CN108883303A - 粒子束剂量评价系统、计划装置、粒子束照射系统以及剂量评价方法 - Google Patents

Abstract

具备记录标记位置数据和质子束照射数据的功能、工序。标记位置数据包括为了移动体追踪照射而测量出的标记29的位置信息和实施X射线拍摄的时刻的信息。质子束照射数据包含照射了各点的时刻、实际照射位置和实际照射量的信息。基于时刻信息，使这些标记位置数据与质子束照射数据同步，使用点照射时的标记位置数据和质子束照射数据来计算质子束照射的实际剂量分布。由此，能考虑相互作用效果的影响，由此在重新计划治疗计划时能辅助进行更适当的判断。

Description

粒子束剂量评价系统、计划装置、粒子束照射系统以及剂量评 价方法

技术领域

本发明涉及将粒子束照射到肿瘤等患部进行治疗时适宜使用的粒子束剂量评价系统、计划装置、粒子束照射系统以及剂量评价方法。

背景技术

移动体跟踪照射装置实时且自动算出在躯干部内四处活动的肿瘤的位置，不依赖于机械系统的绝对精度，能确保实际所需的精度，作为这样的移动体跟踪照射装置的一个例子，在专利文献1中公开了一种移动体跟踪照射装置，其具备：拍摄装置，其对埋入肿瘤附近的肿瘤标记从第一以及第二方向同时拍摄，得到第一以及第二拍摄影像；图像输入识别处理部，其以预定帧率的实际时间水平执行通过使预先登记的肿瘤标记的模板图像作用于数字化的第一以及第二拍摄影像的阴影归一化互相关法进行的模板匹配，基于第一以及第二拍摄转换矩阵来算出肿瘤标记的第一以及第二二维坐标；中央运算处理部，其基于计算出的第一以及第二二维坐标来计算肿瘤标记的三维坐标；以及照射控制部，其基于计算出的肿瘤标记的三维坐标来控制直线加速器的治疗光束照射。

另外，为了通过PET(Positron Emission Tomography：正电子成像)装置和MRI(Magnetic Resonance Imaging：磁共振成像)装置在从外部可访问的同一开放空间同时进行测量和图像化并同时获取功能信息和形态信息，在专利文献2中公开了下述技术：PET装置和MRI装置组合而成的PET/MRI复合设备具备使PET对象视野的至少一部分为从外部可访问的开放空间的开放PET装置和使MRI对象视野的至少一部分为从外部可访问的开放空间的开放MRI装置，使PET对象视野的开放空间与MRI对象视野的开放空间的至少一部分重合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3053389号

专利文献2：日本专利第5224421号

发明内容

发明要解决的课题

已知对癌等患者照射粒子束、X射线等放射线的方法。粒子束有质子束、碳束等。用于照射的放射线照射系统在固定于称作治疗床的患者用床上的患者体内形成适合肿瘤等目标的形状的剂量分布。

放射线照射系统中，作为形成剂量分布的方法，通过电磁铁扫描微小粒子束来形成剂量分布的扫描照射法开始普及。

但是，如果肿瘤等目标由于呼吸等发生移动，则难以准确照射粒子束。于是，近年，实现了实施仅对目标处于预先确定范围(门范围)情况下照射粒子束的门照射。

上述专利文献1中记载了被称作移动体跟踪照射的方法，基于埋入患部附近的标记的位置来实施门照射。专利文献1中记载的门照射中使用的标记例如是直径2mm程度的金属制球体等。

通常的粒子束治疗持续实施数日至数周，在该期间内肿瘤形状发生显著变化的情况下，有时会变更照射的粒子束的类型(位置、量、能量)。该粒子束的类型变更称作重新计划。上述专利文献2中公开了在进行实施重新计划的判断时参照PET图像和MRI图像的方法。

此处，上述扫描照射法中，以电磁铁对微小粒子束进行扫描并照射，排列称作点的微小剂量分布，从而形成与目标一致的剂量分布。但是，该照射法中，由于依次形成点，因此在照射过程中目标发生移动的情况下，点间的相对位置关系发生变动。

扫描照射法中，点间的位置关系与计划不同，会存在累计得到的剂量分布中产生高剂量区域、低剂量区域的可能性。这种目标移动对剂量分布的影响称作相互作用效果。

上述专利文献等中记载的公知技术中，在进行实施重新计划的判断时未能考虑相互作用效果的实际。

本发明的目的在于提供能考虑相互作用效果的影响，由此在对治疗计划进行重新计划时用于辅助进行更加适当的判断的粒子束剂量评价系统、计划装置、粒子束照射系统以及剂量评价方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，采用例如请求专利保护的范围记载的结构。

本发明包含多个解决上述课题的手段，其中一个例子如下：具备：照射量测量器，其测量照射在目标的粒子束的照射量；照射位置测量器，其测量照射在所述目标的所述粒子束的照射位置；照射时刻记录部，其记录照射了所述粒子束的照射时刻；跟踪对象位置测量部，其测量所述粒子束的照射中的跟踪对象的位置；跟踪对象时刻记录部，其记录测量了所述跟踪对象的位置的跟踪对象时刻；以及剂量分布计算装置，其通过使所述照射时刻与所述跟踪对象时刻同步而使所述粒子束的照射中的跟踪对象的位置与此时的所述粒子束的照射量以及照射位置同步，计算照射在所述目标的实际剂量分布。

