(57)【要約】腫瘍を医療的に処置するための高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）は、超音波イメージングインタバルと交互の照射インタバルにおいてロボット制御下で自動管理される。ＴＩＦＵ発信器は、心臓の鼓動と他のイベントのための腫瘍の動きのために補償するように各々の照射について再度方向付けられる。
2006519048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者を医療的に処置するための方法であって：
ａ）患者の身体の一部の初期画像を取得するために超音波のイメージングを用いる段階；及び
ｂ）所定の非０の回数だけ実行する段階であって：
ｉ）患者の身体の一部の現在の画像を取得するために超音波のイメージングを用いる手順；
ｉｉ）前に取得されたイメージング超音波画像と前記の現在の画像を比較する手順；
ｉｉｉ）前記の前に取得された画像が取得されて以来、前記の身体の一部が動いたかどうかの判定が、前記比較に基づいてなされる手順；
ｉｖ）動きが検出されない場合、前記の身体の一部におけるポイントへの高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）量を管理する手順；及び
ｖ）動きが検出される場合、該動きを特徴付け、前記ポイントを追跡するために前記特徴に基づいてＨＩＦＵトランスミッタを向け、前記ポイントに対して前記量を管理する手順；
を有する段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、少なくとも手順ｉｉ）乃至ｖ）が、自動の処理器の制御下でユーザの介入なしに実行される、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、手順ｖ）は、前記ポイントを追跡するために前記イメージング超音波を向けるステップを更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、少なくとも手順ｉ）乃至ｖ）は複数回数実行され、前記の現在の画像は１秒当たり少なくとも２つの現在の画像を取得されるものである、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記画像はそれぞれの三次元ボリュームを表し、それぞれの三次元画像フレームにより表され、該方法は、段階ｂ）の前に、三次元画像フレームカウントを０に設定する手順と、ＨＩＦＵのトランスミッションをフォーカシングする前記身体の一部におけるポイントの集合を決め且つ順序付ける手順とを有し、段階ｂ）は、各々の繰り返しに対して、次のような手順であって：
前記フレームカウントが所定のフレームカウント閾値を上回るかどうかを決める手順；
前記フレームカウント閾値を上回らない場合、前記フレームカウントをインクリメントする手順；並びに
前記フレームカウント閾値を上回る場合、前記の順序付けられた集合において次のポイントがあるかどうかを決める手順であって：
次のポイントがある場合、前記フレームカウントを０にリセットし、段階ｉｖ）及びｖ）における前記身体の一部における前記ポイントとして前記次のポイントを用いるステップ；及び
過ぎのポイントがない場合、手順ｉ）乃至ｖ）の更なる実行を中止するステップ；
を有する手順；
を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、手順ｖ）においてポイントを追跡するためにＨＩＦＵトランスミッタを向けるステップは又、その同じポイントを追跡するように前記イメージング超音波を向け、ＨＩＦＵが焦点を変えないようにする、ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法であって、所定のポイント数が手順ｖ）においてＨＩＦＵが照射された後、手順ｉｉ）における前記の前に取得されたイメージング超音波画像は、前記フレームカウント閾値を最後に上回った後に、段階ｉ）において最初に取得された画像である、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、第１の繰り返しの後の少なくとも１つの手順ｉ）乃至ｖ）の繰り返しに対して、手順ｉｉ）における前記の前に取得されたイメージング超音波画像は段階ａ）において取得された前記初期画像である、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、段階ｂ）の前に、前記ポイントに前記ＨＩＦＵトランスミッタを向ける段階を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、手順ｉｉ）において比較することにおいて用いられる少なくとも１つの高周波の高コントラストマーカーを前記身体の一部に位置付けるためにＨＩＦＵを用いる段階を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
患者を医療的に処置するための装置であって：
