(57)【要約】  ３次元医用画像で関心ボリューム構造を描画する方法及び装置。この装置は、３次元画像を格納するためのデータ記憶デバイス、及び３次元画像の関心ボリューム構造を描画するためのディジタル処理デバイスを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心ボリューム構造を含む３次元画像を受信することと、
前記３次元画像内に前記関心ボリューム構造を描画することとを含む方法。
【請求項２】
前記関心ボリューム構造が前記３次元画像上のボリューム・レンダリングによって表される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記３次元画像から１組のボクセルを識別して、前記関心ボリューム構造のバイナリ記述を行うことをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１組のボクセルに基づいて前記関心ボリューム構造の輪郭を識別することをさらに含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記関心ボリューム構造の前記輪郭の表示を、前記関心ボリューム構造の前記輪郭及び複数の他の２次元輪郭を含む輪郭セットに保存することさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記輪郭セットを、関心ボリューム構造の前記輪郭セットと少なくとも１つの他の関心ボリューム構造に対応する少なくとも１つの他の輪郭セットを含む複数輪郭セットに保存することをさらに含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記関心ボリューム構造が標的構造又は危険構造を含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記３次元画像にフィルタを使用して、前記関心ボリューム構造と他の構造を区別することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
輝度値又は色値を含む識別子を、前記関心ボリューム構造に関連付けることをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
不透明度値を含む識別子を、前記関心ボリューム構造に関連付けることをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記３次元画像のサブボリュームであって、前記関心ボリューム構造を含むサブボリュームを決めることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記サブボリュームを決めることが、前記サブボリュームの表面を識別することを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記サブボリュームを決めることが、前記サブボリュームから除外すべき前記３次元画像の一部を識別することを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
関心ボリューム構造を含む３次元画像を格納するためのデータ記憶デバイスと、
前記データ記憶デバイスに結合され、前記３次元画像の前記関心ボリューム構造を描画するためのディジタル処理デバイスとを含む装置。
【請求項１５】
前記ディジタル処理デバイスが、前記関心ボリューム構造に対応する１組のボクセルを生成するようにさらに構成される請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ディジタル処理デバイスが、前記１組のボクセルに基づいて前記関心ボリューム構造の輪郭を識別するようにさらに構成される請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記データ記憶デバイスが、前記関心ボリューム構造に対応する前記１組のボクセルを格納するようにさらに構成される請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記３次元画像の前記関心ボリューム構造と他の構造を区別するためのフィルタ・ツールをさらに含む請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】
前記関心ボリューム構造のボリューム・レンダリングを表示するためのグラフィカル・ディスプレイをさらに含む請求項１４に記載の装置。
【請求項２０】
ユーザが前記３次元画像のサブボリュームを決定できるようにするサブボリューム・ツールであって、前記サブボリュームが前記関心ボリューム構造を含むサブボリューム・ツールをさらに含む請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記グラフィカル・ディスプレイが、前記サブボリュームを表示するように、そして前記サブボリュームから除外された前記３次元画像の他の部分を表示しないようにさらに構成される請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
請求項１４に記載の前記装置を含むシステムであって、
前記ディジタル処理デバイスに結合され、前記３次元画像を獲得するための診断画像システムと、
前記ディジタル処理デバイスに結合され、放射線治療を前記関心ボリューム構造に送出するための治療実施システムとをさらに含むシステム。
【請求項２３】
関心ボリューム構造を含む３次元画像を表示する手段と、
前記関心ボリューム構造と他の解剖学的構造を区別する手段と、
前記３次元画像上に前記関心ボリューム構造を描画する手段とを含む装置。
【請求項２４】
前記関心ボリューム構造を描画するためのボクセル・セットを識別する手段をさらに含む請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記ボクセル・セットから輪郭セットを生成する手段をさらに含む請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記輪郭セットから複数輪郭セットを生成する手段をさらに含む請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記ボクセル・セットが複数のバイナリ・ボクセルを含み、前記複数のバイナリ・ボクセルのそれぞれが前記関心ボリューム構造のボリューム空間を概ね表す請求項２４に記載の装置。
【請求項２８】
前記３次元画像にフィルタを使用して、前記関心ボリューム構造を識別する手段をさらに含む請求項２３に記載の装置。
【請求項２９】
前記３次元画像のグラフィカル・ディスプレイを前記３次元画像の決定されたサブボリュームに制限する手段をさらに含む請求項２３に記載の装置。
【請求項３０】
サブボリューム表面を表示して前記サブボリュームを決める手段をさらに含む請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
命令を有する機械可読記憶媒体であって、前記命令が、ディジタル処理デバイスによって実行される場合に、前記ディジタル処理デバイスに、
関心ボリューム構造を含む３次元画像を表示することと、
前記３次元画像内に前記関心ボリューム構造を描画することとを実行させる機械可読記憶媒体。
【請求項３２】
