(57)【要約】  リップルフィルタユニットは、ビーム内で互いに重なるように配置され、実質的に同じ配向を有し、フィルタ特徴が動的に変化するように互いに対して移動可能な、実質的に同一の第１及び第２のリップルフィルタを備える。このようにして、リップルフィルタの変調特徴を変化させることができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム経路内に直列に実質的に同じ配向で配置される第１のリップルフィルタ（３）及び第２のリップルフィルタ（３’）を備える、粒子ビームの粒子エネルギー分布を広げるためのリップルフィルタユニット（３０）であって、第１及び第２のリップルフィルタ（３、３’）は、前記第１及び第２のリップルフィルタの相対位置によって前記リップルフィルタユニット（３０）のフィルタ特徴が動的に変化するように互いに対して移動可能であることを特徴とし、前記第１及び第２のリップルフィルタのそれぞれは、山と谷のパターンを備え、前記第１及び第２のリップルフィルタは、前記第１及び第２のリップルフィルタの山が前記山に垂直な方向に互いに対して変位するように、互いに対して移動可能であり、前記第１及び第２のリップルフィルタの山を互いに対して変位させることによって前記リップルフィルタユニットの設定を制御するための制御手段を備えることを特徴とする、リップルフィルタユニット。
【請求項２】
前記第１のリップルフィルタ（３）又は前記第２のリップルフィルタ（３’）のいずれかが固定され、固定されていないリップルフィルタ（３’、３）が、固定されたリップルフィルタに対して平行移動するように構成される、請求項１に記載のリップルフィルタユニット。
【請求項３】
前記第１及び第２のリップルフィルタ（３、３’）が、互いに隣接して配置された一様な山で構成され、各山の底辺の裾は、前記フィルタの縁を除いて、前記山の両側の隣接する山に実質的に触れている、請求項１に記載のリップルフィルタユニット。
【請求項４】
放射線治療計画を生成する方法であって、
ａ．請求項１〜３のいずれか一項に記載のリップルフィルタユニットのリップルフィルタ設定を含むデバイスパラメータを決定するステップであって、前記リップルフィルタ設定は、定義されたブラッグピークの変調を達成するべく、前記第１及び第２のリップルフィルタの山を、前記山に垂直な方向に互いに対する変位を含むステップと、
ｂ．前記リップルフィルタ設定を含む治療計画を生成するステップと、
を含む、方法。
【請求項５】
いくつかの治療計画を生成し、生成された治療計画のうちの１つを選択するべく、ステップａ及びｂを何度か繰り返し、生成された治療計画のそれぞれの送達時間に応じて前記生成された治療計画のうちの１つを選択することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記治療計画を最適化するステップが、第１の可能なリップルフィルタ設定を用いる第１の可能な治療計画と、第２の可能なリップルフィルタ設定を用いる第２の可能な治療計画を順次に生成し、計画の品質及び送達時間に応じて前記第１又は第２の可能な治療計画を選択することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
ステップａが、少数のエネルギー層に報酬を与えるように前記リップルフィルタ設定を決定するべく、ペナルティ関数などの成分を含む最適化問題を定義するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記請求項のいずれか一項に記載のリップルフィルタユニットをビーム内に適用し、前記第１及び第２のリップルフィルタの山を互いに対して変位させることによってエネルギー層内のスポットの又はエネルギー層内の個々のスポット間のブラッグピークの幅を変調するべく前記リップルフィルタユニットを制御することを特徴とする、患者にペンシルビーム走査放射線治療を送達する方法。
【請求項９】
プロセッサで動作するときに前記プロセッサに請求項４〜７のいずれか一項に記載の方法を実行させる、好ましくは一時的でない記憶媒体上に格納される、コンピュータ可読コード手段を備えるコンピュータプログラム製品。
【請求項１０】
プロセッサで動作するときに前記プロセッサに請求項８に記載の方法を実行させる、好ましくは一時的でない記憶媒体上に格納される、コンピュータ可読コード手段を備えるコンピュータプログラム製品。
【請求項１１】
前記コンピュータ可読コード手段が、エネルギー層ごとにブラッグピークの幅を変調するべく前記リップルフィルタユニットを制御するように構成される、請求項９に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１２】
