(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線療法装置で患者への送達された放射線ビームを検証するデバイス(1)であって、
前記送達された放射線ビームが、様々な治療日に送達された1つまたは複数の治療フラクションを含み、前記治療フラクションが1つまたは複数の放射線ビームを含み、前記放射線療法装置が、所与の放射線ビーム構成のために構成可能であり、前記放射線療法装置が、各治療フラクションの前、その間、またはその後に得られた更新した患者の画像を供給する撮像システムを備え、
所与の治療フラクションのための放射線ビーム構成を受ける手段(5)と、
前記放射線ビームの中心軸に垂直な平面において前記放射線ビームの2D検出器応答を測定できる透過型電子式2D検出器デバイス(3)と、
前記放射線ビーム構成で構成された前記放射線療法装置によって送達された放射線ビームによって生じる2D検出器応答をリアルタイムで得る手段(4)と、
前記撮像システムから前記更新した患者の画像を取り入れる手段(8)であって、前記更新した患者の画像が、対象部分の体積の3D形状、密度分布、および配置を含む前記患者の人体の説明または画像を含む、手段(8)と、
前記治療フラクションの送達された各放射線ビームに関して、前記測定した2D検出器応答に基づいて前記送達された放射線ビームに対応する送達された光子フルーエンス分布を計算できる、フルーエンス再構築エンジンFRE(6)であって、前記送達された放射線ビームが、前記放射線ビーム構成によって指定される、フルーエンス再構築エンジンFRE(6)と、
前記患者内の前記送達した3D線量分布を計算できるDCE(7)であって、前記3D線量分布が、前記治療フラクションの各放射線ビームからの寄与を含み、前記送達した3D線量分布の前記計算が、前記放射線ビーム構成、前記送達した光子フルーエンス分布および前記取り入れた更新した患者の画像に基づいている、線量算出エンジンDCE(7)と、
前記患者の人体の前記送達した3D線量分布を可視化する表示手段(9)と
を備える、デバイス(1)。
【請求項２】
単一の治療フラクションから前記送達した3D線量分布を格納する手段と、
連続した治療フラクション中に送達した、前記送達した3D線量分布を累積する手段と、
前記患者の人体の前記累積した3D線量分布を可視化する手段(8)と
を備える、請求項1に記載のデバイス(1)。
【請求項３】
前記デバイス(1)がさらに、
対象の予め定義した体積または領域に基づいて、前記累積した3D線量分布の線量体積の統計値を分析する手段と
を備える、請求項2に記載のデバイス(1)。
【請求項４】
前記デバイスがさらに、
前記患者の人体に予測した3D線量分布を取り入れる手段であって、前記予測した3D線量分布が、外部治療計画システムで算出され、前記予測した3D線量分布が、前記治療フラクションの各放射線ビームからの寄与を含む、手段と、
前記予測した3D線量分布と前記送達した3D線量分布を比較する手段と、
比較の結果として生じる1組のパラメータを報告する手段と
を備える、請求項1から3のいずれかに記載のデバイス(1)。
【請求項５】
前記予測した3D線量分布が、前記治療フラクションの送達の開始前に、患者撮像システムで最初に得られた患者の画像に基づいて、前記患者の人体における最初に計画した3D線量分布である、請求項4に記載のデバイス(1)。
【請求項６】
前記予測した3D線量分布が、治療フラクションの送達中に患者撮像システムで得られた更新した患者の画像に基づいて、前記患者の人体における更新し計画した3D線量分布である、請求項4に記載のデバイス(1)。
【請求項７】
前記デバイスが、前記放射線療法装置に関係なく動作することができ、前記放射線療法装置が、外部デバイスから、予測した3D線量分布、ビーム構成、および更新した患者の画像のみを受信し、任意選択で、前記放射線療法装置から、前記透過型電子式2D検出器デバイス(2)を前記放射線ビームの送達と同期させる同期信号を受信する、請求項1から6のいずれかに記載のデバイス(1)。
【請求項８】
放射線療法装置で患者への放射線ビームの送達を検証する方法であって、前記放射線ビームの送達が、様々な治療日に送達した1つまたは複数の治療フラクションを含み、前記治療フラクションが、1つまたは複数の放射線ビームを含み、前記放射線療法装置が、所与の放射線ビーム構成のために構成可能であり、前記放射線療法装置が、各治療フラクションの前、その間、またはその後に得られた更新した患者の画像を供給する撮像システムを備え、
請求項1から7のいずれかに記載のデバイス(1)を用意するステップと、
規定の放射線ビーム構成パラメータを得るステップ(250)と、
