JP5805757B2 - 放射線量を推定し、推定された放射線量を操作するためのシステムおよび方法 - Google Patents

放射線量を推定し、推定された放射線量を操作するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、２０１０年６月２２日に出願された米国特許出願第６１／３９８２８６号明細書の優先権および利益を米国特許法第１１９条（ｅ）項に従って主張するものである。
本発明は、放射線の計画および照射に関する。特定の実施形態において、放射線療法のための線量分布を計画し、照射するための方法ならびにシステムを実現する。
放射線は、癌、さらには他のいくつかの病状の治療に使用される。放射線が組織と相互作用すると、放射粒子からのエネルギーが組織内に伝達され、堆積される。エネルギーは、通常、伝達の付近に堆積される。最大の堆積は通常、相互作用点に近い。堆積したエネルギーは、細胞死を最終的にもたらしうる損傷を細胞に引き起こす。堆積されるエネルギーの量は、通常、放射線量として記述され、グレイ（Ｇｙ）の単位を有する。１グレイは、媒質１キログラム当たり１ジュールに等しい。放射線治療の主要な目標は、十分な放射線量を堆積することによって被験者体内の癌細胞を根絶することである。
放射線量は、癌組織細胞と健常組織細胞の両方を損傷するか、または殺しうる。いくつかの健常組織は、放射線治療時に放射線量を受けるのが典型的である。例えば、放射線源から発せられ、被験者体内を貫通する放射線ビームは、その経路にそって放射線量を堆積する。経路内に配置されている健常組織は、通常、ある程度の放射線量を受ける。したがって、ある程度の放射線量が、典型的には、放射線散乱および他の放射線輸送機構により健常組織内へのビーム経路の外側に堆積される。放射線療法の問題の１つは、健常組織が受ける線量を最小限度に抑えつつ癌組織中に線量を堆積することである。さらに、いくつかの健常組織は、組織内の放射線量を回避することがより重要となる他のものに比べて放射線量に対して敏感である。
現代的な放射線照射システムは、複雑な線量分布を照射することが可能である。放射線治療臨床医が腫瘍に線量を照射することと、健常組織に照射される線量を最小限度に抑えることとの間のトレードオフの関係を評価し、決定し、および／または最適化することを行えるようにすることが望まれている。これらのトレードオフの関係を評価するための現在の技術（例えば、治療計画最適化）は厄介であり、オペレータが達成可能な線量分布を素早く、直接的に操作し、評価することが困難である。達成可能な線量分布を推定し、場合によっては癌組織と健常組織への放射線量のトレードオフの関係の評価を改善するためのシステムおよび方法の改善が望まれている。
以下の実施形態およびその態様は、範囲を限定するのではなく、例として示すことが意図されているシステム、ツール、および方法に関連して説明され、図示される。さまざまな実施形態において、上述の問題の１つまたは複数が軽減または排除されているが、他の実施形態は、他の改善を対象としている。
本発明の一態様は、被験者の提案された治療のための放射線照射装置によって照射可能な達成可能な線量分布推定の操作を可能にするための方法を提供するものであり、この達成可能な線量分布推定はそれぞれのボクセルに対する線量値によって３次元範囲のボクセルにわたって定義される。この方法は、線量値を修正することが望まれている線量修正ボクセル（ｄｏｓｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｖｏｘｅｌ）および所望の線量修正の対応する大きさを決定することと、複数のビームのそれぞれについて、（ｉ）ビームを、それぞれのビームレットが対応する強度値と空間内へのビームレットの投射を表す光線とに関連付けられているビームレットの２次元配列として特徴付け、（ｉｉ）線量修正ボクセルと交差する関連付けられている光線を有する１つまたは複数の線量変更ビームレットを識別することと、線量変更ビームレットの少なくとも１つの強度値を修正することと、線量変更ビームレットの少なくとも１つの修正された強度値を考慮するように達成可能な線量分布推定を更新することとを含む。
本発明の別の態様は、被験者の提案された治療のための放射線照射装置によって照射可能な達成可能な線量分布推定の操作を可能にするための方法を提供するものであり、この達成可能な線量分布推定はそれぞれのボクセルに対する線量値によって３次元範囲のボクセルにわたって定義される。この方法は、線量値を修正することが望まれている線量修正ボクセルおよび所望の線量修正の対応する大きさを決定することと、複数のビームのそれぞれについて、（ｉ）ビームを、それぞれのビームレットが対応する強度値に関連付けられているビームレットの２次元配列として特徴付け、（ｉｉ）ボクセルから投射され、ビームレットの２次元配列と交差する光線をそれぞれのボクセルに関連付け、（ｉｉｉ）線量変更ビームレットを線量修正ボクセルに関連付けられている光線が交差するビームレットであると識別することと、線量変更ビームレットの１つまたは複数の強度値を修正することと、線量変更ビームレットの１つまたは複数の修正された強度値を考慮するように達成可能な線量分布推定を更新することとを含む。
本発明の別の態様は、ビームがそれぞれのビームレットが対応する強度値に関連付けられるビームレットの２次元配列によって特徴付けられる空間的に変化する２次元強度分布を有する結果生じる３次元範囲のボクセルにわたって線量分布を推定するための方法を提供する。この方法は、空間内へのビームレットの投射を表す光線をそれぞれのビームレットに関連付けることと、２次元強度分布を２次元線量推定カーネルと畳み込み、それぞれのビームレットに対する畳み込まれた強度値を含む２次元の畳み込み強度分布を取得することと、ビームレットの２次元配列内のそれぞれのビームレットについて、ビームレットに関連付けられている光線が交差するボクセルの３次元範囲内のボクセルを識別し、線量寄与分を交差したボクセルに加え、線量寄与分はビームレットの畳み込まれた強度値に基づくこととを含む。
本発明の他の態様は、本発明のさまざまな実施形態の方法を実行するように構成された１つまたは複数のコントローラを備えるシステムを実現する。本発明の他の態様は、非一時的なコンピュータ可読媒体に具現化された、好適なプロセッサによって実行されたときにプロセッサに本発明のさまざまな実施形態の方法を実行させる命令を備えるコンピュータプログラム製品を実現する。本発明の他の態様は、被験者に放射線治療の計画および／または実施のためにさまざまな実施形態の方法を使用する方法、システム、および／またはコンピュータプログラム製品を提供する。
上述の例示的な態様および実施形態に加えて、図面を参照し、以下の詳細な説明を調べることによってさらなる態様および実施形態も明らかになるであろう。
図面の参照図に例示的な実施形態が示されている。本明細書で開示されている実施形態および図は、制限的ではなく、例示的であると考えるべきである。非限定的な実施形態の図面について説明する。
放射線量の被験者への照射で使用されうる例示的な放射線照射装置の概略を示す図である。 放射線量の被験者への照射で使用されうる別の例示的な放射線照射装置の概略を示す図である。 特定の一実施形態による強度変調放射線治療で使用するのに適している最適化プロセスを含む治療計画のための方法を示す流れ図である。 本発明の特定の一実施形態により、推定された線量分布を生成し、そのオペレータ操作を可能にすることを伴う放射線療法を使用して放射線治療を計画し、被験者を治療するための方法を示す流れ図である。 特定の一実施形態により、推定された線量分布を生成し、そのオペレータ操作を可能にするための方法を示す流れ図である。 図４Ｂの方法で使用するのに適した初期化方法を示す流れ図である。 特定の一実施形態による図４Ｂの方法とともに使用されうる推定された線量分布の変更を決定するための線量推定更新方法を示す流れ図である。 例示的な健常組織および標的構造を含む画像データ上に重ね合わされた計算グリッドの２次元断面を計算グリッド内のそれぞれのボクセルに対する推定される線量と一緒に示す概略図である。 図５Ａの線量部分に対応する線量体積ヒストグラム（ＤＶＨ）を示す図である。 関連付けられている強度グリッドおよび例示的な光線を含む放射線源と被験者との間のビームの図である。 線量分布の表示（例えば、グラフ表示）上で直接的に所望の線量変更をオペレータが伝達する一例を示す図である。 図７Ａの所望の線量変更の結果としての図４Ｂの方法によって決定される更新された線量分布の断面図である。 ＤＶＨの表示（例えば、グラフ表示）上で所望の線量品質計量変更（ｄｏｓｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｍｅｔｒｉｃ ｃｈａｎｇｅ）をオペレータが伝達する一例を示す図である。 図８Ａの所望の線量変更の結果としての図４Ｂの方法によって決定される更新されたＤＶＨの図である。 図４Ｂの方法によって決定される、図８Ａの所望の線量品質計量変更に対応する線量修正ボクセルの図である。 図９Ａの所望の線量変更の結果としての図４Ｂの方法によって決定される更新された線量分布の断面図である。 生物学的指標の表示（例えば、グラフ表示）上で所望の線量品質計量変更をオペレータが伝達する一例を示す図である。 図４Ｂの方法によって決定される、図１０の所望の線量品質計量変更に対応する線量修正ボクセルの図である。 図１１Ａの所望の線量変更の結果としての図４Ｂの方法によって決定される更新された線量分布の断面図である。 特定の一実施形態による図４Ｂの方法の一部として線量分布を更新するために使用される技術を示す線量更新グリッドの一例の概略図である。 特定の一実施形態による達成可能な線量分布の高速推定を行うための方法を示す概略図である。 ３６０°の軌跡、この軌跡の周りに均等な角度間隔の位置にある複数のビーム、中央に位置するボクセルと交差する光線、および複数のビームによって達成可能であると推定される線量更新グリッドの２次元断面の概略を示す図である。 線量修正ボクセルと交差する図１４の達成可能な線量更新グリッドの例示的なプロファイルを示す図である。 異なる線量修正ボクセルに平行移動されていることを除き図１４の線量更新グリッドと同じである線量更新グリッドを示す図である。 本発明の特定の一実施形態による推定される線量の推定および操作を行うための方法を示す概略図である。 いくつかの径方向修正線量（ｒａｄｉａｌ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｄｏｓｅ）（ＲＭＤ）分布、およびＲＭＤの他の角度範囲を組み合わせることによってＲＭＤのさまざまな角度範囲をどのようにして得られるかを示す概略図である。 いくつかの径方向修正線量（ｒａｄｉａｌ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｄｏｓｅ）（ＲＭＤ）分布、およびＲＭＤの他の角度範囲を組み合わせることによってＲＭＤのさまざまな角度範囲をどのようにして得られるかを示す概略図である。 いくつかの径方向修正線量（ｒａｄｉａｌ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｄｏｓｅ）（ＲＭＤ）分布、およびＲＭＤの他の角度範囲を組み合わせることによってＲＭＤのさまざまな角度範囲をどのようにして得られるかを示す概略図である。 標的構造および健常組織構造を示す３次元表示である。 図１９Ａの標的構造および健常組織構造を二等分する（その外形を示す）断面図である。 図１９Ａの組織構造に対する初期推定線量分布の断面を示す図である。 図１９Ａの組織構造に対する初期ＤＶＨを示す図である。 図２０Ｂの標的構造のＤＶＨおよびそのオペレータ操作の拡大部分図である。 図２１Ａのオペレータ操作の結果得られるいくつかの線量修正分布を示す図である。 図２１Ａの操作の後の更新された線量分布ならびに更新された標的および健常構造のＤＶＨを示す図である。 図２０Ｂの健常組織のＤＶＨのオペレータ操作を示す図である。 図２２Ａのオペレータ操作の結果得られるいくつかの線量修正分布を示す図である。 図２２Ａの操作の後の更新された標的および健常構造のＤＶＨを示す図である。 標的線量分布上の制約条件の図２２Ｃの違反を是正するために使用される２つの例示的な線量修正分布を示す図である。 図２３Ａの線量修正分布の適用後の標的構造のＤＶＨを示す図である。 結果として得られた線量分布の断面を示す図である。 オペレータによる一連の線量修正の終了時の標的および健常組織構造に対するＤＶＨを示す図である。 図２４ＡのＤＶＨに対応する推定される線量分布の断面図である。
以下の説明全体にわたって、当業者がより完全に理解できるように具体的詳細が述べられている。しかし、よく知られている要素については、開示をいたずらにわかりにくくしないために、図示されていないか、または詳細に説明されていない。したがって、説明および図面は、制限ではなく、例示することを目的としているものとみなすべきである。
図１は、放射線を被験者１１０（例えば、癌患者）に照射するための放射線源１１１を含む例示的な放射線照射装置１０を示す概略図である。いくつかの実施形態では、放射線源１１１は、直線加速装置を備えるものとしてよいか、または直線加速装置によって形成されるものとしてよい。一般に、放射線源１１１は、好適な技術を使用して形成することができる。例えば、放射線源１１１は、中性子、電子、陽子、他の荷電粒子および／または同様のものを含む放射線を放射しうる崩壊物質（例えば、コバルト６０、または同様のもの）または他の放射線源の種類（複数可）を含みうる。
例示的な図１の放射線照射装置１０では、放射線源１１１はガントリー１１２に取り付けられ、被験者１１０はテーブル１１３上に置かれる。ガントリーに取り付けられている放射線源１１１およびテーブル１１３を被験者１１０とともに互いに関して回転し、および／または平行移動することができる。例えば、ガントリー１１２は、縦軸１１４の周りに回転し、被験者１１０を固定しているテーブル１１３は、縦軸１１５の周りに回転しうる。テーブル１１３は、軸１１６によって示されている３つの次元のうちの１つまたは複数の次元においてガントリー１１２および放射線源１１１に関して平行移動することもできる。放射線源からの放射線は全方向に放射されうる。エンクロージャ１１７が放射線源１１１の大半を囲み、これにより、放射線源１１１によって放射される放射線の大部分は、エンクロージャ１１７内で吸収される。
被験者１１０に向けて放射される放射線は、エンクロージャ１１７およびビーム整形システム１１８に通すことができる。ビーム整形システム１１８は、放射線源１１１から発せられ、被験者１１０の体内に入る放射線のビームを画定するために使用されうる１つまたは複数のコリメータを備えることができる。ビーム整形システム１１８のコリメータは電動式であってよく、その位置および／または移動を制御することができる（例えば、適切に構成されたコンピュータ制御システムまたは同様のものによって）。ビーム整形システム１１８のコリメータは、被験者１１０内に入る放射線ビームの形状が癌組織と交差するように制御可能に構成されうる。図１の例示されている放射線照射装置１０において、ビーム整形システム１１８は、複数の個別に制御可能なリーフを有するマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）１１８Ａを備える。ＭＬＣ １１８Ａは、ビーム軸１１９の周りに回転するように制御可能に移動可能でもある。
図１の例示的な放射線照射装置１０を使用して、被験者１１０に対して放射線療法の治療を実施することができる。健常組織への線量を最小限度に抑えることを試みながら病変組織（例えば、癌性の腫瘍）に所望の線量を与えることを試みる仕方で放射線照射装置１０を使用する技術は多数知られている。第１のそのような技術は、ガントリー１１２および／またはテーブル１１３を、放射線源１１７から放射される放射線ビームが優先的に比較的より病的な組織および比較的健常性の低い組織を通過する構成に移動することを伴う。この第１の技術は、ガントリー１１２およびテーブル１１３の第１の構成で第１のビームにより被験者１１０を治療することと、ガントリー１１２およびテーブル１１３を互いに関して移動することと、次いで、第１のビームと異なる方向から投射される第２のビームで被験者１１０を治療することとによって改善されうる。この２ビーム技術を使用すると、病変組織（腫瘍）は、２つのビームからの線量の組み合わせである線量を受けることができ、腫瘍を囲む健常組織の大部分はもっぱらこれらのビームのうちの単一のビームからの線量を受けることになる。この２ビーム技術は、複数の（例えば、２つより多い）ビームに拡張することができる。ガントリー１１２およびテーブル１１３のそれぞれの異なる相対的配向は、異なるビーム方向に対応し、単純に「ビーム」と称してもよい。
健常組織への線量を最小限度に抑えながら病変組織の腫瘍に対して所望の線量を与えることを試みる仕方で放射線照射装置１０を使用する技術の別の例として、放射線源のビュー（ビーム方向像）からの腫瘍の投射が腫瘍の外形に非常に近くなるようにそれぞれの放射線ビーム（つまり、ガントリー１１２およびテーブル１１３のそれぞれの相対的構成からのビーム）をコリメートすることが挙げられる。この方法で、腫瘍を囲む健常組織への線量が低減される。コリメーションシステム１１８（例えば、ＭＬＣ １１８Ａ）を使用して、個別のビームをコリメートすることができる。このコリメーション技術は、腫瘍および敏感な健常組織の両方と交差する放射線ビーム（第１の方向からの）の部分を選択的に（部分的に、または全部）遮蔽することによって改善することができ、次いで１つまたは複数の他の方向からの１つまたは複数の放射線ビームの部分の遮蔽を選択的に（部分的にまたは全部）取り除くことによって腫瘍の遮蔽されている部分を補正することができる。空間的に均一でない伝達される部分を含む放射線ビーム（特定の方向からの）は、２次元ビームの投射を横切るようにして放射線の強度を空間的に変化させることに関連して「強度変調される」と称されうる。強度変調は、健常組織が受ける線量と特に一部の健常組織が比較的高い重要性を有しており（例えば、健常器官）、および／または標的組織に比較的近い位置にあり、そのような非常に重要な組織に与える線量をなおいっそう減らすことが望ましい状況において腫瘍が受ける線量との差をさらに改善することができる。
他の技術によれば、放射線の照射時に放射線照射装置１０の１つまたは複数のコンポーネントを動的に移動することが有利な場合がある。例えば、コリメーションシステム１１８は、放射線源１１７が放射線を放射している間に放射線ビームの形状を変化させることができ、これにより強度変調のためにコリメーション形状を動的に変化させることができる。それに加えて、または代替的に、ガントリー１１２およびテーブル１１３は、放射線源１１７が放射線を放射している間に互いに関して移動することができ、これによりビーム方向を連続的に変化させることができる（有限数の離散ビーム方向とは対照的に）。いくつかの技術は、コリメータされたビーム形状および／または放射線源１１７の強度を同時に動的に変化させながら運動軌跡を通る放射線源１１７の位置（例えば、ガントリー１１２およびテーブル１１３の相対的移動）を動的に変化させることを伴いうる。
放射線照射装置１０は、放射線照射装置の一例を表しているにすぎない。他の種類の放射線照射装置を使用して、治療用放射線を被験者に照射することができる。放射線照射装置のいくつかの非限定的な例として、ＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅ（商標）（Ａｃｃｕｒａｃｙ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）、Ｔｏｍｏｔｈｅｒａｐｙ（商標）（Ｔｏｍｏｔｈｅｒａｐｙ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）、およびＧａｍｍａｋｎｉｆｅ（商標）（Ｅｌｅｋｔａ ＡＢ）が挙げられる。図２は、Ｔｏｍｏｔｈｅｒａｐｙ（商標）放射線照射装置１２の一例の概略を示している。装置１２において、放射線源１２１は、テーブル１２３の上に横たわっている被験者１２０の周りで円錐曲線回転面形状のガントリー１２２内を移動する。被験者１２０およびテーブル１２３は、軸１２４によって示される方向のうちの１つまたは複数の方向でガントリー１２２に関して平行移動することができる（および／またはガントリー１２２を被験者１２０およびテーブル１２３に関して平行移動することができる）。例えば、テーブル１２３は、放射線源１２１がガントリー１２２内で外周方向（複数可）１２５に移動する間、ガントリー１２２を出入りすることができる。放射線源１２１によって放射される放射線は、コリメーションシステム１２６（例えば、ＭＬＣ １２６Ａまたは同様のもの）を通して投射されうる。コリメーションシステム１２６は、ガントリー１２２（放射線源１２１を備える）内で周上を移動し、被験者１２０に当たる扇ビーム１２７を生成することができる。放射線源１２１およびコリメーションシステム１２６が、被験者１２０の周りで周方向１２５に移動すると、テーブル１２３および被験者１２０は、ガントリー１２０に関して移動し、ＭＬＣ １２６Ａは、被験者１２０の周りで変化する方向から強度変調ビームを形成するように構成されうる。
放射線照射装置（図１、２の例示的な装置１０、１２と同様の）を使用して治療用放射線による治療を行うことは、治療計画を伴う。治療計画は、放射線照射時に放射線照射装置を制御するために使用される情報を決定することを伴いうる。このような情報としては、非限定的な例において、ビーム構成パラメータ（例えば、ビームの数、ビームの方向、放射線エネルギー、および／または同様のもの）、およびビーム照射パラメータ（例えば、コリメーションの形状（複数可）とその対応するコリメーションシステム構成（複数可）、放射線強度（複数可）、および／または同様のもの）が挙げられる。
周辺の健常組織に関する腫瘍のサイズ、形状、および位置は、被験者毎に異なるので、診断撮像手順は、典型的には、疾病および健常組織の空間的配置を決定することを目的とする治療計画の前（またはその一部として）使用される。コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、核磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）、および陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）は、この診断撮像プロセスに使用される一般的な撮像方法である。ＣＴ、ＭＲＩ、およびＰＥＴ撮像の結果、解剖学的および機能的情報を含む３次元画像が得られる。いくつかの実施形態では、診断撮像は、４次元画像の獲得を伴うものとしてよく、これは時間的に変化する画像情報を組み込んでいる（例えば、呼吸を考慮するため）。
疾病および健常組織の配置は、治療計画の前に（または治療計画の一部として）これらの画像上で識別されうる。疾病および健常組織の配置の識別は、手動で実行することができるが、自動および半自動識別のための方法も使用することができる。治療計画は、よく知られている方法を使用して放射線ビームの結果得られる放射線線量をモデル化することを伴いうる。被験者が特定の放射線ビームから受ける線量は、被験者の画像上に特定の放射線ビームについてモデル化された線量分布を重ねることによって評価することができる。被験者が提案された治療計画（例えば、複数の放射線ビーム）から受ける線量は、被験者の画像上に計画の個別のビームについてモデル化された線量分布を重ね合わせ、重ね合わされた線量分布を重ねることによって評価することができる。
