(57)【要約】  標的体積内にスポットを提供するためにイオンビーム治療と共に使用するためのスポット（各スポットは特定の横方向位置における特定のエネルギーレベルおよび特定のサイズのイオンの集合体を表す）の分布を決定するための方法が提供される。本方法は治療計画システムにおいて行われ、かつ、ブラッグピークの位置における最大のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含むユーザ構成に基づいて標的体積を複数の標的部分に分割する工程と、それぞれの標的部分の位置に基づいてスポットサイズ戦略を標的部分のそれぞれ１つに割り当てる工程と、各標的部分内でそのスポットサイズ戦略に従ってスポットを決定する工程とを含む。【選択図】図４Ａ
2020525103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的体積（３）内にスポットを提供するためのイオンビーム治療と共に使用するためのスポット（各スポットは特定の横方向位置における特定のエネルギーレベルおよび特定のサイズのイオンの集合体を表す）の分布を決定するための方法であって、前記方法は、治療計画システム（１）において行われ、かつ
ブラッグピークの位置における最大のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含むユーザ構成（６９）に基づいて前記標的体積（３）を複数の標的部分（６ａ〜ｃ）に分割する工程（４０）と、
前記それぞれの標的部分の位置に基づいてスポットサイズ戦略を前記標的部分（６ａ〜ｃ）のそれぞれ１つに割り当てる工程（４２）と、
各標的部分（６ａ〜ｃ）内でそのスポットサイズ戦略に従ってスポットを決定する工程（４４）と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記スポットを決定する工程（４４）は、前記スポットのためのそれぞれのビーム経路が通過する患者の組織に基づいて、それぞれ予期されるスポットのためのスポットサイズを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記標的体積を複数の標的部分に分割する工程（４０）は、内側マージン（７）内部の内側標的部分（６ａ）を定めること、および前記標的体積の縁部（４）と前記内側マージンとの間の外側標的部分（６ｂ）を定めることを含み、ここでは前記内側マージン（７）は前記標的体積（３）の縁部（４）に関するマージンを定めるユーザ構成パラメータである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記標的体積を複数の標的部分に分割する工程（４０）は、それぞれの内側マージン（７ａ〜ｂ）によって互いに区切られている標的体積内の複数の標的部分を定めることを含み、ここでは前記内側マージン（７ａ〜ｂ）は前記標的体積（３）の縁部（４）に関するそれぞれのマージンを定めるユーザ構成パラメータである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記標的体積を分割する工程（４０）は、前記標的体積（３）の縁部（４）とリスクマージン（８）との間のリスク標的部分（６ｃ）を定める工程を含み、ここでは前記リスクマージン（８）はリスクのある臓器（１０）に関するマージンを定めるユーザ構成（６９）である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記リスク標的部分（６ｃ）のためのスポットサイズ戦略は最も小さい利用可能なスポットサイズを使用することである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記標的体積を分割する工程（４０）は、前記ユーザ構成（６９）において定められた標的部分の幾何学的形状に従って前記標的体積（３）を標的部分（６ａ〜ｃ）に分割する工程を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項８】
前記ユーザ構成（６９）は、特定のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記スポットの少なくともいくつかで前記ブラッグピークの位置における最大のスポットサイズを超えている場合であっても、全てのスポットを最も小さい利用可能なスポットサイズ設定に設定する、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ユーザ構成（６９）は、ブラッグピークの位置における最小のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記スポットの少なくともいくつかで前記ブラッグピークの位置における最小のスポットサイズに到達していない場合であっても、全てのスポットを最も大きい利用可能なスポットサイズ設定に設定する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
