(57)【要約】  ビーム照射角度の評価方法は、ビームの照射ポイントから腫瘍プリセットポイントへのベクトル方向として定義されるビーム照射角度をサンプリングするステップと、器官を通過するビームのトラックを計算するステップと、腫瘍が有効治療深度内で完全に覆われているかどうかを判断し、そうであれば、評価係数の計算、照射条件および結果計算の記録のステップに進み、かつビームの照射角度をサンプリングするステップに戻るステップと、そうでなければ、最悪の評価係数を与えるステップに進み、かつビームの照射角度をサンプリングするステップに戻るステップと、を含む。ビームの照射角度を評価する方法により、ビームがある特定の位置およびある特定の角度で照射する時の性能の優劣を明らかに認識することができ、それにより医師または医療物理師の照射モード決定に有力なデータサポートを提供する。
2019501694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム照射角度の評価方法であって、
ビームの照射ポイントから腫瘍プリセットポイントへのベクトル方向として定義されるビーム照射角度をサンプリングするステップと、
器官を通過するビームのトラックを計算するステップと、
腫瘍が有効治療深度内で完全に覆われているかどうかを判断し、
そうであれば、評価係数の計算、照射条件および結果計算の記録のステップに進み、かつビーム照射角度をサンプリングするステップに戻るステップと、
そうでなければ、最悪の評価係数を与えるステップに進み、かつビーム照射角度をサンプリングするステップに戻るステップと、
を含むことを特徴とする、ビーム照射角度の評価方法。
【請求項２】
前記ビームは、中性子ビーム、荷電粒子ビームまたはガンマ線のうちの１種または多種であることを特徴とする、
請求項１に記載のビーム照射角度の評価方法。
【請求項３】
前記評価係数は、ビーム特性、放射線感受性係数および器官のホウ素含有濃度に基づいて計算されることを特徴とする、
請求項１に記載のビーム照射角度の評価方法。
【請求項４】
サンプリングされた照射角度および照射トラックにおいて、器官（ｉ）の重み係数（Ｗ（ｉ））は、式１を用いて計算され、
【化１】
2019501694.tif 000011
ここで、Ｉ（ｉ）、Ｓ（ｉ）およびＣ（ｉ）は、それぞれビーム強度、器官（ｉ）の放射線感受性係数、および器官（ｉ）のホウ素含有濃度であることを特徴とする、
請求項３に記載のビーム照射角度の評価方法。
【請求項５】
前記Ｉ（ｉ）は、使用されるビームに従って、シミュレートされた人体の深度強度または線量を線積分する式２を用いて計算され、
【化２】
2019501694.tif 000012
ここで、ｉ（ｘ）は、近似人体における治療用ビームの深度強度または線量曲線の関数であり、ｘ０−ｘは、ビームトラックにおける器官（ｉ）の深度範囲であることを特徴とする、
請求項４に記載のビーム照射角度の評価方法。
【請求項６】
前記評価係数は式３を用いて計算され、
【化３】
2019501694.tif 000013
ここで、Ｑ（ｘ、ｙ、ｚ、Φ、θ）は、評価係数であり、器官トラックにおける各器官の重み係数の和に等しいことを特徴とする、
請求項４または５に記載のビーム照射角度の評価方法。
【請求項７】
前記評価係数と腫瘍評価係数との比（ＱＲ（ｘ、ｙ、ｚ、Φ、θ））が、式（４）を用いて計算され、
【化４】
2019501694.tif 000014
ここで、Ｗ（ｔｕｍｏｒ）は、腫瘍の重み係数であることを特徴とする、
請求項６に記載のビーム照射角度の評価方法。
【請求項８】
前記医用画像データを読み取るステップは、ＣＴ画像データ、ＭＲＩ画像データ、またはＰＥＴ−ＣＴ画像データから少なくとも１種の医用画像データを読み取るステップであることを特徴とする、
請求項１から５のいずれか１項に記載のビーム照射角度の評価方法。
【請求項９】
前記ビーム照射角度の評価方法は、各評価係数を３Ｄ画像で表示するステップをさらに含むことを特徴とする、
請求項１から５のいずれか１項に記載のビーム照射角度の評価方法。
【請求項１０】
前記ビーム照射角度の評価方法は、
医用画像データを読み取るステップと、
器官、組織および腫瘍の輪郭範囲を定義または読み取るステップと、
器官、組織および腫瘍の材料と密度を定義するステップと、
