(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
適応放射線療法において使用し、第１の医用画像及び第２の医用画像からのデータを利用する、プロセッサが実行する方法であって、
前記方法は、
変形ベクトルフィールドから修正された変形ベクトルフィールドを生成するステップであって、前記第１の医用画像内のボクセルを前記第２の医用画像の非標的領域内のボクセルにマッピングする前記変形ベクトルフィールド内の第１のベクトルを特定することと、前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと標的領域との間の距離を増加させるか否かを決定することと、前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと前記標的領域との間の前記距離を増加させると決定されることに応答して、前記第１のベクトルの大きさを減少させることにより修正された第１のベクトルを生成することと、前記修正された変形ベクトルフィールド内に前記修正された第１のベクトルを格納することとにより、前記修正された変形ベクトルフィールドを生成するステップと、
前記修正された変形ベクトルフィールドで線量分布を変換するステップと
を有する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記修正された変形ベクトルフィールドを生成するステップは、
前記第１の医用画像内の第２のボクセルを前記第２の医用画像内の非標的領域内にある第２のボクセルにマッピングする前記変形ベクトルフィールド内の第２のベクトルを特定することと、
前記第２のベクトルが、前記第２のマッピングされたボクセルと前記標的領域との間の距離を減少させるか、前記第２のマッピングされたボクセルと前記標的領域との間の前記距離を変化させないかを決定することと、
前記第２のベクトルが、前記第２のマッピングされたボクセルと前記標的領域との間の距離を減少させるか、前記第２のマッピングされたボクセルと前記標的領域との間の前記距離を変化させないかを決定したときに、前記修正された変形ベクトルフィールド内に前記第２のベクトルを格納することとを更に含む
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
前記修正された変形ベクトルフィールドを生成するステップは、
前記変形ベクトルフィールド内の第３のベクトルを特定することであって、前記第３のベクトルは、前記第１の医用画像内の第３のボクセルを前記第２の医用画像内の前記標的領域内にある第３のボクセルにマッピングすることと、
前記修正された変形ベクトルフィールド内の前記第３のベクトルを格納することとを更に含む
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、
前記修正された変形ベクトルフィールドに基づいて治療計画を適応させるステップを更に有する
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、
前記治療計画は前記線量分布を含み、
前記治療計画を適応させるステップは、
前記修正された変形ベクトルフィールドで前記線量分布を変換することと、
前記変換された線量分布に基づいて新しい治療計画を作成することを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、
前記方法は、前記新しい治療計画に従って前記患者に治療用放射線を照射するステップを更に有する
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、
前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと前記標的領域との間の距離を増加させるか否かを決定することは、
前記第１の医用画像内の前記標的領域の境界からの距離変換を計算することと、
前記第２の医用画像内の前記標的領域の境界からの距離変換を計算することと、
前記距離変換を比較して、前記第１のベクトルが前記第１の医用画像内のボクセルを前記第２の医用画像内の前記標的領域の前記境界からさらに離れたボクセルにマッピングするかどうかを決定することを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、
前記修正された変形ベクトルフィールドを後処理して、前記修正された変形ベクトルフィールドの不連続性を減少させ、後処理された変形ベクトルフィールドを生成するステップを更に有する
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、
前記修正された変形ベクトルフィールドを後処理して、後処理された変形ベクトルフィールドを生成するステップは、
前記第２の医用画像内の、前記標的領域と前記患者の皮膚との間の輪郭を識別することと、
前記輪郭の外側で前記患者の皮膚の内側の第１のボクセルのグループに対応する、前記修正された変形ベクトルフィールドから第１のベクトルのグループを調整することと、
前記輪郭の内側の第２のボクセルのグループに対応する前記修正された変形ベクトルフィールドから第２のベクトルのグループを識別することと、
前記調整された第１のベクトルのグループを前記修正された変形ベクトルフィールドに格納し、前記調整されない第２のベクトルのグループを前記修正された変形ベクトルフィールドに格納して、後処理された変形ベクトルフィールドを提供することとを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、
前記第１のベクトルのグループを調整することは、前記輪郭と前記皮膚との間の第１のベクトルのグループ内の各ベクトルを補間することであって、前記第１のベクトルのグループが、前記境界に近い修正された変形ベクトルフィールドのベクトルから前記患者の皮膚に近い修正されない変形ベクトルフィールドのベクトルに連続的に変化することを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
治療計画システムであって、
第１の医用画像及び第２の医用画像からのデータを利用する放射線療法制御回路であって、変形ベクトルフィールドから修正された変形ベクトルフィールドを生成するステップであって、前記第１の医用画像内のボクセルを前記第２の医用画像の非標的領域内のボクセルにマッピングする前記変形ベクトルフィールド内の第１のベクトルを特定することと、前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと標的領域との間の距離を増加させるか否かを決定することと、前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと前記標的領域との間の前記距離を増加させると決定されることに応答して、前記第１のベクトルの大きさを減少させることにより修正された第１のベクトルを生成することと、前記修正された変形ベクトルフィールド内に前記修正された第１のベクトルを格納することとにより、前記修正された変形ベクトルフィールドを生成するステップと、前記修正された変形ベクトルフィールドで線量分布を変換するステップとを実行するように構成された放射線療法制御回路を有する
ことを特徴とする治療計画システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の治療計画システムにおいて、
前記修正された変形ベクトルフィールドを生成するステップは、
前記第１の医用画像内の第２のボクセルを前記第２の医用画像内の非標的領域内にある第２のボクセルにマッピングする前記変形ベクトルフィールド内の第２のベクトルを特定することと、
前記第２のベクトルが、前記第２のマッピングされたボクセルと前記標的領域との間の距離を減少させるか、前記第２のマッピングされたボクセルと前記標的領域との間の前記距離を変化させないかを決定することと、
前記第２のベクトルが、前記第２のマッピングされたボクセルと前記標的領域との間の距離を減少させるか、前記第２のマッピングされたボクセルと前記標的領域との間の前記距離を変化させないかを決定したときに、前記修正された変形ベクトルフィールド内に前記第２のベクトルを格納することとを更に含む
ことを特徴とする治療計画システム。
【請求項１３】
請求項１１記載の治療計画システムにおいて、
前記修正された変形ベクトルフィールドを生成するステップは、
前記変形ベクトルフィールド内の第３のベクトルを特定することであって、前記第３のベクトルは、前記第１の医用画像内の第３のボクセルを前記第２の医用画像内の前記標的領域内にある第３のボクセルにマッピングすることと、
前記修正された変形ベクトルフィールド内の前記第３のベクトルを格納することとを更に含む
ことを特徴とする治療計画システム。
【請求項１４】
請求項１１記載の治療計画システムにおいて、
方法は、前記修正された変形ベクトルフィールドに基づいて治療計画を適応させるステップを更に有する
ことを特徴とする治療計画システム。
【請求項１５】
請求項１４記載の治療計画システムにおいて、
前記治療計画は前記線量分布を含み、
前記治療計画を適応させるステップは、
前記修正された変形ベクトルフィールドで前記線量分布を変換することと、
前記変換された線量分布に基づいて新しい治療計画を作成することを含む
ことを特徴とする治療計画システム。
【請求項１６】
請求項１５記載の治療計画システムにおいて、
前記新しい治療計画を受け取り、前記新しい治療計画に従って前記患者に治療用放射線を照射する放射線治療装置を更に有する
ことを特徴とする治療計画システム。
【請求項１７】
請求項１１記載の治療計画システムにおいて、
前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと前記標的領域との間の距離を増加させるか否かを決定することは、
前記第１の医用画像内の前記標的領域の境界からの距離変換を計算することと、
前記第２の医用画像内の前記標的領域の境界からの距離変換を計算することと、
前記距離変換を比較して、前記第１のベクトルが前記第１の医用画像内のボクセルを前記第２の医用画像内の前記標的領域の前記境界からさらに離れたボクセルにマッピングするかどうかを決定することを含む
ことを特徴とする治療計画システム。
【請求項１８】
請求項１１記載の治療計画システムにおいて、
方法は、前記修正された変形ベクトルフィールドを後処理して、前記修正された変形ベクトルフィールドの不連続性を減少させ、後処理された変形ベクトルフィールドを生成するステップを更に有する
ことを特徴とする治療計画システム。
【請求項１９】
請求項１８記載の治療計画システムにおいて、
前記修正された変形ベクトルフィールドを後処理して、後処理された変形ベクトルフィールドを生成するステップは、
前記第２の医用画像内の、前記標的領域と前記患者の皮膚との間の輪郭を識別することと、
前記輪郭の外側で前記患者の皮膚の内側の第１のボクセルのグループに対応する、前記修正された変形ベクトルフィールドから第１のベクトルのグループを調整することと、
前記輪郭の内側の第２のボクセルのグループに対応する前記修正された変形ベクトルフィールドから第２のベクトルのグループを識別することと、
前記調整された第１のベクトルのグループを前記修正された変形ベクトルフィールドに格納し、前記調整されない第２のベクトルのグループを前記修正された変形ベクトルフィールドに格納して、後処理された変形ベクトルフィールドを提供することとを含む
ことを特徴とする治療計画システム。
【請求項２０】
請求項１９記載の治療計画システムにおいて、
前記第１のベクトルのグループを調整することは、前記輪郭と前記皮膚との間の第１のベクトルのグループ内の各ベクトルを補間することであって、前記第１のベクトルのグループが、前記境界に近い修正された変形ベクトルフィールドのベクトルから前記患者の皮膚に近い修正されない変形ベクトルフィールドのベクトルに連続的に変化することを含む
ことを特徴とする治療計画システム。
【請求項２１】
プロセッサにより実行されたときに、前記プロセッサに、第１の医用画像及び第２の医用画像からのデータを利用する、次の方法を実行させる命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、
