JP6198973B2 - 治療計画システム - Google Patents

Description

本発明は、治療計画の分野におけるシステムに関する。

小線源療法のような典型的な医学的介入のコンテキストでは、術前撮像（例えばＭＲＩ、超音波、Ｘ線）データに基づいて、事前計画が行われる。事前計画では、回避すべき１つ以上の重要な臓器と共に、治療対象構造が描写される。大抵の場合、小線源療法中、複数のオリフィスを含むグリッドを使用して、最終カテーテル又はニードル位置が、計画された位置にできるだけ似るように、カテーテル又はニードルの挿入を導く。

位置決め手段を使用して、グリッドを、患者に対して正しく位置合わせする。位置決め手段は、患者台に接続可能である。患者及びグリッドが位置決めされた後、グリッドの位置が、医用撮像システムを用いて較正される。この後、所定の線量拘束値に基づいて、介入計画（例えばＨＤＲ／ＬＤＲ小線源療法治療計画、熱剥離計画）が計算される。この計画は、当該所定の線量拘束値を満たす線量分布を供給するのに必要なニードルの挿入位置を提供する。このようにして、治療中にカテーテル又はニードルが挿入される必要のあるグリッド内の位置を決定することができる。

パターンの生成及び特定の形状への適応は、多くの手作業を必要とする。

本発明は、治療計画の際の臨床医のワークフローを単純化することを目的とする。

この目的は、請求項１に記載の治療計画システムによって達成される。

本発明は、最新の治療計画ソフトウェアによって、臨床医に対し、適切なグリッド位置が見つけられ提案されるが、多くの医師は、カテーテル又はニードルの挿入の標準パターンに依存し、標準パターンは、優れたかつロバストな治療結果をもたらすことが証明されているという発明者の見識に部分的に基づいている。本発明によるシステムは、医師のこの通常の作業手法を考慮し、実質的にかかる時間が少ない計画手法をもたらす。

臨床医に、１つ又は１セットの標準パターンを自動的に提供することによって、提供されるカテーテル又はニードルの挿入パターンは、臨床医が考える好適な左右対称性及び形状を忠実に守る一方で、ワークフローが単純化される。これは、標準パターンは、自動的に生成される必要がないからである。更に、本発明は、臨床的に容認可能なカテーテル又はニードルの挿入パターンの選択を用いることによって、あまり経験のない臨床医を助けることができる。

標準パターンは、介入計画の作成の前に、予め決定される。標準パターンは、特定の左右対称度を示すか、及び／又は、これらの治療に熟練している臨床医がカテーテル又はニードルの挿入パターンを手動で作成する場合に考え付く挿入パターンにかなりの程度で類似する。また、標準パターンは、使用されるカテーテル又はニードルの最大数及び／又は最小数、ニードル又はカテーテル密度、又は、治療対象構造若しくはリスクのある臓器の端までの距離に関する臨床医の見識に基づいていてよい。標準パターンは、その選択後に、すぐに使用されても、（制限的な）最適化のための開始点であってもよい。

標準パターンのセットは、熟練の臨床医によって使用されたカテーテル又はニードルの挿入パターンを解析することによって生成される。或いは、治療計画システムは、臨床医が、自分でパターン提供モジュールによって使用されるセットを作成することを可能にしてもよい。これは、様々なクリニックが様々な標準パターンを使用するので、有利である。臨床医が、自分でセットを作成することを許可することによって、臨床医の標準パターンに与える影響がより大きい一方で、ワークフローは、標準的なワークフローに比べて、単純なままである。これは、標準的なワークフローでは、各個別の患者に対し、パターンの生成及び特定の形状への適応のために、多くの手作業が必要だからである。更に、治療計画システムは、システムからの標準パターンの追加又は除去を可能にしてもよい。これはまた、臨床医が、システムを臨床医自身の好みに更に最適化することを可能にする。標準パターンのセットは、データベースに保存される。

