(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー照射要素がオブジェクトにエネルギーを照射している間に、前記オブジェクト内の温度分布を決定する温度分布決定装置であって、
−  前記オブジェクト内の超音波測定領域に超音波を送り、前記超音波測定領域から超音波を受け取り、受け取った前記超音波に基づき時間依存の第１の超音波信号を生成する超音波デバイスと、
−  時間にわたり前記超音波測定領域に対する前記オブジェクト内の前記エネルギー照射要素の位置をトラッキングするトラッキングデバイスであって、ａ）前記エネルギー照射要素に取り付けられ、前記超音波デバイスから超音波を受け取り、受け取った前記超音波に基づいて第２の超音波信号を生成するように適応された超音波センサと、ｂ）受け取った前記第２の超音波信号に基づき前記エネルギー照射要素の位置を決定する位置決定部とを含む、トラッキングデバイスと、
−  生成された前記時間依存の第１の超音波信号に基づき、かつ時間にわたりトラッキングされた前記エネルギー照射要素の位置に基づき、前記オブジェクト内の温度分布を決定する温度分布決定部とを含む、
温度分布決定装置。
【請求項２】
前記温度分布決定部は、より低い温度範囲において、
−  生成された時間依存の第１の超音波信号に基づいて、前記超音波測定領域における時間依存の第１の温度分布を決定し、
−  修正可能なモデルパラメータに応じて、かつ時間にわたりトラッキングされる前記エネルギー照射要素の位置に応じて、前記オブジェクト内の時間依存のモデル温度分布を記述するモデルを提供し、
−  前記モデル温度分布が前記超音波測定領域における第１の温度分布に適応するようにモデルパラメータを修正することにより、前記エネルギー照射要素のトラッキングされた位置に基づき、かつ提供されたモデルに基づき、前記モデルパラメータを決定するように適応され、
前記温度分布決定部は、さらに、より高い温度範囲において、
−  提供されたモデルと決定されたモデルパラメータとに基づいて、前記オブジェクト内の第２の温度分布を決定するように適応されている、
請求項１に記載の温度分布決定装置。
【請求項３】
前記温度分布決定部は、生成された時間依存の第１の超音波信号に基づき、かつ時間にわたりトラッキングされた前記エネルギー照射要素の位置に基づき、前記時間依存の温度分布を決定するように適応された、
請求項２に記載の温度分布決定装置。
【請求項４】
前記オブジェクトは周期的に運動するオブジェクトであり、前記エネルギー照射要素は、前記オブジェクトにエネルギーを照射するために前記オブジェクトに接触し、前記オブジェクトと共に運動、前記温度分布決定部は、
−  時間にわたってトラッキングされた前記エネルギー照射要素の位置に基づき、前記オブジェクトの運動の運動フェーズを決定し、
−  前記時間依存の第１の温度分布の決定のために、決定された運動フェーズに対応する時に、前記時間依存の第１の超音波信号を用いるように適応されている、
請求項３に記載の温度分布決定装置。
【請求項５】
決定された運動フェーズは運動の静止フェーズである、
請求項４に記載の温度分布決定装置。
【請求項６】
前記オブジェクトは周期的に運動するオブジェクトであり、前記エネルギー照射要素は、前記オブジェクトにエネルギーを照射するために前記オブジェクトに接触し、前記オブジェクトと共に運動、前記温度分布決定部は、前記時間依存の第１の温度分布の決定のため、前記トラッキングデバイスが前記エネルギー照射要素の同じ位置を決定した時に、前記時間依存の第１の超音波信号を用いる、
請求項３に記載の温度分布決定装置。
【請求項７】
前記温度分布決定部は、生成された時間依存の第１の超音波信号に基づき、前記オブジェクトの運動を決定し、生成された時間依存の第１の超音波信号と、時間にわたりトラッキングされた前記エネルギー照射要素の位置と、前記オブジェクトの決定された運動とに基づき、前記温度分布を決定するように適応されている、
請求項１に記載の温度分布決定装置。
【請求項８】
前記オブジェクトは周期的に運動するオブジェクトであり、前記エネルギー照射要素は、前記オブジェクトにエネルギーを照射するために前記オブジェクトに接触し、前記オブジェクトと共に運動、前記温度分布決定部は、
−  時間にわたってトラッキングされた前記エネルギー照射要素の位置に基づき、前記オブジェクトの運動の運動フェーズを決定し、
−  前記温度分布の決定のために、決定された運動フェーズに対応する時に、前記時間依存の第１の超音波信号を用いるように適応されている、
請求項１に記載の温度分布決定装置。
【請求項９】
前記オブジェクトは周期的に運動するオブジェクトであり、前記エネルギー照射要素は、前記オブジェクトにエネルギーを照射するために前記オブジェクトに接触し、前記オブジェクトと共に運動、前記温度分布決定部は、前記時間依存の第１の温度分布の決定のため、前記トラッキングデバイスが前記エネルギー照射要素の同じ位置を決定した時に、前記時間依存の第１の超音波信号を用いる、
請求項１に記載の温度分布決定装置。
【請求項１０】
前記オブジェクトは生物の一部であり、エネルギーが前記オブジェクトをアブレーションするために前記生物に照射され、
前記温度分布決定装置は、さらに、アブレーションされる前記オブジェクト内の領域を確定するアブレーション領域を決定するアブレーション領域決定部を含み、
前記アブレーション領域決定部は、決定される温度分布が所定温度閾値よりも高い温度を含む前記オブジェクトの一部を決定することにより、アブレーションされる領域を決定するように適応されている、
請求項１に記載の温度分布決定装置。
【請求項１１】
前記超音波測定領域は前記オブジェクトに対して可動であり、
前記超音波測定領域が前記オブジェクトに対して動く間に、前記トラッキングデバイスは前記超音波測定領域の位置をトラッキングするように適応され、
前記温度分布決定部は、前記超音波測定領域のトラッキングされた位置と、生成された第１の超音波信号と、前記エネルギー照射要素のトラッキングされた位置とに基づき、前記オブジェクト内の温度分布を決定するように適応されている、
請求項１に記載の温度分布決定装置。
【請求項１２】
オブジェクトにエネルギーを照射するエネルギー照射システムであって、
−  前記オブジェクトにエネルギーを照射するエネルギー照射要素と、
−  請求項１に記載の、前記オブジェクトにエネルギーを照射することにより生じた前記オブジェクト内の温度分布を決定する温度分布決定装置とを有する、
エネルギー照射システム。
【請求項１３】
エネルギー照射要素がオブジェクトにエネルギーを照射している間に、前記オブジェクト内の温度分布を決定する温度分布決定方法であって、
−  超音波デバイスが、前記オブジェクト内の超音波測定領域に超音波を送り、前記超音波測定領域から超音波を受け取り、受け取った前記超音波に基づき時間依存の第１の超音波信号を生成するステップと、
−  トラッキングデバイスが、時間にわたり前記超音波測定領域に対する前記オブジェクト内の前記エネルギー照射要素の位置をトラッキングするステップであって、前記トラッキングデバイスは、ａ）前記エネルギー照射要素に取り付けられ、前記超音波デバイスから超音波を受け取り、受け取った前記超音波に基づいて第２の超音波信号を生成するように適応された超音波センサと、ｂ）受け取った前記第２の超音波信号に基づき前記エネルギー照射要素の位置を決定する位置決定部とを含む、ステップと、
−  温度分布決定部が、生成された前記時間依存の第１の超音波信号に基づき、かつ時間にわたりトラッキングされた前記エネルギー照射要素の位置に基づき、前記オブジェクト内の温度分布を決定するステップとを含む、
方法。
【請求項１４】
オブジェクト内の温度分布を決定するコンピュータプログラムであって、請求項１に記載の温度分布決定装置に、前記温度分布決定装置を制御するコンピュータにおいて実行されると、請求項１３に記載の温度分布決定方法のステップを実行させる、プログラムコード手段を含むコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オブジェクト内の温度分布を決定する温度分布決定装置、方法、及びコンピュータプログラムに関する。本発明は、さらに、オブジェクトにエネルギーを照射するエネルギー照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、レーザ照射器を用いて加熱されたオブジェクト内の温度分布を決定する温度分布決定装置を開示する。温度分布決定装置は、異なる時間にオブジェクトの複数の超音波画像を生成し、その複数の超音波画像中のレーザ照射器の位置を決定し、これらの位置を、超音波画像を互いにレジストレーションするために用いるように適応されている。温度は、レジストレーションされた画像に基づき、超音波温度測定により決定される。
【０００３】
特許文献１は、物質への選択的加熱を制御するデバイスを開示する。そのデバイスは、物質に超音波を結合するように適応された超音波発生部と、その材料から発せられる超音波を検出するように適応された超音波検出部と、検出された超音波に基づきその材料内の熱的及び構造的変化に関する情報を提供するパラメータを生成するように適応された評価部とを含む。そのデバイスは、さらに、その物質に熱を向かわせる加熱部を含む。超音波発生部と超音波検出部は、物質内の同じ位置に超音波を結合し、そこから超音波を検出できるように位置決めされ、物質と加熱部とに対して調節可能になっている。加熱部は、超音波発生部と超音波検出部との中間に配置される。
