特表 2016-526452 イオン治療のための動的トリミングスポット走査の方法及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2016-526452(P2016-526452A)

(43)【公表日】2016年9月5日

(54)【発明の名称】イオン治療のための動的トリミングスポット走査の方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20160808BHJP

【ＦＩ】

   A61N5/10 K

   A61N5/10 H

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

【全頁数】48

(21)【出願番号】特願2016-524364(P2016-524364)

(86)(22)【出願日】2014年7月3日

(85)【翻訳文提出日】2016年2月15日

(86)【国際出願番号】US2014045363

(87)【国際公開番号】WO2015003111

(87)【国際公開日】20150108

(31)【優先権主張番号】61/843,092

(32)【優先日】2013年7月5日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/946,074

(32)【優先日】2014年2月28日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/900,455

(32)【優先日】2013年11月6日

(33)【優先権主張国】US

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＭｙＳＱＬ

２．ＦＩＲＥＷＩＲＥ

(71)【出願人】

【識別番号】515346639

【氏名又は名称】ユニヴァーシティ オブ アイオワ リサーチ ファウンデーション

【氏名又は名称原語表記】Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｉｏｗａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】特許業務法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】フライン，リャン

(72)【発明者】

【氏名】ハイヤー，ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】ワン，ドンギュ

(72)【発明者】

【氏名】ヒル，パトリック

(72)【発明者】

【氏名】クレールブー，イヴ

【テーマコード（参考）】

4C082

【Ｆターム（参考）】

4C082AC05

4C082AE01

4C082AG12

4C082AG23

(57)【要約】

標的境界外側の放射線量を減少させるためにイオン粒子ペンシルビームを動的にトリミングするために構成されるスポット走査（ＳＳ）イオン治療システム。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ａ．少なくとも１つの走査マグネットを備えるイオン治療源であって、標的の多数のスポット位置に粒子ペンシルビームを順次向けるように構成される、イオン治療源と、
ｂ．前記イオン治療源の前記少なくとも１つの走査マグネットの下流に取り付けられるように構成される動的トリミングコリメータであって、
ｉ．前記少なくとも１つの走査マグネットの下流に配置されて、そして、前記ペンシルビームの一部を遮断するように構成される少なくとも１つのトリマーと、
ｉｉ．前記少なくとも１つのトリマーを移動させるために構成される少なくとも１つの駆動機構とを備える、動的トリミングコリメータと、
ｃ．前記標的の前記多数のスポット位置に前記粒子ペンシルビームを順次向けて照射することによってスポット照射の手順を実行するために前記イオン治療源を制御し、前記多数のスポット位置のそれぞれの関数として前記少なくとも１つのトリマーの位置を制御するように構成される制御装置と
を備える、
スポット走査（ＳＳ）イオン治療システム。

【請求項2】

前記少なくとも１つの駆動機構が、第１の運動軸に沿って前記少なくとも１つのトリマーを移動させるために構成される、
請求項１に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項3】

前記第１の軸が、前記ペンシルビームに実質的に垂直である、
請求項２に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項4】

前記少なくとも１つのトリマーが、第２の運動軸を移動するようにさらに構成され、
前記第２の運動軸が、前記ペンシルビームに実質的に平行である、
請求項３に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項5】

前記少なくとも１つの駆動機構が、前記少なくともあるトリマーを移動させるための第１の運動軸及び第２の運動軸を備える、
請求項１に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項6】

前記第１の軸及び前記第２の軸が、前記ペンシルビームに実質的に垂直である、
請求項５に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項7】

前記第１及び第２の運動軸は、前記少なくとも１つのトリマーを移動させるための直動軸であり、前記直動軸が平行ではない軸である、
請求項５に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項8】

第１の運動軸が直動軸であり、第２の運動軸が回転軸である、
請求項５に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項9】

前記少なくとも１つのトリマーが、第３の運動軸を移動するようにさらに構成され、
前記第３の運動軸が、前記ペンシルビームに実質的に平行である、
請求項５に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項10】

前記少なくとも１つのトリマーが、前記ペンシルビームの位相空間を変更するように適合される厚さ及び形状を有する、
請求項１に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項11】

前記制御装置が、前記ビームがオフ状態のときのみ前記少なくとも１つのトリマーが動くことを許可するために、ビームのオン／オフ状態情報を示す信号を受けるためにさらに構成される、
請求項１に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項12】

前記制御装置が、スポット照射の前記手順の前記実行と同期して、前記少なくとも１つのトリマーを動的に移動させるために構成される、
請求項１に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項13】

前記少なくとも１つのトリマーを配置するための既定の位置に対応する、前記スポット照射のうちの１つまたは複数を定義するために構成される、位置計画制御装置をさらに備える、
請求項１に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項14】

前記少なくとも１つのトリマーが複数のトリマーをさらに備え、
前記少なくとも１つの駆動機構が、前記複数のトリマーに対応する複数の駆動機構を備え、
前記制御装置が、前記複数のトリマーのそれぞれの前記位置を、前記スポット位置の関数として、独立して制御するために構成される、
請求項１に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項15】

二次元照射のためにさらに構成される、
請求項１に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項16】

前記制御装置が、前記多数のスポット位置のそれぞれの前記トリマー位置を定義するデータを受けるように構成される、
請求項１に記載のスポット走査イオン治療システム。

【請求項17】

ａ．二次元走査イオンビームからの放射線の漏出を制限するように構成される少なくとも１つのトリマーと、
ｂ．前記少なくとも１つのトリマーを移動させるために構成される少なくとも１つの駆動機構であって、前記動的トリミングコリメータが、標的の多数のスポット位置へ前記二次元走査イオンビームを順次、発生させるように構成されるイオン治療源の下流に取り付けられることが可能であり、前記動的トリミングコリメータが、前記標的での前記二次元走査イオンビームの放射線の漏出を制限するために、前記多数のスポット位置のそれぞれの関数として、前記少なくとも１つのトリマーの前記位置を制御することが可能である、少なくとも１つの駆動機構と
を備える、
動的トリミングコリメータ。

【請求項18】

前記少なくとも１つのトリマーが、前記二次元走査イオンビームを部分的に遮断することによって放射線の漏出を制限するように構成される、
請求項１７に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項19】

前記少なくとも１つのトリマーが、前記二次元走査イオンビームの軸に実質的に垂直な第１の経路に沿って移動するように構成される、
請求項１４に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項20】

前記少なくとも１つのトリマーが、前記二次元走査イオンビームの前記軸に実質的に平行な第２の経路に沿って移動するようにさらに構成される、
請求項１９に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項21】

前記第１の軸及び前記第２の軸が互いに平行でない、
請求項２０に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項22】

前記少なくとも１つのトリマーが、前記二次元走査イオンビームの前記軸に実質的に平行な第３の経路に沿って移動するようにさらに構成される、
請求項１７に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項23】

前記少なくとも１つの駆動機構がリニアモータを備える、
請求項１９に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項24】

前記少なくとも１つのトリマーは、実質的に垂れ下がった円弧で移動するように構成される、
請求項１９に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項25】

前記少なくとも１つのトリマーが長方形の形状を備える、
請求項１９に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項26】

前記少なくとも１つのトリマーは、前記二次元走査イオンビームの飛程より大きい放射線学的厚さを有するように構成される、
請求項１９に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項27】

前記装置が、患者の皮膚の近くに前記少なくとも１つのトリマーを配置するように構成される、
請求項１９に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項28】

前記少なくとも１つのトリマーが、前記二次元走査イオンビームと同期して移動するように構成される、
請求項１９に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項29】

前記少なくとも１つのトリマーが複数のトリマーを備えて、前記少なくとも１つの駆動機構が複数の駆動機構を備え、
前記複数のトリマーの少なくともそれぞれが、前記複数の駆動機構の少なくとも１つと関連する、
請求項１９に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項30】

前記複数のトリマーの少なくとも１つが、少なくとも２つの駆動機構と関連する、
請求項２９に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項31】

レンジシフタをさらに備える、
請求項１７に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項32】

リッジフィルタをさらに備える、
請求項１７に記載の動的トリミングコリメータ。

【請求項33】

前記動的トリミングコリメータは、前記イオン治療源のノズルに取り付けられるようにさらに構成される、
請求項１７に記載の動的トリミングコリメータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

優先権主張
本出願は、２０１３年７月５日に出願されたＵｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ． ６１／８４３，０９２、２０１３年１１月６日に出願されたＵｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ． ６１／９００，４５５、及び２０１４年２月２８日に出願されたＵｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ． ６１／９４６，０７４の優先権を主張し、そのすべてが信頼されて、参照により本明細書に完全に組み込まれる。

【0002】

本発明は、荷電粒子放射線治療の分野に関するものである。より詳細には、本発明は、スポット走査イオン治療の分野に関するものである。より詳細には、本発明は、癌であることがある組織の標的への照射のための荷電粒子システムに関するものである。本発明はまた、粒子ペンシルビームによる標的への照射方法に関するものでもある。

【背景技術】

【0003】

荷電粒子放射線治療において、今日、多数の照射技術が知られている。現在、もっとも一般的な放射線治療は、光子治療である。しかし、光子治療はいくつかの合併症を伴う。一例として、光子治療を使用するとき、適用された光子ビームは目標とされた腫瘍を通過し、腫瘍より遠位の健常組織を通って患者から出る。光子ビームの出射、つまり健常組織を通る線量は、健常組織の放射線損傷を防止することの困難さを増加させる。健常組織を通る出射線量によって生じる放射線損傷は、効果的な腫瘍治療の計画をたてる際の、制限因子でもある。

【0004】

陽子治療、ならびに、アルゴン、カーボン、ヘリウム、及び鉄のイオンによる治療を含むイオン治療は、特に、光子治療に勝るいくつかの利点を提供する。一例として、イオン治療は、積算線量と呼ばれ、光子治療に関する所定の腫瘍線量のために患者に蓄積する放射線エネルギーの合計をより小さくすることが可能である。確率的影響、すなわち、患者が非腫瘍組織への照射後に二次悪性新生物を発症する確率を減少させるため、積算線量の低減は重要である。発症の確率は治療後経過した時間に関係があるため、長期生存の確率が高い若年患者は、二次悪性新生物を発症する確率は高齢患者より高い。したがって、子供の非腫瘍組織への放射線治療線量の低減は、イオン治療の特に重要な利点である。陽子治療による積算線量の、光子治療と比較した場合の低減は、髄芽細胞腫による子供の傍髄膜眼窩周囲の横紋筋肉腫及び脊髄中枢神経軸に関して定量化されており、放射線障害性二次悪性病変の確率が、それぞれ、２倍以上及び８〜１５倍減少している。陽子治療は同様に、大人の二次悪性新生物の発生確率の低減が期待されている。たとえば、二次悪性新生物の確率は、陽子治療を受けている前立腺の患者の場合、強度変調光子治療を受けている患者に比べて２６％〜３９％減少している。

【0005】

光子治療に勝るイオン治療の第２の臨床的利点は、確定的影響（すなわち、深刻さが照射される放射線量に関係する合併症）を光子治療と比較して低減させることができるように、健常組織への放射線量が十分に低減されるということである。確定的影響の例は、皮膚紅斑及び口内乾燥である。確定的影響の低減は、腫瘍線量原体性が光子治療のそれと同等であると示された複数の研究において実証されているが、陽子治療のために無事である健常組織はより多数である。傍脊椎肉腫、頭頸部悪性腫瘍、髄膜腫、子宮頸管、髄芽細胞腫、副鼻腔及び前立腺を含む複数の腫瘍部位と関連する健常組織は、光子治療よりも陽子治療の方が、線量がより少なくすむことが示されている。

【0006】

イオン治療照射の進んだ形態であるスポット走査（Ｓｐｏｔ Ｓｃａｎｎｉｎｇ、ＳＳ）は、従来のイオン治療に勝るいくつかの利点を有する。患者を治療するための従来の陽子治療ビームは通常、受動散乱または一様な動的走査を使用して発生させる。受動散乱では、１つまたは複数のレンジコンペンセータ及び１つのレンジモジュレータが、陽子ペンシルビームを横方向及び深さ方向に空間的に一様な線量分布を作り出すビームに拡散するために使用される。レンジモジュレータは回転プロペラ、ウエッジ、またはリッジフィルタでもよく、拡大ブラッグピーク（Ｓｐｒｅａｄ Ｏｕｔ Ｂｒａｇｇ Ｐｅａｋ、ＳＯＢＰ）を作り出す。照射野は、専用設計の開口、ブロック、またはマルチリーフコリメータ（Ｍｕｌｔｉ−Ｌｅａｆ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ、ＭＬＣ）によって、ビーム中心軸に対して横方向に形づくられ、患者固有のコンペンセータを使用して、治療体積の遠位端と一致するように深さ方向に形づくられる。一重及び二重の散乱システムが存在し、通常、前者よりも後者が、一様な線量のより大きい領域を提供する。一様な動的走査は、磁気的に走査されたペンシルビーム及び動的エネルギー変調を使用して、時間平均した場合に空間で一様な強度を有する陽子照射野を発生させる。照射野形状は、受動散乱と同様の方法で開口またはブロックによって定義される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】Ｕ．Ｓ． Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ． ＵＳ ２０１３／００４３４０８

【特許文献2】ＥＰ２００８０７３０８６４

【特許文献3】ＵＳ Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．８，１２９，７０１ Ｂ２

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Ｍ． Ｂｕｅｓ， Ｗ． Ｄ． Ｎｅｗｈａｕｓｅｒ， Ｕ． Ｔｉｔｔ ａｎｄ Ａ． Ｒ． Ｓｍｉｔｈ， “Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ ｓｔｅｐ ａｎｄ ｓｈｏｏｔ ｐｒｏｔｏｎ ｂｅａｍ ｓｐｏｔｓｃａｎｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｍｕｌｔｉ−ｌｅａｆ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ： ａ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ ｓｔｕｄｙ，” Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｏｓｉｍｅｔｒｙ １１５， １６４−１６９ （２００５）．

【非特許文献2】Ａ． Ｊ． Ｌｏｍａｘ， Ｔ． Ｂｏｒｔｆｅｌｄ， Ｇ． Ｇｏｉｔｅｉｎ， Ｊ． Ｄｅｂｕｓ， Ｃ． Ｄｙｋｓｔｒａ， Ｐ． Ａ． Ｔｅｒｃｉｅｒ， Ｐ． Ａ． Ｃｏｕｃｋｅ ａｎｄ Ｒ． Ｏ． Ｍｉｒｉｍａｎｏｆｆ， “Ａ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｉｎｔｅｒ−ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｐｒｏｔｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｐｈｏｔｏｎ ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ，” Ｒａｄｉｏｔｈｅｒ Ｏｎｃｏｌ ５１， ２５７−２７１ （１９９９）．

【非特許文献3】Ｊ． Ｄ． Ｆｏｎｔｅｎｏｔ， Ａ． Ｋ． Ｌｅｅ ａｎｄ Ｗ． Ｄ． Ｎｅｗｈａｕｓｅｒ， “Ｒｉｓｋ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｍａｌｉｇｎａｎｔ ｎｅｏｐｌａｓｍｓ ｆｒｏｍ ｐｒｏｔｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ ａｎｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ−ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｘ−ｒａｙ ｔｈｅｒａｐｙ ｆｏｒ ｅａｒｌｙ−ｓｔａｇｅ ｐｒｏｓｔａｔｅ ｃａｎｃｅｒ，” Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｎｃｏｌｏｇｙ， ｂｉｏｌｏｇｙ， ｐｈｙｓｉｃｓ ７４， ６１６−６２２（２００９）．

【非特許文献4】ＩＣＲＰ， “Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｒａｄｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ： Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ６０，” Ｎ０， （１９９１）．

【非特許文献5】Ｅ． Ｊ． Ｈａｌｌ， Ｒａｄｉｏｂｉｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｒａｄｉｏｌｏｇｉｓｔ， ５ ｅｄ． （Ｌｉｐｐｉｎｃｏｔｔ Ｗｉｌｌｉａｍｓ ＆ Ｗｉｌｋｉｎｓ， Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ， ＰＡ， ２０００）．