前記コンピュータ可読コード手段が、エネルギー層内の異なるスポット間のブラッグピークの幅を変調するべく前記リップルフィルタユニットを制御するように構成される、請求項９又は１０に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１３】
放射線治療を制御するためのプロセッサ（７３）と、放射線治療装置を制御するべく前記プロセッサで動作するように構成された請求項９〜１１のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム製品を備えるプログラムメモリ（７６）とを備える、放射線治療装置。
【請求項１４】
プロセッサ（７３）と、データメモリ（７４）と、プログラムメモリ（７６）とを備えるコンピュータシステム（７１）であって、前記プログラムメモリが、放射線治療計画作成を制御するべく前記プロセッサで動作するように構成された請求項８に記載のコンピュータプログラム製品を備える、コンピュータシステム（７１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の放射線治療に用いるためのリップルフィルタユニット、及びこのようなリップルフィルタユニットを用いる放射線治療計画作成のための方法、並びに放射線治療計画作成及び送達のためのコンピュータプログラム製品及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペンシルビーム走査では、陽子などの荷電粒子のビームが患者内のいくつかのスポットに向けて連続して誘導され、スポットは治療される体積をカバーする。粒子は、それらのエネルギーを患者内の経路に沿って蓄積する。
【０００３】
各粒子は、それらのエネルギーのほとんどを、ブラッグピークとして知られているそれらの経路の停止点に向けて蓄積する。患者内のブラッグピークの位置の深さは、粒子の初期エネルギーに依存する。患者内の所望の体積をカバーするために、特定のエネルギー層の粒子がそれらのエネルギーを患者内の特定の深さに蓄積するように様々なエネルギー層が定義される。エネルギー層は、治療される体積全体にブラッグピークが分布するように選択される。
【０００４】
様々なエネルギー層のブラッグピークは、体積全体にわたって十分な線量均一性を達成するために、特定のレベルで重なっている必要がある。したがって、ビーム方向のブラッグピークの間隔が大きくなりすぎないように、エネルギー層の数は十分に多くなければならない。同時に、１つのエネルギー層から別のエネルギー層への変更には時間がかかり、治療時間が長くなるため、エネルギー層の数を制限する要望がある。通常、エネルギー層の変更にはおよそ２秒かかることがある。
【０００５】
ビーム内にリップルフィルタを導入することによって、各ブラッグピークをより広くすることが提案されている。リップルフィルタは、細かく間隔をおいた山と谷のパターンをもつスラブである。山と谷の空間的分離は、陽子の横方向の広がりと比べて小さく、したがって、フィルタは、効果的にブラッグピークのブロードニングをもたらす。一般的な間隔は１〜６ｍｍである。これは、各エネルギー層が患者内のより大きい深度範囲をカバーし、ゆえにエネルギー層の数を削減できることを意味する。ブラッグピークは、より低エネルギーのエネルギー層ではより狭い。これは、ブラッグピークのブロードニングのプラスの効果が、より低いエネルギー層でより大きくなることを意味する。治療の送達中に、クリニックでは、通常、カバーする近位−遠位の範囲に応じて１つ又は２つの異なるリップルフィルタを用いる。ビーム内に１つのリップルフィルタが普通は手動で挿入される。これは、治療の全体を通してそのままにされる、もしくはエネルギー層間で別のリップルフィルタが手動で挿入又は変更され得るが、これには時間がかかる。
【０００６】
ＥＰ２２４１３５０は、粒子ビームの粒子エネルギー分布を広げるためのこのようなリップルフィルタを開示しており、照射方向に直列に取り外し可能に配置され、且つ互いに９０°の角度をなして配置される２つのリップルフィルタを備えるリップルフィルタ構成を作製することを提案している。これは、フィルタのうちの一方又は他方を挿入すること、いずれも挿入しないこと、又は両方を挿入することによる、エネルギー分布を変化させるための４つの個別の可能な選択肢をもたらす。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、計画の品質を維持しながら放射線治療の送達時間を最小にすることである。
【０００８】
