JP2016531707A - 高線量率短距離放射線療法システム - Google Patents

Abstract

本発明は、短距離放射線療法カテーテル（１２）の位置のところに配置されるための超音波センサーを有するHDR短距離放射線療法システムに関する。該超音波センサーは、好ましくはTRUSプローブ（４０）を有する超音波撮像デバイスによって送出され、該超音波センサーによって受領された超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応される。生成された超音波信号に基づいて前記超音波センサーの位置が決定され、前記超音波センサーのこの位置に基づいて、前記短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状および／またはHDR放射源の位置が決定される。これは、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状および／またはHDR放射源の位置の非常に正確な決定を許容し、そのことは改善されたHDR短距離放射線療法につながりうる。

Description

本発明は、HDRの短距離放射線療法を実行するための高線量率（HDR: high-dose rate）短距離放射線療法〔ブラキセラピー〕システムに関する。本発明はさらにHDR短距離放射線療法の方法および前記HDR短距離放射線療法システムを使ってHDR短距離放射線療法を実行するためのコンピュータ・プログラムに関する。

HDR短距離放射線療法は、短い期間、たとえば数分にわたって直接標的にまたは標的近くに送達される電離放射線の高い線量を利用する癌療法の形である。送達される線量が比較的高いので、線量が加えられる滞留位置および滞留位置において線量を加える時間期間を定義する滞留時間に関する受け入れ可能な誤差マージンは非常に小さい。したがって、正確な処置計画を形成し、この処置計画に従って正確に放射を送達できることが本質的である。処置計画は一般に、標的および線量を送達するために使われる短距離放射線療法カテーテルがセグメント分割されているセグメント分割された超音波画像に基づいて形成される。したがって、非常に正確な処置計画を形成するためには、超音波画像において標的と短距離放射線療法カテーテルとを非常に正確にセグメント分割することが必要とされる。しかしながら、ａ）標的および短距離放射線療法カテーテルとｂ）それらの周囲との間の本来的な超音波コントラストはしばしば非常に低く、このため超音波画像における標的および短距離放射線療法カテーテルのセグメント分割はあまり正確ではないことがあり、よってHDR短距離放射線療法があまり正確でないことがある。

Ron Alperovitz et al.、"Optimization of HDR brachytherapy dose distributions using linear programming with penalty costs"、Medical Physics, volume 33, number 11, pages 4012 to 4019, November 2006 Jay Mung et al.、"A Non-disruptive Technology for Robust 3D Tool Tracking for Ultrasound-Guided Interventions"、Medical Image Computing and Computer- Assisted Intervention -MlCCAI2011. Lecture Notes in Computer Science, volume 6891, pages 153 to 160 (2011)

HDR短距離放射線療法を実行するためのHDR短距離放射線療法システムであって、HDR短距離放射線療法の実行の改善された精度を許容するものを提供することが本発明の目的である。HDR短距離放射線療法の方法および前記HDRシステムを使ってHDR短距離放射線療法を実行するためのコンピュータ・プログラムを提供することが本発明のさらなる目的である。

本発明の第一の側面では、HDR短距離放射線療法を実行するためのHDR短距離放射線療法システムが提示される。当該HDR短距離放射線療法システムは：
・生体内部の標的領域中にまたは該標的領域近くに挿入される短距離放射線療法カテーテルと、
・放射源をもつ細長い導入要素であって、前記放射源によって放出される放射を前記標的領域に加えるためであり、前記短距離放射線療法カテーテルおよび前記導入要素は該導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されることを許容するよう適応されている、導入要素と、
・前記生体の内部に超音波放射を送出し、前記生体の内部によって反射された超音波放射を測定することによって前記生体の内部の超音波画像を生成するための超音波撮像デバイスと、
・前記生体内の前記短距離放射線療法カテーテルの位置に配置されるための超音波センサーであって、該超音波センサーは、前記超音波撮像デバイスによって送出され、前記超音波センサーによって受領される超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応されている、超音波センサーと、
・生成された超音波信号に基づいて前記超音波センサーの位置を決定し、前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されたときに、決定された前記超音波センサーの位置に基づいて、前記生体内の前記短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状および／または前記放射源の位置を決定する位置決定ユニットとを有する。

超音波信号が生成されるとき、超音波センサーは前記生体内の短距離放射線療法カテーテルの位置に配置され、超音波センサーの位置は生成される超音波信号に基づいて正確に決定できるので、また前記放射源をもつ前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されたときに、前記生体内の前記短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状および／または前記放射源の位置は、正確に決定された超音波センサーの位置に基づいて決定されるので、前記短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状および／または前記放射源の位置は、必ずしも超音波画像のセグメンテーションを要求することなく、正確に決定できる。これは、処置計画の正確な決定と、前記短距離放射線療法カテーテルの正確に決定された姿勢および形状および／または前記放射源の正確に決定された位置に基づく放射の正確な送達とを許容する。

細長い導入要素は好ましくは、短距離放射線療法カテーテル内で放射源を動かすよう適応されている源ケーブルである。超音波撮像デバイスは好ましくは、二次元または三次元超音波撮像デバイスであり、経直腸超音波（TRUS: transrectal ultrasound）プローブを有していてもよい。超音波センサーはたとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）超音波センサーである。

HDR短距離放射線療法システムは、一つまたはいくつかの短距離放射線療法カテーテルを有することができる。さらに、一つまたはいくつかの超音波センサーは、生体内のそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの位置に配置されることができる。特に、HDR短距離放射線療法システムは、生体内の短距離放射線療法カテーテルの位置に配置されるためのいくつかの超音波センサーを有することができる。ここで、超音波センサーは、超音波撮像デバイスによって送出され、超音波センサーによって受領された超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応されており、位置決定ユニットは、生成された超音波信号に基づいて生体内の短距離放射線療法カテーテルの位置を決定するよう適応されている。生体は好ましくは人間だが、動物であることもできる。

HDR短距離放射線療法システムは、超音波センサーを備えるガイドワイヤを有していてもよい。ここで、ガイドワイヤは、生体内の短距離放射線療法カテーテルの位置に超音波センサーを配置するために短距離放射線療法カテーテル中に挿入されるよう適応されていてもよい。好ましくは、ガイドワイヤは、該ガイドワイヤの先端に配置された超音波センサーを備える。特に、ガイドワイヤは、該ガイドワイヤの先端に配置される単一の超音波センサーのみを備えていてもよい。しかしながら、ある実施形態では、ガイドワイヤは、該ガイドワイヤの先端に配置されない少なくとも一つのさらなる超音波センサーを備えていてもよい。代替的または追加的に、短距離放射線療法カテーテルは、短距離放射線療法カテーテルの位置に超音波センサーを配置するための超音波センサーを備えていてもよく、および／または導入要素は、該導入要素が短距離放射線療法カテーテル中に導入されたときに超音波センサーが短距離放射線療法カテーテルの位置に配置されるよう超音波センサーを備えていてもよい。

ある実施形態では、ガイドワイヤは、超音波センサーを備えている。ガイドワイヤは、生体内の短距離放射線療法カテーテルの位置に超音波センサーを配置するために短距離放射線療法カテーテル中に挿入されるよう適応されており、ガイドワイヤは、短距離放射線療法カテーテル中に挿入され、短距離放射線療法カテーテルから引き出されるよう適応される。超音波センサーは、ガイドワイヤが短距離放射線療法カテーテル中に挿入されるおよび／または短距離放射線療法カテーテルから引き出される間に超音波信号を生成するよう適応される。位置決定ユニットは、ガイドワイヤが短距離放射線療法カテーテル中に挿入されるおよび／または短距離放射線療法カテーテルから引き出される間に生成される超音波信号に基づいて超音波センサーの種々の位置を決定し、超音波センサーの決定された諸位置に基づいて短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定するよう適応される。このことは、好ましくはガイドワイヤの先端に配置される単一の超音波センサーのみを使って短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定することを許容する。

超音波撮像デバイスは好ましくは、ガイドワイヤの動きの間、各位置で超音波センサーが、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定するために使用されるべき超音波信号を生成できるようにするために、超音波センサーが超音波撮像デバイスの視野内にあるよう適応される。したがって、超音波撮像デバイスは好ましくは、三次元超音波撮像デバイスである。しかしながら、ガイドワイヤに取り付けられた超音波センサーが短距離放射線療法カテーテルの位置および形状を決定するために使われるならば、超音波撮像デバイスは二次元超音波撮像デバイスであることもできる。特に、超音波撮像デバイスは、生体内の撮像面の二次元画像を生成するための二次元超音波撮像デバイスであることができる。ここで、超音波センサーがガイドワイヤの挿入および／または引き出しの間の種々の位置にある間に超音波センサーが超音波信号を生成できるようにするために、生体内の種々の領域に超音波放射を送るために、撮像面の位置は修正可能である。本システムはさらに、撮像面のそれぞれの位置を提供するための撮像面位置提供ユニットと、撮像面の位置が修正されるときに、撮像面の決定された位置に基づいて、超音波センサーが撮像面内になるよう、ガイドワイヤの挿入および／または引き出しを制御するためのガイドワイヤ制御ユニットとを有することができる。ここで、位置決定ユニットは、生成された超音波信号および撮像面の提供されたそれぞれの位置に基づいて、超音波センサーの位置を決定するよう適応される。このことは、たとえ超音波撮像デバイスが二次元超音波撮像デバイスであるとしても、単一の超音波センサーのみを備えるガイドワイヤを使って、短距離放射線療法カテーテルの位置および形状を決定することを許容する。

あるさらなる実施形態では、ガイドワイヤは、いくつかの超音波センサーを備えている。各超音波センサーは、超音波撮像デバイスによって送出され、それぞれの超音波センサーによって受領された超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応されており、位置決定ユニットは、ａ）それぞれの超音波センサーについて、ガイドワイヤの挿入および／または引き出しの間に生成されるそれぞれの超音波信号に基づいてそれぞれの超音波センサーの種々の位置の集合を決定し、ｂ）それぞれの超音波センサーの種々の位置の各集合について、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定し、それにより短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状の集合を決定し、ｃ）短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状の決定された集合の姿勢および形状を平均して、短距離放射線療法カテーテルの平均の姿勢および形状を決定するよう適応されている。これは、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状の集合を決定する精度をさらに改善できる。

位置決定ユニットは、超音波センサーの決定された位置に基づいて短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定することを、短距離放射線療法カテーテルをモデル化する曲線を、超音波センサーの決定された諸位置に当てはめることによって行なうよう適応されることができる。当てはめ手順は、短距離放射線療法カテーテルの最大限可能な曲がりなどの短距離放射線療法カテーテルの既知の機械的特性によって課される制約条件を考慮することができる。これも、短距離放射線療法カテーテルの決定される姿勢および形状のさらに改善された精度につながる。