或いは、１つ又は１セットの標準パターンは、患者の治療対象及び回避構造に基づいて、規則ベースのやり方で生成されてもよい。これは、治療の前に、患者が既に患者支持台上に置かれている際に、オンザフライで行われてよい。

治療計画システムの一実施形態は更に、標準パターンの形状と少なくとも１つの治療対象構造との比較に基づいて、又は、標準パターンからもたらされる治療線量と所定の線量拘束値との比較に基づいて、標準パターンのセットからの１つ以上のカテーテル又はニードルの挿入パターンの選択を許可するモジュールを含む。治療計画システムは、臨床医に、治療対象構造上への標準カテーテル又はニードルの挿入位置のセットの投射を提供する。臨床医は、このセットから、カテーテル又はニードルの挿入位置パターンを選択することが許可される。或いは、治療計画システムは、治療対象構造の形状にベストマッチするか、又は、結果として得られる治療線量が、所定の線量拘束値にベストマッチする１つ以上の標準パターンを自動的に選択してもよい。形状のベストマッチは、例えばどの１つ又は複数の標準挿入パターンが、カテーテル又はニードルの位置は治療対象構造の外側とはならずに、治療対象構造の優れた照射範囲を与えるかを調べることによって決定される。所定の線量拘束値は、例えば治療領域に与えられる最小線量又は付近のリスクのある臓器に与えられる最大線量であってよい。リスクのある臓器とは、治療対象構造に線量が提供されることによって、治療中に損傷される可能性のある臓器のことである。例えば前立腺治療の場合では、直腸、尿道及び膀胱が、リスクのある臓器である。線量測定品質のインジケータの例は、共形性指数、又は、Ｖｘ（所定の線量のｘ％を受けるボリューム）、又は、Ｄｘ（ボリュームのｘ％を対象とする最小線量）である。

治療計画システムの一実施形態は、１つ以上のアクセス不可領域のセグメント化を許可する。アクセス不可領域とは、ニードルが侵入若しくは通過することができない、又は、侵入若しくは通過すべきではない領域である。これは、カテーテル又はニードルによって傷付けられる可能性のある、例えば尿道のような重要な構造である。更に、アクセス不可領域は、患者の生体構造によって（例えば骨があることによって）又は患者の、患者が寝かせられている患者支持台に対する位置によって、カテーテル又はニードルが侵入又は通過できない領域であってよい。セグメント化は、治療計画システムによって自動的に行われても、システムのユーザによって行われてもよい。この実施形態は、重要な構造の場所に関する情報が標準パターンの選択に使用可能であるため、有利である。例えば前立腺における典型的な重要な構造は、穴を開けることを回避すべきである尿道である。したがって、本発明の実施形態では、尿道に穴を開けてしまう標準パターンは、選択されない。

治療計画システムの一実施形態は、費用関数を用いて、標準パターンを、治療対象構造の患者固有の形状に適応させる患者固有最適化モジュールを含む。最適化によって、均等スケーリング、カテーテル又はニードルの挿入位置のブロックのシフティング、単一のカテーテル又はニードルの挿入位置の除去又は追加、単一のカテーテル又はニードルの挿入位置のシフティングの少なくとも１つを可能にする。費用関数は、標準パターンの形状及び／又は左右対称性からのパターンの逸脱に対するペナルティ項を含む。このようにして、標準パターンは、臨床医の考える好適な左右対称性及び形状を忠実に守りつつ、個別の患者に対して最適化される。治療計画システムは、１つ以上の標準挿入パターンの選択の前及び／又は後に、最適化を行う。

治療計画システムの一実施形態は、ユーザがペナルティ項に影響を及ぼすことを許可する。これは、ｘ、ｙ又はｚ方向におけるパターンの最大可能スケーリング、個別に動かされるカテーテル又はニードルの挿入点の最大可能数、単一のカテーテルが移動した距離に依存するペナルティ、パターンの左右非対称性に対するペナルティ、標準パターンからの全体的な逸脱の尺度、追加及び／又は除去されてよいカテーテル又はニードルの挿入位置の最大可能総数、対象の表面からのカテーテルの距離に依存するペナルティ、照射不足部及び照射過剰部を防ぐために、結果として得られる線量分布に対するペナルティの少なくとも１つを設定することによって行われる。このようにして、ユーザは、パターンが、標準パターンから逸脱してよい量に影響を及ぼしてよい。

