JP6099061B2 - 放射線治療の標的の位置変化を決定するための複数の異なるインジケータの使用 - Google Patents
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Description
本発明は、放射線治療の技術分野、特に、治療される身体部位（標的という。また、治療部位ともいう）の位置決めの分野に関する。標的の位置の変化、特に、標的の現在位置を決定するための標識として、インジケータが使用される。インジケータの位置変化は、標的の位置変化と相関する。インジケータは、検出可能な身体部位（標識部位ともいう）であってもよく、または、（例えば、体内の、または体外に付着された）マーカー具、特に単一のマーカーであってもよい。
欧州特許出願（出願番号０８１６９４２２．６及び出願番号０９１６０１５３．４）、及び、対応する米国特許出願（出願番号１２／６２１８８１及び出願番号１２／６２２００２）、並びに、国際公開第２０１１／１０７１４５号が参照される。これらの出願の開示は、参考として本明細書に含まれる。さらに、トン リン等（Ｔｏｎｇ Ｌｉｎ ｅｔ ａｌ．）、「機械学習法を使用した肺がん放射線治療のための腫瘍ターゲティング（Ｔｕｍｏｒ Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｌｕｎｇ Ｃａｎｃｅｒ Ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ Ｕｓｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｌｅａｒｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｎｑｕｅｓ）」、２００８年機械学習と応用についての第７回国際会議（ＭＡＣＨＩＮＥ ＬＥＡＲＮＩＮＧ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ，２００８．ＩＣＭＬＡ ’０８．Ｓｅｖｅｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ）、ＩＥＥＥ、米国ニュージャージー州ピスカタウェイ（Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ，ＮＪ，ＵＳＡ）、２００８年１２月１１日（１１ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００８）、ｐ．５３３−５３８、ＸＰ３１３７９４５９、ＩＳＢＮ：９７８−０−７６９５−４３９５−４も参照される。
本発明は、医学分野に関連し、特に、身体部位を治療するための放射線の使用に関する。
本発明は、治療用ビームの制御の分野に関連する。治療用ビームにより、治療されるべき身体部位（以下では、「標的」または「治療部位」ともいう）が治療される。これらの身体部位は、特に、患者の身体の一部、すなわち解剖学的身体部位である。
本発明は、医学分野に関連し、特に、患者の身体の一部を治療するためのビーム、特に放射線ビームの使用に関する。このビームは治療用ビームとも呼ばれる。特に、治療目的として電離放射線が使用される。特に、治療用ビームは、電離放射線を含むかまたは電離放射線からなる。電離放射線は、原子または分子から電子を解離させ、それらを電離させるために十分なエネルギーを有する粒子（例えば、亜原子粒子またはイオン）または電磁波を含むか、またはそのような粒子または電磁波からなる。このような電離放射線の例は、Ｘ線、高エネルギー粒子（高エネルギー粒子線）、及び／または、放射線元素から放出される電離放射線である。治療用放射線、特に治療用ビームは、特に腫瘍学において、特に、放射線治療で使用される。電離放射線は、癌を治療するために、特に、腫瘍のような病理学的構造または組織を治療するために使用される。したがって、腫瘍は、治療部位の一例である。
治療用ビームは、好ましくは、治療部位を通過するように制御される。
治療部位の動きは、特に、以下で「生命運動（vital movement）」と呼ばれる動きによるものである。この点について、上述した欧州特許出願（出願番号０８１６９４２２．６及び出願番号０９１６０１５３．４）には、これらの生命運動が詳細に説明されている。治療部位の位置を決定するために、Ｘ線装置、ＣＴ装置、またはＭＲＴ装置のような分析装置が使用され、身体の分析画像（例えば、Ｘ線画像またはＭＲＴ画像）が作成される。分析装置は、例えば、波動及び／または放射線及び／またはエネルギービーム、特に、電磁波及び／または放射線、超音波及び／または粒子ビームを使用することにより、特に撮像法を使用するものであり、特に患者の身体を分析するための装置である。分析装置は、特に、身体を分析することにより、患者の身体（特に、内部構造及び／または患者の身体の解剖学的部位）の画像（例えば、２次元画像または３次元画像）を生成する装置である。分析装置は、特に放射線医学において、特に、医療診断で使用される。しかしながら、分析画像内において治療部位を識別することが難しい場合もある。特に、治療部位の位置の変化及び特に治療部位の動きと相関する標識部位を識別することの方が容易である場合がある。したがって、標識部位を追跡することによって、治療部位の位置変化（特に、動き）と標識部位（「代用部位」ともいう）の位置変化との間の既知の相関に基づいて、治療部位の動きを追跡することができる。標識部位の追跡の代わりにまたは標識部位の追跡に加えて、マーカー追跡装置を使用することにより、（インジケータとして使用可能な）マーカー具（マーカーインジケータともいう）を追跡することもできる。マーカーインジケータ（例えば、基準マーカー）の位置は、胸壁（例えば、真肋または仮肋）または横隔膜または腸壁のような、特に生命運動によりその位置を変化させる標識構造の位置と（特に、その位置に対して固定された相対的な位置と）、既知の（所定の）相関を有している。
医学分野において、撮像法は、人の身体の解剖学的構造（例えば、柔組織、骨、臓器等）の画像データ（例えば、２次元画像データまたは３次元画像データ）を生成するために使用される。医用撮像法は、有利には装置に基づく撮像法（所謂、医用撮像モダリティ及び／または放射線撮像法）を意味するものとして理解されている。それらは、例えば、コンピュータトモグラフィー（ＣＴ）及びコーンビーム・コンピュータトモグラフィー（ＣＢＣＴ、特に、ボリューメトリックＣＢＣＴ）、Ｘ線トモグラフィー、磁気共鳴トモグラフィー（ＭＲＴまたはＭＲＩ）、従来のＸ線、ソノグラフィー及び／または超音波検査、並びに、陽電子放射トモグラフィーである。分析装置は、例えば、装置に基づく撮像法において、画像データを生成するために使用される。撮像法は、特に医療診断のために使用され、画像データによって描写される画像を生成するために解剖学的身体を分析するものである。撮像法は、特に、人の身体中の病変を検出するために使用される。例えば、腫瘍は、解剖学的構造中の病変の例に相当する。腫瘍が成長すると、膨張した解剖学的構造を示すといわれる。例えば、原発脳腫瘍または悪性度の高い脳腫瘍は、造影剤が腫瘍に浸透するように使用された場合、通常、ＭＲＩ走査で見ることができる。ＭＲＩ走査は、撮像法の一例に相当する。このような脳腫瘍のＭＲＩ走査の場合、ＭＲＩ画像中の（造影剤が腫瘍に浸透したことによる）信号強調部が、固形腫瘍塊を示すものと考えられる。したがって、この腫瘍は検出可能であり、特に、撮像法によって生成された画像で識別可能である。
マーカーの機能は、その空間的配置（すなわち、その空間的位置及び／または並び）が確認できるように、マーカー検出装置（例えば、カメラ、または超音波受信器、あるいは、ＣＴまたはＭＲＩのような分析装置）によって検出されることである。検出装置は、その特定部分において、ナビゲーションシステム（ＩＧＳ、画像誘導手術）により知られている。マーカーは能動マーカーであってもよい。能動マーカーは、例えば、電磁輻射及び／または電磁波を放射するものであってもよく、この場合、このような輻射は、赤外線、可視光線、及び／または紫外線のスクペトル範囲にあるものであってもよい。また、マーカーは、受動マーカーであってもよい。すなわち、マーカーは、例えば、赤外線、可視光線、及び／または紫外線のスペクトル範囲にある電磁輻射を反射するか、あるいは、Ｘ線を阻止するものであってもよい。このため、マーカーは、対応する反射特性を有する表面を備えるものであってもよく、及び／または、Ｘ線を阻止するための金属からなるものであってもよい。マーカーは、無線周波数域または超音波波長の電磁輻射及び／または電磁波を反射及び／または放射するものであってもよい。マーカーは、好ましくは、球形及び／または回転楕円形を有し、したがって、マーカー球と呼ぶことができるものである。但し、マーカーは、例えば立方体のように、角のある形状を有していてもよい。
マーカー具は、例えば、基準星、またはポインター、または単一のマーカー、または複数の（個別の）マーカーであってもよく、複数のマーカーは、好ましくは、所定の空間的関係を有するものである。マーカー具は、１つ、２つ、３つ、またはそれ以上のマーカーを含み、２以上のマーカーを含む場合には、所定の空間的関係を有している。この所定の空間的関係は、特に、データ処理方法により取得され、例えば、治療用ビームシステムのコンピュータに保存される。
本発明の目的は、標的の位置の変化を決定することである。
