JP2023536662A - マルチセンサ誘導式放射線治療 - Google Patents

Abstract

１つ以上の標的センサからのセンサデータを使用する、放射線治療計画及び送達のための方法が、本明細書に開示される。放射線治療計画方法の一変形形態は、標的センサのセンサ特性付け確率密度関数（ＰＤＦ）に基づいてセンサ特性付け画像を生成することと、放射線送達セッションの間に取得されたセンサデータから生成されたセンサ画像に適用され得る一組の発射フィルタを計算することと、を含む。加えて、放射線治療計画方法の変形形態は、複数の標的センサの複数のセンサ特性付けＰＤＦに基づいて複数のセンサ特性付け画像を生成することと、複数の標的センサの各々の複数組の発射フィルタを計算することと、を含む。発射フィルタは、治療用放射線を標的領域に送達するための放射線フルエンスを計算するために、放射線送達セッションの間に１つ以上の標的センサから取得された標的センサデータから生成されるセンサ画像とともに使用され得る。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２０年８月７日に出願された米国仮出願第６３／０６２，７９２号の優先権を主張し、当該出願の開示は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

放射線療法は、高レベルの放射線を腫瘍又は病変に適用することを含む非侵襲的処置である。このような高レベルの放射線は、癌細胞の増殖を遅くするか、又はさもなければ停止させ得る。いくつかの放射線治療システムは、放射線が患者の周囲の様々な位置及び／又は角度から腫瘍に向けられるように、患者の周囲で移動可能な治療用放射線源を有する。患者は、通常、腫瘍を照射するために治療用放射線源と協調して移動し得るか又は移動し得ないプラットフォーム上に位置決めされる。

周囲の健康な組織への放射線曝露を制限しながら、腫瘍に高レベルの放射線を適用することが困難であることがある。この困難さは、放射線が不可視であり、腫瘍が通常患者内に位置するという事実によって更に高まる。治療計画は、患者及び腫瘍の計画画像に基づいて生成されるが、治療セッションは、通常、数日又は数週間後に行われ、その期間後には、患者内の腫瘍の場所が変化している場合がある。いくつかの放射線治療システムは、患者及び／又は腫瘍の画像を取得するために使用することができる撮像システムを有し、それにより、患者及び／又は腫瘍の場所を、治療セッションの開始時に判定することができる。患者、腫瘍、及び他の患者構造の場所に関する情報は、計画画像内のそれらの場所と比較され得る。何らかの不一致がある場合、患者（及び／又は腫瘍）の場所が計画画像内の場所と一致するように、患者を移動させる（例えば、プラットフォームを移動させ、かつ／又はプラットフォーム上の患者の姿勢及び／若しくは位置を調整することによって）。これは、治療用放射線源が治療計画に従って腫瘍を照射することを確実にするのに役立つ。

しかしながら、患者は治療セッションの間に移動する場合があり、そのような移動は、腫瘍を移動させ、腫瘍の場所を治療セッションの開始時の腫瘍の元の場所から変化させることがある。場合によっては、動きは、呼吸、消化などの不可避の生理学的プロセス、及び／又は予期しない患者の動き（例えば、患者が不快感、咳のために位置をずらす）に起因し得る。治療セッションの開始時に取得された画像は、治療セッションが開始した後（すなわち、治療用放射線源が腫瘍に放射線を放出し始めるとき）の腫瘍場所の変化を捕捉することができない。いくつかの放射線治療計画方法は、計画画像に基づいて腫瘍の動きエンベロープを画定することによって、予測可能な周期的な生理学的動き（呼吸など）による腫瘍の動きを考慮し得る。これにより、動きエンベロープによって包含される領域に高レベルの放射線を送達し、アブレーションレベルの放射線が腫瘍に十分に送達されることを確実にする治療計画がもたらされる。しかしながら、この方法はまた、たまたま動きエンベロープ内に位置した健康な組織への照射が生じる結果ももたらし得る。

そのため、健康な組織の放射線曝露を制限しながら、患者標的領域に殺腫瘍レベルの放射線を送達するために、放射線治療計画及び送達の改善された方法が望ましい。

１つ以上の標的領域センサからのセンサデータを使用する、放射線治療計画及び送達のための方法が、本明細書に開示される。いくつかの変形形態では、１つ以上の標的領域センサは、１つ以上の患者センサであり得る。放射線治療計画方法は、標的センサのセンサ特性付け確率密度関数（probability density function、ＰＤＦ）に基づいてセンサ特性付け画像を生成することと、放射線送達セッション（例えば、非治療の品質保証若しくはＱＡセッション、又は代替的に、治療セッション）の間に取得されたセンサデータに適用され得る、一組の発射フィルタを計算することと、を含み得る。標的センサのセンサ特性付けＰＤＦは、標的センサのノイズ特性及び／又はばらつき及び／又は誤差プロファイルを表し得る。発射フィルタはシフト不変であり得る。標的センサは、１つ以上の位置センサ、画像センサなどを含み得る。本明細書に記載の放射線治療送達方法は、標的センサから１つ以上のセンサデータ読み取り値を取得することと、センサデータ読み取り値から生成された画像を治療計画発射フィルタと畳み込むことによって、送達のための放射線フルエンスマップを計算することと、計算された放射線フルエンスマップに従って放射線を送達することと、を含み得る。画像及び／又は位置センサデータは、放射線送達セッション（例えば、患者の不在下での非治療ＱＡセッション、又は代替的に患者の存在下での治療セッション）の間に頻繁に取得され得、例えば、放射線ビームが標的領域に向かって放出される前の数秒又は数ミリ秒以内に取得され得る。いくつかの変形形態では、標的領域は、治療用放射線が治療セッションの間に送達される患者標的領域であり得る。画像及び／又は位置センサデータの頻繁な取得は、腫瘍の実際の場所への放射線送達の誘導を助けるために患者及び／又は腫瘍の動きを考慮するようにリアルタイムで放射線フルエンスマップを調整するために、放射線治療システムによって使用され得る。

いくつかの変形形態では、放射線治療計画は、複数組の対応する発射フィルタを計算するために複数の標的領域センサからのセンサデータを使用し得る。例えば、放射線治療計画方法は、第１の標的センサの第１のセンサ特性付け確率密度関数（ＰＤＦ）に基づいて第１のセンサ特性付け画像を生成することと、第２の標的センサの第２のセンサ特性付けＰＤＦに基づいて第２のセンサ特性付け画像を生成することと、放射線送達セッション（例えば、ＱＡ又は治療セッション）の間に取得された第１の標的センサからのセンサデータに適用され得る第１の組の発射フィルタを計算することと、放射線送達セッション（例えば、ＱＡ又は治療セッション）の間に取得された第２の標的センサからのセンサデータに適用され得る第２の組の発射フィルタを計算することと、を含み得る。第１の標的センサ及び第２の標的センサは、同じセンサタイプであり得、及び／又は異なるセンサタイプであり得る。放射線送達セッションの間、センサデータは、第１の標的センサ及び第２の標的センサの両方から取得され、それを使用してセンサデータ画像を生成し得、センサデータ画像は、それらのそれぞれの発射フィルタと畳み込まれ、組み合わせられ、送達のための放射線フルエンスマップを生成する。いくつかの変形形態では、放射線治療送達方法は、第１の標的センサから第１のセンサデータ読み取り値を取得することと、第２の標的センサから第２のセンサデータ読み取り値を取得することと、第１のセンサデータ読み取り値から生成された第１の画像と第１の発射フィルタとの畳み込みと、第２のセンサデータ読み取り値から生成された第２の画像と第２の発射フィルタとの畳み込みとを合計することによって、送達のための放射線フルエンスマップを計算することと、計算された放射線フルエンスマップに従って放射線を送達することと、を含み得る。２つ以上の標的センサからのリアルタイム取得データを使用して送達のための放射線フルエンスを計算することは、標的領域の場所の正確な指示を提供するのに役立ち、かつ／又は標的領域への治療用放射線の正確な送達を促進するのに役立ち得る。

また、発射フィルタを計算するために患者撮像データ及び位置データを使用する、放射線治療計画のための方法が本明細書に開示され、発射フィルタは、送達のための放射線フルエンスマップを計算するために放射線送達セッション（例えば、ＱＡ又は治療セッション）の間に取得された画像に適用され得る。いくつかの変形形態では、放射線治療計画方法は、経時的な標的領域の重心の場所を表す複数の位置値を含むセンサ特性付けＰＤＦに基づいてセンサ特性付け画像を生成することと、センサ特性付け画像に基づいて発射フィルタを計算することと、を含み得る。センサ特性付け画像は、標的領域の１つ以上の動き滞留ヒストグラムを含み得る。重心の位置値は、任意の適切な撮像モダリティ、例えば、４Ｄ ＣＴ撮像データから判定され得る。放射線治療送達方法は、画像センサから撮像データを取得することと、取得された撮像データから画像を生成することと、生成された画像を発射フィルタと畳み込むことによって、送達のための放射線フルエンスマップを計算することと、を含み得る。次いで、本方法は、計算された放射線フルエンスマップに従って放射線を標的領域に送達することを含み得る。経時的な標的領域の重心の場所を表す複数の位置値を含むセンサ特性付けＰＤＦに基づいて発射フィルタを計算することは、周囲の健康な組織への照射を低減しながら、処方された殺腫瘍線量を標的領域に送達する治療計画をもたらし得る。

放射線送達のための方法の一変形形態は、標的センサからセンサデータ読み取り値を取得することと、センサデータ読み取り値からセンサ画像を生成することと、センサ画像を標的センサのセンサ特性付け確率密度関数（ＰＤＦ）から導出されるシフト不変発射フィルタと畳み込むことによって、標的領域への送達のための放射線フルエンスマップを計算することと、計算された放射線フルエンスマップに従って放射線を標的領域に送達することと、を含む。センサ特性付けＰＤＦは、センサデータ誤差レート及び／又はセンサデータばらつきレートを表すセンサ誤差特性付けＰＤＦであり得る。例えば、センサ特性付けＰＤＦは、センサデータの１Ｄプロット、センサデータの２Ｄプロット、及び／又はセンサデータの３Ｄプロット、並びにセンサデータばらつきを表すヒストグラムのうちの１つ以上を含み得る。いくつかの変形形態では、標的センサは、位置センサであり得る。例えば、位置センサは、標的領域位置センサを含み得、及び／又は位置センサは、埋め込み型基準点を追跡するように構成されたＸ線プロジェクタシステムを含み得る。センサ画像は、位置センサデータ読み取り値に対応する場所を中心とするデルタ関数、ガウス関数、及び／又は切断ガウス関数であり得る。いくつかの方法は、光学基準点を患者の皮膚に取り付けることと、光学撮像システムを使用して光学基準点を追跡することと、を含み得る。

いくつかの変形形態では、標的センサは、センサデータ読み取り値が標的領域の重心を表す一定の位置値であるヌル位置センサであり得、ヌル位置センサのセンサ特性付けＰＤＦは、経時的な標的領域の重心の場所を表す複数の位置値を含む。センサ画像は、位置センサデータ読み取り値に対応する場所を中心とするデルタ関数、ガウス関数、及び／又は切断ガウス関数であり得る。センサ特性付けＰＤＦは、標的領域の動き滞留ヒストグラムを含み得る。複数の位置値は、例えば、４Ｄ ＣＴ撮像データを使用して判定され得る。

いくつかの変形形態では、シフト不変発射フィルタは、治療用放射線源の発射位置に対応し得、送達のためのフルエンスを計算することは、発射位置上のセンサ画像の投影を発射位置のシフト不変発射フィルタと畳み込むことによって、発射位置における送達のためのフルエンスを計算することを含み得る。標的センサは、１つ以上の画像センサを含み得、センサデータ読み取り値は、撮像データを含み得、標的センサのセンサ特性付けＰＤＦは、撮像データから生成された画像を含み得る。１つ以上の画像センサは、ＰＥＴセンサ、ＭＲＩセンサ、及びＣＴセンサからなる群から選択される画像センサを含み得る。

いくつかの変形形態では、標的センサは、第１の標的センサであり得、センサデータ読み取り値は、第１のセンサデータ読み取り値であり得、画像は、第１のセンサデータ画像であり得、シフト不変発射フィルタは、第１のシフト不変発射フィルタであり得、センサ特性付けＰＤＦは、第１のセンサ特性付けＰＤＦであり得、本方法は、第２の標的センサから第２のセンサデータ読み取り値を取得することと、第２のセンサデータ読み取り値から第２のセンサデータ画像を生成することと、を更に含み得、送達のためのフルエンスマップを計算することは、（ａ）第１のセンサデータ画像と第１のシフト不変発射フィルタとの畳み込みと、（ｂ）第２のセンサデータ画像と第２の標的センサの第２のセンサ特性付けＰＤＦから導出された第２のシフト不変発射フィルタとの畳み込みとを合計することを含み得る。第１の標的センサデータ読み取り値は、第１のタイプのデータを含み得、第２の標的センサデータ読み取り値は、第１のタイプのデータとは異なる第２のタイプのデータを含み得る。第２のセンサ特性付けＰＤＦは、例えば、センサ誤差特性付けＰＤＦであり得る。第２の標的センサは、位置センサであり得る。いくつかの変形形態では、第１の標的センサデータ読み取り値は、陽電子消滅放出経路データを含み得、第２の標的センサデータ読み取り値は、標的領域場所データを含み得る。第１の標的センサデータ読み取り値は、部分撮像データを含み得、第２の標的センサデータ読み取り値は、標的領域場所データを含み得る。第１の標的センサデータ読み取り値は、３Ｄ ＰＥＴ撮像データ、２Ｄ Ｘ線撮像データ、投影撮像データ、蛍光透視撮像データ、ＣＴ撮像データ、及びＭＲ撮像データのうちの少なくとも１つを含み得、第２の標的センサデータ読み取り値は、標的領域場所データを含み得る。いくつかの変形形態では、シフト不変発射フィルタは、治療用放射線源の発射位置に対応し得、送達のためのフルエンスを計算することは、発射位置上にセンサデータ読み取り値を投影することと、投影されたセンサデータ読み取り値の第２のセンサ画像を生成することと、第２のセンサ画像を発射位置についてのシフト不変発射フィルタと畳み込むことと、によって、発射位置における送達のためのフルエンスを計算することを含み得る。

放射線治療システムの変形形態も本明細書に記載される。放射線治療システムの一変形形態は、患者プラットフォームと、患者プラットフォームの周りの１つ以上の発射位置に移動可能な治療用放射線源と、センサデータを取得する標的センサを備える標的センサシステムと、治療用放射線源及び標的センサシステムと通信するコントローラとを備え得、コントローラは、センサデータから生成された画像を標的センサのセンサ特性付けＰＤＦから導出されるシフト不変発射フィルタと畳み込むことによって、標的領域への送達のための放射線フルエンスマップを計算するように構成され、コントローラは、計算された放射線フルエンスマップに従って放射線を送達するように構成されている。標的センサは、第１の標的センサであり得、標的センサシステムは、第２の標的センサを備え得る。いくつかの変形形態では、第１の標的センサ及び第２の標的センサのうちの少なくとも一方は、患者プラットフォーム上に配設された患者に結合されるように構成された位置センサであり得る。例えば、位置センサは、標的領域に結合されるように構成され得る。いくつかの変形形態では、位置センサは、患者の皮膚に取り付けられた光学基準点を追跡するように構成された光学撮像システムを備え得、標的センサシステムは、光学基準点の位置を検出するように構成された光学カメラを更に備え得る。センサ特性付けＰＤＦは、センサデータ誤差レートを表すセンサ誤差特性付けＰＤＦであり得るか、又はセンサデータばらつきレートを表し得る。例えば、センサ特性付けＰＤＦは、センサデータの１Ｄプロット、センサデータの２Ｄプロット、及び／又はセンサデータの３Ｄプロット、並びにセンサデータばらつきを表すヒストグラムのうちの１つ以上を含み得る。位置センサデータから生成された画像は、位置センサデータに対応する場所を中心とするデルタ関数、ガウス関数、及び／又は切断ガウス関数であり得る。代替的に又は追加的に、標的センサは、１つ以上の画像センサを含んでもよく、センサデータは、撮像データを含んでもよく、標的センサのセンサ特性付けＰＤＦは、画像を含んでもよい。１つ以上の画像センサは、ＰＥＴセンサ、ＭＲＩセンサ、及びＣＴセンサからなる群から選択される画像センサを含み得る。コントローラは、第１の標的センサからの第１のセンサデータ読み取り値及び第２の標的センサからの第２のセンサデータ読み取り値を受信するように構成され得、シフト不変発射フィルタは、第１の標的センサの第１のシフト不変発射フィルタであり、センサ特性付けＰＤＦは、第１の標的センサの第１のセンサ特性付けＰＤＦであり、コントローラは、（ａ）第１のセンサデータ画像と第１のシフト不変発射フィルタとの畳み込みと、（ｂ）第２のセンサデータから生成された第２の画像と第２の標的センサの第２のセンサ特性付けＰＤＦから導出された第２のシフト不変発射フィルタとの畳み込みとを合計することによって、送達のためのフルエンスマップを計算するように更に構成され得る。第１の標的センサは、第１のタイプのセンサであり得、第２の標的センサは、第１のタイプとは異なる第２のタイプのセンサであり得る。第２の標的センサは、位置センサであり得る。いくつかの変形形態では、第１の標的センサは、陽電子消滅放出経路センサであり得、第２の標的センサは、標的領域位置センサであり得る。代替的に又は追加的に、第１の標的センサは画像センサであり得、第２の標的センサは位置センサであり得る。第１の標的センサは、３Ｄ ＰＥＴセンサ、２Ｄ Ｘ線センサ、投影画像センサ、蛍光透視画像センサ、ＣＴ画像センサ、及びＭＲセンサのうちの少なくとも１つを含み得、第２の標的センサは、位置センサを含み得る。

標的センサデータを使用する治療計画のための方法が、本明細書に記載される。センサベースの治療計画のための方法は、ｉ個の発射位置の各々について標的センサのセンサ特性付けＰＤＦに基づいてセンサ特性付け画像Ｎ_ｉを生成することと、条件

が満たされるように、ｉ個の発射位置の各々について、シフト不変発射フィルタｐ_ｉの値を反復することによって、センサ特性付け画像Ｎ_ｉに基づいてｐ_ｉを計算することと、を含み得、式中、Ｄは標的領域の処方された線量であり、Ａは標的領域の既知の線量計算行列である。

本明細書に記載の治療計画を生成するための方法は、患者の不在下で実行される。これらの治療計画方法単独では、患者への治療用放射線の送達を含まない。

標的センサは、位置センサであり得、センサ特性付けＰＤＦは、位置センサデータの１Ｄプロット、位置センサデータの２Ｄプロット、位置センサデータの３Ｄプロット、及び位置センサデータばらつきを表すヒストグラムのうちの１つ以上を含み得、センサ特性付け画像Ｎ_ｉは、位置センサ誤差データ及び位置センサ誤差ヒストグラムのうちの１つ以上を含み得る。位置センサデータは、空間内の座標を含み得る。いくつかの変形形態では、シフト不変発射フィルタｐ_ｉを計算することは、処方された線量Ｄ及び放射線フルエンスマップＦの臨床医定義の制約及び目的から導出されるコスト関数Ｃ（Ｄ，Ｆ）を最小化するために、ｐ_ｉの値を反復することを更に含み得る。いくつかの変形形態では、シフト不変発射フィルタｐ_ｉを計算することは、処方された線量Ｄ及び放射線フルエンスマップＦの臨床医定義の制約及び目的から導出されるコスト関数Ｃ（Ｄ，Ｆ）を最小化するために、ｐ_ｉに関する値を反復することを更に含み得る。

