(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽子コンピューター断層撮影スキャナーを較正するための方法であって、
複数のエネルギー減衰設定のそれぞれについて、
１つ又は複数の減衰板を、エネルギーＥを有する陽子ビーム内に導入することであって、前記１つの減衰板が単独で又は前記複数の減衰板の組合せが既知の水等価厚（ＷＥＴ）値を有することと、
前記１つ又は複数の減衰板を通過し、１つ又は複数の検出チャネルを含むエネルギー検出器によって取込まれた複数の選択された陽子のそれぞれについて、前記エネルギー検出器から信号を取得することと、
を実施することと、
前記信号の少なくとも幾つかと、前記エネルギー検出器の対応する検出チャネルに関連する１つ又は複数の加重係数とに基づいて前記エネルギー検出器の加重応答を計算することと、
前記加重応答と、前記複数のエネルギー減衰設定に関連する前記既知のＷＥＴ値に基づく水等価経路長（ＷＥＰＬ）との間の関係を生成することと、
を含み、
前記複数の選択された陽子は、陽子事象削除にパスし、前記既知のＷＥＴ値に対応する経路長の０．５％内の計算された最尤経路長を有する陽子を含む、陽子コンピューター断層撮影スキャナーを較正するための方法。
【請求項２】
非一時的コンピューター可読媒体に前記関係を示す情報を記憶することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１つ又は複数の減衰板を導入することは、前記陽子ビーム内に１つ又は複数の実質的に平行なポリスチレン板を配置することを含み、それにより、前記減衰板が前記陽子ビームの長手方向軸にほぼ垂直になる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の減衰設定に関連する前記ＷＥＴ値は、ゼロと、減衰板がない状態で取得される最大加重応答の１０％である加重応答を生じる上限との間の範囲にある請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記エネルギー検出器は、複数の結晶を有するセグメント化された熱量計を含み、それにより、前記熱量計は、前記複数の結晶に対応する複数のチャネルを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記結晶のそれぞれは、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）結晶を含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記陽子事象削除は、前記陽子が散乱して前記スキャナーから出た事象を排除すること、陽子トラッキング情報が不明瞭である事象を排除すること、及び、前記陽子が、前記スキャナーの全てのトラッキング平面を通過しなかった事象を排除することのうちの１つ又は複数を含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記陽子ビームは、前記セグメント化された熱量計の前記結晶のそれぞれにおける前記選択された陽子の衝突を可能にする寸法に作られる円錐ビームを含む請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記１つ又は複数の加重係数は、前記熱量計のｉ番目のチャネルについての加重係数ｗｉを含む請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記ｉ番目の加重係数ｗｉは、ｗｉ＝（スケール係数）／＜ｒ＞ｉとして表され、前記スケール係数は、前記エネルギー検出器の前記加重応答について所望のスケールの値を提供するように選択され、＜ｒ＞ｉは、選択された未減衰陽子を前記結晶が受けるときの前記ｉ番目のチャネルのアベレージ信号を表す請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記選択された未減衰陽子は、いずれの減衰体も通過せず、それぞれの結晶の中心部分において、該それぞれの結晶に全体的に平行な方向に入る陽子を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記スケール係数は、前記ビームエネルギーＥに比例する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記スケール係数は、Ｃ＊Ｅであるように選択され、ここで、Ｃは、前記全てのチャネルの平均加重和が所望の値を生じるように選択された定数である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記エネルギー検出器の前記加重応答は、選択された陽子事象に関連するチャネルからの信号の加重和を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記信号のそれぞれは、ノイズフロア値を３σ超える値よりも高い値を有する請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記選択されたチャネルは、最大信号を有する値が高いチャネル及び前記値が高いチャネルの前記結晶を直接に囲む結晶に対応するチャネルを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記加重応答とＷＥＰＬとの間の前記関係は、前記複数のエネルギー減衰設定に対応するデータ点に基づく当てはめを含む請求項５に記載の方法。
【請求項１８】
前記当てはめは２次多項式の当てはめを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
陽子コンピューター断層撮影スキャナーであって、
ターゲット領域を通過する前又は後に、ビームの個々の陽子のトラッキングを容易にするように構成されたトラッカーと、
前記ターゲット領域を通過した前記個々の陽子のエネルギーを検出するように構成されたエネルギー検出器と、
前記ターゲット領域に又は該ターゲット領域の近くに位置決め可能であり、前記ビーム又は陽子についての複数のエネルギー減衰設定の導入を可能にするように構成された較正装置であって、複数の減衰板のうちの１つ又は複数を前記ビーム内に導入することを可能にするように構成された該複数の減衰板を含み、前記複数のエネルギー減衰設定のそれぞれが、当該エネルギー減衰設定に関連する既知の水等価厚（ＷＥＴ）値を有する較正装置と、
前記１つ又は複数の減衰板を通過し、１つ又は複数の検出チャネルを含む前記エネルギー検出器によって取込まれた複数の選択された陽子のそれぞれについて、前記エネルギー検出器から信号を取得するように構成されたデータ取得システムと、
プロセッサとを備え、
前記複数の選択された陽子は、陽子事象削除にパスし、前記既知のＷＥＴ値に対応する経路長の０．５％内の計算された最尤経路長を有する陽子を含み、
前記プロセッサは、
前記信号の少なくとも幾つかと、前記エネルギー検出器の対応する検出チャネルに関連する１つ又は複数の加重係数とに基づいて前記エネルギー検出器の加重応答を計算し、
前記加重応答と、前記複数のエネルギー減衰設定に関連する前記既知のＷＥＴ値に基づく水等価経路長（ＷＥＰＬ）との間の関係を生成するように構成される、
陽子コンピューター断層撮影スキャナー。
【請求項２０】
前記エネルギー検出器は、複数の結晶を有する分割された熱量計を含み、それにより、前記熱量計は、前記複数の結晶に対応する複数のチャネルを含む請求項１９に記載のスキャナー。
【請求項２１】
前記結晶のそれぞれは、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）結晶を含む請求項２０に記載のスキャナー。
【請求項２２】
前記トラッカーは、シリコンストリップの複数の検出平面を有する前トラッカー及びシリコンストリップの複数の検出平面を有する後トラッカーを含む請求項１９に記載のスキャナー。
【請求項２３】
前記較正装置は、前記ビーム内への前記減衰板のうちの前記１つ又は複数の導入の遠隔制御を可能にするために、前記複数の減衰板のそれぞれに機械的に結合したアクチュエーターを備える請求項１９に記載のスキャナー。
【請求項２４】
前記複数の減衰板のそれぞれはポリスチレン板である請求項１９に記載のスキャナー。
【請求項２５】
陽子コンピューター断層撮影スキャナーを較正するための方法であって、
複数のエネルギー減衰設定のそれぞれについて、
１つ又は複数の減衰板を、エネルギーＥを有する陽子ビーム内に導入することであって、前記１つの減衰板が単独で又は前記複数の減衰板の組合せが既知の水等価厚（ＷＥＴ）値を有することと、
前記１つ又は複数の減衰板を通過し、１つ又は複数の検出チャネルを含むエネルギー検出器によって取込まれた複数の選択された陽子のそれぞれについて、前記エネルギー検出器から信号を取得することと、
を実施することと、
前記信号の少なくとも幾つかと、前記エネルギー検出器の対応する検出チャネルに関連する１つ又は複数の加重係数とに基づいて前記エネルギー検出器の加重応答を計算することと、
前記加重応答と、前記複数のエネルギー減衰設定に関連する前記既知のＷＥＴ値に基づく水等価経路長（ＷＥＰＬ）との間の関係を生成することと、
を含み、
前記エネルギー検出器は、複数の結晶を有するセグメント化された熱量計を含み、それにより、前記熱量計は、前記複数の結晶に対応する複数のチャネルを含み、
前記１つ又は複数の加重係数は、前記熱量計のｉ番目のチャネルについての加重係数ｗｉを含み、
前記エネルギー検出器の前記加重応答は、選択された陽子事象に関連するチャネルからの信号の加重和を含み、
前記選択されたチャネルは、最大信号を有する値が高いチャネル及び前記値が高いチャネルの前記結晶を直接に囲む結晶に対応するチャネルを含む、陽子コンピューター断層撮影スキャナーを較正するための方法。
【請求項２６】
陽子コンピューター断層撮影スキャナーであって、
ターゲット領域を通過する前又は後に、ビームの個々の陽子のトラッキングを容易にするように構成されたトラッカーと、
前記ターゲット領域を通過した前記個々の陽子のエネルギーを検出するように構成されたエネルギー検出器と、
前記ターゲット領域に又は該ターゲット領域の近くに位置決め可能であり、前記ビーム又は陽子についての複数のエネルギー減衰設定の導入を可能にするように構成された較正装置であって、複数の減衰板のうちの１つ又は複数を前記ビーム内に導入することを可能にするように構成された該複数の減衰板を含み、前記複数のエネルギー減衰設定のそれぞれが、当該エネルギー減衰設定に関連する既知の水等価厚（ＷＥＴ）値を有する較正装置と、
前記１つ又は複数の減衰板を通過し、１つ又は複数の検出チャネルを含む前記エネルギー検出器によって取込まれた複数の選択された陽子のそれぞれについて、前記エネルギー検出器から信号を取得するように構成されたデータ取得システムと、