ある実施形態では、本システムは、短距離放射線療法カテーテルの長さに沿って配置されるためのいくつかの超音波センサーを有する。各超音波センサーは、超音波撮像デバイスによって送出され、それぞれの超音波センサーによって受領された超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応されており、位置決定ユニットは、超音波センサーによって生成された超音波信号に基づいて超音波センサーの位置を決定し、決定された位置に基づいて短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定するよう適応される。たとえば、ガイドワイヤは、いくつかの超音波センサーを備えていてもよく、各超音波センサーは、超音波撮像デバイスによって送出され、それぞれの超音波センサーによって受領された超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応されており、位置決定ユニットは、ガイドワイヤが短距離放射線療法カテーテル中に挿入されたときに超音波センサーによって生成される超音波信号に基づいてそれらの超音波センサーの位置を決定し、決定された位置に基づいて短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定するよう適応されることができる。代替的または追加的に、短距離放射線療法カテーテルはいくつかの超音波センサーを備えていてもよく、各超音波センサーは、超音波撮像デバイスによって送出され、それぞれの超音波センサーによって受領された超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応されていてもよく、位置決定ユニットは、超音波センサーによって生成された超音波信号に基づいて超音波センサーの位置を決定し、決定された位置に基づいて短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定するよう適応されていてもよい。これは、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状の決定の間にガイドワイヤまたは短距離放射線療法カテーテルを動かすことを要求することなく、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を非常に正確に決定することを許容する。特に、短距離放射線療法カテーテルが該短距離放射線療法カテーテルの長さに沿って配置されるいくつかの超音波センサーを有する場合には。短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状は、短距離放射線療法の間に、すなわち放射源が短距離放射線療法カテーテル内で動かされている間に、非常に正確に決定されることができる。

この決定のために、三次元超音波撮像デバイスが使用されることができる。ここで、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定するために使われるべきすべての超音波センサーは超音波撮像デバイスの視野内に配置される。しかしながら、三次元超音波撮像デバイスをいくつかの超音波センサーに基づいて短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定するためにも使う代わりに、二次元超音波撮像デバイスが使われてもよい。特に、超音波撮像デバイスは、生体内の撮像面の二次元画像を生成するための二次元超音波撮像デバイスであることができる。ここで、超音波撮像デバイスによって送出され、それぞれの超音波センサーによって受領された超音波放射に基づいて前記いくつかの超音波センサーが超音波信号を生成できるようにするために、生体内の種々の領域に超音波放射を送るために、撮像面の位置は修正可能である。本システムはさらに、撮像面のそれぞれの位置を提供するための撮像面位置提供ユニットを有していてもよく、位置決定ユニットは、超音波センサーによって生成されたそれぞれの超音波信号および撮像面の決定されたそれぞれの位置に基づいて、それらの超音波センサーの位置を決定するよう適応されていてもよい。こうして、それらの超音波センサーの位置は、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定するために使用されるべき各超音波センサーが少なくとも一度は撮像面内にあるように、二次元超音波撮像デバイスによって定義される撮像面を動かすことによって、決定されることができる。ここで、撮像面の位置は、二次元撮像デバイスを動かす、具体的には並進および／または回転させることによって修正されてもよい。これは、必ずしも種々の超音波センサーの位置をカバーする視野をもつ三次元超音波撮像デバイスを必要とすることなく、短距離放射線療法カテーテルの長さに沿って配置された超音波センサーの位置の決定に基づいて、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定することを許容する。

この実施形態ではまた、位置決定ユニットは、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定することを、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状をモデル化する曲線を、それらの超音波センサーの決定された諸位置に当てはめることによって行なうよう適応されていてもよい。さらに、この当てはめ手順は、短距離放射線療法カテーテルの最大限可能な曲がりなどの短距離放射線療法カテーテルの既知の機械的特性によって課される制約条件を考慮することができる。これは、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定する精度をさらに改善できる。

ある実施形態では、前記導入要素は前記超音波センサーを備え、それにより前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されたとき、前記超音波センサーは前記短距離放射線療法カテーテル内に配置される。本システムはさらに、前記超音波センサーと前記放射源との間の空間関係を与える空間関係提供ユニットを有する。ここで、前記位置決定ユニットは、前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されたときに、生成された超音波信号および提供された空間関係に基づいて、前記放射源の位置を決定するよう適応される。空間関係提供ユニットは、あらかじめ決定されている超音波センサーと放射源の間の空間関係がすでに記憶されている記憶ユニットであってもよい。導入要素は一つまたはいくつかの超音波センサーを備えていてもよい。

本システムは好ましくは、生成された超音波画像上に放射源の決定された位置を表示するためのディスプレイを有する。本システムが、放射源が配置されるべき生体内での計画された滞留位置を定義する処置計画を提供する処置計画提供ユニットを有することがさらに好ましい。ここで、本システムは、計画された滞留位置を生成された画像上に示すようにも適応される。これは、ユーザーが計画された滞留位置と真の実際の滞留位置との間の逸脱を観察することを許容する。ここで、観察される逸脱がユーザーにとって受け入れ可能でない場合には、ユーザーは、放射源の実際の位置を補正してもよく、および／または実際のHDR短距離放射線療法を停止してもよい。

本システムは好ましくはさらに、放射源が配置されるべき生体内での計画された滞留位置を定義する処置計画を提供する処置計画提供ユニットを有し、ここで、位置決定ユニットは、放射源がHDR短距離放射線療法の間に計画された諸滞留位置に位置していると想定されるときの放射源の位置を、真の滞留位置として決定するよう適応される。ここで、処置計画提供ユニットは、決定された真の滞留位置に基づいて処置計画を修正するよう適応されている。特に、処置計画提供ユニットは、滞留位置および滞留時間を定義するもとの処置計画を提供し、真の滞留位置および真の滞留時間に基づいて、すなわち真に達成された滞留位置および滞留時間およびもとの処置計画によって定義されている将来の滞留位置および将来の滞留時間に基づいて線量分布を計算するよう適応されることができる。処置計画提供ユニットはさらに、この計算された線量分布があらかじめ定義された線量要件を満たすかどうかを判定するよう適応されることができる。たとえば、計算された線量分布が、あらかじめ定義された閾値より大きい、標的領域に加えられる放射線量と、あらかじめ定義された閾値より小さい、周囲の要素、特に周囲の危険臓器に加えられる放射線量とにつながるかどうかが検査されることができる。そうでない場合には、それらのあらかじめ定義された線量要件が充足されるよう、将来の滞留位置および将来の滞留時間ならびに対応する線量分布が再計算されることができる。このように、処置計画は、放射源の実際の真の位置に適応されることができ、このことは、さらに改善されたHDR短距離放射線療法を許容できる。

本システムは、放射源の決定された位置に基づいて導入要素を短距離放射線療法カテーテル中に導入したりおよび／または短距離放射線療法カテーテルから引き出したりすることを制御する導入要素コントローラを有していてもよい。特に、本システムがさらに、放射源が配置されるべき生体内での計画された滞留位置および放射源がそれぞれの計画された滞留位置に配置されるべきそれぞれの時間期間を示す滞留時間を定義する処置計画を提供する処置計画提供ユニットを有する場合、位置決定ユニットは、放射源がHDR短距離放射線療法の間に計画された諸滞留位置に位置していると想定されるときの放射源の位置を真の滞留位置として決定するよう適応されることができる。ここで、導入要素コントローラは、真の滞留位置および計画された滞留位置に基づいて、計画された滞留位置ができるだけ正確に到達されるよう、導入要素の導入および／または引き出しを制御するよう適応されている。このことも、HDR短距離放射線療法手順の精度をさらに改善できる。

ある実施形態では、短距離放射線療法カテーテルは、超音波センサーを備える。ここで、本システムはさらに、導入要素が短距離放射線療法カテーテル中に導入されたときに前記超音波センサーと前記放射源との間の空間関係を与える空間関係提供ユニットを有する。ここで、前記位置決定ユニットは、前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されたときに、生成された超音波信号および提供された空間関係に基づいて、前記放射源の位置を決定するよう適応される。特に、空間関係提供ユニットは、前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中にできるだけ先まで導入されたときに、超音波センサーと放射源の間の空間関係を提供するよう適応されることができる。すなわち、空間関係提供ユニットは、超音波センサーと第一の滞留位置との間の空間関係を提供することができる。対応して、位置決定ユニットは、前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中にできるだけ先まで導入されたときに、放射源の位置を決定するよう、すなわち放射源の前記第一の滞留位置を決定するよう適応されることができる。空間関係提供ユニットは、超音波センサーと放射源との間の空間関係を、短距離放射線療法カテーテルに対する導入要素の実際の位置に基づき、かつ超音波センサーと短距離放射線療法カテーテルとの間の既知の空間関係に基づいて、超音波センサーと放射源との間の空間関係を決定するようにも適応されることができる。短距離放射線療法カテーテルに対する導入要素の実際の位置は、短距離放射線療法カテーテル内で導入要素を動かすためのモーターを有するアフターローダー（afterloader）によって提供されることができる。このように、超音波センサーが短距離放射線療法カテーテルの一部である場合にも、放射源の位置は、超音波センサーによって生成される超音波信号に基づいて信頼できる仕方で決定されることができる。

ある実施形態では、短距離放射線療法カテーテルは、該短距離放射線療法カテーテルのある長手方向位置のところに前記超音波センサーを備える。それにより、導入要素が短距離放射線療法カテーテル中に導入されるとき、前記超音波センサーが位置される前記長手方向位置に放射源が配置可能である。位置決定ユニットは、放射源が前記超音波センサーが位置される前記長手方向位置に配置されるときに前記生成された超音波信号の変化を検出し、超音波センサーの決定された位置および超音波信号の検出された変化に基づいて、放射源の位置を決定するよう適応される。放射源が超音波センサーが位置している長手方向位置に到達したときに超音波信号が変化するので、超音波信号の変化が検出される間に決定される超音波センサーの位置は、放射源の実際の位置である。これは、必ずしも超音波センサーと放射源との間のあらかじめ決定された空間関係を要求することなく、放射源の実際の位置を決定することを許容する。

