TWI525464B - 光學纖維在光動力治療處置中之作用的模型化，以及此種處置之規劃的輔助 - Google Patents

光學纖維在光動力治療處置中之作用的模型化，以及此種處置之規劃的輔助 Download PDF

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Description

光學纖維在光動力治療處置中之作用的模型化，以及此種處置之規劃的輔助
本發明有關將用於藉由光動力治療處置病患之光學纖維的作用模型化之方法，及此種處置之規劃的輔助程序。
光動力治療(Photodynamic therapy,PDT)係涉及施用光敏性物質(該物質優先結合至組織，例如腫瘤細胞)，然後使用具有能活化該光敏性物質之適當波長的光源照射該組織的治療，該被活化之光敏性物質因此在原位釋放單態氧或自由基，該單態氧或自由基具有高度反應性且立即氧化鄰近組織，使癌細胞因細胞凋亡(程式性細胞死亡)而死亡或藉由以供應腫瘤細胞之血管為標靶使之局部缺血而使癌細胞死亡(血管標靶光動力治療技術或VTP)。如此產生之氧自由基物種通常具有低覆蓋率且壽命非常短，因此其毒性效果非常局部。PDT技術可處置如特定癌症或AMD(老年性黃斑部病變)等之疾病。
近年來，數個研究已顯示出藉由結合光敏性物質與特定雷射與專用光纖光學器件，PDT係用於處置攝護腺癌症的有效替代方法。
因此，本案申請公司已研究各種不同光敏劑，尤其是WST-09或，及更近來已研究WST-11，彼等係描述於專利申請案WO 2004045492及EP 1137411中，已證實該等光敏劑特別適於處置攝護腺癌。
在攝護腺癌之情況下，首先將光敏性產品靜脈注射施用於病患以便被癌細胞捕獲。於此階段，該藥物仍保持不活性，直到其曝露於適當波長之光為止。
然後，經由供應數個在超音波導引下定位之光學纖維的雷射施加該光。如此，將數個能藉由雷射供應能量之光學纖維導入攝護腺。近接治療中所使用類型之外部柵使得外科醫師能在攝護腺內精確定位不同光學纖維並使該等光學纖維相對彼此精確定位。更精確地說，此種柵包括複數個孔，這些孔根據已知間距之數列及數行的矩陣排列在單一平面內。例如，圖1中所顯示之近接治療柵1包括間隔0.5 mm之十三列與十三行之矩陣，交叉孔位於列與行之每一交叉點，例如孔2位於「F」行與「5」列之交叉點。將每一光學纖維(圖1中未圖示)經由孔垂直導至該外部柵，直到其進入待處置之攝護腺區域為止。使用連接至控制監視器之探針的超音波導使得外科醫師能在監視器螢幕上看到攝護腺，並將每一纖維導入給定之穿透深度。
為了有效處置，必須針對每位病患精確決定所使用之纖維數、其在近接治療柵之特定孔的定位及每一纖維在處置區域之導入長度。尤其是在攝護腺處置之情況下，由於構成光學纖維數、其位置及導入長度之不同參數將視攝護腺性質(體積、形狀等)、癌性腫瘤之位置及治療選項(光凝處置(focal treatment)、半燒蝕(hemiablation)等)而每一病患明顯不同，故個別處置規劃是必要的。
尤其是從文件「Treatment and planning and dose analysis for interstitial photodynamic therapy of prostate cancer」(Sean RH Davidson等人，Phys. Med. Biol. 54(2009) 2293-2313)，已知有用於實施以光動力治療攝護腺之規劃處置的輔助程序之軟體產品，以確使病患的目標區域或處置區域接收充分照射劑量，同時最小化周圍非目標區域所接收的照射劑量。該文件中，規劃係根據攝護腺中及周圍區域之光分布預測，更明確地說係根據有限元素之分解方法求得光之散射方程式的解。由於如此模型化之與光敏性物質相關聯之光學纖維的作用，該規劃包括找尋最適於該病患之處置的模型化光分布之組態(尤其是纖維數及纖維相對於近接治療柵之定位)。
此規劃方法的主要缺點在於模型化中所涉及的複雜數學計算。因此，獲得根據該組態之參數的規劃結果的總時間可能超過數小時。醫事人員(放射科醫師或外科醫師)所做的調整必須反覆且人工進行，直到獲得與所需一致之光分布為止。
