利用光學(xué)形狀感測的柔性x射線探測器的制造方法
【專利摘要】當(dāng)前發(fā)明涉及一種傳感器設(shè)備，所述傳感器設(shè)備用于探測在所述傳感器設(shè)備處接收的輻射的劑量，所述傳感器設(shè)備包括：柔性體，具有相對于所述設(shè)備的長度而言較小的橫截面；在所述柔性體處的包層，所述包層將傳入輻射轉(zhuǎn)換為可見光；以及光學(xué)形狀感測設(shè)備，設(shè)置于所述柔性體內(nèi)并且被配置為確定所述柔性儀器相對于基準(zhǔn)的形狀，所述形狀感測設(shè)備被配置為在處置期間收集基于所述形狀感測設(shè)備的配置的信息，以對腔內(nèi)結(jié)構(gòu)進行構(gòu)圖。當(dāng)前發(fā)明還涉及包含該傳感器設(shè)備的輻射治療系統(tǒng)和操作包含該傳感器設(shè)備的輻射治療系統(tǒng)的方法。
【專利說明】利用光學(xué)形狀感測的柔性X射線探測器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]當(dāng)前發(fā)明涉及利用光學(xué)形狀感測的柔性X射線探測器。此當(dāng)前發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)成像，并且更特別地涉及用于在醫(yī)學(xué)處置期間使用形狀感測和圖像的組合來對內(nèi)部體積進行構(gòu)圖的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)學(xué)處置中，如下最小侵入設(shè)備可以是有價值的:該設(shè)備能夠在3D中實時地被以高空間精度定位并且能夠測量到達該設(shè)備的尖端的光子的數(shù)量。例如，在4D輻射治療中，可以緊鄰腫瘤定位該設(shè)備，或甚至可以將該設(shè)備插入到腫瘤中。在輻射治療期間，設(shè)備于是可以精確地在患者的身體內(nèi)測量施加的撞擊腫瘤的劑量。同時，設(shè)備可以在輻射治療期間提供腫瘤的4D位置。從而，能夠向腫瘤施加高準(zhǔn)確度輻射治療?？隙ù嬖诳梢詮脑撛O(shè)備獲益的其它醫(yī)學(xué)或非醫(yī)學(xué)處置。下面，介紹并討論非常有效和緊湊的設(shè)備。
[0003]如上所述，本發(fā)明總體涉及細長的設(shè)備的跟蹤，特別是醫(yī)學(xué)設(shè)備(例如，內(nèi)窺鏡、導(dǎo)管和導(dǎo)引線)的光學(xué)跟蹤。利用光學(xué)形狀感測的柔性X射線探測器可以用于三維(“3D”)形狀重建。利用光學(xué)形狀感測的柔性X射線探測器利用嵌入細長的設(shè)備內(nèi)的光纖。
[0004]多芯光纖的形狀重建領(lǐng)域總體涉及三步。
[0005]第一步涉及以光學(xué)頻域反射計詢問多芯光纖，這導(dǎo)致作為波長的函數(shù)的對每一個芯的反射的幅度和相位二者的測量結(jié)果。反射可以由嵌入的周期性結(jié)構(gòu)(例如，光纖布拉格光柵)或由折射率的非周期隨機變化(例如，瑞利散射)引起。
[0006]第二步涉及根據(jù)反射譜來計算沿光纖的多個位置處在每一個芯中的應(yīng)變。
[0007]第三步涉及借助于組合各種應(yīng)變數(shù)據(jù)來進行光纖的3D形狀重建。特別是，可以將應(yīng)變測量結(jié)果轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)角并且關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)矩陣可以用于更新切向矢量、法向矢量以及副法向矢量(即雅可比矩陣的列)。然而，該技術(shù)沒有成功處理如何計算光纖的線元件或如何建立用于轉(zhuǎn)換應(yīng)變測量結(jié)果的矩陣。
[0008]當(dāng)前發(fā)明的發(fā)明人理解用于位置和輻射劑量的組合探測的改善設(shè)備是有益的，并且因此設(shè)計了當(dāng)前發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]實現(xiàn)用于其中可以對患者中的移動進行補償?shù)妮椛渲委煹南到y(tǒng)將是有利的。通常，本發(fā)明優(yōu)選地尋求逐一地或以任何組合減輕、緩和或消除一個或多個上述缺點。特別是，可以將提供解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題或其它問題的方法視為當(dāng)前發(fā)明的目的。