標的体積（３）内にスポットを提供するためのイオンビーム治療と共に使用するためのスポット（各スポットは特定の横方向位置における特定のエネルギーレベルおよび特定のスポットサイズのイオンの集合体を表す）の分布を決定するための治療計画システム（１）であって、前記治療計画システム（１）は、
プロセッサ（６０）と、
前記プロセッサによって実行された場合に前記治療計画システム（１）に、
ユーザ構成（６９）に基づいて前記標的体積（３）を複数の標的部分（６ａ〜ｃ）に分割させ、
前記それぞれの標的部分の位置に基づいてスポットサイズ戦略を前記標的部分（６ａ〜ｃ）のそれぞれ１つに割り当てさせ、
各標的部分（６ａ〜ｃ）内でそのスポットサイズ戦略に従ってスポットを決定させる
命令（６７）を格納するメモリ（６４）と、
を備える、治療計画システム（１）。
【請求項１３】
標的体積（３）内にスポットを提供するためのイオンビーム治療と共に使用するためのスポット（各スポットは特定の横方向位置における特定のエネルギーレベルおよび特定のスポットサイズのイオンの集合体を表す）の分布を決定するための治療計画システム（１）であって、前記治療計画システム（１）は、
ブラッグピークの位置における最大のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含むユーザ構成（６９）に基づいて前記標的体積（３）を複数の標的部分（６ａ〜ｃ）に分割するための手段と、
前記それぞれの標的部分の位置に基づいてスポットサイズ戦略を前記標的部分（６ａ〜ｃ）のそれぞれ１つに割り当てるための手段と、
各標的部分（６ａ〜ｃ）内でそのスポットサイズ戦略に従ってスポットを決定するための手段と、
を備える、治療計画システム（１）。
【請求項１４】
標的体積（３）内にスポットを提供するためのイオンビーム治療と共に使用するためのスポット（各スポットは特定の横方向位置における特定のエネルギーレベルおよび特定のスポットサイズのイオンの集合体を表す）の分布を決定するためのコンピュータプログラム（６７、９１）であって、前記コンピュータプログラムは、前記治療計画システム（１）で実行された場合に前記治療計画システム（１）に、
ブラッグピークの位置における最大のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含むユーザ構成（６９）に基づいて前記標的体積（３）を複数の標的部分（６ａ〜ｃ）に分割させ、
前記それぞれの標的部分の位置に基づいてスポットサイズ戦略を前記標的部分（６ａ〜ｃ）のそれぞれ１つに割り当てさせ、かつ
各標的部分（６ａ〜ｃ）内でそのスポットサイズ戦略に従ってスポットを決定させる
コンピュータプログラムコードを含む、コンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコンピュータプログラムおよび前記コンピュータプログラムが格納されているコンピュータ可読手段を含むコンピュータプログラム製品（６４、９０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標的体積内にスポットを提供するためにイオンビーム治療と共に使用するための可変サイズのスポットの分布のための方法、治療計画システム、コンピュータプログラムおよびコンピュータプログラム製品に関する。スポットの分布およびサイズはユーザ構成に基づいて決定される。
【背景技術】
【０００２】
イオンビーム治療では、イオン（例えばプロトンまたはイオン）のビームが標的体積に向かって方向づけられる。標的体積は例えば癌腫瘍を表すことができる。それらの粒子は組織を透過し、細胞死を誘導するためのエネルギーの線量を送達する。イオンビーム治療の利点は、ブラッグピークとして知られている線量分布における顕著なピークが存在することである。ブラッグピークは特定の深さで生じる線量送達のピークであり、その後に線量送達は急激に減少する。これは、最大線量が常に浅い深さで生じ、かつ遠位での線量減少をイオン治療の場合と同じ急激な減少により制御することができない電子線治療またはＸ線治療と比較することができる。
【０００３】
患者におけるブラッグピークの深さは粒子の運動エネルギーを調整することによって制御することができる。横方向位置は、その焦点ビームを偏向させるための電磁石を用いて制御することができる。これにより、患者の体内の良好に制御された位置への非常に局所化された線量の送達が可能になる。運動エネルギーとビームの横方向への偏向との特定の組み合わせにより送達される線量はスポットと呼ばれる。スポットに送達される粒子の数は一般にスポット重量と呼ばれる。三次元空間内の多くの異なる位置にスポットを提供することによって標的体積を所望の線量分布で覆うことができる。スポットの運動エネルギーは多くの場合、必ずしもではないが、多くの離散的エネルギーのために分布される。同じ運動エネルギーを有するが異なる横方向への偏向を有するスポットのグループはエネルギー層と呼ばれることが多い。この手順はペンシルビームスキャニングとしても知られているアクティブスキャニングイオンビーム治療と呼ばれる。
【０００４】
