JP2000507848A

JP2000507848A - 全粒子モンテカルロトランスポートを使用する放射線療法線量の計算

Info

Publication number: JP2000507848A
Application number: JP9531883A
Authority: JP
Inventors: チャンドラー，ウィリアム，ピー．; ハートマン，シアンター，クリスティーン，エル．; ラズコフ，ジェームズ，エイ．
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2000-06-27
Also published as: CA2248862C; EP0956099A4; WO1997032630A1; AU2317897A; EP0956099A1; US5870697A; CA2248862A1

Abstract

(57)【要約】３次元モンテカルロトランスポート（19）を利用して、身体中に吸収された実際の放射線量を計算する。中性子、陽子、重陽子、トリトン、ヘリウム−３、アルファ粒子、光子、電子及びポジトロンが、モンテカルロ全粒子法（MCAPM）（18）を使用して、完全に結合した方法で運搬される。本発明の主要な要素は、コンピュータハードウェア及びソフトウェア、患者のユーザ記述、放射線源の記述、物理的データベース、モンテカルロトランスポート、及び放射線分布の出力（15）を含む。これにより、あらゆる生物学的目標に入射した中性子、光子、電子、ポジトロン及び重荷電粒子についてのデカルトグリッド上の放射線量分布の推定が容易となり、その解像度は数ミクロンから数センチメートルである。計算を拡張して、生物学的及び／又は非生物学的媒体についての一般的なジオメトリ（非デカルト）上での放射線量分布を推定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】全粒子モンテカルロトランスポートを使用する放射線療法線量の計算米国政府は、米国エネルギー省とカリフォルニア州立大学との間のローレンス・リバーモア国立研究所の活動についての契約No.W-7405-ENG-48に関して、本発明における権利を有する。発明の背景発明の分野本発明は、がん患者を治療するための放射線療法の利用に関連し、より詳細には放射線量を計算する方法に関する。関連技術の記述現在、米国では全がん患者のおよそ６０％の治療のために放射線療法が使用されている。放射線療法は身体の特定の領域を標的とするので、放射線療法技術の改善は多数の患者の死亡率及び疾病率を減少させる可能性を有する。放射線源は、イオン化粒子の外部ビーム又は患者内部の放射能源の形態とすることができる。図１Ａは、患者へ放射された時の放射線ビーム１を示す。外部ビームは、通常、粒子加速器として動作するマシンにより生成される。ビーム放射システムは、放射線源５(図１Ｂ参照)からなり、それは患者の周りに約３６０度の円弧で回転可能なガントリー２上に配置される。各ビームは回転可能なコリメータ３により整形される。患者は回転可能なテーブル４上に横たわる。ガントリー２及びテーブル４の両者は図１に示すように単一の等角点の周りを回転する。外部ビーム放射線療法は幾つかのタイプのイオン化放射線により実行される。約８０％の患者は、最大エネルギーが２５ＯkeＶから２５ＭｅＶの範囲に属する光子により治療される。残りは主として４から２５ＭｅＶのエネルギーを有する電子により治療される。加えて、幾つかの高速中性子及び陽子療法設備があり、それらは世界中で多数の患者を治療してきた。高速中性子療法は７０ＭｅＶに至る中性子エネルギーにより実行され、陽子療法は約５０から２５０ＭｅＶの範囲の陽子エネルギーにより実行される。ホウ素−中性子捕獲療法は、熱中性子及び熱外中性子源により実行される。幾つかの放射能源は低エネルギー電子を出射するが、ほとんどの内部放射線源は光子を患者に放射する。身体へのイオン化放射線の効果は、放射線量により定量化される。吸収された放射線量は組織の単位質量に対する堆積エネルギーの比率により規定される。腫瘍と過敏な組織とは近接して位置することが多いので、放射線量分布の計算の正確性は決定的に重要である。放射線療法の目標は、致死量の放射線を腫瘍に放射し、その周りの過敏な組織において許容放射線レベルを維持することである。この目標は、放射されるべき放射線治療のコンピュータによる計画により達成される。治療計画プロセスは、個々の患者の解剖学を特徴付けること（多くは、これはＸ線断層撮影（ＣＴ）を使用して行われる）と、放射線源の形状、強度及び位置を決定することと、患者内で吸収された放射線量の分布を計算すること、を含む。身体中の放射線量の計算のために使用される最も最近の方法は、水の箱（wa ter box)内で行われる放射線量測定に基づく。骨や通気路などの不均質は近似手法により処理され、又は完全に無視される。モンテカルロトランスポートは、不均質媒体中の放射線量分布の、直接測定に次いで最も正確な決定方法である。モンテカルロトランスポート手法では、コンピュータを使用して、関心のある対象物を通じた粒子の流れをシミュレーションする。発明の概要本発明の目的は、３次元モンテカルロトランスポートを使用して身体中の放射線量を計算することにある。１９９０年代初期にコンピュータワークステーション技術が発達し、モンテカルロトランスポート応用に要求されるコンピュータのサイズ及びコストはそれらを広範な仕様に適するものとなった。モンテカルロトランスポートにおけるLLNL の進歩に結合されるこの技術は、進歩したコンピュータモデリング技術を放射線腫瘍学に応用する唯一の機会を提供する。本発明は、３次元モンテカルロトランスポートを使用して身体中の放射線量を計算する。中性子、陽子、重陽子、トリトン、ヘリウム−３、アルファ粒子、光子、電子及びポジトロンが、LLNLが開発したモンテカルロ全粒子法（MCAPM）を使用して、完全に結合した方法でトランスポートされる。本発明の主要な要素は、コンピュータハードウェア、患者(ＣＴスキャン)の記述を含むディジタルデータファイル、放射線源の記述、原子核又は原子の相互作用データベース、モンテカルロトランスポートソフトウェア、及び放射線分布を含むディジタル出力ファイルを含む。ユーザは、マニュアル操作で、又は患者のＸ線断層撮影（ＣＴ）スキャンから、デカルトトランスポートメッシュを規定することができる。トランスポートメッシュがＣＴスキャンから取得される場合、ｘ及びｙゾーンの寸法はＣＴの切断上の各画素の寸法として規定され、ｚ寸法はＣＴ切断間の間隔として規定される。メッシュ内の各ゾーンは物質番号を割り当てられ、その物質番号は特定の原子組成及び密度に関連付けられる。物質は、ＣＴ数の範囲に基づくソフトウェア閾値アルゴリズムを使用して割り当てられ、又はマニュアル操作で割り当てられる。放射線源は、外部ビーム又は内部放射性ソースのセットとして規定される。放射線源の各要素（ビーム又は内部ソース）は、その形状及び空間における位置、並びにエネルギー分布及びそれが放出する粒子の方向により特徴付けられる。外部ビームについては、放射線源は、標準的な病床の等角点ガントリー及びテーブルジオメトリ中の複合ビーム又はビームのセットとして規定される。ユーザは、加速ガントリー、コリメータ、及びテーブルアングル、並びにトランスポートメッシュ中における回転（等角点）のテーブル／加速器中心の（x,y,z）位置を指定する。各粒子のエネルギー及び方向は、空間中の面（ビーム規定面）で記述され、その面は放射線源とガントリー／テーブル等角点を結ぶ放射線に垂直に規定される。図１Ｂは、放射線源５、コリメータジョー７、及びビーム規定面６の関係を示す。ガントリー２上の放射線源５からの放射ビーム１はビーム規定面６、コリメータジョー７、補償器８及びブロック９をテーブル４へ向かって通過する。粒子は、点源からビーム規定面へトランスポートされる。ビーム規定面は一連の同心円リングに分割される。各同心円リングは、それに関連する異なるエネルギー及び角度分布を有する。粒子がビーム規定面上のどこに着陸するかによって、それはディジタルコンピュータライブラリから選択されたエネルギー及び角度分布からサンプリングされた新規なエネルギー及び角度分布を与えられ、そのライブラリは、実際のビーム放射システムのモンテカルロシミュレーションから生じるエネルギー及び角度分布、並びに単一エネルギー、単一方向オプションを含む。