(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体（３０）中の移動する標的ボリューム（３２）への、走査法を用いたエネルギビーム（２７）の照射装置を制御する方法であって、
前記標的ボリューム（３２）の複数のグリッド位置（ｉ，１≦ｉ≦Ｎ）を含む照射計画（４６）が、１以上の照射サイクル（ｊ，１≦ｊ≦Ｊ）について作成されており、
グリッド位置に依存する公称粒子フルエンスが、前記グリッド位置のそれぞれの照射について、前記照射計画（４６）において定義されており、
前記身体（３０）の動き（３３）が、前記照射中のグリッド位置の動きを決定するために、前記照射中に捕捉され、
前記照射装置は、グリッド位置に依存する線量が対応するグリッド位置に付与されるように、グリッド位置の関数として制御された粒子エネルギー及び粒子フルエンスを備える前記ビーム（２７）によって、それぞれの前記グリッド位置を走査するように構成され、
前記方法は、前記照射装置に対する制御装置が、
ｉ１）前記複数のグリッド位置のうちのｉ番目のグリッド位置の照射に先立って、前のグリッド位置（ｋ，１≦ｋ＜ｉ）の照射中にｉ番目の位置で既に受け取られている線量を、前記動きのデータを用いて、前記照射サイクル中に算出する工程と、
ｉ２）ｉ番目のグリッド位置の照射に先立って、前記前のグリッド位置（ｋ，１≦ｋ＜ｉ）の照射中にｉ番目のグリッド位置が既に受け取ったと判定された前記線量に基づいて、ｉ番目のグリッド位置についての補償値（ΔＤｉ）を算出する工程と、
ｉ３）ｉ番目のグリッド位置の照射に先立って、ｉ番目のグリッド位置についての前記補償値（ΔＤｉ）及びｉ番目のグリッド位置についての前記公称粒子フルエンス（Ｆｉｎｏｍ）に基づいて、補償された粒子フルエンス（Ｆｉｃｏｍｐ）をｉ番目のグリッド位置について算出する工程と、
ｉ４）前記ビーム（２７）の強度を、それぞれのグリッド位置に適用される粒子フルエンスへと調整する工程と、を含み、
前記工程ｉ１）からｉ４）が、前記複数のグリッド位置（１≦ｉ≦Ｎ）について実行されることを特徴とする方法。
【請求項２】
ｉ番目のグリッド位置についての前記補償値（ΔＤｉ）の算出は、ｉ−１番目のグリッド位置の照射中に少なくとも部分的に行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記照射中に、ｉ番目のグリッド位置についての前記補償値（ΔＤｉ）を算出するために、全ての以前に照射されたグリッド位置ｌの照射中にｉ番目のグリッド位置によって受け取られた線量変化が、１からｉ−１まで全てのｌにわたって合計され、
ｉ番目のグリッド位置の照射についての前記補償値は、ｉ−１番目のグリッド位置の照射中に、前記線量変化の合計から算出されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
ｉ番目のグリッド位置についての前記補償値は、ｉ番目のグリッド位置についての基準線量（Ｄｉｉｒｅｆ）によって正規化された、ｉ番目のグリッド位置についての相対的な補正係数ΔＤｉ／Ｄｉｉｒｅｆであり、
前記補正係数は、ｉ番目のグリッド位置についての前記補償された粒子フルエンス（Ｆｉｃｏｍｐ）を算出するように、前記照射計画（４６）においてｉ番目のグリッド位置について定義されている前記公称粒子フルエンス（Ｆｉｎｏｍ）に適用されることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
加速器（２１）の制御装置（８２）と通信し、全てのグリッド位置について適用される粒子フルエンスを制御する粒子フルエンス制御サブシステム（７２）を有する、治療制御システム（７０，７２，８４）が含まれ、
ｉ番目のグリッド位置についての前記補償値は、ｉ−１番目のグリッド位置の照射中に前記粒子フルエンス制御サブシステム（７２）のメモリに格納され、続けて前記粒子フルエンス制御サブシステム（７２）は前記メモリからｉ番目のグリッド位置についての前記補償値を読み出し、続けて該読み出した補償値を前記照射計画（４６）においてｉ番目のグリッド位置について定義されている前記公称粒子フルエンスに適用する
ことを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
ｉ番目のグリッド位置の照射中に、線量変化は続くグリッド位置（≧ｉ＋１）の全てについては同時に算出されないが、代わりに前記線量変化及び前記補償値はまずｉ＋１番目のグリッド位置について算出され、続くグリッド位置（≧ｉ＋２）についての前記線量変化及び前記補償値の算出は後に行われることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
ｉ番目のグリッド位置の照射中に、線量変化は続くグリッド位置（≧ｉ＋１）の全てについては同時に算出されないが、代わりに前記線量変化はまずｉ番目のグリッド位置が位置する等エネルギー層（３２０−３２９）のグリッド位置についてのみ算出され、
続く等エネルギー層のグリッド位置についての前記線量変化は、等エネルギー層の照射の間のビーム停止中に少なくとも部分的に算出されることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
ｉ番目のグリッド位置の照射前のｉ番目のグリッド位置の線量変化が、前記照射計画（４６）においてｉ番目のグリッド位置について定義された基準線量以上である場合、ｉ番目のグリッド位置はスキップされるか又はｉ番目のグリッド位置についての前記ビームの強度として前記照射に先立って定められた最小線量が用いられることを特徴とする、請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
照射の停止に続くグリッド位置についての、グリッド位置に依存する粒子フルエンスの分布が、いくつかの動き相（ｍ）について算出されかつ品質指標（Ｑ）を用いて評価され、２つの等エネルギー層の照射の間のビーム停止の後の次の等エネルギー層の照射を開始するか否かが前記品質指標（Ｑ）に基づいて判定されることを特徴とする、請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも以下の評価基準、
ｉ）各グリッド位置についての前記補償された粒子フルエンスの類似性、
ｉｉ）基準線量の粒子フルエンスからの、前記補償された粒子フルエンスの偏差、
ｉｉｉ）続くグリッド位置に対する過剰付与の削減、及び
ｉｖ）関連付けられた動き相に達すると予想されるまでの時間、
のうちの少なくとも１つが前記品質指標（Ｑ）に含まれていることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記照射装置に対する制御装置は、前記標的ボリューム（３２）で現在照射されているグリッド位置の少なくとも１つの次元（ｘ，ｙ，ｚ）における動きを補償するために、前記標的ボリューム（３２）のグリッド位置の前記決定された動きのデータの関数として、前記少なくとも１つの次元において前記ビーム（２７）を動的に適応させることを特徴とする、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
長さ方向（ｚ）におけるグリッド位置の動きが、前記グリッド位置に依存する補償値の算出を可能とするために決定されるが、前記照射装置に対する制御装置は、前記標的ボリューム（３２）のグリッド位置の前記決定された動きのデータの関数としての、前記ビームのエネルギー（Ｅｉ）の動的な適応を行わないことを特徴とする、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記照射装置に対する制御装置は、前記標的ボリューム（３２）で現在照射されているグリッド位置の少なくとも１つの横方向次元（ｘ，ｙ）における動きを補償するために、前記標的ボリューム（３２）のグリッド位置の前記決定された動きのデータの関数として、前記少なくとも１つの横方向位置を動的に適応させ、
長さ方向（ｚ）のグリッド位置の動きが、前記動きにもかかわらず前記グリッド位置に依存する補償値が算出されることを可能とするために捕捉されるが、前記照射装置に対する制御装置は、前記標的ボリューム（３２）のグリッド位置の前記決定された動きのデータの関数としての、前記ビームのエネルギーの動的な適応を行わないことを特徴とする、請求項１乃至１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記照射は、それぞれが基準線量の一部を有する複数の照射サイクル（ｊ，１≦ｊ≦Ｊ）に分割され、
前の照射サイクル（＜ｊ）においてｉ番目のグリッド位置によって受け取られた線量変化、及び現在の照射サイクル（ｊ）において前のグリッド位置の照射の間にｉ番目のグリッド位置によって受けとられた前記線量変化が、照射サイクル（ｊ）におけるｉ番目のグリッド位置についての前記補正係数の算出において考慮されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
走査法を用いた、身体中の移動する標的ボリュームへのエネルギビーム（２７）の照射のための照射装置であって、
時間分解撮影システム（４２）からのデータを処理し、該データに基づいて、１以上の照射サイクルについての前記標的ボリューム（３２）の複数のグリッド位置（１≦ｉ≦Ｎ）を含む照射計画（４６）を作成及び格納するように構成された照射計画装置（４２，４４）を備え、
前記照射計画（４６）は、前記グリッド位置のそれぞれの位置データと、適用される、グリッド位置に依存する公称粒子フルエンス（Ｆｉｎｏｍ）とを少なくとも含む、それぞれの前記グリッド位置の照射のための基準データセットを含み、
前記照射装置はさらに、
前記照射中のグリッド位置の動きを決定するために、前記身体（３０）の動き（３３）を前記照射中に捕捉することが可能な動き感知装置（５８）と、
グリッド位置に依存する線量が対応するグリッド位置に付与されるように、それぞれの前記グリッド位置が順に、該グリッド位置の関数として制御される粒子エネルギー及び粒子フルエンスを有する前記ビーム（２７）によって走査されるように、前記照射装置を制御し、及び前記照射中に、該照射に先立って格納された前記照射計画の前記データセットを読み出しかつ変更するように構成された、治療制御システム（７０，７２，８４）と、を備え、
前記治療制御システム（７０，７２，８４）はさらに、
ｉ１）前記複数のグリッド位置のうちのｉ番目のグリッド位置の照射に先立って、前のグリッド位置（ｋ，１≦ｋ＜ｉ）の照射中にｉ番目の位置で既に受け取られている線量が、前記動きのデータを用いて前記照射サイクル中に算出され、