【非特許文献6】Ｒ． Ｍｉｒａｌｂｅｌｌ， Ｌ． Ｃｅｌｌａ， Ｄ． Ｗｅｂｅｒ ａｎｄ Ａ． Ｌｏｍａｘ， “Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ ｏｆ ｏｒｂｉｔａｌ ａｎｄ ｐａｒａｏｒｂｉｔａｌ ｔｕｍｏｒｓ： ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ−ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｘ−ｒａｙ ｂｅａｍｓ ｖｓ． ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ−ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｐｒｏｔｏｎ ｂｅａｍｓ，” Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｎｃｏｌｏｇｙ， ｂｉｏｌｏｇｙ， ｐｈｙｓｉｃｓ ４７， １１１１−１１１９ （２０００）．

【非特許文献7】Ｒ． Ｍｉｒａｌｂｅｌｌ， Ａ． Ｌｏｍａｘ ａｎｄ Ｍ． Ｒｕｓｓｏ， “Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｒｏｌｅ ｏｆ ｐｒｏｔｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｐｅｄｉａｔｒｉｃ ｍｅｄｕｌｌｏｂｌａｓｔｏｍａ／ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ ｎｅｕｒｏ−ｅｃｔｏｄｅｒｍａｌ ｔｕｍｏｒｓ： ｓｐｉｎａｌ ｔｈｅｃａ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ，” Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｎｃｏｌｏｇｙ， ｂｉｏｌｏｇｙ， ｐｈｙｓｉｃｓ ３８， ８０５−８１１ （１９９７）．

【非特許文献8】Ｒ． Ｍｉｒａｌｂｅｌｌ， Ａ． Ｌｏｍａｘ， Ｌ． Ｃｅｌｌａ ａｎｄ Ｕ． Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ， “Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｏｆ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｅｃｏｎｄ ｃａｎｃｅｒｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｐｒｏｔｏｎ ｂｅａｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｐｅｄｉａｔｒｉｃ ｔｕｍｏｒｓ，” Ｉｎｔ Ｊ Ｒａｄｉａｔ Ｏｎｃｏｌ Ｂｉｏｌ Ｐｈｙｓ ５４， ８２４−８２９ （２００２）．

【非特許文献9】Ｄ． Ｃ． Ｗｅｂｅｒ， Ａ． Ｖ． Ｔｒｏｆｉｍｏｖ， Ｔ． Ｆ． Ｄｅｌａｎｅｙ ａｎｄ Ｔ． Ｂｏｒｔｆｅｌｄ， “Ａ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｐｈｏｔｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｔｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ ｆｏｒ ｐａｒａｓｐｉｎａｌ ｓａｒｃｏｍａｓ，” Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｎｃｏｌｏｇｙ， ｂｉｏｌｏｇｙ， ｐｈｙｓｉｃｓ ５８， １５９６−１６０６ （２００４）．

【非特許文献10】Ｒ． Ｔ． Ｆｌｙｎｎ， Ｓ． Ｒ． Ｂｏｗｅｎ， Ｓ． Ｍ． Ｂｅｎｔｚｅｎ， Ｔ． Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｍａｃｋｉｅ ａｎｄ Ｒ． Ｊｅｒａｊ， “Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ−ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｘ−ｒａｙ （ＩＭＸＴ） ｖｅｒｓｕｓ ｐｒｏｔｏｎ （ＩＭＰＴ） ｔｈｅｒａｐｙ ｆｏｒ ｔｈｅｒａｇｎｏｓｔｉｃ ｈｙｐｏｘｉａ−ｂａｓｅｄ ｄｏｓｅ ｐａｉｎｔｉｎｇ，” Ｐｈｙｓ Ｍｅｄ Ｂｉｏｌ ５３， ４１５３−４１６７ （２００８）．

【非特許文献11】Ｌ． Ｗｉｄｅｓｏｔｔ， Ａ． Ｐｉｅｒｅｌｌｉ， Ｃ． Ｆｉｏｒｉｎｏ， Ｉ． Ｄｅｌｌ’ｏｃａ， Ｓ． Ｂｒｏｇｇｉ， Ｇ． Ｍ． Ｃａｔｔａｎｅｏ， Ｎ． Ｄｉ Ｍｕｚｉｏ， Ｆ． Ｆａｚｉｏ， Ｒ． Ｃａｌａｎｄｒｉｎｏ ａｎｄ Ｍ． Ｓｃｈｗａｒｚ， “Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ−ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｐｒｏｔｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ ｖｅｒｓｕｓ ｈｅｌｉｃａｌ ｔｏｍｏｔｈｅｒａｐｙ ｉｎ ｎａｓｏｐｈａｒｙｎｘ ｃａｎｃｅｒ： ｐｌａｎｎｉｎｇ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ＮＴＣＰ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，” Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｎｃｏｌｏｇｙ， ｂｉｏｌｏｇｙ， ｐｈｙｓｉｃｓ ７２， ５８９−５９６ （２００８）．

【非特許文献12】Ｄ． Ｔｈｏｒｗａｒｔｈ， Ｍ． Ｓｏｕｋｕｐ ａｎｄ Ｍ． Ａｌｂｅｒ， “Ｄｏｓｅ ｐａｉｎｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ＩＭＰＴ， ｈｅｌｉｃａｌ ｔｏｍｏｔｈｅｒａｐｙ ａｎｄ ＩＭＸＴ： Ａ ｄｏｓｉｍｅｔｒｉｃ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，” Ｒａｄｉｏｔｈｅｒ Ｏｎｃｏｌ ８６， ３０−３４ （２００８）．

【非特許文献13】Ａ． Ｊ． Ｌｏｍａｘ， Ｍ． Ｇｏｉｔｅｉｎ ａｎｄ Ｊ． Ａｄａｍｓ， “Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ： ｐｈｏｔｏｎｓ ｖｅｒｓｕｓ ｐｒｏｔｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｒａｎａｓａｌ ｓｉｎｕｓ，” Ｒａｄｉｏｔｈｅｒ Ｏｎｃｏｌ ６６， １１−１８ （２００３）．

【非特許文献14】Ａ． Ｔｒｏｆｉｍｏｖ， Ｐ． Ｌ． Ｎｇｕｙｅｎ， Ｊ． Ｊ． Ｃｏｅｎ， Ｋ． Ｐ． Ｄｏｐｐｋｅ， Ｒ． Ｊ． Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ， Ｊ． Ａ． Ａｄａｍｓ， Ｔ． Ｒ． Ｂｏｒｔｆｅｌｄ， Ａ． Ｌ． Ｚｉｅｔｍａｎ， Ｔ． Ｆ． Ｄｅｌａｎｅｙ ａｎｄ Ｗ． Ｕ． Ｓｈｉｐｌｅｙ， “Ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｅａｒｌｙ−ｓｔａｇｅ ｐｒｏｓｔａｔｅ ｃａｎｃｅｒ ｗｉｔｈ ＩＭＲＴ ａｎｄ ｐｒｏｔｏｎｓ： Ａ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，” Ｉｎｔ Ｊ Ｒａｄｉａｔ Ｏｎｃｏｌ Ｂｉｏｌ Ｐｈｙｓ （２００７）．

【非特許文献15】ＩＣＲＵ， “Ｐｒｅｓｃｒｉｂｉｎｇ， Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ， ａｎｄ Ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｎ−Ｂｅａｍ Ｔｈｅｒａｐｙ， ＩＣＲＵ Ｒｅｐｏｒｔ ７８，” ｉｎ Ｊ． ＩＣＲＵ， Ｖｏｌ． ７， （Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ， ＵＫ， ２００７）．

【非特許文献16】Ａ． Ｒ． Ｓｍｉｔｈ， “Ｐｒｏｔｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ，” Ｐｈｙｓ Ｍｅｄ Ｂｉｏｌ ５１， Ｒ４９１−５０４ （２００６）．

【非特許文献17】Ａ． Ｊ． Ｌｏｍａｘ， Ｔ． Ｂｏｈｒｉｎｇｅｒ， Ａ． Ｂｏｌｓｉ， Ｄ． Ｃｏｒａｙ， Ｆ． Ｅｍｅｒｔ， Ｇ． Ｇｏｉｔｅｉｎ， Ｍ． Ｊｅｒｍａｎｎ， Ｓ． Ｌｉｎ， Ｅ． Ｐｅｄｒｏｎｉ， Ｈ． Ｒｕｔｚ， Ｏ． Ｓｔａｄｅｌｍａｎｎ， Ｂ． Ｔｉｍｍｅｒｍａｎｎ， Ｊ． Ｖｅｒｗｅｙ ａｎｄ Ｄ． Ｃ． Ｗｅｂｅｒ， “Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｔｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ ｕｓｉｎｇ ｓｐｏｔ ｓｃａｎｎｉｎｇ： ｉｎｉｔｉａｌ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ，” Ｍｅｄ Ｐｈｙｓ ３１， ３１５０−３１５７ （２００４）．

【非特許文献18】Ｅ． Ｐｅｄｒｏｎｉ， Ｒ． Ｂａｃｈｅｒ， Ｈ． Ｂｌａｔｔｍａｎｎ， Ｔ． Ｂｏｈｒｉｎｇｅｒ， Ａ． Ｃｏｒａｙ， Ａ． Ｌｏｍａｘ， Ｓ． Ｌｉｎ， Ｇ． Ｍｕｎｋｅｌ， Ｓ． Ｓｃｈｅｉｂ， Ｕ． Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ ａｎｄ Ａ． Ｔｕｏｒｏｖｓｋｙ， “Ｔｈｅ ２００−ＭｅＶ ｐｒｏｔｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｔ ｔｈｅ Ｐａｕｌ Ｓｃｈｅｒｒｅｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ： ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ，” Ｍｅｄ Ｐｈｙｓ ２２， ３７−５３ （１９９５）．

【非特許文献19】Ｅ． Ｐｅｄｒｏｎｉ ａｎｄ Ｈ． Ｅｎｇｅ， “Ｂｅａｍ ｏｐｔｉｃｓ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｏｍｐａｃｔ ｇａｎｔｒｙ ｆｏｒ ｐｒｏｔｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ，” Ｍｅｄ Ｂｉｏｌ Ｅｎｇ Ｃｏｍｐｕｔ ３３， ２７１−２７７ （１９９５）．

【非特許文献20】Ａ． Ｌｏｍａｘ， “Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｐｒｏｔｏｎ ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ，” Ｐｈｙｓ Ｍｅｄ Ｂｉｏｌ ４４， １８５−２０５ （１９９９）．

【非特許文献21】Ｍ． Ｔ． Ｇｉｌｌｉｎ， Ｎ． Ｓａｈｏｏ， Ｍ． Ｂｕｅｓ， Ｇ． Ｃｉａｎｇａｒｕ， Ｇ． Ｓａｗａｋｕｃｈｉ， Ｆ． Ｐｏｅｎｉｓｃｈ， Ｂ． Ａｒｊｏｍａｎｄｙ， Ｃ． Ｍａｒｔｉｎ， Ｕ． Ｔｉｔｔ， Ｋ． Ｓｕｚｕｋｉ， Ａ． Ｒ． Ｓｍｉｔｈ ａｎｄ Ｘ． Ｒ． Ｚｈｕ， “Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｓｐｏｔ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｐｒｏｔｏｎ ｂｅａｍ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ ａｔ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｘａｓ Ｍ．Ｄ． Ａｎｄｅｒｓｏｎ Ｃａｎｃｅｒ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｒｏｔｏｎ Ｔｈｅｒａｐｙ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｈｏｕｓｔｏｎ，” Ｍｅｄ Ｐｈｙｓ ３７， １５４−１６３ （２０１０）．

【非特許文献22】Ｊ． Ｄａａｒｔｚ， Ｍ． Ｂａｎｇｅｒｔ， Ｍ． Ｒ． Ｂｕｓｓｉｅｒｅ， Ｍ． Ｅｎｇｅｌｓｍａｎ ａｎｄ Ｈ． Ｍ． Ｋｏｏｙ， “Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｍｉｎｉｍｕｌｔｉｌｅａｆ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｉｎ ａ ｐｒｏｔｏｎ ｂｅａｍｌｉｎｅ，” Ｍｅｄ Ｐｈｙｓ ３６， １８８６−１８９４ （２００９）．

【非特許文献23】Ｓ． Ｓａｆａｉ， Ｔ． Ｂｏｒｔｆｅｌｄ ａｎｄ Ｍ． Ｅｎｇｅｌｓｍａｎ， “Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｌａｔｅｒａｌ ｐｅｎｕｍｂｒａ ｏｆ ａ ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ−ｓｃａｔｔｅｒｅｄ ｂｅａｍ ａｎｄ ｕｎｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｂｅａｍ ｉｎ ｐｒｏｔｏｎ ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ，” Ｐｈｙｓ Ｍｅｄ Ｂｉｏｌ ５３， １７２９−１７５０ （２００８）．

【非特許文献24】Ｅ． Ｓｈａｗ， Ｃ． Ｓｃｏｔｔ， Ｌ． Ｓｏｕｈａｍｉ， Ｒ． Ｄｉｎａｐｏｌｉ， Ｒ． Ｋｌｉｎｅ， Ｊ． Ｌｏｅｆｆｌｅｒ ａｎｄ Ｎ． Ｆａｒｎａｎ， “Ｓｉｎｇｌｅ ｄｏｓｅ ｒａｄｉｏｓｕｒｇｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙ ｉｒｒａｄｉａｔｅｄ ｐｒｉｍａｒｙ ｂｒａｉｎ ｔｕｍｏｒｓ ａｎｄ ｂｒａｉｎ ｍｅｔａｓｔａｓｅｓ： ｆｉｎａｌ ｒｅｐｏｒｔ ｏｆ ＲＴＯＧ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ９０−０５，” Ｉｎｔ Ｊ Ｒａｄｉａｔ Ｏｎｃｏｌ Ｂｉｏｌ Ｐｈｙｓ ４７， ２９１−２９８ （２０００）．

【非特許文献25】Ｒ． Ａ． Ｓｉｏｃｈｉ， “Ｌｅａｋａｇｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｍｏｄｕｌｅａｆ，” Ｊ Ａｐｐｌ Ｃｌｉｎ Ｍｅｄ Ｐｈｙｓ １０， ２８９４ （２００９）．

【発明の概要】

【0009】

ＳＳイオン治療において、治療は、通常、ビーム発生装置（たとえば、サイクロトロン）によって作り出されるペンシルビームによって提供され、それは、標的に線量を照射するために磁気的に走査される。ＳＳにおけるペンシルビームのサイズは一般に、一様な動的走査よりも非常に小さい。ペンシルビームの使用により、ビーム形状を開口よりもむしろ走査マグネットを使用して定義することが可能になる。このペンシルビームスポット走査技術は、一重または二重の散乱技術を上回る進歩を示し、散乱したブロードビームは患者固有のコリメータまたは開口によって形づくられ、治療対象の標的の形状に対応する。結果として、開口のないスポット走査によって照射される線量分布の側方低減は、入射するペンシルビームのサイズ及び患者でのビームの相互作用に依存する。

【0010】

さらにＳＳにおいては、時間平均した場合に、ビーム強度が一様であることは要求されない。これにより、強度変調陽子治療（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｐｒｏｔｏｎ Ｔｈｅｒａｐｙ、ＩＭＰＴ）を提供することが可能になる。ＩＭＰＴによって、いくつかの照射野が、すべての照射野の合計が、周囲の正常な組織への線量を最小化しながら、標的に一様な線量をもたらすように、同時に最適化することができる。

