CN113797449B

CN113797449B - 带电粒子束照射装置

Info

Publication number: CN113797449B
Application number: CN202110479021.6A
Authority: CN
Inventors: 丹正亮平; 泷庆晓; 古川卓司; 原洋介
Original assignee: B Dot Medical Inc
Current assignee: B Dot Medical Inc
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2022-12-09
Anticipated expiration: 2041-04-30
Also published as: KR102285307B1; CN113797449A; US20210393984A1; EP3925666A1; JP6807125B1; US11198022B1; JP2021194349A; EP3925666B1

Abstract

本发明的带电粒子束照射装置(10)扫描带电粒子束从而对照射标靶按每个点进行照射，其具备第1剂量监视器(54)、照射图案变换装置(70)以及剂量校正系数存储部(72)，照射图案变换装置被构成为，(i)选择治疗计划数据中的一个点，(ii)将与选择的点对应的、治疗计划数据中的剂量率作为关键字，从剂量校正系数存储部中，获取与剂量率对应的剂量校正系数，通过对与选择的点对应的、治疗计划数据中的剂量的值乘以剂量校正系数，校正与选择的点对应的剂量的值，(iii)对治疗计划数据中的所有点进行(i)及(ii)中记载的处理，(iv)对于剂量，使用对治疗计划数据中的所有点校正了剂量后的数据，来生成照射控制数据。

Description

带电粒子束照射装置

技术领域

本发明涉及扫描带电粒子束并对照射标靶按每个点(spot)进行照射(也称为“扫描照射”)。)的带电粒子束照射装置。

背景技术

一直以来，进行着对癌变等恶性肿瘤照射以高能量加速的带电粒子束(也称为“粒子线”。)，治疗恶性肿瘤的粒子线治疗。在使用质子束或碳束等带电粒子束的粒子线治疗中，近年来，扫描照射这样的新的照射法受到关注，实施的设施数也正在增加。以往的粒子线治疗的主流是如下的扩大粒子束照射法：将带电粒子束在侧方方向(照射切片(slice)面方向)及行进方向(进深(深度)方向)上变细的粒子束，使用各种照射场形成器具(例如散射体、脊形滤波器、准直器、或患者推注(bolus))，静态地扩大。但是，在扫描照射法中，无需使用这样的照射场形成器具，即可三维地动态地控制带电粒子束来形成照射场，因此期待提高对照射标靶的剂量分布。

专利文献1公开了如下技术：预先记录根据预先测定的电离箱剂量计的测定算出的吸收剂量与电离箱剂量计的收集效率的关系，基于该记录内容，对根据电离剂量计的测定值算出的吸收剂量进行基于收集效率的校正。

专利文献2公开了如下技术：针对由剂量监视器的电极的挠曲引起的剂量的测定精度的变差，求出通过与照射对照的照射位置对应的剂量监视器测定的剂量的校正系数，校正剂量监视器的灵敏度，由此能够进行高精度的剂量测定。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2002-228755号公报

专利文献2：国际公开第2012/120677号

发明内容

发明要解决的课题

在粒子线治疗中，向患者照射医师等设定的(期望的)剂量是重要的，因此要求高精度地测定所照射的剂量。剂量一般是使用设置在接近照射标靶(患部)的照射口上的、也称为电离箱的剂量监视器来测定的。但是，在基于剂量监视器的带电粒子束的剂量的测定中，由于离子再结合的影响等原因，有时测定精度变差。因此，有时在实际照射在照射标靶上的剂量与通过剂量监视器测定的剂量之间产生差异。

鉴于这样的情况，本发明的目的在于提供一种带电粒子束照射装置，其扫描带电粒子束并对照射标靶按每个点进行照射。

用于解决课题的手段

本发明包含以下的方式〔1〕～〔3〕。

〔方式1〕

一种带电粒子束照射装置，其是扫描带电粒子束从而对照射标靶按每个点进行照射的带电粒子束照射装置10，具备：

第1剂量监视器54，设置在照射口50；

照射图案变换装置70，根据包含按每个点的带电粒子束的剂量率以及剂量的信息的治疗计划数据，来生成用于控制所述带电粒子束照射装置10的照射控制数据；以及

剂量校正系数存储部72，存储对于带电粒子束的剂量率的剂量校正系数R的数据，

所述照射图案变换装置70被构成为，

(i)选择所述治疗计划数据中的一个点，

(ii)将与所述选择的点对应的、所述治疗计划数据中的剂量率作为关键字，从所述剂量校正系数存储部72获取与所述剂量率对应的剂量校正系数R，通过对与所述选择的点对应的、所述治疗计划数据中的剂量的值乘以所述剂量校正系数R，校正与所述选择的点对应的剂量的值，

