(57)【要約】  放射線量を送出するためのシステムは、照射される標的の周りを移動するガントリーと、ガントリーに取り付けられ、標的に向かって内側に向けられた放射線源と、を含む。本システムは更に、ガントリーに取り付けられ、放射線源の前方にあり、標的に配向された放射線ビームを成形するコリメータであって、コリメータは、フルエンスフィールドを２次元（２Ｄ）グリッドに細分する複数のサブビームにわたる放射線ビームのサブビーム強度を変調し、複数の独立した２次元（２Ｄ）サブビーム強度パターンが、ガントリーが連続的に移動する間に、複数のガントリー角度から送出される。【選択図】図５Ａ及び５Ｂ
2021532939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線治療システムを介して放射線量を送出する方法であって、
前記放射線治療システムのガントリーに取り付けられたコリメータを介して、標的に配向された放射線ビームを成形するステップと、
処理デバイスによって、フルエンスフィールドを２次元（２Ｄ）グリッドに細分する複数のサブビームにわたる前記放射線ビームのサブビーム強度を変調するステップと、
前記ガントリーが連続的に移動する間に、複数のガントリー角度から複数の独立した２次元（２Ｄ）サブビーム強度パターンを送出するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記ガントリーを連続的に回転させるステップを更に含み、特定のガントリー角度に対する前記２Ｄサブビーム強度パターンが、小さな円弧上に前記強度パターンを送出することによって近似される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コリメータが、複数のリーフペアを含むマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）であり、前記２Ｄサブビームグリッドの第１の軸が、前記ＭＬＣの１つの軸に沿った前記リーフペアのインデックスによって決定され、前記２Ｄグリッドの２番目の軸が、前記リーフペアの移動ラインに沿っており、前記サブビーム強度は、前記各リーフペアが、対応する移動ラインの一方の端から前記対応する移動ラインの他方の端までシングルパスで移動するときに、前記各リーフペアの前リーフ及び後リーフの移動速度を独立して変調することによって変調される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のリーフペアの各々は、後続の各ガントリー角度に対して前記フルエンスパターンを送出するときに方向を変える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
特定のガントリー角度から２Ｄフルエンスパターンを送出するのに使用される前記複数のリーフペアの動きを、事前に選択された時間期間未満で発生するように制約するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記事前に選択された時間期間よりも短い前記特定のガントリー角度に対するリーフペアの動きが、前記事前に選択された時間期間内で中心に置かれる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記特定のガントリー角度から前記強度パターンを送出するときに、前記リーフペアの第２のリーフに続くリーフペアの第１のリーフが、後続のガントリー角度の前記強度パターンを送出する方向を反転するまでは移動の終わりに到達しない、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
軸方向支持体を介して前記ガントリーの中心を通って前記標的を軸方向に移動させるステップを更に含み、前記ガントリー及び前記軸方向支持体は、前記標的の照射中に同時に移動して、ヘリカル送出を実行する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ヘリカルピッチが０．５よりも大きい、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
放射線量を送出するためのシステムであって、
照射される標的の周りを移動するガントリーと、
前記ガントリーに取り付けられ、前記標的に向かって内側に向けられた放射線源と、
前記ガントリーに取り付けられ、前記放射線源の前方にあるコリメータであって、前記標的に配向された放射線ビームを成形するコリメータと、
を備え、
前記コリメータは、フルエンスフィールドを２次元（２Ｄ）グリッドに細分する複数のサブビームにわたって前記放射線ビームのサブビーム強度を変調し、複数の独立した２次元（２Ｄ）サブビーム強度パターンが、前記ガントリーが連続的に移動する間に、複数のガントリー角度から送出される、システム。
【請求項１１】
前記ガントリーが連続的に回転し、特定のガントリー角度に対する前記２Ｄサブビーム強度パターンが、小さな円弧上に前記強度パターンを送出することによって近似される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コリメータが、複数のリーフペアを含むマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）であり、前記２Ｄサブビームグリッドの第１の軸が、前記ＭＬＣの１つの軸に沿った前記リーフペアのインデックスによって決定され、前記２Ｄグリッドの２番目の軸が、前記リーフペアの移動ラインに沿っており、前記サブビーム強度は、前記各リーフペアが、対応する移動ラインの一方の端から前記対応する移動ラインの他方の端までシングルパスで移動するときに、前記各リーフペアの前リーフ及び後リーフの移動速度を独立して変調することによって変調される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記システムは、特定のガントリー角度から２Ｄフルエンスパターンを送出するのに使用される前記複数のリーフペアの動きを、事前に選択された時間期間未満で発生するように制約する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記事前に選択された時間期間よりも短い前記特定のガントリー角度に対するリーフペアの動きが、前記事前に選択された時間期間内で中心に置かれる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数のリーフペアの各々は、後続の各ガントリー角度に対して前記フルエンスパターンを送出するときに方向を変える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
特定のガントリー角度から前記強度パターンを送出するときに、前記リーフペアの第２のリーフに続くリーフペアの第１のリーフが、後続のガントリー角度の前記強度パターンを送出する方向を反転するまでは移動の終わりに到達しない、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ガントリーの中心を通って前記標的を軸方向に移動させることができる軸方向支持体を更に備え、前記ガントリー及び前記軸方向支持体が、前記標的の照射中に同時に移動して、ヘリカル送出を実行する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
ヘリカルピッチが０．５よりも大きい、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記システムは、ヘリカル放射線治療送出システムである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項２０】
前記システムは、ロボットベースのＬＩＮＡＣ放射線治療システムである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項２１】
前記システムは、ガントリーベースの放射線治療送出システムである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項２２】
放射線治療送出システムの処理デバイスによって実行されたときに、
前記放射線治療システムのガントリーに取り付けられたコリメータを介して、標的に配向された放射線ビームを成形するステップと、
前記処理デバイスによって、フルエンスフィールドを２次元（２Ｄ）グリッドに細分する複数のサブビームにわたる前記放射線ビームのサブビーム強度を変調するステップと、
前記ガントリーが連続的に移動する間に、複数のガントリー角度から複数の独立した２次元（２Ｄ）サブビーム強度パターンを送出するステップと、
を前記処理デバイスに行わせる命令を含む、非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２３】
前記処理デバイスは更に、前記ガントリーを更に連続的に回転させ、特定のガントリー角度に対する前記２Ｄサブビーム強度パターンが、小さな円弧上に前記強度パターンを送出することによって近似される、請求項２２に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２４】
