JP5799015B2 - 放射線治療計画に使用される補償器のための対話型のコンピュータを利用したエディタ - Google Patents

Description

本出願は特に、放射線治療計画（ＲＴＰ）システムにおいて有用性を見つけている。しかしながら、開示される技術は、他の形式の治療計画システム、他のコンピュータを利用した編集システム及び/又は他の治療応用にも応用される。

プロトン及び重イオン治療において、粒子は、媒体、粒子及び送達装置のエネルギー並びに特徴に基づいて、一定の深さの後、媒体に "停止する(stopping)"特徴を持っている。媒体に送達される最大線量は、粒子範囲の端にあるいわゆる"ブラッグピーク(Bragg Peak)"に送達される。

プロトン及び重イオンの放射線治療において、補償器(compensator)は一般に、放射線源と被験者との間に置かれている。この補償器は、各々の患者にあつらえて製造される。補償器は一般に、一様な線量が標的に、すなわち標的上にあるブラッグピークの位置に送達されるように、異なるビーム角でビームと標的との間にある夫々の組織を補償するために、異なる領域に異なる厚さを持つプレクシグラス(plexiglass)の形をとる。

外部ビーム放射線治療計画において、前記補償器は各々の患者に対し特注され、その患者に送達される放射線量を調節する。初期設計は一般に、前記治療計画システムにおいて計算及び最適化され、この補償器の厚さの値からなる行列様式の表現により表示される。この行列は、補償器の設計に関して殆ど有用なフィードバックをユーザに提供しない。一般的に、ユーザは、スプレッドシート記入方式で個別のピクセルの何れかのピクセルの値を変更することが認められる。しかしながら、これらの変更は、揃える及び定量化するのが難しい。ユーザは、例えば患者内における放射線量のホットスポット(hot spot)及びコールドスポット(cold spot)を無くすため、勾配が急すぎる場合、僅かに患者の設定を誤ったとき、標的又は危険器官に送達される線量の大幅な変化を引き起こす隣接するピクセル間の勾配を弱めるため、標的器官を大体覆うように補償器の形状を広げる又は狭めるため、又は最初のコンピュータアルゴリズムにより供給される線量分布は許容できないため、の理由により前記補償器を編集したいと思っている。

プロトン及びイオン治療は、例えばガンマ放射線の光子と比較して多くの臨床的利点を持っている。プロトン及びイオンビームは、新しいやり方で組み合わされることができ、媒体における複雑な標的に一様な線量分布を送達する。これら技術の１つは、いわゆる"パッチ領域(Patch field)"技術であり、この技術において、２つ以上のビームは本質的に互いに垂直である。例えば"スルー(through)"ビームは縦方向に放射線を照射し、パッチビームは横方向に放射線を照射する。パッチビーム及びスルービームの機械的特徴は、重複領域、すなわち標的に一様な線量を供給するように調節される。前記パッチシステムは、放射線治療に用いられる知られた技術である。しかしながら、この技術を実施及び最適化するためのツールはそこまで進んでいない。

特に、（以後、総称して"イオン治療"と呼ばれる）イオン又はプロトンベースの治療において、初期設計は一般に、標的組織の遠位端への線量に一致するように、単一の目的を用いて前記治療計画システムにおいて計算及び最適化される。これは、イオン治療源から患者への線量分布を形づくるというユーザの能力を制限する。補償器のピクセルに手動の編集を行ったとしても、このような編集は、試行錯誤に基づくと共に、補償器の設計に対する将来的な計画法を考慮される。イオン治療における補償器の初期設計は、複数の要因が考えられるとき、理想的ではない。例えば、標的組織が危険器官(OAR: organ at risk)のすぐ近くにある場合、このとき、この標的の一様な適用範囲は、多すぎる線量をＯＡＲ内に流出させるかもしれない。さらに、標的の形状に加えられる如何なるマージンもＯＡＲ内の線量をさらに増大させるかもしれない。理想的に、ユーザは、周囲組織への線量に関して、前記標的への線量分布とのある妥協点を考察したいと思っている。

複雑な標的の適用範囲は、放射線治療計画におけるもう１つの大きな問題である。標的の解剖学的構造に送達される放射線量は、適切である一方、隣接する危険器官への線量を最少にすることが必要である。標的の形状が複雑なとき、複数のビームが前記標的の別々の部分に及ぶように用いられてもよい。この場合、これらビームによる線量の重複が、標的組織の内部に不要なホットスポット及び低下した一様性を引き起こす。

