JP2009502251A - 放射線治療システムによって送達された線量を評価するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
運動を示すマーカを用いて、放射線治療システムによって送達される線量を評価するシステム及び方法。マーカは患者と関連付けられている。動作の１つの方法では、本方法は、放射線を患者に送達する段階と、放射線送達中にマーカの運動を監視する段階と、マーカの運動に少なくとも部分的に基づいて患者に送達された線量を評価する段階とを含む。動作の別の方法では、本方法は、放射線を患者に送達する段階と、放射線の送達に関する情報を取得する段階と、情報に少なくとも部分的に基づいてマーカに対する線量を推定する段階と、マーカが受け取った線量を取得する段階と、受け取った線量を推定線量と比較する段階とを含む。
【選択図】図３
【選択図】図３
Description
本出願は、２００５年７月２２日に出願された名称「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＤＥＴＥＲＭＩＮＩＮＧ ＰＯＳＩＴＩＯＮ ＯＦ ＡＮ ＯＢＪＥＣＴ ＡＮＤ ＤＥＬＩＶＥＲＩＮＧ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ ＴＨＥＲＡＰＹ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ（被検体の位置の決定及び放射線治療の送達に関するシステム及び方法）」の米国特許仮出願第６０／７０１，５８８号の利益、並びに２００５年７月２２日に出願された名称「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＧＵＩＤＥＤ ＱＵＡＬＩＴＹ ＡＳＳＵＲＡＮＣＥ ＡＮＤ ＡＤＡＰＴＡＴＩＯＮＳ ＴＯ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ ＴＨＥＲＡＰＹ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ（放射線治療に対するフィードバック誘導品質保証及び適合性のためのシステム及び方法）」の米国特許仮出願第６０／７０１，５８０号の利点を主張し、これらの両方が引用により本明細書に組み込まれる。
過去数十年にわたって、コンピュータ及びネットワーク構築、放射線治療計画ソフトウェア、並びに医用イメージングモダリティ（ＣＴ、ＭＲＩ、ＵＳ、及びＰＥＴ）における改良が放射線治療の診療に組み込まれてきた。多くの場合、デバイスを用いて、治療の送達に用いられる機器の運動及び位置が追跡される。また、治療中に患者に送達される放射線量は、適切なターゲット治療区域に正確な線量（例えば、放射線量）を送達するために監視される。典型的には、機器及び患者位置情報は、コンピュータを制御するために配線接続された機械センサを介して収集される。
１つの実施形態では、本発明は、制御、検証、同期を行う位置検知システム（「ＬＰＳ」）、及び／又はＱＡ放射線治療システム又はイメージングデバイスシステムを提供する。これは、リアルタイムで、又は後処理として行うことができる。本発明の態様は、ＬＰＳと他の位置決めシステムとの間のインタフェース、並びに機械制御、同期、及び／又は画像又は治療などの患者手技用のこの情報の使用を含む。別の態様では、ＬＰＳは、他の患者監視デバイスと通信して、機械制御、同期、及び／又は患者手技に用いる情報を取得することができる。
本発明の別の実施形態は、患者イメージング又は治療と関連して様々なハードウェア構成部品を追跡するための方法を含む。これらの構成部品は、ガントリ、カウチ、コリメータ（ベース及び／又は個々のリーフの両方）又はフィードバックが要求される他の構成部品を含むことができる。本システムのセンサはまた、患者に取り付けることができる。
フィードバックを位置決めする１つの方法は、典型的にはコンピュータを制御するようハードワイヤード接続された機械センサを利用する。フィードバックの他の方法は、患者監視に集中しおり、これらは、患者に挿入することができる埋め込み可能ＲＦデバイスを含む。これらのデバイスの一部は、受け取った線量に関するフィードバックを提供するためにＭＯＳＦＥＴ技術を用いているが、その他は、場所の読み出し情報を提供する。
別の実施形態では、本発明は、放射線イメージング及び／又は治療システムを提供する。本システムは、放射線源、可動装置、該可動装置の移動を含む制御を行うように構成されたコントローラ、及び定位位置決めシステムを含む。定位位置決めシステムは、可動装置に直接結合された位置検証デバイスと、該位置検証デバイスと通信するシステム監視モジュールとを含む。定位位置決めシステムは、位置検証デバイス用の位置データを求めるように構成される。
別の実施形態では、本発明は、運動を表すマーカを用いて、放射線治療システムによって送達される線量を評価する方法を提供する。マーカは、患者と関連付けられている。本方法は、患者に放射線を送達し、放射線送達中にマーカの運動を監視し、マーカの運動に少なくとも部分的に基づいて患者に送達された線量を評価する段階を含む。
別の実施形態では、本発明は、患者と関連付けられたマーカを用いる放射線治療システムによって送達された線量を評価する方法を提供する。本方法は、患者に放射線を送達し、放射線の送達に関する情報を取得し、情報に少なくとも部分的に基づいてマーカに対する線量を推定し、マーカが受け取った線量を取得し、受け取った線量を推定線量と比較する段階を含む。
別の実施形態では、本発明は、運動を表すマーカを用いる放射線治療システムによって送達された線量を評価する方法を提供する。マーカは、患者と関連付けられている。本方法は、患者に放射線を送達し、放射線送達中にマーカの運動を監視し、マーカの運動に少なくとも部分的に基づいて患者に送達された線量を推定し、マーカが受け取った線量を取得し、受け取った線量を推定線量と比較する段階を含む。
本発明の他の態様は、詳細な説明及び添付図面を考慮することにより明らかになるであろう。
