JP2020503106A - アクティブイオンビーム治療の治療計画を決定するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

標的線量範囲を維持又は改善しながら不要線量を最小にするべくアクティブイオンビーム治療における治療計画を決定するためのシステム（１００）であって、ビームが少なくとも２つのサブビームへ分割され、各サブビームが異なる設定のレンジシフタを有する、システム（１００）。【選択図】図３Ｃ

Description

本発明は、一般に、アクティブイオンビーム放射線治療での標的線量範囲を維持又は最大化しながら標的体積への不要線量を最小にするための方策に関する。より具体的には、本発明は、不要線量の最小化と標的線量範囲の維持又は最大化との両方が得られるようにアクティブイオンビーム治療の治療計画を決定するためのシステム及び対応する方法に関する。本発明はまた、コンピュータプログラム及びプロセッサ可読媒体に関する。

放射線治療は、通常は、患者内の腫瘍などの標的に１つ又は複数の放射線ビームをあてることに関係する。理想的には、指定の線量が標的に送達されるべきであり、最小限の放射線が周囲組織に及ぶべきである。特に、心臓、脳、及び膀胱などの重要な組織又は臓器への放射線は最小にされるべきであり、従って、種々の組織及び臓器に関する最大線量及び最小線量が一組の臨床的ゴールで指定される。計算された放射線量を検証するために、１つ又は複数の放射線ビームが、送達線量を測定することができる検証ファントムに、代わりにあてられる場合がある。

放射線療法の治療計画作成の分野では、治療計画者は、普通は、例えばコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）スキャナを用いて標的体積及び周囲領域の画像を得ることにより患者の体内の治療されるべき標的体積の知識を得た後で、治療計画とも呼ばれる放射線治療計画を作成する。標的体積は、普通は、患者の体内の、腫瘍、例えば癌に侵された臓器である。

アクティブスキャニングイオンビーム療法では、マシンによりサポートされる特定の治療エネルギーレンジ内でいくつかのエネルギー層にグループ化される、スポットとも呼ばれる、変調されたペンシルビームでイオンが送達される。マシンのエネルギー限界は、ビーム方向のイオンレンジを制限することになる。上限は、ほとんどのケースにおいて標的の最遠位部をカバーするのに十分に高いが、エネルギーの下限は、往々にして高すぎて、結果的に表在標的をカバーすることができない状況を生み出すことがある。患者の表面に近い部分を有する標的をカバーできるようにするために、水等価物質の、異なる厚さのレンジシフタが用いられる。レンジシフタは、所望のイオンレンジを直接縮小させることになる。しかしながら、レンジシフタの使用の副作用は、スポットサイズとも呼ばれるペンシルビームのサイズが増加し、側方半影が悪化することである。

不適切な計画作成法の使用は、しばしば不適切な放射線療法治療計画につながり、これは次に、不十分な標的線量範囲、及び／又は、周囲組織及び臓器に及ぶ望ましくない線量分布につながる。最悪の場合、これは、標的体積に必要な治療線量があたらないこと、及び／又は、心臓、脳などの重要な組織又は臓器を損傷することにつながり得る。

したがって、本発明者は、標的体積のイオンビーム放射線治療において、標的範囲を維持又は改善しながら、リスク臓器（ＯＡＲ）への線量を最小にする必要性があることを見出した。

より経験のある計画者とあまり経験のない計画者との両方が妥当な時間枠内で改善された計画を生成することを可能にするべく、計画者にとってより複雑な又は時間のかかるものとならない、改善されたパラメータ作成及び放射線療法治療計画の作成がさらに必要とされている。

したがって、本発明の目的は、標的範囲を維持又は改善しながら、不要線量、例えばリスク臓器への線量を最小にするべく、既存のパラメータ作成及び放射線治療計画を改善又は最適化するための方策を提供することである。

この目的は、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のシステムと、請求項８〜請求項１２のいずれかに記載の方法により果たされる。

本発明のさらなる態様によれば、この目的は、少なくとも１つのプロセッサのメモリにロード可能であり、且つ、少なくとも１つのプロセッサ上で実行されるときに上記で提案した方法を実施するように適応されたソフトウェアを含む、コンピュータプログラムにより達成される。

本発明の別の態様によれば、この目的は、少なくとも１つのプロセッサにロードされるときに上記で提案した方法を行うように少なくとも１つのプロセッサを制御するためのプログラムが記録されている、プロセッサ可読媒体により達成される。

本発明のさらなる利点、有益な特徴、及び用途は、以下の説明及び従属請求項から明白であろう。

ここで、添付図を参照しながら、例として開示される好ましい実施形態によって本発明をより詳しく説明する。

本発明の一実施形態に係るシステムの概要を示す図である。 提案した方法の実施形態を例示する流れ図である。 本発明の実施形態に係るパラメータ設定を用いるイオンビーム療法システムの概要を示す図である。 本発明の実施形態に係るパラメータ設定を用いるイオンビーム療法システムの概要を示す図である。 本発明の実施形態に係るパラメータ設定を用いるイオンビーム療法システムの概要を示す図である。 治療計画の作成の実施形態を例示する図である。 治療計画の作成の実施形態を例示する図である。 治療計画の作成の実施形態を例示する図である。

