(57)【要約】効果的な荷電粒子線の照射を計画することができる荷電粒子線照射システム及び荷電粒子線照射計画方法を提供する。本発明に係る荷電粒子線照射システム１は、腫瘍Ａに荷電粒子線Ｒを照射する照射部１３と、腫瘍Ａの放射線耐性状況を測定する放射線耐性状況測定部２１及びＰＥＴ装置１４と、放射線耐性状況の測定結果に基づいて、腫瘍Ａを複数の放射線耐性領域Ｔ１，Ｔ２に分ける放射線耐性領域分け部２２と、複数の放射線耐性領域ごとに、荷電粒子線の照射線量の計画値を演算する線量演算部２３と、線量演算部２３の演算結果に基づいて、腫瘍Ａに対する荷電粒子線Ｒの照射を計画する照射計画修正部２４と、を備える。
2013054788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射システムであって、
前記被照射体に荷電粒子線を照射する照射部と、
前記被照射体の放射線耐性状況を測定する放射線耐性状況測定手段と、
前記放射線耐性状況測定手段の測定結果に基づいて、前記被照射体を複数の放射線耐性領域に分ける領域分け手段と、
前記領域分け手段が分けた前記複数の放射線耐性領域ごとに、荷電粒子線の照射線量の計画値を演算する線量演算手段と、
前記線量演算手段の演算結果に基づいて、前記被照射体に対する荷電粒子線の照射計画を生成する照射計画手段と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線照射システム。
【請求項２】
前記被照射体の撮影画像に基づいて、前記被照射体に対する荷電粒子線の事前照射計画を生成する事前照射計画手段を更に備え、
前記照射計画手段は、前記線量演算手段の演算結果に基づいて前記事前照射計画を修正することにより前記照射計画を生成することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項３】
前記照射計画手段は、前記被照射体の撮影画像及び前記線量演算手段の演算結果に基づいて前記照射計画を生成することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項４】
前記放射線耐性状況測定手段は、ガンマ線検出装置を有し、
前記領域分け手段は、ＦＭＩＳＯをトレーサとした前記ガンマ線検出装置の測定結果に基づいて、前記被照射体を複数の放射線耐性領域に分けることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項５】
前記放射線耐性状況測定手段は、ガンマ線検出装置を有し、
前記領域分け手段は、ＦＡＺＡをトレーサとした前記ガンマ線検出装置の測定結果に基づいて、前記被照射体を複数の放射線耐性領域に分けることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項６】
前記放射線耐性状況測定手段は、ガンマ線検出装置を有し、
前記領域分け手段は、ＩＡＺＡをトレーサとした前記ガンマ線検出装置の測定結果に基づいて、前記被照射体を複数の放射線耐性領域に分けることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項７】
前記放射線耐性状況測定手段は、ガンマ線検出装置を有し、
前記領域分け手段は、ＦＥＴＮＩＭをトレーサとした前記ガンマ線検出装置の測定結果に基づいて、前記被照射体を複数の放射線耐性領域に分けることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項８】
荷電粒子線を被照射体に照射する荷電粒子線照射システムが荷電粒子線の照射を計画する荷電粒子線照射計画方法であって、
前記被照射体の放射線耐性状況を測定する放射線耐性状況測定ステップと、
前記放射線耐性状況測定ステップの測定結果に基づいて、前記被照射体を複数の放射線耐性領域に分ける領域分けステップと、
前記領域分けステップで分けた前記複数の放射線耐性領域ごとに、荷電粒子線の照射線量の計画値を演算する線量演算ステップと、
前記線量演算ステップの演算結果に基づいて、前記被照射体に対する荷電粒子線の照射を生成する照射計画ステップと、
を有することを特徴とする荷電粒子線照射計画方法。
【請求項９】
前記放射線耐性状況測定ステップの前に、前記被照射体の撮影画像に基づいて前記被照射体に対する荷電粒子線の事前照射計画を生成する事前照射計画ステップを有し、
前記照射計画ステップにおいて、前記線量演算ステップの演算結果に基づいて前記事前照射計画を修正することにより前記照射計画を生成することを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子線照射計画方法。
【請求項１０】
前記照射計画ステップにおいて、前記被照射体の撮影画像及び前記線量演算ステップの演算結果に基づいて前記照射計画を生成することを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子線照射計画方法。
【請求項１１】
前記放射線耐性状況測定ステップにおいて、ＦＭＩＳＯをトレーサとしたガンマ線検出により前記被照射体の放射線耐性状況を測定することを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の荷電粒子線照射計画方法。
【請求項１２】
前記放射線耐性状況測定ステップにおいて、ＦＡＺＡをトレーサとしたガンマ線検出により前記被照射体の放射線耐性状況を測定することを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の荷電粒子線照射計画方法。
【請求項１３】
前記放射線耐性状況測定ステップにおいて、ＩＡＺＡをトレーサとしたガンマ線検出により前記被照射体の放射線耐性状況を測定することを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の荷電粒子線照射計画方法。
【請求項１４】
前記放射線耐性状況測定ステップにおいて、ＦＥＴＮＩＭをトレーサとしたガンマ線検出により前記被照射体の放射線耐性状況を測定することを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の荷電粒子線照射計画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線照射システム及び荷電粒子線照射計画方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線を利用した放射線治療においては、患者の腫瘍の形状や位置に応じた正確な治療計画を立てる必要がある。例えば特表２００８−５４５４６８号公報には、患者体内のイメージング情報を取得し、このイメージング情報に基づいて体内の病変組織と正常組織とを判別した上で、荷電粒子線の照射による治療計画を立てる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５４５４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、がん等の腫瘍には低酸素細胞等の放射線耐性の高い部位が含まれている場合がある。この場合に患部全体を一様の線量の荷電粒子線で照射しても治療効率が低く、十分な効果が得られない。このため、患部に放射線耐性の高い部位の存在が含まれる場合を考慮した効果的な放射線照射を実現することが強く求められている。【０００５】
そこで、本発明は、放射線耐性を考慮した荷電粒子線の照射を計画することができる荷電粒子線照射システム及び荷電粒子線照射計画方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、被照射体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射システムであって、被照射体に荷電粒子線を照射する照射部と、被照射体の放射線耐性状況を測定する放射線耐性状況測定手段と、放射線耐性状況測定手段の測定結果に基づいて、被照射体を複数の放射線耐性領域に分ける領域分け手段と、領域分け手段が分けた複数の放射線耐性領域ごとに、荷電粒子線の照射線量の計画値を演算する線量演算手段と、線量演算手段の演算結果に基づいて、被照射体に対する荷電粒子線の照射計画を生成する照射計画手段と、を備えることを特徴とする。【０００７】
本発明に係る荷電粒子線照射システムによれば、放射線耐性の高さ（放射線耐性状況）によって被照射体に照射すべき線量が異なることから、被照射体を放射線耐性の高さに応じて複数の領域に分けることにより、領域ごとに適切な照射線量の計画値を演算して、効果的な荷電粒子線の照射を計画することができる。従って、この荷電粒子線照射システムによれば、領域ごとに演算された照射線量の計画値に基づいて、放射線耐性を考慮した効果的な荷電粒子線の照射を計画することができる。【０００８】
