JP7397909B2 - 肺癌放射線のためのガイダンス - Google Patents

Description

本発明は、腫瘍へ向けて放射線をターゲットすることに関する。

放射線治療（ＲＴ）において、治療用の放射線ビームが、腫瘍に適用される。隣接する健康な組織又は器官に損傷を与えることを回避するために、ＲＴは、一般には、腫瘍を含む患者の領域のコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）画像又は磁気共鳴（ＭＲ）画像を使用して、前もって計画される。１つのアプローチにおいて、放射線治療計画（時にはＲＴ「シミュレーション」と呼ばれる）は、腫瘍及び周囲組織における、シミュレーションされた吸収放射線量分布を計算し、放射線治療のパラメータ（例えば、ビーム位置、マルチリーフコリメータ設定、トモグラフィパラメータ、その他）は、計画標準を満たすシミュレーションされた放射線治療線量を達成する（例えば、危険な健康器官／組織における線量を、指定された最大閾値以下に保つことと組み合わせて、腫瘍における少なくとも最小値線量を達成する）ために、シミュレーションの中で調整される。肺腫瘍又は胸腔内の他の腫瘍のＲＴにおいて、肺腫瘍は患者の吸気及び呼気と同調して移動する（動く）ので、呼吸運動は、腫瘍を標的とする（target）ことを困難にするという問題を含む。

肺腫瘍の移動に対処するための通常の解決策は、呼吸サイクルの全体にわたって腫瘍を含むのに十分大きいマージンを有して放射線を適用するようにＲＴを計画することである。残念ながら、これは、周囲の健康組織に付加の線量を与える。これは、肺腫瘍に対する他の重要臓器（例えば心臓）の潜在的な近さを考慮する際に特に問題でありうる。

別のアプローチは、特定の呼吸フェーズ（例えば呼気）についてマージンを設計し、スパイロメーターを使用して又は呼吸のどのフェーズに患者がいるかを決定するための他の呼吸モニタを使用して、呼吸ゲーティングを実施することである。このようにして、放射線ビームは、腫瘍が特定の位置にあることが分かっている呼吸サイクルの部分の最中、遮られることができる。しかしながら、呼吸フェーズと肺腫瘍位置との間の相関関係は、間接的であり、貧弱でありうる。

１つの見地によれば、腫瘍検出装置は、超音波画像を受け取り、受け取った超音波画像を使用して、腫瘍の現在ロケーションを決定するようにプログラムされた電子装置を具備する。いくつかの実施形態において、腫瘍の現在ロケーションは、超音波画像を複数のシミュレーションフェーズ超音波画像と比較して、最も似ているシミュレーションフェーズ超音波画像を識別すること；及び複数のシミュレーションフェーズ超音波画像の各シミュレーションフェーズ超音波画像に腫瘍のロケーションを割り当てる予め決められた関係を使用して、腫瘍の現在ロケーションを決定すること、によって決定される。ある実施形態において、腫瘍の現在ロケーションは、超音波画像内のイメージングされた解剖学的特徴を、複数の異なるロケーションにおける解剖学的特徴を表現する複数のメッシュと比較して、最も似ているメッシュを識別すること；及び、複数のメッシュの各メッシュに腫瘍のロケーションを割り当てる予め決められた関係を使用して、腫瘍の現在ロケーションを決定すること、によって決定される。ある実施形態において、解剖学的特徴は横隔膜であり、腫瘍は肺腫瘍である。

別の見地において、腫瘍検出装置は、横隔膜の超音波画像を取得するように構成された超音波装置と、横隔膜の超音波画像、及び複数の異なるジオメトリにおける横隔膜のシミュレーションフェーズ超音波画像の組に又は複数の異なるジオメトリにおける横隔膜を表現するメッシュの組に、腫瘍ロケーションを割り当てる予め決められた関係、を使用して、腫瘍の現在ロケーションを決定するようプログラムされた電子データ処理装置と、を有する。

別の見地において、腫瘍検出方法は、患者の横隔膜の超音波画像を取得するステップと、取得された超音波画像及び腫瘍位置付け関係を使用して、患者の腫瘍の現在ロケーションを決定するステップと、を含む。決定するステップは、取得された超音波画像内の腫瘍を検出することを含まない。腫瘍は、例えば肺腫瘍でありうる。

１つの利点は、肺腫瘍の放射線治療の最中に重要臓器に供給される、より小さい放射線量にある。

別の利点は、放射線治療の最中、移動する腫瘍の改善された狙い撃ちにある。

他の利点は、この開示を読み理解することにより当業者に思いつくであろう。特定の実施形態は、これらの利点のうちの１つ、２つ、又はすべてを達成することができ、又はどれも達成しないことがあることを理解すべきである。

本発明は、さまざまなコンポーネント及びコンポーネントの取り合わせ、並びにさまざまなステップ及びステップの取り合わせの形をとりうる。図面は、好適な実施形態を例示するためにだけあり、本発明を制限するものとして解釈されるべきでない。

