JP7199226B2 - 放射線治療のインタラクティブ計画 - Google Patents

Description

本願発明は、概して、外部ビーム放射線治療に関し、例えば、強度変調放射線治療（Intensity Modulate Radiation Therapy、ＩＭＲＴ）、強度変調プロトン治療（Intensity Modulated Proton Therapy、ＩＭＰＴ）、及び／又はボリュメトリック変調アーク治療（Volumetric Modulated Arc Therapy、ＶＭＡＴ）放射線治療計画のような逆方向計画最適化技法への特定の用途に関して記述される。

ＩＭＲＴ、ＩＭＰＴ及び／又はＶＭＡＴ放射線治療技法は、ターゲット領域の病変組織を破壊する又は制御するために、高い線量を癌性増殖のようなターゲット領域に供給する。線量目標は、例えばＸ線コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）画像のような１又は複数のボリュメトリック計画画像に基づいて、医師により識別される。線量目標に基づいて、ターゲット領域に対する外部放射線のビームの向き、持続時間、形状及び／又は強度を計画するために、オプティマイザが使用される。線量目的関数に従う逆方向計画の外部ビームは、例えばブラキセラピーのような他の放射線治療直接計画方法とは異なる。ブラキセラピーの場合、ポイントソース及びロケーションが指定され、ポイントソース及びロケーションから線量が計算される。逆方向計画（インバースプランニング）方法では、ターゲットボリューム及び近くの器官又はリスク器官（ＯＡＲ）が、計画画像において識別されるとともに、一般に、計画画像からサブボリュームのような構造としてセグメント化される。

放射線源から身体を通過して進む外部放射線のビームを供給する際、放射線ビームの経路内の器官もまた、供給される放射線に曝される。器官は、直列器官又は並列器官として分類されることができる。例えば脳幹、脊髄、その他の直列器官は、直列器官の任意の部分に致死量の放射線を受ける場合、器官全体を機能しなくさせる。例えば耳下腺、喉頭、口唇、その他の並列器官、は、並列器官の一部に致死線量を受ける可能性があるが、なお残りの部分からの機能を少なくとも維持する。

外部放射線ビームの計画方法は、一般に、競合する目的関数を含む。ある目的関数は、ターゲットボリュームに放射線を供給することを求める。他の目的関数は、ＯＡＲに放射線を供給しない又は特定の量の供給のみを可能にすることを求める。ＯＡＲ目的関数は、一般に、最大線量目標又は最大線量ボリュームヒストグラム（ＤＶＨ）及び他のＯＡＲ目的関数に対する当該目的関数の重み又はプライオリティを含む。ターゲット目的関数は、一般に、最小放射線量目標又は均一線量目標を含む。オプティマイザプログラムは、線量目標と共に、ターゲット及びＯＡＲ目的関数並びにボリュームを入力し、計画を形成するために、強度、持続時間、形状及び向きの各々について競合する目的関数を最適に満たすビームの組を識別する。重みは、例えばＯＡＲ及びターゲットボリュームのようなセグメント化されたボリュームに対応し、セグメント化されたボリュームに関して計画される線量が、重み付け目的関数に基づいて、全体のセグメント化されたボリュームに適用される重みを使用して計算される。

医師は、ボリュメトリックに表現される計画される又は期待される線量として一般に示されるオプティマイザからの出力をチェックし、出力は、例えば、計画画像に付与される等高線、線量ボリュームヒストグラム、その他である。レビュープロセスにおいて、目的関数は変更されることができ、例えば重み又は線量目標が変更されることができ、又は目的関数が加えられることが可能である。加えられた目的関数は、例えば特定のターゲット領域に対してはより多くの線量、又は、特定のＯＡＲに対してはより少ない線量など、線量を指示することができる。加えられた目的関数は、計画された線量を変更する又はシフトするために、対応する線量目標を有するセグメント化された構造又は付加の構造のサブセットを含むことができる。オプティマイザプログラムは、変更された／加えられた目的関数に関して再び実行され、許容できる最適化された計画が達成されるまでプロセスが繰り返される。

しかしながら、計画は、特にＩＭＲＴ標的体積内同時ブーストの場合は複雑で且つ時間を浪費するタスクである。逆方向計画最適化において、目的関数を加えることは、他の目的関数との相互作用を付加することがあり、これは、最適化プロセスに矛盾をもたらしうる。逆方向計画におけるオプティマイザが、収束することができず、どの目的関数が矛盾するかの性質が容易に明らかにならないことがある。例えば、外部放射線ビームに関する１つのセグメント化された構造の空間位置及び線量目的関数は、別のセグメント化された構造の線量目的関数と矛盾することがある。更に、許容解に向かうオプティマイザの進捗を確かめることは困難でありうる。医師は、複数の目的関数の間の任意の矛盾を発見するために計画画像の目的関数及び重みの異なる組み合わせを試みること、及び最適化プロセスが改善するか、又は例えば収束せずに循環するかを識別しようと試みることに、多くの時間を費やすことがある。

ターゲット及びＯＡＲ構造並びにそれら各々のパラメータに従う複数の異なる線量目的関数がある場合、オプティマイザ単独のセットアップ及び制御は、複雑なタスクになる。複数の異なる線量目的関数及びパラメータを追跡することは、一般にコマンドラインエントリ又は一連のスクリーンを含み、それらは、一般にオプティマイザの出力から分離されている。