本発明のあるさらなる側面では、請求項１に定義されるHDR短距離放射線療法システムを使ってHDR短距離放射線療法を実行するためのHDR短距離放射線療法の方法が提示される。ここで、本HDR短距離放射線療法の方法は：
・超音波撮像デバイスによって、生体の内部に超音波放射を送出し、前記生体の内部によって反射された超音波放射を測定することによって、前記生体の内部の超音波画像を生成する段階と、
・前記生体内の前記短距離放射線療法カテーテルの位置に配置される超音波センサーによって超音波信号を生成する段階であって、前記超音波センサーは、前記超音波撮像デバイスによって送出され、前記超音波センサーによって受領される超音波放射に基づいて超音波信号を生成する、段階と、
・位置決定ユニットによって、生成された超音波信号に基づいて前記超音波センサーの位置を決定する段階と、
・位置決定ユニットによって、前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されたときに、決定された前記超音波センサーの位置に基づいて、前記生体内の前記短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状および／または前記放射源の位置を決定する段階とを含む。
本発明のあるさらなる側面では、請求項１に定義されるHDR短距離放射線療法システムを使ってHDR短距離放射線療法を実行するためのコンピュータ・プログラムが提示される。ここで、前記コンピュータ・プログラムは、前記コンピュータ・プログラムが前記HDR短距離放射線療法システムを制御するコンピュータ上で実行されたときに、HDR短距離放射線療法システムに請求項１４に定義されるHDR短距離放射線療法の方法の段階を実行させるためのプログラム・コード手段を有する。

請求項１の短距離放射線療法システム、請求項１４の短距離放射線療法の方法および請求項１５のコンピュータ・プログラムは類似のおよび／または同一の、特に従属請求項において定義される好ましい実施形態をもつことは理解しておくものとする。

本発明の好ましい実施液体は、従属請求項または上記の実施形態のそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせであることもできることは理解しておくものとする。

本発明のこれらおよびその他の側面は、以下に記載される実施形態から明白となり、明快にされるであろう。

HDR短距離放射線療法を実行するためのHDR短距離放射線療法システムの実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 HDR短距離放射線療法システムの配置ユニットを概略的かつ例示的に示す図である。 人間の前立腺中に挿入された短距離放射線療法システムのいくつかの短距離放射線療法カテーテルを概略的かつ例示的に示す図である。 前記人間に関してTRUSプローブを備える配置ユニットの配置を概略的かつ例示的に示す図である。 短距離放射線療法カテーテル中に挿入されたガイドワイヤのある実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 短距離放射線療法カテーテル中に挿入されたガイドワイヤのさらなる実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 いくつかの超音波センサーをもつ短距離放射線療法カテーテルのある実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 二次元撮像機能をもつTRUSプローブを使ってガイドワイヤの超音波センサーの諸位置を決定する実施形態を例示的に示す図である。 二次元撮像機能をもつTRUSプローブを使ってガイドワイヤの超音波センサーの諸位置を決定する実施形態を例示的に示す図である。 超音波センサーおよび放射源をもつ導入要素のある実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 いくつかの超音波センサーおよび放射源をもつ導入要素のさらなる実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 超音波センサーをもつ短距離放射線療法カテーテルのある実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。ここで、放射源をもつ導入要素が短距離放射線療法カテーテル中に導入されている。 短距離放射線療法カテーテルに取り付けられた超音波センサーによって生成される超音波信号を例示的に示す図である。 短距離放射線療法カテーテルに取り付けられた超音波センサーによって生成される超音波信号を例示的に示す図である。 HDR短距離放射線療法を実行するためのHDR短距離放射線療法の方法のある実施形態を例示的に示すフローチャートである。

図１は、生体にHDR短距離放射線療法を実行するためのHDR短距離放射線療法システムの実施形態を概略的かつ例示的に示している。この実施形態では、HDR短距離放射線療法システム１は、テーブル３上に横たわる人間２の前立腺に短距離放射線療法を適用するよう適応されている。短距離放射線療法システム１は、人間２の中に部分的に挿入され、前立腺の近くまたは前立腺内に放射源を配置して放射源によって放出される放射を前立腺に向けるための配置ユニット５を有している。配置ユニット５は、図２において例示的かつ概略的により詳細に示されている。

配置ユニット５は、人間２の中に挿入されるためのいくつかの短距離放射線療法カテーテル１２を有する。配置ユニット５はさらに、放射源１０が取り付けられているワイヤであるいくつかの導入要素１３を有する。ここで、それぞれのワイヤ１３は、それぞれの放射源１０を所望される滞留位置に配置するためにそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１２内で動かされることができる。ワイヤ１３をもつ短距離放射線療法カテーテル１２は、放射源１０を所望される滞留位置に配置するために前方向および後方向にワイヤ１３を動かすためのいくつかのモーターを有するモーター・ユニット１４に取り付けられている。放射源１０は好ましくは、Ir-192のような放射性放射を放出する放射性物質を有する。しかしながら、HDR短距離放射線療法を実行するために他の放射源も使用できる。

短距離放射線療法カテーテル１２は柔軟または剛性でありうる。それらの短距離放射線療法カテーテル１２は、中心の中空のチャネルを有しており、それを通じて放射源１０を動かすことができる。特に、短距離放射線療法カテーテルは、たとえば外直径約2mm、内直径約1.5mmおよび長さ約25cmをもつプラスチックの柔軟な中空デバイスであってもよい。短距離放射線療法カテーテル１２は好ましくは、一端に平坦な開口をもち、それを通じて放射源１０が導入されることができる。短距離放射線療法カテーテル１２の他端は好ましくは、斜角を付けられた（beveled）先端の形で閉じられている。これは、放射源１０が組織と直接接触しないことを保証するためである。

配置ユニット５はさらに、テンプレート１９を有する。これは、短距離放射線療法カテーテル１２をより一様な配位で人間２の中に挿入するために使用できる。短距離放射線療法カテーテル１２は、長方形格子に配置されるテンプレート１９の開口２９において保持される。図３は、前立腺１１内の配置ユニット５の短距離放射線療法カテーテル１２の可能な配置を概略的かつ例示的に示している。

前立腺１１の超音波データを生成するための超音波データ生成ユニット４０が配置ユニット５に取り付けられる。この実施形態では、超音波データ生成ユニット４０は、超音波放射を撮像されるべき三次元領域中に送出する三次元TRUSプローブ４０である。HDR短距離放射線療法の間の配置ユニット５のTRUSプローブ４０との配置は、図４において概略的かつ例示的に示されている。TRUSプローブ４０および配置ユニット５は保持要素４１によって保持される。TRUSプローブ４０は超音波画像生成ユニット４２に接続される。超音波画像生成ユニット４２は、処理および制御装置７内に位置し、TRUSプローブ４０によって生成された超音波データに基づいて超音波画像を生成する。

HDR短距離放射線療法システム１はさらに、人間２内の短距離放射線療法カテーテル１２の位置に配置されるための超音波センサーを有する。該超音波センサーは、TRUSプローブ４０によって送出され、超音波センサーによって受領される超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応されている。HDR短距離放射線療法システム１はさらに、生成された超音波信号に基づいて超音波センサーの位置を決定し、決定された超音波センサーの位置に基づいて生体２内の短距離放射線療法カテーテル１２の姿勢および形状を決定する位置決定ユニット４４を有する。

この実施形態では、HDR短距離放射線療法システム１は、図５に概略的かつ例示的に示されるような超音波センサー４を備えたガイドワイヤ５３を有する。ガイドワイヤ５３は、超音波センサー４を人間２内のそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の位置に配置するためにそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の中に挿入されるよう適応されている。ガイドワイヤ５３は、ガイドワイヤ５３の先端に配置され、電気接続５６を介して位置決定ユニット４４に電気的に接続された単一の超音波センサー４を備えている。ここで、ガイドワイヤ５３はそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の中に挿入され、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１２から引き出される。超音波センサー４は、ガイドワイヤ５３が短距離放射線療法センサー１２の中に挿入されるおよび／または短距離放射線療法カテーテル１２から引き出される間に超音波信号を生成するよう適応される。位置決定ユニット４４は、ガイドワイヤ５３が短距離放射線療法センサー１２の中に挿入されるおよび／または短距離放射線療法カテーテル１２から引き出される間に生成される超音波信号に基づいて、超音波センサー４の種々の位置を決定し、超音波センサー４の決定された諸位置に基づいて短距離放射線療法カテーテル１２の姿勢および形状を決定するよう適応される。これは、各短距離放射線療法カテーテル１２についてそれぞれの姿勢および形状を決定するために、各短距離放射線療法カテーテル１２について実行されることができる。ガイドワイヤ５３が短距離放射線療法センサー１２の中に挿入されるおよび／または短距離放射線療法カテーテル１２から引き出される間に決定された超音波センサーの決定された諸位置に基づいてそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の姿勢および形状を決定するために、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１２をモデル化する曲線が、超音波センサー４の決定された諸位置に当てはめされることができる。当てはめ手順の間に、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の最大可能な曲がりのようなそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の機械的特性によって課される制約条件が使用されてもよい。

このように、ガイドワイヤ５３の先端に配置された超音波センサー４は、手順前の短距離放射線療法カテーテル・マッピングを実行するために使用されてもよい。ここで、ガイドワイヤ５３は各短距離放射線療法カテーテル１２の中に逐次的に挿入される。超音波センサー４をもつガイドワイヤ５３および短距離放射線療法カテーテル１２は好ましくは、超音波センサー４をもつガイドワイヤ５３がそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の先端にアクセスできるよう適応される。ここで、しっかりはまるよう、超音波センサー４をもつガイドワイヤ５３の直径は好ましくは、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の内径に一致する。

ガイドワイヤ５３が短距離放射線療法カテーテルの中に挿入されるおよび／または短距離放射線療法カテーテルから引き出される際、超音波センサー４の決定された諸位置が記憶され、すでにそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状を表わすとみなされることができる。こうして、位置決定ユニット４４は、短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状を、すでに超音波センサー４の位置の決定されたシーケンスであるとして、決定するよう適応されることができる。しかしながら、位置決定ユニット４４は、それぞれの短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状を決定するために、超音波センサー４の決定された諸位置に、より洗練されたアルゴリズムを適用するよう適応されていることもできる。たとえば、すでに上述したように、超音波センサーの決定された諸位置は、短距離放射線療法カテーテル１２の既知の機械的特性によって課される制約条件のもとで当てはめされることができる。