前記方法は、
変形ベクトルフィールドから修正された変形ベクトルフィールドを生成するステップであって、前記第１の医用画像内のボクセルを前記第２の医用画像の非標的領域内のボクセルにマッピングする前記変形ベクトルフィールド内の第１のベクトルを特定することと、前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと標的領域との間の距離を増加させるか否かを決定することと、前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと前記標的領域との間の前記距離を増加させると決定されることに応答して、前記第１のベクトルの大きさを減少させることにより修正された第１のベクトルを生成することと、前記修正された変形ベクトルフィールド内に前記修正された第１のベクトルを格納することとにより、前記修正された変形ベクトルフィールドを生成するステップと、
前記修正された変形ベクトルフィールドで線量分布を変換するステップと
を有する
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２２】
請求項２１記載の非一時的コンピュータ可読媒体において、
前記修正された変形ベクトルフィールドを生成するステップは、
前記第１の医用画像内の第２のボクセルを前記第２の医用画像内の非標的領域内にある第２のボクセルにマッピングする前記変形ベクトルフィールド内の第２のベクトルを特定することと、
前記第２のベクトルが、前記第２のマッピングされたボクセルと前記標的領域との間の距離を減少させるか、前記第２のマッピングされたボクセルと前記標的領域との間の前記距離を変化させないかを決定することと、
前記第２のベクトルが、前記第２のマッピングされたボクセルと前記標的領域との間の距離を減少させるか、前記第２のマッピングされたボクセルと前記標的領域との間の前記距離を変化させないかを決定したときに、前記修正された変形ベクトルフィールド内に前記第２のベクトルを格納することとを更に含む
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項２３】
請求項２１記載の非一時的コンピュータ可読媒体において、
前記修正された変形ベクトルフィールドを生成するステップは、
前記変形ベクトルフィールド内の第３のベクトルを特定することであって、前記第３のベクトルは、前記第１の医用画像内の第３のボクセルを前記第２の医用画像内の前記標的領域内にある第３のボクセルにマッピングすることと、
前記修正された変形ベクトルフィールド内の前記第３のベクトルを格納することとを更に含む
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項２４】
請求項２１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、前記修正された変形ベクトルフィールドに基づいて治療計画を適応させるステップを更に有する
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２５】
請求項２４記載の非一時的コンピュータ可読媒体において、
前記治療計画は前記線量分布を含み、
前記治療計画を適応させるステップは、
前記修正された変形ベクトルフィールドで前記線量分布を変換することと、
前記変換された線量分布に基づいて新しい治療計画を作成することを含む
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２６】
請求項２１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のベクトルが前記マッピングされたボクセルと前記標的領域との間の距離を増加させるか否かを決定することは、
前記第１の医用画像内の前記標的領域の境界からの距離変換を計算することと、
前記第２の医用画像内の前記標的領域の境界からの距離変換を計算することと、
前記距離変換を比較して、前記第１のベクトルが前記第１の医用画像内のボクセルを前記第２の医用画像内の前記標的領域の前記境界からさらに離れたボクセルにマッピングするかどうかを決定することを含む
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２７】
請求項２１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、前記修正された変形ベクトルフィールドを後処理して、前記修正された変形ベクトルフィールドの不連続性を減少させ、後処理された変形ベクトルフィールドを生成するステップを更に有する
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２８】
請求項２７記載の非一時的コンピュータ可読媒体において、
前記修正された変形ベクトルフィールドを後処理して、後処理された変形ベクトルフィールドを生成するステップは、
前記第２の医用画像内の、前記標的領域と前記患者の皮膚との間の輪郭を識別することと、
前記輪郭の外側で前記患者の皮膚の内側の第１のボクセルのグループに対応する、前記修正された変形ベクトルフィールドから第１のベクトルのグループを調整することと、
前記輪郭の内側の第２のボクセルのグループに対応する前記修正された変形ベクトルフィールドから第２のベクトルのグループを識別することと、
前記調整された第１のベクトルのグループを前記修正された変形ベクトルフィールドに格納し、前記調整されない第２のベクトルのグループを前記修正された変形ベクトルフィールドに格納して、後処理された変形ベクトルフィールドを提供することとを含む
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２９】
請求項２８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のベクトルのグループを調整することは、前記輪郭と前記皮膚との間の第１のベクトルのグループ内の各ベクトルを補間することであって、前記第１のベクトルのグループが、前記境界に近い修正された変形ベクトルフィールドのベクトルから前記患者の皮膚に近い修正されない変形ベクトルフィールドのベクトルに連続的に変化することを含む
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権の主張）
［００１］
この出願は、２０１７年９月７日に提出された米国特許出願第１５／６９７，６６７号の優先権の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
［００１］
本開示は一般に放射線療法に関する。より具体的には、限定はしないが、本開示は、適応放射線療法で使用するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
［００２］
放射線療法は放射線療法とも呼ばれ、哺乳動物（例えば、ヒトおよび動物）組織の腫瘍やその他の病気の治療に使用される。放射線療法治療の一例は、患者の標的部位に向けられたコリメートされた放射線ビームを生成するため、外部ソースから患者への高エネルギービームを当てることである。標的は、放射線ビームに曝され、放射線ビームによって治療される、罹患した器官または腫瘍を含む患者の身体の一領域である。放射線ビームの配置と線量を正確に制御して、医師が患者に処方した放射線の線量を標的が確実に受け取れるようにしながら、リスク臓器（ＯＡＲ）と呼ばれる周囲の健康な組織への損傷を最小化させなけばならない。
【０００４】
［００３］
患者の放射線治療を計画するために、意図された治療位置にある患者の１つまたはそれ以上の医用画像が、放射線治療セッションの前、多くの場合、治療の開始の何日も前に取得される。これらは、計画用画像と呼ばれる。
【０００５】
［００４］
医師は、計画用画像を使用して、１つまたは複数の標的とＯＡＲを識別し、輪郭を描くことができる。輪郭加工は手動、半自動、または自動で実行できる。しばしば計画標的ボリューム（ＰＴＶ）と呼ばれる治療の輪郭が作成され、それには、標的の輪郭に加えて、顕微鏡的疾患や治療の不確実性を説明するのに十分なマージンが含まれる。放射線量は医師によって処方され、ＯＡＲおよびその他の正常組織への線量を最小限に抑えながら、処方された線量をＰＴＶに最適に送達する放射線治療計画が作成される。治療計画は、医師が手動で生成することも、最適化手法を使用して自動的に生成することもできる。最適化手法は、臨床および線量測定の目的と制約（例えば、腫瘍およびＯＡＲへの放射線の最大、最小、および平均線量）に基づくものである。
【０００６】
［００５］
治療コースは、処方された用量を多数のフラクションにわたって送達するために開発され、そこでは、各フラクションは、異なる治療セッションで送達される。例えば、３０〜４０フラクションが一般的であるが、５フラクション又は１フラクションでさえ用いられる。フラクション照射は、通常平日に１回、場合によっては２回行われる。ある場合には、放射線治療計画がコース全体で変更され、一部の領域により多くの線量を集中させることができる。
【０００７】
［００６］
各フラクションで、患者は放射線治療装置の患者支持アクセサリ（しばしば「カウチ」と呼ばれる）に設置され、計画用画像内の位置のできるだけ近くに再配置される。残念ながら、患者は硬直した物体ではなく、患者の解剖学的構造が移動または変化する可能性があるため、これを実際に正確に実行することは困難な作業である。フラクションとフラクションとの間の変動または変化は、しばしばフラクション間（interfractional）変動と呼ばれ、フラクション自体の間に発生する変動または変化は、しばしばフラクション内（intrafractional）変動と呼ばれる。
【０００８】
［００７］
画像誘導放射線療法（ＩＧＲＴ）は、フラクション間変動の問題を最小限に抑えようとする。ＩＧＲＴには、放射線療法の直前に患者の１つまたはそれ以上の医用画像を取得し、それらの画像を使用してフラクション間変動を識別および補正することを含む。診断スキャナで取得できる計画用画像とは対照的に、ＩＧＲＴ画像は、患者が治療位置にいる間に治療室で直接取得される。フラクション間変動を補正するために、ＩＧＲＴ画像は計画用画像と比較され、計画用画像が生成されてから発生した患者の解剖学的構造の変化を定量化する。例えば、計画用画像やＩＧＲＴ画像は、計画用画像をＩＧＲＴ画像に最も良く整列させるグローバルシフトおよび／または回転を計算するために分析される。そのシフトおよび／または回転が計算されると、治療セッション中の患者の位置が、計画用画像が取得されたときの患者の位置により厳密に一致するように、患者支持アクセサリの位置に対応する調整を行うことができる。このシナリオでは、元の計画は引き続き提供され、計画とのずれを最小限に抑えるために患者の位置のみが変更されることに注目されたい。
【０００９】
［００８］
適応放射線療法は、フラクション間変動の問題を解決することを目的とするもう１つの手法である。ＩＧＲＴと同様に、適応放射線療法では、放射線療法治療セッションの直前に患者の１つまたはそれ以上の医用画像を取得し、それらの画像を使用してフラクション間変動を特定して補正する。しかし、適応放射線療法では、患者の位置が変更されるだけでなく、計画自体がフラクション間変動を考慮に入れるように適合される。適応放射線療法では、計画用画像と治療セッションの直前に撮影された画像を分析して、変形ベクトルフィールド（ＤＶＦ：Deformation Vector Field）を生成する。ＤＶＦは、その要素がベクトルの三次元アレイであり、そこでは、各ベクトルは、治療セッションの直前に撮影された画像内の対応するボクセルに計画用画像内のボクセルをマッピングする幾何学的変換を定義する。このＤＶＦを使用して、計画用画像が取得されてから発生した患者の解剖学的構造内の変化を考慮するために、元の治療計画で指定された放射線量の空間分布を変換する。この変換された線量分布は、元の承認された治療計画からの承認された線量分布と同等の線量分布となり、この変換された線量分布を達成する計画を見つけることができれば、医師の本来の目標が達成されるという考えと共に、再計画する際の「目標」線量として使用できる。しかし、この変換された線量を目標として使用しても、解剖学的変動が好ましいならば、医師が最初に要求したものよりも優れた計画を立てることにはならず、それは単に物理的に達成可能であると仮定して、元々計画されていたものと同じくらいの計画を再現するだけである。「好ましい解剖学的変動」を説明するために、すべてのＯＡＲが標的からさらに遠ざかる場合を考えてみよう。明らかにこの場合、標的を意図した通り（同じ線量レベルに）処理する方が幾何学的にはるかに簡単であるが、ＯＡＲへの線量は少なくなる。解決策は、いくつかのロジックを適用して、ＯＡＲまたはＯＡＲの一部が標的から更に離れたときに、ＤＶＦが処理（変更）され、距離が一定に保たれるようにすることである。この処理されたＤＶＦを使用して線量を変換すると、同じ目標線量と目標適合性を維持しながら、実際には目標から離れたＯＡＲまたはＯＡＲの一部に対してより低い線量を示す目標線量分布が得られる。