患者の身体の一部を画像化するために超音波を出射し且つ受けるための超音波トランシーバ；
フレームバッファ；
前記の受けた超音波に基づいて前記超音波トランシーバから一連の画像フレームを取得するため及び前記フレームバッファにおいて一連の画像フレームを記憶するためのフレームユニットであって、各々の画像フレームは三次元ボリュームを表す取得された超音波画像の集合を有する、フレームユニット；
前記の身体の一部の動きを検出するために前記フレームバッファにおいて画像フレームを比較するための処理器；
前記の身体の一部におけるポイントにフォーカシングするために動作する高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）トランスミッタ；並びに
前記動きが前記処理器により検出される場合、前記ＨＩＦＵ発信器からの発信が前記ポイントを追跡するようにされるための制御器；
を有することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、タイマーを更に有し、前記処理器は、発振が画像フレーム取得に続く発信及びその逆が起こるようにＨＩＦＵ発信器による発信及び前記フレームユニットによる画像フレーム取得が、前記タイマーの終了に基づいて、交互に起こるようになっている、ことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、画像フレーム取得をカウントするためのカウンタを更に有し、前記処理器は、該カウンタが所定のカウントに達するとき、前記ポイントに対するＨＩＦＵ発信を中止するようになっている、ことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって：
前記ＨＩＦＵ発信器は前記の身体の一部における順序付けられたポイントの所定の集合にフォーカシングするように動作し；
前記処理器は、前記の順序付けられたポイントの現在の一に基づいて、前記集合における次のポイントが存在するかどうかを更に判定し；
前記制御器は、前記次のポイントが存在する場合であって、前記処理器が前記の身体の一部の動きを検出した場合、前記ＨＩＦＵ発信器が前記の次のポイントを追跡するように動作する；
ことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の装置であって、前記フレームユニットは少なくとも１秒当たり２つのフレームのレートで画像フレームを取得する、ことを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１１に記載の装置であって、前記制御器は、動きが前記処理器により検出される場合、前記ポイントを追跡するために更に前記超音波を向ける、ことを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、前記超音波トランシーバと前記ＨＩＦＵ発信器とに接続され、前記制御器により動作されるロボットアームを更に有する、ことを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、前記ＨＩＦＵ発信器は前記超音波トランシーバを有する中心孔を有するように構成されている、ことを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、前記超音波トランシーバは前記ＨＩＦＵ発信器に対する固定された相対的向きに取り付けられている、ことを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１１に記載の装置であって、前記の身体の一部における治療ボリュームの境界を規定するための及び前記比較において用いられる少なくとも１つの超音波に対して高コントラストのマーカーを規定するためのユーザ操作可能入力装置であって、前記ポイントは前記治療ボリューム内にある、ユーザ操作可能入力装置を更に有する、ことを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１１に記載の装置であって、前記制御器は、十分な照射量が加えられた外部に供給されたインジケータを受けるとき、ＨＩＦＵ処理を中止する、ことを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１１に記載の装置であって、前記制御器は、十分な照射量が加えられた超音波画像に基づくインジケータを受けるとき、ＨＩＦＵ処理を中止する、ことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）医療に関する。更に詳細には、本発明は、治療されている組織の動きに対して補償するＨＩＦＵ量の自動管理に関する。
【背景技術】
【０００２】
高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）は、手術のようなより侵襲的手法の代替として、腫瘍の治療に用いるためのモダリティとして浮上してきた。高密度の音波は、そのポイントにおける身体組織を殺すために、治療を施す腫瘍組織における他のポイントに対する処理を繰り返す前に、一度に一点にフォーカシングされる。
