JP2014518667A - エネルギ適用装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、放射性物質を持った位置（３）を有する対象（２）にエネルギを加えるエネルギ適用装置（１）であって、放射性物質を持った位置を検出するために使用される位置検出ユニットと、対象の検出された位置にｘ線を当てるｘ線ユニットとを有するエネルギ適用装置に関する。エネルギが加えられるべき位置は放射性物質を有するので、この位置は、位置検出ユニットを用いることによって正確に検出され得る。更に、ｘ線の適用は、例えば、ｘ線の強さ及びエネルギスペクトルを制御することによって、上手く制御され得るので、エネルギは、正確に検出された位置に正確に加えられ得る。対象にエネルギを加えるプロセス全体は、従って、高められた精度を有して実行され得る。

Description

本発明は、対象にエネルギを加えるエネルギ適用装置、エネルギ適用方法及びエネルギ適用コンピュータプログラムに関する。本発明は更に、対象にエネルギを加える手持ち式のデバイス及び体内デバイスのうちの少なくとも１つであるインターベンショナルデバイスと、インターベンショナルデバイスを制御する制御デバイスとに関する。

米国特許出願公開第２００８／０２００８０３（Ａ１）号明細書（特許文献１）は、第１の導電板と、該第１の導電板と向かい合い且つ第１の開口を備えた第２の導電板とを有する癌検出及び治療器具を開示する。第１の信号線は第１の導電板と第２の導電板との間に配置され、第１の接点部材の一端は第１の開口を通じて照射され、第１の接点部材の他端は第１の信号線へ接続されている。誘電体部は第１及び第２の導電板と第１の信号線との間に満たされ、導電層は誘電体部の両側面及び前部面を囲み、それらの面は照射される。癌検出及び治療器具は、検出特有の極超短波信号及び検出特有の極超短波電力を第１の信号線に供給し且つ第１の信号線を通じて反射信号を受信するモノリシックマイクロ波集積回路を更に有する。デジタル信号プロセッサは、モノリシックマイクロ波集積回路から反射信号を受信し、反射信号の電磁気特性を解析し、解析結果に従って治療特有の極超短波電力を制御する。癌部位のマイクロ波に基づく検出及び治療は、低い精度しか有さないことがある。例えば、より大きい健康な組織の部分が癌部位として検出されて治療されることがある。

米国特許出願公開第２００８／０２００８０３（Ａ１）号明細書

本発明の目的は、対象にエネルギを加えるエネルギ適用装置であって、エネルギが加えられるべき位置及びこの位置へのエネルギの適用が高められた精度を有して実行され得るエネルギ適用装置を提供することである。

本発明の第１の態様において、放射性物質を持った位置を有する対象にエネルギを加えるエネルギ適用装置であって：
前記放射性物質を持った前記位置を検出するために使用される位置検出ユニット，及び
前記対象の前記検出された位置にｘ線を当てるｘ線ユニット
を有するエネルギ適用装置が与えられる。

エネルギが加えられるべき位置は放射性物質を有するので、この位置は、前記位置検出ユニットを用いることによって正確に検出され得る。更に、ｘ線の適用は、例えば、ｘ線の強さ及びエネルギスペクトルを制御することによって、上手く制御され得るので、エネルギは、正確に検出された位置に正確に当てられ得る。対象にエネルギを加えるプロセス全体は、従って、高められた精度を有して実行され得る。

前記対象は、例えば、トレーサーである放射性物質（例えば、１４０ｋｅＶのエネルギ及び６時間の半減期を有するＴｃ−９９のようなガンマ放出体）を蓄積したリンパ節を有する人である。トレーサーは、癌細胞を含むリンパ節において濃縮される。転移したリンパ節が従って検出され、検出されたリンパ節にｘ線を当てることによって治療され得る。

前記放射性物質はまた、フルオロデオキシグルコース（ＦＤＧ）のような放射性グルコース成分であってよく、ＦＤＧのＦ１８は、１１０分の半減期を有して陽電子放射により崩壊する。放射された陽電子は電子と出会って崩壊するとき、５１１ｋｅＶの光子を生成する。ＦＤＧは、腸及び肝臓の腫瘍を検出するために使用され得る。それは、結腸直腸、肺、メラノーマ、胸、ホジキンリンパ腫、及び非ホジキンリンパ腫のような多くの他の癌の形態の診断、ステージ決定、及び治療観察のためにも使用され得る。前記放射性物質は、１８５乃至３７０ＭＢｑに対応する、例えば５乃至１０ｍＣｉの用量において当該放射性物質を注入することによって、与えられ得る。

前記エネルギ適用装置は、手持ち式のデバイス及び体内デバイスのうちの少なくとも１つであるインターベンショナルデバイスを有し、該インターベンショナルデバイスは、前記放射性物質を持った前記位置が検出可能であり且つｘ線が前記インターベンショナルデバイスを介して前記検出された位置へ適用されるように、前記位置検出ユニットの少なくとも一部及び前記ｘ線ユニットの少なくとも一部を含むことが望ましい。前記手持ち式のデバイスは、手持ち式のプローブであると見なされてもよく、ペン状の形を有することができ、前記体内デバイスは、カテーテル又は針であってよい。前記手持ち式のデバイスは、優先的に、開くが侵襲の少ない外科処置において使用され、ユーザは、前記手持ち式のデバイスを用いることによって、前記放射性物質を持った前記位置を検出し且つ該検出された位置にｘ線を当てることができる。前記インターベンショナルデバイスがカテーテル又は針である場合は、該カテーテル又は針は、前記放射性物質を持った前記位置を検出し且つ該検出された位置にｘ線を当てるために、治療される人に注入され得る。前記位置検出ユニットの検出素子及び前記ｘ線ユニットのｘ線放射部は、優先的に、前記インターベンショナルデバイスの先端に設置される。

更に、前記位置検出ユニットは、前記放射性物質からの放射線を検出し且つ該検出された放射線を示す検出信号を生成する検出素子のアレイを有することが望ましい。前記検出素子のアレイは、優先的に、シンチレーション検出器アレイ又は直接変換物質検出器アレイである。例えば、前記検出素子のアレイは、ＳｉＰＭ若しくはデジタルＳｉＰＭに基づくシンチレーション検出器アレイ又はＣＺＴに基づく直接変換物質検出器アレイであってよい。前記検出信号は、夫々の入来イベント、すなわち、検出される放射線、のエネルギ、到達時間及び／又は位置付けを示すことができる。