(iii)对所述治疗计划数据中的所有点进行所述(i)及(ii)中记载的处理，

(iv)对于剂量，使用对所述治疗计划数据中的所有点校正了剂量后的数据，来生成照射控制数据，

所述带电粒子束照射装置校正由所述第1剂量监视器中的离子再结合的影响引起的、照射标靶接受到的实际的剂量与由所述第1剂量监视器测定的剂量之间的差异。

〔方式2〕

方式1中记载的带电粒子束照射装置，其中，

所述治疗计划数据包含每个点的带电粒子束的能量、剂量率、以及粒子束尺寸和点位置的信息，

所述剂量校正系数存储部72存储对于带电粒子束的能量、剂量率以及粒子束尺寸的组合的剂量校正系数R1的数据、和对于点位置的剂量校正系数R2的数据，

所述照射图案变换装置70

(i)选择所述治疗计划数据中的一个点，

(ii)将与所述选择的点对应的、所述治疗计划数据中的带电粒子束的能量、剂量率以及粒子束尺寸作为关键字，从所述剂量校正系数存储部72中获取对应的剂量校正系数R1，

(iii)将与所述选择的点对应的、所述治疗计划数据中的点位置作为关键字，从所述剂量校正系数存储部72中获取对应的剂量校正系数R2，

(iv)通过将与所述选择的点对应的、所述治疗计划数据中的剂量的值分别乘以在所述(ii)以及所述(iii)的处理中获取的剂量校正系数R1、R2，校正与所述选择的点对应的剂量的值，

(v)对所述治疗计划数据中的所有点进行所述(i)～(iv)中记载的处理，

(vi)关于剂量，使用对所述治疗计划数据中的所有点校正了剂量后的数据，来生成照射控制数据。

〔方式3〕

方式1或2中所述的带电粒子束照射装置，其中，

所述带电粒子束照射装置还具备：

第2剂量监视器55，设置在所述照射口50内；以及

剂量监视器输出校正系数存储部74，存储用于校正对于带电粒子束的能量的所述第2剂量监视器55的输出的输出校正系数的数据，

所述第2剂量监视器55与所述第1剂量监视器54相比配置在更靠下游侧，

所述第2剂量监视器55测定的剂量值是按每个点乘以与在剂量监视器输出校正系数存储部74中存储的带电粒子束的能量对应的输出校正系数来被校正的。

发明的效果

本发明的一实施方式的带电粒子束照射装置使用保存有与剂量率对应的剂量校正系数的校正系数，在用剂量校正系数来校正每个点的剂量的基础上，进行带电粒子束的照射。因此，能够防止或降低实际照射在照射标靶上的剂量与通过剂量监视器测定的剂量之间的差异。

附图说明

图1是第1实施方式的带电粒子束照射装置的概略结构图。

图2(a)至图2(b)是照射口和扫描照射的概要图。

图3(a)至图3(b)是表示剂量率与剂量监视器的剂量以及实际的剂量的关系的曲线图。

图4是第1实施方式的粒子线治疗的流程图。

图5(a)至图5(b)是表示电荷密度与能量以及粒子束尺寸的关系的曲线图。

图6(a)至图6(b)是电离箱的概略剖面图、以及表示剂量监视器的输出和电极间距离d的关系的曲线图。

图7(a)至图7(b)是带电粒子束的能量、剂量率、粒子束尺寸的剂量校正系数、以及点位置的剂量校正系数的例子。

图8是第2实施方式的粒子线治疗的流程图。

图9(a)至图9(b)是第2实施方式的照射口以及照射图案(pattern)变换装置的概要图。图10是表示第1剂量监视器以及第2剂量监视器的输出比与能量之间的关系的曲线图。

图11是用于说明剂量校正系数的计算的图。

标号说明

10 带电粒子束照射装置

20 加速器

30 带电粒子束输送系统

31 带电粒子束调整单元

32 真空管道

33 偏转电磁铁

34 扇形真空管道

40 聚束电磁铁

50 照射口

52 扫描电磁铁

54 剂量监视器(第1剂量监视器)

55 第2剂量监视器

56 位置监视器

60 治疗计划装置

70 照射图案变换装置

72 剂量校正系数存储部

74 剂量监视器输出校正系数存储部

80 照射控制装置

具体实施方式

[第1实施方式]

本发明的第1实施方式涉及扫描带电粒子束并对照射标靶按每个点进行照射的带电粒子束照射装置。特别是，本实施方式的带电粒子束照射装置主要对由于设置在照射口上的剂量监视器中的离子再结合的影响而引起的、照射标靶受到的实际的剂量与通过剂量监视器测定的剂量之间的差异量进行校正。

<带电粒子束照射装置10>

图1是带电粒子束照射装置10的概略结构图，图2(a)至图2(b)是照射口50以及扫描照射的概要图。

带电粒子束照射装置10具备加速器20、带电粒子束输送系统30、聚束电磁铁40以及照射口50。另外，带电粒子束照射装置10具备治疗计划装置60、照射图案(pattern)变换装置70以及照射控制装置80。

