(57)【要約】  高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、かつ静的および動的な不確定性の両方を排除した患者ＱＡを実現することを目的とする。  本発明の線量分布演算装置(10)は、治療対象の代替物であるファントム(21)に粒子ビーム(20)を照射する確認照射において、粒子線治療装置(50)が発生させた粒子ビーム(20)の粒子ビーム情報を測定装置によって測定し、この測定粒子ビーム情報を記憶するビーム情報記憶部（測定エネルギー記憶部(14)、測定電荷記憶部(12)、測定ビーム中心軸記憶部(13)）と、測定粒子ビーム情報（測定エネルギー(E)、測定ビーム量（測定電荷数(Q)）、測定ビーム中心軸位置(Px,Py)）に基づいて、照射線量分布（合計線量分布(Di)）を演算する合計線量演算部(15)と、を備えたことを特徴とする。
2017002231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線治療装置が走査装置により粒子ビームを治療対象において走査して粒子線治療を行う際に、前記粒子線治療装置が前記治療対象に付与する照射線量分布を演算する線量分布演算装置であって、
前記治療対象の代替物であるファントムに前記粒子ビームを照射する確認照射において、前記粒子線治療装置が発生させた前記粒子ビームの粒子ビーム情報を測定装置によって測定し、この測定粒子ビーム情報を記憶するビーム情報記憶部と、
前記測定粒子ビーム情報に基づいて、前記照射線量分布を演算する合計線量演算部と、を備えたことを特徴とする線量分布演算装置。
【請求項２】
前記粒子ビーム情報は前記粒子ビームのビーム量を含み、前記測定粒子ビーム情報は測定ビーム量を含むことを特徴とする請求項１に記載の線量分布演算装置。
【請求項３】
前記粒子ビーム情報は前記粒子ビームのエネルギーを含み、前記測定粒子ビーム情報は測定エネルギーを含むことを特徴とする請求項１に記載の線量分布演算装置。
【請求項４】
前記粒子ビーム情報は前記粒子ビームのビーム中心軸位置を含み、前記測定粒子ビーム情報は測定ビーム中心軸位置を含むことを特徴とする請求項１に記載の線量分布演算装置。
【請求項５】
前記粒子ビーム情報は、前記粒子ビームにおけるビーム量、エネルギー、ビーム中心軸位置を含み、
前記測定粒子ビーム情報は、測定ビーム量、測定エネルギー、測定ビーム中心軸位置を含むことを特徴とする請求項１に記載の線量分布演算装置。
【請求項６】
前記ビーム中心軸位置は、前記走査装置が前記粒子ビームの進路上に発生させた磁界強度に基づき演算されることを特徴とする請求項４または５に記載の線量分布演算装置。
【請求項７】
前記粒子ビーム情報は前記確認照射における複数の時刻において測定され、前記合計線量演算部はそれぞれの時間区間ごとの線量分布を全て加算することにより合計線量分布を演算することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の線量分布演算装置。
【請求項８】
前記粒子ビーム情報は、前記粒子ビームにおけるビーム量、エネルギー、ビーム中心軸位置を含み、
前記ビーム情報記憶部は、
前記粒子ビームのエネルギーを、前記確認照射における複数の時刻において測定した測定エネルギーを記憶する測定エネルギー記憶部と、
前記粒子ビームのビーム中心軸位置を、前記確認照射における複数の時刻において測定した測定ビーム中心軸位置を記憶する測定ビーム中心軸記憶部と、
前記粒子ビームのビーム量を、前記確認照射における複数の時刻において測定した測定ビーム量を記憶する測定ビーム量記憶部と、を含み、
前記合計線量演算部は、
前記粒子ビーム情報が測定された時間区間の同一区間における前記測定エネルギー及び前記測定ビーム量に基づいて求めた照射粒子数と、前記時間区間の同一区間における前記測定エネルギー及び前記測定ビーム中心軸位置に基づいて求めた、前記粒子ビームにおける１個の粒子によって付与される線量である単位粒子線量と、を積算した時間区間線量を、
全ての前記時間区間において加算することにより、前記治療対象の演算対象点における線量を演算することを特徴とする請求項１に記載の線量分布演算装置。
【請求項９】
前記合計線量演算部により演算された前記照射線量分布と、治療計画装置の出力する線量分布である計画線量分布とを比較し、前記治療対象における同一の演算対象点における前記照射線量分布と前記計画線量分布との差が許容判定値よりも大きい場合に、警告を発する計画線量比較部を、備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の線量分布演算装置。
【請求項１０】
前記合計線量演算部により演算された前記照射線量分布と、治療計画装置の出力する線量分布である計画線量分布とを比較し、同一の前記演算対象点における前記照射線量分布と前記計画線量分布との差が許容判定値よりも大きい場合に、警告を発する計画線量比較部を、備えたことを特徴とする請求項８に記載の線量分布演算装置。
【請求項１１】
前記ファントム中に設置された線量計によって測定された線量値と、前記合計線量演算部により演算された前記照射線量分布における、前記線量計の配置位置に対応する演算線量値とを比較し、２つの線量値の差が許容判定値よりも大きい場合に、警告を発する測定線量比較部を、備えたことを特徴とする請求項１から７、及び９のいずれか１項に記載の線量分布演算装置。
【請求項１２】
前記ファントム中に設置された線量計によって測定された線量値と、前記合計線量演算部により演算された前記照射線量分布における、前記線量計の配置位置に対応する演算線量値とを比較し、２つの線量値の差が許容判定値よりも大きい場合に、警告を発する測定線量比較部を、備えたことを特徴とする請求項８または１０に記載の線量分布演算装置。
【請求項１３】
前記粒子ビームにおけるビーム量に対する粒子数の比である比例計数と、前記粒子ビームの進行方向の線量分布であるｚ方向線量分布と、前記粒子ビームの進行方向に垂直なｘ方向の線量分布であるｘ方向線量分布と、前記粒子ビームの進行方向及び前記ｘ方向に垂直なｙ方向の線量分布であるｙ方向線量分布を記憶したデータベースを備え、
前記合計線量演算部は、
前記比例計数から、前記測定エネルギーに対応して選択した選択比例計数と、前記測定ビーム量とを積算することにより、前記照射粒子数を求め、
前記単位粒子線量を求める際に、
前記ｚ方向線量分布から、前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｚ方向線量と、
前記ｘ方向線量分布から、前記測定ビーム中心軸位置における前記ｘ方向の位置及び前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｘ方向線量と、
前記ｙ方向線量分布から、前記測定ビーム中心軸位置における前記ｙ方向の位置及び前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｙ方向線量と、を積算することにより、前記単位粒子線量を求めることを特徴とする請求項８、１０、１２のいずれか１項に記載の線量分布演算装置。
【請求項１４】
前記データベースは、前記走査装置による前記粒子ビームの前記ｘ方向の偏向角であるｘ方向キック角と、前記走査装置による前記粒子ビームの前記ｙ方向の偏向角であるｙ方向キック角を記憶しており、
前記合計線量演算部は、
前記選択ｘ方向線量を選択する際に、
前記ｘ方向キック角から、前記測定ビーム中心軸位置における前記ｘ方向の位置及び前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｘ方向キック角に基づいてｘ座標を演算し、
前記ｘ方向線量分布から、前記ｘ座標に対応する線量を前記選択ｘ方向線量として選択し、
前記選択ｙ方向線量を選択する際に、
前記ｙ方向キック角から、前記測定ビーム中心軸位置における前記ｙ方向の位置及び前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｙ方向キック角に基づいてｙ座標を演算し、
前記ｙ方向線量分布から、前記ｙ座標に対応する線量を前記選択ｙ方向線量として選択することを特徴とする請求項１３に記載の線量分布演算装置。
【請求項１５】
粒子線治療に必要なエネルギーの粒子ビームを発生させる粒子ビーム発生装置と、前記粒子ビームをビーム進行方向に対して垂直な２方向に偏向させ、照射対象の配置位置において前記粒子ビームを走査する走査装置と、前記粒子ビームを前記走査装置に輸送するビーム輸送装置と、前記粒子ビーム発生装置が発生させた前記粒子ビームのエネルギーを測定するビームエネルギー測定装置と、前記走査装置が前記粒子ビームの進路上に発生させた磁界強度に基づき演算してビーム中心軸位置を測定するビーム中心軸測定装置と、前記粒子ビーム発生装置が発生させた前記粒子ビームのビーム量を測定するビーム量測定装置と、前記粒子ビームによって前記照射対象に付与する照射線量分布を演算する線量分布演算装置と、備え、
