JP7407769B2 - コア腫瘍、マージン、及び健康組織の範囲を含む腫瘍焼灼治療計画のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本開示は、医療機器に関し、より詳細には、コア腫瘍ゾーンを境界付けするために使用される診断撮像スキャンからは腫瘍細胞の存在が明らかでない、腫瘍を取り囲むマージン領域に合わせて範囲の度合いを調整する、焼灼治療計画システム及び方法に関する。

無線周波焼灼（ＲＦＡ：ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｂｌａｔｉｏｎ）などの介入処置は、より侵襲的な外科的処置に代わる手法として行われてきている。ＲＦＡでは、絶縁されていない先端を持つ電極を、焼灼しようとする腫瘍又は病変に撮像誘導下で挿入する。電極が配置されると、無線周波電流を先端に印加し、それにより組織の加熱を生じさせ、組織の温度が６０℃を超えたときに細胞の死滅を生じさせる。１回の焼灼で加熱され破壊される針先端周囲のボリュームよりも大きい腫瘍を破壊するために、針先端は、腫瘍の異なる部位を焼灼するように、焼灼領域を部分的に重複させて繰り返し位置決めし直す必要がある。このプロセスは、焼灼の組によって腫瘍全体が「カバー」されるまで繰り返す必要があり、これは「複合焼灼」とも呼ばれる。焼灼は、低温焼灼、マイクロ波、レーザ、集束超音波等によって生じさせることもできる。これらは組織の中にエネルギーを送達する異なる方法であり、エネルギー送達のそれぞれのモダリティには、専門家に知られるそれぞれの利点又は不利点がある。

焼灼治療のための介入処置は、患者に利益を提供するが、焼灼処置に認められる限界の１つは、腫瘍の外科的切除（摘出）と比べて、大きい（＞３ｃｍ）腫瘍の焼灼で結果が比較的不良であることである。これは、大きい腫瘍の範囲が不完全なことが原因である可能性がある。

大きい腫瘍は、完全な範囲を保証するためにより多くの回数の焼灼を必要とする。臨床医は通常、何回の焼灼が必要であるかについての知識が不正確であり、診断撮像スキャンで見られる腫瘍に対して焼灼をどこに配置するかについて観念的な計画方法を使用する。

すべての個々の焼灼の最適な３次元（３Ｄ）位置は、手動（コンピュータの支援なし）では計画するのが難しく、ここで、「最適」とは、通常、腫瘍を最大に範囲する最も少ない回数の重複する焼灼の使用と、所与の回数の焼灼に対して破壊する健康組織のボリュームが最も少なくなる焼灼の精密な配置とを言う。コンピュータ支援の介入に関連する結果が不良である別の重要な理由は、処置の実行中に焼灼の正確な配置がないことである。

この問題は、例えば、針、スタイレット、誘導針等に埋め込まれた電磁気追跡センサなど、処置中機器の位置特定を利用して解決することができる。腫瘍は、完全に手動、半自動、又は完全に自動の分割方法をコンピュータワークステーション上で使用して境界付けされる。この境界付けは、診断撮像スキャン、例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）－ＣＴ、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）等で行われる。コア腫瘍だけが境界付けられるが、これは、コア腫瘍は撮像スキャン内で区別可能であるためである。

本発明の原理によると、焼灼の計画及び治療のためのシステムは、画像中で組織タイプを区別するように構成された境界付けモジュールを含み、組織タイプは、少なくとも、コア組織と、コア組織を包囲するマージンゾーンとを含む。治療計画モジュールは、ユーザの優先事項に従った焼灼組成を達成する焼灼特性を決定するために、コア組織及びマージンゾーンを含む組織タイプの焼灼範囲に優先順位を付けるように、コスト関数内で重み付けを適用するように構成される。グラフィカルユーザインターフェースは、コア組織、マージンゾーン、焼灼組成を示し、治療方法をユーザが選択することを可能にするために、ディスプレイにレンダリングされる。

焼灼の計画及び治療のための別のシステムは、画像中で組織タイプを区別するように構成された境界付けモジュールを含み、組織タイプは、少なくとも、コア組織と、コア組織を包囲するマージンゾーンとを含み、マージンゾーンは、コア組織の外側にある複数のシェル又は外接領域を含む。治療計画モジュールは、ユーザの優先事項に従った焼灼組成を達成する焼灼特性を決定するために、コア組織及びマージンゾーンを含む組織タイプの焼灼範囲に優先順位を付けるように、コスト関数内で重み付けを適用するように構成される。グラフィカルユーザインターフェースは、コア組織、マージンゾーン、焼灼組成を示し、１つ又は複数の治療方法をユーザが選択することを可能にするためにディスプレイにレンダリングされ、１つ又は複数の治療方法は、異なる重み付けを含み、焼灼治療計画の目標に従ってグラフィカルユーザインターフェース上で選択される。

焼灼の計画及び治療の方法は、画像中で組織タイプを境界付けするステップであって、組織タイプは、少なくとも、コア組織と、コア組織を包囲するマージンゾーンとを含む、ステップと、ユーザの優先事項に従った焼灼組成を達成する焼灼特性を決定するために、コア組織及びマージンゾーンを含む組織タイプの焼灼範囲に優先順位を付けるように、コスト関数内で重み付けを適用するステップと、コア組織、マージンゾーン、及び焼灼組成を示すために、ディスプレイにグラフィカルユーザインターフェースをレンダリングするステップと、を有する。