患者を前記ビームの方向に配置せずに治療ビームを適用し、前記治療ビームの対応する測定した2D検出器応答を獲得するステップ(310)と、
前記測定した2D検出器応答(310)に基づいて、前記送達した放射線ビームに対応する前記送達した光子フルーエンス分布(320)を計算するステップ(S311)であって、前記送達した放射線ビームが、前記放射線ビーム構成によって特定される、計算するステップ(S311)と、
前記撮像システムから更新した患者の画像(330)を取り入れるステップであって、前記更新した患者の画像が、危険のある前記対象部分の体積および/または臓器の3D形状、密度分布、および配置を含む前記患者の人体の説明または画像を含む、ステップと、
前記送達した光子フルーエンス分布(320)および前記更新した患者の画像(330)に基づいて、前記患者内の前記送達した3D線量分布(350)を計算するステップ(S341)と、
表示(9)上の前記患者の人体の前記送達した3D線量分布(350)を表示および可視化するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、放射線量を送達するために使用される放射線療法に関する。より詳細には、本発明は、連続する治療フラクション中の3D線量追跡のためのデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の文脈では、放射線療法は、X線または電子ビームによる治療を意味する。本発明は、特に、強度変調放射線療法(IMRT、Intensity Modulated Radiation Therapy)を対象としている。IMRTは、対象領域の形状に忠実に適合するように放射線量を形作る等角照射タイプである。より具体的には、IMRTは、悪性腫瘍または腫瘍内の特定の領域に正確な放射線量を送達するためにコンピュータ制御のX線または電子ビームを利用する、進歩した高精度放射線療法である。ちなみに、悪性ではない腫瘍を治療するのに使用することもできる。放射線量は、より高い放射線量をできるだけ腫瘍に集中させ、健康な周りの組織の放射線への曝露を最小限に抑えるようにして、放射線ビームの強度を変調または制御することによって、腫瘍の3次元(3D)形状に合うように設計される。IMRTは、通常、対象部分にわたって患者の治療を構成する、各放射線場の放射線ビーム強度を変化させ得るマルチリーフコリメータ(MLC、multi leaf collimator)を使用する。したがって、健康な周りの組織は、腫瘍の線量よりずっと少ない放射線量しか受けない。さらに、特別な場合には、腫瘍内で線量を変化させることもできる。治療は、患者の3Dコンピュータ断層撮影法(CT)画像を使用して注意深く計画される。こうした画像は、腫瘍の形状に対する線量に最適なビームの断面の強度パターンを見つけ出すために、コンピュータ化した線量の算出と共に使用される。典型的には、異なるビーム方向からのいくつかの強度変調放射線場の組み合わせにより、腫瘍への線量を最大にし、さらに隣接する正常な組織を保護する、特別に合わせた放射線量が生成される。IMRT手法では、従来の放射線療法技術と比べて副作用が少ない状態で、より高くより効率的な放射線量を安全に腫瘍に送達することができる。線量を増加させない場合でも、IMRTは治療の毒性を低下させる可能性を有する。
【０００３】
IMRTの治療計画は、従来の放射線療法より明らかにより複雑であり、そのため各患者に必要な治療計画時間が延びる。従来の送達とは異なり、IMRT治療が複雑なことにより、オペレータが、計画した順序の照射からの可能な偏りを送達中に検出することが難しくなる。
【０００４】
治療を計画する前に、身体検査および病歴のレビューを行う。これはCTスキャンを含み、そのCTスキャンから、放射線腫瘍学者は腫瘍および正常組織の3次元形状を明示する。線量測定者および医療放射線物理学者はこの情報を使用して治療計画を決める。陽子射出断層撮影法(PET)、コーンビームCT(CBCT)、および磁気共鳴映像法(MRI)を含むいくつかの追加のスキャン処置がIMRT計画のために必要になる場合もある。これらの診断用画像は、放射線腫瘍学者が腫瘍対象部分の正確な位置を判定することを助ける。典型的には、IMRTのセッションは、シミュレーションの約1週間後に開始する。典型的には、患者は、1週間に5日間のIMRTセッションを6から10週間にわたって予定する。
【０００５】
放射線療法の有効性は、線量送達の正確さに依存しており、その結果、線量測定の誤差を検出するために使用される品質保証手技が非常に重要である。こうした手技の例には、治療計画システムによって算出した計画線量の送達の正確さを検証するために測定すること、および治療機械等角点に対して確実に正確に患者を位置決めするために直交するポータル画像を収集することを含むことが含まれる。