あるさらなる実施形態によれば、いくつかの超音波センサー４を備えるガイドワイヤ１５３が、手順前の短距離放射線療法カテーテル・マッピングのために使用されてもよい。電気接続５６を介して位置決定ユニット４４に電気的に接続され、短距離放射線療法カテーテル１２中に挿入されたいくつかの超音波センサー４をもつそのようなガイドワイヤ１５３は、図６に例示的かつ概略的に示されている。この実施形態では、一つの超音波センサー４がガイドワイヤ１５３の先端に配置され、他の超音波センサー４がガイドワイヤ１５３の長さに沿って分配されている。各超音波センサー４は、TRUSプローブ４０によって送出され、それぞれの超音波センサー４によって受領された超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応されている。ここで、位置決定ユニット４４は、各超音波センサー４について、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１２におけるガイドワイヤ１５３の挿入および／または引き出しの間に生成されるそれぞれの超音波信号に基づいてそれぞれの超音波センサー４の異なる位置の集合を決定するよう適応される。位置決定ユニット４４は、それぞれの超音波センサー４の異なる位置の各集合について、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１２のそれぞれの姿勢および形状を決定し、それによりそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状の集合を決定し、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の姿勢および形状の決定された集合の姿勢および形状を平均して、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の平均の姿勢および形状を決定するよう適応されている。特に、それぞれの超音波センサーの異なる位置の各集合はすでに、それぞれの短距離放射線療法カテーテルの姿勢および集合を表わすものとみなされることができる。それにより、それぞれの短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を平均することは、平均の姿勢および形状を決定するために、異なる超音波センサーについて決定された位置を平均することによって実行されることができる。この平均手順は、ガイドワイヤ１５３が二つまたは三つの超音波センサーを備える場合に実行されうる。ここで、一つの超音波センサー４はガイドワイヤ１５３の先端に位置される。

ある実施形態においてガイドワイヤがいくつかの超音波センサー４、特に四つ以上の超音波センサー４を備える場合、好ましくは一つの超音波センサー４がガイドワイヤ１５３の先端に位置され、他の超音波センサー４はガイドワイヤ１５３の長さに沿って分布し、それらの超音波センサー４の位置は、静的な状況において、すなわちガイドワイヤ１５３がそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１２中に挿入され終わったときに、決定されうる。ここで、それぞれの短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状を決定するために、超音波センサー４の決定された位置に基づいて多項式当てはめが実行されることができる。このように、この例では、ガイドワイヤ１５３の挿入および／または引き出しの間にガイドワイヤ１５３の超音波センサー４の位置を決定することなく、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の三次元の姿勢および形状が決定されうる。

あるさらなる実施形態では、各短距離放射線療法カテーテル１１２は、図７に概略的かつ例示的に示されるようにそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の長さに沿って配置されたいくつかの超音波センサー４を備えていてもよい。それぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の各超音波センサー４は、TRUSプローブ４０によって送出され、それぞれの超音波センサー４によって受領された超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応されている。ここで、位置決定ユニット４４は、それらの超音波センサー４によって生成される超音波信号に基づいてそれらの超音波センサー４の位置を決定し、それらの決定された位置に基づいてそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１１２の姿勢および形状を決定するよう適応されることができる。生成された超音波信号を位置決定ユニット４４に提供するために、超音波センサー４は電気接続５６を介して位置決定ユニット４４に接続されている。電気接続は短距離放射線療法カテーテルの壁に埋め込まれていてもよい。

それぞれの短距離放射線療法カテーテル１１２が複数の超音波センサー４を備える場合、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１１２の姿勢および形状は介入手順の間に決定されることができる。すなわち、この実施形態は、手順内の短距離放射線療法カテーテル・マッピングに好適である。さらに、この実施形態は、ユーザーが追跡されるガイドワイヤを挿入するおよび／または引き出す必要なしに、リアルタイムの三次元の短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状の決定を許容する。それぞれの短距離放射線療法カテーテル１１２の三次元の姿勢および形状を決定するために、任意の時点において、個々の超音波センサー位置が決定されることができ、これらの決定された位置に、多項式関数または他の曲線が当てはめされることができる。たとえば、諸短距離放射線療法カテーテル１１２の三次元の姿勢および形状は、処置の送達の間、特に送達前配位からの逸脱がないかどうか検査するために、モニタリングされることができる。当てはめ手順は個々の超音波センサー位置からのそれぞれの短距離放射線療法カテーテル姿勢および形状を再構成するために、制約された最適化アルゴリズムを使うことができる。ここで、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１１２の最大限許容される曲がりおよび／または複数の短距離放射線療法カテーテル１１２の間の交差に対する制約のような制約条件が使用できる。

図５ないし図７を参照して記述した実施形態では超音波センサー４を備えるガイドワイヤ５３、１５３または超音波センサー４を備える短距離放射線療法カテーテル１１２が三次元TRUSプローブ４０と一緒に使われているが、他の実施形態では、それぞれの短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状を決定するために、二次元TRUSプローブが使用されてもよい。たとえば、ある実施形態では、図６に概略的かつ例示的に示されるようないくつかの超音波センサー４を有するガイドワイヤ１５３が使われ、TRUSプローブ４０が超音波画像生成ユニット４２と一緒になって、人間２内の撮像面６の二次元画像を生成するよう適応される。ここで、TRUSプローブ４０によって送出されそれぞれの超音波センサー４によって受領される超音波放射に基づいて前記いくつかの超音波センサー４が超音波信号を生成することを許容するために、人間２内の種々の領域に超音波放射を送出するために、撮像面６の位置は修正可能である。撮像面位置提供ユニット７５が、撮像面６のそれぞれの位置を決定してもよく、位置決定ユニット４４は、超音波センサー４によって生成されるそれぞれの超音波信号および撮像面６の決定されたそれぞれの位置に基づいて、超音波センサー４の位置を決定するよう適応されていてもよい。ここで、超音波センサー４のこれらの決定された位置は、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の三次元の姿勢および形状を決定するために使用されることができる。

このように、明確のためにガイドワイヤ１５３だけを、すなわちガイドワイヤ１５３が挿入されているそれぞれの短距離放射線療法カテーテルなしに示す図８に例示的に示されているように、xy平面に平行な撮像面６をz方向に動かすために、この実施形態では二次元撮像機能のみをもつTRUSプローブ４０はz方向に平行な参照符号５０によって示される方向に動かされることができる。撮像面６が図８の左側に配置されている超音波センサー４を通過する場合、超音波信号５２が生成されうる。それぞれの超音波信号５１、５２が生成される時点における撮像面６の位置は決定されているので、またこの時点における撮像面６内のそれぞれの超音波センサー４の位置も決定されているので、位置決定ユニット４４がそれぞれの超音波センサー４の三次元空間内での位置を決定することを許容する情報が与えられる。ここで、超音波センサー４の、結果として得られる三次元位置は、それぞれの短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状を決定するために使用されることができる。

この手順は、手順前の短距離放射線療法カテーテル・マッピングに好適である。ここで、好ましくは、ガイドワイヤ１５３はそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの中にフルに挿入され、固定される。ガイドワイヤ１５３は、一つの超音波センサー４をその先端に、他の超音波センサーをガイドワイヤ１５３の長さに沿って分布して、有する。TRUSプローブ４０は、第三の次元にアクセスするためにエンコーダに取り付けられてもよい。すなわち、撮像面位置提供ユニット７５は、この実施形態ではxy平面に平行な面内に配置される撮像面６のz位置を提供するエンコーダであってもよい。TRUSプローブ４０は引き出され、それぞれの超音波センサー４によって生成される超音波信号が、それぞれの超音波センサー４が二次元撮像面６内にあるか否かを検出するために使われる。他の実施形態では、撮像面６の位置は別の仕方で修正されてもよい。たとえば、撮像面は回転されてもよい。この場合も、撮像面位置提供ユニットは、撮像面のそれぞれの実際の位置を決定するよう適応される。

あるさらなる実施形態では、図５に概略的かつ例示的に示されるように単一の超音波センサー４を先端に備えるガイドワイヤ５３が二次元TRUSプローブ４０と一緒に、それぞれの短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状を決定するために使われる。この実施形態でも、超音波センサー４がガイドワイヤ５３の挿入および／または引き出しの間にそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの種々の位置にある間にガイドワイヤ５３の先端にある超音波センサー４が超音波信号を生成できるようにするために、人間２内の種々の領域に超音波放射を送るために、二次元TRUSプローブ４０は、撮像面６の位置を修正するよう適応される。図９に概略的かつ例示的に示されるように、ガイドワイヤ制御ユニット７６が、ガイドワイヤ５３の挿入および／または引き出しを、撮像面位置提供ユニット７５によって提供される撮像面６のそれぞれの位置に基づいておよび／またはガイドワイヤ制御ユニット７６が位置決定ユニット４４を介して受領しうる、超音波センサー４によって生成される超音波信号に基づいて、撮像面６の位置が修正されるときに超音波センサー４が撮像面６内に留まるように、制御してもよい。また、この例において、位置決定ユニット４４は、生成された超音波信号および撮像面６の提供されたそれぞれの位置に基づいて、超音波センサー４の位置を決定するよう適応される。それぞれの短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状は、超音波センサー４の決定された異なる位置に基づいて決定される。

このように、単一の超音波センサー４をもつガイドワイヤ５３は、二次元TRUSプローブ４０を使って短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状をマッピングするために、閉ループ制御において使用されてもよい。ガイドワイヤ制御ユニット７６は好ましくは、ガイドワイヤ５３をそれぞれ挿入および／または引き出しするためのモーターと、超音波センサー４が常に撮像面６内、すなわち動くTRUSプローブ４０からの超音波データを使って生成される二次元超音波画像内にあるような仕方でモーターを制御するためのコントローラとを有する。TRUSプローブ４０は好ましくはz軸に沿って、すなわち撮像面６に垂直に、手動でまたは自動的に並進される。しかしながら、TRUSプローブ４０は、撮像面６の位置を修正するために別の仕方でも動かされることができ、たとえば回転されることができる。TRUS画像において検出される超音波センサー４の二次元位置は追跡されるTRUSプローブ４０の位置と組み合わされて、ガイドワイヤ５３の挿入および／または引き出しの間の超音波センサー４の三次元位置を明らかにする。この技法は、手順前の短距離放射線療法カテーテル・マッピングに好適である。