提案される治療計画は、一組の放射線照射パラメータによって特徴付けられうるか、または一組の放射線照射パラメータによって他の何らかの形で指定されうる。本明細書および付属の請求項で使用されているように、放射線照射パラメータは、被験者に関する放射線源の幾何学的な位置決めに関係しうるビーム構成パラメータ（例えば、ビームの数、ビームの方向、ビームの放射線エネルギー、ビームの運動（例えば、連続的に変化するビームに対する）、および／または同様のもの）および／または１つもしくは複数のビーム構成の特性に関係しうるビーム照射パラメータ（例えば、コリメーション形状（複数可）および対応するコリメーションシステム構成（複数可）、コリメーション形状（複数可）の運動および対応するコリメーションシステム構成（複数可）（例えば、連続的に変化するコリメーション形状に対する）、放射線強度（複数可）、および／または同様のもの）含むものとしてよい。（複数の対応する組の放射線照射パラメータによって特徴付けられるような）複数の異なる治療計画提案から線量分布を推定／モデル化することによって、複数の異なる治療計画提案を互いに比較することができる。提案された治療計画が選択された後（例えば、他のものよりも優れていると判定されたか、または満足なものであると何らかの形で判定されたため）、選択された治療計画に関連付けられている放射線照射パラメータを、被験者への選択された治療計画の実施のため放射線照射装置に転送することができる。
強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）に対する治療計画は、それぞれのビームまたはビームのそれぞれの部分の２次元断面にわたる強度分布の空間的変化が許容可能であるためより複雑なものとなる可能性がある。ＩＭＲＴに関連付けられているビームの強度分布が空間的に変化するので、ＩＭＲＴ治療計画は、典型的には、それぞれのビームをビームレットとも称されうる空間的に変化する強度部分の２次元マトリックスに分割することを伴う。それぞれのビームレットは、放射線源から被験者の体内までの光線に従う個別のビーム要素として効果的に処理することができる。典型的である、非限定的なＩＭＲＴ計画では、それぞれ５から９個のビームがありえ、マトリックスは１００を超えるビームレットを含むことができる。
人間の観察者によるＩＭＲＴ計画は、通常、ビームレットの数が多いため、実用的でないと考えられている。ＩＭＲＴ計画内のそれぞれのビームの空間的に変化する強度分布−例えば、ＩＭＲＴ計画のそれぞれのビームのそれぞれの部分内のビームレットのそれぞれに対する強度−を決定するために複数のコンピュータアルゴリズムが開発されている。これらのアルゴリズムは、典型的には、反復最適化を伴う。例えば、それぞれの反復で、特定の一組の放射線照射パラメータを提案し、対応する線量分布を計算し（例えば、モデル化し）、対応する線量分布に関連付けられている品質計量をいくつかの目標と比較することによって対応する線量分布を評価する。次いで、次の反復により線量分布が前の反復より優れている一組の放射線照射パラメータを提案することを試みることができる（同じ目標に関して評価したとき）。反復プロセスは、通常、最適化終了基準に達するまで繰り返される。反復最適化プロセスは、反復毎に線量分布をモデル化／計算する必要があるため、比較的時間がかかり、計算量が多くなり、および／または時間に関して効率が悪い場合がある。
図３は、特定の一実施形態によりＩＭＲＴとともに使用するのに適している治療計画のための方法１４の概略を示している。方法１４は、診断画像情報が利用可能であると思われるものを使用して被験者の体内の標的（例えば、疾病）組織および健常組織を線引きすることを伴うブロック１３０で開始する。いくつかの実施形態では、ブロック１３０は、健常組織を比較的重要な健常組織（例えば、器官）および比較的重要度の低い健常組織の１つまたは複数のレベルに細分することを伴うことができる。いくつかの実施形態では、ブロック１３０は、撮像法から（または撮像法の実行を通じて）画像情報を取得することを伴うものとしてよい。このような画像情報は、好適な技術によって取得することができ、このような技術として（限定はしないが）コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、核磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）、超音波、および／または他の好適な撮像法が挙げられる。ブロック１３０で画像情報を使用して、被験者の疾病および健常組織に関する空間的解剖学的および機能的情報を決定することができる。標的組織と健常組織とのこのような線引きおよび構造識別は、手動で実行され、オペレータによって実行され、および／または自動もしくは半自動画像分割法を使用して実行されうる。
ブロック１３１は、標的組織および健常組織に対する線量の目標を指定することを伴う。理想的には、これらの線量の目標は、（ｉ）腫瘍体積の１００％が少なくとも処方線量を受けること、（ｉｉ）腫瘍体積の０％が処方線量より多い線量を受けること、および（ｉｉｉ）健常組織体積の０％が任意の線量を受けることとすることが可能である。このような理想的な目標は、実際には実現可能でない。その代わりに、腫瘍に対する処方線量は、健常組織構造への線量を低くすることとバランスをとらなければならない。また、可能なトレードオフの関係の数を扱いにくいものとする可能性のある重要度が変わる問題となる健常組織構造が一般的には多数ある。非限定的な例によれば、健常組織の目標は、体積が標的に処方される線量の３０％を受ける健常組織構造の最大２０％を含むことができ、標的組織の目標は、体積が標的に処方される線量の９５％を受ける腫瘍標的の最小９０％を含むことができる。ブロック１３１は、ブロック１３１の線量分布の目標に対して提案された治療計画の反復を評価するために使用されうる線量品質計量を指定することも伴う可能性がある。このような線量品質計量は、それに加えて、または代替的に、線量分布の目標を間接的に指定するために使用されうる。
次いで、方法１４は、一組の放射線照射パラメータに達するように反復最適化プロセスを実行することを伴うブロック１３２に進む。ブロック１３２の一部として実装されうる典型的な反復最適化プロセスについて上で説明された。ブロック１３２の反復最適化プロセスの終わりに、方法１４は、ブロック１３２の最適化によって出力される放射線照射パラメータを使用した結果得られる治療計画（例えば、計算／モデル化された線量分布）を評価することを伴うブロック１３３に進む。１人または複数の人間のオペレータがブロック１３３の評価を実行することができる。しかし、いくつかの実施形態では、ブロック１３３の評価は自動化することができる。例えば、ブロック１３３の肯定的評価を達成するために達成されなければならない最低限度の数の目標を指定する制約条件を策定することも可能である。達成される目標の数は、いくつかの標的構造またはいくつかの指定された健常組織構造についてはより重要になる可能性がある。自動化されたブロック１３３の評価の場合であっても、結果として得られる線量分布は、実際に放射線を照射する前に臨床医によって評価される可能性が高い。
ブロック１３１の線量分布の目標が実際に達成可能でない場合、ブロック１３２の最適化は、受け入れ可能な治療計画を決定することに失敗する可能性がある。逆に、ブロック１３１の線量分布の目標の達成が簡単すぎる場合、ブロック１３２の最適化で指定された治療計画は、実際には実現可能である最良のトレードオフの関係を達成することができない。これらの状況（ブロック１３３の「いいえ」出力経路）において、方法１４は、ブロック１３１にループバックし、そこで、異なる線量分布の目標で異なる最適化を実行することができる。典型的には、治療計画方法１４で達成された線量分布が最適な分布に近くなるように、複数の組のブロック１３１の線量分布の目標で複数のブロック１３２の最適化を実行することが望ましい。ブロック１３３において、特定の計画が最適であると判定された後（ブロック１３３の「はい」出力経路）、方法１４は、ブロック１３４に進み、そこで、被験者への照射のため放射線照射パラメータを放射線照射装置に転送することができる。
複雑な治療計画を立て、対応する線量分布を与える他の方法は、類似の反復最適化を伴うことができる。放射線照射パラメータの組み合わせを最適化プロセスで使用し、治療計画を策定することができる。このような複雑な治療計画および対応する線量分布として、非限定的な例によれば、いわゆる直接開度最適化法、放射線の方向を動的に変化させること（例えば、治療時に放射線源を移動させる）および／または治療時に特定のビーム内のコリメーション形状および／または強度を動的に変化させることを伴う放射線治療技術、ＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅ（商標）（Ａｃｃｕｒａｃｙ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）、Ｔｏｍｏｔｈｅｒａｐｙ（商標）（Ｔｏｍｏｔｈｅｒａｐｙ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）、およびＧａｍｍａｋｎｉｆｅ（商標）（Ｅｌｅｋｔａ ＡＢ）などの放射線照射装置を使用する放射線治療技術が挙げられる。これらの放射線照射技術のすべてに対する治療計画に伴う反復最適化は、ＩＭＲＴ治療計画に関連付けられている反復最適化について上で説明されているのと似た欠点を有する。より具体的には、このような最適化は、反復毎に線量分布を計算／モデル化する必要があるため、時間がかかり、計算量が多くなる。
本発明の一態様は、達成可能な線量分布推定の操作を可能にするためのシステムおよび方法を提供する。特定の実施形態では、特定の放射線照射パラメータに対する線量をシミュレートすることに伴う扱いにくい、計算量の多い計算なしで（例えば、反復最適化を行う必要なく）推定される線量分布および関連付けられた線量品質計量を操作することができる。これらの方法およびシステムは使用が単純であり、これにより、推定される線量分布および関連付けられた線量品質計量のオペレータ操作が可能になりうる。非限定的な例では、オペレータは、コンピュータマウスまたは類似のコンピュータポインティングデバイスを使用して線量品質計量のグラフ表現を選択し、左または右、上または下と好きなようにドラッグすることができる。別の非限定的な例では、オペレータは、コンピュータマウスまたは類似のコンピュータポインティングデバイスを使用して線量分布のグラフ表示を修正して被験者の解剖学的構造の領域から線量を「ペイント」または「消去」することができる。これらのオペレータ指向の操作が行われると、達成可能な線量分布推定および対応する線量品質計量をほぼリアルタイムで更新することができる。
物理的に達成可能な線量分布の範囲を制限することができる。特定の実施形態は、利用可能な操作に対して限度または制限を課すことを伴い、したがって推定される線量分布（オペレータ操作後の）は少なくとも近似的に達成可能である。この方法で、オペレータは、被験者が最終的に推定されたのと実質的に類似の線量分布を受けることを確実にしながら標的組織（例えば、腫瘍（複数可））への線量照射と健常組織（例えば、器官（複数可））への線量照射との間のトレードオフの関係を高速に探索することができる。
図４Ａは、本発明の特定の一実施形態により、推定された線量分布を操作することを伴う放射線療法を使用して放射線治療を計画し、被験者を治療するための方法１６の概略を示している。方法１６は、一般的に、放射線治療を計画することを伴う第１の部分１６Ａと被験者に対して放射線治療を実施することを伴う第２の部分１４５との２つの部分に分割されうる。本明細書でさらに説明されているように、計画部分１６Ａは、計画に従ってブロック１４５の放射線の照射が可能になるように放射線照射装置に送ることができる放射線照射パラメータを決定することを伴いうる。
方法１６は、診断画像情報が利用可能であると思われるものを使用して被験者の体内の標的（例えば、疾病）組織および健常組織を線引きすることを伴うブロック１４１で開始する。ブロック１４１は、方法１４（図１３）について上で説明されているブロック１３０に実質的に類似しているものとしてよい。次いで、方法１６は、達成可能な線量分布を生成し、そのオペレータ操作を可能にすることを伴うブロック１４２に進む。ブロック１４２の一部として許容される達成可能な線量分布のオペレータ操作は、直接的に、事実上リアルタイムで分析することができ、これにより、標的組織の線量と健常組織の線量との間の妥協を素早く、より包括的に理解しやすくなる。ブロック１４２の一部として許容される達成可能な線量分布のオペレータ操作は、標的組織および／または健常組織の修正または追加を含むものとしてよい。方法１６のブロック１４２について以下でさらに詳しく説明する。
ブロック１４２の終わりに（例えば、オペレータが達成可能な線量分布の操作バージョンに、または他の方法に満足する場合）、方法１６は、放射線照射装置がブロック１４２からの出力として達成可能な線量の推定を送ることを可能にすることができる放射線照射パラメータを決定することを伴うオプションのブロック１４３に進む。ブロック１４３は、反復最適化プロセスまたは同様のプロセスを実行して放射線照射パラメータ（例えば、ビーム構成パラメータおよび／またはビーム照射パラメータ）を導出することを伴うものとしてよい。ブロック１４３の反復最適化は、上で説明されている治療計画プロセス１４（図３）の説明されているブロック１３１および１３２に似たプロセスを伴うものとしてよい。ブロック１４３の反復最適化は、上で説明されている治療計画プロセス１４（図３）のブロック１３３に似た評価も伴うものとしてよい。都合のよいことに、ブロック１４２内で線量分布操作が利用可能であるため、ブロック１４３の一部として異なる線量分布の目標で複数の最適化を実行する必要がないか、または方法１４（図３）の最適化プロセス（ブロック１３１、１３２、１３３）と比較したときに異なる線量分布によるより少ない最適化をブロック１４３の一部として実行することができる−つまり、方法１６のブロック１４２において線量分布操作が利用可能であるため、複数の反復最適化ループ（方法１４の最適化プロセスのブロック１３１、１３２、および１３３（「いいえ」出力経路）を通るループに類似している）の必要性が減じるか、またはまったく不要にできる。
ブロック１４３における放射線照射パラメータを取得するための最適化の後、方法１６は、ブロック１４３の放射線照射パラメータを放射線照射装置のコントローラに転送することを伴うブロック１４４に進む。これらの放射線照射パラメータは、次いで、ブロック１４５内で放射線照射装置のコントローラによって使用され、これにより、放射線照射装置は放射線照射パラメータに対応する放射線治療計画に従って放射線を被験者に照射することができる。
上で簡潔に説明されているように、放射線治療の方法１６のブロック１４２は、達成可能な線量分布を生成し、そのオペレータ操作を可能にすることを伴う。図４Ｂは、特定の一実施形態により、達成可能な線量分布を生成し、そのオペレータ操作を可能にするための方法１８の概略を示している。図４Ｂの方法１８を使用して、放射線治療方法１６（図４Ａ）のブロック１４２を実装することができる。
方法１８は、ブロック２１８において初期化を開始する。ブロック２１８の初期化は、線引きされた画像情報内の注目する領域を覆うように計算グリッドを設定することと、ビームの構成を定義することと、それぞれのビームに対するビームレットの初期強度分布を定義することと、ビーム構成を使用する達成可能な線量分布およびビームレット強度分布の初期推定を生成することと、適宜、初期推定線量分布に基づき１つまたは複数の線量品質計量の初期推定を決定することとを含む。
図４Ｃは、特定の一実施形態による方法１８のブロック２１８内での使用に適した初期化方法２０の概略を示している。初期化方法２０は、計算グリッドを作成することと、線引きされた画像データならびにセグメント分割された健常および標的組織構造の上に計算グリッドを重ね合わせることとを伴うブロック４０で開始する。線引きされた画像データは、上述のブロック１４１（図４Ａ）の一部として取得できる。重ね合わされた計算グリッドは、被験者の体内の注目する領域にわたるボクセルの３次元グリッドを含むものとしてよい。ボクセルの３次元グリッドは、その対応する座標によってグリッド内の個別のボクセルにインデックスを付け、および／または識別することを可能にしうる好適な座標系によって特徴付けることができる。
図５Ａは、健常組織構造１５２（破線で図示されている）および標的構造１５３（実線で図示されている）を含む例示的な解剖学的構造を含む画像データ上に重ね合わされた３次元計算グリッド１５１Ａの２次元断面部分１５１の概略を示している。図５Ａの例には２つの解剖学的組織構造のみが示されている。実際には、被験者の体内の注目する領域に関連付けられている異なる数の構造（標的構造および／または健常組織構造）がありうる。計算グリッド１５１Ａの例示されている部分１５１は２次元断面と称されうるが、図５Ａに示されているグリッド部分１５１のそれぞれのボックスは実際には被験者に対する３次元計算グリッド１５１Ａ全体における対応するボクセルを表す。この意味で、図５Ａのグリッド部分１５１は、実際には、１ボクセル分の深さを持つ３次元グリッド部分１５１である。以下でさらに詳しく説明されるように、グリッド部分１５１のそれぞれのボクセル内の数値は、それらのボクセルに照射されると予想される線量分布の例示的な値を表しているが、これらの線量分布の推定は、計算グリッドがブロック４０内に確立されたときに知られていることは典型的なことではない。
図４Ｃを参照すると、初期化方法２０は、ビームの構成を定義することを伴うブロック４２に進むことがわかる。ブロック４２のビームの初期構成は、上述のビーム構成パラメータに似たパラメータ−例えば、ビームの数、ビームの方向、ビームの放射線エネルギー、および／または同様の特性−を定義することを含んでいてもよい。ブロック４２のビーム構成は、手動で識別されるか、または独立した最適化プロセスを通じて識別されうる。ブロック４２のビーム構成は、１つまたは複数の静止しているビーム、１つまたは複数の連続的に移動するビーム、または静止しているビームと移動するビームとの組み合わせを含むものとしてよい。連続的に移動するビームは、運動経路にそった位置による複数の静止しているビームの好適なサンプリングとともにビーム方向の運動経路（軌跡）によって特徴付けることができる。
次いで、初期化方法２０は、ブロック４２のビームのそれぞれに対するビームレットの初期強度分布を定義することを伴うブロック４４に進む。そのような初期強度分布は、上述のビーム照射パラメータに似たパラメータに対する初期値に類似しているものとしてよい。図６は、ブロック４２のビーム構成からの代表的ビーム１５９の概略を示している。ビーム１５９は、放射線源１６１から向けられ、被験者１６０の方へ照射される。ブロック４２のビーム構成におけるそれぞれのビームは、少なくとも一部は、被験者６０に関して放射線源６１の位置によって特徴付けることができる（ブロック４０の計算グリッドと被験者６０に対する対応する画像データとによって定義される）。それぞれのビーム１５９は、ブロック４４において定義される対応する強度分布１６５に関連付けられる。ブロック４４において、それぞれのビーム１５９に対応する強度分布１６５は、強度ビームレット１６４の２次元グリッド１６２に分割されうる。２次元強度分布グリッド１６２は、その対応する座標によってグリッド１６２内の個別のビームレット１６４にインデックスを付け、および／または識別することを可能にしうる好適な座標系によって特徴付けることができる。それぞれのビームレット１６４は、放射線源１６１から発せられ、ビームレット１６４の位置で強度分布１６５およびグリッド１６２を通る対応する光線１６３に関連付けられうる。図６では、特定の光線１６３Ａが特定のビームレット１６４Ａに対応するように示されている。
ブロック４４は、初期強度値をそれぞれのビーム１５９に対する個別のビームレット１６４に割り当てること−つまり、それぞれのビーム１５９に対して強度分布１６５を初期化することも伴う。初期強度分布１６５は、さまざまな異なる技術を使用してブロック４４において定義されうる。非限定的な例は以下のとおりである。
● 強度分布１６５は、すべてのビームレット１６４およびすべてのビーム１５９に対してゼロである。この初期強度割り当ては、すべての構造に対するゼロ線量に対応する。
● 強度分布１６５は、それぞれのビーム１５９に対するビームレット１６４のそれぞれのグリッド１６２の上でランダムであり、それぞれのビームレット１６４の強度は、すべてのビーム１５９に対するすべての強度分布１６５にわたって、または対応するビームレット１６２への強度のランダムな割り当ての少なくともある種の形態を伴う他のある種の好適なスキーム上でランダムである。
● すべてのビーム１５９またはビーム１５９の部分集合に対する強度分布１６５は、線量の近似球が標的構造（複数可）１５３を含むように割り当てられる。
● すべてのビーム１５９またはビーム１５９の部分集合に対する強度分布１６５は、標的構造（複数可）１５３と交差する光線１６３に対応するビームレット１６２が正の初期強度値（例えば、１）を割り当てられ、ビームレット１６２が異なる初期値（例えば、ゼロまたは他の何らかの比較的低い値）を他の何らかの形で割り当てられるように割り当てられる。
● すべてのビーム１５９またはビーム１５９の部分集合に対する強度分布１６５は、結果として得られる推定された線量分布が何らかの線量閾値（例えば、標的構造（複数可）１５３に対する最高の処方線量に等しい線量閾値）に対応する最大線量を有するように（例えば、等しい量で）再スケールされる。
● すべてのビーム１５９またはビーム１５９の部分集合に対する強度分布１６５は、標的構造（複数可）１５３に対する所望の（例えば、処方）線量に比例するか、または相関する。
○ 強度分布１６５は、標的構造（複数可）１５３と交差する光線１６３に対応するビームレット１６２がそれぞれのそのような標的構造１５３について所望の線量に比例するか、または相関する強度値を割り当てられるすべてのビーム１５９またはビーム１５９の部分集合に対して生成される。
○ 結果として得られる線量分布による標的構造（複数可）１５３が適切に覆われることを確実にするために強度値１６５（または、標的構造（複数可）１５３と交差する光線１６３に対応する個別のビームレット１６２）にマージン（例えば、オフセット）を加えることができる。
○ 与えられたビーム１５９内で重なる標的構造１５３について（例えば、光線１６３は複数の標的構造１５３と交差する）、対応するビームレット１６４の強度は最高の所望の線量を持つ標的構造に対する所望の線量に比例するか、または相関する強度を割り当てられ、および／または対応するビームレット１６４は最高の所望の線量を有する標的構造１５３によって重み付けされたその割り当てられた強度を有することができる。
○ 与えられたビーム１５９内で重なる標的構造について、対応するビームレット１６４の強度は最低の所望の線量を持つ標的構造に対する所望の線量に比例するか、または相関する強度を割り当てられ、および／または対応するビームレット１６４は最低の所望の線量を有する標的構造１５３によって重み付けされたその割り当てられた強度を有することができる。
