JP2018507073A - 放射線治療のための可搬型ｃｔスキャナーの使用 - Google Patents

放射線治療のための可搬型ｃｔスキャナーの使用 Download PDF

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Abstract

本発明は、治療装置（１）によって放射される少なくとも１つの治療用ビームの位置の治療用ビーム構成を用いた放射線治療によって治療される患者の身体内の軟組織部位の位置を決定するために、コンピュータ（７）が実行するデータ処理方法に関する。このデータ処理方法は、次のような複数のステップを含む。ａ．可搬型ＣＴ装置（３）に割り当てられた座標系における身体部位の位置の情報を含むＣＴ画像データを取得するステップ。この際、患者の身体は、治療装置（１）に対して治療位置に位置しており、ＣＴ装置（３）は、患者の身体及び／または治療装置（１）に対して位置決めされるように構成されている。ｂ．ＣＴ装置（３）に割り当てられた座標系と治療装置（１）に割り当てられた座標系との間の第１の変換についての情報を含む第１の変換データを取得するステップ。ｃ．ＣＴ画像データ及び第１の変換データに基づいて、治療装置（１）に割り当てられた座標系における身体部位の位置についての情報を含む位置データを決定するステップ。さらに、本発明は、患者の身体内の軟組織部位の位置を決定するための、対応するコンピュータ（７）及びシステムに関する。

Description

本発明は、放射線治療装置に対して治療位置に位置する患者の身体内の軟組織部位の位置を決定するためにコンピュータによって実行される方法、並びに、対応するコンピュータプログラム及びシステムに関する。
本発明は、医療分野に関し、特にビーム（特に、放射線）を使用して身体部位を治療することに関する。この目的のために、特に電離放射線が使用される。特に治療用ビームは、電離放射線を含むかまたは電離放射線からなる。電離放射線は、原子または分子から電子を解離させてそれらをイオン化するために十分なエネルギーを有する粒子（例えば、亜原子粒子またはイオン）または電磁波を含むか、またはこのような粒子または電磁波からなる。治療用ビーム、特に治療用放射線は、特に腫瘍学の分野において、特に放射線治療で使用される。特に癌を治療するために、腫瘍を含む身体部位が電離放射線を使用して治療される。腫瘍は、治療対象の軟組織部位（治療部位とも呼ばれる）の一例である。治療用ビームは、好ましくは、治療部位を通過するように制御される。
ビーム位置の構成は、少なくとも１つのビーム位置、特に離散的な複数のビーム位置の集合または連続的な多重性（多様性）を有する複数のビーム位置を含むか、またはこれらから構成される。治療の間、治療用ビームは、特に治療用ビームを放射するビーム源が１つだけの場合、特にビーム位置の構成によって定義されたビーム位置を順次的にとる。幾つかのビーム源がある場合、治療の間に、幾つかの治療用ビームが複数のビーム位置を同時にとる場合もある。特に（実際の）治療の間（特に、フラクションとも呼ばれる治療セッションの間）における、治療装置に対する少なくとも１つの位置を定める少なくとも１つのビーム位置の構成は、実際の構成と呼ばれる。特に、実際の構成は、（１つよりも多い場合）全ての治療用ビームが交差する交差点を有する。特に、決定された位置は、例えば交差点を原点とする参照系において、交差点の位置に対して記述される。交差点は、特に治療装置のアイソセンターに対応する。
特に、治療部位の計画された相対位置とビーム位置の計画された構成との間の、計画された相対位置が決定される。特に、治療計画の作成は、（例えばコンピュータ断層撮影画像（計画用ＣＴ画像と呼ばれる）に基づいて、治療前に治療計画作成システムによって実行される。その結果、治療部位と計画された構成との間の計画された相対位置が生成される。特に、実際の構成は、計画された構成と同数のビーム位置を含むように設定される。特に、計画された構成が２以上のビーム位置を含む場合、ビーム位置同士の相対位置は、計画された構成と実際の構成との間で同一となるように設定される。
通常、ＣＴ画像のような、治療計画の基礎となる治療計画用画像は、放射線治療の場所とは別の場所で撮影される。その場所で、患者は、まずＣＴスキャナーに付属する寝台に横になる。計画用ＣＴ画像が撮影され、治療計画の作成が終了した後、患者は、ＬＩＮＡＣのような治療装置に付属する寝台に移される。これは、治療計画の基礎となる画像が撮影された後、放射線治療が開始する前に、かなりの時間が経過する場合ですらそうであることが多い。
通常、ＣＴ画像中に両方が視覚化され得る軟組織と骨構造との間の空間的関係は、患者の姿勢または運動状態によらずに一定であると仮定される。患者が放射線治療のために、例えば寝台または放射線治療装置に対して、定位置につくと、患者の身体のＸ線画像が撮影され、軟組織と骨構造との間の空間的関係の情報に基づいて骨構造の位置が治療用ビームの位置と比較され、これによって、軟組織と治療用ビームとの間の空間的関係を確立することができる。これによって、治療用ビームの位置に対する軟組織の位置のずれを決定することができ、これに応じて、患者が治療用ビームに対して所望の軟組織に治療用放射線が照射される正しい位置にあるように、患者を動かすことができる。
しかしながら、このような方法では、軟組織とＸ線画像によって視覚化された骨構造との間の正確な空間的関係を知り得ないため、軟組織の所望の位置からの位置ずれが生じる可能性がある。特に、軟組織は、例えばその弾性特性により、自身の空間的特性（特に、大きさ及び／または形状）が、もはや治療用ビーム及び所望の方法の対象ではなくなる程、変化している可能性がある。
本発明の目的は、放射線治療によって治療される軟組織部位の現在の位置、すなわち、放射線治療を受ける準備が整い、治療装置の寝台に位置している患者の治療部位の位置、を決定することである。
上記の目的は、本発明の手術台に係る方法、プログラム、及びシステムによって解決される。
この方法、プログラム、及びシステムは、添付の独立請求項により定められる。本発明の利点、有利な特徴、有利な実施形態、及び有利な態様は、以下に開示されるとともに、従属請求項の主題に含まれる。様々な有利な特徴は、技術的に合理的かつ実行可能である場合には常に、本発明に従って組み合わせることができる。特に、１つの実施形態の他の実施形態の他の特徴と同一または類似の機能を有する特徴は、上記の他の特徴と入れ換えることができる。また、１つの実施形態の他の実施形態にさらなる機能を補足する特徴は、特に、上記の他の実施形態に追加することができる。
本発明は、特に、治療装置によって放射される少なくとも１つの治療用ビームの位置の治療用ビーム構成を用いた放射線治療によって治療される患者の身体内の軟組織部位の位置を決定するために、コンピュータが実行するデータ処理方法を提供する。このデータ処理方法は、次のような複数のステップを含む。１つは、可搬型ＣＴ装置に割り当てられた座標系における身体部位の位置の情報を含むＣＴ画像データを取得するステップである。この際、患者の身体は、治療装置に対して治療位置に位置しており、ＣＴ装置は、患者の身体及び／または治療装置に対して位置決めされるように構成されている。また１つは、ＣＴ装置に割り当てられた座標系と治療装置に割り当てられた座標系との間の第１の変換についての情報を含む第１の変換データを取得するステップである。また１つは、ＣＴ画像データ及び第１の変換データに基づいて、治療装置に割り当てられた座標系における身体部位の位置についての情報を含む位置データを決定するステップである。
言い換えれば、治療装置に横たわる患者の少なくとも１つのＣＴ画像が作成される。治療装置は、放射線治療のために使用されるＬＩＮＡＣであってもよい。患者は、放射線治療の処置の間、寝台上に留まることになるため、患者内の治療対象部位の位置に実質的な変化は生じないことが予想される。したがって、ＣＴ画像から導出されるこの標的の位置は、放射線治療の間の標的位置を記述するものである。ＣＴ画像は、可搬型ＣＴ装置の座標系に準拠するものであるため、標的の座標は、治療装置の座標系に変換されなければならない。
放射線治療の治療装置の寝台に横たわる患者のＣＴ画像を準備することには、放射線治療のための既知の画像作成方法と比較して、次のような様々な利点がある。
・コーンビームＣＴの画像と比較して、軟組織のコントラストが向上する。
・照射線量を計画するために重要なハンスフィールドユニットが提供される。
・視野が改善される。
・画像取得時間が短縮される。