前記検出素子のアレイは、前記ｘ線ユニットの少なくとも一部を囲む２又はそれ以上の範囲において設置され得る。更に、前記検出素子のアレイは、該検出素子のアレイによりその外側において覆われた円筒形ホルダに配置されてよく、前記ｘ線ユニットの少なくとも一部は前記円筒形ホルダ内に設置される。前記ｘ線ユニットは、優先的に、該ｘ線ユニットが前記対象にｘ線を当てることを可能にするために、前記エネルギ適用装置のインターベンショナルデバイスの遠位端で前記円筒形ホルダの外へスライド可能である。

前記検出素子のアレイは、優先的に、夫々の検出素子の位置に応じて空間検出信号を生成するよう構成され、前記エネルギ適用装置は、前記空間検出信号に基づき最大放射能の方向を決定する方向決定ユニットを有する。更に、前記方向決定ユニットは、前記空間検出信号を識別し且つ該識別された空間検出信号に基づき前記最大放射能の方向を決定するよう構成されることが望ましい。更に、前記エネルギ適用装置は、優先的に、前記決定された最大放射能の方向を出力する出力ユニットを有する。特に、前記エネルギ適用装置は、前記決定された方向をユーザに表示するディスプレイを有することができる。該ディスプレイは、前記インターベンショナルデバイスにおいて、例えば、手持ち式のプローブのような手持ち式のデバイスにおいて、設けられてよく、且つ／あるいは、前記ディスプレイは、前記インターベンショナルデバイスの外部に、特に、前記手持ち式のデバイスの外部に、設けられてよい。前記最大放射能の方向を提供することによって、該方向の指示が与えられて、前記放射性物質を持った前記位置が見つけられる。従って、ユーザは、前記放射性物質を持った前記位置にｘ線を当てることによって治療されるべき当該位置を見つけるために、前記最大放射能の方向において、前記エネルギ適用装置、特に、前記インターベンショナルデバイスを動かすことができる。

望ましい実施形態において、前記検出素子のアレイは、前記検出された放射線のエネルギ分解スペクトルを検出することを可能にするよう構成され、前記エネルギ適用装置は、前記検出されたエネルギ分解スペクトルに応じて前記放射性物質の放射能量を決定する放射能量決定ユニットを更に有する。特に、前記検出されたエネルギ分解スペクトルは目標スペクトルと比較されてよく、前記放射性物質の放射能量はこの比較に応じて決定されてよい。これは、ｘ線が当てられるべき前記対象の位置を標識化する特定の放射性物質の放射能量である特定の活量を決定することを可能にする。すなわち、放射能量は、異なる放射性物質が対象に存在する場合に、異なる放射性物質の間で区別され得る。

また、前記決定された放射能量は、前記出力ユニットにおいて、特に、ディスプレイにおいて、示され得る。

更に、前記検出素子のアレイは、単一の検出放射能イベントが検出される計数モードと、積算モードとの間で切り替えられ、前記エネルギ適用装置は、前記検出素子のアレイが、前記ｘ線が当てられない場合に前記計数モードにおいて動作し、且つ、前記検出素子のアレイが、前記ｘ線が当てられる場合に前記積算モードにおいて動作するように、前記位置検出ユニットを制御する検出及びｘ線適用制御ユニットを更に有し、前記ｘ線が当てられる場合に、前記検出素子のアレイは、前記対象によって散乱される散乱ｘ線を検出し、前記検出及びｘ線適用制御ユニットは、前記散乱ｘ線に応じて前記ｘ線ユニットを制御するよう構成されることが望ましい。前記散乱ｘ線は、ｘ線の適用の制御を改善することを可能にするフィードバックを提供する。

また、前記エネルギ適用装置は、参照座標系に関して当該エネルギ適用装置の少なくとも一部の位置付けを決定する位置決めユニットを更に有することが望ましい。前記位置決めユニットは、例えば、ディファレンシャルＧＰＳセンサ、ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）センサ、電磁気（ＥＭ：ElectroMagnetic）センサ、等のうちの少なくとも１つを有する。優先的に、前記位置決めユニットは、前記エネルギ適用装置のインターベンショナルデバイスに配置される。前記位置決めユニットは、優先的に、参照座標系に関して前記エネルギ適用装置の少なくとも一部の位置付けを計算する一計算ユニットへ、位置決め信号を供給する。

望ましい実施形態において、前記エネルギ適用装置は、前記参照座標系に関して登録される前記対象の画像を提供する画像提供ユニットと、前記対象に対する当該エネルギ適用装置の前記少なくとも一部の前記決定された位置付けを示すディスプレイとを更に有することが望ましい。前記エネルギ適用装置は、優先的に、インターベンショナルプロシージャのために使用され、前記提供される画像は、優先的に、そのインターベンショナルプロシージャの前に生成された。前記画像は、例えば、陽電子放出型断層撮影（ＰＥＴ：Positron Emission Tomography）画像、単光子放射型コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ：Single Photon Emission Computed Tomography）画像、コンピュータ断層撮影（ＣＴ：Computed Tomography）画像、磁気共鳴（ＭＲ：Magnetic Resonance）画像、又は超音波画像である。前記画像はまた、他の画像診断法の画像であってよい。前記参照座標系は、例えば、前記対象の画像を生成するために使用される画像診断法によって定義される。前記エネルギ適用装置の少なくとも一部の位置付けは、優先的に実時間において決定され、それにより、ディスプレイに前記対象に関して示される前記決定された位置付けに基づき前記エネルギ適用装置をナビゲートすることを可能にする。

更に、前記エネルギ適用装置は、前記対象から散乱される散乱ｘ線を検出するｘ線検出素子と、該検出された散乱ｘ線に応じて前記ｘ線の適用を制御する制御デバイスとを有することが望ましい。よって、前記エネルギ適用装置は、上述されたように、前記放射性物質の前記位置を検出し且つ散乱ｘ線を検出するために使用され得る検出素子のアレイを有することができ、あるいは、前記エネルギ適用装置は、別個の検出素子、すなわち、前記放射性物質の前記位置を検出する検出器素子のアレイと、散乱ｘ線を検出するｘ線検出素子とを有することができる。別個の検出器が前記放射性物質の前記位置を検出し且つ散乱ｘ線を検出するために使用される場合は、前記放射性物質の前記位置は、散乱ｘ線を検出するのと同時に検出され得る。更に、異なる検出器は夫々、夫々の検出のために最適化され得る。

