(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-19
(45)【発行日】2024-04-30
(54)【発明の名称】粒子線アーク治療
(51)【国際特許分類】
A61N 5/10 20060101AFI20240422BHJP
【ＦＩ】
A61N5/10 H
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2018547456
(86)(22)【出願日】2017-03-10
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-03-22
(86)【国際出願番号】 US2017021837
(87)【国際公開番号】W WO2017156419
(87)【国際公開日】2017-09-14
【審査請求日】2020-03-03
【審判番号】
【審判請求日】2022-11-02
(31)【優先権主張番号】62/337,097
(32)【優先日】2016-05-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/306,413
(32)【優先日】2016-03-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/306,403
(32)【優先日】2016-03-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/410,674
(32)【優先日】2016-10-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】596047609
【氏名又は名称】ウィリアム・ボーモント・ホスピタル
【氏名又は名称原語表記】ＷＩＬＬＩＡＭ ＢＥＡＵＭＯＮＴ ＨＯＳＰＩＴＡＬ
【住所又は居所原語表記】３６０１ ＷＥＳＴ ＴＨＩＲＴＥＥＮ ＭＩＬＥ ＲＯＡＤ， ＲＯＹＡＬ ＯＡＫ， ＭＩＣＨＩＧＡＮ ４８０７２，ＵＮＩＴＥＤ ＳＴＡＴＥＳ ＯＦ ＡＭＥＲＩＣＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100144451
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 博子
(72)【発明者】
【氏名】ディン シュアンフェン
(72)【発明者】
【氏名】リ シャオチャン
(72)【発明者】
【氏名】ヤン ディ
【合議体】
【審判長】内藤 真徳
【審判官】後藤 泰輔
【審判官】村上 哲
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－９７６８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５１６２７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／００５１８２４（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
A61N 5/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
標的に荷電粒子ビームを送達するシステムであって、軌道を形成するガントリと、
治療ステーション上に位置する複数のアイソセンタを有する部分の所望の標的に対して連続的な前記荷電粒子ビームを衝撃角で放射する出力器であって、前記ガントリの軌道に沿って移動可能に設けられ、前記荷電粒子ビームを複数の制御点から送達する前記出力器と、
前記出力器に対してビームラインを介して１つ以上の前記荷電粒子ビームを送達する粒子線加速器であって、荷電粒子を加速し、前記ビームラインを介して前記荷電粒子ビームを抽出する前に荷電粒子を明確に画定された荷電粒子ビームに配列する前記粒子線加速器と、
治療計画に基づいて前記複数の制御点のうちの複数の初期制御点を特定し、各初期制御点で前記出力器から送達される第１群の複数の荷電粒子ビームのエネルギーの大きさであるエネルギー層を特定するデータ処理ハードウェアと、を有し、
前記衝撃角は、前記治療ステーションと平行に前記アイソセンタを通って延在する平面と前記出力器から前記所望の標的に送達される前記荷電粒子ビームとの間の角度であり、
前記出力器は、前記ガントリに沿って設けられた前記複数の初期制御点のうちの第１の制御点から前記第１群の複数の荷電粒子ビームを前記衝撃角で前記所望の標的の深さ部分まで送達するように構成されており、
前記第１群の複数の荷電粒子ビームの各々のビームエネルギーは、第１のモニタユニット（ＭＵ）に関連付けられ且つ前記所望の標的の深さに対応する第１のエネルギー層を有するものであり、
前記データ処理ハードウェアは、前記治療計画に基づいて前記複数の初期制御点の数を増加させるために、前記複数の初期制御点のうちの少なくとも１つの前記第１の制御点をなくして第１の新たな制御点及び第２の新たな制御点に分割するように構成され、
前記第１の新たな制御点及び前記第２の新たな制御点の前記出力器から前記所望の標的の深さ部分まで送達される第２群の複数の荷電粒子ビームの第２のエネルギー層は、前記第１の制御点に関連する前記第１のモニタユニット（ＭＵ）と、前記第１の新たな制御点及び前記第２の新たな制御点のそれぞれに関連するモニタユニット（ＭＵ）の合計の第２のモニタユニット（ＭＵ）とが互いに等しくなるように、前記第１の新たな制御点及び前記第２の新たな制御点における前記第２のエネルギー層の総数が前記第１のエネルギー層の総数と同数に設定されているか、又は前記第２のモニタユニットのうちの前記第１の新たな制御点及び前記第２の新たな制御点のそれぞれに関連する前記第２のエネルギー層のモニタユニット（ＭＵ）が前記第１のモニタユニット（ＭＵ）の分数に設定されていることを特徴とする、システム。
【請求項2】
標的に荷電粒子ビームを送達するシステムであって、軌道を形成するガントリと、
治療ステーション上に位置する複数のアイソセンタを有する部分の所望の標的に対して連続的な前記荷電粒子ビームを衝撃角で放射する出力器であって、前記ガントリの軌道に沿って移動可能に設けられ、前記荷電粒子ビームを複数の制御点から送達する前記出力器と、
前記出力器に対してビームラインを介して１つ以上の前記荷電粒子ビームを送達する粒子線加速器であって、荷電粒子を加速し、前記ビームラインを介して前記荷電粒子ビームを抽出する前に荷電粒子を明確に画定された荷電粒子ビームに配列する前記粒子線加速器と、
治療計画に基づいて前記複数の制御点のうちの複数の初期制御点を特定し、各初期制御点で前記出力器から送達される第１群の複数の荷電粒子ビームのエネルギーの大きさであるエネルギー層を特定するデータ処理ハードウェアと、を有し、
前記衝撃角は、前記治療ステーションと平行に前記アイソセンタを通って延在する平面と前記出力器から前記所望の標的に送達される前記荷電粒子ビームとの間の角度であり、
前記出力器は、前記ガントリに沿って設けられた前記複数の初期制御点のうちの第１の制御点から前記第１群の複数の荷電粒子ビームを前記衝撃角で前記所望の標的の深さ部分まで送達するように構成されており、
前記第１群の複数の荷電粒子ビームの各々のビームエネルギーは、第１のモニタユニット（ＭＵ）に関連付けられ且つ前記所望の標的の深さに対応する第１のエネルギー層を有するものであり、
前記データ処理ハードウェアは、前記治療計画に基づいて前記複数の初期制御点の数を増加させるために、前記複数の初期制御点のうちの少なくとも１つの前記第１の制御点を第１の新たな制御点とし、この第１の新たな制御点に対して隣接する１つ又は複数の第２の新たな制御点を追加するように構成され、
前記第１の新たな制御点及び前記第２の新たな制御点の前記出力器から前記所望の標的の深さ部分まで送達される第２群の複数の荷電粒子ビームの第２のエネルギー層は、前記第１の制御点に関連する前記第１のモニタユニット（ＭＵ）と、前記第１の新たな制御点及び前記第２の新たな制御点のそれぞれに関連するモニタユニット（ＭＵ）の合計の第２のモニタユニット（ＭＵ）とが互いに等しくなるように、前記第１の新たな制御点及び前記第２の新たな制御点における前記第２のエネルギー層の総数が前記第１のエネルギー層の総数と同数に設定されていることを特徴とする、システム。
【請求項3】
前記第１の新たな制御点及び前記第２の新たな制御点における各々の前記第２のエネルギー層の数は、前記第１群の複数の荷電粒子ビームの前記第１のエネルギー層の総数よりも少なくなるように設定されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記第１の新たな制御点及び前記第２の新たな制御点における各々の前記第２のエネルギー層の数は、前記第１のモニタユニット（ＭＵ）と前記第２のモニタユニット（ＭＵ）とが互いに等しくなるように、前記第１群の複数の荷電粒子ビームの前記第１のエネルギー層の総数よりも少なくなるように設定されている、請求項２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概ね連続的に荷電粒子アーク光線療法を提供するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
荷電粒子線治療は、励起状態の陽子、炭素イオン、又は他の荷電粒子ビームを使用する。現在、粒子線治療の最も一般的なタイプの１つが陽子線治療である。陽子ビーム治療とも呼ばれる陽子線治療は、陽子ビームを用いて病変組織を照射する医療処置である。ガン治療のための、例えばＸ線やガンマ線などの従来の光子照射治療と比較した陽子線治療の利点の１つは、患者に対する積分線量の低減である。積分線量とは、放射線治療中に患者が経験した総エネルギー量を意味することだと言える。陽子線治療は、標的組織上に好ましい線量を集束させる一方で、組織及び構造への損傷を最小化するのに役立つ。
【0003】
陽子線治療は、優れた腫瘍被覆率を提供し、従来の放射線治療と比較して、患者の身体に低い積分線量を提供することができる。従来の受動散乱法陽子線治療と比較して、スポットスキャニング陽子線治療技術は、３次元プリント技術と同様に標的をスポット毎及びレイヤー毎にスキャンすることにより優れた標的被覆率を提供することができる。しかし、現在のスポットスキャニング陽子線治療のビーム送達技術は、性能が制限されていることがあり、限られた陽子線を１つの治療区画のみへ送達することができる（すなわち、通常は１つの治療区画は１～４治療領域のみからなる）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
標的に対して粒子ビームを送達する方法が開示されている。実施形態においては、粒子ビームが複数の制御点にある出力器から送達されており、当該方法は、ほぼ連続的な粒子ビームを複数の制御点を中心に送達するステップを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【図1】実施形態による例示的なシステムの概略図である。