发明的效果

根据本发明，能迅速提供考虑到相互作用效果的实际剂量分布的信息，因此能在重新计划时辅助进行适当的判断。

附图说明

图1是本发明实施例的质子束照射系统的整体构成图。

图2是记录有点照射时刻的质子束照射数据的概念图。

图3是记录有X射线曝射时刻和目标位置的标记位置数据的概念图。

图4是移动体跟踪装置根据拍摄图像计算标记的位置的概念图。

图5是表示显示实际剂量分布等的画面的概念图。

图6是表示最佳化剂量的概念图。

图7是表示质子束剂量评价系统的处理顺序的流程图。

具体实施方式

使用图1至图7说明本发明的粒子束剂量评价系统、计划装置以及粒子束照射系统和剂量评价方法的实施例。图1是粒子束照射系统的整体构成图，图2是记录有点照射时刻的质子束照射数据的概念图，图3是记录有X射线曝射时刻和目标位置的标记位置数据的概念图，图4是移动体跟踪装置根据拍摄图像计算标记的位置的概念图，图5是表示显示实际剂量分布等的画面的概念图，图6是表示最佳化剂量的概念图，图7是表示质子束剂量评价系统的处理顺序的流程图。

本发明能适用于质子束照射系统或碳束照射系统等粒子束照射系统、质子束剂量评价系统或碳束剂量评价系统等粒子束剂量评价系统、以及治疗计划装置。本实施例中，以质子束照射系统和质子束剂量评价系统为例，使用图1对实施例进行说明。

如图1所示，本发明实施例之一的质子束照射系统具备质子束产生装置10、射束传输系统20、照射喷嘴22、移动体跟踪装置35、治疗床27、质子束照射控制装置40以及质子束剂量计算装置45。用于对目标照射质子束的质子束照射装置由质子束产生装置10、射束传输系统20以及照射喷嘴22构成。

质子束产生装置10具备离子源12、直线加速器13以及同步加速器11。同步加速器11具备偏转电磁铁14、四极电磁铁(省略图示)、高频加速装置18、高频出射装置19以及出射用偏转器17等。离子源12与直线加速器13连接，直线加速器13与同步加速器11连接。质子束产生装置10中，由离子源12产生的质子束通过直线加速器13进行预加速，入射到同步加速器11。在同步加速器11中进一步加速的质子束被出射到射束传输系统20。

射束传输系统20具备多个偏转电磁铁21和四极电磁铁(省略图示)，与同步加速器11和照射喷嘴22连接。另外，射束传输系统20的一部分和照射喷嘴22被设置在筒状的机架25上，能与机架25一起旋转。从同步加速器11出射的质子束通过射束传输系统20内的同时被四极电磁铁收敛，通过偏转电磁铁21变更方向，并入射到照射喷嘴22。

照射喷嘴22具备2对扫描电磁铁、剂量监视器22B、位置监视器22A。2对扫描电磁铁设置在相互正交的方向上，能使质子束偏转，以便使质子束到达在目标位置与射束轴垂直的面内的期待位置。剂量监视器22B是测量照射至目标的质子束的照射量的监视器，将检测到的测量值对质子束照射控制装置40输出。位置监视器22A是用于通过检测照射至目标的质子束通过的位置来间接测量照射至目标的质子束的照射位置的监视器，将检测到的检测值对质子束照射控制装置40输出。通过了照射喷嘴22的质子束到达照射对象26内的目标。而且，在治疗癌等患者的情况下，照射对象26表示患者，目标表示肿瘤等。

将载置照射对象26的床称作治疗床27。治疗床27能基于来自质子束照射控制装置40的指示向正交的3轴方向移动，并能以各轴为中心旋转。通过这些移动和旋转，能使照射对象26的位置移动至期待位置。

质子束照射控制装置40与质子束产生装置10、射束传输系统20、照射喷嘴22、移动体跟踪控制装置41、治疗床27、存储装置42、控制台43、质子束剂量计算装置45等连接，控制质子束产生装置10、射束传输系统20、照射喷嘴22等设备。质子束照射控制装置40具有照射时刻记录部40A，照射时刻记录部40A将通过剂量监视器22B测量质子束的照射量、通过位置监视器22A测量出质子束的照射位置时的时刻关联起来作为图2所示的质子束照射数据而记录。

移动体跟踪装置35具备2对X射线拍摄装置和移动体跟踪控制装置41，其中，2对X射线拍摄装置由拍摄照射对象26内的标记(跟踪对象)29的拍摄图像的拍摄用X射线产生装置23A和X射线测定器24A以及拍摄用X射线产生装置23B和X射线测定器24B构成。跟踪对象位置测量部由测量质子束照射中的标记29的位置的拍摄用X射线产生装置23A、23B以及X射线测定器24A、24B构成。

拍摄用X射线产生装置23A以及X射线测定器24A和拍摄用X射线产生装置23B以及X射线测定器24B这2组被设置成各自的X射线路径交差。而且，2对拍摄用X射线产生装置23A、23B和X射线测定器24A、24B优选设置在相互正交的方向上，但是也可以不正交。另外，拍摄用X射线产生装置23A、23B以及X射线测定器24A、24B没有必要一定配置在机架25内部，也可以配置在顶部、床等固定位置。