この目的は、独立請求項に係る発明によって解決される。従属請求項は、有利な実施形態に関する。本発明の利点、有利な特徴、有利な実施形態、及び、有利な態様は、以下に記載され、また、従属請求項に係る発明に含まれる。様々な有利な特徴は、それらを組み合わせることが技術的に合理的かつ実行可能である限り、本発明に従って組み合わせることができる。特に、１つの実施形態が備える特徴は、同一または類似の機能を有する他の実施形態が備える他の特徴と入れ換えることができる。また、１つの実施形態が備える他の実施形態にさらなる機能を補足する特徴は、他の実施形態に追加することができる。
本発明の発明者は、標的の生命運動は、生命運動を行う１より多くの身体構造（本明細書では、標識構造という）の結果であり、これらの標識構造の動きと標的の動きとの間には複雑な関係があり得るという知見を得た。そして、本発明者は、標的とそれぞれの標識構造との相関を個別に確立するために、複数の標識構造を個別に取り扱うことは適切でないという結論に至った。例えば、肺の位置及び幾何属性（形状及び／またはサイズ）は、１つの標識構造（例えば、横隔膜）のみによって影響を受けるのではなく、他の標識構造（例えば、真肋及び仮肋）によっても影響を受けるものである。横隔膜は、頭方及び尾方の運動を実行し、真肋は、仮肋が側方の運動を実行している間に、前方及び後方の運動を実行する。しかし、真肋の運動には、例えば頭方及び尾方の成分も含まれており、この運動は、横隔膜の頭方及び尾方への運動と干渉する。さらに、複数の標識構造の複数の異なる運動による肺の変形は、複数の異なる方向への運動を結合する。したがって、本発明によれば、いくつかの異なる標識構造の位置の変化は、好ましくは、標的の位置（及び／または幾何属性）の変化を決定すると考えられる。標的の位置（及び／または幾何属性）の変化は、特に、標的が埋め込まれている構造（標的構造ともいう）の位置及び／または幾何属性の変化を決定することに基づいて、決定することができる。標的構造及び腫瘍が埋め込まれ得る任意の種類の身体構造は、例えば、肺、肝臓、***、膵臓、腸、子宮、卵巣、及び前立腺等の臓器である。標識構造の運動は、中間の身体構造（「結合構造」ともいう）を介して標的構造に伝達される場合もある。例えば、前立腺（標的構造）中の標的の位置は、中間の身体構造がある場合でも、横隔膜（第１標識構造の例）及び腸壁（第２標識構造の例）によって影響される。これらの結合構造も、一群の複数の異なる標識構造の位置変化と標的の位置変化との間に複雑な関係が生じる要因となる。
標識構造は、特に、（横隔膜のように）その位置が筋肉によって表され、特に、この筋肉は、特に脳幹によって、無意識に制御されるものである。本発明の意味にしたがって、標識構造は、筋肉に直接結合された（特に、接合された）身体構造であってもよい。特に、標識構造の運動は、筋肉の（特に、無意識に制御される）運動に直接結合する。例えば、外肋間筋は、胸部の頂部境界を持ち上げる。例えば、胸鎖乳突筋及び小胸筋も、胸郭及び胸骨の位置に影響を及ぼし得る。
以下の説明において、対象物の位置変化の決定についての言及は、位置の変化が実行された後の対象物の新規位置の決定を含むものとする。新規位置の決定は、（位置が変化する前の）直前の位置及び決定された位置変化に基づいて実行される。特に、本発明に係るデータ処理方法は、複数の異なる対象物（例えば、標的、インジケータ、標識構造、等々）の開始位置を取得し、対象物の、既知の開始位置から開始する変化は、本発明に係る方法を使用して追跡される。例えば、標的の開始位置を決定するためには、上述した欧州特許出願（出願番号０８１６９４２２．６及び出願番号０９１６０１５３．４）または国際公開第２０１１／１０７１４５号に記載された任意の方法を使用することができる。特に、標的及び／または標識構造の１つまたは複数の開始位置を、（特に、放射線治療前に）決定するために、４次元撮像法（特に、４次元ＣＢＣＴ：４Ｄ ＣＢＣＴ）を使用することができる。本発明に係る方法は、放射線治療の間に標的を追跡するために、上記１つまたは複数の開始位置を取得する。特に、インジケータを追跡することができ、かつ、請求項に記載された決定ルールデータは、標的の位置を決定し、かつ、特に標識部位の位置を決定するために、患者の身体に４次元撮像法（例えば、４Ｄ ＣＴまたは４Ｄ ＭＲ）を実行して得られる測定値に基づいて取得することができる。決定ルールデータを取得するために、好ましくは、標識部位の位置を決定する代わりにまたは標識部位の位置を決定することに加えて、マーカー検出装置により標識マーカーの位置が取得され、それによって、インジケータ（標識部位及び／又は標識マーカー）と標的との間の既知の相対位置が確立される。好ましくは、このようにして、インジケータ（標識マーカ−及び／または標識部位）と標的との間の相対位置を記述する一群の位置が決定され、この一群の位置を、本発明に従う追跡方法の開始点として使用することができる。
本発明は、より詳細には、患者の身体の放射線治療を実行するために標的の位置変化を決定するための方法（特に、追跡方法）に関する。この方法は、特に、治療の間に実行されるが、特に、訓練目的のため、または、本発明に係る追跡方法を標的上にロックオンして（その後、治療の間に追跡を継続する）ため、治療の前に実行する（特に、開始する）こともできる。標的をロックオン（自動追跡）することは、特に、４次元撮像法（４Ｄ ＣＴまたは４Ｄ ＭＲ等）によって支援されるものであってもよい。
本発明に係る方法は、好ましくは、決定ルールデータを取得するステップを含む。決定ルールデータは、インジケータの位置変化と標的の位置変化との間の関係、特にインジケータの位置と標的の位置との間の関係を記述する。決定ルールデータは、特に、一群の複数の異なるインジケータ（１より多くの異なるインジケータ）の位置変化と（単一の）標的の位置変化との間の相関を、（１より多くの）異なる位置変化を標的の（１つの）位置変化に写像することによって、記述する。決定ルールデータは、分析装置及び／またはマーカー検出装置を使用することにより生成される測定データに基づいて、決定することができる。分析装置及び／またはマーカー検出装置によって、時間に依存する標的の位置を決定し、かつ、好ましくは、同時に、対応する標識の位置を決定するために、特に４次元撮像法が使用される。分析装置及び／またはマーカー検出装置は、好ましくは、標識構造の複数の可能な位置の１つを、特に複数のインジケータの複数の異なる位置セットの、複数のインジケータの複数の（１より多くの）異なる位置（１つの位置セット）に相関させるために、使用される。決定ルールデータは、以下に詳述するように、一人の患者からまたは複数の患者から生成される測定データに基づいて決定することができる。決定ルールデータは、特に、（異なる標識構造に結合される）複数の異なるインジケータの位置変化から標的の位置変化を得るためのルールを記述するものである。インジケータの位置変化は、インジケータ変化集合で表され、セットデータと呼ばれるデータによって記述される。
好ましくは、「インジケータ変化集合」と呼ばれるセットを記述するセットデータが取得される。インジケータ変化集合は、１より多くの要素を含み、それぞれの要素は、複数のインジケータ（例えば、標識マーカーまたは標識部位）の位置変化に関する情報に相当する。すなわち、本発明に従って使用される１つのインジケータの位置変化だけでなく、複数の異なる情報（物理的情報）、特にｎ組によって記述可能なパラメータ、の集合が存在する。このｎ組は、特に値またはベクトルを表し、特にインジケータの位置またはインジケータの位置変化を記述する物理的パラメータを表す。好ましくは、インジケータ変化集合は、異なる標識構造の位置に関する情報を記述する複数の要素を含む。ここで、「異なる」という用語は、特に、標識構造が、異なる筋肉によって動かされるか、または、（特に、身体の生命機能によって運動する）異なる筋肉に相当することを意味する。特に、「異なる」という用語は、標識構造が、特に生命運動に従って、異なる方向に運動し、特に異なる軌跡を追尾することを意味する。
写像のルールによって、インジケータ変化集合は、（１つの）標的の１つの位置変化、特に変化後の標的の位置、を記述する１つの特定の標的変化データに写像される。すなわち、異なる標識構造を表す変化集合の要素が、同じ標的変化データ、特に、その標的の同じ位置変化に写像される。標識構造の位置変化は、本明細書では、「標識構造変化」とも呼ばれる。写像のルールは、特に、インジケータ変化集合によって記述される位置変化に依存する。変化のためのルールも、変化の前、変化の間、及び変化の後のインジケータの位置に依存するものであってもよい。
上述した決定ルールデータは、好ましくは、上述した一人の患者または患者群の測定データに基づいて確立される。取得された決定ルールデータは、取得されたインジケータ変化集合を標的変化に写像するためのルールを記述する。すなわち、例えば、インジケータの位置変化のセットは、決定ルールデータによって記述されるルールを適用することによって、標的の変化を決定するために使用することができる。記述されるルールは、好ましくは、インジケータ変化集合を標的変化に写像するためのルールである。特に、このルールは、複数のインジケータ変化集合のうちの各１つを、複数の標的変化のうちの各１つに写像するためのルールを記述する。写像のルールは、そのルールを取得されたインジケータ変化集合に対して適用した結果、１つの標的変化が決定されるという結果をもたらす。言い換えれば、インジケータ変化集合の２つ以上の要素が異なる標識構造の変化に相当していたとしても、インジケータ変化集合の要素は、写像のルールが適用されて、全て同じ標的変化集合に写像される。特に、写像のルールは、全射によって表すことができ、かつ、特に、複数のインジケータ変化集合の１つを複数の標的変化の１つに変える単射によって表すことができる。ここで複数という用語は、複数の別個のインジケータ変化集合及び／または標的変化を表すものであってもよく、または、（連続的）多数のインジケータ変化集合／または標的変化を表すものであってもよい。特に、その範囲は限定されており、例えば、標的の５ｃｍよりも小さい位置変化にわたるものである。
