(57)【要約】画像ガイド下治療手技の間に取得された画像は、時として、治療を監視および／または調節する目的のために、以前に取得された参照ライブラリの範囲を超える。本状況では、参照ライブラリは、新しく取得された治療画像および／または他の利用可能な情報に基づいて、動的および／またはリアルタイムに拡張され得る。一実施形態において、参照ライブラリを拡張することは、新しい参照画像として、治療画像をライブラリに追加することを含む。一実施形態において、参照ライブラリを拡張することは、新しい参照画像として、治療画像から導出された画像をライブラリに追加することを含む。
2015507951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解剖学的領域の治療の間、前記解剖学的領域を監視する方法であって、前記方法は、
（ａ）前記治療に先立って、前記解剖学的領域の参照画像記録のライブラリを確立することであって、各参照画像記録は、少なくとも１つの参照画像を含む、ことと、
（ｂ）前記治療の間、
（ｉ）前記解剖学的領域の治療画像を取得することと、
（ｉｉ）画像類似性基準に従って、前記ライブラリからの参照画像が前記取得された治療画像に一致するかどうかを決定することと、
（ｉｉｉ）前記画像類似性基準に従って、前記ライブラリ内の参照画像のいずれも、前記取得された治療画像に一致しない場合、新しい参照画像を含む新しい参照画像記録を前記ライブラリに追加することによって、前記取得された治療画像または以前の治療画像のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に基づいて、前記参照ライブラリを拡張することと
を繰り返し行うことと、
（ｃ）前記取得された治療画像および前記参照ライブラリに少なくとも部分的に基づいて、前記解剖学的領域を監視することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記新しい参照画像は、前記治療画像に対する前記画像類似性基準を満たす、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記参照ライブラリを拡張することは、前記新しい参照画像として、前記治療画像を前記ライブラリに追加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記参照ライブラリを拡張することは、前記新しい参照画像として、前記治療画像から導出された画像を前記ライブラリに追加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記参照ライブラリを拡張することは、前記治療画像または前記以前の画像のうちの少なくとも１つに基づいて、前記解剖学的領域内の着目対象の動きを推定することと、前記推定される動きに基づいて、前記着目対象を包含する新しい治療画像を取得することと、前記新しい参照画像として、前記新しい治療画像を前記ライブラリに追加することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
各参照画像記録は、それぞれの記録の前記参照画像に関連付けられたデータをさらに含み、前記参照ライブラリを拡張することは、前記新しい参照画像のための対応するデータを導出することと、前記対応するデータを前記新しい参照画像に関連するライブラリに追加することとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記参照画像に関連付けられたデータは、それぞれの着目対象の場所をその中に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記新しい参照画像内の前記着目対象の場所は、画像分析を使用して、前記治療画像から導出される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記新しい参照画像内の前記着目対象の場所は、少なくとも１つの以前の治療画像と前記着目対象の動きを特徴付ける物理的モデルとから導出される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記解剖学的領域を監視することは、前記取得された治療画像に一致する参照画像に関連して記憶された場所に基づいて、前記着目対象の場所を監視することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記着目対象は、治療標的を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記治療は、前記標的への治療用エネルギービームの印加を含み、前記方法は、前記監視された場所に基づいて、前記ビームを調節することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記参照画像に関連付けられたデータは、それぞれの複数の着目対象の場所をその中に含み、前記解剖学的領域を監視することは、前記取得された治療画像に一致する参照画像に関連して記憶された場所に基づいて、前記着目対象の場所を監視することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記着目対象は、治療標的および治療用エネルギーに敏感な少なくとも１つの器官を含み、前記治療は、前記標的への治療用エネルギービームの印加を含み、前記方法は、前記監視された場所に基づいて、前記ビームを調節することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記参照画像に関連付けられたデータは、前記参照画像に対応する温度マップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１６】
前記新しい参照画像に対応する温度マップは、以前の治療画像に対応する少なくとも１つの温度マップから導出される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記新しい参照画像に対応する温度マップは、物理的モデルにさらに基づいて、導出される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記物理的モデルは、前記監視された解剖学的領域の動きまたは温度発展のうちの少なくとも１つを特徴付ける、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記解剖学的領域を監視することは、前記取得された治療画像と一致する参照画像との間の位相差に基づいて、前記解剖学的領域の中の温度変化を監視することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記解剖学的領域を監視することは、前記取得された治療画像に一致する参照画像に関連して記憶された温度マップに基づいて、前記解剖学的領域の中の絶対温度を監視することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
治療後の前記解剖学的領域の温度マップを確立することと、それに基づいて、治療の間の前記監視された絶対温度を遡及的に調節することとをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ライブラリは、最初、参照画像がない、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ライブラリは、最初、各々が前記解剖学的領域の動きの異なる段階に対応する複数の参照画像を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記監視に少なくとも部分的に基づいて、前記治療に関連付けられたパラメータを修正することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記パラメータは、治療エネルギー、治療電力、治療ビーム形状、または標的化面積のうちの少なくとも１つを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記治療の間、撮像パラメータを変更することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