移动体跟踪控制装置41基于从X射线拍摄装置输入的信号，计算标记29的位置，在此基础上，基于标记29的位置来判定是否允许出射质子束，对质子束照射控制装置40发送能否照射质子束的信号。移动体跟踪控制装置41具有记录每当拍摄X射线时曝射X射线的时刻(跟踪对象时刻)的跟踪对象时刻记录部41A，将标记29位置的计算结果和门(gate)信号的状态记录为图3所示的标记位置数据。

更具体地，如图4所示，移动体跟踪控制装置41向标记29曝射从拍摄用X射线产生装置23A产生的X射线，通过X射线测定器24A测定通过了标记29的X射线的二维剂量分布来拍摄标记29，向标记29曝射从拍摄用X射线产生装置23B产生的X射线，通过X射线测定器24B测定通过了标记29的X射线的二维剂量分布来拍摄标记29。移动体跟踪控制装置41根据获取的两幅拍摄图像计算埋入照射对象26内的标记29的三维位置，并基于该结果求取目标的位置，判定求出的目标的位置是否进入预先指定的门范围(允许照射范围)，在判定为目标位置进入了门范围的情况下，对质子束照射控制装置40发送门打开信号，允许出射。而在判定为目标位置未进入门范围的情况下，发送门关闭信号，不允许出射。质子束照射控制装置40基于移动体跟踪控制装置41生成的门打开信号、门关闭信号来控制质子束的出射。

例如以30Hz的固定间隔来实施基于X射线拍摄装置的拍摄图像的获取。获取到的拍摄图像中拍摄有埋入体内的标记29，通过与预先准备的标记29的模板图像的模板匹配，来确定标记29在照射对象26内的位置。如果在拍摄图像的全部范围内进行搜索，则搜索需要时间，因此仅以前一拍摄图像中的标记29的位置为中心，在预先确定的大小的范围内搜索标记29的位置。

图4表示连接通过模板匹配检测出的标记29在X射线测定器24A上的位置与拍摄用X射线产生装置23A而得的线28A以及连接标记29在X射线测定器24B上的位置与拍摄用X射线产生装置23B而得的线28B。理想的是，这两条线28A、28B交于一点，该交点是标记29存在的位置。但是，实际上，受到模板匹配的精度、X射线拍摄装置的设置误差等的影响，通常2条线28A、28B不交差，而是处于扭曲关系。处于该扭曲关系的2条线28A、28B最接近位置能引出通用的垂线。将该通用的垂线称作通用垂线。并且，将该通用垂线的中点设为标记29的位置。

返回到图1，质子束剂量计算装置45具有根据移动体跟踪控制装置41的跟踪对象时刻记录部41A中记录的标记位置数据以及质子束照射控制装置40的照射时刻记录部40A中记录的质子束照射数据，确定照射各点时的标记29的位置的同步功能。另外，还具有以下各种功能：使用通过该同步功能同步的每个点的目标位置来计算剂量分布的剂量分布计算功能、累计每个照射日计算出的剂量分布来计算实际剂量分布的剂量分布累计功能、基于由后述的治疗计划装置44生成的治疗计划中的照射参数来计算之后照射的预定剂量分布的预定剂量分布计算功能、计算将实际剂量分布与预定剂量分布相加而得到的评价用剂量分布的评价用剂量分布计算功能、对计算出的实际剂量分布、预定剂量分布、评价用剂量分布的特征量进行计算的特征量计算功能、在显示部45A中显示用于生成治疗计划的计划剂量分布、计算出的各剂量分布、它们的特征量的剂量显示功能。

通过这些功能，质子束剂量计算装置45能计算考虑了照射实际的剂量分布，在显示部45A上显示重新计划所需的信息并提供给操作者。

通过剂量显示功能显示在显示部45A上的画面例如是图5所示的画面。图5中一并显示有生成治疗计划时的计划剂量分布以及求出的评价用剂量分布。通过特征量计算功能计算并显示在显示部45A的特征量是表示例如目标内的最大剂量、最小剂量、剂量体积直方图(DVH)的量，例如是表示针对99％体积的剂量值的D99等。另外，这些计算所需的确定照射对象的ID、照射次数的信息也能在图5所示画面中显示并设定。

此处，质子束剂量计算装置45的剂量分布累计功能、预定剂量分布计算功能、评价用剂量分布计算功能中的剂量分布的累计，可以考虑单纯地计算剂量的和的方法和考虑对粒子束的生物学效果并累计的方法，可使用任一种方法。

考虑生物学效果的方法之一为LQ模型。该LQ模型是最单纯的表示生物效果的模型，根据该模型，细胞的生存率能以S＝exp(-(a×d+b×d×d))地表示，在完成一系列照射后，最终残留的细胞的生存率能以S的积来表现。此处，a和b是常数，或者是依赖于射线能量赋予的值，还依赖于细胞种类而变化。d是一天的投放剂量。