[0010]當(dāng)前原理能夠提供益處，諸如例如給醫(yī)生提供關(guān)于患者的解剖體內(nèi)的輻射治療的位置和進展的更好的反饋。
[0011]為了更好地處理一個或多個這些關(guān)心，在本發(fā)明的第一方面，介紹了一種輻射治療系統(tǒng)，其包括:可移動輻射源，用于向指定的目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)體積引導(dǎo)和提供輻射；細長的柔性儀器，包括傳感器設(shè)備和光學(xué)形狀感測設(shè)備，所述傳感器設(shè)備探測在所述傳感器設(shè)備處接收的輻射的劑量，所述傳感器設(shè)備包含將傳入輻射轉(zhuǎn)換為可見光的包層，所述光學(xué)形狀感測設(shè)備設(shè)置于所述柔性儀器內(nèi)并且被配置為確定所述柔性儀器相對于基準(zhǔn)的形狀，所述形狀感測設(shè)備被配置為在處置期間收集基于所述形狀感測設(shè)備的配置的信息，以對腔內(nèi)結(jié)構(gòu)進行構(gòu)圖；探測器，連接至所述傳感器設(shè)備，用于探測所述可見光，以確定在所述傳感器設(shè)備處接收的所述輻射的劑量；以及處理器，用于與預(yù)定目標(biāo)輻射劑量和確定的所述輻射的劑量相關(guān)地操作所述可移動輻射源。
[0012]輻射治療系統(tǒng)包括輻射源，諸如X射線源或用于提供用于輻射治療的輻射的其它合適的源。輻射源可以安裝在可移動臂上，由此提供用于向指定的目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)體積引導(dǎo)和提供輻射，例如，向患者中的腫瘤引導(dǎo)輻射，的可移動輻射源。
[0013]此外，提供了細長的柔性儀器。細長的柔性儀器被配置為或適于插入到患者中并定位于目標(biāo)區(qū)域或體積中。因為細長的柔性儀器包括傳感器設(shè)備、包層和光學(xué)形狀感測設(shè)備，所以細長的柔性儀器至少提供涉及細長的柔性儀器的位置和在該位置接收的輻射量的信息。這容許探測患者的例如歸因于呼吸或其它原因的移動，并且通過探測這些移動，可以在目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)體積的新的位置處弓I導(dǎo)輻射。
[0014]采用光學(xué)形狀感測系統(tǒng)來跟蹤目標(biāo)體積或目標(biāo)區(qū)域的位置。當(dāng)前系統(tǒng)還容許導(dǎo)管或范圍的細長的遠端段的三維(3D)體積掃描的快速獲取。這提供3D體積空間的電子構(gòu)圖或位置確定，并且提供能夠促進術(shù)中/術(shù)前獲取的數(shù)據(jù)集的配準(zhǔn)(registration)和分割的體積點云(volumetric point cloud)。
[0015]總體上，系統(tǒng)基于使用快速調(diào)諧波長掃描激光器的光學(xué)頻域干涉法提供光學(xué)成像。光學(xué)相干性斷層攝影容許對生物樣品的最小侵入橫截面成像并且已經(jīng)針對生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中的許多應(yīng)用對光學(xué)相干性斷層攝影進行了研究。在大多數(shù)光學(xué)相干性斷層攝影系統(tǒng)中，通過低相干性干涉法提供了一維(深度)測距(ranging)，其中，對干涉儀基準(zhǔn)和樣品臂之間的光學(xué)路徑長度差時間上線性地進行掃描。
[0016]當(dāng)前發(fā)明的一種形式包含光學(xué)形狀感測系統(tǒng)，該光學(xué)形狀感測系統(tǒng)采用:細長的柔性儀器；嵌入所述細長的柔性儀器內(nèi)的光纖，該光纖包含一個或多個芯；光學(xué)詢問控制臺；以及3D形狀重建器。操作中，光學(xué)詢問控制臺生成反射譜數(shù)據(jù)，該反射譜數(shù)據(jù)指示對于光纖的每一個芯的作為波長的函數(shù)的反射的幅度和相位二者的測量結(jié)果，并且3D形狀重建器重建光纖的3D形狀。3D形狀重建器進行如下操作:響應(yīng)于反射譜數(shù)據(jù)執(zhí)行沿光纖的多個位置的局部應(yīng)變數(shù)據(jù)的生成；作為沿光纖的每一個局部應(yīng)變的函數(shù)執(zhí)行局部曲率和扭曲角的生成；以及作為沿光纖的每一個局部曲率和扭曲角的函數(shù)執(zhí)行光纖的3D形狀的重建。