前記コリメータが、複数のリーフペアを含むマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）であり、前記２Ｄサブビームグリッドの第１の軸が、前記ＭＬＣの１つの軸に沿った前記リーフペアのインデックスによって決定され、前記２Ｄグリッドの２番目の軸が、前記リーフペアの移動ラインに沿っており、前記サブビーム強度は、前記各リーフペアが、対応する移動ラインの一方の端から前記対応する移動ラインの他方の端までシングルパスで移動するときに、前記各リーフペアの前リーフ及び後リーフの移動速度を独立して変調することによって変調される、請求項２２に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２５】
前記複数のリーフペアの各々は、後続の各ガントリー角度に対して前記フルエンスパターンを送出するときに方向を変える、請求項２４に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２６】
前記処理デバイスは更に、特定のガントリー角度から２Ｄフルエンスパターンを送出するのに使用される前記複数のリーフペアの動きを、事前に選択された時間期間未満で発生するように制約する、請求項２２に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２７】
前記事前に選択された時間期間よりも短い前記特定のガントリー角度に対するリーフペアの動きが、前記事前に選択された時間期間内で中心に置かれる、請求項２６に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２８】
前記特定のガントリー角度から前記強度パターンを送出するときに、前記リーフペアの第２のリーフに続くリーフペアの第１のリーフが、後続のガントリー角度の前記強度パターンを送出する方向を反転するまでは移動の終わりに到達しない、請求項２７に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２９】
軸方向支持体を介して前記ガントリーの中心を通って前記標的を軸方向に移動させるステップを更に含み、前記ガントリー及び前記軸方向支持体は、前記標的の照射中に同時に移動して、ヘリカル送出を実行する、請求項２２に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項３０】
ヘリカルピッチが０．５よりも大きい、請求項２９に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０１８年８月６日に出願された米国特許出願第１６／０５５，５０７号の米国特許法１１９条（ｅ）に基づく利益を主張し、その全内容は、引用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本開示は、放射線治療システムにおける高速マルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）を介した高速スライディングウィンドウの送出に関する。
【背景技術】
【０００３】
放射線治療では、腫瘍細胞を破壊するために、患者の体外の線源から放射線治療ビームを介して送出される放射線量が体内の標的部位に送出される。目的とする治療部位に送出される放射線の量を最大にしながら、非治療部位に送出される放射線量を最小にするように注意する必要がある。放射線治療では、放射線治療ビームのアパーチャが、目的の標的部位に可能な限り適合するように放射線治療ビームを成形する。放射線治療ビームのアパーチャは、一般的にＭＬＣによって定められる。
【０００４】
本開示は、以下に与える詳細な説明から及び本発明の開示の様々な実施構成についての添付図面からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】本明細書に記載の実施形態による、ヘリカル放射線送出システムを示す図である。
【図１Ｂ】本明細書に記載の実施形態に従って使用することができるロボット放射線治療システムを示す図である。
【図１Ｃ】本明細書に記載の実施形態による、Ｃアームガントリーベースの放射線治療システムを示す図である。
【図２Ａ】本明細書に記載の実施形態による、標的部位に放射線治療線量を提供するためのマルチリーフＭＬＣを示す図である。
【図２Ｂ】本明細書に記載の実施形態による、マルチリーフＭＬＣの底面図を示す。
【図２Ｃ】本明細書に記載の実施形態による、マルチリーフ高速ＭＬＣの斜視図を示す。
【図２Ｄ】本明細書に記載の実施形態による、マルチリーフ高速ＭＬＣのリーフの上面図を示す。
【図２Ｅ】本明細書に記載の実施形態による、マルチリーフ高速ＭＬＣのための例示的なリーフ配置を示す図である。
【図３Ａ】本明細書に記載の実施形態による、例示的なリーフの開放時間プロファイルを示す図である。
【図３Ｂ】本明細書に記載の実施形態による、例示的なリーフの開放時間プロファイルを示す図である。
【図３Ｃ】本明細書に記載の実施形態による、例示的なリーフの開放時間プロファイルを示す図である。
【図３Ｄ】本明細書に記載の実施形態による、例示的な最適化されたリーフ開放時間プロファイルを示す図である。
【図３Ｅ】本明細書に記載の実施形態による、例示的な最適化されたリーフ開放時間プロファイルを示す図である。
【図３Ｆ】本明細書に記載の実施形態による、例示的な最適化されたリーフ開放時間プロファイルを示す図である。
【図３Ｇ】本明細書に記載の実施形態による、最大速度を組み込んだ例示的なリーフの開放時間プロファイルを示す図である。
【図４Ａ】本明細書に記載の実施形態による、標的部位に適合する様々な例示的なリーフの配置を示す図である。
【図４Ｂ】本明細書に記載の実施形態による、標的部位に適合する様々な例示的なリーフの配置を示す図である。
【図４Ｃ】本明細書に記載の実施形態による、標的部位に適合する様々な例示的なリーフの配置を示す図である。
【図５Ａ】本明細書に記載の実施形態による、高速ＭＬＣを備えた高速スライディングウィンドウの方法を示すフローチャートである。
【図５Ｂ】実施形態による、リーフ毎のフィールド幅を有するバイナリＭＬＣ送出のための方法を示すフローチャートである。
【図６】本明細書に記載の実施形態による、放射線治療の実施の生成に使用することができる異なるシステムの実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本明細書には、放射線治療システムにおける高速ＭＬＣを介した高速スライディングウィンドウ送出のための方法及び装置の実施形態が記載されている。放射線治療システムでは、ＭＬＣのリーフの対向するバンクを使用して、標的部位に適合するように放射線治療ビームを成形する１又は２以上のパターンを作成することができる。
【０００７】
不均一な形状の標的部位の場合、ＩＭＲＴを利用してより複雑な放射線治療線量を送出することができる。強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）には、基本的に、標的部位に向けられる放射線治療ビーム強度を変化させる様々な放射線治療技術が含まれる。ＩＭＲＴでは、ＭＬＣが特定の輪郭に適合するように放射線治療ビームを成形するのではなく、代わりにＭＬＣを使用して、（おそらくは）異なる強度の重複する放射線フィールドを介して、所望の強度変調及び所望の３Ｄ線量分布を生成するビーム形状のアレイを生成する。
【０００８】
幾つかの実施形態では、バイナリＭＬＣは、２つの対向するバンクに配置された複数のリーフペアを含む。リーフの各バンクは、ビームに対してリーフを閉位置又は開位置に位置付けることによって、治療スライスを形成するのに使用される。幾つかの実施形態では、上−下（ｓｕｐ−ｉｎｆ）フィールド幅（例えば、ＭＬＣのリーフペアの開口部によって形成される幅）は、ＭＬＣの全てのリーフにわたって一定である。不利なことに、これは、このようなシステムが、標的の長さに沿った標的プロファイルに放射線治療ビームのフィールドを適合させることができないことを意味する。この制限に起因して、バイナリＭＬＣのフィールドサイズは、一般に５ｃｍ未満に制限される。より大きなフィールドサイズは、一般に、非標的部位への放射線被曝量に起因して、標的部位の大部分を治療するのに望ましくない。
【０００９】
上記の問題に対する１つの解決策は、ダイナミックジョー（ｄｙｎａｍｉｃ  ｊａｗ）を使用して、フィールドを上端及び下端上の標的部位により良好に適合させることである。しかしながら、フィールドサイズはジョー(jaw)によって定義され、ＭＬＣ全体で一定であるので、このような手法では、長さに沿った標的のエッジにフィールドが適合しない。もう１つの解決策は、非バイナリの形状適合ＭＬＣを使用することである。このようなＭＬＣは遅い可能性があるが、治療時間に悪影響を与える可能性がある。本明細書では、別の解決策が提供される。
【００１０】
有利には、本明細書に記載の実施形態は、非治療部位への放射線被曝を最小限に抑えながら、ＭＬＣが治療ビームフィールドを標的部位に適合させることを可能にする。更に、本明細書に記載の実施形態は、より大きなフィールドサイズ（例えば、５ｃｍよりも大きい）を可能にし、これは、治療速度を増加させることができる。更に、本明細書に記載の実施形態は、本明細書に記載されるように、ＭＬＣが、ＩＥＣ−Ｘｂ方向だけでなく、ＩＥＣ−Ｙｂ方向でもフルエンスフィールドを変調することを可能にする。更に、本明細書に記載の実施形態は、縦方向の変調のより多くの機会を可能にする。これにより、治療計画のピッチをより緩く（例えば、１に近く）することができ、ｓｕｐ−ｉｎｆ変調は、ＭＬＣリーフの縦方向変調によって処理される。或いは、同じｓｕｐ−ｉｎｆ部位にわたって治療ビームを変調する追加の機会を使用して、より狭いピッチを維持することもできる。
