JP2001218858A - 放射線源からの放射線送出を制御するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】放射線源から対象物への放射線送出を最適化す
る。 【解決手段】対象物に放射線送出のための照射野を画定
する。この照射野は複数のセルを有し、各々のセルは定
められた治療強度レベルを有する。これらセルはグルー
プ化されてマトリクスを形成する。マトリクスは、放射
線源から放射された放射線をブロックすることのできる
コリメータリーフの幅に等しい、少なくとも１つの寸法
を有する。この方法はさらに、前記マトリクスの直交マ
トリクスへの分解し、隣接するセルと組合せたときに最
小の垂直及び水平勾配を有する直交マトリクスを選択す
ることによって放射線を最適化する。放射線源から対象
物への放射線送出を制御するためのシステムも開示され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野 本発明は一般に放射線放射装置に関する。より詳細に
は、効率的に放射線治療を提供するためのシステム及び
方法に関する。

【０００２】発明の背景 放射線放射装置は一般には、例えば患者の治療のための
放射線治療装置として知られ、かつ使用されている。放
射線治療装置は一般にガントリを有し、このガントリは
治療の最中に水平回転軸の周囲を回転することができ
る。直線加速器が、ガントリの内部に配置され、治療の
ための高エネルギー放射線ビームを発生させる。この高
エネルギー放射線ビームは、例えば電子ビームまたは光
子（Ｘ線）ビームであってもよい。治療の間、放射線ビ
ームは、ガントリ回転のアイソセンタに横たわる患者の
ゾーンに照準される。

【０００３】患者に向けて放射される放射線を制御する
ために、ビーム遮蔽装置、例えばプレート配置体または
コリメータが、典型的には放射線源と患者との間の放射
線ビームの軌道に設けられる。プレート配置体の１つの
例は、４つのプレートのセットであり、放射線ビームの
ための開口部を画定するために使用することができる。
コリメータは、複数のリーフ（例えば、比較的薄いプレ
ートまたはロッド）を有するビーム遮蔽装置であり、こ
れら複数のリーフは典型的には、向かい合ったリーフ対
として配置される。これらプレートは、比較的高密度で
放射線不透過性の材料から形成され、一般に放射線ビー
ムを区切るために独立して位置決めすることができる。

【０００４】ビーム遮蔽装置は、患者のゾーンに照射野
を画定し、この照射野に対して所定の量の放射線が送出
される。通常の治療野の形状は、３次元の治療容積とな
り、この３次元の治療容積には健常な組織の部分が含ま
れてしまい、これによって腫瘍に与えることができる照
射線量が制限されてしまう。腫瘍に送出される照射線量
は、照射される健常組織の量が減少し、かつ健常組織に
照射される照射線量が減少すれば、増加する。腫瘍の周
囲及び腫瘍の上に横たわる健常な器官への放射線の送出
を回避すると、腫瘍に送出することができる照射線量が
制限されてしまう。

【０００５】放射線治療装置による放射線の照射は、典
型的には腫瘍専門医によって処方される。この処方は、
所定の（治療）容積及びこの容積に対して照射すること
が許容される放射線のレベルの規定である。放射線設備
の実際の操作は、しかしながら、通常は療法士によって
なされる。放射線放射装置は、腫瘍専門医によって処方
された所定の治療を提供するようにプログラムされる。
装置を治療のためにプログラムするときに、療法士は実
際の放射線出量を考慮に入れ、プレート配置の開口に基
づいて照射線量を調節して、処方された放射線治療がタ
ーゲットにおいて所望の深さで達成されるようにする。

【０００６】放射線療法士にとっての挑戦は、照射線量
容積ヒストグラムを最適化するための最良の照射野の数
及び強度レベルを決定することである。ここで、前記照
射線量容積ヒストグラムは、所定の容積に照射される放
射線の累積レベルを定めるものである。典型的な最適化
エンジンは、照射線量容積ヒストグラムを、腫瘍専門医
の処方、または送出すべき照射線量の３次元的な詳細を
考慮することによって最適化する。このような最適化エ
ンジンでは、３次元的な容積はセルに分割され、各々の
セルは管理すべき放射線の所定のレベルを定める。この
最適化エンジンの出力は強度マップであり、この強度マ
ップは、強度をマップの各セルにおいて変化させること
によって決定される。この強度マップは、各セルにおけ
る最適な強度レベルを定める若干数の照射野を指定す
る。この照射野は、静的にまたは動的に変調され、異な
った累積照射線量が照射野の種々異なった点で受け取ら
れるようにする。一旦、放射線が強度マップに従って照
射されれば、各セルにおける累積レベル、すなわち照射
線量容積ヒストグラムは、できるだけ処方に相応しなけ
ればならない。

【０００７】このような強度変調では、決定組織と腫瘍
容積との間の境界が、標準的な１ｃｍ幅のリーフによっ
ては良好に近似できないことがある。この１ｃｍ幅のリ
ーフは、１ｃｍ×１ｃｍの格子（セルサイズ）を強度マ
ップ上に提供する。１ｃｍのリーフによって典型的に提
供されるよりも高い分解能が、しばしば要求される。１
つの可能な解決手段は、コリメータにより薄いリーフを
装備することである。しかし、付加的なリーフのために
要求される付加的なハードウェアは高価であり、システ
ムを重たくし、治療ヘッドと患者との間の隙間を減らす
ことがある。さらに、システムの信頼性及び寿命を減ら
すこともある。

