(57)【要約】【課題】少ない測定回数で、高精度な線量分布測定が可能な線量分布測定装置を提供する。【解決手段】水タンク１４内に照射される粒子線ビーム１３の深さ方向の線量分布を計測するための線量分布測定装置において、複数のセンサ１〜１０を、水中の仮想円筒形１１の周囲に等角度間隔で、等間隔の深さとなる位置に配置し、１度の計測によって得る測定点をセンサ数に応じた数とする。仮想円筒形１１の中心軸１２に沿って照射される粒子線ビーム１３が、一つのセンサに入射して散乱する影響を、他のセンサが受けないように、センサ深さに応じて、照射方向に垂直な面内でのセンサ間の距離を所定値以上確保する。センサ校正時は、センサ群２０を同一深さに移動後、所定条件下での一度目の線量計測を行い、次に、Ｚ軸１２を中心として周方向に１間隔分回転させたセンサ配置で二度目の線量計測を行い、二度の測定結果を比較することでセンサ校正を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の照射方向を軸として伸びる仮想円筒形の外周外側に配置される複数のセンサを備え、複数の上記センサは、それぞれ上記軸上の異なる位置において上記放射線の線量を測定することを特徴とする線量分布測定装置。
【請求項２】
複数の上記センサは、上記仮想円筒形の外周外側の所定位置に配置される第一のセンサ、上記所定位置からの回転角度が最も１８０度に近い値となる位置に配置される第二のセンサを含み、上記第一のセンサと上記第二のセンサは、上記軸方向において最も離れた位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の線量分布測定装置。
【請求項３】
複数の上記センサは、上記仮想円筒形の外周上で、かつ、上記軸方向に沿って、上記第一のセンサから上記第二のセンサに向って、時計回りおよび反時計回り方向に、２本のらせん状に振り分けられて配置されることを特徴とする請求項２記載の線量分布測定装置。
【請求項４】
複数の上記センサは、上記軸方向において、等間隔のピッチで上記放射線の線量分布を測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の線量分布測定装置。
【請求項５】
複数の上記センサは、上記仮想円筒形の軸を中心として、等角度間隔で配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の線量分布測定装置。
【請求項６】
上記センサを上記軸方向に沿って移動させるためのセンサ移動装置を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の線量分布測定装置。
【請求項７】
上記センサを制御する制御装置を備え、上記制御装置は、上記軸方向に等間隔のピッチで配置される複数の上記センサの配置ピッチを変更するように上記センサ移動装置を制御するピッチ変更制御部を有することを特徴とする請求項６記載の線量分布測定装置。
【請求項８】
複数の上記センサを、上記仮想円筒形の軸周りに回転させるためのセンサ回転装置を備えたことを特徴とする請求項１または請求項５記載の線量分布測定装置。
【請求項９】
上記センサを制御する制御装置を備え、上記制御装置は、上記仮想円筒形の軸を中心として等角度間隔で配置される複数の上記センサが上記軸上の同一位置に配置される場合に、複数の上記センサが１間隔分に相当する角度だけ回転するように上記センサ回転装置を制御する回転角度制御部を有することを特徴とする請求項８記載の線量分布測定装置。
【請求項１０】
上記センサを制御する制御装置を備え、上記制御装置は、上記センサの上記仮想円筒形の外周上における配置角度情報および軸上における位置情報を記録するセンサ配置記憶部を備えたことを特徴とする請求項１記載の線量分布測定装置。
【請求項１１】
上記センサは、水が貯蔵される水タンクの中に配置されたことを特徴とする請求項１記載の線量分布測定装置。
【請求項１２】
上記放射線の照射方向は、鉛直方向下向きであり、上記放射線は、上記仮想円筒形の軸に沿うように、水が貯蔵される水タンク内に照射され、上記センサは、上記放射線の上記水タンク内における深さ方向の線量分布を測定することを特徴とする請求項１記載の線量分布測定装置。
【請求項１３】
上記仮想円柱形の径がゼロとなるように上記センサが配置されたことを特徴とする請求項１〜３、５、８〜１０、１２のいずれか一項記載の線量分布測定装置。
【請求項１４】
放射線の線量分布を、複数のセンサによって上記放射線の照射方向に沿った軸上の異なる位置で測定する線量分布測定装置のセンサ校正方法であって、上記軸を中心として伸びる仮想円筒形の周囲に等角度間隔で配置される複数の上記センサを、上記軸上の同一位置に配置するステップ、上記放射線を上記軸に沿うように所定量Ａだけ照射するとともに複数の上記センサによって上記所定量Ａの放射線量を計測し、第一の計測値を得るステップ、上記仮想円筒形の軸周りに、複数の上記センサを回転させ、複数の上記センサを上記仮想円筒形の周方向に１間隔分だけずらせた配置とするステップ、上記軸に沿うように上記放射線を所定量Ｂだけ照射するとともに複数の上記センサによって上記所定量Ｂの放射線量を計測し、第二の計測値を得るステップ、上記第一、第二の計測値を用いて、複数の上記センサの相対感度を計算するステップを含むセンサ校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームによる治療前に、実際の荷電粒子ビームの線量分布を確認するために水中で線量分布を測定する線量分布測定装置に関するものであり、更に、線量分布測定装置を構成するセンサの校正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の線量分布測定装置は、患者を模擬した水槽と、水槽中に設置した一個の線量測定センサである電離箱と、電離箱を水槽において、その深さ位置を変更するための駆動モータなどから構成され、粒子線などの放射線が水面に対して、垂直に入射し、水槽中で所定の３次元線量分布が形成されていた。この従来技術によれば、一個の電離箱の位置をスキャンしながら、水中における深さ（深部）方向の線量分布を測定していた。また、水中線量を測定するセンサには、電離箱以外に、半導体検出器、シンチレタ検出器、フィルムなど様々なものを用いることが開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、従来の多センサの感度校正方法では、分布測定するために、直線上に配置したセンサアレイを用いていた。センサアレイの相対感度を校正する際には、センサアレイを所定位置に設置し、所定の校正場を用いてセンサアレイの出力を測定し、記録する第一回目の測定の後、次のステップで、センサアレイをセンサ１個分だけ直線移動させ、第二回目の測定を行なう。このように、センサの直線移動前後における第一回目、第二回目の測定結果からセンサ間の相対感度校正を行うという校正方法が開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２０３２１１号公報
【特許文献２】特許第３３１７１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
粒子線を用いた照射装置では、水中において、深さ範囲が最大３０ｃｍの範囲に渡って高線量領域を形成できる。従来の分布測定装置では、事前検証のために、放射線照射によって形成された線量分布の深さ方向の線量分布を、1個の電離箱を用いて、深さ方向における位置をスキャンしながら測定していた。ここで、測定ピッチを２ｍｍにして、３０ｃｍの範囲を測定する場合、最大１５０個の測定点が必要であるため、従来技術の分布測定装置を用いた場合は、１個の電離箱を深さ方向において１５０回動かして１５０回もの測定を繰返す必要があった。そのため、分布測定の所要時間は数十分を要する場合もあり、また、毎回の測定において、ほぼ同じ放射線の量を照射することから、測定に要する放射線の総量も照射回数に比例して大きくなってしまうという問題もあった。このよう問題は粒子線照射装置における所謂３次元照射法を用いた場合により顕著となっていた。
