JP2018517525A - 画像誘導システム - Google Patents

Abstract

本発明の目的は現在の癌関連の臨床ワークフローと比較して癌関連の臨床ワークフローを改善するために使用され得るシステムを提供することにある。この目的は既定位置から関心被験体の所定の終了位置まで針を移動させるために画像誘導を用いて、組み合わされる生検及び治療プロシージャをサポートするように構成される画像誘導システムによって実現される。画像誘導システムは関心被験体の関心領域の医用画像の収集のために構成される医用イメージングシステムを有し、医用画像は所定の終了位置の現在位置を決定するために使用される。画像誘導システムは、空間内の針位置を規定し、それによって既定位置を規定するように構成され、生検及び治療針を関心領域内に誘導するように構成される針誘導システムをさらに有する。画像誘導システムは患者設定が1回だけしか実行される必要がないように生検及び治療プロシージャの両方をサポートするように構成されるユーザインターフェースシステムを有する。ユーザインタフェースシステムは針誘導システムを医用画像とアラインするための較正ユニットを有する。

Description

本発明は、医療画像誘導介入の分野におけるシステムに関する。

とりわけ、癌の診断は、生検プロシージャで得られる組織サンプルに基づいて行われる。これらの生検プロシージャは、しばしば、前立腺内部の標準化されたセットからの多数の生検サンプルを採取して系統的に実施される。融合誘導生検システムの利用可能性により、これは現在、磁気共鳴イメージング（MRI）で示されるような疑わしい病変がサンプリングされる、より標的化されるアプローチに移行している。患者が生検で判明する腫瘍を有する場合、この患者はしばしば放射線療法によって治療される。

現在、融合誘導生検及び病理学を介したMRIから治療までの完全な臨床フローは、通常、ほとんどの病院で2乃至4週間かかる。このワークフローの間、まずMRI画像が収集されて、疑わしい組織は識別されることができる。 MRI画像は、生検誘導に使用される超音波イメージングシステムによって収集される超音波画像と融合されることによって、超音波誘導生検プロシージャ中に使用されることができる。この場合、MRI画像は、関心被験体（例えば、患者）における所定の終了位置を決定する。この所定の終了位置で、生検は行われる必要がある。生検プロシージャ中に回収される生検サンプルは病理部門に送られ、組織は腫瘍の存在及び病原力について分析される。これは、生検サンプルにおける腫瘍の存在の可能性を説明する生検結果をもたらす。患者が生検で確認される癌を有する場合、患者は通常治療される。治療中、全器官は治療されることができる。代わりに、器官の一部のみが治療される集中治療が行われる。可能な治療の例は、例えば、小線源療法、凍結療法、熱切除治療である。医用画像、例えばMRI画像が治療計画に使用されることができる。この画像は、治療のための所定の終了位置を決定する。これは、例えば、小シード又は針が配置される必要がある位置になり得る。
この臨床ワークフローの間、患者はこれらのプロシージャを受けるために複数回病院に来る必要がある。これらの訪問、ならびに病院の複数の利用はかなりのコストを伴う。
WO2010 / 140075A2は、内部組織に対する診断及び治療を一体化する方法であって、組織の種類を識別することができる第一の技術を用いて被験体の内部器官の少なくとも一部をイメージングするステップと、リアルタイム画像更新が可能な第二の技術の画像と融合される第一の技術の画像を使用して生検部位を標的化し、アクセスするステップと、第一の技術の画像を使用して生検部位の少なくとも一つの治療を計画するステップと、第一の技術の画像を第二の技術の画像と融合することによって少なくとも一つの生検部位を治療するための器具を誘導するステップとを有する方法を開示する。

