JP6498934B2 - 適応的治療計画のためのビームセグメントレベル線量計算及び時間的動き追跡 - Google Patents

Description

本出願は、一般に、体外照射療法（ＥＢＲＴ）に関する。体外照射療法における適応的治療計画のための個々のビームセグメントレベル線量計算（beam segment-level dose computation）及び時間的動き追跡（temporal motion tracking）に関連する特定の用途が見出され、それに関して詳細な言及がなされる。しかしながら、その他の利用シナリオにおける用途も見出され、必ずしも前述の用途に限定されないことを理解されたい。

体外照射療法（ＥＢＲＴ）では、放射線の空間的標的線量が、腫瘍又はがん性組織若しくは悪性組織を含む他の標的に対して適用される。成長する急速に増殖するがん細胞は、通常の細胞と比較して、放射線からのダメージをより受けやすいので、適切な計画により投与された放射線が、がん性組織又は悪性組織を殺す。従来より、ＥＢＲＴは、シミュレーション（イメージング）、計画、及び、送達の順番の３つの段階から成る。治療計画は、通常、アプリオリに得られたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像を用いて実行される。放射線送達は、日々送達される１回以上のフラクション（fraction）に分割される。イメージング段階、計画段階、及び送達段階は、異なる日に実行されるので、放射線送達中の患者組織（patient anatomy）は、イメージング段階中の患者組織とは異なる場合がある。これは、体重減少、臓器運動、腫瘍の縮小など様々な理由に起因する。さらに、呼吸パターン、生理的変化、及び、放射線送達中のランダムな患者の動きも、放射線ビームに関して、患者組織を変え得る。

元々の治療計画を適応させるために、且つ／又は、計画送達の成功について推測するために、クリニックは、治療中、（画像ベース、及び追跡ベースの）フィードバック機構を用い始めた。フィードバック機構は、患者組織の形状変化（geometric change）を患者が受ける３Ｄ線量分布に関連付ける能力を提供する。画像ベースのフィードバックルーチン（例えば、コーンビームＣＴ（ＣＢＣＴ）、ＭＶＣＴ、Ｂモードアクイジションターゲティング（ＢＡＴ）超音波など）が、フラクション間において利用されており、変形可能なレジストレーションアルゴリズム（deformable registration algorithm）を用いるＣＴシミュレーションに関連付けられる。追跡ベースの方法（例えば、光追跡、電磁（ＥＭ）追跡など）もまた、フラクション内の動き情報を得るために、放射線送達中に使用されている。

線量推定／蓄積のための既存の方法（例えば、動きを伴う線量畳み込み（dose convolution））は、変わらない（時間的に不変の）計画線量分布を仮定している。すなわち、標的の空間的位置が計画線量グリッドに関連付けられる場合、全てのガントリ角及び個々のビームセグメントからの線量が同時に送達されると仮定される。この仮定により、全てのビーム（ガントリ角）及びビームセグメントからの累積的線量を線量畳み込みアルゴリズムにおいて使用することが可能となる。この仮定は、静止した組織的に不変の標的に関する線量測定の観点では妥当であるが、静止した組織的に不変の標的は、めったにない。さらに、治療計画は、限定された数のガントリ角（ビーム）を規定しており、各ビームは、限定された数のセグメント又は制御ポイントを有する。これらのガントリ角及びセグメントは、連続的にアクセスされる。

本出願は、線量推定プロトコルにおける線量測定の時間不変性の仮定なしに、標的及び／又は周囲の通常組織の位置を、その時に送達されている実際の線量に関連付けることを可能にする線量検証のアルゴリズムを説明するものである。したがって、推定線量の精度は改善される。というのは、送達中の臓器運動が、静的な計画線量ではなく、動的な送達線量に直接的に関連付けられるからである。

本出願は、上述した問題及び他の問題を解決する新規で改善された方法及びシステムを提供する。

一側面に従うと、治療計画システムが提供される。本システムは、１回以上の治療フラクションの治療単位（course）にわたって標的を照射するための放射線治療計画（ＲＴＰ：Radiation Treatment Plan）を受け取るステップであって、ＲＴＰは、標的に送達される計画線量分布を含む、受け取るステップと、ＲＴＰの１回以上の治療フラクションのうち少なくとも１回の治療フラクションについて動きデータを受け取るステップと、ＲＴＰの１回以上の治療フラクションのうち少なくとも１回の治療フラクションについて時間的送達メトリックデータを受け取るステップと、受け取った動きデータ及び時間的送達メトリックデータに基づいて、計画線量分布を調整するために、動きデータ及び時間的送達メトリックデータを用いて、標的に関する動き補償された線量分布を計算するステップと、動き補償された線量分布を計画線量分布と比較するステップと、を実行するようプログラムされた１以上のプロセッサを含む。