ユーザが補償器のピクセルを手動で調節するのを助けるために、患者の解剖学的構造及び線量分布等を含め、補償器を３次元で対話式に表示するのを容易にして、それにより上述した欠点を克服するシステム及び方法に対する満たされていない要求がある。

ある態様によれば、放射線治療計画に使用するためのコンピュータで作った３Ｄの補償器モデルは、表示装置及びユーザ入力装置を含むグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）、及びメモリに記憶されるコンピュータ実施可能な命令を実施する処理器を含んでいる。前記命令は、補償器モデルを前記表示装置上においてユーザに表示する命令、補償器モデルの編集を含むユーザ入力装置からのユーザ入力を受け取る命令、前記ユーザ入力に基づいて補償器モデルを最適化する命令、及び前記メモリ又はコンピュータ読み取り可能記憶媒体に前記最適化した補償器モデルを記憶する命令を有する。

他の態様によれば、放射線治療に使用される補償器に対するコンピュータを利用した補償器モデルの最適化の方法は、患者の解剖学的領域の患者画像上に補償器モデルを表示するステップ、この補償器モデルの編集を含むユーザ入力を受け取るステップ、及び前記ユーザ入力に基づいて前記補償器モデルを更新するステップ、を有する。前記命令はさらに、更新した補償器モデルをメモリ又はコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶する命令を含む。

他の態様によれば、患者の不規則な形状の標的質量に対する放射線の線量分布を最適化する一方、近傍の器官への放射線量を軽減する方法は、前記標的質量のコンピュータ化したモデルの横断面及び遠位断面、並びにこれら横断面と遠位断面との間の接点を特定するステップ、並びにこの接点に沿った前記モデルの仮想のカットを作成するステップを有する。この方法はさらに、放射線量分布を最適化するために、横断面及び遠位断面の輪郭を繰り返し調節するステップ、並びに線量分布の最適化中、ユーザが評価するために前記標的質量を含む患者画像上に重畳される線量分布を表示するステップ、を有する。

ある利点は、補償器の製造が改善されることである。

他の利点は、患者への不要な放射線の線量を最少にすることにある。

他の利点は、補償器の設計を簡略化することにあり、これは設計の精度を向上させる。

本発明のさらに他の利点は、以下の詳細な説明を読み、理解すると、当業者によって分かるだろう。

図面は、様々な態様を説明することだけを目的にし、限定するとは考えるべきではない。

放射線治療計画及び患者に放射線量を当てている間に使用される補償器を編集するシステムを説明する。 図１の表示装置上に表示されるような、補償器を編集するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の一例である。 患者の頭蓋骨において一般にＬ字型の標的質量を含む補償器を編集するＧＵＩの一例であり、ここで前記質量は放射線治療中、夫々に放射線が照射されるスルー（遠位）領域とパッチ（横方向）領域とに分割される一例である。 複数のピクセルからなる仮想の補償器モデルの見おろし図(top down view)を示すＧＵＩのスクリーンショットである。 略Ｌ字型の標的質量が危険器官のすぐ近くに位置決められているＧＵＩのスクリーンショットである。 図１の処理器にビーム形状アルゴリズムを実行させ、ビーム形状データを調節しパッチビームデータ及びスルービームデータを発生させるようにユーザが選択する"パッチ"ツールを含むＧＵＩのスクリーンショットであり、これらデータは、標的質量のパッチ部及び標的質量のスルー部夫々に放射線を照射するのに使用されるスクリーンショット。 システムがパッチアルゴリズムを実施する前の、パッチ断面及びスルー断面における放射線の線量分布を示す一方、器官を保護しているＧＵＩのスクリーンショット。 システムがパッチアルゴリズムを実施した後の、前記パッチ部及びスルー部における最適化した放射線量分布を示す一方、器官を保護しているＧＵＩのスクリーンショット。 上述した様々な態様に従って、３Ｄ補償器モデルのコンピュータを利用した編集のための方法を説明する。 上述した様々な態様に従って、不規則な形状の標的質量に対する放射線量を最適化する一方、近くにある器官等の不要な放射線の照射を軽減するための方法を説明する。 上述した様々な態様に従って、放射線治療に使用される放射線の逆最適化及び設計を行うための方法を説明する。

ある実施例において、ここに開示されるシステム及び方法は、詳細な視覚化のために、補償器のピクセルの射影及び患者の解剖学的組織の上に重畳される放射線治療ビームの線量分布を表示するコンピュータシステムに関する。加えて、前記線量分布に対する変化を対話形式で表示する間、ユーザの意図に基づいて補償器を調整及び編集する編集ツールが供給される。

