JP2015513984A - 電子焦点区域よりも大きい標的区域を加熱するための高密度焦点式超音波 - Google Patents

Abstract

本発明は、磁気共鳴撮像システム（２０２）と、電子的及び機械的に制御可能な焦点を有する高密度焦点式超音波システム（２０４）とを有する医療機器（２００）を提供する。機器を制御するプロセッサ（２４４）による命令の実行により、対象内の区域を記述する標的区域（２４０，２４６）が受け取られ、標的区域が複数のサブ区域（４１６〜４３４）へ分割され、トランスデューサ位置を各々のサブ区域へ動かすシーケンス（２７２）が決定され、シーケンスにより被選択サブ区域が決定され、そして、反復的に、機械式ポジショニングシステムを制御してトランスデューサを被選択サブ区域のトランスデューサ位置へ動かし、磁気共鳴測温データを取得し、温度特性マップを決定し、焦点を温度フィードバック制御アルゴリズムにより制御して目標温度と無関係にリージョンを加熱し、シーケンスにより被選択サブ区域を変更することがなされる。

Description

本発明は、高密度焦点式超音波に関し、特に、磁気共鳴誘導型高密度焦点式超音波に関する。

本発明は、ＭＲ画像誘導型高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ；high-intensity focused ultrasound）治療システムに関する。ＨＩＦＵモジュールは、ＨＩＦＵビームを放射するトランスデューサ素子を有する超音波トランスデューサ（アレイ）を有する。焦点は、各素子の位相を電子的に制御すること（電子ステアリング）によって局所範囲にわたって導かれ得る。

本発明は、独立請求項における医療機器及びコンピュータプログラム製品を提供する。実施形態は、従属請求項において与えられる。

本発明の一実施形態に従って、超音波（ＵＳ；ultrasound）エネルギがデポジットされるべき広い標的範囲は、幾つかの局所範囲に分けられる。個々の局所範囲内で、ＵＳエネルギは、電子ステアリングによって焦点をその局所範囲内で走査することでデポジットされる。更に、トランスデューサ（アレイ）は、局所範囲の夫々について位置付けし直される。

本発明は、任意形状の広い標的範囲における（超音波エネルギの付与による）ＨＩＦＵ治療の適用を可能にすることができる。

ここで使用される「コンピュータ可読記憶媒体」は、コンピュータ装置のプロセッサによって実行可能である命令を記憶し得るあらゆる有形な記憶媒体を包含する。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読非一時的記憶媒体と呼ばれることがある。コンピュータ可読記憶媒体はまた、有形なコンピュータ可読媒体と呼ばれることもある。幾つかの実施形態において、コンピュータ可読記憶媒体はまた、コンピュータ装置のプロセッサによってアクセス可能なデータを記憶することが可能であってよい。コンピュータ可読記憶媒体の例には、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ハードディスクドライブ、固体ハードディスク、フラッシュメモリ、ＵＳＢサムドライブ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、光ディスク、光学磁気ディスク、及びプロセッサのレジスタファイルがあるが、これらに限られない。光ディスクの例には、コンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、又はＤＶＤ−Ｒディスクがある。語「コンピュータ可読記憶媒体」はまた、ネットワーク又は通信リンクを介してコンピュータ装置によってアクセス可能な様々なタイプの記録媒体を指す。例えば、データは、モデム上で、インターネット上で、又はローカルエリアネットワーク上で取り出されてよい。

「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例である。コンピュータメモリは、プロセッサが直接アクセスすることができるあらゆるメモリである。コンピュータメモリの例には、ＲＡＭメモリ、レジスタ、及びレジスタファイルがあるが、これらに限られない。

「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例である。コンピュータストレージは、あらゆる不揮発性の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には、ハードディスクドライブ、ＵＳＢサムドライブ、フロッピー（登録商標）ドライブ、スマートカード、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、及び固体ハードドライブがあるが、これらに限られない。幾つかの実施形態において、コンピュータストレージはまた、コンピュータメモリであってよく、あるいは、その逆であってもよい。

ここで使用される「プロセッサ」は、プログラム又は機械により実行可能な命令を実行することができる電子部品を包含する。「プロセッサ」を有するコンピュータ装置への言及は、１よりも多いプロセッサ又はプロセッシングコアを場合により含むと解釈されるべきである。プロセッサは、例えば、マルチコアプロセッサであってよい。プロセッサはまた、単一のコンピュータシステム内にあるか又は複数のコンピュータシステムの間で分散されるプロセッサの集合を指すことがある。語「コンピュータ装置」はまた、プロセッサ又は複数のプロセッサを夫々有するコンピュータ装置の集合又はネットワークを場合により指すと解釈されるべきである。多くのプログラムは、同じコンピュータ装置内にあるか又は複数のコンピュータ装置にわたって分散される複数のプロセッサによって実行されるそれらの命令を有する。

ここで使用される「ユーザインターフェース」は、ユーザ又はオペレータはコンピュータ又はコンピュータシステムと対話することを可能にするインターフェースである。「ユーザインターフェース」はまた、「ヒューマンインターフェース装置」とも呼ばれることがある。ユーザインターフェースは、情報若しくはデータをオペレータへ提供し、及び／又は情報若しくはデータをオペレータから受け取ることができる。ユーザインターフェースは、オペレータからの入力がコンピュータによって受け取られることを可能にすることができるとともに、コンピュータからユーザへ出力を提供することができる。つまり、ユーザインターフェースは、オペレータがコンピュータを制御又は操作することを可能にすることができ、インターフェースは、コンピュータがオペレータの制御又は操作の効果を示すことを可能にすることができる。ディスプレイ又はグラフィカルユーザインターフェースでのデータ又は情報の表示は、情報をオペレータへ提供することの例である。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、グラフィクスタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブカメラ、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、ワイヤードグローブ、ダンスパッド、リモートコントロール、及び加速度計による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ーフェース部品の例である。

ここで使用される「ハードウェアインターフェース」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タ装置及び／又は機器と相互作用し及び／又はそれらを制御することを可能にするインターフェースを包含する。ハードウェアインターフェースは、プロセッサが制御信号又は命令を外部のコンピュータ装置及び／又は機器へ送信することを可能にすることができる。ハードウェアインターフェースはまた、プロセッサが外部のコンピュータ装置及び／又は機器とデータを交換することを可能にすることもできる。ハードウェアインターフェースの例には、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、シリアルポート、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、制御電圧インターフェース、ＭＩＤＩインターフェース、アナログ入力インターフェース、及びデジタル入力インターフェースがあるが、これらに限られない。

ここで使用される「ディスプレイ」又は「ディスプレイ装置」は、画像又はデータを表示するよう適合された出力装置又はユーザインターフェースを包含する。ディスプレイは、視覚、音声及び／又は触覚データを出力してよい。ディスプレイの例には、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、タクティル電子ディスプレイ、点字スクリーン、陰極線管（ＣＲＴ）、蓄積管、双安定ディスプレイ、電子ペーパー、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、エレクトロルミネセントディスプレイ（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ディスプレイ（ＯＬＥＤ）、プロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイがあるが、これらに限られない。

磁気共鳴（ＭＲ）データは、ここでは、磁気共鳴撮像スキャンの間に磁気共鳴装置のアンテナによって原子スピンにより放射される無線周波数信号の測定記録であると定義される。磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）画像は、ここでは、磁気共鳴撮像データ内に含まれる解剖学的及び／又は機能的データの再構成された２又は３次元の視覚化であると定義される。この視覚化は、コンピュータを用いて実行され得る。

ここで使用される医療画像データは、対象の解剖学的構造を記述するデータを包含する。磁気共鳴画像は、医療画像データの一種である。

磁気共鳴（ＭＲ）測温データは、ここでは、磁気共鳴測温のために使用され得る情報を含む、磁気共鳴撮像スキャンの間に磁気共鳴装置のアンテナによって原子スピンにより放射される無線周波数信号の測定の記録であると定義される。磁気共鳴測温は、感温パラメータの変化を測定することによって機能する。磁気共鳴測温の間に測定され得るパラメータの例は、磁気共鳴により温度を測定するために使用され得る陽子共鳴周波数シフト、拡散係数、あるいは、Ｔ１及び／又はＴ２緩和時間の変化である。プロトン共鳴周波数シフトは、個々の陽子、水素原子が受ける磁場が周囲の分子構造に依存するので、温度に依存する。温度の上昇は、水素結合に作用する温度に起因して分子スクリーニングを低減させる。これは、陽子共鳴周波数の温度依存性をもたらす。

ここで使用される「超音波ウィンドウ」は、超音波又はエネルギを送信することができるウィンドウを包含する。通常は、薄膜又は薄皮が超音波ウィンドウとして使用される。超音波ウィンドウは、例えば、ＢｏＰＥＴ（Biaxially-oriented Polyethylene Terephthalate）の薄膜から作られてよい。

一態様において、本発明は、撮像区域内にある対象から磁気共鳴測温データを取得する磁気共鳴撮像システムを有する医療機器を提供する。当該医療機器は、電子制御される焦点を有する超音波トランスデューサを有する高密度焦点式超音波システムを更に有する。前記電子制御される焦点は、複数のトランスデューサ素子を備える超音波トランスデューサを用いることによって実施されてよい。超音波の位相及び／又は振幅は、複数の超音波信号の相加的及び破壊的効果が焦点に位置をシフトさせるように、制御されてよい。前記高密度焦点式超音波システムは、前記超音波トランスデューサの位置合わせを行う機械式ポジショニングシステムを更に有する。前記機械式ポジショニングシステムは、前記超音波トランスデューサを異なる場所へ物理的に動かしてよい。

通常は、前記機械式ポジショニングシステムは、焦点の巨視的な制御のために使用され、電子制御は、焦点の微制御のために使用される。前記電子制御される焦点は、焦点区域内で当該焦点を調整するよう操作可能である。ここで使用される「焦点区域」は、焦点の強度が所定の強度を上回る範囲を包含する。焦点が電子的に動かされるにつれて、超音波の強度は低下してよい。高密度焦点式超音波システムのオペレータ又は製造者は、焦点区域を定義する強度限界を選択してよい。前記焦点区域の場所は、前記超音波トランスデューサの位置に依存する。超音波トランスデューサが機械式ポジショニングシステムによって物理的に動かされる場合に、焦点区域の場所は、超音波トランスデューサの場所の変化とともに変化する。

当該医療機器は、機械により実行可能な命令を記憶するメモリを更に有する。当該医療機器は、当該医療機器を制御するプロセッサを更に有する。前記命令の実行は、前記プロセッサに、前記対象内のボリュームを記述する標的区域を受け取らせる。該標的区域は、標的ボリュームとも呼ばれることがある。前記標的区域は、例えば、グラフィカルユーザインターフェース上で定義されてよく、あるいは、それは、治療計画の部分として受け取られてよい。いずれの場合にも、前記標的区域は、対象内のボリュームを記述してよく、当該標的区域が対象の場所にレジストレーションされることを可能にする解剖学的リファレンスとしてそのようなものを更に含んでよい。ここで使用される「ボリューム」は、２次元又は３次元で特定される標的区域を表してよい。通常は、計画及び撮像において、２次元画像が使用される。なお、そのような２次元画像は必然にボリュームを表す。磁気共鳴撮像では、データは、通常は、対象の“スライス”又は２次元リージョンとして表示される。２次元画像における各々のボクセルは、大部分が小ボリュームからの寄与を表す。ＭＲＩ画像は、フーリエ変換を用いて再構成されるので、特定のボリュームの外のリージョンはまた、特定のボクセルにおける画像に寄与してよい。同様に、リージョンが超音波で分解される場合に、計画は２次元画像を用いてなされてよい。標的が実際に超音波で分解される場合に、超音波は対象の小ボリュームを加熱する。