【0011】

しかし、陽子ＳＳシステムは、光子治療システムのものより鋭くはない、低エネルギー（１６０ＭｅＶ以下）側方ビーム強度プロファイルを有し、よって、より多くの放射線量が通常、低エネルギー治療のために腫瘍の側方に蓄積する（すなわち、ペンシルビームの側方半影部は、コリメートされたブロードビームの半影部より大きい）。結果として、陽子ＳＳは、照射される積算線量に関しては光子治療より優れており、低エネルギー治療のために腫瘍の側方に照射される線量に関しては従来の陽子治療より劣っている。低エネルギービームは、加速器から患者までイオンビームを輸送するために使用されるシステムの物理特性のために高エネルギービームより幅広い傾向があるため、後者の特性による低劣の程度は、イオンビームのエネルギーに依存する。

【0012】

したがって、半影部のサイズを減少させることが試みられている。たとえば、ペンシルビームスポット走査の半影部を減少させる装置は、（特許文献１）で開示されている。しかし、装置は、ビームラインに挿入される患者固有のコリメータまたは開口から成る。患者固有のコリメータは、各患者のための個々のコリメータを構成しなければならないことを意味し、治療の全体的な費用に追加される。ＭＬＣがペンシルビームスポット走査で使用されているが、ＭＬＣは、ＭＬＣが患者に非常に近接して配置されることを防止するように、多くの空間を作り出す必要があるため複雑である。さらに、このようなＭＬＣの重量は、それを支持するためのより強固な機械構造を必要とする。

【0013】

したがって、標的境界外の健常組織に照射される放射線量を低減させるＳＳイオン治療の適用のためのシステム及び方法の必要性がある。さらに、接近が困難である患者の領域（たとえば、患者の肩部の位置による頸部及び頭部周辺の領域）でのＳＳイオン治療の適用を可能にするシステムの必要性がある。ＳＳシステムからのビームの側方半影部を減少させるための簡素化された、費用効率が高い装置の必要性もある。

【0014】

本発明の目的は、標的境界外への線量の照射を低減させるスポット走査による、標的への照射のための粒子放射線治療システムを提供することである。さらなる目的は、患者の困難な領域にスポット走査（ＳＳ）治療を照射するための小型システムを提供することである。

【0015】

本発明は、標的境界外へのＳＳイオン治療線量の照射を低減させることによって、ＳＳイオン治療を改善するためのシステム及びプロセスである。例示的な態様において、本発明は、標的側方の健常組織に照射される放射線量を低減させることによって、癌の腫瘍のＳＳイオン治療を改善する。

【0016】

ある態様において、ＳＳイオン治療は、イオン治療源によって照射される。例示的な態様において、イオン治療源は、粒子ペンシルビームを作り出す。ある態様において、粒子ペンシルビームは、位相空間によって特徴づけることができる。ある態様において、システムのイオン治療源は、ペンシルビームを発生させるためのビーム発生装置を備える。ある態様において、システムのイオン治療源は、当該標的の多数のスポット位置に当該ペンシルビームを順次向けて、照射することによって、多数のスポット照射を行うために構成されるスポット走査システムをさらに備える。このような態様において、スポット走査システムは、１つまたは複数の走査マグネットを備えることができる。

【0017】

ある態様において、システムは、動的トリミングスポット走査（Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ−Ｔｒｉｍｍｅｄ Ｓｐｏｔ Ｓｃａｎｎｉｎｇ、ＤＴＳＳ）を照射する。このような態様において、システムは、当該スポット照射の間、線量の照射を制御するための照射制御装置と、多数のうちの１つまたは複数のスポット照射の間、ペンシルビームの位相空間を変更するためにペンシルビームの一部を遮断するためのビーム遮断システムとを含む。ＤＴＳＳシステムのビーム遮断システムは、粒子ペンシルビームを形づくるペンシルビームの一部を遮断するように構成される動的トリミングコリメータ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔｒｉｍｍｉｎｇ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ、ＤＴＣ）を含むことができる。このような態様において、ＤＴＣは、スポット走査システムの１つまたは複数の走査マグネットの下流に配置される。

【0018】

ある態様において、ＤＴＣは、ビームを遮断するように構成される少なくとも１つのトリマーを備えることができる。ある態様において、ビーム遮断要素は、ペンシルビームの位相空間の変化に適合される厚さ及び形状を備えることができる。少なくとも１つのトリマーの厚さ及び形状に応じて、横方向ビーム位相形状及び／または縦方向ビーム形状を変化させることができる。ある態様において、少なくとも１つのトリマーの厚さ及び形状は、ペンシルビームの横方向ビームサイズを変化させるために、ペンシルビームの一部を遮断するように構成される。別の態様において、少なくとも１つのトリマーの厚さ及び形状は、エネルギー及び／またはペンシルビームの拡散されるエネルギーを変更するように構成することができる。別の態様において、少なくとも１つのトリマーの厚さ及び形状は、エネルギー及び／またはペンシルビームの拡散されるエネルギーを変更するように構成される。例示的な態様において、少なくとも１つのトリマーの厚さ及び形状は、両方の変化、横方向ビームサイズならびにエネルギー及び／またはペンシルビームの拡散されるエネルギーに対して構成される。

【0019】

ある態様において、少なくとも１つのトリマーを、ペンシルビームの一部を遮断するために、第１の運動軸及び第２の運動軸に沿って移動するように構成することができる。ある態様において、トリマーを、ペンシルビームの中心軸に垂直な軸を横断して移動するように構成することができる。ある態様において、トリマーを、ペンシルビームの中心軸に平行な軸に沿って移動するように構成することができる。ある態様において、トリマーの移動を、少なくとも１つのトリマーを支持するように構成される駆動機構によって行うことができる。

【0020】

ある態様において、少なくとも１つのトリマーは、複数のトリマーを備えることができる。ある態様において、トリマーのそれぞれは、駆動機構に取り付けられる。イオン治療の間、トリマーは、走査イオンビームと同期して移動することができる。ある態様において、ＤＴＣは、ペンシルビームの軸に垂直な経路に沿って迅速に移動するように構成される複数のトリマーを利用することができる。ある態様において、ＤＴＣは、各トリマーの駆動機構を制御するための駆動制御装置を含むことができ、ペンシルビームの遮断のために、既定の位置にトリマーを配置することができる。スポット照射を行う間、既定の位置はビームを遮断するための位置に対応することができる。ある態様において、駆動制御装置は、第１及び第２の運動軸に沿ってトリマーを配置するためのパラメータを受ける制御インタフェースを含むことができる。例示的な態様において、パラメータは、第１及び第２の軸のための少なくとも第１及び第２のパラメータを含むことができる。ある態様において、ＤＴＳＳは、スポット照射のうちの１つまたは複数に関して、少なくとも１つのトリマーを配置するための対応する既定の位置を定義するために構成される位置計画制御装置を含むことができる。

【0021】

ある態様において、第１の軸及び第２の軸は、２本の非平行の直動軸に対応してもよい。このような態様において、第１のパラメータ及び第２のパラメータは、直動軸に沿った座標位置に対応してもよい。別の態様において、第１の軸及び第２の軸は、直動軸及び回転軸に対応してもよい。このような態様において、回転軸は好ましくは、直動軸に実質的に垂直である。さらに、このような態様において、第１のパラメータは直動軸に沿った座標位置に対応し、第２のパラメータは回転軸に対する回転角に対応する。

【0022】

第１及び第２の運動軸を使用して、同じ少なくとも１つのトリマーを、ペンシルビームを遮断するためのさまざまな既定の位置へ移動可能であることは、本発明の実施形態の利点である。ペンシルビームの遮断は、ペンシルビーム内でトリマーの正確な位置を定義することによって定義することが可能である。

【0023】

ある態様において、ＤＴＣを、頭部及び頸部などの部位を治療する場合でも、患者の皮膚の数センチメートル以内にトリマーを配置するのに十分小さく構成することができる。ある態様において、さまざまな位置に複数回、トリマーを配置することができる機能により、使用するトリマーを最低限の数とすることができ、ＤＴＣの全体的なサイズを削減できる。

【0024】

別の態様において、トリマーロッドを、イオンビームを部分的に遮断するように構成することができ、それによりビームの鋭さを増強させることができる。ビームの鋭さを増強させることにより、標的組織の横の、隣接する正常組織に漏れて広がる放射線量が同時に低減する。ＤＴＳＳは、浅く侵入するイオンビーム、特に陽子ビームが光子治療のものより劣る側方放射線量を照射するという既知の問題の解決方法であるため、このような改善は、放射線腫瘍学の分野において有効である。

【0025】

ある態様において、駆動制御装置は、ビームのオン／オフの状態情報を示す信号を受けるための照射制御装置とインタフェースするように構成することができ、それによって、駆動制御装置は、ビームがオフ状態のときのみ、トリマーが動くことを許可するように構成される。換言すれば、トリマーは、スポット照射とスポット照射との間の、スポット照射中以外にのみ移動する。このような態様において、簡素化された照射制御システムを利用することができる。

【0026】

本発明のこれら及びその他の目的及び利点は、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。上記概要及び以下の詳細説明はどちらも、単に例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載される本発明のさらなる説明を提供することが意図される。

【0027】

添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、そして、本明細書に組み込まれてその一部を構成し、本発明のいくつかの実施形態を示して、説明とあわせて本発明の原理を説明することに役立つ。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明のある態様によるスポット走査（ＳＳ）イオン治療システムの概略図である。

【図2】図１のＳＳイオン治療システムの概略図である。

【図3】本発明のある態様によるペンシルビームを遮断するためにトリマーを使用する原理の概略図である。

【図4a-d】本発明のある態様による動的トリミングコリメータの構成要素の斜視図である。

【図5a】金属の密度対原子番号のグラフである。

【図5b】本発明のある態様による単一の陽子ビームスポットの線量分布である。

【図5c】本発明のある態様によるガウシアン側方線量プロファイルのグラフ図である。

【図6a-b】ある態様による動的トリミングコリメータの斜視図である。

【図7】ある態様による動的トリミングコリメータの概略図である。

【図8】ある態様による動的トリミングコリメータの概略図である。

【図9】ある態様による動的トリミングコリメータの概略図である。

【図10】ある態様による動的トリミングコリメータの概略図である。

【図11】ある態様による動的トリミングコリメータの概略図である。

【図12a-b】ある態様による動的トリミングコリメータの概略図である。

【図13】ある態様による動的トリミングコリメータの概略図である。

【図14】本発明のある態様による放射線線量分布を示す。

【図15】本発明のある態様によるさまざまなシグマのプロットのグラフ図である。

【図16】本発明のある態様によるモンテカルロシミュレーションのグラフ図である。

【図17】図１６で定義されるモンテカルロシミュレーションによる陽子ペンシルビームのグラフ図である。

【図18】本発明のある態様によるＮＴＣＰ値のグラフ図である。

【図19a-b】Ｓｉｅｍｅｎｓ ＭｏｄｕＬｅａｆシステム、及びＲａｄｉｏｎｉｃｓ ＭＭＬＣの画像である。

【図20】Ｓｉｍｅｎｓ ＭｏｄｕＬｅａｆの画像である。

【図21a】本発明のある態様による陽子側方線量分布のビーム方向像である。

【図21b】本発明のある態様によるトリマーがある場合の陽子側方線量分布のビーム方向像である。

【図21c】ある態様による、ガウシアンパラメータを使用した非対称トリミングビームレットの側方分布のグラフ図である。

【図22】トリマーが、非トリミングビームレットの中心軸から［Ｘ１＝０、Ｘ２＝２］ｃｍ及び［Ｙｌ＋０、Ｙ２＝２］ｃｍに配置された状態での、１２８ＭｅＶのエネルギーでの非トリミング及びトリミングＩＤＤ比較のグラフ比較である。１Ｄガンマ評価も、２％／１ｍｍの基準のプロットで示される。

【図23】本発明のある態様によるトリミングペンシルビームライブラリの実施例である。

【図24】本発明のある態様によるトリミングスポットピーク追跡スキームの概略図である。

【図25】本発明のある態様によるビーム方向像のトリマー位置の代表的な概略図である。

【図26】本発明のある態様によるトリマー軌跡モデルである。

【図27】本発明のある態様によるコンピュータのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

好ましい実施形態の以下の詳細な説明において、添付図面が参照され、この添付図面は、その説明の一部を形成し、本発明を実施することができる例示的で具体的な実施形態が例として示される。本発明の範囲を逸脱しない範囲で、その他の実施形態を利用できるとともに、構造的な変更を行うことができることが理解されるべきである。

【0030】

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈で明らかにそうでないことが示されていない限り、複数の場合も含めて意味する。範囲は、本明細書において、「約」１つの特定値から、及び／または「約」別の特定値まで、表現することができる。このような範囲を表現する場合、別の実施形態には、この１つの特定値から、及び／または他方の特定値までが含まれる。同様に、値が近似として表現される場合、先行する「約」の使用によって、特定値が別の実施形態を形成することが理解されよう。各範囲の終点が、他方の終点との関係で、また、他方の終点と独立して、重要であることがさらに理解されよう。

【0031】

「任意の（Ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「任意選択的に（Ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」とは、引き続いて説明される事象または状況が生じる場合と生じない場合があり、当該説明には、当該事象または状況が生じる場合、及びこれが生じない場合が含まれることを意味する。

【0032】

本明細書の説明及び特許請求の範囲の全体を通して、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という語、ならびに「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などの語の変化は、「〜を含むが、これ（ら）に限定されるものではない」ことを意味し、たとえば、他の添加物、構成要素、整数、またはステップを除外することを意図しない。「例示的な（Ｅｘｅｍｌｐｌａｒｙ）」は「の一例（ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ）」を意味し、好ましいまたは理想的な実施形態の指示を伝えることを意図しない。「などの（Ｓｕｃｈ ａｓ）」は、制限的な意味で用いられるのではなく、説明のために用いられる。

【0033】

開示される方法及びシステムを実施するために用いることができる複数の構成要素が開示される。本明細書では、これらの及び他の構成要素が開示されるが、これらの構成要素の組合せ、部分的組合せ、相互作用、群などが開示されるとき、それぞれのさまざまな個別の及び全体的な組合せならびにこれらの順列の特定の参照を明確に開示しないが、本明細書では、すべての方法及びシステムについて、それぞれが具体的に企図され、説明されることが理解される。このことは、限定するものではないが、開示される方法の中のさまざまなステップを含む本出願のすべての態様に適用される。したがって、実施することができるさまざまな追加のステップがある場合、これらの追加のステップのそれぞれが、開示される方法の任意の特定の実施形態または複数の実施形態の組合せで実施できることが理解される。

【0034】

当業者には理解されるように、本発明の態様は、完全なハードウェアの実施形態、完全なソフトウェアの実施形態、または、ソフトウェアとハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形態をとってもよい。ある態様において、本発明は、ハードウェア部品とソフトウェア部品の組合せによって制御されるある特定のステップ及び機能（たとえば、イオンビームの発生、イオンビームを形づくるように構成されるトリマーの移動、など）を実施するように構成される物理的な構成要素の組合せを含むことができる。さらにまた、方法及びシステムの構成要素は、記憶媒体で具現化されるコンピュータ可読プログラム命令（たとえば、コンピュータソフトウェア）を有するコンピュータ可読記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態をとってもよい。ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光学式記憶装置、または磁気記憶装置を含む任意の好適なコンピュータ可読記憶媒体が利用されてもよい。

【0035】

さらに、後述するような本発明によって利用される構成要素及び方法は、プログラム環境に実施することができ、それは、汎用コンピュータ、あるいはハードウェア機器、制御装置、またはハンドヘルドコンピュータなどの専用装置を組み込んでもよい。さらに、本明細書で説明される構成要素の技術は、当該技術分野において知られているさまざまな技術を用いて実装することができる。たとえば、方法は、コンピュータシステム上で実行されるソフトウェアに実装されてもよく、または、マイクロプロセッサまたは他の特別に設計された特定用途向け集積回路の組合せ、プログラマブルロジックデバイス、あるいはさまざまなそれらの組合せを利用するハードウェアに実装されてもよい。

