用于遞送對(duì)象的系統(tǒng)和儀器以及用于檢測(cè)遞送的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在身體(1)中提供對(duì)象(2)的系統(tǒng)(10)、一種被布置為在用于在身體(1)中提供對(duì)象(2)的系統(tǒng)(10)中使用的處理器(18)、一種用于向身體(1)中提供對(duì)象(2)的儀器(12)、一種用于檢測(cè)在身體(1)中提供對(duì)象(2)的方法，以及一種用于檢測(cè)在身體(1)中提供對(duì)象(2)的軟件產(chǎn)品。為了允許在身體(1)中提供對(duì)象(2)并對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)避免已知方法的缺點(diǎn)，例如，提供機(jī)會(huì)以在用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)醫(yī)學(xué)過程的超聲圖像中進(jìn)行可靠定位，具有減小易受電磁干擾影響的誤差，本發(fā)明利用了這樣的發(fā)現(xiàn)：超聲換能器(24、26)的接收或發(fā)射的特性受到超聲換能器(24、26)的周圍環(huán)境的影響。通過檢測(cè)特性的變化，確定超聲換能器(24、26)處是否存在要被提供的對(duì)象(2)。
【專利說明】
用于遞送對(duì)象的系統(tǒng)和儀器以及用于檢測(cè)遞送的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在身體中提供對(duì)象的系統(tǒng)、一種被布置為在用于在身體中提供對(duì)象的系統(tǒng)中使用的處理器、一種用于檢測(cè)在身體中提供對(duì)象的方法以及一種用于檢測(cè)在身體中提供對(duì)象的軟件產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]US 2013/0253387A1公開了一種用于向身體的處置區(qū)域中的病理材料施加振動(dòng)能量的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括:能量源，其被配置為提供能量信號(hào);壓電換能器，其被配置為接收能量信號(hào)；以及，效應(yīng)器，其操作性地被耦合到所述換能器，其中，所述效應(yīng)器具有被連接到把手的近端和被配置為向病理材料施加振動(dòng)能量的遠(yuǎn)側(cè)部。所述系統(tǒng)還包括套管，所述套管具有縱向通道，以接收所述效應(yīng)器的至少一部分，并被配置為將效應(yīng)器的至少遠(yuǎn)側(cè)部暴露于病理材料。換能器被配置為通過效應(yīng)器向病理材料傳輸振動(dòng)能量。
[0003]在癌變組織內(nèi)部放置放射性/能量源的點(diǎn)陣是用于諸如前列腺、肺部、胸部、頭部和頸部等器官的輻射治療的方式。這些源的位置在過程前被規(guī)劃以利用輻射實(shí)現(xiàn)對(duì)癌變組織的良好覆蓋，同時(shí)在周圍的健康組織上具有可容忍的劑量。由于諸如組織運(yùn)動(dòng)和變形、針彎曲、人為誤差等因素，源的放置誤差是常見的。
[0004]—個(gè)范例是低劑量率(LDR)前列腺近距離放射治療。LDR前列腺近距離放射治療需要在前列腺內(nèi)部永久放置放射性種子以經(jīng)由輻射殺死癌癥。該過程常規(guī)上是在經(jīng)直腸超聲(TRUS)引導(dǎo)上進(jìn)行的。準(zhǔn)確放置種子能夠?qū)崿F(xiàn)更好的治療結(jié)果和更小的毒性。然而，由于諸如由針插入、前列腺水腫、針彎曲以及人為和校準(zhǔn)誤差造成的前列腺運(yùn)動(dòng)和變形的問題，與計(jì)劃有偏差是不可避免的。在當(dāng)前的實(shí)踐中，使用CT圖像在過程后執(zhí)行定量的劑量測(cè)定。在這個(gè)階段，如果檢測(cè)到與計(jì)劃的顯著偏差，則應(yīng)當(dāng)通過反復(fù)處置來進(jìn)行修復(fù)，這樣做成本高且耗時(shí)久。
[0005]植入源相對(duì)于目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確定位能夠獲得顯著提高處置質(zhì)量的自適應(yīng)規(guī)劃和遞送。為了達(dá)到這個(gè)目的，需要實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)測(cè)向目標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)器官/身體組織遞送的劑量。然后可以基于測(cè)量的劑量來調(diào)整處置規(guī)劃以遞送最優(yōu)的劑量覆蓋。
[0006]在很多過程中，在實(shí)時(shí)超聲成像之下執(zhí)行源的放置。在這種環(huán)境下，在超聲坐標(biāo)系中定位源會(huì)實(shí)現(xiàn)治療遞送和處置結(jié)果的巨大改善。為此，已經(jīng)嘗試在用于視覺引導(dǎo)的超聲B模式圖像中進(jìn)行源定位，但迄今為止尚未成功。超聲中的源定位受到超聲圖像質(zhì)量低、陰影、缺失源以及由于鈣化和氣泡造成的假陽(yáng)性等的阻礙。
[0007]已經(jīng)有人建議利用電磁(EM)跟蹤技術(shù)在放置時(shí)檢測(cè)源位置并記錄針端部的位置。然而，EM技術(shù)由于因手術(shù)室中金屬物體過多造成的磁場(chǎng)干擾而容易出現(xiàn)誤差。此外，EM坐標(biāo)系應(yīng)當(dāng)被配準(zhǔn)到US坐標(biāo)系以進(jìn)行劑量測(cè)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是允許在身體中提供對(duì)象并對(duì)其檢測(cè)，同時(shí)避免已知方法的缺點(diǎn)，例如，提供一種在用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)醫(yī)學(xué)過程的超聲圖像中進(jìn)行可靠定位的機(jī)會(huì)，并減小易受到電磁干擾的誤差。