他の実施例において、コンピュータアルゴリズムは、一様の線量分布を供給するために、送達される粒子の標的形状、ビーム線量及び特徴を言及している。ＧＵＩ及び編集ツールは、許容可能な標的への放射線の照射を保証するために、ビームのパラメタの操作を容易にする。

他の実施例において、補償器の設計及び最適化のためのコンピュータ編集ツール及びアルゴリズムが供給される。これらアルゴリズムは、プロトン及びイオンベースの治療において、患者、標的及び周囲組織への所望する線量に対しユーザが指定する目標及び目的を計算に入れている。

図１は、放射線治療計画中に、及び患者に放射線量を当てている間に使用される補償器を編集するためのシステム１０を説明している。このシステムは、ここに開示される様々な方法及び/又は技術を実行するためのコンピュータ実施可能命令を実施する処理器１２、並びにこの命令を記憶するメモリ１４又は他のコンピュータ読み取り可能媒体を含む。処理器とメモリとはバス１５を介して互いに結合され、このバスは、撮像装置１６（例えばＣＴ装置、磁気共鳴撮像装置、核スキャン装置等）及び表示装置１８にも結合される。撮像装置は、被験者又は患者の走査データを生成し、このデータは、メモリ１４に記憶されると共に、表示装置１８に表示される患者画像データ２０を生成するために、再構成処理器により再構成される。ある実施例において、処理器１２は、再構成アルゴリズム等を実施する再構成処理器を含む。

メモリ１４は、１つ以上の３Ｄの補償器モデル２２も記憶している。ユーザは、編集ツール２４を用いて補償器モデル２２を選択し、このツールはマウス、スタイラス、キーボード又は他の入力装置を含んでもよい。前記メモリは、補償器のピクセルデータ２６、補償器モデル２２のスライスに対応する２Ｄの断面データ２８及び補償器の勾配厚みデータ３０も追加として記憶している。加えて、ビーム形状データ３２は、前記メモリに記憶され、患者にある標的質量に当てられる放射線ビームのための、パッチパラメタ３４及び/又はアルゴリズム、並びにスルーパラメタ３６及び/又はアルゴリズムを含む。前記ビーム形状データは、患者の標的組織に放射線を照射するとき、この放射線ビームを発生させる治療装置３８に供給される。

前記メモリはさらに、補償器の設計及び最適化のための１つ以上のアルゴリズム（例えばコンピュータ実施可能命令）を記憶する。例えば、３Ｄの補償器モデルは、事前に生成される又は各々の患者の治療に対し特に生成されることができる。前記編集ツールを使用して、ユーザは表示装置上で選択したモデルを調節し、改訂版が別バージョンの補償器モデルとして記憶される。ユーザによる各々の編集入力が前記処理器に最適化アルゴリズムを実行させ、それに応じて前記モデルを調節させる。ユーザは次いで、編集したモデルを点検し、変更を承認又は否認する。ユーザが前記変更を承認する場合、改訂したモデルは、放射線治療の事象中に使用するためにメモリに記憶される。

ある実施例によれば、ユーザが選択した補償器２２は、ＢＥＶ(beam's eye view)表示における線量分布マップ４２と一緒に、表示装置１８に表示される患者の解剖学的画像の上に射影される。編集ツール２４を用いて、ユーザは、患者の解剖学的画像２０の解剖学的スライスをステップスルー(step through)する。このようにして、個々の補償器ピクセルは、線量分布及び解剖学的特徴までを突き止められる。

編集ツール２４は、ユーザにＢＥＶ表現で前記補償器ピクセル２６を編集することを可能にする。ユーザは、値を加えたり、引いたり、平均したりする等により、前記補償器ピクセルを変更してもよい。さらに、ユーザにより入力された変更は、補償器の３次元モデルで更新される。ＢＥＶ及び３次元モデルに加え、補償器の２次元の断面２８は、ユーザが補償器２２の厚み勾配３０を可視化するのを助ける。ユーザが補償器を編集した後、処理器１２は、改訂された補償器を用いてビームの線量分布４２を再計算し、ユーザは、その結果を本来の分布と比較する。ユーザは次いで、変更を"元に戻す(Undo)"のもよいし、又はさらに編集を続けてもよい。終了した時、前記編集は保存され、送達用の本来のビームにコピーされることができる。