更に、計画の進捗をチェックする医師に対して情報を提供するアプローチは、等高線を使用して表示される線量の空間ビューを使用し、等高線は、計画画像に重ね合わせられる線量の視覚化を提供する。しかしながら、等高線は、計画ボリューム全体における等高線を通じて解釈される全体の進捗及び矛盾を理解し識別することを困難にするが、医師は全体の進捗をナビゲートしなければならない。更に、最適化パラメータを決め又は初期化することを支援するために、現在計画と類似性を有する以前に最適化された計画の進展を、現在計画と比較することは困難である。

ここに記述される見地は、上述した問題及びその他に対処する。

以下は、ＲＴオプティマイザユニットのインタラクティブな制御、及び許容できる最適化されたＲＴ計画に対する各々の線量目的関数の進捗及び全体の進捗についての視覚的なフィードバックを有する放射線治療（ＲＴ）システムを記述する。制御及び視覚的なフィードバックは、ＲＴオプティマイザユニットの動作と同時に行われることができる。

１つの見地において、放射線治療システムは、放射線治療（ＲＴ）オプティマイザユニット及びインタラクティブ計画インタフェースユニットを有する。ＲＴオプティマイザユニットは、ボリュメトリック画像からセグメント化された少なくとも１つのターゲット構造及び少なくとも１つのリスク器官（ＯＡＲ）構造を受け取り、複数の線量目的関数に基づいて最適化されたＲＴ計画を生成し、線量目的関数のうち少なくとも１つの線量目的関数は、少なくとも１つのターゲット構造及び少なくとも１つのＯＡＲ構造の各々に対応する。最適化されたＲＴ計画は、外部ビーム放射線治療を使用してボリュメトリック画像の各ボクセルごとに計画される放射線量を有し、ＲＴオプティマイザユニットは、反復的に動作する。インタラクティブ計画インタフェースユニットは、表示装置の単一のディスプレイに表示される複数の制御を通じて線量目的関数の各々をインタラクティブに制御し、制御に従って、計画された放射線量を反復的に計算するように、ＲＴオプティマイザユニットを動作させ、各々の試行の後、ＲＴオプティマイザユニットの進捗に従って単一のディスプレイ上に視覚的なフィードバックを提供する。

別の見地において、放射線治療の方法は、表示装置の単一のディスプレイに表示される複数の、制御を通じて、複数の線量目的関数の各々をインタラクティブに制御することを含み、複数の線量目的関数は、ボリュメトリック画像からセグメント化された少なくとも１つのターゲット構造及び少なくとも１つのリスク器官（ＯＡＲ）構造に対応し、複数の線量目的関数のうち少なくとも１つの線量目的関数は、少なくとも１つのターゲット構造及び少なくとも１つのＯＡＲ構造の各々に対応する。最適化されたＲＴ計画は、外部ビーム放射線治療を使用してボリュメトリック画像の各ボクセルごとに計画される放射線量を含む。最適化されたＲＴ計画は、制御に従ってＲＴオプティマイザユニットによって、反復的に計算される。視覚的なフィードバックが、各々の試行の後、ＲＴオプティマイザユニットの進捗に従って単一のディスプレイに提供される。

別の見地において、放射線治療システムは、プログラム命令及び治療制御装置により構成される非一時的記憶媒体を有する。プログラム命令は、１又は複数のプロセッサにより実行されるとき、表示装置の単一のディスプレイ上に表示される複数の制御を通じて、複数の線量目的関数の各々をインタラクティブに制御し、複数の線量目的関数は、ボリュメトリック画像からセグメント化される少なくとも１つのターゲット構造及び少なくとも１つのリスク器官（ＯＡＲ）構造に対応し、複数の線量目的関数のうち少なくとも１つの線量目的関数は、少なくとも１つのターゲット構造及び少なくとも１つのＯＡＲ構造の各々に対応する。最適化されたＲＴ計画は、外部ビーム放射線治療を使用してボリュメトリック画像の各ボクセルごとに計画される放射線量を含む。プログラム命令は、１又は複数のプロセッサにより実行される際、制御に従ってＲＴオプティマイザユニットによって、最適化されるＲＴ計画を計算する。プログラム命令は、１又は複数のプロセッサにより実行されるとき、各試行の後、ＲＴオプティマイザユニットの進捗に従って単一のディスプレイ上に視覚的なフィードバックを提供する。治療制御装置は、最適化されたＲＴ計画に従って放射線を供給するために、放射線デリバリ装置用の制御命令を生成する。

本発明は、さまざまなコンポーネント及びコンポーネントの取り合わせ並びにさまざまなステップ及びステップの取り合わせの形をとることができる。図面は、好適な実施形態を例示することのためにだけあり、本発明を制限するものとして解釈されない。

ＲＴオプティマイザユニットのインタラクティブな制御及び視覚的なフィードバックを有するＲＴシステムの一実施形態を概略的に示す図。 ＲＴオプティマイザユニットの制御及び視覚的なフィードバックを有する例示のＲＴシステムインタラクティブ計画インタフェースを示す図。 ＲＴオプティマイザユニットの制御及び視覚的なフィードバックを有する例示のＲＴシステムインタラクティブ計画インタフェースを示す図。 線量目的関数制御及び線量フィードバックを有する例示のＲＴシステムインタラクティブ計画インタフェースを示す図。 ＲＴオプティマイザユニットの制御及び視覚的なフィードバックを有する別の例示のＲＴシステムインタラクティブ計画インタフェースを示す図。 ＲＴオプティマイザユニットのインタラクティブな制御及び視覚的なフィードバックを有するＲＴ計画のための方法の一実施形態を示すフローチャート。

