(57)【要約】      （修正有）【課題】治離散スポット照射と連続ビーム照射が混在する照射における最適なビーム強度を決定するための療計画装置および粒子線治療システムを提供する。【解決手段】荷電粒子ビームを照射する照射領域を、前記荷電粒子ビームの進行方向に複数の層に分割して、前記層に、前記荷電粒子ビームの照射位置となる複数の照射スポットを配置するスポット決定部１と、予め設定された線量分布変化の条件の範囲でビーム強度を変化させて照射時間を評価し、前記層毎のビーム強度を決定するビーム強度決定部２を備えた療計画装置および粒子線治療システムである。【選択図】図１
2018114127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを照射する照射領域を、前記荷電粒子ビームの進行方向に複数の層に分割して、さらに前記層を分割して複数の照射スポットを決定するスポット決定部と、
予め設定された誤差線量による線量分布変化を抑制する条件に基づき、前記層のビーム強度を決定するビーム強度決定部とを有することを特徴とする治療計画装置。
【請求項２】
請求項１に記載の治療計画装置であって、
前記誤差線量による線量分布変化を抑制する条件が、前記層内の前記照射スポットの内、前スポットからの移動の際に前記荷電粒子ビームの照射が停止される前記照射スポットの割合に基づき設定されていることを特徴とする治療計画装置。
【請求項３】
請求項１に記載の治療計画装置であって、
前記誤差線量による線量分布変化を抑制する条件が、前記層内の線量変化の最大値に基づき設定されていることを特徴とする治療計画装置。
【請求項４】
請求項１に記載の治療計画装置であって、
前記ビーム強度決定部は、前記ビーム強度を設定可能な最大値から順に、予め設定された変化幅ずつ低下させて、前記条件を満たしたときのビーム強度に決定することを特徴とする治療計画装置。
【請求項５】
請求項１に記載の治療計画装置であって、
前記ビーム強度決定部は、前記ビーム強度を、前記条件を満たすもののうち、照射時間が最短となるビーム強度に決定することを特徴とする治療計画装置。
【請求項６】
粒子を加速する加速器と、
前記加速されたビームを輸送するビーム輸送系と、
前記輸送されたビームを照射する照射ノズルと、
請求項１に記載された治療計画装置とを有する粒子線治療システム。
【請求項７】
請求項６に記載された粒子線治療システムであって、
前記照射ノズルに設けられた位置モニタでビーム位置若しくは幅を演算する為に必要な照射線量より、停止中の照射線量より大きくなるような条件に、前記誤差線量による線量分布変化を抑制する条件が設定されていることを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項８】
請求項６に記載された粒子線治療システムであって、
前記誤差線量による線量分布変化を抑制する条件が、前記照射ノズルに設けられた位置モニタでスポット位置及び幅の演算に要する時間に基づき設定されていることを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項９】
請求項６に記載された粒子線治療システムであって、
前記誤差線量による線量分布変化を抑制する条件が、移動中と停止中の照射線量の比に基づき設定されていることを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項１０】
荷電粒子ビームを照射する照射領域を、前記荷電粒子ビームの進行方向に複数の層に分割して、さらに前記層を複数の照射スポットに分割して照射計画を決定する治療計画装置であって、
複数の前記層の中に、次の前記照射スポットに移動する際に前記荷電粒子ビームの照射を停止しない場合と、次の前記照射スポットに移動する際に前記荷電粒子ビームの照射を停止する場合が混在する前記層を有し、
前記層ごとの前記荷電粒子ビームの強度は、予め設定された誤差線量による線量分布の変化を抑制する条件の範囲で、前記荷電粒子ビームの強度を決定することを特徴とする治療計画装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の治療計画装置であって、
誤差線量による線量分布の変化を抑制する前記条件とは、前記層内の前記照射スポットの内、前スポットからの移動の際に前記荷電粒子ビームの照射が停止される前記照射スポットの割合を用いることを特徴とする治療計画装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の治療計画装置であって、
