(57)【要約】  標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する。
2009139043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施することを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２】
標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する粒子線治療装置であって、深さ方向の物理線量分布が前記各層の幅の少なくとも一部において、ミニリッジフィルタを用いて線量が一定となる領域を形成して線量校正を行うことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項３】
標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する粒子線治療装置であって、深さ方向の物理線量分布が前記各層の幅の少なくとも一部において、ミニリッジフィルタを用いて線量が一定となる領域を形成し、これらの各層を重ね合わせて前記標的体積を照射することを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項４】
前記分割された複数の層から選択された一部の層に対してのみ線量校正を実施することを特徴とする請求項２に記載の粒子線治療装置。
【請求項５】
標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施することを特徴とする粒子線治療方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は粒子線を照射して癌などを治療するための粒子線治療装置および粒子線治療方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
積層照射やスキャニング照射と呼ばれる既知の粒子線照射方法では、標的体積（単に、標的とも称す）を粒子線のビーム進行方向に分割して照射する。
深さ方向に所望の粒子線分布を得るためには、標的体積の各層の線量重み付けを所望の値にする必要がある。
このため、照射前に線量校正の手順を実施するが、従来の技術では生物線量の深さ方向分布におけるＳＯＢＰ（Spread  Out  Bragg  Peak：拡大ブラッグピーク）中心の１点で線量校正を行っていた。【０００３】
なお、例えば、下記の特許文献１（特開２００４−３５８２３７号公報）には、「標的を複数の層に分割し、層毎の照射量を決定すること」が示されており、特許文献２（特開平１０−３１４３２３号公報）には、「標的を複数の層に分割し、各層毎の照射量が均一となるように決定すること」が示されている。
また、下記の非特許文献１には、「積層照射において使用するミニリッジフィルタのウェイトをガウス分布で設計することにより、層間の位置誤差の影響を緩和させる」ことが示されている。
なお、「ＳＯＢＰ」および「ミニリッジフィルタ」については、発明の実施の形態の説明の中で後述する。【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５８２３７号公報
【特許文献２】特開平１０−３１４３２３号公報
【非特許文献１】Ridge  filter  design  and  optimization  for  the  broad-beam  three-dimensional  irradiation  system  for  heavy-ion  radiation  therapy.  Barbara  Schaffner,  Tatsuaki  Kanai,  Yasuyuki  Futami,  and  Munefumi  Shimbo,  Med.  Phys.  Volume  27  (4),  April  2000,  pp  716-724.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまで積層照射では、従来の拡大照射のときのようにＳＯＢＰ中心の代表点１点で線量校正を行っていた。
これに対し、積層照射では、層に応じて機器設定が変わるため、各層に応じて線量校正係数があると考えるのが自然であり、ＳＯＢＰ中心１点での校正では浅い層の校正係数に対して敏感でないという問題点があった。
各層に対して実測で校正係数を求める場合、ブラッグ曲線の深さ方向の変化が急峻であるため、線量計を設置する場所のわずかな位置誤差によって線量校正値に大きな誤差が発生する原因となり、各層に対して線量校正を短時間で精度よく行うことが困難であった。