本発明に係る方法のさらなるステップに従って、標的変化は、取得されたインジケータ変化集合に対して決定ルールデータによって記述されるルールを適用することにより、決定ルールデータ及びセットデータに基づいて決定される。
異なる標識構造は、標的の異なる運動を生じさせる。例えば、肺が標的構造の場合、真肋の生命運動は、標的の前後運動を生じさせ、仮肋の生命運動は標的の側方運動を生じさせ、横隔膜は、標的の頭方及び尾方の運動を生じさせる。したがって、標的は、特的の方向への運動を有することができ、その方向は、ベクトルが異なる方向を指すいくつかのベクトルを加算することによって記述できるように、異なる方向の成分からなるものと考えることができる。本発明に従って、これらの加算されたベクトルは、異なる標識構造を表す変化集合の１より多くの要素と相関することができ、特に相関する。本発明の一態様に従って、写像のルールは、標的の変化の方向をインジケータ変化集合の１より多くの要素と相関させるように構成される。すなわち、変化集合の２つ以上の要素は、標的変化の方向に沿って標的変化に影響を及ぼすことができる。変化集合の要素が、例えば位置変化のベクトルを表す値及び／またはベクトルによって、あるいは、軌跡に沿った周期運動の振幅の値によって表されると仮定すれば、写像のルールに従って、少なくも標的変化の部分範囲に対して、２つ以上の異なる標識構造の位置変化についての情報を表す（特に、位置変化を表す）２つ以上の異なる要素の２つ以上の値及び／またはベクトルを、主として異なる標識構造の１つの運動によって生じた、特に、その運動に結合された標的変化の１つの方向に沿ったその標的変化を決定するために使用することができ、特に、使用される。
特に、（値及び／またはベクトルによって記述される）２つ以上の要素を結びつける数学的関係は、写像のルールを記述するために使用される。例えば、頭方及び尾方に沿った真肋の運動の成分と、頭方及び尾方に沿った横隔膜の運動の成分との間の数学的関係は、標的変化を決定するために使用することができる。この数学的関係は、特に、加算、減算、乗算、及び除算のような数学的演算によって記述される。この数学的関係は、数学的演算の組み合わせによって記述される場合もある。例えば、ｎ組（特に、ベクトル）
は、インジケータ変化集合によって記述され、異なる標識構造の位置変化を示す。また、
は、標的の位置変化を記述するｎ組（特に、ベクトル）である。このとき、写像のルールは、例えば、
によって記述することができる。ここで、
は、行列である。この行列の成分は、標的の位置変化の前及び／または後の標的の位置
及び／または、インジケータIiの（インジケータの位置変化の前及び／または後の）位置
の関数であってもよい。特に、行列の成分は、インジケータの位置についての情報に関して本明細書で説明される任意のパラメータ、特に、１以上のインジケータの周期運動の周波数及び／または振幅、並びに、補足情報に関して以下に記載されるパラメータの関数であってもよい。ｎ組
は、標的の位置変化についての情報を記述し、標的の位置変化と標的の位置の両方を記述する要素を含むことができる。ｎ組
は、インジケータの位置変化のみを記述する要素含むか、または、インジケータの位置変化とインジケータの位置の両方を記述する要素を含むことができる。ｎ組
は、インジケータの位置変化についての情報を記述する。好ましくは、上述したように、写像のルールは、複雑な影響、特に、標識構造の運動と標的の運動との複雑な干渉による影響を考慮するものである。したがって、行列
は、好ましくは、行列
が対角行列となる参照系が存在しないように構成される。
数学的関係の更なる例として、標的の位置変化の総計
または、
の１つ以上の成分、例えばΔｘは、インジケータ変化集合
の１つ以上の要素Δｓの関数であってもよい。例えば、
または、
特に、
である。但し、ｋは定数、Δｓi及びΔｓjは、インジケータIiの位置変化の総計及び
（異なる軌跡を追尾し、異なる標識構造の運動を表す）他のインジケータIjの位置変化の総計を記述するインジケータ変化集合の要素である。
（異なる軌跡を追尾し、異なる標識構造の運動を表す）他のインジケータIjの位置変化の総計を記述するインジケータ変化集合の要素である。
ｎ組
によって記述されるインジケータの位置変化についての情報は、特に、次の情報のうちの少なくとも１つを含む。その情報は、インジケータの位置変化、インジケータによって追跡される軌跡内の位置変化、インジケータの運動の方向の変化、及び、インジケータの巡回運動の振幅の変化である。上述した情報は、位置情報とも呼ばれる。加えて、ｎ組
によって記述されるインジケータの位置変化についての情報は、インジケータ変化集合によって示されるインジケータの位置変化の間に経過した時間のような、時間に関連する情報も含まれるものであってもよい。
特に、ｎ組
によって記述されるインジケータの位置変化についての情報は、位置変化の前及び／または後のインジケータの位置
についての情報、特に、変化の前及び／後に与えられたインジケータの周期運動の振幅についての情報が含まれるものであってもよい。特に、変化についての情報は、現在の周期運動の周波数、及び、特に変化の時点における周期運動の現在の最大振幅を含むものであってもよい。特に、標的変化は、特にそれぞれの軌跡内におけるインジケータの与えられた位置
に依存して、または、インジケータの位置変化が発生したときの標的の与えられた位置
に依存して、異なるものであってもよい。特に、インジケータ変化集合の要素の同量の位置変化は、異なる位置
に依存して、標的変化に対して異なる作用を有するものであってもよい。特に、この作用は、要素によって表されるインジケータが、最大振幅に近いか、または、周期運動の２つの最大値の間の中間にあるかに依存するものであってもよい。さらに、この作用は、インジケータの最大振幅に依存するものであってもよい。例えば、胸部呼吸に腹部呼吸が追加されているか否かに依存して、胸部呼吸を表すインジケータの同量の振幅変化の結果として、異なる標的変化が生じることもあり得る。
本発明のさらなる実施形態に従って、インジケータの位置変化についての情報によって記述することができ、かつ、決定ルールデータに考慮されることができる追加の情報（「補足情報」ともいう）は、軌跡に沿ったインジケータの周期運動の最大振幅、周期運動の周波数、標的の種類（例えば、腫瘍の種類）のような標的及びインジケータの診療情報、標的構造中の標的の位置、インジケータによって表される標識構造の種類（特に標識構造の運動の原理的な方向）、及び、仮肋または横画膜のような標識構造の学術名あるいは筋肉構造、仮肋、真肋、もしくは心臓または腸のような生命運動に関わる臓器の名前といったインジケータの医療分類である。
本発明の一実施形態に従って、写像のルールは、インジケータ変化集合と対応する標的変化との間の対応を記述する対応データに基づいている。この対応データは、１以上の参照テーブルとして実現することができる。特に、取得されたインジケータ変化集合と一致する参照テーブルの項目がない場合、参照テーブルの項目の間で内挿を実施することができる。対応データは、特に、複数のインジケータの周期運動の異なる最大振幅及び／または周波数についてインジケータの位置変化（「インジケータ変化」ともいう）を測定することによって、または、１つの周期的な軌跡に沿った運動内での複数の位置についてインジケータの位置を測定することによって、生成することができる。特に、写像ルールは、複数のインジケータの周期運動の複数の異なる最大振幅のセット及び／または複数の異なる周波数に対して、複数の異なる参照テーブルを含むものであってもよい。インジケータ変化集合によって記述された最大振幅または周波数のセットに対応する参照テーブルの１つが選択される。正確な対応がない場合には、参照テーブル間で内挿が実装される。
インジケータ変化集合の測定は、各標的位置がインジケータの位置のセットに割り当てられ、それによって、標的のそれぞれの位置変化（及び、好ましくは標的の変化の前の位置）を、（特に、インジケータ変の位置変化についての情報に加えて、インジケータの変化前に位置について情報も含む）インジケータ変化集合に割り当てることができるように、好ましくは、標的の位置の測定と組合せて実施される。対応データは、特に、上述した４次元撮像法を使用し、かつ、標的の位置を検出し、任意選択でインジケータの位置も検出する上述した分析装置を使用することによって、個別の患者から生成するものであってもよい。標識マーカーの位置及び位置変化の検出にも、検出装置を使用することができる。インジケータ変化集合と標的変化との間の対応を記述する上述した対応データは、「インジケータ・標的対応データ」とも呼ばれる。インジケータ・標的対応データが、一人の個別の患者について実施される測定に基づくものであるか否かに依存して、治療される標的含むそのデータは、「個別的インジケータ・標的対応データ」と呼ばれる。インジケータ・標的対応データが、同様の標的を有する複数の異なる患者（患者群）に基づく場合、「総体的インジケータ・標的対応データ」と呼ばれる。ここで、「同様の標的」は、特に、標的が同一の医学的種類（例えば同一の種類の腫瘍）のものであり、特に、標的が同一の標的構造中の同一の相対位置を有し（例えば、肺が標的構造の場合、肺中の同一の位置）、特に、患者が、同一の医学的状態（例えば、同一年齢、同一の呼吸パターン、等々）、特に、標的が１つの（第１）身体構造から隣の（第２）身体構造に延びているか否かが同一である、ことを意味する。第１の事例では、標的構造は、第１身体構造からなる。後者の事例では、標的構造は、第１身体構造及び第２身体構造からなり、第１身体構造と第２身体構造とが生命運動により異なる動きをした場合に、延在部が標的の位置変化に影響を及ぼす可能性がある。例えば、肺癌は、肺（第１身体構造）から胸壁（第２身体構造）に成長する場合がある。同様性の測度及び／または同様性のしきい値を、標的が同様であるか否かを決定するために適用するものであってもよい。