前記ディジタル処理デバイスによって実行される場合に、前記ディジタル処理デバイスに、前記関心ボリューム構造のバイナリ記述を行うために、前記３次元画像から１組のボクセルを識別することを実行させるさらなる命令を有する請求項３１に記載の機械可読記憶媒体。
【請求項３３】
前記ディジタル処理デバイスによって実行される場合に、前記ディジタル処理デバイスに、前記１組のボクセルに基づいて前記関心ボリューム構造の輪郭を識別することを実行させるさらなる命令を有する請求項３１に記載の機械可読記憶媒体。
【請求項３４】
前記ディジタル処理デバイスによって実行される場合に、前記ディジタル処理デバイスに、前記１組のボクセルに基づいて前記関心ボリューム構造の輪郭セットを識別することを実行させるさらなる命令を有する請求項３３に記載の機械可読記憶媒体。
【請求項３５】
前記ディジタル処理デバイスによって実行される場合に、前記ディジタル処理デバイスに、前記１組のボクセルに基づいて前記関心ボリューム構造の複数輪郭セットを識別することを実行させるさらなる命令を有する請求項３４に記載の機械可読記憶媒体。
【請求項３６】
前記ディジタル処理デバイスによって実行される場合に、前記ディジタル処理デバイスに、前記関心ボリューム構造と他の構造を区別するために、前記３次元画像にフィルタを使用することを実行させるさらなる命令を有する請求項３１に記載の機械可読記憶媒体。
【請求項３７】
さらなる命令を有し、前記さらなる命令が、前記ディジタル処理デバイスによって実行される場合に、前記ディジタル処理デバイスに、前記関心ボリューム構造を含む、前記３次元画像のサブボリュームを決めることを実行させる請求項３１に記載の機械可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は医用撮像分野に関し、特に３次元医用画像の関心ボリューム構造の描画に関する。
【背景技術】
【０００２】
腫瘍や病変など病理解剖学的構造は、外科手術など侵襲性の処置で治療されるが、それは患者にとって有害であり、危険に満ちている。病理解剖学的構造（たとえば、腫瘍、病変、血管奇形、神経障害など）を治療するための非侵襲性方法は外部ビーム放射線療法である。外部ビーム放射線療法の一タイプでは、外部放射線源が使用され、腫瘍がビームの回転の中心（アイソセンタ）であるように患者が位置付けられた状態で、一続きのＸ線ビームが複数の角度から腫瘍部位に向けられる。放射線源の角度が変わると、各ビームは、腫瘍部位を通過するが、腫瘍に至るまでの健康な組織の様々な領域も通過する。その結果、腫瘍の蓄積放射線量は高く、健康な組織の平均放射線量は低くなる。
【０００３】
用語「放射線療法」は、放射線を壊死のためというよりは治療のために標的領域に照射する処置を指す。放射線療法期間に使用される放射線量は、通常、放射線手術期間に使用される量と比較して概ね１桁小さい。放射線療法は、通常、治療あたりの低線量（たとえば１００〜２００センチグレイ（ｃＧｙ））、短期間治療（たとえば治療あたり１０から３０分）、及び多分割照射法（たとえば３０から４５日間の治療）を特徴とする。便宜上、特に断りのない限り、用語「放射線治療」は放射線手術及び／又は放射線療法を含むものとして本明細書で使用される。
【０００４】
伝統的に、医用撮像は患者の２次元図を示すために使用される。コンピュータ断層撮影（ＣＴ）など現代の解剖学的構造撮像療法では、ＣＴスライスの収集から生成される患者のボリューム（たとえば、頭骨又は身体の病理解剖学的構造を有する部分）の正確な３次元モデルを提供することができる。各ＣＴスライスは患者の横断面に対応する一組の画像が関心ボリュームの３次元モデルを表すように、こうしたＣＴスライスが、通常、１.２５又は３ミリメートルごとに得られる。
【０００５】
従来の治療計画ソフトウェア・パッケージは、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）、陽電子射出断層撮影（ＰＥＴ）スキャン、血管造影図、コンピュータＸ線断層撮影（ＣＴ）スキャンなど診断撮像源から３Ｄ画像を取り入れるように設計されている。治療計画中に解剖学的構造（たとえばＣＴ）及び／又は高機能の撮像からの関心ボリューム（ＶＯＩ）が、投与される放射線量に関する標的又は回避すべき構造の描画に使用される。図１は、関心ボリューム（ＶＯＩ）構造を形成するのに使用することができる従来の輪郭セットを示す図である。この輪郭セットは、端部スライスや中間スライスを含む複数の画像スライスを含む。関心ボリューム構造が、複数の画像スライス内で一組の平面の閉多角形として定められる。多角形の頂点の座標は、画像の原点からの所与のユニット内のｘ、ｙ、ｚオフセットとして決められる。通常、従来の治療計画システムでは、処理電力の制約により、セット内のすべての２次元スライスは使用されない。むしろ従来の治療計画システムでは、隣接していないスライス（たとえば１０番目のスライスごと）の間の線形補間が使用され、関心ボリューム構造の形成に割り当てられる時間と電力が最小限に抑えられる。しかし線形補間では、中間スライスでしか見ることのできない陥凹や突出など病理解剖学的構造の形成が補間された輪郭に取って代えられるために、見落とされ、明らかにされない。
【０００６】
関心ボリューム構造は、標的領域と危険領域を含む。標的領域は、治療又は手術のために放射線が向けられる関心ボリューム構造である。危険領域は、放射線治療が回避されるべき関心ボリューム構造である。たとえば、脊髄部のＣＴスライスは、治療すべき病理解剖学的構造（たとえば腫瘍、病変、動静脈奇形など）の標的領域と、回避すべき隣接する正常な解剖学的構造（たとえば内臓器官）の危険領域とを含む。治療計画ソフトウェアでは、２次元ＣＴ画像スライス上に標的領域と危険領域を描画する。従来は、ユーザが、医用撮像ディスプレイ上に示された２次元画像上の点を手で描画して、対応する輪郭を生成していた。理想的には、すべてのスライスについて関心ボリュームの輪郭がその３次元ボリュームの対応する標的領域又は危険領域とマッチすべきである。こうしたマッチングは、３次元の特性や、異常な及び正常な解剖学的構造の不規則性のために難しい。たとえば、２次元描画は、血管構造など複雑な関心ボリューム構造には限定的にしか適用可能でない。
【０００７】
本発明を限定的ではなく一例として、添付の図面の図で示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の記載では、本発明のいくつかの実施形態をよく理解するための、特定のシステム、構成要素、方法などの例など、いくつかの具体的な詳細を述べる。しかし、当業者には明らかなように、本発明の少なくとも一部の実施形態はこうした具体的な詳細を使用せずに実施することができる。他の例では、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知の構成要素又は方法は詳細に記載しておらず、又は簡単な構成図の形式で示してある。したがって、記載した具体的な詳細は単なる例示である。特別の実施はこうした例示の詳細から逸脱することができるが、なお本発明の精神及び範囲内であることが企図されている。
【０００９】