【００１１】
本明細書に記載のシステム及び方法は、高速ＭＬＣの使用を介して上記の利点を達成する。このような高速ＭＬＣの一例は、本明細書に記載される電磁ＭＬＣ（ｅＭＬＣ）である。しかしながら、高速ＭＬＣの代替の変形形態を使用して、本明細書で記載される動作を実行できる点に留意されたい。本開示において、高速ＭＬＣは、極めて高速のリーフの動きが可能な（例えば、おおよそ、１００ミリ秒未満で５ｃｍフィールドを横切ることができる）何れかのＭＬＣとすることができる。本開示全体を通して「ｅＭＬＣ」が使用されているが、本明細書に記載のシステム及び方法は、他の何れかの形態の高速ＭＬＣと同様に互換性があることに留意されたい。
【００１２】
更に、本明細書において、「フルエンス」、「強度」、及び「線量」という用語は、以下のように使用される。フルエンス(fluence)は、放射線ビームに垂直な単位面積を横切る光子又はＸ線の数である。フルエンス率は、単位時間当たりのフルエンスである。強度は、単位時間当たりに単位面積を横切るエネルギーである。フルエンス及び強度は、患者に起こることとは無関係であり、より具体的には線量ではない。線量は、組織に影響を与える放射線によって組織が吸収するエネルギー量である。放射線量は、グレイ（Ｇｙ）の単位で測定され、ここで、各Ｇｙは、組織の単位質量にて吸収される一定量のエネルギーに対応する（例えば、１ジュール／ｋｇ）。線量はフルエンスと同じではないが、フルエンスが増減するにつれて線量も増減する。
【００１３】
用語「標的」及び「標的領域」は、治療領域（例えば、腫瘍）の近く（ある定義された近接度内）の１又は２以上のフィデューシャル(fiducial)を指すことができる。別の実施形態では、標的は骨構造とすることができる。更に別の実施形態では、標的は、患者の軟組織を指すことができる。標的は、本明細書で記載されるように、識別及び追跡可能な何れかの定義された構造又は領域とすることができる。
【００１４】
図１Ａは、本開示の実施形態によるヘリカル放射線送出システム８００を示している。ヘリカル放射線送出システム８００は、リングガントリー８２０に取り付けられた線形加速器（ＬＩＮＡＣ）８５０を含むことができる。ＬＩＮＡＣ８５０を用いて、電子ビームをＸ線放出標的に向けることによって放射線ビーム（すなわち、治療ビーム）を生成することができる。治療ビームは、標的部位（すなわち、腫瘍）に放射線を送出することができる。治療システムは更に、ＬＩＮＡＣ８５０の遠位端と結合されたマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）８６０を含む。本明細書に記載されるように、ＭＬＣ８６０は、ｅＭＬＣとすることができる。ＭＬＣは、ＭＬＣのアパーチャを調整して治療ビームの成形を可能にするように移動可能な複数のリーフを収容するハウジングを含む。リングガントリー８２０は、トロイダル形状を有し、ここで患者８３０がリング／トロイドのボアを通って延在し、ＬＩＮＡＣ８５０が、リングの周囲に取り付けられて、中心を通る軸を中心に回転して標的部位を照射し、ビームが患者の周りの１又は２以上の角度から照射される。治療中、患者８３０は、治療寝台８４０上でガントリーのボアを通って同時に移動することができる。
【００１５】
ヘリカル放射線送出システム８００は、撮像源としてのＬＩＮＡＣ８５０及びＸ線検出器８７０を備えた撮像システムを含む。ＬＩＮＡＣ８５０を用いて、ＬＩＮＡＣ８５０の反対側にあるＸ線検出器８７０に入射する一連のＸ線ビームを関心部位（ＲＯＩ）に向けて、セットアップのために患者８３０を撮像し、治療前の画像を生成することによって、患者８３０のＲＯＩのメガボルテージＸ線像（ＭＶＣＴ）を生成することができる。１つの実施形態では、ヘリカル放射線送出システム８００はまた、リングガントリー８２０上でＬＩＮＡＣ８５０に対して直角に（例えば、９０度離れて）取り付けられたｋＶ撮像源８１０からなる２次撮像システムを含むことができ、標的部位にて撮像Ｘ線ビームを投射し、患者１３０を通過した後に検出器の結像面を照らすように整列することができる。
【００１６】
図１Ｂは、本明細書に記載の代替の実施形態に従って使用することができる放射線治療システム１２００を示している。図示のように、図１Ｂは、放射線治療システム１２００の構成を示している。図示の実施形態では、放射線治療システム１２００は、放射線治療源として機能する線形加速器（ＬＩＮＡＣ）１２０１と、治療ビームを成形するためにＬＩＮＡＣ１２０１の遠位端と結合されたＭＬＣ１２０５（例えば、ｅＭＬＣ）とを含む。１つの実施形態では、ＬＩＮＡＣ１２０１は、患者の周りの動作ボリュームにおいて多くの角度から、多くの平面で送出されるビームで、病理解剖学的構造（例えば、標的）を照射するようにＬＩＮＡＣ１２０１を位置付けるために、複数（例えば、５以上）の自由度を有するロボットアーム１２０２の端部に取り付けられる。治療は、単一のアイソセンター、複数のアイソセンター、又は非アイソセントリックアプローチによるビーム経路を含むことができる。
【００１７】
ＬＩＮＡＣ１２０１は、ロボットアーム１２０２を動かすことによって治療中に複数の異なるノード（ＬＩＮＡＣ１２０１が停止されて放射線を送出できる予め定義された位置）に位置付けることができる。ノードにおいて、ＬＩＮＡＣ１２０１は、１又は２以上の放射線治療ビームを標的に送出することでき、この場合、放射線ビーム形状は、ＭＬＣ１２０５におけるリーフ位置によって決定される。ノードは、患者の周りにほぼ球形分布で配置することができる。特定のノード数及び各ノードにて適用される治療ビームの数は、治療する病理解剖学的構造の場所及びタイプに応じて変わることができる。
【００１８】
別の実施形態では、ロボットアーム１２０２及びその端部にあるＬＩＮＡＣ１２０１は、放射線が送出されている間、ノード間で連続的に運動することができる。放射線ビームの形状及び２次元強度マップは、ＬＩＮＡＣ１２０１の連続動作中のＭＬＣ１２０５におけるリーフの急激な動作によって決定される。
【００１９】
放射線治療システム１２００は、Ｘ線源１２０３Ａ及び１２０３Ｂ（すなわち、撮像源）及び固定Ｘ線検出器１２０４Ａ及び１２０４Ｂと接続された処理デバイス１２３０を有する撮像システム１２１０を含む。或いは、Ｘ線源１２０３Ａ、１２０３Ｂ及び／又はＸ線検出器１２０４Ａ、１２０４Ｂは、可動式とすることができ、この場合、これらは、標的との位置合わせを維持するために、或いは、様々な方位から標的を撮像するため、又は多くのＸ線像を取得し、３次元（３Ｄ）コーンビームＣＴを再構成するために再配置することができる。１つの実施形態では、Ｘ線源は、当業者には理解されるように、点源ではなく、Ｘ線源アレイである。１つの実施形態では、ＬＩＮＡＣ１２０１は、撮像源として機能し、ここで、ＬＩＮＡＣの電力レベルは、撮像のために許容可能なレベルにまで低減される。
【００２０】
撮像システム１２１０は、コーンビームＣＴ又はヘリカルメガボルトコンピュータ断層撮影（ＭＶＣＴ）などのコンピュータ断層撮影（ＣＴ）を実行することができ、撮像システム１２１０によって生成される画像は、２次元（２Ｄ）又は３次元（３Ｄ）とすることができる。２つのＸ線源１２０３Ａ及び１２０３Ｂは、手術室の天井の固定位置に取り付けることができ、２つの異なる角度位置（例えば、９０度離れた）からＸ線撮像ビームを投射して、機械アイソセンター（本明細書では、治療中に患者を治療寝台１２０６上に位置付けるための基準点を提供する治療センターと呼ばれる）にて交差するよう、及び患者を通過した後にそれぞれの検出器１２０４Ａ及び１２０４Ｂの結像面を照らすように整列することができる。１つの実施形態では、撮像システム１２１０は、標的及び周囲の関心ボリューム（ＶＯＩ）の立体撮像を提供する。他の実施形態では、撮像システム１２１０は、２つより多い又は少ないＸ線源及び２つより多い又は少ない検出器を含むことができ、検出器の何れかは、固定ではなく可動とすることができる。更に他の実施形態では、Ｘ線源と検出器の位置は、入れ換えることができる。検出器１２０４Ａ及び１２０４Ｂは、Ｘ線を可視光に変換するシンチレーション材料（例えば、アモルファスシリコン）と、当業者に周知であるように、デジタル画像の座標系を参照画像の座標系に変換する画像レジストレーションプロセス中に参照画像と比較できるデジタル画像に光を変換するＣＭＯＳ（相補型金属酸化物シリコン）又はＣＣＤ（電荷結合素子）撮像セルのアレイと、から作製することができる。参照画像は、例えば、デジタル再構成Ｘ線像（ＤＲＲ）とすることができ、これは、ＣＴ像を通して光線を放つことによってＸ線像形成プロセスをシミュレートすることに基づいて３Ｄ  ＣＴ画像から生成される仮想Ｘ線像である。
【００２１】
１つの実施形態では、ＩＧＲＴ送出システム１２００はまた、２次撮像システム１２３９を含む。撮像システム１２３９は、コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）撮像システム、例えば、ｍｅｄＰｈｏｔｏｎＩｍａｇｉｎｇＲｉｎｇシステムである。或いは、他のタイプのボリューム撮像システムを使用することもできる。２次撮像システム１２３９は、アーム及びレールシステム（図示せず）に取り付けられた回転可能ガントリー１２４０（例えば、リング）を含み、アーム及びレールシステムは、回転可能ガントリー１２４０を１又は２以上の軸に沿って（例えば、治療台１２０６の頭部から足部に延びる軸に沿って）移動させる。回転可能ガントリー１２４０には、撮像源１２４５及び検出器１２５０が取り付けられる。回転可能ガントリー１２４０は、治療寝台の頭部から足部まで延びる軸を中心に３６０度回転することができる。従って、撮像源１２４５及び検出器１２５０は、多くの異なる角度に位置付けることができる。１つの実施形態では、撮像源１２４５はＸ線源であり、検出器１２５０はＸ線検出器である。１つの実施形態では、２次撮像システム１２３９は、別々に回転可能な２つのリングを含む。撮像源１２４５は、第１のリングに取り付けることができ、検出器１２５０は、第２のリングに取り付けることができる。１つの実施形態では、回転可能ガントリー１２４０は、ロボットアーム１２０２との衝突を回避するために、放射線治療送出中に治療寝台の足部に置かれる。