本明細書で提示される実施形態の目的は、標的線量範囲を維持又は改善しながら不要線量を最小にするべくアクティブイオンビーム治療における治療計画を決定するためのシステムを提供することにより、明確にした問題を克服することである。本明細書で提示される実施形態はさらに、より経験のある計画者とあまり経験のない計画者との両方が妥当な時間枠内で改善された計画を生成することを可能にするべく、計画者にとってより複雑な又は時間のかかるものとならない、改善されたパラメータ作成及び放射線療法治療計画の作成を達成することを目的とする。

アクティブスキャニングイオンビーム療法では、マシンによりサポートされる特定の治療エネルギーレンジ内で変調されたペンシルビーム（スポット）によりイオンが送達される。前述のように、マシンのエネルギー限界は、ビーム方向のイオンレンジを制限することになる。上限は、ほとんどのケースにおいて標的の最遠位部をカバーするのに十分に高いが、エネルギーの下限は、結果的に表在標的をカバーすることができない状況を生み出すことがある。患者の表面に近い部分を有する標的をカバーできるようにするために、水等価物質の、異なる厚さのレンジシフタが用いられる。レンジシフタは、所望のイオンレンジを直接縮小させることになる。しかしながら、レンジシフタの使用の副作用は、ペンシルビームのサイズ／スポットサイズが増加し、側方半影が悪化することである。

従来の方策は、送達されるべき各イオン／放射線ビームに関するレンジシフタを手動で選択することを含む。本発明者は、ビーム全体を劣化させないようにするために、レンジシフタを必要とする標的の部分に限定してレンジシフタを用いることができることが望ましいことに気付いた。これは、より高い計画作成及び治療精度を与え、ペンシルビームのサイズ／スポットサイズの増加、すなわち側方半影の悪化の問題を低減し、これにより、同時に標的範囲を維持又は改善しながら、例えばリスク臓器への不要線量を最小にする目的を達成する。

この気付きに基づく実施形態の解決策を図面に関連してここでより詳細に提示する。

図１は、本発明の一実施形態に係る、標的線量範囲を維持又は改善しながら不要線量を最小にするべくアクティブイオンビーム治療における治療計画を決定するためのシステム１００の概要を示す。

システム１００は、データプロセッサ１１０とメモリ１４０を含み、前記メモリは、前記データプロセッサ１１０により実行可能な命令を格納する。言い換えれば、メモリ１４０は、プロセッサ１１０上で実行されているときに後述の手順を実行するためのソフトウェアを記憶するように構成される。システム１００は、第１のインターフェース１２０及び少なくとも第２のインターフェース１３０をさらに備え得る。提示する目的で、図１は、インターフェース１２０及び１３０を別個のエンティティとして例示する。しかしながら、実際的な実装では、インターフェースのうちの２つ以上が共通のユニットへ一体化されてよい。

用いられるイオンビーム治療技術は、アクティブスキャニング技術である。本明細書で提示されるシステム及び方法が有利に用いられ得るアクティブスキャニング技術のいくつかの限定ではない例は、ステップアンドシュートスキャニング、ラインスキャニング、及びラスタスキャニング（準連続スキャニングとも呼ばれる）である。

第１のインターフェース１２０は、グラフィカルディスプレイ上に提示するためのイメージデータを出力するように構成される。いくつかの実施形態では、第１のインターフェース１２０は、グラフィカルディスプレイ上のグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）に対応するグラフィカルデータを出力するように構成される。ＧＵＩは、情報及び選択可能オプションを提示してよく、それにより、計画者は、ビームを少なくとも２つのサブビームの組へ分割する及び／又は本明細書でさらに説明される様態でサブビームの１つ又は複数の組を最適化するための本明細書で説明されるシステム及び方法への入力を提供することができる。グラフィカルデータは、プロセッサ１１０からの制御命令に応答して出力される。

データプロセッサ１１０は、少なくとも１つの送達方向のそれぞれに関して：ビームを定義し、前記ビームを少なくとも２つのサブビームへ分割して前記少なくとも２つのサブビームを含むサブビームの組を定義し、少なくとも２つのサブビームの組からの第１のサブビームを第１のレンジシフタ設定と関連付け、少なくとも２つのサブビームの組からの第２のサブビームを第１のレンジシフタ設定とは異なる第２のレンジシフタ設定と関連付けるように構成される。したがって、組における各サブビーム固有の各サブビームのレンジシフタ設定を除いて、同一のビーム特性を有するサブビームの組が得られる。本開示との関連でのビーム特性は、以下の選択：アイソセンタ、ガントリ角、カウチ角、及び指定の位置にあるスノートを含み得るがこれらに限定されない。

データプロセッサ１１０はさらに、治療計画を決定するべく定義されるサブビームの少なくとも１つの組を最適化するように構成される。

最適化は、１つ又は複数の最適化目標に基づいて行われる。最適化目標の例は、均一線量目標、最小線量目標、及び最大線量目標である。１つの例示的なタイプの最適化は、治療計画におけるビームのうちの少なくとも１つ（本明細書ではサブビームの組に対応する）がそれ独自の固有の最適化目標を有する、単門最適化（Ｓｉｎｇｌｅ Ｆｉｅｌｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＳＦＯ））である。本明細書で説明される実施形態によれば、ＳＦＯ手法はさらに、サブビームレベルで、個々のサブビームに関して、並びにサブビームの組に適用することが可能である。ＳＦＯの一般的な適用は、各ビームがそれ独自の均一線量目標を有する、単門均一線量（Ｓｉｎｇｌｅ Ｆｉｅｌｄ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｄｏｓｅ（ＳＦＵＤ））である。ＳＦＵＤ最適化は、通常は、患者セットアップエラー及びレンジの不確かさに対して頑健な計画を得るのに用いられる。

