JP6637216B2 - 磁気共鳴イメージングガイド治療システム - Google Patents
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Description
本発明は、ガイドされる磁気共鳴イメージングの分野に関する。
治療標的の運動は、放射線療法又は高強度集束超音波（HIFU）療法のような治療の送達中に考慮されなければならない。治療標的運動に関する情報は、例えば、ゲーティング又は位置特定の治療計画選択のために使用することができる。
モーションゲーティング又はトラッキング動作は、標準的な診断用磁気共鳴（MR）イメージングにも関連し得る。例えば、下部胸部及び上部腹部のイメージングは、横隔膜運動を凍結するための何らかの方法を必要とする。
US2015 / 0169836は、ナビゲータ又は被検体の小領域がイメージングされ、この領域が同じ被検体の4D画像セットにレジストレーションされる方法を記載している。この方法は、例えば、呼吸する被験者の位相を決定するために使用することができる。
本発明の目的は、関心構造物（例えば、1以上の器官、場合によってはそれらの周辺部、治療標的及び/又はリスクのある器官）の位置に関する情報を改善することである。
この目的は、関心構造物が所定の関心領域内にあるかを決定するように構成される磁気共鳴イメージングシステムであって、前記磁気共鳴イメージングシステムは、磁気共鳴システムに、以下のステップ、
- 第1のスライス位置からの磁気共鳴データの第1のスライス及び第2の、及び異なるスライス位置からの磁気共鳴データの第2のスライスを同時に取得するために、マルチバンド磁気共鳴イメージングシーケンスを適用し、前記第1及び第2のスライス位置が関心領域を規定するステップと、
-前記関心構造物が関心領域内にあるかについて、前記関心構造及び/又はその周辺についての事前知識及び磁気共鳴データの前記第1及び第2のスライスに基づいて決定する決定ステップであって、磁気共鳴イメージングシステムは、コンピュータプログラムコード手段を実行するためのプロセッサをさらに備える、ステップと
を実行させるコンピュータプログラムコード手段を記憶するためのメモリ
を有する、磁気共鳴イメージングシステムによって達成される。
- 第1のスライス位置からの磁気共鳴データの第1のスライス及び第2の、及び異なるスライス位置からの磁気共鳴データの第2のスライスを同時に取得するために、マルチバンド磁気共鳴イメージングシーケンスを適用し、前記第1及び第2のスライス位置が関心領域を規定するステップと、
-前記関心構造物が関心領域内にあるかについて、前記関心構造及び/又はその周辺についての事前知識及び磁気共鳴データの前記第1及び第2のスライスに基づいて決定する決定ステップであって、磁気共鳴イメージングシステムは、コンピュータプログラムコード手段を実行するためのプロセッサをさらに備える、ステップと
を実行させるコンピュータプログラムコード手段を記憶するためのメモリ
を有する、磁気共鳴イメージングシステムによって達成される。
この目的は、請求項10に記載のコンピュータプログラムプロダクトによってさらに達成される。
本発明者の洞察は、ナビゲータが被験者の呼吸フェーズの情報を得るために使用されるが、非剛体変換に関連する情報を提供しないことにある。非剛体変換は、例えば、被検体の膵臓を治療又はイメージングする際の問題である。膵臓の一部は心臓の近くに位置し、一方、他の部分は肝臓の近くに位置する。その結果、呼吸中、膵臓は非剛性の形態で変形する。
また、ナビゲータは、関心構造物の位置に関する情報を提供してもよい。しかしながら、この情報は、イメージング又は治療目的のいずれかに対してより高い位置決定精度が要求される場合には不十分であり得る。
同時に取得される第1及び第2のスライスは、被検体の体内の関心領域を規定する。好ましくは、この関心領域は、後続する画像取得又は治療送達のために関心構造物が配置される必要がある領域である。好ましくは、第1のスライスは関心領域の第1の側の近くに位置決めされ、第2のスライスは関心領域の第2の側の近傍に位置決めされる。第1及び第2のスライスを繰り返して同時に取得することにより、関心構造物が関心領域の外側（又は内側）に移動するかをより確実に検出することができる。この情報は、後続するMRI取得のゲーティングのため、又は治療をガイドするために使用されることができる。
本発明の実施形態によれば、事前知識は、関心構造物及び/又はその周辺部の少なくとも一部の以前の画像、又は関心構造物及び/又はその周辺部の少なくとも一部のアトラス又は形状モデルのうちの少なくとも1つにある。