【0036】

方法及びシステムのいくつかの態様は、方法、システム、機械、及びコンピュータプログラム製品のブロック図及びフローチャート図を参照して以下で説明される。ブロック図及びフローチャート図の各ブロック、ならびに、ブロック図及びフローチャート図のブロックの組合せは、それぞれ、コンピュータプログラム命令によって実装できることが理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたはその他のプログラム可能なデータ処理機械の上で実行する命令が、フローチャートブロック（単数または複数）で指定された機能を実装するための手段を作成するように、機械を構築するために、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能なデータ処理機械上にロードされてもよい。

【0037】

これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読メモリに格納された命令が、フローチャートブロック（単数または複数）で指定された機能を実装するためのコンピュータ可読命令を含む製品を製造するように、特定の方法で機能するようにコンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理機械を指示することができるコンピュータ可読メモリに格納されてもよい。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータまたはその他のプログラム可能機械上で実行する命令がフローチャートブロック（単数または複数）で指定された機能を実装するステップを提供するように、コンピュータ実施プロセスを生成するために、一連の操作ステップをコンピュータまたは他のプログラム可能機械上で実行させるコンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理機械上にロードされてもよい。

【0038】

したがって、ブロック図及びフローチャート図のブロックは、特定の機能を行うための手段の組合せ、特定の機能を行うためのステップの組合せ、及び特定の機能を行うためのプログラム命令手段をサポートする。ブロック図及びフローチャート図の各ブロック、ならびにブロック図及びフローチャート図のブロックの組合せは、特定の機能またはステップ、あるいは特別な目的のハードウェア及びコンピュータ命令の組合せを実施する特別な目的のハードウェアをベースとしたコンピュータシステムで実行できることも理解されよう。

【0039】

図１〜２７に示されるように、本発明の態様は、荷電粒子放射線システム１０を対象とする。例示的な態様において、荷電粒子放射線システム１０は、標的領域の外側の放射線を低減しながら、少なくとも１つの標的３０にイオン治療２０を適用するように構成されるスポット走査（Ｓｐｏｔ Ｓｃａｎｎｉｎｇ、ＳＳ）イオン治療システム１０を備える。例示的な態様において、ＳＳイオン治療システム１０は、癌の標的３０にイオン治療２０を適用するように構成され、同時に、標的側方の健常組織に照射される線量を低減させる。ある態様において、ＳＳイオン治療システム１０は、動的トリミングスポット走査（Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ−Ｔｒｉｍｍｅｄ Ｓｐｏｔ Ｓｃａｎｎｉｎｇ、ＤＴＳＳ）を照射するように構成される。ＳＳイオン治療システム１０は、動的トリミングコリメータ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔｒｉｍｍｉｎｇ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ、ＤＴＣ）４０を利用して、イオン治療源５０からのイオンビーム２０を狭く集中的に適用する。ＤＴＳＳの照射中、侵入深さを決定する所定のエネルギーを有する細いイオンビーム２０が、イオン治療源５０の構成要素によって、患者の標的体積全体に磁気的に走査される。走査パターンは多くの場合、ラインごとのラスタパターンであるが、任意に定義されて、ラスタパターンから離れることができる。しかし、イオン治療源５０は、ビーム２０を標的３０に完全に集中させることができないため、ビーム２０が標的の縁部の近くに配置されるとき、一部の放射線量は、標的の外側及び正常組織に漏れて広がる。ＤＴＣ４０は、放射線のこのような漏出を制限することによって、イオン治療源２０を支援する。換言すれば、ＤＴＣ４０は、従来のＳＳによって発生する線量分布より効果的に、腫瘍／標的３０に隣接する正常組織を除くＤＴＳＳ放射線線量分布の照射を可能にする。システム制御装置６０は、図１及び２に示され、以下でさらに詳細に論じられるように、ＤＴＣ４０及びイオン治療源５０の操作を制御することが可能である。

【0040】

図２に示されるように、ＳＳイオン治療システム１０のイオン治療源５０は、スポット走査に用いるイオンビーム２０を発生させるためのビーム発生装置５２を備える。ある態様において、ビーム発生装置５２は、陽子粒子ペンシルビーム２０を発生させるように構成される。イオン粒子ペンシルビーム２０は、広範囲のエネルギーを有することができる。知られているように、粒子ペンシルビーム２０のエネルギーは、以下で詳細に論じられる、標的３０内のビーム２０の侵入深さを決定することができる。ある態様において、照射制御装置６２は、標的３０のさまざまなスポットの位置への放射線量の照射を制御するように構成することができる。ある態様において、照射制御装置６２は、ＳＳイオン治療システム１０のシステム制御装置６０の中で、モジュール６２の形態をとることができる。

【0041】

ある態様において、粒子ペンシルビーム２０は、ビーム位相空間によって特徴づけられる。ビーム位相空間は、ビームの進行経路に沿って、所定の位置で定義することができる。粒子ビーム光学でよく知られているように、エネルギー粒子ビームのビーム位相空間は、ビーム内の粒子の位置分布及び運動量分布によって定義される。一般に、位相空間は、横方向ビーム位相空間と縦方向ビーム位相空間とに分割することができる。横方向位相空間は、ビームの中央進行方向、つまり中心軸２２に対するビーム２０の横方向の広がりを定義する。たとえば計測できる物理量は、横方向ビームサイズである。横方向に垂直である縦方向において、縦方向位相空間は、ビーム進行方向の平均された粒子エネルギーまたは平均された運動量によって、及び、関連エネルギーの広がりまたは運動量の広がりによって定義できる。

【0042】

ある態様において、イオン治療源５０は、標的３０の多数のスポット位置にイオンビーム２０を順次向けて、照射することによって、多数のスポット照射を行うために構成されるスポット走査システム５４をさらに含む。ある態様において、スポット走査システム５４は、標的３０上にペンシルビーム２０を走査する手段を含む。ある態様において、スポット走査システム５４は、標的３０上に粒子ビーム２０を走査するために設計された１つまたは複数の電磁石５６を含む。ある態様において、少なくとも１つの電磁石５６は、それぞれ、Ｘ方向及びＹ方向に走査するための２つの電磁石５６を備える。別の態様において、Ｘ方向及びＹ方向に走査するように構成される単一の走査マグネット５６を用いることができる。追加の態様において、走査マグネットは超電導とすることができる。スポット走査（ＳＳ）システム制御装置６４は、走査マグネットの位置決めを含む、スポット走査システム５４の制御を行うために利用することができる。ある態様において、ＳＳシステム制御装置６４は、システム制御装置６０内のモジュールの形態をとることができる。別の態様において、照射制御装置６２は、スポット走査システム５４及びＳＳシステム制御装置６４の操作を制御するように構成することができる。

【0043】

図１〜２に示されるように、本発明のＳＳイオン治療システム１０は、動的トリマーコリメータ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔｒｉｍｍｅｒ Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ、ＤＴＣ）４０を含む。ＤＴＣ４０は、スポット照射の間、ペンシルビーム２０の位相空間を変更するために、ペンシルビーム２０の一部を遮断するように構成される。ある態様において、ＤＴＣ４０は、スポット走査システム５４の下流に配置される。例示的な態様において、ＤＴＣ４０は、スポット走査システム５４の走査マグネット５６の下流に配置される。

【0044】

ある態様において、ＤＴＣ４０は、スポット走査システム５４のマグネット５６（単数または複数）の下流に配置される少なくとも１つのトリマー４２を含む。ある態様において、少なくとも１つのトリマー４２は、ペンシルビーム２０の一部を遮断するように構成される。ある態様において、トリマー４２は、ペンシルビーム２０の位相空間を変化させるための厚さ及び形状を有する。ある態様において、トリマー４２の厚さは、システム１０によって利用されるペンシルビーム２０のエネルギーによって決まる。ある態様において、陽子治療に用いられる陽子エネルギーは、７０ＭｅＶ〜２５０ＭｅＶの間で変化させることができる。たとえば、トリマー４２の厚さは、１６０ＭｅＶより低いエネルギーを有する粒子を遮断するように選択することができる。

【0045】

ある態様において、トリマー４２は、駆動機構４４によって支持することができる。ある態様において、駆動機構は、トリマー４２を移動させるように構成される。ある態様において、駆動機構４４は、スポット照射の間、ペンシルビーム２０の一部を遮断するための既定の位置へトリマー４２を移動させるために少なくとも２つの自由度を有するように構成される。このような態様において、駆動機構は、スポット照射の間、ペンシルビーム２０の一部を遮断するための既定の位置へトリマー４２を移動させるために構成される第１の運動軸及び第２の運動軸を備える。

【0046】

ある態様において、トリマー４２は、トリマー４２の形状に応じて、横方向ビーム位相空間、または、縦方向ビーム位相空間のいずれかを変えることができる。たとえば、トリマー４２がペンシルビーム２０の水等価範囲より大きい水等価厚を有する場合、そのときは、トリマー４２をペンシルビーム２０に部分的に挿入することによって、ペンシルビーム２０の一部がトリマー４２で停止され、その結果、ビーム２０の残りの部分は変更された横方向位相空間を有する。たとえば、ビーム２０の一部を横に切断することによって、ペンシルビーム２０の側方ビーム形状を変更することができる。このようにして、側方半影部を改善することができる。

【0047】

あるいは、別の態様において、ペンシルビーム２０の水等価範囲より小さい水等価厚を有する部分を含むトリマー４２を用いることによって、ペンシルビーム２０は、トリマー４２のこのような部分で停止されないが、残りのペンシルビーム２０は、変更された縦方向位相空間を有する。たとえば、残りのビームのエネルギーは所定の量だけシフトさせることができる、すなわち、残りのビームのエネルギー分布を変更することができる。縦方向位相空間を変更するために、トリマー４２は、固定された一定の厚さ（たとえば、長方形の形状を有するトリマー４２）、または可変厚さを有することができる。たとえば、可変厚さ（たとえば、三角形の形状を有するトリマー４２）を有するトリマー４２は、ペンシルビーム２０及びトリマー４２の位置に対する縦方向位相空間の変化を可能とするために用いることができる。ある態様において、トリマー４２は、ペンシルビーム２０の一部のみ遮断するように構成することができる。別の態様において、トリマー４２は、ペンシルビーム２０全体を遮断するように構成することができる。

【0048】

ある態様において、駆動機構４４の運動軸は、直動軸とすることができる。別の態様において、運動軸は、回転軸とすることができる。複数の直動軸、あるいは、直動軸、回転軸、またはその他の組合せのいずれかを用いる詳細な実施形態が、以下に記載される。駆動機構４４は、電気モータ、油圧モータなどを含むことができるが、これに限定されるものではない。例示的な態様において、駆動機構４４は、ペンシルビーム２０のビーム中心軸２２に実質的に垂直な平面内でトリマー４２を移動させるなど、少なくとも２本の運動軸で移動させるように構成される。別の態様において、駆動機構４４は、ペンシルビーム２０のビーム中心軸２２と交差する曲面上のトリマー４２を移動させるように構成されることができる。

【0049】

ある態様において、ＤＴＣ４０は、駆動機構４４を制御するように構成される駆動制御装置４６を含むことができる。例示的な態様において、駆動制御装置４６は、トリマー４２の位置を定義する第１の運動軸のための第１のパラメータ及び第２の運動軸のための第２のパラメータを受けるように構成される制御インタフェース（図示せず）を備えることができる。システム１０は、使用される駆動機構４４のそれぞれのための駆動制御装置４６を有することができ、または、１つの駆動制御装置４６が、駆動機構４４のすべてを制御することができる。

【0050】

ある態様において、ＳＳイオン治療システム１０は、スポット照射のうちの１つまたは複数のために、スポット照射の間、ペンシルビーム２０を遮断するようにトリマー４２を配置するための、対応する既定の位置を定義するために構成される位置計画制御装置６６を含む。ある態様において、位置計画制御装置６６は、駆動制御装置４６のインタフェースとやり取りするように構成することができる。ある態様において、位置計画制御装置６６は、システム制御装置６０の中のモジュールとすることができる。他の態様において、位置計画制御装置６６は、独立型の制御装置／コンピュータとすることができる。他の態様において、位置計画制御装置６６は、治療計画システムの一部とすることができる制御装置とすることができる。ある態様において、駆動制御装置４６は、ビームのオン／オフのステータスを示す信号を受けるための照射制御装置６２とインタフェースするように構成することができる。このような態様において、駆動制御装置４６は、ビーム２０がオフ状態（照射制御装置６２で示される）のときのみ、トリマー４２が動くことを許可するように構成することができる。

【0051】

本発明によるトリマー４２の使用が図３に示され、標的３０に対する２つのスポット照射が示されている。示されるように、長方形のトリマー４２を既定の位置に配置し、ビーム２０が標的３０の近くに配置される危険な状態の器官７０を攻撃することを回避させる。ある態様において、粒子ペンシルビーム２０がガウシアン側方形状を有するとき、標的３０上のビームスポット位置は、２つの隣接するビームスポットの１シグマビーム半径２４、２５を示すことによって可視化される。さらに、２つのビームの２シグマ半径２６、２７及び３シグマ半径２８、２９が示される。２つの例示的なスポット位置が照射を受けるとき、トリマー４２は、２シグマ２６、２７及び３シグマ２８、２９の側方のビームの広がりの部分を遮断し、結果として、危険な状態の器官７０への照射を妨げる。本実施例において、２つのビームのスポット位置のためのトリマー４２の既定の位置は同じである。換言すれば、本実施例において、２つのビームのスポット位置に照射するとき、トリマー４２は同じ位置に維持される。別の態様において、トリマー４２は、遮断効果を最適化し、標的境界の外側の健常組織を除くために、２つのスポット位置の間で、異なる既定の位置に移動させることができ、それは以下でさらに詳細に論じられる。

【0052】

ある態様によると、図４ａ〜ｄに示されるように、ＳＳイオン治療システムは、イオンビーム（図示せず）を鋭くするために、ＤＴＣ１００を利用する。ある態様によると、ＤＴＣ１００は、イオン治療源（すなわち、イオン源、図示せず）を支援するように構成され、集中された細いイオンビームを照射する。ある態様において、イオン治療源は、比較的低エネルギーのイオンビームを発生させる機能に基づいて選択することができる。例示的な態様において、イオン治療源は、患者皮膚面で１６０ＭｅＶ以下のエネルギーの陽子ビームを発生させることができる。このようなエネルギーレベルは表面的な標的を治療するために必要とされるが、イオンビーム照射技術のためにビームサイズが増加する。１６０ＭｅＶを超えるエネルギーを発生させることが可能な陽子治療源をＤＴＣ１００とともに用いることができるが、より高いエネルギーでの、陽子ビームの側方拡散は、イオンビーム照射技術ではなく、患者での散乱に大部分は依存する。したがって、ＤＴＣ１００は、１６０ＭｅＶ未満の陽子エネルギーに関して最も有効とすることができ、入射ビームの側方拡散の低減は患者の線量分布に影響する。

【0053】

これらのエネルギーレベルで動作させることによって、トリマー１１２（下記）の放射線厚さは、より低いエネルギーの陽子ビームの飛程の深さよりわずかに大きくすることができ、トリマー１１２を、光子及びイオン治療で用いられるマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）などの従来のコリメータと比較して軽量にすることができる。しかし、他の実施形態において、エネルギー生成の他の飛程を用いることができ、それはより大きい厚さのトリマー１１２の使用を必要とする可能性があり、以下でさらに詳細に論じられる、より強力な駆動機構を必要とする。

