JP2009514559A - 線量体積ヒストグラムを用いて輪郭構造を生成するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

線量体積ヒストグラムを使用して既存の関心領域に対して新しい関心領域を限定するシステムおよび方法。本方法は関心の以前に存在する領域に対して線量体積ヒストグラムを生成するステップ、前記線量体積ヒストグラムのサブセットを選択するステップ、そして前記線量体積ヒストグラムの前記選択されたサブセットに対応する新しい関心領域を限定するステップの動作を含む。

Description

本出願は、ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＧＵＩＤＥＤ ＱＵＡＬＩＴＹ ＡＳＳＵＡＲＡＮＣＥ ＡＮＤ ＡＤＡＰＴＡＴＩＯＮＳ ＴＯ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ ＴＨＥＲＡＰＹ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ（放射療法治療へのフィードバック誘導品質保証および適用のためのシステムおよび方法）と題する２００５年７月２２日出願の米国特許仮出願第６０／７０１５８０号に対する優先権を主張するものであり、その内容全体を参照により本明細書に組み込む。

過去数十年にわたって、コンピュータおよびネットワーキング、放射線療法治療計画ソフトウェア、および医用撮像様式（ＣＴ、ＭＲＩ、ＵＳ、およびＰＥＴ）における改良が、放射線療法の動作に組み入れられてきた。こうした改良により、画像誘導放射線療法（「ＩＧＲＴ）の開発に至った。ＩＧＲＴは、健康な器官への放射線の照射を低減しながら、放射線量をより確実に腫瘍に当てるために患者の内部の解剖学的構造の断面画像を用いる放射線療法である。腫瘍に放出される放射線量は、強度変調放射線療法（「ＩＭＲＴ）で制御され、これは、患者の腫瘍の寸法、形状、および配置に一致するように、放射線ビームの寸法、形状、および強度を変更することを含む。ＩＧＲＴおよびＩＭＲＴは、腫瘍の制御を改善し、同時に、腫瘍を囲む健康な組織への放射線照射による急性の副作用の可能性を低減する。

ＩＭＲＴはいくつかの国では標準的な医療になりつつある。しかし、多くの状況で、ＩＭＲＴは、時間、資源、および請求額の制約により、患者を治療するために使用されていない。患者の日々の画像を使用して、ＩＭＲＴの計画によって生成された高い勾配が患者の治療のために正しい位置にあることを保証することができる。また、それらの画像は、その計画をオンラインで、または必要な場合にはオフラインで適合させるために必要な情報を提供することができる。

放射線療法の分野では、患者の治療過程で起きる恐れがある不確定さおよび変化には多くの発生源があることが一般に知られている。これらの発生源のうちいくつかは、毎日の患者のセットアップ位置におけるわずかな違いなど、不規則なエラーを示す。他の発生源は、患者の腫瘍が退行し、または患者が療法中に体重を減らす場合に生じる可能性のある生理学的変化に起因する。第３の可能な範疇は運動に関係する。いくつかの運動は、患者の咳または放屁など、より不規則であり予測できないので、他の範疇のいずれかと重複する可能性があるが、呼吸運動など、他の運動はより規則的になることもある。

放射線療法では、不確定さが患者の治療の質に影響を及ぼす可能性がある。例えば、治療線量をターゲット部位に放出するときには、ターゲット周りの高線量「マージン」部位も治療することが標準の動作である。これは、治療の過程で、またはそれどころか単一のフラクション中にその位置が変化した場合でもターゲットが所望の線量を確実に受けるようにする。ターゲットの位置が不明確になればなるほど、一般に必要な、使用するマージンは大きくなる。

適応放射線療法は、一般に、後の治療を改善するために放射線療法治療の過程でフィードバックを使用する概念を指す。オフラインの適応療法プロセスおよびオンラインの適応療法プロセスでフィードバックを使用することができる。オフラインの適応療法プロセスは、治療フラクションの間など、患者が治療されていない間に行われる。この１つのバージョンでは、各フラクション中に、患者の新しいＣＴ画像が各フラクションの前または後で取得される。最初のいくつかの治療フラクションから画像が取得された後で、それらの画像が評価されて、ターゲット構造の複数日にわたる位置の効果的なエンベロープを決定する。次いで、標準の運動の仮定を使用するのではなく、ターゲット構造の運動の範囲をより良く反映する新しい計画を作成することができる。オフラインの適応療法のより複雑なバージョンは、各フラクションの後で放出された線量を再計算し、場合によっては変形技法を使用してそれらの線量を蓄積し、蓄積中に内部の運動を調整する。次いで、蓄積された線量を計画した線量と比較することができ、何らかの不一致が認められた場合、その変化を調整するために後続のフラクションを変更することができる。

オンラインの適応療法プロセスは、一般に、患者が治療室にいる間に行われ、必ずしも必要ではないが、施療中に行われることもある。例えば、いくつかの放射線療法治療システムは、オンラインＣＴまたはＸ線システムなどの撮像システムを備える。それらのシステムを治療前に使用して、施療のための患者のセットアップを検証または調節することができる。撮像システムを使用して、実際の施療中に治療を適合させることもできる。例えば、撮像システムは、患者の解剖学的構造の変化を反映するように、施療を変更するために、場合によっては、治療と同時に使用することができる。

本発明の一態様は、適応療法技法の用途の新しい機会を開示することであり、いくつかのさらなる態様は、適応療法のための新規の方法を示すことである。具体的には、適応療法は、一般に患者の治療を変更するためのフィードバックに焦点を当ててきたが、本発明は、品質保証の背景で使用される適応療法プロセスに焦点を当てている。これは、システム全体を検証する状況において特に当てはまる。

