(57)【要約】  照射対象に照射すべき目標照射線量分布を保存するデータ統轄管理部と、ブロード照射時の加速器および照射ノズルの各機器の動作パラメータを演算するブロード照射パラメータ演算部と、スキャニング照射時の加速器および照射ノズルの各機器の動作パラメータを演算するスキャニング照射パラメータ演算部とを備え、ブロード照射パラメータ演算部とスキャニング照射パラメータ演算部とは、協働してブロード照射とスキャニング照射の両方の照射線量の合計により、目標照射線量分布を形成するよう、ブロード照射時の加速器および照射ノズルの各機器の動作パラメータ、およびスキャニング照射時の加速器および照射ノズルの各機器の動作パラメータを演算して求めるようにした。
2016162998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器から出射される粒子線を、前記粒子線を移動させながら照射対象における位置毎の照射線量を管理して照射を行うスキャニング照射のためのスキャニング照射用部材を備えた照射ノズルからのスキャニング照射と、前記照射対象における全照射線量を管理して照射するブロード照射のためのブロード照射用部材を備えた照射ノズルからのブロード照射と、を切替えて前記照射対象に照射可能な粒子線治療装置による治療計画を作成する治療計画装置において、
前記照射対象に照射すべき目標照射線量分布を保存するデータ統轄管理部と、前記ブロード照射時の前記加速器および前記照射ノズルの各機器の動作パラメータを演算するブロード照射パラメータ演算部と、前記スキャニング照射時の前記加速器および前記照射ノズルの各機器の動作パラメータを演算するスキャニング照射パラメータ演算部とを備え、
前記ブロード照射パラメータ演算部と前記スキャニング照射パラメータ演算部とは、協働して前記ブロード照射と前記スキャニング照射の両方の照射線量の合計により、前記目標照射線量分布を形成するよう、前記ブロード照射時の前記加速器および前記照射ノズルの各機器の動作パラメータ、および前記スキャニング照射時の前記加速器および前記照射ノズルの各機器の動作パラメータを演算して求めることを特徴とする治療計画装置。
【請求項２】
前記ブロード照射は、ボーラスを用いない照射であることを特徴とする請求項１に記載の治療計画装置。
【請求項３】
前記ブロード照射は、前記照射対象の全体のディスタル形状とは異なる形状の照射領域に照射線量分布を形成するボーラスを用いた照射であることを特徴とする請求項１に記載の治療計画装置。
【請求項４】
前記ボーラスは、前記照射対象の一部のみのディスタル形状と同じ形状の照射領域に照射線量分布を形成するボーラスであることを特徴とする請求項３に記載の治療計画装置。
【請求項５】
前記ブロード照射用部材には、装置特有に予め備えられた複数のボーラスを含み、前記ボーラスは、前記複数のボーラスから選択されたボーラスであることを特徴とする請求項３に記載の治療計画装置。
【請求項６】
加速器から出射される粒子線を、照射対象における位置毎の照射線量を管理しながら照射を行うスキャニング照射のためのスキャニング照射用部材を備えた照射ノズルからのスキャニング照射と、前記照射対象における全照射線量を管理して照射するブロード照射のためのブロード照射用部材を備えた照射ノズルからのブロード照射と、を切替えて前記照射対象に照射可能な粒子線治療装置であって、
請求項１から５のいずれか１項に記載の治療計画装置により求めた、前記加速器、前記スキャニング照射の照射ノズル、および前記ブロード照射の照射ノズルの各機器の動作パラメータに従って、前記加速器、前記スキャニング照射の照射ノズル、および前記ブロード照射の照射ノズルの各機器が動作するよう制御す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】
この発明は、粒子線を照射して癌の治療を行うなど粒子線を応用する粒子線治療装置、特にその治療計画装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粒子線治療装置の粒子線照射方法には、大きく分けて２つの方法、すなわちブロード照射法とスキャニング照射法がある。ブロード照射法の一種であるワブラー法では、荷電粒子線を走査電磁石で円を描くように走査して拡散し、拡散した荷電粒子線を被照射物の形状に沿って整形して照射する。また、スキャニング照射法とは、走査電磁石で荷電粒子線を被照射物上にて走査しながら照射する方法である。一般的には、スキャニング照射法においては、照射位置毎の線量管理を行って照射を行う。一方、ワブラー法に代表されるブロード照射法では、照射位置毎の線量管理は行わず、照射領域全体としての線量管理を行って照射を行う。【０００３】