本発明に係る荷電粒子線照射システムにおいて、被照射体の撮影画像に基づいて、被照射体に対する荷電粒子線の事前照射計画を生成する事前照射計画手段を更に備え、照射計画手段は、線量演算手段の演算結果に基づいて事前照射計画を修正することにより照射計画を生成してもよい。
この荷電粒子線照射システムでは、ＣＴ[Computed  Tomography]検査等により事前に取得した被照射体の撮影画像に基づいて事前照射計画を予め計画する。その後、実際に荷電粒子線を照射する時点の被照射体の放射線耐性状況を測定することで、放射線耐性状況に応じた領域ごとに演算した照射線量の計画値に基づいて事前照射計画を修正し、実際の照射計画を生成することができる。従って、この荷電粒子線照射システムによれば、実際に荷電粒子線を照射する時点の被照射体の放射線耐性状況を照射計画に反映することができるので、放射線耐性を考慮した一層効果的な荷電粒子線の照射を計画することができる。【０００９】
或いは、本発明に係る荷電粒子線照射システムにおいて、照射計画手段は、被照射体の撮影画像及び線量演算手段の演算結果に基づいて照射計画を生成してもよい。
この荷電粒子線照射システムによれば、ＰＥＴ［Positron  Emission  Tomography］検査等により被照射体の放射線耐性状況から演算した領域ごとの照射線量の計画値とＣＴ検査等により事前に取得した被照射体の撮影画像とに基づいて、実際の照射計画を予め詳細に計画することで、ＰＥＴ等の検査機器が照射部と別の部屋にしかないような場合であっても、放射線耐性を考慮した効果的な荷電粒子線の照射を計画することができる。【００１０】
本発明に係る荷電粒子線照射システムにおいて、放射線耐性状況測定手段は、ガンマ線検出装置を有し、領域分け手段は、ＦＭＩＳＯをトレーサとしたガンマ線検出装置の測定結果に基づいて、被照射体を複数の放射線耐性領域に分けてもよい。
この荷電粒子線照射システムによれば、ＦＭＩＳＯの集積をガンマ線検出装置で検出することにより、通常の病変組織の細胞と比べて放射線耐性の高い低酸素細胞の有無や分布を測定することができる。従って、この荷電粒子線照射システムによれば、低酸素細胞の有無や分布等を基準として、放射線耐性の高さに応じた被照射体の領域分けを達成することができる。【００１１】
本発明に係る荷電粒子線照射システムにおいて、放射線耐性状況測定手段は、ガンマ線検出装置を有し、領域分け手段は、ＦＡＺＡをトレーサとしたガンマ線検出装置の測定結果に基づいて、被照射体を複数の放射線耐性領域に分けてもよい。
この荷電粒子線照射システムによれば、ＦＡＺＡの集積をガンマ線検出装置で検出することにより、通常の病変細胞と比べて放射線耐性の高い低酸素細胞の位置等を測定することができる。従って、この荷電粒子線照射システムによれば、低酸素細胞の有無や分布等を基準として、放射線耐性の高さに応じた被照射体の領域分けを達成することができる。また、ＦＭＩＳＯと比べて脂溶性が低く血中クリアランスが早いＦＡＺＡをトレーサとして用いることで、より効率的な低酸素細胞の測定を行うことができる。【００１２】
本発明に係る荷電粒子線照射システムにおいて、放射線耐性状況測定手段は、ガンマ線検出装置を有し、領域分け手段は、ＩＡＺＡをトレーサとしたガンマ線検出装置の測定結果に基づいて、被照射体を複数の放射線耐性領域に分けてもよい。
この荷電粒子線照射システムによれば、ＩＡＺＡの集積をガンマ線検出装置で検出することにより、通常の病変細胞と比べて放射線耐性の高い低酸素細胞の位置等を測定することができる。従って、この荷電粒子線照射システムによれば、低酸素細胞の有無や分布等を基準として、放射線耐性の高さに応じた被照射体の領域分けを達成することができる。【００１３】
本発明に係る荷電粒子線照射システムにおいて、放射線耐性状況測定手段は、ガンマ線検出装置を有し、領域分け手段は、ＦＥＴＮＩＭをトレーサとしたガンマ線検出装置の測定結果に基づいて、被照射体を複数の放射線耐性領域に分けてもよい。
この荷電粒子線照射システムによれば、ＦＥＴＮＩＭの集積をガンマ線検出装置で検出することにより、通常の病変細胞と比べて放射線耐性の高い低酸素細胞の位置等を測定することができる。従って、この荷電粒子線照射システムによれば、低酸素細胞の有無や分布等を基準として、放射線耐性の高さに応じた被照射体の領域分けを達成することができる。【００１４】
本発明は、荷電粒子線を被照射体に照射する荷電粒子線照射システムが荷電粒子線の照射を計画する荷電粒子線照射計画方法であって、被照射体の放射線耐性状況を測定する放射線耐性状況測定ステップと、放射線耐性状況測定ステップの測定結果に基づいて、被照射体を複数の放射線耐性領域に分ける領域分けステップと、領域分けステップで分けた複数の放射線耐性領域ごとに、荷電粒子線の照射線量の計画値を演算する線量演算ステップと、線量演算ステップの演算結果に基づいて、被照射体に対する荷電粒子線の照射を計画する照射計画ステップと、を有することを特徴とする。【００１５】
本発明に係る荷電粒子線照射計画方法によれば、放射線耐性の高さ（放射線耐性状況）によって被照射体に照射すべき線量が異なることから、被照射体を放射線耐性の高さに応じて複数の領域に分けることにより、領域ごとに適切な照射線量を演算して、効果的な荷電粒子線の照射を計画することができる。従って、この荷電粒子線照射計画方法によれば、領域ごとに演算された照射線量に基づいて、放射線耐性を考慮した治療効果の高い荷電粒子線の照射を計画することができる。【００１６】
本発明に係る荷電粒子線照射計画方法において、放射線耐性状況測定ステップの前に、被照射体の撮影画像に基づいて被照射体に対する荷電粒子線の事前照射計画を生成する事前照射計画ステップを有し、照射計画ステップにおいて、線量演算ステップの演算結果に基づいて事前照射計画を修正することにより照射計画を生成してもよい。
この荷電粒子線照射計画方法によれば、ＣＴ[Computed  Tomography]検査等により事前に取得した被照射体の撮影画像に基づいて事前照射計画を予め計画する。その後、実際に荷電粒子線を照射する時点の被照射体の放射線耐性状況を測定することで、放射線耐性状況に応じた領域ごとに演算した照射線量の計画値に基づいて事前照射計画を修正し、実際の照射計画を生成する。従って、この荷電粒子線照射計画方法によれば、実際に荷電粒子線を照射する時点の被照射体の放射線耐性状況を照射計画に反映することができるので、放射線耐性を考慮した一層効果的な荷電粒子線の照射を計画することができる。【００１７】
或いは、本発明に係る荷電粒子線照射計画方法において、照射計画ステップにおいて、被照射体の撮影画像及び線量演算ステップの演算結果に基づいて照射計画を生成してもよい。
この荷電粒子線照射計画方法によれば、ＰＥＴ［Positron  Emission  Tomography］検査等により被照射体の放射線耐性状況から演算した領域ごとの照射線量の計画値とＣＴ検査等により事前に取得した被照射体の撮影画像とに基づいて、実際の照射計画を予め詳細に計画することで、ＰＥＴ等の検査機器が照射部と別の部屋にしかないような場合であっても、放射線耐性を考慮した効果的な荷電粒子線の照射を計画することができる。【００１８】
本発明に係る荷電粒子線照射計画方法において、放射線耐性状況測定ステップにおいて、ＦＭＩＳＯをトレーサとしたガンマ線検出により被照射体の放射線耐性状況を測定してもよい。
本発明に係る荷電粒子線照射計画方法によれば、ＦＭＩＳＯの集積をガンマ線検出装置で検出することにより、通常の病変細胞と比べて放射線耐性の高い低酸素細胞の位置等を測定することができる。従って、この荷電粒子線照射計画方法によれば、低酸素細胞の有無や分布等を基準として、放射線耐性の高さに応じた被照射体の領域分けを達成することができる。【００１９】
本発明に係る荷電粒子線照射計画方法において、放射線耐性状況測定ステップにおいて、ＦＡＺＡをトレーサとしたガンマ線検出により被照射体の放射線耐性状況を測定してもよい。
本発明に係る荷電粒子線照射計画方法によれば、ＦＡＺＡの集積をガンマ線検出装置で検出することにより、通常の病変細胞と比べて放射線耐性の高い低酸素細胞の位置等を測定することができる。従って、この荷電粒子線照射計画方法によれば、低酸素細胞の有無や分布等を基準として、放射線耐性の高さに応じた被照射体の領域分けを達成することができる。また、ＦＭＩＳＯと比べて脂溶性が低く血中クリアランスが早いＦＡＺＡをトレーサとして用いることで、より効率的な低酸素細胞の測定を行うことができる。【００２０】
本発明に係る荷電粒子線照射計画方法において、放射線耐性状況測定ステップにおいて、ＩＡＺＡをトレーサとしたガンマ線検出により被照射体の放射線耐性状況を測定してもよい。