図１を最初に参照して、オプティマイザユニット１０２のインタラクティブな制御を有する例示のＲＴシステム１００が、イメージング装置１０４及び放射線デリバリ装置１０６に関連して概略的に示されている。イメージング装置１０４は、放射線治療を計画するために使用される被検体の関心領域（ＲＯＩ）のボリュメトリック画像１０８を生成する１又は複数のモダリティであり、例えばＸ線コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）スキャナ、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）スキャナ、ポジトロンエミッショントモグラフィ（ＰＥＴ）スキャナ、シングルフォトンエミッションコンピュータトモグラフィ（ＳＰＥＣＴ）スキャナ、それらの組み合わせ、ハイブリッド、及びその他である。ボリュメトリック計画画像１０８は、例えば２Ｄスライス、３Ｄ画像、４Ｄ画像、などから構成されるボリューム画像のような少なくとも１つの３次元（３Ｄ）画像を有する。

ボリュメトリック計画画像１０８は、イメージング装置１０４から直接に受け取られることができ、又は例えば画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）、放射線医学情報システム（ＲＩＳ）、電子医療カルテ（ＥＭＲ）、クラウドストレージ、サーバストレージ、ローカルストレージ等の電子メモリに記憶されることができる。

セグメント化手段１１０は、ボリュメトリック計画画像１０８から構造１１２を識別し、セグメント化する。セグメント化手段１１０は、知られている又は他のセグメント化技法を使用して、自動的に又は手動で構造１１２を識別し、セグメント化する。セグメント化された構造１１２は、１又は複数のターゲット構造、例えば腫瘍、病変組織及びその他を含む。セグメント化された構造１１２は、１又は複数のＯＡＲ構造を含む。ＯＡＲ構造は、直列及び／又は並列器官を有する。各々のセグメント化された構造１１２は、ボリュメトリック構造であり、ボリュメトリック計画画像１０８のボクセルのサブセットによって、空間的に規定されることができる。ボクセルは、２以上のセグメント化された構造に含まれることができる。例えば、ターゲット構造は、例えば病変組織を有するＯＡＲの一部のようなＯＡＲ構造と重複することがある。

インタラクティブ計画インタフェースユニット１２０は、表示装置１２４の単一のディスプレイにおけるインタラクティブ計画インタフェース１２６に表示される複数の制御によって、ＲＴオプティマイザユニット１０２をインタラクティブに制御し、単一ディスプレイ上のインタラクティブなインタフェース１２６を通じて視覚的なフィードバックを提供する。制御は、例えばマウス、キーボード、マイクロフォン、タッチスクリーン及びその他のような１又は複数の入力装置１２２からの入力によって、動作する。インタラクティブ計画インタフェース１２６は、３つのディスプレイ領域に分割されるインタラクティブな制御及びフィードバックを提供する。第１の領域１３０は、ＯＡＲ線量目的関数のためのインタラクティブな制御及びフィードバックを含む。第２の領域１３２は、ターゲット線量目的関数のためのインタラクティブな制御及びフィードバックを含む。第３の領域１３４は、例えば複合的な目的関数の方策のような全体進捗の尺度を有し、複数の試行についてＲＴオプティマイザユニット１０２による進捗のグラフィック表示を含む。各々の試行は、ＲＴオプティマイザユニット１０２によって、１又は複数の繰り返しを含むことができる。試行は、線量目的関数の各々の変更により開始し、ＲＴオプティマイザユニット１０２によってリターンされる結果により終了する。第３の領域１３４は、システムの一般の制御を含むことができる。第１の領域１３０及び第２の領域１３２は、単一のディスプレイ上で空間的に隔てられている。３つの領域１３０、１３２及び１３４は、部分的なオーバラップを含むことができる。

一実施形態において、第１の領域１３０及び第２の領域１３２は、第３の領域１３４の横に位置する。一実施形態において、第１の領域１３０及び第２の領域１３２は、第３の領域１３４の上に及びその下に位置する。他の構成も企図される。構成は、表示装置１２４の特性に従って変化しうる。

ある例において、第２の領域１３２内の分離され分類されたターゲット線量目的関数とは離れて第１の領域１３０においてＯＡＲ線量目的関数を分離し分類することは、潜在的な矛盾について医師によるより容易な視覚的な監視及び理解を可能にする。例えば、第１のＯＡＲ線量目的関数において、変更された線量目標がある場合、他の線量目的関数の進捗に関するフィードバックが、低下又は不利な影響に関して容易に監視されることができる。ある例において、第３の領域１３４は、或る目的関数における変更／付加との矛盾のグラフィック標示を提供できる。グラフィック標示は、目的関数値、目的関数値の最大値又は最小値のプロットされた方向の鋭い変化、付加された／変更された目的関数と別の目的関数との間のプロットされた目的関数値の循環、満たされた目的関数から傾斜したプロットされた目的関数値、その他を含むことができる。ある例において、グラフィック標示は、目的関数に対する付加／変更の因果関係の簡潔な視覚的ビューを提供する。

インタラクティブ計画インタフェースユニット１２０は、制御をインタラクティブに動作させ、それと同時に又は並行してフィードバックを提供する。制御は、セグメント化された構造１１２について、新しい線量目的関数又は既存の線量目的関数に対する変更が入力されることを可能にする。各々の線量目的関数は、選択されたセグメント化された構造１１２のＲＴ線量目的関数であり、かかる構造は、ターゲットボリューム又はＯＡＲである。各々のＲＴ計画は、第１の領域１３０において、制御される少なくとも１つの目的関数を有し、第１の領域１３０は、ＯＡＲであるセグメント化された構造１１２に対応する。各々のＲＴ計画は、第２の領域１３２において、制御される少なくとも１つの目的関数を有し、第２の領域１３２は、ターゲットボリュームであるセグメント化された構造１１２に対応する。各々の目的関数は、対応するボリューム、線量目的関数のタイプ、及び１又は複数の線量パラメータを有する。線量パラメータは、重み、百分率変化及び／又はハード制約（hard constraint）インジケータを有することができる。

