CN103068441A - 多叶准直器、粒子射线治疗装置以及治疗计划装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于得到一种不受半影的影响、且能够形成对比度较高的照射野的多叶准直器以及粒子射线治疗装置。该多叶准直器包括：叶片列（5_Ｃ），该叶片列（5_Ｃ）将多个叶片板（5_Ｌ）的一个端面（Ｅ_Ｌ）对齐并使其排列在厚度方向上；以及叶片板驱动机构（5_Ｄ），该叶片板驱动机构（5_Ｄ）以使一个端面（Ｅ_Ｌ）相对于射束轴（Ｘ_Ｂ）靠近或远离的方式驱动各个叶片板（5_Ｌ），对于各个叶片板（5_Ｌ），叶片板和与该叶片板在厚度方向上相邻的叶片板的相对面（ＰＬ）形成于包括射束轴（Ｘ_Ｂ）上的第1轴（Ａ_ｓａ）在内的平面（Ｐ_Ｓａ）内，叶片板驱动机构（5_Ｄ）沿着以射束轴（Ｘ_Ｂ）上的第2轴（Ａ_ｓｂ）为中心的圆周轨道（Ｏ_Ｌ）来驱动叶片板（5_Ｌ），该第2轴（Ａ_ｓｂ）与射束轴（Ｘ_Ｂ）及第1轴（Ａ_ｓａ）垂直。

Description

多叶准直器、粒子射线治疗装置以及治疗计划装置

技术领域

本发明涉及多叶准直器、使用该多叶准直器的粒子射线治疗装置、以及确定该粒子射线治疗装置的工作条件的治疗计划装置，该多叶准直器适用于在使用带电粒子束的粒子射线治疗装置中形成照射野。

背景技术

粒子射线治疗是一种通过将带电粒子束照射到作为治疗对象的患部以对患部组织给予破坏来进行治疗的治疗方法，为了不使周边组织受到损害，且给予患部组织足够的剂量，需要能够适当地对照射剂量、照射范围（下面，称作照射野）进行控制的粒子射线治疗装置。在粒子射线治疗装置之中的、使用包括摆动电磁铁等扫描电磁铁的照射嘴的所谓广域照射型粒子射线治疗装置中，利用照射嘴来扩大照射野，并配置在扩大后的照射野内使透过形状发生改变的多叶准直器，从而形成与患部形状相对应的照射野。将多叶准直器配置成使得2列在厚度方向上层叠有叶片板的叶片列相对，并且通过以使各个叶片板向所相对的叶片板靠近或远离的方式来驱动该叶片板，从而形成预定的透过形状。因此，能够通过对各叶片板的物理位置进行控制，能够易于形成照射野。但是，在对叶片板进行直线驱动的情况下，在远离照射野中心的轮廓部分，与扩散方向成某个角度的带电粒子束照射到叶片板端面的一部分上，导致带电粒子束的剂量发生连续性衰减，即产生所谓的半影带。因而，考虑到射束的扩散，提出一种所谓的锥形体多叶准直器，该锥形体多叶准直器以圆形轨道对叶片进行驱动，该叶片形成为以圆弧或锥体的侧面进行分割而成的形状（例如，参照专利文献1或2）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开昭60－063500号公报（第2页右上、第2页右下～第3页左上、图2、图4）

专利文献2：日本专利特开昭63－225199号公报（第3页右下～第4页右上、第7页左下～右下、图1～图3、图12～图13）

专利文献3：日本专利特开平10－255707号公报（段落0009～0020、图1、图5）

专利文献4：日本专利特开2006－166947号公报（段落0015～0016、图1）

发明内容

发明所要解决的问题

然而，对于上述锥形体多叶准直器，假定使用由点光源扩散而成的射束。或者说是，在假定使用体积光源的情况下，不考虑因方向不同而使扩散方式不同的情况。另一方面，为了在使用带电粒子束的粒子射线装置中将照射野扩大，如专利文献3、4所示，需要对由加速器提供的较细射束进行扫描的电磁铁。而且，由于在与射束轴垂直的平面内，需要像x方向电磁铁及y方向电磁铁那样的、分别设置于2个方向的电磁铁，因此，在x方向与在y方向上进行扩散的起点变得不同。因此，即使在粒子射线治疗装置中应用上述多叶准直器，也会存在如下问题，即射束的扩散方式与多叶准直器的透过形状不一致，由此产生半影。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于得到一种不受半影的影响、且能够形成对比度较高的照射野的多叶准直器及粒子射线治疗装置。

用于解决问题的手段

本发明的多叶准直器配置在为了扩大了照射野而照射出的粒子束中，且以与照射对象相符合的方式来形成上述照射野，该多叶准直器包括：叶片列，该叶片列以使多个叶片板的一个端面对齐的方式排列在厚度方向上；以及叶片板驱动机构，该叶片板驱动机构以使上述一个端面向上述粒子束的射束轴靠近或远离上述粒子束的射束轴的方式，来分别驱动多个上述叶片板，

该多叶准直器的特征在于，各个上述叶片板和与其在厚度方向上相邻的叶片板的相对面形成于包括第1轴在内的平面上，该第1轴被设定于上述射束轴上的第1位置、且与该射束轴垂直，上述叶片板驱动机构沿着以第2轴为中心的圆周轨道来驱动上述叶片板，该第2轴被设定于上述射束轴上的第2位置、且与该射束轴及上述第1轴垂直。

另外，本发明的粒子射线治疗装置包括：照射嘴，该照射嘴利用扫描方向不同的2个电磁铁对由加速器提供的粒子束进行扫描，并进行照射以扩大照射野；以及上述多叶准直器，该多叶准直器配置于由上述照射嘴照射出的粒子束中，该粒子射线治疗装置的特征在于，以使上述第1轴与上述2个电磁铁中的一个电磁铁的扫描轴一致，并使上述第2轴与另一个电磁铁的扫描轴一致的方式，来配置上述多叶准直器。

另外，本发明的治疗计划装置的特征在于，包括：三维数据生成单元，该三维数据生成单元根据照射对象的图像数据来生成三维数据；照射条件设定单元，该照射条件设定单元基于所生成的三维数据来设定照射条件；以及控制数据生成单元，该控制数据生成单元基于所设定的照射条件，来生成用于控制对上述粒子射线治疗装置中的多叶准直器的叶片所进行的驱动的控制数据，上述三维数据生成单元至少利用以上述第1轴为中心的射束的偏转角度、以及以上述第2轴为中心的射束的偏转角度，来生成上述三维数据。

发明效果

根据本发明的多叶准直器、粒子射线治疗装置以及治疗计划装置，由于能够在多叶准直器形成透过形状时，使形成为轮廓的叶片板的面与透过该面附近的粒子束的扩散方向相一致，因此，能够不受半影的影响，并形成对比度较高的照射野。

附图说明

图1是用于对包括本发明的实施方式1所涉及的多叶准直器的粒子射线治疗装置的照射系统的结构进行说明的图。

图2是为了对包括本发明的实施方式1所涉及的多叶准直器的粒子射线治疗装置的照射系统的结构进行说明而从与射束的中心垂直的2个方向观察到的侧视图。

图3是用于对本发明的实施方式1所涉及的粒子射线治疗装置的照射系统中的带电粒子束的射束状态进行说明的图。

图4是为了说明本发明的实施方式1所涉及的多叶准直器及叶片板的结构而示出的全封闭状态的图。

图5是为了说明本发明的实施方式1所涉及的多叶准直器及叶片板的结构而示出的形成预定形状的照射野的状态的图。

图6是表示本发明的实施方式2所涉及粒子射线治疗装置中的射束扫描轨迹的示例的图。

图7是表示本发明的实施方式2所涉及粒子射线治疗装置中的射束扫描轨迹的其它示例的图。

图8是用于对本发明的实施方式5所涉及粒子射线治疗装置及多叶准直器的结构进行说明的图。

图9是用于对医疗行为的流程进行说明的图。

图10是用于对本发明的实施方式6所涉及的治疗计划装置的结构进行说明的框图。

具体实施方式

实施方式1.