加速器20是生成带电粒子束的装置，例如是同步加速器、回旋加速器或线性加速器。由加速器20生成的带电粒子束穿过带电粒子束输送系统30被导入至聚束电磁铁40。

带电粒子束输送系统30包括1个或多个带电粒子束调整单元31、真空管道32、偏转电磁铁33以及扇形真空管道34等。加速器20、带电粒子束调整单元31以及偏转电磁铁33通过真空管道32连接，偏转电磁铁33以及聚束电磁铁40通过扇形真空管道34连接。在带电粒子束调整单元31中，根据规范而适当含有用于调整带电粒子束的粒子束形状和/或剂量的粒子束狭缝(Beam slit)、用于调整带电粒子束的行进方向的电磁铁、用于调整带电粒子束的粒子束形状的四极电磁铁、以及用于微调带电粒子束的粒子束位置的转向电磁铁等。

偏转电磁铁33以偏转角φ连续地偏转带电粒子束，并向聚束电磁铁40射出带电粒子束。若将带电粒子束的行进方向设为X轴，将聚束电磁铁40生成的磁场的方向设为Z轴，将与X轴以及Z轴正交的方向设为Y轴，则聚束电磁铁40使从在XY面上的相对于X轴的偏转角φ的、较宽的范围入射的带电粒子束，穿过照射口50以照射角θ聚束在等角点O。偏转电磁铁33以及聚束电磁铁40被记载于通过参照并入的申请人的在先专利(日本专利第6364141号、专利6387476号、日本专利申请2020-63275号)中，省略详细的说明。

照射口50位于进行使用带电粒子束的治疗等的治疗室内，在XY面上以沿着聚束电磁铁40生成的有效磁场区域的射出侧的形状的方式连续地移动。从有效磁场区域的射出侧朝向等角点的带电粒子束穿过照射口50内，通过照射口50进行带电粒子束的扫描。

另外，关于通过改变照射角θ进行的照射位置的调整和通过由照射口50内的扫描电磁铁52进行的带电粒子束的扫描进行的照射位置的调整的差异，没有限定，但可以理解为带电粒子束的照射位置的比较大的调整通过照射角θ的变更来进行，带电粒子束的照射位置的比较小的调整(微调)通过由扫描电磁铁52进行的带电粒子束的扫描来进行。在哪种情况下，照射标靶的进深(深度)方向上的照射位置的调整都能够通过改变带电粒子束的能量来调整。

照射口50具备扫描电磁铁52、剂量监视器54以及位置监视器56。另外，带电粒子束的能量的调整可以在照射口50中设置射程移位器(Range Shifter)等能量调整单元来进行调整，也可以在加速器20侧进行调整，也可以通过这两者来进行调整。

扫描电磁铁52能够通过调整流动的电流量、电流的方向，对从照射口50射出的带电粒子束的行进方向进行微调，变更带电粒子束的照射位置，能够扫描(scan)带电粒子束。

剂量监视器54是监视带电粒子束并测量带电粒子束的剂量的电离箱。电离箱是在充满气体的容器内设置有两极的电极的放射线测定器。当带电粒子等电离放射线入射到电离箱内时，内部的气体电离为电子和阳离子，对电离箱内部的电极间施加电压，电离得到的电子和阳离子分别向阳极和阴极移动，产生电流。通过测定该电流来测定带电粒子束的剂量。

位置监视器56测定穿过的带电粒子束的位置，测定照射标靶中的带电粒子束的位置。

在扫描照射中，照射标靶为多个切片层(也称为照射切片面。)，将各切片层分割为多个点。通常，点的数量即使是标准的照射标靶尺寸(数百cm³)，也有达到数万点的情况。带电粒子束的位置通过扫描电磁体52被调整，从而以将点逐一填满(塗りつぶす)的方式进行照射(图2(b))。带电粒子束的位置由位置监视器56测定，向各点的剂量由剂量监视器54测定。在由剂量监视器54测定的剂量的值达到了由医师等医务人员按每个点预先设定的预置值(目标剂量)的时刻(照射期满)，将带电粒子束向下一个点位置移动。当一个切片面内的所有点的照射结束时，暂时停止带电粒子束的照射，转移到下一个切片面(深度方向)的照射准备。通过反复该流程，对整个照射标靶照射带电粒子束，最终对照射标靶的所有点照射目标剂量时，粒子束的照射完全停止，治疗结束。

在对不同的切片面进行照射的情况下，变更带电粒子束的能量。能量的变更可以通过改变加速器20的输出来变更带电粒子射线束的能量，或者对照射口50使用射程移位器等能量调整单元来变更。当用于能量变更的设定完成时，开始下一个切片内的点照射。通过反复该流程，对整个照射标靶进行照射，当最终对照射标靶的所有点照射设定的目标剂量时，带电粒子束的照射停止。

