專利名稱：對象身體內(nèi)的放射性源定位的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如在對象身體內(nèi)電離輻射源的定位和跟蹤。
背景技術(shù)：
體內(nèi)跟蹤的現(xiàn)有技術(shù)包括使用腹腔鏡的直接視頻成像、熒光檢查(在持續(xù)或定期X射線成像下執(zhí)行過程)、電磁跟蹤、光學(xué)跟蹤、計(jì)算機(jī)層析成像(CT)跟蹤及超聲圖像輔助跟蹤。這些技術(shù)中的一些技術(shù)明確避免電離輻射。如熒光檢查和CT等采用電離輻射的那些技術(shù)需要足夠多的電離輻射，以致對象和醫(yī)療人員的輻射照射受到關(guān)注。
對于諸如心導(dǎo)管插入術(shù)等需要體內(nèi)跟蹤的一些應(yīng)用，由于正在導(dǎo)航被跟蹤醫(yī)療裝置所通過的組織移動(dòng)頻繁，因而需要同時(shí)采集的圖像。對于諸如顱內(nèi)過程等需要體內(nèi)跟蹤的其它應(yīng)用，由于相關(guān)組織相對不動(dòng)，因此，更適合使用預(yù)采集的圖像。
發(fā)明概述本發(fā)明一些實(shí)施例的一個(gè)方面涉及使用來自源的電離輻射以便探測其任選地在對象身體中或附近的位置而不產(chǎn)生圖像。任選地，源與醫(yī)療裝置形成整體或連接到醫(yī)療裝置。醫(yī)療裝置包括但不限于工具、植入物、導(dǎo)航儀器和管狀物。
在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，源的位置通過非成像數(shù)據(jù)采集而確定。對此說明書和所附權(quán)利要求書而言，短語“非成像”指獨(dú)立于圖像采集過程而采集的數(shù)據(jù)，該過程在同一圖像中包括源和解剖或其它非源特性。
任選地，使用傳感器來確定位置，該傳感器具有角靈敏度，從而根據(jù)來自源的輻射的有效入射角，產(chǎn)生由輻射探測引起的可探測的輸出變化。有效入射角的靈敏度越大，位置確定在速度和精確度方面的效率就越大。公開的實(shí)施例帶有不到±100毫弧度、任選地不到±50毫弧度的角范圍。在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，通過移動(dòng)輻射探測器和/或屏蔽，可實(shí)現(xiàn)更大的對有效入射角的靈敏度。
任選地，電離輻射源具有在0.01mCi到0.5mCi的范圍內(nèi)的放射性。任選地，電離輻射源具有不到0.1mCi的放射性。任選地，電離輻射源具有大約0.05mCi的放射性。在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，可采用不會嚴(yán)重危及患者(即，短期照射)和/或醫(yī)療人員(即，長期照射)健康的輻射源。
任選地，位置數(shù)據(jù)的刷新率確保位置信息在時(shí)間上與被跟蹤對象(例如，醫(yī)療裝置)的實(shí)際位置良好地相關(guān)。建議的刷新率根據(jù)被跟蹤對象移動(dòng)的速度和根據(jù)被跟蹤對象移動(dòng)所處的環(huán)境而不同。在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，對于通過例如腦或消化道等更不活動(dòng)的身體部分的醫(yī)療裝置的跟蹤，例如每秒10次這樣的更低刷新率可能是適當(dāng)?shù)?。在用于跟蹤通過諸如心臟等活動(dòng)頻繁的身體部分的醫(yī)療裝置的實(shí)施例中，可能需要例如每秒20次這樣的更高刷新率。任選地，可實(shí)施ECG輸出選通，以致標(biāo)繪選定心動(dòng)周期階段的位置。
任選地，電離輻射源的已計(jì)算位置的RMS誤差小于10毫米、任選地小于5毫米、任選地小于2毫米、任選地小于1毫米、任選地在0.5毫米到0.8毫米之間或更佳。
可影響已確定位置的精確度的不定因素包括以DPM為單位的源的放射性、用于探測的輻射傳感器的精確度和/或響應(yīng)時(shí)間及植入醫(yī)療裝置的速度。一個(gè)或多個(gè)這些不定因素的改進(jìn)可補(bǔ)償一個(gè)或多個(gè)其它不定因素。任選地，降低被跟蹤醫(yī)療裝置的速度可用于補(bǔ)償其它不定因素。任選地，位置信息在解剖成像數(shù)據(jù)環(huán)境中顯示。任選地，相關(guān)解剖特性突出顯示以便于醫(yī)療人員對醫(yī)療裝置的導(dǎo)航。任選地，已確定位置可顯示在單獨(dú)采集的圖像環(huán)境中。
任選地，可同時(shí)跟蹤兩個(gè)或更多個(gè)源。任選地，使用多源跟蹤來確定非對稱醫(yī)療裝置的定向。任選地，使用多源跟蹤為醫(yī)療過程協(xié)調(diào)兩個(gè)或更多個(gè)裝置的活動(dòng)。
本發(fā)明一些實(shí)施例的一個(gè)方面涉及使用具有角靈敏度的傳感器來探測朝向電離輻射源的方向。任選地，可同時(shí)或連續(xù)確定兩個(gè)或三個(gè)或更多個(gè)方向，以便可通過計(jì)算方向的相交而確定位置。如果采用三個(gè)或更多個(gè)方向，則可將位置表示為三維位置。任選地，使用方向來確定源所處的平面。
任選地，通過將用于探測來自源的輻射的傳感器的至少一部分繞軸轉(zhuǎn)過旋轉(zhuǎn)角，傳感器可實(shí)現(xiàn)所需的角靈敏度。例如，可旋轉(zhuǎn)探測器或輻射屏蔽。傳感器或者或另外可通過平移運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)所需的角靈敏度。
本發(fā)明一些實(shí)施例的一個(gè)方面涉及具有角靈敏度的傳感器，它使來自至少一個(gè)輻射探測器的輸出信號響應(yīng)探測器與源之間的有效入射角而變化。輸出信號的目標(biāo)值在指示朝向源的方向的角度上實(shí)現(xiàn)。該方向任選地用于確定源所處的平面。
任選地，傳感器可包括不止一個(gè)輻射探測器，每個(gè)輻射探測器具有單獨(dú)的輸出信號。任選地，一個(gè)或多個(gè)輻射屏蔽可用于屏蔽或遮蔽至少一個(gè)輻射探測器的至少一部分，使其無入射輻射。屏蔽程度在出現(xiàn)偏離指示朝向源的方向的角度偏差時(shí)變化，并且輸出信號根據(jù)屏蔽程度而不同。
任選地，一起采用多個(gè)輻射屏蔽以形成準(zhǔn)直儀。輻射屏蔽可以相互平行或向內(nèi)偏斜。任選地，可旋轉(zhuǎn)多個(gè)平行或偏斜的輻射屏蔽。
任選地，偏離目標(biāo)輸出的偏差為每毫弧度的偏離指示朝向源的方向的角度的角位移1％的輸出范圍。任選地，輸出偏差指示偏差方向及偏差量。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，輻射探測器和/或輻射屏蔽可產(chǎn)生位移以傳達(dá)角靈敏度。此位移可以是旋轉(zhuǎn)和/或平移。
本發(fā)明一些實(shí)施例的一個(gè)方面涉及用于通過使用傳感器模塊的角靈敏度來確定方向而定位任選地在對象身體內(nèi)的醫(yī)療裝置的計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)。傳感器模塊測量在一個(gè)或多個(gè)輻射探測器上的入射輻射。入射輻射產(chǎn)生輸出信號，輸出信號由系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成方向信息。
本發(fā)明一些實(shí)施例的一個(gè)方面涉及電離輻射源與醫(yī)療裝置的關(guān)聯(lián)，以便于任選地在醫(yī)療過程期間在對象身體內(nèi)或附近導(dǎo)航裝置時(shí)確定裝置的位置。任選地，電離輻射源具有在0.01mCi到0.5mCi的范圍內(nèi)的放射性。任選地，電離輻射源具有不到0.1mCi的放射性。任選地，電離輻射源具有大約0.05mCi的放射性。關(guān)聯(lián)包括將源和裝置形成整體為單個(gè)單元。關(guān)聯(lián)還包括將源連接到裝置。任選地，源在最大尺寸小于10毫米、任選地小于5毫米、任選地小于2.5毫米、任選地小于1毫米的區(qū)域中集中。
本發(fā)明一些實(shí)施例的一個(gè)方面涉及使用具有0.1mCi或更少放射性的電離輻射源作為任選地在醫(yī)學(xué)環(huán)境中非成像定位或跟蹤的目標(biāo)。電離輻射源選擇為降低在患者和/或醫(yī)療人員上的生物效應(yīng)。此選擇涉及考慮輻射強(qiáng)度、輻射類型和/或照射時(shí)間量(例如，在經(jīng)受過程的患者身體中的時(shí)間)?；蛘呋蛄硗饪刹捎糜缮锵嗳菪圆牧蠘?gòu)成和/或涂有生物相容性涂層的輻射源。
在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，提供了一種用于跟蹤和定位電離輻射源的計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括
(a)至少一個(gè)包括至少一個(gè)輻射探測器的非成像傳感器模塊，該至少一個(gè)輻射探測器能夠從輻射源接收電離輻射并產(chǎn)生輸出信號；以及(b)設(shè)計(jì)和配置為接收輸出信號并將輸出信號轉(zhuǎn)換成方向信息的CPU。
任選地，輻射源與醫(yī)療裝置形成整體或連接到醫(yī)療裝置。
任選地，該至少一個(gè)傳感器模塊包括至少兩個(gè)傳感器模塊。
任選地，該至少兩個(gè)傳感器模塊包括至少三個(gè)傳感器模塊。
任選地，該至少一個(gè)傳感器模塊中至少一個(gè)還包括移動(dòng)裝置，該移動(dòng)裝置能夠?qū)⑵揭七\(yùn)動(dòng)傳給傳感器模塊以致傳感器模塊移到新位置。
任選地，移動(dòng)裝置可根據(jù)來自CPU的平移運(yùn)動(dòng)信號操作。
任選地，該系統(tǒng)另外包括成像模塊，該成像模塊能夠?qū)D像信號提供到CPU，CPU能夠?qū)D像信號轉(zhuǎn)換成部分對象身體的圖像。
任選地，該系統(tǒng)還包括顯示裝置。
任選地，顯示裝置能夠顯示部分對象身體的圖像，并且醫(yī)療裝置的已確定位置疊加在部分對象身體的圖像上。
任選地，CPU接收輸出信號中的至少兩個(gè)，并基于輸出信號計(jì)算輻射源的位置。
任選地，CPU接收輸出信號中的至少三個(gè)，并基于該至少三個(gè)輸出信號計(jì)算輻射源的位置。
任選地，其中，CPU間或重復(fù)計(jì)算位置，以便可標(biāo)繪隨時(shí)間變化的輻射源的位置。
