JP2019507638A - 近接照射療法システム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、患者体への放射線の適用を支援する近接照射療法システムに関する。このシステムは、少なくとも１つの放射線源を体領域に固定するよう構成されたアプリケータ１と協働し、アプリケータ１を含む体領域の３次元画像を生成するよう構成された超音波デバイス３を含む。更に、画像生成ユニット９は、アプリケータ１の予め記憶された３次元モデルを備え、体領域の３次元画像に基づき、アプリケータ１に関する位置情報を取得し、位置情報に基づき、体領域の３次元画像とアプリケータ１の予め記憶された３次元モデルとを整列させるよう構成される。

Description

本発明は一般に近接照射療法の分野に関する。より詳細には、本発明は、患者体の体領域への放射線の適用を支援する近接照射療法システム、このシステムを作動させる方法、及びこの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。

近接照射療法では、１つ又は複数の放射線源が、腫瘍を含む治療領域における患者の体内に配置される。各放射線源は、この組織に含まれる腫瘍細胞を破壊することを主な目的として周囲の組織を治療するために電離放射線を放出する。通常、一時的近接照射療法と呼ばれる１つのタイプの近接照射療法では、特に腫瘍細胞に所定の放射線量を適用するため、放射線源が所定の短い時間間隔の治療内に置かれる。このタイプの近接照射療法は、子宮頸癌及び前立腺癌などの他のタイプの癌の効率的な治療を可能にする。

放射線源を治療領域内に配置するため、いわゆるアプリケータが使用される。放射線治療を準備するため、アプリケータは、放射線源を含まずに治療領域に挿入される。アプリケータが正確に配置されると、線量計算ユニットは、特に、アプリケータと腫瘍との間の相対位置に基づき、及び治療領域の解剖学的構成に基づき、適用される線量分布を決定する。この線量分布に基づき、アプリケータ内の１つ又は複数の放射線源の位置及び治療時間を特定する照射計画が決定される。その結果、腫瘍細胞が十分に治療され、腫瘍細胞を囲む感受性組織（リスクにさらされる器官とも呼ばれる）が、最低限の放射線量を受ける。その後、放射線源は、照射計画に基づきアプリケータに供給される。

アプリケータの配置を案内するのを助けるため、適切な撮像モダリティを使用して取得された治療領域の画像が使用される。更に、線量分布及び照射計画は、アプリケータが正確に位置決めされるとき取得された画像に基づき決定される。これに関して、好ましい撮像モダリティは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）及び磁気共鳴（ＭＲ）撮像である。なぜなら、これらのモダリティが、治療領域の解剖学的構成及びアプリケータの位置を正確に決定することを可能にするからである。しかしながら、ＣＴ又はＭＲ撮像は、必要な撮像装置が高コストであるために病院で利用できないことが多い。特に、発展途上国における病院はしばしば、ＣＴ又はＭＲ撮像装置を持たないことが多い。

ＣＴ又はＭＲ撮像が利用可能でないとき、照射計画は、異なる（直交する）方向から取得され得るいくつかの２次元Ｘ線画像に基づきしばしば決定される。しかしながら、子宮頸部、子宮、膀胱、直腸などの軟組織は通常、斯かる画像では見られない。その結果、患者の解剖学的構造の実際のサイズ及び形状を考慮せずに線量計算が行われる。結果として、照射計画は、腫瘍容積に対して不十分な投与量を生成する可能性があり、及び／又は危険にさらされる器官に関して過剰投与量を生成する可能性がある。

ＷＯ２０１５／１８１６３２号は、近接照射療法治療に関する治療計画を生成するシステムを開示する。このシステムでは、治療アプリケータを含む解剖学的領域の超音波画像が取得される。更に、アプリケータの位置は、アプリケータに取り付けられたマーカーを含む追跡デバイスにより提供される追跡情報に基づき決定される。追跡情報に基づき、アプリケータのグラフィカル表現が超音波画像に投影される。更に、解剖学的領域のＣＴ画像が得られ、アプリケータのグラフィック表現がＣＴ画像に投影される。そこで、治療組織の改善された視覚化を提供するため、超音波画像及びＣＴ画像における治療アプリケータのグラフィカル表現を位置合わせすることにより、超音波画像及びＣＴ画像が結合される。

従って、本発明の目的は、ＭＲ又はＣＴ撮像を用いる治療計画と比較して低コストで実現されることができる高品質の近接照射療法治療計画を可能にすることである。

一態様では、本発明は、患者体の体領域への放射線の適用を支援する近接照射療法システムを提供する。このシステムは、体領域に少なくとも１つの放射線源を固定するよう構成されたアプリケータと協働する。このシステムは、アプリケータを含む体領域の３次元画像を取得するよう構成された超音波（ＵＳ）デバイスと、画像生成ユニットとを含む。画像生成ユニットは、上記アプリケータの予め記憶された３次元モデルを含み、上記体領域の３次元画像に基づき上記アプリケータに関する位置情報を取得し、上記位置情報に基づき上記体領域の３次元画像と上記アプリケータの予め記憶された３次元モデルとを整列させるよう構成される。