ＲＴオプティマイザユニット１０２は、制御により指定される線量目的関数の各々に関するパラメータを受け取り、当業者に知られている逆方向計画アルゴリズムを使用して、最適化された計画１４０を反復的に生成する。反復的なＲＴ逆方向計画アルゴリズムの例は、２０１５年６月９日出願の米国特許出願第62/172,267号の"Radiation Therapy Optimization Unit with Global Considerations"に見ることができる。ＲＴオプティマイザユニット１０２の各々の試行によって、インタラクティブ計画インタフェースユニット１２０は、例えば線量目的関数に対する変更と変更の間にＲＴオプティマイザユニットにより変更される最適化された計画１４０のようなリターンされる値に従って、各々の目的関数の進捗及び全体の進捗に関するフィードバックを提供する。ＲＴオプティマイザユニット１０２の各々の繰り返しに関して、インタラクティブ計画インタフェースユニット１２０は、各々の繰り返しにおいてリターンされる値に従って各目的関数の進捗及び全体の進捗に関するフィードバックを提供することができ、例えば、繰り返しによってＲＴオプティマイザユニット１０２によって最適化される計画１４０に対する変更についてフィードバックが提供される。フィードバックは、視覚的なフィードバックを有する。ＲＴオプティマイザユニット１０２は、各々の繰り返し又は試行の際、線量目的関数に対する変更又は付加を行う。表示されるフィードバックは、各々の試行に伴ってリセットされ又は継続さえることができる。ＲＴオプティマイザユニット１０２は、例えばファンクションキーのような入力によって、停止され又は開始されることができる。インタラクティブ計画インタフェース１２６は、ＲＴオプティマイザユニット１０２の動作ステータスを示すステータスインジケータを有することができ、動作ステータスは、例えば、実行、停止、一時停止、現在の繰り返しの識別、現在の試行の識別及びその他である。

治療制御装置１５０は、最適化された計画１４０を受け取り、ＩＭＲＴ、ＩＭＰＴ又はＶＭＡＴを使用して外部放射線ビームを被検体に供給するために、例えば線形粒子加速器（ＬＩＮＡＣ）、プロトン治療装置等の放射線デリバリ装置１０６のための制御命令１５２の組を生成する。

インタラクティブ計画インタフェースユニット１２０、セグメント化手段１１０、ＲＴオプティマイザユニット１０２、及び治療制御装置１５０は、構成される１又は複数のデータプロセッサ１６０によって、適切に具体化され、データプロセッサ１６０は、例えば、デジタルプロセッサ、マイクロプロセッサ、電子プロセッサ、光学プロセッサ、マルチプロセッサ、ピアツーピアを含むプロセッサ又は協働して動作するプロセッサの分布、プロセッサのクライアントサーバ構成、その他でありうる。構成されるプロセッサは、開示されたセグメント化、最適化、フィードバック、オプティマイザ制御及び制御命令生成技法を実施するために、コンピュータ可読記憶媒体（「メモリ」）１６２に記憶された少なくとも１つのコンピュータ可読命令を実行し、かかる記憶媒体は、一時的媒体を除外し、物理メモリ及び／又は他の非一時的媒体を含む。構成されるプロセッサは更に、搬送波、信号又は他の一時的媒体により担持される１又は複数のコンピュータ可読命令を実行することができる。構成されるプロセッサは、例えばワークステーション、ラップトップ、タブレット、スマートフォン、身体装着コンピューティングデバイス、サーバ及びその他のような、コンピューティング装置１６４を有することができる。コンピューティング装置１６４は、入力装置１２２を有することができる。コンピューティング装置１６４は、表示装置１２４を有することができる。例示的な図に示されるコンポーネント間のラインは、通信経路を表現し、それらの通信経路は、有線又はワイヤレスでありうる。

図２を参照して、ＲＴオプティマイザユニットの制御及び視覚的なフィードバックを有する例示的なＲＴシステムインタラクティブユーザインタフェース１２６が、図示されている。ＯＡＲ線量目的関数のためのフィードバックを伴う複数の制御が、第１の領域１３０内に、同じ場所に配置される。各々のＯＡＲ線量目的関数は、当該ＯＡＲ線量目的関数に対応する制御及び視覚的なフィードバックを有し、各々のＯＡＲ線量目的関数の制御及び視覚的なフィードバックは同じ場所に配置される。同じ場所に配置される制御及び視覚的なフィードバックは、隣り合って位置しうる。ある例において、同一場所に配置される複数の制御及び視覚的なフィードバックは、因果関係のより容易な関連付けを医師に提供する。ある例において、同一場所に配置される複数のＯＡＲ線量目的関数は、より容易な基準及び動作を医師に提供する。第１の領域１３０は、例えば、左耳下腺の線量目的関数２００に関する制御及びフィードバック、脳の線量目的関数２０２に関する制御及びフィードバック、及び脊髄の線量目的関数２０４に関する制御及びフィードバックを表示する。

