JP4584255B2

JP4584255B2 - 放射線治療における治療前検証のための方法

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Publication number: JP4584255B2
Application number: JP2006532201A
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Inventors: ニールソン，イェルゲン
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Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2010-11-17
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Description

技術分野
この発明は一般に、放射線治療の治療の検証に関する。特に、この発明は、放射線治療、特に強度変調放射線治療を使用する、患者に特異的な癌の治療が計画に応じて与えられることを検証するための方法、検出器の構成、検出器、およびコンピュータ読取可能な媒体に関する。

発明の背景
１９００年初頭以来、放射線治療を使用して、人間の体における癌が治療されてきた。癌腫瘍の放射線療法が有効であるということは公知であるが、多くの癌の死亡率は、長い間、実質的に変化のないままであった。この主な理由は、原発腫瘍または転移の発生を制御できないというものであった。局所管理を向上させることによってのみ、治療はより効果的になるであろう。ここ数年間で、放射線治療における治療計画システム（Treatment Planning Systems）、つまりＴＰＳが広く発達してきており、現在では、特定の患者の解剖学的構造を考慮に入れることができ、時間的に効率のよい方法で、各々の個々の患者に対するより最適化された治療、つまり標的に対する均一な線量および危険臓器に対する最小の線量を計画することができる。

この最適化された治療を与える治療技術は、従来の治療よりも複雑である。なぜなら、各々の照射野は強度が横方向に変調されなければならず、そうすることによって、患者の輪郭および解剖学的異質性を補償するからであり、この技術はＩＭＲＴ−強度変調放射線治療（Intensity Modulated Radiation Therapy）と呼ばれる。この治療技術を与えることは、一次光子ビームの減衰のために、照射野の各々の部分において予め規定されたレベルに強度を低減するコンペンセータ、つまり各々の投影に対して個々に作られるフィルタを使用してなされることができる。しかしながら、いくつかの投影（４−８）を使用し、各々の投影に個々のコンペンセータが必要であるとき、この技術は時間がかかり、多大な労力を必要とする。さらに、フィルタにおけるビームの減衰はビームの分光分布という望ましくない変化を引起し、その結果、プロセス全体を複雑なものにする。したがって、ＩＭＲＴを与えるための最も一般的な方法は、照射野の小さな部分を遮り、それによって横方向のビームをさまざまな不規則な形状に形作るように個々に位置決めされ得る薄いブロック（コリメータの葉）から構成される装置であるＭＬＣ（多葉コリメータ）（Multi Leaf Collimator）を使用するというものである。各々の投影において、コリメータの葉は治療中に動かされ、その結果、ビームの断面のさまざまな部分がさまざまな時間の間に放射線を照射され、線量分布が調節される。エーアールシー（ＡＲＣ）治療などの、ビームがオンになっている間に投影をさらに変化させるはるかに精巧な技術を使用して、線量分布の腫瘍との適合はさらに改善され得る。

従来の治療では、ビームの対称性およびビームの平坦度を検証するために、中央軸上および軸外の数個のポイントにおける線量分布のレベルについて定期的に検証を行なうことは十分である。新しい治療技術は複雑であり、いくつかのシステムと治療システムサブモジュールとの間の情報の転送を含み、ビームの断面は各々の患者についての各々の投影に対して個々であり、その結果、広範な品質保証が必要となる。

照射野のいくつかの部分を他の部分よりも長く遮ることによって、照射野における線量を増加させるＩＭＲＴの基本波は、ビームがオンになっている時間を増加させることが多く、その結果、照射野外の領域に対する線量は増加する。そのために、ＩＭＲＴにおいて
は、照射野外の領域に対する線量の正確な測定が従来の治療におけるよりも重要であり、これは測定プロセスにおける要求をさらに増加させる要件である。

ＩＭＲＴ技術を用いた放射線治療診療所の治療における優れた品質管理手順は、以下を含む。

・機械別の品質保証。たとえば、治療機械が治療のために使用されるように受入れられる前の、線量率の安定性検査、治療システムが安定する時間、ＭＬＣの機械的キューエー（ＱＡ）など。

・治療前検証−治療を正確に与える能力を検証するために、患者が第１の治療部分を与えられる前に、各々の個々の治療計画について実施される測定。

・患者の線量測定またはインビボ線量測定−実際の治療の間に患者に対して与えられる線量の検証。スウェーデンの特許出願０２０１３７１−２を参照されたい。

治療前検証は、ビームに垂直に位置決めされる平板ファントムにおいて、二次元検出器を使用して、各々の個々の投影に対してなされることができるか、または検出器を有する固体ファントムを使用して、すべての投影を含む１回の治療の機会に対してなされることができる。両方の方法には従来の測定技術を使用する実現例があり、方法論および測定精度の両方において重要な制限がある。

第１の方法の欠点は以下のものである。

・１回の比較で、すべての投影からの寄与の合計を検証するのではなく、各々の投影を個々に検証するのに複雑で、時間を要する。

・すべての投影が合計され得るならば無視し得るとみられたであろう、投影ごとの比較的重要ではない誤差を補正することに注ぎ込まれる不必要な労力。

・装置がガントリーに取付けられるか、またはガントリーの回転が検証中に使用されないので、検証はガントリーの角度およびコリメータの回転における誤差を考慮しない。

・第１の方法は（上記）エーアールシー（ＡＲＣ）治療において有用ではない。

・測定における時間分解能の不足により、たとえば測定の更新がない照射野の亜照射野または部分において、測定される偏差の過程を分析することが不可能になる。さらに、呼吸サイクル中の期待されるときに線量が与えられるかどうかを識別する可能性がない。

