JP2012517252A - System and method for pretreatment planning for photodynamic phototherapy - Google Patents

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Abstract

体内の組織領域に組織内光線力学療法及び/又は光熱療法を行うための方法及びシステムが開示される。光源の最適化された数、及び組織領域における光源のそれぞれの個々の位置、並びに光源のそれぞれのための個々の制御パラメータが、少なくとも1つの画像モダリティによって取得された組織領域の3D又は4D画像データに基づいて決定される。さらに、仮想環境において、体内の組織領域への組織内光線力学療法及び/又は光熱療法のセッションを仮想的に計画するコンピュータベースの方法が提供される。上記の組織中に光源をガイドするためのテンプレートが、上記の仮想計画からの作成データに基づいている。
【選択図】 図2
Disclosed are methods and systems for performing intra-tissue photodynamic therapy and / or photothermal therapy on tissue regions within the body. 3D or 4D image data of the tissue region, wherein the optimized number of light sources, and the individual position of each of the light sources in the tissue region, and the individual control parameters for each of the light sources, are acquired by at least one image modality To be determined. In addition, a computer-based method is provided for virtually planning a tissue photodynamic therapy and / or photothermal therapy session to a tissue region within the body in a virtual environment. A template for guiding a light source into the tissue is based on the data created from the virtual plan.
[Selection] Figure 2

Description

発明の分野Field of Invention

本発明は、概して、光線力学的光線療法(PDT)、並びに、関連するシステム、デバイス、コンピュータプログラム製品、及び方法の分野に関するものである。より詳細には、本発明は、そのようなPDTシステムにおけるパラメータを計画し、制御し、調整することに関している。更により詳細には、本発明は、間質腫瘍PDTシステムにおける療法に先立った前処置用及びプロセスパラメータの計画用のシステム及び方法に関する。   The present invention relates generally to the field of photodynamic phototherapy (PDT) and related systems, devices, computer program products, and methods. More particularly, the present invention relates to planning, controlling and adjusting parameters in such PDT systems. Even more particularly, the present invention relates to a system and method for pretreatment and planning of process parameters prior to therapy in a stromal tumor PDT system.

発明の背景Background of the Invention

光線力学療法(PDT)は、選択性及び有効性の観点において有望な成果を示している癌治療モダリティであり、例えば、Dougherty TJら、Photodynamic therapy、Journal of the National Cancer Institute 1998;90:889〜905を参照されたい。   Photodynamic therapy (PDT) is a cancer treatment modality that has shown promising results in terms of selectivity and efficacy, for example, Dougherty TJ et al., Photodynamic therapy, Journal of the National Cancer Institute 1998-88; See 905.

PDTは、光感受性薬剤の使用に依存しており、当該薬剤は、酸素の存在化で光によって活性化され、毒性一重項酸素ラジカルの生成をもたらす。これらの毒性一重項酸素ラジカルにより引き起こされるアポトーシス、壊死、及び血管損傷によって、組織の破壊が生じる。   PDT relies on the use of light sensitive drugs, which are activated by light in the presence of oxygen, resulting in the generation of toxic singlet oxygen radicals. Apoptosis, necrosis, and vascular damage caused by these toxic singlet oxygen radicals result in tissue destruction.

有効な治療を達成するために、全ての腫瘍細胞が十分な放射線量を受けて毒性一重項状態が得られることを確認するために、いくつかのファイバが使用されている。   In order to achieve effective treatment, several fibers have been used to confirm that all tumor cells receive a sufficient radiation dose and a toxic singlet state is obtained.

組織における活性化光線の透過が限られていることは、PDTの一般的な問題である。厚さ約5mm未満の腫瘍のみが、表面照射によって治療され得る。より厚い及び/又はより深い位置にある腫瘍を治療するためには、組織内PDT(IPDT)が利用され得る。組織内PDTでは、例えば、内腔にファイバが配置された注射針を使用して、光伝導性光ファイバが腫瘍内に送り込まれる。これについては、例えば、本出願と同じ出願人の国際出願PCT/SE2006/050120に説明されており、同国際出願をあらゆる目的のためにその全体を参照によりここに援用する。しかしながら、国際出願PCT/SE2006/050120は、複数のそのような光ファイバを、腫瘍組織の領域において効果的に位置決めすることに関する手引きを示していない。   Limited transmission of activating light through tissue is a common problem with PDT. Only tumors less than about 5 mm thick can be treated by surface irradiation. In order to treat thicker and / or deeper tumors, intra-tissue PDT (IPDT) can be utilized. In tissue PDT, for example, a photoconductive optical fiber is delivered into a tumor using an injection needle with the fiber disposed in the lumen. This is described, for example, in the same applicant's international application PCT / SE2006 / 050120 as the present application, which is hereby incorporated by reference in its entirety for all purposes. However, international application PCT / SE2006 / 050120 does not provide guidance on effectively positioning a plurality of such optical fibers in the area of tumor tissue.

組織内PDTにおいて、生物学的効果を最大限引き出すためには、正確な線量測定方法が必要であり、被験者の実際の治療に先立つ、具体的に編み出された計画が更に必要である。   In order to maximize the biological effects in intra-organization PDT, accurate dosimetry methods are required and more specifically designed plans prior to the actual treatment of the subject are required.

PDTの前処置計画が、本出願と同じ出願人の国際出願PCT/EP2007/058477に開示されている。ここに同国際出願をあらゆる目的のためにその全体を参照することにより援用する。前立腺組織全体へのIPDTのための前処置モジュールを構成する方法が開示されている。この方法は、IPDTの開始に先立つ、標的形状の再構成、及びこの形状内でのソースファイバの位置の最適化を含んでいる。しかしながら、特に、PDTの前処置又は計画のために重要なパラメータの決定、並びに特定の患者の状況に対するパラメータの調整に関する情報又は手引きという点において、国際出願PCT/EP2007/058477の方法は、更に改良することができる。   A PDT pretreatment plan is disclosed in the same applicant's international application PCT / EP2007 / 058477 as this application. This international application is hereby incorporated by reference in its entirety for all purposes. A method of configuring a pre-treatment module for IPDT on the entire prostate tissue is disclosed. This method involves the reconstruction of the target shape and the optimization of the position of the source fiber within this shape prior to the start of IPDT. However, the method of the international application PCT / EP2007 / 058477 is further improved, especially in terms of determining parameters important for PDT preparation or planning, as well as information or guidance on adjusting parameters for specific patient situations. can do.

したがって、生体内又は生体外で、PDT前及びPDT中に、光線療法及び/又は関連するパラメータを初期的に予め設定し、制御し、調整するための、代替的な又は改善された好適な方法及び/又はシステムが必要である。特に、治療の領域に対する光源の治療前の位置決めについては、改善することができる。   Thus, an alternative or improved preferred method for initially presetting, controlling and adjusting phototherapy and / or related parameters in vivo or ex vivo, prior to and during PDT And / or a system is needed. In particular, the pre-treatment positioning of the light source relative to the treatment area can be improved.

したがって、本発明の実施形態は、添付の特許請求の範囲に従ったシステム、方法、及びコンピュータプログラムを、単独で、又は任意の組合せにおいて提供することにより、上で特定したような本技術分野における一以上の欠陥、不都合、又は問題を、軽減、緩和、又は排除するように好適に追求するものである。   Accordingly, embodiments of the present invention are provided in the art as specified above by providing systems, methods, and computer programs according to the appended claims, either alone or in any combination. It is preferably pursued to mitigate, mitigate or eliminate one or more defects, inconveniences or problems.

更により詳細には、本発明は、PDT治療前の、組織の初期状態、即ち、治療前状態を判断するための計算方法を組み込んだ、システム、方法、コンピュータプログラム、及び医療用ワークステーションを含む。この計算方法は、腫瘍又は増感剤に関連した少なくとも1つの画像データセットの評価に基づいている。この画像データセットは、MR及び超音波といった少なくとも2つの異なる画像モダリティからの、組み合わされた、又は重ね合わされた画像データセットである。   Even more particularly, the present invention includes a system, method, computer program, and medical workstation incorporating a calculation method for determining an initial state of tissue, ie, a pre-treatment state, prior to PDT treatment. . This calculation method is based on the evaluation of at least one image data set associated with a tumor or sensitizer. This image data set is a combined or superimposed image data set from at least two different image modalities such as MR and ultrasound.

また、体内の組織に組織内光線力学療法を行うためのシステムを開示する。このシステムは、異なるモダリティから取得される治療領域の3D画像を重ね合わせるための機能を備える。統合された3D画像は、治療領域、例えば、被験者の腫瘍部位に関連する。重ね合わされた多次元画像が、前処置手続及び計画プロセスのための基礎を形成する。例えば空間的な血流分布を考慮するためには、4D画像が考慮され得る。ここで、4次元目は時間である。4D画像は、様々な3Dパラメータを経時的に計算するために使用され得る。例えば、計算は、3D温度放出関数、又は増感剤若しくは酸素の3D洗い出し係数(ウォッシュアウトファクター)、或いは3D酸素更新パラメータであってもよい。これらの計算に基づいて、対象となる領域における少なくとも1つの光源の位置決めが最適化される。   Also disclosed is a system for performing intra-organophotodynamic therapy on body tissue. This system has the capability to overlay 3D images of treatment areas acquired from different modalities. The integrated 3D image relates to the treatment area, eg, the tumor site of the subject. The superimposed multi-dimensional image forms the basis for the pretreatment and planning processes. For example, a 4D image can be considered to take into account the spatial blood flow distribution. Here, the fourth dimension is time. The 4D image can be used to calculate various 3D parameters over time. For example, the calculation may be a 3D temperature release function, or a 3D washout factor of a sensitizer or oxygen, or a 3D oxygen update parameter. Based on these calculations, the positioning of at least one light source in the region of interest is optimized.

本発明の一側面によれば、体内の組織領域に組織内光線力学療法及び/又は光熱療法を行うためのシステムが開示される。このシステムは、組織内の組織領域に治療用光線を照射するように構成された少なくとも1つの光源を有し、この光源は、光感受性薬剤との相互作用のために、及び/又は組織の制御された熱環境を実現するために、組織中に組織内的に(interstitially)挿入されるように作られている。さらに、システムは、少なくとも1つの画像モダリティによって取得された、組織領域の3D又は4D画像データに基づいて、光源の最適化された数、及び組織領域における光源のそれぞれの個々の位置、並びに光源それぞれの個々の制御パラメータを決定するためのユニットを有する。   According to one aspect of the present invention, a system for performing intra-tissue photodynamic therapy and / or photothermal therapy on a tissue region in the body is disclosed. The system has at least one light source configured to irradiate a therapeutic region within a tissue with a therapeutic beam, the light source for interaction with a photosensitive agent and / or for tissue control In order to achieve a controlled thermal environment, it is designed to be interstitially inserted into the tissue. In addition, the system can optimize the number of light sources based on the 3D or 4D image data of the tissue region acquired by at least one image modality, and the individual position of each of the light sources in the tissue region, and Having a unit for determining the individual control parameters.

実施形態では、組織領域を含む3D又は4D画像データは、少なくとも2つの異なる画像モダリティから組み合わされた画像データである。実施形態では、システムは、少なくとも2つの異なる画像モダリティから組み合わされた画像データを取得するために、前記3D又は4D画像データを重ね合わせるように構成されている。上記の決定はコンピュータベースの仮想環境においてなされ得る。これにより、ユーザフレンドリーな計画、及び信頼でき、改善された医療処置が可能となる。   In an embodiment, 3D or 4D image data that includes a tissue region is image data combined from at least two different image modalities. In an embodiment, the system is configured to overlay the 3D or 4D image data to obtain combined image data from at least two different image modalities. The above determination can be made in a computer-based virtual environment. This allows user friendly planning and reliable and improved medical procedures.

