(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重放射線を作るように操作することのできる放射線源を有し、制御可能なフルエンスを有し、かつ、検出器によって受けられる患者体積を横断する方向へ向けられ、空間的に離れた箇所で検出器信号をもたらす多重検出器要素を有し、それぞれの検出器要素が多重放射線からの放射線を受ける放射線治療機の操作中の患者の線量を確証するシステムであって、
（ａ）  治療計画を受けて、その放射線源を操作させ、所定フルエンスの一組の放射線を作る手段、
（ｂ）  受けた前記治療計画に応じてこの放射線治療機を操作する手段、
（ｃ）  手段（ｂ）と相まって前記検出器信号を測定する手段、
（ｄ）  予想された患者の組織による放射線の線量の減衰を表す数学的モデルと、前記放射線源から前記患者体積を通って前記検出器へ至るそれぞれの放射線の経路とを考慮して前記検出器信号を処理して、それぞれの放射線組のフルエンスを演えきする手段、及び
（ｅ）  その演えきされたフルエンスと、前記患者体積における患者の構造についての情報とを用いて、患者への線量分布を決定する手段
を備えてなるシステム。
【請求項２】
多重放射線を作るように操作することのできる放射線源を有し、制御可能なフルエンスを有し、かつ、検出器によって受けられる患者体積を横断する方向へ向けられ、空間的に離れた箇所で検出器信号をもたらす多重検出器要素を有し、それぞれの検出器要素が多重放射線からの放射線を受ける放射線治療機の操作中の患者の線量を確証するシステムであって、
（ａ）  治療計画を受けて、その放射線源を操作させ、所定フルエンスの一組の放射線を作る手段、
（ｂ）  受けた前記治療計画に応じてこの放射線治療機を操作する手段、
（ｃ）  手段（ｂ）と相まって前記検出器信号を測定する手段、
（ｄ）  前記検出器信号を処理して、下記式
【数１】
0003775992.tif 000017
（式中、ｗ（ｔ）はフルエンスを、
【数２】
0003775992.tif 000018
は要素ｄijのマトリックスを、
【数３】
0003775992.tif 000019
は測定された手段（ｃ）の検出器信号を表す）
によりそれぞれの放射線組のフルエンスを演えきする手段、及び
（ｅ）  その演えきされたフルエンスと、前記患者体積における患者の構造についての情報とを用いて、患者への線量分布を決定する手段
を備えてなるシステム。
【請求項３】
前記モデルが、標準的な患者と、前記放射線源から前記患者体積を通って前記検出器へ至る放射線の経路における既知の幾何学的外形とに基づいたものである請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記モデルが、ファントムと、前記放射線源からそのファントムを通って前記検出器へ至る放射線の経路における既知の幾何学的外形とに基づいたものである請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項５】
前記モデルが、患者の断層像と、前記放射線源から前記ファントムを通って前記検出器へ至る放射線の経路における既知の幾何学的外形とに基づいたものである請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項６】
（ｆ）  前記患者体積における患者の放射線吸収を示す断層像を取得する手段をさらに含んでおり、
（ｇ）  ここで、前記患者体積における患者の構造についての情報が、その断層像から得られる請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項７】
（ｅ）  前記放射線源を操作して、前記一組の放射線のための試験フルエンスの所定シーケンスを作る手段、及び、
（ｆ）  手段（ｅ）と相まって前記検出器信号を測定する手段、
（ｇ）  手段（ｆ）の前記検出器信号を処理して、前記放射線源から前記患者体積を通って前記検出器へ至るそれぞれの放射線の予想された減衰を表す数学的モデルを作る手段  をさらに含んでいる請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項８】
前記一組の放射線のためのフルエンスの前記所定シーケンスが、１つの放射線のための単位フルエンスを一度にもたらして、前記検出器で前記患者体積のインパルス反応値を作る請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記一組の放射線のためのフルエンスの前記所定シーケンスが、多重放射線のための単位フルエンスを一度にもたらし、その多重放射線は、前記検出器の箇所で前記患者体積の多重インパルス反応値を同時に作るために、その多重放射線が前記検出器の箇所で実質的にオーバーラップしないように選ばれている請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
手段（ｂ）に先立ち、前記治療計画が、手段（ｅ）のフルエンスにおける前記所定シーケンスのフルエンスを引くように改変され、それによって、患者への線量を増大しないようにしておく請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記一組の放射線のためのフルエンスの前記所定シーケンスが、１つの放射線のための単位フルエンスを隣接しない放射線のために一度にもたらし、かつ、その所定シーケンスの中にない放射線のフルエンスを見積もる手段（ｈ）を含んでいる請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
要素
【数４】
0003775992.tif 000020
の逆数にされたマトリックスの中における前記モデルが、前記試験フルエンスから得られ、かつ、測定された前記フルエンスｗ（ｔ）が、式
【数５】
0003775992.tif 000021
で求められ、式中、
【数６】
0003775992.tif 000022
は測定された手段（ｃ）の検出器信号である請求項７に記載のシステム。
