JP7057834B6 - 生物学的影響計算を使用した放射線療法における分割スキームの最適化 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、分割放射線療法の計画に関する。特に、本発明は、放射線療法における分割スキームの決定に関する。より具体的には、本発明は、分割放射線療法を計画する際の分割スキームの最適化に関する。

放射線療法では、腫瘍などの患者の体内の標的構造に放射線を照射して治療する。放射線は、例えば、外部ビーム放射線療法（ＥＢＲＴ）における、光子、陽子又は粒子などの外部放射線又は内部高線量率（ＨＤＲ）近接照射療法などの内部放射線の形態であり得る。治療は、標的構造（TS）に照射される放射線ができるだけ高くなると同時に、周囲の健康な組織と構造に照射される放射線（通常、リスク臓器（OAR）と呼ばれる）が可能な限り低くなるように行われる。

治療中、放射線の線量は通常、複数の放射線療法セッションにわたって患者に送達され、各セッションの間に回復期間がある。このアプローチは分割放射線療法として知られており、セッションは分割と呼ばれる。このアプローチの背後にある理由は、TS腫瘍組織が、OARを有する健康な組織よりも線量率からの回復が少ないと予想されることにある。このようにして、分割スキームを使用することにより、より大きな総線量が患者に送達され得る。

TSに対する放射線の壊死効果と健康なOARへの悪影響の両方が、分割スキーム、つまり線量送出のタイムスケジュールの影響を受ける。分割のこの生物学的影響は、一般に組織のタイプに依存し、治療で使用される放射線のタイプにも依存する可能性がある。異なる放射線治療を異なる分割スキームと比較するため、組織への生物学的影響を計算するための定性的効果モデルが必要である。この目的のために、科学研究では、いくつかのモデルが開発されている。分割放射線療法の生物学的影響を調査するために最も広く使用され受け入れられている方法は、生物学的有効線量（BED）モデルと線形二次（LQ）モデルである。

J. F. Fowlerによる「線形二次式と分割放射線療法の進歩」（vol. 62、No.740、1989年8月、679乃至694ページ）によってレビューがなされている。

放射線療法治療を制御するための治療パラメータは、通常、治療計画で規定され、TSに送達されるべき放射線量Dの条件を特定する治療目標に基づいて計画手順で生成される。条件には、OARに送達されるべき線量の最大値も含まれる。数値最適化は、送達するのに最適な総線量分布を決定するために使用される。通常、放射線療法計画プロセスのこの段階は、治療計画又は逆計画と呼ばれる。

分割放射線療法では、総送達線量Dを決定することに加えて、総線量を送達時間にわたってどのように分割するかについても選択を行う必要がある。これにより、分割数Nも計画パラメータになる。 Nは、放射線治療計画プロセスの後続のステップで選択される。腫瘍TSとOARを含む健康な組織は、一般に、フラクションで送達される線量に対する感度が異なり、線量分布が異なるため、Nの選択は、TS対OARに関する異なる生物学的影響を有することができる。適切に選択される分割スキームは、OARへの望ましくない損傷を制限しながら、望ましい治療効果を高めることができる。現在の計画システムでは、通常、送達される線量のみが計算され、最適化される。分割レジームの選択、特にNの数は、利用可能な臨床ガイドライン、過去の優先順位、及び個人の経験に基づく医師の判断に基づいて規定される。さらに、現在、治療費管理の観点からNをできるだけ低く保つ傾向がある。これは、現在の臨床診療では、選択した分割スキームが最適なスキームではない場合が多いことを意味する。

本発明は、分割スキームが分割数の単純な選択であるべきではなく、代わりに放射線療法計画プロセスの第２段階と見なされるべきであることを認識する。本発明は、分割放射線療法治療計画の質的、生物学的影響に基づいて放射線療法を計画する際に分割スキームを最適化できるようにするための医師の必要性に取り組むことを目的とする。

それに加えて、分割スキームを最適化するためのシステム及び方法、ならびにこの方法を実行するためのコンピュータプログラム、ならびに放射線療法を計画するための装置が提供される。

