(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器により加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置の先端側に設けられたボーラス装置が少なくも１つ備える、凹部を備えた基本ボーラス、または同一形状部品を組み合わせた基本ボーラスの選択情報である選択パラメータを含む治療計画データを作成する治療計画装置であって、
前記基本ボーラスは、異なる照射対象にも使用可能であり、当該基本ボーラスを通過する前記荷電粒子ビームの飛程を調整し、前記荷電粒子ビームが照射される照射野の深さ方向の形状を形成する構造品であり、
１つの前記基本ボーラスからなる単体ボーラス、または複数の前記基本ボーラスを積み上げた組合せボーラスの候補を選定する治療計画データ作成部と、
前記治療計画データ作成部により選定された前記単体ボーラスまたは前記組合せボーラスを通過して形成される前記荷電粒子ビームの照射野の線量分布を計算する線量分布計算部と、
前記線量分布計算部で計算された前記線量分布の情報を表示装置に表示する線量分布情報表示部を備え、
前記治療計画データ作成部は、治療計画の際に前記照射対象を撮影した画像データにおける前記照射対象の体表面からビーム軸方向奥側までの深さ分布と、ボーラス形状データ群格納部に格納された前記基本ボーラスの厚み分布情報に基づいて、前記単体ボーラスまたは組合せボーラスを選定することを特徴とする治療計画装置。
【請求項２】
前記治療計画データ作成部は、前記照射対象の前記深さ分布と前記基本ボーラスの前記厚み分布情報とに基づく評価関数の値が設定値以内になる単体ボーラスまたは組合せボーラスを選定することを特徴とする請求項１記載の治療計画装置。
【請求項３】
加速器により加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置の先端側に設けられると共に、同一形状部品である葉状ボーラスを組み合わせた基本ボーラスの複数を備えた多葉ボーラスからなるボーラス装置における、前記葉状ボーラスの配置情報である選択パラメータを含む治療計画データを作成する治療計画装置であって、
複数の前記基本ボーラスは、前記荷電粒子ビームのビーム軸と垂直な方向に短手方向を揃えて配置されており、
前記基本ボーラスは、
異なる照射対象にも使用可能であり、当該基本ボーラスを通過する前記荷電粒子ビームの飛程を調整し、前記荷電粒子ビームが照射される照射野の深さ方向の形状を形成する構造品であり、
前記ビーム軸と垂直な方向でかつ前記短手方向と異なる長手方向に、前記荷電粒子ビームが通過する厚みが単調に変化する前記葉状ボーラスを２つ有し、
２つの前記葉状ボーラスが、前記厚み方向に重なるように配置され、かつ前記長手方向に移動可能に配置されており、
１つの前記多葉ボーラス、または２つの前記多葉ボーラスを積み上げた多段ボーラスの候補を選定する治療計画データ作成部と、
前記治療計画データ作成部により選定された前記多葉ボーラスまたは前記多段ボーラスを通過して形成される前記荷電粒子ビームの照射野の線量分布を計算する線量分布計算部と、
前記線量分布計算部で計算された前記線量分布の情報を表示装置に表示する線量分布情報表示部を備え、
前記治療計画データ作成部は、
前記葉状ボーラスの配置を変化させた、前記多葉ボーラスまたは前記多段ボーラスの厚み分布である合計厚み分布を計算し、
前記合計厚み分布と、治療計画の際に前記照射対象を撮影した画像データにおける前記照射対象の体表面からビーム軸方向奥側までの深さ分布に基づいて、前記多葉ボーラスまたは多段ボーラスを選定することを特徴とする治療計画装置。
【請求項４】
前記治療計画データ作成部は、前記照射対象の前記深さ分布と前記多葉ボーラスの前記厚み分布とに基づく評価関数の値が設定値以内になる多葉ボーラスまたは多段ボーラスを選定することを特徴とする請求項３記載の治療計画装置。
【請求項５】
前記選択パラメータを作成する対象である前記ボーラス装置は、前記多葉ボーラスを２つ備えた前記多段ボーラスであり、
２つの前記多葉ボーラスは、前記ビーム軸の方向に重ねて配置され、かつ前記基本ボーラスの前記長手方向が互いに垂直になるように配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の治療計画装置。
【請求項６】
加速器により加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置の先端側に設けられると共に、２つの同一形状部品であるブロックボーラスからなるブロックボーラス体が組み合わされた基本ボーラスの複数を備えた多ブロックボーラスからなるボーラス装置における、前記ブロックボーラスの配置情報である選択パラメータを含む治療計画データを作成する治療計画装置であって、
複数の前記基本ボーラスは、前記荷電粒子ビームのビーム軸と垂直な方向に短手方向を揃えて配置されており、
前記基本ボーラスは、
異なる照射対象にも使用可能であり、当該基本ボーラスを通過する前記荷電粒子ビームの飛程を調整し、前記荷電粒子ビームが照射される照射野の深さ方向の形状を形成する構造品であり、
前記ブロックボーラス体における前記ブロックボーラスが、前記短手方向と垂直な方向でかつ前記短手方向と異なる長手方向に、移動可能に配置されており、
複数の前記ブロックボーラス体が、前記荷電粒子ビームが通過する厚み方向に重なるように配置されており、
１つの前記多ブロックボーラス、または２つの前記多ブロックボーラスを積み上げた多段ボーラスの候補を選定する治療計画データ作成部と、
前記治療計画データ作成部により選定された前記多ブロックボーラスまたは前記多段ボーラスを通過して形成される前記荷電粒子ビームの照射野の線量分布を計算する線量分布計算部と、
前記線量分布計算部で計算された前記線量分布の情報を表示装置に表示する線量分布情報表示部を備え、
前記治療計画データ作成部は、
前記ブロックボーラスの配置を変化させた、前記多ブロックボーラスまたは前記多段ボーラスの厚み分布である合計厚み分布を計算し、
前記合計厚み分布と、治療計画の際に前記照射対象を撮影した画像データにおける前記照射対象の体表面からビーム軸方向奥側までの深さ分布に基づいて、前記多ブロックボーラスまたは多段ボーラスを選定することを特徴とする治療計画装置。
【請求項７】
加速器により加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置の先端側に設けられると共に、同一形状部品でかつ基本ボーラスであるブロックボーラスの複数を備えた多ブロックボーラスからなるボーラス装置における、前記ブロックボーラスの配置情報である選択パラメータを含む治療計画データを作成する治療計画装置であって、
前記基本ボーラスは、
異なる照射対象にも使用可能であり、当該基本ボーラスを通過する前記荷電粒子ビームの飛程を調整し、前記荷電粒子ビームが照射される照射野の深さ方向の形状を形成する構造品であり、
複数の前記ブロックボーラスが、前記荷電粒子ビームが通過する厚み方向に重なるように配置されており、
前記ブロックボーラスのそれぞれが、前記荷電粒子ビームのビーム軸と垂直な方向に移動可能に配置されており、
１つの前記多ブロックボーラス、または２つの前記多ブロックボーラスを積み上げた多段ボーラスの候補を選定する治療計画データ作成部と、
前記治療計画データ作成部により選定された前記多ブロックボーラスまたは前記多段ボーラスを通過して形成される前記荷電粒子ビームの照射野の線量分布を計算する線量分布計算部と、
前記線量分布計算部で計算された前記線量分布の情報を表示装置に表示する線量分布情報表示部を備え、
前記治療計画データ作成部は、
前記ブロックボーラスの配置を変化させた、前記多ブロックボーラスまたは前記多段ボーラスの厚み分布である合計厚み分布を計算し、
前記合計厚み分布と、治療計画の際に前記照射対象を撮影した画像データにおける前記照射対象の体表面からビーム軸方向奥側までの深さ分布に基づいて、前記多ブロックボーラスまたは多段ボーラスを選定することを特徴とする治療計画装置。
【請求項８】
前記治療計画データ作成部は、前記照射対象の前記深さ分布と前記多ブロックボーラスの前記厚み分布とに基づく評価関数の値が設定値以内になる多ブロックボーラスまたは多段ボーラスを選定することを特徴とする請求項６記載の治療計画装置。
【請求項９】
前記治療計画データ作成部は、前記照射対象の前記深さ分布と前記多ブロックボーラスの前記厚み分布とに基づく評価関数の値が設定値以内になる多ブロックボーラスまたは多段ボーラスを選定することを特徴とする請求項７記載の治療計画装置。
【請求項１０】
前記選択パラメータを作成する対象である前記ボーラス装置は、前記多ブロックボーラスを２つ備えた前記多段ボーラスであり、
２つの前記多ブロックボーラスは、前記ビーム軸の方向に重ねて配置され、かつ前記基本ボーラスの前記長手方向が互いに垂直になるように配置されていることを特徴とする請求項６または８に記載の治療計画装置。
【請求項１１】
前記選択パラメータを作成する対象である前記ボーラス装置は、前記多ブロックボーラスを２つ備えた前記多段ボーラスであり、
２つの前記多ブロックボーラスは、前記ビーム軸の方向に重ねて配置され、かつ前記基本ボーラスの移動方向が互いに垂直になるように配置されていることを特徴とする請求項７または９に記載の治療計画装置。
【請求項１２】
加速器により加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置の先端側に設けられたボーラス装置であって、
凹部を備えた基本ボーラス、または同一形状部品を組み合わせた基本ボーラスを少なくとも１つを備え、
前記基本ボーラスは、
異なる照射対象にも使用可能であり、当該基本ボーラスを通過する前記荷電粒子ビームの飛程を調整し、前記荷電粒子ビームが照射される照射野の深さ方向の形状を形成する構造品であり、
請求項１または２に記載の治療計画装置によって作成された前記治療計画データにおける前記選択パラメータにより選定されたことを特徴とするボーラス装置。
【請求項１３】
加速器により加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置の先端側に設けられると共に、同一形状部品である葉状ボーラスを組み合わせた基本ボーラスの複数を備えた多葉ボーラスからなるボーラス装置であって、
複数の前記基本ボーラスは、前記荷電粒子ビームのビーム軸と垂直な方向に短手方向を揃えて配置されており、
前記基本ボーラスは、
異なる照射対象にも使用可能であり、当該基本ボーラスを通過する前記荷電粒子ビームの飛程を調整し、前記荷電粒子ビームが照射される照射野の深さ方向の形状を形成する構造品であり、
前記ビーム軸と垂直な方向でかつ前記短手方向と異なる長手方向に、前記荷電粒子ビームが通過する厚みが単調に変化する前記葉状ボーラスを２つ有し、
２つの前記葉状ボーラスが、前記厚み方向に重なるように配置され、かつ前記長手方向に移動可能に配置されており、
前記多葉ボーラスは、それぞれの前記葉状ボーラスが、請求項３または４に記載の治療計画装置によって作成された前記治療計画データにおける前記選択パラメータにより配置されたことを特徴とするボーラス装置。
【請求項１４】
加速器により加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置の先端側に設けられると共に、同一形状部品である葉状ボーラスを組み合わせた基本ボーラスの複数が備えられた多葉ボーラスを２つ備えたボーラス装置であって、
複数の前記基本ボーラスは、前記荷電粒子ビームのビーム軸と垂直な方向に短手方向を揃えて配置されており、
前記基本ボーラスは、
異なる照射対象にも使用可能であり、当該基本ボーラスを通過する前記荷電粒子ビームの飛程を調整し、前記荷電粒子ビームが照射される照射野の深さ方向の形状を形成する構造品であり、
前記ビーム軸と垂直な方向でかつ前記短手方向と異なる長手方向に、前記荷電粒子ビームが通過する厚みが単調に変化する前記葉状ボーラスを２つ有し、
２つの前記葉状ボーラスが、前記厚み方向に重なるように配置され、かつ前記長手方向に移動可能に配置されており、
２つの前記多葉ボーラスは、前記ビーム軸の方向に重ねて配置され、かつ前記基本ボーラスの前記長手方向が互いに垂直になるように配置されており、
２つの前記多葉ボーラスは、それぞれの前記葉状ボーラスが、請求項３または４に記載の治療計画装置によって作成された前記治療計画データにおける前記選択パラメータにより配置されたことを特徴とするボーラス装置。
【請求項１５】
加速器により加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置の先端側に設けられると共に、２つの同一形状部品であるブロックボーラスからなるブロックボーラス体が組み合わされた基本ボーラスの複数を備えた多ブロックボーラスからなるボーラス装置であって、
複数の前記基本ボーラスは、前記荷電粒子ビームのビーム軸と垂直な方向に短手方向を揃えて配置されており、
前記基本ボーラスは、
異なる照射対象にも使用可能であり、当該基本ボーラスを通過する前記荷電粒子ビームの飛程を調整し、前記荷電粒子ビームが照射される照射野の深さ方向の形状を形成する構造品であり、
前記ブロックボーラス体における前記ブロックボーラスが、前記短手方向と垂直な方向でかつ前記短手方向と異なる長手方向に、移動可能に配置されており、
複数の前記ブロックボーラス体が、前記荷電粒子ビームが通過する厚み方向に重なるように配置されており、
前記多ブロックボーラスは、それぞれの前記ブロックボーラスが、請求項６または８に記載の治療計画装置によって作成された前記治療計画データにおける前記選択パラメータにより配置されたことを特徴とするボーラス装置。
【請求項１６】
加速器により加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置の先端側に設けられると共に、２つの同一形状部品であるブロックボーラスからなるブロックボーラス体が組み合わされた基本ボーラスの複数が備えられた多ブロックボーラスを２つ備えたボーラス装置であって、
複数の前記基本ボーラスは、前記荷電粒子ビームのビーム軸と垂直な方向に短手方向を揃えて配置されており、
前記基本ボーラスは、
異なる照射対象にも使用可能であり、当該基本ボーラスを通過する前記荷電粒子ビームの飛程を調整し、前記荷電粒子ビームが照射される照射野の深さ方向の形状を形成する構造品であり、
前記ブロックボーラス体における前記ブロックボーラスが、前記短手方向と垂直な方向でかつ前記短手方向と異なる長手方向に、移動可能に配置されており、
複数の前記ブロックボーラス体が、前記荷電粒子ビームが通過する厚み方向に重なるように配置されており、
２つの前記多ブロックボーラスは、前記ビーム軸の方向に重ねて配置され、かつ前記基本ボーラスの前記長手方向が互いに垂直になるように配置されており、
２つの前記多ブロックボーラスは、それぞれの前記ブロックボーラスが、請求項６または８に記載の治療計画装置によって作成された前記治療計画データにおける前記選択パラメータにより配置されたことを特徴とするボーラス装置。
【請求項１７】
加速器により加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置の先端側に設けられると共に、同一形状部品でかつ基本ボーラスであるブロックボーラスの複数を備えた多ブロックボーラスからなるボーラス装置であって、
前記基本ボーラスは、
異なる照射対象にも使用可能であり、当該基本ボーラスを通過する前記荷電粒子ビームの飛程を調整し、前記荷電粒子ビームが照射される照射野の深さ方向の形状を形成する構造品であり、
複数の前記ブロックボーラスが、前記荷電粒子ビームが通過する厚み方向に重なるように配置されており、
前記ブロックボーラスのそれぞれが、前記荷電粒子ビームのビーム軸と垂直な方向に移動可能に配置されており、
前記多ブロックボーラスは、それぞれの前記ブロックボーラスが、請求項７または９に記載の治療計画装置によって作成された前記治療計画データにおける前記選択パラメータにより配置されたことを特徴とするボーラス装置。
【請求項１８】
加速器により加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置の先端側に設けられると共に、同一形状部品でかつ基本ボーラスであるブロックボーラスの複数が備えられた多ブロックボーラスを２つ備えたボーラス装置であって、
前記基本ボーラスは、
異なる照射対象にも使用可能であり、当該基本ボーラスを通過する前記荷電粒子ビームの飛程を調整し、前記荷電粒子ビームが照射される照射野の深さ方向の形状を形成する構造品であり、
複数の前記ブロックボーラスが、前記荷電粒子ビームが通過する厚み方向に重なるように配置されており、
前記ブロックボーラスのそれぞれが、前記荷電粒子ビームのビーム軸と垂直な方向に移動可能に配置されており、
２つの前記多ブロックボーラスは、前記ビーム軸の方向に重ねて配置され、かつ前記基本ボーラスの移動方向が互いに垂直になるように配置されており、
２つの前記多ブロックボーラスは、それぞれの前記ブロックボーラスが、請求項７または９に記載の治療計画装置によって作成された前記治療計画データにおける前記選択パラメータにより配置されたことを特徴とするボーラス装置。
【請求項１９】
荷電粒子ビームを発生させ、加速器により所定のエネルギーまで加速するビーム発生装置と、前記ビーム発生装置の加速器により加速された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、前記ビーム輸送系で輸送された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置とを備え、
請求項１２から１８のいずれか１項に記載のボーラス装置が、前記粒子線照射装置の先端側に設けられたことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２０】
前記粒子線照射装置は、前記荷電粒子ビームの照射方向を回転させる回転ガントリに配置されたことを特徴とする請求項１９記載の粒子線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線を腫瘍などの患部に照射して治療を行う粒子線治療装置、粒子線治療装置に用いるボーラス装置、ボーラス装置におけるボーラス形状を形成する治療計画装置に関するものである。
【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。一般的に、加速器で加速された粒子線を物体（人体含む）に照射した場合、物体内での三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（Bragg  Peak）と呼ぶ。粒子線治療では、患部に粒子線が照射される照射野におけるビーム軸方向奥側（ディスタル）の形状を、患部形状に合わせるためにボーラス（または補償フィルタと呼ぶ）を使用する。ボーラスを通過した粒子線は、ボーラス形状に合わせて飛程が変化する。そのため、照射野におけるディスタルの線量分布を患部形状に合わせることができる。【０００３】
従来のボーラスは、例えば特許文献１に記載のように、治療計画装置で作成されたボーラスの加工データから、ＮＣマシニングセンタ等の工作機械を用いて個別の患部形状に合わせて材料を機械加工することにより製作していた。なお、ボーラスの材料はポリエチレンの場合が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２３４８７４号公報（００１５段、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、ＮＣマシニングセンタ等の工作機械を用いてボーラスを作成していた。ボーラスは複雑な３次元形状をしており、このようなボーラスの作成に時間がかかるという問題があった。また、患者毎、さらには同じ患部でも粒子線の照射角度毎にボーラスを形成しなければならない。また、ボーラスを別の患部に使用することは原則しないので、ボーラスを繰り返し使用することができない。このため、粒子線の照射により放射化された使用済みのボーラスの保管と廃棄のコストがかかるという問題があった。【０００６】