をさらに含むことを特徴とする、
請求項１から５のいずれか１項に記載のビーム照射角度の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射角度の評価方法，特にビーム照射角度の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子科学の発展に従って、コバルト60、線形加速器、電子ビームなどの放射線療法は、すでにがん治療の主な手段の一つとなった。しかし、従来の光子または電子療法では、放射線そのものの物理的条件の制限で、腫瘍細胞を殺すとともに、ビーム経路にある数多くの正常組織に損傷を与える。また、腫瘍細胞により放射線に対する感受性の度合いが異なっているので、従来の放射線療法では、放射線耐性の高い悪性腫瘍（例、多形神経膠芽腫（glioblastoma multiforme）、黒色腫（melanoma））に対する治療効果が良くない。
【０００３】
腫瘍の周囲の正常組織への放射線損傷を軽減するすために、化学療法（chemotherapy）における標的療法という概念が放射線療法に用いられた。また、放射線耐性の高い腫瘍細胞に対し、現在では生物学的効果比（relative biological effectiveness, RBE）の高い放射線源を積極的に開発している（例えば、陽子線治療、重粒子治療、中性子捕捉療法など）。そのうち、中性子捕捉療法は上記の2つの概念を結びつけたものである。例えば、ホウ素中性子捕捉療法において、ホウ素含有薬物が腫瘍細胞に特異的に集まり、高精度な中性子ビームの制御と合わせることで、従来の放射線と比べて、より良いがん治療オプションを提供する。
【０００４】
ホウ素中性子捕捉療法は、ホウ素（10B）含有薬物が熱中性子に対し大きい捕獲断面積を持つ特性を利用し、10B(n,α)7Li中性子捕捉と核分裂反応により4Heと7Liという2種の重荷電粒子を生成する。2種の粒子の合計射程が細胞のサイズに近いので、生体への放射線損害を細胞レベルに抑えられる。それで、ホウ素含有薬物を選択的に腫瘍細胞に集め、適切な中性子源と合わせることで、正常組織に多くの損害を与えない状態で腫瘍細胞を部分的に殺せる。
【０００５】
既存の中性子捕捉療法計画システムにおいて、その照射の幾何学的角度は、いずれも人間が経験に基づいて判断及び定義する。人体は複雑な構造のため、様々な組織または器官の放射線に対する感受性も非常に異なり、したがって、人間の判断のみでは、より良い照射角が無視され、治療効果が大幅に低減される可能性がある。治療効果の最適化を達成するために、ビームの照射角度は考慮すべき重要な部分である。
【０００６】
したがって、ビーム照射角度の評価方法を提供する必要がある。
【発明の概要】
【０００７】
従来技術の欠点を克服するために、本願発明者らは、実行可能な照射角度最適化方法を開発し、これを好ましい基準として、かつ医師の経験に基づいて、最適な照射角度を見つけることができるようにした。計算の実施の最適化では、腫瘍から体表面までのトラックが複数の線に分割され、かつトラック中の器官割合及びその放射線感受性係数を考慮して個々のトラック評価係数が求められ、順方向計算（体表面から腫瘍へ）または逆方向計算（腫瘍から体表面へ）の方法を使用することができ、順番にポイントを取るか、ランダムにポイントを取って計算することができる。上記方法により、体表面の各ポイントから腫瘍に入射した評価点を計算することができ、２Ｄまたは３Ｄ画像を融合させ、ユーザが最良の入射ポイントを見つけるのを助けることができる。
【０００８】
具体的に、本発明の１つの態様は、ビーム照射角度の評価方法を提供し、それは、
ビームの照射角度をサンプリングするステップであって、前記ビームの照射角度は、ビームの照射ポイントから腫瘍プリセットポイントへのベクトル方向として定義されるステップと、
器官を通過するビームのトラックを計算するステップであって、前記ビームの照射角度はビームの照射ポイントから腫瘍プリセットポイントへのベクトル方向として定義されるステップと、
腫瘍が有効治療深度内に完全に覆われているかどうかを判断し、
そうであれば、評価係数の計算、照射条件および結果計算の記録のステップに進み、かつビームの照射角度をサンプリングするステップに戻るステップと、
