JP2020511175A - リアルタイム撮像のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[001]
本出願は、2016年11月21日に出願された米国特許出願第15/357,193号の優先権を主張し、その全開示は参照により全体が本明細書に組み込まれる。
[002]
本開示の態様は、一般に放射線療法治療システムに関し、具体的には、例えば、放射線療法治療システムと共に使用するためのリアルタイム撮像および運動管理のための方法およびシステムに関する。
放射線治療(radiation therapy)(放射線療法(radiotherapy)とも呼ばれる)は、癌または他の病状の治療に使用され得る。放射線療法は、患者の標的領域、例えば、腫瘍または他の癌性組織に処方線量の放射線を照射することを含む。標的領域は放射線療法の投与前に撮像されてもよく、治療計画は、とりわけ、例えば、標的のサイズ、位置、および/または方向、ならびに周囲の構造に基づいて策定されてもよい。次いで、線形加速器(リニアック)を用いて患者の標的領域に放射線を照射することができる。リニアックは、腫瘍のような標的に向かって、光子(例えば、X線)、電子、又は他の素粒子を照射ことができる。
しかしながら、標的の初期画像が取得された後、標的領域の位置および/または向きは変化する可能性がある。例えば、患者は、治療室への移動中、治療室内での移動中(例えば、寝台、ベッド、またはテーブル上での位置決め中)、または放射線療法の実施中に移動することがある。例えば、患者は、例えば、呼吸、嚥下、瞬き、けいれん、蠕動運動、消化、心臓の鼓動、咳、ガスの通過、または他の動きを含む、通常の生物学的プロセスのために自発的または非自発的に動くことがある。
標的領域の位置および/または方向の変化は放射線療法の有効性を低下させる可能性がある。例えば、標的領域の実際の方向または位置が以前の撮像に基づいて仮定された方向または位置と異なる場合、正しい線量の放射線が意図された標的領域に送達されない可能性がある。さらに、周囲の健康な組織が、意図された標的領域の代わりに、または標的領域に加えて放射線を受けることがある。間違った領域に放射線に曝すと、最終的に周囲の健康な細胞を傷つけたり殺したりする可能性がある。したがって、放射線が患者に送達されるときの動き(例えば、腫瘍の動きまたは周囲の健康な組織の動き)を考慮するために、放射線治療中は正確でリアルタイムの標的の3D位置特定および追跡が望ましい。
医用撮像は、初期撮像の取得後の標的領域の位置および/または向きの変化を制御しそれに対応するために使用され得る。例えば、CT、コーンビームCT(CBCT)、蛍光透視法、X線、および/またはMRIを含む撮像システムを、標的領域の位置を決定し追跡するために放射線療法の実施前および/または実施中に使用することができる。このような撮像システムは、放射線療法の送達中にリアルタイムで標的領域の動きを補償するためのゲート制御または追跡戦略を可能にするために、放射線療法送達システム、例えば画像誘導リニアック(LINAC)に組み込むことができる。そのような技術は、画像誘導放射線療法(IGRT)または強度変調放射線療法(IMRT)と呼ばれることがある。
しかしながら、現在利用可能な技術は、標的領域および/または周囲の構造の正確でリアルタイムに位置特定することに苦労している。従来の線形加速器は、ガントリに固定されたキロボルト(kV)撮像素子を含み、メガボルト(MV)治療ビームに垂直に撮像することを可能にする。撮像素子がガントリ上の患者の周りを移動するにつれて、kV撮像素子は、時間内の任意の所与の時点での2DのX線投影を取得するために使用することができる。
kV投影画像のみが場合によっては有用であるが、特に高コントラストの標的または埋め込まれた基準を有する患者にとっては、複数の視点から複数の投影を取得することがしばしば望ましい。例えば、X線撮像装置は、角度増分で新たな投影画像を取得するために、患者の周囲の円弧状に(例えば、ガントリに沿って)回転させてもよい。その時は、トモグラフィの原理を使用して、複数の投影から3D画像を再構成することができる。
現在利用可能な技術を使用して再構成された3D画像は、未だ、一般にリアルタイムで標的領域の位置および向きを正確に描写することができない。これは、撮像素子がガントリに沿って移動して異なる角度から標的領域の画像をキャプチャすると、現在の投影画像のみが正確であり、以前に取得されたすべての投影画像が古くなり、標的領域の現在位置を示さなくなるためである。古くなった画像は3D画像を再構成するために必要とされるが、古くなった画像は不正確な位置データを含み得る。現在の投射のみがその時点での標的領域の真の位置と方向を示しているので、現在の画像と古い画像との平均をとることは、結果として得られる画像の精度が低下する可能性がある。アルゴリズムと補間を使用して現在の画像と古い画像を組み合わせることが試みられてきたが、これらの技術の多くは不正確さに苦しんできた。CBCTの独特のコーンビーム形状は多くのアルゴリズムの適用を複雑にし、そしてこれらのアルゴリズムを空間領域で実行することは非常に迅速に計算されなければならないデータ量のために扱いにくいことがわかった。いくつかの例では、使用されるアルゴリズムは、3Dデータ上で高速に実行するには計算が複雑すぎるため、リアルタイムの動き管理には役立たない。リアルタイム(3D+T)CBCT画像の構築は、文献において「シネCBCT(cine CBCT)」と呼ばれている。
治療中にリアルタイムの動きを検出することに対する代替の解決策として、個々の投影の中で直接標的を検出することが試みられてきた。その場合、標的は、検出された画像画素と標的の発生源とを結ぶ光線に沿って存在することが知られている。立体kVのイメージングを使用する場合(例えば、サイバーナイフ技術)、標的位置は、各検出器からのX線の線と交差することにより決定することができる。多くの近代的な線形加速器と同様に、単一kVの検出器が存在する場合、平面視(monoscopic)kVのイメージング技術は、光線のラインに沿って対象物の位置を推定するために使用される。それでも、そのような技術は、完全な標的および周囲の組織に関する情報の損失をもたらし得る。それらはまた各kV投影において標的を検出することができることに頼っているが、kVイメージングは、一般に、例えば埋め込み基準の使用による高コントラスト標的のイメージングにのみ有効であり、このことはそのような技術の適用可能性を制限している。そのような試みは「シネ投影」ソリューションと呼ばれてきた。「シネ投影」ソリューションではなく「シネCBCT」を用いると、しばしば基準を必要とせずに、より低いコントラストの標的を検出することができるが、このような計算を実行するのに必要な計算能力のためにリアルタイムアプリケーション(実時間アプリケーション)での使用には適していない。
したがって、放射線療法の投与の前、最中、および/または後に、医療提供者が、患者内の標的領域の位置および/または向きを追跡することを可能にする標的領域の正確なリアルタイム画像の生成を可能にするシステムおよび方法が必要とされている。また、低コントラストの標的の動きを追跡し、基準を使用せずに標的の動きを追跡するシステムおよび方法も必要とされている。
本開示の実施形態は、患者の標的領域の三次元画像を生成するためのシステムを対象とし得る。システムは少なくとも1つのコンピュータシステムを含み得る。コンピュータシステムは、患者の標的領域の複数の非平行投影画像を受け取り、複数の非平行投影画像を非空間領域に変換し、非空間領域における複数の非平行投影画像から三次元画像を再構成し、再構成された三次元画像を非空間領域から空間領域に変換するように構成されてもよい。
システムの様々な実施形態は、1つまたは複数の以下の特徴を含み得る。複数の非平行投影画像は、複数のコーンビームコンピュータ断層撮影投影画像であるか、または、複数の非平行投影画像は、第1の期間に取得された1つの現在の投影画像と、第1の期間の前の1つまたは複数の期間に取得された複数の古い投影画像とを含み得る。いくつかの態様では、1つの現在の投影画像は、非空間領域における3次元画像の再構成中に複数の古い投影画像を適合させるための制約として使用することができる。非空間領域は第1の非空間領域であり得、少なくとも1つのコンピュータシステムは、さらに、再構成された三次元画像を空間領域に変換する前に、再構成された三次元画像を第2の非空間領域に変換するように構成され得る。いくつかの態様では、第1の非空間領域はd空間(d-space)とすることができ、第2の非空間領域はk空間(k-space)とすることができる。非空間領域は第2の非空間領域であり得、少なくとも1つのコンピュータシステムは、さらに、複数の非平行投影画像を第2の非空間領域に変換する前に、複数の非平行投影画像を第1の非空間領域に変換するように構成され得る。第1の非空間領域はd空間(d-space)とすることができ、第2の非空間領域はk空間(k-space)とすることができる。
いくつかの態様では、標的領域は腫瘍を含み得る。いくつかの変形例では、システムは、複数の非平行投影画像を取得してそれらをコンピュータシステムに送信するように構成された線形加速器をさらに含むことができる。少なくとも1つのコンピュータシステムは、再構成された3次元画像内の標的領域内の標的の位置に基づいて線形加速器の特性を修正するようにさらに構成され得る。線形加速器の特徴は、線形加速器から出力される放射ビームの特徴であるか、または、線形加速器の特徴は、患者に対する線形加速器の少なくとも一部の配向である。少なくとも1つのコンピュータシステムは、さらに、再構成された三次元画像内の標的領域内の標的の位置に基づいて治療計画を修正するように構成されてもよい。
本開示のいくつかの変形例では、少なくとも1つのコンピュータシステムは、患者の標的領域の1つまたは複数の第2の非平行投影画像を受け取り、1つまたは複数の第2の非平行投影画像を非投影画像に変換し、非空間領域内の少なくとも1つまたは複数の第2の非平行投影画像から第2の三次元画像を再構成し、再構成された第2の三次元画像を非空間領域から空間領域に変換するようにさらに構成され得る。いくつかの変形例では、システムは、リアルタイムで受信、変換、再構成、および変換するように構成され得る。
本開示の実施形態は、患者の標的領域の三次元画像を生成するためのコンピュータ実施方法に関する。方法は、患者の標的領域の複数の非平行投影画像を受信すること、複数の非平行投影画像を非空間領域に変換すること、非空間領域の複数の非平行投影画像から三次元画像を再構成すること、再構成された3次元画像を非空間領域から空間領域へ変換することを含み得る。
方法の様々な実施形態は、1つまたは複数の以下の特徴を含み得る。複数の非平行投影画像は、複数のコーンビームコンピュータ断層撮影投影画像であり得る、または、複数の非平行投影画像は、第1の期間に取得された1つの現在の投影画像と、第1の期間の前の1つまたは複数の期間で取得された複数の古い投影画像とを含み得る。1つの現在の投影画像は、3次元画像を非空間領域で再構成するときに複数の古い投影画像を適合させるための制約として使用することができる。いくつかの態様では、非空間領域は第1の非空間領域であり得、方法はさらに、再構成された3次元画像を空間領域に変換する前に、再構成された3次元画像を第2の非空間領域に変換することを含み得る。第1の非空間領域はd空間(d-space)とすることができ、第2の非空間領域はk空間(k-space)とすることができる。いくつかの態様では、非空間領域は第2の非空間領域であり得、方法はさらに、複数の非平行投影画像を第2の非空間領域に変換する前に、複数の非平行投影画像を第1の非空間領域に変換することを含み得る。第1の非空間領域はd空間(d-space)とすることができ、第2の非空間領域はk空間(k-space)とすることができる。
本開示のいくつかの変形例では、標的領域は腫瘍を含み得る、または、方法は、再構成三次元画像内の標的領域内の標的の位置に基づいて医療機器によって送達される治療計画を修正することをさらに含み得る。方法は、患者の標的領域の1つまたは複数の第2の非平行投影画像を受け取ること、1つまたは複数の第2の複数の非平行投影画像を非空間領域に変換すること、非空間領域の1つまたは複数の第2の非空間投影画像から第2の3次元画像を再構成すること、再構成された第2の三次元画像を非空間領域から空間領域に変換することをさらに含み得る。受信すること、変換すること、再構成すること、変換することのそれぞれは、リアルタイムで実行され得る。
本開示の実施形態は、また、プロセッサによって実行されると、プロセッサに患者の標的領域の三次元画像を生成する方法を実行させる命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体にも関する。方法は、患者の標的領域の複数の非平行投影画像を受信すること、複数の非平行投影画像を非空間領域に変換すること、非空間領域の複数の非平行投影画像から三次元画像を再構成すること、再構成された3次元画像を非空間領域から空間領域へ変換することを含み得る。
方法の様々な実施形態は、1つまたは複数の以下の特徴を含み得る。複数の非平行投影画像は、複数のコーンビームコンピュータ断層撮影投影画像であり得る、または、複数の非平行投影画像は、第1の期間に取得された1つの現在の投影画像と、第1の期間の前の1つまたは複数の期間で取得された複数の古い投影画像とを含み得る。現在の1つの投影画像は、非空間領域で3次元画像を再構成するときに、複数の古い投影画像を適合させるための制約として使用し得る。