本開示のこれら及び他の目的、特徴、及び利点は、添付図面と併せて読まれる以下のその例示的実施形態の詳細な説明から明らかになろう。

本開示は、以下の図面を参照して、以下の好ましい実施形態の説明を詳細に提供する。

１つの実施形態による、焼灼の成果を評価するためにマージンゾーンを用いる焼灼計画及び治療システムを示すブロック図／流れ図である。 １つの実施形態によるコア組織（腫瘍）及びそれに関連するマージンシェルを示す図である。 別の実施形態によるコア組織（腫瘍）及びそれに関連するマージン領域を示す図である。 例示的実施形態により組織領域が境界付けされた画像を示す、例示的なグラフィカルユーザインターフェースの図である。 １つの実施形態による焼灼方法を比較するための焼灼指標を示す表である。 別の実施形態による焼灼方法を比較するための焼灼指標を示すグラフである。 例示的実施形態による焼灼の計画及び治療の方法を示す流れ図である。

本発明の原理によると、侵襲が最小となる焼灼処置のための処置前又は処置中治療計画を作成する、コンピュータ支援の腫瘍焼灼治療計画システムが提供される。治療計画はコア腫瘍領域を最大に範囲するように最適化され、コア腫瘍領域は、診断撮像スキャン、例えば、ＣＴ、ＰＥＴ－ＣＴ、ＭＲＩ ３Ｄボリューム測定データセット等の上で分割又は境界付けすることができる。加えて、治療計画は同時に、明らかに腫瘍領域の外側にある重要構造若しくは健康組織を範囲しないように、又は範囲が最小となるように最適化される。臨床医は、個々の患者のニーズに合わせて治療計画を適合するために異なる優先事項及びニーズを有し、例えば、小さなコアを完全に範囲すること、又はコアを越えてボリューム的な範囲を最大にすることのどちらかに着目する。

本発明の原理は、中間領域の範囲の度合いを調整する治療計画システム及び方法を含み、中間領域は例えば、例えばコア腫瘍ゾーンを境界付けするために使用される診断撮像スキャンからは腫瘍細胞の存在が明らかでない、腫瘍を取り囲むマージン領域又はゾーンである。ユーザのニーズに合わせてマージンゾーンの範囲を調節するための焼灼治療計画方法及びユーザインターフェースが提供される。

腫瘍に加えて、臨床医は、コア腫瘍の周囲のマージンゾーンを焼灼したい場合がある。妥当なマージンの定義は臨床医によって異なり、例えば、腫瘍の周囲数ｍｍから１センチメートルの間である。本発明の原理によるコンピュータ支援の腫瘍焼灼治療計画システムは、境界付けにマージンゾーンを含める機能を提供する。そのようなシステムで生成される治療計画は、対象となる関連領域としての腫瘍及び健康組織だけでなく、マージンゾーン又はマージンゾーンの一部分の範囲も反映する。

本明細書に記載される治療計画システムは、コア腫瘍とは異なるマージンに何らかの優先度又は重み付けを適用することにより、焼灼の最適化された場所を算出する際に腫瘍のマージンゾーンを明示的に考慮に入れる。この治療計画システムの目標の１つは、必要不可欠な回数の焼灼でコア腫瘍ゾーンを最大又は完全に範囲すると共に、治療計画システムのユーザの要件に基づいてマージンの範囲を調節するために、腫瘍周囲のマージンゾーンを範囲するための重み付け機能の選択肢を提供することである。

コア腫瘍に対してマージンゾーンに関連付けられた優先度／重み付けの度合いは、焼灼が３次元空間内でどのように配置されるかを決定し、治療計画指標に影響する。この治療計画は、治療計画指標についての追加的な属性を含む。追加的な属性は、マージンゾーンの範囲を反映する。例えば、マージンゾーンが、腫瘍に隣接する１ｍｍ厚さのシェルの組として記述される場合には、追加的な属性は各シェルの範囲の比率となる。別の例として、マージンゾーンが、腫瘍に隣接する空間的に分散した独立した領域の組として記述される場合には、追加的な属性は各領域の範囲の比率となる。生成される治療計画は、ユーザによる定義に従って、コア腫瘍ゾーンと、マージンシェル／領域各々との範囲に優先順位を付けるために、個別の重みを使用する。これらの重みは、所与の計画方法に関するパラメータとして事前定義することができる。

本発明について医療機器の面から説明するが、本発明の教示はそれよりもはるかに広く、複数の治療領域が組み合わせられる任意の計画システム又はツールに適用可能であることを理解すべきである。いくつかの実施形態では、本発明の原理は、複雑な生体システム又は機械的システムの追跡又は分析に用いられる。詳細には、本発明の原理は、肺、胃腸管、排泄器官、血管等、身体のあらゆる部分における処置を含む生体システムの内部追跡又は分析処置に適用することができる。図に示される要素は、ハードウェアとソフトウェアの様々な組み合わせとして実施され、単一の要素又は複数の要素として組み合わせられる機能を提供する。