【請求項１３】
試験フルエンスの前記所定シーケンスが、前記治療計画に用いられた放射線だけを含んでいる請求項７に記載のシステム。
【請求項１４】
試験フルエンスの前記所定シーケンスの中にない放射線のフルエン
スを見積もる手段を含んでいる請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
試験フルエンスの前記所定シーケンスが、前記患者体積について複数の角度のために繰り返される請求項７に記載のシステム。
【請求項１６】
前記放射線計画が、前記患者体積について複数の角度で方向付けられた放射線を与えるものであり、かつ、手段（ｂ）〜（ｄ）が、前記放射線計画におけるそれぞれの角度のために繰り返される請求項７に記載のシステム。
【請求項１７】
前記放射線治療計画が、患者の異なった領域における所望の線量を示すための所望線量マップに基づいたものであり、かつ、
（ｅ）  前記患者の放射線吸収断層像を取得する手段、
（ｆ）  前記患者が受けた実際の線量を前記断層像と測定された前記フルエンスとを用いてモデル化する手段、及び
（ｇ）  そのモデル化された実際の線量を前記線量マップと比較して、その治療を評価する手段
をさらに含んでいる請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項１８】
前記治療計画が、多数のセッションを含み、かつ、
（ａ）  第１セッションの後に、前記治療計画を修正して、測定された前記フルエンスと前記所定フルエンスとの間の偏差を評価する手段、及び
（ｂ）  次のセッションのために修正された治療計画に応じてこの放射線治療機を操作する手段
を含んでいる請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項１９】
放射線治療機の中における放射線治療シャッターシステムの操作を確証するシステムであって、そのシャッターシステムの後方に配置された放射線源を有し、そのシャッターシステムが、多重放射線を作るために操作可能であり、制御可能なフルエンスを有し、かつ、検出器によって受けられる患者体積を横断する方向へ向けられ、空間的に離れた箇所で検出器信号をもたらす多重検出器要素を有し、それぞれの検出器要素が多重放射線からの放射線を受け、
このシステムが、
（ａ）  治療計画を受けて、そのシャッターシステムを操作させ、所定フルエンスの一組の放射線を作る手段、
（ｂ）  受けた前記治療計画に応じてこの放射線治療機を操作する手段、
（ｃ）  手段（ｂ）と相まって前記検出器信号を測定する手段、
（ｄ）  予想された患者の組織による放射線の線量の減衰を表す数学的モデルと、前記シャッターシステムから前記患者体積を通って前記検出器へ至るそれぞれの放射線の経路とを考慮して前記検出器信号を処理して、それぞれの放射線組の測定されたフルエンスを演えきする手段、及び
（ｅ）  その測定されたフルエンスを、それぞれの放射線の前記所定フルエンスと比較して、そのシャッターシステムの操作を確証する手段
を備えてなるシステム。
【請求項２０】
放射線治療機の中における放射線治療シャッターシステムの操作を確証するシステムであって、そのシャッターシステムの後方に配置された放射線源を有し、そのシャッターシステムが、多重放射線を作るために操作可能であり、制御可能なフルエンスを有し、かつ、検出器によって受けられる患者体積を横断する方向へ向けられ、空間的に離れた箇所で検出器信号をもたらす多重検出器要素を有し、それぞれの検出器要素が多重放射線からの放射線を受け、
このシステムが、
（ａ）  治療計画を受けて、そのシャッターシステムを操作させ、所定フルエンスの一組の放射線を作る手段、
（ｂ）  受けた前記治療計画に応じてこの放射線治療機を操作する手段、
（ｃ）  手段（ｂ）と相まって前記検出器信号を測定する手段、
（ｄ）  前記検出器信号を処理して、下記式
【数７】
0003775992.tif 000023
（式中、ｗ（ｔ）はフルエンスを、
【数８】
0003775992.tif 000024
は要素ｄijのマトリックスを、
【数９】
0003775992.tif 000025
は測定された手段（ｃ）の検出器信号を表す）
によりそれぞれの放射線組の測定されたフルエンスを演えきする手段、及び
（ｅ）  その測定されたフルエンスを、それぞれの放射線の前記所定フルエンスと比較して、そのシャッターシステムの操作を確証する手段
を備えてなるシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
−−
【０００２】
（連邦政府の援助による研究又は開発に関する陳述）
−−
【０００３】
（発明の背景）
本発明は、一般に、腫瘍などの治療のための放射線治療設備に関するものであり、さらに詳しくは、治療用放射線ビームの中における多重放射線の強度を個々にリアルタイム制御することのできる放射線治療機に関するものである。
【０００４】
腫瘍状組織は、放射線治療のための医療機器によって高エネルギー放射線で治療される。放射線の量とその照射位置とは、破壊されるに足りる放射線を腫瘍が受けることと、周囲の非腫瘍状組織の損傷が最小限になることとを保証するために、正確に制御しなければならない。
【０００５】
患者への放射量を制御する１つの高精度な方法には、強度を個々に制御することのできる多くの個々の放射線からなる放射線ビームを作り出す放射線源が使われる。このようなビームは、１つの放射線をそれぞれが制御する一連のシャッターによって、あるいは患者に対し横断状に動きある時間間隔にわたってビームを作り出す単一変調放射線によって、作ることができる。
【０００６】
