(57)【要約】【解決手段】超音波及びX線透視映像(173,175)を使って、前立腺のような冒された組織の領域に関して放射線種の３次元位置を決定し、放射線ドーズ量を計算するのにコンピュータベースの装置(100)が使用されるところの種位置確認装置及び方法。本発明のひとつの実施例は注入された近接照射種の３D位置を決定するのに使用される。本発明の変形例は近接照射種以外の注入物質の３D位置を決定するのに使用される。種位置確認装置及び方法は、動作中に種位置確認装置のユーザーを援助するのに有用なグラフィカルユーザーインターフェース(150)を含む。【選択図】図３
2005503191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体内部に注入された少なくともひとつの物質の位置を決定するための装置であって、
少なくともひとつの注入された物質を含む人体の一部の超音波映像を形成するように構成された超音波映像器と、
人体の一部の複数のX線透視映像を形成するように構成されたX線透視映像器と、
前記超音波映像器及び前記X線透視映像器へ接続されるコンピュータシステムであって、人体内部に注入された少なくともひとつの物質の位置を計算するために超音波映像及び複数のX線透視映像を処理する、ところのコンピュータシステムと、
から成る装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、少なくともひとつの注入物質は冒された組織の放射線治療に使用される複数の近接照射療法種を含む、ところの装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記コンピュータシステムは、
超音波映像及び複数のX線透視映像を処理するためのプロセッサと、
人体内部に注入された少なくともひとつの物質の位置を示す人体の一部の３次元映像を表示するよう構成された、前記プロセッサに接続されたモニターと、
を含むところの装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、前記コンピュータ装置はさらに前記プロセッサに接続されたグラフィカルユーザーインターフェースを含み、該グラフィカルユーザーインターフェースによりユーザーは前記プロセッサと対話することができる、ところの装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、前記グラフィカルユーザーインターフェースは、
超音波映像に関するデータを受信するよう適応された第１データ入力と、
複数のX線透視映像に関するデータを受信するよう適応された第２データ入力と、
前記第１データ入力及び前記第２データ入力に接続され、人体の一部に配置された、超音波映像及び複数のX線透視映像で見えるM個（ここでM≧４）のマーカーに関連する一組の３次元座標Q1,Q2,…,QMを超音波映像から計算するよう適応されたデータアナライザと、
を含むところの装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記データアナライザはさらに、
複数のX線透視映像の各々内の少なくともひとつの注入物質に対する２次元座標の少なくともひとつのセット、及び
複数のX線透視映像の各々内のM個のマーカーに対する２次元座標のM個のセット、
を計算するよう適応されている、ところの装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記グラフィカルユーザーインターフェースはさらに、前記データアナライザに接続され、
N個の注入物質に関連する一組の３次元座標R1,R2,…,RN、及び
M個のマーカーに関連する一組の３次元座標P1,P2,…,PM、
を決定するよう適応される座標再構成器を含む、ところの装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、前記グラフィカルユーザーインターフェースはさらに、M個（ここで1≦i≦M）のマーカーの各々に対し、一組の３次元座標Piの各々を一組の３次元座標Qiの各々と関連付けるよう適応された座標相関器を含む、ところの装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、前記座標相関器はさらに、
最適化問題を解くことにより３×３行列T及び３×１ベクトルｔを決定し、及び
変換Sj＝TRj+t（ここで、1≦j≦N）により、一組の３次元座標R1,R2,…,RNの各々を一組の３次元座標S1,S2,…,SNへマッピングするよう適応される、ところの装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、(T,t)の最初の推定値は第１最適化問題（数１）を解くことによって見つけられ、(T,t)の次の推定値は第２最適化問題（数２）を解くことによって見つけられ、ここでI(X)は超音波映像内のポイントXのスカラー強度であり、もし第２最適化問題が単一の解を有しなければ、(T,t)の次の推定値は局所的な最適解によって見つけられる、ところの装置。
【数１】
2005503191.tif 000005
【数２】
2005503191.tif 000006
【請求項１１】
複数の注入された種を探しだすための方法であって、
複数の注入種を含む領域の３次元超音波映像を得る工程と、
該領域の複数の２次元X線透視映像を得る工程と、
３次元超音波映像内の複数の注入種を複数の２次元X線透視映像内の対応するものとマッチングさせる工程と、
３次元超音波映像及び複数の２次元X線透視映像を解析することによって複数の注入種の複数の３次元座標を計算する工程と、
から成る方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、さらに、複数の注入種として放射線医療で使用される複数の近接照射療法種を注入する工程から成る方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、さらに、該領域内にM個のマーカーを配置する工程であって、前記M個のマーカーは３次元超音波映像及び複数の２次元X線透視映像内で見えるところの工程から成る方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、さらに、
３次元超音波映像内でM個（ここでM≧４）のマーカーを探しだす工程と、