ワブラー法は、従来から使われてきた照射方法であり、臨床上の実績が多くあるというメリットがある反面、患者ごとに患部のディスタル形状を再現するためのボーラス（通常樹脂製）を制作しなければならないというデメリットがある。【０００４】
スキャニング法は、３次元形状を自由度高く照射できるというメリットがある反面、近年の技術であるため、まだ臨床上の実績がブロード照射法より多くないという点、また、治療計画の作成において最適化の計算に時間がかかるという点、等のデメリットがある。【０００５】
粒子線治療装置の照射系開発という観点からみると、まずはワブラー法の照射ノズルが開発され、続いてスキャニング法の照射ノズルが開発された。当時の装置購入者は、１つの治療室における照射系はブロード照射法の照射ノズルかスキャニング照射法の照射ノズルかを択一的に決めなければならなかったが、その後、ブロード照射もスキャニング照射も１つの照射ノズルで実現できる照射ノズルが提案され、また、１つのガントリで２つの照射系統を搭載するものも提案されるようになり（特許文献１）、治療法の自由度が高まった。【０００６】
一つの照射系統における照射ノズルにおいて、ブロード照射手段又はスキャニング照射手段の何れか一方を作動させると共に、何れか他方を荷電粒子線の照射が妨げられないように退避状態とする照射ノズルも知られている（特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１５８４７９号公報
【特許文献２】特開２００９−２３６８６７号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２０１３／０１１５８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、２つの照射系統を搭載するガントリや、一つの照射ノズルでブロード照射とスキャニング照射に対応できる照射ノズルは実用化されてきたが、その使用方法は、１人の患者に対しては１つの照射方法を択一的に決めて照射を行う、というものにすぎなかった。これでは、ブロード照射法を選択した場合にはブロード照射法の前記デメリットが、スキャニング照射法を選択した場合にはスキャニング照射法の前記デメリットが、依然として残ってしまうという問題があった。【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、１つの患部に対してブロード照射とスキャニング照射を行うことで、それぞれの長所を生かした自由度の高い高精度の照射を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、加速器から出射される粒子線を、粒子線を移動させながら照射対象における位置毎の照射線量を管理して照射を行うスキャニング照射のためのスキャニング照射用部材を備えた照射ノズルからのスキャニング照射と、照射対象における全照射線量を管理して照射するブロード照射のためのブロード照射用部材を備えた照射ノズルからのブロード照射と、を切替えて照射対象に照射可能な粒子線治療装置による治療計画を作成する治療計画装置において、照射対象に照射すべき目標照射線量分布を保存するデータ統轄管理部と、ブロード照射時の加速器および照射ノズルの各機器の動作パラメータを演算するブロード照射パラメータ演算部と、スキャニング照射時の加速器および照射ノズルの各機器の動作パラメータを演算するスキャニング照射パラメータ演算部とを備え、ブロード照射パラメータ演算部とスキャニング照射パラメータ演算部とは、協働してブロード照射とスキャニング照射の両方の照射線量の合計により、目標照射線量分布を形成するよう、ブロード照射時の加速器および照射ノズルの各機器の動作パラメータ、およびスキャニング照射時の加速器および照射ノズルの各機器の動作パラメータを演算して求めるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に関わる治療計画装置によれば、治療計画の作成が短時間ででき、また様々な形状の患部に精度よく線量を付与する粒子線治療装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１による治療計画装置を含む粒子線治療装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の治療計画装置を適用する粒子線治療装置に搭載される照射ノズルの一例における、スキャニング照射用部材を備えた状態の側面図である。
【図３】本発明の治療計画装置を適用する粒子線治療装置に搭載される照射ノズルの一例における、ブロード照射用部材を備えた状態の側面図である。
【図４】本発明の治療計画装置を適用する粒子線治療装置に搭載される、２つの照射系統を備えた照射装置の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態１による治療計画装置により作成される治療計画の照射のイメージを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１による治療計画装置の動作フローを示すフロー図である。
【図７】本発明の実施の形態２による治療計画装置により作成される治療計画の照射のイメージを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３による治療計画装置により作成される治療計画の照射のイメージを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による治療計画装置を含む粒子線治療装置の全体構成を示すブロック図である。加速器３０から出射された粒子線ＰＢは粒子線輸送系３１を通って照射ノズル２０に導かれる。照射ノズル２０には種々の部材が備えられており、ブロード照射とスキャニング照射を切替えて照射対象である患者４０の患部に粒子線ＰＢを照射するように構成されている。一方、粒子線を患部に対してどのように照射するかについて、予め患者の患部に応じた治療計画が治療計画装置１０により作成される。作成された治療計画に従って照射するための粒子線治療装置のそれぞれの機器の動作パラメータを求めて、それらの動作パラメータが保存される。治療時、すなわち粒子線を患者の患部に照射する際は、加速器３０、粒子線輸送系３１、照射ノズル２０などが、治療計画装置１０に保存されている各機器の動作パラメータにより動作するよう、例えば機器統轄管理装置１４から各機器に動作パラメータが送られて、治療計画に従った照射を行うように各機器が制御される。
【００１４】
図１には、治療計画装置１０の、本発明に係る概略構成も示している。データ統轄管理部１１には、患者の患部に照射すべき照射線量分布のデータが保存されている。このデータは、例えば３次元の照射領域と照射領域中の照射線量分布を表すデータとなっている。ここではこの照射線量分布を目標照射線量分布と称することとする。治療計画装置１０は、さらにブロード照射パラメータ演算部１２とスキャニング照射パラメータ演算部１３を有している。ブロード照射パラメータ演算部１２はブロード照射法により照射（ブロード照射と称する）するときの各機器のパラメータを演算する。また、スキャニング照射パラメータ演算部１３はスキャニング照射法により照射（スキャニング照射と称する）するときの各機器のパラメータを演算する。後程説明するように、本発明の治療計画装置により作成される治療計画は、ブロード照射とスキャニング照射を合わせて目標照射線量分布となるような治療計画である。このようにして作成された治療計画による各機器の動作パラメータは例えばデータ統轄管理部１１に保存され、治療時に、保存された動作パラメータにより各機器が動作するよう、例えば機器統轄管理装置１４から各機器に必要な動作パラメータが送られて、各機器が動作する。
【００１５】
