(57)【要約】  患者の身体領域に含まれる動く構造に画像誘導放射線療法治療を実施するために、構造の運動の異なる位相にある患者の身体領域の一連の第１の画像が、第１の撮像モードに従って取得される。一連の第１の画像は、ターゲット構造と本質的に同じ運動位相にある患者の身体の一連の第２の画像に関連付けられ、第２の画像は第２の撮像モードで取得される。治療中、放射線療法治療中に第２の撮像モードを使用して第３の画像が取得され、第３の画像と、第１の画像に関連付けられた第２の画像との間の比較に基づき選択された１つの第１の画像に関連するデータに基づき、放射線療法治療の継続が計画される。
2020509854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療計画に基づいて、患者の身体のある領域に含まれる動く構造に画像誘導の放射線療法治療を実施するための治療システムであって、前記治療システムは、
前記構造の運動の異なる位相にある前記患者の身体の前記領域の一連の第１の画像を受信するための受信ユニットであって、前記一連の第１の画像は、ターゲット構造の前記運動と本質的に同じ位相にある前記患者の身体の一連の第２の画像と関連付けられ、前記第１の画像は第１の撮像モードに従って取得され、前記第２の画像は前記第１の撮像モードとは異なる第２の撮像モードで取得され、各第２の画像は、前記ターゲット構造の前記運動と同じ位相に属する第１の画像に関連付けられる、受信ユニットと、
前記放射線療法治療中に前記第２の撮像モードを使用して前記患者の第３の画像を取得するように制御可能な撮像ユニットと、
前記第３の画像の取得時に前記放射線療法治療の継続を計画する評価ユニットであって、前記第１の画像のうちの１つに関するデータに基づき前記放射線療法治療の継続を計画し、前記第３の画像と、前記第１の画像に関連付けられた前記第２の画像との間の比較に基づいて前記第１の画像を選択する、評価ユニットと、
を備える、治療システム。
【請求項２】
前記第２の撮像モードは、前記第１の撮像モードと比較して高速の画像取得を可能にするように選択される、請求項１に記載の治療システム。
【請求項３】
前記第１の画像は三次元画像であり、前記第２及び第３の画像は三次元、二次元、又は一次元の画像である、請求項１に記載の治療システム。
【請求項４】
前記評価ユニットは、所定の基準に従って前記第３の画像と最もよく合致する少なくとも１つの第２の画像に関連付けられた運動位相を識別し、識別された前記運動位相に関連付けられた前記第１の画像を、前記放射線療法治療の継続の計画のために使用される前記第１の画像として選択する、請求項１に記載の治療システム。
【請求項５】
前記評価ユニットは、前記放射線療法治療において前記構造に照射される推定の累積放射線量に基づいて前記放射線療法治療の継続を計画し、前記累積放射線量は、識別された前記第１の画像と、前記第１の撮像モードに従って取得された基準画像との間の非剛体レジストレーションを実行するための変形ベクトル場に基づいて決定される、請求項１に記載の治療システム。
【請求項６】
前記累積放射線量はさらに、前記第３の画像と、前記識別された運動位相に関連付けられた前記少なくとも１つの第２の画像との間の非剛体レジストレーションを実行するためのさらなる変形ベクトル場に基づき決定される、請求項５に記載の治療システム。
【請求項７】
前記治療計画は、前記構造の１つの運動位相にある前記患者の身体の前記領域の計画画像に基づいて生成され、前記計画画像は前記基準画像に対応する、請求項５に記載の治療システム。
【請求項８】
前記放射線療法治療の継続を計画することは、前記治療計画を使用して治療を継続することにより、前記放射線療法治療の治療目標を達成できるか否かの決定を含み、前記決定は前記累積放射線量に基づいて行われる、請求項５に記載の治療システム。
【請求項９】
前記撮像ユニットは磁気共鳴撮像デバイスを備え、前記第１及び第２の撮像モードは、前記磁気共鳴撮像デバイスを使用した画像取得を含む、請求項１に記載の治療システム。
【請求項１０】
患者の身体のある領域に含まれる動く構造の画像誘導の放射線療法治療を準備するための治療準備システムであって、前記治療準備システムは、
ターゲット構造の運動の異なる位相にある前記患者の身体の前記領域の一連の第１の画像を取得するように制御可能な撮像ユニットであって、前記第１の画像は第１の撮像モードに従って取得され、前記撮像ユニットはさらに、前記ターゲット構造の前記運動の本質的に同じ位相にある前記患者の身体の前記領域の一連の第２の画像を取得するように制御可能であり、前記第２の画像は第２の撮像モードに従って取得される、撮像ユニットを備え、
各第２の画像を、前記第２の画像と同じ前記構造の前記運動の位相に属する第１の画像と関連付け、前記第１の画像を、治療中の前記放射線療法治療の継続の計画において使用するために提供する、
治療準備システム。
【請求項１１】
前記撮像ユニットは、前記第１及び第２の画像を交互に取得するように制御可能である、請求項１０に記載の治療準備システム。
【請求項１２】
前記第１の画像のうちの１つに基づいて前記放射線療法治療の治療計画を生成し、前記放射線療法治療の実施の制御に使用するために前記治療計画を提供する計画ユニットをさらに備える、請求項１０に記載の治療準備システム。
【請求項１３】
治療計画に基づいて、患者の身体のある領域に含まれる動く構造に画像誘導の放射線療法治療を実施するための治療システムの作動方法であって、前記作動方法は、
前記構造の運動の異なる位相において前記患者の身体の前記領域の一連の第１の画像を受け取るステップであって、前記一連の第１の画像は、ターゲット構造の前記運動の本質的に同じ位相にある前記患者の身体の一連の第２の画像に関連付けられ、前記第１の画像は第１の撮像モードに従って取得され、前記第２の画像は前記第１の撮像モードとは異なる第２の撮像モードに従って取得され、各第２の画像は、前記ターゲット構造の前記運動の同じ位相に属する第１の画像に関連付けられる、ステップと、
前記放射線療法治療中に前記第２の撮像モードを使用して前記患者の第３の画像を取得するステップと、
前記第１の画像のうちの１つに基づき、前記第３の画像の取得時に前記放射線療法治療の継続を計画するステップであって、前記１つの第１の画像は、前記第３の画像と、前記第１の画像に関連付けられた前記第２の画像との間の比較に基づいて選択される、ステップと、
を含む、作動方法。
【請求項１４】
患者の身体のある領域に含まれる動く構造の画像誘導の放射線療法治療を準備するための方法であって、前記方法は、
ターゲット構造の運動の異なる位相にある前記患者の身体の前記領域の一連の第１の画像を取得するように撮像ユニットを制御するステップであって、前記第１の画像は第１の撮像モードに従って取得される、ステップと、
前記ターゲット構造の前記運動の本質的に同じ位相にある前記患者の身体の前記領域の一連の第２の画像を取得するように前記撮像ユニットを制御するステップであって、前記第２の画像は第２の撮像モードに従って取得される、ステップと、
各第２の画像を、当該第２の画像の前記構造の前記運動と同じ位相に属する第１の画像に関連付けるステップと、
治療中の前記放射線療法治療の継続の計画において使用するために、前記第２の画像と、関連付けられた前記第１の画像に関するデータとを提供するステップと
を含む、方法。
【請求項１５】
