JP2010500080A - 無線周波数組織切除の最適な超音波撮像に対する画像ベースのパワーフィードバック - Google Patents

Abstract

超音波撮像の品質を改良するように無線周波数（ＲＦ）切除治療をモニタ及び調整する方法及びシステムが提供される。フィードバックがリアルタイム超音波撮像から提供され、ＲＦパワーは、画像品質を改良するようにフィードバック信号に応答して変更される。

Description

本発明の技術分野は、リアルタイム撮像からフィードバックを提供し、ＲＦパワーを制御することにより無線周波数（ＲＦ）切除中に超音波画像を最適化する方法及びシステムを提供することである。

ＲＦ切除は、肝転移又は肝細胞癌のような様々なクラスの癌を治療する際に腫瘍崩壊に対してしばしば使用される治療用臨床処置である。ＲＦ切除は、切除手術を受けることができない癌患者を治療する有望な処置である。ＲＦ切除の臨床目的は、治療の副作用が最小であることを保証するように正常実質を残しながら癌性組織を熱的に切除することである。

ＲＦ切除は、外部インターベンション撮像モダリティによりガイド及びモニタされる必要がある最小侵襲処置である。現在、ＲＦ切除のガイド及びモニタリングに対して最も一般的に使用される撮像モダリティは、超音波及びコンピュータ断層撮影である。超音波スキャンは、実質的に有害な放射線無しで比較的控えめなコストでリアルタイム画像を提供するので、この技術は、インターベンション処置のガイド及びモニタリングに対して卓越した既存の及び未利用の展望を持つ。超音波の利点は、リアルタイム能力及びコストの面であるが、しかしながら、ＲＦ治療中の加熱の強度から生じるキャビテーションの負の影響により、超音波画像品質は損なわれる可能性がある。

ＲＦ切除治療中に、体温は、目標領域において壊死、すなわち細胞又は組織の死を誘発するレベルで局所的に増大される。ＲＦプローブは、通常は経皮的に目標組織に挿入される。熱は、前記プローブの先端において生成されるＲＦ電流の通過時に誘電損失により生成される。加熱中に、前記プローブの先端を囲む組織の温度は、キャビテーション、すなわち気泡ポケット（bubble pockets）の形成を生じる沸点（９０−１００℃近く）に到達することができる。気泡の存在は、媒質を通る音響撮像波の伝搬に作用し、超音波画像品質を崩壊させる。気泡が存在する場合、前記処置の超音波モニタリングの効力は、"陰影（shadowing）"又はガスポケットより遠位の信号の損失により容易に劣化される。更に、空気は良好な断熱材であり、したがって組織内の熱拡散を防ぐことができるので、気泡の生成は、治療自体の結果を変更する可能性もある。したがって、超音波スキャナにおけるＲＦ切除処置の視覚化を改良するために気泡形成を防ぐことが望ましい。

したがって、本発明の目的は、気泡の形成を最小化し、同時にＲＦ切除治療の効力を最大化するようにＲＦパワーを制御することにより超音波画像を最適化することである。フィードバックパラメータとして超音波撮像システムにより供給される超音波データを使用して、ＲＦ切除治療中に生成されるＲＦパワーは、熱によるキャビテーションを避けるように制限される。

ここに提供される本発明の特徴的な実施例は、撮像の品質を改良するように無線周波数（ＲＦ）切除治療をモニタ及び調整する方法であり、前記方法は、較正用の治療前画像を提供するように超音波撮像システムを使用して目標領域を撮像し、少なくとも１つの追加画像の連続的なリアルタイム取得を持続するステップと、前記目標領域にＲＦプローブを挿入し、前記ＲＦプローブの先端の近くで前記目標領域を加熱するようにＲＦ電流を生成し、前記連続的なリアルタイム取得から少なくとも１つの術中画像を生成するステップと、前記治療前画像及び前記術中画像を比較して、ＲＦパワー生成器に中継されるフィードバック信号を生成し、前記術中画像の品質を改良するように、前記フィードバック信号に応答してＲＦパワーを変更するステップとを有する。

関連した実施例において、前記方法は、前記目標領域内の少なくとも１つの気泡の存在を決定するインデックスに更に応答して、前記治療前画像及び前記術中画像を比較するステップを有する。前記インデックスは、気泡の存在を示す超音波画像から得られる。気泡はしばしばエコー輝度の高いポケットとして現れるので、幾つかの超音波フィーチャの検査において決定されることができる。例えば、前記フィードバック信号は、音響フィーチャの変化を含む。関連した実施例において、前記音響フィーチャは、エコー輝度の変化、複式撮像におけるドップラスペクトルの変化及び非線形検出スキームの少なくとも１つである。更に、前記非線形検出スキームは、高調波信号及び／又は分数調波信号を有する。

