CN116099134A - 粒子线治疗系统、照射控制装置以及照射控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及粒子线治疗系统、照射控制装置以及照射控制方法。提供一种能够更准确地控制向被检者照射的粒子射束的剂量的粒子线治疗系统。剂量监控器(202)测量射束(160)的剂量。位置监控器(203)测量射束(160)的射束尺寸。照射控制装置(108)根据射束(160)的剂量以及射束尺寸，计算剂量监控器(202)的测量特性，根据该测量特性以及剂量，控制射束(160)向患者(150)的照射。

Description

粒子线治疗系统、照射控制装置以及照射控制方法

技术领域

本公开涉及粒子线治疗系统、照射控制装置以及照射控制方法。

背景技术

近年来，对患者的肿瘤照射质子束及碳束这样的粒子线的粒子线治疗受到关注。在粒子线治疗中，通过使用在粒子线停止之前对周围赋予大剂量的被称为黑峰的现象，与X射线治疗等相比，能够容易地形成与肿瘤的形状吻合的剂量分布，因此，期待实现高精度的放射线治疗。

在粒子线治疗中，将通过具有线性加速器或同步加速器等的加速器系统进行了加速的带电粒子射束(以下，简称为粒子射束)作为粒子线输送到照射喷嘴，朝向患者体内的肿瘤照射。作为主要的射束照射方法，列举出被动法以及扫描法。被动法是通过使用散射体、脊形过滤器、准直器或患者波特等对射束直径进行扩大，而使粒子射束的形状与肿瘤的形状吻合的方法。扫描法是通过被称为照射喷嘴的收容体内的扫描电磁铁对被称为笔形射束的细的粒子射束的照射方向进行调整，依次对在肿瘤内虚拟地设定的多个微小区域(以下，称为点)分别进行照射，由此，对肿瘤整体照射粒子射束的方法。另外，扫描法中具有在停止了粒子射束的状态下进行点间的移动的点扫描法、以及在照射了粒子射束的状态下进行点间的移动的光栅扫描法等。近年来，能够应对复杂的肿瘤形状及其变化，因此，采用扫描法的设施正在增加。

在扫描法中，利用设置在照射喷嘴内的位置监控器和剂量监控器来监视粒子射束，根据其监视结果，按点控制照射剂量。位置监控器测定粒子射束的中心位置和尺寸，剂量监控器测定剂量的大小。照射控制装置根据这些测定值计算照射到点的照射剂量的累计值即累计剂量，当该累计剂量达到按点预先设定的目标剂量(以下，称为处方笺)时，转移到针对下一个点的射束的照射。因此，为了对肿瘤赋予充分的剂量并且抑制周围的健全的组织的损伤，对位置监控器以及剂量监控器要求高的测定精度。

但是，在剂量监控器中，已知每单位时间检测出的剂量即剂量率对测定精度造成影响这样的课题。作为一般的剂量监控器的电离箱是用如气体或液体那样的流体充满多个电极的间隙的容器，当入射粒子线时，流体在其轨迹上电离，由此，产生阳离子和电子。通过在电极间施加电压，阳离子和电子分别向相反的电极移动，因此，在电极间仅短时间流过电流。通过测定该电流来计算剂量。但是，随着剂量率上升，产生的阳离子的密度变大，因此，阳离子和电子在到达电极之前再结合的比例增加，在剂量监控器中收集阳离子和电子的收集效率降低。

在以往的粒子线治疗中，剂量率比较小，因此，剂量监控器的收集效率的降低为1％左右，针对剂量监控器的线性响应性的影响小。但是，近年来，被称为FLASH放射线治疗的超高剂量率的放射线治疗受到关注，与以往相比高剂量率的照射的需求提高。在高剂量率下，有时电离箱的收集效率降低数10％左右，该情况下，剂量监控器的线性响应性失败。因此，为了高精度地控制对被检者赋予的剂量，要求掌握剂量监控器的收集效率。

在专利文献1中公开了根据预先制作出的处方笺来校正电离箱的收集效率的技术。在该技术中，根据处方笺，将治疗时向患者照射的射束的剂量率以及尺寸推定为射束参数。根据该射束参数，按点决定对预先设定的收集效率进行校正的校正系数。

现有技术文献

专利文献1：日本专利第6807125号

发明内容

发明要解决的课题

但是，射束参数在粒子射束的照射中变动，因此，根据处方笺推定出的射束参数与实际照射的粒子射束的射束参数未必一致。特别是，在高剂量率下的粒子线照射中，射束参数的变动大到无法忽视的程度。因此，在专利文献1所记载的技术中，无法适当地校正剂量监控器的收集效率，难以准确地控制向被检者照射的粒子射束的剂量。

本公开是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够更准确地控制向被检者照射的粒子射束的剂量的粒子线治疗系统、照射控制装置以及照射控制方法。

用于解决课题的手段

按照本公开的一方式的粒子线治疗系统向被检者照射粒子射束，其中，该粒子线治疗系统具有：剂量监控器，其测量所述粒子射束的剂量；位置监控器，其测量所述粒子射束的射束尺寸；以及照射控制装置，其根据所述剂量和所述射束尺寸，计算对所述剂量监控器的测量特性进行校正后的测量特性，根据所述测量特性和所述剂量，控制所述粒子射束向所述被检者的照射。

