JP5324736B2 - 複数の治療経路からなる一群より少なくとも１つの治療経路の位置を同定する方法及び動物体の事前選択された解剖学的部分に対して放射線治療を行う方法 - Google Patents

Description

本発明は、動物体の事前選択された解剖学的部分内における複数の位置に挿入された複数の治療経路からなる一群より少なくとも１つの治療経路の位置を同定する方法に関する。前記治療経路は、特定位置において特定期間だけ目標放射線量分布に従って放射線治療を行うために放射線治療装置から前記解剖学的部分内に少なくとも１つのエネルギー放出源を誘導するように構成される。各治療経路に対して、動物体の解剖学的部分内におけるそれぞれの位置、目標放射線量分布、特定位置及び特定期間が治療計画工程中に事前計画される。

本発明は、また、動物体の事前選択された解剖学的部分に対して放射線治療を行うシステムにも関する。本システムは、
治療対象である前記事前選択された解剖学的部分の画像情報を生成するための第１撮像手段と、
前記事前選択された解剖学的部分に対して前記放射線治療を行うために、
前記解剖学的部分内に挿入される複数の中空治療経路の数、位置及び方向と、
前記複数の中空治療経路経由で挿入される１つ以上の放射線放出源の１つ以上の位置及びそれに対応する期間と、
放出される放射線量総量とに関する情報を含む放射線治療計画を、部分的に前記画像情報に基づいて生成する処理手段と、
前記複数の中空治療経路を前記計画位置及び方向で前記解剖学的部分内に挿入する挿入手段と、
前記複数の中空治療経路経由で少なくとも１つのエネルギー放出源を前記１つ以上の位置において前記解剖学的部分内に挿入する放射線送出手段とを備える。

高線量率（ＨＤＲ）エネルギー放出源を用いた近接照射療法では、複数の治療経路（カテーテルや中空針）が動物体内の事前選択された目標体積に特定の姿勢で設置される。特定量の滞留時間だけ各治療経路の後に所謂滞留位置となる位置に高レベル放射線源を設置することによって治療線量が送出される。

このため、各治療経路は治療装置の装置経路に接続される。近接照射治療を行う時には、エネルギー放出源は、治療装置から、これらの相互接続した経路経由で、挿入した治療経路内の目標の事前計画滞留位置へと誘導される。

撮像は通常、治療余裕を設定したり、計画策定局面中に生成される線量分布を最適化したりするのに用いられ、経路姿勢と腫瘍及び危険臓器の目標線量などの考慮すべき事柄に基づいて行われる。

しかしながら、治療準備工程や治療中の人為ミスやコンピュータエラーによって、滞留位置を間違った姿勢で配置してしまう可能性が潜在し、その結果、間違った目標体積を間違った治療線量で治療してしまう可能性がある。

挿入された各治療経路の姿勢は、所謂ダミーソースを治療装置（例えばアフタローダ装置）から治療経路経由で挿入して、Ｘ線撮像装置を用いてその姿勢を決定することによって制御することができる。しかし、こうした制御方法には、Ｘ線撮像装置という設備投資が必要であり、患者の体に挿入した治療経路を治療装置の間違った装置経路に接続してしまったならば病院職員が起こすかも知れないミスを未然に防止することもない。

現在既知の（遠隔制御）近接照射治療システムは挿入された治療経路と治療装置の装置経路との正しい接続を同定することができないので、これらのミスが正しく同定されることはない。

このため、本発明の目的は、患者体内の各治療経路と、前記治療経路と治療装置との接続とを同定可能な方法とシステムを提供することである。

このため、同定方法は、
Ａ 前記複数の治療経路の少なくとも１つを選択する工程と、
Ｂ 前記動物体に対する前記選択治療経路の実際位置を再構成する工程と、
Ｃ 前記再構成位置を前記複数の事前計画位置と比較する工程とを有することを特徴とする。