[0017]有利地，包層是閃爍包層。優(yōu)選地將包層定位于柔性儀器中的一個或多個光纖上?？梢葬槍魅胼椛涞牟煌芰浚鐚τ谠\斷X射線能量或?qū)τ谳椛渲委熤惺褂玫墓庾幽芰?，?yōu)化包層。
[0018]有利地，傳感器設(shè)備包括沿所述感測設(shè)備的長度分布的多個包層區(qū)域。通過使多個包層部位或區(qū)域沿感測設(shè)備的部分分布，實現(xiàn)了較好的分辨率。
[0019]有利地，所述傳感器設(shè)備包含具有包層的可配置體積。然后可以使用可配置體積，以使得在處置期間、或之后組合稀疏測量結(jié)果與合適的生物物理/劑量模型以獲得劑量/輻射譜特性的3D體積圖時，可以獲得并重建劑量/譜特性的更擴展的(extended) 3D空間采樣。有利地，所述可配置體積是可以使用可展開(employable)充氣囊、過濾設(shè)備、螺旋結(jié)構(gòu)或其組合來建立的?？梢曰谠O(shè)備將插入的組織的類型來選擇特定實施例。
[0020]有利地，所述光學(xué)形狀感測設(shè)備可以包含光纖，所述光纖具有光纖布拉格光柵(FBG)和/或瑞利散射詢問裝備中的至少之一，用于感測所述光纖中的應(yīng)變。使用單根光纖或多根光纖容許設(shè)備是柔性的?？梢栽O(shè)想其它合適的材料或結(jié)構(gòu)。
[0021]有利地，通過包含具有較高數(shù)量的具有光學(xué)應(yīng)變傳感器的光纖的區(qū)域，所述光學(xué)形狀感測設(shè)備包含具有較高敏感度的區(qū)域。例如，光學(xué)形狀感測設(shè)備可以具有一個區(qū)域，其中存在一個數(shù)量的具有光學(xué)應(yīng)變傳感器的光纖，在另一區(qū)域中，存在另一數(shù)量的具有光學(xué)應(yīng)變傳感器的光纖，并且從而可以建立具有較高敏感度的區(qū)域。較高敏感度可以在確定設(shè)備的位置時幫助實現(xiàn)較好的分辨率。具有如下區(qū)域是有利的:具有一根具有光學(xué)應(yīng)變傳感器的光纖的區(qū)域，該區(qū)域限定具有第一敏感度的區(qū)域；以及具有四根具有光學(xué)應(yīng)變傳感器的光纖的另一區(qū)域，該另一區(qū)域限定具有比第一敏感度高的第二敏感度的區(qū)域。
[0022]有利地，光學(xué)形狀感測設(shè)備可以包含螺旋形狀、環(huán)形形狀、直線或曲線和/或圈形狀中的一個或多個。不同的設(shè)備提供不同的效果，例如，較好地配合至特定的器官和/或腫瘤，并且特定的選擇可以取決于意圖的臨床應(yīng)用。
[0023]在本發(fā)明的第二方面，提供了一種傳感器設(shè)備，所述傳感器設(shè)備用于探測在所述傳感器設(shè)備處接收的輻射的劑量。根據(jù)當(dāng)前發(fā)明的教導(dǎo)，所述傳感器設(shè)備可以包括:柔性體，具有相對于所述設(shè)備的長度而言較小的橫截面；在所述柔性體處的包層，所述包層將傳入輻射轉(zhuǎn)換為可見光；以及光學(xué)形狀感測設(shè)備，設(shè)置于所述柔性體內(nèi)并且被配置為確定所述柔性儀器相對于基準(zhǔn)的形狀，所述形狀感測設(shè)備被配置為在處置期間收集基于所述形狀感測設(shè)備的配置的信息，以對腔內(nèi)結(jié)構(gòu)進行構(gòu)圖。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的第二方面的傳感器設(shè)備可以包含關(guān)于第一方面提到的任何特征。
[0025]例如，包層可以有利地是閃爍包層。進一步有利地，傳感器可以進一步具有包層的可配置體積。甚至進一步有利地，可配置體積可以是使用可展開充氣囊、籃狀物、過濾設(shè)備、螺旋結(jié)構(gòu)或其組合來建立的?？膳渲皿w積可以適于配合至特定器官或腫瘤形狀或具有對應(yīng)于該特定器官或腫瘤形狀的幾何結(jié)構(gòu)。
[0026]在本發(fā)明的第三方面，提供了一種操作輻射治療系統(tǒng)的方法，所述輻射治療系統(tǒng)包括:可移動輻射源，用于向指定的目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)體積引導(dǎo)和提供輻射；細長的柔性儀器，包括:傳感器設(shè)備和光學(xué)形狀感測設(shè)備，所述傳感器設(shè)備探測在所述傳感器設(shè)備處接收的輻射的劑量，所述傳感器設(shè)備包含將傳入輻射轉(zhuǎn)換為可見光的包層，所述光學(xué)形狀感測設(shè)備設(shè)置于所述柔性儀器內(nèi)并且被配置為確定所述柔性儀器相對于基準(zhǔn)的形狀，所述形狀感測設(shè)備被配置為在處置期間收集基于所述形狀感測設(shè)備的配置的信息，以對腔內(nèi)結(jié)構(gòu)進行構(gòu)圖；探測器，連接至所述傳感器設(shè)備，用于探測所述可見光，以確定在所述傳感器設(shè)備處接收的所述輻射的劑量；以及處理器，用于與預(yù)定目標(biāo)輻射劑量和確定的所述輻射的劑量相關(guān)地操作所述可移動輻射源。