(57)【要約】  粒子線治療計画から決められる相対粒子線照射量と処方粒子線線量をもとに粒子線の各照射スポットにおける計画照射粒子数を求めるステップと、計画照射粒子数と粒子線のビーム電流波形をもとに各照射スポットにおける粒子線の照射過程を模擬し、粒子線がスキャン移動する間に患部に照射される粒子数を求めるステップと、スキャン移動する間に照射される粒子数を用いて各照射スポットにおける計画照射粒子数を補正するステップと、補正された計画照射粒子数を線量モニタのカウント数に換算するステップと、換算されたカウント数に基づいて粒子線を照射するステップを備えている粒子線スキャニング照射方法。
2013140547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線治療計画から決められる相対粒子線照射量と処方粒子線線量をもとに粒子線の各照射スポットにおける計画照射粒子数を求める計算機と、前記粒子線を患部に照射する粒子線照射装置を備え、
前記計算機は、
前記計画照射粒子数と前記粒子線のビーム電流波形をもとに前記各照射スポットにおける粒子線の照射過程を模擬し、前記粒子線がスキャン移動する間に前記患部に照射される粒子数を求める第１のステップと、
前記スキャン移動する間に照射される粒子数を用いて前記各照射スポットにおける計画照射粒子数を補正する第２のステップと、
前記補正された計画照射粒子数を線量モニタのカウント数に換算する第３のステップを実行し、
前記粒子線照射装置は、前記第３のステップで換算されたカウント数に基づいて前記粒子線を患部に照射することを特徴とする粒子線スキャニング照射装置。
【請求項２】
前記第２のステップは、スキャン移動前の照射スポットにおける計画照射粒子数およびスキャン移動後の照射スポットにおける計画照射粒子数から、前記スキャン移動する間に照射される粒子数の半分を差し引く処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の粒子線スキャニング照射装置。
【請求項３】
粒子線のビーム電流波形を平滑化処理する第４のステップを備え、この平滑化処理されたビーム電流波形を第２のステップで使用することを特徴とする請求項２に記載の粒子線スキャニング照射装置。
【請求項４】
前記スキャン移動前の照射スポットにおける計画照射粒子数および前記スキャン移動後の照射スポットにおける計画照射粒子数が、前記スキャン移動中に照射される粒子数の半分よりも常に大きい値をとるように、前記ビーム電流波形をもとにビーム電流の大きさを設定する第５のステップを備えていることを特長とする請求項２に記載の粒子線スキャニング照射装置。
【請求項５】
照射スポットがブランク移動する場合、前記照射スポットの移動軌跡からブランク移動前の照射スポットとブランク移動後の照射スポットの間の距離を求める第６のステップを備えていることを特徴とする請求項２に記載の粒子線スキャニング照射装置。
【請求項６】
前記第６のステップで求められた前記ブランク移動の距離とスキャン移動の距離を比較し、前記ブランク移動の距離が前記スキャン移動の距離の２倍よりも小さい場合、前記第３のステップを跳び越す処理を行う第７のステップを備えていることを特徴とする請求項５に記載の粒子線スキャニング照射装置。
【請求項７】
前記第６のステップで求められたブランク移動の距離とスキャン移動の距離を比較し、前記ブランク移動の距離が前記スキャン移動の距離の２倍よりも大きいｎ倍の大きさである場合、前記ブランク移動に含まれる照射スポットのそれぞれから、前記ブランク移動中に照射される粒子数のｎ分の一を差し引く処理を行う第８のステップを備えていることを特徴とする請求項５に記載の粒子線スキャニング照射装置。
【請求項８】
粒子線治療計画から決められる相対粒子線照射量と処方粒子線線量をもとに粒子線の各照射スポットにおける計画照射粒子数を求める第１のステップと、
前記計画照射粒子数と前記粒子線のビーム電流波形をもとに前記各照射スポットにおける粒子線の照射過程を模擬し、前記粒子線がスキャン移動する間に患部に照射される粒子数を求める第２のステップと、
前記スキャン移動する間に照射される粒子数を用いて前記各照射スポットにおける計画照射粒子数を補正する第３のステップと、
前記補正された計画照射粒子数を線量モニタのカウント数に換算する第４のステップと、
前記換算されたカウント数に基づいて前記粒子線を照射する第５のステップを備えていることを特徴とする粒子線スキャニング照射方法。
【請求項９】
前記第３のステップは、スキャン移動前の照射スポットにおける計画照射粒子数およびスキャン移動後の照射スポットにおける計画照射粒子数から、前記スキャン移動する間に照射される粒子数の半分を差し引く処理を含むことを特徴とする請求項８に記載の粒子線スキャニング照射方法。
【請求項１０】