別の側面に従うと、患者固有の治療を生成する方法が提供される。本方法は、１回以上の治療フラクションの治療単位にわたって標的を照射するための放射線治療計画（ＲＴＰ）を受け取るステップであって、ＲＴＰは、（セグメントごとの、ビームごとの、及び全体としての）標的及び他の関心領域に関する計画線量分布を含む、受け取るステップと、ＲＴＰの１回以上の治療フラクションのうち少なくとも１回の治療フラクションについて動きデータを受け取るステップと、ＲＴＰの１回以上の治療フラクションのうち少なくとも１回の治療フラクションについて時間的送達メトリックデータを受け取るステップと、受け取った動きデータ及び時間的送達メトリックデータに基づいて、計画線量分布を調整するために、動きデータ及び時間的送達メトリックデータを用いて、標的に関する動き補償された線量分布を計算するステップと、動き補償された線量分布を計画線量分布と比較するステップと、を含む。

１つの利点は、改善されたより正確な線量推定を提供することにある。

別の利点は、患者に実際に送達される放射線量を計算することにある。

別の利点は、標的領域への放射線のより正確な送達にある。

別の利点は、標的組織及び非標的組織に実際に送達される放射線量をより正確に決定することにある。

別の利点は、医療施設において使用される放射線治療計画ワークフローの改善にある。

別の利点は、通常組織の損傷のリスクを低減することにある。

本発明のさらなる利点は、以下の詳細な説明を読み理解することで、当業者に理解されるであろう。

本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの配置、並びに様々なステップ及びステップの配置の形態をとり得る。図面は、好ましい実施形態を例示するために示されるに過ぎず、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
本開示の諸側面に従った放射線治療システムを示す図。 本開示の諸側面に従った線量送達パターンを示す図。 本開示の諸側面に従った、患者固有の治療を生成する方法を示す図。

図１は、適応的治療計画のための個々のビームセグメントレベル線量計算及び時間的動き追跡を提供するワークフローを実現する、患者を治療するための放射線治療システム１００を示している。典型的には、体外照射療法（ＥＢＲＴ）のための治療計画は、通常「静的」である、すなわち、そのような治療計画は、一般に、単一のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）走査に基づいて展開される。しかしながら、患者の内部組織は、放射線送達中、多様な動きを示し、この動きが、説明がつかないが、重大な線量測定の間違いをもたらし得る。さらに、治療計画は、時間的に不変であるマルチビーム線量分布を示す。しかしながら、放射線送達は、連続的であり、各個々の放射線ビームは、特定の時間だけ送達される。各ビームは、１以上のセグメントから構成されており、１以上のセグメントの各々は、標的の特定の領域を照射する。以下で説明するワークフローは、標的の動き及びマシン送達状況に関する高時間周波数追跡情報に基づいて、線量に対する動きの影響を推定する精度を改善する。各ビームの各個々のセグメントから計算される線量は、標的及び／又は周囲の通常組織が実際に受ける線量を推定するために、標的の追跡位置に関連付けられる。この情報が、適応的治療計画／自動計画ワークフローにおいて使用され得る。

図１を参照すると、放射線治療システムは、体外照射療法、陽子線治療法、アブレーション治療法、及び高密度焦点式超音波治療法などの１以上の放射線治療法を患者に提供するために使用される。放射線治療システム１００は、関心領域（ＲＯＩ）や関心ポイント（ＰＯＩ）といった患者内の関心オブジェクト（ＯＯＩ）を具体化する画像を取得するのに適した１以上のイメージングモダリティ１０２を含む。イメージングモダリティ１０２は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナを当然に含む。しかしながら、イメージングモダリティ１０２は、追加的に、又は、代替として、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）スキャナ、磁気共鳴（ＭＲ）スキャナ、単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）スキャナなどの１以上を含んでもよい。

イメージングモダリティ１０２から取得される画像は、通常、３次元画像である。しかしながら、２次元画像が意図されている。３次元画像は、通常、２次元画像のスタック（stack）を含む。以降、この２次元画像のことを、スライスと呼ぶ。さらに、イメージングモダリティ１０２から取得される画像は、画像メモリ１０４に記憶される。通常、画像メモリ１０４は、中央レコード記憶システム（central records storage system）である。しかしながら、画像メモリ１０４は、イメージングモダリティ１０２のローカルにある、又は、放射線治療システム１００の別のコンポーネントであることが意図されている。画像メモリ１０４が、イメージングモダリティ１０２のリモートにある場合、イメージングモダリティ１０２は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）などの通信ネットワークを介して、画像メモリ１０４に適切に接続される。

放射線治療システム１００の計画システム１０６は、患者ごとの計画画像を受け取り、その画像を使用して、放射線治療計画（ＲＴＰ）を生成及び／又は更新し、且つ／又はＲＴＰの治療後分析を実行する。計画画像とは、ＲＴＰを生成及び／又は更新するために使用される画像である。通常、画像は、画像メモリ１０４及び／又はイメージングモダリティ１０２から取得される。しかしながら、画像は、他のソースから取得されてもよい。さらに、計画画像は、通常、通信ネットワークを介して、電子的に受け取られる。しかしながら、計画画像を受け取る他の手段も意図されている。当然ながら、計画システム１０６は、典型的な治療計画機能を提供する。そのような治療計画機能として、手動及び自動セグメンテーションツール、画像融合ツール、３次元原体照射（ＣＲＴ）計画ツール、逆強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）最適化ツール、線量計算ツールなどがある。