なお、「ブラッグ曲線」とは、荷電粒子線（例えば、陽子線や炭素線など）を被照射体に照射した場合に、荷電粒子が到達するまでに被照射体内に付与する相対線量を示す曲線のことであり、最深部付近にピークを有する。【０００６】
深さ方向の位置誤差の要因として、線量校正に用いる線量分布測定装置の機械的精度が不十分であることや、校正時に用いる線量計の形状が２次元平面でないことによる誤差、あるいはビームライン中にある線量モニタなどの物質の実効厚誤差などがある。
こうした要因によって、ブラッグ曲線の頂点で校正したつもりであっても、実際には頂点以外で校正してしまう可能性があり、校正係数の精度が得られにくかった。【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、積層照射における線量校正を各層毎に行え、積層照射時における線量校正の精度を向上させることができる粒子線治療装置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】
【０００８】
本発明に係る粒子線治療装置は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施するものである。
また、本発明に係る粒子線治療装置は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する粒子線治療装置であって、深さ方向の物理線量分布が前記各層の幅の少なくとも一部において、ミニリッジフィルタを用いて線量が一定となる領域を形成して線量校正を行うものである。
また、本発明に係る粒子線治療装置は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する粒子線治療装置であって、深さ方向の物理線量分布が前記各層の幅の少なくとも一部において、ミニリッジフィルタを用いて線量が一定となる領域を形成し、これらの各層を重ね合わせて前記標的体積を照射するものである。
また、本発明に係る粒子線治療方法は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、浅い層の校正精度も確保することができ、各層の校正係数のバラツキを確認することができるため、不具合があった場合にもシステマティックに理解することができる。また、線量校正に必要な位置精度を大幅に緩和することででき、積層照射における各層毎の線量校正を短時間で精度よく実施することができる。
従って、本発明によれば積層照射における線量校正を各層毎に行うことが可能であり、積層照射時における線量校正の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】粒子線治療装置の構成を示す図である。
【図２】粒子線照射部から粒子線を患者に照射しているとき様子を示す図である。
【図３】陽子線と炭素線の場合のブラッグ曲線を示す図である。
【図４】炭素線の拡大ブラッグピークを示す図である。
【図５】リッジフィルタの原理を説明するための図である。
【図６】リッジフィルタ取付台の構成を示す図である。
【図７】粒子線照射部と線量計の校正装置の構成を示す図である。
【図８】炭素線のミニピーク（物理線量）を示す図である。
【図９】校正点の位置を示す図である。
【図１０】炭素線のミニピーク（生物線量）を示す図である。
【図１１】炭素線の拡大ブラッグピークのウェイトを示す図である。
【図１２】実施の形態３に係わるミニリッジフィルタの設計例を示す図である。
【図１３】実施の形態３に係わるミニリッジフィルタの設計例を示す図である。
【図１４】実施の形態３に係わるミニリッジフィルタの設計例を示す図である。
【符号の説明】
【００１１】
１  横方向照射野形成部          ２  線量モニタ
３  深さ方向照射野形成部        ４  リッジフィルタ
５  データ処理部              ２１  患者
２２  治療台                    ６１  リッジフィルタ取付台
６２  通過穴（通過口）          ７０  線量計校正装置
７１  水ファントム              ７２  線量計
７３  線量計駆動装置            ７４  線量計用回路７よびデータ処理装置
１０１  治療計画部              １０２  治療制御部
１０３  粒子線発生部            １０４  粒子線輸送部
