特表 2024-506842 逆方向計画立案装置および放射線治療のための方法

(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】2024-02-15

(54)【発明の名称】逆方向計画立案装置および放射線治療のための方法

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20240207BHJP

【ＦＩ】

A61N5/10 P

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023545991

(86)(22)【出願日】2022-02-01

(85)【翻訳文提出日】2023-09-28

(86)【国際出願番号】 US2022014789

(87)【国際公開番号】W WO2022165438

(87)【国際公開日】2022-08-04

(31)【優先権主張番号】63/144,411

(32)【優先日】2021-02-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/213,380

(32)【優先日】2021-06-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519392513

【氏名又は名称】ザップ サージカル システムズ， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100137969

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 憲昭

(74)【代理人】

【識別番号】100104824

【弁理士】

【氏名又は名称】穐場 仁

(74)【代理人】

【識別番号】100121463

【弁理士】

【氏名又は名称】矢口 哲也

(72)【発明者】

【氏名】モハン，ラディカ

(72)【発明者】

【氏名】ロイセル，チボー

(72)【発明者】

【氏名】シュヴァイカルド，アヒム

(72)【発明者】

【氏名】アドラー，ジョン アール．

【テーマコード（参考）】

4C082

【Ｆターム（参考）】

4C082AN01

(57)【要約】

ユーザが逆方向計画立案による治療計画立案を実行するか、または典型的には順方向計画立案と関連付けられる１つ以上のパラメータ入力を利用することによって達成される治療計画立案を実行するかを選択することを可能にする装置および方法が本明細書に記載される。システムは、治療計画立案の開始の１回の反復で、または標的ジオメトリの決定もしくは受信に応答して、治療計画を作成するように構成することができる。システムは、広範囲にインターアクティブな方法で反復的に使用することができるが、実行可能な逆方向計画は、シングルクリックなどの単一のユーザインターアクションで、または任意選択的にクリックなしで生成することができる。有利には、システムは、所望の場合に追加の自律性を提供するために、臨床医が、例えば別の反復でパラメータまたは制約を追加または調整することを任意選択的に可能にすることができる。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線治療送達計画立案システムのための治療計画を生成するための方法であって、
前記システムを用いて、患者に関する患者撮像情報のセットを受信または取得するステップと、
前記患者撮像情報のセットに基づいて標的ジオメトリを受信または決定するステップと、
前記システムのメモリに記録された、または前記システムによってアクセスされるプログラム可能な命令を利用して、ユーザ入力治療計画制約を必要とすることなく、前記撮像情報のセットおよび前記標的ジオメトリに基づいて治療計画を自動的に生成するステップと
を含む、方法。

【請求項2】

前記治療計画は、前記システムが前記標的ジオメトリを受信または決定することに応答して生成される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記治療計画は、前記システムのユーザインターフェースを介した１つ以上のユーザインターアクションの受信に応答して生成される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記ユーザインターフェースの前記１つ以上のユーザインターアクションは、前記治療計画立案を開始するための単一のユーザインターアクションを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記治療計画は、前記ユーザによって入力された治療線量にさらに基づく、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記治療計画は、特定の治療線量なしで決定され、所望の治療線量を達成するようにスケーリングされる、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記治療計画を自動的に生成するステップは、逆方向計画立案を利用する、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記１つ以上のパラメータまたは制約に基づいて前記治療計画を自動的に生成する前に、順方向計画立案に関連する１つ以上のパラメータまたは制約を受信するステップをさらに含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記１つ以上のパラメータまたは制約は、ビーム数、ビーム方向、ビームサイズ、ビームウェイト、およびビーム強度のいずれかに関する、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記システムは、前記治療計画を自動的に生成することが逆方向計画立案を含むか、または前記ユーザによる選択に基づいた順方向計画に関連する１つ以上のパラメータを利用するかのいずれかであるように構成される、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記治療計画を自動的に生成するステップは、単一の反復または自動化プロセスで実行される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記単一の反復または自動化プロセスは、治療計画生成を開始する最初のユーザインターアクションを超えるさらなるユーザ入力を必要としない、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記治療計画を自動的に生成するステップは、最適なビームジオメトリ、ビームサイズ、ビームウェイトを決定するステップを含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記１つ以上のユーザインターアクションは、前記治療計画立案を開始するためのユーザインターアクションと、治療計画立案の１つ以上のパラメータを選択または調整するための１つ以上の追加のユーザインターアクションとを含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記１つ以上のパラメータは、ビームジオメトリ、ビームサイズ、ビームウェイト、またはそれらの任意の組み合わせのいずれかを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記撮像情報のセットを受信または取得するステップは、前記患者記録システムの患者医療画像をロードするステップを含む、請求項１～１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

前記標的ジオメトリを受信または取得するステップは、前記撮像情報のセットから導出された前記標的ジオメトリの輪郭を受信するステップを含む、請求項１～１６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項18】

前記標的ジオメトリを受信または取得するステップは、前記撮像情報のセットから前記標的ジオメトリの輪郭を決定する際に前記ユーザを支援するステップを含む、請求項１～１７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項19】

前記治療計画を自動的に決定するステップは、最適なビームジオメトリ、ビームサイズ、ビームウェイトを決定するステップを含む、請求項１～１８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項20】

前記最適な治療計画を前記システム内の記録に記憶するステップ
をさらに含む、請求項１～１９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項21】

更新された標的ジオメトリを受信もしくは決定すると、または前記治療計画に対する１つ以上のユーザ入力制約を受信すると、前記治療計画を継続的に更新するステップ
をさらに含む、請求項１～２０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項22】

治療放射線送達のための治療計画立案を生成するためのシステムであって、
標的に関する患者撮像情報のセットを受信する構成要素と、
１つ以上のユーザインターアクションを受信するように構成されたユーザインターフェースと、
前記システムのメモリに記録された、または前記システムによってアクセスされるプログラム可能な命令を利用して、ユーザ入力治療計画制約を必要とせずに、前記患者撮像情報に基づいて治療計画を自動的に生成する治療計画立案構成要素と
を備える、システム。

【請求項23】

前記システムが標的ジオメトリを受信または決定することに応答して前記治療計画を生成するように構成される、請求項２２に記載のシステム。

【請求項24】

前記ユーザインターフェースを介した１つ以上のユーザインターアクションの受信に応答して前記治療計画を生成するように構成される、請求項２２または２３に記載のシステム。

【請求項25】

前記１つ以上のユーザインターアクションは、前記ユーザインターフェース上の単一のユーザインターアクションを含む、請求項２４に記載のシステム。

【請求項26】

前記治療計画は、前記ユーザによって入力された治療線量にさらに基づく、請求項２２～２５のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項27】

前記治療計画は、特定の治療線量なしで決定され、所望の治療線量を達成するようにスケーリングされる、請求項２２～２６のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項28】

前記治療計画を自動的に生成することは逆方向計画立案を利用する、請求項２２～２７のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項29】

前記治療計画を自動的に生成する前に、順方向計画立案に関連する１つ以上のパラメータまたは制約を受信するように構成される、請求項２２～２８のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項30】