粒子線のビーム電流波形を平滑化処理する第６のステップを備え、この平滑化処理されたビーム電流波形を第２のステップで使用することを特徴とする請求項９に記載の粒子線スキャニング照射方法。
【請求項１１】
前記スキャン移動前の照射スポットにおける計画照射粒子数および前記スキャン移動後の照射スポットにおける計画照射粒子数が、前記スキャン移動中に照射される粒子数の半分よりも常に大きい値をとるように、前記ビーム電流波形をもとにビーム電流の大きさを設定する第７のステップを備えていることを特長とする請求項９に記載の粒子線スキャニング照射方法。
【請求項１２】
照射スポットがブランク移動する場合、前記照射スポットの移動軌跡からブランク移動前の照射スポットとブランク移動後の照射スポットの間の距離を求める第８のステップを備えていることを特徴とする請求項９に記載の粒子線スキャニング照射方法。
【請求項１３】
前記第８のステップで求められた前記ブランク移動の距離とスキャン移動の距離を比較し、前記ブランク移動の距離が前記スキャン移動の距離の２倍よりも小さい場合、前記第３のステップを跳び越す処理を行う第９のステップを備えていることを特徴とする請求項１２に記載の粒子線スキャニング照射方法。
【請求項１４】
前記第８のステップで求められたブランク移動の距離とスキャン移動の距離を比較し、前記ブランク移動の距離が前記スキャン移動の距離の２倍よりも大きいｎ倍の大きさである場合、前記ブランク移動に含まれる照射スポットのそれぞれから、前記ブランク移動中に照射される粒子数のｎ分の一を差し引く処理を行う第１０のステップを備えていることを特徴とする請求項１２に記載の粒子線スキャニング照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線治療装置に関し、特に患部の３次元形状に合わせて粒子線を照射する粒子線スキャニング照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子線治療では、光速の約７０％まで加速された陽子線や炭素線などが患部に照射される。これらの高エネルギーの粒子線は、体内の腫瘍などに照射される際に、以下の特徴を示す。第一に、照射された粒子線の殆どが粒子線エネルギーの約１．７乗に比例した深さ位置に停止する。第二に、照射された粒子線が体内で停止するまでに通過する経路に与えるエネルギーの密度は、粒子線の停止位置で最大になる。粒子線のエネルギー密度は線量と呼ばれている。粒子線が体内を通過した経路に沿って形成される特有の深部線量分布曲線はブラッグカーブと称される。【０００３】
粒子線の線量が最大値を示す場所をブラッグピークと呼ぶ。粒子線スキャニング照射システムは、このブラッグピークの位置を腫瘍の３次元形状に合わせて走査する。各走査位置におけるピークの線量は、予め画像診断で決めた標的（腫瘍領域）において、所定の３次元線量分布を形成するように調整されている。【０００４】
粒子線の停止位置の走査方法は、粒子線の照射方向にほぼ垂直な横方向（Ｘ、Ｙ方向）に走査する方法と、粒子線の照射方向である深さ方向（Ｚ方向）に走査する方法に分かれている。横方向に行う走査には、患者を粒子線に対して移動させる方法と、電磁石などを使って粒子線の位置を移動させる方法が存在する。一般的には後者の電磁石を用いる方法が採用されている。【０００５】
深さ方向に行う走査方法は、粒子線のエネルギーを変えるのが唯一の方法である。エネルギーを変える方法には、加速器で粒子線のエネルギーを変える方法と、ビーム輸送系もしくは照射系に設置されたレンジシフタと呼ばれるエネルギー変更装置を用いる方法の、２通りが考えられる。現在はエネルギー変更装置を用いる方法が多く用いられている。レンジシフタはエネルギーの分析と運動量の選択を行うEnergy  Selection  Systemと呼ばれる装置を含むこともある。【０００６】
粒子線ビームを横方向に走査させる方法は、スポットスキャニング照射法とハイブリッドスキャニング照射法の２つの基本的な照射方法に分類されている。スポットスキャニング照射法は、粒子線を照射して、所定照射位置における照射量が計画値に達した際に、一旦粒子線のビーム強度を弱める（非特許文献１参照）。このとき、一般的には粒子線のビーム強度はゼロにされる。粒子線を次の照射位置に照射するには、走査電磁石の電流値を変更して、再び粒子線ビームの強度を増やしてから、粒子線を照射する。粒子線のビーム強度を増やす代わりに、粒子線を加速器から再出射させることも行われている。【０００７】
ハイブリッドスキャニング照射法は、粒子線を計画した位置に計画した量だけ照射する基本的なやり方はスポットスキャニング照射法と一緒であるが、粒子線の位置を次の照射位置に移動させる際には、粒子線ビームを停止せずに、粒子線ビームを照射しながら粒子線を走査させる（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１４５２１３号公報