[0009]在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種被布置為在用于在身體中提供對(duì)象的系統(tǒng)中使用的處理器，其中，所述處理器被布置為基于用于在身體中提供對(duì)象的儀器的一個(gè)或多個(gè)超聲換能器的信號(hào)輸出和/或基于用于監(jiān)測(cè)身體中所述對(duì)象要被提供的區(qū)域的超聲探頭的信號(hào)輸出來確定要由所述儀器提供的對(duì)象是否存在于所述儀器的一部分中和/或穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器的所述部分，所述一個(gè)或多個(gè)超聲傳感器被布置為使得用于從超聲探頭接收超聲傳輸?shù)慕邮仗匦噪S著要被提供的對(duì)象存在于所述儀器的一部分中和/或要被提供的所述對(duì)象穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器的所述部分而改變，所述信號(hào)輸出對(duì)來自用于在身體中提供所述對(duì)象的所述儀器的一個(gè)或多個(gè)超聲換能器的超聲傳輸做出響應(yīng)，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器被布置為使得用于向所述超聲探頭發(fā)射超聲傳輸?shù)膫鬏斕匦噪S著要被提供的對(duì)象存在于所述儀器的一部分中和/或要被提供的所述對(duì)象穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器的所述部分而改變。
[0010]本發(fā)明基于以下發(fā)現(xiàn):超聲換能器的接收或發(fā)射特性受到超聲換能器的周圍環(huán)境的影響。例如，對(duì)于用于遞送對(duì)象的針而言，其中，超聲換能器被提供作為針軸的一部分周圍的圓柱，在圓柱內(nèi)部存在對(duì)象與不存在對(duì)象的情況之間，換能器的環(huán)境的聲學(xué)性質(zhì)是不同的。忽視針中流體介質(zhì)的存在，存在對(duì)象的情況可以被認(rèn)為對(duì)應(yīng)于圓柱被填充，而沒有對(duì)象的情況可以被認(rèn)為對(duì)應(yīng)于圓柱是中空的。
[0011]超聲探頭可以被提供于儀器自身上或儀器自身處，尤其是以一個(gè)或多個(gè)超聲換能器的形式提供。
[0012]與常規(guī)方法相反，在本發(fā)明中，建議利用超聲換能器(優(yōu)選在儀器(例如針)的端部處或附近)使用基于超聲的跟蹤。超聲跟蹤的換能器固有地處在US坐標(biāo)系中，并對(duì)電磁干擾不敏感。
[0013]例如，本發(fā)明可以被用于LDR前列腺近距離放射治療或類似過程，以在放置時(shí)定位植入的種子，并使用這些位置來計(jì)算實(shí)時(shí)劑量測(cè)定，并且還被用于更新規(guī)劃。
[0014]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述處理器被布置為基于所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器的信號(hào)輸出和關(guān)于所述超聲探頭的超聲傳輸?shù)男畔⒑?或基于關(guān)于所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器的超聲傳輸?shù)男畔⒑退龀曁筋^的信號(hào)輸出，確定所述儀器相對(duì)于超聲探頭的位置。
[0015]超聲傳輸?shù)奶幚砗捅容^以及得到的接收的信號(hào)輸出可以被用于確定儀器的換能器與超聲探頭之間的相對(duì)位置。發(fā)射和接收的定時(shí)至少基于超聲傳播的速度給出距離。如果傳輸存在定向方面，該一定向方面也可以被用于確定超聲探頭與超聲換能器之間的相對(duì)方向。
[0016]在上述實(shí)施例的優(yōu)選變型中，關(guān)于超聲傳輸?shù)男畔⒂捎糜谒龀曁筋^或一個(gè)或多個(gè)超聲換能器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)包含或包括所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0017]驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供關(guān)于超聲傳輸?shù)亩〞r(shí)和其他方面的基本相當(dāng)完整的信息。盡管如此，作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的補(bǔ)充或替代，還可以使用其他信息。例如，在使用超聲換能器從超聲探頭接收超聲傳輸?shù)那闆r下，可以使用另一個(gè)傳感器(獨(dú)立于超聲換能器)來獲得關(guān)于超聲傳輸?shù)男畔ⅰ?br>[0018]在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于在身體中提供對(duì)象的系統(tǒng)，包括:超聲探頭，其用于監(jiān)測(cè)身體中對(duì)象要被提供的區(qū)域;儀器，其用于在所述身體中提供對(duì)象的儀器，所述儀器包括一個(gè)或多個(gè)超聲換能器，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器被布置為使得用于從所述超聲探頭接收超聲傳輸?shù)慕邮仗匦院?或用于向超聲探頭發(fā)射超聲傳輸?shù)膫鬏斕匦噪S著要被提供的對(duì)象存在于所述儀器的一部分中和/或要被提供的對(duì)象穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器的所述部分而變化;處理器，其被布置為基于一個(gè)或多個(gè)超聲換能器和/或超聲探頭的信號(hào)輸出來確定要由所述儀器提供的對(duì)象是否存在于所述儀器的所述部分中和/或穿行進(jìn)入和/或離開儀器的所述部分。
[0019]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述處理器被布置為基于所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器的信號(hào)輸出和關(guān)于所述超聲探頭的超聲傳輸?shù)男畔⒑?或基于關(guān)于所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器的超聲傳輸?shù)男畔⒑退龀曁筋^的信號(hào)輸出來確定所述儀器相對(duì)于超聲探頭的位置，其中，所述系統(tǒng)被布置用于通過將所述對(duì)象遞送到身體的各個(gè)位置來提供多個(gè)對(duì)象，還包括遞送管理單元，其被布置為基于處理器的確定來存儲(chǔ)所述對(duì)象的遞送位置。