前記標的区域は、前記焦点区域よりも大きい。これは、標的区域の全体を超音波で分解又は加熱するために、前記機械式ポジショニングシステムが１よりも多い場所へ動かされなければならないことを暗示する。前記機械により実行可能な命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記標的区域を複数のサブ区域に分割させる。サブ区域はまた、サブゾーン、サブボリューム、又はサブ容量と呼ばれることもある。前記複数のサブ区域の夫々は、トランスデューサ位置を有する。前記超音波トランスデューサが前記トランスデューサ位置にある場合に、前記焦点区域は前記サブ区域を有する。

前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記複数のサブ区域の夫々へ前記トランスデューサ位置を動かすシーケンスを決定させる。ここで使用される「シーケンス」は、前記複数のサブ区域の夫々が選択されるように前記超音波トランスデューサが動かされる位置のリスト又はシーケンスを広く定義してよい。幾つかの場合に、前記シーケンスは、オンザフライで、例えば、決定木の使用を通じて、決定されてよい。他の実施形態において、前記シーケンスは予め決定されているが、適切なアルゴリズムによって後に変更されてよい。幾つかの場合に、前記シーケンスは、加熱されるべき最初のサブ区域のみを特定し、次いで、決定木のような選択アルゴリズムは、加熱される後続のサブ区域の夫々を選択するために使用される。

前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記シーケンスを用いて前記複数のサブ区域から選択される被選択サブ区域を決定させる。前記サブ区域の夫々は、リージョンに分割される。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記被選択サブ区域のトランスデューサ位置へ前記超音波トランスデューサを動かすよう前記機械式ポジショニングシステムを繰り返し制御することによって、所定時間存続期間の間、前記標的区域を目標温度に保たせる。前記目標温度は、温度範囲であると解釈されてよい。前記所定の時間存続期間はまた、動作の間、オンザフライで調整可能であるか又は変更されてよい。

前記被選択サブ区域は、それに関連する前記超音波トランスデューサの位置を有し、前記機械式ポジショニングシステムは、前記被選択サブ区域が加熱され得るよう前記焦点区域が前記被選択サブ区域を包含するように、前記超音波トランスデューサをその位置に動かす。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記磁気共鳴測温データを繰り返し取得することによって、前記所定の時間存続期間の間、前記標的区域を前記目標温度に保たせる。

前記磁気共鳴測温データは、前記サブ区域におけるボクセルの温度を記述する。前記磁気共鳴測温データは、前記サブ区域のボクセルの温度のみを記述する点が留意されるべきである。温度を示す特定のボクセルにおける組織の弾性、Ｔ１値又はＴ２値のような、ある特性が存在し得る。制御アルゴリズムが使用されてよく、それは、その温度データを直接使用するのではなく、この温度依存性磁気共鳴データを使用する。なお、磁気共鳴データはまた、温度がボクセルの夫々において表示されるように処理されてよく、これは、プロセスを直接制御するために使用される。

前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、少なくとも前記磁気共鳴測温データを用いて前記ボクセルの夫々における温度を記述する温度特性マップを繰り返し決定することによって、前記所定の時間存続期間の間、前記標的区域を前記目標温度に保たせる。前記温度特性マップは温度であってよく、あるいは、それは、温度値から統計的に計算される何らかの平均又は他の値であってよく、あるいは、それは、Ｔ１値、スピン相、Ｔ２又は他の特性のような、温度に依存する特性であってよい。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記温度特性マップを用いる温度フィードバック制御アルゴリズムにより前記電子制御される焦点を制御することで前記目標温度と無関係に前記サブ区域のリージョンを繰り返し加熱することによって、前記所定の時間存続期間の間、前記標的区域を前記目標温度に保たせる。

実施形態において、前記リージョンの夫々は、ボクセルに対応する。他の実施形態において、前記リージョンの夫々は、ボクセル又は複数のボクセルの部分に対応する。

前記制御アルゴリズムは、リージョンに基づく。前記リージョンの夫々は、独立して評価され、夫々のリージョンを適切に加熱するよう前記電子制御される焦点を制御する制御アルゴリズムに従う。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記シーケンスを用いて前記被選択サブ区域を繰り返し変更することによって、前記所定の時間存続期間の間、前記標的区域を前記目標温度に保たせる。これは、単に、加熱すべきサブ区域のリストに従うことを含んでよく、あるいは、それは、オンザフライで前記シーケンスを変更するか、又はオンザフライで次のサブ区域を選択し得る更に複雑なアルゴリズムの使用を伴ってよい。

この実施形態は、対象の広い面積を特定の温度へと有効に加熱する手段を提供するので、有益であり得る。これは、組織アブレーションのために使用されてよいが、特に、標的区域の温度を、組織壊死を引き起こす値を下回ったままとする場合に、有益であり得る。

他の実施形態において、前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記磁気共鳴測温データを用いて前記複数のサブ区域の夫々について温度特性を決定させる。前記温度特性は、例えば、前記複数のサブ区域の夫々についての温度特性マップの統計的特性であってよい。一例として、最低温度、最高温度、又は平均温度が温度特性として選択され、使用されてよい。他の場合に、温度依存性を示すＴ１、Ｔ２又は他のパラメータのような他の値がまた使用されてよい。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記複数のサブ区域の夫々についての前記温度特性を用いて次のサブ区域を選択させる。

例えば、アルゴリズム又は決定木アルゴリズムが、前記次のサブ区域を選択するために使用されてよい。例えば、平均温度が選択されている場合に、最適平均温度を有するサブ区域が幾つかの実施形態において選択されてよい。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記次のサブ区域が前記シーケンスにおいて順序的に次であるように前記シーケンスを修正させる。

この実施形態は、加熱されるべき次のサブ区域のオンザフライのナビゲーションを可能にするので、有益であり得る。この実施形態におけるステップは、所定の時点での標的区域の全体の温度を保つよう繰り返し実行されてよい。

他の実施形態において、前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記標的区域を前記目標温度に加熱する前に、前記複数のサブ区域の夫々について、前記トランスデューサ位置へ前記超音波トランスデューサを動かすよう前記機械式ポジショニングシステムを制御させる。この実施形態は、前記機械式ポジショニングシステムが異なる場所へ動かされる場合に磁場の様々な特性が変化し得るので、有益であり得る。加熱プロセスを開始する前に前記機械式ポジショニングシステムを各々の位置へ動かすことは、ＭＲ測定に作用する特性の測定を可能にすることができるとともに、加熱プロセスの開始前に試験超音波照射又は試験ショットを実行する能力を可能にすることができる。

他の実施形態において、前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記標的区域を前記目標温度に加熱する前に、前記複数のサブ区域の夫々について、前記トランスデューサ位置にある間、較正用磁気共鳴測温データを取得させる。前記温度特性マップは、少なくとも前記較正用磁気共鳴測温データを用いて決定される。正確な温度測定を実行するために、ベースライン較正測定を実行するようスピン相技術のような何らかの技術を用いることが必要であり得る。

他の実施形態において、前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記標的区域を前記目標温度に加熱する前に、前記複数のサブ区域のうちの２又はそれ以上について、前記トランスデューサ位置にある間、前記高密度焦点式超音波システムを用いて試験超音波照射を実行させる。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記複数のサブ区域の夫々について電子焦点補正を決定させ、及び／又は前記複数のサブ区域のうちの２又はそれ以上について前記焦点区域の場所を調整させ、及び／又は前記複数のサブ区域の夫々について温度上昇率を計算させる。この実施形態は、加熱プロセスを開始する前に当該医療機器の使用を補正する種々の手段を提供することができるので、有益であり得る。

他の実施形態において、前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、磁気共鳴データを用いて前記ボクセルの夫々について繰り返しかん流係数及び／又は拡散係数を計算させる。追加的な磁気共鳴データは、前記磁気共鳴測温データの取得の間に取得されてよく、あるいは、同じパルスシーケンスの一部から導出されてもよい。このデータは、ボクセルの夫々においてかん流及び／又は拡散係数を補正するために使用されてよい。

他の実施形態において、前記温度フィードバック制御アルゴリズムは、温度制御アルゴリズムパラメータを有する。該温度制御アルゴリズムパラメータは、前記温度フィードバック制御アルゴリズムによって使用される数式において使用される定数値である。前記温度制御アルゴリズムパラメータを変えることは、前記温度フィードバック制御アルゴリズムの挙動を変える。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記かん流係数及び／又は拡散係数を用いて前記温度制御アルゴリズムパラメータを繰り返し再計算させる。例えば、前記高密度焦点式超音波システムが前記標的区域を加熱し始める場合に、仮定される温度制御アルゴリズムパラメータの組を存在してよい。前記高密度焦点式超音波システムが前記標的区域を加熱することにおいて機能している場合に、かん流係数及び／又は拡散係数は、そのプロセスの間に計算されてよく、それらは、前記温度制御アルゴリズムパラメータを再計算するために使用されてよい。これにより、前記温度制御アルゴリズムパラメータの機構が改善される。

他の実施形態において、前記温度フィードバック制御アルゴリズムは、二進温度制御アルゴリズム、比例（proportional）温度制御アルゴリズム、比例積分（proportional-integral）温度制御アルゴリズム、及び比例積分微分（proportional-integral-derivative）温度制御アルゴリズムのうちのいずれか１つである。

他の実施形態において、前記標的区域は、中心軸変換を用いて前記複数のサブ区域に分割される。

他の実施形態において、当該医療機器は、前記対象を冷却する流体を循環させる流体冷却システムを有する。該流体冷却システムは、前記流体を動作温度に保つよう動作可能である。これは、例えば、前記対象の表面に置かれているチューブ又は冷却パッドであってよく、余分の熱を取り除くために使用される。冷却装置又は他の冷却システムが、前記流体を一定温度に保ってよい。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記流体のスピン相の変化を決定するよう該スピン相を記述する磁気共鳴データを繰り返し取得させる。例えば、温度を測定するためのスピン相方法が使用される場合に、測定を較正するよう繰り返し位相測定を行うことが有利である。例えば、当該医療機器の使用中に前記スピン相をドリフトさせる磁場の変化が存在し得る。

前記流体冷却システムにおける前記流体が一定温度に保たれ、それにより定常状態が達成される場合に、前記流体冷却システム内の流体はリファレンスとして使用されてよい。前記スピン相は、磁場の変化に起因してドリフトすることがあるが、温度は同じであり、これはリファレンス測定として使用されてよい。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記流体の前記スピン相の変化を用いて前記温度特性マップを補正させる。幾つかの実施形態において、補正を更に正確なものとするよう前記流体の温度を測定する温度センサが存在してよい。これは、前記磁気共鳴撮像システムの磁場のドリフトと、前記流体冷却システムの流体の温度のドリフトとを考慮してよい。

他の実施形態において、前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記標的区域を前記目標温度に保ち始めた後に、前記サブ区域及び／又は前記トランスデューサ位置のサイズ及び／又は場所を調整させる。この実施形態は、生成された前記サブ区域が前記標的区域の特定の加熱のために最適でないことがあるので、有益であり得る。前記サブ区域のボリューム及び場所を調整することは、前記標的区域の更に効率的な又は正確な加熱を可能にすることができる。

