CN106061555A - 粒子射线治疗计划装置、及粒子射线照射的仿真方法 - Google Patents

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CN106061555A CN201480076701.1A CN201480076701A CN106061555A CN 106061555 A CN106061555 A CN 106061555A CN 201480076701 A CN201480076701 A CN 201480076701A CN 106061555 A CN106061555 A CN 106061555A
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山田由希子
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Abstract

本发明包括：副射束近似步骤，所述副射束近似步骤使用分别具有高斯分布的多个副射束的集合对粒子射线进行近似；以及副射束剂量分布运算步骤，所述副射束剂量分布运算步骤通过对利用扫描装置将多个副射束的各自的副射束偏转而前进的状态进行仿真，从而运算各自的副射束在患者内部形成的各自的副射束剂量分布，通过将运算出的各自的副射束剂量分布进行累计，从而求出粒子射线在患者内部形成的剂量分布。

Description

粒子射线治疗计划装置、及粒子射线照射的仿真方法
技术领域
本发明涉及一种粒子射线治疗计划装置，所述粒子射线治疗计划装置决定对患部照射粒子射线来对癌症等进行治疗的粒子射线治疗装置的照射参数。
背景技术
粒子射线治疗是通过使用加速器等设备将质子或碳离子等带电粒子加速到核子几百兆电子伏特程度，对患者照射加速后的带电粒子射线即粒子射线，从而对体内肿瘤赋予剂量，来对肿瘤进行治疗的方法。实际照射中，对肿瘤形成与医生指示的剂量分布尽量接近的剂量分布很重要。将医生指示的剂量分布称为目标剂量分布。多数情况下，目标剂量分布是肿瘤内剂量均匀且肿瘤外剂量与肿瘤内相比尽量低的分布。
通常，对物体(包括人体)照射用加速器加速后的粒子射线时，具有物体内的三维剂量分布在某一点拥有剂量最大峰的特性。将该剂量最大峰称为布拉格峰。此外，三维空间中拥有一点的剂量最大峰时，将该峰位置定义为该粒子射线的“照射位置”。为了使用拥有这种峰结构的粒子射线，形成三维的目标剂量分布，需要采取某些措施。
形成目标剂量分布的方法之一是扫描照射法。为了实施该方法，需要如下两种功能，即：使用电磁铁等，将粒子射线的照射方向朝与粒子射线的前进方向即Z方向垂直的方向即XY的二维方向任意偏转的功能；以及通过调节粒子能量，将形成布拉格峰的位置即照射位置在Z方向上任意调节的功能。通常，粒子射线发生装置即加速器还包括能量调节功能。然后，在肿瘤内设定多个照射位置(也称为照射点)，使用上述2个功能，对各自的照射位置依次照射粒子射线。扫描照射法中，通过事先规定向各照射位置照射的粒子射线的照射量的平衡，将向各照射位置照射时形成的各自的剂量分布进行合计，从而最终形成目标剂量分布。
因此，为了决定应对各照射位置照射的粒子射线的量(粒子的个数)，以使合计后的三维剂量分布变成为了对肿瘤进行治疗而覆盖肿瘤范围的分布，需要通过仿真求出向各照射位置照射时形成的剂量分布。
过去的计算剂量分布的仿真装置中，有的仿真装置通过将射束分割成脉冲函数状的子射束，使各子射束的照射重合，从而计算患者体内的剂量分布(例如参照专利文献1、专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011-217880号公报(图4、图5等)
专利文献2：国际公开WO00/015299号
发明内容
发明要解决的技术问题
分割成子射束来计算剂量分布的计算方法中，为了正确计算通过照射1个射束点从而在患者体内形成的三维剂量分布，需要产生多个子射束。因此，将分割成子射束的计算方法运用于利用多个射束点照射整个患部的扫描照射法时，存在计算时间冗长的问题。
