(57)【要約】  本発明の開示の方法は、処理デバイスにより、患者の基準画像と患者の動作画像の間で第１の画像見当合わせを行って基準画像と動作画像の間の位置合わせを行う段階を含み、基準画像及び動作画像は、患者のターゲット位置を含む。本方法は、処理デバイスにより、患者の基準画像に対する第１のデジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）を通じて患者の基準画像と動作Ｘ線画像の間で第２の画像見当合わせを行う段階を更に含む。本方法は、第１の見当合わせ及び第２の見当合わせに基づいてターゲット位置で少なくとも並進変化を追跡する段階を更に含む。【選択図】      図３Ａ
2020503148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理デバイスにより、患者の基準画像と該患者の動作画像の間で第１の画像見当合わせを行って該基準画像と該動作画像の間の位置合わせを行う段階であって、該基準画像及び該動作画像が該患者のターゲット位置を含む前記位置合わせを行う段階と、
前記処理デバイスにより、前記患者の前記基準画像に対する第１のデジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）を通じて該患者の該基準画像と動作Ｘ線画像の間で第２の画像見当合わせを行う段階と、
前記第１の見当合わせ及び前記第２の見当合わせに基づいて前記ターゲット位置で少なくとも並進変化を追跡する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記基準画像及び前記動作画像は、３次元（３Ｄ）画像であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基準画像は、３次元計画画像であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基準画像は、キロボルトコンピュータ断層映像（ｋＶ−ＣＴ）画像、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）画像、キロボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ｋＶ−ＣＢＣＴ）画像、又はメガボルトコンピュータ断層映像（ＭＶＣＴ）画像のうちの１つであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記動作画像は、キロボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ｋＶ−ＣＢＣＴ）画像、メガボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ＭＶ−ＣＢＣＴ）画像、メガボルトコンピュータ断層映像（ＭＶＣＴ）画像、又はヘリカルｋＶ−ＣＴ画像のうちの１つであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の画像見当合わせは、全体的な回転患者位置合わせを行うのに使用され、
前記第２の画像見当合わせは、前記全体的な回転患者位置合わせを維持するのに使用される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記動作画像に対する第２のＤＲＲを発生させる段階と、
前記第２のＤＲＲを通じて前記動作画像と前記動作Ｘ線画像の間で第３の画像見当合わせを行う段階と、
前記第３の見当合わせに基づいて前記ターゲット位置で少なくとも前記並進変化を追跡する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記基準画像、前記動作画像、及び前記動作Ｘ線画像は、ヘリカル放射線送出システムの撮像ソースによって又は前記患者に対する異なる位置での１又は２以上の撮像ソースによって発生されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のＤＲＲに基づいて前記患者に関連付けられた基準移動を検出する段階と、
前記基準移動に対処するために前記患者の治療送出に関連付けられた追跡アルゴリズムを修正する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
メモリと、
患者の基準画像と該患者の動作画像の間で第１の画像見当合わせを行って、該基準画像及び該動作画像が該患者のターゲット位置を含む該基準画像と該動作画像の間の位置合わせを行い、
前記患者の前記基準画像に対する第１のデジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）を通じて該患者の該基準画像と動作Ｘ線画像の間で第２の画像見当合わせを行い、かつ
前記第１の見当合わせ及び前記第２の見当合わせに基づいて前記ターゲット位置で少なくとも並進変化を追跡する、
ように前記メモリと作動的に結合された処理デバイスと、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
前記基準画像は、キロボルトコンピュータ断層映像（ｋＶ−ＣＴ）画像、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）画像、キロボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ｋＶ−ＣＢＣＴ）画像、又はメガボルトコンピュータ断層映像（ＭＶＣＴ）画像のうちの１つであることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記動作画像は、キロボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ｋＶ−ＣＢＣＴ）画像、メガボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ＭＶ−ＣＢＣＴ）画像、メガボルトコンピュータ断層映像（ＭＶＣＴ）画像、又はヘリカルｋＶ−ＣＴ画像のうちの１つであることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
処理デバイスによって実行された時に、
処理デバイスにより、患者の基準画像と該患者の動作画像の間で第１の画像見当合わせを行って、該基準画像及び該動作画像が該患者のターゲット位置を含む該基準画像と該動作画像の間の位置合わせを行い、
前記処理デバイスにより、前記患者の前記基準画像に対する第１のデジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）を通じて該患者の該基準画像と動作Ｘ線画像の間で第２の画像見当合わせを行い、かつ
前記第１の見当合わせ及び前記第２の見当合わせに基づいて前記ターゲット位置で少なくとも並進変化を追跡する、
ことを前記処理デバイスに行わせる命令、
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１４】
前記処理デバイスは、更に、
前記動作画像に対する第２のＤＲＲを発生し、
前記第２のＤＲＲを通じて前記動作画像と前記動作Ｘ線画像の間で第３の画像見当合わせを行い、かつ
前記第３の見当合わせに基づいて前記ターゲット位置で少なくとも前記並進変化を追跡する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１５】
前記基準画像、前記動作画像、及び前記動作Ｘ線画像は、ヘリカル放射線送出システムの撮像ソースによって又は前記患者に対する異なる位置での１又は２以上の撮像ソースによって発生されることを特徴とする請求項１３に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１６】
前記処理デバイスは、更に、
前記第１のＤＲＲに基づいて前記患者に関連付けられた基準移動を検出し、かつ
前記基準移動に対処するために前記患者の治療送出に関連付けられた追跡アルゴリズムを修正する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１７】
処理デバイスにより、患者の基準画像と該患者の動作画像の間で第１の画像見当合わせを行って該基準画像と該動作画像の間の位置合わせを行う段階であって、該基準画像及び該動作画像が該患者のターゲット位置を含む前記位置合わせを行う段階と、
前記処理デバイスにより、前記動作画像に対する第１のデジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）を通じて前記患者の該動作画像と動作Ｘ線画像の間で第２の画像見当合わせを行う段階と、