１つ又は複数の実施形態において、データプロセッサ１１０は、治療計画を決定するべくサブビームの少なくとも１つの組を最適化することの一部として、サブビームの少なくとも１つの組に固有の最適化目標に基づいて前記サブビームの少なくとも１つの組を最適化するように構成される。

１つ又は複数の実施形態において、データプロセッサ１１０は、治療計画を決定するべくサブビームの少なくとも１つの組を最適化することの一部として、サブビームの組内の少なくとも１つのサブビームに固有の最適化目標に基づいて前記サブビームの組における少なくとも１つのサブビームを最適化するように構成される。

図４ａ〜図４ｃに関連してさらに説明される異なる実施形態では、データプロセッサ１１０は、
− そのような最適化目標が存在する場合に、治療計画に含まれるべきサブビームの各組内の０、１つ、又は複数のサブビームのそれぞれに固有の最適化目標に基づいて前記サブビームの各組における０、１つ、又は複数のサブビーム、
− そのような最適化目標が存在する場合に、治療計画に含まれるべきサブビームのすべての組からのサブビームの０、１つ、又は複数の組に固有の最適化目標に基づいて、前記サブビームの０、１つ、又は複数の組、及び／又は、第３に、
− そのような最適化目標が存在する場合に、共通の最適化目標を用いて治療計画に含まれるべきサブビームのすべての組、
の選択を最適化するように構成され得る。

このようにして、最適化ステップにおける異なる詳細レベルでの多数の組み合わせが可能となり、従って、最適化は、異なる選択の組み合わせを含むことができる。

例えば、いくつかのケースでは、ユーザ／計画者にとって各サブビームの調節又は組におけるサブビームの選択が個別に可能であることが重要な場合があり、従って、サブビームに特異的な最適化目標を用いてサブビームレベルで最適化できることは有利であり、最高の可能な詳細レベル及び各サブビームからの線量送達の制御をもたらす。他のケースでは、サブビームの組を個別に調節できること、従って、ビームに特異的な最適化目標を用いてビームレベルで（結果的に得られる計画におけるビームは、サブビームの組に基づいている）最適化できることが有益であり得る。したがって、サブビーム間の線量が自由に分布する状態で、ビームレベルで線量を制御することができ、比較的高い詳細レベルが与えられる。例えば、これは、より頑健な治療計画を得るべく、一般に、単門最適化、特に、単門均一線量最適化を適用するときに重要であろう。さらに他のケースでは、共通の最適化目標を用いて治療計画に含まれるべきサブビームのすべての組（結果的に得られる治療計画のすべてのビームに対応する）を調節できることが有益な場合があり、これにより、有利には、サブビームの各組に関して個別に同一の調節を行う必要がなくなる。また、最適化においてより高い自由度が存在することになり、場合によってはあまり頑健でない計画という代償を払って、ＯＡＲへの不要線量がさらに低減される。したがって、この方法は、頑健な最適化と組み合わせて用いられることから恩恵を受けることもできる。

前述したように、各ケースにおいて最善の可能な治療計画を提供するべく、３つの異なるレベル（サブビーム、サブビームの組、サブビームのすべての組）での最適化の任意の組み合わせが可能である。

１つ又は複数の実施形態において、少なくとも１つの送達方向のそれぞれに関して、第１のレンジシフタ設定は、特定の密度を有する第１の材料のレンジシフタの第１の厚さを示し、第２のレンジシフタ設定は、第１の又は別の材料のレンジシフタの第２の厚さを示し、厚さは送達方向に定義され、レンジシフタは、標的体積の上流に配置されることを意図される。第２のレンジシフタ設定に対応するレンジシフタが無いケースでは、これは、第２の厚さがゼロであることに対応する。

いくつかの実施形態では、メモリ１４０は、知識データベース又は所定の入力パラメータを記憶するように構成される。メモリ１４０はさらに、記憶した知識データベースからの入力パラメータ、又は記憶した所定の入力パラメータを、場合によってはデータプロセッサ１１０からの制御信号に応答して、データプロセッサ１１０に送信するように構成され得る。それに対応して、データプロセッサ１１０は、これらの実施形態では、制御信号を送信する及び／又はメモリ１４０から入力パラメータを受信するように構成される。