另外，本发明中，由于考虑实际剂量分布，每天的剂量值发生变化，因此每天的生存率值S也变化。于是，显示的剂量分布能显示总计细胞生存率相等、每天照射相同量的剂量分布形成用质子束情况下的剂量。这样，通过换算为剂量分布形成用粒子束的剂量并显示，能对习惯了剂量分布形成用的粒子束的照射的操作者提供直观上易于理解的信息。

上述本实施例的质子束照射系统采用了称作点扫描法的照射方法。点扫描法是排列由微小质子束形成的剂量分布并形成与目标形状匹配的剂量分布的方法。质子束具有以下特征：在体内损失能量的同时前进，在停止之前，能量损失达到最大。基于该能量损失的剂量分布的形状被称作布拉格曲线，在飞程终端具有峰。能通过变更质子束的能量来调整质子束形成峰的深度。另外，质子束形成的与射束轴垂直的方向的剂量分布形状大致为正态分布。形成与射束轴垂直的方向的剂量分布的位置能通过扫描电磁铁扫描质子束来调整。通过组合能量的变更和扫描电磁铁的扫描，能形成在目标整体一样的剂量分布。

治疗计划装置44决定对目标照射的质子束的照射参数。决定的照射参数包含每个点的机架角度、能量、照射位置、照射量。治疗计划装置44能计算以任意质子束的照射参数进行照射的情况下的剂量分布，如果操作者指定应对目标照射的剂量，则治疗计划装置44为了形成目标被指定剂量覆盖的剂量分布而使所需的质子束照射参数最佳化。治疗计划装置44计算以作为最佳化结果得到的照射参数进行照射的情况下的剂量分布，提示给操作者。该照射参数被发送给存储装置42，保存在存储装置42中。

另外，治疗计划装置44基于计算出的实际剂量分布，进行剩余照射计划中的质子束照射参数的再次最佳化(重新计划、修正)。

再次最佳化中，将求出的实际剂量分布与最终期待的计划剂量分布的差值作为新的计划剂量分布来定义，通过使剩余照射量最佳化来进行。最佳化的照射参数是质子束的能量、照射位置、照射量。

具体地，如图6所示，计算从第1次到第j次的剂量分布并求出实际剂量分布，并且求出与作为目标的计划剂量分布的差值。在该基础上，进行照射参数的最佳化，以使从第j+1次到第N次的累计剂量与差值一致。另外，该再次最佳化中，差值不是剂量的单纯的差，而是能考虑生物效果。该情况下，优选使剩余照射次数的照射参数最佳化，以便能达成在按照最初计划进行照射的情况下能得到的生物效果。

返回到图1，存储装置42中保存有通过治疗计划装置44生成的用于照射的照射参数，质子束照射控制装置40在照射前从存储装置42接收所需信息。另外，在质子束的照射过程中，每次进行点照射的照射时刻、从位置监视器22A的测量结果换算而得的质子束的到达位置以及相当于剂量监视器22B测量的照射量的点剂量作为质子束照射数据记录在存储装置42中。另外，通过拍摄用X射线产生装置23A、23B以及X射线测定器24A、24B测量出的标记29的位置、此时的标记29的位置、时刻作为标记位置数据记录，存储在存储装置42中。

控制台43与质子束照射控制装置40、移动体跟踪控制装置41连接，基于从质子束照射控制装置40、移动体跟踪控制装置41获取的信号在监视器上显示信息。另外，接受来自操作质子束照射系统的操作者的输入，对质子束照射控制装置40、移动体跟踪控制装置41发送各种控制信号。

质子束剂量评价系统由上述的剂量监视器22B、位置监视器22A、照射时刻记录部40A、拍摄用X射线产生装置23A、23B、X射线测定器24A、24B、跟踪对象时刻记录部41A、具有显示部45A的质子束剂量计算装置45以及存储装置42构成。

接着，说明照射质子束的顺序。

首先，将照射对象26固定于治疗床27上。之后，移动治疗床27使照射对象26移动至预先计划的位置。此时，使用X射线拍摄装置对拍摄图像进行拍摄，从而确认照射对象26移动到了预先计划的位置。

由操作者按下控制台43上的照射准备按钮时，质子束照射控制装置40从存储装置42读入照射参数。与读入的照射参数中记载的机架角度一致地，操作者在控制台43按下机架旋转按钮，使机架25旋转。

机架25旋转后，操作者在控制台43按下X射线拍摄开始按钮，使移动体跟踪控制装置41开始X射线的曝射并开始拍摄。另外，通过按下X射线拍摄开始按钮，X射线拍摄开始信号被发送到质子束照射控制装置40。

开始X射线拍摄后，操作者在画面上选择希望跟踪的标记29，在X射线拍摄装置的各拍摄图像上开始标记29的跟踪。标记29的跟踪使用模板匹配。模板匹配中，在拍摄图像上搜索与预先登记为模板图像的标记29图像的图案最一致的位置。检测并跟踪各拍摄图像上匹配分值最大的位置作为标记29。

在确认能进行标记29的跟踪后，按下门开始按钮。通过按下门开始按钮，如果标记29的位置在门范围内，则从移动体跟踪控制装置41向质子束照射控制装置40发送门打开信号。