・放射線治療のための４次元画像データが提供される。これによって、解剖学的構造の位置の時間依存性、特に、患者の治療セッションの間の呼吸サイクルを考慮することが可能となる。これは、治療用ビームの制御／ゲート開閉のために考慮されるものであってもよい。患者の呼吸曲線の追跡は、患者の現況の熱画像を取得する熱画像カメラの使用を含むものであってもよい。
本発明に係るＣＴ装置は可搬型であり、したがって、患者を治療位置に支持する患者用の寝台と治療装置の両方に対して、自由に移動させることができることに留意することは、重要である。特に、可搬型ＣＴ装置は、放射線治療の処置の間で使用されていないとき、シミュレーション室内に保管されるものであってもよい。シミュレーション室は、ＣＴ計画手順及び／または診断目的のために備えられ、患者が放射線治療を受ける治療室から離れて位置している。これによって、様々な患者に対する、同時に行われる場合すらあり得る様々な処置において、患者の移動を要することなくＣＴ装置を使用することができる。シミュレーションまたは診断の場所と治療場所との間でＣＴ装置を運搬することを可能にするため、ＣＴ装置は、車台を含むものであってもよい。これによって、ＣＴ装置を、病院の床上を二次元的に自由に移動させることができる。
可搬型ＣＴ装置が二次元の自由な移動が可能なものであるため、ＣＴ画像を作成するとき、ＣＴ装置と治療装置との間の正確な相対的位置を知ることが重要である。これによって、ＣＴ装置に割り当てられた座標系において取得された標的の座標を、治療装置に割り当てられた座標系に変換することができる。このような変換は、ある一定の期間後に発生し得る治療装置のアイソセンターのずれを考慮に入れるものであってもよい。例えば、ウィンストン−ルッツ（Ｗｉｎｓｔｏｎ−Ｌｕｔｓ）テストのような既知の手順によりアイソセンターのずれを特定するならば、そのずれを座標変換の適切な変更によって補償することができる。
この目的のため、第１の変換データを取得するステップは、治療装置に対するＣＴ装置の空間位置を特定するように構成された位置検出ユニットを使用するステップを含むものであってもよい。特に、位置検出ユニットは、光学的追跡システム、電磁追跡システム、超音波追跡システム、及び、ＣＴ装置の運搬移動を引き起こすように構成された駆動要素に割り当てられ、駆動要素の既知の初期位置に対する該駆動要素の現在位置を特定するように構成されたセンサ、ＣＴ装置（３）に割り当てられ、案内径路を定めるマーカーを検出するように構成されたセンサ装置（特に、カメラ）、３次元の表面構造を測定するように構成された三次元レンジカメラを含む追跡システムからなるグループから選択された少なくとも１つの要素を含む。
特に、治療装置に割り当てられ、治療装置に対して固定された位置に配置された追跡システムを使用することが考えられる。追跡システムによる位置追跡を可能にするために、ＣＴ装置は、追跡システムに検出されるように構成された少なくとも１つの追跡マーカーを含むものであってもよい。さらに、追跡システムは、光学的追跡システムであってもよく、光学的追跡システムは、特に、赤外光の範囲内の信号を検出するものであってもよい。あるいは、追跡システムは、電磁追跡システムまたは超音波追跡システムであってもよい。さらに、ＣＴ装置は、車台の少なくとも１つの車輪の初期位置に対する現在位置を特定するように構成された少なくとも１つのセンサを含むものであってもよい。これは、位置検出ユニットとして知られている。これによって、ＣＴ装置の現在の位置を計算することができる。三次元の表面構造を測定するように構成された三次元レンジカメラを使用することも考えられる。このような三次元レンジカメラを、治療場所に備えられている複数の装置の三次元の表面に関する既知のデータとともに使用することによって、該複数の装置の互いに相対的な現在の空間位置を特定することが可能となる。
さらに、第１の変換データを取得するステップは、ＣＴ装置をＣＴ装置の第１の位置とＣＴ画像データを取得可能なＣＴ装置の第２の位置との間の径路に沿って案内するように構成された案内ユニットを使用するステップを含むものであってもよい。特に、案内ユニットは、上述した位置検出ユニットと同様に、ＣＴ装置の治療装置に対する空間位置を特定するように構成され、及び／または、第２の位置は、治療装置に対して予め定められており、及び／または、案内ユニットは、次の要素からなるグループから選択された少なくとも１つの要素を含む。そのグループは、案内径路を定める誘導（インダクション）ループ、ＣＴ装置に割り当てられ、案内径路を定めるマーカーを検出するように構成されたセンサ装置（特に、カメラ）、案内ユニットが第２の位置への径路を判別可能なように電磁放射を放射する送信器と該電磁放射を受信する対応する受信器、及び、治療装置に対するＣＴ装置の結合位置を定める機械的結合部からなる。ここで、送信器または受信器は、ＣＴ装置に取り付けられる。
ＣＴ装置は、二次元の自由な移動が可能なものであるため、患者／患者用の寝台及び治療装置に対してＣＴ装置を位置決めするための補助手段を有することが望ましい。このため、ＣＴ装置の予め定められた駐機位置または保管位置から開始し、ＣＴ装置が患者のＣＴ画像を取得することが可能な位置まで走る予め定められた径路を定めることが考えられる。例えば、ＣＴ装置の初期的な駐機位置（初期位置）には、医療スタッフがＣＴ装置を初期位置に運べるように、印が付けられているものであってもよい。そこから、ＣＴ装置が初期的な駐機位置からＣＴ画像データを取得可能な最終位置まで自動的に移動可能となるように、案内ユニットが引き継ぐものであってもよい。
治療装置に対するＣＴ装置の既知の最終の第２の位置を使用して、第２の位置で取得された画像中に見られる構造の座標を、治療装置の座標系に変換することが可能となる。
位置検出ユニット及び／または案内ユニットに加えて、またはこれらに代えて、本発明に係る方法は、さらに、次のような複数のステップを含むものであってもよい。１つは、治療装置に対する身体部位の位置についての情報を含む位置決め用画像データを取得するステップである。また１つは、位置決め用画像データ及びＣＴ画像データに基づいて、第１の変換データを決定するステップである。この際、位置決め用画像データを取得するために、治療装置に割り当てられた位置決め用撮画像影装置、特にＸ線画像撮影装置、が使用される。また、位置決め用画像データは、ＣＴ画像データと照合される。
位置決め用画像撮影装置が治療装置に対して既知の不変な位置に備えられている場合、位置決め用画像撮影装置によって作成された画像によって、画像中に見られる各構造の治療装置の座標系における三次元座標を導出することができる。その後、位置決め用画像撮影装置によって作成された位置決め用画像とＣＴ装置によって作成された任意のＣＴ画像とを照合すると、ＣＴ画像中に見られる任意の構造の位置を治療装置の座標系に変換することが可能となる。
このような画像照合を使用する場合、治療装置に対するＣＴ装置の正確な位置を知る必要すらなく、ＣＴ装置を治療装置に対して粗く位置決めすれば十分である。一方、位置検出ユニット及び／または案内ユニットは、治療装置に対するＣＴ装置の位置を、ＣＴ装置の座標系から治療装置の座標系への座標変換のために上述した画像照合が不要となる程高い精度で、特定するように構成されるものであってもよい。
上述した方法では、治療装置に対して定位された患者の高度に局所的なＣＴ画像が提供されることは明らかである。したがって、本発明は、事前に取得された画像データが、治療装置の患者用寝台に横たわる患者に対してまだ有効であるか否かを判別することも可能である。この目的のために、本発明に係る方法は、次のような複数のステップを含むものであってもよい。１つは、特に処理装置に対して治療位置とは異なる位置をとる患者の身体の、身体部位の位置についての情報を含む計画用ＣＴ画像データを取得するステップである。また１つは、計画用ＣＴ画像データに割り当てられた座標系と治療装置に割り当てられた座標系との間の第２の変換についての情報を含む第２の変換データを取得するステップである。また１つは、第２の変換データ、計画用ＣＴ画像データ、及びＣＴ画像データに基づいて、計画用ＣＴ画像データに基づいた軟組織部位の位置の照合が、治療装置に対して治療位置をとる患者の身体用として有効か否かについての情報を含む一貫性データを決定するステップである。
特に、例えば、計画用ＣＴ画像に基づいて事前に特定された標的の位置がまだ正しく、放射線治療の治療装置のアイソセンターをリセットするために使用できるか否かを検証することができる。この間に標的の位置が変化した場合、計画用ＣＴ画像を、可搬型ＣＴ装置を用いて取得された現在のＣＴ画像に置き換えることができ、現在の画像から導出された更新済みの位置データに基づいて、治療処置を実行することができる。