いくつかの態様では、非空間領域は第1の非空間領域であり得、方法は、さらに、再構成された3次元画像を空間領域に変換する前に再構成された3次元画像を第2の非空間領域に変換することを含み得る。第1の非空間領域はd空間(d-space)とすることができ、第2の非空間領域はk空間(k-space)とすることができる。いくつかの態様では、非空間領域は第2の非空間領域であり得、方法は、さらに、複数の非平行投影画像を第2の非空間領域に変換する前に、複数の非平行投影画像を第1の非空間領域に変換することを含み得る。第1の非空間領域はd空間(d-space)とすることができ、第2の非空間領域はk空間(k-space)とすることができる。標的領域は腫瘍を含み得、または、方法は、再構成された三次元画像における標的領域内の標的の位置に基づいて医療機器によって送達されるべき治療計画を修正することをさらに含み得る。
方法の様々な態様は、また、患者の標的領域の1つまたは複数の第2の非平行投影画像を受け取ること、1つまたは複数の第2の非平行投影画像を非空間領域に変換すること、非空間領域における1つまたは複数の第2の非平行投影画像から第2の3次元画像を再構築すること、再構成された第2の3次元画像を非空間領域から空間領域へ変換することを含み得る。いくつかの態様では、受信すること、変換すること、再構成すること、および変換することのそれぞれは、リアルタイムで実行され得る。
本開示のさらなる実施形態は、また、少なくとも1つのコンピュータシステムを含む、患者の標的領域の三次元画像を生成するためのシステムに関する。コンピュータシステムは、コーンビームコンピュータ断層撮影撮像データを受信し、撮像データを空間領域から第1の非空間領域に変換し、撮像データを第1の非空間領域から第2の非空間領域に変換し、第1の非空間領域および第2の非空間領域の少なくとも一方における撮像データから3次元画像を再構成し、再構成された3次元画像を第2の非空間領域から空間領域に変換するように構成され得る。
システムの様々な態様は、1つまたは複数の以下の特徴を含み得る。第1の非空間領域はd空間(d-space)とすることができ、第2の非空間領域はk空間(k-space)とすることができる。撮像データは、複数のコーンビームコンピュータ断層撮影投影を含み得る。
本開示のさらなる実施形態は、患者の標的領域の三次元画像を生成するためのコンピュータ実施方法に関する。この方法は、コーンビームコンピュータ断層撮影撮像データを受信することと、撮像データを空間領域から第1の非空間領域に変換することと、撮像データを第1の非空間領域から第2の非空間領域に変換すること、第1の非空間領域および第2の非空間領域のうちの少なくとも1つにおける撮像データからの3次元画像を再構成すること、再構成された3次元画像を第2の非空間領域から空間領域とに変換することを含み得る。
方法の様々な態様は、1つまたは複数の以下の特徴を含み得る。第1の非空間領域はd空間(d-space)とすることができ、第2の非空間領域はk空間(k-space)とすることができる。撮像データは、複数のコーンビームコンピュータ断層撮影投影を含み得る。
本開示のさらなる実施形態は、プロセッサによって実行されたときにプロセッサに患者の標的領域の三次元画像を生成する方法を実行させる命令を格納する非一時的コンピュータ可読媒体に関する。この方法は、コーンビームコンピュータ断層撮影撮像データを受信すること、撮像データを空間領域から第1の非空間領域に変換すること、撮像データを第1の非空間領域から第2の非空間領域に変換すること、第1の非空間領域および第2の非空間領域のうちの少なくとも1つにおける撮像データから3次元画像を再構成すること、再構成された3次元画像を第2の非空間領域から空間領域とに変換することを含み得る。
方法の様々な態様はまた、1つまたは複数の以下の特徴を含み得る。第1の非空間領域はd空間(d-space)とすることができ、第2の非空間領域はk空間(k-space)とすることができる。撮像データは、複数のコーンビームコンピュータ断層撮影投影を含み得る。
本実施形態の目的および利点は、部分的に以下の詳細な説明に記載され、そして部分的にその説明から明らかになり、または本実施形態の実施によって習得されることができる。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は共に例示的かつ説明的なものにすぎず、特許請求の範囲を限定するものではないことを理解されたい。
本明細書で使用されるように、用語「含む」、「含む」、またはそれらの任意の他の変形は、構成要素のリストを含むプロセス、方法、物品、または装置がそれらの構成要素のみを含むものではなく、明示的に列挙されていない、またはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有な他の要素を含み得るような、非排他的な包含をカバーすることを意図している。
本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は、開示された実施形態を例示し、その説明と共に、開示された実施形態の原理を説明するのに役立つ。
これから参照し、以下に説明され添付の図面に示された本開示の例示的な実施形態に対して詳細に説明される。可能な限り、同じまたは類似の部分を指すために、図面全体を通して同じ参照番号が使用される。「例示的」という用語は、「理想的」ではなく「例」という意味で使用されている。本明細書で使用されるとき、用語「リアルタイム」は、放射線療法セッションの間に出力またはフィードバックが利用可能になることを可能にする速度でデータが処理されることを意味する。いくつかの実施形態では、これは、例えば、300ミリ秒以内、500ミリ秒以内、2秒以内、30秒以内、または数分以内で、データが処理され、3D画像が生成されることを意味する。いくつかの実施形態では、データ処理の速度は、少なくとも部分的には、治療されている標的領域の位置に依存し得る。例えば、呼吸運動によりまたは心臓の動きにより(例えば、胸部又は腹部に)影響を受ける可能性のある対象に対しては、例えば、前立腺のような動きの遅い標的領域よりも速いデータ処理が使用されることができる。いくつかの実施形態では、画像データは、それに続く投影の完了前またはある回数の投影の完了前に処理されてもよい。本開示の例示的な実施形態の多くはCBCTおよび従来のリニアックシステムに言及しているが、開示された実施形態は、任意の適切な画像形成様式と組み合わせて放射線治療システムの任意の適切な種類の画像に対して使用できることが当業者には理解されるであろう。例えば、本開示の実施形態は、MRIリニアックシステム、ガンマナイフシステム、または他の適切な放射線送達および画像化様式と併せて使用され得る。
上述のように、患者の標的領域のリアルタイム撮像はとらえどころのないことが証明されており、放射線治療中の標的領域の動きを正確かつ適時に追跡する必要性がある。本開示の態様は、標的の「真の」リアルタイムの位置を示す制約として現在の投影画像を使用する統合撮像リニアックシステムおよび撮像方法に関する。次いで、古い投影画像を使用して、現在の画像を制約として機能させながら、残りの情報を埋めて3Dまたは4D画像を再構成することができる。再構成は、以下でさらに説明されるように、いくつかの様々な方法に従って行われ得る。新しい投影画像が逐次的にとられるにつれて、新しい現在の画像が制約として使用され、新しい3D再構成がリアルタイムで生成され得る。したがって、本開示の態様は、標的領域の真の現在の位置および/または向きを描くためにリアルタイムで進化する3D画像の生成を可能にし得る。したがって、リアルタイム画像を生成することができることは、医療提供者が治療の前、最中、または後に標的領域の動きを追跡することを可能にし、必要ならば、プロバイダが標的領域の動きに応じて治療を修正および/または停止することを可能にする。
図1Aは、リニアックの例示的な放射線治療システム102を示す。放射線療法システム102は、図1Cに示される、より大きな撮像及び放射線療法システム100の一部である。放射線療法システム102および/または撮像及び放射線療法システム100(図1Cに示す)が用いられ、本開示の様々な態様によるリアルタイム画像ガイダンスを提供する。このシステムは、以下でさらに説明されるように、リアルタイムで取得された画像を使用して、標的領域の動きを追跡する、および/または、放射線療法治療計画をリアルタイムで制御または適応させる。
システム102は、領域112に位置する患者の一部に放射線108を照射するように構成された放射線治療出力104を含み得る。放射線治療出力104は、マルチリーフコリメータ(MLC)などの1つまたは複数の減衰器またはコリメータを含み得る。減衰器および/またはコリメータを使用して、例えば、標的領域のサイズおよび/または形状に基づいて、放射ビーム108を成形することができる。
システム102は、また、表面116、例えば、テーブル、ベッド、または寝台を含むことができ、患者または患者の一部は表面116の領域112上に配置されて放射線療法治療計画に従って所定の放射線療法線量を受けることができる。いくつかの実施形態において、表面116はシステム102に対して移動し得る。例えば、表面116は、例えば、患者をシステム102に出入りさせること、患者をシステム102内に位置決めすること、システム102をセットアップすること、および/またはシステム102を清掃または修理することを支援するために、横断方向(T)、横方向(L)、軸方向(A)に移動することができ、および/または横軸(R)を中心に回転することができる。
放射線療法出力104は、ガントリ106または他の機械的支持体に結合され得、そして患者に対して、システム102に対して、および/または、ガントリ106に対して移動するように構成され得る。例えば、放射線治療出力104は、ガントリ106の中央領域を通って延びる軸(A)の周りをガントリ106上で回転することができる。放射線療法出力104は、追加的または代替的に横断方向または横方向に移動可能であり得る。これは、例えば、放射線治療出力104を患者に対して位置決めすることを可能にする。
図1Aに示された座標系(A軸、T軸、L軸を含む)は、アイソセンタ110に位置する原点を有する。アイソセンタ110は、放射線治療ビーム108が座標軸の原点と交差して患者上または患者内の位置に所定の放射線量を照射する位置として定義することができる。例えば、アイソセンタ110は、放射線治療出力104がガントリ106に沿って軸Aの周りを回転するときに様々な回転位置から放射されたときに放射線治療ビーム108が患者と交差する場所として定義される。
例示的な実施形態では、検出器114は放射線療法ビーム108の視野内に配置されることができる。検出器114は、フラットパネル検出器、例えば、直接検出器またはシンチレーション検出器を含み得る。検出器114は、一般に放射線治療出力104と反対側のガントリ106に取り付けられてもよく、ガントリ106が回転するときには治療ビーム108との位置合わせを維持するために放射線治療出力104と共に回転することができる。このようにして、検出器114は、放射線療法ビーム108を監視するために用いられてもよく、および/または、検出器114は、例えば、領域112を通る放射線療法ビーム108の投影のポータルイメージングのようなイメージングに用いられてもよい。領域112は平面を画定することができ、領域112内の放射線療法ビーム108の投影は領域112の「ビームアイビュー」と呼ばれることができる。
表面116、放射線療法出力104、および/またはガントリ106のうちの1つまたは複数は、システム102内で互いに対して手動でまたは自動的に位置決めされてもよく、放射線療法出力104によって出力される放射線療法ビーム108の特性は、治療中の特定の放射線療法実施例に対して患者に向けられた特定の放射線量に従って決定され得る。放射線療法治療計画の順序に従って放射線療法送達の順序を指定することができ、例えば、ガントリ106、表面116、および/または放射線療法出力104の1つまたは複数の異なる向きまたは位置をその順序に基づいて調整することができる。例えば、放射線療法出力104は、ガントリ106に沿って軸線Aの周りを移動し得、そして多数の異なる位置で放射線療法ビーム108を出力し得る。したがって、放射線治療出力104からの放射線の投射は、多数の異なる方向から標的領域に向けられ得る。いくつかの実施形態では、異なる角度からの放射線療法の送達は連続して行われてもよいが、各々はアイソセンタ110で交差してもよい。このようにして、処方された累積線量の放射線療法をそれによって患者内の標的領域に送達することができる。送達中に、標的領域を囲む構造体への曝露およびダメージは、正確な放射線送達によって低減または回避され得る。
放射線治療システム102は、独立して動作してもよく、または例えばMRイメージング、X線イメージング、CTイメージング、CBCTイメージング、または任意の他の適切なイメージング取得システムなどのイメージング取得システムと併せて動作してもよい。撮像システムの1つまたは複数の構成要素によるイメージングは、放射線療法治療の前、最中、および/または後に画像を取得することができる。
図1Bは、他の例示的な放射線療法システム102を示し、それは単独で使用されてもよく、または、図1Cに示されるように、より大きな撮像及び放射線治療システム100の一部でもよい。図1Bの放射線治療システム102は、図1Aの放射線治療システム102と同様に動作し得る。例えば、図1Bのシステムは、患者とガントリ106を位置決めするための表面116と、放射線療法出力104と、患者の周りを回転するように構成された検出器114とを含むことができる。
しかし、図1Aの構成要素に加えて、図1Bの放射線治療システム102は、統合されたkV(キロボルト)線源119と、ガントリ106に取り付けられた対応する検出器114′を含む。図1Bの放射線治療システム102は、オンボードイメージング付きのリニアックと呼ばれることがある。kV線源119および検出器114′は、上述したように放射線治療出力104およびその対応する検出器114に対して90度ずれていてもよい。この配置は、いくつかの実施形態において、メガボルト(MV)治療ビームであり得る放射線治療出力104によって出力される放射線ビーム108に対して垂直に撮像することを可能にする。kV線源119は、kV線源119がガントリ106に沿って患者の周りを移動するときに2DのX線投影を取得するために使用されることができる。