このシステムは、ＣＴ又はＭＲデバイスの代わりに体領域の３次元画像を取得するＵＳデバイスを含むので、ＵＳデバイスの著しく低いコストを考慮すると、このシステムは低コストで実現されることができる。更に、体領域のＵＳ画像とアプリケータのモデルとを整列させることにより、アプリケータがＵＳ画像において完全には見えない場合でも、体領域内のアプリケータの位置が正確に決定されることができる。結果として、特に、ＵＳ撮像用に特別に構成されていないアプリケータを使用することも可能である（通常、従来のアプリケータの場合、ＣＴ又はＭＲ撮像用に構成されるのが典型的である）。アプリケータのモデルは好ましくは、画像空間におけるアプリケータの適切な表現を含む。その結果、アプリケータが、体領域のＵＳ画像において整列されることができる。

本発明の一実施形態では、上記位置情報が、上記体領域の３次元画像に基づき決定される。特に、システムのユーザは、体領域の３次元画像内にアプリケータの点をマーキングすることができ、システムは、これらのマーキングされた点に基づき位置情報を決定することができる。体領域の画像における点をマーキングすることを可能にするため、システムは、好ましくは、上記体領域の上記３次元画像をユーザに表示する表示デバイスと、上記表示された画像内で上記アプリケータの上記所定の点をマーキングするためのユーザ入力を受信する入力デバイスとを有する。

一実施形態では、上記位置情報が、上記体領域の画像内にマークされた上記アプリケータの所定の点の位置に対応する。これらの所定の点は、例えばアプリケータの要素間の接続要素の先端及び点のような、画像において容易に識別されることができるアプリケータの特定の顕著な点に対応することができる。

関連する実施形態は、上記アプリケータのモデルが、対応する点を含み、上記画像生成ユニットは、上記体領域の画像と上記アプリケータのモデルとを整列させ、上記アプリケータの上記モデルの上記点は、上記体領域の画像内にマークされた位置に配置されることを提供する。

更なる関連する実施形態では、上記アプリケータの３次元モデルが、複数の所定の点のセットを含み、上記位置情報は、上記セットのサブセットに含まれる所定のポイントの位置に対応する。従って、例えば（選択されたサブセットに含まれていない）いくつかの所定の点が、体領域の３次元画像において見えない場合、システムのユーザは、マークされるべき所定の点のサブセットを選択することができる。

一実施形態では、上記位置情報が、上記体領域の画像内にマークされた上記アプリケータの所定の点、及び上記体領域の画像内にマークされた上記アプリケータの更なる点の１つの位置に対応し、上記アプリケータの所定の点は、上記アプリケータのモデルの所定の点に対応する。この実施形態の利点は、システムのユーザが、アプリケータの１つの所定の点をマークするだけでよく、位置情報を決定するために使用される更なる点を任意に選択できることである。

関連する実施形態では、上記画像生成ユニットが、上記マークされた点から上記画像内の上記アプリケータの向きを決定し、上記画像生成ユニットは、上記体領域の画像と上記アプリケータのモデルとを整列させ、前上記アプリケータの上記マークされた所定の点と上記モデルの対応する点とが同じ位置に配置され、上記モデルの方向ベクトルは上記決定された方向と整列される。

本発明の一実施形態では、上記アプリケータが、複数の要素を含み、上記画像生成ユニットは、各要素に関する位置情報を取得し、要素に関連付けられる上記位置情報に基づき、上記アプリケータの上記モデルの対応する各要素と上記体領域の上記３次元画像とを整列させる。従って、この実施形態では、アプリケータの異なる要素が、体領域の画像と独立に整列されることができる。これにより、アプリケータモデルと体領域の画像とのより正確な整列が達成されることができる。

画像生成ユニットがアプリケータモデルの１つの要素を体領域の画像と整列させることを可能にするため、ユーザは、要素の少なくとも２つの所定の点又は体領域の画像における１つの所定の点及び更なる点をマークすることができ、画像生成ユニットは、前述した方法でマーキングされた点を使用してアプリケータモデルの要素を整列させることができる。

本発明の一実施形態では、近接照射療法システムが、上記アプリケータのモデルと上記体領域の画像をユーザに表示する表示ユニットを更に有し、上記画像生成ユニットが更に、ユーザにより提供される入力コマンドに基づき、上記体領域の画像に対して上記アプリケータの上記モデルを移動及び／又は回転させる。これにより、位置情報に基づかれる整列が、体領域の３次元画像に描写されたモデルとアプリケータとの間の最適な一致をもたらさない場合、ユーザは、画像内のアプリケータのモデルを更に調整することができる。

