CN111282164A - 用于规划辐射处置治疗的系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于规划辐射处置治疗的系统。在辐射递送期间，光学传感器设备被植入到患者内的风险区域内或非常接近患者内的风险区域的地方。在辐射递送期间，所述传感器设备以光学方式监测所述风险区域的取向以及由所述风险区域接收的辐射剂量。该信息可以被使用以在正在实施正在进行的辐射递送计划的同时适当地实时修改所述计划。

Description

用于规划辐射处置治疗的系统
本申请是申请日为2013年2月26日，题为“用于规划辐射处置治疗的系统”，申请号为201380016458.X的专利申请的分案申请。
技术领域
本申请总体上涉及一种用于辐射处置治疗的方法和系统，并且涉及医学成像领域。辐射处置治疗是这样一个过程，受过训练的医学专业人员通过辐射处置治疗对患者规划并执行电离辐射的递送。该治疗非常普遍地用于通过电离病变组织从而破坏病变组织来处置诸如癌症的疾病。在这个背景下，辐射源通常被设置在人体的外部以采用可控的方式将电离辐射引导至人体中。因此，辐射对目标病变组织和辐射的路径内的健康组织两者进行电离。因此，辐射治疗的中心目标是控制辐射递送以将对患者体内的目标病变区域的辐射暴露最大化而将对患者体内的风险健康区域的辐射暴露最小化。
背景技术
辐射治疗通常以患者身体的诊断三维成像扫描开始，以例如计算机断层摄影(CT)扫描开始。受过训练的医学专业人员使用诊断CT成像数据以指定辐射治疗递送计划的若干特性。例如，使用诊断CT成像数据，医学专业人员能够识别患者体内的具体目标和风险区域。专业人员还能够指定要被递送到目标区域的最小辐射剂量(即，足以破坏病变组织)以及要被递送到各个风险区域的最大辐射剂量(即，以限制对健康组织的损害)。在设计在患者体内产生指定的辐射剂量分布的一组外部辐射源射束递送角度和形状时，可以使用辐射处置规划软件来将这些要求和其他信息考虑在内。
在时间上尽可能地接近随后辐射处置递送来执行诊断CT扫描。然而，即使使用软件通常也需要至少几分钟来生成所建议的辐射递送计划。之后，利用软件计算的辐射处置计划在该计划被发布用于对患者递送之前必须通过质量保证测试。出于诸如患者和医生日程安排问题的这些和其他原因，在临床实践中在诊断CT扫描与辐射处置递送之间通常经过多日。
一旦辐射处置计划被认可，则辐射被递送到患者。患者被放置在辐射治疗递送系统内的这样一个位置中，该位置尽可能接近地与先前诊断CT成像扫描期间的患者位置相匹配。然而，患者内部器官的位置和取向不能类似容易地被匹配在与辐射处置治疗相关的小裕量内。通常，第二诊断CT成像扫描刚好在递送辐射之前被执行。第二诊断扫描的结果可以被用来在辐射递送之前重新定位患者，或被用作从开始重启辐射处置规划过程的基础。
在实际辐射处置递送期间跟踪患者体内的目标区域和风险区域的形状和位置已经在临床实践中被以传统方式完成，如果有的话，大多基于附接到患者身体的外部跟踪器。这样的外部跟踪只允许得出关于患者体内的目标区域和风险区域的形状和位置的间接结论。
然而，已经提出了使用与光纤形状感测和定位(FOSSL)跟踪技术相组合的辐射剂量计来测量在辐射处置递送期间施加到目标区域的辐射剂量。参见于2011年11月7日提交的、发明人为M.Grass、R.Manzke和R.Chan、名称为“Flexible X-Ray Detector withOptical Shape Sensing”的美国临时专利申请No.61/556315(下文的“Grass等人”)。本申请在此通过引用将Grass等人的关于组合式辐射剂量计与光纤跟踪传感器设备和方法的其公开内容并入本文。
辐射剂量计是测量存在于该辐射剂量计所处区域中的电离辐射的量或者指示这样的辐射的一些其他相关量的设备。辐射剂量计在尺寸上能够被制造为很小，例如直径几毫米，但仍提供高度的测量准确度。