ｉ２）ｉ番目のグリッド位置の照射に先立って、前記前のグリッド位置（ｋ，１≦ｋ＜ｉ）の照射中にｉ番目のグリッド位置が既に受け取ったと判定された前記線量に基づいて、ｉ番目のグリッド位置についての補償値が算出され、
ｉ３）ｉ番目のグリッド位置の照射に先立って、ｉ番目のグリッド位置についての前記補償値及びｉ番目のグリッド位置について前記照射計画（４６）において定義された基準データセットに基づいて、補償された粒子フルエンス（Ｆｉｃｏｍｐ）を有する変更されたデータセットがｉ番目のグリッド位置について算出され、
ｉ４）前記照射装置が、ｉ番目のグリッド位置が、算出された前記補償された粒子フルエンス（Ｆｉｃｏｍｐ）で照射されるように制御される
ように構成され、
前記治療制御システム（７０，７２，８４）はさらに、前記工程ｉ１）からｉ４）を前記複数のグリッド位置（１≦ｉ≦Ｎ）について順に実行するように構成されている
ことを特徴とする照射装置。
【請求項１６】
前記治療制御システム（７０，７２，８４）はさらに、ｉ番目のグリッド位置についての前記補償値の算出が、ｉ−１番目のグリッド位置の照射中に少なくとも部分的に行われるように構成されていることを特徴とする、請求項１５に記載の照射装置。
【請求項１７】
前記治療制御システム（７０，７２，８４）はさらに、
前記照射中に、ｉ番目のグリッド位置についての前記補償値を算出するために、全ての以前に照射されたグリッド位置ｌの照射中にｉ番目のグリッド位置によって受け取られた線量変化が、１からｉ−１まで全てのｌにわたって合計され、
ｉ番目のグリッド位置の照射についての前記補償値は、ｉ−１番目のグリッド位置の照射中に、前記線量変化の合計から算出される
ように構成されていることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の照射装置。
【請求項１８】
前記治療制御システム（７０，７２，８４）はさらに、
ｉ番目のグリッド位置についての前記補償値が、ｉ番目のグリッド位置についての基準線量によって正規化された、ｉ番目のグリッド位置についての相対的な補正係数として算出され、
前記補正係数は、ｉ番目のグリッド位置についての前記補償された粒子フルエンス（Ｆｉｃｏｍｐ）を算出するように、前記照射計画においてｉ番目のグリッド位置について定義されている前記公称粒子フルエンス（Ｆｉｎｏｍ）に適用される
ように構成されていることを特徴とする、請求項１５乃至１７の何れか１項に記載の照射装置。
【請求項１９】
前記治療制御システム（７０，７２，８４）は、
全てのグリッド位置について適用される粒子フルエンスを制御する粒子フルエンス制御サブシステム（７２）と、
ｉ番目のグリッド位置の照射直前に、前記粒子フルエンス制御サブシステム（７２）によってｉ番目のグリッド位置についての前記補償値が前記粒子フルエンス制御サブシステム（７２）のメモリから読み出されるように利用可能であるように、ｉ−１番目のグリッド位置の照射中にｉ番目のグリッド位置についての前記補償値を算出しかつ該補償値を前記粒子フルエンス制御サブシステム（７２）のメモリに格納する、演算装置（８４）と、を含み、
前記サブシステム（７２）は、続けてｉ番目のグリッド位置についての前記補償された粒子フルエンスでｉ番目のグリッド位置を照射するために、前記照射計画（４６）においてｉ番目のグリッド位置について定義されている前記公称粒子フルエンスに、前記読み出された補償値を適用する
ことを特徴とする、請求項１５乃至１８の何れか１項に記載の照射装置。
【請求項２０】
前記治療制御システム（７０，７２，８４）は、
ｉ番目のグリッド位置の照射中に、線量変化は続くグリッド位置の全てについては同時に算出されないが、代わりに前記線量変化及び前記補償値はまずｉ＋１番目のグリッド位置について算出され、続くグリッド位置についての前記線量変化及び前記補償値の算出は後に行われる
ように構成されていることを特徴とする、請求項１５乃至１９の何れか１項に記載の照射装置。
【請求項２１】
前記治療制御システム（７０，７２，８４）は、
ｉ番目のグリッド位置の照射中に、線量変化は続くグリッド位置（ｉ＜ｏ≦Ｎ）の全てについては同時に算出されないが、代わりに前記線量変化はまずｉ番目のグリッド位置が位置する等エネルギー層のグリッド位置についてのみ算出され、続く等エネルギー層のグリッド位置についての前記線量変化は、等エネルギー層の照射の間のビーム停止中に算出される
ように構成されていることを特徴とする、請求項１５乃至２０の何れか１項に記載の照射装置。
【請求項２２】
前記治療制御システム（７０，７２，８４）は、ｉ番目のグリッド位置の照射前のｉ番目のグリッド位置の線量変化が、前記照射計画においてｉ番目のグリッド位置について定義された基準線量以上である場合、ｉ番目のグリッド位置は、スキップされるか又は前記照射に先立って定められた最小線量で照射されるように構成されていることを特徴とする、請求項１５乃至２１の何れか１項に記載の照射装置。
【請求項２３】
前記治療制御システム（７０，７２，８４）は、前記照射中に、加速器からの、それぞれのグリッド位置に適用される粒子フルエンスへと調整されたビームの強度を要求するように構成されていることを特徴とする、請求項１５乃至２２の何れか１項に記載の照射装置。
【請求項２４】
前記治療制御システム（７０，７２，８４）は、照射の停止に続くグリッド位置についての、グリッド位置に依存する粒子フルエンスの分布が、いくつかの動き相（ｍ）について算出されかつ品質指標（Ｑ）を用いて評価され、２つの等エネルギー層の照射の間のビーム停止の後の次の等エネルギー層の照射が前記品質指標（Ｑ）に基づいて開始されるように構成されていることを特徴とする、請求項１５乃至２３の何れか１項に記載の照射装置。
【請求項２５】
少なくとも以下の評価基準、
ｉ）各グリッド位置についての前記補償された粒子フルエンスの類似性、
ｉｉ）基準線量の粒子フルエンスからの、前記補償された粒子フルエンスの偏差、
ｉｉｉ）続くグリッド位置に対する過剰付与の削減、及び
ｉｖ）関連付けられた動き相に達すると予想されるまでの時間、
のうちの少なくとも１つが前記品質指標（Ｑ）に含まれていることを特徴とする、請求項２４に記載の照射装置。
【請求項２６】
前記治療制御システム（７０，７２，８４）は、前記標的ボリューム（３２）で現在照射されているグリッド位置の少なくとも１つの次元における動きを補償するために、前記標的ボリューム（３２）のグリッド位置の前記決定された動きのデータの関数として、前記少なくとも１つの次元において前記ビームが前記標的ボリューム（３２）の現在照射されているグリッド位置の動きに動的に適応するように構成されていることを特徴とする、請求項１５乃至２５の何れか１項に記載の照射装置。
【請求項２７】
前記動き感知装置（５８）は、前記動きにもかかわらず前記グリッド位置に依存する補償値の算出を可能とするように、長さ方向におけるグリッド位置の動きを捕捉するように構成されるが、前記治療制御システム（７０，７２，８４）は、前記標的ボリューム（３２）のグリッド位置の前記決定された動きのデータの関数としての、前記ビームのエネルギーの動的な適応を行わないことを特徴とする、請求項１５乃至２６の何れか１項に記載の照射装置。
【請求項２８】
前記治療制御システム（７０，７２，８４）は、前記標的ボリューム（３２）で現在照射されているグリッド位置の少なくとも１つの横方向次元（ｘ，ｙ）における動きを補償するために、前記標的ボリューム（３２）のグリッド位置の前記決定された動きのデータの関数として、前記ビームが前記少なくとも１つの横方向次元において前記標的ボリュームの現在照射されているグリッド位置の前記動きに動的に適応されるように構成され、
前記動き感知装置（５８）はまた、長さ方向（ｚ）のグリッド位置の動きを、前記グリッド位置に依存する補償値が算出されることを可能とするために捕捉するように構成されるが、前記治療制御システム（７０，７２，８４）は、前記標的ボリューム（３２）のグリッド位置の前記決定された動きのデータの関数としての、前記ビームのエネルギーの動的な適応を行わないことを特徴とする、請求項１５乃至２７の何れか１項に記載の照射装置。
【請求項２９】
前記照射計画装置（４２，４４）は、前記照射が、それぞれが基準線量の一部を有する複数の照射サイクルに分割されるように構成され、
前記治療制御システム（７０，７２，８４）は、前の照射サイクルにおいてｉ番目のグリッド位置によって受け取られた線量変化、及び現在の照射サイクルにおいて前のグリッド位置の照射の間にｉ番目のグリッド位置によって受けとられた前記線量変化が、照射サイクルにおけるｉ番目のグリッド位置についての前記補正係数の算出において考慮されるように構成されていることを特徴とする、請求項１８に記載の照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動する標的ボリュームを走査するのに利用するエネルギービーム、特に細針状イオンビームによる体内の標的ボリュームの照射中に線量付与を制御する方法及び対応する照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に腫瘍は、切除術、放射線療法及び化学療法又はそれらの方法の組合せを使用して治療される。放射線療法において、治療の目的は、周囲の正常な組織に対する悪影響を最小限にしつつ、腫瘍への局所的に高い線量を得ることである。この目的のため、エネルギー付与又は線量付与は、可能な限り腫瘍の形状に一致するように制御される。最近、侵入深さの関数としてのエネルギー付与又は線量付与が非常にシャープな最大値（ブラッグピークと呼ばれる）を有するために、光子の代わりにイオンを照射することによって良好な治療結果が得られている。そのような方法の１つは、ビームが専用のコリメータにより形成される、受動的ビーム付与として既知である。しかし、代わりに、高精度にイオンビームを収束し、細針状ビーム、すなわちいわゆる「ペンシルビーム」を使用して３次元的に腫瘍を走査すること（ラスタ走査法、スポット走査法、継続走査法）もまた可能である。ラスタ走査法において、ビームは、規定の期間の間グリッド位置上にあり、次のグリッド位置に移る間もオン状態に維持される。これに対して、スポット走査法において、ビームはグリッド位置間ではオフ状態にされる。継続走査法において、ビームは、グリッド位置上で静止することなくグリッド位置間を継続的に移動する。
【０００３】
陽子以外では、他のイオン、特に炭素イオンが現在使用されている。場合によっては、ネオンイオンが更に採用される。これらのイオンを使用することにより、光子と比較して、細胞の不活性化に関してより高い生物学的効果比（ＲＢＥ）を提供する。線量レベル、組織の種類、並びに何より粒子の種類及び粒子エネルギーに対する依存のために、深い腫瘍領域におけるＲＢＥは一般に入口チャネルより高く、これは更なる治療上の利点を提供する。