本発明の更なる実施形態では、このシステムは、上記超音波デバイスを用いて取得される複数の３次元画像をスティッチングして上記体領域の３次元画像を生成する視覚化ユニットを更に有する。これは、超音波デバイスの撮像野よりも大きい体領域の画像を生成することを可能にするが、これは通常、関心ボリュームの画像を取得するのに十分なほど大きくはない。

本発明の更なる実施形態では、近接照射療法システムは、上記アプリケータのモデルと上記体領域の画像との相対位置に基づき、上記体領域に適用されるべき放射線線量を計算する線量エンジンユニットを更に有する。

更なる態様において、本発明は、患者体の体領域への放射線の適用を支援する近接照射療法システムを作動させる方法を提供する。上記近接照射療法システムが、体領域内に少なくとも１つの放射線源を固定するアプリケータと協働し、このシステムは、上記アプリケータを含む上記体領域の３次元画像を取得する超音波デバイスと、上記アプリケータの予め記憶された３次元モデルを含む画像生成ユニットとを備える。この方法は、（ｉ）上記画像生成ユニットが、上記体領域の３次元画像に基づき、上記アプリケータに関する位置情報を取得するステップと、（ｉｉ）上記画像生成ユニットが、上記位置情報に基づき、上記体領域の３次元画像と上記アプリケータの上記予め記憶された３次元モデルとを整列させるステップとを有する。

本発明の更なる態様では、コンピュータプログラムが提供される。コンピュータプログラムは、プロセッサで実行されるとき、少なくとも１つのプロセッサに上記方法を実行するよう命令するプログラムコード手段を含む。

請求項１のシステム、請求項１２の方法及び請求項１３のコンピュータプログラムは、特に、従属請求項に規定されるような、類似の及び／又は同一の好ましい実施形態を持つことを理解されたい。

本発明の好ましい実施態様は、従属項又は上記実施形態と個別の独立請求項との任意の組み合わせとすることもできる点を理解されたい。

本発明の一実施形態による近接照射療法システムを概略的かつ例示的に示す図である。 システムにおいて使用可能なアプリケータを概略的かつ例示的に示す図である。 アプリケータのモデルを概略的かつ例示的に示す図である。 方向ベクトルに基づき画像におけるアプリケータのモデルと図示されたアプリケータとの整列を概略的かつ例示的に示す図である。

本発明のこれら及び他の側面が、以下に説明される実施形態から明らかとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。

図１は、特に癌を治療するため、患者体の標的領域への放射線の適用を支援する一時的近接照射療法システムを概略的かつ例示的に示す。一実施形態では、このシステムは、子宮頸癌を治療するために使用される。他の実施形態では、システムは例えば、子宮体癌のような他のタイプの癌を治療するよう構成されることもできる。

システムは、１つ又は複数の放射線源を標的領域に供給するアプリケータ１と協働する。アプリケータ１は、放射性粒子として構成され得る放射源を受ける１つ又は複数のカテーテルを含む。カテーテルを介して、放射線源は、標的領域に供給され、カテーテル内の所定の位置（所謂滞留位置）に保持されることができる。ここで、各カテーテルは、いくつかの可能な滞留位置を提供することができる。実際の放射線治療を開始する前に、アプリケータ１は、放射線源を含まないとき、標的領域に適切に配置される。リスクにさらされる器官（ＯＡＲ）及び標的構造（例えば腫瘍）に対するアプリケータの位置に基づき、照射計画は、以下でより詳細に後述する方法で決定される。照射計画は特に、アプリケータ内の放射線源の滞留位置と照射時間（しばしば滞留時間とも称される）を規定する。次いで、放射線源は、照射計画に基づき、アプリケータ１内に供給され、アプリケータ１内の定位置に保持される。図１に示される実施形態では、放射線源は、アフターローダデバイス２からアプリケータ１に遠隔的に供給される。更なる実施形態では、放射線源も同様にアプリケータ１へと手動で供給されることができる。

図２は、子宮頸癌の近接照射治療に使用されることができるアプリケータ１を概略的かつ例示的に示す。アプリケータ１は、中央のタンデム２１と、２つの卵形２２ａ、２２ｂとを有する。これらは、ジョイント要素２３により接続される。ジョイント要素２３は、タンデム２１及び卵形２２ａ、２２ｂを調節可能な相対位置に保持する。この実施形態によるアプリケータ１の使用では、タンデム２１が、患者の子宮に挿入されることができ、卵形２２ａ、２２ｂが、子宮頸部に面するように配置されることができる。更なる実施形態では、アプリケータ１は、タンデム２１又は卵形２２ａ、２２ｂのみを有する。同様に、アプリケータ１は、タンデム２１及び／又は卵形２２ａ、２２ｂを含まなくてもよく、異なる態様で構成されてもよい。例えば、子宮頸癌を治療するとき、リングタンデム、間質性又は膣アプリケータが使用されることができる。一般に、アプリケータ１の構成は、患者の体の標的領域に基づき構成されてもよく、従って、子宮頸癌ではない他のタイプの癌を治療するために使用される場合、他の要素を有してもよい。