本発明の更なる態様において、対象にエネルギを加える手持ち式のデバイス及び体内デバイスのうちの少なくとも１つであるインターベンショナルデバイスであって、放射性物質を持った位置を検出するために使用される位置検出ユニットの少なくとも一部と、前記対象の前記検出された位置にｘ線を当てるｘ線ユニットの少なくとも一部とを有して、前記放射性物質の前記位置が検出され且つｘ線が当該インターベンショナルデバイスを介して前記検出された位置へ適用されるようにするインターベンショナルデバイスが与えられる。

本発明の更なる態様において、請求項１１に記載のインターベンショナルデバイスを制御する制御デバイスであって、ａ）前記放射性物質を持った前記位置の検出を制御するために前記位置検出ユニット、及びｂ）前記検出された位置へのｘ線の適用を制御するために前記ｘ線ユニット、のうちの少なくとも一方を制御するよう構成される制御デバイスが与えられる。

本発明の更なる態様において、放射性物質を持った位置を有する対象にエネルギを加えるエネルギ適用方法であって：
前記放射性物質を持った前記位置を検出するステップ，及び
ｘ線ユニットによって前記対象の前記検出された位置にｘ線を当てるステップ
を有するエネルギ適用方法が与えられる。

本発明の更なる態様において、対象にエネルギを加えるエネルギ適用コンピュータプログラムであって、当該コンピュータプログラムが請求項１に記載のエネルギ適用装置を制御するコンピュータで実行される場合に、該エネルギ適用装置に、請求項１３に記載のエネルギ適用方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有するエネルギ適用コンピュータプログラムが与えられる。

請求項１に記載のエネルギ適用装置、請求項１１に記載のインターベンショナルデバイス、請求項１２に記載の制御デバイス、請求項１３に記載のエネルギ適用方法、及び請求項１４に記載のエネルギ適用コンピュータプログラムは、特に従属請求項において定義されるような、類似する及び／又は同じ望ましい実施形態を有することが理解されるべきである。

本発明の望ましい実施形態はまた、夫々の独立請求項と従属請求項との如何なる組み合わせであってもよいことが理解されるべきである。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下で記載される実施形態から明らかであり、それらを参照して説明される。

対象にエネルギを加えるエネルギ適用装置の実施形態を概略的且つ例示的に示す。 エネルギ適用装置の手持ち式のプローブの実施形態を概略的且つ例示的に示す。 手持ち式のプローブの検出素子の時間分解能を例として示す。 検出素子によって検出される放射線のエネルギスペクトルを例として示す。 対象にエネルギを加えるエネルギ適用装置の他の実施形態を概略的且つ例示的に示す。 図５に示されるエネルギ適用装置のカテーテル先端を概略的且つ例示的に示す。 対象にエネルギを加えるエネルギ適用方法の実施形態を例として表すフローチャートを示す。 シンチレーション光を検出する検出素子の二次元アレイを概略的且つ例示的に示す。

図１は、対象２にエネルギを加えるエネルギ適用装置１の実施形態を概略的且つ例示的に示す。対象２は、この実施形態では、人の頸部である。対象２は放射性物質を持った位置３を有し、エネルギ適用装置１は、放射性物質を持った位置３を検出するために使用される位置検出ユニット８と、対象２の検出された位置３にｘ線を当てるｘ線ユニット９とを有する。

エネルギ適用装置１は、手持ち式のプローブであるインターベンショナルデバイス５を有する。手持ち式のプローブ５は、位置検出ユニットの少なくとも一部と、ｘ線ユニットの少なくとも一部とを有し、放射性物質を持った位置３が検出され且つｘ線が手持ち式のプローブ５を介して検出された位置３に適用されるようにする。手持ち式のプローブ５は、ケーブル７のような接続要素を介して制御デバイス１９へ接続されている。手持ち式のプローブ５はペン状の形を有し、ペンのようにユーザの手によって保持され得る。手持ち式のプローブ５は、図２においてより詳細に概略的且つ例示的に示される。

手持ち式のプローブ５の位置検出ユニット８は、第１の放射シンチレータアレイ８１及び第２の放射シンチレータアレイ８２を有し、それらは、先端２３で手持ち式のプローブ５に対して異なる軸位置において配置されている。第１及び第２の放射シンチレータアレイ８１，８２は、夫々の放射シンチレータアレイによって受け取られる前に放射性物質から受け取られる放射線を平行にするコリメータ１１，２０を有する。放射シンチレータアレイ８１，８２は、光導体２１を介してデジタルＳｉＰＭ２２と接続されている。なお、明りょうさのために、第２の放射シンチレータアレイ８２とデジタルＳｉＰＭ２２との間の光導体しか示されていない。デジタルＳｉＰＭは、単光子検出デバイスのアレイである。なお、他の実施形態では、デジタルＳｉＰＭに代えて、他の単光子検出デバイスのアレイが使用されてよい。例えば、ＳｉＰＭに基づくシンチレーションアレイ検出器、又はＣＺＴ若しくはＣｄＴｅのような直接変換物質を備えたアレイが使用されてよい。検出素子のアレイ１０は、少なくとも夫々の検出素子の位置に依存する検出信号を生成するよう構成され得る。特に、生成された検出信号は、夫々の入来イベントを検出した夫々の検出素子のｋｅＶにおけるエネルギ、サブナノ秒における到達時間、及び位置に関する情報を提供することができる。夫々の検出素子の位置を決定する精度は、優先的に１ｍｍ以下である。手持ち式のプローブ５の先端２３は、優先的に、手持ち式のプローブ５の様々な要素を囲むために、消毒可能な保護カバー材２４を有する。

シンチレータアレイ８１，８２は、ＮａＩ、Ｌｙ−ＳＯ又はＬａＢｒのようなシンチレーション材料を有する。シンチレーション材料は、入来する放射線を、デジタルＳｉＰＭに基づく単光子検出デバイスのアレイ２２によって検出可能な波長を有する光に変換する。シンチレーション材料は、高い変換効率を有するよう選択され、薄層が、線量センサの感度を妥協することなくシンチレータ層による放射線量の吸収を低減するようにする。