例えば、検出器を使用して、患者を通過した治療ビームの量を示す情報を収集することができ、それにより、治療出力の大きさならびに放出に使用された放射線パターンを判定することができる。放出検証プロセスの利点は、操作者が不適切なリーフパターンまたは機械出力など、機械放出におけるエラーを検出することができることである。

しかし、機械が適切に機能していることを検証すること自体が、治療計画の適切な引渡しを保証することにはならない。というのは、機械をプログラムするために使用された外部入力が有効であり整合性があることも検証する必要があるからである。したがって、本発明の一態様は、治療プロセス全体の改善された品質保証のために、適応型フィードバックループのより広い概念を含む。この態様では、本発明は、治療のために患者を配置し画像誘導の方法を用いて患者の位置を決定するステップと、画像誘導に基づいて、治療に必要なように患者を再配置するステップと、治療を開始するステップとを含む。次いで、治療中または治療後に、患者の線量を再計算するステップと、治療前または治療中に収集された患者の画像情報を組み込むステップとを含む。これらのステップの完了後に、品質保証データが収集されて、放出がどの程度計画通りに実施されたかを分析するだけではなく、計画した放出が新しく利用可能なデータに即して妥当であるかを検証する。この点において、フィードバックの概念は、患者または放出の変化に基づいて治療に対する変更を指示するためにはもはや使用されず、元の放出自体を検証するために使用される。

一例として、ある患者に対する治療計画を作成することが可能であるかもしれないが、誤った密度の較正を適用することによるなど、計画に使用された画像が壊れている可能性がある。この場合、治療計画は、誤った情報に基づいており、患者に正しい線量を放出しないかもしれない。しかし、多くの品質保証技法は、機械に対する命令が正しい入力情報に基づいているかどうかを検査するのではなく、機械が命令どおりに動作していることを確認するので、こうしたエラーを検出しないことになる。同様に、いくつかの適応療法技法は、こうした放出に適用することができるが、この例の較正問題が残存する場合には、適応治療は同様の欠点を有することになる。

品質保証の目的でフィードバックの使用を拡張するために使用することができる、いくつかのプロセスがある。例えば、一実施形態では、このプロセスは、上述の放出検証技法を含む。それらの方法が提供する機械性能の妥当性検査は、システム全体の品質保証ツールセットの価値のある構成要素である。さらに、放出検証プロセスを拡張して、一部が欠けた視野を有する画像に基づいた放出など、他のシステムエラーを分析するようにすることができる。

一実施形態では、本発明は、線量体積ヒストグラムを用いて新しい関心領域を限定する方法を提供する。この方法は、先在する関心領域に対する放射線量の線量体積ヒストグラムを生成するステップと、線量体積ヒストグラムのサブセットを選択するステップと、線量体積ヒストグラムの選択されたサブセットに対応する新しい関心領域を限定するステップとからなる動作を含む。

別の実施形態では、本発明は、患者に対する第１の放射線量を表す第１の線量体積を生成するステップと、患者に対する第２の放射線量を表す第２の線量体積を生成するステップと、第１の線量体積と第２の線量体積を比較するステップと、この比較に基づいて線量体積ヒストグラムを生成するステップと、線量体積ヒストグラム上でサブセットを選択するステップと、選択されたサブセットに基づいて関心領域を生成するステップとからなる動作を含む方法を提供する。

別の実施形態では、本発明は、線量体積ヒストグラムを用いて輪郭を生成するシステムを提供する。このシステムは、放射線療法治療装置と、ソフトウェアプログラムとを備える。この放射線療法治療装置は、患者に治療計画を引渡すように動作可能であり、コンピュータプロセッサを含む。このコンピュータプログラムは、コンピュータプロセッサによってアクセス可能なコンピュータ読み取り可能媒体に記憶され、先在する関心領域に対する放射線量の線量体積ヒストグラムを生成し、線量体積ヒストグラムのサブセットを選択し、線量体積ヒストグラムの選択されたサブセットに対応する新しい関心領域を限定する。

別の実施形態では、本発明は、線量体積ヒストグラムを用いて新しい関心領域を限定する方法を提供する。この方法は、第１の線量体積を生成するステップと、第２の線量体積を生成するステップと、第１の線量体積と第２の線量体積を比較するステップと、この比較に基づいてヒストグラムを生成するステップと、ヒストグラム上でサブセットを選択するステップと、選択されたサブセットに基づいて関心領域を生成するステップとからなる動作を含む。

別の実施形態では、本発明は、ヒストグラムを用いて新しい関心領域を限定する方法を提供する。この方法は、先在する関心領域に対する放射線量のヒストグラムを生成するステップと、ヒストグラムのサブセットを選択するステップと、ヒストグラムの選択されたサブセットに対応する新しい関心領域を限定するステップとからなる動作を含む。

本発明の別の態様は、詳細な説明および添付図面を考慮することによって明白であろう。

本発明の任意の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その用途において、以下の説明で述べられ、または以下の図面に示された構成要素の構成および配置の詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、他のいくつかの実施形態も可能であり、様々な方式で実施し、または実行することができる。また、本明細書で使用される表現法および用語は説明のためのものであり、限定するものと見なすべきではないことを理解されたい。「含む」、「備える」、または「有する」およびその変形の本明細書における使用は、その後に列挙される要素およびその均等物ならびに追加の要素を包含することを意味する。その他の形で指定されまたは限定されない限り、用語「取り付けられる」、「接続される」、「支持される」、および「結合される」ならびにその変形は、広く使用され、直接的および間接的の両方の、取付け、接続、支持、および結合を包含する。さらに、「接続される」および「結合される」は、物理的または機械的な接続または結合に限定されない。