【０００３】
キャビテーションは、高密度の音波又は超音波が伝搬する流体において激しく泡が形成されて崩壊するプロセスである。それは、圧力が関与する現象である。ＨＩＦＵは又、体液、加熱クッキング及び体液中の水の沸騰から溶解している空気の発生を有する熱的影響をもたらす。組織を殺すためにキャビテーションか又は熱的影響のどちらかを用いることができる。発生する空気の泡は、加熱中に加熱された領域の位置をモニタするために用いられることができ、温度の指標として機能することが可能である。その泡は又、音ビームのよる深い侵入に対するバリアを形成するために用いられてきた。
【０００４】
比較的小さいＨＩＦＵ密度においては、治療を受けている組織は単に治療的に加熱されるが、破壊されることはない。
【０００５】
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）又はＸ線ＣＴイメージングが、ディスプレイスクリーン上に腫瘍の三次元（３Ｄ）画像を表示するために、その治療に先立って、一般的に用いられる。治療中、治療ビームは、マニュアルの視覚的制御下で視覚化された領域においてポイント毎に移動され、ＨＩＦＵ量を供給するために各々のポイントで止められる。
【０００６】
キャビテーション又はクッキングの有効な使用は、各々のスポットにおいて１０秒ないし１分のＨＩＦＵ治療を必要とする。例えば、肝臓は心臓及び肺の近くにあり、それらの動きに応じて動く。
【０００７】
今日の治療においては、患者は、ＨＩＦＵ治療中、連続的に麻酔を施され、麻酔医は、ＨＩＦＵ量の供給中、患者の呼吸を停止させ、その後で呼吸を再開させる。典型的には、医者は、次いで、ディスプレイスクリーン上に治療のための他のスポットを表示し、麻酔医が再び患者の呼吸を止めた後、他のＨＩＦＵ量を与える。腫瘍、及び、典型的には一部の周囲の組織を有する治療ボリュームが、一般に、数時間の期間に亘って完了するまで、ポイント毎に連続して画像化され、頻度低く実行されることにより、このような呼吸の停止及び開始のレジームは各々のスポットに対して繰り返される。従来のＨＩＦＵ治療方法は、それ故、冗漫で、非常に時間を要し、エラーを潜在的に有するものである。特に、医者は、治療ボリュームのどの部分が既に完了しており、どの部分が治療させるべく残っているかについて把握することにおいてミスを犯しがちである。
【０００８】
更に、ＭＲＩ装置は、通常、非常に高価であり、典型的には、５０万ドル乃至２００万ドルであり、Ｘ線の被爆による健康へのリスクを必然的に伴うこととなる。
【０００９】
それ故、ＨＩＦＵ治療をより速く、安全に且つよりコストパフォーマンス高くする必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、ユーザの介入の必要がなく、処理器の自動制御下で実行されるＨＩＦＵ治療のための方法及び装置を提供することにより、上記のような従来技術の不利点を克服することである。
【００１１】
他の本発明の目的は、より短い時間の期間で終了に達することができるＨＩＦＵ治療を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、比較的コストパフォーマンスの高い超音波イメージングを伴って動作するＨＩＦＵを提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、過度の麻酔の介入及びその結果としての患者へのリスクを回避するＨＩＦＵ治療スキームを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明においては、ＨＩＦＵ発信器および超音波イメージングトランシーバは、患者の身体における治療ポイントを同時に対象とし、迅速な交互の状態で動作される。画像を比較することにより、治療ボリュームが動いたことを処理器が検出する場合、発信器は、その動きに対して補償するために、ロボットにより即座に対象に再び狙いを定め、それにより、治療ポイントを追跡する。ＨＩＦＵ量が１つのポイントに対して完了したとき、全体の治療ボリュームの３次元ラスタスキャンにおける最終ポイントが終了するまで、処理器は次のポイントに適用をシフトし、それを繰り返す。動き追跡は、好適には、治療に先行する準備段階で治療ボリューム内及びその周りに配置された超音波的に高コントラストのマーカー又はマーキングポイントにより狙いを定める。
【００１５】
本発明の他の目的及び特徴は、添付図面に関連して考慮する以下の詳細説明により明らかになるであろう。しかしながら、それらの図面は例示のみを目的として示しており、本発明の限界を規定するものではないことを理解する必要がある。図面は、必ずしもスケーリングして描いてはおらず、特に明記しない限り、それらの図面は、説明する構造および方法を単に概念的に例示することを意図している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、例示として且つ非制限的な実施例として、本発明に従った、患者を医学的に治療するためのＨＩＦＵ装置１１０を示している。その装置１１０は、超音波イメージングシステム１１２と、ＨＩＦＵ処理器１１３と、ＨＩＦＵ処理器１１３の近接端部に接続されたロボットアーム１１４とを有する。ロボットアーム１１４の遠心端部において、装置１１０は、ＨＩＦＵ発信器１１６と、超音波を発信し且つ３次元画像を生成するために患者から戻る超音波エコーを受信する３次元（“３Ｄ”）超音波イメージングトランシーバ１１８とを更に有する。