【特許文献２】特開２００８−１３６５２３号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５６３４０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】T.  Inaniwa  et  al.,  Medical  Physics,  34(2007)3302
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
粒子線スキャニング照射システムでは、照射位置を変更している最中に粒子線の移動が生じる。移動中の粒子線の線量は実照射時に於ける線量の分布に影響する。非特許文献１では、粒子線の移動中の線量寄与を治療計画の最適化計算に取り込むことで移動中の線量が最終の線量分布に与える影響を軽減しようとしている。この方法では、移動中の線量寄与を予め決めることが要求される。【００１１】
実照射時に於ける移動中の線量寄与は、粒子線の照射中に加速器から得られる粒子線のビーム強度の時間変動に依存するので、上記方法では移動中の線量寄与の平均値を治療計画の最適化計算に取り込む必要が生じる。加速器から得られるビーム電流波形I(t)の時間変動が大きい場合、移動中の粒子線の寄与を精度よく考慮することは難しい。更に、治療計画の最適化計算において移動中の線量寄与の平均を考慮する必要があり、治療計画の策定が相対的に複雑になる。【００１２】
本発明は、上記した課題を解決するために考案されたもので、治療計画にて決めた各照射スポット（照射位置）における計画照射粒子数と実照射時の線量分布との差を減らすことを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明にかかる粒子線スキャニング照射方法は、粒子線治療計画から決められる相対粒子線照射量と処方粒子線線量をもとに粒子線の各照射スポットにおける計画照射粒子数を求める第１のステップと、計画照射粒子数と粒子線のビーム電流波形をもとに各照射スポットにおける粒子線の照射過程を模擬し、粒子線がスキャン移動する間に患部に照射される粒子数を求める第２のステップと、スキャン移動する間に照射される粒子数を用いて各照射スポットにおける計画照射粒子数を補正する第３のステップと、補正された計画照射粒子数を線量モニタのカウント数に換算する第４のステップと、換算されたカウント数に基づいて粒子線を照射する第５のステップを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の粒子線スキャニング照射システムによれば、実照射時の線量分布を治療計画にて決めた各照射スポット（照射位置）における計画照射粒子数に、簡単な補正方法で近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明に関わる粒子線スキャニング照射システムの装置構成を示す全体図である。
【図２】患部がスライスされた状態を説明する図である。
【図３】照射開始スポットと照射終了スポットの位置関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１による粒子線スキャニング照射方法のプロセスを示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１によるスキャニング照射シミュレーションで用いるビーム電流波形を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２によるスキャニング照射シミュレーションで用いる平滑化したビーム電流波形を示す図である。
【図７】移動中の照射スポットの様子を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態３による粒子線スキャニング照射方法のプロセスを示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態４および実施の形態５による粒子線スキャニング照射システムの動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は粒子線スキャニング照射システムの全体構成を表している。粒子線スキャニング照射システム１００は、治療計画システム１０、粒子線治療照射制御システム２０および粒子線照射装置３０から構成されている。治療計画システム１０は、治療計画データ管理装置１、計画照射粒子数補正装置３、治療計画装置４、スキャニング照射シミュレーション装置５などから構成されている。粒子線治療照射制御システム２０は、照射系データ管理装置２、治療制御装置６、機器制御装置７、位置決め装置８から構成されている。治療制御装置６は線量モニタを含む。粒子線照射装置３０はスキャン磁石、スキャン電源を含む。
【００１７】
