1つの目的はイオンビーム送達のモデル化を改良することにある。
第1の態様によれば、ブラッグピークチャンバを使用して積分深部線量すなわちIDDを測定する場合に、特定の公称エネルギーのためにイオンビーム治療送達システムによって生成された集束イオンビームのエネルギースペクトルを得るための方法が提供される。本方法はスペクトル決定部で行い、公称単一エネルギー集束イオンビームのセットの線量を少なくとも2次元でシミュレートする工程(ここでは当該セットのエネルギーはイオンビーム治療送達システムのサポートされているエネルギー範囲をカバーしている)と、評価のためにブラッグピークチャンバの横方向広がりを決定する工程と、ブラッグピークチャンバの横方向広がりにわたって公称単一エネルギー集束イオンビームのシミュレートしたセットの線量を横方向に積分することにより理論上の成分IDD曲線すなわちCIDDのセットを計算する工程と、計算したCIDDを記憶する工程と、ブラッグピークチャンバを用いて公称エネルギーを有する集束イオンビームの実測IDDを得る工程と、公称ビームエネルギーを有する集束イオンビームのエネルギースペクトルを決定するために実測IDDに対してCIDDの線形結合フィッティングを行う工程(ここでは全てのCIDD重みはゼロ以上である)とを含む。
各シミュレートした公称単一エネルギー集束イオンビームのエネルギー分布は、治療送達システムの集束イオンビームのエネルギー分布の標準偏差よりも小さい標準偏差を有するエネルギー分布を有していてもよい。
各シミュレートした公称単一エネルギー集束イオンビームのエネルギー分布は厳密に単一エネルギーであってもよい。
実測IDDを得る工程およびフィッティングを行う工程は、複数の公称ビームエネルギーのために繰り返してもよい。この場合に本方法は、先に決定したエネルギースペクトル間の補間によってイオンビーム治療送達システムのさらなる公称ビームエネルギーのエネルギースペクトルを決定する工程をさらに含んでもよい。
本方法は、当該エネルギースペクトルをモンテカルロベースの線量計算アルゴリズムへの入力として使用する工程をさらに含んでもよい。
本方法は、当該エネルギースペクトルと、当該エネルギースペクトルを決定するために使用するCIDDを決定するために使用した面積よりも大きな面積にわたって横方向に積分した第2のセットのCIDDとを用いて完全なIDDを生成する工程(完全なIDDは分析的線量計算アルゴリズムへの入力として使用可能である)をさらに含んでもよい。
第2の態様によれば、ブラッグピークチャンバを使用して積分深部線量すなわちIDDを測定する場合に、特定の公称エネルギーのためにイオンビーム治療送達システムによって生成された集束イオンビームのエネルギースペクトルを得るためのスペクトル決定部が提供される。スペクトル決定部はプロセッサと、プロセッサによって実行された場合にスペクトル決定部に、公称単一エネルギー集束イオンビームのセットの線量を少なくとも2次元でシミュレートさせ(ここでは当該セットのエネルギーはイオンビーム治療送達システムのサポートされているエネルギー範囲をカバーしている)、評価のためにブラッグピークチャンバの横方向広がりを決定させ、ブラッグピークチャンバの横方向広がりにわたって公称単一エネルギー集束イオンビームのシミュレートしたセットの線量を横方向に積分することにより理論上の成分IDD曲線すなわちCIDDのセットを計算させ、計算したCIDDを記憶させ、ブラッグピークチャンバを用いて公称エネルギーを有する集束イオンビームの実測IDDを得させ、かつ公称ビームエネルギーを有する集束イオンビームのエネルギースペクトルを決定するために実測IDDに対してCIDDの線形結合フィッティングを行わせる(ここでは全てのCIDD重みはゼロ以上である)命令を記憶しているメモリとを備える。
各シミュレートした公称単一エネルギー集束イオンビームのエネルギー分布は、治療送達システムの集束イオンビームのエネルギー分布の標準偏差よりも小さい標準偏差を有するエネルギー分布を有していてもよい。
各シミュレートした公称単一エネルギー集束イオンビームのエネルギー分布は厳密に単一エネルギーであってもよい。