本発明の目的は、現在の癌関連臨床ワークフローと比較して癌関連臨床ワークフローを改善することを可能にするシステムを提供することである。

この目的は、画像誘導を使用して既定位置から関心被験体における所定の終了位置まで針をもたらす、組み合わされる生検及び治療プロシージャをサポートするように構成される画像誘導システムであって、前記画像誘導システムは、
-関心被験体における関心領域の医用画像の収集のために構成される医用イメージングシステムであって、前記医用画像は前記所定の終了位置の現在位置を決定するように使用される、医用イメージングシステムと、
-空間における針位置を規定し、それによって既定位置を規定し、生検及び治療針を関心領域内に誘導するように構成される針誘導システムと、
-較正設定を決定し、それによって生検に先行して針誘導システムを医用画像にアラインするための較正ユニットと、
-生検及び治療プロシージャの両方に対して患者設定は一度だけしか実行される必要がないように、両方のプロシージャをサポートするように構成されるユーザインターフェースシステムと
を有し、
前記画像誘導システムは、治療中に生検に先行して決定される前記較正設定を自動的に使用するようにさらに構成される、
画像誘導システムによって実現される。

本発明者らの洞察は、現在の生検及び治療プロシージャは、例えば前立腺癌治療の場合、いくつかの類似性を有することにある。しかしながら、乳癌の場合にも当てはまる。両方のプロシージャは同様の外傷を誘発し、従って潜在的な感染症を予防するために類似の麻酔（及び関連する装置）及び抗生物質が必要とされる。また、両方の治療は、前述の医療機器が存在する同様のきれいな環境で行われる。そのようなきれいな手術室の利用可能性は限られている。

さらに、生検及び治療の両方のために、患者の設定が実行される必要がある。患者設定を実行することは、プロシージャのために患者及びシステムを準備することを意味する。これは、例えば、システム内で患者を選択すること、名前、生年月日をシステムに提供すること、患者を位置決めすること（例えば、前立腺癌治療のための仰向け）などを意味する。この患者の設定を2回実行することにより、手術室での時間が増加し、それによって費用が増加する。また、患者設定を実行する一環として、針誘導システムを医用イメージングシステムで収集される医用画像とアラインするために較正が実行されなければならない。針誘導システムは、関心被験体に針を誘導するために使用され得るシステムとして理解されるべきである。針誘導システムの例は、EMトラッキング手段、光学形状検出手段、光学トラッカー、又はグリッド及び針スリーブである。そのようなグリッドは、例えば、前立腺小線源療法から知られている。

生検及び治療プロシージャのために独立に較正を行うことは、プロシージャに費やす総時間を増加させるだけでなく、後続の較正治療が（わずかに）異なる結果を生じることもあるため、エラーを招く可能性がある。したがって、本発明により、患者1人当たりの病院での総所要時間は短縮されることができる。また、本発明は、治療が行われたのと同じ座標系で生検が行われなかったために導入されるエラーを低減することができる。それによって、本発明は、改善される臨床ワークフローをサポートする。

画像誘導システムは、医用イメージングシステムを有する。この医用イメージングシステムは、例えば、超音波イメージングシステム、CT、PET、SPECT、X線又はMRIシステムとすることができる。このイメージングシステムは、所定の終了位置の現在位置を決定するために使用される。例えば、患者の内部の動きのために、所定の終了位置のポジションが変更される可能性がある。所定の終了位置は、組み合わされる生検及び治療プロシージャに先行して収集される画像に基づいて決定され、画像レジストレーションによって組み合わされる生検及び治療プロシージャ中に使用される医用イメージングシステムの座標系に変換され得る。代替的には、所定の終了位置は、組み合わされる生検及び治療プロシージャ中に収集される一つ又は複数の医用画像に基づいて決定されることができる。

上記で説明したように、針誘導システムの例は、EMトラッキング手段、光学形状検出、光学トラッカー又はグリッドである。この針誘導システムは、針の所定の位置を決定する。例えば、グリッドの場合、針が挿入されるべき、選択されるオリフィスは、針の既定位置を決定する。トラッキング用に構成される針誘導システム（例えば、EMトラッキング、光学トラッキング）の場合、トラッキングされる位置は、既定位置を決定する。軌道は既定位置から所定の終了位置まで決定されることができる。トラッキングの場合、既定位置は定期的に更新されることができる。

本発明の実施形態によれば、画像誘導システムは、一つ又はそれより多くの生検位置及び一つ又はそれより多くの治療位置を同じ座標空間に記憶するようにさらに構成される。これはフォローアップにとって有利である。病理学の結果は、真実とみなされる。生検及び治療位置を同じ座標空間に記憶することにより、腫瘍の存在及び特徴を所与の治療線量に関連付けることが可能である。