[0020]根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的獨(dú)立遞送導(dǎo)出的信息可以被組合為遞送選項(xiàng)圖，以便獲得多次遞送的概況。
[0021]在上述變型的優(yōu)選選項(xiàng)中，其中，所述遞送管理單元被提供有針對(duì)要備遞送的對(duì)象的位置的映射，并且其被布置為基于所存儲(chǔ)的被遞送對(duì)象的遞送位置來修改要被遞送的對(duì)象的映射，以便使總體遞送分布符合預(yù)定條件。
[0022]在用于遞送對(duì)象的預(yù)定規(guī)劃與對(duì)象的實(shí)際遞送位置之間的比較允許補(bǔ)償規(guī)劃與實(shí)際情況之間的偏差。
[0023]在上述選項(xiàng)的優(yōu)選變型中，要被遞送的對(duì)象是輻射源，并且所述遞送管理單元被布置為基于被遞送輻射源的遞送位置和要被遞送的輻射源的映射來計(jì)算輻射劑量，并在計(jì)算出的輻射劑量不落入預(yù)定范圍的情況下修改要被遞送的一個(gè)或多個(gè)輻射源的映射。
[0024]例如，如果新計(jì)算出的投影劑量圖(基于到達(dá)的源位置和要被植入的源的規(guī)劃位置)指示關(guān)鍵器官可能過劑量或目標(biāo)可能劑量不足，可以對(duì)要被植入的源的規(guī)劃位置進(jìn)行適當(dāng)改變。
[0025]在優(yōu)選實(shí)施例中，形成一個(gè)或多個(gè)超聲換能器以包封儀器的一個(gè)或多個(gè)部分。
[0026]例如，以布置于儀器部分周圍的圓柱形式完全包封提供了如下益處:與部分包封或僅在儀器部分旁邊提供超聲換能器相比，儀器相對(duì)于超聲探頭的取向沒有額外影響。
[0027]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器中的至少一個(gè)包括基于鋯鈦酸鉛材料、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物和/或偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物的壓電材料，尤其是通過溶膠-凝膠技術(shù)獲得的壓電材料和/或電容性微加工的超聲換能器和/或光纖水診器。
[0028]在用于超聲換能器的壓電材料中，尤其優(yōu)選共聚物材料和特別是溶膠-凝膠溶液，因?yàn)樗鼈兲峁┝巳缦聝?yōu)點(diǎn):不論其曲率如何，獲得的超聲換能器(或傳感器)能夠被制成順從于對(duì)象。具體而言，這些材料可以被放置在針或其他儀器外部，并且針(或其他儀器)保持平順；同時(shí)，此外，針(或其他儀器)的腔保持空閑用于遞送對(duì)象(例如，近距離放射治療種子)O
[0029]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述儀器被布置為通過所述儀器的端部向所述身體中遞送所述對(duì)象，其中，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器中的第一個(gè)被布置在距所述儀器端部距離小于要被遞送的對(duì)象長(zhǎng)度處，其中，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器的第二個(gè)被布置在距所述第一個(gè)距離大于要被遞送對(duì)象長(zhǎng)度處。
[0030]用于向身體中遞送對(duì)象的儀器范例是針和(柔性)導(dǎo)管。盡管如此，也可以使用其他適當(dāng)?shù)膬x器來實(shí)施本發(fā)明。
[0031]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述儀器被布置為在所述儀器內(nèi)部的預(yù)定位置處可移除地提供所述對(duì)象，其中，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器的第一個(gè)被布置在所述儀器內(nèi)部所述對(duì)象要被提供到的位置處。
[0032]本發(fā)明不僅限于向身體中遞送對(duì)象。實(shí)際上，例如，也可以將本發(fā)明用于檢測(cè)閉合套管的端部處的對(duì)象(像輻射源)的定位，對(duì)象僅僅臨時(shí)提供在身體內(nèi)部，稍后可以與套管一起或僅從套管端部取出。
[0033]在另一方面中，提供了一種用于向所述身體中提供對(duì)象的儀器，所述儀器包括一個(gè)或多個(gè)超聲換能器，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器被布置為使得用于從所述超聲探頭接收超聲傳輸?shù)慕邮仗匦院?或用于向超聲探頭發(fā)射超聲傳輸?shù)膫鬏斕匦噪S著要被提供的對(duì)象存在于所述儀器的一部分中和/或要被提供的對(duì)象穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器的所述部分而變化，其中，超聲換能器被布置為僅僅用于接收或僅僅用于發(fā)射。
[0034]在用于在身體中提供對(duì)象的系統(tǒng)的背景下，用于提供對(duì)象的儀器的一個(gè)或多個(gè)換能器不必被布置為僅僅用于接收或僅僅用于發(fā)射。具體而言，在如下所述的具有儀器的實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)其他特征的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)換能器也可以被布置為既發(fā)射又接收。
[0035]此外，要理解的是，在多個(gè)換能器的情況下，這些換能器中的一些可以被布置為僅僅接收，而其他換能器可能被布置為僅僅發(fā)射，使得多個(gè)換能器整體上可以被布置為既發(fā)射又接收。