上側、下側、下方向、上方向、後方法、底部、前方、後方など、方向の参照は、本明細書では図面の説明において行われるが、これらの参照は、便宜上、図面に対して（普通に眺めたときに）行われる。それらの方向は、本発明をどんな形であれ、文字通りとられることまたは限定することを意図していない。さらに、「第１」、「第２」、および「第３」などの用語は、説明のために本明細書で使用され、相対的な重要性または意義を指示または暗示するものではない。

さらに、本発明のいくつかの実施形態は、議論のためにそれらの構成要素の大多数がハードウェア中に単独で実装されるかのように、例示され説明されている、ハードウェアとソフトウェアの両方、および電子構成要素またはモジュールを含むことを理解されたい。しかし、当業者なら、この詳細な説明を読むことに基づいて、少なくとも一実施形態では、本発明の電子ベースのいくつかの態様がソフトウェアで実装されることを理解するはずである。したがって、複数のハードウェアおよびソフトウェアベースのデバイス、ならびに複数の異なる構造的構成要素が、本発明を実装するために使用することができることに留意されたい。さらに、後続の段落で説明するように、図面に示された特定の機械的な構成は、本発明のいくつかの実施形態を例示するものであり、他の代替の機械的な構成も可能であることが意図される。

図１は、患者１４に放射線療法を提供することができる放射線療法治療システム１０を示す。放射線療法治療は、光子ベースの放射線療法、近接照射療法、電子ビーム療法、陽子、中性子または粒子線療法、あるいは他のタイプの治療療法を含むことができる。放射線療法治療システム１０は、ガントリ１８を含む。ガントリ１８は、放射線モジュール２２を支持することができ、その放射線モジュール２２は、放射線源２４および放射線ビーム３０を生成するように動作可能な線形加速器２６を含むことができる。図面に示すガントリ１８がリングガントリ、すなわち、完全に３６０度延びて、完全なリングまたは円形を作り出すガントリであるが、他のタイプの取付け構成を採り入れることもできる。例えば、Ｃ字タイプ、部分的にリング状のガントリ、またはロボットアームを使用することができる。患者１４に対して様々な回転および／または軸方向の位置で放射線モジュール２２を配置することができる他の任意のフレームワークを採り入れることもできる。さらに、放射線源２４は、ガントリ１８の形状に追従しない経路を移動することができる。例えば、放射線源２４は、図示のガントリ１８が全体的に円形であっても、非円形の経路を移動することができる。

放射線モジュール２２は、放射線ビーム３０を変更しまたは変調するように動作可能である変調デバイス３４を含むこともできる。変調デバイス３４は、放射線ビーム３０を変調し、放射線ビーム３０を患者１４に向ける。具体的には、放射線ビーム３４は、患者の一部分に向けられる。広く言えば、その部分は体全体を含むことができるが、一般に体全体より小さく、２次元の面積および／または３次元の体積によって限定することができる。ターゲット３８またはターゲット部位と呼ばれることがある、放射線を受けることが望ましい部分は、関心領域の一例である。他のタイプの関心領域は危険を伴う領域である。ある部分が危険を伴う領域を含む場合、放射線ビームは、危険を伴う領域から進路を変えることが好ましい。患者１４は、放射線療法を受ける必要がある、１を超えるターゲット部位を有することができる。こうした変調は、強度変調放射線療法（「ＩＭＲＴ」）と呼ばれることがある。

変調デバイス３４は、図２に示すようにコリメーションデバイス４２を含むことができる。そのコリメーションデバイス４２は、１組のジョー４６を含み、そのジョー４６は、放射線ビーム３０がその中を通過することができる開口部５０の寸法を限定し調節する。ジョー４６は、上側ジョー５４および下側ジョー５８を含む。上側ジョー５４および下側ジョー５８は、開口部５０の寸法を調節するように移動可能である。

一実施形態では、図２に示すように、変調デバイス３４は、マルチリーフコリメータ６２を備えることができ、そのマルチリーフコリメータ６２は、強度の変調を行うために位置を次々に移動するように動作可能である複数の組み合わされたリーフ６６を含む。リーフ６６は、最少の開放位置と最大の開放位置の間のいずれかの位置に移動することができることにも留意されたい。複数の組み合わされたリーフ６６は、放射線ビーム３０が患者１４上のターゲット３８に到達する前に、放射線ビーム３０の強度、寸法、および形状を変調する。各リーフ６６は、リーフ６６が放射線の通過を許可または阻止するために開閉することができるようにモータまたは空気弁など、アクチュエータ７０によって独立に制御される。アクチュエータ７０をコンピュータ７４および／または制御装置によって制御することができる。

放射線療法治療システム１０は、放射線ビーム３０を受けるように動作可能な検出器７８、例えば、キロボルトまたはメガボルトの検出器を含むこともできる。線形加速器２６および検出器７８は、患者１４のＣＴ画像を生成するように、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムとして動作することもできる。線形加速器２６は、放射線ビーム３０を患者１４のターゲット３８に向けて放射する。ターゲット３８は、放射線をいくらか吸収する。検出器７８は、ターゲット３８によって吸収された放射線の量を検出または測定する。線形加速器２６が患者１４の周りを回転し患者１４に向けて放射線を放射すると、検出器７８は、様々な角度から吸収データを収集する。その収集された吸収データは、吸収データを処理し、患者の体の組織および器官の画像を生成するためにコンピュータ７４に送信される。画像は、骨、軟組織、血管を示すこともできる。