プログラムコード手段を含むコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムがコンピュータデバイス上で実行されると、前記コンピュータデバイスに請求項１３に記載の作動方法及び／又は請求項１４に記載の方法を実行させる、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、画像誘導放射線療法に関する。より具体的には、本発明は、画像誘導放射線療法治療を送達するための治療システム、及び治療システムの作動方法に関する。さらに、本発明は、画像誘導放射線療法治療を準備するためのシステム及び方法に関する。本発明はさらに、前記方法を実行するためのコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部ビーム放射線療法では、がん細胞の成長を制御するために又はがん細胞を殺すために、患者の体内の腫瘍などのターゲット構造に電離放射線が照射される。より高度なタイプの放射線療法では、正確な線量の放射線が患者の体の部位に照射される。この点に関して、通常は、ターゲット構造に十分に高い放射線量を照射しつつ、ターゲット構造の近くの敏感な構造（しばしばＯＡＲ（ｏｒｇａｎｓ  ａｔ  ｒｉｓｋ）とも呼ばれる）を可能な限り回避することが目標である。
【０００３】
患者の照射を制御するための治療パラメータは治療計画において定められ、特に、患者を照射するための放射線ビームの方向及び形状が、治療中の時間の関数として指定される。治療計画は、逆方向治療計画手続きで決定することができる。この手続きでは、治療中にターゲット構造及びＯＡＲに照射される放射線量の要件を含む治療目標が指定され得る。そして、治療目標を達成する、患者に送達される累積線量の分布をもたらす治療計画を見つけるために最適化プロセスが実行される。計画手続きでは、ターゲット構造及びＯＡＲの解剖学的構成を表す、身体関心領域の１つ又は複数の３次元計画画像が使用される。画像は、Ｘ線トモグラフィー又は磁気共鳴（ＭＲ）イメージング、又は他の適切なイメージングモダリティを使用して取得され得る。
【０００４】
従来、計画手続きは、計画画像に示されているターゲット構造及びＯＡＲの静止形状及び位置に基づいて実行される。しかし、通常、放射線治療中にターゲット構造及びＯＡＲの形状及び／又は位置は変化する。そのため、例えば患者の呼吸により、治療中にターゲット構造及びＯＡＲが移動する場合がある。ターゲット構造及びＯＡＲの形状及び／又は位置のこのような変動のため、治療計画を生成するときに、通常、ターゲット構造に安全マージンが追加される。しかし、安全マージンにもかかわらず、オリジナルの治療計画は完全な治療を通して正確ではない可能性があり、治療目標が治療計画に基づいて満たされないおそれがある。
【０００５】
従来の放射線療法治療のこの欠点を回避するために、画像誘導放射線療法が提案されてきた。このアプローチによれば、ターゲット構造及びリスクのある構造の形状及び／又は位置の変化を決定するために、放射線療法の過程でターゲット構造の画像がキャプチャされる。これらの画像を使用して、治療中に所定の間隔で治療の継続が計画される。特に、アクティブな治療計画に基づいて治療目標を達成できるか否かが判断され、ターゲット構造の形状及び／又は位置の変更に起因してアクティブな治療計画に基づき治療目標を達成できない場合は、治療計画を調整するために再計画手続きが実行され得る。
【０００６】
治療目標を達成できるか否かを判断するには、ボクセルごとに、ターゲット構造にそれまでに照射された累積放射線量を決定する必要があり、ここで、ボクセルは関心領域の画像のボリューム要素に対応する。これらの累積線量値、及び、アクティブな治療計画に従って治療の残りの期間に各ボクセルに蓄積される線量に基づいて、アクティブな治療計画に基づいて治療目標を達成できるか否かを判断することができる。さらに、治療計画が調整される場合、修正された治療計画の決定において、前の治療計画に従ってターゲット構造及びＯＡＲにそれまでに送達された累積放射線量を考慮する必要がある。
【０００７】
線量の累積を正確に実行するには、修正された治療計画を決定するために使用される現在の画像のターゲット構造又はＯＡＲの特定の部分を表す各ボクセルを、前の治療計画の基礎となる画像にマッピングする必要がある。つまり、現在の画像の関連する各ボクセルについて、前の治療計画の基礎となる計画画像の、ターゲット構造又はＯＡＲの同じ部分に対応するボリュームが決定される。このマッピングに基づいて、前の治療計画に従ってボクセルにすでに照射された累積放射線量を決定することができる。
【０００８】
そのような方法で線量の累積を実行するために、非剛体レジストレーション（ＤＩＲ：ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ  ｉｍａｇｅ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）が適用されてもよい。ＤＩＲでは、２つの画像のボクセルが同じ座標空間に変換され、これは特に両画像のうちの１つ画像の座標空間であり、変換は、ボクセルの移動と回転、及びボクセル形状の変形を含み得る。したがって、ＤＩＲは、現在の画像のボクセルの、治療計画の基礎となる画像への上記マッピングに対応する、いわゆる変形ベクトル場の決定を可能にする。
【０００９】
しかし、正確なＤＩＲは通常、同一の又は少なくとも非常に類似した特性（例えば解像度やコントラストなど）を持つ画像についてしか決定することができない。しかし、治療の実施前に取得された計画画像と、治療中に取得された画像とは、この点で大きく異なることが多く、治療中に取得された画像の品質が劣っている。これは特にＭＲ画像に当てはまる。治療中にそのような画像を十分に高速で取得するために、治療の実施前の初期計画に使用されるＭＲ計画画像よりも低い解像度及び低いコントラストを有するＭＲ画像を生成する特別な取得シーケンスが適用され得る。前者の画像は、正確な治療計画を保証する高い解像度及びコントラストを有するＭＲ画像を生成する、より遅い取得シーケンスに基づいて取得される。
【００１０】
特性が異なる画像に基づいてＤＩＲが実行される場合、結果として得られる変形ベクトル場は、通常、無視できない誤差を有する。結果として、変形ベクトル場に基づく治療の継続の計画には不正確さがあり、したがって、ターゲット構造及び／又はＯＡＲに送達される線量分布が不適切になる。
【００１１】
ＵＳ２００６／００７４２９２Ａ１は、運動するターゲットの動的追跡について記載している。運動（周期Ｐで周期的であり得る）を有する解剖学的領域内にある腫瘍や病変などの治療ターゲットが動的に追跡される。ＣＴ又はその他の３Ｄ画像のセットから、解剖学的領域の非剛体運動及び変形のための４Ｄ数学モデルが確立される。４Ｄ数学モデルは、Ｐ内の時間位置の関数として、解剖学的領域の１つ又は複数の部分の３Ｄ位置を、追跡されるターゲットと関連付ける。術前のＤＲＲと術中のＸ線画像との間でのｆｉｄｕｃｉａｌ−ｌｅｓｓ非剛体画像レジストレーションを使用して、解剖学的領域のターゲット及び／又は他の部分の絶対位置が決定される。周期Ｐは、表面マーカーなどのモーションセンサを使用して決定される。放射線ビームは、１）非剛体レジストレーションの結果、２）４Ｄモデル、及び３）Ｐ内の時間的位置を使用して送達される。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の目的は、治療の送達中に取得されたリアルタイム画像に基づいて、放射線療法治療の送達中の治療の継続の計画を改善することである。
【００１３】
ある側面では、本発明は、治療計画に基づいて、患者の身体のある領域に含まれる動く構造に画像誘導放射線療法治療を実施するための治療システムを提案する。治療システムは、前記構造の運動の異なる位相にある前記患者の身体の前記領域の一連の第１の画像を受信するための受信ユニットを備え、前記一連の第１の画像は、前記ターゲット構造の前記運動と本質的に同じ位相にある前記患者の身体の一連の第２の画像と関連付けられ、前記第１の画像は第１の撮像モードに従って取得され、前記第２の画像は前記第１の撮像モードとは異なる第２の撮像モードで取得され、各第２の画像は、前記ターゲット構造の前記運動と同じ位相に属する第１の画像に関連付けられる。前記治療システムはさらに、前記放射線療法治療中に前記第２の撮像モードを使用して前記患者の第３の画像を取得するように制御可能な撮像ユニットと、前記第３の画像の取得時に前記放射線療法治療の継続を計画するように構成された評価ユニットとを備える。前記評価ユニットは、前記第１の画像のうちの１つに関するデータに基づき前記治療の継続を計画するように、及び、前記第３の画像と、前記第１の画像に関連付けられた前記第２の画像との間の比較に基づいて前記第１の画像を選択するように構成される。
