JP5933155B2 - 対外照射放射線分布マッピングの装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は放射線療法における放射線レベルの検出に関し、より具体的には、体外照射治療における線量レベルを検出、計測、および変更する装置および方法に関する。

対外照射治療法は、がん治療に対する最も一般的な治療でありまた画像検査ツールでもある。対外照射治療法において、光子、電子、または比較的重い分子（陽子またはイオン）から成る光線は、がん腫瘍の治療または画像検査のいずれかに使用される。対外照射治療法は、例えばがん腫瘍（局所的または非局所的）などを含む広範囲な疾患、骨構造の評価、および身体内部の対象物または類縁疾患の可視化など広範に使用することができる。

前立腺がんを例として用いると、前立腺がんの治療に適切な体外照射治療法には光子照射、陽子照射、およびイオン照射の３種類がある。各々は、互いに関して様々な利点を提供する。患者はこの治療のためベッドの上に横になり、腫瘍の位置とサイズを評価するイメージング処置と、がん細胞を除去する治療処置との２段階の処置を受ける。前記第１の処置は主として、Ｘ線を介した光子またはコンピュータ断層撮影（ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＣＴ）スキャンを使用して実行される。

現在、照射後技術のみが体外照射療法において患者に到達する線量の粗評価を提供するのに使用されている。また、幾つかのがんは可視化処理の間に引き起こされるかもしれないことが、最近の臨床研究で指摘された。リアルタイムで多次元の組織線量分布を計測する方法は現在ない。その代わりに、組織密度マッピングは磁気共鳴映像法およびＸ線コンピュータ断層撮影から得ることが可能である。これらの組織密度マップは多くの場合、モンテカルロシミュレーションで組織内の線量分布を計算するため、光線フルエンス、ビーム位置、および照射時間とともに利用される。しかしながら、シミュレーションに頼ることは実測の線量分布を提供することにはならず、従ってどれくらいの露出かについては通常治療後の生理反応により決定される。体外照射治療法の線量分布を実測できなければ、例えば腫瘍の標的化をより効果的に確実にする、または健康な周囲組織への照射を避ける／最小限にするなどのより望ましい効果が達成できるようにするための線量分布の調節を治療中に行うことができない。
従って、特性化されたビーム放射線源に基づいて体外照射治療計画の作成を支援する放射線ビームの特性化が可能であることが必要である。特性化されたビーム放射線源を使用して組織線量測定を計測するとき、体外照射治療法において照射される放射線量を実測する方法を有することが必要とされており、これにより実測に基づいて治療計画を変更することができるようになるであろう。このようにして、治療過程において放射線の望ましい線量レベルおよび分布がより正確に供給されるかもしれない。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
【先行技術文献】
【特許文献】

【特許文献１】 米国特許出願公開第２００２／００８７０７９号明細書
【特許文献２】 米国特許出願公開第２００２／０１６８３１７号明細書
【特許文献３】 米国特許出願公開第２００４／０１１６８０７号明細書
【特許文献４】 米国特許出願公開第２００４／００５４２７８号明細書

本発明は、放射線治療および画像検査で使用される放射線源の特性化、ならびに治療および画像検査法において線量レベルを検出、計測、および変更するための装置、システム、および方法を提供することにより、上記の必要性を満たし、従来技術の欠点および限界を回避する。特に本発明は、発光物質を使用してｉｎ ｖｉｖｏおよびｅｘ ｖｉｖｏでの放射線の制御、検出、および計測を提供する。

従って、本発明の１観点において、能動送達若しくは計測ガイド（カテーテルまたはその他の適切な装置であってもよい）が提供されている。前記能動計測ガイドは、放射線源または放射線ビームと、検知された入射放射線レベルに比例して光レベルを放射する少なくとも１つの放射線検出器（発光物質を含む）とを収容する容器を含む。

本発明の別の観点において、小線源療法または体外照射療法を監視するシステムが提供されている。前記システムは、放射線源または放射線ビームを収容する容器を有する放射線感知装置（カテーテルまたはその他の適切な装置であってもよい）と、前記感知装置に接続された光センサー（例えば、光電子増倍管など）と、前記感知装置に接続される送達システムとを含む。前記送達システムは事前に決められた計画に基づいて前記検知装置内で放射線源または放射線ビームを移動させ、前記検知装置は前記送達システムとともに使用されるように設定可能である。

本発明の別の観点によれば、放射線治療または画像検査で使用される放射線源または放射線ビームを特性化する方法が提供されている。前記方法、治療用放射線源または放射線ビームおよび放射線検出器のうちの少なくとも１つのものを別のものとの関連で移動させる工程と、放射線源または放射線ビームの放射特性を計測する工程と、前記計測された放射特性を記録する工程と、前記計測された放射特性を前記放射線源または放射線ビームと関連付ける工程とを含む。更に、本発明は、この処理により特性化された放射線源または放射線ビームを提供することも可能である。

本発明の別の観点において、小線源療法でまたは外部照射システムから放射線を検出する方法が提供されている。前記方法は、送達ガイドの中に放射線源を挿入する工程と、および／または放射線源または放射線ビームにより放射される放射線レベルを前記能動送達ガイドによって放射された光を検出することによりまたは計測装置により計測する工程とを含む。

本発明の更なる別の観点において、小線源療法または体外照射療法で使用される放射線検出器が提供されている。前記放射線検出器は、放射線に反応し且つ光検出器に結合されるように構成された発光物質を含み、当該発光物質は生体に移植可能であり、更に前記光検出器は当該発光物質によって放射された光レベルを検出して、前記発光物質により検出された放射線レベルを示す出力を提供する。

別の観点において、放射線検出器が提供されており、当該放射線検出器は第１の端部に開口部を有するカテーテルと、前記カテーテルの第２の端部に近接して結合される少なくとも１つのバルーン部分とを含み、前記少なくとも１つのバルーン部分は当該バルーン部分の表面に沿って配置される発光物質を含み、当該発光物質は光検出器に接続されるように構成され、バルーン関連の方法において入射放射線レベルを検出する、または当該検出された放射線レベルに基づいて治療計画を調節するものである。

別の観点において、放射線検出器が提供されており、当該放射線検出器はシンチレーティングファイバーの第１のセットと、前記シンチレーティングファイバーの第１のセットのと角度を成して配置されるシンチレーティングファイバーの第２のセットとを含み、前記シンチレーティングファイバーの第１のセットからの少なくとも１つの第１の信号および前記シンチレーティングファイバーの第２のセットからの少なくとも１つの第２の信号は、入射放射線レベルの検出についての指標を提供し、前記シンチレーティングファイバーの第１のセットおよび前記シンチレーティングファイバーの第２のセットの交差点に関連付けられた放射線の位置において前記少なくとも１つの第１の信号および前記少なくとも１つの第２の信号が検出され、前記検出された放射線レベルに基づいて治療計画が調節されるものである。

更に別の観点において、ビーム粒子を追跡する方法が提供されており、当該方法はシンチレーティングファイバーの第１のセットを提供する工程と、前記シンチレーティングファイバーの第１のセットと角度を成して配置されるシンチレーティングファイバーの第２のセットを提供する工程とを含み、前記シンチレーティングファイバーの第１セットからの少なくとも１つの第１の信号および前記シンチレーティングファイバーの第２セットからの少なくとも１つの第２の信号は、放射線レベルの検出についての指標を提供し、前記シンチレーティングファイバーの第１のセットおよび前記シンチレーティングファイバーの第２のセットの交差点に関連付けられて検出された放射線の位置において前記少なくとも１つの第１の信号および前記少なくとも１つの第２の信号が検出され、当該少なくとも１つの第１の信号および少なくとも１つの第２の信号は前記放射線のビームを追跡するものである。

別の観点において、放射線検出器が提供されており、当該放射線検出器は治療法または診断法に使用される、少なくとも１つの膨張性部分を有する少なくとも１つの位置決め装置と、発光物質であって、前記少なくとも１つの位置決め装置は、前記少なくとも１つの膨張性部分の壁部に沿って配置される当該発光物質を含み、当該発光物質はバルーン関連の処置において放射線の入射レベルを検出する光検出器に結合されるように構成されているものである、前記発光物質とを有するものである。

別の観点において、放射線検出器が提供されており、当該放射線検出器は、少なくとも１つのファイバーであって、その長さの少なくとも一部に沿って発光物質を有するように構成されるか、若しくはその端部に近接して発光物質を有するように構成されるものである、前記少なくとも１つのファイバーを含み、前記少なくとも１つのファイバーは測定位置に前記発光物質を維持するように位置決め可能であり、且つ入射放射線を検出および計測する光検出器に結合するように構成されている。