患者のためのＲＴＰを生成するために、計画システム１０６は、放射線治療をする前に、１以上の計画画像を受け取る。計画画像では、治療されるべき又は観察されるべき、患者の１以上の腫瘍又は他の標的に適切に焦点が合わせられている。さらに、計画画像は、適切には３次元であり、複数のスライス（すなわち、２次元画像）を含む。

計画画像を受け取ると、各腫瘍又は各他の標的、及び１以上のリスク臓器（ＯＡＲ：Organ At Risk）又は他の領域の周囲の輪郭（又は、トラジェクトリ（trajectory））が識別される。輪郭形成（contouring）を利用して、腫瘍又は他の標的とＯＡＲ又は他の領域との間、及び、ＯＡＲと他の領域との間を明確にする。腫瘍専門医又は他の臨床医は、適切に輪郭形成を実行する。しかしながら、自動的アプローチ及び半自動的アプローチが意図されている。臨床医が、輪郭形成を実行する場合、臨床医は、１以上のユーザ入力装置１０８を適切に使用して、ディスプレイ１１０を介して表示されるグラフィカルユーザインタフェース上の輪郭を識別する。例えば、グラフィカルユーザインタフェースは、計画画像を表示することができ、臨床医がユーザ入力装置１０８を用いて計画画像上に輪郭を描く又はマークすることを可能にする。

輪郭を識別することに加え、輪郭が形成された領域に関して、放射線計画パラメータが定められる。臨床医又は腫瘍専門医が、グラフィカルユーザインタフェースを介して、適切に放射線計画パラメータを定める。例えば、臨床医は、ユーザ入力装置１０８を用いて、放射線計画パラメータを定める。しかしながら、輪郭形成と同様、自動的アプローチが意図されている。放射線計画パラメータは、通常、腫瘍又は他の標的に送達される最小線量又は目標線量や、ＯＡＲ又は他の領域に関する最大許容線量などを含む。

様々な組織、輪郭形成された腫瘍又は他の標的、及び、輪郭形成されたＯＡＲ又は他の領域の放射線減衰又は吸収特性に関する既知の情報とともに放射線計画パラメータを使用して、ＲＴＰを生成する。以下で説明されるように、ＲＴＰにより、放射線ビームが標的を照射するトラジェクトリ、各放射線ビームトラジェクトリの放射線ビームの空間的プロジェクション、各トラジェクトリに沿った放射線ビームの強度、標的が各トラジェクトリに沿って照射される期間などが定められる。ある実施形態では、体外照射療法、陽子線治療法、アブレーション治療法、及び高密度焦点式超音波治療法など、特定のタイプの放射線治療法向けに、ＲＴＰが最適化される。

各放射線治療セッション中、腫瘍又は他の標的、及び、ＯＡＲ又は他の領域に送達される放射線の累積的線量が決定される。治療セッションが進むにつれ、腫瘍又は他の標的は通常小さくなり、ＯＡＲ又は他の領域は通常シフトし、蓄積線量計算及び輪郭（又は、トラジェクトリ）における間違いを引き起こす可能性がある。ＲＴＰと、腫瘍又は他の標的、及び、ＯＡＲ又は他の領域に送達される累積的放射線量の統合とは、腫瘍又は他の標的、及び、ＯＡＲ又は他の領域の位置及びサイズが、ＲＴＰが基礎としている画像内にあるものとしてそのまま保たれる、ということを仮定している。それらの位置又はサイズが変化する場合、累積的放射線量は不正確になる。したがって、正確性を維持するために、ＲＴＰは定期的に更新される。ＲＴＰは、通常、治療フラクション間に更新されるが、治療フラクションの最中に更新されたり、他の予め定められた時間間隔で更新されたり、継続的に更新されたりすることなども意図されている。

例えば、放射線治療セッション中、線量は、複数のガントリ角を用いて（１つずつ）送達される。各ガントリ角から放出されるフルエンス（fluence）を、ビームと呼ぶ。各ビームは、複数のセグメントから構成されており、複数のセグメントは、マルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）リーフ位置の異なる配置に対応する。各セグメントは、標的の特定の領域を照射するよう調整され得る。従来の線量計算スキームは、各ビームの各セグメントからの線量を累積的に加算して、最終的な線量分布に到達する。以下で説明されるワークフローは、累積的線量グリッドに加え、各ビームの各セグメントからの線量を個別に計算し記憶する。具体的には、線量分布は、ＭＬＣリーフ動きパターン（MLC leaf motion pattern）、リーフ速度、ガントリパス（gantry path）、角速度など（これらに限定されない）の追加のファクタ又は他のファクタに基づいて、その構成要素に分解され得る。

患者に関するＲＴＰを更新するために、計画システム１０６は、通常、１以上の新たな計画画像を受け取る。例えば、計画システム１０６は、各放射線治療セッション（フラクション）後に、又は、予め定められた回数の放射線治療セッション（フラクション）後に、計画画像を受け取る。上述したように、計画画像では、患者の１以上の腫瘍又は他の標的に適切に焦点が合わせられている。新たな計画画像を受け取ると、又は、予め定められた数の新たな計画画像を受け取ると、輪郭（又は、トラジェクトリ）、及び／又はＲＴＰの線量は、新たな計画画像とＲＴＰ及び／又は以前のフラクションを生成するために使用された計画画像との比較を介して、通常更新される。追加的に、又は、代替として、ある実施形態では、ＲＴＰは、計画システム１０６の動き／送達補償線量モジュール１１２及び線量測定分析モジュール１１４を用いて更新される。

