JP2002210028A - 放射線照射システム及び放射線照射方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射線の利用効率が低いという課題があっ
た。 【解決手段】 放射線を照射すべき放射線照射領域３と
その周辺領域とを複数の単位照射領域に分割し、分割し
た各単位照射領域の形状に合わせて放射線を照射する放
射線照射シミュレーションを実行し、放射線照射領域３
における平坦度が所望の範囲内にあって、周辺領域の単
位照射領域に照射される放射線の線量が最小となる放射
線照射条件を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は陽子線・炭素線な
どの粒子線を照射して患者体内及び体表面の腫瘍などを
治療する放射線照射システムに係り、特に放射線を照射
すべき領域及びその周辺領域を含めた照射領域を複数に
分割し、分割された各領域の形状に合わせて放射線照射
のシミュレーションを行うことによって、放射線を照射
すべき領域において放射線ビームを一様に照射する度合
である平坦度を維持するとともに、放射線の利用効率を
向上させることができる放射線照射システム及び放射線
照射方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】放射線照射治療は、患者の体内に発生し
た腫瘍に対して集中的に放射線を照射することにより、
腫瘍を縮小、消滅することを目的とする治療法である。
このような放射線照射治療を行う場合、治療領域である
患者の腫瘍を含む放射線照射領域に対して一様に適量の
放射線を照射する必要がある。その一方で放射線照射領
域外の腫瘍周囲の健常組織に対しては、可能な限り放射
線被曝を抑える必要がある。

【０００３】上述したような放射線照射治療に使用され
る放射線のうち粒子線を使用する放射線照射システムに
ついて説明する。ここでは、放射線照射システムの原理
を簡単に説明するため、治療領域を半径ｒの球とし患者
を一辺が４ｒの立方体として、上記立方体の中心に治療
領域である球の中心が位置する場合について考える。

【０００４】図９は上述したような粒子線を利用する従
来の放射線照射システムの構成を示す図である。図にお
いて、１０１は放射線照射治療すべき腫瘍などが存在す
る治療領域で、半径ｒの球と仮定して一辺が４ｒの立方
体と仮定した患者１０２の立方体の中心にその中心が位
置する。１０２は患者であって、治療台１１４に固定さ
れて放射線の照射を受ける。１０３は放射線を照射すべ
き領域である放射線照射領域で、治療領域１０１を含む
立体的な領域で定義される。１０４は治療計画装置であ
って、患者１０２の治療すべき患部の状態に応じて放射
線照射領域１０３を作成して放射線の照射方向や照射位
置などのパラメータを設定する治療シミュレーション行
う。１０５は加速器１０７の動作を制御する加速器制御
装置で、治療計画装置１０４が行った治療シミュレーシ
ョンにおける加速条件に従って放射線ビームを適切な強
度に調節する。１０６は照射制御装置であって、治療シ
ミュレーションにおける設定条件に従って、ワブラ装置
１０８、散乱体装置１０９、線量モニタ装置１１０、リ
ッジフィルタ装置１１１、レンジシフタ装置１１２及び
コリメータ装置１１３をそれぞれ制御して、放射線ビー
ムの照射方向や照射位置などを制御する。

【０００５】１０７は放射線ビームにエネルギーを提供
する加速器で、荷電粒子からなる放射線ビームを高周波
の加速電界によって加速するサイクロトロンやシンクロ
トロンなどが使用される。１０８は放射線照射領域１０
３に対応して放射線ビームを広げるために使用されるワ
ブラ装置であって、偏向電磁石から構成されてこの偏向
電磁石に９０度位相の異なる正弦波電流を通電すること
で放射線照射領域１０３上で円形軌道を描くように放射
線ビームを移動させる。１０９はワブラ装置１０８とと
もに放射線照射領域１０３に対応して放射線ビームを広
げるために使用される散乱体装置で、放射線ビームを散
乱させる散乱体から構成される。

【０００６】１１０は放射線照射領域１０３に照射され
る放射線ビームの線量をモニタする線量モニタ装置であ
って、照射制御装置１０６にモニタした放射線ビームの
線量を逐次出力する。１１１は放射線ビームの飛程変調
に使用されるリッジフィルタ装置で、一般的に表面に適
当な溝を設けた真鍮などから作成され、放射線ビームの
進行方向の広がりを調節する。１１２はレンジシフタ装
置であって、治療シミュレーションにおける設定条件に
従って放射線ビームの進行方向の到達距離を調節する。
１１３は放射線照射領域１０３に対応して放射線ビーム
の通過径を調節するコリメータ装置で、１１４は患者１
０２を横臥させる治療台である。

【０００７】次に動作について説明する。先ず、粒子線
治療を実施する前に不図示のＸ線ＣＴで患者１０２の患
部（治療領域１０１に相当する）を撮影して得られた患
部の画像データを治療計画装置１０４に出力する。治療
計画装置１０４は、入力した患部の画像データから解析
された患部の状態に基づいて治療領域１０１にマージン
となる領域などを加えて放射線照射領域１０３を決定
し、照射方向や照射位置などのパラメータを設定する治
療シミュレーションを行う。このとき、従来の放射線照
射システムでは、治療領域１０１を半径ｒの球とした場
合、放射線照射領域１０３が半径ｒの円となり、放射線
ビームの進行方向に２ｒのＳＯＢＰ（拡大ブラッグピー
ク）幅を持つリッジフィルタ装置１１１が用いられる。
また、加速器１０７では患者１０２体内での粒子線の到
達距離が３ｒになる加速エネルギーで放射線ビームを加
速し、ワブラ装置１０８と散乱体装置１０９とで放射線
照射領域１０３内で放射線ビームが一様に照射される
（平坦化）ように治療シミュレーションを実施する。