そうでなければ、最悪の評価係数を与えるステップに進み、かつビームの照射角度をサンプリングするステップに戻るステップと、を含む。
【０００９】
ビームの照射角度を評価する方法により、ビームがある特定の位置およびある特定の角度で照射する時の性能の優劣を明らかに認識することができ、それにより医師または医学物理師の照射モード決定に強力なデータサポートを提供する。
【００１０】
“腫瘍プリセットポイント”は腫瘍重心または腫瘍の最も深い位置に設定することができ、具体的な腫瘍プリセットポイント位置はユーザのニーズに応じて調整することができる。好ましく、前記ビームの照射角度は、ビームの照射ポイントから腫瘍重心または腫瘍の最も深い位置へのベクトル方向として定義される。当然、当業者には周知のように、使用のニーズに応じてビームの照射角度をカスタマイズすることができる。
【００１１】
当然、当業者には周知のように、上記ベクトル方向は、ビームの照射ポイントから腫瘍プリセットポイントへの正のベクトル方向および負のベクトル方向を含む。
前記ビームは、中性子ビーム、荷電粒子ビームまたはガンマ線のうちの１種または多種であり、ここで、荷電粒子ビームは、電子ビーム、陽子ビームおよび重粒子ビームなどであってもよい。
【００１２】
前記評価係数をより正確に計算するために、前記評価係数は、ビーム特性、放射線感受性係数および器官ホウ素含有濃度に基づいて計算される。
サンプリングされた照射角度および照射トラックにおいて、器官（ｉ）の重み係数（Ｗ（ｉ））は、式１を用いて計算される。
【化１】
2019501694.tif 000003
【００１３】
ここで、Ｉ（ｉ）、Ｓ（ｉ）およびＣ（ｉ）はそれぞれビーム強度、器官（ｉ）の放射線感受性係数および器官（ｉ）のホウ素含有濃度である。
さらに、前記Ｉ（ｉ）は、使用されるビームに従って、シミュレートされた人体の深度強度または線量を線積分する式２を用いて計算される。
【化２】
2019501694.tif 000004
【００１４】
ここで、ｉ（ｘ）は、近似人体における治療用ビームの深度強度または線量曲線の関数であり、ｘ０−ｘは、ビームトラックにおける器官（ｉ）の深度範囲である。
前記評価係数は式３を用いて計算される。
【化３】
2019501694.tif 000005
【００１５】
ここで、Ｑ（ｘ、ｙ、ｚ、Φ、θ）は、評価係数であり、器官トラックにおける各器官の重み係数の和に等しい。
当然、別の評価係数の提示方式、すなわち、器官評価係数と腫瘍評価係数との比の値を使用することができる。前記評価係数と腫瘍評価係数との比（ＱＲ（ｘ、ｙ、ｚ、Φ、θ））は、式（４）を用いて計算される。
【化４】
2019501694.tif 000006
【００１６】
ここで、Ｗ（ｔｕｍｏｒ）は、腫瘍の重み係数である。
“医用画像データ”は、磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ、ＭＲＩ）またはコンピュータ断層撮影（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＣＴ）または陽電子放出コンピュータ断層撮影（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＰＥＴ−ＣＴ）であってもよい。しかしながら、当業者には周知のように、他の医用画像データを使用することができ、該医用画像データが器官、組織および腫瘍の材料と密度を定義できるものであれば、本発明の開示するビームの照射角度の評価方法を適用することができる。好ましく、前記医用画像データを読み取るステップは、ＣＴ画像データ、ＭＲＩ画像データ、またはＰＥＴ−ＣＴ画像データから少なくとも１種の医用画像データを読み取るステップである。
【００１７】
“器官トラック”は、ある特定の位置およびある特定の角度でビームを照射する時に、皮膚、骨、組織および腫瘍を通過する1本のビームトラックであり、例えば、器官トラックは、ビームが皮膚、骨、組織、腫瘍、組織、骨、皮膚を順次通過するトラックである。いくつかの計算では、器官トラックにおける各器官の重み係数を合計する時に、腫瘍の重み係数を含まないことができる。好ましく、前記器官トラックは、ビームが皮膚、頭蓋骨、脳組織、腫瘍、脳組織、頭蓋骨、皮膚を順次通過するトラックである。このようにして、脳を通過するビームのトラックを明らかに理解することができる。当然、当業者には周知のように、器官トラックを、ビームが肝臓のような人間の脳の他の部分を順次通過するものとすることができる。