いくつかの変形形態では、標的センサは、標的領域の重心を表す一定の位置値を有するヌル位置センサであり得、センサ特性付けＰＤＦは、経時的な標的領域の重心の場所を表す複数の位置値を備え得、センサ特性付け画像Ｎ_ｉを生成することは、標的領域の動き滞留ヒストグラムを生成することを含み得る。複数の位置値は、４Ｄ ＣＴ撮像データを使用して判定され得る。いくつかの治療計画方法では、センサ特性付け画像Ｎ_ｉを生成することは、標的領域の反転動き滞留ヒストグラムを生成することを含み得る。いくつかの変形形態では、標的センサは、画像センサであり得、センサ特性付けＰＤＦは、複数の画像センサデータを含み得、センサ特性付け画像Ｎ_ｉを生成することは、複数の画像センサデータを組み合わせることを含み得る。複数の画像センサデータは、３Ｄ ＰＥＴ撮像データ、２Ｄ Ｘ線撮像データ、投影撮像データ、蛍光透視撮像データ、ＣＴ撮像データ、及びＭＲ撮像データのうちの少なくとも１つを含み得る。標的センサは、第１の標的センサであり得、センサ特性付け画像Ｎ_ｉは、第１の組のセンサ特性付け画像であり得、シフト不変発射フィルタｐ_ｉは、第１の組のシフト不変発射フィルタであり得、本方法は、ｉ個の発射位置の各々の第２の標的センサのセンサ特性付けＰＤＦに基づいて、第２の組のセンサ特性付け画像Ｍ_ｉを生成することと、ｐ_ｉ及びｑ_ｉの値を反復することによって、第１の組のセンサ特性付け画像Ｎ_ｉ及び第２の組のセンサ特性付け画像Ｍ_ｉに基づいて、ｉ個の発射位置の各々の第１の組のシフト不変発射フィルタｐ_ｉ及び第２の組のシフト不変発射フィルタｑ_ｉを計算することであって、それにより、以下の式が満たされる、計算することと、を更に含み得る。

いくつかの変形形態では、シフト不変発射フィルタｐ_ｉ及びｑ_ｉを計算することは、処方された線量Ｄ及び放射線フルエンスマップＦの臨床医定義の制約及び目的から導出されるコスト関数Ｃ（Ｄ，Ｆ）を最小化するために、ｐ_ｉ及びｑ_ｉの値を反復することを更に含み得る。第１の標的センサは、第１の位置センサであり得、第２の標的センサは、第２の位置センサであり得る。いくつかの変形形態では、第１の位置センサ及び第２の位置センサのセンサ特性付けＰＤＦの各々は、位置センサデータの１Ｄプロット、位置センサデータの２Ｄプロット、及び／又は位置センサデータの３Ｄプロット、並びに位置センサデータばらつきを表すヒストグラムのうちの１つ以上を含み得、センサ特性付け画像Ｎ_ｉ及びＭ_ｉは、標的領域の動き滞留ヒストグラムを含み得る。第１の位置センサ及び第２の位置センサの位置センサデータは、空間内の座標を含み得る。代替的に、第１の標的センサは、第１の画像センサであり得、第２の標的センサは、第２の画像センサであり得る。第１の画像センサ及び第２の画像センサのセンサ特性付けＰＤＦの各々は、複数の画像センサデータを含み得、センサ特性付け画像Ｎ_ｉ及びＭ_ｉを生成することは、第１の画像センサ及び第２の画像センサからの複数の画像センサデータをそれぞれ組み合わせることを含み得る。第１の画像センサ及び第２の画像センサからの複数の画像センサデータは、３Ｄ ＰＥＴ撮像データ、２Ｄ Ｘ線撮像データ、投影撮像データ、蛍光透視撮像データ、ＣＴ撮像データ、及びＭＲ撮像データのうちの少なくとも１つを含み得る。

いくつかの変形形態では、第１の標的センサは、位置センサであり得、第２の標的センサは、画像センサであり得る。位置センサのセンサ特性付けＰＤＦは、位置センサデータの１Ｄプロット、位置センサデータの２Ｄプロット、及び／又は位置センサデータの３Ｄプロット、並びに位置センサデータばらつきを表すヒストグラムのうちの１つ以上を含み得、画像センサのセンサ特性付けＰＤＦは、複数の画像センサデータを含み得る。例えば、センサ特性付け画像Ｎ_ｉは、標的領域の動き滞留ヒストグラムであり得、センサ特性付け画像Ｍ_ｉは、複数の画像センサデータの組み合わせであり得る。位置センサデータは、空間内の座標を含み得、複数の画像センサデータは、３Ｄ ＰＥＴ撮像データ、２Ｄ Ｘ線撮像データ、投影撮像データ、蛍光透視撮像データ、ＣＴ撮像データ、及びＭＲ撮像データのうちの少なくとも１つを含み得る。

放射線治療システムのフローチャート表現を図示する。 放射線治療システムの一変形形態を図示する。 放射線治療システムの一変形形態を図示する。 放射線治療システムの変形形態を図示する。 センサからのデータを使用する治療計画方法のフローチャート表現を図示する。 位置センサデータ読み取り値のセンサ画像を図示する。 位置センサのセンサ誤差画像を図示する。 位置センサのセンサ誤差画像を図示する。 位置センサのセンサ誤差画像を図示する。 位置センサのセンサ誤差画像を図示する。 位置センサのセンサ誤差画像を図示する。 位置センサのセンサ誤差画像を図示する。 位置センサのセンサ誤差画像を図示する。 位置センサのセンサ誤差画像を図示する。 位置センサのセンサ誤差画像を図示する。 位置センサのセンサ誤差特性付け確率分布関数のセンサ特性付け画像を図示する。 センサ画像の変形形態を図示する。 センサ画像の変形形態を図示する。 センサ画像の変形形態を図示する。 センサ画像の変形形態を図示する。 センサ画像の変形形態を図示する。 センサからのデータに基づく腫瘍視点空間及び患者視点（静的）空間における腫瘍動き及び腫瘍位置の概略図を図示する。 センサからのデータに基づく腫瘍視点空間及び患者視点（静的）空間における腫瘍動き及び腫瘍位置の概略図を図示する。 センサからのデータに基づく腫瘍視点空間及び患者視点（静的）空間における腫瘍動き及び腫瘍位置の概略図を図示する。 センサからのデータに基づく腫瘍視点空間及び患者視点（静的）空間における腫瘍動き及び腫瘍位置の概略図を図示する。 放射線送達方法の一変形形態のフローチャート表現を図示する。 複数の標的センサからの標的センサデータを組み込む、治療計画方法のフローチャート表現を図示する。 放射線送達方法の一変形形態のフローチャート表現を図示する。 定数値（「ヌル」）センサからのデータに基づく、腫瘍視点空間及び患者視点（静的）空間における腫瘍動き及び腫瘍位置の概略表現を図示する。 定数値（「ヌル」）センサからのデータに基づく、腫瘍視点空間及び患者視点（静的）空間における腫瘍動き及び腫瘍位置の概略表現を図示する。 定数値（「ヌル」）センサからのデータに基づく、腫瘍視点空間及び患者視点（静的）空間における腫瘍動き及び腫瘍位置の概略表現を図示する。 定数値（「ヌル」）センサからのデータに基づく、腫瘍視点空間及び患者視点（静的）空間における腫瘍動き及び腫瘍位置の概略表現を図示する。 標的センサからの標的センサデータを組み込む、治療計画方法のフローチャート表現を図示する。 放射線送達方法の一変形形態のフローチャート表現を図示する。 放射線治療計画及び放射線送達方法の一実施例のシミュレーション結果を図示する。 放射線治療計画及び放射線送達方法の一実施例のシミュレーション結果を図示する。 放射線治療計画及び放射線送達方法の一実施例のシミュレーション結果を図示する。

取得された標的領域センサデータを使用する放射線治療計画及び放射線送達のための方法が、本明細書に開示される。いくつかの変形形態では、センサデータは、患者の存在下で治療セッションの間に取得され得る一方、他の非治療的変形形態では、センサデータは、患者の不在下でＱＡセッションの間に取得され得る。放射線治療システムは、１つ以上の標的領域センサ（本明細書では標的センサとも称される）を備え得、放射線送達（例えば、ＱＡ又は治療セッション）の間に１つ以上の標的センサによって取得されたデータは、放射線送達セッションの間に１つ以上の標的領域に送達される放射線フルエンスを計算するために使用され得る。標的領域センサは、画像センサ（例えば、Ｘ線検出器、ＰＥＴ検出器、及び／又は光学センサなど）を備え得、並びに／又は患者及び／若しくは標的領域に結合され得る位置センサ（例えば、イオンチャンバ及び／又は放射線フィルムなどのファントム及び／又はフルエンス測定デバイス）を備え得る。放射線治療計画方法は、各患者標的領域について、治療セッションの間に使用される１つ以上の標的センサのセンサ特性付けＰＤＦに基づいてシフト不変発射フィルタを計算することを含み得る。治療セッションの間、標的センサからの読み取り値は、センサ画像を生成するために使用され得、センサ画像は、送達放射線フルエンスを計算するために、シフト不変発射フィルタと畳み込まれ得る。送達放射線フルエンスの計算は、患者標的領域に治療用放射線を放出する１時間以内（例えば、約６０分以内、約３０分以内、約２０分以内、約１５分以内、約１０分以内、約５分以内、約３分以内、約１分以内、約０．５分以内、約２０秒以内、約２秒以内、約１秒以内、約０．５秒以内、約０．２５秒以内、約０．２秒以内、約０．１秒以内など）に行われ得る。いくつかの変形形態では、１つ以上の標的センサは、患者の異なる解剖学的構造に関連付けられ得る１つ以上の位置センサを含み得、例えば、解剖学的目印及び／又は放射線送達のための基準点として放射線治療システムによって使用され得る、１つ以上の患者標的領域、１つ以上のリスク臓器（organs-at-risk、ＯＡＲ）、及び／又は１つ以上の骨構造の位置を感知する位置センサを含み得る。代替的に又は追加的に、標的センサは、１つ以上の画像センサ、例えば、ＰＥＴ検出器のアレイ、ＭＶ検出器のアレイ、ｋＶ検出器のアレイ、及び／又は光学検出器（例えば、可視光及び／又は赤外光を検出するカメラ）を備えてもよい。これらの場合、センサデータ読み取り値は既に画像であり得るので、追加のセンサデータ画像生成は必要とされない場合がある。いくつかの変形形態では、患者の位置は、マーカを患者に結合し、かつカメラを使用してマーカの位置及び／又は動きを監視することによって感知され得る。

いくつかの変形形態では、放射線治療計画は、複数の標的センサからのセンサ特性付けデータを使用して、複数組の対応する発射フィルタを計算し得る。例えば、放射線治療計画方法は、第１の標的センサの第１のセンサ特性付けＰＤＦに基づいて第１のセンサ特性付け画像を生成することと、第２の標的センサの第２のセンサ特性付けＰＤＦに基づいて第２のセンサ特性付け画像を生成することと、治療セッションの間に取得された第１の標的センサからのセンサデータに適用され得る第１の組の発射フィルタを計算することと、治療セッションの間に取得された第２の標的センサからのセンサデータに適用され得る第２の組の発射フィルタを計算することと、を含み得る。第１の標的センサ及び第２の標的センサは、同じセンサタイプであり得、及び／又は異なるセンサタイプであり得る。治療セッションの間、センサデータは、第１の標的センサ及び第２の標的センサの両方から取得され、それを使用して第１のセンサデータ画像及び第２のセンサデータ画像を生成し得、次いで、第１センサデータ画像及び第２のセンサデータ画像は、それらのそれぞれの発射フィルタと畳み込まれ、送達のための放射線フルエンスマップを生成する。

本明細書に提供する実施例は、強度変調放射線治療（intensity modulated radiation therapy、ＩＭＲＴ）、定位全身放射線治療（stereotactic body radiation therapy、ＳＢＲＴ）、及び／又は生物学的誘導放射線治療（biologically guided radiation therapy、ＢｇＲＴ）の文脈であるが、本明細書に記載のシステム及び方法は、任意のタイプの外部ビーム放射線治療において使用され得ることを理解されたい。更に、本明細書に記載の方法のうちのいくつかは、放射線が患者に送達され得る治療セッションの文脈で記載されているが、同じ方法が、患者への放射線送達を含まない品質保証（quality assurance、ＱＡ）セッションにおいて使用され得る。すなわち、本明細書に記載の方法はまた、放射線が患者の代わりにファントム及び／又はフルエンス測定デバイスに送達される、ＱＡ処置又はＱＡセッションなどの非治療的様式で使用され得る。そのため、患者標的領域に放射線を送達するものとして記載されている方法はまた、放射線治療システムの患者エリア内に位置するファントムの標的領域に放射線を送達するために使用され得る。いくつかの変形形態では、ファントムは、擬人化され得、及び／又は任意選択的に、患者の動きを模倣するために動きシミュレータに取り付けられ得る。フルエンス測定デバイスの実施例としては、イオン化チャンバ、ダイオード及び／又は薄膜トランジスタ（thin-film transistor、ＴＦＴ）のアレイ、熱ルミネセンス線量計（thermoluminescent dosimeter、ＴＬＤ）、線量計などが挙げられ得るが、これらに限定されない。

システム
図１Ａは、外部ビーム放射線治療システムのブロック図表現である。放射線治療システム（１００）は、１つ以上の治療用放射線源（１０２）及び患者プラットフォーム（１０４）を備える。治療用放射線源は、Ｘ線源、電子源、陽子源、及び／又は中性子源を備え得る。例えば、治療用放射線源（１０２）は、線形加速器（ライナック）、コバルト－６０線源、及び／又はＸ線マシンを備え得る。治療用放射線源は、放射線ビームが複数の発射位置及び／又は角度から患者プラットフォーム上の患者に向い得るように、患者プラットフォームの周囲で移動可能であり得る。いくつかの変形形態では、放射線治療システムは、治療用放射線源のビーム経路内に位置し得る、１つ以上のビーム成形素子及び／又は組立体（１０６）を備え得る。例えば、放射線治療システムは、放射線ビームの経路に配設されたライナック（１０２）及びビーム成形組立体（１０６）を備え得る。ビーム成形組立体は、１つ以上の可動ジョー及びマルチリーフコリメータ（例えば、バイナリマルチリーフコリメータ、２Ｄマルチリーフコリメータなど）を備え得る。ライナック及びビーム成形組立体は、ライナック及びビーム成形組立体の位置を調整するように構成された動きシステムを備えるガントリに取り付けられ得る。患者プラットフォーム（１０４）はまた、移動可能であり得る。例えば、患者プラットフォーム（１０４）は、単一の動き軸に沿って（例えば、ＩＥＣ－Ｙ軸に沿って）患者を直線的に並進させるように構成され得、及び／又は複数の動き軸（例えば、２以上の自由度、３以上の自由度、４以上の自由度、５以上の自由度など）に沿って患者を移動させるように構成され得る。いくつかの変形形態では、放射線治療システムは、ＩＥＣ－Ｙ軸、ＩＥＣ－Ｘ軸、ＩＥＣ－Ｚ軸、並びにピッチ及びヨーに沿って移動するように構成された、５－ＤＯＦ患者プラットフォームを有し得る。

いくつかの変形形態では、放射線治療システム（１００）は、１つ以上の標的領域センサ（１０８）を備え得る。標的センサは、画像センサ（例えば、Ｘ線検出器、ＰＥＴ検出器、ＭＲコイル、及び／又は光学センサなど）及び／又は位置センサ（例えば、埋め込み型ビーコン、表面マーカなど）及び／又は複合センサ（例えば、Ｘ線追跡埋め込み型基準点システム）を備え得る。いくつかの変形形態では、位置センサ又は複合センサは、任意の低侵襲的方法（例えば、針を使用する経皮的留置）を使用して、腫瘍又は標的領域の中に外科的に埋め込まれ得、及び／又は標的領域に近接する患者の皮膚の中に埋め込まれ得る。放射線治療システムは、複数のセンサ素子及び／又は構成要素を有する標的センサシステムを備え得る。いくつかの変形形態では、標的センサシステムは、撮像システムを備え得る。例えば、ＰＥＴ放出データに基づいて放射線を送達するように構成されたＥＧＲＴシステムなどのＢｇＲＴシステムは、ＰＥＴ検出器の１つ以上のアレイを有する標的センサシステム（すなわち、ＰＥＴ撮像システム）を有し得る。ＰＥＴ放出データは、１つ以上の患者腫瘍の位置及び／又は患者の生物学的状態及び／又は生理学的状態を特性付けるために使用され得る。代替的に又は追加的に、放射線治療システムは、ＣＴ撮像システムを含む標的センサシステムを有してもよい。ＣＴ撮像システムは、Ｘ線源（例えば、ｋＶ Ｘ線源）及びＸ線源の反対側に位置するＸ線検出器を備え得る。放射線不透過性の埋め込み型基準点は、所定の患者領域に配置され得（例えば、経皮的方法、針埋め込みなどを使用して）、ＣＴ撮像システム又はＸ線プロジェクタシステムは、基準点の場所を撮像しかつ追跡するように構成され得る。任意選択的に、標的センサは、治療用放射線源の反対側に位置するＸ線検出器（例えば、ＭＶ Ｘ線検出器）を備え得る。Ｘ線検出器データは、患者の位置を特性付けるために使用され得る。標的センサシステムの一実施例は、患者標的領域の中に配置され得る約１ｃｍ未満の注入型又は埋め込み型反射体を備え得る。標的センサシステムはまた、反射体の場所を特定するために使用され得るレーダ信号を使用する、検出器を備え得る。代替的に又は追加的に、標的センサシステムは、可視スペクトル及び／又は近赤外スペクトル内の光を感知するように構成された、光検出器を備えてもよい。例えば、標的センサシステムは、患者プラットフォームがその視野内にあるように位置決めされたカメラを備え得、カメラは、患者の場所及び／又は動きが判定され得るビデオストリーム（例えば、経時的な一連の画像）を取得するように構成され得る。任意選択的に、患者の場所及び／又は動きの検出を促進するために、カメラによる患者の位置及び／又は動きの検出を促進し得るマーカ、タグ、光学的基準点、及び／又は任意の視覚的標識が患者に結合され得る。例えば、光学基準点は、接着剤及び／又はストラップを使用して、患者の皮膚に結合され得る。いくつかの変形形態では、マーカ又はタグは、光学エミッタ（例えば、事前選択された波長及び／又はパルス周波数の光を放出する）を備え得、カメラは、エミッタからの光を検出するように構成され得る。代替的に又は追加的に、マーカ又はタグは、周囲の光学環境とは区別可能であり得る光学特性を有する物体であってもよい。例えば、マーカ、タグ、又は他のそのような光学基準点は、カメラの画像プロセッサによる検出を促進し得る、一意のソリッドカラー、区別可能な視覚パターン、高コントラストマーキング、及び／又は高光学反射率特性を有し得る。すなわち、マーカ又はタグは、背景特徴から容易に区別されることを可能にする、視覚的に区別可能なパターン又はグラフィックスを備え得る。いくつかの変形形態では、マーカ又はタグは、患者の皮膚の局所領域の中に注入される色素（例えば、入れ墨）であり得る。顔料は、Ｘ線（例えば、ＣＴ）撮像システムを使用して検出され得る放射線不透過性材料を含み得る。

