JP2015513972A - 熱音響モデルを用いたエネルギー密度マップの計算 - Google Patents

熱音響モデルを用いたエネルギー密度マップの計算 Download PDF

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Abstract

医療装置(300,400,500,600,700)は、対象物(320)の標的領域(324)を加熱する加熱システム(304)、及び、前記加熱システム(304)を制御する(340)プロセッサ(330)を有する。前記加熱システム(304)においては、所定の体積内でのエネルギー密度が、熱モデルを用いることによってモデル化される。当該医療装置(300,400,500,600,700)はさらに、機械が実行可能な命令を含むメモリを有する。前記命令を実行することで、前記プロセッサは(330)は、処置計画を受け取る(100,200,342)。前記命令を実行することでさらに、前記プロセッサは(330)は、前記処置計画を用いて前記加熱システムを制御することによる加熱期間と冷却期間とを交互に繰り返す間での前記標的領域(324)の加熱(102,202,344)、及び、前記処置計画と前記熱モデルを用いた所定の体積内での現在のエネルギー密度マップ(350)の計算(104,204,346)を繰り返す。前記現在のエネルギー密度マップは、前記標的領域(324)の加熱中に繰り返し更新される(348)。

Description

本発明は、処置計画及び熱音響モデルを用いたエネルギー密度マップ計算を用いて標的領域を加熱する加熱システムに関する。
集束された超音波トランスデューサからの超音波は、対象物内部の領域を選択的に処置するのに用いられ得る。超音波は、高エネルギー機械振動として伝送される。これらの振動は、減衰することで細胞組織の加熱を誘起する。これらの振動はまた、キャビテーションともなりうる。細胞組織の加熱もキャビテーションも、診療を行う際に細胞組織を破壊するのに用いられ得る。しかし超音波による細胞組織の加熱の方が、キャビテーションよりも制御が容易である。超音波処置は、細胞組織のアブレーション及びガン細胞の領域の選択的破壊に用いられ得る。この方法は、子宮筋腫の処置に用いられ、かつ、子宮摘出処置の必要性を減らしてきた。低出力又はパルスモードでは、超音波は、汎用物質又は医薬を領域へ選択的に供給するのに用いられ得る。
超音波治療を実行するため、集束超音波トランスデューサが、超音波を特定の処置体積へ集束させるのに用いられて良い。トランスデューサは一般的に、超音波の送信が可能な媒質−たとえば脱気水−内部に設けられる。よってアクチュエータが、超音波トランスデューサの位置を調節し、それにより処置されている細胞組織領域を調節するのに用いられる。
診療を行う際のHIFU処置は一般的に、超音波エネルギーの診療レベル又はアブレーションレベルを適用する前に、処置計画及び標的設定を可能にするように画像によって案内される。通常MRIは、画像による案内に用いられる。しかし超音波診断法を用いることも可能である。
特許文献1は、治療モジュールのフィードフォワード制御を有する、エネルギーを与える治療システムについて記載している。特にこの既知の治療モジュールでは、冷却期間は、誘起された加熱についての先験的な推定に基づいて推定される。
米国特許出願公開第2011/0313329号明細書
本発明は、独立請求項において医療装置、方法、及びコンピュータプログラム製品を供する。実施例は従属請求項において与えられる。
本発明は、安全性のためにエネルギー密度データを用い、かつ、高強度集束超音波における計画と処置時間を最適化する医療装置を供する。処置体積内に加えられたエネルギー密度は、各ソニケーション毎に保存される。それにより累積エネルギー密度が、安全性チェックのため−つまり任意の位置での最大累積エネルギー密度の制限、次の処置を行う位置の計画−及び局所的なエネルギーの付与を視覚的に評価するために評価並びに利用されうる。
「プロセッサ」は、本願では、プログラム又は機械実行可能命令を実行することができる電子部品を含む。プロセッサは例えばマルチコアプロセッサであって良い。プロセッサはまた、単一のコンピュータシステム内の、あるいは複数のコンピュータシステム間で分散された、複数のプロセッサの集合を意味し得る。多くのプログラムは、同一の計算装置内とし得る複数のプロセッサ、又は複数の計算装置にわたって分散され得る複数のプロセッサ、によって実行される命令を有する。
「コンピュータメモリ」又は「メモリ」はコンピュータ可読記憶媒体の一例である。コンピュータメモリは、プロセッサにとって直接的にアクセス可能なメモリである。コンピュータメモリの例は、ＲＡＭメモリ、レジスタ、及びレジスタファイルを含むが、これらの限定されるわけではない。
「コンピュータストレージ」又は「ストレージ」はコンピュータ可読記憶媒体の一例である。コンピュータストレージは不揮発性コンピュータ可読記憶媒体である。コンピュータストレージの例は、ハードディスクドライブ、ＵＳＢサムメモリ、フロッピー（登録商標）ドライブ、スマートカード、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、及びソリッドステートハードドライブを含むが、これらに限定される訳ではない。一部の実施形態において、コンピュータストレージはコンピュータメモリであってもよく、その逆もまた然りである。