此方法具有顯著的應用困難：探針及隨後光學纖維導導入攝護腺內明顯改變攝護腺的形狀及體積，並影響該規劃和有利於與目標(處置區域)有關之光學纖維的相對位置之模型的一致性。
由於計算所需之時間之故，調整到處置時實際記錄之參數(藉由超音波探針調整)不切實際。
因此，尚無簡單到足以幾乎自動輸送待用於每一病患之PDT處置的參數最佳化組態且只需要少許醫事人員之介入來模型化光學纖維之作用或輔助PDT處置之規劃的已知方法。
本發明明確意圖係提出一方面由電腦實施之模型化工具根據簡單計算，而另一方面亦由電腦實施之規劃工具來克服習知方法之缺點，該規劃工具對醫事人員而言容易使用，且可非常迅速地輸送(通常在數分鐘內輸送)針對每一病患特訂之規劃，為醫事人員最佳化所使用之纖維數及其長度與位置(相對於類似近接治療中所使用之外部柵的位置)。
為此目的，本發明有關一種藉由電腦實施之將欲用於處置病患之光學纖維的作用模型化之方法，該處置係藉由光動力治療以預定波長照射在一處置區域中光學纖維於該處置區域的嵌入長度，以活化施加於該病患且存在於該處置區域中之先前界定的光敏性物質，其特徵在於該方法包括藉由具有作用半徑R及對應於嵌入長度之長度L的圓柱形的基本理論作用體積將該光學纖維之基本理論作用體積模型化及決定該作用半徑R並以依照複數個使用該與至少一個光學纖維相關聯之光敏性物質在不同病患上進行之臨床試驗所測得之實際壞死區域的體積校正，各臨床試驗係與一組與該臨床試驗之實際條件對應之參數相關聯且包括至少所使用之光學纖維數量、其相對於近接治療柵之位置，及各纖維在處置區域中之嵌入長度，理論作用體積係從同一組參數及從該基本理論作用體積計算。
該模型化方法較佳包括以下步驟：
-從該等臨床試驗建構電腦資料庫，其係藉由將每一病患之對應於臨床試驗前該處置區域的一系列數位影像之第一數位檔案、對應於臨床試驗後該區域的一系列數位影像之第二數位檔案，及該組對應於臨床試驗之實際條件的參數儲存在該資料庫而建構；
-從該第一及第二數位檔案測量該資料庫中每一病患於臨床試驗期間之實際壞死區域體積；
-計算該資料庫中每一病患在該組參數內的總理論作用體積及纖維之基本理論作用體積；
-藉由使用該實際壞死區域之測得體積來校正針對該資料庫中每一病患所計算之總理論作用體積而決定光學纖維的作用半徑R。
該第一及第二數位檔案的系列數位影像較佳係分別對應於處置前後該區域的橫斷影像。
該等數位影像係例如核磁共振或超音波影像。
在較佳實施中，測量壞死區域之體積實際上包括以下步驟：
-將該第二電腦檔案之該系列影像載入及顯示於顯示在電腦螢幕的電腦圖形使用者介面上；
-藉由直接輸入於顯示在該電腦螢幕的該系列影像的每一影像上來描繪該實際壞死區域的輪廓；
-藉由從所輸入之輪廓的數位處理之體積重建來測量該實際壞死區域。
本發明亦關於使用與上述模型化方法相同原理來規劃藉光動力治療處置病患之輔助方法。更明確地說，一種藉由電腦實施以規劃藉由光動力治療處置病患之輔助方法，該光動力治療處置中必須將預定義之光敏性材料施用於該病患，然後接受通過經設計以根據與近接治療柵相關之位置被導過一段嵌入物進入的處置區之許多光學纖維之預定波長照射，該輔助方法之特徵在於其包括以下步驟：
-將對應於該處置區域之一系列數位影像載入及顯示於顯示在電腦螢幕的圖形使用者介面上；
-藉由直接輸入於顯示在該電腦螢幕的該系列影像的每一影像上來描繪該處置區域的輪廓；
-藉由從所輸入之輪廓的數位處理之體積重建來測量該處置區域；
-測量及定位疊加在該系列影像之每一影像與所輸入之對應輪廓上的近接治療柵之扁平表示圖；
-藉由計算所使用光學纖維數來決定該等光學纖維相對於該近接治療柵之位置及使以測得之處置區域的體積所計算的總理論作用體積之相關性最佳化的嵌入長度，該理論作用體積係根據各纖維之位置計算，纖維之基本理論作用體積對應於具有預定作用半徑R之圓柱形的體積，且高度對應於該纖維之嵌入長度。
作用半徑R較佳係根據模型化程序之模型化方法預定。
或者，作用半徑R係選自一組可能值。
在輔助方法之較佳實施中，藉由計算之決定步驟使用梯度下降型最佳化演算法，即，包威爾演算法。
本發明亦有關一種電腦程式產物，其在電腦上實施時進行本發明之模型化方法。
最後，本發明有關一種電腦程式產物，其在電腦上實施時進行本發明之規劃輔助方法。二者電腦程式產物可獨立或結合在單一電腦程式產物中。