【０００４】
超音波温度測定では、超音波がオブジェクトに送られ、そのオブジェクト内で後方散乱された超音波が検出され、検出された、後方散乱された超音波に基づきオブジェクト内の温度分布が決定される。後方散乱された超音波による温度分布の決定は、温度の関数としてオブジェクト内の音速が変化し、これが後方散乱された超音波における明らかなシフトすなわち変位として表れることに基づく。静止しているオブジェクトの場合には、超音波温度測定により温度分布の正確な決定ができるが、動いているオブジェクトでは、超音波温度測定により決定される温度分布の精度は低くなり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，５７６，８７５Ｂ１号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｒ．  Ｌｅｍｕｒ著「Ｎｉｃｈｔ−ｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｋｏｎｔｒｏｌｌｅ  ｔｈｅｒｍｉｓｃｈｅｒ  Ｔｈｅｒａｐｉｅｎ  ｍｉｔ  Ｈｉｌｆｅ  ｄｅｓ  Ｕｌｔｒａｓｃｈａｌｌｓ：  Ｕｎｔｅｒｓｕｃｈｕｎｇｅｎ  ａｍ  Ｂｅｉｓｐｉｅｌ  ｄｅｒ  Ｌａｓｅｒ−Ｔｈｅｒａｐｉｅ」（Ｈｕｍｂｏｌｄｔ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｂｅｒｌｉｎ  （２００１））
【非特許文献２】Ａ．  Ａｎａｎｄ  ｅｔ  ａｌ．著「Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｓｐａｔｉａｌ  ａｎｄ  ｔｅｍｐｏｒａｌ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｉｎ  ｇｅｌ  ｐｈａｎｔｏｍｓ  ｕｓｉｎｇ  ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ」（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ  ａｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，  ５４（１），  ｐａｇｅｓ  ２３  ｔｏ  ３１  （２００７））
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、オブジェクト内の温度分布を決定する温度分布決定装置、方法、及びコンピュータプログラムに関する。これにより、オブジェクトが動いても、温度分布の正確な決定ができる。本発明のさらに別の目的は、オブジェクトにエネルギーを照射するエネルギー照射システムを提供することである。このシステムは、温度分布決定装置を含む。
【０００８】
本発明の第１の態様によると、エネルギー照射要素がオブジェクトにエネルギーを照射している間に、前記オブジェクト内の温度分布を決定する温度分布決定装置が提供される。該温度分布決定装置は、
−  前記オブジェクト内の超音波測定領域に超音波を送り、前記超音波測定領域から超音波を受け取り、受け取った前記超音波に基づき時間依存の第１の超音波信号を生成する超音波デバイスと、
−  時間にわたり前記超音波測定領域に対する前記オブジェクト内の前記エネルギー照射要素の位置をトラッキングするトラッキングデバイスであって、ａ）前記エネルギー照射要素に取り付けられ、前記超音波デバイスから超音波を受け取り、受け取った前記超音波に基づいて第２の超音波信号を生成するように適応された超音波センサと、ｂ）受け取った前記第２の超音波信号に基づき前記エネルギー照射要素の位置を決定する位置決定部とを含む、トラッキングデバイスと、
−  生成された前記時間依存の第１の超音波信号に基づき、かつ時間にわたりトラッキングされた前記エネルギー照射要素の位置に基づき、前記オブジェクト内の温度分布を決定する温度分布決定部とを含む。
【０００９】
温度分布決定部は、温度分布を決定するとき、エネルギー照射要素の位置も考慮するので、例えば、オブジェクトの運動によりエネルギー照射要素が動いたとしても、超音波測定領域に対するエネルギー照射要素の正しい位置が常に考慮される。エネルギー照射要素は、オブジェクトにエネルギーを照射し、熱源と見なしても良い。これにより、温度分布をより正確に決定できる。
【００１０】
超音波測定領域は、平面であっても良く、超音波スキャンされるスキャン平面であると見なしてもよい。超音波測定領域は、一又は複数の平面を含んでいてもよく、これらは互いに平行であっても、または直交していてもよい。超音波デバイスは、２次元又は３次元の超音波プローブを含み得る。すなわち、２次元又は３次元の超音波測定領域を超音波スキャンする１次元又は２次元の超音波トランスデューサアレイを有する超音波プローブを含み得る。超音波デバイスを用いてオブジェクトをイメージングしてもよい。これは、エネルギーを照射する前にエネルギー照射要素をオブジェクトに挿入できる、オブジェクト内の挿入経路を見つけるためである。
【００１１】
オブジェクトは、好ましくは、人または動物などの生物の一部である。特に、オブジェクトは肝臓又はその他の器官であってもよい。エネルギー照射要素は、肝臓又はその他の器官内の腫瘍領域又はその他の領域をアブレーションするように適応され得る。
【００１２】
一実施形態では、前記温度分布決定部は、より低い温度範囲において、ａ）生成された時間依存の第１の超音波信号に基づいて、超音波測定領域における時間依存の第１の温度分布を決定し、ｂ）修正可能なモデルパラメータに依存し、時間にわたりトラッキングされるエネルギー照射要素の位置に依存して、オブジェクト内の時間依存のモデル温度分布を記述するモデルを提供し、ｃ）エネルギー照射要素２のトラッキングされた位置に基づき、かつ提供されるモデルに基づき、モデル温度分布が超音波測定領域における第１の温度分布に適合されるように、特に、モデル温度分布の超音波測定領域における第１の温度分布からの変位が最小化されるように、モデルパラメータを修正することにより、モデルパラメータを決定するように適応され、前記温度分布決定部は、さらに、より高い温度範囲において、提供されたモデルと決定されたモデルパラメータとに基づいて、前記オブジェクト内の第２の温度分布を決定するように適応されている。より低い温度範囲は、好ましくは、超音波温度測定により温度が測定可能な温度範囲であり、より高い温度範囲は、好ましくは、超音波温度測定により温度が測定不能な温度範囲である。モデルは、エネルギー照射要素により照射される熱量と、熱が照射される時間などのさらに別のパラメータに依存してもよい。この場合、モデルパラメータを決定するとき、及び第２の温度分布を決定するとき、これらの別のパラメータを考慮してもよい。モデルパラメータは、例えば、オブジェクトの熱伝導率と電気伝導率である。
【００１３】
前記温度分布決定部は、生成された時間依存の第１の超音波信号に基づき、かつ時間にわたりトラッキングされた前記エネルギー照射要素の位置に基づき、前記時間依存の温度分布を決定するように適応されていてもよい。特に、前記オブジェクトは、周期的に運動するオブジェクトであり、呼吸により動いてもよく、前記エネルギー照射要素は、前記オブジェクトにエネルギーを照射するために前記オブジェクトに接触し、前記オブジェクトと共に運動、前記温度分布決定部は、ａ）時間にわたってトラッキングされた前記エネルギー照射要素の位置に基づき、前記オブジェクトの運動の運動フェーズを決定し、ｂ）時間にわたる前記第１の温度分布の決定のために、決定された運動フェーズに対応する時に第１の超音波信号を用いるように適応されていてもよい。例えば、運動プロファイル又は運動波形は、時間にわたりトラッキングされたエネルギー照射要素の位置から決定されてもよく、ある運動フェーズは、運動プロファイル又は運動波形から決定されてもよい。好ましくは、決定された運動フェーズは運動の静止フェーズである。温度分布決定部は、それゆえ、運動モーションゲーティッドされた第１の温度分布を提供するように適応し得る。
【００１４】
時間依存の第１の温度分布を決定するため、異なる運動器官の同じ運動フェーズに対応する時の第１の超音波信号のみを用いる場合、超音波信号の一部、例えば、２次元又は３次元の超音波フレームは、オブジェクトの同じ部分に関連することが起こりえる。これにより、決定される時間依存の第１の温度分布の精度が改善し、それゆえ時間依存の第１の温度分布に基づくモデルパラメータの決定の精度が改善し、決定されるモデルパラメータに基づいて決定される第２の温度分布の精度が改善する。
【００１５】
温度分布決定部は、好ましくは、第１の超音波信号に基づいて第１の温度分布を決定するのに、既知の超音波温度測定手法を用いる。例えば、第１の温度分布決定部は、非特許文献２に記載された手法を用いるように適応されていてもよい。この文献はここに参照援用する。超音波温度測定手法は、異なる時点における超音波後方散乱の、すなわち第１の超音波信号の分析に基づく。これらの異なる時点が同じ運動フェーズに、特に静止フェーズに対応する場合、第１の温度分布決定の精度は改善され得る。