ユーザが選択した角度分布は、ビーム規定面における粒子の軌道を修正する。フィールド形状は、コリメータジョー及び付随的な補償器及び／又はフィールド整形ブロックを通過する粒子として規定される。コリメータジョーを通過する粒子のトランスポートは、放射線追跡により達成され、補償器及びブロックを通ってトランスポートするためにモンテカルロ手法が使用される。各粒子がビームコリメートシステム（ジョー、補償器、及びブロック）から出ると、それは患者のメッシュにトランスポートされる。内部のカプセル化したソースについて、粒子は点又はラインソースから生成され、エネルギーは放射性同位元素崩壊データから決定（サンプル）され、角度は実際のソースのモンテカルロシミュレーションから決定される角度分布から取得される。各内部ソース粒子の位置及び方向は、患者内のソースのユーザが指定した位置から決定される。本発明は、患者の座標システム内で以下のようにモンテカルロトランスポート計算を実行する。まず、放射線源から粒子を選択する。そのタイプに応じて、それは適当な中性子、光子、電子／ポジトロン、又は重荷電粒子のトランスポートパッケージへ渡され、そこではそれは衝突を受けるまで追跡される。荷電粒子（電子、ポジトロン、及び重荷電粒子）については、移動距離と所定の停止パワー (スローダウン)情報を結合することによりエネルギーが堆積される。各原子核反応及び光子の相互作用は、モンテカルロ全粒子追跡方法（MCAPM）反応物理学パッケージを呼び出すことにより処理される。入射粒子を与えられて、このパッケージは衝突から生じる全ての２次粒子のエネルギー及び角度を返す。これらの粒子は２次的バンタに記憶される。次に、制御はモンテカルロ追跡プログラムに戻り、それは２次的バンク、又はそのバンクが枯渇した時には放射線源から粒子を選択する。このプロセスは、ソース及び２次的バンク内の全ての粒子が追跡されるまで継続する。 MCAPMソフトウェアパッケージは、多くの粒子タイプの結合したモンテカルロシミュレーションに要求される粒子衝突物理学を達成するデータシステム及びアルゴリズムである。上述の原子核及び原子データライブラリは、中性子、光子、電子及び重荷電粒子の物質との相互作用を記述する。各相互作用は、これらの粒子のいずれかの生成を生じさせる。本発明では、電子クーロン相互作用を記述する別のデータが含められる。中性子及び重荷電粒子の断面はエネルギーグループ又はビン（bin）に渡って平均化されるが、各粒子は離散的なエネルギー値を所有し、連続的なエネルギーバイアス上で衝突運動学が実行されることを許容する。このスキームは、純粋な連続的エネルギー手法(各衝突パラメータのエネルギー依存性を完全に記述するのに必要なより多くの情報を記憶する)、及び純粋なマルチグループ手法(エネルギーグループ又はビンに基づき全ての衝突パラメータを記憶する)の両者の強度を利用し、正確な運動学を維持しつつ、より小さな断面データベースを許容とする。光子の断面は離散的なエネルギーポイント間で補間される。中性子及び光子は、標準アナログモンテカルロ手法を使用してトランスポートされる。追跡されていない粒子へ伝達されたエネルギーは局部的に堆積し、予測エネルギー堆積が分散の減少をもたらす。重荷電粒子については、原子核反応及び広角度クーロンスキャッタリングがイベント毎に処理され、他の全てのクーロン相互作用は簡約履歴手法（condensed history method）により考慮される。簡約履歴手法は、トランスポート物理学アイディアを利用して、粒子が特定の距離を移動する時、複数の相互作用の効果を結合する。荷電粒子簡約履歴ステップ内で生じる複数のクーロン衝突を考慮するために、ルーサーフォールド（Rutherford）スキャッタリング断面（エネルギーストラグリング）及びモリエーレ（Moliere）分布へのハイランド（Highland）近似から決定された分散を有するガウス状分布を使用して粒子のエネルギー及び軌跡を修正する。電子及びポジトロンは、伝統的なクラスII簡約履歴手法を使用してトランスポートされる。広角度クーロンスキャッタリング及び制動放射生成をイベント毎にモデル化し、他の全てのクーロン相互反応は簡約履歴手法により考慮される。各簡約履歴ステップ後、電子（又はポジトロン）の軌跡は、モリエーレ分布からのサンプリングにより修正される。本発明は、将来は簡約履歴の代わりにマクロ応答モンテカルロ手法を使用することができる。モンテカルロトランスポートパッケージは、放射線源からのエネルギー堆積を計算し、患者内に堆積したエネルギーの３次元デカルトマップを作る。モンテカルロ計算が完了すると、エネルギー堆積マップは吸収された放射線量のマップに変換され、ユーザへ報告される（クライアント治療計画コード）。入力（患者及び放射線源の記述、並びにコード制御のためのユーザオプション）及び出力（３次元放射線量マップ）が読みとられ、ファイルのセットへ書き込まれ、そのセットは、現在はセントルイスのワシントン大学、ＮＣＩプロステート共同ワーキンググループＲＴＯＧ３ＤＱＡセンターが所有する、治療計画情報交換のテープ／ネットワークフォーマット、バージョン3.00（1110/94）についての仕様に適合する。これらのファイルはＡＡＰＭ標準ファイルと呼ばれる。入力及び出力データの形式は、将来、新しい工業基準を適合し、又は商業的な患者治療計画システムへのより直接的なつながりを許容するために変更することができる。図面の簡単な説明図１Ａは、外部ビーム放射線療法放射のためのガントリー、コリメータ、テーブル、及び放射ビームを示す。図１Ｂは、放射線源、コリメータ、及びビーム規定面の関係を示す。図２は、本発明のプロセスフローの平面図である。図３は、最高レベルのコードを示す。図４Ａ及び４Ｂは生成プログラム２０を構成するサブルーチンを示す。図５は、生成プログラム２０を構成するプログラムフローである。図６は、生成プログラム２０のプログラムフロー、データ構造、出力及びサブルーチン関数の別の図である。図７乃至図１５は、生成プログラム２０の各サブルーチンのプログラムフローの詳細な図である。図１６乃至１９は、全粒子追跡プログラム（MCXEC）２２を構成するサブルーチンを示す。図２０は、全粒子追跡プログラム２２のプログラムフローを示す。図２１は、全粒子追跡プログラム２２の全フロー、データ入力、出力及びサブルーチン関数の別の図である。図２２乃至３１は、全粒子追跡プログラム２２の各サブルーチンのプログラムフローの詳細な図を示す。図３２は、ポストプロセッサ２４のプログラムフローを示す。図３３は、ポストプロセッサ２４のデータフローを示す。発明の詳細な説明本発明は、３次元モンテカルロトランスポート手法を使用して身体中の放射線量を計算する。中性子、陽子、重陽子、トリトン、ヘリウム−３、アルファ粒子、光子、電子及びポジトロンが、ローレンス・リバーモア国立研究所（LLNL）が開発したモンテカルロ全粒予法（MCAPM）を使用して、完全に結合した方法で運搬される。本発明の主要な要素は、コンピュータハードウェアびソフトウェア、患者（ＣＴスキャン）の記述を含むディジタルデータファイル、放射線源の記述、原子核又は原子の相互作用データベース、モンテカルロトランスポートソフトウェア、及び放射線分布を含むディジタル出力ファイルを含む。本発明において使用可能なコンピュータハードウェアは、ＵＮＩＸ下で動作可能な１以上の中央処理ユニット（CPU）を有する一般的なＵＮＩＸベースのワークステーション（本発明は現在、サンマイクロシステムズのSPARCシリーズ、シリコングラフィックスのSGI-R4000シリーズ、ＩＢＭのRS6000シリーズ、他で動作する）、各プロセッサで使用可能な１ギガバイトのランダムアクセスメモリ、本発明で要求され、生成される入出力情報を記憶する１ギガバイトの内蔵ハードディスク、ＣＴスキャン及び放射線量結果を観察するためのカラーモニタ（好ましくは１７インチ）、並びにプログラムの実行及び制御のための標準キーボードを含む。図２は、プロセス及び本発明の平面図（12）を示す。デカルトトランスポートメッシュが手操作又はＸ線断層撮影（ＣＴ）スキャン（13）のいずれかにより規定され、商業的患者治療計画システム（14）に入力される。患者、規定された放射線源及びその他のユーザオプションについての追加データがＣＴデータ（15）に含められ、実行プログラム（16）へ渡される。加えて、原子核及び原子データ（17）が実行プログラム（16）に入力され、その実行プログラムはモンテカルロ放射線量計算プロセス（18）を制御し、患者に放射された放射線量の３Ｄマップ（19）を計画システム（14）へ戻す。