【０００６】
また、従来の直線上に配置したセンサアレイでは、粒子線などの放射線の照射方向と垂直する平面内の横方向線量分布を測定することは可能であるが、放射線の照射方向と同じ方向における深さ方向線量分布を測定する場合、センサの存在が元の線量分布を乱してしまう可能性があった。特に、粒子線を用いた照射装置の場合、センサを通過した粒子線の運動エネルギーと方向が大きく影響を受ける。従って、従来技術の直線上に配列したセンサアレイの分布測定装置とその校正方法は、粒子線などの照射装置において、高精度な深部方向線量分布の測定に用いることができなかった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、粒子線照射装置などにおいて、深さ方向の線量分布を短時間で測定でき、元の線量分布を乱さずに精度の良い測定が可能な線量分布測定装置を提供すること、さらに、上記の線量分布測定装置を構成するセンサの効率の良い校正方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる線量分布測定装置は、水が貯蔵され、放射線が照射される水タンク、上記水タンク内の上記放射線の照射方向を軸として伸びる仮想円筒形の外周外側に配置される複数のセンサを備え、複数の上記センサは、それぞれ上記軸上の異なる位置において上記放射線の線量を測定することを特徴とするものである。
【０００９】
また、この発明に係わるセンサ校正方法は、水が貯蔵された水タンク内に照射される放射線の線量分布を、複数のセンサによって上記放射線の照射方向に沿った軸上の異なる位置で測定する線量分布測定装置のセンサ校正方法であって、上記軸を中心として伸びる仮想円筒形の周囲に等角度間隔で配置される複数の上記センサを、上記軸上の同一位置に配置するステップ、上記放射線を上記軸に沿うように所定量Ａだけ照射するとともに複数の上記センサによって上記所定量Ａの放射線量を計測し、第一の計測値を得るステップ、上記仮想円筒形の軸周りに、複数の上記センサを回転させ、複数の上記センサを上記仮想円筒形の周方向に１間隔分だけずらせた配置とするステップ、上記軸に沿うように上記放射線を所定量Ｂだけ照射するとともに複数の上記センサによって上記所定量Ｂの放射線量を計測し、第二の計測値を得るステップ、上記第一、第二の計測値を用いて、複数の上記センサの相対感度を計算するステップを含むものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の線量分布測定装置によれば、複数のセンサが放射線の照射方向を軸とする仮想円筒形の周囲に配置されるため、元の放射線の線量分布を、センサの存在によって乱すことがないように構成でき、さらに、軸上の異なる位置で、複数のセンサによって線量を測定するため、一度の測定で、複数の測定点を得ることができるため、水タンク内で、軸方向の線量分布を精度良く、効率良く測定できるという効果がある。
【００１１】
また、この発明のセンサ校正方法によれば、放射線の照射方向に沿った軸を中心として伸びる仮想円筒形の周囲に等角度間隔で複数のセンサを配置した線量分布測定装置に適したセンサ校正を効率良く実施できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における深さ方向の線量分布測定装置の構成概念図である。
【図２】本発明の実施の形態１の複数のセンサが２本のらせん状に配置されたことを示す斜視図および仮想円筒展開センサ配置図である。
【図３】本発明の実施の形態１の複数のセンサの配置を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１の複数のセンサの配置を示す投影平面図である。
【図５】本発明の実施の形態１の説明に必要な粒子線ビームの散乱状態を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２の複数のセンサが１本のらせん状に配置されたことを示す斜視図ならびに仮想円筒展開センサ配置図である。
【図７】本発明の実施の形態２の複数のセンサの投影平面図である。
【図８】本発明の実施の形態３のセンサ移動装置およびセンサ回転装置を含む構成概念図である。
【００１３】
【図９】本発明の実施の形態３のセンサ校正配置を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態３のセンサ移動装置の構成を示す要部断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３の説明に必要な線量の水中深さ依存性を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３の説明に必要な線量の水中深さ依存性を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４のセンサ移動装置を含む線量分布測定装置の構成を示す要部側面図である。
【図１４】本発明の実施の形態４のセンサ校正配置時の線量分布測定装置の要部側面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４のセンサ回転装置の概略平面図である。
【図１６】本発明の実施の形態５のセンサ校正方法のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
次に、本発明の実施の形態１による線量分布測定装置の構成と動作を、図１〜図５を用いて説明する。
図１は本発明による線量分布測定装置を示す構成概念図である。図１に示すように、治療等のために放射線として粒子線ビーム１３が用いられる。粒子線ビーム１３は、図示しない照射ヘッドから、照射ヘッドの下方に配置された人体を模した水タンク１４に鉛直方向下向きに照射される。なお、粒子線ビーム１３は完全に平行（横方向に対して均一）なビームではなく、放射状に広がりのあるビームである（emittance＞０のため。）。
【００１５】
この線量分布測定装置では、水が貯蔵された水タンク１４内の水面１４ａ下に、複数のセンサ（線量分布測定センサ。例えば電離箱センサよりなる。）１〜１０よりなるセンサ群２０が配置され、センサ１〜１０はそれぞれ、センサ配置中心軸（Ｚ軸または中心軸。）１２を中心とした仮想円筒形１１の周囲（外周外側）の異なる高さに配置され、Ｚ軸１２に沿うように照射される粒子線ビーム１３の線量を、Ｚ軸１２上の異なる位置において、一度にセンサ数に相当する測定点だけ測定できるように構成されている。
【００１６】
また、センサ群２０は、仮想円筒形１１の外周外側の所定位置に配置される第一のセンサ１、所定位置からの回転角度が最も１８０度に近い値となる位置に配置される第二のセンサ１０を含んでおり、第一のセンサ１と第二のセンサ１０は、Ｚ軸１２方向において最も離れた位置で計測を行うように、第一のセンサ１が仮想円筒形１１の上端部に、第二のセンサ１０が仮想円筒形１１の下端部にそれぞれ配置されている。
【００１７】
さらに、図２（ａ）にセンサ配置を示す斜視図を、図２（ｂ）に、仮想円筒形１１を展開した場合のセンサ配置図を示す。複数のセンサ１〜１０は、仮想円筒形１１の外周上で、かつ、Ｚ軸１２方向に沿って、第一のセンサ１から第二のセンサ１０に向って、時計回りおよび反時計回り方向に、２本のらせん状に振り分けられて配置されており、第一のセンサ１から第二のセンサ１０に向って、Ｚ軸１２上での深さが段階的に深くなるように、番号が大きいほど深部に配置されている。
【００１８】
