(57)【要約】  本発明は、生体内マーカの画像化のための方法及び装置に関係するものである。一実施形態では、本方法は、第一の画像化様式で、体内に常駐する複数のマーカを画像化することを含むことができる。本方法はまた、第一のビームアイソセンタに対する、その複数のマーカの第一の座標を特定することも含むであろう。本方法はまた、第二の画像化様式で、その複数のマーカを画像化すること、及び第二のビームアイソセンタに対する、その複数のマーカの第二の座標を特定することも含むであろう。【特許請求の範囲】
【請求項１】
体内に常駐する複数のマーカを、第一の画像化様式で画像化し、
第一のビームアイソセンタに対する、前記複数のマーカの第一の座標を特定し、
前記複数のマーカを、第二の画像化様式で画像化し、及び、
第二のビームアイソセンタに対する、前記複数のマーカの第二の座標を特定する
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第一のビームアイソセンタは、予定した治療ビームアイソセンタであり、前記第二のビームアイソセンタは、治療時における治療機械ビームアイソセンタである
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第二の座標を前記第一の座標と相互に関係付け、及び
前記複数のマーカのうちの少なくとも一つについて、前記第一の座標と前記第二の座標との間のオフセットを計算すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第一の画像化様式はＣＴであり、前記第二の画像化様式は、ＫＶ及びＭＶ画像化のうちの一方である
ことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記計算されたオフセットに基づいて、前記複数のマーカの位置を調整すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第二の画像化様式で画像化された前記複数のマーカの一又はそれ以上を識別すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第一の画像化様式で前記複数のマーカを画像化するステップは、第一の画像を生成し、かつ、前記第二の画像化様式で前記複数のマーカを画像化するステップは、第二の画像を生成する
ことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第二の画像化様式で画像化される前記複数のマーカの一又はそれ以上を識別することは、前記第二の画像の対象の領域の２Ｄサイズ及び形状整合性試験を実施することを含む
ことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記２Ｄサイズ及び形状整合性試験は、中央値フィルタリング、及び接続構成要素解析を含む
ことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第二の画像化様式で画像化された前記複数のマーカの一又はそれ以上を識別することは、前記第二の画像の前記対象の領域の３Ｄ形状整合性試験を実施することを含む
ことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記３Ｄ形状整合性試験はエピポーラコインシデンス拘束を含む
ことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数のマーカの一又はそれ以上を識別することは、前記複数のマーカの一又はそれ以上を誤って識別することを含み、
該一又はそれ以上の誤って識別されたマーカを取り除くこと
をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記第二の画像化様式で画像化されない前記複数のマーカの一又はそれ以上の位置を特定すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
画像化された前記複数のマーカの一又はそれ以上の前記第一の座標と、前記第二の座標との間の関係に基づいて、前記位置を特定すること
ことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記位置を特定することは、
剛体変換を推定し、及び
前記剛体変換を前記第一の座標に適用して、前記第二の画像化様式で画像化されない前記複数のマーカの一又はそれ以上の前記位置を推定すること
を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記位置は、ユーザによって手動で特定される
ことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
複数の内部マーカを有する体を提供し、及び
前記複数の内部マーカを使って、治療ビームに対する、前記体内のターゲットボリュームの位置を調整する
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記調整するステップは、第一の画像化様式で画像化される前記複数の内部マーカと、第二の画像化様式で画像化される前記複数の内部マーカとの間の位置オフセットを特定することを含む
ことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数の内部マーカを埋め込むこと
をさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記位置オフセットを特定することは、
第一の画像化様式で画像化される前記複数の内部マーカの第一の座標を、第二の画像化様式で画像化される前記複数の内部マーカの第二の座標と相互に関係付け、及び
前記複数のマーカのうちの少なくとも一つについて、前記第一の座標と前記第二の座標との間の差を計算すること
を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
マーカを含む画像を提供し、及び
中央値フィルタを使って、前記画像をフィルタリングする
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記フィルタリングするステップは、推定された中心画素のまわりの周辺画素の中央輝度値をとり、前記中心画素から前記中央輝度値を引いて、フィルタリングされた出力画素輝度値を生成することを含む
ことを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記周辺画素は、前記中心画素のまわりの、近似円の周辺上の画素である
ことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記周辺画素は、前記中心画素のまわりの、近似円の周辺上の画素である
ことを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記近似円の半径が前記マーカの幅より大きい
ことを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
それに命令を格納するマシン読み取り可能な媒体であって、
前記命令は、プロセッサによって実行される時、該プロセッサに
マーカを含む画像の画素輝度に対応する信号を受信し、及び
中央値フィルタを使って、前記画像をフィルタリングすること
を含む上記を実施させる
ことを特徴とする媒体。
【請求項２７】
前記フィルタリングすることは、推定されている中心画素のまわりの周辺画素の中央輝度値をとり、該中央輝度値を前記中心画素から引いて、フィルタリングされた出力画素輝度値を生成することを含む
ことを特徴とする、請求項２６に記載のマシン読み取り可能な媒体。
【請求項２８】
そこに命令を格納するマシン読み取り可能な媒体であって、
前記命令は、プロセッサによって実行される時、該プロセッサに、
画像の対象の領域の２Ｄサイズ及び形状整合性試験を実施すること、及び
前記対象の領域の３Ｄ形状整合性試験を実施して、前記画像内の複数のマーカの一又はそれ以上を識別すること
を含む上記を実施させる
ことを特徴とする媒体。
【請求項２９】
前記３Ｄ形状整合性試験はエピポーラコインシデンス拘束を含む
ことを特徴とする、請求項２８に記載のマシン読み取り可能な媒体。
【請求項３０】
前記プロセッサは、前記画像内に見えない前記複数のマーカの一又はそれ以上の位置を特定することを含む上記をさらに実施する
ことを特徴とする、請求項２８に記載のマシン読み取り可能な媒体。
【請求項３１】
ターゲットを含む体のターゲットボリューム内の複数の内部マーカの一又はそれ以上を画像化して、画像を生成し、及び
前記ターゲットの堅さ、及び前記画像内に見えるマーカの数に基づいて、治療活動において、前記体及び治療ビームの少なくとも一方に対する調整を推定する
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３２】
前記ターゲットの堅さ、及び前記画像内に見えるマーカの数に基づいて、前記治療活動に必要な位置決定用画像の数を推定すること