ターゲット線量目的関数に関するフィードバックを伴う複数の制御が、第２の領域１３２内に、同じ場所に配置される。各々のターゲット線量目的関数は、当該ターゲット・オブジェクト関数に対応する制御及び視覚的なフィードバックを有し、それらの制御及び視覚的なフィードバックは、同じ場所に配置される。第２の領域１３２は、計画されたターゲットボリュームＰＴＶ６６の線量目的関数２１０、ＰＴＶ６０の線量目的関数２１２、ＰＴＶ５２の線量目的関数２１４、第２のＰＴＶ６０の線量目的関数２１６、第２のＰＴＶ６６の線量目的関数２１８、第３のＰＴＶ６６の線量目的関数２２０、及び第２のＰＴＶ５２の線量目的関数２２２に関する例示の制御及び視覚的なフィードバックを表示し、それらの制御及び視覚的なフィードバックは同じ場所に配置される。複数の線量目的関数が、ＯＡＲ又はターゲットであるセグメント化された構造１１２について使用されることができる。

第３の領域１３４において、目的関数値（垂直軸）対試行（水平軸）２３０のグラフは、複数の試行の進捗を表示する。グラフは、１又は複数の目的関数及び／又は複合目的関数値についてプロットされた目的関数値を有する。プロットされた目的関数値は、折れ線グラフ、ヒストグラム、散布図、その他として表現されることができる。プロットされた目的関数値は、目的関数値が満たされるにつれて増加し又は上昇し、あるいは、その逆であってもよい。グラフ２３０は、ＲＴオプティマイザユニット１０２の第１の試行に存在するＰＴＶ６６（３）線量目的関数２２０に対応する例示の第１の折れ線グラフ２３２を示す。グラフ２３０は、ＲＴオプティマイザユニット１０２の第２の試行において、加えられた脊髄線量目的関数２０４に対応する例示の第２の折れ線グラフ２３４を示す。グラフ２３０は、ＲＴオプティマイザユニット１０２の第３の試行において、加えられた左耳下腺線量目的関数２０２に対応する例示の第３の折れ線グラフ２３６を示す。折れ線グラフ２３２－２３６は、線量目的関数が満たされるに従って低下する目的関数値によって、プロットされており、例えばゼロに等しい目的関数値は、目的関数が完全に満たされていることを意味する。

グラフ２３０に存在する折れ線グラフは、例えば目的関数及び該当するメニュー選択におけるマウス右クリック、グラフ２３０及び対応する線量目的関数２００－２０４（２１０－２２２）の該当する選択におけるマウス右クリック、等の入力に基づいて選択可能である。

競合の存在は、脊髄線量目的関数２０４に対応する折れ線グラフ２３４に見ることができ、それは、試行７－１０の目的関数値を増大させる。試行７－１０の間、ＰＴＶ６６（３）目的関数値に対応する折れ線グラフ２３２及び左耳下腺目的関数値に対応する折れ線グラフ２３６は、下降する。こうして、潜在的な競合が、ＰＴＶ６６へ線量を供給する際に、左耳下腺及び脊髄を維持することの間に存在する。それに応じて、医師は、対応する制御を使用して、左耳下腺の線量目的関数２００及び／又はＰＴＶ６６（３）の線量目的関数２２０を修正することを選択することができる。

グラフ２３０は、現在計画の傾向解析のために使用されることができる。インタラクティブ計画インタフェースユニット１２０は、目的関数における折れ線グラフの変化を識別することができ、それは、マウスポインタを使用してテキストで表示される。例えば、試行番号を選択するマウスポインタは、「４５Ｇｙの最大線量を有する脊髄目的関数が付加された」というようなテキストメッセージを表示することができる。各々の試行は、対応する試行について線量目的関数及びパラメータを表示する。インタラクティブ計画インタフェースユニット１２０は、比較のために、他の計画の１又は複数の折れ線グラフを有することができる。例えば、同様の計画の線量目的関数の進捗の折れ線グラフが、点線でグラフ２３０に含められ、対比されることができる。

第３の領域１３４は、現在の複合目的関数値２４０を含むことができ、それは、すべての目的関数を満たす際の進捗の全体の尺度を提供する。現在の複合目的関数値２４０は、値のレンジのうちの１つとして表現されることができる。現在の複合目的関数値２４０は、ＲＴオプティマイザユニット１０２から得られる。値は、線量目的関数が満たされる場合のゼロに向かって低下するものとして表現され、又は線量目的関数が満たされる場合に増加するものとして表現されることができ、例えば０－１００のレンジの場合、１００は、すべての目的関数が満たされることを意味する。

図３に関して、線量目的関数３２０に関して例示のＲＴシステムユーザインタフェースインタラクティブ制御３００及びフィードバック３１０が示されている。線量目的関数３２０は、対応するセグメント化された構造１１２を示すラベル３２２又は他のインジケータを含む。インタラクティブな制御３００は、矩形領域３０２に視覚化されることができる。インタラクティブな制御３００は、線量目的関数のタイプを含み、それは矩形領域３０２のパターン及び／又は色として表現されることができる。例えば線量目的関数のタイプは、１）最大線量ボリュームヒストグラム又は最大ＤＶＨ（dose volume histogram）、２）最の線量ボリュームヒストグラム又は最小ＤＶＨ、３）最大等価均一線量又は最大ＥＵＤ（equivalent uniform dose）、４）最小等価均一線量又は最小ＥＵＤ、５）最大線量又はｍａｘ線量、６）最小線量又はｍｉｎ線量、７）均一線量、８）ターゲットの等価均一線量又はターゲットＥＵＤ、又は９）均一性、を含むことができる。線量目的関数の各々のタイプは、視覚的に異なって表現されることができ、例えば図２では、左耳下腺線量目的関数２００が、第１のパターンを有する最大ＤＶＨとして表現され、脳線量目的関数２０２が、第２のパターンを有する最大ＥＵＤとして表現され、脊髄線量目的関数２０４及びＰＴＶ６６（３）線量目的関数２２０が、第３のパターンを有する最大線量として表現され、ＰＴＶ６６線量目的関数２１０が、第４のパターンを有する最小線量として表現され、ＰＴＶ６０線量目的関数２１２が、第５のパターンを有する均一線量として表現され、ＰＴＶ５２線量目的関数２１４が、第６のパターンを有する最小ＥＵＤとして表現され、ＰＴＶ６０（２）線量目的関数が、第７のパターンを有するターゲットＥＵＤとして表現され、ＰＴＶ６６（２）線量目的関数が、第８のパターンを有する均一性として表現され、ＰＴＶ５２（２）線量目的関数が、第９のパターンを有する最小ＤＶＨとして表現されている。線量目的関数タイプは、入力装置１２２からの入力によって、例えばポップアップメニューからの選択によって、入力されることができる。

