JP6188685B2 - 介入治療に対するアプリケータ配置のリアルタイム変化を決定する光ファイバ感知 - Google Patents

Description

本出願は、２０１１年６月２０日に出願され、参照によりここに組み込まれる、同一出願人による米国特許仮出願番号第６１／４９５９０６号の優先権を主張する。

本開示は、医療装置及び方法に関し、より具体的には、介入治療中にリアルタイムでアプリケータ配置を決定する光ファイバ感知に対するシステム及び方法に関する。

小線源治療は、電離放射線を使用することにより悪性腫瘍の治療に対して使用されることができる。小線源治療に対する１つの重要な挑戦は、放射線量の供給が処置前計画によって正確に実行されることを保証することであることができる。この挑戦は、例えば、小線源治療線源を正確に配置し、配置誤差から生じうる前記計画からのずれ、組織腫脹のような目標体積変形、又は外科的キャビティ内の浮腫の形成のような放射線輸送特性の変化を補償する必要性を含む。既存の方法は、一般に、時間におけるアプリケータ及び／又はシード位置のスナップショットを提供することができる撮像情報に依存する。埋め込まれたビーコンは、器官移動を検出するのに使用されている。

これらのアプローチは、変化の検出の空間的精度及び／又は適時性において制限されるとみなされることができる。

本原理によると、治療中に変化をモニタするシステムは、中に配置された光ファイバセンサを持つ第１のプローブセグメントを含む。前記第１のセグメントは、目標領域内に又は近くに経皮的に挿入され、１つ又は複数の治療装置に対する局所的基準を提供する。第２のプローブセグメントは、中に配置された光ファイバセンサを持つ。前記第２のセグメントは、一般に、前記第１のプローブから離れて配置され、前記第１のセグメントに対する空間的基準点を提供する。前記第１及び第２のセグメントは、前記第１のプローブと前記第２のプローブとの間の基準として機能するように少なくとも１つの共通位置を持つ。形状決定方法は、フィードバック信号に基づいて前記第１及び第２のセグメントの各々の形状を決定し、処置中に前記形状の変化を測定し、前記変化によって治療計画を更新するように構成される。

治療中に変化をモニタするワークステーションは、プロセッサ及びメモリを含むコンピュータを含む。形状決定モジュールは、前記メモリに記憶され、フィードバック信号に基づいて複数の可撓性プローブの形状を決定するように構成される。前記可撓性プローブは、中に配置された光ファイバセンサを各々持つ。前記可撓性プローブは、１つ又は複数の治療装置に対する基準位置を提供するように処置中に前記形状の変化を測定するように構成される。治療計画モジュールは、前記メモリに記憶され、前記１つ又は複数の治療装置に対する前記基準位置に基づいて治療計画を比較及び更新するように構成される。前記複数のプローブは、前記プローブ間の基準として機能するように少なくとも１つの共通位置を持つ。前記プローブは、目標領域内に又は近くに経皮的に挿入される第１のプローブと、一般に前記第１のプローブから離れて配置され、前記第１のプローブに対する空間的基準点を提供する第２のプローブとを含む。

治療中に変化をモニタする方法は、焦点エネルギ付与（focal energy deposition）に対して目標とされる組織の領域内の又は近くの位置まで経皮的に体内に少なくとも１つの可撓性プローブを挿入することにより前記焦点エネルギ付与に対する線源の位置及び経路起動を決定するステップであって、前記プローブが少なくとも１つの光ファイバセンサを持つ、当該決定するステップと、治療計画からのずれを定量化するようにリアルタイムの前記位置及び経路起動を前記治療計画と比較するステップと、前記処置の後の活動において前記ずれを考慮して治療ゴールを達成するように治療の適応を提供するステップとを含む。

本開示のこれら及び他の目的、フィーチャ及び利点は、添付の図面と関連して読まれる具体的実施例の以下の詳細な説明から明らかになる。

本開示は、以下の図を参照して好適な実施例の以下の説明を詳細に提示する。

本原理による適応的治療を実施するシステム及び／又はワークステーションを示すブロック／フロー図である。 １つの具体的実施例によって構成される光ファイバセンサを示すプローブの断面図である。 一実施例による複数の光ファイバセンサを使用する概念的構成を示す図である。 具体的実施例による、治療を実施し、リアルタイム調整を行うステップを示すフロー図である。