放射線源は患者に対する角度の範囲にわたって動くので、異なった角度における放射線強度を適切に選ぶことによって、患者の内部における複雑な領域を正確に照射することができる。米国特許第５，７２４，４００号、５，６７３，３００号、５，６６８，３７１号、５，６６１，７７３号、５，６２５，６６３号、５，５４８，６２７号、５，５２８，６５０号、５，４４２，６７５号、５，３９４，５４２号及び５，３１７，６１６号はすべて、本出願と同じ譲受人に譲渡されたものであり、かつ、引用によってこの明細書に組み入れられるものであるが、これらの公報には、この種の機械の構成と角度の関数としての必要な放射線強度の計算方法とが記載されている。これらに記載された機械では、開状態と閉状態との間で切り換えられたシャッターによって、対応する個々の放射線の強度がそれぞれ制御される。しかしながら、単一変調されかつ走査される放射線を用いることが含まれている強度変動型の放射線を伝達する別の方法及別のシステムもまた知られている。
【０００７】
このような放射線治療システムの改善された精度を保証のため、それらのシステムの複雑性が増大したこととによる、シャッターの正確な操作及び患者に照射される放射線の強度とを検査するための手段が望まれている。一般に「射出検出器」として知られているポスト患者放射線モニターによれば、その放射線治療機の正確な操作を近似的に表示することができるが、そのポスト患者放射線検出器の検出器要素での患者による減衰、散乱及び放射線オーバーラップによって、ポスト患者画像でのシャッター操作の直接観察が妨げられる。それにもかかわらず、そのポスト患者放射線モニターの患者による放射線減衰に対する感度は、シャッターを充分に開放して、患者の位置決めなどの登録と検査とのために患者の画像形成に用いることができる。
【０００８】
強度の間接的検査は、シャッターを観察するかあるいはシャッターに取り付けられたセンサーを観察してそれらの正確な操作と動きとを示すカメラによってもたらされる。シャッターに入射する放射線ビームプロファイルが既知でありかつ信頼できるものであれば、シャッター操作についての情報によっても、患者へ向けられた放射線のフルエンスの一般的表示がもたらされる。
【０００９】
好ましくは、また、先に引用した米国特許第５，３９４，４５２号公報に教示されているように、プレ患者放射線モニターを用いて、放射線の強度の直接測定を行うことができる。このプレ患者モニターによれば、患者が受けたフルエンスが測定されるが、このモニターは、扱いにくいものであり、また、ポスト患者放射線モニターとは異なり、患者の位置決めあるいは画像形成についての情報をもたらすために用いることができない。
【００１０】
（発明の要約）
本発明の発明者は、患者による減衰と放射線経路との反応を正確に形作ることができるのであれば、特定の患者における放射線治療の際にシャッターシステムの操作を検査するためにポスト患者モニターを単独で実際に用いることができる、ということを認識した。そして、そのモデルは、逆数にされ、患者から出て検出された放射線に適用して、個々の放射線あるいは、エネルギーのような他の物理的性質による入射フルエンスの表示を与えることができる。断層像などからの、患者についての何らかの情報とともに、その入射フルエンスは、患者に加えられた線量を推論するために用いることができる。
【００１１】
このモデルは、放射線治療機の既知の幾何学的外形から構成することができ、また、その患者あるいは標準的な患者の評価された性質、又は治療前断層像から、あるいは実験的なあるいは理論的に導かれたデータベースから推論されたような患者の性質から構成することができ、もしくは、異なるシャッターの選択的励磁と、放射線治療のセッションの直前あるいはその間に受けた信号の測定とによって、導くことができる。このような測定に用いられた放射線は、影響されない患者への全線量を残しておくように、治療計画自体から「借りる」ことができる。
【００１２】
とりわけ、本発明によれば、制御可能なフルエンスを有する多重放射線を作るように操作することのできる放射線治療機における放射線治療放射線源の操作を検査する方法がもたらされる。その放射線は、患者体積を横断して、空間的に離れた箇所で検出信号をもたらす多重検出器要素の検出器へ導かれ、それぞれの検出器要素が多重放射線からの放射線を受ける。このステップには、治療計画を受けてその放射線源を作用させ所定フルエンスの一組の放射線を作るとともに、受けた治療計画に従ってその放射線治療機を操作することが含まれている。放射線治療と同時に、検出器信号は、測定されるとともに、その放射線源から患者体積を通って検出器へ至るそれぞれの放射線における予想された減衰のモデルを用いて処理されて、その一組の放射線におけるそれぞれの測定フルエンスが推論される。最後に、その測定フルエンスがそれぞれの放射線の所定フルエンスと比較されて、その放射線源の操作が検査されあるいは、患者に加えられた線量が推論される。
【００１３】
従って、単一のポスト患者放射線モニターだけが必要とされる放射線治療システムを提供することは、本発明の１つの目的である。放射線モニターが患者と放射線源との間に介在されることはないので、それは、設計にいっそう大きい融通性があれば、部分的にあるいは全体的に吸湿性があるものであってもよい。プレ患者モニターとは異なり、ポスト患者モニターは、患者の画像形成と位置決めとの仕事に用いることができる。
【００１４】
このモデルは、患者についての断層像の情報によって任意に増大した放射線治療システムの既知の幾何学的外形を基礎にすることができる。これに代えて、そのモデルは、患者もしくはファントム（ｐｈａｎｔｏｍ、模型）の一連の測定値から作ることができ、その放射線源が操作されてその一組の放射線のための試験フルエンス及びモデルを作るために用いられたそれらのフルエンスの所定シーケンスを作ることができる。そのデータはデータベースに記憶することができ、また、その一組のデータは任意に組み合わせて標準的な患者のためのデータを作ることができる。
【００１５】
従って、ビームが患者を通過するように、そのビームの加減を正確に評価する検査システムを提供することが、本発明の別の目的である。
【００１６】
一組の放射線のための試験フルエンスの所定シーケンスによれば、同時に１つの放射線のための単位フルエンスをもたらして、患者／放射線源のインパルス反応を作ることができる。
【００１７】