放射線治療の治療処置の間、可搬型ＣＴ装置を用いてＣＴ画像データを複数回取得し、それによって患者の画像データを継続的に更新することも考えられる。この場合、ＣＴ装置は、治療場所から離れた第１の位置とＣＴ画像データを取得可能な第２の位置との間を行き来するものであってもよい。これによって、患者の画像データを所望の頻度で更新することが可能となり、放射線治療を、最新の位置データに基づいて実行することができる。さらに、例えば位置検出ユニット及び／または案内ユニット用いて、ＣＴ装置を治療装置に対して同じ位置に再現性良く配置することも考えられる。この場合、ＣＴ装置の座標系から画像撮影装置の座標系への必要な変換は既知であり、後に取得されるＣＴ画像毎にそれを計算する必要がなくなる。
但し、計画用ＣＴ画像データは、治療装置に対して位置が定められていないＣＴ装置を用いてそれが取得された場合、計画用ＣＴ画像に割り当てられた座標系から治療装置に対して割り当てられた座標系に変換する必要がある。これは、計画用ＣＴ画像データを可搬型ＣＴ装置によって取得されたＣＴ画像データと照合することによって、実行することができる。これに加えてまたはこれに代えて、計画用ＣＴ画像データは、既に治療装置の座標系に準拠している位置決め用画像データと照合することもできる。
ＣＴ画像の照合に関しては、ＣＴ装置の座標系と治療装置の座標系との間の座標変換を実行する必要すらない。例えば、可搬型ＣＴ装置によって作成されたＣＴ画像は、特に画像照合を使用して、治療装置の座標系においてその位置が既知である任意の画像と照合することができる。これは、古いＣＴ画像に基づく治療計画を更新するために特に望ましい。この場合、可搬型ＣＴ装置を、本明細書に記載したように、但しＣＴ装置の座標系からの位置データの変換をすることなく、使用することができる。
放射線治療の治療計画は、通常、患者が治療装置の患者用寝台に位置するよりもずっと以前に取得されたＣＴ画像に基づいているため、本発明は、このような治療計画の更新を提供するものでもある。したがって、本発明に係る方法は、さらに、次のような複数のステップを含むものであってもよい。１つは、治療用ビーム構成を使用する身体部位の放射線治療の拘束条件についての情報を含む治療条件データを取得するステップである。治療の拘束条件は、特に計画用ＣＴ画像データに基づいて定義される。また１つは、治療条件データ及び一貫性データに基づいて、治療装置に対して治療位置をとる患者に対して治療の拘束条件が満たされているか否かについての情報を含む条件一貫性データを決定するステップである。
例えば、治療計画において、患者の身体の特定の部位は治療用ビームに照射されてはならないことが要求される場合がある。照射されるべき標的と治療用ビームが避けられるべき部位との相対的位置は、計画用ＣＴ画像データに基づいて特定されるため、治療装置の寝台上に位置する患者から作成されたＣＴ画像は、治療計画を更新することを可能にするものである。すなわち、治療計画が依然として有効であり、治療装置の寝台に位置する患者に対して拘束条件の設定が満たされているか否かを、更新されたＣＴ画像に基づいて検証することができる。そうではない場合、現在のＣＴ画像から導出されたデータに適応する拘束条件を使用して、治療計画を更新することができる。さらに、放射線治療の処置の間、複数の継続的に取得されたＣＴ画像データを用いて治療計画を継続的に更新することも考えられる。この際、患者は、治療装置の寝台上に留まるため（治療計画のオンライン更新）、更新された治療計画は、現在の放射線治療の処置に直ちに適用されるものである。
さらに、位置決め用画像データをＣＴ画像データと照合するステップ、及び／または、位置決め用画像データを計画用ＣＴ画像データと照合するステップ、及び／または、ＣＴ画像データを計画用ＣＴ画像データと照合するステップには、特に患者の身体の照合される画像データ中の骨構造の特定に基づく、画像の照合の手順が含まれることも考えられる。
さらに、画像データの照合は、弾性画像融合（elastic image fusion）を含むことが考えられる。その代わりにまたはそれに加えて、画像データの照合は、剛性画像融合（rigid image fusion）を含むことも考えられる。
治療場所の近傍において、可搬型ＣＴ装置を配置するために利用可能な空間は非常に狭いため、本発明に係る方法は、治療装置及び／または患者を支持する患者用寝台に対してＣＴ装置を位置決めする方法も提供する。これは、ＣＴ装置と患者用寝台及び／または患者との衝突を回避するために役立つ。したがって、本発明に係る方法は、さらに次のような複数のステップを含むものであってもよい。１つは、身体部位、治療装置、及び可搬型ＣＴ装置の空間的配置構成についての情報を含む撮影用配置データを取得するステップである。この空間的配置構成は、治療装置の患者用寝台に位置する患者の身体を用いて身体部位のＣＴ画像を取得することを可能にするものである。また１つは、身体部位、治療装置、及び可搬型ＣＴ装置の現在の空間的配置構成についての情報を含む現行配置データを取得するステップである。また１つは、撮影用配置データと現行配置データに基づいて、ＣＴ画像データを取得可能な空間的配置構成を実現するための身体部位、治療装置、及び／または、可搬型ＣＴ装置の再配置についての情報を含む再配置データを決定するステップである。
患者用寝台、治療装置、及びＣＴ装置の現在の配置構成と所望の配置構成とが既知であれば、患者のＣＴ画像を取得可能な所望の配置構成を実現するために必要な配置変更に関する情報を、駆動手段または医療スタッフに提供することが可能となる。例えば、患者の頭部のＣＴ画像データを取得するため、ＣＴ装置が患者用寝台の頭側端部に近接するように患者用寝台を自動的にまたは手動で鉛直軸回りに回転させることができる。さらに、患者の周りに配置されるＣＴ装置のガントリーのための空間を確保するために、放射線治療装置の加速器頭部を傾ける必要がある場合もある。
再配置データ、すなわち患者用寝台、治療装置、及び／またはＣＴ装置の配置構成を記述するデータ、を少なくとも１つの再配置ユニットに送信することも可能であり、これによって、再配置ユニットが、治療装置、ＣＴ装置、及び／または患者の身体とともに患者用寝台を、自動的に再配置するものであってもよい。これに加えてまたはこれに代えて、この再配置データを、出力ユニットに送信することも可能である。出力ユニットは、例えば、治療装置、ＣＴ装置、及び／または患者の身体をともなう患者用寝台の必要な再配置に関して、医療スタッフに情報を提供するように構成されたコンピュータ用モニターである。
本発明のさらなる態様は、治療装置によって放射される少なくとも１つの治療用ビームの位置の治療用ビーム構成を用いた放射線治療によって治療される患者の身体内の軟組織部位の位置を決定するためのシステムに関する。このシステムは、治療用ビーム構成を発生させるように構成された治療装置と、放射線治療の間に患者の身体を支持するように構成された患者用寝台と、放射線治療場所に運搬され、治療装置及び／または患者用寝台に対して移動し、患者の身体のＣＴ画像データを取得するように構成された可搬型ＣＴ装置と、を含む。
本発明に係るシステムは、さらに、次のグループから選択された少なくとも１つの要素を含むものであってもよい。そのグループは、ＣＴ画像データを取得可能な空間的配置構成を実現するために、患者用寝台、治療装置、及び／または可搬型ＣＴ装置を再配置するように構成された再配置ユニット、ＣＴ装置の第１の位置とＣＴ装置のＣＴ画像データの取得が可能な第２の位置との間の径路に沿ってＣＴ装置を案内するように構成され、特に治療装置に対するＣＴ装置の空間的位置を決定するように構成され、及び／または、第２の位置が治療装置に対して予め定められている案内ユニット、治療装置に割り当てられ、治療装置に対して既知の空間的位置に設けられ、特にＸ線画像を作成するように構成された位置決め用画像装置、治療装置に対するＣＴ装置の空間的位置を特定するように構成された位置検出ユニット、及び、本明細書に記載された任意のデータ処理方法を実行するように構成されたコンピュータからなる。
上述したシステムの各要素は、上述したデータ処理方法が可能なように構成され、対応する１つまたは複数の要素に関連する任意のステップを実行するものであってもよい。
本発明のさらなる態様は、コンピュータ上で実行されるプログラムであって、コンピュータ上で実行されたときに、本明細書に記載された任意の方法のステップをコンピュータに実行させる、該方法に対応するコンピュータプログラム、及び／または、該コンピュータプログラムが保存された（特に、非一時的な）プログラムストレージ媒体に関する。
本発明は、上記コンピュータプログラムが保存された、及び／または、上記コンピュータプログラムを実行するコンピュータを含む、本明細書に記載された対応するシステムにも関連する。