前記線量分布演算装置は、請求項１から１４のいずれか１項に記載の線量分布演算装置であることを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項１６】
粒子線治療装置が走査装置により粒子ビームを治療対象において走査して粒子線治療を行う際に、前記粒子線治療装置が前記治療対象に付与する照射線量分布を演算する線量分布演算方法であって、
前記治療対象の代替物であるファントムに前記粒子ビームを照射する確認照射工程と、
前記粒子線治療装置が発生させた前記粒子ビームの粒子ビーム情報であるエネルギー、ビーム量、ビーム中心軸位置を、前記確認照射工程における複数の時刻において測定して、測定エネルギー、測定ビーム量、測定ビーム中心軸位置を収集するデータ測定工程と、
前記粒子ビーム情報が測定された時間区間毎における、前記測定エネルギー、前記測定ビーム中心軸位置、及び前記測定ビーム量に基づいて、前記照射線量分布を演算する合計線量分布演算工程と、を含み、
前記合計線量分布演算工程において、
前記時間区間の同一区間における前記測定エネルギー及び前記測定ビーム量に基づいて求めた照射粒子数と、前記同一区間における前記測定エネルギー及び前記測定ビーム中心軸位置に基づいて求めた、前記粒子ビームの１個における粒子によって付与される線量である単位粒子線量と、を積算した時間区間線量を、
全ての前記時間区間において加算することにより、前記治療対象の演算対象点における線量を演算することを特徴とする線量分布演算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽子や炭素イオンなどの粒子ビーム（粒子線）を腫瘍など患部に照射して治療を行う粒子線治療装置であって、粒子ビームを患部の３次元形状に合わせて所定の線量を照射するために用いる粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子線治療は、加速器等の機器を用いて陽子または炭素イオンなどの荷電粒子を数百メガ電子ボルト程度まで加速し、患者に照射することで体内の腫瘍に線量を付与し、がんを治療する方法である。このとき腫瘍に対して、医師により指示される線量分布、すなわち目標分布にできるだけ近い線量分布を形成することが重要である。多くの場合、目標分布は、腫瘍内において線量がなるべく均一であり、かつ腫瘍外において腫瘍内よりも線量ができるだけ低くなるような分布である。【０００３】
一般的に、加速器で加速された粒子ビームを物体（人体含む）に照射した場合、物体内での３次元線量分布はある一点で線量最大ピークを持つという特性がある。この線量最大ピークをブラッグピークと呼ぶ。また、３次元空間において一点で線量最大ピークを持つ場合、そのピーク位置をその粒子ビームの「照射位置」として定義する。以上のようなピーク構造を持つ粒子ビームを用いて、３次元的に目標分布を形成するためには何らかの工夫が必要である。【０００４】
目標分布を形成する方法のひとつに、スキャニング照射法がある。この方法を使用するためにはまず、電磁石等を用いて、粒子ビームの進行方向であるＺ方向に対して垂直な２方向、すなわちＸおよびＹ方向に、粒子ビームを任意に偏向する機構を用いる。さらに、粒子エネルギーの調整により、ブラッグピークが形成される位置をＺ方向に任意に調整する機能が必要である。一般的に、粒子ビームの輸送及び遮断を行う粒子ビーム発生輸送装置は、粒子ビームを加速する加速器を備え、この加速器はエネルギー調整機能も備えている。そして腫瘍内に複数の照射位置（スポットとも呼ぶ）を設定し、上記二つの機構を用いて、それぞれの照射位置に対して粒子ビームを順に照射していく。各照射位置にそれぞれ付与する線量のバランスをあらかじめ調整し決めておき、各照射位置に付与したそれぞれの線量分布を合算することで、結果的に目標分布を形成する。【０００５】
スキャニング照射法において、実際の照射には様々な不確定要素があるため、計算上は目標分布を得られるはずでも、実際に得られる線量分布は目標分布にならない可能性がある。不確定要素としては、例えば、粒子ビーム量の時間変化、走査電磁石の磁界の時間変化やヒステリシス、線量モニタの感度ばらつき、制御機器の信号遅れやノイズ、等がある。これらの影響により、実際の線量分布が計算値と異なってしまう可能性が考えられる。【０００６】
前記不確定性を排除するため、粒子線治療の計画を立案した後実際にビームを患者に照射する前に、計画となるべく同一の条件でファントム（患者代替物）に対してビーム照射を実施し、線量絶対値（絶対線量値）および線量分布を測定し、計画と合っているかどうかを確認する作業が行われるのが一般的である。この作業を患者ＱＡ（Quality  Assurance）と呼ぶ。ファントムには一般的には水槽に入れた水が使用されることが多く、水中に設置された線量測定装置を用いて線量を測定する。患者ＱＡの目的から考えて、腫瘍中心における絶対線量値だけでなくその周囲の線量分布も確認しておくことが望ましく、そのためには複数の測定点において線量を測定することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５５５５８２６号公報（００１５段、００３５段〜００４０段、図３）
【特許文献２】特許第４９３６７２３号公報（０００８段〜００１５段）
【非特許文献１】T.Inaniwa,  et  al.,  “Development  of  treatment  planning  for  scanning  irradiation  at  HIMAC”,  Nuclear  Instruments  and  Methods  in  Physics  Research  B  266(2008)2194-2198
【非特許文献２】日本医学物理学会２００８−２００９年度研究援助課題「強度変調放射線治療における吸収線量測定法の標準化に関する研究」研究報告書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
粒子線スキャニング照射において線量分布を測定する際に、通常の電離箱を用いた線量計を使用する場合、１回のスキャニング照射に対して１点でしか測定をすることができない。したがって、複数点で線量を測定する場合には、測定点の数と同数回のスキャニング照射を実施しなければならず、時間がかかる。また一般的な粒子線治療施設においては、１週間に照射可能なビーム照射量の上限が定められている。患者ＱＡは患者ごとに実施する必要があるため、患者ＱＡにかかる時間や照射回数が大きくなると、治療施設の受け入れ可能な、すなわち治療可能な患者数が少なくなってしまうという課題がある。【０００９】
上記課題を解決するための単純な方法として、多点の線量を一度で測定する方法が考えられる。例えば、放射線感受性フィルムを用いることによって、２次元面内の線量分布を一度に測定することが可能である。しかし、この方法では、フィルム生産におけるロットごとのばらつきや線量とフィルム感度の線質依存性等の問題があり、一般的に電離箱と比べると測定精度が低い。また、多点の線量を一度で測定する別の方法として、小さな電離箱を多数並べることも可能である。しかし、この方法では、工作精度や配線の難しさ等があり、電離箱の配置間隔を約１ｃｍよりも小さくすることは困難である。また、電離箱の電極に当たって散乱された粒子ビームが他の電離箱の測定値に影響を及ぼしてしまう可能性があり、やはり測定精度は低下すると考えられる。【００１０】
特許文献１には、患者特有のＩＭＲＴ検証を行う方法及びデバイスが記載されている。特許文献１のＩＭＲＴ検証方法は、２次元検出器（２次元線量検出器）の応答に基づいて、ビームに対応する照射光子フェルエンス（単位断面の球を通過する粒子数）の分布を再構築し、この再構築された照射光子フェルエンス分布に基づいて３次元の線量分布を計算する方法である。特許文献１のＩＭＲＴ検証方法は、２次元の測定情報だけから、標的の３次元画像における３次元の線量分布を得られるため高速な患者ＱＡが実現できる方法である。しかし、特許文献１のＩＭＲＴ検証方法は、３次元線量計算の高い精度ならびに高い位置分解能が要求されるような場合には、それに付随して２次元検出器における２次元検出の精度ならびに位置分解能も高くなければならず、２次元検出器の開発や製造や使用方法が困難になることが懸念される。【００１１】
特許文献２には、限られたデータ量を用いて放射線治療システムの放射線量分布の計算を行う方法及び装置が記載されている。特許文献２では、放射線ビームを表現するビーム品質指数を決定し、ビーム品質指数に基づいてパラメータ化した線量沈着カーネルを用いて放射線線量分布を求めている。この方法による患者ＱＡでは、装置ごとのばらつきや特性、患者の腫瘍形状や照射フィールド形状等に起因する線量計算の静的な不確定性を排除することは可能である。しかし、特許文献２の方法による患者ＱＡは、例えば、ビーム量の急激な時間的変化や、走査電磁石の電流値を変化させる制御回路の遅れやノイズ等の動的な不確定性を排除することは困難である。【００１２】