【０００８】この他に、放射線ビームを的確に放射線照
射領域１０３に照射するために、円筒状の放射線ビーム
通過域を有する患者専用のコリメータを用いる場合と、
汎用性のあるコリメータ装置１１３を用いる場合とがあ
るが、図９の例ではコリメータ装置１１３を用いる例を
示している。

【０００９】上記治療シミュレーションを具体的に説明
すると、治療計画装置１０４が通常半径ｒの円形の放射
線照射領域１０３にコリメータが外接するものとしてコ
リメータ装置１１３の設定パラメータを計算し、この放
射線照射領域１０３に対応して放射線ビームを広げるワ
ブラ装置１０８並びに散乱体装置１０９の運転条件を選
択する。また、放射線ビームの進行方向の広がりが２ｒ
となるリッジフィルタを選択する。

【００１０】このとき、患者１０２体内における放射線
ビームの到達距離が丁度３ｒとならない場合、到達距離
が３ｒ以上となる放射線ビームエネルギーを提供する加
速器１０７の運転条件を治療計画装置１０４が選択す
る。このあと、加速器１０７が提供した加速エネルギー
に相当する到達距離と患者１０２体内における放射線ビ
ームの到達距離３ｒとの距離差をレンジシフタ装置１１
２で調節して、治療計画装置１０４が放射線照射領域１
０３の最深部に一致する放射線ビームの照射条件を決定
し、さらに、このときの放射線の照射線量を決定する。

【００１１】治療計画装置１０４が決定した線量分布が
妥当であるか否かをチェックして妥当であると判断され
ると、治療計画装置１０４は上記治療シミュレーション
で得られた放射線照射システムの設定パラメータを加速
器制御装置１０５及び照射制御装置１０６に出力する。
この設定パラメータを受けると、加速器制御装置１０５
及び照射制御装置１０６は上記設定パラメータを加速器
１０７、ワブラ装置１０８、散乱体装置１０９、線量モ
ニタ装置１１０、リッジフィルタ装置１１１、レンジシ
フタ装置１１２及びコリメータ装置１１３に設定する。
このあと、患者１０１を治療台１１４に横臥させて固定
し、放射線照射領域１０３を照射位置に合わせ、放射線
照射領域１０３に放射線を照射し、線量モニタ装置１１
０で所定の線量の放射線ビームが照射されると、放射線
ビームの照射を停止して１回の治療を完了する。

【００１２】次に、粒子線治療で用いられる放射線照射
領域１０３に放射線ビームを一様に照射する平坦化を行
うための一般的な方法について説明する。以降、放射線
照射領域１０３に放射線ビームを一様に照射すること
を、説明の簡単のために単に照射野の平坦化と称する。
一般的に、照射野の平坦化には二重散乱体を用いる二重
散乱体方式とワブラ装置と散乱体装置とを用いるワブラ
方式とがある。これらいずれの方式も円形照射野（円形
の放射線照射領域１０３）を形成する方式である。

【００１３】具体的に説明すると、二重散乱体方式では
放射線ビームの軸方向に離して配置した２種類の散乱体
を用いて、放射線ビームの散乱の程度を大きくするとと
もに、放射線ビームの利用効率を高めるように散乱を行
って照射野の平坦化を行うものである。照射野（放射線
照射領域１０３）の大きさと２種類の散乱体の散乱条
件、散乱体の形状には密接な関係があり、これらの関係
を求めて所定の照射野を形成している。二重散乱体方式
における放射線の利用効率は３０％程度といわれてい
る。なお、放射線の利用効率とは照射野の平坦化のため
に照射野外に照射された放射線量を含めた全放射線量に
対する照射野内に照射された放射線量の割合に相当す
る。

【００１４】また、ワブラ方式は回転磁場を発生するワ
ブラ装置で放射線ビームを回転させ、この放射線ビーム
を散乱体によって散乱させてビーム径を広げて、放射線
ビームが１回転した時に所定の平坦度（放射線照射領域
１０３に放射線ビームを照射する際の一様性の度合で、
放射線照射領域１０３に照射された放射線ビームの到達
量の違いで与えられる）の照射野を形成させるものであ
る。このワブラ方式では照射野が大きくなると放射線ビ
ームの回転半径が大きくなるとともに、放射線ビームを
広げる散乱体の厚さが厚くなる。

【００１５】照射野の大きさ（ｒ_ｍａｘ）、放射線ビー
ムの回転半径（Ｒ_０）、散乱体通過後の放射線ビームの
広がり（σ_ａ）の間には、照射野の平坦度が±２％であ
ると下記式で与えられる関係がある。このとき、加速器
から供給される放射線ビームの特性から所定の関係式に
従って照射野を形成している。ワブラ方式では、放射線
ビームの回転半径内側の８４％の領域にある放射線（粒
子線）が利用されるので、放射線の利用効率は３０％程
度となる。 Ｒ_０：σ_ａ：ｒ_ｍａｘ＝１．００：０．９０：０．８４ ここで、平坦度をさらに上げて±１％とすると、上記関
係式におけるｒ_ｍａｘが小さくなり、放射線の利用効率
が悪くなる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来の放射線照射シス
テムは以上のように構成されているので、二重散乱体方
式やワブラ方式によって形成される円形の放射線照射領
域１０３に対して治療シミュレーションを行って各装置
の設定パラメータを決定していることから、放射線の利
用効率が低いという課題があった。

