特表 2020-533123 放射線治療計画最適化ワークフロー

(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】特表2020-533123(P2020-533123A)

(43)【公表日】2020年11月19日

(54)【発明の名称】放射線治療計画最適化ワークフロー

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20201023BHJP

【ＦＩ】

   A61N5/10 P

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

【全頁数】41

(21)【出願番号】特願2020-515094(P2020-515094)

(86)(22)【出願日】2018年9月12日

(85)【翻訳文提出日】2020年5月7日

(86)【国際出願番号】US2018050628

(87)【国際公開番号】WO2019055491

(87)【国際公開日】20190321

(31)【優先権主張番号】15/702,981

(32)【優先日】2017年9月13日

(33)【優先権主張国】US

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT

(71)【出願人】

【識別番号】517150065

【氏名又は名称】エレクタ、インク．

【氏名又は名称原語表記】ＥＬＥＫＴＡ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100087479

【弁理士】

【氏名又は名称】北野 好人

(72)【発明者】

【氏名】ウィルカット バージル マシュー

(72)【発明者】

【氏名】マーシャル スペンサー

【テーマコード（参考）】

4C082

【Ｆターム（参考）】

4C082AA01

4C082AC02

4C082AC05

4C082AC06

4C082AE03

4C082AN01

4C082AN05

(57)【要約】

放射線治療計画を実施するためのシステムと方法が提供される。例示的なシステムは、メモリ装置に通信可能に結合され、メモリ装置に格納された命令を実行するときに操作を実行するように構成されたプロセッサ装置を含む。操作は、１つまたはそれ以上の線量制約値を含む基準治療計画を受け取ること、および基準治療計画に基づいて、複数の放射線ビームのセグメント情報を決定することを含む。操作は、また、フルエンスマップ最適化アルゴリズムを使用して、１つまたはそれ以上の線量制約値に基づいて、複数の放射線ビームのそれぞれのフルエンスマップを決定することを含む。操作は、また、複数の放射線ビームのフルエンスマップに基づいて線量分布を決定することを含む。操作は、また、セグメント情報および線量分布に基づいて、ウォームスタート最適化アルゴリズムを使用して、新しい治療計画の少なくとも１つのビーム変調特性を決定することを含む。
【選択図】図１Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンピュータ実行可能命令を格納するメモリ装置と、
前記メモリ装置に通信可能に結合された少なくとも１つのプロセッサ装置であって、前記少なくとも１つのプロセッサ装置により実行されたとき、前記コンピュータ実行命令が前記プロセッサ装置に次の操作を実行させるプロセッサ装置と
を備えた放射線治療計画システムであって、
前記操作は、
基準治療計画を受け取るステップであって、前記基準治療計画は、１つまたはそれ以上の線量制約値と制御点情報を含むステップと、
前記受け取られた基準治療計画に含まれていない少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを受け取るステップと、
前記受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとに基づいて新しい治療計画を決定するステップと、
前記基準治療計画に基づいて、複数の放射線ビームの制御点情報を決定し、前記複数の放射線ビームを前記受け取られた少なくとも１つの医用画像に登録するステップと、
フルエンスマップ最適化アルゴリズムと前記受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを使用して、前記基準治療計画に含まれる１つまたはそれ以上の線量制約値に基づいて、前記複数の放射線ビームのそれぞれについて最適化されたフルエンスマップを決定するステップと、
前記複数の放射線ビームの前記最適化されたフルエンスマップに基づいて、最適化された線量分布を決定するステップと、
前記最適化された線量分布を達成するために、前記制御点の形状および／または重み、および／または前記複数の放射線ビームの重みを最適化することにより、前記基準治療計画に含まれる前記制御点情報に基づいてウォームスタート最適化アルゴリズムを使用して、前記新しい治療計画の少なくとも１つのビームの変調特性を決定するステップと
を有する
ことを特徴とする放射線治療計画システム。

【請求項2】

請求項１記載の放射線治療計画システムにおいて、
前記新しい治療計画は、前記基準計画が実行された患者と同じ患者のためのものである
ことを特徴とする放射線治療計画システム。

【請求項3】

請求項１記載の放射線治療計画システムにおいて、
前記新しい治療計画は、前記基準計画が実行された患者と異なる患者のためのものである
ことを特徴とする放射線治療計画システム。

【請求項4】

請求項１記載の放射線治療計画システムにおいて、
前記操作は、更に、
少なくとも１つの更新された医用画像を受け取るステップと、
前記更新された医用画像のための更新された構造体セットを決定する、または、更新された構造体セットを受け取るステップと、
前記更新された構造体セットと前記基準治療計画に含まれている構造体セットとの間の差異を決定するステップと、
前記差異に基づいて修正された制御点情報を決定するステップであって、セグメントアパーチャモーフィングアルゴリズムを使用し、前記ウォームスタート最適化に対する前記修正された制御点情報を使用するステップと
を有する
ことを特徴とする放射線治療計画システム。

【請求項5】

請求項４記載の放射線治療計画システムにおいて、
前記更新された医用画像を受け取るステップは、前記基準計画が実行された患者と同じ患者から更新された医用画像を受け取るステップを含む
ことを特徴とする放射線治療計画システム。

【請求項6】

請求項４記載の放射線治療計画システムにおいて、
前記更新された医用画像を受け取るステップは、前記基準計画が実行された患者と異なる患者に対する更新された医用画像を受け取るステップを含む
ことを特徴とする放射線治療計画システム。

【請求項7】

請求項１記載の放射線治療計画システムにおいて、
前記基準治療計画は、所定の計画テンプレートに基づいており、
前記新しい治療計画は、前記基準計画が実行された患者とは異なる患者のためのものである
ことを特徴とする放射線治療計画システム。

【請求項8】

請求項１記載の放射線治療計画システムにおいて、
前記制御点情報は、前記複数の放射線ビームが変調されるマルチリーフコリメータアパーチャのセットの形状を含む
ことを特徴とする放射線治療計画システム。

【請求項9】

請求項１記載の放射線治療計画システムにおいて、
前記１つまたはそれ以上の線量制約値は、１つまたはそれ以上のリスク臓器が受ける放射線量の制約を含む
ことを特徴とする放射線治療計画システム。

【請求項10】

請求項１記載の放射線治療計画システムにおいて、
前記新しい治療計画の前記少なくとも１つのビーム変調特性は、前記複数の放射線ビームが変調される最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャのセットの形状を含む
ことを特徴とする放射線治療計画システム。

【請求項11】

請求項１０記載の放射線治療計画システムにおいて、
前記新しい治療計画の前記少なくとも１つのビーム変調特性は、前記セット内の前記最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャにそれぞれ関連付けられた重み係数を含み、
前記重み係数は、前記最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャのそれぞれを介して送達される放射線線量の相対的比率を示す
ことを特徴とする放射線治療計画システム。

【請求項12】

コンピュータ実行可能命令を実行する少なくとも１つのプロセッサ装置により実行される放射線治療計画を実行する方法であって、
前記方法は、
基準治療計画を受け取るステップであって、前記基準治療計画は、１つまたはそれ以上の線量制約値と制御点情報を含むステップと、
前記受け取られた基準治療計画に含まれていない少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを受け取るステップと、
前記受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとに基づいて新しい治療計画を決定するステップと、
前記基準治療計画に基づいて、複数の放射線ビームの制御点情報を決定し、前記複数の放射線ビームを前記受け取られた少なくとも１つの医用画像に登録するステップと、
フルエンスマップ最適化アルゴリズムと前記受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを使用して、前記基準治療計画に含まれる１つまたはそれ以上の線量制約値に基づいて、前記複数の放射線ビームのそれぞれについて最適化されたフルエンスマップを決定するステップと、
前記複数の放射線ビームの前記最適化されたフルエンスマップに基づいて、最適化された線量分布を決定するステップと、
前記最適化された線量分布を達成するために、前記制御点の形状および／または重み、および／または前記複数の放射線ビームの重みを最適化することにより、前記基準治療計画に含まれる前記制御点情報に基づいてウォームスタート最適化アルゴリズムを使用して、前記新しい治療計画の少なくとも１つのビームの変調特性を決定するステップと
を有する
ことを特徴とする方法。

【請求項13】

請求項１２記載の方法において、
前記新しい治療計画は、前記基準計画が実行された患者と同じ患者のためのものである
ことを特徴とする方法。

【請求項14】

請求項１２記載の方法において、
前記新しい治療計画は、前記基準計画が実行された患者と異なる患者のためのものである
ことを特徴とする方法。

【請求項15】

請求項１２記載の方法において、
少なくとも１つの更新された医用画像を受け取るステップと、
前記更新された医用画像のための更新された構造体セットを決定する、または、更新された構造体セットを受け取るステップと、
前記更新された構造体セットと前記基準治療計画に含まれている構造体セットとの間の差異を決定するステップと、
前記差異に基づいて修正された制御点情報を決定するステップであって、セグメントアパーチャモーフィングアルゴリズムを使用し、前記ウォームスタート最適化に対する前記修正された制御点情報を使用するステップと
を有する
ことを特徴とする方法。

【請求項16】

請求項１５記載の方法において、
前記更新された医用画像を受け取るステップは、前記基準計画が実行された患者と同じ患者から更新された医用画像を受け取るステップを含む
ことを特徴とする方法。

【請求項17】

請求項１５記載の方法において、
前記更新された医用画像を受け取るステップは、前記基準計画が実行された患者と異なる患者に対する更新された医用画像を受け取るステップを含む
ことを特徴とする方法。

【請求項18】

請求項１５記載の方法において、
前記基準治療計画は、所定の計画テンプレートに基づいており、
前記新しい治療計画は、前記基準計画が実行された患者とは異なる患者のためのものである
ことを特徴とする方法。

【請求項19】

請求項１２記載の方法において、
前記制御点情報は、前記複数の放射線ビームが変調されるマルチリーフコリメータアパーチャのセットの形状を含む
ことを特徴とする方法。

【請求項20】

請求項１２記載の方法において、
前記１つまたはそれ以上の線量制約値は、１つまたはそれ以上のリスク臓器が受ける放射線量の制約を含む
ことを特徴とする方法。

【請求項21】

請求項１２記載の方法において、
前記新しい治療計画の前記少なくとも１つのビーム変調特性は、前記複数の放射線ビームが変調される最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャのセットの形状を含む
ことを特徴とする方法。

【請求項22】

請求項２１記載の方法において、
前記新しい治療計画の前記少なくとも１つのビーム変調特性は、前記セット内の前記最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャにそれぞれ関連付けられた重み係数を含み、
前記重み係数は、前記最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャのそれぞれを介して送達される放射線線量の相対的比率を示す
ことを特徴とする方法。

【請求項23】

装置の少なくとも１つのプロセッサにより実行され、前記装置に放射線治療計画の方法を実行させる命令のセットを格納する非一時的コンピュータ可読媒体であって、
前記方法は、
基準治療計画を受け取るステップであって、前記基準治療計画は、１つまたはそれ以上の線量制約値と制御点情報を含むステップと、
前記受け取られた基準治療計画に含まれていない少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを受け取るステップと、
前記受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとに基づいて新しい治療計画を決定するステップと、
前記基準治療計画に基づいて、複数の放射線ビームの制御点情報を決定し、前記複数の放射線ビームを前記受け取られた少なくとも１つの医用画像に登録するステップと、
フルエンスマップ最適化アルゴリズムと前記受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを使用して、前記基準治療計画に含まれる１つまたはそれ以上の線量制約値に基づいて、前記複数の放射線ビームのそれぞれについて最適化されたフルエンスマップを決定するステップと、
前記複数の放射線ビームの前記最適化されたフルエンスマップに基づいて、最適化された線量分布を決定するステップと、
前記最適化された線量分布を達成するために、前記制御点の形状および／または重み、および／または前記複数の放射線ビームの重みを最適化することにより、前記基準治療計画に含まれる前記制御点情報に基づいてウォームスタート最適化アルゴリズムを使用して、前記新しい治療計画の少なくとも１つのビームの変調特性を決定するステップと
を有する
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項24】

請求項２３記載の非一時的コンピュータ可読媒体において、
前記新しい治療計画は、前記基準計画が実行された患者と同じ患者のためのものである
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項25】

請求項２３記載の非一時的コンピュータ可読媒体において、
前記新しい治療計画は、前記基準計画が実行された患者と異なる患者のためのものである
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項26】

請求項２３記載の非一時的コンピュータ可読媒体であって、
前記装置の前記少なくとも１つのプロセッサにより実行される前記命令のセットは、前記装置に、更に、
少なくとも１つの更新された医用画像を受け取るステップと、
前記更新された医用画像のための更新された構造体セットを決定する、または、更新された構造体セットを受け取るステップと、
前記更新された構造体セットと前記基準治療計画に含まれている構造体セットとの間の差異を決定するステップと、
前記差異に基づいて修正された制御点情報を決定するステップであって、セグメントアパーチャモーフィングアルゴリズムを使用し、前記ウォームスタート最適化に対する前記修正された制御点情報を使用するステップと
を実行させる
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項27】

請求項２６記載の非一時的コンピュータ可読媒体において、
前記更新された医用画像を受け取るステップは、前記基準計画が実行された患者と同じ患者から更新された医用画像を受け取るステップを含む
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。

【請求項28】

請求項２６記載の非一時的コンピュータ可読媒体において、
前記更新された医用画像を受け取るステップは、前記基準計画が実行された患者と異なる患者に対する更新された医用画像を受け取るステップを含む
ことを特徴とする非一時的コンピュータ可読媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（優先権の主張）
［００１］
この出願は、２０１７年９月１３日に提出された米国出願番号第１５／７０２，９８１号の優先権の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