図２および図３に、スキャニング照射とブロード照射とを切替えて照射できる照射ノズルの構成の一例を示す。図２は、スキャニング照射の場合の照射ノズル２０の構成の一例を示している。この装置は例えば特許文献３に開示されている。図２において、加速器３０から出射された粒子線は、真空ダクトや偏向装置で構成される粒子線輸送系３１で輸送され、照射ノズル２０では、真空領域を確保する連通した真空ダクト２１、およびスキャニング照射用真空ダクト２２を通って、粒子線を取り出すビーム取り出し窓２３ａから大気中に取り出されて、照射対象である患部に照射される。粒子線は、走査電磁石２５a、２５ｂ（あわせて走査電磁石２５とも称する）により照射対象を走査する。照射ノズル２０は、また、ブロード照射の機器配置の構成に切り替えるため、スキャニング照射用真空ダクト２２をビームライン１００（ビームラインの中心を符号１００の一点鎖線で示している。）から退避させる真空ダクト移動機構２６、真空ダクト２１の取り合いフランジ面２７、真空ダクト２１の、走査電磁石２５の直前にて真空領域を分断するためのゲートバルブ２８、粒子線を照射野にあわせて散乱させるための散乱体４１を備えている。さらに、粒子線のブラックピークを深さ方向に広げるためのリッジフィルタ４２、粒子線の飛程を調整するためのレンジシフタ４３なども備えている。ここで、リッジフィルタ４２、レンジシフタ４３はビームライン１００と平行な方向に移動可能なように、リッジフィルタ移動機構２６１に取り付けられている。
【００１６】
次に動作について説明する。スキャニング照射する場合、粒子線はビームの散乱をできる限り抑えて、ビーム照射位置でのビームスポットサイズを小さくするために、ビーム照射位置手前まで真空ダクトを配置する構成とする。この時、散乱体４１は不要であるため、真空ダクト２１内でビームライン１００横に退避させておく。粒子線が陽子線である照射の場合、スキャニング照射においては、リッジフィルタ４２は不要であるが、他の粒子線では、エネルギー幅を若干拡げるためにリッジフィルタを用いる場合がある。例えば、炭素などの重粒子線の場合、ブラックピーク幅は陽子に比べて非常に鋭いため、照射時間を削減するために、１回の走査である程度の深さ幅を照射するようある程度（数ｍｍ）の拡大ブラックピーク（ＳＯＢＰ）を形成するためにリッジフィルタを用いることがある。ただし、この際のリッジフィルタはＳＯＢＰ幅を数ｍｍに拡げるリッジフィルタであって、バーリッジの高さはＳＯＢＰ幅以下で良く、例え配置位置が照射対象から離れていなくても、ブロード照射用のリッジフィルタよりもはるかに製作が容易なリッジフィルタを用いることができる。また、粒子線の到達深さ（飛程距離）は粒子線のエネルギーで決まるので、エネルギービームの飛程距離を変化させるには粒子線のエネルギーを変化させる必要がある。エネルギーの変化を、加速器のエネルギー調整のみで実施することは、エネルギーの切替に時間を要するという問題がある。このため、粒子線のエネルギーを変化させるために、粒子線のエネルギーを低減させるレンジシフタを使用する場合がある。レンジシフタで粒子線が散乱することを考えると、レンジシフタはできるだけ下流側、つまり、照射対象にできるだけ近い位置に配置することが望ましい。したがって、スキャニング照射においてリッジフィルタ４２やレンジシフタ４３を用いる場合、図２のような配置が好ましい。
【００１７】
次に、スキャニング照射から、ブロード照射に切り替える場合を説明する。図３に、図２に示した照射ノズル２０において、スキャニング照射からブロード照射に切り替えた照射ノズル２０の状態を示す。スキャニング照射ではビームスポットサイズが拡がらないよう、照射位置近くまでスキャニング照射用真空ダクト２２を配置する構成としていた。一方、ブロード照射では、粒子線のエネルギー幅を大きく拡げる必要があり、そのためのリッジフィルタ４２は、照射対象から離れた位置に配置する必要がある。本実施の形態１による粒子線治療装置においては、走査電磁石２５の下流のスキャニング照射用真空ダクト２２をすべて取り外して、ビームライン１００上から退避させることで、大きいスペースを確保できるようにしている。
【００１８】
図２において、スキャニング照射用真空ダクト２２は、走査電磁石２５の下流のフランジ面２７にて真空ダクト２１から切り離すことが可能な構成となっている。また、スキャニング照射用真空ダクト２２をフランジから取り外した際に、スキャニング照射用真空ダクト２２を受ける駆動ベースと駆動レールを備えた真空ダクト移動機構２６により、スキャニング照射用真空ダクト２２をスライドさせて、ビームライン１００上から、容易にビームライン１００に重ならない位置に退避させる構成となっている。