本原理によると、焦点エネルギ付与に対する線源の位置及び経路軌道を（リアルタイムで、治療中に）決定、推定及び／又は視覚化するシステム及び方法が提供される。焦点エネルギ付与は、例えば、小線源治療又は他の治療に対する放射線源、凍結療法プローブ、レーザアブレーション、光線力学治療、高密度焦点式超音波療法、又は他の形式の最小侵襲局所アブレーションに対するアプリケータ等を含みうる。前記システム及び方法は、前記計画からの潜在的なずれを定量化するように、リアルタイムのこれらの決定及び／又は推定を治療計画に及び処置中撮像又は他の生物物理モニタリングに関連付けるのに使用される。これは、元の治療計画からのずれにもかかわらず治療ゴールを実現するように、治療の適切な適応をトリガ及びガイドする結果となる。

一実施例において、関心の組織生体構造内の（正確に）既知の線源位置の収集は、線量供給の最終的な空間分布を計算するように線源‐組織間相互作用に関する既知の特性と組み合わせられることができる。例えば、この情報は、患者特有の臨床結果に関連付けられることができ、これは、例えば、このような処置の未来の最適化、訓練中の医師、臨床結果研究、及び／又はシード配置の患者特有アトラス／データベース主導自動化に対するライブラリ／データベース／アトラスを作成するのに使用されることができる。本原理は、小線源治療線源の配置の間中ずっとリアルタイムで計画された供給位置からのずれを推定することを含み、適切な補償に対して、幅広い問題及び／又は不利点を克服するのに使用されうる。更に、典型的なシステム及び方法は、凍結療法、ＲＦアブレーション、レーザアブレーション、光線力学療法、高密度焦点式超音波等のような焦点エネルギ付与を使用する他の最小又は非侵襲性治療モダリティに適用可能であることもできる。

本原理は、一般的に、介入処置に対して説明される。前記介入処置は、多くの形を取りうる。少数の非限定的な例は、説明目的に対してここで説明される。一実施例において、小線源治療は、電離放射線を用いる悪性腫瘍の治療に対して使用されることができる。小線源治療の２つの主要な形式が存在すると一般に考えられる。これらは、永久シード埋め込み及び高線量率小線源治療を含む。低線量率小線源治療とも称されることができる永久シード埋め込みは、¹²⁵Ｉ又は¹⁰³Ｐｄのような放射性同位体を含む米粒サイズの金属シードを使用する。前記同位体は、針又はカテーテルを通って治療体積内に永久的に挿入される。通常、針又はカテーテルは、異なる軌道に沿って連続して挿入され、前記シードは、前記針又はカテーテルが後退される間に前記針又はカテーテルの挿入トラックに沿った位置において目標組織内に供給される。放射線量は、数週間から数か月の期間にわたり供給されることができる。高線量率小線源治療は、例えば２日のコースにわたる数セッションの内部放射線治療を供給するように、放射性同位体又は小型Ｘ線源が挿入され、規定時間に規定位置まで移動されることができる（"アフタローディング"）複数のカテーテルの配置を含む。治療コースの後に、前記カテーテルは、取り外されることができる。前記カテーテルは、バルーンアプリケータの表面に沿った平行バンドル又は子午線のような線を形成することができる。

両方の形式の小線源治療に対して、腫瘍に対する正確な放射線量の供給が必要とされ、隣接した組織により受けられた放射線量は、最小化されるべきである。処置前画像を用いる計画は、しばしば、患者の生体構造に対する線量分布を調整するのに使用される。コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴（ＭＲ）又は超音波（ＵＳ）画像は、多くの腫瘍のタイプに対して比較的高いコントラストを提供するのに使用されることができる。

小線源治療に対して、配置誤差、カテーテル移動、組織腫脹のような目標体積変形、又は外科的キャビティ内の浮腫の形成のような放射線輸送特性の変化に対する補償は、考慮に入れられる必要がある。例えば、線源位置、目標組織配置、又は目標体積コンテンツの大きなずれが生じる場合、処置前画像を用いて実行された計画は、おそらく、もはや関連性がなく、結果として、腫瘍は、不十分に治療される可能性があり、隣接した組織は、放射線損傷に対するリスクに置かれる可能性がある。

好適な実施例によると、光学的形状感知は、患者治療に対するコンポーネントを追跡するのを援助するのに使用される。特に有用な実施例において、可撓性の細長い構造の三次元（３Ｄ）形状が、リアルタイムで追跡されることができる。例えば、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）及びレイリー散乱を用いて実施される光学的形状感知の基礎をなす基本原理は、処置中にツールに対する詳細な空間的情報を提供するのに信頼される。光学的形状感知に対して、患者の特定の場所の３Ｄ位置は、追跡されることができる。この感知方法は、例えば、患者の体の周りにきつくフィットされることができる変形可能メッシュの３Ｄ形状の追跡を可能にすることもできる。