被検体の放射線療法を計画する際に分割スキームを最適化するシステムは、被検体の解剖学的画像データ及び被検体に送達される線量分布を有する所定の放射線療法治療計画を受信するように構成される入力部を有する。システムはさらに、分割スキームの基準パラメータの第1のセットを受信するように構成される入力部を有する。システムはさらに、分割スキームのパラメータの第2のセットを受信するように構成される分割スキーム入力部を含み、システムは、少なくとも1つの定性的効果計算モデルを有する生物学的影響計算モジュールを含み、計算モジュールは、被検体の解剖学的画像データ、線量分布、及び分割スキームのパラメータの受信セットに基づいて前記放射線療法治療計画の前記生物学的影響を計算するように構成される。システムはまた、生物学的影響計算モジュールからの結果の少なくとも2つのセットを同時に提供するように構成される出力モジュールを備え、結果の第１のセットでは、基準パラメータが分割スキームのパラメータの受信セットとして使用され、結果の第２のセットでは、パラメータの第２のセットが、分割スキームのパラメータの受信セットとして使用される。

システムの実施形態では、出力はさらに、結果の二つのセットの間の差を提供するように構成される。これにより、両方の生物学的影響が類似している場合に、結果の二つのセットの比較を改善できる。

これは、出力モジュールがグラフィックディスプレイを構成するオプションでもある。これにより、結果を視覚的に比較できる。分割スキームの入力には、グラフィカルインターフェイスを含めることができる。出力モジュール及び分割スキーム入力がグラフィカルユニットインターフェースによって提供される場合、それは特に有利である。そのような実施形態は、おそらく所与のオプションの何れかと組み合わせて、医師にとって特にユーザーフレンドリーである。

被検体の放射線療法を計画する際に分割スキームを最適化する方法は、前記被検体の解剖学的画像データを受信するステップと、前記被検体に送達される線量分布を有する所定の放射線療法治療計画を受信するステップと、分割スキームの基準パラメータの第１のセットを受信するステップと、分割スキームのパラメータの第2のセットを受信するステップと、前記解剖学的画像データ、前記線量分布、及び前記分割スキームのパラメータの第1のセット及び第2のセットの両方に基づいて、前記放射線療法治療計画の前記生物学的影響を計算するステップと、前記分割スキームのパラメータの第１のセット及び第２のセットの両方について、前記生物学的影響の計算結果を同時に提供するステップとを有する。この方法は、好ましくは、コンピュータによって実施されるか、又は他の適切な計算手段によって実施される。結果は、好ましくは、それらをディスプレイ上に表示することによって提供される。

方法のさらなる実施形態では、方法のステップは、パラメータの最適なセットが決定されるまで、各繰り返しにおけるパラメータの第２のセットについて異なる値を使用して繰り返し実行される。特に有利な実施形態では、この繰り返しは自動化されている。

放射線治療を計画するための装置は、治療されるべき被検体の画像を提供するように構成される撮像装置と、前記撮像装置によって提供される画像に基づいて解剖学的画像データを提供するように構成される輪郭付けツールと、前記被検体に送達されるべき線量分布を有する放射線療法治療計画を決定するように構成されるシステムと、前記分割スキームを最適化するためのシステムとを有する。

本発明の利点は、被検体に送達される線量分布を有する所定の放射線療法治療計画を利用することである。この総線量分布は、分割スキームの最適化の一部として計算されないため、計算時間が大幅に短縮される。これにより、分割スキームの最適化プロセスの速度が向上する。

別の利点は、本発明が分割スキームの生物学的影響を示すことである。これにより、医師はパラメータの選択に関して追加の洞察を得ることができる。この洞察は、パラメータの第1の基準選択と第２のパラメータセットの両方に提供される。

さらなる利点は、分割スキームのパラメータの第2のセットを提供し、基準パラメータの第1のセットとパラメータの第2のセットの両方に対する生物学的影響計算からの結果を同時に提供する可能性にある。これにより、医師は2つのオプションを比較し、2つのうちどちらが分割スキームとして治療に最適かについて選択できる。

別の利点は、システム及び方法を使用する分割スキームの最適化を自動化できるというオプションにある。パラメータの第２のセットは繰り返し変更でき、結果として計算される生物学的影響はTSの最大の定性的効果を見つけるために最適化される。

分割スキームを最適化するためのシステム及び放射線療法を計画するための装置のさらなる構成要素を概略的かつ例示的に示す。 放射線療法を計画する際に分割スキームを最適化するための方法のステップを概略的かつ例示的に示している。 組み合わされるグラフィック出力モジュール及び分割スキーム入力の例を概略的に示す。 マルチモダリティ放射線療法を計画する際に使用するための、組み合わされるグラフィック出力モジュール及び分割スキーム入力部の例を概略的に示す。

図１は、被検体の放射線療法を計画する際に分割スキームを最適化するためのシステム１を示す。この例では、システム1は、放射線治療2を計画するための構成の一部として示されている。