本発明のさらなる実施形態に従って、標的構造の位置及び／又は幾何属性の変化が、インジケータ変化集合に依存して、中間のステップで決定される。次いで、次のステップにおいて、標的の位置変化（標的変化）が、標的構造の位置及び／または幾何属性に基づいて決定される。幾何属性の変化の結果、標的構造の一部の圧縮及び標的構造の他の一部の膨張が生じる場合があり、その結果、標的が移動する場合があるため、標的構造の幾何属性の変化は、標的の位置に対して影響を及ぼす場合がある。位置に対する幾何属性の影響は、例えば、標的構造のモデル（例えば、標的構造の粘弾性モデル、または、標的構造の弾性モデル）を使用することによって決定することができる。このモデルは、特に、標的構造の変形及び／または境界の変位に対する標的構造の内部構造の機械的応答を具現化するものである。このモデルは、特に、標的構造の境界の変化に対する標的構造の機械的応答を記述し（例えば、標的構造の内部構造は、粘弾性的特性を有する場合がある）、標的構造の境界の変化は、インジケータ変化集合と関連する。このモデルは、特に、標的構造の内部構造を記述し、特に、標的構造の応力−歪曲線、応力緩和挙動、標的構造のクリープ挙動によって記述することができる。標的構造（特に境界）の幾何属性は、上述した分析装置によって実施される撮像法によって取得することができる。臓器のモデル化の方法は、例えば、ジェームズ シー ロス等（Ｊａｍｅｓ Ｃ Ｒｏｓｓ ｅｔ ａｌ）、「ＭＲガイド下集束超音波療法のための実時間の肝臓の運動の補償（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｌｉｖｅｒ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＭｒｇＦＵＳ）」、２００８年医用画像コンピューティングとコンピュータ支援医療介入（Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎ ＭＩＣＣＡＩ ２００８）、コンピュータ科学におけるレクチャーノート（Ｌｅｃｔｕｒｅ Ｎｏｔｅｓ ｉｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ）、シュプリンガー ベルリン（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｂｅｒｌｉｎ）、ハイデルベルク（Ｈｉｄｅｌｂｅｒｇ）、第５２４２巻（Ｂｄ． ５２４２）、２００８年９月６日（６. Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００８）、ｐ．８０６−８１３、ＸＰ１９１０５２３８、ＩＳＢＮ：９７８−３−５４０−８５９８９−５、並びに、ピエール−フェデリック ビラール（Ｐｉｅｒｒｅ−Ｆｅｄｅｒｉｋ Ｖｉｌｌａｒｄ）、ウェスリー ブルヌ（Ｗｅｓｌｅｙ Ｂｏｕｒｎｅ）、及びフェルナンド ベッロ（Ｆｅｒｎａｎｄｏ Ｂｅｌｌｏ）著、「質量バネ及び張力統合を使用した臓器変形のモデル化（Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ Ｏｒｇａｎ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｍａｓｓ−ｓｐｒｉｎｇｓ ａｎｄ Ｔｅｎｓｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ」に記載されている。これらの論文の開示は、参考として本明細書に含まれる。
上述したモデルは、特に、弾性モジュールについての仮定を含むものであってもよい。このモデルは、特に、個別の患者または同様の標的を有する患者群の標的構造の位置変化及び幾何属性の変化についての複数の測定に基づいて、作成されるものであってもよい。
このモデルは、特に、標的構造の種類に依存する。標的構造の種類は、特に、標的構造の機能の種類、臓器の種類、身体構造の密度、身体構造の身体内における位置、身体構造の変形性、身体構造の弾性（硬いかまたは硬くないか）等々にも依存する。
上述した実施形態に従って、好ましくは、標的の位置を記述する「標的位置データ」と呼ばれるデータを取得することにより、身体構造内における標的の位置が取得される。標的位置データは、好ましくは、本発明に係る追跡方法が開始するときの上述した開始位置に基づくものであり、この開始位置は、インジケータの現在の位置変化を考慮する前に、この方法によって決定された標的の位置に対応するにように取得することができる。加えて、好ましくは、身体内における標的構造の幾何属性及び／または位置は、標的幾何属性データによって記述される。好ましくは、写像のルールは、標的位置データ及び／または標的幾何属性データを考慮するものである。
本発明の一実施形態に従って、写像のルールは、さらに、インジケータ変化集合と標的構造の対応する変化（位置及び／または幾何属性の変化）との間の対応を記述する対応データに基づく。標的構造の変化は、例えば、標的構造の境界の位置及び／または幾何属性（形状及び／またはサイズ）の変化によって記述されるものであってもよい。対応データは、標的構造対応データとも呼ばれる。標的構造対応データが、治療される標的を有する個別の患者の測定に基づく場合、この対応データは、「個別的標的構造対応データ」と呼ばれる。個別的標的構造対応データは、特に、複数の異なるインジケータ変化集合に関して標的構造の位置及び／または幾何属性を測定することによって、生成するものであってもよい。複数の異なるインジケータ変化集合は、例えば、呼吸及び／または心拍の異なる振幅及び／または周波数によって、及び、腹部呼吸または胸部呼吸のような異なる種類の呼吸によって生じる。
個別的標的構造対応データの代わりにまたはそれに加えて、写像のルールは、総体的標的構造対応データに基づくものであってもよい。総体的標的構造対応データは、インジケータ変化集合と、複数の異なる患者に関する対応を測定することによって生成される対応する標的構造変化との間の対応を記述するものである。複数の患者は、好ましくは、上述したような同一の標的（特に、身体構造内における同一の位置、同一の標的構造、及び同一の標的の種類（例えば、腫瘍の種類、特に同一の腫瘍分類））を有する。
標的構造モデルを使用することにより、標的変化は、取得されたインジケータ変化集合と（個別的及び／または総体的）標的構造対応データとに基づいて決定することができる。特に、標的構造変化は、標的構造対応データとインジケータ変化集合とに基づいて決定することができる。そして、標的変化は、決定された標的構造変化、標的構造モデル、及び任意選択で標的位置データに基づいて決定することができる。
一般に、標的構造の位置及び／または幾何属性の変化（「標的構造変化」もいう）から標的変化を決定することは、標的構造変化を標的変化に写像する「下位ルール」と呼ばれるルールによって規定されるものであってもよい。標的構造変化は、標的構造の位置変化及び／または幾何属性の変化を記述するだけでなく、標的構造の位置及び／または幾何属性も記述するものである。
下位ルールは、標的構造モデルと呼ばれる上述したモデルに基づくものであってもよい。標的構造モデルは、好ましくは、標的構造の物理的パラメータを記述する。物理的パラメータは、標的構造変化による標的構造の内部構造の変化を記述するものである。例えば、標的構造は、リンクされた複数のノードを含むグリッドによって、モデル化することができる。このリンクは、例えば、弾性的または粘弾性的な挙動を示すものであってもよい。標的構造モデルは、特に、内部構造の変化による標的の標的構造内における位置（及び、特に幾何属性）の変化をモデル化するものである。標的変化のモデル化は、好ましくは、標的位置データに依存して、例えば、上述したグリッド内の標的の位置、及び任意選択で標的の幾何属性データにも依存して、実施される。
本発明の別の実施形態に従って、下位ルールは、弾性融合(elastic fusion)に基づくものである。特に、標的構造変化の前の標的構造を表す標的構造のモデルを、開始点として使用することができる。このモデルは、例えば、上述した撮像法の１つから得られる標的構造の２次元画像または３次元画像であってもよい。したがって、弾性融合は、特に画像融合（image fusion）である。標的構造の境界の位置及び／または幾何属性の変化は、標的構造対応データとインジケータ変化集合とに基づいて決定することができる。変化した境界を決定した後、標的構造モデルに弾性融合を適用し、変化した境界に適合させることができる。これによって、標的構造変化前の標的構造のモデルは、標的構造変化後の標的構造に融合する。標的構造のモデルは、好ましくは、標的を含んでいる。したがって、標的構造のモデルを融合することにより変化後に境界に適合させると、標的構造中の標的の位置も変化する。したがって、弾性融合を実行することにより標的変化を決定することができる。この目的のため、好ましくは、標的位置データが使用される。標的位置データは、好ましくは、標的構造変化前の標的構造内における標的の位置を記述するために使用されるものである。