首先，本發明藉由光動力治療用於病患之抗癌處置的光學纖維之作用的模型化方法之不同階段將參考圖2詳細說明。亦強調該方法旨在藉由設計為安裝在電腦上之軟體產品實施。因此該軟體產品包括數個常式軟體，某些常式軟體有關模型化中所牽涉之計算或估計階段，而其他常式軟體更明確地關於管理使用者圖形介面、能顯示在電腦螢幕上，及處理可由使用者經由該使用者圖形介面輸入的資訊。
在該研究中，本案申請人已確認使用具有763 nm之特定波長的光學纖維連同使用WST11光敏劑用於處置攝護腺癌的模型化方法。很容易暸解模型化原理以及輔助從該模型化所形成之規劃的原理可用於光學纖維與光敏劑之其他組合，並應用於處置其他器官。
本發明之模型化方法基本上係以被視為與光敏劑併用的光學纖維之基本理論作用體積可藉由具有半徑R(對應於該纖維之作用半徑)、長度L(對應於該纖維發光之長度)的圓柱形模型化為基礎。該模型係以檢視圖3所示之在不同視角下的纖維之發射剖面圖為基礎。比較相應於不同視角之各不同曲線，吾人確實可看到與該纖維之長軸成90°角獲得最大強度。因此，本案申請人尋求根據先前臨床試驗之結果決定纖維之作用半徑R的方式。
本案申請人之研究顯示可能建立仿射關係式，以下者之間的相關係數大於0.8：
-首先，使用與至少一光學纖維相關連之相同光敏性材料在不同病患上進行的臨床試驗中之實際壞死區域體積，每一臨床試驗係與一組相應於真實臨床試驗條件的參數相關連且包括至少所使用之光學纖維數、其相對於近接治療柵之位置，及各纖維在處置區域中之嵌入長度，
-其次，從同一組參數與纖維之基本理論作用體積所計算出之理論作用體積。
由於理論作用體積取決於纖維之基本理論作用體積，而該基本理論作用體積特別為作用半徑之函數，故可能容易決定該作用半徑。
參考圖2，該模型化方法100因此包括從先前在複數個病患上使用相同劑量之與吾人尋求模型化之至少一個光學纖維相關連的相同光敏性材料(諸如4 mg/kg of WST11)進行的臨床試驗結果來建構資料庫之初步階段110。該建構包括將每一病患一個記錄儲存於具有至少以下要素的資料庫中：
-對應於臨床試驗前該處置區域的一系列核磁共振影像(較佳係一系列橫切面影像)之第一數位檔案；
-對應於試驗後該區域的一系列核磁共振影像(較佳係以PDT處置該區域數天後的影像)之第二數位檔案；
-對應於臨床試驗之實際實施條件的所有參數，包括至少所使用之光學纖維數，其在近接治療柵上之位置，及各纖維在處置區域之導入長度。
例如，圖4圖示呈現處置前之具有輪廓3的攝護腺之橫切面、實際用於該臨床試驗中之PDT處置的光學纖維4，換言之，十二個相同光學纖維，及其定位。中心點5示意呈現尿道之位置。緊鄰每一表示光學纖維之點的數字表示每一纖維嵌入攝護腺的嵌入長度。圖5顯示由PDT處置後七天拍攝之核磁共振影像所獲得的攝護腺同一橫切面。
一旦建立資料庫，則實施該程序之步驟120，以根據第一及第二數位檔案為該資料庫中之每一病患測量(即，為該資料庫中之每一記錄測量)，來判定臨床試驗中之實際壞死區域體積。
在本發明較佳具體實例中，步驟120較有利係包括第一步驟121，於第一步驟121期間係在顯示於電腦螢幕的使用者圖形介面(未圖示)上載入並逐格顯示第二檔案的一系列影像。然後，使用者(在此情況下為放射科醫師或外科醫師)可於步驟122中藉由在電腦螢幕上一系列顯示的每一影像上直接輸入(較佳係經由連接至該電腦之滑鼠輸入)來描繪實際壞死之區域的輪廓。醫事人員所提交之輪廓係直接疊加在每一影像上顯示，使得該醫事人員能在繼續下一步驟之前進行必要的任何輪廓修改。然後可在步驟123中藉由從輸入之輪廓的傳統數位處理所得的體積重建而有效地計算實際壞死區域體積。
對於資料庫之每一記錄重複步驟121至123。在步驟120之後，亦為儲存在資料庫中之所有臨床試驗提供所有實際壞死區域體積。
本發明方法的下一步驟130(其實際上可在步驟120之前、之後或甚至同時進行)接著在於根據纖維總數、每一纖維之位置、每一纖維之嵌入長度及光學纖維之基本理論作用體積來為資料庫中之每一病患決定總理論作用體積，其係由以下方程式給定：
V=πR2L
