JP2014516260A - 温熱療法の計画を支援するコンピュータ支援シミュレーションツール - Google Patents
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Abstract
Description
Gneveckow et al., "Description and characterization of the novel hyperthermia- and thermoablation-system MFH(登録商標) 300F for clinical magnetic fluid hyperthermia", Med. Phys. 31(6), June 2004, 1444 ff.(非特許文献1)は、特に、磁場強度の値(1メートル当たりのキロアンペア数、kA/mによる「H場強度値」)と、特定の磁性流体に対する鉄質量に基づく電力吸収率SARfeの値(1グラム当たりのワット数、W/g単位の「鉄の特異吸収率」)との間の関係を示す特性曲線の度量衡学的決定について記載する。磁性流体に基づく加温治療のさらなる局面は、(要約;1445-1446ページ、セクション"II. Methods";図5に関連して、1447ページ、セクション"IIIB. Power Absorption";1448ページ、セクション"IIID. Thermal distribution in the quasi-steady state";1449-1450ページ、セクション"IV. Discussion")に記載されている。
本発明の目的は、特定の選択肢を優先した決定を実現しやすくするために様々な療法選択肢の包括的な概要を医師またはその他の医療関係者に提供する、温熱療法を準備するツールを提案することである。
本発明は、様々な治療選択肢の概要およびこれらの効果を取得し、その結果、治療を計画する広範囲に亘る機会をユーザに提供する。このために、本発明によるシミュレーションツールは、最大場強度に基づいて、しかし、所定の/入力された温度限界値を考慮して計算された温度分布を自動的に提供する。本発明は、2つ(またはこれ以上)の限界値、例えば、健全な組織を守ために、治療エリアの外側にある最大温度、および/または、治療エリアの内側にある腫瘍を破壊し、しかし、それにもかかわらず患者の体内への電力の投入を制限するために、治療エリアの内側にある最大温度が考慮されることを可能にする。原則として、例えば、組織に特有である特殊な特徴を考慮する幾何学的温度限界値分布を規定することが考えられる。
以下のテキストは、本発明によるシミュレーションツールの第1の例示的態様についてより詳細に説明する。図1は、NanoTherm(登録商標)療法を支援する目的で開発された一つのシミュレーションソフトウェアの形式で、本発明によるシミュレーション方法からのプログラムサイクルの概略的表現を表す。
プログラムパッケージとして、ソフトウェアは、「温度シミュレータ」(以下、「シミュレータ」とも略称される)を含む。腫瘍への磁性流体の導入に続いて、シミュレータは、治療器具(印加装置)の磁場強度に基づいて身体エリア内の温度分布のシミュレーションを可能にする。シミュレータは、強制力のない勧告の一部として特定の場強度を計算する。治療を実行するために、治療中に温度測定値を利用することがさらに可能であり、これの結果として、シミュレーション結果と温度測定値とが一体となって医師による治療の評価の基礎を築くことができ、上記温度測定値は、好ましくは、影響力がある。当然ながら、シミュレーション結果は、治療が実行され得るための必要条件ではなく、遂行のための拘束でもない。
・簡略化された物理モデルを前提とした、例えば、超常磁性またはフェリ磁性ナノ粒子への磁場の印加の結果としておそらく生じる3次元温度分布のシミュレーション(以下でより正確に説明される)、および
・例えば、患者モデルに対する特定の温度選択に基づくH場強度の推定
「温度シミュレーション」主要段階におけるシミュレータプログラムの呼び出しの時間系列は、メイン・プログラム・コアから制御または管理され、図2に表されるような仕組みに基づいて行われ得る。
・PTVの外側での最大値43℃(「非PTV限界43℃」)
・その他のあらゆる場所、すなわち、事実上、PTVの内側での最大値80℃(「全身限界80℃」)
・H場強度勧告値(sim_t.exeからの出力または自動的なsim_h.exeランからの15kA/m)、この出力はGUIウィンドウに供給される。
・PTVの外側で到達した最大温度、さらに治療エリア内で到達した最大温度、および、さらにおそらくさらなる出力変数、この出力はポップアップウィンドウに供給される。
磁場内のナノ粒子による温度上昇の生成は、概念的に以下の2つの段階に分割される。
1. 第1の段階では、磁場内のナノ粒子は、電力吸収密度(W/m3)または電力吸収率(W/kg)により示される、本例では一般にSAR(「特異吸収率」)によって表示される局部的な電力吸収を促す。
2. 第2の段階では、このSARは、温度上昇の(主要な)原因として作用する。
1. 本明細書において「SARソルバ」(すなわち、適切な計算コンポーネントまたは計算モジュール)として示されるものによる、所与のH場強度に対するSAR分布の確認。
2. SAR分布(いわゆる「Tソルバ」における)からの温度分布(「T分布」)の確認。
入力または選択モードに依存して、シミュレータ実効プログラム「sim_t.exe」、「sim_h.exe」または「sim_hr.exe」が時間的に特定の順序でシミュレーションソフトウェアのメインプログラムから呼び出される。考えられる順序は、既に前述されている。
・「H選択」(「H」はH場強度を表す)を使用する。場強度Hの絶対値が(典型的にkA/m単位)規定される。温度分布T(x,y,z)(℃単位)で探索される。
・「T選択」(「T」は温度を表す)を使用する。温度限界値T_limit(℃単位)が規定され、場強度値H(kA/m単位)および関連付けられた温度分布T(x,y,z)(℃単位)が探索される。
プログラムモジュールsim_h.exeのサイクルの概略的実例が図3に表される。H場強度Hの絶対値が規定される。温度分布T(x,y,z)が探索される。
SAR_fe=aHb+c (1)
の形式を仮定することが可能であり、SAR_feの単位はW/g(ワット毎グラム)であり、Hの単位はkA/mである。
SAR(x,y,z)=HU(x,y,z)*SAR_aver/HU_aver V_NP内部 (2)
SAR(x,y,z)=0 V_NP外側 (3)
を仮定する。
図4は、T選択モードにおけるシミュレータのプログラムサイクルを概略的に表す。温度限界値T_limit(x,y,z)が規定され、場強度値Hおよび関連付けられた温度分布T(x,y,z)が探索される。
・「非PTV領域」(ブール演算に対し、「PTVを差し引いた身体容積」)に対して、最大許容温度値(=温度限界値)T_limit(非PTV)が規定される。一例として、この値は、シミュレーションソフトウェアのメインプログラムにおいて初期設定により43℃に設定されて、シミュレータに転送され得、このようにして、すなわち、T_limit(非PTV)=43℃であり得る。「非PTV」領域は、大まかに健全な組織、または、治療される予定がない組織に対応する。
・身体容積の至る場所での温度は、80℃を越えないことが意図されている。この値は、例えば、シミュレータにおいて内部的に規定され得る。上記限界値との相互作用において、非PTVが43℃を越えないことが意図されていることに基づいて、これは、治療エリアPTVに対する限界であり、その結果、T_limit(PTV)=80℃である。
T(x,y,z)=T0(x,y,z)+K*ΔT(x,y,z) (4)
であり、SARに対して、
SAR(x,y,z)=K*ΔSAR(x,y,z) (5)
が真である。
ΔSAR(x,y,z)=HU(x,y,z)*ΔSAR_aver/HU_aver V_NP内部 (6)
ΔSAR(x,y,z)=0 V_NP外側 (7)
K=Min(T_limit(x,y,z)-T0(x,y,z))/ΔT(x,y,z)) (8)
を使用して見つけられ、但し、非PTVにおいてT_limit(x,y,z)=80℃であり、PTV内で43℃である。