どのようにスポットを送達すべきかという計画は治療計画システムにおいて行われる。治療計画システムは、使用されるエネルギー層ならびにその中のスポットの分布および重量を決定するが、治療計画システムはイオンビームを送達しない。これは、治療計画システムに公知の方法で接続されているイオンビームシステムによって行われる。患者における所与の設定および所与の位置のためのスポットのサイズはイオンビームシステムによって指示される。固定された数のスポットサイズ設定が存在する場合が多いが、いくつかのイオンビームシステムは同じエネルギー層における横方向のスポットサイズの制御を可能にする。エネルギー層のために特定のスポットサイズを得るための機械設定はスポットサイズ設定と呼ぶことができる。
【０００５】
標的体積および周囲の健康な組織に関するスポットの分布を決定するのは複雑な作業である。スポットサイズの調整を可能にすることで、この作業はさらにより複雑なものになる。
【発明の概要】
【０００６】
スポットのサイズを調整することができる場合にスポットを標的体積の中および周囲に分布させる方法を改善することを目的とする。
【０００７】
第１の態様によれば、標的体積内にスポットを提供するためにイオンビーム治療と共に使用するためのスポット（各スポットは特定の横方向位置における特定のエネルギーレベルおよび特定のサイズのイオンの集合体を表す）の分布を決定するための方法が提供される。本方法は治療計画システムにおいて行われ、かつブラッグピークの位置における最大のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含むユーザ構成に基づいて標的体積を複数の標的部分に分割する工程と、それぞれの標的部分の位置に基づいてスポットサイズ戦略を標的部分のそれぞれ１つに割り当てる工程と、各標的部分内でそのスポットサイズ戦略に従ってスポットを決定する工程とを含む。
【０００８】
スポットを決定する工程は、スポットのためのそれぞれのビーム経路が通過する患者の組織に基づいて、それぞれ予期されるスポットのためのスポットサイズを決定することを含む。
【０００９】
標的体積を複数の標的部分に分割する工程は、内側マージン内部の内側標的部分を定めること、および標的体積の縁部と内側マージンとの間の外側標的部分を定めることを含んでもよく、ここでは内側マージンは標的体積の縁部に関するマージンを定めるユーザ構成パラメータである。
【００１０】
標的体積を複数の標的部分に分割する工程は、それぞれの内側マージンによって互いに区切られている標的体積内に複数の標的部分を定めることを含んでもよく、ここでは内側マージンは標的体積の縁部に関するそれぞれのマージンを定めるユーザ構成パラメータである。
【００１１】
標的体積を分割する工程は、標的体積の縁部とリスクマージンとの間のリスク標的部分を定めることを含んでもよく、ここではリスクマージンはリスクのある臓器に関するマージンを定めるユーザ構成である。
【００１２】
リスク標的部分のためのスポットサイズ戦略は、最も小さい利用可能なスポットサイズを使用することであってもよい。
【００１３】
標的体積を分割する工程は、ユーザ構成において定められた標的部分の幾何学的形状に従って標的体積を標的部分に分割することを含んでもよい。
【００１４】
ユーザ構成は、特定のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含んでもよい。
【００１５】
スポットの少なくともいくつかでブラッグピークの位置における最大のスポットサイズを超えている場合であっても、全てのスポットを最も小さい利用可能なスポットサイズ設定に設定してもよい。
【００１６】
ユーザ構成は、ブラッグピークの位置における最小のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含んでもよい。
【００１７】
スポットの少なくともいくつかでブラッグピークの位置における最小のスポットサイズに到達していない場合であっても、全てのスポットを最も大きい利用可能なスポットサイズ設定に設定してもよい。
【００１８】
第２の態様によれば、標的体積内にスポットを提供するためにイオンビーム治療と共に使用するためのスポット（各スポットは特定の横方向位置における特定のエネルギーレベルおよび特定のスポットサイズのイオンの集合体を表す）の分布を決定するための治療計画システムが提供される。本治療計画システムは、プロセッサと、プロセッサによって実行された場合に本治療計画システムに、ブラッグピークの位置における最大のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含むユーザ構成に基づいて標的体積を複数の標的部分に分割させ、それぞれの標的部分の位置に基づいてスポットサイズ戦略を標的部分のそれぞれ１つに割り当てさせ、かつ各標的部分内でそのスポットサイズ戦略に従ってスポットを決定させる命令を格納するメモリとを備える。
【００１９】