再次，該體積係藉由體積重建之傳統方法計算，但此處考慮到在每一橫切面平面中之光學纖維體的整體輪廓，其中每一纖維係當作圓柱形處理。圖6顯示介於從第二數位檔案獲得之攝護腺的核磁共振橫切面影像(圖6之左側)與藉由圓柱形模型化每一纖維之作用體積(以白色矩形表示)時的同一水平之整體輪廓(圖6之右側)的比較實例，其中該核磁共振橫切面影像中，在對應之臨床試驗期間實際使用的光學纖維4之位置係相對於近接治療柵1疊加顯示。
一旦已進行步驟120及130，在圖2中所示之步驟140中唯一待進行的是藉由與使用所測量之實際壞死區域體積計算的總理論作用體積之相關來決定用於該資料庫中每一病患的光學纖維之作用半徑R。
在從使用病患每公斤使用4 mg之劑量、每次使用數個嵌入長度為15至40 mm(增量為5 mm)的纖維所進行的28個臨床試驗之結果彙集的資料庫已確認上述模型化方法100。
圖7右側之曲線顯示在理論體積與臨床試驗所產生之實際壞死區域體積之間所獲得之非常良好相關(相關指數等於0.87)。在尋求理論體積最接近28個臨床試驗之實際壞死區域體積的R值時，發現平均半徑為7.49 mm且精確度為1.08 mm。
圖7左側之圖表示實際壞死體積與纖維之基本體積總合的相關結果。因此，注意到根據纖維之位置考慮所有纖維所形成的實際體積而非該等纖維之基本體積總和獲得遠憂較佳之相關，此係因為顧慮到當定位兩個纖維A與B以具有重疊區域C(如圖8中之實例所圖示)，實際體積不對應於兩個獨立之纖維的基本體積總和，而是對應於該等基本體積之總和減去共同體積。換言之，在模型化時，由於在覆蓋區域中之細胞可能只會壞死一次，故在已被其他纖維之作用所覆蓋之體積的一部分之纖維的作用不應考慮在內。
現在可使用上述模型化結果規劃任何未來之PDT處置，實施現將描述之本發明規劃輔助方法200，特別是參考圖9。再次，該輔助方法係欲藉由設計為安裝在電腦上之軟體產品實施，且某些程序步驟需要使用者(通常是醫事人員)經由設計為顯示在電腦螢幕上且由該軟體產品控制之圖形介面介入。該規劃之目的係迅速將一組所使用之纖維數、該等纖維相對於近接治療柵之定位及嵌入入處置區域之長度方面已針對任何接受光動力治療的病患最佳化之參數迅速輸送給醫事人員。
為了實施現將詳細說明之不同步驟210至240，必須事先進行軟體產品之校正以決定光學纖維之作用半徑R值。此可藉由儲存另外決定之R值，或藉由令使用者從一組可能值(例如該組{5.5 mm，5.6 mm，6.5 mm，7.5 mm，8.5 mm}之值)選擇R值而獲致。然而，較佳地，如圖9所示，R值係在實施上述模型化方法100之步驟的同一軟體產品中決定。如此，可能在於任何時間將任何新的臨床試驗納入考慮時再校正作用半徑之值。
輔助方法的第一步驟210則包括使得能在顯示於電腦螢幕上之使用者圖形介面上載入及顯示對應於處置區域之一系列數位影像(核磁共振或超音波影像，較佳為平橫切面)的數位檔案。該數位檔案為例如DICOM格式。圖10顯示例如在使用者圖形介面6呈現已載入以供顯示之病患的攝護腺之橫切面影像7之區域的電腦螢幕複本。從螢幕截圖可看出，圖形介面6亦包括資訊區8，該資訊區8具有數欄使用者可經由連接至電腦的小鍵盤直接輸入來填寫之欄位，及各種不同命令按鈕以得使用者能觸發多重作用。特別是，在步驟210之後，使用者可使用介面之區9的導航按鈕在影像的數位檔案之不同區段之間導航，以經由該介面之區10上的兩個按鈕在所顯示之每一影像7上放大及分別縮小。其他按鈕使得可移動所顯示之影像或改變對比。可將不同病患資訊直接輸入於介面區8，例如檢驗中心、病患之識別符號及姓名、病患生日、所輸送之劑量及能量，以及任何適宜之註解。所有資訊係於規劃之後儲存，例如儲存為PDF檔。
於步驟210之後，醫事人員可直接進行至圖形介面6至描繪處置區域之輪廓的步驟220。描繪輪廓係藉由直接輸入於顯示在圖形介面6上之該系列的每一影像7上進行，較佳係經由連接至電腦的滑鼠進行。醫事人員所輸入之輪廓係直接疊加在每一影像上顯示，使得該醫事人員能在繼續下一步驟之前進行必要的任何輪廓修改。舉例而言，圖11顯示一電腦螢幕截圖，該電腦螢幕截圖由使用者所繪製之輪廓11可疊加顯示於平橫切面影像7上的使用者圖形介面區域。
此處應注意的是，在攝護腺癌之PDT處置期間，可處置該腺體的不同區域。根據該等不同臨床程序，藉由說明實施之輔助方法有利地容許使用者界定適宜病患的程序。其操作四個選項：
-處置整個腺體；
-處置右瓣(右半燒蝕)；
-處置左瓣(左半燒蝕)；