３次元超音波映像を解析することによってM個のマーカーの一組の３次元座標Q1,Q2,…,QMを計算する工程と、
から成る方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、さらに、
複数の２次元X線透視映像の各々の中で複数個の注入種及びM個のマーカーを探しだす工程と、
複数の２次元X線透視映像内に現れる複数の注入種に対する２次元座標の第１の複数セットを計算する工程と、
複数の２次元X線透視映像内に現れるM個のマーカーに対する２次元座標の第２の複数セットを計算する工程と、
２次元座標の第１の複数セットから複数の注入種の３次元座標R1,R2,…,RNの第１の組を決定する工程であって、Nは複数の注入種の数であるところの工程と、
２次元座標の第２の複数セットからM個のマーカーの３次元座標P1,P2,…,PMの第２の組を決定する工程と、
から成る方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、さらにPiの各々を対応するQiに関連付ける工程であって、1≦i≦Mである、ところの工程から成る方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、関連付ける工程は、最適化問題に対する解を決定することによって３×３行列T及び３×１ベクトルｔを見つける工程を含む、ところの方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、さらに変換Sj=TRj+t（ここで、1≦j≦N）によって、N個の注入種の３次元座標S1,S2,…,SNの一組を見つける工程から成る方法。
【請求項１９】
工程のシーケンスをプロセッサに実行させるプログラムされた命令のセットが含まれるコンピュータ読取可能媒体であり、前記工程のシーケンスが、
複数の注入種を含む領域の３次元超音波映像を得る工程と、
該領域の複数の３次元X線透視映像を得る工程と、
複数の２次元X線透視映像と組み合わせて３次元超音波映像を解析することによって該領域の改良された３次元映像を形成する工程と、
改良された３次元映像の解析により該領域内の複数の注入種の各々に対する位置を同定する工程と、
から成るコンピュータ読取可能媒体。
【請求項２０】
請求項１９に記載のコンピュータ読取可能媒体であって、前記工程のシーケンスはさらに、複数の注入種に対する複数の３次元座標を計算することから成るコンピュータ読取可能媒体。
【請求項２１】
注入された領域に関して複数の近接照射療法種の位置を決定するためのコンピュータ生成されたグラフィカルユーザーインターフェースであって、該グラフィカルユーザーインターフェースはユーザー及びコンピュータプロセッサによって協同で実行される工程のシーケンスの実行を促がしかつ整合させ、前記工程のシーケンスは、
注入領域の３次元超音波映像を得る工程と、
注入領域の複数の２次元X線透視映像を得る工程と、
複数の２次元X線透視映像と組み合わせて３次元超音波映像を解析することによって注入領域の改良された３次元映像を形成する工程と、
改良された３次元映像の注入領域内の複数の近接照射療法種の各々に対する位置を同定する工程と、
から成るグラフィカルユーザーインターフェース。
【請求項２２】
請求項２１に記載のグラフィカルユーザーインターフェースであって、複数の近接照射療法種は注入領域の異常組織の放射線治療で使用される、ところのグラフィカルユーザーインターフェース。
【請求項２３】
請求項２１に記載のグラフィカルユーザーインターフェースであて、前記工程のシーケンスはさらに、注入領域内でのマーカーの数に対応する数字M及び複数の近接照射療法種の数に対応する数字Nを入力する工程から成るグラフィカルユーザーインターフェース。
【請求項２４】
請求項２３に記載のグラフィカルユーザーインターフェースであって、前記工程のシーケンスはさらに、
３次元超音波映像内でM個（ここで、M≧４）のマーカーを探しだす工程と、
M個のマーカーに関連する一組の３次元座標Q1,Q2,…,QMをコンピュータ読取可能媒体に保存する工程と、
から成るグラフィカルユーザーインターフェース。
【請求項２５】
請求項２４に記載のグラフィカルユーザーインターフェースであって、前記工程のシーケンスはさらに、
前記複数の２次元X線透視映像の各々内に現れるN個の近接照射療法種及びM個のマーカーを探しだす工程と、
前記複数の２次元X線透視映像の各々内に現れるN個の近接照射療法種及びM個のマーカーに対する２次元座標の複数のセットをコンピュータ読取可能媒体へ保存する工程と
２次元座標の複数のセットから、N個の近接照射療法種に対する３次元座標の第１の組R1,R2,…,RN及びM個のマーカーに対する３次元座標の第２の組P1,P2,…,PMを導出する工程と、
から成るグラフィカルユーザーインターフェース。
【請求項２６】
請求項２５に記載のグラフィカルユーザーインターフェースであって、前記工程のシーケンスはさらに、Piの各々を対応するQiに関連付ける工程（ここで、1≦i≦M）から成るグラフィカルユーザーインターフェース。
【請求項２７】
請求項２６に記載のグラフィカルユーザーインターフェースであって、前記関連付ける工程はさらに、最適化問題に対する解を決定する工程から成るグラフィカルユーザーインターフェース。
【請求項２８】
請求項２５に記載のグラフィカルユーザーインターフェースであって、前記工程のシーケンスはさらに、最適化処理を通じて３×３行列T及び３×１ベクトルｔを探す工程から成り、ここで(T,t)に対する推定値は極小化問題（数３）を解くことによって見つけられる、ところのグラフィカルユーザーインターフェース。
【数３】
2005503191.tif 000007
【請求項２９】
請求項２８に記載のグラフィカルユーザーインターフェースであって、最適化処理を通じて３×３行列T及び３×１ベクトルｔを探す工程は、
極大化問題（数４）を解く工程であって、ここでI(X)は３次元超音波映像内のポイントXのスカラー強度であるところの工程と、
単一の解を有しない極大化問題に応答して、(T,t)に対して局所化された最適化問題を解く工程と、
から成るグラフィカルユーザーインターフェース。
【数４】
2005503191.tif 000008
【請求項３０】
請求項２８に記載のグラフィカルユーザーインターフェースであって、前記工程のシーケンスはさらに、N個の近接照射種の導出された一組の３次元座標S1,S2,…,SNを計算する工程（ここで、1≦j≦Nに関して、Sj＝TRj+t）から成るところのグラフィカルユーザーインターフェース。