【０００６】
IMRTはこれらの検証手技にさらに厳しい要求をし、それらの要求をさらに不可欠なものにする。IMRT放射線場で線量の変化度が高いと、著しく一様でない線量分布を検証する際に単一の点の線量測定では不十分になる。例えば、マルチリーフコリメータ(MLC)のリーフ間の漏出を正確に考慮していないので、治療計画システムによって算出した個々のIMRTビーム線量の分布の誤差が生じることがある。MLCリーフシーケンスの転送におけるシステム上の誤差の可能性は、治療計画コンピュータから記録および検証システムまで起き、ビーム送達中のMLCリーフの動きの機械的正確さには、正確なIMRT検証ストラテジーの使用をさらに必要とする。
【０００７】
放射線療法の有効性は、対象部分の位置決めの正確さにも依存する。患者の体の臓器は、サイズ、形状、および位置が毎日ずれることもあり、治療期間にわたって患者の体重が減少することもある。治療期間中の患者の解剖学的構造中の線量を追跡するには、治療の数週間前にとったCT画像は信頼することができず、治療期間全体にわたって繰り返し患者の撮像を行う必要がある。
【０００８】
したがって、連続した治療フラクション中に観察される実際の患者の解剖学的構造と併せて、送達した治療放射線場の線量分布の正確さを検証する必要がある。
【０００９】
米国特許第6,853,702号は、放射線療法の治療を検証する方法を開示している。この方法では、ビームの中心線に垂直な平面でビームの領域にわたる治療ビームの出力を測定する。これは、患者の正面で検出器を使用することによって実現され、前記測定した出力を用いて、線量アルゴリズムを使用して、患者に対する線量を算出する。図1を参照することによって、(文献、米国特許第6,853,702号の取り込んだ画像40に対応する)測定した2D検出器の出力10は、線量の計算15を実行する線量アルゴリズムおよびコンピュータプログラムによって、(前記文献の線量分布58に対応する)計算した3D線量20を得るために直接使用される。しかし、区分間に生じる患者の解剖学的構造の変化を考慮する手段がない。
【００１０】
文献WO 03/092813から、患者の治療中に使用される検出器を較正する方法も知られている。その方法は、放射線装置によって生成する患者への放射線治療ビームの送達の正確さを検証するものである。図１ａを参照することによって、この方法は主に2つの照射ステップを含む。第1のステップ中には、ファントムへの第1の照射(ステップA)が送達され、各時間間隔で、ファントムに送達した線量の測定値(100)と、前記放射線ビーム源と前記ファントムの間に位置する情報手段によって(例えば、フィルムまたはEPIDなどの撮像システムを使用して)収集(200)された照射に関する情報とが関係付けられる(ステップB)。この関係を使用して、較正因子を算出する(300)ことが可能である。その文献によれば、前記情報手段は、検出器による測定、またはマルチリーフコリメータのリーフの配置のいずれかとすることができる。第2の照射ステップ(ステップC)中には、患者に放射線が照射され、やはり前記放射線ビーム源と前記ファントムの間に位置する情報手段によって、もう一度照射(400)に関する情報が収集される。次いで、この収集された情報(400)を以前の較正因子(300)と共に(D)分析して、患者への総線量(500)を得る。したがって、この方法は、2つの連続する照射を必要とし、第1の照射はファントムに放射線照射するときのもの、第2の照射は患者に放射線照射するときのものである。こうした方法は時間がかかり正確ではないことが明確になっている。さらに、その方法は、患者の実際の治療前の放射線装置の検証に全く対処していない。さらに、区分間に生じる患者の解剖学的構造の変化を考慮する手段が提供されていない。
【００１１】
トモセラピーのための送達検証技術は、Kapatoes JMらによる「Delivery verification in sequential and helical tomotherapy」、Phys. Med. Biol., vol. 44, 1999, 1815-1841に記載されている。その技術は、患者の背後に位置決めされる検出器を使用しており、いわゆる「出口検出器信号(exit detector signals)」(段落2.1参照)が入射フルーエンス分布を算出するために使用される。この文献の図2に示すように、この検出器は、いわゆる「出口検出器」であり、透過型検出器ではない。その技術の不利な点は、検出器が患者の背後に配置されるので、検出器の信号がプライマリ光子と散乱光子の混在したものになる(図2の表題参照)ことである。したがって、患者を位置合わせした後で、各治療フラクションの前に、DP行列を測定しなければならない。これは非常に時間を浪費する手技である。