解剖学的領域の治療の間、前記解剖学的領域を監視するためのシステムであって、前記システムは、
（ａ）前記解剖学的領域を撮像するための撮像装置と、
（ｂ）前記解剖学的領域の参照画像を含む参照画像記録のライブラリを記憶するためのメモリと
を備えている、システム。
【請求項２８】
（ｃ）計算ユニットであって、前記計算ユニットは、（ｉ）前記治療の間、前記撮像装置に前記解剖学的領域の治療画像を繰り返し取得させることと、（ｉｉ）画像類似性基準に従って、前記ライブラリ内の参照画像のいずれかが、前記取得された治療画像に一致するかどうか決定することと、（ｉｉｉ）前記ライブラリ内の参照画像のいずれも、前記取得された治療画像に一致しない場合、新しい参照画像を含む新しい参照画像記録を前記ライブラリに追加することによって、前記取得された治療画像または以前の治療画像のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に基づいて、前記参照ライブラリを拡張することと、（ｉｖ）前記取得された治療画像および前記参照ライブラリに少なくとも部分的に基づいて、前記解剖学的領域を監視することとを行うように構成されている、計算ユニット。
【請求項２９】
治療用エネルギービームを前記解剖学的領域内の標的上に集束させるための超音波変換器アレイをさらに備えている、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記計算ユニットは、前記監視に基づいて、前記ビームを調節するように構成されている、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
各参照画像記録は、それぞれの記録の前記参照画像に関連付けられたデータをさらに備え、前記計算ユニットは、前記新しい参照画像に対応するデータを導出し、前記対応するデータを前記新しい参照画像に関連するライブラリに追加するように構成されている、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３２】
前記参照画像に関連付けられたデータは、それぞれの少なくとも１つの着目対象の場所をその中に含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３３】
前記計算ユニットは、前記取得された治療画像に一致する参照画像に関連して記憶された場所に基づいて、前記少なくとも１つの着目対象の場所を監視するように構成されている、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３４】
前記参照画像に関連付けられたデータは、前記参照画像に対応する温度マップを含む、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３５】
前記計算ユニットは、前記取得された治療画像と一致する参照画像との間の位相差と、前記一致する参照画像に関連して記憶された温度マップとに基づいて、前記解剖学的領域内の絶対温度を監視するように構成されている、請求項３３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、米国仮特許出願第６１／５９５，３３８号、第６１／５９５，３４１号（両方とも２０１２年２月６日出願）を基礎とする優先権および利益を主張し、それらの全体が参照により本明細書に引用される。さらに、国際出願（名称「Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｎｏｎ−Ｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｔｈｅｒａｐｙ」、本願と同日に出願）も参照する。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、参照ベースの撮像用途に関し、特に、参照ベースの磁気共鳴画像診断（ＭＲＩ）に関する。種々の実施形態は、画像ガイド下非侵襲的療法における温度測定または器官追跡の目的のための動き補償に関する。
【背景技術】
【０００３】
体内組織の磁気共鳴（ＭＲ）撮像は、診断および外科手術を含む、多数の医療手技のために使用され得る。概して、ＭＲＩシステム１００は、図１に描写されるように、静磁場磁石１０２と、１つ以上の勾配磁場コイル１０４と、高周波（ＲＦ）送信機１０６と、ＲＦ受信機（図示せず）とを含む。（いくつかの実施形態では、同一のデバイスが、代替として、ＲＦ送信機または受信機として使用される。）磁石は、患者１１０をその中に受け取るための領域１０８を含み、静的かつ比較的に均質な磁場を患者にわたって提供し、水素原子核のスピンを生じさせ、磁場の一般的方向と整列させ、それを中心として、歳差運動させる。スピン整列は、概して、組織のタイプに依存し、したがって、ＭＲ画像内にコントラストを生成するために使用され得る、組織内に正味磁化を生成する。勾配磁場コイル１０４によって発生される時変磁場勾配は、スピンの歳差運動周波数を空間時間的に変動させることによって、空間情報をエンコードするように、静磁場と重ね合される。ＲＦ送信機１０６は、患者１１０にわたってＲＦパルスシーケンスを伝送し、整列されたスピンの一部を一時的高エネルギー非整列状態と整列状態との間で交互させ、それによって、ＭＲエコーまたはＭＲ応答信号と呼ばれる、ＲＦ応答信号を誘発させる。ＭＲ画像を得るために、ＭＲ応答信号は、（２次元または３次元）撮像領域全体にわたって統合され、ＲＦ受信機によってサンプリングされ、未加工画像データを構成する、応答信号の時系列を作成する。この未加工データは、計算ユニット１１２に渡される。時系列内の各データ点は、ｋ空間（すなわち、波数ベクトル空間）内の特定の点における位置依存局所磁化のフーリエ変換の値として解釈されることができ、波数ベクトルｋは、勾配磁場の時間展開の関数である。したがって、応答信号の時系列をフーリエ変換することによって、計算ユニット１１２は、未加工データから組織の実空間画像（すなわち、空間座標の関数として測定された磁化影響組織特性を示す、画像）を再構築することができる。実空間ＭＲ画像が、次いで、ユーザに表示され得る。
【０００４】
ＭＲＩシステム１００は、医療手技を計画するため、および、手技の間、医療器具の位置特定および誘導を支援し、治療進度を監視するために使用され得る。例えば、医療手技は、患者がＭＲＩ機械内にいる間、医療器具を使用して、患者上で行なわれることができる。医療器具は、患者内に挿入されるか、または非侵襲的的に使用され、すなわち、組織内に治療または診断効果をもたらしながら、患者の外部から配置され得る。ＭＲＩは、患者の解剖学的領域を撮像し、領域内の治療標的の位置を特定し、標的に対する医療器具の場所（または、その効果の焦点）を監視し（好ましくは、リアルタイムで）、および／または標的組織内ならびにその周囲の温度を監視するために使用され得る。
【０００５】
例えば、医療器具は、患者の身体外に位置し、超音波エネルギーを患者の身体内に集束させる、集束超音波デバイス１１４であることができる。超音波は、軟組織を通して良好に浸透し、その短波長のため、数ミリメートルの寸法を伴う地点まで集束されることができる。したがって、非常に局所化された非侵襲的外科手術、例えば、周囲の健康組織に有意な損傷を生じさせずに、癌組織を切除、凝固、または別様に壊死させるために使用されることができる。超音波集束システムは、概して、音響変換器表面、すなわち、変換器表面のアレイを利用して、超音波ビームを発生させる。変換器は、超音波エネルギーが、患者内の標的組織塊に対応する「集束帯」に集束されるように、幾何学的に成形および位置付けられ得る。組織を通した波動伝搬の間、超音波エネルギーの一部は、好ましくは、集束帯内の標的組織塊において、吸収され、温度が上昇し、最終的に、細胞壊死につながる。変換器アレイの個々の表面、すなわち、「要素」は、典型的には、個々に制御可能であり、すなわち、その位相および／または振幅は、互から独立して設定され（例えば、好適な遅延を伴う「ビーム形成装置」および要素のための増幅器回路を使用して）、ビームが、所望の方向に操向され、所望の距離に集束され、そのビームプロファイルが、所望の形状に合致されることを可能にすることができる。したがって、集束帯は、独立して、変換器要素に入力される電気信号の振幅および位相を調節することによって、高速で変位および／または再成形されることができる。変換器要素は、言い換えると、位相アレイとして動作可能である。