【００２２】
図１Ｂに示されるように、画像誘導放射線治療システム１２００は更に、治療送出ワークステーション１５０と関連付けることができる。治療送出ワークステーションは、放射線治療システム１２００及び患者が配置されている治療室とは異なる部屋において、放射線治療システム１２００から離れて配置することができる。治療送出ワークステーション１５０は、本明細書に記載されている１又は２以上の画像レジストレーションに基づいた標的運動の検出に基づいて、患者１２２５への治療送出を修正する処理デバイス（処理デバイス１２３０又は別の処理デバイスであり得る）及びメモリを含むことができる。
【００２３】
図１Ｃは、Ｃアーム放射線送出システム１４００を示す。１つの実施形態では、Ｃアームシステム１４００において、ＬＩＮＡＣのビームエネルギーは、治療中に調整することができ、ＬＩＮＡＣをＸ線撮像及び放射線治療の両方に使用可能にすることができる。別の実施形態では、システム１４００は、Ｘ線像を生成するためのオンボードｋＶ撮像システムと、より高エネルギーの治療用放射線ビームを生成するための別個のＬＩＮＡＣとを含むことができる。システム１４００は、ガントリー１４１０、ＬＩＮＡＣ１４２０、ビームを成形するためにＬＩＮＡＣ１４２０の遠位端と結合されるＭＬＣ１４７０（例えば、ｅＭＬＣ）、及びポータル画像検出器１４５０を含む。ガントリー１４１０は、選択された投影に対応する角度に回転され、治療寝台１４４０上の患者１４３０のＶＯＩのＸ線像を取得するのに使用することができる。ポータル撮像システムを含む実施形態では、ＬＩＮＡＣ１４２０は、患者１４３０の標的を通過して、ポータル撮像検出器１４５０に入射するＸ線ビームを生成して、標的のＸ線像を作成することができる。標的のＸ線像が生成された後、ＬＩＮＡＣ１４２０のビームエネルギーを増大されることができるので、その結果、ＬＩＮＡＣ１４２０は、患者１４３０の標的部位を治療するための放射線ビームを生成することができる。別の実施形態では、ｋＶ撮像システムは、患者１４３０の標的を通過するＸ線ビームを生成し、標的のＸ線像を生成することができる。幾つかの実施形態では、ポータル撮像システムは、治療の実施中にポータル画像を取得することができる。ポータル撮像検出器１４５０は、ビームが患者１４３０を通過した後の出口放射線フルエンスを測定することができる。これにより、内部又は外部フィデューシャル又は解剖学的構造の一部（例えば、腫瘍又は骨）をポータル画像内にローカライズすることができる。
【００２４】
或いは、本明細書に記載されるｋＶ撮像源又はポータルイメージャ及び操作方法は、他のタイプのガントリーベースのシステムでも使用することができる。一部のガントリーベースのシステムでは、ガントリーは、アイソセンターを通過する軸を中心にｋＶ撮像源及びＬＩＮＡＣを回転させる。ガントリーベースのシステムは、略トロイダル形状のリングガントリーを含み、ここでは患者の体がリング／トロイドのボアを通って延び、ｋＶ撮像源及びＬＩＮＡＣがリングの周囲に取り付けられて、アイソセンターを通る軸を中心に回転する。ガントリーベースのシステムは更に、Ｃアームガントリーを含むことができ、ここではｋＶ撮像源及びＬＩＮＡＣがカンチレバー状に取り付けられ、アイソセンターを通過する軸を中心に回転する。別の実施形態では、ｋＶ撮像源及びＬＩＮＡＣは、上記のようにｋＶ撮像源及びＬＩＮＡＣが取り付けられたロボットアームを含む、ロボットアームベースのシステムで使用することができる。本開示の態様は更に、ガントリーベースのＬＩＮＡＣシステム、放射線療法及び放射線手術に関連する静的撮像システム、統合画像ガイダンスを使用する陽子線治療システム、インターベンショナルラジオロジー(interventional radiology)及び術中Ｘ線撮像システムなどの他のこのようなシステムで用いることができる。
【００２５】
図２Ａは、本明細書に記載の実施形態による、標的部位に放射線治療線量を提供するためのマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）３１を示している。ＭＬＣ３１は、対向するリーフ３３の２つのバンクを含み、各リーフ３７は、放射線フィールドを横切って連続的に位置付けることができるリーフ３３の２つのバンクは、ビーム３０を所望の形状にコリメートするように位置付けられる。１つの実施形態では、各リーフ３７は、所望のコリメーションを達成するときに柔軟性を提供するために、コリメータの中点を超えて移動することができる。この構成は、完全に開いた（４１）、部分的に開いた（４３）、及び閉じた（４５）リーフ状態を示している。
【００２６】
放射線療法の実施例では、各ガントリー角度は、当該特定のガントリー角度に関連付けられた１つのビームを有し、ビーム３０は、次に、ＭＬＣによって複数の形状にコリメートされる。治療ビーム３０は、リーフ３７によって形成された成形アパーチャ４７を通過する。結果として生じるコリメートされたビームは、患者３８内の標的１４に進み続ける。図２Ａはまた、治療ビームが多くの異なるビームレット４９としてどのように視覚化又は概念化できるかを示している。ＭＬＣ３１のリーフ３７が様々な位置に移動して、指定された時間期間に対する所望の形状又はアパーチャを実現し、当該特定のビームのフルエンスマップ５１を実現する。概念化されたビームレットの変調は、リーフを所望の位置に順次的に単調に移動させて、概念化されたビームレットが露出される時間が当該ビームレットの強度を制御するように所望の形状又はアパーチャを実現することによって行われる。１つの実施形態では、本明細書における「単調」は、順序が１つのアパーチャから次のアパーチャへの連続体によって決定される、又は個々のリーフが所与の一連のアパーチャの間に一方向に増分する、アパーチャの順序付けられたシーケンスを意味する。言い換えれば、アパーチャのシーケンスは、より最適な治療送出を達成できるものではなくＭＬＣの機械的制限によって決定されることになる。１つの実施形態では、シーケンスは、アパーチャ１、次に２、次に３、以下同様に進み、１から３、次に５、次いで２に戻ることはない。ＭＬＣは、単一の共形の形状を使用するのではなく、一連の形状を送出することができる。任意の所与のガントリー位置で受ける放射線の正味量は、様々な形状が放射線の通過又は遮断を可能にする範囲に基づいている。図２Ａで分かるように、図示のＭＬＣ３１の形状は、フルエンスマップ５１のビームレット強度に直接対応していない。理解されるように、描かれたフルエンスマップは、ＭＬＣが当該特定のガントリー角度に対して取った複数の形状の強度の累積を示している。
【００２７】
従来の成形ＭＬＣの一般的な制限は、形状を定義するリーフが比較的緩慢に移動することである。多数の形状、又は大きなリーフの動きを必要とする形状を使用すると、患者の治療が長くなる可能性がある。同様に、リーフの速度は、従来の成形ＭＬＣが、送出構成要素（例えば、ガントリー、寝台、Ｘ線エネルギー、その他）の同期の動きを利用するなど、時間に依存する治療を送出する能力を制限する可能性がある。これらの理由の一つには、従来の２Ｄ強度マップ送出技術は、静的位置から送出されるビームに制限されていた。或いは、放射線源の連続的な動きを可能にする従来のシステムは、一般に、単一のアパーチャ形状、又は放射線源が移動するときにあるアパーチャ形状から別のアパーチャ形状へのモーフィング(morphing)のみを可能にし、各放射線源位置から２Ｄ強度マップを送出することが可能でない。
【００２８】
図２Ｂは、本明細書に記載の実施形態による、マルチリーフＭＬＣ６１の底面図を示す。バイナリＭＬＣ６１は、２つのバンク６５、６７に配置された複数のリーフ６３を有する。リーフの各バンクは、リーフをビームに対して閉位置又は開位置に位置付けることにより、治療スライスを形成するのに使用される。図２Ｂに示すように、リーフは、両方が開いている（Ａ）、両方が閉じている（Ｂ）、又は１つのリーフのみが開いている／閉じている（Ｃ）ように協働して機能することができる。従来のバイナリＭＬＣでは、リーフ６３は、単一の位置セクション全体にわたり同じ均一な幅に開いている（Ａ）。従来の成形ＭＬＣでは、リーフ６３は、単一の位置セクション全体で異なる様々な幅に開くことができる（Ａ）。従来のバイナリＭＬＣの一般的な制限は、リーフ６３が、各位置セクションの間の何れかの時間の部分で様々な異なる幅に開かない場合があることである。従って、非標的部位への放射線被曝を同時に最小限に抑えながら、標的部位への放射線ビームを成形することが困難な場合がある。有利には、本明細書に記載の方法及びシステムは、バイナリＭＬＣの速度を維持しながら、成形ＭＬＣの利点を可能にする（例えば、リーフ６３は、各位置セクションの間の任意の時間の部分で様々な異なる幅に開くことができる）。
【００２９】
