突出适应性器官的外周近距离放射疗法

摘要

本发明涉及一种将非侵入性近距离放射疗法应用于患者突出器官中目标体积的系统和方法，其采用了被构造为相对于器官布置的施用器，从而从器官外周的至少两个位置或与之非常靠近的至少两个位置可将增强剂量的发散辐射从至少两个方向经皮施用于突出器官的目标体积，从而与施用到目标体积周围组织的剂量相比，将较高剂量施用于目标体积。还描述了治疗计划和图像引导技术。

说明书

相关申请

本申请基于2005年2月15日以Raymond J.Bricault和Piran Sioshansi 的名义提交的题为“Peripheral Brachytherapy of Protruding Organs Using Distributive Radioactive Sources”的美国临时申请序列号60/653,191(代 理人案号71602-012，ART-2PR)，并且要求享有其的优先权。本申请 与2006年2月15日以Raymond J.Bricault和Piran Sioshansi的名义提交 的题为“Peripheral Brachytherapy of Protruding Organs Using Distributive Radioactive Sources”的相关申请美国序列号No.______(代理人案号71602 -014，ART-2B)同期提交。

技术领域

本发明基本涉及近距离放射疗法，更具体而言涉及用于向突出器官 提供外周近距离放射疗法的非侵入式设备和方法。

背景技术

自从Mme.Curie发现放射性以来，已经实施了各种形式的近距离放 射疗法。近距离放射疗法，从希腊语词根意义“来自短或近距离”，是通 常用于描述在组织内或者在体管腔或者体腔中放置一个或多个放射源以 将治疗剂量施用到该源附近的肿瘤或瘤床的术语。如现今实施的近距离 放射疗法包括数种侵入式治疗。组织内近距离放射疗法包括将一个或数 个放射源放置在组织(例如，前列腺)中的步骤。管腔内近距离放射疗 法包括通过解剖内腔(例如血管)引进该源。体腔内近距离放射疗法通 过将放射源放置在癌组织(例如子宫颈癌，或者眼内黑素瘤的眼眶)附 近的天然形成的腔室中或者手术期间产生的人造腔室中(例如，乳房肿 块切除术或者其他瘤床)而执行。已知多种近距离放射疗法施用器并且 用于侵入式程序。

包括用于定义一系列用于接受高剂量辐射(HDR)源的平行管腔结 构的表面施用器，已经用于治疗表面损伤、皮肤癌或者在开放手术期间 用于易于接近的组织。(例如，参见 www.varian.com/obry/pdf/vbtapplicatorcatalogue.pdf第113页处的Varian 目录)。然而，该施用器未设计为可处理位于深处的肿瘤或者瘤床。

Cash等人(美国6,560,312)公开了一种使用远距离放射疗法在人体 上执行放射外科手术的技术。该技术包括聚集非会聚辐射野以达到治疗 剂量。Cash等人的该远距离放射疗法的设计基于远程X-射线源的预定分 布以创建一个体积，在该处多个X-射线束在人体内交叉。其取决于对准 位于一个平台上的远程源以治疗位于不同平台上的患者内的病灶的能 力。该方法的主要局限在于必须谨慎维持源的相对定位，以提供精确的 病灶追踪，尤其当诸如与呼吸相关的患者运动可以导致治疗期间出现对 准误差时(例如作为例子，当患者正在接受乳腺癌治疗时)。

Sundqvist(美国4,780,898)和Leskell(美国5,528,651，5,629,967 和6,049,587)共同地描述了一种以商标“伽玛刀”(“GammaKnife”)出 售并且属于Elekta Instrument AB的远距离放射疗法系统。该系统用于通 过暴露患者脑部中的定位点，而治疗不宜手术的精细脑肿瘤。伽玛刀依 赖于通过将“头盔”直接连接到颅骨而稳固地固定患者头部，并且同时 将脑组织暴露于多个角度的放射源。每个源经过准直，发射以单一焦点 为目标的会聚辐射射束(beamlet)。通过仔细地对准每个源射束或者治疗 线，伽玛刀系统能够在目标位置将辐射野增大到治疗水平。该设计有利 于治疗非常精细的(点)病灶，并且需要仔细地定向每个射束或者治疗 线。

附图说明

附图中：

图1是根据本文中所述的原理用于乳房的近距离放射疗法的施用器 的一个实施方式的透视图；

图2是沿着图1中所示的并且在治疗中支撑乳房的施用器的罩杯获 取的横截面；

图3是根据本文中所述的原理用于乳房的近距离放射疗法的施用器 的另一实施方式的透视图；

图4是沿着图3中所示的用于在治疗中支撑乳房的施用器的杯获取 的横截面；

图5是施用器的部分横截面，其包括具有嵌入源以促进定向施用来 自每个源的辐射的衰减器；

图6A-6D示出了使用平行板施用器和精细乳房成像系统而对乳房提 供近距离放射疗法的一系列步骤的实施方式。

图7是来自安装在模型上的原型乳罩式施用器覆盖在CT图像上的剂 量图的范例的横截面，使用“灯罩”式HDR导管样式示出了对乳房的等 剂量分布；

图8A-8B分别示出了从施用器的单一野成形小室(field shaping cell) 的野分布的有限元分析(FEA)以及放置在典型平行板施用器的顶板和 底板中的一系列野成形小室的范例；