プロセッサとを備え、
前記エネルギー検出器は、複数の結晶を有するセグメント化された熱量計を含み、それにより、前記熱量計は、前記複数の結晶に対応する複数のチャネルを含み、
前記１つ又は複数の加重係数は、前記熱量計のｉ番目のチャネルについての加重係数ｗｉを含み、
前記エネルギー検出器の前記加重応答は、選択された陽子事象に関連するチャネルからの信号の加重和を含み、
前記選択されたチャネルは、最大信号を有する値が高いチャネル及び前記値が高いチャネルの前記結晶を直接に囲む結晶に対応するチャネルを含み、
前記プロセッサは、
前記信号の少なくとも幾つかと、前記エネルギー検出器の対応する検出チャネルに関連する１つ又は複数の加重係数とに基づいて前記エネルギー検出器の加重応答を計算し、
前記加重応答と、前記複数のエネルギー減衰設定に関連する前記既知のＷＥＴ値に基づく水等価経路長（ＷＥＰＬ）との間の関係を生成するように構成される、
陽子コンピューター断層撮影スキャナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、包括的には、医療撮像の分野に関し、より詳細には、陽子コンピューター断層撮影スキャナーの較正に関するシステム、装置及び方法に関する。
【０００２】
［優先権の主張］
本出願は、２０１１年３月７日に出願された「SYSTEMS AND METHODS FOR CALIBRATING A PROTON COMPUTED TOMOGRAPHY SCANNER」という名称の米国仮特許出願第６１／４５０，０４７号の優先権の利益を主張し、この出願を引用することによりその全体が本明細書の一部とみなされる。
【０００３】
［連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載］
本発明は、ＮＩＨ認可番号第１Ｒ０１ＥＢ０１３１１８−０１号及びＤＯＤ契約番号第Ｗ８１ＸＷＨ０−０８−１−０２０５による政府の支援によって、一部資金提供を受けたものである。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００４】
陽子等のエネルギー性イオンは、患者の一部分等のオブジェクトの画像を形成するために使用され得る。こうしたイオンベース撮像は、例えばコンピューター断層撮影（ＣＴ）を含み得る。
【０００５】
陽子の使用によって生成されるＣＴ画像は、オブジェクトに関連する相対阻止能（ＲＳＰ）の分布に基づき得る。オブジェクトを通過することによって生じる陽子のエネルギー損失の正確な測定は、オブジェクトのＲＳＰ分布の再構成の改善をもたらし得る。
【発明の概要】
【０００６】
幾つかの実施態様において、本開示は、陽子コンピューター断層撮影スキャナーを較正するための方法に関する。本方法は、複数のエネルギー減衰（energy degradation）設定のそれぞれについて、１つ又は複数の減衰板(degrader plate)を、エネルギーＥを有する陽子ビーム内に導入することであって、前記１つ又は複数の減衰板は組合せて既知の水等価厚（ＷＥＴ）値を有することと、前記１つ又は複数の減衰板を通過し、エネルギー検出器によって取込まれた複数の選択された陽子のそれぞれについて、前記エネルギー検出器から信号を取得することとを実施することを含む。本方法は、前記信号の少なくとも幾つかと、前記エネルギー検出器に関連する１つ又は複数の加重係数とに基づいて前記エネルギー検出器の加重応答を計算することを更に含む。本方法は、前記加重応答と、前記複数のエネルギー減衰設定に関連する前記既知のＷＥＴ値に基づく水等価経路長（ＷＥＰＬ）との間の関係を生成することを更に含む。
【０００７】
幾つかの実施態様において、本方法は、非一時的コンピューター可読媒体に前記関係を示す情報を記憶することを更に含むことができる。幾つかの実施態様において、前記１つ又は複数の減衰板を導入することは、前記陽子ビーム内に１つ又は複数の実質的に平行なポリスチレン板を配置することを含むことができ、それにより、前記減衰板が前記陽子ビームの長手方向軸にほぼ垂直になる。前記複数の減衰設定に関連する前記ＷＥＴ値は、ゼロと、減衰板がない状態で取得される最大加重応答の約１０％である加重応答を生じる上限との間の範囲にあることができる。
【０００８】
幾つかの実施態様において、前記エネルギー検出器は、複数の結晶を有するセグメント化された熱量計を含むことができ、それにより、前記熱量計は、前記複数の結晶に対応する複数のチャネルを含む。幾つかの実施態様において、前記結晶のそれぞれは、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）結晶を含むことができる。前記複数の選択された陽子は、陽子事象削除を通過し、前記既知のＷＥＴ値に対応する経路長のＹ％内の計算された最尤経路長を有する陽子を含むことができる。前記Ｙの値は例えば約０．５とすることができる。前記陽子事象削除は、前記陽子が散乱して前記スキャナーから出た事象を排除すること、陽子トラッキング情報が不明瞭である事象を排除すること、及び、前記陽子が、前記スキャナーの全てのトラッキング平面を通過しなかった事象を排除することのうちの１つ又は複数を含むことができる。
【０００９】
幾つかの実施態様において、前記陽子ビームは、前記セグメント化された熱量計の前記結晶のそれぞれにおける前記選択された陽子の衝突を可能にする寸法に作られる円錐ビームを含むことができる。幾つかの実施態様において、前記１つ又は複数の加重係数は、前記熱量計のｉ番目のチャネルについての加重係数ｗｉを含むことができる。前記ｉ番目の加重係数ｗｉは、例えばｗｉ＝（スケール係数）／＜ｒ＞ｉとして表すことができ、前記スケール係数は、前記エネルギー検出器の前記加重応答について所望のスケールの値を提供するように選択され、＜ｒ＞ｉは、選択された未劣化陽子を前記結晶が受けるときの前記ｉ番目のチャネルのアベレージ信号を表す。前記選択された未劣化陽子は、いずれの減衰体も通過せず、それぞれの結晶の中心部分において、該それぞれの結晶に全体的に平行な方向に入る陽子を含むことができる。前記スケール係数は、前記ビームエネルギーＥに比例することができる。前記スケール係数は、Ｃ＊Ｅであるように選択することができ、ここで、Ｃは、前記チャネルの全ての平均加重和が所望の値を生じるように選択された定数である。
【００１０】
幾つかの実施態様において、前記エネルギー検出器の前記加重応答は、選択されたチャネルからの信号の加重和を含むことができる。前記信号のそれぞれは、ノイズフロア値を３σ超える値よりも高い値を有することができる。前記選択されたチャネルは、最大信号を有する値が高いチャネル及び前記値が高いチャネルの前記結晶をすぐに囲む結晶に対応するチャネルを含むことができる。
【００１１】
幾つかの実施態様において、前記加重応答とＷＥＰＬとの間の前記関係は、前記複数のエネルギー減衰設定に対応するデータ点に基づく当てはめを含むことができる。前記当てはめは２次多項式の当てはめを含むことができる。
【００１２】
幾つかの実施態様において、本開示は、陽子コンピューター断層撮影スキャナーであって、ターゲット領域を通過する前又は後に、ビームの個々の陽子のトラッキングを容易にするように構成されたトラッカーを備える陽子コンピューター断層撮影スキャナーに関する。本スキャナーは、前記ターゲット領域を通過した前記個々の陽子のエネルギーを検出するように構成されたエネルギー検出器を更に備える。本スキャナーは、前記ターゲット領域に又は該ターゲット領域の近くに位置決め可能であり、前記ビーム又は陽子についての複数のエネルギー減衰設定の導入を可能にするように構成された較正装置を更に備える。前記較正装置は、複数の減衰板のうちの１つ又は複数を前記ビーム内に導入することを可能にするように構成された該複数の減衰板を含み、前記１つ又は複数の減衰板は組合せて既知の水等価厚（ＷＥＴ）値を有する。本スキャナーは、前記１つ又は複数の減衰板を通過し、前記エネルギー検出器によって取込まれた複数の選択された陽子のそれぞれについて、前記エネルギー検出器から信号を取得するように構成されたデータ取得システムを更に備える。本スキャナーは、プロセッサを更に備え、前記プロセッサは、前記信号の少なくとも幾つかと、前記エネルギー検出器に関連する１つ又は複数の加重係数とに基づいて前記エネルギー検出器の加重応答を計算し、前記加重応答と、前記複数のエネルギー減衰設定に関連する前記既知のＷＥＴ値に基づく水等価経路長（ＷＥＰＬ）との間の関係を生成するように構成される。
【００１３】
幾つかの実施態様において、前記エネルギー検出器は、複数の結晶を有するセグメント化された熱量計を含むことができ、それにより、前記熱量計は、前記複数の結晶に対応する複数のチャネルを含む。幾つかの実施態様において、前記結晶のそれぞれは、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）結晶を含むことができる。
【００１４】
幾つかの実施態様において、前記トラッカーは、シリコンストリップの複数の検出平面を有する前トラッカー及びシリコンストリップの複数の検出平面を有する後トラッカーを含むことができる。幾つかの実施態様において、前記較正装置は、前記ビーム内への前記減衰板のうちの前記１つ又は複数の導入の遠隔制御を可能にするために、前記複数の減衰板のそれぞれに機械的に結合したアクチュエーターを備えることができる。幾つかの実施態様において、前記複数の減衰板のそれぞれはポリスチレン板とすることができる。
【００１５】
幾つかの実施態様において、本開示は、イオンベース撮像システムのための較正装置に関する。較正装置は、該較正装置が前記撮像システムのターゲット領域に位置決めされることを可能にし、イオンビームが、前記ターゲット領域を通過することを可能にするように構成されたフレームを備える。本較正装置は、前記イオンビームに入るようにまた前記イオンビームから出るように可動であるように構成された複数の減衰板を更に備え、各減衰板は、既知の水等価厚（ＷＥＴ）値を有し、それにより、前記減衰板の組合せは、前記イオンビームについての複数のエネルギー減衰設定の導入、及び、個々のイオンの残留エネルギーの測定値に関連する応答と水等価経路長（ＷＥＰＬ）との間の関係の推定を可能にする。
【００１６】
幾つかの実施態様において、本較正装置は、前記エネルギー減衰設定の導入の遠隔制御を可能にするために、前記複数の減衰板に機械的に結合した複数のアクチュエーターを更に備えることができる。幾つかの実施態様において、前記イオンは陽子を含むことができる。幾つかの実施態様において、前記撮像システムは、コンピューター断層撮影法撮像システムを含むことができる。
【００１７】
