JP5554927B2 - トモシンセシスシステムを使用した乳房バイオプシおよびニードル位置特定 - Google Patents

Description

本発明は、トモシンセシスシステムを使用した乳房バイオプシおよびニードル位置特定の技術に関する。

マンモグラフィは、既に十分確立された乳房撮像方法である。マンモグラム（mammograms of the breast）を使用して、放射線科医は、病理（pathology）に疑わしいエリアを識別する。がんの判定などのさらなる識別は、通常、乳房バイオプシを行うことによって行われる。乳房バイオプシはいくつかの方法で行われる。１つの方法は、疑いがある病理のロケーションにマークを付けるワイヤまたはニードルを乳房内に設置し、マンモグラフィを使用することである。患者は、その後、開胸手術術式（open surgical procedure）を受け、外科医は、ワイヤまたはニードルによってマークを付けられた疑わしいエリアから組織を除去することができる。これは、開胸手術バイオプシである。別の方法は、ステレオタクティック乳房バイオプシとして知られる。この方法では、画像による誘導（image guidance）を使用して、中空ニードルが乳房内に挿入され、別個の手術術式を用いることなく、対象エリアから組織サンプルが取得される。上述したように、両方の方法は、対象エリアを位置特定する何らかの方法、および、ワイヤまたはニードルが既に識別された対象エリアのロケーションに存在するようにワイヤまたはニードルを乳房内に向ける（direct）方法を必要とする。

本特許開示は、乳房トモシンセシス撮像技術を使用した乳房内へのワイヤおよび／またはニードル誘導方法を包含する。本特許開示は、立位（upright）バイオプシ機器と腹臥位（prone）バイオプシ機器を包含する。

トモシンセシス（トモ）は、３次元（３Ｄ）乳房Ｘ線撮像を実施する方法である。トモシンセシスは、圧迫された乳房を通る断面スライス画像を生成し、乳房病理を識別するのにも使用される。トモシンセシスの利点の１つは、画像が３次元であるため、対象エリアが画像内で識別されると、乳房内のその正確な３Ｄ座標が、たとえば、スライス画像内のｘ，ｙ座標および画像スライス深さロケーションによって与えられるｚ座標または深さ座標から計算される、または、推定されることができることである。トモシンセシスの別の利点は、乳房内の異なる高さにある被検体からの画像のサプレッション（suppression）によって被検体の高コントラスト可視性を提供する能力である。その優れたコントラスト可視性のために、標準的なＸ線マンモグラフィまたはステレオタクティックデバイスを使用して、あるいは、超音波またはさらにＭＲＩまたは識別された対象エリアのロケーションに対するワイヤおよびニードルの挿入に対する誘導を提供するのに現在のところ使用される他の方法を使用しては識別できないであろう病理が、トモ画像上で見られることになることが期待される。こうした理由で、トモシンセシスの本来の３Ｄ位置特定能力を利用する、トモシンセシスシステムを使用する位置特定方法を開発することが望ましい。

本特許開示は、トモシンセシス撮像システムおよび方法と、トモシンセシス撮像システムを使用するニードルおよびワイヤの位置特定デバイスおよび方法の両方に対処する。１つの非制限的な例では、本特許開示に記載される新しい手法は、たとえば、参照により本明細書に組み込まれる、２００２年１１月２７日に出願された特許文献１、２００３年１１月２６日に出願された特許文献２、２００４年１１月１５日に出願された特許文献３、２００５年１１月１５日に出願された特許文献４、２００４年１１月２６日に出願された特許文献５、および、２００５年１１月２３日に出願された特許文献６に記載される従来のトモシンセシス設計に基づく。通常、乳房は、乳房プラットフォームと圧迫パドルとの間で圧迫される。パドルは、スクリーニング用マンモグラフィ（screening mammography）に使用される標準的なパドルのうちの１つ、または、たとえば、参照により本明細書に組み込まれる１９８９年１１月２１日に出願された特許文献７、１９９１年１１月２７日に出願された特許文献８、１９９３年２月１７日に出願された特許文献９、１９９５年６月７日に出願された特許文献１０、１９９５年４月２５日に出願され特許文献１１、１９９８年９月４日に出願された特許文献１２、１９９２年１０月６日に出願された特許文献１３、１９９４年１月２４日に出願された特許文献１４、１９９５年５月９日に出願された特許文献１５、および１９９５年２月１５日に出願された特許文献１６に記載され、また、マサチューセッツ州ベッドフォード（Bedford, MA）の本件特許出願人のＬｏｒａｄ Ｄｉｖｉｓｉｏｎから市販されている腹臥位または立位ニードルバイオプシデバイスで使用される、従来のマンモグラフィ機器によるニードル位置特定またはバイオプシ術式に使用される穴およびガイドマークを有するパドルであってよい。Ｘ線管は、異なる角度から乳房を撮像する経路に沿って移動し、経路に沿う異なるロケーションで一連の曝射を行うように、機械的に設計される。デジタルＸ線画像レセプタは画像を取得する。検出器は、スキャン中、静止することができるか、あるいは、Ｘ線管に連結されたｃアーム上に搭載されるか、または、Ｘ線管に同期して（必ずしも同じ角度を通してとは限らないが）移動するためにその他の方法で連結される場合のように、スキャン中に移動することができる。全体システムは、患者が、立位になるか、または、自分の乳房がテーブル内の穴を通して揺動し（pendulant）、突出し、かつ、必要に応じて対象エリアにアクセスするために検出器上に適切に位置決めされた状態で、テーブル上で腹臥位になるように向き制御（orient）されることができる。１つのシステム設計は、約５×５ｃｍなどの比較的小さな視野を使用することになる。これは、標準的な腹臥位テーブルステレオ位置特定システムと類似の視野を有するトモシンセシスバイオプシシステムを開発することに相当することになる。しかし、トモバイオプシシステムを従来のステレオ位置特定システムと区別する、本明細書に開示される別の方法は、著しく大きな検出器視野を使用することである。実施形態の一例では、視野は、少なくとも１０×１０ｃｍであることができ、別の例では、少なくとも２０×２５ｃｍであることができ、別の例では、約２４×２９ｃｍであることができる。