扇形、マルチスライス幾何形状またはコーンビーム幾何形状の放射線ビーム３０でＣＴ画像を取得することができる。さらに、メガボルトのエネルギーまたはキロボルトのエネルギーを放出する線形加速器２６でＣＴ画像を取得することができる。取得したＣＴ画像は、（放射線療法治療システム１０または他のＣＴスキャナ、ＭＲＩシステム、およびＰＥＴシステムなど、他の画像取得デバイスから）前に取得したＣＴ画像とレジストレーションすることができることにも留意されたい。例えば、前に取得した患者１４のＣＴ画像は、輪郭付けプロセスを介して作成された、識別されるターゲット３８を含むことができる。新たに取得した患者１４のＣＴ画像を、新しいＣＴ画像においてターゲット３８を特定することを助けるために、前に取得したＣＴ画像とレジストレーションすることができる。レジストレーションプロセスは、固定された、または変形可能なレジストレーションツールを使用することができる。

いくつかの実施形態では、放射線療法治療システム１０は、Ｘ線源およびＣＴ画像検出器を含むことができる。Ｘ線源およびＣＴ画像検出器は、画像データを取得するための前述のような線形加速器２６および検出器７８と同様にして動作する。画像データは、コンピュータ７４に送信され、そこでは、患者の体の組織および器官の画像を生成するために処理される。

放射線療法治療システム１０は、患者１４を支持する（図１に示す）治療台８２などの患者サポートを含むこともできる。治療台８２は、ｘ、ｙ、またはｚ方向の少なくとも１軸８４に沿って移動する。本発明の他の実施形態では、患者サポートは、患者の体の任意の部分を支持するように適合されるデバイスとすることができる。患者サポートは、患者の体全体を支持しなければならないものに限定されない。システム１０は、治療台８２の位置を操作するように動作可能な駆動システム８６を含むこともできる。駆動システム８６をコンピュータ７４によって制御することができる。

図２および図３に示すコンピュータ７４は、様々なソフトウェアプログラムおよび／または通信アプリケーションを動作させるためのオペレーティングシステムを含む。具体的には、コンピュータ７４は、放射線療法治療システム１０と通信するように動作可能なソフトウェアプログラム（１つまたは複数）９０を含むことができる。ソフトウェアプログラム（１つまたは複数）９０は、外部のソフトウェアプログラムおよびハードウェアからのデータを受信するように動作可能であり、データをソフトウェアプログラム（１つまたは複数）９０に入力することができることに留意されたい。

コンピュータ７４は、医療従事者によってアクセスされるように適合された適切な任意の入力／出力デバイスを含むことができる。コンピュータ７４は、プロセッサ、入出力インターフェース、および記憶デバイスまたはメモリなど、典型的なハードウェアを含むことができる。コンピュータ７４は、キーボードおよびマウスなどの入力デバイスを含むこともできる。コンピュータ７４はさらに、モニタなど、標準の出力デバイスを含むことができる。さらに、コンピュータ７４は、プリンタおよびスキャナなどの周辺装置を含むことができる。

コンピュータ７４を、他のコンピュータ７４および放射線療法治療システム１０とネットワーク化することができる。他のコンピュータ７４は、追加のかつ／または異なるコンピュータプログラムおよびソフトウェアを含むことができ、本明細書で説明したコンピュータ７４と同一であることは必要とされない。コンピュータ７４および放射線療法治療システム１０は、ネットワーク９４と通信することができる。コンピュータ７４および放射線療法治療システム１０は、データベース９８およびサーバ１０２と通信することもできる。ソフトウェアプログラム９０がサーバ１０２上に常駐することができることに留意されたい。

ネットワーク９４は、ネットワーキング技術またはトポロジ、あるいは技術およびトポロジの組合せに従って構築することができ、複数のサブネットワークを含むことができる。図３に示すコンピュータとシステムの間の接続は、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、広域ネットワーク（「ＷＡＮ」）、公衆電話交換網（「ＰＳＴＮ」）、無線ネットワーク、イントラネット、インターネット、または他の適切な任意のネットワークを介して行うことができる。病院または医療介護施設では、図３に示すコンピュータとシステムの間の通信は、ヘルスレベルセブン（「ＨＬ７」）プロトコルまたは任意のバージョンを有する他のプロトコル、および／あるいは他の必要なプロトコルを介して行うことができる。ＨＬ７は、健康管理環境で電子データを交換するための異なるベンダからの２つのコンピュータアプリケーション（送信側と受信側）の間のインターフェースの実装形態を指定する標準プロトコルである。ＨＬ７により、健康管理施設は、異なるアプリケーションシステムからの基本のデータセットを交換できるようになる。具体的には、ＨＬ７は、交換されるデータ、相互に交換するタイミング、およびアプリケーションに対するエラーの通信を定義することができる。そのフォーマットは、概して包括的な性質のものであり、行われるアプリケーションの必要性を満たすように構成することができる。

図３に示すコンピュータとシステムの間の通信は、任意のバージョンを有する医用画像通信規格（「ＤＩＣＯＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ（医学におけるデジタル描写法および通信）」）プロトコルおよび／または他の必要なプロトコルを介して行うことができる。ＤＩＣＯＭは、ＮＥＭＡにより開発された国際的な通信規格であり、医用機器の異なる部分間で医用画像に関連したデータを転送するのに使用されるフォーマットを定義する。ＤＩＣＯＭ ＲＴは、放射線療法データに特有の標準を示す。