【００１６】
また、好ましくは、前記オブジェクトは周期的に運動するオブジェクトであり、前記エネルギー照射要素は、前記オブジェクトにエネルギーを照射するために前記オブジェクトに接触し、前記オブジェクトと共に動くとき、前記温度分布決定部は、前記時間依存の第１の温度分布の決定のため、前記トラッキングデバイスが前記エネルギー照射要素の同じ位置を決定した時に、前記時間依存の第１の超音波信号を用いる。これにより、第１の温度分布を決定するために、オブジェクトの同じ部分に対応する、第１の超音波信号の温度部分のみが用いられる可能性が高くなり得る。これにより、さらに、第１の温度分布の決定の精度、及びそれゆえにモデルパラメータの精度、及び決定されたモデルパラメータに基づいて決定される第２の温度分布の精度が向上し得る。
【００１７】
トラッキングデバイスは、ａ）エネルギー照射要素に取り付けられ、超音波デバイスから超音波を受け取り、受け取った超音波に基づき第２の超音波信号を生成するように適応されている超音波センサと、ｂ）受け取った第２の超音波信号に基づき、エネルギー照射要素の位置を決定するように適応されている位置決定部とを含む。超音波デバイスにより生成される超音波を用いてエネルギー照射要素の位置を決定し、超音波の伝搬領域が超音波測定領域のロケーションを確定するので、この種のエネルギー照射要素の位置の自動決定により、超音波測定領域のロケーションに対するこの位置が得られる。よって、超音波測定領域のロケーションに対するエネルギー照射要素の位置を比較的単純な方法で決定でき、特に、電磁的（ＥＭ）又は光学的形状検知（ＯＳＳ）ローカリゼーションセンサなどさらに別のローカリゼーションセンサ（ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｏｒｓ）を必ずしも必要としない。しかし、追加的に、トラッキングデバイスは、超音波測定領域の位置に対するエネルギー照射要素の位置をトラッキングするため、ＥＭトラッキング又はＯＳＳトラッキングを用いるように適応されていてもよい。特に、ＥＭ及び／又はＯＳＳセンサは、エネルギー照射要素と超音波デバイスに取り付けられ、又は組み込まれても良い。これは、超音波測定領域の位置に対するエネルギー照射要素の位置を決定するためである。
【００１８】
超音波センサは、受け取った超音波に基づき第２の超音波信号を生成する共重合体圧電物質（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ  ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を含み得る。超音波センサは好ましくは受動モードのみである。すなわち、好ましくは、単に、超音波を受け取り、受け取った超音波に基づいて超音波信号を生成する。一又は複数の超音波センサがエネルギー照射要素に取り付けられてもよい。
【００１９】
エネルギー照射要素は、オブジェクトにアブレーションエネルギーを照射するアブレーション電極、特に無線周波数（ＲＦ）アブレーション電極を含み得る。アブレーション要素は、アブレーション電極を有するカテーテル又はニードルを含み得る。超音波センサはそのカテーテル又はニードルに取り付けられてもよい。エネルギー照射要素は、オブジェクトにアブレーション電極を導入するイントロデューサシース（ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｒ  ｓｈｅａｔｈ）を含み得る。超音波センサはそのイントロデューサシースに取り付けられてもよい。
【００２０】
一実施形態では、前記温度分布決定部は、生成された時間依存の第１の超音波信号に基づき、前記オブジェクトの運動を決定し、生成された時間依存の第１の超音波信号と、時間にわたりトラッキングされた前記エネルギー照射要素の位置と、前記オブジェクトの決定された運動とに基づき、前記温度分布を決定するように適応されている。例えば、時間依存の第１の超音波信号は、複数の２次元又は３次元の超音波フレームを含む時間依存の超音波画像であり得る。時間的に隣接する超音波フレームは、相互相関手順などの類似性測度を適用することにより、比較されてもよい。静止した運動フェーズの決定は、隣接する超音波フレームが最も類似している時間領域を決定することにより行う。すなわち、例えば、時間的に隣接する画像の類似性が極大である時間領域が決定され得る。温度分布決定部は、温度分布を決定するため、エネルギー照射要素のトラッキングされた位置と共に、静止した運動フェーズに対応する超音波フレームのみを用いるように適応されていてもよい。また、これにより、決定される温度分布の精度がさらに向上し得る。例えば、第１の時間依存の温度分布は、超音波温度測定により、静止フェーズに対応する超音波フレームのみに基づいて決定し得る。この第１の時間依存の温度分布は、すでに、最終的に決定される温度分布であってもよく、または上記の熱的モデルのモデルパラメータを決定するために、さらに用いられても良い。決定されるモデルパラメータは、超音波温度測定により温度分布を決定できない温度範囲内の第２の温度分布を決定するために用いられても良い。
【００２１】
一実施形態では、前記オブジェクトは周期的に運動するオブジェクトであり、前記エネルギー照射要素は、前記オブジェクトにエネルギーを照射するために前記オブジェクトに接触し、前記オブジェクトと共に運動、前記温度分布決定部は、ａ）時間にわたってトラッキングされた前記エネルギー照射要素の位置に基づき、前記オブジェクトの運動の運動フェーズを決定し、ｂ）前記温度分布の決定のために、決定された運動フェーズに対応する時に、前記時間依存の第１の超音波信号を用いるように適応されている。代替的に又は追加的に、温度分布決定部は、温度分布の決定のために、トラッキングデバイスが決定した、エネルギー照射要素の同じ位置における時間依存の第１の超音波信号を用いるように適応されていてもよい。決定される温度分布は、超音波温度測定により決定される第１の温度分布であってもよい。この第１の温度分布はユーザに示されても良い。超音波温度測定により決定される第１の温度分布は、熱的モデルのモデルパラメータを決定するのにさらに用いられても良い。決定されたモデルパラメータは、熱的モデルと共に、超音波温度測定により温度を決定できない温度範囲における第２の温度分布を決定するのに用いられ得る。
【００２２】
温度分布決定装置は、好ましくは、温度分布に影響する、オブジェクトの内部抗争を示す内部構造データを提供する内部構造提供部をさらに含む。前記温度分布決定部は、生成された時間依存の第１の超音波信号と、時間にわたりトラッキングされた前記エネルギー照射要素と、提供された内部構造データとに基づき、温度分布を決定するように適応されていてもよい。
【００２３】
オブジェクトが生物の一部であり、エネルギーがその生物の一部をアブレーションするために、その生物に照射されるとき、温度分布決定装置は、好ましくは、さらに、アブレーションされたそのオブジェクト内の部分を確定するアブレーション領域を決定するアブレーション領域決定部を含んでいてもよい。前記アブレーション領域決定部は、決定される温度分布が所定温度閾値よりも高い温度を含む前記オブジェクトの一部を決定することにより、アブレーションされる領域を決定するように適応されている。関心領域は好ましくは腫瘍領域であり、完全にアブレーションされるべきものである。決定されたアブレーション領域と腫瘍領域とは表示されてもよい。これにより医師がそれらを容易に比較して、アブレーション領域が腫瘍領域を完全にカバーすることを確認できるようにするためである。
【００２４】
一実施形態では、超音波測定領域は、特に超音波デバイスとそれによる超音波測定領域は、オブジェクトに対して運動得る。前記超音波測定領域が前記オブジェクトに対して動く間に、前記トラッキングデバイスは、特に超音波デバイスの位置をトラッキングすることにより、前記超音波測定領域の位置をトラッキングするように適応され、前記温度分布決定部は、前記超音波測定領域のトラッキングされた位置と、生成された第１の超音波信号と、前記エネルギー照射要素のトラッキングされた位置とに基づき、前記オブジェクト内の温度分布を決定するように適応されている。例えば、超音波測定領域の異なる位置について、温度分布が決定され得る。これらの温度分布は結合（ｓｔｉｔｃｈ  ｔｏｇｅｔｈｅｒ）され、オブジェクトの大きな部分を、特にオブジェクト全体をカバーする温度分布を提供し得る。
【００２５】
本発明の他の態様では、オブジェクトにエネルギーを照射するエネルギー照射システムが提供される。エネルギー照射システムは、
−             前記オブジェクトにエネルギーを照射するエネルギー照射要素と、
−             請求項１に記載の、前記オブジェクトにエネルギーを照射することにより生じた前記オブジェクト内の温度分布を決定する温度分布決定装置とを有する。
【００２６】
本発明の別の一態様では、エネルギー照射要素がオブジェクトにエネルギーを照射している間に、前記オブジェクト内の温度分布を決定する温度分布決定方法が提供される。該温度分布決定方法は、
−  超音波デバイスが、前記オブジェクト内の超音波測定領域に超音波を送り、前記超音波測定領域から超音波を受け取り、受け取った前記超音波に基づき時間依存の第１の超音波信号を生成するステップと、