【００１４】
前記第１の画像に関するデータは、特に以下で説明するように、前記第１の画像及び／又は前記第１の画像と基準画像との間でＤＩＲを実行するための変形ベクトル場を含み得る。
【００１５】
治療の継続は、放射線療法治療中に第２の撮像モードに従って取得された第３の画像に基づき直接計画されるのではなく、第１の撮像モードに従って取得された第１の画像に基づき計画されるため、治療中に取得される画像よりも品質が良い画像を使用して、治療の継続を計画することができる。さらに、第１の画像は、第１の画像に関連付けられた第２の画像と、治療中に取得された第３の画像との間の比較に基づいて識別されるため、第３の画像において示されるように構造を含む身体領域の実際の解剖学的構成に従って第１の画像を選択することが可能である。また、第２の画像及び第３の画像は第２の撮像モードに従って取得されるので、これらは類似した特性を有し、これらの画像の比較が簡略化される。
【００１６】
一実施形態では、前記第２の撮像モードは、前記第１の撮像モードと比較してより高速の画像取得を可能にするように選択される。これにより、放射線療法治療中に第３の画像を高速で取得することができる。
【００１７】
さらなる実施形態では、前記第１の画像は三次元画像であり、前記第２及び第３の画像は三次元、二次元、又は一次元の画像である。３次元の第２の画像は、治療される構造の複雑な三次元変換をキャプチャすることを可能にする。二次元画像及び一次元画像には、特に放射線照射治療中に、より速く画像を取得できるという利点がある。
【００１８】
第２の画像が二次元又は一次元画像である場合、例えば視野角及び／又は視野などの第３の画像の画像特性は、第２の画像の対応する特性と異なり得る。したがって、任意選択的に、一連の第２の画像は、１つ又は複数の運動位相について複数の第２の画像を含み得る。これらの運動位相のそれぞれについて、異なる視野角及び／又は異なる視野について複数の第２の画像が取得され得る。これにより、関連付けられた第１の画像のよりロバストな選択が、第３の画像に基づいて達成され得る。
【００１９】
一実施形態では、前記評価ユニットは、所定の基準に従って前記第３の画像と最もよく合致する少なくとも１つの第２の画像に関連付けられた運動位相を識別し、識別された前記運動位相に関連付けられた前記第１の画像を、前記放射線療法治療の継続の計画のために使用される前記第１の画像として識別するように構成される。
【００２０】
さらなる実施形態では、前記評価ユニットは、前記放射線療法治療において前記構造に照射される推定累積放射線量に基づいて前記治療の継続を計画するように構成され、前記累積線量は、前記識別された第１の画像と、前記第１の撮像モードに従って取得された基準画像との間の非剛体レジストレーションを実行するための変形ベクトル場に基づいて決定される。
【００２１】
関連する実施形態では、前記累積線量はさらに、前記第３の画像と、前記識別された運動位相に関連付けられた前記少なくとも１つの第２の画像との間の非剛体レジストレーションを実行するためのさらなる変形ベクトル場に基づき決定される。前記さらなる変形ベクトル場は、前記第３の画像に示される前記構造の現在の位置及び輪郭と、前記選択された第２の画像及び前記関連付けられた第１の画像に示される位置及び輪郭との間の差を定量化する。これは、前記識別された第１の画像と前記基準画像との間の非剛体レジストレーションを実行するための前記変形ベクトル場の誤差に対応し、この実施形態では、前記第２の変形ベクトル場によってこれが補正される。
【００２２】
さらなる関連する実施形態では、前記治療計画は、前記構造の１つの運動位相にある前記患者の身体の前記領域の計画画像に基づいて生成され、前記計画画像は前記基準画像に対応する。さらに、前記計画画像は、前記第１の画像のうちの１つに対応してもよい。これは、前記治療計画が前記第１の画像のうちの１つに基づいて生成されることを意味する。しかし、これは必ずしもそうである必要はなく、治療計画を生成するために使用される計画画像は、第１の画像から独立して取得されてもよい。
【００２３】
構造に照射された推定累積放射線量に基づいて、評価ユニットは特に、治療計画を使用して治療を継続することにより、放射線治療の治療目標を達成できるか否かを決定し得る。この決定は、治療の継続の計画に含まれる。
【００２４】
評価により、治療計画を使用して治療を継続することによって治療目標を達成できないと判断された場合、評価ユニットは、適合された治療計画を決定してもよい。前記適合された治療計画は、前記識別された第１の画像に基づいて、及び／又は前記推定累積放射線量に基づいて決定されてもよい。そして、前記適合された治療計画が前記治療を継続するために提供され得る。
【００２５】
さらに、前記撮像ユニットはＭＲ撮像デバイスを備え、前記第１及び第２の撮像モードは、前記ＭＲ撮像デバイスを使用した画像取得を含む。
【００２６】
さらなる側面では、本発明は、患者の身体のある領域に含まれる動く構造の画像誘導放射線療法治療を準備するための治療準備システムを提案する。前記治療準備システムは、前記ターゲット構造の運動の異なる位相にある前記患者の身体の前記領域の一連の第１の画像を取得するように制御可能な撮像ユニットを備え、前記第１の画像は第１の撮像モードに従って取得される。前記撮像ユニットはさらに、前記ターゲット構造の前記運動の本質的に同じ位相にある前記患者の身体の前記領域の一連の第２の画像を取得するように制御可能であり、前記第２の画像は第２の撮像モードに従って取得される。さらに、前記治療準備システムは、各第２の画像を、前記第２の画像と同じ前記構造の前記運動の位相に属する第１の画像と関連付け、前記第２の画像と、前記関連付けられた第１の画像に関するデータとを、前記治療中の前記放射線療法治療の継続の計画において使用するために提供するように構成される。前記第１の画像に関する前記データは、前記第１の画像自体及び／又は前記第１の画像と前記基準画像との間でＤＩＲを実行するための変形ベクトル場を含み得る。
【００２７】
前記治療準備システムの一実施形態では、前記撮像ユニットは、前記第１及び第２の画像を交互に取得するように制御可能である。
【００２８】
さらに、一実施形態は、前記治療準備システムがさらに、前記第１の画像のうちの１つに基づいて前記放射線療法治療の治療計画を生成し、前記放射線療法治療の実施の制御に使用するために前記治療計画を提供するように構成された計画ユニットを含むことを含む。
【００２９】
さらなる側面では、本発明は、治療計画に基づいて、患者の身体のある領域に含まれる動く構造に画像誘導放射線療法治療を実施するための治療システムの作動方法を提案する。前記作動方法は、
−  前記構造の運動の複数の異なる位相において前記患者の身体の前記領域の一連の第１の画像を受け取るステップを含み、前記一連の第１の画像は、前記ターゲット構造の前記運動の本質的に同じ位相にある前記患者の身体の一連の第２の画像に関連付けられ、
−  前記第１の画像は第１の撮像モードに従って取得され、前記第２の画像は前記第１の撮像モードとは異なる第２の撮像モードに従って取得され、各第２の画像は、前記ターゲット構造の前記運動の同じ位相に属する第１の画像に関連付けられ、前記方法はさらに、
−  前記放射線療法治療の実施中に前記第２の撮像モードを使用して前記患者の第３の画像を取得するステップと、
