JP6348902B2 - インターリーブスキャニングによる磁気共鳴誘導治療 - Google Patents

インターリーブスキャニングによる磁気共鳴誘導治療 Download PDF

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Description

本発明は、放射線治療により対象の標的区間を治療する装置に関し、特に、本発明は、磁気共鳴撮像によって誘導される放射線治療器に関する。
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ；Magnetic Resonance Imaging）及び線形加速器（ＬＩＮＡＣ；LINear ACcellerators）の統合システムによる放射線治療中の画像誘導は、ますます重要になりつつあり、過去数年間で幅広く利用されている。そのシステムの目的は、診断品質のＭＲ画像に基づき体内の選択された標的へ精密な放射線量を照射することである。通常、ＬＩＮＡＣ源は、ＭＲＩ装置の磁石の周りの回転ガントリ上に設置され、磁石は、ＬＩＮＡＣが磁石のゼロ場領域において回転するように設計される。
治療部位の位置に関する正しい認識は、ミリメートルの範囲にあるそのシステムの正確な空間的（及び時間的）ビームスポットが有効に標的を照射することを可能にする。
米国特許第６３７４１３２（Ｂ１）号明細書（特許文献１）は、可動式の磁気共鳴器具によって取得される磁気共鳴情報を用いることで組織アブレーションのようなハイパーサーミア治療をモニタする方法を開示する。
国際公開第２００５／０８１８４２（Ａ２）号パンフレット（特許文献２）は、ＭＲ−ＲＴ装置を示す。ＭＲ画像データに基づき、治療実施が計画され直す。
米国特許第６３７４１３２（Ｂ１）号明細書 国際公開第２００５／０８１８４２（Ａ２）号パンフレット
本発明の実施形態は、動作追跡磁気共鳴データ及び画像磁気共鳴データに基づき医療機器の治療プランを更新する方法、医療機器及びコンピュータプログラムプロダクトを提供してよい。
「コンピュータメモリ」又は「メモリ」は、コンピュータ可読記憶媒体の一例である。コンピュータメモリは、プロセッサが直接アクセスすることができる何らかのメモリである。コンピュータメモリの例には、ＲＡＭメモリ、レジスタ、及びレジスタファイルがあるが、これらに限られない。
「コンピュータストレージ」又は「ストレージ」は、コンピュータ可読記憶媒体の一例である。コンピュータストレージは、何らかの不揮発性のコンピュータ可読記憶媒体である。コンピュータストレージの例には、ハードディスクドライブ、ＵＳＢサムドライブ、フロッピー（登録商標）ドライブ、スマートカード、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、及びソリッドステートハードディスクがあるが、これらに限られない。幾つかの実施形態において、コンピュータストレージはコンピュータメモリであってもよく、その逆であってもよい。
本願で使用される「プロセッサ」は、プログラム又は機械実行可能命令を実行することができる電子部品を包含する。『プロセッサ』を有するコンピュータ装置との言及は、場合により１よりも多いプロセッサ又はプロセッシングコアを含むと解釈されるべきである。プロセッサは、例えば、マルチコアプロセッサであってよい。プロセッサはまた、単一のコンピュータシステム内にあるか又は複数のコンピュータシステムの間で分布するプロセッサの集合を指すことがある。用語「コンピュータ装置」はまた、夫々が１又は複数のプロセッサを有するコンピュータ装置の集合又はネットワークを場合により指すと解釈されるべきである。多くのプログラムは、複数のプロセッサによって実行されるそれらの命令を有する。複数のプロセッサは、同じコンピュータ内にあってよく、あるいは、複数のコンピュータ装置にわたって分布してよい。
本願で使用される「ユーザインターフェース」は、ユーザ又はオペレータがコンピュータ又はコンピュータシステムと相互作用することを可能にするインターフェースである。「ユーザインターフェース」はまた、「ヒューマンインターフェース装置」とも呼ばれることがある。ユーザインターフェースは、情報又はデータをオペレータへ供給し、且つ／あるいは、情報又はデータをオペレータから受け取ってよい。ユーザインターフェースは、オペレータからの入力がコンピュータによって受け取られることを可能にしてよく、コンピュータからユーザへ出力を提供してよい。つまり、ユーザインターフェースは、オペレータがコンピュータを制御又は操作することを可能にしてよく、且つ、インターフェースは、コンピュータがオペレータの制御又は操作の効果を示すことを可能にしてよい。ディスプレイ又はグラフィカルユーザインターフェースでのデータ又は情報の表示は、情報をオペレータへ提供する一例である。キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、ポインティングスティック、グラフィクスタブレット、ジョイスティック、ゲームパッド、ウェブカム、ヘッドセット、ギアスティック、ステアリングホイール、ペダル、ワイヤードグローブ、ダンスパッド、リモートコントロール、及び加速度計によるデータの受信は全て、オペレータからの情報又はデータの受信を可能にするユーザインターフェース部品の例である。
