特表 2023-519343 放射線治療計画のためのコンピュータ実装方法、コンピュータプログラム製品およびその方法を行うためのコンピュータシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-10

(54)【発明の名称】放射線治療計画のためのコンピュータ実装方法、コンピュータプログラム製品およびその方法を行うためのコンピュータシステム

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20230428BHJP

【ＦＩ】

A61N5/10 P

A61N5/10 U

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022558250

(86)(22)【出願日】2021-03-22

(85)【翻訳文提出日】2022-09-26

(86)【国際出願番号】 EP2021057253

(87)【国際公開番号】W WO2021197893

(87)【国際公開日】2021-10-07

(31)【優先権主張番号】20167796.0

(32)【優先日】2020-04-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522454806

【氏名又は名称】レイサーチ ラボラトリーズ エービー

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 香元

(72)【発明者】

【氏名】アンダーソン，ブジョーン

(72)【発明者】

【氏名】エングウォル，エリック

(72)【発明者】

【氏名】フレドリックソン，アルビン

(72)【発明者】

【氏名】エリックソン，クジェル

【テーマコード（参考）】

4C082

【Ｆターム（参考）】

4C082AE01

4C082AE05

4C082AJ08

4C082AJ11

4C082AJ14

4C082AN02

(57)【要約】

患者のための放射線治療計画を最適化するコンピュータベースの方法であって、ここでは外部ビーム療法および近接照射療法の両方を含む完全な治療を、第１の放射線セットによって提供される第１の線量分布と第２の放射線セットによって提供される第２の線量分布との組み合わせとして総線量分布を最適化するように設計された目的関数を含む最適化問題を用いる１つの手順において最適化する方法を提案する。放射線セットの一方は外部ビーム放射線療法であり、他方は近接照射療法である。最適化は、治療全体のための所望の全線量、治療を開始する前の患者の画像および第１の放射線セットが送達された後の患者の推定画像に基づいている。
【選択図】図１ｃ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

患者のための放射線治療計画を最適化するコンピュータベースの方法であって、以下の：
ａ．患者の第１の画像を含む入力データを得る工程（Ｓ２１；Ｓ３１；Ｓ４１）と、
ｂ．総線量分布のための線量基準に基づいて第１の放射線セットによって提供される第１の線量分布と第２の放射線セットによって提供される第２の線量分布との組み合わせとして前記入力データに基づいて前記総線量分布を最適化するように設計された目的関数を含む最適化問題を得る工程（Ｓ２３；Ｓ３２；Ｓ４２）であって、ここでは前記放射線セットの一方は外部ビーム療法であり、他方は近接照射療法である工程と、
ｃ．前記最適化問題を用いて外部ビーム療法と近接照射療法との組み合わせとしての治療計画を最適化する工程（Ｓ２４；Ｓ３３；Ｓ４３）と、
を含む、方法。

【請求項2】

前記入力データは前記患者の第２の画像をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第２の画像は前記治療計画の一部が送達された後の前記患者の推定された結果画像である、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

ｄ．前記治療計画の第１の部分の送達後に前記患者に送達された線量を決定する工程（Ｓ２６；Ｓ３６；Ｓ４６）、前記患者の少なくとも１つの更新画像を提供する工程（Ｓ２７；Ｓ３７；Ｓ４７）、および第２の最適化問題を用い、かつ前記送達線量および前記更新画像を考慮に入れて残りの治療計画を再度最適化する工程（Ｓ２８；Ｓ３８；Ｓ４８）
をさらに含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記治療計画の第１の部分は外部ビーム療法として送達される部分であり、前記少なくとも１つの更新画像は前記患者の更新画像と、近接照射療法機器が施用された状態の前記患者の更新画像とを含み、前記更新画像に基づいて前記残りの治療計画を最適化する、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記治療計画の第１の部分は近接照射療法として送達される部分であり、さらに近接照射療法機器が施用された状態の前記患者の現在の画像に基づいて工程ｂを行う、請求項４に記載の方法。