本発明に係る荷電粒子線照射計画方法によれば、ＩＡＺＡの集積をガンマ線検出装置で検出することにより、通常の病変細胞と比べて放射線耐性の高い低酸素細胞の位置等を測定することができる。従って、この荷電粒子線照射計画方法によれば、低酸素細胞の有無や分布等を基準として、放射線耐性の高さに応じた被照射体の領域分けを達成することができる。【００２１】
本発明に係る荷電粒子線照射計画方法において、放射線耐性状況測定ステップにおいて、ＦＥＴＮＩＭをトレーサとしたガンマ線検出により被照射体の放射線耐性状況を測定してもよい。
本発明に係る荷電粒子線照射計画方法によれば、ＦＥＴＮＩＭの集積をガンマ線検出装置で検出することにより、通常の病変細胞と比べて放射線耐性の高い低酸素細胞の位置等を測定することができる。従って、この荷電粒子線照射計画方法によれば、低酸素細胞の有無や分布等を基準として、放射線耐性の高さに応じた被照射体の領域分けを達成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、放射線耐性を考慮した荷電粒子線の照射を計画することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係る荷電粒子線照射システムを示す概略図である。
【図２】腫瘍の領域分けを説明するための図である。
【図３】図１の荷電粒子線照射装置を示す斜視図である。
【図４】図３の照射部の構成を示す図である。
【図５】荷電粒子線照射装置におけるＰＥＴ検査を説明するための図である。
【図６】放射線耐性に応じた照射を説明するための図である。
【図７】（ａ）Ｄ１方向からの放射線耐性に応じた強度変調照射を説明するための図である。（ｂ）Ｄ２方向からの放射線耐性に応じた強度変調照射を説明するための図である。
【図８】第１の実施形態に係る荷電粒子線照射計画方法の事前照射計画方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】第１の実施形態に係る荷電粒子線照射計画方法の照射計画修正方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】第２の実施形態に係る荷電粒子線照射システムを示す概略図である。
【図１１】第２の実施形態に係る荷電粒子線照射計画方法を説明するためのフローチャートである。
【図１２】マルチパッチ方式の荷電粒子線の照射装置を説明するための図である。
【図１３】マルチパッチ方式の荷電粒子線の照射を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
[第１の実施形態]
図１に示されるように、第１の実施形態に係る荷電粒子線照射システム１は、患者の腫瘍（被照射体）Ａを検査するためのＰＥＴ−ＣＴ［Positron  Emission  Tomography−Computed  Tomography］装置２と、ＰＥＴ−ＣＴ装置２の検査結果を利用して荷電粒子線の照射を行う荷電粒子線照射装置１０と、を有している。これらの装置は、建屋Ｈ内に収容されている。
【００２６】
なお、ＰＥＴ−ＣＴ装置２に代えて、ＰＥＴ［Positron  Emission  Tomography］装置やＰＥＴ−ＭＲＩ［Positron  Emission  Tomography−Magnetic  Resonance  Imaging］装置などのガンマ線検出装置とＣＴ装置を備えてもよい。
【００２７】
また、建屋Ｈ内には、電荷を持った粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器Ａｃと、加速器Ａｃから出射された荷電粒子線を荷電粒子線照射装置１０へと輸送するビーム輸送ラインＬと、が配置されている。
【００２８】
加速器Ａｃとしては、例えばサイクロトロンやシンクロトロン、シンクロサイクロトロン、線形加速器等を採用することができる。加速器Ａｃで加速された荷電粒子線（例えば陽子線）は、ビーム輸送ラインＬに沿って偏向され、荷電粒子線照射装置１０に供給される。ビーム輸送ラインＬには、荷電粒子線を偏向させるための偏向電磁石や、荷電粒子線のビーム成形を行う四重極電磁石等が設けられている。
【００２９】
ＰＥＴ−ＣＴ装置２は、荷電粒子線による治療の前に腫瘍ＡのＣＴ検査及びＰＥＴ検査を行う装置である。このような検査は、一般的に、荷電粒子線による治療を行う数日前に行われる。このＰＥＴ−ＣＴ装置２の制御は制御部３によって行われている。
【００３０】
制御部３は、ＣＰＵ[Central  Processing  Unit]、ＲＯＭ[Read  Only  Memory]、ＲＡＭ[Random  Access  Memory]などからなる電子制御ユニットを備えたコンピュータである。制御部３は、単一のコンピュータから構成されていてもよく、複数のコンピュータから構成されていてもよい。
【００３１】
制御部３は、放射線耐性状況測定部４及びＣＴ画像撮影部５を有している。放射線耐性状況測定部４は、ＰＥＴ−ＣＴ装置２を制御することで、患者の腫瘍Ａの放射線耐性状況の測定を行う。
【００３２】
具体的には、放射線耐性状況測定部４は、患者に投与された放射性トレーサの崩壊に伴って放出されるガンマ線をＰＥＴ−ＣＴ装置２によって検出することで、放射性トレーサの集積する腫瘍Ａの病変細胞の位置を測定する。放射性トレーサとしては、ＦＭＩＳＯ（［１８Ｆ］misonidazole）、ＦＡＺＡ（［１８Ｆ］fluoroazomycin
arabinoside）、ＦＥＴＮＩＭ（［１８Ｆ］fluoroerythronitroimidazole）、ＩＡＺＡ（［１２３／１２４Ｉ］iodoazomycin arabinoside）、ＦＥＴＡ（［１８Ｆ］fluoroetanidazole）、ＡＴＳＭ（［64Cu］diacety1-bis(N(4)-methylthiosemicarbazone)、β-５-ＦＡＺＲ（1-β-D-(5-fluoro-5-deoxyribofuranosyl)-2-nitroimidazole transport）、［１８Ｆ］ＥＦ５、［１８Ｆ］ＥＦ３、［１８Ｆ］ＦＤＧ等が知られている。ここでは、放射性トレーサとしてＦＭＩＳＯを用いた場合について説明する。
【００３３】
悪性腫瘍である癌は、その増殖に酸素の供給が間に合わず低酸素状態になることがあり、低酸素状態の細胞（低酸素細胞）は放射線治療に対する耐性を備えていることが知られている。ＦＭＩＳＯは、患者に投与されると、癌の内部に存在する低酸素細胞に集積し、崩壊によりガンマ線を放出させる。このガンマ線を検出することにより、放射線耐性状況測定部４は、放射線耐性の高い低酸素細胞の位置や形状等を測定することができる。放射線耐性状況測定部４は、低酸素細胞の位置や形状等を含む腫瘍Ａの放射線耐性状況を測定する。
【００３４】
ＣＴ画像撮影部５は、ＰＥＴ−ＣＴ装置２を制御することで、患者の腫瘍Ａの断層撮影を行う。ＣＴ画像撮影部５は、Ｘ線等を利用して腫瘍Ａの断層画像（ＣＴ画像）を撮影する。ＣＴ画像撮影部５が取得した断層画像から、腫瘍Ａの位置、大きさ、形状を確認することができる。
【００３５】
なお、ＣＴ画像撮影部５は、ＰＥＴ−ＣＴ装置２に代えてガンマ線検出装置とＣＴ装置とが別体として設けられる場合には、ガンマ線検出装置用の制御部ではなくＣＴ装置用の制御部に設けられる。但し、１つの制御部３が別体として設けられたガンマ線検出装置及びＣＴ装置の双方を制御する場合（ガンマ線検出装置用の制御部とＣＴ装置用の制御部とが一体化されている場合）には、制御部３にＣＴ画像撮影部５が設けられていてもよい。
【００３６】
制御部３は、腫瘍Ａに対する荷電粒子線の事前照射計画を生成する照射計画装置（治療計画装置）６とデータ通信可能に接続されている。事前照射計画とは、実際に実行される照射計画の前段階として作成される計画である。
【００３７】
照射計画装置６では、放射線耐性状況測定部４が測定した腫瘍Ａの放射線耐性状況及びＣＴ画像撮影部５が撮影した腫瘍Ａの撮影画像に基づいて、事前照射計画を生成する。なお、照射計画装置６は、荷電粒子線照射装置１０と異なる部屋に設けられた別体の装置である。
【００３８】
照射計画装置６は、放射線耐性領域分け部７、線量演算部８、及び事前照射計画部（事前照射計画手段）９を有している。放射線耐性領域分け部７は、放射線耐性状況測定部４の測定結果及びＣＴ画像撮影部５が撮影した腫瘍Ａの断層画像に基づいて、腫瘍Ａを通常放射線耐性領域Ｔ１と高放射線耐性領域Ｔ２とに分ける（図２参照）。本実施形態では、低酸素細胞を含まない領域を通常放射線耐性領域Ｔ１、低酸素細胞を含む領域を高放射線耐性領域Ｔ２とする。なお、本実施形態では、低酸素細胞の有無に応じて二つの領域に分けているが、低酸素細胞の有無の他、低酸素細胞の分布密度等に応じて腫瘍Ａを三つ以上の放射線耐性領域に分けてもよい。
