JP2007519493A - Magnetic resonance-optical combination device for prostate, cervical and rectal cancer imaging - Google Patents
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Abstract
本発明は解剖学的イメージング技術(例えばMR)と光学イメージング技術とを組み合わせたシステムに関する。本発明のシステムは、例えば1)がん診断およびステージ分類、2)イメージガイダンス、3)放射線治療計画など、種々に適用可能である。イメージガイダンスは生検ガイドを含む。例えば、前立腺摘除手術はインポテンスや失禁などの重大な影響を引き起こすおそれがあるが、組織学的に確実な生検診断があれば不要な前立腺摘除手術を防止することができる。またイメージガイダンスは超音波密封小線源療法などの侵襲の小さい治療を含む。本発明は健康組織を識別して放射線照射からこれを保護する放射線治療計画にも用いられる。 The present invention relates to a system that combines anatomical imaging techniques (eg MR) and optical imaging techniques. The system of the present invention can be applied in various ways, such as 1) cancer diagnosis and stage classification, 2) image guidance, 3) radiation therapy planning, and the like. Image guidance includes a biopsy guide. For example, prostatectomy surgery can cause serious effects such as impotence and incontinence, but unnecessary prostatectomy surgery can be prevented with a histologically reliable biopsy diagnosis. Image guidance also includes less invasive treatments such as ultrasound brachytherapy. The present invention is also used in radiation therapy plans that identify healthy tissue and protect it from radiation.
Description
関連出願へのクロスレファレンス
本出願は2004年2月2日付米国仮出願第60/541102号明細書の優先権を主張するものであり、この明細書の開示内容は本出願の内容に関連する。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims priority from US Provisional Application No. 60 / 541,102, filed Feb. 2, 2004, the disclosure of which is related to the contents of this application.
さらに本出願の内容は、2005年1月27日付米国仮出願第60/541022号明細書"Combined MR-Ultrasound (US) Coil for Prostate-, Cevix-, and Rectum Cancer Imaging Diagnostics",2005年1月27日付米国仮出願第60/541020号明細書"Combined Intra-Rectal Optical-MR and Intra-Rectal Optical-US Device for Prostate-, Cevix-, and Rectum Imaging Diagnostics"の内容に関連する。 The contents of this application are as follows: US Provisional Application No. 60/541022 dated 27 January 2005, "Combined MR-Ultrasound (US) Coil for Prostate-, Cevix-, and Rectum Cancer Imaging Diagnostics", January 2005 This is related to the contents of US Provisional Application No. 60/541020 dated 27th "Combined Intra-Rectal Optical-MR and Intra-Rectal Optical-US Device for Prostate-, Cevix-, and Rectum Imaging Diagnostics".
発明の背景
1.発明の属する技術分野
本発明は一般的には医療イメージングに関しており、より詳細には前立腺、子宮頸および直腸イメージングのための磁気共鳴‐光学コンビネーション装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates generally to medical imaging, and more particularly to a magnetic resonance-optical combination device for prostate, cervical and rectal imaging.
2.関連する技術の説明
現在、前立腺がん、子宮頸がん、直腸がんの診断には種々の診断イメージング法が用いられている。最近の診断イメージング技術には、磁気共鳴法MR、コンピュータトモグラフィ法CT、超音波法US、核医学法(例えばポジトロンエミッショントモグラフィ法PET、シングルフォトンエミッションコンピューテッドトモグラフィ法SPECT)などが含まれる。より正確な診断には異なるイメージング技術が組み合わされて用いられる。特に解剖学的イメージング技術から得られる解剖学的情報(例えば骨および内臓)を、光学イメージング技術から得られる光学情報によって増強することができる。
2. Description of Related Technology Currently, various diagnostic imaging methods are used to diagnose prostate cancer, cervical cancer, and rectal cancer. Recent diagnostic imaging techniques include magnetic resonance MR, computer tomography CT, ultrasound US, nuclear medicine (eg, positron emission tomography PET, single photon emission computed tomography SPECT), etc. It is. Different imaging techniques are used in combination for more accurate diagnosis. In particular, anatomical information (eg, bones and viscera) obtained from anatomical imaging techniques can be augmented by optical information obtained from optical imaging techniques.
それぞれ異なるイメージング技術の結合は典型的には後処理によって行われる。後処理にはたいてい時間がかかる。また、解剖学的なモダリティと光学的なモダリティとの正確な結合は、ふつうはリジッドな構造、例えば脳などでしか可能とならない。しかし、脳であっても不正確となるおそれがあるので、こうした結合はあまり行われていない。 Combining different imaging techniques is typically done by post-processing. Post-processing is usually time consuming. Also, accurate coupling between anatomical modalities and optical modalities is usually only possible with rigid structures such as the brain. However, even the brain can be inaccurate, so this connection is not very common.
