(57)【要約】  ファントムに入射する、放射線源によって放出された放射線ビームの画像を、カメラを使用して取得するステップを含む方法について説明する。この方法は、画像に基づいてビームポインティングオフセットを決定するステップと、ビームポインティングオフセットに基づいて放射線源の位置を較正するステップとをさらに含む。ファントム、カメラ及び処理装置を含む較正システムについても説明する。Ｘ線発光材料を有するファントムについても説明する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線発光材料を含むファントムに入射する、放射線源によって放出された放射線ビームの画像を、カメラを使用して取得するステップと、
前記画像に基づいてビームポインティングオフセットを決定するステップと、
前記ビームポインティングオフセットに基づいて前記放射線源の位置を較正するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記カメラを含む１又は２以上のカメラを使用して、前記ファントムが照射されていない間に前記ファントムの第１の画像セットを取得するステップと、
前記１又は２以上のカメラを使用して、前記ファントムに入射する前記放射線ビームの前記画像を含む第２の画像セットを取得するステップと、
を含み、前記ビームポインティングオフセットを決定する前記ステップは、前記第１の画像セット及び前記第２の画像セットにさらに基づく、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の画像セットの各々は、前記ファントムの入射面に入射する前記放射線ビームのものであり、
前記１又は２以上のカメラの各々は、前記放射線源のヘッドに結合され、
前記放射線源の投影アイソセンタが、前記第１の画像セット、前記ファントムの幾何学的形状、及び前記ファントムの位置に基づき、
前記ファントムに入射する前記放射線ビームの第３の重心が、前記第２の画像セットに基づき、
前記ビームポインティングオフセットは、前記投影アイソセンタと前記第３の重心とを比較することに基づき、
前記放射線源の前記位置を較正する前記ステップは、前記ビームポインティングオフセットを機械的ビーム位置決め装置に適用して前記放射線源の前記位置を調整するステップを含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の画像セットの各々は、前記ファントムの入射面及び出射面に入射する前記放射線ビームのものであり、
前記１又は２以上のカメラは、前記放射線源のヘッドに結合され、
前記放射線源の投影アイソセンタが、前記第１の画像セット、前記ファントムの幾何学的形状、及び前記ファントムの位置に基づき、
前記入射面に入射する前記放射線ビームの第１の重心と、前記出射面に入射する前記放射線ビームの第２の重心との間の中間点が、前記第２の画像セットに基づき、
前記ビームポインティングオフセットは、前記投影アイソセンタと前記中間点との間の距離に基づき、
前記放射線源の前記位置を較正する前記ステップは、前記ビームポインティングオフセットを機械的ビーム位置決め装置に適用して前記放射線源の前記位置を調整するステップを含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の画像セットは、前記ファントムの入射面に入射する前記放射線ビームのものであり、
前記１又は２以上のカメラは、静止位置に配置された複数のカメラであり、
前記ファントムに入射する前記放射線ビームの３Ｄで三角測量した中心が、前記第２の画像セットに基づき、
前記ビームポインティングオフセットは、３Ｄで三角測量した前記中心と、前記放射線ビームの放射線源の位置とに基づき、
前記放射線源の前記位置を較正する前記ステップは、前記ビームポインティングオフセットを機械的ビーム位置決め装置に適用して前記放射線源の前記位置を調整するステップを含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の画像セットを使用して、前記ファントムの入射面及び出射面に入射する前記放射線ビームの重ね合わせを生成し、
前記１又は２以上のカメラは、静止位置に配置された複数のカメラであり、
前記放射線源の投影アイソセンタが、前記第１の画像セット、前記ファントムの幾何学的形状、及び前記ファントムの位置に基づき、
前記入射面に入射する前記放射線ビームの３Ｄで三角測量した第１の中心と、前記出射面に入射する前記放射線ビームの３Ｄで三角測量した第２の中心とが、前記第２の画像セットに基づき、
前記ビームポインティングオフセットは、３Ｄで三角測量した前記第１の中心と、３Ｄで三角測量した前記第２の中心と、前記投影アイソセンタとに基づき、
前記放射線源の前記位置を較正する前記ステップは、前記ビームポインティングオフセットを機械的ビーム位置決め装置に適用して前記放射線源の前記位置を調整するステップを含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記放射線源の前記位置を較正する前記ステップの後に、前記カメラを使用して、前記ファントムに入射する前記放射線ビームの第２の画像セットを取得するステップと、
前記第２の画像と前記画像とに基づいてビームポインティング誤差を計算するステップと、
前記ビームポインティング誤差を出力するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記１又は２以上のカメラは、前記放射線ビームのビーム軸と一致する、
請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記１又は２以上のカメラは、前記放射線ビームのビーム軸と一致せず、前記方法は、
前記１又は２以上のカメラを使用して、前記ファントムが照射されていない間に前記Ｘ線発光材料に重なり合ったパターンの第３の画像セットを取得して、前記放射線ビームの前記ビーム軸に対する前記１又は２以上のカメラの相対的位置を決定するステップと、
前記１又は２以上のカメラを使用して、前記パターンに１又は２以上の線源回転軸間距離（ＳＡＤ）で入射する前記放射線ビームの第４の画像セットを取得して、前記パターンに対する前記ビーム軸の位置を決定するステップと、
前記ビーム軸に対する前記１又は２以上のカメラの前記相対的位置に基づいて、前記ファントムの第１の重心と前記パターンに入射する前記放射線ビームの第２の重心との間の関係を決定するステップと、
をさらに含み、前記放射線源の前記位置を較正する前記ステップは、前記関係にさらに基づく、
請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記パターンに前記１又は２以上のＳＡＤで入射する前記放射線ビームの前記第４の画像セットを取得する前記ステップは、
ステージを介して前記ファントムを動かすステップ、
前記ファントムをカウチ上に配置し、該カウチを介して前記ファントムを動かすステップ、又は、
前記ファントムを床又は壁に配置し、マニピュレータを使用して距離を変化させるステップ、
のうちの１つ又は２つ以上を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
Ｘ線発光材料を含むファントムと、
前記ファントムに入射する、放射線源によって放出された放射線ビームの画像を取得するカメラシステムと、
前記カメラに動作可能に結合された処理装置と、
を備え、前記処理装置は、
前記画像に基づいてビームポインティングオフセットを決定し、
前記ビームポインティングオフセットに基づいて前記放射線源の位置を較正する、
ことを特徴とする較正システム。
【請求項１２】
前記カメラシステムは１又は２以上のカメラを含み、該１又は２以上のカメラは、
前記ファントムが照射されていない間に前記ファントムの第１の画像セットを取得し、
前記ファントムに入射する前記放射線ビームの前記画像を含む第２の画像セットを取得し、前記ビームポインティングオフセットを決定することは、前記第１の画像セット及び前記第２の画像セットにさらに基づく、
請求項１１に記載の較正システム。
【請求項１３】
前記第２の画像セットの各々は、前記ファントムの入射面に入射する前記放射線ビームのものであり、
前記１又は２以上のカメラの各々は、前記放射線源のヘッドに結合され、
前記処理装置は、さらに、
前記第１の画像セット、前記ファントムの幾何学的形状、及び前記ファントムの位置に基づいて、前記放射線源の投影アイソセンタを決定し、
前記第２の画像セットに基づいて、前記ファントムに入射する前記放射線ビームの第３の重心を決定し、前記ビームポインティングオフセットは、前記投影アイソセンタと前記第３の重心とを比較することに基づく、
請求項１２に記載の較正システム。
【請求項１４】
前記第２の画像セットの各々は、前記ファントムの入射面及び出射面に入射する前記放射線ビームの重ね合わせであり、
前記１又は２以上のカメラは、前記放射線源のヘッドに結合され、
前記処理装置は、さらに、
前記第１の画像セット、前記ファントムの幾何学的形状、及び前記ファントムの位置に基づいて、前記放射線源の投影アイソセンタを決定し、
前記第２の画像セットに基づいて、前記入射面に入射する前記放射線ビームの第１の重心と、前記出射面に入射する前記放射線ビームの第２の重心との間の中間点を決定し、前記ビームポインティングオフセットは、前記投影アイソセンタと前記中間点との間の距離に基づく、
請求項１２に記載の較正システム。
【請求項１５】
前記第２の画像セットは、前記ファントムの入射面に入射する前記放射線ビームのものであり、
前記１又は２以上のカメラは、静止位置に配置された複数のカメラであり、
前記処理装置は、さらに、
前記第２の画像セットに基づいて、前記ファントムに入射する前記放射線ビームの３Ｄで三角測量した中心を決定し、前記ビームポインティングオフセットは、３Ｄで三角測量した前記中心と、前記放射線ビームの放射線源の位置とに基づく、
請求項１２に記載の較正システム。
【請求項１６】
前記第２の画像セットを使用して、前記ファントムの入射面及び出射面に入射する前記放射線ビームの重ね合わせを生成し、
前記１又は２以上のカメラは、静止位置に配置された複数のカメラであり、
前記処理装置は、さらに、
前記第１の画像セット、前記ファントムの幾何学的形状、及び前記ファントムの位置に基づいて、前記放射線源の投影アイソセンタを決定し、
前記第２の画像セットに基づいて、前記入射面に入射する前記放射線ビームの３Ｄで三角測量した第１の中心と、前記出射面に入射する前記放射線ビームの３Ｄで三角測量した第２の中心とを決定し、前記ビームポインティングオフセットは、３Ｄで三角測量した前記第１の中心と、３Ｄで三角測量した前記第２の中心と、前記投影アイソセンタとに基づく、
請求項１２に記載の較正システム。
【請求項１７】
前記カメラは、前記放射線源の前記位置を前記較正した後に、前記ファントムに入射する前記放射線ビームの第２の画像セットを取得し、
前記処理装置は、さらに、
前記第３の画像と前記画像とに基づいてビームポインティング誤差を計算し、
前記ビームポインティング誤差を出力する、
請求項１１に記載の較正システム。
【請求項１８】
前記１又は２以上のカメラは、センサ歪み及びレンズ歪みを有し、
前記処理装置は、前記センサ歪み又は前記レンズ歪みの少なくとも一方の補正を前記第１の画像セット及び前記第２の画像セットに適用する、
請求項１２に記載の較正システム。
【請求項１９】
球形ファントム本体と、Ｘ線発光材料とを含むファントムであって、前記Ｘ線発光材料の少なくとも一部が前記ファントムの表面上に存在する、
ことを特徴とするファントム。
【請求項２０】
前記Ｘ線発光材料は、表面ビルドアップ材料を含むＸ線シンチレーション材料である、
請求項１９に記載のファントム。
【請求項２１】
前記Ｘ線発光材料は、前記ファントムに入射する放射線ビームに応答してチェレンコフ光信号を生成するように蛍光化合物でドープされた水又はプラスチックを含む誘電材料である、
請求項１９に記載のファントム。
【請求項２２】
前記ファントムは、空洞を有する構造を含み、
前記ファントムは、１つの位置で１つのカメラを使用して、前記ファントムに入射する放射線ビームの入射特徴及び前記ファントムから出射する前記放射線ビームの出射特徴の像を取得することを可能にする透明度を有する、
請求項１９に記載のファントム。
【請求項２３】
前記球形ファントム本体は不透明な基材を含み、
前記ファントムの不透明性は、１つの位置で１つのカメラを使用して、前記ファントムに入射する放射線ビームの入射特徴及び前記ファントムから出射する前記放射線ビームの出射特徴の像を取得することを不可能にする、
請求項１９に記載のファントム。
【請求項２４】
前記ファントムの前記表面は均一であり、
前記ファントムの前記表面にわたって、吸収源に対する光信号の関係が一定であり、
前記光信号は、前記表面に入射する放射線ビームの測定値であり、