下面，对本发明的实施方式1所涉及的多叶准直器以及粒子射线治疗装置的结构进行说明。图1～图5是用于对本发明的实施方式1所涉及的多叶准直器以及粒子射线治疗装置的结构进行说明的图，图1是表示包括多叶准直器的粒子射线治疗装置的照射系统的结构的图，图2是为了表示粒子射线治疗装置及多叶准直器的结构而从与图1中的带电粒子束的中心（z方向）垂直的方向观察到的图，图2（a）是从y方向观察到的侧视图，图2（b）是从x方向观察到的侧视图。图3是用于对粒子射线照射装置的照射系统中的射束的形状进行说明的图，图3（a）表示射束的整体外观的图；图3（b）与图3（c）是从与图3（a）中的带电粒子束的中心（z方向）垂直的方向观察到的图，图3（b）是从y方向观察到的侧视图，图3（c）是从x方向观察到的侧视图。另外，图4与图5是为了对多叶准直器以及作为多叶准直器的主要构成体的叶片板的结构进行说明而从各个方向观察到的图。

作为对多叶准直器的结构进行详细说明的前提，首先，对包括多叶准直器的粒子射线治疗装置的照射系统进行说明。如图1、2所示，粒子射线治疗装置10包括：摆动电磁铁1（上游1a、下游1b），该摆动电磁铁1起到照射嘴的作用，通过在圆形轨道上对由未图示的加速器提供的所谓笔形的带电粒子束B进行扫描，从而扩大照射野；脊形过滤器2，该脊形过滤器2用于根据照射对象的厚度来扩大布喇格峰的宽度；射程移位器3，该射程移位器3用于根据照射对象的深度（照射深度）来改变带电粒子束B的能量（射程）；档块准直器（block collimator）4，该挡块准直器4用于将扩大后的照射野限制在规定范围内，以防止对正常组织进行不必要的照射；多叶准直器5，该多叶准直器5由多个叶片板及驱动各个叶片板的叶片驱动机构来构成，用于限制照射野以使其与患部形状一致；以及物块6，该物块6限制带电粒子束B的射程以使其与照射对象的深度形状一致。

接下来，对在通过使用摆动法的照射嘴将照射野扩大的照射系统中的工作以及原理进行说明。

带电粒子束B被未图示的加速器加速，并经由传输系统被导入至照射系统中，以作为直径在数mm以下的所谓笔形射束。摆动电磁铁1对导入至照射系统中的射束进行扫描，以使其描绘出圆形轨道。摆动电磁铁1一般如图所示那样，准备x方向用电磁铁1a和y方向电磁铁1b，并且配置成使2个电磁铁沿着带电粒子束B的中心轴Ｘ_Ｂ相连。此处，为了使说明清楚，定义了x方向和y方向。坐标系可以根据各种标准来定义，本说明书根据如下标准来定义坐标系。将带电粒子束B的前进方向设为z轴的正方向。x轴和y轴是与z轴正交的轴，并且x轴与y轴互相正交。并且，xyz坐标系是右手坐标系。在图1、2的示例中，上游摆动电磁铁1a沿x方向对射束进行扫描，下游摆动电磁铁1b沿y方向对射束进行扫描。通过2个电磁铁1a、1b的扫描，照射野沿xy方向（平面方向）被扩大。

扩大照射野后的带电粒子束B通过脊形过滤器2。以使多个例如锥形体或截面为三角形的板排列于面内的方式来形成脊形过滤器，若将照射野内分割成例如多个小区域，则存在相对于各个小区域而通过不同厚度的射束。在图中，为了容易理解，记载为圆锥体如剑山那样地排列。由此，布喇格峰的宽度ＳＯＢＰ(Spread-Out Bragg Peak)被扩大。即，通过脊形过滤器2，还沿z方向对照射野进行了扩散。接下来，扩大照射野后的带电粒子束B通过射程移位器3。射程移位器3是用于改变带电粒子束B的能量的装置。通过射程移位器3，能够将扩大后的照射野照射到所希望的体内深度。接下来，通过射程移位器3后的射束通过挡块准直器4。挡块准直器4是设置有通孔PH的金属块等，限制照射野在平面方向（xy平面）上的扩散。这是因为，如果预先对照射范围进行限制，则能够防止对正常组织进行不必要的照射。

接下来，带电粒子束通过多叶准直器5。如后面详细说明的那样，多叶准直器5用于利用根据多个叶片板5_Ｌ的位置而形成的透过形状PS，将照射野限制成与患部形状一致。即，利用多叶准直器5，在xy方向上对照射野进行限制并使其成形。此外，多叶准直器5中至少包括叶片板5_Ｌ（作为整体为叶片组5_Ｇ）、以及叶片驱动机构5_Ｄ。但是，如果叶片驱动机构5_Ｄ能够表示叶片的驱动轨道，则其本身的结构并不重要。另外，由于若用图来记载叶片驱动机构5_Ｄ本身，则会使表示叶片板5_Ｌ的结构变得困难，因此，在上图1、2以及后面的附图中，为了将其简化，在多叶准直器5之中，仅将叶片板5_Ｌ或合并叶片板5_Ｌ后得到的叶片板组5_Ｇ的部分抽出并记载。

最后，带电粒子束B通过物块6。物块6是由树脂等制成的限制器，呈现为患部深度的形状，例如，形成为补偿患部的末端（Ｄｉｓｔａｌ）形状的形态。末端形状是指最深部的凹凸形状。此处，照射野的能量被限制（在z方向上成形），并具有与末端形状相同的形状。即，利用物块6，在z方向上对照射野进行限制并使其成形。

粒子射线治疗装置的照射系统的作用在于，使进行照射的照射野形成为与患部一致。作为该方法，在本实施方式1所涉及的粒子射线治疗装置中采用摆动法，在该摆动法中，仅利用摆动电磁铁1来扩大照射野。该方法具体的示例是例如专利文献3中示出的“通过螺旋射束扫描而实现大面积且均匀的照射法”，在摆动法中也被称为螺旋摆动法。简而言之，螺旋摆动法是以螺旋状对射束进行扫描来扩大照射野的方法，通过改进该照射野内的扫描轨道（扫描轨迹）来确保平坦度。此外，由螺旋摆动法形成的射束的扫描轨道可以参看专利文献3的图1等。

另一方面，摆动法一般多指单圆摆动法，在此情况下，在扩大照射野时通过散射体来确保平坦度。因此，即使在相同的摆动法中，也存在有使用散射体的情况和不使用散射体的情况，射束的方向性也因散射体的有无而不同。在使用散射体的情况下，由于在散射体的整个面上射束发生扩散，因此，在通过某个点的射束的照射方向上产生宽度。另一方面，如螺旋摆动法那样不使用散射体，且仅使用扫描电磁铁来扩散射束，在此情况下，通过某个点的射束的照射方向是主要由离开扫描电磁铁的位置而确定的一个方向。

图3是表示在本实施方式1所涉及的粒子射线治疗装置10的照射系统内，利用两级扫描电磁铁1所产生的射束的扩散方式（射束Ｆ_Ｂ的形状）的示意图。在螺旋摆动法中，射束如图3所示那样地扩散，而非点光源式扩散。为了便于说明，将图3中示出的射束的扩散方式称为“两级扫描式扩散”。在射束不是点光源，且进行两级扫描式扩散时，需要设计一个与此相适的限制器。

这里，对两级扫描式扩散追加一些详细的说明。

如图3所示，射束B从上方向下方（z方向）进行照射。射束B原本以被称作为笔形射束的较细的状态被提供。在射束轴Ｘ_Ｂ上，设定有基准点ＣＰａ及基准点ＣＰｂ。基准点ＣＰａ可认为是配置上游摆动电磁铁1a（严谨地说是扫描轴Ａ_ｓａ）的位置，同样地，基准点ＣＰb可认为是配置下游摆动电磁铁1b（严谨地说是扫描轴Ａ_ｓｂ）的位置。

配置于基准点ＣＰａ的上游摆动电磁铁1a以基准点ＣＰａ为基准对射束进行扫描。上游摆动电磁铁1a的射束的扫描方向是在图3（b）的平面内（xz平面）进行扫描的方向，并且通过射束轴Ｘ_Ｂ上的基准点ＣＰａ，与射束轴Ｘ_Ｂ垂直的轴Ａ_ｓａ成为上游摆动电磁铁1a的作用轴（扫描轴）。另外，配置于基准点ＣＰｂ的下游摆动电磁铁1ｂ以基准点ＣＰｂ为基准对射束进行扫描。下游摆动电磁铁1b的射束的扫描方向是在图3（c）的平面内（yz平面）进行扫描的方向，并且通过射束轴Ｘ_Ｂ上的基准点ＣＰｂ，与射束轴Ｘ_Ｂ及轴Ａ_ｓａ垂直的轴Ａ_ｓｂ成为下游摆动电磁铁1ｂ的作用轴（扫描轴）。也就是说，上游摆动电磁铁1a的扫描方向（x）及下游摆动电磁铁1b的扫描方向（y）与射束轴Ｘ_Ｂ垂直，并且，下游摆动电磁铁1b的扫描方向（y）与上游摆动电磁铁1a的扫描方向（x）垂直。

