(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024038220
(43)【公開日】2024-03-19
(54)【発明の名称】逐次モノスコープ追跡
(51)【国際特許分類】
A61N 5/10 20060101AFI20240312BHJP
【ＦＩ】
A61N5/10 M
【審査請求】有
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023222949
(22)【出願日】2023-12-28
(62)【分割の表示】P 2019554795の分割
【原出願日】2018-04-05
(31)【優先権主張番号】62/482,135
(32)【優先日】2017-04-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/482,604
(32)【優先日】2017-04-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】15/945,580
(32)【優先日】2018-04-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】505172824
【氏名又は名称】アキュレイ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【氏名又は名称】上杉 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100139712
【弁理士】
【氏名又は名称】那須 威夫
(74)【代理人】
【識別番号】100141553
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 信彦
(74)【代理人】
【識別番号】100158551
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 貴明
(72)【発明者】
【氏名】サイエ ソハイル
(72)【発明者】
【氏名】シュナー エリック
(72)【発明者】
【氏名】ジョーダン ペトル
(72)【発明者】
【氏名】マウラー ジュニア カルヴィン アール
(72)【発明者】
【氏名】ウェスト ジェイ ビー
(72)【発明者】
【氏名】オコンネル ロバート
(57)【要約】 （修正有）
【課題】逐次モノスコープ追跡の方法を提供する。
【解決手段】患者の内部ターゲット１５１領域の位置に関する投射データを含む患者の身体１５０内の内部ターゲット領域の複数の投射を発生させる段階を含む。１又は２以上の外部センサを使用して患者の身体の外部運動１８２に関する外部位置データを発生させる段階を更に含む。内部ターゲット領域の複数の投射を外部位置データに当て嵌めることにより、内部ターゲット領域の位置と外部位置データとの間の相関モデルを処理デバイスによって発生させる段階を更に含む。相関モデルを使用して後の時点での内部ターゲット領域の位置を推定する段階を更に含む。
【選択図】図３
【解決手段】患者の内部ターゲット１５１領域の位置に関する投射データを含む患者の身体１５０内の内部ターゲット領域の複数の投射を発生させる段階を含む。１又は２以上の外部センサを使用して患者の身体の外部運動１８２に関する外部位置データを発生させる段階を更に含む。内部ターゲット領域の複数の投射を外部位置データに当て嵌めることにより、内部ターゲット領域の位置と外部位置データとの間の相関モデルを処理デバイスによって発生させる段階を更に含む。相関モデルを使用して後の時点での内部ターゲット領域の位置を推定する段階を更に含む。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
患者の身体内の内部ターゲット領域の複数の投射を発生させる段階であって、該複数の投射が、該患者の内部ターゲット領域の位置に関する投射データを含む、前記発生させる段階と、
１又は２以上の外部センサを使用して前記患者の前記身体の外部運動に関する外部位置データを発生させる段階と、
前記内部ターゲット領域の前記複数の投射を前記外部位置データに当て嵌めることにより、該内部ターゲット領域の前記位置と該外部位置データとの間の相関モデルを処理デバイスによって発生させる段階と、
前記相関モデルを使用して後の時点での前記内部ターゲット領域の前記位置を推定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
１又は２以上の外部センサを使用して前記患者の前記身体の外部運動に関する外部位置データを発生させる段階と、
前記内部ターゲット領域の前記複数の投射を前記外部位置データに当て嵌めることにより、該内部ターゲット領域の前記位置と該外部位置データとの間の相関モデルを処理デバイスによって発生させる段階と、
前記相関モデルを使用して後の時点での前記内部ターゲット領域の前記位置を推定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項2】
前記複数の投射は、ガントリー上で回転される撮像機を使用して取得される逐次取得モノスコープ投射画像であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記相関モデルは、前記複数の投射及び対応する前記外部位置データ内で識別された前記投射データへの解析関数の最適当て嵌めを識別することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記投射データは、前記内部ターゲット領域の運動を含む前記患者の身体の内部運動を識別することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項5】
内部位置データは、１又は２以上の埋め込み基準マーカの運動を含む前記患者の身体の内部運動を識別することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記複数の投射は、異なる時点で取得されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記相関モデルに基づいて放射線治療送出システムを制御するために、方法が、該相関モデルに基づいて線形加速器（ＬＩＮＡＣ）によって発生された放射線治療ビームを誘導する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記相関モデルに基づいて放射線治療送出システムを制御するために、方法が、該相関モデルに基づいて線形加速器（ＬＩＮＡＣ）のコリメータを制御する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記コリメータは、マルチリーフコリメータであり、該コリメータを制御するために、前記方法が、該マルチリーフコリメータの１又は２以上のリーフを移動する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記相関モデルに基づいて放射線治療送出システムを制御するために、方法が、治療寝台を制御する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記相関モデルに基づいて放射線治療送出システムを制御するために、方法が、該相関モデルに基づいて線形加速器（ＬＩＮＡＣ）によって発生された放射線治療ビームをゲート制御する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項12】
前記投射データは、前記内部ターゲット領域の近くに位置付けられた１又は２以上の基準マーカに対応し、
前記相関モデルを発生させるために、方法が、前記１又は２以上の基準マーカの相対位置に基づいて前記内部ターゲット領域の変形状態を計算する段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記相関モデルを発生させるために、方法が、前記１又は２以上の基準マーカの相対位置に基づいて前記内部ターゲット領域の変形状態を計算する段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項13】
放射線治療送出装置であって、
患者の身体に対して内部であるターゲット領域に関する投射データを発生させるための第１の検出デバイスと、
前記患者の前記身体に対して外部である１又は２以上のセンサに関する位置データを発生させるための第２の検出デバイスと、
内部ターゲット領域に関する前記投射データと外部センサからの前記位置データとを受信し、かつ該外部センサから取得された該位置データに基づいて放射線治療送出装置を制御するために該内部ターゲット領域の位置と該外部センサとの間の対応を発生させて前記患者の運動を補償する処理デバイスと、
を含むことを特徴とする装置。
患者の身体に対して内部であるターゲット領域に関する投射データを発生させるための第１の検出デバイスと、
前記患者の前記身体に対して外部である１又は２以上のセンサに関する位置データを発生させるための第２の検出デバイスと、
内部ターゲット領域に関する前記投射データと外部センサからの前記位置データとを受信し、かつ該外部センサから取得された該位置データに基づいて放射線治療送出装置を制御するために該内部ターゲット領域の位置と該外部センサとの間の対応を発生させて前記患者の運動を補償する処理デバイスと、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項14】
前記第１の検出デバイスは、回転可能な単一撮像機を含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項15】
ガントリーに結合された搭載キロ電圧（ｋＶ）撮像機を含む線形加速器（ＬＩＮＡＣ）を更に含み、
前記第１の検出デバイスは、前記ガントリーに結合される、
ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
前記第１の検出デバイスは、前記ガントリーに結合される、
ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項16】
前記第１の検出デバイスは、更に
複数の逐次画像を発生し、かつ
前記複数の逐次画像に基づいて単一投射を発生させる、
ためのものである、
ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
複数の逐次画像を発生し、かつ
前記複数の逐次画像に基づいて単一投射を発生させる、
ためのものである、
ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項17】
移動可能台に結合された線形加速器（ＬＩＮＡＣ）を更に含み、
前記第１の検出デバイスは、ガントリーに結合されたコーンビームＣＴ（ＣＢＣＴ）撮像機を含む、
ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
前記第１の検出デバイスは、ガントリーに結合されたコーンビームＣＴ（ＣＢＣＴ）撮像機を含む、
ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項18】
前記移動可能台は、前記ガントリーであることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項19】
前記移動可能台は、前記ガントリーとは別のものであることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項20】