図２Ｃは、本明細書に記載の実施形態による、マルチリーフ高速ＭＬＣ６２の斜視図を示す。１つの実施形態では、放射線変調デバイス３４は、強度変調を提供するために、位置から位置へ移動するように動作可能な複数のリーフ６６を含む、電磁作動ＭＬＣ（ｅＭＬＣ）６２を含む。リーフ６６は、最小オープン位置と最大オープン位置の間の任意の位置に十分な速度で移動することができ、リーフの順序付け又は位置決めは、何れかの個々のリーフの以前の又は将来の位置に大きな影響を受けない。別の言い方をすれば、ＭＬＣのメカニズムが、放射線療法治療又は一部分の送出の何れかの所与の時間にてリーフ位置の決定に過度に影響を与えないように、リーフの速度は十分である。各リーフ６６は、モーター又は磁気ドライブなどのアクチュエータ（図示せず、以下でより完全に説明される）によって独立して制御され、以下で詳細に説明するように、リーフ６６を全開、全閉、又は開放と閉鎖の間の任意の位置に制御可能に移動させる。アクチュエータは、コンピュータ７４及び／又はコントローラによって適切に制御することができる。
【００３０】
１つの実施形態では、ＭＬＣ６２は、放射線治療送出システムのＬＩＮＡＣの遠位端と結合される。コンピュータ７４の処理デバイスは、離散時間間隔にわたるある範囲の放射線ビーム位置に対応する複数の放射線ビーム送出位置セクションの各々について、放射線治療システムの放射線ビームがアクティブである間、複数の対向するリーフペア６６の各リーフペアが、離散時間間隔においてある時間部分に対して固定開口部に開いており、離散時間間隔において残りの時間部分で閉じているように、ＭＬＣ６２の複数のリーフペア６６を制御することができる。１つの実施形態では、固定開口部及び時間部分は、異なる強度の重なり合う放射線フィールドを形成し、これらが組み合わされて、治療標的に送出される強度変調されたフルエンスフィールドをもたらす。１つの実施形態では、固定開口部は、治療対象の輪郭に適合し、放射線ビームに沿ってＭＬＣに逆投影され、ＭＬＣ内の複数のリーフペアの最大移動範囲内にある。この概念は、図４Ａ〜Ｃ及び図５Ｂに関して更に説明される。
【００３１】
１つの実施形態では、コンピュータ７４の処理デバイスは、ＭＬＣ６２を制御して、フルエンスフィールドを２Ｄグリッドに細分する複数のサブビームにわたる放射線ビームのサブビーム強度を変調することができ、ここで、ガントリーが連続的に移動している間、複数の独立した２Ｄサブビーム強度パターンが複数のガントリー角度から送出される。この概念は更に、図３Ａ〜Ｆ及び図５Ａに関して説明される。
【００３２】
１つの実施形態では、ＭＬＣ６２を含むＬＩＮＡＣは、回転ガントリーに取り付けられ、ある範囲の放射線ビーム位置から送出される放射線ビームは、治療標的の周りを回転する。治療標的は、回転するガントリーのボアを通って軸方向に移動することができ、ある範囲の放射線ビーム位置から送出される放射線ビームは、治療標的の周りにヘリカル経路を辿ることができる。別の実施形態では、ＬＩＮＡＣ及びＭＬＣ６２は、ロボットアームに取り付けられ、範囲の放射線ビーム位置から送出される放射線ビームは同一平面上にない。
【００３３】
図２Ｄは、本明細書に記載の実施形態による、マルチリーフ高速ＭＬＣ２４０のリーフの上面図を示す。ＭＬＣ２４０の中央部分３０２は、リーフガイド内部サポート３０１の間の様々な位置にて、内部リーフガイド３０２、アパーチャ１０５０、及び１４のリーフペア（１０１０〜１０３９）を含む。１４のリーフペアが示されているが、特定のシステムの設計要件に応じて、より多い又はより少ないリーフペアを提供することができる。１つの実施形態では、６４のリーフペアが存在する。別の実施形態では、９６のリーフペアが存在する。更に別の実施形態では、３２のリーフペアが存在する。理解されるように、放射線は、コリメータのこのセクション３０２を通してコリメートされる。
【００３４】
図２Ｄでは、各リーフは、特定のアパーチャ又は形状１０５０を定めるために特定の位置に位置付けられ、ここを放射線が通過することができ、本明細書では状態とも呼ばれる。リーフペア１０１０及び１０１１〜１０３８並びに１０３９は、ボリューム及び強度の同時変調を可能にするために、本明細書で記載される制御方式及びドライバを使用して制御される。代替の態様では、１又は２以上の制御可能なジョーを使用して、内側エッジ３１０ｉ及びフレーム９７Ａ、９７Ｂによって定義されるビームの一次コリメーションを提供する（すなわち、ジョーは、支持フレームＢとリーフペア１０１０／１０１１との間並びにサポートフレームＡとリーフペア１０３８／１０３９の間のオープンスペースを遮断する）。追加的又は代替的に、ジョーの１又は２以上のペアを調整して、一次コリメートビームのサイズをフレームサイズよりも小さくすることができる。
【００３５】
図２Ｅは、本明細書に記載の実施形態による、マルチリーフ高速ＭＬＣのための例示的なリーフ配置を示す。中心線１０３０を有するコリメートフィールド１０４０は、ジョーのペア又は他のコリメータデバイスによって提供される。例示的な実施形態では、２つのリーフは、コリメートフィールド１０４０の成形及び変調のための相補的なリーフペアを形成する。例えば、リーフ１０１０及び１０１１は、１つのリーフペアである。リーフ１０１８、１０１９は別のリーフペアであり、リーフ１０２４、１０２５は更に別のリーフペアである。各ペアの各リーフは、フィールド１０４０内のどこにでも位置付けることができる。リーフペア内の各リーフの内側エッジは、互いに対面し、開口を生成することができ、各リーフペアによって形成される開口集合がアパーチャ１０５０を形成する。アパーチャ１０５０は、上述の図２Ｄのアパーチャに対応し、治療計画に従って設定される。１つの実施形態では、アパーチャ１０５０は、治療計画プロセスにおいて患者に放射線治療を実施する前に決定され、治療計画の送出中の特定の時点で発生する。アパーチャ１０５０は、例えば、本明細書に記載されるように、治療部位の三次元形状、強度変調、フルエンス、及び治療ボリューム内のビームレットなど、幾つかの要因に従って変わる可能性がある。本明細書で記載される高速ＭＬＣの実施形態は、ボリューム及び強度変調を単独で、又はスナップ状態制御を提供することによって同時に組み合わせて実現する。
【００３６】
図３Ａ〜Ｃは、本明細書に記載の実施形態による、例示的なリーフ開放時間プロファイルを示す。従来のＭＬＣを使用する場合とは異なり、ｅＭＬＣ（又は他の適切な高速ＭＬＣ）を使用することにより、リーフペアの進行方向（ＩＥＣ−Ｙｂ方向など）に沿って各ポイントで送信されるフルエンスの量を正確に制御することができ、同時に、常に移動する放射線源（例えば、ＬＩＮＡＣ）は、１つの位置と見なされるのに十分に短い弧を通過する。このような高速ＭＬＣの計画を立てるために、リーフ開放時間プロファイルを決定することができる。１つの実施形態では、リーフ開放時間プロファイルは、離散時間間隔におけるリーフペアの開放時間を示す。
【００３７】
ｅＭＬＣ計画を生成するために、各位置セクションの各リーフペアのリーフ開放時間プロファイルは、個別のビームレット(beamlet)に分割することができる。オプティマイザは、以下に説明するように、各ビームレットの理想的なリーフ開放時間を決定することができる。リーフ開放時間プロファイルから、各リーフペアの前リーフ及び後リーフモーションプロファイルを生成でき、リーフは各位置セクションにおいて一方向にのみ移動できる。１つの実施形態では、リーフは、連続する位置セクションにおいて後ろから前へ及び前から後への移動を交互に行うので、リーフペアは、ある位置セクションにて移動を終了すると、次の位置セクションで移動を開始する位置にある。
【００３８】
図３Ａは、例示的なリーフ開放時間プロファイルを示している。図示のように、ＩＥＣ−Ｙｂ軸上にあるバーで表されるリーフペアの開放時間は、リーフペアごとに異なることができる。上記のリーフモーションプロファイルアルゴリズムでは、全てのリーフペアの開放時間を送出するのに必要な合計時間は以下の通りである点に留意されたい。
【数１】
2021532939.tif 000003
又は、同等に：
【数２】
2021532939.tif 000004
この合計時間が位置セクションの離散時間間隔よりも短い場合、図３Ｂに示すように、リーフのモーションプロファイルは、位置セクションの中央に配置することができる。図３Ｃは、位置セクションの中心にある、先行するリーフモーション３０２及び後続のリーフモーション３０４を示している。
【００３９】
図３Ｄ〜Ｆは、本明細書に記載の実施形態による、例示的な最適化されたリーフ開放時間プロファイルを示す。１つの実施形態では、変調係数制約をリーフ開放時間プロファイルに適用して、リーフの開放時間が過度に大きくならないようにする（従って、治療時間を遅らせる）ことができる。変調係数を生成するために、全てのリーフ及び位置セクションにわたる全ての非ゼロビームレットについて平均ビームレット開放時間が計算される。次いで、離散時間間隔は、平均開放時間に所望の変調係数を乗算したものとして決定される。各位置セクション及びリーフについて、ビームレットの開放時間は、リーフの合計開放時間が位置セクションに対応する離散時間間隔を超えないように調整される。
【００４０】
この調整を行うのに複数の方法がある。１つの実施形態では、図３Ｄ−Ｆに示すように、離散時間間隔よりも大きい個々のビームレット開放時間は、投影時間に等しくなるように低減することができ、次に、最小ビームレット開放時間は、総リーフ開放時間が離散時間間隔以下になるまで増加させることができる。
【００４１】