治疗计划装置60基于医务人员的输入，生成治疗计划数据，将治疗计划数据发送到照射图案变换装置70。治疗计划数据是通过在治疗计划装置60中，医务人员根据固定在治疗室的治疗台上的患者的CT图像和/或MRI图像指定肿瘤(照射标靶)的范围并指定肿瘤的形状、指定照射的剂量以及剂量率等而生成。

治疗计划数据包含按每个点的带电粒子束的剂量率和剂量、以及点位置(坐标)的信息。治疗计划数据还可以包含每个点的带电粒子束的能量以及粒子束尺寸、肿瘤(照射标靶)的位置以及大小、带电粒子束对肿瘤的照射范围(照射方向等)的信息等。

在此，在治疗计划数据中处理的信息，由于以患者CT信息等为基础，所以不能直接进行例如带电粒子束照射装置10等的照射。因此，需要从治疗计划数据向照射控制数据的变换。例如，在治疗计划数据中，决定各点的剂量、剂量率、能量等的值，以对照射标靶提供期望的剂量。在实际的照射中，由于不能测定照射标靶、即患者体内的剂量，所以使用电离箱的剂量监视器54发挥该作用。剂量监视器54由电离箱、电位计等电路构成。由通过了电离箱的带电粒子束电离得到的电流通过电路变换为对应的频率，作为脉冲信号输出，剂量监视器54对脉冲信号进行计数。因此，治疗计划数据的每个点的剂量以在照射控制数据中被称为监视单元(MU)的、将脉冲信号的计数值与剂量相结合的放射线治疗特有的单位来处理。

照射图案变换装置70基于从治疗计划装置60接受到的治疗计划数据，来生成照射控制数据，并发送给照射控制装置80。在扫描照射法中，照射控制数据中的带电粒子射线束的剂量率、剂量以及能量等各种参数按每个点设定。因此，对剂量监视器54的测定值的校正也需要按每个点进行。

即，照射图案变换装置70在从治疗计划装置60接受到治疗计划数据后，访问剂量校正系数存储部72，将在治疗计划数据内指定的每个点的剂量率作为关键字(key)，获取与相应的剂量率有关的剂量校正系数。剂量校正系数存储部72可以设置在照射图案变换装置70内，也可以设为与照射图案变换装置70分开的装置结构。

然后，照射图案变换装置70在使用剂量校正系数来校正由治疗计划数据指定的每个点的剂量的基础上，生成照射控制数据，并发送到照射控制装置80。照射控制数据中包含加速器20、带电粒子束输送系统30、聚束电磁铁40以及照射口50的控制信息(例如，加速器20的电源电流值、带电粒子束输送系统30以及聚束电磁铁40的电流控制、照射口50的驱动控制等)等。

照射控制装置80基于从照射图案变换装置70接受到的照射控制数据，控制加速器20、带电粒子束输送系统30、聚束电磁铁40以及照射口50，控制基于扫描照射的向照射标靶的带电粒子束照射，执行基于扫描照射法的基于带电粒子束的治疗。

<剂量校正>

在由剂量监视器54(电离箱)进行的测定中，剂量测定的精度变差的主要原因是由电离箱中的离子再结合产生的影响。离子再结合是通过放射线电离得到的电子和阳离子在到达电极之前再次结合的现象。由于发生离子再结合，产生的电流量减少，所以剂量监视器54的测定值会示出比实际照射的带电粒子束的剂量低的值。已知在离子再结合中有初始离子再结合和一般离子再结合，初始离子再结合不依赖于放射线的剂量率(每单位时间的剂量)，但一般离子再结合随着剂量率变高而发生率变大。因此，存在如下问题：带电粒子束的剂量率越高，则剂量监视器54测定的剂量与实际的带电粒子束的剂量之间的差异越大。

例如，图3(a)是绘制了将提供相同剂量的带电粒子束仅使剂量率I变化而照射到剂量监视器(电离箱)时的该剂量监视器的输出的变动的例子。理想地，无论在哪种剂量率I1～I4的情况下，相同的剂量监视器都应该示出相同的剂量值MU，但在高的剂量率I3以及I4的情况下，由上述的离子再结合产生的影响大，从剂量监视器输出相对于实际的剂量低的剂量值MU。并且，在粒子线治疗时，根据剂量监视器按每个点输出的剂量值MU，执行带电粒子束的照射的停止。因此，在照射高剂量率I3以及I4的带电粒子束的点中，实际上如图3(b)所示，被照射医务人员设定的剂量以上的带电粒子束。

近年来，为了减少照射时间和照射次数来减轻患者负担等的目的，希望以高剂量率进行治疗，因此校正伴随着剂量率的变化的剂量监视器54的输出变动量变得重要。

另外，由于扫描照射的照射控制数据的信息量非常多，所以其生成花费时间，需要增多照射图案变换装置70的存储器。鉴于这一点，对于扫描照射中的剂量监视器的输出变动，通过预先获取并利用存储在剂量校正系数存储部72中的针对剂量率的剂量校正系数，能够高效地进行校正，抑制照射控制数据的生成时间的增加或照射图案变换装置70的存储器增强。

