RU2493891C2 - Электромагнитное обнаружение положения аппликатора для брахитерапии с высокой мощностью дозы - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам позиционирования источников лечения. Устройство содержит аппликатор, вживляемый в целевую область, имеющий, по меньшей мере, один направляющий канал для радиоактивного источника или зерна, множество видимых на изображении опорных точек, содержащих множество электромагнитных датчиков, причем опорные точки прикреплены к пациенту смежно с целевой областью, электромагнитную систему слежения для определения положений электромагнитных датчиков и электромагнитных датчиков на опорных точках, и процессор для формирования плана сеанса брахитерапевтического лечения, основанного на комбинации относительного положения электромагнитных датчиков на аппликаторе и электромагнитных датчиков на опорных точках и изображения. Во втором варианте выполнения устройства оно также содержит генератор поля, при этом множество электромагнитных датчиков для подачи сигналов индикации положения реагируют на генератор поля, причем один из электромагнитных датчиков размещен на аппликаторе, а один - на цели. Устройство содержит также множество процессоров для определения положений источника и цели в ответ на сигналы от электромагнитных датчиков. Использование изобретения позволяет повысить точность планирования при снижении радиационной нагрузки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Настоящая заявка относится к терапевтической области техники. Она находит практическое применение в связи с брахитерапией с высокой мощностью дозы (HDR) и будет описана с конкретной ссылкой на брахитерапию. Однако, необходимо принять во внимание, что данное изобретение также найдет применение в связи с другими методами терапевтического лечения, такими как брахитерапия малыми дозами, позиционирование других источников лечения и подобными.

Злокачественные опухоли часто лечат с помощью комбинированной терапии, сочетая хирургические методы, химиотерапию, радиотерапию и т.д. Например, часто опухоль удаляют хирургическим путем, после чего пациента подвергают воздействию химиотерапии или радиации с целью уничтожить все оставшиеся раковые клетки. В одном варианте радиационного лечения рентгеновский луч от линейного ускорителя направляется сквозь целевую область (области). Наоборот, при брахитерапии в целевую область вводится зерно (зерна), которое облучает целевую область изнутри.

При HDR брахитерапии аппликатор в виде катетера размещается внутри пациента, проходя через целевую зону, подлежащую облучению. Источник высокой мощности дозы, например, гранула или зерно иридия 192 перемещается по катетеру на конце проволоки и задерживается в одной или нескольких намеченных позициях в течение запланированного периода времени. Данная процедура повторяется обычно один или два раза в день на протяжении нескольких дней.

В случае лечения рака молочной железы, следующего за операцией по удалению опухоли, аппликатор вживляется хирургическим путем в целевую область, подлежащую облучению. Подходящим аппликатором является HDR аппликатор Cianna SAVI™, производимый компанией Cianna Medical г. Алисо Вьехо, Калифорния. Проводится сканирование методом компьютерной томографии (СТ) с целью получения изображения высокого разрешения аппликатора и тканей в целевой области. Данное изображение используется для планирования брахитерапии, чтобы составить план, в каком месте вдоль аппликатора будет помещено зерно, и на какое время. Затем распланированное брахитерапевтическое лечение применяется один или два раза в день в течение нескольких дней. В частности, для таких мягких тканей, как ткань молочной железы, существует возможность, что аппликатор может сместиться относительно обрабатываемой ткани. Для того, чтобы иметь уверенность, что аппликатор находится в надлежащем положении, то есть что осуществляется именно запланированное лечение, перед каждым сеансом брахитерапии проводится СТ-сканирование.

Настоящая заявка описывает новое усовершенствованное устройство и способ, которые способны преодолеть эти и другие проблемы.