前記層ごとの前記荷電粒子ビームの強度は、前記荷電粒子ビームの強度を設定可能な最大値から、予め設定された変化幅ずつ低下させて、前記層内の前記照射スポットの内、前スポットからの移動の際に前記荷電粒子ビームの照射が停止される前記照射スポットの割合が、予め設定された条件を満たした時の前記荷電粒子ビームの強度に決定することを特徴とする治療計画装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の治療計画装置であって、
前記層ごとの前記荷電粒子ビームの強度は、前記荷電粒子ビームの強度を予め設定された変化幅で変化させて、前記層内の前記照射スポットの内、前スポットからの移動の際に前記荷電粒子ビームの照射が停止される前記照射スポットの割合と照射に要する時間を算出し、予め設定された条件を満たす中で照射時間が最短となる前記荷電粒子ビームの強度に決定することを特徴とする治療計画装置。
【請求項１４】
請求項１２乃至１３に記載の治療計画装置において、
前記層内の前記照射スポットの内、前スポットからの移動の際に前記荷電粒子ビームの照射が停止される前記照射スポットの割合の最大許容値を設定する表示部を有することを特徴とした治療計画装置。
【請求項１５】
荷電粒子ビームを加速する加速装置と、
前記荷電粒子ビームを照射する照射領域を前記荷電粒子ビームの進行方向に分割してなる層に配置された複数の照射スポットに荷電粒子ビームを出射する照射装置と、
前記加速装置及び前記照射装置を制御する制御装置と、
前記照射スポットの照射方法を決定する治療計画装置を備えた粒子線治療装置であって、
複数の前記層の中に、次の前記照射スポットに移動する際に前記荷電粒子ビームの照射を停止しない場合と、次の前記照射スポットに移動する際に前記荷電粒子ビームの照射を停止する場合が混在する前記層を有し、
前期治療計画装置は、
前記照射スポットの照射位置、照射線量、前記荷電粒子ビームの強度、次の前記照射スポットへ移動する際に前記荷電粒子ビームを停止するかどうかを決定し、
前記層ごとの前記荷電粒子ビームの強度は、予め設定された誤差線量による線量分布の変化を抑制する条件の範囲で、前記荷電粒子ビームの強度が決定される
ことを特徴とする粒子線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンクロトロンあるいはサイクロトロンなどの粒子線加速器により加速された荷電粒子ビームを、がん患部に照射してがん治療を行う粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子線治療において患部に荷電粒子ビームを照射させる方法として、荷電粒子を直接走査しながら照射対象に照射するスキャニング照射法が知られている。粒子線スキャニング照射には、患部を一様な線量で照射するために複数の走査方式がある。離散スポット照射と呼ばれるスキャニング照射法では、患部にビームを照射していく照射スポットを配置し、各照射スポットの目標照射量を治療計画装置によって決める。照射していく時は、荷電粒子ビームの照射位置と照射量を測定しており、決められた照射スポットに所定の照射量だけビームを照射していく。一つの照射スポットのビーム照射が完了すると、一度ビームを停止（オフ）して、次の照射スポットに移動し再度ビームをオンして照射する。これをすべての照射スポットで繰り返して照射が完了する。患部の深さ方向のエネルギー変更には、荷電粒子ビームのエネルギーを加速器で変更して深さ方向の照射スポットを変化させる。
【０００３】
また、別の走査方式として連続ビーム照射と呼ばれる照射法があり、これは照射スポットで線量が満了すると次の照射スポットに移動するのは離散スポットと同じであるが、照射スポット間を移動する間もビームを照射したまま移動する照射法である。連続ビームによるスキャニング照射では、照射スポット間に荷電粒子ビームが照射する線量も考慮した上で、患部を一様な線量で照射できるような照射計画を治療計画装置で計算しておく必要がある。
【０００４】