发明效果

根据本发明，能够更准确地控制向被检者照射的粒子射束的剂量。

附图说明

图1是表示本公开的实施例1的粒子线治疗系统的整体结构的图。

图2是表示本公开的实施例1的照射喷嘴的结构的图。

图3是表示本公开的实施例1的剂量监控器的结构的一例的图。

图4是表示本公开的实施例1的位置监控器的结构的一例的图。

图5是用于对本公开的实施例1的射束的中心位置及尺寸的计算方法的一例进行说明的图。

图6是用于对本公开的实施例1的粒子线治疗的动作进行说明的流程图。

图7是表示本公开的实施例1的照射控制系统的结构例的图。

图8是用于对本公开的实施例1的监视处理的一例进行说明的流程图。

图9是本公开的实施例1的收集效率表的概念图。

图10是表示本公开的实施例2的第一个点的决定方法的一例的图。

图11是表示本公开的实施例2的照射控制系统的结构的图。

图12是用于对本公开的实施例2的监视处理的一例进行说明的流程图。

附图标记说明

100：粒子线治疗系统，101：加速器系统，102：射束输送系统，103：照射喷嘴，104：治疗台，105：治疗计划装置，106：整体控制装置，107：加速器和射束输送系统控制装置，108：照射控制装置，111：离子源，112：入射器，113：同步加速器，121：射束路径，122：偏转电磁铁，200：照射系统，201A、201B：扫描电磁铁，202：剂量监控器，203：位置监控器，204：脊形过滤器，205：范围移位器，206：剂量监控器控制装置，207：位置监控器控制装置，208：扫描电磁铁控制装置

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施例进行说明。

[实施例1]

首先，使用图1～图9，对本公开的实施例1的粒子线治疗系统以及照射控制装置进行说明。

图1是表示本实施例的粒子线治疗系统的整体结构的图。图1所示的粒子线治疗系统100是对作为被检者的患者150照射粒子射束即射束160的系统。在本实施例中，粒子线治疗系统100使用依次对在患者150的体内虚拟地设定的多个微小区域即点分别进行照射的点扫描法或光栅扫描法。

如图1所示，粒子线治疗系统100具有：加速器系统101、射束输送系统102、照射喷嘴103、治疗台104、治疗计划装置105、整体控制装置106、加速器和射束输送系统控制装置107以及照射控制装置108。

加速器系统101是生成并射出射束160的装置组。在图1的例子中，加速器系统101具有：离子源111、入射器112、以及同步加速器113。离子源111生成成为射束160的基础的粒子即带电粒子。入射器112将由离子源111生成的带电粒子入射到同步加速器113。同步加速器113对从入射器112入射的带电粒子进行加速，生成并输出射束160。

此外，图1所示的加速器系统101仅是一例，并不限定于该例。例如，加速器系统101也可以是代替同步加速器113而使用了回旋加速器或同步回旋加速器等的装置组。

射束输送系统102是将从加速器系统101射出的射束160输送至照射喷嘴103的装置组。射束输送系统102具有射束路径121及偏转电磁铁122。射束路径121是射束160经由的路径，将加速器系统101与照射喷嘴103连接。射束路径121为真空状态。偏转电磁铁122通过磁场使经由射束路径121的射束偏转并输送至照射喷嘴103。射束输送系统102可以具有对向患者150照射射束160的照射角度进行调整的旋转机架，也可以不具有旋转机架。

照射喷嘴103是具有装置组的装置收容体，该装置组包含用于向患者150照射从射束输送系统102输送的射束160的装置和用于测量与射束160相关的参数即射束参数的装置。照射喷嘴103的更详细的结构使用图2在后面进行叙述。

治疗台104是载置患者150的床。治疗台104根据来自整体控制装置106的指示进行移动，由此，使患者150的位置和姿势(角度)移动成所希望的位置和姿势。治疗台104例如能够实现包含分别沿着朝向相互不同的方向的3个轴的平移移动和以该3个轴分别为旋转轴的旋转移动在内的向6轴方向的移动。

治疗计划装置105制定患者150的治疗计划并制作处方笺，将该处方笺发送到整体控制装置106。处方笺按照射射束160的点，示出向该点照射的射束160的剂量的目标值即目标剂量。

整体控制装置106与治疗台104、治疗计划装置105、加速器和射束输送系统控制装置107及照射控制装置108连接，根据来自治疗计划装置105的处方笺，控制连接的各设备。

加速器和射束输送系统控制装置107根据来自整体控制装置106的指示，控制加速器系统101及射束输送系统102。

照射控制装置108根据来自整体控制装置106的指示，控制照射喷嘴103。另外，照射控制装置108对照射喷嘴103的测量结果进行处理并传送至整体控制装置106。关于照射控制装置108的更详细的结构使用图6在后面进行叙述。

治疗计划装置105、整体控制装置106、加速器和射束输送系统控制装置107以及照射控制装置108例如通过具有中央运算装置(CPU)、存储器、存储装置、通信接口装置以及用户接口(UI)装置等的计算机系统来实现。这些各装置例如通过由中央运算装置读取并执行记录在存储器中的程序来进行各种处理。各装置的程序可以是单一的，也可以分为多个程序，还可以是它们的组合。另外，各装置的程序的一部分或全部可以通过专用硬件来实现，也可以模块化。另外，程序的一部分或全部也可以使用未图示的程序分发服务器或外部存储介质等安装于各装置。另外，各装置可以分别由独立的装置构成，通过有线或无线的网络相互连接，也可以将2个以上的装置一体化。