kV線源119は、X線管を含むことができ、患者内の標的領域にX線放射のビームを送達するように構成することができる。患者を通過した後、X線放射ビームは対応する検出器114′に衝突する。検出器114′は、検出器114と同様に、例えば、直接検出器またはシンチレーション検出器のようなフラットパネル検出器を含み得る。検出器114′は、一般にkV線源119の反対側のガントリ106に取り付けられてもよく、ガントリ106が回転するときにはkV線源119によって出力されるビームとの整列を維持するためにkV線源119と共に回転することができる。このようにして、検出器114′を撮像に使用することができる。
動作において、kV線源119により出力された放射ビームは、kV線源119と対応する検出器114′がガントリ106に沿って回転されるとき(図1Aを参照して上述された)アイソセンタ110も通過することができる。いつくかの態様では、kV線源119と検出器114′でキャプチャされた撮像は、放射線出力104(例えば、MV撮像)と検出器114を用いて得られた撮像より良好なコントラストを提供することができる。放射線療法出力104と検出器114を用いて取得された撮像の代わりに、またはそれに加えて、kV電源119と検出器114′を用いて撮像が取得されてもよい。搭載されたkV線源119および対応する検出器114′を含むこととは別に、図1Bの放射線治療システム102は、図1Aの放射線治療システム102と実質的に同様に動作し得る。
図1Cは、本開示の様々な実施形態によるリアルタイム撮像を提供するために使用され得る例示的な撮像及び放射線療法システム100を示す。撮像及び放射線療法システム100は、放射線療法の施行中に放射線療法治療計画を追跡、制御、および/または適応させるためにリアルタイムで得られた画像を使用することができる。撮像及び放射線療法システム100は、図1Aまたは図1B(まとめて放射線治療システム102と呼ぶ)のいずれかの放射線治療システム102(例えば、ライナック)含むことができる。撮像及び放射線療法システム100は、また、撮像システム113を含み得る撮像及び制御システム111を含み得る。いくつかの実施形態では、放射線治療システム102は、必要な撮像の全てを組み込むことができ(例えば、放射線治療システム102は、X線撮影を組み込むことができ、またはMRIを組み込むことができ)、いくつかの実施形態では、別個の撮像システム113は撮像及び放射線療法システム100に含まれることができ、撮像の代わりに、またはそれに加えて、リニアックに統合されることができる。撮像システム113は、システム102と組み合わせて使用して、放射線療法の前に(例えば、前処理または前計画中に)、放射線療法中、または放射線療法の後に、撮像を提供することができる、例えば、CTまたはMRI装置を含むことができる。1つまたは複数の他の撮像システム、例えば、CT、CBCT、MRI、X線、陽電子放出断層撮影法(PET)、単一光放出コンピュータ断層撮影法(SPECT)、超音波、または他の任意の適切な医用撮像システムは、システム100または撮像システム113に追加的にまたは代替的に含めることができ、あるいはそれらと共に使用することができる。いくつかの実施形態では、すべての撮像がシステム102内に完全に統合されてもよく、撮像システム113が含まれなくてもよく、システム111が単に制御システムであってもよい。
撮像及び放射線療法システム100は、稲妻118で示されるように、システム102と通信するコントローラ115をさらに含み得る(稲妻118は有線または無線接続を示す)。撮像制御システム111は、例えば取得画像を格納するためのデータベース117も含むことができる。撮像システム113から受信した撮像情報は、患者123の治療を制御および/または適応させるために使用され得る。追加的または代替的に、放射線治療システム102内に統合された撮像システムから受信された撮像情報は、患者123の治療を適応させるためにコントローラ115およびデータベース117と通信することができる。
撮像システム113(または放射線治療システム102に統合された撮像システム)は、放射線治療システム102内に位置する患者の画像を取得することができる。例えば、治療計画中に、医療従事者、例えば、医師、看護師、物理学者、または技術者は、システム100を使用して、例えば、撮像システム113または放射線治療システム102内の統合撮像システムを介して、患者の治療の前に3D計画画像データを取得することができる。3D計画画像データは、患者の標的領域、例えば、腫瘍の正確な位置を決定するために使用することができる。いくつかの実施形態では、この計画画像は、データベース117および/またはメモリ回路124に受け取られる。別の実施例として、治療直前に、例えば、3D計画画像が取得された数時間、数日、または数週間後に、医療従事者はシステム100またはシステム102を使用して、放射線療法の実施中に使用され得る新しい3D画像を取得することができる。本開示の実施形態では、画像処理システム113または放射線治療システム102内の統合画像処理システムは、治療セッション中に標的領域の少なくとも一部の複数の画像を取得することができる。
コントローラ115は、システム100の1つまたは複数の態様を制御し得る。例えば、コントローラ115は放射線治療システム102の各部を制御することができる。コントローラ115は、(例えば、表面116の移動を制御することにより)患者の位置を制御することができ、放射線療法の出力104から放出された放射線量を制御することができ、(例えば、対象領域を追跡するために)ビームの開口形状や大きさを制御または適応させることができ、および/または、(例えば、ガントリ106の周りの回転を制御することにより)患者123に関する放射線療法出力104の移動および/または位置合わせを制御することができる。いくつかの実施形態では、共通のコントローラ115が放射線治療システム102と撮像システム113の両方を制御することができる。いくつかの実施形態では、別々のコントローラは互いに通信するけれども、撮像システム113と放射線治療システム102用に別々のコントローラがあってもよい。
システム100は、(有線または無線接続であり得る)稲妻122によって表されるように、撮像および制御システム111と通信する治療適応システム(TAS)120を含み得る。TAS120は、例えば、CT、CBCT、またはMRIスキャンから、撮像システム113および/または放射線治療システム102によって取得された画像に対応する、前もって取得した画像を受信することができる。TAS120は、データを送受信するための入力/出力回路122と、データをバッファリングおよび/または記憶するためのメモリ回路124と、プロセッサ回路126とを含み得る。任意の適切に編成されたデータ記憶装置であるメモリ回路124は、画像形成および制御システム111から画像データを受信することができる。メモリ回路124は、無線または有線接続を介してまたは従来のデータポートを介して画像データを受信することができ、アナログ画像データを受信するための回路および画像データをデジタル化するためのアナログ−デジタル変換回路を含み得る。メモリ回路124は、画像データを、本発明の機能をハードウェアまたはソフトウェア、あるいはその両方の組み合わせで、汎用または特殊用途のコンピュータ上に実装することができるプロセッサ回路126に提供することができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ回路126はグラフィック処理装置(GPU)であり得る。
操作中には、放射線治療システム102は患者の標的領域に放射線を照射する。投影撮像情報は、放射線治療システム102および/または撮像システム113内に組み込まれた撮像システムを用いて取得することができる。収集された撮像情報は、他の、以前の撮影情報(例えば、異なるタイプの撮像(例えば、CT、MRIなど)、以前の治療での撮像、前計画または前処理での撮像)が格納されているデータベース117に格納されることができ、この撮像情報は未処理の生情報または処理された情報であり得る。撮像情報は、入出力回路122を介して撮像制御システム111からTASに伝達される。撮像情報は、メモリ回路124に格納され、プロセッサ回路126に伝達される。プロセッサ回路126は、いくつかの異なるプロセスを実行するようにプログラムされてもよく、本開示の実施形態においてさらに説明される画像再構成プロセスを含む異なるプロセスを実行するためにソフトウェアをそれに格納してもよい。処理された撮像情報は、メモリ回路124に格納されてもよく、および/または撮像および制御システム111に通信されてもよい。
メモリ回路124は、また、患者123のための治療計画に関する情報を格納することができ、この情報は、プロセッサ回路126と共有することができる。プロセッサ回路126は、放射線治療システム102および/または撮像システム113からのリアルタイムで処理された画像情報を患者の所定の治療計画と比較して、患者123に送達される放射線治療がその放射線治療セッションの意図された治療計画と一致するかどうか判断する。放射線療法の実際の実施(撮像情報を用いて決定される)と治療計画との間に変化が検出され、その変化が許容変動閾値の範囲外になる場合、TAS120はこれを撮像制御システム111に伝達する。TAS120は、治療計画を修正してもよく、または、例えば、変動が閾値レベルを超えている場合には放射線療法治療を完全に停止してもよい。この修正または停止は、放射線治療システム102の一部を制御することができる撮像および制御システム111のコントローラ115に伝達することができる。例えば、コントローラ115は、表面116の移動を介して患者123の位置を変えることができ、放射線治療出力104からの放射線のビーム出力を変えることができ、および/またはガントリ106を介して放射線治療出力104の位置を変えることができる。このようにして、撮像情報はリアルタイムで処理することができ、リアルタイムで放射線療法の投与を制御するために使用することができる。
別個の撮像制御システム111および別個のTAS120が示されているが、これらシステムは1つのユニットに結合されてもよく、または任意の適切な方法で複数の別個のユニットにわたって分散されてもよいことに留意されたい。さらに、1つまたは複数のユニットは、治療投与領域内に配置されてもよく、または治療領域から離れて配置されてもよい。いくつかの実施形態では、処理およびデータ分析は、放射線治療システム102に統合されてもよく、より大きな撮像及び放射線治療システム100内で行われてもよく、または、システム100またはシステム102のいずれかがインターネットに接続されたネットワークに接続され、放射線治療システム102から遠隔のコンピュータが、本開示の実施形態において以下に記載される処理および分析を実行してもよい。
以下詳細に説明されるように、そして本開示によれば、TAS120は、3D画像を構築するための制約として現在の撮像投影を使用して、リアルタイムで標的領域の位置および/または向きを追跡することができる。特に、実施形態は、CBCTイメージングを使用してリアルタイムで標的領域の位置および/または方向を正確に追跡することができる。
[072]
CBCT撮像とX線源と検出器は、回転ガントリ上に互いに対向して固定されている。患者はリニアックシステム内の表面に向けられ、電離放射線の発散円錐形またはピラミッド形ビームが線源から患者の標的領域を通って検出器に向けられる。線源および検出器がガントリの弧に沿って患者の周りを回転するにつれて、標的領域の複数の連続投影画像がガントリの弧に沿って取得される。例えば、線源および検出器がガントリに沿って患者の周りを回転するとき、数十の投影、数百の投影、または数千の投影を撮ることができる。
現代の従来の線形加速器は一般に、図1Bに示すように、ガントリに固定されたkVイメージャを含み、これにより、MV治療ビームに対して垂直に撮像することが可能になる。放射線の光線ライン218が、共通ソース点200から(例えば。kV線源119から、又は放射線療法出力104から)発散し、図2に示すように、突起の中心軸210から広がるので、kVイメージャの幾何学的形状は、多くの場合、コーンビームジオメトリと呼ばれる。発散する放射線は、線源点200の反対側に配置されたフラットパネル検出器214に衝突する。患者212の一部、例えば患者の標的領域は、光線218が標的領域で患者212に衝突するように、線源点200と検出器214との間に配置される。
kVイメージャは、様々な時点で逐次的に2DのX線投影を取得することができるが、単一の投影で3D画像を完全に再構成するのに必要な情報の完全なセットを取得することはできない。しかしながら、様々な程度の近似を用いて、複数のCBCT投影からフル3D画像を再構成することができる。しかし、上述したように、これまでに開発された技術は、結果として生じる画像に誤差を導入する再構成における近似に依存しており、リアルタイムで標的領域の位置および/または方向を正確に追跡することを困難にしていた。さらに、そのような計算の間に扱われなければならないデータ量はそのような計算を遅くし、それらをリアルタイムアプリケーションで使用するのに役に立たない。その結果、CBCT投影の幾何学的形状のため、そして標的領域の3D画像を再構成するため様々な角度からの複数のCBCT投影が必要とされるため、リアルタイムでの標的領域の局在化は捉えにくい。CBCT撮像は多くの解剖学的構造を撮像するために良好に臨床的に動作することができる一方、動きにより多く影響を受ける解剖学的構造は、アーチファクト、滲み、位置の不正確により有害に影響される。