【０００４】
近年、出願人は、  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ、Ｇｅｒｍａｎ  Ｃａｎｃｅｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｅｎｔｅｒ及びＤｒｅｓｄｅｎ−Ｒｏｓｓｅｎｄｏｒｆ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｅｎｔｅｒと協力して、炭素イオン及び専用の照射計画を使用するラスタ走査照射に関して大きな臨床的成功を収めた。この方法の利点は、２次的な粒子の生成を阻止するための吸収体材料の必要性を事実上除去することにあり、何より受動ビーム照射と比較して、特に腫瘍近辺で、生成された線量分布が良好に一致することである。
【０００５】
最初に、主に治療された腫瘍は、頭蓋底の領域における腫瘍及び脊柱に沿った腫瘍であった。それらの腫瘍の動きは、定位固定により無視しても構わないほど最小に軽減される。しかし、種々の療法センターにおいてラスタ走査法をより広範に臨床的に適用する計画は、ラスタ走査法を使用してイオンビーム、特に炭素イオンビームにより他の腫瘍も照射することを想定する。しかし、身体の胴領域の腫瘍は、特に患者の呼吸のためにより動きやすい。そのため、胸部全体及び腹部の一部は、場合によっては患者の心拍によっても移動し且つ形状が変化する。移動する腫瘍、一般に移動する標的ボリュームが走査法を使用して治療される場合、この動きがエネルギー付与の均一性に悪影響を及ぼす可能性があるという問題に直面する。模型を用いた実験は、走査ビームの照射中に標的ボリュームにおいて過剰付与及び過少付与が発生する可能性があるため、受動ビーム照射の際に採用されるように動きの大きさにより標的ボリュームを単に拡大しても最適な治療とはならないことを示している。
【０００６】
走査ビームの照射中の動きの影響を補正するため、現在、安全余裕、複数回照射（「再走査」と呼ばれる）、動きの様相に依存した中断を含む照射（「ゲーティング」と呼ばれる）、能動ビーム適応による動き補償照射（「トラッキング」と呼ばれる）又は上述の方法／技術の組合せを利用する分割照射法が前臨床試験で研究され且つ使用されている。能動ビーム適応による動き補償照射（トラッキング）中、ビーム位置は、腫瘍の動きに合わせて継続的に調整される。この処理において、ビーム方向に関する横（ラテラル）位置と、粒子の範囲とは、腫瘍の動きに合わせて継続的に調整される。これに関連して、全ての内容が参考として本明細書に取り入れられるＳ．  Ｏ．  Ｇｒｏｅｔｚｉｎｇｅｒ  「Ｖｏｌｕｍｅ  Ｃｏｎｆｏｒｍａｌ  Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｏｖｉｎｇ  Ｔａｒｇｅｔ  Ｖｏｌｕｍｅｓ  ｗｉｔｈ  ｓｃｎａｎｎｅｄ  ｉｏｎ  ｂｅａｍｓ（走査イオンビームでの移動する標的ボリュームの体積等角照射）」、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｄａｒｍｓｔａｄｔ、Ｇｅｒｍａｎｙ、２００４年の学位論文及びＣ．  Ｂｅｒｔ、「Ｂｅｓｔｒａｈｌｕｎｇｓｐｌａｎｕｎｇ  ｆｕｅｒ  ｂｅｗｅｇｔｅ  Ｚｉｅｌｖｏｌｕｍｉｎａ  ｉｎ  ｄｅｒ  Ｔｕｍｏｒｔｈｅｒａｐｉｅ  ｍｉｔ  ｇｅｓｃａｎｎｔｅｍ  Ｋｏｈｌｅｎｓｔｏｆｆｓｔｒａｈｌ」、（Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｐｌａｎｎｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｍｏｖｉｎｇ  Ｔａｒｇｅｔ  Ｖｏｌｕｍｅｓ  ｉｎ  Ｔｕｍｏｒ  Ｔｈｅｒａｐｙ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｓｃａｎｎｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ（走査イオンビームによる腫瘍治療における移動する標的ボリュームの照射計画））、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｄａｒｍｓｔａｄｔ、Ｇｅｒｍａｎｙ、２００６年の学位論文を参照する。いずれの場合も、動き補償ラスタ走査イオンビーム照射は、本質的に粒子ビーム腫瘍療法の当業者に既知である。
【０００７】
従って、対策（「動きの緩和」）が取られない場合、走査粒子ビームによる移動する腫瘍の治療は、基本的に動的照射と運動する構造との相互作用により線量誤差を招く可能性がある。能動ビーム適応（トラッキング）等の上述の方法が使用される場合でも、例えば単純な並進によって腫瘍の動きが記述できない場合、組織における粒子ビームの経路は、ビームの適応にもかかわらず変化するだろう。実際に、例えば胸郭の動きは回転要素及び／又は組織の変形を含みうるため、これは多くの場合に当てはまる。能動ビーム適応（トラッキング）により、ブラッグピーク、すなわち粒子線量の大部分の位置を解剖学的に正確な位置に移動できるが、ビーム経路が変化する結果、特に隣接領域、すなわちブラッグピークが存在するグリッド位置の上流にある、残りの組織への線量寄与が変化する。これにより、計画された線量付与と比較して局所的な過少付与及び過剰付与が生じるため、これは欠点となりうる。測定された肺腫瘍データに基づく治療シミュレーションにおいて、本発明者は、上述した線量変化を考慮しないことには、仮想上の静止した肺腫瘍のシミュレーション照射（線量変化が全く起こらない静的照射）と比較して、線量付与範囲が実質的に劣ることが分かった。
【０００８】
本発明は、特にこれらの問題を解決することを目的とする。
【０００９】
独国特許出願公開第１０  ２００５  ０６３  ２２０  Ａ１号明細書は、照射の時間経過を改善する手段を記載しているが、これは、上述の課題に関してさらに改善されることが可能である。
【発明の概要】
【００１０】
上記を鑑みて、本発明の目的は、移動する標的ボリュームへの照射の品質を向上させ、且つ動きにもかかわらず照射中の実際の線量分布と所定の所望の線量分布との間での適切な一致を実現する線量付与の方法及び装置を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、照射手順を最適化する線量付与の方法及び装置を提供することである。
【００１２】
本発明の目的は、独立請求項の主題により実現される。本発明の有利な改良点は、従属請求項において特定される。
【００１３】
本発明によると、体内の移動する標的ボリュームは、走査法を使用してエネルギービームにより照射される。身体は、腫瘍を治療するために照射される人間又は動物の生体、患者の照射を検査するためのモデル（動物モデル、細胞培養又は他の模型）、あるいは別の非生体のいずれかであってもよい。ビームは、特に、粒子ビーム、好ましくは例えば高エネルギー炭素イオンビーム等のイオンビームである。本発明は、特に、例えばビーム照射の品質及び精度、並びに必要な演算能力の態様が標的ボリュームの動きにもかかわらず考慮されるように照射装置を制御することに関する。本発明によると、標的ボリュームが複数のグリッド位置に３次元的に分割され、且つこれらのグリッド位置が高精度の細針状イオンビームにより連続して走査される走査法が使用される。この方法は、「走査法」として当業者に既知である。本明細書において上述したように、ある特定の放射線量を受ける複数のグリッド位置（例えば、ビーム経路に配置されたグリッド位置）が常に存在するが、「ｉ番目のグリッド位置の照射」という用語がブラッグピークが置かれる位置、すなわち最大線量を受けるグリッド位置を示すことは、当業者には明らかとなるだろう。従って、走査法において、加速器制御装置は、グリッド位置の関数として制御される粒子エネルギー及び粒子フルエンス（単位面積毎の粒子の数）を含むイオンビームにより個々のグリッド位置が連続して走査されるようにイオンビームを制御するため、グリッド位置に依存する線量は対応するグリッド位置において付与される。本発明は、特に背景技術において詳細に説明されたラスタ走査法及びスポット走査法に適している。
【００１４】
これらの走査法において、最初に、照射される身体の、より具体的には標的ボリューム（例えば、腫瘍）の時間分解構造が、呼吸等により発生する可能性のある身体の動きの影響下で記録される。記録は、例えば時間分解３次元コンピュータ断層撮影システム（４Ｄ−ＣＴとして既知である）、時間分解３次元磁気共鳴断層撮影システム（４Ｄ−ＭＲＴとして既知である）又は時間分解３次元ポジトロン放出断層撮影システム（４Ｄ−ＰＥＴとして既知である）等の時間分解３次元撮影できる診断システムを使用して照射前に実行される。これに関連して、以下の手順が使用されてもよい。
【００１５】
１）４Ｄ−ＣＴスキャン（すなわち、動きの代わりとの時間的な相関によって、呼吸サイクルにおいて時間に従って並べられた複数の３Ｄ−ＣＴスキャン（動き相Ｍ））を実行する手順
【００１６】
２）必要に応じて、４Ｄ−ＭＲＴ／４Ｄ−ＰＥＴ走査（分割、ステージング）を実行する手順
【００１７】
３）特に呼気中に、基準動き相を規定する手順
【００１８】
４）（非剛体）変換により、Ｍ−１個の動き相を基準動き相に登録する手順（例えばいわゆる「正規化された相互情報」が最小化される最適化処理）。結果として得られるＭ−１個の変換（及びそれらの逆）は、腫瘍の３Ｄ動きを説明できる。
【００１９】