実施形態では、システムは、光源における組織内光線力学療法の少なくとも1つの光線力学治療パラメータを評価するためのユニットと、光線力学治療パラメータの評価に応じて、組織内光線力学療法の治療用光線の特性を変更するためのユニットと、複数の光線力学治療パラメータのうちの1つの少なくとも1つの属性に応じて、治療用光線治療の上記の照射を少なくとも一時的に制限するように構成された制御ユニットとを有する。   In an embodiment, the system includes a unit for evaluating at least one photodynamic therapy parameter of the tissue photodynamic therapy in the light source, and in response to the evaluation of the photodynamic therapy parameter, the therapeutic beam of tissue photodynamic therapy. A unit for changing the characteristics and a control unit configured to at least temporarily limit said irradiation of the therapeutic phototherapy according to at least one attribute of one of the plurality of photodynamic therapy parameters And have.

光線力学治療パラメータは、組織の状態、又は組織における光感受性薬剤の状態に関連したパラメータであってもよい。光線力学治療パラメータは、組織の実効減衰係数であってもよい。   The photodynamic therapy parameter may be a parameter related to the condition of the tissue or the condition of the photosensitive agent in the tissue. The photodynamic treatment parameter may be an effective tissue attenuation coefficient.

光源は、組織領域中に組織内的に挿入されるように構成された光ファイバの遠位端領域であってもよい。遠位端領域は光拡散体を有していてもよく、これにより、光ファイバが遠位端において拡散光を発するように構成される。或いは、光源は、埋め込み可能な光源である。   The light source may be a distal end region of an optical fiber configured to be inserted into tissue in the tissue region. The distal end region may have a light diffuser, whereby the optical fiber is configured to emit diffused light at the distal end. Alternatively, the light source is an embeddable light source.

別の側面では、体内の組織領域への組織内光線力学療法及び/又は光熱療法のセッションを計画するための複数のコードセグメントを含むコンピュータプログラムが記憶されているコンピュータ可読記憶媒体が提供される。コンピュータプログラムは、被験者の腫瘍部位の2つの異なる画像モダリティの3D又は4D画像の少なくとも2つのセットを評価するための第1のコードセグメントと、重ね合わされた多次元画像データセットをレンダリングした3D又は4D画像を統合するための第2のコードセグメントと、重ね合わされた画像データセットに基づいて、光源の最適化された数、及び組織領域における光源のそれぞれの個々の位置、並びに光源それぞれのための個々の制御パラメータを決定するための第3のコードセグメントと、を含む。   In another aspect, a computer readable storage medium is provided that stores a computer program that includes a plurality of code segments for planning a session of intra-organophotodynamic therapy and / or photothermal therapy to a tissue region within the body. The computer program is a 3D or 4D rendering of a superimposed multidimensional image data set with a first code segment for evaluating at least two sets of 3D or 4D images of two different image modalities of a subject's tumor site. Based on the second code segment for integrating the images and the superimposed image data set, the optimized number of light sources, and the individual position of each light source in the tissue region, and the individual for each light source A third code segment for determining a control parameter of the second code segment.

このシステム、方法、及びコンピュータプログラムは、コンピュータベースの仮想計画環境において適用され得る。仮想計画環境では、光ファイバ端といった光源の位置決めがなされ得る。また、光源の最適化された位置及び数が自動的に決定され得る。或いは、又はそれに加えて、光源の位置及び数は、仮想計画環境において手動で調整されてもよい。   The system, method, and computer program can be applied in a computer-based virtual planning environment. In a virtual planning environment, a light source such as an optical fiber end can be positioned. Also, the optimized position and number of light sources can be determined automatically. Alternatively or in addition, the location and number of light sources may be manually adjusted in a virtual planning environment.

一側面では、仮想環境において、体内の組織領域への組織内光線力学療法及び/又は光熱療法のセッションを仮想的に計画するコンピュータベースの方法が提供される。この方法は、2つの異なる画像モダリティといった少なくとも1つの撮像モダリティから、注目領域の3D又は4Dデータを提供するステップと、重ね合わされた画像データセットに基づいた光源の最適化された数、及び組織領域における光源のそれぞれの個々の位置、並びに光源それぞれのための個々の制御パラメータに基づいて、最適化された治療のために、組織領域に対して組織内光源の数、及び空間的分布、位置、並びに空間的方向を決定するステップと、組織内光源の決定された数、及び空間的分布、位置、並びに空間的方向に基づいて、セッションを仮想的に計画するステップと、を含む。   In one aspect, a computer-based method is provided for virtually planning a tissue tissue photodynamic therapy and / or photothermal therapy session to a tissue region within the body in a virtual environment. The method includes providing 3D or 4D data of a region of interest from at least one imaging modality, such as two different image modalities, an optimized number of light sources based on the superimposed image data set, and a tissue region Based on the individual position of each of the light sources and the individual control parameters for each of the light sources, for an optimized treatment, the number of tissue light sources relative to the tissue region, and the spatial distribution, position, And determining a spatial direction, and virtually planning a session based on the determined number of light sources in the tissue and the spatial distribution, position, and spatial direction.

3D又は4Dデータは、例えば腫瘍を含む治療の領域よりも大きな、又は相当に大きな領域のデータを含むことができる。この場合、仮想計画は、解剖学的に固定された位置、例えば骨組織上に外科用テンプレートを添え付けるという仮想計画を含むことができる。外科用テンプレートは、画定された停止ユニットを有するガイドシリンダといった少なくとも1つのガイドユニットを備える。例えば、ガイドシリンダは、定義された方向及び深さが外科用テンプレートから治療の領域に与えられるように、シリンジタイプの光ファイバ誘導器の対応する結合カラーに対して設けられた停止カラーを備え得る。   The 3D or 4D data can include, for example, data for a region that is larger or significantly larger than the area of treatment that includes the tumor. In this case, the virtual plan can include a virtual plan that attaches a surgical template on an anatomically fixed location, eg, bone tissue. The surgical template comprises at least one guide unit such as a guide cylinder having a defined stop unit. For example, the guide cylinder may comprise a stop collar provided against a corresponding coupling collar of a syringe type fiber optic inductor so that a defined direction and depth is provided from the surgical template to the treatment area. .

或いは、又はそれに加えて、光源を位置決めするためのデータが、治療組織の領域において光源を自動的に又は半自動的に位置決めするロボットシステムに提供されてもよい。   Alternatively, or in addition, data for positioning the light source may be provided to a robotic system that automatically or semi-automatically positions the light source in the area of the treated tissue.

或いは、又はそれに加えて、光源を位置決めするためのデータが、例えば位置決め中に取得される超音波ベースのような画像に基づいて、位置決め中のリアルタイムフィードバックに使用されてもよい。したがって、光源を位置決めする際に、その時の患者の状況に対して調節が行われ得る。これは、例えば、光源の数と光源の位置の仮想計画に先立った3Dデータの最初の取得以降、解剖学的位置を変更すべきときに有利である。   Alternatively, or in addition, data for positioning the light source may be used for real-time feedback during positioning, for example, based on an ultrasound-based image acquired during positioning. Thus, when positioning the light source, adjustments can be made to the patient's current situation. This is advantageous, for example, when the anatomical position should be changed since the first acquisition of 3D data prior to the virtual planning of the number of light sources and the position of the light sources.

したがって、別の側面では、システムは、体内の組織領域に組織内光線力学療法及び/又は光熱療法を行うためのシステムであってもよい。システムは、組織の組織領域に治療用光線を放射するように構成された少なくとも1つの光源であって、光感受性薬剤との相互作用のために、及び/又は組織の制御された熱環境を実現するために、組織中に組織内的に挿入されるように作られた当該光源と、少なくとも1つの画像モダリティによって取得された組織領域の3D又は4D画像データに基づいて、光源の最適化された数、及び組織領域における光源のそれぞれの個々の位置、並びに光源それぞれのための個々の制御パラメータを決定するためのユニットと、を有する。   Thus, in another aspect, the system may be a system for performing intra-tissue photodynamic therapy and / or photothermal therapy on a tissue region within the body. The system is at least one light source configured to emit therapeutic light to a tissue region of tissue for interaction with a photosensitive agent and / or to provide a controlled thermal environment for the tissue To optimize the light source based on the 3D or 4D image data of the tissue region acquired by the at least one image modality, and the light source made to be inserted into the tissue into the tissue A unit for determining the number and the individual position of each of the light sources in the tissue region, as well as the individual control parameters for each of the light sources.

3D又は4D画像データは、組織領域を含み、少なくとも2つの異なる画像モダリティから組み合わされた画像データであってもよい。   The 3D or 4D image data may be image data that includes a tissue region and is combined from at least two different image modalities.

言及したように、システムは、コンピュータベースの仮想環境において、上記の決定を行うように構成されてもよい。   As mentioned, the system may be configured to make the above determination in a computer-based virtual environment.

システムは、光源における組織内光線力学療法の少なくとも1つの光線力学治療パラメータを評価するためのユニットと、光線力学治療パラメータの評価に応じて、組織内光線力学療法の治療用光線の特性を変更するためのユニットと、複数の光線力学治療パラメータのうちの1つの少なくとも1つの属性に応じて、治療用光線治療の上記放射を少なくとも一時的に制限するように構成された制御ユニットと、を備え得る。   The system modifies at least one photodynamic therapy parameter of the tissue photodynamic therapy in the light source and a characteristic of the therapeutic beam of the tissue photodynamic therapy in response to the evaluation of the photodynamic therapy parameter. And a control unit configured to at least temporarily limit the radiation of the therapeutic phototherapy depending on at least one attribute of one of the plurality of photodynamic therapy parameters. .

光源は、光ファイバの遠位端領域であってもよい。遠位端領域は、光拡散体を備えていてもよい。   The light source may be a distal end region of the optical fiber. The distal end region may comprise a light diffuser.

光源はまた、光ダイオード、レーザダイオードなどの、埋め込み可能な光源であってもよい。   The light source may also be an implantable light source, such as a photodiode, laser diode or the like.

一側面では、PDTセッションを仮想的に計画するコンピュータベースの方法は、少なくとも1つの撮像モダリティから、注目領域の3D又は4Dデータを提供するステップと、最適化された治療のために、組織内光源の数及び分布を決定するステップと、を含む。   In one aspect, a computer-based method for virtually planning a PDT session includes providing a 3D or 4D data of a region of interest from at least one imaging modality and an intra-organizational light source for optimized treatment. Determining the number and distribution of.

この方法は、注目領域における光源の位置のためのテンプレートを提供するステップを含んでいてもよい。   The method may include providing a template for the position of the light source in the region of interest.

テンプレートを提供するステップは、仮想計画から出力された作成データに基づいて、テンプレートを作成することを含み得る。   Providing the template may include creating the template based on the creation data output from the virtual plan.

この仮想計画に基づいて、光源は、治療組織の領域において適宜位置決めされる。   Based on this virtual plan, the light source is appropriately positioned in the area of the treated tissue.

この位置決めは、仮想計画から出力された作成データから作成された外科用テンプレートを使用して行われてもよい。作成データは、例えば、STL形式において提供されてもよい。作成は、ラピッドプロトタイピング方法を含む、自由形式方法によって実現することができる。   This positioning may be performed using a surgical template created from creation data output from the virtual plan. The creation data may be provided in the STL format, for example. Creation can be achieved by free-form methods, including rapid prototyping methods.