所述方法可以包括如下步驟:安置所述可移動輻射源，以向所述指定的目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)體積引導(dǎo)和提供輻射；探測在所述傳感器設(shè)備處接收的所述輻射的劑量；以及響應(yīng)于接收的所探測的輻射的劑量，操作所述可移動輻射源。
[0027]所述方法可以是計算機實施的，以控制例如根據(jù)當(dāng)前發(fā)明的第一方面的系統(tǒng)的操作。傳感器設(shè)備優(yōu)選地是根據(jù)當(dāng)前發(fā)明的第二方面的傳感器設(shè)備。
[0028]所述方法提供了在考慮患者中的例如歸因于如上所述的呼吸的移動的同時執(zhí)行輻射治療的可能性。由此，實現(xiàn)了更有效的輻射治療并且患者受到較少的輻射，因為供應(yīng)的輻射更有效，這可以導(dǎo)致較少的輻射治療時間段、因為在治療期間可以更好地聚焦束而導(dǎo)致的輻射源的減小的束寬度、以及跟蹤目標(biāo)體積或區(qū)域中的移動的其它有益效果。
[0029]有利地，所述方法可以包括使用光學(xué)瑞利散射來確定所述傳感器設(shè)備的位置的步驟。
[0030]有利地，所述方法可以包括使用所述光學(xué)形狀感測設(shè)備來確定所述細長的柔性構(gòu)件的取向的步驟。
[0031]總體上，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)以任何可能的方式組合和耦合本發(fā)明的各方面。根據(jù)以下描述的實施例，本發(fā)明的這些和其它方面、特征和/或優(yōu)點將變得明顯，并且將參照以下描述的實施例來闡述本發(fā)明的這些和其它方面、特征和/或優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]將參照圖樣僅通過范例方式描述本發(fā)明的實施例，其中:
[0033]圖1示意性地示例使用可調(diào)諧光源和光纖干涉計的光學(xué)頻域反射計的配置；
[0034]圖2示意性地光學(xué)形狀感測系統(tǒng)；
[0035]圖3示意性地示例導(dǎo)管，該導(dǎo)管具有用于在線輻射測量的沿導(dǎo)管的若干不同閃爍包層；
[0036]圖4示意性地示例導(dǎo)管，該導(dǎo)管在導(dǎo)管的尖端具有用于輻射治療系統(tǒng)的在線導(dǎo)引的輻射測量包層；
[0037]圖5示意性地示例利用形狀感測的閃爍光纖劑量計陣列/柔性光子探測器網(wǎng)狀物；
[0038]圖6示意性地示例根據(jù)當(dāng)前發(fā)明的方法的步驟；
[0039]圖7示意性地示例在釋放狀態(tài)具有可配置體積的傳感器設(shè)備；以及
[0040]圖8示意性地示例處于嚙合的狀態(tài)的具有可配置體積的傳感器設(shè)備。
【具體實施方式】
[0041]當(dāng)前公開內(nèi)容描述用于與光學(xué)形狀感測光纖跟蹤系統(tǒng)組合的輻射劑量感測設(shè)備的系統(tǒng)和方法。還可以將設(shè)備設(shè)計為可以使用一系列不同的方式來進行成像，一系列不同的方式包含，但不限于，放射線療法裝備中、或超聲中的kV或MV的X射線成像，能夠執(zhí)行包含但不限于，CT、MR、X射線、超聲成像的另外的預(yù)介入成像。當(dāng)前實施例利用基于光學(xué)感測形狀的體積定義的形狀重建能力，用于3D成像數(shù)據(jù)的現(xiàn)場處理以優(yōu)化輻射處理。
[0042]圖1示意性地示例使用可調(diào)諧光源2和光纖干涉計的用于光學(xué)頻域反射計的系統(tǒng)I的配置中的原理。光源2的輸出行進通過分束器3，分束器3將信號的部分引導(dǎo)至基準(zhǔn)臂4中并將信號的其余部分引導(dǎo)至樣品臂5中，該樣品臂5照射區(qū)域6并接收在區(qū)域6處反射的光。
[0043]區(qū)域6對應(yīng)于以下描述的包層區(qū)域54。