[0036]—種用于檢測(cè)在身體中提供對(duì)象的方法，包括如下步驟的組合:由超聲探頭提供超聲傳輸，以及接收用于在所述身體中提供對(duì)象的儀器的一個(gè)或多個(gè)超聲換能器的信號(hào)輸出，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器被布置為使得用于接收超聲傳輸?shù)慕邮仗匦噪S著要被提供的對(duì)象存在于所述儀器的一部分中和/或要被提供的對(duì)象穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器的所述部分而變化，和/或如下步驟的組合:由用于在身體中提供對(duì)象的儀器的一個(gè)或多個(gè)超聲換能器提供超聲傳輸，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器被布置使得用于發(fā)射超聲傳輸?shù)膫鬏斕匦噪S著要被提供的對(duì)象存在于所述儀器的一部分中和/或要被提供的對(duì)象穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器的所述部分而變化，以及響應(yīng)于超聲傳輸來接收用于監(jiān)測(cè)身體中對(duì)象要被提供的區(qū)域的超聲探頭的信號(hào)輸出，所述方法還包括使用關(guān)于超聲傳輸?shù)男畔硖幚斫邮盏降男盘?hào)輸出，并且基于處理來檢測(cè)在身體中提供對(duì)象。
[0037]在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種計(jì)算機(jī)程序，用于檢測(cè)在身體中提供對(duì)象，所述軟件產(chǎn)品包括程序代碼單元，在根據(jù)本發(fā)明的處理器上運(yùn)行軟件產(chǎn)品時(shí)，所述成像代碼單元令處理器執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)的方法的步驟。
[0038]應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理器、根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)、根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于檢測(cè)的儀器、方法和根據(jù)權(quán)利要求14所述的計(jì)算機(jī)程序具有具體而言如從屬權(quán)利要求中定義的類似和/或相同優(yōu)選實(shí)施例。
[0039]應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例也能夠是從屬權(quán)利要求或上述實(shí)施例與相應(yīng)獨(dú)立權(quán)利要求的任意組合。
[0040]本發(fā)明的這些和其他方面將從下文描述的實(shí)施例變得顯而易見并參考其加以闡述。
【附圖說明】
[0041 ] 在以下附圖中:
[0042]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于在身體中提供對(duì)象的系統(tǒng)的示意圖，
[0043]圖2示出了對(duì)應(yīng)于圖1所示的實(shí)施例，通過用于向身體中提供對(duì)象的儀器遞送對(duì)象期間的若干情況，
[0044]圖3示出了不存在對(duì)象的情況下超聲換能器的信號(hào)輸出的示范性波形，
[0045]圖4示出了存在對(duì)象的情況下超聲換能器的信號(hào)輸出的示范性波形，
[0046]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于檢測(cè)在身體中提供對(duì)象的方法的示意性流程圖，以及
[0047]圖6示出了圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的向身體中遞送對(duì)象的自適應(yīng)規(guī)劃的示意流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于在身體I中提供對(duì)象2的系統(tǒng)10的示意圖。
[0049]系統(tǒng)10包括:針12，作為用于向身體I中遞送對(duì)象2的儀器;超聲探頭14;用于超聲探頭14的控制單元16;處理器18，其被耦合到控制單元16;遞送管理單元20，其被耦合到處理器18;以及，接口22，其用于與系統(tǒng)10的用戶交互。
[0050]對(duì)象2是用于身體I的近距離放射治療的放射源。
[0051 ]針12是中空的，以便允許向身體中遞送對(duì)象2，并被提供有兩個(gè)超聲換能器24、26，其中，一個(gè)超聲換能器24被布置為接近針12的端部28，通過所述針向身體I中釋放對(duì)象2，而另一個(gè)超聲換能器26被布置為遠(yuǎn)離與端部28相對(duì)的一個(gè)超聲換能器24。如圖1中示意性所示，針12被插入身體I。
[0052]提供超聲探頭14以監(jiān)測(cè)身體I中要將對(duì)象2遞送到的區(qū)域，并響應(yīng)于由控制單元16提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來提供超聲傳輸(由箭頭30表示)。超聲探頭14接收來自身體I的內(nèi)部的超聲傳輸?shù)姆瓷洌⑾蚩刂茊卧?6提供用于超聲圖像的數(shù)據(jù)。
[0053]超聲傳輸30由超聲換能器24和26接收，其中，超聲換能器24和26的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸出被提供到處理器18。
[0054]處理器18還從控制單元16接收被提供給超聲探頭14的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。使用驅(qū)動(dòng)信號(hào)和超聲換能器24和26的信號(hào)輸出，處理器能夠確定針12相對(duì)于超聲探頭14的位置。使用關(guān)于超聲探頭14的射束點(diǎn)火順序的定時(shí)和信息，通過識(shí)別從超聲探頭14向相應(yīng)超聲換能器24、26遞送最強(qiáng)波的射束，從而找到來自超聲探頭14的方向。利用傳輸?shù)娘w行時(shí)間來計(jì)算超聲傳感器24、26距超聲探頭14的距離。