本発明は、ビーム経路内に直列に実質的に同じ配向で配置される第１及び第２のリップルフィルタを備える、粒子ビームの粒子エネルギー分布を広げるためのリップルフィルタユニットを提案する。第１及び第２のリップルフィルタは、第１及び第２のリップルフィルタの相対位置によってリップルフィルタユニットのフィルタ特徴が動的に変化するように互いに対して移動可能である。第１及び第２のリップルフィルタのそれぞれは、ビームがそれらを通る際にビームに影響を与え、ビームの粒子は、リップルフィルタの相対位置に応じて異なる様態で影響を受け、異なる量のエネルギーを失う。特に、粒子のエネルギーは、リップルフィルタユニットに当たる場所に応じて異なる量だけ減少する。一部の相対位置では、粒子は、リップルフィルタユニット上のすべての位置で実質的に同様の影響を受け、これはブラッグピークがブロードニングされないことを意味する。他の相対位置では、粒子は異なる影響を受け、異なる量のエネルギーを失い、これによりブラッグピークのブロードニングにつながる。
【０００９】
本発明に係るリップルフィルタユニットは動的であり、エネルギー層ごとにブラッグピークの最適なブロードニングを達成するべく各エネルギー層に適合させることができる。これは、治療中にリップルフィルタを挿入又は交換する必要なしに、ブラッグピークの幅を変えることを可能にする。通常、リップルフィルタユニットは、より高いエネルギー層でより小さいブロードニング、より低いエネルギー層でより大きいブロードニングをもたらすように設定される必要がある。治療中にリップルフィルタユニットを動的に調節することにより、例えば、静的なリップルフィルタを用いてそれらをエネルギー層間で手動にて変更する場合に生じる遅延を引き起こすことなく、エネルギー層の数を削減することができる。好ましくは、リップルフィルタユニットは、フィルタ特徴をスムーズに調節可能にするべく、第１及び第２のリップルフィルタを相互に連続的に移動することができるように構成される。
【００１０】
好ましい実施形態において、第１及び第２のリップルフィルタのそれぞれは、山と谷のパターンを備え、第１及び第２のリップルフィルタは、第１及び第２のリップルフィルタの山が、山に垂直な方向に互いに対して変位するように、互いに対して移動可能である。
【００１１】
移動は、好ましくは平行移動である。第１及び第２のリップルフィルタのうちの一方は固定されてよく、固定されてないリップルフィルタが、固定されたリップルフィルタに対して平行移動してよい。代替的に、両方のリップルフィルタが、好ましくは反対方向に平行移動してよい。
【００１２】
第１及び第２のリップルフィルタは、好ましくは同じタイプのものである。好ましい実施形態において、各フィルタは、互いに隣接して配置された一様な山で構成され、各山の底辺の裾は、フィルタの縁を除いて、当該山の両側の隣接する山に実質的に触れている。
【００１３】
リップルフィルタユニットは、エネルギー層ごとに又は個々のスポットごとにブラッグピークの幅を変調するべく制御され得る。後者のケースでは、各エネルギー層に対して１つよりも多いリップルフィルタ設定が存在し得る。
【００１４】
本発明はまた、上記に係るリップルフィルタユニットが線量送達に用いられる、放射線治療計画を生成する方法であって、
ブラッグピークの変調を指定するリップルフィルタ設定を含むデバイスパラメータを決定するステップと、
前記リップルフィルタ設定を含む計画を生成するステップと、
を含む、方法に関する。
【００１５】
本発明はまた、プロセッサで動作するときにプロセッサに上記で定義される治療計画作成方法を実行させる、好ましくは一時的でない記憶媒体上に格納される、コンピュータ可読コード手段を備えるコンピュータプログラム製品に関する。
【００１６】
本発明はまた、プロセッサ、データメモリ、及びプログラムメモリを備えるコンピュータシステムに関係し、プログラムメモリは、放射線治療計画作成を制御するべくプロセッサで動作するように構成された治療計画作成方法のためのコンピュータプログラム製品を備える。
【００１７】
本発明はまた、このようなリップルフィルタユニットの最適化を含む治療計画作成方法及び治療送達方法、方法を実行するためのコンピュータプログラム製品、及び治療計画作成方法を実行するためのコンピュータシステム、並びに治療送達方法に従って患者に放射線治療を送達するための治療送達装置を提案する。
【００１８】
本発明はまた、前記請求項のいずれか一項に記載のリップルフィルタユニットをビーム内に適用し、エネルギー層内のスポットの又はエネルギー層内の個々のスポット間のブラッグピークの幅を変調するべくリップルフィルタユニットを制御することを特徴とする、患者にペンシルビーム走査放射線治療を送達する方法を提案する。
【００１９】
本発明はまた、放射線治療を制御するためのプロセッサと、放射線治療装置を制御するべくプロセッサで動作するように構成された線量送達コンピュータプログラム製品を備えるプログラムメモリとを備える放射線治療装置に関する。
