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技術 放射線治療の施術中の実時間の腫瘍灌流画像化

出願人 コーニンクレッカフィリップスエヌヴェ
発明者 バーラト,シャムホール,クリストファースティーヴン
出願日 2013年6月18日 (7年5ヶ月経過) 出願番号 2015-519408
公開日 2015年9月10日 (5年2ヶ月経過) 公開番号 2015-526132
状態 特許登録済
技術分野 超音波診断装置 光学的手段による材料の調査、分析 放射線治療装置
主要キーワード 音響マイク 位置決めモジュール 使用ケース ケーブル布線 アクティブビーム 拡散相 最適化パラメータ 検出器構成
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年9月10日)のものです。
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図面 (6)

課題・解決手段

灌流画像化のためのシステム及び方法は、標的領域から灌流情報を収集するよう構成される撮像装置(122)を有する。処理モジュール(110)は、灌流情報に基づき標的領域の灌流レベルを決定するよう構成される。立案モジュール(114)は、灌流レベルを標的領域のための治療アクティビティ相関させることによって、標的領域のための治療プランを提供するよう構成される。治療アクティビティは、標的領域における灌流レベルの特性に基づき調整される。

概要

背景

放射線治療(Radiation Therapy,RT)は、癌の治療のために広く使用されている。従来、RT治療プランは、それらが分割照射間で何らの変更なしで作成され施行される点で、静的であった。化学療法とともに使用されるRTは、腫瘍による化学療法薬の摂取がRTの効力を高めるので、癌の治療を強化する。腫瘍による化学療法薬の摂取は、腫瘍における薬剤濃度レベルによって決定される。つまり、それは腫瘍灌流ベルに依存する。よって、RT施術中に腫瘍灌流の変化を測定する能力は、残りの分割照射のためのRT治療計画への適応を決定することにおいて、更には、化学療法を施すための適切な投薬パターンを決定することにおいて、有益なフィードバックをもたらすことができる。

概要

灌流画像化のためのシステム及び方法は、標的領域から灌流情報を収集するよう構成される撮像装置(122)を有する。処理モジュール(110)は、灌流情報に基づき標的領域の灌流レベルを決定するよう構成される。立案モジュール(114)は、灌流レベルを標的領域のための治療アクティビティ相関させることによって、標的領域のための治療プランを提供するよう構成される。治療アクティビティは、標的領域における灌流レベルの特性に基づき調整される。

目的

立案モジュールは、前記灌流レベルを前記標的領域のための治療アクティビティと相関させることによって前記標的領域のための治療プランを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

標的領域から灌流情報を収集するよう構成される撮像装置と、前記灌流情報に基づき前記標的領域の灌流レベルを決定するよう構成される処理モジュールと、前記灌流レベルを前記標的領域のための治療アクティビティ相関させることによって前記標的領域のための治療プランを提供するよう構成される立案モジュールとを有し、前記治療アクティビティは、前記標的領域における前記灌流レベルの特性に基づき調整される、灌流画像化システム

請求項2

前記治療アクティビティは放射線治療を含む、請求項1に記載の灌流画像化システム。

請求項3

前記治療アクティビティは、腫瘍灌流レベル及び正常組織灌流レベルのうちの少なくとも1つを最適化パラメータとして使用することで調整される、請求項1に記載の灌流画像化システム。

請求項4

前記治療アクティビティは、腫瘍灌流レベル及び正常組織灌流レベルのうちの前記少なくとも1つを1又はそれ以上の生理学的測定と組み合わせて最適化パラメータとして使用することで調整される、請求項3に記載の灌流画像化システム。

請求項5

前記治療アクティビティは、放射線治療と並行して施される化学療法を含む、請求項1に記載の灌流画像化システム。

請求項6

前記撮像装置のプローブを、該プローブがアクティブな放射線治療放射線ビーム干渉しないように位置付けるよう構成される位置決めモジュールを更に有する請求項1に記載の灌流画像化システム。

請求項7

前記位置決めモジュールは、前記アクティブな放射線治療放射線ビーム、前記プローブの応答信号対雑音比リニアック位置の既知時間パターン、及び前記アクティブな放射線治療放射線ビームの射出経路、のうちの少なくとも1つに基づき前記プローブを位置付けるよう構成される、請求項6に記載の灌流画像化システム。

請求項8

前記位置決めモジュールは、最大視野モニタリングするために放射線治療立案システムから受け取られた位置に従って前記プローブを位置付けるよう構成される、請求項6に記載の灌流画像化システム。