【００１８】
好ましく、前記ビームの照射角度の評価方法は、さらに、各評価係数を３Ｄ画像で表示するステップを含む。当然、当業者は、他の方式で各評価係数を表示することもでき、医師または医学物理師が表示された各評価係数を認識できればよい。
【００１９】
いわゆる“ビーム”は、１種または多種の放射性ビームであってもよく、好ましく、前記ビームは、中性子ビームとガンマ線との混合ビームであってもよいし、または単独の中性子ビーム、単独の陽子ビームまたは単独の重粒子ビームであってもよい。
【００２０】
前記ビームの照射角度の評価方法は、さらに、医用画像データを読み取るステップと、器官、組織および腫瘍の輪郭範囲を定義または読み取るステップと、器官、組織および腫瘍の材料と密度を定義するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ホウ素中性子捕捉反応の概略図である。
【図２】１０Ｂ（ｎ、α）７Ｌｉ中性子捕捉反応の式である。
【図３】本発明の実施例におけるビームの照射角度の評価方法の論理ブロック図である。
【図４】本発明の実施例におけるビーム照射時の器官トラックの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面を参照して本発明の実施例についてさらに詳細に説明し、当業者が明細書の本文を参照して実施できるようにする。
好ましくは、中性子捕捉療法に用いられるビームの照射角度の評価方法を本発明の実施例とする。以下に、中性子捕捉療法、特にホウ素中性子捕捉療法を簡単に説明する。
【００２３】
中性子捕捉療法は、効果的ながん治療の手段として、近年ではその適用が増加しており、その中でもホウ素中性子捕捉療法が最も一般的なものとなった。ホウ素中性子捕捉療法に用いられる中性子は、原子炉または加速器で供給できる。本発明の実施形態は加速器ベースホウ素中性子捕捉療法を例とする。加速器ベースホウ素中性子捕捉療法の基本モジュールは、一般的に荷電粒子（陽子、デューテリウム原子核など）の加速に用いられる加速器、ターゲット、熱除去システム及びビーム整形体を含む。加速された荷電粒子と金属ターゲットとの作用により中性子が生成され、所望の中性子収率とエネルギー、提供可能な加速荷電粒子のエネルギーと電流の大きさ、金属ターゲットの物理的・化学的特性などに基づいて適切な原子核反応が選定される。常に検討されている原子核反応は7Li(p,n)7Be及び9Be(p,n)9Bであり、この両方は吸熱反応である。２つの核反応のエネルギー閾値は、それぞれ1.881MeVと2.055MeVである。ホウ素中性子捕捉療法の理想的中性子源はkeVエネルギーレベルの熱外中性子なので、理論的には、エネルギーが閾値よりやや高い陽子がリチウムターゲットに照射されると、比較的低いエネルギーの中性子が生成され、過度の減速処理を要することなく臨床適用が可能になる。しかし、リチウム（Li）とベリリウム（Be）の２種のターゲットは閾値エネルギーの陽子と作用する断面は大きくないので、十分な中性子束を確保するために、一般的には比較的高いエネルギーを持つ陽子で原子核反応を引き起こす。
【００２４】
ホウ素中性子捕捉療法(Ｂｏｒｏｎ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｃａｐｔｕｒｅ  Ｔｈｅｒａｐｙ，ＢＮＣＴ)は、ホウ素（10B）を含む薬物が熱中性子に対し高い捕獲断面積を有するという特性を利用し、10B（n,α）7Li中性子捕捉反応と核分裂反応とにより、4He及び7Liの２つの重荷電粒子が生成される。図１および図２を参照すると、それぞれ、ホウ素中性子捕捉反応の模式図および10B（n,α）7Li中性子捕捉核反応式が示されている。２つの荷電粒子の平均エネルギーは約2.33MeVであり、高い線エネルギー付与（LET）と短射程特性とを有する。α粒子の線エネルギー付与及び範囲は、それぞれ150keV/μmおよび8μmであり、7Li重荷電粒子の線エネルギー付与及び範囲は、それぞれ175keV/μmおよび5μmであり、２粒子の合計範囲は細胞サイズとほぼ同じなので、生体に対する放射損害が細胞レベルに限られる。ホウ素含有薬剤が腫瘍細胞に選択的に蓄積すると、適切な中性子源により、正常組織に多大な損傷を与えることなく、局所的に腫瘍細胞を殺す目的を達成することができる。