図３Ｇは、本明細書に記載の実施形態による、最大速度を組み込んだ例示的なリーフ開放時間プロファイルを示す。高速ＭＬＣのリーフは迅速に移動するが、瞬時には移動しない点に留意されたい。実際に実行可能な計画を生成するために、リーフモーションプロファイルは、ＭＬＣの有限リーフ速度を考慮することができる。１つの実施形態では、これは、生成されたリーフプロファイルに最大リーフ速度（及び場合によってはリーフ加速度）を組み込むことによって実施することができる。１つの実施形態では、アルゴリズムは、各列の面積を一定に保つように努めることができる。例示的なプロファイル３０６では、瞬間的なリーフモーションが、有限速度のリーフモーションに変更されている。各セグメントのリーフモーションは、少し早く始まる可能性があるので、ビームレットの積分開放時間は影響を受けない点に留意されたい。１つの実施形態では、次の投影における移動の開始が現在の投影における移動の終了と重なる場合、リーフは、その移動の終わりに達する前に方向を変える可能性があり、その結果、標的部位に送出されるフルエンスがわずかに少なくなる。図３Ａ〜Ｇの動作は、図５Ａに関して更に説明される。
【００４２】
図４Ａ〜Ｃは、本明細書に記載の実施形態による、標的部位４０１に適合する様々な例示的リーフ配置を示す。各リーフペアは、リーフペア開口部が特定のアパーチャ又は形状を定めて標的部位４０１に適合するように特定の方法で位置付けられる。治療中、放射線は、組み合わされたリーフペアによって定められたアパーチャを通過し、下の標的部位に当たる。本明細書で記載されるものなどの高速ＭＬＣ（例えば、ｅＭＬＣ）は、離散時間間隔の間に各リーフペアを開状態又は閉状態に開閉する。各リーフペアは、離散時間間隔の間に異なる時間部分（例えば、開放時間部分）に対して開くことができ、各リーフペアは、対応する開放時間部分の間に異なる幅で開くことができる。更に、治療ビームは、離散時間間隔全体の間でアクティブになることができる。
【００４３】
有利には、離散時間間隔全体の間で治療ビームをアクティブにし、各リーフペアを指定された幅（他のリーフペアの幅とは異なる場合がある）まで離散時間間隔の一部だけ開くことを可能にすることによって、正確な線量の放射線を様々な複雑な標的部位形状に送出することができる。図４Ａ〜Ｃの動作は、図５Ｂに関して更に説明される。
【００４４】
図５Ａは、本明細書に記載の実施形態による、高速ＭＬＣを用いた高速スライディングウィンドウの方法５００を示すフローチャートである。一般に、方法５００は、ハードウェア（例えば、処理デバイス、回路、専用ロジック、プログラマブルロジック、マイクロコード、デバイスのハードウェアなど）、ソフトウェア（例えば、処理デバイス上で動作又は実行される命令）又はそれらの組み合わせを含むことができる処理ロジックによって実施することができる。幾つかの実施形態では、方法５００は、図１Ａの放射線治療システム８００の処理ロジックによって実行することができる。
【００４５】
図５Ａに示されるように、方法５００は、ブロック５０２で開始することができ、処理ロジックが、放射線治療システムのガントリーに取り付けられたコリメータを介して、標的に配向された放射線ビームを成形する。１つの実施形態では、コリメータは、複数のリーフペアを含むマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）である。ＭＬＣは、本明細書に記載されるように、高速ＭＬＣ（例えば、ｅＭＬＣ）とすることができる。
【００４６】
ブロック５０４の処理ロジックは、処理デバイスによって、フルエンスフィールドを２Ｄグリッドに細分する複数のサブビームにわたる放射線ビームのサブビーム強度を変調することができる。１つの実施形態では、サブビーム強度は、各リーフペアが対応する移動ラインの一方の端から対応する移動ラインの他方の端までシングルパスで移動するときに、各リーフペアの前リーフ及び後リーフの移動速度を独立して変調することによって変調される。サブビーム強度の変調に対応する追加の詳細事項は、図３Ａ−Ｇに関して提供される。
【００４７】
様々な実施形態において、本明細書に記載される２Ｄグリッドは、矩形グリッドである。他の実施形態では、２Ｄグリッドは任意の形状である。１つの実施形態では、２Ｄサブビームグリッドの第１の軸は、ＭＬＣの１つの軸に沿ったリーフペアのインデックスによって決定され、２Ｄグリッドの第２の軸は、リーフペアの移動ラインに沿っている。
【００４８】
ブロック５０６の処理ロジックは、複数のガントリー角度から複数の独立した２Ｄサブビーム強度パターンを送出することができる。１つの実施形態では、複数の独立した２Ｄサブビーム強度パターンは、ガントリーが連続的に移動する間に、複数のガントリー角度から送出することができる。１つの実施形態では、複数のリーフペアの各々は、後続の各ガントリー角度に対してフルエンスパターンを送出するときに方向を変える。
【００４９】
１つの実施形態では、処理ロジックは、特定のガントリー角度から２Ｄフルエンスパターンを送出するのに使用される複数のリーフペアの動きを、事前に選択された時間期間未満で発生するように制約することができる（図３Ｄ−Ｆに関して説明されるように）。１つの実施形態では、処理ロジックは、（図３Ａ〜Ｆに関して説明されるように）事前に選択された時間期間内で事前に選択された時間期間よりも短い特定のガントリー角度に対するリーフペアの動きを中心に置くことができる。１つの実施形態では、特定のガントリー角度から強度パターンを送出するときにリーフペアの第２のリーフに続くリーフペアの第１のリーフは、後続のガントリー角度の強度パターンを送出する方向を反転するまでは、その移動の終わりには到達しない。（例えば、方向を反転する前に他のリーフペアが移動を終了するのを待機する必要がないリーフペア）。
【００５０】
１つの実施形態では、ガントリーの連続運動は、ヘリカル運動とすることができる。例えば、処理ロジックは、ガントリーを連続的に回転させることができ、ここで特定のガントリー角度の２Ｄサブビーム強度パターンは、小さな円弧上に強度パターンを送出することによって近似される。本明細書で使用される場合、「小さな円弧」は、十分に小さいので意図された線量分布を計画する目的で単一のガントリー角度として扱うことができる、全ガントリー回転の部分円弧を指すことができる。１つの実施形態では、「小さな円弧」は、全ガントリー回転の周りの約７度を指すことができる。他の実施形態では、他の円弧サイズを使用して、１次元のビームレット強度パターンを送出することができる。
【００５１】
１つの実施形態では、処理ロジックは、軸方向支持体（例えば、治療寝台）を介してガントリーの中心を通り標的を軸方向に移動させ、ガントリー及び軸方向支持体は、標的の照射中に同時に移動して、ヘリカル送出を実行する。１つの実施形態では、標的の照射中のヘリカルピッチは、０．５以上である。他の実施形態では、０．５よりも大きいか又はより小さい他のヘリカルピッチを使用することもできる。
【００５２】
図５Ｂは、実施形態による、リーフごとのフィールド幅を有するバイナリＭＬＣ送出のための方法５０１を示すフローチャートである。一般に、方法５０１は、ハードウェア（例えば、処理デバイス、回路、専用ロジック、プログラマブルロジック、マイクロコード、デバイスのハードウェアなど）、ソフトウェア（例えば、処理デバイス上で動作又は実行される命令）又はそれらの組み合わせを含むことができる処理ロジックによって実施することができる。幾つかの実施形態では、方法５０１は、図１Ａの放射線治療システム８００の処理ロジックによって実行することができる。
【００５３】
図５Ｂに示されるように、方法５０１は、処理ロジックでブロック５０３から開始することができ、処理ロジックは、放射線ビームがアクティブである間にＭＬＣリーフ制御命令を含むように複数の放射線ビーム送出位置セクションを決定する。１つの実施形態では、本明細書で説明するように、複数の放射線ビーム送出位置セクションの各々は、離散時間間隔にわたる（例えば、放射線治療システムのガントリーの円弧に沿った）ある範囲の放射線ビーム位置に対応する。例えば、放射線ビーム送出位置セクション（例えば、投影）は、異なる位置又は異なる方向のうちの少なくとも１つから送出される放射線ビームに対応することができる。
【００５４】
言い換えれば、位置セクションは、ＬＩＮＡＣが特定の方向に放射線治療ビームを送出することができる位置ノードであると考えることができる。位置セクションは、ある範囲の位置（例えば、ゾーン）を含むことができる。例えば、ヘリカル治療送出システムにおける円弧は、複数の別個の位置セクションに分割することができる（例えば、各位置セクションが円弧の周りに幾つかの角度を含む場合）。１つの実施形態では、位置セクションは、円弧の周りに約７度（例えば、７度のガントリー回転）を含むことができる。他の非ヘリカルの実施形態では、位置セクションは、３次元空間に関して定義することができる。１つの実施形態では、異なる方向は一定のままであるが、異なる位置は、治療標的の長さにわたって放射線ビームを掃引する線形軌道に従う。１つの実施形態では、異なる方向は同一平面上にはない。
【００５５】
ブロック５０５において、処理ロジックは、複数の放射線ビーム送出位置セクションの各々に対して複数の開口を生成し、複数の開口の各々は、ＭＬＣの複数のリーフペアの１つに対応する。有利には、複数の位置セクションの各々に対する複数の開口の各々は、異なる幅に対応することができる。例えば、１つの実施形態では、複数の開口のうちの２以上が、同じ位置セクション内の異なる幅に対応する。１つの実施形態では、複数の開口は、治療対象の輪郭に適合し、放射線ビームに沿ってＭＬＣに逆投影され、ＭＬＣ内の複数のリーフペアの最大移動範囲内にある。
【００５６】