前記第１の見当合わせ及び前記第２の見当合わせに基づいて前記ターゲット位置で少なくとも並進変化を追跡する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記動作画像は、前記基準画像よりも高い空間解像度を有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記基準画像は、キロボルトコンピュータ断層映像（ｋＶ−ＣＴ）画像、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）画像、キロボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ｋＶ−ＣＢＣＴ）画像、又はメガボルトコンピュータ断層映像（ＭＶＣＴ）画像のうちの１つであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記動作画像は、キロボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ｋＶ−ＣＢＣＴ）画像、メガボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ＭＶ−ＣＢＣＴ）画像、メガボルトコンピュータ断層映像（ＭＶＣＴ）画像、又はヘリカルｋＶ−ＣＴ画像のうちの１つであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のＤＲＲは、毎日の患者姿勢及び変形に対応することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のＤＲＲに基づいて前記患者に関連付けられた基準移動を検出する段階と、
前記基準移動に対処するために前記患者の治療送出に関連付けられた追跡アルゴリズムを修正する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記患者の強調された基準画像と前記動作Ｘ線画像の間で該強調基準画像の第２のＤＲＲを通じて第３の画像見当合わせを行う段階と、
前記第３の見当合わせに基づいて前記ターゲット位置で少なくとも前記並進変化を追跡する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記強調基準画像は、前記基準画像の１又は２以上の特性を前記動作画像の１又は２以上の特性と組み合わせることによって発生されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
メモリと、
患者の基準画像と該患者の動作画像の間で第１の画像見当合わせを行って、該基準画像及び該動作画像が該患者のターゲット位置を含む該基準画像と該動作画像の間の位置合わせを行い、
前記動作画像に対する第１のデジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）を通じて前記患者の該動作画像と動作Ｘ線画像の間で第２の画像見当合わせを行い、かつ
前記第１の見当合わせ及び前記第２の見当合わせに基づいて前記ターゲット位置で少なくとも並進変化を追跡する、
ように前記メモリと作動的に結合された処理デバイスと、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２６】
前記動作画像は、キロボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ｋＶ−ＣＢＣＴ）画像、メガボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ＭＶ−ＣＢＣＴ）画像、メガボルトコンピュータ断層映像（ＭＶＣＴ）画像、又はヘリカルｋＶ−ＣＴ画像のうちの１つであることを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記処理デバイスは、更に、
前記第１のＤＲＲに基づいて前記患者に関連付けられた基準移動を検出し、かつ
前記基準移動に対処するために前記患者の治療送出に関連付けられた追跡アルゴリズムを修正する、
ことを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２８】
処理デバイスによって実行された時に、
処理デバイスにより、患者の基準画像と該患者の動作画像の間で第１の画像見当合わせを行って、該基準画像及び該動作画像が該患者のターゲット位置を含む該基準画像と該動作画像の間の位置合わせを行い、
前記処理デバイスにより、前記動作画像に対する第１のデジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）を通じて前記患者の該動作画像と動作Ｘ線画像の間で第２の画像見当合わせを行い、かつ
前記第１の見当合わせ及び前記第２の見当合わせに基づいて前記ターゲット位置で少なくとも並進変化を追跡する、
ことを前記処理デバイスに行わせる命令、
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】
前記処理デバイスは、更に、
前記患者の強調された基準画像と前記動作Ｘ線画像の間で該強調基準画像の第２のＤＲＲを通じて第３の画像見当合わせを行い、かつ
前記第３の見当合わせに基づいて前記ターゲット位置で少なくとも前記並進変化を追跡する、
ことを特徴とする請求項２８に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項３０】
前記基準画像、前記動作画像、及び前記動作Ｘ線画像は、ヘリカル放射線送出システムの撮像ソースによって又は前記患者に対する異なる位置での１又は２以上の撮像ソースによって発生されることを特徴とする請求項２８に記載の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】
〔優先権主張〕
この出願は、これにより引用によってその内容全体が組み込まれる２０１７年１月６日出願の米国仮特許出願第６２／４４３，５８１号の利益を主張する２０１８年１月４日出願の米国特許出願第１５／８６２，４３８号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明の開示は、医療画像(medical image)の画像見当合わせ(image registration)に関する。
【背景技術】
【０００３】
画像誘導式放射線治療（image guided radiation therapy (ＩＧＲＴ)）は、放射線送出(radiation delivery) 前に取得された治療計画画像(treatment planning image) 又は治療送出中に取得される治療内画像(intra-treatment image) のような画像を使用して治療計画画像基準フレーム(treatment planning image reference frame) に対する治療室内基準フレーム(treatment room reference frame) 内の治療ターゲット(treatment target)の場所（直接の又は患者体内の既知の構造に対する）を識別する。ＩＧＲＴでは、治療計画画像が取得された時の体内のその場所から放射線治療の直前又はその進行中に移動する患者の体内のターゲット領域（又は構造）を位置付けようと試みる時に問題が生じる。画像見当合わせは、２又は３以上の画像間で画像内容を比較することによって体内のターゲット領域を位置付ける機能を提供する。
【０００４】
本発明の開示は、以下に与える詳細説明から及び本発明の開示の様々な実施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】本明細書に説明する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の図である。
【図１Ｂ】本明細書に説明する実施形態による放射線治療システムの断面図である。
【図２】本明細書に説明する第１の実施形態による画像見当合わせパイプラインを示す図である。
【図３Ａ】本明細書に説明する第２の実施形態による画像見当合わせパイプラインを示す図である。
【図３Ｂ】本明細書に説明する第３の実施形態による画像見当合わせパイプラインを示す図である。
【図４】本明細書に説明する第４の実施形態による画像見当合わせパイプラインを示す図である。
【図５】本明細書に説明する実施形態による画像見当合わせの方法を示す図である。