В соответствии с одним аспектом, предоставляется брахитерапевтическое устройство. Вживляемый аппликатор обеспечивает, по меньшей мере, один направляющий канал для направления радиоактивного источника или зерна в целевую область. На аппликаторе установлено множество электромагнитных датчиков. Для прикрепления к пациенту смежно с целевой зоной сконструировано множество видимых на изображении опорных точек, которые содержат электромагнитные датчики. Электромагнитная система слежения определяет относительное положение установленных на аппликаторе датчиков и датчиков на опорных точках.

В соответствии с другим аспектом, предоставляется способ брахитерапии. Аппликатор, имеющий, по меньшей мере, один канал для вмещения источника излучения или зерна и множество электромагнитных датчиков, вживляется в мягкие ткани, смежные с целевой зоной. Видимые на изображении опорные точки, которые содержат электромагнитные датчики, устанавливаются в мягкие ткани, смежные с целевой областью. Формируется изображение высокого разрешения для составления плана, относящееся к целевой области, включая аппликатор и опорные точки. Осуществляется электромагнитное отслеживание положения датчиков, установленных на аппликаторе, относительно датчиков, установленных на опорных точках.

Одно преимущество заключается в снижении радиоактивного воздействия.

Другое преимущество заключается в гарантированной точности запланированной брахитерапии.

Дополнительные достоинства и преимущества станут очевидны для специалистов в данной области по прочтении и усвоении нижеследующего подробного описания.

Данное изобретение может носить характер различных, компонентов и конфигураций компонентов, а также различных этапов и конфигураций этапов. Чертежи имеют целью лишь иллюстрацию предпочтительных вариантов осуществления, и их не следует рассматривать как ограничение данного изобретения.

Фиг.1 представляет собой схематический чертеж брахитерапевтической системы, включающей в себя аппликатор, оснащенный аппаратурой;

Фиг.2 иллюстрирует альтернативный вариант осуществления аппликатора, оснащенного аппаратурой; и

Фиг.3 показывает СТ-изображение вживленного аппликатора для брахитерапии.

Касательно Фиг.1, мультикатетерный аппликатор 10 содержит множество направляющих каналов или канюль 12, которые проходят от приемного конца 14 радиоактивного зерна до наконечника 16 на противоположном вживляемом конце. Первый электромагнитный датчик 18 располагается на наконечнике 16 аппликатора. По меньшей мере, один дополнительный электромагнитный датчик 20 устанавливается на или в одной из канюль. По желанию, один или несколько дополнительных электромагнитных датчиков 22 могут предусматриваться на других канюлях.

При одном способе использования, проводится хирургическая операция по удалению опухоли молочной железы для того, чтобы удалить раковое или потенциально раковое новообразование. После хирургической операции вводится аппликатор 10 в сжатом положении. То есть все канюли располагаются параллельно и близко друг к другу в пучке минимального поперечного сечения. Аппликатор размещается с использованием ультразвуковой системы 24 направления (включая ультразвуковой сканер) для расположения аппликатора в выбранном положении, обычно, с головной частью 26 в пределах объема, освобожденного после удаления опухоли. Механизм расширения, такой как тяга 28а, приводится в движение для того, чтобы расширить введенную головную часть 26 аппликатора, например, чтобы сдвинуть наконечник 16 и кольцо 28b в направлении друг к другу, заставляя секции канюль в головной части 26 расширяться относительно стержневой части 30. Секции канюль в головной части расширяются, принимая соответствующую форму луковицы для того, чтобы подвести канюли, являющиеся проводящими путями для зерна, вплотную к облучаемым тканям 34.

После введения канюль, множество опорных точек 40, например, три опорные точки или более, устанавливаются в теле пациента смежно с введенной головной частью 26 аппликатора 10 и тканью 34. Каждая опорная точка содержит блок 42 электромагнитных датчиков и может быть видна на изображении путем использования средства для получения изображения высокого разрешения, такого как СТ-сканер 44. Изображение высокого разрешения целевой области вместе с аппликатором 10 и окружающими тканями формируется СТ-сканером 44 и хранится в СТ памяти 46 изображений.