図３は最高レベルにおけるコードの構造図を示す。実行プロセスPGXEC（16）は、３つの主要な機能を有する：(i)放射線量計算を行うのに必要な患者データ、放射線源データ及び物理学データの全てを提供する生成プロセス（GENXECと呼ばれる生成プログラム２０）、（ii）全粒子モンテカルロ物理学放射線量計算（ MCXECと呼ばれる全粒子追跡プログラム２２）、及び(iii)放射線量計算をフォーマットし、観察のためにそれを戻す最終プロセス（POSTXECと呼ばれるポストプロセッサ（24））。生成プログラム（20）、全粒子追跡プログラム（22）及びポストプロセッサ（24）は全て実行プログラム（16）により制御される。図３を参照すると、実行プログラム（16）は３つの最高レベルサブルーチンを制御する；生成プログラム（20）、全粒子追跡プログラム（22）及びポストプロセッサ（24）。生成プログラム（20）への入力は、(i)ＣＴスキャンデータアレイ、（ii）原子核／原子／電子データ、(iii)放射線源仕様、及び（iv）ユーザオプションを含む。生成プログラム（20）からの出力は、(i)物質仕様アレイ（筋肉、骨、脂肪、他）、（ii）物質データ（組成、密度、他）、(iii)粒子データ（質量、電荷、他）、（iv）原子核及び原子トランスポートデータアレイ、(v )放射線源角度及びエネルギー分布、及び（vi）ビーム放射成分のアレイ記述を含む。生成プログラム（20）からの出力は全粒子追跡プログラム（22）に入力され、それはモンテカルロ計算を実行して堆積エネルギーの３Ｄマップ及び堆積エネルギーの標準偏差の３Ｄマップとして出力を提供する。全粒子追跡プログラムの出力はポストプロセッサ２４の入力として提供され、それは放射線量マップを適当な出力にフォーマットする。生成プログラム（20）からの出力の幾つかは、物質仕様アレイ及び物質データ（組成、密度、他）の形態でポストプロセッサ２４の入力に提供される。ポストプロセッサ２４の出力はポストプロセッサ２４からの出力は患者に放射された放射線量の３Ｄマップである。図４Ａ及び４Ｂは、生成プログラム（20）を構成するサブルーチンを示す。GE NOPTIONS（32）はユーザが指定したオプションを決定し、コード制御のためのスイッチを設定する。図４Ａを参照すると、GENOPTIONS（32）への入力は、ユーザオプション：(i)モンテカルロパラメータ、（ii）物理学オプション、及び(iii) 出力オプションを含む。GENOPTIONS（32）の出力は、コード制御のためにスイッチを設定する。GENGRPS（34）は、各粒子タイプのトランスポートのためのエネルギーグループ数を決定する。GENGRPS（34）への入力は原子核／原子データである。GENMESH（36）はＣＴ情報を利用して各ＣＴボクセルについての寸法及び物質組成を規定する。GENMESH（36）への入力はＣＴスキャンアレイ及びユーザオプション（ＣＴスキャン処理のためにユーザが指定した閾値）である。GENMES H（36）の出力は物質仕様アレイ（筋肉、骨、脂肪、他、各ゾーンに割り当て）である。GENMATS（38）は患者の構造（制御量）を示すユーザが描いた輪郭を読み取り、物質仕様アレイを修正する。ユーザオプション（ユーザが描いた輪郭）及び物質仕様アレイ（筋肉、骨、脂肪、その他、各ゾーンに割り当て）がGENMAT S（38）へ入力される。GENMATS（38）の出力は、修正された物質仕様アレイ及び標準偏差ゾーンＩＤアレイである。GENBEAM（40）は、各放射ビーム源を特定するユーザの放射線源仕様入力を読みとる。GENBEAM（40）の出力は、放射線源角度及びエネルギー分布、並びにビーム放射成分を記述するアレイである。図４Ｂを参照すると、GENSEED（42）は、各内部ソース（近接照射療法）（指定された場合）を示すユーザ入力を読みとる。GENSEED（42）への入力は、放射線源仕様（内部ソース）である。GENSEED（42）の出力は、放射線源角度及びエネルギー分布である。GENMATSII（44）は、サブルーチン46を読み出すための準備における物質アレイの最終セットアップを完了する。その入力は、物質組成データであり、それはソフトウェア中で内部的に規定されるデータである。44からの出力は、内部物質リスト、アイソトープデータ、他の物質データである。GENX SN（46）は、原子核及び原子データ、並びに物質及びアイソトープデータを読み取り、トランスポートの物理現象を実行するのに必要なアレイを構成する。GENX SN（46）の出力は、原子核及び原子トランスポートデータアレイ、重荷電粒子トランスポートデータアレイ、及び各粒子タイプのエネルギーグループ構造である。GENELDAT（48）は電子データを読み取り、トランスポートアレイを構成する。 GENELDAT（48）への入力は電子データ及び物質データを含み、そのサブルーチンの出力は電子トランスポートデータアレイである。図５は、生成プログラム（20）を構成するプログラムフローである。GENOPTIO NS（32）はファイルを読み取り、ユーザが指定したオプションを決定すると共にコード制御のためのスイッチを設定する。GENGRPS（34）は、原子核及び原子データにアクセスし、各粒子タイプのトランスポートについてのエネルギーグループ数を決定する。GENMESH（36）はＣＴスキャン情報を使用して各ＣＴボクセルについての寸法及び物質組成を決定する。GENMATS（38）は、制御量などの患者の構造を記述するユーザが描いた輪郭を読み取り、物質仕様アレイを修正し、標準偏差識別ゾーンを規定する。GENSEED（42）は、各内部近接照射療法ソースを特定するユーザ入力を読み取り；及び、もしソースがあれば、近接照射療法問題についてのコード制御を確立する。GENSEED（42）内で規定される近接照射療法ソースがなければ、GENBEAM（40）は各放射線ビーム源を示すユーザ入力を読み取り、外部問題についてのコード制御を確立する。GENMATSII（44）は、原子核及び原子データ生成プログラムGENXSN（46）を読み出すための準備において物質アレイの最終セットアップを完了する。トラッキングについて光子、中性子、及び／又は重荷電粒子が選択されたならば、GENXSN（46）は原子核及び原子データを読み取り、トランスポートアレイを構成する。トラッキングについて電子及び／又はポジトロンが選択されたならば、GENELDAT（48）は電子データを読み取り、トランスポートアレイを構成する。 GENERATOR（20）のプログラムフロー、データ構造、データ出力及びサブルーチン関数のさらに他の観点が図６に示される。モンテカルロパラメータ、物理学オプション及び出力オプションを含む入力５０がGENOPTIONS（32）へ供給され、それはユーザが指定したオプションを決定し、コード制御のためのスイッチを設定して出力６６を生成し、その出力６６はコード制御のためのスイッチを設定する。ユーザが描いた輪郭の如きユーザオプションを含む入力５２はGENMATS（38 ）へ供給され、それは患者の構造（制御量）を記述するユーザが描いた輪郭を読み取り、物質仕様アレイを修正して、物質仕様アレイを含む出力７０及び標準偏差ゾーンＩＤアレイを含む出力７２を提供する。ユーザオプション（ＣＴスキャンを処理するためにユーザが指定した閾値）からなる入力５４はGENMESH（36）へ供給され、それはＣＴ情報を利用して各ＣＴボクセルについての寸法及び物質組成を規定する。GENMESH（36）は、物質仕様アレイ（筋肉、骨、脂肪、その他、各ゾーンに割り当て）からなる出力７０を提供する。原子核／原子／電子データを含む入力５６はGENGRPS（34）、GENXSN（46）、及びGENELDAT（48）へ供給される。GEN GRPS（34）は、粒子タイプのトランスポートのためのエネルギーグループ数を決定し、各粒子タイプについてのエネルギーグループ数の出力を提供する。出力６８はまたGENXSN（46）にも供給され、それは原子核及び原子データを読み取り、トランスポートアレイを構成する。GENXSN（46）は出力８０、８２及び８４を生成する。出力８０は原子核及び原子トランスポートアレイからなる。出力８２は重荷電粒子トランスポートデータアレイからなる。出力８４は、各粒子タイプについてのエネルギーグループ構造からなる。