目的関数制御３００は、１又は複数の目的関数パラメータ３０４を有する。入力制御は、矩形領域３０２内に配置されることができる。ある例において、矩形領域３０２内に入力制御を配置することは、対応する線量目的関数とパラメータの迅速な関連付けを提供する。例えば、入力ボックスとして表現される放射線レベル３０６は、対応する線量目的関数についての線量を単位ｃＧｙで入力する。目的関数重み３０８は、スライダバーとして表現されることができる。ハード制約３０８は、チェックボックスとして表現されることができる。一実施形態において、目的関数制御３００の矩形領域３０２は、他の目的関数に対する重み又はプライオリティに従って設計されることができる。

目的関数フィードバック３１０は、色及び／又はサイズによりフィードバックを提供する隣接する矩形領域又は水平バーを有する。表現されるフィードバックは、以前の試行又は繰り返しからの変更を含む。一実施形態において、水平バーの長さは、以前の試行からの百分率変化を示す。一実施形態において、緑又は赤として表現される水平バーの色は、それぞれ正又は負の変化を示す。一実施形態において、水平バーは、現在目的関数値の尺度を示す。

図４を参照して、ＲＴオプティマイザユニットの制御及び視覚的なフィードバックを有する別の例示的なＲＴシステムインタラクティブ計画インタフェース１２６が、示されている。インタラクティブ計画インタフェース１２６は、２つのＯＡＲ線量目的関数、すなわち左耳下腺線量目的関数及び脊髄線量目的関数を示す。インタラクティブ計画インタフェース１２６は、３つのターゲットボリューム線量目的関数、すなわちＰＴＶ７０、ＰＴＶ６３及びＰＴＶ５６を示す。ＲＴオプティマイザユニット１０２は、ターゲット線量目的関数から開始し、左耳下腺線量目的関数が、第３の試行において付加され、脊髄線量目的関数が、第４の試行において付加された。図２と異なり、左耳下腺線量目的関数の重みの増大が、競合を回避する。

目的関数値対試行（又は繰り返し）のグラフ２３０は、ターゲット線量目的関数について複合折れ線グラフ４００を示す。グラフは、複数の異なる線量目的関数について収束する矛盾しないＲＴ最適計画を視覚的に示す。折れ線グラフは、目的関数が満たされたことを示す軸に向かって下降している。現在の複合目的関数値は０．００１２３であり、これは、すべての目的関数が満たされることを示すゼロに近い。個別の線量目的関数は、脊髄線量目的関数を除いて、各々の目的関数が満たされることを示すフィードバックバーの長さを示す。他の試行は、脊髄線量目的関数の許容解を与えることができる。

図５を参照して、ＲＴオプティマイザユニットのインタラクティブな制御及び視覚的なフィードバックを有するＲＴ計画の方法の一実施形態が、フローチャートに示されている。ステップ５００において、ボリュメトリック画像１０８が受け取られる。ボリュメトリック画像１０８は、電子メモリから受けられることができ、又はイメージング装置１０４から指示されることができる。

ステップ５０２において、ＯＡＲ及びターゲットのセグメント化された構造１１２が、ボリュメトリック画像１０８からセグメント化される。少なくとも１つのＯＡＲ及び少なくとも１つのターゲットが、セグメント化される。

ステップ５０４において、制御（３００）は、各々の線量目的関数をインタラクティブに指定し、ＲＴオプティマイザユニット１０２を制御し、単一のディスプレイにフィードバックを提供する。線量目的関数は、単一のディスプレイの第１の領域１３０に、ＯＡＲである少なくとも１つのセグメント化された構造の少なくとも１つの線量目的関数３２０を有する。線量目的関数は、単一のディスプレイの第２の領域１３２に、ターゲットである少なくとも１つのセグメント化された構造の少なくとも１つの線量目的関数３２０を有する。フィードバックは、線量目的関数ごとのフィードバック３１０を有する。フィードバックは、第３の領域１３４にグラフ２３０を有し、第３の領域１３４は、試行に従ってＲＴオプティマイザユニット１０２の進捗をグラフィックに表示する。

ステップ５０６において、入力装置１２２からの入力が、線量目的関数に対する変更を示す。変更は、１又は複数の線量目的関数の１又は複数のパラメータに対する変更を含むことができる。変更は、新しい線量目的関数を含むことができる。新しい線量目的関数は、ＯＡＲ又はターゲットである付加されたセグメント化された構造に関するものでありうる。新しい線量目的関数は、ＯＡＲ又はターゲットである現在のセグメント化された構造についての付加の線量目的関数であってもよく、例えば同じ構造の第２の線量目的関数であってもよい。ステップ５０４及び５０６は、線量目的関数をインタラクティブに制御するために周期的に動作することができる。