另外，利用图3对上述射束Ｆ_Ｂ的形状进行几何学说明。

如图3（b）所示，引出以基准点ＣＰａ为上端点的垂直（z方向）线段，并在线段上除基准点ＣＰａ以外的位置设置基准点ＣＰｂ。以基准点ＣＰａ为中心使线段仅旋转±α度，此时得到线段通过的扇形Ｆｓａ。该扇形Ｆｓａ相当于在仅使用上游摆动电磁铁1a时射束的扩散。接下来，利用通过基准点ＣＰｂ的基准轴Ａ_ｓｂ将扇形Ｆｓａ分为上半部分及下半部分。使扇形Ｆｓａ的下半部分相对于基准轴Ａ_ｓｂ仅旋转±β度，此时得到扇形Ｆｓａ下半部分通过的区域。在图3（c）中，该区域可看作为扇形Ｆｓｂ的区域，该区域示出了射束的扩散方式（射束能通过的区域：射束Ｆ_Ｂ）。也就是说，进行两级扫描式扩散的射束Ｆ_Ｂ的形状在x方向及y方向上形成为曲率半径不同的扇形。

考虑到如上所述通过利用扫描方向不同的2个扫描电磁铁1a、1b来扩大照射野而产生的、对射束进行两级扫描式扩散后的射束Ｆ_Ｂ的形状，本发明的实施方式所涉及的多叶准直器5用于在不受半影带影响的情况下正确地形成对比度较高的照射野。即，在本发明的实施方式1所涉及的多叶准直器5之中，各个叶片板5_Ｌ和与其在厚度方向上相邻的叶片板的实际的相对面Ｐ_Ｌ形成在一个平面内，该平面在电粒子束B的射束轴Ｘ_Ｂ上且包含设定在基准点ＣＰａ上的扫描电磁铁1a的扫描轴Ａ_ｓａ在内，沿着以设定在射束轴Ｘ_Ｂ上的基准点ＣＰｂ上的扫描电磁铁1b的扫描轴Ａ_ｓｂ为中心的圆周轨道，对各个叶片板5_Ｌ进行驱动，该扫描电磁铁1b的扫描轴Ａ_ｓｂ与射束轴Ｘ_Ｂ及扫描轴Ａ_ｓa垂直。

下面，利用图4、5进行详细说明。图4是为了说明多叶准直器及在多叶准直器内进行驱动的叶片板的结构而示出的全封闭状态下的叶片的状态的图，图4（a）是多叶准直器的叶片组整体的外观透视图；图4（b）是从图4（a）的P方向观察到的上表面透视图，图4（c）是从图4（a）的F方向观察到的正面透视图，图4（d）是从图4（a）的S方向观察多叶准直器的左半部分的叶片列的侧面透视图。另外，图5是表示形成预定形状的照射野的状态的图，图5（a）是多叶准直器的叶片组整体的外观图；图5（b）是从图5（a）的P方向观察到的上表面透视图，图5（c）是从图5（a）的F方向观察到的正面透视图，图5（d）是从图5（a）的S方向观察多叶准直器的左半部分的叶片列的侧面透视图。

如图4、5所示，多叶准直器5具有将多个叶片板5_Ｌ的一个端面Ｅ_Ｌ对齐且排列在厚度方向上的2排叶片列（5_ｃ1、5_ｃ2：合称为5_ｃ），并且包括：叶片组5_Ｇ，该叶片组5_Ｇ配置成使得叶片列5_ｃ1与5_ｃ2的一个端面Ｅ_Ｌ彼此相对；以及未图示的叶片板驱动机构，该叶片板驱动机构驱动各个叶片板5_Ｌ以使其靠近或远离与其相对的叶片板，各个叶片板5_Ｌ的形状是作为各个叶片板的板材主面的实际形状，即与相邻的叶片板的相对面Ｐ_Ｌ形成于包含在x方向上扩大带电粒子束B的扫描电磁铁1a的扫描轴Ａ_ｓａ在内的平面。也就是说，板材主面形成于包含扫描电磁铁1a的扫描轴Ａ_ｓａ在内的2个平面，在包含照射方向及板厚方向在内的平面中切断叶片板后的横截面的厚度随着从带电粒子束B的照射方向的上游侧向下游侧而变厚。

并且，将各个叶片5_Ｌ的驱动轨道（yz平面内的方向）设为圆周轨道Ｏ_Ｌ，该圆周轨道Ｏ_Ｌ与距离下游电磁铁1b的扫描轴Ａ_ｓｂ的距离相对应，该下游电磁铁1b在y方向上对带电粒子束B进行扩大，而且，在叶片板5_Ｌ的4个端面中，与一个端面Ｅ_Ｌ相邻的入射侧的端面Ｐ_Ｉ的形状、以及射出侧的端面Ｐ_Ｘ的形状分别形成为以扫描轴Ａ_ｓｂ为中心的圆弧，也就是说，通过形成以扫描轴Ａｓｂ为中心的圆环的一部分，从而即使沿着圆周轨道Ｏ_Ｌ驱动叶片板5_Ｌ，沿着带电粒子束B的照射方向的深度尺寸也不发生变化。

由此，无论将叶片板5_Ｌ驱动至哪个位置，例如如图5所示，使形成透过形状PS在x方向上的轮廓的叶片板5_Ｌ的端面Ｅ_Ｌ与通过端面Ｅ_Ｌ附近的带电粒子束B的照射方向平行，从而不产生半影。另外，使形成透过形状PS在y方向上的轮廓的叶片板5_Ｌ的相对面P_Ｌ与通过相对面P_Ｌ附近的带电粒子束B的照射方向平行，从而不产生半影。也就是说，在多叶准直器5所形成的透过形状PS的轮廓部分中没有产生半影带的部分，由此能够形成适合于患部形状且正确的照射野。

也就是说，只要本发明的实施方式1所涉及的多叶准直器5的各个叶片板5_Ｌ在厚度方向上的形状及驱动轨道Ｏ_Ｌ与带电粒子束B的射束Ｆ_Ｂ的扩散形状相同即可。即为在对两级扫描电磁铁1a、1b的扫描角分别进行限制时可通过的范围。甚至可以说是从射束源起的射束传播距离在某个范围内时的带电粒子束的位置。由于多叶准直器5是通过层叠叶片板5_Ｌ而得到的，因此，形成后的透过形状PS也是带电粒子束的射束Ｆ_Ｂ的扩散形状。另外，由此，形成透过形状PS的开口（轮廓）不取决于开口形状，使作为开口的壁面的、面向叶片板5_Ｌ的照射野中心的端面Ｅ_L、及与相邻叶片板的相对面Ｐ_Ｌ，与通过该面附近的带电粒子束的照射方向相一致。因此，能够解决在使用两级扫描电磁铁1a、1b时引起的半影问题。此外，在以提高平坦度为目的而使用散射体来进行照射的情况下，在上述两级扫描式的照射方向的分布中产生宽度。因此，即使在使用该多叶准直器5的情况下，一部分的带电粒子束也会照射到叶片板的端面Ｅ_Ｌ或相对面Ｐ_Ｌ上，与不使用散射体的情况相比，抑制半影带的效果有所降低，但是与现有的单纯的锥形体多叶准直器相比，可以得到抑制半影带的效果。

