(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の動きを監視することにより放射線治療装置を制御するコンピュータ実装方法であって、
前記方法は、
第１の有限取得時間の間、第１のモダリティに関連付けられた第１の撮像装置を使用することにより、前記第１のモダリティで前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の動きを監視するステップと、
前記第１の有限取得時間中に前記第１のモダリティで前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の第１の位置情報を取得するステップと、
第２の有限取得時間の間、第２のモダリティに関連付けられた第２の撮像装置を使用することにより、前記第２のモダリティで前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の動きを監視するステップであって、前記第２の有限取得時間は、前記第１の有限取得時間の少なくとも一部と重なっているステップと、
前記第２の有限取得時間中に前記第２のモダリティを有する前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の第２の位置情報を取得するステップと、
前記第２の撮像装置がスキャンを実行している間、前記第１の撮像装置を使用して前記第２の有限取得時間中に取得した第１の画像のパラメータと、前記第２の撮像装置を使用して前記第２の有限取得時間中に取得した第２の画像のパラメータとを比較するステップと、
前記第１の画像の前記パラメータと前記第２の画像の前記パラメータとの前記比較に基づく動きの検出に応答して、前記第２の撮像装置によって実行される前記スキャンの完了を制御するステップと、
前記第１の画像の前記パラメータと前記第２の画像の前記パラメータとの前記比較に基づいて、前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の取得された前記第１の位置情報と前記第２の有限取得時間中に取得された前記第２の位置情報とに基づく前記動きの指示を提供するステップとを含む
ことを特徴とするコンピュータ実装方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記第２のモダリティを使用して取得された前記位置情報に基づいて、前記放射線治療の治療計画を変更するステップを更に含む
ことを特徴とするコンピュータ実装方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、
前記変更するステップは、患者テーブルシフト、患者テーブル回転、モーフィングアパーチャ、回転アパーチャ、シフトアパーチャ、および線量測定再計画のうちの少なくとも１つを含む
ことを特徴とするコンピュータ実装方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、
前記動きが所定の基準を超えたときに前記動きを検出するステップを更に含み、
前記スキャンの完了を制御するステップは、前記動きが前記所定の基準を超えたとき前記第２の撮像装置を使用して実行される新しいスキャンを開始することを含み、
前記スキャンの完了を制御するステップは、前記動きが前記所定の基準を超えないとき前記第２の撮像装置を使用する前記スキャンを完了することを含む
ことを特徴とするコンピュータ実装方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、
前記所定の基準は、前記対象領域内の前記解剖学的特徴の並進、回転、スケーリング及び変形のうちの１つまたはそれ以上に対応する閾値を含む
ことを特徴とするコンピュータ実装方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、
前記第２の有限取得時間中に前記動きが検出された場合に、前記第２の有限取得時間にわたって前記第２のモダリティで前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の新しい位置情報を取得するステップを更に含む
ことを特徴とするコンピュータ実装方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、
前記第１のモダリティはリアルタイムモダリティであり、前記第２のモダリティは非リアルタイムモダリティであり、
前記スキャンの完了を制御するステップは、前記動きの検出に応答して前記第２の撮像装置をオフにすることを含む
ことを特徴とするコンピュータ実装方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、
前記第１のモダリティは、超音波イメージング、２次元磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）、Ｘ線イメージング、基準マーカのキロボルト平面イメージング、監視カメラ、およびＲＦビーコンのうちの１つである
ことを特徴とするコンピュータ実装方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、
前記第２のモダリティは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、コーンビームコンピュータ断層撮影法（ＣＢＣＴ）、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、陽電子放出断層撮影法（ＰＥＴ）、単一光電子計算機断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）、キロボルト平面画像化基準マーカ、超音波イメージング、監視カメラ、およびＲＦビーコンのうちの１つである
ことを特徴とするコンピュータ実装方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、
前記第１のモダリティは超音波イメージングであり、前記第２のモダリティはコーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）である
ことを特徴とするコンピュータ実装方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法において、
前記第２の有限取得時間の開始または終了は、前記第２のモダリティの使用の開始または終了に対応する通知を受信することによって近似される
ことを特徴とするコンピュータ実装方法。
【請求項１２】
放射線治療装置によって実行される放射線治療セッションの間に１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の動きを監視することにより前記放射線治療装置を制御するシステムであって、
前記システムは、
第１の有限取得時間の間、第１のモダリティに関連付けられた第１の撮像装置を使用することにより、前記第１のモダリティで前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の動きを監視し、
前記第１の有限取得時間中に前記第１のモダリティで前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の第１の位置情報を取得し、
第２の有限取得時間の間、第２のモダリティに関連付けられた第２の撮像装置を使用することにより、前記第２のモダリティで前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の動きを監視し、前記第２の有限取得時間は、前記第１の有限取得時間の少なくとも一部と重なっており、
前記第２の有限取得時間にわたる前記第２のモダリティを有する前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の第２の位置情報を取得し、
前記第２の撮像装置がスキャンを実行している間、前記第１の撮像装置を使用して前記第２の有限取得時間中に取得した第１の画像のパラメータと、前記第２の撮像装置を使用して前記第２の有限取得時間中に取得した第２の画像のパラメータとを比較し、
前記第１の画像の前記パラメータと前記第２の画像の前記パラメータの前記比較に基づいて、前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の取得された前記第１の位置情報と前記第２の有限取得時間中に取得された前記第２の位置情報とに基づく前記動きを検出し、前記動きの検出は前記放射線治療セッション中に前記放射線治療装置を制御するために使用され、
前記動きの検出に応答して前記第２の撮像装置により実行される前記スキャンの完了を制御する
ように構成されたプロセッサを含む
ことを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムにおいて、
前記動きは、前記動きが所定の基準を超えるときに検出され、
前記スキャンの完了を制御することは、前記動きが前記所定の基準を超えたとき前記第２の撮像装置を使用して実行される新しいスキャンを開始することを含み、
前記スキャンの完了を制御することは、前記動きが前記所定の基準を超えないとき前記第２の撮像装置を使用する前記スキャンを完了することを含む
ことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１２記載のシステムにおいて、
前記第１のモダリティはリアルタイムモダリティであり、前記第２のモダリティは非リアルタイムモダリティであり、