【００１２】
したがって、正確な放射線装置および線量検証方法を提供し、かつ上記で言及した欠点を克服する簡単で速い線量計算を実行する実用的な解決策は提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第6,853,702号
【特許文献２】WO 03/092813
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Kapatoes JMらによる「Delivery verification in sequential and helical tomotherapy」、Phys. Med. Biol., vol. 44, 1999, 1815-1841
【非特許文献２】Wolfgang A. Tomeによる「Beam Modelling for a Convolution/Superposition-Based Treatment Planning System」、Medical Dosimetry、Vol.27、No.1、11〜19頁、2002、
【非特許文献３】Nikos Papanikolaouによる「Investigation of the convolution method for polyenergetic spectra」、Med. Phys. 20(5)、1993
【非特許文献４】Boninらによる「A pixel chamber to monitor the beam performances in hadron therapy」、Nuclear Instruments and Methods in Physics research、A 519 (2004) - 674-686
【非特許文献５】Yong Yang、「A three-source model for the calculation of head scatter factors」, Med. Phys. 29(9), 2002
【非特許文献６】Anders Ahnesjoによる「Collapsed Cone Convolution of Radiant Energy for Photon Calculation in Heterogeneous Media」、Med. Phys. 16(4)、1989
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、現在の技術の欠点を示さない検証デバイスおよび方法を提供することを目的としている。
【００１６】
具体的には、本発明は、延長している時間のかかる機械のQAおよびIMRTに必要な患者計画検証を短縮することを目的とする。
【００１７】
さらに、本発明は、患者の解剖学的構造の3D線量検証を可能にすることによって、患者に固有のIMRTの検証の現行技術の方法を大幅に強化することを目的とする。
【００１８】
本発明は、光子のフルーエンスを再構築するために、更新した患者の画像を使用し、2D測定を使用して、患者治療の全コース中に患者の解剖学的構造の3D線量を追跡することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第1の態様によれば、放射線療法装置で患者への放射線ビームの送達を検証するデバイスが記載される。放射線ビームの送達は、様々な治療日に送達された1つまたは複数の治療フラクションを含み、前記治療フラクションが1つまたは複数の放射線ビームを含み、前記放射線療法装置が、所与の放射線ビーム構成のために構成可能であり、前記放射線療法装置が、各治療フラクションの前、その間、またはその後に得られた更新した患者の画像を供給する撮像システムを備え、
・所与の治療フラクションのための放射線ビーム構成を受ける手段と、
・前記放射線ビームの中心軸に垂直な平面において前記放射線ビームの2D応答を測定できる透過型電子式2D検出器デバイスと、
・前記放射線ビーム構成で構成された前記放射線療法装置によって送達された放射線ビームによって生じる2D検出器応答をリアルタイムで得る手段と、
・前記撮像システムから前記更新した患者の画像を取り入れる手段であって、前記患者の画像が、危険のある対象部分の体積および/または臓器の3D形状、密度分布、および配置を含む患者の解剖学的構造の説明または画像を含む、手段と、
