(57)【要約】【課題】照射標的に適切なビームを照射し、照射標的外への影響を最小限に抑える粒子線照射システム、粒子線制御情報生成装置、粒子線照射制御装置、粒子線照射装置、および粒子線照射装置の制御方法、プログラムを提供する。【解決手段】本発明の粒子線照射システムＳは、照射標的６ｈの線量を満たすように仮想の粒子線ビームＢ３１、Ｂ３２の照射を計画する照射計画装置１と、仮想の粒子線ビームの線量になるようにより鋭い複数の粒子線ビームｂ３２、ｂ３３、ｂ３４に分裂させ、複数の粒子線ビームの情報を出力する照射計画変換装置４と、複数の粒子線ビームｂ３２、ｂ３３、ｂ３４の照射を行うように出力信号を出力する照射系制御装置Ｃ２と、出力信号により、照射標的６ｈに複数の粒子線ビームｂ３２、ｂ３３、ｂ３４を照射する照射機器２、３ａ〜３ｅ、５とを具備する。【選択図】図１３
2018089172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線ビームを照射標的に照射するための粒子線照射システムであって、
照射標的に付与すべき線量を満たすように仮想の粒子線ビームを照射する計画を作成する照射計画装置と、
前記仮想の粒子線ビームを、当該仮想の粒子線ビームの線量になるように前記仮想の粒子線ビームより鋭い複数の粒子線ビームに分裂させ、前記複数の粒子線ビームの情報を出力する照射計画変換装置と、
前記複数の粒子線ビームの情報を基に、前記複数の粒子線ビームの照射を行うように出力信号を出力する照射系制御装置と、
前記出力信号により、前記照射標的に前記複数の粒子線ビームを照射する照射機器とを
具備することを特徴とする粒子線照射システム。
【請求項２】
粒子線ビームを照射標的に照射するための粒子線制御情報生成装置であって、
照射標的に付与すべき線量を満たすように仮想の粒子線ビームを照射する計画を作成する照射計画装置と、
前記仮想の粒子線ビームを、当該仮想の粒子線ビームの線量になるように前記仮想の粒子線ビームより鋭い複数の粒子線ビームに分裂させ、前記複数の粒子線ビームの情報を出力する照射計画変換装置とを、
備えることを特徴とする粒子線制御情報生成装置。
【請求項３】
前記照射計画変換装置は、
前記照射標的に付与すべき線量を満たすように作成される仮想の粒子線ビームと当該仮想の粒子線ビームの線量になるような当該仮想の粒子線ビームより鋭い複数の粒子線ビームとの対応情報に基づき、前記仮想の粒子線ビームを複数の粒子線ビームに分裂させる
ことを特徴とする請求項２に記載の粒子線制御情報生成装置。
【請求項４】
前記照射計画変換装置は、
エネルギ変調装置を用いることなく、前記複数の前記粒子線ビームによって、前記仮想の粒子線ビームの進行方向に垂直な側方方向の寸法を拡幅する
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の粒子線制御情報生成装置。
【請求項５】
前記照射計画変換装置は、
一のスライスの前記粒子線ビームのエネルギと、他のスライスの前記粒子線ビームのエネルギとが重なる場合、一つのスライスの粒子線ビームの照射に変更する
ことを特徴とする請求項２から請求項４のうちの何れか一項に記載の粒子線制御情報生成装置。
【請求項６】
粒子線ビームを照射標的に照射するための粒子線照射装置であって、
複数の粒子線ビームの情報を基に、前記複数の粒子線ビームの照射を行うように出力信号を出力する照射系制御装置と、
前記出力信号により、前記照射標的に前記複数の粒子線ビームを照射する照射機器とを備え、
前記複数の粒子線ビームは、照射標的に付与すべき線量を満たすように計画された仮想の粒子線ビームを、当該仮想の粒子線ビームの線量になるように前記仮想の粒子線ビームより鋭い粒子線ビームに分裂させたものである
ことを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項７】
前記粒子線ビームが０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下のスライス間隔およびスポット間隔で照射されるように走査する走査電磁石を備える
ことを特徴とする請求項６に記載の粒子線照射装置。
【請求項８】
前記照射標的の辺縁部側に照射される粒子線ビームは、前記照射標的の中央部側の前記仮想の粒子線ビームより鋭い
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の粒子線照射装置。
【請求項９】
粒子線ビームを照射標的に照射するための粒子線照射制御装置であって、
前記照射標的に付与すべき線量を満たすように作成される仮想の粒子線ビームを、当該仮想の粒子線ビームの線量になるように前記仮想の粒子線ビームより鋭い複数の粒子線ビームに分裂させる仮実情報変換部を備える
ことを特徴とする粒子線照射制御装置。
【請求項１０】
粒子線ビームを照射標的に照射するための粒子線照射制御装置であって、
前記照射標的に付与すべき線量を満たすように作成される仮想の粒子線ビームと当該仮想の粒子線ビームの線量になるような前記仮想の粒子線ビームより鋭い複数の粒子線ビームとの対応情報に基づき、照射計画で作成された仮想の粒子線ビームを複数の粒子線ビームに分裂させる仮実情報変換部と、
分裂された前記複数の粒子線ビームの情報を出力する出力部とを
備えることを特徴とする粒子線照射制御装置。
【請求項１１】
前記仮実情報変換部は、エネルギ変調装置を用いることなく、前記複数の前記粒子線ビームによって、前記仮想の粒子線ビームの前記粒子線ビームの進行方向に垂直な側方方向の寸法を拡幅する
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の粒子線照射制御装置。
【請求項１２】
一のスライスの前記粒子線ビームのエネルギと、他のスライスの前記粒子線ビームのエネルギとが重なる場合、一つのスライスの粒子線ビームの照射に変更するビーム結合制御部を備える
ことを特徴とする請求項９から請求項１１のうちの何れか一項に記載の粒子線照射制御装置。
【請求項１３】
前記照射標的の辺縁部側に照射される粒子線ビームは、前記照射標的の中央部側の前記仮想の粒子線ビームより鋭い
ことを特徴とする請求項９から請求項１２のうちの何れか一項に記載の粒子線照射制御装置。
【請求項１４】
請求項９から請求項１３のうちの何れか一項に記載の前記粒子線照射制御装置と、
前記仮想の粒子線ビームにおける粒子線ビームの進行方向に垂直な方向のビームサイズになるように、前記複数の粒子線ビームをそれぞれ走査する走査電磁石とを備える
ことを特徴とする粒子線照射装置。
【請求項１５】
粒子線ビームを照射標的に照射機器から照射するための粒子線照射装置の制御方法であって、
前記照射標的に付与すべき線量を満たすように作成される仮想の粒子線ビームと異なるエネルギの複数の粒子線ビームを重ねることで、当該粒子線ビームより鈍い前記仮想の粒子線ビームのビーム幅に広げる
ことを特徴とする粒子線照射装置の制御方法。
【請求項１６】
粒子線ビームを照射標的に照射機器から照射するための粒子線照射装置の制御方法であって、
前記照射標的に付与すべき線量を満たすように作成される仮想の粒子線ビームを、当該仮想の粒子線ビームより鋭い複数の前記粒子線ビームで構成する
ことを特徴とする粒子線照射装置の制御方法。
【請求項１７】
前記複数の前記粒子線ビームの全線量は、前記仮想の粒子線ビームの線量と同等または近い
ことを特徴とする請求項１６に記載の粒子線照射装置の制御方法。
【請求項１８】
粒子線ビームを照射標的に照射機器から照射するための粒子線照射装置の制御方法であって、
前記照射標的に付与すべき線量を満たすように作成される仮想の粒子線ビームの照射スポットは、当該仮想の粒子線ビームより鋭い複数の粒子線ビームの照射スポットで形成される
ことを特徴とする粒子線照射装置の制御方法。
【請求項１９】
前記照射標的の辺縁部側に照射される粒子線ビームは、前記照射標的の中央部側の前記仮想の粒子線ビームより鋭い
ことを特徴とする請求項１５から請求項１８のうちの何れか一項に記載の粒子線照射装置の制御方法。
【請求項２０】
粒子線ビームを照射標的に照射機器から照射するための粒子線照射装置の制御方法であって、
一のスライスの前記粒子線ビームのエネルギと、他のスライスの前記粒子線ビームのエネルギとが重なる場合、一つのスライスの粒子線ビームの照射に変更する
ことを特徴とする請求項１５から請求項１９のうちの何れか一項に記載の粒子線照射装置の制御方法。
【請求項２１】
請求項１５から請求項２０のうちの何れか一項に記載の粒子線照射装置の制御方法を実行するための粒子線照射装置のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線照射システム、粒子線制御情報生成装置、粒子線照射制御装置、粒子線照射装置、および粒子線照射装置の制御方法、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、粒子線の照射では、正常な重要臓器を避け、照射標的である病巣への線量の集中性を高くしなければならない。近年ではこの要求を満たすため、下記のスキャニング照射法が注目されている。
【０００３】
スキャニング照射法とは、加速器から取り出された細いペンシルビームを走査電磁石により、ビーム進行方向に垂直なビーム側方方向に走査する。
【０００４】
さらに、病巣をビーム進行方向の各層に区分して、レンジシフタの挿入（レンジシフタスキャニング）、あるいは加速器にてエネルギの変更（エネルギスキャニング）（特許文献１）、またはそれらの組み合わせにより（ハイブリッドスキャニング）ビームの照射深さを変更する。こうして、ビームの照射深さの変更と、ビーム側方方向の走査とを繰り返し、三次元照射を可能としている。
【０００５】
スキャニング照射法では、照射時間の短縮や位置誤差を緩和するためにビーム進行方向のビーム幅を拡幅するエネルギ変調装置、つまりリッジフィルタ（リップフィルタとも呼ばれる）を用い（非特許文献１）、細いビームを鈍らせて使用することがある。ビームを拡幅する度合いを変更するためには、形状の異なるリッジフィルタが必要であり、その場合は要求に沿うよう、リッジフィルタを複数種類備えることが必要となる。
【０００６】