第３の態様によれば、標的体積内にスポットを提供するためにイオンビーム治療と共に使用するためのスポット（各スポットは特定の横方向位置における特定のエネルギーレベルおよび特定のスポットサイズのイオンの集合体を表す）の分布を決定するための治療計画システムが提供される。本治療計画システムは、ブラッグピークの位置における最大のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含むユーザ構成に基づいて標的体積を複数の標的部分に分割するための手段と、それぞれの標的部分の位置に基づいてスポットサイズ戦略を標的部分のそれぞれ１つに割り当てるための手段と、各標的部分内でそのスポットサイズ戦略に従ってスポットを決定するための手段とを備える。
【００２０】
第４の態様によれば、標的体積内にスポットを提供するためにイオンビーム治療と共に使用するためのスポット（各スポットは特定の横方向位置における特定のエネルギーレベルおよび特定のスポットサイズのイオンの集合体を表す）の分布を決定するためのコンピュータプログラムが提供される。コンピュータプログラムは、治療計画システムで実行された場合に本治療計画システムに、ブラッグピークの位置における最大のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含むユーザ構成に基づいて標的体積を複数の標的部分に分割させ、それぞれの標的部分の位置に基づいてスポットサイズ戦略を標的部分のそれぞれ１つに割り当てさせ、かつ各標的部分内でそのスポットサイズ戦略に従ってスポットを決定させるコンピュータプログラムコードを含む。
【００２１】
第５の態様によれば、第４の態様に係るコンピュータプログラムおよびそのコンピュータプログラムが格納されているコンピュータ可読手段を含むコンピュータプログラム製品が提供される。
【００２２】
一般に、特許請求の範囲で使用されている全ての用語は、本明細書において特に明示的に定義されていない限り当該技術分野でのそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「一／一つの／その要素、装置、成分、手段、工程など」への全ての言及は、特に明示的に記載されていない限り、当該要素、装置、成分、手段、工程などの少なくとも１つの例に公に言及しているものとして解釈されるべきである。本明細書に開示されている任意の方法の工程は、明示的に記載されていない限り、開示されている正確な順序で行われる必要はない。
【００２３】
次に、添付の図面を参照しながら本発明を例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本明細書に示されている実施形態を適用することができる環境を示す概略図である。
【図２】図１の標的体積におけるエネルギー層のブラッグピーク深さを示す概略図である。
【図３】スポットサイズがユーザ構成において定められた標的部分の幾何学的形状に基づいて決定される一実施形態を示す概略図である。
【図４Ａ】スポットサイズが１つ以上のマージンを含むユーザ構成に基づいて決定される一実施形態を示す概略図である。
【図４Ｂ】スポットサイズが１つ以上のマージンを含むユーザ構成に基づいて決定される一実施形態を示す概略図である。
【図４Ｃ】スポットサイズが１つ以上のマージンを含むユーザ構成に基づいて決定される一実施形態を示す概略図である。
【図５】図１の治療計画システムにおいて行われる、スポットの分布を決定するための方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図６】一実施形態に係る図１の治療計画システムの構成要素を示す概略図である。
【図７】コンピュータ可読手段を含むコンピュータプログラム製品の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の特定の実施形態が示されている添付の図面を参照しながら本発明をより完全に説明する。但し、本発明は多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載されている実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではなく、それどころかこれらの実施形態は、本開示を徹底的かつ完全なものとし、かつ本発明の範囲を当業者に完全に伝えるために例として提供されている。同様の番号は本明細書を通して同様の要素を指す。
【００２６】
本明細書に示されている実施形態によれば、イオンビーム治療計画のために異なるサイズのスポットの分布を決定する。これは、ユーザ構成に基づいて標的体積の標的部分を選択することによって行う。次いで、各標的部分にスポットサイズ戦略を割り当てる。ユーザ構成は、異なるサイズのスポットをどのように標的体積において分布させるかを制御するための好都合な方法である。
【００２７】
図１は、本明細書に示されている実施形態を適用することができる環境を示す概略図である。治療計画システム１は、イオンビーム治療のためのスポットの分布を決定する。これは、スポット分布データセット１２としてイオンビームシステム２に伝達される。スポット分布データセットに基づいて、イオンビームシステム２は患者の標的体積３にスポットを提供するためのイオンビーム７を生成する。標的体積３は縁部４によって区切られている。
【００２８】
