CN104540548A - 近距放射治疗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将近距放射治疗应用于活体的近距放射治疗装置(1)。所述近距放射治疗装置包括：规划单元(14)，其用于确定放置计划，所述放置计划定义针对在所述活体之内和靠近靶区域的一个或若干辐射源的放置位置和放置时间。所述放置计划被确定，使得所述放置时间在由处置时间窗确定单元(13)确定的处置时间窗之内，其中，在所述处置时间窗之内，使由肿胀引起的所述活体的所述空间参数的变化最小化。从而能够使归因于肿胀的对所述近距放射治疗的不利影响最小化，这提高了所述近距放射治疗的质量。

Description

近距放射治疗装置
技术领域
本发明涉及一种用于将近距放射治疗应用于活体的近距放射治疗装置、近距放射治疗方法以及计算机程序。
背景技术
WO 2011/080606A1公开了一种包括点药器的近距放射治疗装置，所述点药器具有至少一个辐射源或种子接收通道，所述辐射源或种子接收通道被配置为被植入在邻近的要被辐照的靶区域的软组织中。近距放射治疗装置还包括用于生成包括点药器的靶区域的高分辨率规划图像的器件，其中，高分辨率规划图像用于确定三维处置计划。追踪设备追踪相对于靶区域的点药器的位置，其中，追踪设备被配置为经由形状感测通过测量至少一个辐射源或种子接收通道的位置和形状来追踪点药器的位置。
在已经将至少一个辐射源或种子接收通道植入在软组织中期间和之后，软组织肿胀，从而修正相对于靶区域的至少一个辐射源或种子接收通道的位置。该相对位置的变化能够降低近距放射治疗的质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于将近距放射治疗应用于活体的近距放射治疗装置、近距放射治疗方法以及计算机程序，其中，能够提高近距放射治疗的质量。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于将近距放射治疗应用于活体的近距放射治疗装置，其中，所述近距放射治疗装置包括：
-辐射源，其发射辐射，
-放置单元，其用于被插入到所述活体中并且用于将所述辐射源放置靠近活体的靶区域，以用于使所发射的辐射指向所述靶区域，其中，当所述放置单元被插入所述活体时，所述活体肿胀。
-成像单元，其用于生成所述活体随时间推移的图像，
-空间参数确定单元，其用于根据所述活体的所生成的图像来确定所述活体的空间参数，所述活体的所述空间参数随时间推移随着所述活体的肿胀而改变，
-处置时间窗确定单元，其用于确定处置时间窗，在所述处置时间窗中，所述活体的所述空间参数的变化是最小的，
-规划单元，其用于基于所生成的图像和所确定的处置时间窗来确定放置计划和放置时间，所述放置计划定义在所述活体之内所述辐射源要被放置在的放置位置，所述放置时间定义所述辐射源何时要被放置在各自的放置位置处并且要被放置多长时间，其中，所述规划单元适于确定所述放置计划，使得所述放置时间在所述处置时间窗之内。
由于处置确定单元确定处置时间窗，在所述处置时间窗中，由活体的肿胀引起的活体的空间参数的变化是最小的，并且由于规划单元确定放置计划，使得放置时间在处置时间窗之内，当由活体的肿胀引起的辐射源和靶区域的相对位置的修正是最小的，尤其在根本不存在时，根据放置计划执行的近距放射治疗将辐射应用于靶区域。因此，相对于靶区域能够将辐射源可靠地放置在期望的位置，以用于准确地处置靶区域，从而提高近距放射治疗的质量。
活体优选地是人体或动物的部分，如器官(例如，前列腺)。靶区域优选地是人体的部分的肿瘤区域。为了将辐射源放置靠近靶区域，其能够被放置邻近靶区域或在靶区域之内。
放置单元优选地适于将一个或若干辐射源放置在活体之内的不同的放置位置处，以用于执行近距放射治疗。规划单元优选地适于规划不同的放置位置和对应的放置时间，所述对应的放置时间定义各自的辐射源何时存在于各自的放置位置处并且存在多长时间。
放置单元能够包括一个或若干导管，所述导管用于将一个或若干辐射源插入到靠近靶区域的活体中。此外，放置单元优选地还包括一个或若干导航元件，辐射源被附接到所述一个或若干导航元件，其中，各自的导航元件能够在各自的导管之内移动，以用于将被附接到各自的导航元件的各自的辐射源放置在各自的放置位置处。导航元件优选地是导线，辐射源被附接到所述导线。
辐射源优选地是发射放射性辐射(如Ir-192)的放射性辐射源，并且肿胀一般是由将放置单元插入到活体中引起的进展水肿。
例如，空间参数是活体的体积或形状。例如，处置时间窗确定单元能够适于确定处置时间窗，使得其包含体积变化的最小值。具体地，处置时间窗确定单元能够被调整，使得在处置时间窗中活体的体积大体不改变。备选地或额外地，处置时间窗确定单元能够适于确定处置时间窗，使得其包含形状变化的最小值。例如，处置时间窗确定单元能够被调整，使得在处置时间窗中活体的形状大体不改变。
成像单元优选地适于生成活体的三维图像。在另一实施例中，成像单元也能够适于生成二维图像。此外，成像单元优选地适于生成超声图像或磁共振图像。
近距放射治疗装置能够包括控制单元，所述控制单元用于取决于所确定的放置计划来控制放置单元。备选地，根据所确定的放置计划可以手动地放置放置单元。
在优选实施例中，处置时间窗确定单元适于：a)基于空间参数的实际变化来提供预定义的肿胀规则，所述预定义的肿胀规则定义由肿胀引起的空间参数的估计的未来变化，b)基于预定义的规则和活体的确定的空间参数来估计由肿胀引起的空间参数的未来变化，并且c)基于空间参数的估计的未来变化来确定处置时间窗。因此，在已经达到活体的空间参数的变化的最小值之前，能够确定处置时间窗，从而允许规划单元规划放置计划，使得放置时间在处置时间窗之内，所述处置时间窗预先包括空间参数的最小变化。
