CN103153397B - 物块、物块的制造方法、粒子射线治疗装置、及治疗计划装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于获得一种能正确地形成适合于照射对象的深度方向上的形状的照射野的物块、以及粒子射线治疗装置。通过以下方式设定物块（6）的形状：即，利用以第一轴(A_sa)为中心的第一倾斜角(α)和以第二轴(A_sb)为中心的第二倾斜角(β)来定义以粒子射线（B）的照射轨道(T_B)，其中，所述第一轴(A_sa)以第一基准点(CPa)为起点、与射束轴（XB）垂直且包括第一基准点(CPa)，所述第二轴(A_sb)与射束轴（X_B）和第一轴(A_sa)垂直，由此在第一倾斜角(α)与第二倾斜角(β)的组合之中，在利用规定范围的组合而分别定义的照射轨道(T_B)中的该物块(6)内的路径长度(L_B)对从体表(f_k)到被照射部(IS)的路径长度(L_ｋ)进行补偿。

Description

物块、物块的制造方法、粒子射线治疗装置、及治疗计划装置

技术领域

本发明涉及在使用带电粒子束的粒子射线治疗装置中、用于根据照射对象来调整带电粒子束的能量分布的物块及其制造方法，以及使用该物块的粒子射线治疗装置，以及决定该物块的规格的治疗计划装置。

背景技术

粒子射线治疗是对成为治疗对象的患部照射带电粒子束，从而对患部组织给予破坏来进行治疗的，是广义上的放射线治疗中的一种。放射线中，质子射线或重离子射线等带电粒子束不同于现有的γ射线、X射线，其给予剂量在体内远端会急剧地变为最大值。将该给予剂量的峰值称为布喇格峰，其生成位置(到达深度)取决于带电粒子的能量。其原因在于，带电粒子具有以下性质：即，在其通过物质时，能量会逐渐消失，并在动能变为0时，给予较多的剂量。因此，在粒子射线治疗中，不仅控制平面形状，还控制能量分布，由此还能对深度方向上的照射范围进行控制。因此，为了能抑制周边组织被照射，并对患部组织给予足够的剂量，而力求获得一种能适当地控制平面及深度方向上的照射范围(下文中称为照射野)的粒子射线治疗装置。

在粒子射线治疗装置的射束照射方式中，当前最常用是一种被称为广域法的照射方式，在该照射方式中，扩大由加速器提供的较细的射束，之后，使射束穿透过用于形成平面形状的准直器、和用于形成能量分布的物块，从而形成照射野(例如，参照专利文献1至4)。此时，由于射束穿透过物块时，其能量会s随着穿透长度(厚度)而衰减，因此，以补偿从照射对象的体表起的深度分布的方式来设定厚度分布。例如，若将照射对象的远端(Distal)侧的面作为设定基准，假设射束为平行光，则设定物块的厚度，以使远端侧的面进入物块，更严谨的表述是使得若物块与从远端侧的面到体表侧的组织相叠合，则具有一定的厚度。或者，考虑到来自点光源的射束会发生扩散，设定物块的厚度，从而若在将物块沿面方面以规定倍数进行放大后使其与组织相叠合，则具有一定的厚度。

现有技术文献

专利文献

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

专利文献2：日本专利特开2006－166947号公报(段落0015～0016、图1)

专利文献3：再公布专利WO2006/082651号公报(段落0012～0013、図4)

专利文献4：日本专利特开2007－54537号公报(第0017段，图1)

发明内容

由此，现有的物块仅仅是在考虑了粒子束为平行光的情况或粒子束由点光源扩散而成的情况下来设定厚度分布的。然而，如专利文献1、2所示，即使在广域法中，在利用电磁铁进行扫描以扩大射束的情况下，在与射束轴垂直的平面内，仍然需要如x方向电磁铁和y方向电磁铁那样分别对应于两个方向的电磁铁。因而，实际的粒子束在x方向上开始扩散的起点不同于在y方向上开始扩散的起点。因此，未考虑因方向不同而造成的扩散方式不同，就设想平行光、点光源以设定物块的厚度，在此情况下，存在如下问题：即无法正确地形成适合于照射对象的深度方向的形状的照射野。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种能正确地形成适合于照射对象的深度方向的形状的照射野的物块、以及粒子射线治疗装置。

本发明的物块被设置于粒子射线治疗装置中，用于根据被照射部来改变粒子射线的能量分布，其特征在于，通过以下方式设定上述物块的形状：即，在该物块的上游侧，在入射到该物块的粒子射线的射束轴上存在第一基准点、及位于上述第一基准点的下游侧的第二基准点，上述第一基准点为起点，利用第一倾斜角和第二倾斜角来定义穿透过上述物块并到达上述被照射部的粒子射线的照射轨道，上述第一倾斜角是以第一轴为中心、相对于上述射束轴的角度，其中，该第一轴与上述射束轴垂直并包括上述第一基准点，上述第二倾斜角是第二轴为中心、相对于上述射束轴的角度，其中，该第二轴与上述射束轴及上述第一轴垂直并包括上述第二基准点，使得粒子射线在相对于上述第一倾斜角与上述第二倾斜角的组合中的规定范围的组合而分别定义的照射轨道上的、位于上述物块内的路径长度，能补偿从位于上述被照射部的上游侧的体表面到上述被照射部的路径长度。

另外，根据本发明的物块的制造方法，其特征在于，包括：对上述第一倾斜角和上述第二倾斜角的组合的各组合分别获取从上述体表面到上述被照射部的路径长度即体内深度数据的工序；以使得成为能够补偿上述获得的体内深度数据的路径长度的方式，来设定物块的形状的工序；基于上述设定的物块形状，来示出物块加工数据的工序；以及基于上述生成的加工数据，来加工物块的工序。

另外，本发明的粒子射线治疗装置包括照射嘴和上述物块；上述照射嘴利用2个电磁铁对上述粒子射线进行扫描，以扩大照射野的方式进行照射，上述2个电磁铁在由加速器提供的粒子束的前进方向上相连、扫描方向不同；上述物块配置在从上述照射嘴所照射出的粒子射线中，对上述物块进行配置，使得用于设定该物块的形状的上述第一轴与上述两个电磁铁中的上游侧的电磁铁的扫描轴相一致，并且上述第二轴与另一个电磁铁的扫描轴相一致。

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基于包括上述照射对象部的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生成的三维数据来设定照射条件；物块数据生成单元，该物块数据生成单元基于设定的照射条件，生成上述粒子射线治疗装置中的物块的形状数据，上述三维数据生成单元至少利用上述上游侧的电磁铁扫描的上述第一倾斜角、及上述另一个电磁铁扫描的上述第二倾斜角，来生成上述三维数据。