[0044]在掃描單色源的波長并且基準(zhǔn)和樣品臂的路徑長度保持恒定時，利用平方律光子探測器7來探測從基準(zhǔn)臂返回的信號與從樣品臂返回的信號之間的干涉。通過對采樣的探測器信號的離散傅立葉變換(DFT)來獲得軸反射率分布(A線)。原理類似于以下描述的系統(tǒng)中使用的那些原理。
[0045]圖2示意性地示例采用嵌入細長的設(shè)備20內(nèi)的光學(xué)芯10的光學(xué)形狀感測系統(tǒng)。實踐中，光纖10可以是適合光學(xué)跟蹤細長的設(shè)備20的任何類型的光纖。光纖10的范例包含，但不限于:如本領(lǐng)域已知的并入了沿光纖的長度集成的光纖布拉格光柵的陣列的柔性光學(xué)透明玻璃或塑料光纖；以及如本領(lǐng)域已知的具有沿光纖的長度發(fā)生的其光學(xué)折射率的自然變化的柔性光學(xué)透明玻璃或塑料光纖(例如，基于瑞利散射的光纖)。光纖10可以是單芯光纖或優(yōu)選地是多芯光纖。
[0046]實踐中，細長的設(shè)備20可以是適合于在其中嵌入光纖以光學(xué)跟蹤細長的設(shè)備的任何類型的設(shè)備。細長的設(shè)備20的范例包含，但不限于，導(dǎo)管、導(dǎo)引線以及任何類型的內(nèi)窺鏡。
[0047]仍然參照圖2，系統(tǒng)還采用光學(xué)詢問控制臺30和3D形狀重建器40。
[0048]實踐中，光學(xué)詢問控制臺30可以是結(jié)構(gòu)上被配置為向光纖10傳輸光并且接收來自光纖10的反射光的任何設(shè)備或系統(tǒng)。在一個實施例中，光學(xué)詢問控制臺30采用光學(xué)傅立葉域反射計和本領(lǐng)域已知的其它合適的電子器件/設(shè)備。
[0049]對于當(dāng)前發(fā)明，3D形狀重建器40于此寬泛地定義為結(jié)構(gòu)上被配置為將光纖10的測得的反射譜數(shù)據(jù)變換為光纖10和細長的設(shè)備20的3D形狀的任何設(shè)備或系統(tǒng)。3D形狀重建器40包含用于執(zhí)行合適的計算的處理器。
[0050]本發(fā)明的實施例示例于圖3中，其中，示意性地示例了用于探測在傳感器設(shè)備處接收的輻射的劑量的傳感器設(shè)備50。傳感器設(shè)備50包括柔性體52，柔性體52具有相對于設(shè)備50的長度而言較小的橫截面。傳感器設(shè)備50包含柔性體52處的包層54，在此實施例中，示例了三個包層區(qū)域，在其它實施例中，可以提供更多或更少的區(qū)域。包層54將傳入輻射轉(zhuǎn)換為可見光。傳感器設(shè)備50包含設(shè)置于柔性體內(nèi)并且被配置為確定柔性儀器相對于基準(zhǔn)的形狀的光學(xué)形狀感測設(shè)備，形狀感測設(shè)備被配置為在處置期間收集基于其配置的信息，以對腔內(nèi)(intraluminal)結(jié)構(gòu)進行構(gòu)圖。傳感器50可以用于與關(guān)于圖1和/或2描述的裝置，例如光學(xué)詢問控制臺，結(jié)合。
[0051]圖4示意性地示例了輻射治療系統(tǒng)56，其包括用于向指定的目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)體積60引導(dǎo)和提供輻射的可移動輻射源18。提供了細長的柔性儀器62。細長的柔性儀器62是關(guān)于圖3描述的類型并且包括關(guān)于那里討論介紹的任何提到的特征。傳感器62連接至與上述光學(xué)詢問控制臺30類似的光學(xué)系統(tǒng)64。系統(tǒng)64包括探測器67，探測器67連接至用于探測可見光的傳感器設(shè)備。以此方式，探測器能夠確定在傳感器設(shè)備處接收的輻射的劑量。系統(tǒng)64還包括用于執(zhí)行后面描述的提到的方法步驟的處理器66。處理器66被配置為或適于關(guān)于預(yù)定目標(biāo)輻射劑量和確定的輻射劑量來操作可移動輻射源18。處理器可以被配置為或適于經(jīng)由軟件產(chǎn)品來實施根據(jù)當(dāng)前發(fā)明的方法的步驟。處理器在一些實施例中可以由數(shù)個處理器構(gòu)成，其中，一個處理器被配置為或適于操作輻射治療部分，而另一個處理器適于執(zhí)行測量。另外的處理器66用于隨患者的移動，例如呼吸，向指定的目標(biāo)區(qū)域或體積60引導(dǎo)輻射。響應(yīng)于如在別處描述的光纖的位置確定來進行這個。
[0052]總體上，光學(xué)形狀感測利用集成到導(dǎo)管或設(shè)備中并且連接至患者的身體外的分析單元的專門光纖。使用建模和針對聯(lián)接至設(shè)備的一端的分析單元的光學(xué)瑞利散射的分析，實時測量光纖的位置和形狀。為了將此光學(xué)形狀感測與輻射測量單元組合，可以增加一根或多根附加光纖，該一根或多根附加光纖在沿設(shè)備的一個或若干距離處具有例如圖3中示例的閃爍包層。