電磁（ＥＭ）追跡のような他の追跡方法に対して、光学的形状感知は、外部磁場及び金属対象の存在（例えば、臨床業務において一般的な発生）によって生じることができるＥＭ場の歪に対する耐性の利点を持つことができる。

本発明は、医療器具に関して説明されるが、しかしながら、本発明の教示は、大幅に広く、複雑な生物系又は機械系を追跡又は分析する際に使用される器具に対して適用可能であると理解されたい。特に、本原理は、生物系の内部追跡処置、肺、胃腸管、排出器、血管等のような体の全ての領域における処置に対して適用可能である。図に描かれた要素は、ハードウェア及びソフトウェアの様々な組み合わせで実施されることができ、単一の要素又は複数の要素において組み合わせられることができる機能を提供することができる。

図に示された様々な要素の機能は、描かれたハードウェア及び適切なソフトウェアと関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用により提供されることができる。プロセッサにより提供される場合、前記機能は、単一の専用プロセッサにより、単一の共有プロセッサにより、又は一部が共有されることができる複数の個別のプロセッサにより提供されることができる。更に、単語"プロセッサ"又は"コントローラ"の明示的使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアを排他的に示すと解釈されるべきではなく、限定なしで、デジタル信号プロセッサ（"ＤＳＰ"）ハードウェア、ソフトウェアを記憶する読取専用メモリ（"ＲＯＭ"）、ランダムアクセスメモリ（"ＲＡＭ"）、不揮発性記憶媒体等を暗示的に含むことができる。

更に、本発明の原理、態様及び実施例並びに特定の例をここに記載する全ての提示は、構造的及び機能的同等物の両方を含むことを意図される。加えて、このような同等物が現在既知の同等物及び未来に開発される同等物（すなわち、構造に関係なく、同じ機能を実行する開発された要素）の両方を含むことが意図される。このように、例えば、ここに示されたブロック図が、本発明の原理を実施する説明用のシステムコンポーネント及び／又は回路の概念図を表すことは、当業者に理解される。同様に、フローチャート及びフロー図等が、コンピュータ可読記憶媒体において実質的に表され、コンピュータ又はプロセッサにより実行されることができる様々なプロセスを表し、いずれにせよ、このようなコンピュータ又はプロセッサは、明示的に示されていない。

更に、本発明の実施例は、コンピュータ又は命令実行システムにより使用される又は関連したプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムの形式をとることができる。この説明の目的に対して、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、前記命令実行システム、装置又はデバイスにより使用される又は関連したプログラムを含む、記憶する、通信する、伝搬する又は輸送することができる装置であることができる。前記媒体は、電子、磁気、光学、電磁、赤外又は半導体システム（又は装置又はデバイス）、又は伝搬媒体であることができる。コンピュータ可読媒体の例は、半導体又は固体メモリ、磁気テープ、着脱可能コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、固い磁気ディスク及び光ディスクを含む。光ディスクの現在の例は、コンパクトディスク‐読取専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク‐読取／書込（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、ＤＶＤ及びブルーレイ（登録商標）を含む。

ここで同様の数字が同じ又は同様の要素を表す図面、最初に図１を参照すると、最小又は非侵襲性局所組織アブレーションに対する焦点エネルギ付与に対するシステム１００は、１つの具体的実施例によって示される。システム１００は、処置最適化、報告及び医師訓練に対して、形状感知情報、ソース‐組織間相互作用モデリング、線量モニタリング、及び患者特有の臨床結果データベースをリンクする治療計画及びモニタリングワークステーションの一部でありうる。システム１００は、画像データベース又はメモリ記憶部１０４を含みうる。データベース１０４は、処置が実行されるべきである患者１２２の画像、好ましくは三次元（３Ｄ）画像を記憶する。システム１００は、メモリ１０９に記憶された形状感知決定アルゴリズム又は方法１０７を実行することができるプロセッサ１０５を持つコンピュータ１０６を含む。