SAR_aver=K*ΔSAR_aver (9)
図5は、Hレギュレータモードにおけるシミュレータのプログラムサイクルを概略的に表す。呼び出し中に、シミュレータプログラムsim_hr.exeは、多重H選択、すなわち、入力値として利用可能にされたHの様々な絶対値に対する複数の温度分布を直ちにシミュレートする。
K(i)=SAR_aver(i)/ΔSAR_aver (10)
から決定され得る。
T(x,y,z,i)=T0(x,y,z)+K(i)*ΔT(x,y,z) (11)
が取得され、次に出力される。それ故に、10個の絶対(拡大縮小された)温度分布が順番に出力されるが、2回のパスだけがBHTEを数値的に解くため必要とされた。
この3Dデータレコードは、規則的な3Dグリッドを表現し得、これの要素(画素)は、CT密度値(「ショート」数として、ハウンズフィールド単位)が関連付けられている。CTグリッド内の要素の位置(x,y,z)の幾何学的基準は、x、y、zインデックスと、シミュレータに付加的に転送される境界ボックスに関連している提示とを用いて取得される。x座標は、最も速く変化し(内側ループ)、z座標は、最も遅い(外側ループ)。CTデータレコードは、術後の計画CTに対応し、(磁性流体の注入に続いて)ナノ粒子を含有することが必要である。シミュレータは、ナノ粒子画素内のCT値に特に関心がある。これらの値に対し、シミュレータは、SARおよび/または温度の計算に関連性がある(体内の注入後に存在している)現在鉄濃度に関する情報を導出する。
このデータレコード(LVは、「ラベル付き容積」を表す)は、同様に、規則的な3Dグリッドを表現し得、これの要素は、符号化されたラベル(「バイト」数)が関連付けられている。LVグリッド内の要素の3D位置(x,y,z)の幾何学的基準は、インデックスと、境界ボックスに関連している提示とを用いて取得される。LV.rawの境界ボックスは、CT.rawの境界ボックスと同一でもよい。データレコードLV.rawは、例えば、計画CTに基づいて、先行のプログラムの主要な段階「セグメンテーション」で生成される。ラベルは、以下の3つのタイプの領域を記述/符号化するために使用される:
・幾何学的な解剖学的領域(外部、「頭部」、腫瘍):この情報は、温度分布の計算を実行するために必要とされる。一例として、シミュレータは、身体と外部との間の熱界面をモデル化し、その結果、関連性のある幾何学的性質が既知でなければならない。シミュレータがセグメント化された腫瘍を用いることなく同様に計算できるとしても、医師が腫瘍をプロットすることがさらに期待される。身体(部分)容積、すなわち、例えば、「頭部」と、治療容積(PTV)、すなわち、例えば、「腫瘍と腫瘍の周りの境界」と、堆積容積、すなわち、ナノ粒子を含有する一つ以上(多数)のボクセルとの間が区別される。「非PTV」は、このようにして、実施例では、「腫瘍(境界を含む)を差し引いた頭部」ということになる。
・ナノ粒子エリア(供給元容積):組織にラッチされたナノ粒子または磁性流体の堆積物(「ナノ堆積物」、堆積容積)の幾何学的位置(ラベルとして標識化)である。これらのナノ粒子位置は、SARを決定するために入力としてシミュレータに通知されることが必要である。SARは、ナノ粒子の位置だけで生成される。ナノ粒子エリアは、幾何学的な解剖学的領域および熱限界条件領域に重なり合う可能性がある。堆積容積または複数の堆積容積の内側にあるナノ粒子の幾何学的分布は、例えば、TソルバまたはHコントローラ内で計算のため重要である。
・熱限界条件領域:特定の温度T_limit(x,y,z)が越えることを意図されていない領域または器官である。一例として、治療エリア(「PTV」、「計画標的容積」)と健全な組織に対応する頭部の残り(「非PTV領域」、すなわち、治療エリアの外側の領域)との間が区別される。限界条件領域は、幾何学的な解剖学的領域とナノ粒子エリアとの上に重なる可能性がある。標準的な選択肢として、セグメンテーションエディタは、PTVとして、1cmの腫瘍境界を加えた腫瘍を供給する。
・簡略化された物理モデルを前提とした、ナノ粒子への磁場の印加を通じておそらく取得されるような、3次元温度分布のシミュレーション、および
・患者モデルに対する特定の温度選択に基づく磁場強度(H場強度)の推定
- sim_t.exe、sim_h.exeおよびsim_hr.exeのような実行プログラムに代わるプログラムライブラリとしてのシミュレータのリンク付け;
- 「Hコントローラ」に代わる「高速Hコントローラ」の導入;
- FORTRAN配列のための動的メモリロケーション管理
- 「mainsubroutine_sim_t_voxel_win」(モード=1に対し、T選択)、
- 「mainsubroutine_sim_h_voxel_win」(モード=2に対し、H選択)、および
- 「mainsubroutine_sim_hr_voxel_win」(モード=3に対し、高速Hコントローラ)
シミュレータは、絶対温度分布を確認する以下の2つの選択肢をユーザに提供する。
- H選択を使用:H場強度の絶対値が(kA/m単位で)規定され、温度分布T(x,y,z)が(℃単位で)探索される、および
- T選択使用:温度限界値T_limitが(℃単位で)規定され、場強度値H(kA/m単位)および関連付けられた温度分布T(x,y,z)(℃単位)が探索される
- PTVの外側での最大値43℃(「非PTV限界43℃」)
- その他のあらゆる場所、すなわち、事実上、PTVの内側での最大値80℃(「全身限界80℃」)
- 温度分布
- H場強度勧告値、すなわち、
○ H<15kA/mであるとき、モード=1からの出力、または、
○ 値15kA/m(モード=2における制限的なパスが実行された)
- PTVの外側で到達する最大温度、計算エリア全体で到達する最大温度、およびさらなる変数。
H場強度の絶対値が規定される。温度分布T(x,y,z)が探索される。図7に概略的に表されたサイクルを参照されたい。第一に、患者モデルが生成される。これは、以下の2つのデータレコード(配列)の組み合わせに依存している:
- 読み込まれるべき患者データの一部としてシミュレーションプログラムにより読み込まれたCTデータレコード(配列)(これに関して、図3を参照されたい。この基本サイクルにおいて、第1および第2の例示的態様は非常に類似している)。
- LVデータレコード(配列)(「LV」は「ラベル付き容積」を表す)、すなわち、セグメンテーション中にシミュレーションプログラムにより生成された符号化されたラベル配列(図3を参照されたい)。
- 幾何学的な解剖学的領域(「頭部」、「腫瘍」など)。
- 熱的に関連性がある領域(治療エリア、PTVとも称される「計画標的容積」)。
- ナノ粒子(NP)の幾何学的分布。
SAR_fe=aHb+c (12)
但し、SAR_feの単位はW/g(ワット毎グラム)であり、Hの単位はkA/m(キロアンペア毎メートル)である。
SAR(x,y,z)=HU(x,y,z)*SAR_aver/HU_aver V_NP内 (13)
SAR(x,y,z)=0 V_NPの外側 (14)
を仮定して、ロケーション依存容積SAR分布が形成される。
温度限界値T_limit(x,y,z)が規定され、場強度値Hおよび関連付けられた温度分布T(x,y,z)が探索され、これについては、図8における概略的実例を参照されたい。第1の例示的態様におけるT選択に対比して、特定のデータレコードがモード=3(高速Hコントローラ)に対する後の呼び出しのため出力され、一時的にメインメモリに供給される。
- 「非PTV」領域は、健全な組織または治療される必要がない組織にほぼ対応する。ブーリアンの意味で「PTVを差し引いた身体」または「PTVを差し引いた頭部」であるこの非PTV領域のため、最大許容温度値(=温度限界値)T_limit(非PTV)が規定される。この値は、ユーザにより変更され得ることがあり、または、さもなければ、確実に規定されることがある。値は、初期設定により43℃に設定されることもあり、すなわち、T_limit(非PTV)=43℃である。