前記吸収源は、前記ファントムにおける前記放射線ビームの吸収の測定値である、
請求項１９に記載のファントム。
【請求項２５】
前記ファントムの前記表面に、相対的位置において視覚的に識別可能な特徴のパターンが重なり合う、
請求項１９に記載のファントム。
【請求項２６】
前記パターンは、チェッカーボードパターンである、
請求項２５に記載のファントム。
【請求項２７】
円柱形ファントム本体と、Ｘ線発光材料とを含むファントムであって、前記Ｘ線発光材料の少なくとも一部が前記ファントムの表面上に存在する、
ことを特徴とするファントム。
【請求項２８】
前記Ｘ線発光材料は、表面ビルドアップ材料を含むＸ線シンチレーション材料である、
請求項２７に記載のファントム。
【請求項２９】
前記Ｘ線発光材料は、前記ファントムに入射する放射線ビームに応答してチェレンコフ光信号を生成するように蛍光化合物でドープされた水又はプラスチックを含む誘電材料である、
請求項２７に記載のファントム。
【請求項３０】
前記ファントムは、空洞を有する構造を含み、
前記ファントムは、１つの位置で１つのカメラを使用して、前記ファントムに入射する放射線ビームの入射特徴及び前記ファントムから出射する前記放射線ビームの出射特徴の像を取得することを可能にする透明度を有する、
請求項２７に記載のファントム。
【請求項３１】
前記円柱形ファントム本体は不透明な基材を含み、
前記ファントムの不透明性は、１つの位置で１つのカメラを使用して、前記ファントムに入射する放射線ビームの入射特徴及び前記ファントムから出射する前記放射線ビームの出射特徴の像を取得することを不可能にする、
請求項２７に記載のファントム。
【請求項３２】
前記ファントムの表面は均一であり、
前記ファントムの前記表面にわたって、吸収源に対する光信号の関係が一定であり、
前記光信号は、前記表面に入射する放射線ビームの測定値であり、
前記吸収源は、前記ファントムにおける前記放射線ビームの吸収の測定値である、
請求項２７に記載のファントム。
【請求項３３】
前記ファントムの前記表面に、相対的位置において視覚的に識別可能な特徴のパターンが重なり合う、
請求項２７に記載のファントム。
【請求項３４】
前記パターンは、チェッカーボードパターンである、
請求項３３に記載のファントム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願〕
本出願は、２０１７年５月２６日に出願された米国特許出願第１５／６０７２１７号の合衆国法典第３５編第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張するものであり、この文献の内容は全体が引用により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本開示の実装は、放射線に基づく治療ビームの位置に関し、具体的には放射線に基づく治療ビームの位置較正及び検証に関する。
【背景技術】
【０００３】
放射線治療では、放射線源（例えば、線形加速器（ＬＩＮＡＣ)）を使用して患者内の標的に高エネルギー粒子ビーム（例えば、放射線ビーム）を照射する。放射線源（例えば、ＬＩＮＡＣ）は、機械的位置決めシステムによって、放射線ビームが標的に対して特定の角度及び距離（例えば、ノード）で放出されるように配置される。機械的位置決めシステムの較正及び検証を実行することによって、幾何学的なビーム送出精度を改善することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
較正技術は、点検出器及びラスタ走査の両方を使用することができる。第１の較正技術では、放射線治療ビームに代用物を使用する。機械的位置決めシステムのアイソセンタに点検出器（例えば、フォトダイオード）又は放射線センサ（例えば、定位ダイオード検出器又は点シンチレーション検出器）を配置して放射線ビームの代用物（例えば、レーザービーム）を放出し、点検出器又は放射線センサを横切って（例えば、中心軸レーザーからの）レーザービームのラスタ走査（例えば、広い領域にわたる０．８ミリメートル（ｍｍ）分解能での初期粗走査、及びその後のさらに狭い領域にわたるさらに細かい０．４ｍｍ分解能での走査）を実行し、結果として得られる代用物の最大光信号強度から放射線ビームの中心を定める。（放射線ビームの中心を正しい位置に配置するために使用される）軸オフセットを決定し、放射線治療中に適用されるポインティングオフセットとして記憶する。
【０００５】
点検出器では、レーザーを代用物として使用するこのような較正及び検証法が、１００〜２００個のノードを含むノードセットについては１００〜２００分を要し、１０００個のノードを伴う動的経路のノードセットについては１７〜３３時間を要することもある。放射線センサでは、このような較正及び検証法がさらに長い時間を要する。上述した較正及び検証法では、レーザービームが放射線ビーム中心の代用物として機能し、これによって較正及び検証結果にレーザービームと治療ビームとの一致（例えば、レーザー−放射線ビーム一致）の不確実性がもたらされる。最大光信号強度（例えば、ピーク信号）の使用時には、いずれかの瞬間的レーザー強度の変動によってさらなる不確実性が加わる（例えば、レーザー強度の安定性）。また、放射線センサの異方性構造に起因してビーム入射角と共に感度が変化することによって較正及び検証に不確実性がもたらされることもある（例えば、ビーム配向に伴う検出器感度の変化）。
【０００６】
第２の較正技術では、放射線治療ビームを直接使用する。機械的位置決めシステムのアイソセンタに点検出器又は放射線センサを配置し、ＬＩＮＡＣを使用して放射線ビームを放出し、点検出器又は放射線センサを横切ってラスタ走査を実行し、結果として得られる最大光信号強度から放射線ビームの中心を定める。軸オフセットを決定し、放射線治療中に適用されるポインティングオフセットとして記憶する。第２の較正技術では、レーザー−放射線ビーム一致からの不確実性は存在しないが、線量率の安定性とビーム配向に伴う検出器感度の変化とに起因する不確実性により、第２の較正技術において較正及び検証に要する時間は、第１の較正技術において要する時間よりも長くなる恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
添付図面の図に本開示を限定ではなく一例として示す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の実装による、ＬＩＮＡＣの位置を較正するための１又は２以上のカメラとファントムとを含む較正システムを示す図である。
【図２Ａ】本開示の実装による、Ｘ線発光材料を含む球形ファントム本体を含むファントムを示す図である。
【図２Ｂ】本開示の実装による、Ｘ線発光材料を含む円柱形ファントム本体を含むファントムを示す図である。
【図２Ｃ】本開示の実装による、パターンが重なり合ったＸ線発光材料を含む球形ファントム本体を含むファントムを示す図である。
【図３Ａ】本開示の実装による較正システムを示す図である。
【図３Ｂ】本開示の実装による、カメラ視野と比較したファントム上への放射線ビームの入射を示す図である。
【図３Ｃ】本開示の実装による、ファントム上への放射線ビーム入射のカメラ視野を示す図である。
【図３Ｄ】本開示の実装による、ファントムの入射面及び出射面において生成される放射線発光を示す図である。
【図３Ｅ】本開示の実装による較正システムを示す図である。
【図４】本開示の実装による、ＬＩＮＡＣの位置を較正する方法のフロー図である。
【図５Ａ】本開示の実装による、ファントムの入射面の画像を取得するためにＬＩＮＡＣに結合された１又は２以上のカメラを使用してＬＩＮＡＣの位置を較正する方法のフロー図である。
【図５Ｂ】本開示の実装による、ファントムの入射面及び出射面の画像を取得するためにＬＩＮＡＣに結合された１又は２以上のカメラを使用してＬＩＮＡＣの位置を較正する方法のフロー図である。
【図５Ｃ】本開示の実装による、ファントムの入射面の画像を取得するために静止位置に配置されたカメラを使用してＬＩＮＡＣの位置を較正する方法のフロー図である。
【図５Ｄ】本開示の実装による、ファントムの入射面及び出射面の画像を取得するために静止位置に配置されたカメラを使用してＬＩＮＡＣの位置を較正する方法のフロー図である。
【図６】本開示の実装による、ＬＩＮＡＣの位置を検証する方法のフロー図である。
【図７】本開示の実装による、ＬＩＮＡＣの位置の較正を実行する際に使用できるシステムを示す図である。
【図８】本開示の実装による較正システムの構成を示す図である。
【図９】本開示の実装による、ガントリベースの強度変調放射線治療システムを示す図である。
【図１０】本開示の実装による、ヘリカル放射線送出システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
放射線治療では、放射線源（例えば、ＬＩＮＡＣ）を使用して患者内の標的にビームを照射する。本開示の実装は、単純化及び簡潔化のためにしばしばＬＩＮＡＣを参照するが、本開示の教示は、一般に放射線源に適用され、例えばＬＩＮＡＣ、放射性同位体（例えば、コバルト６０）、サイクロトロンなどを含む様々なタイプの放射線源に適用することができる。放射線治療計画は、（例えば、標的の室内撮像を通じて）放射線ビームの各軌跡のポインティングベクトルを決定し、その後にＬＩＮＡＣの位置（例えば、標的に対するノード、角度及び距離）を決定して放射線ビームを各ポインティングベクトルと一致させることによって確立される。機械的位置決めシステムは、ＬＩＮＡＣの位置に対応する機械的設定を有する。幾何学的ビーム送出精度は、あらゆる外部ビーム放射線治療の、特に高線量勾配及び小分割照射を使用する技術の一側面であり、ＬＩＮＡＣの位置を決定する１又は２以上の機械的位置決めシステムの各機械的設定の較正及び検証を実行することによって改善することができる。
【００１０】
各機械的設定の較正は、送出システム（例えば、ＬＩＮＡＣ及び機械的位置決めシステム）及び制御システムの物理的設計によって定められる。較正精度を高めるために、装置固有の測定を実行し、これを機械的位置決めシステムの当初の較正の補正として適用するか、或いは当初の較正を完全に置き換えるために使用することができる。
【００１１】
本明細書では、放射線に基づく治療ビームの位置較正及び検証に使用される方法、システム及びファントムについて説明する。ファントムは、身体の組織とほぼ同様にＸ線の吸収及び散乱を行うことによって組織に対する放射線の生体内影響をシミュレートするための装置である。ファントムは、Ｘ線発光材料を含む。１つの実装では、ファントムがＸ線発光材料でコーティングされる。別の実装では、ファントムがＸ線発光材料を含み（例えば、Ｘ線発光材料がファントムに一体化し）、Ｘ線発光材料の少なくとも一部がファントムの表面上に存在する。このファントムに入射する放射線ビームの１又は２以上の光学画像を使用して、ビームポインティングオフセットを測定する。ビームポインティングオフセットは各画像から計算され、ビーム走査手順は不要である。このビームポインティングオフセットを対応する機械的設定に適用した後に、補正の有効性を測定するために第２の画像を取得する（すなわち、検証手順）。検証手順は、反復することができる。本開示は、同一平面上の治療ジオメトリ及び非同一平面上の治療ジオメトリに適する。本開示の実装は、例えば１００個の治療位置の場合に、経路較正時間を約１００分から１０〜４０分に短縮することができる。本開示の実装は、１０００個の治療位置というさらに大きな組に対して推定すると、他の方法を利用して約１７時間を要する代わりに約２時間で済む可能性がある。或いは、他の経路較正時間を達成することもできる。本開示の実装は、時間の節約に加えて、他の方法に存在するレーザー−放射線ビーム一致及び瞬間的レーザー強度変化に関連する不確実性を除去することもできる。
【００１２】
図１に、本開示の実装による、ＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正するために使用される１又は２以上のカメラ１１０とファントム１２０とを含む較正システム１００を示す。
【００１３】
ＬＩＮＡＣ１５０は、標的（例えば、ファントム１２０、患者など）に放射線ビーム１６０を放出する。ＬＩＮＡＣ１５０は、機械的位置決めシステム１７０に結合される。機械的位置決めシステム１７０は、１又は２以上のノードにおいて（例えば、ファントム１２０、機械的位置決めシステム１７０のアイソセンタ１７４などに対して）ＬＩＮＡＣ１５０を位置付ける。ノードは、ファントム１２０からの距離と、ファントム１２０に対する角度とを含むことができる。１つの実装では、機械的位置決めシステム１７０が、ロボットアーム１７２（例えば、回転度及び並進度を有する、ロボットマニピュレータ関節回転システム、フレームレスロボット放射線治療システム（例えば、ＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅ（登録商標）ロボット放射線手術システムなど））を含む。別の実装では、機械的位置決めシステム１７０が、ガントリベースシステム９００（例えば、Ｃアームガントリ回転システム。ＬＩＮＡＣ１５０は、図９のガントリベースシステム９００のガントリ９０３などに結合される）を含む。別の実装では、機械的位置決めシステム１７０が、ヘリカル放射線送出システム１０００である（図１０を参照）。別の実装では、機械的位置決めシステム１７０が、カウチ並進及び回転システムである。別の実装では、機械的位置決めシステム１７０が、ジンバルマウント測定システムである。或いは、他のタイプの機械的位置決めシステムを使用することもできる。