従って、放射線源出力及び／又はポスト患者放射線検出器による線量の検査のために用いることのできるような、患者と放射線経路とを特徴付ける簡単な方法を提供することが、本発明の別の目的である。
【００１８】
多数組の放射線は、それらの放射線が検出器の箇所でオーバーラップしないかあるいは最小限オーバーラップするものであれば、所定シーケンスの中の単位フルエンスに同時に励磁することができる。
【００１９】
従って、検査のために用いられたモデルに必要なデータを手に入れる迅速な方法を提供することが、本発明の別の目的である。
【００２０】
放射線治療計画は、試験フルエンスの所定シーケンスのフルエンスを取り去り、それによって、増大しなかった患者への線量を残しておくように、修正することができる。
【００２１】
従って、患者への増大した線量の不利益を防止するとともに、治療のために用いられた実際の放射線を用いて患者のきわめて正確な特徴付けを提供することが、本発明の別の目的である。
【００２２】
所定シーケンスによれば、放射線治療計画に実際に用いられた放射線のためだけに単位フルエンスをもたらすことができる。そのように測定されなかった放射線のために見積もりを行うことができる。
【００２３】
従って、その線量を患者への全線量の増大を防止する放射線計画の他の部分から「借りる」ことのできる放射線のためだけに患者の正確なモデル化を提供することが、本発明の別の目的である。
【００２４】
それゆえ、放射線治療システムの中で用いられることが予想されていない放射線が開かれるおそれのある誤差を追跡するために、それらの放射線を検査するための何らかの情報を提供することが、本発明の別の目的である。
【００２５】
その治療計画には、多数のセッションを含むことができ、また、その方法によれば、測定されたフルエンスと次のセッションのための所定フルエンスとの間の偏差を評価するためにその治療計画の修正をもたらすことができる。
【００２６】
従って、次の治療における修正作用を介した治療の中に重要でない誤差を受け入れることが、本発明の別の目的である。
【００２７】
本発明における前記のまた他の目的及び利点は、以下の記載から明らかにされる。その記載において、添付図面への参照が行われるが、それらの図面は、この明細書の一部を形成するとともに、本発明の好適な実施形態の例示として示されている。そのような実施形態は本発明の範囲の全てを表す必要はないが、本発明の範囲を解釈するために、この明細書で特許請求の範囲への言及がされなければならない。
【００２８】
（発明の詳細な説明）
図１によれば、本発明とともに用いるのに適した放射線治療機１０には放射線源１２が含まれている。この放射線源１２によって、焦点１８から発散して患者１７（図１には示されていない）へ向かう、一般に円錐状の放射線ビーム１４’が作られる。円錐状の放射線ビーム１４’は、一組の長方形シャッターシステム刃から構成された不透明な長方形マスク１６により一直線にされて、扇形放射線ビーム平面２０に関して中心に、一般に平らな扇形放射線ビーム１４が形成される。
【００２９】
放射線ビームが患者１７に当たるのに先立って、シャッターシステム２２が扇形放射線ビーム１４の中にかつ扇形放射線ビーム平面２０に関して中心に置かれる。また、シャッターシステム２２には、隣り合った複数の台形リーフ３０が含まれており、これらはともに、焦点１８に関して一定半径の円弧を形成する。それぞれのリーフは、鉛、タングステン、セリウム、タンタルあるいは関連合金などの高密度の放射線不透過性材料から構成されている。
【００３０】
リーフ３０は、それぞれのリーフ３０が対応するスリーブ２４の中で完全に摺動してそのスリーブ２４に関連した放射線２８を阻止するように、スリーブ２４の中に保持されている。シャッターシステム２２のリーフ３０は、扇形放射線ビームを偏位角Φで一組の隣り合ったスラブ状放射線２８に分けるために、全体の扇形放射線ビームを内包しているのが好ましい。リーフ３０が対応する放射線２８を阻止すると、それは閉状態にあると称される。スリーブ２４は、対応する放射線２８を完全に遮らないように残しておき、かつ、その放射線２８がスリーブ２４によってなおガイドされるために、それぞれのリーフ３０が扇形放射線ビームの経路の外へスライドすることができるように、充分に長いものである。この非ロック位置では、リーフは「開状態」にあると称される。
【００３１】
それぞれのリーフ３０は、スライダ部材３４によりそのリーフ３０に接続されたリレー状の一次電磁アクチュエーター３２によって、開状態と閉状態との間で急速に動くことができる。放射線２８によって送られたフルエンスは、閉状態に逆らうように開状態にある時間の比である、そのリーフの動きのデューティサイクルを変化させることで、制御することができる。
【００３２】
図２によれば、リーフ３０は、スリーブ２４の内部で、リーフ３０の端部に沿って切られた溝３８の中に嵌め込まれたガイド舌３６によって、保持されかつガイドされている。開状態と閉状態との間で動くときに、溝３８によって、ガイド舌３６がスリーブ２４の中でリーフ３０をスライド可能に保持することができる。
【００３３】
さて、図３によれば、放射線源１２はガントリ４４の上に取り付けられている。このガントリ４４は、扇形放射線ビーム１４がさまざまなガントリ角θから患者１７のスライスを照射するように、扇形放射線ビーム平面２０の中で患者１７の回転中心４５に関して回転する。放射線源１２は、放射線ビーム１４をコンピュータ５１の制御の下でオン／オフする放射線制御モジュール４８によって制御される。
【００３４】
所望の位置信号を発生させるタイマーによって方向付けられたシャッターシステム制御装置５２によって、それぞれの電磁石へ電気的励磁がもたらされて、アクチュエーター３２が別々に制御され、それぞれのリーフ３０が対応するスリーブ２４及び放射線３８の内外へ動く（図１参照）。これに代えて、空気圧システムを用いることができる。シャッターシステム制御装置５２によって、シャッターシステム２２のリーフ３０がその開状態と閉状態との間で急速に動いて、それぞれの放射線２８へ充分に減衰するかあるいはまったく減衰をもたらさないようになる。それぞれの放射線におけるフルエンスの中の等級付けは、フルエンスプロファイルのために必要とされるように、それぞれのリーフ３０が閉状態にある際の相対継続時間をそれぞれのリーフ３０がそれぞれのガントリ角について開状態にある際の相対継続時間に調製することで、得ることができる。