リッジフィルタを用いてビームを拡幅した場合、リッジフィルタを挿入しない単一エネルギと比較すると、リッジフィルタ内で生じた多重クーロン散乱、核反応によりビーム側方方向のビームサイズが拡幅される。ビームサイズの拡幅は、治療計画装置においてはスポット配置数の削減につながり、計算時間、装置のメモリ負担の軽減につながる。スポットとは、ビーム側方方向の照射位置の点、及びその周りの照射範囲を意味する。
一方、健常組織へのビーム照射の影響を抑えるためにビームサイズはできる限り小さく、ビーム進行方向にも鋭い形状であることが望まれている。
【０００７】
特許文献２では、照射標的内の同一深さスライスに対し、デバイスを挿入することで、異なるビームサイズでの照射が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2008-226740号公報
【特許文献２】特開2010-029594号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】U. Weber and G. Kraft, “Design and construction of a ripple filter for a smoothed depth dose distribution in conformal particle therapy,” Phys. Med. Biol. 44, 2765-75 (1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、粒子線治療では、健常な重要臓器を避け、病巣への線量の集中性を高くしなければならないという大きな課題がある
この対策として、下記のスキャニング照射法が注目されている。
【００１１】
スキャニング照射法とは、病巣をビーム進行方向の各層に区分したエネルギ変調を行うとともに、各層に対して、加速器から取り出された細いペンシルビームを電磁石によりビーム進行方向に垂直な方向に走査し、三次元の病巣形状に合わせて照射を行う。但し、より詳細な照射計画が必要となる。
【００１２】
スキャニング照射法は、線量集中性の高い細いビームで自在に照射できるという利点がある。
一方、スキャニング照射法の短所としては、ビームの照射時間が増加する。細いビームで位置誤差に弱く位置誤差に対する影響が大きくなる。細いビームのために計算を行う分解能を高くする必要があり、治療計画での計算量が増大する。そのため、メモリ容量が増加し、照射計画装置の負担が大きい。特に、大きい病巣では、照射時間が増加し、照射計画装置の負担が大となる。
【００１３】
そこで、スキャニング照射法の短所を緩和するためにエネルギ変調装置のリッジフィルタが導入されている。
リッジフィルタでは、ビームの軸方向・側方向の拡がりが増加する。しかし、リッジフィルタにはスキャニング照射の利点が減じ、失われるという欠点がある。さらに、複数のリッジフィルタを準備・交換することも必要になる。また、リッジフィルタは照射標的内の線量分布のキレ（ペナンブラ）を悪化させ、正常組織への線量寄与を引き起こす。
上述したように、単純なリッジフィルタ適用では、線量集中と負担軽減とが両立できないという課題がある。
【００１４】
本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、照射標的に対して適切なビームを照射し、照射標的外への影響を最小限に抑えられた照射を可能とする粒子線照射システム、粒子線制御情報生成装置、粒子線照射制御装置、粒子線照射装置、および粒子線照射装置の制御方法、プログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するため、第１の本発明の粒子線照射システムは、粒子線ビームを照射標的に照射するための粒子線照射システムであって、照射標的に付与すべき線量を満たすように仮想の粒子線ビームを照射する計画を作成する照射計画装置と、前記仮想の粒子線ビームを、当該仮想の粒子線ビームの線量になるように前記仮想の粒子線ビームより鋭い複数の粒子線ビームに分裂させ、前記複数の粒子線ビームの情報を出力する照射計画変換装置と、前記複数の粒子線ビームの情報を基に、前記複数の粒子線ビームの照射を行うように出力信号を出力する照射系制御装置と、前記出力信号により、前記照射標的に前記複数の粒子線ビームを照射する照射機器とを具備している。
【００１６】
第２の本発明の粒子線制御情報生成装置は、粒子線ビームを照射標的に照射するための粒子線制御情報生成装置であって、照射標的に付与すべき線量を満たすように仮想の粒子線ビームを照射する計画を作成する照射計画装置と、前記仮想の粒子線ビームを、当該仮想の粒子線ビームの線量になるように前記仮想の粒子線ビームより鋭い複数の粒子線ビームに分裂させ、前記複数の粒子線ビームの情報を出力する照射計画変換装置とを備えている。
【００１７】
第３の本発明の粒子線照射装置は、粒子線ビームを照射標的に照射するための粒子線照射装置であって、複数の粒子線ビームの情報を基に、前記複数の粒子線ビームの照射を行うように出力信号を出力する照射系制御装置と、前記出力信号により、前記照射標的に前記複数の粒子線ビームを照射する照射機器とを備え、前記複数の粒子線ビームは、照射標的に付与すべき線量を満たすように計画された仮想の粒子線ビームを、当該仮想の粒子線ビームの線量になるように前記仮想の粒子線ビームより鋭い粒子線ビームに分裂させたものである。
【００１８】
第４の本発明の粒子線照射制御装置は、粒子線ビームを照射標的に照射するための粒子線照射制御装置であって、前記照射標的に付与すべき線量を満たすように作成される仮想の粒子線ビームを、当該仮想の粒子線ビームの線量になるように前記仮想の粒子線ビームより鋭い複数の粒子線ビームに分解する仮実情報変換部を備えている。
【００１９】
第５の本発明の粒子線照射制御装置は、粒子線ビームを照射標的に照射するための粒子線照射制御装置であって、
前記照射標的に付与すべき線量を満たすように作成される仮想の粒子線ビームと当該仮想の粒子線ビームの線量になるような前記仮想の粒子線ビームより鋭い複数の粒子線ビームとの対応情報に基づき、照射計画で作成された仮想の粒子線ビームを複数の粒子線ビームに分解する仮実情報変換部と、分解された前記複数の粒子線ビームの情報を出力する出力部とを備えている。
【００２０】
第６の本発明の粒子線照射装置は、第４または第５の本発明の第前記粒子線照射制御装置と、前記仮想の粒子線ビームの粒子線ビームの進行方向に垂直な方向のビームサイズになるように、前記複数の粒子線ビームをそれぞれ走査する走査電磁石を備えている。
【００２１】
第７の本発明の粒子線照射装置の制御方法は、粒子線ビームを照射標的に照射機器から照射するための粒子線照射装置の制御方法であって、前記照射標的に付与すべき線量を満たすように作成される仮想の粒子線ビームと異なるエネルギの複数の粒子線ビームを重ねることで、当該粒子線ビームより鈍い前記仮想の粒子線ビームのビーム幅に広げている。
【００２２】
第８の本発明の粒子線照射装置の制御方法は、粒子線ビームを照射標的に照射機器から照射するための粒子線照射装置の制御方法であって、前記照射標的に付与すべき線量を満たすように作成される仮想の粒子線ビームを、当該仮想の粒子線ビームより鋭い複数の前記粒子線ビームで構成している。
【００２３】
第９の本発明の粒子線照射装置の制御方法は、粒子線ビームを照射標的に照射機器から照射するための粒子線照射装置の制御方法であって、前記照射標的に付与すべき線量を満たすように作成される仮想の粒子線ビームの照射スポットは、当該仮想の粒子線ビームより鋭い複数の粒子線ビームの照射スポットで形成されている。
【００２４】
第１０の本発明の粒子線照射装置のプログラムは、第７から第９の何れかの本発明の粒子線照射装置の制御方法を実現するプログラムである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、照射標的に対して適切なビームを照射し、照射標的外への影響を最小限に抑えた照射を可能とする粒子線照射システム、粒子線制御情報生成装置、粒子線照射制御装置、粒子線照射装置、および粒子線照射装置の制御方法、プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る粒子線照射システムの機能ブロック図。
【図２】本発明の実施形態に係る照射野形成装置を示す模式図。
【図３】（ａ）は比較例のエネルギで照射を行っている状態を示す図、（ｂ）はこの時のスポットにおける照射ビームのエネルギの照射標的のビーム進行方向に対する図、（ｃ）はこの時のスライスをビームの進行方向から見た図。
【図４】（ａ）は比較例の粒子線照射システムのスライスへのビーム照射を示す概念図、（ｂ）はこの時のスポットにおける照射ビームのエネルギの照射標的のビーム進行方向に対する図。
【図５】（ａ）は実施形態の粒子線照射システムにおける経過時間に対する粒子線ビームのエネルギとビーム照射量を示す図、（ｂ）は実施形態の粒子線照射システムにおけるリッジフィルタを用いないビーム幅の拡幅を示す図。
【図６】（ａ）は実施形態の粒子線照射システムの照射標的のビーム進行方向のビームの照射を示すイメージ図、（ｂ）は（ａ）の粒子線ビームのブラックカーブを示す図、（ｃ）は、（ａ）の粒子線ビームの照射標的のビーム側方方向のビーム形状を示す図。
【図７】（ａ）は実施形態の粒子線照射システムのブラックカーブを示す図、（ｂ）はビームの照射状態を示す図、（ｃ）は（ａ）の粒子線ビームのビーム側方方向の照射量を示す図。
【図８】（ａ）はスポットの分裂を行っていないビームの照射を示す図、（ｂ）は（ａ）の際の線量を示す図。
【図９】（ａ）はスポットを４つに分裂されてビームの照射を行っている状態を示す図、（ｂ）は４つに分裂されたスポットを線量ビームの進行方向に見た図、（ｃ）は（ａ）の際の線量を示す図。
【図１０】（ａ）はスポットを９つに分裂されてビームの照射を行っている状態を示す図、（ｂ）は９つに分裂されたスポットを線量ビームの進行方向に見た図、（ｃ）は（ａ）の際の線量を示す図。
【図１１】（ａ）は治療計画内の線源データＡ〜Ｃのブラックカーブを示す図、（ｂ）は線源データＡのビームを照射標的に照射した状態とそのブラックカーブを、ビーム進行方向に見た図、（ｃ）は線源データＣのビームを照射標的に照射した状態とそのブラックカーブを、深さ方向に見た図、（ｄ）は線源データＡ〜Ｃのビームを照射標的に照射した状態とそのブラックカーブを、深さ方向に見た図。