前記１つ以上のパラメータまたは制約は、ビーム数、ビーム方向、ビームサイズ、ビームウェイト、およびビーム強度のいずれかに関する、請求項２９に記載のシステム。

【請求項31】

前記治療計画を自動的に生成することが逆方向計画立案を含むか、または前記ユーザによる選択に基づいた順方向計画立案に関連する１つ以上のパラメータを利用するかのいずれかであるように構成される、請求項２２～３０のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項32】

前記治療計画を自動的に生成することは、単一の反復または自動化プロセスで実行される、請求項２２～３１のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項33】

前記単一の反復または自動化プロセスは、治療計画生成を開始する最初のユーザインターアクションを超えるさらなるユーザ入力を必要としない、請求項２２～３１のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項34】

前記治療計画を自動的に決定することは、最適なビームジオメトリ、ビームサイズ、およびビームウェイトを決定することを含む、請求項２２～３３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項35】

治療の１つ以上のパラメータに関する任意選択のユーザ入力を提供し、前記治療計画の自動生成に組み込むようにさらに構成される、請求項２２～３４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項36】

前記計画立案構成要素は、
前記標的における線量を前記規定線量まで最大化すること、
前記重要な構造への線量を最小化すること、および
前記ユーザが前記セグメント化または治療計画立案を要求する必要がない治療計画を送達するのに必要な時間を最小化すること
を含む複数の要因の各々に基づいて治療計画を自動的に生成するように構成される、請求項２２～３５のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項37】

前記複数の要因が重み付けおよび／または優先順位付けされる、請求項３６に記載のシステム。

【請求項38】

前記計画立案構成要素は、前記画像セットを標的領域および重要な構造領域のうちの１つ以上に自動的にセグメント化するようにさらに構成される、請求項３６または３７に記載のシステム。

【請求項39】

前記計画立案構成要素は、ユーザ入力を受信し、および／または前記標的領域についての前記規定放射線量を取得するようにさらに構成される、請求項３６～３８のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項40】

前記計画立案構成要素は、
前記標的における線量を前記規定線量にまで最大化し、
前記重要な構造への線量を最小化し、
前記ユーザが前記セグメント化または治療計画立案を要求する必要がない治療計画を送達するのに必要な時間を最小化する
複数のビーム経路およびビームウェイトを自動的に計算するようにさらに構成される、請求項３６～３９のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項41】

標的ジオメトリまたはユーザ入力制約の任意の更新または調整を受信すると、計画生成を繰り返し、そして、確認のために前記ユーザに更新された治療計画を表示することによって治療計画を自動的に更新する
ように構成される、請求項２２～４０のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項42】

自動計画立案生成システムを用いて医療処置計画を生成するための方法であって、
前記システムを用いて患者に関する患者情報を受信するステップであって、前記患者情報は患者識別子を含む、ステップと、
前記治療計画が作成される前記システムに前記患者識別子を永続的に記憶するステップと、
前記患者および／または治療を識別する情報を表示し、前記治療計画を生成するために実行されるべき単一のアクションの指示を表示するステップと、
前記単一のアクションが実行されたことに応答して、前記患者情報に基づいて、ユーザ入力治療計画制約を必要とせずに治療計画立案生成を開始する要求を前記システムに送信するステップと、
前記ユーザによる確認のために、前記ユーザに前記生成された治療計画を表示するステップと
を含む、方法。

【請求項43】

前記計画の確認を受信すると、前記治療計画を治療送達システムに送信するステップ
をさらに含む、請求項４２に記載の方法。

【請求項44】

前記ユーザによる制約またはパラメータを調整するための入力を受信すると、治療計画生成を繰り返し、そして、確認のために前記ユーザに更新された治療計画を表示するステップ
をさらに含む、請求項４２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001]関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年２月１日に出願された米国仮出願第６３／１４４，４１１号および２０２１年６月２２日に出願された米国仮出願第６３／２１３，３８０号の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張し、これらの全開示は、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

[0002]本発明は、一般に、放射線療法および定位手術的照射の分野に関し、超音波の送達および他のエネルギーベースの治療にも適用することができる。

【背景技術】

【0003】

[0003]定位手術的照射およびいくつかの形態の放射線療法は、標的領域、例えば腫瘍内で他の放射線ビームと経路を交差するように正確に向けられた、患者の外部で生成された電離放射線のビームを伴う。目標は、標的への高線量の放射線（「規定線量」）、標的領域の外側での非常に低い線量、および特定の容易に損傷する非標的領域（「重要な構造」）への絶対最小量の放射線を生成することである。そのような放射線治療（不可逆的である）を実際に送達する前に、放射線ビームの数、軌道および強度を正確に計画しなければならない。そのような計画立案は、一般に「治療計画立案ソフトウェア」として知られる種類のコンピュータプログラムによって最適に達成される。治療計画立案ソフトウェアは、標的に十分な放射線を送達するのに必要な患者内の最適な放射線ビーム位置、ビーム配向、ビーム形状、ビーム強度、および放射線量分布、ならびに非標的領域が許容可能な迷放射線の量を決定するために利用される。治療計画立案ソフトウェアを利用して治療計画立案の決定を知らせ、その後、ユーザは、システムによって送達される最終的な治療計画を選択／決定する。

【0004】

[0004]概して、放射線治療計画立案には、順方向計画立案と逆方向計画立案との２つの手法がある。順方向治療計画立案において、ユーザ（例えば、医療物理学者、技術者または放射線技師）は、選択されたビームの放射線量を決定し、次いで、腫瘍、重要な構造（すなわち、生命の維持に必要な器官）および他の健康な組織によってどれだけの放射線が吸収されるかを計算する。ユーザは、経験に基づいて、ビーム位置およびビーム強度などの様々な治療パラメータに必要な値を推定する。次いで、治療計画立案システムは、結果として生じる線量分布を計算する。得られた線量分布を検討した後、治療パラメータは、ユーザにとって許容可能な解決策に達するまで反復的に修正することができる。

【0005】

[0005]逆方向計画立案は、経験の浅いユーザの手にあるときに、順方向計画立案よりも高品質の計画を作成することができるという利点を有する。現代の逆方向計画立案システムでは、ユーザは、腫瘍への最小線量および他の健康な組織への最大線量を独立して指定する。次いで、ソフトウェアは、指定された線量条件を達成するために、ビームの方向、距離、および総数、オン時間、ならびに強度を選択する。いくつかは、順方向治療計画立案および逆方向計画立案手法の両方の態様を利用することができる治療計画立案を提案しているが、これらの異なる手法はそれぞれ、別個の別々に適用されるプロセスとして大部分が保持されており、結果として得られる治療計画立案プロセスは、いずれかを単独で利用するよりもさらに複雑で、面倒で反復的になる。例えば、米国特許第７，２９８，８１９号明細書は、ユーザが順方向計画立案技術と逆方向計画立案技術とを切り替えること、いくつかの治療ビームの順方向計画立案および他の治療ビームの逆方向計画立案を利用すること、または一方の技術を、他方の技術を使用して以前に生成された治療計画に適用することを可能にするシステムを記載している。したがって、これまでのこれらの治療計画立案手法は、専門知識が限られている臨床医および広範な経験を有する臨床医の両方を含む様々な臨床医にとって、堅牢で一貫し、使いやすく真に統合された方法で、順方向計画立案と逆方向計画立案の両方の態様を採用することができなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第７，２９８，８１９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