【００３５】
本発明が一次元シャッターシステムに限定されることなく、患者を介して同時あるいは時間期間にわたって向けられた一連の放射線の独立した変調を許容する任意の放射線治療機に用いることができる、ということが以下の説明から理解される。従って、二次元シャッターシステム、楔型シャッターあるいはビームの電子変調でさえ、本発明に用いるのに適している。
【００３６】
閉状態と開状態との間の比、すなわち、それぞれのリーフ３０についての「デューティサイクル」は、それぞれのガントリ角で所与のリーフ３０によって送られた全エネルギーに影響を及ぼし、従って、それぞれの放射線２８の平均フルエンスが制御される。それぞれのガントリ角での平均フルエンスを制御することのできる能力によれば、以下で説明される治療計画方法によって患者１７の照射体積を通る放射線ビーム１４によりもたらされた線量の正確な制御が可能になる。シャッターシステム制御装置５２もまたコンピュータ５１に接続されて、説明されるシャッターシステム２２のプログラム制御を行うことができる。
【００３７】
Ｘ線源４６と対向する検出器アレイ５０とを用いる任意の断層撮影システム１１は、目的を計画するための放射線治療に先立って患者１７の照射スライスの断層撮影あるいはスライス画像を作るために、放射線源１２と同様なガントリ４４に取り付けられるのが好ましい。これに代えて、そのような断層撮影は、別の機械と患者１７における基点に従って整列したスライスとにおいて果たすことができる。
【００３８】
コンピュータ断層撮影Ｘ線源４６とガントリ４４にも取り付けられた検出器アレイ５０と同様に、ガントリ制御モジュール５４によって、ガントリ４４を回転させ、従って放射線源１２の位置と扇形放射線ビーム１４のガントリ角θとを放射線治療のために変化させるのに必要な信号がもたらされる。ガントリがコンピュータ制御の下でガントリが回転することができるように、またガントリ角θを表示してその制御を支援する信号をコンピュータ５１に提供するために、ガントリ制御モジュール５４はコンピュータ５１に接続されている。
【００３９】
断層撮影システム１１のための制御モジュールには、Ｘ線源４６をオン／オフするためのＸ線制御モジュール５６と、断層撮影像を構成するために検出器アレイ５０のｎオーダーからデータを受けるためのデータ取得システム５８とが含まれている。
【００４０】
従来技術で周知の方法によってそのようなデータから断層撮影像を「再構成する」ことを支援するために、画像再構成装置６０には普通、データ取得システム５８からデータを受けるデータ高速アレイプロセッサーなどが備わっている。画像再構成器６０はポスト患者放射線検出信号５９を用いて、以下でいっそう詳しく説明されるように検査と将来の治療計画の目的とのために用いられる断層撮影吸収画像を作ることもできる。
【００４１】
端末６２には、操作者がプログラム及びデータをコンピュータ５１に入力して、放射線治療機１０と断層撮影システム１１とを制御し、かつ、画像再構成装置６０によってディスプレイユニット６３にもたらされた画像を表示することができるキーボード及びディスプレイユニット６３が備わっている。
【００４２】
大容量記憶システム６４は磁気ディスクユニットかテープドライブのいずれかであるが、これによれば、断層撮影システム１１と後に用いるためのポスト患者放射線検出器５３とによって集められたデータの記憶が可能になる。放射線治療機１０を操作するためのコンピュータプログラムは一般に、大容量記憶システム６４の中に記憶され、かつ、放射線治療機１１を使用する際の高速処理のためにコンピュータ５１の内部メモリーの中に書き込まれる。
【００４３】
放射線源１２は、データ取得システム５８のディジタルからアナログへの変換器との同時発生におけるパルスがある脈動モードにおいて励磁された線形加速器であってもよく、その場合には、シャッターが開放しあるいは閉鎖する間に一組の観察結果を得ることができる。リーフ３０の動きにおけるリアルタイム運動の研究がそのリーフを出て患者１７に入るフルエンスを変化されることに基づくと仮定すると、非限定的な例として、放射線治療の際に所与のガントリ角θでの放射線のそれぞれの照射が１秒であれば、その線形加速器のパルス数は２００回／秒である。
【００４４】
放射線治療機１１の操作の際に、シャッターシステム制御装置５２は、それぞれのガントリ角θについてのフルエンスプロファイルを備えている治療シノグラムをコンピュータ５１から受ける。この治療シノグラムは、患者保持テーブル（図示略）の所定の位置でそれぞれのガントリ角θについて望ましい放射線ビーム１４におけるそれぞれの放射線２８の強度あるいはフルエンスを説明するものである。
【００４５】
さて、図４によれば、シャッターシステムによって、指標変数ｊ＝１〜Ｊで識別された放射線２８の合計数Ｊの制御がもたらされる。シャッターシステム２２によって発生したそれぞれの放射線２８は、ポスト患者放射線検出器５３によって検出される放射線中心線６６に沿って患者１７を通過する。この検出器５３には、指標変数ｉ＝１〜Ｉで識別されたＩ個の検出器要素が備わっている。それぞれの検出器要素によって、１つの検出器要素ｉに関連した信号Ｓi（ｔ）が作られる。この信号によって、フルエンス、エネルギーあるいは任意の関連物理量が表示される。
【００４６】
ポスト患者放射線検出器５３によってシャッターシステム２２の操作を監視することは、放射線中心線６６に沿った患者１７により作られた減衰のために、複雑である。従って、ポスト患者放射線検出器５３によって受けられたフルエンスが、その治療シノグラムによって必要とされたものから変わるようにように見えるときには、シャッターシステム２２が誤動作しているか、あるいは患者１７による減衰が予想されたものと異なるかについての判定もまた、行わなければならない。それゆえ、入射フルエンスあるいはシャッターの正確な操作が他の何らかの方法で選び出されるとすると、患者の動きを検出するためにこのシステムを用いることができる、ということが理解される。