第１の方法は、１回の投影を与える間に各々の検出器が線量を積分するダイオードのマトリックスから構成される、サン・ニュークリア株式会社（Sun Nuclear INC.）から入手可能なマップチェック（MapCheck）という製品において実現されてきた。同一のビームの方向において１つの深度で測定することは、検出器についての要件の大部分を、従来の測定におけるのと同様の要件に単純化する。しかしながら、上記の、一次フィールド外で高精度で測定するための要件は、検出器についてのいくつかの要求を引上げ、半導体にとって実現が最も難しい要件のうちの１つはエネルギ独立性である。

第２の方法は、ある種の検出器が中に挿入される、体の形状または頭および首の形状の
プラスチックファントムを使用して、診察台上の患者をシミュレートするものであり、ＵＳ−６，３６４，５２９（メド・テック・アイオワ株式会社（米国）（MED TEC IOWA INC(US)）を参照されたい。ガントリーの回転に接続されずに診察台上に置かれるファントムは、任意の関連する投影において、患者に対するのと同様に、放射線を照射され得る。その結果、すべての投影からの与えられる線量はファントム内の任意のポイントにおける測定値となり得る。ＭＬＣの位置における誤差、ガントリーの角度における誤差、コリメータの回転における誤差などの、線量を与えることにおける誤差は、患者におけるのと同様のファントムにおける線量の差異を引起すことになる。現在まで、この方法は、ビームの方向においてファントム内に置かれる放射線フィルムおよび少数のポイント検出器とともに使用されてきた。フィルムはその結果、高い空間分解能を伴ってビームに沿って二次元（２Ｄ）で測定する。しかしながら、ビームが変調される照射野全体にわたって、この方法はフィルムに沿って測定する（１Ｄ）ことに制限される。フィルムの向きの主な理由は、検出器としてのフィルムの欠点である。放射線フィルムの反応は、放射線の方向、エネルギ、圧力（露光時のフィルムへの圧力）、現像プロセス、退色、直線性などのいくつかのパラメータに左右される。さらに、フィルムは積分検出器であり、そのために、フィルムデータには時間分解能がなく、その結果、測定と治療計画との間の偏差の原因の分析は、多かれ少なかれ不可能になることが多い。理想的なポイント検出器はそのポイント線量を正確に測定するであろう。しかしながら、数個のポイント検出器は、さまざまな投影において、強度が変調されたビームの検証を不可能にすることになる。理想的な検出器は存在せず、時間分解能および／または治療段階への同期もしくは考証を持たない、現在使用される測定方法は、関連する補正を測定に応用することができず、そのために、結果を改善することができない。

放射線治療の市場で現在使用される直接の測定検出器は、電離箱および半導体である。電離箱は概して、半導体よりもより優れた長期間の安定性を有する。しかしながら、電離箱の空間分解能はかなり制限され、通常約３−４ミリメートル（ｍｍ）であり、これはここに論じられる適用例における主な制限である。

約１０年前に、シンチレーション検出器が放射線治療のために提案されたが、この技術を実際に機能させることはできなかった。その主な理由の１つは、光を電気信号に変換するために使用されるピーエム（ＰＭ）管またはフォトダイオードが一次ビームの中に入らないようにしなければならず、シンチレーション検出器をピーエム（ＰＭ）管またはフォトダイオードに接続するために使用される光ファイバもシンチレーションを作り出すというものである。ダミーの光ファイバを使用する提案が提示されてきたが、根源的な技術的課題は解決不可能であった。

半導体は主に、ダイオードまたはエムオーエスエフイーティー（ＭＯＳＦＥＴ）検出器である。これら両方のタイプはシリコンに基づいており、そのために、同一または同様のエネルギ依存性を有し、両方は、少量の線量を測定する際の重要なパラメータである、特定の高効率測定放射線を有する。２００２年６月の、チャン・Ｆ．シンシアら（Chuang, F. Cynthia, et. al.）、メディカル・フィジオロジー２９（６）（Med. Phys. 29(6)）による「臨床的なＩＭＲＴ線量測定検証のためのエムオーエスエフイーティー（ＭＯＳＦＥＴ）の使用の調査」において、ＩＭＲＴの検証のためのエムオーエスエフイーティー（ＭＯＳＦＥＴ）検出器システムが開示される。このシステムは容易な較正および検査結果の即時読出をもたらすが、従来の線量計と同様の再現性、直線性、エネルギ、および角度の応答を示す。しかしながら、開示されるエムオーエスエフイーティー（ＭＯＳＦＥＴ）検出器システムについての主な欠点は、主に放射線損傷によって引起される、検出器の限られた寿命である。通常は、放射線損傷に対する耐性は、エムオーエスエフイーティー（ＭＯＳＦＥＴ）検出器の場合、約２００グレイ（Ｇｙ）である。さらに、エムオーエスエフイーティー（ＭＯＳＦＥＴ）における吸収線量は直接に、または使用後に読み取られる
ことができるが、リアルタイムの適用例においては読み取られることができない。