【図６】本明細書に説明する実施形態による放射線治療の実施を発生させるのに使用することができるシステムの図である。
【図７】本明細書に説明する実施形態によるガントリベースの強度変調放射線治療システムの図である。
【図８】本明細書に説明する実施形態よるヘリカル放射線送出システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本明細書に説明するのは、治療計画画像(treatment planning image)（例えば、基準画像(reference image）、断片内画像(intrafraction image)（例えば、動作画像(motion image）、及び断片内Ｘ線画像(intrafraction x-ray image)（例えば、動作Ｘ線画像(motion x-ray image)）のような医療画像(medical image) の画像見当合わせ(image registration) のための方法及び装置の実施形態である。一実施形態では、３つの撮像方式の画像、すなわち、治療計画画像(treatment planning image)、断片内画像(intrafraction image)、及び断片内Ｘ線画像(intrafraction x-ray image)を連続的に見当合わせする(consecutively register)２ステージ画像見当合わせ方法(two-stage image registration method) を説明する。
【０００７】
図１Ａに示すような放射線治療送出システム（例えば、ＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅ（登録商標）放射線治療システム）を有する体積撮像システム（例えば、ｍｅｄＰｈｏｔｏｎのＩｍａｇｉｎｇＲｉｎｇシステム（ＩＲＳ））の使用により、新しい画像見当合わせ及び画像追跡の機会が与えられる。注意すべきことに、本明細書に使用する用語「追跡」は、治療計画ステージで治療ターゲットを追跡すること（例えば、治療ターゲットの位置を決定すること）と治療中に治療ターゲットを追跡すること（例えば、治療ターゲットを能動的に更新すること）の両方を指す場合がある。体積撮像システム（例えば、１２３９）は優れた解剖学的情報とロバストな患者位置合わせとを提供することができるが、立体Ｘ線撮像システム（例えば、１２１０）は頻繁な断片内撮像及び追跡を可能にする。代替実施形態では、統合室内診断コンピュータ断層撮影（ＣＴ）を有する放射線治療デバイスを使用することができる。室内診断ＣＴでは、患者は室内診断スキャナと放射線治療送出システムとの間で（例えば、ロボット寝台を使用して）物理的に移動される。
【０００８】
本明細書に使用する場合に、医療画像の「見当合わせ」（本明細書では「画像見当合わせ」とも呼ぶ）は、それらの医療画像に現れる対応する解剖学的又は他の特徴（例えば、基準）間の数学的関係の決定を指す。一実施形態では、単一方式で又は異なる方式で患者を複数回撮像することができる。画像セットを解釈して比較する時の１つの段階は、複数の画像における異なる点間の対応の確立である。画像見当合わせは、１つの画像空間の座標と別の画像空間の座標の間の写像又は変換を計算する処理である。この変換は、異なる画像セット内の同じ解剖学的点が互いに写像される結果をもたらし、診断及び治療のための複合撮像情報を使用する目的で画像セットを融合するのに使用することができる。
【０００９】
画像見当合わせ及び融合は、ＭＲからの軟組織のような相補的な構造情報をＣＴからの骨と組み合わせる時を含む様々な状況で有用である場合がある。画像融合はまた、機能画像化を解釈するために非常に有用である。機能的ＰＥＴ又はｆＭＲ画像が高解像度の解剖学的画像と融合された状態で、機能的特性は、それらが生じる解剖学的構造に関連付けることができる。
【００１０】
見当合わせは、以下に限定するものではないが、医療画像の一方又は両方に適用すると対応する解剖学的特徴の重ね合わせをもたらすことになる１又は２以上の空間変換、位置合わせ変換、又は断片内変換の決定を含むことができる。空間変換、位置合わせ変換、又は断片内変換は、剛体変換及び／又は変形可能な変換を含むことができ、医療画像が異なる座標系又は基準フレームからのものである場合に、それらの座標系又は基準フレームの違いに対処することができる。
【００１１】
画像見当合わせは、一般的に、計画室内画像内のターゲットの場所と治療室内画像内のターゲットの場所の間の空間変換を決定するために評価される類似度値、又は同等的に差分値（例えば、相互相関、エントロピー、相互情報量、勾配相関、パターン強度、勾配差、画像強度勾配）の計算を伴う場合がある。画像見当合わせの他の方法を利用することもできる。医療画像が同じ撮像システムを使用して取得されず、かつ同時に取得されない場合に、見当合わせ処理は、以下に限定するものではないが、異なる撮像システムの撮像方式、撮像形状、及び／又は基準フレーム間の違いに対処する第１の変換の決定と、取得時間にわたって生じた可能な身体部分における根本的な解剖学的差（例えば、位置決めの違い、全体的な移動、身体部分内の異なる構造間の相対的な移動、全体的な変形、身体部分内の局所的な変形など）に対処する第２の変換の決定とを含むことができる。
【００１２】
本明細書に説明する実施形態と共に様々な画像見当合わせ方法を利用することができる。一例では、点ベースの見当合わせを使用することができる。点は、医療画像見当合わせに使用することができる単純な幾何学的特徴である。点ベースの見当合わせは、２つの画像内の対応する点の３Ｄ座標を決定し、これらの点を最も良く位置合わせする変換を計算する段階を伴う。
【００１３】
別の実施形態では、面ベースの見当合わせを使用することができる。解剖学的物体又は構造の３Ｄ境界又は面は、医療画像見当合わせに使用することができる幾何学的特徴である。面ベースの画像見当合わせ方法は、２つの画像内の対応する面を決定し、これらの面を最も良く位置合わせする変換を計算する段階を伴う場合がある。点ベースの見当合わせは、一般的に少数の対応する基準点を位置合わせする段階を含むが、面ベースの見当合わせは、点対応情報が利用可能ではない一般的に遥かに多くの点を位置合わせする段階を伴う。
【００１４】
別の実施形態では、強度ベースの見当合わせを使用することができる。強度ベースの見当合わせは、画像内のピクセル又はボクセルの値だけに基づく位置合わせの尺度を使用して２つの画像間の変換を計算する段階を伴う場合がある。他の実施形態では、他の画像見当合わせ方法を使用することができる。
【００１５】
用語位置合わせ変換（例えば、体積位置合わせ）は、本明細書では第１の座標系（例えばかつ限定ではなく、患者の計画画像座標系）と第２の座標系（治療室内座標系）の間の変換を指し、それにより、位置合わせ変換は、例えばかつ限定ではなく、治療断片の開始前の患者設定時に第１の座標系に対する第２の座標系内のターゲットの場所を決定するものである。
【００１６】
用語「断片内変換」は、本明細書では第１の座標系と第２の座標系の間の変換を指し、それにより、処置の開始後に、例えばかつ限定ではなく治療断片中に第２の座標系に対する第１の座標系内のターゲットの場所が決定されるものである。
【００１７】
用語「ターゲット」は、治療区域（例えば、腫瘍）の近く（何らかの定められた近傍内）にある１又は２以上の基準を指す場合がある。別の実施形態では、ターゲットは骨構造である場合がある。更に別の実施形態では、ターゲットは患者の軟組織を指す場合がある。本明細書に説明するように、ターゲットは、識別及び追跡することができるあらゆる定められた構造又は区域である場合がある。
【００１８】
１又は２以上の画像においてターゲットを位置付ける時の精度及び計算効率を高め、それにより、治療室内基準フレーム及び治療計画画像基準フレーム内のターゲット場所間の空間変換をより正確かつ効率的に決定するために画像見当合わせに改善を加える必要がある。
【００１９】
図１Ａは、本明細書に説明する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１Ａは放射線治療システム１２００の構成を説明している。図示の実施形態では、放射線治療システム１２００は、放射線治療ソースとして機能する線形加速器（ＬＩＮＡＣ）１２０１を含む。ＬＩＮＡＣ１２０１を位置決めして多くの角度から多くの平面に患者周りの手術体積にビームを送出して病的解剖学的構造（例えば、ターゲット１２０）に照射するために、ＬＩＮＡＣ１２０１は、複数（例えば、５又は６以上）の自由度を有するロボットアーム１２３５の端部に取り付けられる。治療は、単一アイソセンター、複数のアイソセンターを有する、又は非アイソセントリックな進入路を有するビーム経路を伴う場合がある。これに代えて、他のタイプの画像誘導式放射線治療（ＩＧＲＴ）システムを使用することができる。一代替実施形態では、ＬＩＮＡＣ１２０１は、後述するようにガントリベースのシステムに取り付けることができる。