【００１７】上記課題を具体的に説明すると、実際の放
射線照射領域１０３は一般的に円形照射野ではないの
で、二重散乱体方式やワブラ方式によって照射野の平坦
化を行うと放射線照射領域１０３外に照射される放射線
の占める割合が多くなり放射線の利用効率が悪くなる。
例えば、上記ワブラ方式における放射線の利用効率は理
論値で３０％であったが、実際にはこれよりも悪く、放
射線照射領域１０３が円形照射野の１／２しか占めない
とすると放射線の利用効率は１５％に下がってしまう。

【００１８】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、放射線を照射すべき領域及びその
周辺領域を含めた照射領域を複数に分割し、分割された
各領域の形状に合わせて放射線照射のシミュレーション
を行うことによって、放射線を照射すべき領域において
放射線ビームを一様に照射する度合である平坦度を維持
するとともに、放射線の利用効率を向上させることがで
きる放射線照射システム及び放射線照射方法を得ること
を目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る放射線照
射システムは、放射線を照射すべき放射線照射領域とそ
の周辺領域とを複数の単位照射領域に分割し、分割した
各単位照射領域の形状に合わせて放射線を照射する放射
線照射シミュレーションを実行するシミュレーション手
段と、このシミュレーション手段が放射線照射シミュレ
ーションを実行すると、放射線照射領域において放射線
が適切な線量で一様に照射される度合である平坦度が所
望の範囲内にあって、周辺領域の単位照射領域に照射さ
れる放射線の線量が最小となる放射線照射条件を求め、
この放射線照射条件を反映した放射線の照射計画を立案
する照射計画立案手段とを備えるものである。

【００２０】この発明に係る放射線照射システムは、シ
ミュレーション手段が放射線照射領域とその周辺領域と
を格子状の単位照射領域に分割するものである。

【００２１】この発明に係る放射線照射システムは、シ
ミュレーション手段が放射線照射領域とその周辺領域と
を帯状の単位照射領域に分割するものである。

【００２２】この発明に係る放射線照射システムは、シ
ミュレーション手段が放射線照射領域とその周辺領域と
を同心円状の単位照射領域に分割するものである。

【００２３】この発明に係る放射線照射システムは、単
位照射領域が放射線照射領域の境界に位置するとき、周
辺領域の単位照射領域に照射される放射線の線量に応じ
て、境界に位置する単位照射領域に照射される放射線の
線量の放射線照射領域に対する寄与度を照射計画立案手
段が判定するものである。

【００２４】この発明に係る放射線照射方法は、放射線
を照射すべき放射線照射領域とその周辺領域とを複数の
単位照射領域に分割し、分割した各単位照射領域の形状
に合わせて放射線を照射する放射線照射シミュレーショ
ンを実行するシミュレーションステップと、放射線照射
シミュレーションが実行されると、放射線照射領域にお
いて放射線が適切な線量で一様に照射される度合である
平坦度が所望の範囲内にあって、周辺領域の単位照射領
域に照射される放射線の線量が最小となる放射線照射条
件を求め、この放射線照射条件を反映した放射線の照射
計画を立案する照射計画立案ステップと、この照射計画
立案ステップにて求めた放射線の照射計画に従って放射
線を照射すべき放射線照射領域とその周辺領域とに放射
線を照射する放射線照射ステップとを備えるものであ
る。

【００２５】この発明に係る放射線照射方法は、シミュ
レーションステップにて、放射線照射領域とその周辺領
域とを格子状の単位照射領域に分割するものである。

【００２６】この発明に係る放射線照射方法は、シミュ
レーションステップにて、放射線照射領域とその周辺領
域とを帯状の単位照射領域に分割するものである。

【００２７】この発明に係る放射線照射方法は、シミュ
レーションステップにて、放射線照射領域とその周辺領
域とを同心円状の単位照射領域に分割するものである。

【００２８】この発明に係る放射線照射方法は、照射計
画立案ステップにて、単位照射領域が放射線照射領域の
境界に位置するとき、周辺領域の単位照射領域に照射さ
れる放射線の線量に応じて、境界に位置する単位照射領
域に照射される放射線の線量の放射線照射領域に対する
寄与度を判定するものである。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による放
射線照射システムの構成を示す図である。図において、
１は放射線照射治療すべき腫瘍などが存在する治療領域
で、半径ｒの球と仮定して一辺が４ｒの立方体と仮定し
た患者２の立方体の中心にその中心が位置する。２は患
者であって、治療台１４に固定されて放射線の照射を受
ける。３は放射線を照射すべき領域である放射線照射領
域で、治療領域１を含む立体的な領域で定義される。４
は治療計画装置（シミュレーション手段、照射計画立案
手段）であって、患者２の治療すべき患部の状態に応じ
て放射線照射領域３を作成するとともに、この放射線照
射領域３とその周辺領域とを格子状に分割して、その格
子点（単位照射領域）に合わせて放射線を照射するため
の各装置の制御パラメータ（放射線照射条件）を加速器
制御装置５及び照射制御装置６に設定する。この他に、
治療計画装置４は、上記制御パラメータに従って加速器
制御装置５及び照射制御装置６が治療シミュレーション
（放射線照射シミュレーション）を実行すると、放射線
照射領域３の平坦度が所望の範囲内にあって、その周辺
領域内で放射線が照射される格子点の数が最小となる各
装置の制御パラメータを求め、これを反映した放射線の
照射計画を立案する。