图2是表示照射喷嘴103的结构例的图。

图2所示的照射喷嘴103具有：用于向患者150照射射束160的照射系统200、作为控制照射系统200的控制系统的剂量监控器控制装置206、位置监控器控制装置207以及扫描电磁铁控制装置208。照射系统200具有：扫描电磁铁201A及201B、剂量监控器202、和位置监控器203。

此外，照射系统200也可以根据需要而具有将射束160的黑峰在射束160的行进方向上扩大的脊形过滤器204、以及调整射束160到达的深度的范围移位器205。

扫描电磁铁201A及201B是在与射束160的通过方向正交的平面(2维方向)上扫描射束160的扫描系统。利用扫描电磁铁201A及201B进行了扫描的射束160照射到患者150内的目标体积151。目标体积151是照射射束160的照射区域，例如，在粒子线治疗系统100治疗患者150的癌等肿瘤的情况下，成为对存在肿瘤的肿瘤区域加上余量(考虑了照射位置的误差的空白区域)的区域。被照射射束160的点设定在目标体积151内。

剂量监控器202是用于测定向各点照射的射束160的剂量率的监控器。剂量监控器202将表示测定结果的检测信号输出到剂量监控器控制装置206。剂量监控器控制装置206根据来自剂量监控器202的检测信号计算向各点照射的射束160的剂量率并输出到照射控制装置108。

图3是表示剂量监控器202的一例的图。图3所示的剂量监控器202是一般使用的平行平板型的电离箱。

作为图3所示的平行平板型的电离箱的剂量监控器202被遮蔽壁301覆盖，在遮蔽壁301形成有多个针对射束160的透射率高的射束窗302。具体而言，射束窗302以从一个射束窗302侵入的射束160从另一个射束窗射出的方式形成于遮蔽壁301的相互对置的位置。另外，在由遮蔽壁301包围的空间，1个以上的平板状的高压电极303与1个以上的平板状的集电极304平行地排列。在图3的例子中，剂量监控器202具有1个高压电极303和夹着该高压电极303地设置的2个集电极304。对高压电极303施加高电压，在高压电极303与集电极304之间产生电场。另外，各电极303～304之间由气体充满。

通过射束窗302侵入到剂量监控器202内的射束160使各电极303～304之间的气体电离而产生阳离子和电子。产生的阳离子和电子因在各电极303～304之间产生的电场而向集电极304移动。因该阳离子和电子的移动，而在各电极303～304之间流过电流305，由剂量监控器控制装置206测定。

射束160的剂量与离子的产生量存在比例关系。因此，剂量监控器控制装置206通过对电流305的值乘以适当的系数，根据电流305计算射束160的剂量率。此外，剂量监控器控制装置206计算的剂量率是未考虑剂量监控器202的收集效率的变动的剂量率即校正前剂量率。

此外，剂量监控器202不限于图3所示的例子。例如，各电极303～304之间可以由液体充满，也可以向空气开放。另外，各电极303～304的形状不限于平板状，例如也可以是共轴圆筒形状等。另外，剂量监控器202不限于电离箱，只要是测量特性根据剂量率以及射束尺寸而变化的监控器即可。

返回到图2的说明。位置监控器203是用于对射束160的中心位置以及射束尺寸进行测定的监控器。位置监控器203将表示测定结果的检测信号输出到位置监控器控制装置207。位置监控器控制装置207根据从位置监控器203输入的检测信号来运算各射束的中心位置和射束尺寸，并输出到照射控制装置108。

图4是表示位置监控器203的一例的图。图4所示的位置监控器203是一般使用的多条型电离箱。

作为位置监控器203的多条型电离箱与图3所示的剂量监控器202一样被遮蔽壁(未图示)覆盖，在遮蔽壁形成有针对射束160的透射率高的多个射束窗401。具体而言，射束窗402以使从一个射束窗402侵入的射束160从另一个射束窗射出的方式形成于遮蔽壁的相互对置的位置。另外，在由遮蔽壁包围的空间，1个以上的平板状的高压电极402与1个以上的平板状的集电极403A及403B平行地排列。对高压电极402施加高电压，在高压电极402与集电极403A和403B之间产生电场。另外，各电极402、403A及403B之间由气体或液体等流体充满。

集电极403A由在面内的一方向(设为X方向)上并列的多个长条状的小型集电极构成，集电极403B由在面内的与X方向正交的方向(设为Y方向)上并列的多个长条状的小型集电极构成。

通过射束窗401侵入到位置监控器203内的射束160使各电极402～403之间的流体电离而产生阳离子和电子。产生的阳离子和电子因在各电极402～403之间产生的电场而向附近的集电极304A或304B的各小型集电极移动，因该阳离子和电子的移动而产生电流404，由位置监控器控制装置207按小型集电极进行测定。由此，位置监控器控制装置207能够根据每个小型集电极的电流404，测量集电极304A或304B的面内方向上的2维离子的产生分布以及剂量分布，能够根据该剂量分布计算射束160的中心位置及射束尺寸。