ダイオードは、２０万グレイ（Ｇｙ）を超える放射線損傷に対する高い耐性、つまり、エムオーエスエフイーティー（ＭＯＳＦＥＴ）と比較すると約１０００倍高い耐性を有する、非常に信頼できる検出器である。エムオーエスエフイーティー（ＭＯＳＦＥＴ）検出器および電離箱の両方にはバイアスが必要であり、これが大規模な数の検出器を有するシステムを複雑にする。ダイオードは概して非常に信頼できる検出器であり、たとえばインビボ線量測定としての測定値および小さな照射野をそれぞれにリアルタイムで測定することにおける出力率の測定値を積分すること、水ファントムにおける比較測定などの多くの適用例において使用される。主な制限はエネルギ依存性および長期間の安定性であるが、長期間の安定性は近年改善されてきている。

発明の簡単な説明
このように、この発明の目的は、患者に与えられるべき、完全な治療部分（すべてのビーム投影）からの線量分布を十分にかつ正確に検証する効率的な治療前測定方法を提供することである。

この発明のさらなる目的は、治療計画と比較して偏差の原因を見付ける手段を提供することである。

これらのおよび他の目的は、独立項に規定される特徴を有する方法、コンピュータ読取可能な媒体、および検出器の構成を与えることによって、この発明に従って達成される。この発明の好ましい実施例は従属項によって特徴付けられる。

この発明の第１の局面に従って、放射線治療の治療の検証のために、ファントムにおける線量分布を測定する方法が与えられ、少なくとも２つの検出器の平面は平行でない態様で前記ファントムに配置され、各々の平面は複数のダイオード検出器を与えられ、前記ファントムは患者に特異的な治療を使用して放射線を照射される。この方法は、前記検出器を使用する測定を実施することによって前記ファントム内の線量分布に関する情報を得るステップと、測定を時間間隔に分割するステップと、治療の検証において前記情報を使用するステップとを含む。

この発明の第２の局面に従って、放射線治療に好適な、ファントムにおける検出器の構成が与えられ、前記ファントムにおける放射線照射を測定するために複数のダイオード検出器を与えられる少なくとも２つの検出器の平面を含み、前記放射線照射は患者に特異的な治療を使用して与えられる。平面は平行でない態様で配置され、前記検出器は依存性が大きい範囲において最大エネルギを有する電子の飛程に満たない範囲の厚さを有する。

この発明のさらなる局面に従って、この発明の第１の局面に従う方法をコンピュータに実施させるための命令を含む、コンピュータ読取可能な媒体が与えられる。

このように、この発明は、たとえば体のファントムなどのファントムにおいて、２つ以上の平行でない平面におけるダイオード検出器の構成（ガントリーの回転、つまり放射線照射を与える装置の回転に接続されない）の着想に基づき、測定は時間間隔に分割される。検出器の特別な構成は、任意のビームの投影においてビーム全体にわたって強度変調を検証し、同時に、ファントムの中の固定された測定ポイントにおけるすべての投影からの線量を合計することを可能にする。さらに、全体的な測定精度は、測定を時間間隔に分割することによって大幅に改善される。間違いなくこれは、既存の解決策と比較して、この発明の明らかな利点である。たとえば、３Ｄマトリックスの状態で検出器を配置するには
、検出器の数の大幅な増加が必要であり、その結果、非常に高いコストが必要であり、さらに、測定中に検出器から得られる情報またはデータを処理するためにかなりの処理時間が必要となるであろう。さらに、時間間隔への分割は、各々の時間間隔に対して個々の補正係数の使用を可能にする。さらに、これは、動的照射野および／またはＡＲＣ治療における差異の評価を容易にし、検出器の方向および／またはエネルギ依存性を低減することを容易にする。

好ましくは、ファントムにおける線量分布の測定で得られる情報は、ＩＭＲＴの治療の検証において使用される。時間間隔の長さは、補正係数の大きさおよび変化と同様に、使用されるＩＭＲＴの技術によって決まる。検出器が照射野内にある状態から照射野外にある状態に動く場合が最も重要であり、約１００ｍｓｅｋを要する。その結果、時間間隔の典型的な値は、１０ｕｓｅｋ（１つのパルス、つまりゲーティング）から１００ｍｓｅｋの範囲内である。このように、時間間隔はつまり線量の決定において必要な全体的な精度から規定される。各々の時間間隔における線量の寄与は完全な治療を与えることを検証するための第１のステップとして治療全体に対して合計されることができ、差異はさらに、各々の照射野（投影）および亜照射野における比較によって分析され得る。完全な部分、照射野（投影）ごと、亜照射野ごとなど、さまざまな方法で間隔から線量を合計することによって、同一の測定データを使用することがなお必要であり、そのために、最新の測定がなされてはならないときに、分析はより深いものになり得る。これは時間を節約し、さらに間欠的な誤差の発見を可能にすることになる。

この発明の実施例に従って、線量の測定は与えられる加速器のパルスと同期する。線量の測定は、投影などの治療ユニットの電流パラメータについての情報とともに記憶される。短い時間間隔（＜１００ミリ秒（ｍｓｅｃ））での測定は、空間分解能の要求が同時に高いとき、つまり典型的には１ミリメートル（ｍｍ）であるときに特に、単位体積あたりの高い検出効率を必要とする。必要な大きさを有するシリコンダイオードを使用して、一次照射野外で発生する信号レベルはｐＡの範囲内である。このような少量の電流は高精度で扱うことが困難であり、電子ノイズが大きくなる。治療システムは５０から１０００ヘルツ（Ｈｚ）の間の周波数のパルス状に線量を与え、各々のパルスは１０マイクロ秒（μｓｅｃ）未満の長さを有し、その結果、放射線は１０％未満の時間の間に分布される。パルス中にのみ測定する、つまり与えられるパルスと線量の測定を同期させることによって、ノイズは最小に低減されることができ、線量は必要な精度で測定されることができる。