別の観点において、放射線検出の方法が提供されており、当該方法は、少なくとも１つのファイバーを提供する工程であって、当該少なくとも１つのファイバーは、その長さのの少なくとも一部に沿って発光物質を有するように構成されるか、若しくはその端部に近接して発光物質を有するように構成され、測定位置に前記発光物質を維持するように位置決め可能である、前記少なくとも１つのファイバーを提供する工程と、前記少なくとも１つのファイバーを、当該少なくとも１つのファイバーの入射放射線を検出および計測する光検出器に結合し、当該検出および計測された入射放射線に基づいて治療計画を変更する工程とを有するものである。

本発明の追加の機能、利点、および実施形態が記述されており、それらは以下の発明の詳細な説明、図面、および請求項の検討から明らかであろう。更に本発明の上記の発明の概要および以下の発明の詳細な説明は例示的なものであり、さらなる説明を提供することを目的としものであり、特許請求の範囲に係る本発明の範囲を限定するものではないとは理解されたい。

本発明の更なる理解を提供することを目的とした、本明細書に組み込まれかつ本明細書の一部を構成している添付の図面は、本発明の実施形態を説明し、発明の詳細な説明とともに本発明の原理を説明する役目を果たしている。本発明の基本的な理解のめに必要とされる以上に詳細に本発明の構造の細部を示そうとしているものではなく、更にこれは様々な方法で実行することが可能なものである。
図１は、本発明の原理に従って構成された、放射線源を特性化する装置の機能ブロック図である。 図２Ａおよび２Ｂは、本発明の原理に従って構成されたアクティブカテーテルの実施形態を示す概略図である。 図２Ａおよび２Ｂは、本発明の原理に従って構成されたアクティブカテーテルの実施形態を示す概略図である。 図２Ｃおよび２Ｄは、本発明の原理に従って構成された放射線検出器の実施形態を示す概略図であり、図２Ｃは任意選択のハウジングを伴うシンチレーティングファイバーとして構成された検出器を示し、図２Ｄは固体、液体、または気体のシンチレーティング材料で作られた検出器を示す。 図２Ｃおよび２Ｄは、本発明の原理に従って構成された放射線検出器の実施形態を示す概略図であり、図２Ｃは任意選択のハウジングを伴うシンチレーティングファイバーとして構成された検出器を示し、図２Ｄは固体、液体、または気体のシンチレーティング材料で作られた検出器を示す。 図２Ｅは、先端に発光物質を有し、放射線源を特性化するのに使用される、本発明の別の放射線検出器の概略図である。 図２Ｆは、本発明の原理に従って構成された、ｉｎ ｖｉｖｏでの放射線検出に使用されている図２Ｅの放射線検出器の図である。 図３は、本発明の原理に従った、生物システムでの本発明のアクティブカテーテルの使用の例示的な実施例を示す概略図である。 図４は、本発明の原理に従った、腫瘍を治療ための、本発明の複数のアクティブカテーテルの使用の例示的な実施例を示す概略図である。 図５Ａ〜５Ｆはグラフであり、各グラフは本発明の原理に従った、放射線療法治療の間に用いられた６つのアクティブカテーテルから本発明の別々のアクティブカテーテルによって検出された放射線の例示的な描写である。 図６Ａは、本発明の原理に従ったアクティブマンモサイトカテーテルの概略図である。 図６Ｂは、本発明の原理に従ったアクティブマンモサイトカテーテルの例示的な使用の実施例を示す概略図である。 図７は、本発明の実施形態に使用する工程段階を示す実施形態の流れ図である。 図８は、本発明の原理に従って設定された外部ビーム品質保証のための実施形態の略図である。 図９Ａは、本発明の原理に従って設定された、線量測定を可能にするように設定された放射線検出器配置の図である。 図９Ｂは、本発明の原理に従った、線量測定を可能にするまたは放射線をマッピングするように設定された放射線検出器配置の図である。 図１０は、本発明の原理に従った、品質監視のためｉｎ ｖｉｖｏまたはｅｘ ｖｉｖｏでの線量測定として１若しくはそれ以上のシンチレーティングファイバーを有する位置決めバルーンの例示的な概略図である。 図１１Ａは、本発明の原理に従って設定された可撓性放射線検出器の例示的な実施形態である。 図１１Ｂは、本発明の原理に従って設定された可撓性放射線検出器の例示的な実施形態である。

本発明の実施形態並びに様々な機能および利点の詳細は、添付の図面に説明および／または図示される並びに以下の発明の詳細な説明に詳述される限定されない実施形態および実施例を参照してさらに十分に説明される。図面に図示される機能は必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、１実施形態の機能は、本明細書に明記されていなくとも熟練した技術者であれば理解するような他の実施形態でも用いられる可能性あがることには注目すべきである。周知の構成要素および処理技術の説明は、本発明の実施形態が不必要に不明瞭にならないように省かれているかもしれない。本明細書で使用される実施例は単に本発明が実行されるであろう方法の理解を促し、更に当業者が本発明の実施形態を実行できるよにすることを目的としている。従って、本明細書の実施例および実施形態は本発明の範囲を限定するものと解釈されべきではなく、専ら添付の請求項および適用法によってのみ定義されるものである。更に、図面の幾つかの表示を通して、類似した参照番号が同様の部品を表していることに注意されたい。

本発明は、本明細書に記載された特定の方法論、手順、装置、機器、物質、用途などに（これらは変わることもあるため）限定されないことを理解されたい。また、本明細書で使用される用語は特定の実施形態を説明する目的ためのみに使用されており、本発明の範囲を限定する意図がないことは理解されるべきである。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される単数形"ａ"、"ａｎ"、"ｔｈｅ"は、文脈で別段の明確な指示がない限り複数の参照も含むことに注意しなければならない。

別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する当業者の１人によって普通に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと同様のまたは均等な任意の方法および物質が本明細書の実施または検査において使用可能であるが、好適な方法、装置、および物質が記載されている。

本発明の装置および方法は、例として例えばシンチレーティングファイバー（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｎｇ ｆｉｂｅｒｓ）、シンチレーティング結晶（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｎｇ ｃｒｙｓｔａｌｓ）、シンチレーティング液体(ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄｓ)、シンチレーティング気体（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｎｇ ｇａｓｅｓ)などの例えば発光物質である放射線検出器を使用してｉｎ ｖｉｖｏおよびｅｘ ｖｉｖｏでの放射線治療源の制御、検出、および計測を提供する。

ファイバーなどの発光物質は、入射または誘導ガンマ線を可視光に変換する機能特性を持っている。ガンマ線光子がシンチレーティングファイバーに当たると、当該ファイバーはコンプトン散乱または光電効果により電子を放射する。これらの電子が前記シンチレーティングファイバーを通過する際、原子がより高い状態に励起される。その後、原子が基底状態に戻る際、光が放射される。同様の現象が電子の入射ビームに対して起こる。その後、検出器または光電子増倍管によって、前記光は前記放射線源により引き起こされる励起の量に関連する検出された光強度で検出されることが可能である。

図１は、放射線源を特性化する装置（一般に参照番号１００として示す）の機能ブロック図である。シンチレーティングファイバーアレイ１０５はファイバー１−ｎを含む幅「Ｄ」を有し、各ファイバーは幅「ｘ」（約０．２ｍｍであってもよい）を有して、ｅｘ ｖｉｖｏにおいて例として例えばイリジウム−１９２シードの放射線源１１５を特性化するのに使用される。シンチレーティングファイバーアレイ１０５（またはアクティブファイバーアレイとして知られる）は、関連する検出器に結合されることが可能である。用語「アクティブ」は放射光などの放射線に反応することに言及している。前記放射線源１１５は、概して図面でカテーテル１１０として示される一般にプラスチックの放射線源送達ガイドの中に挿入され、当該放射線送達ガイドは「Φ」の直径を有し、これはおおよそ前記ファイバーの幅のサイズであり、この実施例では約０．２ｍｍである。当然ながら、放射線源送達ガイドとして他の構造が使用されてもよい。他の適切な構造の幾つかの例を以下に述べる。前記カテーテル１１０は、その長軸が前記シンチレーティングファイバーアレイ１０５のファイバー１−ｎの長軸に対して垂直な状態で前記シンチレーティングファイバーアレイ１０５に隣接して配置されてもよい。長さ「Ｌ」（約１ｍｍであってもよい）を有する前記放射線源１１５は、通常、押動されてカテーテル１１０を通過し、前記シンチレーティングファイバーアレイ１０５の幅「Ｄ」（約３０ｃｍであってもよい）を横切る。前記「ｘ」、「Φ」、「Ｄ」、および「Ｌ」として示される寸法は例示的なものであり、特定の用途に対して必要に応じて変化することが可能なものである。