方法及び装置の実施形態を、３次元医用画像で関心ボリューム構造を描画するために記載する。一実施形態では、この方法は、関心ボリューム構造を含む３次元画像の受信、及び３次元画像内での関心ボリューム構造の描画を含む。機械可読記憶媒体は、方法のオペレーションを容易にするための命令を含む。装置の一実施形態は、３次元画像を格納するためのデータ記憶デバイス、及び３次元画像の関心ボリューム構造を描画するためのディジタル処理デバイスを含む。装置の他の実施形態は、３次元画像を表示する手段、関心ボリューム構造と他の解剖学的構造を区別する手段、及び３次元画像で関心ボリューム構造を描画する手段を含む。
【００１０】
図２は、３次元画像１００の一実施形態を示す図である。３次元画像１００は、３次元ＣＴ画像、３次元ＭＲＩ画像、又は他の方法から得られる３次元画像である。３次元画像１００を、陰極線管（ＣＲＴ）モニタ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）モニタ、又は医用撮像モニタを含む他のタイプのモニタ上で表示することができる。
【００１１】
図で示した３次元画像１００は、腫瘍１１０、及びいくつかの危険構造１１５、１２０、１２５、１３０を含む。腫瘍１１０は、任意のタイプの標的領域を表している。腫瘍１１０は、便宜上、特に断りのない限り、標的領域１１０と交換可能に呼ばれる。標的領域１１０は、（単に関心ボリュームとも呼ばれる）関心ボリューム（ＶＯＩ）構造と考えることもできる。同様に、危険領域１１５、１２０、１２５、１３０は、個々に関心ボリューム構造として指示される。便宜上、危険構造１１５への言及は、特に断りのない限り、危険構造１１５、１２０、１２５、１３０の任意のもの又はすべてへの言及を表す。
【００１２】
放射治療計画システムは、順方向計画(forward planning)及び逆方向計画(inverse planning)を使用して、標的領域１１０と危険領域１１５への放射線量を決定することができる。順方向計画では、医学物理学者又は他のユーザが腫瘍１１０に与えるべき放射線量を決定し、次いで危険構造１１５や他の健康な組織に吸収される放射線量を計算する。対照的に、逆方向計画では、医学物理学者又は他のユーザは、腫瘍１１０への最小線量と最大線量を独立に特定し、かつ危険領域１１５や他の健康な組織への最大線量を独立に特定することができる。次いで、治療計画ソフトウェアは、放射線ビームの数を選択するとともに、各放射線ビームの方向、距離、エネルギを選択する。
【００１３】
標的領域１１０と危険構造１１５の描画により、標的領域１１０と危険構造１１５を独立して識別することによって、逆方向計画が容易になる。逆方向計画中、標的領域１１０と危険構造１１５に対応する関心ボリューム（ＶＯＩ）構造が使用されて、投与される放射線量に関する標的又は除去すべき構造が区別される。すなわち、放射線源は、放射線治療が意図された標的領域１１０にできる限り一致する関心ボリューム構造に放射線量を集中し、近隣の危険構造１１５や他の健康な組織への照射を回避するように位置付けられる。標的領域１１０の関心ボリューム構造が決まり、危険構造１１５と軟組織構造の関心ボリューム構造が指定された後、責務にある放射線腫瘍遺伝子学者又は医学物理学者が標的関心ボリューム構造への最小と最大の放射線量、さらに正常と危険の関心ボリューム構造への最大放射線量を指定する。次いで、ソフトウェアは、放射線治療システムの位置付け能力に応じて、治療計画の最小線量と最大線量の制約を満たす逆治療計画を生成する。
【００１４】
有効な放射線治療計画の２つの主な要件は一致性(conformality)と均一性である。均一性は、線量体積ヒストグラム(dose volume histogram；ＤＶＨ）を特徴とする標的領域１１０への放射線量の一様性である。標的領域への理想の線量体積ヒストグラムは、１００％の処方線量が標的領域１１０を照射する場合の矩形関数である。危険構造への理想の線量体積ヒストグラムは、危険構造１１５が照射を受けない場合、ゼロ関数である。一致性は、隣接する危険構造１１５への損傷を回避するため、放射線量が標的領域１１０の形状と大きさにマッチする（すなわち一致する）程度である。より具体的には、一致性は標的関心ボリューム構造内の処方（Ｒｘ）線量の測定値である。一致性を、処方線量を受ける標的領域１１０の量に対する少なくとも処方線量を受ける全体ボリュームの比を示す一致性指数を使用して測定することができる。完全な一致性は、１に等しい一致性指標をもたらし、それは標的領域１１０だけが処方線量を受けたことを示す。
【００１５】
臨床医が関心ボリューム構造を描画する助けをするため、治療計画ソフトウェアでは、３次元画像１００にフィルタを付けて、様々な構造の強度のボクセルごとに様々なグレイ・スケール値又は色及び不透明度が割り当てられる。たとえば、腫瘍１１０は、血管の危険構造１１５とは異なる不透明度を有する。不透明度を撮像放射線から得られる構造の周波数応答に関連付けることができる。一実施形態では、３次元画像１００を、様々な構造を示す様々な色を使用して標示する。使用可能なフィルタの一例はウィンドウ・レベル（Ｗ／Ｌ）フィルタである。別法として、曲線ベースのフィルタなど他のフィルタを使用することもできる。臨床医は、表示されるあるフィルタを選択し、隠すための他のフィルタを選択することができるため、フィルタリングは３次元画像１００を見る際の対応性を提供する。たとえば、患者の皮膚に対応する３次元構造は、ターン・オフされて表示されないフィルタに割り当てられる。３次元画像内のフィルタをターン・オフ又はオンすることによって、ユーザが特定の標的領域１１０と危険構造１１５を分離し、それを順方向及び／又は逆方向計画描画に使用することができる。図で示した実施形態では、腫瘍１１０が危険構造１１５よりも暗い影で示されており、腫瘍１１０が危険構造１１５とは異なるフィルタ上に存在するように示されている。さらに、使用されるフィルタのタイプや、フィルタによって使用される構造特性によって、各危険構造が個別のフィルタ層に存在するようにすることができる。
【００１６】
図３は、３次元画像１００上のサブボリュームの周囲１５０の一実施形態を示す図である。治療計画ソフトウェアは、フィルタの他に、ユーザが３次元画像１００上にサブボリュームの周囲１５０を決めて、サブボリュームの周囲１５０内の構造だけを表示することができるようにする。ユーザに表示される３次元画像１００からサブボリュームの周囲１５０の外側の他の構造を除外して、ユーザが一定の標的領域１１０と危険構造１１５をより容易に識別できるようにすることができる。一実施形態では、サブボリュームの周囲１５０は３次元画像１００に重ね合わせた２次元形状でもよい。３次元画像１００を回転させ、複数の２次元サブボリュームの周囲１５０を描くことによって、ユーザは表示された３次元画像１００を３次元サブボリュームに有効に限定することができる。別法として、サブボリュームの周囲１５０はワイヤ・メッシュ球、矩形、又は他の形状などの３次元形状でもよい。
【００１７】
図４は、３次元画像１００上のサブボリューム１５５の一実施形態を示す図である。サブボリューム１５５は、サブボリュームの周囲１５０によって区画された３次元ボリュームに相当する。３次元画像１００の全体ボリュームの代わりにサブボリューム１５５だけを表示する利点は、標的領域１１０と危険構造１１５を周囲の構造と組織から分離できることである。標的サブボリューム１５５の他の利点は、描画アルゴリズムによる３次元画像１００の全体ボリュームと比較して小さいサブボリューム１５５内の構造の描画に、より少ない時間と処理電力しか消費されないことである。このようにして、フィルタリングやサブボリューム機能により、ユーザは、グラフィック・ディスプレイ上の３次元画像１００のボリューム・レンダリング内で標的領域１１０と危険構造１１５を互いに、かつ他の構造から良く分離することができる。この３次元の分離によって、ユーザが、具体的には複数の２次元スライス上の別個の輪郭の描画と比較して特定の関心ボリュームの輪郭を識別する能力と速度を大幅に向上させることができる。