光コンソール１０８は、コンピュータ１０６により制御され、データを提供する。光コンソール１０８は、光ファイバプローブ１１２及び１１４に光を供給し、プローブ１１２及び１１４から光を受け取る。プローブ１１２及び１１４は、可撓性であり、各々が、光ファイバ形状センサを含む。プローブの数が２より大きくてもよく、又は単一のプローブが使用されうることに注意されたい。第１のプローブ１１２及び第２のプローブ１１４は、別々のテザー上の２つのセグメントを含んでもよく、又は同じテザー上の異なるサブセクション又はセグメントを含んでもよい。各プローブ１１２、１１４が複数の光ファイバ、例えば２、３、４又はそれ以上のファイバを含んでもよいことも理解されたい。光ファイバ形状感知は、多くの形式をとることができ、マルチコア幾何構成、干渉計、偏波ダイバーシティ、レーザ特性等のような異なる技術を使用してもよい。形状感知は、例えば、参照によりここに組み込まれるFroggatt他に対する公開特許出願ＵＳ２０１１／０１０９８９８に実例として記載されている。

図１を参照し続け、図２を参照すると、光ファイバプローブ１１２、１１４の軸方向断面が、光センサ２０２とともに示される。センサ２０２は、円形断面を持つ細長いボディ内に拘束されたシングルモードコア２０６を持つ４つのファイバを含む。光コンソール１０８からの光は、同時に又は連続的にのいずれかで、各ファイバに向けられることができる。各ファイバ２０２において、光は、どのように光ファイバ２０２が構成されるかに依存して、ＦＢＧ又はレイリー散乱のいずれかで、異なる距離において反射される。好ましくは、光ファイバ２０２は、前記センサの長さに沿って実質的にらせん状に配置される。これは、１つの典型的な設計である。本原理による他の典型的な設計又は技術が、使用されてもよい。

図１を再び参照すると、コンピュータ１０６は、光コンソール１０８から得られた測定値に基づいて可撓性プローブ１１２及び１１４の形状及び位置を決定する形状決定アルゴリズム又は方法１０７を記憶するメモリ１０９を含むことができる。１つの典型的な実施例において、プローブの少なくとも１つ１１２は、焦点エネルギ付与により目標とされる組織の領域１１８における又は非常に近い場所まで、経皮的に患者１２２の体内に挿入されることができる。フィードバックループは、（治療システム１３６及び／又は計画モジュール１１６により）目標とされる組織の領域１１８及び治療の強度が、例えば移動、腫脹、浮腫等により、形状決定アルゴリズム１０７の出力又は更新に基づいて変更されることができるように、形状決定アルゴリズム１０７と治療システム１３６又は計画モジュール１１６との間に設けられることができる。

好ましくは、治療体積（１１８）の近くの患者生体構造の位置特定／向きを特徴づけることができる参照に対する単一のプローブ又は複数のこのようなプローブに沿った１つ又は複数の基準点が存在する。第１の可撓性プローブ１１２の場所は、したがって、（例えばプローブ１１４による）前記基準点の場所に対して追跡されることができる。第２の可撓性プローブ１１４が基準として使用される場合、第２の可撓性プローブ１１４は、形状決定アルゴリズム１０７の出力の誤差が可能な限り両方のプローブに対して同様であることを保証するように、近位端において第１の可撓性プローブ１１２に機械的に取り付けられる又は結合されることができる。前記２つのプローブの間の機械的取付は、取り付け点及び当該点における関連した追跡誤差が第２のプローブ１１４を追跡する場合に特徴づけられ、考慮されるのであれば、プローブ１１２に沿ったセグメント中間位置における第１のプローブ１１２に対する第２のプローブ１１４の結合を用いて実現されることもできる。プローブ１１２及び１１４の結合は、プローブ１１２及び１１４の近位端を一緒に結合するのにシース１１０又は他の装置を使用して提供されることができる。前記セグメント（プローブ）が、同じテザー（インライン）上である場合、共通の基準点は、前記２つのセグメント間の共有接続点である。

光学的形状感知以外の方法で追跡することができるプローブ１１２、１１４の長さに沿った１つ又は複数の基準位置におけるプローブ１１２、１１４上の追加のマーカ（例えばＥＭマーカ１１７を持つ複数のシース１１０又は接続点）が存在することができる。これらのマーカ１１７からの情報は、形状決定アルゴリズム１０７の精度を向上させるようにリアルタイムで形状決定アルゴリズム１０７に組み込まれることができる。これらの典型的なマーカ１１７は、プローブ先端自体の空間的位置に関する情報を提供しえないが、それでも形状決定アルゴリズム１０７に対して有用である境界条件を提示することができるプローブ１１２、１１４のより近位の部分の空間的位置に関する情報を提供することができる。