図に示される様々な要素の機能は、専用ハードウェア、並びに適切なソフトウェアとの関連でソフトウェアを実行することが可能なハードウェアの使用を通じて提供することができる。プロセッサによって提供される場合、それらの機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有されるプロセッサ、又はその一部が共有され得る複数の個々のプロセッサによって提供されることができる。さらに、用語「プロセッサ」又は「コントローラ」の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することが可能なハードウェアだけを排他的に指すものと解釈すべきでなく、これらに限定しないが、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するための読出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、不揮発性ストレージ等を暗黙的に含み得る。

さらに、本発明の原理、態様、及び実施形態並びにその具体例を述べる本明細書内のすべての文言は、それらの構造的均等物及び機能的均等物の両方を包括することが意図される。加えて、そのような均等物は、現在知られている均等物と、将来開発される均等物（すなわち、構造に関係なく、同じ機能を行う開発される任意の要素）の両方を含むことが意図される。したがって、例えば、当業者には、本明細書に提示されるブロック図は、本発明の原理を具現化する例示的なシステム構成要素及び／又は回路の概念図を表すことが認識されよう。同様に、あらゆるフローチャート、流れ図等は、実質的にコンピュータ可読記憶媒体中に表現され、したがってそのようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示される否かに関わらず、コンピュータ又はプロセッサによってそのように実行される様々なプロセスを表すことが認識されよう。

さらに、本発明の実施形態は、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能で、コンピュータ又は任意の命令実行システムによる使用のために、又はそれに関連してプログラムコードを提供するコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。この説明の目的には、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによる使用のために、又はそれに関連して、プログラムを含む、記憶する、通信する、伝搬する、又は移送することが可能な任意の装置であってよい。媒体は、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、又は半導体システム（若しくは装置若しくはデバイス）又は伝搬媒体であってよい。コンピュータ可読媒体の例には、半導体又は固体状態メモリ、磁気テープ、取り外し可能コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、剛性磁気ディスク及び光ディスクが含まれる。光ディスクの現在の例には、コンパクトディスク－読出し専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、コンパクトディスク－書き込み／読み出し（ＣＤ－Ｒ／Ｗ）、Ｂｌｕ－Ｒａｙ（商標）、及びＤＶＤが含まれる。

本明細書における本発明の原理の「１つの実施形態」又は「一実施形態」、並びにそれらの他の変形例の参照は、その実施形態に関連して説明される特定の機能、構造、特性等が、本発明の原理の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通じて様々な箇所に現れる「１つの実施形態では」又は「一実施形態では」という表現、並びに何らかの他の変形例の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すとは限らない。

例えば、「Ａ／Ｂ」、「Ａ及び／又はＢ」、及び「Ａ及びＢの少なくとも１つ」の場合における「／」、「及び／又は」、及び「の少なくとも１つ」のいずれかの使用は、第１の列挙される選択肢（Ａ）のみの選択、第２の列挙される選択肢（Ｂ）のみの選択、又は両方の選択肢の選択（Ａ及びＢ）を包括することを意図することを認識されたい。さらなる例として、「Ａ、Ｂ、及び／又はＣ」、及び「Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つ」の場合に、そのような言い回しは、第１の列挙される選択肢（Ａ）のみの選択、第２の列挙される選択肢（Ｂ）のみの選択、又は第３の列挙される選択肢（Ｃ）のみの選択、又は第１及び第２の列挙される選択肢（Ａ及びＢ）のみの選択、又は第１及び第３の列挙される選択肢（Ａ及びＣ）のみの選択、又は第２及び第３の列挙される選択肢（Ｂ及びＣ）のみの選択、又は３つの選択肢すべての選択（Ａ及びＢ及びＣ）を包括することが意図される。これは、当分野及び関連分野の当業者によって直ちに明らかであるように、列挙される項目の数だけ拡張され得る。

次いで、同様の符号は同じ又は同様の要素を表す図面を、最初に図１を参照すると、１つの実施形態による焼灼治療計画及び進行追跡のためのシステム１００が例示的に示されている。システム１００は、ワークステーション又はコンソール１１２を含み、ここから処置が監督及び／又は管理される。ワークステーション１１２は、好ましくは、プログラム及びアプリケーションを記憶する１つ又は複数のプロセッサ１１４及びメモリ１１６を含む。メモリ１１６は、事例に応じて治療計画及び／又は計画実行を行うためのアプリケーションを記憶する。ワークステーション１１２は、治療計画機能を行い、独立型のシステムであるか、又は例えばＸ線、ＭＲ、若しくはＣＴシステムに関連する診断コンソールなど、焼灼処置で使用される別のシステムの一部として含まれ、さらには例えば超音波システムの内部に埋め込まれることもある。診断コンソール１１５は、別個のシステムの一部であるか、又はワークステーション１１２に接続され、焼灼の計画のための画像１３６を提供する。診断コンソール１１５には、例えば、Ｘ線、ＭＲ、超音波、又はＣＴシステムが含まれる。