治療計画システムの一実施形態は、挿入点から治療位置までの軌道が、アクセス不可領域に侵入又は通過する場合に、当該カテーテル又はニードルの挿入位置を標準パターンから除去する。これは、実現不可能なカテーテル又はニードルの挿入パターンが回避されるので、有利である。

治療計画システムの一実施形態では、治療対象構造は、前立腺である。治療計画システムは、前立腺の中央部を含む医用画像スライスを自動的に選択し、標準パターンのセットからの複数の標準パターンが、前立腺の中央部上に投射される。前立腺の中央部の形状が、標準パターンと比較される。比較に基づいて、１つ以上の標準パターンが選択される。これは、１つのスライスに重点を置くことが、３Ｄボリュームに比べて、処理を加速するので、有利である。

本発明の更なる実施形態では、治療計画システムは、治療対象構造から医用画像を取得し、当該医用画像を、画像提供モジュールに提供する医用撮像ユニット（例えば超音波、ＭＲＩ、Ｘ線）を含む。治療計画システムは更に、複数の選択された標準パターンを表示し、当該複数の選択された標準パターンから、ユーザが好適なカテーテル又はニードルの挿入パターンを選択することを許可するディスプレイを含む。また、治療計画システムは、ユーザによって選択された標準パターンに関するユーザ入力を受信する。

本発明は、小線源療法に限定されず、例えばＲＦ又はＨＩＦＵニードルを用いる治療の計画にも使用可能である。また、本発明の実施形態は、ソフトウェアとして、スタンドアロン治療計画システムとして実現可能である。本発明の実施形態は更に、既存の治療計画システムをアップグレードするために使用されてもよい。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかとなり、また、以下に説明される実施形態を参照して説明される。

図１は、前立腺の超音波画像を示す。 図２は、治療計画システムの一実施形態を概略的に示す。 図３は、本発明の一実施形態を図式的に示す。

図１は、前立腺１２の超音波画像１０を示す。画像の上部に、グリッド１１が投影されている。グリッドは、複数のオリフィス１３を含む。幾つかのオリフィスが、カテーテル又はニードルの挿入位置（例えば１８）として選択される。これらのカテーテル又はニードルの挿入位置は共に、標準パターンを形成する。図１に見られるように、カテーテル又はニードルの挿入パターンは、左右対称で、前立腺１２の形状に似ている。更に、尿道１４と周囲のカテーテル又はニードル位置（例えば１８）との間には、幾らか距離が保たれていることが分かる。このようにすると、カテーテル又はニードルで尿道に穴を開けることを防げる。更に、このようにすると、前立腺には高い治療線量を照射しつつ、尿道への治療線量を制限できる。これは、尿道内での線量によって誘導される毒性の可能性を制限する。同じ理由から、カテーテル又はニードル位置と直腸１６との間にも、幾らか距離が保たれている。

図２は、治療計画システム２０の一実施形態を概略的に示す。治療計画システムは、医用画像を提供する画像提供モジュールを含み、医用画像から、少なくとも１つの治療対象構造１２が導出される。治療計画システムは更に、医用撮像ユニット２４（例えば超音波、ＭＲＩ、Ｘ線）を含む。医用撮像ユニットは、画像提供モジュール２２に画像を提供する。或いは、画像提供モジュールは、例えばネットワーク、患者データベース、ＵＳＢスティックから医用画像をロードしてもよい。この場合、医用画像は、治療対象構造１２の描写を含む。このような描写は、対象の形状にベストマッチする又は所定の線量拘束値を最適に満たす１つ以上の標準ニードルの挿入パターンの自動選択に役立つ場合がある。更に、医用画像は、治療対象構造に線量を照射する際に回避する必要のある、カテーテル又はニードルのアクセスできない領域（例えば骨、尿道）又はリスクのある臓器の１つ以上の描写を含む。治療計画システムは更に、医用画像内の１つ以上の構造を自動的にセグメント化する、又は、医用画像内の構造をユーザがセグメント化することを許可するセグメント化許可モジュール２６を含む。