５）４Ｄ−ＣＴスキャンの（３次元）基準相、並びに、（４Ｄ）−ＭＲスキャン、コントラストＣＴスキャン、又は４Ｄ−ＣＴスキャンから区切られたボリューム（腫瘍及びリスク臓器（ＯＡＲ））を使用して準静的照射計画を最適化する手順。一般にこれは、例えばＫｒａｅｍｅｒ他の「Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｐｌａｎｎｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｅａｖｙ−ｉｏｎ  ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ：  ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｂｅａｍ  ｍｏｄｅｌ  ａｎｄ  ｄｏｓｅ  ｏｐｔｉｍａｔｉｏｎ（重イオン放射線治療のための治療計画：物理ビームモデル及び線量最適化）」Ｐｈｙｓ  Ｍｅｄ  Ｂｉｏｌ  ２０００年、４５：３３２９９−３３１７、Ｋｒａｅｍｅｒ他の「Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｐｌａｎｎｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｅａｖｙ−ｉｏｎ  ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ：  ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙ  ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｄｏｓｅ（重イオン放射線治療のための治療計画：生物学的有効線量の算出及び最適化）」Ｐｈｙｓ  Ｍｅｄ  Ｂｉｏｌ  ２０００年、４５：３３１９−３３３０、Ｊａｅｋｅｌ及びＫｒａｅｍｅｒの「Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｐｌａｎｎｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｅａｖｙ  ｉｏｎ  Ｉｒａｄｄｉａｔｉｏｎ（重イオン照射のための治療計画）」、Ｐｈｙｓ．  Ｍｅｄ．  １４  ５３−６２により当業者に既知である。
【００２０】
６）全てのグリッド点及び全ての相に対して適応パラメータｄｘ、ｄｙ、ｄＥを判定するように、基準照射計画と、変換パラメータと、４Ｄ−ＣＴ相とを組み合わせる手順
【００２１】
７）以下においてＤｉｋｍと示される、動き相ｍの関数としてのグリッド点ｉ〜グリッド点ｋの線量寄与を判定する手順
【００２２】
８）以下において更に詳細に説明される照射方法を使用して照射を開始する手順
【００２３】
当業者には既知であるように、照射前に、コンピュータを含む照射計画装置を使用していわゆる照射計画が作成される。この目的のため、少なくとも４つの要素、すなわちｘ位置、ｙ位置、粒子エネルギー及び粒子フルエンスを含むデータタプルは、動き相ごとに分解された方法で、１つ以上の照射サイクルにわたりグリッド位置毎に生成される。複数のグリッド位置及び問題の複雑さにより、生成処理に相対的に長い時間かかる可能性があるため、一般に照射計画は、場合によっては照射の数時間又は数日前に、全体が作成され且つ格納される。既知の方法において、一般に患者は、所定の照射計画からの値を使用して照射される。
【００２４】
４Ｄデータに基づいて、当業者に既知である登録アルゴリズム（上記の４の説明を参照）を使用して個々の動き相間の（非剛体）変換、すなわち動きデータを判定することが可能である。換言すると、４ＤＣＴ動き相に基づいて、パラメータを基準動き相に変換することが判定され且つ位置適応パラメータの形式で格納される複数の時間間隔が規定される。これらの時間間隔は、（Ｍ−１）個の動き相により規定される間隔と同一であってもよい。更なる時間間隔を導入することが更に考えられる。従って、動き相は、４Ｄ−ＣＴ／４Ｄ−ＭＲＴデータから取得される。その後登録は、例えば呼気から吸気に変化する変換を最適化する。
【００２５】
このデータに基づいて、後で実行される照射中、動きの影響下でブラッグピークにより実際に到達される標的ボリュームのグリッド位置は、身体の動き測定値に基づいてリアルタイムで判定される。その後、使用可能になった補償パラメータにより、「正しい」位置に到達することが可能になる。
【００２６】
本発明によると、照射計画は照射前に更に作成される。これに関連して、データタプルのデータセットは基準データセットに対応し、基準データセットにおいては、本発明に従って、照射計画における粒子フルエンスが、後で照射手順に従う照射中にリアルタイムで変更される公称粒子フルエンスに対応する。従って、標的ボリュームの複数のグリッド位置ｉ、１≦ｉ≦Ｎを含む照射計画が作成され且つ格納される。照射計画は、各グリッド位置ｉの照射に対してそれぞれのグリッド位置及びグリッド位置に依存する公称粒子フルエンスを含む基準データセットを含む。
【００２７】
照射中、照射時間中のあらゆる時間において、どの動き相が存在するのかを判定するために、身体の動きは、動き感知装置により継続的に捕捉される。これに基づいて、グリッド位置の実際の動きは、４Ｄ−ＣＴ又は４Ｄ−ＭＲＴの実験等から取得された位置適応パラメータに基づいて照射中に連続して３次元的に判定される。
【００２８】
この目的のため、本発明は、照射中、照射前に格納されたデータセットを読み出し、且つ、変更された値で、特に変更された粒子フルエンスで、迅速に後続して照射を実行するように、リアルタイムで前記データセットを変更させる演算装置を含む。
【００２９】
一般に照射計画はＮ個のグリッド位置を含み、数Ｎは数千〜数万又はそれ以上でもよい。本発明によると、以下において更に詳細に説明されるように、他の照射中のｉ番目のグリッド位置、グリッド位置ｋの照射中に判定された動き相において、前に照射された他のｋ番目のグリッド位置１≦ｋ＜ｉの照射中にｉ番目のグリッド位置によって受け取られた、実際に付与された粒子フルエンスが、ｉ番目のグリッド位置１≦ｉ≦Ｎ毎に判定され且つ処理される。本発明によると、オンライン、すなわちリアルタイムでこれらの計算を実行できるように、以下のステップｉ１）〜ｉ４）がｉ番目のグリッド位置毎に実行され、この場合１≦ｉ≦Ｎである。一方、一般に１つのグリッド位置の照射は、数ミリ秒しかかからない。従って、データが多次元であるため、高い計算能力が必要なのは明らかである。
【００３０】
ｉ１）前のグリッド位置（１≦ｋ＜ｉ）の照射中にｉ番目の位置により既に受けた線量が、相互線量寄与を含む、以前に（すなわち、オフラインで）作成されたデータベース及び動きデータを使用して、照射サイクル中にリアルタイムで演算装置により算出される。
【００３１】
ｉ２）ステップｉ１）の後及び特にｉ番目のグリッド位置の照射の直前、ｉ番目のグリッド位置に対する補償値が、ｉ番目のグリッド位置が前のグリッド位置（１≦ｋ＜ｉ）の照射中に既に受けていると判定される線量に基づいて演算装置により算出される。
【００３２】
ｉ３）ｉ２）の後及びｉ番目のグリッド位置の照射の直前、補償された粒子フルエンスＦｉｃｏｍｐを含む変化したデータタプルは、ｉ番目のグリッド位置に対する補償値、及び照射計画においてｉ番目のグリッド位置に対して規定された公称粒子フルエンスｉｎｏｍを含む基準データタプルに基づいて、ｉ番目のグリッド位置に対して算出される。
【００３３】
ｉ４）その後、ｉ番目のグリッド位置は、リアルタイムで算出される補償粒子フルエンスＦｉｃｏｍｐにより照射される。
【００３４】
本発明の方法を使用して、標的ボリュームの動きにもかかわらず十分な線量有効範囲を実現でき、所望の値からの局所的な偏差を減少できることにより実際に付与された線量分布に対する動きの影響を軽減することが可能になる。
【００３５】
特に、ｉ番目のグリッド位置に対する補償値の計算は、ｉ−１番目のグリッド位置の照射中に実行される。
【００３６】
照射中、前に照射された全てのグリッド位置ｋの照射中にｉ番目のグリッド位置が受けた線量変化が全てのｋ＜ｉにわたり合計され、且つｉ番目のグリッド位置の照射に対する補償値が、線量変化（実際の線量と基準線量との差）の合計から、ｉ−１番目のグリッド位置の照射中に算出されるのが好ましい。
【００３７】
本発明の好適な一実施形態によると、ｉ番目のグリッド位置に対する補償値は、全ての前のｋ番目のグリッド位置の照射中にｉ番目のグリッド位置が受けた合計線量変化がｉ番目のグリッド位置に対する特定の基準線量で正規化された相対補正係数として演算装置により算出されるため、無次元補正係数である。この補償係数は、治療制御システムのサブシステム、すなわちＳＫＴと呼ばれる粒子フルエンス制御サブシステムに格納され、その後照射が実行されるｉ番目のグリッド位置に対して補償された粒子フルエンス（Ｆｉｃｏｍｐ）を算出するために、ｉ番目のグリッド位置の照射に先立って、ｉ番目のグリッド位置に対する補償値として粒子フルエンス制御サブシステムのメモリに読み込まれ、且つその後、依然としてｉ番目のグリッド位置の照射前に、照射計画においてｉ番目のグリッド位置に対して規定された公称粒子フルエンスによりリアルタイムで乗算される。このことは、補償値を、線量測定等のために日常的に変化する校正係数とは独立とすることができるために有利である。
【００３８】
ｉ番目のグリッド位置の照射の直前に粒子フルエンス制御サブシステムによりｉ番目のグリッド位置に対する補償値をメモリからロードできるように、粒子フルエンス制御サブシステムＳＫＴが全てのグリッド位置について適用された粒子フルエンスを制御し、且つ演算装置がｉ−１番目のグリッド位置の照射中にｉ番目のグリッド位置についての補償値を粒子フルエンス制御サブシステムＳＫＴのメモリに格納するのが有利である。次にサブシステムＳＫＴは、ｉ番目のグリッド位置に対する補償された粒子フルエンスによりｉ番目のグリッド位置を後続して照射するように、照射計画においてｉ番目のグリッド位置に対して規定された公称粒子フルエンスにリアルタイムで補償値を適用する。
【００３９】
ｉ番目のグリッド位置の照射計画の開始時に、ｉ番目のグリッド位置に対する補償値がサブシステムのメモリにまだ格納されていない場合、ｉ番目のグリッド位置が不正確な粒子フルエンスにより照射されるのを阻止するように、少なくともｉ番目のグリッド位置に対する補償値が格納されるまで、ビーム強度を変動するかあるいはビーム休止を導入することが可能だろう。
【００４０】
ｉ番目のグリッド位置の照射中、線量変化は全ての後続のグリッド位置ｏ、ｉ＜ｏ≦Ｎに対して同時に算出されないが、線量変化及び補償値は、計算能力を最適に利用し且つ補償値が可能な限り早く使用可能であることを保証するように、最初にｉ＋１番目のグリッド位置のみに対して算出されるのが好ましい。後続のグリッド位置ｉ＋１＜ｏ≦Ｎに対する線量変化及び補償値は、ｉ番目のグリッド位置に対する補償値がサブシステムのメモリに格納されるまで算出されない。
【００４１】
あるいは、ｉ番目のグリッド位置の照射中、ｉ番目のグリッド位置に配置される等エネルギー層のグリッド位置に対する線量変化を算出し、且つ等エネルギー層間の照射のビーム休止（いわゆる「スピル休止」）中に、後続の等エネルギー層のグリッド位置に対する線量変化を算出するのが好都合だろう。
【００４２】
前のｋ番目のグリッド位置の照射中に、既に照射計画においてｉ番目のグリッド位置に対して規定された基準線量以上の線量変化をｉ番目のグリッド位置が既に受けている場合がある。この場合、ｉ番目のグリッド位置の照射は、スキップされるかあるいは照射前に決定された最小線量で実行される。後者は、ビーム位置を継続的に制御する場合に有利だろう。この目的のため、最小線量は、基準線量の１％以上及び３０％以下であるのが好ましい。