【００１４】
較正システム１００は、１又は２以上のカメラ（例えば、カメラ１１０Ａ、カメラ１１０Ｂなど）を有するカメラシステム１１０と、ファントム１２０と、処理装置１３０とを含む。
【００１５】
１つの実装では、１又は２以上のカメラ１１０ＡがＬＩＮＡＣ１５０に（例えば、コリメータ１５２に近接するＬＩＮＡＣ１５０の遠位端において）結合される。別の実装では、カメラ１１０Ｂが静止位置に配置される（例えば、治療室内の１箇所に取り付けられ、ＬＩＮＡＣ１５０の動きに応答して動かない）。別の実装では、１又は２以上のカメラ１１０が治療カウチ上に配置される。
【００１６】
１つの実装では、カメラシステム１１０が可視光カメラである。別の実装形態では、カメラシステム１１０が赤外線カメラである。別の実装では、カメラシステム１１０が電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラである。別の実装では、カメラシステム１１０がインテンシファイドＣＣＤ（ＩＣＣＤ）カメラである。別の実装では、カメラシステム１１０が電子増倍型ＩＣＣＤ（ｅｍＩＣＣＤ）カメラ（例えば、Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製のＰＩ−ＭＡＸ４５１２  ＥＭ）である。１つの実装では、カメラシステム１１０を、放射線ビーム１６０によってゲート制御されるパルスモードで動作させることができる。別の実装では、カメラシステム１１０が、撮像用シンチレーション又はチェレンコフ放射検出器である。
【００１７】
カメラシステム１１０は、各カメラシステム１１０の寿命を最大化するように配置されて遮蔽されるように設計することができる。１つの実装では、カメラシステム１１０が、ＬＩＮＡＣ１５０の出射面の治療ビームの両側に配置されてコリメータ１５２によって遮蔽される。別の実装では、カメラシステム１１０の各カメラのレンズ（例えば、キヤノン社製ＥＦ１３５ｍｍ  ｆ／２Ｌ  ＵＳＭ）がコリメータ１５２に隣接して配置され、コリメータ１５２によって放射線ビーム１６０から遮蔽される。各レンズは、遠隔に位置するカメラ電子機器（例えば、光学素子、イメージセンサ及び増強装置など）に（例えば、光ファイバを使用して）結合されて、これらのカメラ電子機器を治療ビームからさらに離れた距離に配置できるようにする。カメラ電子機器は、ＬＩＮＡＣ１５０の出射面よりも大きな放射線遮蔽を使用できるように、空間及び重量がそれほど制限されていない位置に配置することができる。１つの実装では、カメラシステム１１０が、ＬＩＮＡＣ１５０のハウジング３０２（例えば、治療ヘッド）に組み込まれる（例えば、恒久的に組み込まれ、取り外し不能に組み込まれる）。カメラシステム１１０は、衝突回避、外部患者の追跡、入院患者の線量測定などのうちの１つ又は２つ以上のために使用することもできる。別の実装では、カメラシステム１１０が、較正のためにＬＩＮＡＣ１５０のハウジング３０２（例えば、ヘッド）に取り付けられた取り外し可能な付属品に取り付けられる。カメラシステム１１０は、カメラシステム１１０が暴露される放射線量を最小化してカメラシステム１１０の寿命を延ばすように、治療中には取り外すことができる。
【００１８】
１つの実装では、ファントム１２０が基準点の周囲に機械的に配置される（例えば、高精度の機械的固定具を使用して空間内の一点の周囲に配置される）。基準点は、機械的位置決めシステム１７０の較正に使用される。１つの実装では、この基準点が機械的位置決めシステム１７０の（例えば、幾何学的なアイソセンサなどの）アイソセンタ１７４（例えば、ＬＩＮＡＣ１５０のアイソセンタ１７４）である。別の実装では、基準点がアイソセンタ１７４からの既知のオフセットである。ファントム１２０の表面に対する機械的位置決めシステム１７０のアイソセンタ１７４の位置は、ファントム１２０の設計、及びファントム１２０を機械的に配置する方法から分かる。１つの実装では、ファントム１２０が支持体１７６に取り付けられる。
【００１９】
ファントム１２０は、ファントム本体１２２を含む。１つの実装では、ファントム本体１２２が中空であり、中空ファントム本体１２２の厚み及び材料が、後方散乱した出射面像の透過を可能にする（図３Ｄ及び図５Ｂを参照）。ファントム１２０は、１つの位置で１つのカメラシステム１１０を使用して、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の入射特徴３６０の像、及びファントムから出射する放射線ビーム１６０の出射特徴３７０の像の取得を可能にする透明度を有することができる（図３Ｄを参照）。
【００２０】
別の実装では、ファントム本体１２２が不透明な基材を含む（図５Ｄを参照）。ファントムの不透明性は、１つの位置で１つのカメラシステム１１０を使用して、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の入射特徴３６０の像、及びファントムから出射する放射線ビーム１６０の出射特徴３７０の像の取得を不可能にすることができる（図３Ｄを参照）。
【００２１】
ファントム本体１２０は、Ｘ線発光材料１２４を含む。１つの実装では、ファントム本体１２２がＸ線発光材料１２４でコーティングされる。別の実装では、Ｘ線発光材料１２４が、少なくとも部分的にファントム本体１２２の表面上に存在する。別の実装では、Ｘ線発光材料１２４が、少なくとも部分的にファントム本体１２２の外層に埋め込まれる。別の実装では、Ｘ線発光材料１２４が、ファントム本体１２２の材料と一体化される。例えば、ファントム本体１２２は、テルビウム活性化オキシ硫化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ2）シンチレータ材料１２４を含むことができる。１つの実装では、Ｘ線発光材料１２４が、表面ビルドアップ材料を含むＸ線シンチレーション材料である。１つの実装では、Ｘ線発光材料１２４が、表面ビルドアップ材料を含まないＸ線シンチレーション材料である。別の実装では、Ｘ線発光材料１２４が、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０に応答してチェレンコフ光信号を生成する誘電材料（例えば、水、プラスチックなど）である。１つの実装では、複数の角度（例えば、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０のほとんどの角度）での発光を強化して検出感度を高めるように、誘電材料が蛍光化合物（例えば、波長シフタ）でドープされる。別の実装では、誘電材料が蛍光化合物でドープされない。
【００２２】
ファントム１２０の表面は均一である。ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の吸収線量（例えば、ファントムにおける放射線ビームの吸収の測定値）に対する光信号（例えば、表面に入射する放射線ビームの測定値）の関係は、ファントム１２０の表面にわたって一定である。ファントム１２０は、Ｘ線発光材料１２４に重なり合った、相対的位置において視覚的に識別可能な特徴（例えば、チェッカーボードパターンの正方形）のパターン（例えば、チェッカーボードパターン、図２Ｃを参照）を含むことができる。
【００２３】
ファントム本体１２２は、球形（図２Ａを参照）、円柱形状（図２Ｂを参照）、立方体形状、円錐形、又は別の形状とすることができる。
【００２４】
図２Ａに、本開示の実装による、Ｘ線発光材料１２４を含む球形ファントム本体１２２Ａを含むファントム１２０Ａを示す。１つの実装では、同一平面上にない放射線ビーム１６０を放出するＬＩＮＡＣ１５０に結合された機械的位置決めシステム１７０の較正の場合にファントム本体１２２Ａが球形であり、ファントム１２０Ａが、機械的位置決めシステム１７０のアイソセンタ１７４（例えば、ＬＩＮＡＣ１５０のアイソセンタ１７４）に中心を置くことができる。
【００２５】
図２Ｂには、本開示の実装による、Ｘ線発光材料１２４を含む円柱形ファントム本体１２２Ｂを含むファントム１２０Ｂを示す。１つの実装では、同一平面上にある放射線ビーム１６０を放出するＬＩＮＡＣ１５０に結合された機械的位置決めシステム１７０の較正の場合にファントム本体１２２Ｂが円柱形（すなわち、円柱形ファントム本体１２２Ｂ）であって、第１の円形端部２１０と第２の円形端部２２０（図示せず）とを含むことができる。ファントム軸２３０は、第１の円形端部２１０の第１の中心２１２、及び第２の円形端部２２０の第２の中心２２２（図示せず）と整列する。ファントム軸２３０は、ＬＩＮＡＣ１５０の回転軸と一致する。
【００２６】
図２Ｃには、本開示の実装による、パターン２００が重なり合ったＸ線発光材料を含む球形ファントム本体１２２Ａを含むファントム１２０Ａを示す。パターン２００は、ファントム本体１２２の外面上でＸ線発光材料１２４に重なり合った、既知の相対的位置において視覚的に識別できる特徴（例えば、チェッカーボードパターン）を含む光学的較正オブジェクトである。１つの実装では、パターン２００が、放射線ビームのビーム軸３０６に対するカメラの姿勢の計算に使用される（図５Ａの方法５００及び図５Ｃの方法５４０を参照）。
【００２７】
図２Ｃには、球形ファントム本体１２２Ａに重なり合ったパターン２００を示しているが、パターン２００は、他のあらゆる形状のファントム本体１２２に重ね合わせることができる。図２Ｃにはチェックボードパターンを示しているが、別のタイプのパターンを使用することもできる。
【００２８】
図３Ａ及び図３Ｅに、本開示の実装による、ＬＩＮＡＣ１５０に結合された較正システム１００を示す。較正システム１００は、カメラシステム１１０及びファントム１２０を含む。ファントム１２０は、ＬＩＮＡＣ１５０が放出した放射線ビーム１６０によって照射される。ＬＩＮＡＣ１５０は、コリメータ１５２に結合されたハウジング３０２を有する。ＬＩＮＡＣ１５０の遠位端３１０からは、１又は２以上のビーム軸３０６に沿って標的位置３２０に１又は２以上の放射線ビーム１６０を放出することができる。１つの実装では、標的位置３２０が、ファントム１２０内又はファントム１２０上に位置する。別の実装では、標的位置３２０が、患者内又は患者の表面上に位置する。
【００２９】
１つの実装では、ビーム軸３０６のうちの１つ又は２つ以上が、標的位置３２０に対して実質的に垂直であることができる（例えば、標的位置に重なり合うファントム表面３０８に対して垂直であり、ファントム表面３０８に対して９０度のビーム入射角１５０を形成する）。１又は２以上の放射線ビーム１６０は、コリメーション（例えば、コリメータ１５２のリーフのバンク間のアパーチャ、矩形可変コリメーション、円形可変コリメーション、固定コリメーション（例えば、円錐）など）を通じて放出することができる。
【００３０】
１つの実装では、ＬＩＮＡＣ１５０のハウジング３０２の遠位端３１０を放射線源３０４とすることができる。別の実装では、ＬＩＮＡＣ１５０のハウジング３０２の遠位端３１０を、ハウジング３０２がコリメータ１５２に結合される箇所に近接する領域とすることができる。別の実装では、ＬＩＮＡＣ１５０のハウジング３０２の遠位端３１０を、ハウジング３０２から放射線ビーム１６０が放出される箇所に近接する領域とすることができる。別の実装では、ハウジング３０２の遠位端３１０を、１又は２以上のカメラ１１０がハウジング３０２に結合される箇所とすることができる。
【００３１】
放射線源３０４から標的位置３２０までは、線源回転軸間距離（ＳＡＤ）３３０が測定される。ＳＡＤ３３０は、支持体１７６又はＬＩＮＡＣ１５０の一方又は両方を使用して変化させることができる。１つの実装では、支持体１７６が、ＬＩＮＡＣ１５０に対してファントム１２０を動かしてＳＡＤ３３０を変化させるステージである。別の実装では、支持体１７６がカウチであり、このカウチの動きによってＳＡＤ３３０を変化させる。別の実装では、支持体１７６が治療室の床又は壁であり、ロボットマニピュレータ（例えば、図１のロボットアーム１７２）を使用してＳＡＤ３３０を変化させる。
【００３２】