したがって、治療患者数が増えるほど、膨大なボーラスの加工時間と材料費、加工費が発生し、また、使用済みの保管や廃棄等のボーラスの処理コストがかかるという問題があった。【０００７】
そこで、本発明は、繰り返し使用することができるボーラス装置、ボーラス装置の構成データを作成する治療計画装置、及びボーラス装置を備えた粒子線治療装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の治療計画装置は、加速器により加速された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置の先端側に設けられたボーラス装置が少なくも１つ備える、凹部を備えた基本ボーラス、または同一形状部品を組み合わせた基本ボーラスの選択情報である選択パラメータを含む治療計画データを作成する治療計画装置である。基本ボーラスは異なる照射対象にも使用可能であり、当該基本ボーラスを通過する荷電粒子ビームの飛程を調整し、荷電粒子ビームが照射される照射野の深さ方向の形状を形成する構造品である。本発明の治療計画装置は、１つの基本ボーラスからなる単体ボーラス、または複数の基本ボーラスを積み上げた組合せボーラスの候補を選定する治療計画データ作成部と、治療計画データ作成部により選定された単体ボーラスまたは組合せボーラスを通過して形成される荷電粒子ビームの照射野の線量分布を計算する線量分布計算部と、線量分布計算部で計算された線量分布の情報を表示装置に表示する線量分布情報表示部を備え、治療計画データ作成部が、治療計画の際に照射対象を撮影した画像データにおける照射対象の体表面からビーム軸方向奥側までの深さ分布と、ボーラス形状データ群格納部に格納された基本ボーラスの厚み分布情報に基づいて、単体ボーラスまたは組合せボーラスを選定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の治療計画装置は、異なる照射対象にも使用可能で、凹部を備えた基本ボーラス、または同一形状部品を組み合わせた基本ボーラスを少なくとも１つ備えたボーラス装置における単体ボーラスまたは組合せボーラスを、照射対象の深さ分布と基本ボーラスの厚み分布情報に基づいて選定するので、最適な単体ボーラスや、最適な組合せボーラスを求めることができ、基本ボーラスを繰り返し使用可能なボーラス装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１によるボーラス装置を示す図である。
【図２】図１の薄型ボーラスを示す図である。
【図３】図１のボーラスホルダを示す図である。
【図４】複数の薄型ボーラスと等価ボーラスとの等価性を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図である。
【図６】図５の粒子線照射装置を示す構成図である。
【図７】図５の粒子線照射装置を搭載した回転ガントリを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２によるボーラス装置を示す図である。
【図９】図８のケースを示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３によるボーラス装置を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による薄型ボーラス及び回転軸を説明する鳥瞰図である。
【図１２】図１１の側面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４によるボーラス装置と薄型ボーラス体の挿入を説明する図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による第１の薄型ボーラス体を示す図である。
【図１５】図１４の薄型ボーラスを示す上面図である。
【図１６】図１５の薄型ボーラスの側面図である。
【図１７】図１５の薄型ボーラスの側面図である。
【図１８】図１４のトレイを示す上面図である。
【図１９】図１８の鳥瞰図である。
【図２０】本発明の実施の形態４による第２の薄型ボーラス体を示す図である。
【図２１】図２０の薄型ボーラスを示す上面図である。
【図２２】図２１の薄型ボーラスの側面図である。
【図２３】本発明の実施の形態４による第３の薄型ボーラス体を示す図である。
【図２４】図２３の薄型ボーラスを示す上面図である。
【図２５】図２４の薄型ボーラスの側面図である。
【図２６】本発明の実施の形態５による薄型ボーラス体を示す図である。
【図２７】図２６の薄型ボーラスを示す図である。
【図２８】本発明の実施の形態５による他の薄型ボーラス体を示す図である。
【図２９】本発明の実施の形態６によるボーラス装置を示す図である。
【図３０】図２９の正面図である。
【図３１】図２９のケースを示す上面図である。
【図３２】図３１の正面図である。
【図３３】図２９のケース及び蓋の正面図である。
【図３４】図２９のケースと回転させた薄型ボーラスを示す上面図である。
【図３５】図２９のケースとさらに回転させた薄型ボーラスを示す上面図である。
【図３６】本発明の実施の形態７による治療計画装置の構成を示すブロック図である。
【図３７】図３６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３８】図３６の治療計画装置の動作を示すフローチャートである。
【図３９】本発明の実施の形態７によるボーラス選定に用いる必要厚みを説明する図である。
【図４０】治療計画のＤＶＨの一例を示す図である。
【図４１】本発明の実施の形態８によるボーラス装置及び粒子線照射装置を示す図である。
【図４２】本発明の実施の形態９によるボーラス装置及び粒子線照射装置を示す図である。
【図４３】図４２のボーラス装置の上面図である。
【図４４】本発明の実施の形態９による他のボーラス装置及び粒子線照射装置を示す図である。
【図４５】図４４の第１の天板の上面図である。
【図４６】図４４の第２の天板の上面図である。
【図４７】本発明の実施の形態１０によるボーラス装置及び粒子線照射装置を示す図である。
【図４８】図４７の多葉ボーラスを示す上面図である。
【図４９】図４８の正面図である。
【図５０】図４８の側面図である。
【図５１】図４８の基本ボーラスを示す正面図である。
【図５２】図４８の基本ボーラスにおける他の状態を示す正面図である。
【図５３】図５１の上面図である。
【図５４】図５２の上面図である。
【図５５】二つの多葉ボーラスを用いた合成深さ形状の第１例を示す図である。
【図５６】図５５のｘ方向の相対高さを示す図である。
【図５７】図５５のｙ方向の相対高さを示す図である。
【図５８】二つの多葉ボーラスを用いた合成深さ形状の第２例を示す図である。
【図５９】図５８のｘ方向の相対高さを示す図である。
【図６０】図５８のｙ方向の相対高さを示す図である。
【図６１】二つの多葉ボーラスを用いた合成深さ形状の第３例を示す図である。
【図６２】図６１のｘ方向の相対高さを示す図である。
【図６３】図６１のｙ方向の相対高さを示す図である。
【図６４】本発明の実施の形態１０による他の基本ボーラスを示す上面図である。
【図６５】図６４の正面図である。
【図６６】図６４の基本ボーラスにおける他の状態を示す正面図である。
【図６７】本発明の実施の形態１０の治療計画装置の動作を示すフローチャートである。
【図６８】患部の座標系を説明する図である。
【図６９】照射方向から見た患部の長さを説明する図である。
【図７０】患部のディスタル形状深さを説明する図である。
【図７１】図４７の第１の多葉ボーラスにおける照射領域を示す図である。
【図７２】図４７の第２の多葉ボーラスにおける照射領域を示す図である。
【図７３】図４７の第１の多葉ボーラス及び第２の多葉ボーラスを重ね合わせた照射領域を示す図である。
【図７４】本発明の実施の形態１１によるボーラス装置及び粒子線照射装置を示す図である。
【図７５】図７４の多ブロックボーラスを示す上面図である。
【図７６】図７４の正面図である。
【図７７】図７４の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるボーラス装置を示す図である。図２は図１の薄型ボーラスを示す図であり、図３は図１のボーラスホルダを示す図である。図４は、複数の薄型ボーラスと等価ボーラスとの等価性を説明する図である。図５は、本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図である。図６は図５の粒子線照射装置を示す構成図であり、図７は図５の粒子線照射装置を搭載した回転ガントリを示す図である。ボーラス装置１０は、天板４とケース６と蓋９を有するボーラスホルダ３と、複数の薄型ボーラス（基本ボーラス）１ａ、１ｂ、１ｃを備える。薄型ボーラス１ａは凹部２ａを有し、薄型ボーラス１ｂは凹部２ｂを有し、薄型ボーラス１ｃは凹部２ｃを有する。薄型ボーラスの符号は、総括的に１を用い、区別して説明する場合に１ａ、１ｂ、１ｃを用いる。薄型ボーラス１は、複数の薄型ボーラス１からなる組合せボーラスの基本ボーラスである。薄型ボーラスの凹部の符号は、総括的に２を用い、区別して説明する場合に２ａ、２ｂ、２ｃを用いる。なお、図１では、蓋９は省略した。蓋９は、図３において左側端部は図示しないヒンジ（蝶番）によりケース６に固定され、右側が図示しない固定具（図３０参照）等によりケース６に固定される。薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｃは蓋９で押さえつけることにより、ケース６及び蓋９の摩擦力で固定される。
【００１２】
天板４は開口部５を有し、ケース６の底には開口部７を備える。患者１００の患部に１００Ｔ（図３９参照）に照射する陽子線等の粒子線である荷電粒子ビーム１６（図６参照）は、天板４の開口部５、複数の薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｃ、ケース６の開口部７を通過する。
【００１３】
薄型ボーラス１としては、がんの部位や進行度にそれぞれ対応した単純な形状の凹部２のものを用意する。図２の薄型ボーラス１は、直方体形状の凹部２を有する例を示した。例えば、薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｃは、それぞれ直方体形状の凹部２ａ、２ｂ、２ｃを有する。図４に示すように、３つの薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｃを重ねた組合せボーラスは、凹部１２ａ、１２ｂ、１２ｃからなる凹部１５を有する等価ボーラス１１と等価である。具体的には、薄型ボーラス１ａの凹部２ａは等価ボーラス１１の凹部１２ａと等価であり、薄型ボーラス１ｂの凹部２ｂは等価ボーラス１１の凹部１２ｂと等価であり、薄型ボーラス１ｃの凹部２ｃは等価ボーラス１１の凹部１２ｃと等価である。したがって、複数の薄型ボーラス１を重ねることにより、複数の薄型ボーラス１の飛程調整能力を合成してボーラス装置１０の飛程調整能力を持つようにすることができる。
【００１４】
実施の形態１のボーラス装置１０は、単純な形状の凹部２を有する複数の薄型ボーラス１をボーラスホルダ３内に、荷電粒子ビーム１６のビーム軸方向に積み重ねて設置するように構成する。荷電粒子ビーム１６のビーム軸は、照射装置から照射する荷電粒子ビーム１６の照射方向（中心）に沿って延伸した中心軸である。図１に示したボーラス装置１０は、薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｃによる組合せボーラスの合成深さ形状が、患部１００Ｔ（図３９参照）のディスタル形状を許容範囲内に補償するような形状に、選択された薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｃを備えている。すなわち、ボーラス装置１０は、当該ボーラス装置１０により形成される深さ方向の照射野における最深部形状と、患部１００Ｔのディスタル形状との差が、許容範囲内になる複数の薄型ボーラス１を選択して組み合わせている。ディスタル形状とは、患部１００Ｔのビーム軸方向における最深部側の凹凸形状のことをいう。ボーラス装置１０により、荷電粒子ビーム１６のビーム軸に垂直な面におけるエネルギー分布が調整され、深さ方向の照射野における最深部形状が、患部１００Ｔのディスタル形状を許容範囲内に補償するような形状に形成される。
【００１５】
ボーラス装置１０は、十分な数の薄型ボーラス１をあらかじめ準備しておき、それらから適当なものをピックアップして適宜組み合わせを変えて使用することにより、複雑な形状のボーラスと等価な線量分布を得ることができる。また、ボーラス装置１０は、複数の薄型ボーラス１を組み合わせることにより、形成される組合せボーラスにおける最深部形状を複雑な形状にすることができるので、重要臓器を避けながら腫瘍形状に合わせて線量分布を変化させることができる。
【００１６】
例えば、薄型ボーラス１は、材料がポリエチレンであり、厚みは０．５ｍｍから３０ｍｍ程度である。厚み方向から見た薄型ボーラスのサイズは、例えば２００ｍｍ×２００ｍｍである。図１、図４に示した薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｃは、厚みが例えば３０ｍｍである。この場合、３つの薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｃの合計厚みは９０ｍｍとなり、通常のボーラスの厚み（６０ｍｍから１００ｍｍ）と同等になる。薄型ボーラス１の凹部２の深さ形状が深さ方向に垂直な面方向の位置によって大きく変化する場合は、薄型ボーラス１の厚みが必要であり、３０ｍｍ程度が好ましい。
【００１７】
実施の形態１のボーラス装置１０は、あらかじめ製作しておいた基本ボーラスである薄型ボーラス１を組み合わせて複雑な合成深さ形状を形成できるので、従来のようにそれぞれの患部形状に特化したボーラスを加工して作成する必要がない。したがって、実施の形態１のボーラス装置１０は、組合せボーラスを構成する基本ボーラスである薄型ボーラス１を繰り返し使用することができる。実施の形態１のボーラス装置１０は、従来と異なり、治療患者毎に、新たにボーラスの加工時間、材料費、加工費が発生することはなく、ボーラスの廃棄をしないようにすることができる。
【００１８】
薄型ボーラス１として、凹部形状が直方体の例を示したが、球面、楕円体面、円筒面や円錐面あるいはそれらの一部、または傾斜した平面など加工が容易で単純な形状でもよい。形状の異なる単純な形状の薄型ボーラス１を重ね合わせることにより、より複雑なディスタル形状に相当する深さ形状を形成できる。また、１つの薄型ボーラス１は、がんの部位や進行度にそれぞれ対応した平均的なディスタル形状に相当する深さ形状のものを使用してもよい。この平均的な薄型ボーラス１の深さ形状を補正する他の薄型ボーラス１を重ねて使用してもよい。治療患者の患部データを蓄積することにより、平均的な薄型ボーラス１を作成することができる。蓄積した患者データから抽出した患部形状の照射方向の深さや、照射方向と垂直方向の縦および横の大きさなどの平均値または代表値を求めて、平均的な薄型ボーラス１を作成することができる。平均的な薄型ボーラス１を使用することで、薄型ボーラスの組合せを決定する治療計画の精度を高めることができる。すなわち、複数の薄型ボーラス１で構成された組合せボーラスの深さ形状と患部１００Ｔのディスタル形状との差を小さくすることができる。
【００１９】
次に、ボーラス装置１０を搭載する粒子線照射装置及び粒子線治療装置の概要を説明する。図５において、粒子線治療装置５１は、ビーム発生装置５２と、ビーム輸送系５９と、粒子線照射装置５８ａ、５８ｂとを備える。ビーム発生装置５２は、イオン源（図示せず）と、前段加速器５３と、加速器５４とを有する。粒子線照射装置５８ｂは、回転ガントリ２４（図７参照）に設置される。粒子線照射装置５８ａは、回転ガントリを有しない治療室に設置される。ビーム輸送系５９の役割は、加速器５４と粒子線照射装置５８ａ、５８ｂの連絡にある。ビーム輸送系５９の一部は回転ガントリ２４に設置され、その部分には複数の偏向電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃが設けられている。
【００２０】
イオン源で発生した陽子線等の粒子線である荷電粒子ビーム１６は、前段加速器５３で加速され、加速器５４に入射される。加速器５４は、例えばシンクロトロンである。荷電粒子ビーム１６は、所定のエネルギーまで加速される。加速器５４から出射された荷電粒子ビーム１６は、ビーム輸送系５９を経て粒子線照射装置５８ａ、５８ｂに輸送される。粒子線照射装置５８ａ、５８ｂは、荷電粒子ビーム１６を患者１００の患部１００Ｔ（図３９参照）にあわせて照射野を形成して照射する。粒子線照射装置の符号は、総括的に５８を用い、区別して説明する場合に５８ａ、５８ｂを用いる。
【００２１】
回転ガントリ２４は、粒子線照射装置５８及び偏向電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃが搭載された円筒状の回転フレーム２５がローラ２６によって回転可能に支持され、ローラ２６を図示しない駆動装置によって回転させることで、３６０度回転できるように構成されている。粒子線照射装置５８は、その先端側（出射側）にボーラス装置１０が設けられている。加速器５４で加速された荷電粒子ビーム１６を粒子線照射装置５８に導入し、患部１００Ｔにあわせて照射野を形成して、患者台２７上の患者１００の患部１００Ｔに照射する。
【００２２】
ビーム発生装置５２で発生され、所定のエネルギーまで加速された荷電粒子ビーム１６は、ビーム輸送系５９を経由し、粒子線照射装置５８へと導かれる。粒子線照射装置５８は、走査電磁石１７ａ、１７ｂと、散乱体１８と、リッジフィルタ１９と、レンジシフタ２０と、マルチリーフコリメータ２１と、ボーラス装置１０とを備える。走査電磁石１７ａ、１７ｂは、照射野を拡大する電磁石であり、例えばワブラ（Wobbler）電磁石である。散乱体１８は、鉛などで構成され、荷電粒子ビーム１６を散乱させる。リッジフィルタ１９は、アルミニウムなどで構成され、照射対象（患部１００Ｔ）の厚さに応じて、ブラッグピークの幅を拡大する。レンジシフタ２０は、荷電粒子ビーム１６のエネルギーを変更し、荷電粒子ビーム１６の飛程を変更する。図６では、厚みの異なる３つの透過ユニット２３ａ、２３ｂ、２３ｃを示した。レンジシフタ２０は、透過ユニット２３ａ、２３ｂ、２３ｃを移動して透過ユニット合計厚みを変更することで、荷電粒子ビーム１６のエネルギーを減衰させて変更する。
【００２３】
飛程モニタ２２は、荷電粒子ビーム１６の飛程を測定するものであり、透過ユニット２３ａ、２３ｂ、２３ｃの調整に用いる。飛程モニタ２２は、患者１００に荷電粒子ビーム１６を照射する際には、図６のように退避させる。マルチリーフコリメータ２１は、複数のリーフ板からなるリーフ部とリーフ板のそれぞれを駆動するリーフ駆動機構で構成され、荷電粒子ビーム１６のビーム軸に垂直な照射野（平面形状）を患部形状に合わせるように調整する。ボーラス装置１０は、照射対象（患部１００Ｔ）の深さ形状（ディスタル形状）に合うように荷電粒子ビーム１６のエネルギーを調整する。図６では、３つの薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｃを備えたボーラス装置を示した。
【００２４】
粒子線照射装置５８に供給された荷電粒子ビーム１６は、直径数ｍｍ以下に収束された、いわゆるペンシルビームの状態であるが、走査電磁石１７ａ、１７ｂによって、例えば円形軌道を描くように走査され、散乱体１８によって散乱されることによって、ビーム軸に垂直な面の延在方向（面方向）で照射野が拡大される。面方向に照射野が拡大された荷電粒子ビーム１６を用いる照射方法をブロード照射法という。面方向の照射野が拡大された荷電粒子ビーム１６はリッジフィルタ１９を通過する。リッジフィルタ１９は、例えば錐状体や断面が三角形の板を面方向に多数並べたような形状にされ、これにより、面方向における分割領域毎に異なる厚みを通過する荷電粒子ビーム１６が存在するようになっている。図６では、理解しやすいように三角柱が横向きに並べられたように記載している。これにより、ブラッグピークが拡大され、所定の幅のＳＯＢＰ（Spread-Out  Bragg  Peak）を有するようになる。すなわち、リッジフィルタ１９により、照射野はビーム軸方向（深さ方向）にも広げられたことになる。