計算の複雑さを減らすために、画像再構成は空間領域ではなくk空間で達成されてもよい。k空間は、各直交方向の空間周波数kx、ky、kzによって定義される3D空間である。画像は、例えば、3Dフーリエ変換を計算することによって、k空間で表すことができる。この変換によって画像データが圧縮され、数学的処理がより簡単になる。一旦k空間に変換されると、k空間において画像を再構成することができる。次いで、再構成されたk空間の画像は、再構成されたk空間の画像を逆フーリエ変換することによって、空間領域における3D画像に逆変換することができる。このようにして、空間領域における大量の非圧縮データではなく、k空間における圧縮データを用いて計算を実行することができる。
k空間の概念は、しばしば平行ビーム幾何学を用いたCT再構成の面で議論される。k空間での再構築は、投影スライス定理の使用に依存しており、これは、物理空間での投影のフーリエ変換はk空間での線と同じであることを示している。図3A及び図3Bを参照すると、角度θでの投影は測定pθ(s)となり(図3A)、次にフーリエ変換してp^θ(s)を得る(図3B)(「p^」はpにオーバーライン(上線)を付したものである)。後者は角度θでのk空間の半径方向に沿った複数の点を直接的に与えるものである。異なる角度θでの複数の投影を取得することによって、k空間内の複数の異なる半径方向線に沿った複数の点を知ることができ、図3Cに示すように、k空間が埋められ、k空間内の画像I^(k)を構築する(「I^」はIにオーバーライン(上線)を付したものである)。次いで、空間領域内の画像I(r)を提供するために、k空間画像のフーリエ変換を計算する。
平行ビームCTのフーリエ再構成はよく知られた概念であるが、k空間内の点は直交座標系(Cartesian grid)とならなないので、実際には一般的には使用されない。その結果、補間が必要となり、結果として生じる画像にアーチファクトが生じる可能性がある。非一様高速フーリエ変換(NUFFT)の分野における最近の研究はフーリエ再構成をより実用的にしたが、投影スライス定理は依然として平行光線に対して数学的に働くだけであり、従って発散光線を利用するCBCTには適用されていない。したがって、フーリエ再構成をCBCT幾何学に直接拡張することは不可能である。したがって、これまでのCBCT投影法を用いた研究は、空間領域におけるCBCT投影法の操作および再構成に焦点を当ててきた。これは、リアルタイムの動き監視にとっては複雑で扱いにくいことが証明されている。
本開示の実施形態では、画像再構成の基本構成要素としての複数の光線からなる2D投影への依存から離れ、その代わりに、単一の光線に沿った1D投影として投影を見るという新しい概念が開発された。本開示の実施形態では、CBCT投影画像を含む3D画像を非空間領域で再構成する。例えば、図4の光線Lは、光源300から発生し、患者312を通過し、そして検出器314に達する。ベクトルdは、アイソセンタ322を光線Lに沿った最も近い点と接続し、光線Lに対して垂直である。光線Lに沿った1D投影はpLで表される。
平行光線による従来のフーリエ変換に戻ると、dと同じ方向の光線の集まりがあった場合、すなわち、図5Aに示すようにd=dd^の場合(d^(dオーバーライン)は単位ベクトルであり、dの大きさが−∞から∞まで変化する場合)、関数pL(d)が存在する。フーリエ変換が図5Bに示されたpL(d)を生成すると、それはd^(dオーバーライン)と同じ方向に位置するk空間内の放射線に沿うことになるが、k^dと参照される(「k^」はkにオーバーラインを付したもの)。何故ならそれは空間領域よりk空間内であるからである。
まだ、図4の発散CBCTビーム形状では、平行光線の集まりがないため、投影情報をk空間に変換するためにフーリエ変換を行うことができない。したがって、本開示の実施形態では、代わりに、撮像データを非空間領域に変換するための各投影線に対する固有のラベルとして図4のベクトルdを使用する。例示的なプロセスは、図6Aから図6Cに視覚的に示されている。
図6Aは、光源400から発する発散光線線418から形成された単一のコーンビーム投影を示す。発散光線線418は、アイソセンタ422を有する標的領域420に向けられる。z軸、x軸、y軸は、アイソセンタ422と整列する原点を有する。線412は、アイソセンタ422から、光線418′に直交し、光線線418′上の最も近い点まで引くことができる。したがって、光線418′に対して、線412は、図4からベクトルdのように振る舞い、固有のラベル光線418′とされる。ベクトルdは、アイソセンタ422から各光線線418上の最も近い点まで延び、各光線に独自のラベルを付与することができる。したがって、各発散光線線418に沿った離散点の値は既知である。図6Bは、アイソセンタ422から各発散光線ライン418上の最も近い点まで引かれるベクターdを示す。各光線線418上のアイソセンタ422に最も近い点は、点430とまとめてラベル付けされている。各ポイント430はそれぞれの光線に沿った既知の点を表す。実際には、点430が円錐形ビームの発散光線線418と交差する3Dボウル形状を形成するであろうが、視覚化を容易にするために、図6Bの点430は平坦に示されている。このようにして、発散光線のリアルタイム画像を生成するために計算が実行され得る新しい中間空間として、発散光線に沿った離散点が知られ、k空間ではなくd空間に変換され得る。本明細書で定義されるように、d空間は、図6Cに示される、軸d=(dx、dy、dz)の直交平面(Cartesian plane)である。発散光線線418を有する所与のコーンビーム投影は、既知の点430でd空間を埋め、図6B及び図6Cでの集合点430によって示されるように、ボウルに似たデータの曲面を形成する。
CBCTイメージャとソース400がガントリの円弧に沿って回転するにつれて、コーンビーム投影はy軸の周りを回転し、それにより、d空間に投影を変換することによって生成されたボウルもd軸の周りを回転する。その結果、y軸の回りの投影の回転は、図7A及び図7Bに示すようなd空間における生成されたボウルの回転経路に沿った値で、徐々にd空間を埋めることができる。図7Aは、位置「A」での投影によって埋められたd空間内の点の第1の組と、位置「B」での投影によって埋められたd空間内の点の第2の組とを示す。図7Bは、y軸の周りの単一の完全な回転からの複数の投影により埋められたd空間内の点の組を示す。
完全な回転の後、d空間は、dy軸を中心とした「トランペットのような」部分を除いて埋められ、そこでは、その曲がって形状により、ボウルがdy軸に触れず、dy軸の周りに回転する。これらトランペットのような部分は図7Cに示されている。コーンビームが平行ビームになると、トランペット領域はゼロに縮小する。
d空間における投影が完全に満たされた(すなわち、トランペット形状部分に欠けているデータがない)と仮定すると、d空間からk空間から移動することができる。これは、半径方向の線に沿ってd空間を補間し、1Dフーリエ変換を行い、結果として得られた値を半径方向の線に沿ってk空間に挿入することによって達成することができる。d空間内の補間は図8Aに示され、半径方向線kに沿って得られた値は、図8Bのk空間に示される。d空間で補間された放射状の線の向きを変えながら1Dフーリエ変換を用いるこのステップを繰り返すことにより、k空間のすべてをカバーすることができ、k空間を完全に埋めることが可能である。次いで、k空間データの3D逆フーリエ変換を計算することにより、3D画像データをk空間から再構成することができる。
非平行(例えば、発散)投影光線を取り扱うためおよび投影画像データを圧縮するためのd空間の新しい概念は、撮像データをより容易に操作し再構成することを可能にする。この新規な方法は、CBCT投影から3D画像を再構成するために複雑な計算をより迅速に実行することを可能にし、データのリアルタイム追跡を可能にする。
d空間における欠落したトランペットデータは、単一のガントリアークによるCBCT再構成の「不完全な」性質の現れであり、例えば、Feldkamp?Davis?Kress(FDK)アルゴリズムを含むアルゴリズムが近似を必要とする理由である。
実際のデジタルアプリケーションでは、k空間は通常無限大に評価されない。むしろ、カットオフ周波数がk空間の範囲を制限するために使用される。一般的な経験則では、エイリアシングの影響を避けるために、少なくともナイキスト(Nyquist)周波数に等しいカットオフ周波数を使用する。この場合のナイキスト周波数は、画像の解像度の逆数の半分として定義される。たとえば、画像のボクセルが1mmの立方体の場合、ナイキスト周波数は0.5cycles/mmである。したがって、欠けているトランペットデータの半径は、ナイキスト周波数で最大になる可能性がある。いくつかの実施形態では、ラッパ形状部分からの欠落データは、d空間内の隣接点の直接補間によって埋めることができる。
放射線治療の用途では、以前に診断品質のCTスキャナで取得した初期計画用CTが利用可能である可能性がある(すなわち、従来のCT画像は、CBCT画像の不完全なトランペットデータの問題を持たない可能性があり、したがって、完全なk空間カバレッジを提供する可能性がある)。計画CTは、例えば、治療前、患者の準備中、または初期の治療セッション中に撮影されたものであり得る。計画用CTはレイトレーシング(ray-tracing)によってd空間画像に変換することができる。レイトレーシングでは、複数のコーンビーム投影がCTジオメトリに対する複数の光線を設定することによってシミュレートすることができる。CTピクセルは、各光線に沿って合計されて、その光線に対する投影値を与える。これらの値は、(原点とそれぞれの光線に沿った最も近い点を結ぶベクトルである)適切なベクトルdを使ってd空間に挿入することができる。
次いで、d空間コーンビーム投影の欠けているトランペット部分内に入る変換されたd空間計画CT上の点は、d空間内の他の点の関数として表すことができる。トランペット部分に欠けているCBCTデータの点は、決定された計画CT関係を使用して埋めることができる。トランペットデータを埋める方法はいくつかあるが、計画CTは、いちどd空間に変換されると、欠けているトランペット部分をd空間のCBCTデータにフィットさせる方法を「学習」するために使用することができる。例えば、代数的な関係、主成分分析、機械学習アルゴリズムなどのうちの1つまたは複数の方法が、不足しているトランペットデータを埋めるのに使うことができる。
d空間内の放射状線が選択されると、多くの放射状線、例えば、図9Aにおける線L3及びL4は、欠けているトランペットデータと交差しない。線L3及びL4に沿ったデータは、1Dフーリエ変換を介してd空間からk空間に直接変換することができる。他の線は、欠けているトランペット領域と交差してもよい。例えば、線L1及びL2はそれぞれ点P1及びP2で交差している。線L1及びL2は、それらがトランペット部分と交差する点まで、部分データに寄与することができる。これは線L1及びL2について限定された視野を有することと等価であり得、フーリエ領域ではサンプル間隔を狭くする結果となる。数学的に述べると、原点からその線がラッパ領域と交差する点までの線に沿ったデータの長さがLの場合、k空間の対応する放射状線(例えば、トランペット領域と交差する線L1及びL2)に沿ったk空間のフーリエデータのサンプル間隔は1/Lになる。図9Bに示すように、半径方向線に沿ったサンプリング間隔は、半径方向線がky軸に近づくにつれて増加する。軸自体ではサンプル間隔は無限大に近づき、ky軸に沿ったデータは得られない結果となる。
したがって、k空間は、d空間内に欠けているデータがある場合でも埋めることができる。いくつかの実施形態では、補間は、d空間ではなくk空間で直接実行してもよい。いくつかの実施形態では、計画CTは、k空間におけるCBCTデータの補間を支援するために、最初にk空間に変換され、d空間における補間の上記の説明と同様にしてもよい。いくつかの実施形態では、k空間データは補間されなくてもよいが、NUFFTアルゴリズムを使用して、不均一間隔のk空間点上の逆3Dフーリエ変換を空間領域に直接計算して3D画像を再構成することができる。
いくつかの実施形態では、1Dフーリエ変換を計算する前に一様な線に沿ってデータを再サンプリングするためのd空間における補間は、アーチファクトを引き起こし得る。そのような実施形態では、NUFFTアルゴリズムを使用することができ、または計画CT画像からのデータを使用して、上記と同様の方法で投影データを補間する方法を「学習」することができる。
当業者は、d空間またはk空間のいずれかで、欠けているトランペットデータを埋めるためのいくつかの代替方法があることを認識するであろう。それらのそれぞれは、本出願の範囲によって包含される。
[094]
本開示の例示的な実施形態では、現在のCBCT画像のリアルタイム分析は、非平行光線の存在を処理するためにd空間内で実行される。上述のように、CBCT投影は最初にd空間に変換され、複数の変換された投影「ボウル」が組み合わされ、そして欠けているトランペットデータは様々な技術を用いて埋められる。しかし、投影がy軸の周りを回転し、新しいd空間データが各順次のボウルで埋められるので、それが目標領域の真の現在位置を表すという意味で現在の投影(別名、現在のボウル)のみが正確である。本開示の実施形態は、また、古くなったデータの問題に対処する3D画像をリアルタイムで再構成する方法にも対処する。
d空間は、図7Bに示されているように、軸、例えばy軸を中心に順次取得された投影を回転させることによって埋めることができるが、複数の投影のうちの1つのみが、標的領域内の点の現在の「真」の位置を描く。これは、現在の投影の前に撮像された他のすべての投影が前の時点でとられたためであり、古い投影はもはや標的領域の現在の位置および/または向きを表していない可能性がある。上で言及した計画用CT画像もまた古くなった投影と見なされる。以前は、放射線治療中の初期の時点で古くなった予測がとられていた可能性がある。そのとき、問題は、古くなった投影と現在の投影をどのように組み合わせて正確なリアルタイム3D画像を形成するかということになる。