他の実施例によれば、１つ以上のビーム制御アルゴリズム４４は、ビーム形状３２及び対応する治療装置３８（例えばイオンビーム発生器、プロトンビーム発生器等）並びに一様な線量分布を前記標的に供給するために、標的形状、ビーム線量及び送達される粒子の特徴の原因となるパラメタを自動的に調節するために、処理器１２により実施される。この標的組織における"パッチ"接点が決定され、ビーム制御アルゴリズム４により前記標的の３次元の"カット(cut)"が行われる。前記パッチ及びスルービームの標的の輪郭は、別々に取り扱われ、これらパッチ若しくはスルービームの何れか一方の線量分布及び特徴に基づいて、ビーム制御アルゴリズムにより手動で又は自動的に調節されてもよい。ユーザは、標的の外形を描く関心領域（ＲＯＩ）の輪郭、及びビームパラメタと対話して、ユーザが満足するまで線量を調整する。ユーザは、評価及び再最適化のために、補更新した線量分布マップ４２を表示することができ、これは各々の補償器の編集と共に前記標的に送達される放射線量を示す。

他の実施例において、ユーザは、表示装置１８及び編集ツール２４（例えばＧＵＩ）を供給され、これらを用いて患者のある地点、器官又は領域に線量分布のための目標及び目的を設定する。ユーザは、特定の領域が受けるべき線量の強さを、範囲、一様性又は生物学的に同等の効果として、並びにこれらの目的の各々に対するランクとして規定することができ、このランクはこれらの目的に応じる相対的重要度を伝える。処理器１２は次いで、補償器を設計するために補償器設計及び最適化アルゴリズム４０を実施する及び/又はこれらの目的に応じようと試みるために、これらに限定されないがビームの範囲、変調、マージン及びエネルギーを含むビーム形状パラメタを調節する。さらに、ユーザは、例えば患者の動き及び密度変換のような何らかの不確実性を含んでいる。処理器が計算を終了した後、ユーザは、その結果を点検し、パラメタをさらに調節する機会が与えられ、これは再最適化を必要としてもよい。

前記ＧＵＩは、治療を最適化するのに使用されるソフトウェアコード及びアルゴリズムとユーザが対話することを可能にする。これらアルゴリズムは、線量分布を計算し、補償器ピクセル及び治療装置のパラメタを調節することにより、ユーザが定義した目標に対する解決法を決定するためにコード化されることができる。点検インタフェースは、ユーザが前記最適化の結果を点検することを可能にする。

他の実施例において、"テキストベース"の様式で前記目的に入力する代わりに、ユーザは、表示スクリーン上に所望する線量分布を（例えばマウス又はスタイラスのような入力装置を用いて）"描く"ことができ、アルゴリズムは、例えば補償器、変調等のような、線量送達に関する上述したパラメタを調節及び最適化することにより、前記線量の図形表現に対応する。

システム１０は、ユーザにより承認された最終的な補償器モデルを収容する補償器マシン４６も含み、これはモデルの設計パラメタに従って実際の補償器を構成する。ある実施例において、この補償器マシンは、システム１０と同じ側に置かれ、補償器はそこに作成される。他の実施例において、補償器マシンは、システム１０から離れて置かれ（例えば別の部屋、ビル、都市、州、国等）、承認された補償器モデルのデータは、システム側にあるコンピュータ読み取り可能記憶媒体（例えばディスク、メモリスティック又は他の何らかの適切な記憶媒体）に記憶され、そのモデルのデータは補償器マシンにアップロードされる補償器マシンの側に移送される。代わりに、３Ｄ補償器モデルのデータが例えばＥメール、ワイヤレス通信リンク、赤外線、無線周波数等により、補償器マシンに電子的に送られることができる。

上述したように、前記システムは、ここに開示される様々な機能及び/又は方法を実行するためのコンピュータ読み取り可能命令を実行する処理器１２及びその命令を記憶するメモリ１４を含んでいる。メモリ１４は、制御プログラムが記憶されるコンピュータ読み取り可能媒体、例えばディスク、ハードドライブ等でもよい。コンピュータ読み取り可能媒体の一般的な形式は、例えばフロッピーディスク（登録商標）、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、又は他の何れかの磁気記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、又は他の何れかの光学媒体、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＲＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＲＯＭ、それらの変形例、他のメモリチップ若しくはカートリッジ、又は処理器１２が読み取り及び実行可能である他の何れかの有形媒体を含む。この文脈において、前記システム１０は、１つ以上の汎用のコンピュータ、特定用途のコンピュータ、プログラムされたマイクロ処理器若しくはマイクロ制御器及び周辺の集積回路要素、ＡＳＩＣ又は他の集積回路、デジタル信号処理器、配線接続される(hard-wired)電子機器又は論理回路、例えば個別素子回路、プロブラム可能な論理装置、例えばＰＬＤ、ＰＬＡ、ＦＰＧＡ、ＧＰＵ又はＰＡＬ等として又はそれらに実装されてもよい。