【００１８】
図５は、３次元画像１００上のサブボリューム１５５に相当するバイナリ・サブボリューム１６０の一実施形態を示す図である。バイナリ・サブボリューム１６０は、少なくとも１つのバイナリ値をサブボリューム１５５内の各ボリューム要素、すなわちボクセルに割り当てるサブボリューム１５５の一表示である。一実施形態では、ボクセルは寸法約０.５×０.５×１.２５ミリメートルを有するボリュームを表している。各ボクセルは３２ビット（すなわち４バイト）を有するワードに関連付けられる。別法として、他の数のビットを各ボクセルに関連付けることもできる。１つ又は複数のワードのビットを使用して、ボクセルがバイナリ・サブボリューム１６０に属するかどうかを示すことができる。ワードの他のビットを使用して、以下に記載するように、対応するボクセルが関心ボリューム構造など特定の構造に属するかどうかを示すことができる。構造ごとに、所与のビット値は、その特定のボクセルがそのビットに対応する関心ボリューム構造の一部であるかどうかを示す「１」又は「０」である。たとえば、３２ビットのワードでは、各ボクセルは３２の関心ボリューム構造だけに属することが指定される。
【００１９】
図６は、第１及び第２の関心ボリューム構造２０５、２１０のバイナリ・マスクを有するバイナリ・サブボリューム２００の他の実施形態を示す図である。一例として、第１の関心ボリューム構造２０５は標的領域１１０を表す。第２の関心ボリューム構造２１０は危険構造１１５を表す。各影付き立方体は第１又は第２の関心ボリューム構造２０５、２１０のどちらかに属するボクセルを示し、影が付けられていない立方体は第１又は第２の関心ボリューム構造２０５、２１０に属していないボクセルを表す。
【００２０】
図で示した第１のワード２１５は、第１の関心ボリューム構造２０５内のボクセルに対応するワードを表す。第１のワード２１５のｉ番目のビットは、対応するボクセルが第１の関心ボリューム構造２０５に属するかどうかを示す。したがって第１の関心ボリューム構造２０５に関連するボクセルはすべて、ｉ番目のビットでビット値「１」を有する。第１の関心ボリューム構造２０５に関連しないボクセルはすべて、ｉ番目のビットでビット値「０」を有する。同様に、図で示した第２のワード２２０は第２の関心ボリューム構造２１０内のボクセルに対応するワードを表す。第２のワード２２０のｊ番目のビットは対応するボクセルが第２の関心ボリューム構造２１０に属するかどうかを示す。したがって、第２の関心ボリューム構造２１０に関連するボクセルはすべて、ｊ番目のビットでビット値「１」を有し、第２の関心ボリューム構造２１０に関連しないボクセルはすべて、ｊ番目のビットでビット値「０」を有する。場合によっては、単一のボクセルが複数の関心ボリューム構造に属してもよく、その場合、そのボクセルの対応するワード内のいくつかのビットはビット値「１」を有する。他の方法では、バイナリ・サブボリューム２００内のボクセルが、バイナリ・サブボリューム２００内の関心ボリューム構造２０５又は２１０のどちらにも関連しない場合、そのボクセルに対応するワードのビットはすべてビット値「０」を有する。一部の実施形態では、バイナリ・サブボリューム２００又は個々のバイナリ関心ボリューム構造２０５又は２１０をビット・マスク又はバイナリ・マスクと呼ぶことができる。
【００２１】
図７は、バイナリ・サブボリューム１６０から導出された輪郭セット２５０の一実施形態を示す図である。輪郭セット２５０はいくつかの輪郭スライス２５５、２６０、２６５を含む。便宜上、輪郭スライス２５５への言及は、特に断りのない限り、輪郭スライス２５５、２６０、２６５のすべてを表す。各輪郭スライス２５５は図５で示したバイナリ・サブボリューム１６０の層に対応する。各輪郭スライス２５５はバイナリ・サブボリューム１６０内の関心ボリューム構造２０５、２１０の少なくとも１つの輪郭を示す。輪郭スライス２５５あたりに１つの輪郭が示されているが、他の実施形態は、輪郭スライス２５５あたりに複数の輪郭を含むことができる。別法として、各輪郭セット２５０は単一の関心ボリューム構造２０５及び２１０に対応することができる。
【００２２】
一実施形態では、個々の輪郭は関心ボリューム構造２０５又は２１０の周囲の様々な点２７０の識別によって形成される。次いで、識別された点が少なくとも１つの直線又は曲線の近似値２７０を使用して連結される。他の実施形態では、治療計画ソフトウェアで、関心ボリューム構造２０５又は２１０の周囲のすべてのボクセルを識別する。換言すれば、関心ボリューム構造の境界を決める実際のボクセルを使用して輪郭スライス２５５を導出することができる。
【００２３】
図８は、複数の輪郭セット３０５の統一モデリング言語（ＵＭＬ）表現３００の一実施形態を示す図である。統一モデリング言語は、ソフトウェア・インテンシブ・システムのアーチファクトを可視化、指定、構成、文書化するためのグラフィカル言語である。統一モデリング言語は、プログラミング言語ステートメント、データベース・スキーマ、ソフトウェア構成要素を書き込むための標準方法を提供する。統一モデリング言語は当技術分野で周知であるため、統一モデリング言語のより詳細な論述は本明細書に記載しない。
【００２４】
図で示したＵＭＬ表現３００はデータ構造の４つの層を含む。すなわち、複数輪郭セット・データ構造３０５、１つ又は複数の輪郭セット・データ構造３１０、１つ又は複数の輪郭スライス・データ構造３１５、１つ又は複数の輪郭データ構造３２０である。以下に記載するように、層ごとに代表的なスライス及び／又は輪郭が対応する構成で示されている。輪郭セット層３１０は、具体的には、図７に関して上述したように、所与の関心ボリューム構造２０５に対応する。
【００２５】
複数輪郭データ構造３０５は、サブボリューム１５０内のすべての関心ボリューム構造２０５のコンパイルである。対応する複数輪郭セット３０６は、すべての関心ボリューム構造２０５のすべてのスライスを表すものである。いくつかの輪郭セット・データ構造３１０を使用して、複数輪郭セット・データ構造３０５を形成する。各輪郭セット３１１〜３１３は、単一の関心ボリューム構造２０５に対していくつかのスライスを含む。関心ボリューム構造２０５は、標的領域１１０、危険構造１１５、他の組織、線量イソコンチュア(isocontour)、又は臨床医などのユーザによって識別される他の描画でもよい。図で示した例では、３つの輪郭セット３１１〜３１３が複数輪郭セット３０６を構成する。３つの輪郭セット３１１〜３１３を図で示してあるが、他の複数輪郭セット３０６は２つ以下又は４つ以上の輪郭セット３１１〜３１３を含むことができる。１つ又は複数の輪郭スライス・データ構造３１５は、輪郭セット・データ構造３１０を構成する。個々の輪郭スライス３１６〜３１８が対応する輪郭セット３１１〜３１３に対して示されている。輪郭スライス・データ構造３１５ごとに、対応する輪郭データ構造３２０を識別する。たとえば、各輪郭スライス３１６〜３１８は対応する輪郭３２１〜３２３を有する。
【００２６】