此处，X射线拍摄装置的X射线拍摄例如以30Hz实施。移动体跟踪控制装置41中，针对拍摄到的每幅X射线拍摄图像，将拍摄时刻、通过模板匹配计算出的标记29的位置坐标、门信号的状态作为图3所示的标记位置数据而记录。图3中，1次的X射线拍摄相当于1行数据。此处，以按下X射线拍摄开始按钮的瞬间为基准来记录时刻。

操作者按下控制台43上的照射开始按钮，则质子束照射控制装置40基于从存储装置42读入的能量、照射位置和照射量的信息，使质子束加速至最初进行照射的能量。

具体地，质子束照射控制装置40控制离子源12和直线加速器13，使由离子源12产生的质子束通过直线加速器13进行预加速，向同步加速器11入射。

接着，质子束照射控制装置40控制同步加速器11，使入射的质子束加速至最初进行照射的能量。在同步加速器11中旋回的质子束通过来自高频加速装置18的高频被加速。质子束照射控制装置40控制射束传输系统20的偏转电磁铁21和四极电磁铁的励磁量，以使最初进行照射的能量的质子束能从同步加速器11到达照射喷嘴22。另外，设定照射喷嘴22内的2台扫描电磁铁的励磁量，以使质子束到达来自存储装置42的照射参数中最初进行照射的点位置。

完成这些设定后，如果质子束照射控制装置40从移动体跟踪控制装置41接收到了门打开信号，则开始质子束的照射。另外，如果接收到了门关闭信号，则待机至接收门打开信号为止。

接收到门打开信号后，质子束照射控制装置40对高频出射装置19施加高频，开始出射质子束。对高频出射装置19施加高频，则在同步加速器11内旋回的质子束的一部分通过出射用偏转器17、通过射束传输系统20并到达照射喷嘴22。到达照射喷嘴22的质子束被2台扫描电磁铁扫描，通过剂量监视器22B和位置监视器22A后到达照射对象26内的目标，形成剂量分布。

每个点的照射量作为从存储装置42获取的照射参数来登记，若剂量监视器22B测定出的照射量达到登记值，则质子束照射控制装置40控制出射用高频并停止质子束的出射。

出射质子束后，质子束照射控制装置40根据位置监视器22A测定出的质子束的位置信息来计算目标位置中质子束的到达位置，确认与作为照射参数登记的位置一致。

另外，质子束照射控制装置40在质子束出射后作为质子束照射数据记录图2所示那样的照射质子束的时刻、照射位置、照射量。照射质子束的时刻是以质子束照射控制装置40从移动体跟踪控制装置41接收到X射线拍摄开始信号的时刻为基准对出射用高频施加高频的时刻。照射位置是将位置监视器22A测定出的质子束的位置信息换算为目标位置中质子束的到达位置而得的值，照射量是根据剂量监视器22B测量的值求出的点剂量的值。对于一个点的数据，相当于图2的1行。

质子束照射控制装置40为了照射下一点，设定2台扫描电磁铁的励磁量，以使质子束到达作为照射参数登记的位置。完成设定后，如果持续接收门打开信号，则质子束照射控制装置40控制出射用高频，开始质子束的出射。如果接收到门关闭信号，则待机至接收门打开信号为止。在某一点的照射过程中接收到门关闭信号的情况下，继续出射质子束，直至照射中的点的照射完成为止。

反复进行点的照射，若以最初的能量进行照射的点的照射全部完成，则质子束照射控制装置40控制同步加速器11，使质子束减速，开始下一能量的质子束的照射准备。与最初的能量的情况同样地，质子束照射控制装置40控制离子源12和直线加速器13，使质子束入射到同步加速器11，控制同步加速器11，使质子束加速至第二能量。质子束照射控制装置40控制射束传输系统20和2台扫描电磁铁，继续进行点的照射，并且进行位置监视器22A测定出的质子束的位置信息、剂量监视器22B测量出的照射量以及照射的时刻的记录。

反复进行以上动作，照射从存储装置42读入的所有点。若照射完成，则从质子束照射控制装置40向移动体跟踪控制装置41发送照射完成信号。接收到照射完成信号的移动体跟踪控制装置41控制拍摄用X射线产生装置23A、23B，停止X射线的拍摄。

对目标从多个方向进行照射的情况下，在变更机架25的角度和治疗床27的位置后，操作者按下照射准备按钮，同样反复进行质子束的照射。

若全部照射完成，则将移动体跟踪控制装置41中生成的标记位置数据、质子束照射控制装置40中生成的质子束照射数据输出到存储装置42并存储。

以上的照射过程1天实施1次，反复实施N天。

接着，使用图7说明质子束剂量计算装置45为了判断重新计划而根据实际剂量分布求出评价用剂量分布并显示在显示部45A时的顺序。本实施例中，质子束的总照射次数设为N次，第j次为止的照射已经完成。

质子束剂量计算装置45基于标记位置数据和质子束照射数据分别计算从第1(i＝1)次至第j(i＝j)次的剂量分布，计算第j+1(i＝j+1)次至第N(i＝N)次的剂量分布作为预测值。累计从第1(i＝1)次至第N(i＝N)次的剂量分布，显示累计的结果。