【００２５】
次に照射野が拡大された荷電粒子ビーム１６は、レンジシフタ２０を通過する。レンジシフタ２０は、所定の透過ユニット２３ａ、２３ｂ、２３ｃを入射範囲内に配置することにより、荷電粒子ビーム１６を所望の水等価厚（減衰量）に調整された透過ユニット２３ａ、２３ｂ、２３ｃを通過させ、荷電粒子ビーム１６のエネルギー（飛程）を調整する。レンジシフタ２０によって、飛程が調整されることで、荷電粒子ビーム１６を所望の体内深さに照射（線量付与）することができる。
【００２６】
次に、荷電粒子ビーム１６は、マルチリーフコリメータ２１を通過する。マルチリーフコリメータ２１は、対向するリーフ板の複数組をビーム軸に対して離反方向あるいは接近方向の所定位置に位置決めすることで、所望の開口形状を形成する。そして、マルチリーフコリメータ２１を通過した荷電粒子ビーム１６における照射野の面方向形状が、患部形状に合わせて形成される。
【００２７】
最後に、荷電粒子ビーム１６は、ボーラス装置１０を通過する。ボーラス装置１０により、照射野は面の延在方向におけるエネルギー分布が調整され、深さ方向の照射野における最深部形状が、患部１００Ｔのディスタル形状を許容範囲に内に補償するような形状に形成される。すなわち、荷電粒子ビーム１６の照射野の深さ方向の形状が形成される。
【００２８】
以上のように、実施の形態１のボーラス装置１０は、加速器５４により加速された荷電粒子ビーム１６を照射対象（患部１００Ｔ）に照射する粒子線照射装置５８の先端側に設けられたボーラス装置１０であって、異なる照射対象（患部１００Ｔ）にも使用可能で、凹部２を備えた基本ボーラス（薄型ボーラス１）を少なくとも１つ備え、基本ボーラス（薄型ボーラス１）は、当該基本ボーラス（薄型ボーラス１）を通過する荷電粒子ビーム１６の飛程を調整し、荷電粒子ビーム１６が照射される照射野の深さ方向の形状を形成し、荷電粒子ビーム１６のビーム軸に垂直な方向に拡大された荷電粒子ビーム１６のビーム面積よりも広い面積を有し、荷電粒子ビーム１６が通過する面に凹部２を少なくとも１つ備えることを特徴とする。実施の形態１のボーラス装置１０は、この特徴により、異なる照射対象（患部１００Ｔ）にも使用可能で、凹部２を備えた基本ボーラス（薄型ボーラス１）を少なくとも１つ備えるので、ボーラス装置１０を構成する基本ボーラス（薄型ボーラス１）を繰り返し使用することができる。
【００２９】
実施の形態１の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム１６を発生させ、加速器５４により所定のエネルギーまで加速するビーム発生装置５２と、ビーム発生装置５２の加速器５４により加速された荷電粒子ビーム１６を輸送するビーム輸送系５９と、ビーム輸送系５９で輸送された荷電粒子ビーム１６を照射対象（患部１００Ｔ）に照射する粒子線照射装置５８とを備え、ボーラス装置１０が、粒子線照射装置の先端側に設けられる。ボーラス装置１０は、異なる照射対象（患部１００Ｔ）にも使用可能で、凹部２を備えた基本ボーラス（薄型ボーラス１）を少なくとも１つ備え、基本ボーラス（薄型ボーラス１）は、当該基本ボーラス（薄型ボーラス１）を通過する荷電粒子ビーム１６の飛程を調整し、荷電粒子ビーム１６が照射される照射野の深さ方向の形状を形成し、荷電粒子ビーム１６のビーム軸に垂直な方向に拡大された荷電粒子ビーム１６のビーム面積よりも広い面積を有し、荷電粒子ビーム１６が通過する面に凹部２を少なくとも１つ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５１は、ボーラス装置１０を備えるので、ボーラス装置１０を構成する基本ボーラス（薄型ボーラス１）を繰り返し使用することができ、患者毎のボーラス装置１０を構成した基本ボーラス（薄型ボーラス１）を廃棄しないようにすることができる。
【００３０】
実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２によるボーラス装置を示す図であり、図９は図８のケースを示す図である。実施の形態２のボーラス装置１０は、ボーラスホルダ３のケース６にボーラスガイド８ａ、８ｂを設けた例である。なお、図８において天板４は省略した。蓋９にはボーラスガイド８ａ、８ｂに係合する係合部１３が設けられており、係合部１３と反対側の端部は図示しないヒンジ（蝶番）によりケース６に固定されている。例えば、ボーラスガイド８ａ、８ｂの高さは５ｍｍである。
【００３１】
荷電粒子ビーム１６の通過方向はボーラス装置１０の上側からの一方向に限定されており、ボーラス装置１０は粒子線照射装置５８の先端側に機械的に固定されるので、荷電粒子ビーム１６のビーム軸の向きがボーラス装置１０に対して変化することはない。蓋９には係合部１３が設けられた端側に、図示しない固定具（図３０参照）等が設けられ、この固定具等によりケース６に固定される。薄型ボーラス１ａ、１ｂはボーラスガイド８ａ、８ｂに接触して配置され、薄型ボーラス１ｃはケース６の底に配置され、各薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｃは蓋９で押さえつけることにより、ケース６及び蓋９の摩擦力で固定される。
【００３２】
実施の形態２のボーラス装置１０は、ボーラスホルダ３のケース６にボーラスガイド８ａ、８ｂを設けて、薄型ボーラス１同士の間に間隙を設けるようにしたので、薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｃを積み重ねて設置した後に、中間層の薄型ボーラス１ｂを取り換える必要がある際に、例えば中間の薄型ボーラス１ｂ以外を取り外すことなく取り換えが可能となる。したがって、実施の形態２のボーラス装置１０は、交換する必要のある薄型ボーラス１のみを交換すればよく、薄型ボーラス１の交換作業が容易にできる。
【００３３】
実施の形態３．
実施の形態３では、三次元形状を有する薄型ボーラス１の複数を、互いにビーム軸を中心に回転させて取り付けることにより、同一形状の薄型ボーラス１を複数用いても複数の薄型ボーラス１で構成された組合せボーラスの深さ形状を変更できるボーラス装置１０を説明する。図１０は、本発明の実施の形態３によるボーラス装置を示す図である。図１１は本発明の実施の形態３による薄型ボーラス及び回転軸を説明する鳥瞰図であり、図１２は図１１の側面図である。図１２は、図１１の矢印１２０の向きに見た側面図である。図１０では、３つの薄型ボーラス１ａ、１ｅ、１ｆを備えたボーラス装置１０の例を示した。図１０において薄型ボーラス１ｅ、１ｆでは凹部の表示は省略した。図１１、図１２に示すように、薄型ボーラス１ｅ、１ｆはそれぞれ凹部２ｄ、２ｅを有し、同一である。薄型ボーラス１ｆは、その凹部２ｄ、２ｅの配置状態が薄型ボーラス１ｅの凹部２ｄ、２ｅの配置状態から、回転軸１４を中心にして時計周りに９０度回転している。
【００３４】
実施の形態３のボーラス装置１０は、薄型ボーラス１の回転軸１４が、荷電粒子ビーム１６のビーム軸と同一になるように、複数の薄型ボーラス１を配置することで、同一形状の薄型ボーラス１ｅ、１ｆを用いても、回転させることにより複数の薄型ボーラス１ａ、１ｅ、１ｆで構成された組合せボーラスの深さ形状を変更できる。図１１、図１２に示した薄型ボーラス１ｅ、１ｆは、回転軸１４方向から見た上面形状が正方形である。図１１、図１２に示した薄型ボーラス１ｅ、１ｆは、凹部２ｄ、２ｅの深さ、回転軸１４に垂直な横方向の幅がそれぞれ異なるので、０度、９０度、１８０度、２７０度の角度で回転させた場合の組合せボーラスの深さ形状はそれぞれ異なる。図１１、図１２に示した薄型ボーラス１ｅ、１ｆを用いることで、組合せボーラスの深さ形状を４種類実現することができる。
【００３５】
図１１、図１２から明らかなように、回転軸１４の周りに回転させて薄型ボーラス１を設置すると、同一形状の薄型ボーラス１でも患部１００Ｔに照射される三次元的な線量分布を異なるようにすることができる。実施の形態３のボーラス装置１０は、薄型ボーラス１の上面形状が正方形なので、実施の形態１及び実施の形態２に示したボーラスホルダ３に９０度単位で向きを回転させて取り付けることができる。
【００３６】
実施の形態３のボーラス装置１０は、三次元形状を有する薄型ボーラス１の複数を、互いにビーム軸を中心に回転させて取り付けることにより、同一形状の薄型ボーラス１を用いても複数の薄型ボーラス１で構成された組合せボーラスの深さ形状を変更できる。したがって、実施の形態３のボーラス装置１０は、薄型ボーラス１の数を増やさなくても、実施の形態１及び実施の形態２よりも複雑な深さ形状の組合せボーラスを形成することができる。言い換えれば、実施の形態３のボーラス装置１０は、少ない種類の薄型ボーラス１で、実施の形態１及び実施の形態２よりも複雑な深さ形状の組合せボーラスを形成することができる。すなわち、実施の形態３のボーラス装置１０は、少ない種類の薄型ボーラス１、複雑なディスタル形状の患部１００Ｔに対応することができる。
【００３７】
実施の形態４．
実施の形態１から実施の形態３では、薄型ボーラス１の上面形状が四角形の例を示したが、四角形以外であってもよい。図１３は、本発明の実施の形態４によるボーラス装置と薄型ボーラス体の挿入を説明する図である。図１４は、本発明の実施の形態４による第１の薄型ボーラス体を示す図である。図１５は図１４の薄型ボーラスを示す上面図であり、図１６及び図１７は図１５の薄型ボーラスの側面図である。図１６は図１５における下側から見た側面図であり、図１７は図１５における右側から見た側面図である。図１８は図１４のトレイを示す上面図であり、図１９は図１８の鳥瞰図である。第１の薄型ボーラス体３０は、上面形状が正六角形の薄型ボーラス１ｇとトレイ３１を有する。トレイ３１には薄型ボーラス１ｇを挿入する挿入部３２が設けられ、挿入部３２の底に開口部２８が設けられる。挿入部３２の底には、側面から延伸したボーラス支持部３３が設けられている。薄型ボーラス１ｇはボーラス支持部３３により、トレイ３１から落ちないようになっている。挿入部３２の上面形状は、薄型ボーラス１ｇと同様に正六角形である。
【００３８】
薄型ボーラス体３０をケース６に挿入して、ボーラス装置１０を構成する。図１３では、実施の形態２のケース６を示した。また、図１３において、天板４、蓋９は省略した。薄型ボーラス１ｇは、上面形状が楕円形の凹部２を有した例である。図１６に点線で示した凹部２の形状は楕円体の短軸方向の形状であり、凹部２の短軸方向の形状は楕円弧形状である。また、図１７に示したように、凹部２の長軸方向の形状も楕円弧形状である。実施の形態４の薄型ボーラス体３０は、上面形状が正方形のトレイ３１を用いることで、実施の形態３と同様にトレイ３１の回転軸１４に対して回転することにより、同一形状の薄型ボーラス１ｇを用いても、複数の薄型ボーラス１ｇで構成された組合せボーラスの深さ形状を変更できる。実施の形態４のボーラス装置１０は、トレイ３１の回転軸１４が、荷電粒子ビーム１６のビーム軸と同一になるように、複数の薄型ボーラス体３０を配置することで、同一形状の薄型ボーラス１ｇを用いても、複数の薄型ボーラス１ｇで構成された組合せボーラスの深さ形状を変更できる。
【００３９】
また、薄型ボーラス１ｇの上面形状が正六角形なので、薄型ボーラス１ｇのみを回転させてトレイ３１に装着した薄型ボーラス体３０をケース６に挿入することで、同一形状の薄型ボーラス１ｇを用いても、複数の薄型ボーラス１ｇで構成された組合せボーラスの深さ形状を変更できる。この場合も、実施の形態４のボーラス装置１０は、同一形状の薄型ボーラス１ｇを用いても、薄型ボーラス１ｇの凹部２の向きを回転させた複数の薄型ボーラス１ｇで構成された組合せボーラスの深さ形状を変更できる。
【００４０】
実施の形態４のボーラス装置１０は、薄型ボーラス１の数を増やさなくても、実施の形態１及び実施の形態２よりも複雑な深さ形状の組合せボーラスを形成することができる。言い換えれば、実施の形態４のボーラス装置１０は、少ない種類の薄型ボーラス１で、実施の形態１及び実施の形態２よりも複雑な深さ形状の組合せボーラスを形成することができる。すなわち、実施の形態４のボーラス装置１０は、少ない種類の薄型ボーラス１、複雑なディスタル形状の患部１００Ｔに対応することができる。
【００４１】
薄型ボーラス１の上面形状は、他の正多角形であってもよい。第２の例として上面形状が正八角形の薄型ボーラス１ｈ、第３の例として上面形状が正十二角形の薄型ボーラス１ｉを説明する。図２０は本発明の実施の形態４による第２の薄型ボーラス体を示す図である。図２１は図２０の薄型ボーラスを示す上面図であり、図２２は図２１の薄型ボーラスの側面図である。第２の薄型ボーラス体３０は、上面形状が正八角形の薄型ボーラス１ｈと、上面形状が正八角形の挿入部３２を有するトレイ３１を備えている。図２２は図２１における下側から見た側面図であり、図２１の右側から見た凹部２の形状は図１７と同様である。図２３は本発明の実施の形態４による第３の薄型ボーラス体を示す図である。図２４は図２３の薄型ボーラスを示す上面図であり、図２５は図２４の薄型ボーラスの側面図である。第３の薄型ボーラス体３０は、上面形状が正十二角形の薄型ボーラス１ｉと、上面形状が正十二角形の挿入部３２を有するトレイ３１を備えている。図２５は図２４における下側から見た側面図であり、図２４の右側から見た凹部２の形状は図１７と同様である。図２２、図２５に点線で示した凹部２の形状は楕円体の短軸方向の形状であり、凹部２の短軸方向の形状は楕円弧形状である。また、凹部２の長軸方向の形状も図１７と同様に楕円弧形状である。
【００４２】
第２の薄型ボーラス体３０、第３の薄型ボーラス体３０も、第１の薄型ボーラス体３０と同様の効果を奏する。また、第２の薄型ボーラス体３０の薄型ボーラス１ｈは、上面形状が正八角形なので、図２１における上下の外周面が平行であり、左右の外周面も平行である。また、上下の外周面を含む延長面と左右の外周面を含む延長面は垂直なので、挿入部３２の上面形状を正方形にしてもよい。この場合でも上記で説明した効果を奏する。同様に、第３の薄型ボーラス体３０の薄型ボーラス１ｉは、上面形状が正十二角形なので、図２４における上下の外周面が平行であり、左右の外周面も平行である。また、上下の外周面を含む延長面と左右の外周面を含む延長面は垂直なので、挿入部３２の上面形状を正方形にしてもよい。この場合でも上記で説明した効果を奏する。
【００４３】
実施の形態５．
実施の形態５では、薄型ボーラス１の上面形状が円形の例を説明する。図２６は本発明の実施の形態５による薄型ボーラス体を示す図であり、図２７は図２６の薄型ボーラスを示す図である。実施の形態５の薄型ボーラス体３０は、上面形状が円形の薄型ボーラス１ｊと、上面形状が円形の挿入部３２を有するトレイ３１を有する。トレイ３１には薄型ボーラス１ｊを挿入する挿入部３２が設けられ、挿入部３２の底に開口部２８が設けられる。挿入部３２の底には、側面から延伸したボーラス支持部３３が設けられている。薄型ボーラス１ｊはボーラス支持部３３により、トレイ３１から落ちないようになっている。挿入部３２の上面形状は、薄型ボーラス１ｊと同様に円形である。薄型ボーラス１ｊ及び挿入部３２の上面形状は円形なので、薄型ボーラス１ｊは、固定板４６とボルト４７を用いてトレイ３１に固定される。
【００４４】
薄型ボーラス１ｊは、上面形状が楕円形の凹部２を有した例である。図２７において、薄型ボーラス１ｊの上面図と、上面図の下側に上面図の下側から見た側面図と、上面図の右側に上面図の右側から見た側面図を示した。下側の側面図に点線で示した凹部２の形状は楕円体の短軸方向の形状であり、凹部２の短軸方向の形状は楕円弧形状である。また、右側の側面図に点線で示した凹部２の形状は楕円体の長軸方向の形状であり、凹部２の長軸方向の形状も楕円弧形状である。
【００４５】
実施の形態５の薄型ボーラス体３０は、実施の形態４と同様に、上面形状が正方形のトレイ３１を用いており、実施の形態３と同様にトレイ３１の回転軸１４に対して回転することで、同一形状の薄型ボーラス１ｊを用いても、複数の薄型ボーラス１ｊで構成された組合せボーラスの深さ形状を変更できる。実施の形態５の薄型ボーラス体３０を備えたボーラス装置１０は、トレイ３１及び薄型ボーラス１ｊの回転軸１４が、荷電粒子ビーム１６のビーム軸と同一になるように、複数の薄型ボーラス体３０を配置することで、同一形状の薄型ボーラス１ｊを用いても、複数の薄型ボーラス１ｊで構成された組合せボーラスの深さ形状を変更できる。
【００４６】
また、薄型ボーラス１ｊの上面形状が円形なので、薄型ボーラス１ｊのみを任意の角度で回転させてトレイ３１に装着した薄型ボーラス体３０をケース６に挿入することで、同一形状の薄型ボーラス１ｊを用いても、複数の薄型ボーラス１ｊで構成された組合せボーラスの深さ形状を変更できる。この場合も、これらの薄型ボーラス体３０を備えたボーラス装置１０は、同一形状の薄型ボーラス１ｊを用いても、薄型ボーラス１ｊの凹部２の向きを回転させた複数の薄型ボーラス１ｊで構成された組合せボーラスの深さ形状を変更できる。
【００４７】
実施の形態５の薄型ボーラス体３０を備えたボーラス装置１０は、薄型ボーラス１の数を増やさなくても、実施の形態１及び実施の形態２よりも複雑な深さ形状の組合せボーラスを形成することができる。言い換えれば、実施の形態５の薄型ボーラス体３０を備えたボーラス装置１０は、少ない種類の薄型ボーラス１で、実施の形態１及び実施の形態２よりも複雑な深さ形状の組合せボーラスを形成することができる。すなわち、実施の形態５の薄型ボーラス体３０を備えたボーラス装置１０は、少ない種類の薄型ボーラス１、複雑なディスタル形状の患部１００Ｔに対応することができる。
【００４８】
なお、図２８に示すように、薄型ボーラス１ｊに基準線や基準マーク等の位置基準４８を設け、トレイ３１に目盛４９を設けることで、トレイ３１に対する薄型ボーラス１ｊの回転角度を容易に設定することができる。図２８は、本発明の実施の形態５による他の薄型ボーラス体を示す図である。
【００４９】
実施の形態６．
実施の形態６では、上面形状が正多角形の薄型ボーラス１を複数の回転角度でケース６に配置可能に構成されたボーラス装置１０の例を説明する。図２９は本発明の実施の形態６によるボーラス装置を示す図である。図３０は図２９の正面図であり、図３１は図２９のケースを示す上面図である。図３２は図３１の正面図であり、図３３は図２９のケース及び蓋の正面図である。図３４は図２９のケースと回転させた薄型ボーラスを示す上面図であり、図３５は図２９のケースとさらに回転させた薄型ボーラスを示す上面図である。ここでは、薄型ボーラス１の例として、上面形状が六角形の薄型ボーラス１ｇで説明する。
【００５０】
ケース６には、３つの薄型ボーラス１ｇをそれぞれ配置する挿入部３９が、荷電粒子ビーム１６のビーム軸方向に３つ設けられている。挿入部３９の奥側、すなわち蓋９と対向する側に薄型ボーラス１ｇの側面が嵌る形状になっている。挿入部３９の底部に開口部２９が設けられる。挿入部３９の底部には、側面から延伸したボーラス支持部３７が設けられている。薄型ボーラス１ｇはボーラス支持部３７により支えられるようになっている。上から１番目の薄型ボーラス１ｇは、半楕円体形の凹部２が長軸をケース６の奥側に向くように配置されている。２番目の薄型ボーラス１ｇは、図３４に示すように、上面図において１番目の薄型ボーラス１ｇを時計周りに６０度回転させた状態で配置されている。３番目の薄型ボーラス１ｇは、図３５に示すように、上面図において１番目の薄型ボーラス１ｇを反時計周りに６０度回転させた状態で配置されている。
【００５１】
３つの薄型ボーラス１ｇは、蓋９に設けられたボーラス押さえ３４により、ケース６の奥側に押圧されて固定される。蓋９には留め具３５が設けられ、ケース６の側面に設けられた係合凹部３８に留め具３５の係合凸部３６が挿入されて、蓋９がケース６に固定される。
【００５２】