【００３０】５は加速器７の動作を制御する加速器制御
装置（シミュレーション手段）で、治療計画装置４から
入力した制御パラメータに従って治療シミュレーション
における放射線ビーム強度を調節する。６は照射制御装
置（シミュレーション手段）であって、治療計画装置４
から入力した制御パラメータによる設定条件に従って、
ワブラ装置８、散乱体装置９、線量モニタ装置１０、リ
ッジフィルタ装置１１、レンジシフタ装置１２及びコリ
メータ装置１３をそれぞれ制御して、治療シミュレーシ
ョンを実行する。７は放射線ビームにエネルギーを提供
する加速器で、従来と同様に、荷電粒子からなる放射線
ビームを高周波の加速電界によって加速するサイクロト
ロンやシンクロトロンなどが使用される。８はワブラ装
置であって、照射制御装置６によって通電電流が制御さ
れる偏向電磁石によって粒子線（放射線）に所定の偏向
角度を与えて放射線ビームを格子点に照射させる。９は
ワブラ装置８から出力した放射線ビームを入力して所定
のビーム形状を与える散乱体装置で、放射線ビームを散
乱させる散乱体から構成される。

【００３１】１０は放射線照射領域３に照射される放射
線ビームの線量をモニタする線量モニタ装置であって、
モニタした放射線ビームの線量を照射制御装置６に逐次
出力する。１１は放射線ビームの飛程変調に使用される
リッジフィルタ装置で、従来と同様に表面に適当な溝を
設けた真鍮などから作成されて、放射線ビームの進行方
向の広がりを調節する。１２はレンジシフタ装置であっ
て、治療シミュレーションにおける設定条件に従って放
射線ビームの進行方向の到達距離を調節する。１３は放
射線照射領域３に対応して放射線ビームの通過径を調節
するコリメータ装置で、１４は患者２を横臥させる治療
台である。なお、この実施の形態１では放射線のうち粒
子線を使用する放射線照射システムについて説明する。

【００３２】図２は実施の形態１による放射線照射領域
及びその周辺領域の分割例を示す図である。図２におい
て、放射線照射領域３の中心に相当する治療中心を原点
としてＸ軸、Ｙ軸方向に一辺ａの正方形で分割してい
る。また、放射線照射領域３の外部の周辺領域も同様に
分割している。この実施の形態１による放射線照射シス
テムは、図２における一辺ａの正方形の境界線である縦
横の線の交点（格子点）に放射線（粒子線）を照射す
る。

【００３３】ここで、実施の形態１による放射線照射シ
ステムの動作を説明する前に、放射線照射領域３の平坦
化（以降、照射野の平坦化と称する）の条件について説
明する。一般的に粒子線（放射線）のビームはガウス分
布近似することができる。この実施の形態１においても
放射線ビームがガウス分布するものとして取り扱う。先
ず、２次元ガウス分布を有する粒子線（放射線）を用い
た場合の照射野の平坦化条件は以下のように求められ
る。２次元ガウス分布の等方的なビーム形状が標準偏差
σ_ｘｙであるすると、２次元ガウス分布を有する粒子線
のビーム形状（ビームサイズ）は下記式（１）で与えら
れる。また、等間隔ａで分割された領域を含む平面内で
放射線ビームを移動（ステップサイズΔＸ、ΔＹ）させ
て、各点で同じ線量を照射した場合の線量分布は下記式
（２）で計算することができる。

【数１】

【数２】 ここで、ｘ_ｉ，ｙ_ｊは下記式（３）で与えられる。 ｘ_ｉ＝ｉ×Δｘ、ｙ_ｊ＝ｊ×Δｙ （３） 但し、ｉ，ｊ＝±１，±２，±３，±４，・・・

【００３４】図３は放射線ビームのステップサイズを放
射線の等方的なビーム形状（標準偏差σ_ｘｙ）で規格化
した値と照射野の平坦度との関係を示すグラフ図であ
る。図に示すように、Δｘ＝Δｙと仮定して上述した関
係式から、放射線ビームのステップサイズΔＸ、ΔＹを
ビーム形状（標準偏差σ_ｘｙ）で規格化した値に対して
照射野の平坦度はなだらかに単調増加する。ここで、例
えば照射野の平坦度を±１％とすると、ステップサイズ
はビーム形状（標準偏差σ_ｘｙ）の１．８倍にとればよ
いことが分かる。これは、任意のビーム形状が与えられ
ている場合に分割間隔ａをビーム形状の１．８倍にとれ
ば横方向照射野の平坦度は±１％になることを示してお
り、横方向のステップサイズａが決められている場合に
はビーム形状をａ／１．８に加工すればよいことにな
る。因みに平坦度を±２％にすると、図３からステップ
サイズはビーム形状の１．９倍程度にすればよいことに
なる。

【００３５】一方、上述のように照射野の平坦度を±１
％以下にする場合には、粒子線（放射線）のステップサ
イズをビーム形状（標準偏差σ_ｘｙ）の１．８倍にすれ
ばよい。このことは、格子状に粒子線を照射する場合に
１．８σ_ｘｙ離れた最近接の格子点から照射される粒子
線の寄与はあるが、さらに１．８σ_ｘｙ離れた次の最近
接の格子点は３．６σ_ｘｙ離れることになるので粒子線
の寄与が殆ど無視できることを意味している。換言する
と、照射野端外（放射線照射領域３の周辺領域）にある
格子点において、安全を見て５．４σ_ｘｙ離れた格子点
に対して放射線を照射する必要性がないことを示してい
る。従って、照射野端部（放射線照射領域３の境界）か
ら３．６σ_ｘｙ離れた格子点までの放射線の照射で、十
分に照射野の平坦度を確保することができる。上述した
ような所望の照射野の平坦度が得られるとともに放射線
照射領域３の周辺領域における格子点が最小となる（周
辺領域に照射される放射線の線量が最小となる）条件
は、治療シミュレーションの実行中に治療計画装置４に
よってその具体的な制御パラメータが算出される。