図２は、例えば図１の表示装置１８に表示されるような補償器編集ＧＵＩ６０の一例である。このＧＵＩは、１つ以上の患者画像２０ａ、２０ｂを含む。患者画像２０ａは、この患者画像２０ａの上に重畳される仮想の補償器６２を示す。患者画像２０ｂは、補償器６２を介して標的質量に放射線を照射するために、患者内に射影される放射線ビーム６４のＢＥＶを示す。さらに、補償器を介する２Ｄの垂直スライス６６及び補償器を介する２Ｄの水平スライス６８も示される。ＧＵＩは、ユーザが前記標的質量に所望する放射線線量を達成するように前記仮想の補償器を調節することを可能にする。ユーザは、補償器が前記標的質量に適切な放射線量を上手く当てる一方、危険器官又は放射線量を望まない他の組織への放射線量を軽減するように洗練されたことに一度満足すると、仮想の補償器モデル６２の構成は、メモリに保存され、患者の放射線治療中に使用するための物理的な補償器を構成するのに使用される。

図３は、患者の頭蓋骨８３内に一般にＬ字型の標的質量８２を含む補償器編集ＧＵＩ８０の一例であり、ここで質量は、放射線治療中、個々に放射線が照射されるスルー領域８４及びパッチ（横方向）領域に分割される。

図４は、仮想の補償器モデル６２の見おろし図を示すＧＵＩ１００のスクリーンショットであり、このモデルは複数のピクセル１０２を有する。各々のピクセルは、前記モデルを使用して（例えば図１の補償器マシン４６により）生成される実際の補償器上のある地点に対応している。モデル６２が一度ユーザにより承認されると、このモデルはメモリに記憶され、補償器マシンに出力される。

図５は、略Ｌ字型の標的質量１２２は、危険器官１２４（例えば標的質量に放射線を照射中、照射されるべきではない器官）のすぐ近くに位置決められているＧＵＩ１２０のスクリーンショットである。イオンビーム１２６は、標的質量全体を覆うように示され、この場合、危険器官は不必要に放射線が照射される。しかしながら、適切に設計された補償器を用いた場合、ブラッグピーク(Bragg Peak)が標的領域のアーム部に位置決められ、幾つかのイオンが危険器官に到達する。

図６は、図１の処理器１２にビーム形状アルゴリズムを実行させ、パッチビームデータ３４及びスルービームデータ３６（図１参照）を生成するようにビーム形状データ３２を調節させるようにユーザが選択（例えばクリック等）する"パッチ"ツール１４２を含むＧＵＩ１４０のスクリーンショットであり、これらはパッチ領域８４及びスルー領域８６の両方に略一様な線量を一緒に送達する。これらパッチ及びスルー技術は、標的質量１２２に放射線をより正確に照射する一方、危険器官１２４に危害を加えない。

これらパッチ及びスルー技術を使用する場合、複数のビームが用いられ、複雑な標的質量を良好な一様性及び危険器官に最少の線量で覆う。前記アルゴリズムは、前記標的質量を図で表すことを含み、これは（例えばスタイラス、マウス又は他の何らかの入力ツールを使用して）前記標的質量を患者画像の上に示す又は輪郭を描くことにより、ユーザによって行われる。パッチツール１４２が開始され、前記標的質量を自動的にパッチ部分とスルー部分とに分割する。代わりに、このステップがユーザにより手動で行われることができる。ある実施例において、総放射線線量の５０％がスルー部分８６を介して横方向に供給され、残りの５０％はパッチ部分８４を介して遠位(distally)に供給される。しかしながら、ユーザは、必要ならば、これらの比率を調節することが許され、所望の線量密度又は線量パターンを達成する。

他の実施例において、前記システムはパッチ及びスルービームを自動的に調節し、標的質量を通る線量の一様性を最適化する。ユーザは、標的質量のパッチ部分及びスルー部分の境界を調節することが許され、これは、前記システムがビームのパラメタを再最適化させ、それにより標的質量のために生成される補償器モデルの形状及び/又は厚さを変更させる。