そこで、本発明は、粒子線スキャニング治療の患者ＱＡにおいて、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、かつ静的および動的な不確定性の両方を排除した患者ＱＡを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の線量分布演算装置は、粒子線治療装置が走査装置により粒子ビームを治療対象において走査して粒子線治療を行う際に、粒子線治療装置が治療対象に付与する照射線量分布を演算する線量分布演算装置であって、治療対象の代替物であるファントムに粒子ビームを照射する確認照射において、粒子線治療装置が発生させた粒子ビームの粒子ビーム情報を測定装置によって測定し、この測定粒子ビーム情報を記憶するビーム情報記憶部と、測定粒子ビーム情報に基づいて、照射線量分布を演算する合計線量演算部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の線量分布演算装置は、測定粒子ビーム情報に基づいて、照射線量分布を演算するので、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、かつファントム内の多数点での線量測定を必要とせず、静的および動的な不確定性の両方を排除した患者ＱＡを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１による患者ＱＡ実行の際の粒子線照射装置の概略構成図である。
【図２】図１の線量分布演算装置の構成を示す図である。
【図３】図２の機能ブロックを実現するハードウェア構成を示す図である。
【図４】図１の線量分布演算装置に入力されるデータ構造の例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１による患者ＱＡにおける合計線量分布と線量評価点の例を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態１による患者ＱＡの流れを説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態２による患者ＱＡ実行の際の粒子線照射装置の概略構成図である。
【図８】図７の線量分布演算装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による患者ＱＡ実行の際の粒子線照射装置の概略構成図である。図２は図１の線量分布演算装置の構成を示す図であり、図３は図２の機能ブロックを実現するハードウェア構成を示す図である。図４は図１の線量分布演算装置に入力されるデータ構造の例を示す図であり、図５は本発明の実施の形態１による患者ＱＡにおける合計線量分布と線量評価点の例を説明する図である。図６は、本発明の実施の形態１による患者ＱＡの流れを説明する図である。一般的に、粒子線スキャニング照射を実施する粒子線治療装置５０は、治療に必要なエネルギーの粒子ビーム２０を発生させる粒子ビーム発生装置１と、走査装置３を備えた粒子線照射装置へ粒子ビーム２０を輸送するビーム輸送装置２と、粒子ビーム２０をビーム進行方向であるｚ方向に対して垂直な２方向、すなわちｘ方向およびｙ方向に偏向させ、患者位置において粒子ビーム２０の走査が可能な走査装置３を備えている。
【００１７】
走査装置３は、粒子ビーム２０をｘ方向に偏向させるｘ方向走査電磁石４と、粒子ビーム２０をｙ方向に偏向させるｙ方向走査電磁石５を備えている。粒子線治療装置５０は、粒子ビーム発生装置１による粒子ビーム２０の出射開始および遮断と、走査装置３による粒子ビーム２０の走査とを制御する制御部（図示せず）と、走査装置３で走査された粒子ビーム２０が治療対象（患者）の各照射位置に照射される線量値を測定する線量測定装置７と、ｘ方向走査電磁石４及びｙ方向走査電磁石５で走査された粒子ビーム２０が通過するビームにおける通過位置（重心位置）やサイズを演算するためのビーム情報を検出する位置モニタ（図示せず）を備えている。
【００１８】
患者ＱＡを実行する際には、図１に示すように、治療の際に患者が固定される位置にファントム２１を配置する。患者ＱＡを実行する際の粒子線治療装置５０は、粒子ビーム発生装置１と、ビーム輸送装置２と、走査装置３と、ビームエネルギー測定装置６と、線量測定装置７と、ビーム中心軸測定装置８と、線量分布演算装置１０を備える。ビームエネルギー測定装置６は、粒子ビーム２０における粒子のエネルギーを測定する。ビームエネルギー測定装置６は、例えば、薄膜シンチレーション検出器などである。患者ＱＡを実行する際の線量測定装置７は、例えば、電離箱であり、粒子ビーム２０により発生する電離イオンの電荷数（単位電荷のカウント値）を測定する。電離イオンの電荷数は粒子ビーム２０のビーム量と１対１で対応する。ビーム中心軸測定装置８は、ｘ方向走査電磁石４及びｙ方向走査電磁石５により形成されるビーム中心軸の位置ｘ、ｙを測定する。具体的には、ビーム中心軸測定装置８は、走査装置３が粒子ビーム２０の進路上に発生させた磁界強度Ｂに基づき演算してビーム中心軸の位置であるビーム中心軸位置ｘ、ｙを測定する。ビーム中心軸位置ｘはｘ方向の位置であり、ビーム中心軸位置ｙはｙ方向の位置である。線量分布演算装置１０は、ビームエネルギー測定装置６により複数の時刻に、例えば所定の時間間隔Δｔで測定された測定エネルギーＥ（ｔ）と、線量測定装置７により複数の時刻に測定された測定電荷数Ｑ（ｔ）（測定ビーム量）と、ビーム中心軸測定装置８により複数の時刻に測定された測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）に基づいて、線量分布を演算する。粒子ビーム２０のエネルギーＥ、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙは、粒子ビーム２０の粒子ビーム情報である。測定エネルギーＥ（ｔ）、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ（ｔ））、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）は、測定粒子ビーム情報である。
【００１９】
線量分布演算装置１０は、図６のデータベース情報３６に記載した５つの情報を記憶したデータベース１１と、測定電荷数Ｑ（ｔ）を記憶する測定電荷記憶部１２と、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）を記憶する測定ビーム中心軸記憶部１３と、測定エネルギーＥ（ｔ）を記憶する測定エネルギー記憶部１４と、合計線量演算部１５と、計画線量比較部１６と、警告を知らせるディスプレーや警告ランプ等の警告表示部１８を備える。合計線量演算部１５、計画線量比較部１６は、プロセッサ９８がメモリ９９に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサ９８および複数のメモリ９９が連携して上記機能を実行してもよい。線量分布演算装置１０の詳細は後述する。
【００２０】
まず、スキャニング照射にて腫瘍体積（腫瘍領域）に付与する合計線量について説明する。スキャニング照射においては腫瘍体積（腫瘍領域）内に複数のスポットを設け、各スポットに適切な量の粒子ビーム２０を照射することで、例えば図５のように、所望の合計線量分布２５を形成する。スポット番号をｊ、ファントム２１内の線量評価点番号をｉ、ｊ番目のスポットに粒子を１個照射したときにｉ番目の線量評価点ｐｉに付与される線量をｄｉ，ｊ、ｊ番目のスポットに付与する粒子数をｗｊ、スポットの総数をｎとすると、全スポットに照射が完了した場合におけるｉ番目の線量評価点ｐｉに付与される合計線量Ｄｉは、式（１）のように表すことができる。
【００２１】
【数１】
2017002231.tif 000003
この各線量評価点ｐｉにおける合計線量Ｄｉが目標とする線量分布になるべく近くなるように、最適なスポットに付与する粒子数ｗｊを照射前に算出する工程が必要である。この工程を治療計画と呼ぶ。適宜、粒子数ｗｊをスポット粒子数ｗｊと呼ぶ。
【００２２】
図５は、治療計画で行うスポットの数及び位置とスポット粒子数ｗｊを決定した一例である。図５の縦軸は線量であり、横軸はｚ方向の位置である。図５では、簡単のためスポット配置も線量分布もｚ軸（ビーム進行方向）方向の１次元の例を示した。図５には、４個のスポットｓｐ１、ｓｐ２、ｓｐ３、ｓｐ４と、１３個の線量評価点ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５、ｐ６、ｐ７、ｐ８、ｐ９、ｐ１０、ｐ１１、ｐ１２、ｐ１３を示した。線量分布２６はスポットｓｐ１に照射したスポット粒子数による線量分布である。同様に、線量分布２７、２８、２９は、それぞれスポットｓｐ２、ｓｐ３、ｓｐ４に照射したスポット粒子数による線量分布である。合計線量分布２５は、線量分布２６、２７、２８、２９を足し合わせた線量分布である。腫瘍内における線量評価点は、８個あり、線量評価点ｐ３からｐ１０である。腫瘍外における線量評価点は、５個あり、線量評価点ｐ１、ｐ２、ｐ１１からｐ１３である。