・治療フラクションの送達された各放射線ビームに関して計算できるフルーエンス再構築エンジンであって、前記送達された光子フルーエンス分布が、測定した2D検出器応答に基づいて送達された放射線ビームに対応する、フルーエンス再構築エンジンと、
・治療フラクション各放射線ビームに関する前記送達した光子フルーエンス分布に基づいて、また、取り入れた前記更新した患者の画像に基づいて、患者内の送達した3D線量分布を計算できる線量算出エンジンであって、
・患者の解剖学的構造中の前記送達した3D線量分布を可視化する手段と
を備える、デバイス。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態によれば、デバイスはさらに、
・単一の治療フラクションから前記送達した3D線量分布を格納する手段と、
・連続した治療フラクション中に送達した、送達した3D線量分布を累積する手段と、
・患者の解剖学的構造の累積した3D線量分布を可視化する手段とを備える。
【００２１】
有利なことに、本発明の好ましい実施形態によるデバイスは、累積した送達3D線量分布を分析するツールを備える。本発明によるデバイスはさらに、
・対象の予め定義した体積または領域に基づいて、累積した3D線量分布の線量体積統計値を分析する手段を備える。
【００２２】
より有利なことに、本発明の好ましい実施形態によれば、このデバイスはさらに、
・患者の解剖学的構造の予測した3D線量分布を取り入れる手段であって、前記予測した3D線量分布が、外部治療計画システムで算出される、手段と、
・送達した3D線量分布を予測した3D線量分布と比較する手段と、
・比較の結果生じる1組のパラメータを報告する手段とを備える。
【００２３】
有利なことに、本発明の別の好ましい実施形態によれば、患者の解剖学的構造の送達した3D線量分布の比較は、患者治療前に外部システム(例えば治療計画システム)によって行われる最初の予測した3D線量分布で行うことができるか、または患者治療中に更新した患者の画像を使用して外部システムで患者治療中に更新した更新した3D線量分布で行うことができる。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態によれば、デバイスは、放射線療法装置とは関係なく動作することができ、その放射線療法装置は、外部デバイスから、予測した3D線量分布および更新した患者の画像のみを受信し、任意選択で、放射線装置から、2D検出器デバイスを放射線ビームの送達と同期させる同期信号を受信する。
【００２５】
第2の態様によれば、本発明は、放射線療法装置で患者への放射線ビームの送達を検証する方法であって、前記放射線ビームの送達が、様々な治療日に送達した1つまたは複数の治療フラクションを含み、前記治療フラクションが、1つまたは複数の放射線ビームを含み、前記放射線療法装置が、所与の放射線ビーム構成のために構成可能であり、前記放射線療法装置が、各治療フラクションの前、その間、またはその後に得られた更新した患者の画像を供給する撮像システムを備える方法に関する。その方法は、本発明によるデバイスを用意するステップと、規定の放射線ビーム構成パラメータを得るステップと、治療ビームを適用し、前記治療ビームの対応する測定した2D検出器応答を獲得するステップと、測定した2D検出器応答に基づいて、送達した放射線ビームに対応する送達した光子フルーエンス分布を計算するステップであって、前記送達した放射線ビームが、前記放射線ビーム構成によって特定される、計算するステップと、前記撮像システムから更新した患者の画像を取り入れるステップであって、前記更新した患者の画像が、危険のある対象部分の体積および/または臓器の3D形状、密度分布、および配置を含む患者の解剖学的構造の説明または画像を含む、ステップと、前記送達した光子フルーエンス分布および前記更新した患者の画像に基づいて、患者内の前記送達した3D線量分布を計算するステップと、表示上の患者の解剖学的構造の前記送達した3D線量分布を表示および可視化するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術による3D線量計算方法を示す。
【図１ａ】従来技術による3D線量計算方法を示す。
【図２】所与の送達機械に最適なビームモデルパラメータ集合を見つけることによって、ビームモデルを所与の送達機械に適合させる現行技術の方法を示すデータ流れ図である。
【図３】本発明による方法を表すデータ流れ図である。
【図４】本発明による別の方法を表すデータ流れ図である。