图5是用于对计算射束160的中心位置以及射束尺寸的计算方法的一例进行说明的图。在图5中，横轴表示集电极403A的各小型集电极的X方向的中心位置，纵轴表示电流值。另外，图5的各数据点501表示由各小型集电极的检测信号表示的电流值。

若假定射束160的形状遵循高斯分布，则用高斯函数502对数据点501的分布进行了近似时的峰位置503以及标准偏差504分别成为射束160的中心位置以及射束尺寸。此外，在图5中为了简单而示出了1维分布的例子，但实际上，用2维高斯函数对2维的剂量分布进行近似。

此外，射束160的中心位置及射束尺寸的计算方法并不限定于上述的例子，也可以假定射束160的形状遵循洛伦兹分布，用洛伦兹函数对剂量分布进行近似。另外，位置监控器203不限于图3所示的例子。例如，位置监控器203也可以是多条型电离箱等。

返回到图2的说明。照射控制装置108根据由位置监控器控制装置207计算出的射束160的中心位置来计算射束160的照射位置。另外，照射控制装置108根据从剂量监控器控制装置206以及位置监控器控制装置207发送的射束参数(剂量率、中心位置以及射束尺寸)，计算作为剂量监控器202的测量特性的收集效率。照射控制装置108根据收集效率对由剂量监控器控制装置206计算出的剂量率进行校正，由此，计算考虑了收集效率的变动的校正剂量率。

接着，对粒子线治疗系统100的动作进行说明。

图6是用于对利用粒子线治疗系统100治疗患者150的治疗处理的一例进行说明的流程图。

在粒子线治疗中，通常，1次对患者150赋予高剂量的射束160，由此，为了抑制患者150的正常组织受到损伤，进行对患者150分多次照射射束的分割照射。在本实施例中，分割单位为1天，分割次数为30。但是，分割单位以及分割次数不限于这些例子。例如，分割单位不需要是1天，也可以在1天进行多次治疗。

首先，在当日(设为第d天)的治疗开始时(步骤S601)，治疗计划装置105制作作为治疗计划的处方笺(步骤S602)。d的初始值为1。

在步骤S602中，具体而言，治疗计划装置105首先读入显现了患者150的患部即肿瘤周边的体内图像，根据该体内图像，将从患者150的体表到患部的厚度的分布转换为水等价厚度比的分布。体内图像例如通过CT(Computed Tomography：计算机断层扫描)检查等来制作。水等价厚度比是相对于射束160引起相同的能量损失的水的厚度与局部的介质的厚度之比，是决定射束160的停止距离的物理量。

接着，治疗计划装置105使用体内图像来决定照射射束160的3维的照射区域即目标体积151的轮廓。例如，治疗计划装置105显示体内图像使医生等手术者描绘肿瘤的轮廓，对该肿瘤的轮廓赋予预先决定的余量来决定目标体积151的轮廓。

并且，治疗计划装置105制作处方笺(按点设定的目标剂量)。具体而言，治疗计划装置105首先设定针对目标体积151的目标剂量。目标剂量例如由手术者输入。治疗计划装置105根据水等价厚度比的分布，使用规定的最优化计算法等计算用于向目标体积151赋予目标剂量的点的位置及目标剂量，由此，制作处方笺。治疗计划装置105显示处方笺，当手术者承认该处方笺时，将处方笺发送到整体控制装置106。

整体控制装置106根据来自治疗计划装置105的处方笺，按点制作用于控制加速器和射束输送系统控制装置107及照射控制装置108的控制指示数据，并发送至加速器和射束输送系统控制装置107及照射控制装置108。发送的数据存储在加速器和射束输送系统控制装置107及照射控制装置108内的存储器(未图示)中。在针对加速器和射束输送系统控制装置107的控制指示数据中，例如包含根据与点位置的深度对应的射束能量而决定的加速器系统101及射束输送系统102的各电磁铁的励磁电流值及施加于高频加速腔的高频电力值等。另外，在针对照射控制装置108的控制指示数据中，包含目标剂量、以及扫描电磁铁201A以及201B的电流值等。

以上，步骤S602的处理结束。此外，在处方笺未被手术者承认的情况下，进行目标剂量的再设定。

之后，将患者150载置于治疗台104，以与体内图像的拍摄时吻合的方式进行患者150的对位，由手术者对粒子线治疗系统100指示射束160的照射(步骤S603)。

然后，整体控制装置106将对成为照射对象的点(设为第n个点)的照射开始指示发送到加速器和射束输送系统控制装置107以及照射控制装置108(步骤S604)。n的初始值为1。

加速器和射束输送系统控制装置107若接收到照射开始指示，则按照存储在存储器中的控制指示数据开始射束160的加速。若射束160的加速完成，则照射控制装置108经由扫描电磁铁控制装置208变更扫描电磁铁201A及201B的电流值。若电流值的变更完成，则加速器和射束输送系统控制装置107射出射束160。射出的射束160通过射束输送系统102及照射喷嘴103照射到患者150的目标体积151。剂量监控器202以及位置监控器203测量射束160的射束参数，照射控制装置108根据射束参数，计算针对第n个点的射束160的剂量(步骤S605)。