−  前記第１の画像のうちの１つに関するデータに基づき、前記第３の画像の取得時に前記放射線療法治療の継続を計画するステップとを含み、前記１つの第１の画像は、前記第３の画像と、前記第１の画像に関連付けられた前記第２の画像との間の比較に基づいて選択される。
【００３０】
さらなる側面では、本発明は、患者の身体のある領域に含まれる動く構造の画像誘導放射線療法治療を準備するための方法を提案する。前記方法は、
−  前記ターゲット構造の運動の複数の異なる位相にある前記患者の身体の前記領域の一連の第１の画像を取得するように撮像ユニットを制御するステップであって、前記第１の画像は第１の撮像モードに従って取得される、ステップと、
−  前記ターゲット構造の前記運動の本質的に同じ位相にある前記患者の身体の前記領域の一連の第２の画像を取得するように前記撮像ユニットを制御するステップであって、前記第２の画像は第２の撮像モードに従って取得される、ステップと、
−  各第２の画像を、各第２の画像の前記構造の前記運動と同じ位相に属する第１の画像に関連付けるステップと、
−  前記治療中の前記放射線療法治療の継続の計画において使用するために、前記第２の画像と、前記関連付けられた第１の画像に関するデータとを提供するステップとを含む。
【００３１】
治療システムの作動方法及び治療を準備する方法に加えて、本発明は、前記治療システムの作動方法及び前記治療を準備する方法のステップを含むさらなる方法を提案する。
【００３２】
さらなる側面では、本発明は、プログラムコード手段を含むコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムがコンピュータデバイス上で実行されると、前記コンピュータデバイスに請求項１３及び／又は１４に記載される方法を実行させる、コンピュータプログラムを提案する。
【００３３】
請求項１に記載の治療システム、請求項１０に記載の治療準備システム、請求項１３に記載の治療システムの作動方法、請求項１４に記載の画像誘導放射線療法治療を準備するための方法、及び請求項１５に記載のコンピュータプログラムは、特に従属請求項に記載されているような同様の及び／又は同一の好ましい実施形態を有することを理解されたい。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項又は上記実施形態と独立請求項との任意の組み合わせとすることもできることを理解されたい。
【００３５】
本発明の上記及び他の側面は、以下に記載される実施形態を参照しながら説明され、明らかになるであろう。  
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、画像誘導放射線療法を実施するための治療システムの構成要素を概略的かつ例示的に示す。
【図２】図２は、放射線療法治療を計画するための計画システムの構成要素を概略的かつ例示的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、患者の身体のターゲット構造の画像誘導放射線療法治療を送達するための治療システムの一実施形態を概略的かつ例示的に示す。ターゲット構造は特に腫瘍であり得る。治療は、一実施形態では、図２にて概略的かつ例示的に示される計画システムにおいて治療前に生成される初期治療計画に基づいて実行される。放射線療法治療の実施中、治療システムは、必要に応じて、治療対象のターゲット構造を含む患者の身体領域の解剖学的変化に初期治療計画を適合させるために、修正された治療計画を決定し得る。
【００３８】
放射線治療は、複数の画分（小部分）に分けて送達されてもよく、これらの画分は、連続した複数の日又は別のサイクルで構造に送達され得る。治療画分の間（いわゆる画分間変化）において、及び治療画分中（いわゆる画分内変化）に、患者の身体の関連領域の解剖学的構成が変化し得る。図１に示す治療システムでは、治療中に、特に画分内変化が治療の再計画を要求するか否か、又は、そのような変化にもかかわらず初期治療計画に基づいて治療目標を果たすことができるか否かが評価される。そのような変化は、特に、治療の送達中のターゲット構造及び／又は周囲のＯＡＲの運動に起因する可能性があり、これは、例えば、患者の身体の呼吸運動によって引き起こされ得る。そのような画分内変化が治療の再計画を要求する場合、システムはさらに、治療計画を変化に適合させることが可能になり得る。また、治療計画は、患者の身体の関連領域の解剖学的構造の画分間変化に適合させることができる。
【００３９】
図１に示す実施形態では、放射線療法システムは、治療ゾーン２内に配置された患者の体内のターゲット構造に送達される電離放射線を放射するように動作可能な放射線源１を備える。治療ゾーン２において、患者は、図示されていない患者テーブルなどの適切な支持体上に配置され得る。身体又はターゲット構造に対する放射線源１の相対的な位置及び向きは、位置及び向きの特定の範囲にわたって変化させることができる。この目的のために、放射線源１は回転ガントリ３上に取り付けられてもよく、放射線源１は、治療ゾーン２の周りを特定の角度範囲内（例えば３６０°以下）で回転することができる。また、ガントリ３及び／又は患者支持体は、ガントリ３の回転軸に平行な方向において前後に移動可能であってもよく、さらに、ガントリ３の回転軸に垂直な軸の周りに支持体を回転させることが可能であってもよい。
【００４０】
放射線源１は、線形粒子加速器又は電離放射線ビームを生成するための別の放射線源を含み得る。別の放射線源の一例は、コバルト線源などの放射性線源である。放射線源１には、放射線ビームを成形するためのコリメータ４が設けられていてもよい。コリメータ４は、特に、所定の態様で放射線ビームにわたる放射線強度を変化させることを可能にし得る。この目的のために、コリメータ４はマルチリーフコリメータとして構成されてもよい。
【００４１】
放射線ビームが時間とともに変化する形状で送達されるように、コリメータ４の構成は通常、放射線治療の送達中に治療計画に基づいて変更される。ある実装形態では、放射線治療は、連続するいわゆるセグメントに従って送達され、各セグメントは特定のコリメータ構成またはビーム形状に対応する。２つのセグメントの間で、コリメータ構成は、第１のセグメントの構成から第２のセグメントの構成に変更される。この期間中、放射線ビームはオフにされ得る（これは通常、ステップアンドシュートアプローチとも呼ばれる）。同様に、放射線ビームを中断することなく、セグメントに応じてコリメータ構成を連続的に変更することも可能である。このアプローチは、例えば、いわゆるＶＭＡＴ（ｖｏｌｕｍｅ  ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  ａｒｃ  ｔｈｅｒａｐｙ）において適用されるアプローチである。
【００４２】
治療中に放射線源１、コリメータ４、及び患者支持体を制御するために、治療システムは制御ユニット５を含む。好ましくは、制御ユニット５は、制御ユニット５によって実行される制御ルーチンを含む制御プログラムを実行するためのマイクロプロセッサを含むコンピュータデバイス内に実装される。
【００４３】
放射線療法治療中、制御ユニット５は特に、コリメータ構成、並びに放射線源１によって放出される放射線ビームのエネルギー及び／又は強度を含む関連する照射パラメータを指定する治療計画に基づいて、ガントリ３、患者支持体、放射線源１の動作、及びコリメータ４を制御する。これに関して、初期治療計画は、本明細書で以下により詳細に説明される計画システムによって治療システムに提供され得る。治療システムはさらに、治療中に、ターゲット構造を含む患者の身体領域の解剖学的構成の変化にもかかわらず、初期治療計画に基づいて治療目標が達成され得るか否かを評価し、初期治療計画に基づいて治療目標が達成できない場合、解剖学的構成の変化に初期治療計画を適合させるように構成される。
【００４４】