任選地，其中，輻射源采用半衰期在6到18個(gè)月的范圍內(nèi)的同位素。
任選地，該系統(tǒng)還另外包括能夠提供輻射的輻射源。
任選地，在源具有在0.01mCi到0.5mCi的范圍內(nèi)的放射性時(shí)產(chǎn)生方向信息。
在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，提供了一種用于在方向上定位電離輻射源的傳感器。該傳感器包括(a)至少一個(gè)功能組件；以及(b)通過移動(dòng)該至少一個(gè)功能組件而將角靈敏度傳給傳感器的位移機(jī)件。
任選地，該至少一個(gè)功能組件包括至少一個(gè)輻射探測器，該至少一個(gè)輻射探測器能夠從輻射源接收輻射并產(chǎn)生輸出信號；其中，該位移機(jī)件能夠?qū)⒃撝辽僖粋€(gè)輻射探測器轉(zhuǎn)過旋轉(zhuǎn)角，以致輸出信號隨旋轉(zhuǎn)角而變化。
任選地，該至少一個(gè)輻射探測器包括至少一個(gè)第一輻射探測器和至少一個(gè)第二輻射探測器，并且輸出信號包括至少一個(gè)來自該至少一個(gè)第一輻射探測器的第一輸出信號和至少一個(gè)來自該至少一個(gè)第二輻射探測器的第二輸出信號。
任選地，該傳感器包括至少一個(gè)在相對于該至少一個(gè)第一輻射探測器和該至少一個(gè)第二輻射探測器的固定角度安裝的輻射屏蔽，以致來自該至少一個(gè)第一輻射探測器的第一輸出信號的幅度和來自該第二輻射探測器的第二輸出信號的幅度隨旋轉(zhuǎn)角而變化。
任選地，該傳感器包括(a)至少一個(gè)第一輻射探測器和至少一個(gè)第二輻射探測器，該至少一個(gè)第一輻射探測器和至少一個(gè)第二輻射探測器中的每個(gè)均能夠從輻射源接收輻射，并從該至少一個(gè)第一輻射探測器產(chǎn)生至少一個(gè)第一輸出信號和從該至少一個(gè)第二輻射探測器產(chǎn)生至少一個(gè)第二輸出信號；(b)至少一個(gè)輻射屏蔽，該輻射屏蔽可繞屏蔽旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過屏蔽旋轉(zhuǎn)角，以致來自該至少一個(gè)第一輻射探測器的第一輸出信號的幅度和來自該第二輻射探測器的第二輸出信號的幅度均隨屏蔽旋轉(zhuǎn)角而變化。
任選地，該至少一個(gè)輻射屏蔽包括
(i)位于該至少一個(gè)第一輻射探測器與該至少一個(gè)第二輻射探測器之間的主輻射屏蔽；(ii)至少一個(gè)部署為干擾指向該至少一個(gè)第一輻射探測器的入射輻射的第一附加輻射屏蔽；以及(iii)至少一個(gè)部署為干擾指向該至少一個(gè)第二輻射探測器的入射輻射的第二附加輻射屏蔽。
任選地，其中，該至少一個(gè)第一附加輻射屏蔽和該至少一個(gè)第二附加輻射屏蔽均向主輻射屏蔽傾斜。
任選地，其中，該至少一個(gè)第一輻射探測器和該至少一個(gè)第二輻射探測器成對組織，每對具有第一成員和第二成員，并且主輻射屏蔽和附加輻射屏蔽中的每個(gè)輻射屏蔽位于這些對中一對的第一成員之一和第二成員之一之間，以致輸出信號隨旋轉(zhuǎn)角而變化。
任選地，該傳感器另外能夠?qū)⒃撝辽僖粋€(gè)功能組件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)動(dòng)角。
在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，提供了一種確定裝置位置的方法。該方法包括(a)提供具有與其相關(guān)聯(lián)的輻射源的裝置；(b)確定朝向輻射源的方向；(c)還確定朝向輻射源的至少第二方向；(d)通過計(jì)算第一方向與至少第二方向的相交而定位裝置。
任選地，還確定朝向輻射源的至少第二方向包括確定朝向輻射源的至少第三方向，并另外包括(e)計(jì)算第一方向、第二方向和至少第三方向的交點(diǎn)。
在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，提供了一種制造可跟蹤醫(yī)療裝置的方法。該方法包括將可探測量的放射性同位素并入或固定連接到醫(yī)療裝置。
任選地，可探測量在0.01mCi到0.5mCi的范圍內(nèi)。
任選地，可探測量為0.1mCi或更少。
任選地，可探測量為0.05mCi或更少。
任選地，同位素為銥192。
本發(fā)明一些實(shí)施例的一個(gè)方面涉及使用具有0.1mCi或更少放射性的電離輻射源作為非成像定位或跟蹤的目標(biāo)。
附圖簡述在圖中，在不止一幅圖中出現(xiàn)的相同結(jié)構(gòu)、要素或部分一般在它們出現(xiàn)的所有圖中標(biāo)記有相同的標(biāo)號。圖中所示的組件和特性的尺寸選擇是為了陳述方便和清晰，不必按比例示出。這些圖如下所列。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范實(shí)施例的傳感器模塊的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范實(shí)施例的計(jì)算機(jī)化跟蹤系統(tǒng)的圖示；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范實(shí)施例的傳感器模塊的附加實(shí)施例的例視圖，示出模塊的信號接收；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范實(shí)施例的計(jì)算機(jī)化跟蹤系統(tǒng)的透視圖，示出傳感器模塊相對于患者的一個(gè)可能布置；圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范實(shí)施例的傳感器模塊的另一附加實(shí)施例的側(cè)視圖；圖6A和6B是根據(jù)本發(fā)明示范實(shí)施例的傳感器模塊的其它附加實(shí)施例的側(cè)視圖；圖7A和7B是使用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范實(shí)施例的系統(tǒng)分別標(biāo)繪為隨每個(gè)光子沖擊的傳感器旋轉(zhuǎn)變化的仿真響應(yīng)時(shí)間圖和仿真rms位置誤差圖；圖8A和8B是使用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范實(shí)施例的系統(tǒng)分別標(biāo)繪為隨抽樣時(shí)間變化的仿真響應(yīng)時(shí)間圖和仿真rms位置誤差圖；圖9A和9B是使用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范實(shí)施例的系統(tǒng)分別標(biāo)繪為隨放射性信號源的特定放射性變化的仿真響應(yīng)時(shí)間圖和仿真rms位置誤差圖；圖10A是隨時(shí)間變化的位置圖。從根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范實(shí)施例的系統(tǒng)輸出的仿真位置重疊在用于仿真的實(shí)際輸入位置曲線上；圖10B是基于圖10A的兩條曲線標(biāo)繪為隨時(shí)間變化的rms位置誤差圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明示范實(shí)施例的方法的簡化流程圖；以及圖12是隨旋轉(zhuǎn)角變化的傳感器輸出圖。
實(shí)施例詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(圖2和4)，計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)40定位和/或跟蹤裝置。在圖4所示的實(shí)施例中，該裝置是醫(yī)療裝置。醫(yī)療裝置包括但不限于工具、植入物、導(dǎo)航儀器和管狀物。工具包括但不限于導(dǎo)管、套管、套針、切割器械、抓握器械和定位器械。植入物包括但不限于近距治療粒子、斯騰特固定模和緩釋藥劑袋。導(dǎo)航儀器包括但不限于導(dǎo)絲。管狀物包括但不限于管(例如，食道導(dǎo)管和氣管插管)。在本發(fā)明的示范實(shí)施例中，跟蹤了一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)工具。
在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，源的位置通過非成像數(shù)據(jù)采集而確定。對于此說明書和所附權(quán)利要求書而言，短語“非成像”指并非作為圖像采集過程的一部分而采集的數(shù)據(jù)，該過程在同一圖像中包括源和解剖或其它非源特性。任選地，采用不適用且未連接到成像電路的傳感器。成像依賴有關(guān)許多點(diǎn)的信息，包括至少一個(gè)關(guān)注點(diǎn)，并且信息的圖像分析確定關(guān)注點(diǎn)的特征，例如相對于對象的位置。在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，位置傳感提供只與源有關(guān)的信息。這可提高可探測性和/或精確度。
任選地，在確定醫(yī)療裝置位置的至少部分路徑期間，醫(yī)療裝置至少部分在對象54的身體內(nèi)。在圖4中，示出了一個(gè)示范實(shí)施例，其中，系統(tǒng)40配置為在顱內(nèi)醫(yī)療過程期間跟蹤通過對象54的頭部的裝置。此圖只是用于說明，而不應(yīng)被視為對本發(fā)明范圍的限制。
圖2示出系統(tǒng)40的一個(gè)實(shí)施例，包括三個(gè)傳感器模塊20，這些模塊依賴一起作用以確定放射性源38的位置的角探測。在圖示實(shí)施例中，每個(gè)傳感器20確定指示朝向源38的方向的旋轉(zhuǎn)角32。此旋轉(zhuǎn)角32(圖1)定義源38所處且與輻射探測器22相交的平面。旋轉(zhuǎn)角32被提供為輸出信號34，該信號被傳送到計(jì)算機(jī)化處理單元(CPU)42。CPU 42確定這三個(gè)方向(平面)的相交，這表示為點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，當(dāng)將傳感器模塊20的輻射探測器22轉(zhuǎn)過一系列旋轉(zhuǎn)角32時(shí)，位于傳感器20的探測邊界24(圖1)內(nèi)的源38可由系統(tǒng)40精確定位。位于邊界24外的源38將不被精確定位。為此，在一些實(shí)施例中，希望部署每個(gè)傳感器20，使得源38的預(yù)測路徑在邊界24內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，傳感器20可移動(dòng)以使源38保持在邊界24內(nèi)。邊界24的大小和形狀根據(jù)傳感器20的配置而不同。