この発明の別の実施例に従って、測定は、患者（patent）に特異的な治療が対象とする、患者の呼吸サイクルと同期する。放射線照射ビームをオンおよびオフにするために使用されるなど、呼吸サイクルの段階を示すＸ線ユニットなどによって得られる外部信号は、各々の測定とともに記憶される。その結果、呼吸サイクルのさまざまな段階において与えられる線量が決定され得る。測定されたパルスごとの線量は、特定の機構における要件のために、さまざまな時間間隔にグループ化され得る。さらに、ＩＭＲＴの治療技術は、再現可能な患者の位置決めについての要件を増加させる。いわゆる呼吸ゲーティングである呼吸サイクルとの同期は、健康な組織の放射線照射を減少させる。つまり、与えられる照射野内に間違いなく腫瘍があることを保証するために付け加えられるマージンは、呼吸ゲーティングを使用することによって低減されることができ、その結果、放射線を照射される健康な組織の割合が減少し得る。

さらに、与えられる加速器のパルスと測定を同期させることは、患者の呼吸サイクルの正しい段階で線量が与えられることを検証するために、測定と呼吸パルスとの間の同期と組合せて、利用されることができる。

この発明の実施例に従って、補正係数は、
Ｃｏｒｒ_{n,f,seg-n,f,p,t(i),t(i+1)}＝Ｃ_dir＊Ｃ_depth＊Ｃ_pos （１）
または
Ｃｏｒｒ_{n,f,seg-n,f,p,t(i),t(i+1)}＝Ｃ_dir＋Ｃ_depth＋Ｃ_pos （２）
に従って計算される。
Ｃｏｒｒ_{n,f,seg-n,f,p,t(i),t(i+1)}は、検出器ｎの場所のポイントにおける線量を達成するために、時間ｔ（ｉ）からｔ（ｉ＋１）まで積分される測定された線量を補正する、ファントムにおける亜照射野ｆにおいて検出器エレメントｎとともに使用される補正係数である。
Ｃ_dirは、検出器における任意の方向依存性を補正する係数である。
Ｃ_depthは、検出器における任意の深度（エネルギおよびまたは線量率）依存性を補正する係数である。
Ｃ_posは、検出器における任意の位置（一次ビーム内、一次ビーム外、一次ビームの端部など）依存性を補正する係数である。

この発明の実施例に従って、各々の検出器の平面は、依存性が大きい範囲において最大エネルギ（シリコンで約２００マイクロメートル（μｍ）に対応する＜２００キロ電子ボルト（ｋｅＶ））を有する電子の飛程に満たない範囲の厚さを有する検出器を与えられてもよい。その結果、検出器が配置される媒体と比較して、検出器における光子の質量減衰の差によって主に引起される、検出器のエネルギおよび／または方向依存性は大幅に低減される。

当業者によって実現されるように、この発明の方法およびその好ましい実施例は、好ましくは放射線治療装置の制御および測定システムの内容の範囲内にあり、それによってそこで利用可能なプロセッサおよび記憶手段を使用するコンピュータプログラムまたはコンピュータ読取可能な媒体として実現または実施するのに好適である。代替的には、この発明の方法は、この発明に従う方法のステップを実施する中央処理装置シーピーユー（ＣＰＵ）などの必要な装置を含むスタンドアローンのユニットで実現されてもよい。これは、プログラムメモリに記憶される専用のコンピュータプログラムの助けを借りて実施される。コンピュータプログラムはさらに、特別に適合させたコンピュータではなく、汎用の産業コンピュータ上で実行されてもよいということが理解されるべきである。

この発明のさらなる目的および利点は、実施例を例証することによって、以下に論じられる。

以下の詳細な説明において、添付の図面が参照される。

発明の詳細な説明
放射線を用いて腫瘍を治療するために利用される放射線治療装置（ガントリー）が図１ａおよび図１ｂに概略的に示され、概して参照番号１０を用いて示される。この装置は、治療装置の頭部から電子または光子のビーム１２を放出することができる放射線治療システムを含む。放射線治療システムは、体の病気に侵されていない領域を遮蔽し、ビームを強度変調し、ビームを腫瘍に集中させるようにビームの横方向の形状を変形させることを可能にするための、ＭＬＣなどの従来の照射野形成装置（図示せず）を与えられる。放射線治療システムは、この発明に従う方法のステップを実施するための、中央処理装置シーピーユー（ＣＰＵ）などのプロセッサおよび記憶手段を含む制御および測定手段（図示せず）を含む。

図１ｂを参照して、治療診察台１６は、患者１４が横になるように配置される。患者の治療されるべき領域をビームの領域の中に置くために、診察台は垂直軸のまわりを回転す
ることができ、水平、垂直、および縦方向に動くことができる。

さらに、この発明に従う方法は、検出器の必要な数を最小限に低減するが、すべての投影において強度が変調されたビームの検証をなお可能にし、同時に、固定されたポイントにおけるすべてのビームの投影からの線量分布の合計を治療される体積で測定する方法で、体のファントムなどのファントム内に置かれる検出器を利用する。