【発明の概要】
【００１０】
［００９］
本開示の第１の態様は、適応放射線療法において使用する、プロセッサが実行する方法を提供する。この方法は、第１の医用画像及び第２の医用画像にアクセスするステップであって、前記第１の医用画像及び前記第２の医用画像は、異なる時間における患者の関心領域を表し、前記各医用画像は、複数のボクセルを含み、標的領域と少なくともひとつの非標的領域とにセグメンテーションされるステップを含むことができる。この方法はさらに、変形ベクトルフィールドにアクセスするステップであって、前記変形ベクトルフィールドは複数のベクトルを含み、前記各ベクトルは、前記第１の医用画像内のそれぞれのボクセルを前記第２の医用画像内の対応するボクセルにマッピングするための幾何変換を定義するステップを含むことができる。この方法は、修正されたＤＶＦを生成するステップを含むことができる。修正されたＤＶＦを生成するステップは、前記第１の医用画像内のボクセルを前記第２の医用画像の非標的領域内のボクセルにマッピングする前記ＤＶＦ内の第１のベクトルを特定することを含むことができる。修正されたＤＶＦを生成するステップは、前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと前記標的領域との間の距離を増加させるか否かを決定することを含むことができる。修正されたＤＶＦを生成するステップは、前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと前記標的領域との間の前記距離を増加させると決定されたときには、前記第１のベクトルの大きさを減少させることにより修正された第１のベクトルを生成することを含むことができる。修正されたＤＶＦを生成するステップは、前記修正されたＤＶＦ内に前記修正された第１のベクトルを格納することを含むことができる。
【００１１】
［０１０］
本開示のさらなる態様は、放射線治療装置を提供する。放射線治療装置は、ハードウェアプロセッサと、ハードウェアプロセッサに結合されたメモリデバイスとを含むことができる。メモリデバイスは、ハードウェアプロセッサによって実行されたときに、ハードウェアプロセッサに、第１の医用画像および第２の医用画像にアクセスするステップであって。前記第１の医用画像及び前記第２の医用画像は、異なる時間における患者の関心領域を表し、前記各医用画像は、複数のボクセルを含み、標的領域と少なくともひとつの非標的領域とにセグメンテーションされているステップを含む方法を実行させる命令を格納することができる。この方法は、さらに、ＤＶＦにアクセスするステップであって、前記ＤＶＦは複数のベクトルを含み、前記各ベクトルは、前記第１の医用画像内のそれぞれのボクセルを前記第２の医用画像内の対応するボクセルにマッピングするための幾何変換を定義するステップを含むことができる。この方法は、さらに、修正されたＤＶＦを生成するステップをさらに含むことができる。修正されたＤＶＦを生成するステップは、前記第１の医用画像内のボクセルを前記第２の医用画像の非標的領域内のボクセルにマッピングする前記ＤＶＦ内の第１のベクトルを特定することを含むことができる。修正されたＤＶＦを生成するステップは、前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと前記標的領域との間の距離を増加させるか否かを決定することを含むことができる。修正されたＤＶＦを生成するステップは、前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと前記標的領域との間の前記距離を増加させると決定されたときには、前記第１のベクトルの大きさを減少させることにより修正された第１のベクトルを生成することを含むことができる。修正されたＤＶＦを生成するステップは、前記修正されたＤＶＦ内に前記修正された第１のベクトルを格納することを含むことができる。
【００１２】
［０１１］
本開示のさらなる態様は、プロセッサにより実行されたときに、前記プロセッサに、次の方法を実行させる命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体を提供し、この方法は、第１の医用画像及び第２の医用画像にアクセスするステップであって、前記第１の医用画像及び前記第２の医用画像は、異なる時間における患者の関心領域を表し、前記各医用画像は、複数のボクセルを含み、標的領域と少なくともひとつの非標的領域とにセグメンテーションされているステップを含む。この方法は、さらに、ＤＶＦにアクセスするステップであって、前記ＤＶＦは複数のベクトルを含み、前記各ベクトルは、前記第１の医用画像内のそれぞれのボクセルを前記第２の医用画像内の対応するボクセルにマッピングするための幾何変換を定義するステップを含むことができる。この方法は、さらに、修正されたＤＶＦを生成するステップをさらに含むことができる。修正されたＤＶＦを生成するステップは、前記第１の医用画像内のボクセルを前記第２の医用画像の非標的領域内のボクセルにマッピングする前記ＤＶＦ内の第１のベクトルを特定することを含むことができる。修正されたＤＶＦを生成するステップは、前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと前記標的領域との間の距離を増加させるか否かを決定することを含むことができる。修正されたＤＶＦを生成するステップは、前記第１のベクトルが前記マッピングされたボクセルと前記標的領域との間の前記距離を増加させると決定されたときには、前記第１のベクトルの大きさを減少させることにより修正された第１のベクトルを生成することを含むことができる。修正されたＤＶＦを生成するステップは、前記修正されたＤＶＦ内に前記修正された第１のベクトルを格納することを含むことができる。
【００１３】
［０１２］
本開示の追加の目的および利点は、以下の詳細な説明において部分的に規定され、部分的には説明から自明であるか、または本開示の実施によって知ることができる。本開示の目的および利点は、添付の特許請求の範囲に特に指摘された要素および組み合わせによって実現され、達成される。
【００１４】
［０１３］
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、例示および説明のみを目的としており、特許請求される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】
【００１５】
［０１４］
本明細書の一部を構成する添付の図面は、いくつかの実施形態を示し、説明とともに、開示された原理を説明するのに役立つ。
【００１６】
［０１５］
【図１】図１は、適応放射線療法のための例示的なシステムを示す。
【００１７】
［０１６］
【図２】図２は、図１の適応放射線治療システムで使用することができるガンマナイフとして知られている放射線治療装置の一例を示す。
【００１８】
［０１７］
【図３】図３は、図１の適応放射線治療システムで使用され得る、放射線治療装置と線形加速器の他の例を示す。
【００１９】
［０１８］
【図４】図４は、図１の適応放射線治療システムで使用され得る、放射線治療装置と、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像装置のような撮像装置との組み合わせの一例を示す。
【００２０】
［０１９］
【図５】図５は、図１の適応放射線治療システムで使用され得る、放射線治療装置と、核磁気共鳴（ＭＲ）撮像装置のような撮像装置との組み合わせの他の例を示す。
【００２１】
［０２０］
【図６】図６は、放射線治療ビームの強度を成形、方向付け、または変調するための例示的なコリメータ構成を示す。
【００２２】
［０２１］
【図７】図７は、例示的な実施形態による、異なる時間に撮られた患者の身体の一部の医用画像の簡略化された二次元表現である。
【図８】図８は、例示的な実施形態による、異なる時間に撮られた患者の身体の一部の医用画像の簡略化された二次元表現である。
【００２３】
［０２２］
【図９】図９は、図７の医用画像を、図８の医用画像をマッピングするための変形ベクトルフィールドを示す。
【００２４】
［０２３］
【図１０】図１０は、図９の変形ベクトルフィールドによる変換の前後の例示的な線量分布を示す。
【００２５】
［０２４］
【図１１】図１１は、適応放射線療法の例示的な方法の流れ図である。
【００２６】
［０２５］
【図１２】図１２は、図１１の方法によって生成された例示的な修正された変形ベクトルフィールを示す。
【００２７】
［０２６］
【図１３】図１３は、図１２の変形ベクトルフィールドによる変換の前後の例示的な線量分布を示す。
【００２８】
［０２７］
【図１４】図１４は、例示的な実施形態による、異なる時間に撮られた患者の身体の一部の医用画像の簡略化された二次元表現である。
【図１５】図１５は、例示的な実施形態による、異なる時間に撮られた患者の身体の一部の医用画像の簡略化された二次元表現である。
【００２９】
［０２８］
【図１６】図１６は、医用画像の簡略化された二次元表現に基づく後処理されたＤＶＦ分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［０２９］
例示的な実施形態は、添付の図面を参照して説明される。図面において、参照番号の左端の数字は、参照番号が最初に表示される図番を示す。都合のよいところでは、同じまたは同様の部品を指すために、図面全体を通して、同じ参照番号が使用される。本明細書では開示された原理の例および特徴について説明するが、開示された実施形態の趣旨および範囲から逸脱することなく、修正、適合、他の実装が可能である。また、用語「comprising（備える）」、「having（有する）」、「containing（含む）」、「including (含む）」および他の同様のフォームは意味が同等であり、これらの言葉のいずれか１つに続くひとつ又は複数のアイテムが、そのようなひとつ又は複数のアイテムが完全なリストであることを意味せず、リストされたひとつ又は複数のアイテムのみに限定されること意味しない。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」、「the」は、文脈が明らかに他のことを指示しない限り、複数の参照を含むことにも留意されたい。
【００３１】
［０３０］
例示的な実施形態は、一般的に、計画用画像の取得と放射線療法治療セッションとの間の期間中に起こり得る患者の解剖学的構造の変動を補償するように治療計画を適合させることに関する。これは、ＤＶＦを修正して、ボクセルを、放射線への曝露によって治療される１つまたはそれ以上の標的領域から遠ざけるベクトルの大きさを減らすことによって実現される。修正されたＤＶＦは、新しい治療計画を作成するための目標線量として使用される線量分布を変換するために使用される。新しい治療計画は、患者の解剖学的構造が変化しても、標的が処方された線量の放射線を受けることを確実にし、標的の周りの健康な組織の放射線への被曝を減らすことができる。
【００３２】
［０３１］
図１は、適応放射線療法を実行するための例示的な放射線治療システム１００を示す。放射線治療システム１００は、治療計画装置１１０を含む。治療計画装置１１０は、ネットワーク１３０に接続することができる。ネットワーク１３０は、インターネット１３２に接続することができる。ネットワーク１３０は、治療計画装置１１０を、データベース１４０、病院データベース１４２、腫瘍学情報システム（ＯＩＳ）１５０、放射線治療装置１６０、画像取得装置１７０、表示装置１８０および／またはユーザインターフェース１９０のひとつまたはそれいじょうの装置に接続することができる。治療計画装置１１０は、放射線治療装置１６０によって使用される放射線治療計画を生成するように構成されている。