GENELDAT（48）へも供給される入力５６は、電子トランスポートデータアレイを含む出力８６を生成する。ＣＴスキャンアレイを含む入力５８も入力５４と共にGENMESH（36）へ供給される。放射線源仕様（外部ビーム特性及び変更子）を含む入力６０はGENBEAM（40）へ供給され、それは各放射線ビーム源を示すユーザ入力を読み取り、出力７４及び７６を生成する。出力７４は放射線源角度及びエネルギー分布からなり、出力７６はビーム放射成分を記述するアレイからなる。放射線源仕様(内部ソース)を含む入力６２は、GENSEED（42）へ供給され、放射線源角度及びエネルギー分布からなる出力７４を生成する。物質組成データ（このコード中で内部的に規定されるデータ）からなる入力６４はGENMATSII（44）へ供給され、それはGENXSN（46）を呼び出すための準備において物質アレイの最終セットアップを完了する。GENMAT SII（44）からの出力７８は、問題依存性物質及びアイソトープ仕様アレイを含み、GENXSN（46）及びGENELDAT（48）へ供給される。生成プログラム２０の各サブルーチンのプログラムフローの詳細が図７から１５に示される。図７に示すように、GENOPTIONS（32）は、AAPM標準ファイル読み取りオプションを設定することから開始する（100）。次に（102）、以下のアイテムがAAPM標準ファイルから取得される：追跡する粒子サイズ、トランスポートオプション、モンテカルロサンプルサイズ、乱数シード（seed）、及び出力オプション。次に、内部トランスポートフラグがコード制御のために設定される（104）。次に、各粒子タイプのトランスポートについて最小エネルギーが設定される（106）。次に、プログラムフローは呼出しルーチン（生成プログラム２０）へ戻る（108）。図８では、GENGRPS（34）が、各粒子タイプについて（110）原子核及び原子データファイルをプレビューし（112）、エネルギーグループの数を取得する。各粒子タイプがプレビューされた後、プログラムフローは呼出しルーチンヘ戻る（114）。図９を参照すると、GENMESH（36）はAAPM標準インターフェースファイルからＣＴスキャン情報を取得し（116）、そのファイルはＣＴ番号、ユーザが指定した物質閾値、及びゾーン寸法を含む。ＣＴデータの有無がチェックされ（118）、ＣＴデータが無い場合、プログラムは呼出しルーチン（生成プログラム２０）へ戻る（126）。ＣＴデータがある場合、ユーザが指定した物質閾値を使用して（120）、物質を各ゾーンヘ割り当てる。次に、内部／外部物質変換アレイ及び許容因子を含む、メッシュに依存するトランスポートパラメータが設定される（122）。次に、ｘ、ｙ、ｚ方向の最大トランスポートメッシュ寸法が設定される（124）。次に、プログラムフローは呼出しルーチンヘ戻る（126）。図１０を参照すると、GENMATS（38）はAAPM標準インターフェースファイル（1 28）から輪郭（構造）情報を取得する。次に、プログラムは構造の存在をチェックし（130）、もし構造が存在しないならばプログラムは呼出しルーチン（生成プログラム２０）へ戻る（148）。もし構造が存在すれば、GENMATS（38）はＣＴスキャンの存在をチェックする（132）。ＣＴスキャンが存在しないならば、トランスポートメッシュは先ず空気で満たされる（134）。次に、構造が前景から背景へとソートされる（136）。次に、ルーチンは、前景から始まり光景に至るように構造をループする（138）。このループでは、中間点が構造内部にあるゾーンが特定される。この構造についてユーザが指定した物質使用が０未満であるか否かを決定する（142）。その数が０未満でないならば、ユーザが指定した物質ＩＤを各内部ゾーンに割り当てる（144）。次に、必要であれば、ユーザが指定した物質を内部物質リストに追加する（146）。次に、プログラムは構造を通じてループへ戻る（138）。構造についてのユーザが指定した物質ＩＤが０未満であるならば、内部ゾーンを１つの標準偏差スーパーゾーンとして特定する（150）。次に、プログラムフローは構造を通じてループへ戻る（138）。全ての構造が処理されるまで、背景から開始して前景に至る構造を通ってループした後、GENMATS（38）は呼出しルーチン（生成プログラム２０）へ戻る（148）。図１１を参照すると、GENBEAM（40）はAAPM標準インターフェースファイルからビーム情報を取得することから始まる（152）。ビームの存在を決定し（154）、存在しない場合にはルーチンは呼出しルーチンへ戻る（196）。ビームが存在する場合、ユーザが指定したマシン記述ファイルから特性を読み出す。１６０で各ソースについて、ブロックが存在するか否かを決定する（162）。ブロックが存在しない場合、フィールドの部分をカバーしないように１つのブロックを初期化する（164）。次に、補償器の存在をチエックする（166）。ブロックが存在する場合（162）、満たされた又は空きのブロック輪郭について制御フラグをチェックする（163）。空きの輪郭を特定すると、全フィールドをカバーするようにブロックを初期化する（16 5）。各ブロック輪郭について（167）、輪郭内部の各ブロック画素を特定する（ 168）。輪郭内部のブロック中のすべての画素を切り取る。満たされた輪郭が特定されたならば（163）、フィールドのいずれもカバーしないようにブロックを初期化する（170）。各ブロック輪郭について（171）、輪郭内部の各ブロック画素を特定する（172）。輪郭内部のブロック中の全ての画素を満たす(173)。次に、物質を物質リストへ追加する(176)。補償器の存在をチェックする（166）。次に、補償器のラスタをユーザが供給したデータで満たし（178）、そのデータはラスタ内の各画素における補償器の厚さを示す。補償器の物質を物質リストへ追加する(180)。コリメータのジョー(jaw)物質を割り当て(182)、物質リストに追加する（184）。各ソース領域セグメントについて（186）、エネルギー分布（18 8）及び角度分布（190）についてサンプリングアレイをセットアップする。次に、雑トランスポートパラメータをセットアップする（192）。全てのソース領域セグメントをループすると、次に別のソースのためにフローは160へ戻る。全ビームの全ての特性付けが終了すると、一時的ビーム／マシンアレイを閉じ（193 ）、プログラムフローはリターンする（196）。次に、図１２を参照すると、GENSEED（42）は、AAPM標準インターフェースファイルから内部放射線源情報を取得することにより開始する（198）。各放射線源について（200）、エネルギー分布を内部ソースタイプに基づいて選択する（2 02）。次に、最大粒子エネルギー及びグループを更新する（204）。次に、プログラムフローは、各放射線源についてそれらが終了するまでステップ200へ戻り、次に呼出しルーチンヘ戻る（206）。図１３を参照すると、GENMATSII（44）は、本プログラムで使用される要素のみを含むアイソトープリストを取得する（208）。次に、平均原子数及び平均の原子対質量数を計算し（210）、プログラムフローは呼出しルーチンへ戻る（212 ）。次に、図１４を参照すると、GENXSN（46）は、断面及びトランスポートデータアレイを初期化することにより開始する（214）。ステップ216において電子及びポジトロンを除く各粒子タイプについて、ステップ218で各アイソトープについて、ステップ220は原子核及び原子データを読み取り、エネルギー境界、微視的全断面及び予測エネルギー堆積を決定する。ステップ220は、電子及びポジトロン以外の各粒子についてステップ216へ戻り、各アイソトープについてステップ2 18へ戻る。ステップ222で特定された各粒子タイプ物質及びエネルギーグループについて、ステップ224は平均フリーパス、予測エネルギー堆積、及び、もし光子及び電子トランスポートがあれば、ウッドコック（Woodcock）トラッキングの平均フリーパスを計算する。ステップ226で、重荷電粒子に対するチェックが行われ、もし存在しない場合、ルーチンはステップ236へ続く。荷電粒子が存在するならば、ステップ228で特定された各アイソトープについてステップ230で停止パワーを計算する。ステップ232で特定された各物質について、ステップ234で衝突可能性及び範囲アレイをセットアップする。ステップ236は、重荷電粒子の複数のスキャッタリング及びエネルギーストラグル（重及び軽の両方）について、パラメータ及びアレイをセットアツプする。