【００３９】
線量演算部８は、放射線耐性領域分け部７が分けた領域Ｔ１，Ｔ２ごとに、治療に必要な照射線量の計画値を演算する。線量演算部８は、通常放射線耐性領域Ｔ１の照射線量の計画値と比べて、高放射線耐性領域Ｔ２の照射線量の計画値が大きくなるように演算する。線量演算部８は、腫瘍Ａの断層画像から得られる腫瘍Ａの形状等を踏まえて照射線量の計画値を演算する。
【００４０】
事前照射計画部９は、線量演算部８の演算結果と腫瘍Ａの断層画像から得られる腫瘍Ａの形状等に基づいて事前照射計画を生成する。事前照射計画部９は、線量演算部８の演算した照射線量の計画値を満たすように、腫瘍Ａに対する荷電粒子線の照射の角度や照射回数、荷電粒子線の走査速度等について演算を行う。また、事前照射計画部９は、強度変調照射（ＩＭＩＴ［Intensity  Modulated  Ion  Therapy］）を計画する。
【００４１】
強度変調照射は、腫瘍Ａに対して荷電粒子線を複数の方向から照射する照射方法の一つである。強度変調照射では、ある方向から荷電粒子線を照射する際、照射野内での荷電粒子線の照射線量を一定とせずに、照射野における所定領域ごとに荷電粒子線の照射線量を変える。また、他の方向から荷電粒子線を照射する際も、照射野における所定領域ごとに荷電粒子線の照射線量を変える。なお、照射野とは、腫瘍Ａなどの患部を荷電粒子線の照射方向から見た際における荷電粒子線が照射される範囲を意味する。
【００４２】
次に、実際に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置１０について説明する。図３に示されるように、荷電粒子線照射装置１０は、治療台１２を取り囲むように設けられたガントリ１１を有している。ガントリ１１は、治療台１２の回りを回動可能に構成されている。ガントリ１１には、治療台１２上の患者の腫瘍Ａに向けて荷電粒子線を照射する照射部（照射ノズル）１３が設けられており、ガントリ１１の回転により腫瘍Ａに対する荷電粒子線の照射角度を変更することができる。
【００４３】
図４に示す照射部１３は、いわゆるスキャニング方式用の照射ノズルである。照射部１３は、腫瘍Ａを深さ方向に複数層に分け、各層に設定された照射野内において荷電粒子線を走査しながら連続照射（いわゆるラスタースキャニングやラインスキャニング）を行う。照射部１３から照射される荷電粒子線を符号Ｒで示す。
【００４４】
照射部１３は、ビーム輸送ラインＬから入射した荷電粒子線が発散するのを抑えて収束させるための四極磁石１５と、荷電粒子線をＸ軸方向とＹ軸方向に走査するスキャニング電磁石１６と、荷電粒子線が通過するダクト１７と、を備えている。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、荷電粒子線の進行方向に垂直な平面内で互いに直交する方向を意味する。
【００４５】
スキャニング電磁石１６は、荷電粒子線のＸ軸方向の照射位置を制御する一組の電磁石１６Ａと、Ｙ軸方向の照射位置を制御する一組の電磁石１６Ｂと、を含んで構成されている。電磁石１６Ａ及び電磁石１６Ｂにより照射位置が制御された荷電粒子線は、略四角錐状のダクト１７内を通って患者側へ出射される。
【００４６】
図３に示されるように、荷電粒子線照射装置１０には、腫瘍Ａに対するＰＥＴ検査を行うためのＰＥＴ装置（放射性耐性状況測定手段）１４が設けられている。ＰＥＴ装置１４は、腫瘍Ａの放射線耐性状況を測定するためのものである。ＰＥＴ装置１４は、荷電粒子線の照射直前における腫瘍Ａの放射線耐性状況を測定する。なお、ＰＥＴ装置１４は、照射中や照射後における腫瘍Ａの放射線耐性状況を測定してもよい。
【００４７】
図５は、荷電粒子線照射装置１０におけるＰＥＴ検査を説明するための図である。図３及び図５に示されるように、ＰＥＴ装置１４は、一対のガンマ線検出部（ガンマ線検出装置）１４ａを有している。一対のガンマ線検出部１４ａは、不使用時において照射部１３の左右の位置に退避しており、ＰＥＴ検査を行う際に治療台１２上の患者５０を左右から挟み込む位置まで引き出されて使用される。
【００４８】
なお、ＰＥＴ装置１４は、不使用時において必ずしもガンマ線検出部１４ａが照射部１３の左右の位置に退避する必要はない。例えば、ＰＥＴ装置１４は、ガントリ１１の回転軸方向の奥側に収納される態様であってもよいし、ガントリ１１内ではなくガントリ１１の外部（例えば建屋）に取り付けて使用時にガントリ１１内の患者の周囲に移動させる態様であってもよい。
【００４９】
ＰＥＴ装置１４は、患者５０に投与された放射性トレーサの崩壊に伴って放出されるガンマ線Ｇを一対のガンマ線検出部１４ａで検出することにより、腫瘍Ａの放射線耐性状況を測定する。放射性トレーサとしては、例えばＦＭＩＳＯが用いられる。
【００５０】
次に、荷電粒子線照射装置１０の制御系について説明する。図３及び図４に示す制御装置２０は、荷電粒子線照射装置１０における荷電粒子線の照射計画（治療計画）を生成すると共に、照射計画に沿った荷電粒子線の照射制御を行うものである。制御装置２０は、荷電粒子線照射装置１０による治療を行う前に、照射計画装置６で作成された事前照射計画のデータの読み込みを行う。
【００５１】
制御装置２０は、放射線耐性状況測定部（放射線耐性状況測定手段）２１、放射線耐性領域分け部（領域分け手段）２２、線量演算部（線量演算手段）２３、照射計画修正部（照射計画手段）２４、及び照射制御部２５を有している。
【００５２】
放射線耐性状況測定部２１は、ＰＥＴ装置１４を制御することで、患者に投与された放射性トレーサの崩壊に伴い放出されるガンマ線を検出し、患者の腫瘍Ａの放射線耐性状況の測定を行う。放射線耐性状況測定部２１は、ＰＥＴ装置１４により腫瘍Ａ内部の低酸素細胞の位置や分布を検査することで、腫瘍Ａにおける放射線耐性状況を測定する。この放射線耐性状況測定部２１は、ＰＥＴ装置１４と共に特許請求の範囲に記載の放射線耐性状況測定手段を構成する。
【００５３】
放射線耐性領域分け部２２は、放射線耐性状況測定部２１の測定結果に基づいて、腫瘍Ａを通常放射線耐性領域Ｔ１と高放射線耐性領域Ｔ２とに分ける（図２参照）。照射計画装置６による照射計画の生成は実際の治療の数日前に行われるため、これらの領域Ｔ１，Ｔ２は、事前に照射計画装置６で分けた領域と一致するとは限らず、事前の検査から実際の治療開始までの間に変化している可能性がある。なお、低酸素細胞の有無の他、低酸素細胞の分布密度等に応じて、腫瘍Ａを三つ以上の放射線耐性領域に分けてもよい。
【００５４】
線量演算部２３は、放射線耐性領域分け部２２が分けた領域Ｔ１，Ｔ２ごとに、治療に必要な照射線量の計画値を演算する。線量演算部２３は、通常放射線耐性領域Ｔ１の照射線量の計画値と比べて、高放射線耐性領域Ｔ２の照射線量の計画値が大きくなるように演算する。
【００５５】
線量演算部２３は、荷電粒子線照射装置１０に備えられたＸ線撮影部（図示せず）等が撮影した腫瘍ＡのＸ線画像を用いて、腫瘍Ａの形状等を考慮した演算を行ってもよい。
【００５６】
照射計画修正部２４は、腫瘍Ａへ荷電粒子線を照射する実際の照射計画（治療計画）を生成する。照射計画修正部２４は、線量演算部８の演算結果に基づいて事前照射計画を修正することで、実際の照射計画を生成する。修正回数は一回に限られず複数回の修正が行われてもよい。これにより、治療直前の患者における腫瘍Ａの放射線耐性を考慮した照射計画を生成することができる。
【００５７】
照射計画修正部２４は、放射線耐性状況に応じて荷電粒子線の照射を規定する照射計画を生成する。すなわち、照射計画修正部２４は、放射線耐性が低い領域Ｔ１と比べて放射線耐性が高い領域Ｔ２に対して、より高い線量を照射する。以下、図６及び図７を参照して、放射線耐性状況に応じた照射の例について説明する。なお、放射線耐性状況に応じた照射は、図６及び図７に示すものに限られない。
【００５８】
図６は、放射線耐性状況に応じた照射回数の変更を説明するための図である。図６に示されるように、放射線耐性状況に応じた照射として、例えば放射線耐性が低い領域Ｔ１と比べて放射線耐性の高い領域Ｔ２に対する照射回数を増やす方法がある。この照射では、ガントリ１１の回転により照射部１３の照射角度が調整され、複数の方向（例えばＤ１方向とＤ２方向）から荷電粒子が照射される。
【００５９】
図６において、Ｄ１方向から見て、領域Ｔ１に対応する照射野をＷ１、領域Ｔ２に対応する照射野をＷ２として示す。同様に、Ｄ２方向から見て、領域Ｔ１に対応する照射野をＷ３、領域Ｔ２に対応する照射野をＷ４として示す。照射野Ｗ１には照射野Ｗ２が含まれ、照射野Ｗ３には照射野Ｗ４が含まれる。
【００６０】
この照射では、腫瘍Ａに対して、Ｄ１方向から照射野Ｗ１に対する照射と照射野Ｗ２に対する照射がそれぞれ実施される。また、Ｄ２方向から、照射野Ｗ３に対する照射と照射野Ｗ４に対する照射がそれぞれ実施される。