実施の形態６のボーラス装置１０は、上面形状が正多角形の薄型ボーラス１を挿入する挿入部３９を有するケース６を備えるので、薄型ボーラス１ｇの回転軸１４が、荷電粒子ビーム１６のビーム軸と同一になるように、複数の薄型ボーラス１ｇを配置することで、同一形状の薄型ボーラス１ｇを用いても、複数の薄型ボーラス１ｇで構成された組合せボーラスの深さ形状を変更できる。実施の形態６のボーラス装置１０は、薄型ボーラス１の数を増やさなくても、実施の形態１及び実施の形態２よりも複雑な深さ形状の組合せボーラスを形成することができる。言い換えれば、実施の形態６のボーラス装置１０は、少ない種類の薄型ボーラス１で、実施の形態１及び実施の形態２よりも複雑な深さ形状の組合せボーラスを形成することができる。すなわち、実施の形態６のボーラス装置１０は、少ない種類の薄型ボーラス１、複雑なディスタル形状の患部１００Ｔに対応することができる。
【００５３】
なお、ケース６の３つの挿入部３９の形状が同じで、挿入する薄型ボーラス１の上面形状が同じ例で説明したが、挿入する薄型ボーラス１の上面形状が異なっていてもよい。例えば、正六角形の薄型ボーラス１ｇ、正八角形の薄型ボーラス１ｈ、正十二角形の薄型ボーラス１ｉを搭載する場合には、挿入部３９を以下のようにすればよい。例えば、１番目の挿入部３９に正六角形の薄型ボーラス１ｇが挿入される形状にし、２番目の挿入部３９に正八角形の薄型ボーラス１ｈが挿入される形状にし、３番目の挿入部３９に正十二角形の薄型ボーラス１ｉが挿入される形状にしてもよい。
【００５４】
実施の形態７．
実施の形態７では、最適な薄型ボーラス１の組み合わせを求める治療計画装置を説明する。実施の形態７の治療計画装置は、患部形状および重要臓器形状の輪郭情報を取り込み、データベースに保存されている薄型ボーラス１の形状の組み合わせによる組合せボーラスの最深部形状と輪郭情報である輪郭データとをＤＶＨ（Dose  Volume  Histogram）などの指標を用いて比較することにより、最適な薄型ボーラスの組み合わせ、すなわち組合せボーラスを求めるようにした。
【００５５】
図３６は本発明の実施の形態７による治療計画装置の構成を示すブロック図である。図３７は図３６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り、図３８は図３６の治療計画装置の動作を示すフローチャートである。図３９は本発明の実施の形態７によるボーラス選定に用いる必要厚みを説明する図であり、図４０は治療計画のＤＶＨの一例を示す図である。治療計画装置６０は、画像データ入力部６１と、画像データ格納部６２と、画像データ選択部６３と、輪郭データ作成部６４と、輪郭データ格納部６５と、治療計画データ作成部６６と、治療計画データ格納部６７と、薄型ボーラス形状データ群格納部６８と、線量分布計算部６９と、線量分布情報表示部７０と、治療計画データ出力部７１とを備える。
【００５６】
画像データ格納部６２、輪郭データ格納部６５、治療計画データ格納部６７、薄型ボーラス形状データ群格納部６８は、記憶装置である。画像データ入力部６１、画像データ選択部６３、輪郭データ作成部６４、治療計画データ作成部６６、線量分布計算部６９、線量分布情報表示部７０、治療計画データ出力部７１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９８が連携して上記機能を実行してもよい。画像データ入力部６１は画像データ７３を入力するインターフェース回路を有しており、治療計画データ出力部７１は治療計画データ７４を出力するインターフェース回路を有している。
【００５７】
治療計画装置６０の動作を説明する。画像データ入力部６１は画像データ７３を治療計画装置６０に取り込む。治療計画装置６０に取り込んだ画像データ７３を治療計画装置６０内の画像データ格納部６２に保存する。作業者は、画像データ選択部６３で画像データ格納部６２に保存された画像データを選択する（画像データ選択作業）。治療計画時に選択した画像データを、ここでは選択画像データと呼ぶ。作業者は、輪郭データ作成部６４により、選択画像データに重畳するように輪郭データを作成する（輪郭データ作成作業）。輪郭データとしては、治療対象である患部１００Ｔや、治療において照射をさける必要のある重要臓器や、患者１００の体の形を示す体輪郭など、治療計画に必要となる輪郭データが含まれる。治療計画では、輪郭データを用いて、例えば、患部１００Ｔに線量を集中させ、重要臓器の線量が低くなるような照射パラメータを決定する。輪郭データ作成部６４で作成した輪郭データは輪郭データ格納部６５に保存される。
【００５８】
治療計画データ作成部６６は、選択画像データ、輪郭データ及び薄型ボーラス形状データ群格納部６８に格納されている薄型ボーラス形状データを使用し治療計画データを作成する。この際、治療計画作成において、作業者が入力すべき条件があれば入力する（治療計画データ作成作業）。治療計画データとしては、粒子線の種類など照射する荷電粒子ビーム１６の種類、エネルギー、ガントリ角度などの照射方向、照射する領域すなわち照射野を決定するための粒子線照射装置５８の設定値、薄型ボーラス１の選択パラメータ、処方する線量及び分割回数など、治療計画に必要となる照射パラメータが含まれる。治療計画データ作成部６６で作成した治療計画データは治療計画データ格納部６７に保存される。薄型ボーラス１の選択パラメータには、選択したボーラスの種類が含まれる。
【００５９】
線量分布計算部６９は、治療計画データを用いて、治療計画データの照射パラメータにより粒子線（荷電粒子ビーム１６）を照射した場合の、当該照射対象である患者１００に形成される線量分布を計算する。線量分布計算部６９で求めた線量分布は、線量分布情報表示部７０が指示して、図示しない表示装置に表示する。線量分布情報表示部７０が指示する表示としては、一般的に治療計画装置６０として線量分布を表示するために想定される、線量の強さに応じた色による分布表示、あるいは線量体積ヒストグラム（ＤＶＨ、Dose  Volume  Histogram）による表示など治療計画装置として想定される線量分布情報による表示であればどのような表示であってもよい。作業者は表示装置に表示された分布表示、ＤＶＨ等により、線量分布評価を行い、治療計画データの有効性及び妥当性を評価する（治療計画評価作業）。治療計画データ７４は、粒子線治療装置５１の各機器に応じて、当該機器に必要なデータを治療計画データ出力部７１から粒子線治療装置５１の各機器に送信される。
【００６０】
治療計画データの作成は、画像データ選択から開始する。画像データ選択部６３において、治療計画データを作成する対象の選択画像データの選択を行う。選択画像データの選択方法としては、画像データ格納部６２から特定の患者１００の画像データリストを取得し、作業者に画像データを選ばせたり、あるいは画像撮影装置から治療計画装置６０に対し画像データ７３を直接送信したりするなど、治療計画作成時に一般的に使用されている方法が採用される。
【００６１】
次に、輪郭データ作成部６４において、選択された選択画像データに対し重畳する輪郭データを作成する。輪郭データ作成後、治療計画データ作成部６６において、この輪郭データに対応する治療計画データを作成する。
【００６２】
線量分布計算部６９において、与えられた諸条件（選択画像データ、輪郭データ、治療計画データなど）を使用し、それぞれの条件における線量分布の計算を行い、結果を線量分布情報表示部７０が指示して表示装置に表示する。前述のように、線量分布情報表示部７０が指示して表示するのは、線量の強さに応じた色による分布表示、あるいはＤＶＨなど、作業者が、治療計画データの有効性や妥当性を判断するための線量分布情報である。
【００６３】
治療計画データに従った照射を行った場合の線量分布を計算して、線量分布そのものあるいはＤＶＨといった線量分布情報を作業者に提示することにより、作業者が提示された線量分布情報により線量分布評価を行い、治療計画データの有効性及び妥当性を評価する。治療計画データの有効性及び妥当性が不十分で再計画が必要と作業者が判断した場合、治療計画データ作成からやり直す。治療計画データの有効性及び妥当性が十分と判断された場合は、粒子線治療装置５１の各機器に対して、治療計画データ７４における当該機器に必要なデータを出力する。このように、一連の治療計画データの作成手順は終了となる。
【００６４】
次に、治療計画装置６０の治療計画データ作成における、ボーラス装置１０を構成する薄型ボーラス１の決定する方法を、図３８から図４０を用いて説明する。図３８のフローチャートに示すように、はじめに照射ターゲットである患部１００Ｔの体表面１００ｆからの深さ分布データを取得する（ステップＳ１０）。深さ分布データは、深部側形状データｚTD（ｘ，ｙ）及び浅部側形状データｚTP（ｘ，ｙ）である。深部側形状データｚTD（ｘ，ｙ）は図３９に示す患部１００Ｔの形状データにおける、ｚ軸方向から見た場合の外周より体表面１００ｆの反対側、すなわち深部側の形状データである。浅部側形状データｚTP（ｘ，ｙ）は、患部１００Ｔの形状データにおける、ｚ軸方向から見た場合の外周より体表面１００ｆ側、すなわち浅部側の形状データである。図３９では、患部１００Ｔの左右に、深部側と浅部側との境界を示す鎖線１０１ａ、１０１ｂを表示した。図３９において、鎖線１０１ａ、１０１ｂの上側、すなわち体表面１００ｆ側が浅部側であり、鎖線１０１ａ、１０１ｂの下側、すなわち体の内部側が深部側である。
【００６５】
ステップＳ２０にて、患部１００Ｔの深部側の深さ分布ｒD（ｘ，ｙ）、及び浅部側の深さ分布ｒP（ｘ，ｙ）を算出する。患部１００Ｔの深部側形状データｚTD（ｘ，ｙ）と体表面１００ｆの形状データｚf（ｘ，ｙ）から、位置（ｘ，ｙ）での患部１００Ｔの深部側表面における体表面１００ｆからの深さをｒD（ｘ，ｙ）とすると、式（１）により深部側の深さ分布ｒD（ｘ，ｙ）を算出する。また、患部１００Ｔの浅部側形状データｚTP（ｘ，ｙ）と体表面１００ｆの形状データｚf（ｘ，ｙ）から、位置（ｘ，ｙ）での患部１００Ｔの浅部側表面における体表面１００ｆからの深さをｒP（ｘ，ｙ）とすると、式（２）により浅部側の深さ分布ｒP（ｘ，ｙ）を算出する。
ｒD（ｘ，ｙ）＝ｚTD（ｘ，ｙ）−ｚf（ｘ，ｙ）    ・・・（１）
ｒP（ｘ，ｙ）＝ｚTP（ｘ，ｙ）−ｚf（ｘ，ｙ）    ・・・（２）
【００６６】
つづいて、ステップＳ３０にて、ボーラス装置１０に入射する荷電粒子ビーム１６のエネルギーについての仕様である残余飛程Ｒと、拡大ブラッグピークの幅ＳＯＢＰを設定する。ＳＯＢＰの設定は、患部１００Ｔの深さデータから、厚み分布中の最大厚みＴＭＡＸを算出し、算出した最大厚みＴＭＡＸに対応してＳＯＢＰを設定する。ＳＯＢＰの調整はリッジフィルタなどによって行われる。上述のように、深部側形状データｚTD（ｘ，ｙ）と浅部側形状データｚTP（ｘ，ｙ）が得られている場合は、最大厚みＴＭＡＸは、ＭＡＸ（ｒD（ｘ，ｙ）−ｒP（ｘ，ｙ））として得ることができる。残余飛程Ｒは、患部１００Ｔの深さデータから、患部１００Ｔ中の体表面１００ｆから最も深い最大深さＭＡＸ（ｒD（ｘ，ｙ））を算出し、算出した最大深さＭＡＸ（ｒD（ｘ，ｙ））と、ボーラス装置１０での最低厚み等を考慮して設定する。
【００６７】
そして、ステップＳ４０にて、照射ターゲットである患部１００Ｔの形状と入射する荷電粒子ビーム１６のエネルギーのデータが揃ったら、ボーラス装置１０における水等価厚み分布ｒB（ｘ，ｙ）は、式（１）に基づいて得られるｒD（ｘ，ｙ）を設定する。すなわち、水等価厚み分布ｒB（ｘ，ｙ）を式（３）のように設定する。
ｒB（ｘ，ｙ）＝ｒD（ｘ，ｙ）    ・・・（３）
【００６８】
厚み分布の算出においては説明を簡単にするため、式（３）において体表面１００ｆから患部１００Ｔの深部までを「水等価」として、ｒB（ｘ，ｙ）＝ｒD（ｘ，ｙ）であると説明した。以下の説明でも簡単のためそのように仮定して説明する。しかし、例えば骨組織のように水との挙動の差が無視できない組織やこれら組織が入り込んだ不均質な状態を考慮すべき場合は、体表面１００ｆからの深さについては組織の特性に応じて適宜修正（換算）すればよい。なお、必ずしも水等価にこだわる必要はなく、他の材料と等価な厚みに換算したり、あるいはボーラス材料の特性である例えば比重から計算できるエネルギー減衰量から直接厚みを計算したりしてもよいことはいうまでもない。
【００６９】
そして、ステップＳ５０にて、上述のように設定された水等価厚み分布ｒB（ｘ，ｙ）に基づいて、ボーラス装置１０のボーラスの選定、すなわち薄型ボーラス１の選定を行う。薄型ボーラス１の選定は、１個のみの場合や、複数個の場合もある。適宜、１個のみの薄型ボーラス１を単体ボーラスと呼び、複数個の薄型ボーラス１をまとめて組合せボーラスと呼ぶ。薄型ボーラス１の選定の候補は、１つとは限らず複数であってもよい。ステップＳ５０のボーラスの選定の詳細は後述する。
【００７０】
ステップＳ６０にて、選定された薄型ボーラス１の候補に対して、ＤＶＨによる評価、すなわち照射線量の検証を行う。薄型ボーラス１を回転させる場合には、薄型ボーラス１の候補の情報には、その回転角φに関する情報を含んでおり、回転角φが特定された薄型ボーラス１を評価する。選定された薄型ボーラス１が１個だけの場合には、選定された１個の薄型ボーラス１の候補に対して、照射線量の検証を行う。照射線量の検証結果や医学的見地から治療への適用の妥当性を判定し、妥当性が認められた薄型ボーラス１を治療に適用することを決定する。
【００７１】
ＤＶＨについて説明する。線量分布情報表示部７０は、ＤＶＨを表示する際に、図４０のように領域設定した患部１００Ｔ、正常組織あるいは、画像データ７３の人体組織全体を対象に、横軸に線量、縦軸に体積をとり、各線量値に対してその線量値以上となる組織全体の総和をグラフに表示する。ＤＶＨ特性線１１０は、領域設定した患部１００Ｔに対する特性であり、ＶＤＨの各棒（図示せず）の頂点を結んだ線である。ＤＶＨ特性線１１１は正常組織に対する特性であり、ＤＶＨ特性線１１２は人体組織全体に対する特性である。ＤＶＨの表示において、グラフの横軸、縦軸のスケールは独立に変化させることができる。また横軸は、絶対線量だけではなく、アイソセンタまたは最大線量を１００％として規格化した場合の相対線量（％）としても表示可能である。アイソセンタは、回転ガントリ２４に粒子線照射装置５８が搭載された場合にはガントリ回転軸と荷電粒子ビーム１６のビーム軸との交点であり、照射目標の基準である。また、粒子線照射装置５８が回転ガントリ２４に搭載されない場合には、アイソセンタはビーム軸上であって、患者台２７の調整可能範囲内に決められた照射目標の基準である。
【００７２】
ＤＶＨを使えば、治療対象であり標的組織である患部１００Ｔではどのくらいの体積が致死線量以上に照射されるかがわかり、正常組織ではどのくらいの体積が耐容線量以下に照射が抑えられるのかがわかる。人体組織全体のＤＶＨを見れば、どの程度線量が全体に分散されるのかを知ることができる。人体組織全体のＤＶＨにおいて、低線量域にできるだけ多くの体積がある方が望ましい治療計画であると判定できる。ＤＶＨを用いれば、計算結果である線量分布の定量的な評価が行える。すなわち、ＤＶＨにより数値が読める。図４０に示されるように、線量何Ｇｙが全体積の何％に入るかという情報を得ることができる。各病院施設では、標的組織に何Ｇｙ以上が入る領域が、全体積の何％以上になること、重要臓器に何Ｇｙ以上が入る領域が、全体積の何％以下に収まるように、などの独自の治療プロトコルを持っているため、ＤＶＨのように定量化することは重要なことである。
【００７３】
選定された薄型ボーラス１が複数個ある場合は、複数個の薄型ボーラス１を重ねた状態で照射線量の検証を行う。選定された薄型ボーラス１の候補（単体ボーラスや組合せボーラスの候補）が複数ある場合には、全ての候補に対して照射線量の検証を行う。照射線量の検証結果や医学的見地から治療への適用の妥当性を判定し、妥当性が認められ、かつ最も適した薄型ボーラス１を治療に適用することを決定する。
【００７４】
ステップＳ６０では、上記のように治療計画装置６０が選択した薄型ボーラス１に対して、照射量の検証を行い、治療計画を決定する。上記で選定した薄型ボーラス１を用いてブロード照射を行った場合の被照射体である患部１００Ｔ及びそれ以外の部分への照射量を計算し、ブロード照射で薄型ボーラス１の単体ボーラスや組合せボーラスの候補で、患部１００Ｔへの線量が所定の必要量以上でありかつ患部１００Ｔ以外への線量が所定量以内である場合には、詳細な治療計画の計算を行う。ブロード照射で薄型ボーラス１の単体ボーラスや組合せボーラスの候補では患部１００Ｔ以外への照射量が所定量以上となってしまう場合は、その旨を表示装置に表示し、患者個別のボーラスを作成する治療計画、もしくは収束された状態のビームを照射方向と垂直な面内で照射対象（患部１００Ｔ）において走査して照射するスキャニング照射による治療計画、またはそれらの両方による治療計画を計算する。
【００７５】
既成形状の薄型ボーラス１の組み合わせにて線量分布を実現するため、各患部形状に固有のディスタル形状に常に完全に一致する単体ボーラスや組合せボーラスを得ることは難しい。そこで形成できうる単体ボーラスの厚み分布や、組合せボーラスの厚み分布の組み合わせのうち、ＤＶＨによる評価が最も良好なものを選定するようにする。
【００７６】
なお、薄型ボーラス１の候補（単体ボーラスや組合せボーラスの候補）が１つとは限らず複数であってもよい理由は、詳細を後述するボーラスの選定の際に、比較的単純な評価関数による評価が最良であっても、周辺臓器の位置や形状を考慮に入れたＤＶＨによる評価が必ずしも最良のものとは限らないためである。比較的単純な評価関数によって薄型ボーラス１の複数の候補（単体ボーラスや組合せボーラスの候補）を絞り込んだ後に、それらに対してＤＶＨを評価すると、最適な単体ボーラスや組合せボーラスを短い演算時間で選ぶことができる。評価関数が所定範囲内になる単体ボーラスや組合せボーラスが１つしかない場合もありうるが、その場合は当該１つの単体ボーラスや組合せボーラスについてＤＶＨを評価することとなる。なお候補として抽出される単体ボーラスや組合せボーラスの候補数が少なすぎる場合や多すぎる場合には、評価関数に対する所定値（または所定範囲）を変更して、ステップＳ５０のボーラスの選定をやり直す。
【００７７】
ステップＳ５０のボーラス選定手順について、詳しく説明する。一般的に、ボーラスはポリエチレンまたはワックスを加工して作成される。本発明の薄型ボーラス１は、ポリエチレンまたはワックスを加工して作成する場合もある。これらの材料はほぼ水等価である。１つの薄型ボーラス１の厚み、または複数の薄型ボーラス１を組み合わせた場合の合計の厚みＤtotal（ｘ，ｙ）と水等価厚み分布ｒB（ｘ，ｙ）とは、薄型ボーラス１が水等価であり、かつ単体ボーラスや組合せボーラスの厚みを水等価厚み分布ｒB（ｘ，ｙ）に合わせることができる理想的な場合には、式（４）の関係が成立する。薄型ボーラス１に水等価でない材料を用いた場合は、水等価厚み分布ｒB（ｘ，ｙ）と比較する場合に、単体ボーラスや組合せボーラスの厚みに係数を掛けて適宜換算すればよい（以下同様）。
ｒB（ｘ，ｙ）＝Ｄtotal（ｘ，ｙ）    ・・・（４）
【００７８】
Ｎ個の薄型ボーラス１を重ね合わせて、組合せボーラスにする場合は、式（５）で表される。
【数１】
0005976254.tif 000002
ここで、Ｄn（ｘ，ｙ）は個々の薄型ボーラス１の厚み分布である。１個の薄型ボーラス１のみを使う場合にはＮ＝１として、当該１個のボーラスの厚み分布がＤtotal（ｘ，ｙ）となる。合計の厚みＤtotal（ｘ，ｙ）は、組合せボーラスの形状も表しているともいえるので、適宜、Ｄtotal（ｘ，ｙ）を組合せボーラス形状と表現する。また、同様にＤn（ｘ，ｙ）を単体ボーラス形状と表現する。
【００７９】
図４１に示すように、薄型ボーラス１をｚ軸（ビーム軸）回りに回転させて粒子線照射装置５８の先端側に取り付ける場合も考慮すると、粒子線照射装置５８、または粒子線照射装置５８を基準として見た患部１００Ｔの形状を表すｘｙｚ座標系とは別に、組合せボーラスの物理的な厚み分布を、個々の薄型ボーラス１において定めるｘ’ｙ’ｚ座標系に基づいて表すとよい。例えば、楕円面の形状を持つｍ番目の薄型ボーラス１の形状、すなわち物理的な厚み分布Ｄm（ｘ’，ｙ’）は、式（６）で表すことができる。
【数２】
0005976254.tif 000003
【００８０】
