JP2023166389A - 埋め込み式ファイバーブラッググレーティングを使用したリアルタイム呼吸ゲート信号の生成および身体変形の検出のための方法および装置 - Google Patents

埋め込み式ファイバーブラッググレーティングを使用したリアルタイム呼吸ゲート信号の生成および身体変形の検出のための方法および装置 Download PDF

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Abstract

【課題】画像取得中の身体変形を補正する方法の提供【解決手段】画像スキャン中の身体変形のリアルタイム検出のための衣服は、圧縮材料から作製され、かつ複数のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）を有する前部を含む。衣服は複数の光エミッタを含み、各光エミッタは、対応するＦＢＧおよび複数の光センサーを通して光波をパルスするように構成され、各光センサーは対応するＦＢＧに取り付けられ、パルス光波を受信するように構成されている。プロセッサは、デカルト座標系に沿って整列したＦＢＧのブラッグ波長の有効シフトに基づいて、ＦＢＧによって反射されたピーク波長を光センサーから受信するように構成されたデータ取得モジュールを通してデータを取得し、プロセッサは、画像スキャン中の身体変形を補正するために、取得された画像データを修正するか、または外部ビーム治療を再配向することができる。【選択図】図２Ａ

Description

（関連出願）
本出願は、２０１９年１２月２０日に出願された米国出願第１６／７２３，３５２号の
継続出願である。上記出願の教示全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、陽電子放出断層撮像法
および単一光子放射断層撮影法（ＰＥＴおよびＳＰＥＣＴ）などの解剖学的および機能的
な画像診断法は、患者の呼吸運動による画像劣化を受ける。また、一部のＣＴスキャンの
例では、患者は画像取得中に息を止めるよう求められるが、年齢および／または身体状態
のためにすべての患者が息を止められるわけではないので、これは必ずしも現実的ではな
い。加えて、息止めＣＴスキャンは、スキャンを迅速に完了する必要があり、これはテー
ブルを迅速に移動させることによってのみ達成できるため、典型的には放射線量がより高
いスキャンである。外部ビーム（光子および粒子）放射線療法では、周囲の健康な組織に
送達される線量を最小限にしながら、腫瘍に最大線量を送達するために、強度および／ま
たは範囲が調節され、ビームは腫瘍にわたってラスタースキャン(raster scanned)される
。内臓、ならびに腫瘍は、呼吸運動のせいで人体と共に動くので、強度または範囲が調節
された外部ビーム療法の有効性は、呼吸運動の補正に極めて依存する。
現在、主に二種類の呼吸運動管理装置が使用されている。その一つである「Ａｎｚａｉ
」法は、患者の横隔膜の近くに貼り付けられた電気ひずみセンサーを有するウェアラブル
ベルトを使用する。この方法の欠点には、動きが一つの平面のみで測定されており、画像
および治療分野をその高い減衰特性のために歪めるため、撮像スキャンまたは治療処置の
間に装置が視野に入ることができないということが含まれる。その第二クラスの方法は、
光信号が反射され、動き信号が誘導されるか、または構造化された光が患者にマッピング
される、患者上の物理的マーカーまたはリフレクタのいずれかを使用する、光学技術（Ｖ
ａｒｉａｎ ＲＰＭ、Ｃ－ＲａｄおよびＧａｔｅＣＴなど）を使用する。この方法の欠点
には、光反射が、患者の衣服またはカバーを含む経路中の物体によって著しく変更されう
ること、およびこれらの方法は、治療よりも撮像で実施することよりが困難であるという
事実が含まれる。
本発明の原理と一致する実施形態は、画像取得中の身体変形（body deformation）を補
正する（compensate）方法およびシステムを含む。一実施形態では、身体の画像データが
取得されると、システムは、身体上に配置された複数のファイバーブラッググレーティン
グ(fiber Bragg grating)（ＦＢＧ）からピーク波長データを取得し、ＦＢＧは身体上の
デカルト座標系に沿って整列している。ＦＢＧを介して、システムは、画像取得中の身体
変形によって引き起こされるＦＢＧのブラッグ波長の有効シフトを検出する。システムは
、デカルト座標系に沿って整列したＦＢＧのブラッグ波長の有効シフトに基づいて、画像
スキャン中の身体変形を補正するために、画像再構成中に取得された画像データ(image d
ata)を修正する。
一部の実施形態では、システムは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン、磁気共鳴
画像（ＭＲＩ）スキャン、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）スキャン、または単一光子放出
型コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）スキャンを通して取得されたデータに関連して使
用されうる。
他の実施形態では、システムは、スキャン装置の空洞を通して身体を移動させ、身体の
体積画像データをスライスごとに取得することを含みうる。システムは、身体上に配置さ
れた複数のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）からピーク波長データを取得す
る。システムは、画像取得中の身体変形によって引き起こされるＦＢＧのブラッグ波長の