- 身体内の温度は、例えば、どこでも最大値80℃を越えることが意図されていない。この値は、例えば、シミュレータにおいて確実に規定されることがある。非PTVは、同時に43℃を越えないことが意図されているので、第2の限界は、治療エリアPTVに対し有効であり、すなわち、T_limit(PTV)=80℃である。
T(x,y,z)=T0(x,y,z)+K*ΔT(x,y,z) (15)
であり、SARに対して、
SAR(x,y,z)=K*ΔSAR(x,y,z) (16)
が真である。
- T(x,y,z):特定の制約を順守するために必要である特定の絶対SARに対応する結果として得られる絶対温度分布であり、例えば、モード=1では、限界温度がこのような制約である。T(x,y,z)は、第1の例示的態様に従ってシミュレーションプログラムにおいてさらに出力される。T(x,y,z)は、シミュレーションプログラムのGUI(「グラフィカル・ユーザ・インターフェース」)に可視化されるデータに属する。
- T0(x,y,z):SARなしで取得されるような絶対「基底」温度分布であり;時間依存BHTEを数値的に解く初期温度および基底温度は、T(x,y,z)に基づく解法の場合と同じである。この温度分布は、メインメモリに一時的に記憶され、その後、高速Hコントローラのための入力として利用可能である。
- ΔT(x,y,z):相対温度上昇(=温度増加)の分布であり、上記分布は、任意の、確実に規定された、および/または、ユーザ定義されたSARレベル(図8における「固定値」)のために取得される。この場合にシミュレーションされるのは、温度ではなく、温度増分であるので、時間依存BHTEを数値的に解く初期温度および基底温度は、零に等しい。この温度分布は、同様に一時的にメインメモリに記憶され、その後、高速Hコントローラのための入力として利用可能である。
ΔSAR(x,y,z)=HU(x,y,z)*ΔSAR_aver/HU_aver V_NP内 (17)
ΔSAR(x,y,z) V_NPの外側 (18)
K=Min(T_limit(x,y,z)-T0(x,y,z))/ΔT(x,y,z)) (19)
を使用して見つけられ、但し、非PTVにおいてT_limit(x,y,z)=80℃であり、PTV内で43℃である。
SAR_aver=K*ΔSAR_aver (20)
モード=3では、温度分布は、例えば、BHTEを解くことを必要とすることなく、有限差分プログラムを使用して、数秒間のうちに任意のH選択に対して確認される。前提条件は、T0(x,y,z)およびΔT(x,y,z)がmainsubroutine_sim_hr_voxel_winのための入力として読み込まれることである。これらの温度データレコードは、メインメモリ内に既に存在しているべきであり、すなわち、モード=1が、例えば、所与の患者モデルに対して、少なくとも1回呼び出されて終了されることが既に成功し、このことについては、図9を参照されたい。
K=SAR_aver/ΔSAR_aver (21)
第1の例示的態様では、シミュレータに対する入力値がメイン・プログラム・コアから外部テキスト・ディレクトリ・インターフェースを介してシミュレータに転送された。このため、特定の確実に定義されたラインに基づく構造を有するテキストファイルSimInput.txtが形成された。入力値は、実行プログラムが呼び出されたとき、SimInput.txtから読まれた。(第2の例示的態様において)ここに記載されたシミュレータでは、SimInput.txtは、もはや存在せず、データは、メインメモリを介してメイン・プログラム・コアとシミュレータ・プログラム・ライブラリとの間にある内部インターフェースを介して転送され、すなわち、データは、内部プログラムインターフェースを介して転送される。
- CTデータ、すなわち、HU値を含む1-D配列。
- LVデータ、すなわち、セグメント化されたラベルを含む1-D配列。
- 第1の例示的態様による前述のテキストファイルSimInput.txtからの入力パラメータに匹敵する引数リスト内の入力パラメータ。
- 温度値T(x,y,z)を含む1-D配列。
- GUIで治療計画を生成するため必要とされ得る引数リスト内の出力パラメータ(これらのパラメータの一部は、第1の例示的態様において出力ファイルSimOutput.txtに書き込まれる)。
- 幾何学的な解剖学的領域(外部、「頭部」、「腫瘍」):この情報は、温度分布を計算するため必要とされる。特に、身体と外部との間の熱界面は、シミュレータ内でモデル化され、その結果、熱界面の幾何学的性質は既知であることが必要である。腫瘍は、同様に表現されるべきであるが、シミュレータは、セグメント化された腫瘍なしでも計算できる。正確な意味で、「頭部」領域は、「腫瘍を差し引いた頭部」を意味する。
- ナノ粒子エリア(供給元容積):組織にラッチされたナノ粒子(「ナノ堆積物」)の幾何学的位置(ラベルとして標識化)である。これらのナノ粒子位置は、SARを決定する入力としてシミュレータに通知されることが必要である。SARは、ナノ粒子の位置だけで生成される。ナノ粒子エリアは、幾何学的な解剖学的領域と、例えば、熱的限界条件が付いている領域とに重なる可能性がある。セグメント化されたナノ粒子領域が存在しない場合、プログラムは終了させられる。
- 熱的限界条件領域:特定の温度T_limit(x,y,z)を越えることが意図されていない領域(例えば、器官)である。第2の例示的態様では、治療エリア(PTV)と、頭部の残りの部分(非PTV領域)、すなわち治療エリアの外側の領域、したがって健全な組織との間だけが区別される。限界条件領域は、幾何学的な解剖学的領域とナノ粒子エリアとの上に重なる可能性がある。標準的な選択肢として、PTV領域は、望ましい幅をもつ腫瘍境界を加えた腫瘍としてセグメンテーションエディタ内に生成され得る。セグメント化されたPTV領域が存在しない場合、プログラムは終了させられる。
図2から図5に関連して説明された第1の例示的実施態様は、図6から図9に関連して説明された第2の例示的実施形態と、特に以下の局面において相違する:
- プログラムライブラリとしての温度シミュレータのリンク付け(「SOUP統合」)。
- Hコントローラまたは高速Hコントローラのその他のプログラミング/実施。
主題1. 温熱療法がヒトの体の身体容積内の腫瘍容積の加温治療を含み、
該加温治療が磁場印加装置による治療容積における磁場の印加を含み、
身体内に堆積した磁性、常磁性および/または超常磁性ナノ粒子を用いて、熱エネルギーが、印加された磁場内の電力吸収により少なくとも一つの堆積容積の中に導入され得る、
温熱療法の計画を支援するためのコンピュータ支援シミュレーション方法であって、以下の段階:
- 第1の計算段階(「T選択」)における、ナノ粒子の幾何学的分布と、加温治療により越えられることが意図されていない少なくとも一つの所定の温度限界値とに基づいて、印加装置に設定される必要がある場強度値を計算する段階;
- 任意選択的な第2の計算段階(「Hコントローラ」)における、複数の所定の場強度値からの各場強度値に関して、身体容積の少なくとも一部に対し期待される温度分布を計算する段階;ならびに
- 温熱療法を計画するユーザを支援するために、計算された場強度値、および、任意選択的に、計算された温度分布を供給する段階
を含む、前記コンピュータ支援シミュレーション方法。
主題2. 温度限界値または複数の温度限界値のうちの一つが加熱される治療容積の内部に限られる最大温度に関連している、主題1に記載の方法。
主題3. 温度限界値が治療容積において60℃から100℃まで、好ましくは、70℃から90℃までの範囲内、特に80℃の所定の温度最大値に関連している、主題2に記載の方法。
主題4. 温度限界値または複数の温度限界値のうちの一つが加熱される治療容積の外側での最大温度に関連している、前記主題のいずれか一つに記載の方法。
主題5. 温度限界値が治療容積の外側での40℃から45℃までの範囲内、特に43℃の所定の温度最大値に関連している、主題4に記載の方法。
主題6. それぞれが異なる容積に関連している2つの温度限界値が第1の計算段階(「T選択」)で使用される、前記主題のいずれか一つに記載の方法。