【００１７】
ＨＩＦＵ処理器１１３は、ロボットアーム１１４を操作するための制御器１２０を収容している。本発明の一実施形態においては、制御器１２０は、ｘ、ｙ及びｚ軸により図１に示す三方向の組み合わせ又は何れ一方向にロボットアーム１１４を正確に平行移動させるためのサーボ機構である。ロボットアーム１１４は、それ故、長手方向の前方及び後方に、水平方向の左右に及び垂直方向の上下に動くことができる。ＨＩＦＵ処理器１１３は、ＨＩＦＵ量を供給する治療中及びマーカーを形成する処置に先立ち、超音波イメージングシステム１１２と通信するために通信リンク１１５を用いる。
【００１８】
超音波イメージングシステム１１２はリアルタイムイメージング処理器１２１と補助処理器１２２とを有する。超音波イメージングシステム１１２は、リアルタイムイメージング処理器１２１から導いている、データバス１２３と、そのデータバスにおいて、フレームユニット１２４と、フレームバッファ１２６と、フレームカウンタ１２８と、ポイントカウンタ１３０と、タイマー１３２とを有する。フレームユニット１２４は、受信された超音波に基づいてトランシーバ１１８から一連の３次元画像フレームを取得し、フレームバッファ１２６において画像を記憶するようになっている。ここで用いる、“３Ｄ画像フレーム”又は“３Ｄフレーム”は３Ｄボリュームを表す、取得された超音波画像の集合をいう。ここで説明するフレーム全ては３Ｄフレームであるため、いずれの表現“フレーム”は“３Ｄフレーム”を意味する。フレームカウンタ１２８及びポイントカウンタ１３０は、１つの潰瘍スポットから他の潰瘍スポットに治療をシフトさせる装置１１０により用いられる。タイマー１３２は、交互のイメージングのデューティサイクルとＨＩＦＵ発信とを調節するために用いられる。リアルタイムイメージング処理器１２１は画像を取得し、動き追跡を実行する。処理器１２１は、バス１２３に対してシグナリングにより種々の構成要素の動作を制御し、典型的には、例えば、いずれの種々の形にある読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）とランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のような揮発性及び不揮発性メモリを有する。
【００１９】
補助処理器１２２はディスプレイ１３６にイメージングを出力し、入力装置１３８として、１つ又はそれ以上のマウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール又は既知の及び適切な入力手段を有する。ディスプレイ１３６及び入力装置１３８は、治療に先立って治療ボリュームの境界及び高コントラスト超音波マーカーを指定するように、並びに装置１１０による自動治療を開始するように操作される。補助処理器１２２は、リアルタイムイメージング処理器１２１に対して自動治療を開始するコマンドと決定されたマーカー及び境界とを送信するために通信リンク１３３を使用し、又は、通信リンク１１５に
対してＨＩＦＵ処理器１１３に直接送信することが可能である。
【００２０】
ＨＩＦＵ発信器１１６は、典型的には直径が６乃至１２インチであるディッシュ１４０を有し、少なくとも１つの変換素子１４２を収容している。ディッシュの下部に示しているＨＩＦＵ変換素子１４２はＨＩＦＵ発信器１１６の中心孔を取り囲んでいる。１つのみの変換素子１４２を示しているが、複数のＨＩＦＵ変換素子１４２が中心孔を取り囲むような構成で設けられることができる。超音波イメージングトランシーバ１１８は、一般に、複数のイメージング変換素子（図示せず）を有する。図１に示している実施形態においては、トランシーバ１１８は、３Ｄイメージングのために適切である既知のタイプの超音波変換素子を用いて実施されることができる。
【００２１】
ＨＩＦＵがアクティブであり、即ち、送信される場合に、ＨＩＦＵがフォーカシングされるポイントと中心が一致する三次元画像を取得するために常にイメージングが配置されるように、イメージングトランシーバ１１８及びＨＩＦＵ発信器１１６の両方は、好適には、固定された相対的な向きで備えられている。ＨＩＦＵ音波はイメージングを圧倒する傾向にあるため、ＨＩＦＵは、好適には、イメージング中は、アクティブにされない。ロボットアームに対して焦点が決して変化しないように、ロボットアーム１１４に動かないように発信器１１６とトランシーバ１１８の両方を固定し、焦点深度及び方位において不変であるＨＩＦＵビームを維持することが更に好ましい。従って、ＨＩＦＵがフォーカシングされる位置は、ロボットアーム１１４の動きにより総合的且つ排他的に制御される。