【0054】

ある態様において、ＤＴＣ１００は、複数のトリマー１１２を備える。トリマー１１２は、イオン治療源によって使用されるイオンビームを形づくるための、ＤＴＣ１００によって利用されるロッド状装置として説明することができる。例示的な態様において、ＤＴＣ１００は、４つのトリマー１１２を含む。例示的な態様において、４つのトリマー１１２は、長方形の形状を備える。他の実施形態において、トリマー１１２の形状は、円筒形、三角形、六角形などを含むことができるが、これに限定されるものではない。しかし、トリマー１１２がその幅または高さより非常に大きい長さを有することが望ましい。トリマー１１２を長さ方向に沿って移動させる必要がなく、一方向にのみ移動させる必要があるように、より長い長さが望まれる。所望の位置でイオンスポットをトリミングするために長方形のトリマー１１２を精密に制御することが容易であるため、長方形の形状が望まれる。トリマー１１２の高さは、イオンビームのエネルギーによって定めることができる（トリマー１１２は、イオンビームを完全に遮断して、不要なイオンが患者に達するのを止めるために十分な厚さでなければならない）。トリマー１１２の幅は、イオンビームの側方サイズによって定めることができる（幅は、イオンビームの不要な部分を完全に遮断するのに十分でなければならない）。トリマー１１２の長さは、使用可能照射野サイズを定義するために用いられ、長さは、使用可能な照射野サイズが大きい標的を治療するように定義できるように、非常に長い。例示的な態様において、各トリマー１１２の断面は、２ｃｍｘ２ｃｍとすることができる。断面に大きく依存する各トリマー１１２の質量、及び、ＤＴＳＳを照射するのに十分速くトリマーを駆動する機能のために、より小さい断面を有することが望ましい。

【0055】

さらに、本発明の他の実施形態において、ＤＴＣ１００によって使用されるトリマー１１２の数を同様に変えることができる。しかし、多数のトリマー１１２により、ＤＴＣ１００がイオン治療源のビームを効果的に形づくることを支援できるようにしなければならず、一方、ＤＴＣ１００をイオン治療源に取り付けることができるように、ＤＴＣ１００の重量を十分小さく維持しなければならない。図４ａ〜４ｄで示される例示的な態様において見られるように、ビームがラスタパターンで走査されて、標的の各辺に達したときにトリマー１１２によって遮断することができるため、４つのトリマー１１２が論理的な数である。トリマー１１２をより多くしても、ＤＴＣ１００がより大きくなり、線量分布は改善しない可能性がある。

【0056】

再び図４ａ〜ｄを参照すると、トリマー１１２は、駆動機構１１４に関連する。ある態様において、駆動機構１１４は、リニアモータ１１４を含むことができる。トリマー１１２は、連結ロッド１１６によって駆動機構１１４に連結することができる。ＤＴＣ１００は、長方形の断面を有する４つの金属トリマー１１２から構成することができ、それぞれが細く走査されるイオンビームの軸に垂直な経路に沿って迅速に移動することができる。ある態様において、ＤＴＣ１００は、頭部及び頸部などの部位を治療するときでも、患者の皮膚の数センチメートル以内にトリマー１１２を配置するのに十分小さい突出したノーズ１０２を有することができる（図４ｄ参照）。このような部位は、患者の肩部の存在のために、接近が困難である可能性がある。各トリマー１１２は駆動機構１１４に取り付けられ、イオン治療照射プロセスの間、トリマー１１２は走査されたイオンビームと同期して移動する。トリマー１１２は、腫瘍縁部などの患者がビームの尖鋭化により利益を受ける空間的位置で、イオンビームを部分的に遮断する。このようにビームの鋭さを増強させることにより、標的組織の側方の、隣接する正常組織に漏れて広がる放射線量が同時に減少する。

【0057】

ある態様において、トリマー１１２は金属性トリマー１１２から構成される。トリマー１１２は、さまざまな金属から構成することができる。ある態様において、トリマー１１２は、黄銅、及びＣｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎなどを含むがこれに限定されない金属の混合物から構成できるその他の合金を含むことができる。ある態様において、金属性トリマー１１２は、密度対原子番号をプロットする図５ａに示されるその他の材料を含むことができる。ある態様において、原子番号が２２で密度が４．５／ｃｍ^３であるので、Ｔｉが使用されてもよい。ある態様において、チタン合金が使用されてもよい。トリマーの組成及び寸法は、図４ａ〜ｂに示される実施形態に対するものであるが、このような組成及び寸法は、同様に以下で論じられるその他の実施形態のトリマーに適用可能である可能性がある。

【0058】

ある実施形態において、駆動機構１１４は、迅速に各トリマー１１２を移動させるように構成される高性能な駆動機構１１４を含むことができる。例示的な態様において、駆動機構１１４は、２Ｇの加速度を有するように構成される。駆動機構１１４は、リニアモータまたはベルト駆動アクチュエータを含むことができるが、これに限定されるものではない。ある態様において、Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．によって提供されるモータを駆動機構１１４として利用することができる。駆動機構１１４の数は、ＤＴＣ１００によって利用されるトリマー１１２の数に対応させることができる。たとえば、例示的な実施形態において、４台のリニアモータ１１４を４つのトリマー１１２と関連させて、トリマー１１２を移動させるように各モータ１１４を構成し、各トリマー１１２の独立制御を可能にする。図４ａ〜ｄに示されるように、駆動機構１１４（または、駆動機構支持構造または台車）の端部は、互いに連結することができる。

【0059】

駆動機構１１４は、連結ロッド１１６がトリマー１１２の端部に連結されることにより、連結ロッド１１６を介してトリマー１１２に連結される。ある態様において、ＤＴＣ１００は、トリマー１１２を支持するレールシステム１１８を含む。レールシステム１１８は、支持フレーム１３０に連結することができる。ある態様において、レールシステム１１８は、トリマー１１２が移動することができるトラック／レール１１９を提供する。例示的な態様において、トリマー１１２は、レールシステム１１８のレール１１９に係合する軌条輪１１３を含むことができる。例示的な態様において、レール１１９を湾曲させることができ、それによってトリマー１１２を、イオン治療源（図示せず）の発散に適合するために垂れ下がった円弧で移動させることができる。

【0060】

ある態様において、ＤＴＣ１００はまた、レンジシフタ１２０を含むことができる（図４ｂ〜４ｄ参照）。レンジシフタ１２０は、イオンビームのエネルギー、したがって、侵入深さを減少させるために、患者の上流に配置されるように構成される。たとえば、レンジシフタ１２０は、イオン治療源の下流に、そして、上述されたスポット走査システムの下流に配置することができる。ある態様において、レンジシフタ１２０は、駆動機構１１４とトリマー１１２との間に配置される７．５ｇ／ｃｍ^２の水等価厚を提供することができ、レンジシフタ１２０をできるだけ患者に近づけることができる。ある態様において、一体型のレンジシフタ１２０は、レンジシフタ１２０の下流面が患者のできるだけ近くにあるがトリマー１１２の下流にはないように配置される。別の態様において、一体型のレンジシフタ１２０は、レンジシフタ１２０の下流面が患者のできるだけ近くにありトリマー１１２の下流にもあるように配置される。レンジシフタ１２０をこのような位置に取り付けることによって、トリマー１１２の平面での空中半影部は最小化され、拡散するビームを遮断するために必要とされるトリマー１１２の必要な幅及び質量を減少させる。トリマー１１２の質量を最小化することは、トリマー１１２の迅速な動的動きを保証するための設計の重要な態様である。必要ないとき、レンジシフタ１２０は取り外すこともでき、ＤＴＣ１００の全体的な重量を減少させて、イオン治療システム１５０のノズル上へのＤＴＣ１００の取付けを容易にする。レンジシフタ１２０は、台車１２２によって支持することができる。トリマー１１２は、レンジシフタ１２０及び台車１２２の下で、支持レール１１８とともに関連させることができる。支持フレーム１３０は、ＤＴＣ１００のその他の言及された要素を含むために利用することができる。図４ａ〜ｄに関して論じられるＤＴＣ１００の実施形態はレンジシフタ１２０を含むが、ＤＴＣ１００はレンジシフタ１２０を有する必要はない。

【0061】

別の態様において、ＤＴＣ１００は、レンジシフタを多くの可能なリッジフィルタ（図示せず）の１つで補う、または、置き換えることができる。リッジフィルタは、治療のために使用されるブラッグピークを拡大し、標的の治療に必要なビームエネルギーの数を減少させる。異なるリッジフィルタは異なる範囲にブラッグピークを拡大し、それぞれの患者に適切である。異なるリッジフィルタの使用により、治療時間を減少させることができ、過少量及び過剰量を引き起こす、ビーム走査パターンとトリマー動きパターンと内部患者動きとの間の相互作用影響に対する、照射された線量分布の感受性を減少させる。リッジフィルタは、レンジシフタをリッジフィルタに置き換えることによって、または、レンジシフタをより小さいレンジシフタとリッジフィルタとの組合せに置き換えることによって、配置することができる。

【0062】

ある態様において、トリマー１１２、駆動機構１１４、連結ロッド１１６、レールシステム１１８、レンジシフタ１２０の組合せは、支持フレーム１３０とともに、患者の皮膚の数センチメートル以内にトリマー１１２を配置するのに十分小さい、ＤＴＣ１００の突出したノーズ１０２を形成する（図４ｄ参照）。この構成により、頭部及び頸部のような部位を治療するときに、患者の肩部の存在のために接近が困難な場合でさえ、ＤＴＣ１００の使用が可能になる。

【0063】

再び図４ａ〜ｄを参照すると、ＤＴＣ１００は、イオン治療源及びスポット走査システムの下流、患者のすぐ上流に取り付けられる。例示的な態様において、ＤＴＣ１００は、スポット走査システムのノズル上に取り付けることができる。駆動機構１１４は、治療の間、イオン治療源からのＳＳビームが患者体積全体で走査されつつ、トリマー１１２が標的の縁部を追跡するように、トリマー１１２を迅速に配置するために使用される。ＤＴＣ１００は、イオンビームが、標的全体で磁気的に走査されつつ、トリマー１１２が位置を変えるのに十分迅速に移動できるように設計され、トリマー１１２は、イオンビームの位置によって決まる鋭いビーム縁部を定義する迅速に変化するフレームを形成する。例示的な態様の構成は、可能であるように、患者と近づけることによってビームの側方拡散を最小化する。

【0064】

図６ａ〜ｂに示される、本発明の別の実施形態において、ＤＴＣ３００は、レンジモジュレーションシステム３５０を含むことができる。レンジモジュレーションシステム３５０は、イオンビームエネルギーの迅速な変更を可能にし、標的を治療するのに必要な時間を、レンジシフタを必要とせずに、削減する。

【0065】

実施形態の例示的な実施例において、ＤＴＣ３００は、連結ロッド３１６でモータ３１４に連結される複数のトリマー３１２を含む。ＤＴＣ３００は、レールシステム３１８を含むことができ、上記と同様の方法でトリマー３１２を支持する。ある態様において、レンジモジュレーションシステム３５０は、互いに面する２つの直進するウエッジ３５２を含むことができる。ある態様において、ウエッジ３５２は、ルーサイト、グラファイト、ベリリウムなどを含むがこれらに限定されない、原子番号が小さく、陽子散乱断面積の小さい材料から構成することができる。

【0066】

ウエッジコネクタ３５４によってウエッジ３５２に連結される駆動機構３６０は、ウエッジ３５２を制御することができ、トリマー３１２を制御する駆動機構３１４の間の空間に配置することができる。ウエッジ３５２が切り離される、または、互いに近づけられると、イオンビームが標的に着くために通過する飛程を調整する材料の量が変更される。駆動機構３６０がレンジモジュレーションシステム３５０のウエッジ３５２を移動させることができる距離は、イオンビーム飛程（侵入）が変更されることができる飛程を定める。

【0067】

ある態様において、ＤＴＣ３００を臨床診療において患者の近くに移動させるのに十分小さいことを保証するために、ＤＴＣ３００は患者との衝突が避けられるような方法で配置することができる。ある態様において、ＤＴＣ３００の最も長い部分は、ＤＴＣ３００の軸平面が患者の脊髄に垂直であるように配置することができ、ＤＴＣ３００のより短い部分は、患者の脊髄に平行な縦方向に配置される。頭頚部癌を治療するとき、この方針は特に重要である。

【0068】

示されていないが、図１〜２に対して上述されたものと同様に、システム制御装置は、上述のように図４ａ〜４ｄ及び６ａ〜ｂに示されるＤＴＣ１００及び３００の実施形態を含むＳＳイオン治療システムにおいて利用することができる。ある態様において、照射、ＳＳシステム及び位置計画制御装置（または、モジュール）は、図６ａ〜ｂのレンジモジュレーションシステム３５０を含むこのようなＤＴＣ１００、３００の操作をさらに制御するために利用することができる。

【0069】

図７は、ある態様によるＤＴＣ４３０の別の実施形態を示す。図７は、トリマー４３２を既定の位置へ移動させる、駆動機構４３４を示す。駆動機構４３４の第１の運動軸（Ｘ軸）及び第２の運動軸（Ｙ軸）は、二軸段階移動機構４３４として構成される２本の、直交して重ね合わせられた直動軸４３８、４３９に対応する。この態様において、トリマー４３２は、駆動機構４３４の第１の直動軸４３８上に取り付けられて、第１の軸に沿った（すなわち、両方向矢印によって示される、第１の直動軸４３８の長さ方向と平行な）直線運動を行うために構成される。第１の直動軸４３８は第２の直動軸４３９に連結され、（両方向矢印によって示される、第２の直動軸４３９に平行な）第２の軸方向に沿って第１の軸４３８上を移動するように構成される。この構成によって、トリマー４３２は、２本の直動軸４３８、４３９によって定義される平面で、任意の既定の位置に配置することができ、矢印はトリマー４３２の動きの方向を示す。別の態様において、トリマー４３２は、第２の直動軸４３９上に取り付けることができる。

【0070】

図７に示される態様において、既定の位置は、２本の直動軸に沿った座標位置に対応する第１のパラメータ及び第２のパラメータを定義することによって定義することができる。このような態様において、位置計画制御装置（図示せず）は、当該スポット照射のうちの１つまたは複数のために、トリマー４３２を配置するための対応する既定の位置を定義するために構成される。２本の直動軸を含むＤＴＣのその他の実施形態においても同様である。ある態様において、位置計画制御装置は、トリマー４３２を可視化するために、標的領域の画像（たとえば、二次元Ｘ線像）とともにディスプレイ装置を利用することができる。この画像上で、照射されるスポット位置も可視化することができる。次いでユーザは、画面上でトリマー４３２を移動させるために、ユーザ入力装置（たとえば、マウス）を使用することができ、スポット位置を含むさまざまな場所へのトリマーの配置、ならびに、スポット位置自体の移動ができる。トリマー４３２の位置は、既知の手段（たとえば、マウスでトリマー４３２及びスポット位置を選択すること）によって、照射されるスポットの位置と関連させることができる。ある態様において、次いで計画位置制御装置は、ディスプレイ装置及びユーザ装置を通してユーザに選択される既定の位置のそれぞれのために、２本の軸の座標を計算することができる。

【0071】

図７は１つのトリマー４３２のみを利用するＤＴＣ４３０を示すが、図８はそれぞれの駆動機構４３４、４３４’の上にそれぞれ取り付けられる２つのトリマー４３２、４３２’を利用する同様のＤＴＣ４３０を示す。示されるように、第１の駆動機構４３４は、２本の直動軸Ｘ、Ｙである２本の運動軸４３８、４３９を含み、それらは第１のトリマー４３２を移動させるために構成される。本実施形態は、２つの運動軸４３８’、４３９’を有する第２の駆動機構４３４’をさらに備え、それらも２本の直動軸Ｋ、Ｌであり、それらは第２のトリマー４３２’を移動させるために構成される。本実施形態において、駆動機構４３４、４３４’は、平行平面において、２つのトリマー４３２、４３２’を移動させるために構成される。