図１はまた、２つの異なる位置で同じ放射線源１１５を示すことにより前記放射線源の移動を図示しており、ただし、前記放射線源は前記シンチレーティングファイバーアレイ１０５（幾つかの実施形態において他の発光物質のアレイであってもよい）全体を横切る際には通常複数の位置を有するものである。前記放射線源１１５は、例えば従来のロボット制御されたステッピングモーター（例えば、ロボット制御装置）などの送達システム（例えば、前記アレイに亘って所定の増加量で前記放射線源１１５を押動するシステム）を使用して、押動されてカテーテル１１０を通過する。このようなロボット制御装置の例は、ＧａｍｍａＭｅｄ ２ｉ、Ｎｕｃｌｅｔｒｏｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＳｅｌｅｃｔｒｏｎ、およびＶａｒｉａｎ Ｍｅｄｉｃａｌ ＳｙｓｔｅｍのＶｉｔｅｓｓｅ ＨＤＲ Ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙアフターローダーである。

前記放射線源１１５が前記シンチレーティングアレイ１０５を横切る際、前記放射線源１１５の特性およびその方向性強度は、光検出器１３０により計測することが可能である。前記光検出器１３０は、例えば光電子増倍管、フォトダイオード、電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ：ＣＣＤｓ）、固体光電子増倍管（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ：ＳＳＰＭｓ）、または前記放射線源１１５により誘導された前記シンチレーティングアレイ１０５からの透過光線を検出する当技術分野で知られた他の装置などの光検出装置を含むことが可能である。

このような方法で、前記放射線源１１５は、１若しくはそれ以上の次元においておよび前記放射線源１１５の長さに亘ってその方向性および強度に関して特性化することが可能である。前記放射線源がその長さに沿って特性の変化を有するため、前記ファイバーアレイ１０５を横切って移動する際ただちにこれら変化を特定することが実行される。前記放射線源１５の固有の放射線特性はその後、コンピュータにより捉えられ、前記特性化された放射線源１１５を使用して治療計画を立てるまたは実行する後の使用に用いられる。

前記光検出器１３０は前記ファイバーアレイ１０５の各ファイバー１−ｎに永久的にまたは取り外し可能のいずれかにより、または拘束装置１２０によって安全に抑制されることが可能な任意選択的な導光管１２５により結合されることが可能である。シンチレーティングファイバーを光検出器に結合するその他の技術は当技術分野の当業者に知られており、本明細書で使用されることが可能である。例えば、光検出器は、前記ファイバー１−ｎの両端部に結合されるようにすることが可能である。

他の実施形態において、別の１つのファイバーアレイまたは複数のアレイ（図示せず）は、例えば前記カテーテル１１０の上に前記ファイバーアレイ１０５に並行する１若しくはそれ以上の平面で、または前記ファイバーアレイ１０５に対してある角度をなす事前に決められた平面でのいずれかで用いられることが可能であり、これにより前記放射線源１１５からの放射線分布をマッピングするための複数の方向における放射線源１１５の強度測定値を得る。前記分布および強度マッピングは、恐らくコンピュータにより自動的に捕捉されて記録されることが可能であり、患者の治療計画を立てるのに使用される。更に、前記放射線源は、通常その長軸の周囲を既知量の分だけ旋回（すなわち、回転）することが可能であり、前記特性化工程は、新規の方位における放射線特性を確実にするために繰り返される。前記放射線源の特性化は、治療計画および治療適用での後の使用のために記録することが可能である。

ファイバーサイズは（部分的に）空間分布を決定し且つ前記放射線源１１５の重心タイプ計算を提供するため、前記ファイバー１−ｎのサイズは通常、直径または幅約０．２ｍｍである（ただし、変わることもある）。前記ファイバー１−ｎは、四角形、楕円形、円形断面を有することが可能であり、多くの場合プラスチック発光物質で形成されている。本発明で使用することが可能な市販のシンチレーティングファイバーの好適な１つのタイプは、Ｂｉｃｒｏｎ ＢＣＦ−１２として知られている。

前記ファイバーアレイ１０５の全幅「Ｄ」は、前記放射線源１１５の均一性をテストする、および当該放射線源１１５が滞留位置をテストするのに十分でなければならない。多くの場合実施形態において、「Ｄ」は１００Ｌ以上であることが可能であるが、長さ「Ｄ」は、放射線源１１５が滞留位置の効果的な測定値を提供する任意のサイズであってもよい。前記ファイバー１−ｎの長さ「ｙ」は、カテーテル１１０の直径「Φ」より大きくすべきである。前記放射線源１１５の特性化が決定されると直ぐに、前記放射線源１１５に関する情報は特定の患者に特定の治療計画を構築するために使用することが可能であり、これにより予測可能な放射線量および方向性を生成するための前記放射線源の設置が治療過程において達成することが可能となるであろう。

滞留位置は、一般的に前記放射線源がある短い時間静止している位置である。治療の間、前記放射線源は通常継続的に移動するのではなく、必要に応じて進み、留まる、進み、留まるなどのように移動する。このように、公称均一放射線源に対しても前記滞留位置においてより大きい放射線照射がある。従って、滞留特性が既知の場合、本発明の原理に従って前記線源分布および前記照射線源分布の両方を得ることが可能である。特性化は一般に、前記放射線源の表面でのおよび当該放射線源から離れたところの前記強度の空間分布に言及する。例として例えば線量が治療のため特定の領域に照射されるように処方される場合、前記放射線源の特性化により線量照射の正確さが改善され、更に線量領域分布の正確さが改善されることが可能になる。

例として例えば胸部または前立腺の腫瘍などの放射線療法治療の過程において実際の放射線量を検出および測定するため、シンチレーティングファイバーアレイの実施形態は検出器アレイとしてｉｎ ｖｉｖｏで用いられる。シンチレーティングファイバーアレイはカテーテルの構造（典型的には円形であるが、当該カテーテルに従った任意の構造であってもよい）に適合するように構成され、且つ前記カテーテルの壁部に埋め込まれるようにまたは前記カテーテルの内面（或いは外面）に沿って並べるように構成されるいずれかであることが可能である。

図２Ａおよび２Ｂは本発明のアクティブカテーテルの実施形態を概略的に図示する。前記アクティブカテーテルまたはその他の移植可能な医療装置は、放射線レベルを検知して、光検出器に出力を送達することが可能である。図２Ａを参照すると、アクティブカテーテル２００は、当該カテーテル２００の壁部２１０内に埋め込まれた或いは配置された複数のシンチレーティングファイバー２０５により構成されることが可能である。前記シンチレーティングファイバー２０５の数は、当該シンチレーティングファイバーが前記カテーテル２００の内周を実質的に取り囲むだけの数であるが、ただし、より少ない数のファイバーを用いることも可能である。前記シンチレーティングファイバー２０５の長さは、前記カテーテル２００の長さと実質的に同じ長さ、または前記放射線源１１５が横切る前記カテーテルの長さを有することが可能であるが、下記で説明する理由により必要に応じて光検出器に接続するためのより長い長さであってもよい。前記シンチレーティングファイバー２０５の直径または厚さは、前記カテーテル２００の周囲に沿って複数のファイバー（好ましくは４若しくはそれ以上のファイバー）を並べるような約１００μｍほどの小ささ（または必要に応じたサイズ）であることが可能である。

他の複数の実施形態においてこれらの幾つかは以下で詳細に説明され、前記カテーテルは専ら１若しくはそれ以上のシンチレーティングファイバーを有する放射線検出器であることが可能であるが、放射線シードを収容するシャフトを含まない。このシャフトのないカテーテルは、検出器機構としてｉｎ ｖｉｖｏで配置されることが可能である。前記シャフトのないカテーテルは、シャフトを有するように構成されたカテーテルと比較すると全体寸法はより小さくすることが可能である。

選択的に光ファイバー、導光管、または導波管は各シンチレーティングファイバー２０５の端部に接続されて信号を光検出器、光電子増倍管、または同様の装置に提供し、同時にまた放射線源１１５を内空２０７に制御的に挿入することが可能である。ただし、前記シンチレーティングファイバーは光検出器に直接結合されることも可能である。適切な光検出器の例は、Ｈａｍａｍａｔｓｕの光電子増倍管（ＰＭＴ）である例えばＣ８マルチアノードＰＭＴおよびＣｅｎｔｒｏｖｉｓｉｏｎシリーズ５−Ｔフォトダイオードなどを含む。