ここで、Ｔmはｍ番目の薄型ボーラス１の最大厚みであり、Ｓａm，Ｓｂm，Ｓｃmはそれぞれ、凹部２におけるｘ’，ｙ’，ｚ方向の径の半分の長さを表す。また、Ｔm＞Ｓｃm，ｘ’≦Ｓａm，ｙ’≦Ｓｂmである。Ｓａm＝Ｓｂm＝Ｓｃmの場合は、球面の形状を持つ薄型ボーラス１となる。楕円面または球面の径の異なる薄型ボーラス１を複数用意しておくと、患部１００Ｔに近い形状の薄型ボーラス１を選び出すことができる。また凹部２の形状が楕円面、球面以外にも、凹部２の径、傾き、深さや大きさなどが異なる、円筒面、傾斜面、矩形面等の形状を持つ薄型ボーラス１を複数用意しておくことが好ましい。この場合には、これらの中から患部１００Ｔに近い形状の薄型ボーラス１を選び出すことができるし、楕円面または球面の凹部２を持つ薄型ボーラス１と組み合わせて、複雑な形状の患部１００Ｔに近い組合せボーラスを得ることができる。薄型ボーラス１は初等関数で表される形状のものに限らず、臓器やがんの進行段階に応じた腫瘍の形状に合わせたものを用意すると、薄型ボーラス１の適合度がより向上する。
【００８１】
薄型ボーラス１を角度φだけ回転させて粒子線照射装置５８の先端側に取り付ける場合、当該薄型ボーラス１を基準とするｘ’ｙ’ｚ直交座標系上の座標（ｘ’，ｙ’）から、粒子線照射装置５８を基準とするｘｙｚ座標系上の座標（ｘ，ｙ）へは、式（７）のように変換される。適宜、ｘ’ｙ’ｚ直交座標系をボーラス座標系と呼び、ｘｙｚ座標系を照射装置座標系と呼ぶ。
【数３】
0005976254.tif 000004
【００８２】
ここで、薄型ボーラス１はｚ軸回りに回転させることからｚ軸は共通であり、ｚ軸方向は薄型ボーラス１の厚みに対応し、荷電粒子ビーム１６の向きをｚ軸方向とするため、座標変換の対象としてはｘ，ｙおよびｘ’，ｙ’のみ考える。逆に、粒子線照射装置５８を基準とする座標（ｘ，ｙ）から薄型ボーラス１を基準とする座標（ｘ’，ｙ’）へは、式（８）のように変換される。
【数４】
0005976254.tif 000005
【００８３】
したがって、角度φだけ粒子線照射装置５８に対してｚ軸回りに回転して取り付けたｍ番目の薄型ボーラス１の厚み分布Ｄm（ｘ'，ｙ'）、すなわち薄型ボーラス１の形状はボーラス座標系の点（ｘ’，ｙ’）の関数であるが、粒子線照射装置５８を基準とする座標（ｘ，ｙ）を用いると、厚み分布Ｄm（ｘ’，ｙ’）は、式（９）のように表される。
Ｄm（ｘ'，ｙ'）
＝Ｄm（ｘ・ｃｏｓφ＋ｙ・ｓｉｎφ，−ｘ・ｓｉｎφ＋ｙ・ｃｏｓφ）
・・・（９）
式（９）のｘ・ｃｏｓφ＋ｙ・ｓｉｎφはｘ'であり、式（９）の−ｘ・ｓｉｎφ＋ｙ・ｃｏｓφはｙ'である。
【００８４】
また、式（１０）のように、照射装置座標系の座標値（ｘ，ｙ）と回転角度φの関数として、照射装置座標系における薄型ボーラス１の形状をＤm（ｘ，ｙ，φ）と表すこともある。
Ｄm（ｘ，ｙ，φ）
＝Ｄm（ｘ'，ｙ'）
＝Ｄm（ｘ・ｃｏｓφ＋ｙ・ｓｉｎφ，−ｘ・ｓｉｎφ＋ｙ・ｃｏｓφ）
・・・（１０）
式（１０）のｘ・ｃｏｓφ＋ｙ・ｓｉｎφは式（８）のｘ'に相当するものであり、式（１０）の−ｘ・ｓｉｎφ＋ｙ・ｃｏｓφは式（８）のｙ'に相当するものである。
【００８５】
Ｎ個の薄型ボーラス１を重ね合わせて用いる場合、合計の厚みＤtotal（ｘ，ｙ）は式（１１）のように表される。
【数５】
0005976254.tif 000006
【００８６】
合計の厚みＤtotal（ｘ，ｙ）は粒子線照射装置５８を基準とした照射装置座標系の点（ｘ，ｙ）の関数であり、患部１００Ｔの形状との比較に用いられる。Ｄn（ｘ，ｙ，φn）は、粒子線照射装置５８を基準とした座標系における個々の薄型ボーラス１の厚み分布であり、Ｄn（ｘ'，ｙ'）は個々の薄型ボーラス１を基準とした座標系における個々の薄型ボーラス１の厚み分布である。
【００８７】
患部１００Ｔの形状が照射装置座標系で表されるとすると、照射装置座標系からｚ軸回りにｎ番目の薄型ボーラス１がそれぞれ角度φｎだけ回転された状態で粒子線照射装置５８の先端側に取り付けられた場合には、式（１１）のように座標変換して、患部１００Ｔの形状と組合せボーラスの形状Ｄtotal（ｘ，ｙ）を比較するとよい。
【００８８】
ステップＳ５１にて、最初の薄型ボーラス１の選定を行う（第１ボーラス選定手順）。薄型ボーラス１の選定においては、当該治療施設で使用可能な、すなわち保有している薄型ボーラス１の厚み分布Ｄn（ｘi，ｙj）と水等価厚み分布ｒB（ｘi，ｙj）とを比較する。ここで（ｘi，ｙj）は粒子線照射装置５８を基準とする離散的な座標を表しており、離散的な座標（ｘi，ｙj）は、薄型ボーラス１の厚み分布厚み分布Ｄm（ｘ'，ｙ'）、及び照射対象である患部１００Ｔの深部についての水等価厚み分布ｒB（ｘ，ｙ）の形状を精度よく表すことのできる間隔で設定される。
【００８９】
まず、水等価厚み分布ｒB（ｘi，ｙj）の形状に最も近いボーラスを選定する。Ｒを荷電粒子ビーム１６のエネルギーで決まる、飛程終端までの残余飛程とすると、薄型ボーラス１の単体ボーラス形状Ｄn（ｘ，ｙ）が体表面１００ｆの形状を加味した深部形状に理想的に整合した場合、薄型ボーラス１を通り抜けた後の荷電粒子ビーム１６の残余飛程であるＲ−Ｄn（ｘ，ｙ）と、患部１００Ｔの深部側表面における体表面１００ｆからの深さｒD（ｘ，ｙ）とが等しくなる。すなわち、式（１２）、式（１３）となる。
Ｒ−Ｄn（ｘ，ｙ）＝ｒD（ｘ，ｙ）    ・・・（１２）
Ｒ＝Ｄn（ｘ，ｙ）＋ｒD（ｘ，ｙ）    ・・・（１３）
【００９０】
選定対象となる薄型ボーラス１がＭ個ある場合を考える。厚み分布データ群のうち、ｍ番目（１≦ｍ≦Ｍ）の薄型ボーラス１の評価における残余飛程をＲmとすると、残余飛程Ｒmを式（１３）のように設定する。
Ｒm＝ＭＡＸ(i,j)［Ｄm（ｘi，ｙj）＋ｒD（ｘi，ｙj）］
・・・（１４）
【００９１】
式（１４）のＲmは薄型ボーラス１mの水等価厚みに、患部１００Ｔの深部までの深さを加えたものの位置（ｘi，ｙj）に関する最大値を表す。すなわち、式（１４）は、ｍ番目の薄型ボーラス１において、照射されない部分が患部内部に残らないようにするための最小の残存飛程Ｒmを設定することを意味する。なお、照射されない部分が患部内部に残さないようにするには少なくともＲ≧Ｒmとする必要がある。患部１００Ｔの形状と単体ボーラスや組合せボーラスの形状を比較する上で、点（ｘ，ｙ）は照射軸（荷電粒子ビーム１６のビーム軸）と垂直方向の患部１００Ｔの深部側形状をよく表す程度の間隔で離散的にとってもよく、（ｘi，ｙj）と表現することもある。ここで、下添え字ｉはｘ方向に関するｉ番目の位置であることを示すインデックス、下添え字ｊはｙ方向に関するｊ番目の位置であることを示すインデックスである。なお、ボーラス座標系のｘ’ｙ’座標における点を（ｘ'i，ｙ'j）のように表すこともあるが、インデックスｉ，ｊが同じであれば、座標系が異ったとしても（ｘi，ｙj）と（ｘ'i，ｙ'j）は実際には同じ位置の点を示すものとする。
【００９２】
そして、照射範囲の（ｘi，ｙj）の各点について、照射のはみ出し深さが所定値ｒERRO以下であるか否かを式（１５）により判定する（ボーラス判定手順）。
Ｒm−Ｄm（ｘi，ｙj）−ｒD（ｘi，ｙj）≦ｒERRO
・・・（１５）
なお、患部１００Ｔの近くに重要臓器がある場合など、必要に応じて、ｒERROは一定値ではなく、座標（ｘi，ｙj）に依存する値ｒERRO（ｘi，ｙj）としてもよい。
【００９３】
第１ボーラス選定手順をまとめる。ｍ番目の薄型ボーラスの符号を１mとする。選定対象となる薄型ボーラス１がＭ個ある場合、各々の薄型ボーラス１mの厚み分布データはＤm（ｘi，ｙj）について、すべてのｍ、すなわちｍ＝１，２，...，Ｍまでの厚み分布データはＤm（ｘi，ｙj）について、照射のはみ出しが所定値以内（許容範囲内）か否かを判定し、体表面形状を加味した深部側形状に最も近い薄型ボーラス１の候補を選びだす。所定の許容誤差を表す所定値ｒERRO以下となる薄型ボーラス１がなければ、候補なしと判定する。
【００９４】
薄型ボーラス１をｚ軸（ビーム軸）回りに回転させてボーラス装置１０に取り付ける場合には、取りうる回転角φkに対して式（１６）を用い、照射範囲の座標（ｘi，ｙj）の各点で照射のはみ出しが所定値ｒERRO所定値以内（許容範囲内）であるかを判定し、適用する薄型ボーラスの候補及びその角度を抽出し記録する。なお、回転角φkは複数であってもよい。この場合、回転角φkを考慮した、粒子線照射装置５８を基準とする座標系で表した単体ボーラス形状Ｄk（ｘ，ｙ，φk）を用いた式（１７）を代入した式（１６）によって判定する。
Ｒm−Ｄm（ｘi，ｙj，φk）−ｒD（ｘi，ｙj）≦ｒERRO
・・・（１６）
Ｒm＝ＭＡＸ(i,j)［Ｄk（ｘi，ｙj，φk）＋ｒD（ｘi，ｙj）］
・・・（１７）
【００９５】
なお、薄型ボーラス１の評価は、患部１００Ｔの体表面形状を加味した深部側形状からの薄型ボーラス１の形状ずれを評価関数で表して、評価することでもよい。評価関数Ｊ１を患部１００Ｔの深部側形状の外側への最大ずれ量とすると、ｍ番目の薄型ボーラス１mに対する評価関数Ｊ１mは式（１８）のように表せる。
Ｊ１m＝ＭＡＸ(i,j)［Ｒm−Ｄm（ｘi，ｙj）−ｒD（ｘi，ｙj）］
・・・（１８）
【００９６】
薄型ボーラス１mの回転を考慮する場合には、評価関数Ｊ１mは式（１９）のように表せる。
【数６】
0005976254.tif 000007
なお、薄型ボーラス１mを回転させない場合はφk＝０である。ＭＡＸ(i,j,k)は変数ｉ，ｊ，ｋの組み合わせにおける最大値を意味する。照射軸と垂直方向の照射領域の点（ｘi，ｙj）に関し、患部１００Ｔの中心が薄型ボーラス１の中心と一致しなくてもよい。粒子線照射装置５８は、患部１００Ｔに対して照射軸と垂直方向に相対的に移動させることができるので、薄型ボーラス１mにおける荷電粒子ビーム１６の通過領域は１つとは限られない。こうした照射軸の移動に対応して、薄型ボーラス１mにおける荷電粒子ビーム１６の通過領域の点（ｘ'i，ｙ'j）の複数の候補を考慮して評価することで、患部深部がｘｙ方向、すなわち照射軸（荷電粒子ビーム１６のビーム軸）に垂直な平面に沿った方向に非対称な深さ形状を持つ場合であっても、それに適合した薄型ボーラス１とエネルギー変調に使用する領域の候補を選ぶことができる。また、薄型ボーラス１を、粒子線照射装置５８に対して、ｘ方向及びｙ方向の一方向、又はｘ方向及びｙ方向の両方向にずらして取り付けることができる場合にも、ずらした量に対応した薄型ボーラス１mにおける荷電粒子ビーム１６の通過領域の点（ｘ'i，ｙ'j）を考慮することができる。
【００９７】
上述したように残余飛程Ｒmを設定すると、式（１８）や式（１９）の評価関数Ｊ１mが小さいほど（ゼロに近いほど）、薄型ボーラス１mにおける患部外部へのずれの最大値が小さいことを意味する。したがって、評価関数Ｊ１mが小さい薄型ボーラス１mは、患部外部へのずれの最大値が小さいので、この薄型ボーラス１mは患部１００Ｔの体表面形状を考慮した深部側形状に近いものとなる。
【００９８】
評価関数はＪ１以外にも考えられる。他の評価関数は評価関数Ｊ２とすることもできる。評価関数Ｊ２を患部１００Ｔの深部側形状と比較した薄型ボーラス１の形状のずれ量（絶対値）の平均値とすると、回転を考慮する場合におけるｍ番目の薄型ボーラス１mに対する評価関数Ｊ２mは式（２０）のように表せる。
【数７】
0005976254.tif 000008
【００９９】
なおＡＶＥ(i,j)は変数ｉ，ｊについての平均値を意味する。式（２０）ではＪ２mはＪ２m,kの回転角φkについての最小値となる。上述したように残余飛程Ｒmを設定すると、式（２０）の評価関数Ｊ２mが小さいほど（ゼロに近いほど）、薄型ボーラス１mを用いた場合における照射領域の患部１００Ｔの深部形状からのずれの最大値が小さいことを意味する。したがって、式（２０）で、評価関数Ｊ２mが小さい薄型ボーラス１mは、照射領域の患部１００Ｔの深部形状からのずれの最大値が小さいので、この薄型ボーラス１mは患部１００Ｔの体表面形状を考慮した深部側形状に近いものとなる。なお回転を考慮しない場合の評価関数Ｊ２はφk＝０と置くことで得られる。
【０１００】
評価関数はＪ１、Ｊ２以外にも考えられる。さらに他の評価関数は評価関数Ｊ３とすることもできる。評価関数Ｊ３を薄型ボーラス１の深部側形状からのずれの二乗平均平方根（root  mean  square）とすると、回転を考慮する場合におけるｍ番目の薄型ボーラス１mに対する評価関数Ｊ３mは式（２１）のように表せる。
【数８】
0005976254.tif 000009
【０１０１】
上述したように残余飛程Ｒmを設定すると、式（２１）の評価関数Ｊ３mが小さいほど（ゼロに近いほど）、薄型ボーラス１mにおける患部形状から外側へのずれの二乗平均平方根が小さいことを意味する。したがって、評価関数Ｊ３mが小さい薄型ボーラス１mは、患部形状から外側へのずれの二乗平均平方根が小さいので、この薄型ボーラス１mは患部１００Ｔの体表面形状を考慮した深部側形状に近いものとなる。なお回転を考慮しない場合の評価関数Ｊ３はφk＝０と置くことで得られる。
【０１０２】
なお、患部１００Ｔの境界から内部における照射不足が許容される場合は、残余飛程Ｒmを上述したものより小さく設定することも可能である。例えば、照射軸と垂直方向についての照射領域の点（ｘi，ｙj）における、薄型ボーラス１mを通り抜けた後の荷電粒子ビーム１６の想定される残余飛程の平均値であるＲm−ＡＶＥ(i,j)［Ｄm（ｘi，ｙj，φk）］と、上記の照射領域の点（ｘi，ｙj）における患部１００Ｔの深部側の面の深さの平均値であるＡＶＥ(i,j)［ｒD（ｘi，ｙj）］とを等しいと置いて得られるＲmは、式（２２）とすることができる。
【数９】
0005976254.tif 000010
【０１０３】
薄型ボーラスの候補を選定するときに、上記のようにＲmを選定すると、患部深部側形状により近い形状分布を持つ薄型ボーラス１mを候補として選び出す可能性を高めることができる。残余飛程Ｒmを式（１４）で示した値より小さく選定する場合は、後述するＤＶＨ計算において、荷電粒子ビーム１６の残余飛程Ｒの値の候補を複数設定して評価することで、より良いＤＶＨが得られる薄型ボーラス１を見つけ出す可能性を高めることができる。
【０１０４】
評価関数は上に挙げた評価関数はＪ１、Ｊ２、Ｊ３以外であってもよく、薄型ボーラス１の患部深部側形状からのずれを適切に表すものであればよい。このように、薄型ボーラス１の患部深部側形状からのずれを表す評価関数の符号を、総括的にＪとする。区別した評価関数を用いる場合に、符号Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３を付す。評価関数Ｊが所定値以内である薄型ボーラス１を適用候補としてピックアップする。
【０１０５】
薄型ボーラスを１枚だけ使用する場合には、ステップＳ５０のボーラス選定手順を終了し、ステップＳ６０の照射量検証手順を実行する。
【０１０６】
複数の薄型ボーラス１を重ね合わせて用いる場合には、上述のように選定された第１段階の薄型ボーラス１の候補と、以下に述べる第２段階で選定対象となる薄型ボーラス１を組み合わせた形状について、評価関数Ｊを用いて評価する。また、複数の薄型ボーラス１をｎ個重ね合わせて用いる場合には、ｎ段階のボーラス選定手順を行う。この場合、選定された第１段階から第ｎ−１段階までの薄型ボーラス１の候補と、第ｎ段階で選定対象となる薄型ボーラス１を組み合わせた形状について、評価関数Ｊを用いて評価する。各段階の薄型ボーラス１の候補は、１つに限らず複数であってもよい。また、各段階の薄型ボーラス１の候補は、回転させる場合は評価関数が所定範囲内となる回転角度の情報を含むものである。
【０１０７】
次に複数の薄型ボーラス１を重ね合わせて用いる場合のボーラス選定手順（ステップＳ５０）を詳しく説明する。まず、２個の薄型ボーラス１を重ね合わせて用いる場合を説明する。２個の薄型ボーラス１を重ね合わせた組合せボーラスを選定するには、２段階のボーラス選定手順を行う。前述した第１ボーラス選定手順（ステップＳ５１）の後に、第２段階のボーラス選定手順である第２ボーラス選定手順（ステップＳ５２）を実行する。
【０１０８】
ステップＳ５２にて、組合せボーラス形状Ｄtotal（ｘ，ｙ）を式（２３）として、Ｄtotal（ｘ，ｙ）に対して評価関数Ｊによる評価を行う。
Ｄtotal（ｘ，ｙ）＝Ｄm1（ｘ，ｙ，φm1）＋Ｄm2（ｘ，ｙ，φm2）
・・・（２３）
ここで、Ｄm1（ｘ，ｙ，φm1）は第１段階で選んだ薄型ボーラス１の候補のうちの１つであるｍ１番目の薄型ボーラス１m1の厚み分布であり、Ｄm2（ｘ，ｙ，φm2）は第２段階で評価対象となる薄型ボーラス１のうちの１つであるｍ２番目の薄型ボーラス１m2の厚み分布である。
【０１０９】
まず、第１段階で選定された薄型ボーラス１の形状および角度の情報を、厚み分布Ｄm1（ｘ，ｙ，φm1）に設定する。次に、第２段階で選定対象となる薄型ボーラス１の形状および角度の情報を、厚み分布Ｄm2（ｘ，ｙ，φm2）に順次設定して、評価関数Ｊを計算する。Ｒmの代わりに残留飛程を式（２４）とおいて評価関数Ｊを計算する。なお、前述したようにＲtotalを式（２４）で示した値より小さい値に設定して評価関数Ｊを計算してもよい。
Ｒtotal＝ＭＡＸ(i,j)［Ｄtotal（ｘi，ｙj）＋ｒD（ｘi，ｙj）］
・・・（２４）
【０１１０】
評価関数Ｊが所定範囲内（所定値以下）になる薄型ボーラス１m2と角度φm2を第２段階で選定されたボーラス候補として、治療計画装置内に記録する。第１段階で選定された薄型ボーラス１の形状および角度の情報が複数あれば、その中から順次Ｄm1（ｘ，ｙ，φm1）に設定して、第２段階の選定、すなわち第２ボーラス選定手順（ステップＳ５２）を繰り返す。
【０１１１】
第２段階の選定が終了すると、薄型ボーラス１m1及びその角度φm1と、薄型ボーラス１m2及びその角度φm2との組み合わせが、組合せボーラス候補として得られる。２個の薄型ボーラス１の組み合わせで治療を行う場合には、ステップＳ６０の照射量検証手順にて、これら２個の全ての組み合わせについてＤＶＨを計算し、ＤＶＨが最良な組み合わせ、すなわち最良の組合せボーラスを求める。
【０１１２】
３個の薄型ボーラス１の組み合わせで治療を行う場合には、第１段階から第３段階における候補抽出ステップ、すなわち３段階のボーラス選定手順を行う。前述した第１ボーラス選定手順（ステップＳ５１）及び第２ボーラス選定手順（ステップＳ５２）の後に、第３段階のボーラス選定手順である第３ボーラス選定手順（ステップＳ５３）を実行する。第３ボーラス選定手順として、２個の薄型ボーラス１を組み合わせの候補に対して、３個目の薄型ボーラス１の形状を重ね合わせた組合せボーラス形状Ｄtotal（ｘ，ｙ）に対して、評価関数Ｊを計算して、所定範囲内の３個の組み合わせ（角度の情報を含む）に対して、ステップＳ６０の照射量検証手順にて、ＤＶＨを計算し、ＤＶＨが最良の組み合わせ、すなわち最良の組合せボーラスを求める。
【０１１３】
４個以上の薄型ボーラス１の組み合わせについても、３個の薄型ボーラス１の組み合わせで治療を行う場合と同様である。ｎ個の薄型ボーラス１の組み合わせで治療を行う場合には、ｎ段階のボーラス選定手順を行う。第ｎ−１段階の薄型ボーラス抽出ステップ、すなわち第ｎ−１段階のボーラス選定手順である第ｎ−１ボーラス選定手順を実行する。そして、選び出されたｎ−１個の薄型ボーラス１の組み合わせの候補に、ｎ個目の薄型ボーラス１を重ねた組合せボーラス形状Ｄtotal（ｘ，ｙ）に対して、評価関数Ｊを計算して、所定範囲内のｎ個の組み合わせ（角度の情報を含む）に対して、ステップＳ６０の照射量検証手順にて、ＤＶＨを計算し、ＤＶＨが最良の組み合わせ、すなわち最良の組合せボーラスを求める。
【０１１４】
なお、評価関数Ｊが所定範囲内の単体ボーラスまたは組合せボーラスを、１つまたは１組に限定しないのは、評価関数Ｊが最良となるｎ−１個の薄型ボーラス１の組み合わせに、ｎ個目の薄型ボーラス１を組み合わせによりも、評価関数Ｊが最良ではなかったｎ−１個の薄型ボーラス１の組みとｎ個目の薄型ボーラス１の組み合わせの方が深部側形状により近くなる可能性があるためである。したがって、評価関数Ｊが最良となる薄型ボーラス１または薄型ボーラス１の組み合わせ以外にも、候補をピックアップすることが望ましい。
【０１１５】
なお、評価関数Ｊが最も良好な薄型ボーラス１を１個または１組だけ選び出してＤＶＨを評価することももちろん可能である。その場合はＤＶＨの評価が１つの単体ボーラスまたは１組の組合せボーラスによる１回の評価で済み、計算時間の大幅な短縮が可能である。なお、ＤＶＨの評価において、荷電粒子ビームの残余飛程Ｒは、患部１００Ｔ中の体表面から最も深い最大深さＭＡＸ（ｒD（ｘ，ｙ））と、組合せボーラスにおける組合せボーラス形状の最低厚みＭＩＮ(i,j)（Ｄtotal（ｘ，ｙ））等を考慮して設定する。