いくつかの実装では、コリメータ１５２の取り外し及び取り付けを妨げない位置において１又は２以上のカメラ１１０をＬＩＮＡＣ１５０のハウジング３０２に結合することができる。１つの実装では、カメラシステム１１０の各カメラをＬＩＮＡＣ１５０の遠位端３１０においてハウジング３０２に結合することができる。別の実装では、カメラシステム１１０の各カメラが、コリメータ１５２からの放射線ビーム１６０の出口（例えば、出射面３１１）に近接する、コリメータ１５２の取り外し及び取り付けを妨げない位置においてＬＩＮＡＣ１５０の遠位端３１０に配置されたレンズ３１２を含むことができる。各レンズ３１２は、コリメータ１５２によって１又は２以上の放射線ビーム１６０から遮蔽することができる。カメラシステム１１０の各カメラは、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の画像セット（例えば、ライブ映像）（例えば、放射線ビーム１６０の荷電粒子がファントム１２０の媒質内を媒質内の光の速さよりも速い位相速度で移動することによってファントム１２０において生成される光学的チェレンコフ放射）を取り込むことができる。
【００３３】
図３Ｅに示すように、いくつかの実装では、１又は２以上のカメラ１１０をビーム軸３０６に対して一定角度（例えば、９０度）で配置することができる。１又は２以上のカメラ１１０は、ハウジング３０２の遠位端３１０に近接して配置することができる。１つの実装では、１又は２以上のカメラ１１０がハウジング３０２に結合される。別の実装では、１又は２以上のカメラ１１０がハウジング３０２に結合されない。いくつかの実装では、カメラシステム１１０及び放射線ビーム１６０が、ビーム軸３０６に沿ったインラインジオメトリ（ｉｎ−ｌｉｎｅ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を有する。インラインジオメトリ（例えば、共有軸）は、ミラー３９２を使用して達成することができる。ミラー３９２は、放射線ビーム１６０のビーム経路内に存在することができる。カメラシステム１１０は、ビーム軸３０６に対して一定角度（例えば、９０度）で配置することができ、ミラー３９２（例えば、４５度ミラー）を使用して光軸とビーム軸３０６とを整列させることができる。光軸とビーム軸３０６との整列は、ミラー３９２の較正（例えば、１回限りの較正）によって行うことができる。
【００３４】
１つの実装では、表面に少なくとも部分的にシンチレータ材料（例えば、テルビウム活性化Ｇｄ2Ｏ2Ｓ2シンチレータ材料）を含むファントム１２０を使用して、約１０００ミリメートル（ｍｍ）のＳＡＤ３３０において６Ｘ放射線ビーム１６０（例えば、電子を６メガ電子ボルト（ＭｅＶ）に加速させることによって生成される光子ビーム）によってビルドアップを伴わずに５つのモニタユニット（ＭＵ）（ＬＩＮＡＣ１５０からの機械的出力の測定）を使用して、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の画像を取得することができる。この結果、約０．５秒で画像が取得され、さらなる２．５秒で光学画像の取得及び処理を行うことができる。この速度は、（ロボットの動作時間を除いて）他の較正及び検証方法よりも約１０倍高速である。別の実装では、パースペクティブコレクション（ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）を使用することによって、３０分のパースペクティブキャリブレーションを受けてノード当たり３秒で１００ノードが較正された後に検証を行い、従って本明細書に開示する方法による合計時間は、他の較正及び検証方法の場合の１００分に代わって（ロボットの移動を除いて）４０分になる。１０００ノードの較正及び検証（例えば、患者の周囲の連続的範囲のビーム源位置から放射線ビームを送出する動的治療送達法）の場合に同じ比較を行うと、本明細書に開示する方法は、他の方法の場合の１７時間に代わって約２時間になる。
【００３５】
図３Ｂに、本開示の実装による、カメラ１１０の視野と比較したファントム１２０上への放射線ビーム１６０の入射を示す。
【００３６】
ＬＩＮＡＣ１５０は、放射線源３０４からファントム１２０内又はファントム１２０上の標的位置３２０に放射線ビーム１６０を放出する。カメラシステム１１０は、ファントム表面においてファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の画像（例えば、図３Ｃの入射面上の放射線パターン３５２）を取得する。カメラシステム１１０は、カメラ軸３１４（例えば、カメラ１１０のレンズ３１２の中心、カメラによって取得された画像の中心、投影面３１６の中心など）を有し、放射線ビーム１６０は、ビーム軸３０６（例えば、放射線ビーム１６０の中心）を有する。１つの実装では、カメラ軸３１４及びビーム軸３０６の両方が、標的位置３２０（例えば、ファントム１２０の中心）においてファントム１２０と交わることができる。
【００３７】
カメラ１１０は、放射線ビーム１６０のビーム軸３０６と一致しない。カメラシステム１１０は、並進（例えば、カメラ軸３１４とビーム軸３０６との間の距離３１８）及び回転（例えば、ビーム軸３０６に対するカメラ軸３１４の角度）を含むカメラ姿勢を有する。カメラシステム１１０のカメラ軸３１４とビーム軸３０６との間の距離３１８は、カメラシステム１１０によって取得される画像におけるファントム１２０のファントム重心３５４と放射線パターン３５２（例えば、放射線シンチレーションパターン）のパターン重心３５６との間にずれをもたらす（図３Ｃの画像３５０を参照）。投影面３１６は、ファントム１２０及びファントム表面３０８の放射パターン３５２についてのカメラシステム１１０の視野である。投影面３１６は、カメラシステム１１０によって取得される画像３５０に対応する（図３Ｃを参照）。
【００３８】
図３Ｃには、本開示の実装による、ファントム１２０上への放射線ビーム１６０の入射から得られる放射線パターン３５２についてのカメラシステム１１０の視野を示す。画像３５０は、カメラシステム１１０によって取得されるファントム１２０及び放射線パターン３５２の画像である。画像３５０におけるファントム１２０のファントム重心３５４（例えば、球形ファントムの中心）と放射線パターン３５２のパターン重心３５６は、ビーム軸３０６とカメラ軸３１４との間の距離３１８及び角度、並びにファントムの有限サイズに起因して一致していない。ファントム重心３５４とパターン重心３５６との間のオフセットは、ファントム１２０に対するカメラ姿勢（例えば、カメラシステム１１０の並進及び回転）に基づいてモデル化することができる。
【００３９】
図３Ｄには、本開示の実装による、ファントム１２０の入射面及び出射面において生成される放射線発光を示す。
【００４０】
１つの実装では、ファントム１２０を、同じ投影（例えば、第１の画像セットの各々がファントム１２０の入射面及び出射面のものである投影面３１６など）において入射特徴３６０及び出射特徴３７０の両方が見えるように構成することができる。例えば、カメラシステム１１０は、入射特徴３６０と出射特徴３７０の両方を表示するファントム１２０の画像を取得することができる。ファントム１２０の厚み及び材料は、後方散乱された出射面像の透過を可能にする。１つの実装では、ファントム１２０の寸法が第１の閾値サイズよりも大きく、放射線ビーム１６０が第２の閾値サイズよりも小さいことにより、画像内で入射特徴３６０と出射特徴３７０とが分離する。ファントム１２０の材料及び厚みは、入射特徴３６０と出射特徴３７０とを光強度によって分離することができる。
【００４１】
別の実装では、異なる位置におけるカメラシステム１１０の１又は２以上のカメラ（例えば、第１の位置及び第２の位置におけるカメラ１１０、又は第１の位置における第１のカメラ１１０と第２の位置における第２のカメラ）によって２又は３以上の画像を取得する。１つの実装では、第１のカメラ１１０からの第１の画像の第１の配向と、第２のカメラからの第２の画像の第２の配向とを使用して、カメラ１１０の配列に対するファントム１２０の入射特徴３６０又は出射特徴３７０の位置を三角測量する。第１のカメラ１１０からの第１の画像の第１の配向と第２のカメラからの第２の画像の第２の配向とを使用して、放射線ビーム１６０に対するファントム１２０の入射特徴３６０又は出射特徴３７０の位置を三角測量することもできる。ファントム１２０は、不透明基材とすることができる。
【００４２】
ファントム１２０の１又は２以上の画像（又はカメラ１１０を介した視野）は、ファントム１２０の入射面及び出射面に入射する放射線ビーム１６０のものとすることができる。ファントム１２０の入射面に入射する放射線ビーム１６０は入射特徴３６０（例えば、涙滴形状）を生成し、ファントム１２０の出射面に入射する（例えば、ファントム１２０から出射する）放射線ビーム１６０は出射特徴３７０（例えば、涙滴形状）を生成する。入射特徴３６０は第１の重心３６２を有し、出射特徴３７０は第２の重心３７２を有する。第１の重心３６２及び第２の重心３７２は、ファントムを貫く線３８０を形成し、線３８０は中間点３８２を有する。中間点３８２とファントム１２０の中心３８４との間の距離が、ビームポインティングオフセット３９０である。
【００４３】
１つの実装では、ファントム１２０が照射されていない間のファントム１２０の第１の画像、ファントム１２０の幾何学的形状、及びファントム１２０の位置に基づくファントム１２０の中心３８４を、ＬＩＮＡＣ１５０の投影アイソセンタとすることができる。第１の重心３６２と第２の重心３７２との間の中間点３８２は、放射線ビーム１６０がファントム１２０に入射している間のファントム１２０の第２の画像に基づく。ファントムが照射されている間のファントム１２０の画像取得中には、照明をオフに又は薄暗くすることができ、ファントム１２０が照射されていない間のファントム１２０の画像取得中には、照明をオンにすることができる。
【００４４】
１つの実装では、照明が一定であり（例えば、手順全体に１つの室内照明状態）、カメラシステム１１０が、ファントム１２０の輪郭及びシンチレーション信号又はチェレンコフ信号の両方を含む１つの画像を取り込む。この画像からビームポインティングオフセットを決定し、ビームポインティングオフセットに基づいて放射線源（例えば、ＬＩＮＡＣ１５０）の位置を較正する。
【００４５】
１つの実装では、ＬＩＮＡＣ１５０に結合されたカメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用して、入射特徴３６０の画像を取得し、出射特徴３７０の画像は取得しない（図５Ａを参照）。別の実装では、ＬＩＮＡＣ１５０に結合されたカメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用して、入射特徴３６０及び出射特徴３７０の画像を取得する（図５Ｂを参照）。別の実装では、静止位置に配置されたカメラシステム１１０を使用して、入射特徴３６０の画像を取得し、出射特徴３７０の画像は取得しない（図５Ｃを参照）。別の実装では、静止位置に配置されたカメラシステム１１０を使用して、入射特徴３６０及び出射特徴３７０の画像を取得する（図５Ｄを参照）。
【００４６】
図４〜図５Ｄは、本開示の実装による、ＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正する方法４００、５００、５２０、５４０及び５６０のフロー図である。図６は、本開示の実装による、ＬＩＮＡＣ１５０の位置を検証する方法６００のフロー図である。方法４００、５００、５２０、５４０、５６０及び６００については、ＬＩＮＡＣ１５０の位置の較正又は検証に関連して説明する。しかしながら、方法４００、５００、５２０、５４０、５６０及び６００は、放射線、具体的には放射線ビーム１６０を放出する他システムの位置の較正又は検証に使用することもできると理解されたい。方法４００、５００、５２０、５４０、５６０及び６００は、ハードウェア（例えば、回路、専用ロジック、プログラマブルロジック、マイクロコードなど）、ソフトウェア（例えば、処理装置上で実行される、ハードウェアシミュレーションを行うための命令）、又はこれらの組み合わせを含む処理ロジックによって実行することができる。
【００４７】
１つの実装では、図４〜図５Ｄのいずれかの方法の前に、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラの固有特性（例えば、固有のカメラ特性、センサの歪み、レンズの歪みなど）を決定する。この手順は、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを設置する前に（例えば、１又は２以上のカメラ１１０をＬＩＮＡＣ１５０に結合する前に、カメラシステム１１０のカメラをファントム１２０に対して静止位置に配置する前に）実行できる単発手順である。カメラシステム１１０の固有特性における歪みの補正は、図４〜図５Ｄで説明する全ての画像に適用される。例えば、処理装置は、第１の画像セット及び第２の画像セットにセンサ及びレンズの歪みの補正を適用する。
【００４８】