図２Ｂを参照すると、前記アクティブカテーテル２１５は、実質的に円形配列に配置された複数のシンチレーティングファイバー２０５を有し、当該シンチレーティングファイバーは独立した構成要素として構成され、かつ内周と一体となって形成された前記カテーテル２１５の中に挿入されてまたは当技術分野で周知の他の任意の方法で付着されることが可能である。少ない数のシンチレーティングファイバーが使用される場合、その時の空間は均等に配分されるのが好ましい。前記円形配列は本質的に円形方位で、適切な弾力性接着剤（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ）によりまたは薄い接着面を有する裏材により接着および保持されることが可能である。他の実施形態において、前記カテーテルの内面はその長さまたはその長さの一部に沿ってスリーブを有することが可能であり、取り外し可能なまたは取り外し不可能なシンチレーティングファイバーの長さを収容する。更に、前記複数のシンチレーティングファイバー２０５は前記アクティブカテーテル２１５の壁部に埋め込まれることが可能であり、恐らく当該アクティブカテーテル２１５の円周に実質的に等間隔に配置される。

上述したように、前記シンチレーティングファイバー２０５の直径または厚さは、前記カテーテル２００の周囲に沿って複数のファイバー（好ましくは４若しくはそれ以上のファイバー）を並べるような約１００μｍほどの小ささ（または必要に応じたサイズ）であることが可能である。前記シンチレーティングファイバーの形状は、本質的に円形、楕円形、四角形などを含む任意の形状であってもよい。任意選択の導光管または導波管１２５（図２Ｂに示す）は各シンチレーティングファイバー２１５の端部に結合されて光検出器または光電子増倍管１３０に信号を提供し、同時にまた放射線源１１５を内空２１２に制御的に挿入することが可能である。前記ファイバー２０５は、導光管または導波管を使用せずに光検出器に直接結合することも可能である。

前記放射線源１１５は、前記カテーテル２１５の容器の中に挿入され、従来のロボット・ステッピング・モーター装置２２０によってリード線２２５を介して制御されることが可能である。前記ステッピング制御リード線２２５と導光管１２５は、使い易さのため共通のハーネスおよび留め具アセンブリに束ねることが可能である。前記ロボット制御装置２２０は、事前に決められたプログラミングに基づいて所定の増加量で前記放射線源１１５のステッピング移動を提供する。更に幾つかの実施形態において、前記ロボット制御装置２２０は、適切なプログラム制御の下で（ステッピング間および／または停止中に）前記放射線源１１５の長軸を中心にその方位を変更する当該放射線源の回転制御を提供することが可能である。

更に図２Ｂには、前記光検出器１３０から出力を受信し、（例えば出力を受信および／または前記ロボット制御装置を制御するなどのための）前記ロボット制御装置２２０を制御するためのデータ収集システム（ＤＡＱ）２２７が示されている。前記ＤＡＱ２２７はまた、データ記憶、ディスプレイ構成要素、および計算処理（例えば、以下で説明するような線量マップを提示することにより適用された放射線を再構築する小線源療法線量モンテカルロアルゴリズム（Ｂｒａｃｙｔｈｅｒａｐｙ Ｄｏｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ）を提供することも可能である。

図２Ｃは、本発明の原理に従った、任意選択のハウジングを有するシンチレーティングファイバーとして構築された放射線検出器の実施形態である。前記放射線検出器２３０は、例えば上述のアクティブカテーテルの実施形態と同様の方法で、前記発光物質２０６に柔的保護または剛的保護のいずれかを提供するおよび／または前記発光物質がｉｎ ｖｉｖｏで移植可能である任意選択のハウジング２３０に入れられた発光物質２０６により形成される。前記発光物質２０６はシンチレーティングファイバーであってもよく、および前記ハウジング２３０のようなケースに入れる任意の構造を持たないｉｎ ｖｉｖｏでの使用に適したものであってもよい。更に、前記発光物質２０６は、光検出器１３０に動作可能に結合されることが可能である。

図２Ｄは、本発明の原理に従った、固体、液体、または気体の発光物質から作られる放射線検出器の別の実施形態である。前記放射線検出器２３２は、例として例えば発光シンチレーティング気体（気体を入れるケースを伴う）、シンチレーティング結晶、シンチレーティング液体（液体を入れるケースを伴う）、またはその他のシンチレーティング固体などの発光物質から形成される。前記放射線検出器２３２は前記アクティブカテーテルの実施形態のようにｉｎ ｖｉｖｏで移植可能であり、光検出器１３０に動作可能に結合２３４されることが可能である。

図２Ｅは、本発明の原理に従った放射線源の特性化での使用を示す、先端に発光物質を有する放射線検出器の更に別の実施形態である。前記放射線検出器２４０は、光検出器１３０に接続可能な光ファイバー２０７（または代わりの導光管）に結合された発光物質を含む端部２３５を有する。代替実施形態において、前記発光物質は光検出器に直接結合されることが可能である。この放射線検出器２４０は、当該検出器の先端のみが放射線２５０に反応するので、検出器として幾分より差別化されるかもしれない。更に、前記放射線検出器２４０は、当該検出器２４０に対して垂直に放射線源１１５を移動させることにより放射線源１１５を特性化するように用いることが可能である。或いは、前記放射線源を静止させて、前記検出器２４０を動かすことも可能である。このような方法で、前記放射線源１１５は、図１との関連で説明した方法と同様の方法で特性化されることが可能である。前記放射線検出器２４０はまた、治療中に放射線レベルを測定するためｉｎ ｖｉｖｏで移植可能である。更にまた、前記放射線源１１５は、単一シンチレーティングファイバーを有する図２Ｃの放射線検出器の実施形態を使用するのと同様の方法で特性化されることが可能である。例えば、図２Ｃのシンチレーティングファイバー検出器は、前記シンチレーティングファイバーの端部を前記放射線源の方向に（すなわち、図２Ｅに示すのと同様の方法で前記放射線源に対して垂直に）配向されて、前記シンチレーティングファイバーまたは前記放射性シードのいずれかを移動することにより前記放射線源を特性化することが可能である。

図２Ｆは、本発明の原理に従って図２Ｅの放射線検出器がどのようにｉｎ ｖｉｖｏで放射線を検出するのに使用されるのかを示す図である。図２Ｆは、発光物質最端部２３５と光検出器に接続された光ファイバー２０７とを有する放射線検出器を示す。前記検出器２４０は、腫瘍２４５の近くにｉｎ ｖｉｖｏで置かれたとき、例えば放射源１１５により放射される放射線２５０を検出する。前記放射線源１１５は、ｉｎ ｖｉｖｏで例えば図２Ａおよび２Ｂのアクティブカテーテルによって置かれるかもしれない。前記放射線検出器２４０はその後、（前記腫瘍２４５により減衰されているかもしれない）放射線２５０のレベルを計測する。前記光検出器によって測定された光レベルは、前記最端部２３５で検出された放射線レベルを示し、当該放射線レベルはその後、以下で説明するように治療中に実際に適用される放射線量を再構築または確認するのに使用されることが可能である。当然のことながら、治療の結果としてより詳細な線量マップを構築するため、複数の放射線検出器２４０がｉｎ ｖｉｖｏで同時に使用されるかもしれない。代替実施形態において、光ファイバー２０７および前記発光物質２３５は、当該２つの組み合わせが何か別の表面構造を持たない放射線検出器を形成するように構築されることが可能である。

図３は、生体（一般に参照番号３００として示す）における本発明のアクティブカテーテルの使用を図示する。放射線療法治療が必要な腫瘍またはプラーク腫瘤（ｐｌａｑｕｅ ｍａｓｓ）３１０を有する生体３００（例えばヒトまたは動物などの対象の一部であってもよい）が示されている。前記アクティブカテーテル２００（または代替として２１５）は、生体３００に移植されて、例えば図１に関連して説明された原理に従って決定されるような放射線源１１５特性に基づく事前に決められた放射線治療計画に従って前記腫瘍３１０に照射することが可能である。前記放射線治療計画は、幾つかの治療にわたって（恐らく数日または数週間にわたって）行われることが可能である。前記アクティブカテーテル２００の前記生体３０５内部への配置は、実際に適用される放射線量のデータ計測を促進する。

図３で使用される前記シンチレーティングファイバー２０５は、高さ「ｒ」と異なる幅「ｘ」を有することが可能である。直径「Φ」は、前記放射線源１１５を前記アクティブカテーテル２００（またはその中の誘導管）の長さに沿って移動させるために、前記放射線源１１５とロボットステッピング制御リード線２２５とを収容するのに十分な大きさがなければならない。光検出器およびステッピング制御装置は、図２Ｂに関連して上述したように通常存在するが、図３には示されていない。

前記ロボットステッピング制御装置（例えば２２０）は通常、通過する前記アクティブカテーテル２００の全長とともに前記放射線源１１５の初期位置（アクティブカテーテル２００の一端）が知られるように較正される。前記ステッピング制御装置２２０が前記放射線源を前記アクティブカテーテルを通って移動させる際、ステップ毎の距離が分っているため、前記位置は絶えず計算されまたは周知技術により算出されることが可能である。