【０００６】
ＭＲガイド下集束超音波（ＭＲｇＦＵＳ）治療の間、患者の動き（呼吸による周期的動きまたは無作為移動等）は、治療の有効性および安全性に著しい課題を呈し得る。動きの補償が、超音波ビームが標的上に集束されたままであって、周囲健康組織を損傷しないことを確実にするために必要である。ＭＲｇＦＵＳシステムでは、動き補償は、概して、画像内の標的を追跡し、追跡された位置に基づいて、超音波ビームを操向させることによって達成される。標的追跡のアプローチの１つは、直接、画像内において、標的または標的に対して固定された場所においてより容易に識別可能な「解剖学的目印」の座標を決定することを伴う。代替アプローチでは、連続した画像間の相対的シフトが、１つの画像と多数の計算上シフトされた他の画像のコピーを関連させ、最良一致を提供する、シフトされた画像を選択することによって決定される。いずれの場合も、有意な画像処理時間が、標的場所を決定するために費やされる。したがって、そのような画像処理が、治療の間に取得された画像上で行なわれる場合、事実上の撮像率は、典型的には、有意に増加し、多くの場合、リアルタイム動き補償を妨害する。これは、ビーム標的化に不正確性を生じさせ、および／または標的組織または器官の変位のため、いかなる不整列も補正するために、治療の中断を必要とし得る。
【０００７】
これらの問題を回避し、リアルタイム標的追跡を促進するために、患者の動きの予期される範囲内の異なる段階を網羅する、参照画像のライブラリが、治療に先立って、取得および分析され得る。各参照画像内の標的の場所（または、他の着目対象）は、それぞれの画像とともに、またはそれに関連して、例えば、統合された参照記録内に記憶される。実際の治療が進行するにつれて、リアルタイムで取得された画像は、ライブラリ内の参照画像と関連させられ、画像類似性に基づいて、一致を決定する。取得された治療画像内の標的領域の場所が、次いで、対応する参照画像に関連付けられた場所情報から推測される。画像マッチングは、概して、計算上、画像内での対象の検出および位置特定ほど複雑ではないため、本アプローチは、治療の間の処理時間の有意な節約を達成し、したがって、リアルタイム追跡を促進し得る。
【０００８】
動き補償はまた、同様に、治療に先立って取得された参照ライブラリから恩恵を受け得る、ＭＲベースの温度測定（すなわち、そのＭＲ画像からの監視された解剖学的領域の温度マップの作成）にも関連する。温度測定は、標的組織の温熱治療の進度の監視を促進し、例えば、非標的組織が、臨床上の許容可能レベルを超えて、偶発的に加熱されないことを確実にする。ＭＲ温度測定のために利用可能な種々の方法の中でも、プロトン共鳴周波数（ＰＲＦ）シフト方法は、多くの場合、温度変化に対するその優れた線形性と、組織タイプからほぼ独立していることと、高空間および時間分解能を伴う温度マップ取得とによって、最適である。ＰＲＦシフト方法は、水分子中のプロトンのＭＲ共鳴周波数が、温度に伴って線形に変化する（有利には、組織タイプ間で比較的に一定である、比例定数を伴う）現象に基づく。温度に伴う周波数変化は、わずかであるため（バルク水の場合、わずか−０．０１ｐｐｍ／℃、組織中では、約−０．００９６〜−０．０１３ｐｐｍ／℃）、ＰＲＦシフトは、典型的には、撮像が２回行われる（１回目は、温度変化に先立って、基準（または、参照）ＰＲＦ位相画像を取得し、次いで、温度変化後の第２の位相画像、すなわち、治療画像を取得し、それによって、温度変化に比例する、わずかな位相変化を捕捉する）、位相敏感撮像方法を用いて検出される。温度変化のマップは、次いで、画素毎に、基準画像と治療画像との間の位相差を決定し、静的磁場の強度および（例えば、勾配リコールエコーの）エコー時間（ＴＥ）等の撮像パラメータを考慮して、ＰＲＦ温度依存に基づいて、位相差を温度差に変換することによって、（再構築された、すなわち、実空間）画像から計算され得る。さらに、基準画像の取得時の撮像された面積内の温度分布が、既知である場合は、温度差マップが、治療画像に対応する絶対温度分布を得るために、その基準温度に追加されることができる。
【０００９】
治療画像のための温度（差）マップを得るための能力は、好適な参照画像、すなわち、温度分布に至るまで、治療画像が取得されたときに存在する、着目対象の場所を含む撮像条件を反映する画像の存在に依存する。着目領域が、定常である場合（典型的には、例えば、前立腺および子宮管のように）、単一参照（または、基準）画像で十分であり得る。しかしながら、典型的には、患者（および、患者とともに、監視される領域またはその中の１つ以上の器官）は、治療の間、移動する。そのような動きは、周期的（例えば、呼吸のため）または突発的かつ無作為であり得る。この場合、動きの範囲を網羅する参照画像のライブラリは、治療（例えば、加熱）に先立って取得され得、絶対温度マップは、随意に、各参照画像とともに記憶され得る（例えば、動きの段階毎のＭＲ画像および温度マップを含む、参照記録を形成する）。新しい治療画像のための適切な参照（または、基準）画像を得るために、相関または他の好適な画像選択技法が、治療画像と空間的に最も整列された基準画像を見つけるために、ライブラリに対して行なわれる。選択された基準画像および治療画像は、前述のように処理され、温度変化を決定し、治療画像内の絶対温度マップが、基準画像および画像間位相変化に対応する温度マップに基づいて計算される。本方法は、多くの場合、多基準温度測定と称される。追加のアルゴリズム（例えば、位相ラッピングを考慮するため、静的磁場内のドリフトを補正するため、または複数のＭＲチャネル等の複数のリソースからの測定値を統合するため）もまた、適用され得る。
【００１０】
ビーム操向の目的のための温度測定および対象追跡は、非常に異なる動作および技術的制約を伴うが、両場合において、移動に適応する能力は、重要であり得、参照ライブラリのロバスト性に依存し得る。患者の移動が、予期されるものを超える（すなわち、治療画像内の標的領域が、参照ライブラリによって網羅される領域内にもはやない、および／または基準画像が、治療画像と参照画像との間の画像類似性が不十分であるため、見つからない）と、標的組織または器官の変位による不整列を補正するために、治療を停止する必要があり得る。標的以外の解剖学的構造の移動もまた、結果として生じる治療画像が、詳細において、直接、参照画像に対応しないほど、電磁場を乱す（直接、画像の位相マップに影響する）ことによって、参照ライブラリの有用性を無効にし得る。参照ライブラリの網羅率を超える移動および他の変化が、一過性かつ短時間ではない限り、治療は、典型的には、治療デバイスの再較正および再整列ならびに新しい参照画像の取得および／または処理を可能にするために、停止されなければならない。その結果、不便かつ遅延を生じさせる。
【００１１】
故に、好ましくは、治療が、中断せずに、継続的に行なわれ得るように、参照画像が、新しく得られた画像に一致しないとき（移動、撮像パラメータの変化、または他の要因のため）、参照ライブラリの効率的拡張の必要性が、存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、種々の実施形態では、画像ガイド下治療手技（または、他の医療撮像用途）における、参照ライブラリの使用に関し、必要時、すなわち、好適な参照画像が、所与の治療画像に対して、ライブラリ内で見つけられないとき、治療の間、動的に、かつ好ましくは、リアルタイムで、ライブラリを拡張するためのシステムおよび方法を提供する。そのような参照ライブラリの拡張は、参照ベースの撮像の柔軟性を増加させ、不断の治療を促進し、または少なくとも、多くの場合、そうでなければ治療手技の終了を必要とするであろう、遅延を最小限にする。