【０００８】したがって、それゆえ、さらに高い空間分
解能を有する強度変調放射線療法を、現在のマルチリー
フコリメータのリーフ幅を変えずに達成するシステム及
び方法、ならびにこのようなシステム及び方法について
治療時間を最小化するための最適化に対する需要が存在
する。

【０００９】発明の概要 放射線源からの対象物への放射線送出を制御するための
方法及びシステムが開示される。

【００１０】本発明の方法は一般に、放射線送出のため
の対象物に照射野を画定する。この照射野は、複数のセ
ルを含み、各々のセルは定められた治療強度レベルを有
する。これらセルはグループ化され、マトリクスを形成
する。このマトリクスは、放射線源から放射された放射
線をブロックすることのできるコリメータリーフの幅に
ほぼ等しい、少なくとも１つの寸法を有する。本方法
は、さらに、マトリクスを直交するマトリクスに分解
し、放射線の送出を最適化するが、この最適化は、照射
野内で隣接するセルと結合されたときに最小の垂直勾配
及び水平勾配を有する直交マトリクスを選択することに
よって行われる。

【００１１】本発明のシステムは一般に、複数のリーフ
を備えたコリメータを有する。これら複数のリーフは、
放射線源からの放射線をブロックするため、及び放射線
源と対象物との間の開口部を画定するためのものであ
る。このシステムはさらに、複数のセルを有するマトリ
クスを受け取るためのプロセッサを有する。これら複数
のセルは、コリメータリーフのうちの１つのリーフの幅
にほぼ等しい、少なくとも１つの寸法を有する。またこ
のシステムは、マトリクスを直交するマトリクスに分解
し、照射野内で隣接するセルと結合されたときに最小の
垂直及び水平の勾配を有する直交マトリクスを選択する
ことによって放射線出量の送出を最適化する。

【００１２】以上が、従来技術における幾つかの欠点と
本発明の利点との簡単な説明である。本発明の他の特
徴、利点及び実施例は、当業者にとっては以下の説明、
図及び請求項から明らかであろう。

【００１３】有利な実施例の詳細な説明 同じ参照記号は、複数の図を通して同じ部分を表す。

【００１４】以下の説明は、当業者が本発明を作成し、
使用することができるようにするために提示され、本明
細書及びその請求の範囲に関連して提供される。有利な
実施例に対する種々の変更は、当業者にとってはただち
に明らかであろう。またここでの包括的な原理は、他の
実施例にも適用することができる。したがって、本発明
は、示される実施例に制限されるべきものではなく、本
明細書で説明される原理及び特徴と矛盾しない最も広い
範囲が与えられるべきものである。

【００１５】さて図を参照すると、まず図１には、本発
明の放射線治療装置が示され、２０において一般的に表
示されている。放射線治療装置２０は、治療ヘッド２４
内のビーム遮蔽装置（図示せず）と、ハウジング２６内
の制御ユニットとを有する。この制御ユニットは、治療
処理ユニットに接続され、治療処理ユニットは、３０に
おいて一般的に表示されている。放射線治療装置はさら
にガントリ３６を有し、このガントリ３６は、治療の最
中に軸Ａの周囲を回転することができる。治療ヘッド２
４は、ガントリ３６に固定され、これとともに運動す
る。直線加速器はガントリ内に配置され、治療のために
使用される強力な放射線を発生させる。この直線加速器
から放射される放射線は、一般に軸Ｒに沿って延びる。
電子、光子、または他のいずれの検出可能な放射線を治
療に使用してもよい。治療の間、放射線ビームは対象物
Ｐ（例えば、治療すべき患者）のゾーンＺに照準され
る。治療すべきゾーンは、ガントリ３６の回転軸Ａと治
療台３８の回転軸Ｔと放射線ビームの軸Ｒとの交差点に
よって決定されるアイソセンタに配置される。回転可能
なガントリ３６は、患者を動かす必要なしに、異なった
ビーム角度及び異なった放射線分布を可能とする。

【００１６】治療処理ユニット３０は、放射線強度及び
治療の位置といった情報を放射線治療装置２０に入力す
るために使用される。これはまた治療のモニタリングの
ためにデータを出力するためにも使用される。処理ユニ
ット３０は、視覚的表示モニタ４０のような出力装置
と、キーボード４２のような入力装置とを有する。治療
処理ユニット３０は、典型的には療法士によって操作さ
れる。療法士は、実際の放射線治療を腫瘍専門医が処方
した通りに提供できるように管理する。療法士はキーボ
ードを使用してデータを処理ユニット３０に入力し、こ
のデータは患者に送出すべき放射線の照射線量を定め
る。このデータはまた、例えばデータ記憶装置のような
他の入力装置を介して入力してもよい。様々なタイプの
データが、治療前及び治療の間に、表示モニタ４０のス
クリーンに表示可能である。

【００１７】図２は、放射線治療装置２０のブロックダ
イアグラムであり、治療処理ユニット３０の部分をさら
に詳細に示す。電子ビーム５０は、電子加速器で形成さ
れる。電子加速器は、５２において一般的に表示されて
いる。電子加速器５２は、電子銃５４，波動ガイド５６
及び真空エンベロプもしくはガイド磁石５８を有する。
トリガシステム６０は、注入器トリガ信号を発生させ、
これら信号を注入器６２に供給する。これら注入器トリ
ガ信号に基づいて、注入器６２は注入器パルスを発生さ
せる。これら注入器パルスは、加速器５２内の電子銃５
４に供給され、電子ビームが形成される。電子ビーム５
０は加速され、波動ガイド５６によって案内される。こ
の目的のために、高周波ソース（図示せず）が設けら
れ、これが無線周波数信号を供給し、波動ガイドに電磁
界を発生させる。注入器６２によって注入され、さらに
電子銃５４によって放射された電子は、波動ガイドにお
けるこの電磁界によって加速され、電子銃５４とは反対
の端から出て、電子ビーム５０を形成する。電子ビーム
５０は、それからガイド磁石５８に入り、そこからウィ
ンドウ６４を通って軸Ｒに沿って案内される。電子モー
ドのための散乱箔６６（または光子モードのためのター
ゲット）を通過した後、ビーム５０は遮蔽ブロック７０
の通路６８を通過し、電子モードのための第２の散乱箔
７２（または光子モードのためのフラットニングフィル
タ）に遭遇する。ビームは次に測定室７４を通過する。
この測定室７４で、照射線量が確認される。