【００２３】
図５に示すように、スポットｓｐ１からｓｐ４へ与える粒子数ｗｊを適切に決めることにより、合計線量分布２５を、腫瘍内では高く、腫瘍外では低くすることができている。図５ではスポット数が４個、線量評価点が１３個であったが、一般的には腫瘍サイズに合わせてもっと多くのスポットと線量評価点が短い間隔で配置される。また図５では簡単のためスポット配置も線量分布もｚ軸方向の１次元でしか表示していないが、実際には腫瘍形状に合わせてスポットはｘ軸方向及びｙ軸方向も含めた３次元に配置される。実際の腫瘍形状に合わせて、線量分布も３次元で計算される必要があるので、線量評価点も３次元に配置される。
【００２４】
一般的に、ビーム進行方向（ｚ方向）に垂直な方向であるｘ方向、ｙ方向のスポット位置は、ビームキック角によって決まり、ビームキック角は走査装置３の形成する磁界強度に依存して決まる。また、ビーム進行方向であるｚ軸方向のスポット位置は、粒子ビーム２０のビームエネルギーに依存して決まる。したがって、粒子線治療装置５０は、粒子ビーム２０のビームエネルギーと走査装置３の磁界強度を調整することで、スポット位置を調整している。
【００２５】
式（１）では、スポットごとの線量分布を足し合わせることで、ｉ番目の線量評価点ｐｉにおける合計線量分布を求めた。同一対象に対して粒子ビーム２０の照射が終了した後の線量分布は、時間毎に足し合わせることでも可能であり、式（１）と同様に、式（２）のように計算することが可能である。
【数２】
2017002231.tif 000004
【００２６】
ここで、式（２）は全照射時間をｍ個の時間区間に分けた場合である。ｋは時間区間の番号である。ｉ番目の線量評価点ｐｉにおいて、ｋ番目の時間区間において照射された粒子数をｗｋ、ｋ番目の時間区間において滞在していたビームの平均位置に１個の粒子ビームが照射された場合にｉ番目の線量評価点ｐｉに付与される線量（単位粒子線量）をｄｉ，ｋと定義している。時間間隔をじゅうぶん短くすれば、この式（２）は高い精度で線量分布を再現することが可能である。ここで、時間間隔は１スポットあたりの所要時間と同程度かそれよりも短いことが望ましく、例えば数十マイクロ秒から１ミリ秒程度が良いと考えられる。同一の時間区間における粒子数をｗｋと単位粒子線量ｄｉ，ｋとを積算したｗｋｄｉ，ｋは時間区間線量である。
【００２７】
ある時間区間において照射される粒子数ｗｋは、例えば、電離箱による線量測定装置７で測定することができる。一般的に電離箱は、粒子ビーム２０が通過したことで電気信号を発する機器であり、通過した粒子ビーム２０の粒子個数と発せられる電離イオンの電荷数（単位電荷のカウント値）との間には比例関係がある。したがって、ある時間区間の開始時から終了時までに発せられた総電荷数をＱｋ、総電荷数Ｑｋと粒子ビーム２０の粒子数ｗｋとの比例係数をＣ（Ｅ）とすると、式（３）のようにして粒子数ｗｋを求めることができる。総電荷数Ｑｋはビーム量を表しているので、比例係数をＣ（Ｅ）はビーム量に対する粒子数ｗｋの比と言うこともできる。なお、適宜、粒子数ｗｋを照射粒子数ｗｋと呼ぶ。
【００２８】
【数３】
2017002231.tif 000005
ここで、Ｅは粒子ビーム２０における粒子のエネルギーである。一般的に比例係数にはエネルギー依存性があり、比例係数は粒子ビーム２０における粒子のエネルギーＥを含む表式となっている。
【００２９】
比例係数Ｃ（Ｅ）は、患者ＱＡのためにファントム２１に粒子ビーム２０を照射するＱＡ照射（確認照射）を行う前に、前もって取得しておく必要がある。取得方法の一例としては、総電荷数Ｑｋｒと粒子数ｗｋｒとの比例係数が既知の参照用電離箱と、ＱＡ照射の時に実際に使用するＱＡ用電離箱とを用意して、測定値の比較により比例係数Ｃ（Ｅ）を求めることができる。具体的には、参照用電離箱をＱＡ用電離箱の下流側に配置し、一定のエネルギーＥの粒子ビーム２０を適切な量照射することにより、ＱＡ用電離箱の出力による粒子数ｗｋと、参照用電離箱の出力から求められる粒子数ｗｋｒとの比から、そのエネルギーに対する比例係数Ｃ（Ｅ）を求めることができる。エネルギーＥを変えて同様の測定を実施することで、任意のエネルギーＥに対する比例係数Ｃ（Ｅ）を知ることが可能となる。
【００３０】
治療で使用する可能性のある全てのエネルギーＥに対して、参照用電離箱及びＱＡ用電離箱による測定を行い、Ｃ（Ｅ）を取得してデータベースとして記憶することが理想である。しかし、測定の手間を省くため、いくつかのエネルギーＥに対してのみ測定を行い、その間を線形に補間して比例係数Ｃ（Ｅ）の関数を得るという方法も考えられる。この場合、補完を用いることによる近似精度を十分に検証し、把握しておく必要がある。
【００３１】
粒子ビーム２０における粒子のエネルギーＥは、例えば、薄膜シンチレーション検出器などのビームエネルギー測定装置６を用いることにより測定することができる。ビームエネルギー測定装置６の他の例として、粒子ビーム発生装置１から患者またはファントム２１にビームが輸送されるまでの経路において曲線部分があるような場合には、ビーム経路の曲線部分に配置された偏向電磁石の磁界を用いる方法が考えられる。具体的には、ビーム経路の曲線部分に配置された偏向電磁石のつくる磁界強度とビーム経路の曲率半径との関係からビームエネルギーを求めることが可能である。
【００３２】
式（２）における線量評価点が３次元の場合は、線量ｄｉ，ｋは次のように求めることができる。３次元線量分布ｄ（ｘ，y，ｚ）は、ｚ方向の線量分布とｘ方向の線量分布及びｙ方向の線量分布との積で近似することができることが知られている。Ｉｎａｎｉｗａらの論文（非特許文献１）では、１本のビームに対する３次元線量分布ｄ（ｘ，y，ｚ）を、式（４）のように、ｚ方向とｘ方向及びｙ方向のそれぞれの分布に因数分解する方法が紹介されている。
【数４】
2017002231.tif 000006
【００３３】
ここで、ｘ０およびｙ０は、深さｚにおける１本のビームの中心軸の座標である。この式（４）から分かるように、ｚ方向の線量分布はｘ方向の座標及びｙ方向の座標に依存せずｚ方向の座標とビームエネルギーＥ（ビームのエネルギーＥ）のみで決まるが、ｘ方向及びｙ方向の線量分布はｘ方向の座標及びｙ方向の座標とビームエネルギーＥだけでなく、ｚ方向の座標とビーム中心軸の位置（ｘ０，ｙ０）によっても変わる。前述したように、同一対象に対して粒子ビーム２０の照射が終了した後の線量分布は、スポットごとの線量分布を足し合わせることと同様に、時間毎に足し合わせることでも可能なので、線量評価点が３次元の場合における線量ｄｉ，ｋは、ｚ方向とｘ方向及びｙ方向のそれぞれの線量に因数分解して、式（５）のように表すことができる。
【数５】
2017002231.tif 000007
【００３４】
なお、ｄｚ（ｚ，Ｅ）は、任意のｚ座標に対してはｚ方向の線量分布であるが、一意のｚ座標に対してはそのｚ座標の線量の値であるので、ｚ座標が一意か任意かによって線量分布や線量を使い分ける。ｄｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）、ｄｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）についても同様であり、任意の（ｘ，ｙ）座標に対してはそれぞれｘ方向の線量分布、ｙ方向の線量分布であるが、一意の（ｘ，ｙ）座標に対してはその（ｘ，ｙ）座標の線量の値であるので、（ｘ，ｙ）座標が一意や任意かによって線量分布や線量を使い分ける。ｉ番目の線量評価点ｐｉはその座標（ｘ，ｙ，ｚ）が一意に決まっているので、ｄｚ（ｚ，Ｅ）、ｄｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）、ｄｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）は、それぞれｚ方向の線量、ｘ方向の線量、ｙ方向の線量である。任意のｉ番目の線量評価点ｐｉを考えた場合は、各方向の線量分布と表現している。また、同様にＤｉ、ｄｉ，ｋについても、線量評価点が一意か任意かによって線量分布や線量を使い分ける。一意の線量評価点に対して使う場合は、合計線量Ｄｉ、線量ｄｉ，ｋと表現し、任意の線量評価点に対して使う場合は、合計線量分布Ｄｉ、線量分布ｄｉ，ｋと表現する。
【００３５】
式（４）におけるビーム中心軸の位置は、式（６）で表されるローレンツ力に基づく解析的計算で求めることもできる。
【数６】
2017002231.tif 000008