図４Ｃを再び参照すると、ブロック４４において強度分布１６５を定義した後、方法２０は、ブロック４２のビーム構成およびブロック４４の強度分布に基づき線量分布の初期推定を生成することを伴うブロック４６に進むことがわかる。ブロック４６は、非限定的な例により、モンテカルロ、崩壊円錐畳み込み、ペンシルビーム、異方性解析アルゴリズム、ボルツマン方程式ソルバー、および／または同様のものなどの、線量推定の知られている方法を伴いうる。ブロック４６の線量推定は、ブロック４２のビーム構成のそれぞれのビーム１５９に対する線量を独立して推定し、次いで全体的な初期線量分布推定に達するようにそれらの線量寄与分を加えることを含むことができる。ブロック４６の線量推定は、ブロック４０の計算グリッド１５１Ａにおいて線量値をそれぞれのボクセルに割り当てることを伴うものとしてよい。これらの線量推定値は、図５Ａにおいてボクセルに対応するボックス内の数によって表され、より大きな数はより大きな推定される線量の量に一般的に対応すると理解される。初期化方法２０は、特定のボクセルと交差する光線（複数可）１６３を有するビームレット（複数可）１６４の強度と特定のボクセルに対して照射される対応する線量との間の近似的関係を確立するための手順（ブロック４７における）を適宜伴いうる。このブロック４７の近似的関係は、１つまたは複数の好適な較正手順を使用して決定され、経験的試験および／またはデータおよび／または同様のものに基づき決定されうる。このブロック４７の関係については、以下でさらに詳しく説明する。
次いで、方法２０は、ブロック４６の初期線量分布推定に基づき１つまたは複数の初期線量品質計量を適宜決定することを伴うブロック４８に進むことができる。ブロック４８で決定された線量品質計量は、一般的に、推定された線量分布の関数を含むものとしてよい。いくつかの線量品質計量として以下のものが挙げられる。
● 構造への平均的線量。
● 線量体積ヒストグラム（複数可）−ＤＶＨと称されることが多い。
● 標的構造（複数可）１５３の外側での線量低下率。
● 線量適合性指数（Ｄｏｓｅ ｃｏｎｆｏｒｍｉｔｙ ｉｎｄｉｃｅｓ）−例えば、処方線量と標的構造（複数可）１５３の形状との一致度。
● 放射線生物学的な目標（複数可）−例えば、腫瘍制御確率、正常組織障害発生確率（ｎｏｒｍａｌ ｔｉｓｓｕｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ）、等価均一線量（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｕｎｉｆｏｒｍ ｄｏｓｅ）、および／または同様のもの。
ＤＨＶは、ポピュラーな広く使用されている線量品質計量の１つである。ＤＨＶは、構造体積（標的組織または健常組織）をＹ軸に、線量をＸ軸にとったグラフである。治療計画を評価するときに累積ＤＶＨ（典型的には単に「ＤＶＨ」と称される）を使用するのがふつうである。図５Ｂは、断面部分１５１が図５Ａに示されている３次元計算グリッド１５１Ａにおいて示されている推定される線量分布に対応する２つの典型的なＤＶＨのグラフ１５４である。ＤＶＨ１５６は標的構造１５３に対応し、ＤＶＨ１５５は健常組織構造１５２に対応する。
達成可能な線量分布を生成し、その操作を可能にするための図４Ｂの方法１８を再び参照すると、ブロック２１８の初期化の完了後、方法１８は、所望の線量修正の座標および推定される大きさを決定することを伴うブロック２２０に進むことがわかる。所望の線量変更に関連付けられるブロック２２０において決定された座標は、所望の線量修正座標（複数可）／ボクセル（複数可）と称することができ、関連付けられている大きさは、所望の線量修正の大きさ（複数可）と称されうる。ブロック２１８は、所望の線量修正を示すオペレータ入力を受けることを伴いうる。非限定的な例によれば、オペレータは、計算グリッド１５１Ａにおける特定の線量修正ボクセルへの所望の線量修正（増加または減少）を指示することができ、オペレータは、線量品質計量および／または同様のものへの所望の修正を伝達することができる。さまざまな実施形態は、そのようなオペレータ入力を受け取るためのさまざまな異なる技術のうちの１つまたは複数を含むものとしてよい。このような技術として（限定はしないが）以下のものがある。
● キーボード入力（例えば、所望の線量修正ボクセルの空間位置（例えば、計算グリッド座標）および所望の線量修正の量をタイプ入力するか、または線量品質計量への所望の修正をタイプ入力する）。
● グラフィカルユーザインターフェースを介した線量分布および／または線量品質計量のグラフ表示の操作。
● マウスまたは類似のコンピュータポインティングデバイスを使用して被験者のグラフ表示上の位置を指定し、マウスボタンまたはキーボード入力を使用して、その位置における線量の増減を指示し、および／または所望の線量修正の大きさを指示すること。
● 他のコンピュータ入力デバイス（トラックボール、タッチスクリーン、音声コマンド、ビデオコマンド、および／または同様のもの）も使用することができる。
図７Ａは、線量分布１７０の表示（例えば、グラフ表示）上で直接的に所望の線量修正をオペレータが伝達する一例を示している。図７Ａの例では、オペレータは、健常組織構造１５２の内側の線量修正位置（例えば、線量修正ボクセル）１７１を選択し、次いで、その線量修正ボクセル１７１で所望の線量低減を伝達する。
図８Ａは、ＤＶＨの表示（例えば、グラフ表示）上で所望の線量修正をオペレータが伝達する一例を示している。図８Ａの例では、オペレータは、標的構造に対応するＤＶＨ １８２上の点１８１を選択し、より高い線量１８３に対応する調整を指示する。上で述べたように、ブロック２２０は、所望の線量修正の座標（例えば、ボクセル位置）と推定される大きさを決定することを伴う。したがって、ブロック２２０は、図８ＡのＤＶＨ入力を対応する線量修正座標／ボクセルならびに所望の線量修正の大きさに変換するためのプロセスを伴いうる。同様に、ブロック２２０は、他の線量品質計量（複数可）に関係する他の入力を対応する線量修正座標／ボクセルならびに所望の線量修正の大きさに変換するためのプロセス（複数可）を伴いうる。特定の実施形態では、所望の線量修正の座標および大きさは、以下を含むプロセスによってブロック２２０において決定されうる。
● 線量品質計量関数を反転して、線量の大きさおよび線量の座標が線量品質計量の関数（複数可）となるようにする。
● オペレータが指示した修正を反転された線量計量関数における線量品質計量値に適用することによって必要な線量分布修正（大きさおよび位置）を計算する。
図９Ａは、図８ＡのＤＶＨのオペレータ操作に対応する線量修正の線量修正座標（例えば、ボクセル位置）１９１を含むこのブロック２２０の反転手順の結果の一部を示している。図９Ａに図示されている例において、図８ＡのＤＶＤ操作は、標的構造１５３の内部の座標（ボクセル位置）１９１の線量の大きさの所望の増大に対応する。対応する線量修正の大きさもブロック２２０の反転手順の一部として決定されるけれども、これらは、図９Ａの概略図には明示的に示されていない。
図１０は、別の種類の線量品質計量（図示されている例では、正常組織障害発生確率（ＮＴＣＰ）および腫瘍制御確率（ＴＣＰ）として知られている生物学的指標）の表示（例えば、グラフ表示）上で所望の線量修正をオペレータが伝達する一例を示す図である。図１０の例において、ＮＴＣＰおよびＴＣＰは棒ヒストグラムの形式で表示され、オペレータはＮＴＣＰ２０３を選択し、ＮＴＣＰ２０３が低減されるべきであることを指示する（２０１で）。上述のように、オペレータ入力が線量品質計量の所望の修正である場合、ブロック２２０は、オペレータ操作に対応する所望の線量修正の座標（例えば、ボクセル位置）および大きさを決定するために反転手順を実行することを伴うものとしてよい。このブロック２２０の反転の結果は、ＮＴＣＰの図１０のオペレータ操作に対応する線量修正の座標（例えば、ボクセル位置）２１１を示す図１１Ａに示されている。図１１Ａに図示されている例において、図１０のＮＴＣＰ操作は、健常組織構造１５２の内部の座標（ボクセル位置）２１１の線量の大きさの所望の減少に対応する。対応する線量修正の大きさもブロック２２０の反転手順の一部として決定されるけれども、これらは、図１１Ａの概略図には明示的に示されていない。
いくつかの実施形態では、所望の線量修正入力を線量品質計量の操作の形で受け取り、反転以外の技術を使用して所望の線量修正ボクセルおよび対応する線量修正の大きさを予測することができる。特定の一例において、ＤＶＨへの変更は、対応する線量（Ｄ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄ）および対応する体積（Ｖ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄ）によって識別されうるＤＶＨ曲線上の１つの点への変更を含む入力として受け取られる。次いで、線量修正ボクセルは、ボクセルをボクセルがＤ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄ ＋／−Δ内に収まる値を有している場合に線量修正ボクセルと識別することを含むいくつかの技術を使用して（ブロック２２０において）識別することができ、ただし、Δは固定値（オペレータ側で選択可能であってよい）、Ｄ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄの割合（オペレータ側で選択可能な割合であってよい）、較正または経験的証拠によって決定された値、および／または同様の値とすることができる。いかなるボクセルも線量修正ボクセルと識別されない場合、Δは拡大され、ボクセルは少なくとも１つの線量修正ボクセルが識別されるまで再識別されうる。多数のボクセル（例えば、その構造に対するすべてのボクセルまたは構造内のボクセルの閾値数または閾値割合より多いボクセル）が線量修正ボクセルと識別される場合、Δを低減し、ボクセルを再識別することができる。いくつかの実施形態では、ＤＶＨが変更される構造の内側のすべてのボクセルは、線量修正ボクセルと識別されうる。非限定的な例では、線量修正の大きさは、Ｄ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄ値の割合、ＤＶＨが対応する構造に対する最大線量の割合、ＤＶＨが対応する構造に割り当てられた処方線量の割合、すべての構造に割り当てられた最大処方線量の割合、オペレータによるマウスもしくは類似のコンピュータポインティングデバイスの移動の量に相関する（例えば、比例する）割合、オペレータ側で選択した量、オペレータ側で構成可能なパラメータであるか、または「ハードコーディング」された定数とすることができる固定された量、上記の組み合わせ、および／または同様のものに基づき決定されうる。
ブロック２２０は、所望の線量変更の座標（例えば、ボクセル位置（複数可））および大きさを決定することを伴う。所望の線量変更に関連付けられるブロック２２０において決定された座標は、所望の線量修正座標（複数可）／ボクセル（複数可）と称することができ、関連付けられている大きさは、所望の線量修正の大きさ（複数可）と称されうる。典型的には、必ずというわけではないが、そのような所望の線量修正座標（複数可）および大きさ（複数可）は、オペレータ入力に基づき決定されるが、それに加えて、または代替えとして、他の形式の入力（例えば、コンピュータによって生成される自動化されたテスト入力および／または同様のもの）に基づき生成することが可能である。そのようなオペレータ入力は、所望の線量修正の座標および大きさの直接的指定または１つまたは複数の線量品質計量への所望の変更の指定による所望の線量修正の座標および大きさの間接的指定を伴いうる。図７Ａ、８Ａ、９Ａ、１０Ａ、および１１Ａに示されている例は、例示することのみを目的としており、本発明の範囲を制限することを意図していない。使用することが可能な他の線量品質計量は数多くある。さらに、それぞれの線量品質計量は、多くの異なる形式（グラフまたは他の形式）で表すことが可能である。ブロック２２０の手順は、線量品質計量、および線量分布の関数である表示の操作を伴う。
いくつかの実施形態では、ブロック２２０は、上で説明されている技術に従って決定された一次線量修正座標／ボクセルおよび対応する線量修正の大きさに加えて、二次線量修正座標／ボクセルおよび対応する線量修正の大きさを決定することを伴うものとしてよい。二次線量修正ボクセルは、一次線量修正ボクセルに近い周縁領域内で定義されうる。非限定的な例により、このような二次線量修正ボクセルは、周縁領域内で、一次線量修正座標系から離れるボクセルの閾値数以下であると決定することが可能である。周縁領域を画成するボクセルの閾値数は、オペレータによって構成可能であり、１つまたは複数の好適な較正手順によって決定されうるシステムパラメータであり、経験的試験結果および／またはデータに基づき決定されうるシステムパラメータであり、および／または同様のものであるものとしてよい。
二次線量修正ボクセルの二次線量修正の大きさは、その対応する一次線量修正ボクセルの一次線量修正の大きさより小さいものとしてよい。例えば、二次線量修正の大きさは、一次線量修正の大きさのある割合α（０≦α≦１）とすることができる。この割合は、与えられた二次線量修正ボクセルとその対応する一次線量修正ボクセルとの間の距離の関数であるものとしてよい−例えば、一次線量修正ボクセルから３ボクセル分の距離の周縁領域内で、この割合は、一次線量修正ボクセルに対して最も近い隣接要素である二次線量修正ボクセルについては比較的高く、一次線量修正ボクセルから１ボクセル分だけ間隔をあけて並ぶ二次線量修正ボクセルについてはより低く、一次線量修正ボクセルから２ボクセル分だけ間隔をあけて並ぶ二次線量修正ボクセルについては最も低いものとしてよい。
他の点では（例えば、本明細書で説明されている方法およびシステムに伴う他の手順の目的に関して）、ブロック２２０の一部として決定された二次線量修正ボクセルは、大部分、ブロック２２０で決定された一次線量修正ボクセルと同じやり方で処理されうる。したがって、ブロック２２０で決定された一次線量修正ボクセルと二次線量修正ボクセルは両方とも、単純に線量修正ボクセルと称されうる。
次いで、図４Ｂを参照すると、方法１８は、ブロック４２のビーム構成におけるそれぞれのビーム１５９について、ブロック２２０の所望の線量修正座標に対応するボクセルと交差する光線１６３を決定することを伴うブロック２２１に進む。上で説明されているように、これらの光線１６３のそれぞれは対応する強度分布１６５の対応するビームレット１６４に関連付けられる。ブロック２２１は、これらのビームレット１６４の座標を決定することも伴いうる。ブロック２２０の所望の線量修正座標に対応するボクセルと交差する光線１６３は、線量変更光線１６３と称され、その対応するビームレット１６４は、線量変更ビームレット１６４と称されうる。
次いで、方法１８は、ブロック２２１で識別された線量変更ビームレット１６４の強度を調整することを伴うブロック２２３に進む。例えば、ブロック２２０において、特定の所望の線量修正ボクセルに対応する線量が減少するべきと決定された場合、ブロック２２３は、典型的には、対応する線量変更ビームレット１６４の強度を下げることを伴う。逆に、ブロック２２０において、特定の所望の線量修正ボクセルに対応する線量が増加するべきと決定された場合、ブロック２２３は、典型的には、対応する線量変更ビームレット１６４の強度を上げることを伴う。
ブロック２２３における線量変更ビームレット１６４の強度の変更は、広範な技術を使用して実行されうる。非限定的な例は以下のとおりである。
● 同一の大きさの強度変更または同一の割合の強度変更をそれぞれの線量変更ビームレット１６４に適用することができる。
● 同一の強度変更を線量変更ビームレット１６４の１つまたは複数の部分集合に適用することができる。線量変更ビームレット１６４のこのような部分集合は、例えば、連続的線量変更光線１６３、ｎ番目毎（例えば、２番目または３番目毎）のビーム１５９からの線量変更ビームレット１６４、ランダムに選択された線量変更ビームレット１６４、および／または同様のものに対応することが可能である。
● 異なる大きさまたは割合の強度変更を線量変更ビームレット１６４のすべてまたは部分集合に適用することができる。および／または
● 同様の例。
ブロック２２３の線量変更ビームレット１６４の強度の変更の大きさは、ブロック２２０の所望の線量修正の大きさ（複数可）の関数である（例えば、相関するか、または比例する）ものとしてよい。上で簡単に説明したように、初期化方法２０は、特定のボクセルと交差する光線（複数可）１６３を有するビームレット（複数可）１６４（例えば、線量修正ボクセルと交差する線量変更ビームレット１６４）の強度と特定のボクセルに対して照射される対応する線量との間の近似的関係を確立する手順（ブロック４７）を適宜備えることができる。この近似的関係は、例示されている実施形態のブロック４７において決定されるように示されているが、これは必ずそうであるというわけではなく、この近似的関係は、場合によって別の手順を含む、１つまたは複数の他の手順の一部として決定されうる。この近似的関係は、ブロック２２３の線量変更ビームレット１６４の強度への変更の決定の一部として使用されうる。線量変更ビームレット１６４の強度と線量修正ボクセルの線量変更の大きさとの間の近似的関係は、Ｄを線量修正ボクセルに対する線量（または線量変更）、ｉを線量変更ビームレット１６４に対する近似的強度（または強度変更）値、ｎを線量修正ボクセルに対する線量変更ビームレット１６４の数、ｇをスケーリング変数とすると、Ｄ＝ｇｎｉで表すことができる。スケーリング変数ｇは、ブロック４７で決定することができる。したがって、ブロック２２０の所望の線量修正の特定の大きさＤについて、線量変更ビームレット１６４の強度値の調整ｉは、この近似的関係に従って決定することができる。
ブロック２２３の線量変更ビームレット１６４の強度変更に制限を適用することができる。このような制限は−例えば、実際に達成可能である線量分布をより正確に反映するため−実用上の考慮事項に関係するものとしてよい。非限定的な例において、このような強度変更の制限は以下のとおりとすることができる。
● 線量変更ビームレット１６４の強度（ブロック２２３の変更の後の）は、最小閾値より大きくなければならない（例えば、負の強度は許されない）。
● 線量変更ビームレット１６４の強度（ブロック２２３の変更の後の）は、最大閾値より小さくなければならない。
● 線量変更ビームレット１６４の強度（ブロック２２３の変更の後の）は、空間的変動が対応する線量分布１６５または線量分布グリッド１６２（図６を参照）の２次元範囲にわたって制限されるように制御されなければならない。例えば、そのような制限は、強度の最大（大きさまたは割合の）変更を特定の線量分布１６５におけるすぐ近くのビームレット１６４の間に（または隣接するビームレット１６４のある範囲内に）限定することができる。および／または
● 同様の例。
ブロック２２３において、１つまたは複数の線量変更ビームレット１６４の予想される強度変更が、強度変更制限に違反すると判定された場合、ブロック２２３においてさまざまな戦略をとってそのような違反を解消することができる。非限定的な例において、このような戦略は以下を伴うことができる。
● ブロック２２０の所望の線量修正を拒絶すること。
● ブロック２２０の所望の線量修正の大きさを調整すること。
● 強度の制限違反を引き起こす線量変更ビームレット１６４に対応する１つまたは複数のビーム１５９は、その後の線量推定から省くことができる（以下でさらに説明する）。
● 二次線量修正ボクセルに関連付けられている１つまたは複数のビームレット１６４の強度変更を省くことができるか、または二次線量修正ボクセルの周縁領域を低減することができる。
● １つまたは複数の対応する線量変更ビームレット１６４に適用される１つまたは複数の強度変更の大きさは、強度変更制限に違反しなくなるまで修正することができる。
● 上記の戦略のうちの２つまたはそれ以上の組み合わせ。および／または
● 同様の戦略。
予想されるブロック２２３の強度変更による強度変更制限の違反がなくなったことが確認された後、線量変更ビームレット１６４の強度を上述のように修正する。
いくつかの実施形態では、ブロック２２１は、二次線量変更ビームレット１６４を識別することを伴い、ブロック２２３は、上述の技術による一次線量変更ビームレット１６４の識別および強度値調整に加えて二次線量変更ビームレット１６４の強度値を調整することを伴いうる。二次線量変更ビームレット１６４は、一次線量変更ビームレット１６４に近い周縁領域内で識別されうる。非限定的な例により、このような二次線量変更ビームレット１６４は、周縁領域内で、一次線量変更ビームレットから離れるビームレットの閾値数以下であると識別することが可能である。周縁領域を画成するビームレットの閾値数は、オペレータによって構成可能であり、１つまたは複数の好適な較正手順によって決定されうるシステムパラメータであり、経験的試験結果および／またはデータに基づき決定されうるシステムパラメータであり、および／または同様のものであるものとしてよい。
ブロック２２３の二次線量変更ビームレット１６４への強度調整は、一次線量変更ビームレット１６４への対応する調整より小さいものとしてよい。例えば、ブロック２２３の二次線量変更ビームレット１６４への強度調整は、一次線量変更ビームレットへの強度調整の割合αとすることができる（０≦α≦１）。この割合は、与えられた二次線量変更ビームレットとその対応する一次線量変更ビームレットとの間の距離の関数であるものとしてよい−例えば、一次線量変更ビームレットから３ビームレット分の距離の周縁領域内で、この割合αは、一次線量変更ビームレットに対して最も近い隣接要素である二次線量変更ビームレットについては比較的高く、一次線量変更ビームレットから１ビームレット分だけ間隔をあけて並ぶ二次線量変更ビームレットについてはより低く、一次線量変更ビームレットから２ビームレット分だけ間隔をあけて並ぶ二次線量変更ビームレットについては最も低い。
他の点では（例えば、本明細書で説明されている方法およびシステムに伴う他の手順の目的に関して）、二次線量変更ビームレット１６４は、大部分、一次線量変更ビームレット１６４と同じやり方で処理されうる。したがって、一次線量変更ビームレットと二次線量変更ビームレットは両方とも、単純に線量変更ビームレットと称されうる。
次いで、方法１８（図４Ｂ）は、ブロック２２３の線量変更ビームレット１６４の強度の変更に基づき達成可能な線量分布の変更を決定することと、それに応じて線量分布を更新することとを伴うブロック２２４に進む。線量変更ビームレット１６４の強度を修正することは、ブロック２２０において識別された所望の線量修正ボクセルに照射される推定される線量に影響を及ぼすだけでなく、他のボクセル（例えば、線量変更光線１６３の経路内および経路の周りのボクセル）に照射される推定される線量にも影響を及ぼすことは理解されるであろう。典型的には、達成可能な線量分布の最大変更（線量変更ビームレット１６４の強度の変更によって引き起こされる）は、所望の線量修正ボクセル内で生じ、達成可能な線量分布の変更は、所望の線量修正ボクセルを囲むボクセル内ではいくぶん小さくなる。
ブロック２２４の線量分布の変更の推定は、モンテカルロ、崩壊円錐畳み込み、ペンシルビーム、異方性解析アルゴリズム、ボルツマン方程式ソルバー、および／または同様のものなどの公知の線量推定技術の使用を伴いうる。ブロック２２４の線量分布の推定は、本明細書で説明されている高速線量分布推定技術のうちの１つまたは複数を伴いうる。一般的に、ブロック２２４の線量推定技術は、計算効率がよいことが望ましい。ブロック２２４は、より計算効率が高いと思われる個別の線量変更光線１６３にそった特定の線量変更ビームレット１６４の強度変更の結果として得られる線量推定を更新することができる線量推定技術を使用することを伴いうる。次いで、線量推定における結果として生じる変更を既存の線量分布推定に加える（または線量低減の場合には差し引く）ことができる。この点で、ブロック２２４は、強度がブロック２２３内で修正された線量変更ビームレット１６４に対する達成可能な線量分布を更新することを伴うだけでよい−つまり、ブロック２２３内で線量分布推定全体を再計算する必要はない。典型的には、ブロック２２３内でその強度が修正された線量変更ビームレット１６４の数は、与えられたビーム１５９に関連付けられているビームレット１６４の比較的小さな部分集合である。いくつかの線量推定技術によれば、ブロック２２４の線量推定更新は、したがって、完全な線量分布推定に比べて比較的少量の計算リソースで済む。