【００４７】
図５によれば、シャッターシステム２２を監視するためにポスト患者放射線検出器５３を用いるときの第２の複雑さは、放射線２８が、ポスト患者放射線検出器５３の単一検出器要素の所望寸法よりも普通は大きい、中心線６６に関する角度αを実際に内包することである。従って、それぞれの検出器要素は多重放射線からの放射線を受けるとともに、シャッターシステム２２の所与のリーフｉが適切に機能しているかどうかを判定する試みには、他のリーフの状態についての知識が必要になる。
【００４８】
本発明によれば、これらの複雑な環境の双方は、それにもかかわらず、患者１７による減衰のモデル化と、シャッターシステム２２とポスト患者放射線検出器５３との関係、とりわけ一組の連立方程式の形態における関係を説明する幾何学的外形とによって克服することができる、ということが分かった。
【００４９】
上記のように、Ｊ枚のリーフ３０とＩ個の検出器要素６８とがあると仮定すると、一般に、時刻ｔで検出器要素ｉによって受けられた信号Ｓi（ｔ）は、次のように書くことができる。
【００５０】
【数４】
0003775992.tif 000002
【００５１】
ここで、ｄiJは、リーフｊによって送られたエネルギーフルエンスの１単位について検出器要素ｉで獲得されるであろう信号を表し、ｗjは、リーフｊにおいてシャッターシステム２２に存在している全フルエンスを表す。一般に、それぞれの検出器要素ｉについての信号Ｓi（ｔ）は、多重放射線の関数であり、また、患者１７の減衰性の関数である、ことに留意すべきである。
【００５２】
ｄij値は、異なったリーフ３０によって作られたインパルス関数によるこのシステムの一組の反応とみなすことができる。第１に、要素ｄijの主依存性は、シャッターシステム２２からポスト患者放射線検出器５３まで患者を通る放射線経路長に関するものである。患者についてのガントリθにおける任意の所与角度について、ｄijは時間依存性のものであるとみなすことができる。検出器要素６８の完全な組の信号は、マトリックス形式で次のように書くことができる。
【００５３】
【数５】
0003775992.tif 000003
【００５４】
この式は簡単な表記で次のように書くことができる。
【００５５】
【数６】
0003775992.tif 000004
【００５６】
普通の構成では、ｄij値のマトリックスは、まばらな非正方形マトリックスである。それゆえ、このマトリックスの偽逆数を、ポスト患者放射線検出器５３により受けられた信号Ｓi（ｔ）の知識に基づいたｗj（ｔ）の値を計算するために、得ることができる。そして、要素ｄijを得ることができ、また、このシステムは線形であって、その逆数を計算することができ、シャッターシステム２２の操作は、他の検査機構の代わりに補い、あるいは使用するために、ポスト患者放射線検出器５３からの信号Ｓi（ｔ）によって検査することができる。
それゆえ、一般に
【００５７】
【数７】
0003775992.tif 000005
【００５８】
さて、図６によれば、マトリックス
【００５９】
【数８】
0003775992.tif 000006
【００６０】
は、患者／シャッターシステムのモデルをもたらし、また、（１）患者１７について推論しかつ放射線治療機における幾何学的外形の既知のパラメーターを組み入れ、あるいは、（２）実際に測定し、あるいは、（３）これら２つの取り組みの組み合わせによって、作ることができる。
【００６１】
１つの実施形態では、マトリックス
【００６２】
【数９】
0003775992.tif 000007
【００６３】
は、以下で説明するように、マトリックス
【００６４】
【数１０】
0003775992.tif 000008
【００６５】
の値を求めるために、患者に近似するファントムを用い、照射することで得られる。次に、マトリックス
【００６６】
【数１１】
0003775992.tif 000009
【００６７】
は、記憶され、かつ、患者とファントムとの総体差に従って患者に適合される。これに代えて、マトリックス
【００６８】
【数１２】
0003775992.tif 000010
【００６９】
は、患者が放射線治療機における定位置にいるときに得ることができる。
【００７０】
いずれかの場合に、ｄijの値の測定は、ただ１つのリーフ３０が、１つのｘを有するセルのような１つの開口が示された図６のタイミングチャートによって表示されるように所与時点で開放されるように、それぞれのリーフ３０を連続して個々にエネルギーを与えることで、得ることができる。上記の数式を点検するとわかるように、単一のリーフが０でない単一の値を有するようなｗベクトルに対応するということを留意することで、単一のリーフが開放したそれぞれのリーフについて、そのマトリックスｄij値の１つの列が得られる。この過程は、多数のマトリックスｄijθを見つけることができるように、また、信号を受ける箇所で特定のガントリ角θに従って受けた信号Ｓi（ｔ，θ）に適用するために、放射線治療の際に異なった時点でそれらの逆数を用いることができるように、繰り返すことができる。ｄijθ値のマトリックスは、図４に関して上で言及された患者１７の減衰性と、図５に関して上で言及されたように放射線と検出器要素との相互作用との両方を受け入れる。予備研究によって、ｄijを求めるには線形加速器の３つほどしかないパルスでも充分であることがわかっている。
【００７１】
次に、図８によれば、放射線治療セッションは、同様な数字の付けられたプロセスブロック７０によって表示されるように、治療シノグラム７０を受けて始めることができる。同時に、患者の断層像７２は、上で説明された検出器アレイ５０とＸ線源４６とを用いて同様の数字の付けられたプロセスブロック７２によって表示されたようにして、得ることができる。
【００７２】