対象エリアの位置特定は、乳房トモシンセシスで使用される標準的な方法で実行される乳房取得で始まることができる。データは再構築され、見直される。対象エリアは、再構築されたスライス画像上で、または、未処理投影画像内で識別される。対象エリアの３Ｄ座標は、画像上の対象エリアの識別情報から計算されるか、または、推定されることができる。

対象エリアの３Ｄロケーションが計算されると、ニードルおよびワイヤをそのロケーションへ向ける、公知の方法が使用されることができる。

バイオプシ術式中のトモスキャンとスクリーニング用マンモグラフィとの間に何らかの差が存在するであろう。低雑音画像を得るために、線量が高くなるであろう。角度範囲は、広いか、または、狭く、投影回数は、多いか、または、少ないであろう。たとえば、高精度の深さ弁別を得るためには、広い角度が望まれるであろう。従来のトモスキャンと比較して、これらのスキャンについては、高い分解能も望まれるであろう。これは、小さなピクセルサイズの使用によって達成されることができる。

トモシンセシスシステムと共に使用されるバイオプシシステムは、ニードルを、乳房内の特定の３Ｄ座標に向けることができる電動式または非電動式のステージを有するニードルガン組立体を含むことができる。このステージは、初期トモシンセシススキャン中に取得システムの邪魔にならないように揺動するか、または、その他の方法で移動し、それにより、所望の場合に、ステージは、乳房または乳房対象エリアに影を落とさない、または、その可視化に干渉しない。

トモスキャンおよび３Ｄ対象エリアロケーションの識別に続いて、ステージは、所定場所に移動する。ニードルは、先に識別された３Ｄ座標に移動する。ニードルは、（たとえば、ニードルは、圧迫パドルおよび患者の胸壁にほぼ平行な状態で）左または右横アクセスを介して乳房内にアクセスしてもよく、または、ニードルは、圧迫パドル内の開口を通して、圧迫パドルにほぼ垂直な状態で乳房にアクセスすることができる。または、ニードルは、乳房圧迫パドル内の穴を通して（圧迫パドルおよび検出器に対して）垂直経路と平行経路との間のある角度で乳房に入ってもよい。ニードルは、乳房の前面からやってきて（come）もよく、ニードルが後方に向けられ胸壁の方に向かう。ニードルは、パドル内の穴を通るのではなく、ある角度で、パドルと乳房プラットフォームとの間からやってくることができる。

バイオプシシステムは、限定はしないが、ＣＣ、ＭＬＯ、ならびにＭＬおよびＬＭ撮像方向を含むトモシンセシスシステムの全ての方向において、トモシンセシスシステムと共にうまく働くことが可能であるべきである。これらのシステムは、乳房を中心に３６０°回転し、任意の角度から画像を取得することができる。

乳房バイオプシの標準的な技法は、通常、プレファイア確認およびポストファイア確認として知られる、組織サンプリング前のニードルロケーションの確認を含む。プレファイアにおいて、ニードルは、対象エリアの中心の手前約２ｃｍの乳房内に挿入され、Ｘ線曝射が行われ、画像が生成され、観察されて、組織サンプリング前に、対象エリアに対する適切なプレファイアニードルロケーションが確認される。ポストファイアにおいて、少なくとも１回の付加的な曝射が行われ、得られる画像が観察されて、ニードルのファイア後で、かつ、組織がサンプリングされる前に、対象エリアに対する適切なニードルロケーションが確認される。

これらの確認画像は、トモシンセシススキャンによる画像か、ステレオＸ線対画像または個々の画像であってよい。トモシンセシススキャンは、従来のトモシンセシス撮像と異なる角度範囲および異なる投影回数および異なる線量によって行われることができる。

ポストファイアニードル確認は、種々の方法で達成されることができ、種々の方法は、ニードルアクセスが側方向（lateral）であるか、接線方向（tangential）であるかに応じる可能性がある。ガンとステージとニードルが、一般に、Ｘ線不透過性であり、適切に扱われない場合、画像にアーチファクトを与える可能性があることから１つの難問が生じる。

接線方向アクセスの場合、ガンおよびステージが乳房に影を落とす角度範囲が存在する場合がある。側方向アクセスは、視野におけるガンステージの問題を持たない可能性があるが、ニードルを視野内に有することができ、撮像される場合、画像アーチファクトを生成する可能性がある他のメカニズムが存在するであろう。一般に、ガンおよびステージに影を落とす角度からのＸ線は、有用性が低い。本特許明細書に開示される新しい手法によるこの問題に対する解決策は、以下のことを含む。

ａ．著しい画像アーチファクトを生成しないように十分にＸ線透過性があるニードルおよび他のシース材料の開発。可能性のある材料は、プラスチック、セラミック、ガラス、カーボンチューブ、ならびに低原子番号金属および他の材料である。これらの材料は、使用される場合、トモシンセシス画像における可視性を可能にする、Ｘ線不透過性リングまたはドットなどのフィデューシャルマーキングでマークを付けられることができるため、乳房組織または乳房対象エリアと区別されることができる。あるいは、先端（最後の１〜３ｃｍ）だけがＸ線透過性があり、ニードルの残りはＸ線不透過性であるニードルが使用されることができる。

ｂ．これらの被検体に影を落とさない角度を通したスキャニング。これは、非対称スキャンジオメトリを必要とする可能性があり、それにより、Ｘ線ビーム経路の全てまたは重要な部分が、ニードルまたは他のＸ線不透過性部分を通過しない。例は、ニードルの一方の側だけに対するスキャニングである。

ｃ．広い範囲にわたり、かつ、ステージまたは他のＸ線不透過性部分が、乳房、対象エリア、または画像レセプタに影を落とすとき、Ｘ線曝射を全般にまたは常に回避するスキャニング。あるいは、この影問題を有する角度エリアにおいてさえも、Ｘ線撮像が行われることができるが、これらの曝射は、自動的に、または、ユーザインタフェースを介した手作業の削除によって、観察または再構築から削除されることができる。別の代替の方法は、トモシンセシスおよびＣＴスキャニングにおいて知られているように、再構築中に使用されるアーチファクトサプレッションアルゴリズムを含む。