請求項9

前記撮像装置のプローブへ結合され、該プローブを位置付けるロボットアームを更に有する請求項1に記載の灌流画像化システム。

請求項10

前記ロボットアームは2又はそれ以上の自由度を含む、請求項9に記載の灌流画像化システム。

請求項11

前記撮像装置は、放射線治療の施術中に灌流情報を収集する、請求項1に記載の灌流画像化システム。

請求項12

前記処理モジュールは、1又はそれ以上の放射線治療回の組の後に灌流レベルを決定するよう構成される、請求項11に記載の灌流画像化システム。

請求項13

前記処理モジュールは、累積的灌流レベルを決定するよう構成される、請求項11に記載の灌流画像化システム。

請求項14

前記処理モジュールは、放射線治療の施術中に実時間において灌流レベルを決定するよう構成される、請求項1に記載の灌流画像化システム。

請求項15

前記撮像装置は、拡散光スペクトロスコピー拡散光イメージング拡散相関スペクトロスコピー、光音響コンピュータ断層撮影、光音響マイクスコピー、レーザードップラー灌流イメージング偏光受型光コヒーレンストモグラフィー高周波超音波のうちの少なくとも1つのモダリティを有する、請求項1に記載の灌流画像化システム。

請求項16

標的領域から灌流情報を収集するよう構成される撮像装置と、前記灌流情報に基づき前記標的領域の灌流レベルを決定するよう構成される処理モジュールと、前記灌流レベルを前記標的領域のための治療アクティビティと相関させることによって前記標的領域のための治療プランを提供するよう構成される立案モジュールとを有し、前記治療アクティビティは、腫瘍灌流レベル及び正常組織灌流レベルのうちの少なくとも1つを最適化パラメータとして使用することで、前記標的領域における前記灌流レベルの特性に基づき調整され、更に、前記治療アクティビティは、放射線治療及び化学療法のうちの少なくとも1つを含む、灌流画像化システム。

請求項17

前記撮像装置のプローブを、該プローブがアクティブな放射線治療放射線ビームと干渉しないように位置付けるよう構成される位置決めモジュールを更に有する請求項16に記載の灌流画像化システム。

請求項18

前記撮像装置のプローブへ結合され、該プローブを位置付けるロボットアームを更に有し、前記ロボットアームは2又はそれ以上の自由度を含む、請求項16に記載の灌流画像化システム。

請求項19

標的領域から灌流情報を収集するステップと、前記灌流情報に基づき前記標的領域の灌流レベルを決定するステップと、前記灌流レベルを前記標的領域のための治療アクティビティと相関させることによって前記標的領域のための治療プランを提供するステップとを有し、前記治療アクティビティは、前記標的領域における前記灌流レベルの特性に基づき調整される、灌流画像化方法。

請求項20

前記治療アクティビティは放射線治療を含む、請求項19に記載の灌流画像化方法。

請求項21

前記治療アクティビティは、腫瘍灌流レベル及び正常組織灌流レベルのうちの少なくとも1つを最適化パラメータとして使用することで調整される、請求項19に記載の灌流画像化方法。

請求項22

前記治療アクティビティは、腫瘍灌流レベル及び正常組織灌流レベルのうちの前記少なくとも1つを1又はそれ以上の生理学的測定と組み合わせて最適化パラメータとして使用することで調整される、請求項21に記載の灌流画像化方法。

請求項23

前記治療アクティビティは、放射線治療と並行して施される化学療法を含む、請求項19に記載の灌流画像化方法。

請求項24

プローブを、該プローブがアクティブな放射線治療放射線ビームと干渉しないように位置付けるステップを更に有する請求項19に記載の灌流画像化方法。

請求項25

前記位置付けるステップは、前記アクティブな放射線治療放射線ビーム、前記プローブの応答の信号対雑音比、リニアック位置の既知の時間パターン、及び前記アクティブな放射線治療放射線ビームの射出経路、のうちの少なくとも1つに基づき前記プローブを位置付けることを含む、請求項24に記載の灌流画像化方法。

請求項26

前記位置付けるステップは、最大視野をモニタリングするために放射線治療立案システムから受け取られた位置に従って前記プローブを位置付けることを含む、請求項24に記載の灌流画像化方法。

請求項27

ロボットアームによりプローブを位置付けるステップを更に有し、前記ロボットアームは2又はそれ以上の自由度を含む、請求項19に記載の灌流画像化方法。

請求項28

前記収集するステップは、放射線治療の施術中に灌流情報を収集することを含む、請求項19に記載の灌流画像化方法。

請求項29

前記決定するステップは、1又はそれ以上の放射線治療回の組の後に灌流レベルを決定することを含む、請求項19に記載の灌流画像化方法。

請求項30

前記決定するステップは、累積的灌流レベルを決定することを含む、請求項19に記載の灌流画像化方法。

請求項31

前記決定するステップは、放射線治療の施術中に実時間において灌流レベルを決定することを含む、請求項19に記載の灌流画像化方法。

請求項32

前記灌流情報を収集するステップは、拡散光スペクトロスコピー、拡散光イメージング、拡散相関スペクトロスコピー、光音響コンピュータ断層撮影、光音響マイクロスコピー、レーザードップラー灌流イメージング、偏光感受型光コヒーレンストモグラフィー、高周波超音波のうちの少なくとも1つを実行することを含む、請求項19に記載の灌流画像化方法。