図７に概略的かつ例示的に示されている短距離放射線療法カテーテル１１２の諸超音波センサー４の位置も、二次元撮像機能のみをもつTRUSプローブ４０を使って決定できる。ここで、図８を参照して上記した技法と同様の、すなわちガイドワイヤ１５３の超音波センサー４の位置の検出と同様の技法が使用できる。特に、この例におけるHDR短距離放射線療法手順のために使われるすべての短距離放射線療法カテーテル１１２は複数の超音波センサー４を備える。ここで、TRUSプローブ４０によって送出され、それぞれの超音波センサー４によって受領された超音波放射に基づいて前記いくつかの超音波センサー４が超音波信号を生成できるようにするために、人間２内の種々の領域に超音波放射を送るために、TRUSプローブ４０の撮像面の位置は修正可能である。好ましくは位置エンコーダである撮像面位置提供ユニットの上にTRUSプローブ４０が取り付けられてもよく、撮像面位置提供ユニットは撮像面のそれぞれの位置を提供する。位置決定ユニット４４は、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１１２の超音波センサー４の位置を、超音波センサー４によって生成されたそれぞれの超音波信号および撮像面のそれぞれの位置に基づいて決定し、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１１２の三次元の姿勢および形状を、それぞれの短距離放射線療法カテーテル１１２の超音波センサー４の決定された位置に基づいて決定するよう適応されている。

このように、超音波センサー４の三次元位置を検出するために、エンコードされたTRUSプローブ４０は第三の次元にアクセスするために使用されてもよい。ここで、TRUSプローブ４０は動かされてもよく、特に引っ込められてもよく、各超音波センサー４によって受領される超音波信号は、それぞれの超音波センサー４が撮像面内、すなわち二次元TRUS画像内にあるかどうかを検出するために使用されてもよい。それぞれの超音波センサー４が二次元TRUS画像内にあるとき、それぞれの超音波センサー４のそれぞれの三次元位置を明らかにするために、二次元TRUS画像内のその位置が撮像面の位置と組み合わされる。制約条件付きの最適化アルゴリズム、すなわちそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１１２の超音波センサー４への決定された位置への曲線の当てはめのための制約条件付きの当てはめアルゴリズムが、個々の決定された超音波センサー位置からそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１１２の三次元の姿勢および形状を決定するために使用されることができる。この技法は、たとえば追跡されるガイドワイヤを挿入および／または引き出しする必要なしに、短距離放射線療法カテーテル１１２の三次元の姿勢および形状のリアルタイムの決定を許容する。さらに、短距離放射線療法カテーテル１１２の三次元の姿勢および形状は処置施与の間に、特に施与前の構成からの逸脱がないかどうかを検査するためにモニタリングされることができる。

人間２内のそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状をそれぞれの超音波センサー４の決定された位置に基づいて決定することに加えて、またはそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状のこの決定法への代替として、位置決定ユニット４４は、導入要素がそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの中に導入されたときに、それぞれの超音波センサーの決定された位置に基づいて、放射源１０の位置を決定するよう適応されることができる。特に、それぞれの放射源をもつそれぞれの導入要素は、一つまたはいくつかの超音波センサーを備えていてもよく、該一つまたはいくつかの超音波センサーは、それぞれの導入要素がそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの中に導入されたときに、それぞれの短距離放射線療法カテーテルの位置に配置される。前記一つまたは複数の超音波センサーの位置は、それぞれの導入要素がそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの中に導入されたときに、決定されることができ、放射源１０の位置は、前記一つまたはいくつかの超音波センサーの決定された位置に基づいて決定されることができる。源ケーブルであるとみなされてもよい、超音波センサーおよび放射源を備える導入要素が、図１０に概略的かつ例示的に示されている。

導入要素１１３は、TRUSプローブ４０によって送出され、超音波センサー４によって受領される超音波放射に基づいて超音波信号を生成するための超音波センサー４を有する。超音波信号は、電気的接続５６を介して位置決定ユニット４４に伝送される。導入要素１１３の先端には、放射源１０が配置され、放射源１０は放射性物質５４とともに好ましくはステンレス鋼カプセルであるカプセル５５を有する。位置決定ユニット４４は、それぞれの導入要素１１３がそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の中に導入されたときに、超音波センサー４によって生成された超音波信号に基づき、かつ空間関係提供ユニット７４によって提供される超音波センサー４と放射源１０の間の空間関係に基づいて、放射源１０の位置を決定するよう適応される。この例では、提供される空間関係は、図１０に示されるような、超音波センサー４の長手方向の中心と放射性物質５４の長手方向の中心との間の空間的オフセット５７である。特に、位置決定ユニット４４は、それぞれの導入要素１１３がそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１２の中に導入されたときに、生成された超音波信号に基づき超音波センサー４の位置を決定し、それぞれの導入要素１１３の超音波センサー４の決定された位置およびそれぞれの導入要素１１３の超音波センサー４と放射源１０の間の空間的オフセット５７に依存して、放射源１０の位置を決定するよう適応される。超音波センサー４と放射源１０の間の線形オフセットとみなされることもできる空間的オフセット５７は、空間関係提供ユニット７４が線形オフセット５７を提供できるようにするために、前もって測定され、空間関係提供ユニット７４内に記憶されることができる。それぞれの短距離放射線療法カテーテル１２内の超音波センサー４の位置はリアルタイムで決定されてもよく、それにより、超音波センサー４の決定された位置に線形オフセット５７を加えることによってそれぞれの短距離放射線療法カテーテル１２内の放射源１０の位置もリアルタイムで決定されることができる。

あるさらなる実施形態では、導入要素は、図１１に概略的かつ例示的に示されるように、いくつかの超音波センサーを有することができる。導入要素２１３は放射源１０に対して異なるオフセット５８、５９、６０をもついくつかの超音波センサー４を有する。放射源１０は、導入要素２１３に剛体的に取り付けられているカプセル５５と、放射活性物質５４とを含む。この実施形態でも、超音波センサー４によって生成された超音波信号を位置決定ユニット４４に伝送するために、超音波センサー４は位置決定ユニット４４と、電気接続５６によって電気的に接続されている。空間関係提供ユニット７４が線形オフセット５８、５９、６０を空間関係として位置決定ユニット４４に提供できるようにするために、放射源１０への超音波センサー４の線形オフセット５８、５９、６０は介入前測定から既知であり、空間関係提供ユニット７４に記憶されている。放射源１０までの既知の線形オフセット５８、５９、６０をもち、よっていくつかの超音波センサー４の間の既知の線形オフセットをもつそれぞれの導入要素１１３に取り付けられたいくつかの超音波センサー４を使うことで、放射源１０の位置の決定をより堅牢にできる。特に、位置決定ユニット４４は、放射源１０の位置を決定するために、いくつかの超音波センサー４の位置を、超音波センサー４によって生成された超音波信号に基づいて決定し、超音波センサー４の決定された位置を線形に外挿するよう適応されることができる。複数のセンサーを有することの利点は、外挿プロセスの間に放射源位置の方向を決定することにおける曖昧さがないということである。HDR短距離放射線療法システム１はさらに、TRUSプローブ４０の超音波データから生成された超音波画像上の決定された位置を表示するためにディスプレイ３０を有する。ディスプレイ３０は、短距離放射線療法カテーテルの決定された三次元の姿勢および形状および／または放射源の決定された三次元位置を示すことができる。

HDR短距離放射線療法システム１はさらに、前立腺１１内の放射源１０の滞留位置および滞留時間を定義する処置計画を決定するための処置計画提供ユニット３９を有する。処置計画提供ユニット３９は、超音波画像において前立腺１１をセグメンテーションし、セグメンテーションされた画像および短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状に基づいて処置計画を決定するよう適応されている。特に、処置計画提供ユニット３９は、セグメンテーションされた画像から前立腺１１の姿勢および形状を決定し、前立腺１１の姿勢および形状ならびに短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状に基づいて処置計画を決定するよう適応される。滞留位置は放射源１０がどこに配置されるべきかを定義し、滞留時間はそれぞれの放射源１０がそれぞれの滞留位置にいつ、どのくらい長く位置されているべきかを定義する。

短距離放射線療法システム１はさらに、決定された処置計画に依存して配置ユニット５を制御するための配置制御ユニット１５を有する。あるいはまた、配置ユニット５は、決定された処置計画に従って手動で使われてもよい。ここで、ユーザーはワイヤを介して、すなわち導入要素を介して放射源１０を短距離放射線療法カテーテル内で処置計画に従って動かしてもよい。配置ユニット５および配置制御ユニット１５は、処置計画に従って短距離放射線療法を適用するための短距離放射線療法適用ユニットをなすものとみなされることができる。

処置計画によって定義される計画された滞留位置も、生成される超音波画像上に示されてもよい。特に、それぞれの放射源のそれぞれのリアルタイム位置は、計画された滞留位置によって定義される計画された源軌跡と一緒に、ライブの二次元または三次元TRUS画像上に重畳されてもよい。ユーザーが計画と実際の放射源位置を視覚的に比較できるようにするためである。これは、ユーザーに、放射線量が処置送達の間に意図されたとおりに送達されているとの確信を与えることができる。計画された滞留位置に比べて実際の放射源位置に逸脱が認められる場合には、HDR短距離放射線療法処置は自動的またはユーザーによって手動で停止されてもよく、それぞれの放射源は一時的に引き出されてもよい。

さらに、処置計画提供ユニット３９は、計画された滞留位置と真の滞留位置との間の逸脱があらかじめ決定された閾値より大きい場合、あるいはユーザーが処置計画提供ユニット３９に対して、決定された真の滞留位置に基づいて処置計画が修正されるべきであることを示す場合には、決定された真の滞留位置に基づいて、すなわち、HDR短距離放射線療法手順の間のそれぞれの放射源の決定された真の位置に基づいて、処置計画を修正するよう適応されることができる。ユーザーが、たとえば処置計画提供ユニット３９が決定された真の滞留位置に基づいて処置計画を修正すべきであることを示すことができるようにするために、HDR短距離放射線療法システムはキーボード、コンピュータ・マウス、タッチスクリーンなどのような入力ユニットを有することができる。

処置計画提供ユニット３９は、必要とされる場合にはもとの処置計画によって定義される将来の計画されている滞留位置を修正することによって、処置計画を修正するよう適応されていてもよい。特に、処置計画は、処置送達の間にリアルタイムで適応されうる。ここで、決定された実際の放射源位置がリアルタイムで処置計画システムに、すなわち処置計画提供ユニット３９にフィードバックされることができる。たとえば、処置計画提供ユニット３９は、ａ）これまでに検出されたすでに達成された滞留位置および滞留時間、ｂ）現在の放射源位置およびｃ）現在の処置計画によって定義されている将来の期待される滞留位置および滞留時間を使って、リアルタイムで、人間２内の三次元的な放射線量分布を再計算するよう適応されることができる。このリアルタイムの再計算された放射線量分布に基づいて、すなわちリアルタイムで再計算された線量マップに基づいて、処置計画提供ユニット３９は、超音波画像においてセグメンテーションされている標的が所望される放射線量を受け、やはり超音波画像においてセグメンテーションされていてもよい、危険臓器のような周囲の要素が最小限の放射線量のみを受けることを保証するよう、将来の滞留位置および滞留時間を修正することによって、処置計画を適応させることができる。このように、リアルタイムの再計算された放射線量分布に基づいてこの目標を達成するために、放射源の将来の滞留位置および滞留時間はしかるべく修正されることができる。すなわち、処置計画提供ユニット３９はリアルタイムの再計算された放射線量分布があらかじめ定義された線量要件を満たすかどうかを判定し、そうでない場合には、将来の滞留位置および滞留時間を修正し、しかるべく放射線量分布を再計算し、放射線量分布が前記あらかじめ定義された線量要件を満たすようにするよう適応されることができる。