本発明のあらゆる実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の説明において記載され又は以下の図面において示された構造の詳細及び構成部品の配置に対する適用に限定されない点を理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、種々の方法で実行又は実施することができる。同様に、本明細書で用いられる表現及び用語は、説明ためのものであり、限定と見なすべきではないことを理解すべきである。本明細書における「含む」、「備える」、又は「有する」及びこれらの変形の使用は、これらの後に挙げられる項目及びその均等物並びに追加の項目を包含することを意味する。別段の定め又は限定の無い限り、用語「取り付けられた」、「接続された」、「支持された」及び「結合された」並びにこれらの変形は広い意味で用いられており、直接的及び間接的な取付、接続、支持、及び結合を包含する。更に、「接続された」及び「結合された」は、物理的又は機械的接続或いは結合に限定されるものではない。
上側、下側、下方、上方、後方、下部、前部、後部、その他などの方向上の参照を図面を説明する際に本明細書で行うことがあるが、これらの参照は、便宜上図面に対して（通常見た通りに）行われる。これらの方向は、あらゆる形態で本発明を文言通りに解釈又は限定することを意図したものではない。加えて、「第１」、「第２」、及び「第３」などの用語は、説明のために本明細書で用いられ、相対的な重要度又は有意性を指示する、又は意味することを意図するものではない。
加えて、本発明の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、及び電子構成部品又はモジュールを含み、検討上、これらの構成部品の大半がハードウェア内に単一で実装されているように図示し説明する場合があることを理解する必要がある。しかしながら、当業者であれば、並びにこの詳細な説明の解釈に基づくと、少なくとも１つの実施形態では、本発明の電子的な態様は、ソフトウェア内に実装できることが理解されるであろう。従って、複数のハードウェア及びソフトウェアベースデバイス、並びに複数の様々な構造構成部品を用いて、本発明を実施することができる点に留意されたい。更に、次の段落で説明されるように、図面に示された特定の機械的構成は、本発明の実施形態を例証し、他の代替の機械的構成が可能であることを意図している。
図１は、放射線治療を患者１４に提供することができる放射線治療システム１０を示す。放射線治療は、光子ベース放射線療法、近接照射療法、電子ビーム療法、陽子、中性子、又は粒子線療法、或いは他のタイプの治療法を含むことができる。放射線治療システム１０は、ガントリコントローラ２０によって制御されるガントリ１８を有する放射線治療デバイスを含む。図面に示すガントリ１８は、リング型ガントリであり、すなわち、全３６０°円弧にわたって延びて完全なリング又は円を生成するが、他のタイプの取付構成を採用してもよい。例えば、Ｃ型、部分リングガントリ、又はロボットアームを用いることができる。
ガントリ１８は、放射線源２２と、光子放射のビーム３０を生成するよう動作可能な線形加速器２６とを有する放射線モジュールを支持することができる。放射線モジュールはまた、放射線ビーム３０を修正又は変調するよう動作可能な変調デバイス３４を含むことができる。変調デバイス３４は、放射線ビーム３０の変調を可能にし、放射線ビーム３０を患者１４に配向する。具体的には、放射線ビーム３０は、患者の一部分に配向される。概略的に言えば、この部分は全身を含むことができるが、一般的には全身よりも小さく、２次元区域及び／又は３次元ボリュームで定義することができる。放射線を受けるよう要求される部分は、ターゲット又はターゲット領域（４６で示される）と呼ぶことができ、関心領域の実施例である。関心領域の別のタイプはリスク領域である。ある部分がリスク領域を含む場合、放射線ビームはリスク領域から逸らされるのが好ましい。患者１４は、放射線治療を受ける必要のある１つよりも多いターゲット領域４６を有する可能性がある。このような変調は、強度変調放射線治療（「ＩＭＲＴ」）と呼ばれることがある。
また、患者１４に対する種々の回転及び／又は軸方向位置で放射線モジュールを位置決めすることができる他のフレームワークを採用することもできる。加えて、放射線源２２は、ガントリ１８の形状に従わない経路を進むことができる。例えば、放射線源２４は、図示のガントリ１８がほぼ円形であっても非円形の経路を進むことができる。
図２に示した１つの構造では、変調デバイス３４はコリメーションデバイスを含む。コリメーションデバイスは、顎部３９のセットを有する１次コリメータを含む。顎部は、放射線ビーム３０が通過することができるアパーチャ４０の大きさを定め且つ調節する。顎部３９は、アクチュエータ４１によって制御される上側顎部及び下側顎部を含む。上側顎部及び下側顎部は、アパーチャ４０の大きさを調節するように移動可能である。コリメーションデバイスは更にマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）３８を含み、これは、ポジション間で移動するように動作可能な複数のインターレースリーフ４２を含む。リーフ４２及び顎部３９の移動は、位置決め装置（以下でより詳細に説明される）により追跡することができる。また、リーフ４２は最小と最大の開放位置の間のどの位置にも移動することができる点に留意されたい。複数のインターレースリーフ４２は、放射線ビーム３０が患者１４のターゲット４６に到達する前に、該放射線ビーム３０の強度、大きさ、及び形状を変調する。リーフ４２の各々は、該リーフ４２が迅速に開閉して、放射線の通過を可能又は阻止できるように、モータ又は空気弁などのアクチュエータ５０によって独立して制御される。アクチュエータ５０は、ＭＬＣコンピュータ及び／又はコントローラ５４によって制御することができる。
放射線治療システム１０（図１）はまた、治療放射線源２２から又は別個の放射線源から放射線ビームを受けるように動作可能な検出器５８（例えば、キロボルト又はメガボルト検出器）を含むことができる。線形加速器２６及び検出器５８はまた、コンピュータ断層撮影（「ＣＴ」）システムとして動作して、患者１４のＣＴ画像を生成することができる。線形加速器２６は、放射線ビーム３０を患者１４のターゲット４６に向けて照射することができる。ＣＴ画像は、扇状幾何形状、マルチスライス幾何形状、又は円錐ビーム幾何形状を有する放射線ビーム３０で取得することができる。加えて、ＣＴ画像は、メガボルトエネルギー又はキロボルトエネルギーを送達する線形加速器２６を用いて取得することができる。ターゲット４６及び周囲組織は、放射線の一部を吸収する。検出器５８は、ターゲット４６及び周囲組織によって吸収された放射線量を検出又は測定する。検出器５８は、線形加速器２６が患者１４の周囲を回転して患者１４に向かって放射線を照射するときに、様々な角度から吸収データを収集する。収集された吸収データは、コンピュータ５４に送信されて、吸収データを処理し、患者の体組織及び器官の断面画像又は「スライス」を生成する。画像はまた、骨、軟組織及び血管を示すことができる。