对照射图案变换装置70中的剂量校正进行说明。

由治疗计划装置60生成的治疗计划数据中包含带电粒子束的每个点的剂量以及剂量率等数据。通过照射图案变换装置70将该治疗计划数据变换为照射控制数据(例如表1。)。另外，表1的照射控制数据是假设未进行剂量值的校正时的数据，实际生成并发送给照射控制装置80的照射控制数据是剂量被校正后的数据(例如表3)。另外，对各点分配对应的三维坐标。例如，点1的坐标为(x₁，y₁，z₁)，点2的坐标为(x₂，y₂，z₂)、……点10000的坐标为(x₁₀₀₀₀，y₁₀₀₀₀，z₁₀₀₀₀)等。

[表1]

〔照射控制数据〕

在剂量校正系数存储部72中存储有预先通过计算求出的每个剂量率的剂量校正系数数据(例如表2。I1<I2<I3<I4。)。关于剂量校正系数的求出方法将在后面叙述。

[表2]

〔剂量校正系数数据〕

剂量率	剂量校正系数R
		I1	1.00
I2	1.00
		I3	0.99
I4	0.98
		…	…

例如，在图3(a)及图3(b)的例子中，在剂量率较低的I1、I2时不需要剂量的校正，但在剂量率较高的I3以及I4时，剂量监视器54输出的剂量值(MU)的值较小(图3(a))，结果实际照射的剂量比期望的剂量大(图3(b))。但是，在本实施方式中，照射图案变换装置70在将治疗计划数据的剂量变换为照射控制数据时，用与剂量率对应的剂量校正系数R预先进行校正，并生成剂量被校正后的照射控制数据(例如表3)。

[表3]

〔表1的照射控制数据的剂量MU被校正后的照射控制数据〕

照射图案变换装置70一边利用与剂量率对应的剂量校正系数R对治疗计划数据中记载的每个点的剂量进行校正，一边生成照射控制数据。由此，能够防止或降低由于实际照射在照射标靶上的剂量与由剂量监视器54测定的剂量之间的差异而引起的过剩的带电粒子束的照射。

<剂量校正系数的求出方法>

在剂量校正系数存储部72中存储有预先求出的每个剂量率I的剂量校正系数R的数据。每个剂量率I的剂量校正系数R可以以如下方式求出。

剂量监视器54(电离箱)中的离子收集效率η是能够用电极收集由电离箱生成的离子的比例，在没有离子再结合的情况下η＝1。但是，实际上由于离子再结合的影响，不能用电极收集在电离箱中生成的所有离子，因此离子收集效率η为小于1的值。因此，根据下式(1)以及(2)计算剂量校正系数R。

【数学式1】

这里，使用图11说明式(2)。图11表示对电离箱照射带电粒子束时，在电离箱内生成的侧方(与波束行进方向垂直的方向)的电离电荷分布的形状。关于坐标，将光束行进方向设为x，将与光束行进方向垂直的方向设为y、z。表示侧方的电离电荷分布的函数F(y，z)是高斯分布(高斯函数)。式(2)的η表示F(y，z)的整个区域内的离子收集效率，η_i是一个微小区域i中的离子收集效率。对每个微小区域i计算η_i的理由是因为电离电荷量依赖于y、z而变化。另外，用z_max、y_max指定在到哪里为止的范围内对η_i进行积分。由于粒子束尺寸用高斯分布σ表示，所以z_max、y_max的范围依赖于σ的大小(即粒子束尺寸)而变化。

η_i根据以下的式(3)以及(4)计算。

【数学式2】

式(4)中，d是电离箱的电极间距离，q_i(y，z)是用坐标(y，z)表示的区域i中的电离电荷密度，V是施加在电离箱的电极间的电压。结果，表示电离电荷密度q依赖于坐标(y，z)而变化。q_i(y，z)根据式(5)计算。

【数学式3】

在式(5)中，I是带电粒子束的剂量率，dE/dx是粒子束通过电离箱时的每单位长度的阻止能(这相当于赋予电离箱中的气体的能量，依赖于粒子束的能量)。)，W是电离箱中的气体的W值(生成1对电离电荷所需的能量值)，C是基本电荷(elementary charge)，v_i是微小区域i的体积。

上述式(1)～(5)中的参数d、V、W、C及v_i是基于剂量监视器54的设计上的规范的固定值，因此剂量校正系数R根据剂量率I、依赖于能量的dE/dx及依赖于粒子束尺寸的z_max、y_max的各参数而变化。

在本实施方式中，由于剂量校正系数R是将剂量率I设想为参数的，所以将依赖于能量的dE/dx以及依赖于粒子束尺寸的z_max、y_max的值设为固定值(例如，在带电粒子束装置10中能够使用的能量以及粒子束尺寸的平均值等)，并计算与剂量率I对应的剂量校正系数R。将这样求出的该剂量校正系数R的数据存储在剂量校正系数存储部72中。