【００１８】ビーム遮蔽装置は、８０において一般的に
表示され、ビーム５０の通路に設けられることによって
照射野８１（図２及び３）を画定する。ビーム遮蔽装置
８０は、複数の向かい合うプレートまたはリーフ８２ａ
〜ｉ及び８４ａ〜ｉを有する。これらリーフのうち２つ
だけが、簡単のため図２に示されている。図３は、マル
チリーフコリメータのリーフ８２ａ〜ｉ及び８４ａ〜ｉ
（リーフ対８２ａと８４ａ，８２ｂと８４ｂ，…，８２
ｉと８４ｉを形成する）を示す。このマルチリーフコリ
メータは、放射線源と患者との間に装備され、電子ビー
ム５０を境界付けることによって治療野を画定するよう
に位置決めされる。リーフ８２ａ〜ｉ，８４ａ〜ｉは、
典型的には１ｃｍ幅を有し、放射される放射線に対して
実質的に不透過なので、これらリーフは健常な組織を放
射線からブロックする。

【００１９】リーフ８２ａ〜ｉ，８４ａ〜ｉは、一般に
軸Ｒに垂直の方向においてドライブユニット８６（図２
ではプレート８２ａに関してのみ示されている）によっ
て動かされ、照射野のサイズを変化させることができ
る。したがって、照射野上の放射線の分布は一様である
必要がない（例えば、１つの領域が別の領域よりも大き
い放射線量に曝されてもよい）。このドライブユニット
８６は電気的モータを有し、このモータはプレート８２
ａに接続され、さらにモータコントローラ９０によって
制御される。位置センサ９２，９４もそれぞれ、プレー
ト８２ａ、８４ａに位置の検出のために接続される。ド
ライブユニット８６は、プレート８２ａを治療野に出入
りさせるように駆動することによって、所望の照射野形
状を形成する。

【００２０】モータコントローラ９０は、照射線量制御
ユニット９６に接続される。この照射線量制御ユニット
９６は、中央処理ユニット２８に接続される放射線量測
定コントローラを有し、中央処理ユニット２８は、所定
の等線量曲線（図２）を達成するために放射線ビームの
ための設定値を提供する。放射線ビームの出量は、測定
室７４によって測定される。設定値と実現値との間の偏
差に応じて、照射線量制御ユニット９６はトリガシステ
ム６０に信号を供給し、トリガシステム６０は、公知の
仕方でパルス繰返し周波数を変化させ、放射線ビーム出
量の設定値と実現値との間の偏差が最適化されるように
する。患者によって吸収される照射線量は、コリメータ
プレート８２ａ、８４ａの運動に依存する。中央処理ユ
ニット２８は、プログラムの実行及びコリメータプレー
ト８２ａ、８４ａの開閉を制御して、所望の強度プロフ
ィールに従った放射線を送出させる。中央処理ユニット
２８は、例えばアメリカ合衆国特許第５，７２４，４０
３号で説明されている他の特徴を有していてもよい。こ
の合衆国特許は、参考のために全体として本明細書に取
り入れられている。

【００２１】放射線治療装置は、本発明の範囲を出るこ
となく、本明細書において説明され示される装置とは異
なることができるということが理解されるべきである。
上に説明された治療装置２０は、以下に説明される最適
化プロセスによって改良された治療を提供するために使
用される装置の１例として提供されている。

【００２２】図４は、複数の１ｃｍ×１ｃｍマクロセル
１００（太線によって示される）を有する強度マップを
示しており、これらマクロセル１００は、４つの５ｍｍ
×５ｍｍミクロセル１０２（破線によって示される）に
分割されている。この５ｍｍ×５ｍｍミクロセル１０２
は、マクロセル１００を２つの直交する強度マップに変
換するために使用される。この２つの直交する強度マッ
プのうち、一方は５ｍｍ×１０ｍｍの分解能を有し、他
方は１０ｍｍ×５ｍｍの分解能を有する。強度マップを
４つの５ｍｍ×５ｍｍミクロセル１０２から成るグルー
プに分割するプロセスの１つの例が、Ｓｉｏｃｈｉによ
る、１９９９年１月２０日に出願されたアメリカ合衆国
特許出願通し番号０９／２３４，３６４に記載されてい
る。これは、参考のために全体として本明細書に取り入
れられている。この５ｍｍ×５ｍｍミクロセル１０２の
グループ化によって、５ｍｍ×５ｍｍの分解能を有する
治療野が、図３に示されたような１ｃｍのリーフを有す
るマルチリーフコリメータを使用して可能となる。