【請求項7】

前記少なくとも１つの更新画像は、前記部分の送達後に撮影された前記患者の少なくとも１つの画像を含む、請求項４～６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

前記少なくとも１つの更新画像は、前記部分の送達後の患者の幾何学的形状の推測に基づく少なくとも１つのシミュレートされた画像を含む、請求項４～６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記最適化は、前記線量を共通の幾何学的形状に変形させること、および生物学的モデルを用いてそれらを蓄積させることを含み、前記目的関数は前記蓄積線量および前記放射線セット特有の線量に対するペナルティのセットである、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

前記近接照射療法送達、前記ＥＢＲＴ送達、および／または決定された送達線量における不確実性を考慮に入れるためにロバストな計画を使用する、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

コンピュータにおいて走らされるときに、前記コンピュータに先行する請求項のいずれか１項に記載の方法を実行させるように構成されているコンピュータ可読コード手段を含むコンピュータプログラム製品。

【請求項12】

プロセッサ（３３）および少なくとも１つのプログラムメモリ（３６）を備えるコンピュータシステム（３１）であって、前記プログラムメモリは請求項１１に記載のコンピュータプログラム製品を保持していることを特徴とするコンピュータシステム（３１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射線治療計画のためのコンピュータ実装方法、コンピュータプログラム製品およびそのような方法を行うための装置に関する。特に本発明は、同じ患者のために外部ビーム放射線療法および近接照射療法の両方を行う放射線療法のための治療計画に関する。

【背景技術】

【0002】

大部分の放射線治療は、外部ビーム放射線療法（すなわちＥＢＲＴ）として知られている外部放射線源から患者に送達される外部放射線として与えられる。これは通常、多くのフラクション、例えば１５回、３０回またはそれ以上の数のフラクションで送達される。あるいは、放射線は患者の体内に配置された放射線源から送達されることがある。これは近接照射療法として知られており、１本以上の針または他の種類の機器を患者の体内の標的内に配置してそれを内部からの放射線に曝露させることを必要とする。これは通常、より少ない数のフラクション、例えば１回または３回で行われる。

【0003】

ＥＢＲＴ治療の場合、その計画は現在のところ主として最適化治療計画装置において逆方向治療計画プロセスとして行われている。この目的は通常、標的全体にわたって最小の線量または一様な線量を達成することである。近接照射療法（すなわちＢＴ）計画は身体または仮想環境のいずれかにおいて標的内に放射線を与えるための機器の配置を必要とし、その線量は通常、当該機器の位置およびそこから生じる線量が決定される順方向計画プロセスにおいて開発される。低線量率ＢＴでは、シードとして知られている１つ以上の放射線源を標的に埋め込み、通常は暫くの間そこに留置する。他方、高線量率ＢＴおよびパルス線量率ＢＴでは、例えば針、カテーテルおよびアプリケータからなる埋め込まれた機器の中空チャネルを通って移動する放射線源によって放射線が送達される。通常、ＢＴ線量分布は均一ではないが代わりに、埋め込まれた機器の周りに集中する。

【0004】

当該技術分野では、同じ患者においてＥＢＲＴと近接照射療法とを組み合わせることが知られている。典型的には、ＥＢＲＴフラクションを最初に送達し、次いで近接照射療法を送達するが、逆の順序も可能である。通常、最初の治療中に患者の幾何学的形状が変化する。また近接照射療法のために患者の体内に挿入されている機器が、標的および周囲組織の形状を変化させる。これらの両方の理由のために、２種類のモダリティは患者の異なる幾何学的形状に送達される。同じ患者に対して近接照射療法および外部放射線治療の両方が使用される場合、従来では、１つが当該治療のＥＢＲＴ部分のためのものであり、１つが当該治療の近接照射療法部分のためのものである２つの別個の治療計画が開発される。これらは典型的に、総線量および異なる種類の治療間での線量の予め定められた分割に基づいている。例えば８０Ｇｙの総線量を設定してもよく、ここではＥＢＲＴ治療は６０Ｇｙを与えるためのものであり、近接照射療法は残りの２０Ｇｙを与えるためのものである。Ｄ１は、近接照射療法および外部ビーム放射線療法の組み合わせを含み得る２つ以上のモダリティの組み合わせを可能にする放射線治療計画方法を開示している。Ｄ１によれば、この計画は繰り返し最適化され、最初に最も有望なモダリティを選択および最適化し、次いで別のモダリティを追加し、かつこの別のモダリティの寄与を最適化する。