【００１３】
参照ライブラリは、複数の参照画像（例えば、ＭＲ画像）と、典型的には、各画像に関連付けられた追加の特定用途向けデータ（動き追跡用途のためのその中の着目対象の場所、または温度測定用途のためのそれに関連付けられた絶対温度マップ等）とを含む。以下、参照画像およびその関連付けられたデータは、画像および関連付けられたデータが、統合されたデータファイル（または、複数のファイル）あるいは異なるデータ構造および／または異なるメモリ場所（その場合、追加のデータベースは、各画像に関連付けられた情報をリンクさせ得る）に記憶されているかどうかにかかわらず、集合的に、「参照画像記録」または単に「参照記録」と称される。画像は、例えば、ＭＲ画像、超音波画像、Ｘ線画像、Ｘ線コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）画像、または他の画像であり得る。さらに、文脈から別様に明白でない限り、用語「画像」は、本明細書で使用される場合、実空間画像（例えば、再構築されたＭＲ画像）、そこからそれらが導出される未加工データ（例えば、ｋ空間ＭＲ画像またはＣＴ投影画像）、または両方を指し得る。
【００１４】
初期参照ライブラリは、概して、治療に先立って取得される。続いて、解剖学的着目領域が、治療の間、繰り返し、撮像されるにつれて、参照ライブラリが、一連の治療画像に一致する参照画像のために検索される。治療画像および対応する参照画像記録は一緒に、治療を誘導および／または監視するために使用される。治療の間、撮像条件における予期されない移動または変化に遭遇し、その結果、一致する参照画像が見つからない場合、治療画像（または、そこから導出された画像）は、新しい参照画像として、参照ライブラリに組み込まれる。さらに、目前の用途のための完全参照記録を形成するために必要とされる、任意の追加の情報も、現在および／または１つ以上の以前の治療画像に基づいて（随意に、物理的モデルと組み合わせて）、導出または推定され、新しい参照画像に関連する参照ライブラリに追加される。後続治療画像は、次いで、拡張された参照ライブラリと比較される。プロセスは、反復され、好適な参照画像が識別されないときは常時、ライブラリは、その時の治療画像に基づいて補完され、治療は、安全目的のために課された終了条件が、早期終了をトリガしない限り、進行する。（終了条件は、例えば、初期参照ライブラリの範囲外の最大容認可能連続治療画像数を規定し得る。）参照ライブラリは、したがって、治療の間、動的に拡張され、通常、治療を中断する必要性を取り除く。
【００１５】
故に、一側面では、本発明は、その治療の間、解剖学的領域を監視する方法を提供する。治療に先立って、解剖学的領域の参照画像記録のライブラリが、確立される。各参照画像記録は、参照画像と、いくつかの実施形態では、参照画像に関連付けられたデータとを含む。治療の間、解剖学的領域の治療画像が、繰り返し、取得される。治療画像毎に、画像類似性基準に従って、ライブラリからの参照画像が取得された治療画像に一致するかどうかが決定され、画像類似性基準に従って、ライブラリ内の参照画像のいずれも、取得された治療画像に一致しない場合、参照ライブラリは、新しい参照画像（いくつかの実施形態では、治療画像に関する画像類似性基準を満たす）を含む新しい参照画像記録をライブラリに追加することによって、（少なくとも部分的に）取得された治療画像および／または以前の治療画像に基づいて、拡張される。解剖学的領域は、少なくとも部分的に、取得された治療画像および参照ライブラリに基づいて、監視される。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、少なくとも部分的に、監視に基づいて、治療に関連付けられたパラメータ（例えば、治療エネルギー、治療電力、治療ビーム形状、または標的化面積）を修正するステップ、および／または治療の間、撮像パラメータを変更することを含む。
【００１６】
参照ライブラリを拡張することは、新しい参照画像として、治療画像または治療画像から導出された画像をライブラリに追加することを含み得る。代替として、いくつかの実施形態では、参照ライブラリは、治療画像または以前の画像のうちの少なくとも１つに基づいて、解剖学的領域内の着目対象の動きを推定し、推定される動きに基づいて、着目対象を包含する新しい治療画像を取得し、新しい参照画像として、新しい治療画像をライブラリに追加することによって、拡張され得る。参照ライブラリを拡張することはさらに、新しい参照画像のための対応するデータを導出し、それをそれと関連するライブラリに追加することを含み得る。いくつかの実施形態では、ライブラリは、最初は、参照画像がない。他の実施形態では、ライブラリは、最初、各々が解剖学的領域の動きの異なる段階に対応する複数の参照画像を含む。
【００１７】
いくつかの実施形態では、異なる参照画像に関連付けられたデータは、１つ以上の着目対象（例えば、治療標的および／または治療用エネルギーに敏感な非標的組織あるいは器官）のそれぞれの場所をその中に含む。解剖学的領域を監視することは、取得された治療画像に一致する参照画像に関連して記憶された場所に基づいて、着目対象の場所を監視することを伴い得る。治療は、標的への治療用エネルギービームの印加を含み得る。標的および／または敏感な器官の監視された場所に基づいて、ビームは、調節され得る。新しい参照画像内の着目対象の場所は、画像分析を使用して、治療画像から導出され得る。代替として、新しい参照画像内の着目対象の場所は、１つ以上の以前の治療画像および着目対象の動きを特徴付ける物理的モデルから導出され得る。
【００１８】
いくつかの実施形態では、参照画像に関連付けられたデータは、参照画像に対応する温度マップを含む。本方法は、取得された治療画像と一致する参照画像との間の位相差に基づいて、解剖学的領域内の温度変化を監視することを伴い得る。解剖学的領域内の絶対温度は、さらに、取得された治療画像に一致する参照画像に関連して記憶された温度マップに基づいて、監視され得る。新しい参照画像に対応する温度マップは、随意に、さらに、物理的モデル（例えば、監視された解剖学的領域の動きまたは領域内の温度発展を特徴付け得る）に基づいて、１つ以上の以前の治療画像に対応する１つ以上の温度マップから導出され得る。本方法はさらに、治療後、解剖学的領域の温度マップを確立し、それに基づいて、治療の間、監視された絶対温度を遡及的に調節することを伴い得る。
【００１９】
別の側面では、本発明は、解剖学的領域の治療の間、解剖学的領域を監視するためのシステムに関する。本システムは、解剖学的領域を撮像するための撮像装置と、解剖学的領域の参照画像を含む、参照画像記録のライブラリを記憶するためのメモリと、計算ユニットとを含む。計算ユニットは、（ｉ）治療の間、繰り返し、撮像装置に、解剖学的領域の治療画像を取得させ、（ｉｉ）画像類似性基準に従って、ライブラリ内の参照画像のいずれかが、取得された治療画像に一致するかどうか決定し、（ｉｉｉ）ライブラリ内の参照画像のいずれも、取得された治療画像に一致しない場合、新しい参照画像を含む新しい参照画像記録をライブラリに追加することによって、少なくとも部分的に、取得された治療画像または以前の治療画像のうちの少なくとも１つに基づいて、参照ライブラリを拡張し、（ｉｖ）少なくとも部分的に、取得された治療画像および参照ライブラリに基づいて、解剖学的領域を監視するように構成される。本システムはまた、治療用エネルギービームを解剖学的領域内の標的上に集束させるための超音波変換器アレイを含み得、計算ユニットは、監視に基づいて、ビームを調節するように構成され得る。
【００２０】
各参照画像記録は、それぞれの記録の参照画像に関連付けられたデータを含み得、計算ユニットは、新しい参照画像に対応するデータを導出し、対応するデータを新しい参照画像に関連するライブラリに追加するように構成され得る。いくつかの実施形態では、参照画像に関連付けられたデータは、それぞれの１つ以上の着目対象の場所をその中に含む。計算ユニットは、取得された治療画像に一致する参照画像に関連して記憶された場所に基づいて、着目対象の場所を監視するように構成され得る。治療は、監視された場所に基づいて、調節され得る。いくつかの実施形態では、参照画像に関連付けられたデータは、参照画像に対応する温度マップを含む。計算ユニットは、取得された治療画像と一致する参照画像との間の位相差と一致する参照画像に関連して記憶された温度マップとに基づいて、解剖学的領域内の絶対温度を監視するように構成され得る。
