JP6371281B2 - 改善された高強度集束超音波標的設定 - Google Patents

Description

本発明は、高強度集束超音波に関し、より具体的には、超音波標的設定を改善するための磁気共鳴温度測定の利用に関する。

高強度集束超音波測定(HIFU)では、超音波トランスデューサ素子のアレイは、超音波トランスデューサを構成するのに用いられる。トランスデューサ素子へ交流電流を供給することで、前記トランスデューサ素子は超音波を発生させる。トランスデューサ素子の各々からの超音波は、ビーム路中の様々な位置で建設的又は破壊的に加えられる。トランスデューサ素子の各々へ供給される交流電流の位相を制御することによって、超音波出力が集束される焦点又は焦点体積を制御することができる。

腫瘍の高強度集束超音波(HIFU)治療は、システムを最適に利用するためだけではなく健康な細胞組織への損傷を回避するために、高い空間精度を必要とする。不十分な標的設定に起因する健康な細胞組織の損傷の回避が、現在行われているような低出力検査の超音波を利用する場合には大きな静止腫瘍(static tumor)にとっては問題ではないが、たとえば不正確な位置に関する知見がフィードバックアルゴリズムに用いられる場合には、システムの技術的性能及び/又は診療上の性能は悪化する恐れがある。

特許文献1は、ホットスポットを空間的に解像し、かつ、超音波ビームの焦点からのホットスポットの変位を防止する超音波医療処置システムを開示している。ホットスポットは、処置エネルギーの照射レベルよりも低い所定のレベルでのエネルギー照射に基づいて解像される。

欧州特許出願EP0627206号明細書

本発明は、独立請求項において医療装置、コンピュータプログラム製品、及び方法を供する。実施例は従属請求項において与えられる。

当業者に知られているように、本発明の態様は、装置、方法、又はコンピュータプログラム製品として実施されて良い。従って本発明の態様は、全部がハードウエアである実施例、全部がソフトウエアである実施例（ファームウエア、常駐ソフト、マイクロコード等を含む）、又は、本願において「回路」、「モジュール」、若しくは「システム」と呼ばれるソフトウエアの態様とハードウエアの態様との結合実施例の形態をとって良い。さらに本発明の態様は、コンピュータが実行可能なコードを実施する1つ以上のコンピュータ可読媒体で実施されるコンピュータプログラム製品の形態をとっても良い。

1つ以上のコンピュータ可読媒体の任意の結合が利用されて良い。コンピュータ可読媒体とは、コンピュータ可読信号媒体又はコンピュータ可読記憶媒体であって良い。「コンピュータ可読記憶媒体」は、本願では、計算装置のプロセッサによって実行可能な命令を格納し得る任意の有形記憶媒体をも含む。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読持続的記憶媒体とも呼ばれ得る。コンピュータ可読記憶媒体はまた、有形コンピュータ読み取り可能媒体とも呼ばれ得る。一部の実施形態において、コンピュータ読み取り可能記憶媒体はまた、コンピューティング装置のプロセッサによるアクセスが可能なデータを格納し得る。コンピュータ読み取り可能記憶媒体の例は、以下に限られないが、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、ソリッドステートハードディスク、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、磁気光ディスク、プロセッサのレジスタファイルを含む。光ディスクの例は、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、又はＤＶＤ−Ｒといった、コンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を含む。コンピュータ可読記憶媒体なる用語はまた、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されることが可能な様々な種類の記録媒体をも意味する。例えば、データは、モデム上、インターネット上、又はローカルエリアネットワーク上で取得され得る。コンピュータ可読媒体上で実施されるコンピュータ可読コードは、任意の適切な媒体−無線、有線、光ファイバ、RF等又は上記の適切な結合を含むがこれらに限定されるわけではない−を用いて伝送されて良い。

コンピュータ可読信号媒体は、たとえばベースバンド又は搬送波の一部として実施されるコンピュータ可読コードによって伝播されるデータ信号を含んで良い。そのような伝播される信号は様々な形態−電磁信号、光信号、又は上記の適切な結合を含むがこれらに限定されるわけではない−をとって良い。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読媒体ではなく、かつ、命令実行システム、装置、若しくはデバイスによって使用される又は接続されるプログラムの通信、電波、又は伝送が可能な任意のコンピュータ可読媒体であって良い。

「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。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。

「プロセッサ」は、本願では、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含む。「プロセッサ」を有する計算装置とは、２つ以上のプロセッサ又は処理コアを含むものものとして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。計算装置なる用語も、各々が１つ以上のプロセッサを有する複数の計算装置の集合又はネットワークをも意味し得るとして解釈されるべきである。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。

コンピュータ実行可能コードは、プロセッサに本発明の態様を実行させる機械実行可能命令又はプログラムを含んで良い。本発明の態様の動作を実行するコンピュータ実行可能コードは、1種類以上のプログラミング言語−たとえばJava（登録商標）、Smalltalk、C++等のオブジェクト指向言語及びたとえばC言語又は同様のプログラム言語のような従来の手続処理型言語が含まれる−の任意の組み合わせで書かれ、かつ、機械実行可能命令にコンパイルされて良い。一部の実施例では、コンピュータ実行可能コードは、高級言語形式又はプリコンパイル形式であって良く、かつ、機械実行可能命令をその場で生成するインタープリタと併用されて良い。

コンピュータ実行可能コードは、全部がユーザーのコンピュータ上で実行されて良いし、一部がユーザーのコンピュータ上で実行されて良いし、スタンドアローンソフトウエアパッケージとして、一部がユーザーのコンピュータ上で実行され、かつ、一部がリモートコンピュータ上で実行されて良く、又は、全部がリモートコンピュータ若しくはサーバ上で実行されて良い。後者のシナリオでは、リモートコンピュータは任意の種類のネットワーク−ローカルエリアネットワーク(LAN)又はワイドエリアネットワーク(WAN)を含む−を介してユーザーのコンピュータに接続されて良いし、又は、（たとえばインターネットサービスプロバイダを用いてインターネットを介した）外部コンピュータへの接続が行われても良い。

本発明の態様は、本発明の実施例による方法、装置（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート及び/又はブロック図を参照しながら説明される。フローチャート、図、及び/又はブロック図の各ブロック又はその一部は、適用可能なときにはコンピュータ実行可能なコードであるコンピュータプログラム命令によって実装され得ることに留意して欲しい。相互背反でないときには、各異なるフローチャート、図、及び/又はブロック図中の複数のブロックの結合が用いられて良い。これらのコンピュータプログラム命令は、機械を製造するように、汎用コンピュータ、特殊用途向けコンピュータ、又は他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサへ供されて良い。その結果、コンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令は、フローチャート及び/又はブロック図の（複数の）ブロック中で特定される機能/作用を実装する手段を生成する。

これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読媒体中に格納され、かつ、コンピュータ、他のプログラム可能なデータ処理装置、又は他のデバイスを特定の方法で機能させるように導き得る。それによりコンピュータ可読媒体中に格納された命令は、フローチャート及び/又はブロック図の（複数の）ブロック中で特定される機能/作用を実装する命令を含む製造物を生成する。

コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラム可能なデータ処理装置、又は他のデバイスへロードされることで、一連の動作段階をコンピュータ、他のプログラム可能なデータ処理装置、又は他のデバイス上で実行させることでコンピュータにより実装される処理が生成されて良い。その結果、コンピュータ又は他のプログラム可能な装置上で実行される命令は、フローチャート及び/又はブロック図の（複数の）ブロック中で特定される機能/作用を実装する処理を供する。