図４Ｄは、特定の一実施形態によるブロック２２４で使用されうる達成可能な線量分布の変化を決定するための線量推定更新方法５０を示す。例示されている実施形態の線量推定更新方法５０では、複数の線量修正ボクセルがブロック２２０で指定された（例えば、ブロック２２０でオペレータによって要求された線量分布変更の結果、複数の座標／ボクセルで線量が修正された）と仮定する。線量推定更新方法５０は、線量推定更新において考慮されるべきより多くの線量修正ボクセルがあるかどうかの調査を伴うブロック５１で開始する。方法５０を通る第１のループにおいて、ブロック５１の調査結果は、典型的には肯定的であり（ブロック５１の「はい」更新経路）、方法５０はブロック５２に進む。ブロック５２に進む前に、ブロック５１は、方法５０の線量推定更新ループのこの反復に対して１つの線量修正ボクセルを現在の線量修正ボクセルであるものとして選択することも伴いうる。
例示されている実施形態のブロック５２は、現在の線量修正ボクセルに対応する線量変更ビームレット１６４を識別することを伴う。そのような線量変更ビームレット１６４は、ブロック２２１（図４Ｂ）において現在の線量修正ボクセルと交差する対応する線量変更光線１６３を有するものとして識別されたビームレットであってよい。そのような線量変更ビームレット１６４のそれぞれについて、方法５０は、そのビームレット１６４に対する強度変更を得ること（ブロック５４）とそのビームレット１６４に対する強度変更に帰すべき線量分布を推定すること（ブロック５６）とを伴う。ブロック５６の特定の線量変更ビームレット１６４に対する強度変更に帰すべき線量寄与分の推定は、モンテカルロ、崩壊円錐畳み込み、ペンシルビーム、異方性解析アルゴリズム、ボルツマン方程式ソルバー、および／または同様のものなどの、知られている線量推定技術の使用を伴いうる。ブロック５６の線量推定は、以下でさらに説明されている高速線量分布推定技術のうちの１つまたは複数を伴う。
次いで、例示されている実施形態の方法５０は、現在の線量修正ボクセルに対する推定される線量分布更新を得るために現在の線量修正ボクセルに対応する線量変更ビームレット１６４のすべてについてブロック５６の推定される線量分布を総和することを伴うブロック５８に進む。ブロック６０において、ブロック５８の現在の線量修正ボクセルに対する線量分布更新を適宜スケーリングして、現在の線量修正ボクセルに対応するスケーリングされた線量更新グリッドを構成することができる。線量更新グリッドという用語は、線量更新分布または線量修正分布と入れ替えて使用することができる。上で説明されているように、近似的関係は、線量修正ボクセルの線量変更と線量変更ビームレット１６４の対応する強度変更との間で（例えば、初期化方法２０のブロック４７において）確定することができ、この近似的関係に従って、線量変更ビームレット１６４の強度の変更はブロック２２３において確定することができる。しかし、この関係は、近似にすぎない。その結果、ブロック５８の線量変更ビームレット１６４のそれぞれに対する線量変更寄与分の総和では、線量修正ボクセルの線量変更の所望の大きさ（例えば、ブロック２２０の所望の大きさ）は得られない。そのような場合、ブロック５８の線量変更ビームレット１６４のそれぞれに対する線量変更寄与分の総和は、線量変更の所望の大きさ（例えば、ブロック２２０の所望の線量変更の大きさ）を達成するスケーリングされた線量更新グリッドが得られるようにブロック６０においてスケーリングすることができる。ブロック６０の線量更新グリッドのスケーリングは、線量変更ビームレットの強度への対応するスケーリングも伴いうる。線量変更ビームレットは、類似の係数によってスケーリングすることができる。例えば、ブロック６０の線量変更グリッドのスケーリングがスケーリング係数ｓを伴う場合、線量変更ビームレットの強度は、同じスケーリング係数ｓによってスケーリングされうる。
線量修正ボクセルの線量変更と線量変更後ビームレット１６４の対応する強度変更との間に確立された近似的関係であってよいので、ブロック６０のスケーリングは最小であるものとしてよい。いくつかの実施態様では、ブロック６０のスケーリングは、使用されない。いくつかの場合において、ブロック６０のスケーリングが使用される場合であっても、ブロック６０のスケーリングの量を制限することが望ましいと思われる。例えば、上で説明されているビーム制限のどれかなどの、ビーム制限に違反する１つまたは複数のビームレット強度を結果としてもたらしうるやり方でスケーリングすることは望ましくない場合がある。いくつかの場合において（例えば、スケーリングが使用されていないか、または量が制限されているため）、線量修正ボクセル内の所望の線量変更の大きさ（例えば、ブロック２２０の線量修正の大きさ）を達成することが可能でない場合がある。この状況は許容可能である。
図１２は、特定の一実施形態による特定の線量修正ボクセル２３１に対応するスケーリングされた線量更新グリッド２３４の一例の概略を示している。図１２に示されている内容において、現在の線量修正座標は、標的組織構造１５３内のボクセル２３１である。図４Ｂ、４Ｄ、および１２を参照すると、ブロック２２１では、一連のビーム１５９に対する例示されている光線１６３（および対応するビームレット１６４）を線量変更光線１６３および線量変更ビームレット１６４であると識別する。対応する線量変更ビームレット１６３の強度値の変更（図４Ｂのブロック２２３で決定される）は、ブロック５４（図４Ｄ）のそれぞれの反復で得られ、各線量分布寄与分は、ブロック５６（図４Ｄ）のそれぞれの反復で推定される。これらのブロック５６の線量分布寄与分は、ブロック５８で総和され、ブロック６０で適宜スケーリングされて、図１２に示されているスケーリングされた線量更新グリッド２３４が得られる。
図１２は、線量更新値を含む線量更新グリッド２３４を示している。グリッド２３４内の特定のボクセルについて決定された線量更新値は、線量更新グリッド２３４のボックス内に示されている数値によって表される。グリッド２３４に対する線量更新値は、スケーリングされた線量更新値に関して表される−つまり、現在の線量修正ボクセル２３１で１００％の線量更新値は所望の線量変更の大きさ（例えば、ブロック２２０の所望の線量変更の大きさ）の１００％の線量更新を表し、現在の線量修正ボクセル２３１の周りの他のボクセルの線量更新値は所望の線量変更の大きさのより低い割合を表す。図１２は、最大の線量分布変更が現在の線量修正ボクセル２３１のところで行われるが、線量分布変更は周辺ボクセル内でもより小さな範囲で行われることを示している。図１２に示されている線量更新グリッド２３４は２次元表示であるが、実際には、方法５０により決定された線量更新グリッドは３次元であることは理解されるであろう。
ブロック６０の線量更新グリッド２３４は、ブロック６４内の達成可能な線量分布全体に加える（または差し引く）線量の量を表すものとしてよい。上で説明されているように、ブロック４６（図４Ｃ）で達成可能な初期線量分布全体を決定することができる。ブロック４６の線量分布全体の初期推定は、方法１８（図４Ｂ）の１つまたは複数の前の反復で更新されうる。ブロック６４は、線量更新グリッド２３４の線量更新値を線量分布全体の推定に加えることを伴うものとしてよい。次いで、現在の線量修正ボクセル２３１に対する線量分布寄与分で線量分布全体の推定を更新する。次いで、方法５０は、ブロック５１にループバックして、方法５０の線量推定更新において考慮すべき他の線量修正ボクセルがあるかどうかを判定する。ブロック５２〜６４を通る１つまたは複数のループの後、ブロック５１の調査結果は否定的であり、方法５０を終了する。
当業者であれば、図４Ｄの実施形態の線量推定更新方法５０は、ブロック２２３（図４Ｂ）の一部として線量推定を更新する１つの特定の方法を表すことを理解するであろう。他の実施形態では、異なる順序のオペレーションを使用することにより同等の線量推定更新を決定することも可能である。非限定的な例によれば、線量修正ボクセルおよび線量変更ビームレットをループする代わりに、すべての線量修正ボクセルを識別し、線量修正ボクセルのすべてから結果として得られる線量変更ビームレットの強度変更を総和し、次いで単一の線量推定プロセスで線量変更ビームレットのすべてに対応する線量変更を推定することによって同じ、または類似の線量推定更新結果を得ることが可能である。他の順序のオペレーションもブロック２２４（図４Ｂ）の一部として線量更新を推定することに関して企図されうる。いくつかの実施形態では、ブロック６０および６２のスケーリングおよび乗算のオペレーションは、特定の線量修正ボクセルに対する所望の線量変更の大きさ（図４Ｂのブロック２２０を参照）は、線量変更ビームレット１６４の強度変更の量をすでに考慮されている可能性があるので不要である。いくつかの実施形態では、すべての線量修正ボクセルが同時に更新される場合、線量修正ボクセルのすべてに対する所望のスケーリングの組み合わせ（例えば、ある種の平均）である何らかのレベルでスケーリングが実行されうる。
例示されている実施形態の方法５０は、線量変更ビームレットの個別の強度変更を取得することと（ブロック５４において）、線量変更を推定することと（ブロック５６、５８、６０、６２）、次いで既存の線量分布の線量変更を加えて（または差し引いて）（ブロック６２）ブロック２２４（図４Ｂ）の更新された線量分布を取得することとを伴う。この例示されている実施形態は、強度および線量の変更と連携し、多くの線量推定技術が重ね合わせの原理に従うので可能である。他の実施形態では、方法１８（図４Ｂ）のブロック２２４で使用されうる線量推定更新方法は、既存の線量分布（またはその一部（複数可））を破棄し、次いで代替線量分布（またはその代替の一部（複数可））を推定することを伴うものとしてよい。そのような代替線量分布（またはその代替の一部（複数可））は、線量変更ビームレット１６４の調整された強度の絶対値に基づくものとしてよい（つまり、線量変更ビームレット１６４の強度の変更ではなく）。
そのような一実施形態の一例において、破棄することが可能である既存の線量分布の部分は、線量変更ビームレット１６４の前の値が寄与する既存の線量分布の部分を含み、この場合、更新された線量分布推定の推定される代替の部分は線量変更ビームレット１６４の新しい強度値からの線量の寄与分となる。そのような一実施形態の別の例において、破棄することが可能である既存の線量分布の部分は、ビーム１５９の強度分布１６５（例えば、１つまたは複数の線量変更ビームレット１６４を有する強度分布１６５）が寄与する既存の線量分布の部分を含み、この場合、更新された線量分布推定の代替の部分はビーム１５９の修正された強度分布１６５（例えば、１つまたは複数の線量変更ビームレット１６４に対する更新された強度値によって修正される強度分布１６５）からの線量の寄与分となる。このような一実施形態の別の例において、既存の線量分布全体を破棄し、ビーム１５９のすべての更新された強度分布１６５のすべてからの線量の寄与分に基づき代替の線量分布を推定することが可能である。既存の線量分布の一部を破棄し、更新された線量分布推定に対する代替の部分を推定するこれらの技術は、以下でさらに説明される達成可能な線量分布の高速推定を行うための畳み込み法と併せて使用される場合に特に有益であると思われる。
方法５０および／またはブロック２２４（図４Ｂ）の終わりに、達成可能な線量分布は、所望のブロック２２０の線量分布変更（例えば、オペレータ側で要求する線量分布変更）を受け入れるように更新されている。当業者であれば、上記の説明から、ブロック２２４において達成可能な線量分布を更新するさまざまな技術があることを理解するであろう。いくつかのこのような技術は上ですでに説明されているが、上で説明されているものの修正であるか、または上で説明されているものと異なる他の好適な技術もまだありうる。しかしながら、ブロック２２４の終わりに、所望のブロック２２０の線量分布変更を受け入れるように達成可能な線量分布が更新されている。ブロック２２４の終わりの線量分布の更新された推定は、オペレータ向けに表示することができる。図４Ｂを再び参照すると、方法１８は、ブロック２２５に適宜進むことができ、そこで、ブロック２２４の更新された線量分布に基づき１つまたは複数の線量品質計量を更新することができる。このような線量品質計量も、オペレータ向けに表示することができる。
図７Ｂは、ブロック２２０において得られるか、または他の何らかの形で決定された図７Ａの所望の線量変更の結果としての更新された線量分布推定１７３（ブロック２２４で決定される）の断面を示している。図７Ａの線量変更が健常組織構造１５２のボクセル１７１に照射される線量の所望の低減に対応していたことに注意すると、図７Ｂは線量低減がボクセル１７１で最大となることを示していることがわかる。しかし、図７Ｂの更新された線量分布推定１７３は、ボクセル１７１を囲むボクセルについて線量推定が小さくなっていることも示している。図７Ｂに示されている更新された線量分布は、ブロック２２４でオペレータに対して表示することができる。
図９Ｂは、ブロック２２０において決定された図９Ａの所望の線量変更の結果としての更新された線量分布推定１９３（ブロック２２４で決定される）の断面を示している。上で説明されているように、図９Ａの所望の線量変更は、標的組織構造１５３に照射される線量の増加および線量修正ボクセル１９１に照射される線量に対する対応する増加を伴う図８ＡのＤＶＨの所望の変更に対応する。図９Ｂは、最大の線量増加は線量修正ボクセル１９１で生じるが、線量増加はボクセル１９１を囲むボクセルについても生じることを示している。図９Ｂに示されている更新された線量分布は、ブロック２２４でオペレータに対して表示することができる。図８Ｂは、図９Ｂの更新された線量分布推定に対応する更新されたＤＶＨを示している。図８ＢのＤＶＨは、ブロック２２５において決定され、オペレータに対して表示することができる。図８Ｂは、標的組織のＤＶＨ１８２は所望の変更点１８１に最も近い位置で変わるが、より小さな変更は、健常組織のＤＶＨ １８６にも生じることを示している。
図１１Ｂは、ブロック２２０において決定された図１１Ａの所望の線量変更の結果としての更新された線量分布推定２１３（ブロック２２４で決定される）の断面を示している。上で説明されているように、図１１Ａの所望の線量変更は、健常組織構造１５２に照射される線量の減少および線量修正ボクセル２１１に照射される線量に対する対応する減少を伴う図１０のＮＴＣＰ生物学的指標の所望の変更に対応する。図１１Ｂは、最大の線量減少は線量修正ボクセル２１１で生じるが、線量減少はボクセル２１１を囲むボクセルについても生じることを示している。図１１Ｂに示されている更新された線量分布は、ブロック２２４でオペレータに対して表示することができる。図面に明確に示されてはいないけれども、更新された生物学的指標は、ブロック２２５において決定され、オペレータに対して表示することができる。
いくつかの実施形態では、方法１８および／またはその一部はループで実行されうる。例えば、ブロック２２４および／または２２５の終わりに、方法１８はブロック２２０にループバックして、追加の線量変更（例えば、追加の所望の線量変更のオペレータ入力）を許すことができる。いくつかの実施形態では、線量推定更新（ブロック２２４）および／または線量品質計量への更新（ブロック２２５）は、定期的に実行し、および／または表示することができる。そのような計算および／または表示更新の期間（時間的期間である必要はない）は、さまざまな技術を使用して定義することができる。非限定的な例において、更新は以下のように実行することができる。
● ブロック２２０の所望の線量修正が要求されるか、または他の何らかの形で決定される毎。
● 複数のブロック２２０の所望の線量修正が要求されるか、または他の何らかの形で決定された後。
● 時間間隔の後。
● 複数のブロック２２０の所望の線量修正が要求された場合、要求された線量修正の何らかの部分集合を含む結果を表示することが望ましいことがある。
● 達成可能な線量分布および／または線量品質計量が閾値量だけ変更された後。
● 上記の組み合わせ（例えば、一定の時間間隔または閾値数の所望の線量修正が要求された後）。および／または
● 同様のタイミング。
方法１８の手順のいくつかは、互いに重なっていてもよい。例えば、オペレータは、方法１８の残り部分が完了する前に複数の所望の線量修正（ブロック２２０）を要求することがある。所望の線量修正はオペレータによって伝達される（または他の何らかの形でブロック２２０において得られる）ので、方法１８の残り部分が実行され、修正が連続的に適用され、達成可能な線量分布も連続的に更新されうる。前の所望の線量修正更新に対する方法１８の残り部分の完了前に、１つまたは複数のさらなる所望の線量修正が要求されるという状況が生じることもある。さらなる所望の線量修正をキューに入れ、特定の所望の線量修正について方法１８が完了した後、キューに入っている次の所望の線量修正に対して方法１８を完了できるようにする。この方法で、すべての所望の線量修正要求変更が最終的に処理されることになる。他の実施形態では、さらなる所望の線量修正要求は、前の所望の線量修正に対して方法１８が完了した後にのみ許可されうる。前の所望の線量修正要求に対して方法１８が実行されている間にさらなる所望の線量修正要求を取り扱うための追加の例示的なスキームは、限定はしないが、残りの要求がキューに入れられている一方、２番目、３番目、またはＮ番目の要求（Ｎは整数）を拒絶することを含む。
方法１８において（例えば、ブロック２２４および／または方法５０の一部として（図４Ｄ））、いくつかの所望の線量修正要求（例えば、ブロック２２０の所望の線量修正要求）を禁止または制限することが望ましい場合がある。例えば、標的組織構造１５３への線量を閾値以下に下げるか、または健常組織構造１５２への線量を閾値以上に上げることは、望ましくないと考えられる。そのような閾値としては、例えばオペレータ側で指定した閾値、システム閾値パラメータ、および／または同様のパラメータが挙げられる。制限（例えば、閾値）は、線量分布を推定それ自体について、および／または１つまたは複数の線量品質計量に対して指定されうる。方法１８の一部として、達成可能な線量分布への提案された更新および／または１つまたは複数の線量品質計量への提案された更新は、１つまたは複数のそのような制限に関して評価することができる。そのような制限に違反した場合には、さまざまな処置が実行されうる。非限定的な例は以下のとおりである。
● 制限違反に対応するブロック２２０の所望の線量修正要求を拒絶することができる。
● ブロック２２０の所望の線量修正要求の大きさを、制限に違反しなくなるように調整することができる。
● 制限の違反を解消するために、ブロック２２０の所望の線量修正要求の１つまたは複数の追加の変更を実行することができる。および／または
● 同様の処置。
ブロック２２０の所望の線量修正要求の１つまたは複数の追加の変更が制限の違反を解消するための変更である場合、以下の例示的な手順を使用することができる。
● 制限に違反する線量分布内のボクセルに対応する制限違反座標（例えば、ボクセル）を決定することができる。このような制限違反座標は、ブロック２２０の線量修正座標の決定に類似する仕方で決定されうる（例えば、線量品質計量）。
● 線量修正を制限違反座標に適用し、その結果得られる線量分布推定を図４Ｂの方法１８に従って得ることができる。
● 新しい線量分布推定を制限違反座標の変更について計算した後、新しい線量分布推定を制限違反について評価することができる。
● １つまたは複数の制限の違反が続いている場合、制限違反がなくなるまでこの手順を繰り返すことができる。
方法１８（ループまたはその一部）の終わりに、方法１８は、達成可能な線量分布および／または推定される線量品質計量を生成する。好ましくは、そのような達成可能な線量分布および／または推定される線量品質計量は、オペレータの治療目標を達成する。達成可能な線量分布および／または線量品質計量は、別の方法もしくはシステムによる使用のため出力することができる。そのような方法またはシステムは、例えば、電子化されたデータベース、治療計画最適化システム、放射線照射装置、および／または放射線治療で使用される他のシステムまたはデバイスへの入力を備えることができる。図１８の線量分布推定に関連付けられている対応するビームレット強度および／または線量制限も、そのような方法もしくはシステムによる使用のため出力することができる。
非制限的な例において、上で説明されているように、図４Ｂの方法１８は、ブロック１４２の達成可能な線量分布の生成および操作を放射線照射方法１６（図４Ａ）の一部として実装するための方法を含むものとしてよい。そのような一実施形態では、ブロック２２４の線量分布推定および対応するビームレット強度が放射線照射方法１８のブロック１４３において使用され、これにより、反復最適化プロセスまたは同様のものを実行して放射線照射パラメータ（例えば、ビーム構成パラメータおよび／またはビーム照射パラメータ）を導出することができる。ブロック１４３で反復最適化が使用される場合、そのような最適化に関わる線量推定プロセスは、ブロック１４２の線量生成および操作手順（例えば、方法２０のブロック４６および方法５０のブロック５６）に関わる線量推定プロセスと同じであるものとしてよい（が必ずというわけではない）。例えば、いくつかの実施形態では、線量生成および操作ブロック１４２で使用される線量推定手順は、以下でさらに詳しく説明される高速線量推定技術のうちの１つまたは複数を含むものとしてよいが、ブロック１４３の反復最適化は、放射線照射パラメータを決定するためにより正確である線量推定の１つまたは複数の従来の方法（例えば、モンテカルロ、崩壊円錐畳み込み、ペンシルビーム、異方性解析アルゴリズム、ボルツマン方程式ソルバー、および／または同様のもの）を伴いうる。
ブロック１４３で反復最適化が使用される場合、ブロック１４２（方法１８）の推定される線量の生成および操作からの１つまたは複数の出力を使用して、ブロック１４３の放射線照射パラメータの導出を補助することができる。非限定的な例は以下のとおりである。
● ブロック２２４の達成可能な線量分布および／またはブロック２２５の推定される線量品質計量（複数可）をブロック１４３で使用して最適化プロセスの最適化目標（例えば、費用関数または同様のもの）を定義することができる。
● ブロック２２３において決定され最終ブロック２２４の達成可能な線量分布に対応するビームレット強度を使用して、放射線照射装置の必要なビーム強度を決定することができる。
● ブロック２２４の達成可能な線量分布から導出される他の計量をブロック１４３の最適化プロセスの最適化目標（例えば、費用関数または同様のもの）を定義することができる。
● 同様の例。
ブロック１４３は、必ずしも、最適化プロセスの実行を必要としない。いくつかの実施形態では、ブロック１４２の達成可能な線量分布の生成および操作（例えば、ブロック２２４の達成可能な線量分布、ブロック２２５の線量品質計量、および／またはブロック２２３のビームレット強度）の出力（複数可）は、十分な精度の放射線照射パラメータに直接的に変換可能であるものとしてよい。ブロック１４３における放射線照射パラメータのこのような直接的導出（つまり、反復最適化をしない）は、例えば、ブロック２２４の達成可能な線量分布が十分に正確な推定技術により計算され、さまざまな制限（例えば、ビームレット強度および／または線量推定に対する）が十分にロバストである場合に実行されうる。