【請求項３１】
領域内で複数の物質を探しだすための方法であって、
領域内に複数のマーカーを配置する工程であって、複数のマーカーは第１映像モード及び第２映像モードを通じて見ることができ、複数の物質と区別可能である、ところの工程と、
領域の第１映像モードの第１映像を形成する工程と、
複数のマーカーに対応する第１映像内の第１の複数のマーキングを同定する工程と、
領域の第２映像モードの第２映像及び第３映像を形成する工程と、
複数のマーカーに対応する第２映像内の第２の複数のマーキングを同定する工程と、
複数のマーカーに対応する第３映像内の第３の複数のマーキングを同定する工程と、
第１の複数のマーキングを第２の複数のマーキング及び第３の複数のマーキングと一致させることによって、第１映像、第２映像及び第３映像の間の相関関係を確立する工程と、
第２映像及び第３映像内の複数の物質に対応する物質座標のセットを導出する工程と、
第１映像、第２映像及び第３映像の間の相関関係及び物質座標のセットに応答して、複数の物質に対する３次元座標の組を計算する工程と、
から成る方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、
前記第１の複数のマーキングを同定する工程は、複数のマーカーに対するマーカー座標Q1,Q2,…,QMの第１セットを導出する工程を含み、ここでM≧４はマーカーの数であり、
前記第２の複数のマーキングを同定する工程及び前記第３の複数のマーキングを同定する工程は、M個のマーカーに対するマーカー座標P1,P2,…,PMの第２のセットを導出する工程と含み、
前記第２映像及び第３映像内の複数の物質に対応する座標のセットを導出する工程は、物質の座標R1,R2,…,RNのセットを導出する工程であって、Nは複数の物質の数であるところの工程を含む、
ところの方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法であって、前記第１映像、第２映像及び第３映像の間の相関関係を確立する工程は、第１最適化問題（数５）を解くことによって３×３行列T及び３×１ベクトルｔを探す工程を含む、ところの方法。
【数５】
2005503191.tif 000009
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法であって、前記３×３行列T及び３×１ベクトルｔを探す工程はさらに、第２最適化問題（数６）を解く工程であり、I(X)は第１映像内のポイントXでのスカラー強度である、ところの工程を含む、ところの方法。
【数６】
2005503191.tif 000010
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法であって、前記３×３行列T及び３×１ベクトルｔを探す工程はさらに、単一の解を有しない第２最適化問題に応答して局所的な最適化問題を解く工程を含む、ところの方法。
【請求項３６】
請求項３３に記載の方法であって、前記複数の物質に対する３次元座標の組を計算する工程は、変換Sj＝TRj+t（ここで、1≦j≦N）によってN個の注入種の一組の３次元座標S1,S2,…,SNを導出する工程を含む、ところの方法。
【請求項３７】
請求項３１に記載の方法であって、さらに、領域内の複数の物質として患者の体内の一部に放射線療法で使用される複数の近接照射種を注入する工程から成る方法。
【請求項３８】
請求項３１に記載の方法であって、前記領域内に複数のマーカーを配置する工程は、領域内で互いに同一平面でない少なくとも４つのマーカーを配置する工程を含む、ところの方法。
【請求項３９】
請求項３１に記載の方法であって、
第１映像モードの第１映像を形成する前記工程は、領域の３次元超音波映像を形成する工程を含み、
第２映像モードの第２映像及び第３映像を形成する前記工程は、領域の複数の２次元X線透視映像を形成する工程を含む、
ところの方法。
【請求項４０】
請求項３１に記載の方法であって、さらに、複数の物質に対する３次元座標の組に従って複数の物質を表示する、領域の３次元視覚ディスプレイを生成する工程から成る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
概して、本発明は放射線を使ったがん治療の装置及び方法に関し、特に注入された近接照射療法種を使ったがん治療の装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
がん治療に有用な技術である近接照射療法は、人体の表面または治療すべき領域から少し離れたところにある固体または包囲された放射線同位体元素ソースを使った放射線治療である。例えば、前立腺がんに関して、近接照射療法は前立腺への放射線同位体元素種の注入を含む。しかし、近接照射療法の効果は好適な放射線療法ドーズ量を達成するために注入された近接照射療法種の特定の位置に依存する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
患者に施された放射線療法ドーズ量は冒された組織について近接照射療法種の３次元位置を観測するによって計算される。コンピュータ断層撮影法(CT)は種の３次元位置を決定するのに使用されるひとつの技術である。しかしCTを使うことの共通の問題は多くの手術室にはCT装置が無いということである。このことは、患者が治療位置にいる間に放射線療法のドーズ量を評価し、続いて調節することを不可能にしている。例えば、CTを使って映像化した後にコールドスポット(cold spots)がもし発見されれば、患者は再び治療を受けなければならない。
【０００４】
したがって、CTを使わずに近接照射療法種の３次元位置を決定することができる装置及び方法を与えることが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は前立腺のような冒された組織の領域に関して注入された放射線療法種の３次元位置を決定するための装置及び方法を与え、その結果放射線療法ドーズ量が計算される。ひとつの態様において、発明は注入された近接照射療法種の３D位置を決定するが、他の態様において、発明は近接照射療法種以外の注入された物質（例えば、基準マーカー）の３D位置を決定する。本発明は超音波(US)及びX線透視(FL)映像を使用し、コンピュータ断層撮影法(CT)映像は必要としない。