発明の概要
本発明によれば解剖学的および光学的診断イメージング装置が提供される。この診断イメージング装置は、体腔へ挿入され、体腔の解剖学的画像を取得する解剖学的イメージングユニットと、この解剖学的イメージングユニットに操作可能に結合され、体腔の光学情報を取得する光学イメージングユニットとを備えている。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, an anatomical and optical diagnostic imaging device is provided. The diagnostic imaging apparatus includes an anatomical imaging unit that is inserted into a body cavity and acquires an anatomical image of the body cavity, and an optical imaging unit that is operatively coupled to the anatomical imaging unit and acquires optical information of the body cavity. And has.
また本発明によれば別の解剖学的および光学的診断イメージング装置も提供される。この診断イメージング装置は、磁気共鳴コイルを包囲するシースと、このシースの一方の端部に操作可能に接続された光学プローブとを備えている。光学プローブにより蛍光、有利には近赤外線蛍光の発光が検出される。 The present invention also provides other anatomical and optical diagnostic imaging devices. This diagnostic imaging apparatus includes a sheath that surrounds a magnetic resonance coil, and an optical probe that is operably connected to one end of the sheath. The optical probe detects fluorescence, preferably near infrared fluorescence.
さらに本発明によれば相応の方法も提供される。この方法は、解剖学的‐光学的コンビネーション装置を体腔へ挿入するステップと、解剖学的‐光学的コンビネーション装置から解剖学的イメージングベース情報および光学イメージングベース情報を表す結合画像を取得するステップとを有する。 Furthermore, according to the invention, a corresponding method is also provided. The method includes the steps of inserting an anatomical-optical combination device into a body cavity and obtaining anatomical imaging base information and a combined image representing the optical imaging base information from the anatomical-optical combination device. Have.
図面の簡単な説明
添付図を参照しながら本発明を詳細に説明する。図中、相応する要素には相応する参照番号を付してある。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Corresponding elements have corresponding reference numerals in the figure.
図1には本発明の実施例の磁気共鳴‐光学コンビネーション装置が示されている。 FIG. 1 shows a magnetic resonance-optical combination apparatus according to an embodiment of the present invention.
有利な実施例の詳細な説明
図示の実施例を説明する。以下では、わかりやすくするために、本発明の実際の構成の全ての特徴を挙げてはいない。もちろん実際の適用においては、特定の目的の達成、すなわちシステム上の制約または業務上の制約を満足するために、種々の構成ないしは設計の決定が可能である。このために開発は複雑となり時間がかかるかもしれないが、当該分野の技術者であれば可能となるはずである。
Detailed Description of the Preferred Embodiments The illustrated embodiments are described. In the following, all features of the actual configuration of the present invention are not listed for the sake of clarity. Of course, in actual application, various configurations or design decisions can be made in order to achieve a specific purpose, i.e. satisfy system constraints or business constraints. This may make development more complex and time consuming, but should be possible for engineers in the field.
本発明は種々の修正態様および選択態様を含むものの、以下ではそのうち図示の実施例にかぎって説明する。ただしここに挙げる実施例は本発明を特定の態様に限定するものではないと理解されたい。特許請求の範囲に規定された本発明の範囲内の種々の修正または変更も本発明に含まれる。また、ここで説明する方法および装置は種々の形態のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、専用プロセッサまたはこれらの組み合わせとして実現することができる。 While the present invention includes various modifications and selections, the following description is limited to the illustrated embodiment. However, it should be understood that the examples given herein are not intended to limit the invention to any particular embodiment. Various modifications or changes within the scope of the present invention as defined in the claims are also included in the present invention. Also, the methods and apparatus described herein can be implemented as various forms of hardware, software, firmware, dedicated processors, or combinations thereof.
本発明は解剖学的イメージング技術(例えばMR)と光学イメージング技術とを組み合わせたシステムに関する。本発明のシステムは、例えば1)がん診断およびステージ分類、2)イメージガイダンス、3)放射線治療計画など、種々に適用可能である。イメージガイダンスは生検ガイドを含む。例えば、前立腺摘除手術はインポテンスや失禁などの重大な影響を引き起こすおそれがあるが、組織学的に確実な生検診断があれば不要な前立腺摘除手術を防止することができる。またイメージガイダンスは超音波密封小線源療法などの侵襲の小さい治療を含む。本発明は健康組織を識別して放射線照射からこれを保護する放射線治療計画にも用いられる。 The present invention relates to a system that combines anatomical imaging techniques (eg MR) and optical imaging techniques. The system of the present invention can be applied in various ways, such as 1) cancer diagnosis and stage classification, 2) image guidance, 3) radiation therapy planning, and the like. Image guidance includes a biopsy guide. For example, prostatectomy surgery can cause serious effects such as impotence and incontinence, but unnecessary prostatectomy surgery can be prevented with a histologically reliable biopsy diagnosis. Image guidance also includes less invasive treatments such as ultrasound brachytherapy. The present invention is also used in radiation therapy plans that identify healthy tissue and protect it from radiation.