【０１１６】
実施の形態７の治療計画装置６０は、最適な薄型ボーラス１である最適な単体ボーラスや、最適な薄型ボーラス１の組み合わせである最適な組合せボーラスを求めることができる。実施の形態７の治療計画装置６０により、作業者が薄型ボーラス１の組合せを考える必要がなく、薄型ボーラス１の組合せの最適解を短時間に求めることができる。
【０１１７】
以上のように、実施の形態７の治療計画装置６０は、基本ボーラス（薄型ボーラス１）の選択情報である選択パラメータを含む治療計画データ７４を作成する治療計画装置６０であって、１つの基本ボーラス（薄型ボーラス１）からなる単体ボーラス、または複数の基本ボーラス（薄型ボーラス１）を積み上げた組合せボーラスの候補を選定する治療計画データ作成部６６と、治療計画データ作成部６６により選定された単体ボーラスまたは組合せボーラスを通過して形成される荷電粒子ビーム１６の照射野の線量分布を計算する線量分布計算部６９と、線量分布計算部６９で計算された線量分布の情報を表示装置に表示する線量分布情報表示部７０を備え、治療計画データ作成部６６は、治療計画の際に照射対象（患部１００Ｔ）を撮影した画像データ７３における照射対象（患部１００Ｔ）の体表面１００ｆからビーム軸方向奥側までの深さ分布と、ボーラス形状データ群格納部（薄型ボーラス形状データ群格納部６８）に格納された基本ボーラス（薄型ボーラス１）の厚み分布情報に基づいて、単体ボーラスまたは組合せボーラスを選定することを特徴とする。実施の形態７の治療計画装置６０は、この特徴により、最適な基本ボーラス（薄型ボーラス１）である最適な単体ボーラスや、最適な基本ボーラス（薄型ボーラス１）の組み合わせである最適な組合せボーラスを求めることができる。
【０１１８】
実施の形態８．
図４１は、本発明の実施の形態８によるボーラス装置及び粒子線照射装置を示す図である。実施の形態８のボーラス装置１０は、複数の薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｃと、ボーラスホルダ３と、回転ステージ４０を備える。実施の形態８の粒子線照射装置５８は、その先端側にボーラス装置１０が配置されている。図４１では、粒子線照射装置５８が回転ガントリ２４の回転フレーム２５に設置される例を示した。回転ステージ４０は、手動または図示しないモータにより回転する。
【０１１９】
実施の形態８の粒子線照射装置５８は、照射前に、回転ずれがあっても修正すれば照射可能と判断された場合に、荷電粒子ビーム１６のビーム軸を中心にした患部１００Ｔの回転ずれを修正するように、手動または図示しないモータにより回転ステージ４０と共にボーラス装置１０を回転させてから荷電粒子ビーム１６を照射する。例えば、照射前にＸ線装置で撮影した患部１００Ｔが、荷電粒子ビーム１６のビーム軸を中心にしてθ方向に角度θ１だけずれている場合、治療計画装置６０で再計算して所定の誤差内で照射可能な場合は、θ方向に角度θ１だけ回転指示を出して手動または自動でボーラス装置１０を回転したのちに照射する。実施の形態８の粒子線照射装置５８を備えた粒子線治療装置５１は、患部１００Ｔがθ方向に移動した場合にもアダプティブ治療が可能である。
【０１２０】
実施の形態９．
図４２は本発明の実施の形態９によるボーラス装置及び粒子線照射装置を示す図であり、図４３は図４２のボーラス装置の上面図である。実施の形態９のボーラス装置１０は、複数の薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｃと、複数のボーラスホルダ３ａ、３ｂと、エアシリンダ４１と、ロッド４２と、固定具４５を備える。実施の形態９の粒子線照射装置５８は、その先端側にボーラス装置１０が配置されている。図４２では、粒子線照射装置５８が回転ガントリ２４の回転フレーム２５に設置される例を示した。なお、図４２におけるボーラスホルダ３ａ、３ｂは、個別の天板はなく、共通の天板４３を用いる例を示した。
【０１２１】
ボーラスホルダ３ａ、３ｂは薄型ボーラス１を収容するボーラス収容部である。図４２に示したボーラス収容部はボーラスホルダ３ａ、３ｂを有した例であり、このボーラス収容部には薄型ボーラス１の単体ボーラスや組合せボーラスを２つ収容できる。ボーラス収容部に３個以上のボーラスホルダ３を有した場合でもよい。図４２において、第１ボーラス収容部であるボーラスホルダ３ａに、１個または複数個の薄型ボーラス１からなる第１の単体ボーラスまたは組合せボーラスを収容する。第２ボーラス収容部であるボーラスホルダ３ｂにも、１個または複数個の薄型ボーラス１からなる第２の単体ボーラスまたは組合せボーラスを収容する。図４２では、ボーラスホルダ３ａに２個の薄型ボーラス１ａ、１ｂが収容され、ボーラスホルダ３ｂに１個の薄型ボーラス１ｃが収容されている例を示した。適宜、第１の単体ボーラスまたは組合せボーラスを第１のボーラスと呼び、第２の単体ボーラスまたは組合せボーラスを第２のボーラスと呼ぶ。
【０１２２】
ボーラスホルダ３ａ、３ｂを移動させるスライド機構としては、一般に知られている直動機構を使用すればよい。その直動機構にボーラス収容部を固定しておく。ボーラスホルダ３ａ、３ｂを移動させる駆動機構としては、例えば、エアシリンダ４１を用いる。エアシリンダ４１を支持部材である固定具４５によって粒子線照射装置５８の筐体側に固定しておき、そのロッド４２をエアシリンダ４１側のボーラスホルダ３ｂに連結することで、１個のエアシリンダ４１の動作により、第１のボーラスと第２のボーラスとを同時に駆動するように構成されている。
【０１２３】
図４３に示すように、天板４３にはガイド４４が設けられ、連結されたボーラスホルダ３ａ、３ｂはエアシリンダ４１の動作により、ガイド４４に沿って移動する。天板４３に設けられた開口部５の下側に配置されたボーラスホルダが照射に使われるものである。図４３におけるボーラスホルダ３ａ、３ｂは図４２に示した状態に対応している。図４３において右側に示したボーラスホルダ３ｃは、ボーラスホルダ３ａ、３ｂが右側に移動した場合のボーラスホルダ３ａを示したものである。ボーラスホルダ３ａ、３ｂが右側に移動した場合は、開口部５の下側にボーラスホルダ３ｂが配置される。
【０１２４】
まず第１のボーラス（ボーラスホルダ３ａに搭載されたボーラス）が照射軸（荷電粒子ビーム１６のビーム軸）上に位置するようにエアシリンダ４１を制御する。そして、第１のボーラスを用いて荷電粒子ビーム１６を患者１００の患部１００Ｔに照射し治療を行った後、エアシリンダ４１を作動させて、第２のボーラス（ボーラスホルダ３ｂに搭載されたボーラス）が荷電粒子ビーム１６の照射軸上に位置するようにエアシリンダ４１を作動させて、スライド移動させる。そして、第２のボーラスを用いて荷電粒子ビーム１６を患者１００の患部１００Ｔに照射し治療をする。
【０１２５】
第１のボーラス、第２のボーラスの切替操作は、制御装置からの指令により、予め設定されたプログラムに従って、遠隔操作により実施される。回転ガントリ２４を回転させて照射方向を変更する場合などに切替操作を行う。
【０１２６】
このように、ボーラスの切り替えを遠隔操作することにより、１回の照射治療において、作業者がボーラスを取り替える必要なく照射が可能となる。自動でボーラスの切り替えを行うため、照射にかかる治療時間の短縮が可能となる。
【０１２７】
なお、ブロード照射とスキャニング照射を切替可能な粒子線治療装置５１にボーラス装置１０を搭載し、図４２の第２ボーラス収容部（ボーラスホルダ３ｂ）の位置に、ボーラスを置かないことも可能である。その場合、荷電粒子ビーム１６はそのまま透過することとなり、スキャニング照射を行い、ボーラスによる照射野のディスタル形状の調整を行わない方法による照射に適する。一方、スキャニング照射のときにも患部のディスタル形状に合わせた薄型ボーラス１を用いることができる。この場合、時間を要する加速器の加速条件の変更やレンジシフタの抜き差しによる荷電粒子ビーム１６のエネルギーの変更を最小限に抑えながら、患部の深部側表面に沿った照射をスキャニング法で行えるため、患部より体の奥側にある正常組織、特に重要臓器への影響を抑えつつ、患部の深部側形状により精密に合わせて照射することができる。
【０１２８】
なお、図４２の第１ボーラス収容部または第２ボーラス収容部（ボーラスホルダ３ａまたはボーラスホルダ３ｂ）の一方に、薄型ボーラス１の単体ボーラスまたは組合せボーラス（本発明のボーラス）、他方に患者１００ごとに作成した従来型のボーラスを置くことも可能である。一方の照射方向において本発明のボーラスが使用可能であり、他方の照射方向において患部１００Ｔ以外への照射を抑制するために本発明のボーラスが使用できない場合においても、廃棄物の削減が可能となる。
【０１２９】
なお、スライド機構は、エアシリンダ４１の代わりに、モータとラックとピニオンによりボーラスをスライド移動して駆動することもできる。なお、モータとラックとピニオンは、例えば図５１に示すモータ８０ａとラック７９ａとピニオン７８ａである。
【０１３０】
図４４のように、第１のボーラスと、第２のボーラスとが、粒子線照射装置５８の先端側に、回転フレーム２５の回転軸方向に対して直交方向（荷電粒子ビーム１６のビーム軸方向）に段積みすることもできる。図４４は本発明の実施の形態９による他のボーラス装置及び粒子線照射装置を示す図である。図４５は図４４の第１の天板の上面図であり、図４６は図４４の第２の天板の上面図である。実施の形態９の他のボーラス装置１０は、複数の薄型ボーラス１ａ、１ｂ、１ｅ、１ｆと、複数のボーラスホルダ３ａ、３ｂと、エアシリンダ４１ａ、４１ｂと、ロッド４２ａ、４２ｂと、固定具４５を備える。図４４では、ボーラスホルダ３ａに２個の薄型ボーラス１ａ、１ｂが収容され、ボーラスホルダ３ｂに２個の薄型ボーラス１ｅ、１ｆが収容されている例を示した。
【０１３１】
図４５に示すように、ボーラスホルダ３ａの天板４３ａにはガイド４４が設けられている。また、図４６に示すように、ボーラスホルダ３ｂの天板４３ｂにはガイド４４が設けられている。天板４３ｂはボーラスホルダ３ａの底側に固定されている。ボーラスホルダ３ａはエアシリンダ４１ａの動作により、ガイド４４に沿って移動する。同様に、ボーラスホルダ３ｂはエアシリンダ４１ｂの動作により、ガイド４４に沿って移動する。天板４３ａの開口部５と天板４３ｂの開口部５は、荷電粒子ビーム１６のビーム軸を包含するように、ビーム軸の上流側からみて同一の配置になっている。天板４３ａの開口部５及び天板４３ｂの開口部５の下側に配置されたボーラスホルダが照射に使われるものである。図４４におけるボーラスホルダ３ａ、３ｂは図４５、図４６に示したボーラスホルダ３ａ、３ｂの状態に対応している。図４５において右側に示したボーラスホルダ３ｄは、ボーラスホルダ３ａが右側に移動した場合のボーラスホルダ３ａを示したものである。図４６において左側に示したボーラスホルダ３ｃは、ボーラスホルダ３ｂが左側に移動した場合のボーラスホルダ３ｂを示したものである。
【０１３２】
この場合、第１のボーラス及び第２のボーラスは、治療計画に従って、予め、患者１００の患部１００Ｔと照射位置に対応して選択されたものである。例えば第１のボーラスは垂直方向からの荷電粒子ビーム１６に対応し、第２のボーラスは水平方向からの荷電粒子ビーム１６に対応するものであり、各ボーラスはボーラスホルダ３ａ、３ｂに収納され、スライド機構によって荷電粒子ビーム１６のビーム軸の軸線方向にスライド可能に構成されている。図４４に示すように、ボーラスホルダ３ａ、３ｂの駆動は、粒子線照射装置５８の筐体側に固定したエアシリンダ４１ａ、４１ｂによって、ボーラス毎に個別に行うようになっている。図４４に示したボーラス装置及び粒子線照射装置は、図４２に示したボーラス装置及び粒子線照射装置と同様の効果を発揮する。
【０１３３】
ブロード照射とスキャニング照射を切替可能な粒子線治療装置５１にボーラス装置１０を搭載することもできる。さらに、図４４の第２ボーラス収容部（ボーラスホルダ３ｂ）の位置に、ボーラスを置かないことも可能である。その場合、荷電粒子ビーム１６はそのまま透過することとなり、スキャニング照射を行い、ボーラスによる照射野のディスタル形状の調整を行わない方法による照射に適する。また、第１ボーラス収容部（ボーラスホルダ３ａ）、第２ボーラス収容部（ボーラスホルダ３ｂ）をエアシリンダ４１ａ、４１ｂによって、ビーム軸から離れるように退避させれば、荷電粒子ビーム１６はそのまま透過することになり、上記と同様のことができる。
【０１３４】
なお、図４４の第１ボーラス収容部または第２ボーラス収容部（ボーラスホルダ３ａまたはボーラスホルダ３ｂ）の一方に、薄型ボーラス１の単体ボーラスまたは組合せボーラス（本発明のボーラス）、他方に患者１００ごとに作成した従来型のボーラスを置くことも可能である。
【０１３５】
実施の形態１０．
図４７は、本発明の実施の形態１０によるボーラス装置及び粒子線照射装置を示す図である。図４８は、図４７の多葉ボーラスを示す上面図である。図４９は図４８の正面図であり、図５０は図４８の側面図である。図５１、図５２は、それぞれ配置状態が異なる図４８の基本ボーラスを示す正面図である。図５３は図５１の上面図であり、図５４は図５２の上面図である。実施の形態１０の粒子線照射装置５８は、走査電磁石１７ａ、１７ｂと、散乱体１８と、リッジフィルタ１９と、レンジシフタ２０と、マルチリーフコリメータ２１と、ボーラス装置１０と、筐体８３の先端に設けられた回転筐体８４とを備える。回転筐体８４は荷電粒子ビーム１６が入射してくる上流側に回転ステージ８５を有し、ボーラス装置１０は回転筐体８４の内部に配置される。実施の形態１０のボーラス装置１０は、配置向きが互いに垂直になるように配置された２つの多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを備える。多葉ボーラスの符号は、総括的に７５を用い、区別して説明する場合に７５ａ、７５ｂを用いる。
【０１３６】
多葉ボーラス７５は、枠８１と、複数の基本ボーラス７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈを備える。基本ボーラスの符号は、総括的に７６を用い、区別して説明する場合に７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈを用いる。基本ボーラス７６は、２つの葉状ボーラス７７ａ、７７ｂを備える。基本ボーラス７６は、モータ８０ａ、８０ｂとラック７９ａ、７９ｂとピニオン７８ａ、７８ｂによりスライド移動される。葉状ボーラス７７ａ、７７ｂを駆動する直動機構として、ラックとピニオンを用いた例を示す。図４８では、基本ボーラス７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈのそれぞれから右側に配置された８個のラックを示した。符号を付したラック７９ａｂ、７９ｈｂは、それぞれ基本ボーラス７６ａ、７６ｈに固定されたものである。また、基本ボーラス７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈのそれぞれから左側に配置された８個のラックを示した。符号を付したラック７９ａａ、７９ｈａは、それぞれ基本ボーラス７６ａ、７６ｈに固定されたものである。
【０１３７】
図４８では、右側に基本ボーラス７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈをＸ方向または−Ｘ方向に駆動する８個のモータを示した。符号を付したモータ８０ａｂ、８０ｈｂは、それぞれ基本ボーラス７６ａ、７６ｈを駆動するものである。図４８では、右側に８個のモータに接続され、８個のラックにそれぞれ係合する８個のピニオンを示した。符号を付したピニオン７８ａｂは、モータ８０ａｂに接続され、ラック７９ａｂに係合している。符号を付したピニオン７８ｈｂは、モータ８０ｈｂに接続され、ラック７９ｈｂに係合している。また、図４８では、左側に基本ボーラス７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈをＸ方向または−Ｘ方向に駆動する８個のモータを示した。符号を付したモータ８０ａａ、８０ｈａは、それぞれ基本ボーラス７６ａ、７６ｈを駆動するものである。図４８では、左側に８個のモータに接続され、８個のラックにそれぞれ係合する８個のピニオンを示した。符号を付したピニオン７８ａａは、モータ８０ａａに接続され、ラック７９ａａに係合している。符号を付したピニオン７８ｈａは、モータ８０ｈａに接続され、ラック７９ｈａに係合している。
【０１３８】
図４８、図４９において、ピニオン、ラック、モータの符号は、以下のように図５１で使用した符号を拡張している。図５１の基本ボーラス７６におけるピニオン７８ａを、基本ボーラス７６ａに適用する場合にピニオン７８ａａと表記した。同様に、図５１の基本ボーラス７６におけるピニオン７８ａを、基本ボーラス７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈに適用する場合に、それぞれピニオン７８ｂａ、７８ｃａ、７８ｄａ、７８ｅａ、７８ｆａ、７８ｇａ、７８ｈａと表記する。図５１の基本ボーラス７６におけるピニオン７８ｂを、基本ボーラス７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈに適用する場合に、それぞれピニオン７８ａｂ、７８ｂｂ、７８ｃｂ、７８ｄｂ、７８ｅｂ、７８ｆｂ、７８ｇｂ、７８ｈｂと表記する。図５１の基本ボーラス７６におけるラック７９ａを、基本ボーラス７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈに適用する場合に、それぞれラック７９ａａ、７９ｂａ、７９ｃａ、７９ｄａ、７９ｅａ、７９ｆａ、７９ｇａ、７９ｈａと表記する。図５１の基本ボーラス７６におけるラック７９ｂを、基本ボーラス７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈに適用する場合に、それぞれラック７９ａｂ、７９ｂｂ、７９ｃｂ、７９ｄｂ、７９ｅｂ、７９ｆｂ、７９ｇｂ、７９ｈｂと表記する。図５１の基本ボーラス７６におけるモータ８０ａを、基本ボーラス７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈに適用する場合に、それぞれモータ８０ａａ、８０ｂａ、８０ｃａ、８０ｄａ、８０ｅａ、８０ｆａ、８０ｇａ、８０ｈａと表記する。図５１の基本ボーラス７６におけるモータ８０ｂを、基本ボーラス７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈに適用する場合に、それぞれモータ８０ａｂ、８０ｂｂ、８０ｃｂ、８０ｄｂ、８０ｅｂ、８０ｆｂ、８０ｇｂ、８０ｈｂと表記する。
【０１３９】
図４９は図４８の下側から多葉ボーラス７５を見た正面図である。図４９において一番手前に位置する基本ボーラス７６ｈを示した。図４９において、右側のピニオン７８ａｂ、７８ｃｂ、７８ｅｂ、７８ｇｂは、それぞれピニオン７８ｂｂ、７８ｄｂ、７８ｆｂ、７８ｈｂよりも下側に配置されている。図４９において、左側のピニオン７８ａａ、７８ｃａ、７８ｅａ、７８ｇａは、それぞれピニオン７８ｂａ、７８ｄａ、７８ｆａ、７８ｈａよりも上側に配置されている。図４９において、基本ボーラス７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈに固定されたラック７９ａａ、７９ｂａ、７９ｃａ、７９ｄａ、７９ｅａ、７９ｆａ、７９ｇａ、７９ｈａは、その上側に配置されたピニオンガイド８２により−Ｚ方向の移動が抑制される。同様に、基本ボーラス７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈに固定されたラック７９ａｂ、７９ｂｂ、７９ｃｂ、７９ｄｂ、７９ｅｂ、７９ｆｂ、７９ｇｂ、７９ｈｂは、その上側に配置されたピニオンガイド８２により−Ｚ方向の移動が抑制される。なお、図４８において、ピニオンガイド８２は省略した。
【０１４０】