しかしながら、前記アクティブカテーテル２００の特性はまた、別の特徴を提供することが可能であり、すなわち、前記放射線源１１５によって放射される線量を検出する機能に加えて、前記アクティブカテーテル２００を通過する間、前記放射線源１１５の位置を確実にするための較正および追跡（トラッキング）機構として機能することが可能である。前記放射線源１１５が前記ロボット制御装置の制御の下でアクティブカテーテル２００を通過する際、前記シンチレーティングファイバー２０５の各々は、較正可能で繰り返し可能な方法により前記光検出器において前記放射線源からの距離とともに弱くなる信号によって放射線放射を感知して放射線強度に比例して光を生成する。

しかしながら、前記放射線源１１５が前記カテーテル２００に沿って移動する際、前記光は前記シンチレーティングファイバーを通って前記シンチレーティングファイバー２０５の各端部に通常結合されている光検出器に到達するためにより長い距離を通過しなければならないため、すなわち前記光信号は事実上減衰するので、各ファイバーで生成された光の見た目の強度は減少する。この減衰率若しくはレベルは前記アクティブカテーテル２００の中を通過する前記放射線源１１５の距離に関係し、通常事前に決められたステップまたは増加量に基づいて計算されるとき、前記ロボット制御装置２２０によって分かる現在位置と実質的に合致すべきである。前記シンチレーティングファイバーの光レベルに基づいて計算された位置と比較するとき、計算された位置と前記ロボットステッピングモーターによって確立された位置との間で相違が生じた場合、恐らくたとえ治療を一時中断しても、当然修正措置が必要とされるかもしれない。この絶え間ないフィードバックループおよび前記２つの位置の相互検証追跡技術は、療法治療セッションンにさらなる完全性および安全域を提供する。

前記放射線源１１５が前記アクティブカテーテル２００を通過する際、各シンチレーティングファイバーは各ファイバーに影響を与える放射線強度に比例して光を放射するため、当該アクティブカテーテル２００に沿った何れかの点で放射される放射線強度も検出され計算されることが可能である。この情報は、患者の総合的な三次元照射線量および線量マップを再生する後のシミュレーションのために記録されることが可能である。幾つかの治療にわたって累積された線量マップは、恐らく幾つかの放射線検出器にから生成されることが可能であり、治療下の腫瘍部に対する事前に決められた照射線量計画を達成するため、方向性または線量レベルを調節するための基準を提供することが可能である。

更に、前記放射線源１１５の在処はリアルタイムで前記ロボットステッピング制御装置よって確証されることが可能であり、これにより前記アクティブカテーテル２００に沿った任意の所定位置での放射線照射回数（従って、放射線線量）が前記事前に決められた治療計画に従って適用されていることを確実にする。いくつかの実施形態において、コンピュータ制御装置（図示せず）は、前記アクティブカテーテル２００（および／または関連する光検出器）からの出力を受け入れ、当該出力を処理して線量マッピングを生成し、前記ロボット制御装置２２０の動作を変更および／または制御し、必要な場合には、恐らくは動的に治療の変更を行うために使用されることが可能である。

一般に知られているモンテカルロ（Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ）コード（すわわち、ソフトウェアおよびアルゴリズム）は放射線の物質との相互作用を説明する。これらの相互作用は本質的に確率的なため、有意な数の相互作用は任意の特定の環境に対する最もありそうなセットの相互作用を得るように通常シミュレーションされる。これは「モンテカルロ（Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ）」と呼ばれる。

本発明では直接または間接的に使用される２つの別個のモンテカルロがある。最初のものは、放射線治療計画のために一般に使用される市販のプログラムに基づくものである。例えば、医師は必要な放射線量と位置とを特定し、医学物理学者は患者の線量をシミュレーションするこのタイプのモンテカルロを実行する。この治療計画シミュレーションは通常、例えばコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）スキャンまたは同類のものからの患者データ入力と、使用される放射線源（例えば、外部ビーム、小線源治療シード、小線源ＨＤＲソースなど）およびその特性を記述する入力とを必要とする。この「治療計画」タイプの市販のモンテカルロパッケージの例は、ＶａｒｉａｎのＥｃｌｉｐｓｅまたはＢｒａｃｈｙＶｉｓｉｏｎ製品を含む。

別のタイプの「Ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ Ｄｏｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ」と呼ばれるモンテカルロが本発明により提供される。前記Ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ Ｄｏｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏは、ＣＥＲＮ（スイス国ジュネーブのＥｕｒｏｐｅａｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ）から一般に入手可能なツールキット（ＧＥＡＮＴ４）に基づいており、例として例えば治療中の本発明のシンチレーティング検出器の出力から得られるデータなどのデータ処理における物理過程を除去するある程度の高速処理を提供する。前記Ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ Ｄｏｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏは、治療中の何らかの放射線の散乱を考慮に入れて使用することが可能であり、これにより計測の改善された画像分解能が達成されるかもしれない。前記Ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ Ｄｏｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏはまた、（例えば時間を遡って現象を追跡するために）所定領域内の線量マップの投影を提供する。前記投影された線量マップはその後、治療の変更のため治療計画モンテカルロに（入力として）フィードバックされる。前記Ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ Ｄｏｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏはまた、検証またはその他の目的のため治療計画をシミュレーションすることも可能である。

図４は、腫瘍（一般に参照番号４００として示す）を治療するため本発明の複数のアクティブカテーテルの使用を示すシステムを図示する。前記システム４００は、体の一部４０５と放射線療法により治療される腫瘍４１５とを治療するのに使用される。複数のアクティブカテーテル２００ａ〜２００ｅは、放射線治療を適用し、また更に適用された実際の放射線量を測定する両方を見込んで、前記腫瘍４１５に関して事前に決めた配向で移植される。任意の数のアクティブカテーテルが、意図する治療計画に適切と判断されるあらゆる適切な配向で使用することが可能である。前記アクティブカテーテル２００の位置および配向は、所望の放射線分布および／または診断に適切と判断される線量レベルを達成するためのシミュレーションにより事前に決定されることが可能である。前記配向はまた、少なくとも部分的に選択された特性化された１若しくは複数の放射線源の特性に基づいくことが可能である。前記アクティブカテーテルの配向（および距離関係）は、Ｘ線またはその他のイメージング技術により確認することが可能である。前記同じ放射線源またはその他の放射線源は、必要であれば１若しくはそれ以上の前記アクティブカテーテル２００が同時にまたは連続して使用することが可能である。

図４の例示的な実施例において、１つのアクティブカテーテル２００ａは複合アセンブリ４２０を介して放射線源（例えば、図１または２Ｅの特性化された放射線源１１５）の送達を促進する。前記複合アセンブリ４２０は、ステッピングロボットリード線４２５が放射線源を前記アクティブカテーテル２００の中に挿入することを可能にするように構成される一方、前記アクティブカテーテル２００ａの（前記アクティブカテーテル２００ａ内部にある）シンチレーティングファイバーの出力が前記１若しくはそれ以上の任意選択の導光管または導波管４３９を通過して光電子増倍管またはその他の検出器（図示せず）に達することも可能である。前記１若しくはそれ以上の任意選択の導光管または導波管４３０は、アクティブカテーテル２００内部の１若しくはそれ以上のシンチレーティングファイバーに機能的に接続されることが可能である。前記任意選択の導光管または導波管４３０は、使い易さのため複数の導波管の既製アセンブリであってもよい。連結器４３５はまた、ロボット制御装置４２５を取り付けるために用いられる。幾つかの実施形態において、前記シンチレーティングファイバーは、前記導光管または導波管を使用しないで光検出器に直接結合されることが可能である。更に、前記光検出器および／またはロボット制御装置は、データ取得システム(例えば、図２ＢのＤＡＱ ２２７)にインターフェース接続されることが可能である。

前記放射線源１１５がアクティブカテーテル２００ａに入る際、前記ステッピングロボット制御装置と前記アクティブカテーテル２００ａからの前記シンチレーティングファイバー出力との同期が実行されることが可能である。この方法において、前記放射線源の実際の位置の相互チェックが、前述したように前記アクティブカテーテル２００ａのその通過を通して達成されることが可能である。更に、各アクティブカテーテル２００ｂ〜２００ｅ（およびその中の各シンチレーティングファイバー）からのベースライン測定値も達成可能であり得る。

