JP2009506800A - 線量デリバリを予測する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

患者へデリバリされる放射線量を予測するシステムおよび方法。本方法は、患者の少なくとも一部分の第１の画像を生成するステップと、患者に対する治療プランを定義するステップと、患者が実質的に治療位置にある間に、患者の少なくとも一部分の第２の画像を生成するステップと、第２の画像を用いて、患者のプロファイルを更新するステップと、患者プロファイルおよび治療プランに基づいて、患者へデリバリされる放射線量を予測するステップとを含む。

Description

関連出願
この出願は、ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＧＵＩＤＥＤ ＱＵＡＬＩＴＹ ＡＳＳＵＲＡＮＣＥ ＡＮＤ ＡＤＡＰＴＡＴＩＯＮＳ ＴＯ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ ＴＨＥＲＡＰＹ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ（放射線療法治療に対してのフィードバックによりガイドされる品質保証および適応のためのシステムおよび方法）と題する２００５年７月２２日出願の米国特許仮出願第６０／７０１５８０号に対する優先権を主張し、その内容全体を参照により本明細書に組み込む。

過去数十年にわたり、コンピュータおよびネットワーキング、放射線療法治療プランソフトウェア、および医用画像モダリティ（ＣＴ、ＭＲＩ、ＵＳ、およびＰＥＴ）における改良が、放射線療法行為に組み入れられてきた。これらの改良により、画像ガイド型（画像支援）放射線治療（「ＩＧＲＴ：ｉｍａｇｅ ｇｕｉｄｅｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ」）の開発に至った。ＩＧＲＴは、健康な器官への放射線照射を低減しつつ、放射線量をより確実に腫瘍に当てるために、患者内部の解剖学的構造の断面画像を用いる放射線療法である。腫瘍へ送達される放射線量は、強度変調放射線治療（「ＩＭＲＴ：ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ」）を用いて制御され、これは、患者の腫瘍の寸法、形状、および位置に一致するように、放射線ビームの寸法、形状、および強度を変更することを含む。ＩＧＲＴおよびＩＭＲＴは、腫瘍の制御を改善し、同時に、腫瘍を囲む健康な組織を照射することによる激しい副作用が生ずる可能性を低減する。

ＩＭＲＴは、幾つかの国で医療の標準になりつつある。しかし、多くの状況で、ＩＭＲＴは、時間、資源、および請求額の制約により、患者を治療するために使用されない。ＩＭＲＴプランにより生成される高グラジエントが患者治療のための正しい位置にあることを保証するために、患者の日々の画像を使用することができる。更に、これらの画像は、必要な場合、そのプランをオンラインまたはオフラインで適合させるための必要な情報を提供することができる。

患者の治療過程で生じ得る不確定性および変化には多くの発生源があることが、放射線療法の分野で一般に知られている。これらの発生源の幾つかは、毎日の患者のセットアップ位置におけるわずかな差などのような、ランダムなエラーを生じさせる。他の発生源は、療法中に患者の腫瘍が退行したり、患者が体重を減らした場合に生じ得る生理学的変化に起因する。第３の考慮され得るカテゴリは、動きと考えられる。幾つかの動きは、患者の咳込みや放屁などのように更にランダムであり予測不能であり、呼吸動作などのような他の動きは、より規則的になることも時々あるが、動きは、他のカテゴリの何れとも重複し得る。

放射線療法では、不確定さが、患者治療の品質に影響を与える可能性がある。例えば、ターゲット部位に治療線量を送達する場合、ターゲット回りの高線量「マージン（余裕部分）」部位も治療することが標準の行為である。これは、治療の過程または一つの分割（ｓｉｎｇｌｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ）において、その位置が変化した場合であっても、ターゲットが所望される線量を確実に受けられるようにする。ターゲット位置が不明確になればなるほど、一般に、使用するのに必要なマージンは大きくなる。

適応放射線療法は、概して、将来の治療を改善するために放射線療法治療の過程でフィードバックを使用する概念を指す。フィードバックは、オフラインの適応療法プロセス、およびオンラインの適応療法プロセスで使用され得る。オフラインの適応療法プロセスは、治療のフラクション（分割）とフラクションの間などのような、患者が治療されていない間に行われる。これの１つのバージョンでは、各フラクション中、患者の新しいＣＴ画像は、各フラクションの前または後で取得される。第１の幾つかの治療フラクションから画像が取得された後、画像は評価されて、複数日にわたるターゲット構造位置の有効なエンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を決定する。次いで、動きの標準的仮定を使用するのではなく、ターゲット構造の動きの範囲をより反映させるようにして、新しいプランを作成することができる。オフラインの適応療法のより複雑なバージョンは、各フラクションの後に、送達された線量を再計算してこれらの線量を蓄積するが、この蓄積中に内部の動きを考慮するように場合によっては変形（デフォーメーション）技法を用いる。蓄積された線量は、次いで、計画された線量と比較され、何らかの不一致が認められた場合、その後のフラクションは、その変化を調整するために変更され得る。

オンライン適応療法プロセスは、一般に、患者が治療室にいる間に行われ、また、必ずしも必要ではないがトリートメント・デリバリ（treatment delivery、治療デリバリ）中に行われることもある。例えば、幾つかの放射線療法治療システムは、オンラインＣＴやＸ線システムなどの撮像システムを備える。これらのシステムは、トリートメント・デリバリ（治療デリバリ）のための患者のセットアップを検証したり調整するために、治療前に使用され得る。撮像システムはまた、実際のトリートメント・デリバリ中に治療を適合させるためにも使用することができる。例えば、撮像システムは、患者の解剖学的構造の変化を反映させるようにトリートメント・デリバリを変更するために、治療と同時に使用することも可能である。