前記スキャンの完了を制御することは、前記動きの検出に応答して前記第２の撮像装置をオフにすることを含む
ことを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１２記載のシステムにおいて、
前記第１のモダリティは超音波イメージングであり、前記第２のモダリティはコーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）である
ことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１２記載のシステムにおいて、
前記システムは、前記第２のモダリティの使用の開始または終了に対応する通知を受信するように構成されたユーザインタフェースを更に含み、
前記第２の有限取得期間の開始または終了は、前記通知に基づいて近似される
ことを特徴とするシステム。
【請求項１７】
放射線治療装置によって実行される放射線治療セッションの間に１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の動きを監視することにより前記放射線治療装置を制御する方法を実行するプログラム命令を記憶した非一時的コンピュータ可読媒体であって、
前記方法は、
第１の有限取得時間の間、第１のモダリティに関連付けられた第１の撮像装置を使用することにより、前記第１のモダリティで前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の動きを監視するステップと、
前記第１の有限取得時間中に前記第１のモダリティで前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の第１の位置情報を取得するステップと、
第２の有限取得時間の間、第２のモダリティに関連付けられた第２の撮像装置を使用することにより、前記第２のモダリティで前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の動きを監視するステップであって、前記第２の有限取得時間は、前記第１の有限取得時間の少なくとも一部と重なっているステップと、
前記第２の有限取得時間にわたる前記第２のモダリティを有する前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の第２の位置情報を取得するステップと、
前記第２の撮像装置がスキャンを実行している間、前記第１の撮像装置を使用して前記第２の有限取得時間中に取得した第１の画像のパラメータと、前記第２の撮像装置を使用して前記第２の有限取得時間中に取得した第２の画像のパラメータとを比較するステップと、
前記第１の画像の前記パラメータと前記第２の画像の前記パラメータとの前記比較に基づく動きの検出に応答して、前記第２の撮像装置によって実行される前記スキャンの完了を制御するステップと、
前記第１の画像の前記パラメータと前記第２の画像の前記パラメータとの前記比較に基づいて、前記１つまたはそれ以上の解剖学的特徴の取得された前記第１の位置情報と前記第２の有限取得時間中に取得された前記第２の位置情報とに基づく前記動きの指示を提供するステップであって、前記動きの指示は前記放射線治療セッション中に前記放射線治療装置を制御するために使用されるステップとを含む
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
請求項１７記載の非一時的コンピュータ可読媒体において、
前記動きは、前記動きが所定の基準を超えるときに検出され、
前記スキャンの完了を制御することは、前記動きが前記所定の基準を超えたとき前記第２の撮像装置を使用して実行される新しいスキャンを開始することを含み、
前記スキャンの完了を制御することは、前記動きが前記所定の基準を超えないとき前記第２の撮像装置を使用する前記スキャンを完了することを含む
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
請求項１７記載の非一時的コンピュータ可読媒体において、
前記第１のモダリティはリアルタイムモダリティであり、前記第２のモダリティは非リアルタイムモダリティであり、
前記スキャンの完了を制御することは、前記動きの検出に応答して前記第２の撮像装置をオフにすることを含む
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
請求項１７記載の非一時的コンピュータ可読媒体において、
前記第２の有限取得時間の開始または終了は、前記第２のモダリティの使用の開始または終了に対応する通知を受信することによって近似される
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項２１】
請求項１記載の方法において、
前記第１の撮像装置を使用して前記第２の有限取得時間中に取得された前記第１の画像と、前記第２の撮像装置を使用して前記第２の有限取得時間中に取得された前記第２の画像とを登録するステップを更に含む
ことを特徴とするコンピュータ実装方法。
【請求項２２】
請求項１２記載のシステムにおいて、
前記プロセッサは、更に、前記第１の撮像装置を使用して前記第２の有限取得時間中に取得された前記第１の画像と、前記第２の撮像装置を使用して前記第２の有限取得時間中に取得された前記第２の画像とを登録するように構成されている
ことを特徴とするシステム。
【請求項２３】
請求項１７記載の非一時的コンピュータ可読媒体において、
前記方法は、前記第１の撮像装置を使用して前記第２の有限取得時間中に取得された前記第１の画像と、前記第２の撮像装置を使用して前記第２の有限取得時間中に取得された前記第２の画像とを登録するステップを更に含む
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］
本発明は、放射線療法治療のためのシステムおよび方法に関し、より詳しくは、放射線療法治療セッションを通して構造運動を監視するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］
放射線療法は、哺乳動物（例えば、ヒトおよび動物）組織における癌および他の病気を治療するために使用される。放射線療法治療セッションでは、患者の標的部位に向けてコリメートされた放射線ビームを生成するために、高エネルギービームが外部源から患者に向けて照射される。放射線ビームの配置および線量は、患者が所定の放射線を確実に受けるように正確に制御されなければならず、ビームの配置は周囲の健康な組織（しばしばリスク臓器（ＯＡＲ）と呼ばれる）への損傷を最小限に抑える。ビーム配置の精度を向上させる１つの方法は、意図された治療位置で患者と共に１つ以上の画像が取得される計画画像の取得によるものである。ＣＴはしばしば最も使用される主画像であるが、ＭＲＩ、陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）、超音波、単一光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）または解剖学的視覚化を補助するために一次データセットに登録または融合することができる他の医療画像化モダリティなどの二次データセットで補完することができる。
【０００３】
［０００３］
場合によっては、４Ｄ計画画像を取得することができます。呼吸がサイクル毎に再現可能であると仮定して（必ずしもそうではないが）、呼吸運動を説明するための４Ｄ技術が開発されている。呼吸サイクルは、等間隔の例えば１０−１２のビンに細分され、多くのイメージングサイクルにわたり画像情報を統合することにより、ビンごとに画像が生成される。このプロセスのテクニックは、４Ｄ−ＣＴ、４Ｄ−ＭＲＩ、４Ｄ−ＰＥＴ、４Ｄ超音波、および他のモダリティに適用されている。これらの技法は、主に呼吸運動の影響を受ける標的には有用であるが、経時的に患者の解剖学的構造のより大きな変動を考慮していない。また、これらの技法は、消化プロセス、蠕動、膀胱充満など、他の運動プロセスが支配する臓器にも関係しない。
【０００４】
［０００４］
医師は、計画画像を使用して、標的（例えば、病的な器官または腫瘍）およびＯＡＲを同定および輪郭形成することができる。輪郭付けは、手動、半自動、または自動で実行できる。処置輪郭（しばしば計画標的体積（Planning Target Volume：ＰＴＶ）と呼ばれる）は、標的輪郭と、顕微鏡的疾患および治療の不確実性を説明するのに十分なマージンを含むように作成される。放射線量が処方され、リスク臓器（ＯＡＲ）および他の正常組織への線量を最小にしながら、処方線量を計画標的体積（ＰＴＶ）に最適に送達する治療計画が作成される。治療計画は、ユーザによって手動で、または最適化技術を使用して自動的に生成することができる。
【０００５】
［０００５］
治療経過は、処方線量をいくつかの分画に分配するように開発され、各分画は異なるセッションで送達される。例えば、３０〜４０画分は典型的であるが、５画分または１画分を使用することができ、画分はしばしば毎週１回または場合によっては２回送達される。いくつかのケースでは、放射線治療計画は、いくつかの領域でより多くの線量を集中させるために、コース全体を通して変化することがある。
【０００６】
［０００６］