【００２３】図５は、マトリクスの１つの例を示す。マ
トリクスは、１０４において一般的に表示されおり、４
つの５ｍｍ×５ｍｍミクロセル１０６，１０８，１１
０，１１２から成る強度マップから形成されている。各
ミクロセル１０６，１０８，１１０，１１２は、放射線
を用いて治療すべき照射野における区画を識別する。各
ミクロセル１０６，１０８，１１０，１１２内の数値
（０，１，１，２）は、それぞれ照射野内の位置に対す
る放射線強度レベルを表し、モニタ単位（ｍｕ）または
相対的なモニタ単位強度（例えば、１×１０^２ｍｕ）で
表される。５ｍｍ×５ｍｍの分解能を強度マップに対し
て提供するために、マトリクス１０４は２つの直交マト
リクス１１６，１１８に分割される。これら直交マトリ
クス１１６，１１８は、それぞれ１ｃｍ×５ｍｍの分解
能、５ｍｍ×１ｃｍの分解能を有する。リーフ幅1ｃｍ
のマルチリーフコリメータは、それゆえ、５ｍｍ×５ｍ
ｍの分解能を有する強度マップを提供するために使用し
てもよい。例えば、図６で示されるように配置された１
対のリーフ９７，９８を、図５のマトリクス１１６で示
されるマップ強度を提供するために使用してもよい。放
射線の照射線量（例えば、１ｍｕ）が、マトリクス１０
４のミクロセル１０８及び１１２に対応する照射野に照
射される。それから、コリメータはおよそ９０度回転し
て、マトリクス１１８で示されるマップ強度を提供す
る。このマトリクス１１８は、図７で示されるリーフ位
置を有する。この９０度回転したコリメータによって、
放射線の照射線量（例えば、１ｍｕ）が、マトリクス１
０４のミクロセル１１０及び１１２に対応する照射野に
照射される。２つの放射線の照射は、ミクロセル１１２
に対応する照射野へは２ｍｕの照射線量、ミクロセル１
０８及び１１０に対応する照射野へは１ｍｕの照射線量
となり、ミクロセル１０６に対応する照射野へは放射線
は照射されない。したがって、マトリクス１０４の直交
マトリクス１１６及び１１８への分解によって、５ｍｍ
×５ｍｍの分解能の治療が、１ｃｍ幅を有するコリメー
タリーフを使用して可能になる。

【００２４】以下の説明では、元の入力強度マップはマ
クロマトリクスとして定義され、このマクロマトリクス
内の４つのミクロセルから成るグループはミクロマトリ
クス（またはマトリクス）として定義される。強度マッ
プを直交マップに分解するために、ミクロマトリクス
（マトリクス）１００の各列の垂直勾配は互いに等しく
なければならず、このミクロマトリクスの各行の水平勾
配も互いに等しくなければならない（図４）。これによ
って、１つのコリメータ設定のための１つのリーフ対
と、これと直交するコリメータ設定のための別のリーフ
対との交差点に１ｃｍ×１ｃｍのエリアが提供される。
例えば、（図４に示される）セル１０２を有するミクロ
マトリクスについて、その水平勾配が等しければ、次の
等式が成立しなければならない。

【００２５】ｂ−ａ＝ｄ−ｃ ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄは、図４のミクロマトリクス１
０２における位置に対応する強度値である。

【００２６】同様に、垂直勾配が等しければ、次の等式
が成立しなければならない。

【００２７】ｃ−ａ＝ｄ−ｂ 以下では、２つの直交マップ、すなわち０度オフセット
コリメータ設定で使用する０度マップと、直交コリメー
タ設定で使用する９０度マップとを定義するための方法
を説明する。強度マップの複数の分解によって、直交マ
ップを形成することが可能である。以下に説明される最
適化方法は、次のような分解を見出すために使用するこ
とができる。すなわち、全体的な治療時間を最小化する
最短の送出時間をもたらし、かつ放射線治療装置の寿命
を延ばす分解を見出すために使用することができる。有
利には、水平勾配（０度オフセットマップに対しての
み）と垂直勾配（９０度オフセットマップに対しての
み）との最小の和を有する直交マップが、最適化プロセ
スによって選択され、効率的な治療方法をもたらすマト
リクスが提供される。次の例は２×４マトリクス（図
８）によって表される強度マップを使用している。しか
し、この強度マップは、本明細書において示されるのと
は異なったサイズを有していてもよい。また種々のサイ
ズのマトリクスを使用してマップされてもよい。また、
この強度マップは、異なった分解能が要求されるのであ
れば、５ｍｍ×５ｍｍ以外の寸法を有するミクロセルへ
分割されてもよい。例えば、各マクロセルが９つのミク
ロセルに分割される。この場合には、強度マップは、１
ｃｍ×１／３ｃｍの分解能と１／３ｃｍ×１ｃｍの分解
能とを有する２つの直交強度マップとして提供すること
ができる（例えば、上で参照したアメリカ合衆国特許出
願番号０９／２３４，３６４を見よ）。また、１ｃｍ以
外の幅のリーフを有するマルチリーフコリメータを使用
してもよく、相応するミクロセルのサイズはリーフ幅の
１／ｎ倍となる（ここで、ｎは正の整数（例えば、２ま
たは３））。

【００２８】図８は、８つのセルを有するマクロマトリ
クスＶを示す。これらセルのそれぞれは、これらセルが
配置される行（ｉ）及び列（ｊ）によって識別される。
例えば、上左側のセル１３０は、Ｖ１，１（ｉ＝１，ｊ
＝１）として識別され、下右側のセル１３２は、Ｖ２，
４（ｉ＝２，ｊ＝４）として識別される。マクロマトリ
クスＶは、一様マトリクスＵとミクロ勾配マトリクスＭ
とに分割してもよい。このミクロ勾配マトリクスＭは、
４つのセルすべてから成るグループ（ミクロマトリク
ス）のそれぞれから、それらグループのうちの最小値を
引くことによって形成される。したがって、ミクロ勾配
マトリクスＭは、４つのセルの各グループ（ミクロマト
リクス）において少なくとも１つの０を有することにな
る。そして、最小値は一様マトリクスＵを形成するため
に使用され、元のマトリクスＶと一様マトリクスＵとミ
クロ勾配マトリクスＭとの間には次の関係が成立する。