いくつかの実施形態では、第２のインターフェース１３０は、１つ又は複数の入力パラメータをデータプロセッサ１１０に転送するように構成される。データプロセッサ１１０は、これらの実施形態では、第２のインターフェース１３０から入力パラメータを受信するように構成される。入力パラメータは、これらの実施形態では、好ましくは、入力デバイス、例えば、キーボード及び／又はコンピュータマウス又は他のポインティングデバイス、ジョイスティック、タッチスクリーン、又は任意の他の適切な入力デバイスを介して入力されたユーザコマンドに応答して作成される。入力は、第１のインターフェース１２０によりディスプレイ上に提示されるＧＵＩを介して提供され得る。一実施形態では、少なくとも１つの第２のインターフェース１３０は、前記ＧＵＩを介して入力された少なくとも１つの入力ユーザコマンドに応答して入力パラメータをデータプロセッサ１１０に転送するように構成され、データプロセッサ１１０はさらに、入力パラメータを受信し、受信した入力パラメータに応答して前記ビームを少なくとも２つのサブビームの組へ分割するステップを行うように構成される。言い換えれば、ユーザがＧＵＩと対話すること又はＧＵＩを用いて選択を行うことにより「ビーム分割」オプションをアクティブ化することが可能である。代替的な実施形態では、データプロセッサ１１０は、すべてのビームに対して、前述したようにビーム分割オプションをアクティブ化するユーザ入力に応答して１つ又は複数の指定のビームに対して、或いは所定の基準を満たすこと又は受信したアクティブ化信号に応答して１つ又は複数の指定のビームに対して、自動的にビーム分割を行うように構成され得る。

イオンビーム治療における治療計画を決定するための方法の実施形態が、図２及び図４の流れ図を参照して説明される。

図２は、本発明の一実施形態に係る方法の流れ図を示す。図２の方法は、少なくとも１つの送達方向のそれぞれに関して、以下のステップを含む。

ステップ２１０：ビームを定義する。

ステップ２１０で定義されるビームは、以下、Ｂと呼ばれる場合がある。

ステップ２１０のビームを定義することは、アイソセンタ、ガントリ角、及びカウチ角のいずれか又はすべてを定義することを含み得る。

ステップ２２０：前記ビームを少なくとも２つのサブビームへ分割して前記少なくとも２つのサブビームを含むサブビームの組を定義する。

これは、以下、前記ビームＢを少なくとも２つのサブビームＢ_１及びＢ_２へ分割して前記少なくとも２つのサブビームＢ_１及びＢ_２を含むサブビームの組Ｂ_１〜Ｂ_ｉを定義することとして言及され得る。

本開示との関連でのビームＢを分割することは、定義されるビームＢに基づいて少なくとも２つのサブビームＢ_１及びＢ_２の組Ｂ_１〜Ｂ_ｉを作成することを含み、各サブビームＢ_１〜Ｂ_ｉは、ビームＢからの少なくとも以下のビーム特性：アイソセンタ、ガントリ角、カウチ角、及びいくつかのケースでは指定の位置にあるスノートを継承する。

ステップ２３０：少なくとも２つのサブビームの組Ｂ_１〜Ｂ_ｉからの第１のサブビームＢ_１を第１のレンジシフタ設定と関連付け、少なくとも２つのサブビームの組Ｂ_１〜Ｂ_ｉからの第２のサブビームＢ_２を第１のレンジシフタ設定とは異なる第２のレンジシフタ設定と関連付ける。

第１及び第２のレンジシフタ設定は、それぞれ、システムにより自動的に設定されてよく、又はレンジシフタ設定の選択を示すユーザ入力に基づいて設定されてよい。

したがって、各サブビームに関して固有のレンジシフタ設定を除いて、同一の特性を有するサブビームの組が得られる。同一の特性は、アイソセンタ、ガントリ角、及びカウチ角を含むがこれらに限定されない。この類似性は、ユーザにより、又は本明細書で提示される実施形態に係る方法を行うシステム又は装置により、サブビームの組が単一ビームとして取り扱われ得るので有利であり、これにより、ビーム（すなわち、サブビームの組）に共通の処理、調節などを行うことが可能となる。また、これにより、計画者がいくつかのサブビームに関する同一の調節又は設定を個別に行う必要がなくなり、代わりにサブビームの組内のすべてのサブビームを同時に処理するべく調節又は設定を一回行うことになるため、治療計画者がパラメータ設定及び治療計画をより容易に且つより速く作成することが可能となる。当業者には明白なように、サブビームの組に含まれるすべてのサブビームに関して同じく同一の他のタイプの処理が、有利には、組におけるすべてのサブビームに関して一回、すなわち同時に行われてよい。

同時に、サブビームの組におけるサブビームは、それらのレンジシフタ設定に関連して個別に取り扱われ及び処理されてよく、これは、レンジシフタを必要とする標的の１つ又は複数の部分に限定して１つ又は複数のレンジシフタを使用できることが望ましいときにビーム全体を劣化しないという利点を与える。これは次に、より高い計画作成及び治療精度を与え、標的範囲を維持又は最大にしながら周囲組織又はリスク臓器への不要線量を低減する目的を達成する。

図３ａ〜図３ｃは、１つ又は複数の実施形態に係るパラメータ設定を用いるイオンビーム療法システムの概要を示す。

簡単にするために、図３ａ〜図３ｃには２つだけのサブビームＢ_１、Ｂ_２（Ｂ_１〜Ｂ_ｉ、ここでｉ＝２）が示されるが、当業者には理解されるように、サブビームＢ_１〜Ｂ_ｉの組は、任意の適切な数のサブビームを含むこともできる。ステップ２３０は、次いで、組Ｂ_１〜Ｂ_ｉにおけるサブビームのそれぞれに関して反復的な様態で、サブビームＢ_ｉをレンジシフタ設定ＲＳ_ｉと関連付けることを含むことになり、その場合、各レンジシフタ設定ＲＳ_１、ＲＳ_２、…、ＲＳ_ｉは、それぞれ組Ｂ_１〜Ｂ_ｉにおけるサブビームに割り当てられる他のレンジシフタ設定とは異なる。言い換えれば、組Ｂ_１〜Ｂ_ｉにおける各サブビームは、固有のレンジシフタ設定を割り当てられる。