本開示を要約するために、本発明の或る特定の態様、利点及び新規の特徴が本明細書で述べられている。全てのこうした利点を、本発明の任意の特定の実施形態に従って達成することが必ずしもできるわけではないことが理解される。そのため、本発明は、本明細書で教示又は示唆される可能性がある他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示される１つの利点又は利点の群を達成するか又は最適化するように、具現化又は実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】オブジェクトを通過し、オブジェクトの相対阻止能（ＲＳＰ）の分布によってエネルギーを失う陽子等のエネルギー性イオンを概略的に示す図である。
【図２】図１の阻止能原理に基づいて動作するように構成され得る撮像システムを示す図である。
【図３】図２の撮像システムにおいて実施され得る較正システムのより詳細な図である。
【図４】図１の撮像システムの例であり得る例示的な陽子コンピューター断層撮影（ｐＣＴ）スキャナーを示す図である。
【図５】図４のｐＣＴスキャナーが陽子ビームに対してどのように搭載され得るかの例を示す図である。
【図６】オブジェクトを通過した陽子のエネルギーを測定するための熱量計結晶の例示的な構成を示す図である。
【図７Ａ】図６の複数の結晶を有する例示的なエネルギー検出器の前斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａのエネルギー検出器の後斜視図である。
【図８】図３の較正システムの例示的な構成を有する図４の例示的なｐＣＴスキャナーを示す図である。
【図９】図３の較正システムの別の例示的な構成を有する図４の例示的なｐＣＴスキャナーを示す図である。
【図１０Ａ】図９の較正システムの更なる細部を示す図である。
【図１０Ｂ】図９の較正システムの更なる細部を示す図である。
【図１０Ｃ】図９の較正システムの更なる細部を示す図である。
【図１１】図８及び図９の較正システムにおいて使用され得る減衰板を示す図である。
【図１２Ａ】選択された減衰板をビームに挿入することによって、異なる量のエネルギー減衰がどのように陽子ビームに導入され得るかの例を示す図である。
【図１２Ｂ】選択された減衰板をビームに挿入することによって、異なる量のエネルギー減衰がどのように陽子ビームに導入され得るかの例を示す図である。
【図１２Ｃ】選択された減衰板をビームに挿入することによって、異なる量のエネルギー減衰がどのように陽子ビームに導入され得るかの例を示す図である。
【図１３】水等価経路長（ＷＥＰＬ）とエネルギー検出器の応答との間の較正関係を取得するために実施され得るプロセスを示す図である。
【図１４】幾つかの実施形態において、図１３の較正プロセスが、ｐＣＴシステムの初期化の一部として実施され得ることを示す図である。
【図１５】幾つかの実施形態において、図１３の較正プロセスが、ｐＣＴのビームエネルギーが変化するときに実施され得ることを示す図である。
【図１６】エネルギー検出器の各結晶についての応答加重係数を推定するために実施され得るプロセスを示す図である。
【図１７】ビームが、図１６のプロセスを容易にするようにどのように構成され得るかの例を示す図である。
【図１８】図１６のプロセスを実施するために選択された陽子事象のコンピューター生成グラフィックを示す図である。
【図１９】陽子ビームが異なる減衰値を受けるときの、エネルギー検出器の応答を計算するために実施され得るプロセスを示す図である。
【図２０】ビーム及び減衰が、図１９のプロセスを容易にするようにどのように構成され得るかの例を示す図である。
【図２１】エネルギー検出器からの信号が、図１９のプロセスを実施するためにどのように選択され得るかの例を示す図である。
【図２２】エネルギー検出器応答の例を示す図である。
【図２３】エネルギー検出器応答とＷＥＰＬとの間の関係を推定するために実施され得るプロセスを示す図である。
【図２４】２００ＭｅＶ陽子についてエネルギー検出器応答とＷＥＰＬとの間の関係の例を示す図である。
【図２５】２００ＭｅＶ陽子についてエネルギー検出器応答とＷＥＰＬとの間の関係の別の例を示す図である。
【図２６】１００ＭｅＶ陽子についてエネルギー検出器応答とＷＥＰＬとの間の関係の例を示す図である。
【図２７】例示的な筋肉等価板について本明細書で述べるように取得されたＷＥＰＬ分布を示す図である。
【図２８】非板ラインからの、筋肉等価板によるブラッグピークの遠位縁部のシフトを示す図である。
【図２９】本明細書で述べる較正機構を利用した、再構成された水ファントムからの軸方向スライスを示す図である。
【図３０】図２９の軸方向スライスの中央帯状体プロファイルを示す図である。
【図３１】図２９及び図３０の例示的な水ファントムの中央アーチファクト及びアクリル壁を除いて、対象領域から選択されたＲＳＰ値のヒストグラムを示す図である。
【図３２】１００ＭｅＶ及び２００ＭｅＶのビームエネルギーについての例示的なＷＥＰＬ不確実性曲線値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書に設けられる表題は、たとえあっても、単に便宜上のものであり、必ずしも特許請求される本発明の範囲にも意味にも影響を及ぼさない。
【００２０】
本明細書では、陽子コンピューター断層撮影（ｐＣＴ）スキャナー等の陽子ベース撮像装置の較正に関するシステム、装置、及び方法の種々の例が提供される。こうしたｐＣＴスキャナーに関連して述べられるが、本明細書で述べる１つ又は複数の特徴は、同様に陽子放射線画像装置等の他の撮像装置においても利用され得ることが理解されるであろう。
【００２１】
同様に、本明細書で述べる種々の特徴及び例は、陽子に関連する。本明細書で述べる１つ又は複数の特徴は、限定はしないが、炭素イオンを含む他のエネルギー性イオンを使用するシステムでも実施され得ることが理解されるであろう。
【００２２】
陽子コンピューター断層撮影法（ｐＣＴ）は、患者に貫入するのに十分なエネルギーの陽子による、断層撮影画像の再構成を含む。ＰＣＴは、ハウンスフィールド単位をＲＳＰに変換する必要性なしで、患者における相対阻止能（ＲＳＰ）の分布を提供する点で、Ｘ線ＣＴより正確であり得る。したがって、ＰＣＴは、Ｘ線ＣＴの代わりに陽子処置計画等の用途に使用され得る。
【００２３】
幾つかの実施態様では、ｐＣＴスキャニング及び画像再構成は、スキャンされるオブジェクトを通る陽子の通過によって生じる陽子のエネルギー損失の測定に基づき得る。陽子はまた、オブジェクトを横断する陽子に基づく２Ｄ撮像について陽子放射線撮影法を実施するために使用され得る。陽子放射線撮影法は、例えば、Ｘ線−ＣＴ−プラニング式陽子処置における品質保証のための、又は、呼吸中に陽子範囲変動を定量化するためのツールとして利用され得る。
【００２４】
患者の一部分等のオブジェクトと陽子が相互作用した後に、陽子のエネルギー損失又は残留範囲を測定することによって、オブジェクトにわたる水等価経路長（ＷＥＰＬ）分布が推測され得る。こうしたＷＥＰＬ分布を取得することは、通常、検出器応答の、陽子の経路ｌに沿うオブジェクトのＲＳＰの積分への変換を含む。こうした変換は、関係
【００２５】
【数１】
0005952844.tif 000002
【００２６】
に基づき得る。ここで、ＬはＷＥＰＬを表し、ρは、オブジェクトの物質の局所阻止能Ｓｍと水の阻止能Ｓｗとの比として規定される。
【００２７】
【数２】
0005952844.tif 000003
【００２８】
約３０ＭｅＶと２５０ＭｅＶとの間の範囲の陽子エネルギーについて、陽子エネルギーによるＲＳＰの変動は概ね無視できることが留意される。例えば、（国際放射線防護委員会（International Commission on Radiological Protection）（ＩＣＲＰ）によって定義される）脳組織の場合、３０ＭｅＶのＲＳＰと２００ＭｅＶのＲＳＰとの差は約０．０７％に過ぎない。したがって、実用的な目的で、ρは、概ね陽子エネルギーに無関係であるとして考えられ得る。
【００２９】
（オブジェクトを通過した後の）陽子の残留エネルギーがわかっていると仮定すると、ＷＥＰＬの推定値Ｌは、水中の陽子の阻止能の逆数の積分
【００３０】
【数３】
0005952844.tif 000004
【００３１】
を数値的に解くことによって取得され得る。ここで、Ｅｉｎは、陽子の入って来るエネルギーであり、Ｅｏｕｔは、出て行くエネルギーである。Ｓ（Ｉｗ，Ｅ）は、エネルギーＥの陽子についての水の阻止能であり、Ｉｗは、水の平均励起エネルギーである。約１０ＭｅＶを超えるエネルギー範囲の阻止能は、ベーテ−ブロッホの式（Bethe-Bloch equation）によって適切に記述され得る。
【００３２】
式３の使用は、オブジェクトを横断した後の陽子の出て行くエネルギーについての知識を必要とする。本明細書には、陽子の出て行くエネルギーの正確な特定を可能にするために、熱量計（タリウムドープヨウ化セシウム（ＣｓＩ（Ｔｌ））結晶ベース熱量計等）がどのように較正され得るかの例が述べられる。幾つかの実施態様では、こうした較正は、既知の水等価厚（ＷＥＴ）値を有する既知の減衰板に基づき得る。
【００３３】
図１は、撮像されるオブジェクト１２を示す。エネルギーＥｉｎを有する入力陽子１０は、経路ｌ（１４）に沿ってオブジェクト１２を通過し、エネルギーＥｏｕｔを有する出力陽子１０’としてオブジェクトを出るのが示される。式１〜式３を参照して上述したように、陽子の経路ｌ（１４）に沿うオブジェクトのＲＳＰの積分は、オブジェクト１２のＷＥＰＬに比例する。こうした積分は、入力エネルギーと出力エネルギーとの間（ＥｉｎとＥｏｕｔとの間）で評価され得る。入力エネルギーＥｉｎは、通常、既知であり、出力エネルギーＥｏｕｔは、通常、出力陽子に応答して熱量計によって生成される信号によって測定される。相応して、熱量計の応答信号の正確な較正は、オブジェクトのＲＳＰの分布のより正確な特定をもたらし得る。
【００３４】
図２は、治療機能及び／又は撮像機能を提供するように構成された例示的なシステム１００を示す。システム１００は、イオンのエネルギー性ビーム１２２を生成するように構成されたイオン加速器１０２を含み得る。こうした加速器は、直線加速器、サイクロトロン或いはシンクロトロン等の繰返し型加速器、又はそれらの任意の組合せを含み得る。本明細書で述べるように、加速器の出力ビーム１２２は、陽子ビームを含み得るが、他のイオンビーム（炭素イオンビーム等）が、同様に利用され得る。
【００３５】
加速器の出力ビーム１２２は、ビーム送出システム１０４によって所望の場所に送出され得る。こうした送出システムは、被送出ビーム１２４を生成するように、多数の知られている方法で構成され得る。こうしたビームは、その後、ビーム制御構成要素１０６によって操作されて、治療及び／又は撮像のために入力ビーム１２６を生成し得る。
【００３６】