座標系において、図１では深さはｚ軸に沿って表されており、ｙ軸は上向きである。従って、図１の表示は側面図であるとみなすことができる。深さ方向、すなわちｚ軸に沿ったスポットの最大線量の位置は、イオンに提供されるエネルギーの量によって制御され、すなわち、より多くのエネルギーによりスポットの最大線量のより深い位置が得られる。さらに、ｙ軸およびｘ軸（図１には図示せず）に沿った横方向位置は、ビーム７を偏向させるための電磁石を用いて制御される。このように、スポットを提供して標的体積３を三次元で覆う線量分布を達成することができる。
【００２９】
図２は図１の標的体積３のエネルギー層を示す概略図である。図２は図１の表示と同じ視点からの側面図である。上で説明したように、ブラッグピークの深さ（ｚ方向）はエネルギーレベルによって決まる。ここでは、標的体積３において１７ａ〜ｆとして示されている６種類のエネルギーレベルが存在する。これらのエネルギーレベルは、異なる横方向位置にあるが同じエネルギーのイオンのブラッグピークが生じる場所を示す。例えば、第１のエネルギーレベル１７ａは、図１のシステムにおけるイオンビーム治療を用いて第１の量のエネルギーのイオンが供給された場合にブラッグピークが生じる場所を示す。第２のエネルギーレベル１７ｂは、第２の量のエネルギーのイオンが供給された場合にブラッグピークが生じる場所を示す（後略）。イオンビームが通過する組織の密度はその深さ（およびスポットサイズ）に影響を与えることに留意されたい。例えば、当該ビームが骨を通過する場合、これにより当該ビームが筋肉組織を通過する場合とは異なる深さのブラッグピークが生じる。従って、各エネルギーレベル１７ａ〜ｆは特定の深さの直線である必要はない。
【００３０】
図３は、スポットサイズがユーザ構成において定められた標的部分の幾何学的形状に基づいて決定される一実施形態を示す概略図である。エネルギー層（図２のエネルギー層１７ａ〜ｆのうちの１つ）はｘ−ｙ平面に沿って示されている。エネルギー層は患者の標的体積において完全に平らである必要はないが、エネルギー層はここでは、患者が存在していない場合に見えるであろうように扁平な層として示されている。治療計画システム１は、各エネルギー層の任意のスポットのブラッグピークのｚ位置を計算することができるので、患者における組織を考慮して扁平な二次元空間におけるエネルギー層上の任意のスポット位置を三次元空間におけるブラッグピークの位置に変換することができる。
【００３１】
標的体積３はここでは、ユーザ構成において定められた標的部分の幾何学的形状に従って標的部分６ａ〜ｃに分割されている。例えば、ユーザ構成は第１の幾何学的形状を標的体積３内の体積として定めることができ、それにより第１の幾何学的形状は第１の標的部分６ａを定める。第２の幾何学的形状は標的体積内の別個の（重複していない）体積であり、それにより第２の幾何学的形状は第２の標的部分６ｂを定める。任意に、第１および第２の幾何学的形状が交差している場合、ユーザ構成は、交差している体積が属すはずである第１の標的部分および第２の標的部分のうちのどちらか１つを定めることができる。
【００３２】
次いで、第３の幾何学的形状を第１の幾何学的形状の一部でも第２の幾何学的形状の一部でもない標的体積３の一部として定めることができる。第３の幾何学的形状は第３の標的部分６ｃを定める。
【００３３】
標的部分６ａ〜ｃのそれぞれ１つにはその自身のスポットサイズ戦略を割り当てることができる。スポットサイズ戦略については以下により詳細に定められている。一実施形態では、各スポットサイズ戦略は特定の固定されたスポットサイズを意味する。この例では、第３の標的部分６ｃには、指定された（この文脈では小さい）サイズのスポットである小さいスポット１４ａを定めるスポットサイズ戦略が割り当てられている。第２の標的部分６ｂには、指定された（この文脈では中間の）サイズのスポットである中間サイズのスポット１４ｂを定めるスポットサイズ戦略が割り当てられている。第１の標的部分６ａには、指定された（この文脈では大きい）サイズのスポットである大きいスポット１４ｃを定めるスポットサイズ戦略が割り当てられている。スポットサイズは連続的飛程内および離散的処置の両方において変化し得ることに留意されたい。
【００３４】
図３には明示的に示されていないが、小さいスポット１４ａは第２の標的部分６ｃ全体を埋めていることに留意されたい。
【００３５】
図３は１つのエネルギー層のスポット分布のみを開示しているが、標的体積のために使用される各エネルギー層のために決定される対応するスポット分布が存在する。これらのスポット分布は、図３に示されているエネルギー層と同じ基準（標的部分およびスポットサイズ戦略）に基づいていてもよい。標的部分は三次元で定められているが、対応するスポットサイズ戦略に従って各エネルギー層内でのスポットの配置を可能にするために各エネルギー層において二次元の部分に変形させる。特定のスポットサイズ設定では、実際のスポットサイズはエネルギー層によって決まることに留意されたい。
【００３６】
図４Ａ〜図４Ｃは、スポットサイズが１つ以上のマージンを含むユーザ構成に基づいて決定される一実施形態を示す概略図である。図３に関しては、スポットは単一のエネルギー層の中に示されている。
【００３７】