図２（ｂ）の仮想円筒展開センサ配置図中に、黒丸で各センサの配置を示すとともに、一点鎖線で第一のらせんを、破線で第二のらせんを示す。図２の例では、センサの配置角度は、センサ１を基準とし、センサ２の方向（反時計回り方向）に角度が増すものとして考える。ここで、第一のらせんは、円筒座標系において、第一のセンサ１から反時計回りに、センサ２、センサ４、センサ６、センサ８を経て第二のセンサ１０に至る経路（配置角度０度〜１８０度）であり、第一のらせん上には、偶数の番号を付したセンサが配置される。第二のらせんは、円筒座標系において第一のセンサ１から時計回りに、センサ３、センサ５、センサ７、センサ９を経て第二のセンサ１０に至る経路（配置角度３６０度〜１８０度）であり、第二のらせん上には、奇数の番号を付したセンサが配置される。
なお、個々のセンサのヘッド（感知部分）はＺ軸１２に向って設けられ、Ｚ軸１２に垂直となる方向からＺ軸１２上の線量を計測するよう配置される。
【００１９】
図１および図２に示すように、Ｚ軸１２上において、複数のセンサ１から１０の中で、水タンク１４中の深さ方向における最も浅い位置に配置される第一のセンサ１と、最も深い位置に配置される第二のセンサ１０の間に、深さ方向の異なる位置に等間隔となるように、浅い位置から深い位置にかけて他のセンサ２〜９を順次配置することで、深さ方向に等間隔のピッチで粒子線ビーム１３の線量分布を測定することができる。なお、センサ配置を深さ方向に等間隔ピッチで配置する以外に、任意の間隔毎に配置する方法もあり、測定対象となる放射線の種類や、センサ設置条件等によって使い分けが可能であることは言うまでもない。
また、センサ１〜１０は、仮想円筒形１１の周囲に、等角度間隔でＺ軸１２に向けて配置されており、センサ群２０が１０個のセンサよりなる場合は、Ｚ軸１２を中心とした角度で、３６度回転する毎に１個のセンサが配置されている。なお、ここで言う角度は、第一のセンサ１が配置される所定位置を基準とした相対角度である。
【００２０】
なお、センサ設置数ｎが偶数である場合、ｎ番目のセンサ（第二のセンサ）は第一のセンサ１に対して１８０度離れた位置（正反対）に配置されることになり、円周上へ投影された状態で、センサ１とセンサｎとを結ぶ線の左右でセンサの配置数（配置角度についても同様）は相互に同一にすることができる。一方、センサ設置数ｎが奇数である場合、ｎ番目のセンサをセンサ１に対して１８０度離れた位置に配置することを条件にすれば、センサ１とセンサｎとを結ぶ線の左右でセンサの配置数を相互に同一とすることができず、数にして１個だけ異なる配置となってしまう。全センサ相互間の配置角度を等しくして配置していけば、ｎ番目のセンサはセンサ１に対して１８０度離れた位置から若干外れた位置（センサが配置される角度のうち、１８０度に最も近い値となる位置。）に配置されることになる。いずれにしてもｎ番目のセンサはセンサ１に対して１８０度離れた位置か、それに近い位置に配置されることになり、どちらの配置であっても許容しうる。
【００２１】
また、図１に示すように、線量分布測定装置を構成するセンサ群２０は、センサ保持部材１６によって全センサが一体として保持され、センサ移動方向（Ｚ軸１２方向に同じ。）２４に沿って水タンク１４の上端部から水タンク１４内へと下向きに伸びるガイド部材１７に沿って、センサ保持部材１６を移動させて、センサ群２０の水タンク１４内での深さを変えるように構成されている。ここで、センサ保持部材１６は、センサ移動装置４０によって駆動されるものであり、センサ移動装置４０は、モータ等よりなる駆動装置を備えている。また、センサ１〜１０およびセンサ移動装置４０、放射線照射装置等は、制御装置４１によって統括的に制御がなされている。なお、制御装置４１は、各装置またはセンサ毎に機能を分担するように複数箇所に設置されいても良く、複数に分けられた制御装置間で相互にデータを通信できるよう構成されていれば、その設置数についての制約はない。
【００２２】
図３に、本発明の線量分布測定装置のセンサ配置例を示す。図３において、一番浅い位置にある第一のセンサ１と一番深い位置にある第二のセンサ１０間の深さ方向（Ｚ軸１２方向）における距離（深さ方向測定範囲であり、仮想円筒形１１の長さに相当する。）を符号１１ａで示し、複数のセンサ１〜１０が囲む仮想円筒形１１の直径を符号１１ｂで示す。深さ方向測定範囲１１ａの大きさは、測定したい深さ方向分布の範囲または、必要な測定距離ピッチによって決まるが、粒子線治療装置関連の分布測定では、数ｍｍから数十センチである。例えば、１０個のセンサを用いて、ピッチ１ｍｍで測定したい場合では、図３の配置では深さ方向測定範囲１１ａは約９ｍｍとなる。炭素線粒子のブラッグピークの線量分布測定においては、ピッチは０．２ｍｍ程度となる場合もあり、その際のセンサ群２０の深さ方向測定範囲１１ａは約２ｍｍ弱となる。
【００２３】
深さ方向測定範囲１１ａが小さくなる場合、センサ１〜１０の筐体の大きさによっては、隣接するセンサ間に距離が確保できず、干渉することも考えられるため、センサ同士が干渉しない配置とする必要がある。図４に、センサ１〜１０のＺ軸１２方向と垂直する平面における投影平面図を示す。図４の例では、センサ数が１０個であり、円筒座標系で等角度間隔配置されたセンサ間の角度ステップ２６は約３６度である。ここで、センサ間の干渉を排除するための条件について示す。各々のセンサ（外形は円筒形と考える。）が皆同じ直径D０を有していると仮定し、仮想円筒形１１の直径１１ｂはD１とする。そして、図４に示した、隣あったセンサの先端（仮想円筒形１１に近い側）の間の距離をｓ(ｓ＞０)とする。すると、以下の関係（式１）が成り立つ。なお、図４は平面図であるため、図中には距離ｓの平面方向の成分ｓ１を示し、深さ方向の成分は示さないものとする。
π＊Ｄ１>  ｎ＊（Ｄ０+ｓ）    （式１）
【００２４】
上記の不等式（式１）に従って、仮想円筒形１１の直径Ｄ１を選択すれば、図３で示す深さ方向測定範囲１１ａが約２ｍｍと小さい場合においても、問題なく、上記に説明したようにセンサ１〜１０を配置することができる。
なお、図４に、後述するセンサ校正時におけるセンサ群の回転方向（仮想円筒形１１の軸を中心とする回転方向）を符号２５で示す。
【００２５】
なお、実際の深さ方向線量測定では、Ｄ１（仮想円筒形１１の直径１１ｂ）をなるべく小さくする必要がある。その理由は、線量は横方向に必ずしも均一ではなく、この横方向の線量不均一性の影響を極力小さくするためである。しかし、あまりＤ１の値が小さくなり過ぎると、センサの軸方向投影図で見た場合に相互に重なり部を生じる。この重なり部がある場合、または重なり部がない場合でも、センサ間の空隙があまりにも小さい場合、後述するように、照射方向下流側センサが、上流側センサによる線量場の乱れの影響を、その重なりの程度に応じて直接被ることになり、線量分布の評価精度が劣化することになるため、小さすぎるＤ１もまた問題がある。Ｄ１の適当な値は、センサの種類、サイズ、粒子線エネルギー等に依存するため、その時々で評価する必要がある。
【００２６】
上述したように、Ｄ１をあまり小さくすると、センサ１を通過した粒子線は、センサ１０の深さ位置まで到達する間に受ける散乱によって、センサ１０の有感領域に再び入ってしまい、センサ１０が正確な線量を測定できなくなってしまう可能性がある。その理由を図５の粒子線散乱モデル図を用いて説明する。図５は、水タンク１４中のセンサ１に、粒子線ビーム１３が鉛直方向下向き入射し、粒子線ビーム１３がセンサ１を通過した際に散乱した状態を示しており、散乱した粒子線３０が広がる水平方向（深さ方向に対して垂直な方向）距離３０ａと深さ方向距離３０ｂとの関係を示している。
【００２７】
図５に示すように、センサ１に当たった粒子線ビーム１３は散乱し、散乱した粒子線３０は矢印方向に、センサ１に入射するまでの方向とは異なる方向へ進む状態となる。また、粒子線ビーム１３がセンサ１を通過した後に、下流側に配置されたセンサｎに達するまでに、元の横方向位置から逸れた距離が水平方向距離３０ｂに相当する。図５から分かるように、逸れる距離３０ｂはセンサ間の深さ距離３０ａに比例して大きくなる。従って、センサ１より深い位置に配置されるセンサ２〜ｎが、センサ１を通過し、散乱した粒子線３０の影響を受けないようにするには、センサ１との深さ方向における距離に比例して、センサ１から横（水平）方向に、散乱する粒子線３０との干渉を避けるための間隔を空けるべきである。