ステップ５１０において、ＲＴオプティマイザユニット１０２は、目的関数の制御に基づいて、すなわち現在線量目的関数及びパラメータに基づいて、計画線量を計算する。ＲＴオプティマイザユニット１０２は、各々の目的関数の目的関数値及び現在の複合目的関数値をリターンする。各々の試行又は繰り返しにおいて、現在の最適化された計画１４０は、次の試行又は繰り返し及び／又はデリバリのための他の処理のために、コンピュータメモリに記憶される。

ステップ５１２において、インタラクティブなインタフェース１２６上のフィードバックが、単一のディスプレイにおい、更新される。更新されるフィードバックは、線量目的関数ごとのフィードバックを含む。更新されるフィードバックは、現在の試行又は繰り返しについて最適化の進捗を含む。例えば、グラフ２３０は、現在試行の目的関数値により更新される。平均、最小、最大、その他のリターンされる目的関数値の関数が計算されることができる。リターンされる目的関数値の関数は、例えば図４に関してグラフに示される複合ターゲット目的関数値のように、中間複合値として表現されることができる。

ステップ５１４において、ＲＴオプティマイザユニット１０２の動作ステータスが決定される。動作ステータスに基づいて、別の試行又は繰り返しが実施される場合、処理は５０４に続く。ステップ５１０、５１２及び５１４の処理は、並行に、同時に、又はステップ５０６及び５０８と並行して実施されることができる。

ステップ５１６において、放射線デリバリ装置１０６のための制御命令１５２が、最適化された計画１４０に基づいて治療制御装置１５０により生成される。

ステップ５１８において、放射線デリバリ装置１０６は、制御命令１５２に従って放射線を供給する。

上記は、コンピュータ可読記憶媒体に符号化され又は埋め込まれることができるコンピュータ可読命令であって、コンピュータプロセッサにより実行される際、記述されたステップをプロセッサに実行させるコンピュータ可読命令を通して実現されることができる。付加的に又は代替として、コンピュータ可読命令の少なくとも１つは、信号、搬送波又は他の一時的媒体により担持される。

本発明は、好適な実施形態に関して記述された。変更及び変形は、上述の詳細な説明を読み理解することにより当業者に思いつくであろう。本発明は、すべてのこのような変更及び変形が添付の請求項又はその等価なものの範囲内にある限り、それらの変更及び変形を含むものとして構成されることが意図される。

Claims (14)