【００３３】
［０３２］
治療計画装置１１０は、メモリ装置１１１、プロセッサ１１２および通信インターフェース１１４を含むことができる。メモリ装置１１１は、オペレーティングシステム１１８、ＤＶＦ処理モジュール１２０、治療計画モジュール１２８、およびプロセッサ１１２によって実行される他の任意のコンピュータ実行可能命令などのコンピュータ実行可能命令を格納することができる。メモリ装置１１１には、画像データ１２２、ＤＶＦ１２１、修正されたＤＶＦ１２４、元の治療計画１２６、および新しい治療計画１２９を含むデータを格納することができる。
【００３４】
［０３３］
プロセッサ１１２は、メモリ装置１１１に通信可能に結合され、プロセッサ１１２は、そこに格納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。例えば、プロセッサ１１２は、ＤＶＦ処理モジュール１２０を実行することができる。ＤＶＦ処理モジュール１２０の動作は、図８を参照して以下で説明される。さらに、プロセッサ１１２は、ＤＶＦ処理モジュール１２０と接続することができる治療計画モジュール１２８を実行することができる。
【００３５】
［０３４］
プロセッサ１１２は、例えば、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス・プロセッシング・ユニット（ＧＰＵ：Graphics Processing Unit）、および／またはアクセラレーテッド・プロセッシング・ユニット（ＡＰＵ：Accelerated Processing Unit）のような１つまたはそれ以上の汎用処理装置を含む処理装置であってもよい。詳細には、いくつかの実施形態では、プロセッサ１１２は、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ：complex instruction set computing）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：reduced instruction set computing）マイクロプロセッサ、超長命令ワード（ＶＬＩＷ：very long instruction Word）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、または命令セットの組み合わせを実装するプロセッサであってもよい。プロセッサ１１２は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：application specific integrated circuit）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：field programmable gate array）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：digital signal processor）、システムオンチップ（ＳｏＣ：System on a Chip）、またはその他の適切なプロセッサのような１つまたはそれ以上の専用処理装置によって実装されることができる。当業者に理解されるように、いくつかの実施形態では、プロセッサ１１２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１１２は、Ｉｎｔｅｌ（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）、またはＩｔａｎｉｕｍ（登録商標）ファミリー、ＡＭＤ（登録商標）によって製造された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）、Ｐｈｅｎｏｎ（登録商標）ファミリー、Ｓｕｎ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓによって製造された様々なプロセッサのいずれか、または他の適切なプロセッサのような、１つまたはそれ以上の既知の処理装置を含み得る。プロセッサ１１２は、また、Ｎｖｉｄｉａ（登録商標）によって製造された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）によって製造されたＧＭＡ、Ｉｒｉｓ（登録商標）ファミリー、またはＡＭＤ（登録商標）によって製造されたＲａｄｅｏｎ（登録商標）ファミリーのような、グラフィック処理ユニットを含み得る。プロセッサ１１２は、また、ＡＭＤ（登録商標）によって製造されたＤｅｓｋｔｏｐ  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）ファミリーのような、加速処理装置を含み得る。開示された実施形態は、いかなるタイプのプロセッサに限定されるものではなく、大量の撮像データを識別、分析、維持、生成、および／または提供するというコンピューティング命令を満たすように構成されている。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。プロセッサ１１２は、本開示の例示的な実施形態による様々な動作、プロセス、および方法を実行するために、例えば���メモリ１１１に格納されたコンピュータプログラム命令のシーケンスを実行するように構成され得る。
【００３６】
［０３５］
メモリ装置１１１は、画像取得装置１７０から受信した画像データ１２２（例えば、３ＤＭＲＩ、４ＤＭＲＩ、３ＤＣＴ、４ＤＣＴ、３Ｄ超音波、４Ｄ超音波、２Ｄスライス、等）、または、開示された実施形態に関する操作を実行するために治療計画装置１１０が使用することができる任意の他のタイプのデータ／情報の任意の他のタイプのデータを格納することができる。メモリ装置１１１は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）のようなダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックメモリ（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ）などを含むことができ、それらにはコンピュータ実行可能な命令が任意の形式で格納することができる。コンピュータプログラム命令は、プロセッサ１１２によってアクセスされ、ＲＯＭまたは他の任意の適切なメモリ位置から読み取られ、プロセッサ１１２による実行のためにＲＡＭにロードされる。例えば、メモリ１１１は、１つまたはそれ以上のソフトウェアアプリケーションを格納することができる。メモリ１１１に格納されたソフトウェアアプリケーションには、例えば、一般的なコンピュータシステムおよびソフトウェア制御装置のためのオペレーティングシステム１１８を含むことができる。さらに、メモリ１１１は、プロセッサ１１２によって実行することができる、ソフトウェアアプリケーションの全体またはソフトウェアアプリケーションの一部のみを格納することができる。例えば、メモリ装置１１１は、治療計画モジュール１２８を格納することができる。メモリ装置１１１は、また、治療計画モジュール１２８によって生成された１つまたはそれ以上の放射線療法治療計画１２６、１２９を格納することができる。
【００３７】
［０３６］
いくつかの実施形態では、メモリ装置１１１は、プロセッサ可読記憶媒体（図１には示されていない）を含むことができる。一実施形態におけるプロセッサ可読記憶媒体は単一の媒体であり得るが、用語「プロセッサ可読記憶媒体」は、ひとつおよびそれ以上のコンピュータ実行可能命令またはデータのセットを格納する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ー）を含むと解釈されるべきである。用語「プロセッサ可読記憶媒体」は、また、プロセッサによる実行のための命令のセットを格納または符号化されることができ、かつ、プロセッサに本開示の方法論のいずれか１つまたはそれ以上を実行させる、任意の媒体を含むと解釈されるものとする。したがって、用語「プロセッサ可読記憶媒体」は、固体メモリ、光学および磁気媒体を含むが、これらに限定されないものと解釈されるべきである。たとえば、プロセッサ可読記憶媒体は、１つまたはそれ以上の揮発性、非一時的、または不揮発性の有形のコンピュータ可読媒体であり得る。
【００３８】
［０３７］
治療計画装置１１０は、通信インターフェース１１４を介してネットワーク１３０と通信することができ、それはプロセッサ１１２とメモリ１１１に通信可能に結合されている。通信インターフェース１１４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、高速データ伝送アダプタ（例えば、ファイバ、ＵＳＢ３．０、サンダーボルトのような）、無線ネットワークアダプタ（例えば、ＷｉＦｉアダプタのような）、電気通信アダプタ（例えば、３Ｇ、４Ｇ／ＬＴＥなど）を含むことができる。通信インターフェース１１４は、治療計画装置１１０がネットワーク１３０を介して遠隔に配置されたコンポーネントのような他の機械および装置と通信することを可能にする、１つまたはそれ以上のデジタルおよび／またはアナログ通信装置を含むことができる。
【００３９】
［０３８］
ネットワーク１３０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、無線ネットワーク、クラウドコンピューティング環境（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）、クライアントサーバー、広域ネットワーク（ＷＡＮ）などの機能を提供することができる。したがって、ネットワーク１３０は、治療計画装置１１０と、ＯＩＳ１５０、放射線治療装置１６０、画像取得装置１７０のようないくつかの他の様々なシステムおよび装置との間のデータ伝送を可能にすることができる。さらに、ＯＩＳ１５０および／または画像取得装置１７０によって生成されたデータは、メモリ１１１、データベース１４０および／または病院データベース１４２に格納することができる。データは、必要に応じて、プロセッサ１１２によってアクセスされるために、通信インターフェース１１４を介して、ネットワーク１３０を介して、送信／受信される。
【００４０】
［０３９］
治療計画装置１１０は、ネットワーク１３０を介してデータベース１４０と通信して、データベース１４０に格納された複数の様々なタイプのデータを送受信することができる。例えば、データベース１４０は、画像取得装置１７０からの複数の画像（例えば、３ＤＭＲＩ、４ＤＭＲＩ、２ＤＭＲＩスライス画像、ＣＴ画像、２Ｄ透視画像、Ｘ線画像、ＭＲスキャンまたはＣＴスキャンからの生データ、医用デジタル画像通信（ＤＩＭＣＯＭ）データなど）を格納するように構成されている。データベース１４０は、ＤＶＦ処理モジュール１２０および治療計画モジュール１２８によって使用されるデータを格納することができる。治療計画装置１１０は、ＤＶＦ１２１、１２４及び治療計画１２６、１２９を生成するために、データベース１４０からの画像データ（例えば、３ＤＭＲＩ画像、４ＤＭＲＩ画像）を受信することができる。
【００４１】
［０４０］
さらに、放射線治療システム１００は、患者の医用画像（例えば、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）画像、３ＤＭＲＩ、２ＤストリーミングＭＲＩ、４Ｄ容積測定ＭＲＩ、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像、コーンビームＣＴ、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）画像、機能的ＭＲＩ画像（例えば、ｆＭＲＩ、ＤＣＥ−ＭＲＩ、拡散ＭＲＩ）、Ｘ線画像、透視画像、超音波画像、放射線治療ポータル画像、シングルフォトエミッションコンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）など）を取得できる画像取得装置１７０を含むことができる。画像取得装置１７０は、例えば、ＭＲＩ撮像装置、ＣＴ撮像装置、ＰＥＴ撮像装置、超音波装置、蛍光透視装置、ＳＰＥＣＴ撮像装置、または、１つまたはそれ以上の患者の医用画像を取得するための他の任意の適切な医療撮像装置であり得る。画像取得装置１７０によって取得された画像は、撮像データおよび／または試験データのいずれかとしてデータベース１４０内に格納することができる。一例として、画像取得装置１７０によって取得された画像は、また、メモリ１１１内の画像データ１２２として、治療計画装置１１０によって格納され得る。