概して、図３の中の双方向の矢印は、図３に示すネットワーク９４とコンピュータ７４およびシステム１０のいずれか１つとの間の双方向通信および情報転送を表す。しかし、いくつかの医用およびコンピュータ制御の装置のためには、一方向だけの通信および情報転送が必要である場合がある。

図４はソフトウェアプログラム９０の概略図である。ソフトウェアプログラム９０は、放射線療法治療処理の機能を実行するために互いに通信する複数のモジュールを含む。様々なモジュールは、放射線療法治療計画の引渡しが目的どおり行われたかどうかを決定するために互いに通信する。

ソフトウェアプログラム９０は、医療従事者によってシステムｌ０に入力されたデータに基づいて患者１４に対する治療計画を生成するように動作可能な治療計画モジュール１０６を含む。このデータは、患者１４の少なくとも一部の１つまたは複数の画像（例えば、計画画像および／または治療前の画像）を含む。治療計画モジュール１０６は、治療を複数のフラクションに分け、医療従事者によって入力された処方に基づいて各フラクションまたは治療に対して放射線量を決定する。治療計画モジュール１０６はまた、ターゲット３８の周りに描かれた様々な輪郭に基づいてターゲット３８に対して放射線量を決定する。複数のターゲット３８が同じ治療計画の中に存在し含まれてもよい。

ソフトウェアプログラム９０はまた、特定の治療フラクションのためにガントリ１８のアイソセンタに対して患者１４を位置決めし整列するように動作可能な患者位置決めモジュール１１０を含む。患者が治療台８２の上にいる間、患者位置決めモジュール１１０は、患者１４の画像を取得し、患者１４の現在の位置を計画画像の中の患者の位置と比較する。患者の位置を調整する必要がある場合、患者位置決めモジュール１１０は治療台８２を移動させるように駆動システム８６に命令を与え、または患者１４は新しい位置に手動で移動させることができる。一構成では、患者位置決めモジュール１１０は、ガントリ１８のアイソセンタに対して患者の位置データを与えるために治療室の中に配置されたレーザからデータを受けることができる。レーザからのデータに基づいて、患者位置決めモジュール１１０は駆動システム８６に命令を与え、この駆動システム８６は、ガントリ１８に対して患者１４の適切な整列を実現するために治療台８２を移動させる。レーザ以外の装置およびシステムが整列処理を助けるように患者位置決めモジュール１１０にデータを与えるために用いられてもよいことに留意されたい。

ソフトウェアプログラム９０はまた、患者１４の少なくとも一部の画像を取得するように動作可能な画像モジュール１１４を含む。画像モジュール１１４は、治療が始まる前、治療中、および治療の後に所望のプロトコルに応じて患者１４の画像を取得するようＣＴ画像化装置など搭載された画像装置に命令する。非定量的なＣＴ、ＭＲＩ、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ、超音波、透過撮像、Ｘ線透視検査、ＲＦベースの局所化など他のオフラインの画像化装置またはシステムが、患者１４の治療前の画像を取得するために用いられてもよい。取得された画像は、患者１４のレジストレーションのためにおよび／または患者１４に放出されるべき放射線量を決定または予測するために用いることができる。取得された画像はまた、患者１４が前の治療中に受けた放射線量を決定するために用いることができる。

ソフトウェアプログラム９０はまた、治療計画処理中および／または治療後処理中に線量分布を解析するように動作可能な解析モジュール１１８を含む。典型的には、線量分布は、３次元の体積であり、線量体積ヒストグラム（「ＤＶＨ」）と呼ばれる２次元のプロットで解析することができる。ＤＶＨは複数のサブセットを含むことができ、これらサブセットは、線量体積曲線ならびに曲線の上および下に領域を含むことができる。解析モジュール１１８は、ＤＶＨを生成し、医療従事者による考察のためにスクリーン／モニタ上でそれを表示することができる。

図５〜８は患者１４の頭および首の部位のサンプルＤＶＨを示す。図５は、複数の識別されたターゲットを含む患者１４の頭および首の部位の画像１２２を示す。図５はまた、放射線を受けた頭および首の部位の識別されたターゲットのいくつかに対応するＤＶＨ１２６を示す。ＤＶＨ１２６は患者１４に放出された放射線の線量体積を表す曲線１３０を含む。図６は、複数のサブセット１３４、１３８、１４２を含むＤＶＨ１２６の拡大版を示す。各サブセット１３４、１３８、１４２は、頭のそれぞれの特定の領域１４６、１５０、１５４に放出された放射線の量を表示する。図７は、ＤＶＨ１２６による特定のターゲット１４６、１５０、１５４の線量分布に基づいて生成された新しい輪郭を示す。図８は、ＤＶＨ１２６のどのサブセット１３４、１３８、１４２が新しく生成された輪郭に対応するかを示す。

ＤＶＨは各ターゲットにもたらされた線量の範囲を理解する助けとなる。この理解は、どの構造体が多すぎまたは少なすぎの放射線量を受けるかを決定するために治療計画の処理中に有用である場合がある。このＤＶＨに基づいて、医療従事者は、ターゲットへの放射線の正確な放出を確実にするために治療計画を修正することができる。

患者１４の治療を計画する過程では、システム１００を用いる医療従事者は、ディスプレイ／モニタ上でＤＶＨを見ることができ、特定の範囲の中で線量を受ける３Ｄ画像または線量体積の部分を識別するためにＤＶＨ曲線上の部位または地点を選択することができる。この方法は、どの部位が正確に照射するのが最も難しいかをユーザがよりよく理解する助けとなることができるので、治療計画の際に役立つ可能性がある。

