特許 7485585 集束イオンビームのエネルギースペクトルを得ること

(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】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】集束イオンビームのエネルギースペクトルを得ること

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20240509BHJP

【ＦＩ】

A61N5/10 H

A61N5/10 P

【請求項の数】 14

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020185769

(22)【出願日】2020-11-06

(65)【公開番号】P2021097997

(43)【公開日】2021-07-01

【審査請求日】2023-11-01

(31)【優先権主張番号】19210528.6

(32)【優先日】2019-11-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】522454806

【氏名又は名称】レイサーチ ラボラトリーズ エービー

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 香元

(72)【発明者】

【氏名】マーティン ヤンソン

【審査官】鈴木 敏史

(56)【参考文献】

【文献】特表２００７－５３１５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０６３５４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１２－５２０７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】上田英昭，陽子線スポットスキャニング治療システムにおける応答関数法を用いた照射ノズル設計技術の開発，Hokkaido University Collection of Scholarly and Academic Papers，日本，2018年03月22日，p.11-51，https://eprints.lib.hokudai.ac.jp/dspace/bitstream/2115/69992/1/Hideaki_Ueda.pdf

(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】

ブラッグピークチャンバ（３０）を使用して積分深部線量すなわちＩＤＤ（１０’）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（２）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であって、前記方法はスペクトル決定部（１）で行い、かつ
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（４０）（ここでは前記セットのエネルギーは前記イオンビーム治療送達システム（２）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（２０）の横方向広がりを決定する工程（４２）と、
前記ブラッグピークチャンバ（２０）の前記横方向広がりにわたって前記公称単一エネルギー集束イオンビームの前記シミュレートしたセットの前記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（４４）と、
計算したＣＩＤＤを記憶する工程（４６）と、
前記ブラッグピークチャンバ（２０）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（４８）と、
前記公称エネルギーを有する前記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前記実測ＩＤＤに対してＣＩＤＤの線形結合フィッティングを行う工程（５０）（ここでは全てのＣＩＤＤ重みはゼロ以上である）と
を含む方法。

【請求項2】

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、前記治療送達システムの前記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する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

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前記エネルギー分布は厳密に単一エネルギーである、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

複数の公称ビームエネルギーのために前記実測ＩＤＤを得る工程（４８）およびフィッティングを行う工程（５０）を繰り返し、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前記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（５２）をさらに含む、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記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（５４）をさらに含む、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記エネルギースペクトルと、前記エネルギースペクトルを決定するために使用する前記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（５６）（前記完全な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）をさらに含む、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

ブラッグピークチャンバ（３０）を使用して積分深部線量すなわちＩＤＤ（１０’）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（２）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（１）であって、
プロセッサ（６０）と、
前記プロセッサによって実行された場合に前記スペクトル決定部（１）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（ここでは前記セットのエネルギーは前記イオンビーム治療送達システム（２）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（２０）の横方向広がりを決定させ、
前記ブラッグピークチャンバ（２０）の前記横方向広がりにわたって前記公称単一エネルギー集束イオンビームの前記シミュレートしたセットの前記線量を横方向に積分すること（４６）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、
前記ブラッグピークチャンバ（２０）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
前記公称ビームエネルギーを有する前記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前記実測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（６７）を記憶しているメモリ（６４）と
を備えるスペクトル決定部（１）。

【請求項8】

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、前記治療送達システムの前記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する、請求項７に記載のスペクトル決定部（１）。

【請求項9】

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前記エネルギー分布は厳密に単一エネルギーである、請求項７または８に記載のスペクトル決定部（１）。

【請求項10】

前記プロセッサによって実行された場合に前記スペクトル決定部（１）に、
実測ＩＤＤを得るために前記命令を繰り返させ、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前記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（６７）をさらに含む、請求項７～９のいずれか１項に記載のスペクトル決定部（１）。

【請求項11】

前記プロセッサによって実行された場合に前記スペクトル決定部（１）に、
前記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（６７）をさらに含む、請求項７～１０のいずれか１項に記載のスペクトル決定部（１）。