【００２５】
ホウ素中性子捕捉療法の中性子源は、原子炉或いは加速器による荷電粒子とターゲットとの原子核反応によるものであり、生成されるのはすべて混合放射線場である。即ち、ビームは低エネルギーから高エネルギーまでの中性子、光子を含む。深部腫瘍のホウ素中性子捕捉療法では、熱外中性子を除くその他の放射線の含有量が多ければ多いほど、正常組織での非選択的線量沈着の割合も大きくなるので、これらの不必要な線量を引き起こす放射線をできる限り低減する必要がある。エアビームの品質要素の他、中性子による人体における線量分布をさらに理解するために、本発明の実施形態は人工器官の人間の頭部組織で線量を算出し、そして人工器官におけるビームの品質要素をビーム設計の参考とする。後文でそれを詳細に説明する。
【００２６】
国際原子力機関（IAEA）は臨床ホウ素中性子捕捉療法に用いられる中性子源について、エアビームの品質要素に関する5提案を出している。この5提案は異なる中性子の長所と短所を比較するために利用できる他、中性子生成経路の選定及びビーム整形体の設計をする時の参考として利用できる。この5提案は次の通りである。
熱外中性子束Epithermal neutron flux > 1 x 109 n/cm2s
高速中性子汚染Fast neutron contamination < 2 x 10-13 Gy-cm2/n
光子汚染Photon contamination < 2 x 10-13 Gy-cm2/n 
熱中性子束と熱外中性子束との比thermal to epithermal neutron flux ratio < 0.05
中性子流とフラックスとの比epithermal neutron current to flux ratio > 0.7
注：熱外中性子エネルギー領域は0.5eV〜40keVであり、熱中性子エネルギー領域は0.5eVより小さく、高速中性子エネルギー領域は40keVより大きい。
【００２７】
１．熱外中性子束：
中性子束と腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度とで臨床治療の時間が決まる。腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が十分に高ければ、中性子束への要求を緩められる。それに対し、腫瘍におけるホウ素含有薬物の濃度が低ければ、高フラックスの熱外中性子で腫瘍に十分な線量を与える必要がある。IAEAは、熱外中性子束について、平方センチメートル当たり1秒の熱外中性子は109個より多いことを求めている。既存のホウ素含有薬物にとって、このフラックスでの中性子ビームで治療時間を大体１時間以内に抑えられる。短い治療時間で、位置決めと快適さの改善、及び腫瘍におけるホウ素含有薬物の限られた滞留時間の効果的利用に貢献できる。
【００２８】
２．高速中性子汚染：
高速中性子は正常組織への不必要な線量を引き起こすので、汚染とみなされる。この線量と中性子エネルギーとには正の相関関係があるので、中性子ビームの設計において、できる限り高速中性子の含有量を減らす必要がある。高速中性子汚染は、単位熱外中性子束に伴う高速中性子の線量と定義される。IAEAは、高速中性子汚染を2 x 10-13 Gy-cm2/nより小さくすることを推奨している。
【００２９】
３．光子汚染（γ線汚染）：
γ線は強い透過性の放射線に属し、非選択的にビーム経路にあるすべての組織での線量沈着を引き起こすので、γ線の含有量を減らすことも中性子ビームの設計の必要条件である。γ線汚染は、単位熱外中性子束に伴うγ線の線量と定義される。IAEAは、γ線汚染を2 x 10-13 Gy-cm2/nより小さくすることを推奨している。
【００３０】
４．熱中性子束と熱外中性子束との比：
熱中性子は、減衰速度が速く、透過性も弱く、人体に入ったら大部分のエネルギーが皮膚組織に沈着するので、黒色腫などの皮膚腫瘍にホウ素中性子捕捉療法の中性子源として熱中性子を使用する場合以外、例えば脳腫瘍などの深部腫瘍の場合、熱中性子の含有量を減らす必要がある。IAEAは、熱中性子束と熱外中性子束との比を0.05より小さくすることを勧めている。