主題7. 第1の計算段階(「T選択」)において計算された場強度値が所定の最大場強度値、特に、印加装置に設定可能な所定の最大場強度値より大きいとき、第1の計算段階(「T選択」)からの計算結果が、第3の計算段階(「H選択」)を自動的に実行するための基準として利用され、期待される温度分布が、該所定の最大場強度値に対して第3の計算段階(「H選択」)において計算される、前記主題のいずれか一つに記載の方法。
主題8. 温度限界値が第2の計算段階(「Hコントローラ」)および/または第3の計算段階(「H選択」)における計算に使用されない、前記主題のいずれか一つに記載の方法。
主題9. 第2の計算段階(「Hコントローラ」)における計算が印加装置に設定され得る複数の所定の場強度値、好ましくは、3から20場強度値、特に好ましくは、5から10場強度値に対して実行される、前記主題のいずれか一つに記載の方法。
主題10. 第2の計算段階(「Hコントローラ」)が第1の計算段階(「T選択」)、および、おそらく第3の計算段階(H選択)の後に、ユーザ入力により開始される、前記主題のいずれか一つに記載の方法。
主題11. 計算結果の出力の後に、第4の計算段階(「H選択」)が続けられ、フィールド強度のユーザ入力が受け取られ、受け取られた場強度に基づいて、期待される温度分布が計算される、前記主題のいずれか一つに記載の方法。
主題12. 探索された場強度値に反復的に到達するために、選択された場強度値から温度分布が計算される反復を、第1の計算段階(「T選択」)に設定される場強度値の計算が含まない、前記主題のいずれか一つに記載の方法。
主題13. 第1の計算段階(「T選択」)が以下の段階:
- 相対電力吸収密度がナノ粒子の測定された幾何学的分布に基づいて計算され、電力吸収なしで基底温度分布を取得するために、所定の生体伝熱方程式が正確に1回だけ数値的に解かれ、かつ相対電力吸収密度に基づいて相対温度増加分布を取得するために、該生体伝熱方程式が正確に1回だけ数値的に解かれ、相対電力吸収密度が、少なくとも一つの所定の温度限界値、基底温度分布、および、相対温度増加分布に基づいて取得される倍率により拡大縮小される、堆積容積内の印加装置磁場における平均電力吸収密度(「SAR_aver」)を計算する段階;
- ナノ粒子の計算された平均電力吸収密度および計算質量に基づいて、例えば、ナノ粒子を含有する無希釈の磁性流体の特異電力吸収率を示す基準電力吸収率(「SAR_Fe」)を計算する段階;ならびに
- 計算された基準電力吸収率、および、基準電力吸収率と印加された場強度との間の関係に関連している所定の特性曲線に基づいて、場強度値を計算する段階
を有している、前記主題のいずれか一つに記載の方法。
主題14. 第2の計算段階(「Hコントローラ」)における温度分布の計算が所定の場強度値の個数とは無関係に温度分布の正確に2回の計算を含む、前記主題のいずれか一つに記載の方法。
主題15. 第2の計算段階(「Hコントローラ」)が以下の段階:
- ナノ粒子の測定された幾何学的分布に基づいて相対電力吸収密度分布(「ΔSAR(x,y,z)」)および相対平均電力吸収密度(「ΔSAR_aver」)を計算する段階;
- 電力吸収なしの所定の生体伝熱方程式の数値的解法に基づく基底温度分布(「T0(x,y,z)」)を供給し、かつ計算された相対電力吸収密度分布(「ΔSAR(x,y,z)」)を用いる生体伝熱方程式の数値的解法に基づく相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)を供給する段階;
- 複数の所定の場強度値からの各場強度値に対して、以下の段階:
○ 例えば、それぞれの場強度値、および、基準電力吸収率と印加された場強度との間の関係に関連している所定の特性曲線に基づいて、ナノ粒子を含有する無希釈の磁性流体の特異電力吸収率を示す基準電力吸収率(「SAR_Fe(i)」)を計算する段階、
○ 堆積容積内のナノ粒子の基準電力吸収率(「SAR_Fe(i)」)および計算質量に基づいて、平均電力吸収密度(「SAR_aver(i)」)を計算する段階、
○ それぞれの平均電力吸収密度(「SAR_aver(i)」)および相対平均電力吸収密度(「ΔSAR_aver」)に基づいて、倍率(「K(i)」)を計算する段階、
○ 基底温度分布(「T0(x,y,z)」)、相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)および倍率(「K(i)」)に基づいて、それぞれの温度分布(「T(x,y,z,i)」)を計算する段階
を実行する段階
を有している、前記主題のいずれか一つに記載の方法。
主題16. 温熱療法がヒトの体の身体容積内の腫瘍容積の加温治療を含み、該加温治療が磁場印加装置による治療容積における磁場の印加を含み、身体内に堆積した磁性、常磁性および/または超常磁性ナノ粒子を用いて、熱エネルギーが、印加された磁場内の電力吸収により少なくとも一つの堆積容積の中に導入され得、ナノ粒子の幾何学的分布と、加温治療により越えられることが意図されていない少なくとも一つの所定の温度限界値とに基づく、印加装置に設定される必要がある場強度の計算(T選択)に関連している、温熱療法の計画を支援するためのコンピュータ支援シミュレーション方法(「T選択」)であって、以下の段階:
- 相対電力吸収密度がナノ粒子の測定された幾何学的分布に基づいて計算され、電力吸収なしで基底温度分布を取得するために、所定の生体伝熱方程式が正確に1回だけ解法され、かつ相対電力吸収密度に基づいて相対温度増加分布を取得するために、該生体伝熱方程式が正確に1回だけ解かれ、相対電力吸収密度が、少なくとも一つの所定の温度限界値、基底温度分布および相対温度増加分布に基づいて取得された倍率により拡大縮小される、堆積容積内の印加装置磁場において平均電力吸収密度(「SAR_aver」)を計算する段階;
- ナノ粒子の計算された平均電力吸収密度および計算質量に基づいて、例えば、ナノ粒子を含有する無希釈の磁性流体の特異電力吸収率を示す基準電力吸収率(「SAR_Fe」)を計算する段階;
- 計算された基準電力吸収率、および、基準電力吸収率と印加された場強度との間の関係に関連している所定の特性曲線に基づいて場強度値を計算する段階;ならびに
- 温熱療法を計画するユーザを支援するために、計算された場強度値を供給する段階
を有している、前記コンピュータ支援シミュレーション方法。
主題17. 温熱療法がヒトの体の身体容積内の腫瘍容積の加温治療を含み、該加温治療が磁場印加装置による治療容積における磁場の印加を含み、身体内に堆積した磁性、常磁性および/または超常磁性ナノ粒子を用いて、熱エネルギーが、印加された磁場内の電力吸収により少なくとも一つの堆積容積の中に導入され得、複数の所定の場強度値からの各場強度値に関して、身体容積の少なくとも一部に対し期待される温度分布の計算に関連している(「Hコントローラ」)、温熱療法の計画を支援するためのコンピュータ支援シミュレーション方法(「Hコントローラ」)であって、以下の段階:
- ナノ粒子の測定された幾何学的分布に基づいて相対電力吸収密度分布(「ΔSAR(x,y,z)」)および相対平均電力吸収密度(「ΔSAR_aver」)を計算する段階;
- 電力吸収なしの所定の生体伝熱方程式の解法に基づく基底温度分布(「T0(x,y,z)」)を供給し、かつ計算された相対電力吸収密度(「ΔSAR(x,y,z)」)を用いる生体伝熱方程式の解法に基づく相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)を供給する段階;
- 複数の所定の場強度値からの各場強度値に対して、以下の段階:
○ 例えば、それぞれの場強度値、および、基準電力吸収率と印加された場強度との間の関係に関連している所定の特性曲線に基づいて、ナノ粒子を含有する無希釈の磁性流体の特異電力吸収率を示す基準電力吸収率(「SAR_Fe(i)」)を計算する段階、
○ 堆積容積内のナノ粒子の基準電力吸収率(「SAR_Fe(i)」)および計算質量に基づいて、平均電力吸収密度(「SAR_aver(i)」)を計算する段階、
○ それぞれの平均電力吸収密度(「SAR_aver(i)」)および相対電力吸収密度(「ΔSAR_aver」)に基づいて、倍率(「K(i)」)を計算する段階、