本発明のさらなる実施形態によれば、MRIシステムは、治療システムをさらに備える。この治療システムは、例えば、放射線療法システム又はHIFUシステムであり得る。決定ステップからの結果は、治療をガイドするために使用することができる。たとえば、この結果はゲーティングのために使用することができる。このようにして、関心構造物が関心領域内にある場合にのみ治療が送達され、又は関心構造物が関心領域にない場合にのみ治療が送達される。後者は、例えば、リスクのある器官を処置することを試みるときに関連し得る。
本発明により、剛体変換に加えて、非剛体変換も検出することができる。このようにして、関心構造物の位置に関する情報を改善することができる。この情報は、好ましくは危険にさらされている器官の位置と組み合わせて、患者への治療送達をガイドするために治療システムによって使用されてもよい。このガイダンスは、例えば、ゲーティングするステップと、（例えば、放射線療法の場合、コリメータリーフを動かすことによって）関心構造物を追跡するステップと、複数の事前計算される治療計画から治療計画を選択するステップと、被検体のための治療計画（例えば、放射線療法計画）を選択する治療計画をリアルタイムに計算するステップとを有し、治療計画は関心構造物及び/又はリスクのある器官の位置及び形状を考慮する。
本発明の実施形態によれば、第1及び第2のスライス位置を関心構造物の予想される位置に調整することによって追跡を行うことができる。予想される位置は、前の運動サイクルの間に取得される情報に基づいて、及び/又は運動モデルによって決定されてもよい。この追跡の結果は、治療計画の選択のために使用されることができる。追跡はゲーティングと比較して治療送達時間を短縮する可能性があるため、追跡はゲーティングと比較して利点を有する。
複数のスライスを同時に取得することは、いわゆるマルチバンドイメージングによって達成することができる。マルチバンドイメージングは、Breuer FA、Blaimer M、Heidemann RM、Mueller MF、Griswold MA、Jakob PM、Magn Reson Med、 2005 Mar; 53（3）：684-91及びSetsompop K、Gagoski BA、Polimeni JR、Witzel T、Wedeen VJ、Wald LL.Magn Reson Med、 2012 May; 67（5）：1210-24、 doi：10.1002 / mrm.23097、 Epub 2011 Aug 19から公知である。
現在、マルチバンドイメージングは、複数の平行スライスを同時に取得するために使用される。しかしながら、将来的には、複数のスライスは異なる向きを有する場合もある。
剛性及び/又は非剛体変換及び/又は関心構造物の位置及び形状についての情報が得られるとき、この情報は、治療を導くために直接使用されてもよいので、投与量をリスクのある器官の推定位置及び形状に限定しながら、治療標的の推定される形状及び位置に十分な線量をもたらす。関心構造物の形状及び位置は、取得した情報に基づいてそれ自体で推定することができる。さらに、いくつかの（単純な）器官運動モデルを使用することができる。
本発明の実施形態によれば、磁気共鳴イメージングシステムは、複数のスライスからの磁気共鳴イメージングデータと、以前に収集される関心構造物の4Dイメージデータセットとの間の画像レジストレーションによって、関心構造物の形状及び位置を決定するように構成される。この実施形態は、取得される複数のスライスに基づいて関心構造物の位置及び形状の正確な推定を行うのに役立ち得るので、有利である。
本発明のさらなる実施形態によれば、磁気共鳴イメージングガイド治療システムは、関心構造物の複数のスライスの第2のセットを取得するように構成される。これが十分に頻繁に繰り返される場合、関心構造物の完全な3Dボリュームをカバーすることができる。この実施形態は、ゆっくり動く構造を追跡する場合に特に有利である。
本発明の別の実施形態によれば、磁気共鳴イメージングガイド治療システムは、関心構造物の複数のスライスの第2のセットを取得するように構成され、第2のセットの複数のスライスは、スライスの第１のセットの複数のスライスと異なる向き及び/又は位置を有し、磁気共鳴イメージングガイド放射線療法システムは、関心構造物の位置及び形状を決定するために、複数のスライスの第1及び第2のセットからの磁気共鳴イメージングデータを使用するように構成されている。この実施形態は、関心構造物の位置及び/又は形状のより正確な推定を可能にするため、有利である。好ましくは、第2のセットの複数のスライスは、非剛体変換の検出を改善することができるので、第1のセットの複数のスライスに対して実質的に直交する。