シミュレーションフェーズ中に取得される超音波画像を含む第１の好適な実施形態を概略的に示す図。 シミュレーションフェーズ中に取得される超音波画像を含まない第２の好適な実施形態を概略的に示す図。 対応する超音波及びＣＴ画像／ボリュームを取得する例を示す図。 ＣＴボリューム上への超音波ボリュームのオーバレイの２つの例を示す図。 例示的なメッシュを示す図。 メッシュと超音波画像の概略的なオーバラップを示す図。 方法の第１の好適な実施形態を概略的に示す図。 方法の第２の好適な実施形態を概略的に示す図。

ここに開示されるアプローチにおいて、横隔膜のイメージングされる位置が、放射線治療（ＲＴ）の最中、肺腫瘍の位置を決定し追跡するために利用される。ここでは、横隔膜の位置が、腫瘍位置の良好な代用物を提供する。呼吸は、横隔膜によって引き起こされ、横隔膜は、吸気の最中、収縮し、下方に移動して、肺を拡張させ、これによって、肺腫瘍の動きが、引き起こされ、従って一般に横隔膜のこの動きと相関付けられる。有利に、横隔膜の位置は、超音波イメージングによって監視されることができる。逆に、ＲＴの間、肺腫瘍の位置を直接測定し追跡するための超音波イメージングは、肺の中の空気のため、実際的でない。

上述のアプローチを使用するために、シミュレーション又は計画フェーズ中に収集された情報を、処置フェーズ中に超音波によってイメージングされる横隔膜位置とマッチング（突き合わせ）して、肺腫瘍の位置を得ることが開示される。

図１を参照して、シミュレーション又は計画フェーズ中、肺腫瘍の位置が、横隔膜の超音波画像と相関付けられる。ある実施形態において、呼吸サイクルを通じて腫瘍位置が取得されるように、呼吸モニタ２が、呼吸フェーズ４を監視する。しかしながら、ある実施形態において、呼吸モニタリングを省くことが企図される。図１の例示の実施形態において、患者のコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）画像８が、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）イメージングシステム６を使用して取得されることができる。放射線治療計画の場合のこれらのＣＴ画像は、通常、３次元画像である。更に、ＣＴ画像は、さまざまな時間に取得される（時折４ＤＣＴとも呼ばれる）。一般的な４ＤＣＴアプローチにおいて、呼吸フェーズ４に基づく呼吸ゲーティングが、異なる呼吸フェーズ「ビン」にＣＴイメージングデータを割り当てるために用いられ、割り当てられたＣＴイメージングデータの各々は、個々の異なる呼吸フェーズの腫瘍の画像を生成するために再構成される。

ＣＴ画像８は、肺腫瘍の位置の情報を与え、放射線治療計画において使用される密度マップ９を生成するために使用されることができる。密度マップ９を生成するために、ＣＴ画像８は、ＣＴイメージングにおいて使用されるＸ線に対する、ＲＴにおいて使用される治療放射線の吸収係数の差について調整されることができる。より一般的にいえば、ＣＴイメージングシステム６は、肺腫瘍及び横隔膜の両方のコントラストを提供するための別のイメージングモダリティと置き換えられることもできる。例えば、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムが、ＣＴイメージングシステム６の代わりに使用されることができることが企図される。この場合、密度マップは、例えば、異なる組織タイプ（例えば骨、脂肪、筋肉、肺の空気）の領域を識別するためにＭＲＩ画像をセグメント化し、各々の組織領域ごとに適当な放射線吸収値を割り当てることのようなアプローチによって生成されることができる。

更にシミュレーションフェーズの最中、患者の超音波画像が、超音波イメージング装置又はシステム１０を使用して取得される。前述したように、超音波画像は、概して、肺腫瘍の良好なコントラストを提供しないが、超音波画像は、横隔膜をイメージングする。従って、患者の横隔膜のジオメトリは、超音波イメージングシステム１０によって取得される超音波画像１２において捕えられる。当技術分野において知られているように、横隔膜は、吸気の最中、肺を拡張させるように収縮し、呼気の最中、弛緩する。横隔膜の詳細な動きは、複雑でありえ、横隔膜のさまざまな部分の非剛体形状変形、並進、回転又はさまざまなそれらの組み合わせの形態を含むことができる。本明細書で用いられる横隔膜の「ジオメトリ」という語及び同様の語は、横隔膜のすべてのこのような移動、回転、変形又は他の幾何学的な変化を包含する。

概して、超音波画像１２は、２次元又は３次元でありうる。２次元超音波画像１２が用いられる場合、画像の向きは、横隔膜の主要な下方の／上方の動き（吸気／呼気）を捕えるように選ばれるべきである。例えば、横隔膜のおおむね下方（すなわち横隔膜に対して下位）に超音波プローブを位置付ける（例えば肋骨下又は肋間斜位のプローブ位置）ことによって、２次元超音波画像が、この動きを効果的に捕えるように、概して平坦な横隔膜の筋層と交わる傾斜した冠状面において得られることができる。超音波画像１２は、ＲＴ処置フェーズ中に取得される超音波画像と後で比較されるので、超音波プローブは更に、ＲＴビームを邪魔しないように（例えばブロックしないように）位置付けられるべきである。肋骨下プローブ位置は、ＲＴビームの下方に超音波プローブを位置付けるために一般に効果的である。