境界付けモジュール１２４は、組織領域を境界付けするための、コンピュータで自動化された、又は対話型（人による監督を伴う）の分割／境界付けツールを提供する。対象者１３１内で組織を区別し、それらの組織の内部又は周囲で領域及び特徴を識別するために、当技術分野で知られる分割技術が用いられる。組織領域には、診断撮像スキャンの中で明らかである癌組織の領域であるコア腫瘍ゾーン１２６と、腫瘍ゾーン１２６に隣接して境界付けされたマージンシェル又はマージン領域の組１２８とが含まれる。これらのマージンシェル又はマージン領域１２８は、デジタル生成し、ディスプレイ１１８に表示することができる。すべてのマージンシェルが合わさってマージンゾーン１３０を構成する。健康組織１３２は、コア腫瘍ゾーン１２６及びマージンゾーン１３０の外側にある組織領域である。重要構造１３３（例えば血管、他の器官等）も考慮される。重要構造１３３の組（任意選択）は、腫瘍１２６及びマージンゾーン１２８の外側に、しかしそれらの近くにある。診断撮像スキャンの皮膚表面上で皮膚入口点１３４を指定することができる。これらの皮膚入口点１３４は、焼灼針が焼灼療法を加えるために腫瘍ゾーン１２６に接近するための進入場所としてマークされる。

１つの実施形態では、ワークステーション１１２は、治療対象のボリューム１３１の中で上記の画像領域の表現を生成し、表示するように構成された画像生成モジュール１４２を含む。空間又はボリューム１３１内の画像１３６は、表示装置１１８に示された領域表現と共に表示することができる。ワークステーション１１２は、対象者（患者）又はボリューム１３１の内部画像を見るためのディスプレイ１１８を含み、また、画像１３６をオーバーレイとして含め、又は画像領域の位置の他のレンダリングを含めることができる。ディスプレイ１１８はまた、ユーザがワークステーション１１２並びにその構成要素及び機能、又はシステム１００内の何らかの他の要素と対話することも可能にする。これはインターフェース１２０によってさらに容易にされ、インターフェース１２０は、キーボード、マウス、ジョイスティック、触覚デバイス、又はワークステーション１１２からのユーザへのフィードバック及びワークステーション１１２との対話を可能にする何らかの他の周辺機器若しくはコントロールを含む。

インターフェース１２０は、コア腫瘍１２６の周囲にマージンを作成し視覚化するためのディスプレイ１１８及びグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）１２２を含む。ディスプレイ１１８及びＧＵＩ １２２は、計画に関連する個々のゾーン（例えば、コア、マージン、重要構造）の品質指標を表示し、計画するために用いられる。ＧＵＩ １２２は、ユーザが、異なる臨床ニーズ（例えば、あるゾーンを別のゾーンよりも強調する）に対応する計画を作成するために、いくつかの方策の選択肢から選択できるようにする仮想コントロール１２１を含む。

治療計画モジュール１４０は、焼灼治療計画を算出する。治療計画モジュール１４０は、境界付けモジュール１２４によって境界付けされた組織領域を用いる。治療計画モジュール１４０で、ユーザは、治療計画で使用する１つ又は複数の焼灼デバイス１０２を選択することができる。焼灼針１０２は、それに関連付けられた焼灼形状寸法を有する（例えば、製造者による規定に従ってデバイスを使用したときに予想される焼灼サイズを表す、関連する半径を持つ球／楕円形状）。焼灼針１０２の他のパラメータは焼灼コントローラ１４４によって制御され、焼灼コントローラ１４４はワークステーション１１２の一部であるか、又はワークステーション１１２によって制御される独立型デバイスである。治療計画で使用する焼灼の回数（Ｎ）が、治療計画モジュール１４０に入力される。焼灼の回数はユーザによって選択されるか、又は、計画方法が、コア腫瘍だけを最大に（若しくは完全に）範囲する（若しくはコア腫瘍及びマージンゾーンを共に範囲する）ように、必要な焼灼の回数を計算することができる。治療計画モジュール１４０は、組織領域の組織分割についての重み付けパラメータを反映させる治療計画方法又はプログラム１４６を含む。重み付けパラメータは、計画及び実行の両方に関する算出で用いられる。治療計画モジュール１４０は、例えばＧＵＩ １２２上の仮想コントロールを使用して起動されて算出を開始し、その結果、焼灼計画及び指標を得る。

治療計画モジュール１４０は、焼灼計画の量的属性を反映する指標を用いて焼灼計画を生成する。焼灼計画の指標には、例えば、焼灼によってカバーされるコア腫瘍の比率、焼灼によってカバーされるマージンシェル又は領域各々の比率、破壊される健康組織（付随損傷とも呼ばれる）の合計ボリューム、それぞれの入口点から焼灼中心のいずれかに到達したときに焼灼探針の軌道によって焼灼又は交差される重要構造（含まれる場合）の合計ボリューム、選択された治療計画方法、その焼灼計画に対して算出された最適化されたコスト関数の値等が含まれる。

治療計画モジュール１４０は、焼灼ゾーンの視覚化と共に焼灼計画を生成し、視覚化は、その計画に含まれる様々な組織分割をカバーする（又はカバーしない）ために、どのようにすれば焼灼が精密に配置されるかをユーザに示すことができる。個々の焼灼を組み合わせて、複合焼灼と呼ばれる単一の領域にすることができる。焼灼計画の視覚化は、焼灼計画の一部として、コア腫瘍１２６、マージンゾーン１３０、健康組織１３２、重要構造１３３（含まれる場合）、及び皮膚入口点１３４（含まれる場合）の、複合焼灼による範囲間の空間的関係を明確に表す。