【図１２】（ａ）は比較例の治療計画内の線源データＡ〜Ｃのブラックカーブを示す図、（ｂ）は比較例の線源データＡのビームを照射標的に照射した状態とそのブラックカーブを、深さ方向に見た図、（ｃ）は比較例の線源データＣのビームを照射標的に照射した状態とそのブラックカーブを、深さ方向に見た図であり、（ｄ）は線源データＡ〜Ｃのビームを照射標的に照射した状態とそのブラックカーブを、深さ方向に見た図。
【図１３】（ａ）は実施例１の粒子線照射システムの照射系制御装置に格納される典型的なビームのブラックカーブを示す図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、（ａ）の典型的なビームで作成されるビーム形状をビームの側方方向に見た図。
【図１４】（ａ）は実施例１の図１３（ａ）に示すビームで照射標的の最深部に照射を行った際に照射標的をビーム側方から見た図、（ｂ）は実施例１のビームの進行方向にビーム照射時のスライスを見た図。
【図１５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施例２の照射系制御装置に格納される線源データＡのビームのブラックカーブを示す図、および線源データＡから作成される線源データＢの仮想のビームのブラックカーブとこれを構成する線源データＡのビームのブラックカーブを示す図、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ照射標的にビームを照射した際の各スライスへのスポットをビーム進行方向に見た図、および各スライスのブラックカーブを見た図。
【図１６】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ実施例２の線源データＡ、Ｂを用いて、図１５（ｃ）、（ｄ）と同様なビームの照射が行われた場合を示す図、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれこの際のスライスに照射されるビームのブラックカーブを示す図、およびビームの進行方向に見た各スライスの仮想のビームのビーム幅および実際のビームによるビーム幅を示す図、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれスライスへのビームの照射軌跡を見た図、およびスライスに行われる実際の照射の照射軌跡を見た図。
【図１７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施例４のビームを照射するターゲットとスライスに照射されるビームによる各ブラックカーブを示す図、および（ａ）のブラックカーブとこれを構成するブラックピークＧn、jの拡大図、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ実施例４の２つのスライスを８つに分裂させたスライス分裂とスライスにそれぞれ照射されビームブラックカーブ、およびスライス結合におけるビームの結合を示す図。
【図１８】粒子線照射システムにおけるハードウェアの治療計画から治療照射までの流れを示す図。
【図１９】治療計画装置の制御フローを示す図。
【図２０】治療計画照射変換装置の制御フローを示す図。
【図２１】粒子線照射システムにおけるスキャニング照射フローを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。      
図１は、本発明の実施形態に係る粒子線照射システムＳの機能ブロック図である。
実施形態に係る粒子線照射システムＳは、治療（照射）計画装置１、加速器３、照射野形成装置３、加速器系制御装置Ｃ１、照射系制御装置Ｃ２、治療計画照射変換装置４、および電磁石電源５を具備している。
【００２８】
粒子線照射システムＳでは、従来のリッジフィルタが構成から削除され、新たに治療計画照射変換装置４が追加されている。なお、治療計画照射変換装置４は、特許請求の範囲の仮実情報変換部、粒子線照射制御装置、出力部、記憶部、ビーム結合制御部等を構成する。
全ての治療照射前には、どのくらい、どこにビームを照射するか（スポット配置）を決定する治療計画がある。スポットとは、ビーム側方方向の照射位置の点である。
粒子線ビームの照射に際しては、照射標的（腫瘍）６ｈに万遍なくビームを当てることが望まれる。
【００２９】
そこで、粒子線の照射に際して、治療計画装置１において、照射標的６ｈに対し、どのようにどのくらいビームを照射するかの最適化計算が行われる。治療計画装置１には実際の粒子線ビームの情報のビームデータが登録されており、それを用いて計算が行われる。  加速器２は、陽子、重粒子等の粒子を所定のエネルギの粒子線ビームまで加速する装置である。
【００３０】
図２は、本発明の実施形態に係る照射野形成装置３を示す模式図である。
図２中、上部から下部にビームｂ０が照射される。ビームｂ０をスキャンする走査電磁石Ｘ・Ｙ（３ａ、３ｂ）は照射野形成装置３の最上流に設置されている。
照射野形成装置３は、治療台６Ｃに横たわる照射対象（患者）６の照射標的６ｈに照射する粒子線ビームの照射野を形成する装置である。
【００３１】
照射野形成装置３は、走査電磁石Ｘ（３ａ）、走査電磁石Ｙ（３ｂ）、正線量モニタ３ｃ、副線量モニタ３ｄ、および位置モニタ３ｅを有している。
走査電磁石Ｘ（３ａ）は、加速器２から出射される粒子線ビーム（以下、ビームと称する）に磁場をかけることで、ビームの進行方向に垂直なＸ方向に変位させる。走査電磁石Ｙ（３ｂ）は、加速器１から出射されるビームに磁場をかけることで、加速器１から出射されるビームをその進行方向に垂直なＹ方向に変位させる。なお、Ｙ方向とＸ方向とは直交する。
【００３２】
正線量モニタ３ｃ、副線量モニタ３ｄは、粒子線ビームによる線量をモニタ（監視）する。
位置モニタ３ｅは、粒子線ビームの位置をモニタ（監視）する。
【００３３】
正線量モニタ３ｃ、副線量モニタ３ｄ、および位置モニタ３ｅで取得される情報は、照射系制御装置Ｃ２にフィードバックされる。
照射野形成装置３で照射野が形成されたビームは、患者６の照射標的６ｈに照射される。
【００３４】
例えば、スキャニング照射という方法では、加速器２から取り出された細いビームｂ０を三次元的に走査することで、照射標的６ｈの形状、例えば腫瘍の形状にビームを整形する。
【００３５】
ビームｂ０の三次元の走査方法としては、走査電磁石Ｘ・Ｙ（３ａ、３ｂ）でビーム進行方向に垂直なビーム側方方向にビームを走査し、ビーム進行方向は加速器２のエネルギを変更することでビーム進行方向にビームを走査する。深さが同じ照射面内をスライス６ｈ１（図６（ａ）、（ｂ）参照）という。
これに対して、従来は、リッジフィルタ１０４等（図３参照）の挿入を併用してビーム側方方向およびビーム進行方向に走査していた。
【００３６】
本粒子線照射システムＳは、リッジフィルタレスであることから、ビームはビーム進行方向（ビーム幅）にもビーム側方方向（ビームサイズ）にもシャープになる。なお、ビーム幅とは、ビーム進行方向のブラックピークの厚さをいう。また、ビームサイズとは、ビームのスポットを中心としたビーム側方方向の拡がりである。代表的なガウス分布の場合にはσ等で表わされる。
この細いビームを使用し、ビーム幅を自在に拡幅するため、エネルギは例えば０．５ｍｍ毎に変更可能とし、ビームｂ０の水中での飛程を１ｍｍから３００ｍｍとするため、６００種類のエネルギをテーブルとして持つ。なお、エネルギは０．５ｍｍ毎以下に変更可能としてもよい。例えば、約０．２ｍｍ〜約１．５ｍｍ毎に変更可能としてもよい。
【００３７】
ビームサイズに関しては、リッジフィルタが無いため、ビームｂ０は加速器２から照射室に輸送される際の光学系、および照射に必要なモニタ等機器、空中での散乱により決定される。治療計画ではこの６００種類のデータを用いて、ビーム幅、ビームサイズを任意に変更して線量計算をする。また、ビームサイズ変更のためのスポット分裂は治療計画で決定したスポット配置を中心に例えば±０．５〜１ｍｍ程度ずらした箇所にスポットを分裂させ実現する。この際に治療計画で決められた線量を照射するために、分裂したスポットには重みを付けて照射することになる。なお、スポット分裂は治療計画で決定したスポット配置を中心に、±０．０．２ｍｍ〜２ｍｍ程度ずらした箇所にスポットを分裂させてもよい。
【００３８】
＜比較例の粒子線照射システムＳ１００＞
比較例の粒子線照射システムＳ１００について、図３、図４を用いて説明する。
次に、比較例（従来）の粒子線照射システムＳ１００について説明する。
通常、エネルギスキャニング方式では、スポット間隔はビームサイズに依存し、１〜３ｍｍ間隔で配置される。スポット間隔とは、ビーム側方方向についてのスポット間の間隔である。
【００３９】
そして、ビームの深さを１〜３ｍｍ毎に変更することで、照射標的１０６ｈのビーム進行方向をカバーできるように照射を行う。
ビーム進行方向の間隔はビーム１００ｂの進行方向のビーム幅で大方決まり、間隔を広くしたい場合は進行方向に厚いリッジフィルタ１０４が必要となる。例えば、最大深さを３００ｍｍ程度、最小深さを１ｍｍ以内の場合、３００種類程度のエネルギが必要となり、それらをテーブルとして持ち、治療計画装置１、加速器系制御装置Ｃ１、照射系制御装置Ｃ２に設定する。
【００４０】
さらに、照射（治療）ではリッジフィルタ１０４が挿入されるため、リッジフィルタ１０４の種類だけ、治療計画装置内に登録するビームデータが必要となる。ビーム１００ｂの深さ間隔（スライス間隔）を２ｍｍ、３ｍｍの２種類とする場合、リッジフィルタ１０４は２種類となり、治療計画に登録するデータは２種類×３００エネルギで６００種類となる。スライス間隔とは、ビーム進行方向についてのスライス間の距離である。
【００４１】
このデータを用いて、リッジフィルタが２種類の場合、１つのエネルギに２種類のビームサイズが存在することとなるが、上述したビームデータはエネルギとリッジフィルタ１０４で紐付いているので、その中にビームサイズの情報が登録される（登録データ数は増えない）。
図３、図４は比較例のエネルギスキャニング方式での照射模式図である。図３は、比較例の粒子線照射システムＳ１００のスライス１０６ａへのビーム照射を示す概念図である。
【００４２】