いくつかの変形形態では、標的センサは、患者の場所及び／又は動きを検出するように構成又は配列された、位置センサを含み得る。いくつかの変形形態では、少なくとも１つの位置センサは、標的領域（例えば、腫瘍又は病変）に近接する解剖学的構造、並びに／又はその場所及び／若しくは移動が標的領域の場所及び／若しくは移動と相関され得る解剖学的構造に取り付けられ得る。

放射線治療システムのいくつかの変形形態は、異なる感知モダリティの１つ以上の標的センサを備え得る。例えば、放射線治療システムは、撮像システム（例えば、ＰＥＴ撮像システム、ＣＴ撮像システム、ＭＲ撮像システム、光学又は可視光撮像システム、蛍光透視撮像システム）を備える標的センサシステムと、治療セッションの間に患者に取り付けられ得る位置センサを含む標的センサとを有し得る。放射線治療システムは、ＣＴ撮像システム（すなわち、ｋＶ Ｘ線源及び検出器、Ｘ線プロジェクタシステム）を備える第１の標的センサシステム、ＰＥＴ撮像システム（すなわち、連続リング又は２つの別個の対向する弧に配列された複数のＰＥＴアレイ）を備える第２の標的センサシステム、及び／又は治療用放射線源及び治療用放射線源の反対側に位置するＭＶ検出器を備える第３の標的センサシステムを有し得る。放射線治療システムは、ＣＴ撮像システムを備える第１の標的センサシステムと、患者標的領域の場所と相関される場所において患者に結合される位置センサを含む第２の標的センサとを備え得る。代替的に又は追加的に、放射線治療システムは、患者標的領域の場所に関する追加の情報を提供し得る、患者の身体の所定の領域に取り付けられた複数の位置センサを有してもよい。

本明細書の記載は、患者への放射線送達の文脈において標的センサを記載しているが、標的センサはまた、患者の不在下での非治療的処置（例えば、ＱＡ処置又はＱＡセッション）の間の放射線送達の文脈におけるセンサを含み得ることを理解されたい。上述の標的センサはまた、ファントム及び／又はフルエンス測定デバイスへの放射線送達のためのＱＡ処置又はＱＡセッションにおいて使用され得る、すなわち、標的センサ及び／又はセンサシステムはまた、患者への放射線送達を伴わない非治療的処置において使用され得る。本明細書に記載の標的センサ及び／又はセンサシステムの様々な機能、構造、及びシステムは、患者がファントムに置換されるＱＡ処置又はＱＡセッションの間に使用され得る。例えば、標的センサシステムは、放射線が患者の代わりにファントムに送達されるＱＡ処置において使用され得る、撮像システム（例えば、ＰＥＴ撮像システム、ＣＴ撮像システム、ＭＲ撮像システム、光学又は可視光撮像システム、蛍光透視撮像システム）を備え得る。位置センサ、マーカ、タグ、光学基準点、及び／又は任意の視覚的標識は、患者に適用されるようにファントムに適用され得る。本明細書に記載の任意の標的センサ（例えば、画像センサ、及び／又は位置センサ、及び／又は複合センサなど）は、非治療的処置の間、ファントム及び／又はフルエンス測定デバイスとともに使用され得る。

放射線治療システム（１００）はまた、治療用放射線源（１０２）、ビーム成形素子又は組立体（１０６）、患者プラットフォーム（１０４）、及び１つ以上の標的センサ（１０８）（例えば、１つ以上の標的センサシステム）と通信する、コントローラ（１１０）を備える。コントローラ（１１０）は、１つ以上のプロセッサ、及び１つ以上のプロセッサと通信する１つ以上の機械可読メモリを備え得、１つ以上のプロセッサは、本明細書に記載の方法のうちのいずれかを実行又は実施するように構成され得る。１つ以上の機械可読メモリは、プロセッサに、１つ以上の治療計画、標的センサデータ（例えば、撮像データ、場所／位置データ、動きデータ）、治療計画及び／又は臨床目標に基づく放射線フルエンスマップの計算、フルエンスマップの放射線治療システム命令（例えば、ガントリ、治療用放射線源、ビーム成形組立体、患者プラットフォーム、及び／又は放射線治療システムの任意の他の構成要素の動作を指示し得る）へのセグメント化、並びに治療計画及び／又は放射線送達に関連付けられた画像及び／又はデータ処理などのシステムと関連付けられたモジュール、プロセス、及び／又は機能を実行させる、命令を記憶し得る。いくつかの変形形態では、メモリは、治療計画データ（例えば、治療計画発射フィルタ、フルエンスマップ、計画画像）、標的センサデータ、放射線送達されたフルエンスマップを導出するようにセンサデータを処理するための命令、及び導出されたフルエンスマップを送達するための命令（例えば、治療用放射線源、ビーム成形組立体、及び患者プラットフォームを協調して動作させるための命令）を記憶し得る。放射線治療システムのコントローラは、有線又は無線通信チャネルによって他のシステムに接続され得る。例えば、放射線治療システムコントローラは、放射線治療計画システムコントローラと有線又は無線通信し得るため、フルエンスマップ、発射フィルタ、標的センサデータ（例えば、センサ特性付け確率密度関数）、計画画像（例えば、ＣＴ画像、ＭＲＩ画像、ＰＥＴ画像、４Ｄ ＣＴ画像）、患者データ、及び他の臨床的に関連する情報が、放射線治療計画システムから放射線治療システムに転送され得る。送達放射線フルエンス、任意の線量計算、並びに治療セッションの間に取得された任意の臨床的に関連する情報及び／又はデータは、放射線治療システムから放射線治療計画システムに転送され得る。この情報は、放射線治療計画システムによって、治療計画を適合させるため、及び／又は連続する治療セッションのための放射線の送達を調整するために使用され得る。

図１Ｂは、放射線治療システム（１００）の一変形形態を図示している。放射線治療システム（１００）は、患者治療領域（１１２）の周りを回転可能なガントリ（１１０）、ガントリ上に取り付けられた１つ以上のＰＥＴ検出器（１０８）、ガントリ上に取り付けられた治療用放射線源（１０２）、治療用放射線源のビーム経路内に配設されたビーム成形モジュール（１０６）、及び患者治療領域（１１２）内で移動可能な患者プラットフォーム（１１９）を備え得る。いくつかの変形形態では、ガントリ（１１０）は、連続的に回転するガントリであり得る（例えば、３６０度にわたって、及び／又は約３６０度未満の角度広がりを伴う弧で回転することが可能である）。ガントリ（１１０）は、患者治療領域（１１２）の周りを約２０ＲＰＭ～約７０ＲＰＭで回転するように構成され得る。例えば、ガントリ（１１０）は、約６０ＲＰＭで回転するように構成され得る。ビーム成形モジュール（１０６）は、可動ジョー及び動的マルチリーフコリメータ（multi-leaf collimator、ＭＬＣ）を備え得る。ビーム成形モジュールは、システムアイソセンタ（例えば、患者治療領域の中心）において１ｃｍ、２ｃｍ又は３ｃｍの長手方向の可変コリメーション幅を提供するように配列され得る。ジョーは、治療用放射線源とＭＬＣとの間に位置し得るか、又はＭＬＣの下に位置し得る。代替的に、ビーム成形モジュールは、分割ジョーを備えてもよく、ジョーの第１の部分は、治療用放射線源とＭＬＣとの間に位置し、ジョーの第２の部分は、ＭＬＣの下に位置し、両部分がともに移動するようにジョーの第１の部分に結合される。治療用放射線源（１０２）は、患者治療領域（１１２）の周りの所定の発射位置（例えば、発射角度０°／３６０°～３５９°）で放射線を放出するように構成され得る。例えば、連続的に回転可能なガントリを有するシステムでは、治療用放射線源が回転するときに治療用放射線源によって囲まれる円に沿った様々な角度位置（例えば、発射角度）において、約５０～約１００個の発射位置（例えば、５０個の発射位置、６０個の発射位置、８０個の発射位置、９０個の発射位置、１００個の発射位置など）が存在し得る。発射位置は、各発射位置間の角度変位が同じであるように均等に分散され得る。

図１Ｃは、放射線治療システム（１００）の斜視構成要素図である。そこに示すように、ビーム成形モジュールは、バイナリＭＬＣ（１２２）の上方に配設された一次コリメータ又はジョー（１０７）を更に備え得る。放射線治療システムはまた、治療用放射線源（１０２）の反対側に位置するＭＶ Ｘ線検出器（１０３）を備え得る。任意選択的に、放射線治療システム（１００）は、ガントリ（１１０）を回転させることがリング（１１１）も回転させるように、回転可能ガントリ（１１０）に取り付けられた回転可能リング（１１１）上にｋＶ ＣＴ撮像システムを更に備え得る。ｋＶ ＣＴ撮像システムは、ｋＶ Ｘ線源（１０９）と、Ｘ線源（１０９）の向かい側に位置するＸ線検出器（１１５）とを備え得る。治療用放射線源又はライナック（１０２）及びＰＥＴ検出器（１０８）は、ガントリの同じ断面平面上に取り付けられ得（すなわち、ＰＥＴ検出器は、ライナック及びビーム成形モジュールによって画定される治療平面と同一平面上にある）、ｋＶ ＣＴスキャナ及びリングは、異なる断面平面上に取り付けられ得る（すなわち、治療平面と同一平面上にない）。図１Ｂ及び図１Ｃの放射線治療システム（１００）は、ｋＶ ＣＴ撮像システムを備える第１の標的センサシステムと、ＰＥＴ検出器を備える第２の標的センサシステムとを有し得る。任意選択的に、第３の標的センサシステムは、ＭＶ Ｘ線源及びＭＶ検出器を備え得る。これらの標的センサシステムのうちの１つ以上によって取得された標的センサデータは、Ｘ線及び／又はＰＥＴ撮像データを含み得、放射線治療システムコントローラは、取得された標的センサデータを記憶し、標的センサデータを使用して放射線送達されたフルエンスを計算するように構成され得る。いくつかの変形形態では、位置センサなどの追加の標的センサが含まれ得、コントローラは、位置センサから場所データ及び／又は動きデータを受信し、このデータを他の標的センサデータと合同させて放射線送達されたフルエンスを計算するように構成され得る。本明細書に記載の方法のうちのいずれかとともに使用され得る放射線治療システムの更なる記載は、２０１７年１１月１５日に出願された米国特許第１０，６９５，５８６号において提供される。

患者プラットフォーム（１０４）は、治療領域（１１２）内で、ＩＥＣ－Ｙに沿った離散的な所定の場所に移動可能であり得る。これらの離散的な所定の場所は、「ビームステーション」と称され得る。例えば、放射線治療計画システムは、２００個のビームステーションを指定し得、各ビームステーションは、その隣接するビームステーションから約２ｍｍ（例えば、２．１ｍｍ）離れている。ビームステーションの数は、約５０から約５００まで変化し得、各ビームステーション間の間隔は、少なくとも約０．５ｍｍ（例えば、約１ｍｍ以上、約２ｍｍ以上、約２０ｍｍ以上、約５０ｍｍ以上など）であり得る。治療セッションの間、放射線治療システムは、患者プラットフォームをビームステーションの各々に移動させ得、放射線が患者に送達されている間、プラットフォームをビームステーションにおいて停止させ得る。いくつかの変形形態では、プラットフォームが第１の方向に（例えば、ボアの中へ）２００個のビームステーションの各々に進んだ後、プラットフォームは、第１の方向と反対の第２の方向に（例えば、ボアの外に、逆方向に）２００個のビームステーションの各々に進み得、放射線は、プラットフォームがビームステーションにおいて停止されている間に患者に送達される。代替的に又は追加的に、放射線がビームステーションの各々において送達される第１の方向（例えば、ボアの中へ）にプラットフォームが２００個のビームステーションの各々まで進んだ後、プラットフォームは、第１のビームステーションに戻るように逆方向に移動されてもよい。プラットフォームが第１のビームステーションまで移動されて戻る間、放射線は送達されなくてもよい。次いで、プラットフォームは、放射線送達の第２のパスのために第１の方向に２００個のビームステーションの各々まで再度進み得る。いくつかの変形形態では、プラットフォームは、放射線が患者に送達されている間、連続的に移動され得、ビームステーションで停止されなくてもよい。本明細書に記載の放射線治療システム及び方法のうちのいずれかとともに使用され得る患者プラットフォームの更なる記載は、２０１７年１１月１５日に出願された米国特許第１０，７０２，７１５号において提供される。

図１Ｄは、本明細書に記載の方法のうちのいずれかに従って放射線を送達するために使用され得る、放射線治療システム（１５０）の別の変形形態を図示している。放射線治療システム（１５０）は、図１Ａのブロック図に表された放射線治療システムの構成要素を有し得る。放射線治療システム（１５０）は、患者領域の周りを回転可能な第１の対のアーム（１５２）と患者領域の周りを回転可能な第２の対のアーム（１５４）とを備えるガントリ（１５１）と、第１の対のアーム（１５２）の第１のアーム（１５２ａ）に取り付けられたＭＶ放射線源（１５６）と第１の対のアーム（１５２）の第２のアーム（１５２ｂ）に取り付けられたＭＶ検出器（１５８）とを備える治療用放射線システムを備える撮像システムと、第２の対のアーム（１５４）の第１のアーム（１５４ａ）に取り付けられたｋＶ放射線源（１６０）及び第２の対のアーム（１５４）の第２のアーム（１５４ｂ）に取り付けられたｋＶ検出器（１６２）と、を備え得る。第１の対のアーム（１５２）の第１のアーム及び第２のアームは、ＭＶ放射線源（１５６）及びＭＶ検出器（１５８）が互いに反対側に位置する（例えば、ＭＶ検出器がＭＶ放射線源のビーム経路内に位置する）ように、互いに反対側に（例えば、患者領域の両側に、互いに向かい合って、及び／又は互いに約１８０°で）位置し得る。第２の対のアーム（１５４）の第１のアーム及び第２のアームは、ｋＶ放射線源（１６０）及びｋＶ検出器（１６２）が互いに反対側に位置する（例えば、ｋＶ検出器がｋＶ放射線源のビーム経路内に配位置する）ように、互いに反対側に（例えば、患者領域の両側に、互いに向かい合って、及び／又は互いに約１８０°で）位置し得る。このシステムでは、標的センサシステムは、ｋＶ放射線源及びｋＶ検出器を備え得る。任意選択的に、第２の標的センサシステムは、ＭＶ放射線源及びＭＶ検出器を備え得る。標的センサデータは、各ｋＶ Ｘ線源（及び／又はＭＶ Ｘ線源）パルスの後にｋＶ検出器（及び／又はＭＶ検出器）によって取得された撮像データを含み得る。標的センサデータの実施例は、２Ｄ投影データなどのＸ線投影撮像データを含み得る。放射線治療システムコントローラは、取得された標的センサデータを記憶し、標的センサデータを使用して放射線送達されたフルエンスを計算するように構成され得る。いくつかの変形形態では、位置センサなどの追加の標的センサが含まれ得、コントローラは、位置センサから場所及び／又は動きデータを受信し、このデータを他の標的センサデータと合同させて放射線送達されたフルエンスを計算するように構成され得る。

ＭＶ放射線源（１５６）（すなわち、治療用放射線源）は、患者領域の周りの所定の発射位置において放射線を放出するように構成され得る。ＭＶ放射線源が単一平面に沿って患者領域の周囲で移動されるいくつかの変形形態では、発射位置は０°／３６０°～３５９°であり得、これは発射角と称され得る。代替的に又は追加的に、ガントリ及び／又はガントリアームは、ＭＶ放射線源を３Ｄ空間内の任意の座標における、すなわち座標（ｘ，ｙ，ｚ）によって指定されるような発射位置に移動させるように構成されてもよい。例えば、ガントリアーム（１５２、１５４）は、関節式接合部を有するロボットアームであり得、関節式接合部は、ＭＶ放射線源を任意の所望の発射位置に位置決めし及び／又は向けるように構成され得る。ガントリは、発射位置を通してＭＶ放射線源を連続的に移動させるように構成され得るか、又はＭＶ放射線源を各発射位置に進ませる（すなわち、ＭＶ放射線源を発射位置に移動させ、その発射位置で静止したままにする）ように構成され得る。代替的に又は追加的に、ＭＶ放射線源は、所定の発射位置においてのみ放射線を放出するように構成されてもよく、又はある発射位置から次の発射位置に移動されているときであっても、連続的に放射線を放出するように構成されてもよい。

放射線治療計画方法
標的センサ及び／又は標的センサシステムは、放射線送達セッション（例えば、治療セッション又はＱＡセッション）の間にリアルタイムでセンサデータの連続ストリームを提供するように構成され得る。コントローラ又は放射線治療システムは、この標的センサデータに基づいて放射線フルエンスマップを計算し、計算された放射線フルエンスを、センサデータが取得された同じ日に、例えば、標的センサデータを取得して数時間以内（例えば、約２時間未満、約１時間未満など）、標的センサデータを取得して数分以内（例えば、約４５分未満、約３０分未満、約１５分未満、約５分未満、約３分未満など）、及び／又は標的センサデータを取得して数秒以内（例えば、約５秒未満、約３秒未満、約２秒未満、約１秒未満、約０．５秒未満、約２５０ｍｓ未満、約１００ｍｓ未満など）に送達するように構成され得る。コントローラは、約０．１秒から約１０分までの指定された時間ウィンドウ内で標的センサデータを連続的に取得するように構成され得る。いくつかの変形形態では、コントローラは、短い時間ウィンドウ（例えば、約２秒以下、約１秒以下、約０．５秒以下など）内に標的センサデータを連続的に取得し、短い時間ウィンドウの間に取得された標的センサデータを使用して、後続の送達ウィンドウ（例えば、取得時間ウィンドウと同様に短くてもよい）内に送達される放射線を計算するように構成され得る。例えば、センサデータ取得時間ウィンドウは、送達ウィンドウにほぼ比例し得る。いくつかの変形形態では、送達ウィンドウは、計算された放射線が送達されるべき時間間隔である。例えば、治療用放射線源が患者領域の周囲を連続的に回転しており、発射位置／角度当たりの滞留時間が約１０ｍｓである放射線治療システムでは、送達ウィンドウは１００ｍｓであり得、その時間の間、治療用放射線源は、１０個の発射位置／角度で放射線パルスを放出することになる。しかしながら、短い期間内に取得されたセンサデータは、ノイズが多い（例えば、低い信号対ノイズ比を有する）場合があり、及び／又は患者標的領域に関する多くの情報を含まない場合がある。例えば、０．５秒の時間ウィンドウにわたって取得されたＰＥＴ及び／又はＸ線撮像データは、患者標的領域の場所を特定するために十分な分解能を伴う画像を生成するために適切ではない場合がある。しかしながら、標的センサのノイズ特性及び／又はばらつきが治療セッションに先立って既知である場合、この情報は、治療計画に組み込まれ得る。本明細書に記載の放射線治療計画方法は、治療セッション（又はＱＡセッションを含む任意の放射線送達セッション）の間に起動される１つ以上の標的センサのノイズ特性及び／又はセンサばらつき（例えば、センサ確率密度関数）を組み込む、発射フィルタを計算することを含み得る。計算された発射フィルタは、治療セッションの間に取得された標的センサデータに適用され得る。これは、任意のノイズの多い及び／又は不完全な標的センサデータにもかかわらず、移動する患者標的領域への治療用放射線の送達を促進し得る。同様に、標的センサは、患者がファントムによって置換されるＱＡセッションにおいて使用され得、ファントムは、患者標的領域の場所及び／又は特性をシミュレートする領域を含み得る。いくつかの変形形態では、ファントムは、実際の治療セッションの間の患者標的領域の動きをシミュレートするために、動きステージ上に取り付けられ得る。動きは、いくつかの変形形態では、標的領域についての動き滞留ヒストグラムに基づき得る。計算された発射フィルタは、標的領域に放射線を送達するために、ＱＡセッションの間に取得された標的センサデータに適用され得る。ファントム標的領域への送達放射線の測定は、治療計画及び放射線治療システムの機能の評価を促進し得る。いくつかの変形形態では、ＱＡセッションの間に標的センサから取得されたデータは、治療計画を修正する、及び／又は放射線治療システムの構成要素を調整するために使用され得る。