【図8A】制御点間で使用され得る例示的なスポット送達シーケンス再編成及び補間技術の概略図である。
【図8B】制御点間で使用され得る例示的なスポット送達シーケンス再編成及び補間技術の概略図である。
【図9】本明細書に記載された任意のシステム又は方法を実行するコンピューティングデバイスの例の概略図である。
【図10】ユーザに提示するためのプラン選択を示すグラフィカルユーザインターフェースの例である。
【0006】
なお、図面における同様の参照符号は同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【0007】
本明細書は、粒子ビームをほぼ連続的な方法で送達するための粒子線のスポットスキャニング治療の実施形態及び方法を説明する。実施形態において、粒子ビームは、ガントリ、治療台、又は他の構成のうち１つ又は両方と共に、ほぼ連続的な方法で送達され、それによって粒子ビームの衝撃角が変更される。本明細書での説明を通して、陽子線という用語が粒子線の例として使用されている。本発明は陽子線に限定されるべきではなく、本発明者らは、当該原理は全ての粒子に適用可能であると認識しており、用語は本開示の文脈において広く互換性があると認識していることが理解されるであろう。
【0008】
本発明者らは、従来のスポットスキャニング陽子線治療（例えば、強度変調陽子線治療（ＩＭＴＰ）など）に関連する非効率性を認識した。すなわち、従来技術は、効果的に連続的陽子線送達を最大化することができない。例えば、恐らく他の要因の中でも、そのような従来のシステムは、所望の標的（以下に定義する）に対する衝撃角（以下に定義する）を変化させるときに陽子線送達を効果的に停止することができる。（陽子線機械は、通常、初めに衝撃角を調節し、次いで陽子ビームを送達し、それによって治療効率を制限する）。さらに、陽子線送達の停止及び開始は、一部のシステムが送達と非送達とを切り替える際に振動を生じることがあるために、陽子線送達システムの校正に影響を与える可能性がある。
【0009】
ここで図面を参照すると、図１は、１つ以上のアーク軌道又は治療台とガントリとの非アイソセントリック動作を同時に使用して、患者にほぼ連続的な陽子線治療を送達するための陽子線送達システム１００の実施形態を示している。図示されているように、システム１００は、ビームライン１０６を介して１つ以上の陽子ビーム１０４を出力器１２０に送達する粒子線加速器１０２を含む。粒子線加速器１０２は、荷電粒子を加速し、ビームライン１０６を介して陽子ビーム１０４を抽出する前に荷電粒子を明確に画定されたビームに配列する。粒子加速器の例としては、衝突器、サイクロトロン、シンクロトロン、レーザ陽子線加速器などが含まれる。
【0010】
いくつかの実施形態においては、加速器１０２を中央に配置し、複数の出力器１２０に選択的に接続できるように加速器１０２を出力器１２０から離して遠位に配置してもよい。
【0011】
引き続き図１を参照すると、ビーム１０４は、治療ステーション１１０上に位置するアイソセンタ、すなわち連続的に移動する複数のアイソセンタ１１６を有する体部１１４の所望の標的に向いた出力器１２０である。ビームは、現在のアイソセンタ１１６に対する衝撃角（ＩＡ）で所望の標的に向けられているが、これについては以下でさらに詳細に説明する。開示を容易にするために、体部１１４は本明細書では腫瘍として呼ばれ、治療ステーション１１０は治療台又はテーブルとして称されるが、他の標的及び治療ステーションも企図され、開示は例示のものに限定されるべきではないことを理解されたい。
【0012】
本発明で使用される衝撃角とは、体部１１４がビーム１０４を受ける角度であり、体部１１４のアイソセンタ１１６（治療ステーション１１０に平行）を通って延在する平面とビーム１０４との間の角度として示されている。開示を容易にするために、衝撃角ＩＡの各変化は、（ｉ）体部１１４に対する複数の制御点１２４（図に示す）の中でのガントリ１２２の周りの出力器１２０の調整、（ｉｉ）治療ステーション１１０などの移動を介した、出力器１２０に対する複数の制御点１２４での体部１１４の調整、（ｉｉｉ）出力器１２０及び体部１１４のそれぞれ互いに向けて独立した、又は並行した移動、若しくは（ｉｖ）他の適切な方法による動き、のうち１つ又は両方の動作の結果によるものである。
【0013】
一実施形態では、磁石（図示せず）を出力器１２０の中、又は周りに、及び／若しくは、ビームライン１０４に沿って設けることができ、磁石はビーム１０４を選択的に調整するための調整可能な電流を有している。一実施形態では、選択的に調整可能な陽子エネルギーを提供するために、ビームライン内のディグレーダ又はエネルギー選択システム（例えば、ウェッジなど）が設けられてよく、例えば、適切な治療に基づいて異なるエネルギーがより望ましいことがある。陽子エネルギーを減衰させるために（例えばガントリノズル内で）レンジシフタ（ボーラスと呼ばれることもある）（図示せず）を使用することもできる。陽子線多葉コリメーションシステムを使用して、送達中及びガントリや治療台などの回転中に陽子線スポットの横方向の半影を鋭くすることができる。そのような減衰及び選択は、陽子ビームのエネルギーを変更し、所望の治療深度を達成するために利用されてもよい。本発明の目的のために、体部１１４内部の異なる深さは、エネルギー層として称される。３次元形状の腫瘍１１４を効果的に治療するために、本明細書に記載のシステム１１０では複数のエネルギー層を使用することができる。
【0014】
いくつかの実施例では、ビーム１０４を縮小又は拡張するためにレンジシフタが使用され得る。セッション中、レンジシフタは、ガントリの回転中にアイソセンタ１１６に対して連続的に移動することができる。レンジシフタを使用してレンジシフタと患者の皮膚との間の空隙を最適化し、陽子ビーム１０４が所定のサイズを有し、腫瘍１１４に一般に関連付けられた指定位置１１６へ到達することを確実にすることができる。
【0015】
いくつかの構成では、システム１００は、例えばイメージングシステムなどの構成システムと連携して配備されてもよい。実施形態では、構成システムは、コーンビームコンピュータ断層撮影（ＣＢＣＴ）、蛍光透視装置、定位的イメージングシステム、表面マッチングカメラシステム、又は陽子ビーム送達中に患者を監視することができる他の同様の装置であってもよい。
【0016】
一実施形態において、システム１００は、セッション中に、そして衝撃角（ＩＡ）の１つ又は両方に対するあらゆる変化を通じて、つまり、そのような衝撃角が、（ｉ）出力器１２０のガントリＧに沿った移動、（ｉｉ）治療台の動き、又は（ｉｉｉ）それらの組み合わせを介した制御点変化を通じて変化されたか否かを通じてほぼ連続的な陽子ビーム１０４を送達する。開示を容易にするために、本発明の残りの部分は、ガントリＧに沿った制御点１２４を中心として出力器１２０の移動によって衝撃角が変更される実施形態を開示するが、ＩＡが他の方法で変更されてもよく、本発明の範囲が実施形態に限定されるものではないことが同様に考慮される。
【0017】
以下でより詳細に説明されるように、システム１００は、１つ以上の制御点に向けられ得る１つの、いくつかの、又はすべてのビームのエネルギー層の数を最小化するように一般に構成され得る。実施形態では、このような最小化を達成するために、システム１００は、（ｉ）セッションからより低く重み付けされたエネルギー層をフィルタリングすることと、（ｉｉ）より低く重み付けされた陽子線スポットをフィルタリングすることと、（ｉｉｉ）残りのエネルギー層及び／又は陽子線スポットを２つ以上の連続した制御点の間に再配置し、それによって、同じロバストな計画品質を維持し、ほぼ連続的なステップアンドシュート方式陽子線アーク送達をもたらすようにフォーマットされることを行うことができる。
【0018】
次に、セッションについて説明する。一実施形態において、出力器１２０は、多くの衝撃角ＩＡにおいて、したがって、多くの制御点１２４で患者１１２の腫瘍１１４の所望の位置に向けてビーム１０４を放射する。一例として、出力器１２０は、陽子ビーム１０４が様々な衝撃角ＩＡにおいて、かつ多数の関連する制御点１２４においてターゲット１１４に到達するのを容易にする方法で軌道１２２の周りを移動する。例えば、システム１００は、癌治療セッションに応じて最適化されたセッションを提供するように構成されてもよい。
【0019】
実施形態において、システム１００は、セッションアルゴリズム及びプラットフォーム（すなわち、データ処理ハードウェア１３０上で実行する）を設けており、出力器１２０を介して患者１１２に最適化されたセッションを送達する。一実装形態では、システム１００は、（ａ）制御点（例えば、１～６のエネルギー層）ごとに最適化されたエネルギー層の数を決定すること、（ｂ）制御点の最適数（及び／又は衝撃角ＩＡ）を決定すること、そして（ｃ）スポットビームの重み付け及び各制御点１２４（及び／又は撮像角度）での位置決めをすることを介して１つ以上のセッションを最大化する。換言すると、システム１００は、制御点１２４（及び／又は衝撃角）の数及び位置を最適化するセッションを提供し、腫瘍１１４の周りの所望の位置に到達する各ビームの重み及び位置を特定する。
【0020】
一実施形態では、システム１００は、ステップアンドシュートスポット走査モード、連続的アーク送達モード、又は他の送達モードなどの１つ以上のほぼ連続的な走査モードを含むことができるが、これらに限定されない。ステップアンドシュートスポット走査モードでは、システム１００は、様々なエネルギー層を選択することによって（例えば、上記のようなディグレーダの使用及び磁石の調整によって）ビーム１０４のエネルギー層を切替えて、撮像角度（ＩＡ）が調整されている間（例えば、ガントリが制御点１２４の間を回転している間）に、ビーム１０４を、様々な衝撃角（ＩＡ）の中からターゲット１１４の周りの所望の位置に向ける。
【0021】
実施形態において、システム１００は、各制御点１２４（及び／又は衝撃角（ＩＡ））で１つ以上のビーム１０４を送達し、いくつかの実施形態では、各陽子ビーム１０４をエネルギー層に関連付けることができる。一実施態様では、各エネルギー層は異なったものでもよく、他の実施形態では、エネルギー層の一部又は全部は共通であってもよい。
【0022】
いくつかの実施例では、ステップアンドシュート方式は、衝撃角ＩＡを調整しながら１つ以上のエネルギー層を切替えることによって時間節約ができる。換言すると、システム１００は、ＩＡ調整中に１つ又は１つ以上のエネルギー層の間で１つ以上のビーム１０４を変更することができ、それによって全体のセッション時間が短縮される。例えば、毎秒３度のガントリ回転速度を考慮すると、１秒間で３度離してガントリを次の制御点へ向け回転することができ、システム１００は、ビーム１０４が向けられる１つ以上のエネルギー層を変更することができる。
【0023】