[0055]此外，處理器18被布置用于檢測(cè)超聲換能器24和26的任一個(gè)的信號(hào)輸出的變化，該變化指示相應(yīng)超聲換能器24、26的周圍的聲學(xué)性質(zhì)或特性的變化。
[0056]基于這樣的檢測(cè)，處理器18被布置用于檢測(cè)從針12向身體I中遞送對(duì)象2，其中，處理器18向遞送管理單元20轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)于這種檢測(cè)的信息。
[0057]遞送管理單元20存儲(chǔ)已經(jīng)遞送對(duì)象的位置并被提供具有用于根據(jù)期望近距離放射治療處置的遞送位置的預(yù)定規(guī)劃。遞送管理單元20確定身體I中癌變區(qū)域和周圍組織(未示出)的估計(jì)劑量，并將所確定的估計(jì)結(jié)果與根據(jù)處置規(guī)劃認(rèn)為可允許的范圍進(jìn)行比較。為了補(bǔ)償與計(jì)劃的偏差，遞送管理單元20建議或?qū)嵤┥形幢贿f送的對(duì)象的遞送位置的變化。超聲探頭14的遞送管理單元20和控制單元16被耦合到接口22，以向用戶提供信息并接收來自用戶的指令。
[0058]圖2示出了對(duì)應(yīng)于圖1所示的實(shí)施例，通過用于向身體中提供對(duì)象2、2’的儀器12遞送對(duì)象2、2’期間的若干情況。
[0059]如上所述，儀器12為空心針12，其中，在兩個(gè)不同的位置處提供超聲換能器24、26，其能夠檢測(cè)對(duì)象2、2’通過換能器24、26。換能器24、26被提供為分別圍繞針的內(nèi)部的部分的圓柱體。
[0060]在圖2a)中，要被遞送的對(duì)象2尚未到達(dá)超聲換能器24、26中的任一個(gè)，并且因此，超聲換能器24、26都不會(huì)指示對(duì)象2存在于針12的相應(yīng)部分中。
[0061]在圖2b)中，對(duì)象2剛剛到達(dá)針12被超聲換能器26圍繞的部分。因此，超聲換能器26的信號(hào)輸出受到對(duì)象2存在的影響，而超聲換能器24的信號(hào)輸出不受影響。
[0062]在圖2c)和2d)中，對(duì)象2進(jìn)一步通過針12推進(jìn)，但仍然至少部分處在被超聲換能器26圍繞的區(qū)域中。因此，超聲換能器24、26的信號(hào)輸出對(duì)應(yīng)于圖2b)中的那些。
[0063]在圖2e)中，對(duì)象2已經(jīng)離開被超聲換能器26圍繞的區(qū)域，但尚未到達(dá)超聲換能器24的區(qū)域。因此，超聲換能器24、26的信號(hào)輸出對(duì)應(yīng)于圖2a)中的那些。
[0064]在圖2f)中，對(duì)象2已經(jīng)到達(dá)對(duì)超聲換能器24有影響的區(qū)域，影響到超聲換能器24的信號(hào)輸出。在針12中提供另一個(gè)對(duì)象2’，但尚未達(dá)到超聲換能器26。
[0065]在圖2g)中，對(duì)象2部分通過針12的被超聲換能器24包封的部分，由于對(duì)象對(duì)聲學(xué)特性的影響，因此仍然影響超聲換能器24的信號(hào)輸出。另一個(gè)對(duì)象2 ’尚未達(dá)到另一個(gè)超聲換能器26。
[0066]在圖2g)中，對(duì)象2已經(jīng)通過超聲換能器24，并即將由針12遞送到身體(未示出)中。另一個(gè)對(duì)象2’現(xiàn)在已經(jīng)到達(dá)超聲換能器26，因此也可以在接近針12的端部28的區(qū)域中被檢測(cè)到。
[0067]圖3示出了不存在對(duì)象的情況下超聲換能器的信號(hào)輸出的示范性波形，其中，圖4示出了存在對(duì)象的情況下超聲換能器的信號(hào)輸出的示范性波形。
[0068]作為一項(xiàng)概念證明試驗(yàn)，18號(hào)不銹鋼針在其端部附近被提供有圓柱形共聚物傳感器，其允許在體外組織中跟蹤深度>15cm的針。在移除內(nèi)部導(dǎo)絲并然后引入管腔時(shí)，記錄聲學(xué)信號(hào)的變化(模仿源通過)。在圖3和圖4中示意性地示出了這些記錄的結(jié)果。信號(hào)波形中的混響大多是由于針的隔音材料中的變化造成的。如圖4所示，對(duì)于完美的阻抗匹配(導(dǎo)絲在外針軸和導(dǎo)絲軸的鋼中、之間)，幾乎沒有混響。相反，如圖3所示，對(duì)于大的阻抗失配(這里，在針的鋼與管腔中的水之間)，能夠看到混響(圖3的右部)ο例如，在放射性/能量源通過時(shí)，將發(fā)生混響的減少，這可以通過已知的變化檢測(cè)方法來檢測(cè)，例如相繼接收的波形的交叉相關(guān)或絕對(duì)差值和。
[0069]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于檢測(cè)在身體中提供對(duì)象的方法的示意性流程圖。
[0070]所述方法包括由超聲探頭(參見圖1)提供52超聲傳輸。超聲傳輸由用于在身體中提供對(duì)象的儀器處提供的一個(gè)或多個(gè)超聲換能器來接收。
[0071]超聲換能器(參見圖1)被布置使得接收超聲傳輸時(shí)的接收特性隨著要被提供的對(duì)象存在于儀器的一部分中和/或要被提供的所述對(duì)象穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器的所述部分而改變。在由于對(duì)象的存在而影響超聲換能器或其周圍的聲學(xué)性質(zhì)的情況下，存在得到的信號(hào)輸出的接收54，接著是使用關(guān)于超聲傳輸?shù)男畔?duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理56，以及基于處理來檢測(cè)58在身體中提供對(duì)象。
[0072]圖6示出了圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的向身體中遞送對(duì)象的自適應(yīng)規(guī)劃的示意流程圖。
[0073]在創(chuàng)建步驟62中，創(chuàng)建用于近距離放射治療的規(guī)劃，包括輻射源要被遞送到的位置的圖。
[0074]在放入步驟64中，將輻射源放入或定位在患者的身體內(nèi)部。
[0075]在定位步驟66中，根據(jù)本發(fā)明(參見上文)確定輻射源的放置或遞送位置。