治療計画装置４は治療計画を作成し、治療計画を元に線量計算のシミュレーションを行う。治療制御装置６は、粒子線照射装置３０を制御し、照射系データ管理装置２から取得した治療計画の条件の通りに粒子線を照射する。実際に照射された粒子線の線量は治療制御装置６が測定する。測定の結果は、治療計画データ管理装置１に送信する。治療計画データ管理装置１は、計画照射粒子数補正装置３、治療計画装置４、スキャニング照射シミュレーション装置５が作成したデータの管理を行う。照射系データ管理装置２は、治療制御装置６、機器制御装置７、位置決め装置８が使用するデータ、治療記録、測定記録などを管理している。
【００１８】
粒子線治療では、粒子線のブラッグピークの位置を腫瘍の３次元形状に合わせて走査するため、患部を治療計画に従って深さ方向に薄く輪切りにする。図２は輪切りにされた腫瘍などの患部２５を模式的に表している。深さ方向に分割された患部２５の一層分をスライスと呼ぶ。患部２５は、複数のスライス（・・W、X、Y、Z・・）に分割されている。
【００１９】
次に、スキャニング照射時における、粒子線の照射順序を図３に従って説明する。粒子線の照射順序は予め治療計画システム１０で計算されている。図には、特定されたスライスＸにおける照射スポットの配置と、粒子線の照射経路が示されている。粒子線は原則的に照射開始スポットから照射終了スポットまで、一筆書きの経路をたどる。粒子線は、通常、スキャン移動によって隣の照射スポットに移る。照射点の間が離れている場合には、粒子線は間を飛ばすためにブランク移動して次の照射点に移る。ブランク移動によって照射が省かれるスポットの数は照射条件によって異なる。ブランク移動はブランク始点スポットから始まりブランク終点スポットで終了する。
【００２０】
次に図４に示すブロック図に基づいて本発明の実施の形態１による粒子線スキャニング照射方法を説明する。計画照射粒子数Niは、治療計画で決められた照射スポット(i)における照射粒子数の計画値（処方粒子数）を示す。スポット番号ｉ(=1,2,3…Ｎspot)は照射スポットのＩＤを表す。粒子線は同一スライス内でスポット番号ｉに従って照射される。計画照射粒子数Niは、治療計画に基づいて求められる。計画照射粒子数Niは、治療計画システム１０が出力した各スポットの相対照射粒子数Riと処方線量DOを基に算出され、治療計画データ管理装置１に格納されている。処方線量DOは患部に一回照射で照射する粒子線の線量を表している。
【００２１】
ビーム電流波形I(t)は、照射系データ管理装置２に格納されていて、最新の測定結果を反映するように、必要に応じ、日々更新される。図５はスキャニング照射時に用いる、ビーム電流波形I(t)の１例を示す。ビーム電流波形I(t)は、加速器から出射した粒子線に関するビーム電流の基本的な時間変動情報である。スキャニング照射に用いる加速器はシンクロトロン加速器、サイクロトロン加速器を始め、どのようなタイプの加速器であっても、本発明には同様に有効である。スキャニング照射シミュレーション装置５は粒子線がスポット間を移動中に患部に照射する粒子線数の予想データを算出する。計画照射粒子数Niは計画照射粒子数補正装置３によって補正される。治療計画はスキャニング照射治療計画を含む。補正された計画照射粒子数Niは線量モニタに対応するようにMU（Monitor  Unit）へ換算される。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態１による粒子線スキャニング照射システム１００の動作を、図１〜図４を用いて説明する。まず、患者のCT（Computed  Tomography）データ等に基づいて、スキャニング照射治療計画を、治療計画システム１０を利用して作成する。その結果、粒子線の照射方向、照射方向に対応した照射スライス情報、各スライスに対応した照射位置情報、各照射位置におけるスポットの相対照射量情報が出力される。照射方向は複数の場合も考えられる。照射位置情報では、照射位置に対応して、照射スポットが定義されている。
【００２３】
次に、治療計画装置４は処方線量DOと治療計画に基づいて、計画照射粒子数Niを算出する。計画照射粒子数Niの算出には、治療計画に含まれる各スポットの相対照射粒子数と、水中における線量分布絶対値の測定情報を活用する。スキャニング照射シミュレーション装置５には、各照射スポットの計画照射粒子数Niとビーム電流波形I(t)が与えられる。
【００２４】
スキャニング照射シミュレーション装置５はシミュレーションソフトと計算機から構成されている。スキャニング照射シミュレーション装置５は、スキャニング照射を実施した場合に、粒子線が照射スポット(i)から照射スポット(i+1)へ移動している際に、患部に照射される粒子線の数ΔNi（i=1,2,3,..Ｎspot-1  ）を算出する。スキャニング照射過程をシミュレーションするにあたり、線量モニタ、スキャニング電源、スキャニング制御装置等の時間応答と動作を考慮する。
【００２５】