【００４２】
［０４１］
一実施形態では、例えば、画像取得装置１７０は、単一の装置である放射線治療装置１６０と組み合わせることができる（例えば、「ＭＲＩ−Ｌｉｎａｃ」とも呼ばれる線形加速器と組み合わされたＭＲＩ装置、または、ガンマナイフと組み合わされたＭＲＩ装置のように）。そのようなＭＲＩ−Ｌｉｎａｃは、放射線治療の治療計画に従って放射線治療を所定の標的に正確に行うために、患者の標的器官または標的腫瘍の位置を決定するために用いることができる。
【００４３】
［０４２］
画像取得装置１７０は、関心領域（例えば、標的器官、標的腫瘍、またはその両方）における患者の解剖学的構造の１つまたはそれ以上の画像を取得するように構成され得る。各画像、通常は２Ｄ画像またはスライスは、１つまたはそれ以上のパラメータ（例えば、２Ｄスライスの厚さ、向き、場所など）を含むことができる。いくつかの実施形態では、画像取得装置１７０は、任意の向きの２Ｄスライスを取得することができる。例えば、２Ｄスライスの方向には、矢状方向、冠状方向、または軸方向が含まれる。プロセッサ１１２は、２Ｄスライスの厚さおよび／または向きなどの１つまたはそれ以上のパラメータを調整して、標的器官および／または標的腫瘍を含めることができる。一実施例では、２Ｄスライスは、３ＤＭＲＩボリュームのような情報から決定することができる。そのような２Ｄスライスは、例えば、放射線治療装置１６０を使用するとき、患者が放射線治療を受けているあいだ、「リアルタイム」で画像取得装置１７０によって取得することができる。
【００４４】
［０４３］
治療計画装置１１０は、１人または複数の患者のための放射線療法治療計画１２６、１２９を生成および保存することができる。治療計画装置１１０は、各患者に適用される特定の放射線量に関する情報を提供することができる。治療計画装置１１０は、また、ビーム角度、線量ヒストグラム、ボリューム情報、治療中に使用される放射線ビームの数、ビームあたりの線量のような他の放射線治療情報を生成および／または記憶することができる。
【００４５】
［０４４］
治療計画１２６、１２９を生成することは、患者の画像にアクセスして腫瘍のような標的を描くために、画像取得装置１７０（例えば、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、ＰＥＴ装置、Ｘ線装置、超音波装置など）と通信することを含む。いくつかの実施形態では、腫瘍のまわりまたは腫瘍のすぐ近くにある健康な組織のような、１つまたはそれ以上のリスク臓器（ＯＡＲ）の描写が必要になる。したがって、ＯＡＲが標的腫瘍に近いときに、ＯＡＲのセグメンテーションが行われる。さらに、標的腫瘍がＯＡＲ（例えば、膀胱および直腸に近い前立腺）に近い場合には、ＯＡＲを腫瘍からセグメンテーションすることにより、治療計画装置１１０は、標的内だけでなくＯＡＲ内の線量分布を調べることができる。
【００４６】
［０４５］
ＯＡＲと区別して標的臓器または標的腫瘍の輪郭を描くためには、放射線治療を受けている患者のＭＲＩ画像、ＣＴ画像、ＰＥＴ画像、ｆＭＲＩ画像、Ｘ線画像、超音波画像、放射線治療ポータル画像、ＳＰＥＣＴ画像のような医用画像が、画像取得装置１７０によって非侵襲的に取得され、身体の部分の内部構造を明らかにすることができる。医用画像からの情報に基づいて、関連する解剖学的部分の３Ｄ構造を取得することができる。さらに、治療計画プロセス中に、標的腫瘍の効率的な治療（例えば、標的腫瘍が効果的な治療のために十分な放射線量を受けるという）とＯＡＲへの低線量（例えば、ＯＡＲが可能な限り低い放射線量を受けるという）との間のバランスを達成するために、多くのパラメータが考慮される。考慮され得る他のパラメータには、標的臓器および標的腫瘍の位置、ＯＡＲの位置、ＯＡＲに対する標的の動きが含まれる。例えば、三次元構造は、ＭＲＩ又はＣＴ画像の各二次元レイヤまたはスライス内の標的の輪郭を描くまたはＯＡＲの輪郭を描くこと、および各二次元レイヤまたはスライスの輪郭を結合することにより取得することができる。輪郭は、手動で（例えば、医師、線量測定士、または医療従事者によって）または自動で（例えば、スウェーデンのストックホルムのエレクタＡＢ社によって製造されたアトラスベースの自動セグメンテーションソフトウエアであるＡＢＡＳ（登録商標）を用いて）生成することができる。特定の実施形態では、標的腫瘍またはＯＡＲの３Ｄ構造は、治療計画装置１１０によって自動的に生成される。
【００４７】
［０４６］
標的腫瘍とＯＡＲの位置を特定して輪郭を描いた後、線量測定士、医師、または医療従事者は、標的腫瘍に照射される放射線の線量と共に、腫瘍に近接したＯＡＲ（例えば、左右の耳下腺、視神経、目、水晶体、内耳、脊髄、脳幹、または他の解剖学的構造）が受ける可能性のある最大線量とを決定することができる。関連する解剖学的構造（例、標的腫瘍、ＯＡＲ）の放射線量を決定した後、逆計画法（inverse planning）として知られるプロセスを実行して、望ましい放射線量分布を達成する１つまたはそれ以上の治療計画パラメータを決定することができる。治療計画パラメータの例には、（例えば、標的ボリュームの輪郭を定める、機密構造の輪郭を描く、などの）ボリューム描写パラメータ、標的腫瘍およびＯＡＲの周囲のマージン、ビーム角選択、コリメータ設定、および／またはビームオン時間が含まれる。逆計画プロセス中、医師は、ＯＡＲが受ける可能性のある放射線量の境界を設定する線量制約パラメータを定めること（例えば、腫瘍標的への全線量と任意のＯＡＲへのゼロ線量を定めること；脊髄、脳幹、および視覚構造が、それぞれ、４５Ｇｙ以下の線量、５５Ｇｙ以下の線量、および５４Ｇｙより低い線量を受けると定めること）ができる。逆計画の結果は、治療計画装置１１０またはデータベース１２４に保存される放射線療法治療計画１２６を構成することができる。これらの治療パラメータのいくつかは相関している可能性がある。例えば、治療計画を変更しようとして１つのパラメータ（例えば、標的腫瘍への線量を増やすなどのさまざまな目的の重み）を調整すると、少なくとも１つの他のパラメータに影響を与え、その結果、異なる治療計画が開発される可能性がある。したがって、治療計画装置１１０は、放射線治療装置１６０が患者に放射線療法治療を提供するために、これらのパラメータを有する調整された放射線療法治療計画１２６を生成する。
【００４８】
［０４７］
さらに、放射線治療システム１００は、表示装置１８０およびユーザインターフェース１９０を含むことができる。表示装置１８０は、医用画像、インターフェース情報、治療計画パラメータ（例えば、輪郭、線量、ビーム角、など）、治療計画、標的、標的の位置特定、および／または標的の追跡、または、ユーザへの適切な情報、を表示するように構成された１つまたはそれ以上の表示画面を含むことができる。ユーザインターフェース１９０は、キーボード、キーパッド、タッチスクリーン、または、ユーザが放射線治療システム１００に情報を入力することができる任意のタイプのデバイスであり得る。
【００４９】
［０４８］
さらに、放射線治療システム１００のありとあらゆる構成要素は、仮想マシン（例えば、ＶＭＷａｒｅ、Ｈｙｐｅｒ−Ｖなど）として実装されてもよい。たとえば、仮想マシンはハードウェアとして機能するソフトウェアであってもよい。したがって、仮想マシンは、ハードウェアとして一緒に機能する少なくとも１つまたはそれ以上の仮想プロセッサ、１つまたはそれ以上の仮想メモリ、および／または１つまたはそれ以上の仮想通信インターフェースを含むことができる。例えば、治療計画装置１１０、ＯＩＳ１５０、画像取得装置１７０は、仮想マシンとして実装されてもよい。利用可能な処理能力、メモリ、および計算能力が与えられるならば、放射線治療システム１００全体を仮想マシンとして実装することができる。
【００５０】
［０４９］
図２は、ひとつのタイプの放射線治療装置１６０の一例を示す。図２の一例は、スウェーデンのストックホルムにあるエレクタＡＢ社によって製造されたレクセルガンマナイフ（Leksell Gamma Knife）である。ガンマナイフは、脳内の標的腫瘍を治療するための治療計画１２６、１２９（図１に示す）を使用するように構成することができる。一実施形態では、画像取得装置１７０としてのＭＲＩ装置は、ガンマナイフと統合することができる。図２に示すように、放射線療法治療セッションの間、患者２１０は、座標フレーム２２０を着用して、手術または放射線療法を受けている患者の身体部分（例えば、頭）を安定に保つことができる。座標フレーム２２０および患者位置決めシステム２３０は、空間座標系を確立することができ、空間座標系は、患者を撮像している間または放射線手術中に使用することができる。ガンマナイフは、複数の放射線源２５０を封入する保護ハウジング２４０を含むことができる。放射線源２５０は、ビームチャネル２６０を通して複数の放射線ビーム（例えば、ビームレット）を生成することができる。複数の放射線ビームは、異なる方向からアイソセンタ２７０（理想的には腫瘍位置に対応する）に焦点を合わせるように構成することができる。個々の放射線ビームの各々は比較的低い強度を有し得るが、アイソセンタ２７０は、異なる放射線ビームからの複数の線量がアイソセンタ２７０に蓄積するとき、比較的高いレベルの放射線を受け取ることができる。特定の実施形態では、上述のように、アイソセンタ２７０は、腫瘍などの手術または治療中の標的に対応する。
【００５１】
［０５０］
図３は、あるタイプの放射線治療装置１６０の別の例を示す。図３に示す例は、スウェーデンのストックホルムにあるエレクタＡＢ社によって製造された線形加速器、すなわち「リニアック（Linac）」である。線形加速器を使用して、患者３０２は、治療計画装置１１０（図１に示す）によって生成された放射線療法治療計画１２６、１２９によって決定された放射線量を受け取るために患者テーブル３０４上に配置され、患者３０２の解剖学的構造内に位置する標的臓器または標的腫瘍を治療する。
【００５２】
［０５１］
線形加速器は、患者３０２の周りを回転するガントリ３０８に接続された放射線ヘッド３０６を含むことができる。放射線ヘッド３０６は、標的臓器または標的腫瘍に向けられる放射線ビーム３１０を生成する。ガントリ３０８が回転すると、放射線ヘッド３０６は患者３０２の周りを回転することができる。回転している間、放射線ヘッド３０６は、治療計画装置１１０（図１に示す）によって生成された治療計画１２６、１２９に従って、腫瘍の角度および形状およびサイズに応じて、患者３０２に複数の様々な線量の放射線を提供する。
【００５３】
［０５２］
さらに、患者テーブル３０４の下に、フラットパネルシンチレータ検出器３１２が設けられ、これは、患者３０２の身体上の標的臓器または標的腫瘍上に位置するアイソセンタ３１４の周りで放射線ヘッド３０６と同期して回転する。フラットパネルシンチレータ３１２は、画像を取得し、特定の放射線療法治療セッション中に患者３０２が受け取った放射線量の検証に使用することができる（例えば、放射線療法治療は、複数の放射線療法セッションを必要とする場合があり、各セッションは通常「フラクション」と呼ばれる）。さらに、そのような画像は、放射線ヘッド３０６に対する患者の位置決めの幾何学的精度を決定するために使用される。
【００５４】
［０５３］
軸３１６と、放射線ヘッド３０６によって生成されるビーム３１０の中心との交点は、通常、アイソセンタと呼ばれる。患者テーブル３０４は、電動化されてもよく、それにより、腫瘍部位がアイソセンタ３１４またはアイソセンタ３１４近くに位置するように患者３０２を配置することができる。例えば、患者テーブル３０４は、線形加速器の１つまたはそれ以上の他の構成要素に対する位置を変更することができ、例えば、放射線ヘッド３０６内に位置する治療用放射線源に対して患者３０２の縦方向位置または横方向位置を変更することができる。
【００５５】
［０５４］