【図５】その環境と関連する本発明による放射線療法検証のためのデバイスのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は、等角ガントリー線形加速器から高エネルギーX線を送達する放射線療法装置、特に、マルチリーフコリメータ(MLC)またはジョーによってビーム変調が実現されたIMRT装置で使用するものである。
【００２８】
ビームモデルは、いくつかのパラメータを含む、一般に放射線療法装置の数学的記述である。これらのパラメータは、例えば、加速器の特徴(エネルギースペクトル、横方向ビームの質のばらつき)、有効な放射線源の形状および配置、ならびにビーム形成デバイスの形状および材料を考慮に入れる。フルーエンス計算アルゴリズムは、1組の数学的法則であり、これは、ビームモデルおよび所与のパラメータ集合に従ってフルーエンスを計算する。計算したフルーエンスの表現(単位、座標系)は、組織および/または検出器応答に与えられた線量を計算するための追加の計算手技と両立できるようになっている。基本的なビームモデリング技術の有用な記載は、例えば、Wolfgang A. Tomeによる「Beam Modelling for a Convolution/Superposition-Based Treatment Planning System」、Medical Dosimetry、Vol.27、No.1、11〜19頁、2002、またはNikos Papanikolaouによる「Investigation of the convolution method for polyenergetic spectra」、Med. Phys. 20(5)、1993によって提供されている。
【００２９】
深さ線量曲線および様々な深さに関するビームプロフィルが、治療機械が送達できるビームのパラメータを確立するために測定される。次いで、ビームモデルパラメータは、モデル予測と測定した線量測定データの間で最良に適合させるために最適化される。次いで、こうしたビームモデルは、放射線場変調パターンの結果である3次元線量分布を算出するようにIMRT治療計画システム(TPS、Treatment Planning System)で使用される。治療目的にできるだけ近いものを実現するために、機械設定(放射線場の数、放射線場当たりの線量、放射線場変調、ガントリー角度など)を最適化するように、TPSでは様々な戦略が使用される。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態では、ビームの方向に直交する平面の測定の2次元マップを提供するために、2次元透過型検出器が必要である。ハドロンビームのためのこうした検出器を実現するために使用される技術が、Boninらによる「A pixel chamber to monitor the beam performances in hadron therapy」、Nuclear Instruments and Methods in Physics research、A 519 (2004) - 674-686に記載されている。この文献には、32×32画素の正則行列に配置された2D配列の1024個の電離箱から作製されたデバイスが記載されている。この技術は、本出願人によって製造される市販の製品MatriXXでも使用されており、これは、検出器の各チャンバの横方向の電子平衡を提供することによって光子ビームと使用するために修正されている。2D検出器は患者とMLCの間に配置される。測定が患者なしで行われる場合は、2D検出器を患者の位置に配置することもできる。
【００３１】
図2は、所与の送達機械に最適なビームモデルパラメータ集合を見つけることによって、ビームモデルを所与の送達機械に適合させるための現行技術の方法を表すデータ流れ図である。ステップS1に示すように、オペレータは、いくつかの所定の機械設定を選択する。次に、ここでステップS2およびS3に示すように、モデルとなる送達機械を使用して、前記所定の機械設定を用いてファントムに放射線を照射し、検出器手段を使用して線量を測定する。ステップS4では、同様の送達機械に関するビームモデルパラメータ集合が選択され、前記ビームモデルパラメータ集合を使用して、測定と同じ点で線量が計算される。次いで、ステップS5で、計算した線量と測定した線量を比較する。ユーザがテストS7で適切な適合を見つける場合は、現在のビームモデルパラメータ集合240が送達機械を表すと考えられる。そうでない場合は、ビームモデルパラメータ集合は、ステップS8に示すように手動または自動で修正され、線量計算が実行され、ステップS5に戻る。
【００３２】