スペクトル決定部は、プロセッサによって実行された場合にスペクトル決定部に、実測IDDを得るために当該命令を繰り返させ、かつ複数の公称ビームエネルギーのためにフィッティングを行わせ、かつ先に決定したエネルギースペクトル間の補間によってイオンビーム治療送達システムのさらなる公称ビームエネルギーのエネルギースペクトルを決定させる命令をさらに含んでいてもよい。
スペクトル決定部は、プロセッサによって実行された場合にスペクトル決定部に当該エネルギースペクトルをモンテカルロベースの線量計算アルゴリズムへの入力として使用させる命令をさらに含んでいてもよい。
スペクトル決定部は、プロセッサによって実行された場合にスペクトル決定部に、当該エネルギースペクトルと、当該エネルギースペクトルを決定するために使用するCIDDを決定するために使用した面積よりも大きな面積にわたって横方向に積分した第2のセットのCIDDとを用いて完全なIDDを生成させる(完全なIDDは分析的線量計算アルゴリズムへの入力として使用可能である)命令をさらに含んでいてもよい。
第3の態様によれば、ブラッグピークチャンバを使用して積分深部線量すなわちIDDを測定する場合に、特定の公称エネルギーのためにイオンビーム治療送達システムによって生成された集束イオンビームのエネルギースペクトルを得るためのコンピュータプログラムが提供される。このコンピュータプログラムはスペクトル決定部で実行された場合にスペクトル決定部に、公称単一エネルギー集束イオンビームのセットの線量を少なくとも2次元でシミュレートさせ(ここでは当該セットのエネルギーはイオンビーム治療送達システムのサポートされているエネルギー範囲をカバーしている)、評価のためにブラッグピークチャンバの横方向広がりを決定させ、ブラッグピークチャンバの横方向広がりにわたって公称単一エネルギー集束イオンビームのシミュレートしたセットの線量を横方向に積分することにより理論上の成分IDD曲線すなわちCIDDのセットを計算させ、計算したCIDDを記憶させ、ブラッグピークチャンバを用いて公称エネルギーを有する集束イオンビームの実測IDDを得させ、かつ公称ビームエネルギーを有する集束イオンビームのエネルギースペクトルを決定するために実測IDDに対してCIDDの線形結合フィッティングを行わせる(ここでは全てのCIDD重みはゼロ以上である)コンピュータプログラムコードを含む。
第4の態様によれば、第3の態様に係るコンピュータプログラムと、そのコンピュータプログラムが記憶されているコンピュータ可読手段とを含むコンピュータプログラム製品が提供される。
一般に特許請求の範囲で使用されている全ての用語は、本明細書において特に明示的に定義されていない限り当該技術分野でのそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「1つの(a)/1つの(an)/その(前記)(the)要素、装置、成分、手段、工程など」への全ての言及は、特に明示的に記載されていない限り、当該要素、装置、成分、手段、工程などの少なくとも1つの例について公に言及しているものとして解釈されるべきである。本明細書に開示されている任意の方法の工程は、特に明示的に記載されていない限り、開示されている正確な順序で行われる必要はない。
次に添付の図面を参照しながら態様および実施形態を例として説明する。
以下、本発明の特定の実施形態が示されている添付の図面を参照しながら、本開示の態様をより完全に説明する。但しこれらの態様は多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書を限定するものとして解釈されるべきではなく、それどころかこれらの実施形態は、本開示を徹底的かつ完全なものとし、かつ本発明の全ての態様の範囲を当業者に完全に伝えるために例として提供されている。同様の番号は本明細書全体を通して同様の要素を指す。