【0072】

図９は、本発明の態様によるＤＴＣ５３０の別の実施形態を示す。駆動機構５３４は、円形トリマー５３２を既定の位置へ移動させるように構成され、第１及び第２の運動軸（Ｘ、Ｙ）は、二軸段階移動機構５３４として構成される２本の、直交して重ね合わせられた直動軸５３８、５３９に対応する。トリマー５３２は、第１の直動軸５３８上に取り付けられて、第１の軸Ｘに沿った（すなわち、両方向矢印によって示される、第１の直動軸５３８の長さ方向と平行な）直線運動を行うために構成される。第１の直動軸５３８は第２の直動軸５３９に連結され、（両方向矢印によって示される、第２の直動軸５３９に平行な）第２の軸方向Ｙに沿って第１の軸５３８上を移動するように構成される。この構成によって、トリマー５３２（及び、直動軸５３８、５３９）は、２本の直動軸５３８、５３９によって定義される平面で、破線によって示される任意の既定の位置に配置することができる。ある態様において、ｘパラメータ及びｙパラメータは、直動軸Ｘ、Ｙ上の位置にトリマー５３２を配置するために使用されてもよい。

【0073】

上述のように、本実施形態のトリマー５３２は、円形形状を有するように構成される。例示的な態様において、トリマー５３２は、４つの円形形状の側部側を有する。外側円形形状ならびに内側円形形状が、ペンシルビーム（図示せず）の一部を切断するための切断縁部を定義する。しかし、ペンシルビームの一部は、トリマー５３２の内側円形形状の内側を通って進むことができる。トリマー５３２の内側部分を有しないことによって、トリマー５３２の重量は減少する。さらに、トリマー５３２の内側円形形状の直径に入るスポットに照射を行うことができる。

【0074】

図１０は、本発明のある態様によるＤＴＣ６３０の別の実施形態を示し、ここで、駆動機構６３４は、トリマー６３２を移動させるための直動軸６３８である第１の運動軸を含み、第２の運動軸はトリマー６３２を回転させるための回転軸６３９である。回転軸６３９は直動軸６３８に実質的に垂直であり、トリマー６３２の位置は、直動軸に沿った座標位置に対応する第１のパラメータ、及び回転軸６３９に対する回転角に対応する第２のパラメータの範囲内で定義される。このような実施形態によって、トリマー６３２は、スポット照射の間、ペンシルビームを遮断する任意の位置に、表面上で移動することができる。図１０の実施形態において、追加の回転軸を、トリマー６３２と交差する回転軸６３７に対してトリマー６３２を回転させさせるために提供することができる。

【0075】

図１１は、本発明のある態様によるＤＴＣ７３０の別の実施形態を示す。駆動機構７３４の動きの第１の軸及び第２の軸（Ｘ、Ｙ）は、二軸段階移動機構７３４として構成される２本の、直交して重ね合わせられた直動軸７３８、７３９に対応する。さらに、トリマー７３２は回転軸７３７を含む。この態様において、トリマー７３２は、第１の軸７３８及び第２の直動軸７３９に沿った直線運動、ならびに、トリマー７３２と交差する回転軸７３７に沿った回転運動を行うために構成される。この構成によって、トリマー７３２（及び、直動軸７３８、７３９及び回転軸７３７）を、回転軸７３７によって定義される平面による位置で、２つの直動軸７３８、７３９によって定義される平面の（破線によって示される）任意の既定の位置に配置することができる。

【0076】

図１２ａ〜ｂは、本発明の別の態様によるＤＴＣ８３０の別のさらなる実施形態を示す。トリマー８３２は、２つの回転可能な同心リング８３５、８３６から構成される回転可能な駆動機構８３４によって移動する。示されるトリマー８３２は、長方形の形状を有するように構成され、それぞれリング８３５、８３６のうちの１つに取り付けられる２点８３７、８３８上で摺動するように構成される。リング８３５、８３６が回転すると、２点８３７、８３８は同様に回転し、トリマー８３２が移動する。図１１ａは、トリマー８３２の初期位置を示し、一方、図１１ｂは、回転可能な同心リング８３５、８３６が回転したときのトリマー８３２の別の位置を示す。

【0077】

図１３は、ＤＴＣ９３０の実施形態を示し、ここでは、トリマー９３２によって横方向位相ビームのみ変えることができるのではなく、縦方向ビーム位相も同様に調節可能である。トリマー９３２は２本の、直交して重ね合わせられた直動軸９３８、９３９に対応する動きの第１及び第２の軸（Ｘ、Ｙ）を有する駆動機構９３４に取り付けられる。示されるように、トリマー９３２は、駆動機構９３４の第１の直動軸９３８上に取り付けられて、第１の軸に沿った直線運動を行うために構成される。第１の直動軸９３８は第２の直動軸９３９に連結され、第２の軸方向に沿って第１の軸９３８上を移動するように構成される。この構成によって、トリマー９３２は、２本の直動軸９３８、９３９によって定義される平面で、任意の既定の位置に配置することができ、矢印はトリマー９３２の動きの方向を示す。

【0078】

図１３に示されるように、トリマー９３２の厚さ及び形状は、ペンシルビーム９２０のエネルギーを変化させるために構成することができる。この目的のために、トリマー９３２は、ビーム９２０に対するトリマー９３２の相対的な位置に応じて、ビーム９２０のエネルギーをいくぶん減少させるような、ペンシルビーム９２０に対して傾けられた表面９３３を有する。換言すれば、トリマー９３２は、トリマー９３２の動きのＸ、Ｙ平面に対して傾けられた平面を備える。さらに、トリマー９３２は、Ｘ、Ｙ移動平面に垂直な（破線によって示される）平面も備える。ペンシルビーム９２０とこの平面の相対的な位置に応じて、ペンシルビーム９２０は、ビーム９２０の側方形状を変え、よって、横方向ビーム位相空間を変更するように、いくぶん遮断することができる。換言すれば、運動軸９３８、９３９の座標によって定義されるトリマー９３２の既定の位置に応じて、縦方向ビーム位相空間または横方向ビーム位相空間のいずれかを変化させることができる。

【0079】

他の実施形態において、ＤＴＣは、その他のレンジモジュレーションシステムを利用することができる。たとえば、１つの態様において、ＤＴＣは、（特許文献２）に開示されているものと同様の階段状モジュレータを使用することができる。別の実施形態において、レンジモジュレーションシステムは、（特許文献３）の図３に示されているものと同様の大きい水柱を含むことができる。しかし、別の実施形態において、（特許文献３）の図３に示される複数の水柱の代わりに、単一の水柱を利用することができる。

【実施例】

【0080】

試験結果
磁気走査を使用してイオンビームの位置を制御する機能は、光子では可能ではないイオンの好適な特性である。これは、光子が電荷を持っていないためであり、したがって、光子ビームは、磁界よりもむしろ機械式コリメーションシステムで制御される。ある態様において、ＳＳ法は、治療体積を覆う三次元デカルト格子上での、イオンビームの磁気及び／または機械式走査を必要とする。例示的な態様において、ビームスポットの深さ方向の位置は、材料をビームに挿入して陽子ペンシルビームのエネルギーを変化させることによって、陽子加速器でビームエネルギーを制御することによって、または、両方の方法の組合せによって制御される。ある態様において、材料は、加速器とガントリーとの間のビームラインのどこかに配置することができる。一般的な材料は、ベリリウム及びカーボンを含んでもよい。標的の各位置で停止するイオンの数は、イオン加速器及びビーム輸送システム（すなわち、上述のようなイオン治療源及びその構成要素）によって制御することができ、以下でさらに詳細に論じられる治療計画プロセスにおいて、（システム制御装置を介した）コンピュータ最適化によって、最初に決定することができる。

【0081】

イオンビームの側方幅の一般的な基準は、シグマ（σ）であり、それは陽子の進行方向に垂直なライン上の、ビームの放射線量プロファイルの標準偏差である。σ−パラメータの説明は、ある態様による図５ｃに提供される。図５ｂは、頭頚部癌患者での単一の陽子ビームスポットの線量分布を示す。正方形は、示される軸方向のＸ線体軸断層写真スライスにおけるすべての点のブラッグピークの位置を表す。空気中のペンシルビームシグマの値σ_ａｉｒは、陽子照射技術によって決まり、患者内部のσの増加は、変更できない物理的プロセスである、複数のクーロン散乱による。図５ｃは、空気中の陽子ペンシルビームのガウシアン側方線量プロファイルを示し、σ及び８０％〜２０％半影部の定義を示す。

【0082】

標的側方の放射線量が鋭く下がることが特に重要である状況が、頭蓋内（脳）定位手術的照射（ＳＲＳ）である。ＳＲＳにおいて、高い放射線量が、１回の高線量照射セッションで、聴神経腫などの良性病変及び脳転移などの悪性病変に対して照射される。小さい体積の健常組織が高い放射線量にさらされるとき、脳は壊死の影響を非常に受けやすい。そして、病変に照射できる線量は、それを囲む健常組織外殻の体積によって制限され、それは病変の体積に依存する。脳病変のイオンＳＳ放射線手術は、病変を囲む組織外殻に、より低い線量を照射することができ、光子をベースとした放射線手術技術に比べて健康な脳の壊死の危険性を減少させる。ＳＳに使用されるペンシルビームのσがある特定の閾値以下の場合のみ、イオン放射線手術のこのような利点を生じさせることができる。ある態様において、σは約５ｍｍとすることができる。しかし、σはその他の態様において変えることができる。

【0083】

臨床標的体積（ＣＴＶ）によって表される辺縁の脳腫瘍に対する光子及び陽子ＳＳ放射線手術治療計画の実施例が、図１４に示される。さまざまな放射線線量分布による、いくつかの異なる光子及び陽子ＳＳ計画が示される。示される光子照射技術は、強度変調回転照射（ＶＭＡＴ）及び円錐ベース放射線手術であり、陽子技術は、スポット走査（ＳＳ）である。

【0084】

図１４において一人の患者に関して示されるように、ビームシグマが増加すると、治療計画の品質は低下する。図１４に示される放射線手術計画が頭蓋内脳腫瘍に関するものであるので、合併症の最も大きい危険が存在する組織は、健康な脳組織である。脳組織の壊死に関する正常組織障害発生率（ＮＴＣＰ）は、図１４の各計画に対して計算されてもよい。陽子治療計画については、ビームシグマが増加し、より高い線量が周囲の正常組織に照射されると、ＮＴＣＰは増加する。陽子計画に対応するある範囲のＮＴＣＰ値があるので、２つ（ＶＭＡＴまたは円錐ベース放射線外科）の光子計画のうちより好適なものに等しいＮＴＣＰを有する陽子計画をもたらす陽子ペンシルビームシグマとして「シグマクロス」を定義する。この値が、ＮＴＣＰを５０％まで減少させるのに必要なビームシグマを表すシグマ５０％減少とともに、図１５にプロットされている。

【0085】

頭蓋内放射線手術患者に関して、ＤＴＳＳが陽子ペンシルビームシグマを低減する効果を推定するために、図１６に示されるように、そのファントム面における陽子ビームが、所定の位置にＤＴＣがある場合とない場合について、ＭＣＮＰＸコードによるモンテカルロシミュレーションを使用してシミュレートされた。従来の１２７ＭｅＶのエネルギーを有する陽子ビーム、５ｍｍの初期シグマ、７．５ｇ／ｃｍ^２のレンジシフタ厚さ、及び下流レンジシフタ面とファントムとの間の臨床的に現実的な５ｃｍのエアギャップの場合（左側）、ファントム面における空気中のシグマは５．９ｍｍであった。所定の位置にＤＴＣがあり、及び下流トリマーとファントムとの間の５ｃｍのエアギャップでは、ファントム面における空気中のシグマは２．３ｍｍであった。これらの結果は、図１７にまとめられている。

【0086】

図１４のものなどの光子及び陽子ＳＳ治療計画のセットは、１１人の患者のために作成され、購入可能な陽子ＳＳシステムを使用したとき、１１人の患者のうちの８人（７３％）が、光子計画と比べて改善された可能性があるＮＴＣＰ値を有したことが決定され（図１８）、それは検討された腫瘍の深達度について、約５．９ｍｍのシグマ値を有する。２．３ｍｍのσ_ａｉｒ値を有する陽子ペンシルビームが臨床的に使用された場合、図１８に示される、検討された１１人の患者の１００％について、健康な脳のＮＴＣＰが光子放射線手術技術と比べて減少した。

【0087】

ＤＴＣによってもたらされる、従来のＳＳと比べたσ_ａｉｒの改善は、既存の技術を使用して得ることができるが、既存の技術は、患者固有の黄銅開口部（すなわち、腫瘍の形状に一致するように切り抜かれた開口部を有する黄銅片）またはマルチリーフコリメータから成る。所定の黄銅開口部は腫瘍の単一平面に対する腫瘍範囲にのみ一致するように形づくられるので、開口部は、マルチリーフコリメータまたはＤＴＣで可能である程度まで三次元線量分布を鋭くすることができない。さらに、黄銅開口部は、各患者のために、及び、患者を治療する各ビームのために製造する必要があり、照射プロセスまでに、カスタムメイドの開口部あたり５００ドル程度の大きな追加費用が発生する。また、黄銅開口部は組立時間を必要とし、患者の治療の計画、準備、及び実施に必要な時間に制限を与える。患者は、計画が光子ＳＲＳで作成されるのと同じ日に治療されることが一般的であるため、これは、ＳＲＳの特に重要な制限である。この利点を除外することは、イオンＳＲＳの幅広い採用に対する障害となる。

【0088】

ＭＬＣは、ＳＳ半影部を改善する手段として提案された。非特許文献１には、ＭＬＣが、低いエネルギー陽子ビームのＳＳ半影部を鋭くすることに効果的である可能性があることが示されているが、陽子ビームエネルギーが増加すると収穫逓減が発生することが明らかにされている。表１に示されるように、ＭＬＣは、７２ＭｅＶ及び１１８ＭｅＶのビームエネルギーに対するブラッグピークの深さでの８０％〜２０％半影部を実質的に減少させたが、１７４ＭｅＶビームについては半影部を増加させた。これは、１７４ＭｅＶ陽子ビームの２０．５ｃｍの飛程が、媒体内部の複数のクーロン散乱相互作用がＭＬＣによって提供されたσ_ａｉｒのいずれも改善をも支配する十分な高さであったためである。より浅い深さについては、複数のクーロン散乱相互作用が支配せず、ＭＬＣを使用した半影部の大きな改善が可能になった。表１の効果的なσ_ａｉｒ値は、ＭＬＣがある場合とない場合の半影部の比率でＭＬＣ前のσ_ａｉｒ値をスケーリングすることによって計算された。複数のクーロン散乱相互作用がイオンビームと患者組織との間で発生することを防止するために行うことができることはないので（図５ｂ）、コリメータがない場合と比べたＤＴＣの利点は、線量分布を形づくる機能に関して、ＭＬＣのものと同様である。

【0089】

ＭＬＣに勝る、ＤＴＣを利用する利点は、ＤＴＣの面の全領域に対する使用可能なビーム領域の比率が、ＭＬＣの比率よりはるかに大きいことである。半影部は患者皮膚面までの距離によって幾何学的に大きくなるので、ＤＴＣまたはＭＬＣを患者のできるだけ近くに配置することが重要である。放射線照射野から格納するとき、ＭＬＣリーフはどこかに格納しなければならず、ＭＬＣまわりのハウジングは大きくなる傾向がある。これにより、頭部及び頸部領域を治療するとき、ＭＬＣを患者皮膚面の１０ｃｍ以内に移動させることが困難になる。