肺腫瘍の位置Ｔ（ｉ）は、ＣＴ画像８の手動の、半自動化又は自動化されたセグメント化によって取得される。この腫瘍位置Ｔ（ｉ）は、対応する超音波画像ＵＳ（ｉ）と相関付けられて、悪性腫瘍のロケーションＴ（ｉ）とシミュレーションフェーズ中に取得される横隔膜の超音波画像ＵＳ（ｉ）との間の、Ｔ（ｉ）－ＵＳ（ｉ）で示される関係１４を生成する。関係１４によって、横隔膜の位置は、腫瘍の位置と相関付けられることができる。超音波情報とＣＴ情報を相関付けるために、多くの異なる技法が可能である。そのような技法は、同時にＣＴ情報及び超音波情報を測定することである。そのように、ＣＴ情報からのタイムスタンプは、相関付けを達成するために、超音波情報からのタイムスタンプとマッチングされることができる。この場合、インデックスｉは、タイムスタンプを適切に示す。（本実施形態において、呼吸モニタ２が、呼吸ゲーティングを実施して４ＤＣＴ画像を生成するために使用されることに留意されたい）。別の技法は、超音波情報とＣＴ情報を相関付けるために呼吸信号４を使用することである。この技法が使用される場合、ＣＴ情報及び超音波情報は、同時に収集される必要がなく、ここでは、インデックスｉが呼吸フェーズを示す。

図４を参照して、更に別の例示の技法は、２つのモダリティにおける横隔膜の位置に基づいて、超音波及びＣＴ画像／ボリュームを互いに相関付けることである。ＣＴ及び超音波画像／ボリュームは、「４次元」ＣＴ（４ＤＣＴ）シリーズ（時間は第４の次元である；４ＤＣＴは以下で記述される）のＣＴボリュームごとに、空間的に相互に位置合わせされるので、超音波ボリュームにおける横隔膜位置がＣＴの横隔膜位置と最も良好なオーバラップをもつ該超音波ボリュームが見つけられることができる（図４参照）。従って、各ＣＴボリュームＣＴ_ｉごとに、同様の呼吸フェーズで取得される対応する超音波画像／ボリューム^ｓｉｍＵＳ_ｉがある。図４は、ＣＴボリュームへの超音波ボリュームのオーバレイを矢状ビュー４１０及び冠状ビュー４２０で示す。例えば、図４は、２つのモダリティの横隔膜の良好なオーバラップを示す。この例において、インデックスｉは、適切に、悪性腫瘍の位置Ｔ（ｉ）がＣＴ画像から得られたことを示す任意のインデックスであり、この場合、ＣＴ画像中の横隔膜は、対応する超音波画像^ｓｉｍＵＳ（ｉ）の横隔膜位置と（フィッティング許容誤差の範囲内で）同じ位置にある（本実施形態においても、４ＤＣＴ画像を生成するために呼吸ゲーティングを実施することが必要でない限り、呼吸モニタ２が任意に省かれることに留意する）。

図３を参照して、例示の実施形態は、超音波画像と悪性腫瘍の位置を相関付けるために呼吸フェーズが使用されるアプローチを使用して、記述される（従って、この例示の実施形態において、インデックスｉは呼吸フェーズを示す）。図３は、呼吸信号３００を示す。呼吸信号を測定するために、スパイロメーター（肺に入り及び肺から出る空気量を測定するための装置である）が使用されることができる。呼吸信号を測定するための別の技法は、患者に配置される腹部ベルトの形の呼吸モニタ装置を用いることによる。更に別の技法は、患者に光学的に位置特定される対象を配置し、対象の移動を測定することである。これらの装置のいずれも、図１の呼吸モニタ２として使用されることができる。更に別の例として、ＣＴ画像、ＭＲＩ画像又は任意の他の種類の適切な画像が、ある時間にわたる画像の周期的なバリエーションに基づいて呼吸信号４を生成するために、使用されることができる。

図３を引き続き参照して、患者のＣＴ画像が、複数の異なる寝台位置において取得されることができる。当業者であれば、ＣＴに関して、異なる複数の寝台位置は、患者の異なる複数の軸方向位置を意味し、患者は、寝台に例えば仰臥（顔が上向き）又は腹臥（顔が下向き）位置で横たわり、ＣＴマシン６のガントリ内を水平軸に沿って移動する。画像３１０は、異なる複数の寝台位置において取得される画像の例である。