先に説明したように、いくつかの例では、各制御点において、ビーム１０４は、１～６のエネルギー層を含むことができる。例示的なセッションでは、各制御点１２４は、１つのエネルギー層を有するビーム１０４を含むことができる。別のセッションでは、１つ以上の制御点１２４について１つ以上のエネルギー層に達することが望ましい場合があり、この場合、システム１００は、このような制御点１２４でのガントリ回転を行わずにエネルギー層を変更する。その結果、システム１００は、それぞれが異なるエネルギー層を有する複数のビーム１０４を提供することができる。どちらのシナリオも、複数の衝撃角ＩＡ及び／又は制御点１２４からの完全又は部分的な腫瘍１１４（３次元）被覆となり、それによって、１つ以上のアーク軌道を介して完全でロバストな腫瘍被覆線量を送達するシステムを提供する。
【0024】
連続的アーク送達モードでは、各静止制御点１２４で陽子ビーム１０４を送達する代わりに、システム１００は、衝撃角ＩＡすなわち制御点１２４を変更しながら陽子ビーム１０４を連続的に送達する。したがって、連続的アーク送達モードにおいて、ステップアンドシュートの例として上述した離散制御点１２４すなわち衝撃角ＩＡを利用する代わりに、システム１００は、各制御点１２４すなわち衝撃角ＩＡが、本明細書においては制御点サンプリング周波数（ＣＰＳＦ）と称する角度範囲内（例えば、－０．５度＜α＜０．５度）又は位置範囲内（例えば、－１ｍｍ＜ｘ＜＋１ｍｍの治療台の位置）にあると判断する。したがって、より高い制御点のサンプリング周波数は、より小さな角度、すなわち隣接する制御点間での位置の広がりを示すことが理解されよう。その結果、異なる制御点を介したステップアンドシュートモードによるこのような離散した照射送達は、そのような制御点範囲での（例えば、－１０度から２０度の部分アーク及び／又は１０ｃｍから＋２０ｃｍ治療台移動）連続的照射送達に近いものなることになる。
【0025】
実施形態において、また以下の実施例で説明されるように、前述のステップアンドシュート送達と比較した体部１１４上で確認された線量差を効果的に最小化するために、制御点サンプリング周波数（ＣＰＳＦ）が導入され得る。例えば、連続セッションの所望の制御点サンプリング周波数は、各有効な制御点（例えば、０～４度）の間の４度が実質的に線量測定的に２度で送達されるステップアンドシュートセッションに等しいことを示唆することができる。
【0026】
一実施形態では、陽子ビーム１０４を１度で静的に送達すること（ステップアンドシュートモード）と、陽子ビームを０．５度から１．５度まで動的に送達すること（連続的アーク送達モード）との間には、線量差はほとんどない。しかし、後者の連続的送達の場合には、１度のＣＰＳＦを有するガントリ回転中に陽子ビーム１０４を連続的に送達すると、追加の時間が節約され、ガントリ慣性、停止及び始動中の振動、又は他の機械的問題を回避することができる。
【0027】
いくつかの実施形態では、システム１００は、最適化された制御点１２４の数を決定し、制御点１２４を再サンプリングして、所望の制御点サンプリング周波数ＣＰＳＦを達成するように構成されてもよい。さらに、システム１００は、エネルギー層が重み付けされ、低モニタユニット（ＭＵ）を有するものが除去されるように、各制御点１２４に関連するエネルギー層をフィルタリングするように構成されてもよい。いくつかの実装形態では、システム１００は、事前に、又は事後にエネルギー層をフィルタリングする代わりに、エネルギー層を近くの制御点１２４に編成及び割り当てするように構成されてもよい。
【0028】
計算及び最適化の速度を向上させるために、システム１００は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）セット又は患者体部におけるエネルギー蓄積の単位によって定義され得るプログレッシブ線量グリッドサンプリング法を採用してもよい。例えば、１立方センチメータサイズの立方体は、１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍのサイズを有する１０００個の線量グリッド、又は１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズを有する１個の線量グリッドからなる。このようなプログレッシブ線量グリッドサンプリング法の実施は、粗い線量グリッドサイズを利用し、次いで最適化中に線量グリッドサイズを漸進的に減少させることができる。
【0029】
システム１００は、データ処理ハードウェア１３０と通信するメモリハードウェア１３２を含む。メモリハードウェア１３２は、データ処理ハードウェア１３０上で実行されると、データ処理ハードウェア１３２に、図２に関連して説明された方法、図３Ａ～３Ｃに関連して説明された方法、又は図３Ｄに関連して説明した方法などのオペレーションを実行させる命令を格納する。
【0030】
図２は、オペレーティングシステム１００の方法２００のオペレーションの例示的な配列を説明している。ブロック２１０では、システム１００は、ガントリ開口部１２２及び／又はテーブル１１０の回転、又は治療台／テーブルの並進移動（すなわち、初期位置ｘ1と停止位置ｘｓ）に関連する陽子線アーク範囲（すなわち初期角度αi及び停止角度αs）を予め画定する。いくつかの実施例では、ユーザが陽子線アーク範囲を画定する。例えば、システム１００は、ビーム１０４を照射する陽子線出力器１２０の初期角度αi又は制御点１２４（すなわち、ガントリ位置）の位置を設定する。いくつかの実施例では、システム１００は、初期角度αiを１０度に、初期停止角度αsを６０度として設定する。いくつかの実施例では、ガントリが３６０度で回転可能である場合、初期角度αiは０度に設定され、初期停止角度αsは３６０度に設定される。初期角度αi及び停止角度αsの他の値も同様に可能である。いくつかの実施形態では、テーブル／治療台１１０は並進運動が可能であるので、システム１００はまた、テーブル／治療台１１０の陽子線出力器１２０に対するテーブル／治療台の初期角度及び位置を設定する。この場合、制御点１２４は、例えば、１センチメートル毎、２センチメートル毎、又はその他、１度毎、２度毎でのテーブルの並進移動及び回転移動としても画定される。したがって、いくつかの実施形態では、システム１００は、出力器１２０の初期角度αi及び／又はテーブル／治療台１１０の初期角度を画定し、陽子線出力器１２０及びテーブル／治療台１１０の一方又は両方が回転することになる。その結果、システム１００は、出力器１２０とテーブル／治療台１１０の一方又は両方の互いに向けた回転を考慮して陽子線アーク範囲を生成する。
【0031】
ブロック２２０において、システム１００は、図４Ａに示すように粗い制御点サンプリング周波数ＣＰＳＦを決定する。換言すると、システム１００は、ガントリ位置又は制御点１２４の数を特定する。図４Ａに示すように、システム１００は、ガントリの３６０自由度内の８つの制御点１２４を特定する。粗い制御点の他の数もまた使用され得る。
【0032】
再度図２を参照すると、ブロック２３０において、システム１００は、患者１１２の最適化治療計画を決定する。最適化治療計画は、ビーム１０４によって使用されるビーム線量計画を決定して、体部１１４を照射し、周辺組織を保護する。いくつかの例では、システム１００は、患者１１２の組織構造を考慮し、ビームエネルギー（すなわち、エネルギー層）、ビームスポット位置、及び各ビーム１０４内で患者１１２に送達されるべき陽子線の数を決定する。さらに、システム１００は、患者１１２における線量分布を最適化（例えば、日々の治療設定及び陽子線範囲の不確実性を考慮することによるロバスト最適化、陽子ビームの放射線生物学的効果を考慮することによる生物学的効果比（ＲＢＥ）の最適化）して、このことがロバストな線量分布、又は生物学的に効果的な線量を体部１１４に与えることを可能とし、これらの不確実性の下で健康な組織及び器官を救うことができる。いくつかの実施態様では、システム１００は、例えば、体部１１４への潜在的な変化の影響を決定し、治療計画をそれに応じて調整するが、これは、治療計画適応と呼ぶことができる。いくつかの変更には、患者の体重増減、腫瘍の大きさの変化量、又はその他の考察が含まれる。ロバスト最適化を使用することにより、システム１００は、健康な組織を保護しながら、最適なロバストターゲット被覆を提供することが可能となる。
【0033】
ブロック２４０において、システム１００は、初めに、制御点１２４のサンプリング周波数（例えば、ブロック２４０で制御点の数を反復的に増加させて）、各制御点１２４に関連するエネルギー層（複数可）及び陽子線スポットを任意で最適化（Ａ）し、陽子ビーム１０４を送達するための送達効率を向上させ、最適な治療計画をもたらすことになる。換言すると、システム１００は、治療のための最適化されたエネルギー層やスポット位置、及びビーム１０４の重み付けを選択するランダムな反復プロセスを使用する。
【0034】
任意の制御点に続いて、ブロック２４０にて説明されるエネルギー層の最適化及びスポット送達シーケンスの最適化、又は（Ａ）に関する任意の最適化をスキップする代わりに、システム１００は、
（ｉ）制御点１２４を再サンプリングし、図２Ａに示すように、制御点１２４の間でエネルギー層を再構成し、再分配する。例えば、シーケンスの最適化を利用して、システム１００は、初めに制御点再サンプリング及びエネルギー層再分配機構（上述のような）を介して制御点サンプリング周波数ＣＰＳＦを増加させ、次いで、エネルギー層フィルタリング機構及びスポット数低減機構の一方又は両方を使用して、エネルギー層の数及び計画ごとのスポット数の数を低減するか、又はその逆を行う。
若しくは、（ｉｉ）施術者が予め定義された制御点サンプリング周波数（ＣＰＳＦ）を特定できるようにし、所望のＣＰＳＦに基づいて、図２Ｂに示すように、エネルギー層を予め定義し、分類を行う。例えば、施術者が制御点当たり２度（すなわち、３６０度回転軸上に１８０制御点を有する）の前立腺陽子線アーク計画を定義する場合、妥当な計算時間及びコンピュータリソースでアーク計画を最適化するために、システム１００は、制御点ゾーンを事前に定義する（例えば、前立腺の例では、８つのゾーンを定義し、各ゾーンには２０の制御点が含まれる）。そのような例においては、各ゾーンは、エネルギー層の範囲（例えば、２５０ＭｅＶ～７０ＭｅＶ）及び各制御点を含み、次いで、例えば、２５０ＭｅＶから２１０ＭｅＶの範囲の制御点＃１、２１０ＭｅＶから１６０ＭｅＶの範囲の制御点＃２のような予め定められたサブ定義範囲に割り当てられる。これは、均等に分散されることも、不均等に分散されることもできる。次に、このような事前定義されたゾーン及び制御点に基づいて最適な計画品質を見つける最適化プロセスが続く。
（ｉ）制御点１２４を再サンプリングし、図２Ａに示すように、制御点１２４の間でエネルギー層を再構成し、再分配する。例えば、シーケンスの最適化を利用して、システム１００は、初めに制御点再サンプリング及びエネルギー層再分配機構（上述のような）を介して制御点サンプリング周波数ＣＰＳＦを増加させ、次いで、エネルギー層フィルタリング機構及びスポット数低減機構の一方又は両方を使用して、エネルギー層の数及び計画ごとのスポット数の数を低減するか、又はその逆を行う。