【００２０】
ＬＩＮＡＣ１２０１は、ロボットアーム１２３５を移動することによって治療中に複数の異なるノード（ＬＩＮＡＣ１２０１が停止して放射線を送出することができる定められた位置）に位置決めすることができる。ノードでは、ＬＩＮＡＣ１２０１は１又は２以上の放射線治療ビームをターゲットに送出することができる。ノードは、患者の周りに略球状の分布に配置することができる。ノードの特定の数及び各ノードで印加される治療ビームの数は、治療する病的な解剖学的構造の場所及びタイプの関数として変えることができる。
【００２１】
放射線治療システム１２００は、Ｘ線ソース１２０３Ａ及び１２０３Ｂ（すなわち、撮像ソース）とＸ線検出器１２０４Ａ及び１２０４Ｂとに接続した処理デバイス１２３０を有する撮像システム１２１０を含む。これに代えて、Ｘ線ソース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、その場合に、それらを再位置決めして、ターゲット１２０との位置合わせを維持し、又は代わりに異なる向きからターゲットを撮像し、又は多くのＸ線画像を取得して３次元（３Ｄ）円錐ビームＣＴを再構成することができる。一実施形態では、当業者には理解されるように、Ｘ線ソースは点ソースではなく、むしろＸ線ソースアレイである。一実施形態では、ＬＩＮＡＣ１２０１は撮像ソースとして機能し、その場合に、ＬＩＮＡＣの電力レベルは撮像に許容可能なレベルまで低下する。
【００２２】
撮像システム１２１０は、円錐ビームＣＴ又はヘリカルメガボルトコンピュータ断層撮影（ＭＶＣＴ）のような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によって発生された画像は２次元（２Ｄ）又は３次元（３Ｄ）である場合がある。２つのＸ線ソース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線撮像ビームを投影して機械アイソセンター（本明細書ではアイソセンターと呼び、治療中に患者を治療台１２０６上に位置決めするための基準点を提供する）で交差するように、及び患者を通過した後にそれぞれの検出器１２０４Ａ及び１２０４Ｂの撮像面を照射するように位置合わせすることができる。一実施形態では、撮像システム１２１０はターゲット及び周囲の当該体積（ＶＯＩ）の立体撮像を提供する。別の実施形態では、撮像システム１２１０は、２よりも多いか又は少ないＸ線ソースと２よりも多いか又は少ない検出器とを含むことができ、検出器のいずれも固定式ではなく可動式である場合がある。更に別の実施形態では、Ｘ線ソース及び検出器の位置は入れ替えることができる。当業者には公知のように、検出器１２０４Ａ及び１２０４Ｂは、Ｘ線を可視光に変換する発光物質（例えば、アモルファスシリコン）と、その光をデジタル画像に変換するＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜シリコン）又はＣＣＤ（電荷結合素子）の撮像セルのアレイとで製造することができ、そのデジタル画像は、デジタル画像の座標系を基準画像の座標系に変換する画像見当合わせ処理中に基準画像と比較することができる。基準画像は、例えば、デジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）とすることができ、ＤＲＲは、ＣＴ画像を通した光線の投射によってＸ線画像形成処理を模擬することに基づいて３次元ＣＴ画像から発生される仮想的なＸ線画像である。
【００２３】
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、円錐ビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）撮像システム、例えば、ｍｅｄＰｈｏｔｏｎのＩｍａｇｉｎｇＲｉｎｇシステムである。これに代えて、他のタイプの体積撮像システムを使用することができる。２次撮像システム１２３９は、ロボットアーム（図示せず）に取り付けられた回転式ガントリ１２４０（例えば、リング）と、１又は２以上の軸線に沿って（例えば、治療台１２０６の頭部から脚部に延びる軸線に沿って）回転式ガントリ１２４０を移動することができるレールシステムとを含むことができる。撮像ソース１２４５及び検出器１２５０は、回転式ガントリ１２４０に取り付けられる。回転式ガントリ１２４０は、治療台の頭部から脚部まで延びる軸線の周りに３６０度回転することができる。従って、撮像ソース１２４５及び検出器１２５０は、多くの異なる角度に位置決めすることができる。一実施形態では、撮像ソース１２４５はＸ線ソースであり、検出器１２５０はＸ線検出器である。一実施形態では、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。撮像ソース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。一実施形態では、回転式ガントリ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は治療台の脚部に静止する。
【００２４】
図１Ａに示すように、画像誘導式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に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から離れて、放射線治療システム１２００及び患者が位置する治療室とは異なる部屋に位置することができる。治療送出ワークステーション１５０は、本明細書に説明するように、１又は２以上の画像見当合わせに基づくターゲット動作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又は他の処理デバイスである場合がある）及びメモリを含むことができる。
【００２５】
一部の実施形態では、ヘリカル送出を有するガントリシステムを使用して、撮像システム１２１０を回転させることができる。例えば、ガントリシステムを使用して、異なる角度で２、３、又は４以上の画像（例えば、Ｘ線画像）を取得することができる。放射線治療送出システムはまた、患者の周囲に配置された回転撮像システム１０９を含むことができる。
【００２６】
一実施では、システム１２００は、フレームレスロボット放射線手術システム（例えば、ＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅ（登録商標）治療送出システム）に結合される。別の実施では、システム１２００はガントリベースのＬＩＮＡＣ治療システムに結合され、その場合に、例えば、ＬＩＮＡＣ１２０１がガントリベースのシステムのガントリに結合される。これに代えて、システム１２００は、他のタイプの放射線治療システム、例えば、以下に説明するようなヘリカル送出システムと共に使用することができる。
【００２７】
図１Ｂは、画像誘導式放射線治療（ＩＧＲＴ）システム７００の構成を示している。一般的に、ＩＧＲＴシステム７００は、図１Ａの放射線治療システム１２００に対応することができる。
【００２８】
図１Ｂに示すように、ＩＧＲＴシステム７００はキロボルト（ｋＶ）撮像ソース７０２Ａ及び７０２Ｂを含むことができ、それらは、手術室の天井７２０の軌道７２２Ａ及び７２２Ｂに取り付けることができ、２つの異なる位置から撮像Ｘ線ビームビーム７０４Ａ及び７０４Ｂを投影してビーム７０４Ａの光線７１２Ａが撮像中心７２６（すなわち、アイソセンター）でビーム７０４Ｂの光線７１２Ｂと交差するように位置合わせすることができ、このアイソセンターは、治療中に治療ビーム７１６Ａ、７１６Ｂ、及び７１６Ｃを発生させるＬＩＮＡＣ７０８と治療台７１４上の患者７１０とを位置決めするための基準点を提供する。患者７１０を通過した後で、撮像Ｘ線ビーム７０４Ａ及び７０４ＢはＸ線検出器７２４Ａ及び７２４Ｂのそれぞれの撮像面を照射することができ、それらのＸ線検出器は、手術室の床７１８又はその近くに取り付けられ、互いに実質的に平行（例えば、５度以内）とすることができる。ｋＶ撮像ソース７０２Ａ及び７０２Ｂは、それらの撮像面が単一撮像面を形成するように実質的に同一平面上にあるものとすることができる。一実施形態では、ｋＶ撮像ソース７０２Ａ及び７０２Ｂは、単一ｋＶ撮像ソースで置換することができる。患者７１４のＸ線画像が発生された状態で、ＬＩＮＡＣ７０８は回転して、異なる角度から治療ビーム７１６を発生させることができる。ＬＩＮＡＣ７０８が異なる角度へ回転する間に、ｋＶ撮像ソース７０２Ａ及び７０２Ｂは軌道７２２Ａ及び７２２Ｂに沿って移動して新しい角度から患者７１０のＸ線画像を発生させることができる。