图4是使用本实施方式的、进行扫描照射的带电粒子束照射装置10的粒子线治疗的流程图。

首先，在治疗计划装置60中，医务人员根据固定在治疗室的治疗台上的患者的CT图像和/或MRI图像，指定肿瘤(照射标靶)的范围，并指定肿瘤的形状。由此，治疗计划装置60生成包含按每个点的剂量以及剂量率的数据的治疗计划数据，并发送给照射图案变换装置70(步骤S1)。另外，治疗计划数据也可以包含每个点的带电粒子束的能量以及粒子束尺寸的数据。

接着，照射图案变换装置70选择治疗计划数据中的点(步骤S2)，并以与所选择的点对应的、治疗计划数据中的剂量率I作为关键字，从剂量校正系数存储部72获取与该剂量率I对应的剂量校正系数R(步骤S3)。然后，照射图案变换装置70通过将治疗计划数据中的与该选择的点对应的剂量的值乘以所获取的剂量校正系数，来校正与该选择的点对应的剂量的值(步骤S4)。反复步骤S2～S4，直到对治疗计划数据中的所有点的剂量的校正结束为止(步骤S5的“否”)。每个点的校正的剂量的值暂时存储在照射图案变换装置70的RAM(未图示)等中。

当对所有点完成剂量的校正时，照射图案变换装置70基于治疗计划数据(关于剂量，预先存储在RAM中的校正后的剂量的值)，来生成照射控制数据，并发送给照射控制装置80(步骤S6)。照射控制装置80根据从照射图案变换装置70接收到的照射控制数据，控制加速器20、带电粒子束输送系统30、聚束电磁铁40以及照射口50，控制基于扫描照射的向照射标靶的带电粒子束照射，并开始向照射标靶的带电粒子束的照射治疗(步骤S7)。

这样，在本实施方式的进行扫描照射的带电粒子射线束照射装置10中，照射图案变换装置70在从治疗计划装置60接受到包含每个点的剂量以及剂量率的信息的治疗计划数据时，使用预先存储在系数存储部72中的与剂量率I相关联的剂量校正系数R的数据，校正治疗计划数据的每个点的剂量，并基于治疗计划数据以及校正后的剂量的值来生成照射控制数据。因此，在扫描照射中，能够防止或降低对于每个点实际照射的剂量与剂量监视器54测定的剂量值(MU)之间的差异。

[第2实施方式]

然而，本发明的第2实施方式的带电粒子束照射装置10除了校正由剂量监视器54的离子再结合引起的影响(依赖于剂量率)之外，还校正由其他影响引起的剂量的差异。在此，其他影响可以举出带电粒子束的能量E(上述式中的参数dE/dx)及粒子束尺寸S(上述式中的参数z_max、y_max)、以及带电粒子束穿过剂量监视器54的哪里。

如上所述，带电粒子束的能量是依赖于照射标靶中的点的深度方向的位置的事项。带电粒子束的粒子束尺寸是依赖于1个点的大小的事项。带电粒子束的粒子束尺寸可以对每个点相同，也可以不同。另外，带电粒子束穿过剂量监视器54(电离箱)的哪里这一点是依赖于点的位置(坐标)的事项。

首先，对剂量监视器54中的带电粒子束的能量以及粒子束尺寸的影响进行说明。如图5(a)以及图5(b)所示，即使是相同剂量率(例如I1)的带电粒子束，能量越低(图5(a)，E1<E2<E3)，或者粒子束尺寸越小(图5(b)，S1<S2<S3)，则剂量监视器54(电离箱)中的电离的电荷密度越高。电离电荷密度高与局部观察时剂量率变高的情况是等效的。因此，离子再结合的发生率增加，导致剂量监视器54的输出降低(即，剂量监视器54测定的剂量的值比实际的剂量低)。另外，带电粒子束的粒子束尺寸S也可以将粒子束的扩展看作高斯分布，将其半值宽度等用作粒子束尺寸的基准。

另外，剂量监视器54的相对的一对电极(高压电极及信号电极)分别理想地为平面状，但实际上以电极的中心间的距离变短的方式在某种程度上挠曲(图6(a)是电离箱的XY面剖视图)。因此，在剂量监视器54内，根据带电粒子束穿过的位置，在电极间穿过的距离不同。如图6(b)所示，位置B是电极的中心附近，电极间距离d(＝d2)最短(带电粒子束的穿过距离最短)，随着往去向端部的电极支承部则电极间距离d变长(d2(位置B)<d1(位置A)<d3(位置C))。而且，随着电极间距离d变短，即使适用了相同的剂量，剂量监视器54的输出值(MU)也会示出较小的值。