入力ビーム１２６は、処置又は撮像されるオブジェクト１１０に送出されるのが示される。幾つかの実施態様では、オブジェクト１１０は、マウント１３６によって又はマウント１３６上に搭載及び／又は保持され得る。撮像用途に関連して、オブジェクト１１０から出るビーム１３０は、ビーム１３２としてエネルギー検出器１１４によって受容されるのが示される。
【００３７】
（オブジェクト１１０に入る前の）入力ビーム１２６及び出て行くビーム１３０の陽子に関連するベクトルは、上流検出器１０８及び下流検出器１１２によってそれぞれ特徴付けられ得る。こうした検出器の例は、本明細書でより詳細に述べられる。
【００３８】
入力陽子及び出て行く陽子のエネルギー及びベクトルを示す信号は、例えば、上流検出器１０８、下流検出器１１２、及びエネルギー検出器１１４から取得され得る。こうした信号を読出し処理すること（例えば、アナログ−デジタル変換）は、データ取得（ＤＡＱ）システム１４０によって遂行され得る。こうした処理済み信号を示すデータは、その後、例えば、プロセッサ１５２及びコンピューター可読媒体（ＣＲＭ）１５４を含む解析器１５０によって解析され得る。解析器１５０は、例えば、ｐＣＴ画像１６０、陽子放射線画像等を示すデータを生成し得る。
【００３９】
幾つかの実施態様では、本明細書で述べるプロセッサは、本明細書で述べる種々のプロセスの実施を容易にするように構成され得る。説明のために、本開示の実施形態を、方法、装置（システム）、及びコンピュータープログラム製品のフローチャート図及び／又はブロック図を参照して述べることもできる。フローチャート図及び／又はブロック図の各ブロック並びにフローチャート図及び／又はブロック図のブロックの組合せは、コンピュータープログラム命令によって実施することができることが理解されるであろう。これらのコンピュータープログラム命令は、汎用コンピューター、専用コンピューター、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供されて、コンピューター又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックで指定される行為を実施するための手段をもたらすような機械を製造することができる。
【００４０】
幾つかの実施形態では、これらのコンピュータープログラム命令はまた、コンピューター可読媒体（例えば、図２の１５４）に記憶することができ、これらのコンピュータープログラム命令は、コンピューター可読媒体に記憶された命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックで指定される行為を実施する命令手段を含む製造品を製造するように特定の方法で動作するよう、コンピューター又は他のプログラム可能データ処理装置に指示し得る。コンピュータープログラム命令はまた、コンピューター又は他のプログラム可能データ処理装置にロードされて、一連のオペレーションが、コンピューター又は他のプログラム可能装置上で実施されるようにさせることができ、それにより、コンピューター又は他のプログラム可能装置上で実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックで指定される行為を実施するステップを提供するようなコンピューター実施プロセスをもたらす。
【００４１】
図２に更に示すように、較正構成要素２００は、本明細書で述べるようにシステム１００の較正を容易にするように構成され得る。幾つかの実施形態では、較正構成要素２００の幾つか又は全ての部分は、ビームラインに出入する（矢印１７０）ように移動するように構成され得る。こうした構成の場合、較正構成要素２００の幾つか又は全ての部分は、ビームライン内のオブジェクト１１０が存在することになる場所に又はその近くに配置され得る。
【００４２】
図３は、較正構成要素２００の例示的な構成を概略的に示す。既知の有効厚（水等価厚（ＷＥＴ）等）を有する１つ又は複数の陽子エネルギーデグレーダー(degrader)２０２は、エネルギーＥｉｎを有する陽子の入力ビーム１２８に導入され得る。図示する例では、デグレーダー２０２ｂが、デグレーダー２０２ａ及び２０２ｃがビーム１２８の外にあるままである状態で、ビーム１２８に導入される（矢印２０４）のが示される。相応して、こうした構成についての有効厚は、デグレーダー２０２ｂの厚さによって示され得る。
【００４３】
１つ又は複数のデグレーダーを通過する入力ビーム１２８は、エネルギーＥｏｕｔを有する陽子の出て行くビーム１３０として出て行くのが示される。こうした陽子のエネルギー値は、エネルギー検出器１１４によって測定され得り、検出器１１４は、陽子に応答して信号を生成し得る。こうした応答信号は、解析器１５０によって処理されて、等価経路長（水等価経路長（ＷＥＰＬ）等）をもたらし得る。本明細書には、ＷＥＰＬとエネルギー検出器１１４の応答との間のＷＥＰＬ関係をもたらすために、こうした較正構成要素２００及びエネルギー検出器１１４がどのように構成され動作し得るかの種々の例が開示される。
【００４４】
図４は、本明細書で述べる１つ又は複数の構成機構が実施され得るｐＣＴスキャナー２２０の例を示す。スキャナー２２０は、撮像されるオブジェクト２２４に向けられる陽子の入力ビーム１２６を受取るのが示される。オブジェクト２２４に入る前の陽子ビームに関連するベクトルの特定は、上流検出器（本明細書で前トラッカーとも呼ばれる）２２２によって容易にされ得る。オブジェクト２２４から出た陽子ビームに関連するベクトルの特定は、下流検出器（本明細書で後トラッカーとも呼ばれる）２２６によって容易にされ得る。出て行く陽子に関連するエネルギー値は、エネルギー検出器（本明細書で熱量計とも呼ばれる）２２８によって測定され得る。例示的な熱量計２２８は、セグメント化機能を提供するように構成され配列された複数のモジュール２３８を含むのが示される。
【００４５】
前トラッカー２２２は、第１の検出器平面２３０及び第２の検出器平面２３２を含むのが示される。第１の検出器平面２３０及び第２の検出器平面２３２のそれぞれは、ギャップなしで連続した感応エリアを提供するために、感応平面（例えば、２４０ａ、２４０ｂ）の僅かなオーバーラップを有するのが示される。感応平面のそれぞれは、Ｘ分解平面及びＹ分解平面として配列されたシリコンストリップ検出器を含み、各平面は、約８．９５×１７．４ｃｍ２の感応エリア及び約２２８μｍのストリップピッチを有する。
【００４６】
同様に、後トラッカー２２６は、第１の（正：first）検出器平面２３４及び第２の検出器平面２３６を含むのが示される。第１の検出器平面２３４及び第２の検出器平面２３６のそれぞれは、ギャップなしで連続した感応エリアを提供するために、感応平面（例えば、２４０ａ、２４０ｂ）の僅かなオーバーラップを有するのが示される。感応平面のそれぞれは、Ｘ分解平面及びＹ分解平面として配列されたシリコンストリップ検出器を含み、各平面は、約８．９５×１７．４ｃｍ２の感応エリア及び約２２８μｍのストリップピッチを有する。
【００４７】
相応して、前トラッカー２２２は、８つのシリコンストリップ検出器（２つの検出器平面２３０、２３２のそれぞれについて４つ）を含み、後トラッカー２２６は、８つのシリコンストリップ検出器（２つの検出器平面２３４、２３６のそれぞれについて４つ）を含む。多数の他のトラッキング検出装置及び方法が同様に利用され得ることが理解されるであろう。
【００４８】
例示的な熱量計２２８は、トラッカー２２６の感応エリアを包囲する３×６長方形マトリクスを形成するように配列された１８のタリウムドープヨウ化セシウム（ＣｓＩ（Ｔｌ））結晶２３８を含む。多数の他のエネルギー検出装置及び方法が同様に利用され得ることが理解されるであろう。
【００４９】
図５は、図４のｐＣＴスキャナー２２０が搭載構造体２６２上に搭載され、搭載構造２６２が、次に、安定プラットフォーム２６４上に搭載される例示的な構成２６０を示す。検出器平面２３０、２３２、２３４、２３６並びに熱量計２２８及びその結晶２３８は、図４を参照して述べたように構成され得る。
【００５０】
図５に示す例では、前及び後のトラッカー並びに熱量計を含む検出器組立体は、動作中であるときにビーム１２６に対して実質的に固定されるよう、適切に搭載され得る。撮像されるオブジェクト２２４は、断層撮像を容易にする（例えば、ビーム軸に垂直な軸の回りの）回転を可能にするよう、搭載構造体２６２に搭載され得る。幾つかの実施態様では、本明細書で述べる１つ又は複数の機構を有する断層撮像スキャナーは、スキャンされるオブジェクトが検出器に対して回転するか、スキャンされるオブジェクトの回りに検出器が回転するか、又は、それらの任意の組合せがされるように構成され得る。
【００５１】
図６及び図７は、例示的な熱量計２２８の更なる詳細を示す。図４及び図５を参照して述べたように、例示的な熱量計２２８は、トラッカー２２６の感応エリアを包囲する３×６長方形マトリクスを形成するように配列された１８のタリウムドープヨウ化セシウム（ＣｓＩ（Ｔｌ））結晶２３８を含む。セグメント化熱量計が単結晶設計よりも有利である幾つかの理由が存在する。例えば、トラッカーと組合せたセグメント化熱量計によって、個々の結晶の応答を較正することが可能であり、熱量計にわたる不均一性の影響が減少する。別の例では、個々の結晶の断面は、結晶で生成される光を検出する個々のフォトダイオードの断面に実質的に一致する寸法に作られ得り、したがって光収集効率が改善される。更に別の例では、熱量計をセグメント化することは、パイルアップレートを減少させることができ、したがって、陽子計数率が増加する。
【００５２】
例示的な熱量計２２８では、各結晶２３８は、約１２．５ｃｍ長（図６の寸法ａ５）であり、これは一般に、２００ＭｅＶ陽子を阻止するのに十分である。例示的な結晶２３８の他の寸法は、以下のおおよその値、すなわち、ａ１＝ａ２＝３４ｍｍ、及びａ３＝ａ４＝３６ｍｍを有し得る。結晶２３８の僅かな楔形状は、結晶の組立体が、オブジェクトの中心等、上流ターゲット場所に概ね向くことを可能にするため、各結晶に入る陽子（矢印１３０で示す）は、結晶の長手方向軸に概ね平行又はほぼ平行であり得る。
【００５３】
図７Ａは、熱量計２２８の前斜視図を示し、図７Ｂは、熱量計２２８の後斜視図を示す。幾つかの実施形態では、熱量計２２８は、積重式結晶２３８のアレイを保持する寸法に作られたハウジング３５０を含み得る。各結晶２３８の僅かな楔形状のせいで、こうした結晶の組立体もまた、楔形状を呈し、後横方向寸法は前横方向寸法より大きい。相応して、こうした楔形状を収容する寸法を有するハウジングは、陽子（矢印１３０）を受取るための露出した前表面を提供しながら、結晶２３８を保持（retain）し得る。
【００５４】