相関モデルが、ＣＢＣＴ走査像の取得中に発生されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項21】
前記第１の検出デバイスは、ＭＶポータル撮像機を含むことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項22】
放射線治療送出システムの処理デバイスによって実行された時に該処理デバイスに、
複数の投射が患者の内部ターゲット領域の位置に関する投射データを含む該患者の身体内の内部ターゲット領域の該複数の投射を発生させ、
１又は２以上の外部センサを使用して前記患者の前記身体の外部運動に関する外部位置データを発生させ、
前記内部ターゲット領域の前記複数の投射を前記外部位置データに当て嵌めることにより、該内部ターゲット領域の前記位置と該外部位置データとの間の相関モデルを前記処理デバイスによって発生させ、
前記相関モデルを使用して後の時点での前記内部ターゲット領域の位置を推定する、
ことを行わせる命令、
を含むことを特徴とする非一時的コンピュータ読取可能媒体。
複数の投射が患者の内部ターゲット領域の位置に関する投射データを含む該患者の身体内の内部ターゲット領域の該複数の投射を発生させ、
１又は２以上の外部センサを使用して前記患者の前記身体の外部運動に関する外部位置データを発生させ、
前記内部ターゲット領域の前記複数の投射を前記外部位置データに当て嵌めることにより、該内部ターゲット領域の前記位置と該外部位置データとの間の相関モデルを前記処理デバイスによって発生させ、
前記相関モデルを使用して後の時点での前記内部ターゲット領域の位置を推定する、
ことを行わせる命令、
を含むことを特徴とする非一時的コンピュータ読取可能媒体。
【請求項23】
前記複数の投射は、ガントリー上で回転される撮像機を使用して取得される逐次取得モノスコープ投射画像であることを特徴とする請求項２２に記載の非一時的コンピュータ読取可能媒体。
【請求項24】
前記相関モデルは、前記複数の投射及び対応する前記外部位置データ内で識別された前記投射データへの解析関数の最適当て嵌めを識別することを特徴とする請求項２２に記載の非一時的コンピュータ読取可能媒体。
【請求項25】
前記投射データは、前記内部ターゲット領域の運動を含む前記患者の身体の内部運動を識別することを特徴とする請求項２２に記載の非一時的コンピュータ読取可能媒体。
【請求項26】
内部位置データは、１又は２以上の埋め込み基準マーカの運動を含む前記患者の身体の内部運動を識別することを特徴とする請求項２２に記載の非一時的コンピュータ読取可能媒体。
【請求項27】
回転するガントリー上の単一撮像機を使用してターゲットの複数のＸ線画像を該ターゲットの周りに該単一撮像機を回転させることによって逐次的に取得する段階と、
前記逐次的に取得された複数のＸ線画像を使用して前記ターゲットの３次元位置を処理デバイスによって決定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
前記逐次的に取得された複数のＸ線画像を使用して前記ターゲットの３次元位置を処理デバイスによって決定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項28】
相関モデルに基づいて放射線治療送出システムを制御する段階を更に含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項29】
患者の身体に対して内部のターゲット位置に関する位置データを内部ターゲット位置の複数の投射を発生させることによって発生させる段階と、
１又は２以上の外部センサを使用して前記患者の前記身体の外部運動に関する外部位置データを発生させる段階であって、該外部位置データが前記複数の投射よりも頻繁に発生される、前記発生させる段階と、
前記内部ターゲット位置の前記複数の投射と前記外部位置データとに相関モデルを当て嵌めることにより、該内部ターゲット位置の位置と前記外部センサとの間の対応を処理デバイスによって発生させる段階と、
前記相関モデルに基づいて前記患者の前記内部ターゲット位置の前記位置に向けて放射線を誘導して該患者の運動を補償するように治療送出システムを制御する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
１又は２以上の外部センサを使用して前記患者の前記身体の外部運動に関する外部位置データを発生させる段階であって、該外部位置データが前記複数の投射よりも頻繁に発生される、前記発生させる段階と、
前記内部ターゲット位置の前記複数の投射と前記外部位置データとに相関モデルを当て嵌めることにより、該内部ターゲット位置の位置と前記外部センサとの間の対応を処理デバイスによって発生させる段階と、
前記相関モデルに基づいて前記患者の前記内部ターゲット位置の前記位置に向けて放射線を誘導して該患者の運動を補償するように治療送出システムを制御する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項30】
前記位置データは、内部ターゲット領域の近くに位置付けられた１又は２以上の基準マーカに対応し、
前記相関モデルを発生させる段階が、前記１又は２以上の基準マーカの相対位置に基づいて前記内部ターゲット領域の変形状態を計算する段階を含む、
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
前記相関モデルを発生させる段階が、前記１又は２以上の基準マーカの相対位置に基づいて前記内部ターゲット領域の変形状態を計算する段階を含む、
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
〔関連出願への相互参照〕
この出願は、これによりその内容全体が引用によって本明細書に組み込まれる２０１７年４月５日出願の米国仮特許出願第６２／４８２，１３５号及び２０１７年４月６日出願の米国仮特許出願第６２／４８２，６０４号に対する優先権を主張する２０１８年４月４日出願の米国特許出願第１５／９４５，５８０号の利益を主張するものである。
この出願は、これによりその内容全体が引用によって本明細書に組み込まれる２０１７年４月５日出願の米国仮特許出願第６２／４８２，１３５号及び２０１７年４月６日出願の米国仮特許出願第６２／４８２，６０４号に対する優先権を主張する２０１８年４月４日出願の米国特許出願第１５／９４５，５８０号の利益を主張するものである。
【0002】
本開示の実施形態は、Ｘ線撮像機からのデータを使用してターゲットの位置を追跡することに関する。
【背景技術】
【0003】
放射線治療では、患者の身体の外側の線源から放射線治療ビームを通じて送出される放射線線量は、腫瘍細胞を破壊するために身体のターゲット領域に送出される。典型的に、ターゲット領域は、腫瘍組織の容積から構成される。放射線治療中に、放射線治療ビームの治療線量が患者の身体の意図する部位に向けられるように、ターゲット領域の移動を追跡することに注意を払わなければならない。
【0004】
本開示の実施形態を添付図面の図に限定ではなく一例として示す。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【図1A】本明細書に説明する実施形態に従って使用することができる放射線治療システムを例示する図である。
【図1B】本明細書に説明する実施形態による放射線治療システムの断面図である。
【図2A】本明細書に説明する実施形態による体積撮像デバイス及び投射を例示する図である。
【図2B】本明細書に説明する実施形態による投射画像を例示する図である。
【図3】実施形態によりターゲット領域の運動を追跡するために外部マーカと組み合わせられた内部マーカを例示する図である。
【図4A】実施形態により治療システム内の呼吸及び他の運動を補償するための方法を例示する流れ図である。
【図4B】実施形態により治療システム内の逐次モノスコープ追跡のための方法を例示する第１の流れ図である。
【図4C】実施形態により治療システム内の逐次モノスコープ追跡のための方法を例示する第２の流れ図である。
【図4D】実施形態により治療システム内の逐次モノスコープ追跡のための方法を例示する第３の流れ図である。
【図5】本明細書に説明する実施形態によるポータル撮像放射線治療システムを例示する図である。
【図6】本明細書に説明する実施形態によるガントリーベースの強度変調放射線治療システムを例示する図である。
【図7】本明細書に説明する実施形態によるヘリカル放射線送出システムを例示する図である。
【図8】本明細書に説明する実施形態により放射線治療の発生又は実行に使用することができる異なるシステムの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0006】
本明細書に説明するのは、逐次モノスコープ追跡のための方法及び装置の実施形態である。本開示の実施形態は、立体Ｘ線撮像機能を含むＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅ（登録商標）放射線手術システムのような放射線治療送出システムと併用することができる。これに代えて、他のタイプの放射線治療送出システム（例えば、ガントリーベース、ヘリカルベースなど）を使用することができる。
【0007】
一実施形態では、放射線治療システムは、放射線治療源として作用する線形加速器（ＬＩＮＡＣ）１２０１を含む。治療中に、放射線治療線量が意図するターゲットに向けられるように患者のターゲット領域のあらゆる移動が注意深く追跡されることを保証することが重要である。従ってＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅ（登録商標）放射線治療システムのような放射線治療システムでは、本明細書に説明するもののような逐次モノスコープ追跡システムが望ましいことになる。
【0008】
体積撮像システム（例えばｍｅｄＰｈｏｔｏｎ ＩｍａｇｉｎｇＲｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（ＩＲＳ））と、図１Ａに示している放射線治療送出システム（例えばＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅ（登録商標）放射線治療システム）との併用は、新しい画像位置合わせ及び画像追跡の機会を与える。例えば、本開示の実施形態では、そのようなシステムは、単一の撮像機しか用いずに２又は３以上のフラット－パネルＸ線画像を取得することができる。
【0009】
本開示の実施形態は、異なる時点で取得された２又は３以上のフラット－パネルＸ線画像から逐次的に取得されたＸ線画像からのデータを使用して患者の内側のターゲットの３Ｄ位置を追跡する。単一（モノスコープ）画像が異なる角度から逐次的に（例えば数秒置きに）撮影されるので、そのような撮像は、逐次モノスコープ撮像と呼ぶことができる。一部の実施形態では、画像は、包含的に秒毎に一度と分毎に一度の間で撮影することができる。他の実施形態では、画像は、包含的に１００ミリ秒毎に一度と２分毎に一度の間で撮影することができる。立体Ｘ線撮像との相違点は、単一モノスコープ画像が３Ｄ空間内のターゲットの位置を完全には定義しない点である。単一Ｘ線画像内で視覚化される物体は、Ｘ線源とＸ線画像内の物体の位置とを結ぶ線上のいずれかの箇所に位置する。
【0010】