具体地，首先，质子束剂量计算装置45在图7所示的步骤S101中从第1(i＝1)次的照射开始进行计算。

接着，在步骤S102中，质子束剂量计算装置45从存储装置42获取标记位置数据和质子束照射数据。

接着，质子束剂量计算装置45在步骤S103中通过质子束剂量计算装置45的同步功能使从存储装置42获取到的标记位置数据和质子束照射数据同步。具体地，各数据中记录的时刻以按下X射线拍摄开始按钮的定时为基准，因此能使彼此时刻同步。于是，基于记录的时刻，求出各点被照射的瞬间的标记29的位置。在以30Hz进行X射线拍摄的情况下，以每33ms记录标记位置数据。各点被照射的瞬间的标记29位置可以为最近时刻的标记位置数据，也可以是根据前后两个标记位置数据进行了插补了时刻的数据。

接着，质子束剂量计算装置45在步骤S104中计算考虑了误差的照射位置。

具体地，质子束剂量计算装置45将目标移动的影响考虑为点的位置误差来计算剂量分布。首先，将之前步骤S103中计算出的点照射时的目标位置投影到根据机架25的角度而不同的包括与质子束的射束轴垂直的等中心的面，求出该面内的X方向和Y方向的坐标。此处，X方向和Y方向与2对扫描电磁铁分别进行扫描的方向一致。例如，以X方向为例，目标在X方向上移动了L的情况下，视为质子束的位置在X方向上移动了-L来计算剂量分布。此时，体内的目标的非刚性移动的影响在门照射的情况下微小，因此视为没有影响，予以忽略。这样通过取入目标的移动，能使用一幅CT图像计算考虑了目标移动的剂量分布。并且，如上所述，针对每个点记录照射质子束的空间位置作为质子束照射数据。因此，设质子束照射数据中记录的点的X坐标为Xs，则该点的X坐标为Xs-L，作为剂量计算用照射位置。针对Y方向也反复进行同样的处理。针对深度方向，使用治疗计划装置44中存储的质子束能量的设定值进行计算。另外，剂量计算用照射量设为质子束照射数据中记录的值。

接着，质子束剂量计算装置45在步骤S105中使用之前步骤S104求出的剂量计算用照射位置和剂量计算用照射量，通过剂量分布计算功能来计算剂量分布。如果是从多个机架角度进行照射的情况，则计算针对所有机架角度的剂量分布。

接着，质子束剂量计算装置45在步骤S106中判定是否完成了第j次为止的剂量分布计算。在判定为已完成的情况下进入步骤S107，在判定为有剩余的情况下，则经由步骤S110返回到S102，实施下次照射的剂量分布计算。

通常，生成照射计划时，一般剂量分布不是评价每天的剂量分布，而是评价最终得到的累计剂量分布。本发明是适宜用于在一系列照射中途评价剂量分布并实施重新计划的适合型粒子束治疗的系统，即使将照射完毕的剂量分布全部累计来求出实际剂量分布，其也不是最终得到的剂量分布。因此，通过预测尚未照射的剂量分布并相加，更易于判断能否得到期待的剂量分布，因此优选根据治疗计划计算预计的剂量分布。

于是，质子束剂量计算装置45在步骤S107中计算从第j+1次至第N次的预测剂量分布。预测剂量分布可以是计划时的剂量分布，也可以是累计得到的实际分布正规化为每天量的剂量分布。从第j+1次到第N次的剂量分布能视为相同来计算。

接着，质子束剂量计算装置45在步骤S108中通过质子束剂量计算装置45的剂量分布累计功能将之前步骤S102～S106中求出的第j次为止的剂量分布相加来生成实际剂量分布，并且将求出的实际剂量分布与预测剂量分布相加来生成评价用剂量分布。

接着，质子束剂量计算装置45在步骤S109中通过质子束剂量计算装置45的剂量显示功能求取所求出的评价用剂量分布的特征量，将评评价用剂量分布、特征量连同计划剂量分布等以图5所示画面显示在显示部45A上。

操作者确认在显示部45A中显示的评价用剂量分布、特征量，来判断之前的照射是否按照计划进行，判断是否需要重新计划。

此处，在判断为需要重新计划时，操作者使用控制台43的输入部(省略图示)、治疗计划装置44的输入部(省略图示)、质子束剂量计算装置45的输入部(省略图示)来进行重新计算的指示。

在进行了重新计算的指示时，治疗计划装置44从质子束剂量计算装置45接受实际剂量分布的数据，进行治疗计划的重新调整，以便得到期待的剂量分布。

接着，说明本实施例的效果。

上述粒子束剂量评价系统、计划装置及粒子束照射系统和剂量评价方法具备记录标记位置数据和质子束照射数据的功能、工序。标记位置数据包括为了移动体跟踪照射而测量的标记29的位置信息和实施了X射线拍摄的时刻的信息。质子束照射数据包含照射了各点的时刻、实际照射位置和实际照射量的信息。基于时刻信息，使这些标记位置数据与质子束照射数据同步，使用点照射时的标记位置数据和质子束照射数据来计算质子束照射的实际剂量分布。

根据这样的本实施例，能基于反映了照射中信息的实际剂量分布来研究重新计划的实施有无及其细节。即，能在考虑了相互作用效果影响的基础上进行重新计划的判断，相比以往能进行更适当的判断。