その断層像は、プロセスブロック７４によって表示されたように、患者１７を保持テーブルなどに移動させるかあるいは治療シノグラム７０を修正して移動した患者に一致させることで、その放射線治療機に患者１７を適切に登録するために用いることができる。
【００７３】
典型的には、治療シノグラム７０によって、ある角度θでのあるリーフ３０が開放されないようになる。好ましい実施形態では、プロセスブロック７６によって表示されたように、開放しているそれらのリーフのためだけのものは、なされたｄijの測定値である。上記のように、治療中に開放するリーフは、上記のマトリックス
【００７４】
【数１３】
0003775992.tif 000011
【００７５】
の列の測定値をもたらす時点において開放するものである。
【００７６】
プロセスブロック７６に平行なプロセスブロック７８によって表示されたように、治療中に開放することなく、かつ、ｄij値が望まれるそれらのリーフについては、ｄij値は、患者１７の代わりに配置されたファントム、たとえば患者の平均減衰性を表している水のファントムとともに得られた比較可能なｄij値を用いるか、あるいはその断層像７２から得られた情報を用いるかのいずれかで、見積もるかあるいはモデル化すことができる。このようなｄij値は、不意に開放するおそれのあるのに対抗して通常は閉鎖されたリーフ３０を監視する目的のために、用いることができる。この種の見積りは、ｄij値を得るために必要な時間を減らすこと、あるいは患者１７への線量を減らすことでも、得ることができる。
【００７７】
患者１７をモデル化するためにファントムを用いる場合には、プロセスブロック７６当たり個々のリーフを開放するがファントムが定位置にあるステップと、それらの値を後に用いるために記憶するステップとの実行だけが必要である。モンテカルロ法あるいは標準的患者についての別の方法を用いることで、あるいは断層像７２の得られたデータを用いることで、純粋なモデル化を行うことができる。
【００７８】
次のプロセスブロック８０で、マトリックス
【００７９】
【数１４】
0003775992.tif 000012
【００８０】
は、シャッターシステム２２の操作を監視するのに用いるために逆数にされる。任意のプロセスブロック８２で、プロセスブロック７６当たりのｄij値を測定するプロセスにおける患者１７へ加えられた線量は、このプロセスの結果と同様に、患者への線量の正味の増大がまったくない結果になるように、治療シノグラム７０から引くことができる。通常は開放していないリーフについてのプロセスブロック７８のモデル化を用いると、この能力が高まり、余分の線量が排除される。
【００８１】
プロセスブロック８４では、ガントリ角θに応じて選ばれた逆数にされたマトリックス
【００８２】
【数１５】
0003775992.tif 000013
【００８３】
に対抗して適用されたそれぞれのガントリ角θでのポスト患者放射線検出器５３からの信号Ｓi（ｔ）を監視して、放射線治療処置が行われる。暗電流は、さらに次の処理に先立って、信号Ｓi（ｔ）から引くことができる。
【００８４】
プロセスブロック８６では、このフルエンスｗ（ｔ）が、逆数にされたマトリックス
【００８５】
【数１６】
0003775992.tif 000014
【００８６】
を用いて算出され、また、プロセスブロック８８では、その算出されたフルエンスが、プロセスブロック８２によって修正されたように、できるだけ治療シノグラム７０によって指令されたフルエンスと比較される。
【００８７】
プロセスブロック９０では、患者１７に加えられた線量は、プロセスブロック８６で求められた測定フルエンスを用いて算出される。その測定フルエンスがその治療シノグラム７０によって予想されたものよりも小さいときには、プロセスブロック９２で、その治療の後のステージ（ガントリ角θ）を修正することができる。又は、その治療シノグラムが複数のセッションで送られる場合には、線量の不足量あるいは過剰量を修正するために、その治療シノグラムの後のセッションがコンペンセートされる。
【００８８】
フルエンスに一貫した誤差があるときには、１つ以上のリーフ３０に関する問題を表示するプロセスブロック９４で表示されるように、アラーム出力を操作者にもたらすことができる。同様に、リーフの動きは、潜在的欠陥を表示するような傾向について監視することができ、また、これらの傾向の検出もまた、アラーム状態にある結果となる。
【００８９】
プロセスブロック９６では放射線治療計画が引き続き行われ、また、このプロセスは弧を描いてプロセスブロック８４へ戻ることができる。
【００９０】
さて、図９によれば、リーフ３０の操作における直線性の仮定は、リーフ３０の舌及び溝／周辺（ＴＡＧ−Ｐ）効果によって影響を受ける。閉位置にある所与のリーフ３０については、そのリーフの中心軸に沿って受けられた信号は、リーフ３０を通る漏れ、散乱（主に第１次衝突からの）及びポスト患者放射線検出器５３の暗電流に対応する第１の低い値１００にあるであろう。しかしながら、その信号は、リーフ３０（上で説明された固定のガイド舌３６における）の保持のための溝が組み入れられたリーフ３０の端部を通るいっそう大きい漏れの結果として、また、光学の分野における当業者に周知の周辺部効果のために、いっそう高いレベル１０２へ大きくなるであろう。その大きさは、数枚のリーフに同時に対抗するように、一度に１枚のリーフによってエネルギーフルエンスの大きさに等価ではない、ということになる。
【００９１】
ポスト患者放射線検出器５３の検出器要素を前記周辺部効果にもっとも影響を受けやすいリーフ３０の間の界面で識別するために、直線性からのこの偏差は、受け入れられて、一度にすべてのリーフが開放しているときと一度に１枚のリーフが開放しているときとを比較して測定値を評価するファントムなどに対して行われた実験の測定値によって修正することができる。この測定値もまた、信号１０２が信号１００を上回ることによる比を求めることができる。この修正はモデル化によっても得ることができ、また、修正は繰り返しのものである。患者の登録すなわちＣＴスキャンの際に得られた情報もまた、これらの非直線性のための評価に用いることができる。
【００９２】
