，能够将所述介入设备导航到具有所述放射性示踪剂的位置，从而使得在步骤103中，能够由X射线单元9将X射线施加到所检测的位置。
具体而言，所述能量施加装置能够由例如为医师的操作者用于微创程序，其中，患者已接收了放射性示踪剂，即放射性材料。任选地，表示功能图像的参考数据集能够被用于在显示器上对所述介入设备进行实施追踪。也能够使用诸如形态学图像的另一图像代替所述功能图像，以进行实施追踪。如果所述功能图像被用作参考数据集，则图像数据能够取自相同的注射程序。针对利用所述参考数据集的三维实时引导，能够在开始引导之前，利用若干参考点初始化所述介入设备上或内的三维定位系统，即定位单元15。所述参考点例如为鼻、胸、臀部等。
例如，能够使用已知的对应检测技术，在所述参考数据集中识别参考点。所述介入设备之后能够被布置在这些参考点处，并且能够利用所述三维定位系统测量所述参考点的位置。最终，在所述参考数据集中识别的所述参考点以及所测量的对应位置能够被用于将所述定位系统与所述参考数据集配准。其他已知的刚性或非刚性配准技术也能够被用于将所述定位系统与所述参考数据集配准，所述参考数据集可以为预采集的图像或当前采集的荧光透视图像。
所述放射性材料的活性和梯度（即最大活性的方向或最近热点的方向）能够如上文所描述地被确定，并在例如被连接到所述控制设备的外部显示器上，和/或如果所述介入设备为具有显示器的手持探头，则在所述手持探头的该显示器上被显示给操作者。被提供给操作者的该信息使得操作者能够有效地引导所述介入设备到所述期望位置。如果提供具有所述参考数据集的可视化，还能够识别相邻热点的位置，以验证选择了正确的位点。
如果已找到了正确的位点，则所述X射线单元能够被用于向该位点施加X射线。例如所述放射性示踪剂可能够标记局部肿瘤，该肿瘤能够通过使用所述X射线被处置。
尽管上文参考图2和图8描述的所述介入设备包括某些部件，但所述介入设备也能够包括另外的部件。例如所述介入设备能够包括诸如油墨单元的标识单元，所述标识单元用于标识包括放射性材料的所确定的位置。
尽管在上文描述的实施例中，所述能量施加装置已被描述为用于向已被检测为包括放射性材料的位置施加X射线，但所述能量施加装置也能够被用于结果控制。具体而言，在X射线已被施加到某个位置之后，所述介入设备能够被用于检测具有在预定阈值以上活性的放射性材料是否仍存在于所述位置。如果具有在预定阈值以上活性的放射性材料仍存在，则所述X射线可以被再次施加，以进一步处置相应位置。
常用的是NaI闪烁探头或手持盖革计数器，所述盖革计数器包含充气的管，所述管在电离辐射通过其时放电。这些检测器为庞大的，其具有例如大于10mm的宽度，并且不是定量的且没有方向性。相反，本发明的所述能量施加装置，具体而言所述介入设备能够适于为较小的，从而使得其能够被用于微创操作中，以精确地（由于方向性）且准确地（由于定量性）在体内检测放射性富集的单元。
所述能量施加装置能够适于辐照并处置狭窄和高危斑块。此外，所述能量施加装置能够为集成的基于导管的系统，以对放射性富集的病变的进行检测和处置。可能的临床应用包括以高准确度处置初级或转移性癌性病变，例如处置淋巴结，或肝脏和肠道的肿瘤。所述微创检测与处置可以无需实时图像引导而被执行，并且因此能够节省昂贵的费用，并能够简化工作流程。
所述能量施加装置能够适于检测及处置诸如主动脉或颈动脉的血管中的活性斑块。PET-CT一般能够被用于检测活性斑块，所述活性斑块为具有炎性组织反应的斑块。这些是最容易发生破裂和严重的伴随现象的病变。代替在介入性PET-CT中处置活性斑块，本发明的所述能量施加装置能够适于检测FDG富集的斑块，将这些斑块映射到预先配准的PET-CT图像，并使用上文描述的微创介入设备处置所检测的斑块。所述PET-CT图像能够为以灰度显示的解剖结构CT图像，其被彩色PET图像叠加，其例如示出诸如指示葡萄糖消耗的FDG吸收的功能数据。
所述能量施加装置因此能够适于在成像区外部执行病变处置，这能够节省高成本的成像时间以及额外的辐射积存量，如果放射性材料也会被用于处置病变时，这将会是需要的。
所述控制设备能够适于为所述介入设备提供动力并控制所述介入设备。如果所述介入设备为带有显示器的手持探头且所述控制设备优选地采集由所述位置检测单元检测到的每个经配准事件的实际能量、时间和位置信息，所述控制设备能够适于向所述介入设备下发诸如校准参数、配置参数等的参数以及操控显示器的数据。如果所述介入设备还包括用于确定所述介入设备的三维位置的定位单元，该确定的三维位置或指示所述三维位置的数据还能够被转移到所述控制设备，以便允许所述控制设备在待处置的对象的图像内可视化所述介入设备的所确定的三维位置。