【００４３】
また、照射中、グリッド位置に依存してビームの強度を各グリッド位置に適用される粒子フルエンスへと調整するのが有利である。これにより、可能な限り高速な照射、すなわち低い誤り率を有し且つ緩やかな照射を実現するように補償を算出するのに使用可能な時間が可能な限りバランスを保ち且つ／あるいは最小値へと近づけられるように、グリッド位置の照射時間を等しくすることが可能になる。
【００４４】
一般に、等エネルギー層の照射はビームパケット（いわゆる「スピル」）により実行され、次の等エネルギー層は、次のビームパケット（スピル）のみにより照射される。この点に関して、品質指標Ｑを規定するのが有利である。品質指標Ｑに基づいて、次のビームパケット（スピル）の開始は自動的に最適な動き相と同期される。この目的のため、演算装置は、種々の動き相に対する次のビームパケット（スピル）についての後続するグリッド位置に対する、グリッド位置に依存する粒子フルエンスの分布を算出し、例えば以下の評価基準に基づいて品質指標を利用して同期化を自動的に評価する。
【００４５】
以下の評価基準又はこれらの基準の（場合によっては重み付き）組合せのうちの少なくとも１つは、品質指標Ｑに含まれるのが好ましい。
【００４６】
ｉ）各グリッド位置についての補償された粒子フルエンスの類似度。各グリッド点の照射回数が可能な限り類似していることはこの場合の優位性であり、これは利用可能な演算時間に関してもその通りである。
【００４７】
ｉｉ）基準線量の粒子フルエンスからの補償された粒子フルエンスの偏差は可能な限り小さい。従って、必要に応じて干渉による影響が軽減されるだろう。
【００４８】
ｉｉｉ）後続のグリッド位置への潜在的な過剰付与が減少する。これにより、可能な限り基準値に近接する線量をグリッド位置毎に実現することが可能になる。
【００４９】
ｉｖ）関連付けられた動き相に到達することが予想されるまでの時間。一般に、グリッド位置の平均照射時間はミリ秒の範囲であり、層の平均照射時間は秒の範囲であり、断片の平均照射時間は分の範囲である。従って、動き相は、グリッド位置を照射する時間より大幅に長くてもよい。従って、次のビームパケット（スピル）による照射の開始が非常に長く遅延する場合、これは品質指標に対する更なる重み係数となるだろう。
【００５０】
本発明は、ビームを動きに能動適応すること（トラッキング）と組み合わされてもよいが、これはまたより複雑でない代替案である。本発明の好適な一使用例において、能動ビーム適応（トラッキング）は長さ方向ではなく横（ラテラル）方向に実行される。これは、グリッド位置に依存する補償値が動きの代わりの測定により判定された動き相及び照射計画中に判定されたパラメータに基づいて判定されることを意味する。しかし、横方向ビーム位置のみが能動的に適応され、これは走査磁石対を使用して相対的に容易に達成される。これに対して、ビームエネルギーは能動的に適応されないが、本発明の方法は、長さ方向次元での能動適応がないことを補償する。
【００５１】
本発明の効果は、１つの断片におけるグリッド位置が連続して複数回走査される（再走査）複数回照射技術に類似する、複数のサイクルにおいて実行された照射と組み合わせることにより更に向上する。従って、各照射サイクルにおいて、照射は僅かな基準線量で実行される。この方法において、前回の照射サイクルにおいてｉ番目のグリッド位置が受けた線量変化及び現在の照射サイクルにおいて前のグリッド位置の照射中にｉ番目のグリッド位置が受けた線量変化は、照射サイクルにおいてｉ番目のグリッド位置に対する補償係数を算出する際に考慮される。このように、実際の線量分布は所望の線量分布へとより適切に適応される。例えば断片毎に計画された線量の０．１％、１％又は１０％の線量許容誤差を受け入れること等により、照射サイクルの数は、集合的なデータ及び動きパラメータに基づいて事前に最適化されるか、患者特有のものであるか、あるいは照射中に判定されうる。許容量がこの値を下回ると、照射は終了する。終了するための他の決定的な要因は、不均一なグリッド（等エネルギー層毎の、複数の隔離されたグリッド点）を照射する機能等の技術的な限界条件であってもよい。
【００５２】
以下において、例示的な実施形態に基づいて且つ図面を参照して、本発明を更に詳細に説明する。同一の部分又は同様の部分は部分的に同一の図中符号を提供され、種々の例示的な実施形態の特徴は互いに組み合わされる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
図面において、
【図１】種々のビームの種類及びエネルギーに対する侵入深さの関数としての相対線量を示す図である。
【図２】加速器及び３つの照射ステーションを含む照射装置を示す概略図である。
【図３】位置適応パラメータを判定するシステムを示す概略図である。
【図４】３次元能動ビーム適応（トラッキング）の装置を示す概略図である。
【図５】照射ステーションにおいて照射される患者を示す図である。
【図６ａ】細針状イオンビームによるビーム位置の照射を示す概略図である。
【図６ｂ】動きの影響下での、細針状イオンビームによるビーム位置の照射を示す概略図である。
【図６ｃ】能動ビーム適応後の、動きの影響下での、細針状イオンビームによるビーム位置の照射を示す概略図である。
【図７】制御要素を含む照射装置を示す概略図である。
【図８】補償値の計算を示す図である。
【図９】補償値の計算を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１を参照すると、種々のビームに対する深部線量分布が示される。ビルドアップ効果後に線量が深さに関して指数関数的低下を示す光子（曲線１２）とは異なり、イオンは、ビーム範囲の端部でブラッグピーク又はブラッグ最大値と呼ばれる顕著な線量最大値を示す。この最大値は、エネルギーを変動させることにより深さをシフトすることができる。ブラッグピークは、陽子（曲線１８）の場合よりも炭素イオン（曲線１４及び１６）の場合により急峻であることが分かる。
【００５５】
図２は、身体において標的ボリュームに照射する例示的な照射装置２０の設計を示す概略図である。照射装置は、この例において２つの粒子源又はイオン源２２ａ、２２ｂを有する加速器２１を含む。２つの粒子源又はイオン源２２ａ、２２ｂは種々のイオンを生成し、その低エネルギー中間イオンビーム２３は、磁石２４を切り替えることにより、線形前段加速器２５に注入される。中間イオンビーム２３は、線形前段加速器２５により前段加速され、例えばシンクロトロン等の円形加速器２６に注入される。あるいは、サイクロトロン、すなわちいわゆる「誘電体壁加速器」又はレーザベースの加速器を使用することも可能である。いくつかの加速器は、例えばガントリ上の照射室に直接設置することも可能であるため、別個のビームガイダンスシステムは必要ない。
【００５６】
円形加速器２６は、最後にイオンを治療エネルギーと等しいか又はそれより僅かに高い所望のエネルギーに加速する。次に、イオンビーム又は治療ビーム２７は、円形加速器２６から抽出され、ビーム案内手段２８により照射室２９ａ、２９ｂ、２９ｃに入射される。照射室２９ａ、２９ｂ、２９ｃの各々において、イオンビーム２７により身体３０を照射できる。炭素イオンにより照射する場合、治療ビーム２７の粒子エネルギーは約８０〜５０ＭｅＶ／ｕの範囲である。２つの左の照射室２９ａ、２９ｂにおいて、身体３０の標的ボリューム３２は、ほぼイオンビーム２７が照射室２９ａ、２９ｂに入射する方向に照射される。右の照射室２９ｃは回転ガントリ２９ｄと呼ばれるものを備え、これは標的ボリューム３２を種々方向から照射することを可能とする（アイソセントリック照射）。身体３０は患者等であり、標的ボリューム３２は治療目的で照射される腫瘍である。しかし、更に身体は、腫瘍照射を検査するための模型であってもよく、例えば標的ボリュームは、照射される検出器又は異なる物質であってもよい。
【００５７】
図３は、動きセンサ及び演算装置を含む時間分解３次元撮影断層撮影システム４２、例えばいわゆる４Ｄ−ＣＴシステム又は４Ｄ−ＭＲＴシステムを示す。断層診断システムは、患者の呼吸等の身体３０の動きの影響下で腫瘍等の標的ボリューム３２の３次元の動きを記録し、動きデータをＭ個の動き相に分割する。次にコンピュータ４４は、照射前に、付与される所望の合計線量に基づいて照射計画４６を作成する。照射計画は、照射されるグリッド位置毎に位置及び公称粒子フルエンスのデータを含む。
【００５８】
更にコンピュータ４４は、動き相ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）毎に３次元位置適応パラメータ（Δｘｉ、Δｙｉ、ΔＥｉ）を含む位置適応テーブルを作成するため、この位置適応テーブルに基づき且つ身体の動きを認識することにより、それぞれの個々のグリッド位置の実際の位置及び／又は基準動き相ｍ＝ｒｅｆにおける基準位置からの実際の位置の偏差を算出することが可能である。これに関連して、Δｘｉは、基準相ｍ＝ｒｅｆにおけるグリッド位置ｉのｘ位置からの、動き相ｍにおけるグリッド位置ｉの横方向（ラテラル）ｘ位置の偏差を表す。同様に、Δｙｉは、他の横（ラテラル）方向、すなわちｙ方向の偏差を規定する。ΔＥｉは、ブラッグピークをグリッド位置ｉの基準位置から実際の位置へとシフトさせる、イオンエネルギーの偏差、すなわち長さ方向の位置適応パラメータを規定する。
【００５９】
図４は、能動動き補償を含む照射を示す簡略化された概略図である。加速器２１は、２つの対の走査磁石５２、５４を利用して標的ボリューム３２にわたり横方向（ラテラル）に走査される治療ビーム２７を提供する。標的ボリュームは、連続して走査される複数の等エネルギー層に分割され、ここでは３１８〜３２４に分割される。一般に、遠位の等エネルギー層から近位の等エネルギー層へと走査する、すなわち最も高いエネルギーから開始するのが好都合である。図４に示された時点で、等エネルギー層３２２は横方向（ラテラル）に走査されている。標的ボリューム３２が矢印３３により表されるように移動し且つ現在照射されているグリッド位置ｉの動きが既知である場合、ビーム位置は、標的ボリューム３２の動きにもかかわらず意図したグリッド位置ｉに到達するために、走査磁石５２、５４を利用して横方向（ラテラル）に且つダブルウェッジシステム５６を利用して長さ方向に、標的ボリューム３２の動きに能動的に適応される。現在照射されているグリッド位置ｉの実際の位置は、身体３０の動きを捕捉する動き感知装置５８及び治療制御システム７０に格納された位置適応テーブルを利用して判定される。
【００６０】
図５は、照射室２９ａ等における患者台３６上の患者３４を示す。あるいは、患者３４ではなく模型等の異なる身体３０が照射されてもよい。