【００２０】
本発明は、一例としてかつ添付図を参照して以下により詳細に説明されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１ａ】ブラッグピークを概略的に示す図である。
【図１ｂ】従来技術に係るリップルフィルタを概略的に示す図である。
【図１ｃ】リップルフィルタがビーム内に配置されたときに結果として生じるより広いブラッグピークを概略的に示す図である。
【図２ａ】３つの異なる位置にある、本発明の一実施形態に係る動的リップルフィルタユニットを示す。
【図２ｂ】３つの異なる位置にある、本発明の一実施形態に係る動的リップルフィルタユニットを示す。
【図２ｃ】３つの異なる位置にある、本発明の一実施形態に係る動的リップルフィルタユニットを示す。
【図２ｄ】本発明の一実施形態に係るリップルフィルタユニットの異なる構成を示す図である。
【図３ａ】本発明に係る動的リップルフィルタユニットを適用したときの、結果として生じるブラッグピーク及びエネルギー層の数の減少を例示する。
【図３ｂ】本発明に係る動的リップルフィルタユニットを適用したときの、結果として生じるブラッグピーク及びエネルギー層の数の減少を例示する。
【図３ｃ】本発明に係る動的リップルフィルタユニットを適用したときの、結果として生じるブラッグピーク及びエネルギー層の数の減少を例示する。
【図４】エネルギー層内の異なるスポットに対して異なる設定を用いることが望ましい場合がある状況を例示する。
【図５ａ】本発明の一態様に係る治療計画作成方法の実施形態の流れ図である。
【図５ｂ】本発明の一態様に係る治療計画作成方法の実施形態の流れ図である。
【図６】放射線治療計画作成及び／又は送達のための装置を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１ａは、患者を通る粒子の軌道に沿ったエネルギーの蓄積を示す。図でわかるように、エネルギーのほとんどは、ブラッグピークとして知られている軌道の停止点の近くのＢＰで表されるピークに蓄積される。ブラッグピークの位置及び幅は、粒子の初期エネルギーに依存する。
【００２３】
図１ｂは、従来技術のリップルフィルタ３を示す。リップルフィルタ３は、いくつかの山９を備え、通常は、必ずしもそうである必要はないが、断面が三角形であり、それらの底辺は、１つの平面内に配置され、それらの底辺は、隣接する山の底辺に触れている又はほぼ触れている。好ましくは、すべての山は一様である。明確にするために、一部の山にのみ参照符号が付されている。所与の時間内にフィルタを通過して患者に向かうすべての粒子は同じエネルギー層に属するため、それらのブラッグピークはほぼ同じ深さにあると想定される。しかしながら、図１ｂの状況では、第１の矢印Ａ１で例示される第１の粒子は、フィルタの２つの山の間を通過し、理想的にはフィルタを通過してもエネルギーを失うことはない。現実には、もちろん、わずかなエネルギー損失がある。第２の矢印Ａ２で例示される第２の粒子は、フィルタの山のピーク付近を通過し、フィルタ３で失われ得る最大エネルギー量に近い量のエネルギーを失うことになる。
【００２４】
理解されるように、同じ初期エネルギーを有し、山９に対して異なる位置でフィルタを通過する粒子は、異なる量のエネルギーを失い、患者内の異なる深さに到達することになる。これは、エネルギー層のブラッグピークがブロードニングされることを意味する。これはまた、粒子のエネルギーの一部が、患者に蓄積されるのではなく、フィルタで失われることを意味する。山は必ずしも三角形である必要はないが、これは適切な形状であることがわかっている。また、それらは必ずしも谷が三角形になるように配置される必要はないが、山は、フィルタ上で実質的に連続したパターンを形成することが好ましい。
【００２５】
図１ｃは、結果としてブロードにされたブラッグピークＷを例示する図である。
【００２６】
図２ａ〜図２ｃは、第１のリップルフィルタ３と第２のリップルフィルタ３’を備える本発明の一実施形態に係るリップルフィルタユニット３０を例示する図である。理解されるように、リップルフィルタ３、３’は、図１ｂに関連して説明したように様々な様態に設計することができるが、山９、９’と山間に形成された谷のパターンを備えることになる。本発明によれば、リップルフィルタ３、３’は、矢印Ａ３で示す方向に患者に向かって移動する粒子が最初に第１のリップルフィルタ３、次いで第２のリップルフィルタ３’を通過するように直列に配置される。２つのリップルフィルタは、治療中にリップルフィルタユニットのフィルタ特徴を動的に変化させるべく相互に移動される。本明細書では、リップルフィルタ３、３’を単にフィルタ３、３’と呼ぶことがある。