「ユーザインタフェース」とは、本願では、ユーザ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、画像データ、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。

医療画像は、本願においては、医療撮像スキャナを用いて取得された2次元又は3次元データと定義される。医療撮像スキャナは、本願においては、患者の身体的構造に関する情報を取得するように構成された装置と定義される。医療撮像スキャナは、本願においては、2次元又は3次元の医療画像データの組を構築する。医療画像データは、医師による診断にとって有用な視覚化を構築するのに用いられて良い。この視覚化はコンピュータを用いて実行されて良い。

磁気共鳴（ＭＲ）データは、本願では、磁気共鳴撮像走査中に磁気共鳴装置のアンテナによって記録される、原子スピンにより放射される無線周波数信号の測定結果として定義される。磁気共鳴データは医療画像―データの一例である。磁気共鳴撮像(MRI)画像は、本願では、磁気共鳴撮像データ内に含まれる解剖学的データを再構成した１次元、２次元又は３次元可視化として定義される。この可視化は、プロセッサ又はコンピュータを用いて実行されることができる。

磁気共鳴データは、磁気共鳴撮像走査の期間内において原子スピンによって放射される高周波信号を磁気共鳴装置のアンテナによって測定した測定結果を含んで良い。前記高周波信号は、磁気共鳴温度測定のために使用することが可能な情報を含む。磁気共鳴温度測定は、温度に敏感なパラメータの変化を測定することによって機能する。磁気共鳴温度測定中に測定されうるパラメータの具体例としては、プロトン共鳴周波数シフト、拡散係数、又は、磁気共鳴を使用して温度を測定するのに用いられ得るT1緩和時間及び/若しくはT2緩和時間の変化である。プロトン共鳴周波数シフトは、温度に依存している。何故なら、個々のプロトン−水素原子−が経験する磁場は、周囲の分子構造に依存しているからである。温度の上昇分は、前記温度が水素原子間の結合に影響を与えることに起因して、分子スクリーニングを減少させる。このため、プロトン共鳴周波数が温度依存することになる。

プロトン密度は、平衡磁化に対して一次関数的に依存している。従って、プロトン密度により重み付けされた画像を用いることによって温度変化を判定することが可能である。

緩和時間T1、T2及びT1スター（よくT2^＊とも表記される）もまた温度に依存している。従って、T1、T2及びT2スターの重み付け画像の再構成は、熱マップまたは温度マップを構成するために使用されうる。

温度はまた、水溶液内の分子のブラウン運動に対しても影響を与える。従って、たとえばパルス状拡散勾配スピン・エコーのような拡散係数を測定することが可能なパルスシーケンスが、温度を測定するために使用され得る。

磁気共鳴を利用して温度を測定するための最も有用な手法の一つは、水のプロトンのプロトン共鳴周波数（ＰＲＦ）シフトを測定することによるものである。プロトンの共鳴周波数は温度に依存している。１ボクセル内での温度が変化するにつれて、周波数シフトは、水のプロトンの測定された位相を変化させる。これにより、２枚の位相画像の間での温度変化を決定することが可能である。この温度を決定する方法は、他の方法と比較して相対的に高速であるという利点を有する。本明細書中において、ＰＲＦ法は、他の方法よりも詳述される。しかしながら、本明細書中で検討されている方法と技術内容は、他の磁気共鳴撮像法による温度測定を実行する方法に対しても適用可能である。

分光学的磁気共鳴データとは、本願においては、磁気共鳴撮像走査中に磁気共鳴装置のアンテナによって記録される原子スピンによって放射される高周波信号の測定結果として定義される。前記高周波信号は複数の共鳴ピークを表す情報を含む。

分光学的磁気共鳴データはたとえば、絶対スケールでの温度マップを生成することが可能なプロトン分光学(PS)撮像データ撮像に基づく温度マッピング法を実行するのに用いられて良い。従ってこの絶対スケール温度マップは、温度校正を実行するのに用いられて良い。この方法は、プロトン共鳴周波数法として水のプロトン共鳴シフト温度依存の物理的原理に依拠するが、取得方法は異なる。周波数シフトは磁気共鳴スペクトルから計算される。そのシフトは、水と参照用プロトンピークの位置の差から計算される。水のプロトンピークが温度に対して一次関数的な依存性を有する一方で、プロトンの共鳴周波数は温度にほとんど独立していることが知られているため、脂質中のプロトンはたとえば参照用に用いられ得る。これは、2種類の細胞組織が存在するボクセル内において実行されて良い。水と脂質が同一のボクセル内に存在しない場合、脂質以外の種類の細胞組織を参照用に用いようとして良い。うまく行かない場合、参照用ピーク−ひいては温度データ−が利用できないボクセルが存在すると考えられる。体温は通常、明らかな例外である温熱療法によって一般的に引き起こされる非常に局所的な温度上昇によって空間的に急激に変化するとは考えられないため、補間及び/又は温度フィルタリングは、これらの状況を助けるのに用いられ得る。参照用ピークを利用することで、当該方法は、場のドリフト又は走査間での運動に対して相対的に独立となる。走査は、現在の方法では少なくとも分のオーダーの時間を要するので、PS法は、走査中での運動又は温度変化の影響を受けやすい。温度が一定又は温度変化が時間的にも空間的にも小さい場合では、当該方法は有用な情報を生成することができる。たとえば磁気共鳴によってどのように行うのかが示される高強度集束超音波(MR-HIFU)によって、PS法は、温度計プローブによって測定される身体中心部の温度として得られる空間的に均一な開始温度を用いるのとは対照的に、MR-HIFU又は他の温熱治療開始前の実際の体温分布を供するのに用いられ得る。あるいはその代わりにPS法は、処置領域外部での複数回の加熱の間での累積温度の妥当性チェックとして用いられて良い。

本明細書中において使用される用語「超音波窓」は、超音波の波またはエネルギーを透過することが可能な窓を含む。典型的には薄膜又はメンブレンが超音波窓として使用される。例えば、超音波窓は、２軸延伸ポリエチレン−テレフタル酸エステル（ＢｏＰＥＴ：Biaxially-oriented polyethylene terephthalate）製の薄膜で作られることが可能である。

一の態様では、本発明は、対象物から熱磁気共鳴データを取得するための磁気共鳴撮像システムを有する医療装置を供する。前記対象物の少なくとも一部は前記撮像領域内に位置する。当該医療装置は、高強度集束超音波システムをさらに有する。前記高強度集束超音波システムは調節可能な焦点を有する。前記高強度集束超音波システムは、前記調節可能な焦点を制御することで前記撮像領域内の複数のソニケーション地点で前記対象物を音波処理するように動作し得る。これらの複数回の音波処理の各々は、超音波エネルギーが付与される前記細胞組織の局所構造又は生理機能に影響を及ぼす大きな超音波エネルギーの付与を含む。たとえば前記局所構造は、アブレーションが起こる地点又はハイパーサーミアによる生理効果が発生する地点で影響を受け得る。一般的には、これらの複数回の音波処理は、治療上の閾値を超える超音波エネルギーすなわち強度で実行される。前記治療上の閾値の設定は、超音波エネルギーでの強度又は累積熱量が、顕著な生理学的影響を生じさせないような前記細胞組織の温度上昇しか起こさないような前記治療上の閾値未満となるように行われる。前記調節可能な焦点は、2種類以上の方法で調節可能であって良い。一部の実施例では、前記高強度集束超音波トランスデューサは、様々な位置に再度位置設定することが可能なトランスデューサを有する。このようにして前記焦点は調節可能となる。可動である前記トランスデューサを備えるこれまでの実施例を含む他の実施例では、前記トランスデューサは、供給される電力の位相及び/又は振幅を制御することが可能な複数のトランスデューサ素子を有する。これにより前記焦点は電子的に制御可能となる。