这样，关于带电粒子束的剂量率、能量以及粒子束尺寸的参数，依赖于各参数的组合，在剂量监视器54的输出的变化上产生差异。在考虑这些因素的基础上，需要对每一个点预先求出剂量校正系数。

另一方面，关于依赖于带电粒子束穿过剂量监视器54的哪里(即，点位置)的剂量监视器54的输出的变化，由于不依赖于带电粒子束的剂量率、能量以及粒子束尺寸的参数，所以需要与它们独立地考虑。即，在本实施方式中，在带电粒子束的能量等的校正结束后，根据该点的位置进行剂量的校正。

因此，剂量校正系数存储部72预先求出与带电粒子束的剂量率、能量以及粒子束尺寸的组合有关的剂量校正系数的数据表、和与点位置(坐标)有关的剂量校正系数的数据表这两者，并存储在剂量校正系数存储部72中。

更详细地说，关于与带电粒子束的剂量率、能量以及粒子束尺寸的组合有关的剂量校正系数的数据表的生成，根据上述式(1)～(5)，虽然剂量校正系数R是根据剂量率I、依赖于能量的dE/dx以及依赖于粒子束尺寸的z_max、y_max的各参数而变化，但在带电粒子束照射装置10中使用的能量E的值、剂量率I的值以及粒子束尺寸(z_max、y_max)的值收敛在某种程度的范围内。例如，在图7(a)中，若假设能量E的可取的值是E1、E2、…E50，剂量率I的可取的值是I1、I2、…I30，粒子束尺寸S的可取的值是S1、S2、…S100，则对于这些全部的组合，根据式(1)～(5)预先求出剂量校正系数R，并存储在剂量校正系数存储部72中。

另外，根据经验求出关于点位置(坐标)的剂量校正系数的数据表的生成。即，在带电粒子束装置10中，以相同的能量E、点尺寸S以及剂量率I，仅改变点位置来测定剂量，将相对的剂量的比率(例如各剂量值除以测定的剂量中的最低值。)计算为剂量校正系数R，并存储在剂量校正系数存储部72中。例如，在图7(b)的例子中，在固定了带电粒子束的能量E、点尺寸S、以及剂量率I的基础上，按带电粒子束装置10中使用的点位置(坐标(x1，y1，z1)～(xn，yn，zn))的每一个，由剂量监视器54测定剂量，计算各剂量的相对比率作为剂量校正系数R，存储在剂量校正系数存储部72中。

图8是使用本实施方式的进行扫描照射的带电粒子束照射装置10的粒子线治疗的流程图。

首先，在治疗计划装置60中，医务人员根据固定在治疗室的治疗台上的患者的CT图像和/或MRI图像，指定肿瘤(照射标靶)的范围，并指定肿瘤的形状。由此，治疗计划装置60生成包含按每个点的剂量、剂量率、以及带电粒子束的能量和粒子束尺寸的数据的治疗计划数据，并发送给照射图案变换装置70(步骤S11)。

接着，照射图案变换装置70选择治疗计划数据中的点(步骤S12)。照射图案变换装置70将与所选择的点对应的、治疗计划数据中的带电粒子束的能量E、剂量率I、以及粒子束尺寸S(z_max、y_max)作为关键字，从存储在剂量校正系数存储部72中的与带电粒子束的剂量率、能量以及粒子束尺寸的组合有关的剂量校正系数的数据表中，获取对应的剂量校正系数R1(步骤S13)。

照射图案变换装置70将与所选择的点对应的、治疗计划数据中的点位置(坐标)作为关键字，从预先存储在剂量校正系数存储部72中的与点位置(坐标)有关的剂量校正系数的数据表中，获取对应的剂量校正系数R2(步骤S14)。

照射图案变换装置70通过将治疗计划数据中的与该选择的点对应的剂量的值乘以在步骤S13和S14中获取的剂量校正系数R1、R 2，来校正与该选择的点对应的剂量的值(步骤S15)。反复步骤S12～S15，直到对治疗计划数据中的所有点的剂量的校正结束为止(步骤S16的“否”)。

当对所有点完成剂量的校正时，照射图案变换装置70生成剂量被校正后的照射控制数据，并发送给照射控制装置80(步骤S17)。照射控制装置80基于从照射图案变换装置70接受到的照射控制数据，控制加速器20、带电粒子束输送系统30、聚束电磁铁40以及照射口50，控制基于扫描照射的向照射标靶的带电粒子束照射，开始向照射标靶的带电粒子束的照射治疗(步骤S18)。

这样，在本实施方式的进行扫描照射的带电粒子束照射装置10中，照射图案变换装置70若从治疗计划装置60接受到包含每个点的带电粒子束的能量、粒子束尺寸、剂量率及剂量、以及点位置的信息的治疗计划数据，则使用预先存储在剂量校正系数存储部72中的与带电粒子束的能量、粒子束尺寸以及剂量率有关的剂量校正系数数据、和与点位置有关的剂量校正系数数据，校正治疗计划数据的每个点的剂量，并基于此而生成照射控制数据。因此，在扫描照射中，对于每个点，能够更有效地防止或降低实际照射的剂量与剂量监视器54测定的剂量值(MU)之间的差异。