スキャニング照射シミュレーション装置５では、ビーム電流波形I(t)を数μsecの時間ステップで積分する。電流積分値が照射スポット(i)の計画照射粒子数Niに達した際に、諸機器の時間応答を考慮に入れ、粒子線の照射位置を照射スポット(i+1)に向けて変更する。さらに照射スポット(i+1)について、ビーム電流波形I(t)を積分し、電流積分値が計画照射粒子数Ni+1まで達すると照射位置を照射スポット(i+2)に変更する。このように、照射スポット(i=1)から照射スポット(ｉ＝Ｎspot)まで、すべての照射スポットに粒子線を照射する過程を模擬することで、ビームが照射スポット間を移動する間に患部に照射される粒子線の数（移動中粒子数ΔNi）を得ることが可能である。計画照射粒子数Niを算出する際には移動中粒子数ΔNiは考慮されていない。実照射時には計画照射粒子数Niに達してからビームの移動が起こるため、次の照射スポットに粒子線が移動するまでに、粒子線が患部に余分に照射される（図７参照）。
【００２６】
次に、計画照射粒子数補正装置３は、照射スポット(i)の計画照射粒子数Niを移動中粒子数ΔNiを用いて補正する。移動中粒子数ΔNiは、照射スポット(i)と照射スポット(i+1)の間に照射される粒子数である。具体的には、（Ni＿補正後=Ni−ΔNi/2）と（Ni+1＿補正後=Ni+1−ΔNi/2）を実施する。この処理から計画照射粒子数Ni＿補正後が求められる。計画照射粒子数Ni＿補正後は、スポット間の移動中に照射される粒子数の影響を考慮した計画照射粒子数である。照射スポット(i)に着目すれば、次式が成立する（図７参照）。尚、移動中粒子数ΔNi-1は、照射スポット(i-1)と照射スポット(i)の間に照射される粒子数である（1<  i  <Ｎspot）。照射スポット(1)と照射スポット(Ｎspot)では、それぞれ、（Ni-0.5×ΔNi）と（Ni-0.5×ΔNi-1）に補正式が変わる。
計画照射粒子数Ni＿補正後=計画照射粒子数Ni−ΔNi/2−(ΔNi-1)/2
【００２７】
計画照射粒子数Ni＿補正後は、照射中に粒子数を管理（または計測）する線量モニタの感度を用いて、計画カウント数MUiに換算される。線量モニタの感度は粒子線ビームのエネルギーに依存する。最後に、得られた各スポットの計画カウント数MUiを、粒子線治療照射制御システム２０および粒子線照射装置３０に引き渡して、実際のスキャニング照射を実施する。粒子線治療照射制御システム２０を用いて、スキャニング照射を実行する際は、スキャニング照射シミュレーション装置５でスキャニング照射を模擬する際に用いたのと同じ強度及び基本時間パターンの加速器ビームを用いる。
【００２８】
実際に照射スポット(i)に照射される粒子線の量は、計画カウント数MUiに基づいて制御される。図７はスライスＹにおいて照射粒子線がカウントされる様子を模式的に表している。ビームは照射スポット（i-1）、照射スポット（i）、照射スポット（i+1）の順番で移動している。照射粒子線のカウントは、始点Ｔi(s)から終点Ｔi(e)の間で一順する。このカウントのサイクルが連続的に繰り返される。実照射時には、カウントが始まった時には、前のサイクルで移動中の粒子線による照射が行われている。カウントが終わった時には、粒子線は次の照射スポットに移動が始まっている。
【００２９】
このように、本発明による実施の形態１で示した粒子線スキャニング照射システムによれば、スキャニング照射時、スポット間の移動期間中に標的に照射される移動中粒子による線量分布への影響が考慮されている。実際の照射タイミングを模擬できるスキャニング照射シミュレーション装置を用いて、照射前にその移動中粒子数ΔNiを算出し、計画照射粒子数補正装置を用いて補正後の計画照射粒子数（計画照射粒子数Ni＿補正後）を求めて実際のスキャニング照射を行うことにより、治療計画システムによる再計画処理は不要になる。その結果、粒子線スキャニング照射の治療計画を簡単にすることができるので、粒子線スキャニング照射システムの運用効率が向上する。また、移動中粒子の影響を考慮してスキャニング照射を実施できるため、より高精度の線量付与を患部に与えることができる。
【００３０】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２による粒子線スキャニング照射システムの動作を説明する。実施の形態２では、スキャニング照射シミュレーション装置５で用いるビーム電流波形I(t)として、図５に示した実測されたビーム電流波形に代わって、図６に示すような速い変動成分を取り除いたビーム電流波形を用いる点に特徴がある。
【００３１】
図６に示すビーム電流波形I(t)は、図５に示したビーム電流波形I(t)を、ローパスフィルタを通して平滑処理したものである。その結果、スポット間移動時の移動中粒子数ΔNiを、より安定したビーム電流波形の平均的値として求めることが可能である。これにより、再現性の乏しい速いビーム電流変化に影響されることがなくなり、より高精度に移動中粒子数ΔNiを求めることができる。実施の形態２による粒子線スキャニング照射システムはより、高い精度で、患部に粒子線を照射できる効果がある。