前記医療装置は、前記高強度集束超音波システム及び前記磁気共鳴撮像システムを制御するプロセッサをさらに有する。前記医療装置は、前記プロセッサによって実行されるための機械実行可能な命令を格納する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、複数のソニケーション地点を順次音波処理するように前記高強度集束超音波システムを制御する。前記高強度集束超音波システムは、前記撮像領域内の複数のソニケーション地点で前記対象物を音波処理するように前記調節可能な焦点を制御するように動作可能である。前記命令を実行することでさらに、前記プロセッサはさらに、前記熱磁気共鳴撮像データを反復的に取得するように前記磁気共鳴撮像システムを制御する。前記磁気共鳴撮像システムは、前記複数のソニケーション地点の音波処理の間に各異なる時間に前記熱磁気共鳴撮像データを取得する。

前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記熱磁気共鳴撮像データを用いて複数の温度マップを反復的に再構成する。温度マップは、本願で用いられているように、前記対象物の加熱を表すマップを含む。これはたとえば、特定の時間での温度マップであって良く、あるいは、累積された熱量であっても良い。前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、複数の質量の加熱中心からなる組を生成する前記複数の温度マップの各々について質量の加熱中心を計算する。質量の加熱中心は、本願において用いられているように、前記複数の温度マップ中で表される効果を再現するために熱が加えられ得る位置である。たとえば質量の加熱中心は、熱が対象物に加えられる特定の又は実際のソニケーション地点であって良い。

前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記複数の質量の加熱中心からなる組の各加熱中心について前記複数のソニケーション地点から1つ以上のソニケーション地点を選択する。前記高強度集束超音波システムが、前記質量の加熱中心に対応する前記熱磁気共鳴撮像データを取得する前の所定期間内に前記前記1つ以上のソニケーション地点を音波処理するように、前記1つ以上のソニケーション地点は選択される。前記熱磁気共鳴撮像データが前記質量の加熱中心に対応するという主張する他の方法は、質量の特別な加熱中心が、前記熱磁気共鳴撮像データの特別な取得を利用して決定されたと主張することである。

換言すると、前記熱磁気共鳴データは、温度マップを構築するために取得及び利用される。前記熱磁気共鳴撮像データの取得前に取得された前記ソニケーション地点は、前記標的設定の精度を決定する解析用に使用又は選択される。

前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記複数の質量の加熱中心からなる組の各加熱中心と前記1つ以上のソニケーション地点とを比較することによって、空間依存標的設定補正を決定する。続いて前記実際の温度マップ又は測定された温度データは、前記ソニケーション地点の位置と比較される。この比較を行うことによって、前記ソニケーション地点の所望の位置と、前記対象物に熱が加えられる実際の位置との間にオフセットが存在し得ることを決定できる。前記比較を行う一の方法は、質量の加熱中心の位置を決定し、その後（複数の）ソニケーション地点の位置を決定することである。前記質量の加熱中心と前記（複数の）ソニケーション地点との間の差異は、空間依存標的設定補正を計算するのに用いられ得る変位を与える。

前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記空間依存標的設定補正による前記調節可能な焦点をオフセットするように前記高強度集束超音波システムを制御する。この実施例は有利である。その理由は、この実施例は、前記高強度集束超音波システムのより正確な標的設定をするからである。

他の実施例では、前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記複数の温度マップを用いることによって時間依存熱量分布を決定する。前記複数の質量の加熱中心からなる組は、前記熱量分布における少なくとも1つの最大値を探索することによって計算される。前記熱量分布における最大値を探索することで、前記ソニケーション地点の最大加熱効果を決定することができる。これは、前記高強度集束超音波システムをより正確に標的設定するのに用いられ得る。様々な最大値は、前記時間依存熱量分布を検査するときの各異なる時間に取得される。その後これらの最大値は、前記ソニケーション地点と関連づけられる。一部の実施例では、前記時間依存熱量分布は累積熱量分布である。他の実施例では、前記時間依存熱量分布は累積的ではない。前記時間依存熱量分布は特定の期間−たとえば前記最大値が比較されている前記ソニケーションが実行されたとき―についてであって良い。

他の実施例では、前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記少なくとも1つの最大値の時間依存並進と前記複数のソニケーション地点の列とを比較することによって前記空間依存標的設定補正を決定する。この実施例では、前記最大値の動き方が前記ソニケーション地点の位置と比較される。これは、前記高強度集束超音波システムが正確か否かを判断するのに用いられ得る。

他の実施例では、前記高強度集束超音波システムは、機械位置設定システムを備える超音波トランスデューサを有する。前記調節可能な焦点は、前記機械位置設定システムの作動による前記空間依存標的設定補正により少なくとも部分的にオフセットされる。この実施例は有利となり得る。その理由は前記機械位置設定システムは、前記高強度集束超音波システムの標的設定におけるオフセットを正確に補償し得るからである。

他の実施例では、前記調節可能な焦点は、少なくとも部分的に電子制御可能である。前記調節可能な焦点は、該調節可能な焦点を電子制御することによって少なくとも部分的にオフセットされる。この実施例では、前記高強度集束超音波システムは、複数のトランスデューサ素子を含むトランスデューサを有する。「電子制御可能」とは、個々のトランスデューサ素子へ供給される電力すなわち電流の位相及び/又は振幅が、前記個々のトランスデューサ素子によって発生する超音波の建設的及び/又は破壊的干渉を制御するのに用いられ得ることを意味する。前記位相及び/又は振幅を制御することによって、これは、前記調節可能な焦点の位置の電子操作を可能にする。

他の実施例では、前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記複数のソニケーション地点を順次音波処理するように前記高強度集束超音波システムを制御するのと同時に、前記空間依存標的設定補正による前記調節可能な焦点をオフセットするように前記高強度集束超音波システムを制御する。この実施例は有利である。その理由は、この実施例は、前記標的設定位置の補正をその場で行うことを可能にするからである。前記対象物の様々なソニケーション地点が音波処理されることで、前記調節可能な焦点の標的設定又は制御がより正確になり、前記デバイスが長く使用されるようになる。

他の実施例では、前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、所定数の前記ソニケーション地点が音波処理された後に前記調節可能な焦点をオフセットするように前記高強度集束超音波システムを制御する。この実施例では、所定数の前記ソニケーション地点が音波処理された後、前記空間依存標的設定補正が、前記高強度集束超音波システムの集束を補正するのに用いられる。これにより、前記高強度集束超音波システムの集束がより正確になり得る。

他の実施例では、前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記時間依存熱量分布と超音波モデルを用いることによってまだ音波処理されていない前記複数のソニケーション地点の焦点補正を計算する。これまでに音波処理された細胞組織の音波特性は変化して良い。たとえば音波処理された細胞組織は一般的に、音波処理されていない細胞組織よりもはるかに迅速に超音波を吸収する。これらの場合では、超音波モデルを用いることで、前記超音波エネルギーが対象物内部のどこに付与されるのかをより正確に予測することが可能となる。