【００３１】
５．中性子流とフラックスとの比：
中性子流とフラックスとの比は、ビームの方向性を示す。その比が大きければ大きいほど、ビームの前向性が強くなる。強い前向性を持つ中性子ビームでは、中性子の発散による周りの正常組織への線量を減らせる他、治療可能デプスと位置決め姿勢の柔軟性を向上させることができる。IAEAは、中性子流とフラックスとの比が0.7より大きくすることを推奨している。
【００３２】
人工器官で組織内の線量分布が取得され、そして正常組織及び腫瘍の線量−デプス曲線により、人工器官におけるビーム品質要素が導き出される。以下の3つのパラメータは異なる中性子ビーム療法の治療効果の比較に利用されることができる。
１．効果的治療デプス：
腫瘍線量は最大正常組織線量と等しいデプスである。このデプスの後ろでは、腫瘍細胞が受ける線量は最大正常組織線量より小さいので、ホウ素中性子捕捉上の優位性がなくなる。このパラメータは中性子ビームの透過性を示し、効果的治療デプスが大きければ大きいほど、治療可能な腫瘍のデプスが深くなる。単位はcmである。
【００３３】
２．効果的治療デプスの線量率：
即ち、効果的治療デプスにおける腫瘍線量率であり、最大正常組織線量率と等しい。正常組織で受け取る総線量は、与えられ得る腫瘍総線量に影響する要因であるので、このパラメータで治療時間が決まる。効果的治療デプスの線量率が大きいほど、腫瘍に一定の線量を与えるのに必要な照射時間が短くなる。単位はcGy/mA-minである。
３．効果的治療線量比：
脳表面から効果的治療デプスまで、腫瘍と正常組織が受け取る平均線量の比は効果的治療線量比と呼ばれる。平均線量は線量−デプスの線積分により算出できる。効果的治療線量比が大きければ大きいほど、当該中性子ビームの治療効果がよくなる。
【００３４】
ビーム整形体の設計における比較根拠として、IAEAによるエアにおけるビームの品質要素という5提案、及び上記の3つのパラメータの他に、本発明の実施形態は中性子ビーム線量のパフォーマンスの優劣を評価するための以下のパラメータを利用する。
１．照射時間≦30min（加速器で使用する陽子流は10mA）
２．30.0RBE-Gy治療可能なデプス≧7cm
３．最大腫瘍線量≧60.0RBE-Gy
４．最大正常脳組織線量≦12.5RBE-Gy
５．最大皮膚線量≦11.0RBE-Gy
注：RBE（Relative Biological Effectiveness）は生物学的効果比であり、光子と中性子による生物学的効果が異なるので、等価線量を算出するために、上記の線量に異なる組織の生物学的効果比を掛ける。
【００３５】
図３および図４を参照し、中性子捕捉療法時のビーム照射角度の参照基準を提供するために、以下は、ランダムにまたは１つずつ各可能な照射角度を計算し、かつ、式１および式２で評価係数を算出し、各評価係数を３Ｄ画像の方式で表示し、すなわち医師または医学物理師が治療の照射角度を判断しやすい。
【００３６】
以下は、３D評価係数画像の確立ステップを詳細に説明する。該ステップは、好ましい実施ステップであり、当業者には周知のように、好ましい実施ステップに従う必要はない。該ステップでは、具体的に、患者のＣＴ／ＭＲＩ／ＰＥＴ−ＣＴなどの人間の解剖学的構造の明確な画像が読み取られ、各器官、組織、腫瘍の輪郭が１つずつ定義され、かつ材料の種類および密度が設定される。幾何学的材料および密度の定義が完了した後、ビームの開始位置およびビーム角度を計算することが決定される。計算における開始位置および角度の決定は、順方向計算法または逆方向計算法であってもよい。順方法計算法では、開始位置が体外位置に決定され、かつ固定角度または距離間隔により順にサンプリングして計算することができ、またランダムサンプリングの方式で行うこともできる。照射角度の部分については、照射ポイントから腫瘍重心または腫瘍の最も深い位置へのベクトル方向として設定することができ、具体的な腫瘍エンドポイント位置はユーザのニーズに応じて調整することができる。逆方向計算法では、開始位置が腫瘍範囲内に決定され、その開始位置は、腫瘍重心、最も深い位置または腫瘍範囲内のランダムなポイントであってもよい。ビーム角度には、ランダムサンプリングまたは指定間隔によるサンプリングの方式を用いることができる。