図３（ａ）は比較例のエネルギＥ１で照射を行っている状態を示す図であり、図３（ｂ）は、この時のスポットにおける照射ビームのエネルギを照射標的１０６ｈのビーム側方方向から見た進行方向の位置に対する図であり、図３（ｂ）の横軸は照射標的１０６ｈのビーム進行方向をとり、図３（ｂ）の縦軸は粒子線ビームの線量をとっている。
一方、図３（ｃ）はこの時のスライスをビームの進行方向から見た図でありスライスにおけるスポットの切替を示す図である。
【００４３】
図４（ａ）は比較例の粒子線照射システムＳ１００のスライス１０６ｂへのビーム照射を示す概念図であり、エネルギＥ２で照射を行っている状態を示す図であり、図４（ｂ）は、この時のスポットにおける照射ビームのエネルギの照射標的１０６ｈのビーム進行方向の位置に対する図である。図４（ｂ）の横軸は照射標的１０６ｈのビーム進行方向の位置をとり、図４（ｂ）の縦軸は粒子線ビームのエネルギをとっている。
【００４４】
スポット切替は走査電磁石１０３ａ、１０３ｂの設定変更で行われ、図３（ｃ）はその模式図である。スライス切替は加速器１０２のエネルギを変更することで行われ、図４はその模式図である。
図３（ａ）、（ｃ）に示すように、比較例（従来）の粒子線照射システムＳ１００では、走査電磁石Ｘ・Ｙ（１０３ａ、１０３ｂ）と照射標的１０６ｈとの間に、リッジフィルタ１０４を配置していた。
【００４５】
エネルギ変調装置のリッジフィルタ１０４は、通常、ビーム進行方向に階段状の構造を持ち、ビーム側方方向には周期的に配列された構造となっている。ビームが１ユニットの幾何学的に異なる高さ、幅の構造を通過することで、あらかじめ決められている形状のビーム１００ｂとなる。
【００４６】
ビーム１００ｂはリッジフィルタ１０４の異なる厚さの吸収体を通過することで、厚さに応じた停止位置が与えられる。リッジフィルタ１０４は階段状の構造をしており、ビーム進行方向の構造（階段構造の高さ）でブラッグカーブのシフトを、進行方向と直交する面内の構造（階段構造の幅）で重み、すなわち粒子数が制御される。拡幅後のブラッグピークがガウス分布状になるように重みが決められている。
なお、図１に示すように、本実施形態の粒子線照射システムＳではリッジフィルタ１０４は設けない。
【００４７】
比較例の粒子線照射システムＳ１００では、図３（ａ）に示すように、加速器１０２でエネルギＥ１に高められた粒子線のビーム１００ｂは、走査電磁石Ｘ・Ｙ（１０３ａ、１０３ｂ）、リッジフィルタ１０４を通過して、照射標的１０６ｈのスライス１０６ａにスポットｓ１０１を形成し、照射される。
【００４８】
照射標的１０６ｈのスポットｓ１０１に到達した粒子線ビームは、図３（ｂ）に示すように、照射標的１０６ｈのビーム進行方向の位置（スライス１０６ａ）に対するブラックカーブをもつ。
粒子線のビーム１００ｂは、同じエネルギＥ１で、図３（ｃ）に示すような軌跡をもってビーム１００ｂのスポットｓ１０１の切り替えが行われる。スポットｓ１０１の中心間距離は、例えば２ｍｍである。
【００４９】
スライス１０６ａへの粒子線ビームの照射が終了すると、図４に示すように、エネルギＥ２で、次のスライス１０６ｂへのビーム１００ｂの照射が行われる。
【００５０】
加速器２でエネルギＥ２にされた粒子線ビーム１００ｂは、走査電磁石Ｘ・Ｙ（１０３ａ、１０３ｂ）、リッジフィルタ１０４を通過して、照射標的１０６ｈのスライス１０６ｂにスポットｓ１０２を形成して照射される。
照射標的１０６ｈのスポットｓ１０２に到達したビーム１００ｂは、図４（ｂ）に示すように、照射標的１０６ｈのビーム進行方向の位置に対するブラックカーブをもつ。
【００５１】
比較例では、リッジフィルタ１０４により多重クーロン散乱や核反応を起こし、僅かながらビームの拡がりも増加する。ビームサイズの拡幅は、治療計画装置においてはスポット配置数の削減につながり、計算時間、装置のメモリ負担の軽減につながる。一方、照射標的１０６ｈ内の線量分布のキレ（ペナンブラ）を悪化させ、正常組織への線量寄与を引き起こす。
【００５２】
また、動的にリッジフィルタ１０４を入れ替える場合、例えばビームの１００ｂの鋭さを変更するため、リッジフィルタ１０４を変更する必要がある。そのため動的にリッジフィルタ１０４を入れ替える場合、比較例（従来）では、照射中に変更するためにリッジフィルタ１０４を入れ替える駆動機構等が必要であった。
さらに、他の種類のリッジフィルタ１０４を製作準備する場合、例えばリッジフィルタ１０４を変更した場合、異なる構造のデバイスが挿入される。そのため、通過した際に生じる散乱等も異なり、治療計画装置に格納するためのデータも再取得しておく必要がある。
【００５３】
＜粒子線照射システムＳの改善点＞
まず、治療計画と副作用を防ぐという治療上のニーズからはビームに関する要件が異なる。すなわち、治療計画の計算負荷を大きくしないためには、ビームは鈍い方が望ましい。一方、副作用を防ぐためには、ビームが鋭い方が望ましい。
・照射標的６ｈの辺縁部６ｈｅ（図６（ａ）参照）は、隣接して正常な組織や重要臓器があるため、辺縁部６ｈｅには鋭いビームを使用したい。 
【００５４】
・治療計画装置１への負担増大、つまりメモリの増加、演算量の増大を防ぐために、太いビームを使用したい。治療計画、照射のためにはビームを鈍らせたいが、正常組織へのビームのはみ出しは極力小さくしたい。つまり、照射標的６ｈの辺縁部６ｈｅはビーム進行方向、ビーム側方方向に関わらず鋭いビームを使用したい。 
【００５５】
図３、図４の比較例に対して、本粒子線照射システムＳの改善点は以下の通りである。
・ビームを鈍らせるリッジフィルタ１０４（図３、図４）を無くす。そこで、本粒子線照射システムＳではリッジフィルタ１０４を用いず、加速器２から出射されるビームのエネルギを細かく変更し、各ビームに適切な重みを与えて組み合わせることで治療計画において要求されたビーム形状にスライス変調することとした。スライス変調とは、ビーム進行方向のビーム幅を鈍らせる方法であって、治療計画において要求されたビーム形状の仮想ビームを、仮想ビームよりもビーム進行方向のビーム幅が薄い複数の実際のビームで構成することである（図１７（ｃ）参照）。
【００５６】
・ビーム側方方向に関して、リッジフィルタ１０４を無くすことで、散乱成分が減り、ビームが細くなる。一方で、細いビームを万遍なく照射するにはスポット数が増え、治療計画への負担が増加する。走査電磁石Ｘ・Ｙ（３ａ、３ｂ）を僅かに動かすことで、ビームサイズを変更する。すなわち、本粒子線照射システムＳでは、スポット分裂を行う。スポット分裂とは、ビームサイズを鈍らせるための手法であって、仮想ビームを、当該仮想ビームの線量と同じになるように当該仮想ビームより鋭い複数の実際のビームで構成することである。
粒子線照射システムＳでは、リッジフィルタ１０４を無くし、基準となるビームを所望する形状になるようにエネルギ、照射量を変更してビームを拡幅するため、散乱等に大きな違いはなく、データを再取得する必要がない。
【００５７】
・ビーム進行方向には、エネルギを細かく変更することで、つまり照射標的６ｈ（図６（ａ）参照）の方向に形成されるスライスを細かく設定し、細いビームを自在に組み合わせた適材適所の太さのビームを使用する。 
【００５８】
・治療計画上では、ビーム進行方向、ビーム側方方向の鋭さが自在な仮想ビームを使用する。 仮想ビームを複数の鋭い実際のビームで構成する。仮想ビームとは、当該仮想ビームより鋭い複数の実際のビームで構成される仮想のビームである。複数の実際のビームの線量は仮想ビームの線量と同じになるように形成される。
・実照射では、照射機器、ビームのエネルギ変更の組み合わせで治療計画上の仮想ビームを実現する。つまり、仮想ビームを仮想ビームより鋭い複数の実ビームで構成する。
【００５９】
以上のことから、本粒子線照射システムＳでは、リッジフィルタ１０４を用いず、加速器から出射されるビームｂ０のエネルギを細かく変更、すなわち、ビーム入射深度であるビーム進行方向の位置を変更し、各ビームｂ０に適切な重みを与え、組み合わせることで治療計画において要求されたビーム形状（仮想ビーム）にスライス変調する。
そこで、治療計画においては、各種の鈍い仮想ビームを用いて照射標的６に万遍なく照射する治療計画を作成する。同時に、照射標的６の辺縁部６ｈｅにはより鋭い仮想ビーム、または、仮想ビームより鋭い実際のビームを用いて辺縁部６ｈｅのにじみを減らす（健常組織へのビーム照射の影響を抑える）治療計画が作成される。
【００６０】
このように、治療計画では鈍らせた仮想のビームを使用することが可能であり、実際の細いビームを使用し、最適化計算を行う必要がない。すなわち、本粒子線照射システムＳでは、鈍い仮想のビームと、該仮想のビームを構成する複数の鋭い実際のビームとの対応情報をもつので、治療計画装置１では、鈍い仮想のビームを用いて治療計画を作成できる。そのため、治療計画装置１のメモリ等への負担は軽減される。
本粒子線照射システムＳでは、エネルギの変更と組み合わせるビームの数、重みの変更で深さ方向の鋭さがスキャン中に変更可能となるため、リッジフィルタ１０４の駆動機構等が不要になり、照射装置の小型化に寄与できる。
【００６１】
＜粒子線照射システムＳでの単一エネルギのブラックカーブｂｃ１＞
図５（ａ）は実施形態の粒子線照射システムＳにおける経過時間に対する粒子線ビームのエネルギとビーム照射量を示す図であり、図５（ｂ）は、実施形態の粒子線照射システムＳにおけるリッジフィルタを用いないビーム幅の拡幅を示す図である。
【００６２】
実施形態の粒子線照射システムＳでは、図５（ａ）に示すように、照射標的６ｈのスライスに対応して、照射標的６ｈの最深部のスライスから手前側のスライスに対応して逐一、加速器２でのエネルギをＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、………と段階的に減少させる。つまり、最深部のスライスから手前側の各スライスに対応する粒子線ビームのエネルギには、Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３＞Ｅ４＞Ｅ５＞Ｅ６＞………の大小関係がある。Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、………にエネルギの切替が行われ、深部線量分布の深さが変更されている。
【００６３】
図５（ｂ）において、ｂｃ１は、実施形態の粒子線照射システムＳでの単一エネルギのブラックカーブである。