本発明の一態様では、解析モジュール１１８は、患者１４に既に放出された放射線治療計画に対して線量分布を遡及的に解析することができる。この態様では、ユーザは、線量マップの線量の差異の位置を識別するためにＤＶＨプロットの上で部位を選択するために解析モジュール１１８にアクセスすることによって治療の成功を評価することができる。さらに、解析モジュール１１８は、単一の線量分布および対応するＤＶＨプロットをさらに利用するばかりでなく、複数の線量体積、例えば計画線量体積を実際の放出に基づいて再計算された線量体積と効果的に比較することができる。この付加的な情報を組み込むことによって、ＤＶＨプロットは、両方の線量体積、または線量体積間の比較を示すことができ、さらにＤＶＨプロットとの相互作用により、所与の範囲の線量を受けるために計画される線量分布の部位を表示することができ、放出された放射線量が計画放射線量から変化した部位を示すことができる。線量体積の比較は、１組の合計または差、あるいは他の適した数学的関数であることができる。

一実施例として、患者１４に放出される線量は、ガンマ指数を用いて評価することができる。ガンマ（γ）指数は、平坦な部位での百分率線量差および高勾配の部位での一致までの距離（ＤＴＡ）の両方を同時に試験するために用いられる。百分率線量差は、均一な線量の部位、すなわち平坦な部位で有用な決定であるが、高勾配の部位には適切ではない。一致までの距離は高線量勾配の部位に対してより適した決定である。γ指数は、Ｌｏｗらによって紹介された（Ｄａｎｉｅｌ Ａ．Ｌｏｗ、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｂ．Ｈａｒｍｓ、Ｓａｓａ Ｍｕｔｉｃ、Ｊａｍｅｓ Ａ．Ｐｕｒｄｙ共著、「Ａ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｅｖａｌｕｉｏｎ ｏｆ ｄｏｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ（線量放出の定量評価のための技術）」、Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ、２５巻、１９９８年５月５日発行、６５６〜６６１ページ）。百分率線量／距離の判定基準（例えば、５％、３ｍｍ）を考慮すれば、γは、線量プロファイル（１Ｄ）、画像（２Ｄ）、または体積（３Ｄ）の中のすべてのサンプル点に対して計算される。γ＜＝１である場合は必ず判断基準は満たされ、γ＞１の場合、判断基準は満たされない。

別の実施例として、患者１４に放出される線量は、グザイ指数を用いて評価することができる。グザイ（ξ）指数は、治療計画のコミッショニングのためにＶａｎ Ｄｙｋらによって概略が述べられた手順（１９９３）を一般化したものである。この方法では、第１に両方の分布がそれら勾配成分で比較され、次に線量差（ＡＤ）および一致までの距離（ＤＴＡ）解析が続く。２つの線量分布および２つの線量勾配の分類（高線量勾配または低線量勾配）があるので、４つの可能な組合せがある。ｖ_ｒｅｆが基準分布におけるボクセルであり、ｖ_ｅｖａｌが評価分布におけるボクセルである場合、これらの組合せは、次のようになる。

・ ｖ_ｒｅｆが高線量勾配であり、ｖ_ｅｖａｌが高線量勾配である
・ ｖ_ｒｅｆが高線量勾配であり、ｖ_ｅｖａｌが低線量勾配である
・ ｖ_ｒｅｆが低線量勾配であり、ｖ_ｅｖａｌが高線量勾配である
・ ｖ_ｒｅｆが低線量勾配であり、ｖ_ｅｖａｌが低線量勾配である

提案された比較ツールでは、基準分布および比較分布の両方が低線量勾配を有する部位に対して、ΔＤ値が得られる。すべての他の場合では、ＤＴＡ解析が行われる。勾配の比較は、再構成分布と計画分布の間に線量勾配の完全な不整合がある場合があることの説明となる。ΔＤ値およびＤＴＡ値が得られると、Ｌｏｗらによって提案された（１９９８）ガンマ指数と同様の各ボクセルに対して数値の指数を見出すことができる。数値の指数ξが次式によって見出される。

１以下のξ値は許容可能であると考えられる。ボリュームは、高および低勾配ボクセルを共に有することができるが、ξ値が無次元なので、この手法は平均化または表示を行いやすい。

線量の差異があるターゲットの識別の後、次いで、ターゲット３８の周りの新しい輪郭が限定されてもよい。したがって、これら識別されたターゲット３８は、評価され、新しいまたは代わりの治療計画の生成の際に用いることができる。

ソフトウェアプログラム９０はまた、画像上に１つまたは複数の輪郭を生成するように動作可能な輪郭モジュール１５８を含むことができる。医療従事者は、１つまたは複数のＤＶＨプロットに基づいて１つの患者の画像上でターゲット３８の周りに輪郭を手動で限定することができる。別の態様では、解析モジュール１１８は、１つまたは複数のＤＶＨプロットに基づいてターゲット３８の周りに輪郭を自動的に限定するために輪郭モジュール１５８と通信することができる。

ソフトウェアプログラム９０はまた、治療計画に応じて患者１４に放射線療法を施すように放射線療法治療システム１０に命令するように動作可能な施療モジュール１６２を含むことができる。施療モジュール１６２は、患者１４に放射線を放出するために命令を生成し、ガントリ１８、線形加速装置２６、変調装置３４および駆動システム８６に転送することができる。これら命令は、治療計画の中で指定された適切なターゲットに適切な量で放射線ビーム３０を放出するためにガントリ１８、変調装置３４および駆動システム８６の必要とされる移動を調整することができる。