【００２８】
従って、センサ配置の基準として仮定してきた仮想円筒形１１の直径Ｄ１は、センサ１とセンサｎ（本例ではｎ＝１０）の間の深さ方向測定範囲１１ａと散乱した粒子線３０の方向（散乱角または角度ずれの度合い。）によって決める必要がある。ここで、粒子線が陽子線である場合、水中で２０ｃｍ進んだ時の平均角度ずれは約１度である。粒子線が炭素線の場合、この角度は更に小さい。但し、実際の粒子線を用いた照射装置では、粒子線ビーム１３は斜めにセンサ１に入射する場合もあり、また典型的な散乱の角度は約４度以下である。この角度の大きい方を用いると、粒子線が水中で３０ｃｍ進むと、横方向における位置の逸れは約２ｍｍとなる。従って、仮想円筒形１１の直径Ｄ１は約３ｍｍ以上あれば、センサ１を通過した粒子線３０は再びセンサｎの有感領域を通過することがないと考えられる。
【００２９】
実際、ケース１として、深さ方向におけるセンサ配置ピッチは、センサの筐体（円筒形近似）の直径Ｄ０より大きくしておけば、仮想円筒形１１の直径Ｄ１は３ｍｍもしくは４ｍｍにできる計算になる。但し、その場合、センサ群２０を平面に投影するとセンサ投影像間の距離は離れていない状態となる（ｓ１＜０）。しかし、３次元的には十分配置可能であるから、深さ方向のピッチ条件を満たせば配置上の問題はない。また、ケース２として、深さ方向におけるセンサ配置ピッチを、センサの筐体の直径Ｄ０より小さくした場合、仮想円筒形１１の直径Ｄ１は前記（式１）に従って決めればよい。
また、一般に用いられる照射野形成方法として、ブロードビーム照射法とスキャニング照射法があるが、本願のように複数のセンサをらせん状となるように配置した場合であっても、仮想円筒形１１の直径Ｄ１を数ミリ以下の値とすれば、線量分布測定を行う上で精度上の問題はない。
【００３０】
このように、本発明の線量分布測定装置は、線量測定対象となる放射線として粒子線ビーム１３が用いられ、この粒子線ビーム１３は、水タンク１４の上方向から下方向に向って、Ｚ軸１２方向に沿って照射されるものであり、これら複数のセンサ１〜ｎ（１０）は、Ｚ軸１２方向の所定範囲内において略等間隔（所定深さ毎）に配置されており、さらに、Ｚ軸方向に垂直な方向において、各々のセンサは所定直径を有する仮想円筒形１１に沿ってその中心軸からほぼ同じ所定距離を離れて配置されている。かつ、前記センサは前記仮想円筒形１１の周囲において、前記センサの位置座標に関して、円筒座標系でいう角度がお互いに略同じ角度だけ離れて等角度間隔となるように配置されたことと、前記センサの内、Ｚ軸１２方向における位置がお互いに最も離れた２つのセンサ（第一のセンサ１と第二のセンサ１０）は仮想円筒形１１を挟んでお互いに略正反対側に配置され、前記最も離れた２つのセンサ以外のセンサ２〜９については、Ｚ軸１２方向に向かって、Ｚ軸１２における座標値が増大する順に、円筒座標系でいう角度が、時計周りと反時計周り順に交互に増大するように配置されて構成されている。
【００３１】
以下に、本発明の実施の形態１による線量分布測定装置の動作を説明する。線量分布測定装置を用いた深さ方向の線量分布測定では、まず、センサ保持部材１６によって一体として保持されたセンサ群２０を所定水中深さ位置に、センサ移動装置４０によって移動させる。その際、センサ保持部材１６をセンサ移動方向（深さ方向）２４に沿って伸びるガイド部材１７に噛み合せた状態で駆動装置の駆動によって移動させる。これらの指令は、制御装置４１から出される。センサ１〜ｎ（１０）の配置は、制御装置４１内のセンサ配置記憶部（図示せず）に記憶される。センサ配置記憶部では、センサ１〜１０の仮想円筒形１１の外周上における配置角度情報と、水タンク１４内のＺ軸１２方向における位置情報等を記録する。
【００３２】
次に、制御装置４１内の線量分布測定制御部（図示せず）からの指令により、計画した条件にて粒子線ビーム１３の照射を行い、水タンク１４に貯蔵した水体積領域に所定３次元線量分布を形成する。前記照射が行なわれている際には、センサ群２０による計測が行われ、センサ群２０の各々のセンサ出力値（センサが電離箱などの場合）は、測定回路を経由して、制御装置４１内のセンサ出力記録部に記録される。照射終了後、深さ位置が異なる位置に配置したセンサ１〜１０によって測定した線量値（センサ出力記録部に記録）は、制御装置４１内で、センサ配置記憶部に保存されたセンサ配置の情報が加味され、深さ位置の関数として得られ、制御装置４１内の所定記憶部に保存される。
【００３３】
このようにして、粒子線ビーム１３の照射によって形成した３次元線量分布のうち、Ｚ軸１２の近傍における深さ方向分布D（ｚ）が深さ範囲１１ａに渡って、所定深さピッチにおいてｎ（１０）点の測定ポイントが一括して得られる。そして、センサ群２０全体を深さ方向に必要距離だけ移動した後、異なる深さ範囲にて上記のような線量分布測定を繰り返す。このようにして、必要深さ範囲内の、必要ピッチでの深さ方向の線量分布を得ることができる。
【００３４】
前記測定の際に、最も浅く配置されたセンサ１と最も深く配置されたセンサ１０は、図１〜４に示したように、お互いの平面投影像が最も離れた配置となるため、センサ１を通過した粒子線が再びセンサ１０に入射することが殆どなく、センサ１０で測定した線量値は他のセンサ１〜９が配置されなかった際に測定される線量値とほぼ変わらない値として計測することが可能となる。また、センサ２からセンサ９までのセンサも深さ順に、センサ１との相対角度が次第に大きくなるように配置したため、各々のセンサの測定値は他のセンサの影響を受けることが殆どなく、精度の良い深さ方向の線量分布を得ることができる効果がある。
【００３５】
また、一回の測定において、１０点の深さ位置の線量値を測定できるので、分布測定に要する時間を大幅に削減できる。更に、線量分布確認に必要となる粒子線の照射総量も、一個電離箱による測定と比べて際、大幅に削減できる。これは、粒子線治療施設などで、一週間に於ける最大照射可能粒子線の量の制限を満たす意味では、大きいメリットがある。
本発明の深部線量分布測定装置は、1回の安定した分布を形成するのに、数分掛かるスキャニング照射、積層原体照射などの高度３次元照射法を用いる場合に、特に有効である。
【００３６】
なお、この実施の形態１では、センサを電離箱とした場合について説明したが、実際、これに限ることがなく、他の線量センサであっても、基本的な効果は同様である。センサ材料の違い、より詳細に言えば、人体構成材料と原子番号、密度の相違により、吸収や平均的な散乱角の様相が異なるため、それに応じてセンサ相互の配置関係は異なるものにしなければならないが、センサ配置を相互の影響を極力小さくするような３次元配置にするという点では共通しており、その意味で基本的な効果は同様であると言える。要は、センサが人体等価材料で作られていればこのような問題（センサはブラッグ空洞原理から外れる状況を作るものであるという問題。）は生じないので、センサとして例えばプラスチックシンチレータのようなものを採用することが人体の吸収線量測定という観点から適していると言える。また、本発明において、センサ電極、壁材（筐体）の他に、センサ方式（半導体、ポリマーゲル、など。）も含めて、人体の吸収線量測定に適したものを採用することが有効である。
【００３７】
また、この実施の形態１では、センサ群２０を水中に入れた場合（水ファントム）について説明したが、水ファントムだけに限ることがなく、固体ファントム中に同様にセンサ群を配置して、深さ方向線量分布を測定しても同様の効果を得ることができる。