【００２１】
前述は、特に、図面と併せて熟読されるとき、以下の発明を実施するための形態からより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、種々の実施形態による、ＭＲＩガイド下集束超音波システムを図示する。
【図２】図２は、種々の実施形態による、参照ライブラリ拡張を図示する、流れ図である。
【図３】図３は、種々の実施形態による、画像ガイド下ビーム集束用途のための参照ライブラリ拡張を図示する、流れ図である。
【図４】図４は、種々の実施形態による、温度測定用途のための参照ライブラリ拡張を図示する、流れ図である。
【図５】図５は、種々の実施形態による方法を実装する、画像処理および制御設備を図示する、ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、概して、典型的には、その治療と併せて、患者内の解剖学的領域を撮像するためのシステムおよび方法に関し、特に、患者の動き、治療構成または撮像パラメータ（例えば、走査場）の変化、または取得された画像の処理および分析に影響を及ぼす他の要因の補償を促進する、参照ベースの撮像に関する。参照画像ライブラリが、概して、治療が開始されると、更新されない、従来の方法とは対照的に、本発明は、必要に応じて、治療の間、参照ライブラリを動的に拡張するための方法を提供する。明確にするために、以下の説明は、具体的には、ＭＲ撮像用途を参照する。しかしながら、本明細書で論じられる概念および特徴は、他の撮像モダリティにも同様に適用可能であることを理解されたい。
【００２４】
図２を参照すると、種々の実施形態による、参照ライブラリ拡張のための方法２００を概念的に図示する。方法２００は、治療に先立って、解剖学的着目領域を含む、撮像領域の複数の参照画像を取得することを伴う（ステップ２０２）。参照画像は、解剖学的領域の動きまたは対象およびその中の組織の動きの予期される範囲を網羅し得、各画像は、動きの異なる段階（例えば、呼吸サイクルにおける異なる段階）に対応する。代替として、または加えて、参照画像は、異なる撮像条件および／または治療構成下で取得され得、概して、種々の要因から生じる異なる位相背景に対応し得る。多くの用途の場合、本方法はさらに、各画像に関連付けられた追加の情報を導出または別様に取得することを伴う（ステップ２０４）。例えば、ライブラリが、治療標的または他の着目対象の動きをリアルタイムで追跡する役割を果たす場合、各参照画像内の着目対象の場所が、画像とともに記憶され得る。温度測定用途では、参照ライブラリは、（例えば、監視される領域のまたはその中の移動、あるいは温度に関連しない、他の位相に影響を及ぼす条件から生じる）予期される位相背景の範囲を網羅する、背景減算のための基準画像を提供し得、各画像は、それに関連付けられた絶対温度マップを有し得る。（以下にさらに論じられる図３および４は、それぞれ、標的追跡および温度測定への方法２００の適用を詳細に図示する。）参照画像および関連付けられたデータは、参照記録として、参照ライブラリ内に記憶される（ステップ２０６）。
【００２５】
治療の間、解剖学的領域は、繰り返し、撮像され（ステップ２０８）、各治療画像は、画像類似性に基づいて、参照ライブラリと比較され、参照画像のいずれかが、治療画像に一致するかどうか決定する（ステップ２１０）。比較は、概して、実空間またはｋ空間画像データに基づき得、すなわち、治療の間、取得された未加工データからの実空間治療画像の再構築を伴い得るが、必ずしも、それを必要としない。さらに、画像の一部の比較で十分であり得る。典型的には、比較は、画素毎に行なわれ、「画素」とは、概して、実空間座標またはｋ空間座標の関数として、振幅および位相値を記憶する、画像データアレイの要素を指す。好適な類似性測定規準（ｍｅｔｒｉｃ）として、例えば、相互相関係数、差分平方和、相互情報（本用語は、確率および情報理論において使用される）、画像均一比（すなわち、対応する画素値の比率の正規化された標準偏差）、平均平方誤差、差分絶対値和、誤差平方和、差分絶対値変換和（２つの画像内の対応する画素間の差分のアダマールまたは他の周波数変換を使用する）、または複合相互相関（ＭＲＩ画像等の複合画像の場合）、および画像位置合わせと関連する当業者に周知の他の技法が挙げられる。加えて、いくつかの実施形態では、治療画像は、走査パラメータまたは他の外部情報（例えば、呼吸監視ベルトの状態）等のメタデータに基づいて、参照ライブラリと比較される。故に、本明細書で使用される場合、用語「画像類似性」とは、任意の好適な測定規準（前述のような）および／または画像に関連付けられたメタデータに基づく類似性を広く指す。
【００２６】
一致が存在するかどうかの決定は、規定された画像類似性基準に基づく。例えば、選定された類似性測定規準によって測定される、治療画像と最近似参照画像との間の類似性は、（測定規準固有）類似性閾値と比較され得、類似性のレベルがその閾値を上回る（典型的には、画像間の差分、すなわち、相違を測定する測定規準が、測定規準の値が閾値を下回ることを意味する）場合のみ、参照画像は、治療画像に一致すると見なされる。一致する参照画像が見つかる場合、治療は、適用可能である場合、治療を監視および／または調節するために、治療画像および対応する参照画像記録を使用して、従来の様式において進行する（ステップ２１２）（例えば、図３および４参照）。
【００２７】
適用された画像類似性基準に従って、ライブラリ内の参照画像のいずれも、取得された治療画像と一致しない場合、参照ライブラリは、新しい参照画像記録で補完される（ステップ２１４）。この拡張は、通常、２つのステップを伴う。すなわち、第１に、治療画像に関する画像類似性基準を満たす新しい参照画像は、ライブラリに追加される（ステップ２１６）。最も単純な場合、治療画像自体が、新しい参照画像として、使用され得る。画像類似性基準は、したがって、自明的に満たされる。しかしながら、時として、治療画像は、好適な参照画像をもたらすために、さらに処理される。例えば、治療から生じる熱点は、治療に関連しない位相背景を残すように、画像から除去され得る。熱点面積外では、治療画像および新しい参照画像は、依然として、同一であり、類似性基準の充足を確実にするであろう。さらに、治療標的（または、他の着目対象）が、撮像された領域外に移動された場合、走査場自体が、シフトされ（好適な撮像パラメータを変更することによって）、標的（または、他の対象）を再捕捉し得、新しい治療画像が、新しい位置で取得され、新しい参照画像として、ライブラリに追加され得る。いくつかの実施形態では、続いて、新しい位置で取得された治療画像は、同一の位置で得られた新しく追加された参照画像と比較される。概して、治療画像は、類似性と、ある場合には、走査パラメータまたは他の外部情報（例えば、呼吸監視ベルトの状態）等のメタデータとに基づいて、参照とマッチングされ得る。走査場における必要シフトは、標的が面内で移動した場合、側方へ、または標的が面外に移動した場合、新しい撮像平面へと行なわれ得る。第２に、新しい参照画像に関連付けられた特定用途向けデータが、治療画像、１つ以上の以前に取得された治療画像、既存の参照記録、および／または他の利用可能な情報（標的動きのモデル等）に基づいて、導出され（ステップ２１８）、新しい参照画像とともに記憶される。新しい参照記録に関連付けられたデータが、次いで、それが対応する治療画像とともに使用され、治療を監視および／または調節し得る（ステップ２１２）。ある状況では、撮像プロセス自体もまた、例えば、走査場を現在の標的位置の周囲に維持するために、または画像コントラストを最適化するために、１つ以上の撮像パラメータを介して調節される（ステップ２２０）。同様に、画像取得の頻度等の他の監視パラメータも、例えば、監視される領域内の動きおよび他の変化に比例する率で撮像することによって、少ない計算リソースを節約するために、調節され得る。