動き／送達補償線量モジュール１１２は、フラクション中及び／又はフラクション間に収集される患者の動きデータと、放射線送達の様々な時間における各ビーム／セグメントから収集される時間的送達メトリックとに基づいて、ＲＴＰの１回以上のフラクション中に、患者に実際に送達される線量（以降、動き補償線量分布と呼ぶ。）を計算する。動きモニタ１１８は、以前のフラクション及び／又はＲＴＰと比較した、腫瘍若しくは他の標的、及び／又は、ＯＡＲ若しくは他の領域の動きを示す動きデータを生成する。その点、動きデータは、通常、以前のフラクション及び／又はＲＴＰを生成するために使用された計画画像の座標フレームにおいて定められる。線量送達モニタ１２０は、線形加速器（ＬＩＮＡＣ）などの、放射線治療装置の治療送達装置から受け取られた時間的送達メトリックを示す時間的送達メトリックデータを生成する。線量送達モニタ１２０は、放射線送達の各時間における各ビーム／セグメントの状況を列挙する。さらに、動き／送達補償線量モジュール１１２は、時間的送達メトリックデータを用いて、治療中の標的／周囲の通常組織の位置情報を計画線量分布の特定のコンポーネントに関係付け、この関係を利用して患者に実際に送達される線量を計算する。

動きデータは、通常、腫瘍、標的、又は他の臓器に関する１以上のサロゲート（surrogate）（以降、ターゲットサロゲート（target surrogate）と呼ぶ。）から受け取られる。例えば、動きデータは、患者内の異なる場所に配置された３つのターゲットサロゲートから受け取られる。ある実施形態において、ターゲットサロゲートは、標的に密接して配置されたＲＦトランスポンダである。一実施形態における動きモニタ１１８は、複数の周囲位置の各々において、無線受信機を含み、無線受信機は、位相シフト又は変位の他のインジケータに関して、トランスポンダからの信号をモニタし、各トランスポンダの位置を三角法で測る。最も直近の計画画像に示されたトランスポンダと標的との間の空間的関係、変位、又は標的の形状の変化が決定される。他の実施形態では、ターゲットサロゲートは、患者に埋め込まれた基準マーカである。一実施形態において、動きモニタ１１８は、イメージング装置を含む。そのようなイメージング装置として、例えば、透視モードで動作する、超音波イメージング、プロジェクションＸ線イメージング、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）、ＣＴイメージングなどがある。基準マーカの変位は、透視画像を分析することにより決定される。ある実施形態では、ターゲットサロゲートは使用されない。そうではなく、画像ベースの動き追跡を利用して、動きデータを受け取る。一実施形態において、動きモニタ１１８は、上記のようなイメージング装置を含み、そのようなイメージング装置は、例えば、輪郭又は解剖学的構造を用いて、リアルタイムの標的の画像ベースの動き追跡を容易にする。

動きデータは、継続的に、要求に応じて、タイマイベントなどのイベントの発生時などに受け取ることができるが、通常は、放射線治療中、例えば、１０Ｈｚの周波数で周期的に受け取られる。動きデータが継続的に受け取られる場合、動きデータは、時間に基づいて、離散的なブロックに分けられ、最小値、中間値、最大値、平均値などのトレンドアルゴリズム（trending algorithm）が、離散的なブロックに適用される。

時間的送達メトリックデータは、通常、線量送達モニタ１２０から受け取られる。線量送達モニタ１２０は、放射線送達パターン及びシークエンシング（sequencing）など、放射線送達の様々な時間における各ビーム／セグメントの状況を列挙する。時間的送達メトリックデータは、フラクション中において常に、小さな時間増分ごと（例えば、１０〜５０ｍｓごと）のガントリの角度位置を含むが、任意の周波数、任意の所与の時間においてアクティブである特定のビームに属する制御ポイント又はセグメントの数などを使用することができる。時間的送達メトリックデータは、継続的に、要求に応じて、イベントの発生時などに受け取ることができるが、通常は、放射線治療セットアップ及び送達中、周期的に受け取られる。

動きデータが収集されるのと同時に、又は動きデータが収集された後、動き／送達補償線量モジュール１１２は、標的及び／又は周囲の通常組織からの動きデータと、時間的送達メトリックデータとを使用して、動き補償された線量分布を計算する。具体的には、動き／送達補償線量モジュール１１２は、各時間ステップにおける、腫瘍若しくは他の標的、及び／又は、ＯＡＲ若しくは他の領域の動きを示す動きデータを、ＬＩＮＡＣなどの治療送達装置から受け取られた時間的送達メトリックを示す時間的送達メトリックデータに関連付ける。