[0006]したがって、現在の放射線治療計画立案セッションは、依然として面倒で時間がかかり、複雑であり、特に経験が限られている人にとって、広範に変動する最適以下の治療計画をもたらす可能性がある。したがって、臨床医による広範な入力を必要とせずに一貫した最適化された治療計画を提供する改善された治療計画立案システムおよび方法が必要とされている。広範囲の臨床医の経験に対応するそのようなシステムおよび方法がさらに必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

[0007]本発明は、逆方向計画立案が、ユーザによって提供された標的のみを用いて、標的および規定線量を用いて、または標的および任意選択的にユーザによって入力される１つ以上の追加のパラメータ、制約もしくは変数を用いて達成されることを可能にする装置および方法に関する。システムは、広範囲にインターアクティブな方法で反復的に使用することができるが、実行可能な逆方向計画は、単一のユーザインターアクション（例えば、「ボタンのシングルクリック」）を押すことで、または任意選択的に一切のクリックなしで生成することができる。一態様では、システムは、臨床医が入力する制約なしに治療計画生成を提供する。別の態様では、システムは、臨床医の好みおよびスキルレベルに応じた最小限の入力または広範な入力を含む、臨床医が入力する１つ以上の制約を可能にする治療計画生成を提供する。したがって、システムは、改善された汎用性を提供し、臨床医が入力する制約なしに治療計画を生成すること（経験が限られている臨床医にとって好ましい）と、臨床医が入力する１つ以上の制約を用いて治療計画を生成すること（より経験豊富な臨床医にとって好ましい）との両方を可能にする。有利には、システムは、所望に応じて臨床医がパラメータまたは制約を追加または調整して治療計画を生成することを可能にするために、治療計画生成後に、追加の臨床医入力を任意選択的に可能にすることができる。したがって、本明細書の装置および方法は、臨床医の技能レベルおよび経験にかかわらず、一貫した最適化された治療計画を提供する。

【0009】

[0008]いくつかの実施形態では、ユーザは標的情報および標的への規定線量を提供することができ、そこから逆方向計画を決定することができる。別の実施形態では、ユーザは、治療計画立案ソフトウェアに標的情報自体のみを提供する場合があり、治療計画は逆方向計画立案によって決定され、その後、治療送達のための所望の治療線量を達成するようにスケーリングすることができる。さらに別の実施形態では、ユーザは、標的、および順方向計画立案技術に関連することが多い態様である１つ以上の追加のパラメータ（例えば、ビームの数、ビーム位置、ビームウェイトまたは強度、コリメータサイズなど）を提供し、次いで治療計画を決定することができる。いくつかの実施形態では、上述の手法のいずれも、単一の反復またはプロセスで実行することができる。得られた治療計画を検討すると、ユーザは、１つ以上の制約、変数またはパラメータを調整／修正して別の反復を実行し、そこから更新された治療計画を作成することができる。いくつかの実施形態では、治療計画立案ソフトウェアは、ユーザの好みに応じて上記の実施形態のいずれかによって治療計画立案を実行するように構成され、それにより、より順方向の計画立案態様を望む熟練した臨床医、およびより逆方向の計画立案態様または完全に逆方向の計画立案を望む経験の少ない臨床医に対応する。したがって、同じ治療計画立案ソフトウェアは、治療計画の逆方向計画立案を実行するために患者撮像情報および標的情報（および任意選択的に標的線量）のみで逆方向計画立案を進めることができ、または治療計画を生成する前に１つ以上のパラメータのユーザ入力の受信を進めることができる。このようにして、治療計画立案ソフトウェアは、逆方向計画立案手法に全体的による治療計画立案、ユーザによって制御／入力される１つ以上のパラメータ／変数用いた修正逆方向計画立案手法に全体的による治療計画立案、または順方向計画立案手法に全体的による治療計画立案を可能にするように汎用性がある。いくつかの実施形態では、治療計画立案手法のそれぞれは、必要な入力が受信されると、単一の反復またはプロセスで、好ましくは治療計画立案プロセスを開始するための単一の作動またはクリックで、代替的に、ユーザから標的ジオメトリ（例えば、輪郭、セグメント化）を受信すると、標的ジオメトリを決定すると、または標的ジオメトリの調整もしくは更新を受信すると実行することができる。治療計画が生成されると、ユーザは治療計画を検討し、治療計画を承認するか拒絶するかを決定することができる。治療計画が承認されない場合、ユーザには、同じ方法による別の治療計画を要求するか、または治療計画の１つ以上のパラメータ、制約、または点を選択的に修正するという選択肢が提供され、選択肢はその後、自動計画立案にフィードバックされ、ユーザによるさらなる検討のために新しい更新された治療計画が生成される。治療計画がユーザにとって許容可能になると、治療計画は治療送達に利用される。

【0010】

[0009]一態様では、本発明は、放射線治療送達計画立案システムの治療計画を生成する方法に関する。本方法は、システムを用いて、患者に関する患者撮像情報のセットを受信または取得するステップと；患者撮像情報のセットに基づいて標的ジオメトリを受信または決定するステップと；システムのユーザインターフェース上で１つ以上のユーザインターアクションを受信するステップと；システムを用いて、１つ以上のユーザインターアクションに応答して、撮像情報のセットおよび規定の治療線量に基づいて治療計画を自動的に生成するステップとを含んでもよい。いくつかの実施形態では、撮像情報のセットを受信または取得するステップは、患者記録システムの患者医療画像をロードするステップを含む。標的ジオメトリは、撮像情報のセットから導出され、そして、ユーザによって供給されても、または自動化システムからの支援を受けてユーザによって決定されてもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のインターアクションは、治療計画立案を開始するための単一のユーザインターアクション（例えば、「計画立案開始」ボタンを押す）を含む。そのような実施形態では、治療計画を自動的に決定するステップは、最適なビームジオメトリ、ビームサイズ、およびビームウェイトを決定するステップを含むことができる。いくつかの実施形態では、１つ以上のユーザインターアクションは、治療計画立案を開始するためのユーザインターアクションと、治療計画立案の１つ以上のパラメータまたは制約を選択または調整するための１つ以上の追加のユーザインターアクションとを含む。１つ以上のパラメータは、ビームジオメトリ、ビームサイズ、ビームウェイト、またはそれらの任意の組み合わせのいずれかを含むことができる。治療計画がユーザによって承認または確認されると、システムは最適化されたシステムを記録に記憶し、治療送達システムに送信することができる。いくつかの実施形態では、治療計画立案を開始するためにユーザインターアクションは必要とされず、例えば、治療計画立案は、標的ジオメトリ（例えば、輪郭、セグメント化）の決定または受信時に開始することができる。