別の側面によれば、コンピュータによって処理するためのコンピュータプログラムが提供される。コンピュータプログラムは、体内の組織に組織内光線力学療法を行うためのシステムにおいて、被験者の光線力学前処置において異なる画像モダリティからの多次元画像を統合し、正確に重ね合わせるためのコードセグメントを含む。コンピュータプログラムは、被験者の腫瘍部位の任意の画像モダリティの少なくとも2つのセットの多次元画像を評価するための第1のコードセグメントと、重ね合わされた多次元をレンダリングした多次元画像を統合するための第2のコードセグメントと、被験者の腫瘍における光ファイバの組織内遠位端の位置を決定するための第3のコードセグメントと、を含む。   According to another aspect, a computer program for processing by a computer is provided. The computer program includes a code segment for integrating and accurately overlaying multi-dimensional images from different image modalities in a photodynamic pretreatment of a subject in a system for performing intra-tissue photodynamic therapy on body tissue. A computer program for integrating a first code segment for evaluating at least two sets of multi-dimensional images of any image modality of a subject's tumor site and a multi-dimensional image rendering the superimposed multi-dimensions A second code segment and a third code segment for determining the location of the tissue distal end of the optical fiber in the subject's tumor.

本発明の更なる実施形態は、従属請求項において定義され、本発明の第2の及びそれ以降の側面の特徴は、必要に応じて変更して第1の側面に準用する。   Further embodiments of the invention are defined in the dependent claims, and the features of the second and subsequent aspects of the invention are adapted mutatis mutandis to the first aspect as necessary.

治療の領域に対して光源の好適な治療前の位置決めを提供する幾つかの実施形態は、改良し得る。   Some embodiments that provide suitable pre-treatment positioning of the light source relative to the treatment area may be improved.

本発明の幾つかの実施形態は、改善された治療の精度を提供し、それが、例えば患者の過少治療の回避につながる。本発明の幾つかの実施形態はまた、危険にさらされた健康な器官への損傷を回避することによって、患者の安全を高めることを実現する。   Some embodiments of the present invention provide improved treatment accuracy, which leads to avoidance of undertreatment of patients, for example. Some embodiments of the present invention also provide increased patient safety by avoiding damage to a compromised healthy organ.

本明細書において使用されるとき、用語「備える」(comprises/comprising)は、言及した特徴、整数、ステップ、又は構成要素の存在を特定するために用いられるが、一つ以上の他の特徴、整数、ステップ、構成要素、若しくはその群の存在又は追加を排除するものではないことを強調しておく。   As used herein, the term “comprises / comprising” is used to identify the presence of a referenced feature, integer, step, or component, but one or more other features, It is emphasized that the presence or addition of integers, steps, components, or groups thereof is not excluded.

本発明の実施形態が可能にする、これらの、並びに他の態様、特徴、及び効果は、添付の図面への参照がなされる以下の本発明の実施形態の説明より、明らかとなり、解明されるであろう。   These and other aspects, features, and advantages made possible by embodiments of the present invention will be apparent from and elucidated with reference to the following description of embodiments of the invention which refers to the accompanying drawings. Will.

組織内PDT装置の概略図である。It is the schematic of an organization PDT apparatus. リアルタイム線量測定モジュールを構成する、前処置計画並びに治療及びモニタリングシーケンスを示す流れ図である。FIG. 6 is a flow diagram illustrating a pre-treatment plan and treatment and monitoring sequences that comprise a real-time dosimetry module. FIG. a)は前立腺線量測定モデル中に組み込まれた器官の概略図であり、b)は、患者の標的部位の再構成された幾何学的形状を示す3次元グラフである。a) is a schematic view of the organs incorporated in the prostate dosimetry model, and b) is a three-dimensional graph showing the reconstructed geometry of the patient's target site. ステップ410〜490及び500〜520を含む方法400の実施形態の流れ図である。5 is a flow diagram of an embodiment of a method 400 that includes steps 410-490 and 500-520.

実施形態の説明Description of embodiment

以下、本発明の特定の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書で説明する実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が十分に且つ完全であるよう、且つ当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供されている。添付の図面に示す実施形態の詳細な説明において使用される専門用語は、本発明を限定することを意図していない。図面中、同様の番号は、同様の要素を指している。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. The terminology used in the detailed description of the embodiments illustrated in the accompanying drawings is not intended to be limiting of the invention. In the drawings, like numerals refer to like elements.

以下の説明は、PDTシステム及び方法、特に、前立腺癌の治療の実施形態に関連する組織内PDTシステム及び方法に適用できる本発明の実施形態に焦点を当てている。しかしながら、本発明はこの応用に限定されず、例えば、肝臓、食道、膵臓、胸部、脳、肺、気管、眼球、尿路、脳幹、脊髄、骨髄、腎臓、胃、腸、膵臓、胆嚢、その他を含む、多くの他の器官に適用されてもよいことが理解されるであろう。   The following description focuses on embodiments of the present invention that can be applied to PDT systems and methods, and in particular to tissue PDT systems and methods related to prostate cancer treatment embodiments. However, the present invention is not limited to this application, for example, liver, esophagus, pancreas, breast, brain, lung, trachea, eyeball, urinary tract, brainstem, spinal cord, bone marrow, kidney, stomach, intestine, pancreas, gallbladder, etc. It will be understood that it may be applied to many other organs, including

加えて、又は或いは、治療は、光熱治療をも含み得る。   In addition or alternatively, the treatment may also include photothermal treatment.

光線力学療法(PDT)は、反復治療の実現性や治療誘発性の組織損傷が照射部位に限定されることといった利点に部分的に起因して、様々な器官において特定のタイプの悪性腫瘍を治療するための、臨床的により受け入れられた方法になっている。PDTの効果は、治療誘発性のアポトーシス及び直接壊死、血管損傷、並びに、場合によっては誘発性の免疫反応の組合せによってもたらされ、組織損傷の範囲は、光線量、組織酸素化、及び増感剤濃度に左右される。PDTの場合、臨床治療プロトコルは、光線閾値モデルに依存することが多い。この単純化されたモデルは、予め定義された閾値を超える光線量に露光された組織領域のみが損傷するという前提に基づいている。閾値光線量は、組織タイプ、及び使用される光感受性物質に依存する傾向がある。堆積する光線量の観点から、PDT治療の前及びPDT治療の間に、組織の光学的特性をモニタすることが不可欠である。前立腺組織の吸収係数及び散乱係数の、複数の患者間及び1人の患者内での著しい変動が、多くの群によって測定されている。加えて、吸収及び散乱のいかなる治療誘導性の変動も、恐らくは血液含有量及び組織酸素化状態の変化に起因して、治療進行中の光線分布に直接影響を及ぼす。   Photodynamic therapy (PDT) treats certain types of malignant tumors in various organs, in part due to the benefits of repeated treatment feasibility and treatment-induced tissue damage limited to the irradiated site It has become a clinically accepted way to do this. The effects of PDT are brought about by a combination of treatment-induced apoptosis and direct necrosis, vascular damage, and possibly an induced immune response, the extent of tissue damage being affected by light dose, tissue oxygenation, and sensitization It depends on the agent concentration. In the case of PDT, clinical treatment protocols often rely on a light threshold model. This simplified model is based on the premise that only tissue regions exposed to light doses exceeding a predefined threshold are damaged. The threshold light dose tends to depend on the tissue type and the photosensitive material used. In view of the amount of light deposited, it is essential to monitor the optical properties of the tissue before and during PDT treatment. Significant variations in the absorption and scattering coefficients of prostate tissue between multiple patients and within a single patient have been measured by many groups. In addition, any treatment-induced fluctuations in absorption and scattering will directly affect the light distribution during treatment, possibly due to changes in blood content and tissue oxygenation status.

IPDTを適用することにより、様々な変化する状態が発生し得る。これらの状態は、時間に依存することもあり、及び/又は、例えば血管位置及び/又は神経経路の位置の自然な変動に応じて組織内で変動することがある。これにより、深刻で望ましくない影響を伴い得る過剰治療か、又は治療の十分な効果を意味しない過少治療の何れかの状態がもたらされ得る。前立腺の組織構造の初期的な特性をより正確に適応させることによって、そのような患者のばらつきを克服し、治療の適切で望ましい結果を得られる。さらに、一般的な点光源構成に対して、拡散光を発するように構成された、遠位先端を有する光ファイバを構成して使用することによる。光ファイバの遠位端は、光ファイバの端部においてレンズ又はコーンなどの拡散デバイスを備えていてもよい。或いは、ファイバの外側部分の表面が、光を拡散するよう研磨されていてもよい。これを拡散体と称する。光ファイバの遠位端が拡散体を備えていてもよく、埋め込み型の光源が拡散体を備えていてもよい。   By applying IPDT, various changing conditions can occur. These conditions may be time dependent and / or may vary within the tissue in response to natural variations in, for example, vascular location and / or neural pathway location. This can result in either overtreatment that can involve serious and undesirable effects, or undertreatment that does not imply a full effect of the treatment. By more accurately adapting the initial characteristics of the prostate histology, such patient variability can be overcome and appropriate and desirable results of treatment can be obtained. Further, by constructing and using an optical fiber having a distal tip configured to emit diffused light relative to a common point source configuration. The distal end of the optical fiber may comprise a diffusing device such as a lens or cone at the end of the optical fiber. Alternatively, the surface of the outer portion of the fiber may be polished to diffuse light. This is called a diffuser. The distal end of the optical fiber may comprise a diffuser, and the implantable light source may comprise a diffuser.

拡散体を使用することにより、点源で構成された先端又は光源と比較して、光は、治療形状内においてより均一に分散される。したがって、より時間効率のよいIPDT治療の成果が得られる。その理由は、光線量が光ファイバの遠位先端の周りでより一層散乱され、先端に隣接する望まない組織壊死が同量のエネルギーでより少なくなり、したがって光線量をより高いレベルに設定して、結果的に治療時間を短くすることができるからである。また、異なる光分散特性が考慮される前立腺などの治療組織の領域内に、光ファイバの遠位先端を位置決めすることによって、点源と比較して、より少ない数の光ファイバを使用して同じ解剖学的幾何学的形状をカバーして、同じ治療効率を生じることができる。したがって、拡散光を発するように構成された光ファイバを使用すれば、より少ない経皮的切開を行えば済むことになる。このやり方において、本明細書において説明されるような外科用テンプレートは、より少ない構成要素を備え、それにより、製造コストを削減することができる。   By using a diffuser, the light is more evenly distributed within the treatment shape compared to a tip or light source constructed with a point source. Therefore, a more time-efficient IPDT treatment result can be obtained. The reason is that the amount of light is scattered more around the distal tip of the optical fiber and unwanted tissue necrosis adjacent to the tip is less with the same amount of energy, thus setting the amount of light to a higher level. As a result, the treatment time can be shortened. Also, using a smaller number of optical fibers compared to a point source by positioning the distal tip of the optical fiber within the region of the treated tissue such as the prostate where different light dispersion characteristics are considered Covering the anatomical geometry can produce the same therapeutic efficiency. Therefore, if an optical fiber configured to emit diffused light is used, fewer percutaneous incisions can be made. In this manner, a surgical template as described herein can include fewer components, thereby reducing manufacturing costs.