図２を参照すると、コア腫瘍１２６が図示され、コア腫瘍１２６は、この腫瘍に隣接する複数のシェル１２８（例えば１ｍｍ間隔であるが、任意の距離が用いられてよい）によって取り囲まれている。マージンシェル１２８はマージンゾーン１３０を構成する。コア腫瘍１２６をマージンシェル又は領域１２８から区別することができ、これらの領域を共に１つの領域にまとめることはしない。従来のシステムは、これらの領域をまとめて、計画標的ボリューム（ＰＴＶ）と呼ばれる単一の領域にする。本発明の原理による治療計画システムは、コア腫瘍１２６とは異なるマージンに何らかの優先度又は重み付けを適用することにより、最適化された焼灼の場所を計算する際に腫瘍のマージンゾーン１３０を明示的に考慮に入れる。治療計画システム（１００、図１）の目標の１つは、必要不可欠な回数の焼灼でコア腫瘍ゾーン１２６を最大又は完全にカバーすると共に、ユーザの要件に基づいてマージンの範囲を調節するために、腫瘍１２６周囲のマージンゾーン１３０をカバーするための重み付け機能の選択肢を提供することである。

コア腫瘍１２６に対してマージンゾーン１３０に関連付けられた優先度／重み付けがされる度合いは、焼灼が３次元空間内でどのように配置されるかを決定し、治療計画指標に影響する。この治療計画は、治療計画指標についての追加的な属性を含む。追加的な属性は、マージンゾーン１３０の範囲を反映する。例えば、マージンゾーン１３０が、腫瘍１２６に隣接する１ｍｍ厚さのシェル１２８の組として記述される場合には、追加的な属性は各シェルの範囲の比率となる。

別の実施形態である図３を参照すると、コア腫瘍１２６に隣接するマージン領域１６０が例示的に示されている。マージン領域１６０は、可能性としてはそれらの領域各々に癌細胞が存在する確実性の高低を反映して、異なる向きに沿って異なるサイズとなっている。マージン領域１６０はマージンゾーン１３０を構成する。この例では、マージンゾーン１３０が、腫瘍１２６に隣接する空間的に分散した独立した領域の組（１６０）として記述される場合には、追加的な属性は、例えば各領域の範囲の比率となる。

図２及び図３は領域１２８、１６０を２次元として図示するが、コア腫瘍１２６、この領域を取り囲む個々のマージンシェル／領域１２８／１６０、存在する場合には重要構造又は健康組織は、３次元領域であり、治療計画方法は、３次元ボリュームの範囲を考慮する。図２及び図３はマージンの単純な境界付けを例示するが、マージンゾーンを画定する他の方式が存在することから、本発明の原理はそのようなマージンに限定されない。本開示の実施形態により生成される治療計画は、ユーザの定義に従って、コア腫瘍ゾーン１２６と、マージンシェル／領域１２８／１６０各々との範囲に優先順位を付けるために、個別の重みを使用する。これらの重みは、所与の計画方法に関するパラメータとして事前定義することができる。

再度図１を参照すると、治療計画モジュール１４０は、コア腫瘍１２６、マージンゾーン１３０、及び健康組織１３２の上に重ねて目標回数の焼灼Ｎを配置することによって計画を作成し、この計画を評価付けするコスト関数１５０を算出する。異なる治療計画方法は各々、コスト関数１５０に入力される組織タイプごとに相対的な重み付けの選択肢を有する。

コスト関数１５０は、例えば次のように定義される。

上記のコスト関数（式１）において、Ｗ_ｃｔは、どの焼灼によってもカバーされないコア腫瘍中のボクセルの重みであり、Ｗ_ｈｔは、いずれかの焼灼によってカバーされる健康組織中のボクセルの重みであり、Ｗ_ｍｉは、どの焼灼によってもカバーされないマージンシェル又は領域中のボクセルの重みであり（ｉは、マージンシェル／領域のインデックスであり、上記のｉについての加算は、マージンシェル又は領域の完全な組にわたる範囲をとる）、Ｗ_ｃｒｊは、焼灼デバイスの軌道によって範囲又は交差される重要構造中のボクセルの重みである。ｊは、重要構造のインデックスであり、上記のｊについての加算は、重要構造（含まれる場合）の完全な組にわたる範囲をとる。

上記加算における種々のボクセル数には、Ｎ_ｃｔ＝どの焼灼によってもカバーされないコア腫瘍中のボクセル数、Ｎ_ｍ１、Ｎ_ｍ２等＝どの焼灼によってもカバーされないマージンシェル／領域各々の中のボクセル数、Ｎ_ｃｒ１、Ｎ_ｃｒ２等＝いずれかの焼灼によってカバーされるか、又はそれぞれの入口点から焼灼中心までの焼灼デバイスの軌道と交差する重要構造（含まれる場合）各々の中のボクセル数、及び、Ｎ_ｈｔ＝いずれかの焼灼によってカバーされる健康組織中のボクセル数、が含まれる。