基于实际测量的肿胀进展，即基于由肿胀引起的空间参数的实际确定的变化，肿胀规则定义肿胀可以如何继续。肿胀规则能够被实施为函数、表格等。它们能够由“时间对空间参数变化”关系的先验的基于人群的统计数据来定义。
因此，处置时间窗确定单元能够适于基于实际肿胀进展和/或未来肿胀进展来确定处置时间窗。此外，处置时间窗确定单元能够适于确定处置时间窗，使得在处置时间窗之内的肿胀进展的导数小于预定义的阈值，所述预定义的阈值能够被预定义，使得在处置时间窗之内执行的近距放射治疗提供例如由医师评估的非常良好的治疗结果，即，基于从更大的患者群中获得的先验近距放射治疗数据，能够确定预定义的阈值。处置时间窗被优选地确定，使得在处置时间窗之内大体不修正活体的尺寸。
在实施例中，成像单元适于在近距放射治疗过程期间更新活体的图像，其中，规划单元适于使放置计划适于更新的图像。因此，在近距放射治疗过程的不同阶段期间，例如，在插入导管期间和已经插入导管之后，具体为在处置阶段期间，能够生成活体的图像，在所述处置阶段中，在一个或若干导管之内导航一个或若干辐射源，以用于将辐射应用于靶区域。在这些阶段中的每个中，根据活体的实际生成的图像，具体为根据实际确定的处置时间窗能够修正先前确定的放置计划，具体为初始放置计划。这允许近距放射治疗装置使实际近距放射治疗适于在生成的图像中示出的活体的实际测量的肿胀。
具体地，成像单元能够适于在处置时间窗中更新活体的图像，其中，规划单元能够适于在处置时间窗中使放置计划适于更新的图像。因此，在处置时间窗期间也能够执行规划，即，例如能够执行初始放置计划的调整，在所述处置时间窗中，由肿胀引起的空间参数(如活体的体积)的变化是最小的，从而降低肿胀对规划的影响，这能够引起进一步地提高的近距放射治疗。
成像单元能够适于在近距放射治疗过程期间更新活体的图像，其中，空间参数确定单元能够适于基于活体的更新图像来更新空间参数确定，其中，处置时间窗确定单元能够适于取决于更新的空间参数来更新处置时间窗，并且其中，规划单元能够适于使放置计划适于更新的处置时间窗。
优选地，近距放射治疗装置还包括位置确定单元，所述位置确定单元用于确定在活体之内的放置单元的位置，其中，规划单元还适于取决于在活体之内的放置单元的确定的位置来确定放置计划。放置单元优选地包括一个或若干导管，其中，位置确定单元优选地适于确定在活体之内的一个或若干导管的位置，即，位置确定单元优选地适于确定由放置单元的一个或若干导管形成的放置单元的部分。
位置确定单元能够适于对在近距放射治疗过程期间将在活体之内的放置单元在不同时间处的位置的确定进行更新，其中，规划单元能够适于根据放置单元的更新的确定的位置来调整放置计划。具体地，位置确定单元能够适于在导管插入过程期间和之后同时追踪放置单元的若干导管的位置。例如，在导管植入期间和之后能够执行个体导管的电磁追踪或光学形状感测追踪，其中，放置计划能够适于导管的实际测量的位置。此外，能够提供在处置递送期间使用电磁追踪或光学形状感测追踪的实时连续导管追踪和使用实时三维成像的靶监测。探测的变化能够被反馈到处置规划系统，即，规划单元，以用于重新优化潜在的放置计划，从而为自适应的处置规划和递送创建反馈回路。
在优选实施例中，放置单元包括若干导管，其中，位置确定单元适于确定在活体之内的导管的位置，其中，规划单元适于确定在导管之间的导管间间距，并且适于取决于确定的导管间间距来确定放置计划。具体地，位置确定单元和规划单元能够适于使用例如电磁追踪或光学形状感测追踪来提供导管间关系的实时连续或间歇的估计。监测导管间间距和使用这些被监测的导管间间距以用于确定，具体为调整放置计划能够进一步提高近距放射治疗的质量，根据放置计划执行所述近距放射治疗。
规划单元也能够适于基于放置单元的确定的位置和由成像单元生成的活体的图像来确定放置单元与活体之间的空间关系，并且适于进一步取决于放置单元与活体之间的所确定的空间关系来确定放置计划。例如，位置确定单元和规划单元能够适于使用电磁追踪或光学形状感测追踪和实时三维成像(如实况三维超声成像)来提供导管-活体关系的实时连续或间歇的估计。确定放置单元与活体之间的空间关系和当确定，具体为调整放置计划时考虑该空间关系能够进一步提高放置计划和因此的近距放射治疗的质量。
优选地，位置确定单元适于执行电磁定位技术或光学形状感测定位技术。这些技术允许准确地确定在活体之内的放置单元，具体为放置单元的导管的位置，从而进一步提高放置计划的质量，基于在活体之内的放置单元的位置，除其他之外，可以确定所述放置计划。
在实施例中，规划单元适于基于活体的提供的图像来确定在活体之内的靶区域，并且适于基于确定的靶区域来确定放置计划。例如，能够提供活体的三维图像，其中，图像优选地是磁共振图像或超声图像。此外，规划单元能够适于勾画在活体之内的靶区域，其中，分割算法能够应用于图像以用于完全自动或半自动地勾画靶区域。规划单元也能够包括图形用户接口，以用于允许用户(如放射科医生)手动地勾画在活体之内的靶区域，以便确定靶区域。在实施例中，规划单元适于勾画局灶性肿瘤作为在前列腺之内的靶区域，在该实施例中，所述前列腺是活体。
提供的图像能够是初始图像，所述初始图像可以在已经将放置单元插入到活体中之前示出活体，以便允许规划单元基于在提供的图像中识别的靶区域来生成初始放置计划。提供的图像也能够是将放置单元插入到活体中期间或之后已经生成的图像，其中，在该提供的图像中能够识别靶区域，并且识别的靶区域能够用于调整先前的放置计划，尤其为初始放置计划。为了在已经将放置单元插入到活体中之前生成示出活体的图像，能够使用成像单元，所述成像单元可以不同于在插入过程期间和之后提供图像的成像单元。在插入过程之前示出活体的图像和在插入过程期间和之后示出活体的一幅或若干图像也能够由相同的成像单元生成。因此，能够使用不同的成像单元，如磁共振成像单元和超声成像单元，或能够使用相同的成像单元来生成不同的图像。