リッジフィルタを用いず、加速器２から取り出されるビームｂ０のエネルギと照射する量（粒子数）を変更し、ビーム進行方向のビーム幅を拡幅する。
【００６４】
図５（ｂ）中、破線で示したブラッグカーブｂｃ１００は、実線で示したエネルギが異なる（水中のビーム進行方向の位置が異なる）ブラッグカーブｂｃ１を重ねわせて形成している。ブラッグピークｂｐ１の高さが異なるのは、ビーム照射量が異なるからである。この照射量がガウス分布形状となっており、すなわち、重みに該当する。
【００６５】
粒子線照射システムＳでは、比較例のリッジフィルタ１０４で拡幅されたブラックカーブｂｃ１００と同等の線量分布を、リッジフィルタ１０４を用いないで、ブラックカーブｂｃ１００よりも細い複数の単一エネルギのブラックカーブｂｃ１をもって構成する。各ブラックカーブｂｃ１の照射量は重みにより表される。
【００６６】
図６と図７は各スポットの照射量を制御する機構を説明する図であり、図６の照射を基にスライス変調・スポット分裂して図７の照射が実現される。
図６（ａ）は、実施形態の粒子線照射システムＳの照射標的６ｈのビーム進行方向のビームｂ０の照射を示すイメージ図であり、図６（ｂ）は、（ａ）の粒子線ビームのブラックカーブを示す図であり、図６（ｃ）は、（ａ）の粒子線ビームの照射標的６ｈの側方方向のビーム形状を示す図である。
【００６７】
図７（ａ）は、粒子線照射システムＳのブラックカーブを示す図であり、図７（ｂ）はビームｂ０の照射状態を示しており、図７（ｃ）は、（ａ）のビーム側方方向の照射量を示す図である。
示す図である。
【００６８】
実際の粒子線照射システムＳの照射では、照射標的６ｈのビーム進行方向には、図６（ｂ）に示す単一エネルギの粒子線ビームを用いて、図６（ａ）に示すように、照射標的６ｈのスライス６ｈ１に照射が行われる。照射標的６ｈにおけるビーム側方方向の線量は、図６（ｃ）に示すような正規分布となる。
【００６９】
照射標的６ｈのビーム（ｂ０）進行方向に垂直なビーム側方方向には，図７（ｂ）に示すように、走査電磁石Ｘ・Ｙ（３ａ、３ｂ）を高速で動かし、ビームによる１つのスポットＰ１０の線量（図７（ａ）の破線で示す）を分裂させ、組み合わせてビームサイズを変更して照射を行う。
【００７０】
例えば、図７（ｂ）に示すように、照射標的６ｈの中央部は一つの仮想のビームｂ１０でビーム側方方向に鈍いビームを打っている（図７（ａ）の破線）。これは、走査電磁石Ｘ・Ｙ（３ａ、３ｂ）を高速で動かすことでビーム側方方向に１ｍｍ毎に鋭いビームｂ０（図７（ａ）の実線）を、仮想のビームｂ１０のビームサイズになるように打つ（図７（ａ）の実線）。一方、照射標的６ｈのビーム側方方向の辺縁部６ｈｅは、鋭い一つのビームｂ０で照射を行う。
【００７１】
照射標的６ｈの中央部の照射線量は、図７（ｃ）に示すように、３ｍｍ毎の線量ｓ１０（図７（ｃ）の破線で示す）を１ｍｍ毎の線量ｓ１、ｓ２（図７（ｃ）の実線で示す）のｂ０１、ｂ０２で構成する。つまり、３ｍｍ毎の線量ｓ１０を１ｍｍ毎の線量ｓ１、ｓ２に代替する。
【００７２】
照射標的６ｈの辺縁部６ｈｅへの照射線量は、図７（ｃ）に示すように、それぞれ一つの鋭いビームｂ０２で照射を行う。
つまり、 図７（ａ）に示すように、スポットＰ１０へのビームｂ１０の線量ｓ１０を単一エネルギのビームｂ０１、ｂ０２の線量ｓ１、ｓ２を組み合わせて構成する。単一エネルギのビームｂ０を走査電磁石Ｘ・Ｙ（３ａ、３ｂ）を高速で動かすことで３つのピークをもつ照射が連続して行われる。
【００７３】
＜スポットＰ４、Ｐ５の分裂＞
図８〜図１０に、走査電磁石Ｘ・Ｙ（３ａ、３ｂ）を用いたビームサイズの変更の例を示す。
図８（ａ）はスポットＰ３の分裂を行っていないビームの照射を示す図であり、図８（ｂ）は（ａ）の際の線量を示す図である。図８（ｂ）の横軸はビーム側方方向の位置であり、図８（ｂ）の縦軸は線量である。
【００７４】
図９（ａ）はスポットＰ４を４つに分裂されてビームの照射を行っている状態を示す図であり、図９（ｂ）は４つに分裂されたスポットを線量ビームの進行方向に見た図であり、図９（ｃ）は（ａ）の際の線量を示す図である。図９（ｃ）の横軸はビーム側方方向の位置であり、図９（ｃ）の縦軸は線量である。
【００７５】
図１０（ａ）はスポットＰ５を９つに分裂されてビームの照射を行っている状態を示す図であり、図１０（ｂ）は９つに分裂されたスポットを線量ビームの進行方向に見た図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の際の線量を示す図である。図１０（ｃ）の横軸はビーム側方方向の位置であり、図１０（ｃ）の縦軸は線量である。
【００７６】
ビームサイズ（ビーム進行方向と垂直な面での大きさ）を走査電磁石Ｘ・Ｙ（３ａ、３ｂ）により変更している。図８（ａ）は基本のビームサイズである。図９（ａ）、図１０（ａ）は図８（ａ）同様に中心位置にビームを照射しているが、ビームサイズが異なる。図９（ａ）の場合は、本来は1スポットであったビームを４つに分裂（スポット分裂）させて、走査電磁石により僅かに位置をずらして同じ線量になるように照射している。これにより、図９（ｃ）にあるように拡大される。図１０（ａ）の場合は９分裂している。
【００７７】
図８（ａ）に示すように、スライス６ｈ１に照射するスポットＰ３を分裂させない場合は、図８（ｂ）に示すように、１×１の正規分布の線量が照射される。
図９（ａ）に示すように、スライス６ｈ１に照射するスポットＰ４を４つのスポットｐ４１〜ｐ４４に分裂させる場合は、図９（ｂ）に示すように、一つのスポットＰ４を形成するビームの照射に比べ、走査電磁石Ｘ・Ｙ（３ａ、３ｂ）を、スポットＰ３のビームサイズになるように高速で動かし、順次４つのスポットｐ４１〜ｐ４４が形成される照射が行われる。
【００７８】
図１０（ａ）に示すように、スライス６ｈ１に照射するスポットＰ５を同じ線量になるように９つのスポットｐ５１〜ｐ５９に分裂させる場合は、図１０（ｂ）に示すように、走査電磁石Ｘ・Ｙ（３ａ、３ｂ）を、スポットＰ５のビームサイズになるように高速で動かし、順次９つのスポットｐ５１〜ｐ５９が形成される照射が行われる。
【００７９】
＜治療計画内の線源データ＞
次に、照射系制御装置Ｃ２に格納されるビームの治療計画の線源データについて説明する。
図１１（ａ）は治療計画内の線源データＡ〜Ｃのブラックカーブを示す図である。図１１（ｂ）は線源データＡのビームを照射標的６ｈに照射した状態とそのブラックカーブを、ビーム進行方向に見た図である。図１１（ｃ）は線源データＣのビームを照射標的６ｈに照射した状態とそのブラックカーブを、ビーム進行方向に見た図である。図１１（ｄ）は線源データＡ〜Ｃのビームを照射標的６ｈに照射した状態とそのブラックカーブをビーム進行方向に見た図である。
【００８０】
図１１（ａ）に示すように、線源データＡはピークのビ−ム幅が鋭いブラックカーブである。
線源データＢは線源データＡが５つから作成される。仮想ビ−ムのブラックカーブ（図１１（ａ）Ｂの破線）は、線源データＡ（図１１（ａ）Ｂの実線）よりピークのビ−ム幅が鈍くなる。
【００８１】
線源データＣは線源データＡが７つから作成される。仮想ビ−ムのブラックカーブ（図１１（ｃ）の一点鎖線）は、線源データＢ（図１１（ｂ）の破線）よりピークのビ−ム幅が鈍くなる。
線源データＢ、Ｃの仮想ビ−ムの作成から分るように、仮想ビ−ムは、仮想ビ−ムよりビ−ム幅が鋭い実際のビ−ムを複数用いて作成される。
線源データＡのビームのみで照射標的６ｈを照射した場合、図１１（ｂ）に示すように、照射標的６ｈの各スライス６ｈｉ（ｉ＝１、２、３、……）へのブラックカーブｃ１１〜ｃ１８は下図のようになる。ブラックカーブｃ１１〜ｃ１８のピークのビ−ム幅は何れも鋭く、照射標的６ｈのビ−ム進行方向の位置が浅くなるにつれ、エネルギが低くなる。
【００８２】
線源データＣのビームのみで照射標的６ｈを照射した場合、図１１（ｃ）に示すように、照射標的６ｈの各スライス６ｈｉへのブラックカーブｃ２１〜ｃ２３は下図のようになる。ブラックカーブｃ２１〜ｃ２３のピークのビ−ム幅は何れも鈍く、照射標的６ｈのビ−ム進行方向の位置が浅くなるにつれ、エネルギが低くなる。
【００８３】
図１１（ｄ）に示すように、線源データＡ〜Ｃのビームでそれぞれ照射標的６ｈのスライス６ｈ１〜６ｈ４を照射した場合、照射標的６ｈの各スライス６ｈ１〜６ｈ４へのブラックカーブｃ３１〜ｃ３４は下図のようになる。ブラックカーブｃ３１〜ｃ３４のピークのビ−ム幅は、線源データＡ〜Ｃの順に鈍くなり、照射標的６ｈのスライス６ｈ１〜６ｈ４のビ−ム進行方向の位置が浅くなるにつれ、エネルギが低くなる。
【００８４】
表１は、線源データＡのみ、線源データＣのみ、線源データＡ、Ｂ、Ｃを治療計画への負担、線量分布の鋭さ、リッジフィルタ１０４の有無で比較したものである。
【表１】
2018089172.tif 000003
【００８５】
リッジフィルタを用いない、本粒子線照射システムＳの治療計画装置１内の計算では、同一の照射標的６ｈに対し、治療計画装置１に登録された水中での深部線量分布（ブラッグカーブ）を用い、最適化計算を行う。線源データＡはリッジフィルタを挿入していない単一エネルギの登録データＡを使用する場合である。線源データＣは登録データＡを基に作成した大きく鈍らせたデータＣを用いた場合である。線源データＡ〜Ｃは登録データＡ〜Ｃを適宜使用した場合である。登録データＢに関しても登録データＣ同様に、登録データＡを用いて僅かに鈍らせるようにして作成している。従って、登録データＢ、Ｃは登録データＡから作成した仮想的なビームとなる。
【００８６】
線源データＡのみ、線源データＣのみ、線源データＡ〜Ｃのそれぞれにおいて、前記したように、リッジフィルタは用いない。
治療計画への負担は、線源データＡのみでは、ピークのビ−ム幅が鋭くメモリの容量が大きいため、治療計画への負担が大きい。
【００８７】
線源データＣのみは、線源データＣは線源データＡが７つから作成されるが、線源データＣに対応して線源データＡが７つ用いることをテーブル等で記憶することで、メモリの容量は削減できる。そのため、治療計画への負担は少ない。
【００８８】
線源データＡ〜Ｃでは、線源データＢは線源データＡが５つから作成され、線源データＣは線源データＡが７つから作成されるのでこの対応関係をテーブル等に記憶することで、メモリの容量が削減できる。そのため、線源データＡ〜Ｃでは、治療計画への負担は少ない。