施療モジュール１６２はまた、治療計画によって指定された処方と整合させるために放出される予定の放射線ビーム３０の適切なパターン、位置および強度を計算することができる。放射線ビーム３０のパターンは、変調装置３４によって、具体的にはマルチリーフ型コリメータの中の複数のリーフの移動によって生成される。施療モジュール１６２は、治療パラメータに基づいて放射線ビーム３０に適切なパターンを生成するために標準形の、所定のまたはテンプレートのリーフパターンを利用することができる。施療モジュール１６２はまた、放射線ビーム３０に対してパターンを決定するように本患者のデータを比較するためにアクセスを受けることができる典型的な事例のためのパターンのライブラリを含むことができる。

図９は、線量体積ヒストグラムを用いて輪郭構造体を生成する方法の流れ図を示す。医療従事者は、患者１４のターゲット３８の線量体積ヒストグラムを生成するためにソフトウェアプログラム９０と対話する（２００において）。典型的には、ＤＶＨは、システム１０に接続されたコンピュータモニタ上で画像として表示される。一態様では、線量体積ヒストグラムは治療計画の成功を評価するために生成される。この態様では、医療従事者は、選択されたサブセットに対応する線量マップの画像の上の線量不一致の領域を識別するために線量体積ヒストグラムの表示された画像の上のサブセットを選択するためにソフトウェアプログラム９０と対話する（２０４において）。医療従事者は、マウス、タッチパッド、または他の作図ベースの認識システムで表示された画像の上のサブセットを選択することができる。線量体積ヒストグラムの選択されたサブセットに基づいて、ソフトウェアプログラム９０は、医療従事者に線量マップの画像の対応するサブセットを表示する（２０８において）。ある態様では、ソフトウェアプログラム９０は、ターゲット３８の線量分布によりよく対応する線量マップの画像上に新しい輪郭を生成することができる（２１２において）。

図１０は、線量体積ヒストグラムを用いて輪郭構造体を生成する方法の流れ図を示す。医療従事者は、患者１４に対して計画放射線量の第１の線量体積を含む治療計画を生成する（２５０において）。治療計画を引渡した後、解析モジュール１１８は、治療中に患者１４に放出された放射線の量を表示する第２の線量体積を決定する（２５４において）。医療従事者はさらに、第１の線量体積および第２の線量体積を比較し（２５８において）、システムのディスプレイ／モニタ上で、結果として生じる比較についての線量体積ヒストグラムを生成するために（２６２において）解析モジュール１１８と対話する。さらに、医療従事者は、選択されたサブセットに対応する線量マップの画像の上の線量不一致の領域を識別するために線量体積ヒストグラムの表示された画像の上のサブセットを選択するために解析モジュール１１８と対話する（２６６において）。医療従事者は、マウス、タッチパッド、または他の作図ベースの認識システムで表示された画像上でサブセットを選択することができる。線量体積ヒストグラム上で選択されたサブセットに基づいて、ソフトウェアプログラム９０は、医療従事者に線量マップの画像の対応するサブセットを表示する（２７０において）。いくつかの態様では、ソフトウェアプログラム９０は、ターゲット３８の線量分布によりよく対応する線量マップの画像上に新しい輪郭を生成することができる（２７４において）。

本発明の様々な特徴および利点は、特許請求の範囲で説明される。

放射線療法治療システムの斜視図である。 図１に示す放射線療法治療システムの中で用いることができるマルチリーフ型コリメータの斜視図である。 図１の放射線療法治療システムの概略図である。 放射線療法治療システムの中で用いられるソフトウェアプログラムの概略図である。 複数の識別されたターゲットを含む患者１４の頭および首の部位の画像１２２を示す図である。 図１の放射線療法治療システムによって生成された線量体積ヒストグラムを示す図である。 図６の線量体積ヒストグラムに基づいて生成された新しい輪郭を示す図である。 図６の線量体積ヒストグラムのどの部分が図７の新しく生成された輪郭に対応するかを示す図である。 本発明の一実施形態による線量体積ヒストグラムを用いて輪郭を生成する方法の流れ図である。 本発明の一実施形態による線量体積ヒストグラムを用いて輪郭を生成する方法の流れ図である。

Claims (46)