一般性を失うことなく、マージンゾーン１３０について、以下ではコア腫瘍１２６に外接するシェルの組として説明し、シェルの順序は図２に示される通りである（例えば、１ｍｍのマージンシェル１２８がコア腫瘍１２６のすぐ隣にあり、最も外側のマージンシェル１２８まで漸増的に１ｍｍずつ増えていく）。或いは、ユーザは、腫瘍の周囲に空間的に分散したマージン領域を、領域ごとに異なる重みと共に使用することを選択する（図３）。

マージン領域は、システムに既知の事前定義された構成とすることができ、例えば、コア腫瘍を、事前定義された度合いに、例えばコア腫瘍の境界から５ｍｍまで取り囲む、各々１ｍｍ厚さの同心のシェルの組とすることができる。別の事前定義された構成は、事前定義されているが均一でない厚さの同心シェルの組を含む（例えば、コア腫瘍を取り囲む１番目のシェルは２ｍｍ、そしてそれ以後（から事前定義された度合いまで）のシェルは１ｍｍ））。或いは、マージン領域はユーザによって定義された構成とすることもでき、その場合、ユーザは、各シェルの厚さ及びシェルの数を別々に選択する。事前定義された構成には、径方向に依存した異なる領域（１６０）又は他の構成も含まれる。

１つの実施形態によると、均等（ＵＮＩＦＯＲＭ）治療計画方法が説明され、これは、表１に列挙するように、少なくとも３つの可能な重み付けを有する。

別の実施形態によると、対数（ＬＯＧＡＲＩＴＨＭＩＣ）治療計画方法が説明され、これは表２に列挙するように、少なくとも３つの可能な重み付けを有する。

別の実施形態によると、最大マージン（ＭＡＸＭＡＲＧＩＮＳ）治療計画方法が説明され、これは表３に示されるような重み付けを有する。実際の数は、大きく動的な重みの範囲を反映するので、科学的な形式である。

他の方法又は計画が可能であることから、表１～３にある数は制限的なものとみなすべきでない。ユーザは、実際、上記の数を介して示される動向に似ているがそれらと全く同じではない重み付けを選択することができる。重み付け関数はカスタマイズされてもよい（ユーザ指定の重み付け関数）。

重要構造は任意選択でのみ用いられるので、Ｗ_ｃｒはこの表には定義していないことに留意されたい。重要構造が使用される場合、Ｗ_ｃｒの値は、通常はマージン又は健康組織に関するすべての他の値よりも高いコア腫瘍の範囲についての重みであるＷ_ｃｔの値よりも、さらに高い値に設定される。

これらの方法には各々、達成可能な組織の範囲に関係する利益がある。それらには以下が含まれる。均等方法の利点は、ＰＴＶ全体の範囲が最大になることであり、すなわち、コア腫瘍及びマージンゾーンがその他の方法に比べて含められるようになる。対数方法の利点は、他の方法に比べて健康組織の範囲が最小になることである。最大マージン方法の利点は、内側のコアマージンシェル（その他のシェルよりもはるかに高く重み付けされる）をその他の方法よりも大きい比率で範囲することである。この利点は、内側のマージンシェルが外側のマージンシェルと比べて高く重み付けされるのと同様に、他のマージン領域と比べて高く重み付けされるマージン領域に対して得られる。

本発明の原理の一態様によると、治療計画方法は、適切なユーザインターフェース（ＧＵＩ １２２）を通じてユーザによって選択される。ユーザインターフェース１２２は、治療計画方法の選択肢を提供する。

図４を参照すると、１つの例示的実施形態によるＧＵＩ １２２が示されている。ユーザによって選択された計画方法を用いて焼灼計画が算出され、それが次いでワークステーション１１２（図１）のＧＵＩ １２２に視覚化される。焼灼計画視覚化の一例が示されており、コア腫瘍２０４として境界付けされたエリア、コア腫瘍２０４を取り囲むマージンゾーン又は領域２０６、及び複合焼灼領域２０８（例えば複数の個々の焼灼からなる）がある。複合焼灼領域２０８は、治療計画システムの出力である。焼灼計画をリアルタイムで視覚的に監視して、焼灼の数がマージンゾーン２０６をカバーするのに十分でないときにそのことを判定し、又は、その焼灼計画で焼灼がコア腫瘍２０４及びマージンゾーン２０６を完全にカバーすることを保証する。

ＧＵＩ １２２は、腫瘍２０４を含む対象領域、マージン領域２０６、及び焼灼治療領域２０８の表示を示すペーン（ｐａｎｅ）２０２を含む。ＧＵＩ １２２は、治療計画方法の選択肢を選択するためのドロップダウンメニュー２１０又は他のコントロールを含む。例えば均等、対数、最大マージンなど、ユーザによって選択される治療計画方法の名前が、それに関連する重み値と共に表示される。ＧＵＩ １２２は、ユーザ指定の治療計画方法を明示的に選択するためのコントロール又は入力フィールド２１２を含み、これは、ユーザが各ゾーンについて重みの組を入力することを意味する。