１０５  粒子線照射部            １０６  位置決め部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
図１は、粒子線治療装置の構成を示す図である。
図１に示すように、粒子線治療装置は、治療計画部１０１、治療制御部１０２、粒子線発生部１０３、粒子線輸送部１０４、粒子線照射部１０５、位置決め部１０６などで構成される。
粒子線照射部１０５は粒子線を患者に照射する際に適切な照射野を形成するための機能を有し、治療計画部１０１は所望する線量分布を照射するために粒子線照射部１０５の各機器のパラメータを適切な値に決める機能を有する。位置決め部１０６は、患者の固定、標的（標的体積とも称す）の位置決めと確認などを実施する機能を有する。
治療制御部１０２は、治療計画部１０１からの指示に基づいて、粒子線発生部１０３、粒子線輸送部１０４、粒子線照射部１０５、位置決め部１０６の動作を制御する。【００１３】
図２は、粒子線照射部から粒子線を患者に照射しているとき様子を示す図である。
図２に示すように、粒子線照射部１０５は、主に粒子線の照射野を横方向（即ち、ビーム進行方向と垂直の面）でビームを制御するための横方向照射野形成部１と、粒子線の線量をモニタ（カウント）する線量モニタ２と、深さ方向（即ち、ビーム進行方向）にビームを制御する深さ方向照射野形成部３と、深さ方向照射野形成部３内に形成されるリッジフィルタ（ridge  filter）４と、線量モニタ２がカウント線量のデータを処理するデータ処理部５などで構成されている。なお、図２において、２１は患者、２２は治療台ある。【００１４】
次に、ビーム（即ち、粒子線ビーム）の深さ方向の制御について説明する。
単一エネルギーのビームが照射された場合、患者２１の体内での深さ方向の線量分布をＰＤＤ（Percentage  Depth  Dose）と呼ぶ。
粒子線を均一の媒質に照射すると、粒子線は媒質に入射したときのエネルギーに応じてある深さで止まり、そのときの深さを飛程と称する。
媒質の表面から飛程までのＰＤＤは、ブラッグ曲線と呼ばれる頂点（ピーク）を有する形状を示しており、曲線（即ち、ブラッグ曲線）の最大値付近の部分はブラッグピークと呼ばれる。【００１５】
図３は、陽子線と炭素線（重粒子線）の場合のブラッグ曲線を示す図である。
なお、図３において、横軸はからだの表面からの深さ（ｃｍ）であり、縦軸は相対吸収線量（％）である。
ブラッグ曲線の形状は照射される粒子線の核種によって異なり、陽子線の場合は炭素線に比べてブラッグピークの幅が広い。
また、炭素核は核破砕を起こすが、陽子線ではそれが起きないため、陽子線の線量分布にはテイル（即ち、核反応のテイル）がない。【００１６】
以下では、粒子線が炭素線の場合について述べるが、本発明は陽子線や他の核種についても同様に適用できる。
図４は、炭素線の拡大ブラッグピークを示す図である。
既知の照射技術である拡大照射法では、後述のリッジフィルタと呼ばれる装置を用いてブラッグピークの幅を広げて、図４に示すような拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）という線量が一様な領域を形成して照射する。
ＳＯＢＰの幅は、標的（標的体積）の深さ方向の厚みに合わせて形成する。【００１７】
次に、図４に示す生物線量と物理線量の違いについて説明する。
線量には、物理線量と生物学的線量（実効線量ともいう）の２種類が定義される。
物理線量は、標的のある部分に付与されるエネルギーであって、単位はグレイ（Ｇｙ）である。
これに対して生物線量は、物理線量に基づき細胞への生物学的影響を考慮して決められる値であって、単位はグレイ・イクイバレント（ＧｙＥ）である。
生物線量は、例えば細胞の生存率が１０％になるようなコバルト６０による照射線量と等価な線量という条件で定義される。【００１８】
粒子線治療では、処方線量は生物線量で定義される。
ＳＯＢＰは、照射効果を均一にすることが目的であり、生物線量分布で定義される。
これに対し、線量校正に用いる線量計では生物学的効果の計測ができないため、線量校正は物理線量を使って行われる。
物理線量から生物線量を求めることは既知の手法で求められるが、ここではその記載は省略する。【００１９】
ＳＯＢＰの形成は、リッジフィルタと呼ばれる装置を用いる。
図５は、リッジフィルタの原理を説明するための図である。
リッジフィルタには、図５に示すようなバーリッジフィルタあるいはモジュレーションホイールなど既知の種類があり、ここではこれらを総称してリッジフィルタと称する。
図５は、リッジフィルタを説明するための概念図であって、実際のリッジの本数はこれより多い。リッジフィルタ４は、異なる厚みと幅を有する領域から構成される。【００２０】