优选地，规划单元适于也基于确定的空间参数来确定放置计划，所述确定的空间参数随时间推移随着活体的肿胀而改变。优选地，成像单元适于在近距放射治疗过程期间更新活体的图像，其中，空间参数确定单元适于基于活体的更新的图像来更新空间参数确定，并且其中，规划单元适于使放置计划适于更新的空间参数。具体地，空间参数确定单元能够适于根据由成像单元生成的图像确定活体的体积和/或形状作为空间参数，其中，规划单元能够适于使放置计划适于活体的实际确定的体积和/或形状。例如，使用实况三维成像(如实况三维超声成像)的体积和/或形状的实时连续或间歇的估计可以被提供并且被用于调整放置计划。在实施例中，位置确定单元和成像单元适于同时确定放置单元的位置，并且在放置单元的插入期间生成活体的图像。其中，空间参数确定单元适于根据生成的图像来确定空间参数，所述空间参数归因于肿胀而改变，并且其中，规划单元适于调整初始放置计划，在插入放置单元之前，基于实际确定的空间参数和放置单元的实际位置可以已经确定所述初始放置计划。因此，位置确定单元和成像单元能够适于例如在导管植入期间通过使用例如超声来同时执行个体导管的电磁追踪和活体的形状和体积的实况三维成像，其中，初始放置计划能够适于实际的肿胀情形。作为电磁追踪的备选，也能够执行光学形状感测追踪，其中，在导管植入期间和/或之后能够同时追踪放置单元的个体导管。
在实施例中，规划单元适于：a)基于空间参数的实际变化来提供预定义的肿胀规则，所述预定义的肿胀规则定义由肿胀引起的空间参数的估计的未来变化，b)基于预定义的规则和活体的确定的空间参数来估计由肿胀引起的空间参数的未来变化，并且c)基于确定的空间参数来确定放置计划，所述确定的空间参数随时间推移随着活体的肿胀而改变。例如，基于估计的未来变化，具体为基于由肿胀引起的活体的估计的进一步的体积和/或形状，能够调整实际的放置计划，所述实际的放置计划可以是在已经插入放置单元之前已经确定的初始放置计划。因此，不仅基于实际的空间参数，而且基于估计的未来空间参数能够确定放置计划。例如，基于测量的水肿的进展和被投影的水肿的进展，在导管植入过程期间可以调整导管位置的初始计划。
在本发明的又一方面中，提出了一种用于将近距放射治疗应用于活体的近距放射治疗方法，其中，所述近距放射治疗方法包括：
-由成像单元生成所述活体随时间推移的图像，
-将放置单元插入到所述活体中，其中，当将所述放置单元插入到所述活体中时，所述活体肿胀，
-由所述放置单元将发射辐射的辐射源放置靠近所述活体的靶区域，以用于使所发射的辐射指向所述靶区域，
-由空间参数确定单元根据所述活体的所生成的图像来确定所述活体的空间参数，所述活体的所述空间参数随时间推移随着所述活体的肿胀而改变，
-由处置时间窗确定单元来确定处置时间窗，在所述处置时间窗中，所述活体的所述空间参数的变化是最小的，
-由规划单元基于所生成的图像和所确定的处置时间窗来确定放置计划和放置时间，所述放置计划定义在所述活体之内所述辐射源要被放置在的放置位置，所述放置时间定义所述辐射源何时要被放置在各自的放置位置处并且要被放置多长时间，其中，规划单元确定所述放置计划，使得所述放置时间在所述处置时间窗之内，
-通过使用所述放置单元根据所确定的放置计划来放置所述辐射源。
在本发明的又一方面中，提出了一种用于将近距放射治疗应用于活体的计算机程序，其中，所述计算机程序包括，当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的近距放射治疗装置的计算机上运行时，用于令所述近距放射治疗装置执行根据权利要求14所述的近距放射治疗方法的步骤的程序代码模块。
应当理解，根据权利要求1所述的近距放射治疗装置，根据权利要求14所述的近距放射治疗方法，以及根据权利要求15所述的计算机程序具有具体为如从属权利要求中所定义的相似和/或相同的优选实施例。
应当理解，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何组合。
参考下文中描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将将是明显的并且得到阐明。
附图说明
在附图中：
图1示意性且范例性地示出了用于将近距放射治疗应用于活体的近距放射治疗装置的实施例，
图2示意性且范例性地示出了近距放射治疗装置的放置单元的实施例，
图3示意性且范例性地示出了放置单元的导管能够如何被布置在前列腺之内，
图4范例性地图示了在已经将导管插入到前列腺中之后，前列腺的体积变化，
图5示意性且范例性地示出了插入导管之前的前列腺，
图6示意性且范例性地示出了已经插入导管之后的前列腺，并且
图7示出了范例性地图示了用于将近距放射治疗应用于活体的近距放射治疗方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1示意性且范例性地示出了用于将近距放射治疗应用于活体的近距放射治疗装置的实施例。近距放射治疗装置1包括放置单元5，所述放置单元5用于被插入到躺在检查台3上的人体2的活体中。放置单元5适于被插入到活体中并且将辐射源放置靠近活体的靶区域，以用于将由辐射源发射的辐射指向靶区域。在图2中更加详细地范例性且示意性地示出了放置单元5。
放置单元5包括具有导管尖端20的若干导管12，所述导管12用于被插入到活体11中。放置单元5还包括若干导航元件13，所述若干导航元件13是导线，辐射源10被附接到所述导线，其中，各自的导线13能够在各自的导管12之内移动，以用于将各自的辐射源10放置在期望的放置位置处。具有导线13的导管12被附接到电机单元14，所述电机单元14包括用于在向前方向和在向后方向上移动导线13的若干电机，以用于将辐射源10放置在期望的放置位置处。辐射源10优选地是发射放射性辐射(如Ir-192)的放射性辐射源。
放置单元还能够包括用于辅助将辐射源放置在活体之内的期望的放置位置处的元件。例如，放置单元能够包括模板，所述模板能够用于以更加统一的配置将导管插入到活体中。