图9A和B描绘了指示将执行的主要计算、在典型治疗次序中制造 通路的主要输入(静态和动态两者)和主要决定的典型程序流程图；

图10是用于控制辐射到皮肤的相对剂量对辐射到目标体积的中心的 剂量的多个野成形小室的图示；

图11A和B示出了用于控制组织对辐射的暴露的野成形小室的定向 的两个范例；

图12是连续野成形小室的范例的透视示意图；

图13是单一圆锥形野成形结构/小室的范例的透视示意图；

图14是使用机械手的施用器范例的透视示意图；以及

图15A-C是示出在从野成形结构发射的辐射图案的辐散形状上的野 成形结构中定位源的效果的横截面视图。

具体实施方式

附图详述

在本发明中描述的装置和方法尤其适于治疗诸如乳房、睾丸或阴茎 的突出器官中大型的、指定的或者作为目标的体积(以数以几至几十立 方厘米的数量级，或者更大)。在一个实施方式中，该设备和方法需要一 个或多个分散束，或者来自放置在相对于突出器官表面支撑的施用器中 的一个或多个辐射源的治疗辐射的模式。应当理解，如在此所用，在每 种情况下术语“源”或“数个源”可以表示适于配置和/或移动以使得在 朝向目标体积的一个以上的方向上辐射的单一源，或者同样适于配置以 使得在一个以上的方向上辐射的两个或多个源的分布，从而在目标体积 中聚焦比周围组织中更多的总的可暴露辐射。相对于器官固定施用器， 用于源或数个源的每个暴露，并且提供稳定平台用于容纳辐射源和施用 剂量到指定体积，而独立于目标移动(例如，由于呼吸循环)。指定体积 的定义以及施用器中源或多个源的相对定位可以由用于正确对准和监视 施用的剂量的成像引导技术而正确地识别。在一个应用中，源必须放置 在距皮肤窄范围的距离之内。太靠近皮肤放置源(例如，小于约3mm) 可能导致过度的皮肤暴露；同时，放置距离皮肤远于数厘米(例如，5厘 米)可能导致剂量的强度下降，而近距离放射疗法变得低效率，而因此 不充足和无效。通过在治疗期间将源合适地相对于目标体积放置，可以 引导多个发散束仅在目标体积内重叠或者交叉。这继而导致暴露野重叠 在目标体积中并因而为目标体积提供治疗剂量，同时未暴露于发散束交 叉的体积部分接受亚治疗剂量。

本发明还描述了非侵入式近距离放射疗法技术的设计和利用，其中 分布的辐射源模式通过使用一个或多个源而创建。该源或多个源可以包 括，而不局限于，一种或多种同位素、一个或多个离散源(discrete source)， 和/或一个或多个电离辐射的发生器。在治疗中，提供治疗剂量的单一源 或多个源的部分优选分布在或者按顺序移到与突出器官周围皮肤具有近 的预定距离的预定固定位置，并且移动和/或布置而将指定治疗剂量施用 到器官中的目标肿瘤或瘤床。优选但并非必需使用成像引导以定位和定 义将施用辐射到其上的器官中的指定目标体积。施用到指定体积的指定 剂量，可以通过例如计算分别从布置在目标组织周围的分布位置施用到 指定体积的重叠的低剂量的累积或总和而确定。或者，可以使用计算机 模拟技术，考虑到指定目标组织的形状、尺寸、体积以及其与皮肤的定 位和距离，而确定施用到所需体积的重叠或重合(积累)剂量。

诸如乳房的突出的可变形的器官，提供了从外周辐射治疗的独特几 何形状。其允许设计非侵入式施用器(并且因此促进了用于治疗的程序)， 从而在乳房的情况下，施用器例如可以改变乳房形状，并且允许辐射的 一个源或数个源围绕或者定位于器官外周的两个或多个位置，从而允许 从两个或多个方向/角度发散辐射的重叠、交叉的束的模式，以增加到达 器官中内部目标组织或者指定体积的累计剂量，并且在发散辐射的每个 束指向的每个位置处固定源的距离。指定体积中的该重叠，允许源，或 者多个源的每一个，从多个位置的每一个施用较低平均剂量到其间的组 织，同时施用比当仅使用单一辐射源时提供的更高的剂量到目标组织。 因而，在此公开的方法，其在治疗乳腺癌的情况下我们称为乳房外周近 距离放射疗法(PBB)概念，具有限制到面向每个辐射源位置的非目标、 或者健康组织的剂量的优点。对于使用远距离放射治疗源或者从常规放 射治疗中可获得的辐射束，这是不可能的。本发明中提倡的辐射源的有 限穿透以及施用器的几何形状和相对接近性组合以限制到达围绕目标组 织的下部、相邻、健康组织的剂量，同时将治疗剂量施用到该器官中的 目标体积。较高的剂量可以通过各种手段创建，所有这些手段包括有效 地围绕可变形突出器官(或者至少定位在围绕其外周的选定位置)。源优 选位于三维空间中，从而每个位置的源处于距离目标体积的预定的、相 对固定的位置，并且在每个源位置产生的野建设性地添加在目标体积中， 因而在该位置共同地产生治疗剂量水平。源可以同时放置在数个位置的 每一个和/或源可以在治疗期间随着时间流逝移动到数个位置的每一个。 本发明预期一个或多个辐射源提供了点源(基本上一维)、线(并非必须 笔直)源(二维)和/或宽平面(并非必须平坦，但是在三维中延伸)源， 以使得创建在目标体积中提供累积剂量的重叠辐射图案。辐射源可以包 括，但不局限于放射性同位素或者电离辐射(x-射线或电子源)发生器。