ブロック５０７において、処理ロジックは、複数の放射線ビーム送出位置セクションの各々について複数のリーフの開放時間部分を生成し、複数のリーフの開放時間部分の各々は、ＭＬＣの複数のリーフペアの１つに対応する。１つの実施形態では、リーフの開放時間部分は、離散時間間隔よりも短い離散時間量である。別の実施形態では、リーフの開放時間部分は、離散時間間隔に等しい離散時間量とすることができる。有利には、リーフの開放時間部分は、複数のリーフペアの各々が、離散時間間隔の間に異なる時間量で開放可能にする。例えば、本実施形態では、離散時間間隔の間の複数のリーフ開時間部分のうちの２つ以上が異なることができる。
【００５７】
ブロック５０９において、処理ロジックは、処理デバイスによって、放射線治療システムの放射線ビームがアクティブである間、放射線ビーム位置の範囲に対応する離散時間間隔中の複数のリーフ開放時間部分の対応するリーフ開放時間部分に対して、複数のリーフペアの各リーフペアが、複数の開口のうちの対応する開口に開かれるようにＭＬＣの複数のリーフペアを制御する。１つの実施形態では、治療ビームは、離散時間間隔全体の間アクティブである（例えば、ＬＩＮＡＣが位置セクションを通過するとき）。
【００５８】
１つの実施形態では、複数のリーフの開放時間部分は、異なる強度の重なり合う放射線フィールドを形成し、これらが組み合わされて、治療標的に送出される強度変調されたフルエンスフィールドをもたらす。有利には、上記の操作により、放射線治療送出システムは、標的部位の輪郭に正確に適合しながら、放射線治療ビームを効果的に時間変調することができる。
【００５９】
図６は、本明細書で論じられる方法の何れか１又は２以上をシステムに実行させるための命令セットを実行することができるシステム６００の実施例を示している。代替の実施構成では、マシンは、ＬＡＮ、イントラネット、エクストラネット、及び／又はインターネットにおける他のマシンに接続（例えば、ネットワーク化）することができる。システムの各々は、クライアント／サーバネットワーク環境のサーバ又はクライアントマシンの能力において、ピアツーピア（又は分散型）ネットワーク環境のピアマシンとして、或いはクラウドコンピューティングインフラストラクチャ又は環境におけるサーバ又はクライアントマシンとして動作することができる。
【００６０】
システムは、当該マシンによって実行されるアクションを指定する命令セット（シーケンシャル又はその他）を実行できるマシンである。更に、単一のマシンが示されているが、「マシン」という用語は、本明細書で論じられる方法の何れか１又は２以上を実行する命令セット（又は複数のセット）を個別に又は共同で実行するマシンの集合を含むと解釈されるものとする。
【００６１】
以下に説明され、図６に示されるように、システム６００は、画像診断システム６０５、治療計画システム６１０、及び治療送出システム６１５を含むことができる。画像診断システム６０５は、その後の医療診断、治療計画、治療シミュレーション、及び／又は治療送出のために使用できる、患者の医療診断画像を生成できる任意のシステムとすることができる。例えば、画像診断システム６０５は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システム、ポジトロン放出断層撮影（ＰＥＴ）システム、このようなシステムの組み合わせ、又は同様のものとすることができる。説明を簡単にするために、画像診断システム６０５は、Ｘ線撮像モダリティに関連して以下で説明することができる。他の実施形態では、上記で論じたような他の撮像モダリティを使用してもよい。
【００６２】
１つの実施形態では、画像診断システム６０５は、撮像ビーム（例えば、Ｘ線）を生成するための撮像源６２０と、撮像源６２０によって生成されたビーム、又は、撮像源（ＭＲＩ又はＰＥＴスキャンなど）からのビームによって刺激された２次ビーム若しくは放出を検出及び受信するための撮像検出器６３０と、を含む。
【００６３】
１つの実施形態では、撮像源６２０及び撮像検出器６３０は、撮像動作を制御して画像データを処理するためにデジタル処理システム６２５に結合することができる。１つの実施形態では、画像診断システム６０５は、治療送出システム６１５及び／又は治療計画システム６１０から撮像コマンドを受信することができる。
【００６４】
画像診断システム６０５は、デジタル処理システム６２５、撮像源６２０、及び画像検出器６３０の間でデータ及びコマンドを転送するためのバス又は他の手段６８０を含む。デジタル処理システム６２５は、１又は２以上の汎用プロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの専用プロセッサ、或いはコントローラ又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの他のタイプの処理デバイス）を含むことができる。デジタル処理システム６２５はまた、メモリ、記憶装置、ネットワークアダプタ及び同様のものなどの他の構成要素（図示せず）を含むことができる。デジタル処理システム６２５は、例えば、医療におけるデジタル画像及び通信（ＤＩＣＯＭ）フォーマットなどの標準フォーマットでデジタル診断画像を生成するように構成することができる。他の実施形態では、デジタル処理システム６２５は、他の標準又は非標準のデジタル画像フォーマットを生成することができる。デジタル処理システム６２５は、例えば、ダイレクトリンク、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）リンク、又はインターネットなどのワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）リンクとすることができる、データリンク６８３を介して診断画像ファイル（例えば、前述のＤＩＣＯＭフォーマットされたファイル）を治療送出システム６１５に送信することができる。加えて、システム間で転送される情報は、遠隔診断又は治療計画構成など、システムを接続する通信媒体を介してプル又はプッシュすることができる。遠隔診断又は治療計画において、ユーザは、システムユーザと患者との間に物理的分離が存在するにもかかわらず、本開示の実施形態を利用して、患者を診断又は治療することができる。
【００６５】
１つの実施形態では、治療送出システム６１５は、治療計画に従って標的ボリュームに処方された放射線量を投与するための治療的及び／又は外科的放射線源６６０を含む。治療送出システム６１５はまた、コーンビームＣＴなどのコンピュータ断層撮影（ＣＴ）を実行する撮像システム６６５を含むことができ、撮像システム６６５によって生成される画像は、２次元（２Ｄ）又は３次元（３Ｄ）とすることができる。
【００６６】
治療送出システム６１５はまた、放射線源６６０を制御し、画像診断システム６０５及び／又は治療計画システム６１０からデータを受信及び処理し、治療寝台６７５などの患者支持装置を制御するためのデジタル処理システム６７０を含むことができる。デジタル処理システム６７０は、カメラフィードバックシステムに接続されるか、又はその一部とすることができる。デジタル処理システム６７０は、本明細書に記載の動作の何れかを実行するように構成することができる。デジタル処理システム６７０は、１又は２以上の汎用プロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの専用プロセッサ、又はコントローラ又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの他のタイプのデバイスを表す処理デバイスを含むことができる。デジタル処理システム６７０の処理デバイスは、本明細書に記載の動作を実行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。
【００６７】
１つの実施形態では、デジタル処理システム６７０は、処理デバイスによって実行される情報及び命令を記憶するために、処理デバイスに結合されたランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は他の動的記憶装置を含むことができるシステムメモリを含む。システムメモリはまた、処理デバイスによる命令の実行中に一時変数又は他の中間情報を記憶するのに用いることができる。システムメモリは、処理デバイスのための静的情報及び命令を記憶するための読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）及び／又は他の静的記憶装置を含むことができる。
【００６８】
デジタル処理システム６７０はまた、情報及び命令を記憶するための１又は２以上の記憶装置（例えば、磁気ディスクドライブ又は光ディスクドライブ）を表す記憶装置を含むことができる。記憶装置は、本明細書で論じられる治療送出ステップを実行するための命令を記憶するのに使用することができる。デジタル処理システム６７０は、バス６９２又は他のタイプの制御及び通信インターフェースによって、放射線源６６０及び治療寝台６７５に結合することができる。
【００６９】
１つの実施形態では、治療送出システム６１５は、バス６９２を介してデジタル処理システム６７０に接続された入力デバイス６７８及びディスプレイ６７７を含む。ディスプレイ６７７は、標的の動きの速度（例えば、治療中の標的ボリュームの動きの速度）を識別する傾向データを表示することができる。ディスプレイはまた、患者の現在の放射線被曝及び患者の予測放射線被曝を表示することもできる。入力デバイス６７８は、臨床医が治療中に治療実施計画のパラメータを調整できるようにすることができる。
【００７０】