「ユーザインタフェース」とは、本願では、ユーザー又はオペレータがコンピュータ又はコンピュータシステムと相互作用することを可能にするインタフェースである。「ユーザインタフェース」はまた、「ヒューマンインタフェース装置」とも呼ばれ得る。ユーザインタフェースは、オペレータに情報又はデータを提供し、かつ／又はオペレータから情報又はデータを受信し得る。ユーザインタフェースは、オペレータからの入力がコンピュータによって受信されることを可能にし得るとともに、コンピュータからの出力をユーザに提供し得る。換言すれば、ユーザインタフェースは、オペレータがコンピュータを制御あるいは操作することを可能にし得るとともに、コンピュータがオペレータの制御又は操作の効果を表示することを可能にし得る。ディスプレイ又はグラフィカルユーザインタフェース上でのデータ又は情報の表示は、オペレータに情報を提供することの一例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、ポインティングスティック、グラフィックタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブカム、ヘッドセット、ギアスティック、ステアリングホイール、ペダル、配線付きグローブ、ダンスパッド、リモートコントローラ、及び加速度計を介したデータの受信は全て、オペレータからの情報又はデータの受信を可能にするユーザインタフェース部品の例である。
「ハードウエアインターフェース」は、本願では、コンピュータシステムのプロセッサが外部のコンピューティング装置及び／又は機器と相互作用する、あるいはそれらを制御する、ことを可能にするインタフェースを含む。ハードウエアインターフェースは、プロセッサが外部コンピューティング装置及び／又は機器に制御信号又は命令を送信することを可能にし得る。ハードウエアインターフェースはまた、プロセッサが外部計算装置及び／又は機器とデータを交換することを可能にし得る。ハードウエアインターフェースの例は、ユニバーサルシリアルバス、ＩＥＥＥ１３９４ポート、パラレルポート、ＩＥＥＥ１２８４ポート、ＲＳ−２３２ポート、ＩＥＥＥ−４８８ポート、ブルートゥース接続、無線ローカルエリアネットワーク接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、イーサネット（登録商標）接続、制御電圧インタフェース、ＭＩＤＩインタフェース、アナログ入力インタフェース、及びデジタル入力インタフェースを含むが、これらに限定される訳ではない。
「ディスプレイ」又は「表示装置」は、本願では、画像又はデータを表示するように適応された出力装置又はユーザインタフェースを含む。ディスプレイは、映像データ、音声データ、及び／又は触覚データを出力し得る。ディスプレイの例は、コンピュータモニタ、テレビジョンスクリーン、タッチスクリーン、触覚電子ディスプレイ、点字スクリーン、陰極線管（ＣＲＴ）、蓄積管、双安定ディスプレイ、電子ペーパ、ベクトルディスプレイ、フラットパネルディスプレイ、真空蛍光ディスプレイ（ＶＦ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、電子発光ディスプレイ（ＥＬＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、プロジェクタ、及びヘッドマウントディスプレイを含むが、これらに限定されるわけではない。
一の態様では、本発明は、対象物の標的領域を加熱する加熱システム、及び、前記加熱システムを制御するプロセッサを有する医療装置を供する。当該医療装置は、機械実行可能な命令を含むメモリをさらに有する。前記命令を実行することで、前記プロセッサは処置計画を受け取る。さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、前記処置計画を用いて前記加熱システムを制御することによって加熱期間と冷却期間を繰り返す間に前記標的領域を加熱すること、及び、前記処置計画と熱音響モデルを用いて所定体積内での現在のエネルギー密度マップを計算することを繰り返す。前記現在のエネルギー密度は、前記標的領域を加熱する間に繰り返し更新される。前記処置計画は、前記現在のエネルギー密度を用いることによって更新される。
本願において用いられている加熱システムは、前記対象物の一部を局所的に加熱するシステムを含む。本願において用いられる処置計画は、医師又は他の医療従事者によって作成された計画又は機械の制御を含んで良い。前記制御は、前記対象物内部の標的領域を加熱するのに用いられ得る。本願において用いられる熱音響モデルは、音響パラメータと熱パラメータとを組み合わせることで、加熱のみならず冷却についてのより正確となり得るモデルが得られる。
焦点を外した状態で誘起された加熱及び/又は前記標的領域内で誘起された加熱及び/又は前記冷却期間中に誘起された加熱の推定は、熱モデルに基づいて行われる。前記熱モデルは、前記熱の灌流及び拡散−つまり前記細胞組織を介する熱の移動−を表す。シミュレーションに用いられる前記熱モデルは、他の熱パラメータに加えて、入力として強度分布を必要とする。生体内強度分布も同様に、多層細胞組織モデルに基づいて計算されて良い。前記多層細胞組織モデルも同様に、前記処置計画に基づいて取得されて良い。前記音響パラメータ及び熱パラメータは、各層について知識に基づいて決定されて良いし、かつ/又は、前記加熱に基づいて精緻化されて良い。それにより前記推定の精度はさらに改善される。前記シミュレーションはまた、前記熱の付与を初期化する前に集束領域の加熱を推定する点で有利となり得る。本発明によると、前記細胞組織が、次の加熱の開始前に所定の温度にまで冷却されたことが期待されるように、前記冷却期間は選ばれる。