をさらに含むことを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記複数のマーカを埋め込むこと
をさらに含むことを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記ターゲットが堅く、前記見えるマーカの数が少なくとも１つである
ことを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記調整が、患者の位置の調整である
ことを特徴とする、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記調整が、ＭＬＣの位置の調整である
ことを特徴とする、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記ターゲットが堅く、前記見えるマーカの数が少なくとも２つである
ことを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記調整が、患者の配向の調整である
ことを特徴とする、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記調整が、ＭＬＣの回転の調整である
ことを特徴とする、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記ターゲットが変形可能であり、かつ、前記見えるマーカの数が三又はそれ以上である
ことを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記調整が、ＭＬＣの形状である
ことを特徴とする、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
ターゲットを含む体のターゲットボリューム内の複数の内部マーカの一又はそれ以上を画像化して、画像を生成し、及び
前記ターゲットの堅さ、及び前記画像内に見えるマーカの数に基づいて、治療活動に必要な位置決定用画像の数を推定する
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４３】
前記ターゲットが堅く、かつ前記見えるマーカの数が少なくとも１つである
ことを特徴とする、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記位置決定用画像の数が１つである
ことを特徴とする、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記位置決定用画像が、治療ビームの角度と同じ角度からのものである
ことを特徴とする、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
前記ターゲットが堅く、前記見えるマーカの数が三又はそれ以上であり、及び
前記位置決定用画像の数が、三角測量に適した様々な角度からの二又はそれ以上である
ことを特徴とする、請求項３２に記載の方法。
【請求項４７】
前記ターゲットが変形可能であり、前記見えるマーカの数が三又はそれ以上であり、及び
前記位置決定用画像の数が、少なくとも、治療ビームの角度と同じ角度からの１つである
ことを特徴とする、請求項３２に記載の方法。
【請求項４８】
前記ターゲットが変形可能であり、前記見えるマーカの数が三又はそれ以上であり、及び
前記位置決定用画像の数が、三角測量に適した様々な角度からの二又はそれ以上である
ことを特徴とする、請求項３２に記載の方法。
【請求項４９】
体内に常駐する複数のマーカを、第一の画像化様式で画像化するための手段、
第一のビームアイソセンタに対する、前記複数のマーカの第一の座標を特定するための手段、
前記複数のマーカを、第二の画像化様式で画像化するための手段、及び
第二のビームアイソセンタに対する、前記複数のマーカの第二の座標を特定するための手段
を備えることを特徴とする装置。
【請求項５０】
前記第一のビームアイソセンタが、予定した治療ビームアイソセンタであり、前記第二のビームアイソセンタが、治療時における治療機械のビームアイソセンタである
ことを特徴とする、請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記第二の座標を、前記第一の座標と相互に関係付けるための手段、及び
前記複数のマーカの少なくとも一つについて、前記第一の座標と前記第二の座標との間のオフセットを計算するための手段、
をさらに備えることを特徴とする、請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記計算されたオフセットに基づいて、前記複数のマーカの位置を調整するための手段、
をさらに備えることを特徴とする、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記第二の画像化様式で画像化される前記複数のマーカの一又はそれ以上を識別するための手段、
をさらに備えることを特徴とする、請求項４９に記載の装置。
【請求項５４】
第一のビームアイソセンタを有する画像化ビームを生成する第一のビーム源、
第二のビームアイソセンタを有する治療ビームを生成する第二のビーム源、
前記画像化ビームを受信するように結合された、体内に常駐する複数のマーカを、第一の画像化様式で画像化する第一の画像化装置、
前記治療ビームを受信するように結合された、前記複数のマーカを、第二の画像化様式で画像化する第二の画像化装置、及び
前記第一及び第二の画像化装置に結合された、前記第一のビームアイソセンタに対する前記複数のマーカの第一の座標を特定し、かつ前記第二のビームアイソセンタに対する前記複数のマーカの第二の座標を特定するコンピュータ、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項５５】
前記第一の画像化装置、及び前記第二の画像化装置が、同じ画像化装置である
ことを特徴とする、請求項５４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療装置及び手順の分野に関するものであり、特に、体内のターゲットの一特定に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療は、悪性腫瘍のような人（又は動物）体のターゲットボリュームに、選択的に大量の放射線を照射する医療手順を含む。放射線治療の意図は、有害な組織を破壊するように、ターゲットとされる生物学組織に放射線を照射することである。周囲の体組織への損傷を最小にするために、多くの従来の治療方法は、「照射線量細分化」を利用して、各々が予定された全放射線量の一部のみを運ぶように、予定された一連の治療活動において、放射線の適用量を運ぶ。健康な体組織は、典型的には、照射した放射線によって生じた損傷から回復する、より大きい能力を持つ。多くの治療活動にわたって、運ばれる放射線を分散させることは、健康な組織に、放射線の損傷から回復する機会を与え、従って、充分な放射線照射を維持して、腫瘍を破壊すると同時に、健康な組織への永続的な損傷の量を減らす。
【０００３】
日々の配置の変動、及び様々な形式の臓器運動は、治療ビームに対するターゲットの位置の不安定性に寄与するということが、知られている。電子ポータル画像装置の画質は、現在、ただ単に正確な患者の配置、及び患者の位置監視の目的のために、ビーム配信の前又は間に、それらの電子ポータル画像を使用して一又はそれ以上の低照射線量の画像を作り出すことができる程度である。
【０００４】
従来の２Ｄ  Ｘ線投影画像は、骨の構造のような堅い組織の視覚化を可能にする。しかしながら、放射線治療の多くの柔らかい組織のターゲットは、そのような画像において視覚化することは、困難又は不可能である。例としては、診断用画質の２Ｄ  Ｘ線画像においてさえも見ることのできない前立腺の境界である。それゆえ、キロボルト（ＫＶ）及びメガボルト（ＭＶ）の両方の２Ｄ画像化線形加速器は、患者の配置において、通常、骨構造に依るものであり、従って、前立腺のような柔らかい組織のターゲットが、その骨構造に対して移動する時、その不正確な配置という結果になる。
【０００５】
例えば、輝度変調放射線手術（ＩＭＲＳ）のターゲットとしての背骨（椎体）のような、幾つかの骨構造のターゲットにおいてさえも、そのターゲットの位置に加えて、ターゲットの配向も正確に知ることが必要とされる。しかしながら、これらのターゲットの一般的には丸い境界のため、２Ｄ  Ｘ線立体画像のペアに基づく三角測量を使って、それらの格好を正確に推定することは困難である。
【０００６】
一つの提案される解決策は、放射線治療室におけるコンピュータ断層撮影（ＣＴ）三次元Ｘ線画像化の使用である。例としては、オンボード画像化（ＯＢＩ）又はポータル画像化を使ったレール上ＣＴ、及び円錐ビームＣＴである。幾つかの柔らかい組織のターゲットの境界は、ＣＴスライスでよりよく見える。ターゲットボリューム全体にわたるスライスの集合で、それらの外形を描くことができ、従って、ＣＴ画像の治療計画において行われたのと殆ど同じ方法で、３Ｄでターゲットの輪郭を描くことができる。臨床的に有効であるために、オンライン画像作成様式としての室内ＣＴは、高速立体画像再構成、及び高速ＣＴ類似輪郭能力の両方を必要とする。たとえ、高速かつ高信頼の３Ｄ類似輪郭が利用可能になったとしても、室内ＣＴ設備は追加コストを必要とし、レール上ＣＴの場合、幾つかの診療所におけるスペース要求を抑える。