更に、このシステムは、患者体内の標的領域の３次元画像を取得するＵＳデバイス３を有する（図１参照）。ＵＳデバイス３は例えば、ある撮像野の３次元ＵＳ画像を取得するよう構成されたＵＳプローブ４を含み、これは例えば、ウォブラープローブとすることができる。ＵＳデバイス３は、ＵＳ画像データを生成し、このデータは、視覚化ユニット５に送信される。ＵＳ画像データから、視覚化ユニット５は、システムのユーザ（典型的には医師）がＵＳプローブ４を使用してＵＳ画像データを取得した関心ボリュームの３次元画像を生成することができる。更に、視覚化ユニット５は好ましくは、いくつかのより小さいボリュームの重なり合ったＵＳ画像を結合すること（いわゆるスティッチング）により、完全な標的領域の３次元ＵＳ画像を自動的に生成するよう構成される。従って、ＵＳプローブ４の撮像野よりも大きい関心ボリュームの３次元画像を生成することが可能である。この撮像野は通常は比較的小さい。

好ましくは、視覚化ユニット５は、ユーザ入力を必要とせずにＵＳ画像を結合する自動スティッチング手順を実行する。原理的には、この目的のため、当業者に既知の任意の自動ステッチングアルゴリズムが視覚化ユニット５において適用されることができる。視覚化ユニットにおいて適用可能な１つの例示的なアルゴリズムは、Ｒ．Ｄａｌｖｉらによる「３Ｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｖｏｌｕｍｅ Ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ Ｐｈａｓｅ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｈａｒｒｉｓ Ｃｏｒｎｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｏｒｔｈｏｐａｅｄｉｃ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＳＰＩＥ ｍｅｄｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ（ｐ．７６２３３０）に記載される。更なる例示的なアルゴリズムでは、視覚化ユニット５は、最初にＵＳ画像をセグメント化し、その結果、これらの画像が解剖学的構造の境界を含む。次に、セグメント化された画像は、強度ベースの位置合わせ方法を用いて結合される。この方法では、正規化された相互相関がメトリックとして用いられ、共通の特徴が重なり合うよう第１の画像を第２の画像にマッピングする変換が得られることができる。この変換は、互いに整列しているよう画像を結合するために、第１の画像に適用される。

視覚化ユニット５で生成された３次元ＵＳ画像は、表示デバイス６によりシステムのユーザに表示されることができる。更に、システムは、入力手段７を含む。これは、ユーザが、システムと対話し、特に表示デバイス６でユーザに提示されるビューと対話することを可能にする。入力手段７は特に、キーボードと、コンピュータマウス又はトラックパッドのようなポインティングデバイスとを有することができる。

更に、このシステムは、放射線治療の標的構造、即ち腫瘍、及び３次元ＵＳ画像における関心構造を識別し、及び描写するよう構成された器官セグメンテーションユニット８を含む。更なる関心構造は特に、放射線治療中に低線量を受けるべきＯＡＲを含むことができる。子宮頸癌の近接照射治療の場合、斯かるＯＡＲは特に、子宮、子宮頸部、膀胱及び直腸を含み得る。標的構造及び更なる構造を識別及び描写するため、自動又は半自動画像処理ベースのアルゴリズムが使用されることができる。自動手順において、器官セグメンテーションユニット８は、適切な画像認識技術を使用して、関連する構造を自動的に描写することができる。半自動手順では、ユーザは、関連する構造の輪郭の点及び／又は部分をマーキングすることができ、器官セグメンテーションユニット８は、適切な画像認識技術を使用してユーザ規定部分に基づき完全な構造を描写してもよい。

以下でより詳細に説明するように、システムは、アプリケータ再構成ユニット９を更に有する。これは、半自動手順において標的領域の３次元ＵＳ画像に対してアプリケータ１の３次元モデル３１を位置決めするよう構成される。これにより、アプリケータ再構成ユニット９は、アプリケータ１のモデル３１と、標的領域のＵＳ画像とを整列させる。その結果、標的領域の画像ボリュームに対するアプリケータ１のモデル３１の相対的な位置が、アプリケータ１と標的領域との相対的な位置におよそ対応する。

これに基づき、並びに標的領域のＵＳ画像における標的構造及びＯＡＲなどの更なる関連構造の描写に基づき、線量エンジンユニット１０は、標的構造の放射線治療のための照射計画を生成する。前述したように、照射計画は、放射線源の数及びその強度、アプリケータ１内の放射線源の滞留位置（即ち、その装填パターン）、並びに放射線源に関する滞留時間を特定する。線量エンジンユニット１０は、十分な放射線量が標的構造に供給されるように照射計画を生成し、これは、標的構造を効率的に治療することを可能にする。同時に、照射計画は、ＯＡＲ（例えば、子宮頸癌の治療の場合の直腸及び膀胱）が可能な最低の放射線量を受けるよう生成される。斯かる態様で照射計画を生成するため、線量エンジンユニット１０は、当業者に既知の任意の適切な治療計画アルゴリズムを使用することができる。一実施形態では、治療計画アルゴリズムは特に、米国物理学者協会（ＡＡＰＭ）により推奨されるＴＧ４３Ｕ１ Ｓ１プロトコルに基づかれることができる。ＡＡＰＭ Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．５１「Ｄｏｓｉｍｅｔｒｙ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｂｒａｃｈｙｔｈｅｒａｐｙ Ｓｏｕｒｃｅｓ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｂｏｏｋ Ｎｕｍｂｅｒ： １- ５６３９６-４６２-７を参照されたい。