次いで、放射線治療方法１６は、ブロック１４４に進み、そこで、ブロック１４３の放射線照射パラメータを放射線照射装置に転送することができる。次いで、ブロック１４５において、放射線照射装置（放射線照射パラメータを備える）に関連付けられているコントローラにより、放射線照射装置は放射線を被験者に照射することができる。被験者が受ける放射線は、好ましくは、ブロック１４２（図４Ａ）および／または２２４（図４Ｂ）で予測される達成可能な線量分布出力に類似している。
本明細書で説明されているさまざまな実施形態によるシステムおよび方法は、１つまたは複数のビームレット強度に基づき線量分布を推定することを伴う。線量分布を推定する非限定的な例は、方法１８（図４Ｂ）のブロック２１８の初期化手順および初期化方法２０（図４Ｃ）のブロック４６における初期化線量分布の対応する推定、方法１８（図４Ｂ）のブロック２２４の線量推定更新手順およびブロック５６（図４Ｄ）での対応する推定、（例えば、反復最適化において）放射線照射パラメータを導出するためのブロック１４３の手順で実行されうる線量分布推定を含む。上で説明されているように、ビームレット強度に基づき線量分布を推定するためにさまざまな知られている技術（例えば、モンテカルロ、崩壊円錐畳み込み、ペンシルビーム、異方性解析アルゴリズム、ボルツマン方程式ソルバー、および／または同様のもの）がある。このような技術は、本明細書で説明されている強度分布推定手順のどれかで使用することが可能であるけれども、１つの技術をブロック１４２全体を通して一貫して使用し、１つの技術を放射線治療方法１６のブロック１４３全体を通して一貫して使用することが好ましいと思われる。
本発明の一態様は、達成可能な線量分布の推定のための異なる方法を提供する。このような方法は、本明細書で説明されている他の方法およびシステムのどれかにおける線量分布推定手順を実行するために使用されうる。いくつかの実施形態では、モンテカルロ、崩壊円錐畳み込み、ペンシルビーム、異方性解析アルゴリズム、ボルツマン方程式ソルバー、および／または同様のものなどの、現在利用可能な線量推定技術と比較して高速な達成可能な線量分布を推定するための方法が提供される。本明細書で説明されている本発明の方法により推定される線量分布は、高速線量分布推定と称することができ、これは知られている技術を使用して得られる従来の線量分布推定とは対照的である。本発明のさまざまな実施形態により達成可能な線量分布を推定する方法は、放射線源１６１から発せられる光線１６３（および強度分布１６５の対応するビームレット１６４）に基づく簡素化およびそのような光線１６３が被験者１６０（図６を参照）の体内の３次元空間のマップを作成するために使用される計算グリッドとどのように相互作用するかについての知識を伴いうる。非限定的な例において、このような簡素化は以下を伴うことができる。
● 従来の線量分布推定技術に比べて、放射線散乱および／または放射線輸送の簡素化されたモデルを使用すること。
● 不均質な被験者密度の効果を省くこと。
● 被験者１６０の深さの関数としてのビーム１５９の減衰を省くこと。
● 放射線源から被験者１６０までの距離を無視すること。
● 上記の組み合わせ。および／または
● 同様の操作。
知られている強度分布１６５を持つ一組のビーム１５９を与えた場合に、本明細書で説明されている本発明の方法のいくつかにより決定された達成可能な線量分布（および対応する線量品質計量）の高速推定は、従来の線量推定方法と同じ達成可能な線量分布（および対応する線量品質計量）を生成しえない。しかし、適当な限界がビーム１５９、対応する強度分布１６５、および個別のビームレット１６４の強度に課されている場合、本明細書で説明されている高速線量分布推定技術は、物理的に照射可能なものに妥当な範囲で近い線量分布推定を生成しうる。ビーム１５９、対応する強度分布１６５、および個別のビームレット１６４の強度に対する制限の好適な例は、上で説明されている。いくつかの実施形態では、治療計画および／または照射のプロセス（例えば、図４Ａの方法１６）において達成可能な線量分布の高速推定が使用される場合、反復最適化手順を使用して（例えば、方法１６のブロック１４３で）、所望の高速な線量分布推定を実施することができる放射線照射パラメータ（例えば、物理的システムパラメータ）を決定することができる。
図１３は、特定の一実施形態による達成可能な線量分布の高速推定を行うための方法７０を示す概略図である。以下でさらに詳しく説明されるように、達成可能な線量分布の高速推定のための方法７０は、ビーム構成内のそれぞれのビーム１５９について、ビーム１５９に関連付けられている２次元強度分布１６５ ｉ（ｘ，ｙ）を２次元線量推定カーネルｋ（ｘ，ｙ）と畳み込んで畳み込まれた強度分布を取得することと、畳み込まれた強度分布内のそれぞれの畳み込まれたビームレットについて、畳み込まれた強度値を畳み込まれたビームレットに関連付けられている光線１６３にそって射影することとを伴う。方法７０による線量推定カーネルｋ（ｘ，ｙ）を使用して達成可能な線量分布を推定することは、強度分布に基づき達成可能な線量分布を推定する効率的な方法となりうる。
高速線量分布推定方法７０は、高速線量分布推定において考慮されるべきより多くのビームがあるかどうかの調査を伴うブロック７１で開始する。方法７０を通る第１のループにおいて、ブロック７１の調査結果は、典型的には肯定的であり（ブロック７１の「はい」更新経路）、方法７０はブロック７２に進む。ブロック７２に進む前に、ブロック７１は、方法７０の高速線量分布推定ループのこの反復に対して１つのビームを現在のビームとして選択することも伴いうる。ブロック７２では、方法７０は、現在のビームに関連付けられている２次元強度分布ｉ（ｘ，ｙ）を２次元線量推定カーネルｋ（ｘ，ｙ）と畳み込み、２次元の畳み込まれた強度分布ｆ（ｘ，ｙ）を取得することを含む畳み込みオペレーションを実行することを伴う。座標ｘ、ｙは、強度分布１６５（図６を参照）のグリッド１６２の平面内で定義することができる。その結果得られる畳み込まれた強度分布ｆ（ｘ，ｙ）は、畳み込まれた強度分布ｆ（ｘ，ｙ）の文脈において、畳み込まれたビームレット１６４と称することができる現在のビームのビームレット１６４に関連付けられている座標に対して定義することができるか、または他の何らかの形でその座標にマッピングすることができる。ブロック７２の一部として、それぞれの畳み込まれたビームレット１６４は、対応する光線１６３および対応する畳み込まれた強度値に関連付けられる。
線量推定カーネルｋ（ｘ，ｙ）は、放射線が組織と相互作用した結果生じる放射線散乱およびエネルギー輸送の量を近似することが意図されているものとしてよい。いくつかの実施形態では、線量推定カーネルｋ（ｘ，ｙ）は、点広がり関数を含む。いくつかの実施形態では、線量推定カーネルｋ（ｘ，ｙ）は、複数の点広がり関数の一次結合を含む。例示的な一実施形態では、線量推定カーネルｋ（ｘ，ｙ）は、１つまたは複数の２次元ガウス関数の一次結合
Figure 0005805757
 を含み、
Ａｉは、さまざまなガウス関数の大きさの変数であり、σｉは、さまざまなガウス関数の放射状の広がりを表す変数である。変数Ａｉおよびσｉは、オペレータによって構成可能であり、１つまたは複数の好適な較正手順によって決定されうるシステムパラメータであり、経験的試験結果および／またはデータに基づき決定されうるシステムパラメータであり、および／または同様のものであるものとしてよい。変数Ａｉおよびσｉは、放射線の種類に依存しうる。当業者であれば、式（１）の点広がり関数は、点広がり関数の一例にすぎず、線量推定カーネルｋ（ｘ，ｙ）は、さまざまな他の点広がり関数および／または点広がり関数の一次結合を含むことができることを理解するであろう。いくつかの実施形態では、線量推定カーネルｋ（ｘ，ｙ）（またはその１つまたは複数のパラメータ）を実験的に決定することができる（例えば、較正タイプ測定および／または同様のものから）。いくつかの実施形態では、線量推定カーネルｋ（ｘ，ｙ）（および／またはそのパラメータ）は、アクセス可能なメモリ内に（例えば、ルックアップテーブルまたは同様のものに）格納することができる。
畳み込み演算は、計算量が非常に多く、比較的大量の処理リソースを消費する可能性がある。計算リソースに対するこのような負担を軽減するために、ブロック７２の畳み込みは、２次元強度分布ｉ（ｘ，ｙ）および２次元線量推定カーネルｋ（ｘ，ｙ）をフーリエ領域に変換することを伴うことができる。有利には、空間領域内の畳み込み演算はフーリエ領域内の乗算として実装されうる。２次元強度分布ｉ（ｘ，ｙ）および２次元線量推定カーネルｋ（ｘ，ｙ）は、フーリエ変換（例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）および／または同様の変換）を実行するためのさまざまな知られている計算技術のうちのどれかを使用してフーリエ領域に変換されうる。したがって、畳み込まれた強度分布ｆ（ｘ，ｙ）は、
Figure 0005805757
 により計算することができ、ただし式中、ＦＴ［●］およびＩＦＴ［●］は、それぞれフーリエ変換および逆フーリエ変換の演算子である。カーネル関数ｋ（ｘ，ｙ）の変更がない場合、カーネル関数のフーリエ変換ＦＴ［ｋ（ｘ，ｙ）］は一度だけ計算すればよく、結果を格納しておくことができる（例えば、アクセス可能なメモリおよび／または同様のもの中のルックアップテーブルに）ことは理解されるであろう。
次いで、方法７０は、現在のビーム１５９内のそれぞれの畳み込まれたビームレット１６４に対するループを伴うブロック７４に進む。現在ビーム１５９内の畳み込まれたビームレット１６４について、ブロック７６は、畳み込まれたビームレット１６４に対応する光線１６３を計算グリッド内に投射することと、光線１６３が交差する計算グリッド内のボクセルを識別することとを伴い、ブロック７８は、畳み込まれたビームレット１６４に対する畳み込まれた強度値をブロック７６で識別されたそれぞれのボクセルに追加することを伴う。次いで、方法７０は、ブロック７１にループバックして、方法７０の高速線量推定において考慮すべきビームがさらにあるかを判定する。ブロック７２〜７８を通る１つまたは複数のループの後、ブロック７１の調査結果は否定的であり、方法７０を終了する。
高速線量分布推定方法７０は、重ね合わせの原理を伴う。線量推定更新方法５０に関連して上で説明されているように、重ね合わせの原理を伴う線量推定技術は、変更（例えば、ビームおよび／またはビームレットの強度の変更の結果生じる線量分布の変更を決定する）に作用するか、または絶対値（例えば、ビームおよび／またはビームレット強度の前の値からの線量寄与分を破棄することと、ビームおよび／またはビームレット強度の新しい絶対値に基づく新しい線量寄与分を推定すること）に作用しうる。
高速線量分布推定に対する上述の方法７０は、放射線が被験者の体内を通過するときの放射線の減衰に対する推定を組み込むことによって強化することができる。この目的のために、いくつかの実施形態では、追加の減衰関数ａ（ｄ）をそのような減衰を考慮して適用することができる。このような減衰関数ａ（ｄ）は、ブロック７２の畳み込まれた強度値を、ブロック７６において投射される光線１６３にそって距離ｄとともに減少させることができ、したがって各ブロック７８の線量寄与分は各光線１６３にそって距離ｄとともに減少する。非限定的な例において、ブロック７８において減衰関数ａ（ｄ）を線量寄与分の値に乗算してから、そのような線量寄与分の値を光線１６３が交差するそれぞれのボクセルに加える。さまざまな異なる減少する減衰関数ａ（ｄ）は、この減衰をモデル化するのに適しており、特定の減衰関数ａ（ｄ）の選択は、放射線の特性に依存しうる。特定の一実施形態では、減衰関数ａ（ｄ）は、
Figure 0005805757
 の形式の指数関数によって与えることができ、ただし式中、Ｂは大きさの変数であり、ｋは深さを持つ減衰率を特徴付ける変数であり、ｄは特定の光線１６３にそった距離を表す。いくつかの実施形態では、変数ｄは、被験者の体内への浸透深さを表すものとしてよい−つまり、放射線が被験者の身体に当たる前には減衰は無視できるくらい小さい。変数Ｂおよびｋは、オペレータによって構成可能であり、１つまたは複数の好適な較正手順によって決定されうるシステムパラメータであり、経験的試験結果および／またはデータに基づき決定されうるシステムパラメータであり、および／または同様のものであるものとしてよい。カーネル関数のフーリエ変換と同様に、減衰係数の値（例えば、式３）を事前計算しておき、ルックアップテーブルまたは同様のものに格納することができる。
いくつかの実施形態では、被験者に関して放射線源の３６０°の回転を伴う軌跡にそった対応するさまざまな位置で複数のビーム１５９を伴うビーム構成が企図されている。いくつかの実施形態では、放射線源は３６０°の軌跡の周りで被験者に関して連続的に移動することが企図される。そのような実施形態では、３６０°の軌跡は、複数のサンプルビームによって近似されうる。これを説明することを目的として、放射線源が被験者に関して連続的に移動することが企図される軌跡上のサンプルビームを離散ビーム１５９と同じように処理することができる。
図１４は、３６０°の軌跡２４０、軌跡２４０の周りに均等な角度間隔の位置にある複数のビーム１５９、および複数のビーム１５９によって達成可能であると推定される線量更新グリッド２４２の２次元断面の概略を示す。ビーム１５９は、連続的に移動する放射線源に関連付けられる離散ビームまたはサンプルビームであってよい。達成可能な線量更新グリッド２４２（例示されているグリッドのボックス内の数によって表されるボクセル線量寄与分を有する）は、線量修正ボクセル２４１で値１００にスケーリングされている。図１４の線量更新グリッド２４２は、例えば、方法５０（図４Ｄ）のブロック６０により得られる。図１４の線量更新グリッドは、線量修正ボクセル２４１と交差する光線１６３に関連付けられているビームレットのそれぞれの等しい強度変更の結果である。
図１５は、線量修正ボクセル２４１と交差する図１４の達成可能な線量更新グリッド２４２の例示的なプロファイル２４３を示す。例示的なプロファイル２４３に示されている線量変更のピークは、線量修正ボクセル２４１（図１５のｘ＝０）の位置に出現する。３６０°の軌跡２４０および複数のビーム１５９により、線量修正ボクセル２４１を囲む領域内の線量変更の大きさは、線量修正ボクセル２４１からの距離とともに急速に減少する。この特性を達成するために（つまり、特定の線量修正ボクセル２４１から離れる位置で比較的小さな変更が線量に生じる場合）、比較的多数のビーム１５９が３６０°の軌跡２４０内にあることが望ましいと思われる。上で説明されているように、いくつかの実施形態では、放射線源は、被験者に関して連続的に移動し、ビーム１５９は実際にはサンプルビームである。他の実施形態では、３６０°の軌跡２４０にそった離散ビーム１５９の間の角分離は２０°未満である。いくつかの実施形態では、角分離は、１５°未満である。
３６０°の軌跡２４０および対応する線量更新グリッド２４２の追加の特性は、同じ線量更新グリッドが所望の線量修正ボクセルへ平行移動できる特性である。この平行移動性の例は図１６に示されており、これは、図１６の線量更新グリッド２４４が異なる線量修正ボクセル２４５に平行移動されていることを除き線量更新グリッド２４２（図１４）と同じである線量更新グリッド２４４を示す。３６０°の軌跡２４０に対する線量更新グリッド２４２の平行移動性は、軌跡２４０にそった放射線源の運動平面内のすべてのボクセルがビーム１５９内のボクセルおよび対応するビームレットと交差する光線の完全な３６０°を有するため許容されるものとしてよい。いくつかの実施形態では、３６０°の軌跡２４０に対して線量更新グリッド２４２を決定し、線量更新グリッド２４２をアクセス可能なメモリまたは同様のもの（例えば、ルックアップテーブル）内に格納することによって計算効率を達成することができる。そこで、使用されるたび毎に３６０°の軌跡２４０に対する線量更新グリッド２４２をメモリから呼び出すことができる。
３６０°の軌跡２４０は、説明のための一例として使用されている。他の軌跡の（例えば、他の角回転範囲および／または他の）運動を有するビーム構成も使用することができる。さらに、達成可能な線量の操作を可能にしたときに（例えば、ブロック１４２において）、ビームの異なる角度範囲を使用することが望ましい場合がある。ビームの角度範囲が３６０°より小さい場合、線量分布座標（例えば、線量修正ボクセル）と交差する光線１６３の対応する角度範囲は小さくなる。いくつかの実施形態では、代替的な運動範囲に対する線量更新グリッドも事前計算され、後で取り出せるように（例えば、アクセス可能なメモリ内のルックアップテーブルに）格納しておくことができる。径方向修正線量（ＲＭＤ）分布と称される線量更新グリッドのライブラリをアクセス可能なメモリに格納することができる。ＲＭＤのこのようなライブラリは、例えば、Ｎが０°〜３６０°までの増分値を有するとした場合に、０°〜Ｎ°までのＮ個の増分運動範囲に対するＲＭＤを含みうる。ビームの特定の角度範囲は、ライブラリに格納されている２つの線量修正分布を減算することによって決定されうる。例えば、
Figure 0005805757
 ただし式中、θ＝＞は角度θから角度φまで広がるビームの角度範囲を示す。式（４）のと同様の減算のオペレーションを使用することで、メモリに格納しなければならない実際のＲＭＤの数を減らす。グラフ例は、図１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃに示されており、そこでは、ＲＭＤ線量分布はピクセルマップ画像として表示され、より明るいピクセルはより高い線量を示す。図１８Ａは、角度範囲０°〜９０°に対するＲＭＤを表し、図１８Ｂは、０°〜４５°に対するＲＭＤを表す。図１８Ａおよび１８Ｂの両方のＲＭＤをアクセス可能なメモリ内に格納することができる。角度範囲４５°〜９０°に対してＲＭＤを決定することが望ましいと仮定すると、０°〜４５°のＲＭＤ（図１８Ｂ）を０°〜９０°のＲＭＤ（図１８Ａ）から減算して、図１８Ｃの表示に示されている４５°〜９０°のＲＭＤを生成することができる。
図１７は、本発明の特定の一実施形態によるシステム３００の概略を示す。システム３００（またはその一部分）を使用して、上で説明されている方法のいくつかを実行するか、またはどれでも実行することができる。システム３００は、本明細書で説明されている放射線照射装置のどれかに類似しているものとしてよい放射線照射装置３０２を備える。オペレータ３１２は、ハードウェアコンポーネントとソフトウェアコンポーネントの両方を含みうるユーザーインターフェース３０２Ｂを介して放射線照射装置３０２をインタラクティブに操作することができる。例示されている実施形態では、放射線照射装置３０２のオペレーションは、コントローラ３０２Ａによって制御される。例示されている実施形態では、コントローラ３０２Ａは、外部プロセッサ３０４から放射線照射パラメータを受信する。プロセッサ３０４は、好適なコンピュータもしくはデジタル処理ユニット（複数可）を備えることができる。プロセッサ３０４は、コンピュータ可読ソフトウェア命令を実行することができる。プロセッサ３０４は、ネットワーク通信ハードウェアおよび／またはソフトウェアを含む好適な通信ハードウェアおよび／またはソフトウェアを使用して放射線照射装置３０２と通信することができる。オペレータ３１２は、ハードウェアコンポーネントとソフトウェアコンポーネントの両方を含みうる好適なユーザインターフェース３０６を使用してプロセッサ３０４をインタラクティブに操作することができる。
例示されている実施形態のプロセッサ３０４は、ソフトウェア命令３１０を格納することができるコンピュータ可読メモリ３０８へのアクセス権を有する。他の実施形態では、プロセッサ３０４は、１つまたは複数の他のソースから命令３１０を取得することができる。ソフトウェア命令３１０は、プロセッサ３０４によって実行されたときに、本明細書で説明されている方法のうちの１つまたは複数（例えば、放射線照射方法１６（図４Ａ）、達成可能な線量の生成および操作を行うための方法１８（図４Ｂ）、線量推定更新方法５０（図４Ｄ）、高速線量推定７０（図１３）、および／または同様のもの）をプロセッサ３０４に実行させることができる。例示されている実施形態では、プロセッサ３０４、ユーザインターフェース３０６、およびメモリ３０８は、コンピュータシステム３１４の一部であるが、これは必須というわけではない。他の実施形態では、これらのコンポーネント（またはその一部）は、別々に実装することができる。
さらに他の実施形態では、本明細書で説明されている方法の１つまたは複数を、放射線照射装置３０２の一部であるコントローラ３０２Ａ（または他の何らかの好適なプロセッサ）によって実行することができる。そのような実施形態では、放射線照射装置３０２は、好適なコンピュータソフトウェア命令を格納することができる好適なメモリを備える（か、または他の何らかの形でアクセス権を有する）ことができる。
実施例
以下で述べる例は、さまざまな実施形態による方法、システム、ならびに方法およびシステムのさまざまな特徴の非限定的な例を示す。これらの非限定的な例は、例示することのみを目的としており、請求項の別段で指定のない限り制限的特徴を表すことを意図していない。
擬似コードの例
セットアップの初期化
● 被験者の画像およびセグメント分割された組織構造の情報（例えば、腫瘍標的、健常組織構造（例えば、器官）、注目する他の組織、標的処方）をインポートする。
● ビームエネルギーおよび関連する散乱特性（複数可）に基づき線量推定カーネル（例えば、点広がり関数（ＰＳＦ））を選択する。
● ＰＳＦの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を計算し、後で使用できるようにアクセス可能なメモリ内に格納する。
● 組織構造情報を含む被験者からの画像データと重ねたボクセルマトリックス（計算グリッド）を作成する。
● 注目する構造（複数可）内に配置されているボクセルを識別する。
○ 構造内に部分的に入っている（例えば、構造の縁にある）ボクセルを識別し、部分的体積値（例えば、０〜１の範囲内）をそれらのボクセルに割り当てて、そのようなボクセルに基づき線量品質計量を計算する。
● ビーム構成（例えば、ビームの数、位置、および方向）を選択する。
○ 所望のビーム構成はいくつかの固定されたビーム（例えば、５から９のビームまたは他の数の固定されたビーム）を含みうる。
○ 所望のビーム構成が連続的に移動するビームを伴う場合、軌跡にそったいくつかのビームサンプル（例えば、１０個以上のビームサンプル）を使用して動的な放射源の運動を表すことができる。
● ビームレット強度を初期化する。
● 初期ビームレット強度の結果である推定される線量分布を計算する。
● 初期線量体積ヒストグラム（ＤＶＨ）（および／または他の初期線量品質計量（複数可））を計算する。
● 組織構造情報を含む被験者からの画像データと重ねた初期ＤＶＨ（複数可）および／または初期線量分布を表示する。
○ 線量は、画像データの断面図（複数可）を介して表すことができる。
■ 線量は、水性塗料として表すことができる。
■ 線量は、等値線グラフ（一定の線量の線の輪郭）として表すことができる。
■ 線量は、他の好適な表示技術を使用して表すことができる。
○ それに加えて、または代替えとして、３次元線量表示（いわゆる「線量クラウド」表示）を使用することも可能である。
ビームレットの初期化
● それぞれのビームについて２次元ビームレットマトリックスを作成する。
● それぞれの標的構造について：
○ 標的構造はビームレットマトリックス上に投射される。
○ 投射にマージンを加えて、結果として得られる線量分布による標的構造の適切な被覆を確実なものとすることができる。
○ 強度値を標的構造に対応するビームレットに割り当てる。このような強度値は、標的構造に対する処方線量と相関する（例えば、比例する）ものとしてよい。
● オプション：