【０００７】
（本発明の実施形態の要約）
本発明は、生体内マーカの画像化のための方法及び装置に関係するものである。一実施形態では、本方法は、第一の画像化様式で、体内に常駐する複数のマーカを画像化することを含むことができる。本方法はまた、第一のビームアイソセンタに対する、その複数のマーカの第一の座標を特定することも含むであろう。本方法はまた、第二の画像化様式で、その複数のマーカを画像化すること、及び第二のビームアイソセンタに対する、その複数のマーカの第二の座標を特定することも含むであろう。
【０００８】
本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面、及び、以下に続く詳細な説明より明らかであろう。
【０００９】
添付図面の図において、本発明を、限定としてではなく、例として図示する。
【００１０】
（詳細な説明）
以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、具体的なシステム、構成要素、方法等の例のような、非常に多くの具体的な詳細が示されている。しかしながら、本発明を実践するのに、これらの具体的な詳細を用いる必要はないということが、当業者には明らかであろう。他の例では、本発明を不必要に不明瞭にするのを避けるために、よく知られた構成要素、又は方法は、詳細に説明していない。
【００１１】
本発明は、様々なステップを含み、それらを以下で説明する。本発明のステップは、ハードウェア構成要素によって実施することができる、或いはマシン実行可能な命令で具体化することができ、それらを使用して、汎用又は専用のプロセッサに、その命令でプログラムされたステップを実施させることができる。そのかわりに、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせによって、ステップを実施することもできる。
【００１２】
本発明は、コンピュータプログラム製品、又はソフトウェアとして提供することができ、それらは、命令を格納したマシン読み取り可能な媒体を含むことができ、それらを使って、本発明により処理を実施するようにコンピュータシステム（又は、他の電子デバイス）をプログラムすることができる。マシン読み取り可能な媒体は、マシン（例えば、コンピュータ）によって読み取り可能な形（例えば、ソフトウェア、処理アプリケーション）で情報を格納、又は送信するための如何なる機構も含む。マシン読み取り可能な媒体は、磁気ストレージ媒体（例えば、フロッピーディスク）、光学ストレージ媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ストレージ媒体、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、消去可能なプログラム可能メモリ（例えば、ＥＰＲＯＭ，及びＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、電気、光、音響、又は他の形の伝播信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号等）、又は電子命令を格納するのに適した他の形式の媒体を含むことができるが、それらに限定されない。
【００１３】
本発明はまた、一以上のコンピュータシステムによって、マシン読み取り可能な媒体を格納、及び／又は実行する分散コンピューティング環境で実践することもできる。さらに、コンピュータシステム間で転送される情報を、遠隔診断又は監視システムにおけるようなコンピュータシステムを接続する通信媒体をまたがって、プル、又はプッシュのいずれかすることができる。遠隔診断又は監視において、ユーザは、本発明を利用して、ユーザと患者との間の物理的な隔離の存在にも関わらず、患者を診断又は監視することができる。
【００１４】
生体内マーカを使った、センサ装置、及び／又はターゲットの体内での位置特定のための方法、及び装置について論じている。一実施形態では、ターゲットは解剖学的標識とすることができ、マーカはマーカ種とすることができる。ターゲットボリュームにおいて、体内に、マーカを埋め込むことができる。（例えば、計画過程の一部として）例えば、治療を計画するために使用されるＣＴデータセット、シミュレータからの放射線透過画像、又は初日の治療での放射線透過画像のような画像化手法を使って、治療アイソセンタに対して、（例えば、放射線不透過の）マーカを位置特定することができる。位置特定されたマーカは、３Ｄ基準位置として働く。次に、後続の治療活動では、その後続の活動で得られた（例えば、Ｘ線）画像を使って，再びマーカを位置特定することができる。前に得られた画像と同じ画像化様式、或いは異なる画像化様式を使ってマーカを画像化することができる場合にはその異なる画像化様式、のいずれかを使って、後続の画像を得ることができる。
【００１５】
マーカの位置を、それらの基準位置と比較することにより、患者の位置及び配向（及び／又は、治療ビームの方向及び形状）について必要な如何なる調整も特定することができる。治療ビームに対するターゲットの形状が、計画された形状にできるだけ近いように、その調整を特定することができる。
【００１６】
一実施形態では、ターゲットは、センサ装置とすることができる。以下の解説は、センサ装置に関するものとすることができるが、そのセンサ装置はまた、応答器又はトランスポンダのような遠隔測定能力を持つこともできる。一実施形態では、説明する方法及び装置は、体内で一又はそれ以上のセンサ装置（例えば、センサ、応答器、トランスポンダ等）を位置特定する手段を提供する。センサ装置は、例えば、注入による埋め込みのような様々な手段によって、体内に置くことができる。その位置は、例えば、腫瘍の隣、通常の組織、又は対象の如何なる他の領域、ともすることができる。例えば、放射線不透過性，超音波、磁気、又は画像化することのできる他の特性、を測定する画像化手法によって、装置を識別することができる。装置の画像化可能特性は、その構成内で一体化しているとすることができる、或いはそれを画像化可能にするために、装置に付加することができる。一実施形態では、装置は、画像化可能なマーカのアレイ又は集合体の一部として、体内に置くことができる。画像化可能なマーカの一又はそれ以上はまた、センサ装置とすることもできる。
【００１７】
装置は、例えば、放射線量、温度、ｐＨ、代謝、酸素化のような様々な生理学的パラメータの一又はそれ以上を検出する、一又はそれ以上のセンサ要素を含むことができる。一実施形態では、装置は、例えば遠隔計測技術によって、そのような測定値を記録、及び／又は伝送することができる。同様に、装置は、外部信号（例えば、電気、光、超音波、磁気）に応答することができる、或いは、測定されている内部受信信号に応答するようにプログラムされることができる。センサ装置内のセンサ要素の各々の位置を、以下でさらに詳細に解説する一又はそれ以上のマーカに対して、特定することができる。
【００１８】
一実施形態では、例えば、装置内に封入された治療薬の放出によって、信号に応答するように、装置を構成することができる。例えば、装置は、外部信号に応答して、「作動状態」になって、体内に注入、或いは別の方法で埋め込まれた他の小さい容器に封じ込められた治療薬、又は診断薬の放出をもたらす第二の局所信号を作り出すことができる。
【００１９】
画像処理ソフトウェアを使って、センサ装置を位置特定することができる。一実施形態では、この過程は、様々な視点から取られた画像の解析を含むであろう。画像化される装置の体内での位置は、マーカのアレイと結び付けられることができ、そしてまた、そのマーカのアレイは、画像化方法によって表示される様々な解剖学的位置と結び付けられることができる。従って、センサ装置の位置は、解剖学的標識に対して既知とすることができる。センサ装置が置かれている体の部分の運動によって生じたセンサ装置の移動もまた、積分時間にわたるセンサ装置の位置が直接分かる、或いは数学的にモデル化され、予測できるように、測定することができる。
【００２０】
一実施形態では、センサ装置の配向もまた、複数のマーカ、又は複数の画像化特性の使用によって特定することができる。例えば、マーカを、装置上の様々な位置に、或いは装置上に異なるパターンで配置することができる。センサ装置のケースの異なる部分は、異なる画像化特性を持つように製造することができる。体内に幾つかのセンサ装置が置かれている場合には、それらは、各々、異なる画像化マーカ、又は異なる画像化特性を持つことができ、それによって、具体的な装置の位置、ならびに装置の配向を特定することを可能にする。
【００２１】