図４は、本開示の実装による、ＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正する方法４００のフロー図である。
【００４９】
処理ロジックは、ブロック４１０において、カメラシステム１１０を使用して、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の画像を取得する。１つの実装では、ブロック４１０が、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用して、ファントム１２０が照射されていない間にファントム１２０の第１の画像セットを取得する一方で、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用して、ファントムに入射する放射線ビーム１６０の第２の画像セットを取得するステップを含む。ファントム１２０は、ファントム本体１２２の表面上に少なくとも部分的にＸ線発光材料１２４を含む。放射線ビーム１６０は、放射線源（例えば、ＬＩＮＡＣ１５０）によって放出される。
【００５０】
処理ロジックは、ブロック４２０において、画像に基づいてビームポインティングオフセットを決定する。１つの実装では、ブロック４１０が、第１の画像セット及び第２の画像セットに基づいてビームポインティングオフセットを決定するステップを含む。
【００５１】
処理ロジックは、ブロック４４０において、ビームポインティングオフセットに基づいてＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正する。いくつかの実装では、図６のブロック６３０からのビームポインティング誤差を機械的ビーム位置決め装置（例えば、機械的位置決めシステム１７０の装置）へのビームポインティングオフセットとして適用してＬＩＮＡＣ１５０の位置を調整することができる。方法４００、５００、５２０、５４０又は５６０のうちのいずれか１つの較正方法及び方法６００の検証方法は、繰り返すことができる。治療中に機械的位置決めシステムが適用できる（例えば、既存のポインティング較正の修正又は置換のために使用できる）ビームポインティングオフセットのリストを（例えば、レポートとして）出力することもできる。
【００５２】
一連の放射線ビームを較正すべきである場合には、ブロック４１０〜４４０を繰り返すことができる（例えば、ブロック４４０の後に４１０において方法４００を再開することができる）。
【００５３】
図５Ａ〜図５Ｄは、放射線源に結合されたカメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用して放射線源の位置を較正するフロー図である。１つの実装では、図５Ａ〜図５Ｄの方法が、システム１１０の１つのカメラがファントム１２０に入射する放射線ビームの１つの画像を取得するステップと、画像に基づいてビームポインティングオフセットを決定するステップと、ビームポインティングオフセットに基づいて放射線源の位置を較正するステップとを含む。別の実装では、図５Ａ〜図５Ｄの方法が、１又は２以上のカメラがファントム１２０に入射する放射線ビームの複数の画像を取得するステップと、複数の画像に基づいてビームポインティングオフセットを決定するステップと、ビームポインティングオフセットに基づいて放射線源の位置を較正するステップとを含む。
【００５４】
図５Ａは、本開示の実装による、ＬＩＮＡＣ１５０に結合されたカメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用してファントム１２０の入射面の画像を取得してＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正する方法５００のフロー図である。
【００５５】
処理ロジックは、ブロック５０８において、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用して、ファントム１２０が照射されていない間にファントムの第１の画像セットを取得する。ファントム１２０は、機械的位置決めシステム１７０のアイソセンタ１７４（例えば、ＬＩＮＡＣ１５０のアイソセンタ１７４）に取り付けることができる。
【００５６】
処理ロジックは、ブロック５１０において、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用して、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の第２の画像セットを取得する。第２の画像セットは、ファントム１２０の放射線源３０４に最も近いファントム表面３０８の一部（例えば、入射特徴３６０）に入射する放射線ビーム１６０のものとすることができる。放射線ビーム１６０は、（例えば、固定円形コリメータを使用して）ビーム軸３０６に関して対称となるようにコリメートされる。
【００５７】
処理ロジックは、ブロック５１２において、第１の画像セット、ファントム１２０の幾何学的形状、及びファントム１２０の位置に基づいて、放射線源（例えば、ＬＩＮＡＣ１５０）の投影アイソセンタを決定する。例えば、機械的位置決めシステム１７０のアイソセンタ１７４を取り囲む球形ファントム本体１２２Ａを含むファントム１２０Ａでは、投影アイソセンタ（例えば、ファントム重心３５４）が、ファントム１２０Ａの円形輪郭の中心３８４である。
【００５８】
処理ロジックは、ブロック５１４において、第２の画像セットに基づいて、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の第３の重心（例えば、パターン重心３５６）を決定する。
【００５９】
処理ロジックは、ブロック５１６において、投影アイソセンタと第３の重心との比較に基づいてビームポインティングオフセットを決定する。処理ロジックは、ビームポインティングオフセットの方向を決定する。１つの実装では、この方向が反復探索によって発見される。このオフセットの大きさだけロボットポインティングが調整され（例えば、ビームポインティングオフセットの大きさだけ標的位置３２０がシフトされ、放射線源３０４の位置は調整されない）、ビームポインティングオフセットがランダム方向に適用され、或いは投影ビームアパーチャの形状によってファントム表面３０８上に導かれる（例えば、球形ファントム本体１２２Ａ上に投影される円形放射線ビーム１６０では、ビームポインティングオフセットを投影形状の主軸に沿って、涙滴形状（入射特徴３６０）の膨れた端部の方向に適用すべきである）。別の実施形態では、この方向が、ファントム１２０の表面に配置された光学基準マークによって発見され、この光学基準マークから室内空間のファントム１２０の配向を各光学画像において計算することにより、ビームポインティングオフセットの方向及び大きさを計算することができる。別の実装では、この方向が、放射線ビーム１６０に対する画像の配向を表すカメラの外的パラメータ（例えば、カメラ１１０の姿勢）によって発見され、部屋に対する放射線ビーム１６０の公称配向も既知である場合、カメラの外的パラメータと放射線ビーム１６０の公称配向とを組み合わせてオフセット方向を示すことができる。
【００６０】
処理ロジックは、ブロック５１８において、ビームポインティングオフセット及び関係に基づいてＬＩＮＡＣの位置を較正する。１つの実装では、ビームポインティングオフセットを後で使用できるように記憶することによってＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正することができる。別の実装では、機械的位置決めシステム１７０を介してＬＩＮＡＣ１５０の位置を調整することによってＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正することができる。
【００６１】
いくつかの実装では、図６のブロック６３０からのビームポインティング誤差をビームポインティングオフセットとして機械的ビーム位置決め装置（例えば、機械的位置決めシステム１７０の装置）に適用してＬＩＮＡＣ１５０の位置を調整することができる。方法４００、５００、５２０、５４０又は５６０のうちのいずれか１つの較正方法及び方法６００の検証方法は、繰り返すことができる。治療中に機械的位置決めシステムが適用できる（例えば、既存のポインティング較正の修正又は置換のために使用できる）ビームポインティングオフセットのリストを（例えば、レポートとして）出力することもできる。
【００６２】
一連の放射線ビームを較正すべきである場合には、ブロック５０８〜５１８を繰り返すことができる（例えば、ブロック５１８の後に５０８において方法５００を再開することができる）。
【００６３】
１つの実装では、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラが放射線ビーム１６０のビーム軸と一致する。別の実装では、１又は２以上のカメラが放射線ビームのビーム軸と一致せず、方法は、放射線ビーム軸に対するカメラシステム１１０の１又は２以上のカメラの姿勢を計算するステップをさらに含む（例えばブロック５０２〜５０６、図５Ａには図示せず）。処理ロジックは、ブロック５０２において、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用して、ファントム１２０が照射されていない間にＸ線発光材料１２４上に重なり合ったパターン２００（図２Ｃを参照）の第３の画像セットを取得する。第３の画像セットは、１又は２以上のＳＡＤ３３０において取得される。１又は２以上のＳＡＤ３３０は、ファントム１２０を支持体１７６に取り付けることによって、或いは支持体１７６又はＬＩＮＡＣ１５０が互いに対して移動することによって提供することができる。処理ロジックは、パターン２００の第３の画像セットから、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラの姿勢（例えば、ビーム軸３０６に対するカメラ軸３１４の並進及び回転）及び焦点距離を決定する。
【００６４】
処理ロジックは、ブロック５０４において、１又は２以上のカメラを使用して、１又は２以上のＳＡＤ３３０においてパターン上に入射する放射線ビームの第４の画像セットを取得する（図３Ａを参照）。処理ロジックは、第４の画像セットから、パターン２００に対するビーム軸３０６の位置を決定する。ブロック５０４における１又は２以上のＳＡＤ３３０は、ブロック５０２における１又は２以上のＳＡＤに対応することができる。第３の画像セットの各々は、第４の画像セットの１又は２以上の画像に対応する。
【００６５】
処理ロジックは、ブロック５０６において、姿勢、焦点距離、及びビーム軸の位置に基づいて、ファントム１２０の第１の重心（例えば、図３Ｃのファントム重心３５４）と、パターン２００（例えば、カメラから見たシンチレーションパターン）に入射する放射線ビーム１６０の第２の重心（例えば、図３Ｃのパターン重心３５６）との関係を決定する。カメラ軸３１４はビーム軸３０６と一致しないので、たとえ放射線ビーム１６０がファントム１２０の中心（例えば、ファントム重心）を正確に示していても、ファントム１２０の画像３５０と放射線パターン３５２とは同心状ではない。１つの実装では、ブロック５０６によって決定される関係を予想オフセット（例えば、図３Ｃのファントム重心３５４とパターン重心３５６との間の距離）とすることができ、これをビームポインティングオフセットの決定中に目標（例えば、目標値）として使用することができる。別の実装では、ブロック５０６によって決定される関係を予想オフセット（例えば、ファントム重心３５４とパターン重心３５６との間の距離）とすることができ、これをビームポインティングオフセットに変換して、このビームポインティングオフセットを適用することによって、カメラシステム１１０が取得した画像３５０内でファントム１２０と放射線パターン３５２とが同心状になるようにすることができる。
【００６６】
１つの実装では、ブロック５０２〜５０６を、（姿勢が再現可能な場合には）単発手順であるカメラ較正設定とすることができる。別の実装では、各較正手順（例えば、ブロック５０８〜５１８）又は検証手順（例えば、方法６００）の実行前にブロック５０２〜５０６が必要となり得る。１つの実装では、ブロック５０２〜５０６を複数のカメラ構成に一般化し、カメラシステム１１０の複数のカメラを使用して較正の精度を改善することができる。
【００６７】
図５Ｂは、本開示の実装による、ＬＩＮＡＣ１５０に結合されたカメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用してファントム１２０の入射面及び出射面の画像を取得してＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正する方法５２０のフロー図である。
【００６８】