【０００６】
ひとつの態様において、発明は最近に捕捉されたUS治療体積／映像、またはUS治療データ内で３D種位置を決定することによって、正確度の増した注入種の位置を決定するための方法及び装置を与える。
【０００７】
本発明はまた、治療プランのダイナミックな調整を可能にしながら、冒された組織に対するドーズ量測定が手術中に決定されるように、冒された組織の領域に関して注入された放射線治療種の３D位置を決定するための装置及び方法を与える。
【０００８】
さらに本発明は、双方向、コンピュータ生成、グラフィカル・ユーザー・インターフェースを与えることによって注入された近接照射療法種の３D位置のユーザー映像化装置及び方法を与える。
【０００９】
この明細書及び図面を参照することで、当業者は本発明に従う装置及び方法によって多くの特徴及び変更が与えられることを認識するであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、放射線治療ドーズ量が計算されるように、超音波(US)及びX線透視(FL)映像を使って、前立腺のような冒された組織の領域に関して放射線治療種の３次元位置を決定するための装置及び方法から成る。本発明のひとつの実施例が注入された近接照射療法種の３D位置を決定するのに使用される。発明の変形的実施例は近接照射療法種以外の注入された物質の３D位置を決定するのに使用される。
【００１１】
図１は本発明のひとつの実施例の注入幾何構造の３次元図を示す。図１を参照して、超音波プローブ10が前立腺20の下の直腸内に挿入され、前立腺20を垂直にスライスした映像が形成される。この垂直映像のスライスはテンプレート30の面に平行かつプローブ10の軸線に直角な面である。前立腺の基面及び尖面（図示せず）はそれぞれテンプレート30から最も遠い垂直面及び最も近い垂直面である。典型的に標準的な実行において、臨床医は近接照射療法種40を注入するために前立腺20の範囲の場所を計画する。典型的に、近接照射療法種40は直径0.8mm、長さ4.5mmの円柱形である。種40の計画された３D位置は種40円柱の中心を特定する３つの座標(x,y,z)によって特定化される。３つの内の座標(x,y)は、テンプレート30の穴のひとつに対応している。ｘ座標はテンプレート30の水平軸に対応し、ｙ座標はテンプレート30の垂直軸に対応する。ｚ軸は前立腺20内の深さ（すなわち、先端部と基部との間の、テンプレート30に平行で、かつプローブ10及びニードル50の軸線に直角なある垂直面）である。好適にはマーカー45は種40と区別するために球状であるが、他の形状であってもよい。マーカー45は種40を挿入する前に挿入され、前立腺20の周辺の周りに配置される。マーカー45は同一平面上にはない（定義により、もしすべてのi=1,….,N に対して、A2+B2+C2+D2≠0かつAxi+Byi+Czi+D=0であるような４つの定数A,B,C,Dが存在すれば、N点のセット｛(xi,yi,zi)|i=1,….,N｝は同一平面にある。）。
【００１２】
さらに詳細な放射性種注入計画、分配及び検証は、ここに参考文献として組み込むWallner, Kentらによる “Prostate Brachytherapy Made Complicated”, SmartMedicine Press, Seattle, Washington, 1997に記載されている。さらに前立腺種注入近接照射療法に関する標準的な実施についての詳細は、ここに参考文献として組み込む、Yu, Yanらによる “Permanent Prostate Seed Implant Brachytherapy: Report of the American Association of Physicists in Medicine Task Group No.64” Medical Physics, Volume 26, No.10 October 1999, pp.2054-2076、及びNag, Subirらによる “American Brachytherapy Society (ABS) Recommendations for Transperineal Permanent Brachytherapy of Prostate Cancer” International Journal of Radiation Oncology Biology Physics”, Volume 44, No.4, 1999, pp.789-799の論文に記載されている。
【００１３】
図１に示されるように、テンプレート30は超音波プローブ10に関して位置合わせされている。近接照射療法種40は中空ニードル50（他の方法も可能だが）内にプレロードされ、テンプレート30の特定の予め計画された穴を通じて配置される。 ニードル50は超音波映像モニター（図示せず）上に現れる超音波映像に写るまでガイドとしてのテンプレート30を使って前立腺20内に挿入される。その後、臨床医は適当に種40を前立腺20内に配置する。ニードル50が引かれて中心のスタイレットにより種40が適所に保持され、種40は前立腺20の領域内のばらばらな位置に埋め込まれる。
【００１４】
変形的実施例において、図１の種40は近接照射療法種以外の注入物質を表してもよい。また、他の変形的実施例において、治療させるべき組織は前立腺20以外の組織であってもよい。
【００１５】
図２は注入幾何構造のひとつの実施例の側面図である。図２を参照して、円柱種40が基面60と尖面70との間の前立腺20内にポイントに配置されている。球状のマーカー45が前立腺20の周辺を囲んで配置される。典型的に長さ40〜60mmの前立腺20はUSによって良く視覚化されるが、FL90で見られるほど鮮明ではない。種40はFL90において良く視覚化されるが、USでは必ずしも見えない。図１に戻って、注入ニードル50及びマーカー45はUS及びFL90の両方で見ることができる。典型的に70〜120個の種が注入されるが、図２では５個の近接照射療法種40のみが示されている。
【００１６】
本発明の変形的実施例において、図２の種40は近接照射療法種以外の注入物質を表してもよい。また、本発明の他の変形的実施例において、治療されるべき組織は前立腺20以外の組織であってもよい。
【００１７】