放射線治療システム１０はまた、患者１４を支持するカウチ６２（図１に示す）などの患者支持体を含むことができる。カウチ６２は、ｘ、ｙ、又はｚ方向の少なくとも１つの軸に沿って移動する。他の構造では、患者支持体は、患者の身体のあらゆる部分を支持するように適合され、患者の全身を支持する必要があることに限定されないデバイスとすることができる。システム１０はまた、カウチ７０の位置を操作するように動作可能な駆動システム６６を含むことができる。駆動システム６６は、カウチコンピュータ及び／又はコントローラ７０によって制御することができる。或いは、駆動システム６６は、治療システム１０の別のコンピュータ及び／又はコントローラを用いて制御することができる。
上述のような放射線治療システム１０は、所要の線量（例えば、予め設定された放射線量）を患者１４に送達するために、ある位置から別の位置まで移動することができる多くの構成部品及び機構（例えば、カウチ６２、ＭＬＣ３８、ガントリ１８、その他）を含む。例えば、ＭＬＣ３８のリーフ４２は、患者１４に送達されている放射線の強度を変調するために移動することができる。加えて、カウチ６２は、ターゲット４６を適切に位置決めするために移動することができる。従って、治療システム１０の構成部品の各々の運動は、適切な線量を患者１４に送達するように正確に制御することができる。治療システム１０の構成部品及び機構の運動（並びに動作）は、複数のコンピュータ及び／又はコントローラ（例えば、ガントリコントローラ２０、カウチコントローラ７０、ＭＬＣコントローラ５４、その他）で制御することができる。線量コントローラ７５（図３に示す）などの他のコントローラはまた、処置中に適切な線量を患者１４に送達するように実装することができる。線量コントローラ７５は、患者１４に送達されるべき適切な線量を求めるために、複数の位置決め及び線量検証デバイス（以下により詳細に記載されるように）から信号を受け取ることができる。
或いは、単一システムコンピュータ（図示せず）を用いて、別個のコントローラ及び／又はコンピュータ全てのプロセス及び動作を組み込む治療システム１０全体を制御することができる。
図３は、多重放射線治療システム構成部品及びこれらのそれぞれのコントローラへのリンクを有するＬＰＳ１００の実施形態を示す。ＬＰＳ１００はまた、患者１４及びターゲット４６（図４と関連して説明される）の移動を追跡するのに用いることができる。他の実施形態では、ＬＰＳ１００は、他のタイプのイメージング機器（例えば、ＣＴ、ＭＲＩ、ＰＥＴ、その他）において実装することができ、図１に示される放射線治療システム１０に限定されない。図３に示す実施形態では、ＬＰＳ１００は、統合コンピュータ１０５、システム監視モジュール１１０、及び複数の位置検証デバイス１２５を含む。
更に進める前に、複数の位置検証デバイス１２５はまた、本明細書では複数の運動検証デバイス１２５と呼ぶこともできる点を理解すべきである。本明細書で検討するように、位置検証デバイス１２５を用いて、デバイス１２５用の速度（又はスピード）、加速度、又は時系列を取得することができる。位置情報、速度情報、加速度情報、及び時系列情報は、本明細書では集合的に運動情報と呼ぶことができ、従って、「位置検証デバイス」に代わるものとして用語「運動検証デバイス」を使用することができる。同様に、本明細書で用いる場合、位置検証デバイス１２５（又は運動検証デバイス１２５）は、該位置検証デバイス１２５に対する放射線を監視するのに用いることができる。
図３に示すように、治療システム１０のコントローラ（例えば、ガントリコントローラ２０、カウチコントローラ７０、ＭＬＣコントローラ５４、線量コントローラ７５、その他）の各々は、これらのそれぞれの治療システム構成部品の各々に信号を送信し、これらの運動及び動作を制御するようにすることができる。図３で受け取られ送信されているような信号は、有線及び無線通信構成部品（例えば、銅線、同軸ケーブル、無線周波数（「ＲＦ」）、赤外線（「ＩＲ」）信号、Ｗｉ−Ｆｉ信号、その他）で維持することができる点を理解されたい。治療システム構成部品はまた、信号をシステム監視モジュール１１０に送信する。これらの信号は、構成部品の実際の位置及び動作に対応することができる。システム監視モジュール１１０はまた、位置検証デバイス１２５から信号を受け取ることができる。
更に図３を参照すると、ＬＰＳ１００の位置検証デバイス１２５は、治療システム１０の種々の構成部品に結合することができる。位置検証デバイス１２５を用いて、治療システム１０の構成部品から相対的及び絶対的位置データを集めることができ、これらは放射線治療の送達を最適化するのに役立つことができる。例えば、位置検証デバイス１２５は、カウチ６２に結合され、カウチ６２の位置、スピード、及び／又は垂下を提供することができる。別の実施例として、位置検証デバイス１２５は、ガントリの位置、スピード、及び垂下、並びにリーフ位置及びスピードを検出するように戦略的に配置することができる。
位置検証デバイス１２５はまた、例えば、ガントリ位置に対するカウチ位置のような他の構成部品との相対的な位置データを供給することができる。同様に、位置検証デバイス１２５は、他の位置データを提供するために治療システム１０の種々の他の構成部品（例えば、ＭＬＣ３８のリーフ４２、ガントリ１８、線形加速器２６、その他）に結合することができる。加えて、幾つかの実施形態では、位置決め装置及びビーコンは、患者１４に結合又は埋め込まれ、患者１４及びターゲット位置情報（図４に関してより詳細に記載したように）を提供することができる。
幾つかの実施形態では、ＬＰＳ１００を用いて、治療システム１０の構成部品が移動しているスピードを追跡することもできる。より具体的には、構成部品のスピードは、位置検証デバイス１２５の信号を用いることによって様々な方法で求めることができる。１つの実施形態では、ドップラー効果を用いて、移動構成部品の各々のスピードが追跡される。別の実施形態では、位置／時間比較計算を完了させ、治療システム１０の各構成部品のスピードを求めることができる。例えば、線形加速器２６が、ガントリ１８の周りをある位置から別の位置まで移動するスピードは、線形加速器に固定された位置検証デバイス１２５を追跡することによって、ドップラー効果を用いて追跡することができる。