他の関連した実施例において、前記治療前画像及び前記術中画像を比較するステップは、熱電対測定値又はインピーダンス測定値を得るステップを更に伴う。

ここで本発明の他の特徴的な実施例は、較正用の目標領域の治療前画像及び前記目標領域の少なくとも１つの追加画像を取得する超音波スキャナと、前記目標領域に挿入される無線周波数（ＲＦ）プローブと、ＲＦパワー生成器と、前記目標領域における少なくとも１つの気泡の存在を示し、フィードバック信号を生成する気泡検出器であって、前記ＲＦパワー生成器が前記フィードバック信号に応答して変更される、当該気泡検出器とを有するシステムである。

関連した実施例において、前記気泡検出器は、更に、前記治療前画像及び少なくとも１つの術中画像を比較する。代替実施例において、前記気泡検出器は、受動型キャビテーション検出器、マイクロフォン及び聴診器の少なくとも１つを含む。例えば、前記気泡検出器は、エコー輝度の変化、複式撮像におけるドップラスペクトルの変化及び非線形検出スキームを決定する。更に、前記非線形検出スキームは、高調波信号及び分数調波信号を含む。

関連した実施例において、前記目標領域における少なくとも１つの気泡の存在の検出は、閉ループフィードバックシステムにおいて少なくとも１つの事象を開始する。例えば、前記事象は、ＲＦパワーの変更を含む。例えば、前記ＲＦパワーの変更は、前記ＲＦプローブの少なくとも１つの先端に対するパワーの変更を含む。更に、前記事象は、ＲＦパワー生成器信号の一時的消滅を含む。

代替又は追加の実施例において、ユーザは、前記目標領域内の少なくとも１つの気泡の存在の検出を通知され、前記ユーザは、開ループフィードバックシステムにおいて少なくとも１つの事象を開始する。例えば、前記事象は、ＲＦパワーの変更を含む。更に、前記ＲＦパワーの変更は、前記ＲＦプローブの少なくとも１つの先端に対するパワーの変更を含む。更に、前記事象は、ＲＦパワー生成器信号の一時的消滅を含む。

超音波スキャナ、ＲＦプローブ又は電極及びＲＦパワー生成器を示す図であり、前記超音波スキャナは、前記ＲＦパワー生成器に対するフィードバック制御を提供する。 超音波信号から受け取られるフィードバックを使用するＲＦパワーの調整を示すフローチャートである。

ＲＦ切除治療のインターベンションガイド用の超音波撮像は、心エコー検査、腹部及び胸部撮像並びに腫瘍切除を含む幅広い応用を持つ。本発明の一実施例は、図１に示される。超音波撮像システム、例えば超音波スキャナ又は超音波プローブは、目標領域、例えば器官、組織又は腫瘍の超音波画像を得るのに使用される。ＲＦパワー生成器により電力供給されるＲＦプローブは、前記目標領域に挿入される。前記ＲＦプローブの位置は、前記超音波撮像システムにより得られる超音波画像を使用してガイドされることができる。前記超音波撮像システムは、フィードバック制御機構としても機能し、フィードバック信号を前記ＲＦパワー生成器に中継し、気泡が形成し始める場合に前記ＲＦプローブに対するパワーが減少される又はオフにされることを可能にする。

図２に示されるように、ＲＦプローブの先端は、前記ＲＦプローブの適切な配置を保証するように超音波のガイドを用いて目標領域、例えば器官、組織又は腫瘍に挿入される。ＲＦパワー生成器は、プリセットパラメータを用いてオンにされ、ＲＦパワーが生成される。前記ＲＦパワー生成器は、終了信号がプロンプトされるまで動作する。例えば、前記ＲＦパワー生成器が、最大時間（ｔ_max）より長い時間（ｔ）動作している場合、前記ＲＦ生成器は、自動的にオフにされる。ｔ_maxが到達されない場合、超音波画像は取得され続ける。気泡が超音波画像を使用して検出される場合、例えば、前記ＲＦパワーを減少させる又はオフにするフィードバック信号が生成される。前記ＲＦパワーは、自動的に減少される若しくはオフにされることができるか、又はユーザが、前記システムからの警告若しくは通知に応答して手動で前記ＲＦパワーを調整することができる。気泡が検出されない場合、測定値、例えば熱電対測定値又はインピーダンス測定値が得られ、ＲＦパワーは、前記熱電対又はインピーダンス測定値に基づいて調整されることができる。