【００２９】
図２は、本明細書に説明する第１の実施形態による画像見当合わせパイプライン２００を示している。第１ステージでは、基準画像２０２（例えば、ＭＲＩ、ＰＥＴ、ＣＴ、又は超音波のような治療計画画像）は、動作画像２０４（例えば、ｋＶ  ＣＢＣＴ、ＭＶ  ＣＢＣＴ、又はＭＶＣＴのような断片内３Ｄ画像）に見当合わせされ、治療計画中の患者の位置と治療送出中の毎日の患者位置との間の全体的な患者位置合わせを達成する。一実施形態では、見当合わせ２０６は、３Ｄ剛体変換（例えば、並進のみ）、６次元（６Ｄ）剛体変換（例えば、並進と回転）、又は非剛体変換のいずれかを使用する３Ｄから３Ｄへの画像見当合わせである。これらは、使用することができる様々なタイプの変換の非限定的な例であり、代替実施形態では他の変換を使用することができることに注意しなければならない。例えば、４次元（４Ｄ）変換は、３Ｄ剛体（並進）に回転角度（ロール）を加えたものである。
【００３０】
第２ステージでは、基準画像２０２は、基準画像２０２から発生されたＤＲＲ２１０を使用して動作Ｘ線画像２０８（例えば、断片内２ＤＸ線画像）に見当合わせされ、２Ｄ／３Ｄ画像見当合わせ２１２を行うことができる。その結果、断片内Ｘ線画像は、断片内３Ｄ画像に暗黙的に見当合わせされた状態になる。
【００３１】
一実施形態では、ＤＲＲは、３Ｄ撮像データを通して光線を投射して（数学的に投影して）治療中Ｘ線撮像システムの幾何学形状を模擬することによって発生された合成Ｘ線画像である。得られるＤＲＲは、次に、治療室Ｘ線撮像システムと同じスケール及び姿勢を有し、かつ治療室Ｘ線撮像システムからの画像と比較されて治療計画画像基準フレームに関連する患者の場所又は患者内の治療ターゲットの場所を決定することができる。ＤＲＲを発生させるために、３Ｄ撮像データは、ボクセル（体積要素）に分割され、各ボクセルには３Ｄ撮像データから導出された減衰（損失）値が割り当てられる。ＤＲＲ内の各ピクセルの相対強度は、次に、３Ｄ画像を通して投影された各光線に対するボクセル損失の合計である。
【００３２】
一実施形態では、ＣＢＣＴ画像（例えば、動作画像２０４）は、治療計画画像（例えば、２０２）とＣＢＣＴ（例えば、２０４）の間の全体的な患者位置合わせ（並進及び回転）を行うために治療送出断片の開始時に撮られる。その後の２ＤＸ線画像（例えば、２０８）は、計画画像（２０２）に見当合わせされ、かつターゲット位置の並進変化を追跡するのに使用することができ、一方で計画画像（２０２）からＣＢＣＴ（２０４）への見当合わせ２０６によって達成された全体的な回転患者位置合わせを維持する。断片内３Ｄ撮像によって可能になる３Ｄの全体的な患者位置合わせは、より高度なユーザ信頼度を提供することができ、かつ既存のソリューションよりも柔軟かつ確実である可能性が高い。
【００３３】
図３Ａは、本明細書に説明する第２の実施形態による画像見当合わせパイプライン３００を示している。図３Ａに示す実施形態では、基準画像３０２（例えば、計画画像）は、動作画像３０４（例えば、断片内画像）に見当合わせされ、計画及び毎日の患者位置間の全体的な患者位置合わせを達成する。一実施形態では、見当合わせ３０６は、３Ｄ剛体変換（例えば、並進のみ）、６次元（６Ｄ）剛体変換（例えば、並進と回転）、又は非剛体変換のいずれかを使用する３次元（３Ｄ）から３Ｄへの画像見当合わせである。これらは、使用することができる様々なタイプの変換の非限定的な例であり、代替実施形態では他の変換を使用することができることに注意しなければならない。例えば、４次元（４Ｄ）変換は、３Ｄ剛体（並進）に回転角度（ロール）を加えたものである。
【００３４】
第２の見当合わせステージでは、ＤＲＲ３１０は、断片内３Ｄ画像（３０４）から発生され、ＤＲＲ３１０を通じて断片内３Ｄ画像（３０４）と断片内２ＤＸ線画像（３１０）の間で２Ｄ／３Ｄ画像見当合わせ３１２が行われる。断片内３Ｄ画像（３０４）からのＤＲＲ３１０の発生は、様々な利益をもたらすことができる。そのような一例は、断片内ＣＢＣＴ画像の空間解像度が典型的な治療計画ＣＴ走査と比較して（特に下−上方向において）非常に高いと考えられることである。高解像度ＤＲＲは、追跡アルゴリズム、最も顕著には基準追跡モード及び骨格追跡モードの精度及び信頼度を高めることができる。これに代えて、他の追跡技術を使用することができる。別の利益は、断片内ＣＢＣＴ走査から発生されたＤＲＲが毎日の患者姿勢及び変形を反映することができ、追跡の改善をもたらすことであると考えられる。例えば、胸郭の外観は、毎日の拘束の僅かな違いのために変化する場合がある。脊椎の姿勢は、毎日の患者変動の別の例である。
【００３５】
一実施形態では、強調された（例えば、変形された）基準画像３０９が基準画像３０２から発生される場合がある。強調基準画像３０９は、本明細書で変形可能な画像見当合わせ（ＤＩＲ）と呼ぶ概念において基準画像３０２及び動作画像３０４の様々な（例えば、１又は２以上の）特性を組み合わせることによって発生させることができる。ＤＩＲでは、画像間の変換は弾力的であると仮定され、毎日の変動、患者位置、拘束、呼吸フェーズのようなファクタから生じる解剖学的な相違点の位置合わせを可能にする。ＤＲＲ３１１は、強調基準画像３０９から発生させることができ、２Ｄ／３Ｄ画像見当合わせ３１３を強調基準画像３０９と動作Ｘ線画像３０８の間で行うことができる。その結果、動作Ｘ線画像３０８は、動作画像３０４に暗黙的に見当合わせされた状態になる。ＤＩＲ及び強調基準画像３０９を説明する追加の詳細を図３Ｂに関して説明する。
【００３６】
追跡ターゲットの形状又は外観は、治療の進行にわたって（例えば、治療に対する反応として）変化する場合がある。断片内画像から発生された肺ターゲットＤＲＲは、２又は３以上のＳＢＲＴ断片の後でより良好な外観整合（例えば、計画画像よりも）を与えることができる。別の実施形態では、基準配置は、計画ＣＴが撮られた時と患者が治療される時との間で変わる場合がある。そのような基準移動は、治療計画を送出する精度に影響を与える可能性がある。そのような画像から発生された断片内３Ｄ画像及びＤＲＲを使用して基準移動を検出し、かつ基準配置の変化に対処するように追跡アルゴリズムを修正することができる。
【００３７】
一実施では、全体的な患者位置合わせを行うために、ＣＢＣＴ画像（例えば、動作画像３０４）が治療断片の最初に撮られる。ＣＢＣＴ画像は、並進及び回転患者位置合わせを達成するために治療計画画像（例えば、基準参照画像３０２）に見当合わせされる。その後の２ＤＸ線画像（例えば、動作Ｘ線画像３０８）は、ＣＢＣＴ位置合わせに対する「相対的」追跡を達成するためにＣＢＣＴに見当合わせされる。２ＤＸ線追跡は並進補正と回転補正の両方を伴う場合がある。２ＤＸ線画像と計画画像の間の見当合わせは、計画３Ｄ画像と断片内３Ｄ画像が既に見当合わせされているという事実によって暗黙的に達成される。
【００３８】
図３Ｂは、本明細書に説明する第３の実施形態による画像見当合わせパイプライン３０１を示している。図３Ｂに示す実施形態では、基準画像３０３（例えば、計画画像）は、動作画像３０５（例えば、断片内画像）に見当合わせされ、計画及び毎日の患者位置の間で全体的な患者位置合わせを達成する。一実施形態では、見当合わせ３０７は、３Ｄ剛体変換（例えば、並進のみ）、６次元（６Ｄ）剛体変換（例えば、並進と回転）、又は非剛体変換のいずれかを使用する３次元（３Ｄ）から３Ｄへの画像見当合わせである。これらは、使用することができる様々なタイプの変換の非限定的な例であり、代替実施形態では他の変換を使用することができることに注意しなければならない。例えば、４次元（４Ｄ）変換は、３Ｄ剛体（並進）に回転角度（ロール）を加えたものである。
【００３９】
第２ステージでは、強調された（例えば、変形された）基準画像３０９が基準画像３０３から発生される場合がある。強調基準画像３０９は、本明細書で変形可能な画像見当合わせ（ＤＩＲ）と呼ぶ概念において基準画像３０３及び動作画像３０５の様々な特性を組み合わせることによって発生させることができる。ＤＩＲでは、画像間の変換は弾力的であると仮定され、毎日の変動、患者位置、拘束、及び呼吸フェーズのようなファクタから生じる解剖学的な相違点の位置合わせを可能にする。
【００４０】