各画分において、患者は、線形加速器の患者支持アクセサリ（しばしば「コーチ」）に設置され、計画的画像内のそれらの位置にできるだけ近くに再配置される。残念ながら、患者が剛体ではなく、解剖学的構造が動くことができるので、実際にはこれを正確に実行することは不可能な課題である。画分から画分への動きはしばしば画分間モーション（interfractional motion）と呼ばれ、画分中に起きる動きは画分内モーション（intrafractional motion）と呼ばれる。画像誘導放射線治療（ＩＧＲＴ）は、多くの場合２つのタイプの動きのより大きい画分間の動き（interfractional motion）の問題を解決しようとする。任意の診断スキャナで取得できる画像を計画するのとは対照的に、ＩＧＲＴ画像は、患者が治療位置にいる間に、治療室で直接取得しなければならない。コーンビームＣＴ（ＣＢＣＴ）、超音波、ＭＲＩ、ポータルイメージング、CT-on-rails、オンボードｋＶイメージングなど、ＩＧＲＴイメージングの技術が開発されている。場合によっては、ＩＧＲＴ画像において解剖学的コントラストが低く、標的の視認性を助けるために基準マーカーが患者に埋め込まれる。ある技術では画像を全く使用しないように開発されているが、例えば無線周波数（ＲＦ）ビーコンを埋め込むことによるアクティブな基準の位置の画像無し検出に依存している。厳密に言えば、画像は得られないが、これは一般にＩＧＲＴと呼ばれている。一般性のために、我々は基準の位置情報、または目標またはＯＡＲ位置、回転または変形、血圧、心拍数、体重、変形などの患者の界面状態について収集されたデータを含むように「画像」を参照する。
【０００７】
［０００７］
ＩＧＲＴは、画像情報の収集だけでなく、境界状態をどのように補償するかについても言及している。ＩＧＲＴ画像は、最初に計画画像と比較され、変更が検出される。全体の患者の解剖学的構造に対する完全な変形可能な変化が見いだされるが、可能な限り密接に画像に一致する全体的なシフトおよび／または回転に焦点を当てることが標準的である。例えば、標的自体のシフトおよび回転のみが考慮されてもよく、場合によっては骨の解剖学的構造またはＯＡＲ、またはそれらの組み合わせが考慮されてもよい。シフト、回転および／または変形が計算されると、これらの変化を考慮して治療計画が変更される。多くの場合、完全な再計画は実用的ではないので、コーチは単に患者を可能な限り近くに再配置するために移動される。それ以外の場合、完全または部分的な再計画が実行される。ＩＧＲＴワークフローは、患者に照射する前に、イメージング、修正の計算、および物理的な修正を実行するプロセス全体を参照するためにしばしば使用される。
【０００８】
［０００８］
各ＩＧＲＴモダリティには長所と短所がある。例えば、ＣＢＣＴまたは立体的なｋＶのＸ線は、Ｘ線に基づいており、ＣＴ画像の計画と性質が類似しており、線形加速器に直接組み込むことができるため、しばしば使用される。標的サイトに応じて、基準（fiducials）は、視認性を高めるために、これらのモダリティで標的に挿入されることがよくある。３Ｄ超音波もまたＩＧＲＴに使用されており、ＭＲＩイメージングは最近ＭＲＩを放射線治療室に組み込むことによって導入される。
【０００９】
［０００９］
ＩＧＲＴは、画分内モーション（intrafractional motion）ではなく、画分間モーション（interfractional motion）を補償する。呼吸運動が支配的である場合には、４Ｄ−ＣＢＣＴのような４Ｄ位相ビンＩＧＲＴ（4D phase-binned IGRT）技術を使用することができる。これらの技術は、運動の他の成分を考慮せず、他の分画プロセスが支配する前立腺、ＧＹＮ、乳房または頭頸部などの臓器には適用できない。さらに、治療中に各時点で標的を直接追跡し、その場で追跡された動きを補償することが望ましい。問題は、ＣＢＣＴやＭＲＩなどの一部の画像ベースのＩＧＲＴ技法では、標的を十分に高速で追跡するには長すぎる有限の取得時間が必要なことである。例えば、ＣＢＣＴにはしばしば１分を要し、ＭＲＩイメージングは完全な３Ｄスキャンのために１から３分を要することが多い。このため、標的追跡のためにリアルタイム撮像モダリティが開発されている。
【００１０】
［００１０］
標的追跡（target tracking）という用語は、正確に動きを表現するのに十分迅速に患者の状態の変化を測定すること、例えば、標的が呼吸運動をする場合に呼吸周期よりも短い間隔で測定すること、または標的が撮像試料間の整列から実質的に外れる可能性に比べて小さい間隔で測定することを意味する。また、ＯＡＲ、心拍数など、標的自体以外の患者の状態の他の側面を追跡することもできると予想される。
【００１１】
［００１１］
リアルタイム撮像モダリティ（Real-time imaging modalities）は、実装の違いによるＩＧＲＴモダリティと同じ基本的なイメージングテクノロジを使用して速度を上げたり、異なるイメージングテクノロジをすべて使用したりする。例えば、リアルタイムでＣＢＣＴ画像を生成するために使用されるｋＶ撮像装置は、治療自体の間に使用することができるが、投影情報を与えるだけである。欠落している情報は、インテリジェントアルゴリズムを使用して推測されなければならない。ＭＲＩイメージャは、イメージングスピードを上げるために、１Ｄナビゲータ、２Ｄプレーン、または粗い３Ｄイメージに構成することができる。超音波イメージングおよびＲＦビーコンは、リアルタイムでターゲットを追跡するために直接使用することができる。表面マーカー、表面カメラ、ＥＣＧ、ＥＥＧは、目標位置を推定するのに役立つ部分的な情報を与えることができる。
【００１２】
［００１２］
多くの場合、ＩＧＲＴ標的追跡には異なるモダリティを使用し、場合によっては同じ基礎となるイメージング技術を使用し、他の場合には異なるテクノロジを使用することが有用である。ＩＧＲＴは必ずしもリアルタイムではなくてもよく、したがって、稼働時間分析は、標的追跡には受け入れられないより豊かな３Ｄ情報を生成するために使用できる。ＩＧＲＴは、通常、標的が十分に静的であるという仮定の下で動作する。しかし、実際には、ＩＧＲＴ取得中に関心領域の構造が大きく移動する可能性がある。その場合、ＩＧＲＴステージの間に得られた位置情報は、もはや目標追跡段階によって正確に使用することができない。例えば、前立腺の患者は、咳をしたり、おならをしたり、有意に膀胱を充填して、ＩＧＲＴと標的追跡モダリティとの間の移行中に前立腺の位置が変化し得る。
【００１３】
［００１３］
したがって、ＩＧＲＴ中およびモダリティ間の遷移中に動きが生じないと想定しない、ＩＧＲＴおよび標的追跡のための異なるモダリティを実装する必要がある。
【発明の概要】
【００１４】
［００１４］
本開示の特定の実施形態は、放射線治療セッションを通して解剖学的特徴の動きを監視するためのコンピュータ実装方法に関する。本方法は、第１の様式で解剖学的特徴の動きを監視するステップを含むことができる。本方法は、有限の取得時間にわたる第２の様式を有する解剖学的特徴の位置情報を取得することをさらに含み得る。本方法は、また、第１モダリティからの監視された動きに基づいて、有限獲得時間中に解剖学的特徴に関連する臨床的に関連する動きの指示を提供することを含むことができる。
【００１５】
［００１５］
本開示の特定の実施形態は、放射線治療セッションを通しての解剖学的特徴の動きを監視するためのシステムに関する。本システムは、第１モダリティによる解剖学的特徴の動きを監視し、有限取得時間にわたる第２モダリティによる解剖学的特徴の位置情報を取得し、第１のモダリティからの監視された動きに基づいて有限の獲得時間中に解剖学的特徴に関連する臨床的に関連する動きを検出するように構成されるプロセッサを含むことができる。本システムは、また、臨床的に関連する動きが検出された場合に指示を提供するように構成された出力装置を含むことができる。
【００１６】
［００１６］
本開示の特定の実施形態は、プログラム命令が格納された非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。プログラム命令は、プロセッサによって実行されると、放射線治療セッションを通して解剖学的特徴の動きを監視する方法を実行することができる。本方法は、第１の様式で解剖学的特徴の動きを監視するステップを含むことができる。本方法は、有限の取得時間にわたる第２の様式を有する解剖学的特徴の位置情報を取得することをさらに含み得る。本方法は、また、第１モダリティからの監視された動きに基づいて、有限獲得時間中に解剖学的特徴に関連する臨床的に関連する動きの指示を提供することを含むことができる。
【００１７】
［００１７］
本開示のさらなる目的および利点は、以下の詳細な説明に部分的に記載され、部分的には説明から明らかになり、または本開示の実施によって習得され得る。本開示の目的および利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘された要素および組合せによって実現され、達成されるであろう。
【００１８】
［００１８］
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は例示的で説明的なものに過ぎず、特許請求の範囲に記載された本発明を限定するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
［００１９］
添付の図面は、本明細書の一部を構成し、いくつかの実施形態を示し、説明と共に、開示された原理を説明するためのものである。
【００２０】
［００２０］
【図１】図１は、本開示のいくつかの実施形態による例示的なマルチモダリティ画像誘導放射線治療システムを示す。
【００２１】
［００２１］
【図２】図２は、本開示のいくつかの実施形態による、図１のマルチモダリティ画像誘導放射線治療システムで使用される典型的なモダリティ移行コントローラのブロック図である。
【００２２】
［００２２］
【図３】図３は、本開示のいくつかの実施形態による、放射線療法治療セッション中の構造的動きを監視するための例示的プロセスのフローチャートである。
【００２３】
［００２３］