【００３２】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３による粒子線スキャニング照射システムの動作を説明する。ビーム電流は大きければ照射時間を短くできるが、移動中粒子数ΔNiが相対的に大きなウェイトを占めるようになるため、計画照射粒子数Ni＿補正後が負になることが考えられる。図８は、本発明の実施の形態３による粒子線スキャニング照射システムの構成を示すブロック図である。図８に用いる符号は図４と同じものは、基本的に図４と同じ意味を示す。
【００３３】
実施の形態３では、計画照射粒子数Ni＿補正後が負になることを防止するため、各スライスの照射時に、移動中粒子数ΔNiの半分が、移動前後のスポットの計画照射粒子数よりも小さくなるように、各スライスの照射で用いる最大ビーム電流の大きさを規制する。ビーム電流値は、実際は、波形が決まっているので、平滑化された平均値を使用する場合も同じである。
【００３４】
具体的には、スキャニング照射シミュレーションに際して、移動中粒子数ΔNiの半分（ΔNi/2）が、照射スポット(i)の計画照射粒子数Niと照射スポット(i+1)の計画照射粒子数Ni+1を越えないように、各スライスの照射に用いるビーム電流波形I(t)の最大値（ある時刻における最大ビーム電流）を予め決める。スライスの照射時に、大きいビーム電流値を用いる方が、照射時間を短くできるが、目安として、ここで算出した最大ビーム電流値の半分以下のビーム電流で照射するのがよい。
【００３５】
実施の形態３では、予め各スライスの照射時に用いるビーム電流の最大値を規制しているため、各スライスの照射時に用いるビーム電流の範囲を適切な値に設定できる。計画照射粒子数を補正する際、計画照射粒子数Ni＿補正後が負になることがなくなり、必ず正になることを保証できる。そのため、負の粒子数をゼロにして照射を行う場合に比べ、より高い精度で、誤差粒子数の影響を考慮に入れて粒子線スキャニング照射を行うことができる。
【００３６】
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４による粒子線スキャニング照射システムの動作を説明する。図９は、患部を深さ方向にスライスして幹部をスキャニング照射する際、特定のスライスにおける照射スポットの配置と照射経路を示している。スキャニング照射は、最上部の右端にあるスポットで開始し、最下部の右端部にあるスポットで終了している。照射開始スポットと照射終了スポットの途中は、複雑な経路を経てスライス内の各スポットを照射している。図には、隣接しているスポット間をつなぐスポット間移動と、隣接していないスポット間をつなぐスポット間移動が存在している。
【００３７】
実施の形態４では、隣接する照射スポットをつなぐスポット間移動と、隣接していないスポットをつなぐスポット間移動に着目する。移動が隣接したスポット間である場合は、実施の形態１で説明したように行うが、移動が隣接していないスポット間で起きる場合、実施の形態１による補正方法では誤差が大きい。そのため、実施の形態４では、まず計画照射粒子数補正装置３が、隣接しているスポット間での移動であるのか、または隣接していないスポット間の移動であるのかを確認する。隣接しているスポット間の移動についてのみ、移動前の照射スポット(i)の計画照射粒子数Niと、移動後の照射スポット(i+1)の計画照射粒子数Ni+1から移動中粒子数ΔNiの半分を差し引く補正処理を実施する。
【００３８】
実施の形態４によれば、計画照射粒子数Niの補正処理において、隣接しているスポット間を粒子線が移動する場合にのみ、計画照射粒子数Niから移動中粒子数ΔNiの半分を差し引くようにする。隣接していないスポット間を粒子線が移動する場合は何もしないため、補正処理による誤差が発生しない。実際には、隣接しないスポット間を粒子線が移動するケースは、隣接しているスポット間を粒子線が移動するケースに比べると非常に少ない。ケースバイケースの処理はより高い精度でのスキャニング照射を実現する。
【００３９】
実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５による粒子線スキャニング照射システムの動作を説明する。実施の形態５による粒子線スキャニング照射システムでは、図９に見られる、隣接しているスポット間の移動（スキャン移動）と、隣接していないスポット間の移動（ブランク移動）の場合で、計画照射粒子数補正装置３を用いて、異なる計画照射粒子数補正処理を実施する。具体的には、隣接しているスポット間の移動では、実施の形態１と同様に、移動前の照射スポット(i)の計画照射粒子数Niと、移動後の照射スポット(i+1)の計画照射粒子数Ni+1から、移動中粒子数ΔNiの半分を差し引く補正処理を実施する。