ある実施形態では、これは、収集される動きデータの時間ステップ（サンプル）ごとに、その時間ステップに関連付けられたフラクションに関するＲＴＰを生成するために使用された最も直近の計画画像と比較した、ターゲットサロゲートの剛体性の又は変形可能な動きを推定することを含む。例えば、２回の治療フラクションの治療単位にわたって収集される、３つのターゲットサロゲートに関する動きデータについて考えてみる。最初のフラクションで使用された最も直近の計画画像と比較した、標的及び表皮組織に関する動き推定が決定される。動き推定は、標的が動いた位置の範囲と、標的が各位置に存在していた頻度とを示す。剛体性の動きコンポーネントは、並進及び回転を含む。非剛体性の動きが使用されてもよい。

動き推定を決定した後、フラクションの少なくとも一部分の間における腫瘍又は他の標的に関する累積的動きパターンが決定される。具体的には、アクティブなセグメント及びビームの所与の組合せに対応する動き推定の各々が、ともにグループ化される。したがって、特定のビームに属するアクティブなセグメントごとに、その時間に標的が受けた動きに対応する動き推定のグループが存在する。次いで、各々からの動き推定が、全てのターゲットボクセルに対してグループ化され、１以上の確率密度関数（ＰＤＦ）が、グループごとの動き推定に基づいて、腫瘍又は他の標的の各々について作成される。これらのＰＤＦは、各アクティブなセグメント−ビーム組合せ間における、標的の動きパターンを表す。

ＰＤＦ又は他の悪化モデル（deterioration model）が、動き推定の各々及び治療フラクションに関連付けられた対応する時間的送達メトリックデータを腫瘍又は他の標的に適用して動き補償された位置を生じさせることにより、作成される。腫瘍又は他の標的の動き及び時間的送達メトリックデータは、フラクション中の腫瘍又は他の標的の累積的動きパターンを決定するために、ＰＤＦに蓄積される。腫瘍又は他の標的、及び時間的送達メトリックデータへの動き推定の適用は、治療ビームによる照射中の、標的が全て又は一部治療ビームの範囲外であった時間の一部分、及び、どの部分が長時間範囲外であったかを示すものである。

ＰＤＦの各々について、ＰＤＦに対応する計画線量分布は、ＰＤＦに対応するフラクション（群）に関する動き補償された線量分布を決定するために、ＰＤＦに対して畳み込まれる。具体的には、線量グリッドが、動き補償された線量グリッドコンポーネントを生成するために、適切なグループのＰＤＦに対して畳み込まれる。最終的な動き補償された線量分布が、全ての動き補償された線量グリッドを加算することにより計算される。腫瘍又は他の標的に関する動き補償された線量分布を、一フラクションの一部分（又は、サブセット）の終了まで、一フラクションの終了まで、又は、フラクション群のサブセットの終了まで蓄積することができる。

代替として、動きデータの各サンプル又はいくつかのダウンサンプルの動きを線量分布の位置に直接的に適用して、動き補償された線量分布を作成することができる。動き補償された線量分布は、サンプルが表す時間の量に基づいて重み付けすることができ、複合的な動き補償された線量分布を作成するために足し合わせることができる。

線量測定分析モジュール１１４は、腫瘍又は他の標的の動き補償された線量分布を、対応する計画線量分布と、質的に又は量的に比較する。通常は、しかし必ずではないが、動き補償された線量分布は、動き／送達補償線量モジュール１１２から受け取られる。ある実施形態において、計画線量分布からの大きな線量測定ずれが検出された場合、動き補償された線量分布に対する現実性のチェックとして、イメージングモダリティ１０２を用いたイメージングが実行される。

腫瘍又は他の標的に関する動き補償された線量分布を計画線量分布と質的に比較するために、動き補償された線量分布及び計画線量分布が、ディスプレイ１１０を介して腫瘍専門医又は他の臨床医に提示されるグラフィカルユーザインタフェース上に、グラフィカルに表示される。ある実施形態では、それらの線量分布が、隣り合わせで、互いに隣接して表示される。他の実施形態では、それらの線量分布が、透明さを変えながら互いに重なり合って表示される。色を適切に使用して、線量強度を特定する。例えば、勾配を使用して、相対強度を特定する。ここでは、色が暗いほど、強度が高くなる。さらに、輪郭（又は、トラジェクトリ）を色に重ねることができる。臨床医は、ユーザ入力装置１０８を用いて、任意のディメンデョン（例えば、横断、矢状、冠状、斜めなど）でスライスを連続的に進めることができ、スライスの結果として生じる２次元線量分布を観察することができる。１以上の治療ビームトラジェクトリを横断するスライス又はプロジェクションが意図されている。有利なことに、これは、線量及びその空間的位置における明白な且つ／又は大きな差異を特定するのを助けることができる。すなわち、これは、ホットスポット（hot spot）及び／又はコールドスポット（cold spot）を特定するのを助けることができる。ホットスポットは、予想されたものより多い放射線を受けた領域であり、コールドスポットは、予想されたものより少ない放射線を受けた領域である。ある実施形態では、質的な比較は、さらに、ユーザ入力装置１０８から比較データを受け取ることを含む。比較データは、線量分布の類似性の程度、ホットスポット及び／又はコールドスポットの位置などの、線量分布間の線量測定の差異を示すものである。