之后，当剂量达到目标剂量时，照射控制装置108向整体控制装置106发送表示射束160向第n个点的照射结束的结束信号。整体控制装置106在接收到结束信号时，执行结束射束160向第n个点的照射的处理即结束处理(步骤S606)。结束处理在采用了点扫描法的情况下是停止射束160的照射的处理，在采用了光栅扫描法的情况下是转移到针对下一个点的照射准备的处理，所述点扫描法是在停止了射束的状态下进行点间的移动，所述光栅扫描法是在照射了射束的状态下进行点间的移动。

然后，整体控制装置106判定射束160向最后的点的照射是否结束(步骤S607)。

在射束160向最后的点的照射未结束的情况下，整体控制装置106使n递增，对加速器和射束输送系统控制装置107以及照射控制装置108指示针对下一个点的照射准备(步骤S608)，返回到步骤S604的处理。

另一方面，在射束160向最后的点的照射结束的情况下，当日的治疗结束。并且，整体控制装置106判断是否是最终日。在不是最终日的情况下，执行步骤S601的处理，在是最终日的情况下，结束处理。

此外，照射控制装置108也可以与加速器和射束输送系统控制装置107直接连接，将各种信号直接发送到加速器和射束输送系统控制装置107。

以下，对图6的步骤S604～S606的处理即照射剂量的监视处理进行更详细的说明。

图7是表示包含照射喷嘴103及照射控制装置108的照射控制系统的结构例的图。图8是用于对图7所示的照射控制系统的监视处理的一例进行说明的流程图。以下，以针对第n个点的射束160的照射为例进行说明。

如图7所示，剂量监控器控制装置206具有：I/F转换器702，其将从剂量监控器202输出的电流转换为脉冲信号；以及CPU705，其根据由I/F转换器702转换后的脉冲信号，计算剂量率。此外，脉冲信号的脉冲频率表示剂量率。位置监控器控制装置207具有：I/F转换器704，其将从位置监控器203输出的电流转换为脉冲信号；以及CPU706，其根据由I/F转换器704转换后的脉冲信号，计算射束160的中心位置和射束尺寸。

另外，照射控制装置具有存储控制指示数据(各点的目标剂量)的存储器701和CPU707。另外，CPU707具有对脉冲数进行计数的计数器703。

当步骤S604开始时，整体控制装置106首先向加速器和射束输送系统控制装置107以及照射控制装置108发送照射开始指示(步骤S801)。加速器和射束输送系统控制装置107在接收到照射开始指示时，按照存储在存储器中的控制指示数据对射束160进行加速并射出(步骤S803)。

照射控制装置108的CPU707在从接收到照射开始指示起到由加速器和射束输送系统控制装置107射出射束160为止的期间(步骤S801至S803之间)，读入在步骤S602中存储在存储器701中的目标剂量中的、与第n个点对应的目标剂量。在本实施例中，通过剂量监控器控制装置206的I/F转换器702将从剂量监控器202输出的电流转换为脉冲信号，该脉冲信号的脉冲数表示剂量，因此，CPU707将目标剂量转换为以脉冲数换算出的目标脉冲数并设定在计数器703中(步骤S802)。

将目标剂量换算为目标脉冲数的换算计数根据包含剂量监控器202以及I/F转换器702的剂量测定电路的特性来决定。此外，步骤S802的处理也可以在从射束160针对前1个点(第n-1个点)的照射结束到发送针对该点的照射开始指示为止的期间实施。

然后，在射出射束160时(步骤S803)，在射束160向目标体积151的照射中由剂量监控器202以及位置监控器203检测出的电流分别通过剂量监控器控制装置206以及位置监控器控制装置207内的I/F转换器702以及704转换为脉冲信号。剂量监控器控制装置206的CPU705如使用图3说明的那样，根据脉冲信号计算射束160的剂量率并发送给照射控制装置108。另外，位置监控器控制装置207的CPU706如使用图4说明的那样，根据脉冲信号的脉冲频率的2维分布计算射束160的中心位置以及射束尺寸并发送给照射控制装置108(步骤S804)。此外，将电流转换为脉冲信号的转换系数与上述的目标剂量的换算系数一样，是根据剂量测定电路的特性而决定的常数。

照射控制装置108的CPU707根据剂量率以及射束尺寸，计算针对射束160的剂量监控器202的收集效率(步骤S805)。

以下，作为收集效率的计算方法的一例，对基于理论式的计算方法进行说明。

若假定射束160的扩展遵循高斯分布，则距射束160的中心的距离r处的射束160的射束电流密度i(r)使用射束160的实际的累计射束电流I及射束尺寸σ而由以下的公式1记述。此外，距离r是与射束160的行进方向正交的面内的方向的距离。

【数学式1】

另一方面，使用剂量监控器202内的微小区域中的射束电流密度i(r)以及局部收集效率f(r)，用以下的公式2表示由剂量监控器202测定的累计射束电流J。

【数学式2】

根据Boag的逻辑，局部收集效率f(r)和射束电流密度i(r)具有公式3所示的关系。

【数学式3】

在此，k是2.01×10⁷[V/(m^0.5A^0.5)]，V是施加于剂量监控器202的施加电压，d是由剂量监控器202的构造决定的常数，例如，在剂量监控器202由1个高压电极303和1个集电极304构成的情况下，是高压电极303与集电极304的间隔。通过将公式1以及公式3代入到公式2进行积分，由此剂量监控器202整体的收集效率F作为累计射束电流J的函数由公式4表示。