好ましくは、検出器は、２つ以上の平行でない平面に、これらの平面の交差するポイントが治療機械の回転ポイントの近く、つまり好ましくは回転ポイントから５センチメートル（ｃｍ）以内に位置するように、かつ検出器の平面のいずれかが図２および図３の任意の投影におけるビームの断面全体を含むように、配置される。図２は、線２３および領域２４に構成される検出器を有するファントム２２内に位置する検出器の平面２０および２１を示す。図３は、異なる投影からファントムに放射線を照射する典型的なビームの方向３０の図である。

図４ａ−図４ｃは、検出器の平面４０、４０′、および４０″上の検出器のパターンの異なる例をそれぞれ示す。図４ａは、多数の検出器の線４１を与えられる検出器の平面４０を示し、各々の線４１は検出器４４の一次元（１Ｄ）のアレイ４２または検出器４４のジグザグパターン４３を表わす。図４ｂは、二次元のアレイに従って配置される検出器４４、つまり、検出器４４のマトリックスを与えられる検出器の平面４０′を示す。図４ｃは、図４ａおよび図４ｂに示される構成の組合せに従って配置される検出器４４を与えられる検出器の平面４０″を示す。

この発明に従う方法は、放射線治療の治療、特に患者に対して治療を与える前に（治療前検証）、線量を与えることの測定および検証を可能にするために、上記の装置を利用することを目的する。測定された線量分布は、測定ファントムと同様のファントムに対して線量分布を再計算した後、特定の患者の計画された治療からの線量分布と比較されることを目的とする。

診断からＩＭＲＴの治療までの典型的なシーケンスが以下に記載される。

・患者のための個々の治療計画が治療計画システム（ＴＰＳ）を使用して作られる。患者の解剖学的構造はＣＴ、つまりコンピュータ断層撮影などの診断装置を使用して最初に規定されており、治療装置の放射線特性は概して、双方ＴＰＳに取入れられる測定によって規定される。標的の体積および危険臓器が規定され、次いで、危険臓器に対する最大線量および標的に対する最小線量などとしての基準が使用される、治療のための最適な計画が作られる。計画の結果は、投影、ビームの種類、照射野の形状、およびＭＬＣの葉の動きなどを設定するために治療機械によって使用されることになる情報である。

・線量測定に好適な、ＴＰＳにおける患者に特異的な治療計画がファントムに対して与えられ、ファントム内の線量分布が患者に特異的な治療を使用して計算される。

・治療の前に、計算の中でシミュレートされたファントムと同一の物理的なファントムが、患者に特異的な治療を使用して放射線を照射される。ファントム内の線量分布は、投影ごと、およびすべての投影に対して、つまり完全な部分に対して測定および積分される。

・測定された線量分布および計算された線量分布は、患者に特異的な治療を与えることを検証するために比較される。

したがって、前記ファントム内の線量分布に関する情報は、検出器を使用する測定を実施することによって得られ、その情報は治療の検証において使用され、かつ／または記憶される。

ここで図５を参照して、この発明に従って、放射線治療の治療の検証のためにファントムにおける線量分布を測定する方法の一般的な原理が記載される。図４ａ−図４ｃのうちの１つに示されるパターンのうちの１つなどの検出器のパターンに従って配置される多数のダイオード検出器を含む検出器の平面が、ファントムに配置される。検出器を含むファントムは、治療機械のアイソセンタ（回転の中心）に置かれ、位置決めレーザを使用して治療室の中に整列させられる。図６を参照して、測定エレクトロニクスは制御室に位置するピーシー（ＰＣ）に接続される。治療機械と測定エレクトロニクスとの間の接続、および／またはたとえばラン（ＬＡＮ）を介する制御ピーシー（ＰＣ）への接続が、測定および治療を与えることを同期させるために確立されてもよいであろう。ステップ５２で、治療前検証が開始される。つまり、ファントムが患者に特異的な治療に従って放射線を照射される。次いで、ステップ５３で、各々の検出器からの測定データが各々の時間間隔のために収集される。以下を参照して、各々の時間間隔に対して個々の補正係数を使用することによって、測定精度の大幅な向上が達成される。ステップ５４で、放射線照射完了の後または同時に、データは処理され、式（１）または（２）を使用して補正される。その後、ステップ５５で、各々の検出器に与えられる合計線量が計算される。さらに、計画された治療がＰＣ−ＳＷに導入される。次いで、ステップ５６で、測定された線量は計算された線量と比較される。偏差がある一定の作用レベルを超える場合、各々の投影において治療計画の中で計算された線量分布が導入されてもよく、線量は比較のために各々の投影に対して再計算される。必要であれば、亜照射野（つまり、投影の一部）上で比較が実施され得る。