-局部處置。
在描繪輪廓步驟220之前，使用者可有利地選擇其所希望的處置類型，例如經由使用者圖形介面的下拉式選單的選擇區12(見圖10)來選擇。
視所選擇之處置類型而定，除攝護腺輪廓以外，使用者可能必須輸入更精確界定該處置區域的其他輪廓。
在描繪輪廓步驟220之後，吾人因此擁有一系列橫切面之MRI與處置區域之輪廓，其疊加顯現於使用者圖形介面的顯示上。於此時可使用與上述相同之導航按鈕9、放大按鈕10、對比改變或移動按鈕。該等輪廓可有利地儲存以供稍後隨時再載入及檢視。
本發明規劃輔助方法的下一步驟230則包括藉由從步驟220所輸入之輪廓的傳統數位處理進行的體積重建來測量處置區域之體積。若該處置區域是整體攝護腺，則該步驟較佳係由使用者在特定命令按鈕(諸如圖10中所示之按鈕13)上的動作觸發。如此量得之體積有利地在圖形介面上以cm3單位顯示。當量得之體積係攝護腺之體積時，吾人亦可計算並在三個空間平面(橫切面、縱切面及冠狀切面)上以毫米顯示攝護腺的最大大小。
本發明規劃輔助方法之後的步驟240包括顯示及定位疊加在對應系列的每一影像與所輸入之輪廓的近接治療柵之平坦表示圖。為此，使用者必須從先前載入之橫切面影像選擇影像，較佳係對應於該系列影像之選擇中央截面之影像。該選擇之影像係顯示於圖形介面之對應顯示區域，其具有先前於步驟220中輸入的疊加輪廓。於該階段，使用者可有利地界定對應於可用纖維之位置與攝護腺囊之間所需的最小距離之初始定全邊界。該距離係以預定固定值(例如等於6 mm)初始化之預設值，但可經由輸入區域14之圖形介面(見圖10)修改。步驟240較佳係由使用者觸發，例如藉由啟動位於輸入區域14中之使用者圖形介面的特定作用按鈕而觸發。
圖12a與12b呈現例如在步驟240實施期間所獲得的兩個螢幕截圖。更明確地說，圖12a呈現使用者圖形介面之上所選擇之平坦橫切面影像7與使用者所輸入的先前相關連的輪廓11(步驟220)同時顯現的區域；及方形15，其側邊對應於第一安全邊界，且其中心對應於近接治療柵之具體位置，通常為對應於介於圖1所示之柵的中央欄D與該柵之最低一行1之間的交叉點的位置D1。該方形可由使用者經由使用者圖形介面點擊其中心點而有利地移動。
圖12b呈現圖形介面6中顯示疊加在所選擇之平坦橫切面影像7與對應之先前輸入的輪廓11(步驟220)上之近接治療柵的圖形平坦圖式16之區域。該平坦圖式16作為複數個記號顯現，該等記號於此處為圓圈，排列成對應於圖1之近接治療柵的矩陣。此階段可有利地使用色彩對使用者提供可能用於處置之纖維的位置之目觀指示。例如，白色圓圈示意一位置位於攝護腺輪廓之外，故其不可用；而紅色圓圈對應於攝護腺輪廓內之位置，但因其不在處置區域中，或因根據先前界定的安全邊界其過於接近高風險區域(例如囊或尿道)，故其不可用。綠色圓圈則可意謂著可用之特定位置，如此指示可選擇之光學纖維的最大量。
下一步驟250(圖9)構成本發明規劃輔助方法的核心。其關於藉由計算所使用之光學纖維數、該等光學纖維在近接治療柵上之位置及容許在所計算之理論作用體積與步驟230之處置區域的體積之間獲得最佳匹配的嵌入長度方面的最佳參數而自動決定。
理論作用體積之計算係以關於圖2之模型化方法100中所解釋相同模型化原理為基礎。如此，根據每一纖維之位置及纖維之基本理論作用體積來計算總理論作用體積，後者基本體積對應於具有預定作用半徑R之圓柱形的體積，且高度對應於該纖維之嵌入長度。
為能最佳化，步驟250較佳係使用梯度下降型最佳化演算法，如包威爾演算法。該演算法沿著共軛方向進行一維最小化。若ST 1As2=0，Rn的兩個向量(或方向)s1及s2係鏡像共軛正定對稱矩陣A。該演算法需要目標函數f之定義最小化。此處，函數f已經定義，因此該演算法最佳定位該等纖維，即，具有目標區域之最佳覆蓋率，但其限制係攝護腺外(目標外)無壞死區。所使用之函數可藉由以下方程式而以數學方式定義：
其中N係總纖維數，i係代表特定纖維之指數，v係立體像素值，T為目標區域且H為保留在目標外部部分，而w1及w2為固定正重量。
換言之，此處使用包威爾演算法以求出將使針對不同參數值計算之理論體積與處置區域之量得體積之間的差異最小化的最佳參數值(N數值、各纖維之位置i、嵌入長度)。實際上，該演算法將藉由輸入第一可能N值而開始，該N值係藉由將步驟230中量得之目標體積除以纖維的基本理論作用體積來估計，該纖維之基本理論作用體積等於πR2L，其中R係該纖維之預定作用半徑。