ここで、式（６）におけるｑ、ｖ、Ｂは、それぞれ粒子の電荷、粒子の速度、粒子に与える磁界の磁束密度である。なお、式（６）及びローレンツ力の説明のみ、Ｂを磁束密度として説明する。
【００３６】
ビーム中心軸の位置は、事前に直接測定してデータベース化しておいても良い。すなわち、走査装置３よりも下流側に位置モニタを置いて、ある磁界強度Ｂの磁界を発生させて、あるビームエネルギーＥにおいて粒子ビーム２０を照射し、ビーム中心軸が通過した位置を測定すれば、走査装置３と位置モニタとの配置距離から粒子ビーム２０のキック角θが分かる。ビームのキック角から、任意の位置ｚ（ｚ座標）におけるビーム中心軸を基準にしたｘ座標及びｙ座標を算出することが可能となる。このビームのキック角θの測定も理想的には、治療で使用する可能性のある全てのエネルギーＥ及び磁界強度Ｂに対して事前に行っておくことが望まれるが、手間を省くため幾つかのデータを取得した後に線形補間を用いても良い。特に、磁界強度Ｂに関しては、ローレンツ力の定義から、磁界強度Ｂとキック角θとの間に線形関係があることが期待されるため、ある程度測定を省いて補間しても精度を落とさないことが可能であると期待できる。なお、ｘ方向のキック角θをθｘと表記し、ｙ方向のキック角θをθｙと表記する。また、キック角θは、磁界強度Ｂ、位置ｚ（ｚ座標）に依存するので、適宜、キック角θｘをθｘ（Ｂ，Ｅ）と表記し、キック角θｙをθｙ（Ｂ，Ｅ）と表記する。
【００３７】
式（４）及び式（５）のｚ方向の線量分布ｄｚ（ｚ，Ｅ）に関しては、Ｂｒａｇｇの式として知られる理論による計算も可能ではあるが、事前に水ファントム（ファントム２１）と線量計を用いて実際に測定し、データベース化しておくのが最も簡便であると考える。事前測定する場合は、水ファントム中に水を入れ線量計を配置し、粒子ビーム２０を照射しながら、線量計の位置をｚ方向に動かしていくことで、分布を得ることができる。この測定を実施する前に比例係数Ｃ（Ｅ）を取得するための測定を実施しておけば、そのときのＱＡ用電離箱を上流に配置しておくことで、照射された粒子数ｗと水ファントム中の線量ｄとを得ることができる。そして、その比を求めることで粒子１個に対する線量分布ｄｚ（ｚ，Ｅ）を知ることができる。
【００３８】
式（４）の線量分布ｄｘ（ｘ−ｘ０，ｚ，Ｅ）や式（５）の線量分布ｄｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）に関しては、ＭｏｌｉｅｒｅやＦｅｒｍｉ−Ｅｙｇｅｓ、Ｈｉｇｈｌａｎｄらによる多重散乱理論による計算が可能である。また、やはり事前に水ファントム（ファントム２１）と線量計を用いて実際に測定し、データベース化しておいても良い。この測定は線量分布ｄｚ（ｚ，Ｅ）の測定に比べ、線量分布がｘとｚの両方に依存して変化するため全てｘ、ｚに対して測定を実施する必要があるが、それは大変である。そこで、Ｇｅａｎｔ４等で知られるモンテカルロ・シミュレーション・ツールを用いれば、水ファントム（ファントム２１）中の任意の位置における、粒子１個あたりの線量を計算できる。具体的には、モンテカルロ・シミュレーションを実行する場合には、ファントム２１等の物の形状、粒子ビーム２０のエネルギーや電離の発生位置や発生方向、走査装置３の電磁石（ｘ方向走査電磁石４、ｙ方向走査電磁石５）により偏向されるビーム中心軸位置等の情報を入力することで、水ファントム（ファントム２１）中の任意の位置における、粒子１個あたりの線量を計算できる。したがって、モンテカルロ・シミュレーションを実行すれば、実測するよりも効率的にｘ方向の線量分布ｄｘ（ｘ−ｘ０，ｚ，Ｅ）や線量分布ｄｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）を得ることができる。ｙ方向の線量分布、すなわち式（４）の線量分布ｄｙ（ｙ−ｙ０，ｚ，Ｅ）や式（５）の線量分布ｄｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）についても同様である。
【００３９】
モンテカルロ・シミュレーション・ツールを用いた場合、１次元方向の線量分布だけでなく３次元線量分布ｄ（ｘ，y，ｚ）を直接求めることも可能であり、これを事前に計算してｄ（ｘ，y，ｚ）の情報をデータベースとして所持しておく方法も可能ではある。しかし、３次元に広がる線量分布を記憶装置に記憶しておくには多くのメモリー容量が必要となるため、記憶装置の性能と必要なデータ精度とを考慮して、どのような形でデータ保持するのが良いか検討する必要がある。
【００４０】
図６を用いて、本発明の患者ＱＡの流れを説明する。まず、ＱＡ照射を始めるよりも前（施設の立ち上げ時など）に、事前準備として、ここまでで説明した方法により必要なデータを取得し、データベース情報３６に記載した５つの情報を記憶したデータベース１１を作成しておく作業（データベース作成工程）が必要となる。１つ目のデータベースは、線量測定装置７の出力電荷数である測定電荷数Ｑ（ｔ）から粒子数ｗへ換算する係数、すなわち比例係数Ｃ（Ｅ）である。２つ目のデータベースは、ｚ方向の線量分布ｄｚ（ｚ，Ｅ）である。３つ目のデータベースは、ｘ方向の線量分布ｄｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）である。４つ目のデータベースは、ｙ方向の線量分布ｄｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）である。５つ目のデータベースは、走査装置３の電磁石（ｘ方向走査電磁石４、ｙ方向走査電磁石５）の形成する磁界強度Ｂと粒子ビーム２０のキック角θｘ（Ｂ，Ｅ）、θｙ（Ｂ，Ｅ）の換算テーブルである。
【００４１】
次に、実際に患者に治療を施す際には、まずＣＴ撮像を行い、腫瘍の位置や形状を特定した後に、治療計画装置による治療計画の立案を実施する（治療計画作成工程）。治療計画に基づいて粒子ビーム２０が患者に照射される（治療照射工程）という流れになるが、治療計画の立案から患者への照射までの期間のどこかで、患者ＱＡ作業（患者ＱＡ工程）は必要になる。患者ＱＡは一般的には患者へ照射の前日に行われることが多いと考えられるが、必ずしもそうである必要はない。
【００４２】
患者ＱＡの際には治療計画によって指示されるスポットごとの粒子数ｗｊに基づき、ファントム２１に対して粒子ビーム２０が照射される（ＱＡ照射工程）。このＱＡ照射工程は、確認照射を行う工程なので、確認照射工程と言うこともできる。ビーム照射中には、あらかじめ定められた時間区間Δｔごとに、測定値情報３７に記載した３つの測定値である測定電荷数Ｑ、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ、測定エネルギーＥが測定される（ＱＡデータ測定工程）。測定電荷数Ｑ（測定ビーム量）は、時間区間Δｔごとに測定された、線量測定装置７の電荷数である測定電荷数Ｑ（ｔ）（測定ビーム量の情報）の全データである。測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙは、時間区間Δｔごとに測定された、走査装置３のｘ方向走査電磁石４及びｙ方向走査電磁石５の磁界である測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）の全データである。測定エネルギーＥは、時間区間Δｔごとに測定された、粒子ビーム２０のビームエネルギーである測定エネルギーＥ（ｔ）の全データである。
【００４３】
測定電荷数Ｑ、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ、測定エネルギーＥは、それぞれ測定電荷記憶部１２、測定ビーム中心軸記憶部１３、測定エネルギー記憶部１４に記憶される。測定電荷数Ｑは測定ビーム量とも言うので、測定電荷記憶部は測定ビーム量記憶部とも言うこともできる。測定電荷数Ｑ、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ、測定エネルギーＥは、図４に記載した測定値記憶情報３５のテータ構造のようにまとめることができる。第１の測定区間を代表する時刻ｔ１に、測定電荷数Ｑ（ｔ１）、測定エネルギーＥ（ｔ１）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ１）、Ｐｙ（ｔ１）が測定される。時間区間Δｔが経過した時刻ｔ２に、測定電荷数Ｑ（ｔ２）、測定エネルギーＥ（ｔ２）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ２）、Ｐｙ（ｔ２）が測定される。時間区間Δｔが経過する度に、同様に測定電荷数Ｑ（ｔ）、測定エネルギーＥ（ｔ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）が測定される。最後の測定区間を代表する時刻ｔｎに、測定電荷数Ｑ（ｔｎ）、測定エネルギーＥ（ｔｎ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔｎ）、Ｐｙ（ｔｎ）が測定される。なお、測定電荷記憶部１２、測定ビーム中心軸記憶部１３、測定エネルギー記憶部１４は、線量分布演算装置１０の内部の記憶領域でなく、外の記憶領域であってもよい。