複数輪郭データ構造３０５を記述するために、一連のブール演算子を使用して、輪郭セット・データ構造３１０を組み合わせる。たとえば、所与の関心ボリューム構造２０５の特性によって、ブールＯＲ演算子（∪）又はＡＮＤ演算子（∩）を使用して複数輪郭セットを形成することができる。たとえば、第１のＶＯＩ構造が標的領域１１０を表し、第２のＶＯＩ構造が標的領域１１０内の穴又は腔を表す場合、得られる複数輪郭セット３０６を以下の等式で表すことができる。
【数１】
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ブール・アルゴリズムの他の変形を考案して、放射線治療に関して考えられる危険構造１１５と他の解剖学的特徴を明らかにすることができる。たとえば、上記の例は単一の腔を含むものであるが、他のアルゴリズムは複数の腔を有する標的領域１１０を記述することができる。
【００２７】
さらに、組み合わせた輪郭セット３１１〜３１３すべてが、互いに同じ平面に存在する必要はない。たとえば、アキシャル方向に区画された固体領域をサジタル方向に区画された腔と組み合わせることができる。いくつかの解剖学的位置は、１つの平面では他の平面よりも良好に見える。したがって、様々な平面で撮られた画像を使用することが望ましい。さらに、上記で論じたブール演算子を使用して、枝、突出、陥凹、又は他の非線形特性を有する関心ボリュームを形成することもできる。
【００２８】
図９は、描画方法３５０の一実施形態を示す図である。図で示した描画方法３５０を、以下に記載するように、放射線治療システムの治療計画システムで実現することができる。描画方法３５０が開始され、３５５で治療計画システムが図１の３次元画像１００など３次元画像を受信する。３次元画像は関心ボリューム構造１１０、１１５など関心ボリューム構造を含む。３次元画像は危険構造、組織、他の解剖学的特徴を含む。
【００２９】
次いで３次元画像の異なるタイプの構造を区別するために、３６０で治療計画システムが３次元画像をフィルタリングする。一実施形態では、ユーザは、治療計画システムのグラフィカル・ディスプレイ上で選択することによって、治療計画システムが３次元画像をフィルタリングするように指示する。次いで３６５でユーザは３次元画像のサブボリュームを決める。別法として、ユーザは、３６０で３次元画像をフィルタリングする前に、３６５でサブボリュームを決めて、３６０では、治療計画システムが、決められたサブボリューム内の構造だけをフィルタリングするようにすることができる。一実施形態では、ユーザは、２次元又は３次元のサブボリュームの周囲を使用して、グラフィカル・ディスプレイ上でサブボリュームを決めることができる。
【００３０】
次いで、治療計画システムは３次元画像内に関心ボリューム構造を描画する。一実施形態では、ユーザは、標的領域１１０の強度に対応する値などシード値を与える。次いで、治療計画システムは、識別された関心ボリューム構造に対応するフィルタリングされたサブボリューム内のすべてのボクセルを見つける。こうすると、サブボリューム内に表示された関心ボリューム構造に関連する各ボクセルが指定の関心ボリューム構造に属するものとして（たとえばボクセルに対応するビット・ワードで）識別することができる。さらに、治療計画システムでは他の関心ボリューム構造に関連する他のボクセルを識別することができる。３７０で、治療計画システムが関心ボリューム構造を描画した後、治療計画システムは描画された関心ボリューム構造の２次元及び３次元の輪郭を自動的に識別する。次いで図で示した描画方法３５０が終了する。
【００３１】
図１０は、本発明の特徴を実施することができる放射治療の実行に使用可能な治療システム５００の一実施形態を示す図である。図で示した治療システム５００は、診断撮像システム５１０、治療計画システム５３０、治療実施システム５５０を含む。他の実施形態では、治療システム５００はそれよりも少ない、又は多い構成要素のシステムを含むことができる。
【００３２】
診断撮像システム５１０は、患者の関心ボリューム（ＶＯＩ）の医療診断画像を生成し、その画像を後の医療診断、治療計画、及び／又は治療実施に使用することができる任意のシステムを表すものである。たとえば、診断撮像システム５１０は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム、磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システム、陽電子射出断層撮影法（ＰＥＴ）システム、超音波システム、又は他の同様の撮像システムでもよい。論述を簡単にするために、本明細書ではＣＴＸ線撮像システムなど特定の撮像システムへの特定の言及は、特に断りのない限り、全般的に診断撮像システム５１０を表すものであり、他の撮像法を除外するものではない。
【００３３】
図で示した診断撮像システム５１０は、撮像源５１２、撮像検出器５１４、ディジタル処理システム５１６を含む。撮像源５１２、撮像検出器５１４、ディジタル処理システム５１６は、バスなど通信チャネル５１８を介して互いに結合される。一実施形態では、撮像源５１２は撮像ビーム（たとえばＸ線、超音波、無線周波など）を生成し、撮像検出器５１４は画像ビームを検出し、受信する。別法として、撮像検出器５１４は撮像源（たとえばＭＲＩ又はＰＥＴスキャン）からの撮像ビームによって刺激される第２の撮像ビーム又は放出物を検出し、受信することもできる。一実施形態では、診断撮像システム５１０は２つ以上の診断撮像源５１２と２つ以上の対応する撮像検出器５１４を含む。たとえば、２つのＸ線源５１２を、撮像される患者の周囲に配置し、互いに離して角度（たとえば９０度、４５度など）を付けて固定し、患者を通過して対応する撮像検出器５１４に照準させ、撮像源５１４に対して径方向に対向させることができる。単一の大きい撮像検出器５１４、又は複数の撮像検出器５１４を各Ｘ線撮像源５１４によって照射することもできる。別法として、他の数及び構成の撮像源５１２及び撮像検出器５１４を使用することもできる。
【００３４】
撮像源５１２と撮像検出器５１４はディジタル処理システム５１６に結合されて、診断撮像システム５１０内の撮像オペレーションが制御され、画像データが処理される。一実施形態では、ディジタル処理システム５１６は撮像源５１２及び撮像検出器５１４と通信することができる。ディジタル処理システム５１６の実施形態は、１つ又は複数の汎用プロセッサ（たとえばマイクロプロセッサ）、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）など専用プロセッサ、又はコントローラあるいはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）など他のタイプのデバイスを含む。ディジタル処理システム５１６は、メモリ、記憶デバイス、ネットワーク・アダプタなど他の構成要素（図示せず）を含むこともできる。一実施形態では、ディジタル処理システム５１６は、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ（ＤＩＣＯＭ）形式など標準形式でディジタル診断画像を生成する。他の実施形態では、ディジタル処理システム５１６は、他の標準又は非標準ディジタル画像形式で生成することができる。
【００３５】