本出願人は体腔、例えば直腸または膣へ挿入可能な磁気共鳴‐光学コンビネーション装置を提案する。光学プローブと磁気共鳴コイルとが統合され、磁気共鳴ベース画像が光学ベース情報によって増強される。 The applicant proposes a magnetic resonance-optical combination device that can be inserted into a body cavity, such as the rectum or vagina. The optical probe and the magnetic resonance coil are integrated, and the magnetic resonance base image is enhanced by the optical base information.
磁気共鳴‐光学コンビネーション装置は体腔へ挿入され、解剖学的イメージングベースの情報および光学イメージングベースの情報を表示する結合画像が受け取られる。この結合画像は当該分野の技術者に想到される種々の実用状況、例えばがん診断、適用ガイドおよび治療計画などに用いることができる。 The magnetic resonance-optical combination device is inserted into a body cavity and a combined image displaying anatomical imaging-based information and optical imaging-based information is received. This combined image can be used in various practical situations conceived by engineers in the field, such as cancer diagnosis, application guides, and treatment plans.
図1には、磁気共鳴イメージング機能部および光学イメージング機能部を結合した本発明の実施例の磁気共鳴‐光学コンビネーション装置100の分解図が示されている。コンビネーション装置100は、光学プローブ105,磁気共鳴コイル110,シース115およびハンドヘルド部120を含む。光学プローブ105は例えば直腸横断型光学トランスデューサである。光学プローブ105は磁気共鳴コイルまたは磁気共鳴部に対して相対的に引き出しおよび/または押し入れることができる。光学プローブ105は磁気共鳴コイル110から独立に回転可能であってもよい。ハンドヘルド部120によりユーザはコンビネーション装置100を容易に把持して扱うことができる。光学プローブまたは光学部は磁気共鳴コイルに組み込むこともできる。光学部により蛍光、有利には近赤外線蛍光の発光を検出するように構成してもよい。自動発光または加えられた蛍光プローブ(造影剤)により、調査しているがんの種類ごとに特定の蛍光が測定される。光学部により放射活性プローブ(スマートプローブ)を検出できるように構成してもよい。
FIG. 1 is an exploded view of a magnetic resonance-optical combination apparatus 100 according to an embodiment of the present invention in which a magnetic resonance imaging function unit and an optical imaging function unit are combined. The combination apparatus 100 includes an optical probe 105, a
シース115はリジッドなケーシングであり、有利には透光性であって、かつ図示されていない結合液によって充填されている。結合液は有利には周囲の材料と等しい屈折率を有し、照射される光ビームを曲げない。このことについては後に詳述する。 The sheath 115 is a rigid casing, which is preferably translucent and filled with a binding liquid not shown. The binding liquid preferably has a refractive index equal to the surrounding material and does not bend the irradiated light beam. This will be described in detail later.