粒子線は通過する場所によって異なる厚みを通過することで異なる飛程をもつ。
例えば、水等価の飛程が３０ｃｍの粒子線がリッジフィルタの水等価厚が５ｃｍの部分を通過すると、その粒子線の飛程は水等価で約２５ｃｍとなる。
製作上の都合から、実際にはリッジフィルタ４の厚みはあるステップで設計され、ステップ単位で水等価厚飛程の粒子数の割合を制御する。
そしてこの割合をウェイトと呼ぶ。【００２１】
例えば、リッジフィルタ４の厚さが水等価で５ｃｍの部分の幅を広げると、水等価で約２５ｃｍの飛程を持つ粒子線の割合を増やすことができる。
このように既知の方法に基づいてウェイトを適切に選ぶことで、生物線量が一様なピークをもつＳＯＢＰに対応するリッジフィルタを設計することができる。【００２２】
図６は、リッジフィルタ取付台の構成を示す図であり、リッジフィルタ４は、図６に示すようなリッジフィルタ取付台６１に装着される。このリッジフィルタ取付台（リッジフィルタ交換台）６１には通常のリッジフィルタや数種類のミニリッジフィルタなどを同時に装着することが可能であり、交換が容易にできるような構造になっている。
また、このリッジフィルタ取付台６１の一箇所に通過穴（通過口）６２を設けておくと、無変調の粒子線を照射することが可能である。
ここまでは従来の拡大照射法と呼ばれる照射技術について記載したが、これとは別の既知の照射技術として、積層照射と称する方法がある（前記文献１を参照）。
この方法では、標的体積を深さ方向の領域、即ち、ある幅をもった層に分割して、これらの領域を個別に順番に照射する。このとき、層の幅は一定である必要はない。【００２３】
層の深さを調整する方法としては、粒子線発生部１０３にある加速器のエネルギーを変えることによって調整する方法と、粒子線照射部１０５にあるレンジシフタと呼ばれる一定の厚みの板を必要枚数挿入することで調整する方法の２種類がある。
粒子線を照射する際には、ブラッグ曲線をそのまま、あるステップ単位でずらして照射してもよいが、ブラッグピークの幅が狭いと、ステップ幅が細かくなり、ステップ数が増えて煩雑になる。
このため、通常は、ブラッグピークを意図的に広げてステップ幅をやや広くして、照射する手法が用いられる。ステップ幅としては２ｍｍ以上〜１０ｍｍくらいが用いられる。
このとき広げたブラッグピークをミニピークと称し、これを形成するための装置をミニリッジフィルタと呼ぶ。【００２４】
これまでにも積層照射においてミニリッジフィルタが使用されてきて、平坦なウェイトをもつミニピークを使ったり、ガウス分布のウェイトをもつミニピークを使ったりすることが提案されてきた。
しかしながら、従来の提案では「平坦」、「ガウス分布」は、いずれもウェイトの関数自体に対する議論であり、物理線量のＰＤＤ（Percentage  Depth  Dose）形状については言及されておらず、線量校正を容易にするという目的についても言及されていなかった。
従って、従来の提案ではミニリッジフィルタのウェイトが平坦であっても、ミニピークの物理線量分布は平坦ではなく、ミニピークのどの部分で校正するのかを正確に特定する必要があった。
また、深さ方向のわずかな位置誤差によって線量校正値に有意な誤差が発生するという問題があった。【００２５】
次に、積層照射における線量校正の方法について説明する。
積層照射では、各層の相対線量、即ち、各層の重みは、予め治療計画部１０１で実施される線量計算の出力に従って照射する必要がある。そうしないと、所望のＰＤＤが得られない。
粒子線治療装置では、粒子線照射部１０５に設置された線量モニタ２のカウント値に基づいて、各層に付与される線量が計画通りになるように管理される。
即ち、ある層を照射しているとき、その層に付与された線量を線量モニタ２のカウント数に変換し、そのカウント値が所望の値に達した場合に照射を一時的に停止し、カウントをリセットし、次の層の照射に移行する。【００２６】
しかしながら、線量モニタ２のカウント値は任意の単位であるため、カウント値で物理線量もしくは生物線量を直接管理することは一般的でない。
その理由のひとつは、照射条件によって粒子線照射部１０５の装置設定を変化させたときに、カウント値と物理線量が常に一定の関係であるとは保証されないためである。
その代わりに、図７に示すような装置を用いて、所望する照射野条件において、線量モニタ２のカウント値を線量計７２に対して校正する。
なお、図７は、粒子線照射部１０５と線量計の校正装置の構成を示す図である。
図７に示すように、線量計校正装置７０は、水ファントム（即ち、線量測定用の水槽）７１、線量計７２、線量計駆動装置７３、線量計用回路７よびデータ処理装置７４、架台７５で構成されている。