有効シフトを検出し、ＦＢＧのブラッグ波長の有効シフトに基づいて、身体が動かないよ
うに、かつ身体変形中に画像データが取得されないように、スキャン装置の空洞を通した
身体の移動を制御する。
本発明の原理と一致する別の実施形態は、腫瘍の治療に関連して使用される光子ビーム
放射線療法または陽子線治療など、外部ビーム治療中の身体変形を補正するためのシステ
ムを含む。一実施形態では、外部ビーム治療のための身体の標的領域が識別される。シス
テムは、身体上に配置された複数のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）からピ
ーク波長データを取得し、ＦＢＧはデカルト座標系に沿って整列している。システムは、
外部ビーム治療を標的領域に配向する。治療中の身体変形によって引き起こされるＦＢＧ
のブラッグ波長の有効シフトが検出されると、外部ビーム治療は、標的領域への焦点を維
持するために、デカルト座標系に沿って整列したＦＢＧのブラッグ波長の有効シフトに基
づいて、画像スキャン中の身体変形を補正するようにリダイレクトされてもよい。
画像スキャン中の身体変形のリアルタイム検出のための衣服は、圧縮材料（compressio
n material）から作製され、複数のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）を有す
る前部を含み、前部は人体の上に配置され、ＦＢＧはデカルト座標系に沿って整列してい
る。衣服は複数の光エミッタを含み、各光エミッタは、対応するＦＢＧおよび複数の光セ
ンサーを通して光波をパルスするように構成されていて、各光センサーは対応するＦＢＧ
に取り付けられ、パルス光波を受信するように構成されている。プロセッサは、ＦＢＧに
よって反射されたピーク波長を光センサーから受信するように構成されたデータ取得モジ
ュールを通してデータを取得する。プロセッサは、衣服に埋め込まれるか、または遠隔装
置または端末に位置してもよいが、ＦＢＧ上の軸ひずみ（axial strain）によるブラッグ
波長の有効シフトを決定するように構成されたコンパレータも含む。
プロセッサは、デカルト座標系に沿って整列されたＦＢＧのブラッグ波長の有効シフト
に基づいて、画像スキャン中の身体変形を補正するために、取得された画像データを修正
するように構成された、または標的領域への焦点を維持するために、デカルト座標系に沿
って整列したＦＢＧのブラッグ波長の有効シフトに基づいて、画像スキャン中の身体変形
を補正するために外部ビーム治療をリダイレクトするように構成された、修正モジュール
をさらに含んでもよい。
前述のことは、異なる図を通して同様の参照文字が同じ部分を参照する、添付図面に図
示されるように、例示的実施形態の以下のより具体的な説明から明らかであろう。図面は
必ずしも正確な縮尺ではなく、代わりに、実施形態を図示することに重点を置いている。
ファイバーコア中の代表的なＦＢＧを示す図である。 本発明の原理による、身体変形のリアルタイム検出のために画像スキャン中に使用されうる衣服の一実施形態を示す図である。 本発明の原理による、身体変形のリアルタイム検出のために画像スキャン中に使用されうる衣服の他の実施形態を示す図である。 本発明の原理による、身体変形のリアルタイム検出のために画像スキャン中に使用されうる衣服のさらに他の実施形態を示す図である。 本発明と一致する実施形態を使用しうる、例示的な医療撮像システムを示す図である。 医療撮像システムによって取得されうる断面画像である。 医療撮像システムによって取得されうる断面画像である。 画像取得中の身体変形を補正する方法を示すフローチャートである。 本発明と一致する実施形態を使用しうる、外部ビーム治療のための例示的な医療機器を示す図である。 図７の医療機器による外部ビーム治療を示す身体の断面図である。 外部ビーム治療中の身体変形を補正する方法を示すフローチャートである。 本発明の原理と一致する実施形態を含む、例示的な患者取り扱いシステムを示す図である。
例示的実施形態の説明は、以下の通りである。
図１に図示するように、ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）１００は、屈折
率の周期的な変動を発生する複数の反射点１３０ａ～ｎを備える、小さな長さの光ファイ
バー１２０である。ＦＢＧは、帯域幅ΔλＢを中心に、固有の波長（λＢ）を反射する。
グレーティングの周期性Ａは、ブラッグ波長λＢに関連する。
Figure 2023166389000002
Figure 2023166389000003
人体の解剖学的に関連のある部分の部分を包みうるウェアラブル材料に一つ以上のＦＢ
Ｇを有する一つ以上の光ファイバーを埋め込むことによって、呼吸などの生理学的プロセ
スから生じるその部分の変形を感知するために使用することができる。本発明の原理と一
致する特定の実施形態では、変形データは、画像取得中の変形によって引き起こされる特
定のひずみを修正するために使用されうる。他の実施形態では、変形データは、呼吸によ
って誘発される動きを補正するように送達を変更することによって、特定の医学的治療の
標的化された解放を支援するために使用されうる。
埋め込みＦＢＧをひずみゲージとして使用する前に、ＦＢＧの応答関数と線形性を負荷
の関数として特徴付けられる必要がある。ＦＢＧの応答関数および線形性を特徴付けるた
めに、電気ひずみゲージを使用して、適用された引張荷重が三次元物体に対するデカルト
座標系内の身体の変位の読取り値に近似するように、ＦＢＧを較正することができる。Ｆ
ＢＧが信頼できるひずみゲージとして機能するには、ＦＢＧが引張荷重下で延伸される際