確定目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32的精確度影響系統(tǒng)40確定的源38的位置的精確度。對傳感器模塊20的各種修改可提高對旋轉(zhuǎn)角32的小差別的靈敏度，這些修改在圖3、5、6A和6B中作為示范實(shí)施例示出，并在下文更詳細(xì)地說明。
圖4提供示范系統(tǒng)40的透視圖，該系統(tǒng)采用角探測，并包括分散在圓58的圓周上的三個(gè)傳感器模塊20。在圖示實(shí)施例中，模塊20具有輻射屏蔽36。在圖示實(shí)施例中，每個(gè)模塊20繞與圓58正切的軸旋轉(zhuǎn)。如下文更詳細(xì)說明的一樣，此旋轉(zhuǎn)允許跟蹤醫(yī)療裝置。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或平移運(yùn)動(dòng)可用于方便所需的角探測。根據(jù)圖4所示的實(shí)施例，傳感器模塊20位于對象54的頭部下方，使得在傳感器模塊20的平面與頭部內(nèi)的關(guān)注區(qū)域之間的垂直距離大約等于圓58的半徑。此布置確保每個(gè)傳感器20在部署后，源38的預(yù)測路徑在邊界24內(nèi)。通過提供在圓58的圓心配有凸起的頭枕的板上安裝的三個(gè)傳感器20，此布置可重復(fù)和輕松地實(shí)現(xiàn)。這任選地允許輕松地放置躺椅或可調(diào)檢查臺，使得對象54位于相對于傳感器20的正確位置，而無需擴(kuò)大測量過程。
系統(tǒng)40的定位量(positioning volume)是可確定源38的位置的空間坐標(biāo)集合。系統(tǒng)40的定位量具有取決于傳感器20的位置、其設(shè)計(jì)和/或其性能特征的大小和/或形狀。任選地，系統(tǒng)40的定位量可表示為傳感器20的探測邊界24的相交。任選地，可通過使用多組傳感器20來創(chuàng)建兩個(gè)或更多個(gè)定位量。任選地，這些定位量可重疊。
假設(shè)每個(gè)模塊20的位置和旋轉(zhuǎn)軸已知，輻射源38的質(zhì)心的3維位置由CPU 42根據(jù)每個(gè)傳感器模塊20測量的角32計(jì)算得出。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，源38將是長度為1到10毫米的一段線。此長度范圍反映了作為具有有用直徑的線提供并能夠提供足夠數(shù)量的DPM以允許系統(tǒng)40有效操作的當(dāng)前可用固體同位素源38。系統(tǒng)40確定此段線38中間的位置，并將已確定位置解析為單個(gè)點(diǎn)，任選地指示誤差界限。
傳感器模塊20包括至少一個(gè)輻射探測器22。輻射探測器22能夠從連接到醫(yī)療裝置的輻射源38接收輻射，并產(chǎn)生輸出信號34。輻射探測器22可采用將入射輻射轉(zhuǎn)換成可傳送到CPU 42的信號的任一技術(shù)。如果源38是伽馬輻射源，則輻射探測器22例如可能為電離室、蓋格-彌勒計(jì)數(shù)器、閃爍探測器、半導(dǎo)體二極管探測器、比例計(jì)數(shù)器或基于微通道板的探測器。市場上可購買到各種類型的輻射探測器22，例如以下公司生產(chǎn)的探測器Evproducts(SaxonburgPA，USA)、Hammatsu Photonics(Hamamatsu City，Shizuoaka，日本)、Constellation Technology(Largo，F(xiàn)l，USA)、Soltec Corporation(SanFernando CA，USA)、Thermo Electron Corporation(Waltham MA，USA)、Bruker-biosciences(Billerica MA，USA)、Saint Gobain crystals(Newbury OH，USA)及Silicon Sensor GMBH(德國)。市場上可購買到的合適的輻射探測器22可作為傳感器20的一部分并入系統(tǒng)40的環(huán)境中。本發(fā)明的實(shí)施例將提高傳感器模塊20的性能，這些實(shí)施例依賴產(chǎn)生少量DPM的源38和S類型的探測器22，這些探測器提供良好的靈敏度(即CPM與DPM之間的高比率)。在傳感器20與源38之間的距離增大時(shí)，此考慮事項(xiàng)變得更為相關(guān)。依賴具有更大DPM輸出的源38的本發(fā)明實(shí)施例可允許使用不太靈敏的輻射探測器22。
下文更詳細(xì)地描述了各種類型的傳感器模塊20。
系統(tǒng)40還包括輻射源38，該輻射源能夠以不會對醫(yī)療裝置正在執(zhí)行的過程造成不利影響的速率為定位和/或跟蹤提供足夠量的輻射。對于大多數(shù)醫(yī)療過程，每秒10個(gè)位置足以允許系統(tǒng)40的操作員舒適地將醫(yī)療裝置導(dǎo)航到所需的位置?；谙挛母敿?xì)所述的計(jì)算機(jī)化模擬的結(jié)果，滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的輻射量可調(diào)得足夠低，使得當(dāng)源38在患者體內(nèi)時(shí)，該輻射量不會對正在經(jīng)受持續(xù)幾小時(shí)的過程的患者造成大的危險(xiǎn)。如下文所述，輻射量或者或另外可調(diào)得足夠低，使得系統(tǒng)40的操作員不會由于一段時(shí)間的輻射照射而有大的危險(xiǎn)。
例如，使用銥192將輻射源38的放射性從0.01mCi增大到0.5mCi使精確度只提高了2倍(圖9B)。然而，低于0.1mCi的放射性級別對響應(yīng)時(shí)間有不利的影響(圖9A)。大于0.1mCi的放射性不會對響應(yīng)時(shí)間有太大的改進(jìn)。如下文更詳細(xì)所述的一樣，0.05mCi的放射性提供了等待時(shí)間與精確度之間可接受的折衷，并提供了性能與輻射劑量之間良好的兼顧。
0.05mCi的源38使系統(tǒng)40可實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)乃俣群途_度，并且產(chǎn)生的輻射量如此低以致可無需手套安全地處理。0.05mCi的源38對患者的輻射照射只是在美國的平均吸收的背景輻射的八倍。為與以前可用的替代選擇進(jìn)行比較，0.05mCi的源38使患者受到每小時(shí)0.0022mSv的有效劑量當(dāng)量(EDE)。典型的熒光檢查引導(dǎo)過程每個(gè)過程具有1-35mSV的EDE，并且典型的核醫(yī)學(xué)過程具有5mSv的EDE。因此，本發(fā)明的一些實(shí)施例可用于大大降低患者的輻射照射。
醫(yī)療人員任選地受到甚至更少輻射的照射，照射級別與中間距離的平方成比例降低。例如，在距離0.05mCi的源38一米處，每年52周，每周5天，每天6小時(shí)執(zhí)行過程的醫(yī)生會每年合計(jì)積累0.22mSv的EDE。這大約是一般實(shí)施照射監(jiān)控的輻射照射級別的5％。此級別的照射相當(dāng)于每小時(shí)1.4e-4mSV，這是小于與熒光檢查過程的典型劑量相關(guān)聯(lián)的每小時(shí)1-12mSv的數(shù)量級。
銥192已用作示例，這是因?yàn)樗驯慌鷾?zhǔn)在醫(yī)療應(yīng)用中使用，并一般認(rèn)為將它引入對象身體內(nèi)是安全的。然而，此同位素只是合適的源38的說明性示例，而不應(yīng)被視為是對系統(tǒng)40的限制。選擇在系統(tǒng)40的環(huán)境中使用的同位素時(shí)，可考慮放射性(DPM)、輻射類型和/或半衰期。放射性已在上面論述。另外，通常希望在例如20-50厘米的相關(guān)距離可以適當(dāng)?shù)男蕶z測到衰變事件。長的半衰期由于使庫存控制更容易，并通過減少浪費(fèi)而減少了長期運(yùn)轉(zhuǎn)的總成本，因而可能是首選的。然而，短的半衰期可減少對放射性材料的擔(dān)心，和/或可允許使用更小的源。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，源38是正電子發(fā)射源。根據(jù)這些實(shí)施例，傳感器20確定由于正電子/電子碰撞而釋放的光子的起源方向。此差別任選地不會對已確定位置的精確度有太大的影響，這是因?yàn)檎娮釉谄渑龅诫娮忧半x開源38而經(jīng)過的距離一般非常小。使用源38中的正電子可有效地放大可用于探測的總電離輻射發(fā)射。任選地，使用多個(gè)探測器可使成對正電子湮沒事件探測被探測到。源類型的其它示例包括伽馬源、阿爾法源、電子源和中子源。
無論同位素是什么，源38可并入要跟蹤的醫(yī)療裝置(例如，導(dǎo)絲或?qū)Ч?中。并入例如可以在導(dǎo)絲端或附近和/或在導(dǎo)管或植入物中的不同位置。電離輻射源可與導(dǎo)絲的一部分或醫(yī)療裝置的一部分形成整體，或連接到導(dǎo)絲的一部分或醫(yī)療裝置的一部分。連接例如可通過膠合、焊接或?qū)⒃床迦胙b置上的專用插孔而實(shí)現(xiàn)。連接還可通過將源提供為適用于醫(yī)療裝置的粘合標(biāo)簽(例如，斷裂脫落粘補(bǔ)劑(crack and peel sticker))、涂劑或粘膠而實(shí)現(xiàn)。任選地，電離輻射源被提供為固體，例如，包括放射性同位素的一段線。含有所需同位素的一小段線可附加到導(dǎo)絲或醫(yī)療裝置上。這使醫(yī)療裝置和輻射源共處。附加可例如通過在導(dǎo)絲制造期間將固態(tài)源與導(dǎo)絲共同擠壓在一起而實(shí)現(xiàn)。電離輻射源或者或另外可被提供為可涂在醫(yī)療裝置和/或?qū)Ыz上的放射性涂劑。無論提供電離輻射源或?qū)㈦婋x輻射源附加到導(dǎo)絲或醫(yī)療裝置的確切形式如何，在醫(yī)療過程結(jié)束時(shí)從身體內(nèi)取出時(shí)不應(yīng)在對象身體內(nèi)留下太多的放射性殘余物。