図１Ａは、センサ装置、及び複数のマーカ（例えば、マーカ種）を有する患者の体内の前立腺領域の拡大画像を示している。センサ装置１００、及びマーカ１１０は、体内（１０５）の対象の領域に、又はその近くに置かれる。一実施形態では、図１Ａに示すように、センサ装置１００を、マーカ種のアレイ１１０で定められるボリューム内に置くことができる。代替の実施形態では、センサ装置１００を、マーカのアレイ１１０で定められるボリュームの外に置くことができる。
【００２２】
例えば、図１Ａに示すように、対象の領域は、腫瘍細胞集団を持つ前立腺を包含する体内１０５のターゲットボリュームとすることができる。マーカのアレイ１１０は、センサ装置１００がマーカのアレイ１１０で定められるボリューム内に置かれた前立腺の近くに、埋め込むことができる。センサ装置１００を、前立腺内に置いて、受信された治療用放射線の照射線量を測定することができる。従来の画像化手法は、センサ装置を位置特定することができるが、体内１０５における、特に他の解剖学的標識に対する、センサ装置の正確な位置を知ることが望ましいであろう。例えば、センサ装置１００を前立腺内に埋め込んで、前立腺の腫瘍に配信された放射線の照射線量を監視する場合には、他の解剖学的標識（例えば、直腸壁）に配信された放射線を推定、さもなければ特定し、後続の放射線治療によるそのような領域への損傷を最小限に抑えるために、これらの他の解剖学的標識へのその装置の近さを知ることが望ましいであろう。
【００２３】
図１Ａ及び１Ｂは、解説を容易にするだけのために前立腺領域を示しており、本発明は、前立腺領域のみで使用することに限定されないことに、注意すべきである。代替の実施形態では、対象の領域は、他の臓器（例えば、肝臓、又は肺）、腫瘍、正常な組織等のような、体内の如何なる他の領域も含むことができる。
【００２４】
センサ装置１００は、例えば、放射線照射線量、温度、ｐＨ、代謝、酸素化のような様々な生理学的パラメータの一又はそれ以上を検出することができる。上記の例を継続しながら、センサ装置１００を使用して、前立腺の腫瘍細胞に配信された放射線の照射線量を監視することができる。一実施形態では、センサ装置１００は、例えば遠隔計測技術によって、そのような測定値を記録、及び／又は送信することができる。センサ、及び遠隔計測技術は、この技術分野では既知であり、従って、詳細な解説を提供しない。
【００２５】
センサ装置１００は、外部信号（例えば、電気、光、超音波、磁気）に応答することができる、或いは、測定されている内部受信信号に応答するようにプログラムされることができる。一実施形態では、センサ装置１００を、信号に応答して、例えば、センサ装置１００に封入された治療薬（例えば、前立腺腫瘍のための化学療法）を放出するように、構成することができる。他の実施形態における他の例では、センサ装置１００は、外部信号に応答して、「作動状態」になって、体内１０５に注入、さもなければ埋め込まれた他の装置（示されていない）内に密封された治療又は診断薬の放出をもたらす第二の局所信号を作り出すこともできる。
【００２６】
マーカ１１０は、以下に説明するように、画像化システムがそのマーカを検出できるように、ターゲット組織ボリュームに対して所定の位置にとどまることを意図されている。一実施形態では、例えば、センサ装置、及び／又はマーカ１１０を、生検注射器の針内に置くことができる。針は患者の体内に注入され、センサ装置、及び／又はマーカ種１１０が、針から体組織内へ放出される。そのかわりに、他の方法を使用して、外科手術のように、センサ装置及び／又はマーカ１１０を埋め込むこともできる。
【００２７】
治療の間、例えば、短いｘ線照射を使用して、画像化の目的のための画像を形成することができる。そのような画像において、骨、及び気道のみは容易に識別でき、柔らかい組織の輪郭描写は限られる。しかしながら、図１Ａに示された前立腺領域のようなターゲットボリューム内に置かれたマーカ１１０は、ターゲットのファクシミリとして働く。例えば、キロボルトのｘ線又はメガボルトのｘ線、超音波、或いはＭＲＩのような幾つかの様式のうちの一つを使って、センサ装置１００、及び／又はマーカ１１０を画像化することができる。一実施形態では、マーカ１１０を使用して、内部座標系を特定することができ、そのような内部座標系に対して、センサ装置１００の位置を特定することができる。
【００２８】
一実施形態では、マーカ１１０はマーカ種とすることができる。マーカ種は、ほぼ３．０から６．０ミリメートルの範囲の長さ、及びほぼ０．５から３．０ミリメートルの範囲の直径を持つ円筒形の形状とすることができる。代替の実施形態では、マーカ種は、他の形状（例えば、長方形、球形等）、及び他の直径を有することができる。マーカ１１０は、マーカ種のみに限定されないことに注意すべきである。そのかわりに、例えば、外科用クリップ、及び整形外科用ねじのような、画像化可能特性を持つ他の形式のマーカデバイスを、マーカ１１０として利用することができる。
【００２９】
従来のマーカ種は、その高密度、大きい原子番号、及び生物学的適合性のため、例えば金及びプラチナのような様々な材料で作られていた。マーカ種は、典型的には、完全にイナクティブなので、それは、体に全く傷をつけない、あるいは患者に不快を生じさせない傾向がある。マーカ１１０は、患者に一度埋め込まれたら、ターゲットボリュームに対して移動しないことが望ましいであろう。一実施形態では、一又はそれ以上のマーカ１１０は、滑らかな表面を持つ完全な固形、或いはそのボリューム全体にわたって穴だらけ、とすることができる。そのかわりに、高密度材料、及び多孔性材料の組み合わせを持つマーカ１１０を使用して、組織の癒着とともに画像化検出性を促進することができる。
【００３０】
そのかわりに、他の材料（例えば、タングステン、又はタンタル）、及び材料の組み合わせを、マーカ１１０に使用することもできる。例えば、ＭＲＩ画像化を使用すべき場合には、マーカ１１０の材料を、特にＭＲＩ応用例で効果的であるように選択することができる。マーカ１１０は、磁界の摂動を最小限に抑えるように選択された材料から生成することができる。一つのそのような実施形態では、マーカ１１０を、反対符号の磁化率を持つ材料の組み合わせで作ることができる。反磁性体（例えば、金）を外部磁界に置いた時、それは、金属の内部から、磁界を排除する傾向がある。摂動されない磁界パターンと比べた時、より多数の磁力線が、金属を貫通するのではなく、金属のまわりを通過するように、磁力線をそらす。反対に、外部磁界内の常磁性体（例えば、プラチナ、及びタンタル）は、反磁性体と反対方向に磁界を摂動させ、それにより、常磁性体を通過する磁力線の数を増やすように磁力線をそらすであろう。
【００３１】
一つの特定の実施形態では、マーカ１１０は、図１Ａ及び１Ｂに示すように、（例えば、放射線不透過、音波、磁気、又は他の材料特性を測定する画像化手法による）二又はそれ以上の様式を使って、それらを画像化することができるような材料で構成される。図１Ｂは、第二の様式で画像化不可能なセンサ装置、及び第二の様式で画像化可能なマーカのアレイを示している。一実施形態では、図１Ａの拡大画像１９０で示すように、第一の様式を使って、マーカ１１０．及びセンサ装置１１０の両方を画像化することができる。マーカ１１０のアレイの画像を使用して内部座標系を確立し、図６に関して以下で説明するように、その確立された内部座標系において、一又はそれ以上のマーカ１１０に対して、センサ装置１００の位置を特定することができる。
【００３２】
第二の様式では、マーカ１１０はまた、図１Ｂの拡大画像１９５で示すように画像化することができるが、しかしながら、第二の装置１００は、図１Ｂの拡大画像１９５内にセンサ装置１００がないことで示されるように、この第二の様式では画像化可能ではないとすることができる。そのような実施形態では、画像処理ソフトウェアを使って、第二の画像化様式でのマーカ種のアレイの位置を、第一の画像化様式でのそれらの位置と関連付けて、前に確立された座標系において、センサ装置１００を特定することができる。第一の画像化様式で画像化されたセンサ装置１００の体内１０５における位置を特定する。（拡大画像１９５で示される）第二の様式でのマーカ１１０のアレイの位置を、座標系において特定した時、次に、センサ装置１００の位置を、内部座標系において（すなわち、一又はそれ以上のマーカ１１０に対して）計算し、図４に関して以下で説明するように、計算システムで表示することができる。定位の過程は、図６に関して、以下でより詳細に論じる。
【００３３】
このように、たとえ図１Ｂの第二の様式１９５において、センサ装置１００を画像化することができなくても、マーカのアレイ１１０に対して、体内１０５におけるセンサ装置１００の位置を知ることができる。そして次に、これを、その画像化様式で見ることのできる様々な解剖学的標識と結びつけることができる。従って、また、解剖学的標識に対しても、センサ装置１００の位置を知ることができる。例えば、センサ装置１００が置かれた体の部分の運動によって生じたセンサ装置１００の移動もまた、積分時間にわたる装置の位置を直接計算することができる、或いは数学的にモデル化し予測することができるように測定することができる。図６について以下で説明するように、３Ｄ位置  対  時間の追跡を実施することができる。一実施形態では、次に、例えば、引用により本出願に組み入れられる「放射線治療の予測生理学的ゲーティングのための方法及びシステム」という名称の係属中の米国特許出願第０９／１７８，３８３号で説明するように、予測フィルタを使って，結果として生じるマーカの軌跡を処理することができる。そのかわりに、この技術分野で既知の他の予測フィルタを使用することもできる。