本開示の実施形態は、「制約」として単一の現在の投影を使用してCBCT画像を再構成し、欠けている情報を埋めるために、 すなわち放射線療法治療中にリアルタイムでシネCBCT画像を生成するために、他の古い投影を使用する。例えば、現在の投影は、古い画像を当てはめることができる制約として使用する(例えば、既知の真の値を表すために100%で加重する)ことができる。生成された3D画像は、現在の投影と「一致」している必要がある。いくつかの実施形態では、「一貫性のある」とは、人が3D画像を光線追跡して人工投影を計算する場合(ときには、デジタル再構成X線写真、またはDRRとも呼ばれる)、測定された投影の正確な再現が得られることを意味する。他の実施形態では、「一貫性のある」とは、散乱またはビーム硬化などの物理現象を補償するための補正を含むことができ、あるいはDRRおよび測定された投影が閾値内で、または他の何らかの類似度で等しいことを意味する。
古くて現在のd空間投影の再構成は、使用される技法に応じて、d空間、k空間、またはd空間とk空間の組み合わせのいずれかで起こり得る。本開示の実施形態では、現在の投影は制約として使用され、制約はd空間またはk空間内の実際の点に配置することができる。これは、以前に開発された他の技術とは異なり、代わりに、反復的再構成原理を使用せずに課すことが困難であり、計算集約的であり、リアルタイムの用途には不可能なものである。
d空間の充填(または、どの空間再構成が実行されるかによりk空間の充填)は、いくつかの異なる方法で起こり得る。一実施形態では、3D画像を再構成するために位相を使用することができる。これは4DのCBCT(3D+位相)として参照される。これは、規則的な動き、リズミカルな動き、および/または周期的な動き、例えば、呼吸または心拍による衝撃を受けた標的領域の動きが追跡されているときに特に有用である。最も関連性のある古い予測は、サイクルの同じ時点で取られた予測を選択することによって選択することができます。例えば、呼吸位相をそれぞれの古くなった投影に割り当てることができ、現在の投影と同様の位相を有する投影のみを使用して現在の投影から欠けている情報を埋めることができる。その仮定は、位相内の同じ点からの投影画像にわたる目標領域の位置が、位相内の異なる点からの投影画像内の目標領域の位置よりも互いに類似することである。
各投影に位相を割り当てるには、さまざまな方法がある。例えば、各投影画像のk空間の中心値を位相の代用として用いることができる。同じまたは類似の中心値を有する射影は、同じ位相で撮影されたと仮定することができ、位相はターゲット領域の動きに影響を与える可能性があるので、同様の位相からの投影におけるターゲット領域の位置および/または向きは同様であると仮定することができる。結果として、仮定は、現在の投影とk空間の共通中心値を共有する古くなった投影は、現在の投影画像を再構成するための最も関連性のある目標領域位置情報を有することである。
いくつかの実施形態では、古くなった投影のサブセットを使用して、従来の断層撮影再構成技法を使用して、または本明細書に開示されている再構成方法のいくつかを用いて、位相ビン化4D画像を最初に再構成することができる。次に、4Dデータセットの各3Dビンをk空間に変換して、基準4Dk空間トレーニングセットを生成することができる。その後、4Dk空間トレーニングセット内の各2Dk空間の平面と、4Dk空間トレーニングセット内の対応する3Dk空間の画像との間の関係を決定することができる。一度この関係が見つかると、新たなk空間「現在」平面が取得されるたびに、決定された関係を用いて現在のk空間の平面から近似3Dk空間の画像を見つけることができる。次元を減らすために、主成分分析(PCA)または独立成分分析(ICA)を2Dおよび3Dのk空間データに使用することができる。
欠けているデータを埋めるために現在の平面をk空間内の古い平面と組み合わせるための他の例示的な方法および技法は、ベイジアン(Bayesian)フィルタリング技法および分析、たとえばカルマンフィルタ(Kalman Filters)または粒子フィルタ(Particle Filters)を使用することを含む。いくつかの実施形態では、例えば、圧縮センシング技術、希薄性、機械学習、深層学習、および/または主成分分析(PCA)を使用することができる。
この概念をさらに詳しく調べるには、平行線が存在すると想定できる仮想的な状況から始めるとよい。投影は、d空間内に2D平面を提供し、2Dフーリエ変換を実行することはこのデータをk空間内の2D平面に直接変換することができる。k空間内のこの平面に沿った値は現在のものであり、完全な3Dk空間データに対する制約として作用することがある。その後、残りのk空間データは、以前の古くなった射影を使用して推定する必要があり、これは、k空間の平面として表される。これらの古くなった予測は、さまざまな方法で現在の予測と組み合わせることができる。例えば、各平面は共通の交差値、k空間の中心を共有することができ、これは、例えば呼吸によって、所与の位相全体にわたって振動することができる。最もよく一致する交差値を有するk空間平面を選択し、残りのk空間を構成するために使用することができる。次いで、現在の投影と一致する、現在の画像に対応する3D画像を生成するために逆3Dフーリエ変換が実行される。
しかし実際には、線は平行ではなく、平行ビーム数学は破綻する。投影がd空間内に平面を生成するのではなく、各コーンビーム投影は、図6Bを参照して前述したように、データの湾曲した平面(「ボウル」)を生成する。このデータは、データのボウルがフーリエ空間内の放射状の線と1点でのみ交差するので、フーリエ変換によって直接k空間データに変換することができる。したがって、ボウルは交差する半径方向線に沿って単一のフーリエ成分のみを提供する。垂直平面とボウルとの間の距離(d空間)は、原点から離れるにつれて大きくなる可能性があり、式:s=√(R2+d2)−Rで表される。
放射線治療用途では、画像は通常アイソセンタ(ガントリ回転の点)に縮小され、これは典型的には約80cmから120cmの範囲、例えば100cmである。10cmでは、これは0になる。平面とボウルの間の距離5mmで、中心軸から20cm離れたところでは、多くの用途では検出器の端部での最大距離と考えられ、距離は2mmに増加する。放射線療法では、ボウルは純粋な平面から離れた二次歪みでの良い近似のために平面に非常に近い。図10Aおよび図10Bは、この関係を示す。
いくつかの実施形態では、ボウル(BOWL)は平面(PLANE)であると近似することができ、二次の歪み(DISTORTIONS)は無視することができる。そのような実施形態は、放射線療法における典型的な幾何学的形状に対して依然として良好な結果をもたらし得る。空間領域内のデータは、上述の平行ビーム幾何学の場合のように、k空間内のデータの平面に直接変換することができる。
他の実施形態では、湾曲した「ボウル」表面からのd空間データは、対応する純粋な平面に外挿してもよい。これは、場合によっては、外挿を実行するためにd空間内の初期の古い投影データを使用することによって達成することができる。他の実施形態では、これは、データがボウルから平面へどのように歪められるかを「学ぶ」のを助けるために、d空間に変換された計画CTを使用することによって達成される。データがd空間内の平面に外挿されると、2Dのフーリエ変換(FOURIER TRANSFORM)を使用してデータをd空間からk空間に変換することができる。
さらに他の実施形態では、フル3D画像は、k空間ではなくd空間で最初に推定されてもよい。d空間内の現在のボウルに沿った値は現在のデータであり、制約として使用することができる。そして問題は(k空間ではなく)残りのd空間を埋める方法になる。現在は古くなっている以前に取得されたボウルは、k空間内のデータを推定することに関して上述したのと類似の方法で組み合わせることができる。次いで、充填されたd空間画像をk空間に変換することができ、逆3Dフーリエ変換によって、現在の投影と一致する、現在の画像に対応する3D画像を得ることができる。
CBCT再構成に一般的に含まれる他の方法も開示された実施形態に組み込むことができ、例えば、ガントリサグを考慮するための幾何学的補正、ビーム硬化、および散乱補正もまた本開示の実施形態に適用することができる。
[0109]
しかしながら、いくつかの実施形態では、CBCTの光線が発散するのではなく実際には平行であると仮定することが可能である。例えば、より小さな標的が放射されている場合、標的に当たる小部分の光線は互いにほぼ平行である。例えば、図6Aを振り返ってみると、発散光線のコーンビーム418の一部分のみ内に位置する小さな標的は発散光線のサブセットのみによって衝突される。標的に当たる光線の小さい方のサブセットは、コーンビーム全体の幅を横切っても発散していても、互いにほぼ平行である可能性がある。コーンビームのより小さな部分のみをサンプリングすることによって、平行線の存在を仮定することが可能である。例えば、ターゲットは画像全体の一部、例えば、コーンビームの中央領域またはコーンビームの端部にのみ位置してもよい。フルコーンビームからの光線を使用して画像を再構成するのではなく、標的に当たる光線、または標的の周囲のより小さな領域に当たる光線のみを使用して画像のより小さな部分のみを再構成することができる。これは、例えば、より大きな標的領域内の特定の標的を見るために、有用でああるかもしれない。本明細書で開示される実施形態の多くはフルコーンビーム投影に基づいて現在の投影画像を再構成し、したがってd空間内の発散光線を扱わなければならないが、この実施形態では、より小さい部分に当たる光線のサブセットは互いに比較的平行であり得るので、コーンビームの一部のみを使用してより狭い画像を生成することに焦点を合わせる。これは、標的が小さな領域内を移動している場合、または標的の実際の画像ではなく標的の動きに主な焦点が当てられている場合にも有用である。
光線のサブセットは互いにほぼ平行であるので、平行ビーム近似が使用され、そして標的の周りに小さな画像が生成される。この実施形態では平行線の存在が仮定されているので、CBCT投影をd空間に変換する必要はないかもしれない。その代わりに、投影は、図3Aおよび図3Bを参照して上述したように、k空間に直接変換されてもよい。平行線を仮定せず、代わりに発散線を扱う実施形態は、まず現在の投影像をd空間に変換して現在の像のリアルタイム評価を行わなければならず、そして、現在の画像が制約として使用されている間に、古い投影画像を使用して欠けている情報を埋めるために、d空間に留まるか、またはk空間に変換される。対照的に、代わりに平行線の存在を仮定する実施形態は、d空間に変換する必要はなく、代わりに空間領域から直接k空間に変換することができ、リアルタイム監視はk空間で実行することができる。進化する3D画像の計算はk空間で行われてもよく、3D画像は連続的に空間領域に変換されてもよい。本明細書で使用される「連続的」は、進行中である変換を含み、進行中であるが間隔を置いて行われる変換を含む。例えば、いくつかの実施形態では、k空間から空間領域への3D画像の変換は、3D画像全体が再構成されるまで遅らされず、代わりに3D画像が進化するにつれて起こり得る。3D画像の連続変換は、放射線治療中の標的の動きを補償するために、標的領域の進行中の位置特定を可能にする。
[0111]
本開示のいくつかの実施形態では、CBCTイメージングを用いた従来のリニアックの代わりにMRIリニアックを使用することができる。図11は、放射線治療システム602と核磁気共鳴(MR)撮像システム630とを組み合わせた部分破断図を示す。MR撮像システム630は、軸(A)に沿って延びるボアを画定し、放射線治療システム602は、ボア内のアイソセンター610に向かって放射線治療ビーム608を方向付けるように構成された放射線治療出力604を含む。放射線療法出力604は、ビーム608を患者内の標的領域に向けるために放射線療法ビーム608を制御および/または成形することができるコリメータ624を含む。患者は、表面、例えば、軸方向(A)、横方向(L)、または横断方向(T)のうちの1つまたは複数に沿って位置決め可能なプラットフォームによって支持される。放射線治療システム602の1つまたは複数の部分をガントリ606に取り付けることができる。例えば、放射線治療出力604は、軸Aを中心にガントリ606に沿って回転することができる。
CBCTイメージングとは対照的に、MRイメージングはk空間で直接データを収集するという点でユニークである。上述した本開示のいくつかの実施形態は、コーンビーム投影画像をd空間に変換し、次いで最終的にk空間に変換するが、MRIは画像を直接k空間にキャプチャする。したがって、MRIの実施形態では、リアルタイム監視はk空間で実行される。他の実施形態に関して上述したように、k空間内の現在の画像を制約条件として使用することができ、他の古い画像を使用して、標的領域の真の現在位置を表すk空間内のリアルタイム3D画像を再構成することができる。次いで、再構成された3Dk空間画像は、フーリエ変換を介して空間領域に変換され、患者内の標的領域の動きを監視し、検出された動きに応じて放射線治療の送達を制御および/または変更するために用いられる。
上述のように、進化する3D画像の計算はk空間で行われてもよく、3D画像は連続的に空間領域に変換されてもよい。本明細書で使用される「連続的」は、いくつかの実施形態では、3D画像のk空間から空間領域への変換が、3D画像全体が再構成されるまで遅延されないことがあることを意味する。その代わりに、3D画像が進化するにつれて変換が起こり得る。3D画像の連続変換は、放射線治療中の標的の動きを補償するために、標的領域の進行中の位置特定を可能にする。