Электромагнитная система 48 позиционирования выполняет операцию электромагнитного позиционирования. То есть электромагнитные сигналы формируются генератором 50 поля, который испускает электромагнитные сигналы, принимаемые электромагнитными датчиками 18, 20, 22, установленными на аппликаторе, и датчиками 42, установленными на пациенте. t Локализующий процессор 52 определяет относительные местоположения установленных на аппликаторе датчиков 18, 20, 22, относительно датчиков 42, расположенных на пациенте, и формирует сенсорную карту 54. Так как опорные точки 40 также отображаются на СТ-изображении, положения электромагнитных датчиков 18, 20, 22 на аппликаторе относительно датчиков 42, установленных на опорных точках, также известны в координатной системе СТ-сканера и формируемого им СТ-изображения 46.

В одном варианте осуществления, положения или местоположения электромагнитных датчиков на аппликаторе накладываются с сенсорной карты 54 на СТ-изображение 46 для того, чтобы сформировать комбинированное изображение 56, которое будет храниться в памяти 58 сеанса планирования. В другом варианте осуществления, датчики, установленные на аппликаторе, являются видимыми на изображении благодаря СТ-сканеру и, таким образом, появляются на СТ-изображении 46.

Комбинированное изображение 56 используется во время сеанса планирования брахитерапевтического лечения для составления плана брахитерапии. Этот сеанс планирования обычно включает в себя планирование того, в какие катетеры будет помещено радиоактивное зерно, в какое место каждого катетера и на какое время зерно останется в каждом местоположении каждого катетера. Каждое радиоактивное зерно будет формировать известную дозу на единицу времени в каждом из множества концентрических, в целом, сферических или в форме яйца, областей, окружающих зерно. Путем размещения зерна в различных местоположениях, на различные периоды времени, можно определить общую дозу облучения в а, областях окружающих тканей. Во время сеанса планирования лечащий онколог определяет необходимую дозу, которая должна быть доставлена к каждой из одной или нескольких назначенных областей окружающих тканей, а также рассчитываются положения и длительность действия зерна (зерен) для того, чтобы согласовать распределение доставленной дозы с распределением необходимой дозы. Расчеты преимущественно выполняются процессором 60 лечения, который запрограммирован надлежащим образом для формирования плана 60а лечения и который оптимизирует расположение зерен для получения распределения доз, выбранных онкологом, которое выводится на графический интерфейс 62 пользователя.

Система 64 автоматической подачи источника радиоактивного излучения программируется во время сеанса запланированной терапии, загружается подходящим радиоактивным зерном(зернами) 66 и прикрепляется к загрузочной стороне стержня 30 аппликатора. В одном варианте осуществления, каждое зерно 66 несет электромагнитный датчик 68. После этого, радиоактивный препарат для последовательного введения перемещает зерно через каждый из выбранных катетеров к каждому из рассчитанных местоположений на период каждого из рассчитанных отрезков времени воздействия.

Далее, сеансы брахитерапии обычно назначаются один, два или несколько раз в день в течение нескольких дней, например, в течение 1-2 недель. Между сеансами брахитерапии аппликатор остается вживленным. Перед каждым сеансом брахитерапии выполняется процедура подтверждения правильного положения/корректировки положения. Когда необходимо начать следующий сеанс брахитерапии, электромагнитная локализирующая система 48 используется для локализации или определения положения или и ориентации аппликатора. В частности, генератор 50 поля формирует электромагнитные поля, которые распознаются датчиками 18, 20, 22 на аппликаторе и датчиками 42 на пациенте. Относительные местоположения датчиков на аппликаторе и датчиков, установленных на пациенте, на комбинированном изображении 56, которое будет храниться в памяти 58 изображений для составления плана, сравниваются с помощью процессора сравнения или алгоритма 70 с текущими относительными месторасположениями электромагнитных датчиков 18, 20, 22, установленных на аппликаторе, и датчиков 42, установленных на пациенте, на сенсорной карте 54. Если относительные положения не изменились и показывают, что аппликатор не изменил ориентацию или местоположение относительно мягких тканей, система 64 автоматической подачи источника радиоактивного излучения снова подключается и начинается следующий сеанс брахитерапии.