の反射波長の変化は、電気ひずみゲージデータを線形的に追跡するものでなければならな
い。較正されると、ＦＢＧの応答は、物体の表面変形を検出するための埋め込みひずみゲ
ージとして信頼して使用されうる。これはまた、ゲージの弾性の合理的な限度内で、物体
表面が変位した程度を検出するために使用されうる。圧力をひずみまたは波長と比較する
較正曲線に基づいて、センサーからのひずみデータとともに、変位の程度を検出すること
ができる。
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の原理による、身体変形のリアルタイム検出のために画
像スキャン中に使用されうる衣服２００および２５０の実施形態である。衣服２００では
、複数のＦＢＧファイバー２１０ａ～ｎは、衣服に沿って横方向に埋め込まれており、ス
キャン平面Ａに平行な方向に延びる。衣服２５０では、複数のＦＢＧファイバー２１０ａ
～ｎは、衣服に沿って縦方向に埋め込まれており、スキャン平面Ａに垂直な方向に延びる
。両方の実施形態では、衣服２００および２５０は、ＦＢＧファイバー２１０ａ～ｎを通
って伝達されるレーザーまたは光源の入力２２０を有してもよい。各ＦＢＧ ２１０ａ～
ｎは、光源からパルス光波を受信する光センサー（図示せず）に接続されている。加えて
、衣服２００および２５０はまた、出力２３０を含んでもよく、光センサーは、光伝達に
関するデータをＦＢＧ ２１０ａ～ｎのそれぞれを通して、ＦＢＧ ２１０ａ～ｎの屈折
率のシフトを識別し、衣服内の物体の表面の変形を示唆することができる外部プロセッサ
に提供してもよい。他の実施形態では、プロセッサは、衣服の内部にあり、ＷｉＦｉまた
はＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線送信を介してデータを送信してもよい。複数のＦＢＧ
２１０ａ～ｎは、それぞれがデカルト座標系に沿って異なる長軸方向マーカーを提供する
ので、断面走査平面のどこに特定の動きがあるかを識別するのに役立ちうる。この衣服の
減衰特性が低いことを考慮すると、撮像中および治療中の両方で使用されうる。
加えて、こうした衣服を着用している自由呼吸患者について経時的に測定された波長の
変化は、患者固有の呼吸信号を表す。呼吸信号は、今日、ＡｎｚａｉベルトおよびＲＰＭ
装置などの呼吸ゲート
装置で使用されるのと類似の様式で、撮像および療法のためのゲート信号として使用され
うる。この場合の付加的利益は、ゲート装置が、撮像アーチファクトまたは療法干渉を誘
導することなく、撮像または療法の視野内にありうることである。
図３は、本発明の原理による、身体変形のリアルタイム検出のために画像スキャン中に
使用されうる衣服３００の別の実施形態である。この衣服では、複数のＦＢＧファイバー
３１０ａ～ｎは、衣服に沿って長軸方向に埋め込まれており、別の複数のＦＢＧファイバ
ー３５０ａ～ｎは、衣服に沿って水平方向に埋め込まれている。加えて、衣服３００はま
た、出力３３０を含んでもよく、光センサーは、光伝達に関するデータをＦＢＧ ３１０
ａ～ｎおよびＦＢＧ ３５０ａ～ｎのそれぞれを通して、ＦＢＧ ３１０ａ～ｎおよびＦ
ＢＧ ３５０ａ～ｎの屈折率のシフトを識別し、衣服内の物体の表面の変形を示唆するこ
とができる外部プロセッサに提供してもよい。他の実施形態では、プロセッサは、衣服の
内部にあり、ＷｉＦｉまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線送信を介してデータを送信し
てもよい。衣服２００および２５０の複数のＦＢＧ ２１０ａ～ｎと類似して、複数のＦ
ＢＧ ３１０ａ～ｎは、それぞれがデカルト座標系に沿って異なる長軸方向マーカーを提
供するので、断面走査平面のどこに特定の動きがあるかを識別するのに役立ちうる。ＦＢ
Ｇ ３５０ａ～ｎの追加は、異なる平面における衣服内の物体の動きに敏感な追加のデー
タを提供し、動きの場所および強さ（intensity）に関するより正確な情報を与える。
呼吸下の患者身体の変形のリアルタイム測定のための埋め込みＦＢＧを有する衣服の実
施形態では、デカルト座標系または極座標系などの所定の座標系を使用して、いくつかの
ＦＢＧを埋め込むことができる。加えて、所定の座標系は、最小の埋め込みＦＢＧ数も使
用しながら、測定された変形マップの忠実性を最大化しながら、埋め込みＦＢＧの最小数
を使用するという競合する利益のバランスを取るように決定されうる。これは、埋め込み
ＦＢＧが、患者の身体に対して座標系に沿って整列しているか、または他の場合、患者の
身体の疑似ランダムサンプリングのために位置しうることを意味する。一部の実施形態で
は、これは、埋め込みＦＢＧの集結が一つの領域においてより高密度の分布で整列し、他
の領域においてはばらばらに分布されるように、ＦＢＧが分布されうることを意味する。
衣服の性質に応じて、ベルトまたはシャツはブランケットとは異なる身体の周りのフィッ
トを有する場合があるため、衣服内のＦＢＧの分布は変化しうる。加えて、複数のＦＢＧ
は、単一モード光ファイバー内部に刻むことができ、それらが互いに所定の最適な距離だ
け離れており、これらのＦＢＧのそれぞれが一意かつ別個のブラッグ波長を有する限り、
単一のこうした光ファイバーを使用して、単一の広帯域光源および単一の波長多重検出シ
ステムを使用して、その長さに沿ったひずみを測定することができる。こうしたシステム
は、電気ひずみゲージベースのシステムに比べて明らかな利点を有するが、それは後者は
、各ひずみゲージがそれ自体の電気接続を必要とするからである。
図４は、本発明と一致する実施形態を使用しうる、例示的な医療撮像システム４００で
ある。システム４００は、Ｘ線制御装置４１１と、Ｘ線制御装置４１１から供給されるシ