雖然源38為清晰起見示為單個(gè)物體，但系統(tǒng)40可同時(shí)跟蹤兩個(gè)或更多個(gè)源38。系統(tǒng)40可通過多種方式識別多個(gè)源38，包括但不限于離散位置或路徑、輻射頻率、輻射能量或輻射類型。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，使用兩個(gè)或更多個(gè)可分辨源38提供有關(guān)被跟蹤物體的定向信息。換而言之，這些實(shí)施例不但允許確定由坐標(biāo)X、Y和Z定義的3維位置，而且允許確定有關(guān)在定義位置被跟蹤對象的定向的信息。此特性在采用非對稱工具時(shí)的醫(yī)療環(huán)境中是適當(dāng)?shù)摹?br> 系統(tǒng)40可包括能夠在一個(gè)或多個(gè)傳感器模塊20與計(jì)算機(jī)化處理單元(CPU)42之間輸送數(shù)據(jù)信號的通信信道48。通信信道可以是有線的或無線的或其組合。有線通信信道包括但不限于直接電纜連接、經(jīng)公共交換電話網(wǎng)(PSTN)的電話連接、光纖連接及作為外部無明顯線的集成物理單元的系統(tǒng)40的結(jié)構(gòu)。無線通信信道包括但不限于紅外傳輸、射頻傳輸、蜂窩電話傳輸及以衛(wèi)星為媒介的通信。只要信號傳輸允許所需的刷新率，通信信道48的確切本質(zhì)對系統(tǒng)40的操作并不重要。通信信道48可任選地允許系統(tǒng)40在遠(yuǎn)程醫(yī)療環(huán)境中操作。通信信道48或者或另外可用于增大源38與醫(yī)療人員之間的距離作為一種將醫(yī)療人員的輻射照射降到所需程度的方式。
CPU 42設(shè)計(jì)和配置為經(jīng)通信信道48接收輸出信號34，并將輸出信號34轉(zhuǎn)換成與輻射源38有關(guān)的方向信息。此方向信息例如可表示為輻射源38所處的平面。輸出信號34至少包括旋轉(zhuǎn)角32。任選地，輸出信號34還可包括指示從源38接收信號的信號強(qiáng)度指示分量。從源38接收信號可指示為二進(jìn)制信號(是/否)或信號幅度(例如，每分鐘計(jì)數(shù))。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，輸出信號34可以為數(shù)字或模擬信號。模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換可由傳感器模塊20或CPU42執(zhí)行。一些情況下，在單個(gè)平面中定位輻射源38是足夠的。然而，在本發(fā)明的大多數(shù)實(shí)施例中，希望CPU 42接收其中兩個(gè)輸出信號34并計(jì)算相交。如果輸出信號34表示為平面，則這產(chǎn)生了兩個(gè)平面的線性相交44。這將輻射源38定位在線性相交44上。任選地，如下文更詳細(xì)描述的一樣，此計(jì)算的結(jié)果44顯示在顯示裝置43上。在本發(fā)明的附加實(shí)施例中，CPU 42接收至少其中三個(gè)輸出信號34并計(jì)算其相交。如果輸出信號34表示為平面，并且傳感器30放置在圓58的圓周上，則這產(chǎn)生至少三個(gè)平面的交點(diǎn)44，由此將輻射源38定位在計(jì)算得出的交點(diǎn)44。
由于系統(tǒng)40最常用于在醫(yī)療過程期間跟蹤醫(yī)療儀器，因此，CPU42經(jīng)常用于按預(yù)定間隔重復(fù)計(jì)算交點(diǎn)，以便可標(biāo)繪隨時(shí)間變化的輻射源38的位置(參見圖10a)。每個(gè)標(biāo)繪位置的精確度和曲線整體的精確度會受源38的放射性、傳感器20的精確度和響應(yīng)時(shí)間及植入醫(yī)療裝置在對象54中移動(dòng)的速度影響。由于醫(yī)療過程一般傾向于精度而不是速度，因此，通過降低用于過程的醫(yī)療裝置的移動(dòng)速率，系統(tǒng)40的操作員可補(bǔ)償源38中的缺陷或者傳感器20的精確度或響應(yīng)時(shí)間。圖10B示出跟蹤精確度在±2毫米范圍的仿真系統(tǒng)40的輸出。如下文詳細(xì)所述，CPU 42還可任選地采用通信信道48將各種信號發(fā)送到傳感器模塊20。CPU 42或者或另外還可任選地采用通信信道48將各種信號發(fā)送到醫(yī)療裝置。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，系統(tǒng)40可在包括但不限于血管成形術(shù)(例如，球囊血管成形術(shù))、部署過程(例如，近距離治療的放射性粒子植入或斯騰特固定模放置)、活組織檢查過程、切除過程和摘除過程等過程的環(huán)境中采用。
雖然CPU 42示為單個(gè)物理單元，但在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可能實(shí)際上采用更大數(shù)量的物理上不同的CPU。例如，歸于CPU 42的一些功能或功能的各部分可由安裝在傳感器模塊20中的處理器執(zhí)行。對此說明書和隨附權(quán)利要求書而言，如本文所述一起作用以定位源38的多個(gè)處理器應(yīng)一起視為CPU 42。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，系統(tǒng)40同時(shí)采用三個(gè)或更多個(gè)傳感器模塊20以便同時(shí)接收三個(gè)或更多個(gè)輸出信號34，并計(jì)算三個(gè)或更多個(gè)指示信號源38的方向。如果方向表示為平面，則這三個(gè)或更多個(gè)平面在單個(gè)點(diǎn)相交。然而，系統(tǒng)40包括采用兩個(gè)或甚至一個(gè)傳感器模塊20來將源38定位到單個(gè)點(diǎn)的替代實(shí)施例。這可以如下文所述的幾個(gè)不同方式實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)系統(tǒng)40的一些實(shí)施例，至少一個(gè)傳感器模塊20能夠?qū)⒅辽僖粋€(gè)輻射探測器22轉(zhuǎn)過一系列位置。每個(gè)位置由旋轉(zhuǎn)角32定義，以致在探測器22上從源38接收輻射隨旋轉(zhuǎn)角32而變化。此旋轉(zhuǎn)可以多種方式實(shí)現(xiàn)。例如，可根據(jù)以接收輻射量作為變量的規(guī)則，通過來自輻射探測器22來自28的反饋來操作旋轉(zhuǎn)機(jī)件26?；蛘撸筛鶕?jù)包括接收輻射量和/或時(shí)間為變量的規(guī)則，通過CPU 42的信號來操作旋轉(zhuǎn)機(jī)件26?；蛘撸D(zhuǎn)機(jī)件26可根據(jù)固定安排使輻射探測器22進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而不考慮以任一特定旋轉(zhuǎn)角32射到輻射探測器22上的輻射量。旋轉(zhuǎn)機(jī)件26可采用多種不同的機(jī)件實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角32。這些機(jī)件包括但不限于機(jī)械機(jī)件、液壓機(jī)件、氣動(dòng)機(jī)件、電機(jī)件、電子機(jī)件和壓電機(jī)件。任選地，可采用獨(dú)立的測角元件30以更精確地?cái)喽▽?shí)際旋轉(zhuǎn)角32。雖然測角元件30在圖1、2和3中示為物理上不同的組件，但它可在物理上集成到旋轉(zhuǎn)機(jī)件26中而對系統(tǒng)40的性能無太大的影響。無論確切的操作細(xì)節(jié)如何，目的是探測傳感器模塊20徑直指向源38的旋轉(zhuǎn)角32。此角將稱為目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32。
根據(jù)系統(tǒng)40的一些實(shí)施例，輻射探測器22(圖3、5、6A和6B)包括至少一個(gè)第一輻射探測器22A和至少一個(gè)第二輻射探測器22B。系統(tǒng)40的這些實(shí)施例依賴針對每個(gè)旋轉(zhuǎn)角32的輻射探測器22A和22B的輸出信號34的比較。從具有已知關(guān)系的輻射探測器22A和22B產(chǎn)生輸出信號34的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32指示輻射探測器22A和22B均在同一度數(shù)朝向源38。在輻射探測器22A和22B具有相同的接收區(qū)時(shí)，該已知關(guān)系為相等。此目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32用于確定源38所處的平面。
為提高系統(tǒng)40對輻射探測器22A與22B的輸出信號34之間小差別的靈敏度，可能的是引入在相對于輻射探測器22A和22B的固定角度的一個(gè)或多個(gè)輻射屏蔽36。輻射屏蔽36使第一輻射探測器22A的輸出信號34的分量的幅度和第二輻射探測器22B的輸出信號34的分量的幅度均隨旋轉(zhuǎn)角32而變化(參見圖3)。輻射屏蔽36根據(jù)入射角39與41之間的關(guān)系，有差別地遮蔽輻射探測器22A或22B。在某一旋轉(zhuǎn)角32，輻射探測器22A或22B將均不被輻射屏蔽36遮蔽。此旋轉(zhuǎn)角32用于確定源38所處的平面。此配置確保偏離此目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32的小變化由于遮蔽效應(yīng)而使輻射探測器22A和22B的輸出信號34產(chǎn)生較大的差異。因此，在傳感器模塊20中使用輻射屏蔽36提高了系統(tǒng)40的靈敏度。此提高的靈敏度使傳感器模塊20能夠甚至在數(shù)量少的可探測放射性計(jì)數(shù)情況下有效地發(fā)揮作用。
圖6A示出傳感器模塊20的附加實(shí)施例，其中，輻射屏蔽包括位于第一輻射探測器22A與第二輻射探測器22B之間的主輻射屏蔽36。圖示實(shí)施例還包括一系列第一附加輻射屏蔽(36A1、36A2和36A3)，這些輻射屏蔽將第一輻射探測器22A分成一系列第一輻射探測器，并影響朝向第一輻射探測器22A的入射輻射。圖示實(shí)施例還包括一系列第二附加輻射屏蔽(36B1、36B2和36B3)，這些輻射屏蔽將第二輻射探測器22B分成一系列第二輻射探測器，并影響朝向第二輻射探測器22B的入射輻射。此配置通過與附加輻射屏蔽(圖示實(shí)施例中的36A1、36A2、36A3、36B1、36B2及36B3)的數(shù)量成比例增大遮蔽效應(yīng)，可確保偏離目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32的甚至更小的變化會使輻射探測器22A和22B的輸出信號34產(chǎn)生較大的差異。因此，在傳感器模塊20中使用附加輻射屏蔽(例如，36A1、36A2、36A3、36B1、36B2及36B3)可用于實(shí)現(xiàn)另外提高系統(tǒng)40的靈敏度。任選地，輔助輻射屏蔽(圖示實(shí)施例中的36A1、36A2、36A3、36B1、36B2及36B3)向主輻射屏蔽36傾斜。輔助輻射屏蔽36A1、36A2、36A3、36B1、36B2及36B3朝向主屏蔽36的角度可以更改，例如，通過使用馬達(dá)改進(jìn)焦點(diǎn)和/或定義成像容積進(jìn)行更改。