補償された線量分布を計画線量分布と量的に比較するために、複数の異なるアプローチが意図されている。ある実施形態では、計画線量分布と動き補償された線量分布との差が計算される。この差は、大きさ、位置、及び程度の少なくとも１つの観点で、コールドスポット（又は、ホットスポット）の存在に関する情報を提供する。例えば、閾値をこの差に適用して、コールドスポット及び／又はホットスポットを特定することができる。追加的に、又は、代替として、ある実施形態では、両方の線量分布における、線量ボリュームヒストグラム（ＤＶＨ：Dose Volume Histogram）、最大線量、平均線量、最小線量、ユーザ指定のボリュームにおける線量などが比較される。例えば、閾値をこの比較に適用して、臨床的に有意な差のアイデンティティ（identity）を単純化することができる。追加的に、又は、代替として、ある実施形態では、動きの線量測定上の影響が、上記のファクタの重み付け組合せとして定量化される。重みは、腫瘍専門医又は他の臨床医により決定される。

ＲＴＰの治療後分析を実行するために、計画システム１０６は、上述したように、ＲＴＰが完了した後、１以上の画像を受け取る。画像では、患者の１以上の腫瘍又は他の標的に適切に焦点が合わせられている。新たな画像及び／又は動きデータを受け取ると、動き／送達補償線量モジュール１１２及び線量測定分析モジュール１１４の少なくとも一方を使用して、ＲＴＰを分析する。動き訂正された累積的線量値が決定される。ＲＴＰは、新たな画像、累積的線量、動きモデルなどに従って調整される。例えば、線量測定分析モジュール１１４を使用して、ＲＴＰに関する動きの効果を検討することができる。

計画システム１０６は、１以上のメモリ１４０及び１以上のプロセッサベースのコントローラ１４２を適切に含む。メモリ１４０は、上述した計画システム１０６の機能の１以上を実行するために、プロセッサベースのコントローラ１４２のプロセッサを制御する実行可能命令を記憶する。さらに、ある実施形態では、動き／送達補償線量モジュール１１２及び線量測定分析モジュール１１４の少なくとも一方は、例えば、メモリ１４０に記憶された実行可能命令により具現化される。プロセッサベースのコントローラ１４２は、計画システム１０６に関連付けられた機能を実行するために、メモリ１４０に記憶された実行可能命令を実行する。計画システム１０６が、通信ネットワークから画像を受け取ること、通信ネットワークを介してＲＴＰを記憶すること、及び通信ネットワークから動きデータを受け取ることのうち少なくとも１つを実行するよう動作する場合、計画システム１０６は、プロセッサベースのコントローラ１４２と通信ネットワークとの間の通信を容易にする１以上の通信ユニット１４４をさらに含む。

計画システム１０６により生成及び／又は更新されたＲＴＰは、放射線治療計画メモリ１４６に記憶される。通常、放射線治療計画メモリ１４６は、中央レコード記憶システムである。しかしながら、放射線治療計画メモリ１４６は、計画システム１０６のローカルにある、又は、放射線治療システム１００の別のコンポーネントであることが意図されている。放射線治療計画メモリ１４６が、計画システム１０６のリモートにある場合、放射線治療計画メモリ１４６は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）などの通信ネットワークを介して、計画システム１０６に適切に接続される。

ＲＴＰの放射線治療セッション又はフラクションのスケジュールされた日時において、放射線治療装置１４８を使用して、患者に治療放射線を送達する。放射線は、体外照射療法、陽子線治療法、アブレーション治療法、及び高密度焦点式超音波治療法などの放射線治療に適したガンマ線、素粒子、Ｘ線、陽子、熱、音などを含み得る。放射線治療装置１４８は、放射線治療計画メモリ１４６に記憶されたＲＴＰに従って、放射線治療制御システム１５０により制御される。例えば、図示した実施形態では、放射線治療送達装置１４８は、線形加速器（ＬＩＮＡＣ）を含み、放射線治療制御システム１５０は、所望の統合放射線量をターゲットフィーチャ（target feature）に提供する放射線量分布を対象に送達するとともにＲＴＰに従った慎重に扱うべき重要な特徴である放射線被ばくを適切に制限する又は制約するために、ＬＩＮＡＣが対象の周りを動くときにビーム強度及びプロファイルを調整するよう、マルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）又はＬＩＮＡＣの他の放射線ビームプロファイルシェーピング装置を動作させる。

図２を参照すると、線量送達パターンのブロック図が提供される。線量送達パターン２００は、複数の放射線ビーム２０２、２０４、２０６を含む。図示したビーム２０２、２０４、２０６の各々は、特定のビームに関連する全てのパラメータを表す。ビーム２０２、２０４、２０６の各々は、１以上のセグメント２０８、２１０、２１２、２１４から構成され、セグメントの各々は、線量分布２１６、２１８、２２０、２２２と、線量分布に関連付けられた動きＰＤＦ２２４、２２６、２２８、２３０とを有する。図示されるように、完全な構成は、ビーム２についてのみ示されているが、ビーム１及びビーム‘ｎ’も同様の構成を有することが意図されている。最終的な動き補償された線量分布２３４を生成するために、推定線量グリッドがともに加算される（２３２）。