図1は、本発明が組み込まれた一般的なIPDT治療スキームを示している。前立腺IPDT治療に先立って、経直腸的超音波検査が行われて、標的組織の幾何形状、並びに付近のリスク器官(OAR)を評価する。前立腺幾何形状、及び近接する組織タイプの複数の断面スライスが取り出される。これらスライスは、組織容量の3次元レンダリングの基礎を形成し、ここで前立腺、尿道、直腸、上部及び下部括約筋、並びに海綿体神経束の範囲が、泌尿器科医によって線で描かれる。更に組織を画定するために、前立腺内及び前立腺周りで、付加的な画像モダリティ、例えば、MR,CT、SPECT、PETが使用され得る。異なる画像モダリティから取り出された画像は、治療すべき幾何形状の統合された3Dモデルに対して重ね合わされる。幾何形状の3Dモデルに基づいて、ランダム探索アルゴリズムが、光ファイバに位置を提供する。次いで光ファイバは、その仮想計画に基づいて、これらの位置に位置決めされる。   FIG. 1 shows a general IPDT treatment scheme incorporating the present invention. Prior to prostate IPDT treatment, transrectal ultrasonography is performed to assess the target tissue geometry, as well as nearby risk organs (OAR). Multiple cross-sectional slices of the prostate geometry and adjacent tissue types are removed. These slices form the basis for three-dimensional rendering of tissue volume, where the prostate, urethra, rectum, upper and lower sphincter muscles, and areas of the cavernous nerve bundle are delineated by the urologist. Additional image modalities such as MR, CT, SPECT, PET can be used in and around the prostate to further define the tissue. Images taken from different image modalities are superimposed on an integrated 3D model of the geometry to be treated. Based on a 3D model of geometry, a random search algorithm provides a position in the optical fiber. The optical fiber is then positioned at these locations based on its virtual plan.

体内の組織に組織内光線力学療法を行うためのシステムが提供され、当該システムは、異なるモダリティから取得される治療領域の3D画像を重ね合わせるための機能を備える。統合された3D画像は、治療の領域、例えば、被験者の腫瘍部位に関連づけられる。重ね合わされた多次元画像は、前処置手続及び計画プロセスのための基礎を形成する。例えば、空間的な血流分布を考慮するために、4D画像が考慮されてもよい。ここで、4次元目は時間である。4D画像は、様々な3Dパラメータを経時的に計算するために使用され得る。例えば、計算は、3D温度放出関数、又は増感剤若しくは酸素の3D洗い出し係数、或いは3D酸素更新パラメータであってもよい。これらの計算に基づいて、対象となる領域における少なくとも1つの光源の位置決めが最適化される。   A system is provided for performing intra-organophotodynamic therapy on tissue in the body, the system having the capability to overlay 3D images of treatment areas acquired from different modalities. The integrated 3D image is associated with the area of treatment, eg, the tumor site of the subject. The superimposed multi-dimensional image forms the basis for the pretreatment procedure and the planning process. For example, a 4D image may be considered to take into account the spatial blood flow distribution. Here, the fourth dimension is time. The 4D image can be used to calculate various 3D parameters over time. For example, the calculation may be a 3D temperature release function, or a 3D washout coefficient of sensitizer or oxygen, or a 3D oxygen update parameter. Based on these calculations, the positioning of at least one light source in the region of interest is optimized.

システム、方法、コンピュータプログラム、及び医療用ワークステーションは、コンピュータベースの仮想計画環境において適用され得る。仮想計画環境では、光ファイバ端のような光源の位置決めがなされ得る。また、光源の最適化された位置及び数が自動的に決定され得る。或いは、又はそれに加えて、光源の位置及び数が、仮想計画環境において手動で調整されてもよい。   Systems, methods, computer programs, and medical workstations can be applied in computer-based virtual planning environments. In a virtual planning environment, a light source such as an optical fiber end can be positioned. Also, the optimized position and number of light sources can be determined automatically. Alternatively, or in addition, the location and number of light sources may be manually adjusted in a virtual planning environment.

3D又は4Dデータは、例えば腫瘍を含む治療の領域よりも大きな、又は相当に大きな領域についてのデータを含んでいてもよい。この場合、仮想計画は、解剖学的に固定された位置、例えば骨組織上に外科用テンプレートを添え付けるという仮想計画を含み得る。外科用テンプレートは、画定された停止ユニットを有するガイドシリンダといった少なくとも1つのガイドユニットを備える。例えば、ガイドシリンダは、定義された方向及び深さが外科用テンプレートから治療の領域に与えられるように、シリンジタイプの光ファイバ誘導器の対応する結合カラーに対して設けられた停止カラーを備え得る。   The 3D or 4D data may include data for an area that is larger or substantially larger than the area of treatment including, for example, a tumor. In this case, the virtual plan may include a virtual plan that attaches a surgical template on an anatomically fixed location, eg, bone tissue. The surgical template comprises at least one guide unit such as a guide cylinder having a defined stop unit. For example, the guide cylinder may comprise a stop collar provided against a corresponding coupling collar of a syringe type fiber optic inductor so that a defined direction and depth is provided from the surgical template to the treatment area. .

外科用テンプレートは、器官の3D構造に適合した3D構造として提供されてもよい。器官は、治療すべき器官であってもよい。外科用テンプレートは、したがって、治療すべき組織に対して位置決め可能である。   The surgical template may be provided as a 3D structure that matches the 3D structure of the organ. The organ may be the organ to be treated. The surgical template can thus be positioned relative to the tissue to be treated.

外科用テンプレートは、特定の患者、及び光源/光ファイバの決定された数に基づいている。治療は、このようにして、有利に効率的で、実装しやすく、信頼できるものとなる。   Surgical templates are based on a particular patient and a determined number of light sources / fibers. The treatment is thus advantageously efficient, easy to implement and reliable.

或いは、又はそれに加えて、光源を位置決めするためのデータが、治療組織の領域において光源を自動的に又は半自動的に位置決めするロボットシステムに提供されてもよい。   Alternatively, or in addition, data for positioning the light source may be provided to a robotic system that automatically or semi-automatically positions the light source in the area of the treated tissue.

或いは、又はそれに加えて、光源を位置決めするためのデータが、例えば位置決め中に取得される超音波ベースのような画像に基づいて、位置決め中のリアルタイムフィードバックに使用されてもよい。したがって、光源を位置決めする際に、その時の患者の状況に対して調節が行われ得る。これは、例えば、光源の数と光源の位置の仮想計画に先立った3Dデータの最初の取得以降、解剖学的位置を変更すべきときに有利である。   Alternatively, or in addition, data for positioning the light source may be used for real-time feedback during positioning, for example, based on an ultrasound-based image acquired during positioning. Thus, when positioning the light source, adjustments can be made to the patient's current situation. This is advantageous, for example, when the anatomical position should be changed since the first acquisition of 3D data prior to the virtual planning of the number of light sources and the position of the light sources.

したがって、別の側面では、システムは、体内の組織領域に組織内光線力学療法及び/又は光熱療法を行うためのシステムであってもよい。システムは、組織の組織領域に治療用光線を放射するように構成された少なくとも1つの光源であって、光感受性薬剤との相互作用のために、及び/又は組織の制御された熱環境を実現するために、組織中に組織内的に挿入されるように作られた当該光源と、少なくとも1つの画像モダリティによって取得された組織領域の3D又は4D画像データに基づいて、光源の最適化された数、及び組織領域における光源のそれぞれの個々の位置、並びに光源それぞれのための個々の制御パラメータを決定するためのユニットと、を備える。   Thus, in another aspect, the system may be a system for performing intra-tissue photodynamic therapy and / or photothermal therapy on a tissue region within the body. The system is at least one light source configured to emit therapeutic light to a tissue region of tissue for interaction with a photosensitive agent and / or to provide a controlled thermal environment for the tissue To optimize the light source based on the 3D or 4D image data of the tissue region acquired by the at least one image modality, and the light source made to be inserted into the tissue into the tissue A unit for determining the number and individual position of each of the light sources in the tissue region, as well as individual control parameters for each of the light sources.

3D又は4D画像データは、組織領域を含み、少なくとも2つの異なる画像モダリティからの組み合わされた画像データであってもよい。   The 3D or 4D image data includes tissue regions and may be combined image data from at least two different image modalities.

言及したように、システムは、コンピュータベースの仮想環境において、上記の決定を行うように構成されてもよい。   As mentioned, the system may be configured to make the above determination in a computer-based virtual environment.

システムは、光源におおける組織内光線力学療法の少なくとも1つの光線力学治療パラメータを評価するためのユニットと、光線力学治療パラメータの評価に応答して、前記組織内光線力学療法の治療用光線の特性を変更するためのユニットと、複数の光線力学治療パラメータのうちの1つの少なくとも1つの属性に応じて、治療用光線治療の上記放射を少なくとも一時的に制限するように構成された制御ユニットと、を備え得る。   The system includes a unit for evaluating at least one photodynamic therapy parameter of the tissue photodynamic therapy in the light source, and in response to the evaluation of the photodynamic therapy parameter, the therapeutic beam of the tissue photodynamic therapy. A unit for changing the characteristics; and a control unit configured to at least temporarily limit the radiation of the therapeutic phototherapy according to at least one attribute of one of the plurality of photodynamic therapy parameters; Can be provided.

光源は、光ファイバの遠位端領域であってもよい。遠位端領域は、光拡散体を備えていてもよい。   The light source may be a distal end region of the optical fiber. The distal end region may comprise a light diffuser.

光源はまた、光ダイオード、レーザダイオードなどの、埋め込み可能な光源であってもよい。   The light source may also be an implantable light source, such as a photodiode, laser diode or the like.

一側面では、PDTセッションを仮想的に計画するコンピュータベースの方法は、少なくとも1つの撮像モダリティから、注目領域の3D又は4Dデータを提供するステップと、最適化された治療のために、組織内光源の数及び分布を決定するステップとを含む。   In one aspect, a computer-based method for virtually planning a PDT session includes providing a 3D or 4D data of a region of interest from at least one imaging modality and an intra-organizational light source for optimized treatment. Determining the number and distribution of.

この方法は、注目領域における光源の位置のためのテンプレートを提供するステップを含んでいてもよい。   The method may include providing a template for the position of the light source in the region of interest.

テンプレートを提供するステップは、仮想計画から出力された作成データに基づいて、前記テンプレートを作成することを含み得る。   Providing a template may include creating the template based on creation data output from the virtual plan.

この仮想計画に基づいて、光源は、治療組織の領域において適宜位置決めされる。   Based on this virtual plan, the light source is appropriately positioned in the area of the treated tissue.

この位置決めは、仮想計画から出力された作成データから作成された外科用テンプレートを使用して行われてもよい。作成データは、例えば、STL形式において提供されてもよい。作成は、ラピッドプロトタイピング方法を含む、自由形式方法によって実現することができる。   This positioning may be performed using a surgical template created from creation data output from the virtual plan. The creation data may be provided in the STL format, for example. Creation can be achieved by free-form methods, including rapid prototyping methods.

本発明の別の実施形態によれば、コンピュータによって処理するためのコンピュータプログラムが提供される。コンピュータプログラムは、体内の組織に組織内光線力学療法を行うためのシステムにおいて、被験者の光線力学前処置において異なる画像モダリティからの多次元画像を統合し、正確に重ね合わせるためのコードセグメントを含む。コンピュータプログラムは、被験者の腫瘍部位の任意の画像モダリティの少なくとも2つのセットの多次元画像を評価するための第1のコードセグメントと、重ね合わされた多次元をレンダリングした多次元画像を統合するための第2のコードセグメントと、被験者の腫瘍における光ファイバの組織内遠位端の位置を決定するための第3のコードセグメントと、を含む。   According to another embodiment of the present invention, a computer program for processing by a computer is provided. The computer program includes a code segment for integrating and accurately overlaying multi-dimensional images from different image modalities in a photodynamic pretreatment of a subject in a system for performing intra-tissue photodynamic therapy on body tissue. A computer program for integrating a first code segment for evaluating at least two sets of multi-dimensional images of any image modality of a subject's tumor site and a multi-dimensional image rendering the superimposed multi-dimensions A second code segment and a third code segment for determining the location of the tissue distal end of the optical fiber in the subject's tumor.