最初に図４Ａを見ると、標的体積３の縁部４からの１つのマージン、すなわち内側マージン７が存在する。「内側」という用語はここでは標的体積３の縁部４に関して解釈されるべきである。内側マージン７は、標的体積３の縁部４に関するマージンを定めるユーザ構成パラメータである。内側マージンは、内側マージン７内部の内側標的部分６ａ、および標的体積３の縁部４と内側マージン７との間の外側標的部分６ｂを定める。
【００３８】
図３に示されている実施形態に関して、各標的部分にはその自身のスポットサイズ戦略を割り当てることができる。例えば、内側標的部分６ａには大きいスポット１４ｃを定めるスポットサイズ戦略を割り当てることができ、外側標的部分６ｂには小さいスポット１４ａを定めるスポットサイズ戦略を割り当てることができる。
【００３９】
より小さいスポットにより、より小さいビーム半影（すなわち、標的体積の縁部の外側でのより急激な線量減少）を生じさせ、それにより、不必要な線量を標的体積の周りの組織に与えるのを防止するために標的体積３の縁部４、すなわち第２の標的部分６ｂの近くにより小さいスポットを有すると有利である。さらに、治療時間を減少させ、かつロバスト性を向上させるために、より大きいスポットが半影に与える影響がより小さい標的体積の中心、すなわち第１の標的部分６ａ内により大きいスポットを有すると有利である。「ロバストである」とはここでは、患者設定および密度推定エラーならびにその送達によるあらゆる干渉を含む臓器運動により生じるエラーに関してロバストであり、すなわちこれらのエラーのいずれかが生じたとしても線量分布は好適であると解釈されるべきである。
【００４０】
内側マージンの単一のユーザ構成パラメータを用いて、そのようなスポットサイズの集まりは非常に好都合に達成される。図４Ａには明示的に示されていないが、小さいスポット１４ａが第２の標的部分６ｂ全体を埋めていることに留意されたい。
【００４１】
次に図４Ｂを見ると、図４Ａによって示されている実施形態に加えて、ここには標的体積３の縁部４とリスクマージン８との間のリスク標的部分６ｃを定めるリスクマージン８が存在する。リスクマージン８はリスクのある臓器１０に関するマージンを定めるユーザ構成である。任意の線量の提供はリスクのある臓器１０に対して最小限に抑えるべきである。リスク標的部分６ｃにはその自身のスポットサイズ戦略を割り当てることができる。例えば、リスクのある臓器１０内に含まれる線量を最小限に抑えるために、リスク標的部分６ｃには小さいスポット１４ａを定めるスポットサイズ戦略を割り当てることができる。
【００４２】
図４Ｂには明示的に示されていないが、小さいスポット１４ａは、第２の標的部分６ｂ全体および第３の標的部分６ｃ全体を埋めており、かつ大きいスポット１４ｃは第１の標的部分６ａ全体を埋めていることに留意されたい。
【００４３】
次に図４Ｃを見ると、複数の標的部分６ａ〜６ｃは、それぞれの内側マージン７ａ〜ｂによって互いに区切られている標的体積３内に定められている。内側マージン７ａ〜ｂは、標的体積３の縁部４に関するそれぞれのマージンを定めるユーザ構成パラメータである。この例では第１の内側マージン７ａおよび第２の内側マージン７ｂが存在し、ここでは、第２の内側マージン７ｂは第１の内側マージン７ａの内部にある。従って、第１の標的部分６ａは標的体積３の縁部４と第１の内側マージン７ａとの間に定められている。第２の標的部分６ｂは第１の内側マージン７ａと第２の内側マージン７ｂとの間に定められている。第３の標的部分６ｃは第２の内側マージン７ｂの内部に定められている。
【００４４】
図４Ｃには明示的に示されていないが、小さいスポット１４ａは第３の標的部分６ｃ全体を埋めており、かつ中間のスポット１４ｂは第２の標的部分６ｂ全体を埋めていることに留意されたい。
【００４５】
図４Ａ〜図４Ｃは１つのエネルギー層のスポット分布のみを開示しているが、標的体積のために使用される各エネルギー層のために決定される対応するスポット分布が存在し、そのスポット分布は、図４Ａ〜図４Ｃに示されているエネルギー層と同じ基準（（一つまたは複数の）マージン）に基づいていてもよい。特定のスポットサイズ設定では、ブラッグピークにおける実際のスポットサイズはイオンのエネルギーおよびイオンが横切った組織によって決まることに留意されたい。
【００４６】
図５は、スポットの分布を決定するための方法の実施形態を示すフローチャートである。本方法は本治療計画システム（図１の１を参照）において行われる。上に記載したように、スポットの分布は、標的体積内にスポットを提供するためにイオンビーム治療と共に使用することを目的としている。各スポットは特定の横方向位置における特定のエネルギーレベルおよび特定のスポットサイズのイオンの集合体を表す。
【００４７】
標的を標的部分に分割する工程４０では、本治療計画システムはブラッグピークの位置における最大のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含むユーザ構成に基づいて標的体積を複数の標的部分に分割する。最大のスポットサイズは異なる領域で異なってもよい。
【００４８】