図３を参照すると、患者固有の治療を生成するための、１以上のプロセッサにより実行される方法３００のブロック図が提供される。１回以上の治療フラクションの治療単位にわたって標的を照射するための放射線治療計画（ＲＴＰ）が生成されるか又は受け取られる（３０２）。ＲＴＰは、標的に関する計画線量分布を含む。複数の治療フラクションのうち少なくとも１回の治療フラクションの間に、動きデータが受け取られる（３０４）。さらに、複数の治療フラクションのうち少なくとも１回の治療フラクションの間に、時間的送達メトリックデータが受け取られる（３０６）。動きデータ、時間的送達メトリックデータ、及び計画線量分布を用いて、標的に関する動き補償された線量分布が計算される（３０８）。標的に関する動き補償された線量分布は、動きデータ及び時間的送達メトリックデータを使用して、受け取った動きデータ及び時間的送達メトリックデータに基づいて、計画線量分布を調整する。動き補償された線量分布が計算されると、動き補償された線量分布が、計画線量分布と比較される（３１０）。

本明細書で使用されるとき、メモリは、一時的ではないコンピュータ読み取り可能な媒体；磁気ディスク若しくは他の磁気記憶媒体；光ディスク若しくは他の光記憶媒体；ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、若しくは他の電子メモリデバイス、又はチップ若しくは動作可能に相互接続されたチップのセット；インターネット／イントラネット又はローカルエリアネットワークを介して記憶された命令を取得することができるインターネット／イントラネットサーバ；などの１以上を含む。さらに、本明細書で使用されるとき、プロセッサベースのコントローラは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１以上を含み、ユーザ入力装置は、マウス、キーボード、タッチスクリーンディスプレイ、１以上のボタン、１以上のスイッチ、１以上のトグルなどの１以上を含み、ディスプレイは、ＬＣＤディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、プロジェクションディスプレイ、タッチスクリーンディスプレイなどの１以上を含む。

好ましい実施形態を参照しながら、本発明について説明した。前述の詳細な記載を読み理解すると、変形例及び変更例が生じ得る。変形例及び変更例が添付の特許請求の範囲又はその均等な構成の範囲にある限り、本発明は、そのような変形例及び変更例の全てを含むものとして構成されることが意図されている。

Claims (15)