在此公开的方法和系统的实施方式尤其有利于在肿块切除术之后的 乳腺癌的近距离放射疗法，在该切除术中乳腺癌组织已经手术地切除， 但是应当意识到，可以提供其他应用而不需要不适当的实验。在肿块切 除术之后，为了防止局部复发，需要将瘤床暴露在辐射下，以“消毒” 该区域并且破坏癌症前期微包涵体，其可能仍然存在于原始部位附近， 否则可能导致局部失效。在肿块切除术之后施用到乳房的典型近距离放 射疗法剂量范围从约10Gy到约50Gy。具体剂量取决于剂量率、分级进 度和疗程、原始增长的特性、单对加强(mono versus boost)治疗，以及 对于本领域技术人员将是明显的众多其他因素。局部乳房近距离放射疗 法的典型目标是超出肿块切除术(切除腔)边缘约2cm延伸出的体积。 使用当前公开的乳房外周近距离放射疗法(PBB)概念，可以将亚治疗 剂量施用到基本上整个乳房并且将治疗剂量施用到乳房中的目标体积。 施用到乳房的典型指定体积的指定治疗剂量通常在约15Gy到约40Gy范 围内。在其他因素中，该治疗剂量取决于放射性治疗的持续时间，其中 放射性治疗持续时间越短，剂量越低。主要的备选(当前“治疗标准”) 是外部束的总乳房辐射，其通常在5至7周中施用具有约1.8Gy的日剂 量，总剂量约45Gy。

一般接受的实践是用于乳腺癌的辐射治疗期望在60天内完成，这是 用于PBB方法的最大预期持续时间，尽管周期可以改变超出60天。更 典型的，使用PBB方法，预期给予从约2天到约10天的治疗。

根据公开的系统和技术，外周乳房近距离放射疗法可以对处于多个 不同位置中的任一位置的患者进行。例如可在患者仰卧或俯卧平躺时进 行治疗。在俯卧时，可以使用特别的工作台。工作台可以各自包括例如 用于容纳乳房的合适定位的洞或者孔，从而乳房可以在重力的作用下自 由下垂。或者，可以在患者站立或者坐下时进行治疗。器官，尤其当治 疗乳房时，可以符合或适应于限定空间中，以确保治疗期间目标体积的 位置和源的位置之间的固定关系。治疗期间相对于源、相对于治疗和成 像系统改变患者方向或者目标体积的移动，或者相对于源移动目标体积， 将影响靶定和治疗乳房中某些预定体积的能力，以及增加对其它器官和 组织的杂散剂量。因而，患者的定位和方向，以及是否在治疗期间限定 了乳房，可能实际上部分取决于目标体积的定位。

为了治疗类似乳房的适应性突出器官，辐射源可以放置在特殊施用 器中。施用器当相对于适应性器官得到支撑时，将优选地在治疗期间相 对于源固定器官的形状，并且提供稳定平台，其施用恒定辐射野，而一 般不依赖于身体移动或，尤其是不依赖于因为例如呼吸循环引起的器官 移动。施用器可以设计为符合突出器官的形状或者包围突出器官，因而 允许将源可靠地放置在器官的外周，非常接近其表面。或者，施用器可 以包括用于容纳器官的腔，并且可以由刚性材料制成刚性几何结构，从 而促使突出器官呈现刚性施用器中腔的形状并且因而符合其形状。施用 器还优选地包括小室、小袋、凹进和/或内腔，用于插入和移动和/或在指 定的治疗位置每个辐射源的连接。

在乳房X射线照相术程序中通常使用压缩板。经压缩的乳房呈现为 平坦均匀组织块，并且易于放射成像以识别钙化或癌病灶。同样，经压 缩的乳房组织呈现用于放射治疗的更均匀的目标。本发明包括在两个板 之间压缩乳房以呈现用于成像和辐射治疗的均匀块的方法。尤其，可以 改变压缩的方向而从不同角度成像和辐射组织。乳房组织的压缩，由于 其可变形的特性，导致器官横向伸展并且因而可以减少治疗板之间正常 组织的量和指定的体积。这可以导致到达乳房的正常组织的剂量充分减 少。可以使用两块正交的压缩板的方向或者多个压缩板方向角度以执行 成像和辐射治疗，在使用不同的压缩板方向用于辐射治疗的过程中，施 加到指定体积的剂量累积，同时在不同的进入点间分配皮肤剂量，因而 控制了皮肤毒性。对于放射成像和放射疗法两者的优选角度是垂直于压 缩板的方向。在每个压缩板方向处的成像允许靶定辐射野以匹配指定位 置。

本发明的一个实施方式是照射肿块切除术腔室的边缘。从两个正交 的平面压缩乳房允许从两个正交的平面辐射治疗，并且允许向指定目标 累积剂量，而不超出皮肤的毒性极限。能够提供压缩、图像配准(image registration)和放射治疗的装置是本发明的一部分。

因而，施用器可以采取一组施用器板的形式，其中两者之一或两者 可以包括用于遮蔽突出器官表面附近的一个或数个辐射源的结构。这些 板优选布置成互相平行，并且可以用于压缩突出器官。板也可以是弯曲 的，从而将它们设计成符合器官的通常形状，以减少患者的任何不适感， 然而仍然能够对器官施压以将器官压缩成所需形状，并且在治疗期间相 对于源位置固定目标体积。此外，施用器可以包括弹性、柔软或可塑结 构，用于与器官符合并且使施用器保持紧密接触器官以从目标体积的指 定方向和距离施用恒定和一致的剂量。施用器的附加功能可以包括从人 体的邻近部分举起和分离突出器官以使得施加到那些邻近部分的杂散辐 射剂量最小。施用器优选布置成接触正在治疗的突出器官的表面(外周)， 或与其相通，以使得在每个治疗位置相对于目标体积固定源。结果，不 同于常规远距离放射治疗方法，将辐射施用到器官不受到患者的移动(例 如与呼吸相关的移动)的影响。

为了最小化杂散辐射剂量(到达任何其他非目标组织、器官或人的 剂量)，施用器可以另外包括衰减或屏蔽外层。典型衰减和屏蔽层由高原 子序数、致密材料制成，但是具体的衰减材料的选择将取决于特殊器官、 辐射源和治疗计划。施用器可以包括设计用于直接接触皮肤的内层，其 可控制辐射源与皮肤的距离。这种内层的厚度应当减小面对辐射源的该 器官部分的皮肤剂量的强度。内层还可以包括高的含水量，并且可以包 括充水海绵和/或凝胶介质或水的等效材料(water-equivalent material)。