（技術分野）
［００２］
本開示は、一般に放射線治療（radiation therapy）または放射線治療（radiotherapy）に関する。より具体的には、本開示は、放射線治療計画を最適化するためのシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0003】

［００３］
放射線治療は、哺乳動物（例えば、ヒトおよび動物）の組織における癌および他の病気を治療するために使用される。例示的な放射線治療は、線形加速器（ＬＩＮＡＣ）を使用して提供され、それにより、標的（例えば、腫瘍）が、高エネルギー粒子（例えば、電子、光子、イオンなど）により照射される。典型的なリナック（ＬＩＮＡＣ）ベースの放射線治療では、複数の放射線ビームが異なる角度から標的に向けられる。

【0004】

［００４］
周囲の正常組織は、しばしばリスク臓器（ＯＡＲ）と呼ばれる。放射線ビームによって引き起こされる深刻な付帯的損傷（collateral damage）からＯＡＲを防止するためには、これらのＯＡＲが受ける線量を特定のレベルに制限する必要がある。しばしば制約と呼ばれる、ＯＡＲが受ける線量に対するそのような制限は、治療計画中に満たされる必要がある。

【0005】

［００５］
治療計画は、制約の下で治療目標を実施するための特定の放射線治療パラメータ（例えば、放射線ビームの角度、各角度での放射線強度レベルなど）の決定を含むプロセスである。治療計画立案の結果は、放射線治療計画（以下、治療計画または単に計画とも呼ばれる）である。典型的な治療計画プロセスは、患者の医用画像から１つまたはそれ以上の標的および１つまたはそれ以上のＯＡＲの輪郭を描くこと、放射線ビームの角度、またはアークプランの場合は角度の範囲を指定すること、アパーチャの形状と各ビーム角度での各形状の放射強度レベルを決定することを含む。各ガントリ角度での形状、強度、コリメータ角度、およびジョー設定の組み合わせは制御点と呼ばれ、この情報は、装置送達を指示するために送達装置に転送される。最適化は通常１つまたはそれ以上の計画パラメータに対して実行され、ビームオン時間の短縮、線量の均一性の向上等を実現する。

【0006】

［００６］
治療計画の作成は、計画立案者が、臨床的に許容できる治療計画を生成するための個々の重要性を考慮しながら、さまざまな治療目的または制約を遵守しようとする、時間のかかるプロセスである。したがって、改善された放射線治療計画ワークフローで計画時間を短縮することが望まれている。

【0007】

［００７］
本開示の特定の実施形態は、放射線治療計画システムに関する。システムは、コンピュータ実行可能命令を格納するメモリ装置を含み得る。システムは、また、メモリ装置に通信可能に結合された少なくとも１つのプロセッサ装置を含み得る。コンピュータ実行命令は、少なくとも１つのプロセッサ装置により実行されたとき、プロセッサ装置に次の操作を実行させる。操作は、基準治療計画を受け取るステップを含み得る。基準治療計画は、標的および／またはＯＡＲに対する１つまたはそれ以上の線量制約値と制御点情報を含み得る。操作は、また、受け取られた基準治療計画に含まれていない少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを受け取るステップを含み得る。操作は、また、受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとに基づいて新しい治療計画を決定するステップを含み得る。操作は、また、基準治療計画に基づいて、複数の放射線ビームの制御点情報を決定し、複数の放射線ビームを受け取られた少なくとも１つの医用画像に登録するステップを含み得る。操作は、また、フルエンスマップ最適化アルゴリズムと受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを使用して、基準治療計画に含まれる１つまたはそれ以上の線量制約値に基づいて、複数の放射線ビームのそれぞれについて最適化されたフルエンスマップを決定するステップを含み得る。操作は、また、複数の放射線ビームの最適化されたフルエンスマップに基づいて、最適化された線量分布を決定するステップを含み得る。操作は、また、最適化された線量分布を達成するためのように、制御点の形状および／または重み、および／または複数の放射線ビームの重みを最適化することにより、基準治療計画に含まれる制御点情報に基づいてウォームスタート最適化アルゴリズムを使用するようにして、新しい治療計画の少なくとも１つのビームの変調特性を決定するステップを含み得る。新しい治療計画は、基準計画が実行された患者と同じ患者のためのものであり得る。新しい治療計画は、基準計画が実行された患者と異なる患者のためのものであるあり得る。操作は、また、少なくとも１つの更新された医用画像を受け取るステップと、更新された医用画像のための更新された構造体セットを決定する、または、更新された構造体セットを受け取るステップと、更新された構造体セットと基準治療計画に含まれている構造体セットとの間の差異を決定するステップと、差異に基づいて修正された制御点情報を決定するステップであって、セグメントアパーチャモーフィングアルゴリズムを使用し、ウォームスタート最適化に対する修正された制御点情報を使用するステップとを含み得る。更新された医用画像を受け取るステップは、基準計画が実行された患者と同じ患者から更新された医用画像を受け取るステップを含み得る。更新された医用画像を受け取るステップは、基準計画が実行された患者と異なる患者に対する更新された医用画像を受け取るステップを含み得る。基準治療計画は、所定の計画テンプレートに基づいており、新しい治療計画は、基準計画が実行された患者とは異なる患者のためのものであり得る。制御点情報は、複数の放射線ビームが変調されるマルチリーフコリメータアパーチャのセットの形状を含み得る。１つまたはそれ以上の線量制約値は、１つまたはそれ以上のリスク臓器（ＯＡＲ）が受ける放射線量の制約を含み得る。新しい治療計画の少なくとも１つのビーム変調特性は、複数の放射線ビームが変調される最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャのセットの形状を含み得る。新しい治療計画の少なくとも１つのビーム変調特性は、セット内の最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャにそれぞれ関連付けられた重み係数を含み、重み係数は、最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャのそれぞれを介して送達される放射線線量の相対的比率を示し得る。

【0008】

［００８］
本開示の特定の実施形態は、放射線治療計画を実行する方法に関する。方法は、コンピュータ実行可能命令を実行する少なくとも１つのプロセッサ装置により実行される。方法は、基準治療計画を受け取るステップであって、基準治療計画は、１つまたはそれ以上の線量制約値と制御点情報を含むステップを含み得る。方法は、また、受け取られた基準治療計画に含まれていない少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを受け取るステップを含み得る。方法は、また、受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとに基づいて新しい治療計画を決定するステップを含み得る。方法は、また、基準治療計画に基づいてのような、複数の放射線ビームの制御点情報を決定し、複数の放射線ビームを受け取られた少なくとも１つの医用画像に登録するステップを含み得る。方法は、また、フルエンスマップ最適化アルゴリズムと受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを使用するようにして、基準治療計画に含まれる１つまたはそれ以上の線量制約値に基づくような、複数の放射線ビームのそれぞれについて最適化されたフルエンスマップを決定するステップを含み得る。方法は、また、複数の放射線ビームの最適化されたフルエンスマップに基づいて、最適化された線量分布を決定するステップを含み得る。方法は、また、最適化された線量分布を達成するために、制御点の形状および／または重み、および／または複数の放射線ビームの重みを最適化することにより、基準治療計画に含まれる制御点情報に基づいてウォームスタート最適化アルゴリズムを使用して、新しい治療計画の少なくとも１つのビームの変調特性を決定するステップを含み得る。新しい治療計画は、基準計画が実行された患者と同じ患者のためのものであり得る。新しい治療計画は、基準計画が実行された患者と異なる患者のためのものであり得る。方法は、また、少なくとも１つの更新された医用画像を受け取るステップと、更新された医用画像のための更新された構造体セットを決定する、または、更新された構造体セットを受け取るステップと、更新された構造体セットと基準治療計画に含まれている構造体セットとの間の差異を決定するステップと、差異に基づいて修正された制御点情報を決定するステップであって、セグメントアパーチャモーフィングアルゴリズムを使用し、ウォームスタート最適化に対する修正された制御点情報を使用するステップとを含み得る。更新された医用画像を受け取るステップは、基準計画が実行された患者と同じ患者から更新された医用画像を受け取るステップを含み得る。更新された医用画像を受け取るステップは、基準計画が実行された患者と異なる患者に対する更新された医用画像を受け取るステップを含み得る。基準治療計画は、所定の計画テンプレートに基づいており、新しい治療計画は、基準計画が実行された患者とは異なる患者のためのものであり得る。制御点情報は、複数の放射線ビームが変調されるマルチリーフコリメータアパーチャのセットの形状を含み得る。１つまたはそれ以上の線量制約値は、１つまたはそれ以上のリスク臓器が受ける放射線量の制約を含み得る。新しい治療計画の少なくとも１つのビーム変調特性は、複数の放射線ビームが変調される最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャのセットの形状を含み得る。新しい治療計画の少なくとも１つのビーム変調特性は、セット内の最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャにそれぞれ関連付けられた重み係数を含み、重み係数は、最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャのそれぞれを介して送達される放射線線量の相対的比率を示し得る。

【0009】

［００９］
本開示の特定の実施形態は、装置の少なくとも１つのプロセッサにより実行され、装置に放射線治療計画の方法を実行させる命令のセットを格納する非一時的コンピュータ可読媒体に関する。方法は、基準治療計画を受け取るステップを含み得る。基準治療計画は、１つまたはそれ以上の線量制約値と制御点情報を含み得る。方法は、また、受け取られた基準治療計画に含まれていない少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを受け取るステップを含み得る。方法は、また、受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとに基づいて新しい治療計画を決定するステップを含み得る。方法は、また、基準治療計画に基づくように、複数の放射線ビームの制御点情報を決定し、複数の放射線ビームを受け取られた少なくとも１つの医用画像に登録するステップを含み得る。方法は、また、フルエンスマップ最適化アルゴリズムと受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを使用して、基準治療計画に含まれる１つまたはそれ以上の線量制約値に基づいて、複数の放射線ビームのそれぞれについて最適化されたフルエンスマップを決定するステップを含み得る。方法は、また、複数の放射線ビームの最適化されたフルエンスマップに基づくように、最適化された線量分布を決定するステップを含み得る。方法は、また、最適化された線量分布を達成するために、制御点の形状および／または重み、および／または複数の放射線ビームの重みを最適化することにより、基準治療計画に含まれる制御点情報に基づくように、ウォームスタート最適化アルゴリズムを使用して、新しい治療計画の少なくとも１つのビームの変調特性を決定するステップを含み得る。新しい治療計画は、基準計画が実行された患者と同じ患者のためのものであり得る。新しい治療計画は、基準計画が実行された患者と異なる患者のためのものであり得る。方法は、また、少なくとも１つの更新された医用画像を受け取るステップと、更新された医用画像のための更新された構造体セットを決定する、または、更新された構造体セットを受け取るステップと、更新された構造体セットと基準治療計画に含まれている構造体セットとの間の差異を決定するステップと、差異に基づいて修正された制御点情報を決定するステップであって、セグメントアパーチャモーフィングアルゴリズムを使用し、ウォームスタート最適化に対する修正された制御点情報を使用するステップとを含み得る。更新された医用画像を受け取るステップは、基準計画が実行された患者と同じ患者から更新された医用画像を受け取るステップを含み得る。更新された医用画像を受け取るステップは、基準計画が実行された患者と異なる患者に対する更新された医用画像を受け取るステップを含み得る。

【0010】

［０１０］
本開示の特定の実施形態は、放射線治療システムに関する。放射線治療システムは、コンピュータ実行可能命令を格納するメモリ装置を含み得る。放射線治療システムは、また、メモリ装置に通信可能に結合された少なくとも１つのプロセッサ装置を含み得る。コンピュータ実行可能命令は、少なくとも１つのプロセッサ装置によって実行されると、プロセッサ装置に放射線治療計画のための様々な操作を実行させることができる。操作は、標的および／またはＯＡＲの１つまたはそれ以上の線量制約値を含む基準治療計画情報を受け取るステップと、基準治療計画に基づいて、複数の放射線ビームの初期制御点情報を受け取るステップとを含み得る。基準治療計画は、以前の治療セッションで得られた患者の医用画像に基づき得る。操作は、また、前の治療セッションの後に得られた患者の更新された医用画像を受け取るステップを含み得る。操作は、また、更新された医用画像と前の治療セッションで得られた医用画像との間の差異を決定するステップを含み得る。操作は、また、アパーチャモーフィングアルゴリズムを使用して、差異に基づいて修正された制御点情報を決定するステップを含み得る。操作は、また、フルエンスマップ最適化アルゴリズムを使用して、１つまたはそれ以上の線量制約値に基づいて、複数の放射線ビームのそれぞれのフルエンスマップを決定するステップを含み得る。操作は、また、複数の放射線ビームのフルエンスマップに基づいて線量分布を決定するステップを含み得る。さらに、操作は、少なくとも１つの制御点プロパティを更に変更するステップと、この変更された制御点情報とフルエンスマップ線量分布に基づくウォームスタート最適化アルゴリズムを使用した新しい治療計画の取得するステップとを含み得る。さらに、放射線治療システムは、新しい放射線治療計画に従って患者に放射線を送達するように構成された線形加速器を含む放射線治療装置を含み得る。

【0011】

［０１１］
本開示の追加の目的および利点は、以下の詳細な説明において部分的に規定され、部分的には説明から自明であるか、または本開示の実施によって知ることができるであろう。本開示の目的および利点は、添付の特許請求の範囲に特に指摘された要素および組み合わせによって実現され、達成される。

【0012】

［０１２］
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、例示および説明のみを目的としており、限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