利用本发明的物块、物块的制造方法、粒子射线治疗装置、及治疗计划装置，能根据取决于穿透过物块而到达照射对象的粒子射线的方向的扩散方式，来设定物块的形状，因此，能正确地形成对应于照射对象的深度方向的形状的照射野。

附图说明

图1是用于对本发明的实施方式1所涉及的包括物块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是用于对本发明的实施方式1所涉及的包括物块的粒子射线治疗装置的照射系统的结构进行说明的侧视图，该侧视图是从与射束的中心垂直的2个方向观察该照射系统的结构的侧视图。

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物块及带电粒子束的射束状态进行说明的图。

图5是用于对本发明的实施方式1所涉及的物块的制造方法进行说明的流程图。

图6是表示本发明的实施方式2所涉及的粒子射线治疗装置中的射束扫描轨迹的例子的图。

图7是表示本发明的实施方式2所涉及的粒子射线治疗装置中的射束扫描轨迹的其他例子的图。

图8是用于对本发明的实施方式5所涉及的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是用于对诊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所涉及的物块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所涉及的物块、粒子射线治疗装置的结构、以及物块的治疗方法进行说明的图，图1是表示包括物块的粒子射线治疗装置的照射系统的结构的图，图2是用于表示粒子射线治疗装置及物块的结构的图，且图2是从与图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形状进行说明的图，图3(a)是表示射束整体外观的图；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。图4表示提取出射束中的物块和包含照射对象即患部的患者身体的部分的图，由此用于说明在考虑了射束的扩散方式的基础上对物块的厚度进行设定，图4(a)是表示射束中的物块和照射对象的外观的图，图4(b)和图4(c)是从与图4(a)的带电粒子束的中心(z方向)垂直的方向观察到的图，图4(b)是从y方向观察到的侧视图，图4(c)是从x方向观察到的侧视图。另外，图5是用于说明物块的制造方法的流程图。

作为对物块的结构进行详细说明的前提，首先，对包括物块且用于形成照射野的粒子射线治疗装置的照射系统进行说明。如图1、图2所示，粒子射线治疗装置10是根据照射对象即患者K的患部IS对由未图示的加速器提供的带电粒子束B进行加工并进行照射的装置。因此，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，其通过在圆形轨道上对由加速器提供的所谓细束形的带电粒子束B进行扫描来扩大照射野；脊形过滤器2，该脊形过滤器2用于根据照射对象IS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IS距离体表的深度(体内深度)来改变带电粒子束B的能量(射程)；挡块准直器(block collimator)4，该挡块准直器4用于将扩大后的照射野在面(x，y)方向上的扩散限制在规定范围内，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具有多个叶片板及驱动各个叶片板的叶片驱动机构，用于限制照射野在面方向上的形状以使其与照射对象IS在面方向上的形状一致；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IS在深度(z)方向上的形状一致。

接下来，对通过使用摆动法的照射嘴来扩大照射野的照射系统中的动作以及原理进行说明。

带电粒子束B由未图示的加速器加速，经由传输系统，并作为直径在数mm左右的所谓笔形射束被导入到照射系统中。对于被导入到进照射系统中的带电粒子束B，利用摆动电磁铁1使其以描绘圆形轨道的方式进行扫描。摆动电磁铁1一般如图所示那样，准备有x方向用电磁铁1a及y方向电磁铁1b，并且以使得2个电磁铁沿着带电粒子束B的中心轴X_B连接的方式进行配置。这里，为了明确地说明，定义了x方向及y方向。坐标系可以根据各种标准来定义，本说明书中使用如下的坐标系。将带电粒子束B的前进方向设为z轴的正方向。x轴及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的例子中，上游摆动电磁铁1a使射束沿x方向进行扫描，下游摆动电磁铁1b使射束沿y方向进行扫描。利用2个电磁铁1a、1b进行扫描，使得照射野在xy方向(平面方向)上扩大。

将照射野扩大后的带电粒子束B通过脊形过滤器2。脊形过滤器形成为使得多个例如锥形体或截面为三角形的板排列于面内，若将照射野内分割成例如多个小区域，则存在所通过的厚度因各小区域而不同的射束。在图中，为了容易理解，记载了圆锥体如剑山那样排列。由此，将布喇格峰的宽度SOBP(Spread-Out Bragg Peak：扩展布拉格峰)扩大。即，利用脊形过滤器2，还能使照射野在z方向上扩大。接下来，将照射野扩大后的带电粒子束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。利用射程移位器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的射束通过挡块准直器4。挡块准直器4是设有通过孔PH的金属块等，用于限制照射野在平面方向(xy平面)上的扩大。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B通过多叶准直器5。多叶准直器5用于利用根据多块叶片板5_L的位置而形成的穿透形状PS，对限制照射野中的、与射束轴X_B相垂直的面(xy)方向上的形状进行限制，以使其与照射对象即患部IS的形状一致。即，利用多叶准直器5对xy方向上的照射野进行限制并使其成形。此外，多叶准直器5至少包括叶片板5_L以及驱动各叶片板5_L的叶片驱动机构5_D。然而，只要叶片驱动机构5_D能规定叶片的驱动轨道，则其自身结构就并不十分重要，且若在图中示出叶片驱动机构5_D本身，则难以示出叶片板5_L的结构。因此，在上述图1、2及之后的图中，为了进行简化，仅从多叶准直器5中提取出叶片板5_L以及叶片板5_L的集合形态来进行记载。

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，作为患部IS的深度形状，例如形成为补偿患部IS的远端(Distal)面距离体表的深度。这里，照射野的能量被限制(形成在z方向上)，从而具有与远端形状相同的形状。即，利用物块6对照射野在深度(z)方向上进行限制并使其成形。此外，所谓远端面，是指从患部IS的体表侧观察到的深部侧的面，相对地，可认为也能补偿表示浅部侧的近端(Proximal)面的深度。另外，后文将详细说明物块6对在深度方向上进行限制、成形的原理及作用。

粒子射线治疗装置的照射系统的作用是将所照射的照射野形成得与患部IS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来扩大面方向上的照射野。该方法具体的例子例如是专利文献1中示出的“通过螺旋射束扫描而实现的大面积均匀照射法”，在摆动法中也被称为螺旋摆动法。简单而言，螺旋摆动法对射束(下文中，将本实施方式所涉及的粒子射线治疗装置和一般装置中所使用的带电粒子束都简称为“带电粒子束”，并且在用于说明带电粒子束的放射方向等时都称为“射束”)进行螺旋状扫描以扩大照射野，通过对其照射野内的扫描轨道(扫描轨迹)下工夫，能确保平坦度。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1的图1等。