一実施形態では、これは内側マージン内部の内側標的部分（図４Ａの６ａを参照）を定めること、および標的体積の縁部と内側マージンとの間の外側標的部分（例えば図４Ａの６ｂを参照）を定めることを含む。内側マージン（図４Ａの７を参照）は標的体積の縁部（図４Ａの４を参照）に関するマージンを定めるユーザ構成パラメータである。
【００４９】
一実施形態では、複数の標的部分が標的体積内に定められている。標的部分はそれぞれの内側マージンによって互いに区切られており（図４Ｃの７ａ〜ｂを参照）、ここでは内側マージンは標的体積の縁部に関するそれぞれのマージンを定めるユーザ構成パラメータである。言い換えると例えば図４Ｃに示されており、かつ上に記載されているように、ここには標的体積の中心に連続的により近い部分を定めるいくつかのマージンが存在する。これは、スポットサイズを標的体積のために適用する方法において１つの内側マージンのみを使用する場合と比較してより大きい粒状度を提供する可能性を与える。
【００５０】
任意に、標的体積の縁部とリスクマージン（図４Ｂの８を参照）との間にリスク標的部分（図４Ｂの６ｃを参照）を定める。リスクマージンはリスクのある臓器に関するマージンを定めるユーザ構成である。このように、特に慎重なスポットサイズ戦略をリスクのある臓器に近い標的体積に適用して、あらゆるリスクまたはリスクのある臓器に送達されるビーム線量を最小限に抑えることができる。
【００５１】
一実施形態では、例えば図３に示されており、かつ上に記載されているように、ユーザ構成において定められた標的部分の幾何学的形状に従って標的体積を標的部分に分割する。これによりユーザが標的体積を定めるための完全に柔軟な方法が可能になる。
【００５２】
スポットサイズ戦略を割り当てる工程４２では、それぞれの標的部分の位置に基づいてスポットサイズ戦略を標的部分のそれぞれ１つに割り当てる。
【００５３】
一実施形態では、リスク標的部分のためのスポットサイズ戦略は最も小さい利用可能なスポットサイズ設定を使用することである。これはビーム線量をリスクのある臓器に送達することに関するあらゆるリスクを最小限に抑えるのに有用であり得る。
【００５４】
任意に、ユーザ構成は特定のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含む。例えば図３および図４Ａ〜図４Ｃの小さいスポットサイズ、中間のスポットサイズおよび大きいスポットサイズは、そのようなスポットサイズ戦略の例である。
【００５５】
最大のスポットサイズは全てのエネルギー層で同じであってもよく、あるいはエネルギー層間で異なってもよい。最大のスポットサイズは、標的縁部の周りでより急激な線量減少を達成するのに有用であり得る。上に記載したように特定のスポットサイズ設定により、エネルギーレベルおよび横切られる組織に依存するブラッグピークの位置における実際のスポットサイズが生じる。例えばビームが骨物質を横切る場合、そのビームは拡散し、より大きいスポットサイズが生じる。故に、スポットサイズはスポットのためのそれぞれのビーム経路が通過する患者の組織に基づいて決定される。最大のスポットサイズを定める場合、全てのスポットが最大の実際のスポットサイズよりも小さいか同じであるブラッグピークの位置における実際のサイズを有するように、特定のエネルギー層におけるスポットサイズ設定を選択しなければならない。
【００５６】
但し、ブラッグピークの位置における最も小さい利用可能なスポットサイズ設定の実際のスポットサイズがそのスポットサイズ戦略の最大のスポットサイズよりも大きいスポットが存在してもよい。故にそのようなスポットは、そのエネルギーレベルのために可能なものよりも小さくなくてもよく、従ってスポットの少なくともいくつかでブラッグピークの位置における最大のスポットサイズを超えている場合、すなわちこれにより最大のスポットサイズよりも大きい実際のスポットサイズが生じる場合であっても、最も小さい利用可能なスポットサイズ設定に設定する。
【００５７】
任意にユーザ構成は、ブラッグピークの位置において、すなわち１つ以上の特定のエネルギー層のために最小のスポットサイズを定める少なくとも１つのスポットサイズ戦略を含む。最小のスポットサイズは全てのエネルギー層で同じであってもよく、あるいはエネルギー層間で異なってもよい。また最大のスポットサイズはエネルギー層内の異なる領域で異なってもよい。最小のスポットサイズは、特定のロバスト性を提供し、かつ／または治療時間が非常に長引くのを防止するのに有用であり得る。最小のスポットサイズが定められている場合、特定のエネルギー層におけるスポットサイズ設定は、全てのスポットが最小の実際のスポットサイズよりも大きいか同じであるブラッグピークの位置における実際のサイズを有するように選択しなければならない。
【００５８】
但し、ブラッグピークの位置における最も大きい利用可能なスポットサイズ設定の実際のスポットサイズがそのスポットサイズ戦略の最小のスポットサイズよりも小さいスポットが存在してもよい。故にそのようなスポットは、そのエネルギーレベルのために可能なものよりも大きくなくてもよく、従ってスポットの少なくともいくつかでブラッグピークの位置における最小のスポットサイズに到達していない場合、すなわちこれにより最小のスポットサイズよりも小さい実際のスポットサイズが生じる場合であっても、最も大きい利用可能なスポットサイズ設定に設定する。