線量計７２は、校正が保証されたものを用い、校正作業は患者毎（治療計画毎）に行われる。【００２７】
線量校正で計測できるのは線量計７２で計測される物理線量と、線量モニタ２が計測するカウント値であり、この二つの数値の比が校正係数、即ちＧｙ／ｃｏｕｎｔ（グレイ・パー・カウント）となる。
線量計７２では、生物線量は計測されず物理線量のみ計測されるので、校正は物理線量に対して行われる。
処方線量は生物線量で定義されるが、これに相当する物理線量のＰＤＤを算出しておけば、線量校正および治療照射線量管理は物理線量のＰＤＤを対象に実施すればよいので、線量校正時に生物線量を気にする必要はない。【００２８】
次に、具体的な例を想定して説明する。
例えば、直径７５ｍｍの球形の標的に対して積層照射を行ったとする。
層のステップを２．５ｍｍと仮定すると、深さ方向の７５ｍｍを照射するのに２９層が必要となる。
従来の積層照射では、２９層全てを照射した時に形成される全体ＳＯＢＰの中心１点において、線量校正を行っていた。
これは従来の拡大照射法の考え方に基づくものである。
これを数式で表すと、ＳＯＢＰ中心での物理線量は次式で与えられる。【００２９】
ＤSOBP_PHYS（ｚＣ）＝Ｋ0・ΣdMINIPEAK_PHYS（ｚＣ＋ｚｉ）・Ｗｉ
なお、上の式において、“ＤSOBP_PHYS（ｚＣ）”は、ＳＯＢＰ分布を表す関数で、グレイで表される物理線量である。
“dMINIPEAK_PHYS”は、ミニピークの物理線量ＰＤＤ曲線である。
ｚＣは、ＳＯＢＰの中心位置、ｚｉはｉ番目の層のシフト量を示す。Σはいずれも全ての層、即ち  ｉ＝１，２９についての和を示す。
また、Ｗｉは各層の重みで  ΣＷｉ＝１として規格化されるものとする。
Ｋ0は規格化係数で、ＤSOBP_PHYS（ｚＣ）で１回の照射の処方線量から換算した物理線量に合致するように値が決められる。【００３０】
上の式において、ミニピークのＰＤＤ曲線は、照射する層に応じてシフトするだけで、曲線の形状は不変であるとして、dMINIPEAK_PHYS（ｚＣ＋ｚｉ）の関数を重ね合わせた式で表した。
この仮定が崩れた場合でも関数にインデックス  ｉ  を付ければ結論は変わらない。
例えば、ＳＯＢＰ中心での処方線量が５ＧｙＥで照射が処方されたとき、ＳＯＢＰ中心の物理線量ＤSOBP_PHYS（ｚＣ）が例えば２．０５Ｇｙであるとすると、校正係数α０は次式のように書くことができる。【００３１】
ＤSOBP_PHYS（ｚＣ）＝
α０・Ｋ0・Σ｛dMINIPEAK_PHYS（ｚＣ＋ｚｉ）・Ｗｉ／α０｝＝2.05Gy
このとき、“Ｋ0・Σ｛dMINIPEAK_PHYS（ｚＣ＋ｚｉ）・Ｗｉ／α０｝”は、線量モニタで計測されるカウント値に相当し、α０の単位は線量校正で決まる校正係数で単位はＧｙ／ｃｏｕｎｔである。
ここまでは従来の校正方法について説明したが、本発明では各層の校正を個別に行う。
このとき、任意の深さｚにおける物理線量は以下の式で記述できる。【００３２】
ＤSOBP_PHYS（ｚ）＝
Ｋ0・Σ｛αｉ・dMINIPEAK_PHYS（ｚ＋ｚｉ）・Ｗｉ／αｉ｝
ここで、Ｄｉ（ｚ）＝Ｋ0・αｉ・dMINIPEAK_PHYS（ｚ＋ｚｉ）・Ｗｉ／αｉ
と定義する。
一番深い層におけるＰＤＤの頂点の深さをｚ０と定義すると、各層におけるシフトされたピークの深さは、
ｚｐｅａｋ＝ｚ０−ｚｉ
で与えられる。
本発明により、ｚｐｅａｋで校正した場合、校正係数αｉは
αｉ＝Ｄｉ（ｚ０−ｚｉ）／｛Ｋ0・dMINIPEAK_PHYS（ｚ０）・Ｗｉ／αｉ｝
で与えられ、Ｋ0・dMINIPEAK_PHYS（ｚ０）・Ｗｉ／αｉが、線量モニタで計測されるカウント値に相当する。【００３３】
このように、従来の校正方法では校正係数であるＧｙ／ｃｏｕｎｔが一つだけ定義されるのに対し、本発明による校正方法では層の数だけあるという点が異なる。従来法では校正係数をＳＯＢＰ中心１点でのみ決めているので、Ｇｙ／ｃｏｕｎｔが層毎に違うという可能性が考慮されていない。
従来法では一つの校正値に各層が、異なる重みで寄与している。
その重みはｚＣに対して各層が寄与する物理線量は、
Ｋ0・ｄSOBP_PHYS（ｚＣ＋ｚｉ）・Ｗｉ
に比例する。【００３４】
このことは、ｄSOBP_PHYS（ｚＣ＋ｚｉ）あるいはＷｉが小さい層では、校正係数がＤSOBP_PHYS（ｚＣ）に対して鈍感となってしまう。
ここで以下の議論が考えられる。
「Ｗｉが小さい層は線量への寄与は少ないので、それらの層については校正係数を正確に決める必要がない」ということである。