本開示の実施形態は、上述のように、リアルタイムで連続的に進化するフル3D軟組織画像を計算することを可能にする。このようにして、危険にさらされている標的および臓器の分画内運動をリアルタイムで検出することができ、放射線治療中のゲーティングおよびMLC追跡が可能になる。いくつかの実施形態では、基準の使用は必要とされないかもしれない。最終的には、全変形ベクトル場をリアルタイムで計算して、リアルタイム適応放射線治療を可能にすることができる。本開示の実施形態は、任意の適切な放射線治療装置、例えば、従来のリニアック、MRIリニアック、ガンマナイフシステム、または他の任意の適切な放射線送達システム、と共に使用され得る。
[0115]
図1A、図1B、図1Cを参照して上述したように。本明細書に開示される画像処理は、任意の適切なコンピュータまたは医療システム上で実行することができる。図12は、上述の新規な技術を使用して放射線療法治療中にリアルタイム標的位置特定および追跡を実行するための例示的な放射線療法システム700を示す。放射線治療システム700は、インターネット732に接続されているネットワーク730に接続されている放射線治療装置710を含む。ネットワーク730は、放射線治療装置710を接続すると共に、データベース740、病院データベース742、腫瘍学情報システム(OIS)750(例えば、患者情報を含む)、治療計画システム(TPS)760(例えば、放射線治療装置710によって実行されるべき放射線治療治療計画を生成するためのもの)、画像取得装置770、表示装置780および/またはユーザインタフェース790の1つまたは複数を接続することができる。これらの構成要素の各々は、放射線治療装置710と同じ領域に収容されてもよく、または、例えば、インターネットまたはネットワーク接続によって放射線治療装置710に接続されて、放射線治療装置710から離れていてもよい。
放射線治療装置710は、プロセッサ712、メモリ装置716、通信インタフェース714を含む。メモリデバイス716は、オペレーティングシステム718、治療計画ソフトウェア720、画像処理ソフトウェア724、画像再構成ソフトウェア726、標的位置特定モジュール728、および/または、プロセッサ712により実行される任意の他のコンピュータ実行可能命令のうちの1つまたは複数に対するコンピュータ実行可能命令を記憶することができる。これらの実行可能命令は、プロセッサ712を構成して、例えば、上述の例示的実施形態のステップ、例えば、CBCT投影のd空間への変換、d空間またはk空間のうちの1つまたは複数における3Dまたは4DのCBCTまたはMRI画像の再構成、d空間からk空間への投影画像の変換、および/または、投影画像のk空間から空間領域への変換を含むステップを実行することができる。
プロセッサ712はメモリ装置716に通信可能に結合されてもよく、プロセッサ712はそこに格納されたコンピュータ実行可能命令を実行するように構成されてもよい。例えば、プロセッサ712は、画像処理ソフトウェア724および/または画像再構成ソフトウェア726を実行してそれぞれの機能を実施し、それらを、放射線療法中の患者における標的の位置を決定するためにこれらを標的位置特定モジュール728の機能と組み合わせることができる。加えて、プロセッサ712は、画像処理ソフトウェア724、画像再構成ソフトウェア726、および/または標的位置特定モジュール728とインターフェースで接続される治療計画ソフトウェア720(例えば、エレクタ社製のMonaco(登録商標)ソフトウェア)を実行することができる。
プロセッサ712は、マイクロプロセッサ、中央処理装置(CPU)、グラフィック処理装置(GPU)、加速処理装置(APU)、または他の適切な機器のような1つまたは複数の汎用処理装置を含む処理装置であり得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ712は、複合命令セット計算(CISC)マイクロプロセッサ、縮小命令セット計算(RISC)マイクロプロセッサ、超長命令語(VLIW)マイクロプロセッサ、他の命令セットを実装するプロセッサ、または命令セットの組み合わせを実装するプロセッサであり得る。プロセッサ712は、また、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、システムオンチップ(SoC)などのような1つまたは複数の専用処理装置であり得る。当業者に理解されるように、いくつかの実施形態では、プロセッサ712は、汎用医用プロセッサではなく、例えば、医用画像処理に通常使用され、したがって、1つまたは複数のグラフィック処理装置および高速処理装置を含み得る専用プロセッサであり得る。プロセッサ712は、Intel(登録商標)によって製造されたPentium(登録商標)、Core(登録商標)、Xeon(登録商標)、またはItanium(登録商標)ファミリー、AMD(登録商標)によって製造されたTurion(登録商標)、Athlon(登録商標)、Sempron(登録商標)、Opteron(登録商標)、FX(登録商標)、Phenon(登録商標)ファミリー、Sun Microsystemsによって製造された様々なプロセッサのいずれか、または他の適切なプロセッサのような、1つまたは複数の既知の処理装置を含み得る。プロセッサ712は、Nvidia(登録商標)によって製造されたGeForce(登録商標)、Quadro(登録商標)、Tesla(登録商標)ファミリー、Intel(登録商標)によって製造されたGMA、Iris(登録商標)ファミリー、AMD(登録商標)によって製造されたRadeon(登録商標)ファミリー、または、他の適切なプロセッサからのGPUのような、グラフィック処理ユニットを含み得る。プロセッサ712は、いくつかの実施形態では、AMD(登録商標)によって製造されたDesktop A−4(6、8)シリーズ、Intel(登録商標)によって製造されたXeon Phi(登録商標)ファミリーのような、加速処理装置を含み得る。一実施形態では、プロセッサ712は、大量の画像データおよび/または信号データをリアルタイムで処理するように構成されてもよく、ここで「リアルタイム」とは、入力データが放射線療法処置中に出力またはフィードバックが利用可能になることを可能にする速度で処理されることを意味する。開示された実施形態は、いかなるタイプのプロセッサに限定されるものではなく、大量の撮像データを識別、分析、維持、生成、および/または提供する、またはそのような撮像データを操作してターゲットを位置決めおよび追跡する、あるいは開示された実施形態と一致する他の種類のデータを操作するという計算要求を満たすように構成されるものである。さらに、「プロセッサ」という用語は、複数のプロセッサ、例えばマルチコア設計またはそれぞれがマルチコア設計を有する複数のプロセッサを含むことができる。プロセッサ712は、メモリ716に格納された一連のコンピュータプログラム命令を実行して、上記の様々な動作、プロセス、および方法を実行することができる。
メモリ装置716は、画像取得装置770または他の適切な画像取得装置から受信された画像データ722(例えば、CT、CBCT、MRIなど)を格納するメモリ装置716は、また、開示された実施形態と一致する動作を実行するために放射線治療装置710によって使用され得る任意のフォーマットの任意の他の適切な種類のデータ/情報を格納する。メモリ装置716は、読み出し専用メモリ(ROM)、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ(RAM)、シンクロナスDRAM(SDRAM)またはラムバスDRAMのようなダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)、スタティックメモリ(RAM)(例えば、フラッシュメモリ、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)などを含むことができ、それらには、コンピュータ実行可能命令が任意のフォーマットで格納され得る。例示的実施形態では、メモリ装置716は複数のメモリ装置であり得る。いくつかの実施形態において、メモリ装置716は、遠隔に位置するがプロセッサ712にアクセス可能な複数のメモリ装置を含み得る。コンピュータプログラム命令は、プロセッサ712によってアクセスされ、ROM、または任意の他の適切なメモリ位置から読み出され、プロセッサ712による実行のためにRAMにロードされる。例えば、メモリ716は1つまたは複数のソフトウェアアプリケーションを格納することができる。メモリ716に格納されたソフトウェアアプリケーションは、例えば、一般的なコンピュータシステム用のソフトウェア制御装置ならびにソフトウェア制御装置用のオペレーティングシステム718を含むことができる。さらに、メモリ716は、プロセッサ712によって実行可能なソフトウェアアプリケーション全体またはソフトウェアアプリケーションの一部だけを記憶することができる。例えば、記憶装置716は、治療計画システム760によって生成された1つまたは複数の放射線治療計画を記憶することができ、および/または治療計画ソフトウェア720を記憶することができる。
いくつかの実施形態では、メモリ装置716は機械可読記憶媒体を含み得る。例示的実施形態は、単一の媒体を含んでもよく、またはコンピュータ実行可能命令またはデータの1つまたは複数の組を格納する複数の媒体(例えば、集中型または分散型データベース、および/または関連するキャッシュおよびサーバ)を含んでもよい。「機械可読記憶媒体」という用語は、機械による実行のために一組の命令を記憶または符号化することができ、本開示の方法論のうちの任意の1つまたは複数の方法を機械に実行させる任意の媒体を指す。したがって、「機械可読記憶媒体」という用語は、それだけに限らないが、固体メモリ、光および磁気媒体などを含むと定義されるものとする。例えば、メモリ716は、1つまたは複数の揮発性、非一時的、または不揮発性の有形のコンピュータ可読媒体とすることができる。
放射線治療装置710は、通信インターフェース714を介してネットワーク730と通信することができ、通信インターフェース714は、プロセッサ712およびメモリ716に通信可能に結合することができる。通信インターフェース714は、例えば、ネットワークアダプタ、ケーブルコネクタ、シリアルコネクタ、USBコネクタ、パラレルコネクタ、高速データ伝送アダプター(例えば、ファイバ、USB3.0、サンダーボルト等)、無線ネットワークアダプタ(例えば、WiFiアダプター等)、通信アダプター(例えば、3G、4G/LTE等)、または他の適切な接続を含み得る。通信インターフェース714は、放射線治療装置710がネットワーク730を介して遠隔地にある構成要素などの他の機械および装置と通信することを可能にする1つまたは複数のデジタルおよび/またはアナログ通信装置を含むことができる。
ネットワーク730は、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイヤレスネットワーク、クラウドコンピューティング環境(例えば、サービスとしてのソフトウェア、サービスとしてのプラットフォーム、サービスとしてのインフラ、など)、クライアントサーバ、ワイドエリアネットワーク(WAN)などを提供することができる。したがって、ネットワーク730は、放射線治療装置710と、TPS760、OIS750、画像取得装置770を含むいくつかの他の装置との間のデータ伝送を可能にする。さらに、TPS760、OIS750、画像取得装置770によって生成されたデータは、メモリ716、データベース740、および/または病院データベース742に格納することができる。データは、プロセッサ712によってアクセスされるために、ネットワーク730を介して、および通信インターフェース714を介して送信/受信される。
[0123]
図13乃至図15は、(例えば、図1A、図1B、図1C、および/または図12のいずれかにおける)上述した医療システムまたは任意の他の適切なシステムによって実行することができる、本開示の例示的な方法を示すフローチャートである図13乃至図15において、受信ステップは、任意の適切な構成要素によって、例えば、(コントローラ115とデータベース117の1つまたは複数を含む)撮像及び制御システム111によって、TAS120によって(例えば、入力/出力回路122、メモリ回路124、処理回路126の1つまたは複数によって)、放射線治療装置710によって(例えば、1つまたは複数のプロセッサ712、通信インターフェース714、メモリ716内の任意のコンポーネントを含むメモリ716によって)、または任意の他のデバイスまたは本明細書に記載のシステムの構成要素によって、実行され得る。
図13は、CBCT画像データを受け取り(ステップ802)、次に画像データがd空間に変換される(ステップ803)方法800を示す。一旦変換されると、画像データはd空間内の3D画像に再構成される(任意のステップ804)。任意に、画像データをd空間からk空間に変換し(ステップ805)、その後、k空間内3D画像に再構成する(任意のステップ806)。3D画像の再構成は、d空間またはk空間またはd空間とk空間の両方のいずれかで発生する(例えば、いくつかの再構成は、非空間領域のそれぞれで発生する)。最後に、画像データはk空間から空間領域へ変換される。
図14は、他の実施形態による方法900を示す。図14の方法では、複数のCBCT投影画像が受け取られる(ステップ902)。複数のCBCT画像は、現在の画像と複数の古い画像とを含む。複数のCBCT投影画像の各々はd空間に変換される(ステップ903)。一旦d空間に変換されると、複数の画像はk空間に変換されるか(ステップ904)、あるいは、現在の画像がd空間内の複数の投影画像から3D画像を再構成するための制約として使用される(ステップ905)。ステップ905が実行されると、再構成された画像はk空間に変換され(ステップ907)、次に空間領域に変換される(ステップ909)。ステップ904が選択された場合、現在の画像は、k空間内の複数の投影画像から3D画像を再構成するための制約として使用され(ステップ906)、再構成された3D画像は空間領域に変換される。