また、改良された一実施例において、本方法は、
Ｄ 前記複数の事前計画位置のどれが前記再構成位置に一致するかを判定する工程を更に有することを特徴とする。

更に別の改良は、本発明によれば、再構成工程Ｂは、遠位端に追跡要素を備えた追跡ワイヤを前記選択治療経路経由で挿入する工程を含むという事実に帰する。

より詳細には、再構成工程Ｂは、視覚技術を用いて前記選択治療経路の外側部分の位置を判定する工程を含む。

更に又、選択工程Ａは、
Ａ１ 前記複数の治療経路の少なくとも１つを前記治療装置の少なくとも１つの挿入経路に接続する工程を含む一方、具体的な一実施例では接続工程Ａ１は、
Ａ２ 前記複数の治療経路からなる一群をテンプレートによって前記アプリケータ経路装置に接続する工程を含む。

本発明によれば、本システムは、前記複数の挿入治療経路の前記一群から少なくとも１つの治療経路の位置を同定し、特別な照合アルゴリズムを用いて前記同定位置を前記治療計画に存在する１つ以上の前記事前計画位置と比較するための同定手段が存在することを特徴とする。

また、別の一実施例では、前記同定手段は、同定のために、前記動物体に対する前記複数の挿入治療経路それぞれの実際位置を再構成し、前記再構成位置を前記複数の事前計画位置と比較するように構成されることを特徴とする。

一実施例では、前記同定手段は、同定のために、例えば、ノーザンデジタル社のオーロラシステムやカリプソメディカル社のビーコントランスポンダなど既知の追跡ワイヤを用いて前記複数の挿入治療経路それぞれ経由で変位される追跡要素を有する。

より詳細には、前記追跡要素は前記追跡ワイヤの遠位端に配置される磁気追跡要素であり、前記複数の挿入治療経路のそれぞれを経由して前記磁気追跡要素が変位している間に追跡要素の位置が確認される。

本実施例を用いれば、選択されている治療経路の姿勢に関する精確な情報を得ることができ、この姿勢を治療経路の事前計画姿勢と比較することができる。また、特別な照合アルゴリズム、特に各治療経路がどの装置経路と接続されることになるかという情報を用いて数本の治療経路を正しく同定することができる。

また別の多用途な実施例では、本発明によれば、前記追跡要素は電磁信号生成装置である。

別の一実施例では、前記同定手段は、前記動物体外に延伸する前記複数の挿入治療経路それぞれの一部の位置を撮像するための第２撮像手段を有する。

本実施例では、挿入治療経路の各姿勢は外部視覚技術によって同定される。

更に具体的な一実施例では、治療装置に接続されている治療経路を正しく同定するために、全ての治療経路は複数の送出経路経由で前記放射線送出手段に接続される。

別の実施例では、前記複数の治療経路はそれぞれ１つの単一送出経路経由で前記放射線送出手段に順次自動接続されるように構成される。本実施例では、前記単一送出経路は、前記同定手段及び前記第２撮像手段によって生成される情報によって制御されるロボットアームを用いて可動であること。

治療経路と放射線源送出経路との正しい接続のために、前記ロボットアームは本発明によれば接続要素を備え、前記接続要素は前記動物体外に延伸する前記選択治療経路の前記部分に接触される。

より詳細には、前記接続要素は、前記動物体外に延伸する前記選択治療経路の前記部分の存在を検知するセンサを有する。これによって、動物体内で治療経路が変位してその事前計画姿勢に悪影響することなく、治療経路との精確な接続が可能になる。

本システムの更に別の改良は、患者を支持するための患者テーブルに関する。前記患者テーブルは３つの直交方向に変位可能であり、前記システムは放射線量監視探針装置を更に有する。

本発明による全自動だが多用途なシステムは、計画手段と、前記第１及び第２撮像手段及び前記処理手段及び／又は前記挿入手段及び／又は送出手段及び／又は同定手段及び／又は前記患者テーブル及び／又は前記腔内放射線量監視探針装置を制御するための制御手段とを有する。

特に、コンパクトなシステムは、本発明の別の一実施例では、治療対象である前記患者の周囲に位置決めされた空間的リング状フレーム上に収容される前記システムとして実現される。

好適には、前記空間的リング状フレームは半リング構成を持つ。

ここで本発明について図面を用いて説明する。
図１は本発明によるシステムの第１実施例を示す。
図２は本発明によるシステムの第２実施例を示す。
図３は本発明によるシステムの第３実施例を示す。