図７は、前記システムによりパッチアルゴリズム（例えば図６のパッチツール１４２の選択）を実施する前の、パッチ区域８４及びスルー区域８６における放射線の線量分布１６２を示す一方、器官１２４を保護しているＧＵＩ１６０のスクリーンショットである。

図８は、前記システムによりパッチアルゴリズム（例えば図６のパッチツール１４２の選択）を実施した後の、パッチ区域８４及びスルー区域８６における放射線の線量分布１６２を示す一方、器官１２４を保護しているＧＵＩ１８０のスクリーンショットである。

図９は、ここに述べた様々な態様に従って、３Ｄの補償器モデルをコンピュータを使って編集するための方法を説明する。２００において、補償器は、ＢＥＶ６４の表示装置（図２参照）において線量分布と一緒に患者画像の上に射影される。２０２において、ユーザは、患者画像の解剖学的スライスをステップスルーし、それに従って補償器の射影が調節される。このようにして、個々の補償器ピクセルは、２０４において、線量分布及び解剖学的特徴まで突き止められる。２０６において、ユーザは、編集ツールを用いて、ＢＥＶ表現で補償器ピクセルを編集する。ユーザは、値を加えたり、引いたり、平均したりすることにより、補償器ピクセルを変更する。２０８において、ユーザにより入力された変更は、補償器の３Ｄモデルで更新させる。２１０において、前記補償器の２Ｄの断面がユーザに示され、ユーザが厚み勾配の可視化するのを助ける。ユーザが補償器を編集した後、２１２において、新しい補償器を用いたビームの線量分布が再計算される。２１４において、再計算された線量分布は本来の線量分布と比較される。２１６において、ユーザは、変更を元に戻す"Undo"、変更を承認する及び/又はさらに編集を続けることができる。完了したとき、２１８において、前記編集は、補償器モデルの最終バージョンとして保存され、これは、補償器を構成するのに使用されることができる。

図１０は、ここに述べた様々な態様に従って、不規則な形状の標的質量に対する放射線量を最適化する一方、近くの器官等の不要な放射線の照射を軽減するための方法を説明する。２３０において、標的質量は、"パッチ"（例えば遠位）領域及び"スルー"（例えば横方向）領域に分割され、それらの間の接点が決定される。２３２において、前記標的の三次元の"カット"は、アルゴリズムにより行われる。前記パッチ及びスルービームの標的（例えば夫々、標的質量のパッチ区域及びビーム区域）の輪郭は、別々に取り扱われ、パッチ又はスルービームの何れか一方の線量分布及び特徴に基づいて、手動で又は前記アルゴリズムにより自動的に調節されてもよい。ユーザは、２３４において、前記標的の外形を描く輪郭の関心領域及びビームパラメタと対話し、満足するまで線量を調整することができる。ユーザはさらに、２３６において、評価及び再最適化のために、標的に送達される線量を表示することができる。

図１１は、ここに述べた様々な態様に従って、放射線治療に使用される補償器の逆最適化及び設計を行うための方法を説明する。２５０において、ユーザは、患者のある地点、器官又は領域（例えば標的質量及び/又は周囲領域）に対する線量分布の目標及び目的を設定する。ユーザは、特定の領域が受けるべき線量がどの位であるかを範囲、一様性又は生物学的同等の効果として規定することができる。２５２において、ユーザは前記目標の各々の目標に対しランクを規定し、このランクはその目的に応じる相対的重要度を伝える。コンピュータシステムは、２５４において、補償器モデルを設計する及び/又はそれらに限定されないが、前記目的に応じるためのビームの範囲、変調、マージン及びエネルギーを含むビームパラメタを調節する。２５６において、ユーザは、例えば補償器の設計中に検討する不確定性、例えば患者の動き及び画像ピクセル／停止電力(image pixel-to-stopping power)又は密度変換を任意に含む。コンピュータシステムが補償器モデルの計算を終了した後、ユーザは、２５８において、その結果を検討し、前記パラメタをさらに調節する機会が与えられ、これは再最適化を必要としてもよい。前記方法は、補償器モデルは最適化されたとユーザが満足するまで繰り返し行われ、前記モデルは、記憶される及び/又は補償器を構成する補償器マシンに出力される。