［０１３］
本明細書の一部を構成する添付の図面は、いくつかの実施形態を示し、説明とともに、開示された原理を説明するのに役立つ。

【0014】

［０１４］

【図1A】図１Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、例示的な放射線治療システムを示す。

【0015】

［０１５］

【図1B】図１Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、例示的な放射線治療システムを示す。

【0016】

［０１６］

【図2A】図２Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、例示的な放射線治療装置を示す。

【0017】

［０１７］

【図2B】図２Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、別の例示的な放射線治療装置を示す。

【0018】

［０１８］

【図2C】図２Ｃは、組み合わされたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システムのような、組み合わされた放射線治療システムと撮像システムを含む例示的なシステムを示す。

【0019】

［０１９］

【図2D】図２Ｄおよび図２Ｅは、例示的なＭＲＩ画像と対応するＣＴ画像との間の違いを示す。

【0020】

［０２０］

【図2F】図２Ｆは、放射線治療ビームの強度を成形、方向付け、または変調するための例示的なコリメータ構成を示す。

【0021】

［０２１］

【図2G】図２Ｇは、例示的なガンマナイフ放射線治療システムを図示する。

【0022】

［０２２］

【図3】図３は、図１Ａに示される例示的な制御コンソールのブロック図を示す。

【0023】

［０２３］

【図4】図４は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的な放射線治療計画方法のフローチャートである。

【0024】

［０２４］

【図5】図５は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なアーク／サブアーク配置を示す。

【0025】

［０２５］

【図6】図６Ａおよび図６Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、例示的なマルチリーフコリメータアパーチャを示す。

【0026】

［０２６］

【図7】図７は、本開示のいくつかの実施形態による、線量分布を決定する例示的な方法を示す。

【0027】

［０２７］

【図8】図８は、本開示のいくつかの実施形態による、新しい患者のための新しい放射線治療計画を作成する例示的な方法のフローチャートである。

【0028】

［０２８］

【図9】図９は、基準治療計画に基づいて患者の治療計画を作成するための例示的な方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

［０２９］
例示的な実施形態を、添付の図面を参照して説明する。都合のよい場所では、同一または同様の部品を指し示すために、図面全体を通して、同じ参照番号が使用される。本明細書では開示された原理の例および特徴について説明するが、開示された実施形態の趣旨および範囲から逸脱することなく、修正、適合、および他の実装が可能である。また、「comprising（備える）」、「having（有する）」、「including（含む）」という言葉、および他の同様の形式は、意味において同等であり、オープンエンド（open-ended：非限定的）として解釈されることを目的とし、これらの単語のいずれかひとつに続くアイテムが、そのようなアイテムの完全なリストであることや、リストされたアイテムのみに限定されることを意味するものではない。また、単数形「a」、「an」、「the」は、文脈が明らかに他のことを指示しない限り、複数の参照を含むことを意図している。

【0030】

［０３０］
本開示によるシステムおよび方法は、放射線療法（radiation therapy）または放射線療法（radiotherapy）を対象とする。本明細書で使用される場合、「radiation therapy（放射線療法）」、「radiotherapy（放射線療法）」、および「radiation oncology（放射線腫瘍学）」という用語は、互換的に使用される。特に、本開示の実施形態は、強度変調放射線療法（ＩＭＲＴ）および画像誘導放射線療法（ＩＧＲＴ）のようないくつかの特定の放射線療法技術に適用可能である。

【0031】

［０３１］
ＩＭＲＴは、「変調された」放射線ビームを介して放射線量を送達する方法である。この変調は、放射線源又は放射線ヘッド（例えば、ＬＩＮＡＣの放射線ヘッド）に取り付けられたマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）として知られている装置によって行われる。ＭＬＣは、隣接するＯＡＲの露出を最小化しながらビーム形状を標的ボリュームの形状に合わせるため、コンピュータで制御された正確な方法で放射線を遮断または透過させるフィルターとして機能する、調整可能なリーフ（多くの場合重金属材料で作られる）を有する。

【0032】

［０３２］
ＩＧＲＴは、放射線治療の過程（例えば、フラクション間（interfractional）またはフラクション内（intrafractional））での放射線療法を行うために、頻繁な２Ｄまたは３Ｄイメージングを使用する技術を指し示す。ＩＧＲＴ技術は、放射線照射野の配置の精度を向上させ、放射線治療中の健康な組織の被曝を低減するために使用される。

【0033】

［０３３］
いくつかの実施形態では、放射線療法システムは、ＩＭＲＴまたはＩＧＲＴ技術のいずれかを採用することができる。他の実施形態では、放射線療法システムは両方の技術を採用することができる。

【0034】

［０３４］
図１Ａは、本開示のいくつかの実施形態による例示的な放射線治療システム１００を示す。放射線治療システム１００は、ＩＭＲＴシステム、ＩＧＲＴシステム、またはその両方を含み得る。図１Ａに示されるように、放射線治療システム１００は、制御コンソール１１０、データベース１２０、放射線治療装置１３０、および医用撮像装置１４０を含み得る。いくつかの実施形態では、放射線治療装置１３０および医用撮像装置１４０は、図１Ａの破線のボックス１５０によって示されるように、単一の画像誘導放射線治療装置１５０に統合されてもよい。いくつかの実施形態では、放射線治療装置１３０と医用撮像装置１４０は、別個の装置であってもよい。いくつかの実施形態では、放射線治療装置１３０と医用撮像装置１４０は、図１Ａの放射線治療装置１３０と医用撮像装置１４０の間の一点鎖線で示されるように、互いに物理的または通信的に接続され得る。

【0035】

［０３５］
制御コンソール１１０は、放射線治療装置１３０および／または医用撮像装置１４０を制御するための、および／または、治療計画、治療実行、医用画像取得、画像処理、運動追跡、運動管理、または放射線治療プロセスに関与する他のタスクのような機能または操作を実行するためのハードウェアおよびソフトウェア構成要素を含むことができる。ハードウェアコンポーネントは、１つまたはそれ以上のコンピュータ（例えば、汎用コンピュータ、ワークステーション、サーバー、ターミナル、ポータブル／モバイル装置、など）；プロセッサ装置（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、専用な目的または特別に設計されたプロセッサ、など）；メモリ／ストレージ装置（例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、ハードドライブ、光ディスク、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、など）；入力装置（例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーン、マイク、ボタン、ノブ、トラックボール、レバー、ハンドル、ジョイスティック、など）；出力装置（例えば、ディスプレイ、プリンター、スピーカー、振動装置、など）；回路；プリント回路基板（ＰＣＢ）；または他の適切なハードウェアを含むことができる。ソフトウェアコンポーネントは、オペレーティングシステムソフトウェア、アプリケーションソフトウェアなどを含むことができる。例えば、図１Ａに示されるように、制御コンソール１１０は、制御コンソール１１０のメモリ／記憶装置に格納され得る治療計画／最適化ソフトウェア１１５を含むことができる。ソフトウェア１１５は、コンピュータ可読かつ実行可能なコードまたは命令を含むことができる。制御コンソール１１０のプロセッサ装置は、コードまたは命令にアクセスして実行するために、ソフトウェア１１５を格納するメモリ／ストレージ装置に通信可能に接続される。コードまたは命令の実行により、プロセッサ装置は、開示された実施形態による１つまたはそれ以上の機能を達成するための動作を実行することができる。

【0036】

［０３６］
制御コンソール１１０は、データにアクセスするためにデータベース１２０に通信可能に接続される。いくつかの実施形態では、データベース１２０は、制御コンソール１１０の近くにある１つまたはそれ以上のハードドライブ、光ディスク、および／またはサーバーのようなローカルハードウェアデバイスを使用して実装される。いくつかの実施形態では、データベース１２０は、制御コンソール１１０に対して遠隔に配置されたデータセンターまたはサーバーに実装される。制御コンソール１１０は、有線または無線通信を介してデータベース１２０に格納されたデータにアクセスする。

【0037】

［０３７］
データベース１２０は、患者データ１２２を含むことができる。患者データは、患者に関連する画像データのような情報（例えば、ＭＲＩ、ＣＴ、Ｘ線、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴなど）；解剖学的領域、臓器、または関心領域のセグメンテーションデータ；機能的臓器モデリングデータ（例えば、直列対並列臓器（serial versus parallel organs）、および適切用量反応モデル）；放射線量データ（例えば、線量−体積ヒストグラム（ＤＶＨ）情報を含み得る）；ラボデータ（例えば、ヘモグロビン、血小板、コレステロール、トリグリセリド、クレアチニン、ナトリウム、グルコース、カルシウム、体重）；バイタルサイン（血圧、体温、呼吸数など）；ゲノムデータ（例えば、遺伝子プロファイリング）；人口統計（年齢、性別、民族性など）；患者に影響を与える他の疾患（例えば、心血管疾患、呼吸器疾患、糖尿病、放射線過敏症症候群など）；薬と薬物反応；食事と生活習慣（例えば、喫煙または禁煙）；環境リスク要因；腫瘍の特徴（組織学的型、腫瘍のグレード、ホルモンと他の受容体の状態、腫瘍の大きさ、血管の細胞型、がんのステージ、グリソンスコアなど）；以前の治療（例えば、手術、放射線、化学療法、ホルモン療法など）；リンパ節と遠隔転移の状態；遺伝的／タンパク質バイオマーカー（例えば、ＭＹＣ、ＧＡＤＤ４５Ａ、ＰＰＭ１Ｄ、ＢＢＣ３、ＣＤＫＮ１Ａ、ＰＬＫ３、ＸＰＣ、ＡＫＴ１、ＲＥＬＡ、ＢＣＬ２Ｌ１、ＰＴＥＮ、ＣＤＫ１、ＸＩＡＰ、など）；一塩基多型（ＳＮＰ）分析（例えば、ＸＲＣＣ１、ＸＲＣＣ３、ＡＰＥＸ１、ＭＤＭ２、ＴＮＦＲ、ＭＴＨＦＲ、ＭＴＲＲ、ＶＥＧＦ、ＴＧＦβ、ＴＮＦαなど）などを含み得る。

【0038】

［０３８］
データベース１２０はまた、マシンデータ１２４を含み得る。マシンデータ１２４は、放射線治療装置１３０、医用撮像装置１４０、または、放射線ビームサイズ、アーク配置、オン／オフ時間、座標系、マルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）構成、ＭＲＩパルスシーケンスなどのような放射線治療に関連する他の機械に関連する情報を含み得る。

【0039】

［０３９］
医用撮像装置１４０は、患者の医用画像を提供することができる。例えば、医用撮像装置１４０は、１つまたはそれ以上のＭＲＩ画像（例えば、２ＤＭＲＩ、３ＤＭＲＩ、２ＤストリーミングＭＲＩ、４ＤボリュームＭＲＩ、４ＤシネＭＲＩ）；コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像；コーンビームＣＴ画像；陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）画像；機能的ＭＲＩ画像（例えば、ｆＭＲＩ、ＤＣＥ−ＭＲＩ、拡散ＭＲＩ）；Ｘ線画像；透視画像；超音波画像；放射線治療ポータル画像；シングルフォトエミッションコンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）画像；などを提供することができる。したがって、医用撮像装置１４０は、ＭＲＩ撮像装置、ＣＴ撮像装置、ＰＥＴ撮像装置、超音波撮像装置、透視装置、ＳＰＥＣＴ撮像装置、または患者の医用画像を得るための他の医用撮像装置を含むことができる。図１Ａに示されるように、医用撮像装置１４０は、データベース１２０に通信可能に接続されて、データベース１２０に医用画像を記憶することができる。

【0040】

［０４０］
放射線治療装置１３０は、制御可能な方法で患者の関心のある解剖学的領域に放射線を送達することができるＬＩＮＡＣまたは他の適切な装置を含むことができる。

【0041】

［０４１］
図１Ｂは、患者に放射線療法を提供するための例示的な放射線治療システム１０を示す。放射線治療システム１０は、画像処理装置１２を含む。画像処理装置１２は、ネットワーク２０に接続されてもよい。ネットワーク２０は、インターネット２２に接続されてもよい。ネットワーク２０は、画像処理装置１２を、データベース２４、病院データベース２６、腫瘍学情報システム（ＯＩＳ）２８、放射線治療装置３０、画像取得装置３２、表示装置３４、およびユーザインターフェース３６の１つまたはそれ以上と接続することができる。画像処理装置１２は、放射線治療装置３０によって使用される放射線治療計画１６を生成するように構成される。

【0042】

［０４２］
画像処理装置１２は、メモリ装置１６、プロセッサ１４、および通信インターフェース１８を含むことができる。メモリ装置１６は、オペレーティングシステム４３、放射線療法治療計画４２（例えば、オリジナル治療計画、適合された治療計画など）、ソフトウェアプログラム４４（例えば、人工知能、ディープラーニングニューラルネットワーク、放射線治療計画ソフトウェア）およびプロセッサ１４によって実行される他の任意のコンピュータ実行可能命令のようなコンピュータ実行可能命令を格納することができる。一実施形態において、ソフトウェアプログラム４４は、疑似ＣＴ画像のような合成画像を生成することにより、１つのフォーマット（例えば、ＭＲＩ）の医用画像を別のフォーマット（例えば、ＣＴ）に変換することができる。例えば、ソフトウェアプログラム４４は、あるモダリティの医用画像４６（例えば、ＭＲＩ画像）を異なるモダリティの合成画像（例えば、疑似ＣＴ画像）に変換するための予測モデルを訓練する画像処理プログラムを含むことでき、あるいは、訓練された予測モデルがＣＴ画像をＭＲＩ画像に変換することができる。メモリ装置１６は、医用画像４６、患者データ４５、および放射線療法治療計画４２を作成および実施するために必要な他のデータを含むデータを格納することができる。