検証デバイス１２５の各々の位置及びスピードを追跡するために、システム監視モジュール１１０が受け取る信号は、統合コンピュータ１０５に中継される。幾つかの実施形態では、システム監視モジュール１１０から統合コンピュータ１０５に送信される信号は、直接且つ変更なしで中継される。他の実施形態では、システム監視モジュール１１０から統合コンピュータ１０５に送信される信号は、送信前に変調又は変更される。或いは、システム監視モジュール１１０は、直接統合コンピュータ１０５に組み込むことができる。
システム監視モジュール１１０から信号を受け取ると、統合コンピュータ１０５は、ＬＰＳ１００によって作成された制御ループを完了し、複数のシステムコントローラ（すなわち、ガントリコントローラ２０、カウチコントローラ７０、ＭＬＣコントローラ５４、線量コントローラ７５、その他）の各々に信号を返送することができる。次に、統合コンピュータ１０５からシステムコントローラの各々に送信される信号を用いて、システム構成部品の位置及び動作を変更することができる。従って、統合コンピュータ１０５は、全治療システム１０を効果的に制御することができる。
１つの実施形態では、ＬＰＳ１００の統合コンピュータ１０５を用いて、治療システム構成部品の各々の信号（例えば、位置信号、速度信号、加速度信号、その他などの運動信号）を位置検証デバイス１２５の信号と比較することができる。例えば、カウチ６２に結合される位置検証デバイス１２５の位置信号は、直接カウチ６２から送信されるハードワイヤード位置信号と照合することができる。位置検証デバイス信号が、カウチ６２により生成された信号と異なる場合、統合コンピュータ１０５は、カウチ位置に対する変更を行う必要があるかどうかを判断することができる。次いで、統合コンピュータ１０５は、カウチ６２を適切な位置に移動させるために、カウチコントローラ７０に補正信号を送信することができる。
別の実施形態では、構成部品のスピードは、統合コンピュータ１０５を用いてＬＰＳで補正することができる。例えば、位置検証デバイス１２５で監視されるスピードは、線形加速器２６のハードワイヤード構成部品から生成されるスピード信号と比較することができる。位置検証デバイス１２５で監視されるスピードが、ハードワイヤード接続からのスピードと異なる場合、線形加速器２６の運動に対する変更は、統合コンピュータ１０５を用いて行うことができる。
従って、ＬＰＳ１００は、絶対的及び相対的基準点を用いて各構成部品の運動を時間的及び空間的に監視して補正するために、治療システム１０の構成部品からの複数の情報を集めるために用いることができる。その際に、位置検証デバイス１２５によって追跡されている治療システム１０の構成部品の各々は、患者１４に適切な線量及び治療を送達するために、互いに協調し同期することができる。例えば、カウチ６２、線形加速器２６、及びＭＬＣ４２は、全て同期して、これらの運動を統合コンピュータ１０５によってリアルタイムに検証させて、治療を患者１４に送達することができる。治療システム１０の構成部品のスピード及び位置の補正は、必要に応じて行うことができる。
別の実施形態では、ＬＰＳ１００及び／又は他の被検体位置決めシステムは、治療システム１０とインタフェース接続及び／又は通信して、後処理検証動作を行うことができる。患者監視デバイスもまた、治療システム１０とインタフェース接続及び／又は通信して後処理検証動作を行うことができる点に留意されたい。処置が完了した後、位置検証デバイス１２５の信号をレビューすることができる。治療システム１０の構成部品の各々のハードワイヤード信号もレビューすることができる。次いで、位置検証デバイス１２５からの信号は、対応するハードワイヤード信号と比較することができる。比較の結果は、治療システム１０の構成部品全てが正しく動作していることを検証する品質保証検査として用いることができる。故障構成部品及び交換する必要のある構成部品は、この比較を用いて識別することができる場合がある。
ＬＰＳ１００の位置検証デバイス１２５（上述した）は、監視機械デバイス及び構成部品（すなわち、ガントリ１８、ＭＬＣ３８、カウチ６２、その他）に限定されない。同様に、本発明の検証態様は、上述のＬＰＳデバイスに限定されない。別の実施形態では、複数の位置決め監視デバイスは、患者１４に結合又は埋め込み、治療中に送達される線量１１５の監視、検出及び／又は変更を行うようにすることができる。図４は、放射線治療の送達に役立つことができる例示的な位置デバイスのグループ２００を示す。位置デバイスは、反射器マーカ２０５、送信器マーカ２１０、可変強度シード２１５、及びトランジスタマーカ２２０を含むことができる。他のタイプの位置デバイスは、無線周波数シード及び可変周波数シードを含むことができる。グループ２００に含まれる位置デバイスの各々は、ＬＰＳ１００内に組み込むことができる。他の実施形態では、位置デバイス２０５−２２０は、ＬＰＳ１００に含める必要はなく、別個のスタンドアロン型監視システム内に実装することができる。更に進める前に、用語「マーカ」は、用語「シード」を包含するように本明細書では広く用いられている点を理解すべきである。例えば、可変強度シード２１５はまた、本明細書では可変強度マーカ２１５と呼ぶことができる。
幾つかの実施形態では、反射器マーカ２０５は、患者１４のターゲット４６の近くに埋め込まれ、受動追跡及び位置決めビーコンとして用いられる。反射器マーカ２０５はまた、患者１４に近接する場所（カウチ６２など）に位置決めすることができる。反射器マーカ２０５が、放射線源などのトリガ源によって励起されると、反射器マーカ２０５の位置を用いて、ターゲット４６の位置を「特定する」ことができる。幾つかの実施形態では、反射器マーカは、放射線処置の前又はその間にＣＴ画像と組み合わせて用いられる。反射器マーカ２０５を用いて得られる位置データは、患者の解剖学的構造に対して患者１４及びターゲット４６の位置を確認することができる。従って、反射器マーカは、放射線治療をターゲット４６に配向するのに役立つことができる。反射器マーカ２０５はまた、患者１４の他の区域に埋め込む（又は近くに位置決めする）ことができる。例えば、マーカ２０５は、放射線に特に脆弱な区域の露出を回避するために、識別されたリスク領域（「ＲＡＲ」）の近傍に埋め込むことができる。
送信器マーカ２１０は、別のタイプのローカライザーであり、反射器マーカ２０５と同様に用いることができる。しかしながら、送信器マーカ２１０は、起動すべきトリガ源を必要としない。従って、構成に応じて、送信器マーカ２１０は、治療中常時（患者が放射線にさらされている時だけでなく）配置することができる。送信器マーカ２１０は、対応する受信器により受け取られる様々な信号（例えば、ＲＦ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ−Ｆｉ、ＩＥＥＥ８０２．１５．４、及び同様のもの）を送信することができる。