磁気共鳴‐光学コンビネーション装置100は光線路125を含み、この光線路は光学デバイス130に操作可能に接続されている。コンビネーション装置100はさらに磁気共鳴線路135を含み、この磁気共鳴線路は磁気共鳴増幅器140に操作可能に接続されている。光線路は磁気共鳴コイル110の中央を通って端末検出器/照射器のリード(光学プローブ105)に通じている。光線路125および磁気共鳴線路135は並列である。光線路はヘッドと外部光源および光検出器130とを接続している。図では簡単化のために示していないが、磁気共鳴増幅器140は当該分野の技術者に周知の磁気共鳴トモグラフィユニットMRTの一部であってもよい。また線路は1つずつしか示されていないが、各線路が2つ以上の線路を有していてもよく、これも当該分野の技術者には明らかである。磁気共鳴コイル110は有利には透光性を有するように構成される。例えば線路間のスペーサが透光性プラスティックから成り、コイル線が基板または支持体なしでも安定するように構成することができる。
The magnetic resonance-optical combination apparatus 100 includes an optical line 125, which is operably connected to the optical device 130. The combination apparatus 100 further includes a magnetic resonance line 135, which is operably connected to the magnetic resonance amplifier 140. The optical line passes through the center of the
別の実施例として、シース115を図示されていない透光性のバルーンによって置換してもよい。バルーンは回転力を発生する液体ポンプを備えた折り曲げ可能な調査ヘッドを有する。シース115およびバルーンが磁気共鳴コイル110のアセンブリを包囲するように構成することもできる。シース115およびバルーンは磁気共鳴‐光学コンビネーション装置100を体腔に固定する役割を果たす。例えば、磁気共鳴‐光学コンビネーション装置100が体腔内へ挿入されると、バルーンが膨張される。バルーンは有利には結合液によって膨張されるが、別の実施例として空気によって膨張させてもよい。透明なバルーンが使用される場合、磁気共鳴コイル110(例えばRFコイル、かご形コイルなど)はフレキシブルコイル、例えばMEDRAD(R) Incorporatedから市販されているMRInnervu(R)とすることができる。
As another example, the sheath 115 may be replaced by a translucent balloon not shown. The balloon has a foldable investigation head with a liquid pump that generates a rotational force. The sheath 115 and balloon can also be configured to surround the
さらに、シース115およびバルーンは当該分野の技術者に想到されるいかなる形状(例えばトーラス状)であってもよい。シース115およびバルーンは有利には磁気共鳴‐光学コンビネーション装置100を検査すべき体腔へ容易に挿入可能な形状に構成される。ここでは1つのバルーンを設ける構成しか説明しなかったが、2つ以上のバルーンを設ける構成も当該分野の技術者には明らかである。 Furthermore, the sheath 115 and the balloon may have any shape conceived by those skilled in the art (for example, a torus shape). The sheath 115 and balloon are advantageously configured in a shape that allows the magnetic resonance-optical combination device 100 to be easily inserted into the body cavity to be examined. Although only a configuration in which one balloon is provided has been described here, a configuration in which two or more balloons are provided is also apparent to those skilled in the art.
光学デバイスは360゜の視野をカバーすることができるし、それ以下の限定された角度のみをカバーするのであってもよい。後者の場合、リードは磁気共鳴コイルから独立にその外側を回転可能である。どちらの形態であっても光学リードは磁気共鳴コイルに対して相対的に引き出しまたは押し入れ可能である。照明および光検出はバルーンまたはコイルによって限定されない。バルーンはトーラス状であってもよいし、2つのバルーンが用いられてもよい。 The optical device can cover a 360 ° field of view or may cover only a limited angle below it. In the latter case, the lead can be rotated outside the magnetic resonance coil independently. In either form, the optical lead can be pulled out or pushed in relative to the magnetic resonance coil. Illumination and light detection are not limited by balloons or coils. The balloon may be in a torus shape, or two balloons may be used.
照明光および蛍光は2つの別個の線路を介して導波される。これに代えて、変調技術を用いて照明光と蛍光とを区別してもよい。特別な設計によれば光は連続波モード(CWモード)で駆動される。他の設計により、タイムドメイン法TD、光学トモグラフィ法OCTまたは2フォトン法などを適用して測定を行ってもよい。トモグラフィ法は信号対雑音比または組織浸透率を増大するために用いられる。 Illumination light and fluorescence are guided through two separate lines. Alternatively, illumination light and fluorescence may be distinguished using a modulation technique. According to a special design, the light is driven in continuous wave mode (CW mode). Depending on other designs, the time domain method TD, the optical tomography method OCT, the two-photon method, or the like may be applied. Tomography methods are used to increase the signal-to-noise ratio or tissue penetration rate.
光学デバイスの設計について、3つの一般的な実施例が可能である。
1.光線路(シングルファイバまたはファイバ束)により回路状にアセンブリされたサーキュラディフューザまたはディスクリートマイクロスコピックレンズを接続する。光学ヘッドは体腔のカバー範囲を向上させるために磁気共鳴軸線に沿って運動される。
2.回転ミラーを光線路の端部に設け、照明光を体腔壁、例えば直腸上皮に循環的に投影して、蛍光を検出する。ミラーは磁界の外側に位置するカルダン軸およびモータに接続される。光学ヘッドは体腔のカバー範囲を向上させるために磁気共鳴軸線に沿って運動される。
3.光を2次元または3次元で投影するディジタルミラーアレイDMAが設けられる。
Three general examples of optical device design are possible.
1. A circular diffuser or a discrete microscopic lens assembled in a circuit by an optical line (single fiber or fiber bundle) is connected. The optical head is moved along the magnetic resonance axis to improve the coverage of the body cavity.