【請求項12】

前記プロセッサによって実行された場合に前記スペクトル決定部（１）に、
前記エネルギースペクトルと、前記エネルギースペクトルを決定するために使用する前記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（前記完全な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（６７）をさらに含む、請求項７～１１のいずれか１項に記載のスペクトル決定部（１）。

【請求項13】

ブラッグピークチャンバ（３０）を使用して積分深部線量すなわちＩＤＤ（１０’）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（２）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（６７、９１）であって、スペクトル決定部（１）で実行された場合に前記スペクトル決定部（１）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（ここでは前記セットのエネルギーは前記イオンビーム治療送達システム（２）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（２０）の横方向広がりを決定させ、
前記ブラッグピークチャンバ（２０）の前記横方向広がりにわたって前記公称単一エネルギー集束イオンビームの前記シミュレートしたセットの前記線量を横方向に積分すること（４６）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、
前記ブラッグピークチャンバ（２０）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
前記公称ビームエネルギーを有する前記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前記実測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コンピュータプログラム（６７、９１）。

【請求項14】

請求項１３に記載のコンピュータプログラムと前記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（６４、９０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は放射線療法の分野、特にフルエンス要素のサブセットを制限しながら放射線療法計画を作成することに関する。

【背景技術】

【0002】

イオンビーム治療では、イオン（例えば、プロトンまたは炭素イオンなどのより重いイオン）のビームを標的体積に向かって方向づける。標的体積は例えば癌腫瘍を表すことができる。イオンは組織を透過し、かつ癌細胞を破壊するためのエネルギーの線量を送達する。イオンビーム治療の利点は、ブラッグピークとして知られている線量分布における顕著なピークが存在することである。ブラッグピークは特定の深さで生じる線量送達のピークであり、その後に線量送達は急激に減少する。これは電子線治療またはＸ線治療と比較することができ、電子線治療またはＸ線治療ではそのピークは組織に進入する場所に非常に近い場所で生じ、イオン治療の場合と同じ急激な減少により線量減少を制御することはできない。

【0003】

患者におけるブラッグピークの深さはイオンのエネルギー量を調整することによって制御することができる。横方向位置はビームを偏向させるための電磁石を用いて制御することができる。イオンビーム治療におけるスポットは、特定の横方向位置における特定のエネルギーレベルのイオンの集合体を指す。スポットに送達される粒子の数は一般にスポット重みと呼ばれる。三次元空間における多くの異なる位置に線量をスポットで提供することにより標的体積を所望の線量分布でカバーすることができる。この手順はペンシルビームスキャニングとしても知られているアクティブスキャニングイオンビーム治療と呼ばれている。

【0004】

どのようにスポットを送達するべきかという計画は治療計画システムにおいて行う。治療計画システムは、典型的には標的カバー度および健康組織回避に関するいくつかの基準を満たすようなスポットのセットを決定する。次いでこれらのスポットをイオンビーム治療送達システムに伝達し、このシステムがイオンビームを送達する。治療計画システムおよびイオンビーム治療送達システムはそれ自体が当該技術分野で知られている方法で接続されている。

【0005】

イオンビーム治療送達システムによる送達をモデル化する必要がある場合には、ブラッグピークチャンバを使用して積分深部線量（ＩＤＤ）の形態で単一スポットの送達を測定することが多い。しかしブラッグピークチャンバの限られた横方向範囲が原因で、単一スポットによって送達される線量の一部がその測定において失われ、それにより実測ＩＤＤが完全なＩＤＤを表さない結果となる場合がある。この不一致が補償されなければ、モデル化された送達は総送達線量から逸脱したものになり得る。先行技術ではこの不一致は、実測ＩＤＤを治療計画システム（ＴＰＳ）のビームモデル化で使用する前に調整することによって補償されている。これらのＩＤＤ調整は深さの複雑な関数であり、ビームエネルギーは典型的にはいくつかの第三者のモンテカルロアルゴリズムを用いて決定する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】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。

【図2】単一集束イオンビーム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。

【図3】総線量送達と有限の横方向広がりを有する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との差を示す概略図である。

【図4】図１のイオンビーム治療送達システム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。

【図5】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。

【図6】一実施形態に係る図１のスペクトル決定部の構成要素を示す概略図である。

【図7】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例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】