然後藉由重複搜尋纖維之所有可能位置與嵌入長度來繼續該演算法，纖維之位置與嵌入長度將使該演算法能朝函數f之最小值收斂。在選定之模型與該演算法所實施之計算的簡單性的情況下，可非常迅速地於數分鐘期間之後獲得結果。由於該演算法只考慮實際可用位置(步驟240中所顯示之柵的平坦圖式上的綠色圓圈)，故該等計算尤其快速。
最佳化步驟250較佳係由使用者觸發，例如藉由啟動位於輸入區域18中之使用者圖形介面6的特定作用按鈕17而觸發(見圖10)。
應注意到亦可提供較大使用彈性，促使使用者在開始最佳化250之前選擇特定參數，諸如欲使用之纖維數，其條件係該數不與可用於處置區域中之最大纖維數相抵觸。在該情況下，纖維數係由使用者直接輸入，較佳係在圖形介面之輸入區域18中輸入。此外，除了前文提及之第一安全邊界之外，使用者可自行界定兩個額外安全邊界，第一邊界對應於該等纖維末端與攝護腺囊底部之間的最小距離(預設值設為5 mm)，而第二安全邊界對應於該等纖維末端與攝護腺囊頂點之間的最小距離(預設值設為3 mm)。該等不同安全邊界可有利地由使用者在圖形介面之輸入區域18中的專屬欄位水準直接輸入來修改。最後，如前文已提及，使用者可於數值組{5.5 mm，5.6 mm，6.5 mm，7.5 mm；8.5 mm}中選擇作用半徑R值。
所有情況下，在供最佳化的步驟250結束時，已提供給予最小數值(由使用者選擇或自動最佳化)、每一纖維之位置與長度的結果，該等參數之值已針對病患之特定情況做最佳化。該結果有利地顯示於使用者圖形介面，例如在接近輸入區域18的特定顯示區域19中(圖10)。
除了該等數據之外，亦可能提供以顯示以下額外數據：
-與模擬之目標體積相比的壞死覆蓋率。
-對應於目標體積上之纖維的長度總和之指數。
-纖維之長度總和。
-三個傾角(軸向切面-冠狀切面及縱切面)於MRI影像上之模擬作用體積的圖形圖式。
明顯地，該結果亦儲存為例如PDF檔案，如此使用者可藉由在電腦上顯示或在紙上列印提供概述的規劃報告而隨時查閱，該概述包括：
-先前輸入該圖形介面之任何病患資訊；
-所量得之不同體積；
-所選擇之處置類型；
-在最佳化中所考慮之安全邊界；
-所使用之纖維的作用半徑；
-所選擇或最佳化之纖維數；
-該等纖維之位置與長度；
-介於每一纖維之間的距離；
-該等纖維之指數、長度總和及獲致之覆蓋率。
-用於規劃之不同MRI橫斷面。
所獲得之規劃可藉由例如人工修改纖維數而有利地改善。每添加或刪減纖維，則重新計算該等纖維之覆蓋率、指數及長度總和，並顯示於該界面上。藉由修改一或多個參數亦可容易地導入同一病患的新規劃，該等參數係選自：
-近接治療柵之定位
-纖維數
-安全邊界
-纖維之作用半徑
1．．．近接治療柵
2．．．孔
3/11．．．輪廓
4．．．光學纖維
5．．．中心點
A/B．．．纖維
C．．．重疊區域
6．．．使用者圖形介面
7．．．橫切面影像
8．．．介面區
9/10．．．區
12．．．選擇區
13/17．．．按鈕
14/18．．．輸入區域
15．．．方形
16．．．圖形平坦圖式
19．．．顯示區域
按照下列描述並參考附圖，將更暸解本發明之各不同實施樣態，該等圖式中：
-圖1已於前文描述，係外部近接治療型柵之實例，其用於定位PDT處置用之複數個光學纖維；
-圖2以簡化概要形式圖示本發明模型化方法中所實施之步驟；
-圖3顯示特定光學纖維在不同觀察角度下於763 nm之波長下的發射剖面圖；
-圖4示意呈現處置前之攝護腺的橫切面之實例，及有效用於臨床試驗中PDT處置的光學纖維之定位；
-圖5顯示一顯示在臨床試驗中於PDT處置攝護腺後七天所獲得之橫切面的核磁共振影像之實例；
-圖6示意圖示根據光學纖維在近接治療柵上之相對位置模型化一組光學纖維之作用的原理；
-圖7圖示已進行以確認該模型之各種關連的結果；
-圖8示意圖示經定位以產生重疊區域的兩個光學纖維；
-圖9以簡化概要形式顯示本發明規劃輔助方法中所實施之不同步驟；
-圖10係呈現本發明規劃輔助方法之第一階段後之使用者圖形介面的電腦螢幕之複本；