異なる位置から取得された一連の個々の画像からの物体位置に関する情報は、観測期間にわたってターゲットの最も可能性が高い軌道を推定するための相関モデルに同時に当て嵌めることができる。移動する３Ｄターゲット位置と外部で検出された呼吸振幅との間の相関関係は、全てが異なる時点で少なくとも２つの位置から取得された複数の個々のフラット－パネルＸ線画像（例えばモノスコープ投射画像）から取得された投射を使用してモデル化することができる。本明細書に説明する数式を使用してモノスコープ投射画像を３Ｄモデルに当て嵌めて、ある期間にわたるターゲットの軌道を推定することができる。
【0011】
一実施形態では、投射（本明細書では「投射画像」とも呼ぶ）は、単一観測角度から身体の外側の平面（２Ｄ）に投射された身体の内部領域を描く画像とすることができる。この実施形態では、投射画像を取得するために、身体の両側のＸ線点源とフラット－パネル検出器とを使用することができる。Ｘ線源及び検出器は、身体の周囲で回転して様々な撮像角度から投射画像を取得することを可能にするリングガントリー上に装着することができる。
【0012】
別の実施形態では、投射データは、内部ターゲットの２Ｄ検出器位置とＸ線点源の間の線、及び／又は２Ｄ検出器位置それ自体の両方を含むことができる。一実施形態では、３Ｄターゲット位置と外部センサ位置の間の相関モデルは、検出器に投射されたモデルと２Ｄ検出器位置の間の距離を最小化することにより、及び／又はこのモデルと２Ｄ検出器位置及びＸ線点源間の線との間の距離を最小化することによって当て嵌めることができる。
【0013】
例えば、相関モデルは、複数の時点で取得された２Ｄターゲット位置を同時に取得された外部測定値（例えば外部マーカ位置）に当て嵌めることによって発生させることができる。そのような相関モデルは、例えば放射線治療システムにおいて使用することができる。そのようなシステムでは、相関モデルは、治療前、治療中に発生させることができ、この相関モデルを使用して外部測定値から内部腫瘍位置が推定され、この情報は、放射線ビームをターゲットと共に動的に移動させる又は成形するために用いられる。
【0014】
「ターゲット」という用語は、治療部位（例えば腫瘍）の近く（何らかの定められた近接度の範囲内）にある１又は２以上の基準を指す場合がある。別の実施形態では、ターゲットは、骨構造である場合がある。更に別の実施形態では、ターゲットは、患者の軟組織（例えば腫瘍）を指す場合がある。ターゲットは、本明細書に説明するように識別及び追跡することができるあらゆる定められた構造又は部位とすることができる。
【0015】
図１Ａは、本明細書に説明する実施形態に従って使用することができる放射線治療システム１２００を例示している。図示しているように、図１Ａは、放射線治療システム１２００の構成を例示している。例示している実施形態では、放射線治療システム１２００は、放射線治療源として作用する線形加速器（ＬＩＮＡＣ）１２０１を含む。一実施形態では、ＬＩＮＡＣ１２０１は、患者の周りの作動容積内で多くの角度から多くの平面内で送出されるビームで病変解剖学的構造（例えばターゲット１２０）を照射するようにＬＩＮＡＣ１２０１を位置決めするために複数（例えば５又は６以上）の自由度を有するロボットアーム１２３５の端部上に装着される。治療は、単一アイソセンター手法、複数アイソセンター手法、又は非アイソセントリック手法によるビーム経路を必要とする場合がある。これに代えて、他のタイプの画像誘導式放射線治療（ＩＧＲＴ）システムを使用することができる。一代替実施形態では、ＬＩＮＡＣ１２０１は、下記で説明するようにガントリーベースのシステム上に装着することができる。
【0016】
ＬＩＮＡＣ１２０１は、治療中にロボットアーム１２３５を移動させることによって複数の異なるノード（ＬＩＮＡＣ１２０１を停止させて放射線を送出することができる定められた位置）に位置決めすることができる。これらのノードでは、ＬＩＮＡＣ１２０１は、１又は２以上の放射線治療ビームをターゲットに送出することができる。ノードは、患者の周囲にほぼ球面の分散状態で配置することができる。特定のノード数及び各ノードで照射される治療ビームの数は、治療すべき病変解剖学的構造の場所及びタイプの関数として変動する可能性がある。
【0017】
放射線治療システム１２００は、Ｘ線源１２０３Ａ及び１２０３Ｂ（すなわち撮像源）と固定Ｘ線検出器１２０４Ａ及び１２０４Ｂとに接続された処理デバイス１２３０を有する撮像システム１２１０を含む。これに代えて、Ｘ線源１０３Ａ、１２０３Ｂ及び／又はＸ線検出器１２０４Ａ、１２０４Ｂは移動可能なものとすることができ、この場合、それらは、ターゲット１２０との位置合わせを維持するために、又はこれに代えてターゲットを異なる向きから撮像するために、又は多くのＸ線画像を取得して３次元（３Ｄ）コーンビームＣＴを再構成するために再位置決めすることができる。一実施形態では、Ｘ線源は点源ではなく、当業者には理解されるであろうが、Ｘ線源アレイである。一実施形態では、ＬＩＮＡＣ１２０１は、撮像源として機能し、ＬＩＮＡＣ電力レベルは、撮像にとって無難なレベルまで低減される。
【0018】
撮像システム１２１０は、コーンビームＣＴ又はヘリカルメガ電圧コンピュータ断層撮像（ＭＶＣＴ）のようなコンピュータ断層撮像（ＣＴ）を実行することができ、撮像システム１２１０によって発生される画像は、２次元（２Ｄ）又は３次元（３Ｄ）のものとすることができる。２つのＸ線源１２０３Ａ及び１２０３Ｂは、手術室の天井の固定位置に装着することができ、２つの異なる角度位置（例えば９０度だけ分離された）からのＸ線撮像ビームを機械アイソセンター（本明細書では、治療中に患者を治療寝台１２０６上に位置決めするための基準点を与える治療中心と呼ぶ）で交差するように投射し、患者を通り抜けた後にそれぞれの検出器１２０４Ａ及び１２０４Ｂの撮像平面を照明するように位置合わせすることができる。一実施形態では、撮像システム１２１０は、ターゲット及び取り囲む当該容積（ＶＯＩ）の立体撮像を可能にする。他の実施形態では、撮像システム１２１０は、２よりも多い又は少ないＸ線源と２よりも多い又は少ない検出器とを含むことができ、検出器のいずれも固定されるのではなく、移動可能とすることができる。更に他の実施形態では、Ｘ線源の位置と検出器の位置とを交換することができる。検出器１２０４Ａ及び１２０４Ｂは、Ｘ線を可視光へと変換する発光物質（例えばアモルファスシリコン）と、この光を当業者には公知であるようにデジタル画像の座標系を基準画像の座標系へと変換する画像位置合わせ処理中に基準画像と比較することができるデジタル画像へと変換するＣＭＯＳ（相補的金属酸化物半導体）又はＣＣＤ（電荷結合デバイス）の撮像セルアレイとから作製することができる。基準画像は、例えば、ＣＴ画像を通して光線を投射することによってＸ線画像形成処理を模擬することに基づいて３ＤＣＴ画像から発生された仮想Ｘ線画像であるデジタル再構成放射線画像（ＤＲＲ）とすることができる。
【0019】
ＩＧＲＴ送出システム１２００は、２次撮像システム１２３９を更に含む。撮像システム１２３９は、コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）撮像システム、例えばｍｅｄＰｈｏｔｏｎ ＩｍａｇｉｎｇＲｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍである。これに代えて、他のタイプの体積撮像システムを使用することができる。２次撮像システム１２３９は、アーム及びレールシステム（図示していない）に取り付けられた回転可能ガントリー１２４０（例えばリング）を含み、アーム及びレールシステムは、１又は２以上の軸線に沿って（例えば治療寝台１２０６の頭部から脚部へと延びる軸線に沿って）回転可能ガントリー１２４０を移動させる。回転可能ガントリー１２４０には撮像源１２４５と検出器１２５０とが装着される。回転可能ガントリー１２４０は、治療寝台の頭部から脚部へと延びる軸線の回りに３６０度回転することができる。従って、撮像源１２４５及び検出器１２５０は、数多くの異なる角度で位置決めすることができる。一実施形態では、撮像源１２４５はＸ線源であり、検出器１２５０はＸ線検出器である。一実施形態では、２次撮像システム１２３９は、別々に回転可能な２つのリングを含む。撮像源１２４５は第１のリングに装着することができ、検出器１２５０は第２のリングに装着することができる。一実施形態では、回転可能ガントリー１２４０は、放射線治療送出中にロボットアーム１２０２との衝突を避けるために治療寝台の脚部で静止している。
【0020】
図１Ａに示すように、画像誘導式放射線治療システム１２００は、治療送出ワークステーション１５０に更に関連付けることができる。治療送出ワークステーションは、放射線治療システム１２００及び患者が存在する治療室とは異なる部屋の中に放射線治療システム１２００から遠隔に設置することができる。治療送出ワークステーション１５０は、本明細書に説明するように１又は２以上の画像位置合わせに基づくターゲット運動の検出に基づいて患者１２２５への治療送出を修正する処理デバイス（処理デバイス１２３０又は別の処理デバイスである場合がある）及びメモリを含むことができる。
【0021】
一部の実施形態では、ヘリカル送出を行うガントリーシステムを使用して撮像システム１２１０を回転させることができる。例えば、このガントリーシステムを使用して２、３、又は４以上の画像（例えば、Ｘ線画像）を異なる角度で取得することができる。放射線治療送出システムは、患者の周囲に位置決めされた回転撮像システム１０９を更に含むことができる。
【0022】
一実施では、システム１２００は、フレームレスロボット放射線手術システム（例えばＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅ（登録商標）治療送出システム）を含む。別の実施では、システム１２００は、ガントリーベースのＬＩＮＡＣ治療システムに結合され、例えば、ＬＩＮＡＣ１２０１は、ガントリーベースのシステムのガントリーに結合される。これに代えて、システム１２００は、他のタイプの放射線治療システム、例えば下記で議論するヘリカル送出システムと併用することができる。
【0023】
【0024】
図１Ｂに示すように、ＩＧＲＴシステム７００は、２つのキロ電圧（ｋＶ）撮像源７０２Ａ及び７０２Ｂを含むことができ、これらの撮像源は、手術室の天井７２０にある軌道７２２Ａ及び７２２Ｂ上に装着することができ、更に治療中に治療ビーム７１６Ａ，７１６Ｂ、及び７１６Ｃを発生させるためのＬＩＮＡＣ７０８を位置決めし、患者７１０を治療寝台７１４の上に位置決めするための基準点を与える撮像中心７２６（すなわちアイソセンター）においてビーム７０４Ａの光線７１２Ａがビーム７０４Ｂの光線７１２Ｂと交差するように２つの異なる位置から撮像Ｘ線ビーム７０４Ａ及び７０４Ｂを投射するように位置合わせすることができる。患者７１０を通り抜けた後に、撮像Ｘ線ビーム７０４Ａ及び７０４Ｂは、手術室の床７１８又はその近くに互いに実質的に平行（例えば５度以内）に装着することができるＸ線検出器７２４Ａ及び７２４Ｂのそれぞれの撮像面を照明することができる。ｋＶ撮像源７０２Ａ及び７０２Ｂは、ｋＶ撮像源７０２Ａ及び７０２Ｂの撮像面が単一撮像平面を形成するように実質的に共面とすることができる。一実施形態では、ｋＶ撮像源７０２Ａ及び７０２Ｂは、単一ｋＶ撮像源で置き換えることができる。患者７１０のＸ線画像が発生された状態で、ＬＩＮＡＣ７０８は、異なる角度からの治療ビーム７１６を発生させるために回転することができる。ＬＩＮＡＣ７０８が異なる角度まで回転する間に、ｋＶ撮像源７０２Ａ及び７０２Ｂは、新しい角度からの患者７１０のＸ線画像を発生させるために軌道７２２Ａ及び７２２Ｂに沿って移動することができる。
【0025】