与之对比，FOSSL技术跟踪光缆的取向。如本文具体定义的光缆的“取向”对应于识别光缆相对于指定参考点的形状和位置。这例如经由沿着光纤的长度放置以测量光纤的偏转和弯曲的多个传感器来完成。该FOSSL跟踪技术总体上例如被描述在以下三个专利申请中：
于2011年1月14日提交的并指定美国的、发明人为R.Chan、G.Shechter、A.E.Desjardins、G.‘T Hoof和C.S.Hall、名称为“Apparatus,System and Method forImaging andTreatment Using Optical Position Sensing”的WO 2011/098926，其要求于2010年2月9日提交的美国临时专利申请No.61/302571的优先权；
于2011年3月29日提交的并指定美国的、发明人为J.Wang、R.Chan、G.‘T Hoof、A.E.Desjardins和C.S.Hall、名称为“Motion Compensation and Patient Feedback inMedical Imaging Systems”的WO 2011/138691，其要求于2010年5月7日提交的美国临时专利申请No.61/332212的优先权；以及
于2011年8月3日提交的、发明人为R.Manzke、G.‘T Hoof、R.Chan和A.E.Desjardins、名称为“Dynamic Constraining with Optical Shape Sensing”的美国临时专利申请No.61/514585。
本申请通过引用将这三个在先申请的FOSSL跟踪技术和方法的其各自公开内容并入本文。
如已经陈述的，Grass等人提出了使用与光纤跟踪踪技术相组合的辐射剂量计来测量在辐射处置递送期间施加到目标区域的辐射剂量。Grass等人的传感器设备被放置在目标区域内或非常接近目标区域的地方，并且测量在辐射递送期间随时间的被施加到目标区域的辐射剂量和目标区域的取向两者。以这种方式，辐射治疗处置能够被施加到目标区域并且在辐射递送期间动态地被调整以将目标区域的移动或形状变化考虑在内。
发明内容
本公开涉及Grass等人的传感器设备及相关方法的另外的使用，并且还涉及使用该技术的具体范例。在第一方面中，与光纤跟踪踪技术相组合的辐射剂量计在辐射处置递送期间被用来监测风险区域(不仅目标区域)。
在第二方面中，与光纤跟踪踪技术相组合的辐射剂量计被用来利用辐射治疗来处置前列腺癌症。在这个背景下，危险区域包括设置在前列腺组织附近的直肠壁部分。因此，直肠球囊(balloon)可以被用来在辐射递送期间稳定直肠的形状和位置，以及监测正被递送到直肠壁的辐射的取向和量。对辐射递送计划的改变(其潜在地包括辐射递送的完全停止和/或对计划的修改)可以基于所监测的信息在辐射递送期间实时地被实施。
使用本发明，辐射处置治疗的结果将通过在辐射递送期间考虑患者内的风险区域的形态学变化而得以改进。风险区域更有效地被保护并且目标区域更可靠地接收其规定的辐射剂量。对在风险区域处的辐射剂量的在线监测提高了患者安全性。其还实现了高级处置方案，例如，在辐射递送期间基于取向跟踪器信号重新聚焦或以其他方式调整辐射射束。例如，在前列腺处置中的一个主要风险结构为直肠壁。
该方法包括将光学传感器设备植入到患者中，即植入到患者内的至少一个风险区域内或非常接近患者内的至少一个风险区域的地方。光学传感器设备具有取向纤芯和辐射纤芯，其中，取向纤芯被配置为测量光学传感器设备相对于参考点的取向，辐射纤芯被配置为测量由光学传感器设备接收的辐射剂量。两种纤芯都在辐射递送期间被以光学方式询问以生成关于光学传感器设备的取向信息和辐射剂量信息。在辐射递送期间，该信息被用来估计所述光学传感器设备的取向以及由所述光学传感器设备接收的辐射剂量。之后，这些估计在辐射递送期间被监测，并可以被使用以在正在实施正在进行的辐射递送计划的同时适当地实时修改所述计划。还提供了对应的光学感测系统和辐射递送规划系统。
附图说明