なお、粒子線ビーム１３が水面１４ａに対し垂直に入射する例を示したが、患者に対して斜め方向にビームを照射する場合もあることから、水面１４ａに対して斜め方向から粒子線ビーム１３を照射して線量分布を計測する場合も生じる。その場合、水への入射位置から照射方向に沿って進んだ距離を、水中深さとして、水面１４ａに垂直にビームが入射される場合と同様に線量分布を得ることができる（センサ群２０の配置中心軸１２を斜めに設定することは言うまでもない。）。極端な例として、粒子線ビーム１３が真横から入射する場合もありうる。その際、水タンクの側面から粒子線ビーム１３が入射し、水中で３次元線量分布を形成することになる。
【００３８】
なお、上記の例では、センサ１〜１０の配置を、円筒座標系で、等角度間隔に、かつ、深さ方向に等間隔で配置する場合について示したが、等間隔以外の配置も可能であることは言うまでもなく、例えば、複数のセンサのうちの一部を、小さいピッチで配置し、他を大きなピッチで配置するというように、配置場所や、測定対象となるビームの特性に合わせて調整して用いることも可能である。その場合においても、仮想円筒形１１の周囲に配置したセンサ群によって、深さ方向の異なる複数位置の線量分布を一回の測定によって得ることができ、また、他のセンサの存在によって散乱した粒子線の影響を受けることなく、精度の良い線量測定が可能となる。
【００３９】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では、センサ１〜１０が２本のらせん状となるように振り分けて配置された例を示したが、この実施の形態２では、図６および図７にセンサ配置を示すように、複数のセンサ１〜１０を１本のらせん状となるように配置する例について、図６（ａ）にセンサ配置斜視図を、図６（ｂ）に仮想円筒展開センサ配置図を示して説明する。なお、センサの配置角度は、センサ１からセンサ２の方向（時計回り方向）へ、角度が３６度づつ増すものとして考える。また、センサの配置角度は深さと共に増大し、図７のセンサ配置投影平面図に示すように、一番深い位置、つまりセンサ１から最も深さ方向に離れた位置にあるセンサ１０は、センサ１と隣り合う配置関係となる。従って、この一本のらせん状となるようにセンサを配置する場合は、図１〜図４の二本らせん配置に比べ、仮想円筒形１１の直径２６ｂを相対的に大きくすることで散乱光の影響を排除するよう対策するものとする。なお、センサ直径Ｄ０が十分小さい場合、この配置を採用しても一定のメリットを得ることができる。
【００４０】
実施の形態３．
次に、図８〜図１２を用いて、本発明による実施の形態３の線量分布測定装置について説明する。上述の実施の形態１では複数のセンサよりなるセンサ群２０を一体として、一つのセンサ保持部材１６で支持し、センサ保持部材１６の深さ方向への移動で、センサ群２０の深さ方向の配置を変更する例を示したが、この実施の形態３では、複数のセンサが個別に深さ方向の配置を変更できる構成について説明する。
【００４１】
図８に、線量分布測定装置の要部構成概念図を、一部のセンサ（センサ５、センサ１０）に着目して示す（他のセンサについては記載を省略する。）。図８に例示するように、センサ５は、センサ保持部材１６ａに取り付けられ、他のセンサも同様に、個別の保持部材に取り付けられる。センサ保持部材１６ａは、各々、センサ配置の移動を深さ方向にガイドするガイド部材１７ａに個別に取り付けられている。さらに、センサ群２０を支持する支持台２１上にガイド部材１７ａ等が固定されている。ガイド部材１７ａに沿ってセンサ保持部材１６ａを移動させる機構であるセンサ深さ切り替え装置（センサ移動装置の一つに相当する。）５０ａは、図示しない制御装置内のピッチ変更制御部からの指令によってセンサ５をＺ軸１２上の異なる二つの配置のいずれかに切替える（変更する）ことができる。なお、センサ５（１０）の深さ方向のセンサ移動範囲１９ａ（１９ｂ）の上限と下限は、位置決めストッパー１５ａと１８ａによって規制される。
【００４２】
また、センサ群２０を支持する支持台２１は、Ｚ軸１２に沿って伸びる支持軸２２を回転軸として回転させることができ、また、支持軸２２を深さ方向２４に沿って移動させることで、センサ群２０を深さ方向に移動させることが可能である。支持軸２２の回転と深さ方向への移動は、駆動装置２３によって行うことができる。
ここで、例えば、センサ移動範囲１９ａ（１９ｂ）の上端部に相当する位置を、線量分布測定時のポジションとし、下端部を後述するセンサ校正時のポジションとすることができる。校正時におけるセンサ１〜１０の配置状態の斜視図を図９に示す。
【００４３】
なお、図８のセンサ深さ切替装置５０ａは、各センサが深さ方向に二つの配置をとることができることを表現したイメージ図である。具体的なセンサ深さ切替装置５０ａの２種類のセンサ配置ピッチの切り替え機構例を、図１０（ａ）、図１０（ｂ）の要部断面図に示す。図１０（ａ）は、センサ５が、センサ移動範囲１９ａの下端部に配置された状態を示しており、図１０（ｂ）は、センサ５が、同範囲１９ａの上端部に配置された状態を示している。
【００４４】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、センサ５を保持するセンサ保持部材６０（上述の符号１６ａのものに相当する。）は、横方向に突き出し、センサ５を支持する枝部６１と、深さ方向に伸びるように配置された筒体（ケース）３９（１７ａに相当する。）内に移動可能に保持された幹体６２と、下端側に突出するように設けられた突起部６３が結合されてなる部材であり、幹体６２が筒体３９内を深さ方向に移動することでセンサ５の位置を移動できるように構成されている。筒体３９内上部には、線量測定時（第一配置）にセンサ保持部材６０の幹体６２上端部が接触する位置決めストッパー１５ａが、筒体３９内下部には、校正時または第一配置とは異なるピッチの線量測定時（第二配置）にセンサ保持部材６０の幹体６２下方部段差部分が接触する位置決めストッパー１８ａが配置されている。
【００４５】
また、筒体３９内の上部には、バネ３６が配置され、下部には後述する風船３７が配置されて、バネ３６と風船３７との間に、センサ保持部材６０の幹体６２が挟まれて、バネ３６の弾性力と風船３７の膨らみとによってセンサ保持部材６０の深さ方向における位置が調整される。なお、バネ３６は別の弾性体を用いてもよく、風船３７は外部から外形寸法調節可能な別の構造体であってもよい。また、バネ３６と風船３７を上下逆に配置することも可能であり、センサ保持部材６０を深さ方向の二つの配置に変更できる構造であれば、図１０の構造に限られるものではない。
【００４６】
ここで、センサ保持部材６０の幹体６２下方部は、位置決めストッパー１８ａに接触する外周部がクランクとして形成されており、幹体６２の軸心部分は、第二配置で位置決めストッパー１８ａよりも下方に突き出す突起部６３を形成しており、この突起部６３が筒体３９内の底部に収納された風船３７に接触している。風船３７には、パイプ３８が繋げられ、パイプ３８を介して流体が風船３７内に出し入れされる構造である。位置決めストッパー１５ａ、１８ａは、筒体３９内壁に部分的な突起部を設けることでも形成することができる。
【００４７】
図１０（ａ）に示すように、センサ５が第二配置をとる場合は、風船３７内の流体が外部に排出されて風船３７はしぼみ、下方部の位置決めストッパー１８ａにセンサ保持部材６０が接触する位置にセンサ５は保持される。
また、図１０（ｂ）に示すように、センサ５が第一配置をとる場合は、風船３７内に流体が外部から送り込まれて風船３７は膨らみ、センサ保持部材６０の幹体６２を押し上げ、幹体６２上端部が筒体３９内の位置決めストッパー１５ａに接触する位置まで移動し、センサ５が保持される。図中に第二配置でのセンサ５の位置を破線で示す。
なお、上述したような第一、第二配置の切替えが可能なセンサにおいて、第二配置をセンサ校正時の配置とするのではなく、第一配置とは異なるピッチのセンサ測定配置とすることも可能である。
【００４８】