【００２９】Ｖ＝Ｕ＋Ｍ マクロマトリクスＶは、まずミクロマトリクスｖ１，１
とｖ１，３とに分割される。これらミクロマトリクスは
それぞれ４つのミクロセルから成る（図９）。以下の説
明では、ミクロマトリクスｖ１，１及びｖ１，３は、マ
クロマトリクスＶの上左側の角に配置されるセル（すな
わちセル１，１及び１，３）によって識別され、これら
ミクロマトリクス内の個々のセルは、元のマクロマトリ
クスＶにおける元のセル位置（ｉ，ｊ）によって識別さ
れる。ミクロマトリクスｖ１，１及びｖ１，３は、一様
マトリクスｕ１，１とｕ１，３（図１０）と、ミクロ勾
配マトリクスｍ１，１とｍ１，３（図１１）とに分割さ
れる。一様マトリクスは、そのミクロマトリクスｖの最
小強度値（すなわち、マトリクスｖ１，１については
１、マトリクスｖ１，３については３）を有するセルか
ら成る。一様マトリクスｕ１，１及びｕ１，３は、それ
ゆえ、次のように定義できる。

【００３０】 u1,1＝Min(v(2,2),v(2,1),v(1,2),v(1,1))、及び u1,3＝Min(v(2,4),v(2,3),v(1,4),v(1,3)) 一様マトリクス内のすべての成分ｕｉ，ｊは、そのミク
ロマトリクスｖｉ，ｊの最小値に等しくなければならな
い。

【００３１】 u(2,2)＝u(2,1)＝u(1,2)＝u(1,1)、及び u(2,4)＝u(2,3)＝u(1,4)＝u(1,3) ミクロ勾配マトリクスｍｉ，ｊに対するミクロセルは、
ミクロマトリクスｖｉ，ｊ及び一様マトリクスｕｉ，ｊ
のそれぞれのセルの間の差として次ように計算される。

【００３２】 m1,1(i,j)＝v1,1(i,j)−u1,1(i,j)、及び m1,3(i,j)＝v1,3(i,j)−u1,3(i,j) 一様マトリクスｕ１，１及びｕ１，３ならびにミクロ勾
配マトリクスｍ１，１及びｍ１，３は、それぞれ２つの
直交するサブフィールドに分解される。すなわち０オフ
セットフィールド^０ｕｉ，ｊ及び^０ｍｉ，ｊ（元の入力
マトリクスと同じコリメータ配位で使用）ならびに９０
度オフセットフィールド^９０ｕｉ，ｊ及び^９０ｍｉ，ｊ
（元の入力マトリクスのコリメータ配位に対して相対的
に９０度回転したコリメータで使用）に分解される。こ
の０オフセットフィールド及び９０度オフセットフィー
ルドは、次のように定義できる。

【００３３】 mi,j＝^０mi,j＋^９０mi,j、及び ui,j＝^０ui,j＋^９０ui,j 図１２は、９０度オフセットフィールド^９０ｍ１，１、
^９０ｍ１，３及び０度オフセットフィールド^０ｍ１，
１、^０ｍ１，３に対するミクロ勾配マトリクスを示す。
９０度オフセットフィールドマトリクス^９０ｍ１，１、
^９０ｍ１，３は、それぞれ５ｍｍ×１ｃｍの分解能を有
する（すなわち、マトリクスは行成分が互いに等しくな
るように構成されている）。０度オフセットフィールド
マトリクス ^０ｍ１，１、^０ｍ１，３は、それぞれ１ｃｍ
×５ｍｍの分解能を有する（すなわち、マトリクスは列
成分が互いに等しくなるように構成されている）。９０
度オフセットフィールドマトリクス^９０ｍ１，１、^９０
ｍ１，３のセル値は、それぞれミクロ勾配マトリクスｍ
１，１及びｍ１，３の各行における最小のセル値をと
り、行の他のセルをこれと同じ値にセットすることによ
って決定される。０度オフセットフィールドマトリクス
^０ｍ１，１、^０ｍ１，３のセル値は、各列における最小
の値を見出し、これと同じ値を列の他のセルに対して使
用することによって決定される。

【００３４】一様マトリクスｕｉ，ｊは、行と列の両方
に沿って等しい勾配を有するので、分解される必要がな
く、ミクロ勾配０オフセットフィールド^０ｍｉ，ｊと結
合して送出することができる。これは単一のミクロマト
リクスｖにとっては最適な解であるが、周囲のミクロマ
トリクスを考慮に入れると最も効率的な解ではない。し
たがって、一様マトリクスｍｉ，ｊの一部は９０度オフ
セットフィールド^９０ｍｉ，ｊとともに送出する方が効
率的であることもある。そして、０オフセットフィール
ド^０ｍｉ，ｊを用いて送出される量は、最適化計算にお
いて使用されるパラメータｚｉ，ｊとなる。最適化計算
の値は、０からミクロマトリクスｖｉ，ｊの最小値（す
なわちｕｉ，ｊのセル値）までの領域に入る。パラメー
タｚｉ，ｊは、それゆえ、各マトリクスｕｉ，ｊについ
て次のように定義することができる。