在阅读以下详细描述的若干实施例后，许多优点和益处对于本领域技术人员将变得显而易见。本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种过程操作和过程操作的安排的形式。附图仅出于图示许多实施例的目的，并且不得被解释对本发明的限制。
图1示意性地图示了光学感测系统100，其监测由光学传感器设备接收的辐射剂量和光学传感器设备的取向；
图2示意性地图示了光学傅里叶域反射计系统200，其可以结合光学感测系统100来使用；
图3示意性地图示了光缆纤芯300，其并入了针对在辐射递送期间的在线辐射剂量测量的多个不同闪烁包层；
图4示意性地图示了辐射治疗系统400，其并入了图1的光学感测系统100；
图5示意性地图示了光学传感器设备502，其具有能配置体积；
图6A示意性地图示了光学传感器设备602，其具有处于松弛状态的能配置体积；
图6B示意性地图示了图6A的设备602，其具有处于膨胀状态的能配置体积；并且
图7示意性地图示了在辐射治疗处置期间使用光学感测系统的方法的步骤。
具体实施方式
本公开描述了用于使用与光学形状和位置跟踪系统相组合的辐射剂量计的方法和系统。该方法和系统可以结合辐射治疗递送系统来使用。该方法和系统还可以结合各种成像系统模态中的任何一种或多种来使用，所述各种成像系统模态例如包括基于X射线的成像、超声成像、计算机断层摄影(CT)成像、磁共振成像(MRI)等。
图1示意性地图示了光学感测系统100。光学感测系统100具有光学询问控制台101，光学询问控制台101被以光学方式连接到至少一个光学传感器设备102并被以电子方式连接到三维取向重建器103和辐射剂量计算器104。光学询问控制台101将光学询问信号发送到光缆105，光缆105被嵌入在基底材料106内或上以形成光学传感器设备102。光信号向外传播到光学传感器设备102并之后以下面进一步描述的方式通过线缆105被反射回控制台101。经反射的光信号携带指示光学传感器设备102的特定属性的信息。该信息包括光学传感器设备102的取向，或由光学传感器设备102接收的辐射的量，或这些属性两者。光学询问控制台101测量经反射的光并以电子方式将测量结果传递给三维取向重建器103和/或辐射剂量计算器104以用于分析。
光学询问控制台101可以是在结构上被配置用于将光发射到光缆105并接收和测量从光缆105反射回的光的任何设备或系统。在一个实施例中，光学询问控制台101采用至少一个光学傅里叶频域反射计和如本领域已知的其他适合的电子器件或设备。在图2中图示了这样的反射计200的原理。其他适当的光学询问控制台100的设置是已知的并能够被使用在光学感测系统100中。
反射计系统200具有能调谐的光源211，能调谐的光源211具有相干光输出212，相干光输出212可以被调谐以具有期望波长。光源211的光输出212通过分光器213传播，分光器213将光信号212分成参考信道214和采样信道215。进入参考信道214的光传播到反射镜216以沿着参考信道214反射回分光器213，所述光具有已知的且恒定的光路径长度。进入采样信道215的光传播到外部光缆105，在那里所述光与光学传感器设备102相互作用并沿着相同路径105和215被反射回分光器213。采样信道215和外部光缆105的组合光路径长度是已知的常数。
之后，被反射回分光器213的这两个光信号通过分光器213被组合成测量光信号218并被引导向光电探测器219。光电探测器219记录测量光信号218。通过以已知的且可控的方式改变光输出212的属性，并随着光输出212变化而记录所得测量光信号218，反射计系统200创建干涉图样。干涉图样指示光学传感器设备102的取向，或由光学传感器设备102接收的辐射的量，或两者。光学询问控制台101测量干涉图样，并以电子方式将所记录的信息发送到三维取向重建器103和/或辐射剂量计计算器104以用于分析。