附加的衰减材料、孔和结构可以整合在施用器中，从而它们提供用 于控制并因而确定暴露野的方向的结构。这些野成形结构可以包括，例 如，衰减材料的遮罩(mask)、带和/或护套，或者衰减材料中的凹槽， 在该凹槽中放置源。该结构也可以由用于容纳辐射源材料的野成形小室 制成。该野成形小室也可以设计成限制侧暴露，以使得提供用于直接暴 露在小室或者一组小室前部的组织的辐射束的充分暴露并因而定义其形 状。这些小室的设计(包括高度、纵横比、衰减器材料、衰减器厚度) 因而可以用于选择性地成形辐射暴露野。在使用HDR施用器处，可以包 括野成形小室并且优选沿着HDR内腔的路径布置，以使得符合源的停留 位置。

患者定位和成像引导对于使辐射精确定位突出器官中指定体积来说 是重要的。在乳房的情况下，包括例如x-射线(诸如乳房x射线照相术 或CT扫描)、超声、荧光透视法、MRI和射野成像(portal imaging)的 各种成像方法，可以用于成像肿瘤或瘤床并且确定辐射目标。相似地， 不同的放射照相基准或超声基准(例如可植入标记、皮肤纹身和造影剂 (contrast media)通常用于标记瘤床(肿块切除术腔室的边缘)。由于呼 吸循环呈现了移动目标，因此图像引导对于乳房的放射治疗通常至关重 要。本发明描述了设计的一个实施方式，以使得(a)辅助在施用器中定 位安装于乳房的辐射源，以及(b)将恒量的辐射施用到乳房中的指定体 积中，而独立于呼吸循环期间的乳房组织移动。

施用器可以包括一个或多个标记，以辅助将施用器对准突出器官或 成像系统。施用器标记优选设计成任何一种或数种常规成像技术(取决 于具体应用中使用的那一种)可见。此外，可以通过剂量计划软件追踪 标记，以作为辐射野的精确靶定的辅助措施。

在施用器的一个实施方式中，乳罩可以包括通道、内腔或用于容纳 较大源的罩。例如，如图1和2中所示，乳罩20包括支撑带22，乳罩 20包括形成在内层26和外层28之间的一个或多个隔室24，并且被构造 以容纳一个或多个辐射源30。如前所述，源可以是平面的、线或点(或 类似结构)源。每个隔室24的结构可以根据乳房的尺寸以及目标组织的 尺寸、形状和在皮肤之下的距离而改变。在该实施方式中，源可以整合 在板、箔、织物、薄片、金属线或点(或其它结构)源中(图2中示出 了箔)，经过合适的处理以使得提供必要的辐射模式。外层28应当被构 造为衰减X-射线，而接触皮肤的内层应当可透过X-射线。或者，X- 射线吸收板、薄片、箔或类似结构可以包括在源和外层28之间的每个隔 室中。

在乳房的情况下，施用器可以是胸罩、罩杯或袋囊的形式。在当前 发明的一个实施方式中，施用器可以被构造以容纳源(例如图3和4中 所示的乳罩或胸罩40)。乳罩40辅助与HDR后负荷器可兼容的乳房治疗。 乳罩包括用于支撑乳房的一对罩杯42和支撑带44，从而使用时患者可以 舒适地穿戴乳罩。用于支撑接受治疗的乳房的罩杯42a也包括用于容纳 源48的单独的内部内腔或者隔室46。在所示的施用器的实施方式中，内 腔适于容纳支撑一个或多个源的载体。载体优选但并非必须为导管50， 至少一个源连接于其上或插入其中。如图4中最优可见，罩杯42a包括 至少一个外层52和至少一个内层54，其间定义了内腔或隔室56。图3 和4中所示的内腔或隔室具有螺旋结构。应当理解，内腔或隔室的结构 可以采用容纳源的其它结构和几何形状。通道、内腔和罩的模式可以根 据乳房的尺寸以及目标组织的尺寸、形状和距离皮肤之下的而改变。内 腔的典型模式可以包括例如在预定方向上基本上笔直或者弯曲的通道， 诸如形成朝向罩杯尖端的基部、螺旋、增加直径的多个同心圆或者一系 列的内腔，其显示为其中包含组织的锥形或截头锥形(即，墩圆锥体形)。 清楚地，罩杯和源的具体结构可以根据具体应用和治疗而设计。在该结 构中，内腔的模式以及源的停留时间将根据乳房的尺寸和器官中指定组 织的尺寸和形状以及目标关于器官表面的位置而改变。外层52优选由屏 蔽材料(例如，含铅织物)制成，以吸收并因而减少或阻止辐射从罩杯 中向外发射，而内层54优选由诸如基本上可透射X-射线的织物的材料 制成，以使得允许X-射线通过内层传播到受治疗患者乳房的目标体积 中。或者，可在外层52和隔室或内腔之间提供屏蔽(X-射线吸收)板、 薄片、织物或材料(未示出)。在该后者情况下，外层不需要包括X-射 线吸收材料。提供一个或多个合适的开口，用于容纳辐射源进入内腔或 隔室。

借助于诸如导管的载体的帮助，有利于插入源的HDR后负荷器包括 那些已经设计用于组织间隙、体腔内或管腔内乳房近距离放射疗法。HDR 后负荷器系统(未示出)通常包括a)屏蔽容器，以当不使用时遮蔽强放 射性同位素源，b)施用系统，以借助于诸如导管或类似结构的载体的辅 助，将源从屏蔽容器推进穿过一个或多个隔室、通道或内腔，到达关于 治疗目的区域中的患者的位置，以及c)控制系统，其监视和控制治疗载 体中源的停留位置和时间，以确保施用的剂量匹配指定的剂量。在图3 和4中所示类型的乳罩施用器中，使用放置源的内腔，通过调整停留位 置和停留时间控制施用到在下组织的剂量。此外，在该实施方式中，预 先定位在内腔中的一个或多个野成形小室可以与源相关使用或定位，从 而它们符合源的停留位置。或者，可以使用沿着内腔的连续孔，用于控 制到达指定体积的剂量，而减少到达诸如心脏、肺或对侧乳房的皮肤或 健康组织的相对剂量。