此外，在上述实施方式1所涉及的多叶准直器5中，以上游侧电磁铁1a的位置为基准来设定厚度方向的形状，以下游侧电磁铁1b的位置为基准来设定驱动轨道Ｏ_Ｌ，但并不仅限于此，也可以进行相反的设定。因此，上游电磁铁1a对x方向进行扫描，下游电磁铁1b对y方向进行扫描，但也可以相反。另外，图中显示了规定各个叶片板5_Ｌ的厚度的相对面Ｐ_Ｌ之间的角度相等，但并不仅限于此。即使不相等也可以得到抑制上述半影带的效果。并且，用“实质上”来表现相对面是因为相对面层叠在厚度方向上，且是用于与实质上相邻的叶片区别的面，可理解为：例如，即使在相对面内形成有用于形成驱动用轨道的沟或凹槽等，也形成于包括设定在基准点CPa上的扫描电磁铁1a的扫描轴Ａ_ｓａ在内的平面内。另外，叶片列5_Ｃ1、5_Ｃ2的各个叶片5_Ｌ呈现为一对一的成对状态，但也并非必须成对。另外，叶片列也并非必须为2列，例如，在仅有一列的情况下，只要在叶片板的端面Ｅ_Ｌ最靠近射束轴Ｘ_Ｂ时，与固定面紧贴并阻挡射束B即可。另外，也可以具有若干列。

另外，作为扩大照射野的方法，对扫描轨迹呈螺旋状的螺旋摆动法进行了说明，但如后述的实施方式中说明的那样，也可以采用其它的螺旋摆动法，而且并非仅限于螺旋摆动法。另外，起照射嘴功能的电磁铁也并不仅限于摆动电磁铁1，只要是利用扫描方向不同的2个电磁铁来扩大照射野的照射嘴即可。

如上所述，根据本实施方式1所涉及的多叶准直器5，该多叶准直器配置于为利用扫描电磁铁1来扩大照射野后被照射出的带电粒子束B中，用于形成适合于照射对象即患部形状的照射野，并且该多叶准直器5包括：叶片列5_Ｃ，该叶片列5_Ｃ使多个叶片板5_Ｌ的一个端面Ｅ_Ｌ对齐并使其排列在厚度方向上；以及叶片板驱动机构5_Ｄ，该叶片板驱动机构5_Ｄ驱动各个叶片板5_Ｌ，以使一个端面Ｅ_Ｌ相对于粒子束B的射束轴Ｘ_B、或相对于与其相对的叶片板靠近或远离，各个叶片板5_Ｌ之中，叶片板和在厚度方向（x方向）上与该叶片板相邻的叶片板的相对面Ｐ_Ｌ形成在平面Ｐ_Ｓａ上，平面Ｐ_Ｓａ包含第1轴即扫描轴Ａ_ｓａ，该第1轴设定于带电粒子束B的射束轴Ｘ_Ｂ上的第1位置即基准点CPa、且与射束轴Ｘ_Ｂ垂直，叶片板驱动机构5_Ｄ沿着以第2轴即扫描轴Ａ_ｓｂ为中心的圆周轨道Ｏ_Ｌ来驱动叶片板5_Ｌ，该第2轴设定于射束轴Ｘ_Ｂ上的第2位置即基准点CPb、且与射束轴Ｘ_Ｂ及第1轴Ａ_ｓａ垂直，由于多叶准直器5具有这样的结构，因此，形成多叶准直器5的透过形状PS的轮廓的相对面Ｐ_Ｌ或端面Ｅ_Ｌ的方向与带电粒子束B的射束Ｆ_Ｂ的扩散方式一致，从而能够抑制半影的影响并根据照射对象的形状来形成正确的照射野。

另外，由于在叶片板5Ｌ主要的4个端面中，将与一个端面Ｅ_Ｌ的相邻面即带电粒子束B的入射侧的端面Ｐ_Ｉ及射出侧的端面Ｐ_Ｘ的形状形成为以第2轴即扫描轴Ａｓｂ为中心的圆弧形，因此，能够易于沿着圆周轨道Ｏ_Ｌ来驱动叶片板5_Ｌ。另外，无论如何驱动叶片板5_Ｌ，沿着带电粒子束B的照射方向的深度尺寸也不发生变化，从而使得用于遮蔽带电粒子束的距离不变。

另外，本发明的实施方式1所涉及的粒子射线治疗装置10包含：摆动电磁铁1，该摆动电磁铁1利用扫描方向不同的2个电磁铁1ａ、1ｂ对由加速器提供的带电粒子束B进行扫描并进行照射以扩大照射野；以及上述多叶准直器5，该多叶准直器5配置于由照射嘴1照射出的带电粒子束B（即射束Ｆ_Ｂ）中，多叶准直器5的第1轴与上述2个电磁铁中的一个电磁铁的扫描轴（Ａ_ｓａ或Ａ_sn）一致，并且第2轴与另一个电磁铁的扫描轴（Ａ_ｓｂ或Ａ_ｓａ）一致，根据这样的结构，能够抑制半影的影响并利用与照射对象的形状相应的照射野来照射带电粒子射线。

实施方式2.

在实施方式1中，阐述了对射束进行螺旋状扫描的螺旋摆动法的应用。然而，射束在照射野内的扫描轨道形状（扫描轨迹）并不仅限于本发明的技术思想，在其它射束扫描轨迹中，进行两级扫描式扩散的情况也能发挥出效果。因此，在本实施方式2中，将本发明的多叶准直器应用到具有其它代表性的射束扫描轨迹的照射系统中，对该情况进行阐述。

首先，对利用实施方式1中所使用的螺旋摆动法而得到的射束扫描轨迹进行说明。如专利文献3中记载的那样，螺旋状扫描轨迹根据包括如下3个等式在内的式（1）得到的。

（数学式1）

$r\left(t\right)=\sqrt{\frac{R_{\max }-R_{\min }}{\mathrm{\πN}}{v}_{0}t+R_{\min }^2}$

$\mathrm{\ω}\left(t\right)=\frac{v_0}{\sqrt{\begin{array}{c}{R}_{\max }-R_{\min }\\ \mathrm{\πN}\end{array}{v}_{0}t+R_{\min }^2}}---\left(1\right)$

$\stackrel{\·}{\·\·}\mathrm{\θ}\left(t\right)=\mathrm{\θ}\left(0\right)+{\∫}_0^t\mathrm{\ω}\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}$

其中，将时间ｔ＝0时的半径设为Ｒ_ｍｉｎ，将时间ｔ＝Ｔ时的半径设为Ｒ_ｍａｘ，将扫描次数设为Ｎ。另外，ｒ（ｔ）是半径方向的坐标；θ（ｔ）是角度方向的坐标，即通过极坐标系来表示。

根据上述式（1）得到的射束扫描轨迹呈螺旋状，该形状是为了在圆形区域内对射束进行扫描并得到均匀的剂量分布的有效形状。但是，为了得到均匀的剂量分布，不必将射束扫描轨迹限定为螺旋状。可认为用于通过2个电磁铁的扫描而得到均匀剂量分布的射束扫描轨迹能够分类成几个典型的图案。

摆动法是持续性地对射束进行扫描以形成均匀的剂量分布的方法。即，优选为摆动法中的射束扫描轨迹是连续且具有周期性的。因此，对利用极坐标系来表示射束轨道，并使ｒ（ｔ）及θ（ｔ）进行连续且周期性变化的图案进行讨论。

<典型图案1>

在第一种图案中，ｒ（ｔ）及θ（ｔ）如下所示，均定义为进行连续且周期性变化的函数。

ｒ（ｔ）＝连续且具有周期性的函数（周期为Ｔ₁）

θ（ｔ）＝连续且具有周期性的函数（周期为Ｔ₂）,

此外，此时的ｒ（ｔ）与θ（ｔ）的周期可使用不同值。另外，注意角度θ，360度可视为旋转一周后得到的0度。也就是说，360度与0度是连续的。如果用弧度来表示，则2π可视作为0。

作为实现上述图案的示例，可以列举出包括下面3个等式在内的式（2）所示的射束扫描轨迹。

ｒ（τ）＝ｒ₁＋ｒ₂sin（ω_ｒτ＋φ_ｒ）

θ（τ）＝ω_θτ…（2）

τ＝τ（ｔ）

其中τ（ｔ）是由参数表示的上述式（2）的参数，是时间的函数。ω_ｒ是确定ｒ（ｔ）的角速度，ｒ（ｔ）的周期为2π／ω_ｒ。φ_ｒ是初始相位。ω_θ是确定θ（ｔ）的角速度，θ（ｔ）的周期为2π／ω_θ。