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。
図1は、本発明の実施形態による治療送達システムを含む磁気共鳴イメージングシステムを図式的に示す。
磁気共鳴イメージングシステムは、検査ゾーン14内に安定した均一な主磁場を生成する主磁石10を有する。この主磁場は、主磁場の磁力線に沿って検査される患者内のスピンの部分的な配向を引き起こす。 RFシステム12は、検査される患者の体内にスピンを励起するために、RF励起電磁場を検査ゾーン14に放出するための1つ以上のRFアンテナを備える。緩和スピンは、RFアンテナによって、特にRF受信コイル12の形態でピックアップされるRF帯域内の磁気共鳴信号を放射する。RFシステムは、Tx / Rxスイッチ11に結合され、Tx / Rxスイッチ11は、 RF増幅器13に結合される。さらに、傾斜コイル16は、一時的な傾斜磁場、特に読み取り傾斜パルス及び位相エンコード傾斜を生成するために設けられる。これらの傾斜磁場は、通常、相互直交方向に配向され、磁気共鳴信号に空間エンコードを課す。傾斜増幅器18は、傾斜コイルを作動させて傾斜エンコーディングフィールドを生成するために設けられる。 RF受信アンテナ12によって収集される磁気共鳴信号は、MRIデータ収集システム19に供給される。MRIデータ収集システム19は、データをホストコンピュータ20に提供し、ホストコンピュータ20は、それを再構成器22に提供し、 （マルチバンド）データからの複数の画像を再構成する。これらのデータは、ディスプレイ17に表示されてもよい。ホストコンピュータは、第1のスライス位置を有する磁気共鳴イメージングデータの第1のスライス及び第2のスライス位置を有する磁気共鳴イメージングデータの第2のスライス（図2及び3,304）を同時に収集するために、磁気共鳴イメージングシステムにマルチバンドMRIシーケンスを適用させるためのコンピュータコード手段を記憶するためのメモリ50をさらに備える。コンピュータコード手段はさらに、磁気共鳴イメージングシステムに、関心構造物及び/又はその周辺部についての事前知識及び第1及び第2のスライスに基づいて、関心構造物が関心領域内にあるかを決定させる（図2及び3 、401）。磁気共鳴イメージングシステムは、コンピュータコード手段を実行するためのプロセッサ51をさらに備える。
磁気共鳴イメージングシステムは、随意に治療送達システムを有し、この例では、放射線治療システム32はハウジング30又は他の支持体又は被験者の周りを移動又は回転するように構成される放射線源を支持する本体を含む。放射線治療システム32は、マルチリーフコリメータ（MLC）を有することができる。マルチリーフコリメータと被検体の周囲の放射線源の動きとの組み合わせにより、例えばアーク療法又は強度変調放射線療法による複雑な線量分布の送達が可能になる。
構造物の動きは、例えば、（画像収集及び治療伝達の両方の点で）ゲートすること、関心構造物を追跡すること、複数の事前計算治療計画又は治療計画のリアルタイム計算から治療計画を選択することによって補償されることができる。動きは、ハードウェア及び/又はソフトウェアによって補償されることができる。ハードウェアによって実行することができる動き補償の例は、イメージングテーブル34の移動又はMLC内のリーフの動きである。ソフトウェアによる動き補償の例は、放射線治療計画計算機を用いて、予め計算される放射線治療計画のアトラスから選択することによる、オンライン再計算又は放射線治療計画の更新であってもよい。
図2は、本発明の一実施形態による方法を図式的に示す。図2において、第1及び第2のスライス304は、ゲーティングの目的で使用される。第1及び第2のスライスは、関心領域401を規定する。関心構造物305は、第1の形状305a及び変形される形状305bを有する関心構造物によって反射されるような非剛性の方法で変形されることができる。変形は、図2に矢印によってさらに示されている。関心構造物が401（関心領域）の示すボリューム内にある限り（305a参照）、治療線量は関心構造物305に送達される。関心構造物305がボリューム401（関心領域）から移動すると（例305b参照）、治療送達が一時停止される。