所述位置检测单元，具体而言检测器元件的阵列，优选地适于检测伽马辐射。所述位置检测单元因此也能够被视为微型伽马探头。
尽管在上文参考图2和图6描述的实施例中，所述检测元件的阵列适于径向地检测所述辐射，并且所述X射线单元适于同样径向地发射辐射，但在其他实施例中，所述介入设备也能够提供其他检测和发射方向。例如，所述介入设备能够适于向前地，即平行于所述介入设备的长度轴，检测辐射并发射辐射。此外，在实施例中，能够使用基本上为平面的光检测器的二维阵列，如示意性且示范性在图8中所示的。图8示意性且示范性地示出具有dSiPM的光检测器的前侧90和后侧91，所述光检测器具有8×8晶体矩阵，以形成8×8检测器元件的阵列，其中，每个检测元件具有检测区域，所述检测区域具有几个毫米或更小的侧边长度。闪烁阵列（在图8中未示出）被安装在所述光检测器的前侧90的顶端。
尽管在图2中，线缆7被示为用于将手持探头5与控制设备19连接，也能够使用手持探头5与控制设备19之间的无线通信，以在手持探头5与控制设备19之间交换数据。如果使用无线通信，则手持探头5能够包括具体而言位于手柄31中的诸如自给电池的自给能源，以为手持探头5的电子部件供电。
所述能量施加装置能够适于被用于前哨淋巴结程序中，并且适于为外科医生提供将当前的前哨淋巴结技术扩展到诸如结肠癌的有前景的新应用的可能性。
尽管在上文描述的实施例中，已描述了Xoft公司的某种X射线单元，所述X射线单元也能够为另一种单元，例如由Zeiss公司提供的用于术中放疗的X射线单元，其中仅所述X射线管的阳极部分被插入静止打开的肿瘤腔中。
具体与使用射频消融或冷疗相比，X射线用于处置病变的应用具有这样的优点：能够获得良好限定且可预测的处置体积，在所述冷疗中组织中的热传播强烈依赖于循环。
尽管在上文参考图2和图8描述的实施例中，所述介入设备分别为手持探头和导管，但所述介入设备也能够为另一种设备，其至少包括可用于检测具有放射性材料的位置的位置检测单元，以及用于将X射线施加到所检测位置的诸如针的X射线单元。
尽管在上文描述的实施例中，已描述了检测器元件的特定布置，但所述检测器元件也能够被布置为另一种方式。例如，检测器区域的两个或更多区域能够围绕所述X射线单元。具体而言，上文提及的手持探头能够包括检测器元件覆盖在其外侧上的圆柱形容器，其中，所述X射线单元能够被包含在检测器覆盖的圆柱体内。在所述X射线被施加之前，可以通过滑出检测器覆盖的圆柱体，位移所述X射线单元，以使所述X射线单元在所述手持探头的远端出现。所述检测器元件也能够被布置为绕所述介入设备的远尖端的若干芯片，其中，所述X射线单元能够被放置为毗邻所述检测元件。
本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，根据对附图、说明书以及权利要求书的研究，能够理解并实现对所公开实施例的其他变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且量词“一”或“一个”不排除多个。
单一单元或设备可以实现权利要求书中记载的若干项目的功能。互不相同的从属权利要求中记载了特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
由一个或若干单元或设备执行的计算（例如对最大活性的方向的计算以及对放射性材料的活性的计算）能够由任意其他数目的单元或设备执行。根据所述能量施加方法，所述计算和/或对所述能量施加装置的控制能够被实施为计算机程序的程序代码模块和/或专用硬件。
计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，所述介质例如为与其他硬件一起供应或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由互联网或者其他有线或无线的远程通信系统。
权利要求书中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。
Claims (14)