【００３６】次に動作について説明する。先ず、粒子線
治療を実施する前に不図示のＸ線ＣＴで患者２の患部
（治療領域１に相当する）を撮影して得られた患部の画
像データを治療計画装置４に出力する。治療計画装置４
は、入力した患部の画像データから解析された患部の状
態に基づいて治療領域１にマージンとなる領域などを加
えて放射線照射領域３を決定する。このとき、実施の形
態１による治療計画装置４における放射線の照射領域を
形成する治療シミュレーションでは、図２に示すように
放射線照射領域３及びその周辺領域を格子状に分割し、
その格子点（単位照射領域）に等量の放射線（粒子線）
を照射するものとする。

【００３７】治療計画装置４は、上述した格子点に放射
線を照射させるための制御パラメータを算出して加速器
制御装置５及び照射制御装置６に出力する。治療計画装
置４からの制御パラメータに従って、照射制御装置６は
半径ｒの円と仮定した放射線照射領域３に外接するよう
にコリメータ装置１３の開度パラメータを設定し、さら
にワブラ装置８、散乱体装置９、線量モニタ装置１０、
リッジフィルタ装置１１及びレンジシフタ装置１２の動
作を制御する。これに伴って、加速器制御装置５が加速
器７を制御することで、図３に示した格子点の間隔長に
よって決定されるビーム形状の放射線（粒子線）を発生
させて治療シミュレーションを実行する（シミュレーシ
ョンステップ）。ここで、放射線（粒子線）を格子点に
照射するには、照射制御装置６によってワブラ装置８の
通電電流を制御して、放射線に所定の偏向角度を与える
ことで実現することができる。このようにして実行され
る治療シミュレーションにおいて、治療計画装置４が放
射線照射領域３の端部から外側にどの格子点まで放射線
を照射すると放射線照射領域３内部で所望の平坦度が得
られるかを判定する。

【００３８】また、上記の場合では放射線照射領域３の
端部から３格子点以上離れた部分に対して放射線を照射
しなくてもよいので、放射線を照射する格子点の座標を
治療シミュレーションで求めることができる。ここで、
放射線照射領域３の端部から３格子点以上離れた部分に
対して放射線を照射しなくてもよい理由を説明する。２
次元ガウス分布において標準偏差σに相当する距離だけ
放射線ビームの中心（ビーム軸）から離れると、中心部
分の強度の０．３６８（１／ｅ；ｅ＝２．７１８２８・
・・）まで強度が減少する。一般的には３σ離れると、
中心部分の強度の０．０１未満まで強度が減少すること
から、中心部分から３σ離れた格子点から放射線照射領
域３内に入ってくる粒子（放射線）は、０．０１未満で
考えている１％の照射野の平坦度（０．０１）にほとん
ど影響を与えない。これによって、この実施の形態１で
は、放射線照射領域３の端部から３格子点以上離れた格
子点から放射線照射領域３内部への寄与を無視すること
にしている。

【００３９】以上のようにして実行される治療シミュレ
ーションにおいて、治療計画装置４が図３に示すような
関係に従って所望の照射野の平坦度で放射線照射領域３
外に照射される放射線の線量が最小となる放射線照射条
件を与える制御パラメータが算出する。このあと、線量
モニタ装置１０を用いて治療計画装置４が上記制御パラ
メータに従って照射した放射線の線量分布が妥当である
か否かを判定する。これによって妥当であると判定され
ると、治療計画装置４は放射線を照射すべき格子点の制
御パラメータを反映した放射線照射計画を立案する（照
射計画立案ステップ）。

【００４０】上記放射線照射計画における制御パラメー
タは治療計画装置４から加速器制御装置５及び照射制御
装置６に出力される。加速器制御装置５及び照射制御装
置６は、治療計画装置４から入力した治療シミュレーシ
ョンと同じ制御パラメータを加速器７、ワブラ装置８、
散乱体装置９、線量モニタ装置１０、リッジフィルタ装
置１１、及びレンジシフタ装置１２に設定し、さらに、
放射線照射領域３に対応した開度データを計算してコリ
メータ装置１３に設定する。

【００４１】このあと、患者２を治療台１４に横臥させ
て固定し、放射線照射領域３を照射位置に合わせる。照
射制御装置６は放射線照射領域３に対して放射線を照射
する場合、放射線を照射する格子点に対応した位置に放
射線（粒子線）を設定させるためにワブラ装置８を制御
するとともに、散乱体装置９に所定のビーム形状を与え
る散乱体を設定し、線量モニタ装置１０に上記放射線照
射計画に従った照射線量を設定する。

【００４２】上述のように制御パラメータが設定される
と、各格子点に対する放射線（粒子線）の照射を開始
し、線量モニタ装置１０がモニタする線量が所定値とな
ると、照射制御装置６は放射線ビームを止めて次の格子
点に放射線を移動させるよう制御して、線量モニタ装置
１０に同じ線量を設定し、放射線の照射を続行する（放
射線照射ステップ）。以上の動作が放射線を照射すべき
全ての格子点に対して行われると、１回の放射線照射治
療が完了する。

【００４３】この実施の形態１では、照射野の平坦化の
ために、放射線照射領域３の端部（境界）から３格子点
以内の周辺領域にも放射線を照射しないと放射線照射領
域３内部の平坦度が保証できない。このため、放射線照
射領域３の端部（境界）から２格子点までの周辺領域に
照射される放射線の一部が無駄になっている。つまり、
放射線照射領域３が半径ｒの円形で、その直径２ｒでｎ
格子点分であると仮定すると、放射線照射領域３の端部
から２格子点分を加味して直径が（ｎ＋４）の円の面積
によって、照射野の平坦化に必要な格子点の数を近似す
ることができる。放射線（粒子線）の利用効率は放射線
照射領域３内の格子点数と放射線照射領域３に周辺領域
の２格子点を加味した領域内の格子点数との比で与えら
れることから、放射線照射領域３の外部の放射線が全て
無駄になっていると考えると、（ｎ／（ｎ＋４））^２で
与えられる。従って、放射線の利用効率を３０％にする
にはｎを５以上にすればよいことがわかる。