別の実施形態では、可変強度シード２１５を用いて、患者１４の位置と患者１４に送達される線量の両方を追跡することができる。例えば、ＲＦ定位シードは、患者１４に送達される予め設定されたある線量に対応する特定の信号を生成するように構成することができる。次いで、構成されたＲＦシードは、患者１４のターゲット４６内又はその近傍に埋め込むことができる。ＲＦシードが放射線治療にさらされる度に、シードから送信されるＲＦ信号がより弱くなる可能性がある。予め設定された線量全体が送達された後、シードは信号の送信を停止することになる。
多重送達セッションを必要とする放射線治療では、可変強度シード２１５は、あらゆる治療前に情報について探索することができる。その際に、その送達セッション前に患者に送達されていた放射線量を検証することができる。加えて、シード２１５が受け取っている放射線量を処理システム１０によって送達された放射線量で検証することができる。次いで、これらの数値を比較することができ、治療システム１０の動作を検証することができる。他の実施形態では、シード２１５は、Ｗｉ−Ｆｉ、ＩＥＥＥ８０２．１５ファミリーに含まれる信号、光ファイバー接続、又は従来型の有線接続などの複数の他の技術（有線及び無線接続を含む）を用いて、これらの可変信号を送信することができる。加えて、シード２１５は、患者１４に送達される線量を求めるために代替の方法で変えることができる。例えば、幾つかの実施形態では、シード２１５から送信される信号は、受け取られる放射線量に応じて増大又はより強力になることができる。
幾つかの実施形態では、可変強度シード２１５は、ターゲット４６の変形（例えば、ターゲット４６がどのように放射線治療に反応するか）を判断するのに役立つことができる。例えば、可変強度シード２１５などのマーカは、変形計算の基準点として用いることができる。変形計算は、最初にＣＴ画像を用いて、或いはターゲット４６を１つ又はそれ以上のマーカで追跡することによって行うことができる。変形計算の実施例は、その全内容が引用により本明細書に組み込まれる、２００５年７月２２日に出願された名称「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＧＵＩＤＥＤ ＱＵＡＬＩＴＹ ＡＳＳＵＲＡＮＣＥ ＡＮＤ ＡＤＡＰＴＡＴＩＯＮＳ ＴＯ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ ＴＨＥＲＡＰＹ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ（放射線治療に対するフィードバック誘導品質保証及び適合性のためのシステム及び）」の米国特許仮出願第６０／７０１，５８０号に記載されている。次に、ターゲット４６の変形は、シード２１５を用いて計算することができる患者１４に送達される放射線量と比較することができる。放射線治療ストラテジは、発生した変形量と比較して、受け取られる放射線量に応じて変更することができる。
図５は、可変強度シード２１５を利用した放射線治療を送達する方法のフローチャートを示す。患者１４は、最初に、治療システム１０によって登録される（ブロック２５０）。これを行うために、可変強度シード２１５は、患者１４及びターゲット４６に固有の登録信号を送信することができ、これにより正しい治療が送達されていることを保証する助けとすることができる。登録されると、患者１４に送達されることになる線量を決定することができる（ブロック２５５）。シード２１５から送信されている信号の強度は、求められた線量に応じて調節することができる。線量単位で送達される放射線量は、患者１４、ターゲット４６、及び該ターゲット４６の変形に依存することができる。患者１４に送達されることになる線量を求めた後、ターゲット４６の位置を決定することができる（ブロック２６０）。幾つかの実施形態では、シード２１５から送信されている信号を用いて、ターゲット４６の位置を計算することができる。他の実施形態では、マーカ（マーカ２０５及び２１０など）を用いて、ターゲット４６の場所を決定することができる。加えて、他の区域の位置（例えば、カウチ６２上の患者の身体の位置）も上述のように追跡することができる。
位置データが収集されると、予め設定された線量を患者１４に送達することができる（ブロック２６５）。送達中、シード２１５を用いて、患者１４が受け取っている線量を計算することができる（ブロック２７０）。幾つかの実施形態では、シード２１５から送信されている信号は連続して追跡され、患者が受け取っている放射線量を治療全体にわたって追跡することができるようにされる。他の実施形態では、シード２１５からの信号は、予め設定された間隔で読み込まれ、又はポーリングされる。正しい線量を患者が受け取っていることを検証するために、送達されている線量をシード２１５に従って受け取られている線量と比較することができる（ブロック２７５）。患者１４が受け取っている放射線量が、送達されている放射線量と相対的に等しい場合、治療を続けるか否かの判断を行うことができる（ブロック２８０）。治療は、シード２１５からの信号がもはや存在しない場合に終了することができる（ブロック２８５）。しかしながら、追加治療が必要な場合、プロセスは、患者１４に送達されることになる適切な線量を求めるために、ブロック２５５に戻ることができる。
再度ブロック２７５を参照すると、患者１４が受け取っている放射線量が、治療システム１０によって送達されている放射線量と相対的に等しくない場合、治療を続けるか否かの判断を行うことができる（ブロック２９０）。幾つかの実施形態では、患者１４に送達される放射線量と患者１４が受け取る放射線量との差異は、治療システムの動作不良を信号で送ることができる。このような相違はまた、不適切な区域が治療されていることの指標である可能性がある。このような実施形態では、治療を終了することができる（ブロック２９５）。しかしながら、幾つかの実施形態では、送達される線量を変更し、治療システム１０の構成部品の位置を変え、又は患者１４の位置を変えるような調節を行うことができる（ブロック３００）。このような変更は、送達を続けることができるように治療の送達を補正することができる。必要な構成部品の調節後、プロセスはブロック２５５に戻り、次の送達のために線量計算を完了することができるようにする。例示的な線量計算はまた、米国特許仮出願第６０／７０１，５８０号に記載されている。