【0005】

本発明の目的は、ＥＢＲＴおよび近接照射療法の両方を含む治療計画のための改良された計画方法を提供することにある。

【発明の概要】

【0006】

本発明は、以下の
ａ．患者の第１の画像を含む入力データを得る工程と、
ｂ．総線量分布のための線量基準に基づいて第１の放射線セットによって提供される第１の線量分布と第２の放射線セットによって提供される第２の線量分布との組み合わせとして入力データに基づいて総線量分布を最適化するように設計された目的関数を含む最適化問題を得る工程であって、ここでは放射線セットの一方は外部ビーム療法であり、かつ他方は近接照射療法である工程と、
ｃ．最適化問題を用いて外部ビーム療法と近接照射療法との組み合わせとしての治療計画を最適化する工程と、
を含む、患者のための放射線治療計画を最適化するコンピュータベースの方法に関する。

【0007】

故に本発明によれば、２つの放射線セットの治療パラメータを同時最適化問題によって同時に最適化する。これにより、先行技術に係る別個の計画よりも良好な全体治療計画が得られる。第１および第２の線量は任意の好適な順序で、あるいは交互に送達してもよい。入力データは患者の第２の画像も含んでいてもよく、これは当該治療計画の一部が送達された後の患者の推定画像であってもよい。次いで当該一部の送達後に、第２の画像を使用して患者の解剖学的構造に関する情報を提供してもよい。典型的にはこの一部は、第１の放射線セットによって送達される部分である。

【0008】

好ましくは本方法は、当該治療計画の第１の部分の送達後に患者に送達された線量を決定し、患者の少なくとも１つの更新画像を提供し、かつ送達線量および更新画像を考慮に入れて第２の最適化問題を用いて残りの治療計画を再度最適化するさらなる工程を含む。これにより、当該治療計画の残りの１つ以上の部分を第１の部分の送達の実際の結果に基づいて改良することが可能になる。第１の部分は典型的には第１の放射線セットによって送達される線量に対応しており、残りの部分は典型的には第２の放射線セットによって送達される線量に対応している。

【0009】

いくつかの実施形態では、当該治療計画の第１の部分は外部ビーム療法として送達される部分である。この場合、少なくとも１つの更新画像は好ましくは、患者の更新画像と、送達中に近接照射療法機器を含む実際の患者の幾何学的形状を考慮に入れるために近接照射療法機器が施用された状態の患者の更新画像とを含む。残りの治療計画は更新画像に基づいて更新される。

【0010】

他の実施形態では、当該治療計画の第１の部分は近接照射療法として送達される部分である。好ましくはそのような場合に、送達中に実際の患者の幾何学的形状を考慮に入れるために、さらに近接照射療法機器が施用された状態の患者の現在の画像に基づいて工程ｂを行う。

【0011】

少なくとも１つの更新画像は、第１の部分の送達後に撮影された患者の少なくとも１つの画像を含んでもよい。これは実際の患者の幾何学的形状に関する最も正確な情報を提供する。

【0012】

代わりまたは追加として、少なくとも１つの更新画像は当該部分の送達後の患者の幾何学的形状の推測に基づく、少なくとも１つのシミュレートされた画像を含んでもよい。これは何らかの理由で当該部分の送達後、または近接照射療法機器が挿入された状態で患者の新しい画像を撮影することが実行可能でない場合に好適である。