放射線療法計画2の配置では、コンピュータ断層撮影（CT）、磁気共鳴（MR）、陽電子放出断層撮影（PET）又はその他の医用画像が画像化装置3によって取得され、腫瘍TSと隣接するOARの輪郭を描く輪郭描出ツール4を使用して輪郭付けられる。それから、医師は、隣接するOARへの放射線被曝の制約とともに腫瘍TSに送達される線量などのさまざまな線量目標を選択する。

次の治療計画が実施され、被検体5に送達される線量分布を有する放射線療法治療計画を決定するように構成されるシステムを使用する。この計画中に、患者に送達される線量を有する放射線治療計画が作成され、 CT又はMR画像と、描かれた腫瘍やOAR輪郭などの解剖学的画像データとによって表される、患者の特定の解剖学的構造の線量目標は達成される。医師は作成される計画をレビューし、結果として得られる計算される線量分布の最終承認を行う。

治療計画の線量分布が承認されるとき、治療の分割スキームを決定する必要がある。図１は、分割スキームを最適化するのに使用できるシステム１を示している。

システムは、被検体の解剖学的画像データを受け取るように構成される入力部6を有する。このデータは、コンターツール4によって以前に決定されるTSとOARの輪郭を示すコンターデータなどのコンターデータとすることができる。システムは、被検体に送達される線量分布を有する所定の放射線治療計画を受信するように構成される入力部7も備えている。システムはさらに、分割スキームの基準パラメータの第１のセットを受け取るように構成される入力部８を有する。この例では、基準パラメータのセットは、基準パラメータライブラリ9から選択される。あるいは、パラメータは、臨床ワークフローシステム又は異なるタイプの医療データベースによって提供できる。さらなる代替案は、基準パラメータの第１のセットが、医師の臨床経験又は臨床ガイドラインに基づいて医師によって入力部8に入力されることである。図1の例では、入力部6、7、8は3つの個別のユニットとして示されているが、これらを2つ又は1つのユニットに組み合わせることもできる。

さらに、システムはまた、分割スキームのパラメータの第２のセットを受け取るように構成される分割スキーム入力部１０を有する。また、この基準パラメータの第２のセットは、基準パラメータライブラリから選択されてもよく、又は代替として、臨床ワークフローシステム又は異なるタイプの医療データベースによって提供されてもよい。この例では、医師は、パラメータ値11を入力するためのコントロールを介して、基準パラメータと比較されるパラメータの第２の代替のセットを入力部に入力する。

入力部を介して受け取られた情報に基づいて、生物学的影響計算モジュール１２は、放射線療法治療の生物学的影響を計算する。計算は、少なくとも1つの定性的効果計算モデルに基づいている。分割放射線療法の生物学的影響を調査するために最も広く使用され受け入れられている方法は、生物学的有効線量（BED）モデルと線形二次（LQ）モデルである。質的効果モデルは、組織固有のパラメータを使用して、組織の放射線反応を特徴付ける。たとえば、BEDモデルはα/β比を使用する。そのようなパラメータの値は臨床研究で決定されており、これらの値のライブラリは、定性的効果計算モデルの一部として計算モデルに含まれる。追加のオプションとして、計算モジュールには複数の定性的効果計算モデルを提供することもできる。したがって、医師に、好ましいモデルを選択するオプションが提示されることができる。

計算モジュール１２は、分割スキームのための基準パラメータの第１のセットを使用して放射線療法治療の生物学的影響を計算し、結果ならびに受信される基準パラメータの第２のセットを計算する。出力モジュール１３は、結果のセットを同時に提供する。図１の例では、出力モジュール１３はディスプレイであり、結果は、それらをピクチャ１４、１５として並べて表示することによって提示される。代わりに、結果をグラフ又はデータテーブルとして表示することもできる。

結果は同時に提供されるため、医師は、この例ではパラメータを入力した第２の分割スキームの生物学的影響を、基準スキームの生物学的影響と比較できる。それから、2つのオプションの一つが存在し、放射線療法に最適な分割スキームが存在するかを判断したり、さらなる評価のために入力部10に第2パラメータの異なるセットを提供したりできる。

図１の実施形態では、出力モジュール１３のディスプレイ及び第２のパラメータ入力部１１のデータ入力部分は、グラフィックユニットインターフェース１６で組み合わされる。このようなグラフィックユニットインターフェース１６は、システムを医師にとって使いやすいものにする。グラフィカルユニットインターフェース１６及び計算モジュール１２は両方とも、メインフレーム又はパーソナルコンピュータなどの同じ計算システムの一部であり得るが、インターフェース１６はまた、ワイヤレス接続されるモバイルデバイスなどの別個のデバイスであり得る。