如图6所示，示出了通过式（2）生成的射束扫描轨迹ST1的示例。图6是表示处于与射束轴垂直的某个平面内的扫描轨迹的图，横轴为x，纵轴为y，x与y分别经过标准化。此外，在式（2）中，不将参数设为时间t是为了能够根据不同情况来对描绘速度进行变更。例如，在图6中，以坐标（0，0）为射束轴中心部，由于在射束轴中心部附近射束扫描较为集中且密度较高，因此，在像靠近中心部的部分那样轨迹集中的部分，设法将扫描速度加快等，由此得到均匀的剂量分布。

<典型图案2>

在第二种图案中，对多个定义描绘图案的函数进行组合以形成射束扫描轨迹。例如，将描绘较大的圆的函数与描绘较小的圆的函数组合。包括下面3个等式在内的式（3）示出了其中的一个示例。

ｘ（τ）＝ｒ₁cos（ω₁τ＋φ₁）＋ｒ₂cos（ω₂τ＋φ₂）

ｙ（τ）＝ｒ₁sin（ω₁τ＋φ₁）＋ｒ₂sin（ω₂τ＋φ₂）…（3）

τ＝τ（ｔ）

其中，ｘ（τ）分别为射束扫描轨迹的x坐标、y坐标，是正交坐标系。图7中示出了通过数学式（3）生成的射束扫描轨迹的示例。图7与图6一样，都是表示处于与射束轴垂直的某个平面内的扫描轨迹的图，横轴为x，纵轴为y，x与y分别经过标准化。

在玩具中有一种道具，在其内部的形成有齿状物的圆形孔内设置齿轮状的圆盘，并在设置于圆盘内的规定位置上的小孔中插入笔尖，使圆盘沿着圆形孔旋转从而描绘出几何学图案，由该道具制成的几何学图案也属于该类别。此外，由该道具描绘出的曲线被称为长短幅圆内旋轮线（hypotrochoid），在几何学上对该曲线进行如下定义，即当以半径为r的圆作为活动圆、以距离该活动圆的中心距离为Ｉｒ的点作为定点时，以使半径为r的圆与半径为ｋｒ的圆周内切的方式，通过使该活动圆相对于该半径为r的圆周不滑动地旋转而得到的轨迹。另外，在大多搅拌装置中，将该图案用于搅拌部的驱动图案。此外，与前面的示例一样，不将参数设为时间t，其原因在于，为了使得能够根据情况的不同来改变描绘速度。

如上所述，在利用摆动电磁铁来描绘连续且具有周期性的图案（线图）的方法中，该图案并不局限于螺旋状。然而，不使用散射体、而通过设计射束轨道来实现大面积且均匀的照射的想法源于“螺旋摆动法”，因此，实施方式2中示出的这些方法也被称作广义的螺旋摆动法。并且，在这些广义的螺旋摆动法中，射束的扩散方式也不为点光源式，而是两级扫描式。

也就是说，在本实施方式2的具有使用广义的螺旋摆动法的照射系统的粒子射线治疗装置中，应用了实施方式1中示出多叶准直器，因此，能够使各叶片板在厚度方向上的形状及驱动轨道、与带电粒子束B的射束Ｆ_Ｂ的扩散形状相同。因此，所形成的透过形状PS也为带电粒子束B的射束Ｆ_Ｂ的扩散形状，形成透过形状PS的开口部不取决于开口形状，而是使作为其壁面的、面向叶片板的照射野中心的端面和与相邻叶片板的相对面，与带电粒子束的照射方向一致。因此，能够解决在使用两级扫描电磁铁时引起的半影问题。

实施方式3.

在上述实施方式1及2中，对采用摆动法进行照射的情况进行了阐述。然而，如上所述，照射方法本身并不是本发明的实质部分，也不会对本发明的技术思想并无限定。在粒子射线治疗装置中，提出了一种点扫描法，该扫描法利用两级扫描电磁铁对带电粒子束进行扫描，并对照射对象以点描绘方式进行点照射。在点扫描的情况下，射束的扩散方式也是两级扫描式。因此，在点扫描中使用多叶准直器的情况下，也能够发挥出抑制上述半影并形成对比度较高的照射野的效果。

实施方式4.

在实施方式3中，阐述了对本发明的实施方式所涉及的多叶准直器应用点扫描法的情况。与点扫描法一样，还存在有光栅扫描法，该光栅扫描法利用两级扫描电磁铁对射束进行扫描，并对照射对象以单笔画（one-strokewriting）方式进行光栅照射。在进行光栅扫描的情况下，射束的扩散方式也是两级扫描式。因此，在光栅扫描中使用多叶准直器的情况下，本发明的上述实施方式所涉及的多叶准直器5会发挥出效果。也就是说，在通过点扫描或光栅扫描等扫描法来扩大照射野的情况下，若使用本发明的实施方式所涉及的多叶准直器5，则能发挥出抑制上述半影并形成对比度较高的照射野的效果。

实施方式5.

在粒子射线治疗装置中，例如像如专利文献4所记载的那样，提出了以下的方案：即通过设计偏转电磁铁的控制方法，从而省略两个扫描电磁铁中的一个。然而，由于在这样的照射系统中，用于改变轨道方向（射束轴的方向）的偏转电磁铁对带电粒子束进行扫描，以代替被省略的扫描电磁铁，因此，射束也进行两级扫描式扩散，从而使上述实施方式中的多叶准直器发挥出抑制半影的效果。

图8是表示具备实施方式5的粒子射线治疗装置中的多叶准直器在内的照射系统部分的图。在图中，对于从水平方向（x方向）提供的带电粒子束B，利用偏转电磁铁201a将射束轴偏转至垂直方向，在通过扫描电磁铁201b后，与实施方式1一样，经由脊形过滤器2、射程移位器3、环形准直器4、多叶准直器205及团块6，照射到照射对象。并且，本实施方式5中的粒子射线治疗装置210与实施方式1结构的不同之处在于：设置偏转电磁铁201a，以替代实施方式1的粒子射线治疗装置10中的扫描电磁铁1a；且多叶准直器205的叶片板的形状及轨道的设定基准不同。

在图中，从水平方向提供的带电粒子束B的射束轴Ｐ_Ｘ在偏转电磁铁201a的内部一边描绘成圆弧，一边向z方向偏转。此时，通常在使用偏转电磁铁的情况下，进行控制以使磁场不变，因此，带电粒子束B的射束不发生扩散，然而，在使用该偏转电磁铁21的情况下，该偏转电磁铁21通过周期性地改变磁场，从而能够在x方向对带电粒子束B进行扫描以使射束在x方向从Ｐ_Ｅ1扩散至Ｐ_Ｅ2。也就是说，偏转电磁铁201a起到实施方式1中的上游扫描电磁铁1a的作用。之后的部分与实施方式基本相同，扫描电磁铁201b使在x方向进行扩散的射束再向y方向扩散。

该射束的扩散方式可视作在图8的等效基准点Ｅ_Ａｓ上存在有上游扫描电磁铁201a的扫描轴，沿着射束轴Ｅ_Ｘ从上方照射入的射束（包含z方向成分）在x方向上进行扫描，在x方向上从Ｅ_Ｅ1扩散到Ｅ_Ｅ2。此外，在偏转电磁铁201a内，随着射束的前进，射束轴逐渐发生偏转，因此，入口侧的射束轴与出口侧的射束轴（＝射束轴Ｅ_Ｘ）不同，扫描轴Ｅ_ＡＳ位于离开偏转电磁铁201a主体外的位置。然而，由于入射到多叶准直器205内的射束轴是射束轴Ｅ_Ｘ，因此，能理解为规定扫描轴Ｅ_ＡＳ的位置的基准点CPa处于入射到多叶准直器205内的射束的射束轴上，还能理解为扫描轴Ｅ_ＡＳ与入射到多叶准直器205内的射束的射束轴垂直。因此，在如上述那样将一个电磁铁兼用作偏转电磁铁的照射系统中，也能以入射到多叶准直器内的射束的射束轴作为基准，根据射束的扩散方式来计算出等效扫描轴Ｅ_Ａｓ，并与实施方式1一样，利用等效扫描轴Ｅ_Ａｓ及扫描轴Ａ_ｓｂ（基准点CPb）来设定多叶准直器205的叶片板的形状及轨道。

如图8可知，该照射系统省略了一个扫描电磁铁，并使用使轨道弯曲的偏转电磁铁201a来替代所省略的扫描电磁铁，在此情况下，与使用扫描专用的电磁铁（例如，实施方式1的1a、1b）来进行扫描的通常的照射系统相比，规定等效扫描轴Ｅ_Ａｓ（等效）的基准点CPa和基准点CPb的间隔变大。因此，在假定进行点光源式的射束扩散方式的多叶准直器中，产生半影的问题显得尤为显著。然而，无论形成怎样的透过形状，都以使形成透过形状轮廓的面与射束的扩散的方向相同的方式，来设定本发明的实施方式5所涉及的多叶准直器205的各个叶片板的形状及轨道。因此，能够容易地解决在省略了单个扫描电磁铁的照射系统中所产生的较为突出的半影问题。

如上所述，在本实施方式5所涉及的粒子射线治疗装置210中，对2个方向x、y进行扫描时，利用使射束轴的方向发生偏转的偏转电磁铁201a来对其中一个（x或y）进行扫描，并且将设定基准点ＣＰａ、ＣＰｂ的射束轴设为入射到多叶准直器205中的射束的射束轴Ｅ_Ｘ，进行多叶准直器205的构成及配置，因此，能够抑制半影并形成对比度较高的照射野。

实施方式6.