本願で使用される「ハードウェアインターフェース」は、コンピュータシステムのプロセッサが外部のコンピュータ装置及び／又は機器と相互作用し且つ／あるいはそれを制御することを可能にするインターフェースを包含する。ハードウェアインターフェースは、プロセッサが制御信号又は命令を外部のコンピュータ装置及び／又は機器へ送信することを可能にしてよい。ハードウェアインターフェースはまた、プロセッサがデータを外部のコンピュータ装置及び／又は機器と交換することを可能にしてよい。ハードウェアインターフェースの例には、ユニバーサルシリアルバス、ＩＥＥＥ１３９４ポート、パラレルポート、ＩＥＥＥ１２８４ポート、シリアルポート、ＲＳ−２３２ポート、ＩＥＥＥ４８８ポート、ブルートゥース接続、無線ローカルエリアネットワーク接続、ＴＣＰ／ＩＰ接続、イーサネット（登録商標）接続、制御電圧インターフェース、ＭＩＤＩインターフェース、アナログ入力インターフェース、及びデジタル入力インターフェースがあるが、これらに限られない。
本願で使用される「ディスプレイ」又は「ディスプレイ装置」は、画像又はデータを表示するよう構成される出力装置又はユーザインターフェースを包含する。ディスプレイは、視覚的、音声及び／又は触知性のデータを出力してよい。ディスプレイの例には、コンピュータモニタ、テレビ画面、タッチスクリーン、触知性電子ディスプレイ、点字スクリーン、陰極線管（ＣＲＴ；Cathode Ray Tube）、蓄積管、双安定ディスプレイ、電子ペーパー、ベクトルディスプレイ、フラットパネルディスプレイ、真空蛍光（ＶＦ；Vacuum Fluorescent）ディスプレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ；Light-Emitting Diode）ディスプレイ、電子発光ディスプレイ（ＥＬＤ；ElectroLuminescent Display）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ；Plasma Display Panel）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ；Organic Light-Emitting Diode）ディスプレイ、プロジェクタ、及びヘッドマウントディスプレイがあるが、これらに限られない。
磁気共鳴画像データ（例えば、本願で使用される動作追跡磁気共鳴データ又は画像磁気共鳴データ）は、磁気共鳴撮像スキャンの間に磁気共鳴装置のアンテナによって原子スピンにより放射される無線周波数信号の被記録測定であると定義される。磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）画像は、本願では、磁気共鳴撮像データ内に含まれる解剖学的データの再構成された２又は３次元の視覚化であると定義される。この視覚化は、コンピュータにより実行され得る。
一態様において、本発明は、標的ボリュームに放射する放射線治療装置と、前記標的ボリュームが含まれる撮像ボリューム内に少なくとも部分的に位置付けられる対象から動作追跡磁気共鳴データ及び画像磁気共鳴データを取得する磁気共鳴モジュールと、機械実行可能命令を記憶するメモリと、医療機器を制御するプロセッサとを有し、前記機械実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、前記撮像ボリューム内の前記標的ボリュームと、前記放射線治療装置によって放射される放射線の線量率とを特定する治療プランを受け取らせ、且つ、
前記磁気共鳴モジュールをインターリーブパルスシーケンスにより制御することで前記動作追跡磁気共鳴データ及び前記画像磁気共鳴データを取得することと、
前記治療プランに従って前記標的ボリュームに放射するよう前記放射線治療装置を制御することと、
前記動作追跡磁気共鳴データ及び前記治療プランを用いて、前記放射線治療装置から前記対象によって受け取られる放射線量を示す線量分布マップを計算することと、
前記画像磁気共鳴データを用いて診断画像を再構成することと、
前記診断画像及び前記線量分布マップをディスプレイに表示することと、
ユーザインターフェースから治療プラン更新データを受け取ることと、
前記治療プラン更新データに従って前記治療プランを更新することと
を繰り返させる、医療機器に関する。
上記の特徴は、それらが的確な放射線治療計画のために必要な情報を提供する点で、有利であり得る。実際に、前記磁気共鳴モジュールは、前記標的ボリュームを視覚化するための臨床上高品質の診断画像を提供する。そのような画像は、高い空間分解能、高い信号対雑音比、及び／又は強調されたコントラストを有して生成される。なお、前記標的ボリュームは、全体的な患者の動作、蠕動運動又は呼吸運動のような動きを経験することがある。標的ボリュームの動きを追跡するために、動きに関連したデータ（すなわち、動作追跡磁気共鳴データ）がまた、インターリーブパルスシーケンスにおいて画像磁気共鳴データとともに取得される。動作追跡磁気共鳴データは、画像磁気共鳴データと比較して高い時間分解能を有して生成される。磁気共鳴信号は、撮像ボリュームに位置付けられる対象の部分から取得されることが知られる。撮像ボリュームにおいて、対象の部分におけるスピンが励起され、磁気共鳴信号を生成する。一般に、対象、例えば、試験される患者は、全体として撮像ボリュームよりも大きい。しかし、一般的に、患者の全身から磁気共鳴信号を取得する必要はなく、試験されるべき対象の部分、例えば、関心のある生体構造の部分が撮像ボリュームに位置付けられれば十分であり、その部分から磁気共鳴信号が取得される。
他の利点は、上記の情報がオンザフライで治療プランを更新するのに使用され得ることである。診断画像は、医療機器のユーザに線量分布マップとともに表示される。ユーザは、線量の蓄積が予想と一致しない場合にオンザフライで治療プランを中止又は訂正すると決定してよい。これは、例えば、標的ボリュームで受け入れられる所定の線量範囲を超える蓄積線量に起因することがある。ユーザは、医療機器の入力装置を介してコマンドを入力することで要求を実行してよい。従って、治療プランは、標的ボリュームの実際の位置に合うよう更新される。この位置は、動作追跡データを用いて標的の動きを追跡することで正確に提供される。標的位置に関する正しい認識は、ミリメートルの範囲にある放射線治療装置の正確な空間的（及び時間的）ビームスポットが、有意の組織及び重要な構造に作用することなしに有効に標的を照射することを可能にする。これは、患者の安全性を高め且つ治療時間を縮めることができる。