図15は、他の例示的方法1000を示す。方法1000では、CBCT画像データを受け取り(ステップ1002)、CBCT画像データの一部を分離する(ステップ1003)。次に、CBCT画像データの一部をk空間に変換する(ステップ1004)。3D画像をk空間で再構成し(ステップ1005)、次いで再構成された3D画像をk空間から空間領域に変換する(ステップ1006)。
本開示の多くの特徴および利点は詳細な明細書から明らかであり、したがって、添付の特許請求の範囲によって、本開示の真の精神および範囲内に入る本開示のすべてのそのような特徴および利点を網羅することが意図されている。さらに、当業者には多くの修正形態および変形形態が容易に思い浮かぶので、本開示を、例示され説明された厳密な構造および動作に限定することは望ましくなく、したがって、すべての適切な修正形態および等価物が、本開示の範囲内となる。
さらに、当業者は、本開示の基礎となる概念が、本開示のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法、およびシステムを設計するための基礎として容易に使用され得ることを理解するであろう。したがって、特許請求の範囲は、前述の説明によって限定されると見なされるべきではない。
Claims (49)
- 患者の標的領域の三次元画像を生成するためのシステムであって、
前記システムは:
前記患者の標的領域の複数の非平行投影画像を受信し;
前記複数の非平行投影画像を非空間領域に変換し;
前記非空間領域における前記複数の非平行投影画像から三次元画像を再構成し;
前記再構成された三次元画像を前記非空間領域から前記空間領域に変換する
ように構成されている少なくとも1つのコンピュータシステムを備える
ことを特徴とするシステム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、
前記複数の非平行投影画像は、複数のコーンビームコンピュータ断層撮影投影画像である
ことを特徴とするシステム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、
前記複数の非平行投影画像は、第1の期間に取得された1つの現在の投影画像と、前記第1の期間より前の1つまたは複数の期間に取得された複数の古い投影画像とを含む
ことを特徴とするシステム。 - 請求項3記載のシステムにおいて、
前記1つの現在の投影画像は、前記非空間領域における3次元画像の再構成中に複数の古い投影画像が適合される制約として使用される
ことを特徴とするシステム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、
前記非空間領域は第1の非空間領域であり、
前記少なくとも1つのコンピュータシステムは、更に、
前記再構成された三次元画像を前記空間領域に変換する前に、前記再構成された三次元画像を第2の非空間領域に変換するように構成されている
ことを特徴とするシステム。 - 請求項5記載のシステムにおいて、
前記第1の非空間領域はd空間であり、前記第2の非空間領域はk空間である
ことを特徴とするシステム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、
前記非空間領域は第2の非空間領域であり、
前記少なくとも1つのコンピュータシステムは。更に、
前記複数の非平行投影画像を前記第2の非空間領域に変換する前に、前記複数の非平行投影画像を第1の非空間領域に変換するように構成されている
ことを特徴とするシステム。 - 請求項7記載のシステムにおいて、
前記第1の非空間領域はd空間であり、前記第2の非空間領域はk空間である
ことを特徴とするシステム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、
前記標的領域は、腫瘍を含む
ことを特徴とするシステム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、
前記システムは、更に、
前記複数の非平行投影画像を取得し、それらを前記コンピュータシステムに送信するように構成された線形加速器を備える
ことを特徴とするシステム。 - 請求項10記載のシステムにおいて、
前記少なくとも1つのコンピュータシステムは、更に、
前記再構成された三次元画像内の前記標的領域内の標的の位置に基づいて前記線形加速器の特性を修正するように構成されている
ことを特徴とするシステム。 - 請求項11記載のシステムにおいて、
前記線形加速器の特性は、前記線形加速器から出力される放射ビームの特性である
ことを特徴とするシステム。 - 請求項11記載のシステムにおいて、
前記線形加速器の特性は、前記患者に対する前記線形加速器の少なくとも一部の向きである
ことを特徴とするシステム。 - 請求項11記載のシステムにおいて、
前記少なくとも1つのコンピュータシステムは、更に、
前記再構成された三次元画像内の前記標的領域内の標的の位置に基づいて治療計画を修正するように構成されている
ことを特徴とするシステム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、
前記少なくとも1つのコンピュータシステムは、更に、
前記患者の前記標的領域の1つまたは複数の第2の非平行投影画像を受信し;
前記1つまたは複数の第2の非平行投影画像を前記非空間領域に変換し;
前記非空間領域内の前記少なくとも1つまたは複数の第2の非平行投影画像から第2の三次元画像を再構成し、
前記再構成された第2の三次元画像を前記非空間領域から前記空間領域に変換するように構成されている
ことを特徴とするシステム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、
前記少なくとも1つのコンピュータシステムは、リアルタイムで受信、変換、再構成、および変換するように構成されている
ことを特徴とするシステム。 - 患者の標的領域の三次元画像を生成するためコンピュータにより実施される方法であって、
前記方法は:
前記患者の前記標的領域の複数の非平行投影画像を受信し;
前記複数の非平行投影画像を非空間領域に変換し;
非空間領域において前記複数の非平行投影画像から三次元画像を再構成し、
前記再構成された三次元画像を前記非空間領域から前記空間領域へ変換する
ことを特徴とする方法。 - 請求項17記載の方法において、
前記複数の非平行投影画像は、複数のコーンビームコンピュータ断層撮影投影画像である
ことを特徴とする方法。 - 請求項17記載の方法において、
前記複数の非平行投影画像は、第1の期間に取得された1つの現在の投影画像と、前記第1の期間より前の1つまたは複数の期間に取得された複数の古い投影画像とを含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項19記載の方法において、
前記1つの現在の投影画像は、前記三次元画像を前記非空間領域で再構成するときに前記複数の古い投影画像が適合される制約として使用される
ことを特徴とする方法。 - 請求項17記載の方法において、
前記非空間領域は第1の非空間領域であり、
前記方法は、更に、
前記再構成された三次元画像を前記空間領域に変換する前に、前記再構成された三次元画像を第2の非空間領域に変換する
ことを特徴とする方法。 - 請求項21記載の方法において、
前記第1の非空間領域はd空間であり、前記第2の非空間領域はk空間である
ことを特徴とする方法。 - 請求項17記載の方法において、
前記非空間領域は第2の非空間領域であり、
前記方法は、更に、
前記複数の非平行投影画像を前記第2の非空間領域に変換する前に、前記複数の非平行投影画像を第1の非空間領域に変換する
ことを特徴とする方法。 - 請求項23記載の方法において、
前記第1の非空間領域はd空間であり、前記第2の非空間領域はk空間である
ことを特徴とする方法。 - 請求項17記載の方法において、
前記標的領域は、腫瘍を含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項17記載の方法において、
前記方法は、更に、
前記再構成された三次元画像内の前記標的領域内の標的の位置に基づいて医療機器によって送達される治療計画を修正する
ことを特徴とする方法。 - 請求項17記載の方法において、
前記方法は、更に、
前記患者の前記標的領域の1つまたは複数の第2の非平行投影画像を受信し;
前記1つまたは複数の第2の複数の非平行投影画像を前記非空間領域に変換し;
前記非空間領域内の前記1つまたは複数の第2の非平行投影画像から第2の三次元画像を再構成し;
前記再構成された第2の3次元画像を前記非空間領域から前記空間領域に変換する
ことを特徴とする方法。 - 請求項17記載の方法において、
前記受信、変換、再構成、および変換のそれぞれはリアルタイムで実行される
ことを特徴とする方法。 - プロセッサにより実行されたときに、前記プロセッサに、患者の標的領域の三次元画像を生成するための方法を実行させる命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、
前記方法は、
前記患者の前記標的領域の複数の非平行投影画像を受信し;
前記複数の非平行投影画像を非空間領域に変換し;
前記非空間領域において前記複数の非平行投影画像から三次元画像を再構成し;
前記再構成された三次元画像を前記非空間領域から前記空間領域へ変換する
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。 - 請求項29記載の方法において、
前記複数の非平行投影画像は、複数のコーンビームコンピュータ断層撮影投影画像である
ことを特徴とする方法。 - 請求項29記載の方法において、
前記複数の非平行投影画像は、第1の期間に取得された1つの現在の投影画像と、前記第1の期間より前の1つまたは複数の期間に取得された複数の古い投影画像とを含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項31記載の方法において、
前記1つの現在の投影画像は、前記三次元画像を前記非空間領域で再構成するときに前記複数の古い投影画像が適合される制約として使用される
ことを特徴とする方法。 - 請求項29記載の方法において、
前記非空間領域は第1の非空間領域であり、
前記方法は、更に、
前記再構成された三次元画像を前記空間領域に変換する前に、前記再構成された三次元画像を第2の非空間領域に変換する
ことを特徴とする方法。 - 請求項33記載の方法において、
前記第1の非空間領域はd空間であり、前記第2の非空間領域はk空間である
ことを特徴とする方法。 - 請求項29記載の方法において、
前記非空間領域は第2の非空間領域であり、
前記方法は、更に、
前記複数の非平行投影画像を前記第2の非空間領域に変換する前に、前記複数の非平行投影画像を第1の非空間領域に変換する
ことを特徴とする方法。 - 請求項35記載の方法において、
前記第1の非空間領域はd空間であり、前記第2の非空間領域はk空間である
ことを特徴とする方法。 - 請求項29記載の方法において、
前記標的領域は、腫瘍を含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項29記載の方法において、
前記方法は、更に、
前記再構成された三次元画像内の前記標的領域内の標的の位置に基づいて医療機器によって送達される治療計画を修正する
ことを特徴とする方法。 - 請求項29記載の方法において、
前記方法は、更に、
前記患者の前記標的領域の1つまたは複数の第2の非平行投影画像を受信し;
前記1つまたは複数の第2の非平行投影画像を前記非空間領域に変換し;
前記非空間領域内の前記1つまたは複数の第2の非平行投影画像から第2の三次元画像を再構成し;
前記再構成された第2の三次元画像を前記非空間領域から前記空間領域に変換する
ことを特徴とする方法。 - 請求項29記載の方法において、
前記受信、変換、再構成、および変換のそれぞれはリアルタイムで実行される
ことを特徴とする方法。 - 患者の標的領域の三次元画像を生成するためのシステムであって、
前記システムは:
コーンビームコンピュータ断層撮影画像データを受信し;
前記撮像データを空間領域から第1の非空間領域に変換し;
前記撮像データを前記第1の非空間領域から第2の非空間領域に変換し;
前記第1の非空間領域および前記第2の非空間領域の少なくとも一方において、前記撮像データから三次元画像を再構成し;
前記再構成された三次元画像を前記第2の非空間領域から前記空間領域に変換する
ように構成されている少なくとも1つのコンピュータシステムを備える
ことを特徴とするシステム。 - 請求項41記載のシステムにおいて、
前記第1の非空間領域はd空間であり、前記第2の非空間領域はk空間である
ことを特徴とするシステム。 - 請求項41記載のシステムにおいて、
前記撮像データは、複数のコーンビームコンピュータ断層撮影投影を含む
ことを特徴とするシステム。 - 患者の標的領域の三次元画像を生成するためコンピュータにより実施される方法であって、
前記方法は:
コーンビームコンピュータ断層撮影画像データを受信し;
前記撮像データを空間領域から第1の非空間領域に変換し;
前記撮像データを前記第1の非空間領域から第2の非空間領域に変換し;
前記第1の非空間領域および前記第2の非空間領域のうちの少なくとも一方において、前記撮像データから三次元画像を再構成し;
前記再構成された三次元画像を前記第2の非空間領域から前記空間領域へ変換する
ことを特徴とする方法。 - 請求項44記載の方法において、
前記第1の非空間領域はd空間であり、前記第2の非空間領域はk空間である