図７Ｂに示すように、ハウジング３５０の後部分は、結晶２３８の後部分及びその対応する光検出器（例えば、フォトダイオード）３５４をしっかりと保持する寸法に作られた保持板３５２を含むのが示される。保持板３５２はまた、コネクタ３５６を介して光検出器３５４への電力の提供及び光検出器３５４からの信号の読出しを可能にするのが示される。
【００５５】
図６及び図７の例示的な熱量計構成では、熱量計で阻止される陽子の残留エネルギーは、シンチレーションによって光に変換される。光は、各結晶２３８と対にされたフォトダイオード３５４によって収集されて、アナログ信号が生成され得る。こうしたアナログ信号は、１つ又は複数のアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）によってデジタル値に変換され得る。
【００５６】
熱量計２２８及びトラッカー（２２２、２２６）からの信号及び／又はデジタルデータは、データ取得（ＤＡＱ）システムによって読み出され得る、及び／又は、更に処理され得る。本明細書で述べる例示的な構成の場合、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）ベースＤＡＱシステムは、最高約１０５陽子／秒のレートでトラッキング情報とエネルギー情報との両方を処理し記録し得る。より高い陽子レートによって、パイルアップレートが増加し得り、それにより、所望の陽子履歴を有する事象の総取得レートが減少する。
【００５７】
上記の方法で取得されるデータは、解析されて、例えばＣＴ画像をもたらし得る。こうした解析は、限定はしないが、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）上に実施されるように構成された並列化可能アルゴリズムを含む断層撮影再構成アルゴリズムを使用し得る。こうした再構成アルゴリズムは、例えば、個々の陽子のエネルギー損失測定値を利用するアルゴリズム、及び、複数のクーロン散乱の影響があっても、十分な空間分解能で断層撮影再構成をもたらす最尤経路（most likely path）（ＭＬＰ）技法を含み得る。こうした再構成はまた、熱量計応答からの個々の陽子のＷＥＰＬを有するベクトルと共に、ＭＬＰ及びオブジェクトボクセルインデックスを示す行列が利用されて、撮像されるオブジェクト内のＲＳＰの分布を示す解を生成する、方法及び技法を含み得る。こうした解の生成は、例えば、代数再構成技法（algebraic reconstruction technique）（ＡＲＴ）及び優秀化方法の使用を含み得る。上記の再構成機構の幾つか又は全てに関する更なる詳細は、例えば、引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする「SYSTEMS AND METHODOLOGIES FOR PROTON COMPUTED TOMOGRAPHY」という名称の米国特許公開第２０１１−０２２０７９４号に見出され得る。
【００５８】
本明細書で述べるように、熱量計応答から正確なＷＥＰＬ値を取得することは、一般に望ましい。図８及び図９は、こうした正確なＷＥＰＬ値を取得することを容易にするために利用され得る較正構成要素の例を示す。図８は、減衰板（例えば、２７２ａ、２７２ｂ）が、ビーム経路に沿って手動で配置され得る例示的な構成を示す。図９は、減衰板（例えば、２８２ａ〜２８２ｈ）が、その各アクチュエーター２８４によって選択された方法でビーム経路に沿って配置され得る例示的な構成を示す。こうした構成は、遠隔場所からの、ビーム経路内への異なる減衰板の導入を可能にし得り、したがって、自動運転のために構成され得る。
【００５９】
両方の例示的な構成（２７０、２８０）では、減衰板（２７２、２８２）の組立体は、（入力陽子のビーム１２６を受取る）前トラッカー２２２を通過した陽子のビーム１２８に沿って配置される。陽子のビーム１２８は、１つ又は複数のデグレーダーを通過し、後トラッカー２２６を通過し得る。こうした陽子は、その後、熱量計２２８によって捕捉されて、減衰板（複数の場合もある）を通過した後に残っている陽子の残留エネルギーを示す応答信号を生成し得る。
【００６０】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、図９を参照して述べた例示的な較正装置２８０の異なる図を示す。図１０Ａは、較正装置２８０の側面図を示し、陽子のビーム１２８は図示するように左から入る。図１０Ｂは、ビーム１２８の方向に沿う長手方向図を示し、例示的な減衰板２８２はビーム経路の外にある。図１０Ｃは、同じ長手方向図を示し、例示的な減衰板２８２はビーム経路内にある。
【００６１】
図１０Ａ〜図１０Ｃでは、種々の厚さの減衰板２８２ａ〜２８２ｈは、その各アクチュエーター２８４ａ〜２８４ｈに搭載されて、選択された減衰板（複数の場合もある）が、陽子ビーム１２８が通過し得るアクティブエリア３００に入り（例えば、図１０Ｃ）またそこから出る（例えば、図１０Ｂ）よう挿入されることを可能にするのが示される。所与のアクチュエーター２８４の伸張可能部分は、搭載板２９２及びブラケット３０２によって、対応する板２８２の上部分に取付けられているのが示され、アクチュエーター２８２の固定ベース部分は、搭載バー２９０に取付けられているのが示される。搭載バー２９０は、構造フレーム２８６に取付けられているのが示され、構造フレーム２８６は、次に、搭載ボルト２８８によって搭載組立体（図１０Ｂ及び図１０Ｃ）に搭載される。こうして、上記の方法で搭載されると、アクティブエリア３００は、陽子の通過領域をカバーする（accommodate）ことができ、陽子は、幾つかの状況では、拡散して、熱量計２２８の結晶２３８のほとんど又は全てについて衝突事象を提供し得る。
【００６２】
較正装置２８０が上記の機能を提供するために搭載されると、減衰板２８２が、アクティブエリア３００内で的確に幾つかの選択された配向で配置されるのが好ましい。例えば、減衰板２８２は、規定されるその平面が、アクティブエリア３００の中心でビーム軸に実質的に垂直であるように配向され得る。こうした配置を容易にするために、減衰板２８２の横方向移動は、搭載板２９４によって板２８２の底部縁に取付けられた、減衰板２８２の対応するガイド部材を受取り案内する寸法に作られたガイドスロット２９６（図１０Ａ）によって減衰板２８２の底部部分で案内され得る。
【００６３】
例示的な較正装置２８０では、アクチュエーター２８４は、約１０ｃｍの直線ストロークについて設定された市販のＦｉｒｇｅｌｌｉ  Ｌ−１６直動アクチュエーターに基づく。こうしたアクチュエーターの機械的搭載及び電気的動作は、当業者によって多数の知られている方法で実施され得ることが理解されるであろう。他の作動装置及び方法（例えば、機械式、電気式、磁気式、油圧式、空気圧式、又はそれらの任意の組合せ）もまた利用され得ることも理解されるであろう。
【００６４】
図１１は、単一減衰板２８２を示す。例示的な板２８２は、高さｈ及び幅ｗの横方向寸法を有するのが示される。板２８２はまた、厚さｄを有するのが示される。例示的な板２８２ａ〜２８２ｈの場合、各板について、高さ（ｈ）は約２０ｃｍであり、幅（ｗ）は約１０ｃｍである。８つの例示的な板２８２ａ〜２８２ｈのおおよその厚さ（ｄ）値は、表１に挙げられ、１厚さ単位（ｄ０）の値は約０．３１７５ｃｍである。例示的な板２８２ａ〜２８２ｈの厚さ（ｄ１〜ｄ８）は、デジタル高さゲージによって、所与の板にわたって１０のランダム測定値の平均を取得することによって、約±０．０５ｍｍより良好な精度で測定された。
【００６５】
【表１】
0005952844.tif 000005
【００６６】
見てわかるように、０〜７９ｄ０の範囲の異なる有効厚さが、例示的な板２８２ａ〜２８２ｈの種々の組合せを提供することによって提供され得る。例えば、ｄ０の増分での最初の幾つかの厚さは、ｄ２、ｄ４、ｄ２＋ｄ４、ｄ６、ｄ２＋ｄ６、ｄ４＋ｄ６、ｄ２＋ｄ４＋ｄ６、ｄ８等によって達成され得る。ＷＥＴ値に関して、こうした板は、異なる減衰板を組合せることによって、（２００ＭｅＶ陽子の場合）約０ｃｍと２６ｃｍとの間、又は、（１００ＭｅＶ陽子の場合）約０ｃｍと８ｃｍとの間の異なる有効水等価厚を提供し得る。幾つかの実施態様では、減衰板は、異なる板の組合せであって、そのＷＥＴ値が、約０から、デグレーダーなしで最大検出器応答値のＸ％をもたらす上限までの範囲にある、異なる板の組合せを可能にする寸法に作られ得る。幾つかの実施態様では、Ｘの値は、例えば、２０、１０、又は５であり得る。
【００６７】
本明細書で述べる例示的な減衰板は、実質的に均一な密度を有するポリスチレン材料から機械加工される。より大きい又はより小さいＷＥＴ値を有する他のデグレーダー材料もまた利用され得ることが理解されるであろう。
【００６８】
図１１に示すように、エネルギーＥを有する陽子（矢印１２８）は、減衰板２８２を通過すると、エネルギーＥ’を有する陽子（矢印１２８’）となり、Ｅ’はＥより小さい。一般に、ＥとＥ’との差は、減衰板２８２におけるエネルギー減衰のせいである。そのため、減衰板（複数の場合もある）のより大きな総合的厚さは、より大きなエネルギー減衰又は損失をもたらす。
【００６９】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、図９〜図１１を参照して述べた例示的な較正装置２８０を利用することによって、異なる有効デグレーダー厚がどのように達成され得るかの例を示す。図１２Ａでは、板２８２ａ〜２８２ｈの全てが、ビーム経路１２８から外に移動しており、それにより、約ゼロの有効デグレーダー厚をもたらすのが示される。図１２Ｃでは、板２８２ａ〜２８２ｈの全てが、ビーム経路１２８内に移動しており、それにより、約７９ｄ０の有効デグレーダー厚をもたらすのが示される。板の上記の例示的な組合せは、異なる陽子エネルギーを較正するための異なる範囲のＷＥＴ値の導入を可能にする。例えば、約０ｃｍ〜約２６ｃｍのＷＥＴ範囲は、２００ＭｅＶ陽子の場合に導入され得り、約０ｃｍ〜約８ｃｍのＷＥＴ範囲は、１００ＭｅＶ陽子の場合に導入され得る。
【００７０】
図１２Ｂは、他の板がビーム経路１２８の外にあるままで、板の幾つかをビーム経路１２８内に移動させることによって中間有効厚が達成される例を示す。この特定の例では、減衰板２８２ａ及び２８２ｆは、ビーム経路１２８内にあり、それにより、２０ｄ０の有効厚をもたらす。
【００７１】