方法５２０は、カメラシステム１１０の姿勢情報を必要としない（例えば、方法５００のブロック５０２〜５０６を必要としない）。
【００６９】
処理ロジックは、ブロック５２２において、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用して、ファントム１２０が照射されていない間にファントム１２０の第１の画像セットを取得する。
【００７０】
処理ロジックは、ブロック５２４において、システム１１０の１又は２以上のカメラを使用して、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の第２の画像セットを取得する。第２の画像セットの各々は、ファントムの入射面及び出射面に入射する放射線ビームのものである（例えば、入射特徴３６０と出射特徴３７０の両方を表示する（図３Ｄを参照））。１つの実装では、方法５００で使用されるファントム１２０を、同じ投影（例えば、第１の画像セットの各々がファントム１２０の入射面及び出射面のものである投影面３１６など）において入射特徴３６０及び出射特徴３７０の両方が見えるように構成することができる。別の実装では、第１の画像セットのうちの２つ又は３つ以上が、ファントム１２０の入射面と出射面の重ね合わせである。ファントム１２０の厚み及び材料は、後方散乱された出射面像の透過を可能にする。１つの実装では、ファントム１２０が第１の閾値サイズよりも大きな第１のサイズを有し、放射線ビーム１６０が第２の閾値サイズよりも小さな第２のサイズを有することにより、画像内で入射特徴３６０及び出射特徴３７０が分離する。ファントム１２０の材料及び厚みは、入射特徴３６０と出射特徴３７０とを光強度によって分離することができる。
【００７１】
処理ロジックは、ブロック５２６において、第１の画像セット、ファントムの幾何学的形状、及びファントムの位置に基づいて、画像平面上に投影されたＬＩＮＡＣ１５０のアイソセンタを決定する。投影されたＬＩＮＡＣ１５０のアイソセンタは、ファントムの中心と一致することができる。投影されたＬＩＮＡＣ１５０のアイソセンタは、各個々の放射線ビーム１６０ではなく、治療装置全体の特性とすることができる。例えば、投影アイソセンタは、球形ファントム本体１２２Ａを有するファントム１２０の中心３８４とすることができる（図３Ｄを参照）。
【００７２】
処理ロジックは、ブロック５２８において、第２の画像セットに基づいて、入射面（例えば、入射特徴３６０）に入射する放射線ビーム１６０の第１の重心３６２と、出射面（例えば、出射特徴３７０）に入射する放射線ビーム１６０の第２の重心３７２との間の中間点３８２を決定する。
【００７３】
処理ロジックは、ブロック５３０において、投影アイソセンタ（例えば、ファントム１２０の中心３８４）と中間点３８２との間の距離に基づいて、ビームポインティングオフセット３９０を決定する。
【００７４】
１つの実装では、上述したような反復探索によってビームポインティングオフセット３９０の方向を決定することができる。別の実装では、上述したようなファントム１２０の表面に配置された光学基準マークによってビームポインティングオフセット３９０の方向を決定することができる。
【００７５】
処理ロジックは、ブロック５３２において、ビームポインティングオフセットに基づいてＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正する。
【００７６】
一連の放射線ビームを較正すべきである場合には、ブロック５２２〜５３２を繰り返すことができる（例えば、ブロック５３２の後に５２２において方法５２０を再開することができる）。
【００７７】
図５Ｃは、本開示の実装による、静止位置に配置されたカメラシステム１１０のカメラを使用してファントム１２０の入射面の画像を取得してＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正する方法５４０のフロー図である。
【００７８】
処理ロジックは、ブロック５５０において、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用して、ファントム１２０が照射されていない間にファントム１２０の第１の画像セットを取得する。１つの実装では、ファントム１２０が、機械的位置決めシステム１７０のアイソセンタ１７４の周囲に配置される。
【００７９】
処理ロジックは、ブロック５５２において、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用して、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の第２の画像セットを取得する。第２の画像セットは、ファントム１２０の入射面に入射する放射線ビーム１６０のものである。
【００８０】
処理ロジックは、ブロック５５４において、第２の画像セットに基づいて、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の３Ｄで三角測量した中心（例えば、パターン重心３５６）を決定する。
【００８１】
処理ロジックは、ブロック５５６において、放射線ビーム１６０の３Ｄで三角測量した中心と放射線源の位置（例えば、放射線源３０４、ＬＩＮＡＣのノード、室内の空間的位置）とに基づいて、ビームポインティングオフセットを決定する。
【００８２】
処理ロジックは、ブロック５５８において、（ブロック５４８からの）ビームポインティングオフセット及び関係に基づいてＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正する。１つの実装では、３Ｄで三角測量した中心と放射線源３０４の位置とに基づいてビームベクトルを決定する。このビームベクトルから、ビームポインティングオフセットの大きさ及び方向を決定する。
【００８３】
一連の放射線ビームを較正すべきである場合には、ブロック５５０〜５５８を繰り返すことができる（例えば、ブロック５５８の後に５５０において方法５４０を再開することができる）。
【００８４】
１つの実装では、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラが放射線ビーム１６０のビーム軸と一致する。別の実装では、１又は２以上のカメラは放射線ビームのビーム軸と一致せず、方法は、放射線ビーム軸に対するカメラシステム１１０の１又は２以上のカメラの姿勢を計算するステップをさらに含む（例えばブロック５４０〜５４８、図５Ｃには図示せず）。処理ロジックは、ブロック５４２において、複数のカメラを使用して、ファントム１２０が照射されていない間にＸ線発光材料上に重なり合ったパターン２００の第３の画像セットを取得して、カメラシステム１１０の複数のカメラの姿勢及び焦点距離を決定する。カメラシステム１１０の複数のカメラは、室内（例えば、治療室内）に固定されたカメラの配列である。放射線ビーム１６０の方向毎にカメラシステム１１０の複数のカメラ上でファントム１２０とファントム１２０の入射面における放射線パターン３５２とが見えるように、カメラシステム１１０の閾値数のカメラが必要とされる。第３の画像セットは、パターン２００とＬＩＮＡＣ１５０との間の複数のＳＡＤにおけるものとすることができる。
【００８５】
処理ロジックは、ブロック５４４において、カメラシステム１１０の複数のカメラの静止した空間的カメラ位置に第３の画像セットをマッピングして３次元（３Ｄ）較正を実行する。３Ｄ較正は、複数の光学的チェッカーボードの位置及び配向（例えば、複数のＳＡＤにおけるカメラシステム１１０の複数のカメラからの画像）に基づく。カメラシステム１１０の複数のカメラの各カメラは、対応する空間位置にマッピングされる。
【００８６】
処理ロジックは、ブロック５４６において、カメラシステム１１０の複数のカメラを使用して、パターン２００に入射する放射線ビーム１６０の第４の画像セットを複数のＳＡＤにおいて取得して、パターン２００に対するビーム軸３０６の位置を決定する。
【００８７】
処理ロジックは、ブロック５４８において、姿勢、焦点距離、及びビーム軸３０６の位置に基づいて、ファントム１２０の第１の重心３５４とパターン２００に入射する放射線ビーム１６０の第２の重心との関係を決定する。１つの実装では、試験の合間にカメラが静止したままである場合、ブロック５４２〜５４８を単発手順とすることができる。
【００８８】
１つの実装では、ブロック５４０〜５４８を、（姿勢が再現可能な場合には）単発手順であるカメラ較正設定とすることができる。別の実装では、各較正手順（例えば、ブロック５５０〜５５８）又は検証手順（例えば、方法６００）の実行前にブロック５４０〜５４８が必要となり得る。１つの実装では、ブロック５０２〜５０６を複数のカメラ構成に一般化し、カメラシステム１１０を使用して較正の精度を改善することができる。
【００８９】
図５Ｄは、本開示の実装による、静止位置に配置されたカメラシステム１１０を使用してファントム１２０の入射面及び出射面の画像を取得してＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正する方法５６０のフロー図である。
【００９０】
処理ロジックは、ブロック５６２において、カメラシステム１１０の複数のカメラを使用して、ファントム１２０が照射されていない間にファントム１２０の第１の画像セットを取得する。１つの実装では、方法５６０のファントム１２０を不透明基材とすることができる。１つの実装では、カメラシステム１１０の複数のカメラのうちの１つ又は２つ以上が、非照射入射面の画像を取得する。非照射入射面の画像は、出射面における光信号をさらに表示することができる。別の実装では、カメラシステム１１０の複数のカメラが、非照射入射面の画像及び非照射出射面の画像を取得する。
【００９１】
処理ロジックは、ブロック５６４において、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラを使用して、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の第２の画像セットを取得する。第２の画像セットのうちの２つ又は３つ以上を使用して、ファントム１２０の入射面（例えば、入射特徴３６０）及び出射面（例えば、出射特徴３７０）に入射する放射線ビーム１６０の重ね合わせを生成することができる。
【００９２】
処理ロジックは、ブロック５６６において、第１の画像セット、ファントム１２０の幾何学的形状、及びファントム１２０の位置に基づいて、放射線源（例えば、ＬＩＮＡＣ１５０）の投影アイソセンタを決定する。
【００９３】
処理ロジックは、ブロック５６８において、第２の画像セットに基づいて、入射面（例えば、入射特徴３６０）に入射する放射線ビーム１６０の３Ｄで三角測量した第１の中心と、出射面（例えば、出射特徴３７０）に入射する放射線ビームの３Ｄで三角測量した第２の中心とを決定する。
【００９４】
処理ロジックは、ブロック５７０において、３Ｄで三角測量した第１の中心、３Ｄで三角測量した第２の中心、及び投影アイソセンタに基づいて、ビームポインティングオフセットを決定する。１つの実装では、放射線源３０４の位置を使用せずに第１の中心及び第２の中心からビームベクトルを決定する。このビームベクトルと投影アイソセンタとを使用して、ビームポインティングオフセットを決定する。
【００９５】
処理ロジックは、ブロック５７２において、ビームポインティングオフセットに基づいてＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正する。いくつかの実装では、図６のブロック６３０からのビームポインティング誤差を機械的ビーム位置決め装置（例えば、機械的位置決めシステム１７０の装置）に対するビームポインティングオフセットとして適用して、ＬＩＮＡＣ１５０の位置を調整することができる。方法４００、５００、５２０、５４０又は５６０のうちのいずれか１つの較正方法及び方法６００の検証方法は、繰り返すことができる。治療中に機械的位置決めシステムが適用できる（例えば、既存のポインティング較正の修正又は置換のために使用できる）ビームポインティングオフセットのリストを（例えば、レポートとして）出力することもできる。
【００９６】
一連の放射線ビームを較正すべきである場合には、ブロック５６２〜５７２を繰り返すことができる（例えば、ブロック５７２の後に５６２において方法５６０を再開することができる）。
【００９７】
なお、上述した動作は、ＬＩＮＡＣ１５０の１つの位置較正方法にすぎず、別の実装では、図４〜図５Ｄの動作のうちのいくつかを任意とし、又はさらに単純な形にすることもできる。
【００９８】
図６は、本開示の実装による、ＬＩＮＡＣ１５０の位置を検証する方法６００のフロー図である。いくつかの実装では、方法６００を、方法４００、５００、５２０、５４０又は５６０のうちのいずれか１つの後に行うことができる。いくつかの実装では、方法６００を、方法４００、５００、５２０、５４０又は５６０のいずれかを伴わずに行うことができる。方法６００は、異なる較正方法（例えば、さらに低速な較正方法、点検出器及びラスタ走査を使用した較正技術など）の後に行うこともできる。方法６００は、繰り返すこともできる。