図２aは注入されたマーカー45の前後(anterior-posterior)図（AP図）を示す。好適実施例において、少なくとも４つのマーカー45が前立腺20の周辺を囲んで注入される。本発明のひとつの実施例において、図２aに示されるように、尖面70付近左側のマーカー103は前立腺20の下側にあり、右側のマーカー104は前立腺20の上側にある。好適には、マーカー45は種40と同じ面内に配置されない。マーカー45が同一面になるのを防止するために、基面60付近で反対規則が使用される。すなわち、左側のマーカー101が前立腺20の上にあり、右側のマーカー102が前立腺20の下にある。好適に、マーカー45は種40から区別できるようにする特性を映像化するために選択される。典型的に、種40は円柱であるが、本発明のひとつの実施例においてマーカー45は球状である。
【００１８】
図２bはFL映像幾何構造の側面図を示す。前立腺種40及びマーカー45の少なくとも２つのFL映像が必要である。例として、３つのFL映像201、202及び203が図２bに示されている。臨床医は種40及びマーカー45の可視性を最大化するためにFL映像装置をオンラインに方向付ける。例えば、いくつかの映像位置において、多くの種が重なり合い、区別不可能となる。これらの位置は避けるべきである。当業者の理解するように、より大きな不一致（すなわち、映像間のより大きな分離）を有する映像位置が種及びマーカー位置のより正確な３D再構成を導く。
【００１９】
図２cは３つのFL映像201〜203の略示図である。種40及びマーカー45の少なくとも２つのFL映像が必要である。マーカー45は種40と簡単に区別できるように選択されている。それぞれの映像内に種40及びマーカー45が配置されている。マーカー45はここに記述されるように映像間で一致している。前立腺内には典型的に７０〜１２０個の注入種が存在する。マーカーが一致すると、装置100はここに説明されるように自動的に種を一致させる。
【００２０】
図３は本発明の実施例に従う種位置確認装置100を示す。ひとつの実施例において、種位置確認装置100は標準的なパーソナルコンピュータプラットフォーム上で実行するプログラム命令を使って実行される。この実施例において、種位置確認装置100は、カラーモニター115または他の適当なモニター、キーボード120、マウス125、マイクロプロセッサ130、メモリ135、ハードディスクドライブ140のような持久記憶装置、及びマイクロソフトウインドウズ（登録商標）のような標準的なオペレーティングシステムソフトウエア145を含む周辺装置の標準セットを有するパーソナルコンピュータ110を含む。ひとつの実施例において、装置100はネットワークインターフェース160を通じて電子ネットワーク165へ接続されている。ひとつの実施例において、アプリケーションソフトウエア命令がC++プログラム言語を使って種位置確認装置100内で実行される。種位置確認装置100はここで説明される方法で映像データを保存し、保存された映像データを処理することができる。ひとつの実施例において、ユーザーはグラフィカルユーザーインターフェース150を使って種位置確認装置100と対話する。
【００２１】
図４は本発明に従う方法200の実施例を示す。各工程は図４のセルに対応する。例として、各工程に番号が付されている。以下の工程の順序または組合せは、当業者が考える順序と異なるかもしれない。また、ユーザーまたは装置100とラベルされた列は、そこの工程が以下に説明される異なる実施例でユーザーまたは装置100によって自動的に実行されることを示す。
【００２２】
図４を参照して、本発明の方法は以下の工程から成る。
【００２３】
（１）工程１において、ユーザーは前立腺20の３DのUS映像のひとつを入力用に選択する。３DのUS映像を捕捉するためにいくつかの方法またはその組合せのひとつが使用される。ひとつの実施例において、３D映像は図３に示される医療映像インターフェース170を使って超音波映像装置173から直接捕捉される。他の実施例において、３D映像は持久記憶装置140からロードされるか、Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM)プロトコルのような医療映像用の標準プロトコルに従って電子ネットワーク165を通じて受信される。
【００２４】
前立腺20の３DのUS映像を直接捕捉するために、いくつかの方法またはそれらの組合せのひとつが使用される。ひとつの実施例において、USプローブ10が基面60から尖面70へ少しずつ動く（ステップする）ところの方法が使用され、装置100は各ステップの後に医療映像インターフェース170を使って離散的な２D映像を取得する。隣接する映像間の間隔（ステップサイズまたはZ解像度）は２mmと等しいかそれ以下の既知の値である。映像のX及びY解像度はまた当業者に周知のテンプレート記録処理を通じて固定される。その後、２D映像の集合が当業者に周知の標準技術を使って３D映像に組み立てられる。
【００２５】
テンプレート記録についての詳細は、ここに参考文献として組み込む、Mutic, Sasaらによる “A Simple Technique for Alignment of Permanent Prostate Implants”, Medical Physics, Volume 27, No.1, January 2000, pp.141-143に記載されている。
【００２６】
（２）工程２において、ユーザーは前立腺内に注入されたマーカーの個数M≧４を入力する。典型的に、４≦M≦８である。もしユーザーが少なくともM≧４を入れないと、エラーメッセージが表示される。本発明の変形的実施例において、種位置確認装置100はメモリ135またはハードディスク140若しくは他の入力またはメモリ装置より注入されたマーカー45の個数を検索する。本発明のひとつの実施例において、装置100は、例えばインターネットのFTPのような電子ネットワークを通じて注入されたマーカー数を受信する。
【００２７】
（３）工程３において、ユーザーは、種位置確認装置100を使って３DのUS映像内でM個の非常に見やすいマーカー45を探し出す。Mは工程２から分かる。発明の変形的実施例において、種位置確認装置100は医療映像の当業者に周知のさまざまな判別技術を使ってM個の可視マーカー45を自動的に探しだす。これらの非常に見やすいマーカー45の座標は３DベクトルQ1,Q2,…QMの連続としてメモリ内に保存される。例として、座標ベクトルが保存されるところのメモリは、典型的にメモリ領域135のような装置100のパーソナルコンピュータに付随するメモリである。