一の実施例では、さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、重み付けされた平均化を用いて累積エネルギー密度マップを計算することで、推定された細胞組織の冷却速度を考慮する前記累積エネルギー密度マップを計算し、かつ、ディスプレイ上に前記累積エネルギー密度マップを表示する。前記累積エネルギー密度マップはまた、推定された細胞組織の冷却速度を考慮した前記の繰り返し計算された現在のエネルギー密度マップを合計することによって計算されても良い。単純な足し合わせも、一種の重み付けされた平均化を構成する。
本願において用いられる累積エネルギー密度マップは、累積的な熱の効果の評価を含む。このマップは、次のソニケーションの最善の位置を示すようにユーザーに表示されて良い。
この実施例は特に有利である。その理由は、常に必要な冷却期間が最小になるように次の処置が選択されるため、この実施例は全体の処置時間の最適化を可能にするからである。
他の実施例では、さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、次の加熱を考慮する前記累積エネルギー密度マップに従って前記処置計画を調節する。
この実施例は特に有利である。その理由は、この実施例は、最短の冷却期間で最も安全な標的領域の位置を探すことを可能にするためである。当該システムは、最も適切又は最も危険な位置を自動的に前記ユーザーに表示することが可能である。またこの実施例は、前記処置期間の最適化及び健康な細胞組織の保護を可能にする。本願において用いられる最も危険な位置は、温度の高い−つまり前記冷却期間が短すぎた−前記標的体積外部の位置である。他方、最も適した位置は、前記冷却期間が十分であったか、又は、これまでに加熱が行われなかった位置である。
他の実施例では、前記命令を実行することで、前記プロセッサは、前記累積エネルギー密度マップを用いて安全な出力レベルマップを決定し、かつ、前記安全な出力レベルマップをディスプレイ上に表示する。
この実施例は有利となりうる。その理由は、「安全」だった位置しか再度加熱されないので、この実施例は、皮膚の燃焼を回避することによって前記細胞組織を保護するからである。また皮下脂肪硬化症はこの実施例では抑制されうる。「安全な出力レベル」は、実行されるべきソニケーションの予想される期間に強く依存することに留意して欲しい。その理由は、近接場加熱は、エネルギー−つまり出力とソニケーション期間との積−に大きく依存するからである。
他の実施例では、さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、前記累積エネルギー密度マップの少なくとも一部が所定の加熱閾値を超える場合に、前記標的領域の加熱を中止する。
この実施例は有利となりうる。その理由は、この実施例は健康な細胞組織をさらに保護するからである。
他の実施例では、当該医療装置はさらに、撮像領域を備える磁石を有する磁気共鳴撮像システムを含む。前記磁気共鳴撮像システムは、前記撮像領域内の標的領域から熱磁気共鳴データを取得するように動作可能である。さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、前記磁気共鳴撮像システムを用いて前記熱磁気共鳴データを繰り返し取得し、かつ、前記熱磁気共鳴データを用いて所定の体積の熱マップを決定する。
この実施例は有利となりうる。その理由は、監視されている位置での温度上昇を利用することで、前記エネルギー密度マップの校正が容易になりうるからである。
他の実施例では、さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、前記熱マップの少なくとも一部が所定の温度を超える場合に、前記標的領域の加熱を中止する。
上述の利点により、この実施例は健康な細胞組織をさらに保護する。
他の実施例では、さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、前記熱データを用いることによって前記熱音響モデルを有効にする。
他の実施例では、さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、前記撮像領域内部からの熱データと累積エネルギー密度データとを組み合わせることによって、前記撮像領域内部と外部両方での前記標的領域の実際の温度を評価する。
この実施例は特に有利である。その理由は、この実施例は、温度を計算することで、過去に最も熱の上昇が小さい位置を発見するように、次の計画を支援するのに用いることができるからである。
他の実施例では、前記所定の体積は少なくとも部分的に前記標的領域外部である。
他の実施例では、前記加熱システムは、高強度集束超音波システム、高周波加熱システム、マイクロ波アブレーションシステム、ハイパーサーミア治療システム、レーザーアブレーションシステム、及び赤外アブレーションシステムのうちの一である。