特許文献１には、離散スポット照射ならびに連続ビーム照射の場合に、治療装置の誤差による線量分布を考慮してビーム強度を決定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４８７７７８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、離散スポット照射もしくは連続ビーム照射の場合におけるビーム強度の決定は可能であるが、離散スポット照射と連続ビーム照射が混在する照射におけるビーム強度の決定はできない。
【０００７】
遠隔スポットがある場合や小線量のスポットが連続している場合、線量分布の悪化抑制及び治療装置の制御上の制限から、離散スポット照射と連続ビーム照射が混在させたほうがよい場合がある。
【０００８】
連続ビーム照射から離散スポット照射に切り替る離散化の際に発生する遅延線量は線量分布を悪化させる可能性がある。ビーム強度を下げればその影響を低減できるため、離散化されるスポット数を低減し線量分布を向上させる為にビーム強度を低下させると照射時間が増大する。一方、ビーム強度が大きい場合、照射時間は低減できるが、離散化スポット数が増大して線量分布が悪化する可能性がある。このように、照射時間と線量分布がトレードオフの関係にある場合にビーム強度を決定する方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【００１０】
本発明では、治療計画装置は、荷電粒子ビームを照射する照射領域を、前記荷電粒子ビームの進行方向に複数の層に分割して、前記層に、前記荷電粒子ビームの照射位置となる複数の照射スポットを配置するスポット決定部と、予め設定された線量分布変化の条件の範囲でビーム強度を変化させて照射時間を評価し、前記層毎のビーム強度を決定するビーム強度決定部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、離散スポット照射と連続ビーム照射が混在する粒子線スキャニング照射において、線量分布の悪化抑制と照射時間の短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】粒子線治療システムの全体構成を示す図である。
【図２】粒子線スキャニング照射ノズルを示す図である。
【図３】患部をスキャニング照射していく時の、同じエネルギーで照射する層と荷電粒子ビームと照射スポットを示す図である。
【図４】患部をスキャニング照射していく時の深さ方向の線量分布を示す図である。
【図５】連続ビーム照射を示す図である。
【図６】離散スポット照射を示す図である。
【図７】連続ビーム照射と離散スポット照射が混在するスキャニング照射を示す図である。
【図８】連続ビーム照射の制御を示す図である。
【図９】離散スポット照射の制御を示す図である。
【図１０】連続ビーム照射と離散スポット照射が混在するスキャニング照射の制御を示す図である。
【図１１】離散化の条件を説明する図である。
【図１２】本発明の第１の実施例を示すフローチャートである。
【図１３】表示部３の入力画面例を示す図である。
【図１４】スポットファイルを示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［実施形態１］
本発明を実施する具体的な形態について、図を用いて詳しく説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態である粒子線治療システムの全体構成を示す。粒子線治療システムは、荷電粒子ビーム（以下、ビーム）９０を加速する加速器２０と、加速されたビーム９０を照射ノズルまで輸送するビーム輸送系３０と、患部にビームを照射する照射ノズル４０と、治療台５０と、治療計画を作成する治療計画装置１０と、全体制御装置１１と、加速器・ビーム輸送系制御装置１２と、照射ノズル制御装置１３を備える。ここで、治療計画装置１０は、スポット決定部１と、ビーム強度決定部２と、表示部３を備える。また、加速器２０は、入射器２１とシンクロトロン加速器２２を備える。加速器２０で光速の６、７割まで加速されたビーム９０は、ビーム輸送系３０に配置された偏向電磁石３１により真空中を磁場で曲げられながら照射ノズル４０まで輸送される。照射ノズル４０でビーム９０は照射領域の形状に合致するように整形され、照射対象に照射される。照射対象は、例えば治療台５０に横になった患者５の患部５１などである。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態である粒子線スキャニング用の照射ノズル４０を示す。照射ノズル４０では、水平、垂直方向用の走査電磁石４１Ａ、４１Ｂにより二次元平面内にビーム９０を走査する。