本发明为了解决上述问题开发而成，其目的在于得到一种粒子射线治疗计划装置，所述粒子射线治疗计划装置能够高效率高精度地计算通过在用粒子射线扫描患部的同时依次对照射点进行照射从而在患者体内形成的三维剂量分布。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的粒子射线治疗计划装置包括运算单元，所述运算单元求出粒子射线治疗装置的向各照射位置照射的粒子射线的各自的照射量，所述粒子射线治疗装置使用将粒子射线朝与所述粒子射线的前进方向垂直的两方向即XY方向偏转来进行扫描的扫描装置，以使粒子射线反复进行移动和停留的方式进行扫描，将粒子射线每次停留时与照射对象即患者患部的粒子射线的能量对应的深度的位置作为各照射位置分别形成照射点，并且变更粒子射线的能量来变更照射点的深度方向的位置，从而在包括患部在内的所述患者内部形成三维的剂量分布，其中，运算单元包括：副射束近似部，所述副射束近似部使用分别具有高斯分布的多个副射束的集合对粒子射线进行近似；副射束剂量分布运算部，所述副射束剂量分布运算部运算利用扫描装置将多个副射束的各自的副射束偏转而在患者上形成的副射束剂量分布，通过将运算出的副射束剂量分布进行累计，从而求出照射各照射位置的粒子射线在患者内部形成的各自的剂量分布；以及照射量优化部，所述照射量优化部利用优化计算求出向各照射位置照射的粒子射线的各自的照射量，以使将照射各照射位置的粒子射线在患者内部形成的各自的剂量分布进行累计而求出的在患者内部形成的总剂量分布成为治疗计划中设定的目标剂量分布。
此外，本发明的粒子射线照射的仿真方法包括：副射束近似步骤，所述副射束近似步骤使用分别具有高斯分布的多个副射束的集合对粒子射线进行近似；以及副射束剂量分布运算步骤，所述副射束剂量分布运算步骤通过对利用扫描装置将多个副射束的各自的副射束偏转而前进的状态进行仿真，从而运算各自的副射束在患者内部形成的各自的副射束剂量分布，通过将运算出的各自的副射束剂量分布进行累计，从而求出粒子射线在患者内部形成的剂量分布。
发明效果
根据本发明，可得到一种粒子射线治疗计划装置，所述粒子射线治疗计划装置能够高效率高精度地计算利用扫描照射法照射粒子射线时在患者体内形成的三维剂量分布。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的要部结构的框图。
图2是说明本发明的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的仿真中的副射束剖面的概念的示意图。
图3是表示本发明的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的仿真中的利用副射束进行近似的示例的示意图。
图4是说明本发明的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的仿真的概念的示意图。
图5是表示本发明的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的仿真的步骤的流程图。
图6是表示本发明的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的仿真中的利用副射束进行近似的其他示例的示意图。
图7是表示本发明的实施方式2所述的粒子射线治疗计划装置的仿真的步骤的流程图。
图8是表示本发明的实施方式2所述的粒子射线治疗计划装置的要部结构的框图。
图9是表示利用扫描照射法向患部照射粒子射线的方法的概念的示意图。
图10是用于说明利用扫描照射法照射时在粒子射线的前进方向即深度方向(Z方向)形成的剂量分布的曲线图。
图11是用于说明利用扫描照射法照射时在与粒子射线的前进方向垂直的一个方向(X方向)形成的剂量分布的曲线图。
图12是表示向患部照射粒子射线时的状态的概念的示意图。
具体实施方式
实施方式1.