ョット信号に従って高電圧を発生させるための高電圧発生装置４１３と、その上に被験者
Ｅを配置した状態で、矢印Ｌによって示される方向に変位可能なテーブル４１２と、高電
圧生成装置１３から供給される高電圧に従って、Ｘ線（光子）を被験者Ｅに適用するため
のＸ線源４１４と、被験者Ｅを通過した光子を検出するためのＸ線検出器４１６と、Ｘ線
検出器４１６によって検出された光子に基づいて被験者透過データを収集するためのデー
タ収集装置４１８と、データ収集装置４１８によって収集された被験者透過データから被
験者Ｅの断層画像を再構成するための画像再構成装置４２０と、を含む、コンピュータ断
層撮影スキャナとしうる。Ｘ線源４１４およびＸ線検出器４１６は、矢印Ａによって示さ
れる方向に回転可能である。上述の構成要素は、ＣＴ（コンピュータ断層撮影）装置を構
成する。Ｘ線源４１４およびＸ線検出器４１６が被験者Ｅの周りを回転するにつれて、画
像データは断面画像スキャンまたは「スライス」を提供する。被験者がＬ方向に沿ってシ
ステムを通過する際に、複数の画像「スライス」が撮影され、被験者の容積走査が提供さ
れる。システムは、再構成された断層画像をＣＲＴ（陰極線管）または類似するものに表
示するための画像表示装置４２２をさらに含んでもよい。
典型的なシステムでは、ＣＴスキャナ４００の回転は、ゆっくりすぎてはならず、テー
ブル４１２の移動も、ゆっくりすぎてはならず、さもないと、スキャン中の呼吸運動が、
身体（例えば、腹部または胸腔）スキャンに現れ、再構成されたＣＴ容積に画像アーチフ
ァクト（image artifacts）をもたらす。スキャナ４００の回転速度およびテーブル４１
２の並進速度の増加に伴い、十分な画像解像度のための適切なデータを取得するために、
Ｘ線源４１４の強度はより高くなければならない。しかし、光子と生体組織の原子および
分子との衝突は、組織に深刻な損傷を引き起こす可能性がある。束として測定される、Ｘ
線源４１４から毎秒到着する光子が多いほど、組織損傷の可能性が大きくなる。
本発明の原理と一致する一部の実施形態は、呼吸運動のリアルタイム検出のための埋め
込みＦＢＧを有するウェアラブル衣服のような装置を含む。本発明の原理と一致する一部
の実施形態において、その装置は、呼吸サイクルの様々な段階で取得されたデータ、およ
びその段階での身体体型の状態を分離することによって、ＣＴスキャナの動きおよびＸ線
の線量を同時に制御する呼吸ゲート装置として使用されてもよく、それによって息止めの
必要性または呼吸サイクルにわたる平均化の必要性が軽減される。装置が呼吸運動を検出
すると、ＣＴスキャナは動作を一時停止し、身体が初期呼吸状態に戻ったときに再開しう
る。従って、患者を呼吸ゲート装置と一緒にスキャンできる場合、患者へのＸ線線量は低
下しうる。
他の実施形態では、変形データが変形修正のための画像再構成に使用され、画像データ
が、中断または一時停止することなく取得されうるように、ウェアラブル衣服装置は、呼
吸運動および呼吸変位から生じる変形の程度を連続的に検出するように作動させてもよい
。
さらに他の実施形態では、図１０に示すように、患者取り扱いシステム１０００は、図
２Ａ、２Ｂおよび３に示す衣服のように、埋め込まれたＦＢＧを含む繊維を有するパッド
１０８０を含んでもよい。図１０に示すように、複数のＦＢＧファイバー１０１０ａ～ｎ
は、パッド１０８０に沿って長軸方向に埋め込まれており、別の複数のＦＢＧファイバー
１０５０ａ～ｎは、パッドに沿って水平方向に埋め込まれている。本明細書の教示と一致
する代替的実施形態では、パッド上の身体の動きまたは変位に関連するデータを提供する
ために、パッド１０８０は、他の構成で埋め込まれたＦＢＧを有してもよい。こうした繊
維はまた、医療撮像装置および放射線療法装置の患者取り扱いシステム（患者ベッド）に
直接埋め込まれうる。図２Ａ、２Ｂおよび３に示す衣服と同様に、パッドは出力（図示せ
ず）を含んでもよく、光センサーがデータを外部プロセッサに提供してもよい。ＦＢＧは
、患者特有の負荷下のベッドのたわみ、ならびにベッドと接触する患者からの呼吸信号の
両方を得るために使用されうる。これらのパラメータの両方は、患者の画像取得を最適化
するため、および患者への治療送達のために使用されうる。
図５Ａは、医療撮像システムによって取得されうる被験者Ｅの断面画像５００Ａである
。図５Ｂは、呼吸運動（例えば、吸入中の体腔の拡張）によって影響を受ける被験者Ｅの
断面画像５００Ｂを示す。図４のＣＴスキャナ４００などのスキャナは、複数の画像スラ
イスを撮影するため、変形が体積走査での変形を引き起こしうる。図５Ａの画像５００Ａ
において、被験者Ｅの身体の断面の高さはＸ１である。図５Ｂの画像５００Ｂでは、吸気
のため、被験者Ｅの身体の断面の高さはわずかに高いＸ２である。ＣＴスキャナ４００は
、被験者Ｅに沿い、方向Ｌに沿って複数のスライスを撮影するため、スライス間（例えば
、５００Ａおよび５００Ｂ）の突然の動きは著しい変動を生じ、これはデカルト平面内の
ゆがんだ体積画像をもたらす。断面画像５００Ａおよび５００Ｂの両方において、質量Ｍ
はスキャン内に位置してもよく、体積走査内のその相対位置が検出されうる。
図４を再び参照すると、被験者Ｅは、本発明の原理と一致する衣服４５０を着用してい
てもよい。こうした衣服４５０は、衣服４５０内に埋め込まれたＦＢＧ（図４には図示せ
ず）を通して光を伝送する光エミッタ４６０と通信していてもよい。被験者Ｅがスキャナ
４００をＬ方向に沿って通過するにつれて、データ取得モジュール４７２を含むプロセッ
サ４７０は、ＦＢＧに取り付けられた光センサー（図４には図示せず）からデータを受信