他の態様では、本発明は、コンピュータにより実装された医療装置の動作方法を供する。当該医療装置は、対象物の標的領域を加熱する加熱システムを有する。当該方法は、前記加熱システムによって処置計画を受け取る段階、前記処置計画を用いて前記加熱システムを制御することによって加熱期間と冷却期間を繰り返す間に前記標的領域を繰り返し加熱する段階、及び、前記処置計画と熱音響モデルを用いて所定体積内の現在のエネルギー密度マップを計算する段階を有する。前記現在のエネルギー密度は前記標的領域の加熱中に繰り返し更新される。前記処置計画は、前記現在のエネルギー密度マップを用いて更新される。
他の態様では、本発明は、医療装置を制御するプロセッサによって実行するための機械が実行可能な命令を有するコンピュータプログラム製品を供する。当該医療装置は、対象物の標的領域を加熱する加熱システムを有する。前記命令を実行することで、前記プロセッサは、処置計画を受け取る。さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、前記処置計画を用いて前記加熱システムを制御することによって加熱期間と冷却期間を繰り返す間に前記標的領域を繰り返し加熱し、前記処置計画と熱音響モデルを用いて所定の体積内での現在のエネルギー密度マップを計算する。前記現在のエネルギー密度は前記標的領域の加熱中に繰り返し更新される。前記処置計画は、前記現在のエネルギー密度マップを用いて更新される。
本発明の実施例による方法を表す流れ図を示している。 本発明の実施例による方法の別な実施例を表す流れ図を示している。 本発明の実施例による医療装置を表している。 図3に示された本発明の実施例をより詳細な図を示している。 本発明の実施例による高強度集束超音波システムを備える医療装置を表している。 本発明の実施例による高周波加熱システムを備える医療装置を表している。 本発明の実施例による別な高強度集束超音波システムを備える医療装置を表している。 1回、2回、3回、5回、7回、及び8回のソニケーション後での皮膚での加熱の累積エネルギー密度マップの例を示している。
以降では、添付図面を参照しながら本発明の好適実施例を説明する。これらの好適実施例は単なる例示に過ぎない。
図中の同様な番号が付された構成要素は、等価な構成要素であるか、又は、同一の機能を実行する。機能が等価である場合、これまでに述べた構成要素は、以降の図では論じられないことがある。
図1は、本発明の実施例による方法を表す流れ図を示している。段階100では、処置計画が熱モデルを用いることによって受け取られる。段階102では、標的領域が、処置計画を用いることによって加熱期間と冷却期間を繰り返す間に加熱される。最後に段階104では、所定の体積内でのエネルギー密度マップが、処置計画を用いることによって計算される。エネルギー密度マップは、標的領域の加熱中に繰り返し更新される。段階102と104は複数回繰り返されて良い。
図2は、本発明の実施例による方法の別な実施例を表す流れ図を示している。段階200-204は図1の段階100-104に対応する。段階200では、処置計画が熱モデルを用いることによって受け取られる。段階202では、標的領域が、処置計画を用いることによって加熱期間と冷却期間を繰り返す間に加熱される。最後に段階204では、所定の体積内でのエネルギー密度マップが、処置計画を用いることによって計算される。段階206では、所定の体積内での累積エネルギー密度マップが計算されてディスプレイ上に表示される。続いて処置計画は、段階208において、段階206からの累積エネルギー密度マップを用いることによって最適化される。段階210では、安全な出力レベルマップが、段階206による累積エネルギー密度マップを用いることによって決定される。最後に安全な出力レベルマップがディスプレイ上に表示される。これは段階212である。段階202と212は複数回繰り返されて良い。
図3は、本発明の実施例による医療装置300を表す。医療装置300は磁気共鳴撮像システム302を含んでいる。磁気共鳴撮像システムは磁石306を有するものとして図示されている。磁石306は、該磁石の中心を貫通するボア308を備える円筒型超伝導磁石である。磁石306は、超伝導コイルを備える液体ヘリウム冷却されるクライオスタットを有する。永久磁石又は抵抗磁石を使用することも可能である。様々な種類の磁石の使用も可能であり、例えば、分割円筒磁石と所謂オープンマグネットとの両方を使用することも可能である。分割円筒磁石は、標準的な円筒磁石と同様である。ただし磁石の等角面(iso-plane)へのアクセスを可能にするようにクライオスタットが２つの部分に分割されていることを除く。このような磁石は例えば荷電粒子ビーム療法とともに使用され得る。オープンマグネットは2つの磁石部分を有する。前記2つの磁石部分のうちの一は他の上方に位置する。一の磁石部分と他の磁石部分との間の空間は、対象物を受け入れるのに十分な広さである。これら２つの部分領域の配置はヘルムホルツコイルの配置と同様である。オープンマグネットは、対象物の閉じ込められ具合が小さいのでよく用いられる。円筒磁石のクライオスタットの内部に、超伝導コイルの集合体が存在する。円筒磁石のボア内に撮像領域318が存在する。撮像領域318において、磁場は、磁気共鳴撮像を実行するのに十分な程度に強くて均一である。
磁石のボア内にはまた、磁石306の撮像領域318内の磁気スピンを空間的に符号化するのに使用される磁場勾配コイル310が存在する。磁場勾配コイル310は磁場勾配コイル電源312に接続される。磁場勾配コイル310は代表例である。磁場勾配コイルは典型的には、3つの直交する空間方向での空間符号化のための３つの別個のコイルの組を含む。磁場勾配コイル電源は磁場勾配コイルに電流を供給する。磁場勾配コイルに供給される電流は、時間の関数として制御され、傾斜状及び/又はパルス状であって良い。