注意すべき事は、次の詳細な説明は前立腺の治療に関するものであるということである。しかし、本発明の装置及び方法は、撮像手段を用いて動物体内に針を挿入する各医療用途に使用可能である。本特許出願で説明する装置及び方法は生検装置としても使用可能であり、また高線量放射線治療や低線量放射線治療を動物体に適用するもっと多くの用途にも使用可能である。それ故以下の説明は特定の一用途に対する実例であって本発明を制限するものと見るべきではない。

従来技術では、多数の中空針又はスタイレット１０−１０’を全て、例えば男性患者１の前立腺１１における異なる位置に埋め込む。これらの針１０−１０’は、各針にエネルギー放出源を挿入するためのアフタローダ装置１２に永続的に接続された状態で患者の体１内部に一定期間留まる。中空針１０−１０’は病院職員によって手動で治療装置８の装置経路２０に接続される。従来技術において既知な近接照射治療を実施するために、エネルギー放出源６０は、治療装置１２の複数治療経路コネクタモジュール（インデクサ）から挿入治療経路内の目標事前計画滞留位置に向かって、この相互接続された経路２０−１０−１０’経由で誘導される。

病院職員が中空針を治療装置の装置経路に手動で接続することは、患者体内に挿入した中空針や治療経路を治療装置の間違った装置経路に接続してしまうとミスを招く可能性がある。

このような排除できない人為ミスは、後に実施される放射線治療に対して重大な結果を持つことになるかも知れない。即ち、治療経路と治療装置１２の複数治療経路コネクタモジュールとの間違った接続によって、放射線送出手段８からのエネルギー放出源は、治療対象である目標組織１１に対して（間違った計画パラメータを使用するため）間違った位置、間違った治療間隔で治療経路経由で誘導される。

本発明によれば、本装置及び方法はこの問題に対する解決策を提供する。本発明による装置及び方法を用いれば、患者体内に挿入された治療経路の一群から１つの治療経路を正しく同定できるので、この正確な同定に基づいて事前計画通りの正しい治療が当該治療経路に対して行われるという新規な改良された同定手順が得られる。つまり、正しい同定後に、治療経路にはそれぞれ、それらが接続しているアプリケータ経路とは無関係に正しい治療計画パラメータに応じてエネルギー放出源が搭載される。

本発明による方法は次の手順を利用する。即ち、治療経路を治療装置のアプリケータ経路に接続し、患者の体に対する前記選択治療経路の実際位置を再構成し、照合アルゴリズムを用いて前記再構成位置を使用中の複数の治療経路の複数の事前計画位置と比較し、前記複数の事前計画位置のうちどれが再構成位置に一致するかを判定する。

本同定手順を用いれば、各挿入治療経路（中空針）は今や正しく同定されて不正確な計画パラメータを用いた治療を未然に防止するので、各治療経路を正しい装置経路に（事前計画通りに）正しく接続する必要はなくなる。

動物の体に対する選択治療経路の位置を再構成するために、遠位端に追跡要素２３ａを備えた追跡ワイヤ２３が治療装置から接続装置経路２０及び治療経路又は中空針１０を経由して挿入される。追跡要素２３ａを選択治療経路の実際位置を再構成するために使用する第１実施例では、前記追跡要素２３ａは磁気追跡要素である。

磁気追跡要素２３ａの変位は、患者の体１１内の治療対象である事前選択された解剖学的部分１１内にある深度に位置決めされた遠位端１０ｂを持つ挿入中空針１０の実際姿勢を表現する情報になる。

選択治療経路１０の実際姿勢を表現する情報は、事前計画処理段階で患者体内に挿入された中空針１０の事前計画姿勢と比較される。実際の測定情報と事前計画情報との比較に基づいて、前記各中空針１０は、それがどの装置経路に接続しているのか同定される。

前記同定中空針１０の配置、より具体的には、治療装置８の前記治療経路の１つとの接続が上述のように正しくなされると、放射線送出手段８は、中空針１０内の位置及び各位置における治療時間に関する正しい計画パラメータを用いてエネルギー放出源を中空針１０に挿入する。