この評価を実行し、治療計画を調整するために、治療システムは評価ユニット６を備える。評価ユニット６は、治療計画が治療目標の達成を可能にするか否かの評価を実行し、また、治療システムに組み込まれた撮像ユニット７（例えば、特にＭＲイメージングユニットとして構成され得る）を使用して取得された画像に基づく治療の潜在的再計画を実行する。さらに、治療計画が治療目標の達成を可能にするか否かの評価、及び治療の潜在的再計画は、画像データに基づいて、及び、評価ユニット６に関連付けられた受信ユニット８を介して評価ユニット６に提供されるさらなる情報に基づいて行われる。好ましくは、評価ユニット６は、治療目標を達成できるか否かを評価するための、及び、治療計画の適合を実行するためのルーチンを含むソフトウェアプログラムとして実装され、ルーチンは、治療システムに含まれるコンピュータデバイス上で実行される。この点について、上記したように、同じコンピューターデバイスが制御ユニット５を実装してもよい。しかし、評価ユニット６及び制御ユニット５は、同様に異なるコンピュータデバイスにおいて実施されてもよい。
【００４５】
撮像ユニット７は、患者が治療のための所定位置において治療ゾーン内に配置されている間に、患者の身体の関連領域の画像を取得するように配置及び構成される。治療計画に基づいて治療目標を達成できるか否かを評価するために、及び、患者の身体の関連領域の解剖学的構成の変化に治療計画を適合させるために、撮像ユニット７は、画像の十分な高速取得を可能にする特別な撮像モードに従い、放射線療法治療の実施中に画像を取得するように構成される。この撮像モードは、本明細書において以下で高速撮像モードとも呼ばれる。
【００４６】
高速撮像モードは、以下で説明する計画システムにおいて計画イメージを取得するために使用される撮像モードとは特に異なる。この撮像モードは、高品質撮像モードとも呼ばれ、この撮像モードを使用して取得された画像は、本明細書では高品質画像とも呼ばれる。取得速度を上げるために、高速撮像モードは特に、高品質の画像と比較して解像度及び／又はコントラストが低い画像を生成し得る。さらに、高品質画像は三次元であることが好ましい。対照的に、ナビゲーション画像は同様に、治療システムの実装において二次元又は一次元の画像であり得る。
【００４７】
撮像ユニット７がＭＲイメージングユニットとして構成される場合、高速撮像モードは特に、Ｔ１強調またはプロトン密度（ＰＤ）強調パルスシーケンスの使用を含み得る。このようなパルスシーケンスは、取得時間の短縮を可能にする。しかし、コントラストが比較的低い画像が生成される。ＭＲイメージングモードのための高品質撮像モードはまた、例えば、Ｔ２強調パルスシーケンス及び／又はＦＬＡＩＲ（Ｆｌｕｉｄ  Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ  Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）パルスシーケンスの使用を含み得る。
【００４８】
高速撮像モードに加えて、治療システムの撮像ユニット７は、高品質撮像モードもサポートし得る。以下で説明するように、治療システムが計画システムとして動作する場合に、この撮像モードが適用され得る。この場合、初期治療計画の生成のために使用される計画画像を取得するために、高品質撮像モードが使用される。さらに、高品質撮像モードは、患者の関連身体領域の解剖学的構成の画分間変化に治療計画を適合させるために使用される画像を取得するために適用されてもよい。そのような画像は、治療画分の実施前に取得され、そのような画像に基づいて、評価ユニット６は、初期治療計画に基づく修正された治療計画を生成するために再計画手続きを実行し得る。修正された治療計画は、初期計画画像及び現在のリアルタイム画像に示されているターゲット構造及び／又はＯＡＲの解剖学的構成の変化に適合される。
【００４９】
図２に概略的かつ例示的に示される計画システムは、放射線療法治療の実施前に初期治療計画を生成するように構成される。計画システムは、治療計画を生成するためのルーチンを提供する計画ユニット２１を含む。これは、計画システムのコンピュータデバイス上で実行されるソフトウェアプログラムとして実装されてもよい。さらに、計画システムは、治療されるターゲット構造及び周囲のＯＡＲを含む患者の身体領域の画像を取得するための撮像ユニット２２を備える。撮像ユニット２２は、好ましくは、治療システムの撮像ユニット７と同じ撮像モダリティに従って構成される。さらに、撮像ユニット２２は、高品質撮像モードをサポートする。この撮像モードは、特に、初期治療計画の生成に使用される計画画像を取得するために使用される。さらに、撮像ユニット２２は高速撮像モードをサポートし、この撮像モードは、本明細書で以下に説明されるように計画段階で既にナビゲーション画像を取得するために使用され得る。
【００５０】
一実施形態では、計画システムは、治療システムから空間的に分離されている。しかし、他の実施形態では、計画システムは治療システムに統合される。この場合、治療システムの撮像ユニット７は、計画画像を取得するためにも使用される。さらに、計画ユニット２１は、治療システムのコンピュータデバイスに組み込まれ、コンピュータデバイスは、制御ユニット５及び／又は評価ユニット６を含むコンピュータデバイスであってもよく、又は別個のコンピュータデバイスであり得る。
【００５１】
計画ユニット２１において、初期治療計画は、ターゲット構造及びターゲット構造の周囲のＯＡＲを含む患者の体内の関連する計画ボリュームの三次元計画画像を使用して生成される。計画画像は、計画ボリュームの変化する解剖学的構造のある解剖学的構成を示す。計画画像には、ターゲット構造及びＯＡＲの輪郭が描かれている。輪郭描写は、当業者に知られている任意の適切な手続きを使用して実行され、手動、半自動、又は自動輪郭描写手続きとして構成され得る。さらに、治療計画の計算に使用されるターゲット構造及びＯＡＲの有効な位置及び形状を生成するために、通常、輪郭描写にはセーフティマージンが追加される。セーフティマージンは、治療中のターゲット構造及び／又はＯＡＲの位置及び／又は形状の変化を考慮する。
【００５２】
計画画像に基づいて、逆方向計画手続きに従って初期治療計画が生成されてもよい。このような手続きは、治療目標に基づいて実行される。治療目標は、特にターゲット構造に照射される放射線量を指定する。ターゲット構造に関して、ターゲット構造に照射される均一な線量が指定されてもよく、又はターゲット構造の複数の異なる領域について異なる線量目標が指定されてもよい。対応する治療目標は、患者の臨床処方において指定されてもよく、これは、放射線療法治療に先行する臨床診断に基づいて作成される。また、治療目標は、ＯＡＲに照射される放射線量の要件を指定する。同様に、これらの治療目標は、患者の処方に含まれてもよく、又は、放射線治療に関連する一般的規則において指定されてもよい。ターゲット構造に関連する治療目標は、特にターゲット構造の複数の部分に照射される複数の最小放射線量を指定してもよい。ＯＡＲに関連する治療目標は、ＯＡＲに照射される最大放射線量を指定し得る。
【００５３】
治療目標は、放射線療法治療中に所定の範囲内で満たされる必要がある。つまり、所定の閾値を超えない限り、治療目標からの逸脱が一般に許容される。治療目標が所定の範囲内で満たされるように治療計画を決定するために、最適化問題が作成され、計画ユニット２１はこの最適化問題を少なくともほぼ解決する。このようにして、計画ユニット２１は、治療目標において設定された要件を範囲内で満たす、計画ボリュームにおける線量分布に対応する治療計画を決定する。線量分布は、計画ボリューム内の放射線量値の空間分布を指定し、すなわち、計画ボリュームの各ボクセルに、ボクセルに照射される放射線量を割り当てる。ここで、ボクセルは計画画像のボリューム要素に対応する。
【００５４】