高周波コイル314が撮像領域318に隣接される。高周波コイル314は高周波トランシーバ316に接続される。また磁石306のボア内部には、対象物支持体322上に横たわっていて、部分的に撮像領域318内に位置する対象物320が存在する。
撮像領域318に隣接して、撮像領域318内の磁気スピンの向きを操作するとともに、撮像領域318内のスピンからの無線送信を受信する高周波コイル314が存在する。高周波コイル314は複数のコイル素子を含み得る。高周波コイル314は、チャンネル又はアンテナと呼ばれることもある。高周波コイル314は高周波トランシーバ316に接続される。高周波コイル314及び高周波トランシーバ316は、別々の送信コイル及び受信コイル並びに別々の送信器及び受信器によって置き換えられてもよい。高周波コイル314及び高周波トランシーバ316は代表例であることに留意して欲しい。高周波コイル314はまた、専用送信アンテナと専用受信アンテナとを表すこともある。同様に、トランシーバ316は別々の送信器と受信器とを表すこともある。
磁場勾配コイル電源312及び高周波トランシーバ316は、コンピュータシステム326のハードウエアインターフェース328に接続される。コンピュータシステム326はプロセッサ330をさらに有する。プロセッサ330はハードウエアインターフェース328に接続される。ハードウエアインターフェース328によって、プロセッサ330が、磁気共鳴撮像システム302に対するデータと命令の送受信を行うことが可能となる。コンピュータシステム326は、ユーザーインターフェース322、コンピュータストレージ334、及びコンピュータメモリ336をさらに有する。
この場合、加熱システム304は医療装置300に組み込まれている。加熱システム304は、コンピュータシステム326のハードウエアインターフェース328に接続され、かつ、プロセッサ330によって制御されるように動作しうる。この実施例では、加熱システム304は、汎用のものを意図しており、かつ、対象物の一部を加熱するのに用いられる任意のシステムを表し得る。加熱システム304はたとえば、高強度集束超音波システム、高周波加熱システム、マイクロ波アブレーションシステム、温熱療法システム、レーザーアブレーションシステム、及び赤外アブレーションシステムであって良い。
コンピュータメモリ336は、熱モデルモデル化モジュール338を含むものとして図示されている。熱モデルモデル化モジュール338によって、加熱システム304は、熱モデルを用いた所定の体積内でのエネルギー密度をモデル化することが可能となる。コンピュータストレージ334はさらに、プロセッサ330が加熱システム304を制御することを可能にする加熱システム制御モジュール340をさらに有する。さらにコンピュータストレージ334は処置計画受け取りモジュール342を有する。処置計画受け取りモジュール342は、プロセッサ330による処置計画の受け取り100,200を可能にするコンピュータが実行可能なコードを有する。標的領域加熱モジュール344は、プロセッサ330に、加熱システム304を制御することによって加熱期間と冷却期間とを繰り返す間に標的領域324を加熱102,202させることを可能にするコンピュータが実行可能なコードを有する。コンピュータメモリ336は、密度マップ計算モジュール346及び密度マップ更新モジュール348を有する。密度マップ計算モジュール346は、処置計画と熱音響モデルを用いることによって所定の体積内での現在のエネルギー密度マップを計算する。現在のエネルギー密度は、密度マップ更新モジュール348を用いることによって、標的領域324の加熱中に繰り返し更新される。
コンピュータストレージ334は、累積エネルギー密度マップ350を含むものとして図示されている。累積エネルギー密度マップ350は、処置計画受け取りモジュール342を用いて100,200で受け取られた処置計画、及び、密度マップ計算モジュール346を用いて104,204で計算された現在のエネルギー密度マップを用いることによって決定される。現在のエネルギー密度マップは、累積絵寝る擬350の結果によって、標的領域324の加熱102,202の間に繰り返し更新される。
図4は本発明の他の実施例による医療装置400を表す。図4に図示された実施例は図3に図示された実施例と似ている。図3に示された特徴に加えて、図4の医療装置400は、コンピュータストレージ334とコンピュータメモリ336内にさらなる構成要素を示している。コンピュータストレージ334は、安全出力レベルマップ418と熱マップ424をさらに含むものとして図示されている。コンピュータストレージ334はまた、磁気共鳴データ420と磁気共鳴画像422を有するものとしても示されている。磁気共鳴データ420は、磁気共鳴撮像システム302を用いて取得される。