本発明の別の実施形態において、下位ルールは、複数の異なる標的構造変化と対応する複数の標的変化との対応を記述する対応データに基づくものである。上述したように、このようなデータは、特に、分析装置によって実行される撮像法を使用することにより、標的構造の複数の異なる位置及び／または幾何属性に関して個別の患者に対して測定を実施することによって生成することができる。この測定は、治療される標的を有している個別の患者に対して実行されるものであってもよく、及び／または、上述したような標的の種類に関する同様性の基準を満たす患者群のうちの複数の患者に対して実行されるものであってもよい。
勿論、上述した下位ルールを組合せて、標的変化を決定するものであってもよい。上述した標的変化は、標的の位置変化についての情報を記述するデータを表す。この情報は、特に、変化前に標的が取る直前の位置から、変化後に標的が取る直後の位置までの標的の位置変化を記述する。標的変化データと呼ばれるデータは、直前及び／または直後の位置も記述する。特に、一実施形態において、標的変化データは、複数のインジケータの位置の変化後に取る標的の位置を記述する。すなわち、位置変化は、直前の位置及び直後の位置を記述することによって記述される。さらに、標的変化データは、本発明に係る追跡方法の次のステップにおいて、標的位置データとして使用することができる。対応して、インジケータ変化集合は、インジケータが変化前及び変化後にそれぞれ取る直前の位置及び直後の位置を記述するものであってもよい。写像のルールは、特に、インジケータの直前の位置を標的の直前の位置へ写像し、インジケータの直後の位置を標的の直後の位置に写像するものであってもよい。言い換えれば、本発明は、位置の相対的な変化を取り扱うだけでなく、インジケータ変化集合、写像のルール、及び（現在の変化が考慮される前の）直前のステップで決定された標的変化データに基づいて標的の絶対位置を決定するように構成されているものである。
インジケータ及び／または標的の位置は、参照系において記述することができる。この参照系は、例えば、放射線治療に使用される治療装置が静止しているか、または、患者の身体の一部（例えば、標的、標的構造、標識構造、または、脊柱のような他の身体部位）が静止しているか、または、放射線治療が実行される治療室が静止している参照系である。この点に関連して、上述した欧州特許出願（出願番号２１８９９４０及び出願番号２１８９９４３）及び国際公開第２０１１／１０７１４５号も参照される。
本発明は、コンピュータ上で実行されるか、または、コンピュータ上にロードされたときに、本明細書に記載された方法のうちの１つ、複数、または全ての段階をコンピュータに実行させるプログラム、プログラムが（特に、非一時的な形式で）保存されるプログラムストレージ媒体、プログラムが実行されるか、またはそのメモリー内に上記プログラムがロードされるコンピュータ、及び、プログラム（特に、上述したプログラム）、特に、本明細書に記載された方法の任意のまたは全ての段階を実行するために適したコード手段を表す情報を搬送する信号波（特に、デジタル信号波）のいずれか１つまたは複数にも関連する。
本発明のフレームワークにおいて、コンピュータプログラム要素は、ハードウェア及び（ファームウェア、常駐型ソフトウェア、マイクロコード等を含む）ソフトウェアのいずれか一方または両方によって実現される。本発明のフレームワークにおいて、コンピュータプログラム要素は、コンピュータプログラム製品の形をとるものであってもよい。コンピュータプログラム製品は、具体的には、コンピュータが使用可能な、特にコンピュータが読み取り可能なデータストレージ媒体として実現されているものであってもよく、このデータストレージ媒体には、指令実行システム上でまたは指令実行システムと関連して使用するために、このデータストレージ媒体内に具体的に表されている、コンピュータが使用可能な、特にコンピュータが読み取り可能なプログラム指令、「コード」、または「コンピュータプログラム」が含まれる。このような指令実行システムは、コンピュータであってもよい。コンピュータは、本発明に係るコンピュータプログラム要素及びプログラムの一方または両方を実行するための手段を含むデータ処理装置、特に、コンピュータプログラム要素を実行するためのデジタルプロセッサ（中央処理装置：ＣＰＵ）を含み、さらに、任意選択で、コンピュータプログラム要素を実行するために使用されるデータ、及び、コンピュータプログラム要素を実行することによって生成されたデータの一方または両方を保存するための揮発性メモリー（特に、ランダムアクセスメモリー：ＲＡＭ）を含むデータ処理装置である。
本発明のフレームワークにおいて、コンピュータが使用可能な、特にコンピュータが読み取り可能なデータストレージ媒体は、指令実行システム、指令実行装置、または指令実行デバイス上で、または、これらのシステム、装置、デバイスと関連して使用するためのプログラムについて、それを含む、それを保存する、それと通信する、それを伝搬させる、またはそれを輸送することが可能な任意のデータストレージ媒体とすることができる。コンピュータが使用可能な、特にコンピュータが読み取り可能なデータストレージ媒体は、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線、または半導体のシステム、装置、またはデバイスであってもよく、もしくは、例えばインターネットのような伝搬媒体であってもよいが、これらに限定されるものではない。コンピュータが使用可能なまたはコンピュータが読み取り可能な媒体は、プログラムが印刷された紙または他の適切な媒体ですらあってもよい。それは、例えば、紙または他の適切な媒体を光学的にスキャンすることによりプログラムを電子的に取り込み、次いで、適切な手段によりコンパイル、インタープリット、または、他の処理をすることが可能であるからである。好ましくは、データストレージ媒体は、不揮発性のデータストレージ媒体である。
本明細書に記載されたコンピュータプログラム製品、並びに、任意のソフトウェア及びハードウェアの一方または両方は、例示的な実施形態において、本発明の機能を実施するための様々な形をとるものである。コンピュータ及びデータ処理装置の一方または両方は、特に、ガイダンス情報を出力するための手段を含むガイダンス情報装置を含むものであってもよい。ガイダンス情報は、例えば、視覚的指示手段（例えば、モニター及びランプの一方または両方）による視覚的な方法、聴覚的指示手段（例えば、スピーカー及びデジタル音声出力装置の一方または両方）による聴覚的な方法、及び、触覚的指示手段（例えば、機器に組み込まれた振動要素）による触覚的な方法のいずれか１つまたは複数により、ユーザに対して出力されるものであってもよい。
本発明に従う方法は、特に、データ処理方法である。このデータ処理方法は、好ましくは、技術的手段、特にコンピュータを使用して実行される。特に、このデータ処理方法は、コンピュータにより、またはコンピュータ上で、実行される。コンピュータは、詳しくは、データを処理するための演算処理装置及び記憶装置、特に、電子的または光学的にデータを処理するための演算処理装置及び記憶装置を含む。本明細書に記載された計算ステップは、特に、コンピュータにより実行される。計算または決定のステップは、特に、データ処理方法の技術的フレームワーク、具体的にはプログラムのフレームワークにおいて、データを決定するステップである。コンピュータは、特に、任意の種類のデータ処理装置であり、特に電子的データ処理装置である。コンピュータは、例えば、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、ノートブック型パーソナルコンピュータ、ネットブック型パーソナルコンピュータ等の、一般的にコンピュータと見なされる装置であってもよい。但し、コンピュータは、例えば携帯電話機または埋め込み型プロセッサ等の、任意のプログラム可能な装置であってもよい。
コンピュータは、特に、複数の「下位コンピュータ」のシステム（ネットワーク）を含むものであってもよい。ここで、各下位コンピュータは、それぞれ独立したコンピュータに相当する。コンピュータという用語は、クラウドコンピュータ、特にクラウドサーバを含む。クラウドコンピュータという用語は、クラウドコンピュータシステムを含む。クラウドコンピュータシステムは、具体的には、少なくとも１つのクラウドコンピュータからなるシステムを含み、特に、サーバファームのように、動作可能に相互接続された複数のクラウドコンピュータを含む。好ましくは、クラウドコンピュータは、ワールドワイドウェブ（ＷＷＷ）のような広域ネットワークに接続される。このようなクラウドコンピュータは、全てワールドワイドウェブに接続された複数のコンピュータからなるいわゆるクラウド中に存在する。このような基盤構造は、クラウドコンピューティングに使用される。クラウドコンピューティングには、特定のサービスを提供するコンピュータの物理的位置及び構成についてエンドユーザが知る必要のない計算、ソフトウェア、データのアクセス及びストレージサービスが含まれる。特に、「クラウド」という用語は、インターネット（ワールドワイドウェブ）の暗喩として使用される。特に、クラウドは、サービスの１つとして計算の基盤構造を提供する（ＩａａＳ）。クラウドコンピュータは、本発明に係る方法を実行するために使用されるオペレーティングシステム及びデータ処理アプリケーションの一方または両方の仮想ホストとして機能するものであってもよい。好ましくは、クラウドコンピュータは、Ａｍａｚｏｎ Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ（登録商標）によって提供される Ｅｌａｓｔｉｃ Ｃｏｍｐｕｔｅ Ｃｌｏｕｄ（ＥＣ２）である。