（定義）
本発明に従う方法は、例えば、コンピュータが実行する方法である。コンピュータは、例えば、本発明に従う方法の全てのステップまたは幾つかのステップ（すなわち、全てのステップよりも少数のステップ）を実行することができる。コンピュータが実行する方法の一実施形態は、データ処理方法を実行するためにコンピュータを使用することである。コンピュータは、例えば電子工学的及び／または光学的に、データを（工学的に）処理するために、例えば、少なくとも１つの処理装置と例えば少なくとも１つの記憶装置とを含んでいる。処理装置は、例えば、半導体である物質または混合物、例えば少なくとも部分的にｎ型及び／またはｐ型の半導体からなる。この半導体は、例えばII族、III族、ＩＶ族、Ｖ族、ＶＩ族の半導体材料のうちの少なくとも１つであり、例えば（ドープされた）ケイ素及び／またはガリウム・ヒ素である。上述した計算（算出）ステップは、例えば、コンピュータが実行する。本明細書に記載された計算（算出）ステップは、例えば、コンピュータにより実行される。計算（算出）する、または決定する（特定する、定める、判別する）ステップは、例えば、技術的方法のフレームワーク、例えばプログラムのフレームワーク、においてデータを決定する（特定する、定める、判別する）ステップである。コンピュータは、例えば、任意の種類のデータ処理装置であり、例えば電子的データ処理装置である。コンピュータは、例えば、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、ノートブック型パーソナルコンピュータ、ネットブック型パーソナルコンピュータ等の、一般的にコンピュータと見なされる装置であってもよい。但し、コンピュータは、例えば携帯電話機または埋め込み型プロセッサ等の、任意のプログラム可能な装置であってもよい。
コンピュータは、例えば、複数の「下位コンピュータ」のシステム（ネットワーク）を含むものであってもよい。ここで、各下位コンピュータは、それ自体がコンピュータに相当する。「コンピュータ」という用語は、クラウドコンピュータ、例えばクラウドサーバを含む。「クラウドコンピュータ」という用語は、クラウドコンピュータシステムを含む。クラウドコンピュータシステムは、例えば、少なくとも１つのクラウドコンピュータからなるシステムを含み、例えばサーバファームのように、動作可能に相互接続された複数のクラウドコンピュータを含む。好ましくは、クラウドコンピュータは、ワールドワイドウェブ（ＷＷＷ）のような広域ネットワークに接続される。このようなクラウドコンピュータは、全てワールドワイドウェブに接続された複数のコンピュータからなるいわゆるクラウド中に存在する。このような基盤構造は、「クラウドコンピューティング」に使用される。クラウドコンピューティングには、特定のサービスを提供するコンピュータの物理的位置及び／または構成についてエンドユーザが知る必要のない計算、ソフトウェア、データのアクセス及びストレージサービスが含まれる。この点において「クラウド」という用語は、例えば、インターネット（ワールドワイドウェブ）の暗喩として使用される。例えば、クラウドは、サービスの１つとして計算の基盤構造を提供する（ＩａａＳ）。クラウドコンピュータは、本発明に係る方法を実行するために使用されるオペレーティングシステム及び／またはデータ処理アプリケーションの仮想ホストとして機能するものであってもよい。クラウドコンピュータは、例えば、Ａｍａｚｏｎ Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ（登録商標）によって提供される Ｅｌａｓｔｉｃ Ｃｏｍｐｕｔｅ Ｃｌｏｕｄ（ＥＣ２）である。
コンピュータは、例えば、データの入出力及び／またはアナログ−デジタル変換を実行するためのインタフェースを含む。このデータは、例えば、物理的特性を表すデータ及び／または工学的信号から生成されたデータである。工学的信号は、特に、（工学的）検出装置（例えば、マーカーデバイスを検出するための装置）及び／または（工学的）分析装置（例えば、画像化の方法を実行する装置）であり、この場合、工学的信号は、例えば、電気信号または光信号である。工学的信号は、例えば、コンピュータにより受信または出力されたデータを表す。
コンピュータは、好ましくは、表示装置に動作可能に結合される。表示装置は、コンピュータによって出力された情報を、例えばユーザに対して、表示することを可能にする。表示装置の一例は、拡張現実デバイス（拡張現実メガネとも呼ばれる）であり、これをナビゲーションのための「ゴーグル」として使用することができる。このような拡張現実メガネの特定の例は、グーグル社製のグーグル・グラス（登録商標）である。拡張現実デバイスは、ユーザ相互作用による情報のコンピュータへの入力と、コンピュータによって出力された情報の表示の両方に使用することができる。表示装置の別の例は、標準的なコンピュータ用モニターである。このモニターには、例えば、表示装置上に画像情報のコンテンツを表示するために使用される信号を生成するためのコンピュータからの表示制御データを受信するために、コンピュータと動作可能に結合される液晶ディスプレイが含まれる。このようなコンピュータ用モニターの特定の実施形態は、デジタル・ライトボックスである。モニターは、例えば携帯型の、可搬型のデバイスであってもよく、例えば、スマートホン、またはパーソナル・デジタル・アシスタント、または、デジタル・メディア・プレーヤーであってもよい。
「データの取得」という語句には、例えば、（コンピュータが実行する方法のフレームワークにおいて）コンピュータが実行する方法またはプログラムによってデータが決定されることが含まれる。データの決定には、例えば、物理量を測定し、その測定値を、例えばデジタルデータのような、データに変換すること、及び／または、そのデータをコンピュータにより計算すること、特に、本発明に従う方法のフレームワークにおいてデータを計算することが含まれる。例えば、「データの取得」の意味には、コンピュータが実行する方法またはプログラムが、例えば別のプログラム、該方法の先行するステップ、またはデータストレージ媒体からのデータを、例えばコンピュータが実行する方法またはプログラムによる後の処理のために、受け取ることまたは取り出すことも含まれる。したがって、「データの取得」は、例えば、データを受け取るために待機すること及び／またはそのデータを受け取ることを意味する場合もある。受け取られたデータは、例えば、インタフェースを介して入力されるものであってもよい。「データの取得」は、コンピュータが実行する方法またはプログラムが、例えばデータストレージ媒体（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、データベース、ハードドライブ等）のようなデータ源から、または（例えば、別のコンピュータまたはネットワークから）インタフェースを介して、データを（能動的に）受け取るまたは取り出すためのステップを実行することを意味する場合もある。
例えば、生成されたデータは、（例えばコンピュータに）入力されるものであってもよい。データは、（取得ステップに先行する）追加のステップに従って、本発明に従う方法またはプログラムのフレームワークにおいてそのデータが利用可能となるようにデータストレージ媒体（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ、及び／または、ハードドライブ）にデータを保存する追加のステップを実行することにより、準備されるものであってもよい。したがって、「データの取得」には、取得されるべきデータを取得するように及び／または準備するように、装置に指令することも含まれ得る。
特に、取得ステップには、侵襲的手順は含まれない。この侵襲的手順は、身体に対する実質的な物理的干渉を意味し、医療の専門家によって実施されることを要するともともに、必要とされる専門的配慮と技能をもって実施された場合でも、健康に対する実質的な危険性を伴うものである。特に、データを取得すること、例えばデータを決定することには、外科的処置は含まれておらず、かつ、特に、人間または動物の身体を手術または治療を用いて処置するステップは含まれていない。本発明に係る方法によって使用される様々なデータを区別するために、データは、「ＸＹデータ」等のように記載（または、参照）され、このデータが記述する情報（好ましくは、「ＸＹ情報」等と呼ばれる）の観点から定義される。
