(57)【要約】  放射線治療計画作成方法は、臨床目標の組に従う少なくとも１つの提案される線量マップに基づいて治療計画を最適化するステップを含む。得られる線量分布が少なくとも１つの臨床目標と比較され、最適化された線量分布が少なくとも１つの臨床目標を達成しない場合、新しい治療計画が最適化される前に線量マップが調節されるステップｄへ続く。最適化された線量分布が臨床目標を達成するときに、治療計画が受け入れられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータに基づく放射線治療計画作成方法であって、
ａ．患者に関する治療計画作成に用いられるべき少なくとも１つの提案される線量マップを得るステップ（Ｓ２１）と、
前記少なくとも１つの線量マップは、患者に関する少なくとも１つの臨床目標を含む臨床目標の組に従う、患者の少なくとも第１の領域に関する少なくとも１つの所望の線量レベルを指定し、
ｂ．最適化された線量分布を得るべく、前記線量マップに基づいて治療計画を最適化するステップ（Ｓ２２）と、
ｃ．前記治療計画の最適化された線量分布を前記少なくとも１つの臨床目標と比較し、前記最適化された線量分布が前記少なくとも１つの臨床目標を達成しない場合、ステップｄへ続くステップと、
ｄ．前記比較の結果に基づいて、前記最適化された線量分布が前記少なくとも１つの臨床目標を満たさない場合に、少なくとも１つの領域での前記線量マップを調節するステップ（Ｓ２４）と、
ｅ．前記調節された線量マップに関して前記ステップｂ〜ｄを繰り返すステップと、
ｆ．前記ステップｃで前記最適化された線量分布が前記少なくとも１つの臨床目標を達成すると判定されるときに、前記治療計画を受け入れるステップ（Ｓ２５）と、
を含む方法。
【請求項２】
前記線量マップが、
ａ．前記臨床目標の線量レベル及び体積レベル、
ｂ．現在の患者又は別の患者に関する以前に作成された手動計画、
ｃ．知識に基づく予測、
の１つ又は複数に基づいて得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの線量マップの少なくとも１つの調節の方向及び大きさを決定するステップ（Ｓ２３、Ｓ２４）を含み、前記方向及び大きさが、得られる線量分布を前記臨床目標の達成に近づけることにつながるように決定される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの線量マップの調節が、少なくとも１つのボクセルに関する少なくとも１つの新しい線量値を設定することにより行われる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの線量マップの調節（Ｓ２４）が、少なくとも１つのボクセルに関する少なくとも１つの新しい重要度重みを設定することにより行われる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記線量マップの調節（Ｓ２４）が、患者内の少なくとも１つの体積に関する標的ＤＶＨ曲線を調節することにより行われる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップｄ（Ｓ２４）が、前記計算された最適化線量が少なくとも１つのボクセルを少なくとも部分的に含む領域に関する少なくとも１つの臨床目標から逸脱する少なくとも１つのボクセルを判定することと、前記逸脱の方向を判定することと、前記少なくとも１つのボクセルに関する線量を、前記少なくとも１つのボクセルを少なくとも部分的に含む領域に関する少なくとも１つの臨床目標に近づけるべく、前記ボクセルにおける線量マップを調節することを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記臨床目標の組が、患者に関する少なくとも２つの臨床目標を含み、前記臨床目標が、少なくとも２つの優先度レベルへ優先度をつけられ、前記線量マップの調節が、前記臨床目標の優先度レベルに基づいて決定される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記線量マップの調節が、最高の優先度を有する臨床目標に従って決定される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記線量マップの調節が、例えば目標の加重平均として、１つよりも多い目標に従って決定される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
プロセッサにおいて実行されるときにプロセッサに請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法を行わせることになるコンピュータ可読コード手段を備えるコンピュータプログラム製品。
【請求項１２】