ここで図６に関して、この発明が実現され得るシステムの実施例が示される。図２および図４ａ−図４ｃを参照して、マイクロプロセッサ６２および記憶手段６３を含む読取ユニット６０は、検出器の平面６１に接続される。読取ユニット６０は、各々の検出器の吸収線量を記録または測定するように構成される。記憶手段６３は、ランダムアクセス記憶装置（ＲＡＭ）、および／または読取専用記憶装置（ＲＯＭ）などの不揮発性メモリを含んでもよい。当業者に理解されるように、記憶手段は、固体状態、磁気的、光学的、およびそれらの組合せの装置を含む、一時的および／または永続的なデータの記憶のためのさまざまなタイプの物理的装置を含んでもよい。たとえば、記憶手段は、ディーラム（ＤＲＡＭ）、プロムス（ＰＲＯＭＳ）、イーピーアールオーエムエス（ＥＰＲＯＭＳ）、イーイーピーアールオーエムエス（ＥＥＰＲＯＭＳ）、フラッシュメモリなどの１つ以上の物理的装置を使用して実現されてもよい。さらに、読取ユニット６０は、治療システムからの信号を受取るための入力６５、およびＸ線ユニットなどの外部装置からの信号を受取るための入力６６を与えられる。治療システムからの信号を使用することによって、測定は与えられる線量のパルスと同期することが可能である。さらに、Ｘ線ユニットまたはレーザセンサなどの、呼吸サイクルをモニタする外部装置を接続することによって、測定は呼吸サイクルと同期することが可能である。その結果、健康な組織の放射線照射を減少させるために、呼吸ゲーティングが実施され得る。つまり、与えられる照射野内に間違いなく腫瘍があることを保証するために付け加えられるマージンは、呼吸ゲーティングを使用することによって低減されることができ、その結果、放射線を照射される健康な組織の割合が減少し得る。さらに、読取ユニット６０は、ピーシー（ＰＣ）などの外部処理ユニット６７へ測定データなどをワイヤレス通信するための通信手段６４に接続される。この実施例では、通信手段６４はラン（ＬＡＮ）接続である。この発明に従う方法は、放射線治療装置の制御および測定システムにおいて実現されてもよい。代替的には、この方法は、この発明に従う方法のステップを実施する中央処理装置シーピーユー（ＣＰＵ）などの必要な装置を含むスタンドアローンのユニット、たとえばパーソナルコンピュータ６７などで
実現されてもよい。これは、プログラムメモリに記憶される専用のコンピュータプログラムの助けを借りて実施される。コンピュータプログラムはさらに、特別に適合させたコンピュータではなく、汎用の産業コンピュータ上で実行されてもよいということが理解されるべきである。

ソフトウェアは、ここに記載される式、アルゴリズム、データ、および計算を使用する方法をコンピュータに実施させるコンピュータプログラムのコードエレメントまたはソフトウェアのコード部分を含む。プログラムの一部は上記のようにプロセッサに記憶されてもよいが、さらに、ＲＯＭ、ＲＡＭ、プロム（ＰＲＯＭ）、もしくはイーピーアールオーエム（ＥＰＲＯＭ）のチップまたはそれらと同様のものに記憶されてもよい。プログラムは、さらに、一部または全部が、磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭもしくはＤＶＤディスク、ハードディスク、磁気光学メモリ記憶手段などの他の好適なコンピュータ読取可能な媒体上、または媒体の中、揮発性メモリの中、フラッシュメモリの中にファームウェアとして記憶されるか、またはデータサーバ上に記憶されてもよい。

この発明の実施例に従って、線量の測定は与えられる加速器のパルスと同期する。これらの測定は、投影などの治療ユニットの電流パラメータについての情報とともに記憶される。短い時間間隔（＜１００ミリ秒（ｍｓｅｃ））での測定は、空間分解能の要求が同時に高いとき、つまり典型的には１ミリメートル（ｍｍ）であるときに特に、単位体積あたりの高い検出効率を必要とする。必要な大きさを有するシリコンダイオードを使用して、一次照射野外で発生する信号レベルはｐＡの範囲内である。このような少量の電流は高精度で扱うことが困難であり、電子ノイズが大きくなる。治療システムは５０から１０００ヘルツ（Ｈｚ）の間の周波数のパルス状に線量を与え、各々のパルスは１０マイクロ秒（μｓｅｃ）未満の長さを有し、その結果、放射線は１０％未満の時間の間に分布される。パルス中にのみ測定する、つまり与えられるパルスと線量の測定を同期させることによって、ノイズは最小限に低減されることができ、線量は必要な精度で測定されることができる。

上記のように、測定を短い時間間隔に分割し、各々の時間間隔に対して個々の補正係数を使用することによって、測定精度のさらなる向上が達成され得る。時間間隔の長さは、補正係数の大きさおよび変化と同様に、使用されるＩＭＲＴの技術によって決まる。したがって、時間間隔はつまり線量の決定において必要な全体的な精度から規定される。各々の時間間隔における線量の寄与は完全な治療を与えることを検証するための第１のステップとして治療全体に対して合計されることができ、差異はさらに、各々の照射野（投影）
および亜照射野における比較によって分析され得る。この発明の好ましい実施例に従って、補正係数は、
Ｃｏｒｒ_{n,f,seg-n,f,p,t(i),t(i+1)}＝Ｃ_dir＊Ｃ_depth＊Ｃ_pos （１）
または
Ｃｏｒｒ_{n,f,seg-n,f,p,t(i),t(i+1)}＝Ｃ_dir＋Ｃ_depth＋Ｃ_pos （２）
に従って計算される。
Ｃｏｒｒ_{n,f,seg-n,f,p,t(i),t(i+1)}は、検出器ｎの場所のポイントにおける線量を達成するために、時間ｔ（ｉ）からｔ（ｉ＋１）まで積分される測定された線量を補正する、ファントムにおける亜照射野ｆにおいて検出器エレメントｎとともに使用される補正係数である。
Ｃ_dirは、検出器における任意の方向依存性を補正する係数である。
Ｃ_depthは、検出器における任意の深度（エネルギおよびまたは線量率）依存性を補正する係数である。
Ｃ_posは、検出器における任意の位置（一次ビーム内、一次ビーム外、一次ビームの端部など）依存性を補正する係数である。