視覚化ユニット５、器官セグメンテーションユニット８、アプリケータ再構成ユニット９、及び線量エンジンユニット１０は、ソフトウェアアプリケーションとして実現されることができる。これらのソフトウェアアプリケーションは、統合されたコンピュータプログラムの一部であってもよく、別々のコンピュータプログラムとして実現されてもよい。特に、ソフトウェアアプリケーションが単一の統合コンピュータプログラムとして構成される場合、それらは単一のコンピュータデバイスで実行されてもよい。同様に、ソフトウェアアプリケーションは、例えば直接接続又はネットワーク接続を介して互いに適切に接続された２つ以上のコンピュータで実行されることができる。表示デバイス６及び入力手段７は、ソフトウェアアプリケーションを実行するコンピュータデバイス（の１つ）に統合されてもよく、ＵＳデバイス３も同様にコンピュータデバイス（の１つ）に結合されてもよい。同様に、表示デバイス６及び入力手段７は、ソフトウェアアプリケーションの１つを実行せず、ソフトウェアアプリケーションを実行するコンピュータデバイス（の１つ）に接続された、更なるコンピュータデバイスなどの別個のデバイスの一部であってもよい。これにより、システムを制御し、遠隔地からその出力ビューを検査することが特に可能である。

アプリケータ１のモデル３１は、アプリケータ再構成ユニット９に予め記憶され、アプリケータ１を用いて放射線治療が行われるときロードされる。これに関して、複数のアプリケータ１のモデル３１をアプリケータ再構成ユニット９に格納し、放射線治療を計画するたびに使用されるアプリケータ１のモデル３１を選択することが好ましい。従って、近接照射療法システムを用いて実行される近接照射治療に使用される異なるアプリケータ１に関する照射計画を生成することが可能である。更に、アプリケータ再構成ユニット９は、近接照射療法システムのユーザが、近接照射療法システムの作動部位にアプリケータ１のモデル３１をインストールすることを可能にすることが好ましい。従って、新しいアプリケータ１が近接照射療法システムにおいて使用されるとき、アプリケータ１の新しいモデル３１をインストールすることが可能である。

アプリケータ１のモデル３１は好ましくは、３次元画像空間におけるアプリケータ１の輪郭の３次元表現を含む。これに関して、図３は、前述し、図２に示されるアプリケータ１のモデル３１を概略的かつ例示的に示す。より具体的には、図３は、アプリケータ１の要素（タンデム２１並びに卵形２２ａ及び２２ｂ）を含むモデルを示す。これは、以下に説明するように、体領域の画像とは別個に整列されることができる。アプリケータ１のモデル３１を作成するため、アプリケータ１の３次元が、適切に高い解像度（例えば、ｘ及びｙ方向に０．５ｍｍ並びにｚ方向に１．５ｍｍ）で取得されることができる。アプリケータ１の３次元画像は、任意の適切な撮像モダリティを使用して取得されることができる。一実施形態では、アプリケータ１の３次元画像は、ＣＴデバイスを使用して取得されるＣＴ画像である。更なる実施形態では、３次元画像は、ＭＲデバイスを使用して取得される磁気共鳴画像である。これらの実施形態では、ＭＲ適合性アプリケータ１、即ちＭＲ画像で見ることができる材料で作られたアプリケータ１が使用される。３次元画像では、アプリケータ１の輪郭は、適切な自動、半自動又は手動の描写手順を使用して描写されることができる。描写された輪郭から、アプリケータのモデル３１は、任意の適切なフォーマットで生成され及び格納されることができる。これは、モデル３１と標的領域の３次元画像とを重ね合わせることを可能にする。例えば、モデル３１は、画像、バイナリマスク、表面メッシュモデル、又は輪郭モデル（即ち、輪郭のセット）として格納されてもよい。表面メッシュが使用される場合、適切な三角形分割アルゴリズムを使用して、アプリケータ１の描写された輪郭から三角形分割された表面メッシュが生成されることができる。