首先，参考图9～12，对利用扫描照射法向肿瘤等患者患部照射粒子射线而在患者体内形成粒子射线的剂量分布的方法进行说明。使用扫描照射法的粒子射线治疗装置中，如图9所示，利用扫描装置2将由粒子射线发生装置1产生的粒子射线朝与前进方向正交的横向XY二维偏转进行扫描。被偏转的粒子射线呈细笔形射束状。图9中，用粒子射线B1、B2、B3表示被扫描的粒子射线。各粒子射线从患者的体表面6入射，在患部7的规定深度位置停止。以覆盖患部7的整个区域的方式配置粒子射线的照射位置，向各照射位置照射时形成的各剂量分布(体内吸收的剂量的分布)的合计为患者体内形成的剂量分布。治疗计划中制定计划，以使该合计的剂量分布与患部7的区域基本一致。治疗计划中使向各照射位置照射的粒子射线的照射量优化，以使得向患部赋予治疗所需的高剂量，向患部以外的正常组织照射尽量低的剂量。
图10和图11分别用一维方式表示利用扫描患部的粒子射线形成三维剂量分布的情况。图10表示粒子射线的前进方向即深度方向(Z方向)的剂量分布的示例。a～f所示曲线表示各自粒子射线的能量不同时的深度方向的剂量分布的示例。如图10所示，粒子射线的能量不同导致吸收剂量的峰位置即布拉格峰的位置不同，通过改变粒子射线的能量能够改变深度方向的照射位置。照射能量不同的a～f粒子射线时，向各照射位置照射时的剂量分布的合计、即将a～f曲线所示剂量累计形成的剂量分布为向患者照射的剂量分布。图10中用虚线表示向患者照射的剂量分布。如图10所示，通常以合计的剂量分布在患者患部区域呈平坦分布的方式照射。
另一方面，图11表示与粒子射线的前进方向正交的一个方向的某个深度例如布拉格峰位置的剂量分布的示例。此处，表示扫描照射法中，使照射位置阶梯状移动照射的点扫描照射法的示例。点扫描照射法中，使粒子射线停留在某个照射位置进行照射，照射剂量达到目标剂量后，使粒子射线向相邻的照射位置移动，并停留照射。通过反复执行该工序，将粒子射线向患部的横向整个区域移动，从而在患部的横向整个区域形成剂量分布。图11的g～l曲线表示分别利用在各照射位置停留照射的粒子射线形成的剂量分布，虚线表示将利用在各照射位置停留照射的粒子射线形成的剂量分布合成得到的合计剂量分布。图11中表示X方向的分布，但是Y方向也相同。
如以上所示，通过深度方向改变粒子射线的能量，横向利用扫描装置2使粒子射线移动，来照射患部的各照射位置，从而在三维的患部形成剂量分布。粒子射线治疗中，在治疗计划装置上决定照射的粒子射线的各种参数，以使该剂量分布成为目标的剂量分布。为了在治疗计划装置上决定各种参数，需要通过运算求出被患部吸收的吸收剂量，即对被患部吸收的吸收剂量进行仿真。仿真需要尽量高精度地进行。本发明为提供一种治疗计划装置而完成，所述治疗计划装置能够尽量高精度且高效率地进行该仿真。
图12是概括性表示向患部7实际照射粒子射线时的状态的图。图12中表示被扫描的粒子射线3的剖面尺寸向着照射位置8按A、B、C、D逐渐变化的情况。图12中，粒子射线3的一部分在到达患部7之前通过骨区域22的附近。将粒子射线作为1根射束对待时，无法对粒子射线的一部分通过不同组织的状态高精度地进行仿真。
因此，使用分别具有高斯分布的多个副射束的集合对笔形射束即粒子射线进行近似。图1是表示本发明的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的要部结构的框图。图2～图4是表示本发明的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的仿真的概念的示意图。图2是表示粒子射线的剖面的示意图，实线表示笔形射束即粒子射线(以后称为实际射束)的剖面的轮廓。使用虚线所示的多个副射束的集合对这种实际射束进行近似。图2所示的X轴上配置的副射束#1～#5的强度分布如图3所示。图3中，能够将实线所示的实际射束的强度分布分解成剖面尺寸小于实际射束的剖面尺寸且分别具有高斯分布的强度分布的副射束#1～#5的集合，而对实线所示的实际射束的强度分布进行近似。