【００１９】
スキャニング照射用真空ダクト２２を取り外した後、真空ダクト取り合いフランジ面２７は真空の最終面となるため、図３に示すように、このフランジ面２７にビーム取り出し窓２３ｂを取り付ける。スキャニング照射用真空ダクト２２を、真空ダクト移動機構２６によりスライドさせることでできたスペースに、リッジフィルタ４２をリッジフィルタ移動機構２６１により、フランジ面２７に近づける方向に移動してビーム取り出し窓２３ｂの直下まで上昇させて設置する。このとき、リッジフィルタ４２は、スキャニング照射用から、ブロード照射用に取り換える。また、レンジシフタ４３も必要に応じて上下させ、必要に応じてボーラス４４、患者コリメータ４５を装着する。また、スキャニング照射のときにはビームライン１００から退避させていた散乱体４１をビームライン１００上に移動させる。ワブラー法によるブロード照射では、必ずしも散乱体４１でビームを拡げる必要は無く、走査電磁石２５により粒子線を円を描くように走査してビームを拡散して照射する。
【００２０】
これらにより、ブロード照射が可能となる。ボーラス４４、患者コリメータ４５はレンジシフタ４３の下面に挿入用のホルダーをレールなどで取りつける構成としておくことで、容易に設置可能である。また、リッジフィルタ４２、レンジシフタ４３の挿入は、エアもしくはモータでの直進駆動機構もしくは回転駆動機構を用いることで実現可能である。また、上記ではスキャニング照射用真空ダクト２２の退避はスライド式による構成としたが、回転式の支持機構を設けて、フランジと挿入スペースを支持機構の回転によって切替える方法でも実現可能である。
【００２１】
スキャニング照射用真空ダクト２２より粒子線の上流側に真空の分離面がなく、スキャニング照射用真空ダクト２２が上流から連通している場合、スキャニング照射用真空ダクト２２を取り外すことで、ビーム輸送系のすべての真空が破られることになる。この場合、真空度を上げる作業に時間がかかってしまうため、走査電磁石２５の直ぐ上流側にゲートバルブ２８を配置するのが好ましい。ゲートバルブ２８の位置は、走査電磁石２５の直ぐ下流側であっても良い。スキャニング照射用真空ダクト２２を取外す際は、ゲートバルブ２８を閉めることにより、真空度への影響はゲートバルブ２８より下流側のみに抑える事が出来る。この際、ゲートバルブ２８が最終のビーム取り出し窓の役割を兼ねる構成にすれば、ビーム取り出し窓２３ｂを新たに取り付ける必要性がなくなり、切替えをより短時間で実施することが可能となる。
【００２２】
以上のようにして、図２、図３に示した照射ノズル２０により、スキャニング照射とブロード照射を切替えて粒子線を照射することができる。
【００２３】
ブロード照射とスキャニング照射を切替えて粒子線を照射できる装置としては、ブロード照射のための照射ノズルを備えた第一の照射系統と、スキャニング照射のための照射ノズルを備えた第二の照射系統の２つの照射系統を備え、この２つの照射系統を切替えることによりブロード照射とスキャニング照射を行うことができるようにするものでもよい。このような照射装置はすでに特許文献１に開示されている。
【００２４】
図４は２つの照射系統を備えた照射装置の一例を示す概略図である。この照射装置２００は、いわゆるガントリ型の照射装置であり、ガントリに第一照射系統２０１と第二照射系統２０２の２つの照射系統を備えている。切替部３３により第一照射系統２０１と第二照射系統２０２に粒子線を切替えて輸送する。粒子線が第一照射系統２０１に輸送されるように切替えられた場合、第一照射系統に備えられた第一照射ノズル２１０からの照射が行われる。粒子線が第二照射系統２０２に輸送されるように切替えられた場合、第二照射系統２０２に備えられた第二照射ノズル２２０からの照射が行われる。
【００２５】
ここで、第一照射ノズル２１０にはブロード照射用の部材を備えており、第二照射ノズル２２０にはスキャニング照射用の部材を備えている。第一照射系統に切替えられたときはブロード照射を行い、第二照射系統に切替えられたときはスキャニング照射を行う。第一照射系統に切替えられたときと第二照射系統に切替えられたときとで、ガントリを回転させなければ、ブロード照射とスキャニング照射は１８０度異なる方向から行われることになる。また、例えば第一照射系統から第二照射系統に切替えられたとき、ガントリを１８０度回転すれば、ブロード照射とスキャニング照射は同じ方向から行われることになる。