在本发明的情况下，还预期选择控制系统，优选地包括布置以使得 控制源在施用器的内腔中停留位置的计算机程序。

控制系统优选将需要静态和动态的参数输入，其可以包括几何因素 (源的尺寸、形状、施用器尺寸和形状等)、剂量指定因素(剂量、剂量 率、目标组织等)、生物因素(目标组织、边缘、敏感组织位置等)、源 因素(尺寸、形状、活性、活性分布)以及动态因素(患者和操作者准 备就绪、合适机械定位和操作确认、定位遥测等)，以提供过程/程序控制。 控制系统还可以包括用户干涉、超控(override)、监视和报告的选项。

计算机程序可以用于治疗计划处理中。该程序将提供选项：(a)定 义分布到突出器官或者分布到器官中指定目标体积中的剂量，和(b)确 定沿着器官外周的源、野成形小室和/或停留时间的合适分布。计算机程 序也可以允许用户定义源和/或野成形小室及其位置，并且计算器官中的 剂量分布。在任何情况下，程序可以在确定源的所需布置或产生来自源 的剂量分布中，接收一个或多个下列参数输入：数量、类型、种类、强 度、形状、活性分布、尺寸等。此外，如果使用，野成形小室的数量、 类型和特性可以包括在确定中。治疗计划软件程序可以包括允许将治疗 计划软件的坐标与突出器官、施用器或成像系统的坐标对准的选项。施 用器上/中的标记的使用连同沿着突出器官或施用器上或之中的参考解剖 界标或者应用的可成像标记，可以由程序使用以辅助软件程序以及一个 或多个下列的坐标系的叠置：器官、施用器和成像系统。或者，目标组 织的位置可以由显像模式确定，所述显像模式直接整合在向计算机程序 提供输入数据的治疗系统中或者与其通信。器官和相关结构的多维图像 可以由软件程序输入以辅助该对准。可以包括基于到达指定体积的剂量 和到达相邻器官或组织的剂量限制的组合而计算源的布置的选项。软件 程序还可以包括如下选项，实时反馈施用到目标组织的剂量，其中每当 需要时，基于历史剂量施用反馈再计算未来源位置和停留时间。

放射性同位素可以在源载体中改变(例如，通过直接核激活)或者 可以由任何数量的化学或物理方法、简单粘合或包装而分散到或施加到 载体表面。一些更常规方法的范例包括电镀、上漆、溅射、反应粘合、 在聚合体中埋入放射性同位素分散等方法。也可以采用其它方法。

源的放射性核可以从常规认可和/或可获得的放射性核的列表中选 择。理想的同位素具有半衰期、伽马射线能量与生产和净化的简易性的 正确组合。半衰期对于产品的保存期限具有影响。X-射线或伽马射线(光 子)能量控制用于剂量施用的野的深度，并且可以优化从而其匹配瘤床 的体积和位置。较高能量的光子更适于定位较深的目标。最终，放射性 核必须在可获得或可易于生产的种类之间选择。虽然其它源能够并且在 未来可以符合这些标准，能够符合这些需求的放射性同位素的主要当前 选择包括但不局限于Co-56、Co-57、Co-58、Co-60、Zn-65、Pd-103、Cd-109、 I-125、Cs-131、Cs-137、Sm-145、Gd-153、Yb-169、W-187、Ir-192和 Au-198。为了治疗如在本申请中定义的通常尺寸的器官，主要光子发射 的能量应当限制到约20keV和约1500keV之间的范围。对于乳房，优选 源的主要发射能量一般优选在约50keV和约1300keV之间。

在本发明中预期的放射性源可以是电离辐射的发生器，施用发散暴 露野，诸如可以布置在突出器官外周的x-射线源或电子源。辐射源的范 例是中电压x-射线源。可以调节发生器的停留位置和发射的强度，以作 为重叠来自各个源停留位置的野的结果，而将所需的治疗剂量施用到突 出器官的目标体积中。如前所述，野成形结构可以添加到发生器中以成 形暴露野。

当前近距离放射疗法施用器不同于之前的施用器，因为其适于治疗 突出器官中大的指定体积。其需要来自安装在突出器官表面的施用器中 布置的至少一个辐射源的至少一个发散束。施用器附于器官，并且提供 了稳定平台，用于容纳辐射源并将剂量施用到指定体积，而不依赖于目 标移动(例如，由于呼吸循环引起的)。指定体积以及施用器初始由成像 引导识别，用于正确地对准和监视剂量。源必须位于距离皮肤的窄范围 距离中。将源放置过于接近皮肤(小于约3mm)导致过多的皮肤暴露； 而将源放置在距离皮肤远于数厘米(例如，5厘米)导致强度下降，限制 可允许的前沿暴露角度的范围，而近距离放射疗法变得低效。在暴露野 重叠之处发散束的重叠提供了治疗剂量，而未暴露到发散束的交叉点的 体积部分接收了亚治疗剂量。

应当意识到，通过单一延伸的或者多分段的源以及单一或多个野成 形小室可以实现分布效果。在单一延伸源的情况下，单一源配置为在一 定区域上延伸以使得从不同方向或角度向目标组织或指定体积辐射，从 而来自源的一部分的辐射野重叠在同一源的其它部分产生的野上，以使 得建设性地重叠并且提供施用到目标组织或指定体积的所需剂量。通过 创建合适的辐射模式，与来自单点源或在一个位置发射辐射的源(平面 或线源)发射辐射的源相比，该方法和产品允许将更高浓度的辐射非侵 入式地施用到目标组织或指定体积，同时减少了周围组织对附带辐射的 暴露。