本発明の一態様は、適応療法技法の用途の新しい機会を開示することであり、また更なる諸態様は、適応療法のための新規な方法を提示することである。具体的には、適応療法は、一般に、患者の治療を変更するためのフィードバックに焦点を当ててきたが、本発明は、品質保証に関して使用される適応療法プロセスに焦点を当てている。これは、システム全体を検証する状況において特に当てはまる。

例えば、検出器は、治療ビームがどのくらい患者を貫通したかを示す情報を収集するために使用することができ、それにより、治療出力の大きさ、ならびに送達に使用された放射線パターンを決定することができる。この送達検証プロセスの利点は、不適切なリーフ・パターンやマシン出力などのような、マシンによる送達におけるエラーを操作者が検出できるようになることである。

しかし、マシンが適切に機能していることを検証すること自体は、治療プランの適正な送達を保証するものではなく、マシンをプログラムするために使用された外部入力が有効であり、かつ整合性のあることを検証することも必要になる。従って、本発明の一態様は、治療プロセス全体の改善された品質保証のために、適応型フィードバック・ループのより広い概念を含む。この態様では、本発明は、治療のために患者を配置し、画像ガイド型（画像支援型）の方法を用いて患者の位置を決定するステップと、画像ガイダンスに基づいて、治療に必要なように患者を再配置するステップと、治療を開始するステップとを含む。次いで、治療中または治療後に、患者の線量を再計算するステップと、治療前または治療中に収集された患者画像情報を組み込むステップとを含む。これらの諸ステップの完了後、送達が、どの程度プラン通り実施されたかを分析するだけではなく、プランされた送達が、新しく利用可能なデータに即して妥当であるかを検証するために、品質保証データが収集される。この点に関して、フィードバックの概念は、患者や送達の変化に基づいて治療に対する変更を指示するためには、もはや使用されず、元の送達それ自体を検証するために使用される。

一例として、ある患者に対する治療プランを作成できるかもしれないが、プランに使用された画像は、正しくない密度の校正を適用することなどにより、壊れている可能性がある。この場合、治療プランは正しくない情報に基づいており、患者に対して正しい線量を送達しないかもしれない。更に、多くの品質保証技法は、このエラーは検出しない。なぜなら、それらの技法は、マシンに対する命令が正しい入力情報に基づいているかどうかを検査するのではなく、マシンが命令通り動作していることを検証するものであるからである。同様に、幾つかの適応療法技法をこの送達に適用することができるが、この例の校正問題が残存する場合、その適応治療は、同様な欠陥を生ずるはずである。

品質保証の目的のために、フィードバックの使用を拡張するように使用され得る幾つかのプロセスがある。例えば、一実施形態では、このプロセスは、上述の送達検証技法を含むはずである。これらの方法が提供するマシン性能の妥当性検査は、システム全体の品質保証ツール・セットの価値のある構成要素である。更に、送達の妥当性検査プロセスは、一部が欠けた視野を有する画像に基づく送達などのような、他のシステム・エラーを分析するように拡張され得る。

一実施形態では、本発明は、プロファイルを有する患者への治療プランのデリバリ（送達）において、患者へデリバリ（送達）される放射線量を予測する方法を提供する。本方法は、患者の少なくとも一部分の第１の画像を生成するステップと、患者に対する治療プランを定義するステップと、患者が実質的に治療位置にある間に、患者の少なくとも一部分の第２の画像を生成するステップと、第２の画像を用いて患者プロファイルを更新するステップと、患者プロファイルおよび治療プランに基づいて、患者へ送達される放射線量を予測するステップとを備える。

他の実施形態では、本発明は、患者へ送達される放射線量を決定する方法を提供する。本方法は、患者に対する治療プランを生成するステップと、患者が実質的に治療位置にある間に、患者の少なくとも一部分の画像を取得するステップと、複数の患者プロファイルのそれぞれに対して、患者へ送達されたであろう複数の線量を計算するステップと、治療プランを送達するために、患者プロファイルのうちの１つを選択するステップとを備える。

更に他の実施形態では、本発明は、患者へ送達される放射線量を決定する方法を提供する。この方法は、所定の治療プランに従って患者へ放射線を送達するステップと、放射線の送達中に患者の少なくとも一部分の画像を取得するステップと、取得された画像に少なくとも部分的に基づいて、放射線の送達中に放射線量を計算するステップと、放射線の送達を変更すべきかどうかを判定するステップとを備える。

他の実施形態では、本発明は、患者へ送達される放射線量を決定する方法を提供する。本方法は、第１の画像を含む、患者に対する治療プランを生成するステップと、患者の少なくとも一部分の第２画像を取得するステップと、第２の画像に基づいて患者を配置するステップと、第１の画像および患者位置に基づいて、患者へ送達される放射線量を予測するステップとを備える。

本発明の他の諸態様は、詳細な説明および添付の図面を検討することにより明らかとなろう。

本発明の任意の諸実施形態が詳細に説明される前に、本発明は、その用途において、以下の説明で述べられたまたは以下の図面で例示されたコンポーネントの構成および配置の細部に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の諸実施形態も可能であり、様々な方法で実施され、または実行され得る。更に、本明細書で使用される表現法および用語は説明のためであり、限定するものと見なすべきではないことを理解されたい。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、およびその変形物／異体を本明細書で使用する場合は、その後にリストされる項目およびその均等物ならびに追加の項目を包含することを意味する。指定または限定されない限り、用語「設置される／取り付けられる（ｍｏｕｎｔｅｄ）」、「接続される」、「支持される」、「結合される」、ならびにその変形物／異体は、広く使用され、かつ直接的、間接的に、設置／取付け、接続、支持、および結合することを包含する。更に、「接続される」および「結合される」は、物理的や機械的な接続や結合に限定されない。