○ 与えられたビーム投射において重なる標的構造に対して、最高の処方線量を有する重なる標的構造と重なる領域内のビームレット強度に重みを付けるか、または
○ 与えられたビーム投射において重なる標的構造に対して、最低の処方線量を有する重なる標的と重なる領域内のビームレット強度に重みを付ける。
達成可能な線量分布の高速推定
● 線量寄与分を推定する−それぞれのビームについて：
○ 線量推定カーネル（例えば、ＰＳＦ）によってビームレット強度マトリックスを畳み込む。
■ 畳み込みを、ビームレットマトリックスのＦＦＴを決定し、線量推定カーネルの事前計算されたＦＦＴで乗算し、結果の逆ＦＦＴを決定することによって実行する。
● ビームレットマトリックスからの光線とボクセルとの交差を決定する−線量が事前に決定されていなかったそれぞれのボクセルについて：
○ それぞれのビームについて：
■ボクセルを通過する光線がビームレットマトリックスと交差する位置を決定する。
■ その後の線量計算に使用できるようにビームレット交差位置をアクセス可能なメモリ内に格納する（ビームレット交差位置を１回決定するだけでよいように）。
■ 達成可能な線量推定を注目するボクセルに制限することができる。例えば、
● ＤＶＨ計算について、達成可能な線量推定を標的および健常組織構造（複数可）内のボクセルに制限することができる。
● 線量平面断面が表示されている場合、達成可能な線量推定をその平面内のボクセルに制限することができる。
● 全線量を計算する−それぞれのボクセルについて：
○ 線量寄与分を抽出する−それぞれのビームについて：
■ すでに決定されているビームレットマトリックスの交差位置で畳み込まれた強度分布から畳み込まれた強度値を抽出する。
○ それぞれのビームからの寄与分を総和する。
線量体積ヒストグラムの操作を可能にする
● オペレータは、特定の構造のＤＶＨ曲線上の点を選択し、その点のところで曲線形状の変更を要求する。
○ 選択された点の線量および体積座標値（Ｄ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄ，Ｖ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄ）を識別する。
○ マウスまたは類似のコンピュータポインティングデバイスをクリックしてＤＶＨを選択し、次いで、マウスまたは類似のコンピュータポインティングデバイスを移動することによって要求を伝達することができる。
■ 左および／または下への移動は、線量の低減を指示することができる（所望の線量変化が負である）。
■ 右および／または上への移動は、線量の増加を指示することができる（所望の線量変化が正である）。
○ 所望の線量変更の大きさを決定することは、例えば、
■ Ｄ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄ値の割合、
■ その構造に対する最大線量の割合、
■ その構造に割り当てられた処方線量の割合、
■ すべての構造に割り当てられた最大処方線量の割合、
■ マウスもしくは類似のコンピュータポインティングデバイスの移動の量に相関する（例えば、比例する）割合、
■ オペレータによって設定された量、
■ オペレータ側で構成可能なパラメータであるか、または「ハードコーディング」された定数とすることができる固定された量、
■ 上記の組み合わせ、を伴うものとしてよい。
● 選択された構造について、Ｄ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄに近い線量値を有するボクセルは、線量修正ボクセルとして識別することができる。
○ ボクセルは、ボクセルがＤ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄ＋／−Δ内に収まる値を有している場合に線量修正ボクセルとして識別することができる。
■ Δは、固定値（オペレータ側で選択可能であるものとしてよい）またはＤ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄの割合（オペレータ側で選択できる割合であってよい）とすることができる。
○ いかなるボクセルも線量修正ボクセルと識別されない場合、Δは拡大され、ボクセルは再識別されうる。
■ このプロセスは、少なくとも１つのボクセルが線量修正ボクセルとして識別されるまで繰り返される。
○ 多数のボクセル（例えば、その構造に対するすべてのボクセルまたは構造内のボクセルの閾値数または閾値割合より多いボクセル）が線量修正ボクセルと識別される場合、Δを低減し、ボクセルを再識別することができる。
○ いくつかの実施形態では、ＤＶＨが変更される構造の内側のすべてのボクセルは、線量修正ボクセルと識別されうる。
● オプション：一次線量修正ボクセルの周りの周縁領域内の二次線量修正ボクセルの識別および二次線量修正ボクセルへの線量修正の適切な大きさの割り当て。
● 線量修正ボクセルとして識別されたボクセルに対して線量修正を実行する（以下の線量修正を参照）。
● 線量修正が実行された後、ＤＶＨは、推定された線量に基づき再計算される。
● 線量制限に違反しているかどうかをチェックする（線量制限の下での線量操作を参照）。
● 新しいＤＶＨで表示を更新する。
線量修正
● 線量修正ボクセル（Ｖｏｘ＿ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ）と識別されたそれぞれのボクセルについて、またそれぞれのビームについて：
○ Ｖｏｘ＿ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄを通過する光線（複数可）がビームレットマトリックスと交差する位置（複数可）を決定する。
○ デフォルトの量を使用して交差点（複数可）（線量変更ビームレット）でビームレット（複数可）の強度値を修正する。
■ デフォルトの数量は、所望の線量変更の大きさに相関し（例えば、比例し）、また光線がＶｏｘ＿ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄと交差する線量変更ビームレットの数にも依存しうる。
○ オプション：一次線量変更ビームレットの周りの周縁領域内の二次線量変更ビームレットに対する強度値調整を識別し、決定する。
● 修正されたビームレットを可能な強度制限違反について評価する。非限定的な例は以下のとおりである。
○ 最小閾値より小さい強度値。
■ 違反するビームレット強度を最小閾値まで増加させることによって補正される。
○ 最大閾値より大きい強度値。
■ 違反するビームレット強度を最大閾値まで減少させることによって補正される。
○ ビームレットマトリックスの２次元範囲にわたる強度の変動も制限されうる（例えば、１つのビームレットから隣接するビームレットへの固定された割合の最大変動）。
■ 変動制限に違反しなくなるように修正されたビームレットの強度を増減することによって補正される。
● 達成可能な線量分布の高速推定を使用してすべてのビームに対するボクセルにおける線量を推定する。
○ ボクセルの部分集合のみについて線量を計算することができる。例えば、
■ 選択された構造のみのボクセル。
■ すべての構造のボクセル。
■ すべての構造のボクセル＋現在表示されている断面。
● それぞれの修正ボクセル（Ｖｏｘ＿ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ）に対する推定される線量をオペレータによって要求された線量と比較する。
○ すべての線量修正ボクセルＶｏｘ＿ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄに対する平均推定線量と平均オペレータ要求線量との間の差を決定する。
○ すべての線量変更ビームレットに対する強度修正の大きさを再スケーリングするが、これは、線量変更ビームレットの再スケーリングの結果、ビームレット強度制限の違反をもたらされない限りそれぞれの線量修正ボックス（Ｖｏｘ＿ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ）に対する平均線量がオペレータによって要求された平均オペレータ要求線量に等しくなるように再スケーリングされる。
線量制限下の線量操作
● ＤＶＨ曲線の形状に対する制限（または線量分布それ自体に対する、または他の線量品質計量に対する他の制限）は、オペレータによって指定されうるか、または他の何らかの形で手順の中に（例えば、システム／方法の大域的パラメータとして）組み込まれうる。例えば、
○ 構造内のいかなるボクセルも指定された線量閾値を下回ることはありえない。
○ 構造内のいかなるボクセルも指定された線量閾値を上回ることはありえない。
○ 構造の体積の指定された割合は指定された線量閾値を上回ることはありえない。
○ 構造の体積の指定された割合は指定された線量閾値を上回ることはありえない。
● 線量操作が実行された場合（ＤＶＨを通して、または他の方法で）、線量分布は、潜在的な線量制限違反に関して評価される。
● 推定される線量分布および／または線量品質計量（例えば、ＤＶＨ）を線量制限と比較することによって違反が検出される。
○ 違反に寄与するボクセルを識別する。
○ 制限の条件を満たすようにそれぞれの違反しているボクセルに必要な線量変更の大きさを計算する。
● 違反しているボクセルおよびボクセル線量変更要件を入力として使用して線量修正（上記参照）を実行する。
● 線量制限違反がなくなるまで必要に応じて繰り返す。
実例応用
以下の非制限的な例は、本発明のさまざまな態様および特徴を実際にどのように使用することが可能であるかについてさらに理解を進めることを意図している。図１９Ａは、標的構造２８１および健常組織構造２８２の３次元表示であり、図１９Ｂは、平面２８３にそって標的構造２８１および健常組織構造２８２を二等分する（その外形を示す）断面図である。図１９Ｂは、ｘ軸およびｙ軸のスケールをミリメートル単位で示している。
この特定の例で使用されるビーム構成は、被験者に関して放射線源の３６０°回転を含む。このようなビーム構成は、例えば図１または２の放射線照射装置を使用して実装することが可能である。この例では、放射線源が図１９Ａ、１９Ｂのｘ−ｙ平面内で移動すると仮定している。初期推定線量（例えば、ブロック４６）は、放射線源の経路にそって分布する１８０本のビームを使用して生成される。線量分布の初期推定は、初期強度分布（例えば、ブロック４４）を使用して決定され、初期ビームレット強度は、標的構造２８１を通して投射される光線に対しては標的処方線量に比例し、それ以外はゼロである。この例では、標的処方線量は、６０Ｇｙである。この線量は、式（１）による線量推定カーネルとともに上述の畳み込みに基づく高速線量推定技術を使用し、また式（２）の逆フーリエ変換の方法を使用して推定される。それぞれのボクセルにおいて、全推定線量は、それぞれのビームからそのボクセルへの線量寄与分の総和である。図２０Ａは、図１９Ａの標的組織構造２８１および健常組織構造２８２に対する初期推定線量分布の断面２９１を示している。図２０Ｂは、完全な３次元標的構造２９２および健常組織構造２９３に対するＤＶＨを示している。図２０Ａの線量分布２９１は、グレースケールのピクセルマップとして表示されており、より明るいピクセルはより高い線量を示す。初期線量推定２９１は、標的構造２８１の体積においてかなり一様であり、健常組織構造２８２は標的構造２８１に隣接する領域内で実質的線量を受ける。
初期線量推定が確定した後、推定線量分布の操作を（例えば、オペレータが）実行することができる。オペレータは、処方線量で標的構造２８１の適切な体積被覆範囲を確定することを望んでいる場合がある。これは、ＤＶＨの操作により標的組織構造２８１への最小線量を上げることによって実行されうる。図２１Ａ、２１Ｂ、および２１Ｃは、ＤＶＨ操作を通じて標的構造２８１への最小線量を増加させる例を示している。図２１Ａは、図１９ＢのＤＶＨグラフ２９２の拡大部分３０１を示している。オペレータは、曲線３０１上の低い線量点３０３の近くのＤＶＨ曲線を選択し（例えば、コンピュータマウスまたは類似のコンピュータポインティングデバイスを使用して）、マウスボタンを押下し、次いで、曲線３０１を左に（線量が低くなる方へ）、または右に（線量が高くなる方へ）平行移動する。この例では、オペレータは、ＤＶＨ曲線３０１上の選択された点３０３を３０４に示されているように右に移動することによって線量を増加させる。オペレータがこの方法でＤＶＨ曲線を移動すると、線量修正ボクセル（および対応する線量修正の大きさ）が決定され、線量修正がそれらの線量修正ボクセルに適用される。この例では、図２１Ａの操作は、３つの線量修正ボクセルに対応している。この線量修正がこれら３つの線量修正ボクセルに適用されると、いかなる強度制限にも違反しないと判定される。図２１Ｂは、オペレータによって伝達された図２１Ａの線量修正要求（つまり、３つの線量修正ボクセル）から結果として得られる３つの線量修正分布３０５の例を示している。図２１Ｂの表示では、より明るいグレースケールはより高い線量を示す。それぞれの修正３０５は、線量分布の特定の領域に合わせて局在化される。図２１Ｃは、標的構造３０７および健常組織構造３０８に対する更新された線量分布ならびにそれに対応して更新されたＤＶＨを示す。図２１Ｃの更新された標的構造のＤＶＨ３０７は、標的構造２８１への最小線量が修正の前であった場合よりも高いことを示している（図２０ＢのＤＶＨ２９２を参照）。また、健常組織のＤＶＨ３０８は、実質的に変更されておらず（図２０Ｂの健常組織構造のＤＶＨ ２９３に比べて）、これは変更が線量修正時に標的構造２８１に局在化されている結果である。
オペレータが標的構造２８１に対する許容可能な線量分布を確定したことで、許容可能な線量分布がさらに線量修正を行うときも維持されるようにＤＶＨ操作に対して制限をかけることが望ましい場合がある。例えば、そのような制限は、標的構造２８１の１００％が５７Ｇｙを受け、標的構造２８１の０％が６３Ｇｙを超える放射線量を受けるという制限とすることができる。次いで、オペレータは、ＤＶＨ３１５上の点を選択し、マウスまたは類似のコンピュータポインティングデバイスを左３１７にドラッグする（線量を減らすため）ことによって健常組織構造２８２に対応するＤＶＨ ３１５の修正を続けることができる。この所望のＤＶＨ修正に対応する線量修正ボクセルが決定された後、線量修正がそれぞれの線量修正ボクセルに適用される。この場合、強度変更に対する制限により、使用するビームレットの数を減らす必要がある。図２２Ｂは、使用されるビームレットの数が少ないため図２１Ｂのとは異なる可能性のある対応する線量修正分布３１８を示している。線量修正分布３１８は、健常組織構造２８２の内部に十分に局在化されていることに留意されたい。図２２Ｃは、更新されたＤＶＨ３１９を示す。図２２Ｃは、健常組織構造２８２への線量が必要に応じて減らされていることを示している。
図２２Ｃに例示されている健常組織の線量低減では、標的組織構造２８１に対する最小線量に課される制限３２１に違反する（図２２Ｃを参照）。是正された線量修正が制約条件３２１の範囲内に標的構造ＤＶＨを戻すように自動的に適用されうる。線量分布がＤＶＨ制約条件３２１の違反を引き起こす線量修正ボクセルが決定され、線量修正がそれらの線量修正ボクセルに適用される。図２３Ａは、標的線量分布上の制約条件３２１の違反を是正するために使用される２つの例示的な線量修正分布３２３を示す。図２３Ａは、この場合に、線量修正が、図２２の線量減少が適用された健常組織構造２８２に近い標的構造２８１の縁に適用されることを示している。ここでもまた、線量修正分布は、線量修正ボクセルを囲む領域が実質的に影響を受けないように十分に局在化される。図２３Ｂは、図２３Ａの線量修正３２３の適用後の標的構造ＤＶＨ ３２４、および標的構造ＤＶＨ ３２４が現在どのように制限範囲内（３２１および３１４）にあるかを示している。健常組織構造ＤＶＨ ３２５は、線量変更がもっぱら標的構造２８１内に局在しているため図２２Ｃからごくわずかに変更されている。図２３Ｃは、オペレータが最初に望んだように、図２１Ｃと比較して健常組織構造への線量の低減を示す結果として生じる断面線量分布３２６の表示を示している。
さらに、線量修正は、オペレータが上で説明されているプロセスを類似の仕方で繰り返すことによって課されうる。例えば、健常組織構造の線量のさらなる低減を制約条件３２１および３１４（図２３Ｂ）の下で適用することができる。最終的に、標的線量への制限に違反せずに健常組織構造の線量のさらなる低減を行うことができない平衡状態に到達する。図２４Ａは、オペレータによる一連の線量修正の終了結果における標的３３１および健常組織構造３３２に対するＤＶＨを示す。図２４Ｂは、これらの修正に対応する断面推定線量分布３３３を示す。健常組織構造２８２に対するＤＶＨ３３２および推定される断面線量分布３３３は、初期ＤＶＨ２９３（図２０Ｂ）および線量分布２９１（図２０Ａ）と比較してかなり低減されている。最終的な標的のＤＶＨ３３１（図２４Ａ）および断面線量分布３３３（図２４Ｂ）に見られるように標的内で高い均一線量が維持される。
線量操作が完了した後、ビーム構成に対する放射線照射パラメータを決定することができる。次いで、放射線照射パラメータを放射線照射装置の制御システムおよびコンピュータに転送することができる。次いで、放射線を被験者に照射し、それにより、線量操作から導出されるのと実質的に同様に被験者体内に線量分布をもたらすことができる。
本発明の実施形態は、本明細書で説明されている、さまざまなオペレーションを含む。これらのオペレーションは、ハードウェアコンポーネント、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって実行することができる。
いくつかの実施形態は、機械可読媒体上に格納されている命令を含みうるコンピュータプログラム製品として実装されうる。これらの命令は、説明されているオペレーションを実行するように汎用もしくは専用プロセッサをプログラムするために使用されうる。機械可読記憶媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって読み込むことが可能な形式（例えば、ソフトウェア、処理アプリケーション）で情報を格納するためのメカニズムを備える。機械可読媒体としては、限定はしないが、磁気記憶媒体（例えば、フロッピーディスケット）、光記憶媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気記憶媒体、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、消去可能プログラム可能メモリ（例えば、ＥＰＲＯＭおよびＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、または電子命令を格納するのに適した他の種類の媒体が挙げられる。
それに加えて、いくつかの実施形態は、分散コンピューティング環境内で実行することができ、そこでは、機械可読媒体は複数のコンピュータシステム上に格納され、および／または実行されうる。それに加えて、コンピュータシステム間で転送される情報は、コンピュータシステムを接続する通信媒体上でプルまたはプッシュすることができる。
本発明のさまざまな実施形態の実装で使用されるコンピュータ処理コンポーネントは、マイクロプロセッサまたは中央演算処理装置、コントローラ、グラフィカルプロセッシングユニット（ＧＰＵ）、セルコンピュータ、または同様のものなどの１つまたは複数の汎用処理デバイスを備える。あるいは、そのようなデジタル処理コンポーネントとしては、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または同様のものなどの１つまたは複数の専用処理デバイスが挙げられる。例えば、特定の実施形態において、デジタル処理デバイスは、１つのコアユニットと複数のマイクロエンジンとを備える複数のプロセッサを有するネットワークプロセッサであってもよい。それに加えて、デジタル処理デバイスは、汎用処理デバイス（複数可）と専用処理デバイス（複数可）の組み合わせを含んでいてもよい。
本明細書の方法（複数可）のオペレーションが特定の順序で図示され、説明されているけれども、それぞれの方法のオペレーションの順序は、いくつかのオペレーションが逆順に実行されうるか、または特定のオペレーションが少なくとも一部は他のオペレーションと同時に実行されうるように変更することができる。別の実施形態では、異なるオペレーションの命令もしくはサブオペレーションは、間欠的に、および／または交互に実行されてもよい。
コンポーネント（例えば、ソフトウェアモジュール、プロセッサ、アセンブリ、デバイス、回路など）が上で参照されているが、別段の指定のない限り、そのコンポーネントへの参照（「手段」への参照を含む）は、そのコンポーネントの等価物として、本発明の例示的な実施形態における機能を実行する開示されている構造と構造的に同等でないコンポーネントを含む、説明されているコンポーネントの機能を実行する（つまり、機能的に等価である）任意のコンポーネントを含むものとして解釈すべきである。
当業者には明らかなように、前記の開示に照らし、多くの変更形態および修正形態が本発明の精神または範囲から逸脱することなく本発明の実施において可能である。例えば、
● 上述の実施形態では、それぞれのビーム１５９の特性でありうるいくつかの特徴を説明している。非限定的な例において、方法７０（図１３）のそれぞれのループに対するブロック７２〜７８の手順がそれぞれのビーム１５９について実行され、図１２は、いくつかのビーム１５９を示している。いくつかの実施形態では、放射線照射は、与えられた軌跡上で被験者に関する放射線源の連続的移動を伴いうる。このような実施形態では、被験者に関する放射線源の移動の軌跡は、軌跡にそっていくつかの離散サンプルビームによって記述されうる。そのようなサンプルビームは、サンプルビームの線量寄与分の総和が連続的に移動する放射線源からの線量寄与分の総和を表すように互いに十分に密にサンプリングすることができる。そのようなサンプルビームは、従来の離散ビームについて本明細書で説明されているのと同様にして使用され、離散であると特に説明されていない限り、本明細書におけるビーム（複数可）への参照は、サンプルビームを含むものとして理解すべきである。
● 図４Ａを参照すると、ビーム１５９の数は、ブロック１４２と１４３とで同じである必要はないことは当業者であれば理解するであろう。例えば、ブロック１４２において推定される線量の操作を可能にする場合比較的少数のビーム１５９を有するのが計算上効率的である。次いで、ブロック１４３において、さらに多くのビーム１５９を使用して、放射線照射パラメータを正確に決定することができる。いくつかの実施形態では、ビーム１５９の数および／または位置は、ブロック１４３の最適化プロセスの変更を可能にする変数のうちの１つとすることができる。
● 上で述べた説明では、ビームレット１６４と光線１６３との間に一対一の関係があることを示唆している−つまり、それぞれのビームレット１６４は対応する光線１６３を有する。このような光線１６３は、その対応するビームレット１６４の中心を通過しうる。このような光線１６３を使用することで、特定のビームレットと特定のボクセルとの間の関係を確定することができる−例えば、線量変更ビームレットを線量修正ボクセルを通して投射する対応する光線を有するビームレットとして識別することができる（上記のブロック２２１の説明を参照）。しかし、ビームレットは、実際には２次元形状を有することは理解される。いくつかの実施形態では、その対応する光線が通過する単なる特定のボクセル以外のボクセルに対するビームレットの影響を考慮することによってこの２次元ビームレット形状をモデル化することが望ましい場合がある。例えば、いくつかの高速線量推定実施形態（例えば、図１３の方法７０のいくつかの実施形態）では、特定の畳み込まれた強度値に関連付けられている光線は、特定のボクセルの中心から離れた位置の特定のボクセルに当たり、それらの畳み込まれた強度値からの線量寄与分は、特定のボクセルとその隣接するボクセルのうちの１つまたは複数との間にあるものとして分数分割されうる。特定のボクセルと隣接するボクセルとの間の線量寄与分の分数分割は、光線が特定のボクセルに当たる位置に依存しうる。例えば、分数的な線量寄与分の大部分を光線が交差する特定のボクセルに加え、残りの線量寄与分を、隣接するボクセルの間で分割することができ、交差位置に比較的近い隣接するボクセルは交差位置から比較的離れている隣接するボクセルより大きな線量寄与分を受ける。