する。プロセッサ４７０のコンパレータ４７５は、ＦＢＧ上の軸ひずみにより、ＦＢＧの
屈折率の有効シフトを識別し、衣服内の物体の表面の変形を示唆することができる。これ
らの変形が検出されると、プロセッサ４７０は、変形修正情報を画像再構成モジュール４
２０に送信して、任意の動きに対する画像補正を可能にしうる。他の実施形態では、ＦＢ
Ｇデータ取得モジュール４７２およびコンパレータ４７５を含むプロセッサ４７０は、デ
ータ収集装置４１８および画像再構成装置４２０と同じ装置に含まれてもよい。
図６は、被験者の画像取得中の身体変形を補正する方法を示すフローチャートである。
ステップ６１０で被験者の画像データが取得されると、被験者の身体上に配置された複数
のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）から、ピーク波長データがステップ６２
０で取得される。画像取得中の身体変形によって引き起こされるＦＢＧのブラッグ波長の
有効シフトが、ステップ６３０で検出される。シフトが検知された場合、デカルト座標系
に沿って整列したＦＢＧのブラッグ波長の有効シフトに基づいて、画像スキャン中の身体
変形を補正するために、画像再構成中に、取得された画像データがステップ６４０で修正
される。
本発明の原理と一致する他の実施形態では、呼吸運動のリアルタイム検出のための埋め
込みＦＢＧを有するウェアラブル衣服のような装置は、外部ビーム放射線療法などの標的
化された送達を支援するために、身体の動き（例えば、呼吸によって誘発される動き、ま
たは筋痙攣）を検出するために使用されてもよい。身体の動きを検出することによって、
療法は、位置決めを調整して、腫瘍に最大線量を送達し、周囲の健全な組織に最小線量を
送達しうる。
図７は、本発明と一致する実施形態を使用しうる、外部ビーム治療のための例示的な医
療機器７００である。医療用線形加速器（ＬＩＮＡＣ）は、癌患者に対する外部ビーム放
射線治療のために一般的に使用される装置である。線形加速器は、典型的に、高無線周波
数（ＲＦ）電磁波を使用して、加速器導波管（図７には図示せず）と呼ばれる管のような
構造内部の直線経路で、荷電粒子（すなわち、電子）を高エネルギーに加速するガントリ
７１０を含む。代替的な実施形態では、医療機器は、複数のエミッタを含みうる。エミッ
タ７１５は、患者の腫瘍に向けられた高エネルギーＸ線７２５を機械から放射する。患者
は、移動可能な治療テーブル７１２上に横たわる。患者は位置付けられ、こうした位置は
、レーザーまたは機械的手段（図７には表示せず）を使用して監視されうる。治療テーブ
ルは、方向Ｌにガントリ(gantry)を出入りする。一部の代替的な医療機器では、テーブル
はまた、患者を左から右（方向Ｌに対して垂直）および／または上下（エミッタ７１５か
らより近く、またはさらに離れて）に移動させうる。ガントリは患者の周りで回転しても
よく、放射線治療は、ガントリを回転させて治療用カウチ(treatment couch)を移動させ
ることによって、多くの角度から患者内の腫瘍に送達されうる。
図８は、医療機器(図７)による外部ビーム治療を示す患者Ｐの断面図８００である。図
は、患者Ｐの周りを回転する際の様々な位置８１０ａ～ｅのエミッタを示す。第一の位置
８１０ａでは、エミッタ８１０は、患者を通して質量Ｍに、こうした放射線療法の、何ら
かの形態のビーム治療を配向する。ガントリが第二の位置８１０ｂを通って回転するにつ
れて、ビームは異なる角度から患者を通過し続けるが、質量Ｍを標的にし続ける。放射線
治療は健全な組織を通過するが、エミッタが回転し続けるため、健全な組織の放射線への
曝露が最小化される。本発明の原理と一致して、患者Ｐは、衣服内に埋め込まれたＦＢＧ
（図８には示されていない）を含む衣服８８０を着用してもよい。図２および図３に関し
て上述したように、こうした衣服８８０は、衣服８８０内に埋め込まれたＦＢＧを通して
光を伝送する光エミッタ（図８には示されていない）と通信していてもよい。患者Ｐが医
療機器を通過し、治療を受けると、データ取得モジュールを含む図４に関連して記載され
たものと類似したプロセッサが、ＦＢＧに取り付けられた光センサーからデータを受信す
る。ＦＢＧ上の軸ひずみによるＦＢＧの屈折率の有効シフトは、衣服内の物体の表面の変
形を示唆しており、質量Ｍをより良好に標的とし、非標的組織への線量を最小化するため
に、医療機器が患者またはエミッタの位置決めをシフトすることを可能にする。
図９は、外部ビーム治療中の身体変形を補正する方法を示すフローチャートである。ス
テップ９１０で医療機器が外部ビーム治療のための身体の標的領域を識別するとき、被験
者の身体上に配置された複数のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）から、ピー
ク波長データがステップ９２０で取得される。ステップ９３０で、外部ビーム治療が標的
領域に向けられる。治療中の身体変形によって引き起こされるＦＢＧのブラッグ波長の有
効シフトが、ステップ９４０で検出される。ステップ９５０では、任意のシフトを検出す
ると、標的領域に焦点を維持するために、デカルト座標系に沿って整列したＦＢＧのブラ
ッグ波長の有効シフトに基づいて、画像スキャン中の身体変形を補正するために、外部ビ
ーム治療がシフトされうる。放射線治療に対する患者の相対位置は、ガントリのエミッタ
または治療テーブルの位置のいずれかを移動することによって調整されうる。
埋め込みＦＢＧを有する衣服の低減衰特性により、干渉をほとんどまたは全く伴わずに
、より正確な医療撮像および放射線療法を提供することが可能になる。加えて、患者の快