図２に示される実施形態では、コリメータ１１，２０は、放射方向において放射線を平行にして受けるよう構成される。すなわち、優先的に、コリメータ１１，２０は、放射方向において整列される。しかし、他の実施形態では、検出素子のアレイはまた、順方向において放射線を検出するよう構成され得る。すなわち、検出素子のアレイは、図２の左側から来る放射線を受けるよう構成され得る。この場合に、コリメータは、手持ち式のプローブ５の外側カバー２４における平行な穴によって形成され得る。他の実施形態では、コリメータは別な方法で設けられてよい。例えば、複数のピンホールが手持ち式のプローブの外側カバーに設けられてコリメータを形成することができる。コリメータは、夫々の放射性物質（ＳＰＥＣＴトレーサーであってよい。）について、特に、異なるアイソトープ、並びに検出システムの所望の感度及び分解能について、最適化され得る。例えば、比較的高い感度が望まれる場合に、空間分解能は低減され得、よりも短いコリメータが使用され得る。

図３は、ナノ秒（ｎｓ）における同時分解時間（ＣＲＴ：Coincidence Resolving Time）に応じて任意の単位において検出素子のアレイによって検出されるカウントを概略的且つ例示的に示す。この例では、半値全幅は１８６ピコ秒（ｐｓ）である。他の実施形態では、半値全幅は５００ｐｓよりも、更に望ましくは２５０ｐｓよりも、より一層望ましくは１５０ｐｓよりも小さい。図３において、実線８３は、測定されるカウントを表し、破線８４は、測定されるカウント８３に合わせられたガウス関数を示す。

検出素子のアレイが直接変換に基づく場合は、対応する直接変換物質は。米国特許出願公開第２００４／００１６８８６号明細書及び米国特許第６８５６７６０号明細書において記載される標準のフォトリソグラフィー技術及び薄膜技術を用いる可撓性検出器として表され得る。なお、これらの特許文献は参照より本願に援用される。直接変換物質は、優先的に、デジタルフォーマットでエネルギ推定、到達時間及び位置情報を提供するリードアウトＡＳＩＣへ直接に結合される。手持ち式のプローブ５内の機械配置は、ポリイミド、特に、カプトン、ユーピレックス、ポリエステル又はポリセラミドのような可撓性基材によって最小限にされ得る。

生成された検出信号は、検出信号に基づき最大放射能の方向を決定するために、データ伝送ユニット６０及びケーブル７を介して方向決定ユニット１２へ供給される。検出信号は、どの検出素子がどのイベントを検出したかが知られているので、空間検出信号である。方向決定ユニット１２は、空間検出信号を識別し、この識別された空間検出信号に基づき最大放射能の方向を決定する。次いで、決定された最大放射能の方向は、ディスプレイ３５に示される。例えば、矢印３０がディスプレイ３５に示されてよく、矢印３０は、決定された最大放射能の方向と整列される。手持ち式のプローブ５は、優先的に、ハンドル３１を有し、ディスプレイ３５は、優先的に、ハンドル３１に取り付けられる。追加的に、又は代替的に、決定された最大放射能の方向はまた、制御装置１９へ接続されているディスプレイ１７に示されてよい。決定された最大放射能の方向は、ユーザが数秒内に手持ち式のプローブ５を放射性物質を含む所望の位置へ動かすことを可能にするために、夫々のディスプレイで実時間において示されてよい。決定された最大放射能の方向は、優先的に、三次元ベクトルである。

検出素子は、優先的に、検出される放射線の強さの元差測定法を可能にするよう個々に読み出される。強さ、すなわち、計数率は、手持ち式のプローブ５に沿った軸位置に応じて、及び手持ち式のプローブ５の長手軸周囲の回転に対する放射位置に応じて、決定される。第１及び第２のシンチレータアレイ８１，８２の素子のジオメトリ、特に、位置は、手持ち式のプローブ５に関して知られるから、計数率の三次元空間的勾配は最大放射能の方向として決定され得る。例えば、第１のシンチレータアレイ８１が、第２のシンチレータアレイ８２によって測定される計数率よりも大きい計数率を測定する場合は、計数率の空間的勾配は、手持ち式のプローブ５の長手軸に略平行に整列され且つ手持ち式のプローブ５の先端２３を指すよう決定され得る。

検出素子のアレイ１０は更に、検出される放射線のエネルギ分解スペクトルを検出することを可能にするよう構成され、エネルギ適用装置１は、検出されたエネルギ分解スペクトルに応じて放射性物質の放射能量を決定する放射能量決定ユニット１３を更に有する。特に、検出されたエネルギ分解スペクトルは目標スペクトルと比較されてよく、放射性物質の放射能量はこの比較に応じて決定され得る。放射能量は、例えば、Ｂｑ／ｍｌにおいて示されてよい。放射能量３３を含むフィードバックは、優先的にディスプレイ３５及び／又はディスプレイ１７に示され、所望の位置、すなわち、所望のホットスポットが見つけられたとの確信をオペレータに与える。

図４は、ｋｅＶにおけるエネルギＥに応じたスペクトル８５を概略的且つ例示的に示す。破線８７は目標スペクトルを示し、点線８６はエスケープピークを示す。これら２つの曲線８６及び８７の組み合わせがスペクトル８５に合わせられ、近似曲線８８をもたらす。近似曲線８８のピークは、目標スペクトル８７により放射性物質の放射能量を示す。近似曲線８８のピークと放射能量との間の割り当ては較正測定によって決定され得る。この測定において、近似曲線８８のピークが決定され、一方、放射性物質の放射能量は知られている。他の実施形態では、エスケープピークは考慮されてなくてよい。更に、夫々の放射性物質によって定義されるエネルギ範囲内の原スペクトル８５のピークも、放射能量を決定するために使用され得る。