【００３５】^０ui,j(1,1)＝^０ui,j(1,2)＝^０ui,j(2,1)
＝^０ui,j(2,2)＝zi,j zi,j＝0,1,…,qi,j ここでqi,j＝vi,jの最小のセル値 最適化問題には、ミクロマトリクスと同数のパラメータ
が存在する。最適化パラメータｚｉ，ｊを変化させるこ
とによって、多くの異なった分解を形成することができ
る。図８のマクロマトリクスＶに対する可能な０度オフ
セット一様マトリクス及び９０度オフセット一様マトリ
クス^０ｕ１，１、^０ｕ１，３、^９０ｕ１，１、^９０ｕ
１，３は、図１３ａ〜１３ｈに示されている。

【００３６】パラメータｚｉ，ｊは、標準的な最適化ア
ルゴリズム、例えば焼きなまし法、最小２乗法または下
りシンプレックス法（Vetterling,Press,Flannery及びT
eukolskyによる“Numerical Recipes in C”,1992,Camb
ridge University Pressで説明されている）を使用して
選択することができる。他の最適化法も使用することが
できる。最適化アルゴリズムのための出発点が要求され
るならば、ｚｉ，ｊ＝ｑｉ，ｊ／２を使用することがで
きる。

【００３７】最適化では、すべてのｚｉ，ｊを変化さ
せ、解を治療送出時間の点から評価する。これは計算す
るのにコストのかかる非常に込み入った関数なので、よ
い近似は、リーフの運動方向に沿った正の勾配の最大の
和を、９０度オフセットフィールドと０度オフセットフ
ィールドの両方におけるすべてのリーフについてとるこ
とである。０度オフセットフィールドについては、和は
総合０オフセットマトリクスの行に沿ってとられ、９０
度オフセットフィールドについては、和は９０度オフセ
ットマトリクスの各列に沿ってとられる。そして、０度
オフセット和と９０度オフセット和との合計は、最良の
パラメータ集合を選択するために使用される関数とな
る。この和の合計は、有利には最小化される。

【００３８】正の勾配を計算するために、１つの０がマ
トリクスの各行及び列に挿入される。そして、勾配は、
隣接するセルの間の正の勾配を足し合わせることによっ
て計算される。表１は、マトリクスの２つの行Ａ，Ｂに
ついて、正の水平勾配の計算例を示す。第１行Ａは、
（第１のミクロセル（＋１）については０から１の、第
３のミクロセル（＋１）については１から０の）合計２
正の勾配を有する。行Ｂは、（第１のミクロセル（＋
１）について０から１の）合計１の正の勾配を有する。

【００３９】

【表１】

【００４０】正の水平勾配及び垂直勾配をマクロマトリ
クスＶ全体について計算するために、ミクロ勾配マトリ
クス^０ｍ１，１、^０ｍ１，３、^９０ｍ１，１、^９０ｍ
１，３と一様マトリクス^０ｕ１，１、^０ｕ１，３、^９０
ｕ１，１、^９０ｕ１，３のそれぞれは足し合わされて、
ミクロマトリクス^０ｖ１，１、^０ｖ１，３、^９０ｖ１，
１、^９０ｖ１，３を形成する。０度オフセットミクロマ
トリクス^０ｖ１，１、^０ｖ１，３は結合されて、総合０
度マトリクス^０Ｔを形成し、９０度オフセットミクロマ
トリクス^９０ｖ１，１、^９０ｖ１，３は結合されて、総
合９０度オフセットマトリクス^９０Ｔを形成する。総合
マトリクスは次のように定義することができる。

【００４１】^０ Ｔ＝^０Ｕ＋^０Ｍ^９０ Ｔ＝^９０Ｕ＋^９０Ｍ 図１４ａ〜１４ｈは、総合０度オフセットマトリクス^０
Ｔ及び総合９０度オフセットマトリクス^９０Ｔを示し、
これら総合オフセットマトリクスは、図１３ａ〜１３ｈ
に示された異なった可能な一様マトリクスに対応してい
る。全勾配Ｇは、最大水平勾配を総合０度マトリクス^０
Ｔのすべての行に亘って足すこと、及び最大垂直勾配を
総合９０度マトリクス^９０Ｔのすべての列に亘って足す
ことによって計算される。最適なケースは、最小の全勾
配（すなわち、図１４ａ，１４ｂ，１４ｆ及び１４ｇで
はＧ＝６）を有するケースである。複数の方法を使用し
て、最終的な総合マトリクスを、勾配の合計が最も小さ
い総合マトリクスのグループから選択することができ
る。１つの方法では、一連の結合破壊関数を使用して、
最終的な強度マップを選択する。例えば、使用すること
のできる１つの結合破壊関数は、すべての勾配のすべて
のリーフ方向における合計であって、単なる勾配の最大
値ではない。したがって、この関数をＲで表すと、図１
４ａで示されるマトリクスはＲ＝１２を有し、図１４ｂ
のマトリクスはＲ＝１１を有し、図１４ｆのマトリクス
はＲ＝１２を有し，図１４ｇのマトリクスはＲ＝１１を
有する。ここで、図１４ｂ及び図１４ｇに示されるマト
リクスのみが結合される。それからこれらマトリクス
は、別の関数、例えば最大水平勾配と最大垂直勾配との
間の差の絶対値の関数に渡される。この関数をＤとして
定義すると、図１４ｂのマトリクスはＤ＝３−３＝０を
有し、図１４ｇのマトリクスはＤ＝４−２＝２を有す
る。図１４ｂのマトリクスはより低い関数値Ｄを有する
ので、最終的なマトリクスとして選択される。