技術分野

0001

本開示は、医療機器係り、特に、放射線治療施術中の腫瘍灌流画像化に係る。

背景技術

0002

放射線治療(Radiation Therapy,RT)は、癌の治療のために広く使用されている。従来、RT治療プランは、それらが分割照射間で何らの変更なしで作成され施行される点で、静的であった。化学療法とともに使用されるRTは、腫瘍による化学療法薬の摂取がRTの効力を高めるので、癌の治療を強化する。腫瘍による化学療法薬の摂取は、腫瘍における薬剤濃度レベルによって決定される。つまり、それは腫瘍灌流ベルに依存する。よって、RT施術中に腫瘍灌流の変化を測定する能力は、残りの分割照射のためのRT治療計画への適応を決定することにおいて、更には、化学療法を施すための適切な投薬パターンを決定することにおいて、有益なフィードバックをもたらすことができる。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、RT施術中に実時間において腫瘍反応を非侵襲的定量化する方法は、現在のところ存在しない。

課題を解決するための手段

0004

原理に従って、画像化システムは、標的領域から灌流情報を収集するよう構成される撮像装置を有する。処理モジュールは、前記灌流情報に基づき前記標的領域の灌流レベルを決定するよう構成される。立案モジュールは、前記灌流レベルを前記標的領域のための治療アクティビティ相関させることによって前記標的領域のための治療プランを提供するよう構成される。前記治療アクティビティは、前記標的領域における前記灌流レベルの特性に基づき調整される。

0005

灌流画像化システムは、標的領域から灌流情報を収集するよう構成される撮像装置を有する。処理モジュールは、前記灌流情報に基づき前記標的領域の灌流レベルを決定するよう構成される。立案モジュールは、前記灌流レベルを前記標的領域のための治療アクティビティと相関させることによって前記標的領域のための治療プランを提供するよう構成される。前記治療アクティビティは、腫瘍灌流レベル及び正常組織灌流レベルのうちの少なくとも1つを最適化パラメータとして使用することで、前記標的領域における前記灌流レベルの特性に基づき調整される。前記治療アクティビティは、放射線治療及び化学療法のうちの少なくとも1つを含む。

0006

灌流画像化方法は、標的領域から灌流情報を収集するステップを有する。前記標的領域の灌流レベルは、前記灌流情報に基づき決定される。前記標的領域のための治療プランは、前記灌流レベルを前記標的領域のための治療アクティビティと相関させることによって提供される。前記治療アクティビティは、前記標的領域における前記灌流レベルの特性に基づき調整される。

0007

本開示のそれら及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面とともに読まれるべきその実例となる実施形態の下記の詳細な説明から明らかになるであろう。

0008

本開示は、以下の図面を参照して好適な実施形態の下記の説明を詳述する。

図面の簡単な説明

0009

1つの実例となる実施形態に従う灌流画像化システムを示すブロック/フロー図である。
1つの実例となる実施形態に従って、腫瘍の灌流レベルをモニタリングするよう適用される灌流画像化システムを示す。
1つの実例となる実施形態に従って、胸部上で腫瘍を画像化するよう灌流画像化システムを適用されている対象の断面図を示す。
1つの実例となる実施形態に従う灌流画像化方法を示すブロック/フロー図である。
1つの実例となる実施形態に従って、治療を適応させるために灌流レベルを利用する使用ケースを例示するブロック/フロー図である。

実施例

0010

本原理に従って、灌流画像化のためのシステム及び方法が提供される。電離放射線及び化学療法の結果は、照射された組織部位におけるヘモグロビン及び含水量のレベルの変化と、血管拡張の増加に伴う局所灌流パターンの変化とである。灌流画像化技術は、放射線治療の効果の指標として放射線治療中に腫瘍の灌流レベルを取得するよう、ヘモグロビンの組織中濃度、水、酸素飽和度及び流量を測定する。灌流レベルは、放射線治療の分割照射の合間に断続的に又は実時間において取得されてよい。

0011

望ましくは、灌流画像化装置のプローブは、それがアクティブな放射線治療ビーム干渉しないように位置付けられる。一実施形態では、プローブは、該プローブを位置付けるようロボットアームに結合される。プローブは、現在アクティブのRTビーム、光信号信号対雑音比、RT立案システム及び/又は記録及び検証システムから取得されるリニアック位置の既知時間パターン、並びに各アクティブビーム射出経路、のうちの1又はそれ以上に基づき位置付けられてよい。代替的に、プローブは、プロシージャの間に最大視野をモニタリングするための最適な静止位置のRT立案システムの出力に基づき、位置付けられてよい。

0012

特に有用な実施形態では、標的領域の灌流レベルは、標的領域のための治療プランを提供するよう治療アクティビティと相関される。望ましくは、治療アクティビティは、標的領域における灌流レベルの特性に基づき調整されてよい。治療アクティビティは放射線治療を含んでよい。例えば、腫瘍灌流レベル及び正常(すなわち、健康な)組織灌流レベルが、放射線治療立案において最適化パラメータとして利用されてよい。治療アクティビティはまた、放射線治療と並行して施される化学療法治療を含んでよい。