走査電磁石４１Ａ、４１Ｂにより走査されたビーム９０は、患部５１に照射される。線量モニタ４２は各照射スポットに照射されたビーム９０の照射量を測定する。線量モニタ制御装置７２は、各照射スポットに照射する照射量を制御する。位置モニタ４３は各照射スポットのビーム位置（例えば重心の位置）を計測する。位置モニタ制御装置７３は、位置モニタ４３で計測したビーム位置のデータをもとに照射スポットの位置及び幅の演算を行い、ビーム９０の照射位置を確認する。リッジフィルタ４４は、ブラッグピークを太らせるために必要な場合に使用する。また、レンジシフタ４５を挿入してビーム９０の到達位置を調整しても良い。
【００１６】
スキャニング照射は、あらかじめ図１に示す治療計画装置１０で患部を一様な線量で照射するための照射スポットの位置と各照射スポットに対する目標照射量を計算する。粒子線スキャニング照射を図３に示す。患部５１を層５２に分割し、各層５２内は同じエネルギーのビーム９０で照射していく。層５２内には照射スポット５３が配置される。  
図１に示す治療計画装置１０で計算された患者毎のデータは、図１に示す粒子線治療システムの全体制御装置１１に送られる。全体制御装置１１から加速器・ビーム輸送系制御装置１２にエネルギー変更、ビームの出射信号又は出射停止信号などを出力する。全体制御装置１１から各照射スポットの座標値、照射量を照射ノズル制御装置１３に送る。照射スポットの座標値は、走査電磁石４１Ａ、４１Ｂの励磁電流値に変換されて、図２に示す走査電磁石電源制御装置７１に送られる。
【００１７】
治療計画装置で配置されたある照射スポット５３に対して、定められた照射量のビーム９０を照射すると、次の照射スポット５３を照射する。ある層５２の照射が完了すると、次の層５２の照射を行う。まず、ビーム進行方向、すなわち患部深さ方向の照射位置変更には、ビームのエネルギーを変更する。ビームのエネルギーが変化すると、ビームの体内到達位置が変わる。エネルギーの高い荷電粒子ビームは、体内の深い位置まで到達し、エネルギーの低い荷電粒子ビームは体内の浅い位置までしか到達しない。粒子線スキャニング照射では、深さ方向の一様な線量分布形成にビームのエネルギーを変更して、照射量を適切に配分することにより深さ方向のSOBP(Spread Out Bragg Peak)を形成する。各エネルギーの照射量を適切に配分することで各エネルギーのブラッグカーブ８１を重ね合わせて、図４に示すように深さ方向に一様な線量分布SOBP８２を形成する。
【００１８】
次に、スキャニング照射の横方向の照射について説明する。治療計画装置１０では、患部を一様な線量で照射するための照射スポットを図３に示すようにビームのエネルギー毎に配置する。図５は連続ビーム照射によるスキャニング照射を、図６は離散スポット照射によるスキャニング照射を、図７は連続ビーム照射と離散スポット照射が混在するスキャニング照射（以下、混合照射とする）を示す。黒点は、照射スポットを表し実線はビームをオンしながら照射スポット間を移動することを表し、点線はビームをオフして照射スポット間を移動していることを表す。図５に示すように、連続ビーム照射では、治療計画で決められた各照射スポットの照射量だけビームを照射すると、ビームをオフせずに次の照射スポットに移動する。そのため、照射スポットの照射量は、照射スポット間を移動中に照射する照射量と照射スポットに停止中に照射する照射量の和となる。連続ビーム照射に対応した治療計画は、あらかじめ図５の実線に示すように照射スポットを走査していく走査経路を決定する。図６に示す離散スポット照射は、図５の連続ビーム照射と同じ走査経路が示されているが、照射スポットの移動に際しビームをオフして次の照射スポットに移動する。そのため、図６で示す黒点で示すスポットでのみ線量が付与されることになる。図７に示すように、混合照射では、実線に示される走査経路ではビームを照射停止せずに次の照射スポットに移動するが、点線に示される走査経路ではビーム照射を停止後に次スポットへ移動する。以下では、この連続ビームでの照射からビームを一旦停止し、次スポットに移動する方法を離散化と呼ぶ。
【００１９】