【００４４】
ＱＡ照射後に、測定電荷記憶部１２、測定ビーム中心軸記憶部１３、測定エネルギー記憶部１４に記憶された各情報（測定電荷数Ｑ、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ、測定エネルギーＥ）と、データベース１１の情報をもとに、線量分布演算装置１０はファントム２１内の合計線量分布Ｄｉを算出する（合計線量分布演算工程）。合計線量分布演算工程にて、演算結果情報３８に記載した３つの照射粒子数ｗｋ、線量分布ｄｉ，ｋ、合計線量分布Ｄｉを演算する。合計線量演算部１５は、式（３）により測定区間毎に比例係数Ｃ（Ｅ）と、総電荷数Ｑｋに相当する測定電荷数Ｑ（ｔ）から、照射粒子数ｗｋを演算する。また、合計線量演算部１５は測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ、測定エネルギーＥにより選択されたｚ方向線量分布ｄｚ（ｚ，Ｅ）、ｘ方向線量分布ｄｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）、ｙ方向線量分布ｄｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）に基づいて、式（５）により、線量分布ｄｉ，ｋを演算する。
【００４５】
合計線量演算部１５の演算動作を詳しく説明する。合計線量演算部１５は、測定エネルギーＥに該当する比例係数Ｃ（Ｅ）をデータベース１１から読み出し、測定電荷数Ｑ（ｔ）と比例係数Ｃ（Ｅ）とを積算して照射粒子数ｗｋを演算する。また、合計線量演算部１５における線量分布ｄｉ，ｋの演算を、ｉ番目の線量評価点ｐｉを例にして説明する。合計線量演算部１５は、ｉ番目の線量評価点ｐｉのｚ座標であり、かつ測定エネルギーＥに該当するｚ方向の線量、すなわち選択ｚ方向線量ｄｚを、データベース１１のｚ方向線量分布ｄｚ（ｚ，Ｅ）から導出する。
【００４６】
合計線量演算部１５は、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ及び測定エネルギーＥに該当するｘ方向のキック角（選択ｘ方向キック角）θｘ、ｙ方向のキック角（選択ｙ方向キック角）θｙを、データベース１１のビームキック角θｘ（Ｂ，Ｅ）、θｙ（Ｂ，Ｅ）から導出する。合計線量演算部１５は、ｘ方向のキック角θｘからｘ座標を演算し、このｘ座標、線量評価点のｚ座標及び測定エネルギーＥに該当するｘ方向の線量（選択ｘ方向線量）ｄｘを、データベース１１のｘ方向線量分布ｄｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）から導出する。合計線量演算部１５は、同様に、ｙ方向のキック角θｙからｙ座標を演算し、このｙ座標、線量評価点のｚ座標及び測定エネルギーＥに該当するｙ方向の線量（選択ｙ方向線量）ｄｙを、データベース１１のｙ方向線量分布ｄｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）から導出する。
【００４７】
合計線量演算部１５は、導出したｚ方向の線量ｄｚ、ｘ方向の線量ｄｘ、ｙ方向の線量ｄｙに基づいて、式（５）により３つの線量ｄｚ、ｄｘ、ｄｙを積算することで、線量ｄｉ，ｋを演算する。合計線量演算部１５は、線量評価点、時間区間ごとに線量ｄｉ，ｋを演算して、線量分布ｄｉ，ｋを求める。合計線量演算部１５は、既に演算した照射粒子数ｗｋ及び線量分布ｄｉ，ｋに基づいて、式（２）により合計線量分布Ｄｉを算出する。
【００４８】
また、線量分布演算装置１０は、計画線量比較部１６にて、算出した合計線量分布Ｄｉと、治療計画装置が出力する線量分布（計画線量分布）Ｄｉｐとを比較する。例えば、非特許文献２によると、投与線量精度は腫瘍領域で±３％、腫瘍外領域で±４％以内であることが推奨されている。計画線量比較部１６は、全ての線量評価点ｐｉにおいて線量を比較し、投与線量精度を式（７）のように演算する。
投与線量精度＝（Ｄｉ−Ｄｉｐ）／Ｄｉｐ      ・・・（７）
計画線量比較部１６は、演算した投与線量精度が、前記基準を上回る線量評価点が一つでもあった場合には、警告表示部１８に警告を表示する。
【００４９】
以上のように、実施の形態１の線量分布演算装置１０は、粒子線治療装置５０が走査装置３により粒子ビーム２０を治療対象において走査して粒子線治療を行う際に、粒子線治療装置５０が治療対象に付与する照射線量分布（合計線量分布Ｄｉ）を演算する線量分布演算装置１０であって、治療対象の代替物であるファントム２１に粒子ビーム２０を照射する確認照射において、粒子線治療装置５０が発生させた粒子ビーム２０の粒子ビーム情報を測定装置（ビームエネルギー測定装置６、線量測定装置７、ビーム中心軸測定装置８）によって測定し、この測定粒子ビーム情報を記憶するビーム情報記憶部（測定エネルギー記憶部１４、測定ビーム量記憶部（測定電荷記憶部１２）、測定ビーム中心軸記憶部１３）と、測定粒子ビーム情報（測定エネルギーＥ、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ）に基づいて、照射線量分布を演算する合計線量演算部１５と、を備えたことを特徴とする。実施の形態１の線量分布演算装置１０は、この特徴により、測定粒子ビーム情報に基づいて、照射線量分布を演算するので、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、かつファントム２１内の多数点での線量測定を必要とせず、静的および動的な不確定性の両方を排除した患者ＱＡを実現することができる。
【００５０】
また、実施の形態１の線量分布演算装置１０は、粒子ビーム情報が、粒子ビーム２０におけるビーム量、エネルギー、ビーム中心軸位置を含み、ビーム情報記憶部が、粒子ビーム２０のエネルギーを、確認照射における複数の時刻において測定した測定エネルギーＥ（ｔ）を記憶する測定エネルギー記憶部１４と、粒子ビーム２０のビーム中心軸位置を、確認照射における複数の時刻において測定した測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）を記憶する測定ビーム中心軸記憶部１３と、粒子ビーム２０のビーム量を、確認照射における複数の時刻において測定した測定ビーム量（測定電荷数Ｑ（ｔ））を記憶する測定ビーム量記憶部（測定電荷記憶部１２）と、を含んでいる。実施の形態１の線量分布演算装置１０の合計線量演算部１５は、粒子ビーム情報が測定された時間区間の同一区間における測定エネルギーＥ（ｔ）及び測定ビーム量（測定電荷数Ｑ（ｔ））に基づいて求めた照射粒子数ｗｋと、時間区間の同一区間における測定エネルギーＥ（ｔ）及び測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）に基づいて求めた、粒子ビーム２０における１個の粒子によって付与される線量である単位粒子線量（線量ｄｉ，ｋ）と、を積算した時間区間線量を、全ての時間区間において加算することにより、治療対象の演算対象点（線量評価点ｐｉ）における線量を演算することを特徴とする。実施の形態１の線量分布演算装置１０は、これらの特徴により、合計線量演算部１５が時間区間毎における、測定エネルギーＥ（ｔ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）、及び測定ビーム量（測定電荷数Ｑ（ｔ））に基づいて、照射線量分布を演算するので、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、かつファントム２１内の多数点での線量測定を必要とせず、静的および動的な不確定性の両方を排除した患者ＱＡを実現することができる。
【００５１】