他の実施形態において、前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記被選択サブ区域を変更しながら前記標的区域を加熱させる。この実施形態において、前記超音波トランスデューサは、前記サブ区域を変更する場合に場所から場所へ動かされる。前記超音波トランスデューサが１つの場所から他の場所へ動かされている間に前記標的区域を加熱するために前記超音波トランスデューサを使用することは、効率的であり得る。

他の実施形態において、決定木アルゴリズムが、前記被選択サブ区域を変更することを開始するために使用される。これは、どのサブ区域が変更されるべきかを決定することを提供する、又はどのサブ区域が次に加熱されるのかを選択するための効率的且つ簡単な方法であり得る。

他の実施形態において、前記目標温度は、３８℃から４０℃の間、３９℃から４０℃の間、４０℃から４５℃の間、４０℃から４４℃の間、４０℃から４３℃の間、４０℃から４２℃の間、４０℃から４１℃の間、４１℃から４５℃の間、４１℃から４４℃の間、４１℃から４３℃の間、４１℃から４２℃の間、４２℃から４５℃の間、４２℃から４４℃の間、４２℃から４３℃の間、４３℃から４５℃の間、４３℃から４４℃の間、４４℃から４５℃の間、３８℃から３９℃の間、５２℃から５５℃の間、５５度以上、及び５０℃から５５℃の間のうちのいずれか１つである。

他の態様において、本発明は、撮像区域内にある対象から磁気共鳴測温データを取得する磁気共鳴撮像システムを有する医療機器を制御するプロセッサによる実行のための機械により実行可能な命令を有するコンピュータプログラムを提供する。前記医療機器は、電子制御される焦点を有する超音波トランスデューサを有する高密度焦点式超音波システムを更に有する。該高密度焦点式超音波システムは、前記超音波トランスデューサの位置合わせを行う機械式ポジショニングシステムを更に有する。前記電子制御される焦点は、焦点区域内で当該焦点を調整するよう操作可能である。前記焦点区域の場所は、前記超音波トランスデューサの位置に依存する。前記命令の実行は、前記プロセッサに、前記対象内のボリュームを記述する標的区域を受け取らせる。前記標的区域は、前記焦点区域よりも大きい。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記標的区域を複数のサブ区域に分割させる。前記サブ区域はリージョンに分割される。

前記複数のサブ区域の夫々は、トランスデューサ位置を有する。前記超音波トランスデューサが前記トランスデューサ位置にある場合に、前記焦点区域は前記サブ区域を有する。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記複数のサブ区域の夫々へ前記トランスデューサ位置を動かすシーケンスを決定させる。

前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記シーケンスを用いて前記複数のサブ区域から選択される被選択サブ区域を決定させる。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記被選択サブ区域のトランスデューサ位置へ前記超音波トランスデューサを動かすよう前記機械式ポジショニングシステムを繰り返し制御することによって、所定時間存続期間の間、前記標的区域を目標温度に保たせる。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記磁気共鳴測温データを前記磁気共鳴撮像システムを用いて繰り返し取得することによって、前記所定時間存続期間の間、前記標的区域を前記目標温度に保たせる。前記磁気共鳴測温データは、前記サブ区域におけるボクセルの温度を記述する。

前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、少なくとも前記磁気共鳴測温データを用いて前記ボクセルの夫々における温度を記述する温度特性マップを繰り返し決定することによって、前記所定時間存続期間の間、前記標的区域を前記目標温度に保たせる。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記温度特性マップを用いる温度フィードバック制御アルゴリズムにより前記電子制御される焦点を制御することで前記目標温度と無関係に前記サブ区域のリージョンを繰り返し加熱することによって、前記所定時間存続期間の間、前記標的区域を前記目標温度に保たせる。前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記シーケンスを用いて前記被選択サブ区域を繰り返し変更することによって、前記所定時間存続期間の間、前記標的区域を前記目標温度に保たせる。

本発明の上記の実施形態のうちの１又はそれ以上は、組み合わされる実施形態が相互に排他的でない限り、組み合わされてよいがことが理解される。

医療機器を制御する方法の例を説明するフローチャートを示す。 医療機器の例を示す。 温熱療法のために大きなボリュームをコンフォーマル加熱する方法を説明するフローチャートを示す。 標的区域をサブ区域に分割する方法を説明する。 どのサブ区域又はサブボリュームを加熱すべきかを決定するために使用される決定木の例を説明するフローチャートを示す。 医療機器の使用中に移動及び超音波処理を示すタイムラインの例を示す。 生体内の広範囲コンフォーマル加熱方法の適用を明示する。 ｉＬＴＳＬ（imageable Low Temperature Sensitive Liposome）投与及び磁気共鳴高密度焦点式超音波による加熱後の磁気共鳴信号強度及びドキソルビシン蛍光を説明する。

以下で、本発明の好ましい実施形態は、単なる一例として、図面を参照して記載される。

図中、同じ参照符号の要素は、等価な要素であるか、又は同じ機能を実行する。先に論じられた要素は、後の図において、その機能が同等である場合は、必ずしも論じられない。

図１は、医療機器を制御する方法の一例を説明するフローチャートを示す。ステップ１００で、対象内のボリュームを記述する標的区域が受け取られる。次に、ステップ１０２で、標的区域は複数のサブ区域に分けられる。複数のサブ区域の夫々は、それと関連するトランスデューサ位置を有する。標的区域は、焦点区域よりも大きい。トランスデューサがトランスデューサ位置にある場合に、特定の焦点区域は、関連するサブ区域を有する。次に、ステップ１０４で、トランスデューサ位置を複数のサブ区域の夫々へ動かすためのシーケンスが決定される。次に、ステップ１０６で、被選択サブ区域が、シーケンスを用いて複数のサブ区域から選択される。

次のステップ１０８は、トランスデューサを被選択サブ区域へ動かすよう機械式ポジショニングシステムを制御すべきである。次に、ステップ１１０で、磁気共鳴測温データが取得される。磁気共鳴測温データは、サブ区域におけるボクセルの温度を記述する。次に、ステップ１１２で、少なくとも磁気共鳴測温データを用いてボクセルの夫々における温度を記述する温度特性マップが決定又は計算される。次に、ステップ１１４で、夫々のリージョンは、電子制御される焦点を、温度特性マップを使用する温度フィードバック制御アルゴリズムにより制御することによって、独立して目標温度へ加熱される。最後に、ステップ１１６で、被選択サブ区域は、シーケンスを用いて変更される。方法は、ステップ１０８、１１０、１１２、１１４又は１１６へ戻ってよく、プロセスは、加熱プロシージャが完了されるまで繰り返し実行されてよい。例えば、所定時間の存続期間に、ステップ１０８から１１６の間の方法が繰り返されてよい。

図２は、医療機器２００の一例を示す。医療機器は、磁気共鳴撮像システム２０２と、高密度焦点式超音波システム２０４とを有する。磁気共鳴撮像システムは、磁石２０６を有する。図２に示される磁石は、円筒形タイプの超電導磁石である。磁石は、超伝導コイルを伴う液体ヘリウムクライオスタットを有する。また、永久又は抵抗磁石を使用することも可能である。種々のタイプの磁石の使用がまた可能であり、例えば、半割円筒磁石及び所謂オープン磁石の両方を使用することも可能である。半割円筒磁石は、クライオスタットが２つの区間に分けられており、磁石の等角面へのアクセスを可能にする点を除いて、標準の円筒磁石と同様である。そのような磁石は、例えば、荷電粒子ビーム治療とともに使用されてよい。オープン磁石は２つの磁石区間を備え、一方の区間は、対象を受容するのに十分大きい間隔を空けて他方の区間の上にある。それらの２つの区間の配置は、ヘルムホルツコイルと同様である。オープン磁石は、対象が閉じ込められないので、人気がある。円筒磁石のクライオスタット内には、超伝導コイルの一群が存在する。円筒磁石２０６のボア２０８内には、磁気共鳴撮像を行うのに十分に磁場が強く且つ一様である撮像区域が存在する。

磁石のボア２０８内には、磁気共鳴データの取得の間に磁石の撮像区域内で磁気スピンを空間符号化するために使用される磁場傾斜コイル２１０が更に存在する。磁場傾斜コイル２１０は、磁場傾斜コイル電源２１２へ接続されている。磁場傾斜コイルは、象徴的であるよう意図される。通常は、磁場傾斜コイルは、３つの直交する空間方向を空間符号化するために、コイルの３つの別個の組を有する。磁場傾斜コイル電源は、電流を磁場傾斜コイルへ供給する。磁場傾斜コイルへ供給される電流は、時間の関数として制御され、ランプ又はパルス状であってよい。

ボア２０８の中心には撮像区域２１８がある。撮像区域に隣接して、トランシーバ２１６へ接続されている無線周波数コイル２１４がある。また、ボア２０８内には、対象支持体２２２に横たわっている対象２２０がある。無線周波数コイル２１４は、撮像区域内の磁気スピンの配向を操作し且つ同じく撮像区域内のスピンから無線送信を受信するよう適応される。無線周波数コイル２１４は、複数のコイル素子を有してよい。無線周波数コイルはまた、チャネル又はアンテナと呼ばれることもある。無線周波数コイル２１４及び無線周波数トランシーバ２１６は、別個の送信及び受信コイル及び別個の送信機及び受信機によって置換されてよい。無線周波数コイル２１４及び無線周波数トランシーバ２１６は象徴的であることが理解される。無線周波数コイル２１４は、専用の送信アンテナ及び専用の受信アンテナを更に表すよう意図される。同様に、トランシーバは、別個の送信機及び受信機を更に表してよい。

高密度焦点式超音波システム２０４は、超音波トランスデューサ２２６を収容する、流体で満たされたチェンバ２２４を有する。超音波トランスデューサ２２６は、機械式ポジショニングシステム２２８によって機械的に位置合わせされる。機械式ポジショニングシステムを作動するためのアクチュエータ２３０が存在する。代替の実施形態では、超音波トランスデューサは、流体で満たされたチェンバ２２４又は機械式ポジショニングシステム２２８によらない、手動で位置合わせされる外部トランスデューサであってよい。

超音波トランスデューサ２２６は、超音波を発する複数の素子を更に有してよい。図示されない電源は、超音波トランスデューサ２２６の素子へ供給される交流電力の振幅及び／又は位相及び／又は周波数を制御してよい。破線２３２は、超音波トランスデューサ２２６からの超音波の経路を示す。超音波２３２は最初に、流体で満たされたチェンバ２２４を通る。超音波は次いで、超音波ウィンドウ２３４を通る。超音波ウィンドウ２３４を通った後、超音波は、ウィンドウ２３４と対象２２０との間で超音波を導くために使用され得る任意のジェルパッド２３６又は超音波伝導ジェルの層を通る。超音波２３２は次いで、対象２２０に入り、焦点２３８又は超音波処理点に合わせられる。標的区域であるリージョン２４０が存在する。焦点２３８の電子的及び機械的位置合わせの組み合わせにより、標的区域２４０の全体が加熱され得る。標的区域２４０は撮像区域２１８内にある。高密度焦点式超音波システム２０４、トランシーバ２１６、及び磁場傾斜コイル電源２１２は全て、コンピュータシステム２４２のハードウェアインターフェース２４６へ接続されている。ハードウェアインターフェース２４６は、プロセッサ２４４へ接続されている。プロセッサ２４４はまた、ユーザインターフェース２４８、コンピュータストレージ２５０、及びコンピュータメモリ２５２へ接続されている。