【0011】

[0010]別の態様では、本発明は、治療的放射線送達のための治療計画を生成するためのシステムに関する。システムは、本明細書に記載の様々な機能およびプロセスを実行するためにプログラミング命令が記録されたメモリを有する１つ以上の処理モジュールを含むことができる。システムは、ユーザインターアクション（例えば、選択／入力）を受信するためのユーザインターフェースと、ユーザインターフェース特徴部（例えば、仮想ボタン）または治療計画の様々なパラメータを表示するためのディスプレイとをさらに含む。いくつかの実施形態では、システムは、患者撮像情報のセットを受信する構成要素と；治療に関する１つ以上の選択および／または入力の１つ以上のユーザインターアクションを受信するように構成されたユーザインターフェースと；ユーザインターフェースの１つ以上のユーザインターアクションに応答して、患者撮像情報および規定された治療線量に基づいて治療計画を自動的に生成する計画立案構成要素とを含む。いくつかの実施形態では、システムは、単一のユーザインターアクション（例えば、「シングルクリック」）に応答して最適化された治療計画を生成するように構成される。そのような実施形態では、治療計画を自動的に決定することは、最適なビームジオメトリ、ビームサイズ、およびビームウェイトを決定することを含むことができる。いくつかの実施形態では、システムは、治療の１つ以上のパラメータに関する任意選択のユーザ入力を提供し、これらの入力を治療計画の自動生成に組み込むようにさらに構成される。

【0012】

[0011]別の態様では、システムは、複数の要因の各々に基づいて治療計画を自動的に生成するように構成された計画立案構成要素を含み、複数の要因の各々は、標的での線量を規定線量まで最大化すること、重要な構造への線量を最小化すること、および治療計画を送達するのに必要な時間を最小化することであり、ここで、ユーザはセグメント化または治療計画立案を要求する必要がない。いくつかの実施形態では、要因は重み付けおよび／または優先順位付けされ、これはユーザによって予め決定または調整することができる。いくつかの実施形態では、構成要素は、画像セットを標的構造領域および重要な構造領域のうちの１つ以上に自動的にセグメント化するようにさらに構成される。構成要素は、標的領域に対する規定の放射線量についてさらに構成することができる。

【0013】

[0012]さらに別の態様では、本発明は、自動計画立案生成システムを用いて医療処置計画を生成するための方法に関し、方法は、システムを用いて患者に関する患者情報を受信するステップであって、患者情報は患者識別子を含む、ステップと；治療計画が作成されるシステムに患者識別子を永続的に記憶するステップとを含む。本方法は、患者および／または治療を識別する情報を表示し、ならびに治療計画を生成するために実行されるべき単一のアクションの指示を表示するステップと；単一のアクションが実行されたことに応答して、患者情報に基づいて治療計画立案生成を開始する要求をシステムに送信するステップと；生成された治療計画をユーザによる確認のためにユーザに表示するステップとをさらに含むことができる。計画の確認を受信すると、治療計画は治療送達システムに送信される。ユーザによる制約またはパラメータを調整するための入力を受信すると、自動化されたシステムは、計画生成を繰り返し、確認されるまで更新された治療計画をユーザに表示する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1A】いくつかの実施形態による、治療計画立案の例示的な方法を示す図である。

【図1B】いくつかの実施形態による、治療計画立案の例示的な方法を示す図である。

【図2】いくつかの実施形態による、例示的な治療計画生成方法における基本的なステップを示す図である。

【図3】いくつかの実施形態による、システムの例示的なユーザインターフェースを示す図である。

【図4】いくつかの実施形態による、治療計画立案方法のワークフローを示す図である。

【図5】いくつかの実施形態による、治療計画立案方法のワークフローを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

[0018]本発明は、放射線システムの治療計画立案のための改善された方法およびシステムに関する。一態様では、本方法およびシステムは、逆方向計画立案を利用する簡略化された手法を可能にし、ならびに任意選択的に、臨床医の側で必要とされる最小限の入力およびアクションのみを用いて最適化された治療計画に到達するための順方向計画立案の態様を含むことができる。有利には、本方法およびシステムは、治療計画立案においてより自主性を望む臨床医のための制約または治療パラメータを追加または変更するための選択肢を提供する。

【0016】

[0019]本明細書に記載の治療計画立案方法の態様は、以下の説明および例を参照することによってさらに理解することができる。本発明の実施形態によれば、逆方向計画立案は、典型的には３つの別個のステップを有し、そのうちの最初の２つはヒューリスティックであり、３番目は数学的である。

【0017】

[0020]ステップ１は、輪郭付けられた（セグメント化された）標的に適合するコリメータを選択することである。これは、本明細書に記載の自動化システムによって、例えば、標的の輪郭を３次元で解析し、その３次元輪郭の３つの長軸を識別し、それに係数を掛けることによって達成することができる。係数が１の場合、標的の長軸の１つとほぼ同じサイズのコリメータが選択される。追加のコリメータが選択されてもよく、例えば、２つの追加のコリメータ、典型的には利用可能な２段階小さいサイズのコリメータが選択される。

【0018】

[0021]ステップ２において、標的内の各点について、自動化システムは、ランダムに配置された候補アイソセンタ位置を作成する。これは、標的の境界上のすべての点、標的内のすべての点、標的の幾何学的「質量中心」、またはそれらのグループ内の点の一部の選択を含むがこれらに限定されない様々な手法によって達成することができる。ビーム軌道は、３次元空間内の光線または線であり、定義された標的に到達し、それを通過する。これらの光線または線の原点は、一般に、コリメータの中心軸に沿った点であり、光線の端部は、患者の解剖学的構造を出た後の任意の点であってもよい。この線または光線は、ビームの開始部および終了部の各々、もしくは経路に沿った任意の点における３次元点（ｘ，ｙ，ｚ）を用いて、またはデカルトもしくは極座標によって定義される３次元の線の勾配を含むがこれに限定されない当技術分野で公知の他の数学的手法によって定義することができる。例えば、候補アイソセンタ点ｐを通過するビームｘの場合、線量は、Ｄ_Ｐ＝ａ１ｘ１＋ａ２ｘ２＋ａ３ｘ３＋ａ４ｘ４＋ａ５ｘ５＝Σｘ，ａ，ｘである。

【0019】

[0022]ステップ３において、特定の線量が標的領域に割り当てられ、次いで最適化が行われる。最適化は、候補ビームのプールから使用されるビームの選択を決定し、その軌道から所望の線量を送達するのに必要な各ビームで費やされる時間を決定する。いくつかの実施形態では、強度変調放射線療法システムの文脈において、最適化は、計画のためのビームの持続時間およびビームの選択に加えて、オンにされるビームの強度を決定する。

【0020】

[0023]数学的観点から見て、逆方向計画立案システムの最適化プログラムは、関数Ｊ（ｘ）を最小化しようとし、ここでＪは各ビームが治療計画（ｘ）に寄与する線量の合計の関数である。これにより、規定線量Ｒｘを標的に集合的に送達する計画において、多数のビームの各々によって送達される線量が最小化される。
一例において、Σｘ，ｘ_ｉ＝総線量（ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３…）である。制約（Ｃ）は、どのビームが使用のために選択されるかを制限し、それによって達成される線量（Ｄ）を決定する：Ｃ_ｉ（ｘ）≧／≦Ｄ_ｉ
標的では、
Ｃ_ｉ（ｘ）_Ｔ≧Ｒｘ_ｉ（規定線量）
Ｃ_ｉ（ｘ）_Ｔ≦Ｒｘ_２
Ｃ_ｉ（ｘ）_Ｃ１≦Ｄｃ_ｉ
指定された最大値（例えば、Ｘ_ｉ≦２００（ＭＵ））に制約を設定すると、任意の１つのビームによる線量送達に限界が生じ、それによって標的の周辺領域に対する定位手術的照射の特徴的な低線量が可能になる。制約Ｘ_ｉ≧０を設定することは、負の放射線量は存在しないため、治療計画において有限の正の線量を有する候補ビームのみを含む。