【００２７】
図２ａでは、フィルタ３、３’は、第２のフィルタ３’をその山のピークが第１のフィルタ３の谷と一致するように配置することによって最小の変調を生じるように互いに対して変位されている。この場合、第１のフィルタ３を山で通過する粒子は、第２のフィルタ３’を谷で通過し、逆もまた同様であり、フィルタ全体にわたってほぼ同じエネルギー損失が生じることになる。
【００２８】
図２ｂは、図２ａと同じリップルフィルタユニット３０を示しているが、第１のフィルタ３に対する第２のフィルタ３’の変位が異なっている。図２ｂに示した構成では、フィルタユニット３０を異なる位置で通過する粒子は、通過位置でのフィルタ３、３’の山の全幅に応じて異なる度合いの減衰を経験することになる。これにより、同じ初期エネルギーをもっていた粒子に異なるエネルギー損失が生じ、患者内の異なる深さに到達することになり、したがって、ブラッグピークが効果的にブロードニングされる。
【００２９】
図２ｃは、フィルタユニットを通過する粒子が、両方のフィルタ３、３’の対応する位置、すなわち、両方のフィルタのピーク、両方のフィルタの谷、又は両極端間の任意の位置を通過し得るように、２つのフィルタのピークが一致するリップルフィルタユニット３０の構成を示す。これにより、エネルギー層内の異なる粒子のエネルギー損失に最大の差が生じることになり、したがって、ブラッグピークの最大のブロードニングがもたらされる。
【００３０】
図２ｄは、２つのフィルタ３、３’が、底辺ではなく山が互いに向き合うように配置される、リップルフィルタユニット３０’の代替的な構成を示す。それ以外の点では、リップルフィルタユニット３０’の機能は、図２ａ〜図２ｃのリップルフィルタユニット３０とまったく同じである。
【００３１】
理解されるように、第１及び第２のリップルフィルタ間の変位は、それぞれ図２ａ及び図２ｃに示された両極端間で連続的に変えることができ、これにより、リップルフィルタユニットを通過する粒子の所望の変調が生じる。
【００３２】
動的リップルフィルタユニットの寸法は適合され得る。適切な全幅は、０．１〜１．５ｃｍであることがわかっている。従来のリップルフィルタの場合、山と谷の空間的分離は、ブラッグピークの横方向の幅よりも大きくするべきではない。これは、空間的分離を、通常は、およそ０．５〜３ミリメートルとするべきであることを意味する。
【００３３】
図３ａ、図３ｂ、及び図３ｃは、本発明に係る動的リップルフィルタによってエネルギー層の数が削減されたときの結果として生じるブラッグピークの組を例示している。図３ａは、リップルフィルタなしの、従来技術の方法による、各エネルギー層のブラッグピークを示す。最大レベルの８０％が水平破線で示されている。図の左側の近位ピークに関するブラッグピークは、図の右側の遠位ピークに関するブラッグピークよりもかなり狭い。したがって、近位ブラッグピークに対応する、より低いエネルギー層は、より高いエネルギー層よりも互いに近接していなければならない。合計で３２個のエネルギー層が用いられ、図でわかるように、ブラッグピークは８０％レベル以上で重なっている。
【００３４】
図３ｂは、単に、用いるエネルギー層の数を減らし、すべてのエネルギー層間で同じ距離を保ち、リップルフィルタを導入しない場合の結果を示す。図３ｂでは、図３ａと同じ領域で１５個のエネルギー層が用いられており、ブラッグピーク間の距離が大きくなっている。また、８０％レベルが水平破線で示されている。図でわかるように、ブラッグピークの重なりが減少しているため、ブラッグピーク間の蓄積線量は８０％目標レベルをはるかに下回ることになる。
【００３５】
図３ｃは、図３ｂと同じ数のエネルギー層を示しているが、本発明に係る動的リップルフィルタがビーム内に適用されている。遠位ピークに関して小さいリップルが適用され、一方、近位ピークに関してより大きいリップルが適用され、ゆえに、これらのピークがブロードになり、これは、それらが図３ａよりも高いレベルで重なることを意味する。これはまた、各曲線下の面積が実質的に変化しない状態で、ブロードニングにより近位ピークはかなり低下することを意味する。この図では、隣接する曲線は、概ね８０％レベルでくっついている。
【００３６】