0013

有利に、本原理は、安全且つ非侵襲的な様態において腫瘍の灌流レベルを決定する。放射線治療の施術中に腫瘍灌流の変化を測定することで、重要な情報が、放射線治療に対する異なる腫瘍タイプ及び癌ステージの反応に関して、集められ得る。このデータは、放射線治療の治療プラン又は化学療法の治療プランを特定のタイプ及び位置の腫瘍に合わせるために利用されてよい。

0014

本発明は、医療イメージング装置に関して記載されるが、本発明の教示は、よりずっと幅広く、あらゆるイメージング装置に適用可能である点が理解されるべきである。幾つの実施形態では、本原理は、複雑な生物学的又は機械的なシステムを解析し又は扱う際に用いられる。図中に表されている要素は、ハードウェア及びソフトウェアの様々な組み合わせにおいて実施され、単一の要素又は複数の要素において組み合わされ得る機能を提供してよい。

0015

図中に示されている様々な要素の機能は、専用のハードウェア、及び適切なハードウェアに関連してソフトウェアを実行可能なハードウェアの使用を通じて、提供され得る。プロセッサによって提供される場合に、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又は一部が共有され得る複数の個別プロセッサによって、提供され得る。更に、語「プロセッサ」又は「コントローラ」の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアにもっぱら言及していると解釈されるべきではなく、制限なしに、デジタル信号プロセッサ(“DSP”)ハードウェア、ソフトウェアを記憶する読出専用メモリ(“ROM”)、ランダムアクセスメモリ(“RAM”)、不揮発性ストレージ、等を暗に含むことができる。

0016

更に、本発明の原理、態様、及び実施形態並びにそれらの具体例を挙げている本願中の全ての記述は、それらの構造的及び機能的な等価物包含するよう意図される。加えて、そのような等価物は、現在知られている等価物及び将来開発される等価物(すなわち、構造にかかわらず同じ機能を実行するあらゆる開発された要素)の療法を含むよう意図される。よって、例えば、当業者に明らかなように、本願で与えられるブロック図は、本発明の原理を具現する実例となるシステムコンポーネント及び/又は回路概念図に相当する。同様に、明らかなように、あらゆるフローチャート、フロー図及び同様のものは、コンピュータ可読記憶媒体において実質的に表現され、故に、コンピュータ又はプロセッサによって、そのようなコンピュータ又はプロセッサが明示的に示されていようとなかろうと実行され得る様々なプロセスを表す。

0017

更に、本発明の実施形態は、コンピュータ又は何らかの命令実行システムによって又はそれとともに使用されるプログラムコードを提供するコンピュータ利用可能又はコンピュータ読出能記媒体からアクセス可能コンピュータプログラムプロダクトの形をとることができる。この記載のために、コンピュータ利用可能又はコンピュータ読出可能記憶媒体は、命令実行システム、装置又はデバイスによって又はそれとともに使用されるプログラムを包含、記憶、通信伝播又は輸送することができるあらゆる装置であるができる。媒体は、電子磁気、光、電磁気赤外線、又は半導体システム(又は装置又はデバイス)、あるいは、伝播媒体であることができる。コンピュータ読出可能記憶媒体の例には、半導体又はソリッドステートメモリ磁気テープリムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読出専用メモリ(ROM)、硬質磁気ディスク及び光ディスクが含まれる。光ディスクの現在の例には、コンパクトディスク−読出専用メモリ(CD−ROM)、コンパクトディスク−リードライト(CD−R/W)、ブルーレイ及びDVDが含まれる。

0018

これより、図面(なお、図面において、同じ参照符号は、同じか又は類似する要素を表す。)、最初に図1を参照すると、灌流画像化のためのシステム100が一実施形態に従って実例として示されている。電離放射線及び化学療法は、照射された組織部位におけるヘモグロビン及び含水量のレベルと、血管拡張の増加に伴う局所灌流パターンとを変化させる。灌流レベルの増加を伴う組織部位は、より放射線感受性が高い。よって、システム100は、放射線治療(RT)に対する異なる腫瘍タイプ及び癌ステージの定量的な反応に関して重要な情報を集めるよう、腫瘍灌流レベルをモニタリングしてよい。

0019

本原理は、望ましくは、RT施術中の腫瘍灌流の実時間モニタリングのために適用されるが、本原理の技術は、腫瘍灌流のモニタリング又は癌の治療に制限されず、むしろよりずっと幅広く、多数の異なる用途のために様々な分野で適用されてよいことが知られる。例えば、一実施形態では、本原理は、修繕されるべきパイプ内の環流を検出するよう配管工事において適用されてよい。他の用途も本原理の適用範囲で考えられる。