另一方面，摆动法一般多指单圆摆动法，在该情况下，在扩大照射野时利用散射体来确保平坦度。因此，即使是相同的摆动法，也存在有使用散射体的摆动法和不使用散射体的摆动法，射束的方向性也因散射体的有无而不同。相对于大小相同的照射野，在使用了散射体的情况下，射束的扫描角能小于扫描法中的扫描角。因此，即使如以往那样假设平行射束或像点光源那样具有扩散性的射束以制成物块，也不会有较大问题。另一方面，如本实施方式1所使用的螺旋摆动法那样不使用散射体，而仅使用扫描电磁铁来扩大射束，在此的情况下，通过某点的射束的照射方向是一个主要取决于该点相对于扫描电磁铁的位置的方向。

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的照射系统内利用一对扫描电磁铁1来扩大带电粒子束B的扩散方式(射束FB的形状)的示意图。由于应用螺旋摆动法，因此带电粒子束B不是点光源，而是如图3所示那样地被扩大。为了便于说明，将图3所示的带电粒子束B的扩大方式称为“两级扫描式扩大”。射束不为点光源，且进行两级扫描式扩大，此时，需要设计一个与此相适应的限制器。

这里，对两级扫描式扩散进行较为详细的说明。

如图3所示，带电粒子束B从上方向下方(z方向)进行照射。带电粒子束B原本以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为基准对带电粒子束B进行扫描。上游的动电磁铁1a的带电粒子束B的扫描方向是在图3(b)的平面内(xz平面)进行扫描的方向，通过射束轴X_B上的基准点CPa且与射束轴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为基准对带电粒子束B进行扫描。下游摆动电磁铁1b的带电粒子束B的扫描方向是在图3(c)的平面内(yz平面)进行扫描的方向，通过射束轴X_B上的基准点CPb且与射束轴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，并在线段上的基准点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时带电粒子束B的扩散。接下来，利用穿过基准点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的下半部分沿着基准轴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，该区域示出了带电粒子束B的扩散方式(带电粒子束B能通过的区域：射束FB)。也就是说，进行两级扫描式扩散的射束FB的形状在x方向及y方向形成为曲率半径不同的扇形。

为了说明与通过上述照射系统的结构而形成的带电粒子束B的扩散方式对应的物块的技术特征，首先说明物块的原理。

如背景技术所述的那样，带电粒子束不同于γ射线、X射线那样的其他的放射线，其给予剂量在体内远端会急剧地变为最大值。将该给予剂量的峰值称为“布喇格峰”，该布喇格峰的生成位置(到达深度)取决于带电粒子的能量。其原因在于，带电粒子具有以下性质：即，在其通过物质时，动能会逐渐消失，当动能为0时，给予较多的剂量。而且，一般而言，粒子射线治疗装置的同步加速器等加速器能将带电粒子加速到一定的能量。因而，若不使用任何限制器而直接进行照射，会在与由加速器进行加速后的能量所对应的到达深度给予剂量。然而，实际上照射对象即患部的形状是三维的，因此，其深度方向不是固定的。因而，使用作为限制器的物块。

说明上述物块的原理和现有的物块的制造方法之间的关系。

一般而言，物块是通过对树脂块进行切削加工而制成的，在带电粒子束通过该物块时，其动能会根据通过物质、密度、及其厚度而减小。此时，在比较带电粒子束通过相同厚度的物质的情况下，若物质的原子序数越大，则带电粒子束的动能减少得越多。因此，即使对空气进行照射，其动能也几乎不会减小。简单起见，假设带电粒子束在树脂中通过1cm、与在体内通过1cm，消耗相等的动能。另外，调整带电粒子束的能量，从而在对由加速器进行了加速并提供的带电粒子束原样地进行照射的情况下，会在距离体表深度为15cm的位置产生布喇格峰(到达深度15cm)。

简单起见，假设所照射的带电粒子束为平行射束的情况。若将物块设置在与带电粒子束的入射方向垂直的面方向上，则在带电粒子束入射到物块上的入射部分A所对应的物块厚度为3cm的情况下，带电粒子束穿透过物块后的到达深度为12cm(＝15－3)。另外，在入射部分B所对应的物块厚度为4cm的情况下，带电粒子束穿透过物块后的到达深度为11cm(＝15－4)。因而，在部分A正下方且距离体表的深度为12cm的位置，会产生布喇格峰，在部分B正下方且距离体表的深度为11cm的位置，会产生布喇格峰。因而，若将物块在面方向上的任意位置(x，y)的厚度设为tB(x，y)，将物块正下方的照射目标部分距离体表的深度、即从体表到照射目标部分的厚度设为tK(x，y)，则只要以满足公式(1)的方式来设定物块的厚度分布，就能在患部的照射目标部分的面上集中释放出带电粒子束的能量，即能进行破坏。

tB(x，y)+tK(x，y)＝R  …(1)

式中，R是指入射到物块的粒子射线的到达深度，上述假设中，将其设为15cm。

即，设定物块的厚度分布，从而能对其正下方的患部距离体表的深度分布(简称为形状)进行补偿。一直以来都将带电粒子束设定为平行射束或像点光源那样的扩散射束，并在此基础上设定厚度，以制造物块。此外，在如上所述设定厚度时还存在下述情况，即将身体组织看作水、将物块的厚度设为换算成与水具有相同厚度的水等效厚度，由此进行标记的情况，上述制造方法也适用于该情况。

本发明的实施方式所涉及的物块中，由于带电粒子束B的射束扩散是两级扫描式的扩散，因而，能据此来设定厚度分布，更严谨的说是能据此来设定路径长度分布。更具体地，使用图4来进行说明。在该图中，将照射对象即患部IS的照射目标部分的某个点设为目标照射位置P。例如，设该目标照射位置P是患部IS内的、相对于患者身体K的体表f_K为最深部的面上的一个点。若假设为两级扫描式的射束扩散，则为了到达目标照射位置P，求出在基准点CPa上的角度α_P和在作用轴A_sb上的角度β_P，由此使带电粒子束B在通过基准点CPa的作用轴A_sa上相对于射束轴X_B仅偏转角度α_P，使带电粒子束B通过基准点CPb的作用轴A_sb上相对于射束轴X_B仅偏转角度β_P。

此处，不将角度αP的起点设为作用轴A_sa而设为基准点CPa的原因在于，由加速器1提供的带电粒子束B的状态是笔形的，所有的带电粒子束都会通过作用轴A_sa与射束轴XB的交点即基准点CPa。另外，至于带电粒子束B会通过作用轴A_sb上的哪一个点则唯一地取决于相对于基准点CPa的扫描角α_P、及基准点Cpa与基准点CPb之间的距离。由此，假设两级扫描式射束的扩散(通过范围)，能利用基准点Cpa、作用轴A_sb、及扫描角α_P和β_P来定义用于表示射束到达目标照射位置P的折线，即“射束照射轨道T_B”，并进行描绘。