ｄ．ステレオタクティック撮像。従来のステレオタクティック撮像は、圧迫パッドに対する垂線に対して、たとえば、±１５°のＸ線画像対を使用することを含む。このジオメトリは、画像レセプタ上へのステージの影を通常回避するのに十分に大きな角度を含む。トモシステムを使用して、画像の関連部分における望ましくない影を回避する角度でのトモ投影画像を取得することができる。

ｅ．スキャン角度変更。従来のトモ撮像で使用されるよりも大きなスキャン角度は、ステージによるアーチファクトをよりよく回避する可能性がある。

ｆ．病巣から固定距離にニードルを置くこと。対象エリアを曖昧にしない画像が取得されることができ、ニードルと対象エリアとの間の適切な距離は、撮像から確認されることができる。ニードルは、その後、対象エリアから間隔を開けて配置されている間に、トモまたは従来の撮像からの情報に基づいて対象エリア内の正確なロケーションに進められることができる。

ｇ．ほとんどの場合でなくても多くの場合に、投影画像およびおそらく乳房スライスの再構築画像は、一部のロケーションにニードル画像を含むであろう。ニードル画像は、再構築画像内でアーチファクトを生成する可能性があり、アーチファクトは、従来のトモシンセシスおよびＣＴ撮像において知られているように、アーチファクト低減アルゴリズムによって除去されることができる。１つのアルゴリズムは、投影（projection）内に大きな影を有する投影画像を省略することを含むことができる。別のアルゴリズムは、ＣＴおよび他の撮像で使用されてきたように、ニードルおよび他の高コントラスト被検体を分割除去し、これらのピクセルを使用した再構築を回避することを含むことができる。他の代替法は、他の著しいアーチファクトは全くないが、ニードルの画像を有する可能性がある投影画像を観察することを含む。

米国特許出願第１０／３０５，４８０号明細書 米国特許出願第１０／７２３，４８６号明細書 米国仮特許出願第６０／６２８，５１６号明細書 国際ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４９１９４１号明細書 米国仮特許出願第６０／６３１，２９６号明細書 国際特許出願第ＵＳ２００５／０４２６１３号明細書 米国特許第５，０７８，１４２号明細書 米国特許第５，２４０，０１１号明細書 米国特許第５，４１５，１６９号明細書 米国特許第５，７３５，２６４号明細書 米国特許第５，８０３，９１２号明細書 米国特許第６，０２２，３２５号明細書 米国特許第５，２８９，５２０号明細書 米国特許第５，４２６，６８５号明細書 米国特許第５，５９４，７６９号明細書 米国特許第５，６０９，１５２号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１１３６８１号 米国特許第６，６３８，２３５号明細書 米国特許第６，７５８，８２４号明細書 米国特許第６，６２０，１１１号明細書 米国特許第６，６２６，８４９号明細書 米国公開第２００６／０１５５２０９ Ａ１号明細書 米国公開第２００６／０１２９０６２ Ａ１号明細書 米国公開第２００６／００３０７８４ Ａ１号明細書 米国公開第２００５／０１１３７１５ Ａ１号明細書 米国公開第２００５／００４９５２１ Ａ１号明細書 米国公開第２００４／０２６７１５７ Ａ１号明細書 米国仮出願第６０／７７４，１４２号明細書 http://sales.hamamatsu.com/en/products/electron-tube-division/x-ray-products/x-ray-flat-panel-sensor.php http://www.newtonscientificinc.com/swans.htm

本特許明細書に開示される実施形態の例は、投影トモ画像または乳房スライスの再構築されたトモ画像上で対象エリアロケーションにマークを付けるユーザインタフェースを含むことができる。乳房内の正しいロケーションにニードルを向ける信号が、画像内で対象エリアのロケーションを識別することに基づいて自動的に生成されることができる、または、対象エリアの座標が表示され、ニードルが、手動制御下で適切なロケーションに誘導されることができる。

プレファイア画像およびポストファイア画像の場合、目下の画像上で先に識別された対象エリアロケーションにマークを付ける機能を設けることができる。これは、対象エリアが、除去されたために、見ることが難しくなる場合、または、ニードルが大きなアーチファクトを生成する場合に、ニードルの適切な設置の可視化に役立つ可能性がある。このマークに対するニードルの向きは、適切なロケーションへの設置に関する保証を提供することができる。

トモシンセシス画像の３Ｄの性質は、トモシンセシス投影上でまたはスライスの再構築された画像上で対象エリアが識別されると、対象エリアの３Ｄ容積の計算を可能にする。これは、ディスプレイの一部であり、正しい病巣が目標にされたことを確認するのを補助するのに使用されることができる。

図１は、乳房圧迫パドル１０および乳房支持プレート１４が、先に識別された同時係属中の特許出願に記載され、また、参照により本特許明細書に組み込まれるような、別途知られている（otherwise known）トモシンセシスシステムの一部であることができる側方向ニードルアクセス、ならびに、たとえば、腹臥位バイオプシに関する、先に識別した特許で使用されるようなバイオプシニードルステージ１６およびニードル１８を示す。明確にするために、トモシンセシスシステムの残りおよびバイオプシ装置の他の部分は、この図１には示されず、トモシンセシスの基本的態様の詳細な説明は、本明細書に含まれない。読者は、こうした説明の場合、本明細書で引用された参考文献を参照する。たとえば、画像再構築は、たとえば、参照によりその全体の内容が本明細書に組み込まれる特許文献１７に記載される、（再構築の速度の高速化用の）フィルター逆投影（filtered back projection）および／またはアーチファクト低減法（順序付き統計逆投影（ordered statistics back projection）など）を使用して実施されることができる。