例示的な熱量計２２８等の熱量計を較正するために、異なるエネルギー減衰設定が、本明細書で述べる減衰板の異なる組合せによって提供され得る。こうしたエネルギー減衰設定におけるエネルギー測定値は、所与のビームエネルギー（例えば、２００ＭｅＶ又は１００ＭｅＶ）について取得され得る。有効ＷＥＴ値が、使用される減衰板からわかっているため、ＷＥＴと熱量計応答との間の関係が取得され得る。本明細書で述べる較正例の場合、所与の陽子の経路長が、最尤経路（ＭＬＰ）技法を使用して計算され、計算された経路長が、知られている正味の物理的デグレーダー厚を０．５％より大きな値だけ超えた場合、陽子は、較正のために使用されていない。陽子を選択することのこうした例は、既知の厚さを有する減衰板（複数の場合もある）を本質的に垂直に横断する陽子を使用して、較正が実施されることを可能にし得る。相応して、減衰板をほぼ垂直に横断する陽子の場合、板のＷＥＴは、板を通る陽子のＷＥＰＬとほぼ同じであり得る。減衰板（複数の場合もある）を垂直に通過する陽子を選択することに関して述べたが、例えば、陽子のＭＬＰを、減衰板（複数の場合もある）を通る（例えば、前トラッカーに基づく）投影された直線との比較に基づいて、他の非垂直陽子もまた選択され得る。
【００７２】
セグメント化熱量計（例示的な熱量計２２８等）に関して、異なる結晶（又はチャネル）からの応答は、たとえ入力陽子が同一でも異なり得る。チャネル間のこうした応答の差は、材料特性の変動、光収集効率の変動、及び／又は光検出器性能（量子効率、利得等）の変動等の多数の因子による可能性がある。相応して、異なるチャネルに関連するこうした応答の差を正規化することが望ましい。
【００７３】
図１３は、本明細書で述べるように、較正を実施するために実施され得るプロセス４００を示す。ブロック４０２にて、相対加重係数が、所与の陽子ビームエネルギーに関して各結晶（又はチャネル）について特定されて、結晶による正規化されたエネルギー測定を容易にし得る。ブロック４０４にて、それぞれが既知の水等価厚（ＷＥＴ）を有する異なるデグレーダーが、陽子ビームに導入されて、異なるＷＥＴ値に対するチャネルの応答が取得され得る。ブロック４０６にて、陽子の水等価経路長（ＷＥＰＬ）と、ＷＥＴ値及び相対加重係数に基づく測定エネルギーとの間の関係が、取得され得る。幾つかの実施態様では、こうした測定エネルギーは、結晶の応答に基づいて異なる単位で表現され得る。
【００７４】
幾つかの状況では、所与の運転期間中に送出される陽子ビームのエネルギーは、所望の設定から多少変動する場合がある。温度の変動等の外部因子もまた、熱量計応答に影響を及ぼし得る。更に、チャネルに異なるように影響を及ぼし得る上記の例示的な因子の幾つか又は全てもまた、熱量計応答に影響を及ぼし得る。相応して、本明細書で述べる較正プロセスは、異なる運転状況に対処するために実施され得る。こうした状況の２つの非制限的な例が、図１４及び図１５を参照して述べられる。
【００７５】
図１４は、陽子ＣＴシステムの初期化の一部として実施され得るプロセス４１０を示す。ブロック４１２にて、陽子ＣＴシステムの初期化が実施され得る。ブロック４１４にて、本明細書で述べるＷＥＰＬ較正が実施され得る。ブロック４１６にて、ＷＥＰＬ較正から生じる較正データが、記憶され得る。幾つかの実施態様では、こうしたデータは、非一時的コンピューター可読媒体に記憶され得る。ブロック４１８にて、陽子ＣＴシステムは、較正データに基づいて運転され得る。
【００７６】
図１５は、陽子ビームエネルギーの変更後に実施され得るプロセス４２０を示す。ブロック４２２にて、陽子ビームエネルギーは、新しい値に変更され得る。ブロック４２４にて、本明細書で述べるＷＥＰＬ較正が実施され得る。ブロック４２６にて、ＷＥＰＬ較正から生じる較正データが記憶され得る。幾つかの実施態様では、こうしたデータは、非一時的コンピューター可読媒体に記憶され得る。ブロック４２８にて、陽子ＣＴシステムは、較正データに基づいて新しいビームエネルギーで運転され得る。
【００７７】
本明細書で述べるように、結晶応答の加重和と（熱量計において阻止される前に陽子が横断する材料の）水等価厚（ＷＥＴ）との間の関係が取得され得る。本明細書で同様に述べるように、減衰板のＷＥＴ（デグレーダー材料のＲＳＰによって乗算されたその物理的厚さ）は、較正プロセスにおける被制御変数であり得り、熱量計の応答（統計的変動を受け得る）は、従属変数であり得る。相応して、個々のＷＥＰＬ測定の不確実性は、熱量計応答の不確実性を、対応するＷＥＰＬ値をもたらす関係に伝達させることによって導出され得る。
【００７８】
幾つかの実施態様では、熱量計応答とＷＥＰＬとの間の上記の関係を生成する較正プロセスは、２つのステージを含み得る。第１のステージは、熱量計２２８のチャネルの正規化を含み得る。こうした正規化プロセスは、熱量計の各チャネル（結晶）についての相対加重係数の特定を含み得る。図１６〜図１８は、こうした加重係数がどのように特定され得るかの例を示す。第２のステージは、陽子ビームについて異なるＷＥＴ値の減衰板を導入すること、及び、熱量計から正規化された応答を取得することを含み得る。図１９〜図２２は、正規化されたこうした応答がどのように特定され得るかの例を示す。
【００７９】
図１６は、熱量計の異なるチャネルの応答を正規化するために実施され得るプロセス４５０を示す。ブロック４５２にて、ビーム拡散器が、円錐状ビームを形成するために陽子ビームに導入され得る。こうした構成は、図１７に示され、入力ビーム１２６は、前トラッカー（２３０、２３２）の上流の場所でビーム拡散器４６０によって拡散される。ビーム拡散器４６０は、厚さｔを有する銅箔であり、ｔの値は、２００ＭｅＶ陽子の場合に約１．９ｍｍであり、１００ＭｅＶ陽子の場合に約０．２ｍｍであり得る。こうしたビーム拡散器４６０から生じる円錐ビームは、円錐４６２によって示される。こうした円錐は、熱量計２２８の上部及び下部の結晶２３８において十分な陽子事象を提供するために選択され得る。この較正ステージの場合、減衰板はビーム内に設置されない。
【００８０】
プロセス４５０のブロック４５４にて、陽子事象が、各結晶における陽子の入射場所及び入射方向に基づいて選択され得る。例えば、その軌道が、結晶の中心の近くで結晶に入り、結晶軸にほぼ平行な入射角度を有する陽子が選択され得る。図１８では、こうした陽子事象は、軌道４７０がその各結晶２３８の中心領域に入るものとして示される。同様に、軌道４７０は、結晶２３８の軸に全体的に平行である。
【００８１】
プロセス４５０のブロック４５６にて、各結晶の応答が、選択された陽子事象に基づいて取得され得る。ｉ（ｉ＝１、．．．、Ｎ）番目の結晶について（Ｎは熱量計内の結晶の総数である）、未処理応答についての相対加重係数は、
【００８２】
【数４】
0005952844.tif 000006
【００８３】
として規定され得る。ここで、Ｅは較正が実施されるビームエネルギーであり、＜ｒ＞ｉは、ｉ番目の結晶のアベレージ信号である。係数１０Ｅは、任意であり得るため、例えば、２００ＭｅＶの陽子に対する全ての結晶応答の平均加重和は約２，０００である。他の係数もまた利用され得る。
【００８４】
図１９は、所与のビームエネルギーにおける所与のデグレーダーＷＥＴ値について、正規化された熱量計応答を取得するために実施され得るプロセス５００を示す。ブロック５０２にて、既知の総合ＷＥＴ値を有する１つ又は複数の減衰板が、陽子の円錐ビームに導入され得る。図２０は、図１７を参照して述べた円錐ビーム構成と同様の円錐ビーム構成を示すが、デグレーダー５２０（総合ＷＥＴ値を有する）は、前トラッカーと後トラッカーとの間に配置される。
【００８５】
ブロック５０４にて、所望の陽子事象が選択され得る。例えば、トラッキング及び熱量計応答データは、各デグレーダーＷＥＴ値について約１０５陽子について収集され得る。一連のデータ削除が、個々の陽子事象に対する熱量計の応答データに対して行われて、例えば、陽子が散乱してスキャナーシステムから出た事象、トラッカー内でパイルアップが起こった（したがって、不明瞭なトラッキング情報をもたらす）事象、陽子が、シリコントラッキング検出器の８つ全ての層を通過しなかった事象、又は、計算された最尤経路（ＭＬＰ）長が、既知のデグレーダー厚を、約０．５％より大きい値だけ超えた事象を排除し得る。データ削除に基づく例示的な経路長は、減衰板（複数の場合もある）を本質的に真っすぐかつ垂直に通過した陽子の選択を可能にする。
【００８６】
ブロック５０６にて、選択された陽子事象に関連する結晶からの信号が取得され得る。ブロック５０８にて、正規化された熱量計応答が、取得された信号に基づいて計算され得る。上記の例示的な削除の後に残っている陽子事象の場合、熱量計応答ｒは、式４で規定され、また、図１６〜図１８を参照して述べたように取得された加重係数を使用して、ノイズフロア値を３σ超える値よりも高い結晶信号の加重和を形成することによって計算され得る。
【００８７】
所与の陽子事象の場合、最大応答を有する結晶が特定される。図２１に示す例では、「高い値（high value）」として示す結晶２３８が最大応答を有すると仮定する。こうした結晶からの信号、及び、「高い値」の結晶と隣接する結晶だけからの信号は、上記の加重和に含まれる。図２１の例では、「高い値」の結晶を囲む影付き結晶は、その信号が、ノイズ閾値を超える場合に加重和に含まれる結晶である。
【００８８】
図２２は、所与のデグレーダーＷＥＴに対する加算された熱量計応答（任意の単位）の例示的なヒストグラム５３０を示す。こうした分布に基づいて、各デグレーダー厚さについての平均熱量計応答が、ガウス分布を分布のピークに当てはめることによって取得され得る。非ガウス低エネルギーバックテール（陽子が、厚さがより大きいデグレーダーを通過した後により顕著になる）を排除するために、ピークに関して対称であるスペクトルの一部だけが、このガウス当てはめに含まれ、低エネルギーテールを効率的に除去する。
【００８９】
幾つかの実施態様では、図１９のステップ５０２〜５０８は、異なるＷＥＴ値について繰り返され得る。幾つかの実施態様では、こうしたステップを繰返すことは、図９〜図１２を参照して述べた例等の自動的制御可能較正装置を利用することによって自動的に実施され得る。こうした繰返しの実施態様の場合、プロセス５００は、決定ブロック５１０にて、異なる総合ＷＥＴ値を使用して、別の熱量計応答が取得されるべきかどうかを判定し得る。答えが「はい」である場合、ステップ５０２〜５０８が繰り返され得る。
【００９０】
上記の方法で取得された正規化された熱量計応答は、ＷＥＰＬと熱量計応答との間の関係を生成するために使用され得る。図２３は、こうした関係を取得するために実施され得るプロセス５５０を示す。ブロック５５２にて、既知の厚さの値を有する複数の減衰板に対応する熱量計応答が取得され得る。ブロック５５４にて、ＷＥＰＬ値が、既知の厚さの値に基づいて推定され得る。本明細書で述べるように、本質的に真っすぐかつ垂直に減衰板（複数の場合もある）を通過する陽子が、較正のために選択され得る。こうした構成の場合、減衰板（複数の場合もある）の正味の厚さ又は計算されたＭＬＰは、各板のＷＥＴがわかっているため、ＷＥＰＬに変換され得る。ブロック５５６にて、ＷＥＰＬと熱量計応答との間の関係が推定され得る。
【００９１】
図２４は、異なるＷＥＰＬ値及びその対応する熱量計応答値に対応する複数のデータ点のプロットを示す。予想されるように、より高いＷＥＰＬは、より低い応答をもたらす。その理由は、対応するデグレーダーを通過した後の残留エネルギーが低いからである。