図２は、放射線治療２０１を計画する際に分割スキームを最適化するための方法のステップを概略的に示す。この方法は、好ましくは、コンピュータで実施されるか、又は他の適切な計算手段によって実施される。

分割スキーム２０１を最適化するための方法は、被検体に送達されるべき線量分布を有する放射線療法治療計画を決定するための放射線療法計画ステップ２０２によって先行される。これらの方法のステップは、上記の放射線治療2の計画の配置に関連して説明したのと同じプロトコルに従う。最初に、患者の医用画像が取得される203。それから、治療される被検体の解剖学的画像データが決定される204。通常、解剖学的画像データは、医用画像の輪郭を描くことによって決定され、TS及び隣接するOARの輪郭を描く。それから、医師はさまざまな線量目標、例えば隣接するOARへの放射線被曝の制約とともに腫瘍TSに送達される線量を選択し、治療計画が実行される205。この計画中に、画像データによって表される患者の特定の解剖学的構造の線量目標を達成する、患者に送達される線量を含む放射線治療計画が作成される。その結果は、所定の放射線治療計画である。

これらのステップは、本発明による分割スキーム２０１を最適化するための方法ステップによって後続される。治療される被検体の解剖学的画像データ、及び被検体に送達されるべき線量分布を有する所定の放射線療法治療計画は、分割スキームの生物学的影響を計算するための基礎として受け取られる。また、分割スキームの基準パラメータの第１のセットが受信される。この基準の第1のセットは、データ記憶装置によって自動的に供給される209か、あるいは、医師が入力することができる。分割スキームのパラメータの第２のセットも受信される２１０。これらのパラメータは、両方の生物学的影響に基づいて、最初の基準分割スキームと比較される代替の分割スキームを表す。このパラメータの第２のセットは、データ記憶装置によって自動的に供給されるか、又は医師によって入力されてもよい。

このデータに基づいて、生物学的影響は、分割スキーム２１２のパラメータの第１のセット及び第２のセットの両方について計算され、結果の両方のセットが同時に提供される２１３。データは、例えば、それを表示することによって提供され得る。これは、たとえば画像やグラフなどのグラフィック形式で、又はたとえばデータテーブルなどの数値で行うことができる。

有利な例２１７では、方法は結果２１８を比較及び評価するさらなるステップを有する。スキームの１つが送達に最も適したものとして受け入れられ得る場合、評価は正のＹであり、示される分割スキームが最終的な最適計画219で確立される。どちらの方式も送達に最も適したものとして受け入れられない場合、評価は負のXになる。この状況では、第２のパラメータの別の代替セットが受信され、再び新しいパラメータ212の生物学的影響が計算される。結果は、基準結果213と同時に供給され、評価される218。このようにして、分割スキームを最適化するための繰り返しプロセスが提供される。繰り返しプロセスでは、医師はパラメータを入力し、各繰り返しで評価を実行できる。あるいは、パラメータの第2のセット及び所定の評価基準に対して所定の変動を使用することにより、繰り返しプロセスを自動化することができる。好ましくは、自動化される繰り返しプロセスでは、最適化アルゴリズムが使用される。

本明細書に開示される方法ステップのいずれも、プロセッサ上で実行されるとプロセッサにそのような方法ステップを実行させる命令を有するコンピュータプログラムの形で記録されてもよい。命令は、コンピュータプログラムに記憶され得る。コンピュータプログラムは、専用ハードウェア、ならびに適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアによって提供されてもよい。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、又は一部を共有できる複数の個別のプロセッサによって提供できる。さらに、本発明の実施形態は、コンピュータ又は任意の命令実行システムによって、又はそれに関連して使用するためのプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムの形をとることができる。この説明の目的のために、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、又はデバイスによって、又はそれらと関連して使用するためのプログラムを含み、記憶し、通信し、伝播し、又は移送し得る任意の装置であり得る。 媒体は、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、又は半導体システム、あるいは装置又はデバイス、あるいは伝搬媒体であり得る。コンピュータ可読媒体の例には、半導体又は固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能なコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ「RAM」、読み取り専用メモリ「ROM」、固定磁気ディスク及び光ディスクが含まれる。現在の光ディスクの例には、コンパクトディスク-読み取り専用メモリ「CD-ROM」、コンパクトディスク-読み取り/書き込み「CD-R / W」、Blu-Ray(tm)及びDVDが含まれる。伝播媒体の例は、インターネット又は他の有線又は無線通信システムである。