洗練するために、いくつかのＣＴスライスが、各寝台位置において取得される。各画像は、（例えば呼吸信号３１０の）呼吸信号フェーズ／振幅に対応する。同様の呼吸信号フェーズ／振幅を有するスライスは、一緒にビニングされ（同じビンに入れられ）、それらの寝台位置に基づいてソートされる。最後に、それらは、呼吸信号フェーズに対応する３Ｄボリューム（例えば画像３３０）に結びつけられる。超音波画像／ボリュームは、同様の呼吸信号（例えば画像３４０）によって取得されることができ、次に、「４次元」ＣＴ（４ＤＣＴ）シリーズ（時間は第４の次元である）のＣＴボリューム（例えば画像３３０）に関連付けられる。

例示の超音波画像３４０は、肋骨下又は肋間位置の超音波プローブによって取得された。特に、図３において、超音波画像３４０上の高強度（明るい）ラインは、患者の横隔膜を示す。

図１に戻って、放射線治療（ＲＴ）計画は、例えば密度マップ９のような、シミュレーションフェーズの最中に集められる情報を使用して生成される。ＲＴ計画は、一般に、患者の放射線量分布をシミュレートして、例えばビームの数／角度（マルチビームＲＴの場合）、マルチリーフコリメータ設定、トモグラフィパラメータ（例えば線形加速器を用いる、トモグラフィックＲＴの場合）などの指定されたＲＴパラメータを想定することによって、生成される。治療放射線ビームは、概して、例えば電子、プロトン、その他の加速ビームのような、ＲＴにおいて使用される任意のタイプでありうる。上述したように、ＣＴにより生成された画像８の吸収係数は、密度マップ９を生成するために、ＲＴビームのタイプ及び粒子エネルギーを考慮するように適切に調整されることができる。ＲＴパラメータは、ＲＴ計画を生成するために、患者のシミュレートされた放射線量分布を最適化するようにシミュレーションフェーズ中に調整される。そののち、シミュレーションフェーズの後の処置フェーズにおいて、放射線治療セッションが実施され、その中で、放射線治療がＲＴ計画に従って供給される。それは、治療放射線が患者に供給される処置フェーズの間にある。処置フェーズ中に、放射線治療は、例えば線形加速器（ＬＩＮＡＣ）のような放射線治療（ＲＴ）装置１６によって供給される。ＲＴ装置１６は、密度マップ９を用いて生成されたＲＴ計画に従って、治療放射線の１又は複数のビームを患者に供給する。治療放射線は、電子、プロトン、その他の加速ビームでありうる。放射線治療の最中、患者の超音波画像１９は、超音波イメージング装置又はシステム１８を使用して取得される。超音波画像１９は、２次元又は３次元でありえ、横隔膜のジオメトリに関する（ほぼ）リアルタイムの情報を提供するに十分に速く取得され、例えばある実施形態において０．５秒毎に又はそれより高速に取得される。治療フェーズ超音波機器１８によって取得される超音波画像１９は、シミュレーション超音波画像^ｓｉｍＵＳ（ｉ）１２と相関付けられるべきあるので、プローブ位置及び超音波装置１８は、同じ方向の超音波画像１９を生成するように選ばれるべきであり、かかる超音波画像１９は、シミュレーションフェーズ超音波画像^ｓｉｍＵＳ（ｉ）１２と比較されることが可能である。シミュレーション超音波画像１２を取得するために使用される超音波機器１０及び放射線治療デリバリ中に使用される処置超音波機器１８は、任意には、同じ機器でありうるが、これは実際的でないことがあり、なぜなら、放射線治療計画は、放射線治療処置デリバリが実施されるところとは異なる部屋（又は異なる建物の場合もある）において実施されることがあるからである。

処理２０において、情報が、シミュレーションフェーズと処置フェーズとの間で比較され、相関付けられる。これを達成するために、治療放射線がＲＴ装置１６によって患者に供給されている処置フェーズ中に、リアルタイム超音波（ＵＳ）画像／ボリューム１９（^ＴｘＵＳ（ｔ）、ここでｔは時間を表し、上付き添字Ｔｘは処置フェーズ超音波画像を示す）は、超音波イメージングシステム１８を使用して取得され、シミュレーションフェーズ超音波画像／ボリューム（^ｓｉｍＵＳ_ｉ、ここで、上付き添え字ｓｉｍは、シミュレーションフェーズ超音波画像を示す）と比較される。例えば相互情報量、正規化される相互相関、超音波画像／ボリュームにおいてセグメント化される横隔膜の間の二乗差又は距離の合計のような、さまざまな類似性メトリックが、超音波画像／ボリュームを定量的に比較するために使用されることができる。各々のリアルタイム超音波画像／ボリューム１９について、最も近いシミュレーションフェーズ超音波画像／ボリューム１２が、下式を使用して見つけられ、標的（例えば肺腫瘍）の位置を求めるために使用される：

上式で、ＳＩＭ（）は、２つの超音波画像／ボリュームの間の類似性測定関数を示す。

これは、処理２２において示されるｉ＊を生成し、ｉ＊は、処置画像^ＴｘＵＳ（ｔ）に最も良くマッチするシミュレーション画像^ｓｉｍＵＳ_ｉ＊のインデックスである。

処理２４において、肺腫瘍の実際の位置は、悪性腫瘍位置Ｔ（ｉ）とシミュレーション超音波画像ＵＳ（ｉ）との間の関係１４に基づいて決定される。例えば、これは、下式を使用して行われることができる：