再次参考图1，光缆105可以是适用于将光信号携带到光学传感器设备102并从光学传感器设备102携带光信号的任何类型的柔性材料。适当的材料例如包括柔性的且光学透明的玻璃或塑料材料。也可以使用其他适当的材料。光缆105可以包含单个光纤芯或多个光纤芯。
基底106可以是适用于嵌入、承载或以其他方式支撑光缆105的任何类型的材料。合适的基底106的适当范例包括但不限于，诸如直肠球囊的能部署球囊、导管、过滤器、筐篮、螺旋体、内窥镜等。基底106和/或由基底106支撑的光缆105可以形成包括细长的直线形状、曲线形状、涡流形状、环形形状、环路形状、螺旋形状或任何其他形状中的一个或多个的形状。基底106的材料和形状可以被改变以根据临床应用提供不同的结果，例如通过更好地配合具体器官或肿瘤。也可以基于在要将光学传感器设备102插入到患者的地方存在的组织类型选择具体基底106。以这种方式，光缆105和基底106一起形成柔性的且能配置体积以获得来自光学传感器设备102的取向信息和辐射剂量信息。然而，在一些实施例中，光学传感器设备102可以单独地包括光缆105，而没有任何基底106。
光缆105能够被用来获得关于使用如以上讨论的光纤跟踪技术的光学传感器设备102的取向信息。这可以通过以光学方式询问光缆105内的一个或多个取向纤芯来完成。在第一实施例中，例如，(一个或多个)取向纤芯每个包含沿着光缆105的长度集成的布拉格光栅阵列，如本领域已知的。在第二实施例中，作为另一范例，(一个或多个)取向纤芯每个具有沿着光缆的长度发生的光学折射率的自然变化，如本领域已知的，例如基于瑞利散射的光纤芯。可以备选地或额外地使用其他光纤取向跟踪设备或结构。
由从光缆105的(一个或多个)取向纤芯中的这样的结构反射的光创建的干涉图样由光学询问控制台101记录并被传递给三维取向重建器103。三维取向重建器103被本文宽泛地定义为在结构上被配置用于将从光缆105的(一个或多个)取向纤芯接收的实测反射谱数据转变为光学传感器设备102的三维取向的任何设备或系统。例如，光学传感器设备102的轴向反射率曲线(A线)可以通过经采样的信号的离散傅里叶变换(DFT)获得。同样，在一些实施例中，经采样的信号可以与一个或多个生物物理学模型组合以导出所估计的取向信息。
光缆105还能够被用来获得关于在使用光纤技术的光学传感器设备102处接收的辐射的辐射剂量信息。这通过以光学方式询问光缆105内的一个或多个辐射纤芯来完成。在第一实施例中，例如，(一个或多个)辐射纤芯可以具有图3中示出的包层结构。在另一实施例(未示出)中，将(一个或多个)辐射纤芯紧挨着一个或多个闪烁体设置，例如利用光学透明粘着剂将所述一个或多个闪烁体贴附到光缆上。可以在光学传感器设备102中备选地或额外地采用其他光纤辐射剂量计。
图3的示范性辐射纤芯300是具有相对于芯300的长度比较小的横截面的柔性光纤。辐射纤芯300包括沿着其长度的一个或多个包层区域322。辐射纤芯300可以包括沿着光学传感器设备102的长度分布的包层322的多个区域，以实现辐射剂量测量的更高分辨率。图3中图示了三个包层区域322，但在其他实施例中可以提供更多或更少包层区域322。(一个或多个)包层322将射入辐射转换成可见光，所述可见光将与来自光学询问控制台101穿过辐射纤芯300的询问光212相互作用。(一个或多个)包层322可以是闪烁包层材料。针对射入辐射的不同能量(例如在辐射治疗中使用的诊断X射线能量或光子能量)可以优化(一个或多个)包层322。(一个或多个)包层322可以仅为部分包层或其可以是辐射屏蔽的，以便导出关于到达光学传感器设备102的辐射的额外方向性信息。
由光缆105的(一个或多个)辐射纤芯中的这样的结构反射的光创建的干涉图样由光学询问控制台101记录并被传递给辐射剂量计算器104。辐射剂量计算器104被本文宽泛地定义为在结构上被配置用于将从光缆105的(一个或多个)辐射纤芯接收的实测反射谱数据转变为在光学传感器设备102处接收的辐射剂量的测量结果的任何设备或系统。在一些实施例中，经采样的信号可以与一个或多个辐射剂量模型组合以导出所估计的辐射信息。