上側、下側、下方向、上方向、後方向、底部、前方、後方などのような方向の参照は、図面の説明において本明細書で行われ得るが、これらの参照は、便宜上、図面に対して行われる（普通に見たとき）。これらの方向は、本発明を、どのようなな形であれ、文字通り取られることや限定することを意図していない。更に、「第１」、「第２」、「第３」などの用語は説明のために本明細書で使用されており、相対的な重要性または意義を指示や暗示することを意図していない。

更に、本発明の諸実施形態は、議論のためにコンポーネントの大多数がハードウェア中に単独で実装されるかのように例示され説明されているハードウェアやソフトウェアと、電子コンポーネントやモジュールを含むことを理解されたい。しかし、当業者であれば、この詳細な説明を読むことに基づいて、少なくとも１つの実施形態において、本発明の電子ベースの諸態様がソフトウェアで実装され得ることを理解するはずである。従って、複数のハードウェアおよびソフトウェアベースのデバイス、ならびに複数の異なる構造的コンポーネントが、本発明を実装するために使用され得ることに留意されたい。更に、続く段落で述べるように、図面で示された特定の機械的な構成は、本発明の諸実施形態を例示する事を意図しており、他の代替の機械的な構成も可能である。

図１は、患者１４に放射線療法を提供できる放射線療法治療システム１０を示す。放射線療法治療は、光子ベースの放射線療法、近接照射療法、電子ビーム療法、陽子、中性子、または粒子線療法、あるいは他のタイプの治療療法を含むことができる。放射線療法治療システム１０は、ガントリ１８を含む。ガントリ１８は、放射線のビーム３０を生成するように動作可能な放射線源２４および線形加速器２６を含むことのできる放射線モジュール２２を支持することができる。図面で示されたガントリ１８は、リング・ガントリ、即ち、完全に３６０度まで延びて完全なリングまたは円を生み出すガントリであるが、他のタイプの取付け構成を使用することもできる。例えば、Ｃタイプの部分的なリング・ガントリや、ロボット的なアームを使用することもできる。患者１４に対して、様々な回転位置および／または軸位置で放射線モジュール２２を配置することのできる他の任意のフレームワークをまた使用することができる。更に、放射線源２４は、ガントリ１８の形状に追従しない経路を移動することができる。例えば、放射線源２４は、例示のガントリ１８は概して円形形状であっても、非円形の経路を移動することができる。

放射線モジュール２２はまた、放射線ビーム３０を変更や変調するように動作する変調デバイス３４を含むことができる。変調デバイス３４は、放射線ビーム３０の変調を行い、放射線ビーム３０を患者１４の方へ送る。具体的には、放射線ビーム３４は、患者の一部分の方向へ送られる。広く言えば、その部分は体全体を含むことができるが、概して、体全体よりは小さく、２次元面積および／または３次元体積により定義され得る。ターゲット３８またはターゲット部位と呼ばれ得る、放射線を受けることが望ましい部分は、関心領域の一例である。他のタイプの関心領域は、危険を伴う領域（ｒｅｇｉｏｎ ａｔ ｒｉｓｋ）である。ある部分が、危険を伴う領域を含む場合、放射線ビームは、危険を伴う領域からそらされることが好ましい。患者１４は、放射線療法を受ける必要のある、１つより多くのターゲット部位を有する可能性がある。このような変調は、時には、強度変調放射線治療（「ＩＭＲＴ」）と呼ばれる。

変調デバイス３４は、図２に示すようにコリメーション・デバイス４２含むことができる。コリメーション・デバイス４２は、放射線ビーム３０が通過できる開口部５０の寸法を画定および調整する１組のジョー（ｊａｗ）４６を含む。ジョー４６は、上側ジョー５４および下側ジョー５８を含む。上側ジョー５４および下側ジョー５８は、開口部５０の寸法を調整するように移動可能である。

一実施形態では、また図２に示すように、変調デバイス３４は、強度変調を提供するために、位置を移動するように動作可能な複数の組み合わされたリーフ６６を含むマルチリーフ・コリメータ６２を備えることができる。リーフ６６は、最小の開放位置と最大の開放位置の間の何れかの位置に移動できることにも留意されたい。複数の組み合わされたリーフ６６は、放射線ビーム３０が患者１４のターゲット３８に達する前に、放射線ビーム３０の強度、寸法、および形状を変調する。各リーフ６６は、放射線が通過するのを許可または妨害するためにリーフ６６を迅速に開閉できるように、モータや空気弁などのアクチュエータ７０により独立して制御される。アクチュエータ７０は、コンピュータ７４および／または制御装置により制御され得る。

放射線療法治療システム１０はまた、放射線ビーム３０を受けるように動作可能な検出器７８、例えば、キロボルトやメガボルトの検出器を含むことができる。線形加速器２６および検出器７８はまた、患者１４のＣＴ画像を生成するためのコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムとして動作することもできる。線形加速器２６は、患者１４のターゲット３８に向けて放射線ビーム３０を放出する。ターゲット３８は、放射線の幾らかを吸収する。検出器７８は、ターゲット３８により吸収された放射線の量を検出または測定する。線形加速器２６が患者１４の周囲を回転して患者１４に向けて放射線を放出すると、検出器７８は、様々な角度からの吸収データを収集する。収集された吸収データは、その吸収データを処理するために、また患者の体組織および器官の画像を生成するために、コンピュータ７４へ送信される。画像はまた、骨、軟組織、および血管を示すこともできる。