【００２２】
しかしながら、本発明は、上記の構成にある発信器１１６及びトランシーバ１１８の実施に限定されるものではない。ＨＩＦＵ発信器１１６を、例えば、フェーズドアレイ変換素子を用いて実施することが可能であり、それに対する電気的励起はＨＩＦＵビームを操作して段階的になされる。代替として、アームの動作とビームの動作とを結合させることが可能である。更なる代替として、ロボットアーム１１４は、身体の特定部分への容易なアクセスのために傾斜角を与えるように、２つの直交方向であって、例えば、ｘ軸及びｙ軸の１つ又は両方における所望の角度にディッシュ１４０を傾けることが可能である。更に、発信器１１６およびトランシーバ１１８は、非対称にロボットアーム１１４に関して備えられることが可能であり、又は、腫瘍の治療において同期化された操作のための異なるプラットホームにおいて駆動されることも更に可能である。
【００２３】
又、図１において、ＨＩＦＵを用いて治療される医療患者の胴１４４の模式的な断面図を示している。患者は、肋骨１４６及び脊椎１４８の向きにより示されているように仰向けになっているが、患者は他の位置付けにされることが可能である。患者の肌１５０の近接においては、従来の方法で患者にＨＩＦＵを発信するために用いられる、例えば、水のような液体で満たされたコンテナ１５２がある。胴１４４内には、臓器又は身体の部分１６２、１６４がある。身体部分１６４は、腫瘍１６８を取り囲んでいる治療ボリューム１６６を有する。腫瘍１６８内のポイント１７６にフォーカシングされたビーム１５８としてＴＩＦＵを示している。
【００２４】
イメージングの三次元視野、即ち、破線１６９により範囲を定めている部分は、連続する動き補償の間に起こり得る腫瘍の中心をはずれた動きを捉えるために十分大きく構成されている。
【００２５】
超音波による三次元高コントラストマーカー１７０、１７２、１７４は身体部分１６４内に形成され又は固定されるが、多かれ少なかれ、マーカーを利用することが可能である。マーカー１７０、１７２、１７４は、好ましくは、身体部分を“焼き付ける”ようにＨＩＦＵを適用することにより形成されるが、例えば、生物学的適合材料のピン又はパレットの埋め込みにより又は超音波コントラスト物質の注入により実施されることが可能である。それらのマーカー１７０、１７２、１７４は、周囲の組織に対する腫瘍１６８のコントラスト又は視認性に依存して、必ずしも必要ではない。マーカーを腫瘍１６８の内側又は外側に形成することができる。肝臓の組織は再生可能であり、胸部の組織の小さい損失は有害ではなく、それ故、マーカーはそれらの臓器に対して主要の外側に形成されることができる。腫瘍１６８内、単に治療ボリューム１６６内又は身体部分１６４に形成されるに拘らず、治療中、実行可能である限り又は全体の操作に対する治療により曖昧化されることを回避するように位置決めされる必要がある。
【００２６】
それ故、特にクッキングによる、ポイント１７６における治療ボリューム１６６のＨＩＦＵ照射は、一般に、治療されるポイントの背後の組織のそれに続く視認性をブロックするため、操作は、ＨＩＦＵ変換素子からみて、線Ｒで示されている、治療ボリュームの背後の部分の方に向かって開始される。実行可能である場合、好ましくは、マーカー１７０、１７２、１７４と同様に腫瘍の外側に、又はマーカー１７０と同様に腫瘍の前において又は前の方に、マーカーは形成される。
【００２７】
図２において、治療されるべき身体部分１６４の画像をディスプレイ１３６上で医者がみることができる（段階Ｓ２００）、本発明の例示としての準備段階のフロー図を示している。腫瘍１６８が患者の心臓近くにあり、それ故、患者の心臓の鼓動と共に動く場合、ＨＩＦＵにより焼き付けられたマーカーは意図された位置決めポイントを見失い得る。動き追跡のためのマーカーの位置決めにおけるフレキシビリティが存在するため、マーカーは、一般に尚も有用である。しかしながら、それを使用することにより、治療ボリュームの境界の再認識を必要とする。例えば、治療ボリュームにおける腫瘍でない組織はマーカーの前に存在し得るが、再び示されるボリュームから削除されることが可能である。それ故、マーカー１７０、１７２、１７４は、治療ボリューム１６６を規定する前に形成することが好ましい。
【００２８】
医者は入力装置１３８を操作し、それに応じて、身体部分１６４の画像に対してスキャンカーソルを操作し、更に、マーカーを指定するために入力装置１３８を操作する（段階Ｓ２０２）。自動的に、入力装置１３８の更なる操作により又は他の入力手段により、ＨＩＦＵはそのポイントにおいてマーカーを生成するために指定されたポイントにフォーカシングするように発信される（段階Ｓ２０４）。医者は形成されたマーカーをみて（段階Ｓ２０６）、他のマーカーを形成するべきかどうかの判定を行う（段階Ｓ２０８）。他のマーカーが形成されるべきである場合、そのプロセスは、最後のマーカーが身体部分１６４に焼き付けられるまで、段階Ｓ２０２から繰り返される。
【００２９】