若しくは、（ｉｉ）施術者が予め定義された制御点サンプリング周波数（ＣＰＳＦ）を特定できるようにし、所望のＣＰＳＦに基づいて、図２Ｂに示すように、エネルギー層を予め定義し、分類を行う。例えば、施術者が制御点当たり２度（すなわち、３６０度回転軸上に１８０制御点を有する）の前立腺陽子線アーク計画を定義する場合、妥当な計算時間及びコンピュータリソースでアーク計画を最適化するために、システム１００は、制御点ゾーンを事前に定義する（例えば、前立腺の例では、８つのゾーンを定義し、各ゾーンには２０の制御点が含まれる）。そのような例においては、各ゾーンは、エネルギー層の範囲（例えば、２５０ＭｅＶ～７０ＭｅＶ）及び各制御点を含み、次いで、例えば、２５０ＭｅＶから２１０ＭｅＶの範囲の制御点＃１、２１０ＭｅＶから１６０ＭｅＶの範囲の制御点＃２のような予め定められたサブ定義範囲に割り当てられる。これは、均等に分散されることも、不均等に分散されることもできる。次に、このような事前定義されたゾーン及び制御点に基づいて最適な計画品質を見つける最適化プロセスが続く。
【0035】
一実装形態では、ブロック２５０において、システム１００は、患者１１２のための最適化計画を生成する。上述したように、決定された計画は、特定の患者１１２に適応するように調整されてもよく、患者１１２の変数（例えば、患者の日々の治療設定、陽子線範囲の不確定性、腫瘍の動き、体重、腫瘍のサイズ１１４、他の患者に関連する測定値など）に基づいて調整可能であってよい。一実施形態では、システム１００は、異なる計画パラメータ、計画品質、送達効率、臨床医が定義した変数などを代替的に説明し得る１つ以上の代替的計画を生成し識別するように追加的にプログラムされたプロセッサを含む。一実施形態では、ユーザは、１つ以上のプランから１つを選択することができる。一実施形態では、数百の計画を含むデータベースが設けられてよく、計画は、各計画の目的値、各個別目的関数、又は様々な機械（固定ガントリ、フルガントリ、シンクロトロン又はサイクロトロンマシン）の送達時間やパラメータ（エネルギー層番号、スポット番号又はＭＵ）に基づいたものであり得る。例示的なグラフィカルユーザインターフェースが図９に示されており、臨床医が選択することができる多数のそのような計画を示している。
【0036】
図３Ａ及び図３Ｂは、システム１００を操作する方法３００について、図２よりもさらに詳細な例示的な操作の構成を示している。ブロック３１０において、図２のブロック２１０と同様に、システム１００は、陽子線アーク範囲（すなわち、ガントリ及び／又は治療台１１０（図４Ａ参照）の回転内の出力１２０の初期角度αi及び停止角度αs）を定義する。例えば、システム１００は、ビーム１０４を照射する出力器１２０の初期制御点１２４（すなわち、ガントリ位置）として初期角度αiを設定する。いくつかの実装形態では、システム１００はまた、テーブル１１０のテーブル初期角度を設定する。したがって、いくつかの実施形態では、システム１００は、出力１２０からのビーム１０４が所望の衝撃角ＩＡで腫瘍１１４に達することができるように、出力１２０の初期角度αi及び／又はテーブル１１０のテーブル初期角度を定める。オペレーティングシステムは、治療台／テーブル及びガントリの動きを伴うマルチアイソセンター粒子ビーム治療、又は非共平面性マルチアイソセンター粒子ビームを送達することができる。
【0037】
ブロック３２０では、図２のブロック２２０と同様に、システム１００は、図４Ａに示すように、特定された初期角度αiと特定された初期停止角度αsとの間の粗い制御点サンプリングを決定する。換言すると、システム１００は、特定された初期角度αiと特定された初期停止角度αsとの間のガントリ及び／又は治療台位置のセット又は制御点１２４の位置を特定する。図４に示すように、システム１００は、ガントリの３６０度内の８つの制御点１２４を特定する。この例では、初期角度αiは０度であり、初期停止角度αsは３６０度である。初期角度αiと初期停止角度αsとの間の他の数のサンプリング制御点１２４も同様に可能である。
【0038】
図３Ａ及び３Ｂに戻って参照すると、ブロック３３０、３３０Ａにおいて、システム１００は、患者１１２のための最適化治療計画を決定し、その計画は特定された（ブロック３２０で特定された）制御点１２４でビーム１０４によって使用されるビーム線量計画を決定し、図２のブロック２３０に関して上述した最適化治療計画と同様に腫瘍１１４を照射する。いくつかの実施例では、データ処理ハードウェア１３０は、データ処理ハードウェア１３０と通信しているメモリハードウェアに格納された情報に基づいて最適化治療計画を実行する。最適化には、ロバスト最適化、４次元又は５次元（時間及び形状変化又は周波数次元）ロバスト最適化、適応最適化、生体放射線効果（ＲＢＥ）最適化などの１つ以上の最適化技術又は最適化方法が含まれ得るが、これらに限定されない。最適化治療計画は、ビーム、スポット位置、及び特定された（ブロック３２０で識別される）制御点１２４で出力器１２０から発信される各ビーム１０４内に送達されるべき陽子線の数に関連付けられたエネルギー層を特定することを含む。さらに、システム１００は、患者１１２の組織構造を考慮することによって、特定された制御点１２４での患者１１２の最適化治療計画を決定する。さらに、システム１００は、（例えば、日々の治療設定及び陽子線範囲の不確定性を考慮することによって）患者１１２の線量分布を最適化し、腫瘍へのロバスト線量分布を可能にするとともに、これらの不確実性の下で健康な組織及び器官を保護する。いくつかの実施形態では、システム１００は、例えば、腫瘍１１４への潜在的変化の影響を決定し、それに応じて治療計画を調整するが、これは治療計画適応と呼ぶことができる。いくつかの変更には、患者の体重増減、腫瘍の大きさの変化、又は他の考慮点が含まれ得る。ロバスト最適化を使用することにより、システム１００は、健康な組織を保護しながら、最適なロバストターゲット被覆を提供することが可能となる。
【0039】
ブロック３４０において、システム１００は、ブロック３４２，３４２Ａでのエネルギーフィルタリング方法と、ブロック３４４での制御点再サンプリング、エネルギー層再分配方法、及びスポット送達シーケンスの再分配との間で任意でランダムに選択する。オプションであるブロック３４２Ａにおいて、システム１００はビーム１０４のエネルギー層をフィルタリングする。換言すると、システム１００は、治療計画に関連する１つのビーム又は全ビームに関連付けられた低く重み付けされたエネルギー層を除去する。システム１００は、エネルギー層又はスポット番号の一方又は両方のカットオフＭＵ重み付け閾値を定義し、エネルギー層又はスポット数がカットオフ閾値を満たさない場合、本方法の後のステップではさらに考慮されることはない。例えば、システム１００は、全ての制御点１２４に関連するＭＵ重み付けエネルギー層の最低１０％を特定し、すべての制御点１２４に関連する特定された最低１０％のエネルギー層を除去する。他のカットオフ率が同様に使用されてもよい。他の実施例では、エネルギー層のＭＵ重み付け閾値は、各制御点で出力されるビーム１０４に関連付けられ得る。
【0040】
前述したように、ブロック３４０において、システム１００は、（ｉ）ブロック３４２Ａでのエネルギーフィルタリング方法と、ブロック３４４での制御点再サンプリング、エネルギー層再分配、及びスポット送達シーケンス再構成方法との間で（図３Ａ～３Ｃにて示すように）ランダムに選択することと、（ｉｉ）施術者が所定の制御点サンプリング周波数（ＣＰＳＦ）を特定することを可能にし、所望のＣＰＳＦに基づいて、（図３Ｄに示されるように）エネルギー層を予め定義し、特定の治療に基づいて分類を実行することがどちらもできる。
【0041】
システム１００が、ブロック３４４において、制御点再サンプリング、エネルギー層再分配及びスポット送達シーケンス方法を選択する場合、システム１００は、治療計画のビーム１０４に関連するエネルギー層又はスポットの一方又は両方をフィルタリングする。
【0042】
一実施形態では、システム１００は、制御点１２４を再サンプリングし、又は、図４Ｂ及び４Ｃに示すように、より具体的に制御点の数を増加させる。図４Ｂは、システム１００が制御点１２４を第１及び第２の制御点１２４（１ａ及び１ｂ）に分割するために使用する方法を示しており、一方で図４Ｃは、制御点１２４を追加する（例えば、制御点２を追加する）ためにシステム１００によって使用される方法を示している。特定の分割方法が開示されているが、他の分割方法を採用することもでき、本発明はそれに限定されるべきではない。
【0043】
図４Ｂは、第１の制御点１，１２４の各々が第１の制御点１，１２４の位置とは異なる、例えば、第１の制御点１，１２４の両側のような、第１の制御点１，１２４に隣接するように２つの新しい制御点１ａ、１ｂ、１２４に分割された実施形態を示している。いくつかの例では、第１の制御点１，１２４は、２つを超える制御点１２４、例えば３つ以上に分割されてもよい。さらに、図５Ａ～５Ｃを参照すると、制御点１２４に関連するエネルギー層（複数可）（ＥＬ）が再分配され、再構成されている。例えば、第１の制御点１，１２４はビーム１０４を照射することができ、各ビームはエネルギー層ＥＬ1～ＥＬnからのエネルギー層ＥＬを有する。各エネルギー層ＥＬ1～ＥＬnは、患者１１２にロバストな陽子線治療セラピーを行い、癌性でない器官を保護すると共に頑強な腫瘍被覆を確保するように最適化される。いくつかの例では、エネルギー層ＥＬ1～ＥＬnは、昇順／降順に配列されており、第１のビーム１０４に関連する第１のエネルギー層ＥＬ1が、異なるビーム１０４に関連する最後のエネルギー層ＥＬnよりも少ないエネルギーを有している。換言すると、最後のエネルギー層ＥＬn（最高エネルギー層）を有する異なるビーム１０４は、腫瘍１１４内の最も遠い距離に到達する。第１の制御点１，１２４は、第１の新たな制御点１ａ、１２４と第２の新たな制御点１ｂ、１２４との間に分割される。図示されているように、システム１００は、第１の制御点１，１２４のエネルギー層ＥＬ1～ＥＬnを、第１及び第２の新たな制御点１ａ、１ｂ，１２４の各々に第１の制御点１，１２４のエネルギー層ＥＬ1～ＥＬnを連続的に与えることによって分割する。したがって、第１の制御点１，１２４の全てのエネルギー層ＥＬ1～ＥＬnが、一旦、第１及び第２の新しい制御点１ａ、１ｂ，１２４の間で分割されると、第１の新しい制御点１ａ、１２４は下の式により計算されたエネルギー層ＮEL(1a)の数を有する。
ＮEL(1a)＝（Ｎ＋１）／２（Ｎが奇数の場合）…式（１Ａ）
ＮEL(1a)＝Ｎ／２ （Ｎが偶数の場合）…式（１Ｂ）
ここで、Ｎは、分割前の制御点１，１２４のエネルギー層ＥＬの総数である。さらに、第２の新たな制御点１ｂ，１２４は、下の式により計算されたエネルギー層ＮEL(1b)の数を有する。