【００６１】
このように、放射線耐性の低い領域Ｔ１と比べて放射線耐性の高い領域Ｔ２への照射回数を多くすることで、放射線耐性状況に応じた線量の照射が実現される。このとき、照射野Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４の照射は領域Ｔ１、Ｔ２ごとに線量演算部８による演算結果に基づいて照射部１３の照射条件が制御される。
【００６２】
図７は、放射線耐性状況に応じた強度変調照射を説明するための図である。図７（ａ）はＤ１方向からの強度変調照射を示す図であり、図７（ｂ）はＤ２方向からの強度変調照射を示す図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、強度変調照射では、ガントリ１１の回転により照射部１３の照射角度が調節され、異なる複数の方向（例えばＤ１方向とＤ２方向）から荷電粒子線が照射される。このとき、強度変調照射では、照射領域ごとに設定された線量を満たすように、荷電粒子線の走査速度等がコントロールされる。なお、走査速度を一定として線量自体を変更してもよい。
【００６３】
図７（ａ）において、Ｄ１方向から見て領域Ｔ１に対応する照射野をＷ１１、領域Ｔ２に対応する照射野をＷ１２として示す。図７（ａ）に示す強度変調照射では、Ｄ１方向で腫瘍Ａを複数の層（Ｄ１方向に直交する層）に分け、線量演算部８による演算結果に基づいて層ごとに照射条件が制御される。すなわち、層ＬＡ１及び層ＬＡ２に例示されるように、照射野Ｗ１１及び照射野Ｗ１２が層ごとに設定される。図７（ａ）に示す強度変調照射では、照射野Ｗ１１における走査速度より照射野Ｗ１２における走査速度が遅くなるように照射条件が制御される。なお、走査速度を一定として照射野Ｗ１１に照射する線量より照射野Ｗ１２に照射する線量が高くなるように制御してもよい。図７（ａ）に示す強度変調照射では、Ｄ１方向の深部側の層から浅部側の層へ順次照射が行われる。
【００６４】
同様に、図７（ｂ）において、Ｄ２方向から見て、領域Ｔ１に対応する照射野をＷ１３、領域Ｔ２に対応する照射野をＷ１４として示す。また、図７（ｂ）に層ＬＢ１，ＬＢ２を例示する。図７（ｂ）に示す強度変調照射では、層ＬＢ１，ＬＢ２を含む各層において、照射野Ｗ１３における走査速度より照射野Ｗ１４における走査速度が遅くなるように照射条件が制御される。図７（ｂ）に示す強度変調照射では、Ｄ２方向の深部側の層から浅部側の層へ順次照射が行われる。
【００６５】
以上説明した強度変調照射を行うことで、正常組織が受ける照射線量を抑制しつつ、腫瘍Ａに対して十分な線量の荷電粒子線を照射することができる。また、腫瘍Ａの放射線耐性状況を考慮して、各領域Ｔ１，Ｔ２に応じた適切な線量の荷電粒子線を照射することができるので、効果的な治療が実現できる。
【００６６】
照射制御部２５は、照射計画修正部２４の生成した照射計画に基づいて、照射部１３からの荷電粒子線の照射を制御する。照射制御部２５は、照射計画に基づいて腫瘍Ａに対する照射を実行する。
【００６７】
次に、第１の実施形態に係る荷電粒子線照射システム１における荷電粒子線照射計画方法について説明する。この荷電粒子線照射計画方法には、ＰＥＴ−ＣＴ装置２の制御部３及び照射計画装置６で行われる事前照射計画方法と、荷電粒子線照射装置１０の制御装置２０で行われる照射計画修正方法と、が含まれる。
【００６８】
図８は、事前照射計画方法を説明するためのフローチャートである。図８に示されるように、事前照射計画方法では、まず、制御部３において、放射線耐性状況測定部４により患者のＰＥＴ検査を行う第１の放射線耐性状況測定ステップが行われる（Ｓ１）。第１の放射線耐性状況測定ステップでは、制御部３によりＰＥＴ−ＣＴ装置２が制御され、患者に投与された放射性トレーサの崩壊に伴い放出されるガンマ線を検出し、腫瘍Ａの放射線耐性状況（低酸素細胞）の測定が行われる。
【００６９】
次に、ＣＴ画像撮影部５がＰＥＴ−ＣＴ装置２を制御することにより患者のＣＴ検査を行うＣＴ画像撮影ステップが行われる（Ｓ２）。画像撮影ステップでは、Ｘ線等を用いた腫瘍Ａの断層画像が撮影される。
【００７０】
続いて、照射計画装置６において、放射線耐性領域分け部７による第１の領域分けステップが行われる（Ｓ３）。第１の領域分けステップでは、第１の放射線耐性状況測定ステップの測定結果に基づき、腫瘍Ａが通常放射線耐性領域Ｔ１と高放射線耐性領域Ｔ２とに分けられる。なお、放射線耐性状況の測定結果に基づいて二つ以上の領域に分けてもよい。
【００７１】
その後、照射計画装置６において、線量演算部８による第１の線量演算ステップが行われる（Ｓ４）。第１の線量演算ステップでは、第１の領域分けステップで分けられた領域Ｔ１，Ｔ２ごとに治療に必要な照射線量の計画値が演算される。
【００７２】
続いて、照射計画装置６において、事前照射計画部９による事前照射計画ステップが行われる（Ｓ５）。事前照射計画ステップでは、第１の線量演算ステップの演算結果と腫瘍Ａの断層画像から得られる腫瘍Ａの形状等に基づいて事前照射計画の生成が行われる。事前照射計画ステップでは、強度変調照射の事前照射計画が生成される。事前照射計画では、荷電粒子線の照射方向や領域Ｔ１，Ｔ２ごとの荷電粒子線の走査速度等が決定される。
【００７３】
図９は、荷電粒子線照射装置１０の制御装置２０における照射計画修正方法を説明するためのフローチャートである。図９に示されるように、照射計画修正方法では、荷電粒子線照射装置１０の制御装置２０において、照射計画装置６の計画した事前照射計画のデータを読み込む計画データ読み込みステップが行われる（Ｓ１１）。
【００７４】
次に、放射線耐性状況測定部２１による第２の放射線耐性状況測定ステップが行われる（Ｓ１２）。第２の放射線耐性状況測定ステップでは、治療台１２上の患者の腫瘍Ａの放射線耐性状況の測定が行われる。具体的には、放射線耐性状況測定部２１は、患者に投与された放射性トレーサの崩壊に伴い放出されるガンマ線をＰＥＴ装置１４で検出し、放射線耐性状況（低酸素細胞）の測定を実行する。
【００７５】
続いて、放射線耐性領域分け部２２による第２の領域分けステップが行われる（Ｓ１３）。第２の領域分けステップでは、第２の放射線耐性状況測定ステップの測定結果に基づく腫瘍Ａの領域分けが行われる。第２の領域分けステップでは、腫瘍Ａを通常放射線耐性領域Ｔ１及び高放射線耐性領域Ｔ２に分ける。
【００７６】
その後、線量演算部２３による第２の線量演算ステップが行われる（Ｓ１４）。第２の線量演算ステップにおいて、線量演算部２３は、第２の領域分けステップで分けられた領域Ｔ１，Ｔ２ごとに、治療に必要な照射線量の計画値の演算を行う。線量演算部２３は、通常放射線耐性領域Ｔ１の照射線量の計画値と比べて、高放射線耐性領域Ｔ２の照射線量の計画値が大きくなるように演算する。第２の線量演算ステップでは、各領域Ｔ１，Ｔ２に含まれる低酸素細胞の密度等に応じて、照射線量の計画値が演算される。
【００７７】
続いて、照射計画修正部２４による照射計画ステップが行われる（Ｓ１５）。照射計画ステップでは、第２の線量演算ステップの演算結果に基づいて、照射計画装置６が生成した事前照射計画を修正することで実際に行う照射計画が生成される。照射計画ステップでは、患者の腫瘍Ａに対する荷電粒子線の強度変調照射の照射計画が生成される。
【００７８】
以上説明した本実施形態に係る荷電粒子線照射システム１及び荷電粒子線照射計画方法によれば、放射線耐性の高さ（放射線耐性状況）によって照射すべき線量が異なることから、腫瘍Ａを放射線耐性の高さに応じて複数の領域Ｔ１，Ｔ２に分けることにより、領域ごとに適切な照射線量の計画値を演算して、効果的な荷電粒子線の照射を計画することができる。しかも、この荷電粒子線照射システム１及び荷電粒子線照射計画方法では、強度変調照射を計画することで、荷電粒子線の照射により腫瘍Ａの周囲の正常組織に与える影響を低減することができる。そして、この荷電粒子線照射システム１及び荷電粒子線照射計画方法によれば、領域ごとに演算された照射線量の計画値に基づき、各照射角度における荷電粒子線のビーム強度を演算することで、放射線耐性を考慮した治療効果の高い荷電粒子線の照射を計画することができる。
【００７９】
また、この荷電粒子線照射システム１及び荷電粒子線照射計画方法によれば、ＰＥＴ−ＣＴ装置２や荷電粒子線照射装置１０のＰＥＴ装置１４で放射性トレーサの集積を検出することにより、通常の病変組織の細胞と比べて放射線耐性の高い低酸素細胞の有無や分布を測定することができる。従って、この荷電粒子線照射システム１及び荷電粒子線照射計画方法によれば、低酸素細胞の有無や分布等を基準として、放射線耐性の高さに応じた腫瘍Ａの領域分けを達成することができる。
【００８０】