本明細書に記載の放射線治療計画方法は、標的センサモダリティごとに一組のシフト不変発射フィルタを生成することを含み得る。シフト不変発射フィルタは、線形関数若しくは線形演算子であり得るか、又は非線形関数若しくは非線形演算子であり得る。例えば、単一の位置センサが、治療セッションの間にリアルタイム患者位置データ（例えば、場所データ及び／又は動きデータ）を取得するために使用されることになる場合、治療計画システムは、一組の発射フィルタを計算するために、画像に変換された位置センサの特性付けデータを使用し得る。位置センサの特性付けデータは、センサ誤差ＰＤＦを含み得る。治療セッションの間、計算された発射フィルタは、送達のための放射線フルエンスマップを計算するために、位置センサデータ画像（リアルタイムで取得された位置センサデータに基づいて生成される）に適用され得る。いくつかの変形形態では、位置センサデータ画像は、位置センサデータ読み取り値を中心とする離散３Ｄデルタ関数、位置センサデータ読み取り値を中心とする平均を伴う離散化されたガウス関数画像、切断ガウス関数などであり得る。別の実施例では、単一の撮像モダリティ（例えば、ｋＶ検出器、ＰＥＴ検出器、ＭＶ検出器など）のための画像センサが、治療セッションの間にリアルタイム患者位置データ及び／又は患者標的領域位置データ（例えば、場所データ及び／又は動きデータ）を取得するために使用されることになる場合、治療計画システムは、一組の発射フィルタを計算するために、低ノイズ及び非スパースであり得る、同じ画像センサによって生成される（及び／又は同じ撮像モダリティにおいて生成される）計画画像をＰＤＦとして使用し得る。治療セッションの間に、計算された発射フィルタは、送達のための放射線フルエンスマップを計算するために、リアルタイムで取得された画像センサデータ（ノイズが多いか又はスパースであり得る）に適用され得る。一変形形態では、２つ以上の異なる標的センサモダリティが、治療セッションの間にリアルタイム患者位置データ及び／又は患者標的領域位置データ（例えば、場所データ及び／又は動きデータ）を取得するために、治療セッションの間に使用され得る。例えば、放射線治療システムは、治療セッションの間に撮像データを取得するように構成された１つ以上の画像センサ（例えば、ＰＥＴ検出器、Ｘ線検出器）を備える撮像システムを備え得る。加えて、位置センサは、患者に結合され、治療セッションの間に場所データ及び／又は動きデータを取得するように構成され得る。治療計画システムは、第１の組の発射フィルタを計算するために、同じ１つ以上の画像センサによって生成された（及び／又は同じ撮像モダリティで生成された）計画画像をＰＤＦとして使用し、第２の組の発射フィルタを計算するために、画像（例えば、センサ特性付け画像）に変換された位置センサの誤差ＰＤＦを使用し得る。治療セッションの間に、送達されたフルエンスを計算するために、コントローラは、第１の組の発射フィルタをリアルタイムで取得された撮像データに適用し、第２の組の発射フィルタをリアルタイムで取得された位置データ（すなわち、取得された位置データから生成された位置センサデータ画像）に適用し、それらを組み合わせて送達のための放射線フルエンスマップを計算し得る。標的センサモダリティの任意の組み合わせが、患者及び／又は１つ以上の患者標的領域に関するデータ（例えば、患者及び／若しくは標的領域の場所、動き、並びに／又は生物学的状態及び／若しくは生理的状態）を取得するために、治療セッションの間に使用され得る。そのため、放射線治療計画方法は、標的センサモダリティの各々について一組の発射フィルタを計算することを含み得る。治療セッションの間、発射フィルタを、それらのそれぞれの標的センサデータに適用し、次いで、組み合わせて送達のための放射線フルエンスマップを計算し得る。

本明細書に記載の治療計画を生成するための方法は、患者の不在下で実行される。これらの治療計画方法単独では、患者への治療用放射線の送達を含まない。

放射線治療計画方法：単一センサ
標的センサからの標的センサデータを組み込む放射線治療計画方法の一変形形態を、図２Ａに図示する。方法（２００）は、標的センサ特性付けＰＤＦを取得すること（２０２）と、治療用放射線源の各発射位置ｉについて標的センサのセンサ特性付けＰＤＦに基づいて標的センサ特性付け画像Ｎ_ｉを生成すること（２０４）と、標的センサ特性付け画像Ｎ_ｉ及び患者標的領域の処方された線量基準に基づいてｉ個の発射位置の各々に対応するシフト不変発射フィルタを計算すること（２０６）とを含み得る。いくつかの変形形態では、標的センサ特性付けＰＤＦは、以前のモデル及び／又は計算によって提供され得、その場合、センサ特性付けＰＤＦを取得すること（２０２）は、随意であり得る。センサ特性付けＰＤＦは、センサ誤差ＰＤＦであり得る。センサ特性付けＰＤＦは、複数の標的センサデータから導出され得る。すなわち、以下のように表され、

ここで、ｍ_ｊは、画像に変換されたセンサデータ読み取り値であり、Ｍは、ｋ個のセンサデータ読み取り値の合計であるセンサ特性付けＰＤＦの画像である。例えば、位置センサのセンサ特性付けＰＤＦ（センサ誤差ＰＤＦであり得る）は、位置センサデータ読み取り値又はセンサ誤差のヒストグラムを含み得る。位置センサデータ読み取り値は、一次元（１Ｄ；場所は、単一座標ｘによって指定される）、二次元（２Ｄ；場所は、２つの座標ｘ及びｙによって指定される）、及び／又は三次元（３Ｄ；場所は、３つの座標ｘ、ｙ、及びｚによって指定される）であり得る。いくつかの変形形態では、位置センサデータ読み取り値は、初期場所又はベースライン場所に対する場所の変化又は偏差であり得る。追加的に、又は代替的に、センサ特性付けＰＤＦヒストグラムは、位置センサデータばらつきを表してもよい。すなわち、「真の」位置値に対して、位置センサデータ読み取り値は、センサノイズ及び／又は他のばらつきに起因して異なり得る。センサ特性付けＰＤＦは、ある期間にわたる位置センサデータ又は誤差読み取り値の累積であり得る。

図２Ｌは、位置センサ特性付けＰＤＦの画像の実施例である。図２Ｂ～図２Ｋは、図２Ｌのセンサ特性付けＰＤＦ画像がどのように生成され得るか（２０４）の一実施例を図示している。位置センサデータ読み取り値は、例えば、２つの座標値（ｘ，ｙ）であり得る。この位置データ読み取り値は、画像又はプロットに変換され得る。例えば、（０，０）の位置データセンサ読み取り値は、図２Ｂに図示するセンサ画像に変換され得、これは、（０，０）を中心とするデルタ関数のプロットである。代替的に、位置データセンサ読み取り値（０，０）は、（０，０）を中心とするガウス関数に変換されてもよく、すなわち、位置センサの分解能及び／又は放射線治療システムが放射線ビームを正確に送達することができる分解能（例えば、粒度）に基づいて計算されるＦＷＨＭを有する、「真の」値を中心とするガウス関数又は切断ガウス関数である。追加の位置データセンサ読み取り値が取得され得、センサ特性付けＰＤＦは、位置データセンサ読み取り値のリストであり得る。センサ特性付けＰＤＦは、位置データセンサ読み取り値のリストから導出されたヒストグラムであり得る。方法（２００）は、センサ特性付けＰＤＦの画像を生成することを含み、この実施例では、これは、図２Ｂに表す位置センサ読み取り値（（０，０）を中心とする）と比較した位置センサ読み取り値の各々の誤差（又は差）をプロットすることを含み得、図２Ｃは、（０，０）における読み取り値と比較した１００個の位置データセンサ読み取り値の誤差（又は差）のセンサ誤差画像であり、図２Ｄは、（０，０）における読み取り値と比較した２００個の位置センサ読み取り値の誤差のセンサ誤差画像であり、図２Ｅは、（０，０）における読み取り値と比較した３００個の位置センサ読み取り値の誤差のセンサ誤差画像であり、図２Ｆは、（０，０）における読み取り値と比較した４００個の位置センサ読み取り値の誤差のセンサ誤差画像であり、図２Ｇは、（０，０）における読み取り値と比較した５００個の位置センサ読み取り値の誤差のセンサ誤差画像であり、図２Ｈは、（０，０）における読み取り値と比較した６００個の位置センサ読み取り値の誤差のセンサ誤差画像であり、図２Ｉは、（０，０）における読み取り値と比較した７００個の位置センサ読み取り値の誤差のセンサ誤差画像であり、図２Ｊは、（０，０）における読み取り値と比較した８００個の位置センサ読み取り値の誤差のセンサ誤差画像であり、図２Ｋは、（０，０）における読み取りと比較した９００個の位置センサ読み取り値の誤差のセンサ誤差画像である。より多くの位置センサ読み取り値が取得され、各々がデルタ関数に変換され、集約されるにつれて、センサ誤差特性付けＰＤＦ（例えば、図２Ｌ）のセンサ画像が生成され得る。同様の方法を使用して、１Ｄセンサ読み取り値又は３Ｄセンサ読み取り値の位置センサ誤差特性付けＰＤＦを生成し得る。概念的には、図２Ｌに図示するセンサ誤差特性付けＰＤＦ画像は、（０，０）における「真の」位置値に対するセンサのばらつき、すなわち、センサ誤差特性付けＰＤＦを表し得る。すなわち、物体が（０，０）に位置するとき、位置センサは、（０，０）ではないデータ読み取り値を提供する場合があり、位置センサが任意の特定のデータ読み取り値を提供し得る確率は、図２Ｌのセンサ誤差特性付けＰＤＦ画像内のそのデータ値の密度に従う。この実施例では、位置センサが「真の」位置値に近い（すなわち、画像の最も密度の高い部分が（０，０）付近である）データ読み取り値を出力する尤度の方が、位置が誤差ＰＤＦの外縁にある（すなわち、外縁が最も密度が低い）データ読み取り値を出力する尤度よりも高い。いくつかの変形形態では、センサ特性付けＰＤＦの画像は、センサ誤差／ばらつきが正規分布している場合、ガウス「ボール」であり得る。

図３Ａ～図３Ｅは、様々なセンサ画像の実施例を図示している。いくつかの変形形態では、センサ画像は、２Ｄガウス関数（図３Ａ）、３Ｄガウス関数（図３Ｂ）、又は３Ｄ切断ガウス関数（図３Ｄ）であってもよい。センサ画像は、２Ｄデルタ関数（図３Ｃ）又は３Ｄデルタ関数であってもよい。いくつかの標的センサは、非対称ノイズを有し得る。図３Ｅは、非対称ノイズ及び／又は誤差及び／又はばらつきを有する標的センサのセンサ特性付けＰＤＦの画像の一実施例を図示している。

センサ特性付けＰＤＦ（Ｎ）の画像は、放射線治療システムのｉ個の発射位置の各々に対して生成され得る。例えば、治療用放射線源は、放射線ビームを患者に放出し得る異なる場所（所定であってもよい）を表す１００個の発射位置を有し得る。センサ特性付け画像Ｎ_ｉを生成すること（２０４）は、センサ特性付け画像Ｎ_１が発射位置１上のセンサ特性付け画像Ｎの投影であり、センサ画像Ｎ_２が発射位置２上のセンサ特性付け画像Ｎの投影であるなどのように、発射位置ごとに、ｉ個の発射位置の各々上のセンサ特性付けＰＤＦ画像Ｎ（例えば、図２Ｌのセンサ誤差特性付けＰＤＦ画像）の投影を計算することを含み得る。代替的に、センサ特性付けＰＤＦの画像は、各発射位置において、その発射位置におけるビーム視野空間を使用して直接計算することができる。

発射位置ｉに対する発射フィルタｐ_ｉは、患者標的領域への発射位置ｉにおける送達のための放射線フルエンスマップＦ_ｉと標的センサ特性付け画像Ｎ_ｉとの間の関係を表し得、その結果、Ｆ_ｉ＝ｐ_ｉ ^＊Ｎ_ｉ（例えば、センサ特性付けＰＤＦ画像と畳み込まれた発射フィルタ）である。

いくつかの変形形態では、発射フィルタは、行列乗算を使用した、標的センサ特性付け画像Ｎ_ｉの画像を送達のための放射線フルエンスＦ_ｉ（例えば、フルエンスマップ）に変換するために使用され得る、行列Ｐ_ｉであり得、その場合、センサ特性付け画像は、ベクトルに線形化され得る。すなわち、
Ｆ_ｉ＝Ｐ_ｉ・Ｎ_ｉ（発射行列はベクトル化されたセンサ特性付け画像と乗算される）によって表される。

発射フィルタは、本明細書に記載の実施例では線形関数又は線形演算子であり得るが、いくつかの変形形態では、発射フィルタは、非線形関数又は非線形演算子（例えば、切断畳み込み関数、しきい値処理が後に続く畳み込み、ソフトマックス演算子との行列乗算）であり得る。代替的に、又は追加的に、標的センサデータの画像は、線形発射フィルタ（例えば、シフト不変線形発射フィルタ）を使用して送達のための放射線フルエンスに変換される前に、（例えば、１つ以上の非線形関数を使用して）事前処理されてもよい。

複数の発射位置（例えば、ｉ個の発射位置）にわたる放射線フルエンスＦ（例えば、フルエンスマップ）は、以下によって表され得る。

例えば、５０個の発射位置の放射線フルエンスは、以下であり得る。

放射線治療計画の間に、臨床医は、患者標的領域及び／又はリスク臓器（ＯＡＲ）に対する線量処方を提供し得る。線量処方は、例えば、患者標的領域及び／又はＯＡＲに対する線量目標及び目的を含み得る。放射線量（すなわち、対象によって吸収される放射線の量）及び放射線フルエンス（すなわち、放射線源によって放出され、通常、放射線ビーム又はビームレットによって指定される放射線の量）は、線量計算行列Ａによって互いに関係付けられる（例えば、互いにマッピングされる）。すなわち、以下である。
Ｄ＝Ａ・Ｆ

線量計算行列は、複数の放射線ビームレットの各々から患者標的領域（及び／又はＯＡＲ）の各ボクセルへの線量寄与を表す。例えば、線量計算行列Ａは、（ｋ×ｎ）行列であり得、ここで、ｎは、可能な放射線ビームレットの数｛ｂ_ｉ｝であり得、ｋは、患者標的領域の予め選択されたボクセルの数であり得る。線量計算行列Ａ（ｋ個の素子を有する）の第ｉ番目の列は、１重み付け（unity-weighted）ビームレットｂ_ｉからｋ個のボクセルの各々への線量寄与を表す。線量計算行列Ａは、例えば、患者標的領域を通る経路に沿って各ビームレットの開口部を光線追跡し、ｋ個のボクセルの各々の１重み付けビームレットの寄与を計算することによって、列ごとに計算され得る。ビームレット開口部は、単一のＭＬＣリーフ開口（すなわち、バイナリＭＬＣ又は２Ｄ ＭＬＣの）によって画定されるＭＬＣ開口部であり得る。本明細書に記載の方法のうちのいずれかにおいて使用され得る線量計算行列を計算するためのアルゴリズムの実施例としては、モンテカルロシミュレーション、崩壊円錐畳み込み重ね合わせ、ペンシルビーム畳み込みなどが挙げられ得る。各患者標的領域及び／又はＯＡＲは、それ自体の線量計算行列を有し得る。

上述のように、放射線フルエンスマップＦは、標的センサ特性付け画像Ｎと畳み込まれた発射フィルタｐによって表され得る（Ｆ＝ｐ^＊Ｎ）。そのため、
Ｄ＝Ａ・Ｆ＝Ａ・（ｐ^＊Ｎ）
となり、ここで、Ａは線量計算行列である。ｉ個の発射位置にわたる累積線量は、以下の通りであり得、

ここでｐ_０．．．ｐ_ｉ－１は、発射フィルタであり、Ｎ_０．．．Ｎ_ｉ－１は、ｉ個の発射位置の各々の標的センサ特性付け画像の投影である。

線量処方を定義することに加えて、臨床医は、線量分布及び／又は放射線フルエンスマップの特性を指定する１つ以上の制約及び／又はコスト関数若しくはペナルティ関数Ｃ（Ｄ，Ｆ）を設定し得る。コスト関数の実施例としては、標的領域への最小線量、ＯＡＲ上の平均又は最大線量、及び／又はフルエンス平滑度、総放射線出力、総組織線量、治療時間などが挙げられ得るが、それらに限定されない。

放射線治療計画システムは、線量処方及び制約Ｃ（Ｄ，Ｆ）が満たされるように、放射線フルエンスマップＦを計算するように構成され得る。放射線治療計画システムは、コスト関数Ｃ（Ｄ，Ｆ）を最小化しながら、依然として線量処方要件を満たすフルエンス値及び／又はマップを見つけるために、異なる放射線フルエンス値及び／又はマップを反復し得る。方法（２００）に従って発射フィルタ（例えば、シフト不変発射フィルタ）を計算する（２０６）ために、放射線治療計画システムは、線量計算行列Ａ及び標的センサ特性付け画像Ｎが与えられた場合、コスト関数Ｃ（Ｄ，Ｆ）を最小化するための最適化問題をセットアップし得る。発射フィルタｐを計算することは、線量処方に従って線量目標及び目的を依然として達成しながら、コスト関数Ｃ（Ｄ，Ｆ）が最小化されるように、異なる発射フィルタ値を通して反復することを含み得る。

いくつかの変形形態では、上記の最適化問題は、発射フィルタと標的センサ特性付け画像との畳み込みを行列乗算に変換することによって作り直され得、

ここで、標的センサ特性付け画像と発射フィルタとの畳み込みは、標的センサ特性付け画像のテプリッツ行列のブロック対角と発射位置ごとの発射フィルタの列ベクトルとの間の行列乗算に変換されている。テプリッツ行列を使用して最適化問題をセットアップすると、発射フィルタがシフト不変畳み込みである結果をもたらす。線量計算行列Ａ及び標的センサ特性付け画像Ｎ_ｉは既知である（すなわち、治療計画画像、標的センサデータ、標的センサＰＤＦ、標的センサ誤差ＰＤＦなどに基づいて以前に計算されている）ため、それらは、Ａ^{ＧＩＧＲＴ}と表記される単一の行列に組み合わされ得る。