他の実施例では、前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記焦点補正が所定値よりも大きい場合に警告メッセージを発生する。これは、意図したソニケーション位置からずれた位置で集束するような効果が起こる状況において有用となり得る。これは、前記ビーム軸に対して垂直に見たときにアブレーションされた領域から離れた方向であって良い。光線追跡アルゴリズム又は他の手法はこれにとって有用となり得る。

他の実施例では、前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、未来のソニケーションに用いられる前記空間依存標的設定補正をメモリ内に格納する。たとえば前記標的設定補正は、以降で同一の対象物用に格納及び使用されて良いし、又は、他の対象物用に格納及び使用されても良い。

他の実施例では、前記空間依存標的設定補正は、前記熱量と前記複数のソニケーション地点への多項式フィッティングを実行することによって決定される。一部の実施例では、前記空間依存標的設定補正は、前記標的設定補正の精度を向上させる多項式フィッティングを実行することによって決定されて良い。

他の実施例では、所定の基準は、前記高強度集束超音波システムが、前記質量の加熱中心に対応する前記熱磁気共鳴撮像データの取得前の所定期間内に前記1つ以上のソニケーション地点を音波処理することである。

他の実施例では、前記所定の基準は、前記質量の加熱中心の所定距離から外れたソニケーション地点を排除することである。

他の実施例では、前記所定の基準は、前記空間依存標的設定補正により決定されるフィッティングを用いたソニケーション地点の選択である。

他の実施例では、前記所定の基準は、前記1つ以上のソニケーション地点の所定の隣接距離内の他のソニケーション地点の前記空間依存標的設定補正により決定される隣接フィッティングを用いた前記1つ以上のソニケーション地点の選択である。

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される機械実行可能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、対象物から熱磁気共鳴データを取得する磁気共鳴撮像システムを有する。前記対象物の少なくとも一部は、前記磁気共鳴撮像システムの撮像領域内に位置して良い。当該医療装置は、高強度集束超音波システムをさらに有する。前記高強度集束超音波システムは調節可能な焦点を有する。前記高強度集束超音波システムは、撮像領域内の複数のソニケーション地点で前記対象物を音波処理するように前記調節可能な焦点を制御するように動作可能である。

他の実施例では、前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記複数のソニケーション地点を順次音波処理するように前記高強度集束超音波システムを制御する。前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記熱磁気共鳴撮像データを頒布的に取得するように前記磁気共鳴撮像システムを制御する。前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記熱磁気共鳴撮像データを用いて複数の温度マップを反復的に再構成する。

前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、複数の質量の加熱中心からなる組を生成する前記複数の温度マップの各々についての質量の加熱中心を計算する。前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記複数の質量の加熱中心からなる組の各質量の加熱中心のために前記複数のソニケーション地点から1つ以上のソニケーション地点を選択する。前記高強度集束超音波システムが、前記質量の加熱中心に対応する前記熱磁気共鳴撮像データを取得する前の所定期間内に前記1つ以上のソニケーション地点を音波処理するように、前記1つ以上のソニケーション地点の選択は行われる。

前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記複数の質量の加熱中心からなる組の各質量の加熱中心と前記1つ以上のソニケーション地点とを比較することによって空間依存標的設定補正を決定する。前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記空間依存標的設定補正によって前記調節可能な焦点をオフセットするように前記高強度集束超音波システムを制御する。

他の実施例では、前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記複数の温度マップを用いて時間依存熱量分布を決定する。前記複数の質量の加熱中心からなる組は、前記熱量分布における少なくとも1つの最大値を探索することによって計算される。

他の実施例では、前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記少なくとも1つの最大値の時間依存並進と前記複数のソニケーション地点の列とを比較することによって前記空間依存標的設定補正を決定する。

他の態様では、本発明は医療装置を制御する方法を供する。当該医療装置は、少なくとも一部が撮像領域内に位置する対象物から熱磁気共鳴データを取得する磁気共鳴撮像システムを有する。当該医療装置は、高強度集束超音波システムをさらに有する。前記高強度集束超音波システムは調節可能な焦点を有する。前記高強度集束超音波システムは、撮像領域内の複数のソニケーション地点で前記対象物を音波処理するように前記調節可能な焦点を制御するように動作可能である。当該方法は、前記複数のソニケーション地点を順次音波処理するように前記高強度集束超音波システムを制御する段階を有する。当該方法は、前記熱磁気共鳴撮像データを反復的に取得するように前記磁気共鳴撮像システムを制御する段階をさらに有する。前記磁気共鳴撮像システムは、前記高強度集束超音波システムが前記複数のソニケーション地点を順次音波処理する間又はときに各異なる時点で前記熱磁気共鳴撮像データを取得するように制御される。

当該方法は、前記熱磁気共鳴撮像データを用いて反復的に複数の温度マップを再構成する段階をさらに有する。当該方法は、複数の質量の加熱中心を生成する前記複数の温度マップの各々について質量の加熱中心を計算する段階をさらに有する。当該方法は、前記複数の質量の加熱中心からなる組の各質量の加熱中心のために前記複数のソニケーション地点から1つ以上のソニケーション地点を選択する段階をさらに有する。前記高強度集束超音波システムが、前記質量の加熱中心に対応する前記熱磁気共鳴撮像データの取得前の所定期間内に前記1つ以上のソニケーション地点を音波処理するように、前記1つ以上のソニケーション地点は選択される。

当該方法は、前記複数の質量の加熱中心からなる組の各質量の加熱中心と前記1つ以上のソニケーション地点とを比較することによって空間依存標的設定補正を決定する段階をさらに有する。当該方法は、前記空間依存標的設定補正によって前記調節可能な焦点をオフセットするように前記高強度集束超音波システムを制御する段階をさらに有する。

上述した本発明の実施例の1つ以上は、相互背反でない限り結合されて良いことに留意して欲しい。

本発明の実施例による方法を表すフローチャートを示している。 本発明の実施例による医療装置を表している。 脚から頭への方向における意図したソニケーション位置に対して脚から頭への方向における実際のソニケーション位置をプロットしている。 図3と同一のプロットと共に補正された標的設定を示している。 温度マップを表している。

以降では、本発明の好適実施例が、単なる例示でしかない図面を参照することによって説明される。

図中同様の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のかのいずれかである。これまでに述べた構成要素は、その機能が等価である場合には、必ずしも以降の図では論じらるとは限らない。

図1は本発明の実施例による方法を表すフローチャートを示している。段階100では、高強度集束超音波システムが、複数のソニケーション地点を順次音波処理するのに用いられる。続く段階102では、熱磁気共鳴撮像データが、磁気共鳴撮像システムを用いて反復的に取得される。熱磁気共鳴撮像データは、複数のソニケーション地点の音波処理中の各異なる時点で取得される。続く段階104では、複数の温度マップが、熱磁気共鳴撮像データを用いて反復的に再構成される。続く段階106では、質量の加熱中心が、複数の質量の加熱中心からなる組を生成する複数の温度マップの各々について計算される。

その後段階108では、複数の質量の加熱中心の各々について1つ以上のソニケーション地点が選択される。音波処理が本質的にそれぞれの温度マップにおいて視認可能な加熱に関与するように、複数の加熱中心の各々についての1つ以上のソニケーション地点は選択される。次の段階110では、空間依存標的設定補正が、質量の加熱中心と1つ以上のソニケーション地点を用いて決定される。最後の段階112では、高強度集束超音波システムが、空間依存標的設定補正によって調節可能な焦点をオフセットするように制御される。