○ 基底温度分布(「T0(x,y,z)」)、相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)および倍率(「K(i)」)に基づいて、それぞれの温度分布(「T(x,y,z,i)」を計算する段階
を実行する段階;
- 温熱療法を計画するユーザを支援するために、計算された温度分布を供給する段階
を有している、前記コンピュータ支援シミュレーション方法。
主題18. プログラム可能なコンピュータ装置で実行されるとき、前記主題のいずれか一つに記載の方法を実施するためのコンピュータプログラム。
主題19. 主題18に記載のコンピュータプログラムが記録されているデータ記憶媒体。
主題20. 温熱療法がヒトの体の身体容積内の腫瘍容積の加温治療を含み、
該加温治療が磁場印加装置による治療容積における磁場の印加を含み、
身体内に堆積した磁性、常磁性および/または超常磁性ナノ粒子を用いて、熱エネルギーが、印加された磁場内の電力吸収により少なくとも一つの堆積容積の中に導入され得る、温熱療法の計画を支援するために設計されているコンピュータ装置であって、以下のコンポーネント:
- ナノ粒子の幾何学的分布と、加温治療により越えられることが意図されていない少なくとも一つの所定の温度限界値とに基づいて、印加装置に設定される必要がある場強度値を計算するために設計されている、第1の計算コンポーネント(「sim_t.exe」);
- 複数の所定の場強度値からの各場強度値に関して、身体容積の少なくとも一部に対し期待される温度分布を任意選択的に計算するために設計されている第2の計算コンポーネント(「sim_hr.exe」);ならびに
- 温熱療法を計画するユーザを支援するために、計算された場強度値、および、任意選択的に計算された温度分布を供給するためのコンポーネント
を備えるコンピュータ装置。
主題21. 温熱療法がヒトの体の身体容積内の腫瘍容積の加温治療を含み、該加温治療が磁場印加装置による治療容積における磁場の印加を含み、身体内に堆積した磁性、常磁性および/または超常磁性ナノ粒子を用いて、熱エネルギーが、印加された磁場内の電力吸収により少なくとも一つの堆積容積の中に導入され得、ナノ粒子の幾何学的分布と、加温治療により越えられることが意図されていない少なくとも一つの所定の温度限界値とに基づいて、印加装置に設定される必要がある場強度を計算するために設計されているコンポーネント(「sim_t.exe」)を有している、温熱療法の計画を支援するために設計されているコンピュータ装置であって、上記コンポーネント(「sim_t.exe」)が以下のモジュール:
- 相対電力吸収密度がナノ粒子の測定された幾何学的分布に基づいて計算され、電力吸収なしで基底温度分布を取得するために、所定の生体伝熱方程式が正確に1回だけ解法され、かつ相対電力吸収密度に基づいて相対温度増加分布を取得するために、該生体伝熱方程式が正確に1回だけ解かれ、相対電力吸収密度が、少なくとも一つの所定の温度限界値、基底温度分布、および相対温度増加分布に基づいて取得される倍率により拡大縮小される、堆積容積内の印加装置磁場における平均電力吸収密度を計算するためのモジュール;
- ナノ粒子の計算された平均電力吸収密度および計算質量に基づいて、例えば、ナノ粒子を含有する無希釈の磁性流体の特異電力吸収率を示す基準電力吸収率を計算するためのモジュール;
- 計算された基準電力吸収率、および、基準電力吸収率と印加された場強度との間の関係に関連している所定の特性曲線に基づいて、場強度値を計算するためのモジュール;ならびに
- 温熱療法を計画するユーザを支援するために、計算された場強度値を供給するためのモジュール
を有している、コンピュータ装置。
主題22. 温熱療法がヒトの体の身体容積内の腫瘍容積の加温治療を含み、該加温治療が磁場印加装置による治療容積における磁場の印加を含み、身体内に堆積した磁性、常磁性および/または超常磁性ナノ粒子を用いて、熱エネルギーが、印加された磁場内の電力吸収により少なくとも一つの堆積容積の中に導入され得、
複数の所定の場強度値からの各場強度値に関して、身体容積の少なくとも一部に対し期待される温度分布を計算するために設計されているコンポーネント(「sim_hr.exe」)を有している、温熱療法の計画を支援するために設計されているコンピュータ装置であって、上記コンポーネント(「sim_hr.exe」)が以下のモジュール:
- ナノ粒子の測定された幾何学的分布に基づいて相対電力吸収密度分布および相対平均電力吸収密度を計算するためのモジュール;
-電力吸収なしの所定の生体伝熱方程式の解法に基づく基底温度分布を供給し、かつ計算された相対電力吸収密度分布を用いる生体伝熱方程式の解法に基づく相対温度増加分布を供給するためのモジュール;
- 複数の所定の場強度値からの各場強度値に対して、以下の段階:
○ 例えば、それぞれの場強度値、および、基準電力吸収率と印加された場強度との間の関係に関連している所定の特性曲線に基づいて、ナノ粒子を含有する無希釈の磁性流体の特異電力吸収率を示す基準電力吸収率を計算する段階、
○ 堆積容積内のナノ粒子の基準電力吸収率および計算質量に基づいて、平均電力吸収密度を計算する段階、
○ それぞれの平均電力吸収密度および相対電力吸収密度に基づいて、倍率を計算する段階、
○ 基底温度分布、相対温度増加分布および倍率に基づいて、それぞれの温度分布を計算する段階、
を実行するためのモジュール;
- 温熱療法を計画するユーザを支援するために、計算された温度分布を供給するためのモジュール
を有している、コンピュータ装置。
主題23. 主題20から22のいずれか一つに記載のコンピュータ装置と磁場印加装置とを備える、システム。
主題24. 主題18に記載のコンピュータプログラムと、主題19に記載のデータ記憶媒体と、主題20から22のいずれか一つに記載のコンピュータ装置または主題23に記載のシステムとを備え、磁性ナノ粒子を含有する磁性流体をさらに備える、システム。
主題25. 以下の段階:
A)磁性、常磁性および/または超常磁性粒子を器官容積または組織容積に導入する段階、
B)器官容積または組織容積内の粒子量および/または分布を確認する段階、
C)主題1から16のいずれか一つに記載の方法に基づいて設定されることが可能である場強度を計算する、または主題17に記載された方法に基づいて温度分布を計算する段階、
D)印加された場強度が計算された場強度または計算された温度分布から導出された場強度に対応し、いずれの場合も+/-10%、好ましくは、+/-5%、特に、+/-1%の偏差を伴う磁場の印加を用いて熱エネルギーを蓄積する段階
を含む、器官または組織の制御された加熱のための方法。
主題26. 以下の段階:
A)磁性、常磁性および/または超常磁性粒子を腫瘍容積の中に導入する段階、
B)腫瘍容積内の粒子量および/または分布を確認する段階、
C)主題1から16のいずれか一つに記載の方法に基づいて設定されることが可能である場強度を計算する、または主題17に記載された方法に基づいて温度分布を計算する段階、
D)印加された場強度が計算された場強度または計算された温度分布から導出された場強度に対応し、いずれの場合も+/-10%、好ましくは、+/-5%、特に、+/-1%の偏差を伴う磁場の印加を用いて熱エネルギーを蓄積する段階
を含む、患者の腫瘍を治療するための方法。
Claims (37)
- 温熱療法がヒトの体の身体容積内の腫瘍容積の加温治療を含み、
該加温治療が磁場印加装置による治療容積における磁場の印加を含み、
身体内に堆積した磁性、常磁性および/または超常磁性ナノ粒子を用いて、熱エネルギーが、印加された磁場内の電力吸収により少なくとも一つの堆積容積の中に導入され得る、
温熱療法の計画を支援するためのコンピュータ支援シミュレーション方法であって、以下の段階:
- 第1の計算段階(「T選択」)における、ナノ粒子の幾何学的分布と、加温治療により越えられることが意図されていない少なくとも一つの所定の温度限界値とに基づいて、印加装置に設定される必要がある場強度値を計算する段階;
- 任意選択的な第2の計算段階(「Hコントローラ」、「高速Hコントローラ」)における、
○ 複数の所定の場強度値からの各場強度値、および/または、
○ ユーザ定義された場強度値
に関して、身体容積の少なくとも一部に対し期待される温度分布を計算する段階;ならびに