図3は、本発明の実施形態によるトラッキングがどのように実行され得るかの例を図式的に示す。決定ステップでは、関心構造物401が関心領域401にあることを決定することができ、関心領域401は第1及び第2のスライス304によって定義される。たとえば、関心構造物についての前の動きサイクル及び/又は動きモデルに基づいて、関心構造物が後続する時点で関心領域401c内にあることを予測することができる。関心領域401cは、第1及び第2のスライス304cによって規定することができる。第1及び第2のスライス位置304cからデータを取得することにより、関心構造物が実際に関心領域401c内に移動したかを決定することが可能である。関心構造物の動きパターンの不規則性が予想される場合、より大きな領域を定義するように第1及び第2のスライス位置を選択することは有益であり得る。 （後続の）第1及び第2のスライスから取得されるデータは、動きモデルを更新するために使用され得る。
図4に示す方法は、調製段階201及び治療段階202を有する。調製段階は、既知の方法段階を含み、治療段階202の段階を実行するシステムとは異なるシステムによって実行される可能性が最も高い。治療に先行して、 4D画像データセットは、治療標的及びリスクのある周辺の器官の運動パターンに関する情報を得るために、治療標的（図2及び図3の305a、305b、30c）及びリスクのある周辺の器官から取得される（203）。 4D画像データセットに基づいて、1つ又は複数の治療計画が作成される（204）。治療計画は、運動パターンを考慮に入れて作成される。これは複数の方法で達成できる。 1つ以上の治療計画は、治療段階中のゲーティングストラテジ中に使用できるように作成されることができる（図2）。ゲーティングストラテジを使用する場合、ターゲットは、特定の領域内に位置する場合にのみ照射される（図2,401）。ターゲットがこのエリアから移動する場合、治療は一時停止される。複数のゲーティングストラテジを考慮して、複数の治療計画を作成することができる。患者が治療テーブル上にいるときに決定される実際の運動パターンに依存して、適切な治療計画を治療計画のセットから選択することができる。治療システムが（例えば、放射線治療システムの場合、コリメータリーフを動かすことによって）治療標的（図3に示す例）を追跡している間に使用されることを意図した治療計画も作成することができる。代わりに、ステップ204及び潜在的にステップ203及び204はスキップされ、磁気共鳴イメージングガイド治療システムは、治療送達中に（ほぼリアルタイムに）治療計画を計算するように構成され得る。
治療フェーズ202の間に、マルチバンドイメージング205は、磁気共鳴イメージングガイド治療システムの治療テーブル（図1,34）に位置決めされている間に、患者に対して行われる。マルチバンドイメージング複数イメージングスライスの間（図2及び図3の304）は、標的又はリスクのある器官（関心構造物305）から同時に取得される。これにより、磁気共鳴イメージングガイド治療システムは、関心構造物の位置及び形状をより正確に決定するように構成される。これにより、磁気共鳴イメージングガイド治療システムは、非剛体変換206を検出するように構成することもできる。この情報は、治療207をガイドするためにいくつかの方法で使用することができる。これらの方法のうちの2つを図2及び図3により詳細に説明する。
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、例示的又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 (15)
- 関心構造物が所定の関心領域内にあるかを決定するように構成される磁気共鳴イメージングシステムであって、前記磁気共鳴イメージングシステムは、
-前記磁気共鳴システムに、以下のステップ、
- 第1のスライス位置からの磁気共鳴データの第1のスライス及び第2の、及び異なるスライス位置からの磁気共鳴データの第2のスライスを同時に取得するために、マルチバンド磁気共鳴イメージングシーケンスを適用し、前記第1のスライスは前記関心領域の第1の側の近くに位置決めされ、前記第2のスライスは前記関心領域の第2の側の近くに位置決めされる、ステップと、
-前記関心構造物が前記関心領域内にあるかについて、前記関心構造物及び/又はその周辺部についての事前知識及び磁気共鳴データの前記第1及び第2のスライスに基づいて決定する決定ステップと
を実行させる前記コンピュータプログラムコード手段を記憶するためのメモリ
を有し、前記磁気共鳴イメージングシステムは、前記コンピュータプログラムコード手段を実行するためのプロセッサをさらに有する、磁気共鳴イメージングシステム。 - 後続する磁気共鳴イメージング取得をゲートするための前記決定ステップの結果を使用するようにさらに構成される、請求項１に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
