計画に基づいた医用画像レジストレーションのための方法
【課題】本方法は、患者を放射線ビームに位置合わせするときの誤差を求める。
【解決手段】治療計画中に計画容積Ｖが取得され、治療中に治療容積Ｉが取得される。座標変換Ｔによって位置合わせされることになる前記計画容積および前記治療容積内の点ｒ毎に、重み付けされた誤差ＷＥが、重み付け関数Ｗ（ｒ）によって重み付けされた、前記計画容積および前記治療容積に適用される目的関数Ｆ（ｒ，Ｔ）を用いて
のように最小にされ、ここで、Ｗ（ｒ）はターゲット重みＷＴ、リスク組織重みＷＲ、および送達線量重みＷＤの関数である。
【解決手段】治療計画中に計画容積Ｖが取得され、治療中に治療容積Ｉが取得される。座標変換Ｔによって位置合わせされることになる前記計画容積および前記治療容積内の点ｒ毎に、重み付けされた誤差ＷＥが、重み付け関数Ｗ（ｒ）によって重み付けされた、前記計画容積および前記治療容積に適用される目的関数Ｆ（ｒ，Ｔ）を用いて
のように最小にされ、ここで、Ｗ（ｒ）はターゲット重みＷＴ、リスク組織重みＷＲ、および送達線量重みＷＤの関数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、包括的には放射線療法のための放射線治療計画に関し、より詳細には、計画に基づいた医用画像レジストレーションのための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
患者は、放射線治療を受けることになると、放射線ビームのアイソセンタと慎重に位置合わせされる必要がある。通常、治療計画中に、治療されることになる組織が識別され、位置特定される。そして、後の治療期間中、計画期間中と全く同じ位置を再生することが課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
患者の位置決めのために様々な技法を用いることができる。位置合わせを実行するために治療台に適用する必要がある変換を回復するために、しばしば何らかの自動レジストレーション手順が展開される。しかしながら、要求される位置を除くすべての計画データが無視されるのが通例である。この結果、自動位置合わせの精度が下がることとなる。精度の問題の根源は、計画容積および治療容積内のすべてのデータ点が、最小２乗誤差（ＭＳＥ）を計算するときに、等しく用いられる、ということにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明の実施の形態は、計画放射線量に基づく重み付け方法を提供する。本方法の利点は、最適化によって、放射線が送達されない身体のエリアの位置合わせ不良が許容されるが、影響を受けるエリアおよびリスク組織（tissue-at-risk）における位置合わせ不良に対する最適化の感度が、従来の均一な重み付け方法よりも高いことである。
【発明の効果】
【０００５】
本方法は、組織の所与の部分が放射によって影響を受ける程度に比例して位置合わせ不良のコストを選択的に重み付けする「ソフトな」関心領域技法を適用する。これによって、放射線治療中に患者をより精密かつ正確にレジストレーションすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】この発明の実施の形態１による、計画に基づいた医用画像レジストレーションのためのシステムおよび方法のブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による、計画に基づいた医用画像レジストレーションのための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
実施の形態１．
図１は、患者が治療台１１０の上に位置決めされている間に、放射ビーム１０２、たとえばソース１０３によって生成された粒子ビームによって患者１０１の腫瘍１００の放射線療法を行うための、計画に基づいた医用画像レジストレーションのためのシステム１２０および方法２００を示している。
【０００８】
治療計画中、計画容積１２１が取得される。そして、後の放射線治療中、治療容積が取得される。容積は、コンピューター断層撮影（ＣＴ）などの、いくつかの医用撮像技法を用いて取得することができる。
【０００９】
着想は、治療容積を計画容積と位置合わせするのに必要とされる座標変換１３１を台１１０にも適用することによって、それらの容積の位置合わせを行うことである。容積は表示デバイス１３０上で視覚化することができる。方法２００のステップは、後述するように、当該技術分野において既知のメモリおよび入力／出力インターフェースを備えるプロセッサ１２０上で実行することができる。