一例では、組織中での距離の増加における透過光の減衰を記録し、当該透過光の減衰が光伝播のモデルにフィッティングされる方法が、使用される。光源の数及び位置を決定する実施形態は、そのようなモデルに基づいている。使用され得るモデルは、A.J.Welch及びM.J.C.van Gemert:Optical−Thermal Response of Laser−Irradiated Tissue(Plenum Press 1995)において説明されているような放射伝達用の輸送方程式であり、より詳細には、拡散光伝播の前提に基づいた近似式、即ち、拡散方程式である。結果として生じるデータは、方程式

Figure 2012517252

を使用して評価された組織の実効減衰係数、μeffである。ここで、インデックスiは、検出器ファイバiからの測定値を表し、rは、光源から各検出器ファイバまでの距離であり、iは、1以上の整数であって、PDTシステムにおいて使用されるファイバの数、例えば、6、12、18本、又はそれ以上のファイバを表す。さらに、Pは、ファイバIに使用される治療用光源の光出力電力を表し、μは、吸収係数である。μeff及び拡散方程式を使用することによって、このようにして組織におけるフルエンス率が計算され得る。 In one example, a method is used that records the attenuation of transmitted light as the distance increases in the tissue, and the transmitted light attenuation is fitted to a model of light propagation. The embodiment for determining the number and position of light sources is based on such a model. Models that can be used are: J. et al. Welch and M.W. J. et al. C. van Gemert: Transport equation for radiative transfer as described in Optical-Thermal Response of Laser-Irradiated Tissue (Plenum Press 1995), more specifically, an approximation based on the premise of diffuse light propagation, Is the diffusion equation. The resulting data is the equation
Figure 2012517252

Is the effective tissue attenuation coefficient, μ eff , evaluated using. Where index i represents the measured value from detector fiber i, r i is the distance from the light source to each detector fiber, i is an integer greater than or equal to 1 and is used in the PDT system Represents the number of fibers to be used, for example 6, 12, 18 or more fibers. Further, P represents the optical output power of the therapeutic light source used for the fiber I, and μ a is the absorption coefficient. By using μ eff and the diffusion equation, the fluence rate in the tissue can thus be calculated.

異なる設定値、即ち初期の設定値及び治療処置中の設定値が、後の計算、及び患者母集団データを含むデータベースの更なる調整のために記憶される。この作業において、MR、CT、超音波などの撮像モダリティ、並びに長期的結果などの補足リソースが使用されてもよい。患者母集団データを含むデータベースは、このようにして継続的に更新され、最適な予測を行うために更に改善される。   Different settings, i.e., initial settings and settings during the treatment procedure, are stored for later calculation and further adjustment of the database containing patient population data. In this work, supplemental resources such as imaging modalities such as MR, CT, ultrasound, and long-term results may be used. The database containing patient population data is continuously updated in this way and further improved to make optimal predictions.

記録された蛍光測定値に加えて、治療のための組織の3次元幾何形状が、光源及び検出器の位置、並びに組織そのものの光学的特性と同様に計算において考慮される。このデータは、例えば少なくとも部分的には、超音波、MR、又はCTなどの撮像モダリティから提供され得る。   In addition to the recorded fluorescence measurements, the three-dimensional geometry of the tissue for treatment is taken into account in the calculation as well as the position of the light source and detector, as well as the optical properties of the tissue itself. This data may be provided, for example, at least in part from an imaging modality such as ultrasound, MR, or CT.

組織内PDT(IPDT)は、限局性前立腺癌の治療についての根治的な前立腺切除術、外部放射線、及び化学療法の代替手段と見なされている。例えば、光感受性薬剤Temoporfin(mTHPC、メソ−テトラ(ヒドロキシフェニル)クロリン)は、続発性及び原発性前立腺癌を治療するために使用される。裸端部を有するファイバを利用して、照射された光線量は、1治療部位当たり20J〜100Jであり、結果的として著しい治療誘導性壊死が発生し、前立腺特化抗原(PSA)レベルが低下した。拡散体を使用することによって、治療時間及びファイバの数が削減され得る。6つの原発性症例のうちの4つの症例で、一過性の刺激性排尿症状を含む非常に軽度にすぎない合併症が現れ、その一方で、より重度の合併症には緊張性失禁が含まれ、一症例は性的機能が悪化した。続発性症例の場合では、PDT後の抗アンドロゲン療法が必要な14人の患者のうち13人で、最終的にPSAが再び増加し始め、腫瘍が再発した。著者によれば、より詳細な薬剤及び光線量測定により、標的組織と周囲の敏感とのよりよい区別がもたらされ得る。   Intra-tissue PDT (IPDT) is considered an alternative to radical prostatectomy, external radiation, and chemotherapy for the treatment of localized prostate cancer. For example, the photosensitizing agent Temopofin (mTHPC, meso-tetra (hydroxyphenyl) chlorin) is used to treat secondary and primary prostate cancer. Using a fiber having a bare end, the amount of light irradiated is 20 J to 100 J per treatment site, resulting in significant treatment-induced necrosis and reduced prostate specific antigen (PSA) levels. did. By using a diffuser, the treatment time and the number of fibers can be reduced. Four of the six primary cases have very mild complications, including transient irritable symptoms, while more severe complications include stress incontinence In one case, sexual function deteriorated. In the case of secondary cases, 13 of 14 patients who needed antiandrogen therapy after PDT eventually began to increase again in PSA and the tumors recurred. According to the authors, more detailed drug and light dosimetry can provide better discrimination between the target tissue and the surrounding sensitivity.

したがって、前立腺組織へのPDT、及びより一般的な意味においての双方で、より正確で、個別化されたリアルタイム線量測定の必要性がある。PDT効果、例えば光フルエンス率、増感剤分布、及び組織酸素化、並びに血流及び血液容積に関連したパラメータの前立腺生体内分光学的測定に関する多くの報告書が存在する。そのような研究は、前立腺組織へのPDTに関連したプロセスへの理解を深める大きな可能性と、個別化された治療線量測定、及びリアルタイム治療フィードバックもまた組み込むための臨床前立腺PDTを拡張させる大きな可能性とを有している。   Thus, there is a need for more accurate and individualized real-time dosimetry, both in PDT to prostate tissue, and in a more general sense. There have been many reports on prostate in vivo spectroscopic measurements of parameters related to PDT effects such as light fluence rate, sensitizer distribution, and tissue oxygenation, and blood flow and blood volume. Such studies have great potential to deepen understanding of the processes associated with PDT in prostate tissue and to expand clinical prostate PDT to also incorporate personalized treatment dosimetry and real-time treatment feedback It has sex.

有限要素法(FEM)を利用して、一時的に且つ空間的に変化する組織の光学的特性のために、実際的な前立腺モデル内で、光透過信号をシミュレートする。シミュレートされたデータセットに基づいて、前立腺内で実効減衰係数の増加を追跡することができるアルゴリズムの能力が検証される。さらに、Block−Cimminoアルゴリズム内での組織重要性重み付けを介して、堆積する光線量の点において、標的組織とリスク器官(OAR)とを区別する可能性が評価される。最後に、IPDT治療中に照射された光線量の線量体積ヒストグラム(DVH)と、シミュレートされた吸収の増加とが、治療フィードバックがある場合と、ない場合とで比較される。このように、組織吸収におけるあらゆる治療誘導性の変化とは無関係に、標的組織内で、ある所定の光線量を確認するIPDT線量測定モデルについての実現可能性が判定される。   Finite element method (FEM) is used to simulate the light transmission signal in a practical prostate model due to temporal and spatially varying tissue optical properties. Based on the simulated data set, the ability of the algorithm to track the increase in effective attenuation coefficient within the prostate is verified. In addition, through tissue importance weighting within the Block-Cimmino algorithm, the possibility of distinguishing between target tissue and risk organs (OAR) in terms of the amount of light deposited is evaluated. Finally, the dose volume histogram (DVH) of the light dose delivered during IPDT treatment and the simulated increase in absorption are compared with and without treatment feedback. Thus, the feasibility of an IPDT dosimetry model that confirms a certain predetermined light dose within the target tissue is determined, regardless of any treatment-induced changes in tissue absorption.

図2に略図を示すようなIPDT治療200は、最大18本の光患者ファイバを利用する前述のIPDT装置上で実行するように開発された線量測定ソフトウェアを含む。患者ファイバは、例えば、治療用光線を送達するための、裸端部を有する直径400μmの光ファイバであってもよい。或いは、又はそれに加えて、拡散体が使用されてもよい。治療用光線は、光感受性物質Temoporfinの吸収帯域のうちの1つと一致する、およそ652nmであってもよい。内部光学ユニットを用いて、機器は、その間すべてのファイバが治療用照射を発する治療モードと、その時点で1本のファイバがアクティブになり、6本の隣接するファイバが透過光を検出する診断測定モードとの間で、切り換えられ得る。検出ユニットは、630nm〜840nmの間のスペクトル間隔をカバーする6つの分光計から構成される。   An IPDT treatment 200, as shown schematically in FIG. 2, includes dosimetry software developed to run on the aforementioned IPDT device that utilizes up to 18 optical patient fibers. The patient fiber may be, for example, a 400 μm diameter optical fiber with a bare end for delivering therapeutic light. Alternatively, or in addition, a diffuser may be used. The therapeutic light may be approximately 652 nm, consistent with one of the absorption bands of the photosensitive substance Temoporin. Using an internal optical unit, the instrument is in a treatment mode during which all fibers emit therapeutic radiation, at which point one fiber is active and six adjacent fibers detect transmitted light. It can be switched between modes. The detection unit consists of six spectrometers covering a spectral interval between 630 nm and 840 nm.

治療セッションは、前処置手続及び治療処置から構成され、治療処置を通して、グラフィカルユーザインタフェースが泌尿器科医をガイドする。   A therapy session consists of a pretreatment procedure and a therapy procedure, through which a graphical user interface guides the urologist.

最初に、治療領域を含む第1の3Dデータセットが、第1の撮像モダリティから取得される。ステップ(1)で、例えば、前立腺の超音波検査を行って、標的組織の幾何形状並びに付近のOARを評価する。6枚から10枚の超音波画像のセット内で、泌尿器科医は、前立腺、尿道、直腸、上部及び下部括約筋、並びに海綿体神経束の範囲を、コンピュータベースの仮想治療計画において線で描くことができる。   Initially, a first 3D data set including a treatment region is obtained from a first imaging modality. In step (1), for example, an ultrasound examination of the prostate is performed to evaluate the target tissue geometry as well as the nearby OAR. Within a set of 6 to 10 ultrasound images, the urologist draws a line in the computer-based virtual treatment plan for the prostate, urethra, rectum, upper and lower sphincter muscles, and cavernous nerve bundle areas Can do.

さらに、治療領域を含む異なる画像モダリティからの第2の3Dデータが、仮想計画を更に向上させるために使用され得る。2つの3Dデータセットのマッチングは、例えば、グレースケールベースのマッチング、表面マッチング、オブジェクトマッチング、その他に基づいた、既知の画像処理アルゴリズムによって行われてもよい。組み合わされた3Dデータセットは、例えば、異なる解剖学的構造が単一の3D画像において組合せ可能であるので、仮想計画の向上を促進し得る。例えば、単一の(例えば、CT及びMR画像モダリティからの)3D画像において、骨組織及び軟組織が提供されてもよい。   In addition, second 3D data from different image modalities including the treatment area can be used to further improve the virtual plan. The matching of two 3D data sets may be performed by known image processing algorithms based on, for example, grayscale based matching, surface matching, object matching, and the like. A combined 3D data set may facilitate improved virtual planning, for example, because different anatomical structures can be combined in a single 3D image. For example, bone tissue and soft tissue may be provided in a single 3D image (eg, from CT and MR image modalities).