エネルギスペクトルは、幾つかの理由のために有用である。例えば、エネルギスペクトルは、放射性物質の、すなわち、使用される放射性トレーサーの正確なエネルギピークを検出するために使用され得る。従って、他のトレーサーは、例えば、以前の検査又は治療から、拒否され得る。例えば、Ｉ−１２３は１５９ｋｅＶで放射し、５１１ｋｅＶで放射するＦＤＧと区別され得る。更に、非散乱イベント、すなわち、体内で散乱することによって影響されず且つ主にスペクトルのエネルギピークにあるイベントは、正確な三次元勾配及び強さの絶対値を見つけるために使用され得る。散乱イベントはより低いエネルギを有し、従って、エネルギウィンドウイングを用いることによって切り捨てられ得る。特に、所望の放射性物質に応じて、対応するエネルギウィンドウが自動的に提供され得、三次元勾配及び優先的に更に放射能量を決定するために、夫々のエネルギウィンドウ内のエネルギを有するイベントのみが使用される。更に、放射能量の絶対的定量、例えば、絶対的な決定は、ピーク値を用いるのみならず、夫々のエネルギウィンドウ内に位置する更なるイベントも用いることによって、実行され得る。検出素子は、優先的に、夫々の検出イベントについて、時間的情報を提供するよう構成される。特に、夫々のイベントは時間スタンプを有する。時間スタンプは、隣接する検出素子において検出され且つ略同じ時間スタンプを有する検出イベント、特に、検出されるガンマ線イベントをクラスタ化するために使用され得る。これは、低減された検出器散乱をもたらすことができる。

ｘ線ユニット９は、優先的に、例えば５０ｋＶの適度な電圧で動作する小型のｘ線管である。ｘ線管は、オン及びオフの切り替えが可能であり、放射エネルギが比較的低く、従って、短いレンジを有する。平均エネルギは、例えば、２０乃至３０ｋｅＶの範囲内である。これは、放射線物質が治療のためにも使用される場合に当てはまるように、治療が標準の放射線治療バンカーで実行される必要がないことを示唆する。人の健康な組織及び身体治療は免れ、扱いにくいアイソトープの手配及び規制は無視され得る。そのようなｘ線管は、例えば、Ｘｏｆｔ社によって提供され、このｘ線管は、冷却を除いて２．４ｍｍの直径を有し、５０ｋＶ及び３００μＡで動作する。それは、組織において３ｃｍの距離で約０．６Ｇｙの線量率を与え、よって、高線量率源と分類される。

ｘ線ユニットの線量及び放射スペクトルは、検出及びｘ線適用制御ユニット１４によって制御され得る。例えば、検出及びｘ線適用制御ユニット１４は、所望の線量及び放射スペクトルを有するｘ線がｘ線ユニットによって放射されるように、ｘ線ユニットの高い電圧及び電流を制御するよう構成され得る。

この実施形態では、放射線は放射方向４０において放射される。放射線は、全方向に放射状に、すなわち、夫々の放射方向において同様に、又は手持ち式のプローブの長手軸周囲の回転に対する異なる回転角度範囲において異なる強さを有して、放射され得る。例えば、特定の回転角度範囲では、ｘ線放射の強さは、残りの回転角度範囲におけるよりも強く、特に、その特定の回転角度範囲でのみ、ｘ線放射は放射されてよい。

検出素子のアレイ１０は、単一の放射能イベントが検出される計数モードと、積算イベントとの間で切り替えられる。検出及びｘ線適用制御ユニット１４は、優先的に、検出素子のアレイ１０が、ｘ線が当てられない場合に計数モードにおいて動作し、且つ、検出素子のアレイ１０が、前記ｘ線が当てられる場合に積算モードにおいて動作するように、位置検出ユニット８を制御するよう構成される。ｘ線が当てられる場合に、検出素子のアレイ１０は、対象によって散乱される散乱ｘ線を検出する。検出及びｘ線適用制御ユニット１４は、散乱ｘ線に応じてｘ線ユニット９を制御するよう構成される。

エネルギ適用装置１は、参照座標系に関してエネルギ適用装置１の少なくとも一部の位置付けを決定する位置決めユニット１５を更に有する。この実施形態では、位置決めユニット１５は、参照座標系に関して手持ち式のプローブ５の位置付けを決定する。位置決めユニット１５は、例えば、ディファレンシャルＧＰＳセンサ、ＦＢＧセンサ、ＥＭセンサ、加速度センサ、等のうちの少なくとも１つを有する。

エネルギ適用装置１は、参照座標系に関して登録される対象２の画像を提供する画像提供ユニット１６を更に有する。ディスプレイ１７は、対象２に対するエネルギ適用装置１の少なくとも一部の決定された位置付けを示すよう構成される。特に、ディスプレイ１７は、対象２に対する手持ち式のプローブ５の全体又はその先端を示す。

エネルギ適用装置１は、優先的に、インターベンショナルプロシージャにおいて使用されるよう構成され、提供される画像は、優先的に、インターベンショナルプロシージャの前に生成された。従って、画像提供ユニット１６は、優先的に、有線若しくは無線データ接続を介して画像を受信する受信ユニット、又は画像を記憶する記憶ユニットである。画像は、例えば、ＰＥＴ画像、ＳＰＥＣＴ画像、ＣＴ画像、ＭＲ画像等である。手持ち式のプローブ５の位置付けは、優先的に実時間において決定され、それにより、ユーザがディスプレイ１７に対象に関して示された決定された位置付けに基づき手持ち式のプローブ５をナビゲートすることを可能にする。

参照座標系は、例えば、提供される画像を生成した画像診断法によって定義される座標系である。画像に示される要素の位置付けは、従って、参照座標系に関して知られる。位置決めユニット１５及び位置計算ユニット１８は、その場合に優先的に、提供される画像に手持ち式のプローブ５の決定された位置付けを登録するために、画像診断法によって定義される座標系に関して更に手持ち式のプローブ５の位置付けを決定するよう構成される。

提供される画像内の手持ち式のプローブ５の位置付けは、目標に、例えば、治療される病変に近付くために使用され得る。精細なナビゲーションは、その場合に優先的に、位置検出ユニット８によって実行される。

図５は、対象にエネルギを加えるエネルギ適用装置の更なる実施形態７０を概略的且つ例示的に示す。図５に示されるエネルギ適用装置７０は、図２を参照して上述されたエネルギ適用装置１と同じようである。特に、図５に示されるエネルギ適用装置７０は、方向決定ユニット１２、放射能量決定ユニット１３、検出及びｘ線適用制御ユニット１４、画像提供ユニット１６及びディスプレイ１７を有する。図５に示されるエネルギ適用装置７０と図２に示されるエネルギ適用装置１との間の主な違いは、手持ち式のプローブ５に代えて使用されるカテーテル５３である。図５で、カテーテル５３の先端５６は、テーブル５０の上に配置された人５１に挿入されている。制御ユニット５４は、カテーテル５３、特にカテーテル先端５６を、人５１の体内の所望の位置へナビゲートするナビゲーションユニット５５を有する。カテーテル先端５６の実施形態は、図６においてより詳細に例として示される。