【００１０】
この発明は、患者の治療エリア内のすべてのエリアが位置合わせに等しく重要なわけではないということに基づく。たとえば、組織内の点に影響を与えることになる放射線が存在しない場合、組織が治療計画とどれだけ正確に位置合わせされるかは重要でない。逆に、患者の身体の重要な構造が放射線の到達範囲外に位置決めされることは非常に重要である。そして最後に、治療容積は規定されたように精密に位置決めされなくてはならない。
【００１１】
この方法は、制約ベースの重み付け方式を用いて、より正確な位置合わせをもたらす。該方式は、計画および線量計算システムの出力を用いて、組織内のより大きな歪み度合いも許容しながら、従来の方法よりも潜在的に高速かつ正確な患者位置の解決に到達する。
【００１２】
図２に示すように、この方法は、誤差関数の計算における各ボクセルｒの寄与が、
ターゲット重みＷＴ２０１、
リスク組織排除重みＷＲ２０２、および
送達線量重みＷＤ２０３、
に比例して重み付けされる定式化を用いる。
【００１３】
治療されることになる規定のターゲット領域内のボクセルにターゲット重みが割り当てられる。すべての重みは相関しているので、ターゲット重みは任意の「基準重み」とすることができ、他の重みはターゲット重みと比べて「より重要である」または「より重要でない」という用語で表される。たとえば、ＷＤ＜ＷＴ≦ＷＲである。重みは、重みＷｔが過剰線量よりも過小線量により多くのペナルティーを科す一方、重みＷｒが過小線量よりも過剰線量により多くのペナルティーを科すように、過剰線量および過小線量について非対称にすることができる。
【００１４】
多くの定式化において、総位置合わせ不良誤差は累積量として計算され、医用画像内のすべてのボクセルにわたって総計される。たとえば、変換Ｔに関する、治療容積と計画容積との間の単純な平均２乗誤差ＭＳＥ（Ｔ）は以下のように計算される。
【００１５】
【数１】
【００１６】
ここで、Ｔは座標変換であり、Ｉは治療容積であり、Ｖは計画容積であり、ｒは位置合わせされることになる容積内の位置である。
【００１７】
この発明の実施の形態１による方法は、
【００１８】
【数２】
【００１９】
のように求められた重み付けされたＭＳＥを用いる。
【００２０】
より一般的には、重み付けされた誤差ＷＥ２０９は、重み付け関数Ｗ（ｒ）によって重み付けされた目的関数Ｆ（ｒ，Ｔ）を用いて最小にされる（２１０）。
【００２１】
【数３】
【００２２】
ここで、Ｗ（ｒ）は、重みＷＴ（ｒ）、すなわちターゲット重み、ＷＲ（ｒ）、すなわちリスク組織重み、およびＷＤ（ｒ）、すなわち送達線量重みの或る関数である。
【００２３】
この発明を好ましい実施の形態の例として説明してきたが、この発明の精神および範囲内で様々な他の適応および変更を行うことができることは理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、この発明の真の精神および範囲内に入るすべての変形および変更を包含することである。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、包括的には放射線療法のための放射線治療計画に関し、より詳細には、計画に基づいた医用画像レジストレーションのための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
患者は、放射線治療を受けることになると、放射線ビームのアイソセンタと慎重に位置合わせされる必要がある。通常、治療計画中に、治療されることになる組織が識別され、位置特定される。そして、後の治療期間中、計画期間中と全く同じ位置を再生することが課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
患者の位置決めのために様々な技法を用いることができる。位置合わせを実行するために治療台に適用する必要がある変換を回復するために、しばしば何らかの自動レジストレーション手順が展開される。しかしながら、要求される位置を除くすべての計画データが無視されるのが通例である。この結果、自動位置合わせの精度が下がることとなる。精度の問題の根源は、計画容積および治療容積内のすべてのデータ点が、最小２乗誤差（ＭＳＥ）を計算するときに、等しく用いられる、ということにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明の実施の形態は、計画放射線量に基づく重み付け方法を提供する。本方法の利点は、最適化によって、放射線が送達されない身体のエリアの位置合わせ不良が許容されるが、影響を受けるエリアおよびリスク組織（tissue-at-risk）における位置合わせ不良に対する最適化の感度が、従来の均一な重み付け方法よりも高いことである。