【００９９】
処理ロジックは、ＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正するステップの後に、ブロック６１０において、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラのうちの１つのカメラを使用して、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の第３の画像を取得する。ＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正するステップは、放射線ビーム１６０を放出するＬＩＮＡＣ１５０の位置を決定する際に機械的位置決めシステム１７０が使用するオフセットを更新するステップを含むことができる。
【０１００】
処理ロジックは、ブロック６２０において、第３の画像と第２の画像セットの対応する画像とに基づいて、ビームポインティング誤差を計算する。第２の画像セットは、方法４００、５００、５２０、５４０又は５６０のうちのいずれか１つによって取得された、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０のものとすることができる。
【０１０１】
処理ロジックは、ブロック６３０において、ビームポインティング誤差を出力する。ビームポインティング誤差は、最終的な較正（例えば、較正を何回か繰り返した後の最終的な較正）の適用後に各位置において結果として得られるビームポインティング誤差を表す検証結果のリストとして出力することができる。（例えば、システム品質保証の一部として）検証手順のみを実行した場合には、検証結果のレポートのみを生成することができる。
【０１０２】
一連の位置（例えば、放射線ビームを放出するＬＩＮＡＣの位置）を検証すべきである場合には、ブロック６１０〜６３０を繰り返すことができる（例えば、ブロック６３０の後に６１０において方法６００を再開することができる）。
【０１０３】
なお、上述した動作は、ＬＩＮＡＣ１５０の１つの位置検証方法にすぎず、別の実装では、図６の動作のうちのいくつかを任意とし、又はさらに単純な形にすることもできる。
【０１０４】
図４〜図６で説明した方法は、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０以外のシステムにおいて使用することもできる。
【０１０５】
図７に、本開示の実装による、放射線治療の実行において使用できるシステムを示す。これらのシステムを使用して、例えば上述した方法を実行することができる。図７に示して以下で説明するように、システム７００は、較正システム１００と、治療送達システム７１５とを含むことができる。
【０１０６】
１つの実装では、較正システム１００が、照射を伴わないファントム１２０の第１の画像セットと、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の第２の画像セットとを取得する画像検出器７３０（例えば、カメラシステム１１０の１又は２以上のカメラ）を含む。
【０１０７】
１つの実装では、画像検出器７３０を処理装置７４０に結合して、撮像動作の制御及び画像データの処理を行うことができる。１つの実装では、較正システム１００が、治療送達システム７１５から撮像コマンドを受け取ることができる。
【０１０８】
較正システム１００は、ＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正する処理装置７４０を含む。処理装置７４０は、１又は２以上の汎用プロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）などの専用プロセッサ、或いはコントローラ又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの他のタイプの装置を表すことができる。処理装置７４０は、本明細書で説明した動作を生じるビームプロファイル測定を行うための命令を実行するように構成することができる。処理装置７４０は、メモリ、記憶装置及びネットワークアダプタなどの他のコンポーネント（図示せず）を含むこともできる。 処理装置７４０は、例えば、Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ（ＤＩＣＯＭ）フォーマットなどの標準フォーマットでデジタル診断画像を生成するように構成することができる。他の実装では、処理装置７４０が、他の標準的又は非標準的なデジタル画像フォーマットを生成することもできる。処理装置７４０は、例えばダイレクトリンク、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）リンク、又はインターネットなどのワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）リンクとすることができるデータリンク７９０を介して治療送達システム７１５に診断画像ファイル（例えば、上述したＤＩＣＯＭフォーマットのファイル）を送信することができる。また、システム間で転送される情報は、遠隔診断又は治療計画構成などにおいてシステムを接続する通信媒体を介してプル配信又はプッシュ配信することもできる。遠隔診断又は治療計画では、ユーザが、本開示の実装を利用して、システムユーザと患者とが物理的に分離されているにもかかわらず患者を診断又は治療することができる。
【０１０９】
較正システム１００は、バス７８６によって処理装置７４０に接続された、処理装置７４０が実行すべき命令及び情報を記憶するためのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又はその他の動的記憶装置を含むことができるシステムメモリ７３５を含むこともできる。システムメモリ７３５は、処理装置７４０による命令の実行中に一時変数又はその他の中間情報を記憶するために使用することもできる。システムメモリ７３５は、バス７８６に接続された、処理装置７４０のための命令及び静的情報を記憶するためのリードオンリメモリ（ＲＯＭ）又はその他の静的記憶装置のうちの少なくとも一方を含むこともできる。
【０１１０】
較正システム１００は、バス７８６に接続された、情報及び命令を記憶するための１又は２以上の記憶装置（例えば、磁気ディスクドライブ又は光ディスクドライブ）を表す記憶装置７４５を含むこともできる。記憶装置７４５は、本明細書で説明したビームプロファイル測定ステップを実行するための命令を記憶するために使用することができる。
【０１１１】
処理装置７４０は、ユーザに情報（例えば、図４〜図６のビームプロファイルオフセット、図６のビームプロファイル誤差など）を表示するためのブラウン管（ＣＲＴ）又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイ装置７５０に結合することもできる。処理装置７４０には、情報又はコマンド選択のうちの少なくとも一方を処理装置７４０に伝えるためのキーボードなどの入力装置７５５を結合することもできる。方向情報の伝達、処理装置７４０のためのコマンドの選択、及びディスプレイ７５０上のカーソル移動の制御を行うために、１又は２以上の他のユーザ入力装置（例えば、マウス、トラックボール又はカーソル方向キー）を使用することもできる。処理装置７４０は、バス７８６又はその他のタイプの制御及び通信インターフェイスによって、システムメモリ７３５、記憶装置７４５、ディスプレイ装置７５０及び入力装置７５５に結合することができる。
【０１１２】
１つの実装では、入力装置７５５が、ＬＩＮＡＣ１５０の位置の較正又は検証の一方又は両方（例えば、ＬＩＮＡＣ１５０に結合された機械的位置決めシステム１７０の較正又は検証の一方又は両方）を実行するための入力をユーザから受け取ることができる。処理装置７４０は、ファントム１２０が照射されていない間にファントム１２０の第１の画像セットを取得するための第１のコマンドをカメラシステム１１０の１又は２以上のカメラに送信し、ＬＩＮＡＣ１５０を使用して放射線ビーム１６０を放出するための第２のコマンドを送信し、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の第２の画像セットを取得するための第３のコマンドをカメラシステム１１０の１又は２以上のカメラに送信し、第１の画像セット及び第２の画像セットに基づいてビームポインティングオフセットを決定し、ビームポインティングオフセットに基づいてＬＩＮＡＣ１５０の位置を較正するための第４のコマンドを送信することができる。処理装置７４０は、ディスプレイ装置７５０を介して表示すべきビームポインティングオフセットのリスト及びビームポインティング誤差のリストを生成することもできる。
【０１１３】
較正システム１００は、そのデータベース（例えば、記憶装置７４５に記憶されたデータ）を、治療送達前に治療計画システムからエクスポートする必要がないように治療送達システム７１５などの治療送達システムと共有することができる。較正システム１００は、１つの実装では直接リンク、ＬＡＮリンク又はＷＡＮリンクとすることができるデータリンク７９０を介して治療送達システム７１５に結合することができる。
【０１１４】
１つの実装では、治療送達システム７１５が、標的体積（例えば、患者、ファントム１２０など）に規定の放射線量（例えば、放射線ビーム１６０）を投与するための治療又は手術放射線源３０４（例えば、ＬＩＮＡＣ１５０）の一方又は両方を含む。治療送達システム７１５は、コーンビームＣＴなどのコンピュータ断層撮影（ＣＴ）を実行するための撮像システム７６５を含むこともでき、撮像システム７６５によって生成される画像は、２次元（２Ｄ）又は３次元（３Ｄ）とすることができる。
【０１１５】
治療送達システム７１５は、放射線源３０４を制御し、較正システム１００からデータを受け取って処理し、支持体１７６などの支持装置を制御する、処理装置７７０を含むこともできる。処理装置７７０は、１又は２以上の汎用プロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）などの専用プロセッサ、或いはコントローラ又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの他のタイプの装置を含むことができる。処理装置７７０は、（例えば、機械的位置決めシステム１７０の較正を介して）ＬＩＮＡＣ１５０を配置するための命令を実行するように構成することができる。
【０１１６】
治療送達システム７１５は、処理装置に接続された、処理装置が実行すべき命令及び情報を記憶するためのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのシステムメモリ又は他の動的記憶装置を含むこともできる。システムメモリは、処理装置７７０又は処理装置７４０による命令（例えば、較正システム１００から受け取った命令）の実行中に一時変数又はその他の中間情報を記憶するために使用することもできる。システムメモリは、処理装置のための命令及び静的情報を記憶するためのリードオンリメモリ（ＲＯＭ）又はその他の静的記憶装置の一方又は両方を含むこともできる。
【０１１７】
治療送達システム７１５は、情報及び命令（例えば、較正システム１００から受け取った命令）を記憶するための１又は２以上の記憶装置（例えば、磁気ディスクドライブ又は光ディスクドライブ）を表す記憶装置を含むこともできる。処理装置７７０は、バス７９２又はその他のタイプの制御及び通信インターフェイスによって放射線源３０４及び支持体１７６に結合することができる。
【０１１８】
処理装置７７０は、放射線源３０４によって送出される放射線治療ビームと標的との整列を維持するために、診断Ｘ線撮像のタイミングを管理する方法を実行することができる。処理装置７７０は、放射線源３０４によって送出される一連の放射線治療ビームと標的との整列を維持するために、診断Ｘ線撮像のタイミングを管理する方法を実行することもできる。
【０１１９】
１つの実装では、治療送達システム７１５が、バス７９２を介して処理装置７７０に接続された入力装置７７８及びディスプレイ７７７を含む。ディスプレイ７７７は、標的の移動速度（例えば、治療中の標的体積の移動速度）を識別するトレンドデータを示すことができる。ディスプレイ７７７は、患者の現在の放射線被曝量、及び患者のための投射放射線被曝量を示すこともできる。入力装置７７８は、治療中に臨床医が治療送達計画のパラメータを調整するのを可能にすることができる。
【０１２０】