【００４２】最初のパスのために関数Ｒの代わりに使用
することのできる別の関数は、総合マトリクスの各々に
おける異なるセル強度値の個数を決定する関数Ｘであ
る。例えば、図１４ａのマトリクスは、（^９０Ｔについ
ては）セル強度値０及び２、（ ^０Ｔについては）セル強
度値１，２，３及び４を有し、Ｘの関数値は、Ｘ＝２＋
４＝６である。同様に、、図１４ｂのマトリクスはＸ＝
７を有し、図１４ｆのマトリクスはＸ＝６を有し，図１
４ｇのマトリクスはＸ＝７を有する。図１４ａ及び図１
４ｆのマトリクスが今度は結合される。上述の差の関数
Ｄは、再び第２の結合破壊関数として使用することがで
きる。図１４ａのマトリクスはＤ＝２を有し、図１４ｆ
のマトリクスはＤ＝０を有する。したがって、最終的に
選択される強度マップは図１４ｆのマトリクスである。

【００４３】しかし、標準的な最適化ルーチンでは、典
型的には１つの関数のみが使用される。上記の関数Ｇ，
Ｒ，Ｄ，Ｘを標準的な最適化ルーチンで使用する１つの
方法は、これら関数の和（例えば、Ｇ＋Ｒ＋ＤまたはＧ
＋Ｘ＋Ｄ）を計算することである。これら関数のそれぞ
れが最小化されなければならないので、最も小い和が最
適なマトリクスを定める。この時点でまだ結合が存在す
るのであれば、最適化ルーチンはマトリクスのうちの１
つをそのアルゴリズムに依存して選択する（例えば、個
々のアルゴリズムに依存して、最初の最低マトリクスま
たは最後の最低マトリクスを選択する）。

【００４４】また別の可能な結合破壊方法は、Bortfiel
d-Boyerの分割アプローチを使用して、マトリクスを照
射野形状のセットに変えることである。この照射野形状
は、強度マップを提供するために必要とされるものであ
る。そして、最小の治療時間を生ずる照射野形状のセッ
トが、最適な配位として選択される。結合が存在する場
合には、最小の総ビーム照射時間を有する照射野形状の
セットが選択される。それでもまだ結合が存在する場合
には、１つの配位が任意に選択される。

【００４５】標準的な最適化テクニックを使用して最適
な総合マトリクスを見出すことは可能であるが、代替的
アプローチは、総合マトリクス^０Ｔ及び^９０Ｔにおける
リーフ運動方向に沿って勾配を最小化することである。
こうすることによって、最適化アルゴリズムの繰り返し
の度に、高勾配の領域及びこの領域に対応するパラメー
タが変化する（すなわち、この領域が局所的な最大値に
影響するのであれば、低下し、この領域が局所的な最小
値に影響するのであれば、増加する）。

【００４６】本発明は示された実施例に従って記述され
ているが、当業者は、これら実施例の変形が可能である
こと、及びこれら変形は、本発明の精神及び範囲内にあ
ることをただちに理解するであろう。よって、多くの変
更が、添付された請求項の精神及び範囲から逸脱するこ
となく、当業者によって為され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例による放射線治療装置
及び治療制御卓、ならびにこの治療装置内に治療のため
位置する患者のダイアグラムである。