しかし、これは実測に基づき校正係数を決めるという元の考え方と相反する。
もし、浅い層において個別に校正係数を決める必要がないならば、照射条件が変化した場合でも、Ｗｉの値は実測に頼らずに計算のみで算出しても十分な信頼性が得られるという前提になるはずである。特に、ｚＣより浅い層については核破砕によるテイルを通じてしか校正に参加しない。【００３５】
即ち、従来の校正方法では、陽子線のように核破砕のテイルが無いＰＤＤの場合には、ｚＣより浅い層は全く校正に参加しないことになる。さらに、ｚＣでは寄与の少ない層であっても、別の深さでは寄与が増える場合もある。
このため、本発明のように各層の校正は、各層のピークの位置で行うことが望ましく、線量校正の精度向上とシステマティックな理解が得られる。
以上のように本発明では各層を個別に校正することを特徴とするが、実際には（特に炭素線の場合）ブラッグピークの幅が狭いため、各層のブラッグピークの頂点において校正するのは困難な場合がある。【００３６】
従って、本発明のもう一つの特徴として、図８に示すように積層照射を行う際に用いるミニリッジフィルタの物理線量分布が最大でかつ平坦な領域を形成するものとする。
なお、図８は、炭素線のミニピーク（物理線量）を示している。
ここで重要なのは、ＰＤＤの平坦領域を物理線量分布において作ることである。
このＰＤＤ平坦部の幅をミニピークの幅と定義する。ミニピークの幅は、線量校正時に達成できる位置精度より大きくする必要がある。ミニピークの幅と層のステップ幅は同じでもよいが、同じである必要はない。【００３７】
各層の校正点を図９に模式的に示す。
図９では、ミニピークの曲線を見やすくするため、曲線を間引いて描いてあるが、実際にはミニピークの平坦部分が隣接するか、重なり合うことになる。
このようなミニリッジフィルタの設計は、既知の手法を用いれば可能である。
例えば、物理線量ＰＤＤの形状を測定しておき、リッジフィルタの厚さに応じてＰＤＤ曲線をシフトさせたものをあるウェイトで足し合わせ、所望の平坦領域が形成されるようにウェイトを最適化すればよい。【００３８】
従来の校正方法では、各層について、ブラッグピークの深さ位置を正確に把握してから校正する必要があるため、校正の時にはブラッグ曲線を深さ方向に慎重にマッピングしてから校正する必要がある。
実際には要求される精度に対し、線量校正測定系の機械精度が不十分な場合もある。
あるいは、十分な機械精度が得られる場合でも、毎回高精度を得るのには時間と技能を要する。
従って従来の技術では、ブラッグピークを使って各層を個別に校正することは現実的でない。例えば、炭素線のブラッグピーク内では深さ方向にわずか１ｍｍの位置誤差でも物理線量が２倍以上変化するが、幅が２ｍｍのミニピークを作れば、許容誤差は大幅に緩和される。【００３９】
以上のように、本実施の形態によると、積層照射において線量校正を各層毎に行った場合でも短時間で精度よく実施することできる。
線量校正に使う各層のＰＤＤが物理線量において平坦なミニピークを有するため、校正に使う線量計の設置位置はミニピークの中ならどこにあってもよいので計測時の位置精度要求を大幅に緩めることができる。【００４０】
次に、上記ミニリッジフィルタを用いて治療照射をすることについて述べる。
物理線量分布で平坦な頂点を形成すると、生物線量分布の頂点は平坦にはならず、図１０に示すような形となる。
しかしながら、各層の幅を十分狭くとり、これらの層を重ね合わせることにより、生物線量においても、ＳＯＢＰを形成することが可能である。
例えば幅が５ｍｍのミニピークを２．５ｍｍのステップ幅で重ね合わせてもよい。
ミニピークの深い側では線量が急峻に下がるが、これを意図的に鈍らせるようにミニリッジフィルタを設計すると、平坦度を向上させることができる。【００４１】
その反面、一般的にはＳＯＢＰを形成したときの深い側は、生物線量がなるべく急峻に下がることが望ましい。
一様なＳＯＢＰを作るための各層のウェイトを調べてみると、図１１に示すように線量分布の最も深い層の近傍（図中のウェイトが不規則な領域）でウェイトは急速に変化するが、プラトー（plateau）と呼ばれる手前の領域（図中のウェイトがスムーズな領域）ではウェイトがほとんど変化しないことが知られている。（前掲の非特許文献１参照）
このため、最深層の線量分布を急峻にするための最深層専用のミニリッジフィルタと、それより手前の比較的ウェイトが平坦な領域（プラトー部）に適用するミニリッジフィルタと２種類を用いることで、ＳＯＢＰの平坦度を向上させながらＰＤＤの急峻性を確保するということが両立できる。【００４２】
ここまでは、ＳＯＢＰの一様性を確保することを前提に述べてきたが、平坦なＳＯＢＰ以外にも、ＳＯＢＰ中心部分の線量を高くするような線量分布が望まれる場合もある。