ＣＴ画像は、扇形の幾何形状、マルチスライス幾何形状、またはコーン・ビーム幾何形状を有する放射線ビーム３０を用いて取得され得る。更に、ＣＴ画像は、メガボルトのエネルギーやキロボルトのエネルギーを送達する線形加速器２６を用いて取得され得る。取得されたＣＴ画像は、前に取得されたＣＴ画像（放射線療法治療システム１０から、またはＣＴスキャナ、ＭＲＩシステム、およびＰＥＴシステムなどの他の画像取得デバイスからのもの）とともに登録され得ることに更に留意されたい。例えば、患者１４に対する前に取得されたＣＴ画像は、輪郭付けプロセスを介して作成された識別されたターゲット３８を含むことができる。患者１４に対して新たに取得されたＣＴ画像は、新しいＣＴ画像中でターゲット３８を識別することを支援するために、以前に取得されたＣＴ画像とレジストレーション（登録）され得る。レジストレーション・プロセスは、固定された（ｒｉｇｉｄ）またはデフォーメーション可能なレジストレーション・ツールを使用することができる。

幾つかの実施形態では、放射線療法治療システム１０は、Ｘ線源およびＣＴ画像検出器を含むことができる。Ｘ線源およびＣＴ画像検出器は、画像データを取得するための上記で述べられた線形加速器２６および検出器７８と同様な方法で動作する。画像データは、コンピュータ７４に送信され、患者の体組織および器官の画像を生成するために処理される。

放射線療法治療システム１０はまた、患者１４を支持する治療台８２（図１に示された）などのような、患者サポート手段を含むことができる。治療台８２は、ｘ、ｙ、またはｚ方向の少なくとも１軸８４に沿って移動する。本発明の他の諸実施形態では、患者サポートは、患者の体の任意の部分を支持するように適合されたデバイスとすることができる。患者サポートは、患者の体全体を支持する必要のあるものに限定されない。システム１０はまた、治療台８２の位置を操作するように動作可能な駆動システム８６を含むことができる。駆動システム８６は、コンピュータ７４により制御することができる。

図２、図３に示すコンピュータ７４は、様々なソフトウェア・プログラムおよび／または通信アプリケーションを動作させるためのオペレーティング・システムを含む。特に、コンピュータ７４は、放射線療法治療システム１０と通信するように動作するソフトウェア・プログラム（１または複数）９０を含むことができる。ソフトウェア・プログラム（１または複数）９０は、外部のソフトウェア・プログラムおよびハードウェアからデータを受信するように動作可能であり、またデータを、ソフトウェア・プログラム（１または複数）９０へ入力できることにも留意されたい。

コンピュータ７４は、医療従事者によりアクセスされるように適合された任意の適切な入力／出力デバイスを含むことができる。コンピュータ７４は、プロセッサ、入出力インターフェース、および記憶デバイスもしくはメモリなどの典型的なハードウェアを含むことができる。コンピュータ７４はまた、キーボードおよびマウスなどのような入力デバイスを含むことができる。コンピュータ７４は更に、モニタなどの標準の出力デバイスを含むことができる。更に、コンピュータ７４は、プリンタおよびスキャナなどのような周辺装置を含むことができる。

コンピュータ７４は、他のコンピュータ７４および放射線療法治療システム１０とネットワーク化され得る。他のコンピュータ７４は、追加のおよび／または異なるコンピュータ・プログラムおよびソフトウェアを含むことができ、本明細書で述べられたコンピュータ７４と同一である必要はない。コンピュータ７４および放射線療法治療システム１０は、ネットワーク９４と通信することができる。コンピュータ７４および放射線療法治療システム１０はまた、データベース（１または複数）９８およびサーバ（１または複数）１０２と通信することができる。ソフトウェア・プログラム（１または複数）９０はまた、サーバ（１または複数）１０２に常駐できることに留意されたい。

ネットワーク９４は、任意のネットワーキング技術もしくはトポロジ、または技術もしくはトポロジの組合せに従って構築することができ、また複数のサブネットワークを含むことができる。図３に示すコンピュータと諸システムとの間の接続は、ローカル・エリア・ネットワーク（「ＬＡＮ」）、広域ネットワーク（「ＷＡＮ」）、公衆電話交換網（「ＰＳＴＮ」）、無線ネットワーク、イントラネット、インターネット、または他の適切な任意のネットワークを介して行うことができる。病院または医療介護施設では、図３に示すコンピュータと諸システムの間の通信は、ヘルス・レベル・セブン（「ＨＬ７：Ｈｅａｌｔｈ Ｌｅｖｅｌ Ｓｅｖｅｎ」）プロトコル、または任意のバージョンを有する他のプロトコルおよび／または他の必要なプロトコルを介して行うことができる。ＨＬ７は、健康管理環境において電子データを交換するために異なるベンダからの２つのコンピュータ・アプリケーション（送信側と受信側）の間のインターフェースの実装形態を指定する標準プロトコルである。ＨＬ７により、健康管理施設は、様々なアプリケーション・システムからの重要なデータ・セットを交換できるようになる。具体的には、ＨＬ７は、交換されるデータ、相互に交換するタイミング、およびアプリケーションに対するエラーの通信を定義することができる。そのフォーマットは、概して包括的な性質のものであり、行われるアプリケーションの必要性を満たすように構成することができる。

図３に示すコンピュータと諸システムの間の通信はまた、任意のバージョンを有する医用デジタル・イメージングおよび通信規格（「ＤＩＣＯＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ」）プロトコル、および／または他の必要なプロトコルを介して行うことができる。ＤＩＣＯＭは、ＮＥＭＡにより開発された国際的な通信規格であり、様々な医用機器の間で医用画像に関連したデータを転送するのに使用されるフォーマットを定義する。ＤＩＣＯＭ ＲＴは、放射線療法データに特有の標準を示す。

図３の両方向の矢印は、概して、ネットワーク９４と、図３に示すコンピュータ７４およびシステム１０の何れかとの間の両方向通信および情報転送を表す。しかし、何らかの医療用でコンピュータ化された機器の場合、１方向の通信および情報転送のみが必要であり得る。