パターン提供モジュール２８が、１つの又は１セットの標準パターンを提供する。１つの標準パターンは、規則ベースのやり方で、患者の治療対象構造に基づいて生成される。１つ以上の標準パターンの規則ベースの生成とは、１つ以上の標準パターンの生成に、少なくとも、左右対称規則が使用されることを意味する。これは、左右対称性の違反に対しペナルティを設定することによって、並びに／又は、標準パターンへのニードル又はカテーテルの左右対称的な追加及び／若しくは除去によって行われる。更に、使用されるカテーテル又はニードルの最大及び／又は最小数が設定されてもよい。カテーテル／ニードル間の距離や、カテーテル若しくはニードルと治療対象構造の端との間の距離、又は、カテーテル若しくはニードルからリスクのある臓器までの距離も、任意選択的に設定されてよい。また、任意選択的に、カテーテル又はニードル密度が設定されてもよい。この密度は、様々な病状及び／又は様々な小領域に適応可能である。１つ以上の標準パターンは、サブパターン１０６の組み合わせによって作成されてもよい。前立腺１２についてのこの一例は、例えば尿道１４の下で、４つのカテーテル及び／又はニードルの挿入位置からなる、２つの実質的に対称のサブパターン１０６を使用することである。この規則ベースで生成された標準パターンは、臨床医によって、カテーテル又はニードルの挿入にすぐに使用されるか、又は、更なる最適化のために最適化モジュールに提供される。

標準パターンのセットは、標準パターンの形状と少なくとも１つの治療対象構造との比較に基づいた、又は、標準パターンからもたらされる結果として得られる治療線量と所定の臨床線量拘束値との比較に基づいた１つ以上の標準パターンの選択を許可するモジュール２３に提供される。この選択は、治療計画システムによって（例えばＶｘ又はＤｘの値の決定によって、又は、共形性指数の決定によって）自動的に行われる。或いは、ユーザは、自分自身で、パターン提供モジュールによって提供された複数の標準パターンから、１つ以上の標準パターンを選択する。このために、標準パターンは、ディスプレイ２１上に表示される。上記オプションの組み合わせも可能である。例えば治療計画システムは、複数の標準パターンからなる第１の選択を自動的に作成し、ユーザは、そこから最終的な選択をしてもよい。

治療計画システムは、選択した標準パターンの最適な位置決めを得るために、標準パターンにおいてカテーテル又はニードルに使用される特定のグリッド穴を計算し、出力してもよい。複数の標準パターンが選択された場合、各パターンにつき、その最適位置が決定される。

治療計画システムは更に、患者に固有の最適化モジュール２５を含む。最適化によって、均等スケーリング、カテーテル又はニードルの挿入位置のブロックのシフティング、単一のカテーテル又はニードルの挿入位置の除去又は追加、単一のカテーテル又はニードルの挿入位置のシフティングの少なくとも１つが可能になる。最適化のために、費用関数が使用される。費用関数は、標準パターンの形及び／又は左右対称性からのパターンの逸脱に対するペナルティ項を含む。更に、費用関数は、最適化された線量分布の所定の線量拘束値からの逸脱に対するペナルティ項を含んでもよい。また、最適化モジュールは、カテーテル又はニードルの挿入位置を、当該位置を通るカテーテル又はニードルの挿入が、重要な構造のようなアクセス不可領域又は例えば患者の生体構造若しくは患者の患者支持台上での位置によって到達不可能な領域を通過する治療対象構造へのカテーテル又はニードル軌道をもたらす場合は、標準挿入パターンから自動的に除去してもよい。治療計画システムは、１つ以上の標準挿入パターンの選択前及び／又は後に、最適化を行ってもよい。