活体11优选地是人体或动物的部分，如器官。在该实施例中，活体11是前列腺。靶区域优选地是人体或动物的部分的肿瘤区域。为了将辐射源放置靠近靶区域，它们能够被放置邻近靶区域或在靶区域之内。图3示意性且范例性地示出了在前列腺11之内的放置单元5的导管12的可能的布置。
如果将导管12插入到前列腺11中，则前列腺肿胀，即，水肿正在进展，这能够由成像单元4、8来监测，所述成像单元4、8用于生成前列腺11随时间推移的图像。在该实施例中，成像单元是超声单元5，所述超声单元5包括由超声控制单元8控制的一个或若干超声换能器，所述超声控制单元8被定位在处理和控制设备7中。成像单元4、8适于生成前列腺11的三维图像。在其他实施例中，成像单元也能够适于生成二维图像。此外，成像单元也能够适于生成另一种类的图像，如磁共振图像。
近距放射治疗装置1还包括空间参数确定单元9，所述空间参数确定单元9用于根据前列腺11的生成的图像来确定前列腺11的空间参数，所述前列腺11的空间参数随时间推移随着前列腺11的肿胀而改变。此外，近距放射治疗装置1包括处置时间窗确定单元13和规划单元14，所述处置时间窗确定单元13用于确定处置时间窗，在所述处置时间窗中前列腺11的空间参数的变化是最小的，所述规划单元14用于基于生成的图像和确定的处置时间窗来确定放置计划和放置时间，所述放置计划定义所述辐射源10要被放置在的放置位置，所述放置时间定义何时各自的辐射源10要被放置在各自的放置位置处并且要被放置多长时间，其中，规划单元14适于确定放置计划，使得放置时间在处置时间窗之内。因此，放置单元5适于将若干辐射源10放置在前列腺11之内的不同的放置位置处，以用于执行近距放射治疗，其中，规划单元14适于规划不同的放置位置和对应放置时间，所述对应的放置时间定义各自的辐射源10何时存在于各自的放置位置处并且存在多长时间。
在该实施例中，空间参数是前列腺11的体积，其中，处置时间窗确定单元13适于确定处置时间窗，使得所述处置时间窗包含体积变化的最小值。具体地，处置时间窗确定单元13能够被调整使得在处置时间窗中前列腺11的体积大体不改变。
图4示意性且范例性地示出了自从最终的导管植入以来的取决于时间t的前列腺11的体积V。在图4中能够看出，在第一时期T1中前列腺11的体积V随时间t增加，直到体积V达到饱和值。已经达到饱和值之后，在时间段Tt中前列腺11的体积V大体保持恒定。时间段T1在将导管植入到前列腺11中的当天的几分钟或几小时的范围中。在时间段T2中(其覆盖大约30天)，前列腺11的体积V大体以指数方式减小。处置时间窗确定单元13优选地适于确定时间段Tt作为处置时间窗，在所述处置时间窗中应当执行前列腺11的处置。
空间参数也能够是活体的仅仅部分，具体为靶区域(在该实施例中，所述靶区域是前列腺的肿瘤区域)的空间参数。此外，空间参数也能够是如活体的形状(具体为活体的部分的形状，例如，活体的肿瘤区域的形状)的不是体积的另一空间参数。若干空间参数也能够被确定并且用于确定处置时间窗。例如，若干空间参数能够被确定用于描述各向异性的体积变化，即，组合体积和形状变化，其中，基于这些空间参数能够确定处置时间窗。例如，空间参数能够定义活体的不同组成部分的位置，其中，这些不同组成部分的位置形成随时间推移而改变并且因而能够定义各向异性的体积变化的活体的表示。
近距放射治疗装置1还包括控制单元15，所述控制单元15用于取决于确定的放置计划来控制放置单元5。备选地，根据确定的放置计划可以手动地使用放置单元5，其中，用户可以根据确定的放置计划经由在导管12之内的导线13来移动辐射源10。
处置时间窗确定单元13适于：基于空间参数的实际变化来提供预定义的肿胀规则，所述预定义的肿胀规则定义由肿胀引起的空间参数的估计的未来变化；基于预定义的规则和前列腺11的确定的空间参数来估计由肿胀引起的空间参数的未来变化；并且基于空间参数的估计的未来变化来确定处置时间窗。具体地，肿胀规则能够取决于实际测量的前列腺11的体积变化来定义前列腺11的体积将如何改变。因此，肿胀规则优选地基于实际测量的肿胀进展来定义肿胀很可能如何继续。肿胀规则能够被实施为函数、表格等。它们能够由“时间对空间参数变化”关系的先验的基于人群的统计数据来定义。
例如，能够提供数据库，所述数据库包括在已经将放置单元插入到人体中之后在多个人体处测量的空间参数变化。直接的测量结果或从所述测量结果推导的推导参数能够被用作肿胀规则。例如，能够确定被存储在数据库中的哪个测量结果提供与实际测量的空间参数的最佳匹配，所述实际测量的空间参数随时间推移而改变。然后能够假设被存储在数据库中的最佳匹配测量结果的进一步的变化对应于实际测量的空间参数的未来变化。
因此，处置时间窗确定单元13适于基于未来肿胀进展来确定处置时间窗。此外，处置时间窗确定单元13适于确定处置时间窗，使得在处置时间窗之内的肿胀进展的导数(即，在处置时间窗之内由肿胀引起的前列腺的体积变化的导数)小于预定义的阈值，所述预定义的阈值能够被预定义，使得在处置时间窗之内执行的近距放射治疗提供如由例如医生评估的非常良好的治疗结果，即，基于从更大的患者组群中获得的先验的近距放射治疗数据能够确定预定义的阈值。优选地，处置时间窗确定单元13适于确定处置时间窗，使得在处置时间窗之内前列腺11的体积大体不改变。
近距放射治疗装置1还包括位置确定单元6、16，所述位置确定单元6、16用于确定在前列腺11之内的放置单元5的位置，其中，规划单元14适于也取决于在前列腺11之内的放置单元5的确定的位置来确定放置计划。在该实施例中，位置确定单元6、16适于确定导管12在前列腺11之内的位置，其中，规划单元14适于也取决于在前列腺11之内的导管12的确定的位置来确定放置计划。