図２Ａは、本明細書に説明する実施形態による体積撮像デバイス２０２と投射２０８とを例示している。一実施形態では、体積撮像デバイスは、線源２０４と検出器２０６とを含む。一実施形態では、体積撮像機２０２の線源２０４及び検出器２０６は、放射線治療中にターゲットを追跡し、患者を位置合わせするのに使用することができる。一実施形態では、体積撮像デバイス２０２は、追跡及び位置合わせを実行する上で使用することができる一連の画像を撮影するのに使用することができる。別の実施形態では、体積撮像デバイス２０２は、追跡及び位置合わせを実行する上で静止２ＤＸ線撮像機（例えば２０９）のような第２の撮像機との組合せで使用することができる。一実施形態では、線源２０４から検出器２０６へと延びる投射（例えば投射線）２０８が示されている。
【0026】
一実施形態では、（例えば投射線２０８に基づく投射画像からの）投射データは、２Ｄ検出器２０６の位置とＸ線点源２０４との間の線２０８と、検出器２０６位置それら自体との両方を含むことができる。図２Ｂの投射画像２１０は、投射画像の一例である。一実施形態では、検出器２０６に投射されるモデルと２Ｄ検出器の位置との間の距離を最小化すること、及び／又はモデルと２Ｄ検出器２０６の位置及びＸ線点源２０４間の線２０８との間の距離を最小化することによって相関モデルを当て嵌めることができる。
【0027】
一実施形態では、３Ｄ点を２Ｄ平面内の点に写像するいずれかの方法によって投射を発生させることができる。例えば、異なる角度からの身体のＸ線投射画像を取得するために、Ｘ線点源２０４とフラット－パネル検出器２０６とを回転可能プラットフォーム又はガントリー２０２上に身体の両側に装着することができる。各画像ピクセルは、Ｘ線がＸ線点源２０４から検出器２０６までの線２０８内で進む時にＸ線に沿って遭遇する線形減衰係数の積分に近似するスカラー強度値を有する。Ｘ線撮像システムは、体内の解剖学的構造の３Ｄ位置をＸ線投射画像内の２Ｄ位置へと投射する。この実施形態では、患者の内部ターゲット領域の位置を識別する内部位置データを３Ｄ位置とすることができる。本明細書で説明する場合は、投射（又は投射データ）は、Ｘ線投射画像内の２Ｄ位置と、Ｘ線投射画像内のＸ線点源２０４及び２Ｄ位置間の線２０８との両方を指すことができる。
【0028】
図３は、患者の皮膚に取り付けられた１又は２以上の外部マーカ１８０と組み合わせられた内部マーカ１５２を有する患者の身体１５０内のターゲット（例えば腫瘍）１５１を例示する図である。患者の皮膚に取り付けられた１又は２以上の外部マーカ１８０は、腹部又は胸壁の運動１８２を決定することを可能にする。患者の呼吸の例では、外部マーカは、患者が吸入する及び吐き出す時の外部運動を追跡することができる。外部マーカ１８０は、赤外線又は可視光のようないくつかの光学的方法を使用する外部検出デバイスによって自動的に追跡することができ、外部マーカの位置を毎秒６０回よりも多く決定することができる。外部マーカは、患者の腰の周囲に密着するベルト、フレキシブルリング、又はベストに取り付けることもできる。
【0029】
一実施形態では、ターゲット臓器が小幅にしか移動しない場合に、同時に外部マーカが大幅に移動する可能性があり、その逆の可能性もあることから、患者の運動を補償するために外部マーカしか用いられない場合に、これらのマーカがターゲット臓器の内部運動を正確に反映しない可能性がある。更に、外部マーカの主運動軸線は、必ずしも内部ターゲットの主運動軸線と同じであるとは限らない。例えば、肺ターゲットは、患者の下／上方向に主運動軸線を有する可能性があり、それに対して外部胸マーカは、前／後方向に主運動軸線を有ずる可能性がある。外部マーカだけでは、患者の運動を補償するのに十分に精確であるとは言えない可能性がある。ターゲット臓器の運動を正確に追跡するために、内部マーカと外部マーカとの組合せを使用することができる。ターゲット臓器の運動の正確な追跡を可能にするために、内部マーカの（例えば内部検出デバイスによる）周期的Ｘ線撮像を外部マーカの（外部追跡デバイスによる）連続光学追跡と相関させることができる。内部マーカの運動と外部マーカの運動とを相関させるように、内部マーカの位置と外部マーカの位置との間の関係を決定することができ、この決定は、治療処理の開始時に行うことができ、これについて図４Ａ～図４Ｄを参照しながら下記で説明することにする。一実施形態では、Ｓｙｎｃｈｒｏｎｙ（登録商標）呼吸追跡システムを使用することができることに注意されたい。これに代えて、他のタイプの追跡システムを使用することができる。
【0030】
図４Ａは、放射線治療送出中の患者の呼吸及び／又は他の運動に関する患者内のターゲット（例えば腫瘍）の位置の変化を補償するための方法４０４を例示する流れ図である。一般的に、方法４０４は、ハードウェア（例えば、処理デバイス、回路、専用論理部、プログラマブル論理部、マイクロコード、デバイスのハードウェアなど）、ソフトウェア（例えば、処理デバイス上で稼働又は実行される命令）、又はこれらの組合せを含むことができる処理論理部によって実行することができる。一部の実施形態では、方法４０４は、図１の放射線治療システム１２００の処理論理部によって実行することができる。
【0031】
一実施形態では、この方法での最初の少数の作動は、患者の実際の治療の前の時点で実行することができる。特に、外科医は、ブロック４０６における短い手術手順中にターゲット臓器の近位又はその内部に内部マーカ（例えば基準）セットを挿入する（例えば確立する）ことができ、次に、外科医はブロック４０８において治療の直前に外部マーカセットをターゲット臓器に近い患者の胸又は腹壁に取り付ける（例えば確立する）ことができる。一実施形態では、外部マークは、光学ベースのシステム内の光学マーカとすることができる。別の実施形態では、他のマーカを使用することができる。一部の実施形態では、内部マーカセットを挿入することなくターゲット（例えば、基準、軟質組織、骨など）を追跡することができる。次にブロック４１０では、内部マーカ及び外部マーカの位置情報を受信した放射線治療デバイスのプロセッサ、例えば図８のプロセッサ６７０が、患者の治療を開始する直前に内部マーカの位置と外部マーカの位置とを相関させる。内部マーカを外部マーカと相関させるための方法については下記で説明する。内部マーカの位置と外部マーカの位置とが相関された状態で、患者の治療を始めることができる。
【0032】
一実施形態では、ブロック４１１では、放射線治療システムの処理デバイスは、内部マーカが最後に撮像された時間からの総経過時間が予め決められた期間に等しいかどうかを決定する。予め決められた期間は、例えば数秒程度とすることができる。これに代えて、他の期間を使用することができる。総経過時間が予め決められた期間に等しい場合に、ブロック４１６において治療ビームが停止され、内部マーカが、例えばＸ線撮像を使用して撮像される。別の実施形態では、治療ビームは、新しいＸ線画像の取得中に停止されない。次に、ブロック４１８において総経過時間がゼロにリセットされ、本方法はブロック４１１に戻る。ブロック４１１に戻ると、総経過時間が予め決められた期間に等しくない場合に、ブロック４１２において外部マーカが追跡され、この間にブロック４１４において治療ビームが起動される（例えば治療送出システムが制御される）。外部マーカは、位置データが放射線治療システムの処理デバイスに例えば毎秒６０回送出されるように追跡することができる。これに代えて、他の期間を使用することができる。一部の実施形態では、システムは、回転ガントリーが予め決められた角度に達した時にＸ線画像を撮影することができる。例えば、Ｘ線画像は、ガントリーが各回転において０°及び９０°を通過する度に撮影することができる。他の実施形態では、期間と角度の組合せを使用することができる。次に、処理デバイスは、外部マーカの位置を内部マーカの位置と相関させて、ターゲット臓器のいずれかの位置変化に関する位置データを発生させることができる。従って、内部マーカの周期的撮像の間で、外部マーカの位置を使用してターゲットの位置が追跡される。
【0033】
ターゲットの移動が検出されると、放射線治療システムは、この移動を補償して放射線治療送出をいくつかの異なる方式で制御することができる。例えば、治療システムは、ターゲットと相対的な治療ビームの方向を制御するためにＬＩＮＡＣ及び／又は患者治療寝台を移動させることができる。治療システムは、ターゲットと調和するように放射線治療ビームを発射又は停止することができる。治療システムは、放射線治療ビームを成形又は平行化し、ビームエネルギーを修正し、又は他に放射線治療ビームの特性を変更することができる。
【0034】
本開示の実施形態は、異なる時間で取得された２又は３以上のフラット－パネルＸ線画像を使用して患者の内側のターゲットの３Ｄ位置を追跡することができる。移動する内部３Ｄターゲット位置と外部で検出された運動（例えば呼吸）振幅との間の相関関係は、全てが異なる時間に取得された複数の個々のフラット－パネルＸ線画像から取得されたデータを使用してモデル化される。逐次モノスコープ追跡（ＳＭＴ）への様々な数学手法を使用することができ、そのうちの２つを以下に議論する。しかし、本開示は、下記で議論する２つの手法に限定されない。代替実施形態では、他の数学手法を使用することができる。
【0035】
一実施形態では、数学手法は、Ｘ線源から（決定すべき）ターゲット位置モデルを通ってパネル上に至る投射線として視覚化され、パネル上の投射モデル位置と２Ｄで検出された実際の位置との間の最小平方和差を最小化する線形代数を使用してターゲット位置モデルに関して求解することができる（以下では「投射線手法」と呼ぶ）。モデルは、（疑似静止追跡するための）単一静止腫瘍位置とすることができ、又は（呼吸追跡するための）呼吸振幅の関数とすることができる。下記では、この投射線数学手法は、（１）（例えば呼吸又は心臓の運動に起因する）非静止ターゲット運動のモデル化を使用するヘリカル放射線治療送出システム、（２）疑似静止ターゲット運動のモデル化を使用するヘリカル放射線治療送出システム、（３）非静止ターゲット運動のモデル化を使用するターゲット運動追跡システムを有する放射線治療送出システムに関して説明する。しかし、本開示は、下記で議論する手法のみに限定されるわけではない。代替実施形態では、他の数学手法を使用することができる。
【0036】
この節で議論する数学手法は、本明細書で言及するヘリカル送出システムのようなヘリカル放射線送出システムに関するものとすることができる。ターゲットが大幅な呼吸運動を受けることが予測される場合に（一般的に肺、肝臓、膵臓、乳房、及び腎臓の治療）、周期的補正を実行するのに画像対を使用する代わりにターゲット運動に対する実時間補償を可能にするモデルが構築される。このモデルへの第１の入力は、患者によって着用されているベスト上の外部基準又は外部マーカの３Ｄ位置のストリームである。外部マーカの例は、例えば毎秒およそ３０フレームで追跡されるベスト上のＬＥＤとすることができる。第２の入力は、撮像システム、例えば単一投射Ｘ線画像からの周期的データである。特に、各画像が撮影される度に、所望の角度でのＸ線投射を模擬する計画的コンピュータ断層撮影（ＣＴ）を用いたデジタル再構成放射線画像（ＤＲＲ）を活用してＸ線画像内で基準（基準治療）又はターゲットが局在化される。この局在化段階から、Ｘ線源を基準（又はターゲット）重心に結ぶ線を推定することができる。この線が、次に、線源位置と併せて相関モデルへの第２の入力である。
【0037】
ターゲットが画像内にある事例では、線源をターゲットに結ぶ線を求めるのは自明であり、この線は、単純に検出器平面内で識別された線源をターゲットの重心に結ぶ線である。しかし、複数の基準を伴う場合に対して、基準が線源から異なる距離のところにある可能性があることから、検出器平面内で基準配置の重心を取得する段階は不正確な結果を生じると考えられる。