実施の形態１０の多葉ボーラス７５を説明するために、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向からなる座標系を用いる。葉状ボーラス７７ａ、７７ｂが移動する方向はＸ方向であり、葉状ボーラス７７ａ、７７ｂを荷電粒子ビーム１６が通過する方向はＺ方向であり、Ｘ方向とＺ方向に垂直な方向はＹ方向である。多葉ボーラス７５は、荷電粒子ビーム１６のビーム軸がＺ軸となるように配置される。多葉ボーラス７５は、荷電粒子ビーム１６のビーム軸に直交する方向に層状に葉状ボーラス７７ａ、７７ｂの組が複数並んで構成された組合せボーラスである。実施の形態１０の多葉ボーラス７５は、葉状ボーラス７７ａ、７７ｂの組が層状に複数配置されるので、各葉状ボーラス７７ａ、７７ｂの組（基本ボーラス）の厚みを直動機構により任意に変化することができ、実施の形態１から６に示したボーラス装置よりも、患部１００Ｔのディスタル形状に合わせる自由度を高めることができる。１つの多葉ボーラス７５を備えた実施の形態１０のボーラス装置１０は、実施の形態１から６に示したボーラス装置よりも、患部１００Ｔのディスタル形状に組合せボーラスの形状を高精度に合わせることが可能である。実施の形態１０の多葉ボーラス７５は、複数の葉状ボーラス７７を用いて組合せボーラスを構成するので、基本ボーラスである葉状ボーラス７７ａ、７７ｂの組を繰り返し使用することができる。したがって、少なくとも１つの多葉ボーラス７５を備えた実施の形態１０のボーラス装置１０は、患者毎の組合せボーラスを構成した基本ボーラスを廃棄しないようにすることができる。
【０１４１】
図５１に示すように、モータ８０ａ、８０ｂを駆動して葉状ボーラス７７ａ、７７ｂを最も薄くした場合において、その最も薄い一定の厚みが得られる範囲（照射範囲Ａ１）を使って荷電粒子ビーム１６を患者１００の患部１００Ｔに照射する。その場合、葉状ボーラス７７ａ、７７ｂの長さ方向（Ｘ方向）に沿って一様の等価厚みが得られ、荷電粒子ビーム１６のエネルギーの調整が一様に可能となる。図５２は、モータ８０ａ、８０ｂを駆動して葉状ボーラス７７ａ、７７ｂが最も厚くなった場合を示している。図５１、図５２のように、葉状ボーラス７７ａ、７７ｂの挿抜方向（移動方向）を傾けて、基本ボーラス７６の上側境界及び下側境界を荷電粒子ビーム１６の入射方向と垂直とすることで、葉状ボーラス７７ａ、７７ｂを通過する荷電粒子ビーム１６の進行方向の変化を抑えることができる。基本ボーラス７６の上側境界は葉状ボーラス７７ａの上面であり、基本ボーラス７６の下側境界は葉状ボーラス７７ｂの下面である。
【０１４２】
なお、図５１、図５２の照射範囲Ａ２の範囲に荷電粒子ビーム１６が通過するようにすることもできる。この場合は、照射範囲Ａ１の外側では、最低の厚みより大きい厚みしかならないが、多葉ボーラス７５における葉状ボーラス７７ａ、７７ｂの薄い厚みを使わない場合、例えば患部１００Ｔのディスタル形状の高低差が比較的小さい場合や、２つの多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを組み合わせて使う場合に他方の多葉ボーラスで高低差を補える場合などには、照射範囲Ａ２まで照射範囲を広げることができる。また、照射範囲Ａ１の外側で葉状ボーラス７７ａ、７７ｂの厚みが厚くなることを積極的に利用して、患部１００Ｔのディスタル形状に合わせこむことも可能である。これらの計算及び判定を治療計画装置６０のボーラス形状計算時（ボーラス選定手順の実行時）に行うと、照射範囲をより広げることができる。
【０１４３】
上記では、基本ボーラス７６を８個並べた例を示したが、基本ボーラス７６の数が多いほど患部１００Ｔのディスタル形状に高精度に合わせることが可能である。図４７に示したように、配置向きが互いに垂直になるように配置された２つの多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを備えた実施の形態１０のボーラス装置１０は、１つのみの多葉ボーラス７５を備えたボーラス装置１０よりも、患部１００Ｔのディスタル形状に合わせる自由度をさらに高めることができる。これにより、図４７に示した２つの多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを備えた実施の形態１０のボーラス装置１０は、１つのみの多葉ボーラス７５を備えたボーラス装置１０よりも、患部１００Ｔのディスタル形状に組合せボーラスの形状を高精度に合わせることが可能である。
【０１４４】
次に、図４７に示したように、配置向きが互いに垂直になるように配置された２つの多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを用いて形成した組合せボーラスの深さ形状の例を説明する。ここでは３つの例を示す。図５５は、二つの多葉ボーラスを用いた合成深さ形状の第１例を示す図である。図５６は図５５のｘ方向の相対高さを示す図であり、図５７は図５５のｙ方向の相対高さを示す図である。図５８は、二つの多葉ボーラスを用いた合成深さ形状の第２例を示す図である。図５９は図５８のｘ方向の相対高さを示す図であり、図６０は図５８のｙ方向の相対高さを示す図である。図６１は、二つの多葉ボーラスを用いた合成深さ形状の第３例を示す図である。図６２は図６１のｘ方向の相対高さを示す図であり、図６３は図６１のｙ方向の相対高さを示す図である。図５６、図５９、図６２において、縦軸は組合せボーラスの凹部の最大深さを基準にしたｘ方向の相対高さであり、横軸はｘ方向の照射領域番号である。図５７、図６０、図６３において、縦軸は組合せボーラスの凹部の最大深さを基準にしたｙ方向の相対高さであり、横軸はｙ方向の照射領域番号である。
【０１４５】
図５５に示した第１例であるボーラス深さ形状９２ａは、ｘ方向の相対高さ特性９０ａ、ｙ方向の相対高さ特性９１ａが照射領域番号の順番に同様の変化をしている場合である。図５８に示した第２例であるボーラス深さ形状９２ｂは、ｘ方向の相対高さ特性９０ｂと、ｙ方向の相対高さ特性９１ｂが異なる例である。ｙ方向の相対高さ特性９１ｂは照射領域番号１から照射領域番号１１まで緩やかに減少し、その後照射領域番号２１まで緩やかに増加している。これに対して、ｘ方向の相対高さ特性９０ｂは、照射領域番号１から照射領域番号６まで変化せず、照射領域番号６から１６まで照射領域番号１１を中心にして増減し、その後照射領域番号２１まで変化していない。図６１に示した第３例であるボーラス深さ形状９２ｃは、ｘ方向の相対高さ特性９０ｃと、ｙ方向の相対高さ特性９１ｃが異なる例である。ｙ方向の相対高さ特性９１ｃは、相対高さ特性９０ｂと同じ変化をしている。これに対して、ｘ方向の相対高さ特性９０ｃは照射領域番号８と照射領域番号１４に最深部をもつ変化特性である。第１例は、球面の一部に近い深部形状を持つ患部にボーラス深さ形状を合わせた場合であり、第２例は、照射方向から見て細長い形状を持つ患部にボーラス深さ形状を合わせた場合である。第３例は、照射方向から見て細長い形状を持ち、中央部がくびれた患部にボーラス深さ形状を合わせた場合である。
【０１４６】
図５５、図５８、図６１に示したように、図４７に示した２つの多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを備えた実施の形態１０のボーラス装置１０は、実施の形態１から６に示したボーラス装置よりも、患部１００Ｔのディスタル形状に合わせる自由度を高めることができ、実施の形態１から６に示したボーラス装置よりも、患部１００Ｔのディスタル形状に組合せボーラスの形状を高精度に合わせることが可能である。
【０１４７】
図４８から図５４では、２つの葉状ボーラス７７ａ、７７ｂを駆動する直動機構として、ラックとピニオンを用いた例を示したが、他の直動機構であってもよい。他の直動機構として、送りねじを用いた例を図６４から図６６に示す。図６４は、本発明の実施の形態１０による他の基本ボーラスを示す上面図である。図６５は図６４の正面図であり、図６６は図６４の基本ボーラスにおける他の状態を示す正面図である。葉状ボーラス７７ａに固定された繰り出し棒９５ａに送りナット９４ａが固定されている。モータ８０ａにより回転する送りねじ９３ａと送りナット９４ａが係合している。モータ８０ａの回転により葉状ボーラス７７ａがＸ方向または−Ｘ方向に移動する。同様に、葉状ボーラス７７ｂに固定された繰り出し棒９５ｂに送りナット９４ｂが固定されている。モータ８０ｂにより回転する送りねじ９３ｂと送りナット９４ｂが係合している。モータ８０ｂの回転により葉状ボーラス７７ｂがＸ方向または−Ｘ方向に移動する。
【０１４８】
次に、実施の形態１０のボーラス装置１０のボーラスの選定、すなわちボーラス形状を決定する治療計画装置６０を説明する。実施の形態１０の治療計画装置６０は、薄型ボーラス形状データ群格納部６８は使用しないので、薄型ボーラス形状データ群格納部６８はなくてもよい。図６７は本発明の実施の形態１０の治療計画装置の動作を示すフローチャートである。図６８は患部の座標系を説明する図である。図６９は照射方向から見た患部の長さを説明する図であり、図７０は患部のディスタル形状深さを説明する図である。図７１は図４７の第１の多葉ボーラスにおける照射領域を示す図であり、図７２は図４７の第２の多葉ボーラスにおける照射領域を示す図である。図７３は図４７の第１の多葉ボーラス及び第２の多葉ボーラスを重ね合わせた照射領域を示す図である。本発明の実施の形態１０のフローチャートは、実施の形態７における図３８のフローチャートのステップＳ２０がステップＳ１２０に代わったものである。また、ステップＳ５０のボーラスの選定の内容が異なる。実施の形態７と異なるステップＳ１２０とステップＳ５０について説明する。
【０１４９】
ステップＳ１２０にて、患部１００Ｔの深部側の深さ分布ｒD（ｘ，ｙ）を算出する。実施の形態７で説明したように、患部１００Ｔの深部側形状データｚTD（ｘ，ｙ）と体表面１００ｆの形状データｚf（ｘ，ｙ）から、位置（ｘ，ｙ）における患部１００Ｔの深部側表面の体表面１００ｆからの深さをｒD（ｘ，ｙ）とすると、式（１）により深部側の深さ分布ｒD（ｘ，ｙ）を算出する。
【０１５０】
次に、ステップＳ５０のボーラスの選定手順を説明する。実施の形態１０では、ボーラスの選定は、多葉ボーラス７５の複数の葉状ボーラス７７の配置を検討してボーラス形状を決定することである。ボーラスの選定手順で用いる患部１００Ｔの長手方向ＬＤ、長手方向の寸法Ｌa、短手方向の寸法Ｌb、ディスタル形状深さｒdepを説明する。患部１００Ｔの短手方向は、長手方向に垂直な方向である。図６８に示すように、照射方向から見た形状データで最も幅が広い方向を長手方向ＬＤとする。照射方向は図６８に示したｚ方向である。長手方向ＬＤはｘ軸から反時計方向に角度φだけ回転している。座標系８６は、粒子線照射装置５８を基準とする座標系である。座標系８６を反時計方向に角度φだけ回転させた座標系８７は、多葉ボーラス７５を基準とする座標系である。座標系８７は、それぞれ直交するｘｄ軸、ｙｄ軸、ｚ軸からなる。ｘｄ軸、ｙｄ軸は、それぞれｘ軸、ｙ軸を反時計方向に角度φだけ回転させたものである。
【０１５１】
照射方向（ｚ方向）から見た患部１００Ｔの形状、長手方向の長さＬa、短手方向の長さＬbを図６９に示した。また、照射方向に垂直な方向である−ｙｄ方向から見た患部１００Ｔの形状、長手方向の長さＬ、ディスタル形状深さｒｄｅｐを図７０に示した。ここでは、２つの多葉ボーラス７５を９０°方向を違えて重ね合わせた場合を考える。ここでは、第１の多葉ボーラスの符号を７５ａとし、第２の多葉ボーラスの符号を７５ｂとする。この場合の多葉ボーラス７５の照射領域の例を図７１、図７２に示した。図７１に示した第１の多葉ボーラス７５ａの照射領域８８ａは、ｙｄ方向に長辺がｘｄ方向に短辺の長方形の照射領域により分割される。図７１に示した照射領域８８ａは、９個の基本ボーラス７６を備えた多葉ボーラス７５により形成される照射野である。照射領域８８ａは、分割された小照射領域Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３、Ｓａ４、Ｓａ５、Ｓａ６、Ｓａ７、Ｓａ８、Ｓａ９を有している。
【０１５２】
図７２に示した第２の多葉ボーラス７５ｂの照射領域８８ｂは、ｘｄ方向に長辺がｙｄ方向に短辺の長方形の照射領域により分割される。図７２に示した照射領域８８ｂは、９個の基本ボーラス７６を備えた多葉ボーラス７５により形成される照射野である。照射領域８８ｂは、分割された小照射領域Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３、Ｓｂ４、Ｓｂ５、Ｓｂ６、Ｓｂ７、Ｓｂ８、Ｓｂ９を有している。
【０１５３】
ステップＳ５０にて、照射方向（ｚ方向）から見て、患部１００Ｔの長手方向ＬＤを形状データから求める。長手方向ＬＤがｘ軸となす角度をφとする。多葉ボーラス７５は、多葉ボーラス７５の対称性を利用して、患部１００Ｔの長手方向を多葉ボーラス７５のリーフ（葉状ボーラス７７）と垂直方向とすることで、形成する照射野を患部１００Ｔのディスタル形状によりよく合わせることができる。
【０１５４】
次に、第１の多葉ボーラス７５ａ及び第２の多葉ボーラス７５ｂの形状を、患部１００Ｔのディスタル形状に合わせる計算を行う。患部１００Ｔの長手方向の長さＬaと、長手方向に垂直な方向である短手方向の長さＬbを、患部１００Ｔの形状データから求める。その後、多葉ボーラス７５ａ、７５ｂの形状を形作るべき患部１００Ｔのディスタル形状の深さ（ディスタル形状深さｒdep）を求める。患部１００Ｔの最深部の深さと、照射方向から見た患部１００Ｔの輪郭部分の深さとの差を、多葉ボーラス７５ａ、７５ｂの形状を形作るべきディスタル形状の深さの初期値（深さ初期値Ｄ）とすることができる。
【０１５５】
２つの多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを９０°方向を違えて重ね合わせることで、２次元的な深部形状を再現することができる。この場合、特に２つの多葉ボーラス７５ａ、７５ｂの厚み方向のそれぞれに対称な厚み形状を、再現することが容易にできる。これと比べると、２つの多葉ボーラス７５の厚み方向ではない方向、例えば第１の多葉ボーラス７５ａの厚み方向から４５°ずれた方向など、に対称な深部形状は再現しづらい。したがって、患部１００Ｔの長手方向ＬＤと第１の多葉ボーラス７５ａの駆動方向に合わせて、ボーラス厚みの初期値をとることで、計算量が少なくなるとともに、より再現度が高い多葉ボーラス７５ａの厚み分布の計算結果を得ることが可能となる。なお、患部１００Ｔの長手方向ＬＤを第２の多葉ボーラス７５ｂの厚み方向に合わせてもよい。
【０１５６】
第１の多葉ボーラス７５ａは短手方向の幅Ｗａの列（リーフ）をＮａ個有し、所定の照射範囲において各リーフがなす照射方向の厚みはａ1，ａ2，…，ａNaであるとする。第２の多葉ボーラス７５ｂは短手方向の幅Ｗｂの列（リーフ）をＮｂ個有し、照射範囲において各リーフがなす照射方向の厚みはｂ1，ｂ2，…，ｂNbであるとする。第１の多葉ボーラス７５ａ及び第２の多葉ボーラス７５ｂを重ね合わせてなる厚み形状は、式（２５）のように表される。
Ｄtotal（ｘ’i，ｙ’j）＝ａi＋ｂj    ・・・（２５）
【０１５７】
図７３は、第１の多葉ボーラス７５ａと第２の多葉ボーラス７５ｂとを合わせた照射領域を荷電粒子ビーム１６が通過する上流側から見た図である。図７３では、患部１００Ｔも重ね合わせている。第１の多葉ボーラス７５ａのｉ番目のリーフと、第２の多葉ボーラス７５ｂのｊ番目のリーフの重なった部分は（ｉ，ｊ）と表される。この重なった領域は、その中心点ｐijの座標で代表させている。粒子線照射装置５８を基準とするｘｙ座標系では（ｘi，ｙj）、多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを基準とするｘ’ｙ’座標系では（ｘ’i，ｙ’j）と表される。ここで、下添え字ｉは第１の多葉ボーラス７５ａのｉ番目のリーフ、下添え字ｊは第２の多葉ボーラス７５ｂのｊ番目のリーフであることを示すインデックスである。（ｘi，ｙj）、（ｘ’i，ｙ’j）は、第１の多葉ボーラス７５ａのｉ番目のリーフと第２の多葉ボーラス７５ｂのｊ番目のリーフが重なった位置を、それぞれｘｙ座標系、ｘ’ｙ’座標系で表したものである。
【０１５８】
患部１００Ｔのディスタル形状の最初の近似として、多葉ボーラス７５ａを基準のｉ番目のリーフの厚みａi、及び多葉ボーラス７５ｂを基準のｊ番目のリーフの厚みｂjを、照射領域において、それぞれ式（２６）、式（２７）のように設定する。
ａi＝ＭＡＸ｛Ａ１，Ｄamax｝
Ａ１＝Ｄamax−（１／２）・ｒdep・ｃｏｓ（θai）
θai＝π・（ｉ−（１＋Ｎa）／２）・（Ｗa／Ｌa）
・・・（２６）
ｂj＝ＭＡＸ｛Ｂ１，Ｄbmax｝
Ｂ１＝Ｄbmax−（１／２）・ｒdep・ｃｏｓ（θbj）
θbj＝π・（ｊ−（１＋Ｎb）／２）・（Ｗb／Ｌb）
・・・（２７）
【０１５９】
式（２６）、式（２７）は、長手方向と短手方向の患部１００Ｔの大きさと、ディスタル深さを、おおよそ表したものとなる。Ｄamax，Ｄbmaxは、それぞれ第１の多葉ボーラス７５ａと第２の多葉ボーラス７５ｂの照射領域におおいて設定可能な最大の厚みである。なお、第１の多葉ボーラス７５ａと第２の多葉ボーラス７５ｂの照射領域において設定可能な最小の厚みをＤamin，Ｄbminと表し、式（２８）、式（２９）の少なくとも何れか一方を満たす場合には、さまざまな考慮（考慮１）が必要になる。
（１／２）・ｒdep＞（Ｄamax−Ｄamin）    ・・・（２８）
（１／２）・ｒdep＞（Ｄbmax−Ｄbmin）    ・・・（２９）
【０１６０】
前述した考慮１は、つぎのようなことである。式（２８）、式（２９）の少なくとも何れか一方を満たす場合、すなわち（１／２）・ｒdepが多葉ボーラス７５ａ、７５ｂの厚みの調整範囲を超える場合は、以下の判断項目を判断する。第１の判断項目は、ｒdepの係数１／２の配分を第１及び第２の多葉ボーラスの間で調整するか否かである。第２の判断項目は、多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを用いた１回の照射で得られる照射野の深さ方向に対応できない患部１００Ｔの部分について照射形状の違いを甘受できるか否かである。第３の判断項目は、照射範囲を小さく分割して複数回に分けて荷電粒子ビーム１６を照射することで、多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを用いた１回の照射で得られる照射範囲を超えるディスタル形状の照射を行うか否かである。第４の判断項目は、多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを用いた１回の照射で得られる深さ方向に対応できない患部１００Ｔの部分についてはブロード照射に加えて、またはそれに代えてスキャニング照射などの別の照射方法で照射するか否かである。第５の判断項目は、多葉ボーラス７５ａ、７５ｂ以外の手段でディスタル形状を得るか否かである。
【０１６１】
前述した（ｘi，ｙj）と（ｘ’i，ｙ’j）は式（３０）のように変換される。
【数１０】
0005976254.tif 000011
【０１６２】
以下、多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを基準とした座標系と、照射対象の腫瘍についての座標系、すなわち粒子線照射装置５８を基準にした座標系は適宜変換するものとする。また第１の多葉ボーラス７５ａのｉ番目のリーフの位置ｘi、第２の多葉ボーラス７５ｂのｊ番目の位置ｙjについて、下添え字を省略することがある。
【０１６３】
多葉ボーラス７５ａ、７５ｂの厚み分布を、照射対象の患部１００Ｔの深部形状に合わせるために、次のような評価関数を最小にすることで最適化する。ここで、多葉ボーラスの各リーフの厚みを式（３１）のように表す。
【数１１】
0005976254.tif 000012
太字のｈはパラメータベクトルであり、その成分をｈ1，ｈ2，…，ｈNa+Nbとする。第１の多葉ボーラス７５ａ及び第２の多葉ボーラス７５ｂの各リーフの厚みを下添え字付きのｈを用いて、次のように表す。
ｈ1＝ａ1，…，ｈNa＝ａNa，ｈNa+1＝ｂ1，…，ｈNa+Nb＝ｂNb
【０１６４】