Однако, если процессор 70 сравнения определяет, что положения изменились, одним вариантом может являться попытка переустановить аппликатор, дополнительно снимая показания о расположении электромагнитных датчиков, стараются вернуть аппликатор на место или как можно ближе к его исходному положению и ориентации. Если аппликатор не находится в исходном положении, при котором планировалось проведение терапии, процессор 72 преобразований устанавливает преобразование между текущим и исходным местоположением аппликатора относительно электромагнитных датчиков, установленных на тканях, а следовательно, окружающих тканей и целевой зоны. Это преобразование используется процессором 74 преобразования изображения, чтобы действовать по комбинированному изображению 56 из памяти 58 изображений для составления плана для сдвига относительного местоположения аппликатора и целевой области, в соответствии с преобразованием, чтобы сформировать преобразованное изображение 76 для составления плана лечения. Эта информация о сдвиге подается в процессор 60 автоматического планирования лечения для формирования нового плана 60а лечения брахитерапии. Новый план 60а брахитерапии загружается в систему 64 автоматической подачи источника радиоактивного излучения и начинается следующий сеанс брахитерапии.

В другом, альтернативном варианте осуществления, электромагнитный датчик 68, прикрепленный к радиоактивному источнику или зерну 66, используется для определения текущего положения зерна. Это гарантирует следование плану брахитерапии. При необходимости, процессор 60 планирования лечения может корректировать план лечения, либо расположение радиационного зерна или аппликатора в процессе работы.

В одном варианте осуществления планирования согласованной брахитерапии, вживляется аппликатор, формируется диагностическое изображение и создается план дозировки. Во время подачи дозы, аппликатор и/или зерно отслеживаются, и вычисляется доставляемая доза. Например, целевая ткань может быть разделена на трехмерную матрицу подобластей. Посредством составления карты электромагнитно отслеживаемого расположения зерна в трехмерной матрице, суммарная доза в каждой подобласти может непрерывно или периодически обновляться или увеличиваться, основываясь на времени и расстоянии от источника. Доставляемая доза может контролироваться компьютером и/или клиническим врачом. Если обнаруживается отклонение от плана дозировки, формируется обновленный план дозировки.

В другом варианте осуществления, положение аппликатора контролируется в то же время, когда осуществляется план дозировки. Если аппликатор переместится так, что зерно окажется не в запланированном местоположении, либо если канюли аппликатора не смогут доставить зерно к оставшимся запланированным положениям, план дозировки будет рассчитан заново.

Электромагнитное отслеживание может выполняться не только перед каждым сеансом терапии, но также может проводиться во время каждого сеанса брахитерапии. Осуществление электромагнитного отслеживания во время сеанса брахитерапии обеспечивает отсутствие движения аппликатора во время сеанса и, если произошло какое-либо движение, устройство для расчета планирования лечения заново рассчитает план брахитерапии в процессе работы.

Отслеживание радиоактивного источника или зерна непосредственно и сравнение его положения с датчиками, установленными на аппликаторе и на пациенте, контролирует осуществление терапии и подтверждает, что доза подается в правильное место. В дополнение к изменению плана дозирования во время процедуры, этот механизм обратной связи может также использоваться для создания записи в плане лечения или на радиационной карте, которая показывает излучение, фактическое полученное за время каждого, сеанса.