画像の照合（レジストレーション）は、様々なデータの集合を、１つの座標系に変換する処理である。データは、複数の写真、及び／または、様々なセンサ、様々な時刻、もしくは様々な視点からのデータであってもよい。画像の照合は、コンピュータビジョン、医療イメージング、及び、人工衛星からの画像及びデータの編集または解析において使用される。照合は、これらの様々な測定によって取得されたデータを比較または統合することを可能にするために必要となるものである。
本発明は、コンピュータ上で実行されるプログラムであって、コンピュータ上で実行されたときに、本明細書に記載された方法のうちの１つ、複数、または全てのステップをコンピュータに実行させるプログラム、及び／または、上記プログラムが（特に、非一時的な形式で）保存されたプログラムストレージ媒体、及び／または、上記プログラムストレージ媒体を含むコンピュータ、及び／または、例えば本明細書に記載された方法の任意のまたは全てのステップを実行するために適したコード手段を含むプラグラム（特に、上記プログラム）を表す情報を搬送する（物理的な、例えば電気的な、例えば工学的に生成された）信号波、例えばデジタル信号波、にも関する。
本発明は、コンピュータ補助手術のためのナビゲーションシステムにも関する。このナビゲーションシステムは、絶対点データ及び相対点データを処理するための上述したコンピュータ、絶対点データを生成し、絶対点データをコンピュータに供給するために主要点及び補助点の位置を特定するための検出装置、相対点データを受信し、相対点データをコンピュータに供給するためのデータインタフェース、及び、ユーザに情報を提供するためにコンピュータから情報を受信するためのユーザインタフェースを含んでいる。ここで、受信されるデータは、コンピュータが実行する処理の結果に基づいてコンピュータによって生成される。
本発明のフレームワークにおいて、コンピュータプログラム要素は、ハードウェア及び／または（ファームウェア、常駐型ソフトウェア、マイクロコード等を含む）ソフトウェアによって実現される。本発明のフレームワークにおいて、コンピュータプログラム要素は、コンピュータプログラム製品の形をとるものであってもよい。コンピュータプログラム製品は、コンピュータが使用可能な、例えばコンピュータが読み取り可能な、データストレージ媒体として実現されるものであってもよい。このデータストレージ媒体には、指令実行システム上でまたは指令実行システムと関連して使用するために、このデータストレージ媒体内に具体的に表されている、コンピュータが使用可能な、特にコンピュータが読み取り可能なプログラム指令、「コード」、または「コンピュータプログラム」が含まれる。このような指令実行システムは、コンピュータであってもよい。コンピュータは、本発明に従うコンピュータプログラム要素及び／またはプログラムを実行するための手段を含むデータ処理装置、特に、コンピュータプログラム要素を実行するためのデジタルプロセッサ（中央処理装置：ＣＰＵ）を含み、さらに、任意選択で、コンピュータプログラム要素を実行するために使用されるデータ、及び／または、コンピュータプログラム要素を実行することによって生成されたデータを保存するための揮発性記憶装置（特に、ランダムアクセスメモリー：ＲＡＭ）を含むデータ処理装置である。
本発明のフレームワークにおいて、コンピュータが使用可能な、例えばコンピュータが読み取り可能な、データストレージ媒体は、指令実行システム、指令実行装置、または指令実行デバイス上で、または、これらのシステム、装置、デバイスと関連して使用するためのプログラムについて、それを含む、それを保存する、それと通信する、それを伝搬させる、またはそれを輸送することが可能な任意のデータストレージ媒体とすることができる。コンピュータが使用可能な、例えばコンピュータが読み取り可能な、データストレージ媒体は、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線、または半導体のシステム、装置、またはデバイスであってもよく、もしくは、例えばインターネットのような伝搬媒体であってもよいが、これらに限定されるものではない。コンピュータが使用可能なまたはコンピュータが読み取り可能なデータストレージ媒体は、プログラムが印刷された紙または他の適切な媒体ですらあってもよい。それは、例えば、紙または他の適切な媒体を光学的にスキャンすることによりプログラムを電子的に取り込み、次いで、適切な手段によりコンパイル、インタープリット、または、他の処理をすることが可能であるからである。好ましくは、データストレージ媒体は、不揮発性のデータストレージ媒体である。
本明細書に記載されたコンピュータプログラム製品、並びに、任意のソフトウェア及び／またはハードウェアは、例示的な実施形態において、本発明の機能を実施するための様々な形をとるものである。コンピュータ及び／またはデータ処理装置は、特に、ガイダンス情報を出力するための手段を含むガイダンス情報装置を含むものであってもよい。ガイダンス情報は、例えば、視覚的指示手段（例えば、モニター及び／またはランプ）による視覚的な方法、及び／または、聴覚的指示手段（例えば、スピーカー及び／またはデジタル音声出力装置）による聴覚的な方法、及び／または、触覚的指示手段（例えば、機器に組み込まれた振動要素）による触覚的な方法により、例えばユーザに対して、出力されるものであってもよい。本明細の目的に対して、コンピュータは工学的コンピュータであり、例えば工学的な（例えば触知可能な）構成要素、例えば機械的な構成要素、及び／または、電子的な構成要素を含むものである。本明細書にこのように記載された任意の装置は、工学的かつ例えば触知可能な装置である。
追跡マーカーの機能は、その空間的位置（すなわち、空間的な場所及び／または配置態様）が確立されるように、マーカー検出装置（例えば、カメラ、または超音波受信器、または、ＣＴ装置もしくはＭＲＩ装置のような分析装置）によって検出されることである。検出装置は、例えば、ナビゲーションシステムの一部である。マーカーは、能動的マーカーであってもよい。能動的マーカーは、例えば、赤外スペクトル、可視スペクトル、及び／または紫外スペクトルの範囲であり得る電磁放射及び／または波動を放射するものであってもよい。但し、マーカーは、受動的なものであってもよい。すなわち、マーカーは、例えば、赤外スペクトル、可視スペクトル、及び／または紫外スペクトルの範囲であり得る電磁放射を反射するか、または、Ｘ線を阻止するものであってもよい。この目的のため、マーカーは、対応する反射特性を有する表面を備えているものであってもよく、または、Ｘ線を阻止するために金属から形成されるものであってもよい。また、マーカーは、無線周波数（radio frequency）の範囲または超音波の波長における電磁放射及び／または波動を反射及び／または放射するものであってもよい。マーカーは、好ましくは、球体及び／または回転楕円体の形状を有しており、したがって、マーカー球とも呼ばれる。但し、マーカーは、角の付いた形状（例えば、立方体）を呈するものであってもよい。
好ましくは、解剖学的部位の一般的な三次元形状を記述する（例えば「定義する」、より具体的には「表す」及び／または「である」）地図データが取得される。したがって、この地図データは、解剖学的部位の地図を表す。地図は、典型的には、複数のオブジェクトの一般モデルからなる。複数のオブジェクトの一般モデルは、全体として複雑な構造を構成する。例えば、地図は、複数の人体から（例えば、このような人体の画像を含む医療画像データから）収集された解剖学的情報から生成された、患者の身体（例えば、身体部位）の統計モデルを構成する。したがって、原理的には、地図データは、複数の人体の医療画像データの統計分析の結果を表す。この結果は、画像として出力されるものであってもよく、この場合、地図データは、医療画像データを含むか、または医療画像データと比較可能である。このような比較は、例えば、地図データと医療画像データとの間の画像融合を行う画像融合アルゴリズムを適用することによって実施することができる。この比較の結果は、地図データと医療画像データの類似尺度であってもよい。
その解剖学的構造が地図データを生成するための入力として用いられる複数の人体は、有利には、例えば性別、年齢、民族、身体寸法（例えば、大きさ及び／または質量）、及び病態のうちの少なくとも１つのような共通の特徴を共有しているものである。解剖学的情報は、例えば人体の解剖学的構造を記述するものであり、例えば人体に関する医療画像情報から抽出される。例えば、大腿骨の地図は、大腿骨頭、大腿骨頚、大腿骨体、大転子、小転子、及び遠位端をオブジェクトとして含み、これらの全体で完全な構造が構成される。脳の地図は、例えば、終脳、小脳、間脳、脳橋、中脳、及び延髄をオブジェクトとして含み、これらの全体で複雑な構造を構成する。このような地図の１つの応用例は、医療画像の区画化（セグメンテーション）である。区画化において、地図は医療画像と適合され、画像データの点（ピクセルまたはボクセル）に適合された地図のオブジェクトを割り当て、それによって画像データを複数のオブジェクトに区画化するために、画像データが適合された地図と比較される。