コンピュータメモリ336は、密度マップ表示モジュール402をさらに有するものとして示されている。密度マップ表示モジュール402は、ディスプレイ上に累積エネルギー密度マップ350を206で表示することを可能にするコンピュータが実行可能なコードを有する。さらに処置計画最適化モジュール404は、プロセッサ330が履歴と次の加熱の両方を考慮する累積エネルギー密度マップ350に従って208で処置計画を最適化することで、最も安全な位置を最短の冷却期間で発見することを可能にするコンピュータが実行可能なコードを有する。当該システムは、最も適切又は最も危険な位置を自動的に前記ユーザーに表示することが可能である。安全出力レベルマップ418は、安全出力レベルマップ決定モジュール406と安全出力レベルマップ表示モジュール408を用いることによって決定及び表示されて良い。安全出力レベルマップ決定モジュール406は、プロセッサ330が、累積エネルギー密度マップ350を用いて安全出力レベルマップ418を210で決定することを可能にするコンピュータが実行可能なコードを有する。安全出力レベルマップ表示モジュール408は、プロセッサ330が、ディスプレイ上に安全出力レベルマップ418を212で表示することを可能にするコンピュータが実行可能なコードを有する。さらにコンピュータメモリ336は中止モジュール410を有する。中止モジュール410は、累積エネルギー密度マップ350の少なくとも一部が所定の加熱閾値を超える場合、又は、熱マップ424の少なくとも一部が所定の温度を超える場合に、プロセッサ330に標的領域324の加熱を中止させることを可能にするコンピュータが実行可能なコードを有する。さらにコンピュータメモリ336は熱マップ決定モジュール412を有する。熱マップ決定モジュール412は、プロセッサ330が熱磁気共鳴データ420を用いて所定の体積の熱マップ424を決定することを可能にするコンピュータが実行可能なコードを有する。熱音響モデルを有効にするため、コンピュータメモリ336は、熱音響モデル有効化モジュール414を有する。コンピュータメモリ336はさらにデータ結合モジュール416を有する。データ結合モジュール416は、プロセッサ330に、撮像領域318内部からの熱データと累積エネルギー密度データ350とを結合させることで、撮像領域318の内部と外部両方での標的領域324の実際の温度を評価することを可能にするコンピュータが実行可能なコードを有する。
図5は本発明による医療装置500の他の実施例を表す。この実施例では、加熱システムは高強度集束超音波システム502である。高強度集束超音波システム502は、流体が充填されたチャンバ504を有する。流体が充填されたチャンバ504内には超音波トランスデューサ506が存在する。この図には示されていないが、超音波トランスデューサ506は、各々が各独立する超音波ビームを発生させることのできる複数の超音波トランスデューサ素子を有して良い。これは、超音波トランスデューサ素子の各々に供給される交流電流の位相及び/又は振幅を制御することによってソニケーション地点518を電子的に操作するのに用いられて良い。ソニケーション地点518は、標的領域324に超音波処理を行うように制御するように動作しうる。
超音波トランスデューサ506は、超音波トランスデューサ506が機械的な再度の位置設定を行うことを可能にする機構508に接続される。機構508は、機構508を作動させる機械的アクチュエータ510に接続される。機械的アクチュエータ510はまた、超音波トランスデューサ506に電力を供給する電源をも表す。一部の実施例では、電源は、個々の超音波トランスデューサ素子への電力の位相及び/又は振幅を制御して良い。一部の実施例では、機械的アクチュエータ/電源510は、磁石306のボア308の外部に設けられる。
超音波トランスデューサ506は、経路512として示される超音波を生成する。超音波512は、流体が充填されたチャンバ504と超音波窓514を通り抜ける。この実施例では、超音波はゲルパッド516を通過する。ゲルパッドは、すべての実施例において必ず存在するわけではないが、この実施例では、ゲルパッド516を受けるため、対象物支持体322内に凹部が存在する。ゲルパッド516は、トランスデューサ506と対象物516との間での結合を助ける。ゲルパッド516の通過後、超音波512は、対象物518を通過し、かつ、ソニケーション地点518へ集束される。ソニケーション地点518は標的領域324内で集束される。ソニケーション地点518は、超音波トランスデューサ506の機械的移動とソニケーション地点518の電子的操作を組み合わせることによって移動することで、標的領域324の全体が処置されうる。
高強度集束超音波システム502は、コンピュータシステム326のハードウエアインターフェース328にも接続される。コンピュータシステム326並びにストレージ334及びメモリ336の内容は、図4に図示されたものと等価である。
図6は本発明の他の実施例による医療装置600を表す。この実施例では、加熱システムは高周波加熱システム602である。図6に図示された実施例は図3,4に図示された実施例と似ている。図6のコンピュータシステム326は図4のコンピュータシステム326と等価である。コンピュータストレージ334及びコンピュータメモリ336の内容もまた、図4に図示されたコンピュータストレージ334及びコンピュータメモリ336の内容と等価である。図6に図示された実施例では、高周波加熱システム602は、加熱システムとして用いられる。高周波加熱システム602はアンテナ604と高周波トランスミッタ606を有する。アンテナ604は標的領域324付近に存在する。トランスミッタ606によって生成されてアンテナ604によって放射される高周波エネルギーは、標的領域324を選択的に加熱するのに用いられる。この実施例では、高周波トランスミッタ606は、ハードウエアインターフェース328に接続されたものとして図示されている。プロセッサ330並びにコンピュータストレージ334及びコンピュータメモリ336の内容は、図5の高強度集束超音波システム502がプロセッサ330によって制御されるとの同じように高周波トランスミッタ606を制御するのに用いられる。