更なる利点は、データの反復的な取得が継続的な標的の動き及び変形に遅れない画像データを提供することである。
一実施形態に従って、前記機械実行可能命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記画像磁気共鳴データを用いて低時間分解能画像を再構成させ、且つ、前記動作追跡磁気共鳴データを用いて高時間分解能画像を再構成させる。
動作追跡磁気共鳴データは、標的の異なる動作状態が容易に追跡され得るように、短い時間期間で取得される。画像磁気共鳴データは、結果として得られる診断画像が視覚化について高品質であるように、より長い時間期間で取得される。例えば、動作追跡画像は、呼吸中に標的ボリュームの位置を連続的にモニタするようコロナルビュー（coronal view）において生成されてよい。
一実施形態に従って、動作追跡磁気共鳴データは、１次元のナビゲータペンシルビームを用いて取得される。
一実施形態に従って、画像磁気共鳴データは、前記磁気共鳴モジュールを制御することでビームアイビュー面（beam eye view planes）から取得される。これは、同じくそれらのビューを用いて作成された治療プランとの容易な比較を可能にする。
一実施形態に従って、前記治療プラン更新データは、前記線量分布マップを用いて前記治療プランを自動更新するリクエストを含み、前記治療プランは、前記線量分布マップに従って少なくとも部分的に更新される。
表示される蓄積線量が予想と一致しない場合に、治療プランにおいて特定される初期線量率は、線量分布マップに基づき再計算されるべきである。
代替の実施形態に従って、治療プランの更新は、標的ボリュームに対する対象の生体構造の予備的認識を使用する予め計算されたアトラスメソッドを用いて実行されてよい。すなわち、別個の治療プランが、期待される標的位置の順列について作成される。それらの治療プランは、異なる放射線量及び／又は様々な治療装置設定（例えば、放射線強度）を有してよく、治療プランの夫々は所定の標的画像と関連付けられる。動作追跡データから得られる現在の動作追跡画像は、初期治療プランに取って代わる治療プランを示す最も近い容認可能なアトラス一致を見つけるために、それらの所定の標的画像と照合されてよい。照合は、動作追跡画像及び所定の標的画像の夫々における標的ボリュームの中心の位置を比較することを含む。
いわゆるインバースプランニング焼きなまし法アルゴリズム（inverse planning simulated annealing algorithm）がまた、標的ボリュームの現在の位置及び線量分布についてのユーザの指示に基づき最適な治療プランを自動的に見つけるために使用されてよい。線量分布は、標的ボリュームの外形上で生成される線量計算点と、標的ボリューム内で生成される線量計算点とを含んでよい。
一実施形態に従って、前記治療プラン更新データは、前記治療プランを直接更新するよう少なくとも部分的に使用される。これは、医療機器の適用によって必要とされる治療プランを更新するためのＣＰＵ時間及び治療時間を更に節約するので、有利である。
一実施形態に従って、当該医療機器は、前記標的ボリュームと一致する照射範囲へ前記放射線治療装置の放射ビームをコリメートするマルチリーフコリメータを更に有し、前記治療プラン更新データは、前記動作追跡磁気共鳴データを用いて前記標的ボリュームと一致させるよう前記マルチリーフコリメータを調整することで前記治療プランを自動更新するリクエストを含む。治療プランは、現在の標的位置を満足するように放射線照射とリーフ調整との間の協調を特定することで更新されてよい。調整は、ビームの向きと、ビーム角度ごとの開口の数とを含む。治療プランのこのような更新は、予め計算されたアトラスメソッド及び／又はインバースプランニング焼きなまし法アルゴリズムを用いて実行されてよい。
一実施形態に従って、前記放射線治療装置は、前記治療プラン及び前記動作追跡磁気共鳴データに従って前記標的ボリュームに放射するよう制御される。これは、標的に照射される放射線が継続的な標的の動きに遅れないので、有利である。
一実施形態に従って、前記線量分布マップ及び前記診断画像は、並んで表示される。
一実施形態に従って、前記線量分布マップ及び前記診断画像は、オーバレイされる。
一実施形態に従って、前記機械実行可能命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記磁気共鳴モジュールを制御することで前記対象の周期動作の所定部分の間に前記画像磁気共鳴データを取得させる。前記周期動作の例は呼吸サイクルである。前記所定部分はそのサイクルの静穏部分であってよい。
呼吸信号からタイミング情報を取り出した後、取得は、各サイクルの同じ相で、前記所定部分の間に起こるサイクルの間にのみ、トリガされる。正確な相は、累積的な磁化効果を低減するよう変更され得る。
そのような実施形態は、診断画像のコントラスト及び空間分解能を改善し且つそれらの画像のぼやけを低減するので、有利であり得る。
一実施形態に従って、前記治療プランの更新は、前記標的ボリュームの放射の間に起こる。総線量放射は、通常は、治療が実施されて標的が照射される多数の放射線治療回に分割される。放射線治療回の間、プロセッサは、治療プランを更新するリクエストを受け取って、その放射線治療回の間に治療プランを更新してよい。この実施形態は、現在の標的位置情報に基づき極めて容易に治療プランを更新するので、有利である。これは、放射線治療回が終了した後に治療プランが調整される場合よりも優れており且つ効率的な治療をもたらし得る。