位置确定单元优选地包括电磁感测单元6，所述电磁感测单元6与被布置在各自的导管12的尖端20之内的电磁感测元件16协作，以用于确定在前列腺11之内的各自的导管12的位置。在另一实施例中，电磁感测元件也能够被平移遍及各自的导管的长度，以便确定各自的导管的三维形状和姿态。备选地，位置确定单元能够适于通过光学形状感测来确定导管12在前列腺11之内的位置。在这种情况下，每个导管12包括光学形状感测光纤，所述光学形状感测光纤被连接到光学形状感测单元，以用于通过光学形状感测确定各自的导管的位置。而且在这种情况下能够确定各自的导管的三维形状和姿态。
在该实施例中，规划单元14适于基于导管12的确定的位置来确定在相邻的导管12之间的导管间间距，并且适于取决于确定的导管间间距来确定放置计划。此外，规划单元14适于基于导管12的确定的位置并且基于由成像单元5、8生成的前列腺11的图像来确定导管12与前列腺11之间的空间关系，并且适于进一步取决于导管12与前列腺11之间的确定的空间关系来确定放置计划。例如，规划单元14能够适于确定每个导管12相对于前列腺11的位置，并且适于使用这些确定的位置以用于生成放置计划，具体为用于使先前生成的放置计划适于导管12在前列腺11之内的实际测量的相对位置。
规划单元14也适于基于前列腺11的提供的图像来确定在前列腺11之内的靶区域，所述靶区域优选地是肿瘤区域，并且适于进一步基于确定的靶区域来确定放置计划。例如，能够提供前列腺的三维图像，其中，图像优选地是磁共振图像或超声图像。此外，规划单元14能够适于勾画在前列腺11之内的靶区域，其中，分割算法能够应用于图像，以用于完全自动或半自动地勾画靶区域。规划单元14也能够包括图形用户接口，以用于允许用户(如放射科医生)手动地勾画在前列腺11之内的靶区域，以便确定靶区域。在实施例中，规划单元适于勾画局灶性肿瘤作为在前列腺11之内的靶区域。
规划单元14还适于基于确定的空间参数来确定放置计划，在该实施例中，所述确定的空间参数是体积并且额外地是前列腺11的体积，其随时间推移随着前列腺11的肿胀而改变。规划单元14能够适于基于实际测量的前列腺11的体积并且基于估计的前列腺11的体积的未来变化来确定放置计划，通过将肿胀规则应用于测量的前列腺的体积的实际变化能够确定所述估计的前列腺11的体积的未来变化。因此，基于估计的前列腺的未来变化，具体为估计的未来体积能够调整实际放置计划，所述实际放置计划可以是在已经将导管12插入到前列腺11中之前已经确定的初始放置计划。因此，不仅基于实际体积，而且基于估计的未来体积能够确定放置计划。因此，基于水肿的测量的进展并且基于投影的水肿的进展，在导管植入过程期间能够调整导管位置的初始计划。
成像单元4、8和位置确定单元6、16优选地适于生成前列腺11的图像，并且确定在近距放射治疗的一个或若干阶段期间导管12在前列腺11之内的位置，以便监测前列腺11的肿胀并且以便根据监测的肿胀来调整放置计划。具体地，近距放射治疗装置1优选地适于生成前列腺11的图像，并且适于确定在将导管12插入到前列腺11中期间和在已经将导管12插入到前列腺11中之后，具体为在通过使用辐射源10进行靶区域的处置期间导管12在前列腺11之内的位置，其中，在近距放射治疗的这些不同的阶段期间，根据前列腺的图像和在前列腺之内的导管的实际确定的位置能够调节放置计划。例如，成像单元4、8在近距放射治疗过程期间能够更新前列腺11的图像，其中，规划单元14能够适于使放置计划适于更新的图像。具体地，空间参数确定单元9能够适于基于前列腺11的更新的图像来更新空间参数确定，其中，处置时间窗确定单元13能够适于取决于更新的空间参数来更新处置时间窗，并且其中，规划单元14能够适于使放置计划适于更新的处置时间窗，使得放置时间在更新的处置时间窗之内。此外，基于导管12在前列腺11之内的实际测量位置，即，基于导管12在前列腺11之内的更新的位置，能够确定相邻导管12之间的更新的导管间间距，并且基于更新的图像和在前列腺11之内的导管12的更新的位置，能够确定导管12与前列腺11之间的更新的空间关系，其中，能够由规划单元14使用该更新的信息和前列腺11的更新的体积以及在前列腺11之内的更新的靶区域，以用于使放置计划适于实际确定的、更新的信息。能够实时连续或间歇地提供前列腺11的图像和导管12在前列腺11之内的位置，以用于更新以下中的至少一个：前列腺11的体积、导管12与前列腺11之间的空间关系、导管间间距、处置时间窗以及靶区域，其中，规划单元14适于使放置计划适于更新的信息，从而为自适应的处置规划和递送提供反馈回路。
图5和图6图示了在插入导管12之前、在插入期间以及已经完成插入之后用于确定放置计划的不同参数。具体地，图5示意性且范例性地示出了在导管植入之前具有前列腺肿瘤21的前列腺11。前列腺肿瘤21定义靶区域。图像(如磁共振图像、超声图像或另一成像模态的图像)能够被提供到规划单元14，以用于允许规划单元14通过使用例如公知的分割算法来在导管植入之前确定前列腺11的尺寸和靶区域21的尺寸。规划单元14优选地还适于在导管植入之前取决于前列腺11的尺寸和在前列腺11之内的靶区域21的尺寸来确定初始放置计划。
在导管植入期间和之后，如在图6中所指示的，前列腺11肿胀。图6示出了具有大于初始前列腺的体积的体积的肿胀前列腺11，所述初始前列腺的体积在图6中用虚线22指示。在图6中，双箭头23指示归因于肿胀的前列腺11的体积变化，双箭头24指示导管12与前列腺11之间的空间关系，所述导管12与前列腺11之间的空间关系例如是各自的导管12到前列腺11的外表面的距离，并且双箭头25指示相邻导管12之间的导管间间距。
在该实施例中，由双箭头24指示的各自的导管-前列腺的关系被定义为各自的导管的尖端到前列腺的外表面的最短距离。然而，在另一实施例中，导管-前列腺的关系也能够由另一度量定义。例如，也能够初始量化并且随时间推移追踪从一个或多个给定的导管到前列腺的感兴趣的一个或多个解剖点的距离。在生成的图像中(例如，在生成的超声图像、生成的磁共振图像或由另一成像模态生成的图像中)能够勾画感兴趣的一个或多个解剖点。通过计算体积的导数，通过计算随时间推移采集的多个体积的差等能够量化由双箭头23指示的体积变化。由双箭头25指示的导管间间距能够是最近相邻之间的间距。然而，其也能够被定义为任何两个导管之间的间距。