図3は、グラフィック出力モジュールと分割スキーム入力部を組み合わせた例を概略的に示す。

組み合わされる出力と入力は、グラフィカルユニットインターフェース、又はGUI 316として具体化される。GUI316は、分割スキームナビゲーションボード320、OAR許容インターフェース330、線量体積ヒストグラムビューア340、TS情報ディスプレイ350、生物学的影響プロット360、3つの結果表示314、315、370、結果画像スライスナビゲーター380を持っている。

分割スキームナビゲーションボード３２０は、分割スキームのパラメータの第２のセットを入力するための分割スキーム入力部３１１を有する。この例では、分割スキームの基準パラメータの第１のセットがデータベースから自動的にアップロードされる。しかしながら、基準パラメータを手動で入力するための追加のパラメータ入力も、GUIの一部であってもよい。パラメータ入力は、分割の数Ｎ ３２２及び総線量Ｄ ３２３を入力するための入力ボックスを有する。ナビゲーションボード３２０の情報テーブル３２１は、フラテーションスキームに関する詳細情報を提供する。これにより、基準分割スキームと入力した第２の分割スキームの詳細な数値比較が可能になる。

追加のオプションとして、この入力部311には、TS 324の生物学的影響全体をパラメータとしてロックするためのチェックボックスもある。 TSの生物学的影響が固定されている場合、この効果に到達するための最適なパラメータN及びDを調査できる。この例の生物学的影響分割スキームプロット360は、ロックされるターゲットTSプロットである。ターゲットTSの生物学的影響は、上部に直線の固定線として表示される。他のTSやOARへの生物学的影響は、入力されるDの値に対するNの関数として表示される。グラフはDが変更されると更新される。この視覚化は、医師が最適な分割スキームを調査するのにも役立つ。

また、追加のオプションとして、この実施形態の入力部３１１は、最大ＴＳ影響ボタン３２５を有する。このボタンがアクティブ化されると、計算モジュールは、最適な分割スキームを完全に自動的に決定する。

ＯＡＲ許容インターフェース３３０は、ＯＡＲに関する詳細情報を提供する。関心ＯＡＲは、ドロップダウンメニュー３３１から選択することができる。この例では、３つのオプションが示されているが、より多い又はより少ないオプションを提供することもできる。選択したOARに関する情報を表333に示す。この情報には、受け取った総線量、基準分割スキームでの総生物学的影響、第２の分割スキームでの総生物学的影響が含まれる。この情報から、医師はOAR許容条件が満たされているかを判断できる。また、受け取った生物学的影響が許容範囲内にあるか、又は最大許容値に近いかも判断できる。

この実施形態では、ＯＡＲ許容インターフェースは、ＯＡＲの生物学的影響値をロックするオプションを提供するチェックボックス３３２も有する。あるいは、医師が手動で最大値を入力できる数値入力を提供することもできる。 1つ以上のOAR値ロックが使用されている場合、OARの最大の生物学的影響値は、分割スキームの追加パラメータとして計算モジュールに入力される。このようにして、ＯＡＲ許容インターフェース３３０は、分割スキームナビゲーションボード３２０への追加として考えられ得る。

線量体積ヒストグラムビューア３４０は、ＯＡＲ及びＴＳの各体積分率で現在送達される線量を視覚化するために提供される。関心ＯＡＲとTSはドロップダウンメニューから選択でき、情報は表とグラフの形式で提供される341。情報は、たとえば、受け取った総線量と第１及び第２の分割スキームの生物学的影響である。グラフ３４１及び表は、医師が分割スキームパラメータに新しい値を入力するたびに更新される。

ＴＳ情報表示３５０は、ＴＳに関する詳細情報を提供する。このような情報には、TSが受ける平均、最小、最大の生物学的影響及び/又は線量が含まれる。複数のTSがある場合、TSはドロップダウンメニューから選択できる。

この実施形態の出力モジュールは、結果を３つのピクチャ３１４、３１５、３７０のセットとして示す。左のピクチャ３１４は、生物学的影響計算モジュールからの結果の第１の基準セットを示し、中央のピクチャ３１５は、結果の第２のセットを示す。右のピクチャ370は、結果の2つのセットの差を示す。

結果は複数の方法でピクチャとして提示できるが、被検体の解剖学的画像データ及び計算される生物学的影響の視覚化を含めることは、医師にとって特に有用である。これは、たとえば、患者のグレースケールCT又はMRI画像を背景として使用することによって複数の方法で行うことができる。現在の例では、解剖学的画像データが等高線オーバーレイとして含まれている。これらの輪郭は、好ましくは、計算モジュールによって使用される被検体の解剖学的画像データと同じであり、３つの結果画像すべてについて同じである。ピクチャ３７１の外側の輪郭は、患者全体を描写している。 OAR 372及びTS 373に対してその他の輪郭が含まれている。