- 前記事前知識は、前記関心構造物及び/又はその周辺部の少なくとも部分の以前の画像、又は前記関心構造物及び/又はその周辺部の少なくとも部分のアトラス又は形状モデルのうちの少なくとも1つにある、請求項１又は２に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
- 治療送達システムをさらに有し、前記治療送達システムは、前記決定ステップの結果に基づいて治療をガイドするように構成される、請求項１乃至３の何れか一項に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
- 前記磁気共鳴イメージングシステムは、前記関心構造物を追跡するようにさらに構成され、前記追跡は、前記第1及び第2のスライス位置を前記関心構造物の予測位置に調整することによって行われる、請求項４に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
- 前記追跡される位置に基づく治療計画のリアルタイム計算又は複数の予め計算される治療計画から治療計画を選択するようにさらに構成される、請求項５に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
- 前記第1及び第2のスライスは平行スライスである、請求項１乃至６の何れか一項に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
- 前記関心構造物の複数のスライスの第2のセットを取得するように構成され、前記第2のセットの前記複数のスライスは、前記第1及び第2のスライスと異なる方向及び／又は位置を有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
- 前記関心構造物は、治療標的又はリスクのある器官である、請求項１乃至８の何れか一項に記載の磁気共鳴イメージングシステム。
- 関心構造物が所定の関心領域内にあるかを決定するように構成されるコンピュータプログラムプロダクトであって、前記コンピュータプログラムプロダクトは、磁気共鳴システムに、以下のステップ、
- 第1のスライス位置からの磁気共鳴データの第1のスライス及び第2の、及び異なるスライス位置からの磁気共鳴データの第2のスライスを同時に取得するために、マルチバンド磁気共鳴イメージングシーケンスを適用し、前記第1のスライスは前記関心領域の第1の側の近くに位置決めされ、前記第2のスライスは前記関心領域の第2の側の近くに位置決めされる、ステップと、
-前記関心構造物が前記関心領域内にあるかについて、前記関心構造物及び/又はその周辺部についての事前知識及び磁気共鳴データの前記第1及び第2のスライスに基づいて決定する決定ステップと
を実行させるためのプログラムコード手段を有する、コンピュータプログラムプロダクト。 - 前記コンピュータプログラムプロダクトは、前記磁気共鳴イメージングシステムに、後続する磁気共鳴イメージング取得をゲートするために前記決定ステップの結果を使用するステップを実行させるためのプログラムコード手段を更に有する、請求項１０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
- 前記コンピュータプログラムプロダクトは、前記決定ステップの結果に基づいて、治療送達システムに、治療をガイドするステップを実行させるプログラムコード手段をさらに有する、請求項１０又は１１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
- 前記コンピュータプログラムプロダクトは、前記磁気共鳴システムに前記関心構造物を追跡するステップを実行させるプログラムコード手段をさらに有し、前記追跡は、前記第1及び第2のスライス位置を前記関心構造物の予測位置に調整することによって実行される、請求項１０乃至１２の何れか一項に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
- 前記コンピュータプログラムプロダクトは、前記磁気共鳴システムに、前記追跡される位置に基づく治療計画のリアルタイム計算又は複数の予め計算される治療計画から治療計画を選択するステップを実行させるためのプログラムコード手段をさらに有する、請求項１３に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
- 前記関心構造物は、治療標的又はリスクのある器官である、請求項１０乃至１４の何れか一項に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
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