ソフトウェア・プログラム９０は、放射線療法治療プロセスの諸機能を実施するために互いに通信する図４に示す複数のモジュールを含む。様々なモジュールは、治療が開始される前に患者へ送達される放射線量を予測するために、互いに通信する。様々なモジュールはまた、治療プランのデリバリ中に患者へ送達されている放射線量を求めるために、互いに通信する。様々なモジュールはまた、患者へ送達された放射線量を求めるために、互いに通信する。以下で論ずるモジュール全てが必ずしも通信する必要はなく、また、上述の様々な機能を必ずしも実行する必要のないことに、留意されたい。

ソフトウェア・プログラム９０は、医療従事者によるシステム１０へのデータ入力に基づいて、患者１４に対する治療プランを生成するように動作可能な治療プランモジュール１０６を含む。データは、患者１４の少なくとも一部分の１または複数の画像（例えば、計画している画像および／または治療前の画像）を含む。治療プラン・モジュール１０６は、治療を複数のフラクションに分離し、医療従事者により入力された処方に基づいて、各フラクションまたは治療に対する放射線量を決定する。治療プランモジュール１０６はまた、ターゲット３８の周囲に描かれた様々な輪郭に基づいて、ターゲット３８に対する放射線量を決定する。複数のターゲット３８が同じ治療プラン中に存在し、含まれてもよい。

ソフトウェア・プログラム９０はまた、特定の治療フラクションに対して、ガントリ１８の等角点に対して患者１４を配置して、位置合わせするように動作する患者配置モジュール１１０を含む。患者が治療台８２上にあるとき、患者配置モジュール１１０は、患者１４の画像を取得し、患者１４の現在の位置を、計画した画像における患者の位置と比較する。患者の位置を調整する必要のある場合、患者配置モジュール１１０は、治療台８２を移動するように駆動システム８６に命令を行うか、または、患者１４を手動で新しい位置に移動することができる。一つの構成では、患者配置モジュール１１０は、ガントリ１８の等角点に関する患者位置データを提供するように治療室に配置されたレーザから、データを受け取ることができる。そのレーザからのデータに基づいて、患者配置モジュール１１０は、駆動システム８６に命令を行い、駆動システム８６は、治療台８２を移動し、ガントリ１８に関して患者１４を適正に位置合わせする。レーザ以外のデバイスおよびシステムも、位置合わせプロセスを支援するために、患者配置モジュール１１０にデータを提供するように使用され得ることに留意されたい。

ソフトウェア・プログラム９０はまた、少なくとも患者１４の一部分の画像を取得するように動作可能な画像モジュール１１４を含む。画像モジュール１１４は、所望のプロトコルに従って、治療を開始する前、治療中、および治療後に患者１４の画像を取得するために、ＣＴ撮像デバイスなどのような組み込まれた画像デバイスに命令することができる。他のオフラインの撮像デバイスまたはシステムは、非定量的なＣＴ、ＭＲＩ、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ、超音波、透過撮像、Ｘ線透視法、高周波ベースの定位（ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）などのような、患者１４の治療前の画像を取得するために使用され得る。取得された画像は、患者１４のレジストレーションのために、および／または、患者１４へ送達される放射線量を決定もしくは予測するために、使用され得る。取得された画像はまた、前の治療中に患者１４が受けた放射線量を求めるために使用することができる。画像モジュール１１４はまた、患者が治療を受けている間に患者１４の少なくとも一部分の画像を取得して、患者１４が受けている放射線量を実時間で求めるように動作可能である（以下で論ずる）。

ソフトウェア・プログラム９０はまた、放射線治療がデリバリされる前に、患者１４へ送達される放射線量を予測するように動作する放射線量予測モジュール１１８を含む。線量予測モジュール１１８は、患者の位置および／または動き、および／または、解剖学的構造の変化が、処方された放射線量の送達に対しておよぼす影響を、求めることができる。

線量予測モジュール１１８は、患者データ（実時間および履歴）、患者画像（例えば、計画画像、および／または治療前の画像）、患者位置（例えば、実際の位置や意図された位置）データ、動きデータ、解剖学的構造の位置データ、およびシステムもしくはマシン・データを受け取るように動作可能である。このデータの幾つかまたはすべては、患者プロファイルを定義することができる。線量予測モジュール１１８は、患者プロファイルにおけるデータの幾つかまたはすべてに基づいて、患者へ送達される放射線量を計算することができる。線量予測モジュール１１８はまた、予測した放射線量と、患者１４へ送達されようとしているスケジューリングされた放射線量とを比較して、スケジューリングされた放射線量が、治療プランが生成された後に生じた可能性のある患者の解剖学的構造の何らかの変化により影響を受けないことを検証するように、動作する。その比較は、医療従事者が、患者位置を調整する必要があるか、放射線量を調整する必要があるか、マシン設定を調整する必要があるか、また、治療プランのデリバリ前に他の調整を行う必要があるかを判定することの、支援となることができる。

幾つかの構成では、線量予測モジュール１１８は、線量予測を生成するために変形（デフォーメーション）可能なレジストレーションを使用することができる。レジストレーションは、複数画像にわたる患者の解剖学的や生理学的な位置の間の相関を決定するための方法である。変形可能なレジストレーションは、患者の解剖学的や生理学的機な位置間の相関を決定して、画像、フェーズ、または時間の間における解剖学的構造における非固定的（ｎｏｎ−ｒｉｇｉｄ）な変化を説明する方法である。患者１４へ送達される線量を予測するために変形可能なレジストレーションを使用する場合、予測される線量は、蓄積された放射線量、即ち、患者１４が前の治療により受けた放射線量を考慮に入れることができる。

線量予測を生成するために変形可能なレジストレーションを使用する場合、線量予測モジュール１１８は、患者構造の輪郭（１または複数）を変形することができる。一般に、輪郭（１または複数）は計画を立てる目的で定義されるが、この実施形態では、線量予測モジュール１１８は、線量の予測、患者データ、画像、および／または治療プロセスを通じての患者データの変化に基づいて、輪郭（１または複数）を変更することができる。操作者に手動で画像に輪郭付けすることを要求するのではなく、変形可能な画像レジストレーションを実施して、その変形結果を、新しい患者の解剖学的構造を反映させるように元の輪郭セットを変更するための基礎として使用することは、より速くかつ整合性のあるものとなり得る。