0020

システム100は、ワークステーション又はコンソール102を有してよい。ワークステーション又はコンソール102からは、プロシージャ(例えば、RT及び化学療法)が監督又は管理される。ワークステーション102は、望ましくは、1又はそれ以上のプロセッサ120と、プログラム及びアプリケーションを記憶するメモリ104とを有する。メモリ104は、1又はそれ以上の撮像装置122及びプローブ124から得られた灌流画像のようなデータ106を更に記憶してよい。システム100の機能及び構成要素は1又はそれ以上のワークステーション又はシステムに組み込まれてよいことが理解されるべきである。

0021

ワークステーション102は、データ106を見るための1又はそれ以上のディスプレイ116を有してよい。ディスプレイ116はまた、ユーザがワークステーション102並びにその構成要素及び機能と相互作用することを可能にしてよい。これは更に、ユーザインターフェース118によって助けられる。ユーザインターフェース118は、ワークステーション102とのユーザインタラクションを可能にするよう、キーボードマウスジョイスティック、又は何らかの他の周辺機器若しくは制御を有してよい。

0022

プローブ124及び撮像装置122は、灌流パターンの変化に感受性がある何らかの装置を有してよい。ここで使用される語「灌流」は、血流酸素飽和量、組織の散乱特性、組織における外からの造影剤の取り込み、及び同様の生理学的測定を含む。撮像装置122のプローブ124は、標的領域から灌流情報を収集してよい。望ましくは、標的領域は、腫瘍及び健康な組織を含む。他の実施形態では、例えば、腫瘍及び健康な組織が1つの標的領域内で評価され得ない場合に、2つの別個の標的領域が評価されてよく、このとき、第1の標的領域は腫瘍を評価し、第2の標的領域は健康な組織を評価する。特に有用な実施形態では、撮像装置122は、例えば、拡散光スペクトロスコピー(Diffuse Optical Spectroscopy,DOS)、拡散光イメージング(Diffuse Optical Imaging,DOI)、拡散相関スペクトロスコピー(Diffuse Correlation Spectroscopy,DCS)、光音響コンピュータ断層撮影(Photoacoustic Computed Tomography,PAT)、光音響マイクスコピー(Photoacoustic Microscopy,PAM)、レーザードップラー灌流イメージング(Laser Doppler Perfusion Imaging,LDPI)、偏光受型光コヒーレンストモグラフィー(Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography,PSOCT)、高周波超音波(high frequency UltraSound(US))等のうちの1又はそれ以上を実行するよう構成されてよい。撮像装置122の上記の機能は実例であり、制限であるよう意図されない。撮像装置122の他の機能及び構成も考えられる。一実施形態では、1又はそれ以上のプローブ124は、対象132(例えば、患者)を評価するよう、ケーブル布線126を通じて撮像装置122へ結合されている。ケーブル布線126は、必要に応じて、電気接続光ファイバ接続、媒介、等を含んでよい。他の実施形態では、プローブ124は、無線リンク(例えば、無線周波数接続、Wi−Fi、ブルートゥース、等)を介して撮像装置122へ結合されてよい。

0023

実施形態において、撮像装置122は、DOSを実行するよう構成される。DOSは、吸収及び散乱を定量的に測定するよう近赤外線(Near−InfraRed,NIR)スペクトル範囲内の光を利用する光学技術である。吸収スペクトルは、酸化及び脱酸素化ヘモグロビン、水及び大量脂質の組織中濃度を計算するために処理モジュール110によって使用される。有利に、DOSは、外からの造影剤を必要とせず、高速な定量的及び機能的情報を提供する(例えば、10秒ごとのイメージング更新)。DOSは、広いスペクトル帯域幅を用いるが、低い空間サンプリングレートを有する。

0024

他の実施形態では、撮像装置122は、DOIを実行するよう構成される。DOIは、大きい空間サンプリングレートを提供するが、低いスペクトル帯域幅を有する補足ツールである。よって、DOIは、特定の発色団(例えば、ヘモグロビン、水、等)の吸収特性を提供するよう調整されてよい。DOIを実行するよう構成される撮像装置122のプローブ124は、照射及び検出のための光ファイバを有してよい。照射のために、光ファイバは、例えば、レーザダイオード源又は発光ダイオードLED)へ接続されてよい。検出のために、光ファイバは、例えば、増倍電荷結合デバイス(CCD)カメラ検出器又は光検出器へ接続されてよい。同時の照射及び検出は、異なる光ファイバを用いて実行されてよい。例えば、プローブ124は、腫瘍灌流レベルの実時間2D画像を生成するために連続波(CW)光学測定を利用してよい。灌流レベルの他の測定も考えられ、例えば、周波数領域(FD)測定及び時間領域(TD)測定がある。DOIを実行するよう構成される撮像装置122は、源−検出器構成を調整することによって、組織において可変な深さ範囲で撮像するよう調整されてよい。

0025

引き続き図1を参照しながら、つかの間図2を参照すると、腫瘍の灌流をモニタリングするよう適用される灌流画像化システム200が一実施形態に従って実例として表されている。撮像装置122のプローブ124(図1)は、撮像面204内の正常な組織206及び部分的な腫瘍ボリューム210の灌流レベルを測定する。測定された灌流レベルは、部分的な腫瘍ボリューム210が腫瘍208の残りの部分とは別なふうにRTに反応する場合に特に有用であってよい。