次に、図１１に、粒子線治療装置で用いる炭素線粒子による水中深さ方向の線量分布の例を示す。図１１に示すように、炭素線による線量分布では、所定水中深さまでは線量が一定値となる平坦領域部７０を形成し、所定深さにおいて線量が急峻に変化するピーク領域部７１を形成する。また、図１２に、粒子線治療の際に患部形状に合わせて形成される拡大ブラッグピークによる深さ方向の線量分布例を示す。図１２では、所定の水中深さまで平坦領域部７０ａが続き、ピーク領域部７１ａで線量は急峻に増大し、その線量が平坦領域部７０ｂの深さ範囲で保持され、より深い位置でのピーク領域部７１ｂで線量が急峻に減少することが例示されている。
【００４９】
この実施の形態３では、図８に示したように、各々のセンサは深さ距離１９ａ（または１９ｂ等）だけ離れた二つの配置位置のいずれかに切り替えることができる。配置の切り替えは、例えば、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示したセンサ深さ切替装置（センサ移動装置の一つ。）５０ａ（５０ｂ等）によって行う。また、この二つの配置は、センサ１〜１０の深さ方向への配置ピッチの相違によって生じるものであり、センサ間の相対配置で規制される。また、この二つのセンサ配置は、第一と第二の深さピッチで、実施の形態１または実施の形態２のようにらせん状に配置される第一配置と第二配置をとる第一のケースと、第二配置だけは図９に示したように、全てのセンサが同じ深さに配置されるセンサ校正配置である第二のケースがある。
【００５０】
まず、上記第一ケースにおける線量分布測定装置の動作を説明する。
図８に示したように、センサ５またはセンサ１０または他のセンサはそれぞれ、二つの深さピッチ（配置ピッチ）をとりうる。そして、第一配置にセンサがある場合は、例えばセンサは実施の形態１と同じ配置で深さピッチが５ｍｍであるように各センサの位置が決まっている。第二配置では、センサ配置形態はらせん状であり、その深さ方向における配置ピッチだけが第一配置と異なり、例えば、０．２ｍｍのピッチで配置されている。そして、この２種類の深さピッチの切り替えは、例えば、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示した機構で実現できる。
【００５１】
深さ方向の線量分布を測定する際は、まず、センサ群２０の位置を図１１に示す平坦領域部７０に示す深さ位置に移動させる。平坦領域部７０では、線量が水中深さにほとんど依存せず、変動量が小さい。そこで、センサ群２０の配置はピッチの大きい第一配置にセットする。この状態で、粒子線ビーム１３を所定計画通りに照射し、線量の計測を行う。
この第一配置では、測定される点のピッチは５ｍｍになる。
【００５２】
次に、センサ群２０を図１１に示すピーク領域部７１の深さ位置に移動させる。ピーク領域部７１では、線量が急峻に変化するピーク部があり、水中深さに依存した線量の変化が大きい。この位置で、図１０（ａ）に示したパイプ３８を経由して圧力空気を風船３７に充填し、バネ３６が収縮し、センサ保持部材６０は上昇し、位置きめストッパー１５ａに当接し、図１０（ｂ）に示した状態で止まる。この切り替えが、第一、第二配置で移動をともなわないセンサ（５）以外のすべてのセンサについて実施される。これにより、センサ群２０の配置は第二配置に切り替えられる。この第二配置では、深さ方向のピッチが例えば０．２ｍｍと、第一配置よりも小さいピッチとなる。このセンサ配置において、センサ群２０の深さ位置を図１１に示すピーク領域部７１にあわせるようにスキャンし、深さ方向の線量分布を測定する。図１２の線量分布の場合、平坦領域部７０ａ、７０ｂは、ピッチの大きい第一配置で、ピーク領域部７１ａ、７１ｂはピッチの小さい第二配置で測定する。
【００５３】
この実施の形態３によれば、分布の急峻度に応じて、センサの配置ピッチを容易に切り替えることができ、線量分布測定を行なうようにしたので、より短時間に効率よく、測定精度維持したまま、複雑な深さ方向の線量分布を測定できるという効果が得られる。
【００５４】
次に、本発明による実施の形態３の上記第二ケースについて、線量分布測定装置の動作を説明する。第二ケースの第一配置では、第一ケースと同様に所定配置ピッチでの深さ方向線量分布を測定できる。一方、第二ケースの第二配置は、全てのセンサが同一深さのセンサ校正配置であり、センサ間の深さ方向の配置ピッチが０ｍｍの状態となる。センサ校正時には、図１０（ａ）、図１０（ｂ）で示すようなセンサ深さ切替装置５０ａ（５０ｂ等）を用い、センサ群２０を第二配置つまり、センサ校正配置に切り替え、粒子線を所定条件と所定量を照射し、各センサの出力を記録する。
【００５５】
続いて、センサ回転装置（センサ群回転手段）２３を用いて、全センサをＺ軸１２周りに所定角度（図９の符号２６で示す角度ステップに相当する角度。）だけ回転させ、全てのセンサを、回転前の隣のセンサの位置と重なるように配置する。この状態で、第二回目の測定を行なう。この第二回目の測定では、回転する前に行なった照射と全く同じ条件で行なうのが望ましい。照射によって形成される線量分布は均一ではなくても後述校正が可能である。そして、この第二回目のセンサ出力を記録する。このようにして、センサ校正配置において行なった２回の測定結果から、各々のセンサ感度の相対校正を簡単な比例計算で求めることができる。
このように、本発明による実施の形態３の第二ケースに示したように計測を行うことで、線量測定センサの相対感度を容易に校正できるという効果が得られる。
【００５６】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について、図１３〜１５を用いて線量分布測定装置の構成と動作を説明する。上述の実施の形態３では、複数のセンサを水タンク１４の下方部の支持台２１から上向きに突出するガイド部材１７ａに嵌合させて保持した例を示したが、この実施の形態４では、水タンク１４の上方部から水タンク１４内下方へ沈下させたガイド部材１７ｂにセンサ１（〜ｎ）を保持させた場合について説明する。
【００５７】
この実施の形態４の線量分布測定装置においては、複数のセンサ１〜ｎ（１０）よりなるセンサ群２０の配置は上述の実施の形態１、２と同様のらせん配置である。図１３、１４では第一のセンサ１と第二のセンサ１０のみを例示している。センサ１はセンサ保持部材１６ｂに固定され、センサ保持部材１６ｂは、深さ方向に沿ってセンサ１の移動をガイドするガイド部材１７ｂに支持されている。ガイド部材１７ｂは、上述したように水タンク１４上方部に固定され、下端が水中に沈下された状態である。また各センサ毎に、深さ方向にセンサを移動させるセンサ移動装置４０が水タンク１４の上方縁部に設けられ、センサ移動範囲１９ａ（センサ１０に対応するのは１９ｃ。）内において任意の深さ位置に停止させて配置することができる。上述の実施の形態３では、一つのセンサは、配置ピッチの切り替えで二つの深さのいずれかに変更できることを示したが、この実施の形態４では、定められたセンサ移動範囲１９ａ（１９ｃ等）内の任意の深さにセンサを配置することが可能である。
【００５８】
なお、複数のセンサはＺ軸１２周りに、ほぼ等円周角間隔で配置されている。例えば、センサ数が１０個の場合は、隣あったセンサ間は約３６度だけ離れた配置となっている。さらに、図１３の線量分布測定装置には、Ｚ軸１２周りにセンサ群２０を１間隔に相当する角度だけ回転させる回転機構（図示せず）が設けられている。
【００５９】
測定配置をとる場合、図１３に示すように、センサ移動装置４０によって、第一のセンサ１は一番浅い位置に設定され、第二のセンサ１０は一番深い位置に設定されている。センサ１とセンサ１０はその配置角度が約１８０度異なる。センサ１とセンサ１０以外のセンサは前記図２等に示したように、深さ順にセンサ１との相対角度が次第に増大するように配置される。この測定配置に対応してセンサ深さ位置情報と配置角度情報は、制御装置４１内に設けられたセンサ配置記憶部に記憶される。なお、図１３、１４では、センサを移動させるための駆動装置は略記している。また、センサ校正配置をとる場合、図１４に示すように、センサ移動装置４０によって、すべてのセンサが同一深さに移動される。計測時と同様に、このセンサ校正配置に対応した深さ位置情報は制御装置のセンサ配置記憶部に記憶される。