プロセッサ（３３）と、請求項１１に記載のコンピュータプログラム製品を保持するプログラムメモリ（３６、３７）とを備えるコンピュータシステム（３１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線治療計画作成のための、特にこのような計画作成の自動化に寄与するためのシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線療法において、目標は、通常は、周囲の正常な組織への照射線量を可能な限り抑えながら患者内の標的（例えば、腫瘍）に十分に高い照射線量を送達することである。特に、標的に近い感覚器官への線量を最小にすることが重要である。放射線治療セッションで用いられることになる、治療マシン設定などの治療パラメータを定義する治療計画は、普通は、コンピュータに基づく治療計画作成システムの助けにより決定される。
【０００３】
逆方向治療計画作成では、好ましくは臨床医により定義されるすべての臨床目標を満足する被検者内の容認できる線量分布を生じる治療パラメータの組を見つけ出すために最適化アルゴリズムが使用される。臨床目標は多くの形態をとり得る。一般的な目標のうちのいくつかは以下を含む：
・関心領域（ＲＯＩ）の少なくとも又は多くとも指定のフラクション又は体積に、指定の最小又は最大線量が送達されるべきであるという要件、
・ＲＯＩの指定の最小又は最大のフラクション又は体積が、少なくとも又は多くとも指定の線量を受けるべきであるという要件、
・ＲＯＩへの最小、最大、又は平均線量の要件、
・線量が標的にどのくらい良好に適合するかの要件
・標的での均一性の要件
・線量が標的までの距離と共にどのくらい減衰するかの要件
・患者の特定のポイントが指定の線量を受けるべきであるという要件、及び
・ＲＯＩでの腫瘍制御率又は正常組織障害発生確率などの生物学的尺度の要件。
【０００４】
従来、治療計画の最適化には多くの手入力が必要とされる。その結果は、一般に、治療計画者の経験と、例えば、最適化のために用いられる治療目標の選択に依存する。さらに、プロセスは、最良の可能な治療計画が得られることを決して保証するものではない。容認できる治療計画が見つかるまでに、経験を積んだ治療計画者でさえも、多くの「試行錯誤」を普通は必要とする。さらに、最適化された治療計画の線量分布が概ね満足いくものの幾分不足がある場合、その不足に対処するために最適化目標又は制約、若しくは目標体重をどのように調節するかが治療計画者には分からないかもしれない。現在の方法は自動化するのが難しい人間の判断に基づくところが大きいため、最適化プロセスの自動化は難しいことがわかっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、前述の欠点を克服する又は少なくとも軽減すること、特に、臨床目標の最適な達成と共に自動治療計画作成を容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、コンピュータに基づく放射線治療計画作成方法であって、
ａ．患者に関する治療計画作成に用いられるべき少なくとも１つの提案される線量マップを得るステップと、
前記少なくとも１つの線量マップは、患者に関する少なくとも１つの臨床目標を含む臨床目標の組に従う、患者の少なくとも第１の領域に関する少なくとも１つの所望の線量レベルを指定し、
ｂ．最適化された線量分布を得るべく、線量マップに基づいて治療計画を最適化するステップと、
ｃ．治療計画の最適化された線量分布を少なくとも１つの臨床目標と比較し、最適化された線量分布が少なくとも１つの臨床目標を達成しない場合、ステップｄへ続くステップと、
ｄ．比較の結果に基づいて、最適化された線量分布が少なくとも１つの臨床目標を満たさない場合に、少なくとも１つの領域での少なくとも１つの線量マップを調節するステップと、
ｅ．少なくとも１つの調節された線量マップに関してステップｂ〜ｄを繰り返すステップと、
ｆ．ステップｃで最適化された線量分布が少なくとも１つの臨床目標を達成すると判定されるときに、手順を終えるステップと、
を含む方法に関する。これは、普通は、患者の治療のために用いられ得る治療計画を受け入れることを含む。
【０００７】
したがって、提案される方法は、線量マップに対応する線量分布をもたらすべく計画を最適化することにより、提案される線量マップの模擬を試みることに基づいている。線量マップは、線量マップを模擬するべく最適化された計画が臨床目標をどれだけ良好に満足するかに基づいて反復的に更新される。本発明によれば、これは完全に自動化された様態でなされ得る。特に、ステップｃ及びｄは、好ましくは、ユーザ入力の必要なしにコンピュータで行われる。
【０００８】