一実施形態に従って、前記放射線治療装置は、別個の放射線治療回において前記標的ボリュームに放射するよう制御され、前記治療プランの更新は、前記放射線治療回のうちの１つが終了した後に起こる。
一実施形態に従って、前記放射線治療装置は、前記標的ボリュームに放射するＬＩＮＡＣ Ｘ線源を有する。
一実施形態に従って、前記放射線治療装置は、Ｘ線管、放射性同位体ガンマ放射線源、カーボンナノチューブＸ線源、陽子ビーム源、荷電粒子ビーム源、ニュートンビーム源、及び炭素イオン源を更に有する。
一実施形態に従って、前記機械実行可能命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記動作追跡磁気共鳴データ、放射線治療装置出力データ及び前記治療プランを用いて前記線量分布マップを計算させる。前記放射線治療装置出力データは、ビーム形状及び／又は放射線強度を含む。
他の態様において、本発明は、医療機器を制御するプロセッサによる実行のための機械実行可能命令を含むコンピュータプログラムプロダクトであって、前記医療機器は、標的ボリュームに放射する放射線治療装置と、前記標的ボリュームが含まれる撮像ボリューム内に少なくとも部分的に位置付けられる対象から動作追跡磁気共鳴データ及び画像磁気共鳴データを取得する磁気共鳴モジュールとを有する、コンピュータプログラムプロダクトにおいて、
前記機械実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、前記撮像ボリューム内の前記標的ボリュームと、前記放射線治療装置によって放射される放射線の線量率とを特定する治療プランを受け取らせ、且つ、
前記磁気共鳴モジュールをインターリーブパルスシーケンスにより制御することで前記動作追跡磁気共鳴データ及び前記画像磁気共鳴データを取得することと、
前記治療プランに従って前記標的ボリュームに放射するよう前記放射線治療装置を制御することと、
前記動作追跡磁気共鳴データ及び前記治療プランを用いて、前記放射線治療装置から前記対象によって受け取られる放射線量を示す線量分布マップを計算することと、
前記画像磁気共鳴データを用いて診断画像を再構成することと、
前記診断画像及び前記線量分布マップをディスプレイに表示することと、
ユーザインターフェースから治療プラン更新データを受け取ることと、
前記治療プラン更新データに従って前記治療プランを更新することと
を繰り返させる、コンピュータプログラムプロダクトに関する。
他の態様において、本発明は、医療機器の制御方法であって、前記医療機器は、標的ボリュームに放射する放射線治療装置と、前記標的ボリュームが含まれる撮像ボリューム内に少なくとも部分的に位置付けられる対象から動作追跡磁気共鳴データ及び画像磁気共鳴データを取得する磁気共鳴モジュールとを有する、方法において、
前記撮像ボリューム内の前記標的ボリュームと、前記放射線治療装置によって放射される放射線の線量率とを特定する治療プランを受け取るステップと、
前記磁気共鳴モジュールをインターリーブパルスシーケンスにより制御することで前記動作追跡磁気共鳴データ及び前記画像磁気共鳴データを取得することと、
前記治療プランに従って前記標的ボリュームに放射するよう前記放射線治療装置を制御することと、
前記動作追跡磁気共鳴データ及び前記治療プランを用いて、前記放射線治療装置から前記対象によって受け取られる放射線量を示す線量分布マップを計算することと、
前記画像磁気共鳴データを用いて診断画像を再構成することと、
前記診断画像及び前記線量分布マップをディスプレイに表示することと、
ユーザインターフェースから治療プラン更新データを受け取ることと、
前記治療プラン更新データに従って前記治療プランを更新することと
を繰り返すステップと
を有する方法に関する。
医療機器の断面及び機能図を示す。 医療機器の制御方法のフローチャートである。 インターリーブ画像取得のサンプリングダイアグラムの簡略図を表す
本発明の下記の好適な実施形態は、単なる一例として、図面を参照して記載される。
以下で、図中の同じ参照符号を付された要素は、同様の要素であるか、又は同等の機能を実行する。既に論じられた要素は、機能が同等である場合に、後の図において必ずしも議論されない。
図１は、医療機器１０の断面及び機能図を示す。医療機器１００は、放射線治療装置１０２及び磁気共鳴撮像モジュール１０６を有するように示されている。放射線治療装置１０２は環状機構１０８を有する。環状機構１０８は放射線治療源１１０を支持する。放射線治療源１１０は典型であり、ＬＩＮＡＣ Ｘ線源、Ｘ線管及び放射性同位体ガンマ放射線源であってよい。放射線治療源１１０に隣接して、放射線治療源１１０によって生成される放射線ビーム１１４をコリメートするマルチリーフビームコリメータ１１２がある。環状機能１０８はまた、放射線治療装置１０２の回転点１１７に関して放射線治療源１１０及びビームコリメータ１１２を回転させるよう構成される。回転軸１１６は回転点１１７を通る。
磁気共鳴撮像モジュール１０６は、磁石を有するように示されている。環状機構１０８はリング状であり、磁石１２２を囲む。図１に示される磁石１２２は、円筒形の超電導磁石である。なお、他の磁石も本発明の実施形態に適用可能である。磁石１２２は過冷却クライオスタット１２４を有する。クライオスタット１２４内には、超伝導コイル１２６の一群が存在する。また、超伝導コイル１２６における電流方向とは反対方向に電流が流れる補償コイルが存在する。これは、磁石１２２を円で囲む、すなわち、包含する低磁場区間１３０を作り出す。円筒磁石１２２は、対称性の軸１３２を有するように示されている。