一実施例において、患者１２２は、動きコントローラ１０２を用いて平行移動されることができる台１２４上に配置されることができる。腫瘍領域１１８は、意図される放射線治療目標である。システム１００は、放射線を供給する装置１１３を含むことができ、装置１１３は、針、カテーテル又は腫瘍１１８内にシードを埋め込む又は放射線を集束させるための他の装置１１３を含むことができる。装置１１３は、治療装置（例えば、放射線シード）の位置及び配置軌道がプローブ１１２からの光ファイバ感知フィードバックを使用して知らされるように、プローブ１１２に接続される。他の放射線供給又は治療システム１３６も、使用されることができる。（光ファイバセンサを含む）１つの可撓性プローブ１１２は、光コンソール１０８から延在し、治療アプリケーションカテーテル（Ｎ）１１３に接合し、腫瘍領域１１８までカテーテル１１３をたどる。

他の光ファイバセンサを含む第２の可撓性プローブ１１４は、光コンソール１０８から患者１２２の表面上の固定領域又は表面点（ＳＰ）まで延在される。この例において、光コンソール１０８の近くで、プローブ１１２及び１１４の２つの光ファイバセンサは、機能を落とすことなしに可能な限り大きな曲げ半径で、最小のねじれを可能にするように設計されたシース１１０内に含まれる。シース１１０内で、前記２つの光ファイバセンサは、互いに対して固定角度に保たれるか、又は互いに対して自由に移動する場合に、前記ファイバの位置及び向きは、追跡されるか又は互いに対して及び実験室又は環境座標系における共通の基準に対して他の形で決定されるかのいずれかである。光コンソール１０８は、時間的に規定された（又はタイムスタンプされた）高速インタリーブ形式で順次的に又は（インテロゲーションプラットフォームの構成に依存して）両方のファイバセンサからの同時読み出しを用いて並列にのいずれかで前記２つのファイバセンサの各々からの測定値をインテロゲート又はポーリングする。この概念は、並列での複数の治療サイトへのガイドを可能にするように２より多いファイバに更に拡張されることができる。

光コンソール１０８からのデータは、形状決定アルゴリズム１０７で前記データを処理するコンピュータ１０６により受け取られることができる。このようにして、コンピュータ１０６は、プローブ１１２及び１１４内の前記光ファイバの３Ｄ形状の推定を得る。形状決定アルゴリズム１０７は、境界条件として、前記２つの光ファイバセンサがシース１１０内で互いに対して既知の位置／向きを持つ又は機械的に拘束されるという事実を含みうる。２つのファイバセンサ基準位置の相対位置／向きは、基準マーカの実際の測定値及びセカンダリ位置／向き測定装置（例えば１１７）を用いる外部追跡から交互に得られることができる。

これらの決定及び／又は推定を得た後に、コンピュータ１０６は、これらを以前の時点の決定、治療計画及び／又は推定と比較し、第２の可撓性プローブ１１４により参照される患者１２２の体に対してアプリケータ移動が生じたかどうかを決定することができる。

一実施例において、治療計画モジュール／システム１１６は、メモリ１０９に記憶される又はメモリ１０９に記憶された部分を持つことができる。治療計画モジュール／システム１１６は、前記１つ又は複数の治療装置（例えば、シード、カテーテル等）の計画された配置を、プローブ１１２から決定された経路軌道に基づく前記１つ又は複数の治療装置の実際の配置と比較するように構成されることができる。治療計画モジュール１１６は、全体的な計画目標を達成することに基づいて前記１つ又は複数の治療装置の配置に対して後の位置を出力するように構成される。治療計画モジュール１１６は、前記治療計画の目標が満たされることを保証するのに現在のフィードバックの評価が使用されることができるように、前歴に基づく代替ロードマップ及び／又は臨床決定木を持つ重み付けシステムを含むことができる。

前記実際の測定と前記治療計画との間に相対的移動が存在しない場合、患者１２２に固定された前記センサの部分（プローブ１１２及び１１４）の３Ｄ形状は、同調して（すなわち一緒に）移動することが期待されることができる。さもなければ、これらは、変化を示す非同期移動を持つ。検出された相対運動のインパクトは、この場合、処置前画像データベース１０４を用いて得られた前記患者の生体構造の情報及び介入経路特性を臨床結果とリンクするデータベース又はライブラリ内の同様の以前の調査から得られた情報を用いて決定される。前記相対移動が、規定されたアラーム制限を超過する場合、警告が与えられ、治療は、変更されたアプリケータ配置による前記治療計画の適応まで停止される。前記警告は、可聴的に、ディスプレイ１１９上で視覚的に又は前記プローブ自体の中の触覚フィードバックを含む他の適切な方法により生成されうる。