[0076]在劑量計(jì)算步驟68中，基于規(guī)劃中定義的所確定的被遞送輻射源的位置和其他輻射源的遞送位置，計(jì)算遞送劑量。
[0077]在顯示步驟70中，在超聲圖像上疊加計(jì)算出的劑量，供用戶確定劑量是否充足。備選地，可以基于預(yù)定的范圍或值自動(dòng)確定劑量的充足性。
[0078]在分支步驟72中，該過程根據(jù)充足性確定的結(jié)果而發(fā)生分支。如果劑量可以，將該過程進(jìn)行到放入步驟64(只要其他輻射源要被遞送)。如果劑量不合格，在修改步驟74中，自動(dòng)或根據(jù)用戶輸入修改該規(guī)劃，其中，在修改步驟74之后，在放入64中繼續(xù)該過程(只要其他輻射源要被遞送)。
[0079]在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，提供了自適應(yīng)規(guī)劃和治療遞送，使得能夠?qū)σ呀?jīng)植入的源進(jìn)行定位并修改規(guī)劃的位置和其余源的數(shù)量，以覆蓋輻射不足的區(qū)域并避免對(duì)風(fēng)險(xiǎn)器官輻射過度。
[0080]為了得到對(duì)源位置的估計(jì)，用于遞送的針被提供有至少一個(gè)特殊傳感器，例如PZT或共聚物(PVDF-trFE)傳感器，以跟蹤針并檢測(cè)源的放入時(shí)間和位置。這些傳感器是在制造時(shí)被嵌入每根針的內(nèi)部。通過傳感器的源改變傳感器的聲學(xué)性質(zhì)，并且由此改變傳感器的輸出信號(hào)。這種改變能夠由處理單元檢測(cè)，從而能夠檢測(cè)源放置的時(shí)間。由于傳感器實(shí)時(shí)提供針尖的位置，因此放置時(shí)，源放置位置能夠被計(jì)算作為針尖的位置。
[0081 ]本示范性實(shí)施例的元件包括被提供有一個(gè)或多個(gè)超聲傳感器的空心針、對(duì)組織進(jìn)行成像的3D/2D超聲探頭(對(duì)于前列腺近距離放射治療的情況，經(jīng)直腸)、接收并解釋來自傳感器的信號(hào)的硬件模塊、檢測(cè)所放置的源的時(shí)間和位置的軟件模塊、顯示疊加于實(shí)時(shí)超聲圖像上的植入源的實(shí)時(shí)位置和對(duì)應(yīng)輻射劑量圖的用戶界面以及測(cè)量被遞送到目標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)器官的劑量并更新處置規(guī)劃的軟件模塊。
[0082]如上所述，針(在這一實(shí)施例中，提供對(duì)象的儀器)在針尖處或非常接近針尖處被提供有一個(gè)或多個(gè)圓柱形單元件US換能器傳感器，例如PZT或共聚物(PVDF-trFE)。超聲跟蹤技術(shù)能夠通過分析由傳感器從超聲探頭接收的射頻(RF)信號(hào)來估計(jì)傳感器的位置。首先，通過識(shí)別來自超聲陣列的向傳感器遞送最強(qiáng)波的射束來定位水診器。這是使用對(duì)射束點(diǎn)火順序的知識(shí)來執(zhí)行的。使用飛行時(shí)間來計(jì)算傳感器距對(duì)應(yīng)超聲元件的距離。從而能夠?qū)崟r(shí)確定傳感器的位置。
[0083]超聲傳感器的信號(hào)輸出取決于其聲學(xué)性質(zhì)。在源通過具有圓柱形傳感器的空心針時(shí)，它會(huì)改變傳感器的聲學(xué)性質(zhì)，并且因而改變傳感器的輸出信號(hào)(幅度、相位、波形)。
[0084]計(jì)算機(jī)軟件模塊能夠檢測(cè)傳感器的輸出的變化，并且因此檢測(cè)種子通過傳感器的時(shí)間，接下來在放下它時(shí)檢測(cè)種子的位置。
[0085]來自傳感器的信息被傳輸?shù)街醒胗?jì)算機(jī)進(jìn)行處理。處理算法的輸出是每個(gè)放射源在成像US探頭的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)?？梢酝ㄟ^兩種方式之一在圖像上突出顯示(使用十字或其他適當(dāng)指示符)估計(jì)的源位置:實(shí)時(shí)US圖像可以被讀入處理工作站中，并可以在即將到來的圖像中的適當(dāng)位置上實(shí)時(shí)疊加估計(jì)的源位置，或者估計(jì)的源位置可以被傳輸?shù)経S系統(tǒng)，以在US系統(tǒng)屏幕上顯示。
[0086]使用估計(jì)的源位置的自適應(yīng)規(guī)劃包括利用源的位置估計(jì)以基于到達(dá)的源位置來連續(xù)重新計(jì)算劑量。如果新投影的劑量圖(基于到達(dá)的源位置和要被植入源的規(guī)劃位置)指示關(guān)鍵器官劑量過大或目標(biāo)劑量過低，可以對(duì)要被植入源的規(guī)劃位置進(jìn)行適當(dāng)改變。
[0087]盡管已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細(xì)例示和描述了本發(fā)明，但這樣的例示和描述被認(rèn)為是例示性或示范性的而非限制性的;本發(fā)明不限于公開的實(shí)施例。
[0088]通過研究附圖、公開和所附權(quán)利要求，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在實(shí)踐請(qǐng)求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)能夠理解和實(shí)現(xiàn)所公開實(shí)施例的其他變化。
[0089]例如，在實(shí)施例中可以操作本發(fā)明，其中，由用于在身體中提供對(duì)象的儀器上提供的超聲換能器提供超聲信號(hào)的傳輸，其中，所發(fā)射的超聲信號(hào)(指示儀器的感興趣部分中存在或不存在對(duì)象)然后被儀器自身的超聲換能器(由于身體內(nèi)部的反射等)或由超聲探頭接收。還可以組合這些方面，即，從超聲探頭和超聲換能器兩者都提供傳輸，并由超聲換能器和超聲探頭都進(jìn)行接收。
[0090]在權(quán)利要求中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，不定冠詞“一”不排除多個(gè)。
[0091]單個(gè)處理器、器件或其他單元可以完成權(quán)利要求中列舉的幾個(gè)項(xiàng)目的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中列舉特定手段的簡(jiǎn)單事實(shí)并不表示不能有利地使用這些手段的組合。