更に、この荷電粒子線照射システム１及び荷電粒子線照射計画方法では、事前のＰＥＴ検査及びＣＴ検査の結果に基づいて事前照射計画を予め生成する。その後、実際に荷電粒子線を照射する時点の腫瘍Ａの放射線耐性状況を測定することで、放射線耐性状況に応じた領域Ｔ１，Ｔ２ごとに演算した照射線量の計画値に基づいて事前照射計画を修正し、実際に行う照射計画を生成することができる。
【００８１】
従って、この荷電粒子線照射システム１及び荷電粒子線照射計画方法によれば、実際に荷電粒子線を照射する際に、患者を治療台１２に配置した状態で腫瘍Ａの放射線耐性状況を測定し、測定結果を照射計画に反映することができるので、一層効果的な荷電粒子線の照射を計画することができる。
【００８２】
[第２の実施形態]
第２の実施形態に係る荷電粒子線照射システム３１は、第１の実施形態に係る荷電粒子線照射システム１と比べて、照射計画装置３２のみで実際に行う照射計画が生成される点が主に異なっている。なお、第１の実施形態に係る荷電粒子線照射システム１と同様の構成については、同じ符号を付して重複する説明を省略する。
【００８３】
図１０は、第２の実施形態に係る荷電粒子線照射システム３１を示す平面図である。図１０に示されるように、第２の実施形態に係る荷電粒子線照射システム３１は、照射計画装置３２を備えている。第２の実施形態に係る照射計画装置３２では、事前に行われるＰＥＴ−ＣＴ装置２のＰＥＴ検査及びＣＴ検査の結果に基づいて、実際の治療日に行う照射を規定する照射計画を生成する。
【００８４】
照射計画装置３２は、第１の実施形態における事前照射計画部９に代えて、照射計画部３３を備えている。照射計画部３３は、ＰＥＴ−ＣＴ装置２による腫瘍Ａの断層画像から得られる腫瘍Ａの形状等と線量演算部８の演算結果とに基づいて照射計画を生成する。
【００８５】
一方、第２の実施形態に係る荷電粒子線照射装置３４は、照射計画装置３２の計画した照射計画に基づいて、腫瘍Ａに対する荷電粒子線の照射を実行する。この荷電粒子線照射装置３４では、治療直前の腫瘍Ａの放射線耐性状況の測定結果に基づく照射計画の修正は行われない。
【００８６】
なお、第２の実施形態に係る荷電粒子線照射システム３１においては、ＰＥＴ−ＣＴ装置２及び制御部３の放射線耐性状況測定部４が放射線耐性状況測定手段を構成する。また、照射計画装置３２の放射線耐性領域分け部７が領域分け手段を構成する。同様に、照射計画装置３２の線量演算部８が線量演算手段を構成する。また、照射計画装置３２の照射計画部３３が照射計画手段を構成する。
【００８７】
次に、第２の実施形態に係る荷電粒子線照射システム３１における荷電粒子線照射計画方法について説明する。図１１は、第２の実施形態に係る荷電粒子線照射計画方法を説明するためのフローチャートである。なお、ステップＳ２１〜Ｓ２４は、第１の実施形態に係る荷電粒子線照射計画方法のステップＳ１〜Ｓ４と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００８８】
図１１に示されるように、第２の実施形態に係る荷電粒子線照射計画方法では、まず、ＰＥＴ−ＣＴ装置２の制御部３において放射線耐性状況測定部４による患者のＰＥＴ検査を行う放射線耐性状況測定ステップが行われる（Ｓ２１）。次に、ＰＥＴ−ＣＴ装置２の制御部３では、ＣＴ画像撮影部５において患者のＣＴ検査を行う画像撮影ステップが行われる（Ｓ２２）。
【００８９】
続いて、照射計画装置３２において、放射線耐性領域分け部７による領域分けステップが行われる（Ｓ２３）。領域分けステップでは、放射線耐性状況測定ステップの測定結果に基づく腫瘍Ａの領域分けが行われる。その後、照射計画装置３２において、線量演算部８による線量演算ステップが行われる（Ｓ２４）。線量演算ステップでは、領域分けステップで分けられた腫瘍Ａの領域ごとの照射線量の計画値が演算される。
【００９０】
続いて、照射計画装置３２において、照射計画部３３による照射計画ステップが行われる（Ｓ２５）。照射計画ステップでは、線量演算ステップの演算結果と腫瘍Ａの断層画像から得られる腫瘍Ａの形状等に基づいて照射計画の生成が行われる。照射計画ステップでは、強度変調照射の照射計画が生成される。
【００９１】
以上説明した第２の実施形態に係る荷電粒子線照射システム３１及び荷電粒子線照射計画方法によれば、腫瘍Ａの放射線耐性状況から演算した領域ごとの照射線量の計画値とＣＴ検査により取得した腫瘍Ａの撮影画像とに基づいて、実際の照射計画を予め詳細に計画することができるので、ＰＥＴ装置等の検査機器が照射室以外の部屋に設置されているような場合であっても、放射線耐性を考慮した効果的な荷電粒子線の照射を計画することができる。
【００９２】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００９３】
例えば、本発明に係る荷電粒子線照射システム及び荷電粒子線照射計画方法は、スキャニング方式の荷電粒子線照射に限られず、例えば、マルチパッチ方式の荷電粒子線照射においても適用することができる。
【００９４】
図１２は、マルチパッチ方式の荷電粒子線の照射装置を説明するための図である。図１２に示すマルチパッチ方式の照射部４０は、荷電粒子線の照射方向Ｒに順に配列される散乱体４１、リッジフィルタ部４２、ファインディグレーダ４３、線量モニタ４５、ブロックコリメータ４６、ボーラス４７、及びマルチリーフコリメータ４８を備えている。また、装置各部の駆動を制御する照射制御部４９を備えている。
【００９５】
この照射部４０では、加速器Ａｃから送り込まれた荷電粒子線を散乱体４１に通すことによって、照射方向Ｒに直交する方向に広がりを持たせて、幅広いビームに拡大する。その後、リッジフィルタ部４２に入射した荷電粒子線は、照射方向Ｒに拡大ブラッグピークの分布を形成する。
【００９６】
リッジフィルタ部４２を通り抜けた荷電粒子線は、患者内の腫瘍Ａの深さに応じて荷電粒子線の最大到達深さを調整するためのファインディグレーダ４３に入射する。このファインディグレーダ４３は、例えば２個の楔型をした対向するブロック４３ａ、４３ｂから構成され、照射制御部４９の制御により上記ブロック４３ａ、４３ｂの重なり方を調節することによって、荷電粒子線が通過する部分の厚みを連続的に変化させることができる。このファインディグレーダ４３の調節により、荷電粒子線の拡大ブラッグピークの位置を、患者内の腫瘍Ａの深さ方向（照射方向Ｒ）に調整する。
【００９７】
ファインディグレーダ４３を通過した荷電粒子線は、線量モニタ４５において線量検出された後、荷電粒子線の平面形状（照射方向Ｒから見た形状）を粗く整形するためのブロックコリメータ４６に入射される。その後、荷電粒子線は、ボーラス４７に入力され、腫瘍Ａの最大深さの断面形状と組織の不均一性に関する補正が行われる。
【００９８】
このボーラス４７を通過した荷電粒子線は、マルチリーフコリメータ４８に入射される。マルチリーフコリメータ４８は、幅数ｍｍの多数の櫛歯をもつ２つの遮蔽部４８ａ，４８ｂが、上記櫛歯の先端を中心で突き合わせるように配列されて構成されている。そして、照射制御部４９の制御により、遮線部４８ａ，４８ｂが、多数の上記櫛歯のそれぞれを長手方向に進退させることで、マルチリーフコリメータ４８は、荷電粒子線が通過する開口４８ｃの位置及び形状を変化させることができる。
【００９９】
続いて、図１３を参照してマルチパッチ方式の荷電粒子線の照射について説明する。図１３に示されるように、制御装置４９では、腫瘍Ｐの立体形状に基づき、腫瘍Ｐを複数ブロックに分割する。制御装置４９内では、分割された第１〜第ｎ分割ブロックＰ１〜Ｐｎの平面位置及び平面形状と、各分割ブロックＰ１〜Ｐｎの深さ方向の配置と、各分割ブロックＰ１〜Ｐｎに照射すべき荷電粒子線の照射線量と、がそれぞれ関連づけられてデータ化されている。なお、各分割ブロックＰ１〜Ｐｎの深さ方向の配置情報には、分割ブロックの最深部の深さ、最浅部の深さ、深さ方向の最大厚み等の情報が含まれる。また、図１３においては、分割ブロック数ｎ＝４の例を示しているが、ｎは任意の数に設定することができる。
【０１００】
制御装置４９は、第１分割ブロックＰ１の平面位置及び平面形状の情報を読み取り、マルチリーフコリメータ４８を駆動して、第１分割ブロックＰ１に対応する平面位置及び平面形状でマルチリーフコリメータ４８の開口４８ｃを形成させる。このことにより、第１分割ブロックＰ１の輪郭からわずかに外側に広がった照射野の平面位置及び平面形状が設定される。更に、制御装置４９は、第１分割ブロックＰ１の最深部Ｐ１ａよりもわずかに深い位置まで、陽子線の最大到達深さが達するように、ファインディグレーダ４３を駆動する。
【０１０１】