【００４４】また、上述した説明では放射線照射領域３
が円形である場合について示したが、一般的には放射線
照射領域３は円形照射野ではない。このため、従来法で
は放射線（粒子線）の利用効率が理論値３０％よりも悪
かった。例えば、放射線照射領域３が円形の照射野の１
／２しか占めないとすると放射線の利用効率は１５％に
下がる。これに対して、この実施の形態１では実際の放
射線照射領域３の外側の必要な格子点にしか放射線（粒
子線）を照射しないので、放射線照射領域３をＸ軸方向
及びＹ軸方向に格子状に５つ未満に分割しても実際の放
射線の利用効率を改善することができる。

【００４５】また、上記説明では、放射線照射領域３と
その周辺領域との分割を図２に示すような治療中心から
Ｘ軸、Ｙ軸方向に分割した例を示したが、任意の点を基
準にして直交方向に格子点をとっても同様の効果があ
る。

【００４６】さらに、図２では一辺ａの正方形で分割し
たが、これ以外の分割方法をとってもよい。図４は実施
の形態１による放射線照射領域及びその周辺領域の他の
分割例を示す図である。図に示すように、放射線照射領
域３及びその周辺領域を一辺ａ／２の正方形で分割し、
放射線のＸ軸、Ｙ軸方向のステップサイズをａとし、次
のラインを照射する場合にａ／２ずらして照射するよう
にしてもよい。このようにしても上記実施の形態と同様
に治療シミュレーションで照射野の平坦化条件を求める
ことができ、同様の効果を得ることができる。

【００４７】さらに、放射線照射領域３及びその周辺領
域を正方形で分割したが、正方形でなく任意の同一形状
（菱形や長方形）による分割に対しても、各格子点に対
する放射線の線量をパラメータとして、放射線照射領域
３が平坦化される各格子点に対する線量を逆計算し、こ
の解がある場合には同様の効果を得ることができる。

【００４８】さらに、図３においてビーム形状（標準偏
差σ_ｘｙ）が等方的な場合を仮定して解析したが、等方
的でない場合にもビームの形状に合わせてステップサイ
ズを最適化するシミュレーションが可能であり、同様の
効果を得ることができる。

【００４９】さらに、放射線照射領域３が円形である場
合について述べたが任意の形状の放射線照射領域３に対
しても放射線照射領域３の端部から外側に２格子点分広
げた領域に放射線を照射するシミュレーションを実施す
れば同様の効果を得ることができる。

【００５０】さらに、放射線照射領域３の平坦度が±１
％の場合について述べたが、任意の平坦度に対しても同
様の効果がある。図３から分かるように、一般的に放射
線照射領域３の平坦度を上げるほどステップサイズは小
さくなり、平坦度を悪くすればステップサイズは大きく
なる。放射線照射領域３の平坦度をよくすれば、放射線
照射領域３の端部から外側に位置する格子点に照射され
る放射線の線量は増えるが、放射線照射領域３内部に位
置する格子点に照射される放射線の線量も増加する。一
方、平坦度を悪くすれば、放射線照射領域３の端部から
外側に位置する格子点に照射される放射線の線量は減る
が、放射線照射領域３内の格子点に照射される放射線の
線量も減る。これらの関係を鑑みると、放射線照射治療
に利用できる範囲の平坦度０．５〜５％程度で、ビーム
形状の標準偏差σ_ｘｙが１．７〜２．１程度であれば、
放射線の利用効率はシミュレーションする平坦度には余
り依存しない。

【００５１】さらに、図２に示した例では格子点に対す
る放射線の照射順序について言及しなかったが、放射線
照射領域３の形成には格子点の照射順序は影響しないの
で、ワブラ装置８の制御が容易な格子点の順序か又は制
御データ作成が容易な順序でも同様の効果がある。

【００５２】また、各格子点での照射線量の寄与が同じ
であれば、１回の照射でなく複数回に分けて照射しても
同様の効果がある。

【００５３】さらに、格子点が円形の放射線照射領域３
の直径部分の端部に一致するように分割した例を示した
が、格子点が放射線照射領域３の直径部分の端部に一致
しない場合でも放射線照射領域３外の格子点に照射され
る放射線の線量をシミュレーションして放射線照射領域
３に寄与する格子点を含めるようにすれば同様の効果が
ある。

【００５４】さらに、格子点を規則正しくとった場合で
各格子点に同じビーム形状の放射線を同じ線量だけ照射
する例を述べたが、複雑な計算式になるが、不規則な格
子点に異なるビーム形状の放射線を照射する場合でも放
射線照射領域３内部を平坦化する逆問題の解がある場合
には同様の効果がある。

【００５５】また、照射する放射線の照射位置が時間的
に変動する場合、変動に再現性及び規則性があれば、各
格子点での実際の照射位置に対して段落００５３の方法
で各格子点の照射線量を求めることも可能である。一
方、変動に再現性や規則性がなければ、照射される放射
線のビーム形状に変動の幅を織り込むことにより放射線
照射領域３の平坦化条件を求めることができる。