プログラミング、装置制御、機能のモニタリング及び／又はコンピュータ１０６若しくはワークステーション１０１との他のインタラクションは、インタフェース１２８を使用して実行されうる。ディスプレイ１１９は、ユーザがワークステーション１０１並びにそのコンポーネント及び機能、又はシステム１００内の他の要素とインタラクトすることを可能にすることもできる。これは、ワークステーション１０１若しくはシステム１００とのインタラクション及びユーザフィードバックを可能にするように、キーボード、マウス、ジョイスティック、触覚デバイス、又は他の周辺機器又は制御装置を含むインタフェース１２８により更に容易化される。

他の典型的な実施例において、前記光ファイバセンサを持つ可撓性プローブ１１２は、血管内アクセスを用いて前記腫瘍領域に到達するように挿入されることができる。例えば、プローブ１１２は、腫瘍領域１１８に近くなるまで前記患者の脈管構造を通って進められることができる。プローブ１１２は、この場合、腫瘍領域１１８に向けて血管壁を通って挿入される。この典型的な処置は、おそらく、例えば、放射線不透明造影剤と組み合わせて撮像システム１３０を使用して蛍光透視ガイドで実行されることができる。他の撮像技術も、使用されることができる。１より多い可撓性プローブ（１１２）が、腫瘍領域１１８に挿入されることができる。１より多い可撓性プローブ（１１４）が、患者１２２又は前記処置中に使用される他の機器の位置をモニタするように腫瘍領域１１８の外側の追加点に配置されることもできる。

１つの具体的実施例において、可撓性プローブ１３４（例えば、治療アプリケータ又は他の装置）は、光コンソール１０８とは独立に追跡及び／又は撮像されることができる。例えば、これらの追跡／撮像方法からのデータは、例えば、３Ｄ形状推定の精度を向上させる及び／又は関心体積（１１８）内の生理学的構造（目標及び通常組織の両方）の輪郭を描くようにプローブ１１２、１１４の空間的位置上に追加の幾何学的制約を課すように形状決定アルゴリズム／処置１０７により使用されることができる。このようにして、独立した基準点が、ＥＭ、撮像（撮像システム１３０）等のような追跡技術を使用して作成され、前記処置において使用される他のプローブ１１２、１１４の位置／向きに関する確認を可能にする。撮像装置１３０及び治療システム１３６は、ワークステーション１０１に接続されうる。このようにして、撮像システム１３０及び治療システム１３６は、システム１００の残りにより制御される及び／又はフィードバックを提供することができる。

他の実施例において、光ファイバ形状センサを備えた、より多数の可撓性プローブが、可撓性な表面及び／又は体積をモニタするのに使用されうる。これらの表面又は体積は、腫瘍のような関心目標であってもなくてもよいが、代わりに、患者移動、内部器官の移動、台１２４又は他のプラットフォームの移動、器具の移動等を含んでもよい。領域は、腫瘍領域１１８の内側及び／又は外側で生じることができるアプリケータ及び／又は組織幾何構成の２Ｄ又は３Ｄ変化の推定値を得るのに使用されることができる１つ又は複数の光ファイバ形状センサを含みうる。このような実施例は、より複雑であることができ、おそらく、２より多い光ファイバ形状センサ（プローブ１１２又は１１４）を使用することができる。これは、おそらく、例えば、目標及び／又は通常組織に対する前記治療アプリケータの移動に関するより多くの情報を提供することができる。システム１００は、ファイバ光センサを持つ複数の可撓性プローブを容易に収容するようにモジュール式にされることができる。

図３を参照すると、図は、本原理による説明的な概念的実施例を示す。移動が可能な質量３０２は、可撓性材料目標３０４を含む。質量３０２及び目標３０４の両方が、三次元において振動する又は位置を変えることができる。質量３０２及び目標３０４は、互いに対して限定された量を移動することができるが、一緒に移動することもできる。質量３０２及び目標３０４の両方の動的性質を考慮するために両者の相対的移動及び大域的移動を理解することが必要である。本原理によると、光ファイバセンサ３０６、３０８は、質量３０２及び目標３０４の位置／向きの変化を局所的にモニタするのに使用される。光ファイバセンサ３０８は、高い解像度で局所座標系３１２に対して局所的歪みを検出することができる。したがって、光ファイバセンサ３０８は、局所的歪みを検出するように目標３０４に又は近くに配置される。