另外，质子束剂量计算装置45在计算实际剂量分布时通过考虑生物学效果来计算实际剂量分布，从而能计算更加准确反映了照射实际的剂量分布，能辅助进行更加适当的判断。

另外，质子束剂量计算装置45通过计算根据治疗计划预计照射的预定剂量分布，能更加容易地进行能否得到计划中的期待剂量分布的判断，能进行更加适当的判断。

另外，质子束剂量计算装置45具有显示实际剂量分布、预定剂量分布、或者将实际剂量分布与预定剂量分布相加得到的评价用剂量分布中的至少任一个的显示部45A，能基于视觉进行判断，因此能更准确进行判断。

另外，质子束剂量计算装置45从评价用剂量分布求出剂量分布的特征量，并且特征量也通过显示部45A来显示，从而能提供更多在进行重新计划的判断时的判断材料，能有助于进行更适当的判断。

另外，治疗计划装置44具备粒子束剂量评价系统，生成质子束治疗计划，质子束剂量计算装置45对治疗计划装置44输出计算出的实际剂量分布，治疗计划装置44基于输入的实际剂量分布，进行质子束治疗计划的修正以便得到期待的剂量分布，由此能得到考虑了相互作用效果影响的新计划剂量分布，能进行更加有效的质子束照射。

另外，粒子束照射系统进一步具备移动体跟踪控制装置41，该移动体跟踪控制装置41基于由拍摄用X射线产生装置23A、23B以及X射线测定器24A、24B测量出的标记29的位置来判定目标位置是否位于预先指定范围内，在判定为处于范围内时对质子束照射控制装置40输出允许出射质子束的信号，质子束照射控制装置40基于移动体跟踪控制装置41生成的信号来控制质子束，从而能进一步提高质子束针对移动目标的照射精度，能进一步提高质子束照射的效果。

而且，本发明不局限于上述实施例，而是能进行各种变形、应用。上述实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的实施例，不一定限定为具备所说明的所有结构。

例如，在以上实施例中，前提为仅使用在一系列照射之前拍摄的计划用X射线CT图像来进行剂量分布的累计、门照射的判断，而适当使用X射线锥形束CT图像(CBCT图像)、用于治疗的质子束照射中途拍摄的X射线CT图像，能进行剂量分布的累计、门照射的判断。

只要是上述实施例中的质子束照射系统的结构，在使机架25旋转的同时拍摄X射线拍摄图像，就能得到X射线CBCT图像。这种拍摄能在照射前或者照射后实施，因此能得到最接近照射时的目标状态的CT图像。为了计算剂量分布，称作CT图像的CT值的像素值与物质的组成有关，因此非常重要。已知CBCT图像由于受其结构的限制，CT值的精度低于通常的CT图像。因此，使计划用X射线CT图像配合CBCT图像进行称作非刚性配准(registration)的变形，能计算精度更高的剂量分布，能进行更适当的重新计划的判断。

另外，该情况下，剂量分布的计算结果配合CBCT的体系来计算，由于需要最终显示的剂量分布为一个，因此优选配合计划用X射线CT图像的体系再次通过非刚性配准进行变形。

另外，上述实施例中，作为标记位置数据与质子束照射数据的同步方法，以按下X射线拍摄开始按钮的瞬间为基准，从移动体跟踪控制装置41向质子束照射控制装置40发送X射线拍摄开始信号来进行同步，但也可以使用其他方法来进行同步。例如，能取代X射线拍摄开始信号，而是在完成机架旋转的瞬间，机架25向移动体跟踪控制装置41和质子束照射控制装置40发送旋转完成信号，以该瞬间为基准，还能以其他定时、信号为基准。另外，可以在外部设置时刻记录装置，从移动体跟踪控制装置41和质子束照射控制装置40双方接收所记录的定时的信号并记录。

另外，上述实施例中，说明了在移动体跟踪控制装置41设有跟踪对象时刻记录部41A，在质子束照射控制装置40设有照射时刻记录部40A的情况，这些各时刻记录部也可以设在质子束剂量计算装置45内。

另外，上述实施例中，说明了将粒子束剂量评价系统内的各计算功能设在质子束剂量计算装置45的例子，并且与治疗计划装置44独立，而粒子束剂量评价系统的各计算功能也可以与治疗计划装置44一体化，例如也能将具备本实施例中说明的质子束剂量评价系统的各计算功能的治疗计划装置作为粒子束剂量评价系统而使用。

另外，作为使质子束加速的加速器，以同步加速器为例进行了说明，而加速器也可使用回旋加速器。

另外，照射方法也可以取代门照射，而是基于标记29等的位置跟踪照射位置的跟踪照射。例如X射线的跟踪照射中，配合目标的移动变更分布形成用X射线产生装置的朝向，配合目标的移动变更X射线的照射位置。在粒子束的情况下也通过配合目标位置调整扫描电磁铁的励磁量，从而能进行跟踪照射。

另外，除了上述实施例中说明的点扫描法以外，也能同样适用于不停止粒子束地照射微小粒子束的光栅扫描法、行扫描法。

另外，评价的粒子束不局限为质子束，也能同样适用于碳束等重粒子束。

另外，上述实施例中，以跟踪对象为标记29，作为标记位置数据使用了标记29的位置，也可以以目标本身为跟踪对象，数据使用目标的位置。另外，跟踪对象可以为目标以外的与目标连动的对象，例如以照射对象26内的肋骨等骨骼等高密度区域为跟踪对象，以它们的位置为位置数据。