系统100内的光学取向询问部件和光学辐射询问部件可以被整体地彼此分离。即，光学感测系统100可以包括第一取向反射计200，第一取向反射计200专用于光缆105内的(一个或多个)取向纤芯从而仅用于获得关于光学传感器设备102的取向信息。之后该系统100将包括第二辐射剂量反射计200，第二辐射剂量反射计200专用于光缆105内的(一个或多个)辐射纤芯从而仅用于获得关于光学传感器设备102的辐射剂量信息。
然而，在其他实施例中，光学感测系统100内的取向和辐射光学子系统可以共享一个或多个部件。因此，单个反射计200可以被用来以光学方式询问单独的取向纤芯和辐射纤芯以便监测光学传感器设备102。或者，单个纤维既可以被用作取向纤维又可以被用作辐射纤维。在这样的实施例中，可能有用的是，对于这两个子系统使用不同波长的光学询问光以便在这两个光信号之间进行区分，如本领域已知的。
三维取向重建器103和辐射剂量计算器104都包括用于执行适当计算的处理器和存储器。尽管图1将取向重建器103和剂量计计算器104图示为单独的部件，但在其他实施例中它们可以包括具有公共存储器的单个处理器。因此本文描述的功能能够被执行为软件逻辑。本文使用的“逻辑”包括但不限于硬件、固件、软件和/或每个的组合以执行(一个或多个)功能或(一个或多个)动作，和/或引起来自另一部件的功能或动作。例如，基于期望的应用或需求，逻辑可以包括软件控制的微处理器、诸如专用集成电路(ASIC)的离散逻辑或其他编程的逻辑设备。逻辑还可以被完全实施为软件。
本文使用的“软件”包括但不限于一个或多个计算机可读和/或可执行指令，所述指令使计算机或其他电子设备以期望的方式执行功能、动作和/或行为。所述指令可以实现在各种形式中，例如例程、算法、模块或包括来自动态链接库的单独应用或代码的程序。软件还可以被实施在诸如单机程序、函数调用、小服务程序、小应用程序、存储在存储器中的指令、操作系统的一部分或其他类型的可执行指令的各种形式中。本领域技术人员之一将认识到，软件的形式例如取决于期望应用的要求、其运行的环境和/或设计者/程序员的期望等。取向重建器103和辐射剂量计算器104的逻辑大多可以被容易地实现为辐射治疗规划软件包的一部分。
本文描述的系统和方法能够被实施在各种平台上，所述各种平台例如包括网络控制系统和单机控制系统。另外，本文所示和所描述的逻辑优选地驻存在计算机可读介质中或上。不同计算机可读介质的范例包括闪速存储器、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、磁盘或磁带、包括CD-ROM和DVD-ROM的光学可读介质等。此外，本文描述的过程和逻辑能够被合并成一个大的过程流或被分成许多子过程流。本文已经描述的过程流的顺序不是决定性的，并且能够被重新安排，同时仍然到达相同结果。确实，本文描述的过程流可以如所保证或所期望的在它们的实施方式中被重新安排、合并和/或重组。
图4示意性地图示了辐射治疗系统400，辐射治疗系统400包括用于将辐射引导或提供到患者433内的指定目标区域432的可移动辐射源431。辐射源431例如可以为用于为辐射治疗提供辐射的X射线源或一些其他适当的源。辐射源431可以被安装到可移动臂434上，由此提供用于将辐射引导或提供到指定目标区域432的可移动辐射源431。目标区域432例如可以为患者433内的肿瘤。
辐射治疗系统400还包括以上描述的光学感测系统100。因此，光缆105的一端被连接到光学询问控制台101，并且另一末端包含光学传感器设备102。光缆105的末端和光学感测设备102在辐射治疗递送或其他流程期间被插入到患者433中以监测患者433内的风险区域以及可能的目标区域的取向和由患者433内的风险区域以及可能的目标区域接收的辐射剂量。