以下、実施形態が、単にまた例示する目的で、２つだけのサブビームＢ_１、Ｂ_２（Ｂ_１〜Ｂ_ｉ、ここでｉ＝２）の組に関係して説明されるが、それらは任意の適切な数のサブビームの組にあてはめることもできる。

本明細書で提示されるすべての実施形態において、少なくとも１つの送達方向のそれぞれに関して、第１のレンジシフタ設定は、特定の密度を有する第１の材料の選択された第１のレンジシフタＲＳ_１の第１の（水等価）厚さＴ_１を示し、第２のレンジシフタ設定は、第１の又は別の材料の選択された第２のレンジシフタＲＳ_２の第２の（水等価）厚さＴ_２を示し、Ｔ_１≠Ｔ_２である。同じ様態で、サブビームの組Ｂ_１〜Ｂ_ｉに関して、各固有のレンジシフタ設定ＲＳ_１、ＲＳ_２、…、ＲＳ_ｉは、それぞれの固有の、すなわち、組におけるサブビームに割り当てられる他のレンジシフタ設定により示される他の厚さとは異なる、厚さＴ_１、Ｔ_２、…、Ｔ_ｉを示す。厚さはビームＢの送達方向に定義され、レンジシフタＲＳ_１、ＲＳ_２は、図３ａ〜図３ｃに概略的に例示されるように、標的体積Ｖの放射線治療のためのシステムで用いられるときに、標的体積Ｖの上流に配置されることを意図される。標的体積Ｖは、体積Ｖの近位縁上に存在する最近位点ｐと、標的体積Ｖの遠位縁上に存在する最遠位点ｄを有する。

レンジシフタ設定は、標的線量範囲が維持又は改善されながら不要線量が最小にされるように選択される。

１つ又は複数の実施形態において、第２のレンジシフタ設定は、レンジシフタ無しに対応する。言い換えれば、この１つ又は複数の実施形態では、第２のレンジシフタＲＳ_２の定義される厚さＴ_２はゼロであり、従って、標的体積Ｖの放射線治療のためのシステムに用いられるときに第２のサブビームＢ_２と併せてレンジシフタは用いられないことになる。この実施形態が図３ｃに示される。このケースでは、レンジシフタ無し（厚さＴ_２＝０のレンジシフタ）の選択が、標的線量範囲を維持又は改善しながら不要線量の最小化を最良に達成する選択である。

イオンビーム療法を受けることになる患者３０が、図３ａ、図３ｂ、及び図３ｃでの右に概略的に示される。患者３０内の標的体積Ｖは、放射線治療を受けるべき臓器又は他の組織を表す。当該技術分野では一般的なように、放射線を回避する又は少なくとも最小にすることが特に重要な領域である、リスク臓器と呼ばれる患者３０内に定義される重要領域も存在し得る。このようなエリアは、図３ａ、図３ｂ、及び図３ｃには図示されていない。図面に例示されているように、放射線源３５は、所望の最大レンジ、又は関心ある、すなわち標的体積Ｖの遠位縁上の最遠位点ｄに届く放射線（水等価）深度を達成するのに十分なエネルギーを有するサブビームであり得るイオンビームを提供する。

標的体積Ｖは、通常は、遠位縁への水等価距離が標的上で変化することになるような不規則な形状を有する。例えば、図３ａ、図３ｂ、及び図３ｃでは、標的Ｖの下部は、上部よりも患者の体内へさらに延びる。患者の幾何学的形状も標的への（水等価）距離に影響を及ぼすことになる。ビームが体内を移動しなければならない水等価距離を計算するために、異なる体材料内の横断幾何学的距離が、水等価厚さに変換される。脂肪（ａｄｉｐｏｓｅ及びｆａｔ）などの軟質の体組織は、水に近い材料特性を有し、水等価距離は幾何学的距離に近くなり、一方、骨又はエアポケットは、幾何学的距離と水等価距離とのより大きい差異を示すことになる。ビーム経路内の骨領域は、例えば水等価深度を増加させることになり、一方、空気腔は、幾何学的距離と比べてこれを減少させることになる。

最大ビームエネルギーは、最大イオンビームレンジが標的上の最遠位点ｄと一致するように決定され、最小ビームエネルギーは、最小イオンビームレンジが標的上の最近位点ｐと一致するように決定される。

代替的な実施形態では、最大ビームエネルギー／最大放射線深度は、利用可能なエネルギーレベルに基づいて自動的に決定されてよく、又は、最大ビームエネルギー／最大放射線深度は、レンジシフタの使用が意図されるサブビームに関する最大ビームエネルギー／最大放射線深度の選択を示すユーザ入力に応答して決定されてよい。随意的に、レンジシフタの使用が意図されないサブビームは、指定の最小放射線深度を有することもできる。最小ビームエネルギー／最小放射線深度は、利用可能なエネルギーレベルに基づいて自動的に決定されてよく、又は、最小ビームエネルギー／最小放射線深度は、最小ビームエネルギー／最小放射線深度の選択を示すユーザ入力に応答して決定されてよい。最大及び／又は最小放射線深度の自動システム決定は、ユーザにとってより容易となることによりシステムの使用性を向上させるので有利である。ユーザ入力に応答して最大及び／又は最小放射線深度を決定することは、ユーザによる設定のより正確な制御を可能にするので有利である。