【００６１】
図６ａにおいて、グリッド位置ｉが現在照射されている。これは、ビームが横方向（ラテラル）にはグリッド位置ｉへ（ｘ、ｙ）に入射され、現在のグリッド位置ｉが配置される等エネルギー層３２２にブラッグピークが配置されるように粒子エネルギー（Ｅ）が選択されることを意味する。この範囲で、図６ａは静止した標的ボリューム３２の照射を示す。
【００６２】
急峻なブラッグピーク１９ａにもかかわらず、線量付与は、グリッド位置ｉ以外のグリッド位置によっても受け取られ、特に、ビーム経路におけるブラッグピーク１９ａの上流の平坦域１９ｂのグリッド位置によって受け取られ、より少ない量だが、グリッド位置ｉのブラッグピーク１９ａのビーム軸上の下流の位置、すなわちブラッグピーク１９ａ背後の領域１９ｃによっても受け取られることが、侵入深さｚの関数としての線量付与１９から明らかである。静止した標的ボリューム３２の他のグリッド位置ｋ０、ｋ１及びｋ３〜ｋ９におけるこれらの線量付与は、（「静的」）基準照射計画４６において既に考慮されている。特に、照射前に作成された照射計画４６は、グリッド位置毎に所定の線量付与を実現するために各グリッド位置において付与される粒子の数を規定するテーブルを含む。ブラッグピーク１９ａの上流の平坦域１９ｂ等のために他の全てのグリッド位置ｋの照射中にグリッド位置ｉが受けた線量付与は、標的ボリューム３２が静止しているという仮定の下ではあるがこの照射計画４６において既に考慮されている。
【００６３】
標的ボリュームが例えば図６ｂに示されるように移動するため、照射されることを実際に意図するグリッド位置ｉが上方向に移動し且つ標的ボリュームが傾斜する場合、これにより、２つの悪影響が生じる。すなわち、２つの悪影響は、第１にブラッグピークが実際に照射されることを意図するグリッド位置ｉに到達しないこと、第２に標的ボリューム３２を介するビーム経路が標的ボリュームの傾斜等により変化することである。また、標的ボリューム３２が更に変形する可能性があるため、ビーム経路は更に変化する。
【００６４】
図６ｃに示されるように、ビーム位置の能動適応により、ブラッグピーク１９ａをグリッド位置ｉに再度移すことが可能である。ビーム２７を能動的に適応するこの方法は、一般に、当業者により既知であり、「トラッキング」と呼ばれる。また、図６ｃに更に示されるように、ビームは、図６ａに係る静止した標的ボリュームの仮定の下に作成された照射計画における経路とは異なる標的ボリュームを介した経路を取るため、平坦域１９ｂ等の線量付与は、ビームが標的ボリューム３２の動きに能動的に適応される場合であっても、静止した標的ボリュームの場合とは異なるグリッド位置ｋにおいて行われる。これらの付与誤差は、ビーム２７の能動適応だけでは除去されず、静的照射計画４６において考慮されない。これは、本発明が効果を示す点である。
【００６５】
以下において、本発明は、ｉ、ｋ等の変数により示される個々のグリッド位置又はそれらを互いに関連させるための他のプレースホルダーを参照して説明される。これらのプレースホルダーは、例えば１≦ｉ≦Ｎ等の全てのグリッド位置を示すために変数として使用されることが明らかである。
【００６６】
照射計画は、Ｎグリッド位置から構成され、Ｍ個の動き相を含む。図８に示された図を参照すると、動き相ｍにおいてグリッド位置ｉの照射中にグリッド位置ｋにおいて付与された線量は、照射前に事前に算出され、Ｄｉｋｍにより示される。これに関連して、グリッド位置ｉにおいて、照射計画に係る線量が付与されると仮定する。グリッド位置ｉ毎に、これらの値は、依然として照射される全てのグリッド位置ｋについての照射前に、全ての可能な動き相１≦ｍ≦Ｍについて算出される。図４を参照して説明されるように、遠位のグリッド位置の照射中に近位に発生する変化を、後続する近位のグリッド位置の照射中に補正できるように、一般に照射は、遠位から近位に実行される。
【００６７】
グリッド位置ｉの照射中、これによって後続して照射される全てのグリッド位置ｋ（線量が依然として能動的に変化できる）に発生した線量変化Δｄｉｋｍ（ｉ）は、以下の式を使用してそれぞれの個々のグリッド位置の動きの関数として本発明に従って算出される。
【００６８】
【数１】
0005539529.tif 000002
【００６９】
式中、ｍ（ｉ）は、グリッド位置ｉの照射中に測定された動き相を示し、ΔＤｉは、照射方法において現時点までのグリッド位置ｉに対する累積線量変化を示す。累積線量変化は、グリッド位置ｉの前に照射された全てのグリッド位置の個々の寄与を合計することにより、照射中にリアルタイムで算出される。
【００７０】
【数２】
0005539529.tif 000003
【００７１】
従って、ΔＤｉはグリッド位置ｉにおける線量変化に関連し、補償値として使用できる。
【００７２】
式（１）の項ΔＤｉ／Ｄｉｉｒｅｆにおいて、累積線量は、グリッド位置ｉが照射計画に従ってグリッド位置ｉの照射中に受けるはずの線量Ｄｉｉｒｅｆで正規化される。指標「ｒｅｆ」は基準相ｍ＝ｒｅｆを表す。動き相ｍの各々における各グリッド位置の実際の瞬間位置は、照射計画中に照射前に（オフラインで）作成された位置適応テーブルに基づいて算出される。
【００７３】
グリッド位置ｉの照射中、次のグリッド位置の正規化された、すなわち相対的な線量変化ΔＤｉ＋１／Ｄ（ｉ＋１）（ｉ＋１）ｒｅｆは、粒子フルエンス制御サブシステム（ＳＫＴ）７２に送信される（図７及び図９を参照）。照射制御システムにおいて、ＳＫＴ７２及び他の全てのサブシステム７１、７３、７４、７５の双方からアクセス可能なＳＫＴ７２の通信メモリは、照射の進行中にこの目的のために使用される。他の加速器は、他の通信プロトコル及びリアルタイム通信対応の装置を更に使用してもよい。
【００７４】
無次元の相対線量変化ΔＤｉ／Ｄｉｉｒｅｆを補償値として使用することにより、ＳＫＴ７２は、線量単位を機械パラメータに変換する必要なく線量変化を適用できるのが有利である。更にこの相対量は、線量を監視するために使用されたイオン化室６４の校正係数を日常的に変更することに左右されない。しかし、相対線量変化ではなく、線量変化ΔＤｉをＳＫＴの対応する単位（機械パラメータ）に変換し且つこの絶対量を送信することが更に可能である。
【００７５】
照射計画からの公称粒子フルエンスＦｉｎｏｍは、補償係数（１−ΔＤｉ／Ｄｉｉｒｅｆ）により乗算される。すなわち、累積線量変化により補償された粒子フルエンスＦｉ＋１ｃｏｍｐ＝Ｆｉ＋１ｎｏｍ（１−ΔＤｉ＋１／Ｄ（ｉ＋１）（ｉ＋１）ｒｅｆ）が、次のグリッド位置ｉ＋１に適用される。
【００７６】
従って、補償された粒子フルエンスは、グリッド位置ｉ＋１が照射計画において規定された基準線量を少なくとも受けるために依然として必要な線量寄与を高精度に反映し、動き及びビーム経路の変化にもかかわらずこれを行う。それに応じて、式（１）の補償係数は、グリッド位置ｉの照射が基準線量ではなく、補償係数（１−ΔＤｉ／Ｄｉｉｒｅｆ）により変化された線量で実行されることを反映する。
【００７７】
図９に示されるフローチャートを参照すると、手順は以下の通りである。
【００７８】
ブロック１：時間分解断層撮影走査（例えば４Ｄ  ＣＴスキャン等のいわゆる４Ｄ診断走査）が実行されるか、あるいは時間分解断層撮影データが３ＤＣＴスキャン及び患者特有のデータ又は集団的動きデータに基づいて算出される。
【００７９】
ブロック２：照射前に、以下の手順に係る時間分解断層撮影走査のデータに基づく動き相ｍ（いわゆる４Ｄ照射計画）を考慮して照射計画が実行される。
【００８０】
ブロック２ａ：データタプル（ｘｉ、ｙｉ、Ｅｉ、Ｔｉ）は、グリッド位置１≦ｉ≦Ｎ毎に規定される。式中、ｘｉ及びｙｉは横方向（ラテラル）位置であり、Ｅｉは粒子エネルギーであり、Ｔｉはｉ番目のグリッド位置において付与される粒子の数である。粒子の数及び粒子フルエンスが交換可能な量であることは明らかである。それぞれＮ個のグリッド位置を含む１つ又はＪ個の照射サイクルについて、照射前にこの規定が行われ、この結果は一般に照射計画と呼ばれる。
【００８１】
ブロック２ｂ：位置適応パラメータは、時間分解断層撮影のデータに基づいてグリッド位置ｉ及び動き相ｍ（Δｘｉ、Δｙｉ、ΔＥｉ）毎に規定される。これにより、動きの際のグリッド位置の実際の場所が、仮定的な休止状態に対応する、基準相ｍ＝ｒｅｆにおける基準位置にさかのぼって計算されることが可能となる。
【００８２】
ブロック２ｃ：線量補償パラメータＤｉｋｍは、全ての組合せｉ、ｋ＝１．．．Ｎ及び全ての動き相ｍ＝１．．．Ｍに対して規定される。
【００８３】
この目的のため、以下のステップを実行する。
【００８４】
必要に応じて、４Ｄ−ＭＲＴ／４Ｄ−ＰＥＴ走査（分割、ステージング）を実行するステップ；
【００８５】
特に呼気中に基準動き相を規定するステップ；
【００８６】
４Ｄ−ＣＴスキャンを使用できない場合、４Ｄ−ＣＴスキャンを実行するステップ；
【００８７】
（非剛体）変換により、Ｍ−１個の動き相を基準動き相に対して表すステップ（例えばいわゆる「正規化された相互情報」が最小化されるような最適化処理）、結果として得られるＭ−１個の変換（及びそれらの逆）は、腫瘍の３Ｄ動きを説明できる；
【００８８】
４Ｄ−ＣＴスキャンの（３次元）基準相、及び（４Ｄ）−ＭＲスキャン、コントラストＣＴスキャン又は４Ｄ−ＣＴスキャンからの部分ボリューム（腫瘍及びリスク臓器（ＯＡＲ））を使用して、準静的基準照射計画を最適化するステップ、一般にこれは、例えばＫｒａｅｍｅｒ他の「Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｐｌａｎｎｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｅａｖｙ−ｉｏｎ  ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ：  ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｂｅａｍ  ｍｏｄｅｌ  ａｎｄ  ｄｏｓｅ  ｏｐｔｉｍａｔｉｏｎ（重イオン放射線治療のための治療計画：物理ビームモデル及び線量最適化）」Ｐｈｙｓ  Ｍｅｄ  Ｂｉｏｌ  ２０００年、４５：３３２９．９−３３１７、Ｋｒａｅｍｅｒ他の「Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｐｌａｎｎｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｅａｖｙ−ｉｏｎ  ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ：  ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙ  ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｄｏｓｅ（重イオン放射線治療のための治療計画：生物学的有効線量の算出及び最適化）」Ｐｈｙｓ  Ｍｅｄ  Ｂｉｏｌ  ２０００年、４５：３３１９−３３３０、Ｊａｅｋｅｌ及びＫｒａｅｍｅｒ「Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｐｌａｎｎｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｅａｖｙ  ｉｏｎ  Ｉｒａｄｄｉａｔｉｏｎ（重イオン照射のための治療計画）」、Ｐｈｙｓ．  Ｍｅｄ．  １４  ５３−６２から当業者に既知であるれ