これまで、本発明を、異なるエネルギー層に異なるフィルタ設定をどのように用いるかに関連して説明してきた。図４は、エネルギー層内で異なるフィルタ設定を用いることが望ましい場合がある状況を示す。この場合、ビームの入射角で断面Ｃを有する簡略化された標的４１をカバーするために５つの異なるエネルギー層Ｅ０〜Ｅ４が定義される。標的４１は不規則な形状を有し、ゆえに、断面Ｃの第１のサブエリアＣ１に対応する標的の１つの部分において、最高エネルギー層Ｅ０が標的の遠位端に到達することになる。第２のサブエリアＣ２に対応する標的の別の部分では、これは患者まで延びておらず、遠位端は第３のエネルギー層Ｅ２にある。これは、標的の領域４３が、最高エネルギー層Ｅ０でシャープなブラッグピークを必要とするが、必ずしも第３のエネルギー層Ｅ２上ではそうではないことを意味する。したがって、リップルフィルタユニットは、標的の第１のサブエリアＣ１に向けられるエネルギー層Ｅ２内の粒子に適用され得る。第２のサブエリアＣ２での標的の遠位端である領域４５で、ブラッグピークはシャープな遠位縁を有するべきであり、したがって、フィルタは、最小の変調を適用するべく図２ａに示すように配置されるべきである。
【００３７】
例えば、図４に関連して説明した例では、リップルフィルタユニットは、エネルギー層内のいくつかのスポットに関して、当該エネルギー層内の他のスポットとは別様に設定され得る。
【００３８】
治療計画を最適化するときに、各エネルギー層でのリップルフィルタ設定の最適化は、各エネルギー層内の１つの単一の設定として又は異なる設定として考慮され得る。最適化という言葉は、ここでは、可能な限り広い意味で用いられることに留意されたい。したがって、目的関数勾配ベースの方法を用いる最適化、又は異なるリップルフィルタ設定を有するいくつかの計画を単に計算し、最適な計画を選択することを含む、治療計画を決定するあらゆる方法が包含される。計画の最適性は、線量測定品質と送達時間などの他のパラメータとの間のトレードオフとして決定される。２つの可能な方法の全体としての流れ図を図５ａ及び図５ｂに示す。
【００３９】
図５ａは、リップルフィルタ設定を勾配ベースの最適化プロセスで決定する方法を例示している。したがって、ステップＳ５１で、ユーザが、ペナルティ関数を含む最適化問題を定義し、これは、１つの好ましい実施形態では、全体的な計画の品質を維持しながらエネルギー層の数を最小にしようとするものである。エネルギー層の数に関してペナルティ関数を直接指定する代わりに、ユーザは、全体的な計画の品質を維持しながら送達時間を最小にしようとするペナルティ関数を指定することができる。このペナルティ関数には、エネルギー層の数を削減する効果もある。代替的に、ユーザは、エネルギー層ごとに複数のリップルフィルタ設定を用いること、及び、送達時間に関係なく計画の品質を最大にするペナルティ関数を用いることを選択することができる。ペナルティ関数を用いる代わりに、ユーザは、許容されるエネルギー層の最大数及び／又は最大送達時間を指定し、最適化中にこれを制約として用いることができる。ステップＳ５１で定義された最適化問題に基づいて、ステップＳ５２で計画が最適化される。これは、リップルフィルタ設定を決定することを含む。
【００４０】
図５ｂは、いくつかの代替的な計画を生成し、そのうちの１つを選択することを含む、代替的な計画最適化方法を例示している。第１のステップＳ５３で、リップルフィルタ設定を含むパラメータ設定が定義され、第２のステップＳ５４で、対応する計画が生成される。ステップＳ５５で、生成された計画が十分に良好であるか、又は別の可能な計画が生成されるべきかが判定される。Ｙｅｓの場合、手順はステップＳ５３に戻り、新しいパラメータ設定が決定され、新しい計画が生成される。ステップＳ５５で、別の可能な計画が生成されるべきではないと判定されたとき、手順はステップＳ５６に進み、通常は、治療される患者に送達するための、可能な計画のうちの１つが選択される。代替的な方法は、最初に一連のレンジシフタ設定での計画を作成し、次にすべての計画を評価し、最良の計画を選択することである。前述のように、選択は、普通は、例えば、送達時間と計画の品質に基づいて行われ、ゆえに、品質要件を満たす計画の中から最短の送達時間を有する計画が選択される。
【００４１】
ステップＳ５５での判定は、異なる基準に基づいて行われてもよい。例えば、事前設定された数の計画が生成され、品質要件を依然として満たしながらエネルギーレベルの数が最も少ない計画が選択されてよい。代替的に、ステップＳ３３及びＳ３４は、事前設定された数のエネルギーレベルを含み、且つ品質要件を満たす計画が得られるまで繰り返されてよい。一実装では、ステップＳ５３及びＳ５４の繰返しによって生成される可能な計画の組は、品質要件を満たし、且つブラッグピークの特定の間隔を有するように生成される。適切な開始値は、２つの遠位ブラッグピーク間の間隔に基づく場合がある。次いで、より低いエネルギーレベルに関するブラッグピークの幅を増加させ、計画を再計算する、すなわち、ステップＳ５３及びＳ５４を、計画の品質が満足のいくものではなくなるまで繰り返すことができる。最後に計算された計画、すなわち、品質要件を満たしていながらブラッグピーク間の間隔が最も広い計画を選択することができる。
【００４２】