コンピュータは、特に、データの入出力及びアナログ−デジタル変換の実行の一方または両方のためのインタフェースを含む。このデータは、特に、物理的特性を表すデータ及び工学的信号から生成されたデータの一方または両方である。工学的信号は、特に、（工学的）検出装置（例えば、マーカーを検出するための装置）及び（工学的）分析装置（例えば、画像を用いた方法を実行する装置）であり、この場合、工学的信号は、特に、電気信号または光信号である。工学的信号は、特に、コンピュータにより受信または出力されたデータを表す。
好ましくは、本発明に係る方法は、少なくともその一部がコンピュータにより実行される。すなわち、本発明に係る方法の全てのステップまたはいくつかの（全ステップ数よりも少数の）ステップが、コンピュータによって実行されるものであってもよい。
「データの取得」という表現には、特に、（データ処理方法のフレームワークにおいて）データ処理方法またはプログラムによりデータが決定されることが含まれる。データの決定には、特に、物理量を測定し、その測定値を、特にデジタルデータに変換すること、及び、そのデータをコンピュータにより計算すること、特に、本発明に係る方法によりデータを計算することが含まれる。「データの取得」の意味には、特に、例えば別のプログラム、先行のステップ、またはデータストレージ媒体からのデータが、特にデータ処理方法またはプログラムによる後の処理のために、データ処理方法またはプログラムによって受け取られることまたは引き取られることも含まれる。したがって、「データの取得」は、例えば、データを受け取るために待機すること及びそのデータを受け取ることの一方または両方を意味する場合もある。受け取られたデータは、例えば、インタフェースを介して入力されるものであってもよい。「データの取得」は、データ処理方法またはプログラムが、例えばデータストレージ媒体（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、データベース、ハードディスク等）のようなデータ源から、または（例えば、別のコンピュータまたはネットワークから）インタフェースを介して、データを（能動的に）受け取るまたは取り出すためのステップを実行することを意味する場合もある。
データは、取得ステップの前に別のステップを実行することによって、「利用可能」状態となるものであってもよい。この別のステップにおいて、データは、取得されるために生成される。その代わりに、または、それに加えて、別のステップにおいて、データは、例えばインタフェースを介して、入力される。特に、生成されたデータが、（例えば、コンピュータに）入力されるものであってもよい。（取得ステップに先行する）別のステップにおいて、本発明に係る方法またはプログラムのフレームワークでデータが利用可能となるようにそのデータをデータストレージ媒体（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ、及びハードドライブのいずれか１つまたは複数）に保存する別のステップを実行することにより、データを準備するものであってもよい。したがって、「データの取得」には、取得されるべきデータを取得するようにまたは準備するように、装置に指令することも含まれる。
特に、取得ステップには、侵襲的手順は含まれない。この侵襲的手順は、身体に対する実質的な物理的干渉を意味し、医療の専門家によって実施されることを要するとともに、必要とされる専門的配慮と技能をもって実施された場合でも、健康に対する実質的な危険性を伴うものである。データを取得すること、特にデータを決定することには、特に、外科的処置は含まれておらず、かつ、特に、人間または動物の身体を手術または治療を用いて処置する手順は含まれていない。このことは、特に、データを決定することを目的とするいずれのステップについても同様である。本発明に係る方法によって使用される様々なデータを区別するために、データは、「ＸＹデータ」のように記載（または、参照）され、この記載によって指定され、好ましくは「ＸＹ情報」と呼ばれる情報により定義される。
本発明は、決定された標的変化データに基づいて治療用ビームを制御するための方法にも関連する。
本発明は、治療用ビームシステムにも関連する。治療用ビームシステムは、治療装置を含む。治療装置は、治療用ビームを放射するように構成される。さらに、治療用ビームシステムは、コンピュータを含み、上述したプログラムがコンピュータ上で実行されるか、または、上述したプログラムがコンピュータにロードされる。したがって、コンピュータは、本発明に係る方法を実行する。特に、コンピュータは、取得されたインジケータ変化集合データに基づいて標的変化データを決定する。さらに、治療用ビームシステムは、治療用ビームを放射するように構成された治療装置を含み、さらに、コンピュータにより決定された標的変化データに従って治療用ビームの位置を制御するように構成される。例えば、コンピュータは、標的変化データを治療装置に伝達する。
本発明のさらなる特徴及び利点は、本発明の実施形態についての以下の詳細な説明に開示される。
図１に、本発明に従う治療用ビームシステムを示す。治療装置１００は、治療用ビーム１１０を放射する。治療装置１００は、矢印で示されたように移動することができる。コンピュータ２００は、制御信号によって治療用ビーム１１０のガイダンスを制御するために、治療装置１００に電気的に接続されている。スクリーン２０１、キーボード２０２、及びマウス２０３は、コンピュータ２００に接続されている。コンピュータ２００は、分析装置３１０、３２０も制御する。分析装置３１０、３２０は、特に、患者４００のＸ線画像を撮影するＸ線装置である。コンピュータ２００は、分析装置３１０、３２０から（治療前に）事前画像データ及び（治療の間に）処理画像データを受け取るために、分析装置３１０、３２０に接続されている。特に、コンピュータ２００は、分析装置３１０、３２０によって実行される画像の取得も制御するように構成されている。好ましくは、分析装置３１０、３２０とコンピュータ２００との間には電気的接続が設けられており、これによって、コンピュータ２００は、分析装置３１０、３２０に制御信号を送信し、及び／または、上述したデータを分析装置３１０、３２０から受信する。
患者４００は、寝台５００上に横になっている。分析装置３１０、３２０及び治療装置１００は、指示構造体６００によって支持されている。さらなる実施形態において、分析装置３１０、３２０は、治療装置から分離されており、特に別々に取付けられている。治療装置１１０と患者４００との間の相対位置を制御するために、患者４００の治療装置１１０に対する位置を再設定するように、寝台５００を動かすこともできる。すなわち、この治療用ビームシステムは、好ましくは、治療用ビーム１１０の位置を、特に患者４００に対して相対的に、制御するように構成されている。これは、特に、コンピュータ２００によって実行される。加えて、補助制御装置が治療装置１００及び／または寝台３００に組み込まれていてもよい。この補助制御装置は、好ましくは、コンピュータ２００と協調して動作するものである。
コンピュータ２００は、好ましくは、治療用ビーム１１０の位置に相対的な分析装置３１０、３２０の撮像ジオメトリ（imaging geometry）についての情報を有している。
撮像ジオメトリについての情報は、好ましくは、分析される対象物（解剖学的部位）が既知の場合に、分析装置の撮像ジオメトリとＸ線照査により分析される分析対象物（解剖学的部位）との間の既知の相対位置が与えられたときに、分析画像（Ｘ線画像）の計算を可能にする情報を含むものである。ここで、「既知」という用語は、分析対象物の空間的幾何属性（サイズ及び形状）が知られていることを意味する。これは、特に、分析対象物（解剖学的部位）と分析用照射（Ｘ線照射）との間の相互作用に関する、３次元の「空間的に解像された」情報が知られていることを意味する。ここで、「相互作用」という用語は、例えば、分析用照射が、分析対象物によって阻止されること、または、部分的にもしくは完全に分析対象物を透過することを意味する。撮像ジオメトリの位置及び特に方向は、特に、Ｘ線装置の位置、特にＸ線源及びＸ線検出装置の位置によって、及び／または、特に分析対象物を透過してＸ線検出装置によって検出される多重の（多数の）Ｘ線ビームの位置によって、定義される。撮像ジオメトリは、特に、上記多重の（多数の）ビームの位置（特に、向き）及び形状（例えば、特定の傾斜角を備えた円錐形）を記述する。この位置は、特に、上記多重のビームの中心を通過するＸ線ビームの位置よって表されるか、または、多重の（多数の）Ｘ線ビームを代表する形状（例えば、円錐台）の位置によって表される。
上述した相互作用に関する情報は、好ましくは、３次元的に既知のものであり（例えば、３次元ＣＴからの情報）、分析対象物の複数の点及び／または領域に関して、特に分析対象物の全ての点及び／または領域を通るように、空間的に解像された方法で相互作用を記述する。撮像ジオメトリが既知であることによって、特に、照射線源（Ｘ線源）の位置を撮像面（例えば、Ｘ線検出装置の平面）に対して計算することが可能となる。撮像ジオメトリによって定義される、３次元の分析対象物と２次元の分析画像との関連については、特に、次の文献を参照されたい。