【0038】
線源からの基準の距離を単一投射画像内で正確に導出することはできず、従って本発明者は、代わりに公称位置合わせ状態での基準の既知の３Ｄ場所を使用してこれらの距離を近似する。一部の実施形態では、各基準を個々に追跡することができ、各追跡対象基準に対応する３Ｄモデルを発生させることができる。
【0039】
公称位置合わせ状態での基準の位置をｘj、ｊ＝１．．．Ｎと書き、線源の位置をＳと書き、検出器平面上への基準の３Ｄ投射（局在化アルゴリズムによって２Ｄ位置が決定され、検出器に対応する任意の「深度」を各基準に与えることによって３Ｄ投射が計算される）をｆjと書くことで、各基準の３Ｄ位置Ｐjが線Ｓ＋λ（ｆj－Ｓ）上のｘjへの最近接点として推定される。特に、次式が成り立つことがわかる。
同じくこのＰjは、ｘjからこの線に対して垂直に位置し、すなわち、次式が成り立つ。
これらの式をまとめて解くことによって次式が与えられる。
これは、Ｐjを推定すること、従って平均値を基準構成の推定重心として取得することを可能にする。この位置は、線源に加えて、次に、モデラーに送られる線を定義する。
【0040】
ターゲットが大幅な呼吸運動及び／又は心臓運動に見舞われない実施形態では、ターゲットが許容限界範囲内に留まることを保証するためにターゲットの平行移動に対する周期的補正を実施し、ターゲットの回転を測定することができることが望ましい場合がある。それを行うために、画像対を使用することができ、一般的にこれらの画像は、ガントリーが回転している状態でいくつかの制約を受けながら（例えば、２つの画像の間の角度分離幅が少なくとも３０度でなければならず、かつ１５０度を超えてはならない）取得された２つの直近の画像となる。
【0041】
ガントリー上のｋＶスナップショット撮像システムによって撮影されたこれらの画像は下／上方向を共有することから、下記でより詳細に説明するように、ロボットベースのＬＩＮＡＣの場合と同様に、上記で説明した手法は、直交しない角度に対処するように拡張することができる。しかし、寝台は治療全体を通して継続的な運動を受けることになり、投射基準位置に対するこの運動の効果は、Ｘ線源からの各基準の距離に従って変動する。この寝台の運動を算入するロボットベースのＬＩＮＡＣ手法の拡張は簡単ではなく、従って別の方法を提案する。
【0042】
例えば、Ｎ個の画像（上記で提案したワークフローが用いられる場合にはＮは２に等しくなる）が存在する一般的な場合に、これらの画像の間でカメラ投射行列が変動することが許される。現実には、ガントリーの屈曲がカメラパラメータの大幅な変化を引き起こさない限り、投射行列が一定に留まると仮定することができる。
【0043】
標準ピンホールカメラ投射モデルは、投射行列Ｐによって表すことができる。
【0044】
Ｆは、カメラの３Ｄ座標系であり、ｆは、焦点距離（例えば、Ｘ線源と、線源－検出器軸線及び検出器中心の交点との間の距離）であり、ｋu及びｋvは、ｘ及びｙの画像軸線に沿うピクセル寸法の逆数であり、ｕ0及びｖ0は、光学軸線と撮像平面との交点の画像座標であり、｛ｘF，ｙF，ｚF｝は、投射されている物体のカメラ座標系内の３次元位置であり、｛Ｉjx，Ｉjy｝は、投射（この場合にはＸ線画像）内に出現する時の物体の２Ｄ画像座標である。
【0045】
投射を実行する前に、物体の位置を撮像座標系からカメラ座標系へと変換することができる。この変換は、ｊ接尾辞が、画像ｊに関する撮像座標系からカメラ座標への変換を表す場合にＲjと標記する剛体変換によって果たすことができる。次に、画像ｊに対する投射行列をＰjと標記することで、次式が得られる。
前式中のｃj＝｛ｃjx ｃjy ｃjz｝Tは、画像ｊにおける寝台オフセットを表すベクトルであり、ｘ＝｛ｘ ｙ ｚ｝Tは、撮像座標系内の物体の位置であり、Ｉj＝｛Ｉjx Ｉjy｝Tは、撮像平面上の物体の投射の２Ｄ座標である。同次座標内で３×４行列ＰjＲjをＴjと書くと以下に続く式が得られる。
及び
前式は、次式へと書き直すことができる。
一般的に、次に、Ｎ個の視野に関して前式は次式になる。
【0046】
Ｎ＞＝２である限り、このシステムは過剰決定であり、ｘに関する解は、標準行列最小化法を使用して、すなわち、一般解がＸ＝（ＡTＡ）-1ＡTＢである場合に∥ＡＸ－Ｂ∥2を最小化するＸを求めることによって求めることができる。
【0047】
一実施形態では、それにより、各基準マーカの推定３次元位置を複数のＸ線画像内への当該位置の投射場所を使用して求めることを可能にするフレームワークが確立される。公称位置合わせ位置から現在のターゲット位置へと写像を行うのに必要な６Ｄ補正（平行移動及び３つのロール角）を推定するためにこれらの基準マーカ位置を使用するのは変らない。
【0048】
一実施形態では、これは、点ベースの位置合わせ問題とすることができる。これらの点の間の距離の平方和が最小化されるように１つの点セットを別の対応するセットに写像する剛体変換を求めるための閉形式解が存在する可能性がある。画像座標内の基準位置セットをＸと書き、公称位置合わせ状態にある対応する位置をＹと書くことで、平行移動成分は単純に、
各々がそれ自体の重心に関する２つの３×Ｎ基準座標行列を
シェーネマンの解及び表記を使用すると、
この場合、
ホーンの解とシェーネマンの解の両方は、回転と反射の両方を含む直交行列に関して求解することに注意されたい。最適な回転を求めることを可能にする修正は、上記の解が反射（すなわち、ｄｅｔ（Ｒ）＝－１）を生じる場合に、Ｒ＝ＵＳＶTを使用することによって最適な回転を求めることを可能にすることができ、３次元の場合には次式が成り立つ。
【0049】
ヨー、ピッチ、及びロールの回転角ｙ、ｐ、及びｒを導出するために、以下に続く一般則を使用することができる。ｘ軸線が患者の下－上軸線（従ってガントリーが回転する軸線）に対応し、ｙ軸線が患者の左－右軸線に対応し、ｚ軸線が患者の前－後軸線に対応すると仮定する。更に、これらの角度が、ヨー、ピッチ、及びロールの順序で適用されると仮定する。角度の正弦及び余弦をｓｙ、ｃｙ、ｓｐ、ｃｐ、ｓｒ、ｃｒと書くと、回転行列が次式として生じる。
この式は、以下に続く角度値を導出することを可能にする。
【0050】
別の実施形態では、撮像アイソセンターは、画像座標系の原点と定めることができる。撮像システムの幾何学構成が明確な特徴を有するものであり、従って２つのＸ線源の位置ＳA及びＳBが既知であり、Ｘ線検出器の位置及び向きが既知であると仮定することができる。Ｘ線検出器のピクセルサイズは既知であることから、検出されたいずれの基準位置も、検出器面上に位置する撮像座標系内の座標に関連付けることができる。
【0051】
検出器Ａ及びＢそれぞれの面上への基準の投射を表すこれらの座標を｛ＦA1，ＦA2，…，ＦAN｝及び｛ＦB1，ＦB2，…，ＦBN｝と書く。更に、基準ｉの真の位置は、以下に続く式によって定義される２つの線上に位置するものとして書くことができる。
前式中のλAi及びλBiは、線に沿って位置を定義するスカラーパラメータである。
【0052】
理想的には２つの線は交差することになるが、基準局在化及び撮像システムの較正の不確実性に起因して、典型的には２つの線は正確には一致せず、従ってこれらの線を使用して基準位置を推定する方法を見つけなければならない。下／上方向は２つの撮像平面の間で共有されることから、２つの投射を一致させる段階は、両方の平面内に投射された下／上の基準位置を２つの平面からの値の平均として使用する程度の簡単なものである。両方の投射が同じ下／上位置を有することで、この段階は、２つの修正済み基準投射の交点を表す３Ｄ場所を求める簡単な逆投射問題になる。
【0053】
代替実施形態では、数学手法は、線ではなく線源からパネルに投射されるファジーコーンとして視覚化することができる。これらのコーンは、パネルによって２Ｄで検出される実際の位置の不確実性を表す。この不確実性は、２Ｄ検出における誤差（例えばピクセルサイズのような物理的制約、撮像処理の制約など）に起因する可能性がある。不確実性は、画像が取得される時間の合間の患者の運動に起因する可能性もある。一部の実施形態でのこの手法の利点は、システムの物理的及びアルゴリズム的な不確実性を表す調整可能パラメータと、予測疑似静止患者運動又は現存する外部／内部マーカの運動モデルからの偏差率を表す調整可能パラメータ（経時変化パラメータ、すなわち、画像が経時変化するにつれて測定値の予測標準偏差が増加し、古い画像には実質的に軽い重みが与えられる）と、様々な調整可能不確実性パラメータを所与として実測データを説明する所与のモデルの尤度として定義される統計的信頼度メトリックとを含むことができる。
【0054】
呼吸振幅を立体画像対から導出された３Ｄ位置と相関させるのではなく、本開示の実施形態は、呼吸振幅と逐次取得フラット－パネル画像内で検出された２Ｄ位置との間の直接相関関係を構築する。
【0055】
内部－外部相関モデルは、多くの異なる関数を使用して実施することができ、下記はいくつかの例である。
・呼吸の吸入相と吐き出し相とに関する別々の関数
【0056】
これらの関数の各々は、いくつかのパラメータで構成される。例えば、線形モデルは、その２つの３Ｄベクトルを構成する６つのパラメータを有する。５Ｄモデルは、その３つの３Ｄベクトルを構成する９つのパラメータを有する。
【0057】
内部－外部相関モデルを発生させる段階は、モデル形式を選択し、次に、観測データに最適に当て嵌まる全てのモデルのパラメータに対する値を決定するという問題である。３Ｄ実測ターゲット位置を与える同時画像対を使用して、この問題を以下の通りに数学的に記述することができる。
とする。
Ｍ（ｘ）をｎ個のパラメータｃ1，ｃ2，…ｃnを有するモデル関数とする。
次に、モデル化済み３Ｄ位置と実測３Ｄ位置との間の差の平方和を最小化するようにモデルパラメータを最適化する：
Ｍ（ｘ）をｎ個のパラメータｃ1，ｃ2，…ｃnを有するモデル関数とする。
次に、モデル化済み３Ｄ位置と実測３Ｄ位置との間の差の平方和を最小化するようにモデルパラメータを最適化する：
【0058】
上記は、測定３Ｄターゲット場所が既知である時の内部－外部モデル構築を説明している。本開示の実施形態では、内部－外部相関モデルは、一度に１つのフラット－パネル画像内で検出された２Ｄターゲット場所のみを使用して構築される。モデル発生は、フラット－パネル検出器上の２Ｄ位置に対する３Ｄモデル位置の更なる発生を伴う。
フラット－パネル上の２Ｄターゲット場所とする。
Ｍ（ｘ）をｎ個のパラメータｃ1，ｃ2，…ｃnを有するモデル関数とする。
関する空間内の３Ｄ点を２Ｄフラット－パネル上に投射する関数セットとする。
次に、２Ｄに投射されたモデル化済み位置とフラット－パネル上の実測２Ｄ位置との間の差の平方和を最小化するようにモデルパラメータを最適化する：
Ｍ（ｘ）をｎ個のパラメータｃ1，ｃ2，…ｃnを有するモデル関数とする。
次に、２Ｄに投射されたモデル化済み位置とフラット－パネル上の実測２Ｄ位置との間の差の平方和を最小化するようにモデルパラメータを最適化する：
【0059】
一実施形態では、前式は、逐次モノスコープ相関モデルを構築するために利用される式である。代替実施形態では、アルゴリズムをよりロバストにして追跡誤差を検出するために、追加の修飾化を使用することができる。一実施形態では、逐次モノスコープモデル化は、同時画像対内で見つかる共有相互情報を拠り所とすることができないことからモデル構築において誤差が検出される。同時画像対は、共通の１つの軸線を有し、従ってこの軸線に沿った追跡結果の差異は、ある程度の追跡誤差を示す。
【0060】