在到达目标照射位置P之前，该射束照射轨道T_B会穿透过物块6和患者身体K(至少从体表f_K一侧到目标照射位置P为止)。只需将带电粒子束B在穿透过物块6和患者身体K时所消失的动能设定为与带电粒子束经由加速器进行加速后获得的能量相同即可。即，设定决定该穿透部分的路径长度的物块的厚度，以使得带电粒子束所减少的动能与加速能相同。此处，利用相对于基准点CPa具有的扫描角度α、以及相对于通过基准点CPb的作用轴A_sb具有的扫描角度β来定义射束照射轨道T_B，上述基准点CPb位于离开上述基准点CPa的位置。然后，当将到达被照射部IS之前在物块6内的穿透路径长度设为L_B、将从体表f_K到被照射部IS的路径长度设为L_K、将带电粒子束B的能量设定得与公式(1)相同、且用R来表示到达深度时，只需设定物块6的形状以使其满足公式(2)的关系即可。

L_B(α，β)+L_K(α，β)＝R  …(2)

即，在假设已规定了两个基准点CPa和CPb的前提下，能利用扫描角α、β及路径长度LB这三个参数(坐标)来直接定义(设定)物块的形状。即，严格来说，物块的形状不是由厚度分布来定义的，而是由路径长度分布来定义的。在这种情况下，例如，在相对于射束轴X_B发生了较大倾斜的区域中，有时无法简单地利用倾斜角度来补正厚度t。然而，若以(α、β、L)坐标来定义物块的形状，则能正确地定义物块的形状。然后，在例如利用切削加工将板材形成为物块时，若进行切削加工的设备能改变转轴的方向，则能以扫描角α、β来定义该转轴的方向，能利用基于路径长度L_B进行四则运算所得的简单的换算值来定义切削深度，从而能直接生成物块的加工数据。

另一方面，比较利用厚度分布来定义物块的形状的情况与利用路径长度分布来定义物块的形状的情况，在物块的形状不发生变化的情况下，不必拘泥于利用路径长度分布来定义物块的形状，在这种情况下，在设定物块B的形状时，在规定了距离物块B的基准点Cpa的路径长度LB的分布的基础上，也能像(x，y，z)坐标那样将路径长度分布变换到面方向上的厚度分布来进行设定。通过变换为厚度分布，从而即使在现有的加工装置中，也能够制造出实现考虑了带电粒子束会发生扩散这一因素后的、具有正确的能量分布的物块。此外，后面的实施例会说明坐标变换的具体例子。

另外，如上所述，实际上利用脊形过滤器2、射程移位器3对由加速器提供的带电粒子束B调整布喇格峰的宽度和到达深度，之后，将其射入物块，因此，在这种情况下，也能将“加速后的能量”理解为“入射到物块时的能量”。

即，如图5所示，包括：对于α、β这两个变量的组合之中的每一个，获取体内路径长度L_k(α，β)即体内深度数据(步骤S10)的工序；物块形状设定工序，在该物块形状设定工序中，补偿所获取的体内深度数据L_k(α，β)，即算出满足公式(2)的路径长度数据L_B(α，β)(步骤S20)，在需要对所计算出的数据进行坐标变换的情况下(S30中为“是”)，将所计算出的数据变换为正交数据(步骤S40)，将物块形状设定为厚度分布(步骤S100)，在不需要进行坐标变换的情况下(S30中为“否”)，保持该坐标不变并设定物块形状(步骤S100)的物块形状设定工序；基于所设定的物块形状来算出物块的加工数据(步骤S110)的工序；以及基于所算出的加工数据来加工物块(步骤S120)的工序，由此，能获得上述物块6，能可靠地在目标照射位置P产生布喇格峰。

同样地，对于多叶准直器5，也能如上述那样在考虑了利用扫描方向不同的两个扫描电磁铁1a、1b来扩大照射野而生成的射束F_B因经过两级扫描式扩散后所具有的形状的基础上，来设定其驱动轨道、叶片的形状、配置。

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，另外也并非仅局限于螺旋摆动法。另外，起到照射嘴功能的电磁铁也并不局限于摆动电磁铁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，本实施方式1所涉及的物块6是设置在粒子射线治疗装置10中，且用于根据被照射部IS来改变带电粒子束B即粒子射线B的能量分布的物块，通过以下方式来设定上述物块6的形状：即，在该物块6的上游侧，在入射到该物块6的粒子射线B的射束轴X_B上，定义第一基准点CPa，及位于该第一基准点CPa的下游侧的第二基准点CPb，以第一基准点CPa为起点，并利用第一倾斜角α和第二倾斜角β来定义穿透过该物块6并直抵被照射部IS的粒子射线B的照射轨道T_B，上述第一倾斜角α是以第一轴A_sa为中心、相对于射束轴X_B的角度，且该第一轴A_sa与射束轴X_B垂直并包括第一基准点CPa，上述第二倾斜角β是以第二轴A_sb为中心、相对于射束轴X_B的角度，且该第二轴A_sb与射束轴X_B及第一轴A_sa垂直并包括第二基准点CPb，路径长度L_B补偿路径长度L_k，上述路径长度L_B是照射轨道T_B中的粒子射线B在该物块6内的路径长度，上述照射轨道T_B是相对于第一倾斜角α与第二倾斜角β的组合之中的、具有为了覆盖被照射部IS所必需的数值范围、分辨率等的规定范围的组合而分别定义的，上述路径长度L_k是从位于被照射部IS的上游侧的体表到被照射部IS的路径长度，因此，即使在平面方向上，射束的扩散方式不同，但仍然能根据其扩散方式来正确地形成适应照射对象即被照射部IS的深度的形状的照射野。

特别在将第一倾斜角设为α，将第二倾斜角设为β，将根据第一倾斜角α与第二倾斜角β的组合而定义的照射轨道T_B上的粒子射线B在该物块6内的路径长度设为L_B(α，β)，将根据第一倾斜角α与第二倾斜角β的组合而定义的照射轨道T_B上的粒子射线B从体表f_k到被照射部IS的路径长度设为L_k(α，β)，将与入射到物块6的粒子射线B的能量相当的到达深度设为R时，此时，以满足L_B(α，β)+L_K(α，β)＝R的关系的方式来设定物块6的形状，因此，能以相同的坐标来定义实际的照射轨道T_B和物块形状，而且，能够正确地形成能补偿被照射部IS的深度分布的物块。