−  トラッキングデバイスが、時間にわたり前記超音波測定領域に対する前記オブジェクト内の前記エネルギー照射要素の位置をトラッキングするステップであって、前記トラッキングデバイスは、ａ）前記エネルギー照射要素に取り付けられ、前記超音波デバイスから超音波を受け取り、受け取った前記超音波に基づいて第２の超音波信号を生成するように適応された超音波センサと、ｂ）受け取った前記第２の超音波信号に基づき前記エネルギー照射要素の位置を決定する位置決定部とを含む、ステップと、
−  温度分布決定部が、時間にわたり生成された前記時間依存の第１の超音波信号に基づき、かつ時間にわたりトラッキングされた前記エネルギー照射要素の位置に基づき、前記オブジェクト内の温度分布を決定するステップとを含む。
【００２７】
本発明の他の一態様において、オブジェクト内の温度分布を決定するコンピュータプログラムが提供される。該コンピュータプログラムは、請求項１に記載の温度分布決定装置に、前記温度分布決定装置を制御するコンピュータにおいて実行されると、請求項１３に記載の温度分布決定方法のステップを実行させる、プログラムコード手段を含む。
【００２８】
言うまでもなく、請求項１の温度分布決定装置、請求項１２のエネルギー照射システム、請求項１３の温度分布決定方法、及び請求項１４の温度分布を決定するコンピュータプログラムは、類似の及び／又は同一の好ましい実施形態を有し、特に従属項に記載した実施形態を有する。
【００２９】
言うまでもなく、本発明の好ましい実施形態は、従属項または上記の実施形態の、各独立項との任意の組合せであり得る。
【００３０】
本発明の上記その他の態様を、以下に説明する実施形態を参照して明らかにし、説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】人にエネルギーを照射するエネルギー照射システムの一実施形態を模式的かつ例示的に示す図である。
【図２】エネルギー照射システムのエネルギー照射要素の一実施形態を模式的かつ例示的に示す図である。
【図３】エネルギー照射要素が人にエネルギーを照射しそれによりその人を加熱している間に、その人内の温度分布を決定する温度分布決定方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、オブジェクトにエネルギーを照射するエネルギー照射システムの一実施形態を模式的かつ例示的に示す図である。この実施形態では、システム１は、患者台などの指示手段４上に横たわった人内の主要をアブレーションするアブレーションシステムである。システム１は、人３に、特に人３内の腫瘍にエネルギーを照射するエネルギー照射要素２を含む。この実施形態では、エネルギー照射要素２は、図２に模式的かつ例示的に示したアブレーションニードル２の先端５にアブレーション電極４０と超音波センサ４１とを含むアブレーションニードルである。
【００３３】
アブレーション電極４０により人３に照射されるエネルギーは、好ましくはＲＦエネルギーである。アブレーション電極４０はアブレーションエネルギー制御部１２に電気的に接続されている。アブレーションエネルギー制御部１２は、ＲＦエネルギーの照射を制御するように適応されている。この実施形態では、アブレーションエネルギー制御部１２は、ＲＦエネルギーを供給するＲＦソースを含む。
【００３４】
システム１は、さらに、ＲＦエネルギーが人３に照射されている間に、人３内の空間及び時間に依存する温度分布を決定する温度分布決定装置を含む。温度分布決定装置は、この実施形態では、人３の肝臓２０内の超音波測定領域に超音波７２を送り、超音波測定領域から超音波を受け取り、受け取った超音波に基づき時間依存の第１の超音波信号を生成する超音波プローブ７１を含む。
【００３５】
エネルギー照射要素２に取り付けられた超音波センサ４１は、超音波プローブ７１から超音波７２を受け取り、受け取った超音波に基づき第２の超音波信号を生成するように適応されている。位置決定部１８は、受け取った第２の超音波信号に基づき、超音波測定領域に対するエネルギー照射要素２の位置を決定するように適応されている。それゆえ、超音波センサ４１と位置決定部１８とは、超音波測定領域に対する超音波センサ４１の位置及びそれゆえエネルギー照射要素２の位置をトラッキングし、超音波測定領域に対する肝臓２０内のエネルギー照射要素２の位置をトラッキングするトラッキングデバイスを構成すると考えられる。位置決定部１８は、米国特許出願公開第２０１３／００４１２５２Ａ１に、又はＪａｙ  Ｍｕｎｇ、Ｆｒａｎｃｏｉｓ  Ｖｉｇｎｏｎ及びＡｍｅｅｔ  Ｊａｉｎ著「Ａ  Ｎｏｎ−ｄｉｓｒｕｐｔｉｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｒｏｂｕｓｔ  ３Ｄ  Ｔｏｏｌ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ−Ｇｕｉｄｅｄ  Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎｓ」（ＭＩＣＣＡＩ  １，  ｖｏｌｕｍｅ  ６８９１  ｏｆ  Ｌｅｃｔｕｒｅ  Ｎｏｔｅｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ｐａｇｅｓ  １５３  ｔｏ  １６０，  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  （２０１１））に記載された手法などの既知の手法を用いて位置を決定するように適応され得る。上記文献はここに参照援用する。
【００３６】
超音波センサ４１は、受け取った超音波７２に基づき第２の超音波信号を生成する共重合体圧電物質（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ  ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を含み得る。超音波センサ４１は好ましくは受動モードのみである。すなわち、好ましくは、単に、超音波を受け取り、受け取った超音波に基づいて超音波信号を生成する。図２では、１つの超音波センサのみを示したが、他の実施形態では、２つ以上の超音波センサをエネルギー照射要素に取り付けることもできる。
【００３７】
超音波測定領域は２次元または３次元であり得る。超音波測定領域は、２次元であるとき、超音波スキャンされるスキャン平面であると見なせる。一実施形態では、超音波測定領域は複数のスキャン平面を含み、これらは互いに平行であっても、または直交していてもよい。
【００３８】
温度分布決定装置は、さらに、生成された時間依存の第１の超音波信号に基づき、かつエネルギー照射要素２のトラッキングされた位置に基づき、肝臓２０内の温度分布を決定する温度分布決定部１５を含む。特に、温度分布決定部１５は、より低い温度範囲において、ａ）生成された時間依存の第１の超音波信号に基づいて、超音波測定領域における時間依存の第１の温度分布を決定し、ｂ）修正可能なモデルパラメータに依存し、時間にわたりトラッキングされるエネルギー照射要素の位置に依存して、肝臓２０内の時間依存のモデル温度分布を記述するモデルを提供し、ｃ）エネルギー照射要素２のトラッキングされた位置に基づき、かつ提供されるモデルに基づき、モデル温度分布が超音波測定領域における第１の温度分布に適合されるように、特に、モデル温度分布の超音波測定領域における第１の温度分布からの変位が最小化されるように、モデルパラメータを修正することにより、モデルパラメータを決定するように適応される。さらに、温度分布決定部１５は、好ましくは、さらに、より高い温度範囲において、提供されたモデルと決定されたモデルパラメータとに基づいて、肝臓２０内の時間依存の第２の温度分布を決定するように適応されている。より低い温度範囲は、超音波温度測定により温度が測定可能な温度範囲であり、より高い温度範囲は、超音波温度測定により温度が測定不能な温度範囲である。修正可能パラメータは、オブジェクトの熱的パラメータ又は電気的パラメータを含む。この実施形態では、人３の肝臓２０内の腫瘍がアブレーションされなければならず、修正可能モデルパラメータは肝臓２０の熱伝導率及び電気伝導率を含む。
【００３９】
モデルは、好ましくは、さらに、肝臓２０の加熱を確定する熱源パラメータに依存し、エネルギーはエネルギー照射要素２により照射される。熱源パラメータは、例えば、エネルギーが人３に照射される時間、エネルギーが人３に照射される量などを含む。熱源パラメータは、熱源パラメータ提供部１４により提供され得る。これは、エネルギーが照射される時間に関する情報、及びアブレーションエネルギー制御部１２からの照射エネルギーの量に関する情報を受け取っていてもよい。特に、アブレーション制御部１２から熱源パラメータ提供部１４へこの情報を送るため、アブレーションエネルギー制御部１２から熱源パラメータ提供部１４への連続したデータストリームがあり得る。
【００４０】