【0043】

［０４３］
ソフトウェアプログラム４４を格納するメモリ１６に加えて、ソフトウェアプログラム４４は、ハードドライブ、コンピュータディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＨＤ、ブルーレイＤＶＤ、ＵＳＢフラッシュドライブ、ＳＤカード、メモリスティック、またはその他の適切なメディアのようなリムーバブルコンピュータ媒体に格納することができ、画像処理装置１４にダウンロードされたときソフトウェアプログラム４４は、画像プロセッサ１４によって実行することができる。

【0044】

［０４４］
プロセッサ１４は、メモリ装置１６に通信可能に結合されることができ、プロセッサ１４は、そこに格納されたコンピュータ実行可能命令を実行するように構成することができる。プロセッサ１４は、医用画像４６をメモリ１６に送信または受信することができる。例えば、プロセッサ１４は、通信インターフェース１８およびネットワーク１８を介して画像取得装置３２から医用画像４６を受信して、メモリ１６に格納することができる。プロセッサ１４は、また、メモリ１６に格納された医用画像４６を、通信インターフェース１８を介して、ネットワーク２０に送信し、データベース２４または病院データベース２６のいずれかに格納される。

【0045】

［０４５］
さらに、プロセッサ１４は、医用画像４６および患者データ４５と共にソフトウェアプログラム４４（例えば、治療計画ソフトウェア）を利用して、放射線療法治療計画４２を作成することができる。医用画像４６は、患者の解剖学的領域、器官、または関心セグメンテーションデータのボリュームに関連する画像データのような情報を含むことができる。患者データ４５は、（１）機能臓器モデリングデータ（例えば、直列対並列臓器、適切な用量反応モデルなど）、（２）放射線量データ（例えば、線量−体積ヒストグラム（ＤＶＨ）情報）、または（３）患者および治療コースに関する他の臨床情報（例えば、他の手術、化学療法、以前の放射線療法など）のような情報を含むことができる。

【0046】

［０４６］
さらに、プロセッサ１４は、ソフトウェアプログラムを利用して、例えば、ニューラルネットワークモデルによって使用される更新されたパラメータなどの中間データを生成することができ、または、中間の２Ｄまたは３Ｄ画像を生成することができ、その後、それらはメモリ１６に記憶される。その後、プロセッサ１４は、実行可能な放射線療法治療計画４２を、通信インターフェース１８とネットワーク２０を介して、放射線治療装置３０に送信することができ、そこで放射線療法計画は、放射線で患者を治療するために使用される。さらに、プロセッサ１４は、ソフトウェアプログラム４４を実行して、画像変換、画像セグメンテーション、ディープラーニング、ニューラルネットワーク、および人工知能のような機能を実装することができる。例えば、プロセッサ１４は、医用画像を訓練または輪郭化するソフトウェアプログラム４４を実行することができ、そのようなソフトウェア４４は、実行されると、境界検出器を訓練し、形状辞書を利用することができる。

【0047】

［０４７］
プロセッサ１４は、例えば、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス・プロセッシング・ユニット（ＧＰＵ：Graphics Processing Unit）、および／またはアクセラレーテッド・プロセッシング・ユニット（ＡＰＵ：Accelerated Processing Unit）のような１つまたはそれ以上の汎用処理装置を含む処理装置であってもよい。詳細には、いくつかの実施形態では、プロセッサ１４は、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ：complex instruction set computing）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：reduced instruction set computing）マイクロプロセッサ、超長命令ワード（ＶＬＩＷ：very long instruction Word）マイクロプロセッサ、他の命令セットを実装するプロセッサ、または命令セットの組み合わせを実装するプロセッサであってもよい。プロセッサ１４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：application specific integrated circuit）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：field programmable gate array）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：digital signal processor）、システムオンチップ（ＳｏＣ：System on a Chip）、またはその他の適切なプロセッサのような１つまたはそれ以上の専用処理装置によって実装されることができる。当業者に理解されるように、いくつかの実施形態では、プロセッサ１４は、汎用プロセッサではなく、専用プロセッサであってもよい。プロセッサ１４は、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）によって製造されたＰｅｎｔｉｕｍ（登録商標）、Ｃｏｒｅ（登録商標）、Ｘｅｏｎ（登録商標）、またはＩｔａｎｉｕｍ（登録商標）ファミリー、ＡＭＤ（登録商標）によって製造されたＴｕｒｉｏｎ（登録商標）、Ａｔｈｌｏｎ（登録商標）、Ｓｅｍｐｒｏｎ（登録商標）、Ｏｐｔｅｒｏｎ（登録商標）、ＦＸ（登録商標）、Ｐｈｅｎｏｎ（登録商標）ファミリー、Ｓｕｎ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓによって製造された様々なプロセッサのいずれか、または他の適切なプロセッサのような、１つまたはそれ以上の既知の処理装置を含み得る。プロセッサ１４は、また、Ｎｖｉｄｉａ（登録商標）によって製造されたＧｅＦｏｒｃｅ（登録商標）、Ｑｕａｄｒｏ（登録商標）、Ｔｅｓｌａ（登録商標）ファミリー、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）によって製造されたＧＭＡ、Ｉｒｉｓ（登録商標）ファミリー、またはＡＭＤ（登録商標）によって製造されたＲａｄｅｏｎ（登録商標）ファミリーのような、グラフィック処理ユニットを含み得る。プロセッサ１４は、また、ＡＭＤ（登録商標）によって製造されたＤｅｓｋｔｏｐ Ａ−４（６，８）シリーズ、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）によって製造されたＸｅｏｎ Ｐｈｉ（登録商標）ファミリーのような、加速処理装置を含み得る。開示された実施形態は、いかなるタイプのプロセッサに限定されるものではなく、大量の撮像データを識別、分析、維持、生成、および／または提供するというコンピューティング命令を満たすように構成されている。さらに、「プロセッサ」という用語は、複数のプロセッサ、例えばマルチコア設計またはそれぞれがマルチコア設計を有する複数のプロセッサを含むことができる。プロセッサ１４は、本開示の例示的な実施形態による様々な動作、プロセス、および方法を実行するために、例えば、メモリ１１１に格納されたコンピュータプログラム命令のシーケンスを実行するように構成され得る。

【0048】

［０４８］
メモリ装置１６は、医用画像４６を格納することができる。いくつかの実施形態では、医用画像４６は、１つまたはそれ以上のＭＲＩ画像（例えば、２ＤＭＲＩ、３ＤＭＲＩ、２ＤストリーミングＭＲＩ、４ＤＭＲＩ、４Ｄ容積測定ＭＲＩ、４ＤシネＭＲＩ、など）、機能的ＭＲＩ画像（例えば、ｆＭＲＩ、ＤＣＥ−ＭＲＩ、拡散ＭＲＩ）、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像（例えば、２ＤＣＴ、コーンビームＣＴ、３ＤＣＴ、４ＤＣＴ）、超音波画像（例えば、２Ｄ超音波、３Ｄ超音波、４Ｄ超音波）、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）画像、Ｘ線画像、Ｘ線透視画像、放射線治療ポータル画像、単一光放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）画像、コンピュータ生成合成画像（例えば、疑似ＣＴ画像）など、を含み得る。さらに、医用画像４６は、また、医用画像データ、例えば、トレーニング画像、およびグラウンドトゥルース画像、等高線画像を含み得る。一実施形態では、医用画像４６は、画像取得装置３２から受け取ることができる。したがって、画像取得装置３２は、ＭＲＩ撮像装置、ＣＴ撮像装置、ＰＥＴ撮像装置、超音波撮像装置、蛍光透視装置、ＳＰＥＣＴ撮像装置、統合線形加速器およびＭＲＩ撮像装置、または、患者の医用画像を取得するための他の医療撮像装置を含み得る。医用画像４６は、画像処理装置１２が、開示された実施形態による動作を実行するために使用することができる任意のタイプのデータまたは任意のタイプのフォーマットで受け取られ、格納され得る。メモリ装置１２は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）のようなダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、電気的に消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、スタティックメモリ（例えば、フラッシュメモリ、フラッシュディスク、スタティックランダムアクセスメモリ）、および、キャッシュ、レジスタ、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、またはその他の光学式ストレージ、カセットテープ、その他の磁気記憶装置のようなその他のタイプのランダムアクセスメモリ、のような非一時的なコンピュータ可読媒体、または、画像、データ、または、プロセッサ１４、または任意の他のタイプのコンピュータ装置によりアクセスすることができる（例えば、任意のフォーマットで格納される）コンピュータ実行可能命令を含む情報を格納するために使用できる他の任意の非一時的媒体であり得る。コンピュータプログラム命令は、プロセッサ１４によってアクセスされ、ＲＯＭまたは他の任意の適切なメモリ位置から読み取られ、プロセッサ１４による実行のためにＲＡＭにロードされ得る。例えば、メモリ１６は、１つまたはそれ以上のソフトウェアアプリケーションを格納することができる。メモリ１６に格納されたソフトウェアアプリケーションは、例えば、一般的なコンピュータシステムのためのオペレーティングシステム４３およびソフトウェア制御装置を含み得る。さらに、メモリ１６は、プロセッサ１４によって実行可能なソフトウェアアプリケーション全体またはソフトウェアアプリケーションの一部のみを格納することができる。例えば、メモリ装置１６は、１つまたはそれ以上の放射線療法治療計画４２を格納することができる。

【0049】

［０４９］
画像処理装置１２は、プロセッサ１４およびメモリ１６に通信可能に結合された通信インターフェース１８を介してネットワーク２０と通信することができる。通信インターフェース１８は、画像処理装置１２と放射線治療システム１０の構成要素との間の通信接続を提供する（例えば、外部装置とのデータの交換を可能にする）ことができる。例えば、通信インターフェース１８は、いくつかの実施形態では、ユーザインターフェース３６に接続するための適切なインターフェース回路を有することができ、それは、ユーザが放射線治療システム１０に情報を入力することができる、ハードウェアキーボード、キーパッド、またはタッチスクリーンとすることができる。

【0050】

［０５０］
通信インターフェース１８は、例えば、ネットワークアダプタ、ケーブルコネクタ、シリアルコネクタ、ＵＳＢコネクタ、パラレルコネクタ、高速データ伝送アダプタ（例えば、ファイバ、ＵＳＢ３．０、サンダーボルト、など）、無線ネットワークアダプタ（例えば、ＷｉＦｉアダプタのような）、電気通信アダプタ（例えば、３Ｇ、４Ｇ／ＬＴＥ、など）などを含み得る。通信インターフェース１８は、画像処理装置１２が、ネットワーク２０を介して遠隔配置された構成要素のような、他の機械および装置と通信することを可能にする１つまたはそれ以上のデジタルおよび／またはアナログ通信装置を含み得る。

【0051】

［０５１］
ネットワーク２０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、無線ネットワーク、クラウドコンピューティング環境（例えば、サービスとしてのソフトウェア、サービスとしてのプラットフォーム、サービスとしてのインフラストラクチャ、など）、クライアントサーバー、広域ネットワーク（ＷＡＮ）など機能を提供することができる。例えば、ネットワーク２０は、他のシステムＳ１（３８）、Ｓ２（４０）、およびＳ３（４１）を含むＬＡＮまたはＷＡＮとすることができる。システムＳ１、Ｓ２、およびＳ３は、画像処理装置１２と同一であってもよく、または異なるシステムであってもよい。いくつかの実施形態では、ネットワーク２０内の１つまたはそれ以上のシステムは、本明細書で説明される実施形態を協調的に実行する分散コンピューティング／シミュレーション環境を形成することができる。いくつかの実施形態では、１つまたはそれ以上のシステムＳ１、Ｓ２、およびＳ３は、ＣＴ画像（例えば、医用画像４６）を取得するＣＴスキャナを含むことができる。さらに、ネットワーク２０をインターネット２２に接続して、インターネット上で遠隔地にあるサーバーおよびクライアントと通信することができる。

【0052】

［０５２］
したがって、ネットワーク２０は、画像処理装置１２と、ＯＩＳ２８、放射線治療装置３０、および画像取得装置３２のような多くの他の様々なシステムおよび装置との間のデータ伝送を可能にすることができる。さらに、ＯＩＳ２８および／または画像取得装置３２によって生成されたデータは、メモリ１６、データベース２４、および／または病院データベース２６に格納され得る。データは、必要に応じて、プロセッサ１４によりアクセスされるために、ネットワーク２０を介して通信インターフェース１８を介して送信／受信することができる。

【0053】

［０５３］
画像処理装置１２は、ネットワーク２０を介してデータベース２４と通信して、データベース２４に格納された複数の様々なタイプのデータを送受信することができる。例えば、データベース２４は、放射線治療装置３０、画像取得装置３２、または放射線療法に関連する他の機械に関連する情報である機械データを含み得る。マシンデータ情報は、放射線ビームサイズ、アーク配置、ビームオン／オフ時間、制御点、セグメント、マルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）構成、ガントリ速度、ＭＲＩパルスシーケンスなどが含まれ得る。データベース２４は、記憶装置であり得る。当業者は、データベース２４が、中央にまたは分散して配置された複数のデバイスを含み得ることを理解するであろう。

【0054】

［０５４］
いくつかの実施形態では、データベース２４は、プロセッサ可読記憶媒体（図示せず）を含み得る。一実施形態におけるプロセッサ可読記憶媒体は単一の媒体であり得るが、用語「プロセッサ可読記憶媒体」は、１つまたはそれ以上のコンピュータ実行可能命令またはデータのセットを格納する単一の媒体または複数の媒体（例えば、集中型または分散型データベース、および／または関連するキャッシュおよびサーバー）と解釈されるべきである。用語「プロセッサ可読記憶媒体」は、プロセッサによる実行のための命令のセットを格納または符号化することができ、かつ、プロセッサに本開示の１つまたはそれ以上の方法論のいずれかを実行させる任意の媒体を含むと解釈されるものとする。したがって、用語「プロセッサ可読記憶媒体」は、固体メモリ、光学および磁気媒体を含むがこれらに限定されないものと解釈されるべきである。例えば、プロセッサ可読記憶媒体は、１つまたはそれ以上の揮発性、非一時的、または不揮発性の有形のコンピュータ可読媒体とすることができる。