図2は、本発明の実施例による医療装置200を表している。医療装置200は磁気共鳴撮像システム202を含んでいる。磁気共鳴撮像システム202は、磁石204を有する。磁石204は、該磁石の中心を貫通するボア206を備える円筒型超伝導磁石である。磁石204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人気がある。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208が存在する。撮像領域208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206内にはまた、磁石204の撮像領域208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の組210が存在する。磁場勾配コイル210は磁場勾配コイル電源212に接続される。磁場勾配コイルは代表例であることを意図している。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212は磁場勾配コイル210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。

撮像領域208に隣接して、撮像領域208内の磁気スピンの向きを操作するとともに、撮像領域208内のスピンからの無線送信を受信する高周波コイル414が存在する。高周波コイル414は複数のコイル素子を含み得る。高周波コイル414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214は高周波トランシーバ216に接続される。高周波コイル214及び高周波トランシーバ216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214及び高周波トランシーバ216は代表例であることに留意して欲しい。高周波コイル214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216は別々の送信器と受信器とを表すこともある。

対象物218は、対象物支持体220上に横たえた状態で示され、かつ、部分的に撮像領域208内に位置している。医療装置200は高強度集束超音波システム222をも有する。高強度集束超音波システムは、流体が充填されたチャンバ224を有する。流体が充填されたチャンバ224内には超音波トランスデューサ226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226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238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238は、医療装置200の調節可能な焦点を表す。

超音波トランスデューサ226は、超音波トランスデューサ226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228に接続される。機構228は、機構228を作動させるように構成される機械的アクチュエータ230に接続される。機械的アクチュエータ230はまた、超音波トランスデューサ226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230は、磁石204のボア206の外部に設けられる。

超音波トランスデューサ226は、経路232として示される超音波を生成する。超音波232は、流体が充填されたチャンバ228と超音波窓234を通り抜ける。この実施例では、超音波はゲルパッド236を通過する。ゲルパッド236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236を受ける対象物支持体220内に凹部が存在する。ゲルパッド236は、トランスデューサ226と対象物218との間での超音波出力の結合を容易にする。ゲルパッド236の通過後、超音波232は、対象物218を通過し、かつ、ソニケーション地点238へ集束される。ソニケーション地点238は標的体積240内で集束される。標的体積は複数のソニケーション地点の列によって決定される。ソニケーション地点238は、超音波トランスデューサ226の機械的位置設定とソニケーション地点238の位置の電子的操作を組み合わせることによって移動されることによって、標的体積240の全体が処置されうる。

磁場勾配コイル電源212、送信器216、及び機械アクチュエータ/電源230は、コンピュータ242のハードウエアインターフェース244に接続されるものとして図示されている。コンピュータ242は、プロセッサ246、ユーザーインターフェース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をさらに有する。ハードウエアインターフェース244によって、プロセッサ246は、医療装置の機能を制御するためのデータと命令の送受信を行うことが可能となる。プロセッサ246はさらに、ユーザーインターフェース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に接続される。

コンピュータストレージ250は、パルス列254を含むものとして図示されている。パルス列254は命令を含むか、又は、磁気共鳴撮像システム202に熱磁気共鳴データ256を取得させることを可能にする構成を構築するのに用いられ得るタイムラインを含む。コンピュータストレージ250は、磁気共鳴撮像システム202によって取得される熱磁気共鳴データ256を格納するものとして図示されている。コンピュータストレージ250はさらに、ソニケーション地点258を含むものとして図示されている。ソニケーション地点はたとえば、高強度集束超音波システム222を制御する処置計画又は命令として格納されて良い。ソニケーション地点258は、高強度集束超音波システム222によって音波処理される位置の列を含む。

コンピュータストレージ250はさらに、反復的に取得された熱磁気共鳴データ256によって再構成された温度マップ260を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250はさらに、温度マップ260から計算された質量の加熱中心からなる組262を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250はさらに、選択されたソニケーション地点264を含むものとして図示されている。複数の質量の加熱中心からなる組262の各々のためにソニケーション地点258から選択されたソニケーション地点264が存在する。選択されたソニケーション地点264は、特定の温度マップ260内において明らかな加熱又は熱量に有意となるように選ばれた。コンピュータストレージ250はさらに、質量の加熱中心からなる組262と対応する選択されたソニケーション地点264を用いて計算された空間依存標的設定補正266を含むものとして図示されている。

コンピュータメモリ252は、制御モジュール270を含むものとして図示されている。制御モジュール270は、プロセッサ246に医療装置200の動作と機能を制御させ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。たとえば制御モジュール270は、パルス列254を用いて熱磁気共鳴データ256を取得して良い。制御モジュール270はまた、ソニケーション地点258を用いて標的体積240を音波処理しても良い。コンピュータメモリ252はさらに、温度マップ再構成モジュール272を含むものとして図示されている。温度マップ再構成モジュール272は、プロセッサ246に熱磁気共鳴データ256から温度マップ260を再構成させ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はさらに、質量の加熱中心決定モジュール274を含むものとして図示されている。質量の加熱中心決定モジュール274は、プロセッサ246に温度マップ260から複数の質量の加熱中心からなる組262を決定させ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はさらに、ソニケーション地点選択モジュール276を含むものとして図示されている。ソニケーション地点選択モジュール276は、複数の質量の加熱中心からなる組262の各々にとって適切なソニケーション地点264を選択するように動作可能である。コンピュータメモリ252はさらに、プロセッサ246に複数の質量の加熱中心からなる組262と選択されたソニケーション地点264を用いて空間依存標的設定補正266を計算させることを可能にする空間依存標的設定補正決定モジュール278を含むものとして図示されている。最も単純な実施例では、空間依存標的設定補正決定モジュール278は、個々の位置で決定された標的設定補正に線又は曲線を単純に適合させて良い。コンピュータメモリ252はさらに、超音波集束補正モジュール280を含むものとして図示されている。超音波集束補正モジュール280は、対象物218を音波処理するときに空間依存標的設定補正の決定が利用されるように、高強度集束超音波システム222へ送られる命令を修正するように動作可能である。

最もアブレーションを行うHIFU治療では、多数のソニケーション事象が、標的を除去するのに必要とされる。処置を可能な限り安全かつ効率的にするため、個々のソニケーション事象の各々によってアブレーションされた領域は、サイズと位置が意図した領域に近くなければならない。例として、実際に凝固した領域が一の方向において（約）5mmオフセットされる場合、これにより、感受性を有する構造が近くに設けられる場合に深刻な安全性に係る問題が引き起こされる恐れがある。記録の誤り−たとえばビーム路の不均一性及びロボットの位置設定の不正確さ−へのシステムの影響の可能性を減少させるため、現在の標準的な処理方法は、加熱中心を導くことのできる低い非致死温度を誘起する低出力試験ソニケーションを用いることである。小さなオフセットはトランスデューサの機械的並進によって十分補正され得るので、トランスデューサ位置は補正され得る。