上式で、^ｓｉｍＴ_ｉ＊は、関係１４から得られるインデックスｉ＊の悪性腫瘍位置であり、^ＴｘＴ（ｔ）は、画像^ＴｘＵＳ（ｔ）が取得される時間での腫瘍位置である。この腫瘍位置２４は、横隔膜の超音波画像１９の中で悪性腫瘍を識別することなく、決定されることに留意されたい。肺腫瘍位置^ＴｘＴ（ｔ）に基づいて、ＲＴ装置１６によって供給される放射線は、処理２６において調整されることができる。この調整は、例えば、腫瘍が呼吸によりそのターゲット位置から外に移動してしまう時間インターバル中、ＲＴ装置１６の治療放射線ビームを遮ることを含むことができ、又は、腫瘍の呼吸関連の動きを追跡するために、リアルタイムに治療ビームを移動させるようにＲＴ装置１６を動作させることを含むことができる。

放射線治療中に超音波イメージングにおいて使用される超音波プローブ１８は、線形加速器（ＬＩＮＡＣ）の座標系（又は、より一般的には、放射線治療を供給する放射線治療装置１６の座標系に対し相互に位置合わせされる；放射線装置は、治療放射線のタイプに依存して、ＬＩＮＡＣ又は他の放射線治療システムでありうる）、シミュレーションＣＴ座標系（すなわちＣＴ画像８の座標系）、及びシミュレーション超音波画像１２と、空間的に相互に位置合わせされる。ＣＴ画像８のＣＴ座標系と放射線治療装置１６との間の位置合わせは、例えば適用される基準マーカを使用して、及び／又は固有の解剖学的マーカに依存して、及び／又は補助的なイメージングシステムによって取得されるスカウトスキャンを用いて、又はその他によって、治療座標系と計画座標系を位置合わせする際に使用される任意の位置合わせ技法を用いることができる。シミュレーション超音波画像及びシミュレーションＣＴ画像の相互位置合わせは、例えば電磁追跡又は光学追跡のような任意の追跡技術を使用して、ＣＴ座標系において超音波プローブを追跡することによって得られることができる。図２は、第２の好適な実施形態を概略的に示す。この実施形態において、超音波画像は、シミュレーションフェーズ中に取得されず（こうして、シミュレーションフェーズ超音波イメージングシステム１０は省かれる）、これは、放射線医が図１の例示の実施形態のシミュレーション超音波画像１２の座標取得をもはや必要としないという理由で、シミュレーションフェーズを簡略化する。シミュレーションフェーズ中、図示されるＣＴイメージングシステム６（又は腫瘍及び横隔膜の両方をイメージングすることが可能なＭＲＩ又は他のイメージングシステム）が、肺腫瘍及び横隔膜の両方を示す患者の画像を取得する。これらの画像は、概して３次元であるが、再び、ＲＴ計画のために使用される場合、３次元画像は、通常、ＲＴシミュレーション／計画において使用される密度マップ９を３次元で生成するために適当である。４ＤＣＴ画像８は、肺及び横隔膜の両方を含む。図１の実施形態のように、ＣＴ画像８が、密度マップ９を生成するために使用される。肺腫瘍の位置Ｔ（ｉ）は、ＣＴ画像８の手動の、半自動化された又は自動化されたセグメント化によって取得される。密度マップ及び腫瘍位置がＣＴ画像ではなくＭＲＩ画像を使用して生成されることができることが更に企図される。

腫瘍位置Ｔ（ｉ）と協働するように横隔膜位置に関するシミュレーションフェーズ情報を取得するために、メッシュフィット処理１１０が、ＣＴ画像８内の肺にメッシュをフィットさせて横隔膜のジオメトリを表現するフィットされたメッシュＭ（ｉ）１１２を生成するために、実施される。肺及び横隔膜が密接に接続されているので、改善された正確さのために、メッシュフィット処理１１０は、フィットされた肺／横隔膜メッシュＭ（ｉ）１１２を生成するように、肺及び横隔膜の両方にフィットさせることができる。いずれの場合も、ＣＴ画像から得られる腫瘍位置Ｔ（ｉ）を、同じＣＴ画像から得られるフィットされたメッシュＭ（ｉ）１１２と関連付ける関係１１４（すなわち関係Ｔ（ｉ）＜－＞Ｍ（ｉ））が、図１の実施形態のＴ（ｉ）＜－＞ＵＳ（ｉ）の関係１４と置き換わる。同じＣＴ画像がＴ（ｉ）及びＭ（ｉ）の両方を得るために使用されるので、呼吸フェーズ４は、それが（例示の図２のように）ＣＴイメージングシステム６の呼吸ゲーティングのために使用されない限り、インデックスとして使用されず、省かれることができることに留意されたい。