1. 患者固有の治療を生成するための治療計画システムであって、
   １回以上の治療フラクションの治療単位にわたって標的を照射するための放射線治療計画（ＲＴＰ）を受け取るステップであって、前記ＲＴＰは、前記標的に送達される計画線量分布を含む、受け取るステップと、
   前記ＲＴＰの前記１回以上の治療フラクションのうち少なくとも１回の治療フラクションについて動きデータを受け取るステップと、
   前記ＲＴＰの前記１回以上の治療フラクションのうち少なくとも１回の治療フラクションについて時間的送達メトリックデータを受け取るステップと、
   前記動きデータ及び前記時間的送達メトリックデータを用いて、前記標的に関する動き補償された線量分布を計算する計算ステップと、
   前記動き補償された線量分布を前記計画線量分布と比較する比較ステップであって、前記動き補償された線量分布と前記計画線量分布との差を計算するステップを含む、比較ステップと、
   前記差に基づいて、コールドスポット及び／又はホットスポットを特定するステップと、
   を実行するようプログラムされた１以上のプロセッサ
   を備えた、治療計画システム。
2. 前記時間的送達メトリックデータは、フラクション中の全ての時間におけるガントリの角度位置と、任意の所与の時間においてアクティブである特定のビームに属するセグメントの数とのうち少なくとも一方を含む、請求項１記載の治療計画システム。
3. 前記動きデータ及び前記時間的送達メトリックデータから、各ビームについて推定線量グリッドを生成するステップと、
   前記推定線量グリッドの各々を足し合わせることにより、前記動き補償された線量分布を計算するステップと、
   前記受け取った動きデータ及び時間的送達メトリックデータに基づいて、前記計画線量分布を調整するステップと、
   をさらに含む、請求項１又は２記載の治療計画システム。
4. 前記計画線量分布は、ビームの各セグメントから計算され、前記標的が受ける前記動き補償された線量分布を推定するために前記動きデータに関連付けられる、請求項１乃至３いずれか一項記載の治療計画システム。
5. 前記動き補償された線量分布に基づいて、前記計画線量分布を調整するステップ
   をさらに含む、請求項１乃至４いずれか一項記載の治療計画システム。
6. 前記計算ステップは、
   前記動きデータ及び前記時間的送達メトリックデータから、１以上の確率密度関数（ＰＤＦ）を作成するステップであって、前記１以上のＰＤＦの各々は、１回以上の治療フラクション中又は動きデータが収集される任意の他の期間中の、前記標的又は臓器の累積的な動き及び送達パターンを表す、作成するステップ
   を含む、請求項１乃至５いずれか一項記載の治療計画システム。
7. 前記計算ステップは、
   前記標的に実際に送達される線量を示す１以上の動き補償された線量を決定するために、前記１以上のＰＤＦに対して計画線量分布を畳み込むステップ
   を含む、請求項６記載の治療計画システム。
8. ディスプレイ
   をさらに備え、
   前記比較ステップは、
   前記ディスプレイ上に、前記動き補償された線量分布を前記計画線量分布に隣接して表示するステップと、
   前記動き補償された線量分布を前記計画線量分布に重ねて表示するステップと、
   のうち少なくとも一方を含む、請求項１乃至７いずれか一項記載の治療計画システム。
9. １以上の計画画像を取得する１以上のイメージングモダリティと、
   前記１以上の計画画像から、１回以上の治療フラクションの治療単位にわたって標的を照射するための放射線治療計画（ＲＴＰ）を生成する請求項１乃至８いずれか一項記載の治療計画システムであって、前記ＲＴＰは、前記標的に関する計画線量分布を含む、治療計画システムと、
   前記ＲＴＰに従って放射線治療を送達するための放射線治療装置と、
   前記放射線治療装置の時間的送達メトリックを示す時間的送達メトリックデータを生成する線量送達モニタと、
   前記標的のターゲットサロゲートから動きデータを生成する動きモニタと、
   を備えた、放射線治療システム。
10. 患者固有の治療を生成する治療計画システムの作動方法であって、
    前記治療計画システムが、１回以上の治療フラクションの治療単位にわたって標的を照射するための放射線治療計画（ＲＴＰ）を受け取るステップであって、前記ＲＴＰは、前記標的に関する計画線量分布を含む、受け取るステップと、
    前記治療計画システムが、前記ＲＴＰの前記１回以上の治療フラクションのうち少なくとも１回の治療フラクションについて動きデータを受け取るステップと、
    前記治療計画システムが、前記ＲＴＰの前記１回以上の治療フラクションのうち少なくとも１回の治療フラクションについて時間的送達メトリックデータを受け取るステップと、
    前記治療計画システムが、前記受け取った動きデータ及び時間的送達メトリックデータに基づいて、前記計画線量分布を調整するために、前記動きデータ及び前記時間的送達メトリックデータを用いて、前記標的に関する動き補償された線量分布を計算する計算ステップと、
    前記治療計画システムが、前記動き補償された線量分布を前記計画線量分布と比較する比較ステップであって、前記治療計画システムが、前記動き補償された線量分布と前記計画線量分布との差を計算するステップを含む、比較ステップと、
    前記治療計画システムが、前記差に基づいて、コールドスポット及び／又はホットスポットを特定するステップと、
    を含む、作動方法。
11. 前記治療計画システムが、前記動き補償された線量分布と前記計画線量分布との間の線量測定の差異に基づいて、計画された治療計画を調整するステップ
    をさらに含む、請求項１０記載の作動方法。
12. 前記治療計画システムが、前記動きデータ及び前記時間的送達メトリックデータから、各ビームについて推定線量グリッドを生成するステップと、
    前記治療計画システムが、前記推定線量グリッドの各々を足し合わせることにより、前記動き補償された線量分布を計算するステップと、
    をさらに含む、請求項１０又は１１記載の作動方法。
13. 前記計算ステップは、
    前記治療計画システムが、前記動きデータ及び前記時間的送達メトリックデータから、１以上の確率密度関数（ＰＤＦ）を作成するステップであって、前記１以上のＰＤＦの各々は、１回以上の治療フラクション中又は動きデータが収集される任意の他の期間中の、前記標的又は臓器の累積的な動きパターンを表す、作成するステップと、
    前記治療計画システムが、前記標的に実際に送達される線量を示す１以上の動き補償された線量を決定するために、前記１以上のＰＤＦに対して計画線量分布を畳み込むステップと、
    を含む、請求項１０乃至１２いずれか一項記載の作動方法。
14. 前記比較ステップは、
    前記治療計画システムが、前記動き補償された線量分布を前記計画線量分布に隣接して表示するステップと、
    前記治療計画システムが、前記動き補償された線量分布を前記計画線量分布に重ねて表示するステップと、
    のうち少なくとも１つを含む、請求項１０乃至１３いずれか一項記載の作動方法。
15. 放射線治療計画（ＲＴＰ）に従って放射線治療を送達するための放射線治療装置と、
    標的のターゲットサロゲートから動きデータを生成する動きモニタと、
    前記放射線治療装置の時間的送達メトリックを示す時間的送達メトリックデータを生成する線量送達モニタと、
    １回以上の治療フラクションの治療単位にわたって標的を照射するための前記ＲＴＰを受け取るステップであって、前記ＲＴＰは、前記標的に関する計画線量分布を含む、受け取るステップと、
    前記ＲＴＰの前記１回以上の治療フラクションのうち少なくとも１回の治療フラクションについて前記動きデータを受け取るステップと、
    前記ＲＴＰの前記１回以上の治療フラクションのうち少なくとも１回の治療フラクションについて前記時間的送達メトリックデータを受け取るステップと、
    前記動きデータ及び前記時間的送達メトリックデータを用いて、前記標的に関する動き補償された線量分布を計算するステップと、
    前記動き補償された線量分布を前記計画線量分布と比較する比較ステップであって、前記動き補償された線量分布と前記計画線量分布との差を計算するステップを含む、比較ステップと、
    前記差に基づいて、コールドスポット及び／又はホットスポットを特定するステップと、
    を実行するようプログラムされた１以上のプロセッサと、
    を備えた、放射線治療システム。

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