エネルギー照射要素は、さらに、エネルギー照射要素２の先端における温度を測定する一又は複数の温度検知要素、特に熱電対を含んでいてもよい。温度分布決定部１５は、ａ）超音波測定領域における及びエネルギー照射要素２のロケーションにおいてモデル化された温度分布と、ｂ）超音波測定領域における第１の温度分布との偏差と、エネルギー照射要素２の一又は複数の温度検知要素により測定されるエネルギー照射要素２のロケーションにおける温度とが最小化されるように、モデルパラメータを決定するように適応されていてもよい。
【００４１】
第１の加熱期間に、エネルギー照射要素２は、より低い温度範囲内の温度まで肝臓２０を加熱してもよい。この範囲では、第１の温度分布は超音波温度測定により決定できる。このように、より低い温度範囲は、好ましくは、５０℃より低い温度を含む。第１の温度分布は、超音波プローブ７１を作動させて人３に超音波を送り、後方散乱超音波を検出し、検出された後方散乱された超音波に基づき温度依存の第１の超音波信号を生成することにより、決定される。超音波プローブ７１は、２次元または３次元の超音波プローブであり、時間依存の第１の超音波信号は、一連の超音波フレームであり、これは超音波画像であると見なしても良い。各超音波フレームは取得時間（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ）にアサインされる。
【００４２】
肝臓２０、及び肝臓２０に挿入されたエネルギー照射要素２は、呼吸により周期的に動く。温度分布決定部１５は、好ましくは、時間にわたってトラッキングされたエネルギー照射要素２の位置に基づき、肝臓２０の運動の運動フェーズを決定し、決定された運動フェーズに対応する時間に、時間依存の第１の温度分布の決定のため、時間依存の第１の超音波信号、すなわちこの実施形態では超音波フレーム、を用いるように適応されている。決定された運動フェーズは、好ましくは運動の静止フェーズ（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ  ｐｈａｓｅ）であり、静止フェーズに取得された超音波フレームだけが、超音波温度測定により第１の温度分布の決定のために用いられるようになっている。これにより、第１の温度分布の決定の品質を改善できる。
【００４３】
超音波フレームの選択は、超音波温度測定により第１の温度分布を決定するために用いられるべきだが、エネルギー照射要素２のトラッキングされた位置に基づいて、他の方法でも実行できる。例えば、温度分布決定部１５は、エネルギー照射要素２は超音波測定領域に対して同じ位置に配置されている間、第１の温度分布の決定のため、取得された超音波フレームのみを用いるように適応され得る。また、これにより第１の温度分布の決定の品質を改善し得る。肝臓２０は呼吸のため動くが、選択される超音波フレームはおそらく肝臓２０の同じ部分に対応するからである。
【００４４】
温度分布決定部１５は、静止した運動フェーズ（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ  ｍｏｔｉｏｎ  ｐｈａｓｅ）を決定するため、取得された超音波フレームを直接用いるように適応されていてもよい。例えば、類似性測度（ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ  ｍｅａｓｕｒｅ）を時間的に隣接した超音波フレームに適用できる。類似性測度の適用により、二以上の隣接する超音波フレームが類似していることが分かると、肝臓２０が静止した運動フェーズにある間に、これらの超音波フレームが取得されたと仮定できる。異なる運動期間の静止した運動フェーズ中に取得された超音波フレームは、超音波温度測定により第１の温度分布を決定するのに用いることができる。
【００４５】
温度分布決定装置は、さらに、温度分布に影響する可能性がある、人３の内部構造を示す内部構造データを提供する内部構造提供部１６を含む。温度分布決定部１５は、温度分布決定の間、特に、モデルパラメータと第２の温度分布の決定の間に、提供された内部構造データを考慮するようにも適応されている。内部構造データは、好ましくは、人３の内部構造を示す、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）データや磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）データなどの形態学的画像データである。
【００４６】
一実施形態では、第１の加熱期間において、エネルギー照射要素２は、超音波温度測定により温度分布を測定できる、より低い温度範囲内の温度に肝臓組織を加熱し、超音波プローブ７１は、肝臓組織に超音波を送り、後方散乱超音波を検出し、時間依存の第１の超音波信号を、すなわちこの実施形態では、異なる時間の超音波フレームを生成する。温度分布決定部１５は、生成された時間依存の第１の超音波信号に基づいて、時間依存の第１の温度分布を決定する。超音波温度測定による時間依存の第１の温度分布の決定に、すべての超音波フレームが使われるわけではなく、静止した運動フェーズに、及び／又は超音波測定領域に対してエネルギー照射要素２の同じ位置に対応する超音波フレームのみが使われる。その後、温度分布決定部１５は、モデルにより確定されるモデル温度分布と、第１の温度分布との間の偏差が最小化されるようにモデルを適応することにより、肝臓組織の熱伝導及び電気伝導などの熱的モデルのモデルパラメータを決定する。モデル化のとき、超音波測定領域に対するエネルギー照射要素２の、すなわち熱源の位置、特に距離と、内部構造データと、エネルギー照射要素２により発生される熱量や加熱時間などの熱源パラメータとが考慮される。特に、温度分布をモデル化するため、内部構造データを用いて熱的モデルを初期化してもよい。内部構造データは、この実施形態では、好ましくは、ＣＴ画像やＭＲ画像などの、腫瘍領域を含む肝臓２０の医療画像である。医療画像では、腫瘍及びその他の構造、例えば血管が識別され、セグメントされている。この情報は、初期化された熱的モデルを提供するために、初期モデルパラメータと共に使われる。例えば、異なる識別されセグメント化された構造の熱的及び電気的パラメータは、初期熱的モデルを提供するために最初に提供され得る。初期モデルパラメータは、異種組織の熱伝導又は電気伝導などの組織特性であってもよく、その他のかん流パラメータ、有向流パラメータ等のパラメータであってもよい。かん流パラメータと有向流パラメータは、他の測定により知ることができ、事前に行われてもよい既知の情報を用いることにより、最初に決定してもよい。例えば、典型的流れ速度とかん流パラメータを決定するため、超音波ドップラー測定を行うことができる。一実施形態では、初期モデルは事前にすでに決定され初期化されており、温度分布決定部１５の記憶部からロードすればよい。
【００４７】
熱的モデルは、好ましくは、例えば、Ｈ．  Ｈ．  Ｐｅｎｎｅｓにより文献「Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｔｉｓｓｕｅ  ａｎｄ  ａｒｔｅｒｉａｌ  ｂｌｏｏｄ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｒｅｓｔｉｎｇ  ｈｕｍａｎ  ｆｏｒｅａｒｍ」（８５：５−３４，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ  （１９９８））において提案されたＢｉｏ−Ｈｅａｔ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｅｑｕａｔｉｏｎ  （ＢＨＴＥ）の有限要素法実装である。この文献はここに参照援用する。
【００４８】
ＢＨＴＥは熱拡散とかん流をモデル化している。熱源、すなわちエネルギー照射要素２のモデル化を含んでおり、ラプラス方程式が使われている。モデルは好ましくは、流体における熱伝達の式を用いることにより、大きな血管における有向流を考慮する。肝臓組織のモデルの場合、初期モデルパラメータは、例えば、電気伝導率０．１４８Ｓ／ｍ、熱伝導率０．４６５Ｗ／ｍＣ、密度１０６０ｋｇ／ｍ３、熱容量３６００Ｊ／Ｃｋｇ、及びかん流レート６．４ｘ１０−３／ｓである。さらに別の初期モデルパラメータは、電流分布と熱伝達に関するエネルギー照射要素特性の影響を考慮するために、各製造者により文書化されているように、エネルギー照射要素２の特性であり得る。
【００４９】
第１の温度分布とモデル化された温度分布との間の偏差を最小化することによりモデルパラメータを決定した後、第２の加熱期間において、肝臓組織が５０℃より高いアブレーション温度に、すなわち超音波温度測定により温度を測定できない、より高い温度範囲に加熱され、温度分布決定部１５は、第１の加熱期間に決定されたモデルパラメータ、すなわちこの場合には熱伝導率や電気伝導率などの組織パラメータを有する熱的モデルを用いることにより、第２の温度分布をモデル化する。第２の温度分布のモデル化は、好ましくは、エネルギー照射要素２及びにより発生される熱量、加熱時間、及びエネルギー照射要素２のトラッキングされた位置などの熱源パラメータも考慮する。さらに、温度分布決定部１５は、熱電対などの一または複数の温度検知要素により測定される温度も考慮するように適応し得る。温度検知要素はエネルギー照射要素２に取り付けられていてもよい。例えば、温度分布決定部１５は、エネルギー照射要素２のロケーションにおいて、モデル化される第２の温度分布の温度が、温度検知要素により測定された温度に近くなるようにモデルパラメータが決定された熱的モデルに基づいて、第２の温度分布をモデル化するように適応され得る。