ＮEL(1b)＝（Ｎ－１）／２（Ｎが奇数の場合）…式（２Ａ）
ＮEL(1b)＝Ｎ／２ （Ｎが偶数の場合）…式（２Ｂ）
ＮEL(1a)＝（Ｎ＋１）／２（Ｎが奇数の場合）…式（１Ａ）
ＮEL(1a)＝Ｎ／２ （Ｎが偶数の場合）…式（１Ｂ）
ここで、Ｎは、分割前の制御点１，１２４のエネルギー層ＥＬの総数である。さらに、第２の新たな制御点１ｂ，１２４は、下の式により計算されたエネルギー層ＮEL(1b)の数を有する。
ＮEL(1b)＝（Ｎ－１）／２（Ｎが奇数の場合）…式（２Ａ）
ＮEL(1b)＝Ｎ／２ （Ｎが偶数の場合）…式（２Ｂ）
【0044】
いくつかの実施形態では、特定のエネルギー層ｉについての第１の制御点ビーム１，１２４でのビームに関連するＭＵ値は、下の式によって決定される。
ここでは、ｉはエネルギー層ＥＬであり、Ｎはエネルギー層の総数である。
【0045】
第１の制御点１，１２４を分割した後、第１及び第２の新たな制御点１２４のそれぞれは、Ｎが偶数である場合、下の式に基づいて計算されるビームエネルギーを有する。
第１及び第２の新たな制御点１２４に対するビームエネルギーは、Ｎが奇数の場合、下の式に基づいて計算され得る。
ここで、Ｎはエネルギー層の総数である。
【0046】
一実施態様では、システム１００は、上記のようなエネルギー層のフィルタリングに加えて、又はそれとは分離した、スポット数（重み付け）機構を採用する。スポット数すなわち重み付け低減機構は、特定の閾値以下であると連続的に指定されたＭＵスポット又はラインをフィルタリング又は他の方法で除去するために利用され得る。当該フィルタリングは、同時的に、又はランダムに、最適化中に起こり得ることを理解されたい。例示的な実施形態では、この閾値は、エネルギー層フィルタリングと組合せて、又はエネルギー層フィルタリングとは独立して、エネルギー層フィルタリング後の下の１０％として決定されてもよい。
【0047】
一実装形態では、システム１００は、エネルギー層の数及び関連する切替え時間を低減するために、エネルギー層の再結合を行うように設計されてもよい。例えば、数ある中でもシステム１００は、隣接する衝撃角（ＩＡ）が（ｉ）閾値レベルを下回るエネルギー差を有し、（ｉｉ）比較可能なＭＵ重み付けを有する場合、エネルギー層を第１のビーム衝撃角（ＩＡ）から同じエネルギーレベルに調整する。例えば、第１の衝撃角（ＩＡ）が０度のときは１１５ＭｅＶと１０ＭＵ、隣接する衝撃角（ＩＡ）が１度のときは１１０ＭｅＶと５ＭＵを考慮する。この場合、１１０ＭｅＶのエネルギー層は、１１５ＭｅＶに調整することができ、その結果として、陽子ビームの送達中にシステムは１つのエネルギー層の切り替え時間を短縮した。
【0048】
図６Ａ～図６Ｃは、制御点１，１２４に関連するエネルギー層１２４を分割する別の例を示しており、これは各エネルギー層（ＥＬ）について含むことができ、エネルギー層ＥＬに関連するＭＵを、第１及び第２の新しい制御点１ａ、１ｂ，１２４のそれぞれに関する閾値ＭＵ（例えば、元の制御点１、１２４に関連するＭＵの分数）に基づいて、第１の新たな制御点１ａ、１２４と第２の新たな制御点１ｂ、１２４との間に分割する。例えば、第１の制御点１２４のエネルギー層ＥＬ1～ＥＬnは、第１のＭＵ値を有する。ＭＵ値は、第１の新しい制御点１ａ、１２４と第２の新しい制御点１ｂ、１２４との間で分割されることができ、第１及び第２の新たな制御点１ａ、１ｂ、１２４の各々は、エネルギーレベルＥＬ1～ＥＬnに関連するＭＵ値の分数ｆa、ｆbに関連付けられる。分数ｆa、ｆbの合計は、１に等しい（ｆa＋ｆb＝１）。換言すると、第１の新たな制御点１ａ，１２４は、エネルギー層ＥＬ1～ＥＬnの第１の分数ｆaを有することができ、第２の新たな制御点１ｂは、エネルギー層ＥＬ1～ＥＬnの第２の分数ｆbを有することができる。例えば、エネルギーレベルＥＬ1～ＥＬnは、１２０ＭＵのＭＵ値を有することができる。エネルギーレベルＥＬ1～ＥＬnを第１の新たなエネルギーレベル１ａ、１２４と第２の新たなエネルギーレベル１ｂ、１２４とに分割した後、ＥＬ1～ＥＬnのエネルギーレベルＥＬ1～ＥＬnは、エネルギー層ＥＬ1～ＥＬnのＭＵのＭＵ値の半分である第１の分数ｆaを有することができ、一方で、第２の新たな制御点１ｂ、１２４は、エネルギーレベルＥＬ1～ＥＬnのＭＵのＭＵ値の残りの半分を有するエネルギー層を有する。このように、第１及び第２の新たな制御点１ａ、１ｂ、１２４のエネルギー層の総数は２倍になるが、しかし、第１及び第２の新たな制御点１ａ、１ｂ、１２４の合計ＭＵは、古い制御点１，１２４に関連するＭＵに等しい。したがって、エネルギーレベルＥＬ1～ＥＬnが１２０ＭＵの総ＭＵを有する場合、第１の制御点１ａ、１２４は６０ＭＵのＭＵを有し、第２の制御点１ｂ、１２４は６０ＭＵのＭＵを有する。エネルギーレベルＥＬ1～ＥＬnが１２０ＭＵのＭＵを有する場合、第１の制御点１ａ、１２４は４０ＭＵ（ｆaは１／３）のＭＵを有し、第２の制御点１ｂ、１２４は８０ＭＵ（ｆaは２／３）のＭＵを有する。別の実施形態では、システムは、再分配などのエネルギー分割と、各エネルギー機構のＭＵ重み付けの分割を用いることとの両方の組み合わせを使用することができる。
【0049】
ここで再び図４Ｃ及び７Ａ～７Ｃを参照すると、いくつかの実施態様では、元の第１の制御点に加えて第２の制御点が追加され、第１の制御点１，１２４は同じ位置に留まり、第２の制御点２，１２４は第１の制御点１，１２４に隣接する位置となる。いくつかの例では、複数の制御点１２４が第１の制御点１，１２４に追加され、例えば、３つ以上の制御点が追加され得る。ここで図４Ｃを参照すると、第１の制御点１，１２４に加えて第２の制御点２，１２４が追加されている。図７Ａ～７Ｃは、エネルギー層ＥＬ1～ＥＬnの再編成及び再分配プロセスを示す。図７Ａは、エネルギー層ＥＬ1～ＥＬnを含む元の第１の制御点１，１２４を示す。この場合、システム１００は、第１の制御点１，１２４から１つおきのエネルギー層ＥＬ1～ＥＬnを連続的に取る第２の制御点２，１２４を追加し、結果として、図６Ｂに示す第１の新たな制御点１，１２４、及び図７Ｃに示す第２の制御点２，１２４が得られる。その結果、新たな第１の制御点１，１２４（図７）は、図７Ａに示す元の制御点よりも少ないエネルギー層ＥＬ1～ＥＬnを有する。さらに、第１の新たな制御点は、式１に基づいて計算された数のエネルギー層を有し、一方で第２の新しい制御点２，１２４は、式２に基づいて計算された数のエネルギー層を有する。
【0050】
いくつかの実施形態では、特定のエネルギー層ｉへの第１の制御点ビーム１，１２４に関連するＭＵは、上式３によって決定され得る。さらに、新たな第１の制御点１ａ、１２４及び追加された制御点２，１２４は、Ｎが偶数である場合、下の式によって決定されるビームエネルギーを有する。
Ｎが奇数の場合：
ここで、Ｎはエネルギー層の総数である。
【0051】
図４Ｂ、４Ｃ、５Ａ～５Ｃ、６Ａ～６Ｃ、及び７Ａ～７Ｃで説明したように、第１の制御点１２４のエネルギー層ＥＬ1～ＥＬnが分割され（図４Ｂ、５Ａ～５Ｃを参照）、又は低減され（図４Ｃ及び７Ａ～７Ｃを参照）、若しくは関連するＭＵ値が連続的な方法で分割され（図４Ｂ、６Ａ～６Ｃを参照）、より詳細には各エネルギー層ＥＬが新たな連続点の１つに分割される。しかし、第１の制御点１，１２４に関連するエネルギー層ＥＬは、限定されるものではないが、制御点の各エネルギー層ＥＬに関連するＭＵ、制御点毎のＭＵの合計値、各制御点１２４に関連するエネルギー層ＥＬの総数、又はその他の任意の方法などのように他の方法で分割されることができる。
【0052】
エネルギー層ＥＬを再構成及び再分配する任意の方法を使用することができることが強調されており、エネルギー層の数は維持されることができず、すなわち１つ以上の追加のエネルギー層が再サンプリング機構としてブロック３６２に追加されることがある。同様に、いくつかの実施例では、制御点内の各エネルギーレベルは、同じ制御点内の別のエネルギーレベルとは異なるように分割されてもよい。いくつかの実施例では、エネルギー層は、高エネルギー層が制御点１に移動し、低エネルギー層が制御点２に移動する分類プロセスを経ることになる。
【0053】
図８Ａ及び８Ｂは、スポット送達シーケンスを強化し、それによって第１の制御点（例えば、ガントリ角度４０°を有する）の再構成及び再分配を行うための方法の例示的な実施形態を示す。図８Ａ及び図８Ｂの各々に示すように、１つ以上の制御点１２４は、２つ以上の制御点（例えば、３９°及び４０°のガントリ角度、又はｘ＝１０ｃｍ及び１０．５ｃｍの治療台位置）に分割されることができ、それぞれが、分割が生じた制御点の位置、すなわちガントリ角度とは異なる位置又はガントリ角度を有する、生成された制御点１２４に分割される。一実装形態では、例えば、分割された制御点は、第１の制御点１２４の両側などのように、第１の制御点１２４に隣接して配置され得る。別の例では、第１の制御点１２４は、２つ以上の制御点１２４、例えば３つ以上に分割され得る。図５Ａ～図５Ｃに示すようなエネルギー層の再分配及び再構成に加えて、各制御点１２４は、複数のエネルギー層を含むことができ、各エネルギー層はスポットの層を含み、各スポットは（ビームアイビューから参照されるように）Ｘ、Ｙ方向での位置を有する。
【0054】
シーケンスの再構成及び再分配の事例を以下に説明する。一実施形態では、制御点１２４はビーム１０４を照射することができ、照射ビームの少なくとも１つはエネルギー層（複数可）ＥＬを有する。記載された実施例では、各エネルギー層ＥＬ1～ＥＬnは、患者１１２にロバストな陽子線治療セラピーを送達するように、（例えば、ロバストな腫瘍被覆を確実とし、癌性でない器官を保護することなどができるように）好適な形態に最適化された１つ以上のスポットに向けられてもよい。制御点分割は、図８Ａに示すようなライン走査シーケンス粒子線治療機械、及び図８Ｂに示すような螺旋走査シーケンス粒子線治療機械を含む様々な環境で使用され得ることを理解されたい。図８Ａ及び８Ｂの各々に示すように、第１の制御点１２４に関連して図示された特定のエネルギー層のスポットは、機械送達シーケンスに基づいて第１及び第２の新たな制御点に分割される。したがって、分割された制御点から送達される放射線量は、第１及び第２の制御点によって送達される合計の放射線量とほぼ等しい。第１及び第２の制御点の位置又はガントリ角度は、連続アーク送達を介して送達された陽子ビームが、第１及び第２の制御点が抽出された静的制御点の位置で送達された陽子ビームとほぼ等しくなるように、第１及び第２の制御点に対して非常に近くなる。したがって、説明された２つ以上のサブ制御点に分割されたプライマリ制御点からの再分配及び再構成の結果は、連続的かつ動的な粒子線アーク治療のためのエネルギー及びスポット送達シーケンスの補間である。明確化のために、制御点分割は、エネルギー層、スポット、又はエネルギー層とスポット送達シーケンスの再構成及び再分配との組み合わせを含み得る。そして、より明確化するために、前述の再構成技術及び再分配技術は、計画を最適化するための治療計画システムの一方又は両方において、（例えば、ガントリ、ビームライン、サイクロトロンなどによって）ハードウェア内に組込まれることができ、いずれのケースも効率的かつ効果的な粒子線アーク療法を提供する。