類似的效果可通過將輻射探測器22A和22B保持在固定角度并使輻射屏蔽36(圖6B)進(jìn)行角位移而實(shí)現(xiàn)。因此，系統(tǒng)40還包括具有以下情況的實(shí)施例輻射探測器22包括至少一個(gè)第一輻射探測器22A和至少一個(gè)第二輻射探測器22B，并且輸出信號34包括探測器22A和22B的離散分量，至少一個(gè)輻射屏蔽36可繞屏蔽旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過屏蔽旋轉(zhuǎn)角32，使得探測器22A和22B的輸出信號34的離散分量的幅度均隨屏蔽旋轉(zhuǎn)角32而變化。
現(xiàn)在參照圖5，系統(tǒng)40的傳感器模塊20的替代實(shí)施例配置為使得輻射探測器22包括多個(gè)輻射探測器22和散布在多個(gè)輻射探測器22之間的多個(gè)突出輻射屏蔽36。根據(jù)這些實(shí)施例，多個(gè)輻射探測器22成對組織，每對具有第一成員21和第二成員23，并且多個(gè)突出輻射屏蔽中的每個(gè)突出輻射屏蔽36位于一對輻射探測器22的第一成員21與第二成員23之間。根據(jù)此實(shí)施例，傳感器模塊20能夠?qū)⑤椛涮綔y器22轉(zhuǎn)過一系列旋轉(zhuǎn)角32，使得在探測器22上從輻射源38接收輻射隨旋轉(zhuǎn)角32而變化。每個(gè)輻射探測器產(chǎn)生輸出信號34。CPU 42將所有第一成員21的輸出信號34相加以產(chǎn)生第一和，并將所有第二成員23的輸出信號相加以產(chǎn)生第二和。假設(shè)所有輻射探測器22相同，在傳感器徑直指向源38的質(zhì)心(目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32)時(shí)，第一和與第二和相等。此實(shí)施例確保在任一方向上旋轉(zhuǎn)角32即使有極輕微的更改，整個(gè)模塊20的總輸出也會快速增大。整個(gè)模塊20的總輸出符號或者或另外指示到達(dá)整個(gè)模塊20的總輸出的所需旋轉(zhuǎn)角32要求的旋轉(zhuǎn)方向。因此，此配置用于提高系統(tǒng)40的整體精確度和操作速度。此類型的傳感器模塊20可(例如)通過實(shí)施第一算法而操作，該算法將源38在某個(gè)時(shí)期的伽馬射線沖擊相加，并允許CPU 32基于整個(gè)模塊20的總輸出符號判定為達(dá)到所需的旋轉(zhuǎn)角32而旋轉(zhuǎn)輻射探測器22的方向和度數(shù)?；蛘?，CPU 42可(例如)實(shí)施第二算法，該算法響應(yīng)每個(gè)探測到的計(jì)數(shù)將輻射探測器22旋轉(zhuǎn)極小的量。本文所示的性能數(shù)據(jù)是基于第二算法的仿真，但第一算法相信同樣有用。
根據(jù)系統(tǒng)40的附加實(shí)施例，單個(gè)傳感器模塊20可用于確定源38所處的兩個(gè)相交平面。這例如可通過旋轉(zhuǎn)傳感器模塊20或者通過將傳感器模塊20移到新位置而實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，傳感器模塊20可另外能夠?qū)⑤椛涮綔y器22繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸25轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)動(dòng)角29。轉(zhuǎn)動(dòng)由轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)件27產(chǎn)生，該機(jī)件可以如上為旋轉(zhuǎn)機(jī)件26所述的多種方式運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的這些實(shí)施例，轉(zhuǎn)動(dòng)角29作為傳感器模塊20的定向的分量包括在內(nèi)，并包括在輸出信號34中。轉(zhuǎn)動(dòng)可在上文和下文所述的任一或所有傳感器模塊20配置的環(huán)境中采用。例如，可響應(yīng)從CPU 42經(jīng)通信信道48發(fā)送到傳感器模塊20的轉(zhuǎn)動(dòng)信號46而進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的附加實(shí)施例，傳感器模塊20包括移動(dòng)裝置31，該裝置能夠?qū)⑵揭七\(yùn)動(dòng)33傳給模塊20從而更改模塊20的位置。例如，可響應(yīng)從CPU 42經(jīng)通信信道48發(fā)送到傳感器模塊20的平移運(yùn)動(dòng)信號46而啟動(dòng)移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，移動(dòng)可用于允許單個(gè)傳感器模塊20從多個(gè)位置操作，或者為傳感器模塊20提供角靈敏度。換而言之，平移運(yùn)動(dòng)可用作角位移的替換，特別是在采用至少一個(gè)輻射屏蔽36的實(shí)施例中。在采用平移運(yùn)動(dòng)的實(shí)施例中，在第一維的單個(gè)傳感器20的平移允許采集第一組方向信息。例如，在圖4示出的系統(tǒng)40的實(shí)施例中，傳感器20A的連續(xù)垂直位移可用于確定源38所處的第一平面。傳感器20B的連續(xù)水平位移可用于確定源38所處的第二平面。單個(gè)傳感器20或者或另外可進(jìn)行垂直和水平位移。連續(xù)的垂直和水平位移允許單個(gè)傳感器20確定源38所處的兩個(gè)非平行平面。沿單條線同時(shí)進(jìn)行垂直和水平位移允許單個(gè)傳感器20確定源38所處的單個(gè)平面。2個(gè)或3個(gè)或更多個(gè)平面相交的確定與如上所述確定的一樣。任選地，移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)可在本發(fā)明的同一實(shí)施例中采用。
任選地，系統(tǒng)40還包括成像模塊50，該模塊包括能夠向CPU 42提供圖像信號52的圖像捕獲裝置56。成像模塊50任選地包括接口以便于與CPU 42通信。CPU 42能夠?qū)D像信號52轉(zhuǎn)換成對象54的身體的一部分的圖像。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，成像模塊50可依賴熒光檢查、MRI、CT或2D或多平面或3D血管造影。對于顱內(nèi)過程，成像一般無需與該過程同時(shí)進(jìn)行。這是因?yàn)槟X在腦殼內(nèi)不會有大的移動(dòng)?？刹捎眠^程前一天或更早或過程前幾小時(shí)或正好在過程前捕獲的圖像。根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例，圖像數(shù)據(jù)單獨(dú)(即，在系統(tǒng)40外)采集，并提供到CPU 42調(diào)整(alignment)。
在Jolesz(1997)Radiology.204(3)601-12中可查看調(diào)整方法和用于解剖圖像顯示和跟蹤信息重疊的算法。該Jolesz文章與其中所引用的參考文獻(xiàn)一起使技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)圖像數(shù)據(jù)和跟蹤數(shù)據(jù)的同時(shí)顯示和調(diào)整。該Jolesz文章與其中所引用的參考文獻(xiàn)一起通過相同程度地引用完全結(jié)合于本文中，就好像每個(gè)參考文獻(xiàn)已分別引用并通過引用結(jié)合了一樣。
在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，相對于圖像來登記由系統(tǒng)40確定的位置。這例如可通過將系統(tǒng)40和/或傳感器20登記到圖像捕獲裝置56而實(shí)現(xiàn)。
無論采用何種類型的傳感器模塊20，系統(tǒng)40可包括與CPU 42通信的顯示裝置43。顯示裝置43可顯示部分對象身體的圖像，而醫(yī)療裝置的已確定位置(對應(yīng)于源38的位置)疊加在部分對象身體的圖像上。疊加的已確定位置任選地在顯示屏幕43上表示為點(diǎn)。任選地，該點(diǎn)被CPU 42確定的所需置信區(qū)間的指示符包圍。置信區(qū)間例如可顯示為圓、兩條或更多條相交線或一對或多對括號。顯示裝置43或者或另外可顯示醫(yī)療裝置的已確定位置的位置坐標(biāo)(例如，對應(yīng)于在導(dǎo)絲端的源38的位置)。
可向顯示裝置43提供在過程期間或過程前成像的來自CT、MRI或3D血管造影的3維血管造影數(shù)據(jù)集。適當(dāng)?shù)能浖捎糜趶难茉煊皵?shù)據(jù)集提取脈管系統(tǒng)的3D模型，并使用3D模型可視化的標(biāo)準(zhǔn)模式顯示此模型。導(dǎo)絲或?qū)Ч艿?維圖示可集成到脈管系統(tǒng)的3D模型中，并基于系統(tǒng)40提供的位置信息以最短的時(shí)間延遲更新以指示脈管系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)絲或?qū)Ч艿奈恢?。包括脈管系統(tǒng)和導(dǎo)管的整個(gè)3D模型可在過程執(zhí)行期間由用戶縮放、旋轉(zhuǎn)和以其它方式交互操控以便提供最佳可能的可視化。