【００２８】
現在の参照ライブラリを開始点として使用して（拡張されたかどうかにかかわらず）、画像取得および参照ライブラリに対するマッチング（ステップ２０８、２１０）、治療監視および調節（２１２）、必要に応じて、参照ライブラリの拡張（ステップ２１４）が、次いで、繰り返される。オリジナルライブラリによって網羅されない治療画像に基づいて、新しい参照記録が、ライブラリに追加されるにつれて、ライブラリは、拡大し続け得る。代替として、いくつかの実施形態では、例えば、標的の元の網羅されていた面積への逆移動は、可能性が低いため、もう使われないことが明白となる場合、古い参照画像は、ライブラリから除去され得る。
【００２９】
原則として、プロセスは、無限に、すなわち、治療が完了するまで、繰り返されることができる。しかしながら、治療画像が、オリジナルライブラリの範囲からあまりに大きく（または、あまりに長い間）逸脱する場合、安全上の理由から、手技を早期に終了することが望ましくあり得る（ステップ２３０）。例えば、いくつかの連続した治療画像が、参照画像のいずれにも一致することができず、治療関連情報（治療標的の場所等）の反復推定を必要とする場合、これらの推定に関連付けられる不確実性は、許容可能レベルを超えて増加し得る。同様に、追跡される器官も、予期される動きの範囲から大きく離れ得るか、または撮像パラメータが、その予期される範囲を大きく超え得る。さらに、いくつかの事例では、新しい参照画像に関連付けられた必要とされる特定用途向けデータを治療画像から導出することが可能でないこともある。これらのシナリオの全てにおいて、有意な治療不正確性のリスクにかかわらず、治療を継続するよりも、治療手技を中止し、システムを再較正し、新しい参照ライブラリをオフラインで取得し、その後、従来通り行なわれるように、治療を再開することが好ましくあり得る。逆に言えば、１回の反復の間、参照ライブラリの拡張後、治療画像が、オリジナルライブラリによって網羅される範囲に戻る場合、媒介的に（ｉｎｔｅｒｃｅｄｅｎｔｌｙ）導出される参照記録は、新しい治療画像に基づいて、遡及的に改訂され得る。例えば、先行する一連の網羅された治療画像に関連付けられた連続場所から網羅されない治療画像のために外挿された標的場所は、後続の網羅された治療画像に基づいて、補正またはさらに精緻化され得る。
【００３０】
図３は、その治療の間の治療標的または他の解剖学的着目対象のリアルタイム追跡の状況における、参照ライブラリ拡張を図示する。治療は、例えば、癌である場合、組織を壊死、切除、または別様に破壊するために、それを加熱する目的のために、あるいは疼痛軽快または温熱療法の制御誘発等の非破壊的治療のために、例えば、組織または器官への集束超音波の印加（すなわち、その音波破砕）を伴い得る。超音波はまた、例えば、神経調節等の他の非熱的タイプの治療のために使用され得る。代替として、治療は、例えば、高周波（ＲＦ）照射、Ｘ線またはガンマ線、または荷電粒子等の異なる形態の治療用エネルギーを使用する、他の治療モダリティを伴い得る。治療の間の動き追跡は、罹患した解剖学的領域の画像に基づいて、治療用エネルギービームを標的上および／または他の非標的組織および器官の周囲に誘導する役割を果たし、すなわち、ビーム集束、プロファイル、および／または方向を調節する役割を果たし得る。例証の明確性および容易性のために、以下の議論は、具体的には、集束超音波治療の間の標的追跡を参照する。しかしながら、説明される方法は、異なる形態の治療用エネルギーおよび異なる着目対象にも同様に適用されることを理解されたい。
【００３１】
標的追跡目的のために、方法３００は、予期される範囲の標的動きの間、異なる段階を網羅する参照ライブラリを取得し（ステップ３０２）、個々の参照画像を処理し、その中の標的の場所を決定することから始まる（ステップ３０４）。典型的には、このステップ３０４は、限定ではないが、標的自体またはそれに対して固定して位置付けられる解剖学的目印を識別するためのエッジまたは塊検出；異なる画像間の動きベクトル（または、標的または目印場所における相対的変化）を決定するためのブロックマッチングアルゴリズム、位相相関、オプティカルフロー法、または他の直接的画素ベースの方法；および／または画像間の対応する特徴をマッチングするための間接的特徴ベースの方法を含む、当業者に公知の種々の特徴検出または追跡方法のいずれかを使用して、ＭＲ未加工（すなわち、ｋ空間）データから再構築された実空間画像上で行なわれる。各参照画像から抽出された場所情報（ステップ３０４）は、画像とともに、参照画像記録内に記憶される（ステップ３０６）。
【００３２】
治療の間、（概して、移動する）標的を含む、解剖学的着目領域は、繰り返し、領域を撮像し（ステップ３０８）、類似性基準を実空間またはｋ空間画像データ（または、その一部）に適用することによって、可能である場合、ライブラリ内の参照画像のうちの１つと各治療画像をマッチングし（ステップ３１０）、選択された参照画像とともに記憶された場所情報から標的場所を推定する（ステップ３１１）ことによって、監視される。そのように決定された標的場所に基づいて、ビーム集束が、次いで、標的上に操向されることができ（ステップ３１２）、プロセスは、次の治療画像の取得を継続する（ステップ３０８）。
【００３３】
新しく得られた治療画像が、ライブラリ内に含まれる参照画像のいずれとも対応しない、例えば、新しい画像とライブラリ内の参照画像との間の類似性が、所定の閾値を下回る（または、相違が、それを上回る）場合、新しい画像内の標的の場所は、他の手段によって確立される（ステップ３１８）。例えば、標的が、初期参照ライブラリによって網羅される動きの領域内に完全にない、新しい治療画像内に依然としてある場合、参照画像内の標的場所を決定するために使用されるものと同一の方法（ステップ３０４）が、採用され得る。この計算プロセスは、長時間かかり得、遅延なく、治療を継続させることはできないが、標的場所は、計算されると、標的が同一のまたは類似位置に遭遇する次回において、治療手技が、以前の計算からリアルタイムで恩恵を受けるであろうように、新しい参照記録として、治療画像とともに、ライブラリ内に記憶される。
【００３４】
標的が、治療画像の場の外に完全に移動した場合でも、治療画像によって網羅される解剖学的領域が、（かなり、例えば、１／３を上回って、またはいくつかの実施形態では、１／２を上回って）参照画像のうちの少なくとも１つと重複する場合、その場所を治療画像から導出することが可能であり得る。すなわち、重複画像部分に基づいて、画像位置合わせを使用して、治療画像と参照画像との間の解剖学的領域、したがって、標的の相対的シフトおよび変形が、決定され得る。代替として、標的移動および／または現在の標的場所は、標的の場所が既知である、１つ以上の以前の治療画像から外挿され得る。随意に、そのような外挿は、標的動きの物理的モデルによって、および／または、例えば、呼吸監視ベルト等の追加の機器を使用した標的場所の補完測定によって、補助され得る。標的が撮像された領域外に移動した状況では、撮像場は、標的の推定される場所を包含するように操向され（ステップ３２０）、新しい治療画像が、得られる（ステップ３２１）。標的の場所は、次いで、新しく得られた治療画像に関連付けられ、両方とも、新しい参照記録として、参照ライブラリに追加される（ステップ３１４）。（代替として、参照画像としての使用のために、新しい治療画像を取得するのではなく、新しい参照画像は、ある実施形態では、計算され得る。）標的の新しい座標が、ここで、確立され、治療ビームが、適宜、操向される（ステップ３１２）。さらに、標的（および／または周囲組織）の動きが、その位置および配向のみではなく、また、その形状も変化するような非剛体である場合、新しく取得された治療画像は、標的境界を決定し、適宜、集束帯を成形するように分析され得る（同様に、ステップ３１２）。
【００３５】