【００９２】
図２４の例示的なデータ点は、多数の異なる方法で当てはめられ得る。幾つかの実施態様では、応答／ＷＥＰＬデータ点は、ベーテ−ブロッホの式の形式によって導かれる（guide）２次方程式によって当てはめられて、平均熱量計応答ｒとＷＥＰＬ  Ｌ（デグレーダーのＷＥＴによって示される）との間の関係を記述し得る。こうした当てはめ曲線は、図２４の曲線５６０によって示され、また、
Ｌ（ｒ）＝ｐ２ｒ２＋ｐ１ｒ＋ｐ０                                        （５）
として示され得る。ｐ０、ｐ１、及びｐ２は、当てはめパラメータである。最小二乗当てはめ法を使用して当てはめるとき、当てはめパラメータｐ０、ｐ１、及びｐ２は、例示的な熱量計２２８によって検出される２００ＭｅＶ陽子の場合、図２４に示される。
【００９３】
こうした当てはめ済み較正が取得されると、後続の陽子事象に対する熱量計の応答は、対応するＷＥＰＬに迅速に変換され得る。この値の統計的不確実性もまた導出され得る。本明細書で述べる例示的な較正関係の場合、熱量計応答の平均変動（σ２ｒ）は、ＷＥＰＬの変動に伝達され、結果として得られる個々のＷＥＰＬ測定値の不確実性は、
σ２Ｌ＝σ２ｒ（２ｐ２ｒ＋ｐ１）２                                      （６）
として表され得る。
【００９４】
例示的な較正曲線５６０は、熱量計応答が或る任意の単位で表されるという文脈にある。例えば、各結晶についての加重係数は、１０Ｅの係数で乗算されるため、２００ＭｅＶ陽子に対する全ての結晶応答の平均加重和は約２０００である。他の単位及び／又はスケールもまた利用され得ることが理解されるであろう。例えば、図２５は、２００ＭｅＶ陽子に応答する同じ熱量計についての較正曲線５７０を示す。加重係数計算から１０の係数を除去することによって、熱量計スケールは、１０倍だけ低減され得ることが見てわかる。
【００９５】
図２６は、１００ＭｅＶ陽子に応答する同じ熱量計についての同様の較正曲線５８０を示す。同様の較正曲線は、他のエネルギーを有する陽子について取得され得る。例えば、陽子エネルギーは、ｐＣＴスキャナーによって撮像されるオブジェクトのＷＥＴに従って選択され得り、本明細書で述べる較正は、相応して実施され得る。
【００９６】
上記の例示的な較正方法を検証するために、組織等価板（Gammex Inc.,米国ウィスコンシン州ミドルトン所在）のセットのＷＥＴが、１００ＭｅＶ陽子によって取得されたｐＣＴスキャナー較正曲線から導出され、水ファントム深部線量レンジシフト測定を使用した結果と比較された。組織等価デグレーダーは、筋肉、脂肪、脳、及び緻密骨材料の１ｃｍ厚板、並びに肺の２ｃｍ厚板を含んだ。各板は、１度に１つ、スキャナーに挿入され、約３００００の陽子履歴が、１００ＭｅＶ陽子に関して記録された。各板についての加重熱量計応答は、１００ＭｅＶ較正曲線を使用してＷＥＰＬに変換された。各板についての平均ＷＥＰＬは、変換されたＷＥＰＬ値にガウス分布を当てはめることによって見出された。ＲＳＰすなわちρは、式
ρ＝Ｌ／ｔｐ                                                            （７）
を使用して計算された。ここで、ｔｐは板の物理的厚さである。水タンク測定が、１８６ＭｅＶのビームエネルギー及び６０ｍｍ変調ホイールによって実施されて、拡大ブラッグピーク（spread out Bragg peak）（ＳＯＢＰ）を生成した。ビーム経路に組織板を挿入することの結果としてのレンジシフトは、その後、水ファントムの内部でビーム軸に沿ってマーカスチャンバーを走査することによって測定された。板は、水タンクの外部に設置された。ＲＳＰすなわちρは、式
【００９７】
【数５】
0005952844.tif 000007
【００９８】
を使用して特定された。ここで、Ｒ５０，ｗは、水中での５０％イオン化までの深さであり、Ｒ５０，ｐは、板の後の水中での５０％イオン化までの深さである。
【００９９】
図２７は、例示的な筋肉等価板についてのＷＥＰＬ分布６００を示し、他の例示的な板によって取得された分布を示す。図２８は、同じ板によるブラッグピークの遠位縁部（ライン６１２）についての板なしライン６１０からのシフトを示す。
【０１００】
表２は、本明細書で述べたｐＣＴ測定によって取得されたＷＥＴ値及び上記の水タンク測定を比較する。両方の方法は、約±０．５より良好な程度まで一致する。ＲＳＰ不確実性が、ｐＣＴスキャナーによって取得される結果について小さく、一方、ファントムに対する線量は、著しく、約１０５倍低かったことに留意されたい。
【０１０１】
【表２】
0005952844.tif 000008
【０１０２】
本明細書で述べる較正プロシージャの妥当性についての第２の試験は、蒸留水で充填され、真空チャンバー内で脱気された、０．５ｃｍ厚壁及び１５ｃｍ径を有するアクリル円柱のｐＣＴスキャンを取得することによって実施された。水ファントムは、３６０度にわたって９０角度ステップで、２００ＭｅＶ陽子の円錐ビームによって走査された。総数約４千万の陽子履歴が、米国特許公開第２０１１−０２２０７９４号に記載される、総合変動の優秀化と組合せた反復ＤＲＯＰ（対角緩和した直交緩和）アルゴリズムを使用して、ファントムにわたるＲＳＰ値の画像再構成のために利用された。ファントムは、１６×１６×８ｃｍ３再構成ボリュームを有して３Ｄで再構成された。ボリュームは、０．６２５×０．６２５×２．５ｍｍ３サイズのボクセルに分割された。
【０１０３】
図２９は、水ファントムの再構成による軸方向スライス６２０を示す。綿密に観察すると、再構成に系統的なリングアーチファクトが存在することがわかる。中央のアーチファクトは、本明細書で述べたトラッカー平面のオーバーラップ領域に関連すると思われる。外側リングアーチファクトは、個々の熱量計結晶からの信号の変動についての不完全な補償のせいである可能性が最も高い。
【０１０４】
図３０は、軸方向スライスにわたる中央帯状体プロファイル６３０を示す。やはり、中央アーチファクト及びリングアーチファクトが見られる。中央アーチファクトを排除すると、水ファントムについての再構成ＲＰＳ値は、１の予想値に約±１％以内で一致した。
【０１０５】
図３１は、図２９及び図３０を参照して述べた、中央アーチファクト及びアクリル壁を排除して対象領域から選択されたＲＳＰ値のヒストグラム６４０を示す。ヒストグラムのレジェンドを見てわかるように、平均ＲＳＰ値は、約０．９９５であり、約０．００６のＲＭＳ変動を有する。
【０１０６】
図３２は、１００ＭｅＶ及び２００ＭｅＶのビームエネルギーについて、単一陽子ＷＥＰＬ不確実性（σＬ）のＷＥＰＬ値に対する例示的な依存性を示す曲線６５０、６５２を示す。Ｎ個の陽子によるＷＥＰＬ測定値の不確実性は、１／ｓｑｒｔ（Ｎ）でほぼスケーリングされることに留意されたい。
【０１０７】
式６から予想されるように、ＷＥＰＬ不確実性が、より大きな経路長（したがって、より小さな応答）について減少することが同様に留意される。この不確実性に対する初期陽子エネルギーの広がりの寄与は、２００ＭｅＶでは無視可能であるものとする。その理由は、ロマリンダ（Loma Linda）大学陽子シンクロトロンの瞬間的な広がりが、約０．０１％（約０．０４０ＭｅＶのエネルギー広がり（１シグマ）になる）であることがわかっているからである。ゼロの又は小さなＷＥＰＬ（デグレーダーなし又は薄いデグレーダー）において、不確実性は、熱量計の内因性ノイズ、並びに、ビーム出口の２次エミッションモニター、真空出口窓、鉛散乱箔、空気、及びシリコントラッカーモジュールを含む、加速器と熱量計との間の材料に散在するエネルギーの組合せによる場合がある。２００ＭｅＶエネルギーにおいてこれらの材料内に散在する複合エネルギーは、約０．５２ＭｅＶ（０．２６％）であると推定される。小さなＷＥＰＬにおける熱量計応答の相対的不確実性が約２％であるため、小さなＷＥＰＬにおける不確実性に対する最大の寄与は、光収集プロセスによって主に規定され得る熱量計の内因性分解能とすることができる。幾つかの更なる不確実性は、例えば、１次陽子の角度の大きな弾性散乱、及び、熱量計を出る中性子及びガンマ線の生成をもたらす熱量計内での非弾性核相互作用によるエネルギーの漏洩から生じ得る。これらの事象は、熱量計スペクトルにおいて見られる低エネルギーテールに寄与することが予想されるが、また主ピークを或る程度広げ得る。より大きなＷＥＰＬ値の場合、熱量計応答の不確実性は、デグレーダー内に散在するエネルギーの増加によって増加し得るが、これは、ＷＥＰＬの変化に対する、熱量計にデポジットされるエネルギーの感度を増加させることによって補償することができ、したがって、ＷＥＰＬ不確実性の総合的減少をもたらす。より多数の陽子事象を記録することによって、任意の材料の非常に精密なＲＳＰ特定が実施され得ることも留意されるべきである。
【０１０８】
現在の慣行では、水等価密度は、通常、Ｘ線ＣＴスキャンのハウンスフィールド値の変換によって導出され、その変換は、比較的均一な組織における３％〜４％程度の平均系統的レンジ（average systematic range）不確実性、及び、より大きな不均一性の存在下でのおそらくはより高い不確実性をもたらし得る。陽子ＣＴは、残留エネルギー（又は、残留エネルギーに関連する量）を測定し、それを、既知の材料のＷＥＴに対する検出器応答の適切な較正を使用して、不均一試料を横断する陽子のＷＥＰＬに変換することによって、ハウンスフィールド値の変換に関連する不確実性を低減し得ると思われる。ｐＣＴスキャナーは、その後、複数の方向から多くの陽子履歴を取得することによってＲＳＰを再構成するために使用され得る。ｐＣＴスキャナーはまた、処置中のビーム経路内に存在する場合がある正確にわかっていない組成の材料のＷＥＴを正確に測定するために使用され得る。
【０１０９】
本明細書で述べる較正法は、他の較正法に比べて多数の有利な特徴を提供し得る。例えば、本明細書で述べるｐＣＴスキャナー測定は、水タンクベース方法よりずっと速い。ｐＣＴスキャナー測定は、正確なＲＳＰ測定に必要とされる陽子履歴を収集するのに数秒かかるだけである可能性があり、一方、水タンク測定は、オリジナルのＳＯＢＰ及びシフトされたＳＯＢＰの遠位フォールオフに沿う１０〜１５の個々の測定の場合、１回のＷＥＴ特定について約１５分を必要とし得る。
【０１１０】