【0013】

好ましい実施形態では、最適化は、第１および第２の放射線セットによって送達される線量の少なくとも一方をそれぞれ変形させて治療部分のために共通の幾何学的形状を得ること、および生物学的モデルを用いてそれらを蓄積させることを含み、目的関数は、蓄積線量および放射線セット特有の線量に対するペナルティのセットである。

【0014】

好ましくは、近接照射療法機器の配置、ＥＢＲＴ送達および／または決定された送達線量における不確実性を考慮に入れるためにロバストな計画を使用する。ロバストな計画を実行するための方法は当該技術分野で知られている。

【0015】

本発明は、コンピュータにおいて走らされるときに、コンピュータに上記実施形態のいずれかに係る方法を実行させるように構成されたコンピュータ可読コード手段を含むコンピュータプログラム製品にも関する。コンピュータプログラム製品は任意の好適な種類の非一時的記憶媒体に記憶されていてもよい。

【0016】

本発明は、プロセッサおよび少なくとも１つのプログラムメモリを備えるコンピュータシステムであって、プログラムメモリは上に定義されているコンピュータプログラムを保持していることを特徴とするコンピュータシステムにも関する。

【0017】

好ましい実施形態では、本発明は、いくつかの他のモダリティによって患者に既に送達された蓄積線量も考慮に入れて近接照射療法計画を計画することを含む。これは、標的への計画された線量からの偏差を補償することができ、それに応じて近接照射療法治療計画を変えることにより、リスク臓器への高過ぎる線量を補償することもできることを意味する。

【0018】

本発明は、例として、かつ添付の図面を参照して、以下により詳細に説明されることになる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1a】患者の医用画像の断面である。

【図1b】患者の医用画像の断面である。

【図1c】患者の医用画像の断面である。

【図2】本方法の一般的な実施形態のフローチャートである。

【図3】ＥＢＲＴ後にＢＴを含む本方法のより具体的な実施形態のフローチャートである。

【図4】ＢＴ後にＥＢＲＴを含む本方法の第２のより具体的な実施形態のフローチャートである。

【図5】本発明の実施形態を実行することができるコンピュータシステムの概略的大要である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

外部ビーム放射線治療（すなわちＥＢＲＴ）では、外部から送達されるビームの形態で患者に放射線を与える。当該放射線は、光子、電子、陽子または他のイオンなどの任意の種類の放射線であってもよい。近接照射療法（すなわちＢＴ）では、いくつかの種類の機器を患者の体内の標的に挿入し、前記機器を使用して標的内の１つ以上の点から放射線を与える。この機器は、多くの小さい針および／またはカテーテル、１つ以上のより大きいアプリケータ、１つ以上のシードまたは異なる種類の機器の任意の組み合わせを含んでもよい。当該装置の数およびサイズに応じて、標的ならびに周囲の患者の幾何学的形状が変形される。

【0021】

２つの放射線セットの異なる性質により、ＥＢＲＴおよびＢＴの計画は異なる治療パラメータを使用する。ＥＢＲＴ治療のための治療パラメータとしては、ビームおよびビーム制限装置構成が挙げられる。ＢＴ治療のための治療パラメータとしては、機器位置および留置時間などの変数が挙げられる。各放射線セットは典型的に、１回以上のフラクション、典型的であって必ずしもではないが１回の単一フラクションで送達することさえもできるＢＴの場合よりも、ＥＢＲＴの場合により大きい数で送達される放射線を必要とする。

【0022】

上で考察されているように、ＥＢＲＴ計画の場合に最適化問題を用いる逆方向治療計画が一般的であるが、これは近接照射療法のためには従来から使用されてない。線量分布ＥＢＲＴは、