コンピュータストレージ２５０は、焦点区域定義データ２６０を有するよう示されている。焦点区域定義データ２６０は、焦点区域２３８のサイズを定義するために使用されるデータである。焦点区域は、超音波の強度が閾値を上回る範囲に関して定義されてよく、あるいは、それは、超音波トランスデューサ２２６の位置に対して定義され得る固定座標に関して定義されてよく、又は機械式ポジショニングシステム２２８によって設定される座標に依存してよい。コンピュータストレージ２５０は更に、標的区域座標２６２を有するよう示されている。標的区域座標２６２は、標的区域２４０の場所を特定するデータを含む。標的区域座標２６２は、幾つかの実施形態において、絶対座標定義であってよく、あるいは、他の実施形態では、対象２２０の解剖学的ランドマークに対するそれらの位置に関して定義されてよい。

コンピュータストレージ２５０は更に、サブ区域座標２６４を示すよう示されている。サブ区域座標２６４は、標的区域を夫々のサブ区域に分割する座標を含む。コンピュータストレージ２５０は更に、トランスデューサ位置座表２６６を含むよう示されている。サブ区域の夫々についてトランスデューサ位置座標２６６が存在する。コンピュータストレージ２５０は更に、パルスシーケンス２６８を含むよう示されている。パルスシーケンスは、プロセッサ２４４が磁気共鳴データを取得するよう磁気共鳴撮像システム２０２へ発することができるコマンドの組である。パルスシーケンス２６８は、磁気共鳴測温データを取得するよう設計されるパルスシーケンスを含んでよい。コンピュータストレージ２５０は更に、パルスシーケンス２６８を用いて取得された磁気共鳴測温データ２７０を含むよう示されている。コンピュータストレージ２５０は更に、シーケンス２７２を含むよう示されている。シーケンス２７２は、加熱されるサブ区域のシーケンスを含む。これは、所定のリストであってよく、あるいは、それは、最初のサブ区域であってよく、残りは、オンザフライで作成又は修正されてよい。コンピュータストレージ２５０は更に、磁気共鳴測温データ２７０から再構成された温度特性マップ２７４を含むよう示されている。

コンピュータメモリ２５２は、制御モジュール２８０を含むよう示されている。制御モジュール２８０は、プロセッサ２４４が医療機器２００の動作及び機能を制御することを可能にするコンピュータ実行可能コードを含む。コンピュータメモリ２５２は更に、サブ区域分割モジュール２８２を含むよう示されている。サブ区域分割モジュール２８２は、プロセッサ２４４が標的区域座標２６２をサブ区域座標２６４の組に分けることを可能にし、更に同時に、トランスデューサ位置座標２６６を計算してよいコンピュータ実行可能コードを含む。コンピュータメモリ２５２は更に、画像再構成モジュール２８４を含むよう示されている。画像再構成モジュール２８４は、プロセッサ２４４が磁気共鳴測温データ２７０から温度特性マップ２７４を構成することを可能にする。画像再構成モジュール２８４は、幾つかの実施形態において、更に、磁気共鳴測温データ２７０から他の磁気共鳴データ又は画像を再構成することが可能であってよい。

コンピュータメモリ２５２は更に、プロセッサ２４４が、ボクセルベースで温度特性マップ２７４を解析することによって被選択サブ区域内の温度を保つよう高密度焦点式超音波システム２０４を制御することを可能にする温度制御アルゴリズム２８６を含むよう示されている。コンピュータメモリ２５２は更に、サブ区域選択アルゴリズム２８８を含むよう示されている。サブ区域選択アルゴリズム２８８は、プロセッサ２４４が、加熱される次のサブ区域を選択するよう磁気共鳴測温データ２７０及び／又は温度特性マップ２７４を使用することを可能にする。

図３は、温熱療法のために大きなボリュームをコンフォーマル加熱する方法を説明するフローチャートを示す。図３におけるフローチャートは、４つの主部に分けられる。すなわち、３００は撮像を表し、３０２は撮像データを用いた磁気共鳴測温を表し、３０４は治療計画モジュールであり、３０６は超音波処理フィードバックサイクル３０６である。撮像３００は、データを治療計画モジュール３０４及びＭＲ測温３０２へ与える。治療計画部３０４は、複数のサブステップを有する。１つは治療区域分割アルゴリズム３０８である。治療区域分割アルゴリズム３０８は、治療区域を選択するとともにサブ区域に分けることができる。この情報は次いで、マルチベースライン補正に相当するブロック３１０へ送られる。ブロック３０４は、トランスデューサ空間オフセット補正３１２を更に含む。これは、データをマルチベースライン補正３１０へ、更に超音波処理フィードバックサイクル３０６へ与える。マルチベースライン補正３１０はまた、磁気共鳴測温３０２にとって有用なデータを供給する。超音波処理フィードバックサイクル３０６は、磁気共鳴測温データを受け取り、これは、温度フィードバック制御３１４を計算するために使用される。この計算は、どの程度の熱を夫々のサブ区域に与えるべきかを計算するボクセルごとの電力を計算することによってなされる。このデータは次いで決定木３１６によって使用され、決定木３１６は、温度フィードバック制御３２４及び磁気共鳴測温３０２からの情報を使用する。決定木３１６は、現在のサブ区域を加熱し続けるか、又は次の場所へ移動すると決定する。ブロック３１８は、次の場所へ移動することを示す。場所３１８は、トランスデューサ空間オフセット補正３１２によって調整されてよい。次の場所３１８へ移動した後、温度フィードバック制御部３１４は繰り返される。ブロック３０６におけるステップは、加熱が完全に終了するまで繰り返される。

軽度温熱療法（４０〜４５℃）は、臨床前の化学療法及び放射線療法のような抗ガン治療の有効性を改善する能力を証明してきた。軽度温熱療法を下回る温度は、所望の効果を有さないことがあり、一方、この範囲を上回る温度は、組織内かん流を止めることがあり、薬物投与又は放射線治療に悪い影響を与える。十分な軽度温熱療法を達成するのに重要なパラメータには、加熱量、目標温度、空間精度、温度安定度及び存続期間がある。それらのパラメータを制御するために、多数の温熱療法装置は、接触加熱、マイクロ波、無線周波数及び超音波を含め、深部組織及び局所温熱療法の両方のために使用されてきた。

軽度温熱療法温度の狭い４０〜４５℃の範囲は、フィードバックメカニズムによる温度の厳しい制御を必要とする。ＭＲ誘導型高密度焦点式超音波（ＭＲ−ＨＩＦＵ）は、陽子共鳴周波数シフト（ＰＲＦＳ；proton resonance frequency shift）測温法を用いて非侵襲的にそのようなフィードバックを提供する能力を備える。ＭＲ−ＨＩＦＵは、電子的又は機械的なステアリングにより組織を加熱することができる。電子ステアリングは、トランスデューサ素子の夫々により生成された音波の位相を変えることによる焦点の偏向を伴い、一方、機械ステアリングは、トランスデューサの平行移動及び／又は回転を通じて達成される。ステアリングの各々の方法は有意な制限を伴う。すなわち、電子ステアリングは、小さな偏向（〜８ｍｍ）［１］に制限され、機械ステアリングは、ＰＲＦＳ方法による温度撮像と干渉し、より大きい変位はより多くのノイズをもたらすが、更には有意により遅い［２］。現在の加熱アプローチのそれらの欠点は、臨床医の最初の肯定的結果にかかわらず、軽度温熱療法におけるＭＲ−ＨＩＦＵの適用をこれまで制限してきた。

上記の制限により生じる最も有意な欠点の１つは、ＭＲ−ＨＩＦＵが軽度の高体温へ加熱するために使用されてきた標的ボリュームの小さいサイズ（１〜２ｃｃ）である［２］。組織の大きいボリュームのアブレーションは、小さいボリュームの高速シーケンシャル完全アブレーションを通じて達成されてきた［１］。しかし、そのような区分的加熱は、放射線又は薬物投与の適用のために長期間（３０〜６０分）にわたって連続してボリューム全体を加熱することが必要とされるので、大きいボリュームの軽度温熱療法治療にとって適切でない。ほとんどの温熱療法アルゴリズムは、円形のような所定の治療形状を必要とし、よって、腫瘍に対してコンフォーマルでない［１，２，４］。治療ボリューム形状に対するこの制限は、血管のような重要／脆弱な構造及び健康な組織を加熱されないようにすることが望ましい場合に、臨床医にとって適切でない。最終的に、腫瘍組織は異質的であり（エネルギのかん流及び吸収）、異なるリージョンを加熱するのに必要な電力が局所的な組織特性に依存することを意味する。腫瘍組織のこのような異質性は、ボクセル／リージョンに基づくフィードバックを必要とする。よって、３つの問題、すなわち、１）大きいボリュームの加熱、２）コンフォーマル加熱、３）異質組織の加熱は、ＭＲ−ＨＩＦＵによる軽度温熱療法の臨床解釈のために対処されるべきである。

それらの課題に対処するよう、本開示における軽度温熱療法に対する包括的アプローチは、大きいボリュームを加熱するために、電子的及び機械的ステアリングを組み合わせるアルゴリズムを含む。この組み合わせは、治療ボリュームをサブボリュームに分割するために使用される分断攻略（divide-and-conquer）アプローチと、全てのサブボリュームにわたる加熱を確かにするよう治療の実時間適応を可能にする決定木アルゴリズムアーキテクチャとによって可能にされた。それらのサブボリュームのサイズは、電子ステアリングのみにより達成可能な最大ボリュームによって決定された。ボクセル／リージョンに基づくフィードバックは、異質加熱又は所望の治療ボリュームを達成するために実施され、マルチベースライン測温法は、トランスデューサの動きを考慮し、治療の間に温度フィードバックを提供するために使用された。提案されたアルゴリズムは、臨床治療用のフィリップスヘルスケアＳｏｎａｌｌｅｖｅ ＭＲ−ＨＩＦＵプラットフォームにおいて実施された。

熱アブレーションは、温度が短時間（数秒）に壊死を引き起こすことができるレベル（通常は、＞５５℃）へ高められることを要し、一方、軽度温熱療法は、標的リージョンにおける温度が長時間所望のレベルに保たれることを要する。ほとんどの軽度温熱療法適用のための最適な温度は４０〜４５℃の範囲（Ｔ＜４０℃は限られた効果をもたらし、Ｔ＞４５℃は組織内かん流を中断し得る。）にあるので、アブレーションとは完全に異なるアプローチが軽度温熱療法のために必要とされる。これは、サブボリュームの形状及び各ボクセルが加熱される電力の両方が実時間において自動的に調整され得る点で、治療中の実時間適応が可能である柔軟なアルゴリズムアーキテクチャを提供することができる。実施形態は、実時間の更新のための能力（先に開示されず。）及び何らかのフィードバックアルゴリズム（二進、比例積分（ＰＩ）、及び比例積分微分（ＰＩＤ）を含むがそれらに限られない。）のためのサポートにより、電子的及び機械的なステアリングの組み合わせを示すよう、アルゴリズムの具体化、フレームワーク及び特徴付けを提供してよい。このアプローチは、トランスデューサの機械移動を最小限にして、トランスデューサの移動中の加熱が不可能である場合における加熱の安定性を改善するための具体的な方法を提供する。既知の二進アブレーションフィードバック及び軽度温熱療法フィードバックアルゴリズム並びに他の公開及び／又は特許されている技術と比較して、実施形態は、大きいボリュームの分割、フィードバック制御方法、及び電子ステアリグのみにより達成可能であるよりも大きいボリュームにおける軽度温熱療法のメンテナンスのための有意な改善及び更なる特徴を提供してよい。実施形態は、ほとんどの臨床用途に必要とされる組織の奥深くにおけるコンフォーマル、大きいボリューム且つ異質の温度分布をもたらしてよい。この異質的温度分布は、ボクセル／リージョンに基づくフィードバック、ボリューム分割、電子的及び機械的なステアリング、決定木並びにマルチベースラインＭＲ測温法によって達成される。