【発明の効果】
【０００５】
本方法は、組織の所与の部分が放射によって影響を受ける程度に比例して位置合わせ不良のコストを選択的に重み付けする「ソフトな」関心領域技法を適用する。これによって、放射線治療中に患者をより精密かつ正確にレジストレーションすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】この発明の実施の形態１による、計画に基づいた医用画像レジストレーションのためのシステムおよび方法のブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による、計画に基づいた医用画像レジストレーションのための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
実施の形態１．
図１は、患者が治療台１１０の上に位置決めされている間に、放射ビーム１０２、たとえばソース１０３によって生成された粒子ビームによって患者１０１の腫瘍１００の放射線療法を行うための、計画に基づいた医用画像レジストレーションのためのシステム１２０および方法２００を示している。
【０００８】
治療計画中、計画容積１２１が取得される。そして、後の放射線治療中、治療容積が取得される。容積は、コンピューター断層撮影（ＣＴ）などの、いくつかの医用撮像技法を用いて取得することができる。
【０００９】
着想は、治療容積を計画容積と位置合わせするのに必要とされる座標変換１３１を台１１０にも適用することによって、それらの容積の位置合わせを行うことである。容積は表示デバイス１３０上で視覚化することができる。方法２００のステップは、後述するように、当該技術分野において既知のメモリおよび入力／出力インターフェースを備えるプロセッサ１２０上で実行することができる。
【００１０】
この発明は、患者の治療エリア内のすべてのエリアが位置合わせに等しく重要なわけではないということに基づく。たとえば、組織内の点に影響を与えることになる放射線が存在しない場合、組織が治療計画とどれだけ正確に位置合わせされるかは重要でない。逆に、患者の身体の重要な構造が放射線の到達範囲外に位置決めされることは非常に重要である。そして最後に、治療容積は規定されたように精密に位置決めされなくてはならない。
【００１１】
この方法は、制約ベースの重み付け方式を用いて、より正確な位置合わせをもたらす。該方式は、計画および線量計算システムの出力を用いて、組織内のより大きな歪み度合いも許容しながら、従来の方法よりも潜在的に高速かつ正確な患者位置の解決に到達する。
【００１２】
図２に示すように、この方法は、誤差関数の計算における各ボクセルｒの寄与が、
ターゲット重みＷＴ２０１、
リスク組織排除重みＷＲ２０２、および
送達線量重みＷＤ２０３、
に比例して重み付けされる定式化を用いる。
【００１３】
治療されることになる規定のターゲット領域内のボクセルにターゲット重みが割り当てられる。すべての重みは相関しているので、ターゲット重みは任意の「基準重み」とすることができ、他の重みはターゲット重みと比べて「より重要である」または「より重要でない」という用語で表される。たとえば、ＷＤ＜ＷＴ≦ＷＲである。重みは、重みＷｔが過剰線量よりも過小線量により多くのペナルティーを科す一方、重みＷｒが過小線量よりも過剰線量により多くのペナルティーを科すように、過剰線量および過小線量について非対称にすることができる。
【００１４】
多くの定式化において、総位置合わせ不良誤差は累積量として計算され、医用画像内のすべてのボクセルにわたって総計される。たとえば、変換Ｔに関する、治療容積と計画容積との間の単純な平均２乗誤差ＭＳＥ（Ｔ）は以下のように計算される。
【００１５】
【数１】
【００１６】
ここで、Ｔは座標変換であり、Ｉは治療容積であり、Ｖは計画容積であり、ｒは位置合わせされることになる容積内の位置である。
【００１７】
この発明の実施の形態１による方法は、
【００１８】
【数２】
【００１９】
のように求められた重み付けされたＭＳＥを用いる。
【００２０】
より一般的には、重み付けされた誤差ＷＥ２０９は、重み付け関数Ｗ（ｒ）によって重み付けされた目的関数Ｆ（ｒ，Ｔ）を用いて最小にされる（２１０）。