【図４】図４は、本開示のいくつかの実施形態による、図１のモダリティ移行コントローラによって実行される例示的なプロセスを示す。
【００２４】
［００２４］
【図５】図５は、本開示のいくつかの実施形態による、図２のモダリティ移行コントローラによって提供される例示的なユーザインタフェースのダイアログを示す。
【発明の詳細な説明】
【００２５】
［００２５］
例示的な実施形態を、添付の図面を参照して説明する。図面において、参照番号の最も左の桁は、参照番号が最初に現れる図を示す。便宜上、同じ参照番号は、図面全体にわたって同じまたは同様の部分を指すために使用される。開示された原理の例および特徴が本明細書に記載されているが、開示された実施形態の精神および範囲から逸脱することなく、修正、適応および他の実施が可能である。また、「備える（comprising）」、「有する（having）」、「含む（containing）」、および「含む（including）」などの単語は、意味が等価であり、これらの単語のいずれかに続く項目がそのような項目または項目の網羅的なリストであることを意図したものであるか、またはリストされた項目または項目のみに限定されることを意味しない。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「a」、「an」および「the」には、文脈上別段の明白な指示がない限り、複数の言及が含まれることにも留意されたい。
【００２６】
［００２６］
本開示の実施形態は、画像誘導放射線治療システムを含むことができる。放射線治療システムは、高エネルギービーム源と、放射線の適用を制御するための制御センターとを含むことができる。典型的には、放射線療法は、通常、「処置画分」または単に「画分」と呼ばれる規則的（例えば、毎日）の基本的な一連の個別用量で送達される。画分の間、すなわち、「画分間モーション（interfractional motion）」の解剖学的特徴（例えば、器官、腫瘍、腫瘍床、腺、重要な解剖学的構造、または他の病変）の位置または形状の変化を説明するために、画像に基づく位置情報が治療の直前に画像を取得され、次に解剖学的特徴の現在の位置および／または形状が決定される。この位置情報は、必要に応じて治療計画を調整するために使用される。位置情報は、１つまたは複数のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像、ＣＢＣＴ画像、Ｘ線画像（例えば、透視Ｘ線画像シーケンス）、放射線治療ポータル画像、ポータル画像のステレオ写真、Ｘ線画像のステレオ写真、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）画像、単一光子放射型コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）画像、超音波画像、または他の適切な医用画像を含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、位置情報は、カメラからの表面表現、患者の外部表面上のマーカーの位置、または患者内に植え込まれたビーコンの位置を含むことができる。３Ｄ軟部組織画像などの高解像度位置情報は、ある程度の時間がかかることがある。時には、この期間中に、取得された位置情報に反映されない顕著な動きが生じることがある。
【００２７】
［００２７］
画分中の患者の動き（画分内モーション（intrafractional motion）と呼ばれる）を監視し検出するために、画分中に標的追跡を行うことができる。リアルタイム画像が画分内モニタリングのために好まれる。ここで「リアルタイム」の定義は必要性による。肺などの呼吸器系の標的の場合、リアルタイムとは、５００ミリ秒以下、理想的には５０ミリ秒以下の非常に高速である。しかし、前立腺などの遅い標的の場合、リアルタイムとは、２秒程度、場合によっては３０秒程度までに緩和される。例えば、２次元（２Ｄ）超音波またはＭＲＩ画像、ならびに時間効率のよい３次元（３Ｄ）超音波またはＭＲＩ画像を使用して、放射線治療中のリアルタイム内腔内運動を追跡することができる。監視プロセス中に患者を追加の放射線にさらすことなく、リアルタイムで取得し、器官の運動に関するリアルタイムの情報を提供することができる。基準マーカーおよびＲＦビーコンのキロボルト平面撮像などの他の画像化方法も使用することができる。表面マーカー、表面カメラ、ＥＥＧ、およびＥＣＧは、リアルタイムデータから標的位置を推定するためのアルゴリズムと共に使用することもできる。
【００２８】
［００２８］
本開示において、位置情報が第１のモダリティによって取得される期間中の起こりうる構造的な動きを監視するために、第２のモダリティは、その期間またはその期間の少なくとも一部の間の動きを監視するように拡張され得る。第１のモダリティと第２のモダリティとが重なる期間は、「遷移期間」または「重複期間」と呼ばれる。しかし、２つのモダリティに対する２つの検出システムは、通常、通信しない。したがって、本開示は、移行期間中の構造的動きを監視するシステムおよび方法を提供する。
【００２９】
［００２９］
本開示において、モダリティは、撮像装置および画像化プロトコル、場合によっては追加の計算スキームを使用するものを示し、標的またはＯＡＲの位置、標的またはＯＡＲの形状、患者の解剖学的構造の変形、心拍数、呼吸相、患者の胸部または腹部の変位、または画分間（interfractionally）または画分内（intrafractionally）で変化する患者の任意の他の態様のような、患者の状態を測定する
ある場合には、二つの異なる撮像モダリティは、撮像装置としてＭＲＩを用い、２Ｄ対３Ｄのような異なる撮像プロトコルを有してもよいし、撮像装置として超音波を用い、腹腔内と経胎外のような異なる撮像プロトコルを有してもよい。他の場合には、２つの異なる撮像モダリティが、ＣＢＣＴおよび超音波など、異なる撮像装置を一緒に使用することができる。
【００３０】
［００３０］
いくつかの実施形態において、放射線療法セッションが開始する前に、患者の画像または患者の標的解剖学的領域を得るために、非リアルタイムモダリティを実施することができる。放射線療法治療セッションの間に、リアルタイムモダリティを使用して、標的解剖領域のリアルタイムモニタリングを行うことができる。いくつかの実施形態において、両方の撮像モダリティが有効である移行期間を使用することができる。両方の撮像モダリティを有効にすることによって、開示されたシステムおよび方法は、移行期間中の標的解剖学的領域内の構造の動きを監視することができる。その結果、遷移期間中のモダリティが正しいので、２つの撮像モダリティを使用して得られた画像の間で正しいマッピングが確立される。遷移期間中に臨床的に関連する動きが検出されなければ、リアルタイムモダリティのみをオフにして、リアルタイムモダリティのみを残して遷移を完了することができる。臨床的に関連する動きは、医師が容認できると判断した以上に患者への線量の送達を十分に変更する動きとして定義され、いくつかの実施形態では、臨床的に関連する動きは、医師によって定義される最大許容距離または特定の患者に使用される治療マージンとして定義することができる。
【００３１】
［００３１］
以下の説明は、ＣＢＣＴが例示的な非リアルタイムモダリティであり、超音波が例示的なリアルタイムモダリティである典型的な実施形態に関する。しかしながら、撮像モダリティの他の組み合わせを使用することもできると考えられる。例えば、非リアルタイム撮像モダリティは、ＣＴ、ＣＢＣＴ、３Ｄまたは４ＤＭＲＩ、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ、基準マーカーのｋＶ平面Ｘ線画像などのいずれかであってもよい。リアルタイム撮像モダリティは、超音波イメージング、２ＤＭＲＩ、ＣＴ、基準マーカのｋＶ平面Ｘ線イメージ、電磁イメージング、ＲＦビーコン、表面イメージング、およびそれらの組み合わせであってもよい。
【００３２】
［００３２］
図１は、本開示のいくつかの実施形態による例示的なマルチモダリティ画像誘導放射線治療システム１００を示す。マルチモダリティ画像誘導放射線治療システム１００は、とりわけ、線形加速器（図示せず）、ガントリ１０２、線形加速器に接続された放射線源１０６、患者支持体１０８、及び、例えば腫瘍または顕微鏡的疾患を含む解剖学的関心領域を治療するために高エネルギーＸ線ビームを送達するように構成されたソースコントローラ１１６を有する、放射線治療システムを含む。
【００３３】
［００３３］
ガントリ１０２は、中央水平軸を中心に回転可能に構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ガントリ１０２の一部は、ガントリ１０２が突出する壁または偽の壁またはカバーの後ろに隠されてもよい。ガントリ１０２は、放射線源１０６を運ぶことができる。放射線源１０６は、治療目的に適した高エネルギーＸ線ビームを生成することができ、Ｘ線ビームは患者支持体１０８の中央水平軸に向けられる。線形加速器からの電子ビームは、適切な方向に高エネルギーＸ線のビームを生成するために、Ｘ線ターゲットに向けられてもよい。放射線ビームは、平坦化フィルタなどで必要に応じてフィルタリングされてもよい。他の実施形態では、放射ビームはフィルタリングされていなくてもよい。さらなる実施形態では、放射線ビームは、ブロックコリメータおよび／またはマルチリーフコリメータによってコリメートされて、関心のある解剖学的領域に適用される治療ビームを生成することができる。治療源コントローラ１１６は、コリメータのうちの１つまたは複数を変調することによって、放射線源１０６からの治療ビームの放出を制御するように構成されてもよい。
【００３４】
［００３４］