本発明は、治療用ビームの制御の分野に関する。治療用ビームは、身体部位を治療する。この部位は、治療されるべき部位であり、「治療部位」とも呼ばれる。これらの身体部位は、例えば患者の身体の一部（すなわち、解剖学的身体部位）である。
本発明は、医療分野、及び、例えば、放射線ビームのようなビームを使用して患者の身体部位を治療することに関する。このビームは、治療用ビームともよばれる。治療用ビームは、治療されるべき身体部位（「治療部位」とも呼ばれる）を治療するものである。これらの身体部位は、例えば患者の身体の一部、すなわち解剖学的部位である。治療の目的のために、例えば電離放射線が使用される。例えば、治療用ビームは、電離放射線を含むかまたは電離放射線からなるものである。電離放射線は、原子または分子から電子を解離させてそれらをイオン化するために十分なエネルギーを有する粒子（例えば、亜原子粒子またはイオン）または電磁波を含むか、またはこのような粒子または電磁波からなる。このような電離放射線の例には、Ｘ線、高エネルギー粒子（高エネルギー粒子ビーム）、及び／または、放射性元素から放出される電離放射線が含まれる。治療用放射線、例えば治療用ビームは、例えば腫瘍学の分野において、放射線治療で使用される。特に癌を治療するために、腫瘍のような病理学的構造または組織を含む身体部位が、電離放射線を使用して治療される。したがって、腫瘍は治療部位の例である。
治療用ビームは、好ましくは、治療用ビームが治療部位を通過するように制御される。しかし、治療用ビームは、治療部位の外側の身体部位に悪影響を及ぼす可能性がある。本明細書において、これらの部位を「外側部位」ともいう。一般に、治療用ビームを治療部位に到達させて通過させるためには、外側部位を通過させる必要がある。
この点について、次の２つのウェブページも参照されたい。
http://www.elekta.com/healthcare_us_elekta_vmat.php
http://www.varian.com/us/oncology/treatments/treatment_techniques/rapidarc
治療部位は、１つまたは複数の方向から１回または複数回出射された１つまたは複数の治療用ビームにより治療することができる。したがって、少なくとも１つの治療用ビームによる治療は、特定の空間的パターン及び時間的パターンに従う。少なくとも１つの治療用ビームによる治療の空間的特性及び時間的特性を記述するため、「ビーム構成」という用語が使用される。治療用ビーム構成は、少なくとも１つの治療用ビームの構成である。
「ビーム位置」は、ビーム構成の治療用ビームの位置を表す。ビーム位置の構成を、位置構成という。ビーム位置は、好ましくは、ビーム方向及び追加の情報によって定められる。追加の情報は、特に三次元空間において、治療用ビームに対して特定の場所を指定することを可能とする情報であり、例えば、定められた座標系における座標の情報である。この特定の場所は、好ましくは直線上の一点である。この直線は、「ビームライン」と呼ばれ、ビーム方向に沿って、例えば治療用ビームの中心軸に沿って、延びる。座標系は、好ましくは、治療装置または患者の身体の少なくとも一部に対して定められる。位置構成は、少なくとも１つのビーム位置を含み、例えば少なくとも１つのビーム位置から構成され、少なくとも１つのビーム位置は、複数のビーム位置の離散集合（例えば、２つ以上の異なるビーム位置）、または連続的な多重性（多様性）を有する複数のビーム位置を含む。
例えば、治療の間、１つまたは複数の治療用ビームは、位置構成によって定められた治療用ビーム位置を同時にまたは順次的にとる（順次的にとるのは、特に、治療用ビームを放射するビーム源が１つだけの場合である）。幾つかのビーム源がある場合、治療の間の治療用ビームによって、全てのビーム位置の少なくとも部分集合が同時にとられる場合もある。例えば、治療用ビームの１つまたは複数の部分集合が、予め定義された順序に従って、ビーム構成の複数のビーム位置をとるものであってもよい。治療用ビームの部分集合は、１つまたは複数の治療用ビームを含む。位置構成によって定義された全てのビーム位置をとる１つまたは複数の治療用ビームを含む全体集合が、ビーム構成である。
医療分野において、画像撮影法（所謂は、画像撮影モダリティ及び／または医療用画像撮影モダリティ）は、人体の解剖学的構造（例えば、柔組織、骨、臓器等）の画像データ（例えば、二次元画像データまたは三次元画像データ）を生成するために使用される。「医療用画像撮影法」という用語は、（有利には、装置に基づく）画像撮影法（所謂、医療用画像撮影モダリティ及び／または放射線画像撮影法）を意味するものとして理解されている。それらは、例えば、コンピュータトモグラフィー（ＣＴ）及びコーンビーム・コンピュータトモグラフィー（ＣＢＣＴ、特に、ボリューメトリックＣＢＣＴ）、Ｘ線トモグラフィー、磁気共鳴トモグラフィー（ＭＲＴまたはＭＲＩ）、従来のＸ線、ソノグラフィー及び／または超音波検査、並びに、陽電子放射トモグラフィーである。このようにして生成された画像データは、「医療用画像データ」とも呼ばれる。
分析装置は、例えば装置に基づく画像撮影法において、画像データを生成するために使用される。画像撮影法は、例えば医療診断のために使用され、画像データによって記述される画像を生成するために解剖学的身体構造を分析するものである。画像撮影法は、例えば、人体中の病変を検出するためにも使用される。但し、構造（組織）中の病変のような解剖学的構造中の変化には、検出可能ではなく、例えば画像撮影法によって生成される画像で視覚化できないものもある。腫瘍は、解剖学的構造中の病変の例に相当する。腫瘍が成長すると、膨張した解剖学的構造を示すといわれる。例えば、この膨張した解剖学的構造は、検出可能ではない場合があり、例えば、膨張した解剖学的構造の一部のみが検出可能である場合もある。例えば、原発脳腫瘍または悪性度の高い脳腫瘍は、造影剤が腫瘍に浸透するように使用された場合、通常、ＭＲＩ走査で見ることができる。ＭＲＩ走査は、画像撮影法の一例に相当する。このような脳腫瘍のＭＲＩ走査の場合、ＭＲＩ画像中の（造影剤が腫瘍に浸透したことによる）信号強調部が、固形腫瘍塊を示すものと考えられる。したがって、この腫瘍は検出可能であり、特に、画像撮影法によって生成された画像で識別可能である。“強調化“腫瘍と呼ばれるこれらの腫瘍に加えて、脳腫瘍の約１０％は走査で識別できず、例えば画像撮影法で生成された画像を見るユーザに対して可視化されないと考えられる。
画像融合は、弾性画像融合または剛性画像融合であってもよい。剛性画像融合の場合、二次元画像のピクセル間の相対位置、及び／または三次元画像のボクセル間の相対位置は固定されており、一方、弾性画像融合の場合は、これらの相対位置を変化させることができる。
本出願において、「弾性画像融合」という用語の代わりに「画像モーフィング」という用語も用いられるが、両者は同じ意味である。
弾性画像変換（例えば、弾性画像融合の変換）は、例えば、１つのデータセット（例えば、例えば第１の画像のような、第１のデータセット）から別のデータセット（例えば、例えば第２の画像のような、第２のデータセット）への継ぎ目のない遷移が可能となるように設計される。この変換は、例えば、第１及び第２のデータセット（画像）のうちの一方が、例えば第１及び第２の画像のうちの他方における同じ場所に対応する構造（例えば、対応する画像要素）が配置されるように、変形されるものである。第１及び第２の画像のうちの一方から変換された変形（変換）画像は、例えば、第１及び第２の画像のうちの他方と可能な限り類似する。好ましくは、最適な類似度が得られる変換を見つけるために、（数値的）最適化アルゴリズムが適用される。この類似度は、好ましくは、類似性の尺度（以下では、「類似尺度」ともいう）によって測られる。