ここで、ＭＲ温度測定、すなわち、解剖学的着目領域内の温度分布の画像ベースの反復測定（典型的には、温熱治療の進度を監視する目的のために）の状況における、参照ライブラリ拡張のための方法４００を図示する、図４を参照する。治療に先立って取得された参照画像（ステップ４０２）は、本用途では、後続治療の間に生じた温度変化から独立して、位相背景を反映させる、基準画像としての役割を果たす。これらの基準画像は、対応する治療画像から減算され、対応する治療画像から温度関連位相寄与を抽出することができる。異なる参照画像は、治療標的自体の異なる場所、撮像領域内またはその近傍の周囲組織、治療デバイス、あるいは他の医療デバイスの異なる構成、および／または走査場所における意図的シフト（例えば、アーチファクトを排除する目的、別の標的に即座に切り替える目的、標的の背景内の着目対象を監視する目的、あるいは予測動きまたは他の事象を事前に補償する目的のため）を含む、撮像条件における他の差異から生じ得る、異なる位相背景に対応する。例えば、温熱治療手技の間、解剖学的制約によって、治療デバイスは、治療される解剖学的領域に対して一連の異なる場所に移動されることを要求し得（例えば、異なる標的にアクセスする、または異なる方向から標的を均一に加熱するため）、異なるデバイス場所は、画像位相背景に影響を及ぼし得る。したがって、治療標的自体が移動しない場合でも、異なる治療段階は、適切な位相背景減算のために、異なる参照画像を要求し得る。
【００３６】
参照画像は、参照画像の取得時に存在する、基準温度分布に対する温度変化のマップの計算を促進する。絶対温度測定を可能にするために、この基準温度分布は、参照画像毎に確立され（ステップ４０４）、画像とともに記憶され得る（ステップ４０６）。基準温度の確立は、例えば、直接、１つ以上の個別的な場所で測定された温度に対する単純仮定または数学的適合を伴い得る。例えば、多くの用途では、解剖学的着目領域は、治療に先立って、基準温度を構成する、均一温度、例えば、体温（３７℃）を有する。他の治療シナリオでは、能動的冷却（または、加熱）が、組織表面に印加され、いくつかの選択された点における直接温度測定に基づいて推定されることができる、着目領域を横断した温度勾配を確立する。
【００３７】
初期参照ライブラリがコンパイルされると、温熱治療が開始する。例えば、超音波は、標的に集束され、標的組織を局所的に加熱し得る。一般に、吸収された熱は、周囲組織内に放散し、少なくとも若干、その温度を上昇させるであろう。標的を包含する領域内の温度変化は、領域を撮像し（ステップ４０８）、画像類似性基準に基づいて、位置が明確に合った参照画像を識別するために、画像と参照ライブラリを比較し（ステップ４１０）、一致する参照画像および治療画像を処理し、温度差マップを決定する（ステップ４１２）ことによって、監視されることができる。一致を識別するための治療画像と参照画像との間の比較は、原則として、ｋ空間または実空間画像データ、さらには、部分的画像に基づき得るが、温度測定の目的のために、一対の画像を処理することは、典型的には、完全実空間画像の画素毎の減算（および、温度差マップへの位相差の後続変換）を伴う。選択された参照画像とともに記憶された絶対温度マップ（すなわち、選択された参照画像記録の一部として）は、温度差マップに追加され、治療画像に対応する絶対温度分布をもたらすことができる（ステップ４１３）。
【００３８】
参照画像と治療画像との間に一致が存在するかどうかを決定する際、治療によって発生される「熱点」は、典型的には、無視される。例えば、類似性測定が周囲面積（その温度は、理想的には、安定している）のみに基づくように、加熱された領域が、画像内でマスクされ得る。しかしながら、ある実施形態では、治療に先立って取得された参照画像（ステップ４０２）は、標的内で予期される温度上昇を反映するように意図的に操作される。言い換えると、「偽の」位相マップが、治療画像に可能な限り類似するように作成される。この場合、治療画像のための好適な参照は、熱点をマスクまたは別様に補償する必要なく、識別されることができる。
【００３９】
好適な参照画像記録が見つからない事例では、新しい参照記録が、その時の治療画像（または、標的が画像外に移動した場合、図３に描写されるように、走査場が、標的を包含するようにシフトされた後、得られた新しい治療画像）（この画像は、新しい参照画像（ステップ４１６）として追加され得る）と、物理的モデルを使用して以前の温度マップ（または、複数の以前の温度マップ）から計算または推定され得る対応する温度分布（ステップ４１８）とに基づいて、ライブラリに追加される（ステップ４１４）。以前の温度マップは、例えば、好適な参照画像が見つかった最後の治療画像、または代替として、測定された、あるいはそれ自体も計算および／または推定されたかどうかにかかわらず、最近に得られた温度マップから決定された温度分布であり得る。物理的モデルは、以前の温度マップに関連付けられた時間点以降のマップされた解剖学的領域の移動および変形（該当する場合）と領域内の温度発展の両方を考慮し得、理論的情報ならびに治療画像または治療手技の開始以降に行なわれた他の測定に基づき得る。
【００４０】
例えば、標的および周囲組織の場所および／または空間確認の変化は、多くの場合、随意に、組織弾性および移動制約を考慮した物理的モデルと併せて、現在の治療画像および以前の（例えば、最新の）治療画像から決定されることができる。以前の治療画像と現在治療画像との間の組織の動きおよび／または変形の特性評価に基づいて、以前の治療画像に関連付けられた温度マップは、当業者に公知の方法によって、変換、外挿、および／または変形され、動きおよび／または変形を補償する、新しい温度マップをもたらし得る。２０１１年７月２９日に出願され、参照することによって本明細書に組み込まれる、米国特許第１３／１９４，２８６号は、画像ベースの追跡と併せて、移動の計算モデルの使用を説明している。例えば、当技術分野において公知のように、特定の器官の形態および挙動を特徴付けるモデルが、画像データを解釈する、またはその解釈を制約するために使用され得る。モデルによって指示される移動パラメータに基づいて、温度マップの画素は、移動関連シフトを近似するようにマップを変形させるようにシフトされる。代替として、新しい温度マップは、従来の画像変形（「モーフィング」）アルゴリズム（例えば、シフトは、わずかである、または組織特性は、移動を左右する可能性が低い場合）を用いて得られ得る。（以前の治療画像と現在治療画像との間の）走査場所における面外変化の場合、新しい温度マップは、１つ以上の以前の温度マップから推定された（例えば、現在の撮像平面を間にはさむ撮像平面内で同時に取得された治療画像に対応する温度マップ間で補間することによって）３次元温度マップから「スライス」され得る。
【００４１】
さらに、以前の温度マップ（または、組織移動および変形を考慮するためにそこから導出された新しい温度マップ）は、撮像された領域内の温度発展を反映するように調節される。例えば、熱エネルギーの意図的印加から生じる温度変化は、組織内へのエネルギー吸収および移送のモデルと併せて、既知の治療パラメータ（例えば、音波破砕の強度および持続時間、またはその間に送達される総エネルギー）に基づいて、計算または推定されることができる。一般に、温度発展のモデルは、３次元的であり得、並行して、または連続して、異なる撮像平面内で測定された複数の以前の温度マップを入力として使用し得る。（例えば、温度測定は、繰り返し、複数の撮像平面を通して循環され得る。）さらに、監視される領域内の温度の発展は、過去の異なる時間で取得された温度測定（例えば、複数の以前の温度マップ）に基づいてモデル化され得る。いずれの場合も、物理的モデルは、以前に得られた温度マップに適用され、現在の温度の画素毎の推定を提供し得る。
【００４２】
新しく推定された温度マップは、参照ライブラリ内の現在の治療画像（新しい参照画像としての役割を果たす）に関連付けられる。新しい参照画像に関する類似性基準を満たす、後続治療画像の温度マップは、画像間の位相差と、新しい参照画像に関連付けられた保存された温度マップとから作成され得る。（代替として、いくつかの実施形態では、新しい参照画像は、それらの治療に先立って取得されたものに類似する新しい参照画像を得るために、熱点を減算することによって、治療画像から導出される。熱点は、この場合、また、新しい参照画像とともに記憶された推定される温度マップからも除去される。）監視された温度に基づいて、治療は、調節され得る（ステップ４２４）。例えば、標的周囲の領域内の温度が、許容可能でない高レベルに近づく場合、後続音波破砕（または、他の治療ステップ）において印加されるエネルギーは、減少され得る。