患者の乳房１２は、パドル１０と支持プレート１４との間で圧迫され、ニードルバイオプシステージ１６を使用して、乳房１２内の対象エリア２０の近くにバイオプシニードル１８の先端が位置決めされる。この例では、ニードル１８は、全体的に側方向に、すなわち、支持プレート１４の平面に沿い、かつ、患者の胸壁に沿って、図面に見られるように左から、乳房１２に入る。もちろん、ニードル１８は、代わりに、右から入ることができ、支持プレート１４または胸壁に正確に平行である必要があるのではなく、ニードルバイオプシを行う健康専門家（health professional）が特定の患者または対象エリアロケーションについて適していると気づく、プレート１４または胸壁に対する任意の角度とすることができる。上述したように、対象エリア２０のロケーションは、トモ投影画像および／またはトモ再構築スライス画像であることができるトモシンセシス画像に基づいて決定される。図１では、患者の胸部は、図示する構造の背後にあり、全体的に用紙の平面に沿う。立位バイオプシが使用される場合、患者の胸壁は、全体的に垂直であることになる。腹臥バイオプシテーブルが使用される場合、患者の胸壁は全体的に水平であることになる。

図２は、前面ニードルアクセスを示し、ニードル１８は、全体的に、支持プレート１４の平面に沿い、かつ、患者の胸壁２２に垂直な方向に、乳房１２の前面から対象エリア２０にアクセスする。やはり、ニードル１８の方向は、正確に、支持プレート１４に平行であるか、または、胸壁２２に垂直である必要があるのではなく、ニードル１８の先端が、乳首のいずれかの側で、全体的に乳房１２の前面から対象エリア２０に達することを可能にすることになる、支持プレート１４または胸壁２２に対する好都合な任意の角度であることができる。図２では、患者の胸壁２２は、全体的に、用紙に垂直である。

図３のＡは、接線方向ニードルアクセスを示し、乳房圧迫パドル１０は、図３のＢを見てわかるように、１つまたは複数のニードルアクセス穴１を有する。図３のＡは、図１と類似の図で、乳房圧迫パドル１０、乳房１２、および支持プレート１４を示すが、ニードルステージ１６およびニードル１８は、乳房の上の位置にある。ニードル１８は、全体的に、支持プレート１４に垂直で、かつ、患者の胸壁（図示せず）に沿う方向に、対象エリア２０にアクセスする。やはり、ニードル１８は、図示する角度である必要があるのではなく、ニードルバイオプシを行う健康専門家が適していると気づく任意の角度であってもよい。

図４は、バイオプシニードル１８およびおそらく他のＸ線不透過性材料の存在による、好ましくない画像アーチファクトを低減するのに使用されることができる１つのタイプのトモスキャンを示す。図４は、図３と類似の接線方向ニードルアクセスを示すが、図４および５に関連して以下で説明する原理は、対象エリア２０に対する任意の他のタイプのアクセスに適用される。図４は、トモ投影画像を取得するために、Ｘ線管（図示せず）がＸ線ビームをそこから放出するＸ線管の位置２４ａ、２４ｂ、…、２４ｎを示す。位置２４ａ〜２４ｎは、弧状経路に沿っているものとして示されるが、別の形状の経路に沿うことができ、スキャニングは、経路のいずれかの端から、または、経路に沿う中間位置から始まることができる。図４から明らかなように、スキャンの一部の位置において、ニードルステージ１６は、撮像用Ｘ線ビームの少なくとも重要な部分を曖昧にすることになり、得られる投影画像は、重大でかつおそらく許容できないアーチファクトをおそらく有するという可能性がある。

図５は、その他の点では図４と類似するが、Ｘ線管位置２４ａ〜２４ｎの経路内のギャップ領域２６を示す。このギャップ領域２６内の位置からは、Ｘ線トモ曝射が行われない。曝射は、この領域以外の位置から行われて、ニードルステージ１６および任意の他のＸ線不透過性材料が、撮像用Ｘ線ビームに影響を及ぼす程度を最小にするか、または、少なくとも大幅に減少させ、したがって、ギャップ２６内の位置から行われる曝射によって得られたであろう画像に比べて、画像内の好ましくないアーチファクトを減少させる。十分なトモ投影画像が、ギャップ２６以外の位置から取得されることができ、十分なトモ投影画像から、乳房スライスの許容可能なトモ再構築画像が計算されて、対象エリア２０に対してニードル１８が位置特定されることができる。ギャップ２６は、位置２４ａ〜２４ｎの経路の端にあることができ、または、位置２４ａ〜２４ｎの中間にあることができる。位置２４ａ〜２４ｎの異なる位置について、異なるＸ線線量、たとえば、Ｘ線ビームの経路内のＸ線不透過性材料が、より好ましくないアーチファクトを生成する可能性がある曝射位置について少ない線量、また、こうした材料が、こうしたアーチファクトを生成する可能性が小さい位置について大きな線量が使用されることができる。乳房スライスのトモ画像の再構築に、得られる投影画像を使用しないが、さらにギャップ２６内の位置から、好ましくは、低Ｘ線線量で、曝射を行うことが可能である。

Ｘ線トモ曝射中に、金属製乳房バイオプシニードルは、サンプリングされる病巣を妨害するか、または、たとえば、再構築トモシンセシス画像におけるストリーキングアーチファクト（streaking artifact）などの他の好ましくないアーチファクトをもたらす可能性がある。これは、サンプリングされる病巣が石灰化部である場合に特に深刻である。この妨害は、バイオプシの精度を低下させる可能性がある。本開示の実施形態は、サンプリングされる病巣のよりよい可視性を可能にするニードル設計を含む。

こうしたニードルのいくつかの実施形態は、図６〜図８に示される。ここで、Ｘ線透過性材料が、ニードルのステムの構築においてかなりの程度使用されるため、サンプリングされる病巣は、トモシンセシスまたは２Ｄマンモグラフィによって撮像されると、より明瞭に見られることができる。ニードルステムは、依然として、組織および病巣を切除するのに十分に硬質であるべきである。もちろん、Ｘ線透過性材料は、完全に透過性である必要があるわけではなく、こうした材料無しの状態での金属製ニードルの使用と比較すると、好ましくない画像アーチファクトを最小にするか、または、少なくとも大幅に減少させるのに十分に透過性があるだけである。「Ｘ線透過性である（x-ray transparent）」という用語は、本特許開示においてこの意味で使用される。