图5示出了施用器中的嵌入式野成形结构(具有一个或多个孔穴) 的范例，以促进辐射的定向施用，并且实现了预定目标体积中辐射模式 的所需交迭或重叠。如图中所见，所示实施方式包括衰减材料，其优选 是施用器的一部分。衰减材料70优选装配有衰减器内的多个通道72。源 74优选嵌入在各个通道中，以形成方向发散束图案76。源74相对于目 标区域78定位，从而图案76在目标区域78中互相交迭，以使得与周围 区域相比，将更高剂量的辐射施用到目标区域78。

图6A-6D示出了使用平行板施用器方法的非侵入式外周乳房治疗 的元件。图6A示出了使用标准乳房X射线照相术技术的乳房的初始成 像。在图6B中，病灶80的位置、尺寸和形状转换成治疗计划，包括来 自两个基本上正交的方向82和84的治疗，任何与初始方向成60至120 度的地方的治疗。每个板可以定义多个独立源位置(例如如图8B中的范 例所示)。在图6C中，第一治疗由每个治疗施用器中的一连串HDR源停 留位置在方向84上施用。在图6D中，在方向82上提供关于第一治疗部 分成90度角的下一治疗部分。将执行附加治疗部分，直到达到对目标组 织的全部治疗剂量。在一个实施方式中，依次遵守下列步骤以将放射治 疗施加到乳房。该应用的方法包括：

A.在两板之间压缩乳房，以定义初始治疗平面；

B.当乳房被固定时，在初始治疗平面中成像乳房以识别需要发射治 疗的组织的指定体积；

C.当乳房被固定时，在与初始治疗平面的法向成30度角范围内的 方向上，将放射治疗发散辐射施用到指定体积；

D.移除压缩板并且旋转压缩板至与初始治疗平面成60度至120度 范围内的新方向，并且重新施压以在新方向固定所述突出器官；

E.通过成像或其它方法从新方向上在突出器官中识别指定体积；

F.当突出器官被固定时，在基本上垂直于压缩板的方向以新方向将 放射治疗施用到指定体积；以及

G.根据需要重复步骤D至F，直到将治疗剂量施用到突出器官中的 指定体积。

应当显然的是，虽然结合图6A-6D所述的实施方式采用压缩板的 两个方向，该技术可以根据应用和/或所需治疗采取两个以上的方向。

图7示出了覆盖在安装于模型(phantom)121上的原型胸罩型施用器 的CT图像上的横截面等剂量图的范例，以示出HDR源模式产生的等剂 量分布。落入该平面中的沿着乳房外周的源停留位置的部分高亮显示为 点120。等剂量轮廓122指示典型均匀图案，其能够从该源分布结构产生。

图8A和8B示出了使用从图8A中单一野成形小室以及图8B中平行 板施用器的顶板和底板中的一连串野成形小室的野分布的有限元分析 (FEA)的范例。在图8A中，二维野分布可以通过对野成形小室的有限 元件分析而确定。在所示的范例中，小室具有90度的夹角和9mm的铅 衰减器厚度。该角度和厚度可以根据治疗的具体环境而明显地改变。该 结构创建了未衰减的前沿辐射暴露野130和基本上衰减的侧暴露野或区 132。在图8B中，示出了该野成形结构对平行板施用器的板之间的二维 野均匀性的影响的范例。在该描述中，将十三个HDR导管内腔134沿着 顶板136和底板138而平行并间隔1cm放置。绘出了所得的野均匀性。

图9是示出初级计算、主要输入(静态和动态)以及主要决策路径 的典型程序流程图。如图9中所示，各种用户或操作者输入包括剂量指 定因素150，其包括剂量、持续时间、剂量率、目标体积和分级；几何因 素152，其包括目标体积的形状、目标体积的尺寸、施用器的形式、施用 器内的源位置、施用器内的源路径；生物因素154，其包括目标组织、边 缘界定、组织对剂量的敏感性(即，任何“非”治疗区域)；以及源因素 156，其包括源形状、源活性分布、源活性和源机动性(flexibility)。各种 操作者输入提供到程序路径的程序输入，在步骤160指示。步骤160包 括计算每部分的剂量、停留时间、停留位置、内腔选择和当前剂量率。 然后将结果呈现给操作者用于确认，如在步骤162中所指示。操作者可 以根据经验决定而不考虑并修改计算得的剂量级别。一旦设置了剂量水 平，治疗可以开始，如在步骤164指示。然后，考虑关于源、设备和患 者状态的动态输入(在步骤166指示的)。这些动态输入包括患者条件、 源位置反馈确认、源移动机制、操作者条件和程序错误检测算法。在步 骤168提供的这些动态输入，其中在开始位置推进(放置)源，并且确 认这种定位。在步骤170，决定在每个位置的治疗是否正确地进行。这通 过根据迄今为止执行的治疗存取目标肿瘤的状态而完成。如果在步骤168 不能确定源的开始位置，或者不正确地进行治疗，则步骤进行到步骤172 到达错误处理模块，其根据动态输入166评估该问题。如果另一方面步 骤170处的决定为是，在步骤174作出是否已经达到指定剂量的决定。 如果否，重复步骤170。如果是，在步骤176作出关于治疗是否处于最终 位置的决定。如果是，在步骤178移除源并且作出关于源是否为安全的 决定。如果否，在步骤180，治疗推进到下一位置，并且依次步骤170， 及步骤170之后的后续步骤对于下一位置重复。