磁石のボア内には、磁石１２２の撮像ボリューム１３８内の対象を空間符号化するよう動作追跡磁気共鳴データ及び画像磁気共鳴データの取得のために使用される磁場傾斜コイル１３４が存在する。磁場傾斜コイル１３４は、磁場傾斜コイル電源１３６へ接続されている。磁場傾斜コイル１３４は、典型であるよう意図される。通常、磁場傾斜コイルは、３つの直交する空間方向において空間的に符号化するために別個の３組のコイルを有する。撮像ボリューム１３８は、磁石１２２の中心に位置付けられる。
撮像ボリューム１３８に隣接して、撮像ボリューム１３８内の磁気スピンの配向を操作し、且つ、同じく撮像ボリューム１３８内のスピンからの無線送信を受信する無線周波数コイル１４０がある。無線周波数コイル１４０は、無線周波数トランシーバ１４２へ接続されている。無線周波数コイル１４０及び無線周波数トランシーバ１４２は、別個の送信及び受信コイル並びに別個の送信器及び受信器によって置換されてよい。無線周波数コイル１４０及び無線周波数トランシーバ１４２は、単に典型であることが理解される。
磁石の中心内には更に、対象１４４が位置付けられる。対象１４４は標的ボリューム１４６を有し、対象支持台１４８の上に横になっているように示されている。対象支持台１４８は機械式ポジショニングシステム１５０を備える。機械式ポジショニングシステムは、磁石１２２内に対象１４４を置くよう構成される。磁石の内部で利用可能な空間に依存して、対象支持台１４８は、異なる方向において対象を動かすよう構成されてよい。機械式ポジショニングシステム１５０は、磁石軸１３２に垂直な方向において対象支持台を動かしてよい。磁石内で利用可能な更なる空間が存在する場合は、機械式ポジショニングシステム１５０は更なる自由度を有してよい。例えば、機械式ポジショニングシステム１５０は、６自由度により対象支持台１４８を位置付けてよい。無線周波数トランシーバ１４２、磁場傾斜コイル電源１３６、機械式アクチュエータ１０４、及び機械式ポジショニングシステム１５０は全て、コンピュータシステム１５２のハードウェアインターフェース１５４へ接続されているように示されている。コンピュータシステム１５２は、医療機器１００を制御するためにプロセッサ１５６を使用する。
図１に示されるコンピュータシステム１５２は典型である。複数のプロセッサ及びコンピュータシステムが、この単一コンピュータシステム１５２によって表される機能性に相当するよう使用されてよい。コンピュータシステム１５２は、プロセッサ１５６が医療機器１００の構成要素との間でメッセージをやり取りすることを可能にするハードウェアインターフェースを有する。プロセッサ１５６はまた、ユーザインターフェース１５８、コンピュータストレージ１６０、及びコンピュータメモリ１６２へ接続される。放射線治療装置１０２は、ハードウェアインターフェース１５４へ接続されているように示されていない。放射線治療装置１０２は、例えば、ハードウェアインターフェース１５４へ接続されてよく、機械式アクチュエータ１０４を介してコンピュータシステム１５２と通信する。
図１に示される例に関し、放射線治療装置の回転軸１１６は、磁石軸１３２と同軸でない。回転点１１７は、磁石軸１３２から中心が外れているように示されている。標的区間１４６は、磁石軸１３２から離れており中心が外れていることが分かる。放射線治療装置１０２は、放射線治療装置の回転点１１７が標的区間１４６内にあるように、機械式アクチュエータ１０４によって動かされている。環状機構１０８は、磁石１２２に対して動かされていることが分かる。矢印１６４は、磁石１２２と環状機構１０８の上端内側との間の距離を示し、矢印１６６は、磁石１２２と環状機構１０８の下端内側との間の距離を示す。距離１６６は距離１６４よりも短く、回転点１１７は磁石軸１３２を巡ることが分かる。放射線ビーム１１４は回転点１１７を通過する。標的区間１４６の中心に回転点１１７を置くことは、放射線ビーム１１４が放射線治療源１１０によって生成されて環状機構１０８によって回転される場合に標的区間が連続的に治療されることを可能にする。
コンピュータストレージ１６０は、治療プラン１６８を含むように示される。治療プラン１６８は、標的ボリューム１４６を治療するためのプラン又は命令を含む。治療プラン１６８は、標的ボリューム１４６に関して対象生体構造１４４の詳細を含んでよい。コンピュータストレージ１６０は更に、磁気共鳴撮像モジュール１０６によって取得された画像磁気共鳴データ及び動作追跡磁気共鳴データ１７０を含むように示される。コンピュータストレージ１６０は、画像磁気共鳴データ及び動作追跡磁気共鳴データから夫々再構成された診断画像及び動作追跡画像１７２を更に含むように示される。コンピュータストレージ１６０は、標的ボリューム１４６の座標１７４を更に含むように示される。コンピュータストレージ１６０は、放射線治療制御信号を更に含むように示される。
コンピュータメモリ１６２は、プロセッサ１５６による動作のための機械実行可能命令１８０、１８２、１８６、１８８、１９４を含む。コンピュータメモリ１６２は、医療機器制御モジュール１８０を含むように示される。医療機器制御モジュール１８０は、プロセッサ１５６が医療機器１００の全体の機能を制御することを可能にする機械実行可能命令を含む。コンピュータメモリ１６２は、放射線治療装置制御モジュール１８２を更に含むように示される。放射線治療装置制御モジュール１８２は、プロセッサ１５６が放射線治療装置１０２の機能を制御することを可能にする機械実行可能命令を含む。