1. 先在する関心領域に対する放射線量の線量体積ヒストグラムを生成するステップと、
   前記線量体積ヒストグラムのサブセットを選択するステップと、
   前記線量体積ヒストグラムの前記選択されたサブセットに対応する新しい関心領域を限定するステップと、
   を含む線量体積ヒストグラムを用いて既存の関心領域に対する新しい関心領域を限定する方法。
2. 前記線量体積ヒストグラムの前記選択されたサブセットに対応する画像上に部位を表示するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記放射線量は、１つまたは複数の以前の治療で放出された線量である、請求項１に記載の方法。
4. 前記放射線量は、患者に放出される予定の計画線量である、請求項１に記載の方法。
5. 患者に対する治療計画を生成するステップをさらに含み、前記新しい関心領域が前記治療計画を修正するために用いられる、請求項１に記載の方法。
6. 前記新しい関心領域は、前記既存の関心領域の更新されたバージョンである、請求項１に記載の方法。
7. 前記放射線量は、患者に放出される予定の計画放射線量と前記患者に以前に放出された放射線量の組合せである、請求項１に記載の方法。
8. 前記線量体積ヒストグラムは、少なくとも２つの線量体積間の比較の線量体積ヒストグラムである、請求項１に記載の方法。
9. 前記線量体積のうち１つは、患者に放出される予定の計画放射線量である、請求項８に記載の方法。
10. 前記線量体積のうちの１つは、患者に以前に放出された放射線量である、請求項８に記載の方法。
11. 前記線量体積のうち１つは、患者に放出される予定の計画放射線量と前記患者に以前に放出された放射線量の組合せである、請求項８に記載の方法。
12. 前記線量体積のうち１つは、以前に放出された線量間の合計または差である、請求項８に記載の方法。
13. 画像が患者の一部の線量マップである、請求項１に記載の方法。
14. 前記新しい関心領域に基づいて、患者に対する治療計画を適合させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
15. 患者に対する第１の放射線量を表す第１の線量体積を生成するステップと、
    前記患者に対する第２の放射線量を表す第２の線量体積を生成するステップと、
    前記第１の線量体積および前記第２の線量体積を比較するステップと、
    前記比較に基づいて線量体積ヒストグラムを生成するステップと、
    前記線量体積ヒストグラム上でサブセットを選択するステップと、
    前記選択されたサブセットに基づいて関心領域を生成するステップと
    を含む方法。
16. 前記比較は前記第１の放射線量と前記第２の放射線量の差である、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１の放射線量が計画線量であり、前記第２の放射線量が放出された線量である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記関心領域は自動的に生成される、請求項１５に記載の方法。
19. 前記放出された放射線量は複数の放出された線量の合計である、請求項１５に記載の方法。
20. 前記放出された線量は変形を用いて合計される、請求項１９に記載の方法。
21. 前記患者に対する治療計画を生成するステップと、前記関心領域に基づいて前記治療計画を適合させるステップとをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
22. コンピュータプロセッサを含み、患者に治療計画を放出するように動作可能な放射線療法治療装置と、
    前記コンピュータプロセッサによってアクセス可能なコンピュータ読み取り可能媒体に記憶され、先在する関心領域に対する放射線量の線量体積ヒストグラムを生成し、前記線量体積ヒストグラムのサブセットを選択し、前記線量体積ヒストグラムの前記選択されたサブセットに対応する新しい関心領域を限定するように動作可能である、ソフトウェアプログラムと、
    を備える線量体積ヒストグラムを用いて輪郭を生成するシステム。
23. 前記ソフトウェアプログラムは、前記患者の放射線療法の線量の前記線量体積ヒストグラムを生成するように動作可能な解析モジュールを含む、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記ソフトウェアプログラムは、前記線量体積ヒストグラムに対応する画像上に輪郭を生成するように動作可能な輪郭モジュールを含む、請求項２２に記載のシステム。
25. 前記ソフトウェアプログラムは、治療計画を生成し、前記新しい関心領域に基づいて前記治療計画を修正するようにさらに動作可能である、請求項２２に記載のシステム。
26. 第１の線量体積を生成するステップと、
    第２の線量体積を生成するステップと、
    前記第１の線量体積および前記第２の線量体積を比較するステップと、
    前記比較に基づいてヒストグラムを生成するステップと、
    前記ヒストグラム上でサブセットを選択するステップと、
    前記選択されたサブセットに基づいて関心領域を生成するステップと
    を含む線量体積ヒストグラムを用いて新しい関心領域を限定する方法。
27. 前記比較は前記第１の線量体積と前記第２の線量体積の差である、請求項２６に記載の方法。
28. 前記関心領域は自動的に生成される、請求項２６に記載の方法。
29. 患者に対する治療計画を生成するステップと、前記関心領域に基づいて前記治療計画を適合させるステップとをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
30. 前記比較はガンマ指数に基づいている、請求項２６に記載の方法。
31. 前記比較はグザイ関数に基づいている、請求項２６に記載の方法。
32. 先在する関心領域に対する放射線量のヒストグラムを生成するステップと、
    前記ヒストグラムのサブセットを選択するステップと、
    前記ヒストグラムの前記選択されたサブセットに対応する新しい関心領域を限定するステップと
    を含むヒストグラムを用いて新しい関心領域を限定する方法。
33. 前記ヒストグラムは線量体積ヒストグラムである、請求項３２に記載の方法。
34. 前記ヒストグラムの前記選択されたサブセットに対応する画像上に部位を表示するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
35. 前記放射線量は、１つまたは複数の以前の治療で放出された線量である、請求項３２に記載の方法。
36. 前記放射線量は、患者に放出される予定の計画線量である、請求項３２に記載の方法。
37. 患者に対する治療計画を生成するステップをさらに含み、前記新しい関心領域が前記治療計画を修正するために用いられる、請求項３２に記載の方法。
38. 前記新しい関心領域は、前記既存の関心領域の更新されたバージョンである、請求項３２に記載の方法。
39. 前記放射線量は、患者に放出される予定の計画放射線量と前記患者に以前に放出された放射線量の組合せである、請求項３２に記載の方法。
40. 前記ヒストグラムは、少なくとも２つの線量体積間の比較の線量体積ヒストグラムである、請求項３２に記載の方法。
41. 前記線量体積のうち１つは、患者に放出される予定の計画放射線量である、請求項４０に記載の方法。
42. 前記線量体積のうち１つは、患者に以前に放出された放射線量である、請求項４０に記載の方法。
43. 前記線量体積のうち１つは、患者に放出される予定の計画放射線量と前記患者に以前に放出された放射線量の組合せである、請求項４０に記載の方法。
44. 前記線量体積の１つは、以前に放出された線量間の合計または差のうちの１つである、請求項４０に記載の方法。
45. 画像が患者の一部の線量マップである、請求項３２に記載の方法。
46. 前記新しい関心領域に基づいて、患者に対する治療計画を適合させるステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。

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