本発明の必須の特徴は、ボリューム分割、決定木、電子的及び機械的なステアリング、ボクセル／リージョンに基づくフィードバック、並びにマルチベースラインＭＲ測温法を含んでよい。それらの特徴は、以下で詳細に論じられる。

［コンフォーマル大容量温熱療法アルゴリズム］
コンフォーマル大容量温熱療法アルゴリズムは、治療を計画し、治療を開始するのに必要な情報（すなわち、ベースライン温度、様々な補正因子）を取得し、加熱を実行する一連のステップを使用する。それらのステップは図３で示されており、より詳細に以下で扱われる。

図３において、コンフォーマル大容量温熱療法アルゴリズムがフローチャートに描かれている。治療計画の間、治療ボリュームは、選択され、治療ボリューム分割アルゴリズムを用いてサブボリュームに分割された。アルゴリズムによって提供されるトランスデューサの場所の夫々で、マルチベースライン補正及びトランスデューサ空間オフセット補正は実行された。マルチベースライン補正は次いで、補正された空間オフセット用いて繰り返された。超音波処理の間、マルチベースライン補正及びトランスデューサ空間オフセット補正の両方が使用された。夫々の動的ＭＲ画像（１．６ｓ）によれば、決定木は、現在のサブボリュームを加熱すべきかどうかを決定し、移動すべきとの決定がなされた場合は、加熱のための次の場所／サブボリュームを決定するために使用された。比例フィードバック制御は、現在のサブボリュームが電子ステアリングにより加熱された電力のマップを計算するために使用された。このフィードバックループは、ユーザにより定義された超音波処理時間が経過するまで繰り返された。

［標的ボリューム分割アプローチ］
ユーザにより定義される自在画の標的ボリュームは、分断攻略アルゴリズムを用いて自動的にサブボリュームに分割される（図４参照）。サブボリュームの夫々は、ＨＩＦＵ焦点の電子ステアリングを用いて加熱され、一方、ＨＩＦＵトランスデューサの機械移動は、各ボリュームを加熱するよう適切な位置にトランスデューサを位置付けるために使用され得る。個々のサブボリュームのサイズは、電子ステアリングのみにより適切にカバーされ得るボリュームに制限される（ユーザ定義）。サブボリュームのサイズは様々であることができるが、それは、通常は、最適な焦点合わせ、適正な音強度、及び加熱リージョンの境界の定義（コンフォーマル加熱）を確かにするようトランスデューサの電子ステアリング能力によって制限される。このアプローチは、２Ｄ及び３Ｄ両方のボリューム分割に適用可能である。

図４は、標的区域をサブボリュームに分割する方法を説明する。標的区域２４０が存在する。標的区域２４０を示す３つのビュー４００、４０２、４０４がある。図４は、中心軸法を説明する。中心軸又はスケルトンが計算される。これは、線４０６によって示されている。標的区域２４０の重心４０８が次いで見つけられる。大きい点４０８は、重心のおおよその場所を表す。次に、中心軸４０６に沿って、重心から一番遠いボクセル４１０が見つけられる。次に、中心軸４０６に沿って、焦点４１２が選択される。焦点４１２は、超音波トランスデューサの自然の、調整されていない焦点であり、標的区域２４０の最大量が焦点合わせの境界４０４及び更にボクセル４１０の中にあるように位置合わせされる。これは次いで、第１のサブリージョン４１６を定義する。ビュー４０２は、標的区域２４０に対するリージョン４１６の位置を示す。リージョン４１６を含まない標的区域２４０は、次いで、サブ区域に分割される。ビュー４０４は、１０のサブ区域に分割された標的区域２４０を示す。それらは、４１６、４１８、４２０、４２２、４２４、４２６、４２８、４３０、４３２及び４３４の符号が付されている。

図４は、ボリューム分割アルゴリズムを説明する。スケルトン４０６の計算に続き、重心（ＣｏＭ）４０８から最遠のボクセル４１０が見つけられ、スケルトンはその最遠のボクセル４１０へ延長される。延長されたスケルトンに沿って最適な焦点の場所４１２を見つけた後、焦点から到達され得るボリュームが標識化される。それらのステップは、ボリューム全体が、夫々一意に標識化されるサブボリュームに分割されるまで、繰り返される。

以下で記載される治療ボリューム分割アルゴリズムは、１）サブボリュームに分割された治療ボリューム、及び２）所与のサブボリューム内の全てのボクセルが電子ステアリングを用いて到達可能であるそれらのサブボリュームにおける自然の、偏向されていないＨＩＦＵ焦点位置（ここでは、トランスデューサ位置と呼ばれる。）のリスト、をもたらす。夫々の自然のＨＩＦＵ焦点位置は、物理的なトランスデューサの場所に対応する点に留意されたい。

アルゴリズムは、治療ボリュームの形状に関する情報を含む中心軸変換（スケルトン化（skeletonisation））を用いて治療ボリュームを分割する。このスケルトン化は、トランスデューサ位置を、それらの関連するサブボリュームを最大限としながら見つけるために、使用される。このプロセスは、トランスデューサ位置の総数を最小限とし、治療中のＨＩＦＵトランスデューサの総移動時間を低減する。トランスデューサの機械移動を減らすことは、ＭＲ測温法との起こり得る干渉を制限し、（分断されたリージョンにおいて見られるように）加熱が移動中に不可能である場合における加熱の安定性を高め、設備保全費用を制限し、おそらく最も重要なことには、患者の快適性を高め且つ臨床医の処理能力を高めるという利点を有する。最後に、アルゴリズムは、夫々のトランスデューサ位置を、電子ステアリングのみを用いてこの位置から加熱され得るボクセルと関連付ける。

治療ボリューム分割アルゴリズムのワークフローの例は、次のとおりである：
１．治療ボリュームの重心からのユークリッド距離変換（ＤＴ）を計算する。
２．治療ボリュームのスケルトン化を実行する。
３．治療ボリューム内で最も高いＤＴ値を有するボクセル（開始ボクセル）を選択する。
４．スケルトンを開始ボクセルまで線形に延長する。
５．開始ボクセルにおいて電子ステアリングボリュームの中心を置き、治療ボリュームとのオーバーラップを計算する（いずれかのサブボリュームに予め割り当てられていないボクセルのみを考慮する。）。
６．延長されたスケルトンに沿って、開始ボクセルまでの距離≦電子偏向の半径にある全てのボクセルに電子ステアリングボリュームの中心を置くことによって、上記の計算を繰り返す。
７．治療ボリューム及び電子ステアリングボリュームが最大のオーバーラップを有するボクセルを決定する。複数のボクセルが選択される場合は、治療ボリュームの境界から一番遠いボクセルを選択する。
８．選択されたボクセルをトランスデューサ位置の組へ加える。
９．考慮中であるトランスデューサ位置から電子ステアリングにより到達され得る全てのボクセルを標識化する。既に標識化されているボクセルがこのステップで再度標識化される必要がある場合は、それらのボクセルに最も近いトランスデューサ位置の標識を選択する。治療ボリューム外のボクセルは標識化されないままである。
１０．治療ボリュームにおける全てのボクセルが標識化されるまでステップ２乃至９を繰り返す。

［マルチベースラインＭＲ測温及び焦点空間オフセット補正］
治療ボリューム選択及び分割：マルチスライス２Ｄ又は３ＤＭＲ画像スタックは、治療ボリュームを選択するために使用され得る（図３‘治療計画’、治療計画３０８）。このボリュームは、上記の治療ボリューム分割アルゴリズムを用いてサブボリュームに分割される（図４）。

複数のトランスデューサ位置によるマルチベースライン測温法：マルチベースライン補正の間、ＭＲ相画像は、全てのトランスデューサ位置において取得された（図３‘治療計画’、治療計画３１０）。それらは、実時間において適切なトランスデューサ位置での温度計算にベースライン画像として代入された。このプロシージャは、相／温度画像におけるトランスデューサ位置の影響なしに、安定した温度マッピングを可能にする。このステップの間、トランスデューサ位置と焦点位置との間の幾何学的関係が使用され得る。次のステップ（‘空間オフセット補正’）は、治療を開始する前にベースライン温度補正の繰り返しを必要としながら、正確な位置合わせを確かにする補正因子を測定し且つ適用する。マルチベースラインは、患者又は標的ボリュームの動きを補正するよう、これまで使用／公開されてきた。ここで記載されるアプローチは、トランスデューサの動きを考慮すべきである（我々は、この概念が先行技術であるかどうかを知らない。）。トランスデューサ位相効果のモデリングのような、相／温度画像へのトランスデューサ位置の影響を補正する代替の手段は、本発明の適用範囲に含まれるべきである。

空間オフセット補正：任意の空間オフセット補正が、実際の加熱位置を補正するために１以上のトランスデューサ位置について実行され得る。ＭＲ測温法を開始した後、低電力の試験超音波処理が、ボリューム分割の間に計算されたトランスデューサ位置の夫々で実行される（図３の治療計画ステップ３１２）。低電力の超音波処理により加熱される位置は、幾つかある方法の中で特に、ベースラインに対する温度の最大変化又は到達される最高温度の位置を見つけることによって、ＭＲ測温法から決定され得る。解剖学的アルゴリズムは、ＭＲ測温法が不正確である範囲（腸、動いている臓器）を除く治療ボリュームの周囲近傍における焦点位置の検索を実行するために、使用される。トランスデューサ位置（夫々サブボリュームに対応）の夫々についての焦点空間オフセットは次いで、幾何学的に計算された自然の焦点位置を検出された位置に関連付けることによって決定される。その後に、このような３Ｄ空間オフセットの組は、トランスデューサの動きを補正するために使用され得る。空間オフセットの取得に続き、マルチベースライン補正は、取得された空間オフセットを用いて、補正されたトランスデューサ位置でベースライン温度を収集するために繰り返され得る（図３後両計画ステップ３１０）。