コンピュータメモリ１６２は、磁気共鳴撮像制御モジュール１８６を更に含むように示される。磁気共鳴撮像制御モジュール１８６は、プロセッサ１５６が磁気共鳴撮像モジュール１０６の機能及び動作を制御することを可能にする機械実行可能コードを含む。コンピュータメモリ１６２は、画像再構成モジュール１８８を更に含むように示される。画像再構成モジュール１８８は、プロセッサ１５６が動作追跡及び画像磁気共鳴データ１７０を夫々の画像１７２へと変換することを可能にする機械実行可能コードを含む。
コンピュータメモリ１６２は、放射線治療制御信号生成モジュール１９４を更に含むように示される。放射線治療制御信号生成モジュール１９４は、プロセッサ１５６が放射線治療制御信号１７８を生成するために使用するコンピュータ実行可能コードを含む。放射線治療制御信号１７８は、標的ボリュームの座標１７４及び治療プラン１６８とともに生成されてよい。
図２は、医療機器１００の制御方法のフローチャートである。ステップ２０１で、コンピュータシステム１５２のプロセッサ１５６は、撮像ボリューム１３８内の標的ボリューム１７４と、放射線治療装置１０２によって放射される放射線の線量率とを特定する治療プランを受け取る。ＭＲＩモジュール１０６は、標的ボリュームの局在性１７４及び周囲組織に関する情報を提供してよい。インターベンションの前に、事前計算アトラスのような治療計画アルゴリズムが、初期治療プランを決定するために使用されてよい。上記の情報を用いて、放射線源の最適な分布のプランが作成され得る。これは、如何にしてマルチリーフコリメータが設置されて位置合わせされるべきかの考慮を含んでよい。
ステップ２０３で、プロセッサ１５６は、磁気共鳴モジュール１０６を制御することで、撮像ボリューム１３８内に位置づけられている対象１４４の中核から動作追跡磁気共鳴データ及び画像磁気共鳴データを取得する。撮像は、１又はそれ以上のインターリーブ２Ｄ撮像サンプルにおいて実行されてよく、コロナルビューは、例えば、呼吸中に標的ボリュームの位置を連続的にモニタするために使用されてよい。動作追跡磁気共鳴データは、標的の異なる動作状態が容易に追跡され得るように、短い時間期間で取得される。画像磁気共鳴データは、結果として得られる画像が視覚化について高品質であるように、より長い時間期間で取得される。画像磁気共鳴データは、磁気共鳴モジュールを制御することで、対象の呼吸サイクルの所定部分の間に取得されてよい。所定部分は、呼吸サイクルの静穏相であってよい。取得は、呼吸信号からタイミング情報を取り出した後にトリガされてよい。取得はまた、夫々の心周期の同じ相で、所定部分の間に起こる心周期の間にのみトリガされてよい。正確な相は、累積的な磁化効果を低減するよう変更され得る。
ステップ２０５で、プロセッサ１５６は、治療プランに従って標的ボリュームに放射するよう放射線治療装置を制御する。放射線治療装置はまた、標的ボリューム及び動作追跡磁気共鳴データに従って標的ボリュームに放射してよい。
ステップ２０７で、プロセッサ１５６は、動作追跡磁気共鳴データ、放射線治療装置出力データ、及び治療プランを用いて、放射線治療装置から対象によって受け取られる放射線量を示す線量分布マップを計算する。すなわち、線量は、標的の現在の位置と、現在の放射線治療装置出力データとの関数である。放射線治療装置出力データは、ビーム形状及び／又は放射線強度を含む。標的ボリュームの現在の位置は、それが動作追跡画像のシーケンスを通じて動く場合に、動作追跡画像のシーケンスから標的ボリュームの動きを検出することによって推定されてよい。例えば、これは、動作追跡画像のシーケンスの最初に取得された画像において初期標的ボリューム位置を最初に定義することによって、実行されてよい。位置は、標的ボリュームの範囲を定めるピクセルのピクセル位置によって定義されてよい。標的ボリューム１４６のピクセル位置はまた、動作追跡画像の後続シーケンスの各画像について定義される。追跡において、変形関数は、ピクセル位置の変化、ひいては、標的ボリューム１４６の動作経路を決定するよう、画像のシーケンスの全体にわたって推定されてよい。変形関数は、例えば、画像取得時間に依存してよい。治療プランは、焼きなまし法又は事前計算アトラスメソッドによるインバースプランニングのような方法を用いて更新されてよい。
ステップ２０９で、プロセッサ１５６は、画像磁気共鳴データを用いて診断画像を再構成する。ステップ２１１で、プロセッサ１５６は、医療機器１００のユーザに診断画像及び線量分布マップを表示する。ディスプレイは、現在の標的位置及び／又は計画されている線量率により期待される空間において、危険にさらされている描写された標的及び臓器と、線量分布とを示してよい。診断画像及び線量分布マップは、並べて表示されるか、又は、単一画像においてオーバレイされてよい。
表示画像の解析に基づき、ユーザは、線量累積が予想と一致しない場合にオンザフライで治療プランを中止又は訂正すると決定してよい。すなわち、プロセッサ１５６は、ステップ２１３で、ユーザインターフェースから治療プラン更新データを受け取る。例えば、ユーザは、治療プランを直接に且つ少なくとも部分的に更新するのに必要なデータを、ユーザインターフェースを介して入力してよい。他の例では、ユーザは、線量分布マップを用いて、又はマルチリーフコリメータ１１２を調整することで、治療プランを自動的に且つ少なくとも部分的に更新するよう、ユーザインターフェースを介してリクエスト（又はコマンド）を入力してよい。これは、マウス、タッチパッド、ボタン、又は同様のもののような入力装置によって実現され得る。
ステップ２１５で、プロセッサ１５６は、治療プラン更新データに従って治療プランを更新する。このフローチャートにおいて、ステップ２１５からステップ２０３へ戻る矢印が存在する。これは、その間に、治療データが繰り返し取得され、繰り返し更新されたデータを用いて治療プランを繰り返し更新するために使用されてよいことを示す。