図7は本発明による医療装置700の他の実施例を表す。この実施例では、加熱システムは、図4に示されたものと同様の高強度集束超音波システム502である。図4との一の差異は、対象物320の一部が対象物支持体322内の開口部を通り抜けることを可能にするゲルパッド516が存在しないことである。その一部は広がり、かつ、部分的には超音波伝達流体によって取り囲まれる。この例では、6つの超音波トランスデューサ702が、流体が充填されたチャンバ504内部に存在するものとして図示されている。これらのトランスデューサ素子702が円筒形状に従って配置される。対象物320の一部はこの場合では胸である。細胞組織には2つの領域が存在する。具体的には脂肪の細胞組織領域と腺の細胞組織領域が存在する。超音波512の経路は、超音波トランスデューサ素子702から流体504を通り抜け、さらに脂肪の細胞組織と腺の細胞組織を通り抜けて、標的領域324内部に位置するソニケーション地点518へ向かう。図7のコンピュータシステム326は、図4,5,6のコンピュータシステム326と等価である。コンピュータストレージ334及びコンピュータメモリ336の内容もまた、図4,5,6に図示されたコンピュータストレージ334及びコンピュータメモリ336の内容と等価である。
図8は、1回、2回、3回、5回、7回、及び8回のソニケーション後での皮膚での加熱の累積エネルギー密度マップの例を示している。累積エネルギー密度マップは、過去の処置を合計し、かつ、冷却の推定を追加することによって計算される。これは、単純に最近の処置のみを含むようにスライド窓を用いることによって、又は、たとえば指数関数的な冷却を仮定し、かつ、付近の構造の冷却特性についてのデータが存在する場合には、選ばれた位置での冷却期間が一定であると評価することによって行われて良い。図8に示された画像は、冷却評価法においてスライドする窓を用いることによって行われた。スケールはJ/mm2単位での値を示す。値はソニケーション毎で異なる。そのことは、最大密度値が、ソニケーション数ととも増大することを意味する。図8Aは、1回のソニケーション後でのエネルギー密度マップを示している。1回のソニケーションしか行われていないので、結果は1つの輪である。図8Bで表されている2回のソニケーション後では、エネルギー密度マップは2つの輪を示す。2つの輪の一部は重なっている。この重なった領域でのエネルギー密度は、他の領域でのエネルギー密度よりも大きい。図8C-図8Fは、より多く（3,5,7,8回）のソニケーション後での状況を示している。一緒になった領域は、エネルギー密度が最高の領域で、かつ、すべてのソニケーションが重なっている。様々なグレー状態で示されている一部の領域は部分的に重なっている。よってこの結論は、累積エネルギー密度マップ内でのある領域が明るければ明るいほど、その領域に対応する細胞組織は熱い。あるいはその代わりに、音響及び熱モデル化は、ビーム形状並びに音響及び熱パラメータを用いて適用されることで、個々のソニケーションのみならず複数のソニケーションを含む長い期間について加熱のみならず冷却のより正確となりうるモデルが得られる。しかしこれは図示されていない。
100 段階
102 段階
104 段階
200 段階
202 段階
204 段階
206 段階
208 段階
210 段階
212 段階
300 医療装置
302 磁気共鳴撮像システム
304 加熱システム
306 磁石
308 磁石のボア
310 磁場勾配コイル
312 磁場勾配コイル電源
314 高周波コイル
316 トランシーバ
318 撮像領域
320 対象物
322 対象物支持体
324 標的領域
326 コンピュータシステム
328 ハードウエアインターフェース
330 プロセッサ
332 ユーザーインターフェース
334 コンピュータストレージ
336 コンピュータメモリ
340 加熱システム制御モジュール
342 処置計画受け取りモジュール
344 標的領域加熱モジュール
346 密度マップ計算モジュール
348 密度マップ更新モジュール
350 累積エネルギー密度マップ
400 医療装置
402 密度マップ表示モジュール
404 処置計画最適化モジュール
406 安全出力レベルマップ決定モジュール
408 安全出力レベルマップ表示モジュール
410 中止モジュール
412 熱マップ決定モジュール
414 熱音響モデル有効化モジュール
416 データ結合モジュール
418 安全出力レベルマップ
420 磁気共鳴データ
422 磁気共鳴画像
424 熱マップ
500 医療装置
502 高強度集束超音波システム
504 流体が充填されたチャンバ
506 超音波トランスデューサ
508 機構
510 機械的アクチュエータ
512 超音波の経路
514 超音波窓
516 ゲルパッド
518 ソニケーション地点
600 医療装置
602 高周波加熱システム
604 アンテナ
604 高周波トランスミッタ
700 医療装置
702 超音波トランスデューサ素子

Claims (13)

  1. 対象物の標的領域を加熱する加熱システム；
    前記加熱システムを制御するプロセッサ；
    機械実行可能な命令を含むメモリ；
    を有する医療装置であって、