根据本发明的实施方式1所涉及的物块的制造方法，包括：对第一倾斜角α与第二倾斜角β的组合之中的每一个，获取从体表fk到被照射部IS的路径长度即体内深度数据的工序(S10)；设定物块的形状以成为能补偿所获得的体内深度数据的路径长度的工序(S20～S100)；基于所设定的物块的形状来生成物块的加工数据的工序(S110)；以及基于所生成的加工数据来加工物块的工序(S120)，因此，能够获得在目标照射位置P能可靠地生成布喇格峰的物块。

另外，根据本发明的实施方式1所涉及的粒子射线治疗装置10，包括：照射嘴1：照射嘴1利用两个电磁铁1a、1b来对粒子束B进行扫描，以扩大照射野的方式进行照射，上述两个电磁铁1a、1b是在沿着由加速器提供的粒子射线B的前进方向排列且各自的扫描方向互不相同的两个电磁铁；以及物块6，该物块6配置在从照射嘴1所照射出的粒子射线B中，配置物块6，使得用于设定该物块6的形状的第一轴与两个电磁铁之中的上游侧的电磁铁1a的扫描轴A_sa相一致，且第二轴与另一个电磁铁1b的扫描轴A_sb相一致，因此，即使射束的扩散方式在平面内存在差异，也能利用两级扫描式扩散来准确地根据该扩散方式，正确地形成适合于照射对象即被照射部IS的深度方向上的形状的照射野。

实施方式2

在实施方式1中，阐述了采用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)并不限定于本发明的技术思想，即使在其它射束扫描轨迹中，在进行两级扫描式扩散的情况下也能发挥出效果。因此，在本实施方式2中，将本发明的物块应用于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，对由实施方式1中使用的螺旋摆动法所产生的射束扫描轨迹进行说明。如专利文献1中记载的那样，螺旋状扫描轨迹是利用包含如下3个等式在内的公式(3)得到的。

[数学式1]

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

$\mathrm{\ω}\left(t\right)=\frac{v_0}{\sqrt{\frac{R_{\max }-R_{\min }}{\mathrm{\πN}}{v}_{0}t+R_{\min }^2}}...\left(3\right)$

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

式中，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；将扫描转速设为N。另外，r(t)是半径方向上的坐标；θ(t)是角度方向上的坐标，即利用极坐标系来表示。

根据上述公式(3)得到的射束扫描轨迹呈螺旋(盘旋)形状，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，不需要将射束扫描轨迹限定为螺旋状。可认为能够将利用2个电磁铁进行扫描而得到剂量均匀分布的射束扫描轨迹分类成几个典型的图案。

摆动法是持续地对射束进行扫描以形成剂量均匀分布的方法。即，优选为摆动法中的射束扫描轨迹连续且具有周期性。因此，利用极坐标系来表示射束轨道，并对使r(t)及θ(t)进行连续且周期性的变化的图案进行讨论。

<典型图案1>

在第一种图案中，将r(t)及θ(t)分别定义成如下述那样连续且周期性变化的函数。

r(t)＝连续且周期性变化的函数(周期T₁)

θ(t)＝连续且周期性变化的函数(周期T₂)

此外，式中r(t)及θ(t)的周期也可互不相同。另外，需要注意的是，关于角度θ，由于360为一周，因而，可将360度看作为0度。即，360度和0度是连续的。若以弧度进行表示，则将2π看作为0度。

作为实现上述图案的例子，举出包括以下三个等式的公式(4)所示那样的射束扫描轨迹。

θ(τ)＝ω_θτ  …(4)

τ＝τ(t)

式中，τ(t)是用参数来表示的上述公式(4)的参数，是时间的函数。ω_r是决定r(t)的角速度，因此r(t)的周期为2π/ω_r。是初始相位。ω_θ是决定θ(t)的角速度，θ(t)的周期为2π/ω_θ。

图6示出了根据公式(4)所生成的射束扫描轨迹ST1的例子。图6是表示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，在公式(4)中，不将参数设为时间t的原因在于，为了能根据位置的不同来改变描绘速度。例如，在图6中，在坐标为(0，0)的射束轴中心部的附近，射束扫描较为集中且密度较高，因此，像靠近中心部的部分那样在轨迹集中的部分，设法加快扫描速度等，从而获得均匀的剂量分布。

<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来形成射束扫描轨迹。例如，将描绘较大的圆的函数与描绘较小的圆的函数进行组合。包括以下3个等式的公式(5)示出了其中的一个例子。

其中，x(τ)、y(τ)分别为射束扫描轨迹的x坐标、y坐标，且由直角坐标系的式子来表示。图7中示出了利用公式(5)所生成的射束扫描轨迹的例子。图7与图6一样，是表示处于垂直于射束轴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。

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，在大多的搅拌装置中，将该图案用于搅拌部的驱动图案。此外，与前面的例子一样，不将参数设为时间t，其原因在于，为了能够根据位置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面积大面积且均匀的照射的想法是源于“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是点光源式，而是两级扫描式。

即，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，通过应用实施方式1所示的物块6，从而能设定穿过物块6内的粒子射线的能量衰减分布，以使其补偿与带电粒子束B的射束FB扩散对应的照射对象的深度分布。因此，能基于电磁铁的几何学配置，来正确地形成适用于照射对象的深度方向上的形状的照射野。因而，能消除使用两级扫描电磁铁时产生的补偿精度的偏差，能形成高精度的照射野。

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性部分，也不会对本发明的技术思想进行限定。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。在进行点扫描的情况下，射束的扩散方式也是两级扫描式。因而，在点扫描中使用物块的情况下，也能够发挥能形成上述高精度的照射野的效果。

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物块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，并对照射对象以一笔划(one-stroke writing)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，在光栅扫描中使用物块的情况下，本发明的上述实施方式所涉及的物块6会发挥出效果。也就是说，在利用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物块6，则能够发挥出能形成上述高精度照射野的效果。

实施方式5

在粒子射线治疗装置中，例如像专利文献2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(不同于上述各实施方式1至4所说明的照射轨道TB，是指射束轴本身的方向)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物块发挥出形成高精度的照射野的效果。

图8是表示具备实施方式5的粒子射线治疗装置中的物块206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之后，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5及物块206，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；且物块206的形状(路径长度分布)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的射束不会发生扩散，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方向上对带电粒子束B进行扫描以使射束在x方向上从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1基本相同，扫描电磁铁201b使在x方向进行了扩散的射束进一步向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方向分量)在x方向上进行扫描，在x方向上从E_E1扩散至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_XB)不同，扫描轴E_Asa位于离开偏转电磁铁201a主体外的位置。然而，由于入射到物块206的射束轴是射束轴E_XB，因此，能理解为规定扫描轴的位置的基准点Cpa位于入射到物块206的射束的射束轴上，还能理解为扫描轴与入射到物块206的射束的射束轴E_XB垂直。因此，在如上述那样将一个进行扫描的电磁铁兼用作偏转电磁铁的照射系统中，也能以入射到为物块的射束的射束轴E_XB作为基准，根据射束的扩散方式来计算出等效扫描轴E_Asa，并与实施方式1一样，利用等效扫描轴E_Asa及扫描轴A_sb(基准点CPb)来设定物块206的路径长度分布。