図２を引き続き参照して、処置フェーズの最中、患者の超音波画像が図１の実施形態のような処置超音波装置又はシステム１８を使用して取得される間、ＲＴ装置１６が、治療放射線を患者に供給する。これは、リアルタイム超音波画像^ＴｘＵＳ（ｔ）によって再び表現されることができる。放射線治療ビームがＲＴ処置を実施するために患者に適用されているとき、超音波画像は、リアルタイムに（例えば０．５秒ごとに又はより高速に）取得される。超音波プローブ１８は、電磁トランスポンダ（ＥＭ）、ＯＳＳ、光学基準マーカ、その他のローカライゼーション技術を使用して、線形加速器（ＬＩＮＡＣ）座標系（又は他のＲＴ装置１６座標系）に、空間的に位置合わせされ、従って、超音波プローブ１８は、ＣＴ座標系にも位置合わせされる。処置超音波システム１８によって取得される超音波画像／ボリュームごとに、肺／横隔膜メッシュ１１２の横隔膜部分と超音波画像／ボリュームの横隔膜画像との間のオーバラップが最大にされるように、最良の肺／横隔膜メッシュが見つけられる。１つの例示の計算的なアプローチにおいて、オーバラップは、横隔膜をセグメント化することなく、処理された超音波画像／ボリューム上のポイントセット対画像／ボリュームの類似性メトリックを使用して、又は、超音波画像／ボリュームにおいて横隔膜をセグメント化することによってポイントセット対ポイントセットの類似性メトリックを測定することによって、測定されることができる。これらは単なる説明的な例である。ターゲットの位置は、選択されたＣＴボリュームに基づいて評価されることができる。

上述した処理は、以下のように図２に示される。処理１１７において、横隔膜が識別される（例えばポイントセットは横隔膜を識別することができる）。処理１１８において、ＣＴ／ＭＲＩ横隔膜メッシュ及びリアルタイム超音波画像における横隔膜の画像のオーバラップを測定する横隔膜オーバラップメトリックが、用いられる。処理２２において、ｉ＊は、下式を使用して計算されることができる：

上式で、^ＴｘＵＳ（ｔ）は、リアルタイム超音波（ＵＳ）画像であり、ｔは、時間を表し、上付き添字Ｔｘは、処置フェーズを示し、^ｓｉｍＭ_ｉは、フィットされたメッシュ１１２を表し、Ｌは、^ｓｉｍＭ_ｉと^ＴｘＵＳ（ｔ）の間の類似性を表す。

その後、処理２４において、腫瘍位置は、以下のように取得されることができる：

上式で、^ｓｉｍＴ_ｉ＊は、ＣＴ画像の悪性腫瘍のロケーションであり、このロケーションから、最適にフィットされたメッシュ^ｓｉｍＭ_ｉ＊が生成された。図１の実施形態と同様に、この腫瘍位置２４は、横隔膜の超音波画像１９における悪性腫瘍を識別せずに決定されることに留意されたい。

図２の例示の実施形態の変形例において、プローブを追跡する追跡システムは使用されず、超音波（ＵＳ）プローブ１８は、ＲＴシステムに対し位置特定されない。この状況の場合、各々のリアルタイム超音波画像／ボリュームは、任意の位置合わせ方法を使用して、超音波画像における横隔膜特徴に基づいてＣＴ肺メッシュのすべてのインスタンスに位置合わせされる。最も妥当な位置合わせ結果（位置合わせ後の最良の最類似性メトリック）を有するメッシュは、標的位置を評価するために使用されることができる。

図１の実施形態又は図２の実施形態において、標的位置２４は、例えば、標的腫瘍が移動するにつれて放射線ビームを移動させることによって、又は、標的腫瘍の動きが予め指定された閾値より大きい場合及び／又は指定された空間レンジから出る場合に放射線のデリバリを止める（例えば放射線を遮る）ことによって、調整２６を実施するために、放射線治療装置１６へ伝送されることができる。

図５は更に、完全吸気における肺の例示のメッシュ５３０及び完全呼気における肺のメッシュ５３５を示すことによって、図２の実施形態を示す。

図６は、超音波画像６２０の、図５のシミュレーションフェーズ肺メッシュ５３０、５３５とのオーバラップを示し、更に、腫瘍の概略的な標示を含む。図示される超音波画像は、適切な呼吸フェーズ及び評価された腫瘍ロケーションを見つけるために使用されることができる。超音波画像６１０における横隔膜６１０もまた標識化される。

実際には、横隔膜の左側の超音波イメージングは困難でありえ、なぜなら、胃に含まれるガスがイメージングを邪魔するからである。従って、左肺の腫瘍を追跡するために、右側の横隔膜をイメージングすることも有利でありうる。しかしながら、左側の超音波イメージングが試みられることもできる。

図７及び図８は、方法の実施形態を示す。概して、ＲＴ中に肺腫瘍の位置を直接測定し追跡するための超音波イメージングは、肺の中の空気のため実際的でない。従って、ある実施形態において、腫瘍の位置を特定する方法は、図７及び図８の超音波画像を使用するが、超音波画像において腫瘍を検出することを含まない。