患者支持体１０８は、患者が横たわるために、中央の水平軸のすぐ下に設けられてもよい。患者は、中央の水平軸と治療ビームの中心軸との交点−「アイソセンタ（isocentre）」と呼ばれる点−に位置する解剖学的特徴部に配置することができる。アイソセンタに対して正確に患者を位置決めするための全ての６自由度（３つの並進および３つの回転）の調整を可能にするように患者テーブル１０８は、適切なモータにより駆動される。治療室は、患者を位置決めするのを助けるために、３つの直交する方向のような様々な方向からアイソセンタに収束する低出力レーザマーカを備えていてもよい。
【００３５】
［００３５］
放射線治療システム１００は、とりわけ、診断源１２０、フラットパネルイメージャ１２４、診断源コントローラ１２８、イメージャコントローラ１３０、および放射線治療の前に患者のＣＢＣＴ画像を取得するように構成されたガントリコントローラ１３２を有する、ＣＢＣＴ撮像システムをさらに含む。
【００３６】
［００３６］
診断源１２０は、治療源１０６から９０度離れて配置されたいくつかの実施形態では、ガントリ上に支持されてもよい。診断源１２０は、人間の組織の高コントラスト画像を生成するのに適した、アイソセンタに向かってエネルギーが約１２５ｋｅＶまでの低エネルギー診断ビームを放出するように構成することができる。放射線源１０６および診断源１２０の両方は、回転時に診断源１２０が放射線源１０６の前にあるように、ガントリ１２０上で回転するように構成することができる。
【００３７】
［００３７］
いくつかの実施形態では、複数の方向からの照射を可能にするためにガントリが患者の周りを回転可能であるので、この回転を使用して、診断源１２０がＣＢＣＴ再構成を展開できるようにすることができる。いくつかの実施形態では、診断源１２０は、治療源から９０度のガントリ上に配置され、それぞれの光源の反対側の各光源用の関連する画像化パネルでは、ガントリ上の項目が離間され、アクセスが最大化される。
【００３８】
［００３８］
フラットパネルイメージャ１２４は、患者の２次元Ｘ線画像を得るために診断源１２０に直接対向するガントリ１０２に設けられてもよい。診断源コントローラ１２８は、診断ビームを制御およびトリガするように構成することができる。撮像装置コントローラ１３０は、フラットパネル撮像装置１２４をトリガし、ガントリ角度と共に画像を読み取り、この画像と角度データとを組み合わせてもよい。放射線療法システム１００は、ガントリ１０２を必要に応じて回転させるようにモータを誘導するように構成されたガントリコントローラ１３２をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、放射線源１０６および診断源１２０は、１つのソースユニットに組み合わされてもよく、ソースコントローラ１１６および診断源コントローラ１２８も組み合わされてもよい。
【００３９】
［００３９］
いくつかの実施形態では、放射線療法システム１００は、ＭＲＩスキャナと一体化することができる。他の実施形態では、それは部屋に取り付けられた立体画像を生成することができる。他の実施形態では、システムは非等方性であり得、ガントリは、非同一平面角度からの照射を行うことができるロボットプラットフォームであり得る。Ｘ線の代わりに電子、陽子などの粒子を使用して患者を照射することができる。
【００４０】
［００４０］
いくつかの実施形態において、放射線治療システム１００は、他の構成要素の中に、超音波プローブ１４２と、典型的には放射線治療の間に患者のリアルタイム超音波画像を取得するように構成された超音波コントローラ１４４とを含む、超音波撮像システムを更に含むことができる。
【００４１】
［００４１］
いくつかの実施形態では、超音波プローブ１４２は、三次元でモータ（図示せず）によって移動させることができる二次元プローブであってもよい。２次元プローブはハウジング（図示せず）の内部に取り付けられ、モータによって制御されるハウジング内の異なる角度で掃引することができる。いくつかの実施形態では、プローブの位置がトラッキング装置、例えば赤外線光学カメラによって検出されるように、トラッキングマーカーをプローブハンドルに取り付けることができる。開示された実施形態では、超音波プローブ１４２は、２次元または３次元の超音波画像を取得するのに適した任意のタイプの超音波プローブとすることができる。
【００４２】
［００４２］
超音波コントローラ１４４は、超音波プローブ１４２の動きを制御するように構成することができる。電動掃引プローブは、本質的に、ハウジング内部の特定の自由度に従って移動する２次元プローブであるので、ハウジング内のその位置をパラメータＸの観点から定量化することができる。パラメータＸは、モータへのインターフェースを介して超音波コントローラ１４４によって制御することができる。例えば、超音波コントローラ１４４は、固定位置Ｘで２次元フレームを取得できるように、２次元プローブをハウジング内の特定の位置に移動させるようにモータに指示することができる。他の場合には、超音波コントローラ１４２は、ハウジング内のプローブを連続的に移動させるようにモータに指示し、Ｘを連続的に変化させながら画像の取得を容易にする。
【００４３】
［００４３］
放射線療法システム１００は、ソースコントローラ１１６、診断源コントローラ１２８、イメージャコントローラ１３２、ガントリコントローラ１３４、および超音波コントローラ１４４を含むコントローラと通信する１つまたは複数のコンピュータをさらに含むことができる。制御機能は、異なる機能をさらに細分することによって、および／または機能を融合させることによって、異なるように配置されてもよいと考えられる。いくつかの実施形態では、治療源コントローラ１１６、診断源コントローラ１２８、イメージャコントローラ１３２、およびガントリコントローラ１３４は、１つのコンピュータ１６０に接続されてもよく、超音波コントローラ１４４は、別個のコンピュータ１８０に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、コンピュータ１６０とコンピュータ１８０は、自動的に互いに通信することはできない。様々な既知の構造的構成をコントローラに実装することができると考えられる。
【００４４】
［００４４］
コンピュータ１６０は、フラットパネルイメージャ１２４によって取得された２Ｄ画像を受信し処理するように構成されてもよい。各２Ｄ画像は、ガントリコントローラ１３４から得られた回転角度と共にコンピュータ１６０によって記憶されてもよい。コンピュータ１６０は、２Ｄ画像を処理して、３ＤＣＢＣＴ画像を再構成することができる。２Ｄ画像または３Ｄ画像に基づいて、コンピュータ１６０は、位置決め誤差を検出し、治療ビームがその回転角度から放射されるときに必要となるマルチリーフコリメータのコリメータ設定を調整することができる。コンピュータ１６０はまた、放射線治療部分を開始する前に、患者テーブル１０８の位置または患者の位置の調整を促す出力を提供してもよい。コンピュータ１６０は、２Ｄおよび／または３Ｄ画像をオペレータに表示することができる。
【００４５】
［００４５］
コンピュータ１８０は、超音波プローブ１４２によって取得された超音波画像を受信し処理するように構成されてもよい。例えば、コンピュータ１８０は、掃引プロセスによって得られた画像フレームから３次元超音波画像を再構成することができる。３Ｄ超音波画像は、特定の解剖学的特徴の動きを検出するために分析されてもよい。コンピュータ１８０は、オペレータに２Ｄおよび／または３Ｄ超音波画像を表示することができ、その結果、オペレータは画面上の梗塞内運動を監視することができる。
【００４６】
［００４６］
放射線療法システム１００は、移行期間中に構造的運動を監視するように構成されたモダリティ移行コントローラ２００をさらに含むことができる。例えば、モダリティ移行コントローラ２００は、ＣＢＣＴ撮像中に超音波撮像を使用して動きを監視するように構成されてもよい。モダリティ移行コントローラ２００は、別個のコントローラとして、またはコンピュータ１６０またはコンピュータ１８０の一部として実装することができる。
【００４７】
［００４７］
いくつかの実施形態では、超音波撮像システムおよびＣＢＣＴ撮像システムは、画分が始まりモダリティ移行コントローラ２００に通知される前にオンにすることができる。ＣＢＣＴ撮像システムは、両方の撮像システムがオンであり、撮像スキャンを実行する所定のオーバーラップ期間がある場合には、超音波撮像システムがオンになる前、または同時に、または後に、オンにされ得る。モダリティ移行コントローラ２００は、重複している期間中に、器官内の前立腺または腫瘍組織などの解剖学的特徴の動きを監視することができる。モダリティ移行コントローラ２００は、モーション（motion）が臨床的に関連しているかどうかを決定するために特定の基準でプログラムされてもよい。例えば、解剖学的特徴が放射線治療によって治療される所定の領域から移動する場合、動きは臨床的に関連性がある。
【００４８】
［００４８］
オーバーラップ期間中にモダリティ移行コントローラ２００によって臨床的に関連する動きが検出された場合、コントローラ２００は、継続中のＣＢＣＴスキャンを停止して再開始するようにオペレータに促す出力をオペレータに提供することができる。ＣＢＣＴスキャンが再開されると、新たなオーバーラップ期間が始まり、モダリティ移行コントローラ２００は、臨床的に関連するモーションを監視し続けることができる。
モダリティ移行コントローラ２００が、ＣＢＣＴスキャンが完了した旨の通知を受信するまでに、モダリティ移行コントローラ２００によって臨床関連の動きが検出されない場合、モダリティ移行コントローラ２００は、オーバーラップ期間全体が臨床的に同等である（例えば、解剖学的領域内の特徴は臨床的に静的である）と決定し、２つのイメージング様式がこの期間中に一致すると考える。したがって、モダリティ移行コントローラ２００は、モニタリング機構としての超音波撮像システムで開始することができる。