【0021】

[0024]別の態様では、標的内の各点を候補ビームアイソセンタとして扱うことができ、システムは、予め指定された数のビーム（例えば、１００個のビーム）を作成し、その点がアイソセンタである候補計画を計算する。

【0022】

[0025]いくつかの実施形態では、システムは、使用されるコリメータサイズの選択、各ビームのジオメトリの選択、および各ビームのＭＵの選択のいずれかを実行することができる。自動化システムは、上記の機能のいずれか、またはそれらの任意の組み合わせを実行し得ることが理解される。いくつかの実施形態では、上記のいずれかをユーザが任意選択に選択することができるが、残りの機能は自動化システムによって実行することができる。いくつかの実施形態では、コリメータサイズの選択に関して、自動化システムは、標的を解析し、理想的なサイズのコリメータを選択することができ、追加のより小さいコリメータサイズ（例えば、２段階小さいサイズ）を追加することができる。任意選択的に、コリメータサイズの選択は、ユーザによって変更することができる。ビーム形状に関して、システムは、原点、各候補ビームの標的の目的位置、およびしたがって標的体積に対する３次元のその線の配向を数学的に指定する。システムは、標的の境界または内部で候補アイソセンタを生成することができる。いくつかの実施形態では、これは統計的にほぼ均一な分布を達成するためにランダムに行われてもよい。代替的に、標的体積は、候補アイソセンタが割り当てられ得る空間セクタに分割されてもよい。いくつかの実施形態では、候補ビームの数は比較的大きな数（例えば、約１０００）に設定されるが、任意選択的に、所望の場合にはユーザが変更してもよい。各ビームのＭＵの選択に関して、標的境界が規定線量を取得し、他のすべての位置に０の理想値が割り当てられるように、制約が自動的に設定される。いくつかの実施形態では、システムは、線形プログラミング技術を利用して各ビームのＭＵを迅速に識別することができる。任意選択的に、ユーザは、上記の制約のいずれかまたはすべてを変更してもよい。

【0023】

[0026]図１Ａ～図１Ｂは、一連のステップによって達成される例示的な逆方向計画立案プロセスを示す。最初に、ユーザは、患者データをワークステーションにロードする（５）。次いで、ユーザは、標的の空間的範囲を定義するために輪郭付ける（１０）。ユーザはまた、感度の高い非標的の空間的範囲を定義するように輪郭付けてもよい（１５）。これらの輪郭付けは、従来の方法でユーザによって実行され得るか、または自動化システムによって部分的もしくは全体的に支援され得ることが理解される。次いで、ユーザは、標的に対する許容できる最小線量を定義する（２０）。次いで、図２に示すように、システムは、標的解析を実行し、理想的なコリメータを選択する（２０２）。システムはまた、理想的なコリメータよりも小さい追加のコリメータを選択してもよい。次いで、アイソセンタが識別される（例えば、「候補アイソセンタ」、「潜在的アイソセンタ」）。次いで、システムは、ビームジオメトリ２０３（例えば、軌道）を決定し、ビームウェイトが計算される（４５）。次いで、システムは、所望に応じた確認または調整のために、最適化された計画をユーザに表示する。

【0024】

[0027]インポートされた一連の画像において以前に輪郭付けられた標的（例えば、腫瘍領域と非腫瘍領域とにセグメント化されている）を検査することによって、標的解析を実行することができる。いくつかの実施形態では、標的の寸法は、識別された３つの長軸の長さを有する楕円体によって近似される。理想的なコリメータは、識別された標的寸法に基づいて選択され、例えば、理想的なコリメータは、約０．７５ｍｍ×（最小長軸の長さ）とすることができる。次いで、ユーザは、より小さいコリメータ（例えば、理想的なコリメータよりも僅かに小さい２段階以上小さいコリメータ）、もしくはより大きいコリメータ、またはそれらの何らかの組み合わせを選択することができる。したがって、例えば、最小長軸の長さが２２ｍｍである場合、０．７５×２２＝１６．５ｍｍである。システムは、最も近い利用可能なコリメータ直径を「理想的なコリメータ」として、この例では潜在的に１５ｍｍのコリメータを選択する。ユーザまたは自動化システムは、他のコリメータ、例えば１０ｍｍおよび７．５ｍｍのコリメータを候補として選択することができる。中央／最大長軸（最小ではなく）またはそれらの何らかの組み合わせが可能であるように、０．７５×以外の分数または係数も使用することができる。任意選択的に、ユーザは、所望に応じてコリメータサイズを手動で選択してもよい。

【0025】

[0028]一例では、候補アイソセンタが識別され、各ビームのジオメトリがシステムによって選択される。候補計画アイソセンタは、ランダムに、したがってほぼ均一な分布で、標的の境界上、もしくは内側に、またはそれらの何らかの組み合わせで配置される。これを達成するために、境界（および／または内部）上のすべての点は、解像度パラメータ（例えば、０．５ｍｍ）を選択することによってデジタル化することができる。解像度によって分離されたこれらの点は、点およびそれらの座標の包括的なリストに追加することができる。配置される候補アイソセンタごとに、乱数発生器を使用してこのリスト内で点が選択される。例えば、標的の境界上に１０００個の点があり、１～１０００の数がランダムに生成される場合、第１の候補アイソセンタはこの点にある。次いで、この点はリストから除去され、９９９個の点のみがリストに残る。次いで、第２の乱数が生成されるが、このときは１～９９９の間であり、それによってこの時点での第２の候補アイソセンタの配置が決定される。次いで、その点はリストから除去され、リストに９９８個の点が残る。この反復処理を継続する。

【0026】

[0029]このプロセスのいくつかの変形例を使用してもよい。このプロセスの１つの変形例は、境界からの点の距離を使用することである。例えば、距離が０である場合、その点はまさに境界である。距離が正、例えば１ｍｍである場合、標的は１ｍｍだけサイズが縮小され、縮小された標的の境界を使用することができる。距離が負、例えば－１ｍｍである場合、標的は１ｍｍだけ拡大され得る。このプロセスの別の変形例は、解像度パラメータを変更することである。解像度パラメータを自動的に選択できるアルゴリズムを採用することができる。より大きい標的（例えば、＞２０ｍｍ）は、より大きい解像度（例えば、２ｍｍ）を使用することができ、より小さい標的（例えば、＜５ｍｍ）は、より小さい解像度（例えば、０．５ｍｍ）を使用することができる。任意選択的に、ユーザは、解像度パラメータを手動で選択してもよい。このプロセスの別の変形例は、アイソセンタを配置した後にリストから除去される点の数を変更することである。これを達成するための代替方法は、コリメータ内に含まれるリスト内のすべての点を除去することである。

【0027】

[0030]別の態様では、計画に寄与する各ビームウェイトは、システムによってそのウェイトを与えることができる。これを達成するために、標的境界には（典型的には、ユーザによって）放射線の規定線量が割り当てられ、それ以外の場所には（他に指定されない限り自動的に）ゼロの放射線量が割り当てられる。いくつかの実施形態では、線形プログラミング技術を使用して、ビームごとに、電離放射線の量の尺度であるモニタユニット（ＭＵ）を迅速に識別してもよい。ビーム当たりのＭＵは、ビームウェイトの一般的な表現形式である。