[第3实施方式]

在本发明的第3实施方式的带电粒子束照射装置10中，在照射口50内除了第1剂量监视器54之外，还具备第2剂量监视器55(图9(a))。第2剂量监视器55是用于备用的剂量监视器，主要是为了调查第1剂量监视器54的剂量的测定值有没有错误而使用的剂量监视器。

在带电粒子束的行进方向上，第2剂量监视器55与第1剂量监视器54相比配置在更靠下游侧。另外，在本实施方式中，带电粒子束照射装置10还具备剂量监视器输出校正系数存储部74(图9(b))，对由配置在上游侧的第1剂量监视器54的影响(主要是带电粒子束的能量损失的影响)引起的、配置在下游侧的第2剂量监视器55测定的剂量进行校正。另外，剂量监视器输出校正系数存储部74可以组装在照射图案变换装置70或剂量校正系数存储部72内，也可以设为与两者分开的装置结构。

一般而言，照射的能量越低，则由第1剂量监视器54中的带电粒子束的能量损失引起的第2剂量监视器55的输出变化越大(例如图10)。因此，在本实施方式中，第2剂量监视器55输出的剂量的值根据带电粒子束的能量值，使用存储在剂量监视器输出校正系数存储部74中的剂量监视器输出校正系数进行校正。

剂量监视器输出校正系数存储部74与带电粒子束的能量相关地存储校正系数，该校正系数是用于校正第2剂量监视器55测定的剂量的值的系数(例如表4)。

[表4]

〔校正剂量监视器的输出的输出校正系数数据〕

能量	输出校正系数
		E1	0.95
E2	0.98
		E3	1.00
E4	1.00
		…	…

这样，在本实施方式中，通过用存储在剂量监视器输出校正系数存储部74中的校正系数对第2剂量监视器55测定的剂量值加以校正，能够防止或降低第1剂量监视器54输出的剂量值与第2剂量监视器55输出的剂量值之间的差异。

上述说明的尺寸、材料、形状、构成要素的相对位置等根据应用本发明的装置的构造或各种条件而变更。没有试图限定于说明中使用的特定的术语及实施方式，只要是本领域技术人员，就可以使用其他同等的构成要素，上述实施方式只要不脱离本发明的宗旨或范围，也可以进行其他的变形及变更。另外，即使没有明确提及，与本发明的一个实施方式关联说明特征也可与其它的实施方式一起使用。

Claims

1.一种带电粒子束照射装置，其是扫描带电粒子束从而对照射标靶按每个点进行照射的带电粒子束照射装置(10)，具备：

第1剂量监视器(54)，设置在照射口(50)；

照射图案变换装置(70)，根据包含按每个点的带电粒子束的剂量率以及剂量的信息的治疗计划数据，来生成用于控制所述带电粒子束照射装置(10)的照射控制数据，其中，所述治疗计划数据包含每个点的带电粒子束的能量、剂量率、以及粒子束尺寸和点位置的信息；以及

剂量校正系数存储部(72)，存储对于带电粒子束的能量、剂量率以及粒子束尺寸的组合的剂量校正系数R1的数据、和对于点位置的剂量校正系数R2的数据，

所述照射图案变换装置(70)被构成为，

(i)选择所述治疗计划数据中的一个点，

(ii)将与选择的所述点对应的、所述治疗计划数据中的带电粒子束的能量、剂量率以及粒子束尺寸作为关键字，从所述剂量校正系数存储部(72)中获取对应的剂量校正系数R1，

(iii)将与选择的所述点对应的、所述治疗计划数据中的点位置作为关键字，从所述剂量校正系数存储部(72)中获取对应的剂量校正系数R2，

(iv)通过将与选择的所述点对应的、所述治疗计划数据中的剂量的值分别乘以在所述(ii)以及所述(iii)的处理中获取的剂量校正系数R1、R2，校正与选择的所述点对应的剂量的值，

(vi)关于剂量，使用对所述治疗计划数据中的所有点校正了剂量后的数据，来生成照射控制数据，

2.根据权利要求1所述的带电粒子束照射装置，其中，

所述带电粒子束照射装置还具备：

第2剂量监视器(55)，设置在所述照射口(50)内；以及

剂量监视器输出校正系数存储部(74)，存储用于校正对于带电粒子束的能量的所述第2剂量监视器(55)的输出的输出校正系数的数据，

所述第2剂量监视器(55)与所述第1剂量监视器(54)相比配置在更靠下游侧，

所述第2剂量监视器(55)测定的剂量值是按每个点乘以与在剂量监视器输出校正系数存储部(74)中存储的带电粒子束的能量对应的输出校正系数来被校正的。