最も単純なケースでは、ブラッグピークは、すべてのエネルギー層で同じ幅を有するように設定されてよい。ブラッグピークの幅が、エネルギー層を削減するために増加する、したがって、より低いエネルギー層でのブラッグピーク間の距離が縮小するように設定される場合に、全体としてより良好な計画を達成することができる。これにより、エネルギー層の数が削減されるため送達時間が短くなるが、より低いエネルギー層は通常は計画においてより低いウェイトを有するので、線量測定品質は依然として容認できるものとなる。
【００４３】
治療計画を患者に送達するとき、送達を制御するソフトウェアは、各エネルギー層のブラッグピークの最適なスメアリングが達成されるように、リップルフィルタユニットの設定も制御する。図４に関連して説明したように、ソフトウェアはまた、エネルギー層内の異なるスポットに関してリップルフィルタユニットの設定を別様に制御するように構成されてよい。
【００４４】
図６は、放射線治療及び／又は治療計画作成のためのシステムの概要である。理解されるように、このようなシステムは、任意の適切な様態に設計されてよく、図６に示された設計は単なる例である。患者６１は、治療カウチ６３上に配置される。システムは、カウチ６３上に配置された患者に向けて放射線を放出するためのガントリ６７にマウントされた放射線源６５を有する治療ユニットを備える。通常は、カウチ６３とガントリ６７は、患者に可能な限り柔軟且つ正確に放射線を提供するべく、互いに対していくつかの次元に移動可能である。これらの部分とその機能は、当業者にはよく知られている。本発明によれば、ガントリは、前述したものなどのリップルフィルタユニット（図６には図示せず）も備える。システムは、放射線治療計画作成のため及び／又は放射線治療を制御するために用いられ得るコンピュータ７１も備える。理解されるように、コンピュータ７１は、イメージングユニットに接続されない別個のユニットであり得る。
【００４５】
コンピュータ７１は、プロセッサ７３、データメモリ７４、及びプログラムメモリ７６を備える。好ましくは、キーボード、マウス、ジョイスティック、音声認識手段、又は任意の他の利用可能なユーザ入力手段の形態の、１つ以上のユーザ入力手段７８、７９も存在する。ユーザ入力手段はまた、外部メモリユニットからデータを受信するように構成され得る。
【００４６】
データメモリ７４は、計画作成に用いられる臨床目標のセットを含む、治療計画を得るのに用いられる臨床データ及び／又は他の情報を備える。データメモリ７４はまた、エネルギー層の数を最小にするために設定されるペナルティ関数を指定するデバイスパラメータを備える。データメモリ７４はまた、本発明の実施形態に係る治療計画作成に用いられる１人以上の患者のための１つ以上の線量マップを備える。プログラムメモリ７６は、治療計画の最適化のために構成された、それ自体が公知のコンピュータプログラムを保持する。プログラムメモリ７６はまた、図５に関連して説明した方法ステップをコンピュータに行わせるように構成されたコンピュータプログラム、及び／又はエネルギー層間の又はエネルギー層内のリッジフィルタユニット設定の制御を含む患者の放射線治療をコンピュータに制御させるように構成されたコンピュータプログラムを保持する。
【００４７】
理解されるように、データメモリ７４とプログラムメモリ７６は、概略的にのみ図示され説明されている。それぞれ１つ以上の異なるタイプのデータを保持するいくつかのデータメモリユニット又はすべてのデータを適切に構造化された様態で保持する１つのデータメモリが存在してよく、同じことがプログラムメモリにも当てはまる。１つ以上のメモリはまた、他のコンピュータ上に格納されてよい。例えば、コンピュータは、方法のうちの１つだけを実行するように構成され、最適化を実行するための別のコンピュータが存在してよい。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年1月19日(2021.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム経路内に直列に実質的に同じ配向で配置される第１のリップルフィルタ（３）及び第２のリップルフィルタ（３’）を備える、粒子ビームの粒子エネルギー分布を広げるためのリップルフィルタユニット（３０）であって、第１及び第２のリップルフィルタ（３、３’）は、前記第１及び第２のリップルフィルタの相対位置によって前記リップルフィルタユニット（３０）のフィルタ特徴が動的に変化するように互いに対して移動可能であることを特徴とし、前記第１及び第２のリップルフィルタのそれぞれは、山と谷のパターンを備え、前記第１及び第２のリップルフィルタは、前記第１及び第２のリップルフィルタの山が前記山に垂直な方向に互いに対して変位するように、互いに対して移動可能であり、前記第１及び第２のリップルフィルタの山を互いに対して変位させることによって前記リップルフィルタユニットの設定を制御するための制御手段を備えることを特徴とする、リップルフィルタユニット。