臨床目標を達成する目的で指定されている特異的な線量分布を得ることを少なくとも部分的に目指して最適化が行われる。このような最適化は、本明細書では「線量模擬」と呼ばれ、これは、最適化の目標が、線量マップと呼ばれる特異的な所望の線量分布と可能な限り忠実に一致する又は「模擬する」線量分布をもたらす治療パラメータの組を見つけ出すことであることを示す。線量模擬は、空間線量マップに基づく、すなわち、各ボクセル単位で異なる特異的な基準線量目標を用いることもできる。最適化は、次いで、少なくとも部分的に、各ボクセルが空間線量マップにおいて指定される線量レベルに可能な限り類似している又は可能な限り小さく上回る／下回る線量分布を達成することを目的とする。代替的に又は加えて、線量模擬は、特異的な線量体積ヒストグラム（ＤＶＨ）に対応する線量マップに基づく、すなわち最適化における参照として以前に得られたＤＶＨ曲線を用いることもできる。このケースでは、最適化は、空間線量マップに可能な限り空間的に近い必要はないが、そのＤＶＨが線量マップのＤＶＨと可能な限り類似している又は可能な限り小さく上回る／下回る、所与のＲＯＩでの線量分布を達成することを目的とする。
【０００９】
模擬はまた、１つよりも多い線量マップに関係し得る。１つ又は複数の線量マップは、好ましくは、
ａ．臨床目標の線量レベル及び体積レベル、
ｂ．現在の患者又は別の患者に関する以前に作成された手動計画、
ｃ．知識に基づく予測、
のうちの１つ又は複数に基づいて得られる。
【００１０】
方法は、好ましくは、線量マップの少なくとも１つの調節の方向及び大きさを決定するステップを含み、前記方向及び大きさは、得られる線量分布を臨床目標の達成に近づける目的で決定される。
【００１１】
線量マップの調節は、少なくとも１つのボクセルに関する少なくとも１つの新しい線量値を設定することにより行われてよい。代替的に、線量マップの調節は、少なくとも１つのボクセルに関する少なくとも１つの新しい重要度重みを設定することにより行われる。また別の選択肢は、患者内の少なくとも１つの体積に関する標的ＤＶＨ曲線を調節することにより線量マップを調節することである。
【００１２】
比較の結果に基づいて、最適化された線量分布が少なくとも１つの臨床目標を満たさない場合に、少なくとも１つの領域での線量マップを調節するステップは、好ましくは、計算された最適化線量が少なくとも１つのボクセルを少なくとも部分的に含む領域に関する少なくとも１つの臨床目標から逸脱する少なくとも１つのボクセルを判定することと、逸脱の方向を判定することと、少なくとも１つのボクセルに関する線量を、少なくとも１つのボクセルを少なくとも部分的に含む領域に関する少なくとも１つの臨床目標に近づけるべく、そのボクセルにおける線量マップを調節することを含む。
【００１３】
臨床目標の組は、好ましくは、患者に関する少なくとも２つの臨床目標を含む。臨床目標は、少なくとも２つの優先度レベルへ優先度をつけられてよく、その場合、線量マップの調節は、臨床目標の優先度レベルに基づいて決定されてよい。線量マップの調節は、次いで、最高の優先度を有する臨床目標に従って決定されてよい。代替的に、線量マップの調節は、例えば目標の加重平均として、１つよりも多い目標に従って決定されてよい。非重複領域に関連する目標、又は同じ方向の同じ領域に好ましい調節に関する目標が存在する場合、線量マップの調節は、複数の目標に従って決定されてよい。
【００１４】
本発明はまた、プロセッサにおいて実行されるときにプロセッサに前記請求項のいずれか一項に記載の方法を行わせることになるコンピュータ可読コード手段を備えるコンピュータプログラム製品に関する。コンピュータプログラム製品は、一時的でないメモリユニットなどのメモリユニット上に記憶されてよい。さらに、本発明は、プロセッサと、上記に係るコンピュータプログラム製品を保持する一時的でないプログラムメモリなどのプログラムメモリとを備えるコンピュータシステムに関する。
【００１５】
本発明はまた、プロセッサと、計画作成のために用いられるべき臨床目標の組と少なくとも１つの線量マップを含む治療計画を得るためのデータを備える少なくとも１つのデータメモリと、上記に係るコンピュータプログラム製品を備える少なくとも１つのプログラムメモリとを備える治療計画作成システムに関する。
【００１６】
本発明を、単なる例として添付図を参照して以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】線量マップの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る方法を概説するフローチャートである。
【図３】本発明のいくつかの実施形態に係る方法が実施され得るコンピュータシステムの概要である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、患者を通る断面１１での線量マップの概略図である。第１の領域１３は標的に対応し、暗い色は、この領域が高い線量を受けるべきであることを表す。低い線量を受けるべき２つの領域１５、１７、通常、リスク臓器は、色なしで示される。断面の残りは明るく着色され、それは、線量が制限されるべきであるが、リスク臓器１５、１７ほど重要ではないことを意味する。理解されるように、任意の適切な数の異なる線量レベルを設定することもできる。また、通常、断面はボクセルへ分割され、数値として各ボクセルに関する線量レベルを指定する表などが存在することになる。