再次参考步骤172，一旦错误处理模块确定治疗中的错误，则在步骤 182作出是否该错误可以校正的决定。如果是，确定校正或修复计划并且 在步骤184修正治疗参数。在步骤186作出关于是否需要承认修正的治 疗参数的决定。如果否，重复步骤180和后续步骤。在步骤188如果是 并且获得承认，则重复步骤180和后续步骤。如果否，重复步骤178和 后续步骤。最终，在步骤178，移除源并且核实源为安全的，产生报告， 如步骤190所示，并且治疗结束，如步骤192所示。应当意识到，与图9 一同描述的流程图的许多程序步骤可以通过软件实现并且存储在诸如计 算机的CD或ROM的合适存储器中，并且由操作者在台式机、膝上型电 脑、工作站或其它相似系统上操作。

图10示出了使用与HDR程序结合的野成形小室的示范。如所示的 范例，HDR导管内腔200包括一个或多个野成形小室202，包括HDR辐 射源204，固定地连接到导管内腔200或者在其中可移动。如图所示，小 室202和源204提供了朝向目标体积206的发散辐射束。如可观察的， 野成形小室可以预先定位在指定位置用于所需治疗。在该情况下，可以 首先推进单一HDR源204以使得移动源204穿过连续小室，从而在预定 时间中允许源204停留在野成形小室202中一个位置，以从每个小室施 用预定部分剂量。通过将HDR源204推进到每个连续位置210指定的暴 露时间而重复该处理。位置和定位的数量取决于特定治疗。野成形小室 的使用限制了剂量对周围、表面组织(邻接皮肤)的侧暴露，而同时允 许将较大剂量的累积施加到该器官中预定目标体积。

图11示出了如何使用野成形小室216的方向而控制组织对辐射的暴 露。在图11A中，野成形小室216定向为垂直于胸壁，均匀地治疗乳房， 但是允许暴露到胸壁217下的位置。在图11B中，野成形小室216定向 为远离胸壁并且因而使到达胸壁217下的位置的剂量最小，以创建胸壁 防护(sparing)方向。

如图12中所示，通过使用沿着辐射源路径的连续孔，达到相同的结 果。参考图12，示出连续野成形结构的实施方式，其包括畅通的前沿开 角220、纵轴222、孔224、诸如包含辐射吸收材料的导管的辐射衰减器 结构226、用于诸如HDR源或X-射线发生器的辐射源的内腔228、延 伸施用器的表面230、乳房表面232、用于施用器和乳房表面之间的中间 皮肤接触层的空间234和畅通的前沿暴露方向225。

图13示出了用于创建发散束定义的辐射暴露野的单一辐射野成形结 构250的实施方式的元件。结构250包括辐射吸收材料，定义了开口252， 形状优选但并非必须为圆锥形，定义前沿开角254(并且定义了半角256) 和孔258，由高度或后退距离262相对于孔258定位的源260，以及衰减 器264。从源260散发穿过孔258的辐射束由中心线或束轴266定义，并 且因而定义了发散的前沿暴露野268和侧暴露方向/区270。通过改变开 角254、半角256、孔258、距离262，可以限制从野成形结构250发射 的发散暴露野并且辅助多个发散暴露野在突出器官中病灶的尺寸、形状 和位置上适当的交迭。

图14示出了施用器的备选实施方式，利用了基于机械设备(robotic) 的施用器。辐射源270安装在臂272上，其依次安装在支架274上并且 适于围绕旋转轴276旋转。在该布置中，乳房278适当地相对应用定位， 作为例子，允许由于重力通过在患者支架282中形成的孔280而下垂。 所示的为旋转角284、方位角286、源倾斜角288、源距离变化290、高 度变化292和支架274相对于乳房278的侧向位移294。旋转角284、方 位角286、源倾斜角288、源距离变化290、高度变化292和侧向位移294 定义了六个自由度，并且共同操作以允许PBB技术沿着乳房外周但是位 于接近距离(在先提及的方向中)或者直接接触乳房的任意点正确地对 准源(1)(或者源和野成形结构)和源方向，以允许正确地追踪或将来自 辐射源的发散暴露野对准乳房中的指定体积296。

参考图15A-C，示出了野成形结构中源或辐射发生器与产生的辐射 野的位置之间的关系。图15A示出了野成形结构298，其中辐射源300 布置在中心并在孔附近，产生广泛发散的辐射野302。图15B示出了野 成形结构298，其中辐射源300布置在中心并在孔附近，产生广泛发散的 辐射野模式302。最后，图15C示出了野成形结构298，其中辐射源300 布置“偏离中心”，并且远离野成形结构中的孔，产生狭窄和不对称的发 散辐射野306。

公开的系统和方法的各种附加方面：

施用器可以用户定制设计用于单一患者使用。为了治疗乳房，辐射 分布模式可以设计使得根据需要调节(减小或增加)到达乳头的剂量和/ 或到达切除部位的剂量。施用器可以包括辐射监视器以追踪/测量表面(皮 肤)剂量。在其中施用器具有内部皮肤接触层的那些实施方式中，乳房 表面和施用器之间的空间提供了源和皮肤之间的受控分隔距离。另外， 施用器的内部皮肤接触层可与施用器分离。在一个备选布置中，施用器 可以包括中间层，其包括高含水量或水等效材料，包括而不局限于充水 海绵、气球或凝胶介质。