図６のＡ〜Ｄは、本開示の実施形態によるＸ線透過性本体部を有する乳房バイオプシニードルの使用を示す。ニードル３０は、組織および病巣３８を切断する２つの金属先端３２、および、Ｘ線を遮断しないようにＸ線透過性材料でできた２つのニードルステム３４からなる。ニードルステム３４がＸ線透過性であるため、ニードルの位置は、Ｘ線画像内のニードル先端３２の位置と知られているニードルジオメトリによって決定されてもよい。図６のＡは、ファイア前のニードル３０を示す。ニードルと病巣３８の相対ロケーションは、Ｘ線トモシンセシス（または、２ＤＸ線マンモグラフィ）を使用して確認される。図６のＢは、２つのニードルステム３４の一方がノッチ３６を有してもよいことを示す。ノッチ付きニードルステム３４ａは、ノッチ無しニードルステム３４ｂの内腔またはカニューレ内にあってもよい。ノッチ付きニードルステム３４ａは、ノッチが病巣３８に近接して設置されるようにノッチ無しニードルステム３４ｂからファイアされてもよい。図６のＣは、ノッチ無しステム３４ｂが、ノッチ付きステム３４ａの周りに近接して押し込まれ、それにより、病巣３８または病巣３８の少なくとも一部を、切除し、ノッチ３６およびノッチ無しステム３４ｂのカニューレ内に捕捉してもよいことを示す。その後、トモシンセシスまたは、２Ｄマンモグラフィを使用して、ノッチ３６およびノッチ無しステム３４ｂのカニューレ内における病巣３８の位置を確認してもよい。図６のＤは、捕捉された病巣３８を有するニードルが、患者から取り外されてもよいことを示す。その後、トモシンセシスまたは２Ｄマンモグラフィを使用して、病巣３８が正しくサンプリングされたことが確認されてもよい。

図７のＡ〜Ｅは、本開示の別の実施形態による、金属で補強されたＸ線透過性本体部を有する乳房バイオプシニードルの使用を示す。ニードル４０は、（組織および病巣４８を切除する）２つの金属先端４２と、（Ｘ線を遮断しないように、または、Ｘ線を過剰に散乱させないように）Ｘ線透過性材料でできた２つのニードルステム４４と、ファイア中のニードルステムの構造的完全性を高めるための取り外し可能な固体金属ワイヤまたはリブ５０を備える。ワイヤまたはリブ５０は、ファイア後にステムから取り外されて、ニードルステム４４が、Ｘ線透過性になることを可能にし、ワイヤまたはリブ５０引き抜かれた後のＸ線画像の取得を可能にすることができる。図７のＡを見てわかるように、ニードル４０をファイアする前に、ニードル４０と病巣４８の相対ロケーションは、トモシンセシスまたは２Ｄマンモグラフィを使用して確認されてもよい。図７のＢを見てわかるように、ノッチ付きニードルステム４４ａは、ノッチ無しニードルステム４４ｂからファイアされてもよい。図７のＣを見てわかるように、ノッチ無しニードルステム４４ｂは、ノッチ付きニードルステム４４ａに対して押し込まれて、病巣４８を、切除し、ノッチ付きニードルステム４４ａのノッチ４６とノッチ無しニードルステム４４ｂとの間に捕捉してもよい。図７のＤを見てわかるように、金属ワイヤ５０は、病巣４８のロケーションを確認するために、トモシンセシスまたは２Ｄマンモグラフィを実施する前に、ニードルステム４４から取り外されることができる。図７のＥを見てわかるように、捕捉された病巣４８を有するニードル４０が、患者から取り外されてもよい。その後、トモシンセシスまたは２Ｄマンモグラフィを使用して、病巣４８が正しくサンプリングされたことが確認されてもよい。

図８のＡ〜Ｅは、新しい乳房バイオプシニードルの別の実施形態を示し、新しい乳房バイオプシニードルは、機械的強度または剛性を付加するが、所望の場合に、ニードルが乳房内の所定場所になった後で、かつ、Ｘ線画像が取得される前に引き抜かれることができる、それぞれが、Ｘ線透過性（たとえば、プラスチック）層とＸ線不透過性（たとえば、金属）層を有する２つの同軸本体部を備える。図８のＡを見てわかるように、ニードル６０は、その切除用先端６２が、疑わしい病巣６８の近くであるが、病巣６８から離れて配置されるまで乳房内に挿入される。この時点で、ニードルと病巣の相対ロケーションは、トモシンセシスまたは２Ｄマンモグラフィ画像を取得することによって確認されることができる。その後、図８のＢを見てわかるように、ニードルのノッチ付きスタイレット６４ｂ（６６として示されるノッチ）は、病巣６８内にファイアされて、病巣がサンプリングされ、図８のＣを見てわかるように、カニューレ６４ａが押し込まれて、病巣または病巣の少なくとも一部をスライスしてノッチ内に入れることができる。その後、Ｘ線不透過性金属層が、カニューレおよびスタイレットのそれぞれから引き抜かれて、図８のＤを見てわかる（切除用先端６２を除いて）Ｘ線透過性構造が残ることができる。この時点で、ポストファイアトモシンセシスまたは２Ｄマンモグラフィ画像が取得されて、病巣または病巣の一部がノッチ内にあることを確認することができる。この時点で、病巣においてＸ線透過性材料を使用するため、ポストファイア画像は、好ましくないアーチファクトを受ける可能性がない。その後、病巣サンプルを有するコアシステムが、たとえば、図８のＥに示す位置まで引き戻されることができる。