カテーテル先端５６は、図２を参照して上述された手持ち式のプローブ５と同じようである。特に、カテーテル先端５６も、位置検出ユニット８の検出素子のアレイ１０を形成するコリメータ１１，２０を備えた第１及び第２の放射シンチレータアレイ８１，８２、光導体２１及びデジタルＳｉＰＭ２２を有する。更に、カテーテル先端５６も、位置決めユニット１５及びｘ線ユニット９を有する。優先的に、位置検出ユニット８及びｘ線ユニット９は結合されたサイズを有し、それらの構成要素が例えば２乃至３ｍｍの直径を有する小型カテーテルの中に配置されることを可能にする。

以下で、対象にエネルギを加えるエネルギ適用方法の実施形態が、図７に示されるフローチャートを参照して記載される。

ステップ１０１で、インターベンショナルデバイス、例えば、手持ち式のプローブ５又はカテーテル先端５６は、人体内の所望の位置へナビゲートされる。インターベンショナルデバイスのこのような粗ナビゲーションは、位置決めユニット１５及び人の登録された事前取得画像を用いることによって実行され得る。位置決めユニット１５を用いることによって、対象内のインターベンショナルデバイスの位置は追跡され、ディスプレイ１７に示され得る。ステップ１０２で、例えば放射性トレーサーを投入することにより人体内に予め存在する放射性物質を含む位置は検出され、必要に応じて、インターベンショナルデバイスは放射性物質を含むその位置へナビゲートされ得る。それにより、ステップ１０３で、ｘ線は、ｘ線ユニット９によって、検出された位置へ当てられ得る。

特に、エネルギ適用装置は、最小侵襲プロシージャのために、例えば医師であるオペレータによって使用され得、患者は予め放射性トレーサー、すなわち、放射性物質を投与されている。任意に、機能画像を表す参照データセットが、ディスプレイにおけるインターベンショナルデバイスの実時間追跡のために使用され得る。機能画像に代えて、形態学的画像のような他の画像も実時間追跡のために使用され得る。機能画像が参照データセットとして使用される場合に、画像データは同じ注入プロシージャから取得されてよい。参照データセットによる三次元の実時間ガイダンスのために、インターベンショナルデバイス上又は内の三次元位置決めシステム、すなわち、位置決めユニット１５は、ガイダンスを開始する前に、幾つかの基準点により初期化され得る。基準点は、例えば、鼻、胸、尻等である。

例えば、基準点は、既知の対応する検出技術を用いて参照データセットにおいて特定され得る。次いで、インターベンショナルデバイスはそれらの基準点に配置されてよく、基準点の位置は三次元位置決めシステムにより測定され得る。最後に、参照データセットにおいて特定される基準点、及び測定される対応する位置は、参照データセットに位置決めシステムを登録するために使用される。また、他の既知の剛体又は非剛体レジストレーション技術が、事前に取得された画像又は現在取得されている蛍光透視画像であってよい参照データセットに位置決めシステムを登録するために使用され得る。

放射性物質の放射能量、及び勾配、すなわち、最近ホットスポットの方向又は最大放射能の方向は、上述されたように決定され、オペレータに、例えば、制御デバイスに接続されている外部ディスプレイで、及び／又は、インターベンショナルデバイスがディスプレイを備えた手持ち式のプローブである場合は、手持ち式のプローブにおけるこのディスプレイで、示され得る。オペレータに提供されるこの情報は、オペレータが、インターベンショナルデバイスを所望の位置へと効果的に案内することを可能にする。参照データセットによる視覚化が提供される場合は、隣接ホットスポットの位置も、適切なスポットが選択されることを確認するよう特定され得る。

適切なスポットが見つけられた場合は、ｘ線ユニットは、このスポットにｘ線を当てるために使用され得る。例えば、放射性トレーサーは、ｘ線を用いて治療され得る局所的な腫瘍を標識化することができる。

図２及び図６を参照して上述されたインターベンショナルデバイスは特定の構成要素を有するが、インターベンショナルデバイスは更なる構成要素を有することもできる。例えば、インターベンショナルデバイスは、放射性物質を含む決定された位置をマークするインクユニットのようなマーキングユニットを有することができる。

上記の実施形態では、エネルギ適用装置は、放射性物質を含むと検出された位置へｘ線を当てるために使用されるように記載されてきたが、エネルギ適用装置は転帰制御のためにも使用され得る。特に、ｘ線が特定の位置に当てられた場合に、インターベンショナルデバイスは、所定の閾値を上回る放射能量を有する放射性物質が依然としてその位置に存在しているかどうかを検出するために使用され得る。所定の閾値を上回る放射能量を有する放射性物質が依然として存在する場合は、ｘ線は、夫々の位置を更に治療するために再び当てられてよい。

ガス入り管を有するＮａＩシンチレーションプローブ又は手持ち式のガイガーカウンタが一般的に使用される。ガス入り管は、電離放射線がそれを通る場合に、電気的に放電する。そのような検出器は、例えば１０ｍｍよりも大きい幅を有するほど大きく、定量的ではなく且つ指向的ではない。対照的に、本発明のエネルギ適用装置、特に、インターベンショナルデバイスは、指向性のために、及び正確には、定量化のために、放射性物質を濃縮された部位を正確に生体内で検出する侵襲性の低いオペレーションにおいて使用されるように、より小さいよう構成され得る。

エネルギ適用装置は、狭窄及び高リスクのプラークに放射線治療をするよう構成され得る。更に、エネルギ適用装置は、放射性物質を濃縮された病変の検出及び治療のための集積されたカテーテルに基づくシステムであってよい。可能な臨床応用は、肝臓及び腸の腫瘍又はリンパ節のような主要な又は転移性の癌病変の高精度の治療を含む。侵襲性の低い検出及び治療は、実時間画像ガイダンスなしで実行されてよく、よって、貴重な費用を節約することができ且つワークフローを簡単化することができる。