【００８９】
全てのグリッド点及び全ての相に対して適応パラメータｄｘ、ｄｙ、ｄＥを決定するように、基準照射計画と、変換パラメータと、４Ｄ−ＣＴ相とを組み合わせるステップ；
【００９０】
動き相ｍの関数として、以下においてＤｉｋｍと示されるグリッド点ｉからグリッド点ｋの線量寄与を判定するステップ。
【００９１】
ブロック３：照射中、ステップ３ａ〜３ｄは、全ての１≦ｉ≦Ｎにわたる全てのグリッド位置、及び当てはまるのであれば全ての照射サイクル１≦ｊ≦Ｊに対して、位置４と５とを組み合わせてリアルタイムに実行される。
【００９２】
ブロック３ａ：Δｄ（ｉ）（ｉ＋１）ｍ（ｉ）は、ブロック２ｃからの線量補償パラメータに基づいて、且つ動き感知装置により捕捉されるブロック４からの動きデータの関数として算出される。
【００９３】
ブロック３ｂ：無次元の相対的補償係数ΔＤｉ＋１／Ｄ（ｉ＋１）（ｉ＋１）ｒｅｆが算出される。
【００９４】
ブロック３ｃ：無次元の相対的補償係数ΔＤｉ＋１／Ｄ（ｉ＋１）（ｉ＋１）ｒｅｆは、粒子フルエンス制御サブシステムＳＫＴに送信され、位置５に係るＳＫＴの通信メモリに格納される。
【００９５】
ブロック３ｄ：Δｄｉｋｍ（ｉ）は、さらに照射される全てのｋ＞ｉ＋１に対して、ブロック２ｃからの線量補償パラメータＤｉｋｍに基づいて、且つ動き感知装置により捕捉されるブロック４からの動きデータの関数として、算出される、
【００９６】
ブロック４：動きデータは、動き感知装置により捕捉される。
【００９７】
ブロック５：粒子フルエンスは、粒子フルエンス制御サブシステムＳＫＴ７２により制御される。
【００９８】
ブロック５ａ：線量変化ΔＤｉ＋１／Ｄ（ｉ＋１）（ｉ＋１）ｒｅｆは、ＳＫＴのメモリから読み出される。
【００９９】
ブロック５ｂ：補償された粒子フルエンスＦｉｃｏｍｐは、ＳＫＴ７２より算出される。
【０１００】
ブロック５ｃ：グリッド位置ｉ＋１は、補償された粒子フルエンスＦｉｃｏｍｐを用いて照射される。
【０１０１】
従って、要約すると、補償値は、照射中にリアルタイムで算出され、照射計画において規定された公称粒子フルエンスの代わりに照射のために使用される補償された粒子フルエンスを取得するために、公称粒子フルエンスに適用される。補償値は、グリッド位置に固有の様式での動きの下で実際に適用された線量に依存し、こうしてグリッド位置依存しかつ動きに依存する。
【０１０２】
本発明は、好ましくはグリッド位置ｉの照射中に、ＳＫＴが補償値を適用する前に後続のグリッド位置ｉ＋１に対する補償値がＳＫＴに送信されることを保証することにより、相対的に複雑な線量補償処理の時間経過を制御する解決方法を更に提供する。
【０１０３】
図７は、本発明を実現できる方法の一例を示す。加速器２１により生成されたイオンビーム２７は、ここでは等エネルギー層３２０〜３２４に分割されている標的ボリューム３２に向けられ、矢印３３により示されるように照射中に断片内を移動する。ビーム２７は、走査磁石対５２、５４を用いて、標的ボリューム３２にわたり横方向（ラテラル）に、すなわちｘ方向及びｙ方向に走査される。図示された時点で、ビームは等エネルギー層３２２にわたり走査されている。
【０１０４】
実際のビーム位置は、少なくとも１つの、この例においては２つの、マルチワイヤチャンバ６２により監視され、位置データは、横方向（ラテラル）ビーム位置を監視するサブシステムＬＳＰ７３に送信される。ビーム２７の横方向（ラテラル）位置が十分な精度で照射計画４６に係る位置に一致しない場合、ＬＳＰ７３はインターロックを発生させる。
【０１０５】
走査磁石を制御するサブシステムＳＳＭ７１は、走査磁石を制御し、こうしてｘ方向及びｙ方向の横方向（ラテラル）グリッド位置を制御する。
【０１０６】
粒子フルエンス制御サブシステムＳＫＴ７２は、実際に付与された粒子数又は粒子フルエンスをチェックし、３倍に冗長となっていてもよいイオン化室６４の援助により、照射計画４６及び補償値に基づいて、現在のグリッド位置ｉが十分な粒子を受けており且つシステムが次のグリッド位置ｉ＋１に切り替えられる場合を判断する。切り替えコマンドは、モジュールＳＫＴ７２により、特にモジュールＳＳＭ７１に通信され、モジュールＳＳＭ７１はそれに応じて走査磁石を制御する。モジュールＳＫＴ７２はまた、等エネルギー層の終点を更に通信する。
【０１０７】
加速器を監視するサブシステムＫＭＢ７４は、加速器２１に対する制御装置８２と通信する。この通信により、例えば治療制御システム７０は、現在の等エネルギー層に対する粒子エネルギー、ビーム収束及びビーム強度を含む、現在必要とされるパラメータを有する次のビームパケット（スピル）についての要求を行う。本明細書において、サブシステム７１から７４に加え、治療制御システム７０は、文書化のためのサブシステムＤＯＫ７５、並びに照射計画４６及び演算装置８４を更に含む。
【０１０８】
等エネルギー層３２２の照射中、動き感知装置５８は、身体３０の動きを捕捉し、補償値を算出するためにこのデータを演算装置８４に送信する。現在のグリッド位置ｉの照射中、次に演算装置８４は、図３に従って作成された位置適応テーブル及び（「静的」）基準線量補償パラメータＤｉｋｍに基づいてリアルタイムに、動きに依存する補償値ΔＤｉ＋１／Ｄ（ｉ＋１）（ｉ＋１）ｒｅｆを算出する。演算装置８４は、照射計画４６から線量補償パラメータＤｉｋｍを取得する。演算装置８４は、リアルタイムに、グリッド位置ｉ毎に動きに依存する補償値ΔＤｉ＋１／Ｄ（ｉ＋１）（ｉ＋１）ｒｅｆをモジュールＳＫＴ７２に転送する。照射計画４６からの公称粒子フルエンス及び演算装置８４からの補償値に基づいて、モジュールＳＫＴ７２は、リアルタイムで補償された粒子フルエンスを算出してモジュールＳＳＭ７１と通信し、これにより補償された粒子フルエンスが付与された際に次のグリッド位置ｉ＋１へと切り替わるようにビーム２７を制御する。
【０１０９】
本発明の例において、ビームを横方向（ラテラル）方向に適応させるためにΔｘ及びΔｙを提供することにより、演算装置８４がモジュールＳＳＭ７１を制御し、且つモジュールＳＳＭ７１が続けて走査磁石５２及び５４を制御するように、本発明に係る線量補償は、３次元能動ビーム適応と組み合わされる。更に演算装置８４は、長さ方向ビーム適応を実行するために使用されるダブルウェッジシステム５６又は能動エネルギー適応のための他の何らかのシステムを制御する。
【０１１０】
本発明の例において、治療制御システム７０はＶＭＥ−ＢＵＳシステム７６を含むため、モジュール７１〜７５は、ＶＭＥ−ＢＵＳバスを介して互いに通信できる。
【０１１１】
有利な実施形態
本発明は、以下のように更に改良される。
【０１１２】
ａ）グリッド位置ｉの照射中、全ての後続のグリッド位置ｋ＞ｉに対する線量変化を算出し、次のグリッド位置ｉ＋１に対して累積された補償値をＳＫＴ７２に後続して送信してそれをそこに格納するのではなく、最初に、次のグリッド位置ｉ＋１に対する線量変化寄与だけが算出され、このグリッド位置ｉ＋１について累積された補償値が続けて送信される。残りの全てのグリッド位置ｉ＋２≦ｋ≦Ｎへの寄与が算出されるのはその後である。
【０１１３】
これは、次のグリッド位置、この場合はｉ＋１、の照射に対する補償値が、ＳＫＴ７２の通信メモリにおいて可能な限り早く使用可能であることを保証する。
【０１１４】
ｂ）グリッド位置ｉの照射中、同一の等エネルギー層のグリッド位置に対する線量変化のみが算出される。照射計画４６における他の等エネルギー層における残りのグリッド位置への線量変化寄与は、後に遅くとも等エネルギー層についての完了の際に行われる照射休止（スピル休止）の間までは処理されない。この方法は、能動エネルギー変動を採用する加速器等に適している。この一例はシンクロトロンを含む加速器であり、照射される等エネルギー層を規定するビームエネルギーは、シンクロトロンにおいて能動的に変動する。これは、新しいビームパケット（スピル）の生成と関連付けられるため、ビーム休止は、いずれにしても等エネルギー層の照射の間に起こる。
【０１１５】
サイクロトロンを有する加速器等の他の加速器は、吸収プレートを利用してビームを規定する（受動エネルギー変動）。同様に、この場合、エネルギーを変動させるために吸収プレートを挿入及び／又は除去することは、ビーム休止と関連付けられる。このビーム休止は、照射計画における他の等エネルギー層において残りのグリッド位置への線量変化寄与を算出するために更に使用されてもよい。
【０１１６】
他の等エネルギー層における残りのグリッド位置の線量変化寄与の算出を遅らせることにより、１つの等エネルギー層内のグリッド位置の連続照射の時間厳守局面の間の演算時間が短縮するため、必要な計算がグリッド位置の照射より長くかかる可能性が低下する。
【０１１７】
オプションとして、全ての後続のグリッド位置の線量変化寄与を算出するための十分な時間が依然としてない場合、次のグリッド位置の照射は、計算が終わるまでビームを中断することにより遅延されてもよく、また、ビーム強度が低下させられてもよい。
【０１１８】
ｃ）また、補償値のための記憶位置がグリッド位置毎に確保されるメモリアレイを作成するのが有利である。すると補償値は、全てのグリッド位置についてメモリの同一の場所に書き込まれるのではなく、アレイにおけるグリッド位置毎の事前定義された記憶位置に書き込まれる。これにより、ｉ番目のグリッド位置に対する補償値がメモリに書き込まれる前に読み出される場合に、これは例えば計算のための十分な時間がなく且つ計算のための更なる休止が望ましくない時に起こる可能性があるが、「０」（すなわち、補償なし、従って通常の粒子フルエンスの適用）が、ｉ＋１番目のグリッド位置の照射のために、前のグリッド位置ｉの補償値の代わりに読み出されてもよいことが可能となる。
【０１１９】