ことを特徴とする方法。 - 請求項44記載の方法において、
前記撮像データは、複数のコーンビームコンピュータ断層撮影投影を含む
ことを特徴とする方法。 - プロセッサにより実行されたときに、前記プロセッサに、患者の標的領域の三次元画像を生成するための方法を実行させる命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、
前記方法は:
コーンビームコンピュータ断層撮影画像データを受信し;
前記撮像データを空間領域から第1の非空間領域に変換し;
前記撮像データを前記第1の非空間領域から第2の非空間領域に変換し;
前記第1の非空間領域および前記第2の非空間領域のうちの少なくとも一方において、前記撮像データから三次元画像を再構成し;
前記再構成された三次元画像を前記第2の非空間領域から前記空間領域へ変換する
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。 - 請求項47記載の方法において、
前記第1の非空間領域はd空間であり、前記第2の非空間領域はk空間である
ことを特徴とする方法。 - 請求項47記載の方法において、
前記撮像データは、複数のコーンビームコンピュータ断層撮影投影を含む
ことを特徴とする方法。
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CN110917509B (zh) * | 2019-10-22 | 2021-02-12 | 苏州雷泰智能科技有限公司 | 一种基于双能cbct的成像方法、系统及放射治疗装置 |
US20230404504A1 (en) * | 2020-11-05 | 2023-12-21 | Seetreat Pty Ltd | Kalman filter framework to estimate 3d intrafraction motion from 2d projection |
WO2022251417A1 (en) * | 2021-05-26 | 2022-12-01 | The Brigham And Women's Hospital, Inc. | System and methods for patient tracking during radiaton therapy |
US11794039B2 (en) | 2021-07-13 | 2023-10-24 | Accuray, Inc. | Multimodal radiation apparatus and methods |
US11854123B2 (en) | 2021-07-23 | 2023-12-26 | Accuray, Inc. | Sparse background measurement and correction for improving imaging |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62144276A (ja) * | 1985-12-19 | 1987-06-27 | Toshiba Corp | 立体画像表示装置 |
US20040240603A1 (en) * | 2003-05-27 | 2004-12-02 | Qingzhong (James) Cai | Method for fast image reconstruction with compact radiation source and detector arrangement using computerized tomography |
US20040258194A1 (en) * | 2003-06-20 | 2004-12-23 | Guang-Hong Chen | Fourier space tomographic image reconstruction method |
JP2005013736A (ja) * | 2003-06-25 | 2005-01-20 | General Electric Co <Ge> | 直線形軌道型ディジタル・トモシンセシス・システム及び方法 |
US20060147097A1 (en) * | 2002-10-17 | 2006-07-06 | Commissariat A L'energie Atomique | Method for reconstructing an image from a set of projections by applying a wavelet transform |
US20070297661A1 (en) * | 2006-05-31 | 2007-12-27 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Tomographic reconstruction for x-ray cone-beam scan data |
US20080240525A1 (en) * | 2007-03-29 | 2008-10-02 | Martti Kalke | Method and system for reconstructing a medical image of an object |
JP2009545409A (ja) * | 2006-08-03 | 2009-12-24 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | トモグラフィーにおけるドーズ低減および画像改良のための反復方法 |
US20120035462A1 (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-09 | Maurer Jr Calvin R | Systems and Methods for Real-Time Tumor Tracking During Radiation Treatment Using Ultrasound Imaging |
WO2016094668A1 (en) * | 2014-12-10 | 2016-06-16 | Elekta, Inc. | Magnetic resonance projection imaging |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5461651A (en) | 1993-11-17 | 1995-10-24 | General Electric Company | Reconstruction of images in cone beam scanning with rectangular detector elements |
EP2311526A3 (en) | 2000-02-18 | 2011-12-07 | William Beaumont Hospital | Cone-beam computerized tomography with a flat-panel imager |
DE602006010388D1 (de) | 2005-07-08 | 2009-12-24 | Wisconsin Alumni Res Found | Bildrekonstruktion unter Nebenbedingungen |
EP2010058B1 (en) * | 2006-04-14 | 2017-05-17 | William Beaumont Hospital | Computed Tomography System and Method |
US7983465B2 (en) * | 2007-05-09 | 2011-07-19 | Société De Commercialisation Des Produits De La Recherche Appliquée - Socpra Sciences Santé Et Humaines, S.E.C. | Image reconstruction methods based on block circulant system matrices |
ATE518214T1 (de) | 2007-05-17 | 2011-08-15 | Elekta Ab | Kegelstrahl-ct-rekonstruktion zur aufnahmezeit |
US20100119033A1 (en) | 2008-11-12 | 2010-05-13 | The Methodist Hospital Research Institute | Intensity-modulated, cone-beam computed tomographic imaging system, methods, and apparatus |
CN102711613B (zh) * | 2010-01-13 | 2015-07-15 | 澳大利亚国立大学 | 计算断层摄影成像方法及系统 |
US8358738B2 (en) | 2010-08-27 | 2013-01-22 | Elekta Ab (Publ) | Respiration-correlated radiotherapy |
GB2507792B (en) | 2012-11-12 | 2015-07-01 | Siemens Plc | Combined MRI and radiation therapy system |
US10134155B2 (en) | 2016-11-21 | 2018-11-20 | Elekta Limited | Systems and methods for real-time imaging |
-
2016
- 2016-11-21 US US15/357,193 patent/US10134155B2/en active Active
-
2017
- 2017-11-17 CN CN201780079341.4A patent/CN110268446B/zh active Active
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Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62144276A (ja) * | 1985-12-19 | 1987-06-27 | Toshiba Corp | 立体画像表示装置 |
US20060147097A1 (en) * | 2002-10-17 | 2006-07-06 | Commissariat A L'energie Atomique | Method for reconstructing an image from a set of projections by applying a wavelet transform |
US20040240603A1 (en) * | 2003-05-27 | 2004-12-02 | Qingzhong (James) Cai | Method for fast image reconstruction with compact radiation source and detector arrangement using computerized tomography |
US20040258194A1 (en) * | 2003-06-20 | 2004-12-23 | Guang-Hong Chen | Fourier space tomographic image reconstruction method |
JP2005013736A (ja) * | 2003-06-25 | 2005-01-20 | General Electric Co <Ge> | 直線形軌道型ディジタル・トモシンセシス・システム及び方法 |
US20070297661A1 (en) * | 2006-05-31 | 2007-12-27 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Tomographic reconstruction for x-ray cone-beam scan data |
JP2009545409A (ja) * | 2006-08-03 | 2009-12-24 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | トモグラフィーにおけるドーズ低減および画像改良のための反復方法 |
US20080240525A1 (en) * | 2007-03-29 | 2008-10-02 | Martti Kalke | Method and system for reconstructing a medical image of an object |
US20120035462A1 (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-09 | Maurer Jr Calvin R | Systems and Methods for Real-Time Tumor Tracking During Radiation Treatment Using Ultrasound Imaging |
WO2016094668A1 (en) * | 2014-12-10 | 2016-06-16 | Elekta, Inc. | Magnetic resonance projection imaging |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
篠原 広行,ほか4名: ""断層映像法の基礎 第36回 ラドン空間とコーンビーム"", 断層映像研究会雑誌, vol. 第39巻, 第1号, JPN6020007786, April 2012 (2012-04-01), pages 1 - 10, ISSN: 0004223207 * |
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