ＧＵＩ １２２は、治療計画方法を選択するためにユーザに誘導を提供するように構成された誘導コントロールウィンドウ２１４を含む。例えば、臨床的に関連する文言をシステムによってユーザに提供して、計画方法の選択を暗黙的に可能にする。例えば、ユーザは方法を選択するか、又は方法の名前の上にカーソルを置く。誘導ウィンドウ２１４は、その方法の重み付けの利点を強調表示する。代替実施形態では、ユーザが、治療計画の目標を助ける文言を選択する。例えば、「付随損傷を最小にすることを優先したい」は、対数方法が自動的に選択されることを意味し、ユーザが「マージンゾーンの範囲を最大にすることを優先したい」と示す場合は、最大マージン方法が自動的に選択されることを意味し、又は、ユーザが「マージンに対するコア腫瘍は全く優先せずに、ＰＴＶの範囲を最大にしたい」と示す場合は、均等方法が自動的に選択されることを意味する。

別の実施形態では、治療計画は、所与の腫瘍に対して異なる重み付けの組を用いて、２つ以上の治療計画方法を実行することができる。「治療計画の事前指定された設定」が、自動的に実行されるか、又は、様々な計画の結果を例えば表や他の視覚的な提示形態で比較できるようにすることをユーザが承認して実行される。例えば、システム１００（図１）は、方法のすべて又は一部を、選択されたパラメータセット（重み付け値）と共に用いて、自動的に焼灼治療計画を実行する。次いで、ユーザインターフェース１２０（図１）が、算出された焼灼計画を、それらのパラメータセットを用いて各方法に達成された指標と共にユーザに示す。指標の提示は、図５に例示的に図示されるように、所与の指標について、最も成績がよい方法対次に成績がよい方法をユーザが検出するのを支援するために、色分け等を施した表の形態をとる。

図５を参照すると、表３００が、異なる治療計画方法（例えば、最大マージン、対数、及び均等）の指標の比較を例示的に示している。表の列３０４の一番上にある数１００００、１０００、１００は、その選択された方法でのコア腫瘍の重みを反映している。任意のセル３０２内で強調された網掛け部分３０６は、それぞれの行３１２にあるその焼灼回数での指標（指標の列３１０に列挙される）の１つについて、最良の（それぞれ２番目によい、３番目によい等）成績を達成した方法を表す。最良、２番目によい等は、異なる色や網掛け等によって示される。

提示は、図６に例示的に図示されるようにグラフ形態であってもよく、ユーザは、各方法の相対的な成績を一目で判断することができ、ユーザは提示された焼灼計画の１つを選択してさらに治療処置の実行を続ける。

図６を参照すると、４つのグラフ３３０、３３２、３３４、及び３３６が、異なる治療計画方法（例えば、最大マージン、対数、及び均等）で達成された２つの指標である、付随損傷対ＰＴＶの範囲のグラフによる比較を提供している。各グラフ３３０、３３２、３３４、及び３３６中の円のサイズは、その方法によって達成された連続したマージンのサイズを表し、大きい円ほど連続性の高いマージンを示す。他の提示方法及び比較が用いられてもよい。

説明されるように、本発明の原理は、腫瘍に外接するマージンシェル又は腫瘍の周囲の領域のどちらかによってコア腫瘍の外側で明示的に境界付けされるマージンゾーンの画定などの組織要素を、グラフィカルユーザインターフェース内で視覚的に提示することを可能にする。焼灼計画の視覚的提示は、複合焼灼及びマージンの範囲の視覚化中で明示的に識別されるマージンゾーンの範囲が、コア腫瘍又はＰＴＶの上になるように示される。治療計画方法は、明示的又は暗黙的にユーザによって選択される。個々のシェル又は領域のマージンゾーン範囲の、表／数値による提示の出力も提供される。ユーザによって好ましい治療計画方法が選択されることにつながる、異なる治療計画方法に対応する焼灼計画指標の数値による／視覚的な提示も提供される。

図７を参照すると、例示的実施形態による焼灼の計画及び治療の方法が例示的に示されている。ブロック４０２で、焼灼処置を計画するために１つ又は複数の画像が収集される。ブロック４０４で、その画像内で組織タイプが境界付け又は分割される。組織タイプは、少なくとも、コア組織と、コア組織を包囲するマージンゾーンとを含む。他の組織タイプは、コア組織を取り囲む健康組織、皮膚接近点、及び重要構造を含む。

ブロック４０６で、ユーザの優先事項に従った焼灼組成を達成する焼灼特性を決定するために、コア組織及びマージンゾーンを含む組織タイプの焼灼範囲に優先順位を付けるように、コスト関数内で重み付けが適用される。重み付けは、組織タイプ、治療計画で使用される焼灼デバイスのタイプ、治療計画で使用する焼灼の回数（Ｎ）、ユーザが求める方針を最もよく反映する治療計画方法、を含むいくつかの要因によって影響される。コスト関数は、焼灼の量を最小にするために、また重み付けを通じて、付随損傷（健康組織の損傷）の量、マージンゾーンの範囲比率、コア組織の範囲比率等を最適化する／最小にするために用いられる。

ブロック４０８で、選択可能な治療方法を使用して重み付けが提供される。選択可能な治療方法は、選択コントロールを含むグラフィカルユーザインターフェースを使用してユーザによって選択される。選択コントロールで、ユーザは１つ又は複数の治療方法を選択することができる。各治療方法は、異なる焼灼の方針を有し、ユーザに情報を提供して適切な選択を支援する。１つ又は複数の治療方法は、コスト関数に関して異なる重み付けを含む。異なる重み付けは、焼灼治療計画の目標に従って決定される。１つ又は複数の治療方法は、均等治療計画、対数治療計画、最大マージン治療計画、及びユーザ指定の治療計画の少なくとも１つを含む。