腫瘍によっては、中心部には耐放射線性の高いがん細胞が存在する場合もあり、このような場合には、線量分布は一様ではなく、中心部分の線量を高くする照射が望ましい場合がある。
このような場合にも本発明による校正方法と治療照射方法で対応することができる。【００４３】
以上では積層照射について述べてきたが、細いビームを照射するスキャニング照射と呼ばれる方式についても同様の手法が適用できる。
スキャニング照射では、深さ方向の積層に加え、細いビーム（即ち、粒子線）を横方向にも重ね合わせる。
このような場合でも、細いビームを使って深さ方向にミニピークを形成することで線量校正を容易にすることができる。
このとき、ミニピークを形成する装置としては、モジュレーションホイールが適している。これは、細いビームがバーリッジフィルタに一様に当たるようにすることは難しいためである。【００４４】
バーリッジフィルタを用いる場合は、リッジのピッチを狭くする必要がある。
フィルタはリッジが薄くてよいため、リッジのピッチを狭く製作することは比較的容易である。
あるいは、バーリッジフィルタを振動させ、バーリッジフィルタにビームが一様に当たるように制御することも考えられる。
積層照射の場合と同様に、ミニピークの深い側の線量を意図的に鈍らせることによって平坦度を向上させることも可能で、最深層専用のリッジフィルタとプラトー専用のリッジフィルタの２種類を併用することによりＰＤＤの急峻性を犠牲にすることなく、平坦度を得ることもできる。【００４５】
以上説明したように、本実施の形態による粒子線治療装置は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する。
また、本実施の形態による粒子線治療装置は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する粒子線治療装置であって、深さ方向の物理線量分布が前記各層の幅の少なくとも一部において、ミニリッジフィルタを用いて線量が一定となる領域を形成して線量校正を行う。
また、本実施の形態による粒子線治療装置は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する粒子線治療装置であって、深さ方向の物理線量分布が前記各層の幅の少なくとも一部において、ミニリッジフィルタを用いて線量が一定となる領域を形成し、これらの各層を重ね合わせて前記標的体積を照射する。【００４６】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について記載する。
実施の形態１では各層全てに対して校正する例を述べたが、粒子線治療装置の各機器の設定条件は層毎に大きく変化するのではなく、わずかずつしか変化しない。
そのため、照射実績が蓄積されてくるにつれ、実施の形態１で述べた各層の校正を全ての層で毎回実施する必要性はなくなる。
そのときは計測点数を間引くことが考えられる。
なお、前述したように、図９に示す校正点は、間引いた状態を表している。
間引いた層については、その層に最も近い校正点１点の校正値をそのまま引用するか、近傍の複数の校正実施点を使って校正値を内挿することが考えられる。【００４７】
内挿の手法としては、直線近似あるいは多項式近似など、いくつかの既知の手法が考えられる。
校正システムを実装するにあたっては、校正点として全ての層を用いるか、それとも間引いて校正するかをユーザが選択できる機能を校正システムの制御系にあらかじめ組み込んでおくとよい。
また、間引く場合には、間引く箇所や内挿のアルゴリズムなどをユーザが選択できるようにしておくとよい。
本実施の形態を用いれば、校正に必要な時間を更に短縮することができる。【００４８】
以上説明したように、本実施の形態による粒子線治療装置は、分割された複数の層から選択された一部の層に対してのみ線量計測を実施することを特徴とする。【００４９】
実施の形態３．
次に、実施の形態３について記載する。
図１２〜図１４は、本実施の形態に係わるミニリッジフィルタの設計例を説明するための図である。
図１２では、ブラッグピークの手前の部分に線量校正を行うための物理線量分布がフラットな部分を設けてある。
これより深い一点鎖線の部分は、ブラッグピークの重み付けがガウス分布となるように設計し、本層より深い層との重ね合わせがよりスムーズに行えるようにした。
図１３では、ブラッグピークの中心部分のみに線量校正を行うための物理線量分布がフラットな部分を設けてある。