【００４９】
［００４９］
図２は、本開示のいくつかの実施形態による図１のマルチモダリティ画像誘導放射線治療システムで使用される例示的なモダリティ移行コントローラ２００のブロック図である。図２に示すように、モダリティ移行コントローラ２００は、プロセッサ２２１、メモリ２２２、画像データベース２２５、記憶装置２２６、ユーザインタフェース２２７、通信インタフェース２２８、及びディスプレイ２２９を含むことができる。モダリティ移行コントローラ２００は、より多くのまたはより少ないコンポーネントを含むことができ、または特定のコンポーネントを組み合わせることができると考えられる。
【００５０】
［００５０］
プロセッサ２２１は、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、加速処理装置（ＡＰＵ）などのような１つ以上の汎用処理装置を含む処理装置であってもよい。より具体的には、プロセッサ２２１は、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令ワード（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、他の命令セットを実装するプロセッサであってもよい。プロセッサ２２１は、また、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）などの１つ以上の専用処理装置であってもよい。当業者には理解されるように、いくつかの実施形態では、プロセッサ２２１は、汎用プロセッサではなく、専用プロセッサであってもよい。プロセッサ２２１は、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）、Ｔｕｒｉｏｎ（登録商標）、Ａｔｈｌｏｎ（登録商標）、Ｓｅｍｐｒｏｎ（登録商標）、Ｏｐｔｅｒｏｎ（登録商標）、ＦＸ（登録商標）によって製造されたＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）、Ｃｏｒｅ（登録商標）、Ｘｅｏｎ（登録商標）、Ｉｔａｎｉｕｍ（登録商標）ファミリーや、ＡＭＤ（登録商標）によって製造されたＰｈｅｎｏｍ（登録商標）ファミリーや、またはＳｕｎＭｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓによって製造された様々なプロセッサのいずれかのような、ひとつまたはそれ以上の既知のプロセスデバイスを含むことができる。プロセッサ１１２は、また、Ｎｖｉｄｉａ（登録商標）により製造されたＧｅＦｏｒｃｅ（登録商標）、Ｑｕａｄｒｏ（登録商標）、Ｔｅｓｌａ（登録商標）ファミリー、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）により製造されたＧＭＡ、Ｉｒｉｓ（登録商標）ファミリー、ＡＭＤ（登録商標）により製造されたＲａｄｅｏｎ（登録商標）ファミリーからのＧＰＵのようなグラフィック処理ユニットを含むことができる。プロセッサ２２１は、また、ＡＭＤ（登録商標）によって製造されたデスクトップＡ−４（６，８）シリーズ、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）によって製造されたＸｅｏｎ  Ｐｈｉ（登録商標）ファミリのような加速処理ユニットを含むことができる。開示された実施形態は、大量の画像データを識別し、分析し、維持し、生成し及び/又は提供する計算要求を満たすように、または、イメージングデータを操作して標的をローカライズして追跡するように、または、開示された実施形態による任意の他のタイプのデータを操作するように、構成された任意のタイプのプロセッサを含むことができる。さらに、「プロセッサ」という用語は、複数のプロセッサ、例えば、マルチコア設計を有する複数のプロセッサ、またはそれぞれがマルチコア設計を有する複数のプロセッサを含むことができる。
【００５１】
［００５１］
プロセッサ２２１は、メモリ２２２に通信可能に接続され、そこに記憶されたコンピュータ実行可能命令を実行するように構成されている。メモリ２２２は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、スタティックメモリなどを含むことができる。いくつかの実施形態では、メモリ２２２は、１つまたは複数のモダリティ移行制御プログラム２２３または画像処理プログラム２２４などのコンピュータ実行可能命令、ならびに画像データなどのコンピュータプログラムを実行する間に使用または生成されるデータを格納することができる。プロセッサ２２１は、モダリティ移行制御プログラム２２３を実行して、図１で説明され示されたように、ＣＢＣＴ撮像システムと超音波撮像システムとの間の移行期間中の構造的な動きを監視することができる。
【００５２】
［００５２］
プロセッサ２２１は、また、メモリ２２２から画像データを送信／受信し、画像再構成、画像登録、画像セグメンテーション、特徴認識、画像レンダリングなどを含む画像処理タスクを実行するために画像処理プログラム２２４を実行する。例えば、プロセッサ２２１は、ＣＢＣＴ画像または超音波画像から解剖学的特徴を識別するために画像セグメンテーションおよび認識を行うことができる。次いで、プロセッサ２２１は、解剖学的特徴の動きを追跡し、その動きが臨床的に適切であるかどうかを決定することができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２１は、画像登録を行って、異なる撮像モダリティで取得した医用画像を登録する（例えば、ＣＢＣＴ画像を超音波画像に登録する）こともできる。
【００５３】
［００５３］
モダリティ移行コントローラ２００は、オプションとして、画像データベース２２５を含むことができる。当業者であれば、画像データベース２２５は、中央または分散のいずれかに配置された複数の装置を含むことができることを理解するであろう。プロセッサ２２１は、画像データベース２２５と通信して、画像をメモリ２２２に読み込むか、またはセグメント化画像をメモリ２２２から医用画像データ２２５に格納することができる。いくつかの実施形態では、画像データベース２２５は、図１におけるＣＢＣＴ画像化システムおよび超音波画像化システムによって取り込まれた医用画像を含むことができる。
【００５４】
［００５４］
記憶装置２２６は、プロセッサ２２１によって実行される処理タスクに関連するデータを記憶するために利用可能な追加の記憶装置であってもよい。いくつかの実施形態では、記憶装置２２６は、非一時的な機械可読記憶媒体を含むことができる。一実施形態における機械可読記憶媒体は単一の媒体であってもよいが、「非一時的機械可読記憶媒体」という用語は、単一の媒体または複数の媒体（例えば、集中型または分散型のデータベース、および／または関連するキャッシュおよびサーバ）を含むことができる。「非一時的機械可読記憶媒体」という用語は、機械による実行のための命令セットを記憶または符号化することができ、機械に１つまたは複数の方法論を実行させる任意の媒体を含むものとする本発明の範囲内である。したがって、「非一時的機械可読記憶媒体」という用語は、これに限定されるものではないが、ソリッドステートメモリ、光学および磁気媒体を含むものとする。
【００５５】
［００５５］
ユーザインタフェース２２７は、データがモダリティ移行コントローラ２００によって受信および／または送信されるように構成されてもよい。ユーザインタフェース２２７は、モダリティ移行コントローラ２００がユーザと通信することを可能にする１つ以上のデジタルおよび／またはアナログ通信デバイスを含むことができる。例えば、ユーザインタフェース２２７は、モダリティ移行コントローラ２００に入力を提供するために、放射線治療システム１００のオペレータがキーボード、マウス、マイクロフォン、クリッカ、および／またはタッチスクリーンを含むことができる。特定の実施形態では、ユーザインタフェース２２７は、タブレット型デバイス、携帯電話、または任意の無線デバイスを含むことができる。
【００５６】
［００５６］
通信インタフェース２２８は、例えば、ネットワークアダプタ、ケーブルコネクタ、シリアルコネクタ、ＵＳＢコネクタ、パラレルコネクタ、（例えば、ファイバ、ＵＳＢ３．０、サンダーボルトなどのような）高速データ伝送アダプタ、（例えば、ＷｉＦｉアダプタなどのような）無線ネットワークアダプタ、（例えば、３Ｇ、４Ｇ／ＬＴＥなどのような）電気通信アダプタなどを含むことができる。通信インターフェース２２８は、モダリティ移行コントローラ２００が、ネットワーク２３０を介して遠隔に配置されたコンポーネントなどの他のマシンおよびデバイスと通信することを可能にする１つまたは複数のデジタルおよび／またはアナログ通信デバイスを含むことができる。ネットワーク２３０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、無線ネットワーク、（例えば、サービスとしてのソフトウェア、サービスとしてのプラットフォーム、サービスとしてのインフラストラクチャなどのような）クラウドコンピューティング環境、クライアント／サーバ、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）などの機能を提供することができる。
【００５７】
［００５７］