１つ又は複数の実施形態において、データプロセッサ１１０は、利用可能なエネルギーレベルに基づいて最大ビームエネルギー／最大放射線深度を自動的に決定するように構成されてよい。別の実施形態において、データプロセッサ１１０は、ユーザ入力に基づいて最大ビームエネルギー／最大放射線深度を決定するように構成されてよく、ユーザ入力は、レンジシフタの使用を意図されるサブビームに関する最大ビームエネルギー／最大放射線深度の選択を示す。

１つ又は複数の実施形態において、データプロセッサ１１０は、利用可能なエネルギーレベルに基づいて最小ビームエネルギー／最小放射線深度を自動的に決定するように構成されてよい。別の実施形態において、データプロセッサ１１０は、ユーザ入力に基づいて最小ビームエネルギー／最小放射線深度を決定するように構成されてよく、ユーザ入力は、最小ビームエネルギー／最小放射線深度の選択を示す。

最小ビームエネルギーが標的上の最近位点ｐをカバーするのに高すぎる場合、レンジシフタの使用が導入される。

本明細書で説明される実施形態によれば、定義される組における少なくとも２つのサブビームは、それらのレンジシフタ設定を除いて同じ特性を有する。したがって、標的体積のイオンビーム療法のためのシステムで用いられるときに、サブビームの組におけるサブビームに対応するビームは、同じビーム方向から送達されるが異なるレンジシフタを用いることになり、同じビーム方向から異なる放射線深度に達することを意味する。これにより、患者の標的Ｖ外の部分への不要な放射線を回避するべく送達される放射線をできるだけ正確に制御することが可能となる。したがって、線量が標的の異なる部分に適合することになり、標的範囲を維持又は改善しながら側方半影の低減がもたらされる。

図２の方法はさらに、ステップ２４０において、治療計画を決定するべくサブビームの少なくとも１つの組を最適化することをさらに含む。

図４ａ〜図４ｃは、治療計画４５０の決定につながる例示的な最適化の実施形態を示す。

図４ａに例示されるように、ステップ２４０は、１つ又は複数の実施形態において、共通の最適化目標４００を用いて治療計画４５０に含まれるべきサブビームのすべての組Ｂ、Ｃ、Ｄ（ビームＢ、Ｃ、Ｄとも呼ばれる場合がある）を最適化することを含み得る。

図４ｂに例示されるように、ステップ２４０は、１つ又は複数の実施形態において、サブビームの少なくとも１つの組に、すなわちそれぞれ組Ｂ、Ｃ、Ｄに固有の最適化目標４０１、４０２、４０３に基づいてサブビームの少なくとも１つの組Ｂ、Ｃ、Ｄを最適化することを含み得る。

図４ｃに例示されるように、ステップ２４０は、１つ又は複数の実施形態において、サブビームの組Ｂ内の少なくとも１つのサブビームＢ_１、Ｂ_２、Ｂ_３に固有の最適化目標４０４、４０５、４０６に基づいてサブビームの組Ｂにおける少なくとも１つのサブビームＢ_１、Ｂ_２、Ｂ_３を最適化することを含み得る。

１つ又は複数の実施形態において、ステップ２４０において治療計画を決定するべくサブビームの少なくとも１つの組を最適化することは、例えば、
− そのような最適化目標が存在する場合に、治療計画に含まれるべきサブビームの各組内の０、１つ、又は複数のサブビームのそれぞれに固有の最適化目標に基づいて、前記サブビームの各組における０、１つ、又は複数のサブビームを最適化すること、
− そのような最適化目標が存在する場合に、治療計画に含まれるべきサブビームのすべての組からのサブビームの０、１つ、又は複数の組に固有の最適化目標に基づいて、前記サブビームの０、１つ、又は複数の組を最適化すること、及び、
− そのような最適化目標が存在する場合に、共通の最適化目標を用いて治療計画に含まれるべきサブビームのすべての組を最適化すること、
を含む方法ステップ２４０により図４ａ〜図４ｃに関連して提示される実施形態の組み合わせを含み得る。

したがって、最適化ステップにおける異なる詳細レベルでの多数の組み合わせが可能となる。したがって、システムにより自動的に選択されるか又はユーザ入力に基づいて選択される、本明細書で提示される実施形態を用いて改善された治療計画に達するための多くの異なる方法が存在する。

１つ又は複数の実施形態において、本明細書で提示されるいずれの実施形態に係る治療計画も、ＤＩＣＯＭフォーマットであり得る。

本明細書で提示される方法の任意の実施形態において、定義されるビームをサブビームの組へ分割するステップは、受信した入力パラメータに応答して行われ得る。方法は、これらのケースにおいて、入力パラメータを受信することと、受信した入力パラメータに応答してビームを少なくとも２つのサブビームの組へ分割するステップを行うことをさらに含み得る。入力は、ディスプレイ上に提示されるＧＵＩを介して提供され得る。いくつかの実施形態では、ユーザがＧＵＩと対話すること又はＧＵＩを用いて選択を行うことにより「ビーム分割」オプションをアクティブ化するべく入力パラメータを作成することが可能である。