次いで、ステップ(2)で、組織の輪郭が、全ての器官を含む幾何形状の3次元ボクセル表現中にパッチされる。   Then, in step (2), the tissue contour is patched into a three-dimensional voxel representation of the geometry including all organs.

ステップ(3)で、探索アルゴリズムが、再構成された幾何形状内で、ほぼ最適なソースファイバの位置を計算する。3Dモデルにおける光源位置決めの仮想計画は、自動的に又は半自動的に行われ得る。次いで、得られた位置は、患者の治療の準備が出来次第、仮想計画から、実際の外科位置へと転送され得る。本明細書において説明されたような外科用テンプレートを用意することによって、位置決めの精度は向上され得る。   In step (3), the search algorithm calculates a near-optimal source fiber position within the reconstructed geometry. Virtual planning of light source positioning in the 3D model can be done automatically or semi-automatically. The resulting position can then be transferred from the virtual plan to the actual surgical position as soon as the patient is ready for treatment. By providing a surgical template as described herein, positioning accuracy can be improved.

図3は、サンプル3次元幾何学的形状モデル320を、1mmボクセル辺長で示しており、標的組織325即ち前立腺311、尿道313、直腸315、及び正常な周囲組織からなるOAR、並びにソースファイバの位置330を含む。この作業に使用された「試験」幾何形状を表すこの幾何学的形状は、腺の体積がおよそ27cm3の患者からの8枚の超音波画像に基づいて作成されたもので、治療ファイバの位置は、セクションCで説明されるアルゴリズムによって計算された。   FIG. 3 shows a sample 3D geometric model 320 with a 1 mm voxel side length, OAR consisting of target tissue 325 or prostate 311, urethra 313, rectum 315, and normal surrounding tissue, and source fiber. Location 330 is included. This geometry, representing the “test” geometry used in this work, was created based on 8 ultrasound images from a patient with a gland volume of approximately 27 cm 3 and the location of the treatment fiber is , Calculated by the algorithm described in Section C.

ステップ(4)で、中空の鋼製針を利用して、治療ファイバとも呼ばれる光ファイバが、所定の位置に導かれる。これは、外科用テンプレートを使用することによって行われてもよい。ファイバの位置は、ランダム探索最適化アルゴリズムによって計算された一組の位置からわずかに逸脱することがあるために、この第4のステップ内で、最終的なファイバの位置を更新する機会が泌尿器科医に与えられる。ステップ(5)で、幾何形状及び実際のファイバの位置についての情報が、Block−Cimmino最適化アルゴリズムの入力として使用されて、全ての源ファイバについての必要な照射時間を予測する。   In step (4), using a hollow steel needle, an optical fiber, also called a treatment fiber, is guided into place. This may be done by using a surgical template. Since the fiber position may deviate slightly from the set of positions calculated by the random search optimization algorithm, the opportunity to update the final fiber position within this fourth step is Given to a doctor. In step (5), information about the geometry and actual fiber position is used as input to the Block-Cimmino optimization algorithm to predict the required exposure time for all source fibers.

B.幾何形状モデル
幾何形状モデルは、ここでは前立腺である標的器官と、リスク器官としての隣接する尿道、直腸、上部及び下部括約筋、並びに海綿体神経束との3次元ボクセル表現である。標的器官の解剖学的に正確な3Dモデルのレンダリングにおいて、いくつかの画像モダリティが使用され得る。例えば、超音波画像を、MRI若しくはPET画像、又はSPECT画像、或いは任意の他の好適な画像モダリティで重ね合わせることによる。以下の説明では、超音波画像が、本発明を説明するための基準である。3D患者データセットにおいて手動又は半自動で器官の位置を決定する場合、医師は、6〜10枚の超音波画像のうちで例えば5〜20個の点をマークし、その特定の断面に存在している異なる組織タイプの周囲を線で描く。次いで、これらの点が線形補間によって接続されて、接続された器官の輪郭を形成する。超音波検査から、横方向の画像が頭尾的に5mmごとに分けられる。
B. Geometric Model A geometric model is a three-dimensional voxel representation of a target organ, here the prostate, and the adjacent urethra, rectum, upper and lower sphincter muscles and cavernous nerve bundles as risk organs. Several image modalities can be used in rendering an anatomically accurate 3D model of a target organ. For example, by superimposing ultrasound images with MRI or PET images, or SPECT images, or any other suitable image modality. In the following description, an ultrasound image is a reference for explaining the present invention. When determining the position of an organ manually or semi-automatically in a 3D patient data set, the physician marks, for example, 5 to 20 points out of 6 to 10 ultrasound images and is present in that particular section. Draw lines around different tissue types. These points are then connected by linear interpolation to form the contours of the connected organs. From the ultrasonic examination, lateral images are divided head by tail every 5 mm.

幾つかの画像モダリティからの3Dデータを組み合わせたことにより、精度が改善され得る。   Combining 3D data from several image modalities can improve accuracy.

組織の輪郭を超音波断面間の領域に対して線形補間して、3つ全ての寸法が1mmのボクセル辺長を得ることができる。充填技法を適用して、線で描かれた輪郭内のボクセルについての組織タイプを特定する。最初に、3次元マトリックス内の全てのボクセルが、他のあらゆる組織タイプの輪郭を含むボクセルを除いて、正常組織に加えられる。次いで、輪郭点のそれぞれのセットの中心が計算される。組織タイプごとに、以下の手順が実行される。最初に、現在の組織タイプの中心点がバッファ中に置かれる。次いで、バッファ中の第1の点が抽出され、現在の組織タイプと同じ組織タイプに設定される。その後、その6つの接続された隣同士が組織タイプについて試験される。ある点が、現在の輪郭点と同じ組織タイプに属さない場合、且つ輪郭点の別のセットにも属さない場合、その点はバッファ中に置かれる。この手順は、バッファが空になるまで繰り返され、したがって、その中心から外側に向かって、すべての組織タイプを充填する。再構成されたボクセルモデルは、60〜65ボクセルの典型的な辺長を有する。

Figure 2012517252
The tissue contour can be linearly interpolated with respect to the region between the ultrasound cross sections to obtain a voxel side length of 1 mm for all three dimensions. A filling technique is applied to identify the tissue type for the voxels within the outlined line. Initially, all voxels in the three-dimensional matrix are added to normal tissue, except for voxels that contain contours of any other tissue type. The center of each set of contour points is then calculated. The following procedure is performed for each organization type. Initially, the center point of the current tissue type is placed in the buffer. The first point in the buffer is then extracted and set to the same tissue type as the current tissue type. The six connected neighbors are then tested for tissue type. If a point does not belong to the same tissue type as the current contour point and does not belong to another set of contour points, the point is placed in the buffer. This procedure is repeated until the buffer is empty, thus filling all tissue types from its center outward. The reconstructed voxel model has a typical edge length of 60-65 voxels.
Figure 2012517252

C.ファイバの位置
最適なファイバの位置を見出すタスクを、ここでは前立腺である標的器官内の光フルエンス率を最大化し、一方、治療すべき標的器官に隣接するリスク器官(OAR)内の光線分布を最小化するように、構築することができる。最適化アルゴリズムは、シミュレーティドアニーリング型のアルゴリズムと同様の反復ランダム探索アルゴリズムである。最適なファイバの位置の探索は、前立腺内でソースの位置のランダム構成を作成することによって初期化される。以下の説明では、点源であるファイバの遠位端に関して実施形態を説明する。拡散光を発するように遠位端を構成することによって、ファイバ先端の位置をレンダリングする基本概念は変わらないものの、アルゴリズムについての基本的な物理学はわずかに変化する。しかしながら、拡散体を使用することにより、治療エネルギー、治療時間、並びに必要となるファイバなどの光源の数は最小限のものとなり得る。
C. Fiber Position The task of finding the optimal fiber position is here to maximize the light fluence rate in the target organ, which is the prostate, while minimizing the light distribution in the risk organ (OAR) adjacent to the target organ to be treated Can be constructed to The optimization algorithm is an iterative random search algorithm similar to the simulated annealing type algorithm. The search for the optimal fiber position is initialized by creating a random configuration of source positions within the prostate. In the following description, embodiments will be described with respect to the distal end of the fiber that is the point source. By configuring the distal end to emit diffuse light, the basic concept of rendering the fiber tip position remains the same, but the basic physics of the algorithm changes slightly. However, by using a diffuser, the treatment energy, treatment time, and the number of light sources such as fibers required can be minimized.

裸端部を有するファイバが等方性点源としてモデル化される。ここで、ボクセルiにおけるソースによるボクセルjにおけるフルエンス率φijは、無限の均質媒体内で、拡散方程式に対する解析的な解によって次のように近似される。

Figure 2012517252

ここで、Pは、この例では0.15Wに設定された光源効果を表し、実効減衰係数は、μeff=[3μ(μ+μ’)]1/2によって与えられ、ここで、μ及びμ’は、それぞれ0.5及び9.7cm−1に設定されている。反復ごとに、それぞれのファイバを、限られた長さだけ無作為の方向に移動する。 A fiber with a bare end is modeled as an isotropic point source. Here, the fluence rate φ ij in the voxel j by the source in the voxel i is approximated as follows by an analytical solution to the diffusion equation in an infinite homogeneous medium.
Figure 2012517252

Here, P is represents a light source effect set to 0.15W in this example, the effective attenuation coefficient, μ eff = [3μ a ( μ a + μ s')] is given by 1/2, where μ a and μ s ′ are set to 0.5 and 9.7 cm −1 , respectively. Each iteration moves each fiber in a random direction for a limited length.

この移動は、前立腺内のボクセルに限定され、1ボクセル当たり1本のソースファイバのみが許容される。ファイバの移動に続いて、この構成の品質を評価するために適合値が次のように計算される。

Figure 2012517252
This movement is limited to voxels within the prostate, and only one source fiber per voxel is allowed. Following fiber movement, a fitness value is calculated as follows to evaluate the quality of this configuration.
Figure 2012517252

式(2)の第1の和は、最も低いフルエンス率をもつ前立腺ボクセルの25%を含む。標的組織重み

Figure 2012517252

は正であり、この特定の領域に光線を放射するときの適合値に建設的に寄与する。これに応じて、公式(2)の第2の和は、最も高いフルエンス率によって特徴づけられる、OAR内、即ち尿道、直腸、上部及び下部括約筋、並びに海綿体神経束内のボクセルの25%を含む。対応する組織重みは上の表1に示されている。ここでは、それぞれ
Figure 2012517252

であり、それにより、リスク器官内のあらゆるフルエンス率が、全体適合関数値にペナルティを与えるようにする。したがって、式(2)は、標的組織外の最も高いフルエンス率値を最小化しながら、前立腺内における最も低いフルエンス率値を最大化するようになっている。 The first sum of equation (2) includes 25% of prostate voxels with the lowest fluence rate. Target tissue weight
Figure 2012517252

Is positive and contributes constructively to the fit value when emitting light to this particular region. Correspondingly, the second sum of formula (2) represents 25% of the voxels in the OAR, namely the urethra, rectum, upper and lower sphincters, and the cavernous nerve bundle, characterized by the highest fluence rate. Including. The corresponding tissue weights are shown in Table 1 above. Here, each
Figure 2012517252

So that every fluence rate in the risk organ penalizes the overall fitness function value. Thus, equation (2) maximizes the lowest fluence rate value in the prostate while minimizing the highest fluence rate value outside the target tissue.

反復スキームでは、新たなファイバの位置は、ファイバの移動がより大きい適合関数値をもたらす場合のみに受け入れられる。光線分布は、早くても、ファイバ先端から距離l/μ’における拡散とみなすことができるため、得られるファイバの位置は、この距離分だけ短くなった深さ座標により提示される。 In the iterative scheme, the new fiber position is only accepted if the fiber movement results in a larger fit function value. Since the ray distribution can be regarded as diffusion at a distance 1 / μ s ′ from the fiber tip at the earliest, the position of the obtained fiber is presented by a depth coordinate shortened by this distance.