いくつかの例示的な実施形態では、線形加速器は、磁気共鳴撮像装置のような画像取得装置１７０（図１に示す）と統合され、単一の装置（例えば、ＭＲＩ−Ｌｉｎａｃ）としてもよい。
【００５６】
［０５５］
図４は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像装置を含むような、組み合わされた放射線治療装置１６０と画像取得装置１７０を含む例示的なシステムを示す。ＣＴ撮像装置は、キロ電子ボルト（ｋｅＶ）エネルギー範囲またはメガ電子ボルト（ＭｅＶ）エネルギー範囲でＸ線エネルギーを提供するような、撮像Ｘ線源４１８を含む。撮像Ｘ線源４１８は、フラットパネル検出器のような撮像検出器４２２に向けられる扇形および／または円錐ビーム４２０を提供する。放射線治療装置１６０は、例えば、放射線ヘッド４０４、ガントリ４０６、患者テーブル４１６、フラットパネルシンチレータ４１４を含むように、図３を用いて説明された装置１６０と同様である。図３及び図５の例のように、放射線治療装置１６０は、治療用放射線ビームを提供するように構成された高エネルギー加速器に結合するか、またはそれを含むことができる。Ｘ線源４１８は、撮像のために、比較的低エネルギーのＸ線診断ビームを提供する。
【００５７】
［０５６］
図２の例示的な例では、図４に示すように、放射線ヘッド４０４およびＸ線源４１８は、互いに９０度回転分離された同じ回転ガントリ４０６に取り付けることができる。別の例では、ガントリ４０６の周囲に沿って２つ以上のＸ線源を取り付けることができ、それぞれが独自の検出器構成を有し、同時に複数の角度の診断画像を提供する。同様に、複数の放射線ヘッド４０４を設けることができる。
【００５８】
［０５７］
図５は、核磁気共鳴（ＭＲ）撮像装置を含むような、放射線治療装置１６０と画像取得装置１７０との組み合わせを含む、例示的なシステムの部分切り欠き図を示す。ＭＲ撮像装置は、軸（「Ａ」）の周りの「ボア」を画定するように構成され、放射線治療装置は、放射線ヘッド４０４を含むことができ、例えば、軸Ａに沿ったボア内部のアイソセンタ４１０に向けられる放射線治療ビーム４０８を提供することができる。放射線ヘッド４０４は、ビーム４０８を患者内の所望の標的部位と整列した治療部位に向けるように、放射線治療ビーム４０８を制御、成形、または変調するような、コリメータ４２４を含むことができる。患者は患者テーブルで支えられる。患者テーブルは、軸方向Ａ、横方向Ｌ、または横方向Ｔの１つまたはそれ以上に沿って配置できる。放射線治療装置１６０の１つまたはそれ以上の部分は、軸Ａの周りで放射線ヘッド４０４を回転させるなどのために、ガントリ４０６に取り付けることができる。
【００５９】
［０５８］
図３、図４、図５は、治療出力を中心軸（例えば、軸「Ａ」）の周りで回転させることができる構成を含む例を示す。他の放射線治療出力の構成を使用することができる。例えば、放射線治療出力は、複数の自由度を持つロボットアームまたはマニピュレータに取り付けることができる。さらに別の例では、患者から横方向に離れた領域に位置するように、治療出力を固定することができ、患者を支持するテーブルを使用して、放射線治療アイソセンタを患者内の指定された標的位置に位置合わせすることができる。
【００６０】
［０５９］
図６は、放射線治療ビームの強度を成形、方向付け、または変調するための例示的なマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）６３２を示す。図６において、リーフ６３２Ａ〜６３２Ｊは、腫瘍６４０の断面または突起に近似するアパーチャを画定するように自動的に配置される。リーフ６３２Ａ〜６３２Ｊは、放射線治療計画に従って、アパーチャ以外の領域で放射線ビームを減衰または遮断するように指定された材料で作る。例えば、リーフ６３２Ａ〜６３２Ｊは、タングステンのような金属プレートを含み、（図６の図示の平面に示すように）プレートの長軸がビーム方向に平行に配向され、かつ、プレートの端がビーム方向に垂直に配向される。ＭＬＣ６３２の「状態」は、静的なコリメータ構成を使用する場合と比較して、または、「オフライン」の治療計画テクニックのみを使用して決定されたＭＬＣ６３２構成を使用する場合と比較して、腫瘍６４０または他の標的部位の形状または場所により近い治療ビームを確立するように、放射線治療の過程で適応的に調整できる。ＭＬＣ６３２を使用して腫瘍または腫瘍内の特定の領域に特定の放射線量分布を生成する放射線療法技術は、強度変調放射線療法（ＩＭＲＴ）と呼ばれる。
【００６１】
［０６０］
再び図１を参照すると、治療計画装置１１０は、患者の解剖学的構造の変動を補償するために治療計画１２６を修正するように構成されている。患者の解剖学的構造がどのように動くかを説明するために、例示的な実施形態による、患者の身体の同じ部分の異なる時間における医用画像の簡略化された二次元表現を図７と図８に示す。図７に示すように、第１の医用画像１１６は、距離ｘ１だけ離れている標的７０２とリスク臓器（ＯＡＲ）７０４とを含む。図８は、第１の医用画像１１６の後に取得された第２の医用画像１１７を示す。第２の医用画像において、標的７０２′とＯＡＲ７０４′との間の離隔は、距離ｘ２まで増加している。
【００６２】
［０６１］
患者の解剖学的構造の変動を引き起こすには多くの要因がある。例えば、標的７０２のサイズは、放射線療法治療が成功した結果として減少する可能性がある。逆に、標的７０２のサイズは、第１の医用画像１１６が取得されてからの時間に腫瘍の成長により増大する可能性がある。患者の体重の変化、または膀胱や腸などの臓器の充満または排出によっても、患者の解剖学的構造の変化を引き起こす可能性がある。患者の解剖学的構造の変化は、もちろん、図７及び図８に示されているよりも複雑であり、標的７０２および／または１つまたはそれ以上のＯＡＲ７０４のサイズ、形状、および／または位置の変化を含むものと理解される。
【００６３】
［０６２］
適応放射線療法では、ＤＶＦ（ＤＶＦ）を使用して治療計画を変更し、患者の解剖学的構造の変動を補償することができる。ＤＶＦは、その要素がベクトルである三次元アレイである。ＤＶＦの各ベクトルは、第１の医用画像のボクセルを第２の医用画像の対応するボクセルにマッピングするための幾何学的変換を定義する。例えば、ＤＶＦは、計画用画像内の各ボクセルを、放射線療法治療セッションの直前（または最中）に取得された画像内の対応するボクセルにマッピングすることができる。
【００６４】
［０６３］
図９は、図７の第１の医用画像１１６を図８の第２の医用画像１１７にマッピングするためのＤＶＦ１２１を示す。ＤＶＦ１２１は、複数のベクトル９０６を含む。ベクトル９０６は矢印で示され、そのサイズおよび方向は、第１の医用画像１１６のボクセルを第２の医用画像１１７の対応するボクセルにマッピングする幾何学的変換を表す。ＤＶＦ１２１の理解を助けるために、図９は、また、第１の医用画像１１６が取得されたときのそれらの位置における標的７０２およびＯＡＲ７０４と、第２の医用画像１１７が取得されたときのそれらの位置における標的７０２′およびＯＡＲ７０４′を示す。図９に示す例では、ＤＶＦ１２１の左側は、ボクセルを静止させたままにするベクトルを含み、したがって、標的を７０２から７０２′にマッピングする。ＤＶＦ１２１の右側は、ボクセルをＸ軸の正の方向に平行に平行移動させるベクトルを含み、それにより、ＯＡＲを７０４から７０４′にマッピングする。
【００６５】
［０６４］
図９は、ＤＶＦ１２１の単純な二次元の例を示していることが理解されるであろう。実際には、ＤＶＦ１２１は、二次元、三次元、または四次元アレイであり、そのベクトルは、第１の医用画像１１６を第２の医用画像１１７にマッピングするあらゆるタイプの幾何学的変換を定義する。ベクトルによって定義される幾何学的変換は、並進、回転、および／または体積変化（例えば、拡張または収縮）の任意の組み合わせを含み得る。
【００６６】
［０６５］
上記のように、ＤＶＦ１２１は、その要素が、第１の医用画像１１６のボクセルを第２の医用画像１１７の対応するボクセルにマッピングする幾何学的変換を定義するベクトルを要素とする配列（array）である。ＤＶＦ１２１は、第１の医用画像の取得と第２の医用画像の取得との間の期間中に発生した患者の解剖学的構造の変化を補償するために、治療計画１２６によって定義される線量分布を変換することができる。別の言い方をすれば、第１の医用画像１１６を第２の医用画像１１７にマッピングされるようにする同じ幾何学的変換は、また、治療計画１２６によって定義される線量分布を、患者の解剖学的構造の変化を考慮した新しい線量分布にマッピングされるようにすることである。
【００６７】
［０６６］
図１０は、どのようにＤＶＦ１２１を使用して線量分布を変換するかを示している。図１０は、距離対線量のグラフであり、そのグラフにおいて、距離は標的７０２の中心から測定される。簡単にするために、正の横軸のみを示しています。線量分布は、患者の身体の各点に送達される放射線の線量を定義する。実際には、線量分布は三次元で線量を定義するが、図１０では一次元のみが示される。図７の標的７０２を治療するための治療計画によって定義される線量分布は、参照番号１０００で示される。図９のＤＶＦ１２１によって変換された後の線量分布は、参照番号１０１０で示される。図１０に示す例では、ＤＶＦ１２１は、線量分布１０１０を元の線量分布１０００よりも大きい体積に渡り広げるので、標的７０２′を取り巻く健康な組織の放射線への曝露を増加させるという欠点を有する。更に、治療計画によって規定される総放射線量は一定であるので、より大きな体積にわたって線量分布１０１０を広げることは、標的７０２′に適用される線量を低減させ、治療計画の有効性を低減させるというさらなる欠点を有する。
【００６８】
［０６７］
治療計画装置１１０は、治療計画１２６を修正して、患者の解剖学的構造の変動を補償する一方で、線量分布がより大きな体積に広がるのを回避するようにする。これは、ボクセルを標的７０２から遠ざけるベクトルの大きさを低減するようにＤＶＦ１２１を変更することによって達成される。修正されたＤＶＦ１２４は、線量分布１０００を変換するために使用される。変換された線量分布を使用して、新しい治療計画１２９を作成することができる。このようにＤＶＦ１２１を変更すると、線量分布がより大きなボリュームに渡って広がるのを防ぐが、依然として患者の解剖学的構造の変動を補償する。したがって、新しい治療計画１２９は、標的７０２が処方された線量を受けることを確実にすることができ、かつ、標的７０２を取り巻く健康な組織の放射線への曝露を低減することができる。
【００６９】
［０６８］
次に、治療計画装置１１０を使用して実行することができる適応放射線療法の例示的な方法について、図１１を参照して説明する。
【００７０】
［０６９］
方法１１００は、治療計画装置１１０が第１の医用画像１１６および第２の医用画像１１７にアクセスするステップ１１０２で始まる。第１の医用画像１１６および第２の医用画像１１７は、それぞれ、異なる時間における患者の関心領域を表す。より具体的には、第１の医用画像１１６および第２の医用画像１１７は、両方とも患者の解剖学的構造の実質的に同じ部分を表しているが、第１の医用画像１１６は第２の医用画像１１７よりも早い時刻に取得されている。例えば、第１の医用画像１１６は、放射線療法治療セッションの数日前に取得された計画用画像であり、第２の医用画像１１７は、放射線療法治療セッションの直前（または最中）に取得される。第１の医用画像１１６および第２の医用画像１１７にアクセスするステップ１１０２には、プロセッサ１１２がメモリ装置１１１から画像を読み取るステップを含むことができる。代替的または追加的に、第１の医用画像１１６および第２の医用画像１１７にアクセスするステップ１１０２には、プロセッサ１１２が、データベース１４０、病院データベース１４２、腫瘍学情報システム１５０および／または画像取得装置１７０から、上記医用画像のいずれか又は両方を取得することを含むことができる。
【００７１】
［０７０］