从图8可知，在照射系统中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，与利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_Asa(等效)的基准点CPa及基准点CPb的间隔变大。因此，在假设进行点光源式射束扩散方式的物块中，在实际的路径与计算出的路径之间会产生偏差这一问题变得更为显著。然而，对于本发明的实施方式5所涉及的物块206的形状，在考虑了实际的射束扩散的基础上设定其路径长度，因此，能正确地形成深度方向上的照射野。

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，由使射束轴的方向发生偏转的偏转电磁铁201a对x方向扫描和y方向扫描这两个方向上的扫描之中的一个方向(x或y)进行扫描，假设设定基准点CPa、CPb的射束轴会通过入射到物块206的带电粒子束B的射束轴EXB上的一点，由此设定物块206的形状及配置，以使得射束轴与第一轴或第二轴一致，因此，能够发挥出能形成高精度的照射野的效果。

实施方式6

在上述各个实施方式1～5中，对物块及使用物块的照射系统的结构、其射束轨道进行了说明。在本实施方式6中，在本发明的上述各个实施方式所涉及的物块、粒子射线治疗装置中，对设定动作条件、物块的制造数据等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之前，说明作为治疗计划装置实施的治疗计划的前提即医疗行为。一般可认为医疗行为由几个阶段构成。图9示出了该医疗行为的阶段(流程)，并且示出了各阶段中使用的装置。基于图9对治疗流程进行说明。

具体而言，可认为医疗行为大致由如下各阶段构成：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，在上述各个阶段中使用的装置是图9右侧所示的装置。例如，在诊断阶段(MS2)中使用的装置为X射线拍摄装置、CT(ComputedTomography：计算机断层成像)、MRI(Magnetic Resonance Imaging：核磁共振成像)等，在治疗计划阶段(MS3)中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)中使用的装置是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)与是否发病无关，而是指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射线等透视图像的方法、利用PET(Positron Emission Tomography：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的诊断的阶段。在进行粒子射线治疗的情况下，为了进行治疗，需要了解患部的位置、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。后文将详细说明治疗计划装置，因而，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，在该阶段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物块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，也存在仅进行一次照射治疗阶段就结束的情况，但通常情况是在某段期间内进行多次照射。

正如字面意思，复健·后续观察阶段(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。

在上述的医疗行为中，治疗计划是在诊断阶段之后、治疗阶段之前进行的一系列的操作。在粒子射线诊疗装置中，因为基于由治疗计划装置求得的治疗计划来照射带电粒子束，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：基于预先获取到的照射对象的多个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)来模拟最终的剂量分布、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并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以下功能。<作用A>

功能a：基于在诊断阶段所获得的断层拍摄图像，来生成三维数据的功能。

功能b：像三维CAD那样从各种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，区别患部与正常组织并进行存储的功能。

<作用B>

功能d：设定在治疗阶段所使用的粒子射线治疗装置的参数，并模拟照射的功能。

功能e：基于该装置的用户所设定的条件，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叶照射)

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，能再次利用过去的信息的功能。

对用于实现上述各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商几乎不设计并制造专用硬件，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商专注于开发治疗计划软件，并进行制造贩卖。在治疗计划软件中，准备例如实现功能a～功能k的各种功能的模块，以作为从主程序中调出的子程序。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。

接着，开始对各功能、实现各功能的模块进行说明，并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)基于在诊断阶段所获得的一系列的断层拍摄图像，来生成三维数据。在读取断层拍摄图像时，也能根据患者ID等患者的信息、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。此处，三维数据是指用于在治疗计划装置内以虚拟且三维的方式来重现包含患部的拍摄对象所必需的信息。一般而言，采用以下方法：定义治疗计划装置内的虚拟空间，在上述虚拟空间内以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，为此，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那样的各种视角来显示所生成的三维数据。

功能c(模块c)会在所生成的三维数据中，区别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。在这种情况下，功能a中所使用的“材质信息”相当于X射线穿透的难易程度。即，基于该断层拍摄图像而在虚拟空间中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射线的穿透性，在治疗计划装置的虚拟空间内，通过改变例如色彩、亮度来进行表示。而且，基于该“材质信息”，能够知道以下信息：即，在虚拟空间内所重现出的三维模型中，该部分是相当于骨骼的部分，或者该部分是相当于肿瘤的部分，并能区分患部和正常组织。能将区别患部和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CPb的坐标”等。另外，还包括物块6或206(下文中仅记载6作为代表)相对于基准点CPa和基准点CPb的位置、配置方向。

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照射而设定射束的照射轨道。本功能是假设点扫描、光栅扫描等扫描方式的情况下的功能。

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，则如实施方式1所示的那样，在使用与两级扫描对应的多叶准直器5的情况下，能容易地生成驱动代码，以实现与所求出的最佳照射计划对应的开口形状(穿透形状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，对于在上述功能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、物块的形状是以与射束轴相垂直的面内的厚度分布来规定的情况下，由于其配置、叶片的驱动方向、物块的加工数据(例如NC数据)都是由正交坐标方向(例如x方向、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相一致，或者物块的形状数据与加工数据相一致。

另一方面，以如实地对射束扩散进行深度分布补偿的方式来制造本发明的各实施方式所涉及的物块6，在此情况下，如上所述，可能无法正确地表现与射束轴XB垂直的面方向上的厚度(加工深度)分布。因此，优选以基准点为中心的角度来给出用于制作物块的数据。即，如公式(2)所说明的那样，希望以相对于以基准点为中心的角度上的长度来表示用于对板材进行切削加工而制造出的物块的形状数据。

因此，本发明的实施方式6所涉及的治疗计划装置以特殊的坐标系来表示患部的三维数据。

具体而言，是以下定义(D1)所示的特殊坐标系。

[ψ_a，ψ_b，r_b]  ·····(D1)

式中，ψ_a是以基准轴(A_sa)为中心的射束的偏转角度(对应于公式(2)的α)，上述基准轴(A_sa)垂直于射束轴X_B且通过基准点CPa，ψ_b是以基准轴(A_sb)为中心的射束的偏转角度(对应于公式(2)的β)，上述基准轴(A_sb)垂直于射束轴X_B和基准轴A_sa且通过基准点CPb，r_b是从基准点CPa(或基准轴A_sb内的点)到该照射点P的距离。三维空间内的任意的点都能由上述三个信息来唯一地进行表示。但是，需要预先根据扫描电磁铁1a、1b的配置来决定基准点CPa及基准点CPb。