【0055】

［０５５］
画像プロセッサ１４は、データベース２４と通信して、画像をメモリ１６に読み込むか、または画像をメモリ１６からデータベース２４に格納することができる。例えば、データベース２４は、データベース２４が画像取得装置３２から受信した複数の画像（例えば、３ＤＭＲＩ、４ＤＭＲＩ、２ＤＭＲＩスライス画像、ＣＴ画像、２Ｄ透視画像、Ｘ線画像、ＭＲスキャンまたはＣＴスキャンからの生データ、医学におけるデジタル画像および通信（ＤＩＭＣＯＭ）データ等）を格納するように構成されている。データベース２４は、ソフトウェアプログラム４４を実行するとき、または放射線療法治療計画４２を作成するときに、画像プロセッサ１４によって使用されるデータを格納することができる。画像処理装置１２は、データベース２４、放射線治療装置３０（例えば、ＭＲＩ−リニアック）、および／または画像取得装置３２のいずれかからの画像データ４６（例えば、２ＤＭＲＩスライス画像、ＣＴ画像、２Ｄ蛍光透視画像、Ｘ線画像、３ＤＭＲＩ画像、４ＤＭＲＩ画像、など）を受け取り、治療計画４２を生成することができる。

【0056】

［０５６］
一実施形態では、放射線治療システム１００は、患者の医用画像（例えば、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）画像、３ＤＭＲＩ、２ＤストリーミングＭＲＩ、４Ｄ容積測定ＭＲＩ、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像、コーンビームＣＴ、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）画像、機能的ＭＲＩ画像（例えば、ｆＭＲＩ、ＤＣＥ−ＭＲＩおよび拡散ＭＲＩ）、Ｘ線画像、透視画像、超音波画像、放射線治療ポータル画像、シングルフォトエミッションコンピューター断層撮影（ＳＰＥＣＴ）画像など）を取得できる画像取得装置３２を含むことができる。画像取得装置３２は、例えば、ＭＲＩ撮像装置、ＣＴ撮像装置、ＰＥＴ撮像装置、超音波装置、蛍光透視装置、ＳＰＥＣＴ撮像装置、または、患者の１つまたはそれ以上の医用画像を取得するための他の任意の適切な医療撮像装置であり得る。画像取得装置３２によって取得された画像は、撮像データおよび／または試験データのいいずれかとしてデータベース２４内に格納することができる。例として、画像取得装置３２によって取得された画像は、また、画像処理装置１２によって、医用画像データ４６としてメモリ１６に格納することができる。

【0057】

［０５７］
一実施形態では、例えば、画像取得装置３２は、単一装置として放射線治療装置３０と一体化してもよい（例えば、「ＭＲＩ−Ｌｉｎａｃ」とも呼ばれる線形加速器と組み合わせたＭＲＩ装置）。このようなＭＲＩ−Ｌｉｎａｃを使用して、例えば、放射線療法治療計画４２に従って放射線治療を正確に所定の標的に向けるように、患者の標的器官または標的腫瘍の位置を決定することができる。

【0058】

［０５８］
画像取得装置３２は、関心領域（例えば、標的臓器、標的腫瘍、またはその両方）についての患者の解剖学的構造の１つまたはそれ以上の画像を取得するように構成されている。各画像、典型的には２Ｄ画像またはスライスは、１つまたはそれ以上のパラメータ（例えば、２Ｄスライスの厚さ、向き、および場所、など）を含むことができる。一実施例では、画像取得装置３２は、任意の向きで２Ｄスライスを取得することができる。例えば、２Ｄスライスの方向には、矢状方向、冠状方向、または軸方向が含まれる。プロセッサ１４は、２Ｄスライスの厚さおよび／または向きなどの１つまたはそれ以上のパラメータを調整して、標的器官および／または標的腫瘍を含めることができる。一実施例では、２Ｄスライスは、３ＤＭＲＩボリュームなどの情報から決定することができる。そのような２Ｄスライスは、例えば、放射線治療装置３０を使用するとき、患者が放射線治療を受けているあいだ、「リアルタイム」で画像取得装置３２によって取得することができる。「リアルタイム」とは、少なくとも数ミリ秒以内にデータを取得することを意味する。

【0059】

［０５９］
画像処理装置１２は、１人またはそれ以上の患者のための放射線療法治療計画４２を生成および保存することができる。放射線療法治療計画４２は、各患者に適用される特定の放射線量に関する情報を提供することができる。放射線療法治療計画４２は、また、ビーム角度、線量ヒストグラム、ボリューム情報、治療中に使用される放射線ビームの数、ビーム当たりの線量のような他の放射線療法情報を含み得る。

【0060】

［０６０］
画像プロセッサ１４は、スウェーデンのストックホルムにあるエレクタＡＢ社によって製造されたＭｏｎａｃｏ（登録商標）のような治療計画ソフトウェアのようなソフトウェアプログラム４４を使用することにより、放射線療法治療計画４２を生成することができる。放射線療法治療計画４２を生成するために、画像プロセッサ１４は、画像取得装置３２（例えば、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、ＰＥＴ装置、Ｘ線装置、超音波装置、など）と通信して、患者の画像にアクセスし、かつ、腫瘍のような標的の輪郭を描くことができる。いくつかの実施形態において、腫瘍の周囲にある、または腫瘍のすぐ近くにある健康な組織のような１つまたはそれ以上のリスク臓器（ＯＡＲ）の描写が必要になる場合がある。したがって、ＯＡＲが標的腫瘍に近いときに、ＯＡＲのセグメンテーションが行われる。さらに、標的腫瘍がＯＡＲ（例えば、膀胱および直腸に近い前立腺）に近い場合には、ＯＡＲを腫瘍からセグメンテーションすることにより、治療計画装置１１０は、標的内だけでなくＯＡＲ内の線量分布を調べることができる。

【0061】

［０６１］
ＯＡＲと区別して標的臓器または標的腫瘍の輪郭を描くためには、放射線治療を受けている患者のＭＲＩ画像、ＣＴ画像、ＰＥＴ画像、ｆＭＲＩ画像、Ｘ線画像、超音波画像、放射線治療ポータル画像、ＳＰＥＣＴ画像のような医用画像が、画像取得装置３２によって非侵襲的に取得され、身体の部分の内部構造を明らかにすることができる。医用画像からの情報に基づいて、関連する解剖学的部分の３Ｄ構造を取得することができる。関連する解剖学的部分の取得された３Ｄ構造は、例えば、医用画像撮像のためのＤＩＣＯＭグレースケール画像化標準にしたがって、解剖学的構造体セットとして格納され得る。さらに、治療計画プロセス中に、標的腫瘍の効率的な治療（例えば、標的腫瘍が効果的な治療のために十分な放射線量を受けるという）とＯＡＲへの低線量（例えば、ＯＡＲが可能な限り低い放射線量を受けるという）との間のバランスを達成するために、多くのパラメータが考慮される。考慮され得る他のパラメータには、標的臓器および標的腫瘍の位置、ＯＡＲの位置、ＯＡＲに対する標的の動きが含まれる。例えば、三次元構造は、ＭＲＩ又はＣＴ画像の各二次元レイヤまたはスライス内の標的の輪郭を描くまたはＯＡＲの輪郭を描くこと、および各二次元レイヤまたはスライスの輪郭を結合することにより取得することができる。輪郭は、手動で（例えば、医師、線量測定士、または医療従事者によって）または自動で（例えば、スウェーデンのストックホルムのエレクタＡＢ社によって製造されたアトラスベースの自動セグメンテーションソフトウェアであるＡＢＡＳ（登録商標）を用いて）生成することができる。特定の実施形態では、標的腫瘍またはＯＡＲの３Ｄ構造は、治療計画ソフトウェアによって自動的に生成される。

【0062】

［０６２］
標的腫瘍とＯＡＲの位置を特定して輪郭を描いた後、線量測定士、医師、または医療従事者は、標的腫瘍に照射される放射線の線量と共に、腫瘍に近接したＯＡＲ（例えば、左右の耳下腺、視神経、目、水晶体、内耳、脊髄、脳幹、または他の解剖学的構造）が受ける可能性のある最大線量とを決定することができる。関連する解剖学的構造（例、標的腫瘍、ＯＡＲ）の放射線量を決定した後、逆計画法（inverse planning）として知られるプロセスを実行して、望ましい放射線量分布を達成する１つまたはそれ以上の治療計画パラメータを決定することができる。治療計画パラメータの例には、（例えば、標的ボリュームの輪郭を定める、機密構造の輪郭を描く、などの）ボリューム描写パラメータ、標的腫瘍およびＯＡＲの周囲のマージン、ビーム角選択、コリメータ設定、および／またはビームオン時間が含まれる。逆計画プロセス中、医師は、ＯＡＲが受ける可能性のある放射線量の境界を設定する線量制約パラメータを定めること（例えば、腫瘍標的への全線量と任意のＯＡＲへのゼロ線量を定めること；脊髄、脳幹、および視覚構造が、それぞれ、４５Ｇｙ以下の線量、５５Ｇｙ以下の線量、および５４Ｇｙより低い線量を受けると定めること）ができる。逆計画の結果は、メモリ１６またはデータベース２４に保存される放射線療法治療計画４２を構成することができる。これらの治療パラメータのいくつかは相関している可能性がある。例えば、治療計画を変更しようとして１つのパラメータ（例えば、標的腫瘍への線量を増やすなどのさまざまな目的の重み）を調整すると、少なくとも１つの他のパラメータに影響を与え、その結果、異なる治療計画が開発される可能性がある。したがって、画像処理装置１２は、放射線治療装置３０が患者に放射線療法治療を提供するために、これらのパラメータを有する調整された放射線療法治療計画４２を生成する。

【0063】

［０６３］
さらに、放射線治療システム１０は、表示装置３４およびユーザインターフェース３６を含むことができる。表示装置３４は、医用画像、インターフェース情報、治療計画パラメータ（例えば、輪郭、線量、ビーム角、など）、治療計画、標的、標的の位置特定、および／または標的の追跡、または、ユーザへの適切な情報、を表示するように構成された１つまたはそれ以上の表示画面を含むことができる。ユーザインターフェース３６は、キーボード、キーパッド、タッチスクリーン、または、ユーザが放射線治療システム１０に情報を入力することができる任意のタイプのデバイスであり得る。または、表示装置３４およびユーザインターフェース３６は、タブレットコンピュータ、例えば、アップル社製のｉＰａｄ（登録商標）、Ｌｅｎｏｖｏ社製のＴｈｉｎｋｐａｄ（登録商標）、サムソン社製のＧａｌａｘｙ（登録商標）のようなデバイスに組み込むことができる。

【0064】

［０６４］
さらに、放射線治療システム１０のありとあらゆる構成要素は、仮想マシン（例えば、ＶＭＷａｒｅ、Ｈｙｐｅｒ−Ｖなど）として実装されてもよい。例えば、仮想マシンはハードウェアとして機能するソフトウェアであってもよい。したがって、仮想マシンは、ハードウェアとして一緒に機能する少なくとも１つまたはそれ以上の仮想プロセッサ、１つまたはそれ以上の仮想メモリ、および／または１つまたはそれ以上の仮想通信インターフェースを含むことができる。例えば、画像処理装置１２、ＯＩＳ２８、画像取得装置３２は、仮想マシンとして実装されてもよい。利用可能な処理能力、メモリ、および計算能力が与えられるならば、放射線治療システム１０全体を仮想マシンとして実装することができる。

【0065】

［０６５］
図２Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、例示的な画像誘導放射線治療装置１５０を示す。装置１５０は、カウチ２１０と、医用撮像装置１４０に対応する医用画像取得部と、放射線治療装置１３０に対応する放射線送達部とを含む。

【0066】

［０６６］
カウチ２１０は、治療セッション中に患者（図示せず）を支持するために使用され、患者支持システムとも呼ばれる。カウチ２１０は、水平の並進軸（「Ｉ」とラベル付けされている）に沿って移動可能であり、カウチ２１０上で横たわっている患者が装置１５０に出入りできるようになっている。いくつかの実施形態では、カウチ２１０は、並進軸を横断する中央垂直回転軸の周りを回転可能である。カウチ２１０は、治療計画に従って患者を適切に配置するために、様々な方向に移動し、様々な軸に沿って回転するように電動化され得る。

【0067】

［０６７］
医用撮像装置１４０は、治療セッションの前、最中、および／または後に患者の２Ｄまたは３ＤＭＲＩ画像を取得するために使用されるＭＲＩ装置を含み得る。医用撮像装置１４０は、磁気共鳴撮像のための一次磁場を生成するための磁石１４６を含み得る。磁石１４６の動作によって生成される磁力線は、中心並進軸Ｉに実質的に平行であることができる。磁石１４６は、並進軸Ｉに平行に走る軸を有する１つ以上のコイルを含み得る。いくつかの実施形態では、磁石１４６の１つまたはそれ以上のコイルは、磁石１４６の中央窓１４７がコイルを含まないように離間されてもよい。他の実施形態では、磁石１４６内のコイルは、放射線治療装置１３０によって生成された波長の放射線に対して実質的に透過するように、十分に薄いか、または密度が低くてもよい。医用撮像装置１４０はまた、磁石１４６の外側の磁場を相殺するために、ほぼ等しい大きさおよび反対の極性の磁石１４６の外側に磁場を生成し得る１つ以上のアクティブシールドコイルを含み得る。放射線治療装置１３０の放射線源１３４は、少なくとも一次の磁場がキャンセルされる領域に配置されてもよい。