第１の医用画像１１６および第２の医用画像１１７は、二次元、三次元または四次元の画像であってよい。各医用画像１１６、１１７は、ボクセルとして知られる複数の要素から構成される。各ボクセルは、空間内の特定の位置における画像１１６、１１７の強度を表わす。第１の医用画像１１６および第２の医用画像１１７は、任意の適切な撮像モダリティによって取得されることができる。例えば、第１の医用画像１１６は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴撮影（ＭＲＩ）、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、超音波または単一光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）を使用して取得された計画用画像であり得る。別の例として、第１の医用画像１１６は、２つ以上の異なる撮像モダリティを使用して取得された画像を使用して融合することによって生成された計画用画像であり得る。第２の医用画像１１７は、第１の医用画像１１６と同じ撮像モダリティを使用して、または異なる撮像モダリティを使用して取得され得る。例えば、第２の医用画像１１７は、コーンビームＣＴ（ＣＢＣＴ）、超音波、ＭＲＩ、ポータル撮像、ＣＴオンレールまたはオンボードｋＶ撮像を用いて、患者が放射線治療装置１６０に配置されたときに取得されてもよい。ある場合には、基準マーカーを患者に埋め込んで、標的の視認性を高めるようにしてもよい。撮像をまったく使用しないいくつかの技術が開発されているが、それらの技術は、例えば、無線周波数（ＲＦ）ビーコンを埋め込むことにより、アクティブな基準の位置を画像なし検出することに依存している。一般的に、本明細書で使用される用語「画像」には、基準の位置情報、または標的またはＯＡＲの位置、回転または変形、血圧、心拍数、体重、変形のような患者のフラクション間の状態について収集されたデータが含まれる。
【００７２】
［０７１］
第１の医用画像１１６および第２の医用画像１１７は、それぞれ、標的領域および少なくとも１つの非標的領域にセグメンテーションされる。一例では、第１の医用画像１１６および第２の医用画像１１７は、それぞれ、１つまたはそれ以上の標的領域および１つまたはそれ以上の非標的領域にセグメンテーションされる。セグメンテーションとは、一般に、ボクセルが何を表しているかを示すために、画像内のボクセルにラベルを割り当てるプロセスを指す。したがって、標的領域は、放射線への曝露によって治療されるべき標的７０２としてラベル付けされた複数のボクセルを含む。各非標的領域は、標的７０２以外のものとしてラベル付けされた複数のボクセルを含む。例えば、非標的領域は、リスク臓器７０４としてラベル付けされたボクセルを含み得る。各医用画像１１６、１１７は、危険にさらされている１つまたはそれ以上の臓器を含み得る。他の例として、非標的領域は、背景ボクセル、すなわち患者の身体を表さないボクセルとしてラベル付けされたボクセルを含み得る。第１の医用画像１１６および第２の医用画像１１７は、手動で（例えば、医師、線量療法士、または医療従事者によって）、または自動的に（例えば、スウェーデンのストックホルムのエレクタＡＢ社によって製造されたアトラスベースの自動セグメンテーションソフトウエアであるＡＢＡＳ（登録商標）を用いて）セグメンテーションすることができる。第１の医用画像１１６および第２の医用画像１１７は、それらがステップ１１０２でアクセスされる前に一般的にはセグメンテーションされるが、ステップ１１０２の部分でセグメンテーションされてもよい。
【００７３】
［０７２］
ステップ１１０４において、治療計画装置１１０はＤＶＦ１２１にアクセスする。ＤＶＦ１２１は複数のベクトルを含み、複数のベクトルのそれぞれは、第１の医用画像１１６内の各ボクセルを第２の医用画像１１７内の対応するボクセルにマッピングする幾何学的変換を定義する。ステップ１１０４においてＤＶＦ１２１にアクセスすることは、プロセッサ１１２がメモリ装置１１１からＤＶＦを読み取ること、または、プロセッサ１１２が、データベース１４０、病院データベース１４２および／または腫瘍学情報システム１５０からＤＶＦ１２１を取り出すことを含み得る。あるいは、ＤＶＦ１２１にアクセスすることは、第１の医用画像１１６および第２の医用画像１１７からＤＶＦを生成することを含み得る。ＤＶＦ１２１は、任意の適切な方法によって生成することができる。例えば、ＤＶＦ１２１は、変形可能な画像登録アルゴリズムを使用して生成することができる。本開示は、ＤＶＦ１２１を生成する特定の方法に限定されない。
【００７４】
［０７３］
ステップ１１０６からステップ１１１８は、ステップ１１０４でアクセスされた元のＤＶＦ１２１に基づいて修正されたＤＶＦ１２４を生成するための反復プロセスを示す。ステップ１１０６で、ＤＶＦ１２１のベクトルが選択される。
【００７５】
［０７４］
ステップ１１０８において、選択されたベクトルが分析されて、第１の医用画像１１６内のボクセルが第２の医用画像１１７の標的領域または非標的領域にマッピングされるかどうかが決定される。例えば、セグメンテーションされた第２の医用画像１１７内のラベルを使用して、ベクトルが標的領域または非標的領域にマッピングされるかどうかを決定することができる。選択されたベクトルがボクセルを第２の医用画像１１７の標的領域にマッピングすることが決定された場合、方法はステップ１１１２に進む。あるいは、選択されたベクトルがボクセルを第２の医用画像１１７の非標的領域にマッピングすると決定された場合、方法はステップ１１１０に進む。
【００７６】
［０７５］
ステップ１１１０で、選択されたベクトルが分析されて、ボクセルと標的領域との間の距離が増加するかどうかが判定される。選択されたベクトルがボクセルと目標領域との間の距離を増加させると決定された場合、方法はステップ１１１４に進む。あるいは、選択されたベクトルがボクセルと標的領域の間の距離を減少させる、またはボクセルと標的領域の間の距離に変化を引き起こさないことが決定されると、方法はステップ１１１２に進む。
【００７７】
［０７６］
ステップ１１１０は、第１の医用画像１１６および第２の医用画像１１７における標的７０２、７０２′の境界からの距離変換を計算することによって実行される。距離変換は、それが導出された画像と同じ解像度を持つ配列であり、その配列の各要素の値は、画像の対応するボクセルから、画像内の指定された境界上の最も近い点までの最短距離（ボクセル内で測定）である。第１の医用画像１１６の距離変換と第２の医用画像１１７の距離変換とを比較して、選択されたベクトルが、第１の医用画像１１６内のボクセルを、第２の医用画像１１７内の標的７０２′の境界からさらに離れたボクセルにマッピングするかどうかを決定することができる。これら距離変換は、選択されたベクトルが標的領域からのボクセルの距離にどのように影響するかを決定する計算効率の良い方法を提供する。これら距離変換は１回だけ計算する必要があり、ステップ１１１０の各反復中に再計算する必要はない。ステップ１１１０を実行する他の方法は、当業者にとって明らかであり、そして、本願特許請求の範囲内である。
【００７８】
［０７７］
ステップ１１１２において、選択されたベクトルは、修正されずに、修正されたＤＶＦ１２４内に格納される。線量分布を変換するために修正されたＤＶＦ１２４が使用されたときに、選択されたベクトルが標的７０２から線量が拡散することを引き起こさないので、選択されたベクトルは修正されない。すなわち、選択されたベクトルの効果は、ＯＡＲ７０４がより高い線量の放射線に曝されることなく、標的７０２の変動を補償するために線量分布を変換することにあるので、選択されたベクトルは修正されない。
【００７９】
［０７８］
ステップ１１１４で、選択されたベクトルの大きさを小さくする。選択されたベクトルに０と１の間の値を持つスカラーを乗算することにより大きさを小さくすることができる。または、選択したベクトルのすべての要素を０に設定することにより、大きさを小さくすることができる。選択されたベクトルの大きさを小さくする。なぜなら、そうしないと、線量分布を変換するために修正されたＤＶＦ１２４が使用されたときに、ベクトルが標的７０２から線量を拡散するからである。選択したベクトルの大きさを小さくすることにより、線量分布の広がりを低減または回避することができる。これにより、ＯＡＲ７０４が治療計画で規定されているよりも多くの放射線量に曝されるのを防ぐことができる。
【００８０】
［０７９］
選択されたベクトルの大きさを小さくする量は、１つまたはそれ以上の基準を満たすように選択されてもよい。例えば、修正されたＤＶＦ１２４を使用して生成された、変換された線量分布の勾配（すなわち、距離に対する線量の導関数）が、元の線量分布の勾配と同じとなることを保証する量だけ、選択されたベクトルの大きさを小さくする。別の例として、選択されたベクトルの大きさは、変換された線量分布の線量が距離の連続関数であることを保証する量だけ、選択されたベクトルの大きさを小さくする。これらの基準を満たすことは、異なるベクトルの大きさを異なる量だけ小さくすることになることを含み得ることが理解されるであろう。
【００８１】
［０８０］
ステップ１１１６では、ステップ１１１４で生成された修正されたベクトルが、修正されたＤＶＦ１２４内に格納される。
【００８２】
［０８１］
修正されたＤＶＦ１２４は、メモリ装置１１１内に新しいデータ構造体を作成し、ステップ１１１２および１１１６の複数の反復によってそのデータ構造体にデータを入れることによって生成することができる。あるいは、元のＤＶＦ１２１を修正することにより、修正されたＤＶＦを生成することができる。後者の場合には、ステップ１１１６で元のＤＶＦ１２１内のベクトルの値を上書きしてもよく、一方、ステップ１１１２で元のＤＶＦ１２１内のベクトルの存在する値を変更せずに残してもよい。
【００８３】
［０８２］
ステップ１１１８で、ＤＶＦ１２１に処理すべきベクトルをさらにあるかどうかについて判定が行われる。ＤＶＦ１２１が、ステップ１１０６から１１１６によって処理すべき少なくとも１つまたはそれ以上のベクトルがあると判定された場合には、方法はステップ１１０６に戻る。あるいは、ＤＶＦ１２１に処理すべきベクトルがもうないと判定された場合には、方法はステップ１１２０に進む。
【００８４】
［０８３］
ステップ１１２０で、修正されたＤＶＦ１２４を使用して、治療計画を適合させる。ステップ１１２０は、修正されたＤＶＦ１２４を使用して、元の治療計画１２６によって定義された線量分布を変換することによって実行することができる。元の治療計画１２６は、（エレクタ社によって製造されたＭｏｎａｃｏ（登録商標）ソフトウェアのような）市販の治療計画ソフトウェアによって生成されたものであることができ、医師によって処方された線量分布を含むことができる。修正されたＤＶＦ１２４によって線量分布を変換することにより、患者の解剖学的構造の変動を補償する変換された線量分布がもたらされる。次に、変換された線量分布を使用して、患者の解剖学的構造の変動を補償する新しい治療計画１２９を生成する。新しい治療計画１２９は、エレクタＡＢ社によって製造されたＭｏｎａｃｏ（登録商標）ソフトウェアのような市販の治療計画最適化ソフトウェアの逆計画（inverse planning）機能を使用して、変換された線量分布から生成することができる。治療計画最適化ソフトウェアは、治療計画装置１１０のメモリ装置１１１に格納されている治療計画モジュール１２８の構成要素であってよい。新しい治療計画１２９は、放射線療法治療セッションを実行するために放射線治療装置１６０によって使用されてもよい。
【００８５】
［０８４］
図１２は、図９に示されるＤＶＦ１２１に対して方法１１００を実行することによって生成される修正されたＤＶＦ１２４を示す。領域１２００のベクトルは、第１の医用画像１１６のボクセルを第２の医用画像１１７の標的領域にマッピングする。したがって、修正されたＤＶＦ１２４の領域１２００内のベクトルは、元のＤＶＦ１２１の対応するベクトルと同一である。領域１２０２内および領域１２０３内の各ベクトルは、ボクセルと標的領域の間の距離に変化を引き起こさない。したがって、修正されたＤＶＦ１２４の領域１２０２内および領域１２０３内のベクトルは、元のＤＶＦ１２１の対応するベクトルと同一である。領域１２０４内の各ベクトルは、それぞれのボクセルと標的領域との間の距離を増加させる。したがって、修正されたＤＶＦ１２４の領域１２０４内の各ベクトルの大きさは、元のＤＶＦ１２１の対応するベクトルの大きさよりも小さい。
【００８６】
［０８５］