代替的な実施形態では、ビームＢを少なくとも２つのサブビームＢ_１及びＢ_２の組Ｂ_１〜Ｂ_ｉへ分割するステップ２２０は、システム１００により定義されるすべてのビームを少なくとも２つのサブビームの組Ｂ_１〜Ｂ_ｉへ自動的に分割すること、前述したようにビーム分割オプションをアクティブ化するユーザ入力に応答して１つ又は複数の定義されるビームを少なくとも２つのサブビームの組Ｂ_１〜Ｂ_ｉへ分割すること、或いは所定の基準を満たすことに応答して又は受信したアクティブ化信号に応答して１つ又は複数の定義されるビームを少なくとも２つのサブビームの組Ｂ_１〜Ｂ_ｉへ分割することを含む。所定の基準を満たすことに基づいて又は受信したアクティブ化信号に応答してすべての定義されるビームを自動ビーム分割すること又は定義されるビームを選択することは、ユーザにとってより容易となることによりシステムの使用性を向上させるので有利である。ユーザ入力に応答して１つ又は複数のビームを分割することは、ユーザによる設定のより正確な制御を可能にするので有利である。

さらなる実施形態
より一層改善された横方向のペナンブラ及び副作用の低減を得るべく本明細書で提示される実施形態と組み合わせて用いることもできる、半影の減少を達成する、すなわち、不要線量を最小にする、代替的な方法は、同じくアクティブスキャニングにおいて患者に特異的な絞りブロックを用いることである。

上記の図２〜図４を参照して説明したプロセスステップ並びにステップの任意のサブシーケンスのすべては、プログラムされたプロセッサによって制御され得る。さらに、図面を参照して前述した本発明の実施形態は、プロセッサと、少なくとも１つのプロセッサにおいて行われるプロセスを含むが、本発明は、コンピュータプログラム、特に、本発明を実施するように適応されるキャリア上又はキャリア内のコンピュータプログラムにも拡張される。プログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、中間ソースコード、及び部分的にコンパイルされた形態又は本発明に係るプロセスの実装に用いるのに適した任意の他の形態などのオブジェクトコードの形態であり得る。プログラムは、オペレーティングシステムの一部、又は別個のアプリケーションであり得る。キャリアは、プログラムを搭載することができる任意のエンティティ又はデバイスであり得る。例えば、キャリアは、フラッシュメモリ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ／ＶｅｒｓａＴｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、又は半導体ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体、又は磁気記録媒体、例えばフロッピーディスク又はハードディスクを含み得る。さらに、キャリアは、電気ケーブル又は光ケーブルを介して若しくは無線又は他の手段により伝達され得る電気信号又は光信号などの伝送可能なキャリアであり得る。プログラムが、ケーブル又は他のデバイス又は手段により直接伝達され得る信号で具体化されるとき、キャリアは、このようなケーブル又はデバイス又は手段により構成され得る。代替的に、キャリアは、プログラムが組み込まれる集積回路であってよく、集積回路は、関連したプロセスを行う又は行う際に用いるように適応される。

本明細書で用いられるときの「備える、含む」という用語は、表記された特徴、整数、ステップ、又はコンポーネントの存在を明記するために採用される。しかしながら、該用語は、１つ又は複数の付加的な特徴、整数、ステップ、又はコンポーネント、又はその群の存在又は追加を除外しない。

本発明は、図面で説明した実施形態に限定されず、請求項の範囲内で自由に変更され得る。

Claims (16)