図３は、図２のステップ２０３を記載するようインターリーブ画像取得のサンプリングダイアグラムの簡略図を表す。Ｋ空間は、異なる時間的及び形態的特徴を有する画像を生成するためにサンプリングされる。２つの異なる画像タイプは、取得時間の間にインターリーブパルスシーケンスにおいて取得されている。図面は、更なる画像タイプについて複数の異なるサンプリングセクションを付加することによって、更に一般化され得る。サンプリングセクションの数は、利用可能な取得時間によって制限される。画像タイプ１は、その典型的な傾斜及びＲＦパルス構成により３つの時間サンプル３０１を取得し、その後に画像タイプ２についての２つの時間サンプル３０３が続き、更にその後にタイプ１が続く。各画像タイプのそれらのサンプルは、画像を再構成するために蓄積されてよい。画像タイプ１及びタイプ２は、通常は異なる時間インターバルで、異なるタイプのコントラストにより取得される。他の例では、タイプ１の画像は、画像タイプ２の部分がサンプリングされるより前に完全に取得されてよい。画像は、単一サンプル（例えば、単ショットＥＰＩシーケンス）により構成されてよい。更なる例では、サンプルは、画像タイプがハイブリッド画像を提供するようサンプリングセクションを共有するように、再利用される。例えば、他の画像タイプからのサンプルは、キーホール様挙動を提供するために、サンプリング頻度の低い他のタイプのｋ空間中心に近いサンプルを更新するのに使用される。このとき、コントラストは、後者のタイプについて標準的であるが、画像はより頻繁に生成され、完全の全体の動作／形態の大きい変化を示す。
１００ 医療機器
１０２ 放射線治療装置
１０４ 機械式アクチュエータ
１０６ 磁気共鳴撮像モジュール
１０８ 環状機構
１１０ 放射線治療源
１１２ マルチリーフビームコリメータ
１１４ 放射線ビーム
１１６ 回転軸
１１７ 回転点
１２２ 磁石
１２４ クライオスタット
１２６ 超伝導コイル
１２８ 補償コイル
１３０ 低磁場区間
１３２ 磁石軸
１３４ 磁場傾斜コイル
１３６ 磁場傾斜コイル電源
１３８ 撮像ボリューム
１４０ 無線周波数コイル
１４２ 無線周波数トランシーバ
１４４ 対象
１４６ 標的ボリューム
１４７ 対象支持台
１５０ 機械式ポジショニングシステム
１５２ コンピュータシステム
１５４ ハードウェアインターフェース
１５６ プロセッサ
１５８ ユーザインターフェース
１６０ コンピュータストレージ
１６２ コンピュータメモリ
１６４ 上端距離
１６６ 下端距離
１６８ 治療プラン
１７０ 画像磁気共鳴データ及び動作追跡磁気共鳴データ
１７２ 診断画像及び動作追跡画像
１７４ 標的ボリュームの座標
１７８ 放射線治療制御信号
１８０ 治療装置制御モジュール
１８２ 放射線治療装置制御モジュール
１８６ 磁気共鳴撮像制御モジュール
１８８ 画像再構成モジュール
１９４ 放射線治療制御信号生成モジュール
２１０〜２１５ ステップ
３０１〜３０３ タイプ１及びタイプ２の時間サンプル

Claims (14)

  1. 標的ボリュームに放射する放射線治療装置と、
    前記標的ボリュームが含まれる撮像ボリューム内に少なくとも部分的に位置付けられる対象から動作追跡磁気共鳴データ及び画像磁気共鳴データを取得する磁気共鳴モジュールと、
    機械実行可能命令を記憶するメモリと、
    医療機器を制御するプロセッサと
    を有し、
    前記機械実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、前記撮像ボリューム内の前記標的ボリュームと、前記放射線治療装置によって放射される放射線の線量率とを特定する治療プランを受け取らせ、且つ、
    前記磁気共鳴モジュールを少なくとも１のインターリーブパルスシーケンスにより制御することで、前記動作追跡磁気共鳴データ及び前記画像磁気共鳴データを取得することと、
    前記治療プランに従って前記標的ボリュームに放射するよう前記放射線治療装置を制御することと、
    前記動作追跡磁気共鳴データ及び前記治療プランを用いて、前記放射線治療装置から前記対象によって受け取られる放射線量を示す線量分布マップを計算することと、
    前記画像磁気共鳴データを用いて診断画像を再構成することと、
    前記診断画像及び前記線量分布マップをディスプレイに表示することと、
    ユーザインターフェースから治療プラン更新データを受け取ることと、
    前記治療プラン更新データに従って前記治療プランを更新することと
    を繰り返させ、
    前記機械実行可能命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記磁気共鳴モジュールを制御することで前記対象の周期動作の所定部分の間に前記画像磁気共鳴データを取得させる、
    医療機器。
  2. 前記機械実行可能命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記画像磁気共鳴データを用いて低時間分解能画像を再構成させ、且つ、前記動作追跡磁気共鳴データを用いて高時間分解能画像を再構成させる、
    請求項１に記載の医療機器。
  3. 前記治療プラン更新データは、前記線量分布マップを用いて前記治療プランを自動更新するリクエストを含み、
    前記治療プランは、前記線量分布マップに従って少なくとも部分的に更新される、
    請求項１又は２に記載の医療機器。
  4. 前記治療プラン更新データは、前記治療プランを直接更新するよう少なくとも部分的に使用される、
    請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の医療機器。
  5. 前記標的ボリュームと一致する照射範囲へ前記放射線治療装置の放射ビームをコリメートするマルチリーフコリメータを更に有し、