既知の量を単一の行列にグループ化することによって、上記の定式化は、放射線治療計画オプティマイザにとって計算上効率的であり得る。例えば、行列Ａ^{ＧＩＧＲＴ}は、最適プロセスの開始時に一度計算されてもよく、発射フィルタ値の反復ごとに再計算されなくてもよい。放射線治療計画システムは、１つ以上の停止条件が満たされるまで、発射フィルタ値を反復するように構成され得る。そのような停止条件は、以下のうちの１つ以上を含み得、それには、線量目標及び目的が、許容可能な公差内で満たされていること、放射線フルエンスマップ値が、反復間の変化が所定の残差基準未満であるように収束していること、コスト関数値が、複数の反復にわたって収束していること、反復のしきい値数（例えば、総反復数の上限）に達していること、などが挙げられる。最終発射フィルタ値は、放射線治療計画システムのメモリに保存され得る。患者プラットフォームが、複数の発射位置からの放射線の送達の間に所定の離散的なプラットフォーム位置（すなわち、ビームステーション）で停止されるいくつかの変形形態では、発射フィルタは、ビームステーションの各々にわたって発射位置ごとに計算され得る。例えば、患者プラットフォームは、２００個のビームステーションを有し得、各ビームステーションは、隣接するビームステーションから約２ｍｍである。

本明細書に記載の方法を使用して計算される発射フィルタは、計算の一部として標的センサのノイズ特性及び／又はばらつきを組み込む。例えば、標的センサが位置センサである場合、発射フィルタは、センサ位置特性付けＰＤＦ又はセンサデータ誤差特性付けＰＤＦであり得る位置センサ特性付けＰＤＦに基づいて計算され得る。そうすることによって、発射フィルタをリアルタイム標的センサデータを使用して生成されたセンサ画像と畳み込むことによって治療セッションの間に計算された送達されたフルエンスマップは、放射線を患者標的領域の実際の場所により正確に向け得る。対照的に、典型的な放射線治療方法は、フルエンスマップ最適化の間の因子として、標的センサ誤差及び／又はばらつきＰＤＦの画像を組み込まない。すなわち、典型的な治療計画方法は、標的センサデータ関して放射線フルエンスも、標的センサノイズ又はばらつきも規定せず、したがって、治療セッションの間に、放射線送達は、リアルタイムのノイズの多い標的センサデータに正確に適応することができない場合がある。

上述の方法において標的センサ特性付けＰＤＦの画像を使用する放射線治療計画は、静的フレームとは対照的に、腫瘍視点（point-of-view、ＰＯＶ）フレームにおいてフルエンスを最適化し、発射フィルタを計算する。図４Ａ～図４Ｄは、位置センサを例として使用して、標的センサデータ読み取り値ＰＤＦの物理的な意味を説明する概念図を図示している。１つの例示的なシナリオは、骨（４０２）の近くに位置する腫瘍（４００）であり、腫瘍（４００）は移動しており、骨（４０２）は静止している。位置センサは、位置センサデータ読み取り値が腫瘍重心の場所を示すように、例えば、その中心に、腫瘍に結合され得る（例えば、画像誘導を使用した針挿入によって）。図４Ａは、腫瘍ＰＯＶフレームにおける腫瘍（４００）及び骨（４０２）、並びに理想的な位置センサ（すなわち、いかなるばらつき又は誤差もない、真の位置データ値を常にもたらす）の出力（４０４）を図示している。腫瘍ＰＯＶでは、原点は腫瘍重心にあり、位置センサは、腫瘍重心の真の位置を反映する単一の位置値（４０４）、例えば、（０，０，０）を出力する。腫瘍（４００）のＰＯＶから、骨（４０２）が移動している。図４Ｂは、静止フレームにおける同じ腫瘍（４００）及び骨（４０２）、並びに腫瘍に結合された理想的な位置センサの出力（４０４ａ～４０４ｃ）を図示している。静的フレームでは、原点は、患者が最初に患者プラットフォーム上に位置決めされる（例えば、ＣＴ及び／又はＭＲＩ撮像誘導を使用して位置決めされる）ときの腫瘍重心の場所である。理想的な位置センサデータ読み取り値は、異なる値を有し、移動する腫瘍重心の異なる場所を反映する。これは、常に同じセンサデータ読み取り値を提供する図４Ａの腫瘍ＰＯＶにおける位置センサデータ読み取り値とは対照的である。位置センサデータ読み取り値に基づいて生成される、この腫瘍動きの画像は、腫瘍位置ヒストグラム又は腫瘍滞留行列であり得る。典型的には、放射線治療計画システム及び方法は、静止フレーム（図４Ｂ）では腫瘍位置を特性付けし、腫瘍ＰＯＶフレーム（図４Ａ）では特性付けしないが、これは、静止フレームにおける位置センサデータ読み取り値は、放射線治療システムと同じ基準フレームにおける腫瘍の実際の位置を反映するためである。更に、腫瘍ＰＯＶフレームにおける理想的な位置センサの場合、位置センサデータ読み取り値は、腫瘍の動きにかかわらず一定である。

しかしながら、ノイズの多い位置センサの場合、腫瘍ＰＯＶにおける放射線治療計画は、予期しない利点を提供し得る。これらの利点は、例えば、ノイズの多い位置センサの存在下で患者標的領域をより正確に追跡する放射線の送達を含み得る。別の利点は、治療計画が静的フレームにおいて実行されるときに一般的である動き関連の線量アーチファクトを軽減することを含み得、これは、処方された線量を患者標的領域に依然として送達しながら、周囲の非標的組織への照射を低減し得る。図４Ｃは、腫瘍ＰＯＶフレームにおける腫瘍（４００）及び骨（４０２）、並びにノイズの多い位置センサの出力（４０６）を図示している。理想的な位置センサとは対照的に、ノイズの多い位置センサは、空間内の同じ場所について異なる位置センサデータ読み取り値を提供する場合があり、異なる読み取り値は、センサのばらつき及び／又は誤差の結果であり得る。そのようなセンサばらつき及び／又は誤差は、センサ誤差特性付けＰＤＦによって表され得る。腫瘍ＰＯＶでは、原点は腫瘍重心にあり、位置センサは、真の位置データ値を中心とするセンサ誤差特性付けＰＤＦに従って複数の位置値（４０６）を出力する。上述のように、位置センサ誤差特性付けＰＤＦは、特に、腫瘍（４００）の場所又は動きにかかわらず、治療セッションの前に既知であり得る（例えば、測定又は導出され得る）。図４Ｄは、静止フレームにおける同じ腫瘍（４００）及び骨（４０２）、並びに腫瘍に結合されたノイズの多い位置センサの出力（４０８ａ～４０８ｃ）を図示している。静的フレームでは、原点は、患者が最初に患者プラットフォーム上に位置決めされた（例えば、ＣＴ及び／又はＭＲＩ撮像ガイダンスを使用して位置決めされた）ときの腫瘍重心の場所であり得る。移動する腫瘍重心の異なる場所の各々について、ノイズの多い位置センサデータ読み取り値にはばらつきがあり得る。図４Ｄに図示する実施例では、腫瘍（４００）は、３つの場所に移動し得、それらの場所の各々において、位置センサデータ読み取り値は、センサ特性付けＰＤＦに従って異なり得る。すなわち、第１の腫瘍場所（４０９ａ）において、位置センサデータ読み取り値は、第１の場所の真の位置データ値を中心とする第１のクラスタ（４０８ａ）内の値のうちのいずれかであり得る。第２の腫瘍場所（４０９ｂ）において、位置センサデータ測定値は、第２の場所の真の位置データ値を中心とする第２のクラスタ（４０８ｂ）内の値のいずれかであり得、第３の腫瘍場所（４０９ｃ）において、位置センサデータ測定値は、第３の場所の真の位置データ値を中心とする第３のクラスタ（４０８ｃ）内の値のいずれかであり得る。位置センサデータ読み取り値の全ての累積画像は、腫瘍がその動き軌道にわたって「不鮮明」であること、並びにノイズの多い位置センサにおけるばらつき及び／又は誤差に起因して、不鮮明な腫瘍画像を図示し得る。加えて、腫瘍が移動しており、その場所がノイズの多い位置センサで追跡されている（すなわち、腫瘍の真の位置が知られていない）ため、静止フレームにおける位置センサ誤差特性付けＰＤＦを判定することは困難であり得る。

静的フレームにおいて送達されたフルエンスマップ及び／又は発射フィルタを計算する（すなわち、治療計画の間に取得された腫瘍のぼやけた又は「不鮮明な」画像を使用する）放射線治療計画システムは、送達された線量が動きアーチファクト（例えば、線量ピーキングアーチファクト）の影響を受けやすい結果をもたらし得る。そのような動きアーチファクトは、治療の日の腫瘍の動きが、治療計画画像が取得されたときの腫瘍の動きと異なる場合に特に顕著であり得る。対照的に、腫瘍が静止している腫瘍ＰＯＶフレームにおけるセンサ特性付けＰＤＦに基づいて送達されたフルエンスマップ及び／又は発射フィルタを計算する放射線治療計画方法（方法（２００）及び本明細書に記載の他の方法など）は、腫瘍動きを事前に知っている必要はない。腫瘍ＰＯＶフレームにおいて計算された送達されたフルエンスマップ及び／又は発射フィルタは、送達された線量がより少ない動きアーチファクトを有する結果をもたらし得る。

方法（２００）は、標的センサが位置センサである文脈で上述したが、方法（２００）はまた、撮像システムを備える標的センサシステムに適用可能である。撮像システムは、１つ以上の画像センサを含み得、画像センサとしては、ＰＥＴ検出器、ＭＲＩ検出器、ＣＴ検出器、光学カメラ（蛍光透視法のためのカメラを含む）などが挙げられるが、それらに限定されない。イメージングシステムを含む標的センサシステムの標的センサ特性付けＰＤＦは、腫瘍重心の場所及び／若しくは幾何学的配置、並びに／又は輪郭腫瘍境界及び／若しくはＯＡＲ境界を特定するのに十分な撮像データを有する「完全な」画像であり得る。この「完全な」画像Ｌは、１つ以上の診断撮像セッションの間に、複数の撮像データＩ_ｊを取得し、それらを組み合わせて（例えば、合計して）治療計画画像を形成することによって取得され得る。すなわち、以下のように表される。

撮像データＩ_ｊは、３Ｄ ＰＥＴ撮像データ（例えば、応答線又はＬＯＲと称されることがある陽電子消滅放出経路）、２Ｄ Ｘ線撮像データ、投影撮像データ（例えば、Ｘ線投影）、蛍光透視撮像データ、ＣＴ撮像データ、及び／又はＭＲ撮像データ（ＭＲＩ撮像パルスシーケンスからのｋ空間におけるサブサンプル）などの、サンプル又は画像センサ読み取り値を含み得る。いくつかの変形形態では、治療計画画像は、放射線治療システムの撮像システムを使用して取得され得る。例えば、治療計画に使用される画像は、放射線治療システムのオンボードｋＶ ＣＴ撮像システム及び／又はＭＲ撮像システム及び／又はＰＥＴ撮像システムを使用して取得され得る。治療計画画像の実施例としては、３Ｄ ＰＥＴ画像、２Ｄ Ｘ線画像、Ｘ線投影画像、蛍光透視画像、ＣＴ画像、及び／又はＭＲ画像が挙げられ得るが、これらに限定されない。治療用放射線源のｉ個の発射位置の各々に対してセンサ画像Ｎ_ｉを生成すること（２０４）は、ｉ個の発射位置の各々への「完全な」画像Ｎの投影を計算することを含み得る。シフト不変発射フィルタを計算すること（２０６）は、上述のように実行され得る。

放射線治療送達方法：単一センサ
図５は、（例えば、方法（２００）に従って）治療計画の間に計算されたシフト不変発射フィルタと、治療セッションの間に標的センサ（又は標的センサシステム）から取得された標的センサデータとを使用して、その治療セッションの間の送達のための放射線フルエンスを計算する、放射線治療送達方法の一変形形態を図示している。方法（５００）は、治療セッション（又は任意の放射線送達セッション）の間に標的センサデータを取得すること（５０２）と、取得された標的センサデータに基づいてセンサ画像を生成すること（５０４）と、生成されたセンサ画像をシフト不変発射フィルタと畳み込むことによって送達のための放射線フルエンスマップを計算すること（５０６）と、計算された放射線フルエンスマップに従って患者標的領域に放射線を送達すること（５０８）と、を含み得る。標的センサデータを取得すること（５０２）は、治療セッションの開始時に、及び／又は治療用放射線源が患者に放射線を送達している間の治療セッション全体を通して、位置センサデータ読み取り値を取得することを含み得る。治療セッションの間に標的センサデータを取得すること（５０２）は、治療セッションの開始時（すなわち、治療用放射線源が初めて作動される前に）にのみ標的センサデータを取得することを含み得るか、又は治療セッション全体を通して標的センサデータを取得することを含み得る。例えば、標的センサデータを取得すること（５０２）は、治療セッションの開始時に位置特定ＣＴ画像及び／又はＰＥＴプリスキャン画像（及び／又は他の前述の撮像モダリティのうちのいずれか）を取得することを含み得、また、治療用放射線源が放射線を患者に送達している治療セッションの一部分の間にＣＴ撮像データ及び／又はＰＥＴ撮像データを取得することを含み得る。いくつかの変形形態では、治療セッションの放射線送達部分の間に取得される撮像データは、短い又は限定された時間間隔（例えば、約３０秒以下、約１０秒以下、約２秒以下、約１秒以下、約０．５秒以下など）で取得され得る。標的センサデータは、治療用放射線ビームの送達の直前に取得され得る。例えば、標的センサデータは、放射線送達の約５秒未満（例えば、約３秒未満、約２秒未満、約１秒未満、０．５秒未満、０．１秒未満など）に取得され得る。いくつかの変形形態では、標的センサデータは、治療用放射線源が以前の発射位置（例えば、発射位置ｉ－１）に位置している間、及び／又は治療用放射線源が発射位置に移動している間（例えば、発射位置間の移動中）、発射位置（例えば、発射位置ｉ）に対して取得され得る。代替的に又は追加的に、標的センサデータは、治療用放射線源がその発射位置に位置しているときに、発射位置（例えば、発射位置ｉ）に対して取得されてもよい。例えば、放射線送達部分の間に取得される撮像データは、ＰＥＴ ＬＯＲ、Ｘ線投影、及び／又はＭＲＩ撮像パルスシーケンスからのｋ空間におけるサブサンプルであり得る。

取得されたセンサデータに基づいてセンサ画像を生成すること（５０４）は、例えば、ピクセル及び／又はボクセル強度値のマップを生成するために、取得された撮像データを集約することを含み得る。撮像データは限定された時間間隔にわたって取得され得るため、結果として得られるセンサ画像（又は画像マップ）は、部分サンプリング画像又は限定時間サンプリング（limited-time sampled、ＬＴＳ）画像と称され得る。ＬＴＳ画像は、高レベルのノイズ（すなわち、高い信号対ノイズ比）を有する場合があり、その結果、それら単独で考慮すると、患者標的領域又はＯＡＲの輪郭及び／又は重心を特定するのに十分な情報を提供しない場合がある。代替的に又は追加的に、撮像データは、治療セッションの開始時（例えば、ＣＴ位置特定スキャン及び／又はＰＥＴプリスキャン）に取得されてもよい。いくつかの変形形態では、センサ画像を生成すること（５０４）は、取得されたセンサデータ読み取り値を、センサデータ読み取り値を中心とするデルタ関数又はガウス関数としてプロットすることを含み得る。例えば、その位置センサのセンサ画像を生成すること（５０４）は、取得された位置センサデータ読み取り値を、位置センサデータ読み取り値を中心とするデルタ関数又はガウス関数としてプロットすることを含み得る。

発射位置ｉにおける送達のための放射線フルエンスマップを計算すること（５０６）は、位置センサ画像（例えば、デルタ関数）を、その位置センサのセンサ特性付けＰＤＦを使用して治療計画の間に生成される対応する発射フィルタｐと畳み込むことを含み得る。例えば、発射位置ｉにおける送達のための放射線フルエンスｆ_ｉ，ｊを計算するために、時間インスタンスｊにおいて、放射線治療システムのコントローラは、発射位置ｉに対応する発射フィルタを、発射位置ｉへの位置センサデルタ関数画像δ_ｉ，ｊの投影と畳み込み、これは以下のように表される。
ｆ_ｉ，ｊ＝ｐ_ｉ ^＊δ_ｉ，ｊ

同様に、標的センサが撮像システムを備える変形形態では、送達のための放射線フルエンスマップを計算すること（５０６）は、部分画像又はＬＴＳ画像を、その撮像システム（又は同じ撮像モダリティ）を使用して生成される「完全な」画像を使用して治療計画の間に生成される対応する発射フィルタｐと畳み込むことを含み得る。例えば、発射位置ｉにおける送達のための放射線フルエンスｆ_ｉ，ｊを計算するために、時間インスタンスｊにおいて、放射線治療システムのコントローラは、発射位置ｉに対応する発射フィルタを、発射位置ｉへの部分画像又はＬＴＳ画像ｘ_ｉ，ｊの投影と畳み込み、これは以下のように表される。
ｆ_ｉ，ｊ＝ｐ_ｉ ^＊ｘ_ｉ，ｊ

送達されたフルエンスｆ_ｉ，ｊは、静的フレーム、すなわち放射線治療システムと同じ基準フレームにおいて計算される。治療計画の間に、発射フィルタｐが計算され、腫瘍ＰＯＶフレームにおいて最適化された。しかしながら、発射フィルタｐはシフト不変であるため、それらは、静的フレームにおいて取得された標的センサデータに適用され得、治療用放射線の送達が、処方された線量（例えば、線量目標及び目的）を満たす結果を依然としてもたらし得る。

患者プラットフォームが、放射線送達の間に一連の所定の離散的なプラットフォーム位置（すなわち、ビームステーション）で停止される変形形態では、方法（５００）は、ビームステーションごとに繰り返され得る。例えば、放射線治療送達方法は、患者プラットフォームを第１のビームステーションに移動させることと、本明細書に記載の方法（例えば、方法（５００））を使用して、標的センサデータ読み取り値に基づいて、送達のための放射線フルエンスマップを計算することと、ｉ個の発射位置から治療用放射線からの放射線を放出することによって、放射線を患者標的領域に送達することと、次いで、患者プラットフォームを第２のビームステーションに移動させることと、本明細書に記載のように、放射線フルエンスの計算及び送達を繰り返すことと、を含み得る。これは、放射線治療計画の間に画定されたビームステーションの全てについて繰り返され得る。例えば、患者プラットフォームは、２００個のビームステーションを有し得、各ビームステーションは、隣接するビームステーションから約２ｍｍである。放射線治療計画システムは、ｉ個の発射フィルタ（全てのビームステーションにわたって、ｉ個の発射位置の各々に対して１つ）を計算し、これらのｉ個の発射フィルタを放射線治療システムコントローラメモリに転送するように構成され得る。治療セッションの間、放射線治療システムコントローラは、患者プラットフォームを第１のビームステーションｂ１に移動させ、コントローラメモリから発射フィルタを取り出し、第１のビームステーションｂ１における発射位置ｉへの標的センサ画像（ｘ_ｉ，ｂ１）の投影を発射フィルタｐ_ｉと畳み込むことによって発射位置ｉにおける送達のための放射線フルエンスマップｆ_ｉ，ｂ１を計算し得、第１のビームステーションにおける全ての発射位置に対して以下同様である。いくつかの変形形態では（例えば、放射線治療システムが１Ｄ ＭＬＣを備える場合）、送達のための放射線フルエンスマップｆ_ｉ，ｂ１を計算することは、発射位置ｉにおけるＭＬＣ視野に対応するフルエンスのスライス（すなわち、第１のビームステーションｂ１における発射位置ｉ上の標的センサ画像の投影（ｘ_ｉ，ｂ１）と発射フィルタｐ_ｉとの畳み込み）を抽出することを更に含み得る。次いで、送達のための放射線フルエンスマップｆ_ｉ，ｂ１は、ＭＬＣ開口にセグメント化され得、次いで、フルエンスマップは、治療用放射線源（例えば、ライナックパルス）によって送達され得る。治療用放射線源が、第１のビームステーションｂ１における発射位置ｉの全てに対して放射線フルエンスマップｆ_ｉ，ｂ１を送達した後、放射線治療システムコントローラは、次いで、患者プラットフォームを第２のビームステーションｂ２に移動させ、同様の計算及び放射線送達を実行し、２００個のビームステーションにおける発射位置の各々に対してこれを繰り返し得る。