辐射治疗系统400额外地包括控制台435，控制台435具有一个或多个处理器(未示出)以移动并操作辐射源431。控制台435的处理器可以包含如以上定义的软件逻辑，以执行这些或其他功能。三维形状重建器103、辐射剂量计算器104以及系统控制台435的各自功能可以由一个单个处理器或一起工作的多个处理器执行。
图5图示了光学传感器设备502的一种示范性形式，光学传感器设备502具有可以与光学感测系统100结合使用的能配置体积。设备502包括与两个辐射纤芯542交织的一个取向纤芯541以便形成柔性的二维网格感测阵列543。合适的基底(未示出)可以被加到设备502以便将芯541和542一起保持在柔性网格形状543中。柔性网格543形成轮廓相合的传感器阵列，所述轮廓相合的传感器阵列能够被包裹在风险区域的外部轮廓附近，以便监测风险区域的取向和应用到风险区域的辐射剂量。
图6A图示了光学传感器设备602的第二示范性形式，光学传感器设备602具有可以与光学感测系统100结合使用的能配置体积。设备602包括具有至少一个取向纤芯(未示出)和至少一个辐射纤芯652的光缆605。光缆605通过基底线缆导轨653延伸到球囊基底606，例如在前列腺癌辐射处置期间普遍使用的直肠球囊。在图6A中示出了处于松弛状态的球囊606。图示的球囊606的尺寸在某种程度上被夸大。在实际使用中，未膨胀的球囊606通常会更紧附于光缆，而没有多少移动空间。(一个或多个)取向纤芯和(一个或多个)辐射纤芯652被安装到球囊606基底的表面中或上。图6A中图示的具体辐射纤芯652包含四个辐射剂量传感器结构622，例如包层结构，四个辐射剂量传感器结构622被设置在球囊606的周边附近。光缆605的纤芯可以被设置在交叉传感器阵列中的球囊606上以提高测量的灵敏度并稳定该阵列。
图6B示意性地图示了具有处于膨胀状态的球囊606的光学传感器设备602。可以利用惰性气体等使球囊606膨胀，如在导管球囊领域已知的。以这种方式，光学传感器设备602形成轮廓相合的传感器阵列，所述轮廓相合的传感器阵列能够被膨胀以与风险区域的内部轮廓相合，以便监测风险区域的取向和应用到风险区域的辐射剂量。在一些实施例中，可以利用辐射吸收液体代替惰性气体使球囊606膨胀，以便进一步地减少递送到风险区域的辐射。
因此，提供了一种用于在辐射治疗处置期间使用光学感测系统100的方法。在图7中图示了示范性的这样的方法700。在第一步骤761中，光学传感器设备102被植入到患者中，即要被利用辐射处置的至少一个风险区域内或非常接近要被利用辐射处置的至少一个风险区域的地方。其他光学传感器设备102还可以被嵌入到患者体内的额外风险区域或者一个或多个目标区域内或非常接近患者体内的额外风险区域或者一个或多个目标区域的地方。患者被放置在辐射治疗系统内，例如以上讨论的示范性系统400。之后辐射治疗系统开始762对患者递送辐射。
在辐射递送流程期间，利用光学感测系统100来监测763患者内的风险区域的取向以及由风险区域接收的辐射的量。更具体地，光缆105中的(一个或多个)取向纤由光学询问控制台101询问764，以在辐射递送期间获得风险区域取向信息765。风险区域取向信息765包括测量根据询问光属性的从光学传感器设备102返回的光信号。如果光缆105包含多个取向纤芯，则可以针对每个芯单独地记录该信息765。光学传感器设备102内的光反射可以例如由光缆105内的嵌入式周期性结构(例如，光纤布拉格光栅)或由光缆105的折射率的非周期性随机变化(例如，瑞利散射)引发。
在辐射递送期间，类似地询问766光缆105中的(一个或多个)辐射纤维以获得辐射剂量信息767。这些各自的询问764和766可以被同时地或顺序地并且以任何数量或相对于彼此的任何顺序执行，以适当地获得关于风险区域的充分的测量信息765和767。另外，如果超过一个风险区域或目标区域也被监测，则对设置在这些区域中的光学传感器设备做出类似的询问。
取向信息765被提供给三维取向重建器103，三维取向重建器103使用取向信息以估计768患者体内的风险区域的取向769。三维形状重建器103例如可以处理反射谱765以生成在沿着光缆105的(一个或多个)取向纤芯的多个位置处的应变值。应变传感器可以包括光纤布拉格光栅(FBG)和瑞利散射询问中的至少一个。