使用N个副射束f(x-xi，y-yi)(i＝1～N)对实际射束的分布F(x，y)进行近似。将f(a，b)设为高斯分布的函数时，f(x-xi，y-yi)是以位置(xi，yi)为中心的高斯分布的函数。即，f(x-xi，y-yi)表示第i个副射束即副射束#i的分布。如图3所示，将峰强度不同的副射束合成，而对实际射束的分布进行近似。即，对高斯分布的函数即副射束#i加权Wi，将全部副射束合成，决定副射束的集合，使其满足以下计算式。
F(x，y)≈ΣWi*f(x－xi，y－yi) (1)
本发明所述的粒子射线治疗计划中，使用计算式(1)右边的各自的副射束对由向各照射位置照射的粒子射线形成的患者体内的各剂量分布进行仿真。计算三维剂量分布时，按图5所示的流程进行仿真。首先，准备治疗计划中所需的患者三维CT图像、以及照射方向等其他照射所需的照射参数(步骤ST1)。接着，设定扫描间距、优化计算用条件等计算条件(步骤ST2)。然后，使用剖面中具有更小剖面尺寸的高斯分布的N个副射束对实际射束进行近似。通过优化计算求出各自的副射束的中心位置(xi，yi)、以及其权重计数Wi(i＝1、2、3……N)，决定副射束的集合，以使其合成的分布形状以近似方式重现实际射束3的分布形状，即满足计算式(1)(步骤ST3)。该近似保障基于后述副射束的剂量分布计算的实际射束的三维剂量分布的精度，是本发明的重要特征。特别是如图3所示，将副射束的强度分布设为具有高斯分布的强度分布，并将其高斯分布的分布范围设为小于实际射束的分布范围的分布范围很重要。
然后，如下所示对被扫描的粒子射线3的患者体内的三维剂量分布进行计算。患者体内的三维剂量分布能够通过以下方式求出，即对各自的副射束在体内形成的三维剂量分布的各自的计算结果乘以各自的权重计数Wi(i＝1、2、3……N)，然后进行合计(加权卷积计算)算出。例如，如图4所示，形成三维剂量分布，以使被扫描的粒子射线3的第5个副射束#5通过骨区域22，在骨区域22与照射位置8之间停止。另一方面，副射束#3通过骨区域22以外的部分，在其轨迹上形成三维剂量分布，直至在照射位置8停止。然后，副射束#1也同样，沿骨区域22以外的其他轨迹，向照射位置8形成规定的三维剂量分布。
对全部副射束计算各自的三维剂量分布，对其结果乘以各自的权重计数Wi，将其合计作为实际射束的三维剂量分布(步骤ST4)。步骤ST4中，对照射各照射点的实际射束的各自的实际射束实施该计算。步骤ST4中，计算例如以单位照射量照射各照射点时的各自的三维剂量分布。通过使用以单位照射量照射各照射点时的各自的三维剂量分布，将向各照射点照射的粒子射线的照射量设为MUj(j＝1、2、3……M，M为点扫描照射的点的个数)，将向各照射点照射时的三维剂量分布进行累计，从而能够算出整个患部的三维剂量分布。此处，通过优化计算决定各MUj。通过使用步骤ST1和步骤ST2中与其他参数一起输入的优化算法来决定各MUj，以使整个患部的剂量分布成为接近目标剂量分布的剂量分布，从而执行优化计算(步骤ST5)。输出决定的照射量MUj(j＝1、2、3……M)的列表、以及患者体内的剂量分布等(步骤ST6)。实际的粒子射线治疗中，基于此处输出的各点的粒子射线的照射量MUj(j＝1、2、3……M)，向患者照射粒子射线。
以上流程如图1的框图所示，在粒子射线治疗计划装置10的运算单元20中执行。步骤ST1中准备的照射参数、步骤ST2中设定的计算条件等被储存到治疗计划数据储存部。步骤ST3在副射束近似部11中、步骤ST4在副射束剂量分布运算部12中、步骤ST5在照射量优化部13中分别执行。