１つの実施形態では、図５に示すプロセスは、ＬＰＳ１００に含まれる線量コントローラ７５（図３に示す）を用いて実施することができる。別の実施形態では、図５に示すプロセスは、別個のスタンドアロン型システムを用いて実装することができる。プロセス段階が完了する速度は、計算しいているシステムの能力によって決まる可能性がある。幾つかの実施形態では、プロセスは、線量及び送達に対する治療システム変更を治療中に行うことができるように、事実上常に更新される。
図４を再度参照すると、またトランジスタマーカ２２０を用いて、患者１４の位置及び該患者１４が受け取る線量を追跡することができる。しかしながら、可変強度シード２１５と異なり、トランジスタマーカ２２０の信号は、線量の強度及び患者が受け取っている放射線量を監視するのに用いることができる。より具体的には、トランジスタマーカ２２０からの強度信号をコンパイルして、患者１４が受け取っている線量の指標を提供することができる。
１つの実施形態では、米国ノースカロライナ州のモーリスビル所在のＳｉｃｅｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．からのセンサ又はマーカなどの、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（「ＭＯＳＦＥＴ」）マーカ２２０は、他のローカライザーマーカ（マーカ２０５及び２１０など）と組み合わせて用いて、患者１４への線量の最適化送達に役立たせることができる。ローカライザーマーカを用いて、ターゲット４６の場所及び変形特徴を求めることができ、ＭＯＳＦＥＴマーカ２２０を用いて、患者１４が受け取っている線量を監視することができる。次いで、患者１４が受け取り且つＭＯＳＦＥＴマーカ２２０によって追跡される線量は、治療システム１０から実際に送達される線量と比較することができる。治療後の線量の比較を用いて、治療における定誤差又は確率的誤差を検出し、将来の治療処置又は治療修正に備えることができる。他の実施形態では、線量は、リアルタイムに治療全体にわたってＭＯＳＦＥＴマーカ２２０によって監視することができ、同じ治療中の送達ストラテジに対して変更を行うことができる。
図６は、ターゲット４６内又はその近傍に埋め込まれたＭＯＳＦＥＴ型マーカ２２０からのフィードバックを利用する方法のフローチャートを示す。図６に示す実施形態では、プロセスは、治療が送達される前に完了される日々のＣＴスキャンとの組み合わせで完了する。しかしながら、他の実施形態では、マーカ２２０は、治療の前、途中、又は後のいつでも様々な他の治療（ＭＲＩ、ＰＥＴ、その他）と組み合わせて用いることができる。
図６に示すように、最初にマーカ２２０の場所が求められる（ブロック３５０）。また、他のビーコン及びシード（例えば、マーカ２０５−２１５）を配置して、患者１４及びターゲット４６用に位置データの完全なセットを提供することができる。マーカ２０５−２２０を配置した後、過去の治療のマーカ場所に対するこれらの現在の場所の比較を行うことができる（ブロック３５５）。その際に、マーカ２２０の移行（もしあれば）を追跡することができる。マーカ２２０は、ターゲット４６の外部力又は移動に起因して、ある場所から別の場所に移行することがある。いずれの場合においても、次の治療においてマーカが実質的にある位置から別の位置まで移行していた場合、調節が必要となる場合がある。マーカの位置を決定（ブロック３５５）した後、治療システム１０によって送達されている線量を記録することができ、患者１４が実際に受け取る予測放射線量を計算することができる（ブロック３６０）。実際にマーカ２００が受け取っている放射線の量及び強度はまた測定することもできる（ブロック３６５）。
予測線量計算（ブロック３６０）は、マーカ２２０で監視（ブロック３６５）された線量と比較して、受け取った線量が送達された線量と等しいか又はそれに近いことを検証するようにすることができる（ブロック３７０）。患者１４に送達された治療が、患者１４が受けた治療と等しいかどうかの判断（ブロック３７０）の後で、ターゲット４６の場所を考慮することができる（ブロック３７５）。放射線治療によって治療されることになるターゲット４６の貢献性は、身体全体にわたって変わる可能性がある。従って、幾つかの場合には、治療システム１０によって送達される放射線量は、ターゲット４６が受け取る線量よりも多い可能性がある。ターゲット４６及び過去の治療の事前知識に基づき、特定的な送達に対して患者が受け取る必要がある線量を示すことができるレポートを作成することができる（ブロック３８０）。発生する可能性が高い変形作用も考慮することができる。マーカ２２０からの確実なレポート及び線量データの情報を用いると、次の治療が必要かどうかの判定を行うことができる（ブロック３８５）。このようにしてマーカ２２０を用いることで、変形計算を改良し、投影された変形マップを妥当性を確認することができる。次の治療が必要ではない場合、プロセスは終了する（３９０）。別の治療が必要な場合、治療システム１０の設定を調節することができ（ブロック３９５）、プロセスはブロック３６０に戻ることができる。治療システム１０の構成部品の位置と、送達される線量は、治療のタイプ、変形、又は患者位置に基づいて調節することが必要な可能性がある。
図４に戻って参照すると、別の実施形態では、グループ２００のマーカのセット及びシードは、運動中のターゲット１０（例えば、肺、消化管、その他）に治療を送達するために選択して用いることができる。グループ２００から選択されるマーカ及びシード２０５−２２０の組み合わせは、治療システム１０、送達されている治療のタイプ、及び患者１４に応じて判断することができる。