【００５６】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、放射線を照射すべき放射線照射領域３とその周辺領
域とを格子状に分割し、分割した各格子点に合わせて放
射線を照射する治療シミュレーションを実行し、この治
療シミュレーションが実行されると、放射線照射領域３
の平坦度が所望の範囲内にあって、周辺領域の格子点に
照射される放射線の線量が最小となる放射線照射条件を
求め、この放射線照射条件を反映した放射線の照射計画
を立案し、この照射計画に従って放射線を照射すべき放
射線照射領域３とその周辺領域とに放射線を照射するの
で、放射線照射領域３及びその周辺領域を複数に分割し
た単位照射領域を用いることから、所望の平坦度を与え
る放射線照射領域を正確に決定することができ、従来と
比較して放射線の利用効率を向上させることができる。
また、所望の平坦度を与える最小限の周辺領域の格子点
に放射線を照射することから、余分な放射線の発生を抑
えることができる。

【００５７】実施の形態２．この実施の形態２による放
射線照射システムは、基本的に上記実施の形態１の構成
と同様であるので、上記実施の形態１と異なる部分につ
いて説明する。先ず、実施の形態２による治療計画装置
（シミュレーション手段、照射計画立案手段）４は、上
記実施の形態１と同様に患者２の治療すべき患部の状態
に応じて放射線照射領域３を作成するとともに、放射線
照射領域３とその周辺領域とを帯状に分割して、その帯
（単位照射領域）の中央線に合わせて放射線を照射する
ための各装置の制御パラメータ（放射線照射条件）を加
速器制御装置５及び照射制御装置６に設定する。加速器
制御装置５及び照射制御装置６は、上記制御パラメータ
に従って分割した帯領域の中央線に合わせて放射線を照
射する治療シミュレーションを実行する。この治療シミ
ュレーションにおいて、治療計画装置４が放射線照射領
域３の平坦度が所望の範囲内にあって、周辺領域に照射
される放射線の線量が最小となる各装置の制御パラメー
タを求め、これを反映した放射線の照射計画を立案す
る。なお、この実施の形態２における治療領域１も上記
実施の形態１と同様に半径ｒの球と仮定して、一辺が４
ｒの立方体と仮定した患者２の立方体の中心にその中心
が位置するものとする。

【００５８】図５は実施の形態２による放射線照射シス
テムの放射線照射領域の分割例を示す図である。図にお
いて、放射線を照射する帯領域の中央線からＸ軸に平行
に幅がａになるように分割し、放射線照射領域３の外部
まで分割範囲を広げている。分割の境界はｙ＝ｍａ（ｍ
＝±１／２，±３／２，±５／２，・・・）で与えられ
る。放射線を照射する中央線は、図５中の破線のライン
でｙ＝ｋａ（ｋ＝０，±１，±２，±３，・・・）で与
えられる。

【００５９】ここで、実施の形態２による放射線照射シ
ステムの動作を説明する前に、放射線照射領域３の平坦
化（以降、照射野の平坦化と称する）の条件について説
明する。実施の形態２では各帯状の照射領域を単位時間
に同じ線量が照射されるように放射線（粒子線）を移動
させるものとして、治療計画装置４が上記実施の形態１
で説明した式を用いて放射線照射領域３内部の平坦度を
評価する。但し、上記（３）式は放射線が直線上を移動
することから、下記式（４）を用いる。 Ｙ_ｊ＝ｋａ （４） 但し、ｋ＝０，±１，±２，±３，・・・ここで、上記
実施の形態１と同様に、放射線のビーム形状が２次元ガ
ウス分布するものと仮定すると、上記（４）式の条件で
上記（１）式の積分を求めれば、各中央線で同じ線量を
照射した場合の線量分布を算出することができる。図６
は実施の形態２によるビーム形状（標準偏差σ_ｘｙ）で
規格化した帯の分割幅ａの値と平坦度との関係を示すグ
ラフ図である（Δｘ＝Δｙの場合）。図に示すように、
±１％の平坦度にするためには１．９σ_ｘｙのピッチで
放射線照射領域３を帯状に分割すればよいことがわか
る。

【００６０】図７は実施の形態２による放射線照射領域
の分割方向における断面の線量分布（粒子線量）を示す
図である。図６から平坦度±１％のとき、１．９ライン
ピッチであることから、図７に示すようにビーム形状
（ビームサイズ）（標準偏差σ _ｘｙ）が１０ｍｍの場合
で、放射線照射領域３の分割幅ａが１．９σ_ｘｙとな
り、放射線はＸ＝１９，３８と１９の整数倍の位置を照
射する。つまり、ビーム形状σ_ｘｙを１０ｍｍとする
と、１９ｍｍずつＸ方向に放射線が走査される。

【００６１】また、図７の例では、Ｘ＝３８（２
σ_ｘｙ）〜５７（３σ_ｘｙ）で所定の平坦度が得られて
いる。放射線（粒子線）が移動する中央線上でも同様に
考えることができる。このとき、中央線上で放射線を動
かす場合、放射線照射領域３の外部を余分に照射する距
離もほぼ２本分の帯の幅になる。これは、放射線照射領
域３内部で一番外側の帯の中央線上を移動する放射線か
ら与えられる放射線照射領域３の端部からの線量のみで
は放射線照射領域３内で所望の平坦度を得ることができ
ないことによる。つまり、放射線照射領域３の端部から
すぐ外側の中央線上を移動する放射線からの寄与（１．
９σ_ｘｙ）と、放射線照射領域３の端部からさらに外側
の中央線上を移動する放射線からの寄与（３．８
σ_ｘｙ）とによって所望の平坦度が得られる。一方、放
射線照射領域３の端部からさらに外側の帯の中央線上を
移動する放射線からの寄与（５．７σ_ｘｙ）は無視でき
る大きさとなる。ここで、単位時間に同じ線量の放射線
を照射するということは、各帯の中央線上を放射線が移
動する速度が同じという条件であるから、放射線を移動
させるＹ軸側の磁場を発生する電磁石系の負荷は同じで
ある。上述したような所望の照射野の平坦度が得られる
とともに放射線照射領域３の周辺領域における帯数が最
小となる（周辺領域に照射される放射線の線量が最小と
なる）条件は、治療シミュレーションの実行中に治療計
画装置４によってその具体的な制御パラメータが算出さ
れる。