線量分布の鋭さに関しては、線源データＡのみでは鋭い。線源データＣのみでは、線源データＣは線源データＡが７つから作成されるので鈍い。線源データＡ〜Ｃでは、線源データＡを使用できるので必要な部分を鋭くできる。
【００８９】
＜比較例の治療計画内の線源データ＞
これに対して、比較例（従来）の照射系制御装置に格納されるビームの治療計画内の線源データについて説明する。
【００９０】
図１２（ａ）は比較例の治療計画内の線源データＡ〜Ｃのブラックカーブを示す図である。図１２（ｂ）は比較例の線源データＡのビームを照射標的６ｈに照射した状態とそのブラックカーブを、深さ方向（ビームの進行方向）に見た図である。図１２（ｃ）は比較例の線源データＣのビームを照射標的６ｈに照射した状態とそのブラックカーブを、深さ方向に見た図である。図１２（ｄ）は線源データＡ〜Ｃのビームを照射標的６ｈに照射した状態とそのブラックカーブを、深さ方向に見た図である。
【００９１】
比較例の線源データＡは、リッジフィルタ１０４を使用しないで作成したビームのデータである。線源データＢは相対的に薄いリッジフィルタ１０４Ａを用いたビームのデータであり、線源データＣは相対的に厚いリッジフィルタ１０４Ｂを用いたビームのデータである。
【００９２】
図１２（ａ）に示すように、線源データＡはピークのビ−ム幅が鋭いブラックカーブである。
線源データＢは薄いリッジフィルタ１０４Ａを通して作成したビームのデータである。線源データＢのブラックカーブは、線源データＡよりピークのビ−ム幅が鈍くなる。
線源データＣは厚いリッジフィルタ１０４Ｂを通して作成したビームのデータである。線源データＣのブラックカーブは、線源データＢ、Ａよりピークのビ−ム幅が鈍くなる。
【００９３】
図１２（ｂ）に示すように、線源データＡのみは、リッジフィルタ１０４Ａ、１００Ｂを用いないので、ピークのビ−ム幅が鋭いブラックカーブである。照射標的１０６ｈのビーム進行方向の位置が浅くなるにつれ、ビームのエネルギが低くなる。
図１２（ｃ）に示すように、線源データＣのみのビームは相対的に厚いリッジフィルタ１０４Ｂを通過するのでピークのビ−ム幅が鈍いブラックカーブである。照射標的１０６ｈのビーム進行方向の位置が浅くなるにつれ、ビームのエネルギが低くなる。
【００９４】
図１２（ｄ）に示すように、線源データＡ〜Ｃのビームは、それぞれリッジフィルタ１０４が無し、または相対的に薄いリッジフィルタ１０４Ａを通過する、または相対的に厚いリッジフィルタ１０４Ｂを通過するので、ピークのビ−ム幅が鋭いから鈍いブラックカーブが得られる。照射標的１０６ｈのビーム進行方向の位置が浅くなるにつれ、ビームのエネルギが低くなる。比較例では、スライス毎にリッジフィルタ１０４Ａ、１０４Ｂの出し入れを行わねばならず、現実的には治療には使えない。
【００９５】
表２は、比較例（従来）の線源データＡのみ、線源データＣのみ、線源データＡ〜Ｃを治療計画への負担、線量分布の鋭さ、リッジフィルタ１０４Ａ、１００Ｂの有無で比較したものである。
【表２】
2018089172.tif 000004
【００９６】
比較例は、リッジフィルタ１０４Ａ、１０４Ｂを用いた場合の治療計画装置内の計算である。同一の照射標的１０６ｈに対し、治療計画装置に登録された水中での深部線量分布（ブラッグカーブ）を用い、最適化計算を行う。線源データＡのみはリッジフィルタ１０４Ａ、１０４Ｂを挿入していない登録データＡを使用する場合である。線源データＣのみはリッジフィルタ１０４Ｂを挿入し、大きく鈍らせた線源データＣを用いた場合である。線源データＡ〜Ｃは登録データＡ〜Ｃを適宜使用した場合である。
【００９７】
線源データＡのみは、リッジフィルタ１０４Ａ、１００Ｂを使用しない。線源データＣのみは相対的に厚いリッジフィルタ１０４Ｂを使用する。線源データＡ〜Ｃは、リッジフィルタ１０４Ａ、１０４Ｂを使用しなかったり、または線源データＢでリッジフィルタ１０４Ａを用いたり、または線源データＣでリッジフィルタ１０４Ｂを用いる。
【００９８】
治療計画への負担に関しては、線源データＡのみは、リッジフィルタ１０４Ａ、１０４Ｂは用いないので、ピークのビ−ム幅が鋭いブラックカーブであり、データ数が多いのでメモリ容量を多く必要であるため、治療計画への負担が大きい。
線源データＣのみは、厚いリッジフィルタ１０４Ｂを用いるので、線源データＢ、Ａよりピークのビ−ム幅が鈍くなり、データ数が少ないので、メモリ容量が少なく済み、治療計画への負担は少ない。
【００９９】
線源データＡ〜Ｃは、メモリ容量が多い線源データＡ、薄いリッジフィルタ１０４Ａを用いて線源データＡよりピークのビ−ム幅が鈍い線源データＢ、厚いリッジフィルタ１０４Ｂを用いて線源データＡ、Ｂよりピークのビ−ム幅が鈍い線源データＣ全てを記憶するので、メモリ容量が多く、治療計画への負担が大きい。
【０１００】
線量分布の鋭さに関しては、線源データＡのみはピークのビ−ム幅が鋭いブラックカーブであり、線量分布は鋭い。線源データＣのみは線源データＣのブラックカーブのピークは、図１２（ａ）に示すように、鈍いので、線量分布の鋭さは鈍い。線源データＡ〜Ｃは、線源データＡを有するので、線量分布は鋭い。
なお、比較例（従来）では、リッジフィルタ１０４Ａ、１０４Ｂの出し入れを行わねばならない。ビームを照射中のリッジフィルタ１０４Ａ、１０４Ｂの交換は、ビーム照射時間が延びて患者の負担が増えること、短時間でリッジフィルタ１０４Ａ、１０４Ｂを迅速に交換する機構が必要となる、リッジフィルタ１０４Ａ、１０４Ｂの違いで散乱の違い等があり照射条件に違いがでる等があり、現実的には難しい。なお、ビームの照射時間例えば２分〜１０分前後である。
【０１０１】
以上の治療計画内の線源データの実施形態（図１１（ａ）〜（ｄ）、表１）と比較例（図１２（ａ）〜（ｄ）、表２）と比較にすると、本実施形態の粒子線照射システムＳの表１に示す線源データは、リッジフィルタ１０４を使用することなく、線源データＡ〜Ｃとできる。そのため、治療計画への負担が少なく、線量分布が鋭いビームの照射を行える。
【０１０２】
これに対して、比較例（従来）では、線源データＡ〜Ｃを格納すると、リッジフィルタ１０４Ａ、１０４Ｂの変更が必要で、リッジフィルタ１０４Ａ、１０４Ｂの出し入れが必要である。また、リッジフィルタ１０４Ａ、１０４Ｂの出し入れするリッジフィルタの駆動機構が必要となる。線源データＡ〜Ｃでは、線量分布は鋭いものの、データ量が多く治療計画への負担が大きい。
【０１０３】
比較例（従来）のスキャニング照射法にて照射標的１０６ｈの深さが等しいスライスを照射する場合、治療計画であらかじめ決められたビーム位置（スポット）に要求された重みでビームを走査していく。
【０１０４】
これに対して、本実施形態の粒子線照射システムＳでは、ある1つのスポットを分裂させ、予定位置の周りに再配置し、走査電磁石Ｘ・Ｙ（３ａ、３ｂ）により再配置したスポットをスキャンし、ビームサイズを拡大する。
治療計画上では複数のビームサイズを、治療計画照射変換装置４に登録しておき、実照射の際にスポット分裂を行う。
健常組織への影響を小さくするために、照射標的６ｈの辺縁部６ｈｅでは細いビームｂ０（ビームサイズが小さいビーム）で照射を行い、影響が及ばない位置に関しては治療計画装置１への負担軽減のために太い仮想のビームでの照射を行う。なお、仮想のビームは、実際の照射に際しては、細いビームｂ０に分裂される。
【０１０５】
＜実施例１＞
次に、実施例１の治療（照射）計画内の線源データの登録について説明する。
図１３（ａ）は、実施例１の粒子線照射システムＳの照射系制御装置Ｃ２に格納される典型的なビームのブラックカーブを示す図であり、図１３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、図１３（ａ）の典型的なビームで作成されるビーム形状をビームの側方方向に見た図である。図１３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の横軸は側方方向の位置座標であり、縦軸はエネルギを表す。
【０１０６】
治療計画装置１では、照射標的６ｈ内のビーム位置によって、ビーム側方方向のビームサイズを変更する計算を行う。図１３（ａ）の登録データＡに関して、複数の、例えば３つのビームサイズが登録されている。３つのビームサイズとは、実際のビームｂ３１（図１３（ｂ）参照）、仮想のビームＢ３１（図１３（ｃ）参照）、仮想のビームＢ３２（図１３（ｄ）参照）である。つまり、治療計画装置１には、実際のビームｂ３１、仮想のビームＢ３１、仮想のビームＢ３２の３つが登録されている。そして、治療計画装置１や治療計画照射変換装置４には、テーブル等の記憶部に、実際のビームｂ３１、および仮想のビームＢ３１を形成する２つの実際のビームｂ３２（図１３（ｃ）参照）と仮想のビームＢ３２を形成する３つの実際のビームｂ３３、ｂ３４（図１３（ｃ）参照）の対応関係が登録されている。
【０１０７】
例えば、治療計画装置１では、実際のビームｂ３１、仮想のビームＢ３１、仮想のビームＢ３２の３つのビームを用いて治療計画を作成する。その後、治療計画照射変換装置４にて、上述のテーブル等の記憶部のデータを用いて、仮想のビームＢ３１は、２つの実際のビームｂ３２に変換され、仮想のビームＢ３２は、３つの実際のビームｂ３３、ｂ３４に変換される。その後、実際のビームｂ３１、ｂ３２、ｂ３３、ｂ３４を用いて、照射標的６ｈ（図１参照）にビームの照射が行われる。
照射系制御装置Ｃ２では、例えば図１３（ａ）に示すブラックカーブの一つのデータに、図１３（ｂ）〜（ｄ）に示すビームプロファイルの細〜大のデータを登録する。
【０１０８】
例えば、照射系制御装置Ｃ２の記憶部には、図１３（ａ）に示すブラックカーブｂｃ３をもつ一つのビームｂ３０が登録される。そして、ビームｂ３０は複数のビームサイズをもって登録される。
一方、照射系制御装置Ｃ２の記憶部には、照射対象のＣＴ画像から照射標的６ｈにビームを照射するためのビームｂ３１、第１・第２の仮想のビームＢ３１、Ｂ３２が作成される。
【０１０９】
そして、ビーム進行方向から見て、図１３（ｂ）に示すように、細いピ−クをもつビームには、登録されたビームｂ３１が用いられる。図１３（ｂ）は、細いピ−クのビームプロファイルをもつビームｂ３１である。
また、図１３（ｃ）に示すように、ビーム進行方向から見て、図１３（ｂ）のビームｂ３１より太い仮想のビームＢ３１には、仮想のビームＢ３１より鋭い２つのビームｂ３２で仮想のビームＢ３１の線量になるように実現される。２つのビームｂ３２の全線量は、仮想のビームＢ３１の線量と同等または近くなる。