0026

再び図1を参照すると、一実施形態で、システム100は、プローブ124へ結合されるロボットアーム130を備えたロボット128を有する。望ましくは、ロボットアーム130は、アクティブな(例えば、RT放射線)ビームと干渉しないようにプローブ124を位置付けるよう、複数の自由度を有する。引き続き図1を参照しながら、つかの間図3を参照すると、RT施術中に胸部上で腫瘍の灌流レベルを撮像するよう灌流画像化システムが適用された対象の断面図300が一実施形態に従って実例として表されている。撮像装置122のプローブ124は、RT施術中にアクティブ放射線ビーム302の経路と干渉しないようにロボット128のロボットアーム130を用いて、腫瘍306の灌流レベルを撮像するよう位置付けられる。例えば、プローブ124は、腫瘍が常に光学的に可視的であるように、現在アクティブな放射線ビーム302の射出経路において位置付けられてよい。非アクティブな放射線ビーム304がアクティブにされると、プローブ124は、位置308,310を行ったり来たりするよう再配置されてよい。

0027

再び図1を参照すると、コンピュータ実装プログラム108がワークステーション102のメモリ104に記憶されている。プログラム108は、夫々が様々な機能を実行するよう構成される複数のモジュールを有してよい。モジュールはハードウェア及びソフトウェアの様々な組み合わせにおいて実施されてよい点が理解されるべきである。

0028

プログラム108は、撮像装置122からデータを受け取って灌流情報に基づき標的領域の灌流レベルを決定するよう構成される処理モジュール110を有してよい。灌流レベルは、如何なる時点でも腫瘍内のヘモグロビン及び水の量の定量化可能な測定を示してよく、放射線誘細胞死のその傾向を示してよい。他方で、正常な(すなわち、非癌性の)組織は、癌性組織よりも放射線感受性が低い。従って、RT施術中に周囲の正常な組織の灌流レベルをモニタリングすることは、正常な組織が受ける入射放射線に起因するその変化する放射線感受性の発展的な情報を提供してよい。

0029

特に有用な実施形態では、処理モジュール110は、灌流指数(Perfusion Index,PI)を用いて灌流レベルを決定する。PIは、腫瘍又は組織から反射されたNIR信号パルス強さの指標である。組織表面に沿って様々な位置で検出される光の振幅は、下層組織の吸収及び散乱に関する情報を提供する。具体的に、酸化及び脱酸素化ヘモグロビンの濃度は、NIR範囲における複数の波長の光を使用することで導出され得る。光を吸収する発色団の濃度は、腫瘍の微小環境の指標として使用可能であり、腫瘍灌流、壊死、及び血管形成のより良い理解を可能にする。灌流レベルの他の指標も考えられる。例えば、外からの造影剤は、灌流が良好な組織を低灌流組織と区別するために、腫瘍部位における細胞死を識別するために、又は腫瘍自体を識別するために、使用されてよい。

0030

処理モジュール110は、組織内の空間パターンの2次元(2D)及び/又は3次元(3D)画像を出力として生成してよい。一実施形態で、撮像装置122が拡散光イメージングを実行するよう構成される場合に、画像は、組織内の光伝播をモデル化するよう放射輸送方程式に基づき再構成されてよい。他の実施形態では、拡散光イメージングの画像は、放射輸送方程式に対する拡散近似を用いて再構成されてよい。拡散画像を生成する他の方法も考えられる。一実施形態で、処理モジュール110は、実時間においてRT施術中に腫瘍灌流を測定するよう構成されてよい。他の実施形態では、処理モジュール110は、RTの1又はそれ以上の分割照射の組の後に間欠的に腫瘍灌流を測定するよう構成されてよい。処理モジュール110は、腫瘍反応及び/又は正常組織反応の指標としての発色団濃度を出力として提供してよい。出力は1又はそれ以上のディスプレイ116及びユーザインターフェース118を伴ってよい。一実施形態で、1つのディスプレイ116は、実時間において更新される腫瘍/正常組織反応の値を示してよく、一方、他のディスプレイ116は、RT施術に対する組織反応の累積的値を示してよい。他の構成も考えられる。

0031

実施形態において、プログラム108は、アクティブな放射線ビームの経路と干渉しないようにロボット128のロボットアーム130を用いてプローブ124を位置付ける位置決めモジュール112を有してよい。位置決めモジュール112は、アクティブなRTビームの位置、光信号の信号対雑音比、RT立案システム及び/又は記録及び検証(Record and Verify,R&V)システムから取得されるリニアック位置の既知の時間パターン、及びアクティブなRTビームの射出経路のうちの1又はそれ以上に基づきプローブ124の位置を制御してよい。他の実施形態では、位置決めモジュール112は、プロシージャの間に最大視野をモニタリングするためのRT立案システムからの最適な静的位置を受け取る。他の位置決因子も考えられる。