本発明のさらなる実施形態によれば、画像誘導システムは、生検中に使用される軌道が治療中に再利用されることができるように、治療計画を作成するように構成される。例えば、まず生検針を所定の終了位置に誘導するために使用される外部針を使用し、その後、（高線量率（HDR）の小線源治療の場合）外部針を使用してアフターローダーを位置決めすることができる。このようにして、外部針は一度位置決めされる必要があるだけである。これにより、総治療時間はより短くされることができる。さらに、患者の負担は、軌道の再利用によって軽減されることができる。

本発明のさらなる実施形態によれば、画像誘導システムは、計画画像をレジストレーションするように構成されるレジストレーション手段を有し、それに基づいて所定の終了位置が医用画像の少なくとも一つで決定される。「計画画像」は、癌治療の分野において周知の概念である。これは、標的組織及び一つ又はそれより多くの器官を危険にさらすことを規定するために使用される画像である。臨床医は、これらの領域のそれぞれに対する線量（例えば放射線、熱）制限を決定する。この制限及び計画画像に基づいて、治療計画が作られることができる。この治療計画は、例えば所定の終了位置を決定するが、例えばドウェル時間、アブレーションシステムで使用されるパワーなどの他の設定を決定することもできる。

治療計画は、組み合わされる生検及び治療プロシージャの間、作成されることもできる。これにより、随意に生検結果は治療計画の作成のために使用されることもできる。また、生検結果が取り出される前に、生検結果に依存する複数の治療計画は作成されることができる。このようにして、生検結果が取り出された後、ユーザは、生検結果に最もマッチする治療計画を選択することができる。このようにして、生検サンプル分析のための待ち時間は効率的に使用されることができる。上記の場合、超音波画像は計画画像として使用されることができる。ユーザが、標的及び危険にさらされている一つ又は複数の器官のような、関心領域を描画することができるように、画像誘導手段は描画手段を備えることができる。

本発明の実施形態によれば、画像誘導システムは、組み合わされる生検及び治療プロシージャについての第一及び第二のレポートを生成するように構成され、第一のレポートは、第二のレポートとは異なる情報を有する。これらのレポートは、病院の異なるステークホルダーに送信されることができる。例えば線量ボリュームヒストグラムによる、治療線量に関する情報を有するレポートが放射線治療医に送信されることができる。例えば生検が採取される位置を有する他のレポートが病理学者に送付されることができる。自動レポート生成とそれを異なるステークホルダーに自動的に送信することは、臨床ワークフローをさらに改善するので有利になる。

本発明の実施形態によれば、生検針はフォトニック針である。フォトニック針を使用することにより、疑わしい組織が患者内で潜在的に検出される可能性があり、それによって病理部門の組織分析の必要性が回避される可能性がある。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して明らかになるであろう。

当業者に知られている臨床ワークフローの図を示す。 生検及び治療プロシージャが組み合わされる臨床ワークフローの図を示す。 生検及び治療プロシージャが組み合わされる他の臨床ワークフローの図を示す。 本発明の実施形態による画像誘導システムの図を示す。