方法（５００）はまた、非治療的様式で、例えば、患者がファントム及び／又はフルエンス測定デバイスと置換されるＱＡセッションにおいて使用され得る。任意選択的に、ファントム及び／又はフルエンス測定デバイスは、動きステージ上に取り付けられ得、動きステージは、患者及び／又は患者標的領域の動きをシミュレートする動き軌道に従ってファントム及び／又はフルエンス測定デバイスを移動させるように構成された機械的装置であり得る。動きは、いくつかの変形形態では、標的領域についての動き滞留ヒストグラムに基づき得る。ファントム及び／又はフルエンス測定デバイスは、患者に関して上述したように、標的センサ及び／又は標的センサシステムとともにセットアップされ得る。非治療的放射線送達セッション（例えば、ＱＡセッション）に適用されるように、方法（５００）は、ＱＡセッションの間に標的センサデータを取得すること（５０２）と、取得された標的センサデータに基づいてセンサ画像を生成すること（５０４）と、生成されたセンサ画像をシフト不変発射フィルタと畳み込むことによって送達のための放射線フルエンスマップを計算すること（５０６）と、計算された放射線フルエンスマップに従って標的領域（例えば、ファントム標的領域）に放射線を送達すること（５０８）と、を含み得る。

放射線治療計画方法：２つ以上のセンサ
複数の標的センサ（すなわち、２つ以上の標的センサ）からの標的センサデータを組み込む、放射線治療計画方法の一変形形態を、図６に図示する。方法（６００）は、複数の標的センサの各々の標的センサ特性付けＰＤＦを取得すること（６０２）と、そのセンサの特性付けＰＤＦに基づく、標的センサの各々の標的センサ特性付け画像を生成すること（６０４）と、患者標的領域の処方された線量基準を満たすように、それぞれのセンサ特性付け画像に基づいて標的センサの各々のシフト不変発射フィルタを計算すること（６０６）と、を含み得る。放射線治療計画における標的センサの数及びタイプは、治療セッションの間に使用される標的センサの数及びタイプに対応し得る。標的センサは全て、１つの感知モダリティか又は異なる感知モダリティの混合であり得る。例えば、複数の標的センサは、異なる撮像モダリティの撮像システム（例えば、ＣＴ撮像システムとＰＥＴ撮像システム、ＰＥＴ撮像システムと蛍光透視システム、ＰＥＴ撮像システムと光学カメラ、ＭＲ撮像システムと光学カメラなど）、又は同じ撮像モダリティの複数の撮像システム（例えば、第１のＣＴ撮像システムと第２のＣＴ撮像システム）を備え得る。複数の標的センサは、複数の位置センサを含み得、そのうちのいくつかは、その場所及び／又は動きが患者標的領域及び／又はＯＡＲの場所及び／又は動きと相関され得る、解剖学的構造において患者に結合され得る。複数の標的センサは、１つ以上の撮像システム及び１つ以上の位置センサを含み得る。

いくつかの変形形態では、複数の標的センサの標的センサ特性付けＰＤＦは、以前のモデル及び／又は計算によって提供され得、その場合、標的センサのセンサ特性付けＰＤＦを取得すること（６０２）は、随意であり得る。前述したように、複数の標的センサの各々のセンサ特性付けＰＤＦは、複数の標的センサデータから導出され得る。センサ特性付けＰＤＦの画像は、複数の標的センサ特性付けデータの画像の合計であり得る。２つの標的センサが存在する実施例では、標的センサの各々のセンサ特性付けＰＤＦの画像は、以下によってもたらされ得、

ここで、ｘ及びｙは、個々のセンサデータ読み取り値の画像であり、Ｘ及びＹは、それぞれ第１の標的センサ及び第２の標的センサのセンサ特性付けＰＤＦである。例えば、ｘ_ｊは、ｊ個の位置センサデータ読み取り値（例えば、位置センサデータ読み取り値を中心とするデルタ関数又はガウス関数）の画像であり得、Ｘは、位置センサ特性付けＰＤＦの画像である。第２のシステムは、例えば、ＰＥＴ撮像システムであり得、ｙ_ｊは、ＰＥＴ撮像データのｊ個のサンプル（例えば、ｊ個のＬＯＲ）であり得、Ｙは、治療計画に使用されるＰＥＴ画像である。

センサ特性付け画像を生成すること（６０４）は、ｉ個の発射位置の各々に対して第１の標的センサの第１の画像Ｘを生成することと、ｉ個の発射位置の各々に対して第２の標的センサの第２の画像Ｙを生成することと、を含み得る。例えば、５０個の発射位置を有する放射線治療システムのための放射線治療計画を生成するために、標的センサの各々のセンサ特性付け画像を生成すること（６０４）は、第１の標的センサに対するｉ個の発射位置の各々上への画像Ｘの投影である一連のセンサ特性付け画像Ｘ_ｉを生成することと、第２の標的センサに対するｉ個の発射位置の各々上への画像Ｙの投影である一連のセンサ特性付け画像Ｙ_ｉを生成することと、を含み得る。

標的センサの各々に対してシフト不変発射フィルタを計算すること（６０６）は、発射位置ごとに標的センサの各々の発射フィルタを計算することを含み得る。すなわち、各標的センサは、それ自体の一組のｉ個の発射フィルタを有する。例えば、放射線治療計画システムは、第１の標的センサの第１の組のシフト不変発射フィルタｐ_ｉを（ｉ個の発射位置にわたって）計算し、第２の標的センサの第２の組のシフト不変発射フィルタｑ_ｉを計算するように構成され得る。上述の発射フィルタ計算方法を拡張すると、発射位置ｉにおける患者標的領域への送達のための放射線フルエンスマップＦ_ｉは、以下のように表され得る。
Ｆ_ｉ＝ｐ_ｉ ^＊Ｘ_ｉ＋ｑ_ｉ ^＊Ｙ_ｉ

送達のための放射線フルエンスマップＦ_ｉは、標的センサの両方が患者標的領域と協調してシフトすると仮定して、発射フィルタ及び標的センサデータ畳み込みの合計とし得る。上記の定式化は、以下に記載する最適化方法とともに、任意の多数の標的センサを含むように拡張され得る。

複数の発射位置（例えば、ｉ個の発射位置）にわたる放射線フルエンスＦ（例えば、フルエンスマップ）は、以下によって表され得る。

例えば、５０個の発射位置の放射線フルエンスは、以下であり得る。

上述の線量公式について拡張すると、Ａは、線量計算行列であり、Ｄは、ｉ個の発射位置（臨床医が線量処方及び／又は目標を画定するときに臨床医によって指定され得る）にわたって累積する線量であり、以下のように表され、

ここで、ｐ_０．．．ｐ_ｉ－１は、第１の標的センサの発射フィルタでありｑ_０．．．ｑ_ｉ－１は、ｉ個の発射位置にわたる第２の標的センサの発射フィルタである。

線量Ｄは、前述したように、１つ以上のコスト関数又はペナルティ関数Ｃ（Ｄ，Ｆ）によって制約され得る。方法（６００）に従って発射フィルタ（例えば、シフト不変発射フィルタ）を計算する（６０６）ために、放射線治療計画システムは、線量計算行列Ａ並びに標的センサ特性付け画像Ｘ及びＹが与えられた場合、コスト関数Ｃ（Ｄ，Ｆ）を最小化するための最適化問題をセットアップし得る。発射フィルタｐ及びｑを計算することは、線量処方に従って線量目標及び目的を依然として達成しながら、コスト関数Ｃ（Ｄ，Ｆ）が最小化されるように、異なる発射フィルタ値を通して反復することを含み得、以下のように表され、

ここで、標的センサ特性付け画像Ｘ及びＹと発射フィルタｐ及びｑとの畳み込みは、標的センサ特性付け画像のテプリッツ行列のブロック対角と発射位置ごとの発射フィルタ（この場合、二組の発射フィルタ）の列ベクトルとの間の行列乗算に変換されている。線量計算行列Ａ並びに標的センサ特性付け画像Ｘ及びＹは既知である（すなわち、治療計画画像、標的センサデータ、標的センサＰＤＦなどに基づいて以前に計算されている）ため、それらは、Ａ^{ＧＩＧＲＴ}と表記される単一の行列に組み合わされ得、以下のように表される。

既知の量を単一の行列にグループ化することによって、上記の定式化は、放射線治療計画オプティマイザにとって計算上効率的であり得る。例えば、行列Ａ^{ＧＩＧＲＴ}は、最適プロセスの開始時に一度計算されてもよく、発射フィルタ値の反復ごとに再計算されなくてもよい。放射線治療計画システムは、１つ以上の停止条件（前述の停止条件のうちのいずれかなど）が満たされるまで、発射フィルタ値ｐ及びｑを反復するように構成され得る。最終発射フィルタ値ｐ及びｑは、放射線治療計画システムのメモリに保存され得る。患者プラットフォームが、複数の発射位置からの放射線の送達の間に所定の離散的なプラットフォーム位置（すなわち、ビームステーション）で停止されるいくつかの変形形態では、放射線治療計画システムは、全てのビームステーションにわたって発射フィルタを計算し得る。例えば、患者プラットフォームは、２００個のビームステーションを有し得、各ビームステーションは、隣接するビームステーションから約２ｍｍである。放射線治療計画の間に、方法（６００）を使用して、２００個のビームステーションにわたって適用され得る二組のｉ個の発射フィルタを計算し得る（ｐ及びｑ、各組はｉ個の発射フィルタを有し、ｉ発射位置の各々に対して１つ）。

放射線治療送達方法：２つ以上のセンサ
図７は、（例えば、方法（６００）に従って）治療計画の間に計算された複数組のシフト不変発射フィルタと、治療セッションの間に複数の標的センサ（又は標的センサシステム）から取得された標的センサデータとを使用して、その治療セッションの間の送達のための放射線フルエンスを計算する、放射線治療送達方法の一変形形態を図示している。方法（７００）は、治療セッション（又は任意の放射線送達セッション）の間に複数の標的センサから標的センサデータを取得すること（７０２）と、そのセンサに対して取得された標的センサデータに基づいて、標的センサごとにセンサ画像を生成すること（７０４）と、標的センサごとに、生成されたセンサ画像をそれぞれの発射フィルタと畳み込むこと（７０６）と、各標的センサの畳み込みを合計することによって、送達のための放射線フルエンスマップを計算すること（７０８）と、計算された放射線フルエンスマップに従って患者標的領域に放射線を送達すること（７１０）と、を含み得る。標的センサデータは、前述したように、標的センサの任意の組み合わせから取得され得る。標的センサ及び／又は標的センサシステムの数及び／又はタイプは、臨床医によって判定され得る。例えば、標的センサデータは、ＰＥＴ撮像システム及び１つ以上の位置センサから取得され得る。標的センサデータは、Ｘ線撮像システム（例えば、ＣＴ撮像システム）又はＭＲ撮像システム、及び１つ以上の位置センサから取得され得る。標的センサデータを取得すること（７０２）は、治療セッションの開始時に、及び／又は治療用放射線源が患者に放射線を送達している間の治療セッション全体を通して、複数の標的センサから位置センサデータ読み取り値を取得することを含み得る。治療セッションの間に標的センサデータを取得すること（７０２）は、治療セッションの開始時（すなわち、治療用放射線源が初めて作動される前に）にのみ複数の標的センサのうちの１つ以上から標的センサデータを取得することを含み得るか、又は治療セッション全体を通して複数の標的センサのうちの１つ以上から標的センサデータを取得することを含み得る。例えば、標的センサデータを取得すること（７０２）は、治療セッションの開始時に位置特定ＣＴ画像及び／又はＰＥＴプリスキャン画像（及び／又は他の前述の撮像モダリティのうちのいずれか）を取得することを含み得、また、治療用放射線源が患者に放射線を送達している治療セッションの一部分の間にＣＴ撮像データ及び／又はＰＥＴ撮像データを取得することも含み得る。標的センサデータを取得すること（７０２）は、治療セッションの開始時に患者位置特定ＣＴ画像及び／又はＰＥＴプリスキャンを取得することと、治療セッションの放射線送達部分の間に位置センサデータを取得することと、を含み得る。いくつかの変形形態では、治療セッションの放射線送達部分の間に取得される撮像データは、短い又は限定された時間間隔（例えば、約２秒以下、約１秒以下、約０．５秒以下など）で取得され得る。例えば、放射線送達部分の間に取得される撮像データは、ＰＥＴ ＬＯＲ、Ｘ線投影、及び／又はＭＲＩ撮像パルスシーケンスからのｋ空間におけるサブサンプルであり得る。標的センサデータは、治療用放射線ビームの送達の直前に取得され得る。例えば、標的センサデータは、放射線送達前の約５秒未満（例えば、約３秒未満、約２秒未満、約１秒未満など）に取得され得る。いくつかの変形形態では、標的センサデータは、治療用放射線源が以前の発射位置（例えば、発射位置ｉ－１）に位置している間、及び／又は治療用放射線源が発射位置に移動している間（例えば、発射位置間の移動中）、発射位置（例えば、発射位置ｉ）に対して取得され得る。代替的に又は追加的に、標的センサデータは、治療用放射線源がその発射位置に位置しているときに、発射位置（例えば、発射位置ｉ）に対して取得されてもよい。

いくつかの変形形態では、センサ画像を生成すること（７０４）は、取得されたセンサデータ読み取り値を、センサデータ読み取り値を中心とするデルタ関数又はガウス関数としてプロットすることを含み得る。例えば、その位置センサのセンサ画像ｘ_ｉを生成すること（７０４）は、位置センサデータ読み取り値を中心とするデルタ関数又はガウス関数として、取得された位置センサデータ読み取り値をプロットすることを含み得る。代替的に又は追加的に、撮像システムのためのセンサ画像ｙ_ｉを生成すること（７０４）は、例えば、ピクセル及び／又はボクセル強度値のマップを生成するために、取得された撮像データを集約することを含み得る。撮像データは限定された時間間隔にわたって取得され得るため、結果として得られるセンサ画像（又は画像マップ）は、部分サンプリング画像又は限定時間サンプリング（ＬＴＳ）画像と称され得る。ＬＴＳ画像は、高レベルのノイズ（すなわち、高い信号対ノイズ比）を有する場合があり、その結果、それら単独で考慮すると、患者標的領域又はＯＡＲの輪郭及び／又は重心を特定するのに十分な情報を提供しない場合がある。代替的に又は追加的に、撮像データは、治療セッションの開始時に取得されてもよい（例えば、ＣＴ位置特定スキャン及び／又はＰＥＴプリスキャン）。本明細書での実施例は、位置センサ（第１の標的センサ）及び撮像システム（第２の標的センサシステム）からの標的センサデータに基づいて患者を治療する文脈であるが、前述したように、類似の方法が、任意の数及び／又はタイプの標的センサ並びにそれらの組み合わせに適用され得ることを理解されたい。

センサ画像をそのそれぞれの発射フィルタと畳み込むこと（７０６）は、放射線治療システムコントローラのメモリから、その特定の標的センサ及び発射位置ｉに対する治療計画の間に計算された発射フィルタを取り出すことと、時間インスタンスｊにおける発射位置ｉへのセンサ画像の投影を計算することと、発射フィルタ及び投影された画像を畳み込むことと、を含み得る。これらのステップは、標的センサの各々に対して繰り返され得る。すなわち、第１の標的センサについて、以下のように表され、
ｐ_ｉ ^＊ｘ_ｉ，ｊ
ここでｐ_ｉは、第１の標的センサの発射位置ｉの発射フィルタであり、ｘ_ｉ，ｊは、時間インスタンスｊにおける第１の標的センサデータの発射位置ｉへの投影である。例えば、第１の標的センサが位置センサである変形形態では、センサ画像は、位置センサデルタ関数δ_ｊであり得、δ_ｉ，ｊは、発射位置ｉへのデルタ関数画像の投影であり得る。
ｐ_ｉ ^＊δ_ｉ，ｊ

第２の標的センサについては、以下のように表され、
ｑ_ｉ ^＊ｙ_ｉ，ｊ
ここで、ｑ_ｉは、第２の標的センサの発射位置ｉの発射フィルタであり、ｙ_ｉ，ｊは、時間インスタンスｊにおける第２の標的センサデータの発射位置ｉへの投影である。例えば、第２の標的センサシステムが撮像システムである変形形態では、センサ画像は、ＬＴＳ画像であり得、放射線治療システムコントローラは、発射フィルタを発射位置ｉへのＬＴＳ画像の投影と畳み込むように構成され得、発射フィルタと発射位置へのセンサデータの画像の投影との畳み込みは、治療セッションの間に使用され、対応する発射フィルタが治療計画の間に計算された、任意の数の（例えば、全ての）標的センサに対して計算され得る。

時間インスタンスｊにおいて取得された標的センサデータに基づいて、発射位置ｉにおける送達のための放射線フルエンスマップｆ_ｉ，ｊを計算すること（７０６）は、畳み込みを合計すること（７０４）を含み得、以下のように表される。
ｆ_ｉ，ｊ＝ｐ_ｉ ^＊ｘ_ｉ，ｊ＋ｑ_ｉ ^＊ｙ_ｉ，ｊ

第１の標的センサが位置センサであり、位置センサ画像がデルタ関数である実施例では、以下のように表される。
ｆ_ｉ，ｊ＝ｐ_ｉ ^＊δ_ｉ，ｊ＋ｑ_ｉ ^＊ｙ_ｉ，ｊ

単一標的センサに対する送達されたフルエンス計算と同様に、送達されたフルエンスｆ_ｉ，ｊは、静的フレーム、すなわち、放射線治療システムと同じ基準フレームにおいて計算される。治療計画の間に、発射フィルタｐ及びｑが計算され、腫瘍ＰＯＶフレームにおいて最適化された。しかしながら、発射フィルタｐはシフト不変であるため、それらは、静的フレームにおいて取得された標的センサデータに適用され得、治療用放射線の送達が、腫瘍ＰＯＶフレームにおいて処方された線量（例えば、線量目標及び目的）を満たす結果を依然としてもたらし得る。