0032

プログラム108は立案モジュール114を有してよい。一実施形態で、立案モジュール114は、灌流レベルを標的領域のための治療アクティビティと相関させることによって標的領域のための治療プランを提供してよい。治療アクティビティは放射線治療、化学療法、等を含んでよい。他の治療アクティビティも考えられる。治療アクティビティは、標的領域における灌流レベルの特性に基づき調整されてよい。例えば、立案モジュール114は、RTの線量最適化プロシージャにおける最適化パラメータとして腫瘍反応を組み込んでよい。他の例として、立案モジュール114は、RTの線量最適化プロシージャにおける最適化パラメータとして正常組織反応を組み込んでよい。他の実施形態では、最適化パラメータは、例えば、酸素飽和量、組織の散乱特性、組織における外からの造影剤の取り込み、等のような他の生理学的指標と組み合わされ得る正常組織及び/又は腫瘍の灌流レベルを含んでよい。立案モジュール114は、更なる最適化パラメータとして腫瘍反応及び/又は正常組織反応を用いて、最適化されたRTプランを作成することによってRT施術の残りの分割照射を適応させてよい。

0033

腫瘍における灌流レベルは、RTの最初の数回の分割照射の間は理想的に高いはずであり、これは、腫瘍が放射線感受性であり続けることを意味する。腫瘍における細胞死の割合がRTの以後の分割照射に向かって増大するにつれて、それらの部位における灌流は皆無かそれに近くなるはずである。他方で、正常な組織では、より高い灌流レベルは放射線感受性の高まりを示し、これは、RTプランにおいてそれらの部位を回避する必要性の高まりを指し示す。他の実施形態は、灌流レベルの積極的な測定を通じて分割照射間の発射を変更し、それらの場所への照射量を局所的に変更することを含んでよい。そのような特徴は、RTプロシージャ後に生理的機能を維持することが重要である敏感な構造(例えば、脊髄)の近くに腫瘍が位置する場合に特に有用であってよい。そのような特徴はまた、主要の部分が腫瘍の残りの部位とは別なふうに治療に反応する場合に有用であってよい。

0034

他の実施形態では、立案モジュール114は、併用療法に関してインテリジェントな立案ストラテジのために腫瘍灌流レベルを利用してよい。例えば、化学療法がRTとともに利用される場合に、腫瘍による化学療法薬の摂取はまた、腫瘍の放射線感受性をより高める働きをする。測定された腫瘍灌流レベルを治療の間の全ての段階で利用して治療過程の残りの部分を引き続き適応させることが重要であってよい。この適応は、RT及び化学療法の両方の治療パターンに適用可能であってよい。

0035

これより図4を参照すると、灌流画像化方法400を示すフロー図が一実施形態に従って実例として表されている。ブロック402で、灌流情報が標的領域から収集される。好適な実施形態では、標的領域は腫瘍及び健康な組織の両方を含む。他の実施形態では、例えば、腫瘍及び健康な組織の両方が1つの標的領域内で評価され得ない場合に、2つの別個の標的領域が評価されてよく、第1の標的領域は腫瘍を評価し、第2の標的領域は健康な組織を評価する。灌流情報を収集することは、局所的な灌流パターンの変化を識別するよう何らかの方法を適用することを含む。ここ使用される語「灌流」は、血流、酸素飽和量、組織の散乱特性、組織における外からの造影剤の取り込み、及び同様の生理学的測定を含むよう意図される。幾つかの有用な実施形態では、灌流情報を収集することは、例えば、拡散光スペクトロスコピー、拡散光イメージング、拡散相関スペクトロスコピー、光音響コンピュータ断層撮影、光音響マイクロスコピー、レーザードップラー灌流イメージング、偏光感受型光コヒーレンストモグラフィー、高周波超音波のうちの1又はそれ以上を実行することを含む。灌流情報を収集する他の方法も考えられる。

0036

ブロック404で、灌流情報を収集することは、放射線治療の処置の間に実行されてよい。ブロック406で、灌流情報を収集するよう構成される撮像装置のプローブは、プローブがアクティブな放射線治療ビームと干渉しないように位置付けられる。プローブは、現在アクティブのRTビーム、光信号の信号対雑音比、RT立案システム及び/又は記録及び検証システムから取得されるリニアック位置の既知の時間パターン、並びに各アクティブビームの射出経路、のうちの少なくとも1つに基づき位置付けられてよい。代替的に、プローブは、プロシージャの間に最大視野をモニタリングするための最適な静止位置のRT立案システムの出力に基づき、位置付けられてよい。灌流撮像装置のプローブを位置付ける他の方法も考えられる。特に有用な実施形態では、プローブは、プローブを位置付けるようロボットアームによってロボットへ結合される。望ましくは、ロボットアームは複数の自由度を有する。