[0092]如提供超聲傳輸，接收信號(hào)輸出，處理信號(hào)輸出以及檢測(cè)對(duì)象的提供的操作能夠被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序的程序代碼單元和/或?qū)Ｓ糜布?br>[0093]可以在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)上存儲(chǔ)和/或分布的計(jì)算機(jī)程序，介質(zhì)例如是與其他硬件一起供應(yīng)或作為其他硬件一部分供應(yīng)的光存儲(chǔ)介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但也可以在其他形式中分布，例如通過互聯(lián)網(wǎng)或其他有線或無線電信系統(tǒng)。
[0094]權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種被布置為在用于在身體(I)中提供對(duì)象(2)的系統(tǒng)(10)中使用的處理器(18)，其中，所述處理器(18)被布置為基于用于在所述身體(I)中提供所述對(duì)象(2)的儀器(12)的一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)的信號(hào)輸出，和/或基于用于監(jiān)測(cè)所述身體(I)中所述對(duì)象(2)要被提供的區(qū)域的超聲探頭(14)的信號(hào)輸出，確定要由所述儀器(12)提供的對(duì)象(2)是否存在于所述儀器(12)的一部分中和/或穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器(12)的所述部分，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器被布置為使得用于從超聲探頭(14)接收超聲傳輸(30)的接收特性隨著要被提供的所述對(duì)象(2)出現(xiàn)所述儀器(12)的所述部分中和/或要被提供的所述對(duì)象(2)穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器(12)的所述部分而改變，所述信號(hào)輸出對(duì)來自用于在所述身體(I)中提供所述對(duì)象(2)的所述儀器(12)的一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)的超聲傳輸(30)做出響應(yīng)，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器被布置為使得用于向所述超聲探頭(14)發(fā)射超聲傳輸(30)的傳輸特性隨著要被提供的所述對(duì)象(2)存在于所述儀器(12)的一部分中和/或要被提供的所述對(duì)象(2)穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器(12)的所述部分而改變。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理器(18)，其中，所述處理器(18)被布置為基于所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)的所述信號(hào)輸出和關(guān)于所述超聲探頭(14)的所述超聲傳輸(30)的信息和/或基于所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)的所述超聲傳輸(30)的信息和所述超聲探頭(14)的所述信號(hào)輸出來確定所述儀器(12)相對(duì)于所述超聲探頭(14)的位置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的處理器(18)，其中，關(guān)于所述超聲傳輸(30)的所述信息由用于所述超聲探頭(14)或所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)包含或包括所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)。4.一種用于在身體(I)中提供對(duì)象(2)的系統(tǒng)(10)，包括: 超聲探頭(14)，其用于監(jiān)測(cè)所述身體(I)中所述對(duì)象(2)要被提供的區(qū)域， 儀器(12)，其用于在所述身體(I)中提供所述對(duì)象(2)，所述儀器(12)包括一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器被布置為使得用于從所述超聲探頭(14)接收超聲傳輸(30)的接收特性和/或用于向所述超聲探頭(14)發(fā)射超聲傳輸(30)的傳輸特性隨著要被提供的所述對(duì)象(2)存在于所述儀器(12)的一部分中和/或要被提供的所述對(duì)象(2)穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器(12)所述部分而變化， 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理器(18)，其被布置為基于所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)和/或所述超聲探頭(14)的信號(hào)輸出來確定要由所述儀器(12)提供的對(duì)象(2)是否存在于所述儀器(12)的所述部分中和/或穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器(12)的所述部分。