在一些实施例中，光缆105可以有利地通过包括具有更多数量的(具有光学应变传感器的)光纤的区域而包括更高灵敏度的区域。例如，光缆105可以具有第一区域和第二区域，在所述第一区域存在第一数量的具有光学应变传感器的光纤，并且在所述第二区域存在第二数量的具有光学应变传感器的光纤。以这种方式，第二区域将具有比第一区域更高的灵敏度。较高的灵敏度可以帮助实现关于光缆105的取向的更好分辨率。作为一个范例，第一区域可以具有一个光纤和第一灵敏度，并且第二区域可以具有四个光纤和比第一灵敏度高的第二灵敏度。三维形状重建器103将应变值组合以生成光缆105的形状和位置的三维重建。例如，应变测量结果可以被转换成旋转角，并且相关联的旋转矩阵可以被用来更新切向量、法向量以及副法线向量(即，雅克比矩阵的列)。
辐射剂量信息767被类似地提供给辐射剂量计算器104，辐射剂量计算器104使用辐射信息来估计770由患者内的风险区域接收的辐射的剂量771。相对于其他监测的风险区域或目标区域做出类似的辐射剂量计算。
在辐射递送期间，风险区域取向估计769和风险区域辐射剂量估计771被提供给辐射治疗规划系统处理器。辐射治疗规划系统利用辐射递送系统的坐标系配准估计769和771的坐标系。之后该辐射治疗规划系统使用所估计的信息来确定772是否响应于患者的移动以在辐射递送期间修改辐射递送计划，以及如果是，如何修改。这样的移动例如可以包括呼吸运动、心脏运动、蠕动运动或其他患者诱发的移动。辐射递送计划修改例如可以包括：如果风险区域已经接收到预设的最大辐射剂量，则停止辐射递送。在辐射递送期间风险区域已经经历取向的显著变化的其他情况下，可以继续辐射递送但修改计划以将形态学变化考虑在内，以便保护风险区域。
在又一额外的实施例中，辐射治疗规划系统可以使用风险区域取向和辐射剂量估计以向系统的用户提供关于估计的通知。用户通知可以采取许多形式。在一个实施例中，所述系统可以简单地通知用户由风险区域接收到的辐射剂量已经达到预设最大值的规定百分比。在另一实施例中，所述系统可以额外地将辐射递送计划的所建议的修改呈现给用户，以便将风险区域取向在辐射递送期间的变化考虑在内。
最后，辐射递送计划将运行其过程。该计划可以已经由于监测763而被修改772，或者没有被修改。不管以哪种方式，当计划已经运行其过程时停止773辐射递送。在一些情形下，辐射递送可以被分解，即，被分布在多个递送段当中，而非被分布在单个递送段中。在那种情况下，来自较早递送段的估计769和771可以被用于随后递送段的规划和修改。
在一个示范性实施例中，在处置前列腺癌的辐射处置治疗期间使用光学感测系统100。在这个背景下，目标区域是患者前列腺内的癌变组织或周围组织。风险区域包括设置在前列腺附近的直肠壁部分以及患者的膀胱。例如，由于在前列腺癌辐射处置期间辐射剂量错误地被引导到健康直肠组织而非癌变前列腺组织，已经观察到包括直肠癌的严重副作用。类似的风险也可以存在于膀胱组织附近。
为了减少这种副作用，已经开发出标准协议以在前列腺癌辐射处置期间保护直肠组织和膀胱组织不受辐射的过度暴露。关于直肠组织，按照惯例，在前列腺辐射处置递送期间，在患者的直肠内部署一个或多个球囊以稳定患者直肠组织的尺寸和位置。关于膀胱组织，按照惯例，在前列腺辐射处置递送期间规定一种可控的膀胱填充状态，例如通过要求患者在辐射递送之前的适当时间饮下一瓶水。然而，即使采取这种预防措施，患者的直肠、膀胱和前列腺的尺寸和相对位置可能不能很好地被控制在与辐射治疗相关的小裕量内。对于由于呼吸运动引起的位置变化尤其是这样，而且对诸如直肠气体和其移动的生理效应也是这样。因此，实际递送的辐射剂量的在线跟踪以及与规划的风险区域剂量的比较对于优化处置而言是非常有益的。