１．ロジャー ワイ ツァイ（Ｒｏｇｅｒ Ｙ． Ｔｓａｉ）、「３次元機械視覚のための効果的かつ精確なカメラ較正法（Ａｎ Ｅｆｆｅｃｉｅｎｔ ａｎｄ Ａｃｃｕｒａｔｅ Ｃａｍｅｒａ Ｃａｌｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ３Ｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｖｉｓｉｏｎ）」、コンピュータ視覚とパターン認識に関するＩＥＥＥ会議の会議録（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｒｅｃｏｎｇｎｉｔｉｏｎ）、フロリダ州マイアミビーチ（Ｍｉａｍｉ Ｂｅａｃｈ，Ｆｒｏｒｉｄａ）、１９８６年（１９８６）、ｐ．３６４−３７４
２．ロジャー ワイ ツァイ（Ｒｏｇｅｒ Ｙ． Ｔｓａｉ）、「既製のテレビカメラ及びレンズを使用した高精度３次元機械視覚計測学のための多用途カメラ較正法（Ａ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｃａｍｅｒａ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ−Ａｃｃｕｒａｃｙ ３Ｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｖｉｓｉｏｎ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｕｓｉｎｇ Ｏｆｆ−ｔｈｅ−Ｓｈｅｌｆ ＴＶ Ｃａｍｅｒａｓ ａｎｄ Ｌｅｎｓｅｓ）」、ロボット工学とオートメーションのＩＥＥＥジャーナル（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）、第ＲＡ−３巻（Ｖｏｌｕｍｅ ＲＡ−３）、第４号（Ｎｏ．４）、１９８７年８月（Ａｕｇｕｓｔ １９８７）、ｐ．３２３−３４４
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｓ．ｃｍｕ．ｅｄｕ／〜ｒｇｗ／ＴｓａｉＤｅｓｃ．ｈｔｍｌ
も参照されたい。
３．ジフ ヤニーフ（Ｚｉｖ Ｙａｎｉｖ）著、「コンピュータ支援整形手術のためのＸ線透視画像処理と登録（Ｆｌｕｏｒｏｓｃｏｐｉｃ Ｘ−ｒａｙ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ Ｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃ Ｓｕｒｇｅｒｙ）」
４．欧州特許出願：出願番号０８１５６２９３．６
５．米国特許出願：出願番号６１／０５４１８７
２．ロジャー ワイ ツァイ（Ｒｏｇｅｒ Ｙ． Ｔｓａｉ）、「既製のテレビカメラ及びレンズを使用した高精度３次元機械視覚計測学のための多用途カメラ較正法（Ａ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｃａｍｅｒａ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ−Ａｃｃｕｒａｃｙ ３Ｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｖｉｓｉｏｎ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｕｓｉｎｇ Ｏｆｆ−ｔｈｅ−Ｓｈｅｌｆ ＴＶ Ｃａｍｅｒａｓ ａｎｄ Ｌｅｎｓｅｓ）」、ロボット工学とオートメーションのＩＥＥＥジャーナル（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）、第ＲＡ−３巻（Ｖｏｌｕｍｅ ＲＡ−３）、第４号（Ｎｏ．４）、１９８７年８月（Ａｕｇｕｓｔ １９８７）、ｐ．３２３−３４４
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｓ．ｃｍｕ．ｅｄｕ／〜ｒｇｗ／ＴｓａｉＤｅｓｃ．ｈｔｍｌ
も参照されたい。
３．ジフ ヤニーフ（Ｚｉｖ Ｙａｎｉｖ）著、「コンピュータ支援整形手術のためのＸ線透視画像処理と登録（Ｆｌｕｏｒｏｓｃｏｐｉｃ Ｘ−ｒａｙ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ Ｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃ Ｓｕｒｇｅｒｙ）」
４．欧州特許出願：出願番号０８１５６２９３．６
５．米国特許出願：出願番号６１／０５４１８７
好ましくは、コンピュータは、撮像ジオメトリ情報に基づいて、標的（治療部位）に相対的な処理用ビーム１１０の位置を計算する。治療用ビームに対して決定された位置と、標的に対して決定された位置とを比較することにより、処理用ビームの位置を、標的を叩くように制御することができる。
本明細書に記載される方法に従って決定される標的変化データは、好ましくは、処理用ビーム１１０の患者４００に相対的な位置を正確に制御するために使用される。プログラム、上記の方法を実現するプログラムは、好ましくは、コンピュータ２００上に保存され、及び／または、コンピュータ２００上で実行される。インジケータＩ1は、身体の一部に（例えば、真肋の動きを追跡するために、胸部に）付着されたマーカーであってもよい。他のインジケータＩ2は、例えば横隔膜であり、その位置は、分析装置３１０、３２０によって追跡される。標的Ｔは、処理用ビーム１１０によって叩かれる。マーカーＩ1の位置は、例えば、ナビゲーションシステムにより知られている定位（stereostatic）カメラによって検出することができる。好ましくは、少なくとも２つのインジケータが使用され、それぞれのインジケータは、標識構造の異なる生命運動を表す。腫瘍の動きの開始位置を決定するため、及び、腫瘍の動きの開始位置をインジケータ（Ｉ1，Ｉ2）の位置と相関させるため、例えばＣＢＣＴ画像を生成して、特にインジケータの軌跡及び／または標的が静止している参照系における腫瘍の位置を決定するものであってもよい。好ましくは、分析装置（例えば、ＣＢＣＴ）による腫瘍の位置の決定と同時に、インジケータ（例えば、Ｉ1及びＩ2）の位置が決定される。そして、腫瘍の位置の変化は、本発明に従って標的変化データを決定することにより、決定される。また、標的の位置は、標的の開始位置と、決定された標的の位置変化（標的変化データ）とに基づいて決定することができる。
図２は、左側に第１インジケータＩ1の周期的軌跡１０が示されており、右側に第２インジケータＩ2の周期的軌跡２０が示されている。第１インジケータＩ1の軌跡上の位置は、ベクトル
によって記述される。ｎ組
は、
の例であり、インジケータＩ1及びＩ2の位置変化についての情報を記述する。インジケータＩ1の、上述した複数の異なる位置の間の位置変化は、
によって示される。インジケータの周期的軌跡に沿った複数の異なる位置は、この軌跡が静止している参照系において記述されるものであってもよい。同様に、図２の右側には、第２インジケータＩ2の周期的軌跡が示されている。軌跡２０に沿った複数の異なる位置は、ベクトル
によって示される。複数の位置の間の位置変化は、次のベクトル
によって示される。再び、位置を記述するこれらのベクトルは、この軌跡２０が静止している参照系において記述されるものであってもよい。好ましくは、複数のインジケータ（例えば、Ｉ1及びＩ2）の軌跡は、複数の軌跡が静止している参照系において記述される。
一実施形態において、複数のインジケータＩ1、Ｉ２（及び、任意選択で、さらなるインジケータ）の位置と、標的の位置
との間の対応を記述する対応データは、軌跡に沿ったインジケータの位置の測定と、標的の対応する（特に、同時に実行される）測定とに基づいて生成される。この測定は、例えば４次元撮像法を使用することにより、特に治療の開始前に実行される。インジケータ・標的対応データの簡略化された例は、簡略化された参照テーブルとして図３に示されている。上行において、
は、インジケータＩ1の位置を示している。参照テーブルにおいて、標的Ｉ1の４つの位置は、
である。これらの位置は、参照テーブルの上行に記載されている。図３に示す参照テーブルの左列には、インジケータＩ2の位置
が示されている。図３に示す参照テーブルには、標的のどの位置
が、２つのインジケータＩ1、Ｉ2のどの位置と対応するかが示されている。例えば、位置
は、インジケータ位置
と対応する。例えば、標的の直前の位置が
であり、現在の位置が
である場合、標的の変化についての情報を記述するｎ組
は、例えば、
である。
インジケータＩ1の位置の変化は、
として示される。インジケータＩ1の位置の変化は、
として示され、インジケータＩ2の位置の変化は、
として示される。すなわち、インジケータ変化集合
は、例えば、
として記述することもできる。変化集合には、インジケータの位置についての情報をふくめることもできる。すなわち、インジケータ変化集合
の例は、
であってもよい。変化集合の特定の例は、例えば、
または
である。例えば、
であるため、位置の変化は、後者の例から導くこともできる。
例えば、参照テーブルを生成するために、治療される同一の種類の標的を有している複数の患者（患者群）を使用することもできる。好ましくは、同一のインジケータ（特に、身体に対して同一の位置に配置されたインジケータ）を使用して、インジケータの軌跡が決定される。このような複数のインジケータの複数の軌跡は、好ましくは平均化され、複数の異なる種類のインジケータのそれぞれについて総体的軌跡が生成される。生成された総体的軌跡に基づいて、総体的対応データを生成することができる。これらのインジケータ・標的対応データが、治療される患者に対する測定に基づいて生成される場合、これらのインジケータ・標的対応データは、個別的インジケータ・標的対応データと呼ばれる。これらのインジケータ・標的対応データが、患者群を使用して生成される場合、これらのインジケータ・標的対応データは、総体的インジケータ・標的対応データと呼ばれる。