図3は、本発明による方法を表すデータ流れ図である。前記ビームモデルパラメータ集合240、機械設定250(稼働中の機械、および治療計画システム(TPS)によって提供される所与の放射線ビーム構成のための治療機械の設定(エネルギーおよび線量、線量割合、MLCの配置)に従って選択される)、RT装置のビームモデル210、フルーエンスアルゴリズム300、および測定した2D検出器応答310に基づいて、ステップS311に示すように、対応するフルーエンス320が得られる。こうしたフルーエンスアルゴリズムの一例は、Yong Yang、「A three-source model for the calculation of head scatter factors」, Med. Phys. 29(9), 2002に記載されている。
【００３３】
次いで、対応するフルーエンス320は、ステップS341に示すように対象部分中の計算した3D線量350を得るために、対象部分の形状および密度、ならびに線量アルゴリズム340の記載を表す3D画像330と共に使用される。こうした線量アルゴリズムは、例えば、Anders Ahnesjoによる「Collapsed Cone Convolution of Radiant Energy for Photon Calculation in Heterogeneous Media」、Med. Phys. 16(4)、1989に記載されたものである。
【００３４】
従来技術(例えば、文献WO03/092813など)とは対照的に、前記対象部分の記載に3次元線量分布を算出するための前記ワークフローを使用することによって、ファントム中の測定した線量分布を提供するために実際のファントムの照射が必要なくなることに留意されたい。したがって、この方法の照射ステップは、ファントムまたは患者をビームの方向に配置する必要なしに1回だけ実行される。
【００３５】
次に図4を参照する。本発明によれば、対象部分に向けられるフルーエンスの十分な計算を提供するために最適化サイクルが実行される。対応するフルーエンス320が上記で説明したように確立されると、それに基づいて、ステップS411に示すように対応する2D検出器応答420が算出される。こうした応答の算出は、全ての追加の強化材料も考慮に入れた、検出器手段表面上の入射粒子のモンテカルロシミュレーションに基づいている。この算出は、デバイスの形状を説明する検出器モデル400、および照射に対するデバイスの応答を説明する応答算出アルゴリズム410によって容易にされる。次いで、計算した2D検出器応答420は、それらの間の差を定量化するスコアリング機能S430によって、測定した2D検出器応答310と比較される。こうしたスコアリング機能S430(したがって差)を最小にするために、ステップS431に示すように(例えば、有効なリーフ位置、有効な伝達、有効なさねはぎ効果、有効な出力、および有効な源の位置を調節することによって)、いくらかの送達および/またはモデリング誤差を、フルーエンス計算に直接組み込むことが可能である。このフルーエンスの反復の修正がスコアリング機能S430の十分に小さい差に収束する場合は、最後の修正したフルーエンス320が、再構築したフルーエンス450として示される対象部分に向けられたフルーエンスを忠実に表すと考えられる。計算した対象部分中の3D線量350を得るために、もう一度、対象部分の形状および密度の説明を表す再構築したフルーエンス450、ならびに線量アルゴリズム340を3D画像330と共に使用する。
【００３６】
反復の方法は収束しないこともあり、その場合は、再構築したフルーエンスはないが、その代わりに不具合が示される。これは、典型的には、測定した応答が予期した応答とは大幅に異なる、すなわち誤った計画が送達される場合、セグメントが省略される場合、重大なMLC不具合が発生する場合などに起きることになる。
【００３７】
3D線量分布は大量のデータセット、典型的には数百万以上程度のデータ点を構成する。したがって、こうした2つの分布を比較することはいくつかのツールを必要とする。1組のこうしたツールは、典型的には、対象の予め定義した体積(領域)に基づいて、異なるタイプの線量体積統計値を含む。最も一般的な線量体積ツールは、線量体積ヒストグラム(DVH、dose volume histogram)である。別の組のツールは、3Dデータから2Dサブセットを抽出することに基づいている。2Dサブセットは、典型的には、主軸に垂直な平面を構成する。こうした平面上では、色定義表、等線量線によって、または3D表面として線量を表すことができる。それらの平面上で線を定義することができ、これらの線に沿って線量を抽出し2Dグラフで表示することができる。さらに、線量の値および座標など、一つ一つの情報を平面または線上の点を選択することによって得ることができる。