【数1】

として表すことができ、近接照射療法のための線量分布は、

【数2】

（式中、ｘ_ＥＢＲＴ、ｘ_ＢＴはそれぞれの治療形態のための治療パラメータである）
として表すことができる。

【0023】

本発明は、ＥＢＲＴ治療およびＢＴ治療のための治療パラメータの同時最適化に関する。これは、最適化問題を方程式（３）：

【数3】

（式中、ｘ_ＥＢＲＴは当該治療のＥＢＲＴ小部分のための治療パラメータであり、ｘ_ＢＴは当該治療のＢＴ小部分のための治療パラメータである。ｄ_ＥＢＲＴおよびｄ_ＢＴはそれぞれＥＢＲＴ小部分およびＢＴ小部分のための線量である。線量ｄの代わりに、それぞれの小部分に関するいくつかの他のパラメータを使用してもよい）
として表すことができることを意味している。

【0024】

典型的には、最適化は線量を共通の幾何学的形状に変形させること、および生物学的モデルを用いてそれらを蓄積させることを含み、目的関数は、蓄積線量および放射線セット特有の線量に対するペナルティのセットである。

【0025】

図１ａ、図１ｂおよび図１ｃは、図２に関連させて以下でより詳細に考察するように、本発明の手順における異なる時点で撮影された医用画像の単純化された例である。図１ａは、本発明の実施形態に係る治療計画のために使用される、標的１３およびリスク臓器１５に目を向けさせる患者の腹部の概念的な医用画像の断面１１である。図１ｂは第１の種類の治療後の同じ患者の医用画像の対応する断面１１’であり、この治療により患者の幾何学的形状に生じ得る変化を概略的に示している。当然のことながら、標的１３は当該治療により縮小しており、通常これが所望の結果である。図１ｃは、患者に近接照射療法を与えるために針が標的に挿入された状態の同じ患者の医用画像の対応する断面１１’’である。これらの針は標的内に小さい点１７として示されている。図に示すように、これは標的１３’’の幾何学的形状および標的を取り囲む患者の領域も変化させる。

【0026】

図２は、本発明の一実施形態に係る方法全体のフローチャートである。

【0027】

第１の工程Ｓ２１では、図１ａ～図１ｃに関連させて考察されているような患者の関連部分の画像を得る。工程Ｓ２２では、ＥＢＲＴおよび近接照射療法の両方を含む組み合わせられた計画として送達される総線量分布のための線量基準を決定する。

【0028】

工程Ｓ２３では、１つ以上の画像および所望の総線量のための線量基準に基づいて最適化問題を定める。線量基準は当該技術分野において一般的なものとして設定する。それらは典型的には、標的の全てのボクセルのための最小線量と多くの場合に１つ以上のリスク臓器のための最大線量とを含む。例えば線量基準は、各標的ボクセルにおいて少なくとも６０Ｇｙの総線量を指定し、かつリスク臓器の最大３０％を４０Ｇｙ超の総線量に供することを指定してもよい。線量基準は部分的もしくは完全な線量分布も含んでいてもよい。Ｓ２４では最適化問題を用いて治療計画を最適化する。最適化問題は上記関数（３）などの目的関数を含む。

【0029】

工程Ｓ２５では、治療計画の一部を患者に送達し、工程Ｓ２６では治療計画のその一部から患者に送達された蓄積線量を推定する。蓄積線量は任意の好適な方法で決定してもよい。これを行う方法は当該技術分野でよく知られており、典型的には少なくとも１つの医用画像、例えば治療計画の第１の部分の送達の間中撮影される多くのフラクション画像に基づいている。

【0030】

工程Ｓ２７では、工程Ｓ２５における部分的送達後の患者の新しい幾何学的形状を確認するために、患者の同じ部分の新しい画像を得る。適用可能であれば、近接照射療法機器の挿入などの他の修正を行ってもよく、得られる幾何学的形状を反映する画像を撮影してもよい。新しい画像は、この段階で撮影された患者の画像または患者の新しい幾何学的形状の推定に基づく合成の画像であってもよい。

【0031】

工程Ｓ２８では、治療計画の残りを逆方向治療計画方法を用い、かつ以下でより詳細に考察される最適化関数に基づいて再度最適化する。当該計画は、先に行われた部分的送達の蓄積線量を考慮に入れる。その際に最適化問題は、以下に係る目的関数を含んでいなければならない：