【００６０】
次に、本発明による実施の形態４の線量分布測定装置の動作を説明する。測定を開始する前は、図１３に示したように、制御装置４０のセンサ記憶部に記録されたセンサ測定配置情報（Ｚ軸１２方向ピッチを含む、Ｚ軸上配置情報。）に従って、制御装置４０内のピッチ変更制御部から指令が出され、すべてのセンサ１〜ｎ（１０）が各々のセンサ移動装置４０によって移動され、上記測定配置に設定される。次に、制御装置４１から指令が出され、粒子線ビーム１３が計画した条件に従って照射される。各々のセンサ出力値は制御装置４１の所定記憶装置に記憶される。これで、所定深さ範囲内の１０箇所の深さ位置における線量が測定される。続いて、必要に応じて、制御装置４１はすべてのセンサの深さ位置を同じ量だけ深くまたは浅くなる方向へ移動するよう、センサ移動装置４０を制御し、異なる深さ領域の線量分布を測定する。これを繰返して、必要深さ範囲の線量分布を得ることができる。
【００６１】
また、測定点数または測定ピッチの異なる複数の測定位置配置情報を制御装置４１の所定記憶媒体に記憶し、測定時に選択的に呼び出して、深さ方向線量分布を測定してもよい。その結果、図１１と図１２に例示したような線量分布を測定する際に、線量変化度合いに応じて測定ピッチを自在に調整し、変更することができるという効果があり、より高精度な測定結果を得ることができる。
【００６２】
次に図１４を用いて、この実施の形態４によるセンサ校正方法を説明する。制御装置４１内の所定記憶媒体に記憶したセンサ校正配置情報に基づき、すべてのセンサを図１４に示すように、同じ深さに設定する。そして、粒子線ビーム１３を計画した条件（条件Ａとする）に従って照射する。そして、各センサの出力｛Ｃｉ，ｉ＝１，２，…，ｎ；ｎ＝１０｝を記憶装置に記録する。
【００６３】
続いて、後述するセンサ回転装置を用いて、すべてのセンサをＺ軸１２周りに約３６度（１間隔分）だけ回転させる。この状態において、粒子線ビーム１３を前記条件Ａと同じ条件で照射する。この２回目の照射で得られた各センサの出力｛Ｄｉ，ｉ＝１，２，…，ｎ；ｎ＝１０｝を制御装置４１の記憶媒体に記憶させる。このようにして、例えば、センサ１０とセンサ９は同じ深さ位置と同じ角度位置で同じ照射条件Ａにおいて線量を測定したことになる。なお、回転方向が逆の場合は、センサ１０とセンサ１の測定値を比較する。同じ位置で計測した測定値は同じであるべきとういう条件の下、それぞれの出力値（Ｃ１０とＤ９）を用いれば、センサ１０とセンサ９の相対感度係数が求められる。同様に、他の隣あったセンサについても同様のことが言える。このようにして、必要に応じて、センサ１〜１０の相対感度係数を２回の測定によって得ることができ、個別のセンサ毎に校正を行う場合と比較して、センサ校正に要する時間を大幅に短縮できるという効果が得られる。
【００６４】
なお、センサ校正の際、センサをＺ軸１２周りに回転させる手段として、各々のセンサに付いているセンサ移動装置４０とガイド部材１７ｂを一体にして、複数のセンサ移動装置４０を個別にＺ軸１２周りの任意の角度に回転させる回転装置を設ける以外に、全センサを一つの回転駆動機構で回転させる回転装置を設けることもできる。なお、一つの回転装置でセンサ群を回転させる場合は、個々のセンサ毎に回転装置を設ける場合よりも低コストな回転装置とすることができる。
【００６５】
また、別の回転装置として、図１５にセンサおよび水タンク１４の概略平面図を示すように、複数のセンサ移動装置４０（センサおよびその支持移動機構よりなるセンサ部４２が固定されている。）を水タンク１４に固定して一体とし、Ｚ軸１２の周りに、水タンク１４自体を回転させるタンク回転装置４３を設けても良い。なお、水タンク１４を回転させる際は、水タンク１４の水を減らした状態で行い、回転後に再び必要な水を蓄えるようにして回転時に生じる負荷を低減することも可能である。このように構成することで、センサ回転装置は低トルクなもので足りるという効果がある。
また、粒子線治療装置の場合、患者を載せるための治療台が設けられているため、その治療台付属の回転機構を用いて、センサの回転を行う構成とすることもできる。この場合、深さ方向の線量分布測定装置を低コストで構成できるというメリットがある。
【００６６】
実施の形態５．
次に、本発明による線量分布測定装置のセンサ校正方法について図１６のフローチャートを用いて説明する。
まず、第一ステップ５１において、実施の形態１、２、４に示したセンサ移動装置４０を用いてセンサ群２０をセンサ校正配置に移動させる。このセンサ校正配置では、すべてのセンサは同じ深さ位置に配置される。なお、センサ群２０を制御するための制御装置４１には、センサの仮想円筒形１１の外周上における配置角度情報ならびに、水タンク１４内のＺ軸１２方向おける位置（深さ）情報を記録するセンサ配置記憶部が設けられており、センサの配置情報と、後述するセンサの計測結果とを対応させて処理するように構成されている。
【００６７】
次に、第二ステップ５２において、制御装置４１から指令を出し、粒子線ビーム１３を照射する。この時の照射条件を条件Ａとする。照射条件Ａは例えば、粒子線のビームエネルギー、電流値、照射野形成条件などを含む。更に、照射条件Ａには、照射する総粒子数も含まれることが望ましい。また、同じ条件下で照射を繰返した際に、水中において、２パーセント以内でほぼ同じ線量分布を形成できるような条件が望ましい。
【００６８】
次に、第三ステップ５３において、前記第二ステップ５２で照射した粒子線ビーム１３をセンサ群２０によって測定し、測定結果を得る。ここで、例えばセンサ群２０はセンサ１〜１０の１０個であり、測定結果であるセンサ出力｛Ｃｉ，ｉ＝１，２，…ｎ；ｎ＝１０｝（第一の計測値に相当する。）は制御装置４１内の測定値記録部に記録される。
【００６９】
次に、第四ステップ５４において、前記第三ステップ５３が終わると、センサ群２０をセンサ群回転手段（例えば図１５のセンサ回転装置４３。）を用いてＺ軸１２周りで約３６度（複数のセンサが等角度間隔で配置された時の１間隔分に相当する角度。）だけ回転させる。センサ群回転手段の制御は、制御装置内の回転角度制御部によってなされる。ここで、１０個のセンサはほぼ等角度間隔で配置しているため、回転後は全てのセンサが隣あったセンサの回転前角度位置に移動される。実施の形態１で示したセンサの二本らせん配置の場合、図９のセンサ校正配置において、第四ステップ５４での回転によって、センサ１０→センサ９へ、センサ９→センサ７へ、センサ７→センサ５へ、センサ５→センサ３へ、センサ３→センサ１へ、センサ１→センサ２へ、センサ２→センサ４へ、センサ４→センサ６へ、センサ６→センサ８、センサ８→センサ１０へと回転する。
【００７０】
次に、第五ステップ５５において、前記第二ステップ５２と同じ照射条件（条件Ａ）にて、粒子線ビーム１３を照射する（第二回目）。粒子線ビーム１３によって水中で形成される線量分布がセンサ１〜センサ１０によって測定される。
次に、第六ステップ５６において、前記第五ステップ５５の測定で得られる各センサの出力｛Ｄｉ，ｉ＝１，２，…ｎ｝を制御装置４１の測定値記録部に記録させる。
【００７１】
次に、第七ステップ５７において、前記第三ステップ５３と前記第六ステップ５６で記録したセンサの出力｛Ｃｉ，ｉ＝１，２，…，ｎ｝と｛Ｄｉ，ｉ＝１，２，…ｎ｝を用いて、センサの相対感度係数｛Ｇｉｊ，ｉ＝１，２，…，ｎ、ｊ＝１，２，…，ｎ｝を計算する。各センサのゲインを｛Ｇｉ，ｉ＝１，２，…，ｎ｝と、回転前の各センサ位置で形成した線量値を｛Ｓｉ，ｉ＝１，２，…，ｎ｝とした場合、センサ１０は回転した後、回転前のセンサ９と同じ位置にあるため、次の式（式２、式３）が成り立つ。
Ｄ10=Ｇ10*Ｓ9      （式２）
Ｃ9=Ｇ9*Ｓ9        （式３）
【００７２】
従って、Ｇ10／Ｇ9＝Ｄ10／Ｃ9またはＧｉｊ（ｉ＝１０，ｊ＝９）＝Ｄ10／Ｃ9となり、他のセンサに対しても同様に、Ｇｉｊ＝Ｄｉ／Ｃｊの関係が得られる。