腫瘍深部側形状（患部１００Ｔの深部側形状）と多葉ボーラス７５ａ、７５ｂとの形状の差に関する評価関数として、以下のものを用いることができる。多葉ボーラス７５ａ、７５ｂと腫瘍深部側形状との外側最大ずれ量は、式（３２）の評価関数Ｊ１で評価することができる。多葉ボーラス７５ａ、７５ｂと腫瘍深部側形状とのずれ量平均値は、式（３３）の評価関数Ｊ２で評価することができる。多葉ボーラス７５ａ、７５ｂと腫瘍深部側形状とのずれ量の二乗平均平方根は、式（３４）の評価関数Ｊ３で評価することができる。腫瘍（患部１００Ｔ）の部位や周辺の重要臓器との位置関係や、どのような治療を行うかに応じて評価関数は適宜使い分ける。以下では評価関数をＪとして説明し、区別する場合にＪ１、Ｊ２、Ｊ３を用いる。
【０１６５】
【数１２】
0005976254.tif 000013
【数１３】
0005976254.tif 000014
【数１４】
0005976254.tif 000015
【０１６６】
評価関数Ｊを最適化（最小化）する方法として最急降下法による最適化を説明する。初期値ｈ(0)から出発して次々に補正して、ｐ回目のパラメータベクトルｈ(p)を求める。この時、ｈ(p)をＪ（ｈ(p)）が最小になる点ｈ*に近づける方法として、最急降下法がある。
【０１６７】
手順１：
（患部１００Ｔ）のディスタル形状の最初の近似として、上で説明したように、パラメータベクトルｈの初期値ｈ(0)を決める。
【０１６８】
手順２：
方向ベクトルｅ(p)を求める。点ｈ(p)（初回はｐ＝０）における方向ベクトルとして、Ｊ（ｈ(p)）の最急降下方向を式（３５）のようにとる。
【数１５】
0005976254.tif 000016
ここで、ｇｒａｄＪ（ｈ(p)）とｄｈは、式（３６）で表す。なお式（３６）の右肩のＴは転置を表す。
【数１６】
0005976254.tif 000017
【０１６９】
偏微分∂J/∂ｈiは、ｈiの差分で近似してよい。すなわち、Δｈiを微小量とすると、式（３７）のように近似的に求めてもよい。
【数１７】
0005976254.tif 000018
【０１７０】
手順３：
方向ベクトルｅ(p)を求めた後に、式（３８）を最小とするαを求める。
【数１８】
0005976254.tif 000019
【０１７１】
手順４：
次の探索点ｈ(p+1)を式（３９）により求める。
【数１９】
0005976254.tif 000020
【０１７２】
手順５：
評価関数Ｊの収束が所定値以内となった場合、またはｐが所定回数以上となれば最適化を終了し、得られたｈ(p)を記録する。そうでなければ、ｐ＝ｐ＋１として手順２に戻る。
【０１７３】
なお、多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを患部１００Ｔに対して回転可能な場合には、患部１００Ｔに対する多葉ボーラス７５ａ、７５ｂの角度を変化させて、上記の手順１〜５を繰り返して最適化を行い、もっとも評価関数Ｊが小さくなる角度を求める。これにより、より深部形状に近いボーラスの厚み形状が得られる可能性が高まる。
【０１７４】
上で述べた初期値の設定は一例であり、それ以外の初期値を用いることができるのはいうまでもない。また、上で述べた最急降下法は一例であり、それ以外の最適化方法も用いることができるのはいうまでもない。
【０１７５】
以上のように評価関数Ｊの最適化計算が完了すると、多葉ボーラス７５ａ、７５ｂのボーラス形状が最適化されたことになり、ステップＳ５０のボーラスの選定手順は終了する。ステップＳ５０のボーラスの選定手順が終了すると、ステップＳ６０の照射量検証手順にて、ＤＶＨによる評価を行う。ＤＶＨ評価が治療に適すると判定されれば、多葉ボーラス７５ａ、７５ｂを用いて治療を行う。ＤＶＨ評価が治療に適しないと判定されれば、多葉ボーラス７５ａ、７５ｂ以外による患部１００Ｔの遠端側形状の形成方法、すなわち本発明の他の実施形態による薄型ボーラスや、個別作成のボーラス、スキャニング照射など、を用いて治療を行う。評価関数Ｊの値が比較的小さい複数の候補に対してＤＶＨによる評価を行って、ＤＶＨ評価が最も良いものを採用することでもよい。
【０１７６】
異なる方向から荷電粒子ビーム１６を照射する多門照射において、多葉ボーラス７５ａ、７５ｂが適用可能であれば、複数の照射方向からの遠端側形状に、ボーラスの取り換えなしに照射可能であるため治療時間が短縮でき、治療のスループットの向上及び患者の負担減少が可能となる。
【０１７７】
以上のように、実施の形態１０のボーラス装置１０は、荷電粒子ビーム１６のビーム軸と垂直な方向に短手方向を揃えて配置された、複数の基本ボーラス７６を備えた多葉ボーラス７５からなるボーラス装置１０であって、基本ボーラス７６は、ビーム軸と垂直な方向でかつ短手方向と異なる長手方向に、荷電粒子ビーム１６が通過する厚みが単調に変化する同一形状部品である葉状ボーラス７７を２つ有し、２つの葉状ボーラス７７が、厚み方向に重なるように配置され、かつ長手方向に移動可能に配置されたことを特徴とする。実施の形態１０のボーラス装置１０は、この特徴により、異なる照射対象（患部１００Ｔ）にも使用可能で、同一形状部品（葉状ボーラス７７）を組み合わせた基本ボーラス７６を少なくとも１つ備えるので、ボーラス装置１０を構成する基本ボーラス７６を繰り返し使用することができる。
【０１７８】
実施の形態１０の治療計画装置６０は、多葉ボーラス７５における葉状ボーラス７７の配置情報である選択パラメータを含む治療計画データ７４を作成する治療計画装置６０であって、１つの多葉ボーラス７５、または２つの多葉ボーラス７５を積み上げた多段ボーラスの候補を選定する治療計画データ作成部６６と、治療計画データ作成部６６により選定された多葉ボーラス７５または多段ボーラスを通過して形成される荷電粒子ビーム１６の照射野の線量分布を計算する線量分布計算部６９と、線量分布計算部６９で計算された線量分布の情報（ＤＶＨ特性線１１０、１１１、１１２）を表示装置に表示する線量分布情報表示部７０を備え、治療計画データ作成部６６は、治療計画の際に照射対象（患部１００Ｔ）を撮影した画像データ７３における照射対象（患部１００Ｔ）の体表面１００ｆからビーム軸方向奥側までの深さ分布と、葉状ボーラス７７の配置により変化する多葉ボーラス７５の厚み分布に基づいて、多葉ボーラス７５または多段ボーラスを選定することを特徴とする。実施の形態１０の治療計画装置６０は、この特徴により、最適な基本ボーラス７６である最適な多葉ボーラス７５や、最適な多葉ボーラス７５の組み合わせである最適な多段ボーラスを求めることができる。
【０１７９】
実施の形態１１．
図７４は、本発明の実施の形態１１によるボーラス装置及び粒子線照射装置を示す図である。図７５は、図７４の多ブロックボーラスを示す上面図である。図７６は図７４の正面図であり、図７７は図７４の側面図である。実施の形態１１の粒子線照射装置５８は、走査電磁石１７ａ、１７ｂと、散乱体１８と、リッジフィルタ１９と、レンジシフタ２０と、マルチリーフコリメータ２１と、ボーラス装置１０と、筐体８３の先端に設けられた回転筐体８４とを備える。回転筐体８４は荷電粒子ビーム１６が入射してくる上流側に回転ステージ８５を有し、ボーラス装置１０は回転筐体８４の内部に配置される。実施の形態１１のボーラス装置１０は、配置向きが互いに垂直になるように配置された２つの多ブロックボーラス９６ａ、９６ｂを備える。多ブロックボーラスの符号は、総括的に９６を用い、区別して説明する場合に９６ａ、９６ｂを用いる。
【０１８０】
多ブロックボーラス９６は、実施の形態１０の多葉ボーラス７５における基本構成である１組の葉状ボーラス７７ａ、７７ｂが、４個以上のブロックボーラス９７に代わったものである。図７５〜図７７に示した基本構成である基本ボーラス８９は、８個のブロックボーラス９７からなる例を示した。また、直動機構として送りねじを用いた例を示した。図６４〜図６６と同様に、ブロックボーラス９７に固定された繰り出し棒９５に送りナット９４が固定されている。モータ８０により回転する送りねじ９３と送りナット９４が係合している。モータ８０の回転によりブロックボーラス９７がＸ方向または−Ｘ方向に移動する。
【０１８１】
図７５〜図７７では、ブロックボーラス９７が、Ｙ方向に５列、Ｚ方向に４段、Ｘ方向に２個配置された例を示したが、ブロックボーラス９７の数が多いほど患部１００Ｔのディスタル形状に高精度に合わせることが可能である。多ブロックボーラス９６の配置向きが互いに垂直になるように配置することで、複雑な凹凸の深部形状を持つ患部に対して、特に高精度に合わせることができる。
【０１８２】
実施の形態１１の多ブロックボーラス９６では、吸収体として鉄に限らずポリエチレンなどを用いることができ、ブロックの形状も隙間が無いように角形にできること、さらにブロックを途中の位置で止めることが可能なため、実施の形態１〜実施の形態６、実施の形態１０と同様に、荷電粒子ビーム１６のエネルギーを、高精度に患部１００Ｔのディスタル形状に合わせて調整することができる。また、図７４に示すように、多ブロックボーラス９６を配置向きが互いに垂直になるように配置したり、回転ステージ８５で回転させることで、より患部１００Ｔのディスタル形状に高精度に合わせることができる。
【０１８３】
実施の形態１１のボーラス装置１０のボーラスの選定、すなわち多ブロックボーラス９６のボーラス形状を決定する治療計画装置６０の動作は、基本的に実施の形態１０と同様である。ただし、ステップＳ５０のボーラスの選定手順において、ブロックボーラス９７の厚みと幅から、腫瘍（患部１００Ｔ）の深部形状に合わせて、どのブロックボーラス９７をどれくらい出すかを計算する。ステップＳ５０のボーラスの選定手順が終了すると、ステップＳ６０の照射量検証手順にて、ＤＶＨによる評価を行う。ＤＶＨによる評価の結果により、治療に適用できるか否かを判定する。
【０１８４】
実施の形態１１の多ブロックボーラス９６は、４個以上のブロックボーラス９７で構成される基本構成が、層状（図７５におけるＹ方向）に複数配置されるので、各層の厚みを直動機構により任意に変化することができ、実施の形態１から６に示したボーラス装置よりも、患部１００Ｔのディスタル形状に合わせる自由度を高めることができる。１つの多ブロックボーラス９６を備えた実施の形態１１のボーラス装置１０は、実施の形態１から６に示したボーラス装置よりも、患部１００Ｔのディスタル形状に組合せボーラスの形状を高精度に合わせることが可能である。実施の形態１１の多ブロックボーラス９６は、複数のブロックボーラス９７を用いて組合せボーラスを構成するので、基本ボーラスであるブロックボーラス９７の基本構成を繰り返し使用することができる。したがって、少なくとも１つの多ブロックボーラス９６を備えた実施の形態１１のボーラス装置１０は、患者毎の組合せボーラスを構成した基本ボーラスを廃棄しないようにすることができる。
【０１８５】
以上のように、実施の形態１１のボーラス装置１０は、荷電粒子ビーム１６のビーム軸と垂直な方向に短手方向を揃えて配置された、複数の基本ボーラス８９を備えた多ブロックボーラス９６からなるボーラス装置１０であって、基本ボーラス８９は、短手方向と垂直な方向でかつ短手方向と異なる長手方向に、移動可能に配置された２つの同一形状部品であるブロックボーラス９７からなるブロックボーラス体を複数有し、複数のブロックボーラス体が、荷電粒子ビーム１６が通過する厚み方向に重なるように配置されたことを特徴とする。実施の形態１１のボーラス装置１０は、この特徴により、異なる照射対象（患部１００Ｔ）にも使用可能で、同一形状部品（ブロックボーラス９７）を組み合わせた基本ボーラス８９を少なくとも１つ備えるので、ボーラス装置１０を構成する基本ボーラス８９を繰り返し使用することができる。
【０１８６】
実施の形態１１の治療計画装置６０は、多ブロックボーラス９６におけるブロックボーラス９７の配置情報である選択パラメータを含む治療計画データ７４を作成する治療計画装置６０であって、１つの多ブロックボーラス９６、または２つの多ブロックボーラス９６を積み上げた多段ボーラスの候補を選定する治療計画データ作成部６６と、治療計画データ作成部６６により選定された多ブロックボーラス９６または多段ボーラスを通過して形成される荷電粒子ビーム１６の照射野の線量分布を計算する線量分布計算部６９と、線量分布計算部６９で計算された線量分布の情報（ＤＶＨ特性線１１０、１１１、１１２）を表示装置に表示する線量分布情報表示部７０を備え、治療計画データ作成部６６は、治療計画の際に照射対象（患部１００Ｔ）を撮影した画像データ７３における照射対象（患部１００Ｔ）の体表面１００ｆからビーム軸方向奥側までの深さ分布と、ブロックボーラス９７の配置により変化する多ブロックボーラス９６の厚み分布に基づいて、多ブロックボーラス９６または多段ボーラスを選定することを特徴とする。実施の形態１１の治療計画装置６０は、この特徴により、最適な基本ボーラス８９である最適な多ブロックボーラス９６や、最適な多ブロックボーラス９６の組み合わせである最適な多段ボーラスを求めることができる。
【０１８７】
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】
【０１８８】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊ…薄型ボーラス、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ…凹部、３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…ボーラスホルダ、８ａ、８ｂ…ボーラスガイド、９…蓋、１０…ボーラス装置、１４…回転軸、１６…荷電粒子ビーム、２４…回転ガントリ、３０…薄型ボーラス体、３４…ボーラス押さえ、３９…挿入部、４０…回転ステージ、４１、４１ａ、４１ｂ…エアシリンダ、５１…粒子線治療装置、５２…ビーム発生装置、５４…加速器、５８、５８ａ、５８ｂ…粒子線照射装置、５９…ビーム輸送系、６０…治療計画装置、６４…輪郭データ作成部、６８…薄型ボーラス形状データ群格納部、６９…線量分布計算部、７０…線量分布情報表示部、７３…画像データ、７４…治療計画データ、７５、７５ａ、７５ｂ…多葉ボーラス、７６、７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ、７６ｅ、７６ｆ、７６ｇ、７６ｈ…基本ボーラス、７７ａ、７７ｂ…葉状ボーラス、８９…基本ボーラス、９６、９６ａ、９６ｂ…多ブロックボーラス、９７…ブロックボーラス、１００Ｔ…患部（照射対象）、１１０、１１１、１１２…ＤＶＨ特性線。
【要約】
繰り返し使用することができるボーラス装置、ボーラス装置の構成データを作成する治療計画装置、及びボーラス装置を備えた粒子線治療装置を得ることを目的とする。
本発明のボーラス装置(10)は、加速器(54)により加速された荷電粒子ビーム(16)を照射対象（患部(100T)）に照射する粒子線照射装置(58)の先端側に設けられたボーラス装置(10)であって、異なる照射対象（患部(100T)）にも使用可能で、凹部(2)を備えた基本ボーラス（薄型ボーラス(１)）、または同一形状部品を組み合わせた基本ボーラス(76,89)を少なくとも１つ備え、基本ボーラス（薄型ボーラス(１)）は、当該基本ボーラス（薄型ボーラス(１)）を通過する荷電粒子ビーム(16)の飛程を調整し、荷電粒子ビーム(16)が照射される照射野の深さ方向の形状を形成する。【図１】
0005976254.tif 000021
【図２】
0005976254.tif 000022
【図３】
0005976254.tif 000023
【図４】
0005976254.tif 000024
【図５】
0005976254.tif 000025
【図６】
0005976254.tif 000026
【図７】
0005976254.tif 000027
【図８】
0005976254.tif 000028
【図９】
0005976254.tif 000029
【図１０】
0005976254.tif 000030
【図１１】
0005976254.tif 000031
【図１２】
0005976254.tif 000032
【図１３】
0005976254.tif 000033
【図１４】
0005976254.tif 000034
【図１５】
0005976254.tif 000035
【図１６】
0005976254.tif 000036
【図１７】
0005976254.tif 000037
【図１８】
0005976254.tif 000038
【図１９】
0005976254.tif 000039
【図２０】
0005976254.tif 000040
【図２１】
0005976254.tif 000041
【図２２】
0005976254.tif 000042
【図２３】
0005976254.tif 000043
【図２４】
0005976254.tif 000044
【図２５】
0005976254.tif 000045
【図２６】
0005976254.tif 000046
【図２７】
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【図２８】
0005976254.tif 000048
【図２９】
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【図３０】
0005976254.tif 000050
【図３１】
0005976254.tif 000051
【図３２】
0005976254.tif 000052
【図３３】
0005976254.tif 000053
【図３４】
0005976254.tif 000054
【図３５】
0005976254.tif 000055
【図３６】
0005976254.tif 000056
【図３７】
0005976254.tif 000057
【図３８】
0005976254.tif 000058
【図３９】
0005976254.tif 000059
【図４０】
0005976254.tif 000060
【図４１】
0005976254.tif 000061
【図４２】
0005976254.tif 000062
【図４３】
0005976254.tif 000063
【図４４】
0005976254.tif 000064
【図４５】
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【図４６】
0005976254.tif 000066
【図４７】
0005976254.tif 000067
【図４８】
0005976254.tif 000068
【図４９】
0005976254.tif 000069
【図５０】
0005976254.tif 000070
【図５１】
0005976254.tif 000071
【図５２】
0005976254.tif 000072
【図５３】
0005976254.tif 000073
【図５４】
0005976254.tif 000074
【図５５】
0005976254.tif 000075
【図５６】
0005976254.tif 000076
【図５７】
0005976254.tif 000077
【図５８】
0005976254.tif 000078
【図５９】
0005976254.tif 000079
【図６０】
0005976254.tif 000080
【図６１】
0005976254.tif 000081
【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
0005976254.tif 000084
【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
0005976254.tif 000087
【図６８】
0005976254.tif 000088
【図６９】
0005976254.tif 000089
【図７０】
0005976254.tif 000090
【図７１】
0005976254.tif 000091
【図７２】
0005976254.tif 000092
【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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