[0053]可以對于傳入輻射的不同能量，例如，對于輻射治療中使用的診斷X射線能量或?qū)τ诠庾幽芰?，?yōu)化閃爍包層。它們將傳入光子轉(zhuǎn)換為可見光，并且因此，它們?nèi)菰S對到達導(dǎo)管或其尖端的不同區(qū)域的輻射進行量化。
[0054]在以上提到的場景中，可以如下有利地使用設(shè)備，即細長的柔性儀器:
[0055]-在輻射治療中，靠近腫瘤定位設(shè)備或?qū)⒃撛O(shè)備插入到腫瘤中。設(shè)備用于連續(xù)地測量或確定3D位置，并且由此甚至在呼吸運動、心臟運動、蠕動運動、或其它患者誘發(fā)的移動的情況下導(dǎo)引輻射治療單元的輻射束。另外，束由通過經(jīng)由集成的輻射傳感器的實時測量來量化至腫瘤的施加的劑量的設(shè)備來控制。在傳感器未測量到輻射或測量到低輻射的情況下，可以對輻射束進行強度調(diào)制或關(guān)閉輻射束，因為其不再撞擊緊鄰傳感器的腫瘤?？梢杂纱藙┝扛袦y反饋控制環(huán)來觸發(fā)系統(tǒng)的重校準(zhǔn)/重定目標(biāo)。如果在設(shè)備的尖端處測得的劑量達到話路限制(session limit),則停止福射。
[0056]-能夠在新穎的成形的儀器內(nèi)應(yīng)用利用輻射劑量測定測量的形狀/位置的聯(lián)合測量，其中，劑量感測形狀分布在可配置體積/空間廣度(例如，經(jīng)由可張開(employable)充氣囊、濾波設(shè)備、或螺旋結(jié)構(gòu))上擴展。以該方式，當(dāng)將稀疏測量與恰當(dāng)?shù)纳镂锢?劑量模型組合以獲得處置中的劑量/輻射譜特性的3D體積圖時，能夠獲得并重建劑量/譜特性的擴展更多的3D空間采樣。也能夠?qū)⑦@些測量結(jié)果與其它生物物理參數(shù)測量結(jié)果，例如流量、溫度等組合，來獲得由輻射治療誘發(fā)的功能的(functional)以及形態(tài)學(xué)上的改變。
[0057]-可以對輻射探針傳感器進行時間掃描，連續(xù)地記錄傳感器測量結(jié)果以獲得輻射治療效果的動態(tài)演變體積圖。
[0058]-在細長的柔性劑量傳感器的相異段處的輻射劑量的測量結(jié)果能夠用于輻射治療遞送的計算模型中，以自動觸發(fā)治療束性質(zhì)或其它成像/治療系統(tǒng)功能性的調(diào)制。
[0059]優(yōu)點和應(yīng)用:
[0060]-附加場景可以引起與核醫(yī)學(xué)導(dǎo)引的介入的組合。
[0061]-連接至導(dǎo)管/設(shè)備的包層可以僅是部分包層或可以是輻射屏蔽的，以推導(dǎo)關(guān)于到達導(dǎo)管/設(shè)備的輻射的附加的方向信息。
[0062]在實施例中，如圖5中示意性地示例的，能夠構(gòu)建閃爍光纖劑量計(dosimeter)陣列68，其具有交織的形狀感測光纖或閃爍形狀感測光纖。此裝備容許順應(yīng)矩陣/柔性傳感器陣列的帶類型的設(shè)備或類似的身體/器官形體，該傳感器陣列能夠跟蹤器官變形以及對于外部束輻射治療的局部施加的劑量。
[0063]圖6示意性地示例了操作輻射治療系統(tǒng)的方法70的實施例的步驟，該系統(tǒng)包括:可移動輻射源，用于向指定的目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)體積引導(dǎo)和提供輻射；細長的柔性儀器，包括傳感器設(shè)備，所述傳感器設(shè)備探測在所述傳感器設(shè)備處接收的輻射的劑量，所述傳感器設(shè)備包含將傳入輻射轉(zhuǎn)換為可見光的包層；光學(xué)形狀感測設(shè)備，設(shè)置于所述柔性儀器內(nèi)并且被配置為確定所述柔性儀器相對于基準(zhǔn)的形狀，所述形狀感測設(shè)備被配置為在處置期間收集基于其配置的信息，以對腔內(nèi)結(jié)構(gòu)進行構(gòu)圖；探測器，連接至所述傳感器設(shè)備，用于探測所述可見光，以確定在所述傳感器設(shè)備處接收的所述輻射的劑量；以及處理器，用于與預(yù)定目標(biāo)輻射劑量和確定的所述輻射的劑量相關(guān)地操作可移動輻射源，所述方法包括如下步驟:安置72所述可移動輻射源，以向所述指定的目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)體積引導(dǎo)和提供輻射；探測74在所述傳感器設(shè)備處接收的所述輻射的劑量；以及響應(yīng)于接收的所探測的輻射的劑量，操作76所述可移動輻射源。所述方法優(yōu)選地用于控制和操作如圖4中描述的系統(tǒng)。