ステップ238でプログラムは呼出しルーチンへ（生成プログラム２０）戻る。次に、図１５を参照すると、サブルーチンGENELDAT（48）は電子衝突及び放射停止パワーを計算し（ステップ242）、各特定された物質について（ステップ240）、電子衝突停止パワーを電子及びポジトロンの制限衝突停止パワーに変換する（ステップ244）。ステップ248は、ステップ24 6で各エネルギーグループ及び物質について、モラー（Moller）イベントへの平均フリーパスを計算する。ステップ250はデータファイルから制動放射断面を取得し、それらを再統合して正しい低エネルギーカットオフを反映する。ステップ 254は、ステップ252で特定された各エネルギーグループアイソトープについて制動放射光子エネルギースペクトルサンプリングアレイをセットアップする。ステップ258はステップ256で特定された各エネルギーグループ及び物質について、制動放射イベントへの平均フリーパスを計算し、次にステップ260で呼出しルーチンへ戻る。この点でプロセス（生成プログラム２０）の生成段階を完了する。次に、トランスポート物理学プロセス（全粒子追跡プログラム２２）を説明する。図１６乃至１９は、全粒子追跡プログラム２２（MCXEC）を構成するサブルーチンを示す。いま、図１６を参照すると、BEAMSEL（262）は外部放射線ビームから生じる１次粒子の粒子属性を選択する。このルーチンへの入力は、(i)外部ソースの放射線源角度及びエネルギー分布、（ii）ビーム放射成分を記述するアレイ、(iii)物質データ（内部物質リスト、アイソトープデータ、他）、（iv）原子核及び原子トランスポートデータアレイ、及び(v)各粒子タイプの数及びエネルギーグループ構造を含む。このルーチンからの出力は、１つの粒子の属性（エネルギー、位置、方向、タイプ）を提供する。サブルーチンBRACHYSEL（264）は、内部放射源（近接照射療法）から生じる１次粒子の粒子属性を選択する（264 ）。このサブルーチンへの入力は、内部ソースについての放射線源角度及びエネルギー分布である。そのサブルーチンの出力は、１粒子の属性（エネルギー、位置、方向、タイプ）を提供する。サブルーチンSECSEL（266）は、トランスポート計算においける他の粒子との相互作用により以前生成及び記憶された粒子を２次粒子アレイの入力から選択し、１粒子の属性の出力を提供する。図１７を参照すると、NEUTRAN（268）はメッシュ（患者）を通じて中性子を追跡し、中性子により堆積したエネルギーを記録し、２次粒子アレイで生成された２次粒子の属性を記録する。このルーチンへの入力は、(i)１粒子の属性、（ii ）コード制御のためのスイッチ、(iii)物質仕様アレイ、（iv）物質データ、(v) 原子核トランスポートデータアレイ、及び（vi）中性子の数及びエネルギーグループ構造を含む。NEUTRAN（268）の出力は、２次粒子アレイ及び３Ｄエネルギー堆積マップ（アレイ）である。PHOTRAN（270）はトランスポートメッシュを通じて光子を追跡し、光子により堆積したエネルギーを記録する。また、それは２次粒子アレイ中で生成された２次粒子の属性を記憶する。PHOTORAN（270）への入力は、(i)１粒子の属性、（ii）コード制御のためのスイッチ、(iii)物質仕様アレイ、（iv）物質データ、(v)原子トランスポートデータアレイ、及び（vi）光子の数及びエネルギーグループ構造を含む。２次粒子アレイ及び３Ｄエネルギー堆積マップがPHOTRAN（270）から出力される。図１８を参照すると、CPTRAN（272）は患者のトランスポートメッシュを通じて重荷電粒子を追跡し、重荷電粒子により堆積したエネルギーを記録する。CPTR AN（272）は、２次粒子アレイ中で生成された２次粒子の属性も記憶する。CPTRA N（272）への入力は、(i)コード制御のためのスイッチ、（ii）物質仕様アレイ、(iii)物質データ、（iv）原子核トランスポートデータアレイ、(v) 重荷電粒子トランスポートデータアレイ、及び（vi）重荷電粒子の数及びエネルギーグループ構造、を含む。このサブルーチンからの出力は２次粒子アレイ及び３Ｄエネルギー堆積マップ（アレイ）である。ELTRAN（274）は、患者のトランスポートメッシュを通じて１次電子を追跡し、電子により堆積されたエネルギーを記録し、２次粒子アレイ中で生成された２次粒子属性を記憶する。１次電子は、放射線源（BEAMSEL又はBRYCHYSELにより作られる）から生じる電子として規定される。ELTRAN（274）への入力は、(i)エネルギー、位置、方向、タイプである１粒子の属性、（ii）コード制御のためのスイッチ、(iii)物質仕様アレイ、（i v）物質データ、(v)電子トランスポートデータアレイ、及び（vi）電子の数及びエネルギーグループ構造、を含む。ELTRAN（274）は２次粒子アレイ及び３Ｄエネルギー堆積マップ（アレイ）を出力する。ELTRANI（276）は、患者のトランスポートメッシュを通じて２次電予を追跡し、電子により堆積したエネルギーを記録し、２次電子アレイ中に生成された２次粒子属性を記憶する。ELTRANI（276）への入力は、(i)１粒子の属性、（ii）コード制御のためのスイッチ、(iii)物質仕様アレイ、（iv）物質データ、(v)電子トランスポートデータアレイ、及び（v i）電子の数及びエネルギーグループ構造、を含む。ELTRANI（276）は、２次粒子アレイと３Ｄエネルギー堆積マッブ（アレイ）を出力する。図１９を参照すると、UPDATE（278）はバッチに渡り計算された３Ｄエネルギー堆積マップを問題の３Ｄエネルギー堆積マップに追加する。このサブルーチンへの入力は、単一のバッチについて計算されたエネルギー堆積マップである。このサブルーチンの出力は、統合３Ｄエネルギー堆積マップ（アレイ）である。ST DDEV（280）は標準偏差計算に必要なアレイを、各バッチから決定されたエネルギー堆積情報で更新する。入力は３Ｄアレイ堆積マップ及び標準偏差ゾーンＩＤアレイである。STDDEV（280）からの出力は標準偏差事前計算アレイである。STD DEVX（282）は、標準偏差事前計算アレイから標準偏差を計算し、標準偏差アレイを生成する。図２０は、全粒子追跡プログラム２２のプログラムフローを示す。ステップ28 8は粒子属性をサンプルし、ステップ290は患者を通じて粒子を追跡し、粒子により堆積したエネルギーを記録し、生成された２次粒子を記憶する。ステップ286 はバッチで各モンテカルロ粒子をループする。ステップ292は、ステップ284へ戻ってモンテカルロ粒子の次のバッチを継続する前に、標準偏差アレイ及びバッチ依存性エネルギー堆積アレイを更新する。全バッチが完了すると、ステップ294 で標準偏差を計算する。フローのさらに別の図、データ入力、出力及びサブルーチン関数を図２１に示す。全粒子追跡プログラムを構成するサブルーチンの入力を296、298、300、302 、304、306、308、310、312、及び314に示し、それぞれ放射線源角度及びエネルギー分布、ビーム放射成分を記述するアレイ、コード制御のためのスイッチ設定、各粒子タイプの数及びエネルギーグループ構造、物質仕様アレイ、物質組成データ、原子核及び原子トランスポートデータアレイ、重荷電粒子トランスポートデータアレイ、電子トランスポートデータアレイ、及び標準偏差ゾーンＩＤアレイを含む。出力316は１粒子の属性を提供する。出力318により２次粒子の属性が提供される。出力320は３Ｄエネルギー堆積アレイを示し、322は内部３Ｄエネルギー堆積アレイを含む。出力324は標準偏差事前計算アレイである。出力326は標準偏差アレイを提供する。図１６乃至１９は、（上に）全粒子追跡プログラム（ MCXEC（22））を構成するサブルーチンを記述する。全粒子迫跡プログラム２２の各サブルーチンのプログラムフローの詳細を図２２乃至３１に示す。図２２を参照すると、BEAMSEL（262）のフロー図、ステップ 328は放射点源でビーム及び粒子属性を選択する。初期位置の点源をステップ330 でサンプルする。ステップ332で放射点源での初期軌道を選択する。ステップ334 は以下の機能を実行する：(i)粒子をビーム規定面へ粒子をトランスポートし、（ii）ユーザが指定した関数に従って重みを更新し、及び(iii)ユーザが要求するエネルギー及び各度変位分布からエネルギー及び方向を選択する。