逐次モノスコープモデル化における追跡誤差を検出するために、代わりに、予測される２Ｄ追跡誤差及び３Ｄ患者モデル化誤差の推定値を与え、次に、モデルに対する統計的信頼度メトリックを計算することができる。
σをモデル内の投射２Ｄ場所とフラット－パネル上の実測２Ｄ場所との間の予測誤差とする。
最適化式を
として変更する。
それにより、投射モデルと実測点との間の標準偏差は次式となる。
モデルと実測データの間のこの標準偏差は、このモデルがデータに対する的確な当て嵌めであるか否かを検証するのに使用することができる。
σをモデル内の投射２Ｄ場所とフラット－パネル上の実測２Ｄ場所との間の予測誤差とする。
最適化式を
それにより、投射モデルと実測点との間の標準偏差は次式となる。
【0061】
モデル構築は、投射モデル点と実測２Ｄ位置の間の予測標準偏差を測定値の古さに基づいて調節することによって経時変化に対してよりロバストにすることができる。
σ1が、追跡精度に起因する２Ｄ位置における一定の予測誤差であり、σ2が、経時変化パラメータと呼ぶこの予測誤差が経時的に増加する速度である時に、σ（Δｔ）＝σ1＋σ2Δｔが成り立つものとする。
次に、このモデルを
として最適化する。
この最適化は、利用可能な全ての測定値をモデルが使用するが、患者の呼吸パターンが経時的に変化した場合により新しい測定値をより厳密に当て嵌めることを可能にする。本開示の実施形態は、呼吸運動をモデル化する上での使用に関して説明するが、本開示の方法及び装置の代替実施形態は、心臓運動のような他のタイプの運動のモデル化に適用することができる。別の実施形態では、本開示は、ターゲットの疑似静止運動に適用することもできる。
σ1が、追跡精度に起因する２Ｄ位置における一定の予測誤差であり、σ2が、経時変化パラメータと呼ぶこの予測誤差が経時的に増加する速度である時に、σ（Δｔ）＝σ1＋σ2Δｔが成り立つものとする。
次に、このモデルを
この最適化は、利用可能な全ての測定値をモデルが使用するが、患者の呼吸パターンが経時的に変化した場合により新しい測定値をより厳密に当て嵌めることを可能にする。本開示の実施形態は、呼吸運動をモデル化する上での使用に関して説明するが、本開示の方法及び装置の代替実施形態は、心臓運動のような他のタイプの運動のモデル化に適用することができる。別の実施形態では、本開示は、ターゲットの疑似静止運動に適用することもできる。
【0062】
別の実施形態では、３Ｄ運動モデルを導出する最小二乗最小化問題は、次式とすることができる。
運動モデルｆは、患者内の基準の運動が、Ｘ線画像内で検出された２Ｄ基準場所に最適に一致するように最適化することができる。Ｐi,jは、ｊ＝１．．ｍ番目の基準に関するｉ＝１．．ｎ番目の画像内の２Ｄ基準場所とすることができる。運動モデルｆは、画像ｉの取得時の呼吸振幅ａｉと運動調節済み３Ｄ位置ｓj′に対する３Ｄ基準位置ｓjとの関数とすることができる。関数Ｐgi,ciは、画像ｉに対応するガントリー角度ｇi及び寝台位置ｃiを所与として運動調節済み３Ｄ位置は、Ｘ線画像内でそれに対応する２Ｄ位置に投射する。
【0063】
一実施形態では、システムは、基準検出アルゴリズムを使用して２Ｄ基準場所（ｐi.j）を求め、次に、ソルバーライブラリを使用して上記の式における運動モデルに関して求解する。最適なモデル関数が計算された状態で、あらゆる呼吸振幅に対するターゲットの３Ｄ場所を数ミリ秒内に予測することができる。一例では、ａを呼吸振幅とし、ｔを運動が無い時の患者内のターゲットの３Ｄ場所とする。次に、新しい３Ｄターゲット場所ｔ′を次式とすることができる。
【0064】
運動モデルは、様々な形態をとる可能性がある。例えば、直線運動をｆ（ａi，ｓｊ）＝［ｘ1，ｙ1，ｚ1］ａi＋［ｘ2，ｙ2，ｚ2］＋ｓjとしてモデル化することができる。この場合、最小化処理は、６つの変数（ｘ1，ｙ1，ｚ1，ｘ2，ｙ2，ｚ2）に関して求解することができ、従って、モデルを構築するのに最少でも３つのフラット－パネル画像を必要とする。モデルのロバスト性及び統計的信頼度を改善するために追加の画像を使用することができる。代替運動モデル式を使用してより複雑な運動経路をモデル化することができる。例えば、非線形ターゲット運動を取り扱うためにモデル関数は、高次多項式（例えば、３次）とすることができ、又は吸入中の運動が吐き出し中の運動とは異なるヒステリシスを取り扱うために双対多項式とすることができる。
【0065】
一実施形態では、運動モデルは、回転を含む又は非剛体空間変換さえも含むことができる。より多くの自由度を有するモデルは、構築するのにより大きい最少枚数の画像を必要とし、従って、線形モデルと同じレベルのロバスト性及び統計的信頼度に到達するのにより多くの追加画像を必要とする。
【0066】
実際に、患者の呼吸パターンは、経時的に不変のままに留まらない可能性がある。システムは、新しい画像が取得される度に画像を処理してモデルを更新するのに約１秒を要しながらモデルを再最適化することによって呼吸パターンの変化に適応する。一実施形態では、モデル適応化は、ｎ個の直近画像のみを用い、最小化目的関数内でより直近の画像により重い重みを付与することにより、最近の呼吸変化に対してより高い応答性にされる。本発明の定式化では、重みは、モデル化された２Ｄ場所と予測２Ｄ場所の間の予測誤差を画像の古さに比例して増大させることによって指定される。
【0067】
一例では、σは、例えば、有限のピクセルサイズとｋＶ撮像構成要素の幾何学的位置合わせの精度とから生じるパネル上の２Ｄ基準検出の固有の精度を表すものとする。σ′は、経時的な患者の呼吸パターン変化の予測速度を表すものとし、Δｔi＝ｔn－ｔiは、ｉ番目の画像と直近（ｎ番目）の画像の間の期間とすると、Δｔiσ′は、ｉ番目の画像内の呼吸パターンが現在のモデルからどの程度偏倚するかを表す。経時変化を伴う運動モデル最小化式を下記に提示する。
【0068】
経時変化を含めることにより、逐次モノスコープ撮像は、非呼吸運動、並びに呼吸運動を効果的に追跡することができる。非呼吸運動に伴う１つの複雑さは、周期的Ｘ線画像と相関させるための呼吸振幅のような連続的な外部信号が存在しないことであると考えられる。一実施形態では、運動が発生した表示をシステムが最初に有するのは次のＸ線画像が取得されるときである。有利なことに、ターゲット運動に対する応答性を高めるために、システムは、直近画像から導出された位置情報を優先的に選択することができる。
【0069】
一実施形態では、上記のモデル最適化フレームワークを使用して非呼吸運動をモデル化するために、最初に運動モデル関数を呼吸振幅とは独立したものとして定義し、例えば、関数ｆ（ａi，ｓｊ）＝［ｘ，ｙ，ｚ］＋ｓjは、３Ｄターゲット位置及び基準位置の静的平行移動をモデル化する。次に、直近の数枚の画像のみ、典型的には２枚（例えばｎ＝２）程度の少ない画像のみを使用してモデルを最適化する。最後に、経時変化パラメータ（σ′）は、非呼吸ターゲットが患者内で移動することが予測される速度と整合するものとして選ぶことができる（例えば、前立腺は、治療全体を通しての膀胱の充満に起因して緩慢に移動することが認められている）。この時点で、モデル最小化処理は、静止ターゲットの３Ｄ位置を正確に計算し、より直近の画像からの位置情報を優先的に選択することによって移動ターゲットを効率的に取り扱うことができる。
【0070】
一実施形態では、モデル最小化フレームワークはまた、モデルの整合性を検証する手法を与える。立体撮像を用いて、追跡結果を検証するために２つの同時画像によって共有される軸線に沿って検出された位置を比較することができる。この比較は、逐次モノスコープ撮像では不可能である可能性がある。代わりに、先験的予測検出精度（σ）と画像経時変化（σ′）パラメータとを所与として、モデルの信頼度は、最適化済み運動モデルが２Ｄ検出位置と整合する確率として計算される。この確率は、最適化済み運動モデルの値よりも大きいカイ二乗分布の面積を計算することによって導出することができる。カイ二乗分布の自由度は、２Ｄ画像の枚数に基準の個数を乗じたものの２倍（２ｍｎ）とすることができる。一実施形態では、モデル信頼度は、数学的に次式で示される。
【0071】
図４Ｂは、実施形態による治療システム内の逐次モノスコープ追跡のための方法を例示する第１の流れ図である。一般的に、方法４０１は、ハードウェア（例えば、処理デバイス、回路、専用論理部、プログラマブル論理部、マイクロコード、デバイスのハードウェアなど）、ソフトウェア（例えば、処理デバイス上で稼働又は実行される命令）、又はこれらの組合せを含むことができる処理論理部によって実行することができる。一部の実施形態では、方法４０１は、図１の放射線治療システム１２００の処理論理部によって実行することができる。
【0072】
ブロック４０３で始まり、処理論理部は、患者の身体内の内部ターゲット領域の複数の投射を発生させることができる。一実施形態では、複数の投射は、（例えば１又は２以上の内部検出デバイスによる）患者の内部ターゲット領域の位置に関する投射データを含む。一実施形態では、複数の投射は、ガントリー上で回転される撮像機（例えば内部検出デバイス）を使用して取得された逐次取得モノスコープ投射画像である。一実施形態では、複数の投射は、異なる時点で取得される。内部検出デバイスは、一度に１つの投射像データを発生させることができる。内部検出デバイスは、複数の逐次画像を発生し、それに基づいて単一投射を発生させることができる。一実施形態では、投射データは、患者の身体の内部運動を識別し、内部運動は、内部ターゲット領域の運動を含む。別の実施形態では、投射データは、患者の身体の内部運動を識別し、内部運動は、１又は２以上の埋め込み基準マーカの運動を含む。
【0073】
ブロック４０５では、処理論理部は、患者の身体の外部運動に関する外部位置データを１又は２以上の外部センサを使用して（例えば１又は２以上の外部検出デバイスによって）発生する。ブロック４０７では、処理論理部は、内部ターゲット領域の位置と外部位置データとの間の相関モデルを処理デバイスによって発生させる。一実施形態では、内部ターゲット領域の複数の投射（例えば投射データ）を外部位置データに当て嵌めることによって相関モデルを発生させることができる。一実施形態では、相関モデルは、複数の投射及び対応する外部位置データ内で識別された投射データへの解析関数の最適当て嵌めを識別する。一実施形態では、処理論理部は、ＣＢＣＴ走査像（又はいずれか他のタイプの走査像）の取得中に相関モデルを発生させる。ブロック４０９では、処理論理部は、後の時点で相関モデルを使用して内部ターゲット領域の位置を推定する。処理論理部は、任意的に、相関モデルに基づいて放射線治療送出システムを制御することができる。
【0074】
一実施形態では、相関モデルに基づいて放射線治療送出システムを制御するために、処理デバイスは、線形加速器（ＬＩＮＡＣ）によって発生された放射線治療ビームを相関モデルに基づいて導くことになる。別の実施形態では、相関モデルに基づいて放射線治療送出システムを制御するために、処理デバイスは、相関モデルに基づいて線形加速器（ＬＩＮＡＣ）のコリメータを制御することになる。一実施形態では、コリメータはマルチリーフコリメータであり、コリメータを制御するために、処理デバイスは、マルチリーフコリメータの１又は２以上のリーフを移動させることになる。別の実施形態では、相関モデルに基づいて放射線治療送出システムを制御するために、処理デバイスは、治療寝台を制御することになる。別の実施形態では、相関モデルに基づいて放射線治療送出システムを制御するために、処理デバイスは、相関モデルに基づいて線形加速器（ＬＩＮＡＣ）によって発生された放射線治療ビームをゲート制御することになる。別の実施形態では、投射データは、内部ターゲット領域の近くに位置する１又は２以上の基準マーカに対応し、相関モデルを発生させるために、処理デバイスは、１又は２以上の基準マーカの相対位置に基づいて内部ターゲット領域の変形状態を計算することになる。