【００３４】
例えば、呼吸、及び筋肉運動における通常の変動、又は疾患の進行（例えば、頭蓋内の膨張）によって生じる弾性構造（例えば、臓器）の変形のため、対象の体内領域の位置は常に変化する。そのようなものは、領域（例えば、臓器）が固定位置にとどまることを妨げ、治療用放射線を正確な点（例えば、腫瘍）に当てることをより困難にする。センサ装置１００を、そのような体内１０５の歪む解剖学的領域に置いた場合には、外部の比較放射線源に対して、センサ装置１００を、同じ固定位置で位置を特定することはできない。また、マーカ種のアレイ１１０もその歪む解剖学的領域に置いた場合には、そのセンサ装置１００の位置をマーカ種のアレイ１１０と関連付けることにより、体内１０５でのセンサ装置１００のより正確な位置を特定することができる。ターゲットボリューム（例えば、腫瘍）が充分な放射線を受け取ること、及びその周辺の隣接する非ターゲットボリューム（例えば、健康な組織）への損傷を最小限に抑えることを確実にするために、体内１０５のセンサ装置１００の位置をより正確に知ることは、例えば特定の領域における放射線の測定、及び／又は配信を促すことができる。
【００３５】
更なる実施形態では、センサ装置１００を用いて、或いは用いないでのいずれかで、マーカのアレイ１１０を使用して、マーカのアレイであって、おそらく解剖学的標識ではない１１０を直接画像化することのできるシステムを使って、解剖学的標識の位置を特定することができる。そのような実施形態では、解剖学的標識（例えば、骨，臓器、又は他の体の構造）を、第一の画像化様式、及びその第一の画像化様式でまた画像化可能なマーカのアレイ１１０に対するその体内１０５における位置を用いて、画像化する。画像化システムは、マーカ種のアレイ１１０に基づいて内部座標系を生成し、その座標系において、解剖学的標識の位置を特定する。例えば、超音波画像化システムを使用する場合には、その画像化システムは、超音波手法を使って，解剖学的標識の位置、及びマーカ１１０の位置を検出することができる。検出されたマーカを使って、内部座標系を計算することができる。マーカ１１０の位置に基づいて、内部座標系に対して（例えば、マーカのうちの少なくとも１つに対して）、解剖学的標識の正確な位置を計算することができる。
【００３６】
次に続く活動において、マーカのアレイ１１０は、第二の画像化様式１９５で画像化可能であるが、解剖学的標識は不可能であろう。しかしながら、たとえ第二の様式で、解剖学的標識を画像化することができなかったとしても、その解剖学的標識の位置は、前に特定されたマーカ１１０との位置関係により、なおもその座標系において特定することができる。このように、マーカ１１０は、図１Ｂの第二の様式１９５で画像化可能であるので、確立された内部座標系に基づいて、解剖学的標識の位置を特定することができる。
【００３７】
図２Ａは、そのケース上に一またはそれ以上のマーカが配置されたセンサ装置の実施形態を示している。この実施形態では、センサ装置１００は、そのセンサ装置のケースに結合された複数のマーカ２００を含む。図示を容易にするだけのため、４つのマーカを持つようにセンサ装置を示している。代替の実施形態では、センサ装置１００は、４以上又は以下のマーカ２００を持つ、或いは全くマーカを持たないであろう。図２Ａは、センサ装置１００の全長１０３に沿って配置されたマーカ２００を示しているが、マーカ２００は、センサ装置１００上に如何なる形状でも配置することができる。一実施形態では、全長１０３は、例えば、２６ミリメートル以下とすることができる。そのかわりに、センサ装置１００は、他の長さを持つこともできる。他の実施形態では、図２Ｂに示すように、マーカ２００を、センサ装置２００内に配置することもできる。
【００３８】
一つの特定の実施形態では、例えば、マーカ種２００は、円筒形の形状であり、ほぼ３．０〜６．０ミリメートルの範囲の長さ、及びほぼ０．５〜３．０ミリメートルの範囲の直径を持つことができる。代替の実施形態では、マーカ種２００は、他の形状（例えば、長方形、球形等）、及び他の寸法を持つことができる。
【００３９】
センサ装置１００は、一度、患者内に埋め込まれると、ターゲットボリュームに対して移動しないことが望ましい。一実施形態では、一又はそれ以上のマーカ２００は、滑らかな表面を持つ完全な固形、或いはそのボリューム全体にわたって穴だらけであるとすることができる。そのかわりに、一又はそれ以上のマーカ２００は、それを使用して、組織の癒着とともに画像化検出性を促進することのできる、高密度材料及び多孔性材料の組み合わせを持つこともできる。
【００４０】
そのかわりに、マーカ２００について、他の材料（例えば、タングステン、又はタンタル）及び材料の組み合わせを使用することもできる。例えば、ＭＲＩ画像化を使用する場合には、マーカ２００の材料を、ＭＲＩ応用例で特に効果的であるように選択することができる。マーカ２００は、磁界の摂動を最小限に抑えるように選択された材料から生成することができる。一つのそのような実施形態では、図１Ａのマーカ１１０に関して上で説明したように、逆の符号の磁化率を持つ材料の組み合わせで、マーカを作ることができる。
【００４１】
図３は、複数の画像化特性を持つケースを有するセンサ装置の一実施形態を示している。一実施形態では、例えば、センサ装置１００のケースの異なる部分（例えば、３１０及び３２０）を、異なる画像化特性を持つように製造することができる。
【００４２】
前で述べたように、マーカ２００及び／又は画像化特性を、センサ装置１００上の様々な位置に、或いはセンサ装置１００上に様々なパターンで配置することができる。このように、センサ装置１００の配向を、図２Ａ、２Ｂの複数のマーカ、又は図３の複数の画像化特性の領域（例えば、３１０及び３２０）の使用を通して特定することができる。幾つかのセンサ装置１００を体内１０５に置いた場合には、その上／その中に配置された複数の画像化マーカ、又はセンサ装置の構成（例えば、そのケースの部分）に一体化された複数の画像化特性の手段を通してというように、それらは各々、異なるマーカ特性を持つことができ、それによって、具体的な装置の位置、ならびに装置の配向を特定することを可能にする。
【００４３】
図４に示すような画像システムによって、一又はそれ以上のセンサ装置１００、又はマーカ１１０の位置を突き止めることができる。図４は、治療計画及び／又は配信システムを表すシステム４００の一実施形態を示している。処理計画システムについて時々説明する一方で、システム４００はまた、治療配信システムも表している。このように、ビーム４０２は、解説の状況によって、画像化ビーム、及び治療用ビームの両方を表すことができる。計画システム、及び治療システムは、物理的に異なる機械、或いは機械内に一緒に組み込まれている、とすることができる。例えば一実施形態では、配信システムは、例えば、カリフォルニアのＶａｒｉａｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．から市販されているＣｌｉｎａｃ（登録商標）線形加速器、及び多葉コリメータ（ＭＬＣTM）とすることができる。示されたシステムの構成４００は、説明及び図示を容易にする目的のためだけのものであり、この技術分野で既知の様々な他の構成も使用することができ、例えば、画像装置４０５を、処理用テーブル４０４内に組み込むのではなく、ガントリ上に置くこともできる。説明を容易にするだけのために、特定の画像化様式について、画像化システム４００を説明することができ、上で言及したように、他の画像化様式も使用することができることもにもまた、注意すべきである。
【００４４】
治療用テーブル４０４、及び画像化装置４０５によってサポートされる人体１０５を、図４に示している。画像化光源（例えば、キロボルトｘ線、メガボルトｘ線、超音波、ＭＲＩ等）４０６を、例えばガントリ４０８内に置くことができ、画像化装置４０５を、例えば画像化光源４０６と逆側の人体１０５の下に置くことができる。画像化装置４０５は、画像化光源４０６によって生成されたビーム４０２を検出、及び受信できるように置かれる。画像化装置４０５の出力画像は、コンピュータ５１０へ送信される。
【００４５】
コンピュータ５１０は、少なくとも１つのマーカ１１０、センサ装置１００、及び／又は解剖学的標識の画像を含む、画像化装置４０６の出力画像を受信する。画像化装置４０６から受信された画像を、コンピュータ５１０で使用して、マーカ１１０の座標系を創り出す。第一の画像化様式を使った第一の治療活動において、マーカ種１１０、及びセンサ装置１００（及び／又は解剖学的標識）を検出し、マーカ１１０の各々の座標を特定し、コンピュータ５１０内に格納する。その後、次の活動において、異なる画像化様式を使って、システム４００は、マーカ１００を検出し、コンピュータ５１０内の格納されたデータとの比較により、座標系において、それらの位置を特定することができる。次に、第二の様式で画像化可能でないセンサ装置１１０及び／又は解剖学的標識の位置を、上で説明したように、前に確立された座標系を使うことによって、コンピュータシステム５１０により特定することができる。