連続ビーム照射では、照射スポット間もビームをオンしながら照射スポット間を移動することから、スポット移動中にも照射する線量を考慮して患部が一様な線量で照射する照射計画が必要である。例えば、照射スポットの間に仮想的な照射スポットを配置して、その仮想スポットに移動中の線量を代表させて線量を最適化により決定する方法を採用しても良い。また、連続ビーム照射では、照射スポット間を移動中に照射するビームによる線量を考慮するため、同じエネルギーで照射する層内で、照射スポットを走査していく走査経路を決定する必要がある。例えば、巡回セールスマンアルゴリズムを用いて、照射スポットを走査していく走査距離を最小化するように走査経路を決定する方法を採用しても良い。
【００２０】
連続ビーム照射、離散スポット照射、連続ビーム照射と離散スポット照射が混在したスキャニング照射の制御を詳細に説明する。連続ビーム照射のタイムチャートを図８に示す。図８では例としてスポット１からスポット３までの３スポットの照射を示す。加速器２０には、所定のビーム強度で照射するように図１に示す加速器・ビーム輸送系制御装置１２から指令を出す。ビームの照射を開始すると照射ノズル４０内の線量モニタ４２の電離出力が線量モニタ制御装置７２でパルス変換されパルスカウント値が増加し始め、所定の照射量を照射すると線量モニタ制御装置７２は満了信号を照射ノズル制御装置１３に送り、スポットの照射は終了する。満了信号を受けた照射ノズル制御装置１３は、位置モニタ制御装置７３から位置モニタ４３の出力信号を得て、ビームの位置、幅を演算し、所定の位置に照射されたかどうか判定する。判定した結果、ビーム位置、幅のずれが大きいときは、ビームを停止する。線量モニタ制御装置７２の満了信号により、照射ノズル制御装置１３は走査電磁石電源制御装置７１に次のスポット移動の信号を送り、次のスポットへの移動が開始される。次のスポットの電流値に到達すると、走査電磁石電源制御装置７１は移動完了信号を照射ノズル制御装置１３に送る。以上が連続ビーム照射の制御の流れである。
【００２１】
次に、離散スポット照射のタイムチャートを図９に示す。離散スポット照射では、線量満了信号を受けて、走査電磁石電流を変化させて次スポットに移動するのは連続ビームと同様である。離散スポット照射では、線量モニタ制御装置７２からの線量満了信号を受けて、照射ノズル制御装置１３が全体制御装置１１を経て、加速器・ビーム輸送系制御装置１２にビームオフ指令を送り、ビームをオフする。その後、加速器・ビーム輸送系制御装置１２はビームオフが完了した後、移動開始信号を、全体制御装置１１を経て照射ノズル制御装置１３に送る。照射ノズル制御装置１３は移動開始信号を受けて、走査電磁石電源制御装置７１に次スポットへの移動信号を送る。走査電磁石電源６１Ａ，６１Ｂの移動完了信号を受けて、加速器・ビーム輸送系制御装置１２にビームオン指令を送ることで、ビームの照射が再開されて次スポットの照射が開始される。満了信号を受けた照射ノズル制御装置１３は、ビーム位置、幅の演算を開始する。各スポット間でビームオフすることで、加速器２０の応答時間より照射量には遅れ成分が存在することになり、これによって各スポットの照射量が遅れ成分の量だけ増えてしまうことになる。このために、離散スポット照射では、停止中に限らず、すべての照射量を積算で管理することで、照射量の精度を確保する。
【００２２】
次に混合照射のタイムチャートを図１０に示す。混合照射では、線量満了信号を受けて、走査電磁石電流を変化させて次スポットに移動するのは連続ビーム照射ならびに離散スポット照射と同様である。加速器２０には、所定のビーム強度で照射するように図１に示す加速器・ビーム輸送系制御装置１２から指令を出す。ビームの照射を開始すると照射ノズル４０内の線量モニタ４２の電離出力が線量モニタ制御装置７２でパルス変換されパルスカウント値が増加し始め、所定の照射量を照射すると線量モニタ制御装置７２は満了信号を照射ノズル制御装置１３に送り、スポットの照射は終了する。次スポットが連続ビームで照射される場合、線量モニタ制御装置７２の満了信号により、照射ノズル制御装置１３は走査電磁石電源制御装置７１に次のスポット移動の信号を送り、次のスポットへの移動が開始される。次スポットが離散スポットで照射される場合、照射ノズル制御装置１３が全体制御装置１１を経て、加速器・ビーム輸送系制御装置１２にビームオフ指令を送り、ビームをオフする。その後、加速器・ビーム輸送系制御装置１２はビームオフが完了した後、移動開始信号を、全体制御装置１１を経て照射ノズル制御装置１３に送る。照射ノズル制御装置１３は移動開始信号を受けて、走査電磁石電源制御装置７１に次スポットへの移動信号を送る。走査電磁石電源６１Ａ，６１Ｂの移動完了信号を受けて、加速器・ビーム輸送系制御装置１２にビームオン指令を送ることで、ビームの照射が再開されて次スポットの照射が開始される。連続ビームならびに離散スポットのどちらで照射される場合でも、照射スポットの満了信号でビーム位置・幅の演算は開始される。なお、離散化によるビームオフの際、加速器２０の応答時間より遅延線量が存在することになり、これによって離散スポットの照射量が遅延線量の量だけ増えてしまうことになる。この遅延線量は線量分布悪化の原因となる可能性がある。