【００４０】
隣接していないスポット間の移動の場合は、まず移動軌跡を算出する。算出された移動軌跡からスポットサイズと同程度離れているすべてのスポット（i=ik,  k=1,2,3,..nk;  全nk個；i1=i,  ink=  i+1）を割り出す。割り出されたスポットの数をブランクスポット数(nk)とする。次に、移動中粒子数ΔNiをブランクスポット数(nk)で割り算して、スポット番号iの移動前スポット、スポット番号i+1の移動後スポット及び移動中寄与するブランクスポットの計画照射粒子数ＮからそれぞれΔNi/nkを引き算する補正を行う。
【００４１】
本実施の形態によれば、隣接していないスポット間の移動の場合も、より正確な移動中粒子数の補正を実施できるので、実施の形態４に比較して、更にスキャニング照射の精度を高めることが可能である。尚、上記の実施の形態の説明では、スキャニング照射シミュレーション装置、治療計画装置、計画照射粒子数補正装置を別々のコポネントとして記載し、説明した。実際、これらの装置を同じ計算機コード、または同じ計算機に搭載させても、効果が上記説明したものと同じであり、スキャニング照射において、移動中粒子に起因する線量の影響を高い精度と、簡単な方法で考慮することができる。
【００４２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、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】
【００４３】
１  治療計画データ管理装置、２  照射系データ管理装置、３  計画照射粒子数補正装置、４  治療計画装置、５  スキャニング照射シミュレーション装置、６  計画照射粒子数補正装置、１０  治療計画システム、２０  粒子線治療照射制御システム、３０  粒子線照射装置、１００  粒子線スキャニング照射システム
【図１】
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【図２】
2013140547.tif 000004
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年2月21日(2014.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線治療計画から決められる相対粒子線照射量と処方粒子線線量をもとに粒子線の各照射スポットにおける計画照射粒子数を求める計算機と、前記粒子線を患部に照射する粒子線照射装置を備え、
前記計算機は、
前記計画照射粒子数と前記粒子線のビーム電流波形をもとに前記各照射スポットにおける粒子線の照射過程を模擬し、前記粒子線がスキャン移動する間に前記患部に照射される粒子数を求める第１のステップと、
前記スキャン移動する間に照射される粒子数を用いて前記各照射スポットにおける計画照射粒子数を補正する第２のステップと、
前記補正された計画照射粒子数を線量モニタのカウント数に換算する第３のステップを実行し、
前記粒子線照射装置は、前記第３のステップで換算されたカウント数に基づいて前記粒子線を患部に照射することを特徴とする粒子線スキャニング照射システム。
【請求項２】
前記第２のステップは、スキャン移動前の照射スポットにおける計画照射粒子数およびスキャン移動後の照射スポットにおける計画照射粒子数から、前記スキャン移動する間に照射される粒子数の半分を差し引く処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の粒子線スキャニング照射システム。
【請求項３】
粒子線のビーム電流波形を平滑化処理する第４のステップを備え、この平滑化処理されたビーム電流波形を第２のステップで使用することを特徴とする請求項２に記載の粒子線スキャニング照射システム。
【請求項４】
前記スキャン移動前の照射スポットにおける計画照射粒子数および前記スキャン移動後の照射スポットにおける計画照射粒子数が、スキャン移動中に照射される粒子数の半分よりも常に大きい値をとるように、前記ビーム電流波形をもとにビーム電流の大きさを設定する第５のステップを備えていることを特長とする請求項２に記載の粒子線スキャニング照射システム。
【請求項５】
照射スポットがブランク移動する場合、前記照射スポットの移動軌跡からブランク移動前の照射スポットとブランク移動後の照射スポットの間の距離を求める第６のステップを備えていることを特徴とする請求項２に記載の粒子線スキャニング照射システム。
【請求項６】