図1は、本明細書に示されている実施形態を適用することができる環境を示す概略図である。治療計画システム1は、どのように放射線線量を患者の標的体積3に送達するかを決定する。より具体的には、治療計画システム1は治療計画7をイオンビーム治療送達システム2に提供する。治療計画7は複数の幾何学的に定められた走査スポットために重みを指定する。各重みはそれぞれの走査スポットにおいて提供される放射線の量を定めて、それにより放射線線量を標的体積3に提供する。標的体積3の近くにリスク臓器が存在する場合がある。そのような場合に治療計画は標的体積3への十分な線量送達と、リスク臓器への線量送達を少なく維持することとのバランスにより決定する。
治療計画は、走査されるイオンビームを用いるイオンビーム治療送達システム2によって送達し、線量を走査スポットで患者に送達する。走査スポットは、ビームのための横方向走査位置およびビームエネルギーによって定める。治療計画7はイオンビーム治療のための走査スポットの分布からなり、それにより標的体積3への線量送達を3次元で定める。
治療計画7に基づいてイオンビーム治療送達システム2は、患者の標的体積3にわたってスポットによって走査されるスポットであるイオンビーム12を生成する。各走査スポットは患者の標的体積3にスポット線量分布を生成する。図1に示されている座標系では、深さはz軸に沿って表されている。深さ方向すなわちz軸に沿ったスポット線量分布の最大線量(ブラッグピーク)の位置はイオンの運動エネルギーによって制御され、より高いエネルギーにより最大線量のより深い位置が得られる。さらに2次元(z軸に垂直な平面)における横方向位置は、ビーム12を偏向させるための電磁石を用いて制御される。このようにイオンビーム治療送達システム2は治療計画7に従って走査スポットを3次元で送達する。
図2は、単一集束イオンビーム11によって送達された線量の深さの関数として横方向広がりを示す概略図である。深さはz軸によって示されており、垂直軸は横方向を示す。この図から、どのようにイオンビーム12のコア線量送達11(線量送達の大部分を含む)が、特にブラッグピークに近づく際にイオンビーム12の中心から横方向に広がるかが分かる。ブラッグピークチャンバを使用して積分深部線量(IDD)の形態の線量送達を測定する。ブラッグピークチャンバは、集束イオンビームのIDDを測定するために使用される任意の種類の線量測定装置であればよい。ブラッグピークチャンバは有限の横方向広がり14を有する。ブラッグピークチャンバの横方向広がり14はコア線量送達11の横方向広がりをカバーしているが、周縁の線量送達13までずっと送達されている少量の線量が存在する。従ってブラッグピークチャンバの有限の横方向広がり14の外側には若干の線量送達が存在するため、これらはブラッグピークチャンバによって捕捉されない。
図3は、総線量送達10とブラッグピークチャンバを用いて測定した実測線量送達10’との差を示す概略図である。
総線量送達10ならびに実測線量送達10’は、特定の深さにおけるブラッグピークの存在およびその後の急激な減少を示す。図2を再度参照すると、ブラッグピークチャンバの有限の横方向広がり14が原因で、ブラッグピークチャンバによって捕捉されない少量の線量送達が存在する。実測線量送達10’と総線量送達10との間に不一致が存在するのはこのような理由によるものである。先行技術ではこの不一致は数の上では補償されている。
図4は、図1のイオンビーム治療送達システム2における単一イオンビームのエネルギースペクトルを示す概略ヒストグラムである。単一イオンビームは公称エネルギーを有し、これは、この特定のイオンビームのためにイオンビーム治療送達システムにおいて構成されたエネルギーである。エネルギーEはx軸に沿って示されており、y軸はイオンビーム中のエネルギーの分布すなわちdN/dEを示す。エネルギー間隔すなわちx軸に沿ったエネルギーのための各ビンのサイズは、例えば0.2MeVであってもよい。イオンビームは特定の公称エネルギー18を有する。但しヒストグラムに見られるように、公称エネルギー18の周りには異なるエネルギーの線量送達において若干のばらつきが存在する。言い換えると実際のイオンビーム治療送達システムには、図4に示されているエネルギースペクトル17によって反映されているイオンビームのイオン中のエネルギーレベルにおいて若干のばらつきが存在する。