【0090】

最も小さく利用可能な２つのＭＬＣは、それぞれ、図１９ａ〜ｂに示されるＳｉｅｍｅｎｓ ＭｏｄｕＬｅａｆ及びＲａｄｉｏｎｉｃｓ ＭＭＬＣであり、それぞれ、７．８ｃｍ×６．５ｃｍ及び６．９ｃｍ×５．４ｃｍの物理的な照射野サイズを有する。ＭｏｄｕＬｅａｆは図２０にも示される。図１９ａに示されるように、陽子ビームが通過できるノズル領域のパーセンテージは、ＤＴＣの約４６％であり、それは１５ｃｍ×１５ｃｍの物理的な照射野サイズであり、Ｓｉｅｍｅｎｓ ＭｏｄｕＬｅａｆではわずか７％である。したがって、たとえ既存のＭＬＣが患者皮膚面の近くに配置できるとしても、ＭＬＣの４つの接合された照射野（すなわち、１つのより大きい照射野を作るために組み合わせられた複数の小さい照射野）が、単一のＤＴＣ照射野と同じ領域を覆うために必要である。接合照射野は通常、図２０に示されるように、ＭｏｄｕＬｅａｆで治療される頭蓋内病変のためには必要ないが、接合を必要とするより大きい照射野が、多くの頭頸部、食道、肺、頭蓋脊椎、肉腫、及び肝癌の患者のために期待されている。さらに、市販のＭＬＣは、陽子治療よりもむしろ光子治療のために最適化されており、陽子治療のためのビーム修正装置は、光子治療において使用されるより実質的に高い中性子線量にさらされるため、それは考慮すべき重要な点である。高い中性子線量は、中性子損傷により敏感でない電子機器の使用を必要とする。

【0091】

ＤＴＣをベースとしたＤＴＳＳの背景には、２つの主要な効果的な原理がある。第１に、比較的低エネルギーのイオンビームが使用されるとき、スポット走査線量分布はコリメーションシステムによって改善されるのみであり、それは陽子ビームに関して、患者皮膚面で１６０ＭｅＶ以下のエネルギーを有する。これは、高エネルギービームのより深い深さでの半影部は、患者での分散に大部分は支配されるためである。この事実により、トリマーの放射線学的厚さを低いエネルギー陽子ビームの飛程のものよりわずかに大きくすることができ、光子及びイオン治療で使用されるマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）などの従来のコリメータと比較して軽量となる。第２に、ＳＳでは、コリメータは、ビームが標的の縁部に近いときのみ、標的の縁部に必要であり、トリマーの動きが走査されたビームの動きに干渉しない限り、ビームが他の場所にあるとき、トリマーは動いていることができる。

【0092】

ビームレット線量分布のモデリング
ある態様において、トリマー刃と相互作用した後、対称の入射陽子ビームレット（図２１ａに示される）は、図２１ｂに示されるように、非対称にして、ビーム方向像において横に移動させることができる。例示的な態様において、非対称トリミングビームレットの側方分布は、非トリミングビームレットと同様に、ガウシアンパラメータを使用してさらに説明できる。これは、図２１ｃに示されるように、トリミングビームレットの４つの主要な横軸、すなわち、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｙ_１、及びＹ_２のそれぞれに沿ってガウス関数を当てはめることによって達成される。次いで、この手法により、側方プロファイルは以下のようにモデル化することができる。

ここで、μ_ｘ（ｚ）及びμ_ｙ（ｚ）は対象平面における最大線量の位置であり、σ_ｘ１（ｚ）、σ_ｘ２（ｚ）、σ_ｙ１（ｚ）、σ_ｙ２（ｚ）、は深さｚにおいて（μ_ｘ（ｚ），μ_ｙ（ｚ））を中心とする、各主軸に沿った４つの半ガウス分布のシグマ値である。ヘビサイドステップ関数Ｈ（．．．）は、（μ_ｘ（ｚ），μ_ｙ（ｚ））を中心とする対応する半分の軸に、各指数項を制限する。数値的に決定された規格化因子Ａ（ｚ）による乗算は、すべてのｚについて

を保証する。このような方法は、コリメーションから生じるものだけでなく、任意の非対称ビームレットに適用できる。

【0093】

ある態様において、トリマー刃と相互作用した後、トリミングビームレットの積分深部線量（ＩＤＤ）曲線は、非トリミングビームレットの曲線から、図２２に示されるように変化する。深さ依存補正関数を適用することによって、トリミングビームレットＩＤＤ曲線は、非トリミングビームレットＩＤＤから生成することができる。そのような補正関数は、以下の式の形態をとる。
Ｄ_＋（ｚ，Ｒ）＝Ｄ_＋（０）・（Ｃ・ｚ＋１）
ここで、Ｄ_＋（ｚ，Ｒ）は、トリミングＩＤＤを生成するために非トリミングＩＤＤに適用される深さ依存補正を表し、Ｄ_＋（０）は、表面の非トリミングＩＤＤと比較したトリミングＩＤＤの入射線量（％）の増加であり、Ｃは、補正の深さ依存を決定するエネルギーの関数である定数パラメータである。以下の式は、Ｄ_Ｔ（ｚ，Ｒ）によって表されるトリミングＩＤＤが、非トリミング積分深部線量曲線Ｄ（ｚ，Ｒ）及び上述の補正の追加によって得ることができる方法を説明する。
Ｄ_Ｔ（ｚ，Ｒ）＝Ｄ（ｚ，Ｒ）＋Ｄ_＋（ｚ，Ｒ）

【0094】

ＤＴＳＳ照射の時間依存トリマー位置の決定
ある態様において、標的体積全体に格子または六角形のパターンでスポットを配置し、その後、トリマー位置を定義することを、ビームスポットを配置するために使用することができる。任意のＤＴＳＳスポット配置技術は、従来のＳＳで照射できるものより優れている線量分布をさらに生成する。

【0095】

別の態様において、トリミングスポットピーク追跡（ＴＳＰＴ）は、格子または六角形のスポット配置パターンで達成できるものより優れた線量分布を生成する。ＴＳＰＴは、標的体積への線量の原体性を最大化することは、線量が最大のトリミングスポットが標的体積の縁部に配置されることを必要とするという論理的推測に基づく。トリマーを離れた、標的媒体における陽子分散により、トリミングスポットのビーム方向像の最大線量の点は、走査マグネットがトリマーの上流でペンシルビームを向けている光線上で発生しない。よって、トリミングビームスポットの最大線量の点を配置することは、走査マグネット及びトリマーが一緒に機能することを必要とする。

【0096】

以下は、ある態様によるＴＳＰＴ法の実施態様の説明である。例示的な態様によると、図１６〜１７に示されるように、単一のトリマーは、陽子ペンシルビームスポットのトリマーの一方側で、σ_ａｉｒの値を５．９ｍｍから２．３ｍｍまで減少させることができる。また、ビームスポットの最大線量の点の位置は、トリマーから離れて移動する。図２１ａ〜ｂは、トリマーの直交セットは、二次元ガウシアンとして陽子ペンシルビームスポットの両方の寸法について、σ_ａｉｒの値を減少させることができることを示す。同様に、ペンシルビームの３つまたは４つの側面上のトリマーは、トリマーが配置される各側面におけるσ_ａｉｒの値を減少させることができ、スポットピークの位置を移動させることができる。入射スポットの中心から異なる距離でトリマーを配置することによって、最大線量の点の位置及び二次元σ_ａｉｒの値を変化させることができる。ある態様によると、トリミングペンシルビーム（すなわち、遮断トリマーによって形づくられたビーム）（ＴＰＢ）ライブラリは、図２３に示されるように、異なるトリマー位置の組合せの計算を行うことができる。これらのＴＰＢは、所望の線量分布を実現するために、イオンのペンシルビームの中心軸からのさまざまな距離でのさまざまなトリマー位置を表す。

【0097】

ＴＰＢライブラリが存在すると、適切なＴＰＢ最大線量位置、したがって、標的体積の所定の点のトリマー構成を選択する方法を定義することができる。図２４は、ビーム方向像における任意のエネルギー層での標的境界を示す。所望のＴＰＢ最大線量点は、標的境界上の等距離の点、たとえば５ｍｍ間隔でもよい点に配置することができる。標的境界上へのＴＢＰ線量最大の配置後、残りのビームスポットは、図２４に示されるような格子パターンで、標的体積中に配置することができる。あるいは、スポット位置の固定されたスポット格子は、正方形、六角形、またはその他のパターンで使用されてもよく、最も近いとなりのスポットは、標的境界に割り当てられてもよい。このような状況において、走査マグネットが常に標的外の標的境界に最も近いスポットを配置するように構成される場合、標的境界により近くまたは境界上にＴＰＢの最大線量の点を配置することができるトリマー構成が存在する。所望のＴＰＢ最大線量点位置は、標的境界上である。

【0098】

それぞれの所望のＴＰＢ最大線量位置で、ＴＳＰＴアルゴリズムは、ペンシルビームエネルギーのｉ＝１，．．．，ＮＴＰＢのトリミングスポットカーネルのライブラリを検索し、以下の検索条件を満たすＴＰＢトリマー構成を選択する。

ここで、

別の可能なＴＰＢ検索条件は以下のとおりである。

ここで、

あるいは、検索ＴＰＢ条件の重みつき組合せは、加重和として使用することができる。

ここで、ｗは、０と１との間で値が決められるスカラー加重係数である。

【0099】

別の態様によるＴＰＢ配置方針は、非常に小さいスポット間距離で多数の初期スポットを割り当て、各スポットに照射するためのイオンの数に比例するスポット重量を最適化することによって治療計画を生成することである。次いで、繰り返しプロセスにおいて、一部の低重量のスポットを取り除くことができ、照射のために必要なスポットの数が減少する。標的境界上の任意のトリミングスポットが現実的なトリマー位置で作成できない場合、それは最も近いスポット形状を有するものに置き換えられる。

【0100】

ある態様によると、４つのトリマーのそれぞれの位置を決定することは、図４ａ〜ｄに示されるように、スポット位置、スポットサイズ、標的形状、及びユーザが治療されている面における標的の正常組織の外側に照射されることを受け入れる気がある、全スポットエネルギーの一部（ε）を考慮するアルゴリズムを必要とする。ある態様において、後述のように、このようなアルゴリズムは、ＤＴＳＳソフトウェアによって実装することができる。

【0101】

ε＝０の場合、トリマーは、任意のスポットエネルギーを標的の外側に蓄積させない。トリマーが各スポット間で位置を変化させなければならないことがあり、トリマーがない場合に対して照射時間が劇的に増加するため、これは湾曲縁部（非矩形）を有する標的にとって望ましくない。さらに、スポットエネルギーが標的外側に降りかかることを認めない場合、標的のある特定の領域が線量を受けるにはあまりに保守的なトリマー配置パターンになる可能性があり、その結果、標的への照射が不十分になる。これらの問題を回避するため、所定のビームスポットからのエネルギーのゼロ以外の部分が標的から外れることを認める選択肢を提供することができる。特に、ＥＮＴ（正常組織に蓄積されるエネルギー）がε×Ｅ_ｔｏｔ（スポットにより蓄積される全エネルギー）以下でなければならないという制約条件の下で、アルゴリズムはＥＴ（標的に蓄積されるスポットエネルギー）を最大化する。

【0102】

ある態様において、方法は、図２５に示されるように、ＤＴＣシステムの射出窓のビーム方向像（ＢＥＶ）平面における所定のエネルギーのスポットの直交空間座標として、ｘ及びｙを定義する。平面上の組織タイプは、関数Ａ_Ｔ（ｘ，ｙ）及びＡ_ＮＴ（ｘ，ｙ）によって定義され、それは標的組織及び正常組織内部にまとめて値をつけて、それ以外は０とする。Ｄ（ｘ，ｙ，ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）を、（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）を中心とするビームスポットによってＢＥＶ平面に照射される線量分布であるとし、それはこの簡素化された実施例のための二次元ガウス関数であると仮定される。

ここで、σ_ｘ及びσ_ｙはそれぞれ、ｘ及びｙ方向のスポット幅を定義する。

【0103】

ｘ及びｙトリマーの位置がそれぞれ、［Ｘ_１，Ｘ_２］及び［Ｙ_１，Ｙ_２］である場合、Ｅ_Ｔ及びＥ_ＮＴが所定のＢＥＶ平面上で次のように計算される。

そして、Ｅ_ｔｏｔ＝Ｅ_Ｔ＋Ｅ_ＮＴである。各スポットのトリマー位置は、以下の最適化問題を解くことによって決定できる。

最大化Ｅ_Ｔ
｛Ｘ_１，Ｘ_２，Ｙ_１，Ｙ_２｝

以下を条件とする：

ここで、制約条件（ａ）は正常組織に蓄積されるスポットエネルギーがユーザ指定の許容値を上回らないことを保証し、制約条件（ｂ）は任意の１つのトリマー刃によってビームスポットの半分以下しか塞がれないことを保証し、制約条件（ｃ）はトリマーによって定義される開口部がいくつかの最小領域ΔＸ_ｍｉｎΔＹ_ｍｉｎの下にないことを保証する。標的が非常に小さく、制約条件（ｃ）に違反することなく制約条件（ａ）を満たすことができない場合、トリマー位置は制約条件（ｂ）及び（ｃ）を満たすように定義される。

【0104】

式（８）で定義される最適化問題は、以下の導関数を使用する勾配ベースの最適化技法で解決することができる。

【0105】

トリマーは、ビームが予定位置に達するときにビームを遮断する位置にある必要がある。これは、この段落に記載される軌跡モデルを使用して達成される。トリマー軌跡モデルの図が、図２６に示される。示されるように、トリマー軌跡モデルは、速度ではなく、時間、トリマー位置、及び加速度を示す。Ｘ_ｎは、時間Ｔ_ｎのトリマー位置であり、ここで、ｎは、トリマー移動間隔インデックスである。各移動間隔はＭ個のサブ間隔に分割され、ｔ_ｍ，ｎは、移動間隔ｎのサブ間隔ｍの初めの時間である。加速度は、所定のサブ間隔上に均等に適用され、ａ_０，ｎは、時間ｔ_０，ｎとｔ_１，ｎとの間の加速度である。

【0106】

所定のトリマー縁部によるサブ間隔でなければならない位置がＸ_ｎによって与えられると仮定すると、ここで、ｎ∈［０，Ｎ−１］は位置インデックスである。Ｔ_ｎ、Ｖ_ｎ、及びＡ_ｎをそれぞれ、位置ｎにあるときのトリマーの時間、速度、及び加速度とする。位置ｎとｎ＋１との間のトリマー移動間隔及び移動時間として、それぞれ、ΔＸ_ｎ＝Ｘ_ｎ＋１−Ｘ_ｎ及びΔＴ_ｎ＝Ｔ_ｎ＋１−Ｔ_ｎを定義し、ΔＸ_Ｎ−１＝ΔＴ_Ｎ−１＝０と定義する。トリマー縁部が位置ｎにあるときの、時間Ｔｎ及び縁部位置Ｘｎは次のように計算できる。

そして、すべてのＮ位置の全トリマー移動時間はＴ_Ｎ−１である。

【0107】

移動時間ΔＴ_ｎを等しい長さの整数Ｍサブ間隔間に分割し、高分解時間ｔ_ｍ，ｎを以下のように定義する。

ここで、ｎ∈［０，Ｍ−１］であり、時間ｔ_ｍ，ｎとｔ_{ｍ＋１，ｎ}との間の一定トリマー加速度としてａ_ｍ，ｎを定義する。したがって、時間ｔ_ｍ，ｎのトリマー速度及び位置は以下のとおりである。

したがって、それぞれ以下のとおりである。

【0108】

トリマー移動距離は、式（１２）のＸ_ｍ，ｎにｖ_ｍ，ｎを代入することによって、加速度、速度、及び移動時間の関数として表現することができ、次いで、式（１３）を使用して、ｘ_Ｍ，ｎ＝Ｘ_ｎ＋１にｘ_ｍ，ｎを設定することで、以下が得られる。

ここで、

【0109】

間隔ｎの間で加速度が一定のＡ_ｎである場合、ｍ’∈［０，Ｍ−１］、γ_ｎ＝１／２Ａ_ｎについてａ_ｍ’，ｎ＝Ａ_ｎであり、式（１４）は見慣れた運動方程式に変形する。式（１４）は、二次方程式の根の公式を使用してΔＴ_ｎについて解くことができ、以下が得られる。