（１）または（２）のうちのどちらが選択されるかは、Ｃ_dir、Ｃ_depth、およびＣ_posがいかにして得られたかということによって決まる。好ましくは、式（１）が使用されるのは、補正係数が互いから独立するように受入れられ、それゆえに、個々に得られることができるときである。この式を使用する補正係数を得ることは、時間効率がよい。好ましくは、式（２）が使用されるのは、係数の各々の組合せが測定されるべきである場合である。この方法は非常に正確な結果をもたらす。

ダイオードの材料が質量密度または電子密度の点でファントムと異なる場合、ダイオードの材料は、エネルギおよび方向依存性を低減するために、少なくとも一次元で薄いものが選択されるであろう。好ましくは、検出器は、依存性が大きい範囲において最大エネルギを有する電子の飛程よりも薄くされ、たとえば、水中のシリコン（Ｓｉ）検出器の場合、エネルギ依存性は、シリコン（Ｓｉ）における電子の飛程が２００マイクロメートル（ｕｍ）である、２００キロ電子ボルト（ｋｅＶ）未満のエネルギを有する光子に対して実証される。方向依存性は、シリコンが５００マイクロメートル（ｕｍ）より薄いときに改善される。

・高感度な部分以外のすべての材料が、質量減衰において、検出器が測定することになる媒体と同様である検出器の場合、高感度な部分のみが、エネルギ依存性を低減するために、依存性が大きい最大エネルギに対して電子の飛程よりも薄くされなければならない。

・高感度な部分およびそれを囲む材料の両方が、検出器が配置される媒体と比較して、質量減衰の点で異なる検出器の場合、高感度な部分および異なっている材料はエネルギ依存性を低減するのに十分な薄さにされなければならない。

さらに、「薄い検出器」、つまり、依存性が大きい範囲において最大エネルギを有する電子の飛程よりも薄くされた厚さを有する検出器は、好ましくは、水ファントム線量測定および放射線治療における近接照射療法中のインビボ線量測定などのいくつかの他の適用例において使用され得る。水ファントム線量測定は、固定された検出器、または水で満たされたファントムにおけるサーボ機構上に配置される検出器を使用して実施される。このシステムは、いくつかの適用例、つまり、治療機械からの線量分布の一般的な測定、および三次元での線量分布の測定という治療機械の受入れ検査を有する。近接照射療法中のインビボ線量測定（人間の体に挿入される放射線源）は、気管（thrachea）、子宮、直腸、および膀胱などの人間の体の内部、つまり間隙腔または腔内での測定を組入れる。

この発明の上記の記載および添付の図面はその非限定的な例であると考えられるべきであり、保護の範囲は特許請求の範囲によって規定されるということが理解されるべきである。

ファントムが配置され、その結果、検出器を与えられる治療機械を概略的に示す。図１ａの構成であるが、ファントムではなく人間の体を有する構成を概略的に示す。検出器の数を最適化するように、特別な構成の中に検出器を有する、２つの交差する平面を有する体の形状のファントムについての典型的な例を概略的に示す。体の形状のファントムに向けてのさまざまなビームの方向（投影）を概略的に示す。検出器の平面上に検出器を配置するための異なるパターンの例を概略的に示す。検出器の平面上に検出器を配置するための異なるパターンの例を概略的に示す。検出器の平面上に検出器を配置するための異なるパターンの例を概略的に示す。この発明に従う、放射線治療の治療の検証のためにファントムにおける線量分布を測定する方法の実施例を概略的に示す。この発明に従う、放射線治療の治療の検証のためにファントムにおける線量分布を測定する方法が使用され得るシステムの実施例を概略的に示す。