【0028】

[0031]ビームウェイト決定のプロセスは、必要な線量を標的に送達するなどの制約を満たしながら関数を最小化することを目的とする最適化問題である。一般的な最適化問題は、以下のように述べることができる。
ｘ＝（ｘ１，ｘ２，…ｘｎ）を求める
Ｊ（ｘ）を最小化するために
以下の制約のセットを用いる
Ｃ１（ｘ）＜＝Ｄ１（同様に＞＝であり得る）
Ｃ２（ｘ）＜＝Ｄ２
Ｃ３（ｘ）＜＝Ｄ３
…
ここで、ｘｉは各ビームのＭＵ単位の線量であり、Ｃｉは制約条件であり、Ｊ（ｘ）は最小化される関数であり、ｗ_ｉ（ウェイト）を含むことができる。ｗ_ｉを１に設定することにより、規定線量を標的に送達することを含む制約を満たしながら、計画のために送達される合計ＭＵが最小化される。

【0029】

[0032]逆方向計画立案の例示的な場合では、ｘ（１，２，３…）はビームごとのＭＵであり、自動化システムはこれを計算する。Ｊ（ｘ）＝（ｗ_１×ｘ_１＋ｗ_２×ｘ_２＋…＋ｗ_ｎ×ｘｎ）である。ｗ_ｉが１に設定されている場合、Ｊ（ｘ）は線形加速器によって患者に送達される総線量である。この場合、システムはその総線量を最小化しようとする。制約（Ｃ（１，２，３…）で表される）は、線量が指定された電離放射線の規定線量以上である必要があることを指定するために使用される。次いで、線量は、放射線源から送達されなければならないＭＵの関数であり、ｘ_１、ｘ_２、ｘ_３、…によって表される。制約は、標的または重要な構造の境界、標的または重要な構造の内側、個々のビーム、または１つ以上の手動で指定された点に課すことができる。境界上にあるとき、制約は、境界上の第１の点においてＣ（ｘ）＞＝Ｒｘとラベル付けされることになる。これは、境界上のすべての点について（例えば、所与の解像度で）繰り返すことができる。標的の境界上の各点は、最大線量を指定することもできる。この制約は、同一点におけるＣ（ｘ）＜＝Ｒｘとして表すことができる。上記の制約の両方が使用される場合、その時点でＣ（ｘ）＝Ｒｘが要求される。重要な構造の内部にある場合、制約は、Ｃ（ｘ）＜＝Ｄ（その点で許容される最大線量）として表すこともできる。各ビームについて、指定された最大値（例えば、各ビームｘｉ＞＝０、およびｘｉ＜＝ＭＵ ｍａｘ）を指定することによって、１つ以上のビームが計画を支配しないことを保証するために制約を課すことができる。任意選択的に、ユーザは、解剖学的構造内に手動で選択された点を任意に配置し、その点での線量を増加または減少させるための制約（例えば、最小または最大）を指定することもできる。

【0030】

[0033]別の態様では、ユーザ体験を向上させるために、システムは、これらの制約のいずれかまたはすべてを自動的に決定することができる。例えば、標的について、システムは、デフォルトで、最小線量および最大線量が、境界上および中心の１点において公称規定線量（例えば、１６００ｃＧｙ）に正確に等しいという制約を自動的に課すことができる。いくつかの実施形態では、システムは、標的からの所与の距離（例えば、５ｍｍ）に基づいて制約を課すことができる。本明細書の例では、これらの制約は、Ｃ（ｘ）＜＝０として指定される。Ｃ（ｘ）を＜＝０として指定することは、線量が負になり得ないので、その時点での所望の線量がゼロ線量であるという言い方である。重要な構造の場合、システムは、最大線量がゼロという制約を自動的に課してもよい。各ビームについて、システムはＭＵ ｍａｘ（例えば、２００）を選択することができ、これはユーザ調整可能であってもよい。上記の自動化の例に見られるように、システムは、標的または重要な構造における線量についてそれぞれ１６００および０を選択し、それ以外は選択しない。したがって、標的境界に規定線量が割り当てられ、それ以外の場所ではゼロ線量が割り当てられる。

【0031】

[0034]本発明の実施形態によって提供される利点の結果として、いくつかの顕著な利点が明らかになる。順方向計画立案、逆方向計画立案と比較して、それぞれの配置が最適化されるため、必要なビームの数が少なくなる。結果として、解決策を送達するための処理時間はより速く、典型的には３０％速くなる。さらに、人間の専門家の役割は、このシステムに保存される。設計により、システムは、ユーザ定義のアイソセンタ配置、ビーム配置、およびウェイト決定を増強または置換する柔軟性を提供する。点制約を含む制約は、必要に応じて手動でオーバーライドおよび再定義することができる。この問題は、以下のように例示される。

【表1】

従来の治療計画立案システムでは、治療計画立案の前に、臨床医は様々な治療計画の制約、例えば上記の制約を入力しなければならない。

【0032】

[0035]上記の問題は、設定値などに関するユーザによる最小限のインターアクションで、例えばユーザインターフェース上での単一のインターアクション（例えば、治療計画立案ボタンの選択）によって、患者への総線量を最小限に抑えるように、本明細書に記載の手法に従って簡略化することができる。この簡略化された問題は、以下のように例示することができる。

【表2】

いくつかの実施形態では、Ｒｘはシステムによって自動的に選択される公称数とすることができ、なぜならば、計画品質のユーザ評価はこの数に依存せず、ユーザはこの１つの数の選択に依存しない等線量曲線、ＤＶＨ、および様々な指標を見ることによってのみ計画を評価するからである。この手法により、臨床医が治療計画の制約を入力することなく治療計画を生成することができる。任意選択的に、システムは、所望の場合には臨床医が１つ以上の制約を入力することを可能にすることができ、臨床医がより従来の治療計画立案手法を使用することを好む場合、これは依然として選択肢である。したがって、システムは、改善された汎用性を提供し、臨床医が入力する制約なしに治療計画を生成すること（経験が限られている臨床医にとって好ましい）と、臨床医が入力する１つ以上の制約を用いて治療計画を生成すること（より経験豊富なユーザにとって好ましい）との両方を可能にする。

【0033】

[0036]したがって、自動逆方向計画立案システムは、最適なジオメトリ（例えば、患者に対するガントリ位置、したがってビーム軌道）、コリメータサイズ、およびビームウェイト（例えば、各ビームに費やされる時間および／またはそのビームの強度）を自動的に決定することができる。これらの態様は、以下の態様のいずれかに従って最適化される：（ｉ）患者に治療を送達するのに必要な時間を最小にする、（ｉｉ）特定のパラメータ（例えば、適合性指数、均質性指数、勾配指数）によって測定される計画の品質を最大にする、（ｉｉｉ）患者全体に送達される線量を最小にすると同時に、規定線量以上を標的に送達する、（ｉｖ）腫瘍がユーザによって指定された最小線量と最大線量の間の線量を確実に受けるようにする、および（ｖ）重要な構造が指定された線量よりも多くの線量を得てはならないことを確実にする。