図５は、どのサブ区域又はサブボリュームを加熱すべきかを決定するために使用される決定木の例を説明するフローチャートを示す。磁気共鳴測温データ５００の取得を表すブロックが存在する。磁気共鳴測温データ５００は次いで、条件付き試験を用いて特定の温度条件５０２を評価する木に送られる。ブロック５０４は、試験の結果を表し、ブロック５０６は、どのサブボリューム又はサブ区域が加熱されるかを示す。磁気共鳴測温データが取得された後、次いで、ブロック５０２における決定木が存在する。例えば、平均温度は、目標温度及びその誤差と比較されてよい。温度が目標及びその誤差を上回る場合は、例えば、最も冷たいサブボリュームを加熱するよう、トランスデューサを新たな場所へ動かすとの決定がなされてよい。平均が目標及びその誤差を上回らない場合は、平均は次いで目標と比較されてよい。平均が目標よりも低い場合は、現在のサブボリュームに留まって加熱するとの決定がなされてよい。平均が目標よりも低い場合に、例えば、最低平均温度を有するサブボリュームを決定するとの決定がなされてよい。これが現在のサブボリュームである場合は、トランスデューサは同じ場所に留まってよい。最低平均温度を有するサブボリュームが他の場所である場合は、移動して最も冷たいサブボリュームを加熱するとの決定がなされてよい。

図５は、超音波処理の間に使用される決定木を示す。このアルゴリズムは、現在のサブボリュームの平均温度（Ｔ_ｍｅａｎ）が目標温度（Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}）を下回る場合及び現在のサブボリュームが最低Ｔ_ｍｅａｎを有する場合に、現在のサブボリュームの加熱をもたらす。他の場合に、このアルゴリズムは、最低Ｔ_ｍｅａｎを有するサブボリュームへ移動するようトランスデューサに指示する。

［決定木］
大容量コンフォーマル加熱アルゴリズムは、加熱し続けるべきか、あるいは他のサブボリュームへ機械的に移動すべきかを決定するために、決定木を使用する（図３の超音波処理〜フィードバックサイクル、ステップ３１６及び図５）。

図６は、医療機器の使用中の移動及び超音波処理を示すタイムラインの例を示す。吹き出し６００は決定を示し、これは、トランスデューサを加熱又は移動するかどうかの決定であってよい。次に、６０２は、いつ磁気共鳴撮像が磁気共鳴測温データを取得するために行われるのかを示す。ブロック６０４で、これは、いつ遅延が起きているのかを示す。遅延は、決定がなされる場合に及び更には、トランスデューサが新たな場所へ動かされる場合に、起こる。６０６は、いつ加熱が行われるのかを示す。幾つかの実施形態において、加熱は、移動が起こっている場合に依然として行われてよい。６０８は、いつトランスデューサが動いているのかを示す。そして、６１０は、任意の単位において時間を示す。

現在のサブボリュームが十分に加熱されていると認められる場合は、決定木は、平均、最低値、最大値又は他の指標を含み得る基準の組を用いて、加熱される必要がある次のサブボリュームを決定する。決定木は、最も最新の温度マップが決定を行うために使用されることを確かにするよう、夫々の動的画像とともに使用される。決定木（図５）の有効な使用の一例は、１）温度誤差（Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}）よりも大きいオーバーシュートが発生していない場合（Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}は、ＭＲ測温画像から直接測定され得る。）、及び２）サブボリュームの平均温度（Ｔ_ｍｅａｎ）が目標温度よりも低かった場合に、現在のサブボリュームの加熱を生じさせた。そのような条件の１つが偽であった場合は、決定木は、最低Ｔ_ｍｅａｎを有するサブボリュームへ移動するようトランスデューサに指示した。最低平均温度を有するサブボリュームが現在のサブボリュームであった場合は、加熱なしで１フィードバックサイクル期間留まるとの決定がなされた。別のサブボリュームを加熱するとの決定がなされた場合は、ＨＩＦＵトランスデューサは、関連するトランスデューサ位置へ動かされた。現在のサブボリュームを再加熱すること、又は次の適切なサブボリュームへ移動してそれを加熱することのいずれの場合にも、サブボリューム加熱サイクルは繰り返された。再加熱なしで現在のトランスデューサ位置に留まるとの決定がなされた場合は、治療ボリュームは、１フィードバックサイクル期間に冷却することを可能にされ、その時点で温度が評価された。図５に表されているアルゴリズムは、ユーザにより定義された超音波処理時間が経過するまで繰り返され得る。共に動作するシステムの様々な部分のタイミング図が図６に表されている。

図６は、移動及び超音波処理のタイムラインを表す。図表は、決定木が使用される点（ａ）、撮像時間（ｂ）、アルゴリズムによって発せられるコマンド間の遅延（ｃ）、電子ＨＩＦＵステアリングによる加熱（ｄ）、機械的なトランスデューサ移動（ｄ）及び時間（ｆ）を示す、移動及び超音波処理のタイムラインの例を表す。

［ボクセル／リージョンに基づくフィードバック］
決定木アルゴリズムアーキテクチャの使用は、温度オーバーシュートを制限するので、温度フィードバックアルゴリズムの選択における柔軟性を可能にする。従って、最大電力が（キャビテーションのような機械的な効果による）組織の損傷を可能にするよう制限されることを条件として、フィードバックアルゴリズムの選択は、二進、比例（Ｐ）、比例積分（ＰＩ）及び比例積分微分（ＰＩＤ）を含むがそれらに限られない。それらのアルゴリズムのいずれも、ボクセル又はリージョンからのＭＲ測温フィードバックに基づき、ボクセルごとに電力を定めるために、又は標的区域内の任意に定義されたリージョン（例えば、３×３×３ｍｍ）のために、使用され得る。電力の代わりに、フィードバックアルゴリズムはまた、時間にわたって総出力エネルギに作用する超音波処理の存続期間、デューティサイクル、又は何らかの他のパラメータを調整してよい。トランスデューサの動きから生じるＭＲ測温アーティファクトの影響を制限するために、温度フィードバック制御は、その電力計算を、トランスデューサの動きが止まった後に取得された最新の正確なＭＲ測温画像に基づくことができる。サブリージョンにおける加熱を制御するためのボクセル／リージョンに基づくフィードバック方法は、目標温度へのサブリージョン加熱を可能にする１つの方法である。なお、上記の複数位置加熱及び関連する方法は、他の加熱アルゴリズムと組み合わされてよく、本発明の適用範囲は、代替の加熱方法を更に含む。

全ての治療ボリュームについて、サブボリューム及びボクセルの数並びにサイズが報告される。加えて、昇温時間が表示され、全てのサブボリュームがＴ_{ｔａｒｇｅｔ}−Ｔ_{ｅｒｒｏｒ}より大きいか又はそれに等しい平均温度に達する時間として定義される。加えて、平均温度（平均Ｔ）、平均標準偏差（平均ＳＤ）、Ｔ９０−Ｔ１０範囲、平均Ｔ９０、平均Ｔ１０、平均最大及び最低温度（夫々Ａｖｍａｘ及びｍｉｎＴ）並びに昇温後の全体の最大温度（ＭａｘＴ）が表示される。平均は、超音波処理の終了までの昇温後の値を平均化することで計算された。

［電子的及び機械的なステアリングの組み合わせ］
夫々のサブボリューム内のＨＩＦＵ焦点の電子ステアリングの使用は、ＭＲ画像分解能に依存して、個々のボクセル、又は小リージョンによって表される範囲の正確な加熱を可能にする。［ボクセル／リージョンに基づくフィードバック］の項で上述されたように、フィードバックアルゴリズムは、夫々のボクセル／リージョンが加熱されるべき音響出力を計算するために使用され得る。加熱は、現在のサブボリュームにわたってＨＩＦＵトランスデューサの焦点を電子的に導くことによって、達成された。動的走査時間及び加熱されるボクセルの数に依存して、同じボクセルの複数回の超音波処理が行われてよい。この場合に、そのようなボクセルのための電力は、それらにおける超音波処理の回数だけ分けられてよい。次いで、サブボリュームの加熱が、加熱されるボクセルの数と、夫々のボクセルを通る回数と、ボクセル加熱時間とを乗算した結果に等しい存続期間の間、実行された。ビーム軸沿い且つそれと垂直な電子偏向は、意図されたＨＩＦＵ焦点で実現される強度を弱め、最大強度の場所を変更してよい。従って、全てのボクセルについて、電力は、自然の焦点位置からの電子偏向に依存して二次多項式乗算器を用いて調整され得る。

このデータは、システムが高速な昇温及びコンフォーマルな十分に制御された加熱を可能にすることを示す。昇温時間はボリュームの増大とともに増大し（１．３〜５．５分）、一方、この増大は、１時間の典型的な軽度温熱療法治療と比べて小さい。図７は、ファントム実験と同様の性能を有する、生体内でのこのアルゴリズムの実行を示す。

図７は、２つの画像７００，７０２及びチャート７０４を示す。画像７００は、計画画像である。画像７０２は、サブ区域７０６及び７０８の両方が４０℃よりも高い温度平均を示した直後に取得された熱磁気共鳴画像及び温度マップを示す。これは、区域全体にわたるコンフォーマル加熱を示す。図７では、異なる治療区域の位置及び夫々が電子的な焦点合わせのみにより治療され得るサブ区域へのその解剖学的分割が、示されている。平面画像７００では、２つのサブ区域が見受けられ得る。第１のサブ区域７０６及び第２のサブ区域７０８が存在する。チャート７０４は、時間（分）に対する摂氏温度を示す。７０６と符号を付された曲線は、第１のサブ区域７０６内の平均温度に対応する。７０８と符号を付された曲線は、第２のサブ区域７０８における温度を示す。破線７１０は、この実験における目標温度である４１℃の温度を示す。１分にある破線７１２は、加熱が開始された時間を示す。１１分に対応する破線７１４は、加熱が停止した時間を示す。試験チャート７０４によって、方法は、有効に標的区域の温度を保つことができることが分かる。

図７は、例えば、生体内での、大容量加熱アルゴリズムのための軽度温熱療法を試験する実験を説明する。治療ボリュームは、うさぎの大腿部におけるＶｘ２腫瘍内で選択された。Ａ）治療ボリュームの位置及び夫々が電子ステアリングのみにより治療され得るサブボリュームへのその解剖学的分割。Ｂ）治療ボリューム全体のコンフォーマル加熱を示す、両方のサブボリュームがＴ_{ａｖｅｒａｇｅ}＞４０℃を示した直後の温度マップ。Ｃ）１０分間の軽度温熱療法治療の最中の両方のサブボリュームにおける加熱の発生。

実施形態は、それらの改善又は強化のうちの１以上を組み込んでよい：
１）３Ｄ測温撮像−ここで記載される大容量加熱アプローチと併せた３ＤＭＲ測温の使用は、実時間における起こり得るホット及び／又はクールスポットに対するより良い制御を可能にするとともに、組織内温度分布に関するより完全な認識を提供することができる。そのような情報は、この技術の安全性を改善するとともに、薬物投与及び放射線治療の効果の検討のためのより高品位のデータを提供することができる。最後に、３ＤＭＲ測温の使用は、等方性又は準等方性のボクセル寸法を可能にし（３Ｄ撮像は、ＭＲ測温法において、より薄いスライスを可能にする。）これにより、治療の精度を改善する。上述される焦点オフセットの収集は、補正の空間精度を高めるよう３Ｄにより実行されており、種々のＭＲ撮像コイルの使用によるＳＮＲの改善は、３Ｄ撮像が、治療中の温度監視のための十分に高速な動的撮像とともに使用されることを可能にすることができる。