【0075】
図４Ｃは、実施形態による治療システム内の逐次モノスコープ追跡のための方法を例示する第２の流れ図である。一般的に、方法４０２は、ハードウェア（例えば、処理デバイス、回路、専用論理部、プログラマブル論理部、マイクロコード、デバイスのハードウェアなど）、ソフトウェア（例えば、処理デバイス上で稼働又は実行される命令）、又はこれらの組合せを含むことができる処理論理部によって実行することができる。一部の実施形態では、方法４０２は、図１の放射線治療システム１２００の処理論理部によって実行することができる。
【0076】
ブロック４１１では、処理論理部は、回転ガントリー上の単一撮像機を使用してターゲットの複数のＸ線画像を逐次的に取得する。実施形態では、複数のＸ線画像は、単一撮像機をターゲットの回りに回転させることによって取得される。ブロック４１３では、処理論理部は、逐次的に取得した複数のＸ線画像を使用してターゲットの３次元位置を処理デバイスによって決定する。ブロック４１５では、処理論理部は、任意的に、相関モデルに基づいて放射線治療送出システムを制御する。
【0077】
図４Ｄは、実施形態による治療システム内の逐次モノスコープ追跡のための方法を例示する第３の流れ図である。一般的に、方法４０４は、ハードウェア（例えば、処理デバイス、回路、専用論理部、プログラマブル論理部、マイクロコード、デバイスのハードウェアなど）、ソフトウェア（例えば、処理デバイス上で稼働又は実行される命令）、又はこれらの組合せを含むことができる処理論理部によって実行することができる。一部の実施形態では、方法４０４は、図１の放射線治療システム１２００の処理論理部によって実行することができる。
【0078】
ブロック４１７では、処理論理部は、患者の身体の内部のターゲット位置に関する位置データを発生させる。一実施形態では、処理論理部は、内部ターゲット位置の複数の投射を発生させることによって位置データを発生する。ブロック４１９では、処理論理部は、１又は２以上の外部センサを使用して患者の身体の外部運動に関する外部位置データを発生させる。一実施形態では、外部位置データは、連続的に発生され、ここで「連続的に」は、外部位置データが「周期的に」発生される投射よりも頻繁に発生されることを意味するために使用される。例えば、連続的に発生される外部データは、３０Ｈｚで発生される外部位置データを意味することができ、それに対して周期的に発生される投射データは、３０秒毎又は類似に相違する時間間隔で発生させることができると考えられ、ここで「連続的に」発生されるデータは、「周期的に」発生されるデータよりも数桁多い回数で頻繁に発生される。ブロック４２１では、処理論理部は、相関モデルを内部ターゲット位置の複数の投射と外部位置データとに当て嵌めることによって内部ターゲット位置の位置と外部センサの位置との間の対応を処理デバイスによって発生させる。任意的に、内部位置データは、内部ターゲット領域の近くに位置する１又は２以上の基準マーカに対応し、ブロック４２３では、処理論理部は、相関モデルを発生させるために１又は２以上の基準マーカの相対位置に基づいて内部ターゲット領域の変形状態を計算する。ブロック４２５では、処理論理部は、患者の運動を補償するために相関モデルに基づいて患者の内部ターゲット位置の位置に向けて放射線を誘導するように治療送出システムを制御する。
【0079】
本開示の実施形態は、図５に示すポータル撮像システム１４００に実施することができる。一実施形態では、ポータル撮像システム１４００では、治療中にＬＩＮＡＣのビームエネルギーを調節することができ、それによってＬＩＮＡＣをＸ線撮像（例えばモノスコープ画像を発生させる）と放射線治療との両方に対して使用することが可能になる。別の実施形態では、システム１４００は、Ｘ線画像（例えばモノスコープ画像）を発生させるための搭載ｋＶ撮像システムと、より高いエネルギーの治療放射線ビームを発生させるための個別のＬＩＮＡＣとを含むことができる。システム１４００は、ガントリー１４１０と、ＬＩＮＡＣ１４２０と、ポータル撮像検出器１４５０とを含む。ガントリー１４１０は、選択された投射に対応する角度まで回転させて、治療寝台１４４０上の患者１４３０のＶＯＩのＸ線画像を取得するのに使用することができる。ポータル撮像システムを含む実施形態では、ＬＩＮＡＣ１４２０は、患者１４３０のターゲットを通り抜け、ポータル撮像検出器１４５０上に入射してターゲットのＸ線画像を生成するＸ線ビームを発生させることができる。ターゲットのＸ線画像が発生された後に、ＬＩＮＡＣ１４２０が患者１４３０のターゲット領域を治療するための放射線ビームを発生させることができるようにＬＩＮＡＣ１４２０のビームエネルギーを高めることができる。別の実施形態では、ｋＶ撮像システムは、患者１４３０のターゲットを通り抜けてターゲットのＸ線画像を生成するＸ線ビームを発生させることができる。一部の実施形態では、ポータル撮像システムは、治療の実行中にポータル画像を取得することができる。ポータル撮像検出器１４５０は、ビームが患者１４３０を通り抜けた後に射出放射線フルエンスを測定することができる。それにより、内部又は外部基準又は解剖学的構造（例えば腫瘍又は骨）の場所をポータル画像内で局在化することを可能にすることができる。
【0080】
これに代えて、本明細書に説明するｋＶ撮像源又はポータル撮像機及び作動の方法は、更に他のタイプのガントリーベースのシステムと併用することができる。一部のガントリーベースのシステムでは、ガントリーは、アイソセンターを通り抜ける軸線の回りにｋＶ撮像源及びＬＩＮＡＣを回転させる。ガントリーベースのシステムは、ほぼトロイダル形状を有するリングガントリーを含み、ここで患者の身体は、リング／トロイドのボアを通って延び、ｋＶ撮像源及びＬＩＮＡＣは、リングの周囲上に装着されてアイソセンターを通り抜ける軸線の回りに回転する。ガントリーベースのシステムは、Ｃ字アームガントリーを更に含むことができ、ここでｋＶ撮像源及びＬＩＮＡＣは、カンチレバー方式で載架されてアイソセンターを通り抜ける軸線の回りに回転する。別の実施形態では、ｋＶ撮像源及びＬＩＮＡＣは、これらが上記で議論したように装着されたロボットアームを含むロボットアームベースシステム内で使用することができる。
【0081】
図６は、本開示の実施によるガントリーベースの強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）システム７０９を例示している。ガントリーベースのシステム７０９では、ヘッドアセンブリ７０１を有する放射線源（例えばＬＩＮＡＣ１２０１）が、ガントリー７０３上に装着される。一実施形態では、放射線ビーム１６０は、円形回転平面上の（例えば、回転軸線の回りの）いくつかの位置から送出することができる。一実施形態では、システム７０９は、ｋＶ撮像源７０５とＸ線検出器７０７とを含むことができる治療撮像システムを含む。ｋＶ撮像源７０５は、設定に向けて患者を撮像し、更に治療中画像を発生させるためにｋＶ撮像源７０５と反対のＸ線検出器７０７上に入射する一連のＸ線ビームを患者のＲＯＩに向けることによってＲＯＩのＸ線画像を発生させるのに使用することができる。結果として得られるシステムは、ターゲット場所に線量分布を送出するためにアイソセンターで互いに交差する任意形状の放射線ビーム７６０を発生させる。一実施では、ガントリーベースのシステム７００は、ｃ字アームベースシステムとすることができる。
【0082】
図７は、本開示の実施形態によるヘリカル放射線送出システム８００を例示している。ヘリカル放射線送出システム８００は、リングガントリー８２０に装着された線形加速器（ＬＩＮＡＣ）８１０を含むことができる。ＬＩＮＡＣ８１０は、電子ビームをＸ線放出ターゲットに向けて誘導することによって幅狭強度変調ペンシルビーム（すなわち治療ビーム）を発生させるのに使用することができる。治療ビームは、放射線をターゲット領域（すなわち腫瘍）に送出することができる。リングガントリー８２０は、一般的にトロイダル形状を有し、このリング／トロイドのボアを通って患者８３０が延び、ＬＩＮＡＣ８１０は、リングの周囲上に装着され、患者の周囲の１又は２以上の角度から送出されるビームでターゲット領域を照射するために中心を通り抜ける軸線の回りに回転する。治療中に、ガントリーのボアを通して治療寝台８４０上の患者８３０を同時に移動することができる。
【0083】
ヘリカル放射線送出システム８００は、ｋＶ撮像源８５０とＸ線検出器８７０とを含むことができる治療撮像システムを含む。ｋＶ撮像源８５０は、設定に向けて患者８３０を撮像し、更に治療中画像を発生させるためにｋＶ撮像源８５０と反対のＸ線検出器８７０上に入射する一連のＸ線ビームを患者８３０の該当領域（ＲＯＩ）に向けることによってＲＯＩのＸ線画像を発生させるのに使用することができる。治療撮像システムは、コリメータ８６０を更に含むことができる。一実施形態では、コリメータ８６０は、可変開口コリメータとすることができる。別の実施形態では、コリメータ８６０は、マルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）とすることができる。ＭＬＣは、撮像Ｘ線ビームの成形を可能にするためにＭＬＣの開口を調節するように移動可能な複数のリーフを収容するハウジングを含む。別の実施形態では、可変開口コリメータ８６０は、撮像Ｘ線ビームの成形を可能にする可変サイズの開口を発生させるためにカメラの絞りと同様の方式でフレームに沿って移動する台形ブロックを含む絞りコリメータとすることができる。ｋＶ撮像源８５０とＸ線検出器８７０は、リングガントリー８２０上にＬＩＮＡＣ８１０に対して直交するように装着され（例えば９０度だけ分離される）、撮像Ｘ線ビームをターゲット領域に投射し、患者１３０を通り抜けた後に検出器８７０の撮像平面を照明するように位置合わせすることができる。一部の実施形態では、ＬＩＮＡＣ８１０及び／又はｋＶ撮像源８５０は、これらをアイソセンターを通り抜ける軸線の回りに回転させるＣ字アームガントリー上にカンチレバー方式で装着することができる。本開示の態様は、他のそのようなシステム、例えば、ガントリーベースのＬＩＮＡＣシステム、放射線治療及び放射線手術に関連する静的撮像システム、組み込み画像ガイダンスを使用する陽子治療システム、介入的放射線治療、及び術中Ｘ線撮像システム等において更に使用することができる。
【0084】
ヘリカル放射線送出システム８００は、２次撮像システム８０１を更に含む。撮像システム８０１は、ＣＢＣＴ撮像システム、例えばｍｅｄＰｈｏｔｏｎ ＩｍａｇｉｎｇＲｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍである。これに代えて、他のタイプの体積撮像システムを使用することができる。２次撮像システム８０１は、アーム及びレールシステム（図示していない）に取り付けられた回転可能ガントリー８０７（例えばリング）を含み、アーム及びレールシステムは、回転可能ガントリー８０７を１又は２以上の軸線に沿って（例えば、治療寝台８４０の頭部から脚部へと延びる軸線に沿って）移動する。撮像源８０３及び検出器８０５は、回転可能ガントリー８０７に装着される。回転可能ガントリー８０７は、治療寝台の頭部から脚部へと延びる軸線の回りに３６０度回転することができる。従って、撮像源８０３及び検出器８０５は、数多くの異なる角度で位置決めすることができる。一実施形態では、撮像源８０３はＸ線源であり、検出器８０５はＸ線検出器である。一実施形態では、２次撮像システム８０１は、別々に回転可能な２つのリングを含む。撮像源８０３は、第１のリングに装着することができ、検出器８０５は、第２のリングに装着することができる。