Рассматриваются различные типы аппликаторов. Например, касательно Фиг.2, аппликатор может иметь единственный направляющий канал или канюлю 12, которая проходит от загрузочного конца 14 до наконечника 16. Надувной баллон 32 располагается вокруг головной части 26 для избирательного расширения до упора с окружающими тканями. Электромагнитный датчик 18 располагается на наконечнике 16, а другой электромагнитный датчик 20' устанавливается на канюле смежно с противоположным концом баллона 32. Так как радиоактивное зерно способно располагаться только вдоль линейной траектории, определяемой направляющим каналом или канюлей 12, двух электромагнитных датчиков достаточно для определения местоположения катетера в трех измерениях относительно окружающих тканей. По желанию, на баллоне 32 могут быть расположены дополнительные датчики.

Фиг.3 показывает примерное СТ-сканированное изображение аппликатора, представленного на Фиг.2, вживляемого в мягкие ткани 34. Когда зерно 66 помещается в центр баллона 32, можно определить дозу в окружающих областях. В примере, показанном на Фиг.2, область с обозначением 80 получает дозу в 5,1 Гр, окружающая ее область 82 получает дозу в 4,25 Гр, а внешняя область 84 получает дозу в 3,4 Гр.

Могут применяться различные типы электромагнитных локаторных систем. В одном примере, генератор поля имеет множество антенн, имеющих разные ориентации. Датчики считывают сигналы с антенн различных ориентации. По их относительным характеристикам сигнала, например, относительному уровню сигнала, относительной фазе и т.д., определяется местоположение датчика относительно антенн. В другом варианте осуществления, датчики имеют приемные контуры или антенны, имеющие разные ориентации. В одном варианте осуществления датчики соединены с локализующим процессором 52 проводкой, проходящей от стержня 30 аппликатора. В другом варианте осуществления используется беспроводной канал связи.

Другие типы аппликаторов и другие типы систем слежения также рассматриваются.

Хотя в описании приводится пример лечения молочной железы, также предполагаются и другие виды брахитерапии, как, например, лечение простаты, головы и шеи, либо области гинекологии.

Данное изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. По прочтении и усвоении вышеизложенного подробного описания могут быть предположены усовершенствования и изменения. Предполагается, что данное изобретение будет толковаться как включающее в себя все такие усовершенствования и изменения настолько, насколько они попадают в рамки объема прилагаемой Формулы изобретения или ее эквивалентов.

Claims (14)

1. Брахитерапевтическое устройство, содержащее:
аппликатор (10), вживляемый в целевую область и выполненный с возможностью обеспечения, по меньшей мере, одного направляющего канала (12) для направления радиоактивного источника или зерна (66) в целевую область;
множество электромагнитных датчиков (18, 20, 22, 20'), установленных на аппликаторе (10);
множество видимых на изображении опорных точек (40), содержащих электромагнитные датчики (42), причем опорные точки спроектированы для прикрепления к пациенту смежно с целевой областью;
электромагнитную систему (48) слежения для определения положений установленных на аппликаторе электромагнитных датчиков (18, 20, 22, 20') и электромагнитных датчиков (42) на опорных точках; и процессор (60) лечения для формирования плана сеанса брахитерапевтического лечения, по меньшей мере, частично основанного на комбинации относительного положения установленных на аппликаторе электромагнитных датчиков (18, 20, 22, 20) и электромагнитных датчиков (42) на опорных точках и изображения для составления плана лечения, включающего, по меньшей мере, аппликатор (10), вживленный в пациента смежно с целевой областью, и опорные точки (40), прикрепленные к пациенту смежно с целевой областью.

2. Устройство по п.1, содержащее: процессор (70) сравнения для выполнения операций, включающих в себя:
i) определение того, изменились ли относительные положения установленных на аппликаторе электромагнитных датчиков (18, 20, 22, 20') и электромагнитных датчиков (42) на опорных точках; и
ii) коррекцию плана дозирования брахитерапии в ответ на изменение относительных положений.

3. Устройство по п.1, в котором процессор (60) лечения выполнен с возможностью выполнения операций, включающих в себя расчет плана дозирования, включая размещение, перемещение и время для перемещения радиоактивного источника (66) в ответ на сигналы от установленных на аппликаторе электромагнитных датчиков (18, 20, 22, 20') и электромагнитных датчиков (42) на опорных точках.