医者は、ディスプレイ１３６上における視認できる重畳が治療ボリュームの境界を定めるように、次に、マウス１３８、ジョイスティック又は他の装置を操作することにより、治療ボリューム１６６を規定する。
【００３０】
治療ボリューム１６６におけるそれらのポイントは、次いで、照射されるべき順序が与えられる。本発明の好適な実施形態においては、それらのポイントは、ラスタスキャン順であって、例えば、左から右に及び上から下に処理され、図１における線Ｒを有するスライス又は面における治療ボリューム１６６の後方から開始され、面毎に前方に処理される。動き追跡は、ラスタスキャンの順序が維持されるように、心臓の鼓動、呼吸又は他のイベントの結果として、治療中に起こり得る治療ボリューム１６６のいずれの傾斜に対して補償する。
【００３１】
医者は、ラスタスキャンを開始するようになっている治療ボリューム内のポイントにスキャンカーソルを置き、特に本発明の好適な実施形態においては、装置１０は、ラスタスキャンにおける最初のポイントを自動的に指定する（段階Ｓ２１０）。ラスタスキャンの順序は唯一の有効な順序ではなく、オペレータは、それに代えて他の順序を指定するために入力装置１３８を用いることが可能である。
【００３２】
図３は、少なくとも１つのマーカーが治療ボリュームの外側に形成され、それにより、処理により曖昧化される状態に対して、ＨＩＦＵ治療方法の例示としての処理フェーズの第１実施形態のフロー図を示している。第１実施形態は、初期画像が処理の開始時に取得された画像である場合、動き補償を決定するために現在の画像をその初期画像と常に比較する。この技術は、累積エラーを最小化し、治療ボリュームの外側にマーカーがあることにより実行可能となる。
【００３３】
二次元又は三次元に拘らず、動き追跡は、典型的には、第１フレームにおける画像の回転及び／又は平行移動と、第２フレームにおける移動された画像の重畳と、２つの画像間における相関性の把握と、各々の度に回転及び／又は平行移動に対して異なるインクリメントを用いる処理の繰り返しとを有する。最も高い相関性に関連する全回転及び／又は平行移動は補償されるべき動きを表す。その回転及び／又は平行移動を、パターン認識が得られるが故に、画像を“登録”するという。三次元追跡に対しては、２つの画像を登録する補償は、例えば、ｘ、ｙ及びｚの各軸に関する回転に対してインクリメントし、ｘ、ｙ及びｚの各方向に対してインクリメントすることに対応する、六次元ベクトルとして表される。
【００３４】
仮定として、身体部分１６４の動きを検出するためのフレームの比較は、厳密に時間的に隣接するフレーム、即ち、１つのフレームとその次のフレームとを用いて実行される。フレームの取得の間の中間期間において、治療ボリューム１６６における１つのポイントのみが照射され、比較される画像は非常に類似したものとなる。それ故、全画像が動き追跡の対象となり、登録の達成に役立つ。
【００３５】
しかしながら、厳密に時間的に隣接するフレームを比較することの不利点は、イメージングトランシーバ１１８が動きを補償するようにすることにおいて、エラーがフレーム間で累積することである。エラーは、例えば、３つの軸ｘ、ｙ及びｚの１つ又はそれ以上に沿って決定された動き補償の大きさに即して、又は決定された動き補償を実行するために３つの軸の１つ又はそれ以上に沿ってサーボ１２０がロボットアーム１１０を動かす距離に即して生じる。エラーは、ＨＩＦＵ量を受けるようになっているポイントの不完全なトラッキングにおいて現れる。決定された動き補償における及び／又はサーボ１２０に応答する変換コマンドにおけるいずれの変換バイアスは累積する。バイアスがランダムである場合、それらのバイアスは、長い実行に対して取り消される傾向にあるが、ときどき、かなり大きいズレを尚も生じる。他方、バイアスが整然と一方向にある場合、エラーは更に速く累積する。
【００３６】
対照的に、本発明の第１実施形態におけるように、現在の画像が初期の画像と比較される場合、エラーは累積しない。初期画像の中心又は“原点”は、段階Ｓ３０２において自動操作により第１ラスタポイントを指定されたオペレータ又は装置１０であるか否かに拘らず、直接、ラスタの第１ポイントにある。本発明の第１実施形態の技術は、それに代えて、その原点が現在のポイントに一致し、それ故、動き補償を決定するために現在の画像にシフトされた初期画像を比較することができるように、初期画像をシフトさせる。ＨＩＦＵ発信器１１６及びイメージングトランシーバ１１８は、次いで、その決定に基づいて、ロボットアーム１１４により平行移動される。
【００３７】
図３を再び参照するに、フレームカウント及びポイントカウントは、対応するカウンタ１２８、１３０を再設定することにより初期化される（段階Ｓ３００）。身体部分１６４の初期画像が、ＨＩＦＵ照射されるべき第１治療ポイントに位置付けられた原点と共に取得される（段階Ｓ３０２）。それ故、例えば、一旦、第１ラスタポイントがマウス１３８によりディスプレイ１３６上で指定される（段階Ｓ２１０）、イメージングは、その第１ラスタポイントを原点に位置決めするためにシフトする（段階Ｓ３０４）．