【0055】
一実装形態では、ブロック３４２Ａ及び３４４は、例えば、１回以上ブロック３４４を実施してから１回以上ブロック３４２Ａを実施する、又は１回以上ブロック３４２Ａを実施してから１回以上ブロック３４４を実施するなど、ランダムに実施することができる。２つのブロック３４２Ａ及び３４４は相互交換可能であり、それらの互換性は治療計画に影響しない。しかし、２つのブロック３４２Ａ及び３４４の互換性は、治療計画を決定するための計算時間／速度に影響を及ぼし得る。例えば、システム１００が最初にブロック３４２Ａを実行すると、システム１００は、計画中の低加重エネルギー層をフィルタリング又は除去し、このことでシステム１００がブロック３４６で制御点１２４を最初に再サンプリングする場合に比べてエネルギー層及びスポットは少なくなる。より多くのエネルギー層とスポットは、計算と最適化に時間を要する。したがって、システム１００がブロック３４２Ａの前にブロック３４４を実行すると、システム１００が３４４より前にブロック３４２Ａを実行する場合よりも、システム１００を計画するのがより長くなる可能性がある。例えば、それぞれが５０のエネルギー層と１５００のスポットを有する８つの制御点があると仮定すると、システム１００が最初にブロック３４２Ａを実行すると、その結果は４０のエネルギー層と１２００のスポットを有する８つの制御点１２４を維持し、元の計画よりも少ないエネルギー層とスポットを有することになる。次いで、システム１００はブロック３４４を実行し、制御点１２４を再サンプリングし、ここでは各制御点は、フィルタ処理前の元の制御点よりも少ないエネルギー層を有する。しかし、システム１００がフィルタリング（ブロック３４２Ａ）の前に制御点１２４を再サンプリング（ブロック３４４）した場合、システム１００はより多数のエネルギー層及びスポットについて計算を実行しなければならず、処理計画の最適化を決定するための時間を増加させる。
【0056】
代替的なシステムでは、図３Ａのブロック３４０は、ユーザによって特定された予め定義された治療計画によって不要とされ、置き換えられてもよい（図３Ｄを参照）。例えば、施術者は予め定義された制御点サンプリング周波数（ＣＰＳＦ）を特定することができ、システム１００は所望のＣＰＳＦに基づいて、この情報を処理してエネルギー層を予め定義し、制御点の分類を実行して計画を特定する。
【0057】
ブロック３５０において（ブロック３３０と同様に）、システム１００は、患者１１２のための最適化された治療計画（例えば、ロバスト最適化又はブロック３３０に関して説明される他のタイプの最適化）を決定する。最適化計画は、ビーム１０４が腫瘍１１４を照射するためのビーム線量計画を決定する。この最適化計画は、ブロック３４２Ａのフィルタリングされたエネルギー層、又はブロック３４４のランダム制御点の再サンプリング及びエネルギー層の再構成及び再分配に基づいている。したがって、ブロック３３０におけるロバスト最適化は、ブロック３５０のロバスト最適化とは異なっており、それは、それぞれが異なるエネルギー層を有する制御点１２４のサンプルに基づいているからであり、例えば、ブロック３３０における最適化は、特定されたエネルギー層を有する制御点１２４上で実施され、一方、ブロック３５０におけるロバストな最適化は、フィルタリングされたエネルギー層、又は再サンプリングされ再構成されたエネルギー層、又はフィルタリングされたスポットを有する制御点１２４上で実施される。
【0058】
図示したように、いくつかの実施形態では、ブロック３６０において、システム１００は、現行の計画品質が許容できるかどうかを判断する。計画品質が許容できるかどうかを判断するために、いくつかの方法が使用されてもよい。例えば、システム１００は、現行の計画が目標被覆率に達したか、又は目標値に達したかどうかを判断することができる。例えば、システム１００は、アーク回転内に特定数の制御点１２４を含む良好な品質計画を考慮することができる。したがって、計画が制御点１２４の数の閾値に達したときに、許容可能な計画品質が特定され得る。他の実施例では、計画がユーザの定めた特定の陽子ビーム送達時間に達すると、良好な計画品質であると特定され得る。
【0059】
いくつかの実装形態では、計画に関連する１つ以上の要因に基づいて計画品質に目標値を割り当てることができ、目標値が特定された閾値の目標値以上であれば計画は品質計画として特定され得る。例えば、システム１００は、治療計画に関連する目標値が増加したかを特定でき、例えば、以前の目標値から１０％増加し、この増加が許容可能かどうかを判断できる。
【0060】
いくつかの実施例では、以前の目標値は、１つ以上の個々の目標値の平均値である。一実施態様では、目標値は、癌治療計画を完了するための時間の測定値であり得る。目標値は、他の値であってもよい。目標値が閾値分（例えば１０％）増加していない場合、システム１００は次いで、目標値が閾値分増加するまでブロック３４０～３５６を繰り返す。例えば、目標値は、癌治療計画を完了するための時間の測定値であり得る。目標値は、他の値であってもよい。目標値が閾値分（例えば１０％）増加していない場合、システム１００は、目標値が閾値分増加するまで、ブロック３４０～３６０を繰り返す。目標値は、下の式に示す最適化関数及びコスト値とも呼ばれる目的関数に基づいて決定され得る。
コスト値(Ｆ)=ｗTarget＊ＦTarget＋ｗRisk1＊ＦRisk1＋ｗRisk2＊ＦRisk2... …式(８)
ここで、Wtargetは標的（すなわち、腫瘍）、ペナルティ値、又は重要因子に関連する重み値であり、Ｆtargetは、現在値に対してシステム１００が到達しようとしている目標との差、コストレット、又はインジケータである。WRisk1は、腫瘍に隣接する組織又は器官に関連する重み値であり、ＦRisk1は、特定の器官に送達される現行の線量と、システム１００がこの特定の器官を保護するための目標との間の差である。
コスト値(Ｆ)=ｗTarget＊ＦTarget＋ｗRisk1＊ＦRisk1＋ｗRisk2＊ＦRisk2... …式(８)
ここで、Wtargetは標的（すなわち、腫瘍）、ペナルティ値、又は重要因子に関連する重み値であり、Ｆtargetは、現在値に対してシステム１００が到達しようとしている目標との差、コストレット、又はインジケータである。WRisk1は、腫瘍に隣接する組織又は器官に関連する重み値であり、ＦRisk1は、特定の器官に送達される現行の線量と、システム１００がこの特定の器官を保護するための目標との間の差である。
【0061】
いくつかの例では、Ｆtargetは以下のように示すことができる。Ｆtarget＝(Ｄtarget－Ｄ0)2ここで、Ｄtargetは、ターゲットへの処方線量の目標であり、Ｄ0はターゲットに対する現行の線量である。現行値と目標との差が大きいほど、コスト値は高くなり、これは、最適化された治療計画に到達するために、システムが治療計画をさらに最適化する必要があるということを意味する。
【0062】
ステップアンドシュートモードでは、システム１００は、ガントリ又は治療台の回転又は並進運動の時間、すなわちテーブル１１０に対する出力器１２０の回転がエネルギー層切替え時間よりも大きいかどうかを判断し、システム１００は、制御点１２４ごとに少なくとも１つのエネルギー層、例えば（制御点１２４ごとに１～６のエネルギー層）を保持する。例えば、ガントリが２つの連続する制御点１２４の間を移動するのに３秒間かかり、エネルギー層切替え時間は３秒未満である場合、システム１００は制御点１２４ごとに少なくとも１つのエネルギー層を保持する。連続送達モードの実施形態では、システム１００は、所望のアークサンプリング周波数又は予め定めた設定のプロセスに到達するまで、制御点再サンプリングを任意で維持してもよい（例えば、図２のブロック２４０を参照）。
【0063】
前述のように、より高い制御点サンプリング周波数は、隣接する制御点間での小さな角度差を示す。この状況では、ガントリ／治療台回転と同時のビーム１０４送達は、静的制御点角度でのビーム１０４送達に非常に近似している。所望のアークサンプリング周波数は、アーク内に十分な制御点があり、静的ステップアンドシュート送達モードと連続送達モードとの間に線量差がほとんどないことを意味する。所望のアークサンプリング周波数に達することは、十分なサンプリング制御点を得るために、静的ステップアンドシュート送達と連続陽子ビームアーク送達との間の線量差が最小であることを意味する。
【0064】
システム１００では、ランダム制御点再サンプリング、エネルギー層、スポット送達シーケンスの再構成と再分配、及びエネルギー層のフィルタリング及びスポット数の低減に基づいた反復最適化手法を利用する。ランダム反復最適化プロセスの間、各ステップは、目標値を有する計画を生成するように配列され得る。そして、一旦、目標値が所定の閾値を超えると、システム１００は前のステップを却下し、ランダムプロセスを再開する。いくつかの実施形態では、最適化プロセスは、放射線生物学（ＲＢＥ）最適化、物理的線量最適化などを含むが、これらに限定されない。例えば、図３Ｂに示すように、システム１００がブロック３４２Ａでエネルギー層をフィルタリングし、又は制御点１２４を再サンプリングし、そしてブロック３４４，３５０Ａでエネルギー層を再構成して再分配した後、目標値が以前の計画の１０％よりも高い場合、現行のフィルタリング又は再サンプリングされた新たな制御点は却下され、システム１００は、以前の計画に基づいて新たにランダム探索手順を開始する。目標値が以前の計画よりも低い場合、システム１００は、新たにフィルタリングされた、又は再サンプリングされた制御点１２４を受入れ、現行の計画に基づいてランダム探索を継続する。
【0065】
ブロック３７０において、システム１００の一実施態様は、例えば、特定の時間、腫瘍被覆率、又は他の測定可能な変数など、治療計画がユーザの好みに基づいてユーザが定めた品質に達したかどうかを判断することができる。システム１００が、治療計画がユーザの定めた品質に達していないと判断した場合、システム１００は、ブロック３４２Ａでのエネルギー層のフィルタリング又はブロック３４４での制御点の再サンプリングとエネルギー層の再分配との間のランダムな方法を選択することによって、上記のブロック３４０を繰り返す。システム１００は、到達した治療計画がユーザの定めた計画品質にしたがっているとシステム１００が判断するまでこのプロセスを繰り返す。一旦、システム１００が到達した治療計画がユーザの定めた計画品質にしたがっていると判断すると、システム１００は、計画にしたがって腫瘍１１４の治療を開始することができる。システム１００は、治療計画がユーザの定めた品質に達していない限り、ブロック３４２Ａ及び３４４をランダムに繰り返し、許容できない計画及び線量計算時間を生じさせることなく、元の粗いサンプリング制御点（図４Ａに示す）を、限度を有する制御点へと増加、又は分割して、所望の制御点１２４のサンプリング周波数を有するステップアンドシュート又は連続送達アークプランとする。したがって、システム１００は、連続的アーク送達のための十分なサンプリング制御点又はサンプリング速度を形成することを目指す。これにより、計算時間が大幅に短縮されることになる。例えば、システム１００は、各制御点１２４で、少なくとも１つのエネルギー層（例えば、別々のビームとして出力される１～６のエネルギー層）を有するビーム１０４を送達することができ、システム１００は、ブロック３４２Ａ及び３４４を実行した後、ＳＰＡｒｃが患者を中心に２度ごとの制御点で３６０度全回転することを決定する。換言すると、システム１００は、２度ごとに、又はガントリ／治療台の回転中に連続的にビーム１０４を患者１１２に送達し、最も効率的な治療計画を提供する。