- 温熱療法を計画するユーザを支援する目的のため、計算された場強度値、および、任意選択的に、少なくとも一つの計算された温度分布を供給する段階
を含む、前記コンピュータ支援シミュレーション方法。 - 温度限界値または複数の温度限界値のうちの一つが加熱される治療容積の内部に限られる最大温度に関連している、請求項1記載の方法。
- 温度限界値が治療容積において60℃から100℃まで、好ましくは、70℃から90℃までの範囲内、特に80℃の所定の温度最大値に関連している、請求項2記載の方法。
- 温度限界値または複数の温度限界値のうちの一つが加熱される治療容積の外側での最大温度に関連している、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 温度限界値が治療容積の外側での40℃から45℃までの範囲内、特に43℃の所定の温度最大値に関連している、請求項4記載の方法。
- それぞれが異なる容積に関連している2つの温度限界値が第1の計算段階(「T選択」)で使用される、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 第1の計算段階(「T選択」)において計算された場強度値が所定の最大場強度値、特に、印加装置に設定可能な最大場強度値より大きいとき、第1の計算段階(「T選択」)からの計算結果が、第3の計算段階(「H選択」)を自動的に実行するための基準として利用され、期待される温度分布が、該所定の最大場強度値に対して第3の計算段階(「H選択」)において計算される、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 温度限界値が第2の計算段階(「Hコントローラ」、「高速Hコントローラ」)および/または第3の計算段階(「H選択」)における計算に使用されない、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 第2の計算段階(「Hコントローラ」)における計算が印加装置に設定され得る複数の所定の場強度値、好ましくは、3kA/mから20kA/m、特に好ましくは、5kA/mから10kA/mに対して実行される、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 第2の計算段階(「Hコントローラ」、「高速Hコントローラ」)が第1の計算段階(「T選択」)、および、おそらく第3の計算段階(H選択)の後に、ユーザ入力により開始される、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 探索される場強度値に反復的に到達するように、選択された場強度値から温度分布が計算される反復を、第1の計算段階(「T選択」)において設定される場強度値の計算が含まない、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 場強度値が、(基準)電力吸収率と場強度との間の関係を示す所定の特性曲線に基づいて第1の計算段階(「T選択」)において計算される、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 第1の計算段階(「T選択」)が以下の段階:
- 相対電力吸収密度(「ΔSAR(x,y,z)」)がナノ粒子の測定された幾何学的分布に基づいて計算され、電力吸収なしで基底温度分布(「T0(x,y,z)」)を取得するために、モデルを記述する生体伝熱方程式が正確に1回だけ数値的に解かれ、かつ相対電力吸収密度に基づいて相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)を取得するために、該生体伝熱方程式が正確に1回だけ数値的に解かれ、相対電力吸収密度(「ΔSAR(x,y,z)」)が、少なくとも一つの所定の温度限界値、基底温度分布、および相対温度増加分布に基づいて取得された、温度に基づく倍率(「K」)により拡大縮小される、堆積容積内の印加装置磁場における平均電力吸収密度(「SAR_aver」)を計算する段階;
- ナノ粒子の計算された平均電力吸収密度および計算質量に基づいて、例えば、ナノ粒子を含有する無希釈の磁性流体の特異電力吸収率を示す基準電力吸収率(「SAR_Fe」)を計算する段階;
- 計算された基準電力吸収率(「SAR_Fe」)、および、基準電力吸収率と印加された場強度(「H」)との間の関係に関連している所定の特性曲線に基づいて、場強度値(「H」)を計算する段階;ならびに
- 基底温度分布(「T0(x,y,z)」)、相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)、および温度に基づく倍率(「K」)に基づいて、それぞれの温度分布(「T(x,y,z)」)を計算する任意選択的な段階
を有している、請求項12記載の方法。 - 基底温度分布(「T0(x,y,z)」)および/または相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)が、第1の計算段階を越えて少なくとも一つのさらなる使用(「高速Hコントローラ」)のために供給される、請求項13記載の方法。
- 第2の計算段階(「高速Hコントローラ」)において、所定のおよび/またはユーザ定義された場強度値の個数とは無関係に、供給された(第1の計算段階で予め計算された)基底温度分布(「T0(x,y,z)」)および/または供給された(第1の計算段階で予め計算された)相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)が使用される、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 第2の計算段階(「Hコントローラ」)において、所定のおよび/またはユーザ定義された場強度値の個数とは無関係に、2個以下の温度分布、すなわち、基底温度分布(「T0(x,y,z)」)および/または相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)が計算される、請求項1から14のいずれか一つに記載の方法。
- 第2の計算段階(「Hコントローラ」、「高速Hコントローラ」)において、期待される温度分布が、計算されたまたは供給された相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)の、電力吸収に基づく拡大縮小(「K」)を用いて計算される、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
- 第2の計算段階(「Hコントローラ」、「高速Hコントローラ」)が以下の段階:
- ナノ粒子の測定された幾何学的分布に基づいて相対電力吸収密度分布(「ΔSAR(x,y,z)」)および相対平均電力吸収密度(「ΔSAR_aver」)を計算する段階;
- 電力吸収なしでモデルを記述する生体伝熱方程式の数値的解法に基づく基底温度分布(「T0(x,y,z)」)を供給し、かつ計算された相対電力吸収密度分布(「ΔSAR(x,y,z)」)を用いる生体伝熱方程式の数値的解法に基づく相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)を供給する段階;
- 複数の所定の場強度値からの各場強度値および/またはユーザ定義された場強度値に対して、以下の段階:
○ 例えば、それぞれの場強度値(「H」)、および、基準電力吸収率(「SAR_Fe」)と印加された場強度(「H」)との間の関係に関連している所定の特性曲線に基づいて、ナノ粒子を含有する無希釈の磁性流体の特異電力吸収率を示す基準電力吸収率(「SAR_Fe」)を計算する段階、
○ 堆積容積内のナノ粒子の基準電力吸収率(「SAR_Fe」)および計算質量に基づいて、平均電力吸収密度(「SAR_aver」)を計算する段階、
○ それぞれの平均電力吸収密度(「SAR_aver」)および相対平均電力吸収密度(「ΔSAR_aver」)に基づいて、電力吸収に基づく倍率(「K」)を計算する段階、