为了结合前列腺癌处置使用光学感测系统100，第一光学传感器设备102可以被并入到直肠球囊中。在图6A和6B中图示了这样的设备的代表性范例602。能够询问该第一光学传感器设备以在前列腺辐射处置递送期间监测直肠风险区域的取向和由直肠风险区域接收的辐射剂量。可以有利地利用诸如液体金属的辐射吸收液体填充该球囊，以减少到达离前列腺组织最远的直肠壁背侧的辐射。
另外，还可以将第二光学传感器设备放置在非常接近膀胱的地方。在图5中图示了这样的设备的代表性范例502。能够询问该第二光学传感器设备以在前列腺辐射处置递送期间监测膀胱风险区域的取向和由膀胱风险区域接收的辐射剂量。
已经参考若干实施例描述了本发明。明显地，其他人在阅读并理解前面详细描述后可以进行修改和变化。例如，光学感测系统100可以结合核医学引导的介入来使用。旨在将本发明解释为包括所有这样的修改和变化，只要它们落入权利要求书或其等价要件的范围内。本发明可以采取所公开的实施例的元件的各种组成、部件和布置、组合以及子组合的形式。

Claims (8)

1.一种辐射治疗规划系统，用于生成要由辐射递送系统实施的辐射递送计划，所述辐射递送系统包括可移动辐射源(431)，所述可移动辐射源用于将辐射引导并提供到患者(433)内的指定目标区域(432)，所述规划系统包括：
光学传感器设备(102)，其用于被植入到所述患者内的至少一个风险区域内或非常接近所述患者内的至少一个风险区域的地方，并且包括至少一个取向纤芯和至少一个辐射纤芯，其中，所述至少一个取向纤芯被配置为测量所述光学传感器设备相对于参考点的取向，所述至少一个辐射纤芯被配置为测量由所述光学传感器设备接收的辐射的剂量，所述至少一个取向纤芯和所述至少一个辐射纤芯包括在相同的光缆中；
光学询问控制台(101)，其用于在对所述患者进行辐射递送期间以光学方式询问(764)所述至少一个取向纤芯以生成关于所述光学传感器设备的取向信息(765)，并在所述辐射递送期间以光学方式询问(766)所述至少一个辐射纤芯以生成关于所述光学传感器设备的辐射剂量信息(767)；
取向重建器(103)，其在所述辐射递送期间基于所述取向信息来估计所述光学传感器设备的取向；
辐射剂量计算器(104)，其在所述辐射递送期间基于所述辐射信息来估计由所述光学传感器设备接收的辐射剂量；以及
处理器(435)，其用于在所述辐射递送期间监测所估计的取向和所估计的辐射剂量。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述光学询问控制台(101)包括光学傅里叶频域反射计(200)。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述光学传感器设备(102)包括支撑所述至少一个取向纤芯和所述至少一个辐射纤芯的基底(106)。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述基底(106)包括球囊(606)。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个取向纤芯包括布拉格光栅阵列和瑞利散射结构中的至少一个。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述辐射纤芯(300)包括至少一个包层(322)，所述至少一个包层用于将射入辐射转换成可见光。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述处理器(435)还被配置为基于对所估计的取向和所估计的辐射剂量的所述监测来修改初始辐射递送计划以形成更新的辐射递送计划。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述光学传感器设备(102)还包括用于在所述辐射递送期间插入到所述患者的直肠中的直肠球囊。
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