図７は、第１の方法の好適な実施形態を示す。図７を参照して、ステップ７００において、シミュレーションフェーズ超音波画像が、取得され、かかる画像は一般に腫瘍を示さない。ステップ７１０において、腫瘍の画像は、超音波以外の画像モダリティを使用して、例えばＣＴを使用して、複数の異なるロケーションにおいて取得される。ステップ７２０において、腫瘍のロケーションと超音波画像との間の関係が、複数の異なるロケーションにおける腫瘍の画像と、超音波画像及び他のモダリティの画像の間の相関関係（例えば、イメージング中に記録される呼吸フェーズ）とを使用して、決定される。ステップ７３０において、放射線治療が開始する。ステップ７４０において、放射線治療を実施する間、患者の超音波画像が取得される。ステップ７５０において、腫瘍の現在ロケーションが、ステップ７２０からの関係を使用して決定される。ステップ７６０において、放射線は、決定された腫瘍ロケーションに基づいて調整される。

図８は、シミュレーションフェーズ超音波が利用できない場合に適切に使用される第２の方法の好適な実施形態を示す。図８を使用して、ステップ８００において、複数の異なるロケーションにおける腫瘍を有する基準画像は、超音波以外のイメージングモダリティを使用して（例えばＣＴを使用して）取得される。ステップ８１０において、基準画像を使用して、腫瘍のロケーションと横隔膜のロケーションとの間の関係が決定される。ステップ８２０において、処置フェーズ超音波画像が取得される。ステップ８３０において、横隔膜の現在ジオメトリが、処置フェーズ超音波画像から決定される。ステップ８４０において、腫瘍の現在ロケーションは、ステップ８３０からの現在の横隔膜ジオメトリ、及びステップ８１０からの腫瘍ロケーションと横隔膜ロケーションとの間の関係、を使用して決定される。ステップ７６０において、放射線が、決定された腫瘍ロケーションに基づいて調整される。

ここに開示されるさまざまなデータ処理は、例えば密度マップ９及び関係１４、１１４の生成、図２の実施形態のメッシュフィッティング１１０、比較処理２０、又は図２の実施形態の対応する処理１１７、１１８、その他を含み、例えばコンピュータ、放射線治療電子コントローラ、その他又はそれらのさまざまな組み合わせのような、電子データ処理装置によって適切に実施されることが理解される。更に、ここに開示されるこれらのさまざまなデータ処理は、開示された技法を実施するための電子データ処理装置（例えばコンピュータ）によって可読であり及び実行可能な命令を記憶する非一時的記憶媒体によって具体化されることができることが理解される。このような非一時的な記憶媒体は、ハードディスク又は他の磁気記憶媒体、光学ディスク又は他の光学記憶媒体、クラウドベースの記憶媒体、例えばＲＡＩＤディスクアレイ、フラッシュメモリ又は他の不揮発性電子的記憶媒体等を含むことができる。

当然ながら、変更及び変形が、先行する記述を読み理解することにより当業者に思いつくであろう。すべてのこのような変更及び変形が添付の請求項又はそれと等価なものの範囲内にある限り、本発明は、すべてのこのような変更及び変形を含むものとして解釈されることが意図される。

Claims (16)