○ 基底温度分布(「T0(x,y,z)」)、相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)および電力吸収に基づく倍率(「K」)に基づいて、それぞれの温度分布(「T(x,y,z)」)を計算する段階
を実行する段階
を有している、請求項15から17のいずれか一項に記載の方法。 - 温熱療法がヒトの体の身体容積内の腫瘍容積の加温治療を含み、
該加温治療が磁場印加装置による治療容積における磁場の印加を含み、
身体内に堆積した磁性、常磁性および/または超常磁性ナノ粒子を用いて、熱エネルギーが、印加された磁場内の電力吸収により少なくとも一つの堆積容積の中に導入され得る、
温熱療法の計画を支援するためのコンピュータ支援シミュレーション方法(「T選択」)であって、
ナノ粒子の幾何学的分布と、加温治療により越えられることが意図されていない少なくとも一つの所定の温度限界値とに基づく、印加装置に設定される必要がある場強度の計算(T選択)に関連し、
該場強度値が、(基準)電力吸収率と場強度との間の関係を示す所定の特性曲線に基づいて計算される、前記コンピュータ支援シミュレーション方法。 - 以下の段階(「T選択」):
- 相対電力吸収密度(「ΔSAR(x,y,z)」)がナノ粒子の測定された幾何学的分布に基づいて計算され、電力吸収なしで基底温度分布(「T0(x,y,z)」)を取得するために、モデルを記述する生体伝熱方程式が正確に1回だけ数値的に解かれ、かつ相対電力吸収密度に基づいて相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)を取得するために、該生体伝熱方程式が正確に1回だけ数値的に解かれ、相対電力吸収密度(「ΔSAR(x,y,z)」)が、少なくとも一つの所定の温度限界値、基底温度分布および相対温度増加分布に基づいて取得された、温度に基づく倍率(「K」)により拡大縮小される、堆積容積内の印加装置磁場において平均電力吸収密度(「SAR_aver」)を計算する段階;
- ナノ粒子の計算された平均電力吸収密度および計算質量に基づいて、例えば、ナノ粒子を含有する無希釈の磁性流体の特異電力吸収率を示す基準電力吸収率(「SAR_Fe」)を計算する段階;
- 計算された基準電力吸収率(「SAR_Fe」)、および、基準電力吸収率(「SAR_Fe」)と印加された場強度(「H」)との間の関係に関連している所定の特性曲線に基づいて場強度値(「H」)を計算する段階;
- 基底温度分布(「T0(x,y,z)」)、相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)および温度に基づく倍率(「K」)に基づいて、それぞれの温度分布(「T(x,y,z)」)を計算する任意選択的な段階;
- 温熱療法を計画するユーザを支援するために、計算された場強度値(「H」)を供給する段階;ならびに
- 温熱療法を計画するユーザを支援するために、計算された温度分布(「T(x,y,z)」)を供給する任意選択的な段階
を有している、請求項19記載の方法。 - 温熱療法がヒトの体の身体容積内の腫瘍容積の加温治療を含み、
該加温治療が磁場印加装置による治療容積における磁場の印加を含み、
身体内に堆積した磁性、常磁性および/または超常磁性ナノ粒子を用いて、熱エネルギーが、印加された磁場内の電力吸収により少なくとも一つの堆積容積の中に導入され得る、
温熱療法の計画を支援するためのコンピュータ支援シミュレーション方法(「Hコントローラ」、「高速Hコントローラ」)であって、
複数の所定の場強度値からの各場強度値、および/または、ユーザ定義された場強度値に関する、身体容積の少なくとも一部に対し期待される温度分布の計算に関連し、
期待される温度分布が、計算されたまたは供給された相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」の電力吸収に基づく拡大縮小(「K」)により計算される、
前記コンピュータ支援シミュレーション方法。 - 所定のおよび/またはユーザ定義された場強度値の個数とは無関係に、供給された(T選択段階で予め計算された)基底温度分布(「T0(x,y,z)」)および/または供給された(T選択段階で予め計算された)相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)が使用される(「高速Hコントローラ」)、請求項21記載の方法。
- 所定のおよび/またはユーザ定義された場強度値の個数とは無関係に、2個以下の温度分布、すなわち、基底温度分布(「T0(x,y,z)」)および/または相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)が計算される(「Hコントローラ」)、請求項21記載の方法。
- 以下の段階(「Hコントローラ」、「高速Hコントローラ」):
- ナノ粒子の測定された幾何学的分布に基づいて相対電力吸収密度分布(「ΔSAR(x,y,z)」)および相対平均電力吸収密度(「ΔSAR_aver」)を計算する段階;
- 電力吸収なしでモデルを記述する生体伝熱方程式の数値的解法に基づく基底温度分布(「T0(x,y,z)」)を供給し、かつ計算された相対電力吸収密度(「ΔSAR(x,y,z)」)を用いる生体伝熱方程式の数値的解法に基づく相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)を供給する段階;
- 複数の所定の場強度値からの各場強度値および/またはユーザ定義された場強度値に対して、以下の段階:
○ 例えば、それぞれの場強度値(「H」)、および、基準電力吸収率(「SAR_Fe」)と印加された場強度(「H」)との間の関係に関連している所定の特性曲線に基づいて、ナノ粒子を含有する無希釈の磁性流体の特異電力吸収率を示す基準電力吸収率(「SAR_Fe」)を計算する段階、
○ 堆積容積内のナノ粒子の基準電力吸収率(「SAR_Fe」)および計算質量に基づいて、平均電力吸収密度(「SAR_aver」)を計算する段階、
○ それぞれの平均電力吸収密度(「SAR_aver」)および相対電力吸収密度(「ΔSAR_aver」)に基づいて、電力吸収に基づく倍率(「K」)を計算する段階、
○ 基底温度分布(「T0(x,y,z)」)、相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)および電力吸収に基づく倍率(「K」)に基づいて、それぞれの温度分布(「T(x,y,z)」を計算する段階
を実行する段階;
- 温熱療法を計画するユーザを支援するために、計算された温度分布を供給する段階
を有している、請求項21から23のいずれか一項記載の方法。 - プログラム可能なコンピュータ装置で実行されるとき、前記請求項のいずれか一項記載の方法を実施するためのコンピュータプログラム。
- 請求項25記載のコンピュータプログラムが記録されているデータ記憶媒体。
- 温熱療法がヒトの体の身体容積内の腫瘍容積の加温治療を含み、
該加温治療が磁場印加装置による治療容積における磁場の印加を含み、
身体内に堆積した磁性、常磁性および/または超常磁性ナノ粒子を用いて、熱エネルギーが、印加された磁場内の電力吸収により少なくとも一つの堆積容積の中に導入され得る、
温熱療法の計画を支援するために設計されているコンピュータ装置であって、以下のコンポーネント:
- ナノ粒子の幾何学的分布と、加温治療により越えられることが意図されていない少なくとも一つの所定の温度限界値とに基づいて、印加装置に設定される必要がある場強度値を計算(「T選択」)するために設計されている、第1の計算コンポーネント(「sim_t.exe」、「mainsubroutine_sim_t_voxel_win」);
- 以下:
○ 複数の所定の場強度値からの各場強度値、および/または、
○ ユーザ定義された場強度値
に関して、身体容積の少なくとも一部に対し期待される温度分布を任意選択的に計算(「Hコントローラ、高速Hコントローラ」)するために設計されている第2の計算コンポーネント(「sim_hr.exe」、「mainsubroutine_sim_hr_voxel_win」);ならびに
- 温熱療法を計画するユーザを支援するために、計算された場強度値、および、任意選択的に少なくとも一つの計算された温度分布を供給するためのコンポーネント