１つの実施形態では、ターゲット４６の運動は、マーカ及びシードの両方のグループ２００を用いて並びに他のデバイス（例えば、フルオロスコピー、ＭＶＣＴ、ｋＶＣＴ、及び同様のもの）で追跡することができる。次に、線量の送達中、治療は、ターゲットの位置に応じて適合又は中断させることができる。例えば、患者１４の肺を照射する必要があることがある。治療中に患者が呼吸する必要があることに起因して、ターゲット４６（すなわち肺）は、比較的一定の運動状態にあることができる。肺の運動を追跡するために、グループ２００のマーカ及びシードは、肺内に埋め込み又は肺に近接して位置決めすることができる。肺の運動はまた、上記に挙げたような他のデバイスによって監視することができる。肺の運動を追跡することによって、送達されている治療は、生じている運動のタイプに応じて様々な線量を含むように適合させることができる。より具体的には、患者が息を吸っている時に送達されている線量は、患者が息を吐いている時に送達されている線量とは異なっている可能性がある。加えて、肺の運動及び送達される治療は、グループ２００のマーカ及びシードの信号を他のデバイスの信号と比較することによって検証することができる。比較の結果が互いに一致しない場合、治療の誤差又は機器機能不良を識別することができる。肺の一貫性のない動き（例えば、コーチング）はまた、グループ２００のマーカ及びシードによって識別することができ、運動がより安定になるまで治療を停止又は中断することができるようにする。
別の実施形態では、治療システム１０の構成部品並びにシード及びマーカのグループ２００を追跡するために用いられるデバイスの集合全体は、患者１４に治療を送達するのに用いることができる。１つのこのような実施形態では、治療システム１０の構成部品の運動及びターゲット４６は、４次元のコンピュータ断層撮影（４Ｄ ＣＴ）画像を用いて最適化治療を可能にするのに用いられる。４Ｄ ＣＴ画像は、３Ｄ画像ボリュームの集合と呼ぶことができ、各々が呼吸などの運動パターンの「位相」を表す。これらの４Ｄ ＣＴ画像は、輪郭取りのため、並びにある位相サイクルを予想する治療計画を作成するために用いることができる。しかしながら、患者の運動パターンは、多くの場合、４Ｄ ＣＴ画像セットによって示された理想的な再現可能パターンから逸脱する可能性がある。グループ２００のシード及びマーカを用いて、治療中に患者及び／又はシステム構成部品の運動を監視することによって、ボリュームの各々の線量をより正確に計算することができる。シード及びマーカを用いて追跡される運動は、不規則又は予期されないものとなる可能性があり、滑らかな又は再現可能な軌道に従う必要はない。治療システム１０の構成部品の各々の位置はまた、送達中に検証することができる。種々のデバイスによって取得された測定値を用いると、患者の実際の運動パターンにおいて最適線量を再計算することができる。別の実施形態では、患者１４、ターゲット４６、及び治療システム１０の構成部品の運動を用いて、治療中にリアルタイムに４Ｄ ＣＴの各位相の線量を再計算することができる。変形監視技術（上述のようなもの）はまた、様々な位相間で線量を計算し変更するためのパラメータとして用いることができる。利用できるデータ源全てを利用して、最適治療を可能にすることができる。
従って、本発明は、とりわけ、被検体の位置を求めて、放射線治療を送達する新規の有用なシステム及び方法を提供する。本発明の種々の特徴及び利点は、添付の請求項に記載されている。
１８ ガントリ
２０ ガントリコントローラ
５４ ＭＬＣコントローラ
６２ カウチ
７０ カウチコントローラ
７５ 線量コントローラ
１０５ 統合ＰＣ
１１０ システム監視モジュール
１１５ 線量
１２５ 位置デバイス
２０ ガントリコントローラ
５４ ＭＬＣコントローラ
６２ カウチ
７０ カウチコントローラ
７５ 線量コントローラ
１０５ 統合ＰＣ
１１０ システム監視モジュール
１１５ 線量
１２５ 位置デバイス
Claims (45)
- 患者と関連付けられて運動を示すマーカを用いて、放射線治療システムによって送達される線量を評価する方法であって、
放射線を前記患者に送達する段階と、
放射線送達中に前記マーカの運動を監視する段階と、
前記マーカの運動に少なくとも部分的に基づいて前記患者に送達された線量を評価する段階と、
を含む方法。 - 前記マーカは、前記患者の内部に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記マーカは前記患者に結合され、該患者の外部にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記患者の複数の画像を取得する段階を更に含み、前記線量の評価は更に、前記複数の画像に基づいている、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記患者に治療を提供する段階を更に含み、前記複数の画像の取得段階は、前記患者に治療を提供している間に行う、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。 - 前記複数の画像の取得段階は、実質的に治療位置において収集される、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。 - 前記患者の３次元画像を取得する段階を更に含み、前記線量の評価は更に、３次元画像に基づいている、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記患者の４次元画像を取得する段階を更に含み、前記線量の評価は更に、４次元画像に基づいている、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記評価に少なくとも部分的に基づいて前記患者への放射線の送達を適合させる段階を更に含む、
請求項１に記載の方法。 - 変形を実施する段階を更に含み、前記線量の評価は更に、変形に基づいている、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記マーカは、前記変形を実施するための基準点として用いられる、
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。 - 前記マーカが受け取った放射線強度と関係があるマーカから送信される信号を取得する段階を更に含み、前記線量の評価は更に、前記マーカが受け取った放射線の強度に基づいている、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記マーカから送信されている信号の強度を取得する段階を更に含み、前記線量の評価は更に、前記マーカから送信されている信号の強度に基づいている、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記マーカから送信されている前記信号の強度は、送達された放射線量に基づいている、
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。 - 前記マーカの運動の監視に基づいて前記送達放射線を変更する段階を更に含む請求項１に記載の方法。