ブロック４１０で、計画が生成され、ディスプレイ上でグラフィカルユーザインターフェースにレンダリングされて、コア組織、マージンゾーン、及び焼灼組成を示す。ブロック４１２で、複数の治療方法の各々に従って、計画される焼灼処置の範囲を決定するために、表、グラフ、又は数の１つ又は複数で提示される指標を使用して、マージンゾーンの範囲が示される。治療計画システムは、焼灼計画の量的属性を反映した指標を持つ焼灼計画を生成する。焼灼計画の指標には、焼灼によってカバーされるコア腫瘍の比率、焼灼によってカバーされるマージンシェル又は領域各々の比率、破壊される健康組織（付随損傷とも呼ばれる）の合計ボリューム、それぞれの入口点から焼灼中心のいずれかに到達したときに焼灼探針の軌道によって焼灼又は交差される重要構造（含まれる場合）の合計ボリューム、選択された治療計画方法における焼灼の回数、その焼灼計画に対して算出された最適化されたコスト関数の値等が含まれる。

これらの指標を用いて治療方針を比較し、また総合的な目標の点から計画を評価する。マージンゾーンは複数のシェルを含み、各シェルは互いと間隔が空けられ、コア組織の外側に存在する。ブロック４１４で、マージンゾーンの各シェル内で焼灼範囲指標が算出される。マージンゾーンは、コア組織に隣接し且つそれを取り囲む複数の領域を含み、各領域はコア組織の外側に存在する。ブロック４１６で、マージンゾーンの各領域内で焼灼範囲指標が算出される。

ブロック４１８で、最良の計画が選択され（コストの最小化、マージンゾーンの最良の範囲等）、その計画を実行して患者を治療する。

添付の特許請求の範囲を解釈する際には、以下を理解すべきである。
ａ）単語「を含む」は、所与の請求項に列挙されるもの以外の要素又は動作の存在を排除しない。
ｂ）要素の前にある単語「ａ」又は「ａｎ」は、複数のそのような要素の存在を排除しない。
ｃ）特許請求の範囲に何らかの参照符号がある場合でも、請求項の範囲を限定しない。
ｄ）いくつかの「手段」は、同じ物品又はハードウェア若しくはソフトウェアとして実施された構造若しくは機能によって表される。
ｅ）特に断らない限り、動作の特定の順序が必要であることは意図されない。

コア腫瘍、マージン、及び健康組織の範囲（これらは例示的なものであり、制限的なものではないことが意図される）を含む腫瘍焼灼治療の計画のためのシステム及び方法の好ましい実施形態を説明したが、上記の教示に照らして改変及び変形を当業者により加えることができることが留意される。したがって、添付の特許請求の範囲によって概説される、本明細書に開示される実施形態の範囲内にある変更を、開示される本開示の特定の実施形態において加えることが可能であることを理解されたい。このように特許法によって要求される詳細及び具体的事項を説明したので、特許請求され、特許証による保護が求められる事項は、添付の特許請求の範囲に述べられる。

Claims (5)

1. 焼灼の計画及び治療のためのシステムであって、前記システムは、
   画像中で組織タイプを区別する境界付けモジュールであって、前記組織タイプは、少なくとも、コア組織と、前記コア組織を包囲するマージンゾーンとを含み、前記マージンゾーンは、前記コア組織の外側にある複数のシェル又は外接領域を含む、境界付けモジュールと、
   付随損傷を最小にするか、焼灼したい前記マージンゾーンの範囲を最大にするか、前記コア組織及び前記マージンゾーンを含む計画標的ボリュームの範囲を最大にするかのユーザの優先事項に従った複合焼灼領域を達成する治療計画を決定するために、前記コア組織及び前記マージンゾーンを含む前記組織タイプの焼灼範囲に優先順位を付けるように、コスト関数内で重み付けを適用する、治療計画モジュールと、
   前記コア組織、前記マージンゾーン、前記複合焼灼領域を示し、１つ又は複数の治療方法をユーザが選択することを可能にするために、ディスプレイにレンダリングされるグラフィカルユーザインターフェースであって、前記１つ又は複数の治療方法は、異なる重み付けを含み、前記治療計画に従って前記グラフィカルユーザインターフェース上で選択される、グラフィカルユーザインターフェースと、を備えるシステム。
2. 前記コア組織の外側にある前記複数のシェル又は外接領域は、自動的に選択可能な事前定義された構成、又はユーザによって提供された構成を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記組織タイプは、前記コア組織を取り囲む健康組織と、重要構造とをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記１つ又は複数の治療方法は、均等治療計画、対数治療計画、及び焼灼したい前記マージンゾーンの範囲を最大にする最大マージン治療計画の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
5. 計画される焼灼処置の範囲を決定するために、前記１つ又は複数の治療方法について、前記マージンゾーンの範囲が、表、グラフ、又は数の１つ又は複数で提示された指標の形で示される、請求項１に記載のシステム。

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