【００２３】
以上、それぞれの照射の制御方法を説明したが、連続ビーム照射は照射スポット間を移動中もビームを照射しているのに対し、離散スポットはスポット間移動中にビーム照射しないことから、連続ビームの方が離散スポットより治療時間を短くすることが可能である。しかし、制御上の制限から全てのスポットを連続ビームで照射できず、離散化する場合がある。
【００２４】
図１１を用いて離散化の条件を説明する。図１１はX方向ならびにY方向のスポット位置、ビーム強度を表す。Qmove、Qstop、Tmove、Tstopはそれぞれ移動中の照射線量、停止中の照射線量、移動時間、停止時間を表す。X方向の走査速度、Y方向の走査速度をVx、Vyとすると、移動時間は、
【００２５】
【数１】
2018114127.tif 000003
【００２６】
となる。ビーム強度がIのとき、スポットi+1の照射量をQi+1とすると、停止時間は、
【００２７】
【数２】
2018114127.tif 000004
【００２８】
である。また、Qmove、Qstopは、
【００２９】
【数３】
2018114127.tif 000005
【００３０】
と表される。位置モニタ４３でビーム位置、幅を演算する為に必要な照射線量をQminとすると、次の式(4)を満たさないスポットは、停止線量が少なくビーム位置、幅の演算ができないため、離散化して位置、幅の演算に必要な照射線量を確保する必要がある。
【００３１】
【数４】
2018114127.tif 000006
【００３２】
また、ビーム位置、幅の演算は、照射スポットの満了信号で演算が開始されるが、照射ノズル制御装置１３は前のスポットの演算が終了する前に次のスポットの満了信号を受け取ることができない。つまり、ビーム位置、幅の演算に要する時間をtminとすると、次の式(5)を満たさないスポットは離散化し、前スポットの位置、幅の演算が終了した後に照射を再開する必要がある。
【００３３】
【数５】
2018114127.tif 000007
【００３４】
式(3)に示したとおり、連続ビームで照射されるスポットにおいて移動中の照射線量はビーム強度に比例する。そのため、ビーム強度に誤差がある場合、移動中の照射線量と停止中の照射線量の割合が計画と変わる。停止中の線量に対して移動中の線量の割合が大きい場合、線量分布が悪化する可能性があるため、移動中と停止中の照射線量の比に制限を設定する場合がある。つまり、次の式(6)を満たさないスポットは離散化する必要がある。
【００３５】
【数６】
2018114127.tif 000008
【００３６】
ここでCは停止中の線量と移動中の線量の比の制限値である。
【００３７】
以上の様に、式(4)(5)(6)を満たさないスポットは離散化しなければいけないため、結果として、連続ビーム照射と離散スポット照射が混在したスキャニング照射となる。また、式(4)(5)(6)は全てビーム強度に依存するため、同一位置かつ同一線量のスポット配置であっても、ビーム強度に依存して離散化されるスポットは変化する。ビーム強度が小さい場合、離散化されるスポットは少なくなるが照射時間が増大し、ビーム強度が大きい場合、離散化されるスポットが多くなり遅延線量によって線量分布が悪化する可能性があった。
【００３８】
図１２を用いて第一の実施形態における治療計画の作成方法を説明する。治療計画装置で連続ビーム照射の照射計画を計算する時に、治療計画装置に備えられたスポット決定部１は、まず、患部５１を層５２に分割して照射スポット５３を設定する（ステップ１０１）。次に、準ニュートン法などの繰り返し計算により、患部の線量が所定の線量になるように照射量最適化を実施する（ステップ１０２）。この結果、各照射スポットの目標照射量が決まる。つぎに層内で走査経路を決定する（ステップ１０３）。走査経路の決定には、巡回セールスマンアルゴリズムなどを用いることで、走査する総距離が最小になるようにする。走査経路が決定されたあと、ビーム強度決定部２は、第１層のビーム強度の評価を開始する（ステップ１０４）。