【００５０】
温度分布決定装置は、さらに、アブレーションされる肝臓２０内の領域を確定するアブレーション領域を決定するアブレーション領域決定部１７を含む。アブレーション領域決定部１７は、モデル化された第２の温度分布が、所定の温度閾値より高い肝臓２０の一部分を決定することにより、アブレーション領域を決定するように適応されている。温度分布決定装置は、関心領域、この実施形態ではアブレーションすべき腫瘍領域を提供する関心領域提供部２２も含む。決定されたアブレーション領域と腫瘍領域はディスプレイ１９上に表示できる。例えば、決定されたアブレーション領域と腫瘍領域のオーバーレイをディスプレイ１９上に表示できる。所定の温度閾値は、例えば、６０℃、６５℃、又は７０℃である。
【００５１】
アブレーションエネルギー制御部１２は、決定された第２の温度分布に応じて、エネルギー照射要素２、すなわちアブレーションのパワーを制御するように適応し得る。特に、アブレーションエネルギー制御部１２は、腫瘍領域が完全にアブレーションされるように、アブレーションパワーを制御するように適応し得る。
【００５２】
肝臓２０にエネルギー照射要素２をナビゲーションするため、超音波プローブ７１により生成される超音波画像を用いてもよい。代替的に又は追加的に、人３内のエネルギー照射要素２を示す蛍光画像を生成するＸ線蛍光システム６を、エネルギー照射要素２を肝臓２０にナビゲーションするために用いてもよい。Ｘ線蛍光システム６は、好ましくは、台４上の人３を横切るＸ線８を発生するＸ線源７と、人３を横切ったＸ線８を検出するＸ線検出器９とを含むＸ線Ｃアームシステムである。Ｘ線蛍光システム６は、さらに、Ｘ線源７とＸ線検出器９とを制御する蛍光制御部１０を含む。Ｘ線検出器９は、人３のＸ線画像を生成する。これはディスプレイ１９上に表示し得る。Ｘ線蛍光システムは、異なる取得方向からＸ線画像を取得するのにも使える。蛍光制御部１０は、異なる取得方向で取得されたこれらのＸ線画像に基づいてコンピュータ断層撮影画像を再構成するように適応してもよい。再構成されたコンピュータ断層撮影画像は、人３の内部構造を示し、温度分布をモデル化する時に内部構造データとして用い得る。
【００５３】
この実施形態では、エネルギー照射要素２は手により直接ナビゲーションされる。他の一実施形態では、システムは、さらに、人内の所望のロケーションにエネルギー照射要素、特にアブレーションニードルをナビゲーションするナビゲーション部を含み得る。ナビゲーション部は、ユーザが、手で完全にまたは半自動的に、エネルギー照射要素をナビゲーションできるようにし得る。エネルギー照射要素は、内蔵ガイド手段を含んでいても良い。これはナビゲーション部により制御できる。エネルギー照射要素は、例えば、エネルギー照射要素を人内の所望のロケーションにガイドするため、例えば、ステアリングワイヤの使用により、操作及びナビゲーションされ得る。
【００５４】
以下、温度分布方法の一実施形態を、図３に示したフローチャートを参照して例示を用いて説明する。
【００５５】
ステップ１０１において、肝臓２０内の超音波測定領域に超音波が送られ、超音波測定領域から超音波が受け取られ、超音波プローブ７１により受け取られた超音波に基づき、時間依存の第１の超音波信号、すなわちこの実施形態では、異なる時間の超音波フレームが生成される。さらに、ステップ１０１において、肝臓内のエネルギー照射要素の位置がトラッキングデバイスによりトラッキングされる。ステップ１０１は、第１の加熱期間に実行され、ここでは、超音波温度測定により温度を測定可能な、より低い温度範囲内の温度まで、エネルギー照射要素２により、肝臓２０が加熱される。
【００５６】
以下のステップでは、時間依存の第１の超音波信号と、エネルギー照射要素のトラッキングされた位置とを用いて、温度分布、特に第１の温度分布と第２の温度分布を決定する。ステップ１０２において、超音波フレームが選択され用いられて、超音波温度測定により第１の温度分布を決定される。超音波フレームは、肝臓の静止した運動フェーズ中に、及び／又はエネルギー照射要素が超音波測定領域に対して等しい距離にあった時に取得されたものである。ステップ１０３において、モデルが提供される。これは、肝臓組織の電気伝導率及び熱伝導率などの修正可能なモデルパラメータに依存し、時間にわたるエネルギー照射要素の位置に依存して、肝臓２０内の時間依存のモデル温度分布を記述する。ステップ１０４において、モデル温度分布の、超音波測定領域における決定された第１の温度分布からの偏差が最小化されるように、モデルパラメータを修正することにより、エネルギー照射要素のトラッキングされた位置に基づき、かつ提供されたモデルに基づき、モデルパラメータが決定される。ステップ１０５において、これは、超音波温度測定により温度が測定できず、かつ肝臓組織をアブレーションできる、より高い温度範囲内の温度に、エネルギー照射要素が肝臓組織を加熱する間に行われ、温度分布決定部１５が、提供された熱的モデルと決定されたモデルパラメータとに基づいて、第２の温度分布をモデル化する。
【００５７】
熱的アブレーション法は、経験豊富な外科医であっても危険性がある大手術に対するすばらしい代替手法である。これらの手法は、ＲＦ療法、凍結療法、又はマイクロ波アブレーション療法を実行するように適応され得るニードルのみを必要とし、最小侵襲的であり、またはこれらは非侵襲的である。例えば、強力集束超音波（ＨＩＦＵ）源などの超音波加熱源などの非侵襲的加熱源を用いる。ほとんどの手順で、癌組織は６０℃より高い温度に加熱され、凝固される。
【００５８】
ＲＦアブレーション（ＲＦＡ）処置を実行するため、図１を参照して説明したシステムは、アクティブな電極チップ（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｔｉｐ）すなわちエネルギー照射要素２を有するプローブを含み、それを通して好ましくは４６０乃至５００ｋＨｚの交流電流が流される。電流は、人３の身体を通り、人３の背中または大腿部に配置された接地パッド（明確化のため図１には図示せず）に流れる。電流によりイオン化アジテーション（ｉｏｎｉｃ  ａｇｉｔａｔｉｏｎ）及び摩擦加熱が生じる。熱は熱伝導により拡散し、腫瘍領域をアブレーションする。この実施形態では、ＲＦＡを用いて肝臓癌を治療する。
【００５９】
図１を参照して説明した実施形態では、ＲＦＡは、Ｘ線Ｃアームシステムを用いたＸ線ガイドの下に、及び／又は超音波プローブを用いた超音波ガイドにより、行われる。しかし、ＲＦＡは、ＣＴイメージング又はＭＲイメージングに基づいてもよい他のガイドシステムを用いても実行できる。例えば１ヶ月以内に、ＣＴスキャン又はＭＲＩスキャンを用いてフォローアップ検査を行い、アブレーションの有効性を評価し、再び３ヶ月間隔で、腫瘍マーカーを用いて、残存疾患や再発を検出する。技術水準のアブレーション処置を行った後でも、比較的高い再発率が見られることが多い。これは、腫瘍細胞を適切に殺すのに十分なアブレーションサイズをモニタ及び制御できないことが多いことによる。それゆえに、図１を参照して上で説明したシステムは、好ましくは、アブレーションゾーンの温度マップを提供することにより、臨床医にリアルタイムのフィードバックを提供する。これは、ＭＲベースの温度イメージングを用いてリーズナブルな精度で実現できる。しかし、ＭＲイメージングは高価であり、簡単には行えない。超音波、ニードルの配置中の画像ガイドに用いることができる他のモダリティである。超音波は、使いやすく入手しやすいため、病変をモニタする方法としては好ましい。しかし、従来技術では、超音波は、Ｂモード画像においてハイパーエコー（ｈｙｐｅｒｅｃｈｏｉｃ）病変を可視化することにより治療をモニタするのに使われている。かかる可視化は単なる近似であり、治療の有効性の良いインジケータではない。
【００６０】
図１を参照して説明したシステムは、超音波プローブと、２次元または３次元の超音波温度測定（ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｙ）により第１の温度分布を決定する温度分布決定部とを用いる。超音波温度測定の基本原理は、組織中の音速が温度の関数として変化し、超音波エコー中の明白なシフト、すなわち変位として現れることである。結果として得られる「温度誘発ひずみ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｓｔｒａｉｎ）」は、超音波ビーム方向に沿って変位を微分することにより数学的に求められるが、５０℃までの範囲における温度上昇に名目的に比例する。しかし、問題は、様々な組織の音速の温度依存性のトレンドにバリエーションがあることにある。例えば、肝臓組織の場合、音速は、５０℃の温度範囲まで、温度と共にほぼリニアに大きくなり、それを過ぎるとトレンドはプラトーになる。よって、この温度範囲を超えた温度では超音波エコーシフトへの感度がない。また、組織壊死が始まり、その結果組織構造が変化すると、超音波エコーのシグネチャが大きく変化し、変位を決定するための超音波エコーの比較が困難になる。それゆえ、５０℃より高い温度では、音速の変化のトラッキングに基づく超音波温度測定は、組織内の温度の信頼できるインジケータではなくなる。
【００６１】