任選地，系統(tǒng)40可還包括一個(gè)或多個(gè)用戶輸入裝置45(例如，鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、跟蹤板、跟蹤球、麥克風(fēng)、操縱桿或輸入筆)。輸入裝置45可用于如上文所述調(diào)節(jié)在顯示裝置43上的圖像和/或?qū)⒚钚盘柊l(fā)放到系統(tǒng)40的各種組件，如旋轉(zhuǎn)機(jī)件26、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)件27、移動(dòng)裝置31或圖像捕獲裝置56。
本發(fā)明任選地包括如圖3所示和上文所述用于確定輻射源所處平面的傳感器20。簡言之，傳感器20包括至少一個(gè)輻射探測器22，該至少一個(gè)輻射探測器能夠從輻射源38接收輻射并產(chǎn)生輸出信號34。傳感器20能夠?qū)⑤椛涮綔y器22轉(zhuǎn)過一系列位置，每個(gè)位置由旋轉(zhuǎn)角32定義，以致在輻射探測器22上從輻射源38接收輻射隨旋轉(zhuǎn)角32而變化。任選地如上文所述來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。產(chǎn)生最大輸出信號的旋轉(zhuǎn)角32指示輻射源38所處的平面。
根據(jù)傳感器20的一些實(shí)施例，輻射探測器22包括至少一個(gè)第一輻射探測器22A和至少一個(gè)第二輻射探測器22B，并且輸出信號34包括來自第一輻射探測器22A的第一輸出信號和來自輻射探測器22B的第二輸出信號。
根據(jù)傳感器20的一些實(shí)施例，還在相對于探測器22A和22B的固定角度安裝了至少一個(gè)輻射屏蔽36。因此，如上所述，來自該至少一個(gè)第一輻射探測器的第一輸出信號34的幅度和來自輻射探測器22B的第二輸出信號34的幅度均隨旋轉(zhuǎn)角32而變化。
如上文詳細(xì)所述(圖6B)，用于確定輻射源所處平面并且其特征在于至少一個(gè)可繞屏蔽旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過屏蔽旋轉(zhuǎn)角32的輻射屏蔽36的傳感器20是本發(fā)明的附加實(shí)施例。
如圖5所示和上文所述，用于確定輻射源所處平面的傳感器20是本發(fā)明的附加實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例，提供了一種確定對象身體內(nèi)醫(yī)療裝置位置的方法400(圖11)。方法400包括將放射性信號源38與醫(yī)療裝置共置一處401。共處例如可通過提供具有與其相關(guān)聯(lián)的輻射源的裝置或者將輻射源與裝置相關(guān)聯(lián)而實(shí)現(xiàn)。
方法400還包括確定402全向信號發(fā)生器所處的第一平面，還確定403全向信號發(fā)生器所處的第二平面，計(jì)算404第一平面與第二平面的線性相交作為確定醫(yī)療裝置所處線的方式。
方法400任選地包括還確定405源38所處的至少一個(gè)附加平面。
方法400任選地包括計(jì)算406第一平面、第二平面和該至少一個(gè)附加平面的交點(diǎn)作為確定醫(yī)療裝置位置的方式。
任選地，連續(xù)迭代408方法400，從而生成一系列位置以跟蹤運(yùn)動(dòng)中的植入醫(yī)療裝置。需要時(shí)，計(jì)算得出的位置可結(jié)合解剖成像數(shù)據(jù)一起顯示410。
上文詳細(xì)所述的系統(tǒng)40和/或傳感器20的各種方面和特性可用于實(shí)現(xiàn)或增強(qiáng)方法400的性能。
系統(tǒng)40和方法400可采用各種數(shù)學(xué)算法來計(jì)算源38的位置。適合在本發(fā)明一些實(shí)施例的環(huán)境中使用的一個(gè)算法示例根據(jù)三個(gè)傳感器的傳感器輸出信號34、傳感器位置和傳感器定向(即旋轉(zhuǎn)角32)按如下方式計(jì)算源38的位置1)使用以下形式的方程計(jì)算每個(gè)傳感器模塊20定義的平面Ax+By+Cz＝D2)按如下方式計(jì)算系數(shù)A、B、C和Da.在傳感器20的內(nèi)部參考系內(nèi)定義三個(gè)非共線點(diǎn)。
b.這三個(gè)點(diǎn)隨后根據(jù)傳感器20的位置移位并根據(jù)傳感器定向旋轉(zhuǎn)。這定義了在輸出信號34為零時(shí)源38位于的平面。
c.這三個(gè)點(diǎn)隨后按輸出信號34指示的旋轉(zhuǎn)角32，繞傳感器20的旋轉(zhuǎn)角32的軸旋轉(zhuǎn)。這定義了如某個(gè)傳感器20測量的源38位于的平面。
d.在以下方程中使用這三個(gè)點(diǎn)的x、y、z坐標(biāo)x1、y1、z1、x2、y2、z2、x3、y3、z3，A、B、C和D計(jì)算如下i.A＝y(tǒng)1(z2-z3)+y2(z3-z1)+y3(z1-z2)ii.B＝z1(x2-x3)+z2(x3-x1)+z3(x1-x2)iii.C＝x1(y2-y3)+x2(y3-y1)+x3(y1-y2)iv.D＝x1(y2*z3-y3*z2)+x2(y3*z1-y1*z3)+x3(y1*z2-y2*z1)3)為三個(gè)傳感器20中的每個(gè)傳感器計(jì)算A、B、C和D產(chǎn)生了由三個(gè)方程組成的有三個(gè)未知數(shù)的組A1B1C1A2B2C2A3B3C3xyz=D1D2D3]]>此方程組可解出以提供(x，y，z)(或部分向量)、這三個(gè)平面的交點(diǎn)的精確解，這是源38的位置。
使用附加傳感器20通過平均各個(gè)傳感器中的誤差而提高精確度，并且還可提供一種通過指示傳感器相互一致的程度而估計(jì)位置測量精確度的方式。
在使用4個(gè)或更多個(gè)傳感器時(shí)，算法如下上述步驟1和步驟2保持相同-計(jì)算出每個(gè)傳感器指示的平面方程。步驟3修改如下3)一旦為每個(gè)傳感器計(jì)算出了A、B、C和D，則得出由不止三個(gè)方程組成的有三個(gè)未知數(shù)的超定組A1B1C1A2B2C2A3B3C3·········xyz=D1D2D3···]]>此超定組可通過使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的方法，在最小二乘方的意義上求解，以便獲得(x，y，z)的最佳解，這極可能是被跟蹤元件的位置。通常由于傳感器輸出中的誤差而不存在精確解，可能不存在所有平面均通過的單個(gè)點(diǎn)。
為使最小二乘解可基于每個(gè)平面與(x，y，z)的解之間的歐幾里得距離定義的誤差，必需通過每個(gè)平面相應(yīng)的法向量(法向量是根據(jù)(A，B，C)定義的向量)的長度換算定義每個(gè)平面的所有系數(shù)。這通過在執(zhí)行最小二乘方求解前將A、B、C和D除以(A^2+B^2+C^2)的平方根而完成。
4)每個(gè)平面與計(jì)算得出的位置之間的歐幾里得距離可用作位置測量精確度的度量。一旦已通過法向量的長度換算了系數(shù)，便可為每個(gè)傳感器將此距離計(jì)算為Ax+By+Cz-D。從每個(gè)平面到計(jì)算得出的位置的距離的均值提供了所有傳感器在計(jì)算得出的位置方面的一致程度的度量。
超定方程組可使用最小二乘方求解算法求解。適合的最小二乘方算法可作為可通過商業(yè)途徑提供的數(shù)學(xué)軟件包組件提供。
任選地，使用本領(lǐng)域已知的其它求解方程組的方法。任選地，使用其它計(jì)算方法而不是方程組，例如，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于規(guī)則的方法及查表方法，在查表方法中，來自傳感器的信號用于查找或估計(jì)結(jié)果位置。在傳感器以線性方式移動(dòng)的系統(tǒng)中，可使用其它求解方法，例如，將傳感器的線性位置轉(zhuǎn)換成源的空間坐標(biāo)。
為提高系統(tǒng)40與方法400的精確度和性能，可任選地執(zhí)行高級校準(zhǔn)。每個(gè)傳感器模塊20的位置和定向可進(jìn)行校準(zhǔn)而不是依賴基于系統(tǒng)機(jī)械制造的值。校準(zhǔn)過程涉及使用系統(tǒng)40在多個(gè)定義為高精度的已知位置測量源38的3維位置。由于源38的位置已知，因此，一般用于計(jì)算位置(如上所述)的方程現(xiàn)在可與作為未知數(shù)的傳感器位置和定向一起使用以便為這些值求解。各種最小化過程在本領(lǐng)域?yàn)槿怂?zhí)行此類校準(zhǔn)需要的測量數(shù)量可取決于系統(tǒng)40中傳感器模塊20的數(shù)量，這是因?yàn)檫M(jìn)行足夠的測量以提供比未知數(shù)更多的方程是有用的。此校準(zhǔn)過程還定義參考原點(diǎn)和參考系(系統(tǒng)40相對于其測量源的位置)，并因此可提供跟蹤系統(tǒng)與跟蹤系統(tǒng)永久性連接到的諸如熒光檢查系統(tǒng)或其它成像系統(tǒng)等另一系統(tǒng)之間的調(diào)整。
在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，一旦源位置已知，傳感器便可保持對準(zhǔn)源并且不更改其定向。任選地，在例如根據(jù)檢測到的輻射變化大(例如，30％、50％、70％、90％的下降或更大或居中的下降)而確定源移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)傳感器以掃描預(yù)期源所處的角度范圍。任選地，例如如下所述，傳感器生成指示源位于傳感器的哪一側(cè)的信號。任選地，掃描范圍取決于預(yù)期的源的角速度，例如，基于過程，基于歷史記錄和/或基于用戶閾值。如果在范圍內(nèi)的掃描失敗，則任選地增大范圍。
任選地，如果提供多個(gè)目標(biāo)源(例如，具有不同計(jì)數(shù)率和/或不同發(fā)射能量的源)，則傳感器在目標(biāo)角之間跳轉(zhuǎn)。任選地，在包含這兩個(gè)(或更多個(gè))源的角度范圍之間提供穩(wěn)定掃描。任選地，通過傳感器或其部分的超聲或聲音振動(dòng)而提供掃描，例如，包括每秒1次、5次、10次、20次、50次或更多次的角度范圍。任選地，振動(dòng)幅度確定角度范圍。任選地，傳感器或傳感器部分與一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)頻率諧振。
任選地，即使在傳感器鎖定在目標(biāo)源上時(shí)，也提供至少在如小于10度或小于5度或小于1度等小角度范圍內(nèi)的傳感器掃描。