[0064]所述方法優(yōu)選地是計算機實施的并且可以包含操作關(guān)于圖1或2描述的系統(tǒng)的任何特征和/或使用關(guān)于圖3或5描述的設(shè)備的步驟。
[0065]圖7示意性地示例了具有可配置的體積的傳感器設(shè)備80，其在這里是釋放狀態(tài)的充氣囊82的形式。充氣囊82可以在被插入穿過患者的身體時被封裝到導(dǎo)管中并且然后被部署至圖7中示例的狀態(tài)。在充氣囊82中，或在其表面上，安裝了若干劑量傳感器84。
[0066]圖8示意性地示例了處于嚙合狀態(tài)的具有可配置體積的傳感器設(shè)備80，即充氣囊82。可以通過使用惰性氣體等來嚙合可配置體積。
[0067]雖然已經(jīng)在圖樣和前述描述中示例并詳細描述了本發(fā)明，但是該示例和描述應(yīng)被視為示例性或范例性的，而非限制性的；本發(fā)明不限于公開的實施例。根據(jù)對圖樣、說明書、以及所附權(quán)利要求的研究，在實踐聲稱的發(fā)明時，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解并實施公開的實施例的其它變形。權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，并且，不定冠詞“一”不排除多個。單個處理器或其它單元可以履行權(quán)利要求中記載的數(shù)項的功能。某些措施記載在相互不同的從屬權(quán)利要求中的僅有的事實不指示不能有利地利用這些措施的組合?？梢栽谥T如光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)的合適的介質(zhì)上存儲/分布計算機程序，該光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)是與其它硬件一起供應(yīng)的或作為該其它硬件的部分供應(yīng)的，但是也可以以其它形式分布計算機程序，諸如經(jīng)由因特網(wǎng)或其它有線或無線電信系統(tǒng)。權(quán)利要求中的任何參考符號不應(yīng)視為限制范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種傳感器設(shè)備(50，80)，用于探測在所述傳感器設(shè)備(50，80)處接收的輻射的劑量，所述傳感器設(shè)備(50，80)包括: 柔性體(52)，具有相對于所述設(shè)備的長度而言較小的橫截面； 在所述柔性體(52)處的包層(54，84)，所述包層將傳入輻射轉(zhuǎn)換為可見光；以及 光學(xué)形狀感測設(shè)備(20)，設(shè)置于所述柔性體內(nèi)并且被配置為確定所述傳感器設(shè)備(50，80)相對于基準(zhǔn)的形狀，所述形狀感測設(shè)備被配置為在處置期間收集基于所述形狀感測設(shè)備的配置的信息，以對腔內(nèi)結(jié)構(gòu)進行構(gòu)圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備(50，80)，其中，所述包層(54，84)是閃爍包層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器設(shè)備(50，80)，還包括具有包層(54，84)的可配置體積(82)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器設(shè)備(50，80)，其中，所述可配置體積(82)是使用可展開充氣囊、籃狀物設(shè)備、過濾設(shè)備、螺旋結(jié)構(gòu)或其組合來建立的。