【0068】

［０６８］
医用撮像装置１４０は、また、二次勾配コイル１４８および１４９を含むことができ、これらは、主磁場に重ね合わされて勾配磁場を生成することができる。コイル１４８、１４９は、プロトンの位置を決定することができるように、プロトンの空間的な符号化を可能にする結果として磁場の勾配を生成することができる。勾配コイル１４８、１４９は、磁石１４６と共通の中心軸の周りに配置されてもよく、その中心軸に沿って他のものから変位されてもよい。この変位により、コイル１４８と１４９との間に隙間、すなわち窓を形成することができる。磁石１４６がコイル間に中央窓１４７も含む実施形態では、２つの窓は互いに整列されてもよい。

【0069】

［０６９］
放射線治療装置１３０は、Ｘ線源または線形加速器などの放射線源１３４と、マルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）１３２とを含み得る。放射線治療装置１３０は、シャーシ１３８に取り付けることができる。シャーシ１３８は、治療領域に挿入されると、カウチ２１０の周りで連続的に回転可能であり、１つまたはそれ以上のシャーシモーターによって駆動される。放射線検出器は、また、必要に応じて、好ましくは放射線源１３４の反対側で、シャーシ１３８の回転軸が、放射線源１３４と検出器との間に配置されて、シャーシ１３８に取り付けられることができる。放射線治療装置１３０の制御回路は、装置１５０内に統合されてもよいし、それから離れていてもよく、図１Ａの制御コンソール１１０によって機能的に表されている。

【0070】

［０７０］
放射線治療セッションの間、患者は、カウチ２１０上に配置され、カウチ２１０は、磁気コイル１４６、１４８、１４９、およびシャーシ１３８によって規定される治療領域に挿入される。制御コンソール１１０は、放射線源１３４、ＭＬＣ１３２、およびシャーシモーターを制御して、コイル１４８と１４９との間の窓を通して放射線を患者に送達する。いくつかの実施形態では、画像取得装置１４０は、第１のモダリティのオリジナル画像（例えば、図２Ｄに示されたＭＲＩ画像）または第２のモダリティのデスティネーション画像（例えば、図２Ｅに示されたＣＴ画像）を取得することができる。

【0071】

［０７１］
図２Ｂは、Ｘ線源または線形加速器のような放射線源、マルチリーフコリメータ（図示せず）、カウチ１１６、撮像検出器１１４、および放射線治療出力１０４を含む、例示的な放射線治療装置１５０を示す。放射線治療装置１５０は、放射線ビーム１０８を出射して患者に治療を提供するように構成されている。放射線治療出力１０４は、下記の図２Ｅの例示的な例で説明したようなマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）のような１つまたはそれ以上の減衰器またはコリメータを含むことができる。

【0072】

［０７２］
図２Ｂに戻ると、患者は、テーブルまたはカウチ１１６を使用して、領域１１２に配置され、放射線療法治療計画に従って放射線療法線量を受け取ることができる。放射線治療出力１０４は、ガントリ１０６または他の機械的支持体に載せられまたは取り付けられることができる。１つまたはそれ以上のシャーシモーター（図示せず）は、カウチ１１６が治療領域に挿入されるとき、ガントリ１０６および放射線治療出力１０４をカウチ１１６の周りで回転させることができる。一実施形態では、ガントリ１０６は、カウチ１１６が治療領域に挿入されるとき、カウチ１１６の周りで連続的に回転されてもよい。別の実施形態では、カウチ１１６が治療領域に挿入されるとき、ガントリ１０６は所定の位置まで回転されてもよい。例えば、ガントリ１０６は、軸（「Ａ」）を中心に治療出力１０４を回転させるように構成することができる。カウチ１１６と放射線治療出力１０４の両方は、横方向（「Ｔ」）に移動可能、横方向（「Ｌ」）に移動可能、または、横軸（「Ｒ」と表示）を中心とした回転のように１つまたは複数の周りの回転のように、患者の周りの他の位置に独立して移動可能である。１つまたは複数のもの（図示せず）に通信可能に接続されたコントローラは、放射線療法治療計画に従って患者を放射線ビーム１０８の位置に、または外に適切に配置するために、カウチ１１６の動きまたは回転を制御することができる。カウチ１１６とガントリ１０６の両方が複数の自由度で互いに独立して移動可能であるので、放射線ビーム１０８が腫瘍を正確に標的とすることができるように患者を配置することができる。

【0073】

［０７３］
図２Ｂに示す座標系（軸Ａ、Ｔ、Ｌを含む）は、アイソセンタ１１１に位置する原点を有する。アイソセンタは、放射線治療ビーム１０８が、処方された放射線量を患者の上または内部の場所に送達するような、座標軸の原点と交差する場所として定義することができる。例えば、アイソセンタ１１１は、ガントリ１０６によって軸Ａの周りに位置決めされた放射線治療出力１０４の様々な回転位置について、放射線治療ビーム１０８が患者と交差する場所として定義することができる。

【0074】

［０７４］
ガントリ１０６は、また、取り付けられた撮像検出器１１４を有し得る。撮像検出器１１４は、好ましくは放射線源１０４の反対側に配置され、一実施例では、撮像検出器１１４は、治療ビーム１０８のフィールド内に配置することができる。

【0075】

［０７５］
撮像検出器１１４は、ガントリ１０６上に、好ましくは、治療ビーム１０８との位置合わせを維持するような、放射線治療出力１０４の反対側に取り付けることができる。ガントリ１０６が回転すると、撮像検出器１１４が回転軸の周りを回転する。一実施形態では、撮像検出器１１４は、フラットパネル検出器（例えば、直接検出器またはシンチレータ検出器）とすることができる。このようにして、撮像検出器１１４を使用して、治療ビーム１０８を監視することができ、または、撮像検出器１１４を使用して、ポータルイメージングなどの患者の解剖学的構造を撮像することができる。放射線治療装置１５０の制御回路は、システム１００内に統合されてもよいし、システムとは別個であってもよい。

【0076】

［０７６］
図示された実施例では、カウチ１１６、治療出力１０４、またはガントリ１０６のうちの１つまたは複数を自動的に配置することができ、治療出力１０４は、特定の治療送出インスタンスの指定線量に従って治療ビーム１０８を確立することができる。ガントリ１０６、カウチ１１６、または治療出力１０４の１つまたはそれ以上の異なる向きまたは場所を使用するような放射線治療処置計画に従って、一連の治療送達を指定することができる。治療の提供は連続して行うことができるが、アイソセンタ１１１のような患者の上または患者の内部の所望の治療軌跡で交差することができる。それにより、処方された累積線量の放射線療法を、治療部位の近くの組織への損傷が低減または回避しながら、治療部位に送達することができる。

【0077】

［０７７］
図２Ｃは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システムを含むような、線形加速器と撮像システムとの組み合わせを含む、例示的な放射線治療装置１５０を示す。ＣＴ撮像システムは、キロ電子ボルト（ｋｅＶ）のエネルギー範囲でＸ線エネルギーを提供するような撮像Ｘ線源１１８を含むことができる。撮像Ｘ線源１１８は、フラットパネル検出器のような撮像検出器１２３に向けられる扇形および／または円錐ビーム１１９を提供する。放射線療法システム１５０は、放射線治療出力１０４、ガントリ１０６、プラットフォーム１１６、および他のフラットパネル検出器１１４を含むような、図２Ｂに関連して説明されたシステム１５０と同様であり得る。Ｘ線源１１８は、撮像のために、比較的低エネルギーのＸ線診断ビームを提供することができる。

【0078】

［０７８］
図２Ｃの例示的な実施例では、放射線治療出力１０４およびＸ線源１１８は、互いに９０度回転方向に分離された同じ回転ガントリ１０６に取り付けられる。別の実施例では、それぞれが独自の検出器構成を有し、複数の角度の診断撮像を同時に提供することができるような、ガントリ１０６の周囲に沿って２つまたはそれ以上のＸ線源を取り付けることができる。同様に、複数の放射線治療出力１０４を提供することができる。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、放射線治療出力を中心軸（例えば、軸「Ａ」）の周りに回転させることができる構成を含む、患者に放射線治療を提供するように構成される放射線治療装置の実施例の概略を示す。他の放射線治療出力構成を使用することができる。例えば、放射線治療出力は、複数の自由度を持つロボットアームまたはマニピュレータに取り付けることができる。さらに別の実施例では、患者から横方向に離れた領域に位置するような、治療出力を固定することができ、患者を支持するプラットフォームを使用して、放射線治療アイソセンタを患者内の指定された標的位置に整列させることができる。

【0079】

［０７９］
上述したように、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃにより説明される放射線治療装置は、患者内の指定された標的部位への放射線療法ビームの強度を成形、方向付け、または変調するためのマルチリーフコリメータを含む。図２Ｆは、腫瘍１４０の断面または突起に近似するアパーチャを画定するように自動的に配置されることができるリーフ１３２Ａから１３２Ｊを含む、例示的なマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）１３２を示す。リーフ１３２Ａから１３２Ｊは、放射線治療ビームの変調を可能にする。リーフ１３２Ａから１３２Ｊは、放射線治療計画にしたがい、アパーチャ以外の領域で放射線ビームを減衰または遮断するための指定された材料で作られる。例えば、リーフ１３２Ａから１３２Ｊは、プレートの長軸がビーム方向に平行に向けられ、（図２Ｂの図示の平面に示されるような）端部がビーム方向に直角に向けられたタングステンのような金属プレートを含む。ＭＬＣ１３２の「状態」は、腫瘍１４０または他の標的部位の形状または位置をより良く近似する治療ビームを確立するように、放射線治療の経過中に適応的に調整することができる。これは、静的コリメータ構成を使用することと比較して、または「オフライン」治療計画技術を使用して排他的に決定されたＭＬＣ１３２構成を使用することと比較している。ＭＬＣ１３２を使用して腫瘍または腫瘍内の特定の領域に特定の放射線量分布を生成する放射線療法技術は、強度変調放射線療法（ＩＭＲＴ）と呼ばれる。

【0080】

［０８０］
図２Ｇは、本開示のいくつかの実施形態による、別のタイプの放射線治療装置１３０（例えば、レクセルガンマナイフ（Leksell Gamma Knife））の実施例を示す。図２Ｇに示すように、放射線療法治療セッションにおいて、患者２０２は、座標フレーム２２０を着用して、手術または放射線療法を受けている患者の身体部分（例えば、頭）を安定に保つことができる。座標フレーム２２０および患者位置決めシステム２２２は、空間座標系を確立することができ、空間座標系は、患者を撮像している間または放射線手術中に使用することができる。放射線治療装置１３０は、複数の放射線源２１２を封入する保護ハウジング２１４を含むことができる。放射線源２１２は、ビームチャネル２１６を通じて複数の放射線ビーム（例えば、ビームレット）を生成することができる。複数の放射線ビームは、異なる方向からアイソセンタ２１８に集束するように構成することができる。個々の放射線ビームはそれぞれ比較的低い強度であるが、アイソセンタ２１８は、異なる放射線ビームからの複数の線量がアイソセンタ２１８に蓄積されるとき、比較的高いレベルの放射線を受け取ることができる。特定の実施形態では、アイソセンタ２１８は、腫瘍のような手術または治療中の標的に対応する。

【0081】

［０８１］
図３は、例示的な制御コンソール１１０を示す。図３に示すように、制御コンソール１１０は、プロセッサ装置２５０、メモリ／ストレージ装置２６０、通信インターフェース２７０、入力装置２８２、および出力装置２８４を含むことができる。メモリ／記憶装置２６０は、オペレーティングシステム２６２および治療計画／最適化ソフトウェア２６４などのコンピュータ実行可能命令を格納することができる。プロセッサ装置２５０は、メモリ／記憶装置２６０に結合され、そこに記憶されたコンピュータ実行可能命令を実行するように構成され得る。例えば、プロセッサ装置２５０は、治療計画／最適化ソフトウェア２６４を実行して、治療計画および最適化などの機能を実装することができる。プロセッサ装置２５０は、通信インターフェース２７０を介してデータベース１２０と通信して、データベース１２０との間でデータを送受信することができる。図３には１つのデータベース１２０のみが示されているが、当業者は、データベース１２０が中央または分散した方法のいずれかで配置された複数の装置を含み得ることを理解するであろう。

【0082】

［０８２］
プロセッサ装置２５０は、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）のような１つまたはそれ以上の汎用処理装置を含むことができる。より具体的には、プロセッサ装置２５０は、複雑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、非常に長い命令ワード（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、他の命令セットを実装するプロセッサ、または命令セットの組み合わせを実装するプロセッサであり得る。プロセッサ装置２５０はまた、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、グラフィカル処理装置（ＧＰＵ）、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）、システムオンチップ（ＳｏＣ）などのような１つまたはそれ以上の特別な目的の処理装置であり得る。当業者には理解されるように、いくつかの実施形態では、プロセッサ装置２５０は、汎用プロセッサではなく、専用プロセッサであってもよい。