2. A rotating mirror is provided at the end of the optical line, and illumination light is cyclically projected onto the body cavity wall, for example, the rectal epithelium, to detect fluorescence. The mirror is connected to a cardan shaft and a motor located outside the magnetic field. The optical head is moved along the magnetic resonance axis to improve the coverage of the body cavity.
3. A digital mirror array DMA is provided for projecting light in two or three dimensions.
光源として、例えばブロードバンド光源(キセノンランプまたは水銀ランプ)、LED、LEDアレイまたはレーザーなどが可能である。検出器はCCDカメラまたはCMOSである。光学デバイスの全ての材料は非導電性である。このことが不都合である場合、HP結合率を小さく維持できれば、少量の導電性材料を用いることもできる。 As the light source, for example, a broadband light source (xenon lamp or mercury lamp), LED, LED array, laser or the like can be used. The detector is a CCD camera or CMOS. All materials of the optical device are non-conductive. If this is inconvenient, a small amount of conductive material can be used if the HP coupling rate can be kept small.
磁気共鳴‐光学コンビネーション装置100から得られた直腸内測定は、有利には、信号対雑音比および体腔内の検査可能領域を増大するために、図示されていない外部のフェーズドアレイコイルによる測定と組み合わされる。外部のフェーズドアレイコイルは標準的なMRTユニットの典型的な部品である。有利な実施例では、外部のフェーズドアレイコイルは腹部受信チャネルおよび後根部受信チャネルを提供するボディアレイである。ボディアレイは体腔内の観察可能領域を拡大し、例えばステージ分類のためにリンパ節の情報を提供する。 Intrarectal measurements obtained from the magnetic resonance-optical combination device 100 are advantageously combined with measurements by an external phased array coil, not shown, to increase the signal-to-noise ratio and the inspectable area in the body cavity. It is. An external phased array coil is a typical part of a standard MRT unit. In an advantageous embodiment, the external phased array coil is a body array that provides an abdominal receive channel and a dorsal root receive channel. The body array expands the observable area within the body cavity and provides lymph node information, for example for stage classification.
磁気共鳴‐光学コンビネーション装置100は磁気共鳴法の造影剤である単結晶鉄酸化物ナノ粒子MIONによって結合される。MIONは光学造影剤である蛍光顔料により2重にレーベリングされる。さらに磁気共鳴データセット、すなわち本発明を用いてMRTユニットから得られた画像は近赤外線蛍光NIRFの画像品質を増大するためのNIRF吸収およびNIRF自動発光のセグメンテーションおよびサブシーケンスのモデリングに使用される。 The magnetic resonance-optical combination device 100 is coupled by single crystal iron oxide nanoparticles MION which is a contrast agent for magnetic resonance. MION is doubly labeled by a fluorescent pigment that is an optical contrast agent. In addition, magnetic resonance data sets, ie images obtained from MRT units using the present invention, are used for NIRF absorption and NIRF auto-emission segmentation and sub-sequence modeling to increase near infrared fluorescence NIRF image quality.
以上のように本発明を図示の実施例に則して説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明を限定するものではないと理解されたい。当該分野の技術者であれば、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲内で実施例の種々の変更が可能である。したがって、出願人の求める権利範囲は特許請求の範囲に表したものである。 Although the present invention has been described with reference to the illustrated embodiments as described above, it should be understood that these are merely examples and do not limit the present invention. Those skilled in the art can make various modifications to the embodiments within the scope of the present invention as defined in the appended claims. Accordingly, the scope of rights sought by the applicant is expressed in the claims.
Claims (20)
該解剖学的イメージングユニットに操作可能に結合され、体腔の光学情報を取得する光学イメージングユニットと
を備えている
ことを特徴とする解剖学的および光学的診断イメージング装置。 An anatomical imaging unit that is inserted into the body cavity and acquires an anatomical image of the body cavity;
An anatomical and optical diagnostic imaging apparatus comprising: an optical imaging unit operably coupled to the anatomical imaging unit to obtain optical information of a body cavity.
該シースの一方の端部に操作可能に接続された光学プローブと
を備えている
ことを特徴とする解剖学的および光学的診断イメージング装置。 A sheath surrounding the magnetic resonance coil;
An anatomical and optical diagnostic imaging device comprising an optical probe operably connected to one end of the sheath.
解剖学的‐光学的コンビネーション装置から解剖学的イメージングベース情報および光学イメージングベース情報を表す結合画像を取得するステップと
を有する
ことを特徴とする方法。 Inserting an anatomical-optical combination device into the body cavity;
Obtaining a combined image representing anatomical imaging base information and optical imaging base information from an anatomical-optical combination device.
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