【請求項２】
前記第１のリップルフィルタ（３）又は前記第２のリップルフィルタ（３’）のいずれかが固定され、固定されていないリップルフィルタ（３’、３）が、固定されたリップルフィルタに対して平行移動するように構成される、請求項１に記載のリップルフィルタユニット。
【請求項３】
前記第１及び第２のリップルフィルタ（３、３’）が、互いに隣接して配置された一様な山で構成され、各山の底辺の裾は、前記フィルタの縁を除いて、前記山の両側の隣接する山に実質的に触れている、請求項１に記載のリップルフィルタユニット。
【請求項４】
放射線治療計画を生成する方法であって、
ａ．請求項１〜３のいずれか一項に記載のリップルフィルタユニットのリップルフィルタ設定を含むデバイスパラメータを決定するステップであって、前記リップルフィルタ設定は、定義されたブラッグピークの変調を達成するべく、前記第１及び第２のリップルフィルタの山を、前記山に垂直な方向に互いに対する変位を含むステップと、
ｂ．前記リップルフィルタ設定を含む治療計画を生成するステップと、
を含む、方法。
【請求項５】
いくつかの治療計画を生成し、生成された治療計画のうちの１つを選択するべく、ステップａ及びｂを何度か繰り返し、生成された治療計画のそれぞれの送達時間に応じて前記生成された治療計画のうちの１つを選択することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記治療計画を最適化するステップが、第１の可能なリップルフィルタ設定を用いる第１の可能な治療計画と、第２の可能なリップルフィルタ設定を用いる第２の可能な治療計画を順次に生成し、計画の品質及び送達時間に応じて前記第１又は第２の可能な治療計画を選択することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
ステップａが、少数のエネルギー層に報酬を与えるように前記リップルフィルタ設定を決定するべく、ペナルティ関数などの成分を含む最適化問題を定義するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記第１及び第２のリップルフィルタの山を互いに対して変位させることによってエネルギー層内のスポットの又はエネルギー層内の個々のスポット間のブラッグピークの幅を変調するべく前記リップルフィルタユニットを制御することを特徴とする、患者へのペンシルビーム走査放射線治療の送達中に先行する請求項のいずれか一項に記載のリップルフィルタを制御する方法。
【請求項９】
プロセッサで動作するときに前記プロセッサに請求項４〜７のいずれか一項に記載の方法を実行させる、好ましくは一時的でない記憶媒体上に格納される、コンピュータ可読コード手段を備えるコンピュータプログラム製品。
【請求項１０】
プロセッサで動作するときに前記プロセッサに請求項８に記載の方法を実行させる、好ましくは一時的でない記憶媒体上に格納される、コンピュータ可読コード手段を備えるコンピュータプログラム製品。
【請求項１１】
前記コンピュータ可読コード手段が、エネルギー層ごとにブラッグピークの幅を変調するべく前記リップルフィルタユニットを制御するように構成される、請求項９に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１２】
前記コンピュータ可読コード手段が、エネルギー層内の異なるスポット間のブラッグピークの幅を変調するべく前記リップルフィルタユニットを制御するように構成される、請求項９又は１０に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１３】
放射線治療を制御するためのプロセッサ（７３）と、放射線治療装置を制御するべく前記プロセッサで動作するように構成された請求項９〜１１のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム製品を備えるプログラムメモリ（７６）とを備える、放射線治療装置。
【請求項１４】
プロセッサ（７３）と、データメモリ（７４）と、プログラムメモリ（７６）とを備えるコンピュータシステム（７１）であって、前記プログラムメモリが、放射線治療計画作成を制御するべく前記プロセッサで動作するように構成された請求項８に記載のコンピュータプログラム製品を備える、コンピュータシステム（７１）。
【国際調査報告】
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