【００２８】
３DのUS映像内で、任意の３DポイントのXはスカラー強度I(X)を有する。典型的に、そのポイントが完全に暗ければ、I(X)＝０であり、そのポイントが完全に明るければI(X)＝２５５である。種40及びマーカー45は組織よりも音波エネルギーを反射するため、種及びマーカーはより大きなスカラー強度を有する３DのUS映像内に現れる。すなわち、種及びマーカーは３DのUS体積内で明るいスポットとして目立つ。
【００２９】
（４）工程４において、ユーザーは前立腺20のK個の２DのFL映像Jk,k=1,…,Kを入力用に選択する。本発明のひとつの実施例において、これらの映像は医療映像インターフェース170を使ってX線透視映像装置175から直接捕捉される。他の実施例において、２D映像が持久記憶装置140からロードされるか、Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM)プロトコルのような医療映像用の標準プロトコルに従って電子ネットワーク165を通じて受信される。
【００３０】
いくつかの方法またはその組合せのひとつが、前立腺20の２DのFL映像を直接捕捉するのに使用される。ひとつの実施例において、種40及びマーカー45がX線透視映像90内に見えるように、前立腺20を横切るK個の離散的位置にCアームが配置される。各位置において、FL映像Jkが医療映像インターフェース170を使って捕捉される。映像が捕捉されるところのCアームの位置は知られる必要はなく、種40及びマーカー45の可視性を最大化しかつ当業者に周知の標準技術に従って再構成用の最大ばらつきを与えるよう選択される。本発明のひとつの実施例において、USプローブ10は映像の鮮明さを強化するために人体内部にはない。
【００３１】
（５）工程５において、ユーザーは、種位置確認装置100を使って２DのFL映像Jk,k=1,…Kのそれぞれに可視性の高いM個のマーカー45を探しだす。Mは工程２から分かる。本発明の変形的実施例において、種位置確認装置100は、医療映像の当業者に周知のさまざまな判別技術を使って、自動的にM個の可視マーカー45を探しだす。K個のFL映像及びM個のマーカーが存在するため、装置100によって決定される２D位置の数はK×Mである。本発明のひとつの実施例において、後で呼び出して処理するために、各２D位置はメモリ135内に保存される。
【００３２】
２DのFL映像Jk内の任意の２DポイントXはスカラー強度Jk(X)を有する。典型的に、そのポイントが完全に暗ければ、Jk(X)＝０であり、そのポイントが完全に明るければJk(X)＝２５５である。マーカー45は組織よりもより多くのX線エネルギーを吸収するため、マーカーはより小さいスカラー強度を有する２DのFL映像内に現れる。すなわち、マーカーは２DのFL映像内で暗いスポットとして目立つ。各FL映像内でマーカー45は円柱形の種40と区別可能であるように選択されることを思い出そう。本発明の一つの実施例において、マーカー45は球状ボールである。
【００３３】
（６）工程６において、好適実施例では、ユーザーは、K個の映像間でマーカーポイントを一致させる。すなわち、FL映像1内のマーカーポイントｍ(1≦ｍ≦M)はFL映像2内のマーカーポイントｍに対応するようにマーカーポイントをFL映像Kまで並べる。変形的実施例において、種位置確認装置100は当業者に周知の標準技術に従ってこれらの関数を自動的に実行する。
【００３４】
（７）工程７において、ユーザーは種位置確認装置100を使って、注入された近接照射療法種40の個数Nを入力する。典型的に、７０≦N≦１２０である。ひとつの実施例において、装置100はユーザーが少なくともN≧１の種40を入力することを要求する。ユーザーが少なくともN≧１を入力しなければ、エラーメッセージがユーザーに表示される。
【００３５】
本発明の変形的実施例において、種位置確認装置100はメモリ135若しくはハードディスク140または他の入力またはメモリ装置から注入された種40の個数を検索する。本発明のひとつの実施例において、装置100は、例えばインターネットによるFTPのような電子ネットワーク165を通じて注入された種の数を受信する。
【００３６】
（８）工程８において、ユーザーは種位置確認装置100を使って２DのFL映像Jk,k=1,…,KのそれぞれにN個の種40を探しだす。Nは工程７から分かる。本発明の変形的実施例において、種位置確認装置100は医療映像の当業者に周知のさまざまな判別技術を使ってN個の種40を自動的に探しだす。K個のFL映像及びN個の種が存在するため、装置100によって決定される２D位置の数はK×Nである。発明のひとつの実施例において、各２D位置は後で呼び出して処理するためにメモリ135内に保存される。
【００３７】
種40は組織より多くのX線エネルギーを吸収するため、種はより小さいスカラー強度を有する２DのFL映像内に現れる。すなわち、種は２DのFL映像内で暗いスポットとして目立つ。
【００３８】
（９）工程９において、装置100はK個の映像間で種のポイントを一致させるかまたは相関させる。すなわち、FL映像1内の種ポイントｎ(1≦ｎ≦N)がFL映像2内の種ポイントｎに対応するようにFL映像Kまで種ポイントを並べる。
【００３９】
（１０）工程１０において、装置100はFL座標システムにおいて当業者に周知の標準技術にしたがって、３D種位置R1,R2,…,RN及び３Dマーカー位置P1,P2,…,PMを再構成する。
【００４０】
（１１）工程１１において、種位置確認装置100は、各３DのFL種ポイントRiをその対応する３DのUS位置Siへマッピングする３×３行列T及び３×１ベクトルｔの解を見つける。本発明のひとつの実施例において、（T,ｔ）ペアに対する最初の推定値が、最適化問題（数７）に対する単一の解を見つけることによって、種位置確認装置100により発見される。最初の推定値が与えられると、最適化問題（数８）を解くことによって最終推定値が種位置確認装置100によって発見される。
【００４１】
【数７】
2005503191.tif 000003
【００４２】
【数８】
2005503191.tif 000004
極大化問題は単一の解を有するかもしれないし、有しないかもしれない。極大化演算は、３DのUS種位置を３DのUS映像へより正確に相関させるために、変換ペア（T,ｔ）を最適化するのに有用である。
【００４３】