従って、従来技術におけるように、各挿入中空針１０を治療装置８の対応治療経路に明瞭に接続しなければならないときには、人為ミスが起こり得、その結果重大な治療過誤が生じる。上述のようにこの従来技術の接続原理を用いれば、エネルギー放出源は間違って接続した中空針を通して挿入される可能性があり、患者体に対する前記針内の間違った位置に配置される可能性があり、誤って解釈された計画パラメータを用いて間違った時間間隔だけ前記間違った位置で放射線治療を行う可能性がある。

本発明による同定手順を用いれば、各治療経路・中空針１０が接続されている治療装置８の各アプリケータ経路の同定に関する知識はもはや不必要となる。誘導ワイヤ２３を装置経路２０及びそれに接続した選択治療経路１０に通して磁気追跡要素２３ａを誘導することによって患者体に対する各挿入治療経路１０の実際位置を再構成することによって、患者体に対する治療経路１０の位置を正確に同定可能となり、それが接続している装置経路２０も同定可能となる。

正しく同定された治療経路１０をそれぞれ用いて治療を行うと、治療装置、より具体的には放射線送出手段８は、正しく同定された治療経路又は中空針１０のためのエネルギー放出源の事前計画治療パラメータ（滞留位置及び滞留時間）を用いて正しく動作可能となる。

図１には、本発明による装置の具体的な実施例が示される。治療装置は、治療計画ユニット１２と放射線送出手段８を有する。放射線送出手段８は、接続要素２２を備えたロボットアーム２０を有する。接続要素２２は、事前選択された目標組織１１、例えば、患者体１内の前立腺に挿入される選択治療経路１０の近位端１０ａと接触させることができる。

このため、患者体内の目標組織に関する関連画像情報を得るために、第１撮像手段２、例えば、患者の直腸内に挿入される超音波撮像探針がある。前記画像情報は、信号線３経由で治療計画ユニット１２に供給される。

本発明の方法による同定手順を用いて患者体内に遠位端１０ｂから挿入された各治療経路１０を同定するために、患者体１外に露出する選択治療経路１０の近位端１０ａを視覚化する第２撮像手段５０がある。前記第２撮像手段５０の生成する画像情報は信号線５１から治療装置１２に供給される。前記画像情報に基づいてロボットアーム２０及び接続要素２２は選択治療経路１０の露出近位端１０ａに対して整列される。

接続要素２２は、放射線送出手段８に接続した装置経路２０の挿入口へと延伸する貫通孔２２ａを備える。また、接続要素２２は、選択中空針１０の露出近位端１０ａの存在を検知してそれを装置経路に接続するための検知要素２２ｂ−２４を備える。

ロボットアーム２０の移動は、接続要素２２が中空針１０の露出端１０ａと整列接触するまで第２撮像手段５０の生成する画像情報を用いて監視操作される。その後、追跡ワイヤ２３は、接続要素２２と相互接続した中空針１０へ挿入経路２０経由で誘導される。追跡ワイヤ２３の遠位端には追跡要素２３ａが存在する。追跡要素２３ａは、好適には磁気追跡要素である。

選択中空針１０を経由した磁気追跡要素２３ａの変位は再構成可能である。中空針１０経由で設定磁場４２を介した磁気追跡要素２３ａの動きは治療経路座標の再構築を生じる。再構築された位置座標は情報信号を生じ、その信号は信号線４１経由で治療装置１２−８に供給される。

情報信号は中空針１０の実際姿勢を表現する。その再構築された姿勢や位置は、放射線治療を行う時に患者体内に挿入される複数の中空針１０−１０’などの事前計画姿勢と比較される。照合アルゴリズムを用いて治療計画ユニットが中空針１０の再構成姿勢を複数の事前計画姿勢と比較した後、選択中空針１０の１つの正しい同定が得られる。

続いて、追跡要素２３ａを有する追跡ワイヤ２３が中空針１０から治療装置８−１２内に引き戻される。正しく同定された中空針１０に応じた正しい事前計画治療パラメータを用いて異なる滞留位置で異なる滞留間隔で放射線治療を行うため、遠位端にエネルギー放出源６０（ＨＤＲ又はＬＤＲ源）を備えた誘導ワイヤ６１が接続要素２２及び中空針１０経由で前進される。

続いて、誘導ワイヤ６１及びエネルギー放出源６０が治療装置８−１２内に引き戻されると、接続要素２２は針１０から分離され、第２撮像手段５０を用いて患者体１内の異なる位置に挿入した別の中空針１０’と整列される。