変形可能なレジストレーション技法を用いて輪郭（１または複数）を特定する線量予測モジュール１１８の利点は、生成された輪郭が、変形プロセスの妥当性検証を提供できることである。生成された輪郭が、手動で描いた輪郭を密接に反映している場合、それは変形プロセスが妥当であることをよく示しており、一方、自動的な輪郭が、関連性の低い場合には、それは、医療従事者に、変形がおそらく不適切であるということを示し、また、医療従事者に、手動の輪郭を検証して誤りまたは不整合性を検査する機会を提供することにもなる。

線量予測モジュール１１８は、予測される放射線量が患者１４に対して有する生物学的効果に関連する情報を、医療従事者へ提供することができる。線量予測モジュール１１８は、患者１４が受ける予定の予測放射線量および／または患者のレジストレーションに基づいて、組織、腫瘍、および器官に対する放射線の生物学的効果を求めることができる。生物学的効果に基づいて、医療従事者は、患者１４やシステム設定を調整したり、治療プランにおける他の調整を行うことができる。生物学的情報を、患者レジストレーション・プロセスに組み込んで、好ましい生物学的効果を有する送達線量が得られる患者１４に対する好ましい位置を特定するようにできる。

一例では、線量予測モジュール１１８はまた、患者１４のレジストレーションのために治療プランをデリバリする直前に取得された治療前の画像（１または複数）に基づいて、予測放射線量を計算して、予測放射線量が許容可能かどうか評価するように動作可能である。予測放射線量が許容可能ではない場合、医療従事者は、放射線量が許容可能になるまで、患者の位置および／またはシステム設定に対して必要な調整を加えることができる。治療前の画像が、線量計算用には理想的ではない場合、その治療前の画像をレジストレーションのために使用し、放射線量は、指定されたレジストレーションを組み込んだ異なる画像（例えば、計画画像）に対して再計算することができる。予測放射線量を計算するこの後者の治療前画像の用法は、放射線量分布に対してレジストレーションがどのように影響し得るかに関して、幾つかの影響を評価することができる。

線量予測モジュール１１８はまた、複数のレジストレーション位置に対する予測放射線量を計算するように動作可能である。患者１４は、様々な位置へと移動可能であり、線量予測モジュール１１８は、患者データ（実時間または履歴）、患者画像（例えば、計画画像および／または治療前の画像）、患者位置データ、解剖学的位置データ、およびシステムもしくはマシン・データの幾つかまたはすべてに基づいて、各位置に対する予測放射線量を計算することができる。医療従事者は、画像レジストレーションに基づくのではなく、あるいは、異なる画像（例えば、計画画像）に基づいた線量計算を用いた治療前画像のアラインメントに基づくのではなく、送達されたであろう実際の線量に基づいた計算された予測放射線量に基づいて、患者１４に対する位置のうちの１つを選択することができる。

ソフトウェア・プログラム９０はまた、治療プランに従って患者１４に治療（トリートメント）プランをデリバリするように、放射線療法治療システム１０に命令するように動作するトリートメント・デリバリ・モジュール１２２を含む。トリートメント・デリバリ・モジュール１２２は、患者１４へ放射線を送達するために命令を生成して、それをガントリ１８、線形加速器２６、変調デバイス３４、および治療台駆動システム８６へ送信することができる。命令は、治療プランに指定された適正な量で適正なターゲットへ放射線ビーム３０を送達するように、ガントリ１８、変調デバイス３４、および治療台駆動システム８６の必要な動作を調整する。

トリートメント・デリバリ・モジュール１２２はまた、治療プランによって指定された処方に一致するように、送達すべき放射線ビーム３０の適切なパターン、位置、および強度を計算する。放射線ビーム３０のパターンは、変調デバイス３４により生成されるものであり、更に具体的には、マルチリーフ・コリメータの複数のリーフの移動により生成される。トリートメント・デリバリ・モジュール１２２は、治療パラメータに基づいて、放射線ビーム３０に対する適切なパターンを生成するために、標準、所定、またはテンプレートのリーフ・パターンを用いることができる。

ソフトウェア・プログラム９０はまた、モジュール１１０、１１４、１１８、および１２２、システム１０のうちの何れかからのデータ、ならびに他のデータを受け取り、分析して、患者の動きや他の変化がトリートメント・デリバリに対しておよぼす影響を求めるように動作可能な分析モジュール１２６を含む。例えば、分析モジュール１２６は、治療プランの送達中にデータを収集し、予測放射線量と、患者１４へ送達された実際の線量とを比較することができる。分析モジュール１２６は、画像モジュール１１４および線量予測モジュール１１８からデータを受け取り、治療がデリバリされている間に、患者１４が治療中に動いた結果としてその患者が受ける放射線量の変化を分析することができる。この例では、画像モジュール１１４は、治療がデリバリされている間に、患者１４の少なくとも一部分の画像を取得することができる。画像モジュール１１４は、何らかの時間間隔で自動的に画像を撮るように設定することができ、また、画像を撮るための命令を必要に応じて医療従事者から受け取ることもできる。この情報（例えば、患者１４へ送達される線量の変化）、または新しい線量計算に基づいて、医療従事者は、患者１４またはシステム設定を調整すること、または治療を中止することの何れかを選択することができる。何らかの調整が望ましい場合、トリートメント・デリバリ中に調整を行うことができる。