【図２】図２は、図１の放射線治療装置の部分を図示す
るブロックダイアグラムである。

【図３】図３は、図１の放射線治療装置に治療のために
配置されたマルチリーフコリメータのリーフの概略図で
ある。

【図４】図４は、強度マップに配置されたセルの概略図
である。

【図５】図５は、０度のマトリクス成分と９０度のマト
リクス成分に分解されたマトリクスのダイアグラムであ
る。

【図６】図６は、図５の０度マトリクスによって定られ
た照射線量を供給するように構成された向かい合うリー
フ対の平面図である。

【図７】図７は、図５の９０度マトリクスによって定ら
れた照射線量を供給するように構成された向かい合うリ
ーフ対の平面図である。

【図８】図８は、本発明の最適化プロセスの例を示すた
めに使用されるマクロマトリクスのダイアグラムであ
る。

【図９】図９は、図８のマクロマトリクスの２つのミク
ロマトリクスのダイアグラムである。

【図１０】図１０は、図９のミクロマトリクスから形成
される、最適化プロセスで使用するための一様マトリク
スのダイアグラムである。

【図１１】図１１は、図９のミクロマトリクスから形成
される、最適化プロセスで使用するためのミクロ勾配マ
トリクスのダイアグラムである。

【図１２】図１２は、０度オフセットマトリクスと９０
度オフセットマトリクスとに分解された図１１のミクロ
勾配マトリクスを示す。

【図１３】図１３は、図１０の一様マトリクスに基づい
た、種々異なった可能な０度オフセット一様マトリクス
及び９０度オフセット一様マトリクスを示す。

【図１４】図１４は、最適化プロセスで定義され、最適
な治療供給プロセスを決定するために使用される、種々
異なった可能な総合マトリクスを示す。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射線源（２０）から対象物への放射線
   送出を制御するための方法において、 対象物に放射線送出ための照射野を画定し、前記照射野
   は、各々が定められた治療強度レベルを有する複数のセ
   ルを有し、 前記セルをグループ化して複数のマトリクス（１００）
   を形成し、該マトリクスの各々は、コリメータリーフ
   （９７，９８）の幅にほぼ等しい、少なくとも１つの寸
   法を有し、前記リーフは放射線源から放射される放射線
   をブロックすることができ、 前記マトリクスの各々を直交マトリクスに分解し、 前記マトリクスの各々からの直交マトリクスを結合し、
   さらに最小の垂直勾配及び水平勾配を有する直交マトリ
   クスの結合を選択することによって、放射線の送出を最
   適化することを特徴とする放射線送出の制御方法。
2. 【請求項２】 マトリクス（１００）の直交マトリクス
   への分解は、前記マトリクスの一様マトリクス及びミク
   ロ勾配マトリクスへの分解を含み、 該一様マトリクスは、各々が前記マトリクスの最小のセ
   ル治療強度レベルに等しい強度レベルを有するセル（１
   ０２）から成り、 前記ミクロ勾配マトリクスは、前記マトリクスのセルの
   強度レベル引くことの前記一様マトリクスのそれぞれの
   セルの強度レベルに等しいセルを有する、請求項１記載
   の放射線送出の制御方法。
3. 【請求項３】 さらに、前記一様マトリクスの分解は、
   複数の一様直交マトリクスを形成する、請求項２記載の
   方法。
4. 【請求項４】 さらに、前記ミクロ勾配マトリクスの分
   解は、２つのミクロ勾配直交マトリクスを形成する、請
   求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 前記放射線の送出の最適化では、さら
   に、前記一様直交マトリクス及びミクロ勾配直交マトリ
   クスを足して前記直交マトリクスを形成し、 また前記それぞれのマトリクスの各々の前記直交マトリ
   クスを結合して総合直交マトリクスを形成し、 前記垂直勾配及び水平勾配は前記総合マトリクスを基に
   して計算される、請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 さらに、前記放射線源（２０）と対象物
   上の前記照射野との間の開口部を画定し、該開口部は、
   前記選択された直交マトリクスに基づいて位置決めされ
   る少なくとも２つのコリメータリーフ（９７，９８）に
   よって画定される、請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】 前記セル（１０２）は各々、前記コリメ
   ータリーフ（９７，９８）の幅のほぼ半分に等しい幅及
   び高さを有する、請求項６記載の方法。
8. 【請求項８】 前記コリメータリーフ（９７，９８）の
   各々は、およそ１ｃｍに等しい幅を有する、請求項６記
   載の方法。
9. 【請求項９】 前記セル（１０２）は各々、およそ５ｍ
   ｍに等しい幅及び高さを有する、請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記開口部は、前記放射線を前記リー
    フ（９７，９８）の幅のほぼ半分の分解能で送出するこ
    とを可能とする、請求項６記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記セルのグループ化では、４つの正
    方形セル（１０２）をグループ化して前記マトリクス
    （１００）を形成する、請求項１記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記直交マトリクスは各々、前記リー
    フ（９７，９８）の幅にほぼ等しい第１の方向における
    分解能と該第１の方向における分解能より高い第２の方
    向における分解能とを有する、請求項１記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記第２の方向は、基本的に前記第１
    の方向に直交する、請求項１２記載の方法。
14. 【請求項１４】 放射線源（２０）から対象物への放射
    線出量を制御するためのシステムであって、前記対象物
    は、これに画定された放射線送出のための照射野を有
    し、前記照射野は、所定の治療強度レベルを有する複数
    のセル（１０２）を有するシステムにおいて、 コリメータ（８０）が、前記放射線源からの放射線をブ
    ロックするための複数のリーフ（８２ａ，８４ａ）を有
    し、かつ前記放射線源と前記対象物との間の開口部を画
    定し、 プロセッサがセルを受け取り、当該セルの一部をグルー
    プ化してマトリクス（１００）を形成し、 該マトリクス（１００）は、前記コリメータリーフのう
    ちの１つのリーフの幅に等しい、少なくとも１つの寸法
    を有し、 前記プロセッサは、前記マトリクスを直交マトリクスに
    分解し、 放射線出量の送出を、前記照射野内の残りのセルから形
    成される他の直交マトリクスと結合されたときに最小の
    垂直勾配及び水平勾配を有する直交マトリクスを選択す
    ることによって最適化することを特徴とする放射線出量
    を制御するためのシステム。
15. 【請求項１５】 前記マルチリーフコリメータ（８０）
    のリーフ（８２ａ，８４ａ）は各々、およそ１ｃｍの幅
    を有する、請求項１４記載のシステム。
16. 【請求項１６】 前記セル（１０２）は、前記コリメー
    タリーフ（８２ａ，８４ａ）の幅のほぼ半分の幅及び高
    さを有する、請求項１４記載のシステム。
17. 【請求項１７】 前記リーフ（８２ａ，８４ａ）は、一
    般に放射線の送出方向に垂直な第１の方向に可動であ
    り、放射線源（２０）と前記対象物との間の開口部を形
    成し、該開口部は、前記選択された直交マトリクスに基
    づいて位置決めされる少なくとも２つのコリメータリー
    フによって画定される、請求項１４記載のシステム。
18. 【請求項１８】 前記リーフ（８２ａ，８４ａ）は、一
    般に前記送出方向及び前記第１の方向に垂直な第２の方
    向において可動である、請求項１７記載のシステム。
19. 【請求項１９】 前記マルチリーフコリメータ（８０）
    は、前記リーフ（８２ａ，８４ａ）の幅のほぼ半分に等
    しい分解能を有する放射線治療を提供するように操作可
    能である、請求項１７記載のシステム。
20. 【請求項２０】 前記マトリクス（１００）の垂直勾配
    は互いに等しく、前記マトリクスの水平勾配は互いに等
    しい、請求項１４記載のシステム。