ビーム強度を設定できる最大の値Imaxに仮定し（ステップ１０５）、離散化率を算出する（ステップ１０６）。ここで、離散化率とは層内の全スポットに対する離散化されるスポットの割合を表す。遅延線量による線量分布悪化を抑制するために、予め、許容される最大の離散化率を設定しておく。算出された離散化率がその条件を満たすかどうかを判定し（ステップ１０７）、満たさない場合は、予め設定されたビーム強度の評価間隔ΔIだけ小さくしたビーム強度を再設定する（ステップ１０５）。離散化率の条件を満たしたときのビーム強度をその層のビーム強度に決定する（ステップ１０８）。同様に全ての層でビーム強度を決定した後、スポットファイルを作成する（ステップ１１０）。このようにビーム強度を決定することにより、線量分布変化が許容できる範囲で照射時間を短縮できる。
【００３９】
離散化率とは、たとえば、層内の前記照射スポットの内、前スポットからの移動の際に荷電粒子ビームの照射が停止される照射スポットの割合である。
【００４０】
上記では、離散化率を誤差線量による線量分布変化の指標として用いたが、線量分布変化を抑制する条件の設定として、ステップ１０６で遅延線量による線量分布の変化を実際に計算し、ステップ１０７では線量分布の変化を判定することも可能である。実際に線量分布を計算して判定する場合、判定基準には、標的内の線量変化の最大値や変化幅が使用できる。
【００４１】
また、これら離散率等の条件は、たとえば前述の理由により、位置モニタでビーム位置若しくは幅を演算する為に必要な照射線量、スポット位置及び幅の演算に要する時間、もしくは、移動中と停止中の照射線量の比に基づき設定することもできる。
【００４２】
図１３に治療計画装置１０の表示部３を用いて、最大許容離散化率、ビーム強度の計算間隔を入力する画面例を示す。治療計画を作成する際、この画面を用いて適切な値を設定する。
【００４３】
スポットファイルの例を図１４に示す。スポットファイルには、スポット番号、ビームのエネルギー、スポット位置（X、Y）、スポット照射量、ビーム強度、離散化フラグが示される。離散化フラグとは、離散化されるスポットを示すもので、値が0のスポットは連続ビームで照射され、値が1のスポットは離散化される。
【００４４】
［実施形態２］
本発明の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と比較して、本実施形態はビーム強度の決定方法が異なる。
【００４５】
図１５を用いて本実施形態の治療計画方法を説明する。照射スポットを設定し、層ごとに走査経路を決定するところまでは第１の実施形態と同様である。本実施形態では、設定可能範囲内でビーム強度を変化させて照射時間と離散化率を評価する。その後、離散化率の条件を満足する中で、最短の照射時間となるビーム強度を選択する（ステップ１０９）。こうすることにより、ビーム強度に対対して照射時間が単純増加とならず、極小値を持つスポットは位置においても最適なビーム強度を選択することが可能となる。
【００４６】
なお、実施例１、２で説明したシンクロトロン加速器２２の他に、サイクロトロン加速器などを用いても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１：スポット決定部
２：ビーム強度決定部
３：表示部
５: 患者
１０:治療計画装置
１１:全体制御装置
１２:加速器・ビーム輸送系制御装置
１３:照射ノズル制御装置
２０:加速器
２１:入射器
２２:シンクロトロン加速器
３０:ビーム輸送系
３１:偏向電磁石
４０:照射ノズル
４１Ａ,４１Ｂ:走査電磁石
４２:線量モニタ
４３:位置モニタ
４４:リッジフィルタ
４５:レンジシフタ
５０:治療台
５１:患部
５２:同じエネルギーで照射する患部の層
５３:照射スポット
５５:遠隔に離れた照射スポット
５６-１,２,３:照射スポットのグループ
６１Ａ、６１Ｂ：  走査電磁石電源
７１：  走査電磁石電源制御装置
７２：  線量モニタ制御装置
７３：  位置モニタ制御装置
８１：  ブラッグカーブ
８２：  SOBP(Spread Out Bragg Peak)
９０：  荷電粒子ビーム
【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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