図5A~図5Cは、集束イオンビームのエネルギースペクトルを得るための方法を示すフローチャートである。上で説明したように、特定の公称エネルギーのためにイオンビーム治療送達システムによって集束イオンビームを生成する。ブラッグピークチャンバを使用して積分深部線量すなわちIDDを測定する。本方法はスペクトル決定部で行う。最初に図5Aによって示されている実施形態について説明する。
線量をシミュレートする工程40では、スペクトル決定部は公称単一エネルギー集束イオンビームのセットの線量を少なくとも2次元で(すなわち2次元または3次元で)シミュレートする。当該セットのエネルギーはイオンビーム治療送達システムのサポートされているエネルギー範囲をカバーしている。一例として当該セットのエネルギーは5MeV~250MeVをカバーしている。一実施形態では当該セットにおけるシミュレートした公称単一エネルギーイオンビーム間の間隔は0.2MeVである。
各シミュレートした公称単一エネルギー集束イオンビームのエネルギー分布は、シミュレートしたイオンビームのエネルギー分布がイオンビーム治療送達システムの分布と比較して狭い限り、厳密に単一エネルギーである必要はない。例えば単一エネルギー集束イオンビームのエネルギー分布は、治療送達システムの集束イオンビームのエネルギー分布の標準偏差よりも小さい標準偏差を有することができる。一実施形態では、各シミュレートした公称単一エネルギー集束イオンビームのエネルギー分布は厳密に単一エネルギーである。
横方向広がりを決定する工程42では、スペクトル決定部は評価のためにブラッグピークチャンバの横方向広がりを決定する。横方向広がりは円形のブラッグピークチャンバの直径またはブラッグピークチャンバの面積であってもよい。
理論上のCIDDを計算する工程44では、スペクトル決定部は、本明細書ではCIDDで表されている理論上の成分IDD曲線のセットを計算する。この計算は、ブラッグピークチャンバの横方向広がりにわたって公称単一エネルギー集束イオンビームのシミュレートしたセットの線量を横方向に積分することにより行う。言い換えると、CIDDはブラッグピークチャンバの横方向広がりのサイズに対応しているシミュレートした測定値である。
CIDDを記憶する工程46では、スペクトル決定部は計算したCIDDを記憶する。CIDDは、ブラッグピークチャンバによる測定を行うかなり前に予め計算して前もって記憶させることができる。さらにCIDDはいくつかのサイズのブラッグピークチャンバのために予め計算することができ、使用するブラッグピークチャンバのCIDDのみを後で用いる。
実測IDDを得る工程48では、スペクトル決定部はブラッグピークチャンバを用いて公称エネルギーを有する集束イオンビームの実測IDDを得る。
フィッティングを行う工程50では、スペクトル決定部は実測IDDに対してCIDDの線形結合フィッティングを行う(工程48で使用したブラッグピークチャンバの横方向広がりに対応しているCIDDを用いる)。全てのCIDD重みはこの線形結合においてゼロ以上である。このように公称ビームエネルギーを有する集束イオンビームのエネルギースペクトルを決定する。このフィッティングは例えば最小二乗法を用いて行うことができる。
一実施形態では、複数の公称ビームエネルギーのために工程48および50を繰り返す。この場合に本方法は、任意のさらなるエネルギースペクトルを決定する工程52をさらに含んでもよい。
任意のさらなるエネルギースペクトルを決定する工程52では、スペクトル決定部は、先に決定したエネルギースペクトル間の補間によってイオンビーム治療送達システムのさらなる公称ビームエネルギーのエネルギースペクトルを決定する。
次に図5Bによって示されている実施形態について説明する。明確性および簡潔性のために、図5Aの実施形態と比較して新しい工程または修正された工程についてのみ説明する。本実施形態においても工程52を任意に行うことができることに留意されたい。