ステップ33 6は、コリメータジョーを通じて粒子をトランスポートする。ステップ338は、粒子がコリメータから生じたか否かを尋ね、そうでなければプログラムフローはステップ328へ戻り、そうであればステップ340が補償器を通じてトランスポートを決定する。ステップ342は、粒子が補償器から生じたか否かを尋ね、もしそうでなければ、プログラムフローは再度ステップ328へ戻り、そうであればステップ3 34で粒子をブロックを通じてトランスポートする。ステップ346は粒子がブロックから生じたか否かを尋ね、もしそうでなければプログラムフローはステップ32 8へ戻り、そうであればステップ348が患者の参照フレーム内の入口位置を特定し、ステップ350で呼出しルーチン（全粒子追跡プログラム２２）へ戻る。図２３はBRACHYSEL264のプログラムフローを示し、ステップ352で内部ソースを選択し、粒子タイプを決定することから始まる。ステップ354はエネルギーをサンプルし、ステップ356は粒子軌道をサンプルする。ステップ358で患者の参照フレームが変換され、患者内で初期位置が特定される。プログラムフローはステップ360で呼出しルーチンへ戻る。サブルーチンSECSEL（266）が図２４に示され、ステップ362 は２次粒子アレイからの１粒子の粒子属性を選択し、呼出しルーチン364へ戻る。図２５を参照すると、サブルーチンNEUTRAN（268）は、ステップ366で始まり、そこではエネルギーがカットオフエネルギー未満であれば局部的に粒子を吸収し、これがBNCT計算であれば粒子を吸収しない。粒子が吸収された場合、プログラムフローはステツプ386へ移動し、呼出しルーチンへ戻る。粒子が吸収されない場合、ステップ368は粒子のエネルギーグループを決定し、ステップ370は境界までの距離を計算する。ステップ372は衝突までの距離を計算し、ステップ374は境界と衝突の最小距離を選択する。最小距離が境界であるならば、ステップ376 は交差した境界を決定し、ステップ378は座標を境界交差点へ前進させる。堆積したエネルギーがステップ380で決定され、次にステップ382で粒子のリークがテストされる。粒子のリークがなければ、次にプログラムフローはステップ370へ戻る。ステップ374が衝突として最小距離を選択したならば、ステップ388は座標を衝突点へ進め、ステップ390で堆積したエネルギーが決定される。ステップ392 は、衝突タイプと娘生成物（２次粒子）をサンプルする。ステップ394はBNCT中性子を除く低エネルギー２次物を局部的に吸収する。ステップ396は、呼出しルーチン386へ戻る前に、１つの中性子を除いて全ての残りの２次粒子を記憶する。図２６を参照すると、サブルーチンPHOTRAN（270）はステップ398で開始し、それは粒子のエネルギーがカットオフ未満である場合に粒子を局部的に吸収する。粒子が吸収されると、このルーチンはステップ426で呼出しルーチンへ戻る。ステップ398で粒子が吸収されない場合、ステップ402は粒子のエネルギーグループを決定し、ステップ404のステップＡを通じて移動してステップ406で電子／ポジトロントランスポートが必要か否かをテストする。トランスポートがオフの場合、次にステップ408は境界までの距離を計算し、ステップ410 で衝突までの距離を決定する。ステップ412は境界と衝突の最小距離を選択する。最小距離が境界である場合、ステップ414は交差した境界を決定する。ステップ416で座標を進める。ステップ418でエネルギーを堆積させる。ステップ420で粒子のリークをテストする。リークが無い場合、プログラムフローはステップ40 4へ戻るが、粒子のリークがある場合、ステップ426で呼出しルーチンへ戻る前に、ステップ424でリークを計算する。最小距離が衝突である場合、ステップ428は座標を衝突距離へ進める。ステップ430はエネルギーを堆積する。ステップ434で衝突タイプ及び娘生成物（２次粒子）をサンプルする。ステップ436で低エネルギー２次物を局部的に吸収し、ステップ400で光子を除く残りの全ての２次粒子をステップ400で記憶する。ステップ406で電子／ポジトロントランスポートがオンであることが決定されると、ステップ433は最大平均フリーパスを計算する。ステップ435で問題の最大平均フリーパスを使用して衝突までの距離を計算する。ステップ438で座標を前進し、ステップ440で局部的平均フリーパスを計算する。ステップ442で光子の相互作用のテストを行い、光子の相互作用が生じない場合、プログラムフローはステップ436へ戻り、光子の相互作用が生じた場合、プログラムフローはステップ432へ移動し、それは上述のようにステップ426で呼出しルーチンへ繋がる。図２７を参照すると、CPTRAN（272）はステップ450で始まり、そこで、エネルギーがカットオフエネルギー未満の場合、粒子が局部的に吸収され、粒子が吸収されるとプログラムフローはステップ480で呼出しルーチンへ戻る。粒子が吸収され無い場合、それぞれステップ453、454、456及び458でプログラムは粒子のエネルギーグループを決定し、粒子の範囲を決定し、境界までの距離を計算し、衝突までの距離を計算する。ステップ460は最小距離への最小パス長を設定する。次に、ステップ462でストラグルによるエネルギーの変化を計算する。複数のスキャッタリングによる最終軌道の変化をステップ464で計算し、ステップ466でエネルギーの堆積が生じる。ステップ468でエネルギー及びグループを更新し、ステップ470で衝突及び境界の最小距離を選択する。ステップ470で、もし最小距離が衝突である場合、ステップ472が座標を進め、ステップ474は衝突タイプ及び娘生成物をサンプルする。ステップ476で全ての残りの２次粒子を記憶し、ステップ480でプログラムフローは呼出しルーチンへ戻る。ステップ470で、もし最小距離が境界である場合、ステップ482は粒子のリークをテストし、リークが無い場合、ステップ484で座標を進め、ステップ486へ戻る。粒子のリークが生じると、ステップ488はリークを計算し、プログラムフローはステップ480で呼出しルーチンへ戻る。図２８Ａに示すELTRAN（274）はステップ500で始まり、それは粒子のエネルギーグループを決定する。エネルギーがカットオフエネルギー未満の場合、又はその範囲がゾーンの最小寸法の一部未満である場合、ステップ502は局部的に粒子を吸収する。粒子がポジトロンである場合、２つの511keＶの光子を記憶する。粒子が吸収された場合、プログラムフローはステップ544で呼出しルーチンへ戻る。そうでなければ、ステップ506で境界への距離を決定する（イベント＝１）。ステップ508は、モラースキャッタリングイベントへの距離、制動放射への距離、次の最低エネルギー境界に至る距離、及び複数のスキャッタリング原理の仮定により許容される最大距離を計算する（これら全ては非境界交差イベントである：イベント＝２）。ステップ510は最小距離までの移動距離を設定し、イベントスイッチを設定する。ステップ512は停止パワーアレイと移動距離を使用して、パスに渡るエネルギーロスを計算する。ステップ514は、複数のスキャッタリングによる最終軌道の変化を計算する。ステップ516はエネルギー堆積計算である。ステップ518で粒子のエネルギーを更新し、ステップ520でイベントスイッチはイベントが、境界交差が無い場合の２に等しいか、又は境界交差が１つ存在する１に等しいかを決定する。イベントスイッチが２に等しい場合、ステップ52 2はパスの湾曲を修正し、座標を進める。次に、ステップ524でモラースキャッタリングイベントをテストし、それが無い場合、ステップ526で制動放射イベントをテストする。そのイベントテストの答えがノーである場合、プログラムフローはステップ528でＡに進み、ステップ526で制動放射イベントの答えがイエスである場合、ステップ534で光子を記憶し、電子の追跡を継続する。ステップ536は、ステップ528でＡへ戻る前に、電子のエネルギーグループを決定する。ステップ5 24でモラースキャッタリングイベントがテストされ、答えがイエスの場合、ステップ530は低エネルギー電子を記憶し、ルーチンは高エネルギー電子の追跡を継続する。ステップ528でＡへ戻る前に、ステップ532で電子のエネルギーグループを決定する。イベントスイッチ520でイベントが１に等しい場合、ステップ538で粒子のリークをテストする。