1. 放射線治療中に超音波画像を取得し、
   前記放射線治療中に取得される超音波画像を複数のシミュレーションフェーズ超音波画像と比較することによって、最も似ているシミュレーションフェーズ超音波画像を識別し、前記複数のシミュレーションフェーズ超音波画像の各シミュレーションフェーズ超音波画像に腫瘍のロケーションを割り当てる予め決められた関係を使用して、前記腫瘍の現在ロケーションを決定する
   ようにプログラムされた電子装置を有する、腫瘍検出装置。
2. 前記現在ロケーションが、
   前記超音波画像を前記複数のシミュレーションフェーズ超音波画像と比較して、最も似ているシミュレーションフェーズ超音波画像を識別し、
   前記複数のシミュレーションフェーズ超音波画像の各シミュレーションフェーズ超音波画像に前記腫瘍のロケーションを割り当てる予め決められた関係を使用して、前記腫瘍の現在ロケーションを決定する、
   ことによって決定される、請求項１に記載の腫瘍検出装置。
3. 前記超音波画像は横隔膜の超音波画像であり、前記腫瘍は肺腫瘍である、請求項１に記載の腫瘍検出装置。
4. 前記電子装置によって受信される超音波画像を取得する超音波装置を更に有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の腫瘍検出装置。
5. 前記電子装置は、前記受信された超音波画像において前記腫瘍を検出することなく、前記受信された超音波画像を使用して前記腫瘍の現在ロケーションを決定するようにプログラムされる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の腫瘍検出装置。
6. 横隔膜の超音波画像を取得する超音波装置と、
   前記横隔膜の超音波画像、及び複数の異なるジオメトリにおける前記横隔膜のシミュレーションフェーズ超音波画像の組に、腫瘍ロケーションを割り当てる予め決められた関係を使用して、前記腫瘍の現在ロケーションを決定するようにプログラムされた電子データ処理装置と、
   を有する腫瘍検出装置。
7. 前記予め決められた関係は、複数の異なるジオメトリにおける前記横隔膜のシミュレーションフェーズ超音波画像の組に腫瘍ロケーションを割り当て、
   前記腫瘍検出装置が、前記腫瘍のコンピュータトモグラフィ画像において腫瘍ロケーションを決定し、前記決定された腫瘍ロケーションを前記横隔膜のシミュレーションフェーズ超音波画像と相関付けることによって、前記予め決められた関係を生成するシミュレーションフェーズ電子データ処理装置を更に有する、請求項６に記載の腫瘍検出装置。
8. 前記腫瘍ロケーションを前記横隔膜のシミュレーションフェーズ超音波画像と相関付けることが、
   前記腫瘍のコンピュータトモグラフィ画像の取得中に測定される呼吸フェーズと、前記決定された腫瘍ロケーションを相関付け、
   前記シミュレーションフェーズ超音波画像の取得中に測定される呼吸フェーズと、前記シミュレーションフェーズ超音波画像を相関付け、
   前記相関付けられた呼吸フェーズを使用して、前記シミュレーションフェーズ超音波画像の組と前記決定された腫瘍ロケーションを相関付ける、
   ことを含む、請求項７に記載の腫瘍検出装置。
9. 前記シミュレーションフェーズ超音波画像及び複数の異なるロケーションにおける前記腫瘍の前記コンピュータトモグラフィ画像が、同時に取得され、
   前記関係は、同時に取得された前記シミュレーションフェーズ超音波画像と、前記腫瘍のコンピュータトモグラフィ画像のうちの１つにおける前記腫瘍の各ロケーションとをアラインすることによって決定される、請求項７に記載の腫瘍検出装置。
10. 前記シミュレーションフェーズ電子データ処理装置は更に、前記腫瘍のコンピュータトモグラフィ画像の１又は複数から前記腫瘍を含む領域の密度マップを生成するように構成される、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の腫瘍検出装置。
11. 前記シミュレーションフェーズ電子データ処理装置が更に、前記腫瘍を処置するための放射線治療計画を生成するように構成される、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の腫瘍検出装置。
12. 前記予め決められた関係は、複数の異なるジオメトリの横隔膜のシミュレーションフェーズ超音波画像の組に腫瘍ロケーションを割り当て、
    前記電子データ処理装置は、
    

    

    （上式で、^ｓｉｍＵＳ_ｉは、シミュレーションフェーズ超音波画像を示し、^ＴｘＵＳ（ｔ）は、横隔膜の超音波画像である）
    に従ってシミュレーションフェーズ超音波画像インデックスｉ＊を計算すること、及び
    

    

    （上式で、^ｓｉｍＴｉ＊は、前記予め決められた関係に従う前記シミュレーションフェーズ超音波画像^ｓｉｍＵＳ_ｉ＊に対応する腫瘍のロケーションである）
    に従って前記腫瘍の現在ロケーションを決定すること、
    を含む処理によって、前記腫瘍の現在ロケーションを決定するようにプログラムされる、請求項６に記載の腫瘍検出装置。
13. 前記腫瘍が肺腫瘍である、請求項６乃至１２のいずれか１項に記載の腫瘍検出装置。
14. 前記電子データ処理装置は、前記横隔膜の前記超音波画像において腫瘍を検出することなく前記横隔膜の前記超音波画像を使用して、前記腫瘍の現在ロケーションを決定するようプログラムされる、請求項１３に記載の腫瘍検出装置。
15. 腫瘍検出装置の作動方法であって、前記腫瘍検出装置は超音波装置及び電子データ処理装置を有し、前記方法は、
    前記超音波装置が、患者の横隔膜の超音波画像を取得するステップと、
    前記電子データ処理装置が、前記取得された超音波画像及び複数の異なるジオメトリにおける前記横隔膜のシミュレーションフェーズ超音波画像の組に、腫瘍ロケーションを割り当てる予め決められた関係を使用して、患者の腫瘍の現在ロケーションを決定するステップと、
    を含む、方法。
16. 前記取得するステップ及び前記決定するステップの前のシミュレーションフェーズの最中に、
    前記腫瘍検出装置が、患者の横隔膜のシミュレーションフェーズ超音波画像を取得し、超音波イメージング以外のイメージングモダリティを使用して、複数の異なるロケーションにおいて腫瘍の画像を取得し、前記シミュレーションフェーズ中に取得される複数の異なるロケーションの前記腫瘍の画像を使用して、前記腫瘍のロケーションと前記シミュレーションフェーズ超音波画像との間の関係を決定することを含む処理によって、前記腫瘍の位置を特定する前記関係を生成するステップを更に含み、
    前記腫瘍の現在ロケーションを決定する前記ステップは、前記超音波画像から横隔膜の現在ジオメトリを決定することを含む、請求項１５に記載の方法。

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