図３は、本発明の一実施形態を図式的に示す。最初に、患者は、テーブル面上に位置付けられ、グリッドは、医用撮像ユニット２４を用いて較正される。この後、治療計画システムの実行が開始される（３０）。最初に、治療計画システム２０は、医用画像を取得するように、医用撮像ユニットを実行する。本実施形態では、これらの画像は、前立腺の画像である。更に、これらの画像に対して、セグメント化が行われる（３１）。医用画像及び／又はセグメント化に基づき、前立腺の中央部（mid-gland）が見出される（３２）。これは、例えば前立腺の最大横断面を含む画像スライスを決定するか、又は、セグメント化された前立腺の中央スライスを単に選択することによって達成される。複数の標準パターンが、標準パターンのセットから取り出される。このセットは、パターンデータベース３５から入手可能である。或いは、１つ以上の標準パターンが、規則ベースで生成されてもよい。複数の標準挿入パターンは、前立腺の中央部に投射され、１つ以上のベストマッチが見出される（３３）。場合によっては、ユーザが、治療計画システムによって作られた事前選択から標準パターンを選択してもよい（３４）。

選択後、選択した標準挿入パターンは、必要な左右対称性及び形状が残るように、制限されたやり方で変形される（３６）。これを更に容易にするために、治療計画システムは、例えばｘ、ｙ又はｚ方向におけるパターンの最大可能スケーリング、個別に動かされるカテーテル又はニードルの挿入点の最大可能数、単一のカテーテルが移動した距離に依存するペナルティ、パターンの左右非対称性に対するペナルティ、標準パターンからの全体的な逸脱の尺度、追加及び／又は除去してよいカテーテル又はニードルの挿入位置の最大可能総数のうちの少なくとも１つを、ユーザが設定することを許可することによって、ユーザが費用関数におけるペナルティ項を修正することを許可する。この後、当技術分野において周知である逆方向治療計画が行われる。この後、結果として得られる治療計画の質が決定される（３７）。この処理は、結果として得られる治療計画が、所定の要件を満たすまで、又は、最大反復数となるまで繰り返される（３８）。この後、処理は終了する（３９）。

本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示及び説明されたが、当該例示及び説明は、限定的ではなく、例示的であると見なされるべきである。本発明は、開示される実施形態に限定されず、医学的治療計画の分野における治療計画に使用可能である。

Claims (14)