更に、制御装置４９は、腫瘍Ｐの第１分割ブロックＰ１における深さ方向の最大厚みｋの情報を読み取り、この最大厚みｋよりも陽子線のＳＯＢＰ［Spread-Out Bragg  Peak］幅がわずかに大きくなるように、リッジフィルタ部４２を駆動しＳＯＢＰを調整する。以上のような各部の動作により、腫瘍Ｐの第１分割ブロックＰ１の立体形状を包含する形状をなす第１分割照射範囲Ｑ１が設定される。更に、制御装置４９は第１分割照射範囲Ｑ１に照射すべき線量を演算する。
【０１０２】
この状態で、照射部４０に荷電粒子線が送り込まれると、荷電粒子線が第１分割照射範囲Ｑ１に照射され、粒子線エネルギーが腫瘍Ｐの第１分割ブロックＰ１に集中的に供給される。このとき、制御装置４９は、線量モニタ４５からのモニタ信号を受信することで、第１分割照射範囲Ｑ１に照射された荷電粒子線の線量を検出する。そして、検出している荷電粒子の線量が照射計画の線量に達したときに、荷電粒子線の供給が停止される。このような処理により、第１分割照射範囲Ｑ１に対して、照射計画に沿った線量が照射される。そして、このような照射動作を、第１〜第ｎの各分割ブロックＰ１〜Ｐｎについてｎ回繰り返すことで、各分割ブロックＰ１〜Ｐｎの立体形状に対応する第１〜第ｎ分割照射野Ｒ１〜Ｒｎを順次設定しながら、腫瘍Ｐ全体に荷電粒子線を照射することができる。
【０１０３】
以上説明したマルチパッチ方式の照射では、腫瘍Ｐを複数のブロックに分割して照射条件を制御する。このため、マルチパッチ方式の照射において、腫瘍Ｐの放射線耐性状況を測定し、放射線耐性に応じたブロック分け（領域分け）を行うことで、各ブロックに対して放射線耐性を考慮した線量の照射を実現することができる。
【０１０４】
また、本発明において、低酸素細胞の有無や分布以外の要件に基づいて腫瘍Ａの放射線耐性状況を測定してもよい。放射線耐性状況（低酸素細胞）を測定するためのトレーサには、ＦＭＩＳＯの他、ＦＡＺＡ、ＩＡＺＡ、ＦＥＴＮＩＭ、ＦＥＴＡ、ＡＴＳＭ、β-５-ＦＡＺＲ、［１８Ｆ］ＥＦ５、［１８Ｆ］ＥＦ３、［１８Ｆ］ＦＤＧ等を採用することができる。
【０１０５】
例えば、ＦＡＺＡは、ＦＭＩＳＯと比べて脂溶性が低く血中クリアランスが早いため、より効率的な低酸素細胞の測定を行うことができる。また、ＦＥＴＮＩＭを用いた場合のＰＥＴ画像は、ＦＭＩＳＯと比べて腫瘍バックグラウンドを低くすることができる。
【０１０６】
また、本発明は、ラスタースキャニングやラインスキャニングによる強度変調照射の他、スポットスキャニングによる強度変調照射についても適用することができる。また、ガントリ１１は、３６０°回転可能に構成される必要はなく、３６０°未満の揺動のみ可能な構成であってもよい。また、ガントリは固定式のものであってもよい。
【０１０７】
更に、照射部１３には、四極磁石１５及び／又はダクト１７を設けずに省略してもよい。また、ＰＥＴ装置１４に設けられるガンマ線検出部は２個に限らず、３個以上設けられてもよい。また、ガンマ線を検出する手段はＰＥＴに限られず、ＳＰＥＣＴ［Single  Photon  Emission  Computed  Tomography］等を用いることもできる。ＳＰＥＣＴの場合、ガンマ線検出部は１個であってもよい。
【０１０８】
また、荷電粒子線照射装置において、治療時にＰＥＴ検査やＣＴ検査を行い、その場で照射計画を生成する態様も本発明に含まれる。
【０１０９】
また、荷電粒子線の照射時（治療時）に、ＰＥＴ装置１４を用いて患者の患部Ａから放出されるガンマ線を検出するようにしてもよい。患者の患部Ａに荷電粒子線（例えば、陽子線）を照射すると、照射された陽子線の入射陽子核と腫瘍内の原子核との核反応により生成されるポジトロン放出核からガンマ線が放出される。このガンマ線をＰＥＴ装置１４で検出することで、陽子線を照射した位置を測定することができる。測定した陽子線の照射位置が治療計画で規定した照射位置と異なっている場合には、実際の陽子線の照射位置が治療計画で規定した照射位置となるように制御装置２０が照射部３を制御してもよい。このように、治療計画を生成するために使用するＰＥＴ装置を荷電粒子線の照射位置を確認するためのＰＥＴ装置として兼用することで、荷電粒子線照射装置１０内に２つのＰＥＴ装置を設ける必要がなくなり、装置の簡略化およびコストを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、放射線耐性を考慮した荷電粒子線の照射を計画することができる荷電粒子線照射システム及び荷電粒子線照射計画方法に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１，３１…荷電粒子線照射システム  ２…ＰＥＴ−ＣＴ装置  ３…制御部  ４…放射線耐性状況測定部（放射線耐性状況測定手段）  ５…画像撮影部  ６，３２…照射計画装置  ７…放射線耐性領域分け部（領域分け手段）  ８…線量演算部（線量演算手段）  ９…事前照射計画部（事前照射計画手段）  １０，３４…荷電粒子線照射装置  １１…ガントリ  １２…治療台  １３…照射部  １４…ＰＥＴ装置（放射線耐性状況測定手段）  １４ａ…ガンマ線検出部  １５…四極磁石  １６…スキャニング電磁石  １７…ダクト  ２０…制御装置  ２１…放射線耐性状況測定部（放射線耐性状況測定手段）  ２２…放射線耐性領域分け部（領域分け手段）  ２３…線量演算部（線量演算手段）  ２４…照射計画修正部（照射計画手段）  ２５…照射制御部  ３３…照射計画部（照射計画手段）  ４０…照射部  ４１…散乱体  ４２…リッジフィルタ部  ４３…ファインディグレーダ  ４５…線量モニタ  ４６…ブロックコリメータ４７…ボーラス  ４８…マルチリーフコリメータ  ４９…照射制御部  ５０…患者  Ａ…腫瘍  Ａｃ…加速器  Ｇ…ガンマ線  Ｈ…建屋  Ｌ…ビーム輸送ライン  Ｒ…荷電粒子線  Ｔ１…通常放射線耐性領域  Ｔ２…高放射線耐性領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月3日(2014.4.3)
【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】
被照射体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射システムであって、
前記被照射体に荷電粒子線を照射する照射部と、
前記被照射体の放射線耐性状況を測定する放射線耐性状況測定手段と、
前記放射線耐性状況測定手段の測定結果に基づいて、前記被照射体を複数の放射線耐性領域に分ける領域分け手段と、
前記領域分け手段が分けた前記複数の放射線耐性領域ごとに、荷電粒子線の照射線量の計画値を演算する線量演算手段と、
前記線量演算手段の演算結果に基づいて、前記被照射体に対する荷電粒子線の照射計画を生成する照射計画手段と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線照射システム。
【請求項２】
前記被照射体の撮影画像に基づいて、前記被照射体に対する荷電粒子線の事前照射計画を生成する事前照射計画手段を更に備え、
前記照射計画手段は、前記線量演算手段の演算結果に基づいて前記事前照射計画を修正することにより前記照射計画を生成することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項３】
前記照射計画手段は、前記被照射体の撮影画像及び前記線量演算手段の演算結果に基づいて前記照射計画を生成することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項４】
前記放射線耐性状況測定手段は、ガンマ線検出装置を有し、
前記領域分け手段は、ＦＭＩＳＯをトレーサとした前記ガンマ線検出装置の測定結果に基づいて、前記被照射体を複数の放射線耐性領域に分けることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項５】
前記放射線耐性状況測定手段は、ガンマ線検出装置を有し、
前記領域分け手段は、ＦＡＺＡをトレーサとした前記ガンマ線検出装置の測定結果に基づいて、前記被照射体を複数の放射線耐性領域に分けることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項６】
前記放射線耐性状況測定手段は、ガンマ線検出装置を有し、
前記領域分け手段は、ＩＡＺＡをトレーサとした前記ガンマ線検出装置の測定結果に基づいて、前記被照射体を複数の放射線耐性領域に分けることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項７】
前記放射線耐性状況測定手段は、ガンマ線検出装置を有し、
前記領域分け手段は、ＦＥＴＮＩＭをトレーサとした前記ガンマ線検出装置の測定結果に基づいて、前記被照射体を複数の放射線耐性領域に分けることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の荷電粒子線照射システム。