生物学的影響は、複数の方法で画像に含めることもできる。一例として、生物学的影響を色付きのホットゾーンオーバーレイとして表示できる。そのようなタイプの表現は、分割スキーム最適化に先行する放射線治療計画において放射線量を表すためにしばしば使用されるため、医師には知られている。これにより、ピクチャが理解しやすくなり、使いやすくなる。現在の例で示されている生物学的影響を表す別の方法は、アイソインパクトラインの使用である。これらは、同じ生物学的影響のある点を結ぶ線、破線374である。

結果のピクチャのそれぞれは、患者の画像からの画像スライスに対応している。各スライスは、患者の長さに沿った断面を示す。結果画像スライスナビゲーター３８０は、医師が患者の関連部分の３次元画像を構成するスライスを通じてナビゲートすることを可能にする。この例のスライスナビゲーターは、スライド間を移動するための矢印、画像をズーム又はパンするためのボタン、及び/又は解剖学的構造の外陰線などの特定の部分のオンとオフを切り替えるトグルを有する。

上記の例では、放射線療法における分割スキームを最適化するためのシステム及び方法は、単一の放射線治療モダリティ、例えば光子EBRT、陽子又は粒子EBRT、HDR近接照射療法を使用する放射線治療の計画に関連して説明されてきた。しかしながら、システム及び方法は、マルチモダリティ放射線療法の計画における分割スキームの最適化に等しく適用され得る。マルチモダリティ放射線療法では、複数の異なる放射線治療モダリティの組み合わせからなる治療が患者に提供される。現在の臨床診療の例は、光子又は陽子EBRT、又は陽子と光子の組み合わせEBRTによって後続される初期HDR近接照射療法ブーストである。

マルチモダリティ放射線療法の治療計画では、各治療に対して別個の、事前に最適化される2つの線量分布が提供される。 OARとTSのコンター形式の解剖学的データが提供され、それぞれに使用される。 2つの線量分布のそれぞれは、対応するパラメータを持つ独自の分割スキームを持つ必要がある。現在の臨床診療では、各治療のNとDの選択は、単一のモダリティ放射線治療に対して計画が行われたかのように別々に行われる。分割レジームの選択、特にNの数は、利用可能な臨床ガイドライン、過去の優先順位、及び個人の経験に基づく医師の判断に基づいて規定される。これはすでに各モダリティの最適でない選択にすでにつながる可能性があり、最適でない治療計画がさらに総合的な放射線治療計画に組み込まれるため、状況はさらに悪化する。

現在の実施形態は、放射線治療を計画する際に分割スキームを最適化するためのシステム及び方法を提供することによってこの特定の追加の問題に対処し、放射線治療計画は、複数の放射線治療モダリティで使用するように構成される。この実施形態では、少なくとも２つの所定の放射線療法計画が、治療される患者の解剖学的画像データと共に入力によって受け取られる。分割スキームの基準パラメータの第１のセットは、少なくとも2つのプランの分割スキームの基準パラメータを含む。分割スキームの入力により、ユーザーは少なくとも2つのプランの基準パラメータの第２のセットを入力できる。生物学的影響計算モジュールは、パラメータの各セットの、各治療モダリティに対する生物学的影響を計算する。有利には、計算モジュールはまた、パラメータのセットのそれぞれについての組み合わされる治療計画の総生物学的影響を計算することができる。これにより、医師は、各放射線モダリティに対する分割スキームの生物学的影響と、治療計画に対する組み合わされる全影響を個別に評価し、NとDのさまざまなオプションを比較することができる。このようにして、マルチモダリティ放射線療法計画の最適な分割計画を決定できる。

図4は、マルチモダリティ放射線治療を計画する分割スキームを最適化する際に使用するための、グラフィック出力モジュールと分割スキーム入力部の組み合わせの例を概略的に示す。この例では、2つの放射線療法、つまりHDR近接照射療法と光子EBRTを組み合わせて使用している。しかしながら、同じ概念が他の治療法の組み合わせにも当てはまる。

組み合わされる出力と入力は、グラフィカルユニットインターフェース、又はGUI 416として具体化されている。GUI416は、分割スキームナビゲーションボード420、OAR許容インターフェース430、TS情報表示450、生物学的分割スキームプロット460、及び2つの結果ディスプレイ470、475を持っている。