【0083】

［０８３］
メモリ／記憶装置２６０は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、スタティックメモリ、ハードドライブなどを含み得る。いくつかの実施形態では、メモリ／記憶装置２６０は、機械可読記憶媒体を含み得る。例示的な実施形態としての機械可読記憶媒体は単一の媒体であってもよいが、用語「機械可読記憶媒体」は、１つまたはそれ以上の命令／データのセットを記憶する単一の媒体または複数の媒体（例えば、集中型または分散型のデータベース、および／または関連するキャッシュおよびサーバー）を含むと解釈されるべきである。用語「機械可読記憶媒体」は、また、機械によって実行されるための一連の命令を記憶または符号化することが可能であり、機械が本開示の方法論のうちの任意の１つまたは複数の方法論を実行する原因となる任意の媒体を含むものと解釈されるべきである。したがって、用語「機械可読記憶媒体」は、固体メモリ、ならびに光学媒体および磁気媒体を含むが、これらに限定されないものと解釈されるべきである。

【0084】

［０８４］
通信インターフェース２７０は、ネットワークアダプタ、ケーブルコネクタ、シリアルコネクタ、ＵＳＢコネクタ、パラレルコネクタ、ファイバ、ＵＳＢ３．０、サンダーボルトのような高速データ伝送アダプタ、ＷｉＦｉアダプタ、テレコミュニケーション（３Ｇ、４Ｇ／ＬＴＥなど）アダプタのような無線ネットワークアダプタなどを含むことができる。通信インターフェース２７０は、また、放射線治療装置１３０および／または医用撮像装置１４０との通信インターフェースを含み得る。プロセッサ装置２５０は、通信インターフェース２７０を介して、データベース１２０、放射線治療装置１３０、医用撮像装置１４０、または他の装置もしくはシステムと通信することができる。入力装置２８２は、キーボード、マウス、タッチスクリーン、またはユーザによる情報入力を受信するための他の適切な装置を含み得る。出力装置２８４は、ディスプレイ、プリンター、または情報をユーザに出力するための他の適切な装置を含み得る。

【0085】

［０８５］
図４は、いくつかの実施形態による、例示的な放射線治療計画方法またはワークフロー４００のフローチャートである。方法４００を使用して、前のセッションの後に取得された１つまたはそれ以上の医用画像に基づいて前の治療セッションで使用された治療計画を修正し、フラクション間（interfractional）変化を明らかにすることができる。本明細書で使用される場合、以前の治療セッションで使用された治療計画は、基準治療計画とも呼ばれる。例えば、放射線療法を受けている患者は、いくつかのセッションで放射線量を受け取る。各セッションで、医師が処方した総用量の一部が投与される。隣接するセッション間の時間間隔は、１日、数日、１週間、数週間、場合によっては数か月であり得る。結果として、治療の標的（例、腫瘍）は、セッション間でそのサイズ、形状、および／または方向が変わる可能性があり、あるセッション用に開発された治療計画は正確ではなく、これらの変更により次回以降のセッションにおいて受け入れられない場合がある。したがって、以前のセッション用に作成された治療計画を、新しいセッションで遭遇した変化に適合させることが望ましい。一実施例では、基準治療計画はＤＩＣＯＭ−ＲＴ計画を含むことができる。

【0086】

［０８６］
ステップ４１０で、制御コンソール１１０は、基準治療計画を受け取る。基準治療計画は、前の治療セッションで得られた１つまたはそれ以上の医用画像に基づいて、前の治療セッションのために作成されたものでよい。基準治療計画は、また、前の治療セッションで得られた少なくともある構造体セットに基づいて、前の治療セッションのために開発されたものでもよい。少なくとも１つの解剖学的構造体セットは、医用撮像のためのＤＩＣＯＭグレースケール画像化標準に従って放射線療法構造体セットを含むことができる。例えば、解剖学的構造体セットは、少なくとも１つの臓器ラベル（例えば、前立腺または肝臓）および少なくとも１つの臓器ラベルに関連する多角形を定義することができる関連座標を含むことができる。少なくとも１つの解剖学的構造体セットは、少なくとも１つの医用画像に基づいて決定することができる。基準治療計画は、放射線ビーム角度（例えば、アーク／サブアーク配置）およびアパーチャ情報（例えば、各ビーム角度におけるＭＬＣアパーチャの形状）などの計画パラメータを含み得る。本明細書で使用されるように、ビームアーク／サブアーク配置およびアパーチャ情報は、集合的に制御点情報と呼ばれる。

【0087】

［０８７］
図５は、２Ｄ医用画像を参照した例示的なビームアーク／サブアーク配置を示す。図５では、標的５１０およびＯＡＲ５２０は、２Ｄ医用画像に基づいてセグメンテーションされている。セグメンテーションは、手動、半自動、または自動で実行される。例えば、画像セグメンテーション技法を使用して（例えば、制御コンソール１１０を使用して）、標的５１０および／またはＯＡＲ５２０の輪郭を描くことができる。標的／ＯＡＲが描かれた後、複数の角度から放射線量が標的５１０に照射されるように、複数の放射線ビームが設計されることができる。放射線ビームはしばしば、放射線ヘッド２４５が移動する軌道に対応するアーク上に配置される。例えば、図５は、そこから放射が適用され得る複数のアーク５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃ、および５３０Ｄを示す。例えば、放射線ヘッド２４５は、アーク５３０Ａに沿って回転し、アーク５３０Ａに沿った１つまたはそれ以上のポイントで放射線を照射してもよい。アークの配置は、標的および／またはＯＡＲのサイズおよび位置、標的によって受信される所望の線量、ＯＡＲに関して満たされるべき線量−体積制約、および／または当技術分野に熟練した者に知られている他の任意のパラメータに基づいて、手動で、または制御コンソール１１０を使用して決定することができる。

【0088】

［０８８］
いくつかの実施形態では、重み係数が各アークに割り当てられる。重み係数は、そのアークに沿って供給される放射線量の相対的な割合を示す。例えば、アーク５３０Ａは、ＯＡＲ５２０の一部をカバーする。したがって、アーク５３０Ａに割り当てられた重み付け係数は、例えば、アーク５３０Ｂに割り当てられた重み付け係数よりも小さい。

【0089】

［０８９］
いくつかの実施形態では、アークはさらに複数のサブアークに分割されてもよく、各サブアークには別個の重み係数が割り当てられてもよい。例えば、アーク５３０Ａは、２つのセグメント５３４および５３２に分割される。セグメント５３２はＯＡＲ５２０をカバーするので、セグメント５３４に割り当てられた重み付け係数よりも小さい重み付け係数（または、ゼロ重み付け係数さえ）がセグメント５３２に割り当てられる。分割されていないアークとセグメントの違いはそれらの長さのみであるので、簡単にするため、用語「セグメント」は、分割されていないアークまたは分割されたアークのセグメントを指すために使用される。

【0090】

［０９０］
上記のアーク／セグメント配置情報は、ビーム角度またはビーム方向を特徴付け、基準治療計画によって提供されるセグメント情報の一部である。ＩＭＲＴ、他の平面パラメータ、ＭＬＣアパーチャは、セグメント情報の一部でもある。ＭＬＣアパーチャはビーム形状を特徴付け、マルチリーフコリメータのリーフを動かすことで調整される。図６Ａは、太線のＭＬＣアパーチャ６１４を含む例示的なＭＬＣ構成６１０を示し、それを介して、放射線ビームが、アパーチャの形状が標的６１２の形状に一致するように変調される。図６Ａに示すように、アパーチャ６１４の特定の形状は、一組のリーフ６１６Ａ、６１６Ｂ、６１８Ａ、６１８Ｂなどによって構成することができる。各リーフはスラブ形状をしており、アクチュエータ機構により左右に動かすことができる。リーフは放射線遮断材で形成されることができ、対向する２つのリーフが互いに向かって移動するときに、２つのリーフの間隔を通過することができる放射線量が減少するようになる。リーフの複数のペアは、標的６１２のような標的の形状に基づいて、アパーチャ６１４のようなアパーチャを形成することができる。いくつかの実施形態では、放射線ヘッド２４５がセグメントに沿って移動するとき、放射線ビームがアパーチャの特定の形状に従って成形されるように、特定の形状を有するアパーチャをセグメントに関連付けることができる。いくつかの実施形態では、固定されたアパーチャが各セグメントに割り当てられる。他の実施形態では、アパーチャの形状は、単一のセグメントに沿って変化し得る。アパーチャ情報は、基準計画によって提供できるセグメント情報の一部を形成し得る。

【0091】

［０９１］
図４に戻って、ステップ４１０において、制御コンソール１１０は基準計画を受け取り、基準計画は、図５および図６Ａに関連して上述したように、セグメントの配置、セグメントに割り当てられた重み付け係数、およびセグメントに関連付けられたアパーチャ形状のような複数の放射線ビームのセグメント情報を含み得る。基準計画には、線量の制約値も含み得る。線量−容量制約値としても知られている線量制約値は、医師によって処方される。線量制約値の典型的なセットを表１に示す。

【0092】

【表1】

【0093】

［０９２］
表１に示すように、線量制約値は、その腫瘍とＯＡＲを含め、関心のある各解剖学的領域に割り当てられる。線量制約値は、左側が数値のパーセンテージ、右側が線量のしきい値によって指定される。

【0094】

［０９３］
処方箋の最初の４行は、腫瘍と、腫瘍の境界に関する不確実性を説明するために導入された、腫瘍の周囲のいわゆる拡張領域に関するものである。最初の２行は、腫瘍の９５％以上の体積に対して、標的の腫瘍線量が６３Ｇｙのしきい値より高くなければならないことを示している。一方、標的の線量は、腫瘍体積の１％の部分を除いて、７２Ｇｙ未満でなければならない。他の行も同様に解釈される。表１に示したものと同様の線量制約値が、基準治療計画に記載されている。

【0095】

［０９４］
ステップ４２０において、制御コンソール１１０は、医用撮像装置１４０またはデータベース１２０のいずれかから、更新された医用画像を受け取る。更新された医用画像は、新しい治療セッションが始まる前に取得される。更新された医用画像は、標的の変化（例えば、サイズ、形状、向きなど）ならびに標的を取り巻く他の構造を明らかする。更新された解剖学的構造体セットは、更新された医用画像から決定することができ、更新された解剖学的構造体セットは、基準治療計画に従って行われた前の治療セッション中に取得された１つ以上の解剖学的構造体セットと比較して、ステップ４３０における解剖学的構造体のセット間の差異を決定することができる。次に、ステップ４４０において、制御コンソール１１０は、更新された解剖学的構造体セットと前の治療セッション中に取得された解剖学的構造体セットとの間の差異に基づいてセグメント情報を決定することができる。例えば、制御コンソール１１０は、セグメントアパーチャモーフィング（ＳＡＭ）アルゴリズムを使用して更新された解剖学的構造体セットに見られる差異に従って、基準治療計画によって提供されるセグメント情報を調整する。ＳＡＭアルゴリズムは、各ビーム角度と各セグメントに対して、新しい標的のビームアイビュー（新しい標的投影）（ＮＴＰ）と、各ビームの古い標的のビームアイビュー（古い標的投影）（ＯＴＰ）とに基づいて、ＭＬＣモーフィング（リーフシフト）を計算する。例示的なＳＡＭアルゴリズムは、古いアパーチャ形状をいくつかの離散点（境界点）に分割することから始まる。次に、各境界点の座標が直線的にＯＴＰからＮＴＰに変換される。

【0096】

［０９５］
図６Ｂは、変更された標的６２２に適合された例示的なＭＬＣ構成６２０を示す。図６Ｂを参照すると、標的６２２は、標的６１２と比較して小さくなり、標的の形状も変化する。変化を考慮して、いくつかのリーフがシフトされ（例えば、リーフの元の位置が破線で示されているリーフ６１８Ａ、６１６Ｂ、６１８Ｂ）、新しいアパーチャ６２４（太線で示されている）を形成する。新しいアパーチャ６２４は、ステップ４４０におけるセグメント情報の一部として（例えば、ＳＡＭを介して）決定される。

【0097】

［０９６］
図４に戻ると、制御コンソール１１０は、基準治療計画によって提供される１つまたはそれ以上の制約値に基づいて、各放射線ビームのフルエンスマップを決定することができる。フルエンスマップは、ＭＬＣアパーチャの各ポイントでの各ビームの強度を示す。フルエンスマップは強度プロファイルとも呼ばれ、ａ＝１、２、３、…、ｋ（ここで、ｋは使用中のビーム角度の数である）の２次元のノンネガティブ関数Ｉａ（ｘ、ｙ）で表される。フルエンスマップは、基準治療計画によって提供された制約値に基づくフルエンスマップ最適化アルゴリズムと、ＳＡＭアルゴリズムから決定されたセグメント情報を使用して決定することができる。任意の適切なフルエンスマップ最適化アルゴリズムを使用して、フルエンスマップを生成することができる。

【0098】

［０９７］
ステップ４６０において、制御コンソール１１０は、フルエンスマップに基づいて線量分布を決定することができる。図７は、例示的なＭＬＣアパーチャ７１０および例示的な関心のある解剖学的領域７２０を示す。線量分布を計算するための例示的なアルゴリズムは、図７に関連して説明される。アルゴリズムは、長方形のグリッド｛（ｘｉ、ｙｉ）｝をその上に置くことにより、各ビーム角度のＭＬＣアパーチャ７１０を離散化することから始まる。これらの小さな長方形エレメント、すなわち（７１２のような）「ビクセル」の実際の数は、ＭＬＣ装置の物理的なサイズ（ＭＬＣリーフの幅のような）だけでなく、ビーム角度や関心のある解剖学的領域７２０に依存する。例えば、所与のグリッドポイントから放出するビームが、関心のある解剖学的領域７２０との有意な交差または影響がないと決定された場合、この特定のグリッドポイントは考慮から除外される。この離散化により、各ＭＬＣアパーチャは数百（または数千も）の個別の「ビクセル」に分割され、それに対応して、各放射線ビームは同じ数の個別の「ビームレット」（例えば７３０）に分割される。