治療計画システム６１０は、治療計画及び／又はシミュレーション計画を生成及び修正するための処理デバイス６４０を含む。処理デバイス６４０は、１又は２以上の汎用プロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの専用プロセッサ、或いはコントローラ又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの他のタイプのデバイスを表すことができる。処理デバイス６４０は、本明細書で論じられるシミュレーション生成動作及び／又は治療計画動作を実行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。
【００７１】
治療計画システム６１０はまた、処理デバイス６４０によって実行される情報及び命令を記憶するために、バス６８６によって処理デバイス６４０に結合されたランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は他の動的記憶装置を含むことができるシステムメモリ６３５を含むことができる。システムメモリ６３５はまた、処理デバイス６４０による命令の実行中に一時変数又は他の中間情報を記憶するのに用いることができる。システムメモリ６３５はまた、処理デバイス６４０のための静的情報及び命令を記憶するためにバス６８６に結合された読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）及び／又は他の静的記憶装置を含むことができる。
【００７２】
治療計画システム６１０はまた、情報及び命令を記憶するためにバス６８６に結合された１又は２以上の記憶装置（例えば、磁気ディスクドライブ又は光ディスクドライブ）を表す記憶装置６４５を含むことができる。記憶装置６４５は、本明細書で論じられる治療計画ステップを実行するための命令を記憶するのに用いることができる。
【００７３】
処理デバイス６４０はまた、情報（例えば、ＶＯＩの２Ｄ又は３Ｄ表現）をユーザに表示するために、陰極線管（ＣＲＴ）又は液晶ディスプレイ（ＬＤＣ）などのディスプレイデバイス６５０に結合することができる。キーボードなどの入力デバイス６５５は、情報及び／又はコマンド選択を処理デバイス６４０に通信するために、処理デバイス６４０に結合することができる。１又は２以上の他のユーザ入力デバイス（例えば、マウス、トラックボール又はカーソル方向キー）を使用して、方向情報を通信し、デバイス６４０を処理するためのコマンドを選択して、ディスプレイ６５０上のカーソルの動きを制御することもできる。
【００７４】
治療計画システム６１０は、データベース（例えば、ストレージ６４５に記憶されたデータ）を治療送出システム６１５などの治療送出システムと共有することができ、その結果、治療送出の前に治療計画システムからエクスポートする必要がないものとすることができる。治療計画システム６１０は、データリンク６９０を介して治療送出システム６１５にリンクすることができ、１つの実施形態では、データリンク６９０は、直接リンク、ＬＡＮリンク、又はＷＡＮリンクとすることができる。
【００７５】
データリンク６８３、６８６、及び６９０がＬＡＮ又はＷＡＮ接続として実装される場合、画像診断システム６０５、治療計画システム６１０、及び／又は治療送出システム６１５の何れかは、システムが互いに物理的に離れることができるように分散された場所に存在することができる点に留意されたい。或いは、画像診断システム６０５、治療計画システム６１０、及び／又は治療送出システム６１５の何れかは、１又は２以上のシステムに互いに統合することができる。
【００７６】
前述の説明から、本開示の態様は、少なくとも部分的にソフトウェアにて具体化できることは明らかであろう。すなわち、この技術は、例えば、メモリに含まれる命令のシーケンスを実行する処理デバイス６２５、６４０、又は６７０（図６を参照）に応答して、コンピュータシステム又は他のデータ処理システムにて実行することができる。様々な実施構成において、ハードウェア回路は、本開示を実施するためにソフトウェア命令と組み合わせて使用することができる。従って、技術は、ハードウェア回路とソフトウェアの何れかの特定の組み合わせ、又はデータ処理システムによって実行される命令の何れかの特定のソースに限定されない。加えて、本明細書全体を通して、説明を簡単にするために、ソフトウェアコードによって実行され又はソフトウェアコードによって引き起こされる様々な機能及び動作を説明することができる。しかしながら、当業者であれば、このような表現が意味することは、処理デバイス６２５、６４０、又は６７０によるコードの実行から機能が生じることである点を認識するであろう。
【００７７】
機械可読媒体を使用して、汎用又は特殊目的のデータ処理システムによって実行されると、本開示の様々な方法をシステムに実行させるソフトウェア及びデータを記憶することができる。この実行可能ソフトウェア及びデータは、例えば、システムメモリ及びストレージ、又はソフトウェアプログラム又はデータの少なくとも１つを保存できる他の何れかのデバイスを含む、様々な場所に記憶することができる。従って、機械可読媒体は、機械によってアクセス可能な形式で情報を提供（つまり記憶）する何れかのメカニズムを含むことができる（例えば、コンピュータ、ネットワークデバイス、携帯情報端末、製造ツール、１又は２以上のプロセッサのセットを有する任意のデバイス、その他）。例えば、機械可読媒体は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイスなどの記録可能／記録不可能な媒体を含む。機械可読媒体は、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体とすることができる。
【００７８】
上述の議論から明らかであるように別段の記載がない限り、「受け取る」、「位置付ける」、「実行する」、「放出する」、「引き起こす」又は同様のものなどの用語は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的な（例えば、電子的な）量として表されるデータを操作して、コンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のこのような情報記憶装置又は表示デバイスの中の物理量として同様に表される別データに変換する、コンピュータシステム又は同様の電子コンピューティングデバイスの動作及び処理を指すことができる。本明細書に記載される方法の実施構成は、コンピュータソフトウェアを使用して実施することができる。認可規格に準拠するプログラミング言語で書かれている場合、本方法を実施するように設計された命令シーケンスは、様々なハードウェアプラットフォーム上で実行するため、並びに様々なオペレーティングシステムとのインターフェースのためにコンパイルすることができる。更に、本発明の実施形態は、何れかの特定のプログラミング言語に関して説明されていない。様々なプログラミング言語を用いて本発明の実施形態を実施することができると理解されよう。
【００７９】
本明細書に記載される方法及び装置は、医療診断撮像及び治療での使用だけに限定されない点に留意されたい。別の実施形態では、本明細書の方法及び装置は、工業用撮像及び材料の非破壊検査などの医療技術分野以外の用途で使用することができる。このような用途では、例えば、「治療」は一般に、ビーム（例えば、放射線、音響など）の適用など、治療計画システムによって制御される動作の実行を指すとすることができ、「標的」は非解剖学的な物体又は領域を指すことができる。
【００８０】
上述の明細書では、本発明の実施形態は、特定の実施例に関して説明されている。しかしながら、添付の特許請求の範囲に記載される本発明のより広範な趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更をそれらに加えることができることは明らかであろう。従って、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考えるべきである。
【図１Ａ】
2021532939.tif 000005
【図１Ｂ】
2021532939.tif 000006
【図１Ｃ】
2021532939.tif 000007
【図２Ａ】
2021532939.tif 000008
【図２Ｂ】
2021532939.tif 000009
【図２Ｃ】
2021532939.tif 000010
【図２Ｄ】
2021532939.tif 000011
【図２Ｅ】
2021532939.tif 000012
【図３Ａ】
2021532939.tif 000013
【図３Ｂ】
2021532939.tif 000014
【図３Ｃ】
2021532939.tif 000015
【図３Ｄ】
2021532939.tif 000016
【図３Ｅ】
2021532939.tif 000017
【図３Ｆ】
2021532939.tif 000018
【図３Ｇ】
2021532939.tif 000019
【図４Ａ】
2021532939.tif 000020
【図４Ｂ】
2021532939.tif 000021
【図４Ｃ】
2021532939.tif 000022
【図５Ａ】
2021532939.tif 000023
【図５Ｂ】
2021532939.tif 000024
【図６】
2021532939.tif 000025
【国際調査報告】
2021532939.tif 000026
2021532939.tif 000027
2021532939.tif 000028