【請求項８】
荷電粒子線を被照射体に照射する荷電粒子線照射システムが荷電粒子線の照射を計画する荷電粒子線照射計画方法であって、
前記被照射体の放射線耐性状況を測定する放射線耐性状況測定ステップと、
前記放射線耐性状況測定ステップの測定結果に基づいて、前記被照射体を複数の放射線耐性領域に分ける領域分けステップと、
前記領域分けステップで分けた前記複数の放射線耐性領域ごとに、荷電粒子線の照射線量の計画値を演算する線量演算ステップと、
前記線量演算ステップの演算結果に基づいて、前記被照射体に対する荷電粒子線の照射計画を生成する照射計画ステップと、
を有することを特徴とする荷電粒子線照射計画方法。
【請求項９】
前記放射線耐性状況測定ステップの前に、前記被照射体の撮影画像に基づいて前記被照射体に対する荷電粒子線の事前照射計画を生成する事前照射計画ステップを有し、
前記照射計画ステップにおいて、前記線量演算ステップの演算結果に基づいて前記事前照射計画を修正することにより前記照射計画を生成することを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子線照射計画方法。
【請求項１０】
前記照射計画ステップにおいて、前記被照射体の撮影画像及び前記線量演算ステップの演算結果に基づいて前記照射計画を生成することを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子線照射計画方法。
【請求項１１】
前記放射線耐性状況測定ステップにおいて、ＦＭＩＳＯをトレーサとしたガンマ線検出により前記被照射体の放射線耐性状況を測定することを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の荷電粒子線照射計画方法。
【請求項１２】
前記放射線耐性状況測定ステップにおいて、ＦＡＺＡをトレーサとしたガンマ線検出により前記被照射体の放射線耐性状況を測定することを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の荷電粒子線照射計画方法。
【請求項１３】
前記放射線耐性状況測定ステップにおいて、ＩＡＺＡをトレーサとしたガンマ線検出により前記被照射体の放射線耐性状況を測定することを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の荷電粒子線照射計画方法。
【請求項１４】
前記放射線耐性状況測定ステップにおいて、ＦＥＴＮＩＭをトレーサとしたガンマ線検出により前記被照射体の放射線耐性状況を測定することを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の荷電粒子線照射計画方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
具体的には、放射線耐性状況測定部４は、患者に投与された放射性トレーサの崩壊に伴って放出されるガンマ線をＰＥＴ−ＣＴ装置２によって検出することで、放射性トレーサの集積する腫瘍Ａの病変細胞の位置を測定する。放射性トレーサとしては、ＦＭＩＳＯ（［１８Ｆ］misonidazole）、ＦＡＺＡ（［１８Ｆ］fluoroazomycin arabinoside）、ＦＥＴＮＩＭ（［１８Ｆ］fluoroerythronitroimidazole）、ＩＡＺＡ（［１２３／１２４Ｉ］iodoazomycin arabinoside）、ＦＥＴＡ（［１８Ｆ］fluoroetanidazole）、ＡＴＳＭ（［64Cu］diacety1-bis(N(4)-methylthiosemicarbazone)、β-５-ＦＡＺＲ（1-β-D-(5-fluoro-5-deoxyribofuranosyl)-2-nitroimidazole transport）、［１８Ｆ］ＥＦ５、［１８Ｆ］ＥＦ３、［１８Ｆ］ＦＤＧ等が知られている。ここでは、放射性トレーサとしてＦＭＩＳＯを用いた場合について説明する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
図３に示されるように、荷電粒子線照射装置１０には、腫瘍Ａに対するＰＥＴ検査を行うためのＰＥＴ装置（放射線耐性状況測定手段）１４が設けられている。ＰＥＴ装置１４は、腫瘍Ａの放射線耐性状況を測定するためのものである。ＰＥＴ装置１４は、荷電粒子線の照射直前における腫瘍Ａの放射線耐性状況を測定する。なお、ＰＥＴ装置１４は、照射中や照射後における腫瘍Ａの放射線耐性状況を測定してもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
図６は、放射線耐性状況に応じた照射回数の変更を説明するための図である。図６に示されるように、放射線耐性状況に応じた照射として、例えば放射線耐性が低い領域Ｔ１と比べて放射線耐性の高い領域Ｔ２に対する照射回数を増やす方法がある。この照射では、ガントリ１１の回転により照射部１３の照射角度が調整され、複数の方向（例えばＤ１方向とＤ２方向）から荷電粒子線が照射される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
図１０は、第２の実施形態に係る荷電粒子線照射システム３１を示す概略図である。図１０に示されるように、第２の実施形態に係る荷電粒子線照射システム３１は、照射計画装置３２を備えている。第２の実施形態に係る照射計画装置３２では、事前に行われるＰＥＴ−ＣＴ装置２のＰＥＴ検査及びＣＴ検査の結果に基づいて、実際の治療日に行う照射を規定する照射計画を生成する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
ファインディグレーダ４３を通過した荷電粒子線は、線量モニタ４５において線量検出された後、荷電粒子線の平面形状（照射方向Ｒから見た形状）を粗く整形するためのブロックコリメータ４６に入射される。その後、荷電粒子線は、ボーラス４７に入射され、腫瘍Ａの最大深さの断面形状と組織の不均一性に関する補正が行われる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
このボーラス４７を通過した荷電粒子線は、マルチリーフコリメータ４８に入射される。マルチリーフコリメータ４８は、幅数ｍｍの多数の櫛歯をもつ２つの遮蔽部４８ａ，４８ｂが、上記櫛歯の先端を中心で突き合わせるように配列されて構成されている。そして、照射制御部４９の制御により、遮蔽部４８ａ，４８ｂが、多数の上記櫛歯のそれぞれを長手方向に進退させることで、マルチリーフコリメータ４８は、荷電粒子線が通過する開口４８ｃの位置及び形状を変化させることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
この状態で、照射部４０に荷電粒子線が送り込まれると、荷電粒子線が第１分割照射範囲Ｑ１に照射され、粒子線エネルギーが腫瘍Ｐの第１分割ブロックＰ１に集中的に供給される。このとき、制御装置４９は、線量モニタ４５からのモニタ信号を受信することで、第１分割照射範囲Ｑ１に照射された荷電粒子線の線量を検出する。そして、検出している荷電粒子線の線量が照射計画の線量に達したときに、荷電粒子線の供給が停止される。このような処理により、第１分割照射範囲Ｑ１に対して、照射計画に沿った線量が照射される。そして、このような照射動作を、第１〜第ｎの各分割ブロックＰ１〜Ｐｎについてｎ回繰り返すことで、各分割ブロックＰ１〜Ｐｎの立体形状に対応する第１〜第ｎ分割照射野Ｒ１〜Ｒｎを順次設定しながら、腫瘍Ｐ全体に荷電粒子線を照射することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
また、荷電粒子線の照射時（治療時）に、ＰＥＴ装置１４を用いて患者の患部Ａから放出されるガンマ線を検出するようにしてもよい。患者の患部Ａに荷電粒子線（例えば、陽子線）を照射すると、照射された陽子線の入射陽子核と腫瘍内の原子核との核反応により生成されるポジトロン放出核からガンマ線が放出される。このガンマ線をＰＥＴ装置１４で検出することで、陽子線を照射した位置を測定することができる。測定した陽子線の照射位置が治療計画で規定した照射位置と異なっている場合には、実際の陽子線の照射位置が治療計画で規定した照射位置となるように制御装置２０が照射部１３を制御してもよい。このように、治療計画を生成するために使用するＰＥＴ装置を荷電粒子線の照射位置を確認するためのＰＥＴ装置として兼用することで、荷電粒子線照射装置１０内に２つのＰＥＴ装置を設ける必要がなくなり、装置の簡略化およびコストを低減することができる。
【国際調査報告】
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