を備える、前記コンピュータ装置。 - 温熱療法がヒトの体の身体容積内の腫瘍容積の加温治療を含み、
該加温治療が磁場印加装置による治療容積における磁場の印加を含み、
身体内に堆積した磁性、常磁性および/または超常磁性ナノ粒子を用いて、熱エネルギーが、印加された磁場内の電力吸収により少なくとも一つの堆積容積の中に導入され得る、
温熱療法の計画を支援するために設計されているコンピュータ装置(T選択)であって、
ナノ粒子の幾何学的分布と、加温治療により越えられることが意図されていない少なくとも一つの所定の温度限界値とに基づいて、印加装置に設定される必要がある場強度を計算するために設計されているコンポーネント(「sim_t.exe」、「mainsubroutine_sim_t_voxel_win」)を有し、
該コンポーネント(「sim_t.exe」、「mainsubroutine_sim_t_voxel_win」)が、電力吸収率と場強度との間の関係を示す所定の特性曲線に基づいて場強度値を計算するためのモジュールを有している、
前記コンピュータ装置。 - 以下のモジュール(「T選択」):
- 相対電力吸収密度がナノ粒子の測定された幾何学的分布に基づいて計算され、電力吸収なしで基底温度分布を取得するために、モデルを記述する生体伝熱方程式が正確に1回だけ数値的に解かれ、かつ相対電力吸収密度に基づいて相対温度増加分布を取得するために、該生体伝熱方程式が正確に1回だけ数値的に解かれ、相対電力吸収密度が、少なくとも一つの所定の温度限界値、基底温度分布、および相対温度増加分布に基づいて取得される倍率(「温度に基づく倍率」)により拡大縮小される、堆積容積内の印加装置磁場における平均電力吸収密度を計算するためのモジュール;
- ナノ粒子の計算された平均電力吸収密度および計算質量に基づいて、例えば、ナノ粒子を含有する無希釈の磁性流体の特異電力吸収率を示す基準電力吸収率を計算するためのモジュール;
- 計算された基準電力吸収率、および、基準電力吸収率と印加された場強度との間の関係に関連している所定の特性曲線に基づいて、場強度値を計算するためのモジュール;
- 温熱療法を計画するユーザを支援するために、計算された場強度値を供給するためのモジュール;
- 基底温度分布、相対温度増加分布、および温度に基づく倍率に基づいて、それぞれの温度分布を計算するための任意選択的なモジュール;ならびに
- 温熱療法を計画するユーザを支援するために、計算された温度分布を供給するための任意選択的なモジュール
を有している、請求項28記載のコンピュータ装置。 - 温熱療法がヒトの体の身体容積内の腫瘍容積の加温治療を含み、
該加温治療が磁場印加装置による治療容積における磁場の印加を含み、
身体内に堆積した磁性、常磁性および/または超常磁性ナノ粒子を用いて、熱エネルギーが、印加された磁場内の電力吸収により少なくとも一つの堆積容積の中に導入され得る、
温熱療法の計画を支援するために設計されているコンピュータ装置(「Hコントローラ」、「高速Hコントローラ」)であって、
複数の所定の場強度値からの各場強度値、および/または、ユーザ定義された場強度値に関して、身体容積の少なくとも一部に対し期待される温度分布を計算するために設計されているコンポーネント(「sim_hr.exe」、「mainsubroutine_sim_hr_voxel_win」)を有し、
該コンポーネント(「sim_hr.exe」、「mainsubroutine_sim_hr_voxel_win」)が、計算された、または、供給された温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)の電力吸収に基づく拡大縮小(「K」)を用いて期待される温度分布を計算するためのモジュールを有している、
前記コンピュータ装置。 - 所定のおよび/またはユーザ定義された場強度値の個数とは無関係に、供給された(mainsubroutine_sim_t_voxel_winで予め計算された)基底温度分布(「T0(x,y,z)」)および/または供給された(mainsubroutine_sim_t_voxel_winで予め計算された)相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)を使用するために(「高速Hコントローラ」)、前記コンポーネント(「mainsubroutine_sim_hr_voxel_win」)が、期待される温度分布を計算するために設計されている、請求項30記載のコンピュータ装置。
- 所定のおよび/またはユーザ定義された場強度値の個数とは無関係に、2個以下の温度分布、すなわち、基底温度分布(「T0(x,y,z)」)および/または相対温度増加分布(「ΔT(x,y,z)」)を計算するために(「Hコントローラ」)、期待される温度分布を計算するための前記コンポーネント(「sim_hr.exe」)が設計されている、請求項30記載のコンピュータ装置。
- 以下のモジュール(「Hコントローラ」、「高速Hコントローラ」):
- ナノ粒子の測定された幾何学的分布に基づいて相対電力吸収密度分布および相対平均電力吸収密度を計算するためのモジュール;
- 電力吸収なしでモデルを記述する生体伝熱方程式の数値的解法に基づく基底温度分布を供給し、かつ計算された相対電力吸収密度分布を用いる生体伝熱方程式の数値的解法に基づく相対温度増加分布を供給するためのモジュール;
- 複数の所定の場強度値からの各場強度値および/またはユーザ定義された場強度値に対して、以下の段階:
○ 例えば、それぞれの場強度値、および、基準電力吸収率と印加された場強度との間の関係に関連している所定の特性曲線に基づいて、ナノ粒子を含有する無希釈の磁性流体の特異電力吸収率を示す基準電力吸収率を計算する段階、
○ 堆積容積内のナノ粒子の基準電力吸収率および計算質量に基づいて、平均電力吸収密度を計算する段階、
○ それぞれの平均電力吸収密度および相対電力吸収密度に基づいて、電力吸収に基づく倍率を計算する段階、
○ 基底温度分布、相対温度増加分布および電力吸収に基づく倍率に基づいて、それぞれの温度分布を計算する段階
を実行するためのモジュール;
- 温熱療法を計画するユーザを支援するために、計算された温度分布を供給するためのモジュール
を有している、請求項30から32のいずれか一項記載のコンピュータ装置。 - 請求項27から33のいずれか一項記載のコンピュータ装置と磁場印加装置とを含む、システム。
- 請求項25記載のコンピュータプログラムと、請求項26記載のデータ記憶媒体と、請求項27から33のいずれか一項記載のコンピュータ装置または請求項34記載のシステムとを含み、磁性ナノ粒子を含有する磁性流体をさらに含む、システム。
- 以下の段階:
A)磁性、常磁性および/または超常磁性粒子を器官容積または組織容積に導入する段階、
B)器官容積または組織容積内の粒子量および/または分布を確認する段階、
C)請求項1から19のいずれか一項記載の方法に基づいて設定される必要がある場強度を計算する、または請求項21記載された方法に基づいて温度分布を計算する段階、
D)計算された場強度または計算された温度分布から導出された場強度に対応し、いずれの場合も+/-10%、好ましくは、+/-5%、特に、+/-1%の偏差を伴う、印加場強度が設定された、磁場の印加を用いて熱エネルギーを蓄積する段階
を含む、器官または組織の制御された加熱のための方法。 - 以下の段階:
A)磁性、常磁性および/または超常磁性粒子を腫瘍容積の中に導入する段階、
B)腫瘍容積内の粒子量および/または分布を確認する段階、
C)請求項1から19のいずれか一項記載の方法に基づいて設定される必要がある場強度を計算する、または請求項21記載された方法に基づいて温度分布を計算する段階、
D)計算された場強度または計算された温度分布から導出された場強度に対応し、いずれの場合も+/-10%、好ましくは、+/-5%、特に、+/-1%の偏差を伴う、印加場強度が設定された、磁場の印加を用いて熱エネルギーを蓄積する段階
を含む、患者の腫瘍を治療するための方法。
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