前記放射線源１１５が意図された線量を投射する事前に決められた治療計画に従って前記アクティブカテーテル２００を通過する際、各アクティブカテーテル２００ａ〜２００ｅは当該放射線源１１５の効果に反応する。各アクティブカテーテル２００ａ〜２００ｅの反応レベルはそれの前記放射線源１１５との関係性に依存する。当然のことながら、前記放射線源１１５がカテーテル２００ａ内にあることにより最も近接しているため、前記アクティブカテーテル２００ａは通常最大強度（すなわち、他のカテーテルより強い光レベル）を示して反応する。しかしながら、配向および距離に基づいて、前記他のアクティブカテーテル２００ｂ〜２００ｅの各々もまた、光検出器に伝播される放射線レベル（すなわち、光レベル）の兆候を提供する。

治療の経過に従い、各アクティブカテーテルのリアルタイムの線量分布測定値は、予測された期待値と比較するためＢｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ Ｄｏｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏシミュレーション（または同様の技術）を含むデータ取得システム（例えば、図２ＢのＤＡＱ ２２７）により取得され、処理されることが可能である。幾つかの実施形態において、前記データ取得システムはまた、前記ロボット制御装置から出力を受信することが可能であり、更にリアルタイムの事象に基づいて前記ロボット制御装置の動作を制御することが可能である。前記アクティブカテーテル２００ａ〜２００ｅは、前記腫瘍４０５および前記周囲組織領域に適用される線量レベルの実測を提供する。この計測は、治療が部位に期待量の放射線を供給しているまたは供給してきたことに対するより確かな信頼性を提供し、前記治療計画の目的を達成するため時間をかけて必要に応じて後に続く適用を調節するための基準を提供する。

前記各カテーテルからの総線量（すなわち、統合された信号の総量）は、特定の場所（すなわち、アクティブカテーテル）で見られる総線量を決定する。前記ファイバーの患者内部の位置と前記総線量とを知ることは、全てのファイバーを組み合わせたとき（用いられるアクティブカテーテルの数に依存する）、二次元または三次元線量マップのための情報を提供する。

必要であれば、追加のアクティブカテーテル２００が後に続く治療で使用されることが可能であり、またアクティブカテーテル２００の再配置が計測結果に基づいて行われることも可能である。更に、前記放射線源１１５は、望ましい総合的な放射線治療の効果を得るため前記アクティブカテーテル２００のいずれかに任意の順序で、追加の放射線源を同時に使用することも含めて適用されることが可能である。他の実施形態において、前記放射線源はまた、前記ロボット制御装置によって向きを変えたり／回転させたりして前記放射線放射の方向性を制御することも可能である。

図５Ａ〜５Ｆはグラフであり、各グラフは治療の間使用可能であるような６つのアクティブカテーテル（例えば、図４のカテーテル２００ａ〜２００ｅ）のうちから別々のアクティブカテーテルによって検出された放射線を例示的に表している。図５Ａは治療で使用された第１のアクティブカテーテルに対応し、図５Ｂは治療で使用された第２のアクティブカテーテルに対応し、更に図５Ｃ〜５Ｆに関しても同様にして、３〜６つ目のアクティブカテーテルに対応する。

ｙ軸は放射線レベル（例えば、単位はキュリー）を示し、光検出器（例えば、ＰＭＴ）によって収集された光子の数を表す。ｘ軸はＭｅＶ（１００万電子ボルト）単位のエネルギーを表している。各アクティブカテーテルに関する各グラフは、２つのトレースを示している。第１のトレースは、任意の補正が治療計画に適用される前（例えば、第１の放射線治療の後）に対応するアクティブカテーテルで検出された線量を示す。前記第１のトレースからの情報（すなわち、前記対応するアクティブカテーテルからのデータ）は、前記治療の物理過程に補正を行うためＢｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ Ｄｏｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏシミュレーションまたは同様のシミュレーションにより処理されことが可能である。前記第１のトレースは、前記対応するアクティブカテーテルの位置からの、補正前の患者へのリアルタイムの線量強度を示す。

前記Ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ Ｄｏｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏシミュレーションアルゴリズムは、少なくとも最小限、例えばコンプトン散乱などの関連のある物理過程と、適時に結果を生成するのに十分な速度（例えば数分の間、恐らくはさらに速く）とを使用する。前記Ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ Ｄｏｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏシミュレーションは、前記線量源の位置および幾何学的情報に関する正確さを生み出し、通常数ミリメートル内の正確さである。前記複数のアクティブカテーテルからのデータを使用して、前記Ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ Ｄｏｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏシミュレーションは、放射線マップを効果的に生成する容積測定の線量分布を形成する。この線量分布は、患者線量を監視する、およびリアルタイムの入力として治療経過および計画を変更する両方について使用されることが可能である。

各図５Ａ〜５Ｆのトレース２は、例示的に前記放射線源の表面から放射された粒子のエネルギー分布を表し、これは前記放射線源からどのように効率的に放射されたかの情報を提供する。前記トレース情報はまた、（エネルギー損失のたもの補正の後および生成された二次粒子を考慮して）患者内の線量を推測するのに使用されることが可能です。

Ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ Ｄｏｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏシミュレーションに基づいて、１つの特定の次元または複数の次元に適用される放射線量の増加（または減少）を達成するため、１若しくはそれ以上の前記アクティブカテーテルに前記放射線源の滞留位置時間を増加させることが適切であると判断することが可能である。この結果として特定部位（通常、治療中の腫瘍）に対する総放射線は増加（または減少）になるが、また要望通りに周囲組織に照射される線量を変更することも可能である。

前記取得システム（ＤＡＱ）による前記アクティブカテーテル出力のリアルタイム取得または収集および前記検出された放射線レベル（すなわち、対応する光レベル）の高速処理は、放射線科医または医師に迅速なフィードバックツールを提供し、治療に照射される実際の線量レベルを認証する。前記高速ＤＡＱシステムは通常、収集されたデータを分析および提示する専用のアルゴリズムを含み、かつ収集された信号を各ファイバーの表面における実効線量に変化するコードを含む。前記ＤＡＱはまた、Ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ Ｄｏｓｅ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ再構築シミュレーションを実行することも可能である。事前に決められた治療計画と実測の放射線レベルから生成されたリアルタイムデータ取得システムへ投射されたその放射線分布とを比較することにより、直ちに基準が使用可能となって、必要であれば前記放射線の放射線レベルまたは方向性の減少または増加のいずれかを行うため、前記アクティブカテーテルの位置を修正したり、放射線源移動の滞留時間／率を変更したり、または前記放射線源の配向を変更したりする。

図６Ａは、アクティブマンモサイト(ＭａｍｍｏＳｉｔｅ)カテーテルの略図であり、一般に参照番号６１５と示されている。前記アクティブ・マンモサイト・カテーテル６１５は、当該アクティブ・マンモサイト・カテーテル６１５のシャフトの長さに沿って配置された１若しくはそれ以上のシンチレーティングファイバー２０５（シンチレーター）を含む。前記シンチレーティングファイバーは前記アクティブ・マンモサイト・カテーテル６１５の壁部に埋め込むことも可能である。前記アクティブ・マンモサイト・カテーテル６１５はまた、当該アクティブ・マンモサイト・カテーテル６１５の端部に接続される膨張性バルーン６１０を有する。

前記アクティブ・マンモサイト・カテーテル６１５はさらに、連結部６２０を有し、当該連結部は当該アクティブ・マンモサイト・カテーテルを前記バルーン６１０を膨張させるための液体供給装置に連結し、放射線源（図示せず）を挿入するためのロボット制御装置（図示せず）に動作可能に接続し、更に放射線源に曝されるとき前記シンチレーティングファイバー２０５によって放出される光レベルを検出する光検出器（図示せず）に前記シンチレーティングファイバー２０５を動作可能に接続するものである。前記シンチレーティングファイバー２０５は、前記放射線源が挿入されると当該放射線源からの放射線信号を検出し、これは前記放射線源のシャフト内の位置に依存する信号サイズの変化を伴う。更に、前記バルーン内部の前記放射線源からの信号は、前記シンチレーターからの距離に応じて同様に再構築可能である。

図６Ｂは、本発明のアクティブ・マンモサイト・カテーテルの使用を示す例示的な略図である。図示するように、腫瘍が乳腺腫瘍摘出術により取り除かれるときに生成される乳腺腫瘤摘出空洞６０５はアクティブ・マンモサイト・カテーテルまたはマンモサイト照射装置を使用してＨＤＲにより治療される。