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態に係る方法を概説するフローチャートである。理解されるように、方法は、コンピュータにおける１つ又は複数のコンピュータプログラムによって行われる。第１のステップＳ２１において、患者についての臨床目標及びデータに基づいて、特定の患者の治療に関する提案される線量分布が生成される。提案される線量分布は、患者の各領域に関する線量値を規定し、しばしば線量マップと呼ばれる。この最初の線量マップは、後述するように任意の適切な方法を用いて計算されてよい。２つ以上を含む、１つよりも多い線量マップを用いることも可能である。例えば、１つの上限線量マップと１つの下限線量マップを用いることが当該技術分野ではよく知られている。
【００２０】
ステップＳ２１での線量計画作成は、例えばＷＯ２０１４／１９７９９４からそれ自体公知の例えば干渉技術によって、適用される線量、治療計画のクラス、及び画像データの少なくとも１つの特徴間の関係性を定義するルールの組に通常従って、任意の適切な様態で行われてよい。ルールは、機械学習により生成されるルール、数学関数、及び当業者によく知られている他のルールを含み得る。提案される線量マップは、画像データの体積にわたる提案される線量を定義し得る。例えば、最初の線量マップを生成するのに知識に基づく計画作成が用いられてよい。代替的に、最初の線量マップは、臨床目標のみに基づいていてよい。
【００２１】
最初の１つ又は複数の線量マップは、ボクセル毎に指定されてよい。各ボクセル又は画像の他のサブ領域は、それが属する解剖学的構造体、密度、又は画像の他の特徴などの１つ又は複数の外観特徴によって特徴付けられ得る。次いで、ルールのセットは、ボクセル特徴を治療計画のクラス及び随意的に年齢又は体のパーツなどの他の患者特徴に関連付けるのに用いられてよい。臨床目標はまた、等線量曲線又はＤＶＨ曲線を定義するのに用いられてよい。
【００２２】
ステップＳ２２において、線量模擬が行われる。本明細書で用いられる線量模擬という用語は、評価されるべき線量分布を得る目的で、線量マップ（又は複数の線量マップ）に基づいて治療計画を最適化することを意味する。最終目標は、或る限界内で、臨床目標を達成する線量分布に到達することである。最適化は、いくつかの方法で、例えば、線量マップにおける対応するボクセルの線量レベルからの各ボクセルでの線量の逸脱にペナルティを課し、可能な限り低いペナルティを有する計画の検出に向けて最適化することにより行うことができる。上限線量マップが用いられる場合、その指定の線量レベルを上回る逸脱だけがペナルティを課される。同様に、下限線量マップが用いられる場合、その指定の線量レベルを下回る逸脱だけがペナルティを課される。各ボクセルのペナルティは、個々の重要度重みを有してよい。ループＳ２２〜Ｓ２４の第１の反復において、最適化は、最初の線量マップの模擬に基づいている。
【００２３】
ステップＳ２３は、最適化プロセスにおいて別のループを行うかどうかを決めるための決定ステップである。ステップＳ２２での線量模擬の結果が満足のいくものではない場合、ステップＳ２３での答えはｙｅｓとなり、プロセスはステップＳ２４へ続き、１つ又は複数の線量マップが調節されることになる。その後、プロセスはステップＳ２２に戻り、調節された１つ又は複数の線量マップに基づいて線量模擬が行われる。ステップＳ２３での答えがｎｏの場合、方法はステップＳ２５へ続き、治療計画が受け入れられる。これは、ステップＳ２２で得られる線量分布が臨床目標を十分に良好に達成するとみなされない場合、得られる線量分布を臨床目標に近づけるように１つ又は複数の線量マップが調節されることを意味する。ステップＳ２２において得られる線量分布が臨床目標を達成するとみなされる場合、線量マップのさらなる調節は必要とされず、ステップＳ２２において最適化された治療計画が受け入れられる。治療計画は、次いで、患者の治療のために用いられてよい。
【００２４】
ステップＳ２４での線量マップの調節は、好ましくは、線量マップの１つ又は複数のサブ領域での得られる線量を調節するべく、コンピュータプログラムにより自動的になされる。例えば、ステップＳ２２から得られる治療計画において、特定のボクセル又はボクセルのグループが臨床目標によれば高すぎる線量を受ける場合、線量マップにおけるこれらのボクセルでの線量が減少させられてよい。同様に、ステップＳ２２から得られる治療計画において、特定のボクセル又はボクセルのグループが臨床目標によれば低すぎる線量を受ける場合、線量マップにおけるこれらのボクセルでの線量が増加させられてよい。したがって、ステップＳ２３又はＳ２４において、臨床目標が達成されないボクセル又は領域が識別され、ステップＳ２４での線量値の適切な調節を可能にするべく逸脱の方向及び大きさが判定される。したがって、ステップＳ２４から出力される調節された１つ又は複数の線量マップは、１つ又は複数の領域での実際の所望の線量に対応しないが、所望の方向に線量に影響を及ぼすことを意図した、１つ又は複数の線量マップの１つ又は複数の領域での線量レベルを指定し得る。