患者プラットフォームが、放射線送達の間に一連の所定の離散的なプラットフォーム位置（すなわち、ビームステーション）で停止される変形形態では、方法（７００）は、ビームステーションごとに繰り返され得る。例えば、放射線治療送達方法は、患者プラットフォームを第１のビームステーションに移動させることと、本明細書に記載の方法（例えば、方法（５００）、（７００））を使用して、標的センサデータ読み取り値に基づいて、送達のための放射線フルエンスマップを計算することと、ｉ個の発射位置から治療用放射線からの放射線を放射することによって、放射線を患者標的領域に送達することと、次いで、患者プラットフォームを第２のビームステーションに移動させることと、本明細書に記載のように、放射線フルエンスの計算及び送達を繰り返すことと、を含み得る。これは、放射線治療計画の間に規定されたビームステーションの全てに対して繰り返され得る。例えば、患者プラットフォームは、２００個のビームステーションを有し得、各ビームステーションは、隣接するビームステーションから約２ｍｍである。この実施例では、治療用放射線源は、１００個の発射位置ｉ＝１００において放射線を放出するように構成され得る。２つの標的センサ（及び／又は標的センサシステム）が使用される場合、放射線治療計画システムは、二組の発射フィルタ（各組は、ｉ＝１００個の発射位置の各々に対して１つ、１００個の発射フィルタを有する）、第１の標的センサの第１の組の１００個の発射フィルタ、及び第２の標的センサの第２の組の１００個の発射フィルタを計算するように構成され得る。計画システムは、これら二組の発射フィルタを放射線治療システムコントローラメモリに転送し得る。治療セッションの間、放射線治療システムコントローラは、患者プラットフォームを第１のビームステーションに移動させ、コントローラメモリから発射フィルタを取り出し、第１の標的センサ画像とその対応する発射フィルタとの畳み込みと、第２の標的センサ画像とその対応する発射フィルタとの畳み込みとを合計することによって、発射位置ｉにおける送達のための放射線フルエンスマップを計算し得る。いくつかの変形形態では（例えば、放射線治療システムが１Ｄ ＭＬＣを備える場合）、送達のための放射線フルエンスマップを計算することは、第１の標的センサ画像と、発射位置におけるＭＬＣ視野に対応するその対応する発射フィルタとの畳み込みによって生成されるフルエンスのスライスを抽出することと、第２の標的センサ画像と、（同じ）発射位置におけるＭＬＣ視野に対応するその対応する発射フィルタとの畳み込みによって生成されるフルエンスのスライスを抽出することと、次いで、フルエンススライスを合計して、送達のための放射線フルエンスマップを得ることと、を更に含み得る。治療用放射線源が、第１のビームステーションにおけるｉ個の発射位置の全てに対して放射線フルエンスマップを送達した後、放射線治療システムコントローラは、次いで、患者プラットフォームを第２のビームステーションに移動させ、同様の計算及び放射線送達を実行し、これを２００個のビームステーションにおける発射位置の各々に対して繰り返し得る。

方法（７００）はまた、非治療的様式で、例えば、患者がファントム及び／又はフルエンス測定デバイスと置換されるＱＡセッションにおいて使用され得る。任意選択的に、ファントム及び／又はフルエンス測定デバイスは、動きステージ上に取り付けられ得、動きステージは、患者及び／又は患者標的領域の動きをシミュレートする動き軌道に従ってファントム及び／又はフルエンス測定デバイスを移動させるように構成された機械的装置であり得る。動きは、いくつかの変形形態では、標的領域についての動き滞留ヒストグラムに基づき得る。ファントム及び／又はフルエンス測定デバイスは、患者に関して上述したように、標的センサ及び／又は標的センサシステムとともにセットアップされ得る。非治療的放射線送達セッション（例えば、ＱＡセッション）に適用されるように、方法（７００）は、ＱＡセッションの間に複数の標的センサから標的センサデータを取得すること（７０２）と、標的センサごとに、そのセンサの取得された標的センサデータに基づいてセンサ画像を生成すること（７０４）と、標的センサごとに、センサ画像をそのそれぞれの発射フィルタと畳み込むこと（７０６）と、各標的センサの畳み込みを合計することによって、送達のための放射線フルエンスマップを計算すること（７０８）と、計算された放射線フルエンスマップに従って放射線を標的領域（例えば、ファントム標的領域）に送達すること（７１０）と、を含み得る。

放射線治療計画方法：定数値センサ
放射線治療計画方法の別の変形形態は、標的センサからのデータを組み込み得、センサデータ読み取り値は、静的フレーム（放射線治療システム及び患者と同じ基準フレームでもある）において定数値である。センサデータ読み取り値は定数値であるため、そのようなセンサは、「ヌルセンサ」又は定数値センサと呼ばれ得る。定数値センサは、センサ読み取り値が変化しないセンサであり得る、すなわち、センサデータ読み取り値が、同じ値又は読み出し情報を返す。いくつかの変形形態では、定数値センサは、そのセンサ出力が、放射線送達セッションの間に１回のみ、例えば、治療セッションの間に１回のみ（又は、いくつかの変形形態では、治療セッションの間に２回以上発生し得る、患者位置特定ごとに１回のみ）読み出される、標的センサであり得る。定数値センサの一実施例は、放射線治療システムが放射線治療セッションの間に１回、位置センサデータ読み取り値を読み出す位置センサであり得る。いくつかの変形形態では、定数値センサシステムは、治療セッションの開始時の患者位置特定段階の間に撮像データを取得するが、治療セッションの放射線送達段階の間には撮像データを取得しない、ＣＴ撮像システム及び／又はＰＥＴ撮像システムを備え得る。ＣＴ位置特定画像及び／又はＰＥＴプリスキャン画像は、患者標的領域重心の初期位置及び／又は患者標的領域の初期境界を特定するために使用され得る。いくつかの変形形態では、ＣＴ位置特定画像及び／又はＰＥＴプリスキャン画像は、患者標的領域動きエンベロープの中心（例えば、腫瘍動きエンベロープ又は内部標的体積若しくはＩＴＶ（internal target volume）の中心）の（静的フレームにおける）場所を特定するために使用され得る。

図８Ａ～図８Ｄは、静的フレームにおける腫瘍重心の初期場所を出力する定数値標的センサを使用して、腫瘍ＰＯＶフレーム及び静的フレームにおける定数値センサの物理的意味を説明する概念図を図示している。静止フレームにおける腫瘍重心の場所は、任意の適切なセンサモダリティを使用して特定され得、センサモダリティには、ＣＴ撮像、ＰＥＴ撮像、ＭＲ撮像、可視光又は赤外光を使用する光学撮像、位置感知（例えば、腫瘍及び／又は近傍の目印に取り付けられたセンサ、腫瘍及び／又は近傍の目印に取り付けられた基準点のＸ線追跡などを使用する）などのうちの１つ以上が含まれるが、それらに限定されない。この実施例では、定数値標的センサは、静的フレームにおける標的領域（例えば、腫瘍）重心の初期部分を出力する位置センサであり得る。代替的に又は追加的に、定数値標的センサは、撮像システムを含む標的センサシステムであってもよく、腫瘍重心の場所は、撮像システムによって取得された撮像データに基づいて計算されてもよい。図８Ａは、腫瘍ＰＯＶフレームにおける腫瘍（８００）及び骨（８０２）を図示し、原点（０，０，０）は腫瘍（８００）の重心にある一方で、図８Ｂは、静止フレームにおける腫瘍（８００）及び骨（８０２）を図示し、原点（０，０，０）は腫瘍重心の初期場所にある。図８Ｃは、腫瘍ＰＯＶフレームにおける腫瘍（８００）及びＩＴＶ（８０１）の拡大図を図示している。代替的に又は追加的に、腫瘍ＰＯＶフレームの起点（０，０，０）は、ＩＴＶの重心であってもよい。ＩＴＶの境界は、静的フレームにおいて画定されてもよく、腫瘍が移動する体積（例えば、動きエンベロープ）を包含してもよい。図８Ｂに図示するように、定数値センサ読み取り値（８０４）は変化しない。これは、腫瘍（８００）の動き（すなわち、位置変化）にかかわらず同じままであり、この実施例では、腫瘍重心の場所を表している。しかしながら、腫瘍（８００）は、腫瘍が静止している腫瘍ＰＯＶフレームにおいて、定数値センサ読み取り値（８０４）に対して移動しているため、センサ読み取り値（８０４）が変化している、すなわち、一定ではないように見えることになる。図８Ａ及び図８Ｃは、腫瘍ＰＯＶフレームにおける静止腫瘍（８００）を概念的に図示しており、腫瘍（８００）は、センサ読み取り値（静止フレームにおける値を反映する）が異なる値（例えば、８０４ａ～８０４ｃ）にわたって変動するように見える間にある。定数値センサは、実際の腫瘍場所にかかわらず、静止フレームにおいて一定の読み取り値（８０４）をもたらすが、腫瘍ＰＯＶフレームにおいて、センサ読み取り値の値（８０４ａ～８０４ｃ）は、腫瘍重心の実際の場所に対するその一定のセンサ読み取り値のオフセットを反映し得る。したがって、腫瘍ＰＯＶフレームにおいて、センサ読み取り値は、腫瘍重心及び／又はＩＴＶ中心からの反転された（又はネゲートされた）腫瘍オフセットであり得る。重心からの腫瘍オフセットは、例えば、４Ｄ ＣＴ画像、４Ｄ ＰＥＴデータ、４Ｄ ＭＲデータ、動きモデルと結合された患者表面センサ、動きモデルと結合された二重投影Ｘ線システムのセットからの撮像データを使用して生成され得る、腫瘍位置ヒストグラム（例えば、腫瘍滞留行列）から導出され得る。図８Ｄは、腫瘍ＰＯＶフレームにおけるネゲートされた腫瘍位置ヒストグラムのプロットである。図８Ｄのプロットは、腫瘍ＰＯＶフレームにおける定数値センサ特性付けＰＤＦ（８０６）の画像であり得る。すなわち、静的フレームにおける腫瘍（８００）の動きは、定数値標的センサのセンサ特性付けＰＤＦとして腫瘍ＰＯＶフレームにおいて表され得る。腫瘍動きは、腫瘍ＰＯＶフレームにおいて、定数値標的センサの誤差、ばらつき、又はノイズとして作り直され得る。そのため、放射線治療計画システムは、腫瘍ＰＯＶフレームにおけるセンサ特性付けＰＤＦ（８０６）を使用して発射フィルタを計算するように構成され得る。いくつかの変形形態では、腫瘍ＰＯＶフレームにおけるセンサ特性付けＰＤＦ（８０６）の範囲又はスパンは、静的フレームにおいて画定されるＩＴＶ（８０１）の範囲又はスパン未満であり得る。他の治療計画方法及びシステムは、静的フレームにおいて画定されるようなＩＴＶに基づいてフルエンスマップ及び／又は発射フィルタを最適化するが、本明細書に記載の方法は、腫瘍ＰＯＶ空間におけるセンサ特性付けＰＤＦに基づいてフルエンスマップ及び／又は発射フィルタを最適化する。静的フレームにおけるＩＴＶ（８０１）の代わりに、腫瘍ＰＯＶフレームにおけるセンサ特性付けＰＤＦ（８０６）に基づいて発射フィルタを計算することは、腫瘍（８００）を取り囲む健康な組織への照射を低減するのに役立ち得る。

定数値標的センサのセンサ特性付けＰＤＦは、本明細書に記載の方法のうちのいずれかに従って発射フィルタを計算するために使用され得る。図９は、定数値標的センサのセンサ特性付けＰＤＦを使用して発射フィルタを計算する放射線治療計画方法の一実施例を図示している。定数値標的センサは、静的フレームにおける同じ標的領域（例えば、腫瘍）重心場所を出力する、任意のセンサ又はセンサシステムであり得る。いくつかの変形形態では、定数値標的センサ読み取り値は、位置センサデータ読み取り値であり得、他の変形形態では、定数値標的センサ読み取り値は、治療計画画像に基づいて判定される腫瘍重心の場所であり得る。方法（９００）は、腫瘍（又は任意の患者標的領域）の重心の場所を判定すること（９０２）と、経時的な腫瘍位置の変化に関連する腫瘍重心場所のオフセットを使用してセンサ特性付けＰＤＦを生成すること（９０４）と、ｉ個の発射位置の各々のセンサ特性付けＰＤＦに基づいてセンサ特性付け画像を生成すること９０６）と、腫瘍（又は患者標的領域）に対する処方された線量基準を満たすように、センサ特性付け画像に基づいてｉ個の発射位置の各々のシフト不変発射フィルタを計算すること（９０８）と、を含み得る。腫瘍の重心を判定すること（９０２）及びセンサ特性付けＰＤＦを生成すること（９０４）は、経時的に腫瘍位置データ読み取り値を取得することを含み得る。いくつかの変形形態では、これは、経時的に複数のＣＴ画像を取得すること（例えば、４Ｄ ＣＴ撮像）と、腫瘍重心の初期位置を特定することと、次いで、経時的な重心場所の変化を計算することと、を含み得る。代替的に、又は追加的に、経時的に腫瘍位置データ読み取り値を取得することは、位置センサ又は追跡可能な基準点を腫瘍に取り付けることと、腫瘍重心の初期位置を特定することと、次いで、経時的な重心場所の変化を測定することと、を含み得る。センサ特性付け画像を生成すること（９０６）は、前述したように、場所的変化をデルタ関数又はガウス関数に変換することと、センサ特性付けＰＤＦの画像（すなわち、センサ特性付けＰＤＦ画像Ｎ）を取得するために、デルタ関数又はガウス関数を集約することと、を含み得る。いくつかの変形形態では、場所的変化の画像は、腫瘍滞留行列（例えば、腫瘍位置ヒストグラム）を含み得、これは、センサ特性付けＰＤＦの画像を取得するためにネゲートされ得る。センサ特性付け画像を生成すること（９０６）は、センサ特性付け画像Ｎ_ｉを取得するために、ｉ個の発射位置の各々へのセンサ特性付けＰＤＦ Ｎの投影を計算することを含み得る。ｉ個の発射位置の各々のるシフト不変発射フィルタ（ｐ_ｉ）を計算すること（９０８）は、方法（２００、６００）について上述した計算方法と同様であり得る。すなわち、腫瘍ＰＯＶにおける線量は、以下のように表され得る。

放射線治療計画システムは、１つ以上の停止条件が満たされるまで、発射フィルタ値を反復するように構成され得る。最終発射フィルタ値は、放射線治療計画システムのメモリに保存され得る。

放射線治療送達方法：定数値センサ
図１０は、治療計画の間に（例えば、方法（２００、６００、９００）に従って）計算されたシフト不変発射フィルタと、治療セッションの間に定数値センサ（又はセンサシステム）から取得された標的センサデータとを使用して、その治療セッションの間の送達のための放射線フルエンスを計算する、放射線治療送達方法の一変形形態を図示している。方法（１０００）は、治療セッション（又は任意の放射線送達セッション）の間に取得される標的センサデータを使用して、患者標的領域の重心の場所を画定すること（１００２）と、センサデータに基づいて画像を生成すること（１００４）と、生成された画像を発射フィルタと畳み込むことによって送達のための放射線フルエンスマップを計算すること（１００６）と、計算された放射線フルエンスマップに従って放射線を送達すること（１００８）と、を含み得る。患者標的領域重心の場所を画定すること（１００２）及びセンサ画像を生成すること（１００４）は、患者標的領域重心の場所（例えば、座標）を特定するために使用され得る１つ以上の画像を形成するために、ＣＴ撮像データ及び／又はＰＥＴ撮像データを取得することを含み得る。標的センサは、「ヌル」又は定数値センサであるため、治療セッションを通して読み取られるセンサデータは、治療セッションの患者位置特定段階の間に最初に特定されるような患者標的領域重心の場所を表す。センサデータ読み取り値（したがって、重心の初期場所）は、静的フレーム（放射線治療システムと同じ基準フレームでもある）の原点であり得るため、この定数値センサ読み取り値の画像は、原点を中心とするデルタ関数であり得る。これは、発射フィルタが「恒等」デルタ関数δ_{ｉｄｅｎｔｉｔｙ}と畳み込まれるように、フルエンスマップ計算を崩壊させ、次のように表される。
ｆ_ｉ＝ｐ_ｉ ^＊δ_{ｉｄｅｎｔｉｔｙ}＝ｐ_ｉ

発射位置ｉにおいて送達されるフルエンスマップは、単に、その発射位置の発射フィルタｐ_ｉである。すなわち、治療セッションの間に、治療時の腫瘍重心場所が治療計画の間の腫瘍重心場所と一致するように患者が位置決めされる限り、固定された事前計算されたフルエンスマップが、追加の標的センサデータなしで腫瘍に送達され得る。この形態の治療送達は、標準的なＩＭＲＴ／ＳＢＲＴ放射線送達と同様であり得るが、治療計画が静的フレームの代わりに腫瘍ＰＯＶフレームにおいて行われたため、患者に送達される放射線は、標準的なＩＭＲＴ／ＳＢＲＴ方法と比較して低減され得る一方で、依然として同じ線量目標及び目的を満たす。標準的なＩＭＲＴ／ＳＢＲＴ方法は、静的フレームにおいて画定されたＩＴＶ境界に基づいて治療計画を実行し、これは、センサ特性付けＰＤＦよりも大きい領域又は体積を包含し得る。比較的大きいＩＴＶに基づいて最適化されたフルエンスマップ及び／又は発射フィルタは、フルエンスマップ及び／又は発射フィルタがセンサ特性付けＰＤＦに基づいて最適化されるときよりも高いレベルの照射が周囲の健康な組織に対して生じる結果をもたらし得る。

上記の実施例は、定数値標的センサをＣＴ撮像システム及びＰＥＴ撮像システムを含む標的センサシステムとして記述しているが、他の変形形態では、標的センサシステムは、本明細書で前述した撮像システムのいずれかのうちの１つ以上を、単独で、又は互いに組み合わせて含み得ることを理解されたい。例えば、ＰＥＴ撮像システムと併せて使用され得るＣＴ撮像システムの代わりに、標的センサシステムは、ＭＲ撮像システムを、単独で、又はＣＴ撮像システムと併せて含み得る。いくつかの変形形態では、定数値センサは、位置センサ（上述の位置センサのうちのいずれかなど）であり得る。

方法（１０００）はまた、非治療的様式で、例えば、患者がファントム及び／又はフルエンス測定デバイスと置換されるＱＡセッションにおいて使用され得る。任意選択的に、ファントム及び／又はフルエンス測定デバイスは、動きステージ上に取り付けられ得、動きステージは、患者及び／又は患者標的領域の動きをシミュレートする動き軌道に従ってファントム及び／又はフルエンス測定デバイスを移動させるように構成された機械的装置であり得る。動きは、いくつかの変形形態では、標的領域についての動き滞留ヒストグラムに基づき得る。ファントム及び／又はフルエンス測定デバイスは、患者に関して上述したように、標的センサ及び／又は標的センサシステムとともにセットアップされ得る。非治療的放射線送達セッション（例えば、ＱＡセッション）に適用されるように、方法（１０００）は、ＱＡセッションの間に取得された標的センサデータを使用して標的領域（例えば、ファントム標的領域）の重心の場所を画定すること（１００２）と、取得された標的センサデータに基づいて画像を生成すること（１００４）と、生成された画像を発射フィルタと畳み込むことによって送達のための放射線フルエンスマップを計算すること（１００６）と、計算された放射線フルエンスマップに従って標的領域（例えば、ファントム標的領域）に放射線を送達すること（７０８）と、を含み得る。