エネルギ適用装置は、大動脈又は頸動脈のような血管における活性プラークを検出し治療するよう構成され得る。ＰＥＴ−ＣＴは、一般的に、炎症組織応答を持ったプラークである活性プラークを検出するために使用され得る。活性プラークは、最も破裂させる傾向がある病変、及び深刻な付随する現象である。インターベンショナルＰＥＴ−ＣＴにおいて活性プラークを治療することに代えて、本発明のエネルギ適用装置は、上記の最小侵襲インターベンショナルデバイスを用いて、ＦＤＧを濃縮されたプラークを検出し、それらのプラークを事前登録されたＰＥＴ−ＣＴ画像にマッピングし、そして、検出されたプラークを治療するよう構成され得る。ＰＥＴ−ＣＴ画像は、例えば、グルコース消費を示すＦＤＧ摂取のような機能データを示すカラーＰＥＴ画像とオーバーレイされるグレースケールにおいて示された解剖ＣＴ画像であってよい。

従って、エネルギ適用装置は、撮像現場の外で病変治療を実行するよう構成され得る。これは、費用のかかる撮像時間と、放射性物質が病変を治療するためにも使用される場合に必要とされる余計な放射線負荷とを節約することができる。

制御デバイスは、インターベンショナルデバイスに給電し且つそれを制御するよう構成され得る。制御デバイスは、較正パラメータ、設定パラメータ等のパラメータと、インターベンショナルデバイスがディスプレイを備えた手持ち式のプローブである場合は、ディスプレイを操作するためのデータとを、インターベンショナルデバイスへ送信するよう構成され得る。制御デバイスは、優先的に、位置検出ユニットによって検出される夫々の登録イベントの実際のエネルギ、時間及び位置情報を取得する。インターベンショナルデバイスが、インターベンショナルデバイスの三次元位置を決定する位置決めユニットを更に有する場合は、この決定された三次元位置、又は三次元位置を示すデータも、制御デバイスが、治療される対象の画像内でインターベンショナルデバイスの決定された三次元位置を視覚化することを可能にするために、制御デバイスへ送信され得る。

位置検出ユニット、特に、検出素子のアレイは、優先的に、ガンマ放射線を検出するよう構成される。従って、位置検出ユニットはまた、小型化されたガンマプローブであると見なされ得る。

図２及び図６を参照して上述された実施形態では、検出素子のアレイは、放射線を放射状に検出するよう構成され、ｘ線ユニットは、やはり放射状に放射線を放出するよう構成されるが、他の実施形態では、インターベンショナルデバイスはまた、他の検出及び放射方向を提供することができる。例えば、インターベンショナルデバイスは、正面向きで、すなわち、インターベンショナルデバイスの長手軸に平行に、放射線を検出し且つ放射線を放出するよう構成され得る。更に、実施形態において、光検出器の略平面の二次元アレイが、図８に概略的且つ例示的に示されるように使用され得る。図８は、８×８の検出素子のアレイを形成する８×８結晶マトリクスを有するｓＳｉＰＭを備えた光検出器の正面９０及び背面９１を概略的且つ例示的に示し、夫々の検出素子は、数ｍｍ以下の辺長を有する検出領域を備える。シンチレーションアレイ（図８には図示せず。）は、光検出器の正面９０の上に取り付けられる。

図２には手持ち式のプローブ５を制御デバイス１９と接続するケーブル７が示されるが、手持ち式のプローブ５と制御デバイス１９との間の無線通信も、手持ち式のプローブ５と制御デバイス１９との間でデータを交換するために使用され得る。無線通信が使用される場合は、手持ち式のプローブ５は、手持ち式のプローブ５の電気部品に給電するために、特にハンドル３１に設置された局所バッテリのような局所エネルギ源を有することができる。

エネルギ適用装置は、センチネル節プロシージャにおいて使用されるよう、且つ、現在のセンチネル節技術を結腸癌のような有望な新たな応用に拡張する可能性を外科医に提供するよう構成され得る。

上記の実施形態では、Ｘｏｆｔ社の特定のｘ線ユニットが記載されたが、ｘ線ユニットは、ｘ線管のアノード部のみが依然開いている腫瘍腔に挿入される、Ｚｅｉｓｓ社によって提供される術中放射線療法のためのｘ線ユニットのような、他のユニットであってもよい。

病変を治療するためのｘ線の使用は、特に、組織における熱伝播が血液循環に大いに依存する凍結療法又は無線周波数アブレーションを用いることと対照的に、明確且つ予測可能な治療容積が得られるという利点を有する。

図２及び図６を参照して上述された実施形態では、インターベンショナルデバイスは夫々手持ち式のプローブ及びカテーテルであるが、インターベンショナルデバイスは、他のデバイスであってもよく、少なくとも、放射性物質を持った位置を検出するために使用される位置検出ユニットと、針のような、検出された位置へｘ線を当てるｘ線ユニットとを有する。

上記の実施形態では、検出素子の特定の配置が記載されたが、検出素子はまた、他の方法で配置され得る。例えば、検出器領域の２又はそれ以上の範囲はｘ線ユニットを囲むことができる。特に、上記の手持ち式のプローブは、検出素子によりその外側において覆われた円筒形ホルダを有することができ、ｘ線ユニットは、そのように検出素子により覆われた円筒内に含まれ得る。ｘ線が当てられる前に、ｘ線ユニットは、手持ち式のプローブの遠位端で現れるよう、検出素子により覆われた円筒を引っ張り出すことによって移動されてよい。検出素子はまた、インターベンショナルデバイスの遠位端の周囲で複数のチップとして配置されてよく、ｘ線ユニットは検出素子に隣接して配置されてよい。

開示される実施形態に対する他の変形は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲から、請求される発明を実施する際に当業者によって理解され且つ達成され得る。

特許請求の範囲において、語“有する（comprising）”は、他の要素又はステップを除かず、不定冠詞“１つの（a又はan）”は、複数個を除かない。

単一のユニット又はデバイスが、特許請求の範囲に挙げられている複数の事項の機能を満たしてよい。特定の手段が相互に異なる請求項に挙げられているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すわけではない。