在上述各个实施方式1～5中，对多叶准直器及使用了多叶准直器的照射系统的结构、其射束轨道进行了说明。在本实施方式6中，对设定本发明的上述各个实施方式所涉及的多叶准直器、粒子射线治疗装置的工作条件的治疗计划装置进行说明。

这里，在对治疗计划装置进行说明以前，对治疗计划装置所实施的治疗计划的前提即诊疗行为进行说明。一般可以认为诊疗行为由几个阶段构成。图9示出了该诊疗行为的阶段（流程），并且示出了各阶段中所使用的装置。基于图9对治疗流程进行说明。

具体而言，可以说诊疗行为大致由如下各个阶段构成：预防性诊断阶段（ＭＳ1）、诊断阶段（ＭＳ2）、治疗计划阶段（ＭＳ3）、治疗阶段（ＭＳ4）、以及复健·后续观察阶段（ＭＳ5）。并且，特别在进行粒子射线治疗等时，在上述各个阶段中所使用的装置是图9右侧所示的装置。例如，在诊断阶段（ＭＳ2）中所使用的装置为X射线拍摄装置、CT（Computed Tomography：计算机断层显像）、ＭＲＩ（Magnetic ResonanceImaging：核磁共振影像）等，在治疗计划阶段（ＭＳ3）中所使用的装置是被称为治疗计划装置的装置。并且，在治疗阶段（ＭＳ4）中所使用的装置为放射性治疗装置或粒子射线治疗装置。

接下来，对各个阶段进行说明。

预防性诊断阶段（ＭＳ1）是指不取决于发病与否而进行预防性诊断的阶段。例如，定期身体检查或健康检查等均属于此，对于癌症，已知有：利用X射线等的透视图像的方法、利用ＰＥＴ（Positron EmissionTomography：正电子发射计算机断层显像）、ＰＥＴ／ＣＴ等断层拍摄的方法以及利用基因检测（免疫检测）的方法等。

诊断阶段（ＭＳ2）是指发病后进行以治疗为前提进行诊断的阶段。在进行粒子射线治疗的情况下，为了进行治疗，需要获得患部的位置、形状的三维信息。因此，使用能够得到患部的三维数据的各种CT、MRI装置。

治疗计划阶段（ＭＳ3）是指基于上述诊断结果来设定治疗计划的阶段。在进行粒子射线治疗的情况下，在该阶段中利用本实施方式6所涉及的治疗计划装置来制成治疗计划。对治疗计划装置的详细说明将在后面进行，接下来继续对其余的阶段进行说明。

治疗阶段（ＭＳ4）是指基于上述治疗计划的结果来进行实际的治疗的阶段。在进行粒子射线治疗的情况下，在该步骤中使用粒子射线治疗装置。本发明的上述各个实施方式所涉及的多叶准直器用于在粒子射线治疗装置的照射系统中形成照射野。此外，在治疗阶段中，也存在进行一次照射治疗步骤就结束的情况，但通常需要在某段期间内进行多次照射。

正如字面意思，复健·后续观察步骤（ＭＳ5）是指进行复健、或对是否复发进行后续观察的阶段。在癌症的情况下，在该阶段进行的后续观察与预防性诊断阶段一样，采用如下方法：利用X射线等透视图像的方法、利用ＰＥＴ、ＰＥＴ／ＣＴ等断层拍摄的方法、以及利用基因检测（免疫检测）的方法等。

在如上所述的诊疗行为中，治疗计划是在诊断阶段之后、治疗阶段之前所进行的一系列的操作。由于在粒子射线诊疗装置中，根据利用治疗计划装置所求得的治疗计划，照射带电粒子束，因此，粒子射线治疗中的治疗计划装置大致包括具有如下作用的单元。

作用A：通过预先获取到的多个照射对象的图像信息来生成三维数据的单元。

作用B：基于所给予的条件来生成最佳照射条件（治疗计划方案）的单元。

作用C：对于优化结果（治疗计划方案）模拟最终的剂量的分布、并对其进行显示的单元。

即，治疗计划装置起到接受诊断结果设定治疗所需的照射条件的作用，而且，该治疗计划装置具有起到基于所设定的条件、来生成粒子射线治疗装置等的控制数据的作用D的单元。

为了起到上述作用，治疗计划装置还具体具有如下功能。

＜作用A＞

功能a：通过在诊断阶段中得到的断层拍摄图像来生成三维数据的功能。

功能b：像三维CAD那样从各个视角来显示所生成的三维数据的功能。

功能c：在所生成的三维数据中区分患部与正常组织并对其进行存储的功能。

＜作用Ｂ＞

功能d：对治疗步骤中所使用的粒子射线治疗装置的参数进行设定并模拟照射的功能。

功能e：在由该装置的用户所设定的条件下、对照射进行优化的功能。

＜作用C＞

功能f：以与上述三维数据相重合的方式、来显示进行优化后的照射结果的功能。

＜作用D＞

功能g：为了实现上述优化后的照射而设定多叶准直器及物块的形状的功能。（包括假设宽射束照射的情况下的多口照射）

功能h：为了实现上述优化后的照射而设定射束的照射轨道的功能。（假设扫描照射的情况）

功能i：用于实现上述射束的照射轨道、且生成粒子射线治疗装置的驱动代码的功能。

＜其它＞

功能j：存储在该装置中生成的各种数据的功能。

功能k：通过读取过去保存着的各种数据，能再利用过去的信息的功能。

对用于实现上述各个功能的治疗计划装置的系统结构进行说明。近年来，治疗计划装置的制造厂商几乎不设计并制造固有的硬件，大多以市场上出售的Unix（注册商标）操作平台或PC为基础，而且其周边设备也大多使用通用设备。即，治疗计划装置的制造厂商专注于对治疗计划软件的开发、制造并销售。在治疗计划软件中，作为由主程序调出的子程序，准备例如实现功能ａ～功能ｋ的各个功能的模块。对于功能ａ～功能ｋ中的流程，或根据需要而省略、或改变条件来再次执行，由此治疗计划装置的用户能在调出必要的模块的同时制定治疗计划。

接下来，对各个功能或实现各个功能的模块进行说明，对本发明的实施方式所涉及的治疗计划装置进行说明。

功能a（模块a）通过在诊断阶段中得到的一系列断层拍摄图像来生成三维数据。在读取断层拍摄图像时，也能根据患者ID等患者信息、扫描信息（切片间隔、切片厚度、FOV、断层拍摄条件等）来进行读取。这里，三维数据是指在治疗计划装置内以虚拟且三维的方式来重现包含患部在内的拍摄对象所必需的信息。一般而言，采用如下的方法：定义治疗计划装置内的虚拟空间，在上述虚拟空间内等间隔且呈栅格状的方式来配置点，并使从断层拍摄图像中求出的材质信息对应于该点。该功能是必要功能的理由在于，治疗计划装置的最重要的目的之一在于模拟治疗，维持，需要重现成为照射对象的患部及其周边组织。