再び、再構成姿勢と事前計画姿勢が比較され、この比較に基づいて誘導ワイヤ６１及びエネルギー放出源６０が中空針１０’に向かって前進され、エネルギー放出源６０は、正しく同定された中空針１０’に応じた正しい事前計画治療パラメータを用いて正しい滞留位置で正しい滞留間隔に位置決めされる。

更に別の実施例が図２に示される。図２でも、針又はカテーテルチューブ１０−１０’が患者体内に挿入され、テンプレート５によってそれらが相互接続される。図１の説明で示したものと同様にして、ロボットアーム３０が挿入経路２０によって治療装置８−１２に接続される。撮像手段５０（図１参照）を用いてロボットアーム３０はその自由端２２ａを用いて、テンプレート５に収容した各針又はカテーテルチューブ１０−１０’に接続される。

図３では、本発明による補助手段の更に複雑な実施例が示される。図３において本システムは特別なリング状フレーム６０に収容される。より具体的には、本発明によるシステムの必須部品は全て前記特別なリング状フレーム６０に収容される。治療装置８−１２と、ロボットアーム３０と、（磁気追跡要素を使用するための）磁場発生手段４０と、例えばレーザービーム５０ａを用いて患者体１外に延伸する挿入治療経路の一部の位置を撮像するための第２撮像手段５０とがリング状フレーム６０に収容される。

患者体内の目標組織に関する関連画像情報を得るための第１撮像手段２もリング状フレーム６０に収容される。

検出器９０は、必要な画像情報を検出し、こうして発生した画像信号を治療装置８−１２に供給するために存在する。

上述のように、治療装置８−１２は単一の経路接続モジュール２２を備えると共に、リング状フレーム装置６０の統合部分を形成する。一実施例では、ロボットアーム３０を治療装置に統合して、それに単一の経路接続モジュール２２を備えることもできる。

更に又、特別なリング状フレーム６０は、患者１が位置決めされる患者テーブル６１を備える。該テーブルは３つの直交方向に変位可能である。治療装置８−１２（例えばアフタローダ）は挿入経路２０経由でロボットアーム３０及び患者体内に設置した中空針１０に接続される。

同様にして、誘導経路２０及びロボットアーム３０経由で各中空針１０に挿入した追跡ワイヤ及び追跡要素を用いて追跡要素の変位を判定して、患者体内に挿入した中空針１０の正しい位置と姿勢が限定・同定される。

放射線治療を実施するために、このようにして同定された中空針の各位置は第２撮像手段５０を用いて正確に視覚化される。続いてロボットアーム３０が制御されて挿入経路２０が正しい中空針１０に接続される。正しいエネルギー放出源を挿入経路２０経由で正しい中空針１０に向かって患者体内に挿入することによって治療装置８−１２は正しい方法で制御される。

本発明によるシステムの第１実施例を示す図である。 本発明によるシステムの第２実施例を示す図である。 本発明によるシステムの第３実施例を示す図である。

符号の説明

２ 第１撮像手段
８ 放射線送出手段
１０ 中空針
１０ｂ 遠位端
１１ 前立腺
１２ 治療装置（アフタローダ装置）
２０ ロボットアーム
２２ 接続要素
２３ 追跡ワイヤ
２３ａ 追跡要素
４０ 磁場発生手段
５０ 第２撮像手段
６０ リング状フレーム

Claims (17)