分析モジュール１２６は、トリートメント・デリバリにおける治療中の患者の何らかの変化の影響（１または複数）を評価することができる。分析モジュール１２６は、システム・データおよび／または患者位置データを使用して、治療の過程中に現在の予測線量（running predicted dose）を生成することができる。現在の予測線量は、トリートメント・デリバリが進行するにつれて実時間で生成され、システムもしくは患者１４に対して調整を行う必要があるかどうか、および／またはその施療を継続するか休止するかを判定することができる。分析モジュール１２６は、システムおよび患者のフィードバックを用いて、現在の予測線量を連続的にまたは周期的に（医療従事者により命令されて）更新することができ、これはトリートメント・デリバリ中に実時間で行うことができる。

分析モジュール１２６は、他の方法での分析のために線量予測を使用することができ、それらの方法においては、患者１４は、トリートメント・デリバリのために好適にセットアップされている。患者１４および医療従事者は、治療のための将来のフラクションのためのセットアップの時間を低減させることにより、利益を得ることができる。分析モジュール１２６は、患者１４の位置およびシステムの設定を、後の治療に対して変更すべきかどうか判定することができる。分析モジュール１２６はまた、その変更（例えば、システム設定の変更、および／または患者１４の再配置）を、どこで及びどのように行うべきかを特定することができる。

分析モジュール１２６は、実際に送達された線量、および送達された放射線量の生物学的効果に関連するデータを用いて、臨床的な線量を患者効果に関連付ける生物学的モデルを生成することができる。送達された正味の放射線量（デフォーメーション技法を用いて蓄積）は、治療を継続することにより得られるはずの生物学的効果を推測するために使用することができ、また、同様に、治療を適合させるための可能な代替形態を、好ましい生物学的効果に対して評価できる。その結果得られるフラクション化スケジュール、線量配分、およびプランは、情報のこの成果を反映させることができる。

図５は、患者へ送達される放射線量を予測する方法の流れ図を示す。医療従事者は、患者データや、画像や、他の情報に基づいて、患者１４に対する治療プランを生成する（１５０）。患者１４の治療のための準備ができたとき、医療従事者は、治療のデリバリの前に、患者配置モジュール１１０の支援を得て、患者１４を治療台８２の治療位置に実質的に配置する（１５４）。患者１４がその位置にある間に、画像モジュール１１４は患者１４の新しい画像を取得し（１５８）、これは患者１４を適正に配置するための支援となり得る。更なる配置調整を必要に応じて行うことができる。線量予測モジュール１１８は、画像データを受け取り、患者プロファイルを更新する（１６２）。医療従事者は、線量予測モジュール１１８を用いて、放射線量予測の生成を開始する（１６６）。線量予測に基づいて、患者１４および／またはシステムの設定が調整され得る。再調整の後（必要な場合）、医療従事者は、施療モジュール１２２の支援を得て、治療プランに従って治療を開始する（１７０）。

図６は、患者へ送達される放射線量を予測する方法の流れ図である。医療従事者は、患者データや、画像や、他の情報に基づいて、患者１４に対する治療プランを生成する（２００）。患者１４の治療のための用意ができると、医療従事者は、治療のデリバリの前に、患者配置モジュール１１０の支援を得て、患者１４を治療台８２上の治療位置に実質的に配置する（２０４）。患者１４がその位置にある間に、画像モジュール１１４は患者１４の新しい画像を取得し（２０８）、それは患者１４を適正に配置するための支援となり得る。更なる配置調整を必要に応じて行うことができる。医療従事者は、線量予測モジュール１１８を用いて、複数の患者プロファイルのそれぞれに対して、患者１４へ送達されるであろう複数の放射線量の生成を開始する（２１２）。患者プロファイルに様々なデータを含ませることができ、それにより、医療従事者は、患者へ送達される望ましい放射線量に基づいて、トリートメント・デリバリのために使用される患者プロファイルを選択する（２１６）ようにできる。患者プロファイルを選択した後、医療従事者は、トリートメント・デリバリ・モジュール１２２の支援を得て、治療のデリバリを開始する（２２０）。

図７は、患者へ送達される放射線量を予測する方法の流れ図である。医療従事者は、患者データや、画像や、他の情報に基づいて、患者１４に対する治療プランを生成する（２５０）。患者１４の治療のための用意ができると、医療従事者は、治療のデリバリの前に、患者配置モジュール１１０の支援を得て、患者１４を治療台８２上の治療位置に実質的に配置する（２５４）。医療従事者は、トリートメント・デリバリ・モジュール１２２の支援を得て、治療プランの送達を開始する（２５８）。治療プランの送達中に、画像モジュール１１４は、患者１４の画像を取得する（２６２）。医療従事者は、線量予測モジュール１１８を用いて、患者１４の新しく取得された画像に部分的に基づいて放射線量予測の生成を開始する（２６６）。計算された放射線量に基づいて、医療従事者は、治療プランのデリバリを変更する必要があるかどうかを判定する（２７０）。

図８は、患者へ送達される放射線量を予測する方法の流れ図である。医療従事者は、患者データや、画像や、他の情報に基づいて、患者１４に対する治療プランを生成する（３００）。患者１４を治療する用意ができると、医療従事者は、治療のデリバリの前に、患者配置モジュール１１０の支援を得て、患者１４を治療台８２上の治療位置に実質的に配置する（３０４）。患者１４がその位置にある間に、画像モジュール１１４は患者１４の新しい画像を取得し（３０８）、これは、患者１４を適正に配置するための支援となり得る。更なる配置調整を必要に応じて行うことができる。医療従事者は、新しく取得された画像に基づいて患者を再配置する（３１２）。医療従事者は、線量予測モジュール１１８を用いて、治療プランにおける画像のうちの少なくとも１つおよび患者の位置に基づいて、予測放射線量の生成を開始する（３１６）。線量予測に基づいて、患者１４および／またはシステムの設定が調整され得る。医療従事者は、施療モジュール１２２の支援を得て治療のデリバリを開始する（３２０）。