【0034】

[0037]別の態様では、上記の１つ以上の態様／要件の優先順位付けは、複数の要件の厳密なセットでは解決策に到達できないシステムが作られることが多くなる可能性があるため、システムが常に治療計画解決策に到達することができることを保証する。いくつかの実施形態では、これらの優先順位を設定するために、汎用テンプレートに基づく制約表を患者の治療症例ごとに実装することができる。そのような表は、解決策、すなわち腫瘍などの標的への規定線量を計算するために、少なくとも単一の数字が提供されることを必要とする。典型的には、その線量数はユーザによって提供されるが、その数は標的腫瘍の情報に基づく表または関数から得ることもできることが理解される。いくつかの実施形態では、システムは、事前に指定することができ、ルックアップテーブルもしくは関数から取得することができ、またはユーザによって設定することができる、重要な構造に対する最大線量などの追加の数／パラメータを取得することもできる。効果的には、ジオメトリ、患者に対するガントリ位置、したがってビーム軌道、ビームウェイトを含むがこれらに限定されない治療計画の他のすべてのパラメータをシステムによって計算することができる。任意選択的に、これらの態様のうちの１つ以上は、ユーザによって調整または事前選択されてもよい。有利には、システムは、ユーザが単一のユーザインターアクション（例えば、治療計画立案ボタンを選択する）によって規定線量を取得すると、自動化されたシステムから最適化された治療計画を取得することを可能にする。代替的に、治療計画立案が完全に自動化され、開始するためにユーザとのインターアクションを必要としないように、システムを設計してもよい。いくつかの実施形態では、システムは、標的ジオメトリを受信または決定すると、またはユーザが標的ジオメトリを更新すると、治療計画立案を開始する。いくつかの実施形態では、システムは、ユーザまたはシステムによる標的ジオメトリの任意の調整または改良時に治療計画を繰り返し実行する。

【0035】

[0038]典型的には、患者の外部および内部の解剖学的構造を描写するデータセット（通常、ＭＲＩ、ＣＴ、またはＰＥＴ）は、放射線「標的」（例えば、腫瘍）を空間的に区別するために手動で輪郭付けられるかまたは自動的にセグメント化され、任意選択的に、放射線被曝を回避するかまたは厳密に制限しなければならない任意の重要な構造も画像体積内でセグメント化されてもよい。セグメント化は、閾値処理、ゼロ交差、成分ラベリング、ゼロ交差を含む境界ベースの手法、ランレングス接続性、拡張、浸食、穴埋め、フィルタリング、もしくは柔軟な変形可能モデルを含むテンプレートとのマッチングを含む、自動化プロセスまたは画像解析技術の組み合わせによって行うことができる。これらの構造の各々の属性に基づいて、これらの構造は同一性（例えば、腫瘍、脳幹、三叉神経根、視神経、視交差、蝸牛）に関して分類される。

【0036】

[0039]別の態様では、システムは、自動化プロセスとユーザが選択したパラメータとの混合およびマッチングを可能にするように構成される。いくつかの実施形態では、自動化システムは、アイソセンタを識別し、かつ手動計画立案アクションが保持されて、自動逆方向計画立案プロセスによって考慮される制約に組み込まれることを可能にするように構成される。逆方向計画立案プロセスは、手動で課された指定および制約によって継続的に更新される。例えば、システムは、最初に標的構造および重要な構造の空間分布を調査することができる。標的が実質的に球形である場合、自動逆方向計画立案手法が最も効率的である可能性がある。標的が不規則である、例えば、体積の大部分が幾何学的中心から遠くに位置する「ダンベル」形状である場合、テンプレートベースの計画立案手法を適用することが最も効率的である可能性がある。

【0037】

[0040]いくつかの実施形態では、逆方向計画立案プロセスは、一般に、以下のように進行することができる。システムは、腫瘍および他の重要な構造における線量の制約を満たしながら、目的関数Ｊが最小化されるように計画を決定する。図３に示すように、腫瘍領域Ｔおよび重要領域Ｃが与えられると、逆方向計画立案問題は以下のように定式化される。
以下のような、目的関数Ｊ（ｘ）を最小化するビームを有する計画Ｘを見つける：
腫瘍Ｔの各画素についてＤ_Ｔ（ｘ）≦Ｄ_Ｔｍａｘ
腫瘍Ｔの各画素についてＤ_Ｔ（ｘ）≧Ｄ_Ｔｍｉｎ
重要な構造Ｃにおける各画素についてＤ_Ｃ（ｘ）≦Ｄ_Ｃｍａｘ

【0038】

[0041]目的関数Ｊ自体は、計画立案システムに応じて異なる方法で定義されてもよい。最適化変数Ｘも、計画立案システムに応じて異なる場合がある。いくつかの実施形態では、治療計画立案システムは、目的関数Ｊをすべてのビームの総モニタユニットとして使用する。線形目的関数の選択および制約条件の線形定式化により、線形プログラミングを使用する最適化が可能になる。

【0039】

[0042]いくつかの実施形態では、逆方向計画立案プロセスは、腫瘍を死滅させるのに必要な線量、および任意選択的に、重要な構造で許容される最大線量を指定するために、ユーザ（例えば、医師または物理学者）によく適することができる。解剖学的構造領域に基づいて線量分布を指定する逆方向計画立案プロセスは、領域ベースの逆方向計画立案と呼ばれる場合がある。領域ベースの逆方向計画立案の仮定の１つは、ユーザが指定する制約基準を満たしながら最適化の結果が全体的に最適な線量分布をもたらすように、目的関数がインテリジェントに定式化されるということである。最適な線量分布は、最も理想的な意味では、Ｄに等しい腫瘍内の均一な線量であり、それ以外の場所ではゼロである。これは絶対的な要件として常に実用的であるとは限らないが、最適化は、目的関数に基づいて可能な限り最良に、この目標を達成しようとする。

【0040】

[0043]別の態様では、システムは、ユーザがこれらの特性を制御することを可能にする。いくつかの実施形態では、システムは、ユーザが、順方向計画立案を使用してどのビーム（例えば、システムビームの第１のサブセット）を選択すべきか、および逆方向計画立案を使用してどのビーム（例えば、システムのビームの第２のサブセット）を選択すべきかを指定することを可能にする。第１のサブセット内の各ビームは、放射線放出点、標的点、配向、および放射線量重量を表すユーザ生成値によって特徴付けることができる。したがって、第１のサブセット内の各ビームは、順方向計画立案を使用して生成される。第２のサブセット内の各ビームは、逆方向計画立案を使用して生成することができる。第２のサブセット内のビームの放射線放出点、標的点、配向、および放射線量重量は、所望の放射線量分布プロファイルの少なくとも一部が達成されるようにシステム（例えば、治療計画立案モジュール）によって生成される。例えば、ユーザは、１つ以上のビームの選択に基づいてビームウェイトを調整することによって、順方向計画立案手法によって生成された計画を作成することができる。代替的に、ユーザは、ビームの１つ以上の特定の特性に基づいて選択されたビームのみを使用することによって、逆方向計画立案手法によって生成された計画を作成してもよい。さらに代替的に、ユーザは、順方向計画立案手法を使用して生成されたビームの部分セットを使用し、残りは１つ以上の逆方向計画立案手法によって使用してもよい。