- 前記送達放射線が治療計画に従っており、
前記監視動作に基づいて前記治療計画を動的に修正する段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記送達放射線が治療計画に従っており、
前記監視動作に基づいて前記治療計画を動的に変更する段階を更に含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記マーカの運動の監視は、前記マーカの絶対位置の監視、前記マーカの相対位置の監視、前記マーカの絶対スピードの監視、前記マーカの相対スピードの監視、前記マーカの絶対加速度の監視、前記マーカの相対加速度の監視、及び前記マーカの時系列の監視のうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記マーカに関する線量測定特徴を取得する段階を更に含む、
請求項１に記載の方法。 - 患者と関連付けられたマーカを用いて、放射線治療システムによって送達される線量を評価する方法であって、
放射線を前記患者に送達する段階と、
放射線の送達に関する情報を取得する段階と、
前記情報に少なくとも部分的に基づいて前記マーカに対する線量を推定する段階と、
前記マーカが受け取った線量を取得する段階と、
前記受け取った線量を前記推定線量と比較する段階と、
を含む方法。 - 前記マーカが前記患者の内部に配置される、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 前記マーカが前記患者に結合され、該患者の外部にある、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 前記取得動作が前記マーカが受け取った線量を表す値を受け取り、該値を較正値に対して調節する段階を含む、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 前記取得動作が前記患者の画像に対して前記マーカの場所を識別する段階を含み、前記推定動作が更に、前記マーカの場所に少なくとも部分的に基づいて線量を計算する段階を含む、
請求項２０に記載の方法。 - 前記取得動作が前記マーカの運動情報を取得する段階を含み、前記線量の推定は更に、前記運動情報に基づいている、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 前記取得動作が検出データを取得する段階を含み、前記線量の推定が更に、前記検出データに基づいている、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 前記取得動作がシステムフィードバック情報を取得する段階を含み、前記線量の推定は更に、前記システムフィードバック情報に基づいている、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 前記取得動作が３次元画像を取得する段階を含み、前記線量の推定段階が、３次元画像に対して３次元線量計算を実施する段階を含む、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 前記取得動作が複数の３次元画像を取得する段階を含み、前記線量の推定段階は、前記複数の３次元画像に対して４次元線量計算を実施する段階を含む、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 前記比較に少なくとも部分的に基づいて送達放射線を修正する段階を更に含む、
請求項２０に記載の方法。 - 前記取得動作が、前記マーカが受け取った放射線の強度と関係がある前記マーカから送信される信号を取得する段階を含む、
請求項２０に記載の方法。 - 前記取得動作が、前記マーカから送信されている信号の強度を取得する段階を含む、
請求項２０に記載の方法。 - 前記マーカから送信されている信号の強度は、送達された放射線量に基づいている、
ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。 - 前記取得動作が、ある部分の一部の間で受け取った線量、ある部分全体の累積線量、及び複数の部分上で受け取った累積線量の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 前記推定動作が変形を実施する段階を含む、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 前記マーカが前記実施動作の基準点として用いられる、
ことを特徴とする請求項３５に記載の方法。 - 前記比較に少なくとも部分的に基づいて前記マーカの一部を求める段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 前記比較に基づいて前記送達放射線を動的に変更する、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 前記マーカの運動情報を取得する段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 患者と関連付けられて運動を示すマーカを用いて、放射線治療システムによって送達される線量を評価する方法であって、
放射線を前記患者に送達する段階と、
放射線送達中に前記マーカの運動を監視する段階と、
前記マーカの運動に少なくとも部分的に基づいて前記患者に送達された線量を推定する段階と、
前記マーカが受け取った線量を取得する段階と、
前記受け取った線量を推定線量と比較する段階と、
を含む方法。 - 前記マーカが前記患者の内部に配置される、
ことを特徴とする請求項４０に記載の方法。 - 前記マーカが前記患者に結合され、該患者の外部にある、
ことを特徴とする請求項４０に記載の方法。 - 前記取得動作が前記マーカが受け取った線量を表す値を受け取り、該値を較正値に対して調節する段階を含む、
ことを特徴とする請求項４０に記載の方法。 - 前記患者の画像に対して前記マーカの場所を識別する段階を更に含み、前記推定動作が更に、前記マーカの場所に少なくとも部分的に基づいて線量を計算する段階を含む、
ことを特徴とする請求項４０に記載の方法。 - 前記比較に少なくとも部分的に基づいて前記マーカの一部分を求める段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
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