1. 動物体の事前選択された解剖学的部分（１１）に対して放射線治療を行うシステムにおいて、
   治療対象である前記事前選択された解剖学的部分の画像情報を生成するための第１撮像手段（２）と、
   前記事前選択された解剖学的部分に対して前記放射線治療を行うために、
   前記解剖学的部分（１１）内に挿入される複数の中空治療経路（１０）の数、位置及び方向と、
   前記複数の中空治療経路経由で挿入される１つ以上の放射線放出源（６０）の１つ以上の位置及びそれに対応する期間と、
   放出される放射線量総量とに関する情報を含む放射線治療計画を、部分的に前記画像情報に基づいて生成する処理手段（１２）と、
   前記複数の中空治療経路を前記計画位置及び方向で前記解剖学的部分（１１）内に挿入する挿入手段と、
   前記複数の中空治療経路経由で少なくとも１つのエネルギー放出源を前記１つ以上の位置において前記解剖学的部分内に挿入する放射線送出手段（８）とを備え、
   前記複数の挿入治療経路の前記一群から少なくとも１つの治療経路（１０）の位置を特定するとともに、前記治療計画に存在する１つ以上の前記特定された位置と比較する、同定手段が存在することを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記同定手段は、同定のために、前記動物体に対する前記複数の挿入治療経路（１０）それぞれの実際位置を再構成し、前記再構成位置を前記複数の事前計画位置と比較するように構成されることを特徴とするシステム。
3. 請求項１又は２に記載のシステムにおいて、前記同定手段は、追跡ワイヤ（２３）を用いて前記複数の挿入治療経路（１０）それぞれ経由で変位される追跡要素（２３a）と、前記治療経路（１０）経由で前記追跡要素の変位を再構築するための再構築手段とを有することを特徴とするシステム。
4. 請求項３に記載のシステムにおいて、前記追跡要素（２３a）は前記追跡ワイヤ（２３）の遠位端に配置される磁気追跡要素であることを特徴とするシステム。
5. 請求項４に記載のシステムにおいて、前記再構築手段は、前記複数の挿入治療経路のそれぞれを経由した前記磁気追跡要素の変位中に前記動物体の前記事前計画された解剖学的部分の周囲に磁場を設定するための磁場発生手段を有することを特徴とするシステム。
6. 請求項３に記載のシステムにおいて、前記追跡要素（２３a）は電磁信号生成装置であることを特徴とするシステム。
7. 請求項１又は２に記載のシステムにおいて、前記同定手段は、前記動物体外に延伸する前記複数の挿入治療経路それぞれの一部分（１０a）の位置を撮像するための第２撮像手段（５０）を有することを特徴とするシステム。
8. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載のシステムにおいて、前記複数の治療経路（１０）はそれぞれ複数の送出経路（２０）経由で前記放射線送出手段に接続されることを特徴とするシステム。
9. 請求項１ないし７のいずれか１つに記載のシステムにおいて、前記複数の治療経路（１０）はそれぞれ１つの単一送出経路（２０）経由で前記放射線送出手段（８）に順次自動接続されるように構成されることを特徴とするシステム。
10. 請求項９に記載のシステムにおいて、前記単一送出経路（２０）は、前記同定手段及び前記第２撮像手段（５０）によって生成される情報によって制御されるロボットアームを用いて可動であることを特徴とするシステム。
11. 請求項１０に記載のシステムにおいて、前記ロボットアーム（３０）は接続要素（２２）を備え、前記接続要素は前記動物体外に延伸する前記選択治療経路（１０）の前記一部分（１０a）に接触されることを特徴とするシステム。
12. 請求項１１に記載のシステムにおいて、前記接続要素（２２）は、前記動物体外に延伸する前記選択治療経路（１０）の前記一部分（１０a）の存在を検知するセンサ（２２b-２４）を有することを特徴とするシステム。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１つに記載のシステムにおいて、前記システムは、患者を支持するための患者テーブル（６１）を更に有し、前記患者テーブル（６１）は３つの直交方向に変位可能であり、システムよって制御されることを特徴とするシステム。
14. 請求項１ないし１３のいずれか１つに記載のシステムにおいて、前記システムは、放射線量監視探針装置を更に有することを特徴とするシステム。
15. 請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のシステムにおいて、前記システムは、計画手段と、前記第１（２）及び第２（５０）撮像手段及び前記処理手段（１２）及び／又は前記挿入手段（２０）及び／又は送出手段（８）及び／又は同定手段及び／又は前記患者テーブル（６１）及び／又は前記腔内放射線量監視探針装置を制御するための制御手段とを有することを特徴とするシステム。
16. 請求項１ないし１５のいずれか１つに記載のシステムにおいて、前記システムは、治療対象である前記患者の周囲に位置決めされた空間的リング状フレーム（６０）上に収容されることを特徴とするシステム。
17. 請求項１６に記載のシステムにおいて、前記空間的リング状フレームは半リング構成を持つことを特徴とするシステム。

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