１若しくは複数のユニット又は装置によって実行される最大放射能の方向の計算及び放射性物質の放射能量の計算等の計算は、他の如何なる数のユニット又はデバイスによっても実行され得る。エネルギ適用方法に従うエネルギ適用装置の制御及び／又は計算は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用のハードウェアとして実施され得る。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその部分として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な媒体に記憶／分配されてよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線の電気通信システムを介するような他の形態において分配されてもよい。

特許請求の範囲における如何なる参照符号も、その適用範囲を制限するよう解されるべきではない。

本発明の更なる態様において、前記エネルギ適用装置におけるインターベンショナルデバイスを制御する制御デバイスであって、ａ）前記放射性物質を持った前記位置の検出を制御するために前記位置検出ユニット、及びｂ）前記検出された位置へのｘ線の適用を制御するために前記ｘ線ユニット、のうちの少なくとも一方を制御するよう構成される制御デバイスが与えられる。

本発明の更なる態様において、対象にエネルギを加えるエネルギ適用コンピュータプログラムであって、当該コンピュータプログラムが請求項１に記載のエネルギ適用装置を制御するコンピュータで実行される場合に、該エネルギ適用装置に、請求項８に記載のエネルギ適用方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有するエネルギ適用コンピュータプログラムが与えられる。

請求項１に記載のエネルギ適用装置、該エネルギ適用装置におけるインターベンショナルデバイス、請求項７に記載の制御デバイス、請求項８に記載のエネルギ適用方法、及び請求項９に記載のエネルギ適用コンピュータプログラムは、特に従属請求項において定義されるような、類似する及び／又は同じ望ましい実施形態を有することが理解されるべきである。

Claims (14)

1. 放射性物質を持った位置を有する対象にエネルギを加えるエネルギ適用装置であって：
   前記放射性物質を持った前記位置を検出するために使用される位置検出ユニット，及び
   前記対象の前記検出された位置にｘ線を当てるｘ線ユニット
   を有するエネルギ適用装置。
2. 手持ち式のデバイス及び体内デバイスのうちの少なくとも１つであるインターベンショナルデバイスを有し、該インターベンショナルデバイスは、前記放射性物質を持った前記位置が検出可能であり且つｘ線が前記インターベンショナルデバイスを介して前記検出された位置へ適用されるように、前記位置検出ユニットの少なくとも一部及び前記ｘ線ユニットの少なくとも一部を含む、
   請求項１に記載のエネルギ適用装置。
3. 前記位置検出ユニットは、前記放射性物質からの放射線を検出し且つ該検出された放射線を示す検出信号を生成する検出素子のアレイを有する、
   請求項１に記載のエネルギ適用装置。
4. 前記検出素子のアレイは、夫々の検出素子の位置に応じて空間検出信号を生成するよう構成され、
   当該エネルギ適用装置は、前記空間検出信号に基づき最大放射能の方向を決定する方向決定ユニットを有する、
   請求項３に記載のエネルギ適用装置。
5. 前記方向決定ユニットは、前記空間検出信号を識別し且つ該識別された空間検出信号に基づき前記最大放射能の方向を決定するよう構成される、
   請求項４に記載のエネルギ適用装置。
6. 前記決定された最大放射能の方向を出力する出力ユニット
   を有する請求項４に記載のエネルギ適用装置。
7. 前記検出素子のアレイは、前記検出された放射線のエネルギ分解スペクトルを検出することを可能にするよう構成され、
   当該エネルギ適用装置は、前記検出されたエネルギ分解スペクトルに応じて前記放射性物質の放射能量を決定する放射能量決定ユニットを更に有する、
   請求項３に記載のエネルギ適用装置。
8. 前記検出素子のアレイは、単一の検出放射能イベントが検出される計数モードと、積算モードとの間で切り替えられ、
   当該エネルギ適用装置は、前記検出素子のアレイが、前記ｘ線が当てられない場合に前記計数モードにおいて動作し、且つ、前記検出素子のアレイが、前記ｘ線が当てられる場合に前記積算モードにおいて動作するように、前記位置検出ユニットを制御する検出及びｘ線適用制御ユニットを更に有し、
   前記ｘ線が当てられる場合に、前記検出素子のアレイは、前記対象によって散乱される散乱ｘ線を検出し、
   前記検出及びｘ線適用制御ユニットは、前記散乱ｘ線に応じて前記ｘ線ユニットを制御するよう構成される、
   請求項３に記載のエネルギ適用装置。
9. 参照座標系に関して当該エネルギ適用装置の少なくとも一部の位置付けを決定する位置決めユニット
   を更に有する請求項１に記載のエネルギ適用装置。
10. 前記参照座標系に関して登録される前記対象の画像を提供する画像提供ユニット，及び
    前記対象に対する当該エネルギ適用装置の前記少なくとも一部の前記決定された位置付けを示すディスプレイ
    を更に有する請求項９に記載のエネルギ適用装置。
11. 対象にエネルギを加える手持ち式のデバイス及び体内デバイスのうちの少なくとも１つであるインターベンショナルデバイスであって、
    放射性物質を持った位置を検出するために使用される位置検出ユニットの少なくとも一部と、前記対象の前記検出された位置にｘ線を当てるｘ線ユニットの少なくとも一部とを有して、前記放射性物質の前記位置が検出され且つｘ線が当該インターベンショナルデバイスを介して前記検出された位置へ適用されるようにする、
    インターベンショナルデバイス。
12. 請求項１１に記載のインターベンショナルデバイスを制御する制御デバイスであって、
    ａ）前記放射性物質を持った前記位置の検出を制御するために前記位置検出ユニット、及びｂ）前記検出された位置へのｘ線の適用を制御するために前記ｘ線ユニット、のうちの少なくとも一方を制御するよう構成される、
    制御デバイス。
13. 放射性物質を持った位置を有する対象にエネルギを加えるエネルギ適用方法であって：
    前記放射性物質を持った前記位置を検出するステップ，及び
    ｘ線ユニットによって前記対象の前記検出された位置にｘ線を当てるステップ
    を有するエネルギ適用方法。
14. 対象にエネルギを加えるエネルギ適用コンピュータプログラムであって、
    当該コンピュータプログラムが請求項１に記載のエネルギ適用装置を制御するコンピュータで実行される場合に、該エネルギ適用装置に、請求項１３に記載のエネルギ適用方法のステップを実行させるプログラムコード手段
    を有するエネルギ適用コンピュータプログラム。

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