しかし試験ソニケーションによって誘起された温度上昇が低すぎる場合、決定された加熱中心はノイズによって誘起される外乱の影響を受けやすい。しかもたとえ試験ソニケーションが実行された前記ソニケーション地点について補正が正確に行われるとしても、計画されたソニケーションのビーム路が互いに十分に異なる場合には、ソニケーション位置の誤差が生じる。一般的には、ビーム路は常に異なり、かつ、ビーム路のばらつきは、ソニケーション位置における振幅しか決定しない。また処置が続くことで音響特性と熱的特性が変化する。このとき標的領域内で既にアブレーションされた細胞組織は、アブレーションされていない細胞組織とは異なる細胞組織パラメータを示す。後続のソニケーションの音響波がこれらの既にアブレーションされた領域（の一部又は全部）を通過する場合、実際に加熱された領域は、ソニケーション事象の意図したアブレーション領域からずれる。従って、1回の試験ソニケーションを用いるだけでは、すべての後続の治療ソニケーションのソニケーション位置の高精度で補正するには不十分な理由が数多く存在する。これは、感受性構造が近くに存在する場合には安全性に影響を及ぼす恐れがあり、かつ、所望の治療効果を有しない意図しない領域で加熱が生じることで治療効率に影響を及ぼす可能性が高い。このため、それらのソニケーションは全く有用ではないと考えられている。意図通りに治療を実現されるにはさらなる時間と熱エネルギーが必要となる。

本発明の実施例は、オフセットを適合可能なように変化させて良い。その変化は、その期間の過去のアブレーションで見られたオフセットに基づく。アブレーションの位置はたとえば、熱量が致死レベルに到達する領域の質量中心にとられて良い。熱量は、温度の時間積分で、かつ、通常は細胞死の限界として通常とられる43℃での240等価分（240 equivalent minutes at 43℃）のレベルによる熱的損傷の推定として通常用いられる。2つ以上のスライス（特に一部のスライスが意図した集束領域を介して垂直である場合）が温度上昇のMR撮像に利用される場合、アブレーションされた領域の質量中心の3D推定を得ることができる。

そのようにして得られたオフセットは、ソニケーション位置の誤差を良好に補正するのに用いられ得る。この方法は、ノイズレベルに匹敵する不十分な温度上昇の問題であった上述の最初の問題を既に本質的に解決している。致死レベルのアブレーションを起こすには、温度は一般的に少なくとも55℃を超える。この温度は身体の中心温度よりも18℃高いので容易に識別可能である。たとえば熱量−たとえば240EM照射量−の領域の質量中心を用いることは温度よりも有意である。なぜならこれは、熱的に損傷した領域のより元気綱推定を表すからである。熱量と熱量の計算方法を用いることは細胞組織に固有であって良い。たとえば240EMは通常、骨格筋及び子宮筋腫に用いられる。他の場合では、他の熱量限界が用いられて良い。

一部の細胞組織の種類では、損傷は、熱量効果の可能性に加えて温度閾値効果であっても良い。たとえば超音波アブレーションで起こる急速加熱は、閾値をはるかに下回る値からはるかに上回る値まで非常に短時間で熱量を急激に増大させ得る。その結果、温度閾値効果に非常に似てくる。従って熱量の代わりに、急速加熱に起因する細胞損傷の推定も、質量中心を計算するのに用いられて良い。ソニケーション位置の誤差の空間依存性は通常、ビーム路の差異によって誘起される。たとえば子宮筋腫アブレーションの場合では、蓋然的な最も支配的な理由を明示すると、これは、脂肪層の厚さの差異と、子宮筋腫と子宮筋層との間の境界への近接さの差異と、脂肪層への入射角の差異から生じる。しかし距離の関数としての波の伝播へのこれらの効果は急激ではない。ソニケーション位置の誤差は典型的には、約7mm又は大きな子宮筋腫の範囲内にとどまる。外部トランスデューサを利用するHIFUについては、オフセットはトランスデューサのビーム軸方向−子宮筋腫の治療における前方−後方方向である−において支配的である。

図3は、脚−頭方向における意図したソニケーション位置の関数として、意図したソニケーション位置からのアブレーションCM（質量中心）オフセットの例を表している。図3では、アブレーション位置のCMは、一の子宮筋腫内での脚−頭方向における処置細胞の位置（つまり意図したソニケーション位置）の関数として脚−頭方向においてオフセットされる。この画像では、脚−頭の変位の明確な空間依存性は、意図したソニケーションの脚−頭の位置の関数として見いだすことができる。図3では、脚−頭の方向における意図したソニケーション位置300はX軸で、かつ、脚−頭方向における意図した位置からの実際のソニケーション位置のオフセット302はY軸上に示されている。意図したソニケーション位置300は複数のソニケーション地点からなる組に対応する。実際のソニケーション位置302は、温度マップを用いて決定されるアブレーション領域に対応する。この図では、意図した位置300からのオフセットが空間依存性を示すことがわかる。図3は、フィッティング−線形又は多項式若しくは他の曲線による−が、ソニケーションの標的を定める精度を向上させるのに用いられ得ることを表している。

計画を容易にするため、意図したソニケーション（Philips Sonalleve MR-HIFU platformでは処置細胞とも呼ばれる）は通常、トランスデューサビーム軸に対して垂直な位置の面内に設けられる。この面−ここでは処置面と呼ぶ−はトランスデューサの角度設定に基づいて傾斜しても良いし又は傾斜しなくても良い。この方向で面を用いる理由は、アブレーション領域が一般的には、ほとんどの外部トランスデューサではビーム軸方向に長く延びているので、どのようにしても3Dアブレーションされた領域を生成することである。よって処置面内で既に実行されたソニケーションによって誘起される、AP（前後）、LR（左右）、及びFH（脚−頭）についてのアブレーション領域のCMオフセットへの2D空間フィッティングが実行され得る。一の可能性は、APアブレーション領域のオフセット、LRアブレーション領域のオフセット、及び、FHアブレーション領域のオフセットへの2D表面フィッティングを別個に行い、その後次のソニケーションの位置を補間することである。よってこの3D位置は、補正が実行されない場合には最も起こりうるソニケーションの推定として用いられ得るので、トランスデューサを機械的に並進させることによる補正として適用され得る。フィッティングに用いられるCM値は、同一の参照フレームからでなければならない。このことは、フィッティングを相対的に意図したソニケーション位置にしか依存しないオフセット値にするため、過去のソニケーションに適用される機械補正が除去され得ることを意味する。この考え方はまた、処置面が3Dフィッティングによって用いられないときに利用されて良い。しかし処置細胞の中心位置が同様にもかかわらずそれぞれ異なるトランスデューサの角度設定を利用するのは、同様のアブレーション位置のオフセットを生じさせにくい。それらの場合では、各異なる角度設定は、別個に処理されるか、又は、フィッティングへのさらなる次元として追加されなければならない。

フィッティング自体は、あまりに支配的な影響を有しないシステムによらない効果（たとえば局所的で小さな細胞組織のばらつき）についての十分低次数の多項式であって良い。他のフィッティングが用いられても良い。しかし推定される係数の大きさは小さいままでなければならず、かつ、使用される関数はあまりに大きな導関数を有してはならない。その理由は、ソニケーション位置のオフセットは、ビーム路内での細胞組織の組成に起因する変位の関数として急激に変化せず、標的の移動に対してゆっくりと変化するだけだからである。