5.一種輻射治療系統(tǒng)(56)，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)形狀感測設(shè)備(50，80)，所述福射治療系統(tǒng)還包括: 可移動輻射源(18)，用于向指定的目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)體積(60)引導(dǎo)和提供輻射； 探測器(67)，連接至所述傳感器設(shè)備，用于探測所述可見光，以確定在所述傳感器設(shè)備處接收的所述輻射的劑量；以及 處理器(66)，用于與預(yù)定目標(biāo)輻射劑量和確定的所述輻射的劑量相關(guān)地操作所述可移動輻射源(18)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輻射治療系統(tǒng)，其中，所述包層(54，84)是閃爍包層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輻射治療系統(tǒng)，其中，所述傳感器設(shè)備(50，80)包括沿所述感測設(shè)備(50，80)的長度分布的多個包層(54，84)區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輻射治療系統(tǒng)，其中，所述傳感器設(shè)備(50，80)包含具有包層的可配置體積(82)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的輻射治療系統(tǒng)，其中，所述可配置體積(82)是使用可展開充氣囊、籃狀物設(shè)備、過濾設(shè)備、螺旋結(jié)構(gòu)或其組合來建立的。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輻射治療系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)形狀感測設(shè)備包含光纖(10),所述光纖(10)具有光纖布拉格光柵(FBG)和/或瑞利散射詢問裝備中的至少之一，用于感測所述光纖中的應(yīng)變。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輻射治療系統(tǒng)，其中，通過包含具有較高數(shù)量的具有光學(xué)應(yīng)變傳感器的光纖的區(qū)域，所述光學(xué)形狀感測設(shè)備包含具有較高敏感度的區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輻射治療系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)形狀感測設(shè)備包含螺旋形狀、環(huán)形形狀、直線或曲線和/或圈形狀之一。
13.一種操作輻射治療系統(tǒng)(56)的方法，所述輻射治療系統(tǒng)包括:可移動輻射源(18)，用于向指定的目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)體積(60)引導(dǎo)和提供輻射；細長的柔性儀器(50，80)，包括傳感器設(shè)備和光學(xué)形狀感測設(shè)備，所述傳感器設(shè)備探測在所述傳感器設(shè)備處接收的輻射的劑量，所述傳感器設(shè)備包含將傳入輻射轉(zhuǎn)換為可見光的包層(54，84)，所述光學(xué)形狀感測設(shè)備設(shè)置于所述柔性儀器(50，80)內(nèi)并且被配置為確定所述柔性儀器相對于基準(zhǔn)的形狀，所述形狀感測設(shè)備被配置為在處置期間收集基于所述形狀感測設(shè)備的配置的信息，以對腔內(nèi)結(jié)構(gòu)進行構(gòu)圖；探測器，連接至所述傳感器設(shè)備，用于探測所述可見光，以確定在所述傳感器設(shè)備處接收的所述輻射的劑量；以及處理器(66)，用于與預(yù)定目標(biāo)輻射劑量和確定的所述輻射的劑量相關(guān)地操作所述可移動輻射源(18)，所述方法包括如下步驟: 安置(72)所述可移動輻射源(18)，以向所述指定的目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)體積(60)引導(dǎo)和提供輻射； 探測(74)在所述傳感器設(shè)備處接收的所述輻射的劑量；以及 響應(yīng)于接收的所探測的輻射的劑量，操作(76)所述可移動輻射源(18)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，使用光學(xué)瑞利散射來確定所述傳感器設(shè)備的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括: 使用所述光學(xué)形狀感測設(shè)備來確定所述細長的柔性構(gòu)件的取向。
【文檔編號】G01T1/161GK103917894SQ201280054600
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】M·格拉斯, R·曼茨克, R·陳 申請人:皇家飛利浦有限公司