図１１Ａ～図１１Ｃは、±６ｍｍで直線的に（１Ｄ）移動している１２ｍｍ長の患者標的領域（例えば、臨床標的体積若しくはＣＴＶ（clinical target volume））への放射線治療計画及び送達の一実施例のシミュレーション結果を図示している。図１１Ａは、患者標的領域の動き滞留ヒストグラムを図示している。ＩＭＲＴ／ＳＢＲＴのための従来の治療計画方法では、この動きプロファイルに基づいて、ＩＴＶは、２４ｍｍのサイズ（１２ｍｍ腫瘍長＋一方向における６ｍｍ変位＋他方向における６ｍｍ変位）を有して、静的フレームにおいて画定され得る。標準的なＩＴＶベースの治療計画方法に基づいて送達されるフルエンスは、図１１Ｂのプロットに図示されるプロファイルを有し得る。トレース（１１００）は、静的フレームにおける送達されたフルエンスを表し、トレース（１１０２）は、腫瘍ＰＯＶフレームにおける送達されたフルエンスを表している。腫瘍ＰＯＶフレームにおける送達されたフルエンスは、静的フレームにおける送達されたフルエンスと比較していくらか不鮮明であるが、１２ｍｍの患者標的領域（又はＣＴＶ）の全範囲を依然としてカバーしている。図１１Ｃは、本明細書に開示する治療計画方法に基づいて（すなわち、腫瘍ＰＯＶフレームにおけるセンサ特性付けＰＤＦに基づいて）送達されたフルエンスのプロファイルを図示している。これは、図９及び図１０に記載の定数値標的センサ計画及び送達方法に基づく。トレース（１１０４）は、静的フレームにおける送達されたフルエンスを表し、トレース（１１０６）は、腫瘍ＰＯＶフレームにおける送達されたフルエンスを表している。静的フレームにおける送達されたフルエンスは、患者標的領域（又はＣＴＶ）の縁にフルエンスピークを有し、全体的に不規則なホーン形状プロファイルをもたらすが、依然として、１２ｍｍ患者標的領域（又はＣＴＶ）の全範囲をカバーしている。両方の方法は、処方された線量を患者標的領域全体に送達するが、図１１Ｂ及び図１１Ｃのフルエンスプロファイル間の差異は、本明細書に記載の方法を使用した腫瘍ＰＯＶフレームにおける治療計画によって、患者への放射線曝露の全体として３５％低減があることである。

Claims (63)

1. 放射線治療システムであって、
   患者プラットフォームと、
   前記患者プラットフォームの周りの１つ以上の発射位置に移動可能な治療用放射線源と、
   センサデータを取得する標的センサを備える標的センサシステムと、
   前記治療用放射線源及び前記標的センサシステムと通信するコントローラであって、前記コントローラは、センサデータから生成された画像を前記標的センサのセンサ特性付け確率密度関数（ＰＤＦ）から導出されたシフト不変発射フィルタと畳み込むことによって、標的領域への送達のための放射線フルエンスマップを計算するように構成され、前記コントローラは、計算された前記放射線フルエンスマップに従って放射線を送達するように構成されている、コントローラと、を備える、システム。
2. 前記標的センサは、第１の標的センサであり、前記標的センサシステムは、第２の標的センサを備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の標的センサ及び前記第２の標的センサのうちの少なくとも一方は、前記患者プラットフォーム上に配設された患者に結合されるように構成された位置センサである、請求項２に記載のシステム。
4. 前記位置センサは、標的領域に結合されるように構成されている、請求項３に記載のシステム。
5. 前記位置センサは、Ｘ線源と、前記Ｘ線源の向かい側に配設された、埋め込み型基準点の位置を検出するように構成されたＸ線検出器と、を備える、請求項３に記載のシステム。
6. 前記位置センサは、患者の皮膚に取り付けられる光学基準点を追跡するように構成された光学撮像システムを備え、前記標的センサシステムは、前記光学基準点の位置を検出するように構成された光学カメラを更に備える、請求項３に記載のシステム。
7. 前記センサ特性付けＰＤＦは、センサデータ誤差のレートを表すセンサ誤差特性付けＰＤＦである、請求項１に記載のシステム。
8. 前記センサ特性付けＰＤＦは、センサデータばらつきのレートを表す、請求項１に記載のシステム。
9. 前記センサ特性付けＰＤＦは、センサデータの１Ｄプロット、センサデータの２Ｄプロット、及び／又はセンサデータの３Ｄプロット、並びにセンサデータばらつきを表すヒストグラムのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載のシステム。
10. 前記位置センサデータから生成された前記画像は、前記位置センサデータに対応する場所を中心とするデルタ関数、ガウス関数、及び／又は切断ガウス関数である、請求項１に記載のシステム。
11. 前記標的センサは、１つ以上の画像センサを含み、前記センサデータは、撮像データを含み、前記標的センサの前記センサ特性付けＰＤＦは、画像を含む、請求項１に記載のシステム。
12. 前記１つ以上の画像センサは、ＰＥＴセンサ、ＭＲＩセンサ、及びＣＴセンサからなる群から選択される画像センサを含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記コントローラは、前記第１の標的センサからの第１のセンサデータ読み取り値及び前記第２の標的センサからの第２のセンサデータ読み取り値を受信するように構成されており、前記シフト不変発射フィルタは、前記第１の標的センサの第１のシフト不変発射フィルタであり、前記センサ特性付けＰＤＦは、前記第１の標的センサの第１のセンサ特性付けＰＤＦであり、前記コントローラは、（ａ）前記第１のセンサデータ画像と前記第１のシフト不変発射フィルタとの前記畳み込みと、（ｂ）前記第２のセンサデータから生成された第２の画像と前記第２の標的センサの第２のセンサ特性付けＰＤＦから導出された第２のシフト不変発射フィルタとの畳み込みとを合計することによって、送達のための前記フルエンスマップを計算するように更に構成されている、請求項２に記載のシステム。
14. 前記第１の標的センサは、第１のタイプのセンサであり、前記第２の標的センサは、前記第１のタイプとは異なる第２のタイプのセンサである、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記第２の標的センサは、位置センサである、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記第１の標的センサは、陽電子消滅放出経路センサであり、前記第２の標的センサは、標的領域位置センサである、請求項１４に記載のシステム。
17. 前記第１の標的センサは、画像センサであり、前記第２の標的センサは、位置センサである、請求項１４に記載のシステム。
18. 前記第１の標的センサは、３Ｄ ＰＥＴセンサ、２Ｄ Ｘ線センサ、投影画像センサ、蛍光透視画像センサ、ＣＴ画像センサ、及びＭＲセンサのうちの少なくとも１つを含み、前記第２の標的センサは、位置センサを含む、請求項１４に記載のシステム。
19. 放射線送達のための方法であって、前記方法は、
    標的センサからセンサデータ読み取り値を取得することと、
    前記センサデータ読み取り値からセンサ画像を生成することと、
    前記センサ画像を前記標的センサのセンサ特性付け確率密度関数（ＰＤＦ）から導出されたシフト不変発射フィルタと畳み込むことによって、標的領域への送達のための放射線フルエンスマップを計算することと、
    計算された前記放射線フルエンスマップに従って放射線を前記標的領域に送達することと、を含む、方法。
20. 前記センサ特性付けＰＤＦは、センサデータ誤差のレートを表すセンサ誤差特性付けＰＤＦである、請求項１９に記載の方法。
21. 前記センサ特性付けＰＤＦは、センサデータばらつきのレートを表す、請求項１９に記載の方法。
22. 前記センサ特性付けＰＤＦは、センサデータの１Ｄプロット、センサデータの２Ｄプロット、及び／又はセンサデータの３Ｄプロット、並びにセンサデータばらつきを表すヒストグラムのうちの１つ以上を含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記標的センサは、位置センサである、請求項１９～２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記センサ画像は、前記位置センサデータ読み取り値に対応する場所を中心とするデルタ関数、ガウス関数、及び／又は切断ガウス関数である、請求項２３に記載の方法。
25. 前記位置センサは、標的領域位置センサを含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記位置センサは、埋め込み型基準点を追跡するように構成されたＸ線プロジェクタシステムを含む、請求項２４に記載の方法。
27. 光学基準点を患者の皮膚に取り付けることと、光学撮像システムを使用して前記光学基準点を追跡することと、を更に含む、請求項２４に記載の方法。
28. 前記標的センサは、前記センサデータ読み取り値が前記標的領域の重心を表す一定の位置値であるヌル位置センサであり、前記ヌル位置センサの前記センサ特性付けＰＤＦは、経時的な前記標的領域の前記重心の場所を表す複数の位置値を含む、請求項１９に記載の方法。
29. 前記センサ画像は、前記位置センサデータ読み取り値に対応する場所を中心とするデルタ関数、ガウス関数、及び／又は切断ガウス関数である、請求項２８に記載の方法。
30. 前記センサ特性付けＰＤＦは、前記標的領域の動き滞留ヒストグラムを含む、請求項２８に記載の方法。
31. 前記複数の位置値は、４Ｄ ＣＴ撮像データを使用して判定される、請求項２８に記載の方法。
32. 前記シフト不変発射フィルタは、治療用放射線源の発射位置に対応し、送達のための前記フルエンスを計算することは、前記発射位置上の前記センサ画像の投影を前記発射位置の前記シフト不変発射フィルタと畳み込むことによって、前記発射位置における送達ためのフルエンスを計算することを含む、請求項１９に記載の方法。
33. 前記標的センサは、１つ以上の画像センサを含み、前記センサデータ読み取り値は、撮像データを含み、前記標的センサの前記センサ特性付けＰＤＦは、前記撮像データから生成された画像を含む、請求項１９に記載の方法。
34. 前記１つ以上の画像センサは、ＰＥＴセンサ、ＭＲＩセンサ、及びＣＴセンサからなる群から選択される画像センサを含む、請求項３３に記載の方法。
35. 前記標的センサは、第１の標的センサであり、前記センサデータ読み取り値は、第１のセンサデータ読み取り値であり、前記画像は、第１のセンサデータ画像であり、前記シフト不変発射フィルタは、第１のシフト不変発射フィルタであり、前記センサ特性付けＰＤＦは、第１のセンサ特性付けＰＤＦであり、前記方法は、
    第２の標的センサから第２のセンサデータ読み取り値を取得することと、
    前記第２のセンサデータ読み取り値から第２のセンサデータ画像を生成することと、を更に含み、
    送達のための前記フルエンスマップを計算することは、（ａ）前記第１のセンサデータ画像と前記第１のシフト不変発射フィルタとの前記畳み込みと、（ｂ）前記第２のセンサデータ画像と前記第２の標的センサの第２のセンサ特性付けＰＤＦから導出された第２のシフト不変発射フィルタとの畳み込みとを合計することを含む、請求項１９に記載の方法。
36. 前記第１の標的センサデータ読み取り値は、第１のタイプのデータを含み、前記第２の標的センサデータ読み取り値は、前記第１のタイプのデータとは異なる第２のタイプのデータを含む、請求項３５に記載の方法。
37. 前記第２のセンサ特性付けＰＤＦは、センサ誤差特性付けＰＤＦである、請求項３５又は３６に記載の方法。
38. 前記第２の標的センサは、位置センサである、請求項３６に記載の方法。
39. 前記第１の標的センサデータ読み取り値は、陽電子消滅放出経路データを含み、前記第２の標的センサデータ読み取り値は、標的領域場所データを含む、請求項３６に記載の方法。
40. 前記第１の標的センサデータ読み取り値は、部分撮像データを含み、前記第２の標的センサデータ読み取り値は、標的領域場所データを含む、請求項３６に記載の方法。
41. 前記第１の標的センサデータ読み取り値は、３Ｄ ＰＥＴ撮像データ、２Ｄ Ｘ線撮像データ、投影撮像データ、蛍光透視撮像データ、ＣＴ撮像データ、及びＭＲ撮像データのうちの少なくとも１つを含み、前記第２の標的センサデータ読み取り値は、標的領域場所データを含む、請求項３６に記載の方法。
42. 前記シフト不変発射フィルタは、治療用放射線源の発射位置に対応し、前記送達のためのフルエンスを計算することは、前記発射位置上に前記センサデータ読み取り値を投影することと、投影された前記センサデータ読み取り値の第２のセンサ画像を生成することと、前記第２のセンサ画像を前記発射位置の前記シフト不変発射フィルタと畳み込むこととによって、前記発射位置における送達のためのフルエンスを計算することを含む、請求項１９に記載の方法。
43. センサベースの治療計画のための方法であって、前記方法は、
    ｉ個の発射位置の各々の標的センサのセンサ特性付け確率密度関数（ＰＤＦ）に基づいてセンサ特性付け画像Ｎ_ｉを生成することと、
    条件
    が満たされるように、シフト不変発射フィルタｐ_ｉの値を反復することによって、前記センサ特性付け画像Ｎ_ｉに基づいて、ｉ個の発射位置の各々のｐ_ｉ値を計算することと、を含み、
    式中、Ｄは前記標的領域の処方された線量であり、Ａは前記標的領域の既知の線量計算行列である、方法。
44. 前記標的センサは、位置センサであり、前記センサ特性付けＰＤＦは、位置センサデータの１Ｄプロット、位置センサデータの２Ｄプロット、位置センサデータの３Ｄプロット、及び位置センサデータばらつきを表すヒストグラムのうちの１つ以上を含み、前記センサ特性付け画像Ｎ_ｉは、位置センサ誤差データ及び位置センサ誤差ヒストグラムのうちの１つ以上を含む、請求項４３に記載の方法。
45. 位置センサデータは、空間内の座標を含む、請求項４４に記載の方法。
46. シフト不変発射フィルタｐ_ｉを計算することは、前記処方された線量Ｄ及び放射線フルエンスマップＦの臨床医定義の制約及び目的から導出されるコスト関数Ｃ（Ｄ，Ｆ）を最小化するために、ｐ_ｉの値を反復することを更に含む、請求項４３に記載の方法。
47. 前記標的センサは、前記標的領域の重心を表す一定の位置値を有するヌル位置センサであり、前記センサ特性付けＰＤＦは、経時的な前記標的領域の前記重心の場所を表す複数の位置値を含み、
    前記センサ特性付け画像Ｎ_ｉを生成することは、前記標的領域の動き滞留ヒストグラムを生成することを含む、請求項４３に記載の方法。
48. 前記複数の位置値は、４Ｄ ＣＴ撮像データを使用して判定される、請求項４７に記載の方法。
49. 前記センサ特性付け画像Ｎ_ｉを生成することは、前記標的領域の反転動き滞留ヒストグラムを生成することを含む、請求項４７に記載の方法。
50. 前記標的センサは、画像センサであり、前記センサ特性付けＰＤＦは、複数の画像センサデータを含み、前記センサ特性付け画像Ｎ_ｉを生成することは、前記複数の画像センサデータを組み合わせることを含む、請求項４３に記載の方法。
51. 前記複数の画像センサデータは、３Ｄ ＰＥＴ撮像データ、２Ｄ Ｘ線撮像データ、投影撮像データ、蛍光透視撮像データ、ＣＴ撮像データ、及びＭＲ撮像データのうちの少なくとも１つを含む、請求項４９に記載の方法。
52. 前記標的センサは、第１の標的センサであり、前記センサ特性付け画像Ｎ_ｉは、第１の組のセンサ特性付け画像であり、前記シフト不変発射フィルタｐ_ｉは、第１の組のシフト不変発射フィルタであり、前記方法は、
    ｉ個の発射位置の各々の第２の標的センサのセンサ特性付けＰＤＦに基づいて、第２の組のセンサ特性付け画像Ｍ_ｉを生成することと、
    条件
    が満たされるように、ｉ個の発射位置の各々について、前記第１の組のシフト不変発射フィルタｐ_ｉ及び第２の組のシフト不変発射フィルタｑ_ｉの値を反復することによって、前記第１の組のセンサ特性付け画像Ｎ_ｉ及び前記第２の組のセンサ特性付け画像Ｍ_ｉに基づいて、ｐ_ｉ及びｑ_ｉを計算することと、を更に含む、請求項４３に記載の方法。
53. シフト不変発射フィルタｐ_ｉ及びｑ_ｉを計算することは、前記処方された線量Ｄ及び放射線フルエンスマップＦの臨床医定義の制約及び目的から導出されるコスト関数Ｃ（Ｄ，Ｆ）を最小化するために、ｐ_ｉ及びｑ_ｉの値を反復することを更に含む、請求項５２に記載の方法。
54. 前記第１の標的センサは、第１の位置センサであり、前記第２の標的センサは、第２の位置センサである、請求項５２に記載の方法。
55. 前記第１の位置センサ及び前記第２の位置センサの前記センサ特性付けＰＤＦの各々は、位置センサデータの１Ｄプロット、位置センサデータの２Ｄプロット、及び／又は位置センサデータの３Ｄプロット、並びに位置センサデータばらつきを表すヒストグラムのうちの１つ以上を含み、前記センサ特性付け画像Ｎ_ｉ及びＭ_ｉは、前記標的領域の動き滞留ヒストグラムを含む、請求項５４に記載の方法。
56. 前記第１の位置センサ及び前記第２の位置センサの位置センサデータは、空間内の座標を含む、請求項５５に記載の方法。
57. 前記第１の標的センサは、第１の画像センサであり、前記第２の標的センサは、第２の画像センサである、請求項５２に記載の方法。
58. 前記第１の画像センサ及び前記第２の画像センサの前記センサ特性付けＰＤＦの各々は、複数の画像センサデータを含み、前記センサ特性付け画像Ｎ_ｉ及びＭ_ｉを生成することは、前記第１の画像センサ及び前記第２の画像センサからの前記複数の画像センサデータをそれぞれ組み合わせることを含む、請求項５７に記載の方法。
59. 前記第１の画像センサ及び前記第２の画像センサからの前記複数の画像センサデータは、３Ｄ ＰＥＴ撮像データ、２Ｄ Ｘ線撮像データ、投影撮像データ、蛍光透視撮像データ、ＣＴ撮像データ、及びＭＲ撮像データのうちの少なくとも１つを含む、請求項５７に記載の方法。
60. 前記第１の標的センサは、位置センサであり、前記第２の標的センサは、画像センサである、請求項５２に記載の方法。
61. 前記位置センサの前記センサ特性付けＰＤＦは、位置センサデータの１Ｄプロット、位置センサデータの２Ｄプロット、及び／又は位置センサデータの３Ｄプロット、並びに位置センサデータばらつきを表すヒストグラムのうちの１つ以上を含み、前記画像センサの前記センサ特性付けＰＤＦは、複数の画像センサデータを含む、請求項６０に記載の方法。
62. 前記センサ特性付け画像Ｎ_ｉは、前記標的領域の動き滞留ヒストグラムであり、前記センサ特性付け画像Ｍ_ｉは、前記複数の画像センサデータの組み合わせである、請求項６１に記載の方法。
63. 前記位置センサデータは、空間内の座標を含み、前記複数の画像センサデータは、３Ｄ ＰＥＴ撮像データ、２Ｄ Ｘ線撮像データ、投影撮像データ、蛍光透視撮像データ、ＣＴ撮像データ、及びＭＲ撮像データのうちの少なくとも１つを含む、請求項６２に記載の方法。

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