この処理の際、所定のフレームカウント閾値を上回ったかどうかに関して、判定がなされる（段階Ｓ３０６）。フレームカウントは、身体部分１６４における現在のポイントへの適切な照射をＨＩＦＵトランスミッタ１１６が供給するタイミング機構として機能する。好適には、例えば、２０％のデューティサイクルで、少なくとも２フレーム／秒のフレームレートで取得される。従って、２フレーム／秒において、０．１秒のイメージング期間が０．４秒のＨＩＦＵ期間により後続され、それは、順に、他の０．１秒のイメージング期間により後続され、そして、インターリーブ方式でそれが繰り返される。一旦、フレームカウントを所定の大きさにする、所定数のフレームが取得されると、所定数のＨＩＦＵ照射が管理されることに従うようになる。それ故、フレームカウント閾値が確率されると、それにより、閾値を上回ることは、照射量が現在のポイントに対して完了したことを示すこととなる。フレームカウント以外のタイミング機構を、それに代えて、採用することができる。特定の基準に従って、現在のポイントに対する照射量が完了したという評価を下すことが可能であるフィードバックイメージングを与えることが又、可能である。その例としては、現在のポイントにおける温度に基づくＭＲＩフィードバックがあるが、本発明の１つの有利点は、ＭＲＩコストオーバーヘッドがない状態で中断する機会を得ることである。その場合、照射量が現在のポイントに対して完了したと判定されるとき、超音波イメージングシステム１１２は、現在のＨＩＦＵ照射量サイクルを即座に終了するためにＨＩＦＵ処理器１１３にコマンド又は他のインジケータを与えることが可能である。
【００３８】
次に、次のポイントがラスタにおいて存在するかどうかに関して問い合わせがなされる（段階Ｓ３０８）。否定的な場合、治療がなされ、操作フェーズは中止する（段階Ｓ３１０）。他方、次のポイントが存在する場合、そのような次のポイントは、続く処理の目的のために現在のポイントとされ（段階Ｓ３１２）、フレームカウントはリセットされ（段階Ｓ３１４）、そしてポイントカウントはインクリメントされる（段階Ｓ３１６）。
【００３９】
フレームカウント閾値を上回る（段階Ｓ３０６）場合、現在の画像を取得するために、現在の対象を用いて、超音波イメージングが再開される。従って、例えば、これが段階Ｓ３１８の第１の繰り返しである場合、イメージングは、再度、対象を定めはしない。他方、これが段階Ｓ３１８の第１の繰り返しでない場合、イメージングは、最も近い段階Ｓ３１８の前の繰り返しから再度、対象を定める。
【００４０】
次に、フレームカウントが０であるかどうかに関して、問い合わせがなされる（段階Ｓ３２０）。肯定的な場合であって、ポイントカウントが非０である（段階Ｓ３２２）場合、次のポイントが現在のポイントとして選択された（段階Ｓ３１２）が、動き追跡は、そのような現在のポイントに対して尚もなされない。動き追跡における画像の比較のために準備するために、初期画像は、その原点が現在のポイントと一致するように再位置合わせがなされる（段階Ｓ３２４）。他方、フレームカウントが非０である場合又はポイントカウントが０である場合、再位置合わせの必要はない。
【００４１】
次に、現在の画像は初期画像と比較され（段階Ｓ３２６）、上記のように、再位置合わせがなされるか又はなされない。比較される２つの画像間のいずれの差が、身体部分１６４の動き、次のポイントに対する初期画像の再位置合わせ又はそれら両方に帰することがあり得る。動き追跡アルゴリズムは、この差を反映する六次元ベクトルを出力し、簡単化のために、以下、動きベクトル又は動き補償ベクトルとみなされる。
【００４２】
六次元の動き補償ベクトルは、好適には、３つの回転が３つの並進に先行するようになっている。各々の回転又は並進については、行列により表すことができ、それ故、６つの行列が所定の順序で積算される。行列の乗算は、しかしながら、交換可能ではない、即ち、行列Ａと行列Ｂとの乗算は、一般に、行列Ｂと行列Ａとの乗算とは等しくない。決定された動き補償が、回転が並進に先行するように表現されている場合、それらの回転は無視されることができる。即ち、現在のポイントは原点にあるため、いずれの３つの軸ｘ、ｙ、ｚに対する回転は現在のポイントを移動させることはない。それ故、必要な、決定される動き補償の成分のみが３つの並進であり、それらの３つの並進は３次元の並進動きベクトルを有する（段階Ｓ３２８）。
【００４３】
各々の並進は、それぞれの方向におけるロボットアーム１１４のサーボ１２０によるそれぞれの並進に対応している。従って、ロボットアーム１１４を動かすことにより、イメージング及びＨＩＦＵが現在のポイントを追跡するようにさせる（段階Ｓ３３０）。動き又は初期画像の再位置合わせが生じない場合、並進動きベクトルエントリは０であり、ロボットアーム１１４は静止したまま保たれる。
【００４４】
治療されるべき腫瘍が、一般的な麻酔が必要とされない患者の身体においてそのように位置付けられる場合、動き追跡アルゴリズムが前の画像を用いて現在の画像を登録するができない程度まで、腫瘍１６８がイメージング視野と現在の画像とをそのまま保つようにするように患者は十分に動くことが可能である。その場合、ＨＩＦＵトランスミッションは、患者への有効な浮遊照射量のために継続することができず、それ故、処理は中断される（図示せず）。