本発明は幾つかの実施例を参照して説明される。上記詳細な説明を読み、理解すると、改良及び変更が他の者に思い浮かぶことがある。本発明は、上記改良及び変更の全てが添付する特許請求の範囲又はそれに相当する物の範囲内にある限り、これら全てを含んでいると考えられると意図される。

Claims (17)

1. 患者の解剖学的画像、
   ビーム形状データ、及び
   補償器のピクセルデータを持つ複数のピクセルから成る前記補償器の少なくとも１つの３Ｄモデルであり、各ピクセルの値は、各々のピクセルにおける前記補償器の厚さを示している、前記３Ｄモデル
   を記憶しているメモリ、
   バスを介して前記メモリと通信する処理器、並びに
   表示装置及びユーザ入力装置を含むグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）
   を有するイオン治療用線量計画システムにおいて、
   前記処理器は、前記メモリに記憶されるコンピュータ実施可能な命令を実施し、前記命令は、
   前記ビーム形状データを用いて、前記補償器の少なくとも１つのモデルを通過するイオンビーム放射線に対する放射線の線量分布マップを計算する命令、
   前記表示装置上においてユーザに、前記補償器の３Ｄモデルの前記患者の解剖学的画像への射影を表示する命令、
   前記放射線の線量分布マップをＢＥＶ(beam's eye view)表示で示す命令、
   少なくとも患者のある領域に対する、i）強さの範囲、ii）強さの一様性及びiii）生物学的に同等の効果としての強さ、からなる集合から選択される少なくとも１つの線量分布の目標を有するユーザ入力を前記ユーザ入力装置から受け取る命令、
   前記ＢＥＶ表示における少なくとも１つのピクセルの値に対する編集を含むユーザ入力を前記ユーザ入力装置から受け取る命令、
   前記線量分布の目標が満たされるまで、i）ビームの範囲、ii）ビームの変調、iii）ビームのマージン及びiv）ビームのエネルギー、からなる集合から選択される少なくとも１つのビーム形状パラメタを調節することにより、最適化した前記補償器の３Ｄモデルを生じさせる命令、並びに
   前記最適化した補償器の３Ｄモデルを前記メモリ又はコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶する命令
   を有するシステム。
2. 前記命令はさらに、
   複数の編集ツールをユーザに表示する命令、
   前記最適化した補償器の３Ｄモデルに基づいて放射線の線量分布マップを再計算する命令、及び
   前記再計算した放射線の線量分布マップを前記表示装置に表示する命令
   を含み、前記補償器の３Ｄモデルは、患者画像の上に重畳される放射線の線量分布マップと共に、患者の解剖学的画像の上に射影され、
   前記最適化した補償器の３Ｄモデルは、前記最適化した補償器の３Ｄモデルをユーザが承認すると、前記メモリ又はコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記命令はさらに、
   患者画像の複数の解剖学的スライスをステップスルー及び表示する命令、並びに
   前記編集のユーザ入力を受け取るのに応じて、前記患者画像の各スライスに対し、前記補償器の３Ｄモデルにおけるピクセルを編集する命令
   を有する請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記命令はさらに、
   最適化中、前記補償器の３Ｄモデルの厚み勾配を示す前記補償器の３Ｄモデルの複数の２Ｄ断面を前記表示装置においてユーザに表示する命令、
   を有する請求項１、２又は３に記載のシステム。
5. 前記命令はさらに、
   比較のために、前記最適化した補償器の３Ｄモデル及び本来の補償器の３Ｄモデルを前記表示装置においてユーザに表示する命令、
   前記本来の補償器の３Ｄモデルに対する変更をユーザが承認又は否認することを認める命令、並びに
   前記ユーザ入力装置のユーザによる入力に応じて、前記補償器の３Ｄモデルを繰り返し編集する命令
   を有する請求項１乃至４の何れか一項に記載のシステム。
6. 前記命令はさらに、最適化した補償器の３Ｄモデルに従って補償器を構成するマシンに前記最適化した補償器の３Ｄモデルを出力する命令、
   を有する請求項１乃至５の何れか一項に記載のシステム。
7. 前記命令はさらに、
   前記ユーザ入力装置を用いてランク付けした放射線の線量分布の目標を入力する命令、
   前記線量分布の目標をランク順で応じるように、前記補償器の３Ｄモデルを最適化する命令、及び
   前記最適化した補償器の３Ｄモデル及び線量分布マップを表示装置上において前記ユーザに表示する命令