前記アクティブ・マンモサイト・カテーテル６１５は、乳腺腫瘤摘出空洞６０５の中に挿入されているように示される膨張性バルーン６１０を含む。前記アクティブ・マンモサイト・カテーテル６１５は、放射線源１１５が当該アクティブ・マンモサイト・カテーテル６１５を通って、生理食塩水により膨らまされると空洞６０５内に付着されたバルーン６１０が膨張する前記バルーン領域の中に送達されることを提供する。前記アクティブ・マンモサイト・カテーテル６１５内部の前記シンチレーティングファイバーからの当該アクティブ・マンモサイト・カテーテル６１５の出力は、図２Ｂを参照して上述されたように対応する光検出器に連結されることが可能である。ロボット制御装置リード線６２０は、前記放射線源１１５の挿入制御と、事前に決められた前記放射線源１１５のステッピング動作とを提供する。前記放射線源１１５は、前記アクティブ・マンモサイト・カテーテル６１５のシャフトを通って前記バルーン６１０内の領域に挿入可能であるので、放射線は癌が最も再発しやすい領域である前記空洞６０５を形成する周囲組織に送達される。前記アクティブ・マンモサイト・カテーテル６１５は、恐らく複数の治療にわたって適用される実際の放射線量を測定する工程を提供する。多次元線量マップは、例えば前記データ取得システムを用いて前記アクティブカテーテルのシンチレーターの出力から作成すことが可能である。

本発明の原理はまた、体の中に永久シードを放出する前に患者内部での前記線量分布を知ることが内科医に前記線量を修正する能力を提供することになるため、永久シード移植手順に用いられることが可能である。例えば、前記放射線源が前記装置の端部に到達する前から移植中に使用されているカテーテルまたはその他の送達装置内の前記放射線を監視することにより、内科医が必要に応じて位置または線量を修正することが可能となる。

また、シード移植療法での送達装置としてシード移植ガンを用いることも可能である。前記移植ガンはまた、本発明の原理に従って配置および構成されたシンチレーティング放射線検出物質を含むことも可能である。

図７は、本発明の実施形態を使用する、工程７００から始まる工程段階を示す実施形態の流れ図である。本明細書の図７および他の全ての流れ図は、これらの工程を実施する本発明の構成要素の高レベルブロック図を等しく表している。図７の工程は、適切なハードウェアと協働してコンピュータ・プログラム・コードにより実施されることが可能である。このコンピュータ・プログラム・コードは、例えばディスケット、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、またはテープなどの記憶媒体に、および例えば読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）またはランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）などの１つのメモリ記憶装置またはメモリ記憶装置の収集体に格納されることが可能である。更に、前記コンピュータコードはまた、例えばコンピュータにより抽出または処理することが可能な搬送波などの媒体に少なくとも一部取り入れられることが可能である。加えて、前記コンピュータ・プログラム・コードおよび任意の関連するパラメータデータは、ブラウザを使用しておよび／または搬送波を使用して、恐らくは暗号化されてインターネットまたは他の何らかのタイプのネットワークを介してワークステーションに転送されることが可能である。

工程７０５に進み、１若しくはそれ以上の放射線源が特性化されることが可能であり、これは発光物質放射線検出器の使用を含むことが可能である。工程７１０において、通常特性化された放射線源からのデータに一部基づいて、放射線を投与する放射線計画が発展されることが可能である。工程７１５において、１若しくはそれ以上のアクティブカテーテルガイドまたはその他の放射線照射装置は、前記治療計画に従って他の任意の放射線検出器を伴って配置されることが可能である。前記アクティブカテーテルおよび／または放射線検出器の構成は、例えばＸ線などのイメージング技術により確認されることが可能である。工程７２０において、前記治療は、前記アクティブカテーテルおよび／または放射線検出器からの出力を取得するデータ取得システムによりリアルタイムで監視されることが可能である。工程７２５において、前記アクティブカテーテルおよび／または検出器からの出力は、前記治療の物理的現象を解るため、および前記治療を監督する内科医または技術者に計測された放射線レベルに関するフィードバックを提供するためにリアルタイムで処理されることが可能である。

工程７３０において、二次元または三次元ビューの、投与された放射線を示す線量マップが生成されることが可能である。工程７３５において、治療中の計測線量を前記治療計画の期待値に照らした評価が作成されることが可能である。これは、コンピュータにより自動的にまたは内科医または技術者による目視評価により実行されることが可能である。工程７４０において、前記治療は、例えば方向性または滞留時間を変更することを含めた、線量レベルを修正するため必要に応じて調節されることが可能である。これは、必要な調節の性質に応じてコンピュータにより自動的にまたは内科医または技術者による治療介入により実行されることが可能である。工程７４５において、例えば治療計画目的が達成されたかに基づいて、或いは期待しない計測レベルに基づいて治療が完了したのかのチェックが行われる。前記治療が完了したと判断された場合、前記プロセスは工程７５０で終了し、さもなければ前記治療は工程７２０に進む。

図８は、本発明の原理に従って構成された外部ビーム品質保証に関する実施形態の略図である。例えば外部ビーム照射装置などのビーム照射システムまたは装置８０５は、粒子ビーム８１０（例えば、光子、電子、陽子、イオン、またはハドロンなどの粒子）を例えばシンチレーティングファイバーを有することが可能な発光物質８１５アレイ上にビームスポット８２０として伝達することが可能であり、これは前記発光物質８１５を通過する８２５ことが可能である。前記発光物質はビームの存在を示す信号を生成して、前記入射ビーム８１０の構成、パターン、および／または強度を較正するための基準を提供することが可能である。

別の観点において、前記発光物質８２０は２若しくはそれ以上の次元で複数のアレイとして配置されることが可能であり、これにより複合アレイを形成して当該複合アレイの１つのポイントまたは複数のポイントでの線量計測を達成する。例えばこれに限定されるものではないが、２つのファイバーアレイが隣接して配置されるが、各隣接するアレイのファイバーは互いに垂直に配置されており（例えば、図９Ｂに示す配置を参照）、これにより１若しくはそれ以上のｘ−ｙ位置でのビーム強度計測を取得することが可能である。

図９Ａは、本発明の原理に従って構成された線量の測定を可能にするように構成される、一般に参照番号９００として示される放射線検出器スキームの図である。複数の検出器９０５ａ、９０５ｂ、９０５ｃは（例えば各検出器９０５ａ、９０５ｂ、９０５ｃの一端に発光物質９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃを有する光ファイバーであってもよい）、互いにそれぞれ異なる相対的長さになるように相互に近接して配置されることが可能であり、、または少なくとも前記発光物質９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃが概知の互いに相対位置に位置決めされることが可能であるように配置される。この検出器スキーム９００は、恐らく互いに固定関係に保持された統合検出器アレイとして、互いに所定の相対位置で事前設定された検出器アレイである。前記検出器９０５ａ、９０５ｂ、９０５ｃは、１若しくはそれ以上の光検出器（図示せず）に結合されるように設定される。ｉｎ ｖｉｖｏで使用されるとき、各検出器９０５ａ、９０５ｂ、９０５ｃにより検出される放射線レベルは、所定位置での線量を決定するために使用されることが可能であり、および／または線量マップを作成するために使用されることが可能である。更に別の設定において、前記発光物質９１０ａ、９１０ｂ、９１０ｃは、線量および／または位置が異なる長さの２つの発光物質装置からレベルを減算することによって決定されることが可能なように設定されることが可能である。

図９は、本発明の原理に従った一般に参照番号９２０として示される、放射線量の測定を可能にするまたは放射線マップを作成するように設定された放射線検出器の実施形態の図である。図に示されるように、複数の放射線検出器９２５はｙ軸（１−ｎ）に配置されることが可能であり、複数の放射線検出器９２５はｘ軸（１−ｍ）に配置されることが可能である。前記複数の放射線検出器９２５は発光物質を有し、かつ光検出器に接続可能に設定することが可能である。放射線レベルが１若しくはそれ以上の特定のｘ−ｙ交点に関係しないため、この設定の二次元側面は放射線量の測定または放射線マップの作成を提供する。別の観点において、別セットの検出器はｚ軸（１−ｎ）に配置されて、三次元検出器を提供する。一方の軸にある検出器の第１のサブセットからの少なくとも１つの第１の信号および他方の軸にある検出器の第２のサブセットからの少なくとも１つの第２の信号（および更に別の軸にある検出器の第３のサブセットからの少なくとも１つの第３の信号）は、放射線マップを生成するための基準を提供する。前記検出器の第１のサブセットおよび前記検出器の第２のサブセット（および選択的に前記検出器の第３のサブセット）は、互いに角度を持つように設定されることが可能である。１観点において、前記角度は約９０度であるが、しかし、他の角度を用いることも可能である。