フラットな部分は、ブラッグピークの重み付けがガウス分布となるように設計し、本層より深い層および浅い層との重ね合わせがよりスムーズに行えるようにした。
また、図１４では、図４で示すような生物線量がフラットな線量分布に対応する物理線量分布（点線で示す）を最深部において再現し、かつ物理線量分布においてフラットな領域を有するようにミニリッジフィルタを設計している。【００５０】
粒子線治療では最深部の線量の重みが高いので、このような特殊に最深部の線量分布に対して最適化されたミニリッジフィルタを用いることにより、深さ方向の層が少ない分割数でも正確に線量分布を再現することができる。
このように、本実施の形態では、物理線量でフラットなミニピークを他の線量分布形状と組み合わせることが可能で、それによって、層の重ね合わせを容易にしたり、層の分割数を削減したりすることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
この発明は、積層照射における線量校正を各層毎に行え、積層照射時における線量校正の精度を向上させることができる粒子線治療装置の実現に好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年6月15日(2010.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的体積の所定領域を粒子線の進行方向に複数の層に分割して前記粒子線を照射する粒子線治療装置であって、
前記粒子線の線量をカウント値としてモニタする線量モニタを有し、前記所定領域内に照射野を形成する粒子線照射部と、
前記複数の層のうち第ｉ番目の層に前記粒子線を照射したときの物理線量を前記カウント値で除して各層ごとに得られる校正係数をαｉとしたときに、前記カウント値が前記第ｉ番目の層に対する目標線量を前記校正係数αｉで除した値に到達すると前記第ｉ番目の層に対する前記粒子線の照射を停止し、前記第ｉ番目の層とは別の層の照射に移行するように、前記粒子線照射部の動作を制御する治療制御部とを備えたことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２】
前記粒子線照射部は、前記複数の層の各層におけるブラッグピークを広げるリッジフィルタを有することを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
【請求項３】
前記カウント値が下記の式（Ａ）で表される値に到達すると前記第ｉ番目の層に対する前記粒子線の照射を停止し、前記第ｉ番目の層とは別の層の照射に移行するように、前記粒子線照射部の動作を制御する治療制御部とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の粒子線治療装置。
Ｋ0・dMINIPEAK_PHYS（ｚ０）・Ｗｉ／αｉ    ・・・    式（Ａ）
ここで、
αｉ：前記複数の層のうち第ｉ番目の層に前記粒子線を照射した時の物理線量を
前記カウント値で除して各層ごとに得られる校正係数
Ｋ0 ：処方線量を得るための規格化係数
dMINIPEAK_PHYS（ｚ０）：前記粒子線の進行方向の一番深い層におけるミニ
ピークの物理線量ＰＤＤ曲線の頂点の値
ｚ０：前記ミニピークのＰＤＤ曲線の頂点の深さ
Ｗｉ：前記複数の層のうち第ｉ層に対する線量重み付け
【請求項４】
前記治療制御部は、前記複数の層の各層に照射する目標線量を、予め治療計画部で実施される線量計算の出力に従って設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
この発明は粒子線を照射して癌などを治療するための粒子線治療装置に関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る粒子線治療装置は、標的体積の所定領域を粒子線の進行方向に複数の層に分割して前記粒子線を照射する粒子線治療装置であって、
前記粒子線の線量をカウント値としてモニタする線量モニタを有し、前記所定領域内に照射野を形成する粒子線照射部と、前記複数の層のうち第ｉ番目の層に前記粒子線を照射したときの物理線量を前記カウント値で除して各層ごとに得られる校正係数をαｉとしたときに、前記カウント値が前記第ｉ番目の層に対する目標線量を前記校正係数αｉで除した値に到達すると前記第ｉ番目の層に対する前記粒子線の照射を停止し、前記第ｉ番目の層とは別の層の照射に移行するように、前記粒子線照射部の動作を制御する治療制御部とを備えたものである。
【国際調査報告】
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