【００２１】
【数３】
【００２２】
ここで、Ｗ（ｒ）は、重みＷＴ（ｒ）、すなわちターゲット重み、ＷＲ（ｒ）、すなわちリスク組織重み、およびＷＤ（ｒ）、すなわち送達線量重みの或る関数である。
【００２３】
この発明を好ましい実施の形態の例として説明してきたが、この発明の精神および範囲内で様々な他の適応および変更を行うことができることは理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、この発明の真の精神および範囲内に入るすべての変形および変更を包含することである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計画に基づいた医用画像レジストレーションのための、患者を放射線ビームに位置合わせするときの誤差を求めるための方法であって、
治療計画中に計画容積Ｖを取得するステップと、
治療中に治療容積Ｉを取得するステップと、
座標変換Ｔによって位置合わせされることになる前記計画容積および前記治療容積内の点ｒ毎に、重み付けされた誤差ＷＥを、重み付け関数Ｗ（ｒ）によって重み付けされた、前記計画容積および前記治療容積に適用される目的関数Ｆ（ｒ，Ｔ）を用いて
【数１】
のように最小にするステップであって、ここで、Ｗ（ｒ）はターゲット重みＷＴ、リスク組織重みＷＲ、および送達線量重みＷＤの関数であり、該最小にするステップはプロセッサにおいて実行される、最小にするステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
【数２】
である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記重みはＷＤ＜ＷＴ≦ＷＲである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記放射線ビームは粒子ビームである、請求項１に記載の方法。
【請求項１】
計画に基づいた医用画像レジストレーションのための、患者を放射線ビームに位置合わせするときの誤差を求めるための方法であって、
治療計画中に計画容積Ｖを取得するステップと、
治療中に治療容積Ｉを取得するステップと、
座標変換Ｔによって位置合わせされることになる前記計画容積および前記治療容積内の点ｒ毎に、重み付けされた誤差ＷＥを、重み付け関数Ｗ（ｒ）によって重み付けされた、前記計画容積および前記治療容積に適用される目的関数Ｆ（ｒ，Ｔ）を用いて
【数１】
のように最小にするステップであって、ここで、Ｗ（ｒ）はターゲット重みＷＴ、リスク組織重みＷＲ、および送達線量重みＷＤの関数であり、該最小にするステップはプロセッサにおいて実行される、最小にするステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
【数２】
である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記重みはＷＤ＜ＷＴ≦ＷＲである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記放射線ビームは粒子ビームである、請求項１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２４５２８９（Ｐ２０１１−２４５２８９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１０６３０９（Ｐ２０１１−１０６３０９）
【出願日】平成２３年５月１１日（２０１１．５．１１）
【出願人】（５９７０６７５７４）ミツビシ・エレクトリック・リサーチ・ラボラトリーズ・インコーポレイテッド (484)
【住所又は居所原語表記】２０１ ＢＲＯＡＤＷＡＹ， ＣＡＭＢＲＩＤＧＥ， ＭＡＳＳＡＣＨＵＳＥＴＴＳ ０２１３９， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０６３０９（Ｐ２０１１−１０６３０９）
【出願日】平成２３年５月１１日（２０１１．５．１１）
【出願人】（５９７０６７５７４）ミツビシ・エレクトリック・リサーチ・ラボラトリーズ・インコーポレイテッド (484)
【住所又は居所原語表記】２０１ ＢＲＯＡＤＷＡＹ， ＣＡＭＢＲＩＤＧＥ， ＭＡＳＳＡＣＨＵＳＥＴＴＳ ０２１３９， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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