ｄ）グリッド位置ｉの累積線量変化ΔＤｉがグリッド位置ｉの所望の線量Ｄｉｉｒｅｆ以上である場合、これは相対線量変化が≧１であることに対応する。この場合、グリッド位置ｉは、前のグリッド位置ｋ＜ｉの照射中に少なくとも十分な線量を既に受けている。この場合、技術的に可能であればこのグリッド位置ｉはスキップされてもよい。例えばこれは、ビームを一時的に中断すること、又は位置測定中のエラーメッセージにもかかわらず照射計画を継続すること等により実行されてもよい。しかし、代わりとして、少なくとも事前定義された最小の線量が使用される。最小線量は照射前に選択され、且つ例えばＤｉｉｒｅｆの１％、５％又は３０％に達してもよい。最小線量による照射により、制御システムにおける不整合性を阻止することが可能になる。例えばこれは、線量付与がこのグリッド位置に更に提供され、そしてこれが横方向（ラテラル）ビーム位置を判定するためにマルチワイヤチャンバにより使用されてもよいことを保証する。また、最小線量を使用することにより、グリッド位置において線量分布の交互の変動が発生するのを減らすことが可能になる。すなわち、グリッド位置ｉにおける基準線量と比較して増加した線量により、隣接グリッド位置ｉ＋１に対して過剰付与となり、グリッド位置ｉ＋１において付与される線量が大幅に減少する場合、これによりグリッド位置ｉ＋２等において過少付与となる。最小線量を使用することにより、この相互自己強化効果を軽減できる。
【０１２０】
ｅ）例えば「ノックアウト抽出」と呼ばれるものにより、加速器が照射を一時的に中断できる場合、ビーム、すなわち照射は、グリッド位置の照射中により多くの演算時間が必要な場合に中断されてもよい。
【０１２１】
これらの措置により、補償係数の複雑な計算の時間経過を最適化し、且つ時間経過におけるエラーの可能性を低下させることが可能になる。
【０１２２】
本発明の方法は、種々の照射方法に対して使用されてもよい。特に、
【０１２３】
２ａ）単一の照射サイクル
照射計画に係る照射は１つの照射サイクルのみを含む。すなわち、全てのグリッド位置は１回だけ走査される。この場合、グリッド位置ｉの照射後にはグリッド位置ｋ＞ｉの粒子フルエンスのみが能動的に変化できるため、照射前であるｉ≦ｋ≦Ｎについて値Ｄｉｋｍを算出するので十分である。特にこの場合、照射は遠位から近位へと実行される。
【０１２４】
２ｂ）複数の照射サイクル
照射計画に係る照射は複数の照射サイクル１≦ｊ≦Ｊを含む。すなわち、従来の複数回照射技術（再走査）に類似して、全てのグリッド位置は続けて複数回走査される。
【０１２５】
しかし、現在までに、従来の複数回照射技術（再走査）は、移動する腫瘍を照射するための能動ビーム適応（トラッキング）とは別の方法として使用されている。そのような処理において、標的ボリュームは、複数の走査により統計的平均化を実現するために、毎回、（一般には拡張された安全域を使用して）計画された合計線量の１／ＪをＪ回照射される。本発明によると、照射サイクルｊについての補償値は、前の照射サイクルの線量変化を更に考慮するのが好ましい。例えば、ｊ番目の照射サイクルにおけるｉ番目のグリッド位置に対する補償値は、１＜ｐ＜ｊである前の照射サイクルｐにおける全てのグリッド位置の照射中のｉ番目のグリッド位置の線量変化、及び現在の照射サイクルｊにおいて１≦ｋ＜ｉである前のグリッド位置ｋの照射中のｉ番目のグリッドの線量変化に基づいて判定される。
【０１２６】
従って、本発明の方法を使用することにより、計画された全ての線量が場合によっては最初の照射中に既に付与されいるかもしれず、その後の照射中に動きに関連した線量変化だけが補償される。しかし、各照射サイクルにおいて計画された合計線量の一部を付与することが更に可能である。これにより、過剰付与の発生を減らす。更なる照射サイクルが実行されるか、又は既に付与された線量が計画された線量に十分に近接しているかを、照射中に判断することも可能である。複数の照射サイクルの場合、第２の照射サイクルを開始する際に、グリッド位置ｋ＜ｉにおける線量変化がまた能動的に変更されうるため、全ての１≦ｋ≦Ｎに対する値Ｄｉｋｍは照射前に算出される。
【０１２７】
本発明の方法は、動き補償の種々の方法と更に組み合わされてもよい。「能動動き補償」は、ビームを標的ボリュームの動きに能動的に適応すること（トラッキング）を意味するものとして理解される。例えば本発明の方法は、以下のものと組み合わされてもよい。
【０１２８】
３．ａ）能動動き補償なし
本発明の方法は、場合によっては３次元の全てにおいて能動動き補償を置き換えてもよい。
【０１２９】
３．ｂ）長さ方向能動動き補償
長さ方向能動動き補償（エネルギー適応）が、横方向（ラテラル）能動動き補償なしで実行される。
【０１３０】
３．ｃ）横方向（ラテラル）能動動き補償
横方向（ラテラル）能動動き補償（１次元又は２次元）が、長さ方向能動動き補償なしで実行される。ビームエネルギーを能動的に適応するのは相対的に複雑であるため、これは特に有利である。
【０１３１】
全ての動き補償が実行されない（変形例３．ａ）〜３．ｃ）場合、ブラッグピークが照射計画において規定されたグリッド位置以外のグリッド位置にあるかもしれないため、線量の大部分は「誤った」グリッド位置に付与される。本発明によると、これは照射前に算出されたＤｉｋｍにおいて考慮される。線量の主な部分が付与されるグリッド位置は、この目的のために作成されたテーブルから照射中に検索される。その後、このグリッド位置の補償線量変化が適用される。
【０１３２】
特に、変形例３．ｃにおいては、技術的に複雑なエネルギー適応が使用されないが、それにもかかわらず発生する線量変化は横方向（ラテラル）能動動き補償と本発明のグリッド位置に依存する粒子フルエンスに対する補償値との組合せを使用して補償されるため、この変形例は臨床的に適切である。
【０１３３】
３．ｄ）３次元能動動き補償
これは、例えば能動的に制御されたダブルウェッジシステムを利用して、ビームが横方向（ラテラル）方向次元ｘ、ｙの双方で標的ボリュームの横方向（ラテラル）の動きに能動的に適応され、且つビームエネルギーが長さ方向の動きに能動的に適応されることを意味する。この場合、本発明の方法は、移動する標的ボリュームに対する照射を更に改善する。
【０１３４】
照射サイクルの数及び能動動き補償の程度に対して使用可能な種々のオプションは、互いに組み合わせることができる。
【０１３５】
３．ｅ）本発明の方法はゲーティングと組み合わせることができる。動き相の一部分のみ、例えば呼気を中心とした３０％等を考慮すること、又は不安定な腫瘍の動き相を除く全ての相を考慮すること等が可能である。
【０１３６】
４．更なる実施形態
線量補償に必要な精度で腫瘍の動きパターンを高精度に予測することは、長期間、すなわち治療前且つ治療処理全体に対しては可能ではない。しかし、種々の方法は、標的ボリュームのグリッド位置の短期の動きパターンを予測し、且つそれに応答して照射手順を改善するために、ビーム休止（スピル休止）において使用されてもよい。動き相において、次のビームパケット（スピル）の開始時に照射されることが予期される複数のグリッド位置に対して、グリッド位置についての補償された粒子フルエンスは、発生する線量変化を考慮して算出される。動きのばらつきのせいで動きサイクル間の遷移を高精度に予測できないため、一般にいくつかの動きサイクルにわたりフルエンス分布を予測することは可能ではないが、可能な動き相ｍに基づいて少なくともいくつかのグリッド位置ｉに対して線量変化を予測できる。種々の方法は、技術的基準及び医学的基準に従って照射手順を改善するために使用されてもよい。
【０１３７】
４．ａ）順序の変更
グリッド位置が照射される順序を変更する。例えば、ビームパケット（スピル）内の強度の変化と組み合わせて、グリッド位置の照射順序はそれらの粒子フルエンスに従って選択されてもよい。例えばこれは、ノックアウト抽出の場合に可能である。
【０１３８】
４．ｂ）次のグリッド位置に対する粒子フルエンスの分布は、いくつかの動き相ｍに対して事前に算出され、品質指標Ｑを利用して評価される。従って、照射は最も好ましい動き相のみにおいて再開される。以下の評価基準は品質指標Ｑに含まれてもよい。
【０１３９】
ｉ）グリッド位置についての補償された粒子フルエンスは可能な限り類似する。
【０１４０】
ｉｉ）照射計画からの公称粒子フルエンスからの補償された粒子フルエンスの偏差は、可能な限り小さい。
【０１４１】
ｉｉｉ）過剰付与は最小限にされる。この点に関して、遠位の線量、すなわち既に照射されたグリッド位置はこれ以上能動的に変化できないが、近位、すなわち後続して照射されるグリッド位置における、潜在的な過剰付与を減少又は阻止することが依然として可能である。潜在的な過剰付与は、重み係数により異なる方法で更に重み付けされてもよい。
【０１４２】
ｉｖ）関連付けられた動き相に到達すると予想されるまでの時間。
【０１４３】
４．ｃ）好適な一実施形態によると、ビーム強度は、グリッド位置に依存して粒子フルエンスに応答して調整される。特に、低い粒子フルエンスを含むグリッド位置は低い強度で照射され、高い粒子フルエンスを含むグリッド位置は高い強度で照射される。これにより、グリッド位置の照射回数が等しくなるため、照射の持続時間を短縮することが可能になる。また、グリッド位置の照射回数が等しくなることにより、全てのグリッド位置の照射が、例えばビーム位置の測定等の適切なシステム機能を保証するのに十分なほど長くかかり、且つ補償値を算出するために使用可能な時間が更にバランスを保たれるため、補償値が遅れずに算出されず格納されないリスクが減少することを確認できる。
【０１４４】
４．ａ）〜４．ｃ）の下の措置は、互いに組み合わせ可能であり、１．２．及び３．の下で上述された措置とそれぞれ組み合わされてもよい。
【０１４５】
要約すると、本発明に係るグリッド位置に依存するリアルタイムの線量補償を使用することにより、能動ビーム適応（トラッキング）中に発生する過剰付与を減少し且つ過少付与を阻止することが可能になる。２つの方法を組み合わせる場合、中断する照射（ゲーティング）又は従来の多照射（再走査）による線量分布よりも優れた線量分布が期待されるだろう。しかし、場合によっては、技術的に複雑なエネルギー適応（長さ方向能動ビーム補償）を省くことも可能である。
【０１４６】
上述の実施形態は例示的なものであることを意図し、且つ本発明は、実施形態に限定されず、本発明の範囲から逸脱せずに多くの方法で変動してもよいことが当業者には容易に明らかとなるだろう。特徴は、本明細書、請求の範囲、図面又は他の場所において開示されるかに関係なく、他の特徴と共に説明される場合でも本発明の重要な要素を更に個々に構成することが更に明らかとなるだろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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