【００５９】
スポットサイズは連続的飛程内および離散的処置の両方において変化し得ることに留意されたい。
【００６０】
スポットを決定する工程４４では、本治療計画システムは各標的部分内でそのスポットサイズ戦略に従ってスポットを決定する。
【００６１】
それぞれ予期されるスポットのためのスポットサイズは、スポットのためのそれぞれのビーム経路が通過する患者の組織に基づいて決定することができる。言い換えると、スポットサイズは各ビームが通過する患者の組織の種類を定める三次元データに基づいて決定される。例えば骨組織を通過するビームはより多く拡散し、骨組織を通過しない同じエネルギーのビームよりも大きいスポットサイズを生じさせる。
【００６２】
この方法は、連続的スキャニング（ラインスキャニング）および離散的スポットスキャニング（ステップアンドシュートスポットスキャニング）のどちらにも適用することができる。
【００６３】
本明細書で提供されている方法は、いくつかの有利な効果を達成するためのスポットサイズの選択を可能にする。小さいスポットサイズはより小さい横方向半影を与える。但し、多くの小さいスポットは治療時間を長引かせる。故に、標的体積の中央領域においてスポットビームが半影に与える影響の程度はより小さいので、この領域により大きいスポットを使用することができる。より大きいスポットにより、より短い治療時間およびロバスト性の向上が得られる。
【００６４】
図６は一実施形態に係る図１の治療計画システム１の構成要素を示す概略図である。プロセッサ６０は、メモリ６４に格納されており、従ってコンピュータプログラム製品であってもよいソフトウェア命令６７を実行することができる好適な中央処理装置（ＣＰＵ）、マルチプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路などのうちの１つ以上の任意の組み合わせを用いて提供される。プロセッサ６０は、上の図５を参照して記載されている方法を実行するように構成することができる。
【００６５】
メモリ６４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）およびリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）の任意の組み合わせであってもよい。メモリ６４は、例えば、磁気メモリ、光メモリ、ソリッドステートメモリまたはさらにはリモートでマウントされた メモリのうちの任意の１つまたは組み合わせであってもよい永続ストレージも含む。
【００６６】
プロセッサ６０におけるソフトウェア命令の実行中にデータを読み出し、かつ／または格納するためのデータメモリ６６も提供される。データメモリ６６は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）およびリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）の任意の組み合わせであってもよい。データメモリ６６は例えばユーザ構成６９を含んでいてもよい。
【００６７】
治療計画システム１は、他の外部実体との通信のためのＩ／Ｏインタフェース６２をさらに備える。任意にＩ／Ｏインタフェース６２はユーザインタフェースも含む。
【００６８】
治療計画システム１の他の構成要素は本明細書に示されている概念を曖昧にしないために省略されている。
【００６９】
図７はコンピュータ可読手段を含むコンピュータプログラム製品の一例を示す。このコンピュータ可読手段にはコンピュータプログラム９１を格納することができ、このコンピュータプログラムはプロセッサに本明細書に記載されている実施形態に係る方法を実行させることができる。この例では、コンピュータプログラム製品は、ＣＤ（コンパクトディスク）またはＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）またはブルーレイディスクなどの光ディスクである。上で説明したように、図６のコンピュータプログラム製品６４などのコンピュータプログラム製品は装置のメモリ内にも具体化することができる。コンピュータプログラム９１は描写されている光ディスク上のトラックとしてここに概略的に示されているが、コンピュータプログラムは、取外し可能なソリッドステートメモリ、例えばユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）ドライブなどのコンピュータプログラム製品に適した任意の方法で格納することができる。
【００７０】
本発明を主に数個の実施形態を参照しながら上に説明してきた。但し当業者によって容易に理解されるように、上に開示されているもの以外の他の実施形態が、添付の特許請求の範囲によって定められているように本発明の範囲内で同等に可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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