このタイプのランダム探索アルゴリズムは、全体的な最適条件を見出すことを保証しない。しかしながら、この確率的移動は、探索が、局部的な最適条件から、その道筋を見出すことができる確率を高める。現在の実装では、局部的最適条件を回避する能力を犠牲にするものの、解が最適条件に収斂することを保証するために、最大ステップの大きさは、3つのボクセルから1つのボクセルに徐々に下げられる。典型的な実行時間はおよそ45〜60分であったが、代替的な、又は将来的な計算ハードウェアの向上によって、実行時間を最小化することができる。   This type of random search algorithm does not guarantee to find an overall optimum. However, this stochastic movement increases the probability that the search can find its way out of the local optimum. In current implementations, the maximum step size is gradually increased from three voxels to one voxel to ensure that the solution converges to the optimum, at the expense of the ability to avoid the local optimum. Be lowered. Typical execution times were approximately 45-60 minutes, but execution time can be minimized by alternative or future computing hardware improvements.

図4は、上で説明した方法を一連のステップ400においてさらに示している。しかしながら、本開示を読むときに、当業者には、同じステップが互いに重複して実行されてもよいことが明らかなはずである。この方法は、第1の画像モダリティ410から、3D又は4D画像データを取得することから始まる。取得された画像データから、解剖学的構造が、医師によって線で描かれる(420)。得られるデータは、システムに記憶される。このステップはまた、例えば、画像の複雑さ及び/又は利用可能なコンピュータ容量に応じて、半自動又は全自動であってもよい。続くステップ430は、第1の画像モダリティとは異なる第2の画像モダリティから、3D又は4D画像データを取得するためのものである。このステップに続いて、データ画像の描写(440)が、上の420のように行われる。続くステップ450及び460は、上のものとは異なる追加の画像モダリティが使用されるべき場合に、画像データの取得及び更なる描写を表す。   FIG. 4 further illustrates the method described above in a series of steps 400. However, when reading this disclosure, it should be apparent to those skilled in the art that the same steps may be performed in an overlapping manner. The method begins with acquiring 3D or 4D image data from the first image modality 410. From the acquired image data, anatomical structures are delineated (420) by the physician. The resulting data is stored in the system. This step may also be semi-automatic or fully automatic depending on, for example, the complexity of the image and / or available computer capacity. A subsequent step 430 is for acquiring 3D or 4D image data from a second image modality different from the first image modality. Following this step, the rendering (440) of the data image is performed as 420 above. Subsequent steps 450 and 460 represent the acquisition and further depiction of the image data if additional image modalities different from those above are to be used.

次いで、3D又は4Dデータセットのマッチングが実行される(470)。このマッチングは、例えば、グレースケールベースのマッチング、表面マッチング、オブジェクトマッチング、その他に基づいた、既知の画像処理アルゴリズムにより行われてもよい。組み合わされた3D又は4Dデータセットにより、例えば、異なる解剖学的構造が単一の3D又は4D画像において組合せ可能となるので、仮想計画の向上を促進することができる。次いで、ステップ480で、組織の輪郭が、全ての器官を含んだ幾何形状の3次元ボクセル表現中にパッチされる。この段階で、この前処置方法は、OARを考慮に入れて、組織内で適用されるべき細胞内光源の分布及び数を決定する(490)。組織内光源の位置及び数をもって、テンプレートを処理することができる(500)。しかしながら、或いは、又はそれに加えて、光源を位置決めするためのデータは、治療組織の領域において光源を自動的に又は半自動的に位置決めするロボットシステムに提供されてもよい。   A matching of the 3D or 4D data set is then performed (470). This matching may be performed by known image processing algorithms based on, for example, grayscale based matching, surface matching, object matching, and the like. A combined 3D or 4D data set can facilitate improved virtual planning, for example because different anatomical structures can be combined in a single 3D or 4D image. Next, at step 480, the tissue contour is patched into a three-dimensional voxel representation of the geometry including all organs. At this stage, the pretreatment method takes into account the OAR and determines the distribution and number of intracellular light sources to be applied in the tissue (490). With the location and number of tissue light sources, the template can be processed (500). However, or alternatively, data for positioning the light source may be provided to a robotic system that automatically or semi-automatically positions the light source in the area of the treated tissue.

ここで前処置は完了し、それまでのステップにおいて決定された初期値に基づいて、治療セッションを始めることができる(510)。治療セッションの間、標的組織内である所定の光線量を確認するための中間フィードバックが、組織吸収におけるいかなる治療誘導性の変化にも関わらず、実行される(520)。本開示を読むとき、当業者には、組織における治療誘導性の変化に応じて、ステップ520が、初期値をわずかに変化させることがあることが明らかなはずである。新たな値が、本治療を最適化するために、治療設定に提供される。   The pretreatment is now complete and a therapy session can be started (510) based on the initial values determined in the previous steps. During the treatment session, intermediate feedback to confirm a predetermined amount of light in the target tissue is performed (520) regardless of any treatment-induced changes in tissue absorption. When reading this disclosure, it should be apparent to one of ordinary skill in the art that step 520 may slightly change the initial value in response to a treatment-induced change in tissue. New values are provided to the treatment setting to optimize the treatment.

治療セッションの間に達成された療法の効果を評価するための治癒期間又は診断の後に、新たな治療セッションを開始することができる。   After a healing period or diagnosis to assess the effect of therapy achieved during the treatment session, a new treatment session can be started.

結論として、全前立腺組織における実施形態において、IPDTのための初期の前処置手続及び/又は計画プロセス線量測定モジュールを構成する方法及びシステムが提供される。18本のファイバのIPDT装置上で実装されるのは、光ファイバの個々の遠位先端の位置決めを含む線量測定ソフトウェアである。光線量の照射は、幾つかの画像モダリティからの重ね合わされた画像により患者固有の解剖学的構造を考慮に入れて、PDT治療パラメータを最初に正確に事前設定することができる。実際的な前立腺モデル内でFEMによってシミュレートされた光分散についてのデータを利用することは、光減衰の増加するレベルを追跡することができることを示している。他の実施形態では、異なる数の光ファイバが使用されてもよい。   In conclusion, in embodiments in whole prostate tissue, methods and systems are provided for configuring an initial pretreatment procedure and / or planning process dosimetry module for IPDT. Implemented on an 18 fiber IPDT device is dosimetry software that includes positioning of the individual distal tips of the optical fiber. The dose of light can be initially accurately preset with PDT treatment parameters taking into account patient specific anatomy with superimposed images from several image modalities. Utilizing data on light dispersion simulated by FEM within a practical prostate model shows that increasing levels of light attenuation can be tracked. In other embodiments, a different number of optical fibers may be used.

当業者には理解されるように、本発明を、デバイス、システム、方法、又はコンピュータプログラム製品として、最終的には、医療用ワークステーション、又は少なくとも医療用ワークステーションに含まれる一部として、具現化することができる。したがって、本発明は、完全なハードウェア実施形態、ソフトウェア実施形態、又はソフトウェア態様及びハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形態を取ることができ、これらすべてを概して、本明細書においては「回路」又は「モジュール」と呼ぶ。さらに、本発明は、コンピュータ使用可能プログラムコードが具体化されたコンピュータ使用可能記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態を取ることもできる。ハードディスク、CD−ROM、光学記憶デバイス、インターネット又はイントラネットをサポートする媒体などの伝送媒体、或いは磁気記憶デバイスを含む、任意の好適なコンピュータ可読媒体を利用することができる。   As will be appreciated by those skilled in the art, the present invention may be embodied as a device, system, method, or computer program product, ultimately as a medical workstation, or at least as part of a medical workstation. Can be Accordingly, the present invention can take the form of an entirely hardware embodiment, a software embodiment, or an embodiment combining software and hardware aspects, all of which are generally referred to herein as "circuitry." Or, it is called “module”. Furthermore, the present invention may take the form of a computer program product on a computer-usable storage medium embodying computer-usable program code. Any suitable computer readable medium may be utilized including hard disks, CD-ROMs, optical storage devices, transmission media such as media supporting the Internet or Intranet, or magnetic storage devices.

本発明の実施形態は、本明細書において、流れ図及び/又はブロック図を参照して説明される。図に示されるブロックのうちの幾つか又は全てが、コンピュータプログラム命令によって実装されてもよいことが理解されるであろう。コンピュータのプロセッサ、又は他のプログラマブルデータ処理装置を介して実行する命令が、流れ図及び/又はブロック図の、1つ又は複数のブロック中に明記された機能/作用を実装するための手段を作成するように、これらのコンピュータプログラム命令を、汎用コンピュータや特殊目的コンピュータのプロセッサ、又は他のプログラマブルデータ処理装置に提供して、マシンを製造することができる。   Embodiments of the present invention are described herein with reference to flowchart illustrations and / or block diagrams. It will be appreciated that some or all of the blocks shown in the figures may be implemented by computer program instructions. Instructions executed via a computer processor, or other programmable data processing device, create a means for implementing the functions / actions specified in one or more blocks of the flowcharts and / or block diagrams. Thus, these computer program instructions can be provided to a general purpose or special purpose computer processor or other programmable data processing device to produce a machine.

これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読メモリに記憶された命令が、流れ図及び/又はブロック図の一以上のブロック中に明記された機能/動作を実装する命令手段を含む製造物品を製造するように、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置を特定の方法で機能するように導くことができるコンピュータ可読メモリに記憶されてもよい。コンピュータプログラム命令を、コンピュータ又は他のプログラマブルデータ処理装置上にロードして、コンピュータ又は他のプログラマブル装置上で実行される命令が、流れ図及び/又はブロック図の、一以上のブロック中に明記された機能/動作を実装するためのステップを提供するように、コンピュータ実装プロセスを生成するための一連の動作ステップを、コンピュータ又は他のプログラマブル装置上で実行させることもまたできる。   These computer program instructions also produce an article of manufacture in which the instructions stored in the computer readable memory include instruction means that implement the functions / operations specified in one or more blocks of the flowchart illustrations and / or block diagrams. Or a computer or other programmable data processing device may be stored in a computer readable memory that may be operative to function in a particular manner. Instructions for loading computer program instructions onto a computer or other programmable data processing device to be executed on the computer or other programmable device are specified in one or more blocks of the flowcharts and / or block diagrams. A series of operational steps for generating a computer-implemented process may also be performed on a computer or other programmable device to provide steps for implementing the function / operation.

図に記した機能/動作は、動作説明の中で記した順序以外の順序で行われてもよいことを理解されたい。例えば、連続して示される2つのブロックを、実際には、実質的に同時に実行することができ、或いは関係する機能性/作用に応じて、これらのブロックを時には逆の順序で実行することも可能である。図のうちの幾つかには、通信の主方向を示すために、通信経路上に矢印が含まれているが、図に示される矢印とは反対方向の通信が生じることがあることを理解されたい。   It should be understood that the functions / operations illustrated in the figures may be performed in an order other than the order described in the operation description. For example, two blocks shown in succession may actually be executed substantially simultaneously, or they may sometimes be executed in reverse order, depending on the functionality / action involved. Is possible. Some of the figures include arrows on the communication path to indicate the main direction of communication, but it is understood that communication in the opposite direction may occur from the arrows shown in the figure. I want.