【数4】

（式中、

【数5】

は、工程Ｓ２６において決定された第１の放射線セットから送達された線量であり、

【数6】

は、第２の放射線セットによって送達される線量であり、ＲＳ１およびＲＳ２のうちの一方はＥＢＲＴであり、他方はＢＴである。

【0032】

式中、ｇは別の目的関数であり、これはｆに等しくても等しくなくてもよく、全てのフラクションにわたる第１の放射線セットから送達される線量（測定または推定される）は、第２の放射線セットのための計画のために固定されたバックグラウンド線量として使用する。

【0033】

工程Ｓ２８では、当該計画の再最適化された残りを患者に送達する。

【0034】

図３は本発明の方法の一実施形態のフローチャートであり、ここでは全体的治療計画は最初にＥＢＲＴ治療、次いでＢＴ治療を含む。この計画への入力データＳ３１は、患者の現在の医用画像、所望の線量分布のための線量基準、およびＥＢＲＴ治療後の患者の幾何学的形状の予測モデルを含む。予測モデルは調整されているか合成の医用画像であってもよい。入力データは、ＥＢ機器が含まれている状態のＥＢＲＴ治療後の患者の幾何学的形状の予測モデルも含んでいてもよい。医用画像はＣＴ画像または、ＭＲもしくは超音波画像などの任意の他の好適なモダリティ画像であってもよい。

【0035】

方法工程Ｓ３２では、線量基準および入力データに基づいて最適化問題を得る。最適化問題は、当該治療のＥＢＲＴおよびＢＴ小部分の両方の総線量ならびに任意に各放射線セットのために送達される線量に基づく方程式（３）に係る目的関数を含む。これは典型的には、線量ｄ_ＥＢＲＴおよびｄ_ＢＴのうちの少なくとも１つを共通の幾何学的形状に変形させること、および好適な生物学的モデルを用いてそれらを蓄積することを含む。これは、蓄積線量および特定の線量に対するペナルティの組み合わせを設定することを含んでもよい。典型的には画像の非剛体レジストレーションを含む共通の幾何学的形状を確立するためのモデルが知られている。蓄積線量を決定するためのモデルも当業者に知られている。例えば生物学的概念のＥＱＤ２を適用して総実効線量の推測を与えてもよい。

【0036】

その後の方法工程Ｓ３３では、共通の幾何学的形状および蓄積線量に基づいて最適化する。最適化問題は上記方程式（３）に係る目的関数を含む。当然のことながら、目的関数は治療パラメータに依存するように拡張させることができ、最適化問題は線量もしくは治療パラメータに応じて制約も含んでいてもよい。最適化工程Ｓ３３からの出力Ｓ３４は各放射線セットのための１つの小部分、すなわち１つのＥＢＲＴ小部分および１つのＢＴ小部分を含む全体的治療計画である。各小部分は、対応する放射線セットによって送達される線量の一部およびそれを送達するためのフラクションの数を含む。

【0037】

次いで工程Ｓ３５では、治療計画のＥＢＲＴ小部分を患者に送達し、工程Ｓ３６ではこの送達から実際の送達線量を決定または推定する。好ましくは、ＥＢＲＴ送達後の状況を評価および使用して、以下の工程において概説されている治療計画のＢＴ小部分を改良する。

【0038】

工程Ｓ３７では、ＥＢＲＴ治療後の患者の更新画像を得る。これらは、ＥＢＲＴ治療中に生じた幾何学的変化を補償するための患者の新しい画像を含む。ＢＴ機器は機器の種類に応じて標的および周囲の患者の幾何学的形状のいくらかの変形を引き起こすので、その画像はＢＴ機器が挿入されている状態の患者の画像も含む。

【0039】

その後の工程Ｓ３８では、工程Ｓ３５からの送達線量および工程Ｓ３７において得られた新しい画像を考慮に入れて、当該治療のＢＴ小部分を再最適化する。最適化問題はこの場合に、以下の方程式（２）：