【００４５】
段階Ｓ３３０に向かった後、ＨＩＦＵ量は現在のポイントに対して管理され（段階Ｓ３３２）、フレームカウントはインクリメントされ（段階Ｓ３３４）、そして、現在のポイントに対する照射量が完了しない場合又はそれらが完了し且つ次のポイントが存在する場合、画像取得フェーズが繰り返される。
【００４６】
図４は、第１実施形態によりカバーされない状態に対してＨＩＦＵ治療方法の例示としての処理フェーズの第２実施形態、即ち、形成されたマーカーが存在しない又は治療ボリューム１６６の外側に形成されたマーカーがない場合について示している。それらが処理により曖昧化されない状態を保つ限り、何れのマーカーを動き追跡のためにのみ用いることができる。一旦、マーカーが曖昧化されると、又は、形成されたマーカーが存在しない場合、動き追跡は治療ボリューム１６６のみに依存する。治療ボリューム１６６が次第に処理されるにつれ、現在の画像における治療ボリューム１６６は初期の画像における治療ボリューム１６６から益々異なったものとなる。動き追跡は、それ故、いまだに処理されていない、それ故、初期の画像における治療ボリューム１６６の対応する部分に似ている、治療ボリューム１６６の一部のみに依存してなされる。治療ボリューム１６６の一部のみが２つの画像間で登録されるため、登録は次第に更に不安定になる。処理のある段階においては、それ故、本発明においては、現在の画像を初期の画像ではなく、より最近取得された画像と比較する。有利であることに、本発明の方法は、その治療ポイントに対する第１取得画像と各々の続く画像を比較することにより、いずれのエラーの重大な累積を伴うことのない技術におけるこのシフトを達成する。
【００４７】
図４においては、段階Ｓ３００乃至Ｓ３１８は、初期画像を保存するばかりでなく、“短期間”画像としてそれを保存する段階Ｓ４０４を除いて、図３と同じ段階を繰り返している。短期間画像は、ＨＩＦＵ治療下で現在のポイントに対してのみ利用される。
【００４８】
段階Ｓ３１８の後、ポイントカウント閾値を上回ったかどうかに関する問い合わせがなされる。否定的である場合、初期画像ではなく、短期間画像を現在のポイントに対して再位置合わせする段階Ｓ４２４と、初期画像ではなく、短期間画像と現在の画像を比較する段階Ｓ４２６とを除いて、続くフロー図の段階全ては図３と同じ段階を繰り返す。
【００４９】
ポイントカウント閾値を上回る場合（段階４２６）、フレームカウントが０であるかどうかに関する問い合わせがなされる（段階Ｓ４２８）。肯定的な場合、短期間画像は、“新しい”短期間画像としての役割を果たす現在のポイントと再位置合わせされ（段階Ｓ４３０）、段階Ｓ４２６が実行され、処理は、フレームに対する繰り返しを完了するために段階Ｓ３２８乃至Ｓ３３４を進める。フレームカウントが０でない場合、段階Ｓ４２６が、同様に実行され、処理は、同様の方式で、フレームに対する繰り返しを完了するために段階Ｓ３２８乃至Ｓ３３４を進める。
【００５０】
ポイントカウント閾値は、それを上回るときに、初期画像との現在の画像の比較（段階Ｓ４２６）が、更に最近に取得された画像との現在の画像の比較（段階Ｓ４３０）を優先させて先行されるように、その時点までに照射された治療ボリューム１６６におけるポイント数が十分であるように、選択される。
【００５１】
従って、好適な実施形態に適用されるように、本発明の基本的な新規の特徴について示した一方、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者は示した装置の形式及び詳細における並びにそれらの動作における種々の省略、置き換え及び変更が可能であることが理解されるであろう。例えば、同じ結果を達成するための実質的に同じ方法で実質的に同じ機能を実行するそれらの要素及び／又は方法の段階の組み合わせ全てが本発明の範囲内にあることを明確に意図するものである。更に、本発明のいずれの記載した形式又は実施形態
と結合させて図示及び／又は説明している構造及び／又は要素及び／又は方法の段階は、デザインの選択の一般的問題として、何れの他の開示した、説明した、提案した形式又は実施形態に組み込まれることが可能であることを認識する必要がある。従って、同時提出の特許請求の範囲により記載しているようにのみ限定されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に従ったＨＩＦＵ装置の実施例について示す図である。
【図２】本発明に従ったＨＩＦＵ治療方法の例示としての準備段階のフロー図である。
【図３】本発明に従ったＨＩＦＵ治療方法の例示としての処理段階の第１実施形態のフロー図である。
【図４】本発明に従ったＨＩＦＵ治療方法の例示としての処理段階の第２実施形態のフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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