一実施形態では、ＤＩＲアルゴリズムは、変形場を表現するためにノンパラメトリック非剛体変換を使用する。それは、変換の特定のパラメータ化を仮定せず、これに代えて、平滑度正則化を受ける変形場を明示的に推定する。そのような手法は、複雑な臓器変形さえも推定することを可能にする。１つのＤＩＲ例は、類似度判断基準、すなわち、局所正規化相関係数（ＮＣＣ）を最適化し、ここで、Ｉｒｅｆは基準画像近傍パッチであり、Ｉｍｏｖは「移動する」画像近傍パッチである。Ｉｅｆ及びＩｍｏｖは、体積パッチの平均値である。
【数１】
2020503148.tif 000003
類似度判断基準は、小さい近傍パッチにわたって定義することができ、それにより、強度の不均一性及びアーチファクトが存在する場合でもロバストな画像整合を考慮することができる。画像類似度判断基準は、多重解像度の粗から密へのスキームで画像ドメイン全体にわたって反復的に最適化することができる。推定された変形場は、各反復で平滑化オペレータを使用して正則化することができる。一実施形態では、アプリケーションは、３から４の解像度レベル及び各レベルでの５００反復までを使用する。明確にするためにここでは１つのＤＩＲアルゴリズムを説明するが、あらゆる他のＤＩＲアルゴリズムを本明細書に説明する実施形態に利用することができることに注意しなければならない。
【００４１】
一実施形態では、ＤＲＲ３１１は、強調基準画像３０９から発生され、２Ｄ／３Ｄ画像見当合わせ３１３は、強調基準画像３０９と動作Ｘ線画像３１５の間で行うことができる。その結果、動作Ｘ線画像３１５は、動作画像３０５に暗黙的に見当合わせされた状態になる。
【００４２】
図４は、本明細書に説明する第４の実施形態による画像見当合わせパイプライン４００を示している。図４に示す実施形態では、基準画像４０２（例えば、計画画像）は、動作画像４０４（例えば、断片内画像）に見当合わせされ、計画及び毎日の患者位置の間の全体的な患者位置合わせを達成する。一実施形態では、見当合わせ４０６は、３Ｄ剛体変換（例えば、並進のみ）、６次元（６Ｄ）剛体変換（例えば、並進と回転）、又は非剛体変換のいずれかを使用する３次元（３Ｄ）から３Ｄへの画像見当合わせである。これらは、使用することができる様々なタイプの変換の非限定的な例であり、代替実施形態では他の変換を使用することができることに注意しなければならない。例えば、４次元（４Ｄ）変換は、３Ｄ剛体（並進）に回転角度（ロール）を加えたものである。
【００４３】
一実施形態では、第２の見当合わせステージでは、第１のＤＤＲ４０８は、基準画像４０２に対して発生させることができ、第２のＤＲＲ４１０は、動作画像４０４に対して発生させることができる。第１の２Ｄ／３Ｄ見当合わせ４１２は、断片内Ｘ線画像（例えば、動作Ｘ線画像４１４）と計画画像（例えば、基準画像４０２）の間で行うことができ、第２の２Ｄ／３Ｄ見当合わせ４１６は、断片内Ｘ線画像（例えば、動作Ｘ線画像４１４）と断片内画像（例えば、動作画像４０４）の間で行うことができる。両方の３Ｄ撮像方式に対する見当合わせは、追加レベルの見当合わせ信頼度（例えば、追跡信頼度及び品質保証）を提供することができる。
【００４４】
より正確に行うことができる品質保証の一例は、基準移動の検査である。基準が計画ＣＴ取得日と治療日の間で移動した場合では、計画ＣＴと断片内３Ｄ画像の両方からのＤＲＲを使用する同時（例えば、並行）追跡は、基準移動に起因する基準不一致を明らかにすることができる。基準移動に対する検査は、図２、３Ａ、及び３Ｂに関して説明した実施形態にも適用することができる。
【００４５】
一実施では、全体的な患者位置合わせを行うためにＣＢＣＴ画像（例えば、動作画像４０４）が治療断片の最初に撮られる。ＣＢＣＴ画像（４０４）は、治療計画画像（例えば、基準参照画像４０２）に見当合わせされ、並進及び回転患者位置合わせを達成する。その後の２ＤＸ線画像（例えば、動作Ｘ線画像４１４）は、ＣＢＣＴ位置合わせに関連する「相対的」追跡（並進的及び回転的）を達成するためにＣＢＣＴ（４０４）から発生されたＤＲＲ（４１０）に見当合わせされる。更に、品質保証を辿る手段として、２ＤＸ線画像（４１４）は、計画画像（４０２）から発生されたＤＲＲ（４０８）に見当合わせする（並進及び回転）ことができる。
【００４６】
第２の実施形態では、全体的な患者位置合わせを行うためにＣＢＣＴ画像（４０４）が治療断片の最初に撮られる。ＣＢＣＴ画像（４０４）は、計画画像（４０２）に見当合わせされ、並進及び回転患者位置合わせを達成する。その後の２ＤＸ線画像（４１４）は、計画ＣＴ（４０２）から発生されたＤＲＲ（４０８）に見当合わせされる（並進及び回転）。更に、品質保証を辿る手段として、２ＤＸ線画像（４１４）は、ＣＢＣＴ画像（４０４）から発生されたＤＲＲ（４１０）に見当合わせされる（並進及び回転）。本明細書に説明する作動及びシステムは、本明細書に説明する画像見当合わせのどのタイプが所与の状況で最も適切であるかを自動的に（例えば、人間の介入なしに）決定し、選択された見当合わせを自動的に適用することができることに注意すべきである。適切な見当合わせは、以下に限定するものではないが、画像の解像度、画像の鮮明さ、ターゲット、非ターゲット、又は基準の視認性、処理速度などを含むあらゆる数のファクタに基づいて選択することができる。
【００４７】
図５は、本明細書に説明する実施形態による画像見当合わせの例示的方法５００の流れ図である。一般的に、方法５００は、ハードウエア（例えば、処理デバイス、回路、専用論理部、プログラマブル論理部、マイクロコード、デバイスのハードウエアなど）、ソフトウエア（例えば、処理デバイス上で稼働又は実行される命令）、又はその組合せを含むことができる処理論理部によって行うことができる。一部の実施形態では、方法５００は、図１の放射線治療システム１２００の処理論理部によって行うことができる。
【００４８】
図５に示すように、方法５００は、ブロック５０２で処理論理部が患者の基準画像と患者の動作画像との間で第１の画像見当合わせを行うことで開始することができる。一実施形態では、基準画像及び動作画像は患者のターゲット位置を含む。一実施形態では、第１の画像見当合わせは、基準画像と動作画像の間の位置合わせを行うこととすることができる。一実施形態では、基準画像及び動作画像は、３次元（３Ｄ）画像である。別の実施形態では、基準画像は、キロボルトコンピュータ断層映像（ｋＶ−ＣＴ）画像、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）画像、キロボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ｋＶ−ＣＢＣＴ）画像、又はメガボルトコンピュータ断層映像（ＭＶＣＴ）画像、又はあらゆる他のタイプの画像のうちの１つの３Ｄ計画画像である。動作画像は、キロボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ｋＶ−ＣＢＣＴ）画像、メガボルト円錐ビームコンピュータ断層映像（ＭＶ−ＣＢＣＴ）画像、又はメガボルトコンピュータ断層映像（ＭＶＣＴ）画像、又はあらゆる他のタイプの画像のうちの１つであるとすることができる。
【００４９】
ブロック５０４では、処理論理部は、患者の基準画像に対する第１のデジタル再構成放射線写真（ＤＲＲ）を通じて患者の基準画像と動作Ｘ線画像の間で第２の画像見当合わせを行う。一実施形態では、処理論理部は、患者のターゲット位置の並進変化を追跡するために第２の見当合わせを行うことができる。動作Ｘ線画像は、立体Ｘ線対画像、回転モノスコープ２次元（２Ｄ）Ｘ線画像、Ｃアーム術中画像、又はあらゆる他のタイプの画像とすることができる。
【００５０】
ブロック５０６での処理論理部は、第１の見当合わせ及び第２の見当合わせに基づいてターゲット位置での少なくとも並進変化を追跡することができる。一実施形態では、基準画像、動作画像、及び動作Ｘ線画像は、本明細書に説明するように、ヘリカル放射線送出システムの撮像ソースによって又は患者に対する異なる位置での１又は２以上の撮像ソースによって発生される。一実施形態では、処理フローは、ブロック５０６で終了することができる。別の実施形態では、処理フローは、ブロック５０８に続くことができる。ブロック５０８〜５１２及び本明細書に説明する他の処理段階の全ては、本明細書に説明する順序とは異なる場合がある様々な順序で行うことができることに注意しなければならない。
【００５１】