適さを高め、放射線量を低減することもできる。こうした装置はまた、撮像が身体変形の
関数として行われるため、新しいクラスの低費用スキャナを作製する可能性を開き、こう
した画像診断法を最も費用に敏感な集団群にもより広くアクセスできるようにすることが
できる。
例示的な実施形態が特に示され説明されてきたが、添付の特許請求の範囲から逸脱する
ことなく、形態および詳細の様々な変更がその中に行われうることが、当業者には理解さ
れるであろう。
上述の例示的な実施形態は、多くの異なる方法で実施されうることが理解されるべきで
ある。一部の実施例では、本明細書に記載の様々な方法および機械は、中央プロセッサ、
メモリ、ディスクまたは他の大容量記憶装置、通信インターフェース（複数可）、入力／
出力（Ｉ／Ｏ）装置（複数可）、および他の周辺機器を有する、物理的、バーチャル、ま
たはハイブリッド汎用コンピュータによってそれぞれ実装されてもよい。汎用コンピュー
タは、例えば、ソフトウェア命令をデータプロセッサにロードし、次いで命令の実行によ
って本明細書に記載する機能が実行されるようにすることによって、上述の方法を実行す
る機械へと変換される。
当技術分野で周知のように、こうしたコンピュータはシステムバスを含んでもよく、こ
こで、バスは、コンピュータまたは処理システムの構成要素間のデータ転送に使用される
、一式のハードウェアラインである。バス（複数可）は、コンピュータシステムの異なる
要素、例えば、プロセッサ、ディスクストレージ、メモリ、入力／出力ポート、ネットワ
ークポートなどを接続する、本質的に共有された導管であり、これが要素間の情報の転送
を可能にする。一つ以上の中央プロセッサユニットがシステムバスに取り付けられ、コン
ピュータ命令の実行を提供する。また、システムバスには、典型的には、様々な入力およ
び出力装置、例えば、キーボード、マウス、ディスプレイ、プリンター、スピーカーなど
をコンピュータに接続するためのＩ／Ｏ装置インターフェースが取り付けられている。ネ
ットワークインターフェース（複数可）は、コンピュータが、ネットワークに接続された
様々な他の装置に接続することを可能にする。メモリは、実施形態の実施のために使用さ
れるコンピュータソフトウェア命令およびデータのための揮発性ストレージを提供する。
ディスクまたは他の大容量ストレージは、例えば、本明細書に記載される様々な手順を実
施するために使用される、コンピュータソフトウェア命令およびデータのための不揮発性
ストレージを提供する。
従って、実施形態は、典型的には、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、ま
たはそれらの任意の組み合わせで実施されてもよい。
特定の実施形態では、本明細書に記載の手順、装置およびプロセスは非一時的（non-tr
ansistory）コンピュータ可読媒体、例えば、システム用のソフトウェア命令の少なくと
も一部を提供する、一つ以上のＤＶＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、ディスケット、テープな
どの取り外し可能記憶媒体を含む、コンピュータプログラム製品を構成する。こうしたコ
ンピュータプログラム製品は、当技術分野で周知の任意の適切なソフトウェアのインスト
ール手順によってインストールすることができる。別の実施形態では、ソフトウェア命令
の少なくとも一部分は、ケーブル、通信および／または無線接続を介してダウンロードさ
れてもよい。
さらに、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、または命令は、データプロセッサ
の特定の動作および／または機能を実行するものとして本明細書に記載されてもよい。し
かし、当然のことながら、本明細書へのこうした記述は単に便宜上のものであり、こうし
た動作は、実際には、コンピューティング装置、プロセッサ、コントローラ、またはファ
ームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令などを実行する他の装置からもたらされる。
当然のことながら、フロー図、ブロック図、およびネットワーク図は、より多くまたは
より少ない要素を含んでもよく、違う形で配置されてもよく、または違う形で表されても
よい。しかし、特定の実装は、ブロック図およびネットワーク図、ならびにブロック図や
ネットワーク図の数に影響される場合があり、実施形態の実行が特定の方法で実装されう
ることがさらに理解されるべきである。
したがって、さらなる実施形態はまた、様々なコンピュータのアーキテクチャ、物理的
コンピュータ、仮想コンピュータ、クラウドコンピュータ、および／またはそれらのいく
つかの組み合わせで実装されてもよく、したがって、本明細書に記載のデータプロセッサ
は例示のみを目的とし、実施形態の制限するものではない。
本発明は、その例示的な実施形態を参照して特に示され説明されているが、本発明の添
付の特許請求の範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更がその中に行わ
れうることは、当業者であれば理解されるであろう。

Claims (24)

  1. 画像取得中の身体変形を補正する方法であって、
    身体の画像データを取得するステップと、
    前記身体上に配置された複数のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）からピ
    ーク波長データを取得するステップであって、前記ＦＢＧがデカルト座標系に沿って整列
    しているステップと、
    画像取得中の身体変形によって引き起こされる前記ＦＢＧの前記ブラッグ波長の有効