● いくつかの高速線量推定実施形態（例えば、図１３の方法７０のいくつかの実施形態）では、畳み込まれた強度の単一のビームからの複数の光線１６３が単一のボクセルに当たる場合がありうる。このような場合、ボクセルに加えられる線量寄与分は、個別の畳み込まれた強度値のそれぞれによって予測される線量寄与分の平均または補間の何らかの形態をとりうる。
● 上で述べた説明では、ビームレット１６４と光線１６３との間に一対一の関係があることを示唆している−つまり、それぞれのビームレット１６４はその中心を通過しうる対応する光線１６３を有する。しかし、他の実施形態では、それぞれのビームについて、光線は、それに加えて、または代替えとして、ボクセルとの一対一の関係を有する−つまり、それぞれのボクセルはボクセルの中心からその特定のビームに対する放射線源の位置へ延在する対応する光線を有することが可能である。そのような実施形態では、ブロック２２１（図４Ｂ）の線量変更ビームレットの識別を行うためのプロセスは、ブロック２２０の線量修正ボクセルからビームレット１６４の２次元グリッド１６２上への光線をトレースすることを伴うことが可能である−つまり、線量変更ビームレットは、光線が投射する際に通るものとして識別することが可能である。いくつかの実施形態では、その対応する光線が通過する単なる特定のビームレット以外のビームレットに対するボクセルの影響を考慮することによって３次元ボクセル形状をモデル化することが望ましい場合がある。例えば、方法１８（図４Ｂ）のいくつかの実施形態では、特定の線量修正ボクセルに関連付けられている光線は、特定のビームレットの中心から離れた位置の特定のビームレットに当たり、ブロック２２３の強度値調整は、特定のビームレットとその隣接するビームレットのうちの１つまたは複数との間にあるものとして分数分割されうる。特定のビームレットと隣接するビームレットとの間の強度調整の分数分割は、光線が特定のビームレットに当たる位置に依存しうる。例えば、分数強度値調整（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｖａｌｕｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）の大部分は、光線が交差する特定のビームレットに対して行われ、残りの強度値調整は、隣接するビームレット間で分割され、交差位置に比較的近い隣接するビームレットは交差位置から比較的遠い隣接するビームレットに比べて大きい割合の強度値調整を受ける。
● いくつかの実施形態では、それぞれのビームに対する光線は、ボクセルとの一対一の関連付けを有することができ、光線は、その特定のビームに対してボクセルの中心から放射線源の位置まで延在しうる。そのような実施形態では、複数のボクセルからの複数の光線が単一のビームレットに当たる場合がある（例えば、方法１８（図４Ｂ）のブロック２２１）。そのような場合、ブロック２２３のビームレットへの強度値調整は、個別のボクセルのそれぞれによって適用される強度値調整の平均または補間の何らかの形態をとりうる。
● 上で説明されている達成可能な線量の高速推定のための一技術は、２次元強度分布ｉ（ｘ，ｙ）と２次元線量推定カーネルｋ（ｘ，ｙ）を畳み込むことと、次いで、畳み込まれた強度値を線量寄与分として光線が交差するボクセルに追加することによって対応する光線にそって結果として得られる２次元の畳み込まれた強度分布ｆ（ｘ，ｙ）の畳み込まれた強度値を射影することとを伴う。いくつかの実施形態では、いくつかの異なる線量推定カーネルｋ１（ｘ，ｙ）、ｋ２（ｘ，ｙ）、．．．に対して畳み込まれた強度分布ｆ１（ｘ，ｙ）、ｆ２（ｘ，ｙ）、．．．を計算することが望ましい場合があり、異なる線量推定カーネルを使用して異なる組織密度およびその対応する異なる散乱パターンをモデル化することができる。次いで、特定のボクセルに対して達成可能な線量を推定する場合（例えば、畳み込まれた強度値を線量寄与分として特定のボクセルに加える場合）、特定のボクセルの組織密度ρを使用し、組織密度に対応する線量推定カーネルｋρ（ｘ，ｙ）を使用して計算された畳み込まれた強度分布ｆρ（ｘ，ｙ）から畳み込まれた強度値を選択することができる。
前記の説明では、発明は特定の例示的な実施形態を参照しつつ説明がなされている。しかし、本発明の広い精神と範囲を逸脱することなく本発明にさまざまな修正および変更を加えられることは明白であろう。したがって、説明および図面は、制限ではなく、例示することを目的としているものとみなすべきである。上ではいくつかの例示的な態様および実施形態が説明されているが、当業者であれば、いくつかの修正、置換、追加、およびその部分的な組み合わせを理解するであろう。したがって、以下の付属の請求項およびこれ以降導入される請求項は、その真の精神および範囲内にあるような修正、置換、追加、および部分的な組み合わせすべてを含むと解釈される。

Claims (84)

  1. 被験者の提案された治療のための放射線照射装置によって照射可能な達成可能な線量分布推定の操作を可能にするためのシステムであって、前記達成可能な線量分布推定はそれぞれのボクセルに対する線量値によって３次元範囲のボクセルにわたって定義され、前記システムはコントローラを備え、前記コントローラは、
    （ａ）前記線量値を修正することが望まれている線量修正ボクセルおよび所望の線量修正の対応する大きさを決定し、
    （ｂ）複数のビームのそれぞれについて、
    （ｉ）前記ビームを、それぞれのビームレットが対応する強度値と空間内への前記ビームレットの投射を表す光線とに関連付けられているビームレットの２次元配列として特徴付け、
    （ｉｉ）前記線量修正ボクセルと交差する関連付けられている光線を有する１つまたは複数の線量変更ビームレットを識別し、
    （ｃ）所望の線量修正の前記大きさに基づき前記識別された線量変更ビームレットの前記強度値を修正するように構成され、前記コントローラは、前記識別された線量変更ビームレットの前記強度値を修正するために、前記識別された線量変更ビームレットのそれぞれについて、前記識別された線量変更ビームレットの前記強度値を前記所望の線量修正の前記大きさに基づく対応する量だけ修正し、
    （ｄ）前記識別された線量変更ビームレットの前記修正された強度値を考慮するように前記達成可能な線量分布推定を更新するように構成されたシステム。
  2. 前記コントローラが、前記線量修正ボクセルを決定するために、入力として線量品質計量への要求された修正を受け取り、前記線量品質計量への前記要求された修正を使用して前記線量修正ボクセルを決定するように構成された請求項１に記載のシステム。
  3. 前記コントローラが、所望の線量修正の大きさを決定するために、前記線量品質計量への前記要求された修正を使用して所望の線量修正の前記大きさを決定するように構成された請求項２に記載のシステム。
  4. 前記コントローラが、入力として前記線量品質計量への前記要求された修正を受け取るために、オペレータがユーザインターフェースを介して前記線量品質計量への前記要求された修正を入力することを可能にするように構成された請求項２および３のいずれか１項に記載のシステム。
  5. 前記コントローラが、前記オペレータが前記線量品質計量への前記要求された修正を入力することを可能にするために、前記オペレータがキーボードおよびコンピュータポインティングデバイスのうちの１つまたは複数を使用して前記ユーザインターフェースをインタラクティブに操作することを可能にするように構成された請求項４に記載のシステム。
  6. 前記コントローラが、入力として前記線量品質計量への前記要求された修正を受け取るために、外部コンピュータシステム上で動作している自動化プロセスおよび同一のシステム上で動作している自動化プロセスのうちの一方から前記要求された修正を受け取るように構成された請求項２および３のいずれか１項に記載のシステム。
  7. 前記コントローラが、前記線量品質計量への前記要求された修正を使用して前記線量修正ボクセルを決定するために、前記線量品質計量の値に関して線量の座標および大きさを表す逆線量品質計量関数を解くように構成された請求項２から６のいずれか１項に記載のシステム。
  8. 前記線量品質計量は、前記被験者の組織構造に関連付けられたＤＶＨ曲線を含み、
    前記コントローラが、前記線量品質計量への前記要求された修正を使用して前記線量修正ボクセルを決定するために、前記被験者の前記組織構造内のボクセルを前記線量修正ボクセルであると識別するように構成された請求項２から６のいずれか１項に記載のシステム。
  9. 前記コントローラが、前記被験者の前記組織構造内の前記ボクセルを前記線量修正ボクセルであると識別するために、前記被験者の前記組織構造内の前記ボクセルのすべてを線量修正ボクセルであると識別し、前記線量修正ボクセルのそれぞれについてステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を実行するように構成された請求項８に記載のシステム。
  10. 前記コントローラが、前記被験者の前記組織構造内の前記ボクセルを前記線量修正ボクセルであると識別するために、前記被験者に対する、前記組織構造の画像を含む画像データを受け取り、前記画像データに基づき特定のボクセルを前記組織構造に関連付けるように構成された請求項８および９のいずれか１項に記載のシステム。
  11. 前記線量品質計量はＤＶＨ曲線を含み、
    前記コントローラが、前記線量品質計量への前記要求された修正を使用して前記線量修正ボクセルを決定するために、
    前記ＤＶＨ曲線上の前記要求された修正の位置を、線量値Ｄ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄを有するものとして識別し、
    線量値が範囲Ｄ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄ±Δ内にある前記達成可能な線量分布推定を前記線量修正ボクセルであると識別するように構成され、Δは範囲パラメータである請求項２から６のいずれか１項に記載のシステム。
  12. 前記コントローラが、前記線量品質計量への前記要求された修正を使用して前記線量修正ボクセルを決定するために、前記線量値が範囲Ｄ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄ±Δ内にある前記達成可能な線量分布推定内の前記ボクセルを識別する試みが成功しない場合に、範囲パラメータΔを大きくして、前記大きくした範囲パラメータΔで前記ボクセルを識別する試みを繰り返すように構成された請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記コントローラが、前記線量値が範囲Ｄ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄ±Δ内にある前記達成可能な線量分布推定内の前記ボクセルを前記線量修正ボクセルであると識別するために、線量値が範囲Ｄ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄ±Δ内にある複数の候補線量修正ボクセルを識別するように構成された請求項１１に記載のシステム。
  14. 前記複数の候補線量修正ボクセルが閾値数Ｖｍａｘより大きい数の候補線量修正ボクセルを含む場合、前記コントローラが、前記範囲パラメータΔを小さくし、前記線量値が前記範囲Ｄ＿ｓｅｌｅｃｔｅｄ±Δ内にある前記達成可能な線量分布推定内の前記ボクセルを小さくした範囲パラメータΔで前記線量修正ボクセルであると識別する試みを繰り返すように構成された請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記コントローラが、複数の前記候補線量修正ボクセルを線量修正ボクセルとして選択し、前記線量修正ボクセルのそれぞれについてステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を実行するように構成された請求項１３および１４のいずれか１項に記載のシステム。
  16. 前記コントローラが、前記線量修正ボクセルおよび所望の線量修正の前記対応する大きさを決定するために、入力として前記線量修正ボクセルおよび前記所望の線量修正の前記大きさの直接的指示を受け取るように構成された請求項１に記載のシステム。
  17. 前記コントローラが、入力として前記直接的指示を受け取るために、オペレータがユーザインターフェースを介して前記直接的指示を入力することを可能にするように構成された請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記コントローラが、前記オペレータが前記直接的指示を入力することを可能にするために、前記オペレータがキーボードおよびコンピュータポインティングデバイスのうちの１つまたは複数を使用して前記ユーザインターフェースをインタラクティブに操作することを可能にするように構成された請求項１７に記載のシステム。
  19. 前記コントローラが、入力として前記直接的指示を受け取るために、外部コンピュータシステム上で動作している自動化プロセスおよび前記方法と同じコンピュータシステム上で動作している自動化プロセスのうちの一方から前記直接的指示を受け取るように構成された請求項１６に記載のシステム。
  20. 前記コントローラが、１つまたは複数の二次線量修正ボクセルおよび前記二次線量修正ボクセルに対する所望の線量修正の対応する大きさを決定し、ステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を実行するときに前記二次線量修正値を線量修正ボクセルとして取り扱うように構成された請求項１から１９のいずれか１項に記載のシステム。
  21. 前記コントローラが、１つまたは複数の二次線量修正ボクセルを決定するために、前記１つまたは複数の二次線量修正ボクセルを、前記線量修正ボクセルに近い周縁領域内にあると決定するように構成された請求項２０に記載のシステム。
  22. 前記二次線量修正ボクセルに対する所望の線量修正の前記対応する大きさは、前記線量修正ボクセルに対する前記所望の線量修正の前記大きさより小さい請求項２０から２１のいずれか１項に記載のシステム。
  23. 前記コントローラが、前記所望の線量修正の前記大きさを決定するために、前記大きさを、前記線量修正ボクセルに対する前記線量値の割合ｆ（０≦ｆ≦１）、前記線量修正ボクセルの位置における組織構造に対する最大線量制限の割合ｆ（０≦ｆ≦１）、前記線量修正ボクセルの位置における標的組織構造に対する処方線量の量の割合ｆ（０≦ｆ≦１）、コンピュータポインティングデバイスの移動に比例する量、オペレータによって入力される量、オペレータ側で構成可能な固定された量、前記システムのパラメータである固定された量のうちの１つまたは複数であると判定するように構成された請求項１に記載のシステム。
  24. 前記コントローラが、前記線量変更ビームレットのうちの前記１つまたは複数の前記強度値を修正するために、同じ大きさの強度値変更を線量変更ビームレットのうちの１つまたは複数のそれぞれに割り当てるように構成された請求項１から２３のいずれか１項に記載のシステム。
  25. 前記コントローラが、前記線量変更ビームレットのうちの前記１つまたは複数の前記強度値を修正するために、同じ変更割合の強度値変更を線量変更ビームレットのうちの１つまたは複数のそれぞれに割り当てるように構成された請求項１から２３のいずれか１項に記載のシステム。
  26. 前記コントローラが、前記線量変更ビームレットのうちの前記１つまたは複数の前記強度値を修正するために、前記識別された線量変更ビームレットの部分集合の前記強度値を修正するように構成された請求項１から２５のいずれか１項に記載のシステム。
  27. 前記識別された線量変更ビームレットの前記部分集合は、ｎを正整数としてｎ番目毎のビームからの前記１つまたは複数の線量変更ビームレット、および前記識別された線量変更ビームレットのランダムに選択された部分集合のうちの１つを含む請求項２６に記載のシステム。
  28. 前記コントローラが、前記線量変更ビームレットのうちの前記１つまたは複数の前記強度値を修正するために、所望の線量修正の前記大きさと前記線量変更ビームレットのうちの前記１つまたは複数の数とに依存する関数に従って前記線量変更ビームレットのうちの前記１つまたは複数について強度値変更の大きさを判定するように構成された請求項１から２３のいずれか１項に記載のシステム。
  29. 前記関数は、所望の線量修正の大きさに比例し、前記線量変更ビームレットのうちの前記１つまたは複数の数に反比例する請求項２８に記載のシステム。
  30. 前記コントローラが、前記線量変更ビームレットのうちの前記１つまたは複数の前記強度値を修正するために、提案された強度値修正に１つまたは複数の強度制限を課すように構成された請求項１から２９のいずれか１項に記載のシステム。
  31. 前記１つまたは複数の強度制限は、前記線量変更ビームレットの前記１つまたは複数の前記強度値は最小閾値より大きくなければならないこと、前記線量変更ビームレットの前記１つまたは複数の前記強度値は最大閾値より小さくなければならないこと、前記線量変更ビームレットの前記１つまたは複数の前記強度値と１つまたは複数の隣接するビームレットの前記強度値との間の空間的変動は最大変動閾値より小さくなければならないことのうちの１つまたは複数を含む請求項３０に記載のシステム。
  32. 前記提案された強度値修正に１つまたは複数の強度制限を課すことで強度制限の違反があると結論される場合、前記コントローラが、ステップ（ｄ）を実行する前に、前記方法は前記強度制限の前記違反を解消するように構成され、
    前記強度制限の前記違反を解消するために、前記コントローラが、所望の線量修正の前記大きさを調整し、所望の線量修正の前記調整された大きさでステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を実行することと、前記強度制限の前記違反を引き起こす線量変更ビームレットをステップ（ｄ）を実行したときの考察から省くことと、前記強度制限の違反がなくなるまで前記線量変更ビームレットの前記１つまたは複数の前記強度値をさらに修正することのうちの１つまたは複数を含むように構成された請求項３０から３１のいずれか１項に記載のシステム。
  33. 前記コントローラが、前記複数のビームのそれぞれについて、また前記１つまたは複数の線量変更ビームレットのそれぞれについて、１つまたは複数の二次線量変更ビームレットを決定し、ステップ（ｃ）および（ｄ）を実行するときに前記二次線量変更ビームレットを線量変更ビームレットとして取り扱うように構成された請求項１から３２のいずれか１項に記載のシステム。
  34. 前記コントローラが、前記複数のビームのそれぞれについて、また前記１つまたは複数の線量変更ビームレットのそれぞれについて、１つまたは複数の二次線量変更ビームレットを決定するために、前記１つまたは複数の二次線量変更ビームレットを、前記線量変更ビームレットに近い周縁領域内にあると決定するように構成された請求項３３に記載のシステム。
  35. 前記コントローラが、前記線量変更ビームレットのうちの１つまたは複数の前記強度値を修正するために、前記線量変更ビームレットのうちの前記１つまたは複数のそれぞれについて、前記線量変更ビームレットに近い前記周縁領域内の前記二次線量変更ビームレットの前記強度値を前記線量変更ビームレットの前記変更の大きさより小さい大きさで修正するように構成された請求項３４に記載のシステム。
  36. 前記コントローラが、前記達成可能な線量分布推定を更新するために、線量推定技術を使用して前記線量変更ビームレットの前記１つまたは複数の前記修正された強度値に帰すべき線量寄与分を決定するように構成され、
    前記推定技術はモンテカルロ、崩壊円錐畳み込み、ペンシルビーム、異方性解析アルゴリズムおよびボルツマン方程式ソルバーのうちの１つまたは複数を含む請求項１から３５のいずれか１項に記載のシステム。
  37. 前記コントローラが、前記線量推定技術を使用して前記線量変更ビームレットの前記１つまたは複数の前記修正された強度値に帰すべき線量寄与分を決定するために、線量寄与分を前記既存の達成可能な線量分布推定に加算または減算するように構成され、
    前記加算または減算される線量寄与分は少なくとも一部は前記線量変更ビームレットの前記１つまたは複数の前記修正された強度値の実際の変更に帰すべきである請求項３６に記載のシステム。
  38. 前記コントローラが、前記線量推定技術を使用して前記線量変更ビームレットの前記１つまたは複数の前記修正された強度値に帰すべき線量寄与分を決定するために、前記既存の達成可能な線量分布推定の一部を代替線量寄与分で置き換えるように構成され、
    前記代替の線量寄与分は少なくとも一部は前記線量変更ビームレットの前記１つまたは複数の実際の強度値に帰すべきである請求項３６に記載のシステム。
  39. 前記達成可能な線量分布推定を更新するために、１つまたは複数の線量変更ビームレットを含む前記複数のビームのそれぞれについて、
    前記コントローラが、
    ビームレットの前記２次元配列の前記強度値を２次元線量推定カーネルと畳み込み、２次元の畳み込まれた強度分布を取得し、
    ビームレットの前記２次元配列内のそれぞれのビームレットについて、前記ビームレットに関連付けられている前記光線が交差するボクセルを識別し、線量寄与分を前記交差したボクセルに加えるように構成され、
    前記２次元の畳み込まれた強度分布はそれぞれのビームレットに対する畳み込まれた強度値を含み、
    前記加えられた線量寄与分は前記ビームレットの前記畳み込まれた強度値に基づく請求項１から３５のいずれか１項に記載のシステム。
  40. 前記線量推定カーネルは、２次元点広がり関数を含む請求項３９に記載のシステム。
  41. 前記線量推定カーネルは、２次元点広がり関数の一次結合を含む請求項３９に記載のシステム。
  42. ２次元点広がり関数の前記一次結合は、ガウス関数の一次結合を含む請求項４１に記載のシステム。
  43. 前記コントローラが、ビームレットの前記２次元配列の前記強度値を前記２次元線量推定カーネルと畳み込むために、ビームレットの前記２次元配列の前記強度値のフーリエ変換に前記２次元線量推定カーネルのフーリエ変換を乗算してフーリエ乗算結果を取得し、前記フーリエ乗算結果の逆フーリエ変換を決定して前記２次元の畳み込まれた強度分布を取得するように構成された請求項３９から４２のいずれか１項に記載のシステム。
  44. 前記２次元線量推定カーネルの前記フーリエ変換は、アクセス可能なメモリ内に格納される請求項４３に記載のシステム。
  45. 単一のビームからの複数の光線が特定のボクセルと交差する場合、前記コントローラが、前記線量寄与分を前記特定のボクセルに加えるために、前記複数の光線に対応する前記複数のビームレットの前記畳み込まれた強度値の一次結合に基づき前記線量寄与分を加えるように構成された請求項３９から４４のいずれか１項に記載のシステム。