功能b（模块b）从像三维CAD那样的各个视角来显示生成的三维数据。

功能c（模块c）会在所生成的三维数据中，区分患部与正常组织并进行存储。例如，假设断层拍摄图像是利用X射线CT而获得的。在该情况下，功能a中所使用的“材质信息”相当于X射线透过的难易程度。即，基于该断层拍摄图像在虚拟空间内重现的三维模型是由X射线透过的程度不同的物质所构成的三维物体的形状。对于该“材质信息”即X射线透过的难易程度，在治疗计划装置的虚拟空间内，通过改变例如色彩或亮度进行表示。另外，基于该“材质信息”，能够直到以下信息：即，在虚拟空间内所重现的三维模型中，该部分相当于骨骼部分，或者该部分相当于肿瘤的部分，并能区分患部与正常组织。能将区分患部与正常组织的结果存储到治疗计划装置的存储装置（硬盘等）中。

功能d（模块d）设定在治疗阶段中所使用的粒子射线治疗装置的参数，并模拟照射。所谓粒子射线治疗装置的参数是指粒子射线治疗装置的几何学信息、与照射野相关的信息。几何学信息中包括等中心位置、睡台位置等。与照射野相关的信息中包括上述的“基准点CPa和基准点CPb的坐标”等。另外，还包括多叶准直器5或205（下文中仅记载5作为代表）的叶片板5_Ｌ的宽度（厚度）、叶片板5_Ｌ的数量、及叶片板5_Ｌ的移动距离（角度）等参数。

功能e（模块e）基于该治疗计划装置的用户所设定的条件，对照射进行优化。

功能f（模块f）是以与上述三维数据相重合的方式，来显示优化后的照射结果。

功能g（模块g）为了实现上述优化后的照射而设定多叶准直器5及物块6的形状。本功能是假设宽射束照射时的功能，包括多叶照射的情况。

功能h（模块h）是为了实现上述优化后的照射而设定射束的照射轨道。本功能是假设进行点扫描或光栅扫描等扫描时的功能。

功能i（模块i）为了实现上述射束的照射轨道而生成粒子射线治疗装置的驱动代码。此时，如下文所述那样，若采用与两级扫描式扩散对应的坐标系，则能够使上述各个实施方式1～5中示出的多叶准直器5容易地生成驱动代码，该驱动代码用于实现与所求得的最佳照射计划对应的开口形状（透过形状SP）。

功能j（模块j）存储在该装置中设定及生成的各种数据。

功能k（模块k）通过读取过去保存着的各种数据，由此能再次利用过去的信息。

＜与两级扫描式扩散对应的坐标系＞

在现有的治疗计划装置中，对于上述功能a及之后的功能中所使用的三维数据，一般以正交坐标系（xyz坐标系）进行表示。在多叶准直器的整体形状为现有的长方体的情况下，由于其配置或叶片的驱动方向也是由正交坐标方向（例如，x方向或y方向）表示的，因此，能利用正交坐标系来表示三维数据。其原因在于，使根据患部形状而生成开口部形状的形状数据与叶片驱动数据一致。

另一方面，由于在使用本发明所涉及的多叶准直器5的情况下，叶片板5_Ｌ的驱动呈曲线，因此优选为，使用于驱动叶片的指令值为以基准点为中心的角度。即，优选为，使用于与患部形状相对应地生成开口部形状的形状数据包括与本发明的叶片驱动指令值的形式相同的、且以基准点为中心的角度在内。

因此，本发明的实施方式6所涉及的治疗计划装置利用特殊的坐标系来显示患部的三维数据。

具体而言，如下定义（Ｄ1）中示出的特殊坐标系。

［ψ_ａ，ψ_ｂ，ｒ_ｂ］…··（Ｄ1）

其中，ψ_ａ是以基准轴（Ａｓａ）为中心的射束的偏转角度，该基准轴（Ａｓａ）与射束轴Ｘ_Ｂ垂直且通过基准点ＣＰａ，ψ_ｂ是以基准轴（Ａｓｂ）为中心的射束的偏转角度，该基准轴（Ａｓｂ）与射束轴Ｘ_Ｂ及基准轴Ａｓａ垂直且通过基准点ＣＰｂ，r_n是从基准点ＣＰｂ（或基准轴（Ａｓｂ））到该照射点为止的距离。

三维空间内的任意点都能够通过上述3个信息来唯一表示。其中，需要根据扫描电磁铁1a、1b的配置来预先确定基准点CPa及基准点CPb。此外，也可以使用射束从基准点ＣＰａ（或基准轴（Ａｓａ））传播到该照射点为止的距离ｒ_ａ等，以代替ｒｂ。

这里，以照射基准即等中心作为xyz坐标系的原点，对基准点CPa及基准点CPb各自的xyz坐标进行如下这样的假设。

基准点CPa：（0，0，－ｌ_ａ）

基准点CPb：（0，0，－ｌ_ｂ）

并且，如图1～3所示，将上游扫描电磁铁1a假设为x方向扫描电磁铁，将下游扫描电磁铁1b假设为y方向扫描电磁铁。此时，某点的坐标通过定义（Ｄ1）中示出的由特殊坐标系所表示的［ψ_ａ，ψ_ｂ，r_n］而得到，此时，该点的xyz坐标分别由下式（4）来表示。

（数学式2）

这里，若如（Ｄ2）那样定义式（4）中的Rot_ｘ（ψ_ｂ）及Rot_ｙ（ψ_ａ），则如式（5）那样得到某点的xyz坐标。

（数学式3）

相反地，通过xyz坐标系来求出特殊坐标系的方法如下所示。

由于ｌ_ｂ是照射系统所固有的值，因此，能够如式（6）那样，通过式（5）中的y与z的关系来求出ψ_ｂ。

（数学式4）

…(6)

另外，由于ｌ_ａ也是照射系统所固有的值，因此，还能够如定义（Ｄ3）那样，通过式（5）中的y与z的关系来进行定义，

Λ：＝ｙ²＋（ｚ＋ｌ_ｂ）²＋（ｌ_ａ－ｌ_ｂ）…（Ｄ3）

＝（ｌ_ａ―ｌ_ｂ＋ｒ_ｂ）cosψ_ａ

通过式（5）中的z的关系及定义（Ｄ3），利用式（7）求出ψ_ａ。

（数学式5）

···(7)

最后，能够利用式（8）来求出r_n。

（数学式6）

x²+Λ²＝(l_a-l_b+r_b)²···(8)

$\stackrel{\&CenterDot;}{\&CenterDot;\&CenterDot;}{r}_b=\sqrt{x^2+{\mathrm{\&Lambda;}}^2}-(l_a-l_b)$

从功能a的阶段开始使用与上述两级扫描式的射束扩散相对应的坐标系［ψ_ａ，ψ_ｂ，r_n］。也就是说，在功能a中，或者作为用于执行功能a的辅助功能，具有向特殊坐标系转换的坐标系转换功能，该坐标系转换功能是在假设进行两级扫描的情况下执行的。

例如，图10是利用框图来表示本发明的实施方式6所涉及的治疗计划装置的作用（单元）、功能（模块）的特征部分的图。在图中，治疗计划装置20包括：三维数据生成单元21，该三维数据生成单元21根据作为照射对象的患部的图像数据来生成三维数据；照射条件设定单元22，该照射条件设定单元22基于所生成的三维数据来设定照射条件；以及控制数据生成单元23，该控制数据生成单元23基于所设定的照射条件来生成粒子射线治疗装置的控制数据。此外，如上所述，由于这些单元、模块利用软件形成于计算机内，因此，未示出物理性地形成有该部分。

并且，三维数据生成单元21包括：三维数据生成模块21_M1，该三维数据生成模块21_M1作为功能a根据图像数据来生成患部或体型等的三维数据；坐标转换模块21_M2，该坐标转换模块21_M2将所生成的三维数据转换成定义（Ｄ1）中示出的坐标系［ψ_ａ，ψ_ｂ，r_n］的数据，该定义（Ｄ1）在假设进行两级扫描的情况下成立；显示用数据生成模块21_M3，该显示用数据生成模块21_M3基于转换后的数据来生成显示用数据，以作为功能b；以及照射对象分离模块21_M4，该照射对象分离模块21_M4基于转换后的数据来区分作为照射对象的患部与正常组织，并且三维数据生成单元21根据图像信息来形成根据定义（Ｄ1）中示出的坐标系而产生的三维数据，以作为作用A。