ブロック５０８に続けて、処理論理部は、動作画像に対する第２のＤＲＲを発生し、第２のＤＲＲを通じて動作画像と動作Ｘ線画像の間で第３の画像見当合わせを行い、第３の見当合わせに基づいてターゲット位置での少なくとも並進変化を追跡することができる（ブロック５１２）。別の実施形態では、処理論理部は、第１の見当合わせ及び第２の見当合わせに基づいて、治療送出を開始する前に最初の患者位置合わせ中に患者の位置を調節することができる。別の実施形態では、処理論理部は、第１の見当合わせ及び第２の見当合わせに基づいて、患者に関連付けられた治療送出を修正することができる。
【００５２】
本明細書に説明する実施形態は、診断のためのｋＶ−ＣＴ、ＭＲＩ、ｋＶ−ＣＢＣＴ、及びＭＶＣＴを含む様々なタイプの計画画像と共に使用することができることに注意しなければならない。本明細書で説明する方法は、（例えば、ＣＴが治療計画に使用されない又は利用可能でない場合に）ＭＲベースの計画と共に使用することができる。本明細書で説明する実施形態はまた、ｋＶ−ＣＢＣＴ、ＭＶＣＴ、ＭＶＣＢＣＴ、及び室内ヘリカル／診断ｋＶ−ＣＴを含む様々なタイプの断片内３Ｄ画像と共に使用することができる。本明細書で説明する実施形態は、立体Ｘ線対、回転式平面２ＤＸ線撮像器、及びＣアーム術中撮像システム（外科及び介入的誘導用途に使用される）を含む様々なタイプの断片内２Ｄ撮像システムと共に使用することができる。時にロボット手術システムに関連して実施形態を説明するが、別の実施形態では、本明細書で説明する方法は、ヘリカル送出システム及びガントリベースのシステムのような他のタイプの治療送出システムと共に使用することができる。更に、時にｍｅｄＰｈｏｔｏｎのＩｍａｇｉｎｇＲｉｎｇシステム（ＩＲＳ）に関連して実施形態を説明するが、別の実施形態では、本方法は、他のタイプの体積撮像システムと共に使用することができる。
【００５３】
図６は、本明細書で議論する方法のうちのいずれか１又は２以上を機械に実行させるための命令セットを行うことができるコンピュータシステム６００の例示的機械を示している。代替実施では、この機械は、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で他の機械に接続（例えば、ネットワーク接続）することができる。この機械は、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機械の機能で、ピアツーピア（又は分散型）ネットワーク環境のピア機械として、又はクラウドコンピュータインフラストラクチャ又は環境のサーバ又はクライアント機械として作動させることができる。
【００５４】
機械は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブ機器、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ又はブリッジ、又は機械が行う作動を指定する（順次的な又は別な方法の）命令セットを行うことができるあらゆる機械である場合がある。更に、単一機械を示しているが、用語「機械」はまた、本明細書で議論する方法のうちのいずれか１又は２以上を行うために１つ（又は複数）の命令セットを個々に又は共同で行う機械のあらゆる集合を含むものと見なさなければならない。
【００５５】
例示的コンピュータシステム６００は、処理デバイス６０２、主メモリ６０４（例えば、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、又はＲａｍｂｕｓＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）といった動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）など）、静的メモリ６０６（例えば、フラッシュメモリ、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）、及びデータストレージデバイス６１８を含み、これらはバス６３０を通して互いに通信する。
【００５６】
処理デバイス６０２は、マイクロプロセッサ又は中央演算処理装置などのような１又は２以上の汎用処理デバイスを表している。より具体的には、処理デバイスは、複合命令セットコンピュータ（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、又は他の命令セットを行うプロセッサ、又は命令セットの組合せを行うプロセッサとすることができる。処理デバイス６０２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）、又はネットワークプロセッサなどのような１又は２以上の専用処理デバイスとすることができる。処理デバイス６０２は、本明細書で説明した作動及び段階を行うための命令６２６を行うように構成される。
【００５７】
コンピュータシステム６００は、ネットワーク６２０を通して通信するためのネットワークインタフェースデバイス６０８を更に含むことができる。コンピュータシステム６００はまた、ビデオ表示ユニット６１０（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又はブラウン管（ＣＲＴ））、英数字入力デバイス６１２（例えば、キーボード）、カーソル制御デバイス６１４（例えば、マウス）、グラフィック処理ユニット６２２、信号発生デバイス６１６（例えば、スピーカ）、グラフィック処理ユニット６２２、ビデオ処理ユニット６２８、及び音声処理ユニット６３２を含むことができる。
【００５８】
データストレージデバイス６１８は、本明細書に説明する方法又は機能のうちのいずれか１又は２以上を具現化する１又は２以上の命令セット又はソフトウエア６２６を格納する機械可読ストレージ媒体６２４（コンピュータ可読媒体としても公知）を含むことができる。命令６２６はまた、コンピュータシステム６００によるその実行中に主メモリ６０４内及び／又は処理装置６０２内に完全に又は少なくとも部分的に存在することができ、主メモリ６０４及び処理デバイス６０２も機械可読ストレージ媒体を構成する。
【００５９】
一実施では、命令６２６は、本明細書の開示に対応する機能を実施するためのＸ線動作成分６９９を含む。例示的態様では機械可読ストレージ媒体６２４を単一媒体であるように示すが、用語「機械可読ストレージ媒体」は、１又は２以上の命令セットを格納する単一媒体又は複数の媒体（例えば、集中型又は分散型のデータベース、及び／又は関連のキャッシュ及びサーバ）を含むものと見なさなければならない。用語「機械可読ストレージ媒体」はまた、機械による実行のために命令セットを格納又は符号化することができ、かつ本発明の開示の方法のうちのいずれか１又は２以上を機械に実行させるあらゆる媒体を含むものと見なさなければならない。従って、用語「機械可読ストレージ媒体」は、以下に限定するものではないが、半導体メモリ、光学媒体、及び磁気媒体を含むものと見なさなければならない。
【００６０】
図７は、本発明の開示の実施によるガントリベースの強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）システム７０９を示している。ガントリベースのシステム７０９では、ヘッドアセンブリ７０１を有する放射線ソース（例えば、ＬＩＮＡＣ１２０１）がガントリ７０３に取り付けられる。一実施形態では、放射線ビーム１６０は、円形の回転面上の（例えば、回転軸線の周りの）いくつかの位置から送出することができる。一実施形態では、システム７０９は、ｋＶ撮像ソース７０５とＸ線検出器７０７とを含むことができる治療撮像システムを含む。ｋＶ撮像ソース７０５を使用して、一連のＸ線ビームをＲＯＩに向けることによって患者のＲＯＩのＸ線画像を発生させることができ、この一連のＸ線ビームは、ｋＶ撮像ソース７０５に対向するＸ線検出器７０７に入射し、設定のために患者を撮像して治療中画像を発生させる。得られるシステムは、アイソセンターで互いに交差する任意形状の放射線ビーム７６０を発生して線量分布をターゲット位置に送出する。一実施では、ガントリベースのシステム７００は、Ｃアームベースのシステムとすることができる。
【００６１】
図８は、本発明の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８２０に取り付けられた線形加速器（ＬＩＮＡＣ）８１０を含むことができる。ＬＩＮＡＣ８１０を使用して、電子ビームをＸ線放出ターゲットに向けることによって細い強度変調ペンシルビーム（すなわち、治療ビーム）を発生させることができる。治療ビームは、ターゲット領域（すなわち、腫瘍）に放射線を送出することができる。リングガントリ８２０は一般的にトロイダル形状を有し、そこでは患者８３０がそのリング／トロイドの穴を通って延び、ＬＩＮＡＣ８１０はリングの周囲に取り付けられ、その中心を通る軸線の周りを回転し、患者周りの１又は２以上の角度から送出されるビームでターゲット領域を照射する。治療中に、治療台８４０上のガントリの穴を通して患者８３０を同時に移動することができる。