ビームｂ３２は既登録されたビームｂ３０の一つのビームサイズである。
【０１１０】
また、図１３（ｄ）に示すように、ビーム進行方向から見て、図１３（ｃ）の仮想ビームＢ３１より太い仮想のビームＢ３２には、仮想のビームＢ３２より鋭い３つのビームｂ３３、ｂ３４で仮想のビームＢ３２の線量になるように実現される。３つのビームｂ３３、ｂ３４の全線量は、仮想のビームＢ３２の線量と同等または近くなる。
ビームｂ３３、ｂ３４は既登録されたビームｂ３０のビームサイズである。
【０１１１】
次に、図１３（ａ）〜（ｄ）で説明したビームｂ３０〜ｂ３４で、照射標的６ｈに照射を行った場合について説明する。
図１４（ａ）は、実施例１の図１３（ａ）に示すビームｂ３０で照射標的６ｈの最深部に照射を行った際に照射標的６ｈをビーム側方から見た図であり、図１４（ｂ）は、実施例１のビームの進行方向にビーム照射時のスライス６ｈ１を見た図である。
【０１１２】
図１４（ａ）に示すように、照射標的６ｈの最深部には、ビームｂ３０で照射が行われる。照射標的６ｈの最深部のブラックカーブｂｃ３は図１４（ａ）下図の通りである。
照射標的６ｈのあるスライス６ｈ１に行われる照射は、図１４（ｂ）に示すようになる。
【０１１３】
スライス６ｈ１の上部には、図１３（ｃ）に示す仮想のビームＢ３１を用いた照射が５つのスポットｓ３１に行われる。
スライス６ｈ１の真ん中下部には、左から右へ、スポットｓ３２、ｓ３３、ｓ３４、ｓ３５、ｓ３６にそれぞれ照射が行われる。スポットｓ３２、ｓ３３、ｓ３４、ｓ３５、ｓ３６には、それぞれビームｂ３１、仮想のビームＢ３１、Ｂ３２、Ｂ３１、ビームｂ３１にて照射が行われる。
【０１１４】
そこで、スポットｓ３２には、図１３（ｂ）のビームｂ３１で照射が行われる。
スポットｓ３３には、図１３（ｃ）の仮想のビームＢ３１を実現するビームｂ３２で照射が行われる。
【０１１５】
スポットｓ３４には、図１３（ｄ）の仮想のビームＢ３２を実現するビームｂ３３、ｂ３４で照射が行われる。
スポットｓ３５には、図１３（ｃ）の仮想のビームＢ３１を実現するビームｂ３２で照射が行われる。
スポットｓ３６には、図１３（ｂ）のビームｂ３１で照射が行われる。
【０１１６】
＜実施例２＞
図１５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ実施例２の照射系制御装置Ｃ２に格納される線源データＡのビームｂ４０のブラックカーブｂｃ４０を示す図、および線源データＡから作成される線源データＢの仮想のビームＢ４１のブラックカーブＢｃ４１とこれを構成する線源データＡのビームｂ４０のブラックカーブｂｃ４０を示す図であり、図１５（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ照射標的６ｈにビームを照射した際の各スライス６ｈ１〜６ｈ２へのスポットｓ４１〜ｓ４４をビーム進行方向に見た図、および各スライス６ｈ１〜６ｈ４のブラックカーブを見た図である。
【０１１７】
実施例２は、一つの実際のビームｂ４０と、ビームｂ４０から構成される仮想のビームＢ４１とで照射計画が実現される例である。
実施例２の治療計画装置１には、図１５（ａ）に示す線源データＡと、線源データＡから作成される線源データＢ（図１５（ｂ）参照）とが格納されている。
線源データＡはブラックカーブｂｃ４０をもつビームｂ４０である。線源データＢは仮想のビームＢ４１であり、仮想のビームＢ４１は複数のビームｂ４０から作成される。
【０１１８】
照射標的６ｈへのビーム照射は、次のように行われる。
照射標的６ｈの最深部のスライス６ｈ１には、線源データＡのビームｂ４０を用いてスポットｓ４１に照射が行われる。
照射標的６ｈの最深部から２つ目のスライス６ｈ２には、線源データＡのビームｂ４０を用いてスポットｓ４２に照射が行われる。
【０１１９】
照射標的６ｈの最深部から３つ目のスライス６ｈ３には、線源データＢの仮想のビームＢ４１を用いてスポットｓ４３に照射が行われる。実際には、仮想のビームＢ４１の線量になるように構成された複数のビームｂ４０によってスポットｓ４３に照射が行われる。
【０１２０】
照射標的６ｈの最深部から４つ目のスライス６ｈ４には、線源データＢの仮想のビームＢ４１を用いてスポットｓ４４に照射が行われる。実際には、仮想のビームＢ４１の線量になるように構成された構成する複数のビームｂ４０によってスポットｓ４４に照射が行われる。
【０１２１】
＜実施例３＞
実施例３は、ビームの重なりに係る例である。
図１６は、実施例３のビームの照射を示す図である。
図１６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ実施例２の線源データＡ、Ｂを用いて、図１５（ｃ）、（ｄ）と同様なビームの照射が行われた場合を示す図であり、それぞれ照射標的６ｈにビームを照射した際の各スライス６ｈ１〜６ｈ４へのスポットｓ４１〜ｓ４４を深さ方向に見た図、および各スライス６ｈ１〜６ｈ４のブラックカーブを見た図である。
【０１２２】
図１６（ｃ）は、この際のスライス６ｈ３、６ｈ４に照射されるビームｂ４０のブラックカーブｂｃ４１を示す図であり、図１６（ｄ）はビームの進行方向に見た各スライス６ｈ３、６ｈ４の仮想のビームＢ４１のスポットＳ４３、Ｓ４４および実際のビームｂ４０によるスポットｓ４３ａ、ｓ４４ａを示す図である。
【０１２３】
図１６（ｅ）はスライス６ｈ３、６ｈ４へのビームの照射軌跡を見た図であり、図１６（ｆ）はスライス６ｈ３に行われる実際の照射の照射軌跡を見た図である。
【０１２４】
図１５（ｂ）の線源データＢを用いたスライス６ｈ３、６ｈ４をビームｂ４０で分裂させると、図１６（ｃ）のようなブラックカーブｂｃ４０となる。
図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、スライス６ｈ３、６ｈ４に仮想のビームＢ４１のスポットＳ４３、Ｓ４４への各照射が行われた場合、図１６（ｃ）、（ｄ）にそれぞれ示すように、スライス６ｈ３には６つのビームｂ４０が照射され、スライス６ｈ４には６つのビームｂ４０が照射される。
【０１２５】
ここで、ビームの進行方向に見た場合、スライス６ｈ３に照射されるビームｂ４０によるスポットＳ４３ａの照射エネルギは軌跡ｋ４３（図１６（ｅ）参照）となる。一方、スライス６ｈ４に照射されるビームｂ４０によるスポットＳ４４ａの照射エネルギは軌跡ｋ４４（図１６（ｅ））となる。つまり、照射エネルギは、スポットＳ４３ａとスポットＳ４４ａとで重なることとなる（図１６（ｆ）参照）。このようなビームのオーバーラップ部分は、同一スライスとして変換して照射する。例えば、スライス６ｈ３に照射されるビームｂ４０によるスポットＳ４３ａへの照射を、軌跡ｋ４３ａ（図１６（ｆ）参照）となるように照射する。
【０１２６】
＜実施例４＞
実施例４では、ビームの重なりの解析について説明する。なお、下記の解析は一例であって他の方法を用いてもよい。
図１７（ａ）は、実施例４のビームを照射するターゲット６Ｈとスライス６Ｈ１、６Ｈ２に照射されるビームによる各ブラックカーブｂｃ４、ｂｃ５を示す図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）のブラックカーブｂｃ（ｂｃ４、ｂｃ５）とこれを構成するブラックピークＧn、jの拡大図である。
【０１２７】
図１７（ｃ）は、実施例４の２つのスライス６Ｈ１、６Ｈ２を８つに分裂させたスライス分裂とスライス６Ｈ１、６Ｈ２にそれぞれ照射されビームのブラックカーブｂｃ４０、ｂｃ５０を示す図であり、図１７（ｄ）はスライス結合におけるビームの結合を示す図である。
図１７（ａ）に示すように、ターゲット６Ｈのスライス６Ｈ１、６Ｈ２には、それぞれブラックカーブｂｃ４、ｂｃ５をもつビームが照射される。ブラックカーブｂｃ４、ｂｃ５は、図１７（ｂ）に示すブラックカーブｂｃ４０（ｂｃ５０）で形成され、ピークはガウス分布Ｇn、jで表される。
【０１２８】
図１７（ｃ）に示すように、各スライス６Ｈ１、６Ｈ２はそれぞれ４つに分裂され、ブラックカーブｂｃ４０、ｂｃ５０をもつビームにより照射される。ここで、スライス６Ｈ１とスライス６Ｈ２との境界部では、ブラックカーブｂｃ４０、ｂｃ５０がビーム（Ｘ、Ｙ、Ｗｎ＋１、ｊ）とビーム（Ｘ、Ｙ、Ｗｎ、ｊ）とで重なる。ここで、Ｘ、Ｙは、ビームの進行方向に垂直なＸ―Ｙ座標の位置である。
【０１２９】
Ｗｎ、ｊは、Ｗｎ、ｊ＝Ｇｎ、ｊ×ＷＴＰＳ、ｎと表される。Ｇｎ、ｊは、ｊ番目のスライスのｎ番目のブラックピークを形成するための重みである。ＷＴＰＳ、ｎは、照射時間である。
すると、ｊ番目のスライスのｎ番目のビームは、（Ｘ、Ｙ、Ｗｎ、ｊ）で表され、ｊ番目のスライスのｎ＋１番目のビームは、（Ｘ、Ｙ、Ｗｎ＋１、ｊ）とで表される。そこで、ビーム（Ｘ、Ｙ、Ｗｎ、ｊ）とビーム（Ｘ、Ｙ、Ｗｎ＋１、ｊ）は重なるので、ビーム（Ｘ、Ｙ、Ｗｎ＋１、ｊ＋Ｗｎ、ｊ）と重なりを排除し結合してビームを照射する。
【０１３０】
＜粒子線照射システムＳの制御＞
次に、粒子線照射システムＳの制御について説明する。
図１８は、粒子線照射システムＳにおけるハードウェアの治療（照射）計画から照射までの流れを示す図である。
粒子線照射システムＳでは、治療計画装置１内に仮想のデータを登録することとなる。その仮想のデータを実ビーム情報に変換する、治療計画照射変換装置４が治療計画から照射系制御装置Ｃ２（図１参照）への橋渡しを行う。
【０１３１】
粒子線照射システムＳによる照射対象６の照射標的６ｈへのビームの照射では、治療計画装置１、治療計画照射変換装置４、照射制御装置Ｃ２、照射機器（３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、５）の順に、信号が流れる。
治療計画装置１では、照射対象６の照射標的６ｈのビームを照射する照射計画を立案（作成）する。
【０１３２】
照射標的６ｈに万遍なく線量を照射できるように治療計画を立てる。治療計画では照射標的６ｈに対し処方する線量が決定された後に、どの位置にどの程度ビームを照射するかが最適化される。つまり、治療計画では、照射標的６ｈに対し処方する線量が決定された後に、登録された仮想のビームを用いて、どの位置にどの程度ビームを照射するかが最適化される。この際、治療計画装置１では、鈍らせた仮想のビームを使用することが可能であり、実際の細いビームを使用し、最適化計算を行う必要がない。そのため、治療計画装置１のメモリ等への負担は軽減される