【数7】

（式中、

【数8】

は、工程Ｓ３５において決定された送達線量である）
として表される目的関数を含む。

【0040】

工程Ｓ３８からの出力は新しい最適化されたＢＴ治療計画Ｓ３９であり、これは好ましくは患者に送達される。

【0041】

図２について考察されているように、工程Ｓ３６～Ｓ３９は先行する工程を最初に行わずに行ってもよく、すなわちその２つの初期の組み合わせられた計画が存在しない場合であっても、ＢＴ計画は先のＥＢＲＴ治療を考慮に入れてもよい。

【0042】

図４は、送達される第１の放射線セットがＢＴである方法のフローチャートである。この計画への入力データＳ４１は、患者の現在の医用画像、およびＢＴ機器が挿入された状態の患者の医用画像、および所望の線量分布のための線量基準を含む。好ましくは、この入力データは、ＢＴ治療後の患者の幾何学的形状の予測モデルも含む。医用画像はＣＴ画像またはＭＲもしくは超音波画像などのあらゆる他の好適なモダリティ画像であってもよい。

【0043】

方法工程Ｓ４２では、工程Ｓ３２と同様の方法で最適化問題を定める。最初にＢＴ線量部分が送達されるときに、ＢＴ機器が挿入された状態の患者の画像は入力として既に利用可能である。これらの画像を非剛体レジストレーションして、治療幾何学的形状間の幾何学的対応を提供することができる。工程Ｓ３２と同様に、線量ｄ_ＥＢＲＴおよびｄ_ＢＴを共通の幾何学的形状に変形させて、好適な生物学的モデルを用いて蓄積させる。これは、蓄積線量および特定の線量に対するペナルティの組み合わせを設定することを含んでもよい。典型的には画像の非剛体レジストレーションを含む、共通の幾何学的形状を確立するためのモデルが知られている。蓄積線量を決定するためのモデルも当業者に知られている。

【0044】

その後の方法工程Ｓ４３では、共通の幾何学的形状および蓄積線量に基づいて最適化を行う。最適化問題は、上記方程式（３）に係る目的関数を含む。当然のことながら、最適化問題は治療パラメータに依存するように拡張させることができ、他の目的関数および／または制約も含む。最適化工程Ｓ４３からの出力Ｓ４４は、各放射線セットのための１つの小部分、すなわち１つのＢＴ小部分および１つのＥＢＲＴ小部分を含む全体的治療計画である。

【0045】

次いで工程Ｓ４５では、当該治療計画のＢＴ小部分を患者に送達し、工程Ｓ４６ではこの送達から実際の送達線量を決定または推定する。好ましくは、以下の工程に概説されているようにＢＴ送達後の状況を評価および使用して、当該治療計画のＥＢＲＴ小部分を改良する。

【0046】

工程Ｓ４７では、ＢＴ治療中に生じた幾何学的変化を補償するためにＢＴ治療後の患者の更新画像を得る。

【0047】

その後の工程Ｓ４８では、工程Ｓ４５からの送達線量および工程Ｓ４７において得られた新しい画像を考慮に入れて、当該治療のＥＢＲＴ小部分を再最適化する。最適化問題はこの場合では、以下の方程式（２）：

【数9】

（式中、

【数10】

は、工程Ｓ４５において決定された送達線量である）
として表される目的関数を含む。

【0048】

工程Ｓ４８からの出力は新しい最適化されたＥＢＲＴ治療計画Ｓ４９であり、これが好ましくは患者に送達される。

【0049】

図２および図３について考察されているように、工程Ｓ４６～Ｓ４９は先行する工程を最初に行わずに行ってもよく、すなわちこれら２つの初期の組み合わせられた計画が存在しない場合であっても、ＥＢＲＴ計画は先に送達されたＢＴ治療を考慮に入れてもよい。