【0066】
図３Ｂを参照すると、いくつかの実装形態では、システム１００は、図３Ａの治療計画に対して追加の任意の改善を行う。ブロック３８０において、システム１００は、ブロック３７０で以前に到達した治療計画に対してランダムなエネルギー層再サンプリングを実行する。例えば、システム１００はランダムな制御点１２４（すなわち、既存の制御点１２４）において治療計画に追加のエネルギー層をランダムに追加する。システム１００は、治療計画をさらに最適化するために、さらに１０％のエネルギー層を追加することができる。
【0067】
ブロック３４２Ｂにおいて、システム１００は、ブロック３４２Ａで実行されたエネルギー層フィルタリングと同様のエネルギー層フィルタリングを行う。その後、システム１００は、ブロック３３０及び３５０で参照される最適化と同様の最適化ステップをブロック３８２で実行することができる。ブロック３８４において、システム１００は、治療計画品質が以前の計画品質と比較して改善されたかどうかを判断することを試みる。システム１００が、治療計画品質が改善されたと判断した場合、システム１００は、システム１００が治療計画品質をこれ以上改善できないと判断するまで治療計画品質をさらに改善できると判断し、ブロック３４２Ｂ～３８４を実行する。システム１００が、治療計画品質を改善できないと判断すると、システム１００は、それが患者１１２の所望の治療計画であると判断する。
【0068】
いくつかの例では、所望の治療計画は、ユーザが予め定義したファクタに基づくことができる。図３Ｃを参照すると、ブロック３９０において、システム１００は、ユーザの好み１つに基づいて、連続的ビーム送達を伴う最適化され、且つ効率的な癌治療計画を送達する。例えば、一部の臨床医は、最高の計画品質を好むので、目標値が最も低い計画を選択する。一部の臨床医はより速い送達計画を好むので、計画品質を妥協する一方で、送達時間が最短である計画を選択する。或いは、臨床医の一部は、良好な計画品質と中程度の送達時間の両方を備えた適度な計画を選択する。
【0069】
従来の陽子線システムは、エネルギー選択法を介して各エネルギー層を１つずつ抽出する。しかし、システム１００は、同時に複数のエネルギー層を抽出することができる陽子線システムを含む。この場合、システム１００は、制御点１２４に複数のエネルギー層を有する陽子ビーム１０４を、ステップアンドシュートで、又は連続的に、追加のエネルギー層の切り替え時間を費やすことなく送達する。エネルギー再分配機構３４４において、システム１００は、図２～６に記載の方法を使用して、新たな制御点１２４にエネルギー層を再分配する。
【0070】
図９は、本明細書で説明されるシステム及び方法を実施するために使用され得る例示的なコンピューティングデバイス８００の概略図である。コンピューティングデバイス８００は、ラップトップ、デスクトップ、ワークステーション、パーソナルデジタルアシスタント、サーバ、ブレードサーバ、メインフレーム、及び他の適切なコンピュータなどの様々な形態のデジタルコンピュータを表すことが意図されている。ここに示された構成要素、それらの接続及び関係、及びそれらの機能は、例示的なものに過ぎず、本明細書にて説明され、且つ／又は請求される本発明の実施形態を限定するものではない。
【0071】
治療計画及び送達機構は、コンピュータ処理ベースの最適ビーム角度（ステップアンドシュート）と、最適アーク軌道（連続アーク）探索ソフトウェアプラットフォームと、総合的な治療計画品質及び送達効率を向上させる送達フレームワークとを含む。最適ビーム角度及び軌道探索アルゴリズムは、治療可能比をさらに増加させるために、治療線量最適化のための全立体角探索空間を利用する。最適なアーク軌道は、スポット位置、スポット重み付け、及びビーム角度の大域的最適化に基づいて生成及び選択される。最も効率的なアーク軌道が治療送達のために選択されている。
【0072】
コンピューティングデバイス８００は、プロセッサ１３０，８１０、メモリ８２０、記憶装置１３２，８３０、メモリ８２０及び高速拡張ポート８５０に接続する高速インターフェース／コントローラ８４０、及び低速バス８７０及び記憶装置８３０に接続する低速インターフェース／コントローラ８６０を含む。構成要素８１０，８２０，８３０，８４０，８５０、及び８６０の各々は、様々なバスを使用して相互接続され、共通のマザーボード上に、又は他の好適な方法で取付けられてもよい。プロセッサ８１０は、メモリ８２０又は記憶装置８３０に記憶された命令を含むコンピューティングデバイス８００内で実行するための命令を処理することができ、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）のためのグラフィカル情報を、高速インターフェース８４０に結合されているディスプレイ８８０などの外部入力／出力デバイス上に表示する。他の実施形態では、複数のメモリ及びメモリの種類と共に、複数のプロセッサ及び／又は複数のバスが適切に使用され得る。また、複数のコンピューティングデバイス８００を接続することができ、各デバイスが必要な動作の一部を（例えば、サーババンク、ブレードサーバのグループ、又はマルチプロセッサシステムとして）提供する。
【0073】
メモリ８２０は、コンピューティングデバイス８００内に非一時的に情報を格納する。メモリ８２０は、コンピュータ可読媒体、揮発性メモリユニット（複数可）、又は不揮発性メモリユニット（複数可）であってもよい。非一時的メモリ８２０は、プログラム（例えば、命令のシーケンス）、又はデータ（例えば、プログラム状態情報）をコンピューティングデバイス８００による使用のために一時ベース又は恒久ベースで格納するために使用される物理的デバイスであってもよい。不揮発性メモリの例としては、フラッシュメモリ、及び読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）／プログラム可能読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）／消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）／（例えば、典型的にはブートプログラムのようなファームウェアのために使用される）電子消去可能プログラマブル読み出し専用メモリＥＥＰＲＯＭ）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。揮発性メモリの例としては、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、相変化メモリ（ＰＣＭ）ならびにディスク又はテープが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0074】
記憶装置８３０は、コンピューティングデバイス８００用に大容量ストレージを提供することができる。いくつかの実装形態では、記憶装置８３０はコンピュータ可読媒体である。様々な異なる実装形態では、記憶装置８３０は、フロッピーディスク装置、ハードディスク装置、光ディスク装置、又はテープ装置、フラッシュメモリ又は他の同様のソリッドステートメモリ装置、若しくはストレージエリアネットワーク又は他の構成内の装置を含む装置の配列であってもよい。追加の実施形態では、コンピュータプログラム製品は情報担体において実質的に具現化される。コンピュータプログラム製品は、実行されると、上述したような１つ以上の方法を実行する命令を含む。情報担体は、メモリ８２０、記憶装置８３０、又はプロセッサ８１０上のメモリなどといったコンピュータ可読媒体又は機械可読媒体である。
【0075】
高速コントローラ８４０は、コンピューティングデバイス８００の帯域幅集中型オペレーションを管理し、低速コントローラ８６０は、低帯域幅集約型オペレーションを管理する。そのような任務の配分は、例示的なものに過ぎない。いくつかの実施形態では、高速コントローラ８４０は、メモリ８２０、（例えば、グラフィックプロセッサ又はアクセラレータを介して）ディスプレイ８８０、及び様々な拡張カード（図示せず）を受容する高速拡張ポート８５０に接続されている。いくつかの実施形態では、低速コントローラ８６０は、記憶装置８３０及び低速拡張ポート８７０に接続されている。様々な通信ポート（例えば、ＵＳＢ、ブルートゥース(登録商標)、イーサネット(登録商標)、無線イーサネット(登録商標)）を含むことができる低速拡張ポート８７０は、キーボード、ポインティングデバイス、スキャナ、又は、例えばネットワークアダプタを介したスイッチやルータなどのネットワークデバイスなどの１つ以上の入力／出力デバイスに接続されてもよい。
【0076】
コンピューティングデバイス８００は、図示するように、いくつかの異なる形態で実装され得る。例えば、１台の標準サーバ８００ａ又はそのようなサーバ８００ａのグループとして数倍のものとして、若しくは、１台のラップトップコンピュータ８００ｂとして、若しくは、ラックサーバシステム８００ｃの一部として実装されてもよい。
【0077】
本明細書に記載のシステム及び技術の様々な実施形態は、デジタル電子回路、集積回路、特別設計のＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア及び／又はそれらの組合せとして実現されることができる。これらの様々な実装形態は、少なくとも１つの入力装置、及び少なくとも１つの出力装置において記憶装置に接続され、記憶装置からデータと命令を受信し、記憶装置へデータと命令を送信する専用又は汎用であり得る少なくとも１つのプログラム可能なプロセッサを含む、プログラマブルシステム上で実行可能及び／又は解釈可能な１つ以上のコンピュータプログラムでの実装を含むことができる。
【0078】