除放置时间(即，存在时间)和放置位置(即，存在位置)之外，放置计划能够指定导管的数目、在活体中的每个导管的位置和角度，皮肤入口点等。放置计划优选地被确定，使得活体的靶区域接收等于或大于给定的预定义的辐射剂量值的辐射剂量，并且使得满足针对人体(具体为活体，并且还优选地为人体的相邻部分)的给定的预定义的剂量测定的约束。如果也考虑针对人体的相邻部分的剂量测定约束，则生成的图像也优选地示出这些部分，并且当确定放置计划时，优选地考虑对于要被处置的活体(具体为靶区域)的这些相邻部分的空间关系。剂量测定的约束的范例是值V100和值D20，所述值V100定义接收100Gy的剂量的体积，所述值D20定义由20％的体积接收的剂量。规划单元能够适于使用优化算法以用于确定放置计划，使得存在位置和存在时间被优化，以便生成三维剂量图，根据所述三维剂量图，靶区域接收给定的预定的辐射剂量，并且根据所述三维剂量图，满足剂量测定的约束。规划单元能够适于使用AAPM TG-43形成体系以用于执行剂量计算，或适于使用另一优化算法。
近距放射治疗装置还包括显示单元30，所述显示单元30用于将例如生成的图像和确定的导管位置示出给用户(如医生)。
在下文中，将参考图7中示出的流程图范例性地描述用于将近距放射治疗应用于活体的近距放射治疗方法的实施例。
在步骤101中，前列腺的初始图像(如磁共振图像或超声图像)被提供到规划单元，以用于允许规划单元确定前列腺在人体之内的位置并且确定肿瘤区域的位置，所述肿瘤区域是在前列腺之内的靶区域。然后规划单元确定初始放置计划，所述初始放置计划定义应当将辐射源放置在前列腺之内的哪个位置处多长时间以用于处置靶区域。
在步骤102中，根据初始放置计划，将放置单元的导管插入到人体(具体为前列腺)中。在插入过程期间，前列腺肿胀，并且成像单元生成肿胀前列腺的图像，并且位置确定单元确定导管在前列腺之内的位置。此外，基于前列腺的生成的图像和确定的导管的位置，规划单元调整初始放置计划，以便考虑进展水肿。具体地，更新的导管间间距、前列腺的更新的体积、靶区域的更新的位置、前列腺与导管之间的更新的空间关系以及处置时间窗能够被确定并且用于调整放置计划。而且在已经完成导管的插入之后，在步骤103中，通过进一步生成前列腺的图像并且通过进一步确定导管在前列腺之内的位置，能够进一步监测前列腺的肿胀，其中，而且在近距放射治疗的该阶段，在导管插入之后，放置计划能够适于更新的参数，根据实际生成的图像和实际确定的导管在前列腺之内的位置来更新所述更新的参数。在步骤104中，根据被调整的放置计划，辐射源被布置在插入的导管之内，对于在确定的处置时间窗之内的各自的放置时间在不同的放置位置处，以便处置靶区域。而且在近距放射治疗的该处置阶段期间，成像单元可以生成前列腺的图像，并且位置确定单元可以确定导管的位置，其中，该实际测量的信息能够用于确定更新的参数(如更新的导管间间距、更新的前列腺的体积等)，所述更新的参数能够用于进一步调整放置计划，其中，根据被调整的放置计划能够执行辐射源在前列腺之内的放置。
近距放射治疗装置优选地适于执行高剂量率(HDR)近距放射治疗，所述高剂量率(HDR)近距放射治疗作为癌症治疗的形式，在几分钟的量级的短时间段上利用高剂量的电离辐射直接递送到靶处或靶附近。归因于涉及的高剂量率递送率，误差的裕量应当是最小的。因此，近距放射治疗装置适于发展准确的处置计划，即，放置计划，并且适于根据发展的处置计划递送辐射。在根据初始放置计划已经将导管插入到前列腺中之后，导管的实际真实位置被确定并且用于更新放置计划，具体为用于更新辐射源在各自的导管之内的放置位置和放置时间。而且在放置位置和放置时间已经适于给插入到前列腺中的导管的实际的、真实的位置之后，优选地进一步追踪导管的位置，以便考虑靶区域相对于导管的运动。在已经插入导管之后和在处置递送之前，并且也在处置递送期间可以执行该追踪。
尽管在图3中示出的以上描述的实施例中，导管的布置经会阴部被植入在前列腺中，但是在其他实施例中导管的布置也能够被不同地植入到前列腺中。此外，在其他实施例中，导管可以不被植入在前列腺中，而植入在另一活体中(如另一器官)，以用于处置器官，具体为用于摧毁器官中的肿瘤。
尽管在以上描述的实施例中超声单元适于被放置在人体的外表皮上，以用于生成超声图像，但是在其他实施例中成像单元也能够是另一种类的超声成像单元。例如，成像单元能够包括经直肠超声探头，以用于生成超声图像。成像单元也能够是另一成像模态，如磁共振成像模态。
一般，归因于各种原因可以导致处置规划与递送之间的不一致，其范例是，例如，归因于呼吸的靶的运动、其他生理过程、人体移动、导管的运动等。归因于起因于多个导管插入的水肿(即，肿胀)，能够发生在处置规划与递送之间的另一潜在变化是靶(即，要被处置的活体)的形状和体积的变化。该肿胀是组织对异物引入的自然反应。活体的水肿能够导致在导管与活体之间，具体为在导管与靶区域之间的相对空间关系的变化。这些变化一般能够导致初始发展的处置计划(即初始放置计划)的失效。
因此，近距放射治疗装置优选地适于使用在初始处置规划与递送之间的间歇的时间间隔处，并且也任选地在处置递送期间实时的电磁追踪或光学形状感测追踪与三维成像(具体为三维超声成像)的组合。这允许近距放射治疗装置提供在初始规划与递送之间并且也任选地在递送期间的时间中发展水肿的依赖时间的特性。搜集变化中的靶形状和体积的准确的知识的能力使能够智能和自适应的处置规划，这可以引起处置递送的更高的置信度。