処置計画を更新するために真の放射源位置を使うことに加えてまたはその代わりに、位置決定ユニット４４によって決定された真の放射源位置は、導入要素コントローラであるとみなすこともできる配置制御ユニット１５に提供されることもできる。配置制御ユニット１５がそれぞれの放射源１０を、所望される計画された滞留位置に対応するよう、それぞれの短距離放射線療法カテーテル内で、それぞれの放射源のそれぞれの実際の真の位置に基づいて動かすことができるようにするためである。このように、配置制御ユニット１５がそれぞれの放射源を、処置計画によって定義されるそれぞれの次の計画された滞留位置に動かすことを許容するために、それぞれの超音波センサーによって生成された超音波信号に基づいて決定された位置決定ユニット４４からのリアルタイムの位置情報は、配置制御ユニット１５にフィードバックされることができる。この処置計画は、もとの処置計画であっても、更新された三次元放射線量分布に基づいて決定された補正された処置計画であってもよい。

あるさらなる実施形態では、放射源をもつ導入要素がそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの中に導入された後に、それぞれの短距離放射線療法カテーテル内の放射源の位置を決定するために、短距離放射線療法カテーテルに取り付けられた一つまたはいくつかの超音波センサーが使用されてもよい。たとえば、単一の超音波センサー４がそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの先端に配置されていてもよい。ここで、空間関係提供ユニット７４は、導入要素がそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの中に完全に、すなわちできるだけ遠くまで導入されたときの超音波センサー４と放射源１０との間の空間関係を提供するよう適応されていてもよい。位置決定ユニット４４は、導入要素がそれぞれの短距離放射線療法カテーテルの中に完全に導入されたときに、生成された超音波信号および提供された空間関係に基づいて、放射源１０の位置を決定するよう適応されることができる。特に、位置決定ユニット４４は、導入要素が短距離放射線療法カテーテルの中に完全に導入されたときに、短距離放射線療法カテーテルの超音波センサーの位置を決定し、超音波センサーの決定された位置と、超音波センサーの位置と放射源の位置の間の空間関係とに基づき、放射源の位置を決定するよう適応されることができる。該空間関係は、超音波センサーと放射源との間のあらかじめ決定された線形オフセットであってもよい。アフターローダーであるとみなされてもよい配置ユニット５からの放射源位置情報が、放射源の位置を決定するために使用されることができる。特に、空間関係提供ユニット７４は、超音波センサー４と放射源１０との間の空間関係を、配置ユニット５によって提供される短距離放射線療法カテーテルに対する導入要素の実際の位置と、超音波センサー４と短距離放射線療法カテーテルの間の既知の空間関係とに依存して、決定するよう適応されることができる。ここで、超音波センサー４と放射源１０の間のこの空間関係は、超音波センサー４の決定された位置に基づいて放射源１０の位置を決定するために使用されることができる。一つまたはいくつかの超音波センサーの一つまたはいくつかの位置に基づいて決定された短距離放射線療法カテーテルのすでに決定された姿勢および形状は、配置ユニット５によって提供されてもよい、放射源を有する導入要素と短距離放射線療法カテーテルとの間の実際の空間関係と一緒に、放射源の実際の位置を決定するために使用されることができる。

あるさらなる実施形態では、短距離放射線療法カテーテルは、該短距離放射線療法カテーテルのある長手方向位置のところに超音波センサーを備えていてもよい。それにより、放射源を有する導入要素が短距離放射線療法カテーテル中に導入されるとき、前記超音波センサーが位置される前記長手方向位置に放射源の少なくとも一部が配置されることが可能である。位置決定ユニット４４は、放射源が前記超音波センサーが位置される前記長手方向位置に配置されるときに前記生成された超音波信号の変化を検出し、超音波センサーの決定された位置および超音波信号の検出された変化に基づいて、放射源の位置を決定するよう適応されることができる。特に、図１２に概略的かつ例示的に示されるように、超音波センサー４は、円錐状の短距離放射線療法カテーテル先端からオフセット８２をもって、短距離放射線療法カテーテル２１２の外側に組み込まれることができる。このオフセット８２は好ましくは、放射活性物質５４およびカプセル５５をもつ放射源１０がその最初の滞留位置にあるときに、源トレイン（source train）の先端、すなわちカプセル５５の先端が超音波センサー４と並ぶように選ばれる。たとえば、最初の滞留位置にある放射性物質５４の中心と短距離放射線療法カテーテルの先端との間のオフセット６１が6mmであり、放射性物質５４の中心と源トレインの端、すなわちカプセル５５の先端との間の距離８１が4mmである場合には、超音波センサー４は、超音波センサー４の中心と短距離放射線療法カテーテル先端との間の距離８２が2mmであるように、配置されてもよい。

処置送達の間、放射源１０が図１２に概略的かつ例示的に示されるその最初の滞留位置にあるとき、源トレインの先端、すなわちカプセル５５の先端は超音波センサー４の下になる。これは、超音波センサー４によって生成される超音波信号の変化につながり、そのためこの信号変化が放射源１０がその最初の滞留位置にあることを検出するために使用できる。信号変化は図１３および図１４に示されている。

図１３および図１４は、超音波センサー４によって生成されうる超音波信号７０、７１を例示的に示している。図１３に示される超音波信号７０は、放射源１０が超音波センサー４の線形位置に配置されていなかった間に、すなわち源トレインの先端が超音波センサー４の下になかった間に生成されたものである。図１４に示される超音波信号７１は、放射源１０が超音波センサー４の線形位置に配置されていた間に、すなわち源トレインの先端が超音波センサー４の下にあった間に生成されたものである。楕円７２、７３は信号変化を示す。

このように、処置送達の間、超音波センサー４からの応答はリアルタイムでモニタリングされることができる。ここで、放射源１０がその最初の滞留位置に位置されたとき、超音波センサー４はこのことを図１３および図１４に示されるように、信号パターンにおける変化を介して示すはずである。放射源１０がその最初の滞留位置に配置されていると想定されるのにそうでない場合には、すなわちそのような信号変化が検出されない場合には、超音波撮像および放射源の配置が正確に位置合わせされていない、あるいは他の不正確さが存在する可能性がある。その場合、処置は停止されてもよく、配置ユニットと短距離放射線療法カテーテルとの間の接続を検査する、配置ユニットによって使用される処置計画を検証するなどの是正措置が講じられてもよい。

放射源１０がその最初の滞留位置に配置されていると想定されるときの信号変化の観察により、不正確さの手順内判定が許容されるので、信号変化のこのモニタリングは、手順内品質保証技法とみなされうる。これはHDR短距離放射線療法のさらに改善された精度を許容できる。

前立腺はTRUSプローブを使って生成された超音波画像においてセグメンテーションされているので、また短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状がやはり超音波画像に関して決定された超音波センサーの位置に基づいて決定されているので、セグメンテーションされた前立腺の姿勢および形状ならびに短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状はいずれも超音波画像に対して既知である。したがって、処置計画提供ユニット３９は、放射源１０の滞留位置および滞留時間を定義する処置計画を、前立腺１１の姿勢および形状と短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状との間の空間関係に依存して決定することができる。これらの姿勢および形状の位置合わせは必要とされない。異なる滞留位置および滞留時間を計画するために、非特許文献１の論文に開示される計画技法のような既知の計画技法を使うことができる。同文献はここに参照によって組み込まれる。

以下では、HDR短距離放射線療法を実行するためのHDR短距離放射線療法の方法のある実施形態が図１５に示されるフローチャートを参照して記述される。

短距離放射線療法カテーテルが人間２の前立腺１１に、たとえばTRUSプローブ４０から受領される超音波データに基づいて超音波画像生成ユニット４２によって生成された超音波画像の案内のもとで挿入された後、ステップ１０１において、TRUSプローブ４０は、人間２の内部に超音波放射を送出し、人間２の内部によって反射された超音波放射を測定する。超音波画像生成ユニット４２は反射された超音波放射に基づいて超音波画像を生成する。さらに、人間２内の前記短距離放射線療法カテーテルの位置に配置される一つまたはいくつかの超音波センサー４によって超音波信号が生成される。前記一つまたはいくつかの超音波センサー４は、TRUSプローブ４０によって送出され、前記一つまたはいくつかの超音波センサー４によって受領される超音波放射に基づいて超音波信号を生成する。超音波センサーが短距離放射線療法カテーテルの位置に配置されるのは、短距離放射線療法カテーテルが前記一つまたはいくつかの超音波センサー４を備えていることがありうるからおよび／または前記一つまたはいくつかの超音波センサーを備えるガイドワイヤが短距離放射線療法カテーテル中に挿入されていることがありうるからである。前記一つまたはいくつかの超音波センサー４が、前記一つまたはいくつかの超音波センサーを備えるガイドワイヤを使って短距離放射線療法カテーテルの前記位置に配置される場合には、ガイドワイヤは、好ましくは、種々の短距離放射線療法カテーテルの中に逐次的に挿入され、ガイドワイヤがそれらの種々の短距離放射線療法カテーテル内にあるときに超音波信号が生成される。

ステップ１０２では、位置決定ユニット４４は、生成された超音波信号に基づいて前記一つまたはいくつかの超音波センサー４の位置を決定し、人間２内の短距離放射線療法カテーテルの前記位置に配置されている前記一つまたはいくつかの超音波センサー４の決定された位置に基づいて、人間２内の前記短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状を決定する段階とを含む。

ステップ１０３では、処置計画提供ユニット３９が、前立腺１１の三次元の姿勢および形状を決定するために、生成された超音波画像内の前立腺１１をセグメンテーションし、短距離放射線療法カテーテル内の放射源１０の滞留位置および滞留時間を定義する初期処置計画を、ステップ１０２で決定された三次元の姿勢および形状に基づき、かつセグメンテーションされた前立腺１１の決定された三次元の姿勢および形状に基づいて、決定する。