可预想的是，初级放射性同位素应当包括主伽玛射线能量，大约在 约20和约1500keV之间，并且优选主能量大约在约50和1300keV之间。 放射性同位素优选地选自下列组中：Co-56、Co-57、Co-58、Co-60、Zn-65、 Pd-103、Cd-109、I-125、Cs-131、Cs-137、Sm-145、Gd-153、Yb-169、 W-187、Ir-192和Au-198。在一个实施方式中，辐射源是中电压x-射线源。 在范围从约10分钟至约60天之间的时期中，可以持续或间歇地(通过 分级)施用剂量。同样预想的是，每个分级中的辐射剂量在约1和约10Gy 之间，并且累积的剂量在约10至约100Gy之间的范围内。在每个分级中 施加到指定体积的剂量优选在约3.0和约4.0Gy之间，并且在4-5天的时 期内以8至10个阶段施用在约30至约40Gy之间的总剂量。可以间歇地 施加非侵入式近距离放射疗法，直到每个阶段中施用了指定分级的剂量。 在此描述的非侵入式近距离放射疗法可以执行作为对其他放射治疗程序 的推进。例如，非侵入式近距离放射疗法技术可以与高热、辐射增敏剂 或增强辐射治疗效果的其他手段结合。应当显然的是，剂量和治疗可以 改变。在施用的累积治疗辐射剂量在约15至约45Gy之间的范围内时， 优选地是施用到周围组织的平均亚治疗剂量至少比治疗剂量低20％。如 前所述，当患者处于俯卧位或者仰卧位时，可以施加源。或者，当患者 坐着或者站立时，可以施加源。施用器含有野成形结构以允许基本上畅 通的发散前沿暴露到乳房组织，同时限制对表面乳房组织的侧暴露以降 低皮肤剂量。

施用器优选地包括用于创建发散暴露野的野成形结构。由诸如铅的 辐射吸收材料制成的野成形结构，其优选包括孔，具有延伸至少约20度 (从10度的法线入射角的半角)但是不多于150度(从75度的法线入 射角的半角)，减少侧辐射暴露(平均)约至少30％。在治疗乳房的情况 中，辐射源放置在施用器的侧暴露限制结构中(例如合适成形的孔)，从 而发散前沿暴露野的轴定向远离胸壁，以减少到心和肺的杂散剂量。在 这种应用中，畅通的前沿暴露的开角在至少一个平面内小于约150度。 在HDR源与施用器一同用于治疗乳房的实施方式中，使用延伸的轴孔结 构围绕HDR源轴路径，以允许发散辐射在前沿方向上的自由通路，同时 限制侧暴露，因而与指定乳房组织剂量相比，减少到达皮肤的相对剂量。 如图12中所示的延伸轴孔通道的深度，可以允许通过HDR源，并且允 许改变HDR源与孔通道的距离从而该距离将决定暴露野的散度。野成形 结构包括孔、遮罩、开闭器(shutter)、野成形小室、带、凹槽或者衰减 护套以及具有固定或可变几何形状的隔离器。

当采用诸如与图9A和9B一同描述的治疗计划软件，诸如等剂量中 心、剂量体积和剂量均匀性的辐射暴露参数取决于乳房的尺寸和形状， 或肿瘤、瘤床或乳房中指定体积的尺寸、形状和体积。优选地，诸如等 剂量中心、剂量体积和剂量均匀性的辐射暴露参数设计成指定剂量和剂 量分布与乳房的尺寸和形状或如从图像引导中可识别的乳房中肿瘤或瘤 床的位置和范围匹配。剂量优选参考从合适的图像引导中识别的乳房中 的剂量参考点。源或数个源的位置、强度、尺寸、形状和能量优选根据 图像引导选择，而使得辐射治疗体积符合乳房的尺寸和形状，或者肿瘤、 瘤床或乳房中其他指定体积的尺寸、形状和位置。选择HDR源的停留位 置、停留模式和停留时间，从而辐射治疗体积符合乳房的尺寸和形状， 或者如图像引导识别的肿瘤或瘤床的尺寸、形状和位置。为了治疗，施 用器中的可成像标记用于使施用器的位置对准乳房坐标，而使辐射治疗 体积符合肿瘤或瘤床体积。治疗计划软件优选允许实时监视施加到治疗 体积的剂量，以使得控制源的停留位置和停留时间。放射源封装在采取 点源、金属线、管或箔的形状的载体中，或者可以借助于上漆、电镀、 混合成分散体、及化学或物理连接在载体表面内或之上，而装载或嵌入 在载体中。源可以是小球或者线(一维)形式的延伸源。源可以是滤波 (屏蔽)或平面(二维)形式的延伸源。源可以是曲面(三维)形式的 延伸源。在一个实施方式中，源可以顺着沿乳房外周并且从胸壁延伸到 乳头的螺旋轨迹横穿，诸如图3和4中所示。在一个备选实施方式中， 源横穿多个、共轴圆形轨迹，所有轨迹很大程度上平行于胸壁并且沿着 乳房的外周定位。在又一实施方式中，源横穿沿着从乳头向胸壁延伸的 弯曲放射线并且沿着乳房的外周定位。源可以是小球或者线(一维)形 式的延伸源。源可以是滤波(屏蔽)或平面(二维)形式的延伸源。或 者是滤波(屏蔽)或曲面(三维)形式的延伸源。

虽然已经描述了提供近距离放射疗法的装置和方法的某些实施方 式，将理解的是，这些实施例中暗示的概念也可以用于其他实施方式中。 本申请的保护仅仅限制到现在下列的权利要求中。

在这些权利要求中，除非明确地这样陈述，以单数涉及的元件并不 意于表示“一个和仅仅一个”，而表示“一个或多个”。与对于本领域普 通技术人员已知或稍后将已知的遍及本发明中所述各种实施方式的元件 的所有结构和功能等价物，清楚地在此引入作为参考，并且意图由权利 要求包括。此外，在此公开的任何内容均无意于奉献给公众，而不管这 种公开内容是否在权利要求中清楚地陈述。根据35U.S.C.§112第六段的 规定，将不解释任何权利要求的要素，除非该要素使用“用于……的装 置(means for)”的短语进行描述，或者在方法权利要求的情况下，使用“用 于……的步骤(step for)”的短语进行描述的要素。