1. ボリュメトリック画像からセグメント化される少なくとも１つのターゲット構造及び少なくとも１つのリスク器官構造を受け取り、少なくとも３つの線量目的関数に基づいて最適化された放射線治療計画を生成する放射線治療オプティマイザユニットであって、前記少なくとも３つの線量目的関数の少なくとも１つの線量目的関数が、少なくとも１つのターゲット構造及び少なくとも１つのリスク器官構造の各々に対応し、前記最適化された放射線治療計画が、外部ビーム放射線治療を使用して前記ボリュメトリック画像の各ボクセルごとに計画される放射線量を有する、反復的に動作する放射線治療オプティマイザユニットと、
   表示装置の単一のディスプレイに表示される複数の制御を通じて前記少なくとも３つの線量目的関数の各々をインタラクティブに制御し、前記複数の制御に従って前記計画された放射線量を反復的に計算するように前記放射線治療オプティマイザユニットを動作させ、各試行の後、前記放射線治療オプティマイザユニットの進捗に従って前記単一のディスプレイに視覚的なフィードバックを提供する、インタラクティブ計画インタフェースユニットと、
   を有し、
   各線量目的関数の前記複数の制御が、前記対応する線量目的関数の１又は複数のパラメータの複数の制御を含み、前記１又は複数のパラメータが、線量の各々の異なるタイプを有し、一つの線量目的関数の前記複数の制御は、他の線量目的関数に対する重み付けに依存し、各線量目的関数ごとの前記１又は複数のパラメータの複数の制御が、前記単一のディスプレイにおいて共同配置される、
   放射線治療システム。
2. 前記提供される視覚的なフィードバックは、前記放射線治療オプティマイザユニットの或る試行の後、各々の対応する線量目的関数の進捗の変化の視覚的表現を含み、前記各々の対応する線量目的関数の進捗の変化の視覚的表現が、前記対応する線量目的関数に関して配置される、請求項１に記載の放射線治療システム。
3. 前記少なくとも３つの線量目的関数の前記制御及び前記提供される視覚的なフィードバックは、前記少なくとも１つのリスク器官構造の各々に関する制御及びフィードバックを含む前記単一のディスプレイの第１の領域と、前記少なくとも１つのターゲット構造の各々に関する制御及びフィードバックを含む前記単一のディスプレイの第２の領域とに、分離される、請求項１乃至２のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
4. 前記制御は、前記放射線治療オプティマイザユニットにより同時に行われ、前記少なくとも３つの線量目的関数のうちの１つに対する変更が、前記放射線治療オプティマイザユニットの次の試行に含められる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
5. 前記単一のディスプレイに提供される前記視覚的なフィードバックは、現在の複合目的関数値、傾向解析、又は前記１又は複数の変更された線量目的関数による試行のラベリングのうち少なくとも１つを含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
6. 各線量目的関数の１つのパラメータは、前記線量のタイプを含み、各線量目的関数の前記線量のタイプは、最大線量ボリュームヒストグラム、最小線量ボリュームヒストグラム、最大等価均一線量、最小等価均一線量、最大線量、最小線量、均一線量目的関数、ターゲット等価均一線量又は均一性のうち１つを含み、前記線量の各タイプは、色又はパターンの少なくとも一方による異なる視覚的表現を含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
7. 前記最適化された放射線治療計画を受け取り、前記最適化された放射線治療計画に従って放射線を供給するように放射線デリバリ装置を制御する制御命令を生成する治療制御装置を更に有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
8. 放射線治療システムの作動方法であって、前記放射線治療システムは、放射線治療オプティマイザユニット及びインタラクティブ計画インタフェースユニットを有し、
   前記インタラクティブ計画インタフェースユニットが、表示装置の単一のディスプレイに表示される複数の制御を通じて、少なくとも３つの線量目的関数の各々をインタラクティブに制御するステップであって、前記少なくとも３つの線量目的関数が、前記ボリュメトリック画像からセグメント化される少なくとも１つのターゲット構造及び少なくとも１つのリスク器官構造に対応し、前記少なくとも３つの線量目的関数のうち少なくとも１つの線量目的関数が、前記少なくとも１つのターゲット構造及び前記少なくとも１つのリスク器官構造の各々に対応し、最適化される放射線治療計画が、外部ビーム放射線治療を使用して前記ボリュメトリック画像の各ボクセルついて計画される放射線量を含む、ステップと、
   放射線治療オプティマイザユニットが、前記複数の制御に従って、前記最適化される放射線治療計画を反復的に計算するステップと、
   前記インタラクティブ計画インタフェースユニットが、各々の試行の後、前記放射線治療オプティマイザユニットの進捗に従って前記単一のディスプレイに視覚的なフィードバックを提供するステップと、
   を有し、
   各線量目的関数の前記複数の制御が、前記対応する線量目的関数の１又は複数のパラメータの複数の制御を含み、前記１又は複数のパラメータが、線量の各々の異なるタイプを有し、各線量目的関数の前記複数の制御は、他の線量目的関数に対する重み付けに依存する、
   方法。
9. 前記放射線治療オプティマイザユニットが、少なくとも１つの線量目的関数の１又は複数のパラメータを変更することによって、又は新しい線量目的関数を加えることによって、前記少なくとも３つの線量目的関数を修正するステップを更に有する、請求項８に記載の方法。
10. 前記視覚的なフィードバックを提供するステップは、前記放射線治療オプティマイザユニットの試行の後、対応する線量目的関数ごとの進捗の変化を前記単一のディスプレイに視覚的に表現することを含み、前記各々の対応する線量目的関数の進捗の変化の視覚的表現が、前記単一のディスプレイ上に、前記対応する線量目的関数に関して配置される、請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記少なくとも３つの線量目的関数の前記制御及び前記提供される視覚的なフィードバックは、前記少なくとも１つのリスク器官構造の各々に関する制御及びフィードバックを含む前記単一のディスプレイの第１の領域と、前記少なくとも１つのターゲット構造の各々に関する制御及びフィードバックを含む前記単一のディスプレイの第２の領域と、に分離される、請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記インタラクティブに制御するステップ、前記反復的に計算するステップ、及び前記フィードバックを提供するステップは、同時に実行され、前記少なくとも３つの線量目的関数を修正することによる変更が、前記放射線治療オプティマイザユニットの次の試行に含められる、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
13. １又は複数のパラメータを変更することが、前記線量のタイプを、最大線量ボリュームヒストグラム、最小線量ボリュームヒストグラム、最大等価均一線量、最小等価均一線量、最大線量、最小線量、均一線量目的関数、ターゲット等価均一線量、又は均一性のうちの１つに変更することを含み、前記線量の各タイプは、色又はパターンの少なくとも一方による異なる視覚的表現を含む、請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
14. プログラム命令により構成される非一時的記憶媒体であって、前記プログラム命令が、
    １又は複数のプロセッサにより実行されるとき、表示装置の単一のディスプレイに表示される複数の制御を通じて少なくとも３つの線量目的関数の各々をインタラクティブに制御するステップであって、前記少なくとも３つの線量目的関数が、ボリュメトリック画像からセグメント化される少なくとも１つのターゲット構造及び少なくとも１つのリスク器官構造に対応し、前記少なくとも３つの線量目的関数の少なくとも１つの線量目的関数が、前記少なくとも１つのターゲット構造及び前記少なくとも１つのリスク器官構造の各々に対応し、最適化された放射線治療計画が、外部ビーム放射線治療を使用して前記ボリュメトリック画像の各ボクセルについて計画された放射線量を含む、ステップと、
    放射線治療オプティマイザユニットによって、前記複数の制御に従って前記最適化された放射線治療計画を反復的に計算するステップと、
    各々の試行の後、前記放射線治療オプティマイザユニットの進捗に従って前記単一のディスプレイ上に視覚的なフィードバックを提供するステップと、
    を実行する非一時的記憶媒体であって、
    各線量目的関数の前記複数の制御が、前記対応する線量目的関数の１又は複数のパラメータの複数の制御を含み、前記１又は複数のパラメータが、線量の各々の異なるタイプを有し、各線量目的関数の前記複数の制御は、他の線量目的関数に対する重み付けに依存する、
    非一時的記憶媒体と、
    前記最適化された放射線治療計画に従って放射線を供給するように放射線デリバリ装置のための制御命令を生成する治療制御装置と、
    を有する、放射線治療システム。

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