たとえ細胞組織の特性が位置の関数として急激に変化しないためにアブレーションオフセットでの処置細胞位置の差異が通常はかなりゆっくりであるとしても、このことは、領域の一部が既にアブレーションされている場合には当てはまらない。アブレーションされた領域は、非常に局所的であって良く、かつ、それぞれ非常に異なる音響特性と熱的特性をさらに有して良い。まず第一に、灌流は通常アブレーションされた細胞組織中には存在しない。しかしアブレーション位置への最大の影響は、アブレーションの結果として多くの細胞組織内で誘起された超音波インピーダンス及び吸収の変化から生じる。細胞組織がアブレーションされることで、その細胞組織内の水が変化するとき、タンパク質の変性及び細胞組織の密度が変化する。この密度変化は、音響インピーダンスの変化を生じさせる。この結果波の伝播も顕著に変化する。インピーダンスの大きな差異は、超音波の部分反射を引き起こすことが知られている。実際の原因が何であれ、超音波エネルギーは一般的に、最近アブレーションされた細胞組織中を、機能上アブレーションされていない細胞組織ほどには深く伝播しない。アブレーションされた領域が非常に局在化され得るので、低次多項式フィッティングを行うのは、既にアブレーションされた領域で行われたソニケーションが含まれる場合には不正確となる。代替手法は、それらの領域での別個な高次多項式フィッティングを可能にすることである。しかしこれは必ずしも堅固な方法ではない。しかも既にアブレーションされた領域内で計画されるアブレーションは、意図した位置から非常に変位しやすい。

場合によっては、ソニケーションは、超音波が部分的に既にアブレーションされた領域を介して伝播する必要のあるアブレーションされた領域に近づくように傾斜されて良い。これはより確かなシナリオである。そのようなシナリオでは、アブレーションされた細胞組織を進行する波は、そのままの細胞組織を通過する波よりも反射される。このことは、効果として、ビーム軸に対して垂直な方向で見るときにアブレーションされた領域から外れた方向において意図したソニケーション位置からずれた位置で集束を起こす。そのずれは顕著であると考えられる。これに対処する一の手段は、計画されたビーム路が既にアブレーションされた細胞組織と交差する場合にユーザーへ警告を発することである。他のとり得る解決法は、光線追跡又は他の音響シミュレーションツールを用いること、起こりやすい歪みのレベルを評価することである。

計画されたソニケーションが標的の境界付近である場合、又は、顕著に異なるビーム路を経る場合に同様のことが起こる恐れがある。たとえばソニケーションが、子宮筋腫のLR/FH方向における境界で計画されている場合、超音波の約半分が子宮筋層を介して伝播することで焦点に到達する一方で、他の半分の超音波は子宮筋腫を通過する。2つの細胞組織は異なる音響特性及び熱的特性を有する。この結果、実現されるソニケーション位置は、ほとんどの超音波がすべて主として子宮筋腫内部で伝播するソニケーション位置とは異なってしまう。変位は、細胞組織の特性の局所的空間変化に依存し、評価は容易ではない。しかし一の解決法は、高次補正を標的細胞組織のまさに境界に適用することを可能にすると考えられる。とはいえこのような方法は信頼できる多数の観測を必要とする。

1次元〜3次元において空間フィッティング−たとえば−を用いることは、アブレーション領域の空間オフセットの評価及び補正に用いられて良い。従って補正は、トランスデューサを機械的に変位させることによって行われて良い。大きなオフセットが所望の精度を実現するのに必要とされる場合、初期値は以降のフィッティングから外さなければならない。ビーム路が大きなオフセット補正に起因して顕著に変化する場合には、機械的線形変位は必要とされる補正の有効な推定ではないからである。アブレーション領域のオフセットは、有効なフィッティングのための同一参照フレームへ変換されなければならない。小さなオフセットについては、フェーズドアレイトランスデューサが用いられる場合には、電子変位が実行されても良い。音響シミュレーションツールは、さらなる知見を与えるのに用いられて良い。

既にアブレーションされた細胞組織が計画されたソニケーションのビーム路内に存在する場合、アブレーションが変位しそうである旨の警告が発せられて良い。ビーム路とアブレーションされた領域との重なりの大きさは変位の大きさに影響を及ぼす。その重なりがビーム路の近接場で部分的にしか起こらない場合、変位の方向はアブレーションされた領域から外れる。これは、回避されるべき感受性構造付近でアブレーションが行われるときに考慮されて良い。音響シミュレーションツールは、さらなる知見を与えるのに用いられて良い。

標的細胞組織へ非常に近いとき、他の何よりもビーム形状において深刻な歪みが存在し、かつ、低次多項式フィッティングは不十分となる恐れがある。よって高次空間フィッティングが端部には用いられて良い。しかしこれは誤差を生じさせやすい。ここでも音響シミュレーションツールが用いられても良い。

図4は、如何にして1次多項式フィッティングが、図3に図示されたデータのFHオフセットを2次元において減少させるのかを示している。この場合、未補正データ304には星印が付され、かつ、補正データには円400が付されている。円400は、2Dの1次多項式フィッティングが適用された後の処置細胞の位置の関数としての脚−頭方向におけるアブレーション位置のオフセットを示している。意図した位置からのオフセットは、元のデータ組304よりも小さいことがわかる。このことは、如何にして本発明の実施例が、高強度集束超音波システムの標的設定精度を増大させるのに用いられ得るのかを示唆している。図3同様に、図4は、補正（青色の星）前であって2Dの1次多項式フィッティング補正（赤色の星）後での一の子宮筋腫内での脚−頭方向における処置細胞の位置（つまり意図したソニケーション位置）の関数として脚−頭方向におけるアブレーション位置のCMオフセットを示している。

試験ソニケーション補正しか適用されなかった最初の4つのアブレーションには補正は適用されなかった。これは、3の係数のフィッティングが信頼できるフィッティングのために十分なデータを有するためであった。代替手法は、まさに最初のアブレーションに0次補正を用いることである。示唆された補正方法を用いることによって、検討された事例の残りのソニケーションにおいて、平均絶対FHオフセットは1.08mmから0.65mmまで減少した。オフセットは、ビーム路に対して垂直な局所的な細胞組織の差異に依存しない。よって高い多項式の次数がそれらのフィッティングに用いられ得る一方で、AP方向においては0次補正も適用されて良い。

とり得る改良型として、第2ソニケーションから開始して、第1アブレーションの間に見いだされるオフセットが0次補正として用いられて良い。一旦変位がある閾値振幅を超え、かつ、観測される空間依存性に対して統計上の有意性を与えるのに十分なソニケーションが実行されると、空間フィッティングが、変位をさらに補正するために導入されて良い。これは、上述の方法と比較して補正を改善しやすい、より精緻化された方法である。これは、高次空間補正用試験に拡張されて良く、かつ、特に係数がたとえば所与のp値で統計上有意となることがわかった場合でのこれらの補正を含んで良い。高次フィッティングが追加されても良い。各係数の実際の重要性は、必要な場合には各ソニケーション後に再度推定されて良い。係数が重要ではないと示された依存性は1つ1つ除去されて良い。それにより少なくとも重要な係数で開始される。これは、ノイズ−つまり広域的挙動を説明することを目的としない局所的ばらつき−へのフィッティングの可能性を減少させる一の方法である。

図5は温度マップ500を表している。曲線500は温度マッピング又は熱量マップの曲線のいずれかを表している。十字502は、温度マップ500によって示される質量の加熱中心502を示す。十字504は、意図したソニケーション位置504を示す。矢印506は、ソニケーション位置504からの質量の加熱中心からの変位を表している。複数の質量の加熱中心からなる群又は組を用いた変位506は、空間依存標的設定補正を得るのに用いられて良い。

本発明が図面及び前述の詳細な説明において詳細に例示及び説明されたが、係る例示及び説明は例示と解するべきであって、限定と解すべきではない。本発明は開示された実施例に限定されない。

開示された実施例に対する他の変化型は、図面、開示、及び請求項を検討することで、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解及び実行されうる。