本発明の様々な特徴および利点は、添付の特許請求の範囲に記載される。

図１は、放射線療法治療システムの斜視図である。 図２は、図１で示された放射線療法治療システムで使用され得るマルチリーフ・コリメータの斜視図である。 図３は、図１の放射線療法治療システムの概略図である。 図４は、本発明の一実施形態による、治療プランのデリバリを評価する方法の放射線療法治療システムで使用されるソフトウェア・プログラムの概略図である。 図５は、本発明の一実施形態による、患者へ送達される放射線量を予測する方法の流れ図である。 図６は、本発明の一実施形態による、本発明の一実施形態による、患者へ送達される放射線量を予測する方法の流れ図である。 図７は、本発明の一実施形態による、本発明の一実施形態による、患者へ送達される放射線量を予測する方法の流れ図である。 図８は、本発明の一実施形態による、本発明の一実施形態による、患者へ送達される放射線量を予測する方法の流れ図である。

Claims (27)

1. プロファイルを有する患者への治療プランのデリバリにおいて、前記患者へデリバリされる放射線量を予測する方法であって、
   前記患者の少なくとも一部分の第１の画像を生成するステップと、
   前記患者に対する治療プランを定義するステップと、
   前記患者が実質的に治療位置にある間に、前記患者の少なくとも一部分の第２の画像を生成するステップと、
   前記第２の画像を用いて、前記患者のプロファイルを更新するステップと、
   前記患者のプロファイルおよび前記治療プランに基づいて、前記患者へデリバリされる前記放射線量を予測するステップと
   を備える方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記プロファイルが、実際のまたは意図された患者位置により少なくとも部分的に決定される、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記患者のプロファイルが、放射線療法をデリバリするデバイスに関連するデータを含み、前記デバイスのデータが、前記患者へデリバリされる前記放射線量を予測するために使用される、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記患者のプロファイルが動きデータを含む、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記患者プロファイルに基づくデリバリされる予測線量とデリバリされた既知の線量との組合せを決定するために、過去のデータを評価するステップを更に備える方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、前記治療プランのデリバリ中にデータを収集し、前記予測線量と、前記患者へデリバリされた実際の線量とを比較するステップを更に備える方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、少なくとも部分的に、前記予測線量に応じて、患者位置を変更するステップを更に備える方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記予測線量に応じて前記治療プランが変更される、方法。
9. 請求項７に記載の方法であって、前記患者位置が治療中に変更される、方法。
10. 請求項７に記載の方法であって、前記患者位置が、治療後に、続いて行われる治療のために変更される、方法。
11. 請求項７に記載の方法であって、前記患者位置が、デリバリされる前記予測線量の予想される生物学的効果に基づいて変更される、方法。
12. 請求項１に記載の方法であって、デリバリされる線量を予測する前記ステップが、デフォーメーション可能なレジストレーションを使用することを含む、方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、デフォーメーション可能なレジストレーションが、患者構造の輪郭を特定するために使用される、方法。
14. 請求項１２に記載の方法であって、デフォーメーション可能なレジストレーションが、線量蓄積を求めるために使用される、方法。
15. 請求項１に記載の方法であって、現在の実時間の予測線量を生成するステップを更に備える方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、前記現在の実時間の予測線量に基づいて、前記治療プランまたは患者位置を調整するために、フィードバックを使用するステップを更に備える方法。
17. 請求項１に記載の方法であって、デリバリされた臨床的な線量および患者効果に関連するデータを取得し、前記予測線量と前記患者効果とを関連付ける生物学的モデルを適用するステップを更に備える方法。
18. 患者へデリバリされる放射線量を決定する方法であって、
    前記患者に対する治療プランを生成するステップと、
    前記患者が実質的に治療位置にある間に、前記患者の少なくとも一部分の画像を取得するステップと、
    複数の患者プロファイルのそれぞれに対して、前記患者へデリバリされるであろう複数の線量を計算するステップと、
    前記治療プランをデリバリするために、前記患者プロファイルのうちの１つを選択するステップと
    を備える方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、前記患者プロファイルが位置データを含む、方法。
20. 請求項１８に記載の方法であって、前記患者プロファイルが動きデータを含む、方法。
21. 請求項１８に記載の方法であって、取得された前記画像および前記治療プランからの画像を用いて、前記患者のレジストレーションを行うステップを更に備える方法。
22. 患者にデリバリされる放射線量を決定する方法であって、
    所定の治療プランに従って患者へ放射線をデリバリするステップと、
    前記放射線のデリバリ中に前記患者の少なくとも一部分の画像を取得するステップと、
    取得された前記画像に少なくとも部分的に基づいて、前記放射線のデリバリ中に放射線量を計算するステップと、
    前記放射線のデリバリを変更すべきかどうか判定するステップと
    を備える方法。
23. 請求項２２に記載の方法であって、計算された前記放射線量に応じて前記治療プランを変更するステップを更に備える方法。
24. 請求項２２に記載の方法であって、計算された前記放射線量に応じて前記患者の位置を調整するステップを更に備える方法。
25. 請求項２２に記載の方法であって、計算された前記放射線量に応じて前記放射線のデリバリを停止するステップを更に備える方法。
26. 患者へデリバリされる放射線量を決定する方法であって、
    前記患者に対する、第１の画像を含む治療プランを生成するステップと、
    前記患者の少なくとも一部分の第２の画像を取得するステップと、
    前記第２の画像に基づいて前記患者を配置するステップと、
    前記第１の画像および前記患者位置に基づいて、前記患者へデリバリされる前記放射線量を予測するステップと
    を備える方法。
27. 請求項２６に記載の方法であって、前記患者へデリバリされる前記放射線量を予測する前記ステップが、デフォーメーション可能なレジストレーションを使用することを含む、方法。

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