-圖11、12a及12b係呈現本發明規劃輔助方法之不同階段的使用者圖形介面之可見區域的顯示實例之螢幕截圖。

Claims (14)

  1. 一種藉由電腦實施之將欲用於處置病患之光學纖維(4)的作用模型化之方法(100)，該處置係藉由光動力治療以預定波長照射在一處置區域中光學纖維於該處置區域的嵌入長度，以活化施加於該病患且存在於該處置區域中之先前界定的光敏性物質，其特徵在於該方法包括藉由具有作用半徑R及對應於該嵌入長度之長度L的圓柱形的基本理論作用體積將該光學纖維之基本理論作用體積模型化及決定(140)該作用半徑R並以依照複數個使用該與至少一個光學纖維相關聯之光敏性物質在不同病患上進行之臨床試驗所測得之實際壞死區域的體積校正，各臨床試驗係與一組與該臨床試驗之實際條件對應之參數相關聯且包括至少所使用之光學纖維數量、其相對於近接治療柵(1)之位置，及各纖維在處置區域中之嵌入長度，理論作用體積係從同一組參數及從該基本理論作用體積計算。
  2. 如申請專利範圍第1項之模型化方法(100)，其中，該方法係由以下步驟所構成：-從該等臨床試驗建構(110)電腦資料庫，其係藉由將每一病患之對應於臨床試驗前該處置區域的一系列數位影像之第一數位檔案、對應於臨床試驗後該區域的一系列數位影像之第二數位檔案，及該組對應於臨床試驗之實際條件的參數儲存在該資料庫而建構；-從該第一及第二數位檔案測量(120)該資料庫中每一病患於臨床試驗期間之實際壞死區域體積； -計算(130)該資料庫中每一病患在該組參數內的總理論作用體積及纖維之基本理論作用體積；-藉由將針對該資料庫中每一病患所計算之總理論作用體積與該實際壞死區域之測得體積加以關聯而決定(140)光學纖維的作用半徑R。
  3. 如申請專利範圍第2項之模型化方法(100)，其中，該第一及第二數位檔案的系列數位影像分別對應於處置前與處置後該區域的橫斷影像。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之模型化方法(100)，其中，該等數位影像為磁共振或超音波影像。
  5. 如申請專利範圍第2項之模型化方法(100)，其中，測量壞死區域之體積的步驟(120)實際上包括以下步驟：-將該第二電腦檔案之該系列影像載入及顯示(121)於顯示在電腦螢幕的電腦圖形使用者介面上；-藉由直接輸入於顯示在該電腦螢幕的該系列影像的每一影像上來描繪該實際壞死區域的輪廓(122)；-藉由從所輸入之輪廓的數位處理之體積重建來測量(123)該實際壞死區域的體積。
  6. 一種藉由電腦實施以規劃藉由光動力治療處置病患之輔助方法(200)，該光動力治療處置中必須將預界定之光敏性材料施用於該病患，然後接受通過許多經設計而要根據與近接治療柵(1)之相對位置被以一段嵌入長度導入處置區之光學纖維之預定波長照射，該輔助方法之特徵在於其包括以下步驟： -將對應於該處置區域之一系列數位影像(7)載入及顯示(210)於顯示在電腦螢幕的圖形使用者介面(6)上；-藉由直接輸入於顯示在該電腦螢幕的該系列影像的每一影像上來描繪該處置區域的輪廓(220)；-藉由從所輸入之輪廓(11)的數位處理之體積重建來測量(230)該處置區域的體積；-顯示及定位(240)疊加在該系列影像之每一影像(7)與所輸入之對應輪廓(11)上的近接治療柵(1)之扁平表示圖(16)；-藉由計算所使用光學纖維數來決定(250)該等光學纖維相對於該近接治療柵之位置及使以測得之處置區域的體積所計算的總理論作用體積之相關性最佳化的嵌入長度，該總理論作用體積係根據各纖維之位置計算，纖維之基本理論作用體積對應於具有預定作用半徑R之圓柱形的體積，且高度對應於該纖維之嵌入長度。
  7. 如申請專利範圍第6項之輔助方法(200)，其中，該作用半徑R係根據申請專利範圍第1至5項中任一項之模型化方法來預定。
  8. 如申請專利範圍第6項之輔助方法(200)，其中，該作用半徑R係選自一組可能之值。
  9. 如申請專利範圍第6至8項中任一項之輔助方法(200)，其中，該系列的該處置區域數位影像(7)對應於該處置區域之橫斷影像。
  10. 如申請專利範圍第6項之輔助方法(200)，其中， 該等數位影像為磁共振或超音波影像。