【0050】

ＢＴおよびＥＢＲＴフラクションが２つの連続する小部分として与えられず、代わりにＢＴフラクションがＥＢＲＴフラクション間に分配される計画を作成することも可能である。この種の治療では、まだ送達されていない治療の１つ以上の小部分を送達線量を考慮に入れて再最適化することができる。当該治療の送達される小部分および送達されない小部分の両方は、典型的にはＢＴとＥＢＲＴとの組み合わせである。最適化はこの場合に、以下の方程式（７）：

【数11】

として表される目的関数を含む。

【0051】

上記方法の全てにおいて、各放射線セットの個々の線量がそれのみでなお満足なものであることを保証するために、同時最適化はいくらかの注意を払って行わなければならない。同時最適化の１つの可能な悪影響は、後にＢＴ線量によって満たされる標的においてＥＢＲＴ線量がコールドスポットを有することである。これは、例えば機器の位置決めの不確実性および当該機器の変形効果に対してロバスト性を当該モデルに組み込むことにより緩和することができる。治療特有の目的関数も（現在のビームセット特有の目的関数と同様に）可能である。

【0052】

あらゆる放射線治療計画と同様に、患者の配置、ＢＴ機器の位置決めおよび推定された送達線量などの不確実性の原因が存在する。これを補償するためにロバストな計画を使用してもよい。特に画像間の変形により概算の蓄積線量が得られ、その品質は非剛体レジストレーションの正確性によって決まる。実際に送達される線量とは異なる蓄積線量に対する過剰最適化を回避するために、不確実性の表示を上回るロバストな計画のための方法を用いることができる。様々な程度の改良を使用することができ、例えば、
・予測される画像全体にわたるＩＴＶとしてのマージンまたは治療される領域の単なるスメアリングを適用することができる。
・放射線セットのそれぞれのために独立して、患者の幾何学的形状の剛体シフトとして生成されたシナリオを用いるロバストな計画を適用してもよい。
・複数の非剛体レジストレーションによって生成されたシナリオを用いるロバストな計画を適用することができる。ＢＴ部分線量の前にＥＢＲＴ部分線量が送達される場合、これは複数の予測を利用することを必要とする。ＥＢＲＴ部分線量の前にＢＴ部分線量が送達される場合、これは、取得された画像間のレジストレーションの摂動を使用することを必要とする。これらの変形はＥＢＲＴ中の解剖学的変形、例えば腫瘍収縮から生じる可能性もある。

【0053】

また本発明の実施形態に係る方法を多基準最適化と組み合わせてもよい。この場合、総線量または個々の治療線量のどちらかの一方をターゲットにするいくつかのトレードオフ目的により、いくつかの面でナビゲーションを行うことができる。

【0054】

図５は、本発明の方法を実行することができるコンピュータシステムの概略図である。コンピュータ３１は、第１および第２のデータメモリ３４、３５に接続されたプロセッサ３３とプログラムメモリ３６とを備える。好ましくはキーボード、マウス、ジョイスティック、音声認識手段またはあらゆる他の利用可能なユーザ入力手段の形態の１つ以上のユーザ入力手段３８、３９も存在する。またユーザ入力手段は外部メモリユニットからデータを受信するように構成されていてもよい。

【0055】

第１のデータメモリ３４は、必要な画像などの本方法を行うために必要なデータを含む。第２のデータメモリ３５は、治療計画を開発すべき対象である１人以上の現在の患者に関するデータを保持している。例えば図２、図３および図４のいずれかに関連させて考察されているように、プログラムメモリ３６はコンピュータに本方法工程を実行させるように構成されたコンピュータプログラムを保持している。

【0056】

当然のことながら、データメモリ３４、３５ならびにプログラムメモリ３６は概略的に図示および考察されている。それぞれが１つ以上の異なる種類のデータを保持するいくつかのデータメモリユニットが存在してもよく、あるいは好適に構造化された方法で全てのデータを保持する１つのデータメモリが存在してもよく、これはプログラムメモリを保持している。当該構成要素が互いに通信できる限り、当該構成要素の１つ以上がクラウド環境に存在してもよい。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】