但し、ｊは センサ校正配置においてｉの隣のセンサを指す。
このようにして、全てのセンサ間の相対感度係数を得ることができる。なお、Ｓｉはセンサ校正配置のセンサがある平面内における線量分布を表している。本発明による線量分布測定装置のセンサ校正法において、この｛Ｓｉ｝は必ずしも均一分布である必要がなくビーム形成上の許容度が大きい。そのため、深さ方向の線量分布測定装置の複数個センサの相対校正を簡単に行うことが可能となる。
【００７３】
また、図１６においては示していないが、第七ステップ５７で求めた相対校正係数の正確性を確認するため、最後に、得られた校正係数Ｇｉｊを用いて各センサを校正した後に、前記第三ステップ５３と前記第六ステップ５６で記録したセンサ出力ＣｉとＤｊ（ｊはセンサ校正配置においてｉの隣のセンサを指す。）が所定精度（例えば１％〜２%）内で等しいかをチェックするステップを設けることが有効である。このようなステップを設けることで、本発明による線量分布測定装置のセンサ校正方法の前提である前記２回の照射において、ほぼ同じ線量分布を形成するということを確認できる。そして、分布測定で非常に重要であるセンサ校正定数を常に正しく得ることを保証し易くなるという効果が得られる。
【００７４】
なお、複数のセンサ１〜１０よりなるセンサ群２０を、センサ校正配置に配置する方法は、上述した実施の形態１、２、４において示すように様々であり、個々のセンサの深さ方向における配置ピッチを変更し、深さ方向の位置を決めて、センサ間ピッチを０ｍｍ（同一深さ配置）とすることで校正配置とする場合や、個々のセンサをセンサ群全体の中間の深さに配置（図１４参照）させることで校正配置とする場合などがある。
【００７５】
また、実施の形態３の深さ方向の配置ピッチを切替えるタイプの線量分布測定装置にも、上述のセンサ校正方法を適用させることが可能であることは言うまでもない。その場合、センサの深さ方向の移動は、センサ深さ切替装置５０ａ（５０ｂ）によって行うものとする。また、センサの回転は、支持台２１を回転軸２２中心に回転させて行う。このように、センサの移動手段、回転手段によらず、図１６に示した校正フローを、本願発明の線量分布測定装置のセンサ校正に適用することができる。
【００７６】
いずれにしても、水が貯蔵された水タンク１４内に照射される放射線の線量分布を、複数のセンサによって上記放射線の照射方向に沿った軸上の異なる位置で測定する線量分布測定装置のセンサ校正方法において、上記軸を中心として伸びる仮想円筒形の周囲に等角度間隔で配置される複数の上記センサを、上記軸上の同一位置に配置するステップ、上記放射線を上記軸に沿って所定量Ａだけ照射するとともに複数の上記センサによって上記所定量Ａの放射線量を計測し、第一の計測値を得るステップ、上記仮想円筒形の軸周りに、複数の上記センサを回転させ、複数の上記センサを上記仮想円筒形の周方向に１間隔分だけずらせた配置とするステップ、上記軸に沿って上記放射線を所定量Ｂだけ照射するとともに複数の上記センサによって上記所定量Ｂ（上記の説明ではＡと同じ条件として例示したが、異なる線量を選択することも可能である。その場合、線量の相違に基づく補正が必要となる。）の放射線量を計測し、第二の計測値を得るステップ、上記第一、第二の計測値を用いて、複数の上記センサの相対感度を計算するステップを含むため、深さ方向の線量分布測定装置の複数個のセンサの相対校正を簡単に行うことが可能となる。
【００７７】
実施の形態６．
上述の実施の形態１等では、多数のセンサ（例えば１０個）を、直径３ｍｍ以上の仮想円筒形に対して所定方法で配置し、深部方向の線量分布装置を構成する例について説明した。この実施の形態６では、よりセンサ数を少なくした場合において、仮想円筒形の径（直径）をゼロ（Ｄ１＝０）とした場合について示す。
センサ数を２個とし、径が０である仮想円筒形（つまり、放射線が照射される軸に相当する。）の外周に、それらのセンサをらせん状となるように、角度および深さを振り分けて配置し、深部方向の線量分布を計測した場合、測定しようとしている元の深部線量分布を誤差１％程度の精度で測定できる場合があることを、発明者らは実験によって確かめることができた。センサ数が１０個と多数である場合に、仮想円筒径形の径０近辺におけるセンサ配置では誤差が大きくなり問題となっても、少数のセンサ数であれば、その誤差を１％以下に抑えることが可能となる。この際、異なる深さ位置にあるセンサが皆Ｄ１＝０における線量を測定できるので、Ｄ１＝０の軸上の深部線量分布により近い測定結果を得られる効果がある。
【００７８】
なお、構成する線量測定センサの有感部の周りの部材を、炭素など水に近い固体ファントムと呼ばれる素材で作成した場合、上記のセンサの有感部を同じ横方向位置（深さ方向と垂直する方向の位置)に配置した場合でも、センサを配置しなかった場合の線量分布とほぼ同じ分布を得ることが可能である。この場合、本発明のらせん状のセンサ配置を採用することで、センサ有感部に接続するリード線、高圧ケーブル、センサ支持部などはビームの照射方向から見て、十分離れた状態となり、センサ有感部で測定しようとしている部分の線量分布に対する干渉を抑えることができる。したがって、深部線量分布を精度よく測定できる効果が期待できる。
【００７９】
また、上述の実施の形態１等では、センサを水を蓄えた容器の中に配置しているとして発明の説明を行ったが、実際、これに限ることがなく、センサを上記のような固体ファントムの中に配置しても、同様に深部線量分布を精度よく測定できる。その場合、センサの回転動作については、固体ファントムと固体ファントム中に配置したセンサらを一体にしてビーム入射方向軸（Ｄ１＝０の軸）を中心にして回転させれば、上述の実施の形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８０】
１〜１０  センサ（１：第１のセンサ、１０：第二のセンサ）、
１１  仮想円筒形                        １１ａ  深さ方向測定範囲、
１１ｂ  仮想円筒直径                    １２    センサ配置中心軸（Ｚ軸）、
１３  粒子線ビーム                      １４  水タンク、
１４ａ  水面                            １５ａ、１８ａ  位置決めストッパー、
１６、１６ａ、１６ｂ、６０    センサ保持部材、
１７、１７ａ、１７ｂ  ガイド部材        １９ａ、１９ｂ、１９ｃ  センサ移動範囲、２０  センサ群                          ２１  支持台、
２２  回転軸                            ２３  駆動装置、
２４  センサ移動方向                    ２５  センサ回転方向、
２６  角度ステップ                      ３０  散乱した粒子線、
３０ａ  深さ方向距離                    ３０ｂ  水平方向距離、
３６  バネ                              ３７  風船、
３８  パイプ                            ３９  筒体、
４０  センサ移動装置                    ４１  制御装置、
４２  センサ部                          ４３  タンク回転装置、
５０ａ、５０ｂ  センサ深さ切替装置      ６１  枝体、
６２  幹体                              ６３  突起部、
７０、７０ａ、７０ｂ  平坦領域部        ７１、７１ａ、７１ｂ  ピーク領域部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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