実施の形態１の線量分布演算方法は、粒子線治療装置５０が走査装置３により粒子ビーム２０を治療対象において走査して粒子線治療を行う際に、粒子線治療装置５０が治療対象に付与する照射線量分布（合計線量分布Ｄｉ）を演算する線量分布演算方法であって、治療対象の代替物であるファントム２１に粒子ビーム２０を照射する確認照射工程（ＱＡ照射工程）と、粒子線治療装置５０が発生させた粒子ビーム２０の粒子ビーム情報であるエネルギー、ビーム量、ビーム中心軸位置を、確認照射工程（ＱＡ照射工程）における複数の時刻において測定して、測定エネルギーＥ、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙを収集するデータ測定工程（ＱＡデータ測定工程）と、時間区間の同一区間における、測定エネルギーＥ（ｔ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）、及び測定ビーム量（測定電荷数Ｑ（ｔ））に基づいて、照射線量分布（合計線量分布Ｄｉ）を演算する合計線量分布演算工程と、を含むことを特徴とする。実施の形態１の線量分布演算方法は、合計線量分布演算工程において、時間区間の同一区間における測定エネルギーＥ（ｔ）及び測定ビーム量（測定電荷数Ｑ（ｔ））に基づいて求めた照射粒子数ｗｋと、同一区間における測定エネルギーＥ（ｔ）及び測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）に基づいて求めた、粒子ビームの１個における粒子によって付与される線量である単位粒子線量（線量ｄｉ，ｋ）と、を積算した時間区間線量を、全ての時間区間において加算することにより、治療対象の演算対象点（線量評価点ｐｉ）における線量を演算することを特徴とする。実施の形態１の線量分布演算方法は、これらの特徴により、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、かつファントム２１内の多数点での線量測定を必要とせず、静的および動的な不確定性の両方を排除した患者ＱＡを実現することができる。
【００５２】
実施の形態１の粒子線治療装置５０は、粒子線治療に必要なエネルギーの粒子ビーム２０を発生させる粒子ビーム発生装置１と、粒子ビーム２０をビーム進行方向に対して垂直な２方向に偏向させ、照射対象の配置位置において粒子ビーム２０を走査する走査装置３と、粒子ビーム２０を走査装置３に輸送するビーム輸送装置２と、粒子ビーム発生装置１が発生させた粒子ビーム２０のエネルギーを測定するビームエネルギー測定装置６と、走査装置３が粒子ビーム２０の進路上に発生させた磁界強度に基づき演算してビーム中心軸位置を測定するビーム中心軸測定装置８と、粒子ビーム発生装置１が発生させた粒子ビーム２０のビーム量を測定するビーム量測定装置（線量測定装置７）と、粒子ビーム２０によって照射対象に付与する照射線量分布（合計線量分布Ｄｉ）を演算する線量分布演算装置１０と、備えることを特徴とする。実施の形態１の粒子線治療装置５０における線量分布演算装置１０は、治療対象の代替物であるファントム２１に粒子ビーム２０を照射する確認照射において、粒子線治療装置５０が発生させた粒子ビーム２０の粒子ビーム情報を測定装置（ビームエネルギー測定装置６、線量測定装置７、ビーム中心軸測定装置８）によって測定し、この測定粒子ビーム情報を記憶するビーム情報記憶部（測定エネルギー記憶部１４、測定ビーム量記憶部（測定電荷記憶部１２）、測定ビーム中心軸記憶部１３）と、測定粒子ビーム情報（測定エネルギーＥ、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ）に基づいて、照射線量分布を演算する合計線量演算部１５と、を備えたことを特徴とする。実施の形態１の粒子線治療装置５０は、これらの特徴により、測定粒子ビーム情報に基づいて、照射線量分布を演算するので、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、かつファントム２１内の多数点での線量測定を必要とせず、静的および動的な不確定性の両方を排除した患者ＱＡを実現することができる。
【００５３】
実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２による患者ＱＡ実行の際の粒子線照射装置の概略構成図であり、図８は図７の線量分布演算装置の構成を示す図である。実施の形態２の粒子線治療装置５０は、線量分布演算装置１０において、ファントム２１に設置した線量測定装置９の測定照射線量Ｄｔｏｔと合計線量演算部１５が演算した線量分布の同一座標における演算照射線量Ｄｔｏｔｒの値とを比較する測定線量比較部１７を備える点で、実施の形態１の粒子線治療装置５０と異なる。測定線量比較部１７は、図３に示したプロセッサ９８がメモリ９９に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサ９８および複数のメモリ９９が連携して上記機能を実行してもよい。
【００５４】
ＱＡ照射を行う際、ファントム２１内のどこか（例えばファントム２１として水槽を用いる場合、水槽の中心など）に線量測定装置９を配置しておく。線量測定装置９は、例えば電離箱である。線量測定装置９により、ＱＡ照射における全時間区間を合計した照射線量の絶対値（照射された絶対線量値）を測定することが可能である。線量分布演算装置１０は、測定線量比較部１７にて、線量測定装置９が測定した照射線量である測定照射線量Ｄｔｏｔを取り込み、測定照射線量Ｄｔｏｔと、合計線量演算部１５が出力する演算照射線量Ｄｔｏｔｒとを比較する。測定線量比較部１７は、線量測定装置９により測定された測定照射線量Ｄｔｏｔの値と、線量分布演算装置１０の合計線量演算部１５が出力する線量分布の同一座標における演算照射線量Ｄｔｏｔｒの値とを比較する。そして、測定線量比較部１７は、測定照射線量Ｄｔｏｔの値と演算照射線量Ｄｔｏｔｒの値との差が基準値（例えば３％）を上回った場合には、警告表示部１８に警告を表示する。
【００５５】
実施の形態２の線量分布演算装置１０は、計画線量比較部１６による合計線量分布Ｄｉと、治療計画装置の線量分布Ｄｉｐとの比較に基づく警告に加え、測定線量比較部１７による測定照射線量Ｄｔｏｔの値と演算照射線量Ｄｔｏｔｒの値との比較に基づく警告を表示することができる。実施の形態２の線量分布演算装置１０は、測定線量比較部１７を備えるので、実施の形態１よりも精度の高い患者ＱＡを実施することができる。実施の形態２の粒子線治療装置５０は、線量分布演算装置１０が測定線量比較部１７を備えるので、実施の形態１よりも精度の高い患者ＱＡを実施することができる。
【００５６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…粒子ビーム発生装置、２…ビーム輸送装置、３…走査装置、６…ビームエネルギー測定装置、７…線量測定装置、８…磁界測定装置、９…線量測定装置、１０…線量分布演算装置、１１…データベース、１２…測定電荷記憶部（測定ビーム量記憶部）、１３…測定ビーム中心軸記憶部、１４…測定エネルギー記憶部、１５…合計線量演算部、１６…計画線量比較部、１７…測定線量比較部、２０…粒子ビーム、２１…ファントム、５０…粒子線治療装置、ｐｉ…線量評価点（演算対象点）、Ｅ…測定エネルギー、Ｅ（ｔ）…測定エネルギー、Ｑ…測定電荷数（測定ビーム量）、Ｑ（ｔ）…測定電荷数（測定ビーム量）、Ｐｘ、Ｐｙ…測定ビーム中心軸位置、Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）…測定ビーム中心軸位置、Ｃ（Ｅ）…比例係数、ｄｉ，ｋ…線量（単位粒子線量）又は線量分布、ｗｋ…粒子数（照射粒子数）、Ｄｉ…合計線量又は合計線量分布（照射線量分布）、Ｄｉｐ…線量又は線量分布（計画線量分布）、Ｑｋ…総電荷数（ビーム量）、Ｄｔｏｔ…測定照射線量、Ｄｔｏｔｒ…演算照射線量、ｄｚ…ｚ方向の線量（選択ｚ方向線量）、ｄｘ…ｘ方向の線量（選択ｘ方向線量）、ｄｙ…ｙ方向の線量（選択ｙ方向線量）、ｄｚ（ｚ，Ｅ）…ｚ方向の線量又は線量分布（ｚ方向線量分布）、ｄｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）…ｘ方向の線量又は線量分布（ｘ方向線量分布）、ｄｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）…ｙ方向の線量又は線量分布（ｙ方向線量分布）、θｘ…ｘ方向のキック角（選択ｘ方向キック角）、θｙ…ｙ方向のキック角（選択ｙ方向キック角）、θｘ（Ｂ，Ｅ）…ｘ方向のキック角、θｙ（Ｂ，Ｅ）…ｙ方向のキック角
【図１】
2017002231.tif 000009
【図２】
2017002231.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017002231.tif 000014
【図７】
2017002231.tif 000015
【図８】
2017002231.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月15日(2018.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線治療装置が走査装置により粒子ビームを治療対象において走査して粒子線治療を行う際に、前記粒子線治療装置が前記治療対象に付与する照射線量分布を演算する線量分布演算装置であって、
前記治療対象の代替物であるファントムに前記粒子ビームを照射する確認照射において、前記粒子線治療装置が発生させた前記粒子ビームの粒子ビーム情報を測定装置によって測定し、この測定粒子ビーム情報を記憶するビーム情報記憶部と、
前記測定粒子ビーム情報に基づいて、前記照射線量分布を演算する合計線量演算部と、を備えたことを特徴とする線量分布演算装置。
【請求項２】
前記粒子ビーム情報は前記粒子ビームのビーム量を含み、前記測定粒子ビーム情報は測定ビーム量を含むことを特徴とする請求項１に記載の線量分布演算装置。