図９は、新しい乳房バイオプシニードルの別の例を示す。バイオプシニードル９０は、「管内管（tube-within-a-tube）」切除用デバイスとして構成され、外側カニューレ９１、内側カニューレ（または、位置特定用オブチュレータ）９２、導入器スタイレット９３、および導入器シース９４を含む。さらに、外側カニューレ９１、位置特定用オブチュレータ９２、導入器スタイレット９３、および導入器シース９４は、ハンドピース（図示せず）またはアタッチメント（図示せず）に搭載されることができ、ハンドピースまたはアタッチメントは、次に、バイオプシニードルを所望の位置に移動させるための支持固定具または位置決めデバイスに結合される。外側カニューレ９１は、外側内腔を画定し、患者の皮膚を穿孔するのに使用されることができる、好ましくは、トロカール先端である先端で終了する。位置特定用オブチュレータ９２は、外側カニューレ９１内に同心に嵌合する。位置特定用オブチュレータ９２は、回転運動モータおよび往復運動モータドライブによって駆動されて、その長手方向軸を中心に回転しながら、外側カニューレ９１内に軸方向に併進させられることができる（または、位置特定用オブチュレータ９２は、手作業で回転する、かつ／または、併進することができる）。あるいは、環状導入器シース９４内に挿入される導入器スタイレット９３が挿入されることができる。この例では、導入器スタイレット９３および／またはシース９４は、Ｘ線透過性であり、Ｘ線不透過性バンドをその遠位端に有する。

乳房バイオプシニードルのさらなる例は、参照によりその全体の内容が本明細書に組み込まれる、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、および特許文献２１、ならびに、特許文献２２、特許文献２３、特許文献２４、特許文献２５、特許文献２６、および特許文献２７に開示される。

こうして、一態様では、本特許明細書は、患者の乳房のスライスのトモシンセシス再構築画像および／または乳房のトモシンセシス投影画像を使用して、（１）乳房内の疑わしい対象エリアのロケーションを識別し、（２）ニードルバイオプシを対象エリアに誘導し、（３）対象エリアに対してニードルのプレファイア位置を確認し、かつ／または、（４）対象エリアに対してニードルのポストファイア位置を確認する方法およびシステムを開示する。本手法の１つの独特の利点は、疑わしい病理が、従来のマンモグラムまたは乳房組織の従来の超音波画像の場合に比べてトモシンセシス画像ではよりよく観察される、または、評価されることができることに関する。方法およびシステムは、乳房に対して撮像用Ｘ線ビームのそれぞれの異なる角度で、たとえば、参照により本特許明細書に組み込まれる前記特許出願に開示される方法で、一連のトモシンセシス投影画像を取得することを含む。これらの投影画像からの情報は、乳房を通るスライス画像に再構築され、スライス画像は、乳房プラットフォームまたは投影画像の撮像用平面（複数可）に対する選択された厚さおよび選択された角度のスライスを表してもよい。必ずしもそうではないが、通常、再構築された画像は、乳房プラットフォーム、そのため、従来のマンモグラムの平面に平行であるスライスを表す。たとえば、１つまたは複数の画像内の対象エリアのロケーションを健康専門家先に指示してもらい、システムを使用して、先に識別され、また、参照により本特許明細書に組み込まれる前記バイオプシシステム特許で使用された方法と類似の方法で、そのロケーションの３Ｄ座標を計算することによって、または、再構築されたスライス画像内の対象エリア指示し、それにより、スライスの平面内で対象エリアのロケーションを２次元で識別し、また、乳房内のスライスの深さの知識から３次元情報を提供することによるなどの異なる方法で、これらの画像を使用して、乳房内の対象エリアのロケーションが３次元で識別される。対象エリアロケーションのこの３Ｄ情報は、乳房がその中で圧迫され、かつ、固定される機器との幾何学的関係（geometrical relationship between the equipment）に関する情報と共に使用されて、参照により本明細書に組み込まれる前記特許に開示される方法と類似の方法で、ニードルステージによって実行されるバイオプシニードル運動の方向および程度が決定され、ニードルが位置決めされ、対象エリアがサンプリングされ、対象エリアに対するニードルのプレファイアおよびポストファイアロケーションが確認される。

撮像用Ｘ線ビーム内における、バイオプシニードルなどのＸ線不透過性被検体の存在によるＸ線画像内の好ましくないアーチファクトを低減するために、本明細書で開示される方法およびシステムは、単一で、互いの組合せで、または、互いの部分的組合せで、新しい手法を使用する。この観点における第１の新しい手法は、トモシンセシス画像の選択に関し、Ｘ線不透過性被検体が撮像用Ｘ線ビーム内に存在しない角度においてだけ投影トモシンセシス画像を取得することを含む。すなわち、Ｘ線不透過性被検体がビーム内に存在する場合、それらの画像効果（effect in the image）は、他の考えられるビーム角度についての効果と比べて著しく小さい。これは、より好ましくないアーチファクトを生じることになる角度で投影画像を取得しないこと、および／または、こうした投影画像を取得するが、スライス画像を再構築するときにその画像を使用しないことを含んでもよい。第１の手法の代わりに、または、それに加えて使用されることができる第２の新しい手法は、ビーム内におけるＸ線不透過性被検体の存在による画像内のアーチファクトを低減するために、トモ画像の後処理を実施することである。これは、たとえば、ＣＴ（コンピュータ断層撮影（computerized tomography））技術で従来から使用されるアルゴリズムと類似のストリークアーチファクト除去アルゴリズム、および／または、こうしたアーチファクトを除去するか、または、減少させるためのトモ投影画像の画像処理を使用することによって、再構築されたスライス画像を処理することを含むことができる。第１の手法と第２の手法の１つまたは両方の代わりに、あるいは、第１の手法と第２の手法の一方または両方と共に使用されることができる第３の新しい手法は、こうした画像アーチファクトを減少させるか、または、回避するバイオプシ機器、たとえば、従来のバイオプシニードルと比べて著しくＸ線透過性がある材料で少なくとも部分的にできたバイオプシニードルを使用することである。こうした材料でできたニードルは、乳房内への挿入および組織サンプリングにそのまま使用されることができ、または、金属などのＸ線不透過性材料の部分によって補強されてもよく、金属などのＸ線不透過性材料の部分は、挿入および／または組織サンプリングに使用されるが、プレファイアおよび／またはポストファイアＸ線画像が取得される前に、乳房から、または、少なくとも対象エリアの直ぐ近くから引き抜かれ、それにより、引き抜かれない場合にこうした金属が生じさせることになる画像アーチファクトを回避する。一例として、こうした補強用部分は、カニューレ内のピンまたはリブに形態であることができる。別の例として、補強用部分は、カニューレおよび／またはスタイレットに同軸のスリーブであることができる。プレファイアおよび／またはポストファイア撮像の前に引き抜かれる補強用部分の他の例もまた考えられる。