【００４３】
いくつかの実施形態では、画像取得は、監視された面積内の温度が、既知の温度分布、例えば、体温に戻るまで、継続する。治療とともに、かつその後に撮影された画像間の位相差から、これらの画像に関連付けられた温度マップを遡及的に計算および／または調節することが可能である。そのような遡及的温度監視は、治療の間に測定された温度を検証し、および／または担当医師または他のシステムオペレータに、いかなる誤差および予期されない事象も警告するために有用であり得る。
【００４４】
当業者に明白となるであろうように、前述の方法は、いくつかの方法で修正されることができる。例えば、種々の方法ステップは、説明されるものと異なる順序で実行され得る。さらに、いくつかの実施形態では、治療に先立って初期参照ライブラリを取得するステップは、省略され、ライブラリは、代わりに、治療の間、最初は、空のライブラリから始め、治療画像（または、そこから導出される画像）および関連付けられたデータを含む、参照記録をライブラリに連続的に追加することによって、コンパイルされる。さらに、標的追跡および温度測定（例えば、図３および４を参照して前述のように）は、例えば、別個、共有、または部分的共有ライブラリを使用して、かつ同一のまたは別個の画像類似性基準を採用して、種々の方法および構成で組み合わせら得る。方法が共通参照ライブラリを共有する実施形態では、例えば、各参照記録は、参照／基準画像と、それに関連付けられた標的座標および温度マップとを含み得る。参照ライブラリ拡張（例えば、より一般的には、図２を参照して説明されるように）はまた、リアルタイム手技の間、以前にコンパイルされた参照ライブラリを利用する、他の撮像方法に適用され得る。
【００４５】
本明細書に従う種々の方法は、治療装置（例えば、超音波変換器アレイの位相および振幅を設定するビーム形成装置）および撮像装置と通信する、カスタマイズされた画像処理および制御設備（例えば、計算ユニット１１２と統合される）と併せて、図１に描写されるＭＲｇＦＵＳシステム１００等の（その他の点では従来の）撮像または画像ガイド下治療システムを使用して実装されることができる。画像処理および制御設備は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または配線の任意の好適な組み合わせにおいて実装され得る。図５は、設備が、好適にプログラムされた汎用コンピュータ５００によって提供される、例示的実施形態を図示する。コンピュータは、中央処理ユニット（ＣＰＵ）５０２と、システムメモリ５０４と、不揮発性大容量記憶デバイス５０６（例えば、１つ以上のハードディスクおよび／または光学記憶ユニット等）とを含む。コンピュータ５００はさらに、双方向システムバス５０８を含み、それを経由して、ＣＰＵ５０２、メモリ５０４、および記憶デバイス５０６は、互に、かつ従来のユーザインターフェース構成要素５１０（例えば、画面、キーボード、およびマウスを含む）ならびに治療装置５１２、撮像装置５１４、および（随意に）絶対温度測定を促進する任意の温度センサ５１６等の内部または外部入力／出力デバイスと通信する。
【００４６】
システムメモリ５０４は、参照ライブラリ５１８を記憶し得る。代替として、ライブラリは、大容量記憶デバイス５０６上に記憶され得、個々の参照記録は、必要に応じて、システムメモリ５０４内にロードされ得る。いくつかの実施形態では、各参照記録は、（未加工および／または実空間）画像データおよび（特定用途向けの）関連付けられたデータ（標的座標または絶対温度マップ等）の両方を記憶する、データファイルである。修正例では、参照記録は、複数のファイルから成り得るが、しかしながら、統合されたデータ構造を形成する。例えば、記録は、対応する画像ファイルへのポインタとともに、関連付けられたデータを記憶する、ファイルを含み得る。いくつかの実施形態では、ライブラリ５１８は、複数の画像ファイル、複数の特定用途向けデータファイル（例えば、温度マップ）、および画像と対応する関連付けられた情報をリンクさせるデータベースの形態で記憶される。
【００４７】
システムメモリ５０４はさらに、ＣＰＵ５０２の動作および他のハードウェア構成要素とのその相互作用を制御する、モジュール群として概念的に図示される、命令を記憶する。オペレーティングシステム５２０は、大容量記憶デバイス５０６のメモリ配分、ファイル管理、および動作等の低レベルの基本的システム機能の実行を指示する。より高いレベルでは、１つ以上のサービスアプリケーションが、画像処理、特定の撮像用途（例えば、動き追跡および／または温度測定）、ならびに参照ライブラリ５１８の作成および拡張のために要求される計算機能性を提供する。
【００４８】
例えば、図示されるように、システムは、実空間画像を撮像装置５１４から受信した未加工画像データから再構築し、他の一般的画像処理機能を行なうための画像処理モジュール５２２と、標的および／または他の着目対象の場所情報を再構築された参照画像から抽出するための画像分析モジュール５２４と、温度差および絶対温度マップを参照ライブラリ内の治療画像および情報から計算するための温度測定モジュール５２６と、解剖学的着目領域内の動き、変形、および／または温度発展を計算上シミュレートするための物理的モデル化モジュール５２８と、治療パラメータ（所望のビーム方向および強度等）を計算および調節し、それに基づいて、治療装置５１２を制御する（例えば、位相アレイ超音波変換器の要素間の計算された相対的位相を介して）ための治療制御モジュール５３０と、撮像装置５１４を制御するための画像制御モジュール５３２と、治療画像と参照画像（未加工または再構築された画像かどうかにかかわらず）との間の類似性を測定し、それに基づいて、好適な参照画像を選択し、かつ他のモジュールの実行を指示し、それに従って、必要に応じて、参照ライブラリの拡張のためのプロセスフローを制御するための参照管理モジュール５３４とを含み得る。当然ながら、種々の計算機能性は、当業者に容易に明白となるであろうように、多くの異なる方法で群化および編成され得る。モジュール（すなわち、概して、プロセッサ実行可能命令）は、限定ではないが、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ａｄａ、Ｂａｓｉｃ、Ｃｏｂｒａ、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｌｉｓｐ、Ｐｅｒｌ、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｒｕｂｙ、またはＯｂｊｅｃｔＰａｓｃａｌ等の高水準言語、あるいは低水準アセンブリ言語を含む、任意の好適なプログラミング言語でプログラムされ得る。いくつかの実施形態では、異なるモジュールは、異なる言語でプログラムされる。
【００４９】
本明細書で採用される用語および表現は、限定ではなく、説明の用語および表現として使用され、そのような用語および表現の使用において、図示および説明される特徴またはその一部の任意の均等物の除外を意図するものではない。加えて、本発明のある実施形態が説明されたが、本明細書に開示される概念を組み込む他の実施形態も、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、使用され得ることが、当業者には明白となるであろう。故に、説明される実施形態は、制限ではなく、例証にすぎないものとして、あらゆる観点からみなされるべきである。
【図１】
2015507951.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015507951.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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