図４ａ）には、標的構造が示されている。このモデルには、標的構造の内部構造を表すグリッドが含まれる。グリッド線は、境界が圧縮または膨張された場合、（バネのように）弾性挙動を示すものと仮定されている。標的Ｔは、モデル内に配置されている。好ましくは、グリッド線は、グリッド線によって確立されるノード上に標的が配置されるように選択される。このモデルは、好ましくは、３次元モデルである。図４には、簡略化のため、２次元の簡略されたモデルのみが示されている。グリッド線は、境界点の位置または単に境界位置と呼ばれる
の位置で、モデルの境界と接している。一実施形態において、標的構造対応データは、例えば、参照テーブルを使用することにより提供される。参照テーブルは、複数のインジケータの位置と境界位置
との間の関係を記述する。この例では、図４ａ）には、変化前の標的構造のモデルの境界が示されており、図４ｂ）には、変化後の標的構造のモデルの境界が示されている。図４に示す例では、モデルは垂直方向に圧縮され、水平方向に膨張されている。この結果、標的Ｔの位置は下方及び右方に変化している。標的構造の変形は、例えば、標的構造の上方に隣接する身体構造が下方に動くことによって生じる場合がある。図に示すように、このような下方への動きの結果、標的の下方への動きだけでなく、標的の右方への動きも生じる。これは、標的構造の機械的応答によるものであり、このような標的構造の運動と標識構造及びインジケータの運動との間の複雑な関係を説明するものである。
境界位置
は、図４ｂ）では、
と表記されている。境界位置
は、変化後の境界点の位置を示している。参照符号Ｔ’は、変化後の標的の位置を示している。
図４ａ）に示すグリッドが、標的構造の画像を示すものと仮定すれば、図４ｂ）に示すグリッドは、図４ａ）の画像を、図４ｂ）に示す標的構造の境界内に融合するための一例である。この弾性融合によって、標的の位置もＴからＴ’に変化する。
Claims (13)
- 放射線治療を実行するために使用可能な標的変化データと呼ばれるデータを決定するための方法であって、前記標的変化データは、患者の身体中に含まれる標的の位置変化に関する情報を記述し、前記方法は、コンピュータによって実行され、
・インジケータ変化集合を標的変化データに写像するための写像のルールを記述する決定ルールデータを取得するステップを含み、インジケータ変化集合は、１より多くの要素を含む集合であり、インジケータ変化集合の複数の要素のそれぞれは、複数のインジケータの位置のそれぞれの変化を示し、少なくとも２つのインジケータのそれぞれは、標識構造と呼ばれる複数の異なる身体構造の位置の変化を示しており、
・取得されたインジケータ変化集合を記述するセットデータを取得するステップと、
・取得されたインジケータ変化集合に対して前記写像のルールを適用することにより、前記決定ルールデータ及び前記セットデータに基づいて、前記標的変化データを決定するステップと、をさらに含み、
前記標的が含まれる身体構造は標的構造と呼ばれ、前記標的変化データを決定するために、前記標的構造のモデルを使用して、前記標的構造の幾何属性及び／または位置の変化が前記インジケータ変化集合に依存して決定される、ことを特徴とする方法。 - 決定された前記標的変化データは、
ａ）前記標的の位置変化、
ｂ）前記標的の位置変化及び前記標的の変化前の位置、及び、
ｃ）前記標的の変化後の位置、のうちの少なくとも１つを記述する、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 複数の前記インジケータの位置の変化のそれぞれについての情報は、複数の前記インジケータの位置変化及び、変化が生じたときの複数の前記インジケータの位置を記述し、前記写像のルールは、複数の前記インジケータの位置に依存し、及び／または、
さらに、前記標的の位置変化前の前記標的の位置を記述する標的位置データを取得するステップを含み、前記写像のルールは、前記標的の位置に依存し、及び／または、
複数の前記インジケータの位置のそれぞれの変化についての情報は、複数の前記インジケータの位置変化と、複数の前記インジケータが周期運動をしている場合には、位置変化の最大振幅及び／または周波数とを記述し、前記写像のルールは、複数の前記インジケータの位置変化と、位置変化の最大振幅及び／または位置変化の周波数とに依存する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 - 前記写像のルールは、取得されたインジケータ変化集合の写像される複数の要素間の数学的関係を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記写像のルールは、
ａ）患者の複数の異なるインジケータ変化集合と、対応する標的変化データとの間の対応を記述し、該対応は、治療される前記患者の身体を分析することにより生成されている、個別的インジケータ・標的対応データ、及び、
ｂ）複数の異なるインジケータ変化集合と、対応する標的変化データとの間の対応を記述し、該対応は、複数の異なる患者の身体を分析することにより生成されている、総体的インジケータ・標的対応データ、のうちの少なくとも１つに基づくことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。 - 前記標的が含まれる身体構造は標的構造と呼ばれ、前記標的構造の位置及び／または幾何属性の変化は標的構造変化と呼ばれるとともに、
前記写像のルールは、
複数の異なるインジケータ変化集合と、対応する標的構造変化との間の対応を記述し、治療される患者の身体を分析することにより生成された、個別的標的構造対応データに基づいており、
前記標的構造変化は、取得されたインジケータ変化集合と前記個別的標的構造対応データとに基づいて決定され、
前記写像のルールは、さらに、決定された前記標的構造変化を前記標的変化データに写像するためのルールを記述する下位ルールに基づき、
前記標的変化データは、決定された前記標的構造変化と前記下位ルールとに基づいて決定される、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。 - 前記標的が含まれる身体構造は標的構造と呼ばれ、前記標的構造の位置及び／または幾何属性の変化は標的構造変化と呼ばれるとともに、
前記写像のルールは、
複数の異なるインジケータ変化集合と、対応する標的構造変化との間の対応を記述し、複数の異なる患者の身体を分析することにより生成された、総体的標的構造対応データに基づいており、
前記標的構造変化は、取得されたインジケータ変化集合と前記総体的標的構造対応データとに基づいて決定され、
前記写像のルールは、さらに、決定された前記標的構造変化を前記標的変化データに写像するためのルールを記述する下位ルールに基づき、
前記標的変化データは、決定された前記標的構造変化と前記下位ルールとに基づいて決定される、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。 - 前記標的構造内の変化前の前記標的の位置を記述する標的位置データを取得するステップを含み、
前記下位ルールは、前記標的構造の境界の変化による前記標的構造の内部構造の変化を規定する前記標的構造の物理的パラメータを記述し、かつ、前記標的位置データに基づいて前記内部構造の変化による前記標的構造内の前記標的の位置変化をモデル化する、標的構造のモデルを含んでおり、
前記標的変化データの決定は、さらに、前記標的位置データに基づく、ことを特徴とする請求項６または７に記載の方法。 - 前記下位ルールは、前記標的を含む前記標的構造の変化前の前記標的構造の画像を、決定された前記標的構造変化から生じた前記標的構造の画像に弾性融合することに基づく、ことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記下位ルールは、標的構造変化と、対応する標的変化データとの間の対応を記述する対応データに基づく、ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の方法。
- 複数の前記インジケータは、該インジケータの動きが取得されたインジケータ変化集合の複数の要素によって表され、横隔膜の運動に従って運動する第１インジケータ、仮肋に従って運動する第２インジケータ、真肋に従って運動する第３インジケータ、心拍に従って運動する第４インジケータ、及び、腸の運動に従って運動する第５インジケータのうちの少なくとも２つを含んでいる、ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
- コンピュータ（２００）上で実行されたとき、または、コンピュータ（２００）にロードされたとき、請求項１から１１のいずれか１項に記載された方法をコンピュータに実行させるプログラム、及び／または、前記プログラムが保存されたプログラムストレージ媒体、及び／または、そのメモリー内に前記プログラムがロードされたコンピュータ。
- 前記標的変化データを取得されたインジケータ変化集合に基づいて決定するように構成された請求項１２に記載のコンピュータ（２００）と、
治療用ビームを放射し、かつ、決定された前記標的変化データに従って治療用ビームの位置を制御するように構成された治療装置（１００）と、
を含むことを特徴とする治療用ビームシステム。
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