単一のプロセッサ若しくは他のユニットはクレームに列挙される複数の項目の機能を満たし得る。特定の手段が相互に異なる従属クレームにおいて列挙されるという単なる事実はこれら手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。コンピュータプログラムは、一緒に供給されるか又は他のハードウエアの一部として供給される適切な媒体−たとえば光ストレージ又は固体媒体−上に記憶/分配されて良いが、他の形式−たとえばインターネット又は他の有線若しくは無線遠隔通信システムを介して−で分配されても良い。クレームにおける任意の参照符号は範囲を限定するものと解釈されてはならない。

200 医療装置
202 磁気共鳴撮像システム
204 磁石
206 磁石のボア
208 撮像領域
210 磁場勾配コイル
212 磁場勾配コイル電源
214 高周波コイル
216 高周波トランシーバ
218 対象物
220 対象物支持体
222 高強度集束超音波システム
224 流体が充填されたチャンバ
226 超音波トランスデューサ
228 機構
230 機械的アクチュエータ
232 超音波の経路
234 超音波窓
236 ゲルパッド
238 ソニケーション地点
240 標的体積
242 コンピュータシステム
244 ハードウエアインターフェース
246 プロセッサ
248 ユーザーインターフェース
250 コンピュータストレージ
252 コンピュータメモリ
254 パルス列
256 熱磁気共鳴データ
258 ソニケーション地点
260 温度マップ
262 複数の質量の加熱中心からなる組
264 選択されたソニケーション地点
266 空間依存する標的設定補正
270 制御モジュール
272 温度マップ再構成モジュール
274 質量の加熱中心決定モジュール
276 ソニケーション地点選択モジュール
278 空間依存標的設定補正決定モジュール
280 超音波集束補正モジュール
300 意図したソニケーション位置[mm]
302 実際のソニケーション位置[mm]
304 未補正データ
500 温度マップ
502 質量の加熱中心
504 ソニケーション位置
506 変位

Claims (11)

1. 医療装置であって：
   少なくとも一部が撮像領域内に位置する対象物から熱磁気共鳴撮像データを取得するように動作可能な磁気共鳴撮像システム；
   調節可能な焦点を有し、かつ、前記調節可能な焦点を制御することで前記撮像領域内の複数のソニケーション地点で前記対象物を音波処理するように動作し得る高強度集束超音波システム；
   前記高強度集束超音波システム及び前記磁気共鳴撮像システムを制御するプロセッサ；
   前記プロセッサによって実行されるための機械実行可能な命令を格納するメモリ；
   を有し、
   前記命令を実行することで、前記プロセッサは：
   複数のソニケーション地点を順次音波処理して治療上の閾値を超えるように前記高強度集束超音波システムを制御し、
   前記熱磁気共鳴撮像データを反復的に取得するように前記磁気共鳴撮像システムを制御し、
   前記熱磁気共鳴撮像データを用いて複数の温度マップを反復的に再構成し、
   前記複数の温度マップを用いて時間依存熱量分布を決定し、
   前記複数の温度マップの各々について加熱質量中心を計算して、複数の加熱質量中心からなる組を生成し、前記複数の加熱質量中心からなる組は、前記時間依存熱量分布における少なくとも１つの最大値を探索することによって計算され、
   前記複数の加熱質量中心からなる組の各加熱質量中心について前記複数のソニケーション地点から、所定の基準を用いて選ばれる１つ以上のソニケーション地点を選択し、
   前記複数の加熱質量中心からなる組の各加熱質量中心と前記１つ以上のソニケーション地点とを比較することによって、空間依存標的設定補正を決定し、かつ、
   前記空間依存標的設定補正による前記調節可能な焦点をオフセットするように前記高強度集束超音波システムを制御する、
   医療装置。
2. 前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記少なくとも１つの最大値の時間依存並進運動と前記複数のソニケーション地点の列とを比較することによって前記空間依存標的設定補正を決定する、請求項１に記載の医療装置。
3. 前記高強度集束超音波システムが、機械位置設定システムを備える超音波トランスデューサを有し、かつ、
   前記調節可能な焦点は、前記機械位置設定システムの作動による前記空間依存標的設定補正により少なくとも部分的にオフセットされる、
   請求項１に記載の医療装置。
4. 前記調節可能な焦点は少なくとも部分的に電子制御可能で、
   前記調節可能な焦点は、該調節可能な焦点を電子制御することによって少なくとも部分的にオフセットされる、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の医療装置。
5. 前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記複数のソニケーション地点を順次音波処理するように前記高強度集束超音波システムを制御するのと同時に、前記空間依存標的設定補正による前記調節可能な焦点をオフセットするように前記高強度集束超音波システムを制御する、
   請求項３又は４に記載の医療装置。
6. 前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、所定数の前記ソニケーション地点が音波処理された後に前記調節可能な焦点をオフセットするように前記高強度集束超音波システムを制御する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の医療装置。
7. 前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記時間依存熱量分布と超音波吸収モデルを用いることによってまだ音波処理されていない前記複数のソニケーション地点の焦点補正を計算する、請求項２に記載の医療装置。
8. 前記命令を実行することで、前記プロセッサはさらに、前記焦点補正が所定値よりも大きい場合に警告メッセージを発生する、請求項７に記載の医療装置。
9. 前記空間依存標的設定補正は、前記時間依存熱量分布と前記複数のソニケーション地点への多項式フィッティングを実行することによって決定される、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載
   の医療装置。
10. 前記所定の基準が、
    − 前記高強度集束超音波システムが、前記加熱質量中心に対応する前記熱磁気共鳴撮像データの取得前の所定期間内に前記１つ以上のソニケーション地点を音波処理すること、
    − 前記加熱質量中心の所定距離から外れたソニケーション地点の排除、
    のうちの任意の一である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の医療装置。
11. 医療装置を制御するプロセッサによって実行される機械実行可能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、少なくとも一部が撮像領域内に位置する対象物から熱磁気共鳴撮像データを取得する磁気共鳴撮像システムを有し、
    当該医療装置は、高強度集束超音波システムをさらに有し、
    前記高強度集束超音波システムは調節可能な焦点を有し、
    前記高強度集束超音波システムは、撮像領域内の複数のソニケーション地点で前記対象物を音波処理するように前記調節可能な焦点を制御するように動作可能であり、
    前記命令を実行することで、前記プロセッサは：
    複数のソニケーション地点を順次音波処理することで治療上の閾値を超えるように前記高強度集束超音波システムを制御し、
    前記熱磁気共鳴撮像データを反復的に取得するように前記磁気共鳴撮像システムを制御し、
    前記熱磁気共鳴撮像データを用いて複数の温度マップを反復的に再構成し、
    前記複数の温度マップを用いて時間依存熱量分布を決定し、
    前記複数の温度マップの各々について加熱質量中心を計算して、複数の加熱質量中心からなる組を生成し、前記複数の加熱質量中心からなる組は、前記時間依存熱量分布における少なくとも１つの最大値を探索することによって計算され、
    前記複数の加熱質量中心からなる組の各加熱質量中心について前記複数のソニケーション地点から、所定の基準を用いて選ばれる１つ以上のソニケーション地点を選択し、
    前記複数の加熱質量中心からなる組の各加熱質量中心と前記１つ以上のソニケーション地点とを比較することによって、空間依存標的設定補正を決定し、かつ、
    前記空間依存標的設定補正による前記調節可能な焦点をオフセットするように前記高強度集束超音波システムを制御する、
    コンピュータプログラム。
    

Images