ビームの照射位置およびその角度を決定した後、ビーム軸が通過する器官トラックが計算される。すなわちビームが人体に入った後に通過した器官の種類およびその厚さが計算される。ビーム軸が人体を通過するトラック情報を取得した後、腫瘍範囲が治療可能な最大深度内にあるかどうかが判定される。Ｙｅｓであれば、このトラック情報に基づいて、ユーザにより設定された器官のホウ素含有濃度、器官放射感受性係数およびビーム特性情報に合わせて、該トラックの評価係数を計算し、Ｎｏであれば、最悪の評価係数を与え、ビーム位置および照射角度のサンプリングを再度行う。評価係数の計算が終了した後、照射位置、角度および評価係数の記録が行われる。一定数の計算が繰り返された後、レポートが出力され、医師または医学物理師に照射モードを決定する基準として提供することができる。さらに、データを３Ｄ画像の形式で表示することができ、それによりビーム軸の周囲の評価係数に基づいて優劣を判断しやすい。
【００３７】
評価係数は、ビーム特性、器官放射線感受性係数および器官ホウ素含有濃度に基づいて計算され、ある位置およびある照射トラック中において、器官ｉの重み係数（Ｗ（ｉ））は、式１に示すように計算される。式におけるＩ（ｉ）、Ｓ（ｉ）およびＣ（ｉ）はそれぞれ中性子強度、器官ｉの放射感受性係数、および器官ｉのホウ素含有濃度である。
【化５】
2019501694.tif 000007
【００３８】
ここで、Ｉ（ｉ）は、式２に示すように、使用されるビームに従って、シミュレートされる人体の深度強度または線量を線積分することによって得られる。式において、ｉ（ｘ）は、近似人体における治療用ビームの深度強度または線量曲線の関数であり、ｘ０−ｘはビームトラックにおける器官ｉの深度範囲である。
【化６】
2019501694.tif 000008
【００３９】
上記アルゴリズムにより、器官トラックにおける各器官の重み係数を順次計算した後、かつその合計を取ると、該ビームに対応する評価係数を、式３に示すように得ることができる。この計算において、腫瘍の重み係数は計算に算入されない。
【化７】
2019501694.tif 000009
【００４０】
上記評価係数の大きさにより、治療時に正常組織が受ける損傷程度をより直感的に判断することができる。評価係数を用いて照射位置および角度を評価する以外に、評価比係数を用いて評価することができる。それは、式４に示すように評価係数と腫瘍の重み係数との比の値として定義される。このようにして、照射位置および角度の予想治療効果をより十分に表すことができる。
【化８】
2019501694.tif 000010
【００４１】
以上の実施例において、“患者のＣＴ／ＭＲＩ／ＰＥＴ−ＣＴなどの人間の解剖学的構造の明確な画像が読み取られ、各器官、組織、腫瘍の輪郭が１つずつ定義され、かつ材料の種類および密度が設定される。”というこれらのステップに関しては、本出願者が２０１５年１月１７日に国家知的所有権局に出願した、出願番号が２０１５１０７９０２４８．７の、“医用画像データに基づき幾何学的モデルを確立する方法”という発明の名称の特許出願を参照することができ、ここで、その全体が本明細書に組み込まれる。
【００４２】
当業者には周知のように、上記式１から式４におけるいくつかの簡単な変更は、いずれも本発明の保護範囲内にある。例えば、Ｉ（ｉ）、Ｓ（ｉ）およびＣ（ｉ）の乗算から加算に変えられてもよい。Ｉ（ｉ）、Ｓ（ｉ）、Ｃ（ｉ）は、それぞれｎ乗され、ｎは状況によって決められ、ｎは１の整数倍または他の倍数であってもよい。ｉ（ｘ）はｘ０−ｘ間の平均値または中央値に、（ｘ０−ｘ）を乗じるもの、または強度積分の計算結果に合ういずれの計算方法であってもよい。
【００４３】
以上は、当業者が本発明を理解しやすいために、本発明の説明的かつ具体的な実施形態を説明したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、当業者にとっては、様々な変化が添付の特許請求によって規定および確定された本発明の精神内にあれば、これらの変更は明らかであり、いずれも本発明の保護の範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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