分割スキームナビゲーションボード４２０は、組み合わされる分割スキームのパラメータの第２のセットを入力するための制御を有する分割スキーム入力部４１１を有する。この例では、分割スキームの基準パラメータの第１のセットがデータベースから自動的にアップロードされる。このマルチモダリティの実施形態では、スライダを使用して、HDR及びEBRTモダリティのそれぞれに分割数と総線量が提供される。これにより、HDR分割422の数を提供するスライダー、HDR総線量D 423を提供するスライダー、EBRT分割428の数を提供するスライダー、EBRT総線量D 429を提供するスライダーの合計4つのスライダーが作成される。ナビゲーションボード４２０のＨＤＲ情報テーブル４２１は、ＨＤＲ小線源治療のための分割スキームの詳細を提供する。ナビゲーションボード４２０内の別の別個の情報テーブル４２７は、光子ＥＢＲＴ療法のための分割スキームに関する詳細情報を提供する。これにより、基準分割スキームと第２の分割スキームの詳細な数値比較が可能になる。

追加オプションとして、この入力部411には、TS 424の組み合わされる全生物学的影響をパラメータとしてロックするためのチェックボックスもある。 TSの生物学的影響が固定されている場合、この効果に到達するための両方のタイプの治療の最適なパラメータN及びDを調査できる。この例では、生物学的影響分割スキームのプロット460も提供されており、医師が最適な分割スキームを調査するのを支援している。

さらに追加のオプションとして、この実施形態の入力部４１１は、最大ＴＳ影響ボタン４２５を有する。このボタンがアクティブ化されると、計算モジュールは、最適な組み合わされる分割スキームを完全に自動的に繰り返し決定する。
ＯＡＲ許容インターフェース４３０は、ＯＡＲに関する詳細情報を提供する。関心ＯＡＲは、ドロップダウンメニュー４３１から選択することができる。この例では、５つのオプションが示されているが、より多い又はより少ないオプションを提供することもできる。前の実施形態に関して、選択されるＯＡＲに関する情報は、ここでもテーブル４３３で提供される。

この実施形態では、ＯＡＲ許容インターフェースは、ＯＡＲの生物学的影響値をロックするオプションを提供するチェックボックス４３２も有する。 1つ以上のOAR値ロックが使用されている場合、OARの最大の生物学的影響値は、分割スキームの追加パラメータとして計算モジュールに入力される。このようにして、ＯＡＲ許容インターフェース４３０は、分割スキームナビゲーションボード４２０への追加として考えることができる。

ＴＳ情報ディスプレイ４５０は、ＴＳに関する詳細情報を提供する。このような情報には、TSが受ける平均、最小、及び最大の生物学的影響及び/又は線量が含まれる。複数のTSがある場合、TSはドロップダウンメニューから選択できる。

この実施形態の出力モジュールは、それぞれ３つのピクチャのセットを備えた２つの表示ボックス４７０、４７５を示す。左側の表示ボックス４７０は、生物学的影響計算モジュールからの結果の第１の基準セットを示す。結果は、光子EBRT 471とHDR近接照射療法472の生物学的影響のピクチャ、及び両方の療法473の生物学的影響の組み合わせのピクチャとして表示される。右側の表示ボックス475は、結果の第２のセットを示す。ここでも結果は、別々に光子EBRT 476とHDR近接照射療法477の生物学的影響のピクチャとして、及び両方の治療法478の生物学的影響を組み合わせたピクチャとして提示される。これにより、評価のための2つの分割スキームの完全な視覚的比較が可能になる。

結果は複数の方法でピクチャとして提示できる。この例では、背景として患者のグレースケールCT画像を使用することによって、解剖学的画像データが含まれている。すべての画像471、472、473、476、477、478で同じ画像が使用されている。生物学的影響は、画像に複数の方法で含まれる場合がある。この例では、生物学的影響は色付きの半透明のホットゾーンオーバーレイである。

開示される実施形態の変形は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、請求される発明を実施する際に当業者によって理解及び達成され得る。様々な実施形態を組み合わせて、さらなる有利な効果を達成できることに留意される。

特許請求の範囲において、「有する」という語は他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は複数を除外しない。

単一のユニット又はデバイスが、特許請求の範囲に記載されているいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の方策が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用できないことを示していない。