同様に、質量３０２の局所的歪み（例えば、位置／移動）は、局所座標系３１０に対してモニタされる必要がある。この場合、光ファイバセンサ３０６は、局所的変化をモニタするように質量３０２上に配置されうる。加えて、目標３０４、質量３０２及び装置３０９（例えば、放射線源、シード等）の位置は、より大域的な座標系３１４によって理解される必要がある。装置３０９は、追跡ツールにより配置され、したがって、これらの位置は、正確に知られる。座標系３１０及び３１２を関連付ける追加の情報は、様々な拘束及び境界条件により提供されることができる。例えば、光ファイバセンサ３０６及び３０８は、共通の位置を共有することができる、又は１つのファイバ上の基準点が他のファイバ上の基準点に対して既知であるように他の形で追跡される。上記の通り、これは、（例えば、シース等の中で）センサ３０６及び３０８の両方に対して前記光ファイバの一部を束ねることにより達成されることができる。このようにして、共通の基準又は制約が、既知であり、光ファイバセンサ３０６及び３０８に沿った他の全ての点に対する解は、共通座標系３１４に対して決定及びモニタされることができる。

放射線治療に対して上に記載された場合に、目標３０４のモニタリングは、目標領域の腫脹、患者活動、機器の移動、装置３０９の配置の誤差等による変化を含みうる。センサ３０６からの他の基準点を持つことは、前記患者上の他の位置に対する局所的な移動のみならず、他のセンサ３０８に対する質量３０２（例えば、台又はプラットフォーム上の患者等）の向きの情報をも提供する。この例において、これは、放射線の照準／焦点合わせ、放射線シードの配置等に対するガイドを提供することができる。

図４を参照すると、治療中の変化をモニタする方法が、事例的に示される。ブロック４０２において、焦点エネルギ付与に対する線源の位置及び経路軌道が、前記焦点エネルギ付与に対して目標とされる組織の領域内の又は近くの場所まで体内に少なくとも１つの可撓性プローブを経皮的に挿入することにより決定される。前記プローブは、少なくとも１つの光ファイバセンサを含む。一実施例において、前記プローブは、前記線源の位置及び経路軌道が容易に識別されるように前記線源を配置する前記装置（例えば針）とともに含まれることができる。

ブロック４０４において、フィードバック信号が、前記少なくとも１つの可撓性プローブから収集され、前記少なくとも１つの可撓性プローブの変化を検出するように前記形状決定モジュールに入力され、これにより、治療計画によって、治療に対して目標とされる組織の領域及び治療の強度が、形状決定モジュールの出力に基づいて変更されることができる。

ブロック４０６において、前記位置及び経路軌道は、治療計画とリアルタイムで比較され、前記計画からのずれを定量化する。ブロック４０８において、第２のプローブが、前記第１のプローブに対する基準位置を提供するように導入されることができる。前記第２のプローブも、好ましくは、少なくとも１つの光ファイバセンサを含む。前記少なくとも１つの可撓性プローブ及び前記第２のプローブは、ブロック４１０において座標系を関連付ける制約又は条件を提供するように少なくとも１つの共通位置を共有することができるか、又は各プローブは、互いに対して既知である基準位置を持つことができる。

ブロック４１２において、治療の適応は、前記収集されたフィードバック及び計画比較に基づいて治療ゴールを達成するように提供される。前記ずれは、前記処置内の後の活動において考慮される。ブロック４１４において、全体的な計画目標を達成することに基づく前記１つ又は複数の治療装置の配置に対する後の位置が、出力されることができる。他の変化、提案又は動作は、治療計画ゴールが達成されることを保証するために要求されうる。ブロック４１６において、少なくとも１つの可撓性プローブの経路を独立に追跡するように構成された追加の追跡装置は、前記少なくとも１つの可撓性プローブの位置測定を確認する及び／又は向上させる又はセンサプローブに対する位置情報を決定する解制約又は条件を他の形で提供するために使用されうる。ブロック４１８において、前記処置は、完了されるまで、例えば、前記計画目標が達成されるまで、続行される。

添付の請求項を解釈する際に、以下のことを理解されたい。
ａ）単語"有する"は、所定の請求項に列挙された要素又は動作以外の要素又は動作の存在を除外しない。
ｂ）要素に先行する単語"１つの"は、複数のこのような要素の存在を除外しない。
ｃ）請求項内の参照符号は、その範囲を限定しない。
ｄ）複数の"手段"は、同じアイテム又はハードウェア又はソフトウェア実施構造又は機能により表されてもよい。
ｅ）動作の特定の順序は、特に示されない限り、必要とされることを意図されない。

（説明的であり、限定的ではないことを意図される）介入治療に対するアプリケータ配置のリアルタイム変化を決定する光ファイバ感知に対するシステム及び方法に対する好適な実施例を記載して、修正例及び変形例が、上記の教示を考慮して当業者によりなされることができることに注意されたい。したがって、添付の請求項により概説されるここに開示された実施例の範囲内である変形が、開示された開示の特定の実施例においてなされることができると理解されたい。詳細をこのように記載し、特許法により要求されて、請求され特許証により保護されることを望まれるものは、添付の請求項に記載される。