【0041】

[0044]このようにして、治療計画立案プロセスは自動化され、必要な情報（例えば、治療線量、標的）がシステムによって入力または取得されると、システムのユーザインターフェースとの単一のユーザインターアクション（例えば、１回のマウスクリックまたはキーストローク）が治療計画立案プロセスを立ち上げ、治療に適した最適化された治療計画を作成することができる。代替的に、システムは、必要な情報を受信すると自動的に治療計画立案を立ち上げてもよい。この手法は、単純で、現代的で、洗練されている。しかしながら、いかなる場合にも裁量の単一の自動化された解決策は存在しないため、システムは、より伝統的な手動のユーザ依存モードを可能にするために、追加のユーザ入力を用いて治療計画を生成することができるままである。

【0042】

[0045]図１Ａ～図１Ｂは、自動化システムによって実行することができる例示的な治療計画立案方法の概要を示す。図１Ａに示すように、方法１００は、最初に患者画像データをロードするステップ５を含む。次いで、システムは、１０において、標的および任意選択的に重要な構造の輪郭を取得する。輪郭は、画像データから決定され、ユーザによってシステムに供給されてもよく、システムによって完全に決定されてユーザによって確認されてもよく、またはシステムを用いてユーザによってインターアクティブに決定されてもよい。次いで、２０において、規定線量がシステムによって取得される。規定線量は、ユーザによって供給されてもよく、またはルックアップテーブルもしくは関数から取得されて、ユーザによって確認されてもよい。次いで、ユーザは、３０において、ボタン（物理的または仮想的）を押すなど、単一のインターアクションを実行して、治療計画立案を立ち上げる。単一のインターアクションに応答して、システムは治療計画３５を自動的に生成する（図２も参照）。いくつかの実施形態では、治療計画立案が自動的に立ち上げられ得るので、この単一のインターアクションステップは任意選択的である。治療計画が生成されると、その計画が満足のいくものであるかどうかが決定される。計画が満足のいくものであるとユーザによって確認された場合、治療計画は、患者へのその後の送達のために治療送達システム７０に送信される。計画が満足のいくものではないとユーザによって決定された場合、ユーザは、５０において、制約を追加または変更することができ、制約は、１つ以上のパラメータを制約または調整することを含むことができ、その後、５１において、別の治療計画を作成するために自動計画生成にフィードバックされる。このプロセスは、ユーザによって確認された満足のいく計画が生成されるまで必要に応じて繰り返される。図１Ｂは、図１Ａと同様の別の例示的な方法１０１を示し、但し、４６において、その後計画生成にフィードバックされる満足のいく計画を確認する際に、２０における規定線量を取得することに関する反復順方向計画立案のいくつかの態様を含む。４８ａにおいて、計画が満足のいくものではないとユーザが考える場合、ユーザは、４７において計画が満足のいくものであるとユーザが確認するまで、５０において制約を追加または変更することができ、これらは５１において更新された治療計画の計画生成にフィードバックされ、その後、６０において、計画は治療送達システムに送信される。

【0043】

[0046]図２は、本発明の実施形態による治療計画を自動的に生成する例示的な方法２００を示す。計画生成方法２００では、単一のユーザインターアクション（例えば、２０１において計画立案を開始するためのボタンをクリックする）の後、自動化システムは、２０２においてコリメータサイズを決定し、２０３においてビームジオメトリを決定し、２０４においてビームウェイトを決定し、次いで２０５において最適化された治療計画をユーザに表示する。いくつかの実施形態では、治療計画立案が自動的に立ち上げられ得るので、この単一のインターアクションステップは任意選択的である。計画が満足のいくものであるとユーザが決定した場合、計画は治療送達システムに送信される。計画が満足のいくものではないとユーザが決定した場合、ユーザは、１つ以上のパラメータに関して、および／またはパラメータ制約の優先順位付けもしくは重み付けに関して制約を追加または変更することができる。その後、計画生成プロセスは、ユーザが治療計画立案を再び開始したことに応答して、治療計画が満足できるとユーザが決定するまで繰り返すことができる。代替的に、このプロセスは、標的ジオメトリの調整または更新時に自動的に繰り返されてもよい。

【0044】

[0047]図３は、いくつかの実施形態による例示的な治療計画３００を示す。治療計画は、選択された重要な構造（例えば、視神経）への放射線被曝を最小限に抑えながら、標的腫瘍３２０への放射線の所定の規定線量を達成するためのマルチビーム３００のコリメータサイズ、ビームウェイト、および関連する軌道を含む。

【0045】

[0048]図４は、いくつかの実施形態による治療計画立案のワークフロー図４００を示す。ワークフローは、４０１において、ユーザによるシステムのユーザインターフェース上のシングルクリックまたは作動を含み、これにより、４０１において自動計画立案手順が開始され、４０３において治療計画が生成され、これらは自動計画立案プロセスの単一の反復で実行される。次いで、４０３の治療計画は、４０４において、検討および決定入力のためにユーザに提示される。治療計画が満足のいくものでない場合、ユーザには、例えば、４１０において、手動制約を計画に追加することによって別の治療計画を作成する選択肢が提供され、その後、４０２の自動計画立案の手順にフィードバックされ、別の反復では、追加された制約に従って更新された治療計画が作成される。制約は、本明細書に記載されるように１つ以上のパラメータ（例えば、コリメータサイズ、ビームウェイト、ビーム数、ビーム軌道、ビーム強度、点など）を含むことができる。治療計画が満足のいくものになると、ユーザは確認して、４０５において計画立案は完了し、その後、計画は治療送達に利用される。

【0046】

[0049]図５は、いくつかの実施形態による治療計画立案のワークフロー図５００を示す。ワークフローは、５０１において、システムまたはユーザによる入力によって標的ジオメトリを受信または決定し、これにより、５０１において自動計画立案手順が開始され、５０３において治療計画が生成され、これらは自動計画プロセスの単一の反復で実行することができる。次いで、５０３の治療計画は、５０４において、検討および決定入力のためにユーザに提示される。治療計画が満足のいくものでない場合、ユーザには、例えば、５１０において、手動制約を計画に追加することによって、または標的ジオメトリを更新もしくは改良することによって、別の治療計画を作成する選択肢が提供され、その後、５０２の自動計画立案手順にフィードバックされ、別の反復では、追加または更新された制約に従って更新された治療計画が作成される。制約は、本明細書に記載されるように１つ以上のパラメータ（例えば、コリメータサイズ、ビームウェイト、ビーム数、ビーム軌道、ビーム強度、点など）を含むことができる。治療計画が満足のいくものになると、ユーザは確認して、５０５において計画立案は完了し、その後、計画は治療送達に利用される。

【0047】

[0050]例示的な実施形態を、例として、また理解を明確にするために、ある程度詳細に説明してきたが、当業者であれば、様々な修正、適合、および変更が採用され得ることを認識するであろう。したがって、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。

【0048】

[0051]前述の明細書では、本発明をその特定の実施形態を参照して説明したが、当業者は、本発明がそれに限定されないことを認識するであろう。上記の発明の様々な特徴、実施形態および態様は、個別にまたは一緒に使用することができる。さらに、本発明は、本明細書のより広い精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載されたものを超える任意の数の環境および用途で利用することができる。したがって、本明細書および図面は、限定的ではなく例示的であると見なされるべきである。本明細書で使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、オープンエンドの技術用語として読まれることを特に意図していることが認識されよう。本明細書で引用される参考文献は、あらゆる目的のためにその全体が参照により組み込まれる。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】