【００２６】
以上のように、図２、図３で説明した、照射ノズルに備えた部材を切替えることによりブロード照射とスキャニング照射を行うことができるようにした照射ノズル２０や、図４で説明した、ブロード照射用の第一照射ノズル２１０を備えた第一照射系統２０１とスキャニング照射用の第二照射ノズル２２０を備えた第二照射系統２０２を切替えることによりブロード照射とスキャニング照射を行うことができるようにした照射装置２００などにより、同一の患部に対してブロード照射とスキャニング照射を行うことができる。
【００２７】
スキャニング照射、ブロード照射ともに、照射ノズル内に粒子線の線量を測定する線量モニタを備えているが、スキャニング照射とブロード照射では、線量の管理の仕方が異なる。スキャニング照射では、例えば粒子線を停留と移動を繰り返して照射するスポットスキャニング照射法における照射のように、粒子線を移動させながら照射領域内の各位置毎に粒子線の照射線量を管理して照射する。また、ブロード照射には、ワブラー法のように粒子線を円を描くように走査して拡散する照射方法や、粒子線は移動させず散乱体によりビームを拡散して照射する方法などがあるが、いずれのブロード照射の方法においても、ブロード照射領域内の位置毎の照射線量は管理せず、照射領域全体に照射された全照射線量を管理して照射する。
【００２８】
次に、上記で説明したスキャニング照射とブロード照射の両方の照射を、切替えて実行可能な照射装置を用いて、同じ照射対象、すなわち患部に行うことにより、ブロード照射とスキャニング照射を合わせて目標照射線量分布となるような治療計画を作成する方法を説明する。
【００２９】
図５に、本発明の実施の形態１による治療計画装置により作成される治療計画の照射のイメージを示す。図５（Ａ）は、患部、すなわち照射領域を示す、粒子線ＰＢの照射中心軸を含む断面図、図５（Ｂ）は照射中心軸に垂直な方向の断面図である。患部すなわち照射領域１の中に、まずブロード照射する照射領域、すなわちブロード照射領域２を設定する。その上で、照射領域１の中でブロード照射領域２以外の部分をスキャニング照射する領域、すなわちスキャニング照射領域３として設定する。本実施の形態１では、ブロード照射を、ボーラス４４は用いないで照射する。ボーラス４４を用いず、リッジフィルタ４２のみ、あるいはリッジフィルタ４２およびレンジシフタ４３のみを用いてブロード照射法により照射すると、ブロード照射による照射領域は、例えば図５（Ａ）のブロード照射領域２に示すように、照射領域の下面および上面がフラットな照射領域となる。図５（Ｂ）の断面では、例えば患者コリメータ４５による粒子線の成形の仕方や、ワブラー法において粒子線を走査する領域を制御することによりブロード照射領域２を種々の形状とすることができる。以上により、ブロード照射領域２は柱状の領域になる。
【００３０】
例えば、ブロード照射領域２は、照射領域１に内接する領域として設定する。簡単に説明すれば、この設定により、照射領域１のうち、ブロード照射領域２以外の部分が残り、この部分をスキャニング照射法により照射するスキャニング照射領域３とすればよいことになる。厳密に言えば、ブロード照射によって線量が付与された領域には、目標線量に達しない領域も部分的には存在する。いずれにしても、スキャニング照射によって付与すべき照射線量分布Ｄｓ（ｘ、ｙ、ｚ）は、全体の目標照射線量分布Ｄから前記ブロード照射領域に対してブロード照射を行ったことによる照射線量分布（計算結果）を引いたものとすればよい。
Ｄｓ（ｘ、ｙ、ｚ）＝Ｄ（ｘ、ｙ、ｚ）―Ｄｂ（ｘ、ｙ、ｚ）  （１）
【００３１】
結果的に照射領域１は、（１）ブロード照射のみによって照射される領域と、（２）スキャニング照射のみによって照射される領域と、（３）ブロード照射及びスキャニング照射の双方によって照射される領域（図５の照射領域４で示す部分）と、に分けることが出来る。
【００３２】