1. 標的体積（Ｖ）の標的線量範囲を維持又は改善しながら不要線量を最小にするべくアクティブイオンビーム治療の治療計画を決定するシステム（１００）であって、
   データプロセッサ（１１０）と、および
   前記データプロセッサ（１１０）により実行可能な命令を格納するメモリ（１４０）と、
   を備え、前記データプロセッサ（１１０）が、少なくとも１つの送達方向のそれぞれに関して、
   ビーム（Ｂ、Ｃ、Ｄ）を定義し、
   前記ビームを少なくとも２つのサブビームへ分割して前記少なくとも２つのサブビームを含むサブビームの組（Ｂ_１〜Ｂ_ｉ、Ｃ_１〜Ｃ_ｉ、Ｄ_１〜Ｄ_ｉ）を定義し、前記サブビームのそれぞれは、前記ビーム（Ｂ、Ｃ、Ｄ）からの少なくとも以下のビーム特性：アイソセンタ、ガントリ角、及びカウチ角を継承し、
   前記少なくとも２つのサブビームの組からの第１のサブビーム（Ｂ_１、Ｃ_１、Ｄ_１）を第１のレンジシフタ設定（ＲＳ_１）と関連付け、
   前記少なくとも２つのサブビームの組からの第２のサブビーム（Ｂ_２、Ｃ_２、Ｄ_２）を前記第１のレンジシフタ設定（ＲＳ_１）とは異なる第２のレンジシフタ設定（ＲＳ_２）と関連付ける、
   ように構成され、前記データプロセッサ（１１０）がさらに、治療計画を決定するべく前記サブビームの少なくとも１つの組を最適化するように構成される、システム。
2. 前記第２のレンジシフタ設定（ＲＳ_２）が、レンジシフタ無しに対応する、請求項１に記載のシステム（１００）。
3. 前記少なくとも１つの送達方向のそれぞれに関して、前記第１のレンジシフタ設定（ＲＳ_１）が、特定の密度を有する第１の材料のレンジシフタの第１の厚さ（Ｔ_１）を示し、前記第２のレンジシフタ設定（ＲＳ_２）が、前記第１の又は別の材料のレンジシフタの第２の厚さ（Ｔ_２）を示し、前記厚さが送達方向に定義され、前記レンジシフタが標的体積（Ｖ）の上流に配置されることを意図される、請求項１又は請求項２に記載のシステム（１００）。
4. 前記データプロセッサ（１１０）が、治療計画を決定するべくサブビームの少なくとも１つの組を最適化することの一部として、前記サブビームの少なくとも１つの組に固有の最適化目標に基づいて前記サブビームの少なくとも１つの組を最適化するように構成される、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のシステム（１００）。
5. 前記データプロセッサ（１１０）が、治療計画を決定するべくサブビームの少なくとも１つの組を最適化することの一部として、前記サブビームの組内の少なくとも１つのサブビームに固有の最適化目標に基づいて前記サブビームの組における少なくとも１つのサブビームを最適化するように構成される、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のシステム（１００）。
6. グラフィカルディスプレイ上のグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）に対応するグラフィカルデータを出力するように構成された、第１のインターフェース（１２０）と、
   前記ＧＵＩを介して入力された少なくとも１つの入力ユーザコマンドに応答して入力パラメータを前記データプロセッサ（１１０）に転送するように構成された、少なくとも１つの第２のインターフェース（１３０）と、
   をさらに備え、前記データプロセッサ（１１０）がさらに、前記入力パラメータを受信し、前記受信した入力パラメータに応答して前記ビームを少なくとも２つのサブビームの組へ分割するステップを行うように構成される、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のシステム（１００）。
7. 標的体積の標的線量範囲を維持又は改善しながら不要線量を最小にするべくアクティブイオンビーム治療における治療計画を決定するための方法であって、
   少なくとも１つの送達方向のそれぞれに関して、
   ビームを定義するステップと、
   前記ビームを少なくとも２つのサブビームへ分割し、かつ前記少なくとも２つのサブビームを含むサブビームの組を定義するステップであって、前記サブビームのそれぞれは、前記ビーム（Ｂ、Ｃ、Ｄ）からの少なくとも以下のビーム特性：アイソセンタ、ガントリ角、及びカウチ角を継承する、ステップと、
   前記少なくとも２つのサブビームの組からの第１のサブビームを第１のレンジシフタ設定と関連付けるステップと、および
   前記少なくとも２つのサブビームの組からの第２のサブビームを前記第１のレンジシフタ設定とは異なる第２のレンジシフタ設定と関連付けるステップと、
   を含み、前記方法が、治療計画を決定するべくサブビームの少なくとも１つの組を最適化するステップ
   をさらに含む、方法。
8. 前記第２のレンジシフタ設定が、レンジシフタ無しに対応する、請求項７に記載の方法。
9. 前記少なくとも１つの送達方向のそれぞれに関して、前記第１のレンジシフタ設定が、特定の密度を有する第１の材料のレンジシフタの第１の厚さを示し、前記第２のレンジシフタ設定が、前記第１の又は別の材料のレンジシフタの第２の厚さを示し、前記厚さが送達方向に定義され、前記レンジシフタが標的体積の上流に配置されることを意図される、請求項７又は請求項８に記載の方法。
10. 前記治療計画を決定するべくサブビームの少なくとも１つの組を最適化するステップが、前記サブビームの少なくとも１つの組に固有の最適化目標に基づいて前記サブビームの少なくとも１つの組を最適化することを含む、請求項７〜請求項９のいずれかに記載の方法。
11. 前記治療計画を決定するべくサブビームの少なくとも１つの組を最適化するステップが、前記サブビームの組内の少なくとも１つのサブビームに固有の最適化目標に基づいて前記サブビームの組における少なくとも１つのサブビームを最適化することを含む、請求項７〜請求項１０のいずれかに記載の方法。
12. 入力パラメータを受信することをさらに含み、前記ビームをサブビームの組へ分割するステップが、前記受信した入力パラメータに応答して行われる、請求項７〜請求項１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記アクティブイオンビーム治療がアクティブスキャニング技術である、請求項７〜請求項１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記アクティブスキャニング技術が、ステップアンドシュートスキャニング、ラインスキャニング、又はラスタスキャニングのうちの１つである、請求項１３に記載の方法。
15. 前記少なくとも１つのプロセッサ（１１０）上で実行されるときに請求項７〜請求項１４のいずれかに記載の方法を実行するためのソフトウェアを備える、少なくとも１つのプロセッサ（１１０）のメモリ（１４０）にロード可能なコンピュータプログラム。
16. 前記少なくとも１つのプロセッサ（１１０）にロードされるときに前記少なくとも１つのプロセッサ（１１０）に請求項７〜請求項１４のいずれかに記載の方法を実行させるプログラムが記録されたプロセッサ可読媒体（１４０）。

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