近距放射治疗装置优选地使用以下技术来实现智能和自适应的处置规划和递送的目标：二维或三维超声成像、备选地或额外地，三维磁共振成像，以及电磁追踪、备选地或额外地，光学形状感测追踪。这些成像技术和追踪技术能够被单独地利用和一起利用以确定：a)具体地，通过使用磁共振成像，可以要求剂量加强的局灶性癌区域，b)基于测量的水肿进展和投影的水肿进展，具体为基于患者特异性的测量结果和先验的人群统计数据，导管放置中的实时调整，c)通过使用例如实况三维超声成像，靶形状和体积的变化，其中，确定活体和具体为靶区域的形状和体积的变化，d)特别通过使用电磁追踪或光学形状感测追踪，导管间距离关系，以及e)优选地通过使用电磁追踪或光学形状感测追踪和实况三维超声成像，导管-活体距离关系，具体为导管-靶区域距离关系。
近距放射治疗装置优选地适于确定优化时间窗，即，处置时间窗，以基于取决于发展的水肿的评价的活体的体积的稳定性来执行处置规划和递送。因此，近距放射治疗装置提供智能的处置规划。一般，一天之后，继植入导管之后的水肿进展具有成指数的下降，其中，与植入之前的前列腺的大小相比，在导管植入之后的当天所述前列腺一般会大30％至100％。大约在植入之后的一个月肿胀可以被减小至大于初始体积的大约10％的大小。然而，一般不知道植入当天，具体为在分钟和小时的时间尺度上的水肿进展。因此，通过使用近距放射治疗装置执行的工作流程适于在HDR过程中提供关于水肿进展的有价值信息，并且也允许HDR处置规划和递送的时间安排的患者特异性的确定。
图像(其被提供用于在插入导管之前执行放置计划的初始规划，并且其优选地是磁共振图像)能够用于将局灶性剂量加强并入初始放置计划，即，初始处置计划。而且，能够执行在提供的在前的图像与实时三维超声图像之间三维图像融合，所述提供的在前的图像优选地是磁共振图像，所述实时三维超声图像可以在导管插入期间和之后生成。然后在前的图像也能够用于勾画一个或若干癌区域，即，一个或若干靶区域，其中，得到的关于在活体之内的一个或若干靶区域的结果信息能够用于进一步提高放置计划对实际空间情形的调整。因此，具体地在处置递送期间，沿着实时连续的导管追踪能够利用三维图像融合，以使能够局灶性剂量加强的自适应和有效的递送。
起因于多个导管植入的组织水肿导致活体的肿胀。这引起在个体导管之间并且也在导管与活体之间(具体为在导管与靶区域之间)的空间关系的变化。在局灶性剂量加强的情况下，最初旨在在初始处置计划中(即，在初始放置计划中)提供剂量加强的导管可以不再是提供剂量加强的适当的导管，这是因为其相对位置可能已经改变。因此，在这种情况下，需要剂量加强的靶区域附近的一个或多个导管的连续追踪是有帮助的。而且所有导管通道的分布式感测可以是有帮助的。来自初始处置计划的所有这些修正能够被追踪和解释以用于使用以上描述的技术和工作流程。
近距放射治疗装置优选地适于以组合的方式使用电磁追踪或光学形状感测追踪和实时成像，以追踪和解释导管诱发的靶组织的水肿。放置计划能够被确定，使得通过根据放置计划应用辐射剂量，在活体中创建剂量测定的热斑或冷斑，应用异质靶剂量，执行剂量加强和/或执行局灶性处置。
近距放射治疗装置能够适于为例如剂量加强或局灶性处置提供处置规划和递送的自适应同步，即，适于调整放置计划并且针对递送制定被调整的计划，使得例如执行剂量加强或局灶性处置过程。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。
单个的单元或设备可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载的特定措施，但是这并不指示不能有效地使用这些措施的组合。
由任何其他数目的单元或设备能够执行由规划单元执行的确定，如在活体之内的靶区域的确定、随时间推移的空间参数的确定、导管间间距的确定、处置时间窗的确定等。所述确定和/或根据近距放射治疗方法对近距放射治疗装置的控制能够被作为计算机程序的程序代码模块和/或作为专用硬件来实施。
计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式被分布，诸如经由因特网或其他有线或无线的通信系统。
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。
本发明涉及一种用于将近距放射治疗应用于活体的近距放射治疗装置。所述近距放射治疗装置包括：规划单元，其用于确定放置计划，所述放置计划定义在所述活体之内和靠近靶区域的一个或若干辐射源的放置位置和放置时间。所述放置计划被确定，使得所述放置时间在由处置时间窗确定单元确定的处置时间窗之内，其中，在所述处置时间窗之内，使由肿胀引起的所述活体的所述空间参数的变化最小化。从而能够使归因于肿胀的对所述近距放射治疗的不利影响最小化，这提高了所述近距放射治疗的质量。

Claims (15)

1.一种用于将近距放射治疗应用于活体的近距放射治疗装置，所述近距放射治疗装置(1)包括：
-辐射源(10)，其发射辐射，-放置单元(5)，其用于被插入到所述活体(11)中并且用于将所述辐射源(10)放置靠近所述活体的靶区域(21)，以用于使所发射的辐射指向所述靶区域(21)，其中，当所述放置单元(5)被插入到所述活体(11)中时，所述活体(11)肿胀，
-成像单元(4、8)，其用于生成所述活体(11)随时间推移的图像，
-空间参数确定单元(9)，其用于根据所述活体(11)的所生成的图像来确定所述活体(11)的空间参数，所述活体的所述空间参数随时间推移随着所述活体(11)的肿胀而改变，
-处置时间窗确定单元(13)，其用于确定处置时间窗，在所述处置时间窗中，所述活体(11)的所述空间参数的变化是最小的，
-规划单元(14)，其用于基于所生成的图像和所确定的处置时间窗来确定放置计划和放置时间，所述放置计划定义在所述活体(11)之内所述辐射源(10)要被放置在的放置位置，所述放置时间定义所述辐射源(10)何时要被放置在各自的放置位置处并且要被放置多长时间，其中，所述规划单元(14)适于确定所述放置计划，使得所述放置时间在所述处置时间窗之内。