【００４６】
図５は、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、携帯型情報端末（ＰＤＡ）、閉回路監視ボックス等の例を表す、図４のデジタル処理システム５１０の一実施形態を示しており、そこに、本発明の機能を実装することができる。
【００４７】
デジタル処理システム５１０は、デジタル処理システムの構成部品間でデータを転送するためのバス、又は他の手段１００１を含む。デジタル処理システム５１０はまた、情報を処理するための、バス１００１と結合されたプロセッサ１００２のような処理手段を含む。プロセッサ１００２は、一又はそれ以上の汎用プロセッサ（例えば、モトローラ  パワーＰＣ  プロセッサ、及びインテル  ペンティアム  プロセッサ）、又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）（例えば、テキサス  インストゥルメンツ  ＤＳＰ）のような専用プロセッサを表すことができる。プロセッサ１００２は、本出願で説明する操作及びステップを実施するための命令を実行するように、構成することができる。例えば、プロセッサ１００２は、命令を実行して、そのプロセッサに血管介入場所を追跡させるように構成することができる。
【００４８】
デジタル処理システム５１０は、さらに、プロセッサ１００２により実行される情報及び命令を格納するための、バス１００１に結合される、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、又は他の動的ストレージデバイスを含み得るシステムメモリ１００４を含む。システムメモリ１００４はまた、プロセッサ１００２による命令の実行の間、一時的な変数、又は他の中間情報を格納するために使用することができる。システムメモリ１００４はまた、プロセッサ１００２のための静的な情報及び命令を格納するための、バス１００１に結合された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、及び／又は他の静的なストレージデバイスを含むこともできる。
【００４９】
ストレージデバイス１００７は、情報、及び命令を格納するための、バス１００１に結合された一又はそれ以上のストレージデバイス（例えば、磁気ディスクドライブ、又は光ディスクドライブ）を表している。本出願で説明したステップを実施するための命令を格納するために、ストレージデバイス１００７を使用することもできる。
【００５０】
一実施形態では、またデジタル処理システム５１０を、ブラウン管（ＣＲＴ）又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のような、情報をユーザに表示するための表示装置１０２１に、バス１００１を介して結合することができる。このような情報は、図４の画像４５０に示されるような座標系、マーカ、センサ装置、及び／又は解剖学的標識のような図形、及び／又はテキストの描写を含むであろう。情報、及び／又はコマンド選択をプロセッサ１０２２へ伝達するために、ライトペンのような入力装置１０２２を、バス１００１に結合することができる。更なる形式のユーザ入力装置は、マウス、トラックボール、又はカーソル方向キーのような、方向情報及びコマンド選択をプロセッサ１００２へ伝達し、ディスプレイ１０２１上のカーソル移動を制御するためのカーソル制御１０２３である。
【００５１】
また、通信デバイス１０２６（例えば、モデム、又はネットワークインターフェースカード）を、バス１００１に結合することもできる。例えば、通信デバイス１０２６は、イーサネットカード、トークンリングカード、或いは、遠隔診断、又は監視システムのような、デジタル処理システム５１０が接続を確立しているネットワークへの通信リンクを提供するための他の形式のインターフェース、とすることができる。
【００５２】
デジタル処理システム５１０は、多くの異なる構成及びアーキテクチャを持ち得り、かつ本発明で用いることのできるシステムのたった１つの例を表している、ということがわかるであろう。例えば、幾つかのシステムは、しばしば、周辺バス、専用キャッシュバス等のような複数のバスを持つ。
【００５３】
図６は、標識の位置を突き止める方法の一実施形態を示している。治療計画段階において、マーカ１１０（及び、望まれる場合には、一又はそれ以上のセンサ装置１００）を、図４のターゲットボリュームＢ４０３内に埋め込む、ステップ６１０。図１Ａ及び１Ｂに関して上で説明した手法で、埋め込みを実施することができる。典型的には、腫瘍の放射線治療計画プロセスの一部として、放射線ビーム内で、体、従って腫瘍を正確に配置するために、患者を治療するために使用される（既知のサイズ及び形状を持つ）治療用ビームのアイソセンタを、（例えば、医師によって）特定する。例えば、治療計画の間、ターゲットボリューム４０３を通る、体１０５の一連のＣＴスライスを取ることができる。医者は、（例えば、２Ｄ又は３Ｄのいずれかで表される）ＣＴスライスで腫瘍を見て、一又はそれ以上のＣＴスライスのコンピュータ５０１のディスプレイ上で、治療ボリューム４０３の境界を定めることができる。この技術分野で既知の治療計画ソフトウェアを使って、定められた境界に基づいてアイソセンタ４０１を計算することができる。一実施形態では、例えば、カリフォルニアのＶａｒｉａｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓから市販されているＥｃｌｉｐｓｅTM治療計画ソフトウェアを使用することができる。そのかわりに、他の治療計画ソフトウェアを使用することもできる。そのような正確な配置は、周辺の正常な組織への放射線の照射量を最小限に抑えると同時に、腫瘍に配信される治療用放射線の照射量を最大化する。
【００５４】
一実施形態では、治療計画プロセスの一部として、治療用機械ビーム４０２のアイソセンタ４０１（従って、ターゲットボリューム４０３）に対して、埋め込まれたマーカ１１０の３Ｄ座標の位置を特定することができる。例えば、ターゲットボリューム４０３を通る、体１０５の一連のＣＴスライスを使って、第一の画像化様式で、マーカ１１０を画像化することができる、ステップ６２０。ＣＴは、体１０５を通って投影されたスライスで、ボリューム要素（ボクセル）あたりの平均ｘ線吸収を測定する。この技術分野で既知の自動化、又はユーザ支援手法を使って、（例えば、コンピュータシステム５１０を使って）ＣＴスライスでマーカ１１０を特定することができる計画用ＣＴセット。そのかわりに、他の画像化様式で、また他の時間（例えば、治療計画活動の前又は後）において、マーカ１１０の定位を実施することができる。マーカ１１０の３Ｄ基準座標の特定のために、第一の様式の画像を、コンピュータシステム（例えば、コンピュータシステム５１０）に移入することができる。
【００５５】
ステップ６２０からの情報を使い、治療用ビームのアイソセンタ４０１が既知であると仮定すると、そのアイソセンタ４０１に対する各マーカ１１０の３Ｄ基準座標を、その技術分野で既知であるソフトウェア手法を使って特定することができる、ステップ６３０。マーカの位置特定を、治療計画より前（従って、アイソセンタ４０１が知られる前）に実施する実施形態では、マーカのボクセル座標を（例えば、コンピュータシステム５１０に）格納し、アイソセンタ４０１が特定されると、そのボクセル座標を、そのアイソセンタ４０１に対する基準座標に変換することができる。例えば、一実施形態において図１５に示されるようなグラフィカルユーザインターフェースを使って、基準マーカの座標をユーザに表示することができる。この実施形態では、アイソセンタ４０１に対する各マーカの３Ｄ基準座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、マーカがガントリ４０８からより離れるとき増大する正のｘ値、ガントリ４０８から見てマーカが左へ離れるとき増大する正のｙ値、マーカがガントリ４０８から下方向により離れるとき増大する正のｚ値で、特定される。そのかわりに、座標について、他の位置関係を使用することもできる。
【００５６】
他の方法を使用して、マーカ１１０の位置を特定することができることに、注意すべきである。更なる実施形態では、例えば、図１４に示すように、ＣＴセットを使って様々な視野角から作り出されたデジタル再生放射線透過写真（ＤＲＲ）を使って、この技術分野において既知の三角測量手法によって、マーカの位置を特定することができる。図１４は、例えば、視野角Ａに対して、第一の視野角１４１０、及び第二の視野角１４２０が２７０°をなしていることを示している。図１４のＤＲＲは、マーカのフィールド形状（例えば、フィールド形状１４３０）を含むことができる。また更なる実施形態では、グラフィカルユーザインターフェースを通したそのような座標入力、又はマーク付けの手法を使って、マーカ１１０の位置を、システムのユーザによって、手動で入力することができる。
【００５７】