ディスプレイ２２９は、ユーザに情報を表示するのに適した任意のディスプレイデバイスであってもよい。例えば、画像ディスプレイ２２９は、ＬＣＤ、ＣＲＴ、またはＬＥＤディスプレイであってもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイ２２９は、例えば、ボタンを押すか、またはウィンドウ内のボックスをチェックすることによって、ユーザが選択を行うために、１つまたは複数のユーザインタフェースダイアログウィンドウをユーザに提供することができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイ２２９は、ユーザインタフェース２２７と一体化されてもよい。例えば、ディスプレイ２２９は、ユーザの指によるユーザ入力を受け取ることができるタッチスクリーンディスプレイであってもよい。
【００５８】
［００５８］
いくつかの実施形態では、ディスプレイ２２９は、また、図１のＣＢＣＴ撮像システムと超音波撮像システムにより取得された１つまたは複数の医用画像を表示することができる。例えば、ディスプレイ２２９は、解剖学的特徴がユーザに対して強調表示されているか否かにかかわらず、プロセッサ２２１によってセグメント化された医用画像を示すことができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイ２２９は、医学的画像の上に臨床的に関連する動きの所定の基準を重畳することができるので、ユーザは、その動きが臨床的に関連するか否かを見ることができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイ２２９は、登録されたＣＢＣＴおよび超音波画像のような異なる撮像モダリティによって取得された登録画像を表示することもできる。
【００５９】
［００５９］
図３は、本開示のいくつかの実施形態による、放射線療法治療セッション中の構造的動きを監視するための例示的プロセス３００のフローチャートである。
【００６０】
［００６０］
ステップ３１０において、プロセス３００は、患者が患者テーブル１０８上に適切に配置されているとシステムが判定したときに開始することができる。あるいは、プロセス３００は、ユーザによって開始されてもよい。特定の実施形態では、患者の位置は、拘束装置の使用によって固定されてもよい。
【００６１】
［００６１］
ステップ３２０において、患者の標的領域の監視は、第１の撮像モダリティを使用して開始することができる。第１の撮像モダリティは、画像が、（例えば、２Ｄまたは３Ｄ超音波イメージングなどの）リアルタイムで取得および再構成され得るリアルタイム撮像モダリティであり得る。例えば、オペレータは、コンピュータ１８０を介して患者または患者の標的解剖学的領域を監視するために超音波撮像を開始することができる。超音波イメージングは、解剖学的領域における解剖学的特徴の位置および／または形状のリアルタイム追跡を提供し得る。超音波撮像システムがオンにされた後、オペレータは、超音波イメージングが開始されたことをモダリティ移行コントローラ２００に通知することができる。いくつかの実施形態では、通知は、コンピュータ１８０によって自動的に提供されてもよい。
【００６２】
［００６２］
ステップ３３０において、第２の撮像モダリティを使用して、標的領域のイメージングスキャンを開始することができる。第２の撮像モダリティは、（例えば、ＣＢＣＴ、３ＤＭＲＩなどの）リアルタイムまたは非リアルタイム撮像モダリティであり得る。例えば、オペレータは、コンピュータ１６０を介してＣＢＣＴスキャンを開始し、ＣＢＣＴシステムがオンになっていることをモダリティ移行コントローラ２００に通知することができる。ＣＢＣＴスキャンは、通常、位置エラーを検出することができる高解像度３Ｄ画像を提供する。患者の位置および／または放射線源に関連するコリメータの位置は、放射線治療の施行前にＣＢＣＴ画像に基づいて調整することができる。いくつかの実施形態では、通知は、コンピュータ１６０によって自動的に提供されてもよい。図３では、ステップ３２０はステップ３３０の前と同じように示されているが、ステップ３３０はステップ３２０と同時に、またはステップ３２０の後に行われてもよいと考えられる。
【００６３】
［００６３］
ステップ３４０では、解剖学的特徴の臨床的に関連する動きが生じたかどうかを判定するために、所定の解剖学的特徴（例えば、前立腺、乳房、肺、または任意の器官における腫瘍）を監視することができる。いくつかの実施形態では、ステップ３４０は、前のステップで得られた画像データを使用することができる。画像は、オペレータによって手動で、またはプロセッサ２２１によって自動的にセグメント化されてもよい。例えば、画像は、静止背景及び異なる移動オブジェクトに対応する領域にセグメント化することができる。解剖学的特徴の動きは、セグメント化された画像に基づいて検出されてもよい。例えば、解剖学的特徴の位置および／または形状は、セグメント化された画像に基づいて決定され、ステップ３３０の開始前または開始時に取得された参照画像における位置および／または形状と比較され得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２１は、相関ベースのマッチング方法、フィーチャベースの方法、オプティカルフロー技術、変更に基づく移動オブジェクト検出方法、および任意の他の適切な動き検出または推定方法などの他の動き検出および認識方法ビデオ処理に使用される。
【００６４】
［００６４］
ステップ３５０において、プロセッサ２２１は、臨床的に関連する運動量が検出されたかどうかを決定することができる。プロセッサ２２１は、上述のように決定された動きを、臨床的に関連する動きに対応する所定の基準とさらに比較することができる。いくつかの実施形態では、所定の基準は、動きが空間的境界を超える場合、動きが臨床的に関連するように、動きのための空間的境界を定めることができる。いくつかの実施形態では、所定の基準は、解剖学的特徴の並進、回転、スケーリング、および変形の１つまたは複数に対応する閾値を含むことができる。解剖学的特徴のパラメータがそれぞれの閾値を超える場合、その動きは臨床的に関連するようになる。
【００６５】
［００６５］
臨床的に関連する動きが検出された場合（ステップ３５０：Ｙｅｓ）、プロセス３００はステップ３６０に進むことができる。ステップ３６０において、モダリティ移行コントローラ２００は、例えばディスプレイ２２９を介して、臨床的に関連する動きの指示をオペレータに提供することができる。例えば、ディスプレイ２２９は、解剖学的特徴が所定の基準によって設定された境界から外れたことを示すことができる。基準は、前立腺治療の例外的な基準が３ｍｍまたは５ｍｍであるか、または、前立腺が治療計画で定義されたＰＴＶ外に移動する以外では、目標と治療マージンに依存する。代替的にまたは追加的に、表示は、ディスプレイ２２９上の対話ウィンドウによって、または可聴信号によって提供されてもよい。オペレータは、指示を受信すると、コンピュータ１６０を介してＣＢＣＴをオフにし、プロセス３００は、新たなＣＢＣＴスキャンを再開するためにステップ３３０に戻ることができる。いくつかの他の実施形態では、指示は自動的にコンピュータ１６０に提供されてもよく、コンピュータ１６０はＣＢＣＴを自動的にオフにしてもよい。いくつかの実施形態では、オペレータは臨床的に関連する動きに気付くことができるが、ＣＢＣＴスキャンを停止させずに再開する。
【００６６】
［００６６］
臨床的に関連する動きが検出されない場合（ステップ３５０：Ｎｏ）、プロセス３００はステップ３７０に進み、第２の撮像モダリティ（例えば、ＣＢＣＴ）がまだオンであるかどうかが判定される。いくつかの実施形態では、モダリティ移行コントローラ２００は、ＣＢＣＴスキャンが完了し、ＣＢＣＴシステムがオフにされたときに通知を受信することができる。この通知は、オペレータによって、またはコンピュータ１６０によって自動的に提供されてもよい。
【００６７】
［００６７］
ＣＢＣＴスキャンが進行中である場合（ステップ３７０：Ｎｏ）、それは依然として移行期間内である。したがって、プロセス３００は、解剖学的特徴の動きを監視するためにステップ３４０に戻ることができる。ＣＢＣＴスキャンがスキャンを首尾よく完了した場合（ステップ３７０：Ｙｅｓ）、プロセス３００は３８０に進むことができる。ステップ３７０の間に、プロセッサ２２１は、重複期間が臨床的に等価であり、したがって２つの撮像モダリティが一致すると判定することができる。この開示において、２つのモダリティは、それぞれの各システムに関連する座標において共通の物理的位置を参照できる場合に合意したとみなすことができる（例えば、ＣＢＣＴ画像内の位置と超音波画像内の位置との間のマッピングを確立することができる）。
【００６８】
［００６８］
いくつかの実施形態では、ステップ３７０の後、コンピュータ１６０は、患者または患者テーブル１０８の位置を調整して、ＣＢＣＴスキャンによって検出された任意の股関節の動きを補償する必要がある場合があることをオペレータに通知することができる。例えば、患者テーブル１０８は、シフトまたは回転される必要があり得る。ＣＢＣＴスキャンは、モーフィングアパーチャ、回転アパーチャ、シフトアパーチャ、および線量計再計画などの放射線治療計画の他の態様を変更するためにも使用され得る。ステップ３８０において、調整は、オペレータによって、または患者テーブル１０８の制御によって自動的に実行されてもよい。調整が完了すると、プロセス３００は、放射線治療を開始するためにステップ３９０に進むことができる。第１の撮像モダリティは、任意の椎間板内の動きを監視するためにオンのままであり得る。
【００６９】
［００６９］
図４は、本開示のいくつかの実施形態による、図２のモダリティ移行コントローラ２００によって実行される例示的なプロセス４００を示す。図５は、本開示のいくつかの実施形態による、図４のプロセス４００に対応する、図２のモダリティ移行コントローラによって提供される例示的なユーザインターフェースダイアログ５１０−５８０を示す。このように、図４および図５を以下のように参照される必要がある。