プロセスブロック８６では、リーフ３０が開放しまた閉鎖し、かつこの決定に基づくときには、大まかな測定値をもたらすために、測定されたフルエンスを用いることができる。検出器要素の空間的解像度がリーフ３０によってもたらされたものよりはるかに微細であるときには、ＴＡＧ−Ｐ効果を受けるように識別された関係検出器の信号Ｓi（ｔ）にその比を適用することができる。
【００９３】
ＴＡＧ−Ｐによって引き起こされたより高度な効果は、ｄijマトリックスのいっそう複雑な取得によって、修正することができる。図７によれば、個々のリーフ３０は、リーフ３０の間の相互関係を検出された信号に反映させる、いっそう完全なデータベースを作るために、それらの隣りのリーフ３０と組み合わせたものとともにエネルギーを与えることができる。このデータベースの情報は、ＴＡＧ−Ｐ効果を無視して、リーフが開放しまた閉鎖する初期測定を作り、次いで、その既知の状態に対応している適切なｄijマトリックスを適用することで、再び適用することができる。
【００９４】
プロセスブロック７６では、漏れと透過とは、その測定値の中に潜在的に組み入れられる。しかしながら、すべてのリーフが開放しており、みなされた漏れあるいは透過がまったくないときには、これは過剰修正である。この修正は、Ｓi（ｔ）の値に加重し、より多くのリーフが開放するようにそれを減らすことである。簡単な修正は、異なった列から漏れ及び透過に対応する値を引くことである。
【００９５】
さて、図１０によれば、プロセスブロック７６での
【００９６】
【数１７】
0003775992.tif 000015
【００９７】
の測定値の取得は、複数のシャッターが目につくほどオーバーラップしないように互いから充分遠く離して、放射線２８のためにそれら複数のシャッターを開放することで、スピードアップすることができる。図１０に示されるように、リーフは３番目ごとに開放されており、
【００９８】
【数１８】
0003775992.tif 000016
【００９９】
の取得に必要な時間の合計が減っている。一般に、取得時間のさらなる増大は、ほとんどないリーフの実際の測定を行い、かつ、測定されたリーフにできるだけ基づいてリーフのより大きい数を見積もることで、得ることができる。隣接するリーフは同時に開放することもでき、また、そのオーバーラップはモデル化を用いた解析によって修正することができる。
【０１００】
上記の説明は、ガントリが、治療の実行されている間の患者について一連の別個のガントリ角θで配置されている（あるいは、ガントリ位置が別個のガントリ角によって近似される）システム、従って限定数の別個のマトリックスｄijθに導かれるシステムに適用することができる。しかしながら、そのガントリを介する患者の連続した運動を備えているかあるいは備えていない連続したガントリ運動（後者はらせん状の走査パターンをもたらす）をもたらすのが好ましい、ということが理解される。この場合には、ｄijθは、スパン角Δθの範囲内の平均位置と、患者に関する位置ｚすなわちスパン角Δθの範囲内における複数の読取値の平均とが示される。
【０１０１】
上記説明は、本発明の好ましい実施形態に関するものであるが、その技術を実施する者にとっては、本発明の精神と範囲から離れることなく多くの改変を行うことができる、ということが言える。本発明の範囲内にあるさまざまな実施形態を公衆に知らせるために、特許請求の範囲が作られている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明に用いられたシャッターシステム組立品の斜視図であり、シャッターリーフとそれらに関連する電磁アクチュエーターとを示している。
【図２】  図２は、図１の２−−２線に沿ったシャッターシステムの断面図であり、放射線の放射ファンビームのためのそれぞれのシャッターリーフの台形状外観と、それらのシャッターリーフが動くときにそれらを支持するためのガイドレールとを示している。
【図３】  図３は、従来のＣＴスキャナーと本発明のシャッターシステムとが組み込まれ、かつ、本発明についてそのシャッターシステムを制御するのに適したコンピュータが含まれている放射線治療機の諸要素を示しているブロック図である。
【図４】  図４は、図３の放射線治療機のガントリを簡略化して表現したものであり、患者モデルの計算に用いられた変数を示している。
【図５】  図５は、図４のそれに類似した図であり、ポスト患者放射線検出器の箇所で異なった放射線の放射のオーバーラップによって引き起こされたポスト患者放射線検出器の箇所で入射フルエンスの決定における複雑性を示している。
【図６】  図６は、患者シャッターシステムのモデルを得るのに適した患者／シャッターシステムのインパルス反応を測定するための試験フルエンスをもたらすようなシャッター駆動パターンを示している表である。
【図７】  図７は、図６のそれに類似した図であり、周辺部と他の非直線性とをいっそう評価するモデルをもたらすために、いっそう複雑なシャッター駆動パターンを示している表である。
【図８】  図８は、放射線治療セッションを検査し、モデル化し、かつ修正する、本発明の方法における諸ステップのフローチャートである。
【図９】  図９は、図２における１つのシャッターの誇張化された図であり、舌と溝及び周辺部効果を示している。
【図１０】  図１０は、図６のそれに類似した図であり、患者／シャッターシステムのモデルを生じさせる迅速な方法が設けられているシャッター駆動パターンを示している。
【図１】
0003775992.tif 000026
【図２】
0003775992.tif 000027
【図３】
0003775992.tif 000028
【図４】
0003775992.tif 000029
【図５】
0003775992.tif 000030
【図６】
0003775992.tif 000031
【図７】
0003775992.tif 000032
【図８】
0003775992.tif 000033
【図９】
0003775992.tif 000034
【図１０】
0003775992.tif 000035