従来のスキャニング照射法を前提とした治療計画の立案は、照射領域１全域の目標照射線量分布Ｄに対して照射角度や各管理点に対する照射量、さらには前記各管理点をつなぐ走査パス（走査軌道）等を決定するための最適化問題を解かなかければならなかった。本願発明に係る治療計画装置における治療計画の立案は、数式（１）により求めたスキャニングの目標照射線量分布Ｄｓに対してのみ最適化問題を解けばよいため、最適化のための計算時間が短縮できる。なお、当然のことながらスキャニングの目標照射線量分布Ｄｓを実現するための最適化の手法（計算アルゴリズム）は、従来の最適化手法と同じものを用いてよい。
【００３３】
繰り返しになるが、イメージとしては、ブロード照射によって付与される線量はいわゆる確定分量として、残りの部分がスキャニング照射によって付与される線量が未確定分量としてあり、この未確定分量を出来る限り目標分量に近づけるために最適化する、という原理である。
【００３４】
各工程、すなわち治療計画装置の動作フローを図６に示す。まず、ブロード照射パラメータ演算部１２は、前述のブロード照射領域２が照射領域１に内接する領域となるように、かつ、スキャニング照射によりブロード照射領域２にも線量が付与されることを考慮して、ブロード照射によるいずれの箇所の付与線量も目標線量を超えないように、ブロード照射各機器のパラメータを求める（ステップＳ１）。次に、スキャニング照射パラメータ演算部１３は、数式（１）に従いスキャニング照射の目標照射線量分布Ｄｓ（ｘ、ｙ、ｚ）を計算する（ステップＳ２）。さらにスキャニング照射パラメータ演算部１３は、目標照射線量分布Ｄｓに対して最適化問題を解き、スキャニング照射各機器のパラメータを求める（ステップＳ３）。これら、求めた各機器のパラメータは機器統轄管理装置１４に送られる。
【００３５】
患者の治療時、すなわち粒子線の照射時には、例えば、照射ノズルの部材が、まずブロード照射の部材となるよう設定し、機器統轄管理装置１４から送られたブロード照射のパラメータにより各機器が動作することにより、患部にブロード照射の照射線量分布Ｄｂが付与される。その後、照射ノズルの部材がスキャニング照射の部材となるよう設定とし、機器統轄管理装置１４から送られたスキャニング照射のパラメータにより各機器が動作することにより、患部にスキャニング照射の照射線量分布Ｄｓが付与される。この両者の照射により患部には、Ｄｂ＋Ｄｓ＝Ｄの照射線量分布が付与されることになる。Ｄｂ＋Ｄｓ＝Ｄとなればよいため、ブロード照射とスキャニング照射の順番はどちらが先であっても構わない。
【００３６】
以上のように、治療計画装置１０において、ブロード照射とスキャニング照射の両者により患部に目標照射線量分布を形成するよう治療計画を行い、その治療計画に従って粒子線を照射するようにしたことにより次のような効果がある。ブロード照射法は、従来から用いられてきた照射方法であり、臨床上の実績が多くあるというメリットがある。しかし、照射領域を種々の形状を有する患部に一致させることが難しく、患者の患部毎に患部形状に合わせるためのボーラスが必要となる。一方、スキャニング照射では、各機器のパラメータを制御することで様々な形状の照射領域や、様々な照射線量分布を形成することができる。しかし、治療計画の作成において、最適化の計算に時間がかかる。本発明の実施の形態１によれば、照射領域の多くの部分をブロード照射により線量を付与し、残りの、主に周辺部分をスキャニング照射により線量を付与する。これにより、スキャニング照射を行う領域が小さく、治療計画の作成が短時間ででき、また様々な形状の患部に精度よく線量を付与することができるという効果がある。さらに、スキャニング照射の照射時間が短くてよいため、例えばスキャニング照射を呼吸位相のうち患部の動きが少ない位相において行う、いわゆる呼吸同期制御により行うことが容易になる。スキャニング照射を呼吸同期制御により行うことで、より精度良く線量を付与することができるという効果がある。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態１では、ブロード照射において、ボーラスを用いなかった。通常ボーラスは、粒子線の飛程を患部の形状に合わせるように、粒子線のエネルギーの分布が患部の下面の形状（ディスタル形状）に合った飛程の分布となるよう作成される。ボーラスを用いたブロード照射では、照射線量分布を患部の下面に合わせることはできるが、一方向からの照射だけでは、患部の下面と上面両方、すなわち患部全体の形状に合わせた照射線量分布を形成することは難しい。よって、例えば下面の形状用のボーラスを用いて上面方向から照射し、上面の形状用のボーラスを用いて下面方向から照射する、といったいわゆる多門照射により患部全体に目標照射線量分布を形成することが行われている。