図1は、当業者に知られている臨床ワークフローの図を示す。まず、関心被験体の関心領域から医用画像100が収集される。この場合、関心領域は前立腺である。収集される医用画像は、MRI画像である。医師は、MRI画像に基づいて腫瘍組織を含むことが疑わしい領域（所定の終了位置）を決定する。これは、通常、数日の遅延104をもたらす。遅延104の後、患者は、生検プロシージャ101のために病院に戻らなければならない。この生検は、超音波誘導下で実行されることができる。 MRI画像は、所定の終了位置が超音波イメージングシステムの座標系に変換され得るように、超音波画像にレジストレーションされる。生検はこれらの所定の終了位置から行われる。それから患者は帰宅する。生検サンプルは病理部門に送られ、数日の更なる遅延１０４が生じる。病理部門では、生検サンプルが分析され（102）、腫瘍の存在が検査される。病理部門が腫瘍の存在を確認する場合、患者は病院に呼び戻され、他の遅延104が生じる。この遅延の間にも、例えば100で収集されるMRI画像になり得る計画画像に基づいて治療が計画される。計画画像に基づいて、例えば小線源療法シードのための位置（所定の終了位置）が決定されることができる。超音波誘導下で行われることができる治療プロシージャ103の間、計画画像は、超音波イメージングシステムによって収集される画像にレジストレーションされる。このように、超音波画像は、針を所定の終了位置に誘導するために使用されることができ、放射性シードは、LDR小線源療法の場合、正しい位置に位置決めされることができる。HDR小線源療法の場合、カテーテルは正確に位置決めされることができ、このようなアフターローダーは、HDRソースを計画どおりに駆動することができる。治療後、患者は定期的にフォローアップ110のために病院に戻る必要がある。

本発明は、組み合わされる生検及び治療プロシージャをサポートするように構成される。図2は、生検及び治療プロシージャが組み合わされる臨床ワークフローの実例を示す。このプロシージャは、計画画像の収集200から再び開始され、これに基づいて、所定の終了位置は決定されることができる。計画画像の収集と組み合わされる生検及び治療プロシージャとの間に遅延204が存在する可能性はある。代わりに、計画画像は、組み合わされる生検及び治療プロシージャの間に使用されるのと同じ医用イメージングシステムで収集されることができる。組み合わされる生検及び治療プロシージャの間、最初に患者の設定が実行される。患者がシステムから選択され、及び/又は患者情報がシステムに挿入される。患者は治療テーブルの上に配置される。前立腺癌治療の場合、患者は、例えば、現在治療に使用されている位置である、仰向けに配置されることができる。また、患者は、現在生検プロシージャのために使用される位置である、横方向に配置されることができる。組み合わされる生検及び治療プロシージャでは、好ましくは一つの患者位置のみが使用される。患者がテーブルの上に位置決めされる場合、医用画像が収集され、必要であれば、この画像が計画画像にレジストレーションされる。次に、システムが較正される。グリッドが、針を患者に誘導するように使用される場合、ステッパは、超音波イメージングシステムの超音波プローブとグリッドとの間の距離を固定するように使用されることができる。針は、ユーザによってグリッドのオリフィスの一つに挿入され、超音波イメージングシステムによって収集される医用画像上で検出され得る。較正ユニット（図4,540）は、この入力に基づいて、グリッドの座標系を超音波イメージングシステムの座標系に変換するように構成される。針誘導システムが（例えば、EMトラッキング又は光学トラッキングのような）トラッキング手段である場合、針は、ユーザによって特定の位置にもたらされ得る。較正ユニット（図4,540）は、トラッキングシステムによって提供される針の位置を示す座標を、超音波システムによって提供される針の位置を示す座標にリンクするように構成される。したがって、トラッキングシステムの座標系は、ユーザによって提供される入力に基づいて、超音波システム（又は他の医療イメージングシステム）の座標系に変換され得る。画像誘導システムはさらに、治療中に生検に先行して決定される較正設定を自動的に使用するように構成される。したがって、較正をやり直す必要はなく、エラーのリスクは低減される。

集中治療の導入は、治療副作用の発生率を低減する可能性がある。結果として、別々のセッションにおける生検及び治療からの全リスクプロファイルは、病理学の結果にかかわらず、組み合わされる生検及び治療プロシージャのリスクプロファイルと比較して悪化する可能性がある。陰性病変の治療がほとんど害を及ぼさない場合、これは無痛性の疾患、例えば前立腺癌に有益であり得る。そのような状況では、MRI上で見える疑わしい病変が生検され、直ちに治療されることができる（205）。生検サンプルは、治療202の後に分析されることができる。結果として生じる病理結果は、フォローアップ110を決定することに関連する。悪性であることがまだ確認されていない病変を治療することは急進的なようにみえるが、今日までに多くの患者が根治的前立腺切除術を受けることを選択し、癌が完全に消失することを確認することに注意することは重要である。実証済みの集中治療により、治療副作用を潜在的に軽減しながら、同様の保証を提供することが可能になるべきである。