請求項における参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 被検体の放射線療法を計画する際に分割スキームを最適化するためのシステムであって、
   -前記被検体の解剖学的画像データ及び前記被検体に送達されるべき線量分布を有する所定の放射線療法治療計画を受信するように構成される入力部と、
   -分割スキームの基準パラメータの第１のセットを受信するように構成される入力部と、
   -分割スキームのパラメータの第2のセットを受信するように構成される分割スキーム入力部と、
   -少なくとも1つの定性的効果計算モデルを有する生物学的影響計算モジュールであって、前記計算モジュールは、前記被検体の前記解剖学的画像データ、前記線量分布、前記分割スキームの基準パラメータの第１のセット、及び前記分割スキームのパラメータの第2のセットに基づいて、前記放射線療法治療計画の前記生物学的影響を計算するように構成される、生物学的影響計算モジュールと、
   -前記生物学的影響計算モジュールから結果の少なくとも二つのセットを同時に提供するように構成される出力モジュールと
   を有し、
   前記結果の第１のセットに対して、前記分割スキームの基準パラメータの第１のセットが使用され、前記結果の第２のセットに対して、前記分割スキームのパラメータの第２のセットが使用される、
   システム。
2. 前記出力モジュールは、前記結果の二つのセットの間の差を提供するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記出力モジュールはグラフィックディスプレイを有する、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記分割スキーム入力部は、前記パラメータ値の第２のセットを入力するためのコントローラを有するグラフィカルインターフェースを含む、請求項１乃至３の何れか一項に記載のシステム。
5. 前記出力モジュール及び前記分割スキーム入力部は、グラフィカルユニットインターフェースによって提供される、請求項１乃至４の何れか一項に記載のシステム。
6. 前記放射線治療計画は単一の放射線治療モダリティで使用されるように構成される、請求項１乃至５の何れか一項に記載のシステム。
7. 前記放射線治療計画は、複数の放射線治療モダリティで使用されるように構成される、請求項１乃至５の何れか一項に記載のシステム。
8. 関心領域に関する最大の生物学的影響に対応する前記パラメータが決定されるまで前記生物学的影響の前記計算が前記パラメータのセットに対して異なる値で繰り返されるように、前記システムは前記分割の前記パラメータの第２のセットを繰り返し受信するように構成される、請求項１乃至７の何れか一項に記載のシステム。
9. 被検体の放射線療法を計画する際に分割スキームを最適化するためのシステムの作動方法であって、前記システムは、入力部、分割スキーム入力部、生物学的影響計算モジュール、及び出力モジュールを有し、
   -前記入力部が、前記被検体の解剖学的画像データを受信するステップと、
   -前記入力部が、前記被検体に送達されるべき線量分布を有する所定の放射線療法治療計画を受信するステップと、
   -前記入力部が、分割スキームの基準パラメータの第１のセットを受信するステップと、
   -前記分割スキーム入力部が、分割スキームのパラメータの第2のセットを受信するステップと、
   -前記生物学的影響計算モジュールが、前記解剖学的画像データ、前記線量分布、及び前記分割スキームのパラメータの第1のセット及び第2のセットの両方に基づいて、前記放射線療法治療計画の前記生物学的影響を計算するステップと、
   -前記出力モジュールが、前記分割スキームのパラメータの第１のセット及び第２のセットの両方に対して、前記生物学的影響の計算結果を同時に提供するステップと
   を有する、方法。
10. 前記生物学的影響計算モジュールが、前記パラメータの第１及び第２のセットの両方に対して前記生物学的影響の計算結果の間の差を計算するステップと、前記出力モジュールが、前記計算される差を提供するステップとをさらに有する、請求項９に記載の方法。
11. 前記パラメータの第１及び第２のセットの両方に対して前記生物学的影響の計算結果が比較されるステップと、前記パラメータの受信セットの１つが、前記被検体への送達に最も適切な前記分割スキームをもたらすかが評価されるステップとをさらに有する、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記方法ステップは、パラメータの最適なセットが決定されるまで、各繰り返しにおいて前記パラメータの第２のセットに対して異なる値を使用して繰り返し実行される、請求項９乃至１１の何れか一項に記載の方法。
13. コンピュータプログラムがプロセッサ上で実行されるとき、請求項１に記載の前記計算モジュールに請求項９乃至１１の何れか一項に記載の方法を実行させるための命令を有するコンピュータプログラム。
14. 実行されるとき、請求項９乃至１１の何れか一項に記載の方法を実行するようにプロセッサを制御する命令を有するコンピュータプログラム。
15. 放射線療法を計画するための装置であって、
    -治療されるべき被検体の画像を提供するように構成される撮像装置と、
    -前記撮像装置によって提供される前記画像に基づいて解剖学的画像データを提供するように構成される輪郭付けツールと、
    -前記被検体に送達されるべき線量分布を有する放射線療法治療計画を決定するように構成されるシステムと、
    -前記分割スキームを最適化するための請求項1に記載のシステムと
    を有する、装置。

Images