さらなる特徴が付加されることができる。たとえば、図１０に示すシステム１００では、石灰化検出器１０４が、バイオプシニードル１０１と収集チャンバ（またはフィルタ）１０２との間のサンプル送出経路１０３に付加される。サンプル送出経路１０３は、通常、抽出されたサンプルを収集フィルタ１０２に送出するための管または他のチャネルを含む。石灰化検出器１０４は、サンプル送出経路１０３に結合して、サンプルが石灰化を含むかどうかを判定し、石灰化の量を推定することができる。石灰化検出器１０４は、例として、Ｘ線源と、サンプル送出経路１０３を通過するサンプルを撮像する検出器と、サンプル内の石灰化を検出し、その数を計数するように構成されたＣＡＤ（コンピュータ支援診断）コンポーネントを含むことができる。

一例（図１１）では、手持ち式デバイスとして構成された組織バイオプシ装置１１０（装置は、バイオプシニードルを位置決めするのに使用される支持固定具に搭載されることもできるが）は、ハンドピースに搭載されたバイオプシニードルを含む。バイオプシニードルは、先端１１６で終了する外側カニューレ１１５を含む。組織受け取り開口１２５は、先端１１６の（比較的）近くに設けられる。内側カニューレ１１７は、外側カニューレ１１５の外側内腔内に同心に嵌合する。内側カニューレ１１７は、（たとえば、回転運動モータによって）その長手方向軸を中心に回転し、（たとえば、往復運動モータドライブによって）外側カニューレ１１５内に軸方向に併進する。先端１１６で終了する外側カニューレ１１５、内側カニューレ１１７、および組織受け取り開口１２５は、上述した他の例と同様に連動して、患者の乳房のバイオプシサンプルを抽出する。内側カニューレ１１７は、組織吸引経路へのバイオプシサンプルの吸引手段（avenue）を提供し、吸引手段は、また、組織吸引経路を収集チャンバ１５５に結合する吸引管１５０を含む。吸引器１２１は、負圧または吸引圧を収集チャンバに加えて、組織吸引経路を通して収集チャンバ１５５にサンプルを吸い込んだ。Ｘ線管１１１および検出器１１２は、コントローラ１１４の適切な制御下で動作し、Ｘ線源１１１から検出器１１２によって受け取られるＸ線を表す検出信号は、ＣＡＤコンポーネント１１３に出力され、ＣＡＤコンポーネント１１３は、信号を解読して、サンプルが石灰化を含むかどうかを判定し、石灰化の量を推定する。ＣＡＤシステムおよび技法は、当技術分野でよく知られており、したがって、こうしたシステムおよび技法の詳細な説明は、明確にし、かつ、簡潔にするために、本開示から省略される。

収集フィルタが、手持ち式デバイスまたはニードルステージにおいてバイオプシニードルに一体化される場合、Ｘ線管および検出器は縮小される。小型検出器の例は、Ｈａｍａｍａｔｓｕ，Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ニュージャージ州ブリッジウォータ（Bridgewater, New Jersey））から入手可能である（非特許文献１を参照されたい）。小型Ｘ線管（Ｎｅｗｔｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｃ．（マサチューセッツ州ケンブリッジ（Cambridge, Massachusetts））からの４０ｋＶ金属−セラミックＸ線管）に関する情報は、非特許文献２で入手可能である。

さらに、付加的なライン１０６が、たとえば、フラッシング剤またはラバージュと共に麻酔薬および／または造影剤を導入するために付加されることができる。麻酔薬および／または造影剤の導入は、自動化され、撮像シーケンスに同期されることができる。

開示の精神から、または、添付特許請求項の範囲から逸脱することなく、多くの変形が、先に説明した例証的な実施形態および例に関して導入されることができる。たとえば、異なる例および例証的な実施形態の要素および／または特徴は、本開示および添付特許請求項の範囲内で、互いに組み合わされてもよく、かつ／または、互いに置換えられてもよい。

本出願は、参照によりその全体の内容が本明細書に組み込まれる、２００６年２月１５日に出願された特許文献２８の優先権を主張する。

ニードルまたは他のＸ線不透過性材料の存在による好ましくない画像アーチファクトを低減するための、乳房に対するバイオプシニードルの種々の位置決め方法のうちの１つの方法およびＸ線源と画像平面の撮像用位置を示す図である。 ニードルまたは他のＸ線不透過性材料の存在による好ましくない画像アーチファクトを低減するための、乳房に対するバイオプシニードルの種々の位置決め方法のうちの１つの方法およびＸ線源と画像平面の撮像用位置を示す図である。 ニードルまたは他のＸ線不透過性材料の存在による好ましくない画像アーチファクトを低減するための、乳房に対するバイオプシニードルの種々の位置決め方法のうちの１つの方法およびＸ線源と画像平面の撮像用位置を示す図である。 ニードルまたは他のＸ線不透過性材料の存在による好ましくない画像アーチファクトを低減するための、乳房に対するバイオプシニードルの種々の位置決め方法のうちの１つの方法およびＸ線源と画像平面の撮像用位置を示す図である。 ニードルまたは他のＸ線不透過性材料の存在による好ましくない画像アーチファクトを低減するための、乳房に対するバイオプシニードルの種々の位置決め方法のうちの１つの方法およびＸ線源と画像平面の撮像用位置を示す図である。 好ましくない画像アーチファクトを低減するための種々のバイオプシサンプリングニードル設計のうちの１つを示す図である。 好ましくない画像アーチファクトを低減するための種々のバイオプシサンプリングニードル設計のうちの１つを示す図である。 好ましくない画像アーチファクトを低減するための種々のバイオプシサンプリングニードル設計のうちの１つを示す図である。 好ましくない画像アーチファクトを低減するための種々のバイオプシサンプリングニードル設計のうちの１つを示す図である。 さらなるオプションの特徴を有するシステムのブロック図である。 好ましくない画像アーチファクトを低減するための種々のバイオプシサンプリングニードル設計のうちの１つを示す図である。