前述したように、アプリケータのモデル３１は、全体として、標的領域のＵＳ画像と整列されるか、又はアプリケータモデル３１の個々の要素が、標的領域のＵＳ画像と個別に整列される。前述したアプリケータ１を使用するとき、斯かる要素は、例えばタンデム２１及び卵形２２ａ、２２ｂに対応することができる。アプリケータモデル３１又はその要素の整列は、モデル３１又は要素の１つ又は複数の所定のアンカーポイントに基づき行われることができる。これらのアンカーポイントは、本物のアプリケータ１の所定のランドマークポイントに対応し、これは、近接照射療法システムのユーザがＵＳ画像においてこれらのランドマークポイントを容易に識別できるよう選択されることが好ましい。図２に示されるアプリケータ１では、これらのランドマークポイントは例えば、中央タンデム２１の先端、卵形部の終点及びジョイント要素２３の中間点に対応することができる。更に、中央のタンデム２１又は卵形２２ａ、２２ｂの直径が変化する点のような更なるランドマークポイントが規定されてもよい。

アプリケータ１の斯かるモデル３１を用いて、本発明の一実施形態では、治療計画手順が以下の態様で実行される。

第１に、近接照射療法のユーザは、患者の体の標的領域内にアプリケータ１を配置する。同時に、ユーザは、ＵＳプローブ４を用いて、挿入されたアプリケータ１を示す標的領域のＵＳ画像を取得することができる。これらの画像は好ましくは、アプリケータ１を適切な位置に置く際にユーザを助けるため、表示デバイス６に実質的にリアルタイムに表示される。近接照射治療を実行するための適切な位置にアプリケータ１が配置されると、ユーザは、ＵＳプローブ４を用いて、治療される標的構造（例えば腫瘍）、アプリケータ１、並びに腫瘍及びアプリケータ１の近傍のＯＡＲなどの更なる関連する解剖学的構造を示す関心ボリュームの一連の３次元ＵＳ画像を取得する。視覚化ユニット５は、これらのＵＳ画像を用いて、取得されたＵＳ画像をスティッチングすることにより標的領域の単一画像を生成し、この画像が表示デバイス６でユーザに提示される。従って、ユーザは、関連するすべての解剖学的構造及び配置されたアプリケータ１を含む完全な標的領域を単一の画像ボリュームにおいて見ることができる。

第１の実施形態では、ユーザは、使用されるアプリケータ１のランドマークポイントを画像ボリュームにおいてマークすることができ、これは、画像内で可視である。アプリケータ１は剛性構造であるので、ユーザは、少なくとも２つの目に見えるランドマークポイントをマークすることができる。しかしながら、後続の位置合わせ手順の精度を向上させるため、ユーザがすべての目に見えるランドマークポイントをマークすることが好ましい場合がある。これらは、アプリケータ１に関して予め規定されるランドマークポイントのすべてである。しかしながら、特に、アプリケータ１がＵＳ撮像用に特別に構成されていないとき、所定のランドマークポイントのサブセットのみがＵＳ画像内で可視であり、ユーザは、このサブセットのランドマークポイントをマークすることができる。

ランドマークポイントをマーキングするため、ユーザは、例えば、入力手段７を使用して、表示される画像内でポインタ又はカーソルを移動させ、ポインタ又はカーソルがランドマークポイントに位置するとき、例えば「クリック」といった制御コマンドを入力することができる。更に、ユーザは、入力手段７によりマークされた各ランドマークポイントを識別することができる。この目的のため、使用されるアプリケータのすべての所定のランドマークポイントのリストが、（ユーザが使用アプリケータ１を指定した後）表示デバイス６でユーザに提示され、ユーザがランドマークポイントをマークするたびに、ユーザは、マークされたランドマークポイントに対応するリストエントリをリストから選択することができる。

マークされたランドマークポイントの位置は、アプリケータ再構成ユニット９に提供される。アプリケータ再構成ユニット９は、マークされたランドマークポイントに対応するアプリケータ１のモデル３１のアンカーポイントを特定する。次に、アプリケータ再構成ユニット９は、アプリケータ１のモデル３１と標的領域のＵＳ画像ボリュームとを組み合わせて、画像位置合わせ手順を実行する。位置合わせは、アプリケータ１のモデル３１の各識別されたアンカーポイントが、画像においてマークされたアプリケータの対応するランドマークポイントの位置に実質的に配置されるように行われる。この目的のため、アプリケータ再構成９は、前述の結果を達成するようにモデル３１を変換するモデル３１の適切な変換を決定する。

一実施形態では、アプリケータ１の完全なモデル３１に関する１つの剛性変換が決定される。更なる実施形態では、アプリケータ１のモデル３１の所定の部分が別々に変換される。特に、モデル３１のこれらの部分は、互いに対して移動されることができるアプリケータ１の要素に対応して別個に変換されてもよい。これにより、アプリケータ１の可動要素の異なる相対位置に関するモデル３１の正確に位置合わせを実行することができる。図２に示されるアプリケータ１のモデル３１に関して、アプリケータ再構成ユニット１は、例えば中央タンデム２１及び卵形２２ａ、２２ｂを別々に変形することができる。なぜなら、アプリケータ１のこれらの要素が、互いに対して移動されることができるからである。アプリケータ１のモデル３１の異なる部分が別々に変換される場合、ユーザは、アプリケータのモデル３１の別々に変換された部分に対応するアプリケータ３１の各要素に関して少なくとも２つのランドマークポイントをマーキングする必要がある。