如上文所述使用銥192作為源38的系統(tǒng)40的跟蹤精確度只通過計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行了評估。仿真是由模型頭內(nèi)源38發(fā)射并由圖5所示類型的復(fù)合差動(dòng)傳感器單元20中光子靈敏元件22吸收的伽馬光子的隨機(jī)分布模型。根據(jù)仿真，傳感器模塊20的輻射探測器22進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以致每次探測器22吸收光子時(shí)定義新的旋轉(zhuǎn)角32。如果光子被正輻射探測器21吸收，則傳感器模塊20的輻射探測器22正向旋轉(zhuǎn)，并且如果它被負(fù)傳感器23吸收，則傳感器模塊20的輻射探測器22反向旋轉(zhuǎn)。傳感器模塊20的總輸出信號34是其在抽樣時(shí)間期間的平均定向。
根據(jù)仿真，性能由兩個(gè)參數(shù)定義，但在實(shí)際系統(tǒng)中可使用其它參數(shù)1)目標(biāo)固定時(shí)的均方根(RMS)誤差。
2)在源38的實(shí)際位置發(fā)生10毫米變化后指示已計(jì)算位置發(fā)生9毫米變化的時(shí)間。
以下參數(shù)值在仿真中是固定的1)從源到傳感器的距離＝25厘米(最差情況的距離)2)傳感器在幾何上已為其優(yōu)化的源距離＝25厘米3)每個(gè)子傳感器中光子靈敏表面的寬度＝2毫米(圖5中的18)4)傳感器長度＝10厘米(圖5中的14)5)傳感器之間分隔壁的高度＝5厘米(圖5中的35)6)其基底上分隔壁的寬度＝4毫米(圖5中的37)7)由復(fù)合傳感器中的壁定義的子傳感器數(shù)量＝7(圖5中的36)8)傳感器靈敏度(檢測到的輸入伽馬射線分?jǐn)?shù))＝0.3仿真相對于對性能的影響評估和優(yōu)化了以下參數(shù)1)每個(gè)吸收的光子的旋轉(zhuǎn)量(圖7a和7b)2)抽樣時(shí)間(圖8A和8B)3)每秒光子數(shù)(源放射性級別)(圖9A和9B)4)整體跟蹤精確度(圖10a和10b)仿真確定在每個(gè)光子沖擊的旋轉(zhuǎn)增大時(shí)，響應(yīng)時(shí)間縮短(圖7a)。然而，在每個(gè)光子沖擊的旋轉(zhuǎn)增大時(shí)，RMS位置誤差也增大(圖7b)。很明顯，在等待時(shí)間與精確度之間存在折衷。此參數(shù)可實(shí)時(shí)修改以便如下所述使用運(yùn)動(dòng)探測算法來優(yōu)化折衷。
仿真確定抽樣時(shí)間對等待時(shí)間或精確度無重大影響(圖8A和8B)。這是因?yàn)閷τ诿總€(gè)沖擊的旋轉(zhuǎn)的小值，每個(gè)樣本的沖擊數(shù)對精確度有極小的影響，并且只確定等待時(shí)間(每個(gè)樣本的旋轉(zhuǎn)總量)。然而，如果由于抽樣時(shí)間減少而降低了每個(gè)樣本的沖擊數(shù)，則抽樣時(shí)間的減少正好補(bǔ)償每個(gè)樣本延緩的響應(yīng)，使等待時(shí)間保持不變。
放射性(每秒發(fā)射的光子數(shù))對精確度有極小的影響，在放射性從0.01mCi增加到0.5mCi(圖9B)時(shí)精確度只提高了2倍。在只是無足夠光子引發(fā)快速旋轉(zhuǎn)的低放射性級別(圖9A)，它對響應(yīng)時(shí)間有極大的影響，然而在高于0.1mCi的放射性級別，隨著放射性級別的增大，改進(jìn)極小。等待時(shí)間和精確度之間的這種折衷優(yōu)化(參閱下述內(nèi)容)在0.05mCi實(shí)現(xiàn)。此特定放射性在性能與輻射劑量之間提供了很好的兼顧，提供了適合典型醫(yī)療應(yīng)用的性能，而不會對患者或醫(yī)生帶來安全危險(xiǎn)。
為優(yōu)化精確度與等待時(shí)間之間的折衷，采用了運(yùn)動(dòng)探測算法以在被跟蹤源38運(yùn)動(dòng)期間增大每個(gè)光子的旋轉(zhuǎn)。這降低了等待時(shí)間并提高了精確度。在仿真中，擊中被歸類為正21的接收元件22的光子與擊中被歸類為負(fù)23的那些相比的百分比用作被跟蹤源38運(yùn)動(dòng)的指示。在百分比更遠(yuǎn)離50％時(shí)，每個(gè)光子的旋轉(zhuǎn)增大，從而減少了等待時(shí)間，但降低了運(yùn)動(dòng)期間的精確度。換而言之，系統(tǒng)40開始以大的步長向估計(jì)的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32移動(dòng)。在接近估計(jì)的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32時(shí)，步長的大小降低。如果超過目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32，則在反方向上采用小的補(bǔ)償步長。圖10a和10b中以圖形方式匯總了結(jié)果。簡而言之，跟蹤移動(dòng)源38的系統(tǒng)40的RMS誤差平均為0.71毫米。系統(tǒng)40確定的固定源38的位置產(chǎn)生0.62毫米的rms誤差。
總之，仿真結(jié)果指示在使用0.05mCi的192Ir的放射性、圖5所示類型的復(fù)合差動(dòng)傳感器及在等待時(shí)間與精確度之間折衷的運(yùn)動(dòng)探測算法時(shí)，系統(tǒng)40可實(shí)現(xiàn)大約1毫米RMS的整體精確度。
圖12中示出了傳感器模塊20對旋轉(zhuǎn)角32變化的仿真靈敏度，該圖是相對于圖5所示類型的傳感器的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32，輸出信號34隨旋轉(zhuǎn)變化的曲線。該圖使用以下公式產(chǎn)生總輸出34＝A/(A+B)其中，A為所有右側(cè)傳感器21之和；以及B為所有左側(cè)傳感器23和B之和傳感器20的輸出34(Y軸)的總范圍任意定義為在0到1的范圍中。在X軸上，0表示指示源38的方向的旋轉(zhuǎn)角32。傳感器20的總旋轉(zhuǎn)范圍為偏離此目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32的±32毫弧度。偏離目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32超過32毫弧度的偏差產(chǎn)生0或1的輸出34，指示返回目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32的旋轉(zhuǎn)方向，但未指示到達(dá)目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32的旋轉(zhuǎn)量。輸出34為0或1時(shí)，有關(guān)偏離目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32的偏差可作出的唯一結(jié)論是它在所示方向上大于32毫弧度。
圖12的圖將目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32的輸出34示為動(dòng)態(tài)范圍的中部(0.5)。因此，如果輸出34為0.6，則指示在正方向上10毫弧度的校正旋轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角32。0.6的輸出34指示具有相同量(10毫弧度)但在反方向上的校正旋轉(zhuǎn)。另一種示出相同信息的方式會是在Y軸指示+0.5到-0.5的總動(dòng)態(tài)范圍。此范圍的中間可能為零，一個(gè)方向?yàn)檎蚨硪环较驗(yàn)榉聪?，或者它可以為任意?shù)字，一個(gè)方向數(shù)字更大而另一方向數(shù)字更小。
如圖12所示，在目標(biāo)角32，傳感器20對旋轉(zhuǎn)的仿真靈敏度為大約每旋轉(zhuǎn)毫弧度1％的動(dòng)態(tài)范圍。
使用具有高度35為5厘米、分散在輻射探測器22之間并與具有0.05mCi放射性的源38相距25厘米的屏蔽36的5厘米×10厘米的傳感器模塊20，此每毫弧度1％的靈敏度足以提供所需的精確度(1毫米rms)。調(diào)節(jié)精確度參數(shù)、增大探測器22的大小、減少傳感器20與源38之間的距離以及增大源38的放射性均可用于減少傳感器20所需的方向靈敏度級別。
使用圖6A所示類型的傳感器20的仿真結(jié)果(未示出)類似于上述結(jié)果。
系統(tǒng)40和/或傳感器20依賴各種命令的執(zhí)行和各種數(shù)據(jù)輸入的分析和轉(zhuǎn)換。根據(jù)各種替代實(shí)施例，這些命令中的任一命令、分析或轉(zhuǎn)換可由軟件、硬件或固件完成。在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，機(jī)器可讀介質(zhì)包含用于任選地根據(jù)方法400將一個(gè)或多個(gè)傳感器模塊20的輸出信號34轉(zhuǎn)換成源38的位置坐標(biāo)的指令。在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，CPU 42執(zhí)行用于任選地根據(jù)方法400將一個(gè)或多個(gè)傳感器模塊20的輸出信號34轉(zhuǎn)換成源38的位置坐標(biāo)的指令。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例，通過將可探測量的放射性同位素并入或固定連接到醫(yī)療裝置，制造出可跟蹤醫(yī)療裝置。根據(jù)各種實(shí)施例，放射性同位素可具有或不具有醫(yī)療功能。任選地，同位素的放射性不具有醫(yī)療功能。任選地，可選擇放射性同位素，使得它可在身體中使用而無需保護(hù)性涂層，但不會對組織造成不良反應(yīng)。在本發(fā)明的一個(gè)示范實(shí)施例中，可探測量的同位素是在0.5mCi到0.001mCi的范圍中。對放射性在此范圍較低部分的同位素源38的使用可取決于裝置較低的速度、探測器22的靈敏度、離傳感器20的距離。任選地，并入的放射性同位素產(chǎn)生每秒至少1個(gè)、任選地至少5個(gè)、任選地至少10個(gè)、任選地至少100個(gè)可探測計(jì)數(shù)。
在本申請的說明書和權(quán)利要求書中，每個(gè)動(dòng)詞“包括”和“具有”及其任何變化用于指示動(dòng)詞賓語不一定是動(dòng)詞主語的成員、組件、元件或部分的完整清單。