    シフトを検出するステップと、
    前記デカルト座標系に沿って整列した前記ＦＢＧの前記ブラッグ波長の前記有効シフ
    トに基づいて、画像スキャン中の身体変形を補正するために、画像再構成中に前記取得さ
    れた画像データを修正するステップと、を含む方法。
  2. 前記画像データが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）
    スキャン、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）スキャン、または単一光子放出型コンピュータ
    断層撮影（ＳＰＥＣＴ）スキャンから取得される、請求項１に記載の方法。
  3. 画像スキャン中の身体変形のリアルタイム検出のための衣服であって、
    圧縮材料で作製され、かつ複数のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）を有
    する前部であって、前記前部が身体上に配置され、前記ＦＢＧが所定の座標系に沿って整
    列している前部と、
    各光エミッタが対応するＦＢＧを通して光波のパルスを発するように構成されている
    、複数の光エミッタと、
    各光センサーが対応するＦＢＧに取り付けられ、パルス光波を受信するように構成さ
    れた複数の光センサーと、
    プロセッサであって、
    前記ＦＢＧによって反射されたピーク波長を前記光センサーから受信するように構
    成されたデータ取得モジュールと、
    前記ＦＢＧ上の軸ひずみによりブラッグ波長の前記有効シフトを決定するように構
    成されたコンパレータと、
    前記ＦＢＧの前記ブラッグ波長の前記有効シフトに基づいて、スキャン装置の空洞
    を通過する前記身体の動きを制御し、身体変形中の前記画像データの取得を制御するよう
    に構成されたコントローラと、を含むプロセッサと、を備える衣服。
  4. 前記所定の座標系がデカルト座標系である、請求項３に記載の衣服。
  5. 前記ＦＢＧが前記デカルト座標系に沿って整列し、二軸に沿ってひずみを測定する、請
    求項４に記載の衣服。
  6. 前記プロセッサが、前記所定の座標系に沿って整列した前記ＦＢＧの前記ブラッグ波長
    の前記有効シフトに基づいて、画像スキャン中の身体変形を補正するために、取得された
    画像データを修正するように構成された修正モジュールをさらに含む、請求項３に記載の
    衣服。
  7. 前記プロセッサが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）
    スキャン、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）スキャン、または単一光子放出型コンピュータ
    断層撮影（ＳＰＥＣＴ）スキャンから画像データを取得するように構成された画像取得モ
    ジュールをさらに含む、請求項３に記載の衣服。
  8. 前記衣服がベルトである、請求項３に記載の衣服。
  9. 前記衣服がシャツである、請求項３に記載の衣服。
  10. 画像取得中の身体変形を補正する方法であって、
    スキャン装置の空洞を通過して身体を移動させるステップと、
    身体の画像データを取得するステップと、
    前記身体上に配置された複数のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）からピ
    ーク波長データを取得するステップと、
    画像取得中の身体変形によって引き起こされる前記ＦＢＧの前記ブラッグ波長の有効
    シフトを検出するステップと、
    経時的に測定された前記ブラッグ波長の有効シフトに基づいて、呼吸ゲート信号を生
    成するステップと、
    前記ＦＢＧの前記ブラッグ波長の前記有効シフトに基づいて、前記身体が動かないよ
    うに、かつ身体変形中に画像データが取得されないように、前記呼吸ゲート信号に基づい
    て、前記スキャン装置の前記空洞を通過して前記身体の動きを制御するステップと、を含
    む方法。
  11. 外部ビーム治療中の身体変形を補正する方法であって、
    外部ビーム治療のための身体の標的領域を識別するステップと、
    身体上に配置された複数のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）からピーク
    波長データを取得するステップであって、前記ＦＢＧがデカルト座標系に沿って整列して
    いるステップと、
    外部ビーム治療を前記標的領域に配向するステップと、
    治療中の身体変形によって引き起こされる前記ＦＢＧのブラッグ波長の有効シフトを
    検出するステップと、
    前記標的領域に焦点を維持するために、前記デカルト座標系に沿って整列した前記Ｆ
    ＢＧの前記ブラッグ波長の前記有効シフトに基づいて、画像スキャン中の身体変形を補正
    するために、前記外部ビーム治療を再配向するステップと、を含む方法。
  12. 前記外部ビーム治療が、外部ビーム放射線療法または陽子線治療である、請求項１１に
    記載の方法。
  13. 外部ビーム治療中の身体変形のリアルタイム検出のための衣服であって、
    圧縮材料で作製され、かつ複数のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）を有
    する前部であって、前記前部が身体の上に配置され、前記ＦＢＧが所定の座標系に沿って