Claims (12)

1. 治療中の変化をモニタするシステムにおいて、
   光ファイバセンサを中に配置され、目標領域内に又は近くに経皮的に挿入され、１つ又は複数の治療装置に接続された第１のプローブセグメントと、
   光ファイバセンサを中に配置され、一般に前記第１のプローブから離れて配置され、前記目標領域内に又は近くに挿入されず、前記第１のセグメントに対する空間的基準点を提供する第２のプローブセグメントであって、前記第１及び第２のセグメントが、前記第１のプローブと前記第２のプローブとの間の基準として機能するように少なくとも１つの共通位置を持つ、前記第２のプローブセグメントと、
   フィードバック信号に基づいて前記第１及び第２のセグメントの各々の形状を決定し、前記形状を前記１つ又は複数の治療装置の計画された配置の情報と比較することにより処置中の前記形状のずれを測定し、前記ずれを補償するように治療に対して目標とされる組織の領域及び前記治療の強度を変更する形状決定モジュールと、
   を有するシステム。
2. 前記形状決定モジュールが、光信号を受け取り、前記第１のセグメントの経路軌道を決定し、前記１つ又は複数の治療装置の配置が、前記経路軌道に基づいて決定される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記１つ又は複数の治療装置が、放射線源を持つ医療器具を含む、請求項２に記載のシステム。
4. 前記１つ又は複数の治療装置が、放射線シードを含み、前記経路軌道が、シード位置を決定するのに使用される、請求項２に記載のシステム。
5. 以前に達成された計画に基づいて前記１つ又は複数の治療装置の計画された配置を出力する治療計画モジュールを有する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記第１のセグメント及び前記第２のセグメントの少なくとも一方の位置を確認するように前記第１のセグメント及び前記第２のセグメントの前記少なくとも一方に含まれるマーカを追跡する追加の追跡装置を有し、前記追跡装置からの情報が、前記形状決定モジュールの精度を向上させるように前記形状決定モジュールにより使用される、請求項１に記載のシステム。
7. 治療中の変化をモニタするワークステーションにおいて、前記ワークステーションが、
   プロセッサ及びメモリを含むコンピュータと、
   前記メモリに記憶され、フィードバック信号に基づいて複数の可撓性プローブの形状を決定する形状決定モジュールであって、前記可撓性プローブが、各々、中に配置された光ファイバセンサを持ち、前記可撓性プローブが、１つ又は複数の治療装置に接続され、前記形状を前記１つ又は複数の治療装置の計画された配置の情報と比較することにより処置中の前記形状のずれを測定する、前記形状決定モジュールと、
   前記メモリに記憶され、前記ずれを補償するように治療に対して目標とされる組織の領域及び前記治療の強度を変更する治療計画モジュールと、
   を有し、
   前記複数のプローブが、前記プローブ間の基準として機能する少なくとも１つの共通位置を持ち、
   目標領域内に又は近くに経皮的に挿入される第１のプローブ、及び
   一般に前記第１のプローブから離れて配置され、前記目標領域内に又は近くに挿入されず、前記第１のプローブに対する空間的基準点を提供する第２のプローブ、
   を含む、
   ワークステーション。
8. 前記形状決定モジュールが、光信号を受け取り、前記第１のプローブの経路軌道を決定し、前記１つ又は複数の治療装置の配置が、前記経路軌道に基づいて決定される、請求項７に記載のワークステーション。
9. 前記１つ又は複数の治療装置が、放射線シードを含み、前記経路軌道が、シード位置を決定するのに使用される、請求項８に記載のワークステーション。
10. 前記治療計画モジュールが、以前に達成された治療計画に基づいて前記１つ又は複数の治療装置の計画された配置を出力する、請求項７に記載のワークステーション。
11. 前記第１のプローブ及び前記第２のプローブの少なくとも一方の位置を確認するように前記第１のプローブ及び前記第２のプローブの前記少なくとも一方に含まれるマーカを追跡する追加の追跡装置を有し、前記追跡装置からの情報が、前記形状決定モジュールの精度を向上させるように前記形状決定モジュールにより使用される、請求項７に記載のワークステーション。
12. 前記複数のプローブが、前記少なくとも１つの共通位置において、前記少なくとも１つの共通位置の位置を追跡する追跡装置を含む、請求項７に記載のワークステーション。

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