さらに、病理部門との効率的な通信を促進するために、生検サンプルの位置及び治療領域を病院の情報システムに記憶することが有益である。

図3は、生検及び治療プロシージャが組み合わされる他の臨床ワークフロー306の図を示す。生検コアの病理処理が実際、限られた時間、例えば15分未満しかかからないように加速される場合、患者が手術室のテーブルにいる間に結果を待つことは経済的に実行可能になる場合がある（治療の第二セッションがはるかに高価になる可能性はある）。生検サンプルの処理は、（新しいポイントオブケア検査技術を使用して）手術室306内で、（病理部門内の遠隔分析を支援するために手術室における病理クーペをデジタル化して）部分的に手術室内で、又は（オンライン通信手段によって支援されるサンプルの移送を必要とする）病理部門で完全に実行されてもよい。画像誘導システムは、治療中に生検に先行して決定される較正設定を自動的に使用するように構成されるため、較正をやり直す必要はなく、エラーのリスクは低減される。

代わりに、病理部門での分析ではなく、患者内の組織を分析するためのフォトニック針の使用は治療をさらに加速させる可能性がある。したがって、本出願の文脈において、生検針はフォトニック針であってもよい。

時間効率を改善するために、介入システムは、病理分析が腫瘍組織を有する生検サンプルの少なくとも一つを確認すると仮定して、治療を準備することを開始することを可能にすることができる。これらの準備は、生検結果に依存する、治療のための異なる線量計画を作成することを含むことができる。病理学的結果が利用可能になると、線量計画のサブセットが治療送達のために選択される。

この臨床ワークフローをサポートすることは、単一のセッション内の疑わしい病変において生検採取と治療送達との両方を可能にする画像誘導システムを必要とする。生検採取と治療送達との間に、生検サンプルを処理するための時間が割り当てられる。

さらに、病理部門との効率的な通信を促進するために、生検コアの位置及び治療領域を病院の情報システムに記憶することは有益である。

図4は、本発明の実施形態による画像誘導システムの図を示す。画像誘導システムは、関心被験体の関心領域403の医用画像を収集のために構成される医用イメージングシステム580を有する。この図において、医用イメージングシステムは、経直腸プローブ580aを有する超音波イメージングシステムである。医用画像は、所定の終了位置404の現在位置を決定するために使用される。画像誘導システムは、空間内の針位置を規定し、それによって既定位置405及び406を規定するように構成される針誘導システム402及び403をさらに有する。針誘導システムはさらに、関心領域内に生検及び治療針を誘導するように構成される。針誘導システムは、生検及び治療針が挿入されることができるグリッド403を有する。グリッドは、針の開始位置と見なされることができる既定位置405を規定する。グリッドを通って挿入される針の部分の長さ490が分かっている場合、グリッドはまた、針406の先端に関連する既定位置を決定するために使用され得る。システムはまた、受信器コイルを有する受信器402aを有する電磁気（EM）トラッキングシステム402も有する。電磁場内の受信コイルの位置及び方向に基づいて、空間における針の位置及び方向が決定されることができ、このようにして、針の受信コイルの既定位置は決定されることができる。針の長さが知られる場合、針の先端406の既定位置は、EMトラッキングシステム402に基づいて決定されることができる。

画像誘導システムは、患者設定が一度しか実行される必要がないように、生検及び治療プロシージャの両方をサポートするように構成されるユーザインターフェースシステム530をさらに有する。ユーザインタフェースシステムは、針誘導システムを医用画像に位置合わせするための較正ユニット540を有する。この較正の例は上で説明された。画像誘導システムはさらに、医用イメージングシステム510によって収集される医用画像の少なくとも一つに計画画像をレジストレーションするように構成されるレジストレーション手段550を有する。画像誘導システムは、少なくとも一つの医用画像に基づいて一つ又はそれより多くの関心領域を描出するように構成される描画手段560をさらに有する。画像誘導システムはまた、生検結果に基づいて治療計画を作成するように構成される治療計画手段570を有する。この治療計画手段は、例えば、腫瘍組織が生検サンプル中に発見されるか否かを考慮に入れることができる。また、治療計画手段は、複数の治療計画を計算するように構成されることができ、画像誘導システムは、生検結果に基づいてこれらの計画の一つの選択を可能にするように構成されることができる。このように、生検結果が取り出される前に複数の治療計画が作成されることができる。ユーザは、生検結果を収集した後、生検結果に最も一致する治療計画を選択することができる。これは、生検で判明する癌を含む領域でのみ治療線量をもたらす治療計画である可能性が高い。