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述處理器(18)被布置為基于所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)的所述信號(hào)輸出和關(guān)于所述超聲探頭(14)的所述超聲傳輸(30)的信息和/或基于關(guān)于所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)的所述超聲傳輸(30)的信息和所述超聲探頭(14)的所述信號(hào)輸出來確定所述儀器(12)相對(duì)于所述超聲探頭(14)的位置，其中，所述系統(tǒng)(10)被布置用于通過將所述對(duì)象(2)遞送到所述身體(I)中的各個(gè)位置來提供多個(gè)對(duì)象(2)，所述系統(tǒng)還包括遞送管理單元(20)，所述遞送管理單元(20)被布置為基于所述處理器(18)的確定來存儲(chǔ)所述對(duì)象(2)的遞送位置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述遞送管理單元(20)被提供有針對(duì)要被遞送的所述對(duì)象(2)的位置的映射，并且被布置為基于所存儲(chǔ)的被遞送對(duì)象(2)的遞送位置來修改針對(duì)要被遞送的對(duì)象(2)的所述映射，以便使總體遞送分布符合預(yù)定條件。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(10)，其中，要被遞送的所述對(duì)象(2)是輻射源，并且所述遞送管理單元(20)被布置為基于被遞送的輻射源的遞送位置和要被遞送的輻射源的所述映射來計(jì)算輻射劑量，并且在計(jì)算出的輻射劑量不落入預(yù)定范圍的情況下修改針對(duì)要被遞送的一個(gè)或多個(gè)輻射源的所述映射。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)被形成為包封所述儀器(12)的一個(gè)或多個(gè)部分。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)中的至少一個(gè)包括基于鋯鈦酸鉛材料、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物和/或偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物的壓電材料，尤其是通過溶膠-凝膠技術(shù)獲得的壓電材料和/或電容性微加工的超聲換能器和/或光纖水診器。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述儀器(12)被布置用于通過所述儀器(12)的端部向所述身體(I)中遞送所述對(duì)象(2)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)中的第一個(gè)被布置在距所述儀器(12)的所述端部的距離小于要被遞送的所述對(duì)象(2)的長(zhǎng)度處，其中，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)中的第二個(gè)被布置在距所述第一個(gè)的距離大于要被遞送的所述對(duì)象(2)的所述長(zhǎng)度處。11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述儀器(12)被布置用于在所述儀器(12)內(nèi)部的預(yù)定位置處能夠移除地提供所述對(duì)象(2)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)中的第一個(gè)被布置在所述儀器(12)內(nèi)部所述對(duì)象(2)要被提供到的所述位置處。12.—種用于檢測(cè)在身體(I)中提供對(duì)象(2)的方法，包括: 以下步驟的組合: 由超聲探頭(14)提供(52)超聲傳輸(30)，以及 接收(54)用于在所述身體(I)中提供所述對(duì)象(2)的儀器(12)的一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)的信號(hào)輸出，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器被布置為使得用于接收所述超聲傳輸(30)的接收特性隨著要被提供的所述對(duì)象(2)存在于所述儀器(12)的一部分中和/或要被提供的所述對(duì)象(2)穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器(12)的所述部分而變化，和/或 以下步驟的組合: 由用于在所述身體(I)中提供所述對(duì)象(2)的儀器(12)的一個(gè)或多個(gè)超聲換能器(24、26)提供(52)超聲傳輸(30)，所述一個(gè)或多個(gè)超聲換能器被布置為使得用于發(fā)射所述超聲傳輸(30)的傳輸特性隨著要被提供的所述對(duì)象(2)存在于所述儀器(12)的一部分中和/或要被提供的所述對(duì)象(2)穿行進(jìn)入和/或離開所述儀器(12)所述部分而變化，并且 響應(yīng)于所述超聲傳輸(30)而接收(54)用于監(jiān)測(cè)所述身體(I)中所述對(duì)象(2)要被提供的區(qū)域的超聲探頭(14)的信號(hào)輸出， 還包括: 使用關(guān)于所述超聲傳輸(30)的信息來處理(56)接收到的信號(hào)輸出，并且 基于所述處理來檢測(cè)(58)在所述身體(I)中提供所述對(duì)象(2)。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括: 在檢測(cè)到提供對(duì)象(2)的情況下，基于所述信號(hào)輸出和關(guān)于所述超聲傳輸(30)的所述信息來確定(66)所提供的對(duì)象(2)相對(duì)于所述超聲探頭(14)的位置。14.一種用于檢測(cè)在身體(I)中提供對(duì)象(2)的軟件產(chǎn)品，所述軟件產(chǎn)品包括程序代碼單元，在根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理器(18)上運(yùn)行所述軟件產(chǎn)品時(shí)，所述程序代碼單元令所述處理器(18)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法的步驟。
【文檔編號(hào)】A61B8/12GK105828724SQ201480069103
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月16日
【發(fā)明人】E·德赫甘馬爾瓦斯特, F·G·G·M·維尼翁, A·K·賈殷, S·巴拉特, A·M·塔赫瑪塞比馬拉古奧施, D·賓內(nèi)卡普
【申請(qǐng)人】皇家飛利浦有限公司