  46. ビームレットの前記２次元配列内のそれぞれのビームレットについて、またそれぞれの交差するボクセルについて、前記加えられた線量寄与分は、減衰係数を掛けた前記ビームレットの前記畳み込まれた強度値に基づき、前記減衰係数は前記被験者内の前記交差するボクセルの深さとともに減少する請求項３９から４５のいずれか１項に記載のシステム。
  47. 前記減衰係数は、α（ｄ）＝Ｂｅ−ｋｄの形式をとり、ｄは被験者内の前記交差するボクセルの前記深さであり、Ｂおよびｋは、減衰係数パラメータである請求項４６に記載のシステム。
  48. 前記達成可能な線量分布推定を更新するために、１つまたは複数の線量変更ビームレットを含む前記複数のビームのそれぞれについて、
    前記コントローラが、
    ビームレットの前記２次元配列の前記強度値を複数の２次元線量推定カーネルと畳み込み、対応する複数の２次元の畳み込まれた強度分布を取得し、
    ビームレットの前記２次元配列内のそれぞれのビームレットについて、前記ビームレットに関連付けられている前記光線が交差するボクセルを識別し、線量寄与分を前記交差するボクセルに加えるように構成され、
    それぞれの２次元の畳み込まれた強度分布はそれぞれのビームレットに対する畳み込まれた強度値を含み、それぞれの線量推定カーネルは、異なるビームエネルギーに関連付けられ、
    いずれか１つの交差するボクセルに対する前記線量寄与分は前記複数の２次元の畳み込まれた強度分布のうちの１つからの前記ビームレットの前記畳み込まれた強度値に基づき、前記複数の２次元の畳み込まれた強度分布のうちの前記１つは前記ビームのビームエネルギーに基づき選択される請求項１から３５のいずれか１項に記載のシステム。
  49. 前記達成可能な線量分布推定を更新するために、１つまたは複数の線量変更ビームレットを含む前記複数のビームのそれぞれについて、
    前記コントローラが、
    ビームレットの前記２次元配列の前記強度値を複数の２次元線量推定カーネルと畳み込み、対応する複数の２次元の畳み込まれた強度分布を取得し、
    ビームレットの前記２次元配列内のそれぞれのビームレットについて、前記ビームレットに関連付けられている前記光線が交差するボクセルを識別し、線量寄与分を前記交差するボクセルに加えるように構成され、
    それぞれの２次元の畳み込まれた強度分布はそれぞれのビームレットに対する畳み込まれた強度値を含み、それぞれの線量推定カーネルは、組織密度の異なる範囲に関連付けられ、
    いずれか１つの交差するボクセルに対する前記線量寄与分は前記複数の２次元の畳み込まれた強度分布のうちの１つからの前記ビームレットの前記畳み込まれた強度値に基づき、前記複数の２次元の畳み込まれた強度分布のうちの前記１つは前記１つの交差するボクセルの組織密度に基づき選択される請求項１から３５のいずれか１項に記載のシステム。
  50. 前記コントローラが、前記達成可能な線量分布推定を更新するために、前記更新された達成可能な線量分布推定が前記線量修正ボクセルに対応する所望の線量修正の前記大きさをより近似するように前記更新された達成可能な線量分布推定をスケーリングするように構成された請求項１から４９のいずれか１項に記載のシステム。
  51. 前記コントローラが、前記達成可能な線量分布推定を更新するために、前記更新された達成可能な線量分布に１つまたは複数の線量制限を課すように構成された請求項１から５０のいずれか１項に記載のシステム。
  52. 前記１つまたは複数の線量制限は、前記更新された達成可能な線量分布が被験者の標的組織構造に対応するボクセル内の線量を最小標的構造閾値を下回って下げてはならないことと、前記更新された達成可能な線量分布が被験者の健常組織構造に対応するボクセル内の線量を最大健常構造閾値を上回って上げてはならないことのうちの１つまたは複数を含む請求項５１に記載のシステム。
  53. 前記更新された達成可能な線量分布に１つまたは複数の線量制限を課すことで線量制限の違反があると結論される場合、前記コントローラが、前記方法は前記線量制限の前記違反を解消するように構成され、
    前記線量制限の前記違反を解消するために、前記コントローラが、前記達成可能な線量分布推定の前記更新を拒絶すること、および前記線量修正ボクセルに対応する前記所望の線量修正の前記大きさを調整し、前記調整された大きさでステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を繰り返すことのうちの１つまたは複数を含むように構成された請求項５１および５２のいずれか１項に記載のシステム。
  54. 前記更新された達成可能な線量分布に１つまたは複数の線量制限を課すことで線量制限の違反があると結論される場合、前記コントローラが、
    前記線量制限の前記違反を解消し、
    前記更新された達成可能な線量分布に１つまたは複数の線量制限を課したときに線量制限の違反がないと結論されるまで、前記線量制限の前記違反の解消を繰り返すように構成され、
    前記線量制限の前記違反を解消するために、前記コントローラが、前記更新された線量分布が前記線量制限に違反することを引き起こす１つまたは複数の制限違反ボクセル、および１つまたは複数の対応する所望の線量変更の大きさを決定し、前記１つまたは複数の制限違反ボクセルおよび前記１つまたは複数の対応する所望の線量変更の大きさを前記線量修正ボクセルおよび前記所望の線量修正の前記対応する大きさの代わりに使用してステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を繰り返し、前記更新された達成可能な線量分布に前記１つまたは複数の線量制限を再度課すように構成された請求項５１および５２のいずれか１項に記載のシステム。
  55. 前記コントローラが、前記達成可能な線量分布推定を更新した後、前記更新された達成可能な線量分布推定を使用して１つまたは複数の更新された線量品質計量を決定するように構成された請求項１から５４のいずれか１項に記載のシステム。
  56. 前記コントローラが、１つまたは複数の更新された線量品質計量を決定するために、少なくとも１つの更新された線量品質計量に１つまたは複数の線量品質計量制限を課すように構成された請求項５５に記載のシステム。
  57. 前記１つまたは複数の線量品質計量制限は、前記少なくとも１つの更新された線量品質計量が最小標的構造閾値より高い線量を持つ標的構造の最小割合の体積を有しなければならないこと、および前記少なくとも１つの更新された線量品質計量が最大健常組織構造閾値より低い線量を持つ健常組織構造の最小割合の体積を有しなければならないことのうちの１つまたは複数を含む請求項５６に記載のシステム。
  58. 前記少なくとも１つの更新された線量品質計量に１つまたは複数の線量品質計量制限を課すことで線量品質計量制限の違反があると結論される場合、前記コントローラが、前記線量品質計量制限の前記違反を解消するように構成され、
    前記線量品質計量制限の前記違反を解消するために、前記コントローラが、前記達成可能な線量分布推定の前記更新を拒絶すること、および前記線量修正ボクセルに対応する前記所望の線量修正の前記大きさを調整し、前記調整された大きさでステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を繰り返すことのうちの１つまたは複数を含むように構成された請求項５６および５７のいずれか１項に記載のシステム。
  59. 前記少なくとも１つの更新された線量品質計量に１つまたは複数の線量品質計量制限を課すことで線量品質計量制限の違反があると結論される場合、前記コントローラが、
    前記線量品質計量制限の前記違反を解消し、
    前記少なくとも１つの更新された線量品質計量に１つまたは複数の線量品質計量制限を課したときに線量品質計量制限の違反がないと結論されるまで、前記線量品質計量制限の前記違反の解消を繰り返すように構成され、
    前記線量品質計量制限の前記違反を解消するために、前記コントローラが、前記少なくとも１つの更新された線量品質計量が前記線量品質計量制限に違反することを引き起こす１つまたは複数の制限違反ボクセル、および１つまたは複数の対応する所望の線量変更の大きさを決定し、前記１つまたは複数の制限違反ボクセルおよび前記１つまたは複数の対応する所望の線量変更の大きさを前記線量修正ボクセルおよび前記所望の線量修正の前記対応する大きさの代わりに使用してステップ（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）を繰り返し、前記少なくとも１つの更新された線量品質計量に前記１つまたは複数の線量品質計量制限を課すように構成された請求項５６および５７のいずれか１項に記載のシステム。
  60. 前記コントローラが、前記複数のビームのそれぞれについて、ビームレットの前記２次元配列内の前記ビームレットの前記強度値を初期化するように構成され、
    ビームレットの前記２次元配列内の前記ビームレットの前記強度値を初期化するために、前記コントローラが、すべての強度値をゼロに設定すること、ランダムプロセスに従って強度値を設定すること、線量の近似球が標的組織構造を包含するように強度値を設定すること、標的構造と交差する光線を有するビームレットに対する強度値を第１の正の値となるように設定し、他のビームレットに対する強度値をより低い値を持つように設定すること、その結果得られる線量分布推定が閾値より高い最大線量を有するように強度値を設定すること、および標的構造に対する処方線量の関数に基づき前記ビームレットの全部または部分集合に対して強度値を設定することのうちの１つまたは複数を含むように構成された請求項１から５９のいずれか１項に記載のシステム。
  61. 前記コントローラが、前記達成可能な線量分布推定を更新した後、前記更新された達成可能な線量推定に基づき１つまたは複数の放射線照射パラメータを決定するように構成され、前記１つまたは複数の放射線照射パラメータは被験者の治療のため前記放射線照射装置による使用に適している請求項１から６０のいずれか１項に記載のシステム。
  62. 前記コントローラが、前記更新された達成可能な線量推定に基づき１つまたは複数の放射線照射パラメータを決定するために、反復最適化プロセスを実行するように構成された請求項６１に記載のシステム。
  63. 前記コントローラが、前記反復最適化プロセスを実行するために、前記更新された達成可能な線量推定に対して許容可能な範囲内で類似の最適化された線量分布推定をもたらす前記１つまたは複数の放射線照射パラメータを最適化するように構成された請求項６１に記載のシステム。
  64. 前記コントローラが、前記反復最適化プロセスを実行するために、それぞれの最適化ビームレットが対応する最適化強度値に関連付けられている最適化ビームレットの２次元配列によって特徴付けられる空間的に変化する２次元最適化強度分布を有する最適化ビームから結果として得られるボクセルの３次元範囲にわたって最適化された線量分布を推定するように構成され、
    前記推定するために、前記コントローラが、
    前記最適化ビームレットの空間内への投射を表す最適化光線をそれぞれの最適化ビームレットに関連付け、
    ２次元最適化強度分布を２次元最適化線量推定カーネルと畳み込み、それぞれの最適化ビームレットに対する最適化畳み込み強度値を含む２次元の最適化畳み込み強度分布を取得し、
    最適化ビームレットの前記２次元配列内のそれぞれの最適化ビームレットについて、前記最適化ビームレットに関連付けられている前記最適化光線が交差するボクセルの前記３次元範囲内のボクセルを識別し、最適化線量寄与分を前記交差したボクセルに加えるように構成され、
    前記加えられた最適化線量寄与分は前記最適化ビームレットの前記最適化畳み込み強度値に基づく請求項６２および６３に記載のシステム。
  65. 非一時的コンピュータ可読媒体内に具現化される命令を備えるコンピュータプログラム製品であって、前記命令は、好適なプロセッサによって実行されたときに、前記プロセッサに、被験者の提案された治療のための放射線照射装置によって照射可能な達成可能な線量分布推定の操作を可能にするための方法を実行させ、前記達成可能な線量分布推定はそれぞれのボクセルに対する線量値によって３次元範囲のボクセルにわたって定義され、前記方法は、
    前記線量値を修正することが望まれている線量修正ボクセルおよび所望の線量修正の対応する大きさを決定することと、
    複数のビームのそれぞれについて、
    前記ビームを、それぞれのビームレットが対応する強度値と空間内への前記ビームレットの投射を表す光線とに関連付けられているビームレットの２次元配列として特徴付け、
    前記線量修正ボクセルと交差する関連付けられている光線を有する１つまたは複数の線量変更ビームレットを識別することと、
    所望の線量修正の前記大きさに基づき前記識別された線量変更ビームレットの前記強度値を修正し、前記識別された線量変更ビームレットの前記強度値を修正することは、前記識別された線量変更ビームレットのそれぞれについて、前記識別された線量変更ビームレットの前記強度値を対応する量だけ修正し、前記対応する量は前記所望の線量修正の前記大きさに基づくことを含むことと、
    前記識別された線量変更ビームレットの前記修正された強度値を考慮するように前記達成可能な線量分布推定を更新することと、を含むコンピュータプログラム製品。
  66. １つまたは複数のビームから結果として得られる被験者を収納するように提案された３次元範囲のボクセルにわたって線量分布を推定するためのシステムであって、それぞれのビームはビームレットの２次元配列によって特徴付けられる空間的に変化する２次元強度分布を含み、それぞれのビームレットは、対応する強度値に関連付けられ、前記システムは前記１つまたは複数のビームのそれぞれについて、
    空間内への前記ビームレットの投射を表す前記光線をそれぞれのビームレットに関連付け、
    前記２次元強度分布を２次元線量推定カーネルと畳み込み、それぞれのビームレットに対する畳み込まれた強度値を含む２次元の畳み込み強度分布を取得し、
    ビームレットの前記２次元配列内のそれぞれのビームレットについて、前記ビームレットに関連付けられている前記光線が交差するボクセルの前記３次元範囲内のボクセルを識別し、線量寄与分を前記交差したボクセルに加えるように構成されたコントローラを備え、
    前記加えられた線量寄与分は前記ビームレットの前記畳み込まれた強度値に基づくシステム。
  67. 前記線量推定カーネルは、２次元点広がり関数を含む請求項６６に記載のシステム。
  68. 前記線量推定カーネルは、２次元点広がり関数の一次結合を含む請求項６６に記載のシステム。
  69. 点広がり関数の前記一次結合は、ガウス関数の一次結合を含む請求項６８に記載のシステム。
  70. 前記コントローラが、前記２次元強度分布を前記２次元線量推定カーネルと畳み込むために、前記２次元強度分布のフーリエ変換に前記２次元線量推定カーネルのフーリエ変換を乗算してフーリエ乗算結果を取得し、前記フーリエ乗算結果の逆フーリエ変換を決定して前記２次元の畳み込まれた強度分布を取得するように構成された請求項６６から６９のいずれか１項に記載のシステム。
  71. 前記２次元線量推定カーネルの前記フーリエ変換は、アクセス可能なメモリ内に格納される請求項７０に記載のシステム。
  72. 複数の光線が特定のボクセルと交差する場合、前記コントローラが、前記線量寄与分を前記特定のボクセルに加えるために、前記複数の光線に対応する前記複数のビームレットの前記畳み込まれた強度値の一次結合に基づき前記線量寄与分を加えるように構成された請求項６６から７１のいずれか１項に記載のシステム。
  73. ビームレットの前記２次元配列内のそれぞれのビームレットについて、またそれぞれの交差するボクセルについて、前記加えられた線量寄与分は、減衰係数を掛けた前記ビームレットの前記畳み込まれた強度値に基づき、前記減衰係数は前記被験者内の前記交差するボクセルの深さとともに減少する請求項６６から７２のいずれか１項に記載のシステム。
  74. 前記減衰係数は、α（ｄ）＝Ｂｅ−ｋｄの形式をとり、ｄは被験者内の前記交差するボクセルの前記深さであり、Ｂおよびｋは、減衰係数パラメータである請求項７３に記載のシステム。
  75. 前記コントローラが、前記１つまたは複数のビームのそれぞれについて、
    前記２次元強度分布を複数の２次元線量推定カーネルと畳み込み、対応する複数の２次元の畳み込まれた強度分布を取得し、
    ビームレットの前記２次元配列内のそれぞれのビームレットについて、前記ビームレットに関連付けられている前記光線が交差するボクセルの前記３次元範囲内のボクセルを識別し、線量寄与分を前記交差するボクセルに加えるように構成され、
    それぞれの２次元の畳み込まれた強度分布はそれぞれのビームレットに対する畳み込まれた強度値を含み、それぞれの線量推定カーネルは、異なるビームエネルギーに関連付けられ、
    いずれか１つの交差するボクセルに対する前記線量寄与分は前記複数の２次元の畳み込まれた強度分布のうちの１つからの前記ビームレットの前記畳み込まれた強度値に基づき、前記複数の２次元の畳み込まれた強度分布のうちの前記１つは前記ビームのビームエネルギーに基づき選択される請求項６６から７４のいずれか１項に記載のシステム。
  76. 前記コントローラが、
    前記２次元強度分布を複数の２次元線量推定カーネルと畳み込み、対応する複数の２次元の畳み込まれた強度分布を取得し、
    ビームレットの前記２次元配列内のそれぞれのビームレットについて、前記ビームレットに関連付けられている前記光線が交差するボクセルの前記３次元範囲内のボクセルを識別し、線量寄与分を前記交差するボクセルに加えるように構成され、
    それぞれの２次元の畳み込まれた強度分布はそれぞれのビームレットに対する畳み込まれた強度値を含み、それぞれの線量推定カーネルは、組織密度の異なる範囲に関連付けられ、
    いずれか１つの交差するボクセルに対する前記線量寄与分は前記複数の２次元の畳み込まれた強度分布のうちの１つからの前記ビームレットの前記畳み込まれた強度値に基づき、前記複数の２次元の畳み込まれた強度分布のうちの前記１つは前記１つの交差するボクセルに関連付けられている前記被験者の組織密度に基づき選択される請求項６６から７４のいずれか１項に記載のシステム。
  77. コントローラが、前記推定された線量分布に基づき１つまたは複数の放射線照射パラメータを決定するように構成され、前記１つまたは複数の放射線照射パラメータは被験者の治療のため放射線照射装置による使用に適している請求項６６から７６のいずれか１項に記載のシステム。
  78. コントローラが、前記推定された線量分布に基づき１つまたは複数の放射線照射パラメータを決定するために、反復最適化プロセスを実行する請求項７７に記載のシステム。
  79. コントローラが、前記反復最適化プロセスを実行するために、前記推定された線量分布に対して許容可能な範囲内で類似の最適化された線量分布推定をもたらす前記１つまたは複数の放射線照射パラメータを最適化する請求項７８に記載のシステム。
  80. コントローラが、前記反復最適化を実行するために、請求項６６に記載のシステムにより最適化された線量分布を推定するように構成された請求項７８および７９のいずれか１項に記載のシステム。
  81. １つまたは複数のビームから結果として得られる被験者を収納するように提案された３次元範囲のボクセルにわたって線量分布を推定するためのシステムであって、それぞれのビームはビームレットの２次元配列によって特徴付けられる空間的に変化する２次元強度分布を含み、それぞれのビームレットは、対応する強度値に関連付けられ、前記システムはコントローラを備え、前記コントローラは前記１つまたは複数のビームのそれぞれについて、
    空間内への前記ビームレットの投射を表す前記光線をそれぞれのビームレットに関連付け、
    前記２次元強度分布を２次元線量推定カーネルと畳み込み、それぞれのビームレットに対する畳み込まれた強度値を含む２次元の畳み込み強度分布を取得し、
    ビームレットの前記２次元配列内のそれぞれのビームレットについて、前記ビームレットに関連付けられている前記光線が交差するボクセルの前記３次元範囲内のボクセルを識別し、線量寄与分を前記交差したボクセルに加え、前記加えられた線量寄与分は前記ビームレットの前記畳み込まれた強度値に基づくように構成されたシステム。
  82. 非一時的コンピュータ可読媒体内に具現化される命令を備えるコンピュータプログラム製品であって、前記命令は、好適なプロセッサによって実行されたときに、前記プロセッサに、１つまたは複数のビームから結果として得られる被験者を収納するように提案された３次元範囲のボクセルにわたって線量分布を推定するための方法を実行させ、それぞれのビームはビームレットの２次元配列によって特徴付けられる空間的に変化する２次元強度分布を含み、それぞれのビームレットは、対応する強度値に関連付けられ、前記方法は前記１つまたは複数のビームのそれぞれについて、
    空間内への前記ビームレットの投射を表す前記光線をそれぞれのビームレットに関連付けることと、
    前記２次元強度分布を２次元線量推定カーネルと畳み込み、それぞれのビームレットに対する畳み込まれた強度値を含む２次元の畳み込み強度分布を取得することと、
    ビームレットの前記２次元配列内のそれぞれのビームレットについて、前記ビームレットに関連付けられている前記光線が交差するボクセルの前記３次元範囲内のボクセルを識別し、線量寄与分を前記交差したボクセルに加え、前記加えられた線量寄与分は前記ビームレットの前記畳み込まれた強度値に基づくことと、を含むコンピュータプログラム製品。
  83. 被験者の提案された治療のための放射線照射装置によって照射可能な達成可能な線量分布推定の操作を可能にするためのシステムであって、前記達成可能な線量分布推定はそれぞれのボクセルに対する線量値によって３次元範囲のボクセルにわたって定義され、前記システムはコントローラを備え、前記コントローラは、
    （ａ）前記線量値を修正することが望まれている線量修正ボクセルを決定し、所望の線量修正の対応する大きさを決定し、
    （ｂ）複数のビームのそれぞれについて、
    （ｉ）前記ビームを、それぞれのビームレットが対応する強度値に関連付けられているビームレットの２次元配列として特徴付け、
    （ｉｉ）前記ボクセルから投射され、ビームレットの前記２次元配列と交差する光線をそれぞれのボクセルに関連付け、
    （ｉｉｉ）線量変更ビームレットを前記線量修正ボクセルに関連付けられている前記光線が交差する前記ビームレットであると識別し、
    （ｃ）所望の線量修正の前記大きさに基づき前記識別された線量変更ビームレットの前記強度値を修正するように構成され、前記コントローラは、前記識別された線量変更ビームレットの前記強度値を修正するために、前記識別された線量変更ビームレットのそれぞれについて、前記識別された線量変更ビームレットの前記強度値を前記所望の線量修正の前記大きさに基づく対応する量だけ修正し、
    （ｄ）前記識別された線量変更ビームレットの前記修正された強度値を考慮するように前記達成可能な線量分布推定を更新するように構成されたシステム。
  84. ビームレットに関連付けられている光線ではなくボクセルに関連付けられている光線に対して適切に構成されている請求項２から６５の特徴のいずれかを組み込んだ請求項８３に記載のシステム。
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