ステップ１０４では、短距離放射線療法適用ユニットが、処置計画に従って短距離放射線療法を適用する。すなわち、短距離放射線療法適用ユニットは、放射源を短距離放射線療法カテーテル内に、処置計画によって定義される滞留位置および滞留時間に従って配置する。HDR短距離放射線療法が処置計画に従って実行された後、HDR短距離放射線療法の方法はステップ１０５において終了する。

ステップ１０４において処置計画によって定義された滞留位置および滞留時間に放射源を配置する間、短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状は、連続的にモニタリングされてもよい。この場合、短距離放射線療法カテーテルおよび／または放射源をもつ導入要素は、一つまたはいくつかの超音波センサーを備える。さらに、ステップ１０４において、短距離放射線療法カテーテルおよび／または導入要素に取り付けられた一つまたは複数の超音波センサーに基づいて、放射源の位置もモニタリングされてもよい。HDR短距離放射線療法がたとえば浮腫または姿勢および形状の変化の他の原因に対処できるよう、短距離放射線療法カテーテルのモニタリングされる三次元の姿勢および形状および／または放射源のモニタリングされる三次元位置は、ステップ１０４において、閉ループで、処置計画を更新するために使用されることができる。

位置決定ユニット４４は、TRUSプローブの超音波ビームが視野を掃引する際にそれぞれの超音波センサーによって生成される超音波信号を解析することによって、TRSUプローブ４０の視野内のそれぞれの超音波センサーの位置を決定するよう適応される。それぞれの超音波センサーのTRUSプローブの撮像アレイからの軸方向および動径方向の距離を提供するために、飛行時間が決定されることができる。一方、生成された超音波信号の振幅およびビーム発射シーケンスの知識が、それぞれの超音波センサーの横および角度方向の位置を提供できる。TRUSプローブが三次元TRUSプローブであれば、それぞれの超音波センサーの上下位置も同様にして得ることができる。このように、位置決定ユニット４４は、TRUSプローブが二次元TRUSプローブであれば撮像面におけるそれぞれの超音波センサーの二次元位置を、TRUSプローブが三次元TRUSプローブであればTRUSプローブの視野内におけるそれぞれの超音波センサーの三次元位置を、それぞれの超音波センサーによって生成された超音波信号に基づいて決定することができる。それぞれの超音波センサーがTRUSプローブから超音波放射を受けるときに生成される生成された超音波信号に基づくそれぞれの超音波センサーの位置の決定に関するさらなる詳細については、たとえば非特許文献２を参照。同文献はここに参照によって組み込まれる。

TRUSプローブはBモード超音波画像を生成するよう適応されることができる。超音波センサーは、PZT、フッ化ポリビニリデン（PVDF）、圧電コポリマーなどのような圧電性物質を有していてもよい。

手動の超音波ベースの短距離放射線療法カテーテル・セグメンテーションおよび追跡は、劣った超音波画像品質のため、またTRUSプローブにより近い短距離放射線療法カテーテルがTRUSプローブからより隔たった短距離放射線療法カテーテルの検出を妨げる隠蔽アーチファクトを引き起こすため、誤りを起こしやすく、時間がかかるプロセスである。電磁的に追跡されるガイドワイヤを使って短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を電磁的に決定することが、短距離放射線療法セグメンテーションおよび追跡を改善できるが、電磁的な解決策は、処置されるべき解剖構造の近くに電磁場発生器を配置することを要求する。これは、臨床のHDR短距離放射線療法セットアップではわずらわしいことがあり、電磁技術は金属要素の可能な存在によって引き起こされる歪みを受けやすくもある。対照的に、図１ないし図１５を参照して上記した超音波追跡技術は、電磁ベースの解決策より正確かつ安価であり、わずらわしいハードウェアもない。すなわち、臨床で使うのがより容易である。たとえば、短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状の決定のために、一つまたは複数の超音波センサーを備えるガイドワイヤが使われるだけでよい。ガイドワイヤは、種々の短距離放射線療法カテーテルに逐次的に挿入され、そこから引き出されてもよく、挿入および／または引き出しの間に、同時に前記一つまたはいくつかの超音波センサーの位置が決定されることができる。超音波センサーのこれらの位置に基づいて、それぞれの短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状が決定されることができる。ガイドワイヤがいくつかの超音波センサーを有する場合、それぞれの短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状が、一度の手順前ステップの間に決定されてもよい。ここで、ガイドワイヤは、それぞれの短距離放射線療法カテーテルの中に導入されて、超音波センサーの位置の決定の間、それぞれの短距離放射線療法カテーテル内で静的なままである。短距離放射線療法カテーテルが複数の超音波センサーを備える場合には、短距離放射線療法カテーテルの三次元の姿勢および形状はあらゆる時点でリアルタイムで追跡されることができる。それにより、追跡されるガイドワイヤをもつ必要がなくなる。

短距離放射線療法カテーテルの自動化された超音波ベースの三次元マッピングが、既存の臨床HDR短距離放射線療法作業フローを簡略化することにおいて有用であることができ、短距離放射線療法カテーテル・マッピングのプロセスをより正確で、ユーザー独立で、実装が簡単なものにすることができる。追跡される位置は本来的にTRUS画像に位置合わせされている。したがって、臨床担当者または医師であってもよいユーザーは、毎使用の前に、明示的にHDR短距離放射線療法システムを較正する必要がない。それによりクリニックでの受け入れ可能性が高まる。

既知の短距離放射線療法処置はしばしば、短距離放射線療法カテーテルおよび標的セグメンテーションおよび処置送達の時点の間で、短距離放射線療法カテーテルと解剖構造の間に相対的な動きがないという想定に基づいて進行する。しかしながら、組織浮腫は、相対的な短距離放射線療法カテーテル位置における予期しない変化を、よって放射源位置における予期しない変化を生じることがある。したがって、上記の諸実施形態は、処置送達の間に解剖構造に対する放射活性源の位置の直接的で、信頼できるリアルタイムの追跡を提供する。放射源の位置を決定するために超音波追跡技術が使われるので、追跡される放射源位置と超音波画像上に見られる周囲の解剖構造との間で追加的な位置合わせは必要とされない。

上記の諸実施形態では、HDR短距離放射線療法が前立腺に放射を加えるために使われているが、他の実施形態では、HDR短距離放射線療法は人間または動物の別の部分に放射を加えるために使われることもできる。さらに、上記の諸実施形態では、超音波撮像デバイスは超音波画像を生成するためにTRUSプローブを使うが、他の実施形態では、生体の内部の超音波放射を送出し、生体の内部によって反射された超音波放射を測定することによって超音波画像を生成するために他の種類の超音波撮像デバイスが使用されることができる。それぞれの短距離放射線療法カテーテルの位置に配置される超音波センサーは、超音波撮像デバイスによって送出され、その超音波センサーによって受領される超音波放射に基づいて、超音波信号を生成する。

図面、本開示および付属の請求項を吟味することから、特許請求される発明を実施する際に当業者によって、開示された実施形態に対する他の変形が理解され、実施されることができる。

請求項において、「有する／含む」の語は他の要素やステップを排除しない。単数形の表現は複数を排除しない。

単一のユニットまたはデバイスが、請求項に記載されるいくつかの項目の機能を充足してもよい。ある種の施策が互いに異なる従属請求項に記載されているというだけの事実がそれらの施策の組み合わせが有理に使用できないことを示すものではない。

一つまたはいくつかのユニットまたはデバイスによって実行される前記一つまたはいくつかの超音波センサーの位置の決定、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状の決定、放射源の位置の決定、処置計画の決定、処置計画の適応などのような手順は、他の任意の数のユニットまたはデバイスによって実行されることもできる。前記HDR短距離放射線療法の方法に従った前記HDR短距離放射線療法システムのこれらの手順および／または制御は、コンピュータ・プログラムのプログラム・コード手段としておよび／または専用のハードウェアとして実装されることができる。

コンピュータ・プログラムは、他のハードウェアと一緒にまたは他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体または固体媒体のような好適な媒体上で記憶／頒布されてもよいが、インターネットまたは他の有線もしくは無線の遠隔通信システムを介してなど、他の形で頒布されてもよい。

請求項に参照符号があったとしても、その範囲を限定するものと解釈すべきではない。

本発明は、短距離放射線療法カテーテルの位置のところに配置されるための超音波センサーを有するHDR短距離放射線療法システムに関する。該超音波センサーは、好ましくはTRUSプローブを有する超音波撮像デバイスによって送出され、該超音波センサーによって受領された超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応される。生成された超音波信号に基づいて前記超音波センサーの位置が決定され、前記超音波センサーのこの位置に基づいて、前記短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状および／またはHDR放射源の位置が決定される。これは、短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状および／またはHDR放射源の位置の非常に正確な決定を許容し、そのことは改善されたHDR短距離放射線療法につながりうる。

本発明は、HDRの短距離放射線療法を実行するための高線量率（HDR: high-dose rate）短距離放射線療法〔ブラキセラピー〕システムに関する。本発明はさらに前記HDR短距離放射線療法システムを使ってHDR短距離放射線療法を実行するためのコンピュータ・プログラムに関する。

本発明のあるさらなる側面では、請求項１に定義されるHDR短距離放射線療法システムを使ってHDR短距離放射線療法を実行するためのコンピュータ・プログラムが提示される。

請求項１の短距離放射線療法システムおよび請求項１４のコンピュータ・プログラムは類似のおよび／または同一の、特に従属請求項において定義される好ましい実施形態をもつことは理解しておくものとする。

HDR短距離放射線療法を実行するためのHDR短距離放射線療法システムの実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 HDR短距離放射線療法システムの配置ユニットを概略的かつ例示的に示す図である。 人間の前立腺中に挿入された短距離放射線療法システムのいくつかの短距離放射線療法カテーテルを概略的かつ例示的に示す図である。 前記人間に関してTRUSプローブを備える配置ユニットの配置を概略的かつ例示的に示す図である。 短距離放射線療法カテーテル中に挿入されたガイドワイヤのある実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 短距離放射線療法カテーテル中に挿入されたガイドワイヤのさらなる実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 いくつかの超音波センサーをもつ短距離放射線療法カテーテルのある実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 二次元撮像機能をもつTRUSプローブを使ってガイドワイヤの超音波センサーの諸位置を決定する実施形態を例示的に示す図である。 二次元撮像機能をもつTRUSプローブを使ってガイドワイヤの超音波センサーの諸位置を決定する実施形態を例示的に示す図である。 超音波センサーおよび放射源をもつ導入要素のある実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 いくつかの超音波センサーおよび放射源をもつ導入要素のさらなる実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。 超音波センサーをもつ短距離放射線療法カテーテルのある実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。ここで、放射源をもつ導入要素が短距離放射線療法カテーテル中に導入されている。 短距離放射線療法カテーテルに取り付けられた超音波センサーによって生成される超音波信号を例示的に示す図である。 短距離放射線療法カテーテルに取り付けられた超音波センサーによって生成される超音波信号を例示的に示す図である。 HDR短距離放射線療法を実行するためのHDR短距離放射線療法の方法を例示的に示すフローチャートである。