ビームの位置はビーム進行方向、ビーム側方方向、それぞれ決める必要があり、進行方向はスライス６ｈｉ、ビーム側方方向はスポットとして管理される。
治療計画装置１から照射計画の情報が治療計画照射変換装置４に送信される。
【０１３３】
治療計画照射変換装置４では、照射計画を実際の照射データに変換する。治療計画照射変換装置４から照射制御装置Ｃ２に照射データが送信される。
照射制御装置Ｃ２は、照射データに基づき、照射機器（３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、５）にビームを照射するためのパラメータを設定する。照射機器（３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、５）は、パラメータに従って動作し、照射標的６ｈにビームを照射する。
【０１３４】
＜治療計画装置１の制御＞
図１９は、治療計画装置１の制御フローを示す図である。
治療計画装置１の制御は、治療計画装置１に格納されるプログラム等のソフトウェアまたは／および回路等のハードウェアで実現される。
治療計画の作成に際しては、まず、照射対象６のＣＴ画像が治療計画装置１に入力される（図１９のステップＳ１１）。
治療計画装置１では、ＣＴ画像から照射対象６の照射範囲の照射標的６ｈを決定する（ステップＳ１２）。
【０１３５】
続いて、照射範囲照射標的６ｈに対する照射方向を決定する（ステップＳ１３）。
続いて、照射範囲の照射標的６ｈに対する照射野の辺縁部６ｈｅを決定する（ステップＳ１４）。
【０１３６】
続いて、治療計画装置１は、照射標的６ｈへの線量または線量近くになるように仮想のビームや実ビームを決定する。具体的には、照射野の辺縁部６ｈｅ（照射標的６ｈの辺縁部６ｈｅ）の線量勾配が鋭くなるように、深さ方向のビーム幅、同一スライス６ｈｉ内のビームサイズ、位置、重みの仮想のビームや実ビームを決定する。同時に、照射野中央部の 深さ方向のビーム幅、同一スライス６ｈｉ内のビームサイズ、位置、重みの仮想のビームを決定し（ステップＳ１５）、治療計画の作成の作成を完了する。
【０１３７】
＜治療計画照射変換装置４の制御＞
図２０は、治療計画照射変換装置４の制御フローを示す図である。
治療計画照射変換装置４の制御は、治療計画照射変換装置４に格納されるプログラム等のソフトウェアまたは／および回路等のハードウェアで実現される。
次に、治療計画照射変換装置４の制御フローについて説明する。治療計画照射変換装置４で、治療計画内の仮想のビームを実際のビーム情報に変換する。
【０１３８】
治療計画照射変換装置４には、予め仮想のビームと当該仮想のビームを構成する実際のビームを対応付けした情報がテーブル等の記憶部に格納されている。仮想のビームの情報は、治療計画装置１、治療計画照射変換装置４等で用いる。また、治療計画照射変換装置４は、仮想のビームの情報と実際のビームの情報とを用いる。
【０１３９】
治療計画照射変換装置４は、まず、治療計画装置１で作成された治療計画にて拡幅された仮想ビームを重みをかけて実際のビームｂ０に分解する（図２０のステップＳ２１）。 
続いて、治療計画にて拡幅されたビームサイズのスポット位置をスポット分裂させる（図９、図１０参照）（ステップＳ２２）。 
続いて、治療計画照射変換装置４は、同一エネルギのスライスを結合し、エネルギの重なりをなくし（図１６、図１７参照）（ステップＳ２３）、治療計画―照射変換を完了する。
【０１４０】
＜スキャニング照射の流れ＞
次に、粒子線照射システムＳの照射系制御装置Ｃ２によるスキャニング照射の流れについて説明する。
照射系制御装置Ｃ２の制御は、照射系制御装置Ｃ２に格納されるプログラム等のソフトウェアまたは／および回路等のハードウェアで実現される。
図２１は、粒子線照射システムＳにおけるスキャニング照射フローを示す図である
【０１４１】
まず、スライスが選択され、ビームのエネルギが設定される（図２１のステップＳ３１）。
続いて、スポットが選択され、走査電磁石Ｙ（３ａ、３ｂ）が設定され（ステップＳ３２）、ビームが照射される（ステップＳ３３）。
【０１４２】
続いて、スライスのスポットの照射が満了したか判定される（ステップＳ３４）。
満了していない場合（ステップＳ３４でＮｏ）、ステップＳ３３に移行する。
満了している場合（ステップＳ３４でＹｅｓ）、ステップＳ３５で、同一スライスの照射が終了したか判定される（ステップＳ３５）。
【０１４３】
同一スライスの照射が終了していない場合（ステップＳ３５でＮｏ）、ステップＳ３２に移行する。
同一スライスの照射が終了した場合（ステップＳ３５でＹｅｓ）、ビームをオフする（ステップＳ３６）。
【０１４４】
続いて、最終のスライスの照射が終了したか否か判定される（ステップＳ３７）。
最終のスライスの照射が終了していない場合（ステップＳ３７でＮｏ）、ステップＳ３１に移行する。
最終のスライスの照射が終了した場合（ステップＳ３７でＹｅｓ）、終了する。
【０１４５】
上記構成によれば、下記の効果を奏する。
１．治療計画では鈍らせた仮想のビームを使用することが可能であり、実際の細いビームを使用して最適化計算を行う必要がないため、治療計画装置のメモリ等への負担は軽減される。
【０１４６】
２．組み合わせるビームの数やその重みを変更することでビーム幅を自在に変更できる。これにより、従来のようにリッジフィルタを新たに製作することが解消し、照射中のビーム幅の変更も容易となる。
【０１４７】
３．リッジフィルタレスとすることにより、治療計画装置１に格納するデータも基準となるビームデータのみとなり、異なるビーム幅を持つデータの再取得の必要がない。
【０１４８】
４．ビーム側方方向のビームサイズに関しても、リッジフィルタの挿入がないため拡幅を抑えることができ、線量集中性をより高いものにできる。
【０１４９】
５．しかしながら、照射標的６ｈによっては小さすぎるビームサイズにより治療計画における線量計算の時間の増大、計算機のメモリ負担を増加させてしまう。そこで、走査電磁石を用いて高速に走査し、治療計画であらかじめ決められたビーム位置を分裂、再配置し、ビームサイズを拡大する方法とした。
【０１５０】
６．従来、照射中にビームサイズを変更することは困難であった。また、リッジフィルタを通過していることで既に側方方向のビームサイズが拡幅されており、さらにビームサイズを増幅することは要求されていなかった。リッジフィルタを無くすことにより、ビームサイズが小さいままに照射することが可能になった。
【０１５１】
これにより、ビームサイズの大きさを変える自由度を得られる。このビームサイズ変更照射法により、健常組織への影響を小さくするために照射標的６ｈの辺縁部６ｈｅでは細いビームを、影響が及ばない位置に関しては治療計画装置への負担軽減のために太いビームでの照射を行うことが可能となる。
【０１５２】
７．リッジフィルタ、その駆動装置を用いずに、照射標的６ｈに対して適切なビームを照射し、健常組織への影響を最小限に抑えた治療を可能となる。すなわち、正常臓器、重要臓器への影響を抑えつつ、治療計画装置１への負担も軽減した治療を提供することができる。
【０１５３】
８．従来ビーム進行方向の鋭さを変更するために用いられたリッジフィルタは、使用ビームのビームサイズや挿入位置により製作するための条件が変わり、製作に困難をきたす場合があった。これに対して、本粒子線照射システムＳではリッジフィルタが不要であるのでこの問題点が解消される他、入れ替えのための駆動機構も不要となる。
【０１５４】
９．従来、ビームサイズを変更するためには、加速器２から治療室に至るまでのビーム輸送ラインの電磁石電流値の変更が必要であるため、調整に多くの試験時間が必要であった。これに対して、本粒子線照射システムＳの走査電磁石Ｘ・Ｙ（３ａ、３ｂ）を用いたビーム位置の再配置により、ビーム輸送ライン調整が不要となり、試験時間も大幅に短縮が可能となる。
【０１５５】
１０．以上の効果により、粒子線照射装置のさらなる高度化、小型化が促進される。また、調整時間の短縮、より柔軟な照射計画への対応が可能となり、粒子線照射のさらなる普及が期待される。
【０１５６】
１１．なお、前記実施形態、実施例で説明したものは一例であり、特許請求の範囲で様々な具体的形態、変形形態等が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明は医用工学、加速器科学に適用される。特に、陽子線、重粒子線などの粒子線がん治療装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１５８】
１      治療計画装置（照射計画装置、粒子線制御情報生成装置）
２      加速器（照射機器）
３ａ    走査電磁石Ｘ（照射機器、走査電磁石）
３ｂ    走査電磁石Ｙ（照射機器、走査電磁石）
３ｃ    正線量モニタ（照射機器）
３ｄ    副線量モニタ（照射機器）
３ｅ    位置モニタ（照射機器）
４      治療計画照射変換装置（粒子線照射制御装置、仮実情報変換部、出力部、ビーム結合制御部、照射計画変換装置、粒子線制御情報生成装置）
５      電磁石電源（照射機器）
６ｈ    照射標的
６ｈ３  スライス（一のスライス、一つのスライス）
６ｈ４  スライス（他のスライス）
６ｈｅ  辺縁部
ｂ３０〜ｂ３４、ｂ４０  ビーム（粒子線ビーム）
Ｂ３０〜Ｂ３２  仮想のビーム
ｂ４０  ビーム（粒子線ビーム、照射標的の辺縁部側の粒子線ビーム）
Ｂ４１  仮想のビーム（仮想の粒子線ビーム、照射標的の中央部側の記仮想の粒子線ビーム）
Ｃ２    照射系制御装置
Ｐ３、ｐ４１〜ｐ４４、ｐ５１〜ｐ５９  スポット（実際の照射スポット）
Ｐ４、Ｐ５、Ｐ１０  スポット（仮想の照射スポット）
Ｓ      粒子線照射システム（粒子線照射システム、粒子線照射装置）
ｓ３２、ｓ３６、ｓ４３ａ、ｓ４４ａ  スポット（実際の照射スポット）
ｓ３３、ｓ３４、ｓ３５、ｓ４１〜ｓ４４  スポット（仮想の照射スポット）
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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