1. 治療中に使用されるカテーテル又はニードルの挿入位置のセットを決定する治療計画システムであって、
   少なくとも１つの治療対象構造を導出可能である医用画像を提供する画像提供モジュールと、
   複数のカテーテル又はニードルの挿入位置を含むカテーテル又はニードルの挿入のための１つ又は１セットの所定の標準パターンを提供するパターン提供モジュールと、
   費用関数を使用することによって、１つ以上の標準パターンを、前記少なくとも１つの治療対象構造の患者に固有の形状に適応させる患者固有最適化モジュールと、
   を含み、
   前記複数のカテーテル又はニードルの挿入位置は、前記少なくとも１つの治療対象構造における治療位置に関連し、
   前記費用関数は、結果として得られるパターンの、前記標準パターンの形及び／又は左右対称性からの逸脱に対するペナルティ項を含むことを特徴とする、治療計画システム。
2. 前記標準パターンの形状と前記少なくとも１つの治療対象構造との比較に基づいて、又は、前記標準パターンからもたらされる治療線量と所定の線量拘束値との比較に基づいて、前記所定の標準パターンの前記セットからの１つ以上のカテーテル又はニードルの挿入パターンの選択を可能にするモジュールを更に含む、請求項１に記載の治療計画システム。
3. 前記パターン提供モジュールは、前記少なくとも１つの治療対象構造の形状について規則ベースである、前記１つ又は前記セットの前記所定の標準パターンを生成する、請求項１に記載の治療計画システム。
4. 前記所定の標準パターンの前記セットを、データベースから取り出す、請求項１に記載の治療計画システム。
5. アクセス不可領域のセグメント化セグメント化を可能にし、
   挿入点から治療位置までの軌道が、前記アクセス不可領域に入るかどうか又は前記アクセス不可領域を通過するかどうかを自動的に決定する、請求項１に記載の治療計画システム。
6. 前記患者固有最適化モジュールは、
   ｘ、ｙ又はｚ方向の少なくとも１つにおける前記標準パターンの均等スケーリング、
   ｘ、ｙ又はｚ方向の少なくとも１つにおけるカテーテル又はニードルの挿入位置のブロックの左右対称的なシフティング、
   ｘ、ｙ又はｚ方向の少なくとも１つにおけるカテーテル又はニードルの挿入位置のブロックの左右非対称的なシフティング、
   ｘ、ｙ又はｚ方向における単一のカテーテル又はニードルの挿入位置のシフティング、
   前記標準パターンからの／への単一のカテーテル又はニードルの挿入位置の除去又は追加、
   の少なくとも１つを許可することによって、前記１つ以上の標準パターンを適応させる、請求項１に記載の治療計画システム。
7. ｘ、ｙ又はｚ方向における前記標準パターンの最大可能スケーリング、
   個別に動かされるカテーテル又はニードルの挿入点の最大可能数、
   単一のカテーテルが移動した距離に依存するペナルティ、
   前記標準パターンの左右非対称性に対するペナルティ、
   前記標準パターンからの全体的な逸脱の尺度、
   追加及び／又は除去してよいカテーテル又はニードルの挿入位置の最大可能総数、
   前記少なくとも１つの治療対象構造の表面からの前記カテーテルの距離に依存するペナルティ、
   照射不足部及び照射過剰部を阻止するように、結果として得られる線量分布に対するペナルティ、
   の少なくとも１つを設定することによって、ユーザが前記ペナルティ項に影響を及ぼすことを可能にする、請求項６に記載の治療計画システム。
8. カテーテル又はニードルの挿入点から前記治療位置までの軌道が、前記アクセス不可領域に入る又は前記アクセス不可領域を通過する場合に、前記標準パターンから、前記カテーテル又はニードルの挿入位置を除去する、請求項５に記載の治療計画システム。
9. 前立腺の治療を計画するために構成されたモジュールが、
   前記前立腺の中央部を含む医用画像スライスを自動的に選択するステップと、
   前記前立腺の中央部に、前記所定の標準パターンの前記セットからの複数の標準パターンを投射するステップと、
   前記複数の標準パターンの形状を、前記前立腺の中央部と比較するか、又は、前記複数の標準パターンからもたらされる結果として得られる線量を、所定の線量拘束値と比較するステップと、
   前記形状が前記前立腺の中央部の形状と最大の相似を有するか、又は、治療線量が前記所定の線量拘束値とベストマッチする１つ以上の標準パターンを選択するステップと、
   を行う、請求項１に記載の治療計画システム。
10. 前記選択を許可するモジュールは、前記所定の標準パターンの前記セットから、標準パターンを自動的に選択する、請求項２に記載の治療計画システム。
11. 前記モジュール又は前記ユーザによる前記カテーテル又はニードルの挿入パターンの選択後に、１つ以上の選択された標準パターンの最適化を行う、請求項６に記載の治療計画システム。
12. 選択された前記標準パターンは、前記少なくとも１つの治療対象構造の線量拘束値及び少なくとも１つのリスクのある臓器に基づいて、最適化される、請求項６に記載の治療計画システム。
13. 前記少なくとも１つの治療対象構造から医用画像を取得し、前記医用画像を前記画像提供モジュールに提供する医用撮像ユニットを含む、請求項１に記載の治療計画システム。
14. 複数の選択された標準パターンを表示して、前記複数の選択された標準パターンから、ユーザが好適なカテーテル又はニードルの挿入パターンを選択することを許可するディスプレイを更に含み、
    更に、前記ユーザによって選択された標準パターンに関するユーザ入力を受信する、請求項１に記載の治療計画システム。