そのような治療計画を見つけるために、計画者が治療目標及び／又は計算の他のパラメータを変更して最適な治療計画に到達する、オペレータ誘導反復最適化手続きが適用され得る。この手続きの各ステップにおいて、計画ユニット２１は、最適化問題の解を近似することにより、準備治療計画を自動的に計算する。そして、計画ユニット２１は、この治療計画に対応する線量分布を決定し、計画ユニット２１を操作する治療計画者に対して線量分布を視覚化する。計画者は線量分布をレビューして、線量分布に満足しているか否かを判断する。計画者があるステップで満足した場合、このステップで計算された治療計画が最終治療計画として使用される。ユーザが満足していない場合、最適化問題は、ユーザのレビューの結果としてユーザが指定した変更に従って修正される。そして、計画ユニット２１は、次の反復ステップで新たな準備治療計画を計算する。
【００５５】
放射線治療の実施中に治療システムを制御するために初期治療計画が使用され得る。しかし、初期治療計画は、ターゲット構造及び周辺ＯＡＲを含む患者の身体領域の特定の解剖学的構成に対して生成される。この解剖学的構成は、特にターゲット構造及び／又はＯＡＲの動きにより、治療中に変化し得る。前述のセーフティマージン、及び指定線量目標からの許容逸脱に起因して、関連する身体領域の解剖学的構成の変化は、必ずしも治療目標を達成できなくなるという結果をもたらさない。しかし、より大きな変化が発生した場合は、これに該当し得る。したがって、治療中に、ターゲット構造を含む領域の解剖学的変化にもかかわらず、治療目標が初期治療計画に基づいて達成できるか否かが評価される。そうでない場合、治療システムの評価ユニット６において初期治療計画が適合させられ得る。さらに、適合された計画は、治療中の解剖学的変化に応じてさらに修正されてもよい。
【００５６】
アクティブな治療計画（初期治療計画又は既に適合された治療計画であり得る）に基づいて治療目標を達成できるか否かの評価は、特に、ターゲット構造を含む領域の実際の解剖学的構成に応じた治療中の計画ボリュームの各ボクセルに既に照射された累積放射線量の推定を含む。これらの累積線量値、及び、アクティブな治療計画に従って治療の残りの期間に各ボクセルに蓄積される線量に基づいて、アクティブな治療計画に基づいて治療目標を所定範囲内で達成できるか否かを判断することができる。
【００５７】
線量の累積を実行するために、治療の時間的セグメントについてターゲット構造及びＯＡＲのボクセルに照射される線量が計算され、好ましくは、ターゲット構造及びＯＡＲの各ボクセルが治療の過程にわたって追跡される（すなわち、初期計画画像において及び治療中に取得された画像に基づいて）。この情報に基づいて、関連する各ボクセルの累積線量が決定され得る。
【００５８】
ターゲット構造及びＯＡＲに照射される放射線量を計算するためのいくつかの手続きが当業者に知られている。一般的に、この線量は、関連する各時間セグメントのアクティブ治療計画に基づいて、及び、関連する各時間セグメント中のターゲット構造の位置及び形状を表す治療中に取得された画像に基づいて計算される。１つの例示的な手続きによれば、セグメントの照射線量は、治療計画の生成時の解剖学的構成に従う治療計画に由来するセグメントの線量分布を、治療中に取得した画像にマッピングすることにより、計算され得る。さらなる例示的な手続きでは、関連する各時間セグメント中に照射される線量は、アクティブ治療計画に対応するフルエンスマップに基づいて、及び治療中に取得された画像に基づいて計算され、ここで、フルエンスマップは放射線源１によって放出される放射線の強度を定量化する。
【００５９】
関連するボクセルを追跡するために、基準画像と、治療中のターゲット構造及びＯＡＲを含む領域の解剖学的構成を示す画像との間でＤＩＲが実行され、ここで、基準画像は、初期治療計画を決定するために使用される画像に対応し得る。ＤＩＲは、当業者に知られる任意の適切なＤＩＲアルゴリズムを使用して実行され得る。例えば、患者の肺を含む領域に適したＤＩＲアルゴリズムが、Ｎ．Ｓａｍａｖａｔｉらによる刊行物“Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ  ｉｍａｇｅ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ  ｏｎ  ｌｕｎｇ  ＳＢＲＴ  ｄｏｓｅ  ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ”、Ｍｅｄ．Ｐｈｙｓ．４３、２３３（２０１６）や、この刊行物の参考文献に記載されている。ＤＩＲの出力は、ターゲット構造及びＯＡＲを含む領域の解剖学的構成を示す画像を基準画像に変換する変形ベクトル場である。この変形ベクトル場を使用して、適合された治療計画に従って各関連ボクセルに照射される線量を、線量の累積を実行するために、基準画像の対応するボクセルにマッピングすることができる。
【００６０】
線量の累積を正確に実行するために、ＤＩＲは、ターゲット構造及び／又はＯＡＲの位置及び形状を正確に識別することを可能にする高品質の画像を使用して実行されることが好ましい。さらに、画像は、コントラスト及び解像度に関して本質的に同じ特性を有することが好ましい。すなわち、正確な線量の累積を保証するために、高品質撮像モードを使用して取得された画像に基づいてＤＩＲを実行することが好ましい。しかし、高品質撮像モードを使用して画像を取得するのに十分な時間がないため、治療中に高品質撮像モードを使用してリアルタイム画像を取得することはできない。したがって、線量の累積は、高速撮像モードを使用して取得された画像に応じて実行される。
【００６１】
しかし、線量の累積はこれらの画像に基づいて直接実行されない。そうではなく、治療中に取得された各画像は、識別された画像が、取得されたリアルタイム画像と同じ運動の位相にあるターゲット構造及び／又はＯＡＲを少なくとも近似的に示すように、高品質撮像モードを使用して事前に取得された複数の高品質画像のうちの１つを識別するために使用される。識別された高品質画像を基準画像に変換するための変形ベクトル場を決定するために、識別された高品質画像と関連する基準画像との間でＤＩＲが実行される。次に、この変形場に基づいて線量の累積が実行される。
【００６２】
このような線量累積手続きを準備するために、関連する治療画分の前に一連の高品質画像が取得される。この一連の高品質画像は、好ましくは、異なる運動位相にあるターゲット構造及び周辺ＯＡＲを含む患者の身体領域を示す。好ましくは、高品質画像の取得の過程で生じる運動は、治療の照射中に繰り返される。したがって、提案される手続きは、治療中に及び一連の高品質画像の取得時にターゲット構造及びＯＡＲが周期的に運動する場合の線量の累積に特に適している。そのような周期的運動の一例は、患者の呼吸によって引き起こされる運動である。そのような運動は、例えば肺癌の場合のように、ターゲット構造が胸部にある場合に特に発生する。
【００６３】
一連の高品質画像に加えて、低品質撮像モードを使用して、さらなる一連の画像が取得される。これらの画像は、本明細書ではナビゲーション画像とも呼ばれる。ナビゲーション画像は、好ましくは、高品質画像とターゲット構造及びＯＡＲの本質的に同じ運動位相について取得される。したがって、一連の高品質画像及びナビゲーション画像が取得され、これらの画像は、運動の様々な位相ごとの高品質画像及びナビゲーション画像を含む。このようにして一連の高品質画像及びナビゲーション画像を取得するために、高品質画像とナビゲーション画像とが交互に取得されてもよい。この目的のために、画像を取得するために使用される撮像ユニットは、高品質撮像モード及び高速撮像モードに従って交互に画像を取得するように制御され得る。
【００６４】