此处，将照射基准即等中心设为xyz坐标系的原点，假设基准点CPa和基准点CPb各自的xyz坐标如下所示。

基准点CPa：(0，0，－l_a)

基准点CPb：(0，0，－l_b)

然后，如图1至图3所示，假设上游的扫描电磁铁1a是x方向扫描电磁铁，下游的扫描电磁铁1b是y方向扫描电磁铁。此时，在将定义(D1)所示的特殊坐标系所表示的[ψ_a，ψ_b，r_b]赋予给某个点的坐标时，该点的xyz坐标能分别以下公式(6)来进行表示。

[数学式2]

此处，若对公式(6)中的Rotx(ψb)和Roty(ψa)如(D2)那样进行定义，则能获得公式(7)所示的某个点的xyz坐标。

[数学式3]

相反地，以下示出了基于xyz坐标系来求出特殊坐标系的方法。由于I_b是照射系统的固有值，因此，能基于公式(7)中y与z的关系，来如公式(8)那样地求出ψ_b。

[数学式4]

另外，由于I_a也是照射系统的固有值，因而，也能基于公式(7)中的y与z的关系，来如定义(D3)那样地进行定义，

Λ：＝y²+(z+l_b)²+(l_a－l_b)  …(D3)

＝(l_a―l_b+r_b)cosψ_a

根据公式(7)中与z的关系和定义(D3)，能利用公式(9)来求出ψ_a。

[数学式5]

最后，能利用公式(10)来求出r_b。

[数学式6]

具备在假设为两级扫描的条件下变换到特殊坐标系的坐标变换功能，作为从功能a的阶段开始使用与上述两级扫描式射束的扩散对应的坐标系[ψ_a，ψ_b，r_b]，即功能a，或用于执行功能a的辅助功能。

例如，图10是以框图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基于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；以及物块数据生成单元23，该物块数据生成单元23基于所设定的照射条件来生成物块的形状数据、制造用的加工数据。此外，如上所述，上述这些单元、模块是在计算机内利用软件而形成的，因此，并不表示在物理上形成了上述部分。

然后，三维数据生成单元21包括：三维数据生成模块21_M1，该三维数据生成单元21_M1作为功能a，基于图像数据来生成患部、身体形状等三维数据；坐标变换模块21_M2，该坐标变换模块21_M2基于所生成的三维数据，来变换为在假设两级扫描的情况下由定义(D1)所示的坐标系[ψ_a，ψ_b，r_b]的数据；显示用数据生成模块21_M3，该显示用数据生成单元21_M3作为功能b，基于变换后的数据来生成显示用数据；以及照射对象分离模块21_M4，该照射对象分离模块21_M4基于变换后的数据，来区分照射对象即患部与正常组织，作为作用A，该三维数据生成单元21基于图像信息来生成由定义(D1)所示的坐标系中的三维数据。

然后，照射条件生成单元22基于定义(D1)所示的坐标系中的三维数据，来设定最佳照射条件，以作为作用B的功能d、e。然后，为了实现作用D的功能g，物块数据生成单元23至少包括形状设定模块23_{M 1}和加工数据生成模块23_M2，该形状设定模块23_M1基于所设定的照射条件，来设定物块的形状(路径长度分布数据)，以使得患部IS的深度L_k与物块6中的路径长度L_B之和具有满足公式(2)的关系；该加工数据生成模块23_M2基于所设定的形状，来生成物块的加工数据。

由此，在三维数据生成单元21、照射条件设定单元22中，至少使用以基准轴(A_sa)为中心的射束的偏转角度α(ψ_a)、以基准轴(A_sb)为中心的射束的偏转角度β(ψ_b)、以及距离r_b，来规定用于确定照射位置、且由定义(D1)所示的坐标系统中的三维数据，上述基准轴(A_sa)垂直于射束轴X_B且通过基准点CPa，上述基准轴(A_sb)垂直于射束轴XB与基准轴A_sa且通过基准点CPb。

因此，对于公式(2)中的从体表f_K到目标照射位置P为止的路径长度L_K，能基于与相同的α、β值相对的、体表f_k的r_b值与目标照射位置P的r_b值之差来获得。同样地，对于物块的穿透路径长度L_B，能基于与相同的α、β值相对的、物块的入射侧的面的r_b值与出射侧的面的r_b值之差来获得。然后，在使用轴角度可变的加工装置的情况下，能根据与所获得的物块α、β对应的路径长度L_B的分布，来设定切削深度。

即，在本发明的实施方式6所涉及的治疗计划装置20中，通过直接利用输入到治疗计划装置20内或从治疗计划装置20内输出的三维数据，对于使用了对粒子射线产生两级扫描式射束的扩散的照射系统正确地补偿深度分布的物块6、206的粒子射线治疗装置，生成用于制作物块的加工数据。另一方面，在需要以厚度分布进行标记的情况下，将加工数据变换到x、y、z坐标，并基于x、y、z坐标、并根据与x、y对应的厚度t(z方向)来设定切削深度。

另外，在使用上述坐标系统的情况下，即使在与多叶准直器5相关的驱动代码中，由照射条件设定单元22所求出的最佳照射计划所对应的开口形状(穿透形状SP)本身成为用于实现该形状的驱动代码。因而，在两级扫描式地扩散射束的照射系统中，对多叶准直器5进行最佳控制的驱动代码也能容易地生成。

如上所述，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基于包含被照射部IS的照射对象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；以及物块数据生成单元23，该物块数据生成单元23基于所设定的照射条件来生成上述各实施方式所涉及的粒子射线治疗装置中的物块6的形状数据，三维数据生成单元21至少采用利用上游侧的电磁铁1a进行扫描而得到的第一倾斜角α、以及利用另一个电磁铁1b进行扫描而得到的第二倾斜角β，来生成三维数据。即，使用以基准轴A_sa为中心的射束的偏转角度ψ_a、以基准轴(A_sb)为中心的射束的偏转角度ψ_b，来生成的三维数据，其中，上述基准轴A_{s a}垂直于射束轴X_B且通过基准点CPa，上述基准轴(A_sb)垂直于射束轴XB与基准轴A_sa且通过基准点CPb。因此，能直接利用输入到治疗计划装置20内或从治疗计划装置20输出的三维数据，来生成正确地补偿照射对象即患部的深度的物块的形状数据、加工数据。即，在物块数据生成单元23中，能以两个偏转角度ψa和ψb、以及rb来规定上述控制数据，因此，在对粒子射束产生两级扫描式扩散的照射系统中，能利用仅根据与相同的ψa、ψb值的组合相对的单纯的距离rb之差而形成正确的照射野中的带电粒子束B。