（１２）工程１２において、種位置確認装置100は、US映像内の３D種位置｛Si＝TRi+t|i=1,…,N｝を決定または計算し、それを３DのUS映像に表示する。種40は透明な着色円柱体としてモニター上の３DのUS映像内に現れる。
【００４４】
（１３）種位置確認装置100を使って、ユーザーはモニター115に表示された映像を見ることにより３DのUS映像に関して種40の位置を視覚化する。
【００４５】
こうして、冒された組織の領域に関して注入された近接照射療法種の３次元位置を決定するための装置及び方法が示された。当該装置及び方法により、医者はコンピュータ断層撮影映像を使用することなく、超音波及びX線透視映像を使って生成された映像を調べることにより放射線療法のドーズ量を計算することができる。装置は携帯用のCアームFL装置も組み込むことができる。固定された（予め決定された）FL映像幾何構造を使用するかまたはFL映像を正確に較正する必要はない（例えば、各FL画像は異なる、未知の倍率を有する）。固定された外部の信頼できる装置もまた必要ない。
【００４６】
また、本発明は他の映像からではなくX線透視映像から種位置を再構成するため、従来可能であったものより多くのさまざまなセッティングで実施され得る。例えば、本発明は手術室内で実施され得る。放射線療法シミュレータ寝台または他の特別な器具は必要ない。
【００４７】
本発明は手術室内で実施されるため、患者が特別の医療映像装置を有する他の部屋で厳密に再配置される必要がない。また、本発明の装置及び方法は、種の位置が、計画され予め注入された種の座標から決定されるのではなく、最近に捕捉されたUS治療体積／映像内の注入時における実際の３D種位置に基づいて決定される点で従来技術と相違する。したがって、３D種位置は従来技術のシステムより正確に同定され、ユーザーは結論を確実なものにできる。治療中の組織に対するドーズ量測定は手術室内で決定され、治療計画のダイナミックな調節が可能である。
【００４８】
図３に示されるように、本発明のひとつの実施例は、ひとつまたはそれ以上のプロセッサ130に工程１〜１３のシーケンスを実行させるプログラムされた命令のセットが含まれるところのコンピュータ読取可能媒体135または140から成る。ひとつの実施例において、該プロセッサ及びコンピュータ読取可能媒体はコンピュータ110内部に構成される。本発明のひとつの実施例において、コンピュータ読取可能媒体140はハードディスクである。オペレーティングシステム145及びグラフィカル・ユーザー・インターフェース150は本発明のひとつの実施例においてハードディスク140上に保存される。
【００４９】
再び図３を参照して、本発明のひとつの実施例は医療映像インターフェース170を含む。この実施例において、コンピュータ110は超音波及びX線透視映像をそれぞれ超音波映像装置173及びX線透視映像装置175から捕捉する。本発明の変形的実施例において、医療映像インターフェース170に替わって、またはそれとともにネットワークインターフェース160が与えられる。この変形的実施例において、コンピュータ110は医療映像インターフェース170またはネットワークインターフェース160のいずれかを通じて超音波及びX線透視映像を捕捉する。本発明のひとつの実施例において、医療映像は図示されるような電子ネットワーク165への接続を通じてネットワークインターフェース160により得られる。
【００５０】
本発明のひとつの実施例は上記した工程１〜１３を達成する際にユーザーを案内するための、コンピュータ生成されたグラフィカルユーザーインターフェース(GUI)150から成る。好適にはGUI150は、当業者に周知の方法でモニター115、キーボード120、及びマウス125を使ってコンピュータシステム110上で実行される。GUI150はUS及びFLデータを解析することによって注入された種の領域の改良された３D映像を形成する。その後GUI150により改良された３D映像を表示することによって、ユーザーは領域内に注入された種の位置を同定することができる。
【００５１】
図５はグラフィカルユーザーインターフェース150のひとつの実施例をより詳細に示している。プロセッサ130を通じて、GUI150はキーボード120、マウス125、メモリ135及びハードディスク140のようなデータ入力ソースと相互作用する。GUI150はプロセッサ130を介してネットワークインターフェース160だけでなく医療映像インターフェース170とも相互作用する。
【００５２】
これらのデータソースのいずれかから、GUI150は本発明の工程1に従って注入された種の３D領域の映像を表す３DのUSデータ151を与えられる。ここで議論される工程は図４に関して説明される。GUI150は本発明の工程４に従って同じ領域の複数のK個のFL映像を表すFLデータ153を与えられる。
【００５３】
データアナライザ152は３DのUSデータ151を解析する。本発明のひとつの実施例において、データアナライザ152は３DのUSデータ151を解析するべくソース120、125、135、140、160または170から入力されたデータ155を使用する。データアナライザ152は本発明の工程2に従い注入されたマーカーの数に対応する数Mを受信する。この数Mはデータ155内で構成される。
【００５４】
データアナライザ152は本発明の工程３に従いM個の非常に見やすいマーカーを探しだす。上記したように、本発明のひとつの実施例において、ユーザーはM個の非常に見やすいマーカーを探すべく入力155を与える。変形的実施例において、データアナライザ152は、医療映像の当業者に周知のさまざまな判別技術を使ってM個の可視性の高いマーカーを自動的に探しだす。
【００５５】
データアナライザ152は一組のベクトルQ1,Q2,…,QMとしてメモリ内にこれらの可視性の高いマーカーの３D座標を保存する。例として、座標ベクトルが保存されるところのメモリは典型的にメモリ135または140のような装置100のパーソナルコンピュータに付随するメモリである。
【００５６】
データアナライザ152はまたFLデータ153を解析する。データアナライザ152は本発明の工程５に従いFLデータ153内部で構成されたFL映像J1,J2,…,JK内に現れる注入マーカーを探しだす。上記したように、本発明のひとつの実施例において、ユーザーは各FL映像J1,J2,…,JK内に現れる注入マーカーを探しだすべく入力155を与える。変形的実施例において、データアナライザ152は医療映像の当業者に周知のさまざまな判別技術を使って各マーカーを自動的に探しだす。