本発明の一実施例は、超音波撮像システム、例えば超音波スキャナ又は超音波プローブを含む。超音波プローブは、患者の体の上に配置される。超音波撮像システムは、超音波結合ゲルを通して関心のある器官又は組織の画像を示す。前記超音波撮像システムは、最初に、較正用に使用される、目標領域、例えば器官、組織又は腫瘍の治療前画像を提供するのに使用される。追加の画像の連続的なリアルタイム取得は、前記超音波撮像システムにより持続される。

前記超音波撮像システムは、器官、組織又は腫瘍のような目標領域への前記ＲＦプローブの挿入をガイドするのにも使用されることができる。最適な場所への前記ＲＦプローブの配置、治療の時間及びパワーデポジション（power deposition）は、十分に制御されるべきである。多くの要因は、前記ＲＦプローブに対する最適な場所を選択する場合に考慮に入れられる。他の解剖学的構造に対する前記腫瘍の大きさ及び位置特定は、特に重要である。模範的な場合に、切除される体積の直径は、典型的には、約２ないし３ｃｍに制限され、複数の挿入が、ときどき、より大きな腫瘍を治療するために必要とされる。これは、治療計画と、針挿入のガイドを可能にし、切除される領域の大きさを表示する撮像モダリティとを必要とする。

前記ＲＦプローブは、前記目標領域、例えば器官、組織又は腫瘍に挿入される針部分を含む。前記ＲＦプローブは、通常は、経皮的に、すなわち皮膚を通して挿入される。治療中に、アジュバント生理食塩水（adjuvant saline）が、前記ＲＦプローブの先端に注入される。グラウンドパッド（ground pad）は、前記ＲＦパワー生成器がオンにされる前に患者の他の体表面、例えば腿部に付着される。

前記ＲＦパワー生成器は、オンにされ、ＲＦ電流の通過により前記ＲＦプローブ先端の近くの組織において熱を生成させる。ＲＦ電極は、前記ＲＦプローブの先端に配置され、ＲＦパワーが前記目標領域において生成されることを可能にする。術中画像は、前記連続的なリアルタイム取得から生成される。前記治療前画像及び前記術中画像は、フィードバック信号を生成するために比較される。前記フィードバック信号は、ＲＦパワー生成器に中継され、ＲＦパワーは、前記術中画像の品質を改良するために前記フィードバック信号に応答して変更される。

前記超音波撮像システムは、気泡の存在がＲＦ切除処置中に検出されることを可能にする気泡検出器を備える。前記気泡検出器は、前記治療前画像及び術中画像を比較する。前記気泡検出器は、例えば受動型キャビテーション検出器、マイクロフォン又は聴診器を含む又は関連付けられることもできる。前記気泡検出器の検出スキームは、取得された散乱超音波に基づくことができ、（例えば画像内又はＲＦプローブ先端の周りの関心領域における）エコー輝度の急な変化、複式撮像におけるドップラスペクトルの変化及び強力な高調波及び／又は分数調波信号の検出のようなマイクロバブル造影剤に対して開発された非線形検出スキームを含むがこれらに限定されない異なるタイプの音響フィーチャに依存することもできる。

前記治療前画像と術中画像との間の比較は、前記目標領域内の気泡の存在を決定するインデックスに応答して発生する。前記インデックスは、前記気泡の存在を示す超音波画像から得られる。気泡はしばしばエコー輝度の高いポケットとして現れるので、幾つかの超音波フィーチャの検査において決定されることができる。気泡が検出されない場合、前記治療前画像と術中画像との間の比較は、熱電対測定値又はインピーダンス測定値が得られるようにプロンプトする。

前記目標領域における気泡の存在の検出は、閉ループフィードバックシステムにおいて事象を開始する。前記インデックスが特定の閾値より高い場合、フィードバック信号が前記ＲＦ生成器に自動的に送信される。これに応答して、前記ＲＦパワー生成器信号の減少若しくは一時的消滅、又は前記ＲＦプローブの他のセクション、先端若しくは突起に対する電力の調整が存在する。代替的に、ユーザが、開ループフィードバックシステムにおいてＲＦパワーの変更を開始することができる。