2.根据权利要求1所述的近距放射治疗装置，其中，所述处置时间窗确定单元(13)适于：
-基于所述空间参数的实际变化来提供预定义的肿胀规则，所述预定义的肿胀规则定义由肿胀引起的所述空间参数的估计的未来变化，
-基于所述预定义的规则和所述活体(11)的所确定的空间参数来估计由肿胀引起的所述空间参数的未来变化，
-基于所述空间参数的所估计的未来变化来确定所述处置时间窗。
3.根据权利要求1所述的近距放射治疗装置，其中，所述成像单元(4、8)适于在近距放射治疗过程期间更新所述活体(11)的所述图像，其中，所述规划单元(14)适于使所述放置计划适于所更新的图像。
4.根据权利要求3所述的近距放射治疗装置，其中，所述成像单元(4、8)适于在所述处置时间窗中更新所述活体(11)的所述图像，其中，所述规划单元(14)适于在所述处置时间窗中使所述放置计划适于所更新的图像。
5.根据权利要求1所述的近距放射治疗装置，其中，所述成像单元(4、8)适于在近距放射治疗过程期间更新所述活体(11)的所述图像，其中，所述空间参数确定单元(9)适于基于所述活体(11)的更新的图像来更新所述空间参数确定，其中，所述处置时间窗确定单元(13)适于取决于所更新的空间参数来更新所述处置时间窗，并且其中，所述规划单元(14)适于使所述放置计划适于所更新的处置时间窗。
6.根据权利要求1所述的近距放射治疗装置，其中，所述近距放射治疗装置(1)还包括位置确定单元(6、16)，所述位置确定单元用于确定所述放置单元(5)在所述活体(11)之内的位置，其中，所述规划单元(14)还适于取决于所述放置单元(5)在所述活体(11)之内的所确定的位置来确定所述放置计划。
7.根据权利要求6所述的近距放射治疗装置，其中，所述位置确定单元(6、16)适于将对所述放置单元(5)在近距放射治疗过程期间的不同时间处在所述活体之内的位置的确定进行更新，其中，所述规划单元(14)适于根据所述放置单元(5)的更新的确定的位置来调整所述放置计划。
8.根据权利要求6所述的近距放射治疗装置，其中，所述放置单元(5)包括若干导管(12)，其中，所述位置确定单元(6、16)适于确定所述导管(12)在所述活体(11)之内的位置，其中，所述规划单元(14)适于确定在导管(12)之间的导管间间距，并且适于取决于所确定的导管间间距来确定所述放置计划。
9.根据权利要求6所述的近距放射治疗装置，其中，所述规划单元(14)适于基于所述放置单元(5)的所确定的位置和由所述成像单元(5、8)生成的所述活体(11)的图像来确定所述放置单元(5)与所述活体(11)之间的空间关系，并且适于进一步取决于所述放置单元(5)与所述活体(11)之间的所确定的空间关系来确定所述放置计划。
10.根据权利要求1所述的近距放射治疗装置，其中，所述规划单元(14)适于基于所述活体(11)的提供的图像来确定在所述活体(11)之内的所述靶区域(21)，并且适于基于所确定的靶区域(21)来确定所述放置计划。
11.根据权利要求1所述的近距放射治疗装置，其中，所述规划单元(14)适于基于所确定的空间参数来确定所述放置计划，所述空间参数随时间推移随着所述活体(11)的肿胀而改变。
12.根据权利要求11所述的近距放射治疗装置，其中，所述成像单元(5、8)适于在近距放射治疗过程期间更新所述活体(11)的所述图像，其中，所述空间参数确定单元(9)适于基于所述活体(11)的更新的图像来更新所述空间参数确定，并且其中，所述规划单元(14)适于使所述放置计划适于所更新的空间参数。
13.根据权利要求11所述的近距放射治疗装置，其中，所述规划单元(14)适于：
-基于所述空间参数的实际变化来提供预定义的肿胀规则，所述预定义的肿胀规则定义由肿胀引起的所述空间参数的估计的未来变化，
-基于所述预定义的规则和所述活体的所确定的空间参数来估计由肿胀引起的所述空间参数的未来变化，
-基于所确定的空间参数来确定所述放置计划，所述空间参数随时间推移随着所述活体的肿胀而改变。
14.一种用于将近距放射治疗应用于活体的近距放射治疗方法，所述近距放射治疗方法包括：
-由成像单元(5、8)生成所述活体(11)随时间推移的图像，
-将放置单元(5)插入到所述活体(11)中，其中，当所述放置单元(5)被插入到所述活体(11)中时，所述活体(11)肿胀，
-由所述放置单元(5)将发射辐射的辐射源(10)放置靠近所述活体(11)的靶区域(21)，以用于使所发射的辐射指向所述靶区域(21)，
-由空间参数确定单元(9)根据所述活体(11)的所生成的图像来确定所述活体(11)的空间参数，所述活体的所述空间参数随时间推移随着所述活体(11)的肿胀而改变，
-由处置时间窗确定单元(13)确定处置时间窗，在所述处置时间窗中，所述活体(11)的所述空间参数的变化是最小的，
-由规划单元(14)基于所生成的图像和所确定的处置时间窗来确定放置计划和放置时间，所述放置计划定义在所述活体(11)之内所述辐射源(10)要被放置在的放置位置，所述放置时间定义所述辐射源(10)何时要被放置在各自的放置位置处并且要被放置多长时间，其中，所述规划单元(14)确定所述放置计划，使得所述放置时间在所述处置时间窗之内，
-通过使用所述放置单元(5)，根据所确定的放置计划来放置所述辐射源(10)。
15.一种用于将近距放射治疗应用于活体的计算机程序，所述计算机程序包括：当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的近距放射治疗装置(1)的计算机上运行时，用于令所述近距放射治疗装置执行根据权利要求14所述的近距放射治疗方法的步骤的程序代码模块。
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