熱的モデルへのクリティカルな入力は、エネルギー照射要素のロケーションに対する、特にアブレーション電極のロケーションに対する、測定がされた空間的ロケーション、すなわち超音波測定領域のロケーションである。温度傾斜が比較的大きいとき、エネルギー照射要素の位置に対する、スキャン平面でもよい、超音波測定領域の位置の不確実性が、決定されたモデルパラメータ中の大きな誤差となり得る。また、呼吸運動などの生理的運動により、エネルギー照射要素に対する超音波測定領域の位置を正確に決めることができないという問題が増幅され、超音波温度測定の推定値、すなわち超音波温度測定により決定される第１の温度分布に誤差が生じる。超音波温度測定は、異なる時点において取得される超音波エコーのフェーズ変化をトラッキングする能力に依存するので、超音波温度測定の精度は、超音波温度測定により温度を決定するために比較される異なる時点における超音波信号が、同じ組織領域から発したものであるかに依存する。温度分布決定装置は、エネルギー照射要素の、特にアブレーション電極の同じ位置に、及びエネルギー照射要素の位置に対する超音波測定領域の同じ位置に対応する超音波取得のみが、超音波温度測定による温度の決定に用いられるように適応し得る。これはもちろん、超音波測定領域の位置に対するエネルギー＾照射要素の同じ位置に対応する。超音波測定領域に対するエネルギー照射要素の位置を決定するため、温度分布決定部は、好ましくは、例えば、米国特許出願公開第２０１３／００４１２５２Ａ１号またはＪａｙ  Ｍｕｎｇ  ｅｔ  ａｌ．著の上記の文献に開示された超音波センサベースのトラッキング技術を用いる。超音波センサベーストラッキングは、好ましくは、誤差が１ｍｍ未満である３次元位置精度を提供するように適応される。超音波センサからのトラッキング情報を用いて、エネルギー照射要素の、特にアブレーション電極のロケーションを求めることができる。このトラッキング情報を用いて、エネルギー照射要素のロケーションの変化をトラッキングできる。次にこれを用いて呼吸運動に関する情報を得ることができる。呼吸運動に関して得られた情報に基づいて、運動の静止フェーズ中に、超音波取得をゲーティングできる。超音波センサを用いて得られたトラッキング情報をさらに用いて、エネルギー照射要素からの超音波測定領域の距離、すなわち超音波測定領域の位置に対するエネルギー照射要素の位置を決定してもよい。
【００６２】
温度分布決定部は、好ましくは、生理的運動により生じる、及び熱的モデルにおける不正確な温度測定データにより生じる温度分布決定における不正確性を解決するように適応される。特に、呼吸により生じる運動により、超音波を用いて決定される温度の推定ご誤差が大きくなり得る。運動により、誇張された追加的エコーシフトを生じ、場合によってはエコーの無相関を生じることにより、超音波温度測定において用いられるエコートラッキングアルゴリズムが混乱する。熱的モデルにおける不正確な温度測定データの態様に関して、留意すべき点として、モデル化された温度の精度は、エネルギー照射要素の位置に対する超音波測定領域の位置の精度に依存する。温度分布決定部は、それゆえ、好ましくは、温度分布をモデル化するとき、エネルギー照射要素の位置に対する超音波測定領域の位置を、特に、超音波測定領域とアブレーション電極との間の距離を用いるように適応されている。
【００６３】
一又は複数の超音波センサを用いることにより得られた位置情報は、ローカルな呼吸により誘発された運動と見なしても良い。この情報を用いることにより、超音波データは呼吸サイクルの休止フェーズ（ｒｅｓｔｉｎｇ  ｐｈａｓｅ）において取得され得る。さらに、一又は複数の超音波センサを用いて取得した位置情報は、アブレーション電極に対する位置、特に超音波測定領域の距離を確定する。この情報は温度分布を推定する熱的モデルに結合され得る。
【００６４】
図１を参照して説明したシステムは、エネルギー照射要素の、特にアブレーション電極及び／又はイントロデューサ（ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｒ）の位置を連続的にトラッキングし、超音波プローブにより確定される超音波座標系中の位置を記録するように適応され得る。エネルギー照射要素の連続的にトラッキングされた位置に基づき、運動波形を決定してもよく、この運動波形を用いて運動の静止フェーズを検出してもよい。静止した運動フェーズに関するこの知識を用いて、これらの静止した運動フェーズに対応する超音波取得を選択しることができる。しかし、超音波データの、すなわち第１の超音波信号の取得は、エネルギー照射要素の連続的にトラッキングされた位置から決定される静止した運動フェーズにおいてのみ超音波データが取得されるように制御することもできる。エネルギー照射要素の連続的にトラッキングされた位置は、好ましくは、熱的モデルにより用いられ、超音波温度測定データ、すなわち図１を参照して説明した実施形態では、第１の温度分布が、エネルギー照射要素の位置に対する超音波測定領域の正しい位置における熱的モデルにおいて考慮される。
【００６５】
図１を参照して説明したシステムは、好ましくは、アブレーション処置中の、すなわち第２の加熱期間中の温度上昇をモニタし、アブレーション領域の大きさを最終的に推定するために、超音波温度測定と熱的モデル化を組み合わせるように適応されている。前治療フェーズにおいて、超音波プローブは、２次元または３次元の超音波プローブであってもよく、これを用いて、肝臓内の腫瘍へのエネルギー照射要素の挿入経路を特定するのに用い得る。さらにまた、第１の加熱期間中、すなわち治療の低パワー加熱フェーズ中、温度測定の推定値、すなわち第１の温度分布を取得するため、同じ超音波プローブを用いて、超音波後方散乱データ、すなわち第１の超音波信号を取得してもよい。このシステムは、好ましくは、エネルギー照射要素の位置をトラッキングし、エネルギー照射要素の位置座標を取得するように適応されている。これは、モーションゲーティッド（ｍｏｔｉｏｎ−ｇａｔｅｄ）超音波温度測定フレーム、すなわちモーションゲーティッドの第１の温度データを取得し、そのモーションゲーティッドの超音波温度測定フレームが参照する熱的モデルに正確に入力するためである。超音波測定領域が２次元スキャン平面であるとき、超音波プローブは好ましくは、エレベーション超音波ビーム幅がエネルギー照射要素に取り付けられた超音波センサに信号を生成するのに十分なカバレージを、たとえそれが横方向に数ミリメートル離れていても、有するように、適応されている。
【００６６】
エネルギー照射要素に取り付けられた超音波センサが超音波プローブの視野内にあるとき、超音波センサは、超音波プローブにより放射される音響エネルギーに感度がある。超音波プローブにより放射された超音波ビームが、エネルギー照射要素に取り付けられた超音波センサと相互作用するとき、電気信号が生成される。この電気信号を用い、飛行時間（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）計算に基づき、超音波センサと超音波プローブとの間の位置、特に距離を連続的に決定することができる。このように、超音波センサ及びエネルギー照射要素のロケーションが、超音波座標系のコンテキストで連続的にトラッキングされ得る。
【００６７】
超音波センサを有するエネルギー照射要素は生理的運動により動く。超音波センサの位置がトラッキングされるので、運動プロファイルまたは運動波形が得られる。超音波温度測定は、２つの時点で取得した超音波後方散乱の分析に基づいて温度を推定する。超音波温度測定を用いる正確な温度推定のため、超音波後方散乱におけるフレームごとの変化は、外部の運動により破損されてはならない。それゆえ、図１を参照して説明したシステムは、好ましくは、静止した運動フェーズのみにおける超音波データを用いることにより、運動の効果を最小化するように適応されている。運動プロファイルまたは運動波形を用い、エネルギー照射要素及び肝臓全体が静止した運動フェーズにある時点を特定してもよい。これらの特定された時点において、超音波データが好ましくは温度測定計算に用いられる。また、エネルギー照射要素が元の位置に戻らない場合、他の運動補償メカニズムを利用し、残りの機械的運動を除去してもよい。例えば、画像ベースのスペックルトラッキングを用いることにより、超音波フレームを互いにレジストレーションしてもよい。この場合、超音波温度測定により温度分布を、特に第１の温度分布を決定するために、レジストレーションされたフレームを用いてもよい。
【００６８】
パルスエコー分析に基づき、及び超音波プローブのジオメトリに関する知識に基づき決定できる超音波プローブの座標系内のエネルギー照射要素の連続的なトラッキングにより、トラッキングデバイスが超音波測定領域に対するエネルギー照射要素の位置を決定できる。特に、超音波測定領域が一又は複数の２次元スキャン平面により形成されているとき、これら一又は複数のスキャン平面までのエネルギー照射要素の距離が決定できる。モデルパラメータ、特に電気伝導率及び熱伝導率などの組織パラメータを決定する間に、エネルギー照射要素に対する超音波測定領域の、特に一又は複数のスキャン平面の位置を熱的モデルに入力できる。この情報は好ましくは、アブレーション処置中、すなわち第２の加熱期間における温度分布のモデル化時に、アブレーション処置中に温度分布を決定するために、熱的モデルが、決定されるモデルパラメータと共に使われるときに、使われる。エネルギー照射要素に対する超音波測定領域の位置が変化するとき、これらの変化は、第１の加熱期間にモデルパラメータを決定する時に、及び第２の加熱期間に第２の温度分布を決定する時に、熱的モデルにおいて考慮され得る。