図2及び図3に示される臨床ワークフローの両方について、画像誘導システムは、生検中に使用される軌道が計画中に再利用されるように治療計画を作成するように構成されることができる。図4は、軌道の再利用の図を示す。外部針401は、グリッド402aによって規定される既定位置405から関心（標的）ボリューム403の所定の終了位置404に進むように患者に挿入される。この図では、軌道は外部針によって規定され、既定位置と所定の終了位置との間に位置決めされる。生検針は所定の終了位置で生検を行うために外部針に挿入されることができる。患者を不必要にさらに害さないために、外部針によって規定される軌道は、軌道が治療のために再利用され得るように、治療計画を計算するために画像誘導システムによって使用される。従って、外部針は、治療針を所定の終了位置に誘導するために再び再利用されることができる。

本発明は、図面及び前述の説明において詳細に図示され説明されているが、そのような図示及び説明は、例示的であって限定的ではないと考えられるべきである。本発明は開示される実施形態に限定されない。

Claims (9)

1. 既定位置から関心被験体における所定の終了位置まで針をもたらすために画像誘導を使用して、組み合わされる生検及び治療プロシージャをサポートするように構成される画像誘導システムであって、前記画像誘導システムは、
   -前記関心被験体における関心領域の医用画像の収集のために構成される医用イメージングシステムであって、前記医用画像は前記所定の終了位置の現在位置を決定するように使用される、医用イメージングシステムと、
   -空間における針位置を規定し、それによって前記既定位置を規定するように構成され、生検及び治療針を前記関心領域内に誘導するように構成される針誘導システムと、
   -較正設定を決定し、それによって前記生検に先行して前記針誘導システムを前記医用画像にアラインするための較正ユニットと、
   -前記生検及び治療プロシージャの両方に対して患者設定は一度だけしか実行される必要がないように、前記生検及び治療プロシージャの両方をサポートするように構成されるユーザインターフェースシステムと
   を有し、
   前記画像誘導システムは、治療中に生検に先行して決定される前記較正設定を自動的に使用するようにさらに構成される、
   画像誘導システム。
2. 一つ又はそれより多くの生検位置及び一つ又はそれより多くの治療位置のための位置情報を同じ座標空間に記憶するようにさらに構成される、請求項1に記載の画像誘導システム。
3. 生検中に使用される軌道が治療中に再利用されるように治療計画を作成するように構成される、請求項1乃至２の何れか一項に記載の画像誘導システム。
4. 計画画像をレジストレーションするように構成されるレジストレーション手段であって、前記計画画像に基づいて前記所定の終了位置が前記医用画像の少なくとも一つで決定される、レジストレーション手段をさらに有する、請求項1乃至３の何れか一項に記載の画像誘導システム。
5. 前記組み合わされる生検及び治療プロシージャに関して第一及び第二のレポートを生成するように構成され、前記第一のレポートは前記第二のレポートと異なる情報を有する、請求項1乃至４の何れか一項に記載の画像誘導システム。
6. 関心領域の描画を可能にするように構成される描画手段を有する、請求項1乃至５の何れか一項に記載の画像誘導システム。
7. 生検結果に基づいて治療計画を作成するように構成される、治療計画手段を有する、請求項1乃至６の何れか一項に記載の画像誘導システム。
8. 前記システムは、前記生検針としてフォトニック針で動作するように構成される、請求項1乃至７の何れか一項に記載の画像誘導システム。
9. 複数の治療計画を作成するように構成され、生検結果に基づいて前記治療計画の一つの選択を可能にするように構成される、請求項1乃至８の何れか一項に記載の画像誘導システム。

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