式（１０）によりＴ_ｎの簡単な計算を行うことができる。

【0110】

トリマー動き最適化問題は、全トリマー移動時間Ｔ_Ｎ−１を最小化する加速度マトリクスａの要素ａ_ｍ，ｎを明らかにすることである。問題は、以下のように定式化できる。

【0111】

制約条件（ａ）は、最初と最後のトリマー位置で速度が０であることを強制し、制約条件（ｂ）は、トリマーの動き方向が変わる位置で速度が０であることを強制する。ｓｇｎ（ｘ）関数はｘの符号を戻し、ｘ＜０の場合−１、ｘ＝０の場合０、ｘ＞０の場合１である。制約条件（ｃ）は、すべての移動時間が負でないことを保証する。制約条件（ｄ）及び（ｅ）はトリマー加速度を保証し、それぞれ、速度の大きさは、Ａｍａｘ及びＶｍａｘの機械的に指示された最大値以下のままである。制約条件（ｆ）はγ_ｎ及びＶ_ｎに対するΔＴ_ｎの導関数が発散せず、ΔＴ_ｎが実数であることを保証する。

【0112】

式（１７）のすべての制約条件を満たすａの初期推定は、以下のように計算できる。すべてのｎについて、Ｍ＝２、Ｖ_ｎ＝０及びａ_０，ｎ＝−ａ_１，ｎとする。そして、γ_ｎ＝ａ_０，ｎΔＴ_ｎ／２及びΔＸ_ｎ＝ａ０，ｎΔＴ^２_ｎ／４＝ｖ_１，ｎΔＴ_ｎ／２である。ａ_０，ｎ＝ｓｇｎ（ΔＸ_ｎ）Ａ_ｍａｘを代入する場合、ΔＴ_ｎ＝√４ΔＸ_ｎ／ａ_０，ｎであり、Ｖ_ｍａｘ＜ｖ_１，ｎの場合、ｖ_１，ｎ＝Ｖ_ｍａｘを代入することができ、新たにΔＴ_ｎ＝｜２ΔＸ_ｎ／Ｖ_ｍａｘ｜を計算し、ａ_０，ｎ＝４ΔＸ_ｎ／ΔＴ^２_ｎ＝Ｖ^２_ｍａｘ／ΔＸ_ｎを再代入する。初期推定は、リサンプリングによる倍数である任意のＭの場合まで拡張することができる。

【0113】

現在の段落において、ａに対するＴ_Ｎ−１の勾配の式が提供され、次いで、式の各構成要素が得られる。ａ_ｍ，ｎに対するＴ_Ｎ−１の導関数は、以下のように計算される。

ここで、

式（１９）の構成要素は以下のとおりである。

及び、

ここで、

は、間隔ｎの間の平均加速度である。ｎ’＝ｎ＋１の場合の式（２２）がｎ’＝ｎの場合の式（１９）によって決まり、ｎ’＞ｎ＋１の場合の式（２２）がｎ’−１の場合の式（２２）によって決まるため、式（１９）の計算は再帰処理である。

【0114】

制約条件（ａ）及び（ｂ）は以下の導関数を有する。

ここで、

制約条件（ｅ）は以下のように書き換えることができる。

よって、制約条件（ｅ）のａ_ｍ，ｎに対する導関数は以下の通りである。

【0115】

制約条件（ｆ）の導関数は、以下の通りである。

式（２９）の第２の偏導関数は、式（１５）のγ_ｎを書き換えることによって計算することができ、ａ_ｍ，ｎが和に配置されるところを示すことができる。

式（３０）の右側の第１項はａ_ｍ，ｎから独立しており、括弧内の第１項及び第３項（和）もそうである。よって、ａ_ｍ，ｎに対するそれらの導関数は消滅し、以下が得られる。

式（１９）は、以下のように連鎖法則を適用することによって得られる。

式（２９）の第２の偏導関数は、式（１５）のγ_ｎを書き換えることによって計算することができ、ａ_ｍ，ｎが和に配置されるところを示すことができる。

式（３０）の右側の第１項はａ_ｍ，ｎから独立しており、及び、括弧内の第１項及び第３項（和）もそうである。よって、ａ_ｍ，ｎに対する導関数は消滅し、以下が得られる。

【0116】

γ_ｎ及びＶ_ｎに対する式（１６）を区別することにより、ゼロ以外のγ_ｎの場合の、式（２０）及び式（２１）がそれぞれ生成される。それらの結果にロピタルの定理を適用することで、「±」が負であるとき、γ_ｎが０である場合の式（２０）及び式（２１）が得られる。ｎ’＝ｎ＋１の場合の式（２２）は、式（１２）でｍ＝Ｍを設定することによって得られ、よってｖ_ｍ，ｎ＝ｖ_Ｍ，ｎ＝Ｖ_ｎ＋１＝Ｖ_ｎ’であり、ΔＴ_ｎがａ_ｍ，ｎによって決まる認識の下でａ_ｍ，ｎに対する結果を区別する。ｎ’＞ｎ＋１の場合の式（２２）は、連鎖法則を使用して得られる。

式の右側の第１の偏導関数は、式（１２）にｖ_ｍ，ｎ＝ｖ_{Ｍ，ｎ’−１}＝Ｖ_ｎ’を設定することによって得られ、次いで、Ｖ_ｎ’−１に対する結果を区別する。式（３２）の第２の偏導関数は）（式（２２）の場合のように）、先のｎ’の値からの式（２２）の評価から、再帰的に得られる。

【0117】

図２７は、本発明の実施形態によって開示された方法の一部を行うための例示的な動作環境を示すブロック図である。この例示的な動作環境は動作環境の単なる実施例であり、動作環境アーキテクチャの使用範囲または機能に関して任意の制限を提案するものとは意図されない。そして、動作環境は、例示的な動作環境に示される構成要素の任意の１つまたは組合せに関する任意の依存または要件を有することと解釈すべきではない。

【0118】

さらに、当業者は、本明細書に開示されるシステム及び方法が、コンピュータ１４０１の形態で汎用コンピューティング装置を利用できることを理解するであろう。上述の方法は、コンピュータ１４０１で行うことができる。たとえば、コンピュータ１４０１は、図１〜２の上述された制御装置６０の義務及び責任を果たすことができる。さらに、コンピュータ１４０１は、上述の照射制御装置６２、ＳＳシステム制御装置６４、及び位置計画制御装置６６の責任を果たし、制御することができる。

【0119】

コンピュータ１４０１の構成要素は、１つまたは複数のプロセッサまたは処理ユニット１４０３と、システムメモリ１４１２と、プロセッサ１４０３を含むさまざまなシステム構成要素をシステムメモリ１４１２に結合するシステムバス１４１３とを備えることができるが、それに限定されるものではない。多重処理ユニット１４０３の場合、システムは並列コンピューティングを利用することができる。

【0120】

システムバス１４１３は、メモリバスまたはメモリ制御装置、周辺バス、アクセラレイティッドグラフィックスポート、及びさまざまなバスアーキテクチャの任意のものを使用するプロセッサまたはローカルバスを含む、バス構造のいくつかの可能なタイプのうちの１つまたは複数を表す。一例として、このようなアーキテクチャは、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、マイクロチャネルアーキテクチャ（ＭＣＡ）バス、拡張ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）バス、ビデオエレクトロニクススタンダーズアソシエーション（ＶＥＳＡ）ローカルバス、加速式グラフィックスポート（ＡＧＰ）バス、及び、周辺コンポーネントインターコネクト（ＰＣＩ）、ＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓバス、パーソナルコンピュータメモリカード国際協会（ＰＣＭＣＩＡ）、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などを備えることができる。また、バス１４１３及び本説明で明示されるすべてのバスは、有線または無線のネットワーク接続で実装することも可能であり、プロセッサ１４０３、大容量記憶装置１４０４、オペレーティングシステム１４０５、ＤＴＳＳソフトウェア１４０６、ＤＴＳＳデータ１４０７、ネットワークアダプタ１４０８、システムメモリ１４１２、入出力インタフェース１４１０、ディスプレイアダプタ１４０９、ディスプレイ装置１４１１、及び、ヒューマンマシンインタフェース１４０２を含むサブシステムのそれぞれは、物理的に独立した場所にある１つまたは複数のリモートコンピューティング装置１４１４ａ、ｂ、ｃの中に含有することができ、この形態のバスによって連結され、実質的に、完全分散システムを実装する。

【0121】

コンピュータ１４０１は通常、さまざまなコンピュータ可読媒体を備える。例示的な可読媒体は、コンピュータ１４０１で利用できる任意の利用可能な媒体とすることができ、たとえば、揮発性及び不揮発性媒体、取り外し可能及び取り外し不可能な媒体を備えるが、それらに限定することを意味していない。システムメモリ１４１２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性メモリ、及び／または、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）などの不揮発性メモリの形態のコンピュータ可読媒体を備える。システムメモリ１４１２は通常、ＤＴＳＳデータ１４０７などのデータ、及び／または、オペレーティングシステム１４０５及びＤＴＳＳソフトウェア１４０６などの（すなわち、上述のさまざまな制御装置６０及びモジュール６２、６４、６６を制御する）プログラムモジュールを含有し、それらはすぐにアクセス可能、及び／または、現在、処理ユニット１４０３で作動されている。

【0122】

別の態様において、また、コンピュータ１４０１は、その他の取り外し可能／取り外し不可能、揮発性／不揮発性のコンピュータ記憶媒体も備えることができる。一例として、図２７は大容量記憶装置１４０４を示し、それはコンピュータコード、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、及びその他のデータの不揮発性記憶装置をコンピュータ１４０１に提供することができる。たとえば、大容量記憶装置１４０４は、ハードディスク、取り外し可能な磁気ディスク、取り外し可能な光ディスク、磁気カセット、またはその他の磁気記憶装置、フラッシュメモリカード、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）、またはその他の光記憶装置、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）などとすることができるが、それらに限定することを意味しない。

【0123】

任意選択的に、一例として、オペレーティングシステム１４０５及びＤＴＳＳソフトウェア１４０６を含む、任意の数のプログラムモジュールを、大容量記憶装置１４０４に格納することができる。オペレーティングシステム１４０５及びＤＴＳＳソフトウェア１４０６（または、そのいくつかの組合せ）のそれぞれは、プログラミング及びＤＴＳＳソフトウェア１４０６の要素を備えることができる。また、ＤＴＳＳデータ１４０７も、大容量記憶装置１４０４に格納することができる。ＤＴＳＳデータ１４０７は、当該技術分野において知られている１つまたは複数のデータベースのうちの任意のものに格納することができる。このようなデータベースの例には、ＤＢ２（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標） Ａｃｃｅｓｓ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標） ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ、Ｏｒａｃｌｅ（登録商標）、ｍｙＳＱＬ、ＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬなどが含まれる。データベースは、集中化、または多重システム全体に分散化することができる。

【0124】

別の態様において、ユーザは、入力装置（図示せず）を介してコマンド及び情報をコンピュータ１４０１に入力することができる。このような入力装置の例は、キーボード、ポインティングデバイス（たとえば、「マウス」）、マイク、ジョイスティック、スキャナ、グローブなどの触覚入力装置、及び、その他の人体被覆物などを備えるが、それらに限定することを意味しない。これら及びその他の入力装置は、システムバス１４１３に結合されるヒューマンマシンインタフェース１４０２を介して、処理ユニット１４０３に連結することができるが、パラレルポート、ゲームポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート（Ｆｉｒｅｗｉｒｅポートとしても知られる）、シリアルポート、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などのその他のインタフェース及びバス構造で連結することができる。

【0125】

さらに別の態様において、ディスプレイ装置１４１１も、ディスプレイアダプタ１４０９などのインタフェースを介して、システムバス１４１３に連結できる。コンピュータ１４０１が１つまたは複数のディスプレイアダプタ１４０９を有することができ、コンピュータ１４０１が１つまたは複数のディスプレイ装置１４１１を有することができることが企図されている。たとえば、ディスプレイ装置は、モニタ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、またはプロジェクタとすることができる。ディスプレイ装置１４１１に加えて、その他の出力周辺デバイスは、入出力インタフェース１４１０を介してコンピュータ１４０１に連結できるスピーカ（図示せず）及びプリンタ（図示せず）などの構成要素を備えることができる。方法の任意のステップ及び／または結果は、任意の形態で出力装置に出力することができる。このような出力は、視覚表現の任意の形態とすることができ、テキスト、グラフィック、アニメーション、音声、触覚などを含むがこれに限定されない。

【0126】

コンピュータ１４０１は、１つまたは複数のリモートコンピューティング装置１４１４ａ、ｂ、ｃへの論理結合を使用して、ネットワーク化された環境で作動させることができる。一例として、リモートコンピューティング装置は、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、携帯型コンピュータ、サーバ、ルーター、ネットワークコンピュータ、ピア装置、またはその他の一般的なネットワークノードなどとすることができる。コンピュータ１４０１とリモートコンピューティング装置１４１４ａ、ｂ、ｃとの間の論理結合は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）及び一般的なワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して作ることができる。このようなネットワーク接続は、ネットワークアダプタ１４０８によることができる。ネットワークアダプタ１４０８は、有線及び無線環境で実装することができる。このようなネットワーキング環境は、オフィス、企業規模のコンピュータネットワーク、イントラネット、及びインターネット１４１５において既存のものであり、当然のものである。

【0127】

ある態様によると、コンピュータ１４０１は、ＤＴＳＳソフトウェア１４０６及びＤＴＳＳデータ１４０７を介して、ある態様によってＳＳイオン治療システム１０の操作を制御することができる。別の態様において、コンピュータ１４０１は、本発明の制御装置６０、ならびに、さまざまな制御装置（図２を参照して論じられる照射制御装置６２、ＳＳシステム制御装置６４、及び位置計画制御装置６６）を備えることができる。

【0128】

説明上、アプリケーションプログラム及びオペレーティングシステム１４０５などのその他の実行可能プログラム構成要素は、個別のブロックとして本明細書に示されるが、このようなプログラム及び構成要素は、コンピューティング装置１４０１のさまざまな記憶構成要素内にさまざまな時に存在し、コンピュータのデータプロセッサ（単数または複数）で実行されることが認識される。ＤＴＳＳソフトウェア１４０６の実施態様は、何らかの形態のコンピュータ可読媒体に格納することができる、または、それ全体に伝送することができる。任意の開示された方法は、コンピュータ可読媒体上で具現化されるコンピュータ可読命令によって実行することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータでアクセスできる任意の利用可能な媒体とすることができる。一例として、コンピュータ可読媒体は、「コンピュータ記憶媒体」及び「通信媒体」を備えることができるが、それに限定することを意味していない。「コンピュータ記憶媒体」は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、またはその他のデータなどの情報の記憶のための任意の方法または技術で実装される揮発性及び不揮発性、取り外し可能及び取り外し不可能なメディアを備える。例示的なコンピュータ記憶媒体は、所望の情報を格納するために使用することができ、コンピュータでアクセスすることができる、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、またはその他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）、またはその他の光学記憶、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置、またはその他の磁気記憶装置、あるいは任意のその他の媒体を含むが、これに限定されるものではない。

【0129】

本発明の上記説明により、当業者は、その最良の実施形態であると現在考えられるものを作り、使用することができるが、当業者は、本明細書の特定の実施形態、方法、及び実施例の変形、組合せ、及び等価物の存在を理解して、認識する。したがって、本発明は、上記実施形態、方法、及び実施例によって限定すべきではないが、本発明の範囲及び精神内のすべての実施形態及び方法によってすべきである。本発明の開示を理解して、完成させるのに必要な範囲で、本明細書に記載のすべての刊行物、特許、及び特許出願は、それぞれが個別に組み込まれたように、本明細書に同じ範囲まで参照によって明確に組み込まれる。

【0130】

よって、本発明の例示的な実施形態を説明したが、当業者は、開示内は例示のみであり、さまざまなその他の代案、適応、及び変更が本発明の範囲内で行われてもよいことを理解するであろう。したがって、本発明は、本明細書に示される特定の実施形態に限定されないが、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図6a】

【図6b】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12a-b】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19a】

【図19b】

【図20】

【図21a】

【図21b】

【図21c】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【国際調査報告】