Claims

放射線治療の治療の検証のためにファントムにおける線量分布を測定する方法であって、少なくとも２つの検出器の平面は平行でない態様で前記ファントムに配置され、各々の平面は複数のダイオード検出器を与えられ、前記ファントムは患者に特異的な治療を使用して放射線を照射され、前記方法は、
前記検出器を使用する測定を実施することによって、前記ファントム内の線量分布に関する情報を得るステップと、
測定を時間間隔に分割するステップとを含み、各々の時間間隔の最大の長さは約１００ミリ秒（ｍｓｅｃ）であり、前記方法は、さらに、
治療の検証において前記情報を使用するステップを含む、方法。
前記測定によって得られる情報はＩＭＲＴの検証のために使用される、請求項１に記載の方法。
ファントムの前記放射線照射は線量のパルスを与えることを含み、前記方法は、前記与えられる線量と測定を同期させるステップをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
患者（patent）に特異的な治療が対象とする、患者の呼吸サイクルと測定を同期させるステップと、呼吸サイクルのさまざまな段階において与えられる線量を決定するステップとをさらに含む、請求項１、２または３に記載の方法。
放射線治療の治療の検証のためにファントムにおける線量分布を測定する方法であって、複数のダイオード検出器が与えられた検出器の平面は前記ファントムに配置され、前記ファントムは患者に特異的な治療を使用して放射線を照射され、前記方法は、
前記検出器を使用する測定を実施することによって、前記ファントム内の線量分布に関する情報を得るステップと、
測定を時間間隔に分割するステップとを含み、各々の時間間隔の最大の長さは約１００ミリ秒（ｍｓｅｃ）であり、前記方法は、さらに、
患者（patent）に特異的な治療が対象とする、患者の呼吸サイクルと測定を同期させるステップと、
呼吸サイクルのさまざまな段階において与えられる線量を決定するステップと、
治療の検証において前記情報を使用するステップとを含む、方法。
少なくとも２つの検出器の平面は平行でない態様で前記ファントムに配置される、請求項５に記載の方法。
前記測定によって得られる情報はＩＭＲＴの検証のために使用される、請求項５または６に記載の方法。
ファントムの前記放射線照射は線量のパルスを与えることを含み、前記方法は、前記与えられる線量と測定を同期させるステップをさらに含む、請求項５から７のうちのいずれかに記載の方法。
前記ファントムにおける測定のために、各々の特定の時間間隔のためのデータを記憶するステップをさらに含む、請求項１から８のうちのいずれかに記載の方法。
前記ファントム内の線量分布に関する前記得られる情報を使用して、各々の時間間隔に対する補正係数を計算するステップをさらに含む、請求項１から９のうちのいずれかに記載の方法。
補正係数はＣｏｒｒ_{n,f,seg-n,p,t(i),t(i+1)}＝Ｃ_dir＊Ｃ_depth＊Ｃ_posに従って計算され、Ｃｏｒｒ_{n,f,seg-n,p,t(i),t(i+1)}は検出器ｎの場所のポイントにおける線量を達成するために、時間ｔ（ｉ）からｔ（ｉ＋１）まで積分される測定される線量を補正する、ファントムにおける亜照射野ｆにおいて検出器エレメントｎとともに使用される補正係数であり、Ｃ_dirは検出器ｎにおける任意の方向依存性を補正する係数であり、Ｃ_depthは検出器ｎにおける任意の深度（エネルギおよび／または線量率）を補正する係数であり、Ｃ_posは検出器ｎにおける任意の位置（一次ビーム内、一次ビーム外、一次ビームの端部など）依存性を補正する係数である、請求項１０に記載の方法。
補正係数はＣｏｒｒ_{n,f,seg-n,p,t(i),t(i+1)}＝Ｃ_dir＋Ｃ_depth＋Ｃ_posに従って計算され、Ｃｏｒｒ_{n,f,seg-n,p,t(i),t(i+1)}は検出器ｎの場所のポイントにおける線量を達成するために、時間ｔ（ｉ）からｔ（ｉ＋１）まで積分される測定される線量を補正する、ファントムにおける亜照射野ｆにおいて検出器エレメントｎとともに使用される補正係数であり、Ｃ_dirは検出器ｎにおける任意の方向依存性を補正する係数であり、Ｃ_depthは検出器ｎにおける任意の深度（エネルギおよび／または線量率）を補正する係数であり、Ｃ_posは検出器ｎにおける任意の位置（一次ビーム内、一次ビーム外、一次ビームの端部など）依存性を補正する係数である、請求項１０に記載の方法。
検出器の平面は、各々のガントリーの角度の投影に対して、前記平行でない平面のうちのいずれかが放射線ビームまたはサブビームのすべての部分と交わるように配置される、請求項１から１２のうちのいずれかに記載の方法。
各々の検出器の平面は、依存性が大きい範囲において最大エネルギを有する電子の飛程に満たない範囲の厚さを有する検出器を与えられる、請求項１から１３のうちのいずれかに記載の方法。
請求項１から１４のうちのいずれかに記載の方法で、放射線治療に好適な、ファントムに配置される検出器の構成の使用であって、前記構成は前記ファントムにおいて放射線照射を測定するために複数のダイオード検出器を与えられる少なくとも２つの検出器の平面を含み、前記放射線照射は患者に特異的な治療を使用して与えられ、前記平面は平行でない態様で配置され、前記検出器は依存性が大きい範囲において最大エネルギを有する電子の飛程に満たない範囲の厚さを有する、検出器の構成の使用。
請求項１から１４のうちのいずれかに記載の方法で、放射線治療に好適な、ファントムに配置される検出器の構成であって、
前記構成は、前記ファントムにおいて放射線照射を測定するために複数のダイオード検出器を与えられる少なくとも２つの検出器の平面を含み、前記放射線照射は患者に特異的な治療を使用して与えられ、前記平面は平行でない態様で配置され、前記検出器は依存性が大きい範囲において最大エネルギを有する電子の飛程に満たない範囲の厚さを有し、
前記平行でない平面は、各々のガントリーの角度の投影に対して、前記平面のうちのいずれかが放射線ビームまたはサブビームのすべての部分と交わるように配置される、検出器の構成。
請求項１から１４のうちのいずれかに記載の方法で、依存性が大きい範囲において最大エネルギを有する電子の飛程に満たない範囲の厚さを有して構成される、ダイオード検出器の使用。
前記検出器は水ファントム線量測定または放射線治療における近接照射療法中のインビボ線量測定において使用される、請求項１７に記載のダイオード検出器の使用。
請求項１から１４のうちのいずれかに記載の方法をコンピュータに実施させるためのプログラムを記録した、コンピュータ読取可能な媒体。