【0085】
図８は、本明細書で議論する方法論のうちのいずれか１又は２以上をシステムに実施させるための命令セットを内部で実行することができる異なるシステム６００の例を示している。代替実施では、機械は、ＬＡＮ、イントラネット、エクストラネット、及び／又はインターネット内の他の機械に接続する（例えばネットワーク接続する）ことができる。これらのシステムの各々は、クライアント－サーバネットワーク環境内のサーバ機械又はクライアント機械として、ピアツーピア（又は分散）ネットワーク環境内のピア機械として、又はクラウドコンピューティングの基盤構造又は環境内のサーバ機械又はクライアント機械として作動することができる。
【0086】
これらのシステムは、機械が実施すべきアクションを指定する命令セットを（逐次又はそれ以外で）実行することができる機械である。更に、単一の機械を例示しているが、「機械」という用語は、本明細書で議論する方法論のうちのいずれか１又は２以上を実行するための１つ（又は複数の）命令セットを個々に又は共同で実行する機械のあらゆる集合を含むように取るべきである。
【0087】
治療送出システム１２００、８００、７０９、又は何らかの他のシステムを表す場合がある例示的放射線治療送出システム１１０は、バス６３０を通じて互いに通信する処理デバイス６０２と、主メモリ６０４（例えば、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はラムバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）のような動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）など）と、静的メモリ６０６（例えば、フラッシュメモリ、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）と、データストレージデバイス６１８とを含む。
【0088】
処理デバイス６０２は、マイクロプロセッサ又は中央処理ユニットなどのような１又は２以上の汎用処理デバイスを表す。処理デバイスは、処理デバイス１２３０と同じか又は異なる処理デバイスとすることができ、治療送出ワークステーション１５０内の処理デバイスを表すこともできる。より具体的には、処理デバイスは、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、又は他の命令セットを実施するプロセッサ、又は命令セットの組合せを実施するプロセッサとすることができる。処理デバイス６０２は、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）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又はネットワークプロセッサなどのような１又は２以上の専用処理デバイスとすることもできる。処理デバイス６０２は、本明細書で議論する作動及び段階を実施するための命令６２６を実行するように構成される。
【0089】
コンピュータシステム６００は、ネットワーク６２０を通じて通信するためのネットワークインターフェースデバイス６０８を更に含むことができる。コンピュータシステム６００は、ビデオ表示ユニット６１０（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は陰極線管（ＣＲＴ））と、英数字入力デバイス６１２（例えばキーボード）と、カーソル制御デバイス６１４（例えばマウス）と、グラフィック処理ユニット６２２と、信号発生デバイス６１６（例えばスピーカ）と、グラフィック処理ユニット６２２と、ビデオ処理ユニット６２８と、オーディオ処理ユニット６３２とを更に含むことができる。
【0090】
データストレージデバイス６１８は、本明細書に説明する方法論又は機能のうちの１又は２以上を具現化する１又は２以上の命令セット又はソフトウェア６２６が格納された機械読取可能ストレージ媒体６２４（コンピュータ読取可能媒体としても公知）を含むことができる。命令６２６は、コンピュータシステム６００によるこの命令の実行中に主メモリ６０４及び／又は処理デバイス６０２内に完全又は少なくとも部分的に存在することもでき、主メモリ６０４及び処理デバイス６０２も機械読取可能ストレージ媒体を構成する。
【0091】
一実施では、命令６２６は、本明細書での開示内容に対応する機能を実施するためのＸ線運動構成要素６９９を含む。例示的実施では、機械読取可能ストレージ媒体６２４を単一媒体であるように示しているが、「機械読取可能ストレージ媒体」という用語は、１又は２以上の命令セットを格納する単一又は複数の媒体（例えば中央集中データベース又は分散データベース、及び／又はそれに関連付けられたキャッシュ及びサーバ）を含むように取るべきである。「機械読取可能ストレージ媒体」という用語はまた、機械による実行に向けて命令セットを格納又は符号化することができ、本開示の方法論のうちのいずれか１又は２以上を機械に実施させる、あらゆる媒体を含むように取るべきである。従って「機械読取可能ストレージ媒体」という用語は、以下に限定されるものではないが、固体メモリ、光媒体、及び磁気媒体を含むように取るものとする。
【0092】
前述の説明から、本開示の態様を少なくとも部分的にソフトウェアに具現化することができることは明らかであろう。すなわち、本発明の技術は、処理デバイス６２５、６４０、又は６０２（図８を参照されたい）が、例えば、メモリ内に含まれる命令シーケンスを実行するのに応答して、コンピュータシステム又は他のデータ処理システム内で実行することができる。様々な実施では、本開示の内容を実施する上でハードウェア回路をソフトウェア命令との組合せで使用することができる。すなわち、本発明の技術は、ハードウェア回路とソフトウェアとのいずれかの特定の組合せ、又はデータ処理システムによって実行される命令のためのいずれかの特定のソースに限定されない。それに加えて、本明細書全体を通して説明を簡素化するために、様々な機能及び作動は、ソフトウェアコードによって実施される又は引き起こされるものとして説明する場合がある。しかし、当業者は、そのような表現が、これらの機能が処理デバイス６２５、６４０、又は６０２によるコードの実行から生じることを意味することを認識するであろう。
【0093】
機械読取可能媒体は、汎用又は専用データ処理システムによって実行された時に本開示の様々な方法をシステムに実行させるソフトウェア及びデータを格納するのに使用することができる。この実行可能なソフトウェア及びデータは、例えば、ソフトウェアプログラム又はデータのうちの少なくとも一方を格納することができるシステムメモリ及びストレージ又はいずれか他のデバイスを含む様々な箇所に格納することができる。従って、機械読取可能媒体は、機械によってアクセス可能な形態で情報を送出する（すなわち格納する）あらゆる機構（例えば、コンピュータ、ネットワークデバイス、携帯情報端末、製造ツール、１又は２以上のプロセッサのセットを有するいずれかのデバイスなど）を含む。例えば、機械読取可能媒体は、記録可能／記録不能媒体、例えば、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスクストレージ媒体、光ストレージ媒体、フラッシュメモリデバイスなどを含む。機械読取可能媒体は、非一時的コンピュータ読取可能ストレージ媒体とすることができる。
【0094】
別途記述しない限り、前述の議論から明らかなように、「受け入れる」、「位置決めする」、「実行する」、「放出する」、又は「引き起こす」などのような用語は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理（例えば電子）量として表されるデータをコンピュータシステムのメモリ又はレジスタ、他のそのような情報ストレージ、又は表示デバイス内の物理量として同様に表される他のデータへと操作及び変換するコンピュータシステム又は同様の電子コンピューティングデバイスのアクション及び処理を意味することができる。本明細書に説明する方法の実施は、コンピュータソフトウェアを使用して実施することができる。一般に認められた規格に準拠するプログラミング言語で書かれた場合に、これらの方法を実施するように設計された命令シーケンスは、様々なハードウェアプラットフォーム上での実行に向けて、かつ様々なオペレーティングシステムへのインターフェースに向けてコンパイルすることができる。それに加えて、本開示の実施は、いずれかの特定のプログラミング言語に関連して説明することはしない。本開示の実装を実施するために様々なプログラミング言語を使用することができることは認められるであろう。
【0095】
本明細書に説明する方法及び装置は、医療診断撮像及び治療における使用のみに限定されないことに注意されたい。代替実施では、本明細書での方法及び装置は、医療技術分野以外の用途、例えば、産業撮像及び材料の非破壊検査において使用することができる。そのような用途では、例えば、「処置」は、ビーム（例えば、放射線、音波など）の照射のような処置計画システムによって制御される作動の遂行を一般的に意味する場合があり、「ターゲット」は、非解剖学的な物体又は区域を意味する場合がある。
【0096】
以上の明細書では、本開示をその特定の例示的実施を参照しながら説明した。しかし、これらの例示的実施に添付の特許請求の範囲に示す本開示の広義の精神及び範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更を加えることができることは明らかであろう。従って、本明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で考えるものとする。
【符号の説明】
【0097】
１５０ 患者の身体
１５１ ターゲット
１５２ 内部マーカ
１８０ 外部マーカ
１８２ 腹部又は胸壁の運動
１５１ ターゲット
１５２ 内部マーカ
１８０ 外部マーカ
１８２ 腹部又は胸壁の運動
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2024-01-24
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
患者の身体内の内部ターゲット領域の複数の投射を発生させる段階であって、該複数の投射が、該患者の内部ターゲット領域の位置に関する投射データを含む、前記発生させる段階と、
１又は２以上の外部センサを使用して前記患者の前記身体の外部運動に関する外部位置データを発生させる段階と、
前記内部ターゲット領域の前記複数の投射を前記外部位置データに当て嵌めることにより、該内部ターゲット領域の前記位置と該外部位置データとの間の相関モデルを処理デバイスによって発生させる段階と、
前記相関モデルを使用して後の時点での前記内部ターゲット領域の前記位置を推定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
１又は２以上の外部センサを使用して前記患者の前記身体の外部運動に関する外部位置データを発生させる段階と、
前記内部ターゲット領域の前記複数の投射を前記外部位置データに当て嵌めることにより、該内部ターゲット領域の前記位置と該外部位置データとの間の相関モデルを処理デバイスによって発生させる段階と、
前記相関モデルを使用して後の時点での前記内部ターゲット領域の前記位置を推定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【外国語明細書】