２）３Ｄ治療計画、実行及び監視への拡張−全ての例となる技術及びアルゴリズム並びに実施形態は、２Ｄ及び３Ｄ両方の治療計画に容易に適用可能である。サブボリュームへの標的ボリュームの細分は、同様のルーチンを用いて３Ｄにおいて達成可能である。加えて、ＭＲ−ＨＩＦＵプラットフォームは、トランスデューサの多次元の機械的な移動とともに、多次元の電子ステアリングを可能にし、よって、全体的な治療が標的組織及び健康な組織の３Ｄジオメトリを考慮することを可能にする。３Ｄ治療計画と３Ｄ撮像との組み合わせ（「改善又は強化」／「３ＤＭＲ測温撮像」を参照）は、治療がその標的へ最大限可能な特異性を有して向けられることを確かにする。

３）超音波処理及びトランスデューサ移動の可変なタイミング−夫々の超音波処理は、１回の動的な画像取得の存続期間に制限されてもされなくてもよい。短い動的画像取得時間が使用される場合に、又は高速加熱／高電力が必要とされる場合に、超音波処理及び／又は移動コマンドは、各々の画像取得時に発行又は更新されてよい。しかし、撮像時間が、信号対雑音比を高めるよう又は大容量のデータを取得するよう必要に応じて、増大される場合に、加熱及び他の場所への移動はいずれも、１回の動的取得内で達成され得る。

４）熱損失又は拡散を測定するための電力及びこれに伴う熱を使用する能力−実時間のＭＲ測温及び超音波エネルギの適用は、加熱される組織における相対的かん流が、一部のサブボリュームが冷却している間のサブボリュームの夫々の加熱中の温度の展開に基づき、及び温熱療法の完了後の冷却から、決定されることを可能にする。最後に、アルゴリズムは、必要とされる場合にのみ組織を加熱し、夫々のボクセルにおける温度に基づき電力を選択するので（電力計算はフィードバック方法により変化する。）、組織を目標温度に保つために（及びその温度へ加熱するために）必要とされる累積的及び瞬時的な電力は、組織内かん流を評価するために使用されてよい。腫瘍におけるかん流のパターンは、腫瘍のどの部分が軽度温熱療法と化学療法又は放射線療法との組み合わせにより最も良く治療され得るのかという見識、及び将来の治療を計画するための見識を提供してよい。

５）よりロバストな、自動化された焦点偏向補正−現在の実施は、各々のトランスデューサ位置での焦点偏向補正の自動及び手動両方の収集を可能にする。組織の移動及び局所的な磁場不均一又は低ＳＮＲの局所範囲は、本願で解説されているオフセット補正ルーチンの間の高温の誤った検出をもたらし得る。そのような誤りは、加熱の空間的不正確性をもたらし得る。この空間的不正確性は、手動による調整の追加を通じてこれまで軽減されてきた。そのような補正因子の推定における起こり得るエラーをより良く除去することができるよりロバストな自動検出アルゴリズムは、加熱のより高い空間精度を確かにするとともに、治療計画時間を短縮することができる。

６）実時間のサブボリューム更新−大容量アルゴリズムの現在の実施は、温熱療法治療の開始の直前に、標的ボリュームをサブボリュームに細分する。しかし、このプロセスは、計算コストが高くなく（典型的なワークステーションで＜０．２秒）、従って、それは、加熱又はトランスデューサ移動の間に実時間において実行され得る。そのような実時間の調整は、トランスデューサの機械的な移動の量を減らすために使用されてよく、設備保全費用を削減し、且つ、場合により（幾つかの分断されたリージョンの場合に見られるように、移動の間の加熱が可能でない場合）、移動中に起こる冷却を減らすことで加熱の安定性を改善する。

７）最適なトランスデューサ移動のコンピュータ化された実時間の計算−現在の実施は、必要に応じて、サブボリュームの中で最も冷たいものを加熱し、一方、移動の優先順位付けは、より効率的な、場合により、より安全な加熱をもたらす更なる最適化を可能にしてよい。トランスデューサの移動は、ＭＲ測温においてアーティファクトを引き起こす。これは、温度フィードバックに影響を及ぼすことがあり、従って、最小限又は無効にされる必要がある。例は、トランスデューサの移動中にマルチベースライン撮像の使用を通じて取得されたＭＲ測温画像を無視することによって、アーティファクトを無効にしてよい。アーティファクトはまた、トランスデューサが動く時間及び／又は距離を最小限とすることで最小限にされてよい。これは、最短経路に沿ってトランスデューサを動かすことによって達成され得る。標的ボリュームの周囲部分（加熱されない組織に接し、従って、最大の相対熱損失を経験する部分）を加熱するために、最長経路に沿ってトランスデューサを動かすことが更に必要であってよい。加えて、組織冷却の速度及びトランスデューサ移動の速度は、最適に位置合わせされるサブボリュームを選択して、それへ向かうトランスデューサの機械的な移動の間の最小限の冷却を確かにするために使用され得る。これは、実時間のサブボリューム更新とともに、及びここで説明される他の実施形態とともに使用され得る。

複数のサイズの電子偏向制限の使用−単一の電子偏向制限によるサブボリュームへの標的ボリュームの細分は、本願で与えられるデータによって示されるように、大容量コンフォーマル加熱にとって十分である。しかし、可変な又は複数のサイズの電子偏向制限の使用は、特に、上述されたようなボリューム分割の実時間更新と組み合わされる場合に、より高速な加熱を可能にしてよい。より小さい電子偏向制限の使用は、加熱のより高い空間精度を可能にし（焦点は、偏向の増大とともに、より拡散する。）、このような精度は、重要な構造に近い（血管又は神経に隣接する）範囲を加熱するのに有用である。一方、より大きい偏向制限は、正確な空間定義を要しないサブボリューム（例えば、腫瘍マージンから離れた腫瘍組織）を加熱するために使用され得る。

８）対象とするリージョンの周囲のマージンを含める能力−大容量コンフォーマルＭＲ−ＨＩＦＵアルゴリズムによって提供される最大被加熱ボリュームの有意な増大は、病変の周囲で加熱されるべきマージン（診療所において一般的に見られるより大きい病変を含む。）を可能にしてよく、場合により、治療の有効性を高める。

９）アブレーション及び軽度温熱療法の複合的治療を計画及び実行する能力−ＭＲ−ＨＩＦＵシステムは、アブレーション及び軽度温熱療法の両方の加熱の能力を備える。システムのこの利点は、最適な治療を確かにするよう他の上記の特徴及び改善とともに使用されてよい。治療計画は、腫瘍の種々の部分が、治療の有効性を最大限とし得るアプローチを用いて治療されることを確かにするよう、腫瘍におけるかん流のパターのような、腫瘍の不均質に関する認識を組み込むことができる。例えば、ほとんどかん流しない範囲は、アブレーションにより最も良く治療されてよく、一方、より良くかん流する範囲は、温熱療法及び化学療法の組み合わせにより良く適し得る。

大容量コンフォーマル軽度温熱療法アルゴリズムの用途には、ＭＲ誘導下疼痛緩和、ＭＲ誘導下放射線感作物質、ＭＲ誘導下化学療法投与（局所薬物投与）、ＭＲ誘導下薬物活性、ＭＲ誘導下遺伝子導入及び遺伝子発現があり、臨床的有用性を提供するために生理学上及び細胞の変化（ＭＲ誘導下）を含む。アルゴリズム（ボリューム分割）の多くは、アブレーション（Ｔ＞５５℃）治療のためにも使用されてよい。それらの目的のためにＭＲ−ＨＩＦＵを使用する重要な利点のうちの１つは、病変の正確な標的化及び画像ガイダンスを提供するその能力である。他の可能な利点は、手技中フィードバックのためのリポソーム又は組織移植からの造影剤放出のパラメータのような、様々な撮像データの使用である。これは、軽度温熱療法及び化学療法又は放射線療法の組み合わせにより治療され得る病変又はボリュームのサイズを大いに拡大することができる。

図８は、ｉＬＴＳＬ（imageable Low Temperature Sensitive Liposome）投与及び磁気共鳴高密度焦点式超音波による加熱後の磁気共鳴信号強度及びドキソルビシン蛍光を説明する。画像８００は、ｉＬＴＳＬ投与前の信号強度を示す。画像８０２は、ｉＬＴＳＬ投与後の信号強度を示す。画像８０４は、治療計画陽子密度強調（proton density weighted）走査により得られる信号強度にオーバーレイされる加熱中の温度マップの例を示す。画像８０６は、４回の１０分間加熱セッション後の信号強度を示す。画像８０８は、加熱のおおよその場所におけるドキソルビシン蛍光を示す。

上述されたように、図８は、ｉＬＴＳＬ投与及び磁気共鳴高密度焦点式超音波による加熱後の磁気共鳴信号強度及びドキソルビシン蛍光を説明する。信号強度画像８００は、ｉＬＴＳＬ投与前のものであり、信号強度画像８０２は、ｉＬＴＳＬ投与後のものである。画像８０４は、治療計画陽子密度強調走査により得られる信号強度にオーバーレイされる加熱中の温度マップの例である。画像８０６は、４回の１０分加熱セッション後の信号強度を示し、画像８０８は、加熱のおおよその場所におけるドキソルビシン蛍光を示す。画像８００、８０２及び８０６はＴ１強調画像を表し、一方、画像８０４は陽子密度強調画像を示す点に留意されたい。

幾つかの例において、マルチベースライン補正を実行することが有用であり得る。超音波トランスデューサの動きは、磁気共鳴撮像と干渉することがある。これは、位相画像においてアーティファクトを引き起こし、温度変化を妨害することがある。これは、マルチベースライン撮像を実行することによって取り除かれ得る。これは、加熱が開始される前にあらゆる単一トランスデューサ位置において磁気共鳴位相画像を収集することによって実行され、次いで、加熱中に収集された位相画像から適切な画像を減じてよい。幾つかの例において、自然の焦点オフセットを補正することも有用であり得る。組織において、アイデンティティ又はジオメトリは、実際の焦点を自然の焦点から外れさせることがある。これは、トランスデューサ位置に特有の補正を必要とすることがある。あらゆるトランスデューサ位置について自然の焦点オフセットを計算することが有用であり得る。これは、面ごとに実施されてよい。幾つかの例において、電力を補正し、面外の加熱を補償することが有用であり得る。より大きい電子偏向が使用される場合に、それは、電力低下を引き起こす焦点はずれを引き起こす。これはまた、超音波トランスデューサによる近接場加熱を増大させることがある。近接場加熱に関し、トランスデューサの位置を補正するよう空間オフセットを加えることが有用であり得る。焦点はずれによって引き起こされる電力低下に関し、このような電力低下を補償するよう電力出力を増大させることが有用であり得る。

本発明は、図面及び上記の説明において詳細に説明及び記載されてきたが、そのような説明及び記載は、実例又は例示であって限定でないと見なされるべきであり、本発明は、開示されている実施形態に制限されない。

開示されている実施形態に対する他の変形例は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求される発明を実施する際に当業者によって理解され達成され得る。特許請求の範囲において、語「有する（comprising）」は他の要素又はステップを除外せず、単称（a又はan）は複数個を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲において挙げられている幾つかの項目の機能を満たしてよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項において挙げられているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すわけではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその部分として供給される光記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体において記憶／分配されてよいが、他の形態において、例えば、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介して、分配されてもよい。特許請求の範囲における如何なる参照符号も、適用範囲を制限するよう解釈されるべきではない。