并且，照射条件生成单元22基于根据定义（Ｄ1）中示出的坐标系而产生的三维数据，利用功能d、e来设定最佳照射条件，以作为作用B。并且，控制数据生成单元23包括：透过形状设定模块23_M1，该透过形状设定模块23_M1基于所设定的照射条件来设定由多叶准直器5形成的透过形状PS，以作为功能g；以及驱动代码生成模块23_M2，该驱动代码生成模块23_M2基于所设定的透过形状来生成多叶准直器5的各个叶片5Ｌ的驱动代码，以作为功能i，并且，控制数据生成单元23基于所设定的照射条件，通过定义（Ｄ1）中示出的坐标系至少生成多叶准直器5的控制数据，以作为作用D。

由此，在三维数据生成单元21或照射条件设定单元22中，至少使用以基准轴（Ａｓａ）为中心的射束的偏转角度、以及以基准轴（Ａｓｂ）为中心的射束的偏转角度来规定用于确定照射位置的、且定义（Ｄ1）中示出的坐标系的三维数据，其中，该基准轴（Ａｓａ）与射束轴Ｘ_Ｂ垂直且通过基准点ＣＰａ，该基准轴（Ａｓｂ）与射束轴Ｘ_Ｂ及基准轴Ａｓａ垂直且通过基准点ＣＰｂ。因此，在控制数据生成单元23中生成的多叶准直器5的驱动代码是用于实现开口形状（透过形状SP）的驱动代码，该开口形状与由照射条件设定单元22所求出的最佳照射计划相对应。也就是说，在本发明的实施方式6所涉及的治疗计划装置20中，在用于实现治疗计划的作用的功能（模块）之中，具有向特殊坐标系转换的功能，并利用该特殊坐标系来规定三维数据，其中，该特殊坐标系是在假设进行两级扫描的情况下而使用的。因此，用于与患部形状相对应地生成开口部形状的形状数据、以及叶片驱动指令值均可通过包括以基准点为中心的角度在内的相同的形式（该角度用于在叶片列5_Ｃ中选择具有接近该角度的相对面Ｐ_Ｌ的叶片板5_Ｌ）来表示。因此，能够在射束进行两级扫描式扩散的照射系统中，易于生成对多叶准直器5进行最佳控制的驱动代码。

因此，在本发明的实施方式6所涉及的治疗计划装置20中，对于使用了可抑制在粒子束进行两级扫描式扩散的照射系统中所产生的半影带的上述多叶准直器5、205的粒子射线治疗装置，为了以与患部形状相对应的方式来形成开口部的形状，能够直接利用由治疗计划装置20输出或向治疗计划装置20输入的三维数据，来生成叶片的驱动指令值。

如上所示，根据本实施方式6所涉及的治疗计划装置20，包括：三维数据生成单元21，该三维数据生成单元21根据照射对象即患部的图像数据来生成三维数据；照射条件设定单元22，该照射条件设定单元22基于所生成的三维数据来设定照射条件；以及控制数据生成单元23，该控制数据生成单元23基于所设定的照射条件，至少生成粒子射线治疗装置的控制数据中的上述实施方式1至5所涉及的多叶准直器5的控制数据，由于三维数据生成单元21利用由以基准轴Ａｓａ为中心的射束的偏转角度ψ_ａ、以基准轴（Ａｓｂ）为中心的射束的偏转角度ψ_ｂ、以及距离ｒ而规定的坐标系来生成上述三维数据，因此，为了以与患部形状相对应的方式来形成开口部的形状，能够直接利用向治疗计划装置20输入或由治疗计划装置20输出的三维数据，生成该叶片的驱动指令值，其中，该基准轴Ａｓａ与射束轴Ｘ_Ｂ垂直且通过基准点ＣＰａ；该基准轴（Ａｓｂ）与基准轴Ａｓａ及射束轴Ｘ_Ｂ垂直且通过基准点ＣＰｂ；该距离ｒ是离开基准轴Ａｓａ或Ａｓｂ、或者基准点ＣＰａ或ＣＰｂ的距离。也就是说，在控制数据生成单元23中，由于能够利用2个偏转角度ψ_ａ及ψ_ｂ来规定上述控制数据，因此，该粒子射线治疗装置能够在粒子束进行两级扫描式扩散的照射系统中抑制半影带，并利用对比度较高且优质的射束来进行照射，对于粒子射线治疗装置，可以进行对比度较高且精度较高的照射。

标号说明

1：摆动电磁铁（1a：x方向（上游）扫描电磁铁；1b：y方向（下游）扫描电磁铁）

2：脊形过滤器

3：射程移位器

4：环形准直器

5：多叶准直器（5_Ｌ：叶片板；5_Ｇ：叶片组；5_Ｄ：叶片驱动部）

6：物块

10：粒子射线治疗装置

20：治疗计划装置

21：三维数据生成单元

22：照射条件设定单元

23：控制数据生成单元

Ａｓａ：上游扫描电磁铁的扫描轴（第1轴）（Ｅ_Ａｓ：假定轴）

Ａｓｂ：下游扫描电磁铁的扫描轴（第2轴）

ＣＰａ：第1基准点

ＣＰｂ：第2基准点

Ｅ_Ｌ：与叶片板相对的一个端面

Ｆ_Ｂ：粒子束的射束（扩散）

ＯＬ：叶片板的驱动轨道

Ｐ_Ｉ：叶片板（与Ｅ_Ｌ相邻）的射束入射面侧的端面

Ｐ_Ｌ：叶片板的厚度方向的相对面

ＰＳ：透过形状

Ｐ_Ｘ：叶片板（与Ｅ_Ｌ相邻）的射束射出面侧的端面

ＳＴ：粒子束的扫描轨迹

Ｘ_Ｂ：粒子束的射束轴（Ｅ_Ｘ：入射到多叶准直器的射束的射束轴）

百位的数字表示实施方式所涉及的变形例。

Claims (7)

1.一种多叶准直器，该多叶准直器配置在为了扩大照射野而照射出的粒子束中，且以与照射对象相符合的方式来形成所述照射野，其特征在于，

该多叶准直器包括：

叶片列，该叶片列以使多个叶片板的一个端面对齐的方式排列在厚度方向上；以及

叶片板驱动机构，该叶片板驱动机构以使所述一个端面向所述粒子束的射束轴靠近或远离所述粒子束的射束轴的方式，来分别驱动多个所述叶片板，

将各个所述叶片板和与其在厚度方向上相邻的叶片板的相对面形成于包括第1轴在内的平面上，该第1轴被设定于所述射束轴上的第1位置、且与该射束轴垂直，

所述叶片板驱动机构沿着以第2轴为中心的圆周轨道来驱动所述叶片板，该第2轴被设定于所述射束轴上的第2位置、且与该射束轴及所述第1轴垂直。

2.如权利要求1所述的多叶准直器，其特征在于，

所述叶片板分别具有4个端面，在所述4个端面之中，将与所述一个端面相邻的端面形成为以所述第2轴为中心的圆弧状。

3.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：

照射嘴，该照射嘴利用扫描方向不同的2个电磁铁对由加速器提供的粒子束进行扫描，并进行照射以扩大照射野；以及

权利要求1或2中所述的多叶准直器，该多叶准直器配置于由所述照射嘴照射出的粒子束中，

以使所述第1轴与所述2个电磁铁中的一个电磁铁的扫描轴一致，并使所述第2轴与另一个电磁铁的扫描轴一致的方式，来配置所述多叶准直器。

4.如权利要求3所述的粒子射线治疗装置，其特征在于，

所述照射嘴利用螺旋摆动法来扩大所述照射野。

5.如权利要求3所述的粒子射线治疗装置，其特征在于，

所述照射嘴利用扫描法来扩大所述照射野。

6.如权利要求3所述的粒子射线治疗装置，其特征在于，

对于所述2个方向的扫描中的一个方向的扫描，利用使射束轴的方向偏转的偏转电磁铁来进行，并且，将设定所述第1位置及所述第2位置的射束轴设为入射到所述多叶准直器的射束的射束轴。

7.一种治疗计划装置，其特征在于，包括：

三维数据生成单元，该三维数据生成单元根据照射对象的图像数据来生成三维数据；

照射条件设定单元，该照射条件设定单元基于所生成的三维数据来设定照射条件；以及

控制数据生成单元，该控制数据生成单元基于所设定的照射条件，来生成用于控制对权利要求3至6中任一项所述的粒子射线治疗装置中的多叶准直器的叶片所进行的驱动的控制数据，

所述三维数据生成单元至少利用以所述第1轴为中心的射束的偏转角度、以及以所述第2轴为中心的射束的偏转角度，来生成所述三维数据。

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