【００２５】
線量マップの調節は、調節されるべきボクセル又はボクセルのグループに関する新しい線量値を個々に設定することにより、若しくはボクセル又はボクセルのグループに関する増加又は減少を指定することにより行われてよい。代替的に、調節は、標的ＤＶＨ曲線を調節することにより行われてよい。
【００２６】
調節されるべきボクセル、並びに調節の大きさ及び方向は、いくつかの異なる方法で決定することができる。例えば、領域への最小線量を規定する臨床目標に関して、このレベルを下回る線量を有するサブ領域を、調節されるべきと選択することができる。調節の大きさは、規定された線量レベルからの逸脱と相互に関係づけることもできる。患者の或る領域の特定のパーセンテージｘまでの最小又は最大線量レベルを規定する臨床目標に関して、線量分布でのそれらの現在の線量レベルに従ってボクセルを順序付けることもでき、それぞれ最高線量又は最低線量を有するｘ％のボクセルを調節されるべきと選択する、又はそれらがそれぞれ最小線量レベル又は最大線量レベルに達しない場合に調節されるべきと選択することもできる。調節されるべきボクセルを選択するための同様の方法は、平均線量目標、線量減衰目標などに関して指定することもできる。
【００２７】
ステップＳ２３において、得られる線量分布が臨床目標を十分に良好に達成するか否かを判定することは、通常は、患者の少なくとも１つの領域に関する線量分布を該領域に関する少なくとも１つの臨床目標と比較することに関係する。線量分布が少なくとも１つの臨床目標から指定の量又はパーセンテージを超えて逸脱しない場合、線量分布は、その少なくとも１つの目標を達成すると考えられる。同様に、線量分布が指定の量又はパーセンテージを超えて逸脱する場合、線量分布は、その少なくとも１つの目標を達成するとは考えられない。いくつかのケースでは、１つの領域に関する目標が満たされるが別の領域に関する目標は満たされない場合がある。このようなケースでは、他の目標が達成されないにもかかわらず、いくつかの目標の達成が治療計画を受け入れるのに十分であると判断され、ステップＳ２５において治療計画が受け入れられてよい。代替的に、目標が全体として達成されず、手順がステップＳ２４へ続くべきと判断されてよい。代替的に、とられる容認できるステップの回数又は数などの計算リソースが尽きる場合に、ステップＳ２５において治療計画が受け入れられると判断されてよい。
【００２８】
同じサブ領域に関する対立する目標が存在する場合、目標の優先度に基づいて調節の方向を決定することができる。例えば、１つの目標が別の目標よりも高い優先度を有する場合、最高の優先度を有する目標が、調節を決定するのに用いられてよい。代替的に、目標間の妥協が決定されてよく、調節を決定するために用いられてよい。例えば、それらの所望の更新の加重平均を適用することができる。これは特に、目標が同じ優先度レベルを有する場合に該当する。
【００２９】
図３は、本発明の方法が行われ得る、放射線治療計画作成及び治療のためのシステムの略図である。コンピュータ３１は、プロセッサ３３と、第１及び第２のデータメモリ３４、３５と、第１及び第２のプログラムメモリ３６、３７を備える。好ましくは、キーボード、マウス、ジョイスティック、音声認識手段、又は任意の他の利用可能なユーザ入力手段の形態の、１つ又は複数のユーザ入力手段３８、３９も存在する。ユーザ入力手段はまた、外部メモリユニットからデータを受信するように構成されてよい。
【００３０】
第１のデータメモリ３４は、臨床データ及び／又は治療計画を得るのに用いられる他の情報を備える。第２のデータメモリ３５は、本発明の実施形態に係る治療計画作成に用いられるべき１人又は複数の患者に関する１つ又は複数の線量マップを備える。第１のプログラムメモリ３６は、治療計画の最適化のために構成されるそれ自体公知のコンピュータプログラムを保持する。第２のプログラムメモリ３７は、図２に関連して説明した方法ステップをコンピュータに行わせるように構成されたコンピュータプログラムを保持する。
【００３１】
理解されるように、データメモリ３４、３５とプログラムメモリが概略的に示され説明される。１つ又は複数の異なるタイプのデータをそれぞれ保持するいくつかのデータメモリユニット、又はすべてのデータを適切に構造化された様態で保持する１つのデータメモリが存在してよく、同じことがプログラムメモリにも当てはまる。１つ又は複数のメモリは、他のコンピュータ上に搭載されてもよい。例えば、コンピュータは、方法のうちの１つを行うようにのみ構成され、最適化を行うための別のコンピュータが存在してよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020512878.tif 000005
【国際調査報告】
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2020512878.tif 000007
2020512878.tif 000008