已通過對本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說明來描述本發(fā)明，這些實(shí)施例以示例方式提供，并不是要限制本發(fā)明的范圍。所述實(shí)施例包括不同特性，但并非在本發(fā)明的所有實(shí)施例中都需要所有這些特性。本發(fā)明的一些實(shí)施例只利用一些特性或特性的可能組合。所述的本發(fā)明實(shí)施例和包括所述實(shí)施例中指出的特性的不同組合的本發(fā)明實(shí)施例的變化可以所有可能的組合方式組合，包括但不限于在一個(gè)實(shí)施例環(huán)境中所述的特性在任一其它實(shí)施例環(huán)境中使用。本發(fā)明的范圍只受隨附權(quán)利要求書的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于跟蹤和定位電離輻射源的計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括(a)至少一個(gè)包括至少一個(gè)輻射探測器的非成像傳感器模塊，所述至少一個(gè)輻射探測器能夠從所述輻射源接收電離輻射并產(chǎn)生輸出信號；以及(b)設(shè)計(jì)和配置為接收所述輸出信號并將所述輸出信號轉(zhuǎn)換成方向信息的CPU。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述輻射源與醫(yī)療裝置形成整體或連接到醫(yī)療裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)傳感器模塊包括至少兩個(gè)傳感器模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述至少兩個(gè)傳感器模塊包括至少三個(gè)傳感器模塊。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)傳感器模塊中至少一個(gè)還包括移動(dòng)裝置，所述移動(dòng)裝置能夠?qū)⑵揭七\(yùn)動(dòng)傳給所述傳感器模塊以致所述傳感器模塊移到新位置。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述移動(dòng)裝置可根據(jù)來自所述CPU的平移運(yùn)動(dòng)信號操作。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，另外包括(c)成像模塊，所述成像模塊能夠?qū)D像信號提供到所述CPU，所述CPU能夠?qū)⑺鰣D像信號轉(zhuǎn)換成部分對象身體的圖像。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括顯示裝置。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，還包括顯示裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述顯示裝置能夠顯示所述部分對象身體的所述圖像，所述醫(yī)療裝置的已確定位置疊加在所述部分對象身體的所述圖像上。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述CPU接收所述輸出信號中的至少兩個(gè)，并基于所述輸出信號計(jì)算所述輻射源的位置。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述CPU接收所述輸出信號中的至少三個(gè)，并基于所述至少三個(gè)輸出信號計(jì)算所述輻射源的位置。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述CPU間或重復(fù)計(jì)算所述位置，以便可標(biāo)繪隨時(shí)間變化的所述輻射源的位置。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述輻射源采用半衰期在6到18個(gè)月的范圍內(nèi)的同位素。
15.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，另外包括能夠提供所述輻射的所述輻射源。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在所述源具有在0.01mCi到0.5mCi的范圍內(nèi)的放射性時(shí)產(chǎn)生所述方向信息。
17.一種用于在方向上定位電離輻射源的傳感器，所述傳感器包括(a)至少一個(gè)功能組件；以及(b)通過移動(dòng)所述至少一個(gè)功能組件而將角靈敏度傳給所述傳感器的位移機(jī)件。
18.如權(quán)利要求17所述的傳感器，其中，所述至少一個(gè)功能組件包括至少一個(gè)輻射探測器，所述至少一個(gè)輻射探測器能夠從所述輻射源接收輻射并產(chǎn)生輸出信號；其中，所述位移機(jī)件能夠?qū)⑺鲋辽僖粋€(gè)輻射探測器轉(zhuǎn)過旋轉(zhuǎn)角，以致所述輸出信號隨所述旋轉(zhuǎn)角而變化。
19.如權(quán)利要求18所述的傳感器，其中，所述至少一個(gè)輻射探測器包括至少一個(gè)第一輻射探測器和至少一個(gè)第二輻射探測器，并且所述輸出信號包括至少一個(gè)來自所述至少一個(gè)第一輻射探測器的第一輸出信號和至少一個(gè)來自所述至少一個(gè)第二輻射探測器的第二輸出信號。
20.如權(quán)利要求19所述的傳感器，另外包括至少一個(gè)在相對于所述至少一個(gè)第一輻射探測器和所述至少一個(gè)第二輻射探測器的固定角度安裝的輻射屏蔽，以致來自所述至少一個(gè)第一輻射探測器的所述第一輸出信號的幅度和來自所述第二輻射探測器的所述第二輸出信號的幅度隨所述旋轉(zhuǎn)角而變化。
21.如權(quán)利要求17所述的傳感器，包括(a)至少一個(gè)第一輻射探測器和至少一個(gè)第二輻射探測器，所述至少一個(gè)第一輻射探測器和至少一個(gè)第二輻射探測器中的每個(gè)均能夠從所述輻射源接收輻射，并且能夠從所述至少一個(gè)第一輻射探測器產(chǎn)生至少一個(gè)第一輸出信號和從所述至少一個(gè)第二輻射探測器產(chǎn)生至少一個(gè)第二輸出信號；以及(b)至少一個(gè)輻射屏蔽，所述輻射屏蔽可繞屏蔽旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過屏蔽旋轉(zhuǎn)角，以致來自所述至少一個(gè)第一輻射探測器的所述第一輸出信號的幅度和來自所述第二輻射探測器的所述第二輸出信號的幅度均隨所述屏蔽旋轉(zhuǎn)角而變化。
22.如權(quán)利要求20所述的傳感器，其中，所述至少一個(gè)輻射屏蔽包括(i)位于所述至少一個(gè)第一輻射探測器與所述至少一個(gè)第二輻射探測器之間的主輻射屏蔽；(ii)至少一個(gè)部署為干擾指向所述至少一個(gè)第一輻射探測器的入射輻射的第一附加輻射屏蔽；以及(iii)至少一個(gè)部署為干擾指向所述至少一個(gè)第二輻射探測器的入射輻射的第二附加輻射屏蔽。
23.如權(quán)利要求22所述的傳感器，其中，所述至少一個(gè)第一附加輻射屏蔽和所述至少一個(gè)第二附加輻射屏蔽均向所述主輻射屏蔽傾斜。
24.如權(quán)利要求22所述的傳感器，其中，所述至少一個(gè)第一輻射探測器和所述至少一個(gè)第二輻射探測器成對組織，每對具有第一成員和第二成員，并且所述主輻射屏蔽和附加輻射屏蔽中的每個(gè)輻射屏蔽位于所述對中一對的所述第一成員之一和所述第二成員之一之間，以致所述輸出信號隨所述旋轉(zhuǎn)角而變化。
25.如權(quán)利要求17所述的傳感器，另外能夠?qū)⑺鲋辽僖粋€(gè)功能組件繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)動(dòng)角。
26.一種確定裝置位置的方法，所述方法包括(a)提供具有與其相關(guān)聯(lián)的輻射源的裝置；(b)確定朝向所述輻射源的方向；(c)還確定朝向所述輻射源的至少第二方向；(d)通過計(jì)算所述第一方向與所述至少第二方向的相交而定位所述裝置。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述還確定朝向所述輻射源的至少第二方向包括確定朝向所述輻射源的至少第三方向，并另外包括(e)計(jì)算所述第一方向、所述第二方向和所述至少第三方向的交點(diǎn)。
28.一種制造可跟蹤醫(yī)療裝置的方法，所述方法包括將可探測量的放射性同位素并入或固定連接到所述醫(yī)療裝置。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述可探測量在0.01mCi到0.5mCi的范圍內(nèi)。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述可探測量為0.1mCi或更少。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述可探測量為0.05mCi或更少。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述同位素為銥192。
33.使用具有0.1mCi或更少放射性的電離輻射源作為非成像定位或跟蹤的目標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于定位裝置的計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)40。系統(tǒng)40包括傳感器模塊20和CPU 42。與裝置相關(guān)聯(lián)的放射性源38產(chǎn)生放射性衰變形式的信號。模塊20包括能夠從連接到裝置的源38接收信號的輻射探測器22。模塊20產(chǎn)生輸出信號34。CPU 42接收輸出信號34，并將輸出34轉(zhuǎn)換成與源38的位置有關(guān)的方向信息。
文檔編號G01N23/20GK101069091SQ200580034274
公開日2007年11月7日 申請日期2005年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月12日
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