前記第６のステップで求められたブランク移動の距離とスキャン移動の距離を比較し、前記ブランク移動の距離が前記スキャン移動の距離の２倍よりも大きいｎ倍の大きさである場合、前記ブランク移動に含まれる照射スポットのそれぞれから、ブランク移動中に照射される粒子数のｎ分の一を差し引く処理を行う第８のステップを備えていることを特徴とする請求項５に記載の粒子線スキャニング照射システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明にかかる粒子線スキャニング照射システムは、粒子線治療計画から決められる相対粒子線照射量と処方粒子線線量をもとに粒子線の各照射スポットにおける計画照射粒子数を求める計算機と、粒子線を患部に照射する粒子線照射装置を備え、計算機は、計画照射粒子数と粒子線のビーム電流波形をもとに各照射スポットにおける粒子線の照射過程を模擬し、粒子線がスキャン移動する間に患部に照射される粒子数を求める第１のステップと、スキャン移動する間に照射される粒子数を用いて各照射スポットにおける計画照射粒子数を補正する第２のステップと、補正された計画照射粒子数を線量モニタのカウント数に換算する第３のステップを実行し、粒子線照射装置は、第３のステップで換算されたカウント数に基づいて粒子線を患部に照射することを特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月1日(2015.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線治療計画をもとに粒子線の各照射スポットにおける計画照射粒子数を求める計算機と、
前記粒子線を患部に照射する粒子線照射装置を備え、
前記計算機は、
前記計画照射粒子数と前記粒子線のビーム電流波形をもとに前記各照射スポットにおける粒子線の照射過程を模擬し、前記粒子線がスキャン移動する間に前記患部に照射される粒子数を求める第１のステップと、
前記スキャン移動する間に照射される粒子数を用いて前記各照射スポットにおける計画照射粒子数を補正する第２のステップと、
前記補正された計画照射粒子数を線量モニタのカウント数に換算する第３のステップを実行し、
前記粒子線照射装置は、前記第３のステップで換算されたカウント数に基づいて前記粒子線を患部に照射し、
前記第２のステップは、スキャン移動前の照射スポットにおける計画照射粒子数およびスキャン移動後の照射スポットにおける計画照射粒子数から、前記スキャン移動する間に照射される粒子数の半分を差し引く処理を含むことを特徴とする粒子線スキャニング照射システム。
【請求項２】
粒子線のビーム電流波形を平滑化処理する第４のステップを備え、この平滑化処理されたビーム電流波形を第２のステップで使用することを特徴とする請求項１に記載の粒子線スキャニング照射システム。
【請求項３】
前記スキャン移動前の照射スポットにおける計画照射粒子数および前記スキャン移動後の照射スポットにおける計画照射粒子数が、スキャン移動中に照射される粒子数の半分よりも常に大きい値をとるように、前記ビーム電流波形をもとにビーム電流の大きさを設定する第５のステップを備えていることを特長とする請求項１に記載の粒子線スキャニング照射システム。
【請求項４】
照射スポットがブランク移動する場合、前記照射スポットの移動軌跡からブランク移動
前の照射スポットとブランク移動後の照射スポットの間の距離を求める第６のステップを備えていることを特徴とする請求項１に記載の粒子線スキャニング照射システム。
【請求項５】
前記第６のステップで求められたブランク移動の距離とスキャン移動の距離を比較し、前記ブランク移動の距離が前記スキャン移動の距離の２倍よりも大きいｎ倍の大きさである場合、前記ブランク移動に含まれる照射スポットのそれぞれから、ブランク移動中に照射される粒子数のｎ分の一を差し引く処理を行う第７のステップを備えていることを特徴とする請求項４に記載の粒子線スキャニング照射システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明にかかる粒子線スキャニング照射システムは、粒子線治療計画をもとに粒子線の各照射スポットにおける計画照射粒子数を求める計算機と、粒子線を患部に照射する粒子線照射装置を備え、計算機は、計画照射粒子数と粒子線のビーム電流波形をもとに各照射スポットにおける粒子線の照射過程を模擬し、粒子線がスキャン移動する間に患部に照射される粒子数を求める第１のステップと、スキャン移動する間に照射される粒子数を用いて各照射スポットにおける計画照射粒子数を補正する第２のステップと、補正された計画照射粒子数を線量モニタのカウント数に換算する第３のステップを実行し、粒子線照射装置は、第３のステップで換算されたカウント数に基づいて粒子線を患部に照射し、第２のステップは、スキャン移動前の照射スポットにおける計画照射粒子数およびスキャン移動後の照射スポットにおける計画照射粒子数から、スキャン移動する間に照射される粒子数の半分を差し引く処理を含むことを特徴とする。
【国際調査報告】
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