【００６２】
ヘリカル放射線送出システム８００は、ｋＶ撮像ソース８５０とＸ線検出器８７０とを含むことができる治療撮像システムを含む。ｋＶ撮像ソース８５０を使用して、一連のＸ線ビームをＲＯＩに向けることによって患者８３０の当該区域（ＲＯＩ）のＸ線画像を発生させることができ、この一連のＸ線ビームは、ｋＶ撮像ソース８５０に対向するＸ線検出器８７０に入射し、設定のために患者８３０を撮像して治療中画像を発生させる。治療撮像システムは、コリメータ８６０を更に含むことができる。一実施形態では、コリメータ８６０は可変開口コリメータである場合がある。別の実施形態では、コリメータ８６０はマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）とすることができる。ＭＬＣは、ＭＬＣの開口を調整して撮像Ｘ線ビームの成形を可能にするために可動である複数のリーフを収容するハウジングを含む。別の実施形態では、可変開口コリメータ８６０は、撮像Ｘ線ビームの成形を可能にする可変サイズの開口を発生させるために、カメラ絞りと同様な方法でフレームに沿って移動する台形ブロックを収容する絞りコリメータである場合がある。ｋＶ撮像ソース８５０及びＸ線検出器８７０は、リングガントリ８２０上にＬＩＮＡＣ８１０に対して直交方向に（例えば、９０度だけ離れて）取り付けることができ、ターゲット領域に撮像Ｘ線ビームを投影するようにかつ患者１３０を通過した後に検出器８７０の撮像面を照射するように位置合わせすることができる。一部の実施形態では、ＬＩＮＡＣ８１０及び／又はｋＶ撮像ソース８５０は、片持ち式の方式でＣアームガントリに取り付けることができ、それにより、アイソセンターを通る軸線の周りにＬＩＮＡＣ８１０及びｋＶ撮像ソース８５０が回転する。本発明の開示の態様は、更に、ガントリベースのＬＩＮＡＣシステム、放射線治療及び放射線手術に関連付けられた静的撮像システム、統合画像誘導を使用する陽子線療法システム、介入的画像診断及び術中Ｘ線撮像システムのような他のシステムに使用することができる。
【００６３】
ヘリカル放射線送出システム８００はまた、２次撮像システム８０１を含む。撮像システム８０１はＣＢＣＴ撮像システム、例えば、ｍｅｄＰｈｏｔｏｎのＩｍａｇｉｎｇＲｉｎｇシステムである。これに代えて、他のタイプの体積撮像システムを使用することができる。２次撮像システム８０１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式ガントリ８０７（例えば、リング）を含み、そのアーム及びレールシステムは、回転式ガントリ８０７を１又は２以上の軸線に沿って（例えば、治療台の頭部から脚部まで延びる軸線に沿って）移動する。撮像ソース８０３及び検出器８０５は、回転式ガントリ８０７に取り付けられる。回転式ガントリ８０７は、治療台の頭部から脚部まで延びる軸線の周りに３６０度回転することができる。従って、撮像ソース８０３及び検出器８０５は、多くの異なる角度に位置決めすることができる。一実施形態では、撮像ソース８０３はＸ線ソースであり、検出器８０５はＸ線検出器である。一実施形態では、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。撮像ソース８０３は、第１のリングに取り付けることができ、検出器８０５は、第２のリングに取り付けることができる。
【００６４】
以上の説明から、本発明の開示の態様は、少なくとも部分的にソフトウエアに具現化することができることは明らかであろう。すなわち、本発明の技術は、処理デバイス６２５、６４０、又は６０２（図６参照）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で行うことができ、例えば、メモリに収容された命令シーケンスを行う。様々な実施形態では、ハードウエア回路をソフトウエア命令と共に使用して本発明の開示を実施することができる。従って、本発明の技術は、ハードウエア回路とソフトウエアのいずれかを特定の組合せに限定せず、又はデータ処理システムによって行われる命令のいずれかを特定ソースに限定しない。更に、この説明全体を通して説明を簡単にするために、様々な機能及び作動は、ソフトウエアコードによって行われる又は引き起こされるものとして説明することができる。しかし、そのような表現で示すのはそれらの機能が処理デバイス６２５、６４０、又は６０２によるコードの実行から生じるということであることは当業者は認識するであろう。
【００６５】
汎用又は専用データ処理システムによって行われた時にそのシステムに本発明の開示の様々な方法を実行させるソフトウエア及びデータを格納するために機械可読媒体を使用することができる。この実行可能ソフトウエア及びデータは、例えば、システムメモリ及びストレージ又はソフトウエアプログラム又はデータのうちの少なくとも１つを格納することができるあらゆる他のデバイスを含む様々な場所に格納することができる。従って、機械可読媒体は、機械（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、製造のためのツール、１又は２以上のプロセッサの組を有するあらゆるデバイスなど）によってアクセス可能な形式で情報を提供する（すなわち、格納する）あらゆる機構を含む。例えば、機械可読媒体は、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスクストレージ媒体、光ストレージ媒体、フラッシュメモリデバイスのような記録可能／記録不能な媒体を含む。機械可読媒体は、非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体である場合がある。
【００６６】
特に明記しない限り、以上の説明から明らかであるように、「受け入れる」、「位置決めする」、「放出する」、又は「引き起こす」などのような用語は、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そのような情報ストレージ又は表示デバイスのうち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類似の電子コンピュータデバイスのアクション及び処理を指す場合があることは認められるであろう。本明細書に説明する方法の実施は、コンピュータソフトウエアを使用して実施することができる。公認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に、本方法を実施するように設計された命令シーケンスは、様々なハードウエアプラットフォーム上で行うために及び様々なオペレーティングシステムとのインタフェースのためにコンパイルすることができる。これに加えて、本発明の開示の実施は、いずれかの特定のプログラミング言語に関連して説明されるものではない。様々なプログラミング言語を使用して本発明の開示の実施を実施することができることは認められるであろう。
【００６７】
本明細書に説明する方法及び装置は、医療診断撮像及び治療での使用だけに限定されないことに注意しなければならない。代替実施では、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のような医療技術分野以外の用途に使用することができる。そのような用途では、例えば、「治療」は、一般的にビーム（例えば、放射線、音響など）の印加のような治療計画システムによって制御される作動の達成を指す場合があり、「ターゲット」は、非解剖学的な物体又は区域を指す場合がある。
【００６８】
以上の明細書では、本発明の開示は、その特定の例示的実施に関連して説明した。しかし、特許請求の範囲に説明される本発明の開示のより広範な精神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、本明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的意味で考えるべきである。
【符号の説明】
【００６９】
３００  画像見当合わせパイプライン
３０２  基準画像
３０４  動作画像
３０６  見当合わせ
３０９  強調基準画像
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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