上記のように、高品質画像は、高いコントラスト及び解像度を有する三次元画像である。ナビゲーション画像は低いコントラスト及び解像度を有する。さらに、ナビゲーション画像は三次元画像であってもよい。しかし、ナビゲーション画像は一次元又は二次元の画像であってもよい。三次元ナビゲーション画像は、特に、ターゲット構造及び／又はＯＡＲの複雑な変形をキャプチャすることを可能にする。これは、そのような変形をする構造、例えば肝臓又は膵臓などに関して特に有利である。通常、二次元ナビゲーション画像は依然として比較的高い空間解像度を有するので、このような画像は依然として、小さな構造を比較的高い精度でローカライズすることを可能にする。一次元ナビゲーション画像は、治療の実施中に非常に迅速に取得できるという利点を有する。
【００６５】
ナビゲーションの次元のこれらの特性を考慮に入れて、具体的臨床用度に従って使用される次元が選択される。特に、治療されるターゲット構造及びＯＡＲの種類に従って、次元が選択され得る。選択について、高い取得速度を確保するために低次元のナビゲーション画像が一般的に優先され、低次元のナビゲーション画像ではターゲット構造及び／又はＯＡＲを十分にローカライズできない場合にのみ高次元が選択されるように選択が行われ得る。
【００６６】
ナビゲーション画像が二次元又は一次元画像の場合、これらの画像は、ターゲット構造及びＯＡＲの位置及び／又は形状を決定するために十分に強いコントラストを有するターゲット構造及びＯＡＲを含む領域のセクションを示すように取得される。これにより、本明細書で以下に説明するように、治療中に取得されたリアルタイム画像に基づくナビゲータ画像の堅牢かつ高速な選択が保証される。患者の関連する身体領域の適切なセクションを選択し、それに応じてナビゲーション画像を取得する視野（ｆｉｅｌｄ−ｏｆ−ｖｉｅｗ）を設定するために、一連の高品質画像及びナビゲーション画像の取得の前に三次元スカウトスキャンが実行され得る。
【００６７】
さらに、二次元又は一次元のナビゲーション画像が使用される場合、一連のナビゲーション画像は、一部の運動位相又は各運動位相について複数の画像を備えてもよい。これらの運動位相のそれぞれについて、異なる視野角及び／又は異なる視野について二次元又は一次元のナビゲーション画像が取得され得る。一実装形態では、関連する運動位相について直交ナビゲーション画像が取得され得る。
【００６８】
一実施形態では、一連の高品質画像及びナビゲーション画像は、患者の放射線療法治療のための初期治療計画の生成に関連して計画システムによって、特に、計画システムに含まれる撮像ユニット２２によって取得される。この場合、取得された一連の高品質画像の高品質画像に基づいて初期治療計画が生成されてもよい。あるいは、一連の高品質の画像及びナビゲーション画像は、治療画分の実施の少し前に取得される。この場合、一連の画像は、治療システムに含まれる撮像ユニット７を使用して治療システムによって取得され得る。
【００６９】
治療画分の実施の少し前に一連の高品質画像及びナビゲーション画像を取得することには、一連の画像に示されるターゲット構造及びＯＡＲに起因する変化を超える解剖学的構成の変化を、一連の画像に基づく治療計画の適合において考慮することができるという利点を有する。したがって、治療画分の実施の少し前の取得は、そのような変化が予想される場合、治療の初期計画時の取得よりも好ましい。そのような変化の例は、膀胱若しくは直腸を含む、又は膀胱若しくは直腸の近くに位置する患者の身体領域における治療画分時又は初期計画時の膀胱又は直腸ファイリングの違いに起因する変化を含む。
【００７０】
一連の高品質画像及びナビゲーション画像を取得すると、各ナビゲーション画像は、対応する高品質画像、つまり、ターゲット構造及び／又はＯＡＲの運動の同じ位相の高品質画像に関連付けられる。関連付けは、治療システムの評価ユニット６が、各ナビゲーション画像について、又は１つ又は複数の運動段階について取得され得る複数のナビゲーション画像について、関連付けられた高品質画像を決定できるように行われる。さらに、適切な輪郭描写手続きを使用して、ターゲット構造及び関連するＯＡＲの輪郭が高品質画像に描かれる。次に、ナビゲーション画像及び関連付けられた高品質画像は、受信ユニット８を介して治療システムの評価ユニット６に提供される。
【００７１】
治療中に線量の累積を実行するために、治療システムは、治療システムに含まれる撮像ユニット７により、治療中にターゲット構造及びＯＡＲを含む患者の身体領域のリアルタイム画像を取得する。この目的のために、制御ユニット５は、高速撮像モードを使用して画像を取得するよう撮像ユニット７を制御する。高速撮像モードは、一連のナビゲーション画像の取得に使用される構成に対応する構成において適用される。これは特に、撮像ユニット７によって取得されるリアルタイム画像が一連のナビゲーション画像と同じ次元を有することを意味する。
【００７２】
画像は、治療の複数の時間セグメントへの分割に従って取得され、これらのセクションのそれぞれの期間中に１つの画像が取得され得る。好ましくは、セグメントの長さは治療画分よりも短く、各治療画分は複数のセグメントからなる。このようにすることで、治療の部分画分時間セグメントに基づいて線量累積を実行することができる。
【００７３】
撮像ユニット７によりリアルタイム画像を取得すると、評価ユニット６は、取得した画像を、受け取った一連のナビゲーション画像に含まれるナビゲーション画像と比較する。この比較において、評価ユニット６は、所定の基準に基づいて、取得した画像に最もよく合致する一連のナビゲーション画像のうちのナビゲーション画像を選択する。この目的のために、当業者に知られている任意の適切なマッチング基準を適用することができる。適切なマッチング基準を使用して、取得されたリアルタイム画像と本質的に同じ運動位相のターゲット構造及び／又はＯＡＲを本質的に示すように、ナビゲーション画像を選択することができる。適切なマッチング基準の例は、自乗差の和、相互情報量又は相互相関に基づく基準を含む。
【００７４】
複数のナビゲーション画像が１つ又は複数の運動位相について取得される場合、評価ユニット６は、リアルタイム画像を、運動位相のナビゲーション画像のセットのそれぞれと比較し、最も合致するセットを決定し得る。同様に、この決定は、適切な所定のマッチング基準に基づいて行われる。
【００７５】
１つの運動位相に関する一連のナビゲーション画像のうちの１つを選択すると、又は、１つの運動位相に関する１つのナビゲーション画像セットを選択すると、評価ユニット６は、選択されたナビゲーション画像又はナビゲーション画像セットに関連付けられた高品質画像に基づいて線量累積を実行する。この高品質画像は、選択されたナビゲーション画像又は選択したナビゲーション画像セットと同じ運動位相に関連付けられた高品質画像に対応する。したがって、線量の累積は、高速撮像モードに従って取得された画像を使用して直接実行されるのではなく、取得された画像に基づいて識別された高品質画像に基づいて実行される。この高品質画像は、取得されたリアルタイム画像と本質的に同じ運動位相にあるターゲット構造及びＯＡＲを示すため、線量の累積は、高品質を有する画像に基づいて、及びターゲット構造及びＯＡＲの実際の現在位置及び輪郭の良好な近似に基づいて実行され得る。
【００７６】
線量の累積を実行するために、評価ユニット６は、識別された高品質画像と関連する基準画像との間でＤＩＲを実行し、高品質画像を関連する基準画像に変換する変形ベクトル場を決定し得る。上記のように、関連する基準画像は、例えば、初期計画画像に対応してもよい。次いで、決定された変形ベクトル場は、線量の累積を実行するために使用され得る。
【００７７】
他の実装形態では、リアルタイム画像の取得時にＤＩＲは実行されない。この実装形態では、対応する変形ベクトル場を決定するために、各高品質画像と関連する基準画像との間でＤＩＲが事前に実行される。したがって、一連の高品質画像の各高品質画像について、高品質画像を関連する基準画像にマッピングするために、１つの関連付けられた変形ベクトル場が決定される。次に、変形ベクトル場はナビゲーション画像に関連付けて保存され、各ベクトル場が、変形ベクトル場の計算に使用される高品質画像に対応するナビゲーション画像に関連付けられる。