【0099】

［０９８］
さらに、関心のある解剖学的領域７２０も離散化する必要がある。領域７２０は、処理される標的と、標的を囲むＯＡＲを含む３Ｄボリュームである。領域７２０は、「ボクセル」として知られる小さな３Ｄ直方体エレメント（７２２のような）に離散化される。この離散化では、ボクセルｖ_ｉが受け取る線量は、すべてのビームレット強度値の合計にそれぞれ寄与係数を掛けたものであり、そのビームレットからの単位強度放射ごとにｉ番目のボクセルが受け取る線量を示す。すべての寄与係数は、インフルエンス行列またはカーネル行列と呼ばれる行列形式で配置できる。インフルエンス行列が決定されると、フルエンスマップに基づいて線量分布を決定できる。インフルエンス行列は、さまざまな方法で決定できる。例えば、モンテカルロ（Monte Carlo）サンプリング手法が使用できる。

【0100】

［０９９］
ステップ４７０において、制御コンソール１１０は、（例えば、ＳＡＭアルゴリズムを使用して決定された）線量分布およびセグメント情報に基づいて、新しい治療計画のビーム変調特性を決定することができる。例えば、制御コンソール１１０は、ステップ４６０で決定された線量分布を基準計画によって提供された線量制約値の代わりに目標線量分布として使用して、ウォームスタート最適化を開始することができる。線量制約値（必ずしも特定の線量分布に対応する必要はないが）に対する一連の計画パラメータから生じる線量−体積ヒストグラムを評価する代わりに、制御コンソール１１０は、フルエンスマップに基づいて決定された線量分布を目標分布として使用してもよく、それは、ＭＬＣアパーチャ形状や重み係数のようなビーム変調特性とより直接的なつながりがある。さらに、ウォームスタート最適化は、ステップ４４０で決定されたセグメント情報（例えば、ＳＡＭアルゴリズムから生じるアパーチャ形状）から開始することができる。フルエンスマップが任意のアパーチャ形状から作成される従来のリーフシーケンス法と比較して（治療で使用される特定のＭＬＣによっては達成できない場合がある）、容易に達成可能なアパーチャ形状によって最適化の速度が向上する。最適化の結果には、新しい治療計画で使用される最適化されたＭＬＣアパーチャ形状のセットのような、１つまたはそれ以上のビーム変調特性が含まれる場合がある。１つまたはそれ以上のビーム変調特性は、最適化されたＭＬＣアパーチャにそれぞれ関連付けられた重み係数も含み得る。例えば、重み係数は、（それぞれが対応するアパーチャ形状を有する）セグメントにそれぞれ関連付けられ、対応するセグメントを通して送達されるべき放射線の割合を示すことができる。

【0101】

［０１００］
図８は、テンプレート治療計画に基づいて新しい患者のための新しい治療計画を作成するための例示的な方法８００のフローチャートである。図８を参照すると、方法８００は、方法８００における基準治療計画がテンプレート治療計画であり、比較する前の治療計画または前の医用画像がないので、ＳＡＭが実行されないことを除いて、方法４００と類似している。ステップ８１０において、制御コンソール１１０は、線量制約値およびセグメント情報を含むテンプレート治療計画を受け取る。テンプレート治療計画はサンプルとして提供され、個々の患者の特定の状況に合わせて調整される。テンプレート治療計画は、データベース１２０に格納することができる。ステップ８２０において、制御コンソール１１０は、ステップ４５０と同様に、テンプレート治療計画の線量制約値に基づいて各放射線ビームのフルエンスマップを決定する。ステップ８３０において、制御コンソール１１０は、ステップ４６０と同様に、フルエンスマップに基づいて線量分布を決定する。ステップ８４０において、制御コンソール１１０は、ステップ４７０と同様に、線量分布およびテンプレート治療計画のセグメント情報に基づいて、新しい治療計画の少なくとも１つのビーム変調特性を決定する。目標線量としてフルエンスマップに基づいて決定された線量分布を使用することは、線量制約値を使用する場合と比較して、計画プロセスの速度を向上させる。さらに、ウォームスタートの最適化は、容易に達成可能なアパーチャの形状から始まり、それにより最適化の処理時間が短縮される。

【0102】

［０１０１］
図９は、基準治療計画に基づいて患者の治療計画を作成するための例示的な方法９００のフローチャートである。ステップ９１０において、制御コンソール１１０は、１つまたはそれ以上の線量制約値および制御点情報を含む基準治療計画を受け取る。基準治療計画は、データベース１２０に格納することができる。ステップ９２０において、制御コンソール１１０は、医用撮像装置１４０またはデータベース１２０のいずれかから、基準治療計画に含まれていない少なくとも１つの医用画像および構造体セットを受け取る。次に、新しい治療計画は、受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットに基づいて決定される。新しい治療計画は、基準計画が実行されたのと同じ患者のためのものであり得る。新しい治療計画は、基準計画が実行された患者とは異なる患者のためのものであり得る。ステップ９３０において、複数の放射線ビームの制御点情報は、基準治療計画に基づいて制御コンソール１１０によって決定され、複数の放射線ビームは、受け取られた少なくとも１つの医用画像に登録される。ステップ９４０において、最適化されたフルエンスマップは、複数の放射線ビームのそれぞれについて制御コンソール１１０によって決定される。最適化された各フルエンスマップは、フルエンスマップ最適化アルゴリズムと受信した少なくとも１つの医用画像と構造体セットを使用して、基準治療計画に含まれる１つ以上の線量制約値に基づいて決定される。ステップ９５０において、最適化された線量分布は、複数の放射線ビームの最適化されたフルエンスマップに基づいて制御コンソールによって決定される。ステップ９６０において、新しい治療計画の少なくとも１つのビーム変調特性は、最適化された線量分布を達成するために、制御点の形状および／または重み、および／または複数の放射線ビームの重みを最適化することにより、基準治療計画に含まれる制御点情報に基づく制御点情報に基づいて、ウォームスタート最適化アルゴリズムを使用して、制御コンソールによって決定される。いくつかの実施形態では、方法９００は、ステップ９７０−９９０も含む。ステップ９７０において、更新された医用画像は、制御コンソール１１０によって受け取られる。ステップ９８０において、更新された医用画像のために設定された更新された構造は、制御コンソール１１０によって決定される。いくつかの実施形態では、更新された構造体セットは、制御コンソール１１０によって受信される。更新された構造体セットと基準治療計画に含まれる構造体セットとの間の差異は、制御コンソール１１０によって決定される。ステップ９９０において、差異に基づく修正された制御点情報は、セグメントアパーチャモーフィング（ＳＡＭ）アルゴリズムを使用することによって制御コンソールによって決定される。変更された制御点情報は、ウォームスタートの最適化に使用される。

【0103】

［０１０２］
本明細書では、ソフトウェアコードまたは命令として実装または定義され得る様々な操作または機能が説明されている。このようなコンテンツは、直接実行可能（「オブジェクト」または「実行可能」形式）、ソースコード、または差分コード（「デルタ」または「パッチ」コード）であり得る。本明細書で説明する実施形態のソフトウェア実装は、コードまたは命令が格納された製品を介して、または通信インターフェースを介してデータを送信するように通信インターフェースを動作させる方法を介して提供され得る。機械またはコンピュータ可読記憶媒体は、機械に記載された機能または動作を実行させることができ、記録可能／記録不可能なメディア（例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスクストレージメディア、光ストレージメディア、フラッシュメモリデバイス、など）のような、機械（例えば、コンピューティングデバイス、電子システムなど）によってアクセス可能な形式で情報を記憶する任意のメカニズムを含むものである。通信インターフェースは、ハードワイヤード、ワイヤレス、光学などの媒体にインターフェースして、メモリバスインターフェース、プロセッサバスインターフェース、インターネット接続、ディスクコントローラーのような、別のデバイスと通信するメカニズムを含む。通信インターフェースは、ソフトウェアコンテンツを記述したデータ信号を提供するため、通信インターフェースを準備するために、構成パラメータを提供すること、および／または信号を送信することによって構成することができる。通信インターフェースには、通信インターフェースに送信される１つまたはそれ以上のコマンドまたは信号を介してアクセスすることができる。

【0104】

［０１０３］
本開示はまた本明細書で説明される動作を実行するためのシステムに関する。このシステムは、必要な目的のために特別に構築されてもよく、また、このシステムは、コンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動または再構成される汎用コンピュータとして構成されてもよい。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納され、その記憶媒体は、これらに限定されるものではないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気カード、光学カードなどのいかなるタイプのディスクや、電気的命令を格納するのに適したいかなるタイプの媒体のようなものであり、それぞれがコンピュータシステムバスに接続される。

【0105】

［０１０４］
本明細書で図示および説明される実施形態における動作の実行または実行の順序は、特に指定されない限り、必須ではない。すなわち、特に明記しない限り、操作は任意の順序で実行でき、本発明の実施形態は、本明細書に開示されているものよりも多いまたは少ない操作を含むことができる。例えば、他の操作の前、同時、または後に特定の操作を実行または実行することは、本発明の態様の範囲内であると考えられる。

【0106】

［０１０５］
実施形態は、コンピュータ実可能命令により実装することができる。コンピュータ実行可能命令は、１つまたはそれ以上のコンピュータ実行可能コンポーネントまたはモジュールに編成され得る。実施形態は、そのようなコンポーネントまたはモジュールの任意の数および編成で実装することができる。例えば、本開示の態様は、図面に示され、本明細書で説明される特定のコンピュータ実行可能命令または特定のコンポーネントまたはモジュールに限定されない。他の実施形態は、本明細書に図示および記載されているよりも多いまたは少ない機能を有する、異なるコンピュータ実行可能命令またはコンポーネントを含み得る。

【0107】

［０１０６］
本開示の態様を詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲で定義される本開示の態様の範囲から逸脱することなく、修正および変更が可能であることは明らかであろう。本開示の態様の範囲から逸脱することなく、上記の構造、製品、および方法に様々な変更を加えることができるので、上記の説明に含まれ、添付の図面に示されるすべての事項は、例示として解釈されるべきであり、限定的な意味として解釈されるべきではない。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2F】

【図2G】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2020年7月6日

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0007】

［発明の概要］
［００７］
本開示の特定の実施形態は、放射線治療計画システムに関する。システムは、コンピュータ実行可能命令を格納するメモリ装置を含み得る。システムは、また、メモリ装置に通信可能に結合された少なくとも１つのプロセッサ装置を含み得る。コンピュータ実行命令は、少なくとも１つのプロセッサ装置により実行されたとき、プロセッサ装置に次の操作を実行させる。操作は、基準治療計画を受け取るステップを含み得る。基準治療計画は、標的および／またはＯＡＲに対する１つまたはそれ以上の線量制約値と制御点情報を含み得る。操作は、また、受け取られた基準治療計画に含まれていない少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを受け取るステップを含み得る。操作は、また、受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとに基づいて新しい治療計画を決定するステップを含み得る。操作は、また、基準治療計画に基づいて、複数の放射線ビームの制御点情報を決定し、複数の放射線ビームを受け取られた少なくとも１つの医用画像に登録するステップを含み得る。操作は、また、フルエンスマップ最適化アルゴリズムと受け取られた少なくとも１つの医用画像と構造体セットとを使用して、基準治療計画に含まれる１つまたはそれ以上の線量制約値に基づいて、複数の放射線ビームのそれぞれについて最適化されたフルエンスマップを決定するステップを含み得る。操作は、また、複数の放射線ビームの最適化されたフルエンスマップに基づいて、最適化された線量分布を決定するステップを含み得る。操作は、また、最適化された線量分布を達成するためのように、制御点の形状および／または重み、および／または複数の放射線ビームの重みを最適化することにより、基準治療計画に含まれる制御点情報に基づいてウォームスタート最適化アルゴリズムを使用するようにして、新しい治療計画の少なくとも１つのビームの変調特性を決定するステップを含み得る。新しい治療計画は、基準計画が実行された患者と同じ患者のためのものであり得る。新しい治療計画は、基準計画が実行された患者と異なる患者のためのものであるあり得る。操作は、また、少なくとも１つの更新された医用画像を受け取るステップと、更新された医用画像のための更新された構造体セットを決定する、または、更新された構造体セットを受け取るステップと、更新された構造体セットと基準治療計画に含まれている構造体セットとの間の差異を決定するステップと、差異に基づいて修正された制御点情報を決定するステップであって、セグメントアパーチャモーフィングアルゴリズムを使用し、ウォームスタート最適化に対する修正された制御点情報を使用するステップとを含み得る。更新された医用画像を受け取るステップは、基準計画が実行された患者と同じ患者から更新された医用画像を受け取るステップを含み得る。更新された医用画像を受け取るステップは、基準計画が実行された患者と異なる患者に対する更新された医用画像を受け取るステップを含み得る。基準治療計画は、所定の計画テンプレートに基づいており、新しい治療計画は、基準計画が実行された患者とは異なる患者のためのものであり得る。制御点情報は、複数の放射線ビームが変調されるマルチリーフコリメータアパーチャのセットの形状を含み得る。１つまたはそれ以上の線量制約値は、１つまたはそれ以上のリスク臓器（ＯＡＲ）が受ける放射線量の制約を含み得る。新しい治療計画の少なくとも１つのビーム変調特性は、複数の放射線ビームが変調される最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャのセットの形状を含み得る。新しい治療計画の少なくとも１つのビーム変調特性は、セット内の最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャにそれぞれ関連付けられた重み係数を含み、重み係数は、最適化されたマルチリーフコリメータアパーチャのそれぞれを介して送達される放射線線量の相対的比率を示し得る。

【国際調査報告】