【００５７】
本発明のひとつの実施例において、データアナライザ152はメモリ内に各マーカーのFL座標157を保存する。例として、FL座標157が保存されるところのメモリは典型的にメモリ領域135または140のような装置100のパーソナルコンピュータに付随するメモリである。
【００５８】
上述したものと同様に、データアナライザ152は本発明の工程８に従いFLデータ153内で構成されるFL映像J1,J2,…,JK内に現れる注入種を探しだす。上記したように、本発明のひとつの実施例において、ユーザーは各FL映像J1,J2,…,JK内に現れる注入種を探しだすべく入力155を与える。変形的実施例において、データアナライザ152は医療映像の当業者に周知のさまざまな判別技術を使って種を自動的に探しだす。
【００５９】
本発明のひとつの実施例において、データアナライザ152はメモリ内に種のFL座標157を保存する。例として、FL座標157が保存されるところのメモリは典型的にメモリ領域135または140のような装置100のパーソナルコンピュータに付随するメモリである。
【００６０】
本発明の工程６及び９に従い、座標再構成器154は、どの２D位置が同じ種（及びマーカー）に対応するのかを決定するために、映像J1,J2,…,JK上に現れるそれぞれの種（及びマーカー）の離散的２D位置157をデータアナライザ152から受信する。その後、本発明の工程１０に従い、座標再構成器154は、種の３DのFL座標R1,R2,…,RN及び３DのFL座標P1,P2,…,PMを再構成する。本発明のひとつの実施例において、座標再構成器154は後で呼び出して処理するために座標Ri及びPiの各セットを保存する。例として、３DのFL座標が保存されるところのメモリは典型的にメモリ領域135または140のような装置100のパーソナルコンピュータに付随するメモリである。
【００６１】
座標相関器156は本発明の工程１１に従い、座標再構成器154によって与えられた３DのFLマーカーポイントPiをデータアナライザ152により与えられた対応する３DのUS位置Qiへマッピングする。その後、それは３DのFL種ポイントRiを対応する３DのUS位置Siへマッピングする。その後、改良された映像生成器158は本発明の工程１３に従い、３DのUS映像内の種の位置を表示する３D映像を生成する。その後、本発明の工程１３に従い、ユーザーは改良された映像をモニター115上で視覚化する。
【００６２】
図６は、GUI150のひとつの実施例に従うPCディスプレイのスクリーン写真600を示す。図６は一例として示されている。図６からわかるように、GUI150はいくつかの特徴を有する。バック(Back)ボタン610によりユーザーはエラーを固定するようバックアップすることができる（例えば、工程４から工程３へ戻る）。アーカイブセーブ(ArchiveSave)ボタン620によりユーザーはあらゆる工程でのワークを保存し、後にその工程において方法を再開することができる。上記したように、工程１〜１３は図４に示されたものと異なる順序で並べられても良く、それも本発明の態様内にあることは当業者の知るところである。GUI150により本発明の装置のユーザーはユーザーにとってフレキシブルな方法で発明の工程を実施することができる。
【００６３】
図６に示されるように、GUI150により、ユーザーは複数の３DのUS映像640の中からひとつの３DのUS映像630を選択することができる。同様にして、GUI150により、ユーザーは解析用のFL映像650を選択することができる。GUI150により、ユーザーは３DのUS映像に関して決定された３Dの種位置を視覚化することができる。
【００６４】
上記説明は詳細に記述されてきたが、これらの詳細は発明の態様を限定するものではなく、実施例の例示にすぎない。発明の思想及び態様内で当業者はさまざまな変形を行うことができる。例として、本発明は前立腺以外の組織中の物質を識別するのに使用されてもよい。発明の装置及び方法は他の医学療法または他の３D医療映像目的で使用されても良い。本発明のさらに他の非医学的３D映像応用は当業者にとって自明である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、本発明の装置及び方法用に座標空間を方向付けるのに使用される好適な注入幾何構造の３次元図である。
【図２】図２は、本発明の実施例とともに使用される注入幾何構造の側面図である。
【図２ａ】図２aは、本発明の実施例とともに使用される注入されたマーカーの位置を示す注入幾何構造のAP図である。
【図２ｂ】図２bは、本発明の実施例内で使用されるFL映像捕捉の幾何構造を示す側面図である。
【図２ｃ】図２cは、種と識別可能なマーカーを示す３つのFL映像の略示図である。
【図３】図３は、本発明の装置の実施例のブロック図である。
【図４】図４は、本発明に従う方法の実施例のフローチャート図である。
【図５】図５は、本発明の実施例のグラフィカル・ユーザー・インターフェースの構造のブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施例に従うグラフィカル・ユーザー・インターフェースのスクリーン表示である。
【図１】
2005503191.tif 000011
【図２】
2005503191.tif 000012
【図２ａ】
2005503191.tif 000013
【図２ｂ】
2005503191.tif 000014
【図２ｃ】
2005503191.tif 000015
【図３】
2005503191.tif 000016
【図４】
2005503191.tif 000017
【図５】
2005503191.tif 000018
【図６】
2005503191.tif 000019
【国際公開パンフレット】
2005503191.tif 000020
2005503191.tif 000021
2005503191.tif 000022
2005503191.tif 000023
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2005503191.tif 000062
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005503191.tif 000063
2005503191.tif 000064
【国際調査報告】
2005503191.tif 000065