如此，为了利用扫描照射法照射粒子射线，在患部区域形成三维的规定剂量分布，而使粒子射线的强度分布与高斯形状近似，进而利用具有高斯分布的多个副射束的集合对该高斯形状进行近似。通过对利用扫描装置将该多个副射束的各自的副射束偏转而前进的状态进行仿真，从而计算在患者体内形成的三维剂量分布。因此，在通过患者体内存在的骨区域22等附近时，能够正确考虑骨区域的影响，而计算粒子射线的三维剂量分布。此外，通过优化计算求出各自的副射束的位置(xi，yi)、以及其权重计数Wi(i＝1、2、3……N)，使其合成的形状以近似方式重现实际射束的分布。因此，实际射束的近似具有保障精度、能够以高精度计算被扫描的实际射束的三维剂量分布的效果。该近似中将副射束的强度分布设为高斯分布，并将其高斯分布的分布范围设为小于实际射束的分布范围很重要。如此，能够以高精度对实际射束的强度分布进行近似，得到高计算精度。
本发明中对利用扫描装置将多个副射束的各自的副射束偏转而前进的状态进行仿真。即，由于能够通过各自分别运算副射束的轨迹来进行仿真以使各自的副射束在不同位置前进，因而具有能够高精度地重现射束尺寸随着实际射束沿前进方向前进而逐渐变大的现象的效果。特别是射束的媒介不均匀时，能够高精度地重现射束尺寸随着射束的前进而逐渐变大的过程根据位置而不同的现象。进而，已知通常在媒介中前进的粒子射线的XY方向的分布能够使用高斯分布高精度地近似(例如Highland计算式。[参考文献：V.L.Highland,“Some practical remarks on multiple scattering”,Nucl.Instrum&Methodb,74,497,1993])，通过使用高斯分布作为副射束的分布，能够以更高精度计算利用被扫描的粒子射线在患者体内形成的三维剂量分布。从这点出发能够得到高精度的粒子射线治疗计划装置。
上文以实际射束的强度分布能够与高斯分布近似的情况为例进行了说明，但是实际的实际射束的分布未必是高斯分布。特别是粒子射线是碳射线时，在实际射束的轴附近能够使用高斯分布近似，但是在距轴较远的位置存在被称为“大角度成分”的末端展开较大的分布，该影响可能导致使用高斯分布对实际射束进行近似的方法中无法高精度地计算最终的剂量分布。此时也如图6所示，通过导入与大角度成分对应的1个以上的高斯分布的副射束，能够重现实际射束的末端的分布，能够使用上述方法计算在患者体内形成的剂量分布。
实施方式2.
图7是表示本发明的实施方式2所述的粒子射线治疗计划装置的仿真的步骤的流程图，图8是表示本发明的实施方式2所述的粒子射线治疗计划装置的结构的框图。以下基于图7及图8对本发明的实施方式2进行说明。首先，准备治疗计划中所需的患者三维CT图像、以及照射方向等其他参数(步骤ST1)。接着，设定扫描间距、优化计算用条件等计算条件(步骤ST2)。接着，将副射束的个数设为例如N1个(N1＝1、3、5、7、9……的任意一个)，如图2所示使用实际射束的剖面中具有剖面尺寸小于实际射束(但N1＝1时剖面尺寸与实际射束相同)的高斯形状的分布的副射束对图1所示粒子射线3(实际射束)进行近似(步骤ST11)。即，通过优化计算求出各自的副射束的中心位置(xi，yi)、以及其权重计数Wi(i＝1、2、3……N1)，决定副射束的集合，以使其合成的形状以近似方式重现实际射束3的分布，即满足计算式(1)。将该N1个副射束的集合作为第一副射束的集合。
然后，如下所示对被扫描的粒子射线3的患者体内的三维剂量分布进行计算。患者体内的三维剂量分布能够通过以下方式求出，即对各自的副射束在体内形成的三维剂量分布的各自的计算结果乘以各自的权重计数Wi(i＝1、2、3……N)，然后进行合计(加权卷积计算)算出。例如，如图4所示，形成三维剂量分布，以使被扫描的粒子射线3的第5个副射束#5通过骨区域22，在骨区域22与照射位置8之间停止。另一方面，副射束#3通过骨区域22以外的部分，在其射程上形成三维剂量分布，以使其在照射位置8停止。然后，副射束#1也同样，沿骨区域22以外的其他轨迹，向照射位置8形成规定的三维剂量分布。