符号说明

10 质子束产生装置

11 同步加速器

12 离子源

13 直线加速器

14 偏转电磁铁

17 出射用偏转器

18 高频加速装置

19 高频出射装置

20 射束传输系统

21 偏转电磁铁

22 照射喷嘴

22A 位置监视器

22B 剂量监视器

23A、23B 拍摄用X射线产生装置

24A、24BX 射线测定器

25 机架

26 照射对象

27 治疗床

28A、28B 线

29 标记

35 移动体跟踪装置

40 质子束照射控制装置

40A 照射时刻记录部

41 移动体跟踪控制装置

41A —跟踪对象时刻记录部

42 存储装置

43 控制台

44 治疗计划装置

45 质子束剂量计算装置

45A 显示部。

Claims (11)

1.一种粒子束剂量评价系统，其特征在于，具备：

照射量测量器，其测量照射在目标的粒子束的照射量；

照射位置测量器，其测量照射在所述目标的所述粒子束的照射位置；

照射时刻记录部，其记录照射了所述粒子束的照射时刻；

跟踪对象位置测量部，其测量所述粒子束的照射中的跟踪对象的位置；

跟踪对象时刻记录部，其记录测量了所述跟踪对象的位置的跟踪对象时刻；以及

剂量分布计算装置，其通过使所述照射时刻与所述跟踪对象时刻同步而使所述粒子束的照射中的跟踪对象的位置与此时的所述粒子束的照射量以及照射位置同步，计算照射在所述目标的实际剂量分布。

2.根据权利要求1所述的粒子束剂量评价系统，其特征在于，

剂量分布计算装置使用在所述粒子束的照射前后通过所述跟踪对象位置测量部拍摄而得的X射线CBCT图像或与所述X射线CBCT图像对应地进行变形而得的计划CT图像，作为在计算所述实际剂量分布时用于确定所述目标的位置的X射线CT图像。

3.根据权利要求1所述的粒子束剂量评价系统，其特征在于，

剂量分布计算装置在计算所述实际剂量分布时考虑生物学效果来计算实际剂量分布。

4.根据权利要求1所述的粒子束剂量评价系统，其特征在于，

所述剂量分布计算装置计算根据照射计划预计要照射的预定剂量分布。

5.根据权利要求4所述的粒子束剂量评价系统，其特征在于，

所述剂量分布计算装置具有：显示部，其显示所述实际剂量分布、所述预定剂量分布、以及将所述实际剂量分布与所述预定剂量分布相加而得的评价用剂量分布中的至少某一个。

6.根据权利要求5所述的粒子束剂量评价系统，其特征在于，

所述剂量分布计算装置从所述评价用剂量分布求出剂量分布的特征量，将所述特征量也显示于所述显示部。

7.根据权利要求1所述的粒子束剂量评价系统，其特征在于，

所述粒子束剂量评价系统还具备：存储装置，其存储由所述照射量测量器测量出的所述照射量、由所述照射位置测量器测量出的所述照射位置、由所述照射时刻记录部记录的所述照射时刻、由所述跟踪对象位置测量部测量出的所述跟踪对象的位置、由所述跟踪对象时刻记录部记录的所述跟踪对象时刻。

8.一种计划装置，具备权利要求1所述的粒子束剂量评价系统，并生成所述粒子束的照射计划，其特征在于，

所述剂量分布计算装置将计算出的所述实际剂量分布输出至所述计划装置，

所述计划装置基于输入的所述实际剂量分布来修正所述粒子束的照射计划以便得到期待的剂量分布。

9.一种粒子束照射系统，其特征在于，具备：

用于对目标照射粒子束的粒子束照射装置；

控制该粒子束照射装置的照射控制装置；以及

权利要求1所述的粒子束剂量评价系统。

10.根据权利要求9所述的粒子束照射系统，其特征在于，

所述粒子束照射系统还具备：移动体跟踪控制装置，其基于由所述跟踪对象位置测量部测量出的所述跟踪对象的位置来判定所述目标的位置是否位于预先指定范围内，在判定为位于所述范围内时对所述照射控制装置输出允许出射所述粒子束的信号，

所述照射控制装置基于所述移动体跟踪控制装置生成的信号来控制所述粒子束。

11.一种剂量评价方法，计算照射在目标的粒子束的剂量分布，其特征在于，该剂量评价方法具有如下工序：

照射量测量工序，测量照射在所述目标的所述粒子束的照射量；

照射位置测量工序，测量照射在所述目标的所述粒子束的照射位置；

照射时刻记录工序，记录照射了所述粒子束的照射时刻；

跟踪对象位置测量工序，测量所述粒子束的照射中的跟踪对象的位置；

跟踪对象时刻记录工序，记录测量了所述跟踪对象的位置的跟踪对象时刻；以及

剂量分布计算工序，通过使所述照射时刻与所述跟踪对象时刻同步而使所述粒子束的照射中的跟踪对象的位置与此时的所述粒子束的照射量以及照射位置同步，计算照射在所述目标的实际剂量分布。