これらの（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション又はコードとしても知られている）コンピュータプログラムは、このプログラム可能なプロセッサ用の機械命令を含み、高度な手続き型及び／又はオブジェクト指向プログラミング言語で、ならびに／若しくはアセンブリ／機械言語で実装されることができる。本明細書で使用する場合、用語「機械可読媒体」及び「コンピュータ可読媒体」とは、プログラマブルプロセッサに機械命令及び／又はデータを提供するために使用される任意のコンピュータプログラム製品、装置及び／又はデバイス（例えば、磁気ディスク、光ディスク、メモリ、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ））を意味し、機械可読信号として機械命令を受取る機械可読媒体を含む。「機械可読信号」という用語は、機械命令及び／又はデータをプログラマブルプロセッサに提供するために使用される任意の信号を意味する。
【0079】
本明細書に記載された主題の実施形態及び機能的オペレーションは、デジタル電子回路、又は本明細書に開示された構造及びそれらの構造的等価物を含む、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、又はハードウェア、若しくはそれらのうち１つ又は複数の組合せにおいて実行されることができる。さらに、本明細書に記載された主題は、１つ以上のコンピュータプログラム製品、すなわちデータ処理装置によって実行される、又はデータ処理装置のオペレーションを制御するためのコンピュータ可読媒体上に符号化されたコンピュータプログラム命令の１つ以上のモジュールとして実装され得る。コンピュータ可読媒体は、機械可読記憶装置、機械可読記憶基板、メモリ装置、機械可読伝播信号に影響する構成物、又はそれらのうちの１つ以上の組み合わせであってもよい。用語「データ処理装置」、「コンピューティングデバイス」及び「コンピューティングプロセッサ」は、例えば、プログラム可能なプロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ又はコンピュータを含む、データを処理するためのすべての装置、デバイス及び機械を包含する。装置は、ハードウェアに加えて、問題のコンピュータプログラムの実行環境を生成するコード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、又はそれらのうち１つ以上の組み合わせを構成するコードを含むことができる。伝搬された信号は、人工的に生成された信号であり、例えば、適切な受信装置への送信のために情報を符号化するために生成された機械生成の電気信号、光信号、又は電磁信号である。
【0080】
コンピュータプログラム（アプリケーション、プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプト、又はコードとしても知られる）は、コンパイラ型又はインタプリタ型言語を含む何れの形態のプログラミング言語で記述することもでき、また、スタンドアロンプログラムとしても、又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン、若しくはコンピューティング環境での使用に適したその他のユニットを含む何れの形態でも実装できる。コンピュータプログラムは、必ずしもファイルシステム内のファイルに対応するとは限らない。プログラムは、他のプログラム又はデータ（例えば、マークアップ言語文書に格納された１つ以上のスクリプト）を保持するファイルの一部に、問題のプログラム専用の単一ファイル、又は複数の組織化されたファイル（例えば、１つ以上のモジュール、サブプログラム、又はコードの一部を格納するファイル）として格納されることができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で、又は１つのサイトに位置するか、又は複数のサイトに分散され、通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータ上で実行されるように配置することができる。
【0081】
本明細書で説明するプロセス及び論理フローは、入力データを操作して出力を生成することによって機能を実行する１つ以上のコンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラム可能なプロセッサによって実行されることができる。プロセス及び論理フローはまた、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）又は（「放射線硬化」又は「ｒａｄーｈａｒｄ」として知られる）空間の高放射線環境に耐えうるように特別に設計されたＡＳＩＣなどの専用論理回路によっても実行されることができ、また装置はまた専用論理回路として実装されることができる。
【0082】
コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサには、例えば、汎用及び専用の両方のマイクロプロセッサ、並びにあらゆる種類のデジタルコンピュータの何れかの１つ以上のプロセッサが含まれる。一般に、プロセッサは、読み出し専用メモリ又はランダムアクセスメモリ又はその両方から命令及びデータを受信する。コンピュータの必須要素は、命令を実行するプロセッサと、命令及びデータを格納するための１つ以上のメモリデバイスである。一般に、コンピュータはまた、例えば、磁気ディスク、磁気光ディスク、又は光ディスクなどの１つ以上の大容量記憶装置を含み、大容量記憶装置に動作可能に接続され、そこからデータを受信するか、そこへデータを送信するか、又はその両方を行う。しかし、コンピュータは必ずしもそのような装置を有する必要はない。さらに、コンピュータは、別のデバイス、例えば、ほんの数例を挙げると、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、モバイルオーディオプレーヤ、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機などに埋め込まれ得る。コンピュータプログラム命令及びデータを格納するのに適したコンピュータ可読媒体には、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイス、例えば、内部ハードディスク又はリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、ならびにＣＤ ＲＯＭ及びＤＶＤ－ＲＯＭディスクを含むすべての形態の不揮発性メモリ、メディア及びメモリデバイスが含まれる。プロセッサ及びメモリは、専用論理回路によって補完され、又は専用論理回路に組み込むことができる。
【0083】
本発明の１つ又は複数の態様は、コンピューティングシステムであって、例えばデータサーバとしてのバックエンド構成要素を含むか、又は、例えばアプリケーションサーバなどのミドルウェア構成要素を含むか、又は、例えばグラフィカルユーザインターフェースを有するクライアントコンピュータなどのフロントエンド構成要素を含むコンピューティングシステムか、若しくは、ウェブブラウザであって、そこを通じてユーザが本明細書に記載された主題の実施形態、又はそのようなバックエンド、ミドルウェア、又はフロントエンド構成要素のうち１つ以上の組合せと相互対話できるウェブブラウザにおいて実現されることができる。システムの構成要素は、任意の形式又は媒体のデジタルデータ通信、例えば、通信ネットワークによって相互接続されてもよい。通信ネットワークの例としては、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）及びワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、インターネットワーク（例えば、インターネット）並びにピアツーピアネットワーク（例えば、アドホックピア－ピアツーピアネットワーク）が挙げられる。
【0084】
コンピューティングシステムは、クライアント及びサーバを含むことができる。クライアントとサーバは、一般に、互いに遠隔であり、通常は通信ネットワークを介して相互対話する。クライアントとサーバとの関係は、それぞれのコンピュータ上で実行され、互いにクライアント－サーバの関係を有するコンピュータプログラムによって生じる。いくつかの実装では、サーバは、データ（例えば、ＨＴＭＬページ）を（例えば、クライアントデバイスと対話するユーザにデータを表示し、ユーザからユーザ入力を受信する目的で）クライアントデバイスに送信する。クライアントデバイスで生成されたデータ（例えば、ユーザー対話の結果）は、サーバのクライアントデバイスから受信することができる。
【0085】
本明細書には多くの詳細が含まれているが、これらは開示の範囲、又は請求され得る内容の範囲を限定するものではなく、むしろ開示の特定の実施形態に特有である機能の説明として解釈されるべきである。別個の実施形態の文脈において本明細書で説明される特定の機能はまた、単一の実施形態において組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施形態の文脈で説明された様々な機能は、複数の実施形態において個別に、又は任意の好適な副組み合わせで実施することもできる。さらに、機能は、特定の組み合わせで作用するものとして上述されており、当初はそのように主張されているものであっても、いくつかの場合には、主張された組み合わせからの１つ以上の機能をその組み合わせから切り出すことができ、主張された組合せは副組み合せや、又は副組み合せの変更案に向けられ得る。
【0086】
同様に、オペレーションは、特定の順序で図面に示されているが、これは、望ましい結果を達成するために、このようなオペレーションが示された順序又は順番どおりに、又は図示されたすべてのオペレーションが実行されることを必要とするものとして理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスク及び並列処理が有利であり得る。さらに、上述の実施形態における様々なシステム構成要素の分離は、そのような分離がすべての実施形態において必要とするものとして理解されるべきではなく、記述されたプログラム構成要素及びシステムは、一般に、単一のソフトウェア製品の中に一体化されるか、又は複数のソフトウェア製品の中に抱き合わせられることができる。
【0087】
多数の実装形態が説明されてきた。それにもかかわらず、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われ得ることが理解されるであろう。したがって、他の実施形態は以下の特許請求の範囲の範疇にある。例えば、特許請求の範囲に列挙された動作は、異なる順序で実行され、依然として望ましい結果を達成することができる。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A-4D】
【図5A-5C】
【図6A-6C】
【図7A-7C】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