さらに、ディジタル処理システム５１６はＤＩＣＯＭファイルなど診断画像ファイルをデータ・リンク５６０上で治療計画システム５３０に伝送する。一実施形態では、データ・リンク５６０は、直接リンク、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）リンク、インターネットなど広域ネットワーク（ＷＡＮ）リンク、又は他のタイプのデータ・リンクである。さらに、診断撮像システム５１０と治療計画システム５３０の間で転送される遠隔診断又は治療計画構成など情報は、データ・リンク５６０上でプル又はプッシュされるもある。たとえば、ユーザは本発明の実施形態を使用して、システムのユーザと患者の間が物理的に離れていても、遠隔に診断し治療を計画することができる。
【００３６】
図で示した治療計画システム５３０は、処理デバイス５３２、システム・メモリ・デバイス５３４、電子データ記憶デバイス５３６、ディスプレイ・デバイス５３８、入力デバイス５４０を含む。処理デバイス５３２、システム・メモリ５３４、記憶デバイス５３６、ディスプレイ５３８、入力デバイス５４０は、バスなど１つ又は複数の通信チャネル５４２で互いに結合されている。
【００３７】
処理デバイス５３２は画像データを受信し、処理する。処理デバイス５３２は、治療計画システム５３０内の命令やオペレーションも処理する。いくつかの実施形態では、処理デバイス５３２は、１つ又は複数の汎用プロセッサ（たとえばマイクロプロセッサ）、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）など専用プロセッサ、又はコントローラあるいはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）など他のタイプのデバイスを含むことができる。
【００３８】
具体的には、処理デバイス５３２は、本明細書で論じた治療オペレーションを行うための命令を実行するように構成されている。たとえば、処理デバイス５３２は、患者の体内の標的の動作の非線形経路を識別し、動作の非線形経路の非線形モデルを作成する。他の実施形態では、処理デバイス５３２は、複数の位置点と複数の方向インジケータに基づいて非線形モデルを作成する。他の実施形態では、処理デバイス５３２は、複数の相関モデルを生成し、複数のモデルのうちの１つを選択して標的の位置を導出する。さらに、処理デバイス５３２によって、本明細書に記載したオペレーションに関連する他の診断、計画、治療オペレーションが容易になる。
【００３９】
一実施形態では、システム・メモリ５３４は、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）又は他の動的記憶デバイスを含む。上記のように、システム・メモリ５３４は通信チャネル５４２によって処理デバイス５３２に結合される。一実施形態では、システム・メモリ５３４は処理デバイス５３２によって実行すべき情報と命令を格納する。システム・メモリ５３４を、処理デバイス５３２による命令の実行中に、一時的変数又は他の中間情報を格納するために使用することもできる。他の実施形態では、システム・メモリ５３４は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、又は処理デバイス５３２への静的情報と命令を格納するための他の静的記憶デバイスを含むこともできる。
【００４０】
一実施形態では、記憶デバイス５３６は、情報と命令を格納するための１つ又は複数の大容量記憶デバイス（たとえば磁気ディスク・ドライブ、テープ・ドライブ、光ディスク・ドライブなど）を代表するものである。記憶デバイス５３６及び／又はシステム・メモリ５３４を機械可読媒体と呼ぶこともできる。特定の実施形態では、記憶デバイス５３６は、本明細書で論じたモデリング・オペレーションを実行するための命令を格納する。たとえば、記憶デバイス５３６は、命令を格納して、データ点を獲得かつ格納し、画像を獲得かつ格納し、非線形経路を識別し、線形及び／又は非線形相関モデルを作成し、複数のモデルから相関モデルを選択し、その他諸々のことができる。他の実施形態では、記憶デバイス５３６は１つ又は複数のデータベースを含むこともできる。
【００４１】
一実施形態では、ディスプレイ５３８は、陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、又は他のタイプのディスプレイ・デバイスである。ディスプレイ５３８は、情報（たとえばＶＯＩの２次元又は３次元表現）をユーザに表示する。入力デバイス５４０は、キーボード、マウス、トラックボール、又は同様のデバイスなど１つ又は複数のユーザ・インターフェース・デバイスを含む。１つ又は複数の入力デバイス５４０を使用して、方向情報を通信し、処理デバイス５３２へのコマンドを選択し、ディスプレイ５３８上のカーソルの動きを制御し、その他諸々のことができる。
【００４２】
治療計画システム５３０の一実施形態を本明細書に記載したが、記載の治療計画システム５３０は、例示の治療計画システム５３０を単に代表するものである。治療計画システム５３０の他の実施形態は、多くの異なる構成やアーキテクチャを有することができ、それよりも少ない、又は多い構成要素を含むことができる。たとえば、他の実施形態は、周辺バス又は専用キャッシュ・バスなど複数のバスを含む。さらに、治療計画システム５３０は、ＤＩＣＯＭインポートを支持するためのＭｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｖｉｅｗ  ａｎｄ  Ｉｍｐｏｒｔ  Ｔｏｏｌ（ＭＩＲＩＴ）を含み、画像を融合し、標的を様々なシステムに描画し、次いで治療計画システム５３０に計画及び線量の計算のためにインポートできるようにすることもできる。他の実施形態では、治療計画システム５３０は、ユーザが治療を計画し、ＭＲＩ、ＣＴ、ＰＥＴなど様々な撮像法のうちの任意のもので線量の分布を見ることができるようにする拡張画像融合能力を含むこともできる。さらに、治療計画システム５３０は、従来の治療計画システムの１つ又は複数の特徴を含むこともできる。
【００４３】
一実施形態では、治療計画システム５３０は、治療実施システム５５０と記憶デバイス５３６上のデータベースを共用して、治療実施システム５５０が治療実施の前又はその最中にデータベースにアクセスできるようにすることができる。治療計画システム５３０を治療実施システム５５０にデータ・リンク５７０を介してリンクさせることができる。データ・リンク５７０は、データ・リンク５６０に関して上述したように、直接リンク、ＬＡＮリンク、又はＷＡＮリンクである。ＬＡＮ、ＷＡＮ、又は他の分散接続が実装されると、治療システム５００の任意の構成要素を分散位置に存在させて、個々のシステム５１０、５３０、５５０を互いに物理的に離すことができる。別法として、診断撮像システム５１０、治療計画システム５３０、又は治療実施システム５５０の機能的特徴の一部又はすべてを、治療システム５００内で互いに統合することができる。
【００４４】
図で示した治療実施システム５５０は、放射線源５５２、撮像システム５５４、ディジタル処理システム５５６、診察台５５８を含む。放射線源５５２、撮像システム５５４、ディジタル処理システム５５６、診察台５５８を、１つ又は複数の通信チャネル５６０を介して互いに結合することができる。治療実施システム５５０の一例を図で示してあり、図１１を参照してより詳細に記載する。
【００４５】