0037

ブロック408で、標的領域の灌流レベルが灌流情報を用いて決定される。灌流レベルを決定することは、組織の標的領域の空間パターンの2D及び/又は3D画像を生成することを含んでよい。一実施形態で、灌流レベルはまた、RTの1又はそれ以上の分割照射の組の後に間欠的に提供されてよい。他の実施形態では、灌流レベルは更に、RT施術に対する組織反応の累積的な値として提供されてよい。更なる他の実施形態では、灌流レベルは、酸素飽和量、組織の散乱特性、組織における外からの造影剤の取り込み、等のような、撮像を通じて取得され得る他の生理学的測定とともに提供されてよい。

0038

ブロック410で、標的領域のための治療プランは、灌流レベルを標的領域のための治療アクティビティと相関させることによって提供される。治療アクティビティは、例えば、放射線治療、化学療法、等を含んでよい。他の治療アクティビティも考えられる。望ましくは、治療アクティビティは、標的領域における灌流レベルの特性に基づき調整されてよい。ブロック412で、治療アクティビティを調整することは、放射線治療を調整することを含む。RTの残りの分割照射は、RT立案における更なる最適なパラメータとして腫瘍灌流レベル及び/又は正常組織灌流レベルを用いて適応されてよい。腫瘍灌流レベル及び正常組織灌流レベルは、単独で、又は互いと、若しくは酸素飽和量、組織の散乱特性、組織における外からの造影剤の取り込み、等のような他の生理学的測定と組み合わせて、RT立案において最適化パラメータとして適用されてよい。例えば、RTの初回において、腫瘍における灌流レベルは高いはずである。これは、腫瘍が放射線感受性であり続けることを意味する。細胞死の割合がRTの以後の分割照射に向かって増大するにつれて、それらの部位における灌流は皆無かそれに近くなるはずである。正常な組織では、より高い灌流レベルは放射線感受性の高まりを示し、これは、RT立案においてそれらの部位を回避する必要性の高まりを指し示す。他の実施形態は、分割照射間の発射は、灌流レベルの積極的な測定と、それらの場所への照射量を局所的に変更することとを通じて変更されてよい。RT処置を適応させることは、RTプロシージャ後に生理的機能を維持することが重要である敏感な構造(例えば、脊髄)の近くに腫瘍が位置する場合に特に有用であってよい。

0039

ブロック414で、治療アクティビティを調整することは、化学療法の処置を調整することを含む。例えば、化学療法は、RTと並行して適用されてよい。腫瘍による化学療法薬の摂取は、腫瘍の放射線感受性をより高める。そのような状況では、測定された腫瘍灌流レベルを治療の全ての段階で利用して治療の残りの部分を引き続き適応させることが重要である。適応は、RT及び/又は化学療法の治療パターンに適用可能であってよい。

0040

つかの間図5を参照すると、治療を適応させるよう灌流レベルを利用する使用ケースの実例となるフロー図500が実例として表されている。ブロック502で、放射線治療の施術が、望ましくは腫瘍及び健康な組織を含む標的領域に対して実行される。ブロック504で、灌流画像化が実行される。灌流画像化は、分割照射内又は分割照射間で実行されてよい。灌流画像化は、例えば、DOS、DOI、等を含んでよい。ブロック506で、腫瘍における灌流レベルの低下が存在する場合は、これは、ブロック508において、腫瘍細胞死の増大を示してよい。ブロック510で、放射線治療の治療プランは、腫瘍のそれらの部位への照射量を低減するよう適応されてよい。ブロック512で、正常な組織における灌流レベルの増大が存在する場合は、これは、ブロック514において、照射を受けた正常な組織の放射線感受性が高くなっていることを示してよい。ブロック516で、放射線治療の治療プランは、危険にさらされている正常な組織又は臓器への照射量を低減するよう適応されてよい。ブロック518で、化学療法による灌流レベルの増大が存在する場合は、ブロック520で、放射線治療の治療プランは、危険にさらされている正常な組織又は臓器の所望の許容範囲に基づき適応されてよい(例えば、線量、分割、等)。

0041

添付の特許請求の範囲を解釈する際に、次の点が理解されるべきである:
a)語「有する」は、所与クレームにおいて挙げられている以外の他の要素又は動作の存在を除外しない;
b)要素を単称形で呼ぶことは、そのような要素の複数個の存在を除外しない;
c)特許請求の範囲における如何なる参照符号もそれらの適用範囲を制限しない;
d)複数の“手段”は、同じく項目又はハードウェア若しくはソフトウェアにより実施される構造又は機能によって表されてよい;
e)動作の具体的な順序は、具体的に示されない限りは必要とされるよう意図されない。

0042

放射線治療の施術中の実時間の腫瘍灌流画像化のための好適な実施形態(実例であって制限でないと意図される。)を記載してきたが、改良及び変形が上記の教示に照らして当業者によって為され得ることが知られる。従って、変更が、開示されている特定の実施形態において為されてよいことが理解されるべきであり、そのような変更は、添付の特許請求の範囲によって概要を示されているここで開示されている実施形態の適用範囲内にある。特許法によって求められる詳細な記述及び詳細な事項をこのように記載してきたが、請求され、特許権によって保護されることを望むものは、添付の特許請求の範囲において示される。

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