【数学式4】

累计射束电流J通过对由剂量监控器控制装置206计算出的剂量率累计一定的系数而求出，射束尺寸σ由位置监控器控制装置207计算。因此，照射控制装置108的CPU707通过将这些值代入到公式4，能够计算收集效率F。

此外，上述的收集效率的计算方法仅是一例，并不限定于该方法。例如，假定射束160的扩展遵循高斯分布，但在射束160的扩展是根据累计射束电流及射束尺寸而规定的分布的情况下，也可以假定射束160的扩展遵循洛伦兹分布等。

另外，例如，也可以代替根据作为逻辑式的公式(4)计算收集效率的方法，而使用利用了表示剂量率以及射束尺寸σ与收集效率的关系的收集效率表的方法。在该方法中，照射控制装置108的CPU707通过参照预先制作出的收集效率表来计算收集效率。

图9是表示收集效率表的一例的图。图9所示的收集效率表900是行为剂量率，列为与射束尺寸对应的矩阵型的表，各要素表示与自身的行和列对应的剂量率和与射束尺寸对应的收集效率。

收集效率表的制作方法列举如下方法等：对剂量率以及射束尺寸为已知的射束实施基于剂量监控器202的测量，将理想的剂量率与测量出的剂量率进行比较，由此一边改变剂量率以及射束尺寸一边反复执行计算收集效率的处理。

返回到图7以及图8的动作的说明。当步骤S805的处理结束时，照射控制装置108的CPU707通过对来自剂量监控器控制装置206的脉冲信号的脉冲频率乘以收集效率的倒数，而取得与考虑了收集效率的变动的剂量率即校正剂量率对应的校正脉冲频率。CPU707使用计数器703对校正脉冲频率进行累计，由此，对与校正剂量对应的校正脉冲数进行计数(步骤S806)，该校正剂量是以收集效率将测量了对第n个点赋予的剂量而得的测量剂量校正而得到的。

照射控制装置108的CPU707判断校正脉冲数是否达到了从存储器701读出的目标脉冲数，由此，判断校正剂量是否达到了目标剂量(步骤S807)。在校正剂量未达到目标剂量的情况下，再次执行步骤S804的处理，在校正剂量达到目标剂量的情况下，结束照射剂量的监视处理，执行图6的步骤S606的处理。

接着，对本实施例的效果进行说明。

根据本实施例，剂量监控器202测量射束160的剂量。位置监控器203测量射束160的射束尺寸。照射控制装置108根据射束160的剂量以及射束尺寸，计算剂量监控器202的测量特性，根据该测量特性以及剂量，控制射束160向患者150的照射。因此，基于根据实际测定出的射束160的剂量及射束尺寸计算出的剂量监控器202的测量特性，控制射束160向患者150的照射，因此，能够更准确地控制向患者150照射的射束160的剂量。

另外，在本实施例中，照射控制装置108根据测量特性，计算校正了剂量的校正剂量，在校正剂量的累计值达到目标剂量的情况下，执行结束射束160的照射的处理。因此，仅通过校正剂量，目标剂量的设定等只要进行与以往一样的处理即可，因此，不需要处理系统的变更，即不需要进行现有的硬件装置的追加以及变更，能够抑制追加成本。

另外，在本实施例中，使用电离箱的收集效率作为剂量监控器202的测量特性。因此，能够使用一般的剂量监控器202，因此，能够抑制追加成本。

[实施例2]

接下来，使用图10～图12，对本公开的实施例2的粒子线治疗系统以及照射控制装置进行说明。以下，主要对与实施例1的不同点进行说明。此外，对与实施例1一样的结构标注相同的附图标记。

实施例2的粒子线治疗系统100的整体结构与图1所示的实施例1的粒子线治疗系统100的整体结构一样。但是，在本实施例中，照射控制装置108根据剂量监控器202的收集效率，代替校正剂量，而计算校正了目标剂量的校正目标剂量。照射控制装置108在由剂量监控器202测量出的剂量的累计值达到校正目标剂量的情况下，执行结束射束160的照射的结束处理。校正目标剂量的计算按点进行，各点的校正目标剂量的计算所使用的收集效率根据向照射顺序比该点即照射点靠前的点即参照点照射的射束160的剂量及射束尺寸来计算。在本实施例中，各点的收集效率根据对照射顺序比该点靠前1个的点照射的射束160的剂量以及射束尺寸来计算。

在射束160相对于参照点以及照射点中的每一个的特性之差足够小的情况下，在本实施例中也能够高精度地计算收集效率，能够进行高精度的照射控制。例如，在射束参数的周期性的变动规模比针对1个点的照射时间长，且邻接点间的射束参数的差异比照射指示与实际的照射的差异小的情况下，通过参照之前的点的射束参数的平均值，能够相比于根据处方笺计算收集效率而计算更高精度的收集效率。