【００３８】
対象部分が均一の水ファントムのときは、3D送達線量分布と予測した3D線量分布との比較により、一方で、RT装置の送達の質(平坦さ、対称性、半影、放射線場の形状、リーフの配置)を評価するためのパラメータの報告を抽出し、他方で、前記比較の不適合による可能な誤差の原因、または前記パラメータの報告の予期しないパラメータ値による誤差を特定することが可能になる。
【００３９】
しかし、対象部分が何であれ、誤差に応じて1組の異なる変更を、RT装置の構成、すなわち機械設定を修正するように評価および実行することができる。可能な動作は、出力モデリング誤差を補償するためにセグメントの重さを調節すること、リーフ先端部の伝達モデリング誤差および/またはシステム上の配置誤差を補償するためにMLC/ジョーの配置を調節することなどを含む。
【００４０】
本発明の好ましい実施形態によれば、3D画像(330)は、治療フラクションの送達の間に得られる、更新された画像である。したがって、本発明によるデバイスは、最近の利用可能な患者の画像に基づいて、また2D検出器応答で決定した再構築した光子フルーエンスに基づいて、患者の3D線量分布を算出する。
【００４１】
図5は、本発明による放射線療法検証のためのデバイス1である。このデバイス1(破線で囲まれている)は、主制御装置2および2D検出器2DD 3を備える。本発明のデバイス1は、放射線療法装置R-App、治療計画システムTPS、撮像システムIMG、および対象OBJに埋め込まれた対象部分の体積TVと関連して示されている。本発明のデバイス1の主制御装置2は、2D検出器2DDによって生成したリアルタイムで信号を獲得するための獲得モジュールACQ 4と、治療計画システムTPSから放射線ビーム構成RBCを受けるインターフェースINT 5とを備える。獲得した信号に基づいて、フルーエンス再構築エンジンFRE 6は、線量算出エンジンDCE 7にフルーエンスデータを提供する。主制御装置2はまた、CTスキャナ、PETスキャナ、MRI撮像装置、またはCBCT(コーンビームCT)などの外部撮像システムIMGから画像を受信する画像取入れモジュールIMIMP 8も備える。線量算出エンジンDCE 7は、フルーエンスデータおよび受信した画像を使用して3D線量を計算する。表示デバイス9は、患者の解剖学的構造の画像に関する前記再構築した3D線量の3D表示を含む、再構築した3D線量の表示を示す。図5に見ることができるように、本発明のデバイス1は、放射線療法装置R-Appから完全に独立している。前記装置の動作を妨害することなしに現行の放射線療法装置R-Appにアドオンとしてインストールすることができる。したがって、追加の独立の安全性が提供される。
【００４２】
したがって、本発明を使用することによって多くの利点が実現される。実際に、本発明の実施形態により、
・QAおよび患者計画検証中に可能性のある誤差の原因を迅速に特定すること、
・TPSから独立に患者の解剖学的構造のデータおよび線量アルゴリズムを使用して元々のTPSとは関係なく患者の解剖学的構造の3D線量検証を行うこと、
・所与の腫瘍エンティティのプロトコルの研究を行い、異なるTPSおよび放射線源による結果を比較するために、腫瘍医にデータ分析ツールを提供すること、
・MLCに関する簡単な較正手技を提供すること、
・均一のファントム内だけでなく患者の解剖学的構造に直接送達した線量分布を検証すること、
・煩雑で長期にわたる現行技術の測定およびルーチンの設備のQA試験による全体のコストを削減することが可能になる。
【符号の説明】
【００４３】
1  デバイス
2  主制御装置
3  2D検出器2DD
4  獲得モジュールACQ
5  インターフェースINT
6  フルーエンス再構築エンジンFRE
7  線量算出エンジンDCE
8  画像取入れモジュールIMIMP
9  表示デバイス
210  RT装置のビームモデル
240  パラメータ集合
250  機械設定
300  フルーエンスアルゴリズム
310  測定した2D検出器応答
320  フルーエンス
330  3D画像
340  線量アルゴリズム
350  3D線量
400  検出器モデル
410  応答算出アルゴリズム
420  2D検出器応答
450  再構築したフルーエンス
S430  スコアリング機能
【図１】
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【図１ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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