【請求項３】
前記粒子ビーム情報は前記粒子ビームのエネルギーを含み、前記測定粒子ビーム情報は測定エネルギーを含むことを特徴とする請求項１に記載の線量分布演算装置。
【請求項４】
前記粒子ビーム情報は前記粒子ビームのビーム中心軸位置を含み、前記測定粒子ビーム情報は測定ビーム中心軸位置を含むことを特徴とする請求項１に記載の線量分布演算装置。
【請求項５】
前記粒子ビーム情報は、前記粒子ビームにおけるビーム量、エネルギー、ビーム中心軸位置を含み、
前記測定粒子ビーム情報は、測定ビーム量、測定エネルギー、測定ビーム中心軸位置を含むことを特徴とする請求項１に記載の線量分布演算装置。
【請求項６】
前記ビーム中心軸位置は、前記走査装置が前記粒子ビームの進路上に発生させた磁界強度に基づき演算されることを特徴とする請求項４または５に記載の線量分布演算装置。
【請求項７】
前記粒子ビーム情報は前記確認照射における複数の時刻において測定され、前記合計線量演算部はそれぞれの時間区間ごとの線量分布を全て加算することにより合計線量分布を演算することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の線量分布演算装置。
【請求項８】
前記粒子ビーム情報は、前記粒子ビームにおけるビーム量、エネルギー、ビーム中心軸位置を含み、
前記ビーム情報記憶部は、
前記粒子ビームのエネルギーを、前記確認照射における複数の時刻において測定した測定エネルギーを記憶する測定エネルギー記憶部と、
前記粒子ビームのビーム中心軸位置を、前記確認照射における複数の時刻において測定した測定ビーム中心軸位置を記憶する測定ビーム中心軸記憶部と、
前記粒子ビームのビーム量を、前記確認照射における複数の時刻において測定した測定ビーム量を記憶する測定ビーム量記憶部と、を含み、
前記合計線量演算部は、
前記粒子ビーム情報が測定された時間区間の同一区間における前記測定エネルギー及び前記測定ビーム量に基づいて求めた照射粒子数と、前記時間区間の同一区間における前記測定エネルギー及び前記測定ビーム中心軸位置に基づいて求めた、前記粒子ビームにおける１個の粒子によって付与される線量である単位粒子線量と、を積算した時間区間線量を、全ての前記時間区間において加算することにより、前記治療対象の演算対象点における線量を演算することを特徴とする請求項１に記載の線量分布演算装置。
【請求項９】
前記合計線量演算部により演算された前記照射線量分布と、治療計画装置の出力する線量分布である計画線量分布とを比較し、前記治療対象における同一の演算対象点における前記照射線量分布と前記計画線量分布との差が許容判定値よりも大きい場合に、警告を発する計画線量比較部を、備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の線量分布演算装置。
【請求項１０】
前記合計線量演算部により演算された前記照射線量分布と、治療計画装置の出力する線量分布である計画線量分布とを比較し、同一の前記演算対象点における前記照射線量分布と前記計画線量分布との差が許容判定値よりも大きい場合に、警告を発する計画線量比較部を、備えたことを特徴とする請求項８に記載の線量分布演算装置。
【請求項１１】
前記ファントム中に設置された線量計によって測定された線量値と、前記合計線量演算部により演算された前記照射線量分布における、前記線量計の配置位置に対応する演算線量値とを比較し、２つの線量値の差が許容判定値よりも大きい場合に、警告を発する測定線量比較部を、備えたことを特徴とする請求項１から７、及び９のいずれか１項に記載の線量分布演算装置。
【請求項１２】
前記ファントム中に設置された線量計によって測定された線量値と、前記合計線量演算部により演算された前記照射線量分布における、前記線量計の配置位置に対応する演算線量値とを比較し、２つの線量値の差が許容判定値よりも大きい場合に、警告を発する測定線量比較部を、備えたことを特徴とする請求項８または１０に記載の線量分布演算装置。
【請求項１３】
前記粒子ビームにおけるビーム量に対する粒子数の比である比例係数と、前記粒子ビームの進行方向の線量分布であるｚ方向線量分布と、前記粒子ビームの進行方向に垂直なｘ方向の線量分布であるｘ方向線量分布と、前記粒子ビームの進行方向及び前記ｘ方向に垂直なｙ方向の線量分布であるｙ方向線量分布を記憶したデータベースを備え、
前記合計線量演算部は、
前記比例係数から、前記測定エネルギーに対応して選択した選択比例係数と、前記測定ビーム量とを積算することにより、前記照射粒子数を求め、
前記単位粒子線量を求める際に、
前記ｚ方向線量分布から、前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｚ方向線量と、
前記ｘ方向線量分布から、前記測定ビーム中心軸位置における前記ｘ方向の位置及び前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｘ方向線量と、
前記ｙ方向線量分布から、前記測定ビーム中心軸位置における前記ｙ方向の位置及び前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｙ方向線量と、を積算することにより、前記単位粒子線量を求めることを特徴とする請求項８、１０、１２のいずれか１項に記載の線量分布演算装置。
【請求項１４】
前記データベースは、前記走査装置による前記粒子ビームの前記ｘ方向の偏向角であるｘ方向キック角と、前記走査装置による前記粒子ビームの前記ｙ方向の偏向角であるｙ方向キック角を記憶しており、
前記合計線量演算部は、
前記選択ｘ方向線量を選択する際に、
前記ｘ方向キック角から、前記測定ビーム中心軸位置における前記ｘ方向の位置及び前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｘ方向キック角に基づいてｘ座標を演算し、
前記ｘ方向線量分布から、前記ｘ座標に対応する線量を前記選択ｘ方向線量として選択し、
前記選択ｙ方向線量を選択する際に、
前記ｙ方向キック角から、前記測定ビーム中心軸位置における前記ｙ方向の位置及び前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｙ方向キック角に基づいてｙ座標を演算し、
前記ｙ方向線量分布から、前記ｙ座標に対応する線量を前記選択ｙ方向線量として選択することを特徴とする請求項１３に記載の線量分布演算装置。
【請求項１５】
粒子線治療に必要なエネルギーの粒子ビームを発生させる粒子ビーム発生装置と、前記粒子ビームをビーム進行方向に対して垂直な２方向に偏向させ、照射対象の配置位置において前記粒子ビームを走査する走査装置と、前記粒子ビームを前記走査装置に輸送するビーム輸送装置と、前記粒子ビーム発生装置が発生させた前記粒子ビームのエネルギーを測定するビームエネルギー測定装置と、前記走査装置が前記粒子ビームの進路上に発生させた磁界強度に基づき演算してビーム中心軸位置を測定するビーム中心軸測定装置と、前記粒子ビーム発生装置が発生させた前記粒子ビームのビーム量を測定するビーム量測定装置と、前記粒子ビームによって前記照射対象に付与する照射線量分布を演算する線量分布演算装置と、備え、
前記線量分布演算装置は、請求項１から１４のいずれか１項に記載の線量分布演算装置であることを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項１６】
粒子線治療装置が走査装置により粒子ビームを治療対象において走査して粒子線治療を行う際に、前記粒子線治療装置が前記治療対象に付与する照射線量分布を演算する線量分布演算方法であって、
前記治療対象の代替物であるファントムに前記粒子ビームを照射する確認照射工程と、
前記粒子線治療装置が発生させた前記粒子ビームの粒子ビーム情報であるエネルギー、ビーム量、ビーム中心軸位置を、前記確認照射工程における複数の時刻において測定して、測定エネルギー、測定ビーム量、測定ビーム中心軸位置を収集するデータ測定工程と、
前記粒子ビーム情報が測定された時間区間毎における、前記測定エネルギー、前記測定ビーム中心軸位置、及び前記測定ビーム量に基づいて、前記照射線量分布を演算する合計線量分布演算工程と、を含み、
前記合計線量分布演算工程において、
前記時間区間の同一区間における前記測定エネルギー及び前記測定ビーム量に基づいて求めた照射粒子数と、前記同一区間における前記測定エネルギー及び前記測定ビーム中心軸位置に基づいて求めた、前記粒子ビームにおける１個の粒子によって付与される線量である単位粒子線量と、を積算した時間区間線量を、
全ての前記時間区間において加算することにより、前記治療対象の演算対象点における線量を演算することを特徴とする線量分布演算方法。
【国際調査報告】
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