    前記治療プラン更新データは、前記動作追跡磁気共鳴データを用いて前記標的ボリュームと一致させるよう前記マルチリーフコリメータを調整することで前記治療プランを自動更新するリクエストを含む、
    請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の医療機器。
  6. 前記放射線治療装置は、前記治療プラン及び前記動作追跡磁気共鳴データに従って前記標的ボリュームに放射するよう制御される、
    請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の医療機器。
  7. 前記線量分布マップ及び前記診断画像は、並んで表示される、
    請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の医療機器。
  8. 前記線量分布マップ及び前記診断画像は、オーバレイされる、
    請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の医療機器。
  9. 前記治療プランの更新は、前記標的ボリュームの放射の間に起こる、
    請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の医療機器。
  10. 前記放射線治療装置は、別個の放射線治療回において前記標的ボリュームに放射するよう制御され、
    前記治療プランの更新は、前記放射線治療回のうちの１つが終了した後に起こる、
    請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の医療機器。
  11. 前記放射線治療装置は、前記標的ボリュームに放射するＬＩＮＡＣ Ｘ線源を有する、
    請求項１乃至１０のうちいずれか一項に記載の医療機器。
  12. 前記機械実行可能命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記動作追跡磁気共鳴データ、放射線治療装置出力データ及び前記治療プランを用いて前記線量分布マップを計算させる、
    請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載の医療機器。
  13. 医療機器を制御するプロセッサによる実行のための機械実行可能命令を含むコンピュータプログラムであって、前記医療機器は、標的ボリュームに放射する放射線治療装置と、前記標的ボリュームが含まれる撮像ボリューム内に少なくとも部分的に位置付けられる対象から動作追跡磁気共鳴データ及び画像磁気共鳴データを取得する磁気共鳴モジュールとを有する、コンピュータプログラムにおいて、
    前記機械実行可能命令の実行は、前記プロセッサに、前記撮像ボリューム内の前記標的ボリュームと、前記放射線治療装置によって放射される放射線の線量率とを特定する治療プランを受け取らせ、且つ、
    前記磁気共鳴モジュールを少なくとも１のインターリーブパルスシーケンスにより制御することで、前記動作追跡磁気共鳴データ及び前記画像磁気共鳴データを取得することと、
    前記治療プランに従って前記標的ボリュームに放射するよう前記放射線治療装置を制御することと、
    前記動作追跡磁気共鳴データ及び前記治療プランを用いて、前記放射線治療装置から前記対象によって受け取られる放射線量を示す線量分布マップを計算することと、
    前記画像磁気共鳴データを用いて診断画像を再構成することと、
    前記診断画像及び前記線量分布マップをディスプレイに表示することと、
    ユーザインターフェースから治療プラン更新データを受け取ることと、
    前記治療プラン更新データに従って前記治療プランを更新することと
    を繰り返させ、
    前記機械実行可能命令の実行は更に、前記プロセッサに、前記磁気共鳴モジュールを制御することで前記対象の周期動作の所定部分の間に前記画像磁気共鳴データを取得させる、
    コンピュータプログラム。
  14. 医療機器の制御方法であって、前記医療機器は、標的ボリュームに放射する放射線治療装置と、前記標的ボリュームが含まれる撮像ボリューム内に少なくとも部分的に位置付けられる対象から動作追跡磁気共鳴データ及び画像磁気共鳴データを取得する磁気共鳴モジュールとを有する、方法において、
    前記撮像ボリューム内の前記標的ボリュームと、前記放射線治療装置によって放射される放射線の線量率とを特定する治療プランを受け取るステップと、
    前記磁気共鳴モジュールを少なくとも１のインターリーブパルスシーケンスにより制御することで、前記動作追跡磁気共鳴データ及び前記画像磁気共鳴データを取得することと、
    前記治療プランに従って前記標的ボリュームに放射するよう前記放射線治療装置を制御することと、
    前記動作追跡磁気共鳴データ及び前記治療プランを用いて、前記放射線治療装置から前記対象によって受け取られる放射線量を示す線量分布マップを計算することと、
    前記画像磁気共鳴データを用いて診断画像を再構成することと、
    前記診断画像及び前記線量分布マップをディスプレイに表示することと、
    ユーザインターフェースから治療プラン更新データを受け取ることと、
    前記治療プラン更新データに従って前記治療プランを更新することと
    を繰り返すステップと
    を有し、
    前記磁気共鳴モジュールを制御することで前記対象の周期動作の所定部分の間に前記画像磁気共鳴データを取得するステップを更に有する、
    方法。
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