最適化アルゴリズムのパラメータは、特に、変形場のベクトルである。これらのベクトルは、最適化アルゴリズムによって最適な類似度が生じるように決定される。したがって、最適な類似度は、最適化アルゴリズムに対する条件、特に拘束条件を表す。ベクトルの後端は、例えば変換される第１及び第２の画像のうちの一方のボクセル位置にあり、ベクトルの先端は、変換された画像の対応するボクセル位置にある。好ましくは、例えば２０、１００、１０００、または、１００００等々よりも多数のベクトルが準備される。好ましくは、変換（変形）に対する（他の）複数の拘束条件があり、これは、例えば、異常な変換（例えば、全てのボクセルが同じ位置に移動するような変換）を回避するためである。これらの拘束条件には、例えば、変換が正則であるという条件が含まれる。この拘束条件は、例えば、変形場（例えば、ベクトル場）の行列から計算されるヤコビ行列式が、ゼロよりも大きいことを意味する。また、拘束条件には、変換（変形）された画像が自己交差していないという条件、及び、例えば、変換（変形）された画像に、ずれ及び／または破れが含まれないという条件も含まれる。また、拘束条件には、例えば、画像と同時にかつ対応する態様で構造格子が変換される場合、構造格子が、そのどの位置でも折り重ならないという条件が含まれる。
最適化問題は、例えば、反復により解かれる。この反復は、例えば最適化アルゴリズム、例えば一階の最適化アルゴリズムによって実行される。一階の最適化アルゴリズムは、例えば勾配降下アルゴリズムである。最適化アルゴリズムの他の例には、滑降シンプレックスアルゴリズムのような、微分を使用しない最適化アルゴリズム、または、広義ニュートン法に基づくアルゴリズムのような、高階の微分を使用するアルゴリズムが含まれる。最適化アルゴリズムは、好ましくは、局所的最適化を実行するものである。但し、複数の局所最適解が存在する場合、例えばシミュレーテッド・アニーリングまたは遺伝的アルゴリズムのような大域的アルゴリズムを使用するものであってもよい。線形最適化問題の場合には、例えばシンプレックス法を使用することができる。
最適化アルゴリズムの各ステップにおいて、ボクセルは、例えば、特定の方向に特定の大きさで、類似度が増大するように移動される。この大きさは、好ましくは、所定の限界値よりも小さく（例えば、画像の直径の１／１０、または１／１００、または１／１０００よりも小さい）、また、例えば、隣接するボクセル間の距離に略等しいかまたはそれよりも小さいものである。大きな変形は、例えば（反復の）ステップ数を増大させることにより実行することができる。
既定の弾性融合変換は、例えば、第１のデータセット（第１の画像）と第２のデータセット（第２の画像）との間の類似度（または、類似尺度。上記参照）を決定するために使用することができる。この目的を達成するため、弾性融合変換と恒等変換との偏差が決定される。偏差の度合いは、例えば、弾性融合変換と恒等変換の行列式の差を決定することによって計算することができる。偏差が大きいほど、類似度は低い。したがって、この偏差の度合いは、類似性の尺度を決定するために使用することができる。
類似性の尺度は、例えば、第１のデータセットと第２のデータセットとの間の既定の相関に基づいて決定されるものであってもよい。
本発明は、特に、ドイツ国のＢｒａｉｎｌａｂ（登録商標） ＡＧの製品であるＡｉｒｏ（登録商標）及びＥｘａｃＴｒａｃ（登録商標）の使用に関連し得る。
以下に、本発明の実施形態を表す添付図面を参照して本発明を説明する。但し、本発明の範囲は、図示された特定の特徴によって限定されるものではない。
図１は、治療装置、患者用寝台、及び可搬型ＣＴ装置を含む本発明に従うシステムを示す図である。 図２は、本発明に従う手順の第１の例を示す図である。 図３は、本発明に従う手順の第２の例を示す図である。
図１には、本発明に従う放射線治療システムが示されており、このシステムは、可搬型（すなわち、自由に移動可能な）ＣＴ装置（ＣＴスキャナー）３を含んでいる。放射線治療システムは、さらに、治療用ビームを放射する線形加速器（ＬＩＮＡＣ）を含む従来の治療装置１を含んでおり、ＬＩＮＡＣは、治療装置１の治療用寝台２上に横たわる患者の身体内の標的に照射する治療用ビームを放射する。
患者用寝台２上に横たわる患者について、特に患者の身体内の標的への照射の直前または直後に、更新されたＣＴ画像を取得する必要がある場合、患者用寝台が、図１に示す位置へ鉛直軸回りに回転される。可搬型ＣＴ装置３の円形のガントリーを運転するための空間を確保するために、図１に示すように、治療装置１の加速器頭部を、ＣＴ装置３が患者のＣＴ画像を取得するために配置される場所として計画された場所から離れるように、傾けるものであってもよい。さらに、患者用寝台２を、その基部に対して治療装置１の加速器頭部から離れるように移動させるものであってもよい。
治療装置１及び患者用寝台２を、ＣＴ装置が患者の少なくとも１つのＣＴ画像を取得可能なように配置した後、ＣＴ装置３は、治療装置１及び患者用寝台２に対して予め定められた位置に移動される。この目的のため、初期的な駐機位置（図１における図示は省略する）からの既定の径路が、誘導ループによって定められる。ＣＴ装置２は、他の場所で使用された後、医療スタッフによって手動で初期的な駐機位置まで運ばれるものであってもよい。ＣＴ装置は、駐機位置から開始して、患者用寝台２に隣接する終期位置まで、案内ユニットの誘導ループ４によって定められた径路に沿って自動的に移動する。
さらに、この放射線治療システムは、光学的追跡システム６を含む。光学的追跡システムは、ＣＴ装置３のガントリーに取り付けられた光学的追跡マーカー８を識別するように構成されたカメラ・アレイを有する。カメラ・アレイは、治療装置１に対して既定の位置に設けられるため、治療装置１に対する追跡マーカー８の位置を、したがってＣＴ装置３の位置も、特定することができる。この相対的な位置に基づいて、ＣＴ装置３によって取得された画像から導出される任意の位置データを、治療装置１の座標系に変換することができる。
別の例において、誘導ループ４は、例えば光学的追跡マーカー・アレイに置き替えられるものであってもよい。これによって、ＣＴ装置に取り付けられた追跡カメラが、治療装置１に対するＣＴ装置３の位置を正確に決定することが可能となる。
案内ユニットによって特定され得る相対位置が十分に正確である場合、光学的追跡システム６は、省略することもできるが、ＣＴ装置３の位置を特定するための冗長システムとして残すものであってもよい。
ＣＴ装置３の座標系から治療装置１の座標系へ位置データを変換するための別の方法は、治療用寝台２上に横たわる患者のＸ線画像を取得する画像撮影装置５を配置することによって可能となる。これらのＸ線画像は、画像撮影装置１の座標系に準拠して取得され、ＣＴ装置３によって取得されたＣＴ画像と照合することができる。この画像照合によって、ＣＴ画像から導出される任意の位置データを、治療装置１の座標系に変換することが可能となる。
さらに、この放射線治療システムは、上述した方法のステップを実行するために必要な計算能力を備えたコンピュータ７を含む。このコンピュータは、少なくとも１つのデータリンクを介して、図１に示す残りの構成要素に接続される。コンピュータ７に接続されたコンピュータ用モニター９は、ユーザインタフェースを提供する。このユーザインタフェースは、特に、（誘導ループ４を使用してＣＴ装置３を自動的に配置することが望ましくない場合）、患者のＣＴ画像を取得するために医療スタッフがＣＴ装置３を患者用寝台２に隣接する位置まで手動で移動させるために役立つものであってもよい。
図２及び図３は、本発明に従う処理手順の２つの例を示しており、その説明は、各図中に記載されている。

Claims (16)

  1. 治療装置（１）によって放射される少なくとも１つの治療用ビームの位置の治療用ビーム構成を用いた放射線治療によって治療される患者の身体内の軟組織部位の位置を決定するために、コンピュータ（７）が実行するデータ処理方法であって、
    ａ．治療装置（１）に対して治療位置に位置している患者の身体の身体部位の、患者の身体及び／または治療装置（１）に対して位置決めされるように構成された可搬型ＣＴ装置（３）に割り当てられた座標系における位置の情報を含むＣＴ画像データを取得するステップ、
    ｂ．ＣＴ装置（３）に割り当てられた座標系と治療装置（１）に割り当てられた座標系との間の第１の変換についての情報を含む第１の変換データを取得するステップ、及び、
    ｃ．ＣＴ画像データ及び第１の変換データに基づいて、治療装置（１）に割り当てられた座標系における身体部位の位置についての情報を含む位置データを決定するステップ、を含むデータ処理方法。
  2. 第１の変換データを取得するステップは、治療装置（１）に対するＣＴ装置（３）の空間位置を特定するように構成された位置検出ユニット（６）を使用するステップを含み、特に、位置検出ユニット（６）は、
    ａ．光学的追跡システム、
    ｂ．電磁追跡システム、
    ｃ．超音波追跡システム、
    ｄ．ＣＴ装置（３）の運搬移動を引き起こすように構成された駆動要素に割り当てられ、駆動要素の既知の初期位置に対する該駆動要素の現在位置を特定するように構成されたセンサ、