    前記命令を実行することで、前記プロセッサは、処置計画を受け取り、
    前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに：
    前記処置計画を用いて前記加熱システムを制御することによって加熱期間と冷却期間を繰り返す間に前記標的領域を加熱すること；
    前記処置計画と熱音響モデルを用いて、前記標的領域を加熱する間に繰り返し更新される所定体積内での現在のエネルギー密度マップを計算すること；及び、
    前記現在のエネルギー密度を用いることによって前記処置計画を更新すること；
    を繰り返す、医療装置。
  2. さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、
    重み付けされた平均化を用いて累積エネルギー密度マップを計算することで、推定された細胞組織の冷却速度を考慮する前記累積エネルギー密度マップを計算し、かつ、
    ディスプレイ上に前記累積エネルギー密度マップを表示する、
    請求項1に記載の医療装置。
  3. さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、次の加熱を考慮する前記累積エネルギー密度マップに従って前記処置計画を調節する、請求項2に記載の医療装置。
  4. 前記命令を実行することで、前記プロセッサは、
    前記累積エネルギー密度マップを用いて安全な出力レベルマップを決定し、かつ、
    前記安全な出力レベルマップをディスプレイ上に表示する、
    請求項2又は3に記載の医療装置。
  5. さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、前記累積エネルギー密度マップの少なくとも一部が所定の加熱閾値を超える場合に、前記標的領域の加熱を中止する、請求項2又は3又は4に記載の医療装置。
  6. 撮像領域を備える磁石を有する磁気共鳴撮像システムをさらに含む請求項1乃至5のうちのいずれか一項に記載の医療装置であって、
    当該磁気共鳴撮像システムは、前記撮像領域内の標的領域から熱磁気共鳴データを取得するように動作可能で、
    さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは繰り返し：
    前記磁気共鳴撮像システムを用いて前記熱磁気共鳴データ取得；及び、
    前記熱磁気共鳴データを用いて所定の体積の熱マップの決定；
    を行う、医療装置。
  7. さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、前記熱マップの少なくとも一部が所定の温度を超える場合に、前記標的領域の加熱を中止する、請求項6に記載の医療装置。
  8. さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、前記熱データを用いることによって前記熱音響モデルを有効にする、請求項6に記載の医療装置。
  9. さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは、前記撮像領域内部からの熱データと累積エネルギー密度データとを組み合わせることによって、前記撮像領域内部と外部両方での前記標的領域の実際の温度を評価する、請求項1乃至8のうちのいずれか一項に記載の医療装置。
  10. 前記所定の体積は少なくとも部分的に前記標的領域の外部に存在する、請求項1乃至9のうちのいずれか一項に記載の医療装置。
  11. 前記加熱システムは、高強度集束超音波システム、高周波加熱システム、マイクロ波アブレーションシステム、ハイパーサーミア治療システム、レーザーアブレーションシステム、及び赤外アブレーションシステムのうちの一である、請求項1乃至10のうちのいずれか一項に記載の医療装置。
  12. 対象物の標的領域を加熱する加熱システムを有する医療装置のコンピュータにより実装された動作方法であって：
    前記加熱システムによって処置計画を受け取る段階；
    前記処置計画を用いて前記加熱システムを制御することによって加熱期間と冷却期間を繰り返す間に前記標的領域を繰り返し加熱する段階；
    前記処置計画と熱音響モデルを用いて、前記標的領域の加熱中に繰り返し更新される所定体積内の現在のエネルギー密度マップを計算する段階；及び、
    前記現在のエネルギー密度マップを用いて前記処置計画を更新する段階；
    を有する方法。
  13. 医療装置を制御するプロセッサによって実行するための機械が実行可能な命令を有するコンピュータプログラムであって、
    当該医療装置は、対象物の標的領域を加熱する加熱システムを有し、
    前記命令を実行することで、前記プロセッサは処置計画を受け取り、
    さらに前記命令を実行することで、前記プロセッサは繰り返し：
    前記処置計画を用いて前記加熱システムを制御することによって加熱期間と冷却期間を繰り返す間に前記標的領域を繰り返し加熱すること；
    前記処置計画と熱音響モデルを用いて、前記標的領域の加熱中に繰り返し更新される所定の体積内での現在のエネルギー密度マップを計算すること；及び、
    前記現在のエネルギー密度マップを用いて前記処置計画を更新すること；
    を行う、コンピュータプログラム。
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