【００７８】
この実装形態の治療中にリアルタイム画像が取得されると、評価ユニット６は、取得されたリアルタイム画像に最もよく合致する運動位相のうちの１つに関連付けられたナビゲーション画像又はナビゲーション画像セットを決定する。次に、評価ユニット６は、決定されたナビゲーション画像に関連付けられた事前計算された変形ベクトル場を選択し、選択された事前計算された変形ベクトル場を使用して線量の累積を実行する。この実装形態には、線量の累積の実行に使用される変形ベクトル場が、リアルタイム画像の取得時により迅速に利用できるという利点がある。
【００７９】
この実装形態において、評価ユニット６が一連のナビゲーション画像及び一連の高品質画像並びに関連する計画画像を受け取った後、評価ベクトル６において変形ベクトル場が事前計算されてもよい。あるいは、変形ベクトル場は、評価ユニット６の外部で、例えば計画ユニット２１において事前計算されてもよい。この場合、評価ユニット６は、受信ユニット８を介して、関連付けられた変形ベクトル場とともに一連の画像を受け取る。
【００８０】
一実施形態では、取得されたリアルタイム画像と選択されたナビゲーション画像との間でＤＩＲが評価ユニット６においてさらに実行され、リアルタイム画像をナビゲーション画像に対して変換するさらなる変形ベクトル場が決定される。これは、三次元ナビゲーション及びリアルタイム画像を取得する場合に特に有用である。しかし、評価ユニット６は同様に、低次元ナビゲーション画像に基づいて、さらなる変形ベクトル場の推定を計算してもよい。さらなる変形ベクトル場は、ターゲット構造及びＯＡＲの現在の位置及び輪郭と、ナビゲーション画像及び関連付けられた高品質画像に示される位置及び輪郭との間の差を定量化する。したがって、さらなる変形ベクトル場は、高品質画像に基づいて決定された変形ベクトル場を修正するために使用される。
【００８１】
これは、さらなる変形ベクトル場と、高品質画像に基づいて決定された変形ベクトル場との組み合わせからなる結合変形ベクトル場を決定することにより行われ得る。組み合わせは、結果として得られる変形ベクトル場が、高品質画像に基づいて決定された変形ベクトル場がさらなる変形ベクトル場に続いて適用される変換に対応するように行われる。次いで、結果として得られる変形ベクトル場は、線量の累積を実行するために使用される。
【００８２】
上記実施形態のうちの１つに従って変形ベクトル場が決定されると、当業者に知られる手続きに従って線量の累積が実行される。上記で説明したように、この手続きは、決定された変形ベクトル場を使用して、ターゲット構造及びＯＡＲのボクセルを関連する計画画像にマッピングすることによって、治療の関連する時間セグメント中にターゲット構造及びＯＡＲのボクセルに照射される放射線量を計算することと、治療中に照射される累積線量を計算することとを含み得る。
【００８３】
治療の関連する時間セグメント中にターゲット構造及びＯＡＲのボクセルに照射される放射線量の計算は、取得されたリアルタイムに基づいて識別された高品質画像に基づいて計算され得る。評価ユニット６が上述のように結合変形ベクトル場を計算する場合、線量計算は代替的に、結合変形ベクトル場（又はその逆）を使用して基準画像から生成された画像に基づいて実行され得る。これにより、取得されたリアルタイム画像に示されているようにターゲット構造及びＯＡＲを含む身体領域の実際の解剖学的構成を表す高品質画像を生成することができる。
【００８４】
上記実施形態では、線量の累積は本質的にリアルタイムで実行することができる。上記で説明したように、評価ユニット６は、線量累積手続きの結果を使用して、アクティブ治療計画に基づき治療目標を達成できるか否かを判断し得る。ターゲット構造及びＯＡＲの各ボクセルにすでに照射された累積線量と、治療の残りの部分でアクティブ治療計画に従って各ボクセルに照射される線量との合計が、所定の範囲内でボクセルの線量目標に対応する場合、これに該当する。評価ユニット６がアクティブ治療計画に基づき治療目標を達成できると判断した場合、評価ユニットは、アクティブ治療計画に基づき治療を進めるように治療システムを制御し得る。
【００８５】
評価ユニット６がアクティブ治療計画に基づき治療目標を達成できないと判断した場合、評価ユニットは、治療目標を達成するために適合された治療計画を決定し得る。適合された治療計画は同様に、治療中に計画ボリュームの各ボクセルに照射された推定累積放射線量に基づいて生成される。この推定に基づいて、治療が終了するまでに処方された線量がターゲット構造及びＯＡＲに照射されるように、適合された治療計画が決定される。さらに、適合された治療計画は、患者の関連する身体領域の画像であって、この領域の現在の解剖学的構成を少なくとも近似的に示す画像に基づいて生成される。この画像において、ターゲット構造及びＯＡＲの輪郭が再び描かれ、これらの輪郭に基づいて、適合された治療計画が生成される。この点に関して、評価ユニット６は、上記で説明したように、ターゲット構造及びＯＡＲに照射される放射線量を計算するためにも使用される同じ画像を使用し得る。
【００８６】
さらに、評価ユニット６は、適合された治療計画を生成するために以前の治療計画を使用してもよい。たとえば、１つの戦略によれば、関連する以前の治療計画に対応する線量分布が、以前の計画画像から、適合に使用される新しい計画画像にマッピングされる。そして、変形された線量分布は、新しい治療計画を決定するために実行される再計画手続きのための目標分布として機能し得る。このようにして、治療計画の迅速な再最適化を実行してもよい。対応する再最適化手続きの例が、Ｄ． Ｔｈｏｎｇｐｈｉｅｗらによる刊行物“Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｏｎｌｉｎｅ  ＩＧＲＴ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  ｐｒｏｓｔａｔｅ  ＩＭＲＴ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ：  ａｄａｐｔｉｖｅ  ｖｓ  ｒｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ”、Ｍｅｄ  Ｐｈｙｓ．３６、１６５１（２００９）に記載されている。同様に、計画再最適化は、当業者に知られる任意の他の適切な方法で実行され得る。
【００８７】
開示の実施形態の他の変形例が、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲から、クレームされる発明に係る当業者によって理解及び実施され得る。
【００８８】
特許請求の範囲において、「含む」という用語は他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を除外しない。
【００８９】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又はソリッドステート媒体等の適切な媒体上で記憶及び／又は分配されてもよいし、インターネット又は他の有線若しくは無線テレコミュニケーションシステムを介して等の他の形態で分配されてもよい。
【００９０】
特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、その範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】
2020509854.tif 000003
【図２】
2020509854.tif 000004
【国際調査報告】
2020509854.tif 000005
2020509854.tif 000006
2020509854.tif 000007
2020509854.tif 000008