    ｅ．ＣＴ装置（３）に割り当てられ、案内径路を定めるマーカーを検出するように構成されたセンサ装置、特にカメラ、及び、
    ｆ．３次元の表面構造を測定するように構成された三次元レンジカメラを含む追跡システム、からなるグループから選択された少なくとも１つの要素を含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ処理方法。
  3. 第１の変換データを取得するステップは、ＣＴ装置（３）を、ＣＴ装置（３）の第１の位置とＣＴ画像データを取得可能なＣＴ装置（３）の第２の位置との間の径路に沿って案内するように構成された案内ユニット（４）を使用するステップを含み、特に、案内ユニット（４）は、治療装置（１）に対するＣＴ装置（３）の空間位置を特定するように構成され、及び／または、第２の位置は、治療装置（１）に対して予め定められており、及び／または、案内ユニット（４）は、
    ａ．案内径路を定める誘導ループ、
    ｂ．ＣＴ装置（３）に割り当てられ、案内径路を定めるマーカーを検出するように構成されたセンサ装置、特にカメラ、
    ｃ．案内ユニット（４）が第２の位置への径路を判別可能なように電磁放射を放射する送信器と該電磁放射を受信する対応する受信器であって、送信器または受信器はＣＴ装置に取り付けられ、
    ｄ．治療装置（１）に対するＣＴ装置（３）の結合位置を定める機械的結合部、からなるグループから選択された少なくとも１つの要素を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のデータ処理方法。
  4. ａ．治療装置（１）に対する身体部位の位置についての情報を含む位置決め用画像データを取得するステップ、及び、
    ｂ．位置決め用画像データ及びＣＴ画像データに基づいて、第１の変換データを決定するステップ、をさらに含み、位置決め用画像データを取得するために、治療装置（１）に割り当てられた位置決め用画像撮影装置（５）、特にＸ線画像撮影装置、が使用され、位置決め用画像データはＣＴ画像データと照合される、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のデータ処理方法。
  5. 患者の身体内の軟組織の位置の照合の一貫性を判別するために、
    ａ．特に処理装置（１）に対して治療位置とは異なる位置をとる患者の身体の、身体部位の位置についての情報を含む計画用ＣＴ画像データを取得するステップ、
    ｂ．計画用ＣＴ画像データに割り当てられた座標系と治療装置（１）に割り当てられた座標系との間の第２の変換についての情報を含む第２の変換データを取得するステップ、及び、
    ｃ．第２の変換データ、計画用ＣＴ画像データ、及びＣＴ画像データに基づいて、計画用ＣＴ画像データに基づいた軟組織部位の位置の照合が、治療装置（１）に対して治療位置をとる患者の身体用として有効か否かについての情報を含む一貫性データを決定するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のデータ処理方法。
  6. 第２の変換データを取得するステップは、
    ａ．位置決め用画像データを計画用ＣＴ画像データと照合するステップ、または、
    ｂ．ＣＴ画像データを計画用ＣＴ画像データと照合する、特に直接照合するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のデータ処理方法。
  7. ａ．治療用ビーム構成を使用する身体部位の放射線治療の、特に計画用ＣＴ画像データに基づいて定義される、拘束条件についての情報を含む治療条件データを取得するステップ、及び、
    ｂ．治療条件データ及び一貫性データに基づいて、治療装置（１）に対して治療位置をとる患者に対して治療の拘束条件が満たされているか否かについての情報を含む条件一貫性データを決定するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項５または６に記載のデータ処理方法。
  8. ａ．位置決め用画像データをＣＴ画像データと照合するステップ、及び／または、
    ｂ．位置決め用画像データを計画用ＣＴ画像データと照合するステップ、及び／または、
    ｃ．ＣＴ画像データを計画用ＣＴ画像データと照合するステップは、特に患者の身体の照合される画像データ中の骨構造の特定に基づく、画像の照合の手順を含むことを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載のデータ処理方法。
  9. 画像データを照合するステップは、弾性画像融合を含むことを特徴とする請求項８に記載のデータ処理方法。
  10. ａ．治療装置（１）の患者用寝台に位置する患者の身体を用いて身体部位のＣＴ画像を取得することを可能にする、身体部位、治療装置、及び可搬型ＣＴ装置（３）の空間的配置構成についての情報を含む撮影用配置データを取得するステップ、
    ｂ．身体部位、治療装置（１）、及び可搬型ＣＴ装置（３）の現在の空間的配置構成についての情報を含む現行配置データを取得するステップ、
    ｃ．撮影用配置データと現行配置データに基づいて、ＣＴ画像データを取得可能な空間的配置構成を実現するための身体部位、治療装置（１）、及び／または、可搬型ＣＴ装置（３）の再配置についての情報を含む再配置データを決定するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項１から９に記載のデータ処理方法。
  11. 患者の身体、治療装置（１）、及び／またはＣＴ装置（３）を自動的に再配置するように構成された少なくとも１つの再配置ユニットに再配置データが送信されることを特徴とする請求項１０に記載のデータ処理方法。
  12. 患者の身体、治療装置（１）、及び／またはＣＴ装置（３）の必要な再配置に関して医療スタッフに再配置情報を提供するように構成された出力ユニットにデータが送信されることを特徴とする請求項８または１１に記載のデータ処理方法。
  13. 治療装置（１）によって放射される少なくとも１つの治療用ビームの位置の治療用ビーム構成を用いた放射線治療によって治療される患者の身体内の軟組織部位の位置を決定するためのシステムであって、
    ａ．治療用ビーム構成を発生させるように構成された治療装置、
    ｂ．放射線治療の間に患者の身体を支持するように構成された患者用寝台、及び、
    ｃ．放射線治療場所に運搬され、治療装置（１）及び／または患者用寝台（２）に対して移動し、患者の身体のＣＴ画像データを取得するように構成された可搬型ＣＴ装置、を含むシステム。
  14. ａ．ＣＴ画像データを取得可能な空間的配置構成を実現するために、患者用寝台（２）、治療装置（１）、及び／または可搬型ＣＴ装置（３）を再配置するように構成された再配置ユニット、
    ｂ．ＣＴ装置（３）の第１の位置とＣＴ装置（３）のＣＴ画像データの取得が可能な第２の位置との間の径路に沿ってＣＴ装置を案内するように構成され、特に治療装置に対するＣＴ装置（３）の空間的位置を決定するように構成され、及び／または、第２の位置が治療装置に対して予め定められている案内ユニット（４）、
    ｃ．治療装置（１）に割り当てられ、治療装置（１）に対して既知の空間的位置に設けられ、特にＸ線画像を作成するように構成された位置決め用画像装置（５）、
    ｄ．治療装置（１）に対するＣＴ装置（３）の空間的位置を特定するように構成された位置検出ユニット（６）、及び、
    ｅ．請求項１から１２のいずれか１項に記載のデータ処理方法を実行するように構成されたコンピュータ、からなるグループから選択された少なくとも１つの要素をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
  15. コンピュータ上で実行されるプログラムであって、コンピュータ上で実行されたときに請求項１から１２のいずれか１項に記載のデータ処理方法のステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラム、及び／または、該コンピュータプログラムが保存された、特に非一時的なプログラムストレージ媒体。
  16. 治療装置（１）によって放射される少なくとも１つの治療用ビームの位置の治療用ビーム構成を用いた放射線治療によって治療される患者の身体内の軟組織部位の位置を決定するためのシステムであって、請求項１５に記載のプログラムが保存された、及び／または実行されているコンピュータ（７）を含むシステム。
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