  11. 如申請專利範圍第6項之輔助方法(200)，其中，藉由計算之決定步驟(250)使用梯度下降型最佳化演算法。
  12. 如申請專利範圍第11項之輔助方法(200)，其中，藉由計算之決定步驟(250)使用包威爾演算法(Powell algorithm)。
  13. 一種電腦程式產品，其在電腦上實施時進行如申請專利範圍第1至5項中任一項之模型化方法。
  14. 一種電腦程式產品，其在電腦上實施時進行如申請專利範圍第6至12項中任一項之輔助方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7517616B2 (ja) 2021-08-17 2024-07-17 株式会社島津製作所 光治療計画装置および光治療計画方法
CN117434721B (zh) * 2023-11-22 2024-07-26 上海频准激光科技有限公司 一种光纤合束控制方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6011563A (en) * 1995-04-24 2000-01-04 The University Of Toledo Computer controlled photoirradiation during photodynamic therapy
EP1137411B1 (en) 1998-12-09 2006-12-06 YEDA RESEARCH AND DEVELOPMENT Co. LTD. Palladium-substituted bacteriochlorophyll derivatives and use thereof
JP2001046529A (ja) * 1999-08-13 2001-02-20 Terumo Corp 加熱治療装置
AU2003230164B2 (en) * 2002-05-08 2008-05-01 Yeda Research And Development Co. Ltd. Sensitized online BOLD-MRI imaging method
IL152900A0 (en) 2002-11-17 2003-06-24 Yeda Res & Dev Water-soluble bacteriochlorophyll derivatives and their pharmaceutical uses
SE527164C2 (sv) * 2003-05-14 2006-01-10 Spectracure Ab Anordning och metod för terapi och diagnostik innefattande optiska komponenter för distribution av strålning
RU2299083C2 (ru) 2005-05-23 2007-05-20 ГУН НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова Росздрава Способ дозиметрического планирования внутриполостной брахитерапии первичного и метастатического рака влагалища
DE602007006520D1 (de) * 2006-08-15 2010-06-24 Spectracure Ab System und verfahren zur kontrolle und einstellung von interstitiellen photodynamischen lichttherapie-parametern
WO2010089416A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Spectracure Ab System and method for pre-treatment planning of photodynamic light therapy

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