MC計画のためにエネルギースペクトルを使用する工程54では、スペクトル決定部は当該エネルギースペクトルをモンテカルロベースの線量計算アルゴリズムへの入力として使用する。
次に図5Cによって示されている実施形態について説明する。明確性および簡潔性のために、図5Aの実施形態と比較して新しい工程または修正された工程についてのみ説明する。本実施形態においても工程52を任意に行うことができることに留意されたい。
IDDを生成する工程56では、スペクトル決定部は、当該エネルギースペクトルと、当該エネルギースペクトルを決定するために使用するCIDDを決定するために使用した面積よりも大きな面積にわたって横方向に積分した第2のセットのCIDDとを用いて完全なIDD(図3に示されている例に対応している)を生成する。次いで完全なIDDは分析的線量計算アルゴリズムへの入力として使用可能である。
図6は、一実施形態に係る図1のスペクトル決定部5の構成要素を示す概略図である。スペクトル決定部1が図1の治療計画システム1などのホスト装置の一部をなしている場合は、上記構成要素の1つ以上をホスト装置と共有することができる。プロセッサ60は、メモリ64に記憶されていて故にコンピュータプログラム製品であってもよいソフトウェア命令67を実行することができる好適な中央処理装置(CPU)、マルチプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路などのうちの1つ以上の任意の組み合わせを用いて提供される。プロセッサ60は、上の図5A~図5Bを参照して記載されている方法を実行するように構成することができる。
メモリ64は、ランダムアクセスメモリ(RAM)およびリードオンリーメモリ(ROM)の任意の組み合わせであってもよい。メモリ64は、例えば磁気メモリ、光メモリ、ソリッドステートメモリまたはさらにはリモートでマウントされたメモリのうちの任意の1つまたは組み合わせであってもよい永続ストレージも含む。
プロセッサ60におけるソフトウェア命令の実行中にデータを読み出し、かつ/または記憶するためのデータメモリ66も提供される。データメモリ66は、ランダムアクセスメモリ(RAM)およびリードオンリーメモリ(ROM)の任意の組み合わせであってもよい。
スペクトル決定部5は、他の外部実体との通信のためにI/Oインタフェース62をさらに備える。任意にI/Oインタフェース62はユーザインタフェースも含む。
スペクトル決定部5の他の構成要素は本明細書に示されている概念を曖昧にしないために省略されている。
図7はコンピュータ可読手段を含むコンピュータプログラム製品の一例を示す。このコンピュータ可読手段にはコンピュータプログラム91を記憶することができ、このコンピュータプログラムはプロセッサに本明細書に記載されている実施形態に係る方法を実行させることができる。この例では、コンピュータプログラム製品は、CD(コンパクトディスク)またはDVD(デジタル・バーサタイル・ディスク)またはブルーレイディスクなどの光ディスクである。上で説明したように、コンピュータプログラム製品は図6のコンピュータプログラム製品64などの装置のメモリにも具体化することができる。コンピュータプログラム91はここでは描かれている光ディスク上のトラックとして概略的に示されているが、コンピュータプログラムは、取外し可能なソリッドステートメモリ、例えばユニバーサル・シリアル・バス(USB)ドライブなどのコンピュータプログラム製品に適した任意の方法で記憶させることができる。
本開示の態様を主に数個の実施形態を参照しながら上に説明してきた。但し当業者によって容易に理解されるように、上に開示されているもの以外の他の実施形態が、添付の特許請求の範囲によって定められているように本発明の範囲内で同等に可能である。従って、様々な態様および実施形態が本明細書に開示されているが、他の態様および実施形態が当業者には明らかであろう。本明細書に開示されている様々な態様および実施形態は例示のためのものであり、本発明を限定するためのものではなく、真の範囲および趣旨は以下の特許請求の範囲によって示されている。