本实施例中的治疗患者150的治疗处理的整体流程与使用图6说明的治疗处理的整体流程一样。但是，对于最初照射射束160的第一个点，无法得到用于计算校正目标剂量的射束160的剂量及射束尺寸，因此，照射控制装置108在步骤S602的处方笺的制作时，执行用于减小对第一个点赋予的剂量的误差对治疗品质造成的影响的追加处理。

追加处理是从分割了目标体积151而得的多个点中将满足规定条件的点决定为第一个点的处理。例如，在追加处理中，根据目标体积151决定第一个点。

图10是表示第一个点的一例的图。在图10的例子中，是第一个点被设定为最接近目标体积151的中心的点1001的例子。该情况下，由于认为在点1001的附近没有正常组织或者正常组织少，因此，能够减小剂量的误差对治疗品质造成的影响。

此外，图10所示的第一个点仅是一例，并不限定于此。例如，第一个点也可以是距规定的脏器的距离为一定值以上的点等。另外，也可以将通过任意的方法设定的第一个点分割为更细的多个细分化点，将该细分化点中的任一个重新设定为第一个点。该情况下，能够减小针对细分化点的目标剂量，因此，能够减小对细分化点赋予的剂量，其结果是，能够减小剂量的误差对治疗品质造成的影响。

追加处理可以通过照射控制装置108的程序而自动化，也可以是显示目标体积151以及各点等而使手术者选择的处理。

以下，对实施例2中的照射剂量的监视处理(图6的步骤S604～S606的处理)进行更详细的说明。

图11是表示包含照射喷嘴103及照射控制装置108的照射控制系统的构成例的图。图12是用于对图11所示的照射控制的系统的监视处理的一例进行说明的流程图。以下，以针对第n个点的射束160的照射为例进行说明。

在对第n个点的照射开始后，整体控制装置106向加速器和射束输送系统控制装置107以及照射控制装置108发送照射开始指示(步骤S1201)。加速器和射束输送系统控制装置107在接收到照射开始指示时，按照存储在存储器中的控制指示数据对射束160进行加速并射出(步骤S1204)。

照射控制装置108的CPU707在从接收到照射开始指示起到由加速器和射束输送系统控制装置107射出射束160为止的期间，执行以下的步骤S1202～S1203。

首先，CPU707根据对存储在存储器701中的前1个点(第n-1个点)照射的射束160的平均剂量率和平均尺寸，计算剂量监控器202的收集效率(步骤S1202)。平均剂量率是对前1个点照射的射束160的剂量率的平均值，平均尺寸是对前1个点照射的射束160的射束尺寸的平均值。另外，平均剂量率是未进行基于收集效率的校正的剂量率的平均值。收集效率的计算方法与实施例1一样，可以是使用了逻辑式(4)的方法，也可以是使用了图9所示那样的表的方法。

此外，在n＝1的情况下，即在对第一个点照射射束160时，不存在与前1个点对应的平均剂量率和平均尺寸。因此，CPU707可以将固定值(例如，1)作为收集效率，也可以基于根据处方笺推定的平均剂量率以及平均尺寸来概算收集效率。

接着，CPU707从存储器701读入第n个点的目标剂量，根据收集效率计算校正了目标剂量而得的校正目标剂量。CPU707将校正目标剂量转换为以脉冲数换算出的校正目标脉冲数并设定在计数器703中(步骤S1203)。

然后，在射出射束160时(步骤S1204)，在射束160向目标体积151的照射中由剂量监控器202以及位置监控器203检测出的电流分别通过剂量监控器控制装置206以及位置监控器控制装置207内的I/F转换器702以及704转换为脉冲信号并输出。照射控制装置108的CPU707将从I/F转换器702输出的脉冲信号发送到计数器703，对脉冲数进行累计。即，在本实施例中，与实施例1不同，不实施基于收集效率的剂量率的校正。另外，位置监控器控制装置207的CPU706根据从I/F转换器702输出的脉冲信号，计算射束160的中心位置以及射束尺寸(步骤S1205)。

照射控制装置108的CPU707判断累计的脉冲数是否达到了从存储器701读出的第n个点的校正目标脉冲数，由此，判断对第n个点赋予的剂量是否达到了校正目标剂量(步骤S1206)。

在剂量未达到校正目标剂量的情况下，返回到步骤S1205的处理。另一方面，在剂量达到校正目标剂量的情况下，剂量监控器控制装置206的CPU705计算向第一个点照射的射束160的剂量率的平均值作为校正前平均剂量率，记录在照射控制装置108的存储器701中。另外，位置监控器控制装置207的CPU706计算向第一个点照射的射束160的射束尺寸的平均值作为平均尺寸，记录在照射控制装置108的存储器701中(步骤S1207)，结束处理。有时也将校正前平均剂量率以及平均尺寸统称为平均照射参数。另外，校正前平均剂量率是为了方便而使用的名称，在本实施例中，不进行剂量率的校正。

在以上的动作中，计算平均照射参数以及收集效率的定时并不限定于使用图12说明的定时。例如，可以根据在射束160的照射结束前的规定的时间点之前累计的脉冲数来计算平均照射参数，也可以在从射束160的照射结束定时到对下一点的照射开始定时为止的期间计算收集效率。

另外，在上述的例子中，参照点是对象点的前1个点，但并不限定于该例子。例如，照射控制装置108也可以根据射束160的射束参数的变动动向，选择射束参数与向对象点照射的射束160最近的点作为参照点。