粒子のリークが生じていない場合、ステップ540で座標を進め、プログラムフローはステップ528でＡへ戻る。ステップ538で粒子のリークが生じたことが決定されると、ステップ542でリークを計算し、ステップ5 44でプログラムフローは呼出しルーチンへ戻る。図２８Ｂに示すフローELTRANI（276）は、ステップ508’が複数のスキャッタリング原理の仮定により許容される最大距離を計算しないことを除き、図２８Ａに示すELTRAN（274）と同等である。図２９を参照すると、UPDATE（278）はバッチ特定アレイを問題トータルに統合し、それは(i)３Ｄエネルギー堆積アレイ、（ii）反応の計算、(iii)ソースエネルギー計算、及び（iv）リーク計算、を含み、全てステップ546で行われる。バッチ特定アレイはステツプ548で零とされ、ステップ550でプログラムフローは呼出しルーチンへ戻る。図３０を参照すると、STDDEV（280）は、ステツプ552の各標準偏差ゾーンについて、ステップ554で標準偏差計算のためのバッチ特定量を合計し、ステップ560 で呼出しルーチンへ戻る。STDDEVX（282）は、図３１に示すステップ566の呼出しルーチンに戻る前に、ステップ562の各標準偏差ゾーンについてステップ564で標準偏差ゾーンを計算する。図３２に示すポストプロセッサ(POSTXEC)24は、ステップ568で問題の概要をアスキー出力ファイルに書き込むことにより始まる。ステップ570は堆積エネルギーの３Ｄマップから放射線量を計算し、ステップ572で３Ｄ放射線量マップをアスキー又はバイナリフォームで書き出す。図３３はPOSTXEC（24）のデータフロー図である。物質アレイ、物質組成データ、統合３Ｄエネルギー堆積アレイ、及び標準偏差アレイを含む入力（574、576 、578、580）は、ポストプロセッサPOSTXEC（24）に渡される。POSTXEC（24）の出力は、患者（582）に放射された放射線量の３Ｄマップである。本発明の視野から外れることなく、詳細に説明された実施形態の変更及び修正が可能であり、本発明の視野は添付の請求の範囲によってのみ限定されることが意図される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ハートマン，シアンター，クリスティーン，エル. アメリカ合衆国，94583 カリフォルニア州，サンラモン，ジンジャーアヴェニュー 329 (72)発明者ラズコフ，ジェームズ，エイ. アメリカ合衆国，94550 カリフォルニア州，リヴァーモア，シャトウウェイ 2791

Claims

【特許請求の範囲】１．コンピュータにより読み取り可能なメモリと、及び前記コンピュータにより読みとり可能なメモリにロードされるコンピュータプログラムと、を備え、前記コンピュータプログラムは、患者に放射された放射線量の３次元マップを作成する手段を含む装置。２．前記患者に放射された放射線量の３次元マップを作成する手段は、患者に依存する情報を構成する手段であって、組織の分類の情報を含む物質仕様アレイと、物質の組成及び密度を含む物質データと、粒子の質量及び電荷を含む粒子データと、原子核及び原子のトランスポートデータアレイと、放射線源の角度及びエネルギー分布と、及び、ビーム放射成分の記述アレイと、を含む手段と、前記患者に依存する情報から、前記患者に堆積したエネルギーの３次元マップと、及び前記患者に堆積したエネルギーの標準偏差の３次元マップと、を生成する手段と、及び (i)前記物質仕様アレイと、（ii）前記物質データと、（iii）前記患者に堆積したエネルギーの３次元マップと、及び、（iv）前記患者に堆積したエネルギーの標準偏差の３次元マップと、から３次元放射線量マップをフォーマットする手段と、を備える請求項１に記載の装置。３．患者に放射された放射線量を決定するコンピュータシステムにおいて、ＣＰＵ、ＣＴスキャンデータアレイを入力するためのメモリ及び周辺装置、原子核／原子／電子データ、放射線源仕様、及びユーザオプションデータを有し、患者に放射された放射線量の３次元マップを出力するコンピュータハードウェア手段と、及び前記コンピュータハードウェア内に存在すると共に前記コンピュータハードウェアにより制御され、前記入力からの情報を、モンテカルロトランスポートのためのコンピュータにより実行される方法により出力される放射線量マップへ変換するコンピュータソフトウェア手段と、を備えるコンピュータシステム。４．患者に放射される放射線量の３次元マップを作成するための、コンピュータにより実行される方法において、モンテカルロトランスポート計算に必要な、患者に依存する情報を構成するステップと、前記モンテカルロトランスポート計算を実行するステップと、及び前記患者に依存する情報及び前記モンテカルロトランスポート計算から、前記患者に放射された放射線量の３次元マップを作成するステップと、を有する方法。５．前記患者に依存する情報を構成するステップは、コード制御のスイッチを設定するための、(i)モンテカルロパラメータ、（ii ）物理学オプション、及び(iii)出力オプションの入力からユーザ指定オプションを決定するステップと、原子核／原子／電子データから各粒子タイプのトランスポートのためのエネルギーグループ数を決定し、各粒子タイプについてのエネルギーグループ数を提供するステップと、ＣＴ情報を使用して、(i)ＣＴスキャンを処理するためのユーザ指定閾値を含むユーザオプション、及び（ii）物質仕様アレイの作成に寄与するＣＴスキャンアレイの入力からの各ＣＴボクセルについての寸法及び物質組成を規定するステップと、患者の構造を記述する、ユーザが描いた輪郭を読み取り、ユーザが描いた輪郭を含むユーザオプションの第２のセットの入力から前記物質仕様アレイを修正し、前記物質仕様アレイの作成を完了すると共に標準偏差ゾーン識別アレイを提供するステップと、外部ビーム特性及び変更子を含む放射線源仕様の入力から各放射ビーム源を特定するユーザ入力を読み取り、放射線源の角度及び工ネルギー分布並びにビーム放射成分を記述するアレイを提供するステップと、内部放射線源仕様の入力から各内部（近接照射療法）源を特定するユーザ入力を読み取り、放射線源の角度及びエネルギー分布を提供するステップと、コード内で内部的に規定された物質組成データの入力から、各物質アレイについて最終セットアップを完了して、問題依存性の物質及びアイソトープ仕様アレイを提供するステップと、原子核及び原子データを読み取り、(i)前記原子核／原子／電子データと、（i i）前記各粒子サイズについてのエネルギーグループ数と、及び(iii)前記問題依存性の物質及びアイソトープ仕様アレイと、の入力からトランスポートアレイを構成し、(i)原子核及び原子トランスポートデータアレイ、（ii）重荷電粒子トランスポートデータアレイ、及び(iii)各粒子タイプについてのエネルギーグループ構造を提供するステップと、及び電子データを読み取り、(i)前記原子核／原子／電子データ、及び（ii）前記問題依存性の物質及びアイソトープ仕様アレイの入力からトランスポートアレイを構成し、電子トランスポートデータアレイを提供するステップと、を有する請求項４に記載の方法。６．前記モンテカルロトランスポート計算を実行するステップは、 (i)放射線源の角度及びエネルギー分布と、（ii）ビーム放射成分の記述アレイと、(iii)物質データと、（iv）原子核及び原子トランスポートデータアレイと、及び(v)各粒子タイプの数及びエネルギーグループ構造と、の入力からの外部放射ビームから生じる１次粒子の粒子属性を選択し、第１の部分を１粒子の属性の提供に利用し、前記属性はエネルギー、位置、方向及びタイプを含むステップと、放射線源の角度及びエネルギー分布の入力からの内部放射線源から生じる１次粒子の粒子属性を選択し、第２の部分を１粒子の前記属性の提供に利用するステップと、トランスポートメッシュ中の別の粒子の相互作用により作られる粒子を２次粒子アレイの入力から選択し、第３の部分を１粒子の前記属性の提供に供すると共に前記属性の提供を完了するステップと、 (i)前記トランスポートメッシュを通じて中性子を追跡し、（ii）前記中性子により堆積されたエネルギーを記録し、及び(iii)１中性子粒子の属性、コード制御のために設定されたスイッチ、物質仕様アレイ、物質データ、原子核トランスポートデータアレイ、及び前記中性子の数及びエネルギーグループ構造、の入力から２次粒子アレイの中に生成される２次粒子の属性を記憶して、中性子の２次粒子アレイ及び中性子の３Ｄエネルギー堆積マップを提供するステップと、 (i)前記トランスポートメッシュを通じて光子を追跡し、（ii）前記光子により堆積されたエネルギーを記録し、及び(iii)１光子粒子の属性、コード制御のために設定された前記スイッチ、前記物質仕様アレイ、前記物質データ、原子トランスポートデータアレイ、及び前記光子の数及びエネルギーグループ構造、の入力から２次粒子アレイの中に生成０される２次粒子の属性を記憶して、光子の２次粒子アレイ及び光子の３Ｄエネルギー堆積マップを提供するステップと、 (i)前記トランスポートメッシュを通じて重荷電粒子を追跡し、（ii）前記重荷電粒子により堆積されたエネルギーを記録し、及び(iii)コード制御のために設定された前記スイッチ、前記物質仕様アレイ、前記物質データ、前記原子核トランスポートデータアレイ、及び前記重荷電粒子の数及びエネルギーグループ構造、の入力から２次粒子アレイの中に生成される２次粒子の属性を記憶して、重荷電粒子の２次粒子アレイ及び重荷電粒子の３Ｄ堆積エネルギーマップを提供するステップと、 (i)前記トランスポートメッシュを通じて１次電子を追跡し、（ii）前記１次電子により堆積されたエネルギーを記録し、及び(iii)１次電子の１粒子の属性、コード制御のために設定された前記スイッチ、前記物質仕様アレイ、前記物質データ、電子トランスポートデータアレイ、及び前記電子の数及びエネルギーグループ構造、の入力から１次電子について２次粒子アレイの中に生成される２次粒子の属性を記憶して、１次電子の２次粒子アレイ及び１次電子の３Ｄエネルギー堆積マップを提供するステップと、 (i)前記トランスポートメッシュを通じて２次電子を追跡し、（ii）前記２次電子により堆積されたエネルギーを記録し、及び(iii)２次電子の１粒子の属性、コード制御のために設定された前記スイッチ、前記物質仕様アレイ、前記物質データ、前記電子トランスポートデータアレイ、及び前記電子の数及びエネルギーグループ構造、の入力から２次電子について２次粒子アレイの中に生成される２次粒子の属性を記憶して、２次電子の２次粒子アレイ及び２次電子の３Ｄエネルギー堆積マップを提供するステップと、バッチに渡り計算された全ての３Ｄエネルギー堆積マップを、単一のバッチについて計算された３Ｄエネルギー堆積マップの入力からの問題についての３Ｄエネルギー堆積マップに追加し、統合３Ｄエネルギー堆積マップを提供するステップと、標準偏差の計算に必要なアレイを、前記統合３Ｄエネルギー堆積マップ及び標準偏差ゾーン識別アレイの入力からの前記各バッチから決定されたエネルギー堆積情報で更新し、標準偏差事前計算アレイを提供するステップと、及び前記標準偏差事前計算アレイの入力から標準偏差を計算し、標準偏差アレイを提供するステップと、を有する請求項４に記載の方法。７．前記患者に依存する情報及び前記モンテカルロトランスポート計算から、前記患者に放射された放射線量の３次元マップを作成するステップは、問題の概要をアスキー出力ファイルに書き込むステップと、前記堆積エネルギーの統合３Ｄマップから放射線量を計算するステップと、及び前記統合３Ｄエネルギー堆積アレイ及び前記標準偏差アレイの入力から、３Ｄ放射線量マップを書き出すステップと、を有し、前記３Ｄ放射線量マップは、アスキー及びバイナリを含むグループから選択された形態で書き出される請求項４に記載の方法。８．患者の放射線療法のために放射線量を決定する方法において、ユーザが指定した患者の記述／放射線治療処方を使用して患者内の放射線量を計算するのに必要な情報を構成するステップと、モンテカルロトランスポート計算を実行して前記患者内の放射線量を計算するステップと、及び患者に放射された前記放射線量の３次元マップ（アレイ）を作成するステップと、を有する方法。９．前記放射線療法は、光子、軽荷電粒子（電子、ポジトロン）、重荷電粒子（陽子、重陽子、トリトン、ヘリウム−３、アルファ粒子）及び中性子からなるグループから選択された粒子を生成する放射線源を有する請求項８に記載の方法。１０．前記放射線療法は、少なくとも一つの外部放射線源システムを有する請求項８に記載の方法。１１．前記放射線療法は、少なくとも一つの内部放射線源システムを有する請求項８に記載の方法。１２．前記放射線療法は、遠隔放射線治療、近接照射療法、及びホウ素−中性子捕獲療法（BNCT）からなるグループから選択される放射線源システムを有する請求項８に記載の方法。１３．患者の治療のために放射線量を決定する方法において、ユーザが指定した患者の記述／放射線治療処方情報を使用して患者内の放射線量を計算するのに必要な情報を構成するステップと、モンテカルロトランスポート計算を実行して前記患者内の放射線量を計算するステップと、及び患者に放射された前記放射線量の３次元マップ（アレイ）を作成するステップと、を有する方法。１４．前記ユーザが指定した患者の記述／放射線治療処方情報を使用して患者内の放射線量を計算するのに必要な情報を構成するステップは、ユーザが指定したオプションを決定し、コード制御のためのスイッチを設定するステップと、各粒子タイプのトランスポートについてエネルギーグループ数を決定するステップと、ＣＴ情報を利用して、各ＣＴボクセルについての寸法及び物質組成を規定するステップと、患者の構造を記述するユーザが指定した輪郭のディジタル表示を読み取り、必要であれば物質仕様アレイを修正するステップと、各放射ビーム源を示すユーザ入力を読み取るステップと、各内部放射線源を示すユーザ入力を読み取るステップと、トランスポートアレイを構成する準備において物質アレイの最終セットアップを完了するステップと、ディジタルファイルから原子核及び原子データを読み取り、トランスポートアレイを構成するステップと、及びディジタルファイルから電子データを読み取り、トランスポートアレイを構成するステップと、を有する請求項１３に記載の方法。１５．モンテカルロトランスポート計算を実行して前記患者内の放射線量を計算するステップは、外部放射ビーム源又は内部放射線源から粒子を選択するステップと、トランスポートメッシュを通じて粒子を追跡し、粒子の衝突及びそのパスに沿って生成される娘粒子を考慮し、粒子が進む時に粒子が堆積するエネルギーを記録し、及び２次粒子アレイ内に作られる２次粒子の属性を記憶するステップと、２次粒子アレイ、又はこれらのアレイが空である場合には外部ビーム又は内部放射線源から別の粒子を選択するステップと、及び全てのユーザが指定した源の粒子がトランスポートされ、２次粒子アレイ中に他の粒子が存在しない場合に、メインプログラムへ戻るステップと、を有する請求項１３に記載の方法。１６．粒子の衝突と娘粒子を考慮するステップは、娘粒子のトランスポートを許容する一致した、結合方法を含む請求項１５に記載の方法。１７．患者に放射される放射線量の３次元マップを作成するステップは、問題の概要をコンピュータのハードディスクに書き込むステップと、堆積エネルギーの３次元マップから３次元放射線量マップ（アレイ）を計算するステップと、及び３次元放射線量マップ（アレイ）をコンピュータディスクに書き込むステップと、を有する請求項１３に記載の方法。１８．外部放射ビーム又は内部放射線源から粒子を選択するステップは、ビームをランダムに選択するステップと、放射点源の粒子属性をサンプリングするステップと、放射点源において初期粒子軌道を選択するステップと、粒子をビーム規定面にトランスポートするステップであって、その重みはユーザが指定した関数に従って更新され、そのエネルギー及び方向はユーザが指定したエネルギー及び角度変位分布から選択されるステップと、コリメータジョーを通じて粒子をトランスポートするステップと、粒子がコリメータジョーから生じる場合に、補償器がユーザにより指定されたならば、粒子を補償器を通じてトランスポートするステップと、粒子が補償器から生じる場合に、ブロックがユーザにより指定されたならば、粒子をブロックを通じてトランスポートするステップと、及び粒子がブロックから生じる場合に、患者の参照フレーム内で粒子の入口位置を特定するステップと、を有する請求項１５に記載の方法。１９．前記放射線療法は、高速中性子放射線源、ＢＮＣＴ放射源、及び重荷電粒子放射線源からなるグループから選択された放射線源を有する請求項１２に記載の方法。２０．光子源、電子源及び陽子源からなるグループから選択された源から放射線療法ビームを発生するステップをさらに有する請求項１３に記載の方法。