更なる実施形態では、ユーザは、取得された３次元ＵＳ画像におけるアプリケータ１又はその要素の１つのランドマークポイントをマークするだけでよい。以下では、アプリケータの要素の個々の整列が想定される。この場合、ユーザは、アプリケータ１の各要素に関する１つのランドマークポイント及び更に任意に選択された点をマークする。これに関して、アプリケータモデル３１の各要素は、１つのランドマークポイントのみを含むことができる。しかしながら、アプリケータモデル３１の１つ又は複数の要素が複数のランドマークポイントを含むことも同様に可能である。この場合、ユーザは、いくつかの可能なランドマークポイントの中からマークされるランドマークポイントを選択することができる。

アプリケータの１つの要素のマーキングされたランドマークポイント及び追加的にマークされた点に基づき、視覚化ユニット５は、ＵＳ画像における要素の向きを決定する。特に、この向きは、マークされたランドマークポイントとマークされた追加点とを接続する３次元の方向ベクトルを用いてパラメータ化されることができる。この方向及びマークされたランドマークポイントに基づき、アプリケータ再構成ユニット９は、アプリケータモデル３１の要素を、ＵＳ画像に示される実際のアプリケータ１の対応する要素に整列させる。

この目的のため、アプリケータ再構成ユニット９は、モデル３１の要素をＵＳ画像に配置する。その結果、マーキングされたランドマークポイント及びモデル１３の対応するランドマークポイントが同じ位置に位置する。更に、アプリケータモデル３１の要素は、モデル３１の向きがＵＳ画像内のアプリケータ要素の向きに対応するよう回転される。この回転を行うため、視覚化ユニット５は、回転軸を計算し、画像におけるマーキングされた点から得られる上記の方向ベクトルと、回転軸に対するアプリケータ要素の非整列モデル３１の対応するベクトルとの間の角度を計算する。図４（左側）に概略的かつ例示的に図示されるように、回転軸

は、方向ベクトル

（上記のように画像内のマークされた点から得られる）とモデル３１の非整列要素の対応するベクトル

とのクロス積として計算され、即ち

となる。決定された角度

は、回転軸

に垂直な平面におけるベクトル

と

との間の角度に対応する。アプリケータモデル３１の要素と、取得されたＵＳ画像におけるアプリケータ要素の描写とを整列させるため、アプリケータモデル３１の要素は、回転軸

を中心に角度

分回転される（図４の右手側に示される）。

こうして、ユーザによりマークされた点がアプリケータ要素の中間線上にあるとき、アプリケータモデル３１の要素と標的領域のＵＳ画像に示されるアプリケータ要素との正確な整列が達成されることができる。従って、ユーザは好ましくは、両方の点が中間線上に存在するように、所定のランドマークポイントに加えてマーキングされるべき更なる点を選択する。前述の実施形態の変形例では、アプリケータ再構成ユニット９は、アプリケータモデル３１の各要素をＵＳ画像と個別に整列させることはできないが、全体としてアプリケータモデル３１をＵＳ画像に整列させることができる。この目的のため、ユーザは、アプリケータの１つの要素の１つのランドマークポイント及び１つの更なる点をマークすることができ、この要素は、前述の方法でＵＳ画像と整列されることができる。アプリケータモデル３１の剛性変換に基づき、この要素に関連して更なる要素が整列されることができる。

アプリケータモデル３１をＵＳ画像と整列させると、アプリケータ再構成ユニット９は好ましくは、結合画像を生成する。この画像では、整列されたアプリケータモデル３１が、ＵＳ画像の上にオーバーレイされ、この結合画像は、表示デバイス６を用いて近接照射療法システムのユーザに提示されることができる。オプションで、アプリケータ再構成ユニット９は、エディットモードで作動されることができる。このモードでは、ユーザが、ＵＳ画像ボリュームに含まれるモデル３１を移動及び／又は回転させることができる。ここで、モデル３１の移動は、標的領域のＵＳ画像ボリュームに対してモデル３１を任意の方向に変位させることを含み、モデル３１を回転させることは、任意の軸の周りの回転を含むことができる。ユーザがアプリケータモデル３１とＵＳ画像の相対位置をこのように変更するとき、変更された相対位置が、アプリケータ再構成ユニット９で実行される位置合わせ手順から生じるアプリケータモデル３１とＵＳ画像との間の相対位置の代わりに、計画手順の次のステップで使用される。

治療計画手順の更なるステップにおいて、器官セグメンテーションユニット８は、治療される標的構造、及び上記の方法でＵＳ画像で示される、危険にさらされる器官などの標的領域内の更なる関連する解剖学的構造を識別及び描写する。このステップは、ＵＳ画像がアプリケータのモデル３１と整列される前に、又はその後に実行されてもよい。いずれにしても、標的領域の３次元画像が、前述のステップで生成される。これは、標的構造の輪郭及び更なる関連する解剖学的構造を含み、かつ、標的構造及び標的領域内の他の構造に対して正確に位置決めされるアプリケータ１のモデル３１を含む。