    整列している前部と、
    各光エミッタが対応するＦＢＧを通して光波のパルスを発するように構成されている
    、複数の光エミッタと、
    各光センサーが対応するＦＢＧに取り付けられ、パルス光波を受信するように構成さ
    れた複数の光センサーと、
    プロセッサであって、
    前記ＦＢＧによって反射されたピーク波長を前記光センサーから受信するように構
    成されたデータ取得モジュールと、
    前記ＦＢＧ上の軸ひずみによりブラッグ波長の前記有効シフトを決定するように構
    成されたコンパレータと、
    前記ＦＢＧの前記ブラッグ波長の前記有効シフトに基づいて、スキャン装置の空洞
    を通過して前記身体の動きを制御し、前記身体変形中の外部ビーム治療を制御するように
    構成されたコントローラと、を含むプロセッサと、を備える衣服。
  14. 前記所定の座標系がデカルト座標系である、請求項１３に記載の衣服。
  15. 前記ＦＢＧが、前記デカルト座標系に沿って整列して、二重軸に沿ってひずみを測定し
    、前記ＦＢＧが、前記デカルト座標系に沿って整列して、二重軸に沿ってひずみを測定す
    る、請求項１４に記載の衣服。
  16. 前記外部ビーム治療が、外部光子ビーム放射線療法または陽子線治療である、請求項１
    ３に記載の衣服。
  17. 前記プロセッサが、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）
    スキャン、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）スキャン、または単一光子放出型コンピュータ
    断層撮影（ＳＰＥＣＴ）スキャンから画像データを取得するように構成された画像取得モ
    ジュールをさらに含む、請求項１３に記載の衣服。
  18. 前記衣服がベルトである、請求項１３に記載の衣服。
  19. 前記衣服がシャツである、請求項１３に記載の衣服。
  20. 前記プロセッサが、前記標的領域に焦点を維持するために、前記所定の座標系に沿って
    整列した前記ＦＢＧの前記ブラッグ波長の前記有効シフトに基づいて、治療処置中の身体
    変形を補正するために、外部ビーム治療を再配向するように構成された修正モジュールを
    さらに含む、請求項１３に記載の衣服。
  21. 画像スキャン中の身体変形のリアルタイム検出のための衣服であって、
    圧縮材料で作製され、かつ複数のファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）を有
    する前部であって、前記前部が身体上に配置され、前記ＦＢＧが所定の座標系に沿って整
    列している前部と、
    一連のＦＢＧの第一の端を通して光波をパルスするように構成された光エミッタと、
    ＦＢＧに取り付けられ、前記一連のＦＢＧを通してパルス光波を受信するように構成
    された光センサーと、
    プロセッサであって、
    前記ＦＢＧによって反射されたピーク波長を前記光センサーから受信するように構
    成された、データ取得モジュールと、
    前記ＦＢＧ上の軸ひずみによりブラッグ波長の前記有効シフトを決定するように構
    成されたコンパレータと、
    前記ＦＢＧの前記ブラッグ波長の前記有効シフトに基づいて、スキャン装置の空洞
    を通過する前記身体の動きを制御し、身体変形中の前記画像データの取得を制御するよう
    に構成されたコントローラと、を含むプロセッサと、を備える衣服。
  22. 前記プロセッサが、前記所定の座標系に沿って整列した前記ＦＢＧの前記ブラッグ波長
    の前記有効シフトに基づいて、画像スキャン中の身体変形を補正するために、取得された
    画像データを修正するように構成された修正モジュールをさらに含む、請求項２１に記載
    の衣服。
  23. 外部ビーム治療中の身体変形のリアルタイム検出のための衣服であって、
    圧縮材料で作製され、かつ単一モード光ファイバー中に配置された複数のファイバー
    ブラッググレーティング（ＦＢＧ）を有する前部であって、前記前部が身体の上に配置さ
    れ、前記ＦＢＧが所定の座標系に沿って整列している前部と、
    前記単一モード光ファイバーの第一の端を通して光波をパルスするように構成された
    光エミッタと、
    ＦＢＧに取り付けられ、前記単一モード光ファイバー中の前記一連のＦＢＧを通して
    パルス光波を受信するように構成された光センサーと、
    プロセッサであって、
    前記ＦＢＧによって反射されたピーク波長を前記光センサーから受信するように構
    成されたデータ取得モジュールと、
    前記ＦＢＧ上の軸ひずみによりブラッグ波長の前記有効シフトを決定するように構
    成されたコンパレータと、
    前記ＦＢＧの前記ブラッグ波長の前記有効シフトに基づいて、スキャン装置の空洞
    を通過して前記身体の動きを制御し、前記身体変形中の外部ビーム治療を制御するように
    構成されたコントローラと、を含むプロセッサと、を備える衣服。
  24. 前記プロセッサが、前記標的領域に焦点を維持するために、前記所定の座標系に沿って
    整列した前記ＦＢＧの前記ブラッグ波長の前記有効シフトに基づいて、画像スキャン中の
    身体変形を補正するために、外部ビーム治療を再配向するように構成された修正モジュー
    ルをさらに含む、請求項２３に記載の衣服。
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