   を有する請求項１乃至６の何れか一項に記載のシステム。
8. 前記最適化した補償器の３Ｄモデルから構成される補償器をさらに含む請求項１乃至７の何れか一項に記載のシステム。
9. 補償器が構成された患者を治療するとき、前記補償器を通過する放射線ビームを発生させる放射線ビーム発生器、をさらに含み、前記放射線ビーム発生器は、イオンビーム及びプロトンビームの一方を発生させる、請求項１乃至８の何れか一項に記載のシステム。
10. 患者の解剖学的領域の患者画像に補償器の３Ｄモデルを表示するステップ、
    ＢＥＶ表示における少なくとも１つのピクセルの値に対する編集を含む、前記補償器の３Ｄモデルに対する編集のユーザ入力をユーザ入力装置から受け取るステップ、
    少なくとも患者のある領域に対する、i）強さの範囲、ii）強さの一様性及びiii）生物学的に同等の効果としての強さ、からなる集合から選択される少なくとも１つの線量分布の目標を有するユーザ入力を前記ユーザ入力装置から受け取るステップ、
    前記ユーザ入力に基づいて、前記補償器の３Ｄモデルを更新するステップ、
    i）ビームの範囲、ii）ビームの変調、iii）ビームのマージン及びiv）ビームのエネルギー、からなる集合から選択される少なくとも１つのビーム形状パラメタを調節することにより、最適化した前記補償器の３Ｄモデルを生じさせるステップ、並びに
    前記最適化した補償器の３Ｄモデルをメモリ又はコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶するステップ、
    を有する、放射線治療に使用される補償器に対するコンピュータを利用した補償器の３Ｄモデルの最適化の方法。
11. 前記補償器の３Ｄモデルを通過し解剖学的領域に入るイオン又はプロトンビーム放射線に対する放射線の線量分布マップを計算するステップ、
    患者画像の上に重畳される放射線の線量分布マップと共に、患者の解剖学的画像の上に射影される前記補償器の３Ｄモデルをユーザに表示するステップ、
    前記更新した補償器の３Ｄモデルに基づいて前記放射線の線量分布マップを再計算するステップ、
    前記患者画像の上に重畳される前記再計算した放射線の線量分布マップを表示するステップ、及び
    前記更新した補償器の３Ｄモデルをユーザが承認すると、前記更新した補償器の３Ｄモデルをメモリ又はコンピュータ読み取り可能記憶な記憶媒体に記憶するステップ、
    をさらに有する請求項１０に記載の方法。
12. 患者画像の複数の解剖学的スライスをステップスルー及び表示する命令、並びに
    前記患者画像の各スライスにおけるピクセルの編集を有するユーザ入力を受け取るステップ
    をさらに有する請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 前記補償器の３Ｄモデルの厚み勾配を示す前記補償器の３Ｄモデルの複数の２Ｄ断面をユーザに表示するステップ、
    をさらに有する請求項１０、１１又は１２に記載の方法。
14. 比較のために、前記更新した補償器の３Ｄモデル及び本来の補償器の３Ｄモデルをユーザに表示するステップ、
    前記本来の補償器の３Ｄモデルに対する変更をユーザが承認又は否認することを認めるステップ、並びに
    前記補償器の３Ｄモデルが最適化されるまで、前記補償器の３Ｄモデルを繰り返し編集するステップ
    をさらに有する請求項１０乃至１３の何れか一項に記載の方法。
15. 最適化した補償器の３Ｄモデルに従って補償器を構成するマシンに前記最適化した補償器の３Ｄモデルを出力するステップ
    をさらに有する請求項１４に記載の方法。
16. ランク付けした放射線の線量分布の目標を有するユーザ入力を受け取るステップ、
    前記線量分布の目標をランク付けした順で応じるように、前記補償器の３Ｄモデルを最適化するステップ、並びに
    前記最適化した補償器の３Ｄモデル及び線量分布マップをユーザに表示するステップ
    をさらに有する請求項１０乃至１５の何れか一項に記載の方法。
17. 標的質量のコンピュータ化したモデルの横断面及び遠位断面、並びに前記横断面と前記遠位断面との間の接点を特定するステップ、
    前記接点に沿って前記モデルの仮想のカットを行うステップ、
    線量分布マップを最適化するために、前記横断面及び遠位断面の輪郭を繰り返し調節するステップ、並びに
    前記線量分布マップの最適化中、ユーザが評価するために、標的質量を含む患者画像の上に重畳される線量分布マップを表示するステップ
    をさらに有する請求項１０乃至１６の何れか一項に記載の方法。

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