一実施形態では、放射線源５５２は、治療計画と一致する標的ボリュームへの処方放射線量を投与するための治療又は手術のための放射線源５５２である。たとえば、標的ボリュームは内臓器官、腫瘍、又は領域である。便宜上、本明細書での標的ボリューム又は標的への言及は、器官、腫瘍、領域又は他の治療計画の対象である描画されたボリュームの全体又は一部を指す。
【００４６】
一実施形態では、治療実施システム５５０の撮像システム５５４は、放射線源に対して患者を位置付けるために、上記の診断画像との位置決め又は相関のための標的ボリュームを含む患者のボリュームの治療中(intra-treatment)の画像を取り込む。診断撮像システム５１０と同様に、治療実施システム５５０の撮像システム５５４は、１つ又は複数の源及び１つ又は複数の検出器を含む。
【００４７】
治療実施システム５５０は、放射線源５５２を制御し、撮像システム５５４を制御し、任意の患者の支持デバイスである診察台５５８を制御するためのディジタル処理システム５５６を含む。ディジタル処理システム５５６は、１つ又は複数の汎用プロセッサ（たとえばマイクロプロセッサ）、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）など専用プロセッサ、又はコントローラあるいはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）など他のデバイスを含む。さらに、ディジタル処理システム５５６は、メモリ、記憶デバイス、ネットワーク・アダプタなど他の構成要素（図示せず）を含む。
【００４８】
図１１は、治療実施システム５５０の一実施形態を示す概略構成図である。図で示した治療実施システム５５０は、線形加速器（ＬＩＮＡＣ）５５２の形態の放射線源５５２と上記の診察台５５８とを含む。治療実施システム５５０は、複数の撮像用Ｘ線源５７５と検出器５８０も含む。２つのＸ線源５７５を名目的に位置合わせして、少なくとも２つの異なる角度（たとえば９０度、４５度など離れた）位置から患者を通る撮像Ｘ線ビームを発射し、診察台５５８上の患者を通して対応する検出器５８０に向ける。他の実施形態では、単一の大きい撮像器を各Ｘ線撮像源５７５によって照射されるように使用することもできる。別法として、他の数量や構成の撮像源５７５及び検出器５８０を使用することもできる。一実施形態では、治療実施システム５５０は、Ａｃｃｕｒａｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ  ｏｆ  Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａによって開発されたＣＹＢＥＲＫＮＩＦＥ（登録商標）システムなど、（たとえば放射線外科手術を行うための）画像案内式、ロボットベースの放射線治療システムでもよい。
【００４９】
図で示した実施形態では、ＬＩＮＡＣ５５２はロボット・アーム５９０上に取り付けられる。ロボット・アーム５９０は、ＬＩＮＡＣ５５２を適切に位置付けて、患者の周囲の操作ボリューム内において、病理解剖学的構造など標的に多角度から送出されるビームを照射するための複数（たとえば５以上）の自由度を有する。治療実施システム５５０で実施される治療には、単一のアイソセンタ（収束点）、複数のアイソセンタを有するビーム経路、又は特定のアイソセンタを持たない（すなわちビームが異常な標的ボリュームと交差するだけで十分であり、標的内の単一点又はアイソセンタに収束させる必要がない）ビーム経路が含まれる。さらに、治療を、治療計画中に決定されたように、単一期間（単一分割）又は少数の期間（低分割）に送出することができる。一実施形態では、治療実施システム５５０は、患者を剛性の外部フレームに固定して、標的ボリュームの術中位置を術前の治療計画段階中の標的ボリュームの位置と合わせることなく、治療計画に従って放射線ビームを送出する。
【００５０】
上記のように、ディジタル処理システム５５６は、アルゴリズムを実装して、撮像システム５５４から得られた画像を診断撮像システム５１０から得られた術前治療計画画像と合わせ、治療実施システム５５０内の診察台５５８上の患者を位置合わせすることができる。さらに、こうした画像を使用して、放射線源５５２を標的ボリューム又は標的に対して正確に位置付けることができる。
【００５１】
一実施形態では、診察台５５８を、複数の自由度を有する第２のロボット・アーム（図示せず）に結合させることもできる。たとえば、第２のアームは５の回転自由度と実質的に垂直かつ線形の１の自由度とを有することができる。別法として、第２のアームは６の回転自由度と実質的に垂直かつ線形の１の自由度とを有することができる。他の実施形態では、第２のアームは少なくとも４の回転自由度を有することができる。さらに、第２のアームを柱か壁に垂直に、又は脚、床、若しくは天井に水平に取り付けることができる。別法として、診察台５５８は、Ａｃｃｕｒａｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ  ｏｆ  Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａによって開発されたＡＸＵＭ（登録商標）診察台など他の機構の構成要素でもよい。他の実施形態では、診察台５５８は、従来の治療台を含む他のタイプの治療台でもよい。
【００５２】
上記に一例の治療実施システム５５０を記載したが、治療実施システム５５０は他のタイプの治療実施システムでもよい。たとえば、治療実施システム５５０は、ガントリベース（アイソセンタ）の強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）システムでもよく、その場合、放射線源５５２（たとえばＬＩＮＡＣ）が患者のアキシャル方向スライスに対応する平面内で回転するようにガントリに取り付けられる。放射線を円形回転平面上のいくつかの位置から送出することができる。他の実施形態では、治療実施システム５５０はスウェーデンのＥｌｅｋｔａから市販されているＧＡＭＭＡＫＮＩＦＥ（登録商標）など定位フレーム・システムでもよい。
【００５３】
図１２は、放射線治療プロセスを示す３次元斜視図である。具体的には、図１２は、標的領域１１０に向けられたいくつかの放射線ビームを示している。一実施形態では、標的領域１１０は、内臓器官、患者の体内の領域、腫瘍あるいは病変など病理解剖学的構造、又は他のタイプの患者の対象若しくは領域を代表している。標的領域１１０を本明細書で標的、標的ボリュームなどと呼ぶこともできるが、特に断りがない限り、こうした言及はどれも全般的に標的領域１１０を指すことを理解されたい。
【００５４】
図で示した放射線治療プロセスは、第１の放射線ビーム６０２、第２の放射線ビーム６０４、第３の放射線ビーム６０６、第４の放射線ビーム６０８を含む。４つの放射線ビーム６０２〜６０８が図で示されているが、他の実施形態はそれよりも少ない、又は多い放射線ビームを含むことができる。便宜上、１つの放射線ビーム６０２への言及は、特に断りのない限り、放射線ビーム６０２〜６０８すべてを表すものである。さらに、放射線ビーム６０２〜６０８を与えるための治療の順序はそれぞれビームの順序指定とは無関係である。
【００５５】