1.一种用于向对象施加能量的能量施加装置，其中，所述对象（2）包括具有放射性材料的位置（3），并且其中，所述能量施加装置（1）包括：
-位置检测单元（8），其能被用于检测具有所述放射性材料的所述位置（3），以及
-X射线单元（9），其用于向所述对象（2）的所检测的位置（3）施加X射线。
2.如权利要求1所述的能量施加装置，其中，所述能量施加装置（1）包括介入设备（5），所述介入设备为手持设备和体内设备中的至少一种，其中，所述介入设备（5）包括所述位置检测单元（8）的至少一部分和所述X射线单元（9）的至少一部分，从而使得具有所述放射性材料的所述位置（3）为能检测的并且X射线能经由所述介入设备（5）被施加到所检测的位置（3）。
3.如权利要求1所述的能量施加装置，其中，所述位置检测单元（8）包括检测元件的阵列（10），所述检测元件的阵列用于检测来自所述放射性材料的辐射，并且生成指示所检测的辐射的检测信号。
4.如权利要求3所述的能量施加装置，其中，所述检测元件的阵列（10）适于根据各个检测元件的位置生成空间检测信号，其中，所述能量施加装置（1）包括方向确定单元（12），所述方向确定单元用于基于所述空间检测信号，确定最大放射性的方向。
5.如权利要求4所述的能量施加装置，其中，所述方向确定单元（12）适于区分所述空间检测信号，并且适于基于所区分的空间检测信号，确定所述最大放射性的方向。
6.如权利要求4所述的能量施加装置，其中，所述能量施加装置包括输出单元（17），所述输出单元用于输出所检测的最大放射性的方向。
7.如权利要求3所述的能量施加装置，其中，所述检测元件的阵列（10）适于允许检测所检测的辐射的能量分辨谱，其中，所述能量施加装置（1）还包括活性确定单元（13），所述活性确定单元根据所检测的能量分辨谱，确定所述放射性材料的活性。
8.如权利要求3所述的能量施加装置，其中，所述检测元件的阵列（10）能在计数模式与积分模式之间切换，在所述计数模式中检测单一检测的放射性事件，其中，所述能量施加装置（1）还包括检测与X射线施加控制单元（14），所述检测与X射线施加控制单元用于控制所述位置检测单元（8），从而使得当所述X射线未被施加时，在所述计数模式中操作所述检测元件的阵列（10），并且使得当所述X射线被施加时，在所述积分模式中操作所述检测元件的阵列（10），其中，当所述X射线被施加时，所述检测元件的阵列（10）检测被所述对象散射的散射X射线，并且其中，所述检测与X射线施加控制模块（14）适于根据所述散射X射线，控制所述X射线单元（9）。
9.如权利要求1所述的能量施加装置，其中，所述能量施加装置（1）还包括定位单元（15），所述定位单元用于确定所述能量施加装置（1）的至少一部分相对于参考坐标系的位置。
10.如权利要求9所述的能量施加装置，其中，所述能量施加装置（1）还包括图像提供单元（16）和显示器（17），所述图像提供单元用于提供所述对象（2）的图像，所述图像相对于所述参考坐标系被配准；而所述显示器用于显示所述能量施加装置（1）的所述至少一部分相对于所述对象的所确定的位置。
11.一种介入设备，为用于向对象施加能量的手持设备和体内设备中的至少一种，其中，所述介入设备包括位置检测单元的至少一部分，所述位置检测单元能用于检测具有放射性材料的位置；以及X射线单元的至少一部分，所述X射线单元用于向所述对象的所检测的位置施加X射线，从而使得具有所述放射性材料的所述位置是能检测的，并且X射线能经由所述介入设备被施加到所检测的位置。
12.一种控制设备，用于控制如权利要求11所述的介入设备，其中，所述控制设备（19；54）适于控制以下中的至少一个：a）用于控制对具有放射性材料的位置的检测的位置检测单元以及b）用于控制X射线向所检测的位置的施加的X射线单元。
13.一种用于向对象施加能量的能量施加方法，其中，所述对象包括具有放射性材料的位置，并且其中，所述能量施加方法包括：
-检测具有所述放射性材料的所述位置，并且
-通过X射线单元，向所述对象的所检测的位置施加X射线。
14.一种用于向对象施加能量的能量施加计算机程序，所述计算机程序包括程序代码模块，所述程序代码模块用于当所述计算机程序在控制如权利要求1所述的能量施加装置的计算机上运行时，令所述能量施加装置执行如权利要求13所述的能量施加方法的各步骤。
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