附图标记

1照射ノズル(1a：1照射嘴(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(ridge filter)

3  射程移位器

4  环形准直器

5  多叶准直器

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  物块数据生成单元

A_sa  上游扫描电磁铁的扫描轴(第一轴)(E_As虚拟轴)

A_sb  下游扫描电磁铁的扫描轴(第二轴)

CPa  第一基准点

CPb  第二基准点

F_B  粒子束的射束(扩散)

L_B  物块内的路径长度

L_k  体内的到被照射部为止的路径长度(体内深度)

PS  穿透形状

R  到达深度

ST  粒子束的扫描轨迹

T_B  照射轨道

X_B  粒子束的射束轴(E_x入射到物块的射束的射束轴)

α  第一倾斜角

β  第二倾斜角

用百位示出的数字表示各实施方式的变形例。

Claims (11)

1.一种物块，

该物块被设置在粒子射线治疗装置中，用于根据被照射部来改变粒子射线的能量分布，其特征在于，

通过以下方式来设定所述物块的形状：即，在该物块的上游侧，在入射到该物块的粒子射线的射束轴上确定第一基准点、以及位于所述第一基准点的下游侧的第二基准点，

以所述第一基准点为起点，利用第一倾斜角和第二倾斜角来定义穿透过所述物块并到达所述被照射部的粒子射线的照射轨道，

所述第一倾斜角是以第一轴为中心、相对于所述射束轴的角度，其中，该第一轴与所述射束轴垂直并包括所述第一基准点，所述第二倾斜角是以第二轴为中心、相对于所述射束轴的角度，其中，该第二轴与所述射束轴及上述第一轴垂直并包括所述第二基准点，

使得在根据所预定的所述第一倾斜角与所述第二倾斜角的各个组合而分别定义的照射轨道上的粒子射线在该物块内的路径长度，能补偿从位于所述被照射部的上游侧的体表到所述被照射部的路径长度。

2.如权利要求1所述的物块，其特征在于，以下述方式来设定所述物块的形状：即，

若将第一倾斜角设为α，

将第二倾斜角设为β，

将根据所述第一倾斜角与所述第二倾斜角的组合而定义的照射轨道上的粒子射线在该物块内的路径长度设为L_B(α，β)，

将根据所述第一倾斜角与所述第二倾斜角的组合而定义的照射轨道上的粒子射线从所述体表到所述被照射部的路径长度设为L_k(α，β)，

将与入射到所述物块的粒子射线的能量相当的到达深度设为R，

则使其满足L_B(α，β)+L_K(α，β)＝R的关系。

3.一种物块的制造方法，

制造权利要求1或2所记载的物块的方法，其特征在于，包括：

根据所述第一倾斜角和所述第二倾斜角的各个组合，分别获取从所述体表到所述被照射部的路径长度即体内深度数据的工序；

设定物块的形状以使其成为能够补偿所获得的所述体内深度数据的路径长度的工序；

基于所设定的所述物块的形状，来生成物块的加工数据的工序；以及

基于所生成的所述加工数据，来加工物块的工序。

4.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：

照射嘴，该照射嘴通过利用两个电磁铁对所述粒子射线进行扫描以扩大照射野的方式来进行照射，所述两个电磁铁在由加速器提供的粒子束的前进方向上相连、且扫描方向互不相同；以及

权利要求1或2中所述的物块，该物块配置在从所述照射嘴所照射出的粒子射线中，对所述物块进行配置，以使用于设定该物块的形状的所述第一轴与所述两个电磁铁之中的上游侧的电磁铁的扫描轴相一致，并且使所述第二轴与另一个电磁铁的扫描轴相一致。

5.如权利要求4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。

6.如权利要求4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。

7.如权利要求4所述的粒子射线治疗装置，其特征在于，

利用使射束轴的方向发生偏转的偏转电磁铁来进行所述两个方向的扫描之中的一个方向的扫描，在假设所述偏转电磁铁的扫描轴通过入射到所述物块的粒子射线在射束轴上的一点的情况下，使所述偏转电磁铁的扫描轴与所述第一轴或所述第二轴相一致。

8.一种治疗计划装置，其特征在于，包括：

三维数据生成单元，该三维数据生成单元基于包括被照射部的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

物块数据生成单元，该物块数据生成单元基于所设定的照射条件，生成权利要求4所述的粒子射线治疗装置中的物块的形状数据，

所述三维数据生成单元至少利用由所述上游侧的电磁铁的偏转角而得到的所述第一倾斜角、以及由所述另一个电磁铁的偏转角而得到的所述第二倾斜角，来生成所述三维数据。

9.一种治疗计划装置，其特征在于，具有

三维数据生成单元，所述三维数据生成单元根据包括被照射部的照射对象的图像数据来生成三维数据；

照射条件设定单元，所述照射条件设定单元根据所生成的三维数据来设定照射条件；以及

物块数据生成单元，所述物块数据生成单元根据所设定的照射条件，来生成权利要求5所述的粒子射线治疗装置中的物块的形状数据，

所述三维数据生成单元至少利用由所述上游侧的电磁铁的偏转角而得到的所述第1倾斜角、以及由所述另一个电磁铁的偏转角而得到的所述第2倾斜角，来生成所述三维数据。

10.一种治疗计划装置，其特征在于，具有

三维数据生成单元，所述三维数据生成单元根据包括被照射部的照射对象的图像数据来生成三维数据；

照射条件设定单元，所述照射条件设定单元根据所生成的三维数据来设定照射条件；以及

物块数据生成单元，所述物块数据生成单元根据所设定的照射条件，来生成权利要求6所述的粒子射线治疗装置中的物块的形状数据，

所述三维数据生成单元至少利用由所述上游侧的电磁铁的偏转角而得到的所述第1倾斜角、以及由所述另一个电磁铁的偏转角而得到的所述第2倾斜角，来生成所述三维数据。

11.一种治疗计划装置，其特征在于，具有

三维数据生成单元，所述三维数据生成单元根据包括被照射部的照射对象的图像数据来生成三维数据；

照射条件设定单元，所述照射条件设定单元根据所生成的三维数据来设定照射条件；以及

物块数据生成单元，所述物块数据生成单元根据所设定的照射条件，来生成权利要求7所述的粒子射线治疗装置中的物块的形状数据，

所述三维数据生成单元至少利用由所述上游侧的电磁铁的偏转角而得到的所述第1倾斜角、以及由所述另一个电磁铁的偏转角而得到的所述第2倾斜角，来生成所述三维数据。