一実施形態では、４つの放射線ビーム６０２は、一致計画に基づくビーム送出を表しており、放射線ビーム６０２は標的領域１１０内の様々な点を通過し、又はそこで終端する。一致計画では、いくつかの放射線ビーム６０２が３次元空間の共通点で交差又は収束してもしなくてもよい。換言すれば、放射線ビーム６０２は、単一点又はアイソセンタで必ずしも収束する必要がない点で非アイソセントリックである。しかし、放射線ビーム６０２は、標的１０で１つ又は複数の他の放射線ビーム６０２と全体又は部分的に交差してもよい。
【００５６】
他の実施形態では、各放射線ビーム６０２の強度を、操作者又は治療計画ソフトウェアによって設定することができるビーム・ウェイトによって決定することができる。個々のビーム・ウェイトは、標的領域１１０に送出すべき合計処方放射線量、及び放射線ビーム６０２の一部又はすべてによって送出される累積放射線量に少なくとも部分的に依存する。たとえば、合計処方線量３５００ｃＧｙが標的領域１１０用に設定された場合、治療計画ソフトウェアは、放射線ビーム６０２ごとにビーム・ウェイトを自動的に事前決定して、処方線量を達成するための一致性と均一性のバランスをとる。一致性は、危険な隣接構造への損傷を回避するため、放射線量が標的１１０の形状と大きさにマッチする（すなわち一致する）程度である。均一性は、標的領域１１０のボリュームへの放射線量の一様性である。均一性は線量体積ヒストグラム（ＤＶＨ）を特徴とし、理想的には、１００％の処方線量が標的領域１１０のボリュームに与えられ、その他にはゼロである矩形関数である。
【００５７】
本明細書に記載した方法及び装置は医用診断画像と治療だけに使用が限定されないことを留意されたい。代替実施形態では、本明細書の方法及び装置を、工業用撮像及び材料の非破壊試験（たとえば自動車産業でのモータ・ブロック、航空産業での機体、建設産業での溶接、石油産業でのドリル・コア）及び地震測量など、医療技術分野以外の用途で使用することができる。こうした用途では、たとえば、「治療」は全般的に、ビーム（たとえば放射線、音響など）の照射など、治療計画ソフトウェアによって制御されるオペレーションの実行を指す。
【００５８】
本発明の実施形態は、本明細書に記載される様々なオペレーションを含む。こうしたオペレーションを、ハードウェア構成要素、ソフトウェア、ファームウェア、又はその組み合わせによって実行することができる。本明細書で使用するように、用語「結合される」は、直接、又は１つあるいは複数の介在構成要素によって間接的に結合されることを指す。本明細書に記載した様々なバス上で伝送される信号をすべて他の信号と時間マルチプレックスし、１つ又は複数の共通バスで提供することができる。さらに、回路構成要素又はブロック間の相互接続をバス又は単一信号回線として示すことができる。別法として、各バスは１つ又は複数の単一信号回線でもよく、各単一信号線はバスでもよい。
【００５９】
いくつかの実施形態を機械可読媒体に格納される命令を含むことができるコンピュータ・プログラム製品として実装することができる。こうした命令を使用して、汎用又は専用プロセッサを記載のオペレーションを実行するようにプログラミングすることができる。機械可読媒体は、機械（たとえばコンピュータ）によって読取り可能な形態（たとえばソフトウェア、処理アプリケーション）で情報を格納又は伝送する任意の機構を含む。機械可読媒体は、限定的ではないが、磁気記憶媒体（たとえばフロッピー（登録商標）・ディスケット）、光記憶媒体（たとえばＣＤ−ＲＯＭ）、磁気光記憶媒体、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、消去可能プログラマブル・メモリ（たとえばＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュ・メモリ、伝播信号の電気、光、音響、あるいは他の形態（たとえば搬送波、赤外線信号、ディジタル信号など）、又は電子命令の格納に適した他のタイプの媒体を含むことができる。
【００６０】
さらに、いくつかの実施形態を、機械可読媒体が２つ以上のコンピュータ・システムに格納され、かつ／又は実行される分散計算環境で実施することができる。また、コンピュータ・システム間で伝送される情報を、コンピュータ・システムを接続する通信媒体でプル又はプッシュすることができる。
【００６１】
本明細書に記載した１つ又は複数のディジタル処理デバイスは、マイクロプロセッサ又は中央演算処理装置、コントローラなど１つ又は複数の汎用処理デバイスを含むことができる。別法として、ディジタル処理デバイスは、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、専用集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）など１つ又は複数の専用処理デバイスを含むことができる。代替実施形態では、たとえば、ディジタル処理デバイスは、コア・ユニットや複数のマイクロエンジンを含む複数のプロセッサを有するネットワーク・プロセッサでもよい。さらに、ディジタル処理デバイスは、１つ又は複数の汎用処理デバイスと１つ又は複数の専用処理デバイスの任意の組み合わせを含むことができる。
【００６２】
方法のオペレーションを本明細書に特定の順序で示し記載したが、各方法のオペレーションの順序を変更して、いくつかのオペレーションを逆の順序で実行し、いくつかのオペレーションが少なくとも部分的に他のオペレーションと同時に実行されるようにしてもよい。他の実施形態では、命令又は異なるオペレーションのサブオペレーションを断続かつ／又は交互に実行することができる。
【００６３】
上記の明細書で、本発明を本発明の特定の例示の実施形態を参照して記載した。しかし明らかなように、添付の特許請求の範囲に記載した本発明の広範な精神及び範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更を本発明に加えることができる。したがって、本明細書及び図面は限定的ではなく例示であると考慮されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】２次元描画を容易にするための輪郭セットを示す図である。
【図２】３次元画像の一実施形態を示す図である。
【図３】３次元画像のサブボリュームの周囲の一実施形態を示す図である。
【図４】３次元画像のサブボリュームの一実施形態を示す図である。
【図５】３次元画像のサブボリュームに対応するバイナリ・サブボリュームの一実施形態を示す図である。
【図６】第１及び第２の関心ボリューム構造のバイナリ・マスクを有するバイナリ・サブボリュームの他の実施形態を示す図である。
【図７】バイナリ・サブボリュームから導出した輪郭セットの一実施形態を示す図である。
【図８】複数輪郭セットの統一モデリング言語（ＵＭＬ）表現の一実施形態を示す図である。
【図９】描画法の一実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態を実施することができる放射治療の実施に使用することができる治療システムの一実施形態を示す図である。
【図１１】治療実施システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【図１２】放射治療プロセスを示す３次元斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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