Claims (17)

1. 患者の乳房のトモシンセシス撮像を利用してバイオプシニードル位置特定を容易にするシステムであって、
   Ｘ線撮像のために患者の乳房を支持するように構成された乳房プラットフォームと、
   バイオプシニードルを保持するニードル組立体と、
   トモシンセシス画像形成ユニットであって、
   トモシンセシススキャンの過程でＸ線源を所定の経路に沿った複数の撮像位置を通って移動させ、前記複数の撮像位置で撮像用Ｘ線ビームを放出させ、前記患者の乳房を通過した前記撮像用Ｘ線ビームが照射されるＸ線画像レセプタが取得した画像データを受け取るように構成され、
   さらに、前記画像データを計算処理することで、トモシンセシス画像として、（ｉ）前記乳房プラットフォームに対し異なった角度で取られた前記乳房の複数のトモシンセシス投影画像、および（ｉｉ）それぞれが前記患者の乳房のスライスを表す複数の再構築されたトモシンセシススライス画像を得るように構成され、
   さらに、前記ニードル組立体の少なくとも一部が前記Ｘ線源の一部の撮像位置と前記患者の乳房との間に位置することによる前記トモシンセシス画像への影響に、前記トモシンセシス画像の計算において前記一部の撮像位置についての画像データの使用が削減または回避されるようにすることによって対処するよう構成された、
   トモシンセシス画像形成ユニットと、
   前記トモシンセシス画像形成ユニットから前記トモシンセシス画像を受け取って前記トモシンセシス投影画像および前記再構築されたトモシンセシススライス画像を表示し、撮像された前記トモシンセシス画像の少なくとも１つにおける前記患者の乳房内の対象エリアの識別情報を受け取り、前記乳房内の前記識別された対象エリアの３次元座標を決定するように構成されたユーザインタフェースと、
   前記ニードル組立体を移動するために、前記ニードル組立体に結合する位置決めデバイスと、
   バイオプシコントローラと、
   を備え、
   前記バイオプシニードルは、前記乳房内の前記対象エリアの前記３次元座標に基づいて位置決めされ、
   前記位置決めデバイスは電動式であり、
   前記バイオプシコントローラは、前記位置決めデバイスを制御して、前記ユーザインタフェースによって決定された前記３次元座標に基づいて前記ニードル組立体を特定の位置に移動させることが可能であり、前記トモシンセシススキャンの最初のスキャンの前に、前記ニードル組立体が前記トモシンセシススキャン中に前記対象エリア内に影を落とさない非干渉位置に前記ニードル組立体を移動させることを特徴とするシステム。
2. 前記画像形成ユニットは、前記トモシンセシススキャン中に、前記ニードル組立体が前記対象エリア内に影を落とさないＸ線源の画像位置から得られた画像データのみを処理して前記トモシンセシス画像とするよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記患者の乳房内における前記対象エリアの前記識別情報は、前記トモシンセシス画像上のマークとして記録され、前記マークは、前記患者の乳房の１つまたは複数の後続の画像上の対応するロケーションに自動的に設置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記トモシンセシスコントローラは、前記Ｘ線源およびトモシンセシス画像再構築手段を制御して、前記バイオプシニードルのファイア前に、前記対象エリアに対するニードルロケーションを確認するために前記患者の乳房の１つまたは複数のプレファイア画像を取得することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記トモシンセシスコントローラは、前記Ｘ線源およびトモシンセシス画像再構築手段を制御して、前記バイオプシニードルのファイア後で、かつ、前記患者の乳房の組織がサンプリングされる前に、適切なニードルロケーションを確認するためにポストファイア画像を取得することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記バイオプシニードルは実質的にＸ線透過性であり、前記ニードル先端はＸ線不透過性であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 前記ニードル組立体は導入器をさらに含み、前記導入器はＸ線透過性であり、Ｘ線不透過性バンドを前記導入器の遠端に有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 前記ニードル組立体の本体部はＸ線透過性であり、前記ニードル先端はＸ線不透過性であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
9. オペレータは、前記位置決めデバイスを利用して、前記ニードル組立体を手作業で位置決めすることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 前記対象エリアの前記３次元座標は、前記ユーザインタフェースを介して表示され、ニードル先端座標は、前記バイオプシニードルが手作業で位置決めされるにつれて、前記ユーザインタフェースを介して動的に表示されることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記位置決めデバイスに機械的にまたは電気的に結合した手操作式デバイスをさらに備え、
    オペレータは、前記手操作式デバイスを手作業で操作して、前記ニードル組立体を位置決めするように前記位置決めデバイスを制御することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
12. 前記バイオプシニードルによって取得されたサンプルを収集するように構成された収集チャンバと、
    前記バイオプシニードルと前記収集チャンバとの間のサンプル送出経路内の自動化された石灰化検出器とをさらに備え、
    前記自動化された石灰化検出器は、前記サンプルが石灰化を含むか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
13. 前記自動化された石灰化検出器は、前記石灰化の量を推定することを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 麻酔薬および／または造影剤を導入するための、前記ニードル組立体に結合する付加的なラインをさらに備え、
    前記麻酔薬および／または造影剤の前記導入は、前記撮像シーケンスに同期することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
15. 前記画像再構築は、フィルター逆投影を使用して実施されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
16. 前記画像再構築は、アーチファクト低減法を使用することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
17. 乳房バイオプシを実施する装置であって、
    請求項１に記載のシステムと、
    患者の乳房のサンプルを取得するように構成されたバイオプシニードルと、
    サンプル送出経路を介して前記バイオプシニードルに結合した収集チャンバと、
    前記サンプルが石灰化を含むかどうかを判定し、前記石灰化の量を推定するための、前記サンプル送出経路に結合した石灰化検出器とを備えることを特徴とする装置。

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