［参考文献］
［１］M.O.Kohler，C.Mougenot，B.Quesson等，“Volumetric HIFU ablation under 3D guidance of rapid MRI thermometry”，Med Phys，vol.36，no.8，pp.3521-35，2009年8月
［２］R.Staruch，R.Chopra，及びK.Hynynen，“Localised drug release using MRI-controlled focused ultrasound hyperthermia”，Int J Hyperthermia，vol.27，no.2，pp.156-71，2011年
［３］P.M.Harari，K.Hynynen，R.B.Roemer等，“Development of scanned focused ultrasound hyperthermia: clinical response evaluation”，Int J Radiat Oncol Biol Phys，vol.21，no.3，pp.831-40，1991年8月
［４］J.K.Enholm，M.O.Kohler，B.Quesson等，“Improved volumetric MR-HIFU ablation by robust binary feedback control”，IEEE Trans Biomed Eng，vol.57，no.1，pp.103-13，2010年1月

２００ 医療機器
２０２ 磁気共鳴撮像システム
２０４ 高密度焦点式超音波システム
２０６ 磁石
２０８ 磁石のボア
２１０ 磁場傾斜コイル
２１２ 磁場傾斜コイル電源
２１４ 無線周波数コイル
２１６ トランシーバ
２１８ 撮像区域
２２０ 対象
２２２ 対象支持体
２２４ 流体で満たされたチェンバ
２２６ 超音波トランスデューサ
２２８ 機械式ポジショニングシステム
２３０ アクチュエータ
２３２ 超音波の経路
２３４ 超音波ウィンドウ
２３６ ジェルパッド
２３８ 焦点
２４０ 標的区域
２４２ コンピュータシステム
２４４ プロセッサ
２４６ ハードウェアインターフェース
２４８ ユーザインターフェース
２５０ コンピュータストレージ
２５２ コンピュータメモリ
２６０ 焦点区域定義
２６２ 標的区域座標
２６４ サブ区域座標
２６６ トランスデューサ位置座標
２６８ パルスシーケンス
２７０ 磁気共鳴測温データ
２７２ シーケンス
２７４ 温度特性マップ
２８０ 制御モジュール
２８２ サブ区域分割モジュール
２８４ 画像再構成モジュール
２８６ 温度制御アルゴリズム
２８８ サブ区域選択アルゴリズム
３００ 撮像
３０２ 磁気共鳴測温
３０４ 治療計画
３０６ 超音波処理フィードバックサイクル
３０８ 治療区域分割アルゴリズム
３１０ マルチベースライン補正
３１２ トランスデューサ空間オフセット補正
３１４ 温度フィードバック制御
３１６ 決定木
３１８ 機械移動
４００ 標的区域のビュー
４０２ 標的区域のビュー
４０４ 標的区域のビュー
４０６ 中心軸
４０８ 重心
４１０ 最遠のボクセル
４１２ 焦点
４１４ 焦点区域
４１６ サブ区域１
４１８ サブ区域２
４２０ サブ区域３
４２２ サブ区域４
４２４ サブ区域５
４２６ サブ区域６
４２８ サブ区域７
４３０ サブ区域８
５００ 磁気共鳴測温データの取得
５０２ 決定木
５０４ 決定の結果
５０６ 加熱される次のサブ区域
６００ 決定
６０２ 撮像
６０４ 遅延
６０６ 加熱
６０８ 移動
６１０ 時間（秒）
７００ 計画画像
７０２ 熱画像
７０４ 時間対温度グラフ
７０６ 第１のサブ区域
７０８ 第２のサブ区域
７１０ 平均温度
７１２ 加熱開始
７１４ 加熱停止

Claims (15)

1. 撮像区域内にある対象から磁気共鳴測温データを取得する磁気共鳴撮像システムと、
   電子制御される焦点を有する超音波トランスデューサを有し、該超音波トランスデューサの位置合わせを行う機械式ポジショニングシステムを更に有し、前記電子制御される焦点が焦点区域内で当該焦点を調整するよう操作可能であり、前記焦点区域の場所が前記超音波トランスデューサの位置に依存する、高密度焦点式超音波システムと、
   機械により実行可能な命令を記憶するメモリと、
   医療機器を制御するプロセッサと
   を有し、
   前記命令の実行は、前記プロセッサに、
   前記焦点区域よりも大きい、前記対象内のボリュームを記述する標的区域を受け取らせ、
   夫々がトランスデューサ位置を有する複数のサブ区域に前記標的区域を分割させ、前記超音波トランスデューサが前記トランスデューサ位置にある場合に、前記焦点区域が前記サブ区域を有するようにし、
   前記複数のサブ区域の夫々へ前記トランスデューサ位置を動かすシーケンスを決定させ、
   前記シーケンスを用いて、前記複数のサブ区域から選択される被選択サブ区域を決定させ、前記サブ区域の夫々はリージョンに分割され、前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、繰り返し
   前記被選択サブ区域のトランスデューサ位置へ前記超音波トランスデューサを動かすよう前記機械式ポジショニングシステムを制御し、
   前記サブ区域におけるボクセルの温度を記述する前記磁気共鳴測温データを取得し、
   少なくとも前記磁気共鳴測温データを用いて、前記ボクセルの夫々における温度を記述する温度特性マップを決定し、
   前記温度特性マップを用いる温度フィードバック制御アルゴリズムにより前記電子制御される焦点を制御することによって、目標温度と無関係に前記サブ区域のリージョンを加熱し、
   前記シーケンスを用いて前記被選択サブ区域を変更する
   ことによって、所定時間存続期間の間、前記標的区域を前記目標温度に保たせる、医療機器。
2. 前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、
   前記磁気共鳴測温データを用いて、前記複数のサブ区域の夫々について温度特性を決定させ、
   前記複数のサブ区域の夫々についての前記温度特性を用いて、次のサブ区域を選択させ、
   前記次のサブ区域が前記シーケンスにおいて順序的に次であるように前記シーケンスを修正させる、
   請求項１に記載の医療機器。
3. 前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記標的区域を前記目標温度に加熱する前に、前記複数のサブ区域の夫々について、前記トランスデューサ位置へ前記超音波トランスデューサを動かすよう前記機械式ポジショニングシステムを制御させる、
   請求項１又は２に記載の医療機器。
4. 前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記標的区域を前記目標温度に加熱する前に、前記複数のサブ区域の夫々について、前記トランスデューサ位置にある間、較正用磁気共鳴測温データを取得させ、
   前記温度特性マップは、少なくとも前記較正用磁気共鳴測温データを用いて決定される、
   請求項３に記載の医療機器。
5. 前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、
   前記標的区域を前記目標温度に加熱する前に、前記複数のサブ区域のうちの２又はそれ以上について、前記トランスデューサ位置にある間、前記高密度焦点式超音波システムを用いて試験超音波照射を実行させ、
   前記複数のサブ区域の夫々について電子焦点補正を決定させ、及び／又は前記複数のサブ区域のうちの２又はそれ以上について前記焦点区域の場所を調整させ、及び／又は前記複数のサブ区域の夫々について温度上昇率を計算させる、
   請求項３又は４に記載の医療機器。
6. 前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、磁気共鳴データを用いて前記ボクセルの夫々について繰り返しかん流係数及び／又は拡散係数を計算させる、
   請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の医療機器。
7. 前記温度フィードバック制御アルゴリズムは、温度制御アルゴリズムパラメータを有し、
   前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記かん流係数及び／又は拡散係数を用いて前記温度制御アルゴリズムパラメータを繰り返し再計算させる、
   請求項６に記載の医療機器。
8. 前記温度フィードバック制御アルゴリズムは、二進温度制御アルゴリズム、比例温度制御アルゴリズム、比例積分温度制御アルゴリズム、及び比例積分微分温度制御アルゴリズムのうちのいずれか１つである、
   請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の医療機器。
9. 前記標的区域は、中心軸変換を用いて前記複数のサブ区域に分割される、
   請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の医療機器。
10. 当該医療機器は、前記対象を冷却する流体を循環させる流体冷却システムを有し、該流体冷却システムは、前記流体を動作温度に保つよう動作可能であり、前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、
    前記流体のスピン相の変化を決定するよう該スピン相を記述する磁気共鳴データを繰り返し取得させ、
    前記流体の前記スピン相の変化を用いて、前記温度特性マップを補正させる、
    請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の医療機器。
11. 前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記標的区域を前記目標温度に保ち始めた後に、前記サブ区域及び／又は前記トランスデューサ位置のサイズ及び／又は場所を調整させる、
    請求項１乃至１０のうちいずれか一項に記載の医療機器。
12. 前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記被選択サブ区域を変更しながら前記標的区域を加熱させる、
    請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載の医療機器。
13. 決定木アルゴリズムは、前記被選択サブ区域を変更することを開始するために使用される、
    請求項１乃至１２のうちいずれか一項に記載の医療機器。
14. 前記目標温度は、３８℃から４０℃の間、３９℃から４０℃の間、４０℃から４５℃の間、４０℃から４４℃の間、４０℃から４３℃の間、４０℃から４２℃の間、４０℃から４１℃の間、４１℃から４５℃の間、４１℃から４４℃の間、４１℃から４３℃の間、４１℃から４２℃の間、４２℃から４５℃の間、４２℃から４４℃の間、４２℃から４３℃の間、４３℃から４５℃の間、４３℃から４４℃の間、４４℃から４５℃の間、３８℃から３９℃の間、５２℃から５５℃の間、５５度以上、及び５０℃から５５℃の間のうちのいずれか１つである、
    請求項１乃至１３のうちいずれか一項に記載の医療機器。
15. 撮像区域内にある対象から磁気共鳴測温データを取得する磁気共鳴撮像システムを有する医療機器を制御するプロセッサによる実行のための機械により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、前記医療機器は、電子制御される焦点を有する超音波トランスデューサを有する高密度焦点式超音波システムを更に有し、該高密度焦点式超音波システムは、前記超音波トランスデューサの位置合わせを行う機械式ポジショニングシステムを更に有し、前記電子制御される焦点は、焦点区域内で当該焦点を調整するよう操作可能であり、前記焦点区域の場所は、前記超音波トランスデューサの位置に依存する、コンピュータプログラムにおいて、
    前記命令の実行は、前記プロセッサに、
    前記焦点区域よりも大きい、前記対象内のボリュームを記述する標的区域を受け取らせ、
    夫々がトランスデューサ位置を有する複数のサブ区域に前記標的区域を分割させ、前記超音波トランスデューサが前記トランスデューサ位置にある場合に、前記焦点区域が前記サブ区域を有するようにし、夫々のサブ区域はリージョンに分割され、
    前記複数のサブ区域の夫々へ前記トランスデューサ位置を動かすシーケンスを決定させ、
    前記シーケンスを用いて、前記複数のサブ区域から選択される被選択サブ区域を決定させ、
    前記命令の実行は更に、前記プロセッサに、繰り返し
    前記被選択サブ区域のトランスデューサ位置へ前記超音波トランスデューサを動かすよう前記機械式ポジショニングシステムを制御し、
    前記サブ区域におけるボクセルの温度を記述する前記磁気共鳴測温データを前記磁気共鳴撮像システムを用いて取得し、
    少なくとも前記磁気共鳴測温データを用いて、前記ボクセルの夫々における温度を記述する温度特性マップを決定し、
    前記温度特性マップを用いる温度フィードバック制御アルゴリズムにより前記電子制御される焦点を制御することによって、目標温度と無関係に前記サブ区域のリージョンを加熱し、
    前記シーケンスを用いて前記被選択サブ区域を変更する
    ことによって、所定時間存続期間の間、前記標的区域を前記目標温度に保たせる、コンピュータプログラム。

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