前記システムにより生成されるフィードバックは、増大された加熱を避け、したがって沸騰を制限する。細胞壊死が沸点より低い温度で始動され、熱治療に対する細胞感度がアジュバント治療、例えば化学療法又は食塩注射により増大されることもできることが既知であるので、凝固体積の大きさが、超音波撮像フィールドにおける気泡の発生を防ぐ場合でさえ減少されるべきでないことが期待される。

更に、本発明の他の及び更なる形式、並びに上に記載された特定の及び模範的な実施例以外の実施例が、添付の請求項及び同等物の精神及び範囲から逸脱することなく発明されることができることは明らかであり、したがって本発明の範囲が、これらの同等物を含み、説明及び請求項が、模範的であることを意図され、更に限定すると解釈されるべきでないことが意図される。

Claims (19)

1. 撮像の品質を改良するように無線周波数（ＲＦ）切除治療をモニタ及び調整する方法において、
   較正用の治療前画像を提供するように超音波撮像システムを使用して目標領域を撮像し、少なくとも１つの追加の画像の連続的なリアルタイム取得を持続するステップと、
   前記目標領域にＲＦプローブを挿入し、前記ＲＦプローブの先端の近くで前記目標領域を加熱するようにＲＦ電流を生成し、前記連続的なリアルタイム取得から少なくとも１つの術中画像を生成するステップと、
   前記治療前画像及び前記術中画像を比較して、ＲＦパワー生成器に中継されるフィードバック信号を生成し、前記術中画像の品質を改良するように、前記フィードバック信号に応答してＲＦパワーを変更するステップと、
   を有する方法。
2. 前記治療前画像及び前記術中画像を比較するステップが、前記目標領域内の少なくとも１つの気泡の存在を決定するインデックスに応答するステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記フィードバック信号が、音響フィーチャの変化を有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記音響フィーチャが、エコー輝度の変化、複式撮像におけるドップラスペクトルの変化及び非線形検出スキームからなるグループから選択された少なくとも１つである、請求項３に記載の方法。
5. 前記非線形検出スキームが、高調波信号及び分数調波信号を有する、請求項４に記載の方法。
6. 前記治療前画像及び前記術中画像を比較するステップが、熱電対測定値又はインピーダンス測定値を得るステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
7. 較正用の目標領域の治療前画像及び前記目標領域の少なくとも１つの追加の画像を取得する超音波スキャナと、
   前記目標領域に挿入される無線周波数（ＲＦ）プローブと、
   ＲＦパワー生成器と、
   前記目標領域内の少なくとも１つの気泡の存在を示し、フィードバック信号を生成する気泡検出器であって、前記ＲＦパワー生成器が前記フィードバック信号に応答して変更される、当該気泡検出器と、
   を有するシステム。
8. 前記気泡検出器が、更に、前記治療前画像及び少なくとも１つの術中画像を比較する、請求項７に記載のシステム。
9. 前記気泡検出器が、受動型キャビテーション検出器、マイクロフォン及び聴診器からなるグループから選択される少なくとも１つを更に有する、請求項７に記載のシステム。
10. 前記気泡検出器が、エコー輝度の変化、複式撮像におけるドップラスペクトルの変化、及び非線形検出スキームを更に決定する、請求項７に記載のシステム。
11. 前記非線形検出スキームが、高調波信号及び分数調波信号を有する、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記目標領域内の少なくとも１つの気泡の存在の検出が、閉ループフィードバックシステムにおいて少なくとも１つの事象を開始する、請求項７に記載のシステム。
13. 前記事象が、ＲＦパワーの変更を更に含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記ＲＦパワーの変更が、前記ＲＦプローブの少なくとも１つの先端に対するパワーの変更を更に含む、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記事象が、ＲＦパワー生成器信号の一時的な消滅を更に含む、請求項１２に記載のシステム。
16. ユーザが、前記目標領域内の少なくとも１つの気泡の存在の検出を通知され、前記ユーザが、開ループフィードバックシステムにおいて少なくとも１つの事象を開始する、請求項７に記載のシステム。
17. 前記事象が、ＲＦパワーの変更を更に含む、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記ＲＦパワーの変更が、ＲＦパワー生成器信号の一時的な消滅を更に含む、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記事象が、前記ＲＦプローブの少なくとも１つの先端に対するパワーの変更を更に含む、請求項１８に記載のシステム。

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