本開示は、種々の特徴を述べ、どの１つの特徴も、単独で、本明細書で述べる利益の原因とはならない。当業者に明らかになるように、本明細書で述べる種々の特徴を、組合すことができ、修正することができ、又は省略することができることが理解されるであろう。本明細書で具体的に述べた以外の組合せ及び部分的組合せは、当業者に明らかになり、また、本開示の一部を形成することを意図される。種々の方法が、種々のフローチャートステップ及び／又はフェーズに関連して本明細書で述べられる。多くの場合、フローチャートに示す複数のステップ及び／又はフェーズが単一ステップ及び／又はフェーズとして実施されるように、或る特定のステップ及び／又はフェーズを共に組合すことができることが理解されるであろう。同様に、或る特定のステップ及び／又はフェーズは、別々に実施される更なる副構成要素に分割され得る。幾つかの例では、ステップ及び／又はフェーズの順序は、再配置されることができ、また、或る特定のステップ及び／又はフェーズを、完全に省略することができる。同様に、本明細書で述べる方法は、本明細書で示され述べられる方法に対して更なるステップ及び／又はフェーズが同様に実施され得るようにオープンエンドであると理解される。
【０１１１】
本明細書で述べるシステム及び方法の幾つかの態様は、有利には、例えば、コンピューターソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又は、コンピューターソフトウェア、ハードウェア、及びファームウェアの任意の組合せを使用して実施され得る。コンピューターソフトウェアは、コンピューター可読媒体（例えば、非一時的コンピューター可読媒体）に記憶されるコンピューター実行可能コードであって、実行されると、本明細書で述べる機能を実施する、コンピューター実行可能コードを備え得る。幾つかの実施形態では、コンピューター実行可能コードは、１つ又は複数の汎用コンピュータープロセッサによって実行される。汎用コンピューター上で実行されるソフトウェアを使用して実施され得る任意の特徴又は機能がまたハードウェア、ソフトウェア、又はファームウェアの異なる組合せを使用して実施され得ることを、当業者は本開示を考慮して認識するであろう。例えば、こうしたモジュールは、集積回路の組合せを使用してハードウェアで完全に実施され得る。代替的に又は付加的に、こうした特徴又は機能は、汎用コンピューターによってではなく、本明細書で述べる特定の機能を実施するために設計された専用コンピューターを使用して完全に又は部分的に実施され得る。
【０１１２】
複数の分散型コンピューティング装置が、本明細書で述べる任意の１つのコンピューティング装置と置換され得る。こうした分散型実施形態では、１つのコンピューティング装置の機能は、幾つかの機能が、分散型コンピューティング装置のそれぞれの上で実施されるように（例えば、ネットワークを通じて）分散される。
【０１１３】
幾つかの実施形態を、式、アルゴリズム、及び／又はフローチャート図を参照して述べることができる。これらの方法を、１つ又は複数のコンピューター上で実行可能なコンピュータープログラム命令を使用して実施することができる。これらの方法を、別々にコンピュータープログラム製品として又は装置若しくはシステムの構成要素として実施することもできる。この点に関して、それぞれの式、アルゴリズム、フローチャートのブロック若しくはステップ、又はそれらの組合せを、コンピューター可読プログラムコードロジックで具現化される１つ又は複数のコンピュータープログラム命令を含む、ハードウェア、ファームウェア、及び／又はソフトウェアによって実施することができる。認識されるように、任意のこうしたコンピュータープログラム命令は、汎用コンピューターか、専用コンピューターか、又は他のプログラム可能処理装置を限定なしで含む１つ又は複数のコンピューターにロードされて、コンピューター（複数の場合もある）又は他のプログラム可能処理装置（複数の場合もある）上で実行されるコンピュータープログラム命令が、式、アルゴリズム、及び／又はフローチャートで指定される機能を実施するような機械を生成することができる。それぞれの式、アルゴリズム、及び／又はフローチャート図のブロック、並びにそれらの組合せを、指定された機能又はステップを実施する専用ハードウェアベースコンピューターシステム、並びに、専用ハードウェア及びコンピューター可読プログラムコードロジック手段の組合せによって実施することができることも理解されるであろう。
【０１１４】
さらに、コンピューター可読プログラムコードロジックで具現化されるようなコンピュータープログラム命令を、コンピューター可読メモリ（例えば、非一時的コンピューター可読メモリ）に同様に記憶することができ、コンピュータープログラム命令は、コンピューター可読メモリに記憶される命令が、フローチャート（複数の場合もある）のブロック（複数の場合もある）で指定される機能（複数の場合もある）を実施するように特定の方法で機能するよう、１つ若しくは複数のコンピューター又は他のプログラム可能処理装置に指示し得る。コンピュータープログラム命令が、１つ若しくは複数のコンピューター又は他のプログラム可能コンピューティング装置にロードされて、一連のオペレーショナルステップが１つ若しくは複数のコンピューター又は他のプログラム可能コンピューティング装置上で実施されるようにさせ、それにより、コンピューター又は他のプログラム可能処理装置上で実行される命令が、式（複数の場合もある）、アルゴリズム（複数の場合もある）、及び／又はフローチャート（複数の場合もある）のブロック（複数の場合もある）で指定される機能を実施するためのステップを提供するようにコンピューター実施プロセスを生成することができる。
【０１１５】
本明細書で述べる方法及びタスクの幾つか又は全てを、コンピューターシステムが実施し、完全に自動化することができる。コンピューターシステムは、場合によっては、所望の機能を実施するためにネットワークを通じて通信し相互運用する複数の別個のコンピューター又はコンピューティング装置（例えば、物理的サーバ、ワークステーション、記憶アレイ等）を含むことができる。それぞれのこうしたコンピューティング装置は、通常、メモリ又は他の非一時的コンピューター可読記憶媒体若しくは装置に記憶されるプログラム命令又はモジュールを実行する１つのプロセッサ（又は複数のプロセッサ）を含む。本明細書で開示する種々の機能は、こうしたプログラム命令で具現化することができるが、開示される機能の幾つか又は全てを、代替的に、コンピューターシステムの特定用途向け回路（例えば、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ）において実施することができる。コンピューターシステムが複数のコンピューティング装置を含む場合、これらの装置は、同じ場所に位置することができるが、それは必要でない。固体メモリチップ及び／又は磁気ディスク等の物理的記憶装置を異なる状態に変換することによって、開示される方法及びタスクの結果を、永続的に記憶することができる。
【０１１６】
文脈上別途明確に必要としない限り、明細書及び特許請求の範囲全体を通じて、語「備える、含む（comprise）」、「備える、含む（comprising）」、及び同様なものは、排他的意味又は網羅的意味と対照的に、包含的意味で、すなわち、「含むが、それに限定されない（including, but not limited to）」という意味で解釈されるものとする。本明細書で一般に使用される語「結合した（coupled）」は、直接接続されるか又は１つ若しくは複数の中間要素によって接続することができる２つ以上の要素を指す。さらに、語「本明細書で（herein）」、「上記（above）」、「以下（below）」、及び同様の意味の語は、本出願で使用されるとき、本出願を全体として指し、本出願のいかなる特定の部分も指さないものとする。文脈が許可する場合、単数又は複数を使用する上記詳細な説明内の語はまた、複数又は単数をそれぞれ含むことができる。語「又は、若しくは（or）」は、２つ以上のアイテムのリストを参照し（is in reference to）、その語は、語の以下の解釈、すなわち、リスト内のアイテムの任意のものと、リスト内のアイテムの全てと、リスト内のアイテムの任意の組合せとの全てを包含する。「例示的な（exemplary）」という語は、「例、事例、又は例証として役立つ（serving as an example, instance, or illustration）」を意味するために、本明細書で排他的に使用される。「例示的な」として本明細書で述べる任意の実施態様は、他の実施態様に比べて好ましい又は有利であると必ずしも解釈されない。
【０１１７】
本開示は、本明細書で示す実施態様に限定されることを意図されない。本開示で述べる実施態様に対する種々の変更が、当業者に容易に明らかになる場合があり、本明細書で規定される一般的な原理を、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく他の実施態様に適用することができる。本明細書で提供される本発明の教示は他の方法及びシステムに適用することができ、上述した方法及びシステムに限定されない。上述した種々の実施形態の要素及び動作は、更なる実施形態を提供するために組み合わせることができる。したがって、本明細書で述べる新規な方法及びシステムは、種々の他の形態で具現化することができ、さらに、本明細書で述べる方法及びシステムの形態における種々の省略、置換及び変更を、本開示の趣旨から逸脱することなく行うことができる。添付特許請求の範囲及びその均等物は、本開示の範囲及び趣旨内に入る形態又は修正形態を包含することを意図される。
【図１】
0005952844.tif 000009
【図２】
0005952844.tif 000010
【図３】
0005952844.tif 000011
【図７Ａ】
0005952844.tif 000012
【図１０Ａ】
0005952844.tif 000013
【図１０Ｂ】
0005952844.tif 000014
【図１０Ｃ】
0005952844.tif 000015
【図１１】
0005952844.tif 000016
【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
0005952844.tif 000018
【図１２Ｃ】
0005952844.tif 000019
【図１３】
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【図１４】
0005952844.tif 000021
【図１５】
0005952844.tif 000022
【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１８】
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【図２１】
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【図２９】
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