【００３８】
実施の形態２では、例えば、下面の形状用のボーラスのように、照射対象の一部のみのディスタル形状と同じ形状の照射領域に照射線量分布を形成するボーラスを用いてブロード照射を行い、このブロード照射で線量を付与できない部分をスキャニング照射により線量を付与する、という照射を行う。この照射のイメージを図７に示す。図７に示すように、ボーラスとして、粒子線ＰＢが入射する側と反対側、すなわち照射領域１の下面のディスタル形状に合ったブロード照射領域２を形成するボーラス４４を用いる。このボーラス４４のみでは患部上面の形状に合わせたブロード照射領域２を形成することはできない。このため、照射領域１のうちブロード照射で照射線量分布を形成できない部分をスキャニング照射領域３として、スキャニング照射により線量を付与する。
【００３９】
この場合、粒子線の入射側のみスキャニング照射により照射線量分布を形成すればよいため、スキャニング照射の治療計画の作成が実施の形態１よりもさらに短時間でできる。またスキャニング照射の照射時間が短くて済むため、例えばスキャニング照射を呼吸同期で行うことが容易になる。スキャニング照射を呼吸同期で行うことにより、より精度良く線量を付与することができるという効果がある。
【００４０】
実施の形態３．
実施の形態２では、ブロード照射において、患部の一部のディスタル形状に合わせたボーラスを用いて照射するようにした。従来、ボーラスは患者の患部に合わせて、患者固有のボーラスとして患者毎にその都度製作されていた。本実施の形態３では、患者固有のボーラスを用いるのではなく、ブロード照射において、装置固有に予め準備された異なる形状の複数のボーラスのうちから、患部のディスタル形状に近いボーラスを選択して用いることを特徴とする。ここでは、異なる形状の複数のボーラスを汎用ボーラスと呼ぶことにする。
【００４１】
汎用ボーラスを用いた本実施の形態３による照射のイメージを図８に示す。例えばＮ個の汎用ボーラスを保管する汎用ボーラスボックス４４０から一つの汎用ボーラス４４１を選択してブロード照射時の照射ノズルに装着する。患部形状とは関係なく予め準備されたＮ個の汎用ボーラスのうちの一つの汎用ボーラスを用いる場合、ブロード照射領域を患部のディスタル形状と一致させることは難しい。用いる汎用ボーラスは、複数の汎用ボーラスの中から、好ましくは患部のディスタル形状に内接するブロード照射領域２を形成する汎用ボーラス４４１を選択して用いる。ブロード照射は選択した汎用ボーラスを用いて行う。選択した汎用ボーラス４４１のみでは照射領域１全体に線量を付与することはできない。このため、照射領域１のうちブロード照射で照射線量分布を形成できない部分をスキャニング照射領域３として、スキャニング照射により線量を付与する。
【００４２】
これにより、ブロード照射をボーラスを用いずに行う実施の形態１に比較して、スキャニング照射領域３が小さくなるため、スキャニング照射の治療計画の作成が実施の形態１よりもさらに短時間でできる。またスキャニング照射の照射時間が短くて済むため、例えばスキャニング照射を呼吸同期で行うことが容易になる。スキャニング照射を呼吸同期で行うことにより、より精度良く線量を付与することができるという効果がある。
【符号の説明】
【００４３】
１  照射領域、２  ブロード照射領域、３  スキャニング照射領域、１０  治療計画装置、１１  データ統轄管理部、１２  ブロード照射パラメータ演算部、１３  スキャニング照射パラメータ演算部、２０  照射ノズル、２１０  第一照射ノズル、２２０  第二照射ノズル、３０  加速器、４４  ボーラス、４４１  汎用ボーラス。
【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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【国際調査報告】
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