本発明を、特定の実施形態を参照して以上で説明してきた。しかしながら、上で説明した以外の実施形態も本発明の範囲内で同様に可能である。ハードウェア又はソフトウェアにより方法を実行する、上で説明した方法ステップとは異なる方法ステップを、本発明の範囲内で提供することができる。本発明の異なる特徴及びステップを、説明した以外の組合せで組み合わせることもできる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。   The present invention has been described above with reference to specific embodiments. However, embodiments other than those described above are equally possible within the scope of the present invention. Different method steps than those described above, performing the method by hardware or software, can be provided within the scope of the present invention. Different features and steps of the invention may be combined in combinations other than those described. The scope of the present invention is limited only by the appended claims.

Claims (20)

体内の組織領域に組織内光線力学療法及び/又は光熱療法を行うためのシステムであって、
前記組織内の前記組織領域に治療用光線を照射するように構成された少なくとも1つの光源であり、光感受性薬剤との相互作用のために、及び/又は前記組織の制御された熱環境を実現するために、前記組織中に組織内的に挿入されるように作られた、光源と、
少なくとも1つの画像モダリティによって取得された前記組織領域の3D又は4D画像データに基づいて、前記光源の最適化された数、及び前記組織領域における前記光源のそれぞれの個々の位置、並びに前記光源それぞれのための個々の制御パラメータを決定するためのユニットであって、前記3D又は4D画像データが、前記組織領域を含み、少なくとも2つの異なる画像モダリティからの組み合わされた画像データである、ユニットと、
を備えるシステム。
A system for performing intra-organophotodynamic therapy and / or photothermal therapy on a tissue region in the body,
At least one light source configured to irradiate a therapeutic beam to the tissue region within the tissue, for interaction with a photosensitive agent and / or to achieve a controlled thermal environment of the tissue A light source, adapted to be inserted into the tissue into the tissue,
Based on 3D or 4D image data of the tissue region acquired by at least one image modality, an optimized number of light sources, and an individual position of each of the light sources in the tissue region, and each of the light sources A unit for determining individual control parameters for the 3D or 4D image data comprising the tissue region and being combined image data from at least two different image modalities;
A system comprising:
少なくとも2つの異なる画像モダリティから前記組み合わされた画像データを取得するために、前記3D又は4D画像データを重ね合わせるように構成されている、請求項1に記載のシステム。   The system of claim 1, wherein the system is configured to overlay the 3D or 4D image data to obtain the combined image data from at least two different image modalities. 前記決定をコンピュータベースの仮想環境において行うように構成されている、請求項1又は2に記載のシステム。   The system according to claim 1 or 2, wherein the system is configured to make the determination in a computer-based virtual environment. 前記光源における前記組織内光線力学療法の少なくとも1つの光線力学治療パラメータを評価するためのユニットと、
前記光線力学治療パラメータの評価に応じて、前記組織内光線力学療法の前記治療用光線の特性を変更するためのユニットと、
前記光線力学治療パラメータのうちの1つの少なくとも1つの属性に応じて、治療用光線治療の前記照射を少なくとも一時的に制限するように構成された制御ユニットと、
を備える請求項1〜3の何れか一項に記載のシステム。
A unit for evaluating at least one photodynamic therapy parameter of the tissue photodynamic therapy in the light source;
A unit for changing the characteristics of the therapeutic light of the tissue photodynamic therapy in response to the evaluation of the photodynamic therapy parameter;
A control unit configured to at least temporarily limit the irradiation of therapeutic phototherapy according to at least one attribute of one of the photodynamic therapy parameters;
The system according to any one of claims 1 to 3.
前記光源が、前記組織領域中に組織内的に挿入されるように構成された光ファイバの遠位端領域である、請求項1〜4の何れか一項に記載のシステム。   5. The system according to any one of claims 1 to 4, wherein the light source is a distal end region of an optical fiber configured to be inserted into tissue in the tissue region. 前記遠位端領域が光拡散体を備え、前記光ファイバが該遠位端において拡散光を発するように構成されている、請求項5に記載のシステム。   The system of claim 5, wherein the distal end region comprises a light diffuser and the optical fiber is configured to emit diffused light at the distal end. 前記光源が、埋め込み可能な光源である、請求項1〜4の何れか一項に記載のシステム。   The system according to claim 1, wherein the light source is an implantable light source. 体内の組織領域への組織内光線力学療法及び/又は光熱療法のセッションを計画するための複数のコードセグメントを含むコンピュータプログラムが記憶されているコンピュータ可読記憶媒体であって、前記コンピュータプログラムが、
被験者の腫瘍部位の2つの異なる画像モダリティの3D又は4D画像の少なくとも2つのセットを評価するための第1のコードセグメントと、
重ね合わされた多次元画像データセットをレンダリングした前記3D又は4D画像を統合するための第2のコードセグメントと、
前記重ね合わされた画像データセットに基づいて、前記光源の最適化された数、及び前記組織領域における前記光源のそれぞれの個々の位置、並びに前記光源それぞれのための個々の制御パラメータを決定するための第3のコードセグメントと
を含む、コンピュータ可読記憶媒体。
A computer readable storage medium storing a computer program including a plurality of code segments for planning a session of intra-organophotodynamic therapy and / or photothermal therapy to a tissue region in the body, the computer program comprising:
A first code segment for evaluating at least two sets of 3D or 4D images of two different image modalities of a subject's tumor site;
A second code segment for integrating the 3D or 4D image rendering of the superimposed multi-dimensional image data set;
For determining an optimized number of light sources and respective individual positions of the light sources in the tissue region and individual control parameters for each of the light sources based on the superimposed image data set A computer readable storage medium comprising a third code segment.
仮想環境において、体内の組織領域への組織内光線力学療法及び/又は光熱療法のセッションを仮想的に計画するコンピュータベースの方法であって、
2つの異なる画像モダリティのような少なくとも1つの撮像モダリティから、注目領域の3D又は4Dデータを提供するステップと、
前記重ね合わされた画像データセットに基づいた前記光源の最適化された数、及び前記組織領域における前記光源のそれぞれの個々の位置、並びに前記光源のそれぞれのための個々の制御パラメータに基づいて、最適化された治療のために、前記組織領域に対する組織内光源の数、及び空間的分布、位置、並びに空間的方向を決定するステップと、
前記組織内光源の前記決定された数、及び空間的分布、位置、並びに空間的方向に基づいて、前記セッションを仮想的に計画するステップと、
を含む方法。
A computer-based method for virtually planning a tissue photodynamic therapy and / or photothermal therapy session to a tissue region in the body in a virtual environment, comprising:
Providing 3D or 4D data of the region of interest from at least one imaging modality, such as two different image modalities;
Optimized based on the optimized number of the light sources based on the superimposed image data set, and the individual position of each of the light sources in the tissue region, and the individual control parameters for each of the light sources Determining the number of tissue light sources and the spatial distribution, position, and spatial orientation for the tissue region for structured treatment;
Virtually planning the session based on the determined number of light sources in the tissue and the spatial distribution, position, and spatial orientation;
Including methods.
仮想テンプレートに基づいて前記注目領域における前記光源の位置決めを仮想的にシミュレートするために、該仮想テンプレートを提供するステップを含む請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, comprising providing the virtual template to virtually simulate the positioning of the light source in the region of interest based on the virtual template. 仮想テンプレートを提供する前記ステップが、前記仮想計画に基づいて前記テンプレートのための作成データを提供するサブステップを含む、請求項10に記載の方法。   11. The method of claim 10, wherein the step of providing a virtual template includes a sub-step of providing creation data for the template based on the virtual plan. 前記仮想計画が、前記組織領域に対する前記テンプレートの位置決めを仮想的にシミュレートするステップと、前記光源の前記組織領域中への導入を仮想的にシミュレートするステップとを含む、請求項10又は11に記載の方法。 Said virtual planning, wherein comprises the steps of virtually simulate the positioning of the template relative to the tissue region, comprising the steps of virtually simulate introduction into the tissue region in the light source, the, claim 10 or 11. The method according to 11. 前記3D又は4Dデータが、前記組織領域が位置する治療の領域又は当該治療の領域よりも大きい領域についての画像データを含み、前記仮想計画が、骨組織上のような解剖学的に固定された位置に前記テンプレートを添え付けることを仮想的に計画するステップを含む、請求項10又は11に記載の方法。   The 3D or 4D data includes image data for a treatment region where the tissue region is located or a region larger than the treatment region, and the virtual plan is anatomically fixed as on bone tissue 12. A method according to claim 10 or 11, comprising virtually planning to attach the template to a location. 前記仮想的に計画されたテンプレートが、画定された停止ユニットを有するガイドシリンダのような少なくとも1つのガイドユニットを備え、例えば、ガイドシリンダは、定義された方向及び深さが外科用テンプレートから前記治療の領域に与えられるように、シリンジタイプの光ファイバ誘導器の対応する結合カラーに対して設けられた停止カラーを備えることができる、請求項10〜13の何れか一項に記載の方法。   The virtually planned template comprises at least one guide unit, such as a guide cylinder having a defined stop unit, for example, the guide cylinder has a defined direction and depth from the surgical template to the treatment. 14. A method according to any one of claims 10 to 13, which can comprise a stop collar provided for a corresponding coupling collar of a syringe-type fiber optic inductor, as provided in the region. 前記光源の位置決めを仮想的に行うステップと、実際の医療処置において治療組織の領域内に前記光源を自動的に又は半自動的に位置決めするためのロボットシステムにデータを提供するステップと、を含む請求項9に記載の方法。   Virtually positioning the light source and providing data to a robotic system for automatically or semi-automatically positioning the light source within a region of treated tissue in an actual medical procedure. Item 10. The method according to Item 9. 体内の組織領域への組織内光線力学療法及び/又は光熱療法を仮想的に計画するためのシステムであって、
少なくとも2つの撮像モダリティからの注目領域の3D又は4Dデータを処理するためのユニットと、
前記重ね合わされた画像データセットに基づいた前記光源の最適化された数、及び前記組織領域における前記光源のそれぞれの個々の位置、並びに前記光源のそれぞれのための個々の制御パラメータに基づいて、最適化された治療のために、前記組織領域に対する組織内光源の数、及び空間的分布、位置、並びに空間的方向を決定するためのユニットと、
前記組織内光源の前記決定された数、及び空間的分布、位置、並びに空間的方向に基づく前記セッションを仮想的に計画するためのユニットと、
を備えるシステム。
A system for virtually planning intra-tissue photodynamic therapy and / or photothermal therapy to a tissue region in the body,
A unit for processing 3D or 4D data of a region of interest from at least two imaging modalities;
Optimized based on the optimized number of the light sources based on the superimposed image data set, and the individual position of each of the light sources in the tissue region, and the individual control parameters for each of the light sources A unit for determining the number of tissue light sources for the tissue region and the spatial distribution, position, and spatial orientation for the structured treatment;
A unit for virtually planning the session based on the determined number of light sources in the tissue and spatial distribution, position, and spatial orientation;
A system comprising:
請求項9〜15のいずれか一項に記載の仮想的に計画する前記方法からの作成データに基づいてテンプレートを作成する方法。   A method for creating a template based on creation data from the method for virtually planning according to any one of claims 9-15. 前記テンプレートの前記作成が、ラピッドプロトタイピング方法を含む方法を伴わずに行われる、請求項17に記載の方法。   The method of claim 17, wherein the creation of the template is performed without a method that includes a rapid prototyping method. 請求項9〜15のいずれか一項に記載の前記仮想計画を含み、前記仮想計画からのデータに基づいて、治療組織の領域において光源を更に位置決めする医療処置。   16. A medical procedure comprising the virtual plan according to any one of claims 9 to 15, and further positioning a light source in a region of treated tissue based on data from the virtual plan. 前記治療組織の領域に関して前記仮想計画から出力された作成データから作成されたテンプレートを位置決めするステップを含む、請求項19に記載の方法。   20. The method of claim 19, comprising positioning a template created from creation data output from the virtual plan with respect to a region of the treated tissue.
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