接着，对本实施例的效果进行说明。

如以上说明那样，根据本实施例，照射控制装置108根据测量特性，计算对预先决定的目标剂量进行了校正而得的校正目标剂量，在剂量的累计值达到了校正目标剂量的情况下，执行结束射束160的照射的处理。因此，与实施例1一样，能够与以往一样地设定目标剂量，因此，不需要处理系统的变更。因此，不需要进行现有的硬件装置的追加以及变更，能够抑制追加成本。

另外，在本实施例中，照射控制装置108根据对比该点靠前的点照射的射束160的剂量以及射束尺寸来计算针对各点的校正目标剂量。因此，不需要实时地校正射束160的剂量，因此，能够抑制因校正涉及的处理时间而在结束射束160的照射的判断中产生延迟，能够抑制多余的照射。

另外，在本实施例中，照射控制装置108根据对比该点靠1个点照射的射束160的剂量以及射束尺寸来计算针对各点的校正目标剂量。因此，能够根据被认为最接近射束160的特性的射束160的剂量以及射束尺寸来计算校正目标剂量，因此，能够更准确地控制向患者150照射的射束160的剂量。

另外，在本实施例中，满足规定的条件的点被设定为最初照射射束160的第一个点。因此，能够降低第一点的照射量的误差对治疗品质的影响。

此外，本公开并不限定于上述的实施方式，包含各种变形例，例如，上述的实施方式是为了容易理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具有所说明的全部结构。另外，也可以将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，另外，也可以在某实施方式的结构中添加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，也能够进行其他结构的追加、删除、置换。

Claims (11)

1.一种向被检者照射粒子射束的粒子线治疗系统，其特征在于，

所述粒子线治疗系统具有：

剂量监控器，其测量所述粒子射束的剂量；

位置监控器，其测量所述粒子射束的射束尺寸；

照射控制装置，其根据所述剂量和所述射束尺寸来计算所述剂量监控器的测量特性，根据所述测量特性和所述剂量来控制所述粒子射束向所述被检者的照射。

2.根据权利要求1所述的粒子线治疗系统，其特征在于，

所述照射控制装置根据所述测量特性来计算校正了所述剂量而得的校正剂量，在所述校正剂量的累计值达到了目标剂量的情况下，执行结束所述粒子射束的照射的处理。

3.根据权利要求2所述的粒子线治疗系统，其特征在于，

对所述被检者中的照射所述粒子射束的多个微小区域分别预先设定所述目标剂量，

所述照射控制装置执行如下处理：对所述多个微小区域分别依次照射所述粒子射束，在向所述微小区域中的任一个照射的所述粒子射束的所述校正剂量达到了该微小区域的所述目标剂量的情况下，结束所述粒子射束向该微小区域的照射。

4.根据权利要求1所述的粒子线治疗系统，其特征在于，

所述照射控制装置根据所述测量特性，计算对预先决定的目标剂量进行了校正的校正目标剂量，在所述剂量的累计值达到了所述校正目标剂量的情况下，执行结束所述粒子射束的照射的处理。

5.根据权利要求4所述的粒子线治疗系统，其特征在于，

对所述被检者中的照射所述粒子射束的多个微小区域分别预先设定所述目标剂量，

所述照射控制装置执行如下处理：对所述多个微小区域分别依次照射所述粒子射束，在向所述微小区域中的任一个照射的所述粒子射束的所述剂量达到针对该微小区域的所述校正目标剂量的情况下，结束所述粒子射束向该微小区域的照射。

6.根据权利要求5所述的粒子线治疗系统，其特征在于，

所述照射控制装置根据向照射所述射束的照射顺序比该微小区域靠前的微小区域照射的所述粒子射束的所述剂量和所述射束尺寸，来计算针对各微小区域的所述校正目标剂量。

7.根据权利要求6所述的粒子线治疗系统，其特征在于，

所述照射控制装置根据向所述照射顺序比该微小区域靠前一个的微小区域照射的粒子射束的所述剂量和所述射束尺寸，计算针对各微小区域的所述校正目标剂量。

8.根据权利要求5所述的粒子线治疗系统，其特征在于，

所述照射控制装置根据被照射所述粒子射束的照射区域即目标体积，决定最初照射所述粒子射束的微小区域。

9.根据权利要求1所述的粒子线治疗系统，其特征在于，

所述剂量监控器是电离箱，

所述测量特性是所述电离箱的收集效率。

10.一种照射控制装置，其与剂量监控器和位置监控器连接，所述剂量监控器测量向被检者照射的粒子射束的剂量，所述位置监控器测量所述粒子射束的射束尺寸，其特征在于，

根据所述剂量和所述射束尺寸，计算所述剂量监控器的测量特性，

根据所述测量特性和所述剂量，控制所述粒子射束向所述被检者的照射。

11.一种基于向被检者照射粒子射束的粒子线治疗系统的照射控制方法，其特征在于，

测量所述粒子射束的剂量，

测量所述粒子射束的射束尺寸，

根据所述剂量和所述射束尺寸，对测量所述剂量的测量特性进行计算，

根据所述测量特性和所述剂量，控制所述粒子射束向所述被检者的照射。

Images