如此，对第一副射束的集合的全部副射束计算各自的三维剂量分布，对其结果乘以各自的权重计数Wi，将其合计作为实际射束3的三维剂量分布(步骤ST12)。步骤ST12中，对照射各点的实际射束的各自的实际射束实施该计算。步骤ST12中，计算例如以单位照射量照射各照射点时的各自的三维剂量分布。通过使用以单位照射量照射各照射点时的各自的三维剂量分布，将向各照射点照射的粒子射线的照射量设为MUj(j＝1、2、3……M，M为点扫描照射的点的个数)，将向各照射点照射时的三维剂量分布进行累计，从而能够算出整个患部的三维剂量分布。此处，通过优化计算决定各MUj。通过使用步骤ST1和步骤ST2中与其他参数一起输入的优化算法来决定各MUj，以使整个患部的剂量分布成为接近目标剂量分布的剂量分布，从而执行优化计算(步骤ST13)。
至此基本上与实施方式1所示的粒子射线治疗计划装置的动作流程相同。本实施方式2中，接着，将副射束的个数设定为大于N1的N2，利用个数多于N1个副射束的集合即第一副射束的集合的N2个副射束的集合即第二副射束的集合对实际射束进行近似(步骤ST14)。然后，与步骤12相同，对第二副射束的集合计算各自的三维剂量分布，对其结果乘以各自的权重计数Wi(i＝1、2、3……N2)，将其合计作为实际射束3的三维剂量分布。对照射各点的实际射束的各自的实际射束实施该计算(步骤ST15)。然后，步骤ST16中，与步骤ST13相同，通过优化计算算出各实际射束的照射量。步骤ST16中，使用步骤ST13中得到的MU1j(j＝1、2、3……M)作为优化计算的各实际射束的初始照射量。将利用优化计算得到的照射量设为MU2j(j＝1、2、3……M)，输出MU2j的列表、以及整个患部的剂量分布等(步骤ST17)。实际的粒子射线治疗中，基于此处输出的各点的粒子射线的照射量MU2j(j＝1、2、3……M)，向患者照射粒子射线。
以上流程如图8所示，在粒子射线治疗计划装置10的运算单元20中执行。步骤ST1中准备的照射参数、步骤ST2中设定的计算条件等被储存到治疗计划数据储存部15。步骤ST11及步骤ST14在副射束近似部11中、步骤ST12及步骤ST15在副射束剂量分布运算部12中、步骤ST13及步骤ST16在照射量优化部13中分别执行。
如此，本实施方式2中，最初将副射束的数设定为相对较小的数N1，首先粗略计算各实际射束的照射量MU1j(j＝1、2、3……M)。然后，将副射束的数设定为相对较大的数N2，通过高精度地计算患部的三维剂量分布，从而能够最终算出高精度的各粒子射线的照射量MU2j。此处，将N1设为例如1或3等相对较小的数，将N2设为例如21等相对较大的数。第一副射束的集合的数即N1较小。计算三维剂量分布所需的时间基本与N1成正比，因此能够高速执行最初的步骤ST11～ST13。暂且以近似方式得到向各照射位置照射的粒子射线的照射量MU1j(j＝1、2、3……M)后，步骤ST14中将副射束的数设为大于N1的N2来决定第二副射束的集合，步骤ST16中将各粒子射线的照射量MU1j(j＝1、2、3……M)作为初始值执行优化计算，从而能够以较少的次数得到收敛的各粒子射线的照射量MU2j(j＝1、2、3……M)。综上所述，能够实现计算精度与计算速度的协调，能够更高效且相对短时间地得到粒子射线的照射量MU2j(j＝1、2、3……M)。因此，根据本发明，能够得到计算速度快、计算精度高的粒子射线治疗计划。
标号说明
2 扫描装置
3 实际射束
10 粒子射线治疗计划装置
11 副射束近似部
12 副射束剂量分布运算部
13 照射量优化部
20 运算单元

Claims (6)

1.一种粒子射线治疗计划装置，包括运算单元，所述运算单元求出粒子射线治疗装置的向各照射位置照射的粒子射线的各自的照射量，所述粒子射线治疗装置使用将所述粒子射线朝与所述粒子射线的前进方向垂直的两方向即XY方向偏转来进行扫描的扫描装置，以使所述粒子射线反复进行移动和停留的方式进行扫描，将所述粒子射线每次停留时与照射对象即患者患部的所述粒子射线的能量对应的深度的位置作为各照射位置分别形成照射点，并且变更所述粒子射线的能量来变更所述照射点的深度方向的位置，从而在包括所述患部在内的所述患者内部形成三维的剂量分布，其特征在于，