図１３は、修正されたＤＶＦ１２１を使用して線量分布を変換することを示す。図１０と同様に、図１３は、距離に対する線量のグラフであり、そのグラフでは、距離は標的７０２の中心から測定され、そして、一次元のみ、かつ、正の水平軸のみが示されている。図７の標的７０２を治療するための元の治療計画１２６によって定義された線量分布には、参照番号１０００が付されている。線量分布が図１２の修正されたＤＶＦ１２４によって変換された後の線量分布には、参照番号１３１０が付されている。図１３に示す例では、修正されたＤＶＦ１２４は、線量分布が変更されないままである。したがって、修正された線量分布１３１０は、標的７０２′を取り巻く健康な組織の放射線への曝露を増加させず、標的７０２′に適用される線量を減少させない。
【００８７】
［０８６］
図１４および図１５は、例示的な実施形態による、患者の身体の同じ部分の異なる時間における医用画像の簡略化された二次元表現である。図１４に示すように、第１の医用画像１１６は、第１の標的１４０２および第２の標的１４０４を含む。第１の標的１４０２は、第２の標的１４０４内に配置されてもよく、または第２の標的１４０４の一部と重複してもよい。第１の標的１４０２のエッジ部分と第２の標的１４０４のエッジ部分は、距離ｘだけ離れている。第１の標的１４０２および第２の標的１４０４は、それぞれの標的から距離を置いて配置されたマージン１４０６およびマージン１４０８をそれぞれ有する。例えば、マージン１４０６およびマージン１４０８は、それぞれの標的１４０２および標的１４０４から１ｃｍ離れている。図１５は、第１の医用画像１１６の後の期間に取得された第２の医用画像１１７を示す。第２の医用画像１１７では、第２の標的１４０４′のサイズが増加しているが、第１の標的１４０２は、第１の医用画像１１６と同じサイズのままである。図１５において、第１の標的１４０２のエッジ部分と第２の標的１４０４′のエッジ部分との間の分離は、距離２ｘまで増加している。
【００８８】
［０８７］
いくつかの実施形態では、ユーザが、第１の標的１４０２および第２の標的１４０４に異なる線量の放射線を送達することを望むことがある。例えば、ユーザは、７０Ｇｙを第１の標的１４０２に、６０Ｇｙを第２の標的１４０４に送達することを望むことがある。しかしながら、第１の医用画像１１６を使用して生成されたかもしれない元の治療計画１２６は、第２の標的１４０４′が拡張されためにもはや適切ではないかもしれない。治療計画装置１１０は、新しい治療計画１２９を生成することにより、この拡張を補償することができる。
【００８９】
［０８８］
いくつかの実施形態では、治療計画装置１１０は、例えば、方法１１００のステップを使用して、第１の標的１４０２および第２の標的１４０４′の動きを補償することができる。装置１１０は、ＤＶＦ１２１を生成し、ＤＶＦ１２１を処理して修正ＤＶＦ１２４を生成し、修正ＤＶＦ１２４を用いて新たな治療計画１２９を実行することができる。ＤＶＦの処理中、第１の標的１４０２および／または第２の標的１４０４′からさらに離れて移動するボクセルに対応するＤＶＦベクトルは、大きさが小さくされ、それにより、周囲の組織への放射線の送達を最小化する。
【００９０】
［０８９］
さらに、いくつかの実施形態では、修正されたＤＶＦ１２４が治療計画装置１１０によって後処理されて、第２の標的１４０４′の増大したサイズを補償してもよい、後処理中に、修正されたＤＶＦ１２４内のベクトルのすべてまたは一部が、第２の標的１４０４′の増大したサイズを補償するための大きさをスケーリングされる。後処理の実施例は、図１６の説明において以下に説明される。後処理されたＤＶＦの適用から生じる線量分布は、修正されたＤＶＦ１２４の適用から生じる線量分布と同じ勾配を第２の標的１４０４′のボディにわたって維持し、第２の標的１４０４′の拡張されたボリューム全体に標的線量（例えば、６０Ｇｙ）の送達を可能にする。
【００９１】
［０９０］
ひとつの実施形態では、第１の標的１４０２内のボクセルに対応する修正されたＤＶＦ１２４内のベクトルは、後処理中に変更されないままである。結果として、後処理されたＤＶＦは、第１の医用画像１１６と第２の医用画像１１７との間の第１の標的１４０２の動きを補償するが、それ以外は同じ放射線量を第１の標的１４０２に送達する。これは、第１の標的１４０２のサイズが、第１の医用画像１１６が取られた時と第２の医用画像１１７が取られた時との間で変化しなかったという事実によるものである。後処理が完了すると、後処理されたＤＶＦを適用して線量分布を変換し、変換された線量分布を使用して新しい治療計画１２９を生成することができる。
【００９２】
［０９１］
あるいは、第２の標的１４０４′のサイズが減少する場合、修正されたＤＶＦ１２４は、第２の標的１４０４′への比較的減少した放射線量の送達を引き起こすために後処理されてもよく、第２の標的１４０４′にわたる後処理されたＤＶＦの適用から生じる線量分布の勾配は、修正されたＤＶＦ１２４の適用から生じる線量分布と同じである。当業者は、治療計画装置１１０が、修正されたＤＶＦ１２４の後処理を実行して、標的が１つしかない場合に、増大または減少した標的のサイズを補償することができることを認識するであろう。すなわち、治療計画装置１１０は、単一の標的を識別し、修正されたＤＶＦ１２４を生成して、第１の医用画像１１６と第２の医用画像１１７との間の単一の標的の動きを補償し、ＤＶＦ１２４を後処理して、単一の標的の大きさを増加および／または減少することを補償する。
【００９３】
［０９２］
図１６は、第２の医用画像１１７の簡略化された二次元表現に基づく例示的な後処理されたＤＶＦ分布を示す。第２の医用画像１１７は、患者の解剖学的構造の一部の画像であってもよく、放射線療法治療セッションの直前（または最中）に取得されたものでもよい。第２の医用画像１１７は、第１の医用画像１１６が取られた時間と第２の医用画像１１７が取られた時間との間でサイズ、形状、および／または位置が変化し得る標的１６００を示す。一例によれば、標的１６００はサイズが増加している。ＤＶＦ１２１は以前の第１の医用画像に従って生成されたため、修正されたＤＶＦ１２４は、標的１６００の変化を補償するために後処理されたＤＶＦを生成するための後処理を必要とする場合がある。
【００９４】
［０９３］
図１６は、標的１６００、ならびにＯＡＲ１６０６および患者の皮膚１６０２の少なくとも一部を示す。図１６に示す例示的な実施形態では、標的１６００とＯＡＲ１６０６は重複している。しかしながら、当業者は、この実施形態が単なる例示であること、図１６を参照して説明された実施形態が、標的とＯＡＲが重複していない解剖学的構造、または標的に近接するＯＡＲが存在しない解剖学構造に適用できることを理解するであろう。
【００９５】
［０９４］
修正されたＤＶＦ１２４の後処理中に、治療計画装置１１０は、標的１６００と皮膚１６０２との間の輪郭を表す輪郭１６０４の位置を決定することができる。いくつかの例では、輪郭は途中の輪郭であり得る、すなわち、輪郭１６０４は、それぞれが皮膚１６０２への距離変換に等しい標的１６００への距離変換を有する、第２の医用画像１１７におけるボクセルの線である。後処理されたＤＶＦは、修正されたＤＶＦ１２４内のベクトルのすべてまたは一部を修正し、後処理されたＤＶＦ１３０内にベクトルを格納することによって生成することができる。ベクトル処理技術は、第２の医用画像１１７内の対応するボクセルの場所に応じて異なる。
【００９６】
［０９５］
いくつかの実施形態によれば、標的１６００内のボクセル（「第１のグループのボクセル」）にマッピングするＤＶＦのベクトルは、修正されたＤＶＦ１２４からアクセスされ、修正されず、後処理されたＤＶＦ内に格納される。すなわち、第１のグループのボクセルにマッピングするベクトルは、修正されたＤＶＦ１２４内と、後処理されたＤＶＦ内で同じである。
【００９７】
［０９６］
輪郭１６０４の内側で標的１６００およびＯＡＲ１６０６の外側の第２の医用画像１１７内のボクセル（図１６において影付き領域として表される「第２のグループのボクセル」）のそれぞれに対して、装置１１０は、標的１６００内の最も近いボクセルの場所、ならびに最も近いボクセルのＤＶＦベクトルの大きさを決定することができる。第１のグループのボクセルに対するＤＶＦのベクトルは、修正されたＤＶＦ１２４内、および、後処理されたＤＶＦ内において同じであるので、これらのベクトルの大きさは、修正されたＤＶＦ１２４および後処理されたＤＶＦのひとつ又は両方からアクセスすることができる。次に、装置１１０は、最も近い標的ボクセルのＤＶＦベクトルの大きさに等しい第２のグループのボクセルのそれぞれに対して、修正されたベクトルを生成し、各修正されたベクトルを後処理されたＤＶＦに格納する。このようにして、第２のグループのボクセルは半径方向に一定である。
【００９８】
［０９７］
輪郭１６０４の外側の各ボクセル（「第３のグループのボクセル」）に対して、装置１１０は、輪郭１６０４と皮膚１６０２との間のベクトルを補間し、後処理されたＤＶＦ内に補間されたベクトルを格納する。その結果、輪郭１６０４または皮膚１６０２の近くの等線量線のつぶれが発生しない。
【００９９】
［０９８］
標的１６００とＯＡＲ１６０６が重複する第２の医用画像１１７内の領域内の各ボクセル（「第４のグループのボクセル」）に対しては、各ボクセルは標的として扱われる。
【０１００】
［０９９］
ＤＶＦの後処理が完了すると、後処理されたＤＶＦは、治療計画を生成するために使用される治療用量にも適用することができる。後処理されたＤＶＦは標的の大きさと標的の動きを修正するので、治療計画により、適切な放射線量を標的ボリューム全体に正確に照射し、周辺組織とＯＡＲへの放射線照射を最小限に抑えることができる。当業者は、図１６のＤＶＦの後処理の実施形態が単なる例示であり、他の実施形態が本開示とともに使用され得ることを理解するであろう。
【０１０１】
［０１００］
本開示はまた本明細書で説明される動作を実行するためのシステムに関する。このシステムは、必要な目的のために特別に構築されてもよく、また、このシステムは、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る汎用コンピュータとして構成されてもよい。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納され、その記憶媒体は、これらに限定されるものではないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気カード、光学カードなどのいかなるタイプのディスクや、電気的命令を格納するのに適したいかなるタイプの媒体のようなものであり、それぞれがコンピュータシステムバスに接続される。
【０１０２】
［０１０１］
本明細書で図示および説明される実施形態における動作の実行または実行の順序は、特に指定されない限り、必須ではない。すなわち、特に明記しない限り、操作は任意の順序で実行でき、本発明の実施形態は、本明細書に開示されているものよりも多いまたは少ない操作を含むことができる。例えば、他の操作の前、同時、または後に特定の操作を実行または実行することは、本願の特許請求の範囲内であると考えられる。
【０１０３】
［０１０２］
本開示は、コンピュータ実行可能命令により実装することができる。コンピュータ実行可能命令は、１つまたはそれ以上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され得る。本発明の態様は、そのようなコンポーネントまたはモジュールの任意の数および編成で実装することができる。たとえば、本発明の態様は、図面に示され、本明細書で説明される特定のコンピュータ実行可能命令または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、本明細書に図示および記載されているよりも多いまたは少ない機能を有する、異なるコンピュータ実行可能命令またはコンポーネントを含み得る。
【０１０４】
［０１０３］
添付の特許請求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。特許請求の範囲から逸脱することなく、上記の構造、製品、および方法に様々な変更を加えることができるので、上記の説明に含まれ、添付の図面に示されるすべての事項は、例示として解釈されるべきであり、限定的な意味として解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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