4. Устройство по п.3, в котором операции дополнительно включают в себя определение относительного местоположения установленных на аппликаторе электромагнитных датчиков (18, 20, 22, 20') и электромагнитных датчиков (42) на опорных точках.

5. Устройство по п.3, дополнительно содержащее:
систему (64) автоматической подачи источника радиоактивного излучения, соединенную с аппликатором (10) для перемещения радиоактивного источника или зерна (66) через направляющий канал (12) в соответствии с рассчитанным планом (60а) брахитерапевтического лечения.

6. Устройство по п.3,
в котором система (48) слежения выполнена с возможностью определения карты (54) установленных на аппликаторе электромагнитных датчиков (18, 20, 22, 20') и электромагнитных датчиков (42) на опорных точках в течение сеанса брахитерапии, что обеспечивает выполнение плана дозирования брахитерапии, а процессор (60) лечения выполнен с возможностью корректировки плана дозирования во время сеанса брахитерапии.

7. Устройство по п.6, в котором процессор (60) лечения дополнительно выполнен с возможностью выполнения операций, включающих в себя определение суммарной дозы, доставляемой к подобластям целевой области, во время выполнения плана дозирования и перерасчет плана дозирования в ответ на, по меньшей мере, одно из 1) отклонения суммарной дозы в подобластях от плана дозирования и 2) обнаружения перемещения зерна (66) или аппликатора (10).

8. Устройство по п.6, дополнительно содержащее:
датчик (68), соединенный с радиоактивным источником или зерном (66).

9. Устройство по п.3, дополнительно содержащее:
память (58) изображений для составления плана для хранения изображения (46) высокого разрешения для составления плана, сформированного системой (44) получения изображений высокого разрешения, причем изображение (46) высокого разрешения для составления плана отображает аппликатор (10), ткань (34) в целевой области, а также опорные точки (40).

10. Устройство по п.9, в котором память (58) изображений для составления плана выполнена с возможностью сохранения карты (54) установленных на аппликаторе опорных точек (18, 20, 22, 20'), наложенных на изображение (46) высокого разрешения для составления плана.

11. Устройство по п.9, в котором аппликатор (10) содержит множество направляющих каналов (12).

12. Устройство по п.11, дополнительное содержащее:
систему (64) автоматической подачи источника радиоактивного излучения для перемещения радиоактивного источника (66) через множество направляющих каналов (12); и
процессор (60) лечения выполнен с возможностью выполнения операций, включающих в себя:
а) планирование сеанса брахитерапии на основании изображения (58) для составления плана и ввода необходимой радиоактивной дозы и
б) передачу надлежащих электронных инструкций в систему (64) автоматической подачи источника радиоактивного излучения.

13. Устройство по п.2, дополнительно содержащее:
процессор (72) преобразований, выполненный с возможностью формирования корректирующего преобразования на основе определения относительного движения между аппликатором (10) и опорными точками (40), выполненного процессором (70) сравнения, и процессор (74) преобразования изображения, выполненный с возможностью преобразования, по меньшей мере, части изображения для составления плана, в соответствии с корректирующим преобразованием.

14. Брахитерапевтическое устройство, содержащее:
а) аппликатор (10) для направления радиоактивного источника (66) в целевое местоположение;
б) генератор (50) поля;
в) множество электромагнитных датчиков (18, 20, 22, 20', 40, 42) для подачи сигналов индикации положения, реагирующих на генератор поля, причем, по меньшей мере, один из электромагнитных датчиков размещен на аппликаторе (10) и, по меньшей мере, один из электромагнитных датчиков размещен на цели;
г) множество процессоров (52, 60, 70, 72, 74) для определения положений источника и цели в ответ на сигналы от электромагнитных датчиков и изображение для составления плана относительных положений множества электромагнитных датчиков (18, 20, 22, 20', 40, 42).

Images