前に言及したように、毎日の治療用機械のセットアップの変動、及び治療計画活動において生じた様々な形式の臓器運動は、特定の治療活動の間の、治療用機械ビーム４０２のアイソセンタ４０１に対するターゲットボリューム４０３の位置の不確定さに寄与する。如何なるそのような位置の片寄りも最小限に抑えるために、マーカ１１０を使用して、ターゲットボリューム４０３を、治療用ビーム４０２とよりぴったりと一線上に揃える。ステップ６３０において、計画のアイソセンタ４０１に対する各マーカ１１０の３Ｄ基準座標を特定したので、治療活動の間、マーカ１１０が画像化可能である場合には、治療時における既知のビームアイソセンタに対するマーカ１１０の位置の如何なるオフセットも、特定し、調整することができる。
【００５８】
特定の治療活動において、これを実現するために、マーカ１１０を第二の様式で画像化する、ステップ６４０。第二の様式は、第一の様式と同じとすることもできる。そのかわりに、ステップ６４０において画像を獲得するために使用される第二の画像化様式は、第一の画像化様式とは異なるものとすることもできる。一実施形態では、第二の様式の画像は、例えばＭＶポータル画像装置、及び／又はＫＶ画像装置を使って獲得されるＸ線画像とすることができる。画像装置４０５の基準座標は、治療用機械のアイソセンタ４０１に対して較正される、と仮定する。
【００５９】
ステップ６５０では、第二の様式の画像（例えば、Ｘ線）内のマーカ１１０（例えば、放射線不透過）を特定する。第二の様式の画像は、マーカとみなされ得るマーカでないオブジェクト、又は画像（偽マーカ）を含み得る、ということに注意すべきである。一実施形態では、図７に関して解説するように、誤って検出されたマーカを、識別されたマーカのセットから取り除くことができる。
【００６０】
ステップ６６０では、獲得された画像の既知の形状に基づいて、マーカを３Ｄから２Ｄ画像領域の投影した後、ステップ６５０の第二の様式の画像内で識別された各マーカ１１０を、ステップ６２０において特定されるようなその３Ｄ基準位置と互いに関連付けられる。一実施形態では、ステップ６５０において識別されたマーカ１１０は、図７に関して以下で解説する一貫性試験を通過したマーカである。もう１つの選択肢として、一貫性試験を用いる必要はない、或いは他の形式の選別を実施して、識別されたマーカのセットに到達することもできる。
【００６１】
識別されたマーカ１１０の２Ｄ座標を使って、治療用機械のアイソセンタ４０１に対する、そのマーカのセットの位置、及び配向を見つける、ステップ６６０。一実施形態では、治療用機械のアイソセンタ４０１に対するマーカ１１０の位置及び配向を、二又はそれ以上の画像から、三角測量によって特定することができる。例えば、様々な位置においてとられた一又はそれ以上の画像からのデータを混ぜ合わせることにより、治療ボリューム４０３の立体表示を得ることができる。治療用カウチ４０４は、治療用機械４００における操作半径内に、患者、従って治療ボリューム４０３を配置することができる。単一のガントリ４０８の位置において、或いはガントリの回転によって、様々な半径方向の位置において、複数の単一画像を生成することができ、任意の２つの画像を選択して、コンピュータ５１０によって、治療ボリュームの立体表示に合成することができる。立体表示を生成して、選択された半径方向位置における２Ｄ断面データを提供することができる。立体表示を使用して、既知の治療ビームのアイソセンタ４１０に対するマーカ１１０の３Ｄ座標を特定することができる。そのかわりに、他の三角測量手法を用いることもできる。三角測量手法は、この技術分野では既知であり、従って、詳細な説明は提供しない。
【００６２】
更なる例として、代替の実施形態では、引用により本出願に組み入れられる係属中の米国特許出願１０／２３４,６５８号で説明するように、ステップ６３０の基準マーカ座標によって定められる堅い構造の単一の表示位置、及び配向の推定を使って、治療用機械のアイソセンタ４０１に対するマーカ１１０の位置、及び配向を特定することができる。前者の実施形態の方法は、前立腺、又は肝臓のような、より堅くないターゲットにより適しているであろう。後者の実施形態の方法は、骨組織のような密に堅いターゲットに対して効果的であろう。そのかわりに、さらに他の方法を使用して、マーカのセットの位置及び配向を特定することもできる。
【００６３】
検出されたマーカについて、各マーカ１１０の３Ｄ座標を、その対応する３Ｄ基準座標（例えば、図８Ａの３Ｄ基準座標の位置８１０）と比較して、２つのデータセット間のオフセットを（例えば、デルタｘ，ｙ，ｚ値の形で）特定する、ステップ６７０。理論的には、患者の体１０５を完璧に配置した場合には、２つのデータセット間に全くオフセットがない、すなわちマーカ１１０のはずである。しかしながら、実際には、図８Ａに示すように、２つのセット間には、いくらかのオフセット（例えば、オフセット８１５）が存在するであろう。
【００６４】
ステップ６５０において、埋め込まれたマーカ１１０の幾つかを画像化、又は識別できることにもまた注意すべきである。ステップ６５０において識別されなかったマーカの位置を、ステップ６２０で得られた基準マーカ位置間の位置関係に基づいて特定することができる。一実施形態では、剛体変換は、基準マーカセットに適用される時、識別されたマーカ１１０の３Ｄ座標間の平均二乗誤差を最小にすると推定されるであろう。ステップ６５０の第二の画像化様式で検出されなかったマーカを含む基準マーカセットに剛体変換を適用した時、その第二の画像化様式で検出されなかったマーカの推定位置を得ることができる。一実施形態では、例えば、検出されなかったマーカは、実際には、図１Ｂの第二の様式１９５、又は図６のステップ６４０で画像化可能でない（マーカ特性を持つ、或いは持たない）センサ１００ということもある。代替の実施形態では、例えば、検出されなかったマーカは、実際には、マーカの１つではなく、解剖学的標識ということもある。
【００６５】
ステップ６８０では、基準マーカセットと治療活動のマーカセットとの間のオフセット位置、及び配向の差異に基づいて、ターゲットボリューム４０３についての治療形状と計画形状との間の最も良い一致を実現するために、患者のセットアップに対して必要な調整（例えば、カウチ４０４の位置、及び／又は配向）、及び／又は治療ビーム４０２に対して必要な調整（例えば、ガントリ４０８の角度、コリメータの回転角等）を推定することができる。他の手法でもオフセット情報を特定できることに、注意すべきである。代替の実施形態では、例えば、基準マーカセット、及び治療活動の検出されたマーカセットの両方の質量の中心（重心）を計算、及び比較して、その２つの間の位置オフセットを特定することができる。
【００６６】
図７は、画像内でマーカを検出し、偽マーカを取り除く一実施形態を示している。この実施形態では、ステップ６５０において誤って検出されたマーカを、識別されたマーカのセットから取り除くことができる。ステップ６６０に関して上で説明したように、得られた画像の既知の形状に基づいてマーカ１１０を投影した後、画像７１１、及びその画像における対象の領域（ＲＯＩ）７１２を、２Ｄサイズ及び形状の整合性試験に提供する、ステップ７２０。２Ｄサイズ及び形状の整合性試験を実施して、画像内のマーカを識別する。一実施形態では、中央値フィルタ、及び／又は接続構成要素解析を利用した自動検出アルゴリズムを使って、２Ｄサイズ及び形状の整合性試験を実施することができる。
【００６７】
図９は、マーカを含む画像の中央値フィルタリングの一実施形態を示している。中央値フィルタ９０５を使用して、画像の画素の輝度値をフィルタリングして、特定の画像画素がマーカ（又は、他の画像化可能なオブジェクト）の一部、或いは背景ノイズを含むかどうか特定することができる。
【００６８】
この実施形態では、画像内の特定の数の画素（例えば、画素９０１、画素I、等）について、その中心画素（例えば、画素I）のまわりの（特定の近似半径を有する）ほぼ円形又は「リング状」の特定の数の周辺画素（例えば、Ｐ１，Ｐ２，ＰＮ等）を、中央値フィルタが推定する。中央値フィルタ９０５は、周辺画素（例えば、画素Ｐ１，Ｐ２等）の中央輝度値をとり、その中央値を推定された中心画素から引いて、フィルタリングされた画素輝度値  画素0を出力する。画素0を使用して、以下の図１０−１２に示すように、フィルタ画像を生成する。中央値フィルタ９０５の効果は、画像の背景輝度ノイズを取り除いて、以下の図１０Ａ及び１０Ｂで示すような、マーカ１１０と元々の画像背景との間のよりよく目に見える区別を有するフィルタ画像を作りだすことである。
【００６９】
特定の一実施形態では、例えば、Ｎ＝１６である（すなわち、リング状の中央値フィルタが１６個の周辺画素を推定する）。マーカ幅９１５の半分より大きくなるように、半径９１０を選択する。特定の一実施形態では、例えば、画素の既知のサイズ、及び埋め込まれたマーカ１１０の既知のサイズに基づいて、ほぼ１０画素となるように、円の半径９１０を選択する。他の実施形態では、リングの直径（２×半径９１０）を、マーカ幅９１５の幅のほぼ２．６倍となるように選択し、それは画素９０１のサイズとは無関係である。これは、リングがマーカ１１０と交差している時でさえも、中央値統計データが背景（マーカでない）画素の中央値を表すようにさせる。