【００６９】
さらに別のトラッキング手法を追加的に用いて、超音波測定領域に対するエネルギー照射要素の位置をトラッキングし得る。例えば、ＥＭベースの手法やＯＳＳベースの手法を追加的に用いて、超音波測定領域に対するエネルギー照射要素の位置を取得し、運動をトラッキングできる。例えば、超音波プローブが２次元超音波プローブであるとき、エネルギー照射要素、超音波プローブ、及び参照ポイントにＥＭセンサを配置できる。これはエネルギー照射要素の位置、参照ポイントに対する超音波プローブの位置、及び超音波測定領域に対するエネルギー照射要素の位置を決定するためである。これらは超音波プローブの構成と、超音波プローブの決定された位置とにより確定される。エネルギー照射要素に取り付けられた超音波センサにより生成される第２の超音波信号に基づき決定された位置に加え、別の位置がＥＭまたはＯＳＳベースのトラッキング手法などの追加的トラッキング手法に基づいて決定されるとき、これらの位置を組み合わせて、温度分布を決定する温度分布決定部により用いられる最終的な位置にしてもよい。例えば、これらの位置を加重平均してもよく、加重は校正により決定してもよい。
【００７０】
上記の実施形態では、エネルギー照射要素のトラッキングされた位置のみを用いて、呼吸により生じる肝臓の運動を推定したが、別の実施形態では、超音波プローブにより生成された超音波フレームにおいて、追加的に組織運動を観察して、この追加的組織運動を、エネルギー照射要素のトラッキングされた位置に基づいて決定された運動と組み合わせて用いて、一定の運動フェーズを決定し、特に静止した運動フェーズを決定してもよい。これにより、組織運動の推定が改善できる。例えば、エネルギー照射要素の、及び肝臓のトラッキングされた運動に基づいて、ある超音波フレームが、静止した運動フェーズに取得された超音波フレームであると見なされた場合、これらの超音波フレームから、レジストレーションされた超音波フレームのサブグループを選択できる。どの超音波フレームが互いにレジストレーションされているか、画像ベースのスペックルトラッキングに基づいて決定できる。超音波温度測定により温度分布を、特に第１の温度分布を決定するため、選択された超音波フレームを用いることができる。
【００７１】
温度分布決定部は、連続する超音波フレーム間に追加的に確立された相対的運動を決定するように適応され、その決定は、超音波フレームごとに、超音波センサ信号及び／又は超音波フレームに差分を分析することにより行ない得る。この情報により、運動信号の「偏差」の推定を提供でき、運動推定の改善に用いることができる。特に、組織に対するエネルギー照射要素の相対的運動を推定するため、任意の２つの連続する超音波フレーム間で２つの運動を計算できる。第１に、オプティカルフローやＳＳＤ（ｓｕｍ−ｓｑｕａｒｅｄ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）法などの既知の運動マップ生成方法を用いて、超音波画像全体について組織運動マップを推定してもよい。組織運動マップは、フレーム間で組織がどのように動いたかを示す（ｄｅｆｉｎｅ）。また、エネルギー照射要素に取り付けられた超音波センサにより生成される第２の超音波信号を用いて、各超音波フレームにおけるエネルギー照射要素の絶対位置を提供できる。これらのデータを一緒にして、エネルギー照射要素と組織との間の相対的な運動を決定し、ディスプレイ１９上に表示できる。これらのデータは、超音波温度測定決定への入力として、及び熱的モデルへの入力として用いることができる。これは、温度分布の決定の精度をさらに改善するためである。
【００７２】
上記の実施形態では、単一のエネルギー照射要素を人に導入したが、他の実施形態では、複数のエネルギー照射要素、特に複数のアブレーションニードルを人に、特に組織に挿入してもよい。これは、異なるポイントにおける運動を推定するためである。それぞれが少なくとも１つの超音波センサを備えた複数のエネルギー照射要素を用いる場合、エネルギー照射要素に対する超音波プローブの３次元位置を決定できる。このように、超音波プローブが関心領域の周りを動いている間に、超音波プローブの３次元位置をトラッキングして、このトラッキングされた位置を用いて、３次元温度マップを再構成してもよい。これは、超音波センサが非対称に分布した１つのエネルギー照射要素によっても実現できるが、二以上のエネルギー照射要素であってそれぞれが少なくとも１つの超音波センサを備えたものを用いることにより、より大きなロバスト性を提供できる。これも有用であり得るのは、組織の自然な運動により、超音波プローブを動かさなくても、すべての超音波フレームを利用して、「厚いスライス」の温度測定マップを生成できるからである。
【００７３】
上記の実施形態では、温度分布を決定するのにモデルを用いたが、他の実施形態では、温度分布決定部は超音波温度測定により温度を決定するように適応されていてもよい。超音波温度測定により温度分布を決定する場合、例えば、超音波測定領域に対するエネルギー照射要素のトラッキングされた位置に基づき選択された超音波フレームのみを用いる。例えば、超音波測定領域に対するエネルギー照射要素のトラッキングされた位置を用いて、一定の運動フェーズを特定でき、これらの運動フェーズで取得された超音波フレームのみを用いてもよい。代替的に又は追加的に、温度分布を決定するため、エネルギー照射要素が超音波測定領域に対して同じ位置にあった時に取得された超音波フレームのみを用いてもよい。
【００７４】
上記の実施形態では、肝臓内の温度分布が決定されたが、他の実施形態では、他の器官など、生物の他の部分の温度分布が決定されてもよい。さらに、上記の実施形態では、エネルギー照射要素は単一のアブレーション電極を含むアブレーション要素であるが、他の実施形態では、エネルギー照射要素は他の方法で構成され得る。例えば、それは複数のアブレーション電極を含むアブレーション要素であり得る。さらに、アブレーション要素は、一または複数の熱電対など、一又は複数の温度検知要素を含んでいても良い。さらに、アブレーション要素は、ＲＦアブレーション要素はＲＦアブレーション要素でなくてもよく、他の方法で組織をアブレーションするアブレーション要素であってもよい。例えば、ＨＩＦＵアブレーション要素、マイクロ波アブレーション要素、レーザアブレーション要素などであってもよい。
【００７５】
請求項に記載した発明を実施する際、図面、本開示、及び添付した特許請求の範囲を研究して、開示した実施形態のその他のバリエーションを、当業者は理解して実施することができるであろう。
【００７６】
請求項において、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素やステップを排除するものではなく、「１つの（「ａ」又は「ａｎ」）」という表現は複数ある場合を排除するものではない。
【００７７】
単一のユニット又はデバイスが請求項に記載した複数のアイテムの機能を満たすこともできる。相異なる従属クレームに手段が記載されているからといって、その手段を組み合わせて有利に使用することができないということではない。
【００７８】
超音波温度測定による温度分布の決定、モデルパラメータの決定、モデル温度の決定などの手順は、一又は複数の部（ｕｎｉｔｓ）やデバイスにより実行されるが、いくつの部やデバイスによって実行されてもよい。温度分布決定方法による温度分布決定装置の手順及び／又は制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として、及び／又は専用ハードウェアとして、実装できる。
【００７９】
コンピュータプログラムは、光記憶媒体や他のハードウェアとともに、またはその一部として供給される固体媒体などの適切な媒体に記憶／配布することができ、インターネットや有線または無線の電気通信システムなどを介して他の形式で配信することもできる。
【００８０】
請求項に含まれる参照符号は、その請求項の範囲を限定するものと解してはならない。
【００８１】
本発明は、エネルギー照射要素がオブジェクトにエネルギーを照射している間に、特に器官内の腫瘍をアブレーションするアブレーション手順中に、前記オブジェクト内の温度分布を決定する温度分布決定装置に関する。時間依存の第１の超音波信号はオブジェクト内の超音波測定領域について生成され、オブジェクト内の温度分布は、生成された時間依存の第１の超音波信号に基づき、かつ時間にわたりトラッキングされた超音波測定領域に対するエネルギー照射要素の位置に基づき、決定される。これにより確実に、例えば、オブジェクトの運動により、エネルギー照射要素が動いても、熱源と見なしてもよいエネルギー照射要素の正しい位置が考慮される。これにより、温度分布をより正確に決定できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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