図１０は、本発明の原理に従った品質監視のためのｉｎ−ｖｉｖｏまたはｅｘ−ｖｉｖｏでの線量測定として１若しくはそれ以上のシンチレーティングファイバーを有する位置決めバルーンの例示的な概略図である。例示的な人体の場所１００５（例えば、骨盤領域または胸部領域）は（恐らく例えば前立腺のような人体器官に関係する）腫瘍１０１０を包含する。外科手術において一般に用いられる位置決めバルーン１０１５は、１若しくはそれ以上の例えばシンチレーティングファイバーのようなシンチレーティング検出器１０２０を、シンチレーティング検出器１０２０が前記腫瘍に相対的な所望の位置に位置付けられて治療また画像検査のための放射線を受信することが可能なように配置するために使用されることが可能である。この方法において、前記放射線の標的（すなわち、腫瘍１０１０）は、例えば外照射治療の受信のため前記シンチレーティング検出器１０２０とともに互いの相対位置で保持されることが可能である。

図１１Ａは、本発明の原理に従って設定された一般に参照番号１１００として示される可撓性放射線検出器の例示的な実施形態である。前記可撓性放射線検出器１１００はカテーテル部１１０５を有し、当該カテーテルは改良されたバルーンまたは同様のカテーテルを本質的に提供する、当該カテーテル部１１０５の長さに沿って続く中空部１１１０（容器）を有する。前記カテーテル部１１０５の一端に取り付けられた可撓性または半剛体のバルーン部１１１５は、例えば恐らく生理食塩水を使用して手術の間に膨張することが可能である。１若しくはそれ以上のシンチレーティングファイバー１１２０は前記バルーン部１１１５の壁の内部または上に配置され、膨張したとき前記バルーン部１１１５の輪郭に適合するように設定されることが可能である。前記１若しくはそれ以上のシンチレーティングファイバー１１２０は、恐らく前記カテーテル部１１０５に沿って続く１若しくはそれ以上の接続部１１１２を介して、光検出器に接続されることが可能である。放射線源１１１３は、治療または画像検査法の間前記バルーン部１１１５の中に挿入される前記カテーテル部１１０５の中に挿入されることが可能であるが、一方前記シンチレーティングファイバー１１２０は上述の原理に従ってそのような治療または画像検査法の間放射線レベル／線量を検出することが可能である。

図１１Ｂは、本発明の原理に従って設定された一般に参照番号１１０２として示される可撓性放射線検出器の例示的な実施形態である。この実施形態１１０２において、第２のバルーン部１１５５は、外側バルーン部１１５０の内部に設定されることが可能である。発光物質１１５２（例えば、液体、固体、または気体）は、前記２つのバルーン部１１５０と１１５５との間の内側に包含されることが可能である。接続部１１１２は、前記発光物質１１５２によって放射された信号を前記カテーテル部１１０５に沿って光検出器まで伝達することが可能である。放射線源１１１３は放射線治療を提供するため前記カテーテル部１１０５の中に挿入されることが可能であり、または代替的に（例えば、図８に参照しているような）外部ビーム照射システムは、前記発光物質１１５２が線量レベル信号を提供している間、前記放射線ビームを搬送するということもあり得る。更に１観点において、前記少なくとも１つのバルーン部（例えば、部分１１５０、１１５５）の何れかは、図１１Ａの配置（すなわち、前記バルーン部の表面に沿って（または内部に埋め込まれて）置かれた発光物質の配置）を含むことが可能である。１観点において、前記発光物質１１５２は特定の概知のパーティションになるように設定されることが可能であり、これにより前記パーティションからの信号は前記バルーン部の特定領域に相関するようにすることが可能である。

本明細書に記載のシンチレーティング放射線検出器の何れかは、外部ビームまたは他の任意の放射線療法照射システムからの線量を検出および測定するために使用することが可能である。本明細書に記載の前記シンチレーティング放射線検出器は、イメージング装置からの線量を測定するのに使用されることが可能であり、当該イメージング装置には例えばＸ線、ＣＴスキャン、蛍光透視法、陽電子放出型断層撮影法（ｐｏｓｉｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＥＴ）、ＣＴ、単一光子放出型コンピュータ断層撮影法（ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＳＰＥＣＴ）、診断走査、心臓（ｃａｒｄｉａｃ）などがある。本明細書のシンチレーティング検出器はまた、ビーム照射システム（イメージング、放射線治療、および同類のもの）からの線量を測定するのに使用されることが可能である。上記を達成するため、前記シンチレーティング検出器は外側に（例えば、皮膚の上または固定装置に）または内側に（例えば、位置決めバルーンまたはカテーテル内に）置かれることが可能である。前記シンチレーティング放射線検出器はまた、ビームプロファイルのチェックのため、例えば外部ビームイメージング装置に対するビーム形状および／またはｅｘ ｖｉｖｏでの強度を較正するために使用されることが可能である。本明細書に記載の前記シンチレーティング放射線検出器の何れかが、治療計画を変更するために使用されることが可能である。

シンチレーティングファイバーを有する線量計検出器に関して、当該ファイバーに沿って起こる信号劣化は、前記検出された放射線の位置および／または方向性を突き止めるために使用されることが可能である。ここで、この実施例において、較正可能な方法においてより小さな信号は前記ファイバーに沿って移動したより長い距離および（従って）位置に相当する。或いは、例えば僅かに異なる長さの２つが結合したファイバーを伴うサブトラクション法を使用して、小さい若しくは定義された領域での線量は、比較的長いものからの信号から比較的短いものからの（あるいは統合された）信号を引くことによって計算されることが可能であり、従って前記残りの差し引かれた線量をファイバーの長さの異なる空間領域に置かれた線量から分離する。この結果、前記評価された線量は異なる長さの領域のみに対するものとなろう。

本明細書の体外放射線タイプは、治療用Ｘ線、電子ビーム、ハドロンビーム、および同類のもの、並びに例えばＸ線蛍光透視法、分子イメージングスキャン、ＳＰＥＣＴ、ＣＴスキャン、および同類のものなどの診断法に関する放射線を含んでもよい。

本発明の記載の方法およびシステムの様々な修正および変更は、当業者にとって本発明の要旨および精神から逸脱しない範囲で明らかであろう。本発明は特定の好適な実施形態に関連して説明してきたが、係る発明はそのような特定の実施形態に過度に限定されるべきでないことは理解されるべきである。実際に、当業者には明らかであるような本発明を実行する記載の方法の様々な修正は、添付の特許請求の範囲の範囲内であるように意図されている。

Claims (10)

1. 放射線検出器であって、
   シンチレーション物質で構成され、環状配列された複数のファイバーを有し、
   前記環状配列された複数のファイバーは、中空カテーテル壁の環状周部に沿って互いに均等に離間するように配置されたものであり、かつ
   前記環状配列された複数のファイバーは、それらへの入射放射線を検出・測定するための光検出器に接続されているものである
   放射線検出器。
2. 請求項１記載の放射線検出器において、前記環状配列された複数のファイバーは、少なくとも４つ以上である放射線検出器。
3. 請求項１記載の放射線検出器において、前記シンチレーション物質の相対位置および長さの相違の程度は既知であり、前記シンチレーション物質の各々によって生成される信号は異なる相対位置にある放射線量と相関関係にあるものである放射線検出器。
4. 請求項１記載の放射線検出器において、前記入射放射線は、Ｘ線放射線、電子放射線、およびハドロン放射線のうちの１つを含む治療ビーム放射線を有するものである放射線検出器。
5. 請求項１記載の放射線検出器において、前記放射線検出器は、放射線照射ガイド、患者固定装置、患者位置決め装置、および放射線照射装置のうちの１つに一体化されるものである放射線検出器。
6. 請求項１記載の放射線検出器において、請求項１記載の放射線検出器はカテーテルを有するものである放射線検出器。
7. 請求項１記載の放射線検出器において、前記入射放射線は、Ｘ線、Ｘ線透視法、陽電子放出断層撮影法（ｐｏｓｉｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＥＴ）、単一光子放出型コンピュータ断層撮影法（ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＳＰＥＣＴ）、分子イメージング、およびコンピュータ断層撮影法（ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＣＴ）のうちの１つを含む画像検査若しくは診断法に伴う放射線を有するものである放射線検出器。
8. 請求項１に記載の放射線検出器において、前記環状配列された複数のファイバーは、前記中空カテーテル壁の環状周部を実質的に包囲するものである放射線検出器。
9. 請求項１に記載の放射線検出器において、前記環状配列された複数のファイバーは、前記中空カテーテルとは独立した構成部分であり、前記中空カテーテルに挿入可能である放射線検出器。
10. 放射線検出器の作動方法であって、
    環状配列された複数のファイバーを、当該環状配列された複数のファイバーにおける入射放射線を検出・測定する光検出器に接続する工程を有し、
    前記環状配列された複数のファイバーは、シンチレーション物質で構成され、かつ環状周部に沿って互いに均等に離間するように配置されたものであり、
    前記検出・測定された入射放射線に基づいて治療計画が変更されるものである、方法。

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