【００７０】
［００７０］
ステップ４０５において、システムはアイドル状態であってもよい。この時間の間、患者は患者テーブル１０８上に配置されてもよい。ステップ４１０において、モダリティ移行コントローラは、例えば、超音波撮像を使用して、患者の基準画像を取得することができる。ＵＩダイアログ５１０は、ディスプレイ２２９に表示され、「基準画像をキャプチャ．．．」を示す。基準画像をキャプチャした後、システムはアイドル状態（ステップ４０５）に戻り、または準備段階に進むことができる。
【００７１】
［００７１］
時点ｔｐから、モダリティ移行コントローラ２００は、ステップ４２０で放射線療法セッションの監視を準備することができる。したがって、ＵＩダイアログ５２０をディスプレイ２２９に表示して、「監視コンポーネントを準備．．．」を示すことができる。一実施形態では、ステップ４２０の一部として、モダリティ移行コントローラ２００は、超音波システムがオンになっているかどうかをチェックすることができる。準備ができなければ（ステップ４３０）、ＵＩダイアログ５３０は、オペレータに３つのオプション、すなわち、再度スキャンするか、再度試みるか、または終了するかをオペレータに選択させるディスプレイ２２９を提示することができる。オペレータがＵＩダイアログ５３０上で「再度スキャンする」を選択した場合、プロセス４００はステップ４２０に戻り、別の基準スキャンをキャプチャすることができる。
【００７２】
［００７２］
時点ｔ０において、第１の監視サンプルは、モダリティ移行コントローラ２００によって受信されてもよい。ステップ４４０において、モダリティ移行コントローラ２００は、ＣＢＣＴスキャンを実行するようにオペレータに指示し、次にＣＢＣＴスキャンが完了したという通知を待つ。ユーザがＣＢＣＴスキャンを実行し、次にスキャンが完了したことを示すボタンｔＣ＿Ｕを押すように指示するＵＩダイアログ５４０がディスプレイ２２９上に示されてもよい。ＣＢＣＴスキャン中に解剖学的特徴（例えば、前立腺）が移動し、モダリティ移行コントローラ２００が、そのモーションが臨床的に関連性があると判定した場合（ステップ４５０）、ＵＩダイアログ５５０は、ディスプレイ２２９上に、ユーザがｔ０を押してから、時点ｔ０'でＣＢＣＴスキャンを再度実行する。臨床的に関連する動きが、ＣＢＣＴと超音波イメージングの両方がオンである期間中に生じる場合、これら２つの撮像システムによって取得された画像は、互いに適切に登録され得ない。したがって、ＣＢＣＴスキャンを再開することによって、オーバーラップ期間を再開する必要がある。
【００７３】
［００７３］
ステップ４６０において、モダリティ移行コントローラ２００は、ユーザがＵＩダイアログ５６０上のｔＣ＿Ｕボタンを押すまで、図１の超音波撮像システムによって取得された超音波画像のようなモニタリングサンプルを、連続的に検証することができる。ステップ４６０の間に、モダリティ移行コントローラ２００によって臨床的に関連する動きが検出された場合、プロセス４００はステップ４５０に進み、ユーザに新しいＣＢＣＴスキャンを再開させることができる。ユーザがｔＣ＿Ｕボタンを押したときに臨床的に関連する動きが検出されない場合、ＵＩダイアログ５７０がディスプレイ２２９上に存在して、ユーザにＣＢＣＴ画像を再構成し、マッチングさせ、患者の位置を調整する必要があれば、患者テーブルを移動させることができる。ステップ４７０において、モダリティ移行コントローラ２００は、時点ｔＵで調整が完了したという通知をユーザが提供するのを待つことができる。ユーザは、ＵＩダイアログ５７０でｔＵボタンを押すことができる。
【００７４】
［００７４］
ステップ４８０において、モダリティ移行コントローラ２００は、放射線治療送出システムおよび超音波撮像システムからの完全な準備完了の応答を待つことができる。ＵＩダイアログ５８０がディスプレイ２２９上に存在し、完全に準備完了の応答を提供するために「手動ゲーティングを続行」を押すようユーザに指示することができる。ＵＩダイアログ５８０のボタンが押されると、プロセス４００は、ステップ４９０において、放射線療法および超音波モニタリングを続けることができる。
【００７５】
［００７５］
図４および図５は、ユーザが撮像スキャンを開始することを要求すると共に、撮像システムに関連する通知を手作業で提供することをユーザが要求するものとして開示されているが、開示された実施形態は単なる例示であると考えられる。いくつかの他の実施形態では、これらの通知の少なくともいくつかは、コンピュータ１６０および／またはコンピュータ１８０から自動的に受信されてもよい。いくつかの実施形態では、ＣＢＣＴスキャンまたは超音波モニタリングなどのイメージングスキャンは、モダリティ移行コントローラ２００からコンピュータ１６０および／またはコンピュータ１８０に送信される制御信号によって自動的に開始されてもよい。
【００７６】
［００７６］
様々な動作または機能が、本明細書で説明され、ソフトウェアコードまたは命令として実装または定義されてもよい。そのようなコンテンツは、直接実行可能なもの（「オブジェクト」または「実行可能」形式）や、ソースコード、または差分コード（「デルタ」または「パッチ」コード）であってもよい。本明細書に記載の実施形態のソフトウェア実装は、コードまたは命令が格納された製品を介して、または通信インターフェースを介してデータを送信するための通信インターフェースを操作する方法を介して提供されてもよい。機械またはコンピュータ可読記憶媒体は、機械に説明された機能または動作を実行させることができ、記録可能／記録不可能な媒体（ロードオンリメモリ（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）のような、機械（例えば、コンピューティングデバイス、電子システムなど）によってアクセス可能な形式で情報を記憶する任意のメカニズムを含むことができる。通信インタフェースは、メモリバスインタフェース、プロセッサバスインタフェース、インターネット接続、ディスクコントローラ、および他のデバイスのような、ハードワイヤード、ワイヤレス、光学などのいずれかとインタフェースする任意のメカニズムを含む。通信インタフェースは、ソフトウェアインタフェースを記述するデータ信号を提供するために、通信インタフェースを準備するための構成パラメータおよび／または送信信号を提供することによって構成することができる。通信インタフェースは、通信インタフェースに送信される１つまたは複数のコマンドまたは信号を介してアクセスすることができる。
【００７７】
［００７７］
本発明はまた、本明細書の動作を実行するためのシステムにも関する。このシステムは、必要な目的のために特別に構成することができ、またはコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動または再構成された汎用コンピュータを含むことができる。このようなコンピュータプログラムは、限定はしないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤＲＯＭ、および光磁気ディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムなものなどの任意のタイプのディスク（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気または光カード、またはコンピュータシステムバスにそれぞれ結合された電子命令を格納するのに適した任意のタイプの媒体に格納されることができる。
【００７８】
［００７８］
本明細書に例示され説明される本発明の実施形態における動作の実行または実行の順序は、他に特定されない限り必須ではない。すなわち、動作は、特に明記しない限り、任意の順序で実行されてもよく、本発明の実施形態は、本明細書に開示された動作よりも多い、または少ない動作を含むことができる。例えば、別の操作の前に、同時にまたは後に特定の操作を実行または実行することは、本発明の態様の範囲内にあると考えられる。
【００７９】
［００７９］
本発明の実施形態は、コンピュータ実行可能命令で実装することができる。コンピュータ実行可能命令は、１つまたは複数のコンピュータ実行可能コンポーネントまたはモジュールに編成することができる。本発明の態様は、そのような構成要素またはモジュールの任意の数および構成で実施することができる。例えば、本発明の態様は、特定のコンピュータ実行可能命令、または図に示され、本明細書で説明される特定のコンポーネントまたはモジュールに限定されない。本発明の他の実施形態は、異なるコンピュータ実行可能命令または本明細書に図示および記載されたものより多いまたは少ない機能を有するコンポーネントを含むことができる。
【００８０】
［００８０］
本発明の態様を詳細に記載してきたが、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の態様の範囲から逸脱することなく、修正および変更が可能であることは明らかであろう。本発明の態様の範囲から逸脱することなく、上記の構造、製品、および方法において様々な変更を行うことができるので、上記の説明に含まれ、添付図面に示された全ての事項は、限定的な意味ではなく例示として解釈されるべきである。
【図１】
0006725655.tif 000002
【図２】
0006725655.tif 000003
【図３】
0006725655.tif 000004
【図４】
0006725655.tif 000005
【図５】
0006725655.tif 000006