なお、データリンク７８６及び７９０をＬＡＮ又はＷＡＮ接続として実装する際には、較正システム１００及び治療送達システム７１５が互いに物理的に離れることができるように、これらのシステムの少なくとも一方が分散位置に存在することができる。或いは、較正システム１００又は治療送達システム７１５の少なくとも一方を、互いに１又は２以上のシステムに統合することもできる。
【０１２１】
図８に、本開示の実装による較正システム８００の構成を示す。１つの実装では、較正システム８００が、ＬＩＮＡＣ１５０に結合されたカメラ１１０Ａを含む。別の実装では、較正システム８００が、静止したカメラ１１０Ｂを含む。ＬＩＮＡＣ１５０は、放射線治療源として機能する。ＬＩＮＡＣ１５０は、ロボットアーム１７２を含む機械的位置決めシステム１７０に結合される。１つの実装では、ＬＩＮＡＣ１５０を配置して、ファントム１２０の周囲の動作体積の多くの平面に多くの角度から送出される放射線ビーム１６０を病理生体構造（例えば標的位置３２０）に照射し、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の画像をカメラ１１０によって取り込むために、ＬＩＮＡＣ１５０及びカメラ１１０Ａが、複数（例えば５以上）の自由度を有するロボットアーム１７２の端部に取り付けられる。治療は、単一のアイソセンタ、複数のアイソセンタ、又は非アイソセントリック法を含むビーム経路を伴うことができる。或いは、他のタイプの画像誘導放射線治療（ＩＧＲＴ）システムを使用することもできる。１つの別の実装では、ＬＩＮＡＣ１５０及び１又は２以上のカメラ１１０をガントリベースのシステム（例えば、ロボットガントリ）に取り付けて、アイソセントリックなビーム経路を提供することができる（図９を参照）。１つの特定の実装では、ＩＧＲＴシステムが、日本国東京の三菱重工業社とドイツ国のＢｒａｉｎＬＡＢ  ＡＧ社との共同製品であり、ガントリベースの硬いＯリングを利用するＶｅｒｏ  ＳＢＲＴ  Ｓｙｓｔｅｍ（日本ではＴＭ２００と呼ばれる）である（図９を参照）。
【０１２２】
１つの実装では、治療中にロボットアーム１７２を動かすことによって、ＬＩＮＡＣ１５０及びカメラ１１０を複数の異なるノード（ロボットが停止して放射線を送出できる所定の位置）に配置することができる。ＬＩＮＡＣ１５０は、これらのノードにおいて、１又は２以上の放射線ビーム１６０を標的位置３２０に送出することができる。ノードは、ファントム１２０の周囲に概ね球状の分布で配置することができる。ノードの特定の数、及び各ノードにおいて適用される放射線ビーム１６０の数は、治療すべき病理生体構造の位置及びタイプに応じて異なることができる。例えば、ノードの数は、５０〜３００の間、又はさらに好ましくは１５〜１００の間で変化することができ、治療ビーム１１４の数は、７００〜３２００の間、又はさらに好ましくは５０〜３００の間で変化することができる。１つの実装では、少なくとも１０００個のノードが存在する。
【０１２３】
図８を参照すると、本開示の１つの実装による較正システム７００が、処理装置６７０に結合された固定カメラ１１０Ｂを含む。或いは、カメラ１１０Ｂを可動式とすることもでき、この場合、標的位置３２０との整列を維持すること、標的位置３２０を異なる配向から撮像すること、又は多くの画像を取得して３次元（３Ｄ）コーンビームＣＴを再構成すること、のうちの少なくとも１つを行うようにこれらのカメラを再配置することができる。１つの実装では、当業者であれば理解するように、カメラ１１０が点カメラではなくむしろカメラアレイである。１つの実装では、ＬＩＮＡＣ１５０が（ガントリ式であるか、それともロボット取り付け式であるかにかかわらず）撮像源として機能し、この場合、ＬＩＮＡＣの出力レベルを撮像に見合ったレベルまで低下させる。
【０１２４】
較正システム８００は、コーンビームＣＴなどのコンピュータ断層撮影（ＣＴ）を実行することができ、較正システム８００によって生成される画像は、２次元（２Ｄ）又は３次元（３Ｄ）とすることができる。カメラ１１０Ｂは、手術室の天井の固定位置に取り付け、（本明細書では治療センターと呼ぶ、放射線ビーム１６０の放出中にファントム１２０を支持体１７６上に配置するための基準点をもたらす）機械のアイソセンタにおいて交わる（例えば、９０度離れた）２つの異なる角度位置から画像を取得するように配列することができる。１つの実装では、較正システム８００が、標的位置３２０及び周囲の対象体積（ＶＯＩ）の立体撮像を提供する。他の実装では、較正システム８００が２つよりも多くのカメラ１１０Ｂを含むことができ、カメラ１１０Ｂのいずれかを固定式ではなく可動式とすることもできる。ファントム１２０は、放射線ビーム１６０を可視光に変換する閃光放出材料（例えば、アモルファスシリコン）から製造し、又はこのような材料で被覆することができ、デジタル画像の座標系を基準画像の座標系に変換する、当業者に周知の画像レジストレーションプロセス中に、光をデジタル画像に変換して基準画像と比較することができる。例えば、基準画像は、ＣＴ画像に光線を通すことによってＸ線画像形成プロセスをシミュレートすることに基づいて３Ｄ  ＣＴ画像から生成される仮想Ｘ線画像であるデジタル再構成Ｘ線写真（ＤＲＲ）とすることができる。
【０１２５】
図９に、本開示の実装による、ガントリベースの強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）システム９００を示す。１つの実装では、ＬＩＮＡＣ１５０がガントリ９０３（例えば、機械的位置決めシステム１７０）に取り付けられる。ガントリベースのシステム９００では、ヘッドアセンブリ９０１を有する放射線源（例えば、ＬＩＮＡＣ１５０）が、ファントム１２０の軸方向スライスに対応する平面内で回転するようにガントリ９０３に取り付けられる。そして、（例えば、回転軸を中心とする）円形回転面上の複数の位置から放射線ビーム１６０を送出することができる。１つの実装では、ＬＩＮＡＣ１５０に１又は２以上のカメラ１１０を結合することができる。別の実装では、カメラが静置される。ＩＭＲＴでは、カメラ１１０が、照射されていないファントム１２０の第１の画像セットと、ファントム１２０に入射する放射線ビーム１６０の第２の画像セットとを取得することができる。画像は、ＬＩＮＡＣ１５０の異なる位置において取得することができる。結果として得られるシステムは、アイソセンタにおいて互いに交差する任意の形状の放射線ビーム１６０を生成して標的位置に線量分布を送出する。１つの実装では、ガントリベースシステム９００を、Ｃアームベースのシステムとすることができる。
【０１２６】
図１０に、本開示の実装によるヘリカル放射線送出システム１０００を示す。ヘリカル放射線送出システム１０００は、リングガントリ１０２０に取り付けられたＬＩＮＡＣ１５０を含む。リングガントリ１０２０はドーナツ形を有し、リングガントリ１０２０のドーナツ形のボアを通じて標的位置３２０（例えば、ファントム１２０、患者など）が移動する。中心軸は、ボアの中心を通過する。１つの実装では、リングガントリ１０２０に取り付けられたＬＩＮＡＣ１５０によって放射線ビーム１６０が生成され、リングガントリ１０２０が中心軸を中心に回転して様々な角度からファントム１２０に放射ビーム１６０を送出する。放射線ビーム１６０の送出中、ファントム１２０は治療カウチ１０４０（例えば、調整可能テーブル、支持体１７６）上に存在し、同時にリングガントリ１０２０のボアを通じて移動して、ＬＩＮＡＣ１５０又はファントム１２０を水平方向に動かすことなくファントム１２０に対する放射線ビーム１６０の水平移動を可能にする。治療カウチ１０４０は、異なるＳＡＤ３３０において画像を取得できるようにファントムを垂直方向に動かすこともできる。
【０１２７】
いくつかの実装では、ＬＩＮＡＣ１５０を片持ち梁状にＣアームガントリに取り付けることにより、リングガントリ１０２０のアイソセンタを通過する軸を中心にＬＩＮＡＣ１５０を回転させることができる。他の実装では、ＬＩＮＡＣ１５０をリングガントリ１０２０の周囲に配置して、治療カウチ１０４０によって（例えば、水平に、垂直に）動かされるファントム１２０を照射するために、複数（例えば、５以上）の自由度を有するロボットアームにＬＩＮＡＣ１５０を取り付けることができる。
【０１２８】
上記の説明から、本開示の態様は、少なくとも部分的にソフトウェアで具現化できることが明らかであろう。すなわち、これらの技術は、例えばメモリに含まれた一連の命令を処理装置７７０が実行することに応答して、コンピュータシステム又はその他のデータ処理システムにおいて実施することができる。様々な実装では、ハードウェア回路をソフトウェア命令と組み合わせて使用して本開示を実装することもできる。従って、これらの技術は、ハードウェア回路とソフトウェアとのいずれかの特定の組み合わせ、又はデータ処理システムが実行する命令のいずれかの特定のソースに限定されるものではない。また、説明を単純にするために、本説明全体を通じて、様々な機能及び動作がソフトウェアコードによって実行され又は引き起こされるものとして説明していることがある。しかしながら、当業者であれば、このような表現が意味することは、これらの機能が処理装置７７０によるコードの実行によって引き起こされることであると認識するであろう。
【０１２９】
汎用又は専用データ処理システムによる実行時にシステムに本開示の様々な方法を実行させるソフトウェア及びデータの記憶には、機械可読媒体を使用することができる。この実行可能なソフトウェア及びデータは、例えばシステムメモリ及びストレージ、或いはソフトウェアプログラム及び／又はデータの少なくとも一方を記憶できる他のいずれかの装置を含む様々な場所に記憶することができる。従って、機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ、ネットワーク装置、携帯情報端末、製造ツール、１又は２以上のプロセッサの組を有するいずれかの装置など）がアクセスできる形で情報を提供する（すなわち、記憶する）あらゆる機構を含む。例えば、機械可読媒体は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイスなどの記録可能／記録不可能媒体を含む。機械可読媒体は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体とすることができる。
【０１３０】
上記の説明から明らかなものとして特に明記していない限り、「取得する（ａｃｑｕｉｒｉｎｇ）」、「決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」、「較正する（ｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇ）」、「マッピングする（ｍａｐｐｉｎｇ）」、「出力する（ｏｕｔｐｕｔｔｉｎｇ）」、又は「適用する（ａｐｐｌｙｉｎｇ）」などの用語は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理量（例えば、電子量）として表されるデータを操作して、コンピュータシステムのメモリ、レジスタ又はその他のこのような情報記憶装置又はディスプレイ装置内の物理量として同様に表される他のデータに変換するコンピュータシステム又は同様の電子コンピュータ装置の動作及びプロセスを意味することができると理解されるであろう。本明細書で説明した方法は、コンピュータソフトウェアを使用して実装することができる。認可規格に準拠するプログラミング言語で書かれている場合、これらの方法を実行するように設計された一連の命令は、様々なハードウェアプラットフォーム上での実行、及び様々なオペレーティングシステムに接続するインターフェイスのためにコンパイルすることができる。また、本開示の実装は、いずれかの特定のプログラミング言語を参照して説明したものではない。本開示の実装は、様々なプログラミング言語を使用して実装することができると理解されるであろう。
【０１３１】
なお、本明細書で説明した方法及び装置は、医療診断撮像及び医療診断治療との使用のみに限定されるものではない。別の実装では、本明細書における方法及び装置を、工業用撮像及び材料の非破壊検査などの医療技術分野以外の用途で使用することもできる。このような用途では、例えば「治療」は、ビーム（例えば、放射線、音響など）の適用などの、治療計画システムによって制御される動作の遂行を一般に意味することができ、「標的」は、非解剖学的物体又は領域を意味することができる。
【０１３２】
上述した本明細書では、特定の例示的な実装を参照しながら本開示を説明した。しかしながら、添付の特許請求の範囲に示す本開示の幅広い趣旨及び範囲から逸脱することなく、これらの実装に様々な修正及び変更を行えることが明らかであろう。従って、本明細書及び図面は限定的な意味ではなく例示的な意味で捉えるべきものである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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