所述运算单元包括：
副射束近似部，所述副射束近似部使用分别具有高斯分布的多个副射束的集合对所述粒子射线进行近似；
副射束剂量分布运算部，所述副射束剂量分布运算部运算利用所述扫描装置将所述多个副射束的各自的副射束偏转而在所述患者上形成的副射束剂量分布，通过将运算出的所述副射束剂量分布进行累计，从而求出照射所述各照射位置的所述粒子射线在所述患者内部形成的各自的剂量分布；以及
照射量优化部，所述照射量优化部利用优化计算求出向所述各照射位置照射的所述粒子射线的各自的照射量，以使将照射所述各照射位置的粒子射线在所述患者内部形成的各自的剂量分布进行累计而求出的在所述患者内部形成的总剂量分布成为治疗计划中设定的目标剂量分布。
2.如权利要求1所述的粒子射线治疗计划装置，其特征在于，
所述副射束近似部中，使用数量相对较小的副射束的集合即第一副射束的集合、以及数量相对较大的副射束的集合即第二副射束的集合这2种副射束的集合分别对所述粒子射线进行近似，所述照射量优化部中将使用所述第一副射束的集合求出的结果的向所述各照射位置照射的所述粒子射线的各自的照射量作为所述优化计算的初始值，使用所述第二副射束的集合求出向所述各照射位置照射的所述粒子射线的各自的照射量。
3.一种粒子射线照射的仿真方法，对利用扫描装置将笔形射束状的粒子射线偏转而向患者患部照射时的在患者内部形成的剂量分布进行仿真，其特征在于，包括：
副射束近似步骤，所述副射束近似步骤使用分别具有高斯分布的多个副射束的集合对所述粒子射线进行近似；以及
副射束剂量分布运算步骤，所述副射束剂量分布运算步骤通过对利用所述扫描装置将所述多个副射束的各自的副射束偏转而前进的状态进行仿真，从而运算所述各自的副射束在所述患者内部形成的各自的副射束剂量分布，通过将运算出的所述各自的副射束剂量分布进行累计，从而求出所述粒子射线在所述患者内部形成的剂量分布。
4.一种粒子射线照射的仿真方法，通过仿真求出粒子射线治疗装置的患者内部的剂量分布，所述粒子射线治疗装置使用将粒子射线朝与所述粒子射线的前进方向垂直的两方向即XY方向偏转来进行扫描的扫描装置，以使所述粒子射线反复进行移动和停留的方式进行扫描，将所述粒子射线每次停留时与照射对象即患者患部的所述粒子射线的能量对应的深度的位置作为各照射位置分别形成照射点，并且变更所述粒子射线的能量来变更所述照射点的深度方向的位置，从而在包括所述患部在内的所述患者内部形成三维的剂量分布，其特征在于，包括：
副射束近似步骤，所述副射束近似步骤使用分别具有高斯分布的多个副射束的集合对所述粒子射线进行近似；以及
副射束剂量分布运算步骤，所述副射束剂量分布运算步骤通过对利用所述扫描装置将所述多个副射束的各自的副射束偏转而前进的状态进行仿真，从而运算所述各自的副射束在所述患者上形成的副射束剂量分布，通过将运算出的所述副射束剂量分布进行累计，从而求出照射所述各照射位置的所述粒子射线在所述患者内部形成的各自的剂量分布。
5.如权利要求4所述的粒子射线照射的仿真方法，其特征在于，
包括照射量优化步骤，所述照射量优化步骤利用优化计算求出向所述各照射位置照射的所述粒子射线的各自的照射量，以使将所述副射束剂量分布运算步骤中求出的所述各自的剂量分布进行累计而得到的在所述患者内部形成的总剂量分布成为治疗计划中设定的目标剂量分布。
6.如权利要求5所述的粒子射线照射的仿真方法，其特征在于，
所述副射束近似步骤中，使用数量相对较小的副射束的集合即第一副射束的集合、以及数量相对较大的副射束的集合即第二副射束的集合这2种副射束的集合分别对所述粒子射线进行近似，所述照射量优化步骤中将使用所述第一副射束的集合求出的结果的向所述各照射位置照射的所述粒子射线的各自的照射量作为所述优化计算的初始值，使用所述第二副射束的集合求出向所述各照射位置照射的所述粒子射线的各自的照射量。
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