この画像に基づき、線量エンジンユニット１０が近接照射治療に関する照射計画を決定し、その後、治療計画に基づき近接照射治療が行われる。

開示された実施形態に対する変形は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、請求項に記載された発明を実施する当業者により理解及び達成され得る。

請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。

単一のユニット又はデバイスは、請求項において記載される複数のアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。

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その一部として供給される光学的記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体において格納／配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してといった他の形式で配布されることもできる。

請求項における任意の参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (13)

1. 患者体の体領域への放射線の適用を支援する近接照射療法システムであって、
   前記システムが、前記体領域内に少なくとも１つの放射線源を固定するアプリケータと協働するよう構成され、前記システムは、
   前記アプリケータを含む前記体領域の３次元画像を取得する超音波デバイスと、
   前記アプリケータの予め記憶された３次元モデルを含み、前記体領域の３次元画像に基づき前記アプリケータに関する位置情報を取得し、前記位置情報に基づき前記体領域の３次元画像と前記アプリケータの予め記憶された３次元モデルとを整列させる画像生成ユニットとを有する、近接照射療法システム。
2. 前記位置情報が、前記体領域の画像においてマークされた前記アプリケータの所定の点の位置に対応する、請求項１に記載の近接照射療法システム。
3. 前記アプリケータのモデルが、対応する点を含み、前記画像生成ユニットは、前記体領域の画像と前記アプリケータのモデルとを整列させ、前記アプリケータの前記モデルの前記点が、前記体領域の画像においてマークされた位置に配置される、請求項２に記載の近接照射療法システム。
4. 前記アプリケータの３次元モデルが、複数の所定の点のセットを含み、前記位置情報は、前記セットのサブセットに含まれる所定のポイントの位置に対応する、請求項２に記載の近接照射療法システム。
5. 前記位置情報が、前記体領域の画像においてマークされた前記アプリケータの所定の点、及び前記体領域の画像においてマークされた前記アプリケータの更なる点の１つの位置に対応し、前記アプリケータの所定の点は、前記アプリケータのモデルの所定の点に対応する、請求項１に記載の近接照射療法システム。
6. 前記画像生成ユニットが、前記マークされた点から前記画像内の前記アプリケータの向きを決定し、前記画像生成ユニットは、前記体領域の画像と前記アプリケータのモデルとを整列させ、前前記アプリケータの前記マークされた所定の点と前記モデルの対応する点とが同じ位置に配置され、前記モデルの方向ベクトルは、前記決定された方向と整列される、請求項１に記載の近接照射療法システム。
7. 前記体領域の前記３次元画像をユーザに表示する表示デバイスと、前記表示された画像において前記アプリケータの前記所定の点をマーキングするためのユーザ入力を受信する入力デバイスとを更に有する、請求項２に記載の近接照射療法システム。
8. 前記アプリケータが、複数の要素を含み、前記画像生成ユニットは、各要素に関する位置情報を取得し、前記要素に関連付けられる前記位置情報に基づき、前記アプリケータの前記モデルの対応する各要素と前記体領域の前記３次元画像とを整列させる、請求項１に記載の近接照射療法システム。
9. 前記アプリケータのモデルと前記体領域の画像とをユーザに表示する表示ユニットを更に有し、前記画像生成ユニットが更に、ユーザにより提供される入力コマンドに基づき、前記体領域の画像に対して前記アプリケータの前記モデルを移動及び／又は回転させる、請求項１に記載の近接照射療法システム。
10. 前記超音波デバイスを用いて取得される複数の３次元画像をスティッチングすることにより、前記体領域の３次元画像を生成する視覚化ユニットを更に有する、請求項１に記載の近接照射療法システム。
11. 前記アプリケータのモデルと前記体領域の画像との相対位置に基づき、前記体領域に適用されるべき放射線線量を計算する線量エンジンユニットを更に有する、請求項１に記載の近接照射療法システム。
12. 患者体の体領域への放射線の適用を支援する近接照射療法システムを作動させる方法において、
    前記近接照射療法システムが、前記体領域内に少なくとも１つの放射線源を固定するアプリケータと協働し、前記アプリケータを含む前記体領域の３次元画像を取得する超音波デバイスと、前記アプリケータの予め記憶された３次元モデルを含む画像生成ユニットとを備え、
    前記方法が、
    前記画像生成ユニットが、前記体領域の３次元画像に基づき、前記アプリケータに関する位置情報を取得するステップと、
    前記画像生成ユニットが、前記位置情報に基づき、前記体領域の３次元画像と前記アプリケータの前記予め記憶された３次元モデルとを整列させるステップとを有する、方法。
13. プロセッサで実行されるとき、請求項１２に記載の方法を実行するように少なくとも１つのプロセッサに命令するためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。

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