【００７０】
そのかわりに、他の評価領域の周辺形状（例えば、楕円、長方形、正方形等）、寸法、画像内で推定された画素の数、周辺画素の数等を使用することもできる。代替の実施形態では、他のフィルタリング（例えば、平均値フィルタリング）、及びこの技術分野で既知の背景減算手法を使用することもできる。
【００７１】
図１０Ａ及び１０Ｂは、それぞれ、２Ｄサイズ及び形状整合性試験７２０における中央値フィルタ９０５の使用の後の、一つのマーカを含む画像のＲＯＩ、及び全くマーカを含まない画像（単なる背景）のＲＯＩを示している。図７に関して上で説明したように、一実施形態では、図７に関して上で説明したように、一実施形態では、２Ｄサイズ及び形状の整合性試験７２０はまた、接続構成要素解析を利用して、さらに、画像の背景からマーカを仕切ることができる。接続構成要素解析では、画像内の全ての接続された構成要素を見つける。ノイズの外形を取り除くために、閾値によって、小さい面積を持つ領域をフィルタリングする。マーカ１１０のサイズに基づいて、スレッショルドを減少、又は増加させることができる。図１１Ａ及び１１Ｂは、それぞれ、低スレッショルドでの接続構成要素解析後の、一つのマーカを含む画像のＲＯＩ、及び全くマーカを含まない画像のＲＯＩ（単なる背景）を示している。図１２Ａ及び１２Ｂは、それぞれ、図１１Ａ及び１１Ｂの画像において使用された閾値より高い閾値での接続構成要素解析後の、一つのマーカを含む画像領域、及びマーカを全く含まない画像領域（単なる背景）を示している。接続構成要素解析手法は、この技術分野で既知であり、従って、詳細な説明は提供しない。
【００７２】
図７を参照し返すと、２Ｄサイズ及び形状の整合性試験７２０を実施した後、次に、識別されたマーカのマーカリスト７２１を、３Ｄ形状整合性試験７３０へ出力する。３Ｄ形状整合性試験７３０を使用して、偽マーカをふるい落とすことができる。一実施形態では、エピポーラコインシデンス拘束を使って、３Ｄ形状整合性試験７３０を実施することができる。図８Ｂに示すように、この条件は、立体画像のペアの可用性に基づいている。画像Ａ内の点（画素の位置）は、３Ｄ空間において、線として逆投影される。立体ペアのもう一方の画像Ｂにおける３Ｄ線の画像は、エピポーラ線８５０である。それゆえ、一方の画像（例えば、画像Ａ）においてマーカ１１０を検出した時、もう一方の画像（例えば、画像Ｂ）におけるその投影は、マーカ１１０の第一の画像位置のエピポーラ線８５０上にある、或いは非常に近いはずである。予想される近さの度合いは、較正エラーの量に依る。エピポーラ拘束を使用して、一つの画像において、他の画像における検出に基づいて検出のための探索領域を定め、その制約を満たさない誤った検出を除くことができる。時々、マーカ１１０は、一方の画像において高い信頼度で検出されるが、その一方で、立体ペアの他方の画像では殆ど見えないことがある。一実施形態では、エピポーラ線８５０を使用して、マーカ１１０がよく見えない方の画像において、より低い検出閾値で探索領域を設定する。
【００７３】
対象の領域、或いは一又はそれ以上のマーカについて、２Ｄサイズ及び形状の整合性試験、及び３Ｄ形状整合性試験を実施することができる。より少ない画像、及び／又はより少ないマーカの場合においては、図６及び７の上記のステップのサブセット又は変形を使用することができる、ということに注意すべきである。
【００７４】
前に言及したように、治療活動におけるマーカ１１０の位置を、それらの基準位置と比較することにより、患者の体１０５の位置及び配向、及び／又は治療ビーム４０２の方向及び形状に対する調整を、治療ビーム４０２に対する実際のターゲットボリューム４０３が、可能性のある標識の変形（例えば、腫瘍）を適応させるように、ビーム形状に対して可能な調整をされた計画ターゲットボリューム４０３にできるだけ近くなるような方法で、計算することができる。推定することのできる患者、及びビームの調整、及びその推定の正確さは、埋め込まれたマーカ１１０の数、治療活動において第二の画像化様式で生成された画像内で見えるマーカ１１０の数、治療活動において得られた画像の数、及びターゲットボリューム４０３の堅さによって変化する。例のケースは、図１３の表に関して以下で説明するケースを含む（が、それらに限定されない）。
【００７５】
図１３は、様々な位置特定パラメータ間の関係を示す表である。表１３００は、カラム１３１０、１３２０、１３３０、及び１３４０を含む。カラム１３１０は、ターゲットボリュームの堅さ（例えば、治療行程にわたるマーカ１１０間の間隔がどのくらい固定されているか）についての情報を含む。カラム１３２０は、画像内で見える、埋め込まれたマーカ１１０の数を含む。カラム１３３０は、推定することのできる患者の体１０５、及び／又は治療ビーム４０２の位置決めに対する調整を含む。カラム１３４０は、各治療活動において必要となり得る位置決定用画像の数を含む。
【００７６】
一実施形態では、推定することのできる（例えば、患者、及び／又はビームの）調整（及びその推定の正確さ）、及び治療活動の間に必要とされ得る位置決定用画像の数は、（１）ターゲットの堅さ、及び（２）画像内で見えるマーカの数、に基づくものとすることができる。
【００７７】
ターゲットの堅さは、相対語で定めることができる。上の表で言及した推定調整のうちの幾つかを実装する有効性は、ターゲットがどれくらい堅いかに依存する。例えば、堅さの仮定は、一般的には、骨のターゲットに付けられたマーカ１１０として認められ得るものである。これに対して、前立腺は、骨のターゲットよりいくらか広い範囲までの治療の行程の間、変形し、サイズが変化するであろう。前立腺を変形可能なターゲットとして治療し、各治療活動の各場において、ＭＬＣの形状を実際に調整するためには、ターゲットボリューム４０３じゅうにある程度均一に散らばった、より多数のマーカ１１０が、必要とされるであろう。ＭＬＣは、例えば、両方とも引用により本出願に組み入れられる米国特許第５，１６６，５３１号、及び第４，８６８，８４３号で解説される。
【００７８】
前述の明細書では、本発明を、その特定の実施形態の例について説明した。しかしながら、添付の特許請求の範囲で示されたような、本発明のより広い技術的範囲から逸脱することなく、それに様々な修正及び変更が成され得ることが、明らかであろう。例えば、マーカの３Ｄ基準座標を、ビームのアイソセンタと直接結びつける必要はない。マーカ１１０の基準座標を、他の座標系（例えば、場所外の座標）、又はビームアイソセンタとの既知の関係を有するオブジェクトとの対応関係によって、間接的に、アイソセンタに対して特定することもできる。従って、本明細書、及び図面は、限定的な観点ではなく、例示的な観点で考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１Ａ】センサ装置、及び複数のマーカ種を有する患者の体の前立腺領域の拡大画像を示している。
【図１Ｂ】第二の画像化様式を使った、画像化可能なマーカのアレイ、及び画像化可能でないセンサ装置を有する前立腺領域の拡大画像を示している。
【図２Ａ】その上にマーカが配置されたセンサ装置の一実施形態を示している。
【図２Ｂ】その中にマーカが配置されたセンサ装置の代替の実施形態を示している。
【図３】複数の画像化特性を持つケーシングを有するセンサ装置の一実施形態を示している。
【図４】画像化システムの一実施形態を示している。
【図５】図４のデジタル処理システムの一実施形態を示している。
【図６】位置特定方法の一実施形態を示している。
【図７】マーカを検出し、画像内の偽マーカを取り除く一実施形態を示している。
【図８Ａ】異なる時間において画像化された内部マーカ間の位置オフセットの一実施形態を示している。
【図８Ｂ】立体画像のペア、及びエピポーラ線の一実施形態を示している。
【図９】マーカを含む画像部分の中央値フィルタリングの一実施形態を示している。
【図１０Ａ】中央値フィルタの使用後の、マーカを含む対象の画像領域の一実施形態を示している。
【図１０Ｂ】中央値フィルタの使用後の、マーカを含まない対象の画像領域の一実施形態を示している。
【図１１Ａ】低閾値での接続構成要素解析後の、マーカを含む対象の画像領域の一実施形態を示している。
【図１１Ｂ】低閾値での接続構成要素解析後の、マーカを含まない対象の画像領域の一実施形態を示している。
【図１２Ａ】図１１Ａの画像に使用されたものより高い閾値での接続構成要素解析後の、マーカを含む対象の画像領域を示している。
【図１２Ｂ】図１１Ｂの画像に使用されたものより高い閾値での接続構成要素解析後の、マーカを含まない対象の画像領域を示している。
【図１３】様々な位置特定パラメータ間の関係を示す表である。
【図１４】ＣＴセットを使って，さまざまなビュー角度から生み出されたデジタル再生放射線写真を使って、マーカの位置を特定する代替の実施形態を示している。
【図１５】画像化されたマーカの３Ｄ座標を図式的に表示する一実施形態を示している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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