以下では、HDR短距離放射線療法を実行するための上記のシステムを使ったHDR短距離放射線療法の方法が図１５に示されるフローチャートを参照して記述される。

Claims (15)

1. 高線量率短距離放射線療法を実行するための高線量率短距離放射線療法システムであって、当該高線量率短距離放射線療法システムは：
   ・生体内部の標的領域中にまたは該標的領域近くに挿入される短距離放射線療法カテーテルと、
   ・放射源をもつ細長い導入要素であって、前記放射源によって放出される放射を前記標的領域に加えるためであり、前記短距離放射線療法カテーテルおよび前記導入要素は該導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されることを許容するよう適応されている、導入要素と、
   ・前記生体の内部に超音波放射を送出し、前記生体の内部によって反射された超音波放射を測定することによって前記生体の内部の超音波画像を生成するための超音波撮像デバイスと、
   ・前記生体内の前記短距離放射線療法カテーテルの位置に配置されるための超音波センサーであって、該超音波センサーは、前記超音波撮像デバイスによって送出され、前記超音波センサーによって受領される超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応されている、超音波センサーと、
   ・生成された超音波信号に基づいて前記超音波センサーの位置を決定し、前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されたときに、決定された前記超音波センサーの位置に基づいて、前記生体内の前記短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状および／または前記放射源の位置を決定する位置決定ユニットとを有する、
   高線量率短距離放射線療法システム。
2. 当該高線量率短距離放射線療法システムは、前記超音波センサーを備えるガイドワイヤを有しており、前記ガイドワイヤは、前記生体内の前記短距離放射線療法カテーテルの位置に前記超音波センサーを配置するために前記短距離放射線療法カテーテル中に挿入されるよう適応されており、前記ガイドワイヤは、前記短距離放射線療法カテーテル中に挿入され、前記短距離放射線療法カテーテルから引き出されるよう適応され、前記超音波センサーは、前記ガイドワイヤが前記短距離放射線療法カテーテル中に挿入されるおよび／または前記短距離放射線療法カテーテルから引き出される間に超音波信号を生成するよう適応されており、前記位置決定ユニットは、前記ガイドワイヤが前記短距離放射線療法カテーテル中に挿入されるおよび／または前記短距離放射線療法カテーテルから引き出される間に生成される前記超音波信号に基づいて前記超音波センサーの種々の位置を決定し、前記超音波センサーの決定された諸位置に基づいて前記短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定するよう適応されている、請求項１記載の高線量率短距離放射線療法システム。
3. 前記超音波撮像デバイスは、前記生体内の撮像面の二次元画像を生成するための二次元超音波撮像デバイスであり、
   前記ガイドワイヤの挿入および／または引き出しの間の種々の位置にある間に前記超音波センサーが超音波信号を生成できるようにするために、前記生体内の種々の領域に超音波放射を送るために、前記撮像面の位置は修正可能であり、
   当該システムはさらに、前記撮像面のそれぞれの位置を提供するための撮像面位置提供ユニットと、前記撮像面の位置が修正されるときに、前記超音波センサーが前記撮像面内になるよう、前記撮像面の決定された位置に基づいて、前記ガイドワイヤの挿入および／または引き出しを制御するためのガイドワイヤ制御ユニットとを有しており、
   前記位置決定ユニットは、生成された超音波信号および前記撮像面の提供されたそれぞれの位置に基づいて、前記超音波センサーの位置を決定するよう適応されている、
   請求項２記載の高線量率短距離放射線療法システム。
4. 前記ガイドワイヤはいくつかの超音波センサーを備えており、各超音波センサーは、前記超音波撮像デバイスによって送出され、それぞれの超音波センサーによって受領された超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応されており、前記位置決定ユニットは、
   ・各超音波センサーについて、前記ガイドワイヤの挿入および／または引き出しの間に生成されるそれぞれの超音波信号に基づいてそれぞれの超音波センサーの種々の位置の集合を決定し、
   ・それぞれの超音波センサーの種々の位置の各集合について、前記短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定し、それにより前記短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状の集合を決定し、
   ・前記短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状の決定された集合の姿勢および形状を平均して、前記短距離放射線療法カテーテルの平均の姿勢および形状を決定するよう適応されている、
   請求項２記載の高線量率短距離放射線療法システム。
5. 当該システムは、前記短距離放射線療法カテーテルの長さに沿って配置されるためのいくつかの超音波センサーを有しており、各超音波センサーは、前記超音波撮像デバイスによって送出され、それぞれの超音波センサーによって受領された超音波放射に基づいて超音波信号を生成するよう適応されており、
   前記位置決定ユニットは、前記超音波センサーによって生成された超音波信号に基づいて前記超音波センサーの位置を決定し、決定された位置に基づいて前記短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状を決定するよう適応されている、
   請求項１記載の高線量率短距離放射線療法システム。
6. 前記超音波撮像デバイスは、前記生体内の撮像面の二次元画像を生成するための二次元超音波撮像デバイスであり、
   前記超音波撮像デバイスによって送出され、それぞれの超音波センサーによって受領された超音波放射に基づいて前記いくつかの超音波センサーが超音波信号を生成できるようにするために、前記生体内の種々の領域に超音波放射を送るために、前記撮像面の位置は修正可能であり、
   当該システムはさらに、前記撮像面のそれぞれの位置を提供するための撮像面位置提供ユニットを有しており、
   前記位置決定ユニットは、前記超音波センサーによって生成されたそれぞれの超音波信号および前記撮像面の決定されたそれぞれの位置に基づいて、それらの超音波センサーの位置を決定するよう適応されている、
   請求項５記載の高線量率短距離放射線療法システム。
7. 前記導入要素が前記超音波センサーを備え、それにより前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されたとき、前記超音波センサーは前記短距離放射線療法カテーテル内に配置され、
   当該システムはさらに、前記超音波センサーと前記放射源との間の空間関係を与える空間関係提供ユニットを有しており、
   前記位置決定ユニットは、前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されたときに、生成された超音波信号および提供された空間関係に基づいて、前記放射源の位置を決定するよう適応されている、
   請求項１記載の高線量率短距離放射線療法システム。
8. 当該システムがさらに、前記の決定された位置を生成された超音波画像上に表示するためのディスプレイを有する、請求項１記載の高線量率短距離放射線療法システム。
9. 当該システムはさらに、前記放射源が配置されるべき前記生体内での計画された滞留位置を定義する処置計画を提供する処置計画提供ユニットを有し、
   当該システムは、前記計画された滞留位置をも前記生成された画像上に示すよう適応されている、請求項８記載の高線量率短距離放射線療法システム。
10. 当該システムがさらに、前記放射源が配置されるべき前記生体内での計画された滞留位置を定義する処置計画を提供する処置計画提供ユニットを有し、
    前記位置決定ユニットは、前記放射源が高線量率短距離放射線療法の間に前記の計画された諸滞留位置に位置されていると想定されるときの前記放射源の位置を真の滞留位置として決定するよう適応されており、
    前記処置計画提供ユニットは、決定された真の滞留位置に基づいて前記処置計画を修正するよう適応されている、
    請求項１記載の高線量率短距離放射線療法システム。
11. 当該システムはさらに、前記放射源の決定された位置に基づいて、前記導入要素を前記短距離放射線療法カテーテル中に導入したりおよび／または前記短距離放射線療法カテーテルから引き出したりすることを制御する導入要素コントローラを有する、請求項１記載の高線量率短距離放射線療法システム。
12. 前記短距離放射線療法カテーテルが前記超音波センサーを備え、
    当該システムはさらに、前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されたときの前記超音波センサーと前記放射源との間の空間関係を与える空間関係提供ユニットを有しており、
    前記位置決定ユニットは、前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されたときに、生成された超音波信号および提供された空間関係に基づいて、前記放射源の位置を決定するよう適応されている、
    請求項１記載の高線量率短距離放射線療法システム。
13. 前記短距離放射線療法カテーテルが、前記該短距離放射線療法カテーテルのある長手方向位置のところに前記超音波センサーを備え、それにより、前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されるときに前記超音波センサーが位置される前記長手方向位置に前記放射源が配置可能であり、
    前記位置決定ユニットは、前記放射源が前記超音波センサーが位置される前記長手方向位置に配置されるときに前記生成された超音波信号の変化を検出し、前記超音波センサーの決定された位置および前記超音波信号の検出された変化に基づいて、前記放射源の位置を決定するよう適応されている、
    請求項１記載の高線量率短距離放射線療法システム。
14. 請求項１記載の高線量率短距離放射線療法システムによって高線量率短距離放射線療法を実行するための高線量率短距離放射線療法の方法であって、当該方法は：
    ・超音波撮像デバイスによって、生体の内部に超音波放射を送出し、前記生体の内部によって反射された超音波放射を測定することによって、前記生体の内部の超音波画像を生成する段階と、
    ・前記生体内の前記短距離放射線療法カテーテルの位置に配置される超音波センサーによって超音波信号を生成する段階であって、前記超音波センサーは、前記超音波撮像デバイスによって送出され、前記超音波センサーによって受領される超音波放射に基づいて前記超音波信号を生成する、段階と、
    ・前記位置決定ユニットによって、生成された超音波信号に基づいて前記超音波センサーの位置を決定する段階と、
    ・前記位置決定ユニットによって、前記導入要素が前記短距離放射線療法カテーテル中に導入されたときに、決定された前記超音波センサーの位置に基づいて、前記生体内の前記短距離放射線療法カテーテルの姿勢および形状および／または前記放射源の位置を決定する段階とを含む、
    方法。
15. 請求項１記載の高線量率短距離放射線療法システムを使って高線量率短距離放射線療法を実行するためのコンピュータ・プログラムであって、当該コンピュータ・プログラムは、当該コンピュータ・プログラムが前記高線量率短距離放射線療法システムを制御するコンピュータ上で実行されたときに、前記高線量率短距離放射線療法システムに請求項１４記載の高線量率短距離放射線療法の方法の段階を実行させるためのプログラム・コード手段を有する、コンピュータ・プログラム。

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