【００６２】次に動作について説明する。先ず、粒子線
治療を実施する前に不図示のＸ線ＣＴで患者２の患部
（治療領域１に相当する）を撮影して得られた患部の画
像データを治療計画装置４に出力する。治療計画装置４
は、入力した患部の画像データから解析された患部の状
態に基づいて治療領域１にマージンとなる領域などを加
えて放射線照射領域３を決定する。このとき、実施の形
態２による治療計画装置４における放射線の照射領域を
形成する治療シミュレーションでは、図５に示すように
放射線照射領域３及びその周辺領域を帯状に分割し、各
帯（単位照射領域）の中央線上に等量の放射線（粒子
線）を照射するものとする。

【００６３】治療計画装置４は、上述した帯の中央線上
に放射線を照射させるための制御パラメータを算出して
加速器制御装置５及び照射制御装置６に出力する。治療
計画装置４からの制御パラメータに従って、照射制御装
置６は半径ｒの円と仮定した放射線照射領域３に外接す
るようにコリメータ装置１３の開度パラメータを設定
し、さらにワブラ装置８、散乱体装置９、線量モニタ装
置１０、リッジフィルタ装置１１及びレンジシフタ装置
１２の動作を制御する。これに伴って、加速器制御装置
５が加速器７を制御することで、図５に示した帯（単位
照射領域）の間隔によって決定されるビーム形状の放射
線（粒子線）を発生させて治療シミュレーションを実行
する（シミュレーションステップ）。ここで、放射線を
帯状に照射するには、ワブラ装置８の通電電流を制御し
て、帯の位置に相当するＹ軸方向に偏向角度を与える磁
界を発生させ、放射線を移動させるＸ軸方向に一定速度
で移動する磁界を発生させることで実現できる。このよ
うにして実行される治療シミュレーションにおいて、治
療計画装置４が放射線照射領域３の端部から外側にどの
帯まで放射線を照射すると放射線照射領域３内部の所望
の平坦度が得られるかを判定する。

【００６４】また、上記の場合では放射線照射領域３の
端部から３帯以上離れた部分に対して放射線を照射しな
くてもよいので、放射線を照射する帯の座標を治療シミ
ュレーションで求めることができる。ここで、治療計画
装置４が各帯の中央線上を移動する距離に応じて照射さ
れる線量を計算する。このあと、線量モニタ装置１０を
用いて治療計画装置４が上記制御パラメータに従って照
射した放射線の線量分布が妥当であるか否かを判定す
る。これによって妥当であると判定されると、治療計画
装置４は放射線を照射すべき帯の制御パラメータを反映
した放射線照射計画を立案する（照射計画立案ステッ
プ）。

【００６５】上記放射線照射計画における制御パラメー
タは治療計画装置４から加速器制御装置５及び照射制御
装置６に出力される。加速器制御装置５及び照射制御装
置６は、治療計画装置４から入力した治療シミュレーシ
ョンと同じ制御パラメータを加速器７、ワブラ装置８、
散乱体装置９、線量モニタ装置１０、リッジフィルタ装
置１１、及びレンジシフタ装置１２に設定し、さらに、
放射線照射領域３に対応した開度データを計算してコリ
メータ装置１３に設定する。

【００６６】このあと、患者２を治療台１４に横臥させ
て固定し、放射線照射領域３を照射位置に合わせる。照
射制御装置６は放射線照射領域３に対して放射線を照射
する場合、放射線を照射する帯に対応した位置に放射線
（粒子線）を設定させるためにワブラ装置８を制御する
とともに、散乱体装置９に所定のビーム形状を与える散
乱体を設定し、線量モニタ装置１０に上記放射線照射計
画に従った照射線量を設定する。

【００６７】上述のように制御パラメータが設定される
と、各帯に対する放射線（粒子線）の照射を開始し、線
量モニタ装置１０がモニタする線量が所定値となる（放
射線が所定の距離移動する）と、照射制御装置６は放射
線ビームを止めて次の帯に放射線を移動させるよう制御
して、線量モニタ装置１０に所定の線量を設定し、放射
線の照射を続行する（放射線照射ステップ）。以上の動
作が放射線を照射すべき全ての帯に対して行われると、
１回の放射線照射治療が完了する。

【００６８】この実施の形態２では、照射野の平坦化の
ために、放射線照射領域３の端部（境界）から３帯以内
の周辺領域にも放射線を照射しないと放射線照射領域３
内部の平坦度が保証できない。このため、放射線照射領
域３の端部（境界）から上下各２本の帯の中央線上を移
動して照射される放射線の一部が無駄になっている。つ
まり、放射線照射領域３が半径ｒの円形で、その直径２
ｒでｎ帯分であると仮定すると、放射線照射領域３の端
部から２帯分を加味して直径が（ｎ＋４）の円の面積に
よって照射野の平坦化に必要な帯の数を近似することが
できる。放射線（粒子線）の利用効率は放射線照射領域
３内の帯数と放射線照射領域３に周辺領域の２帯分を加
味した領域内の帯数との比で与えられることから、放射
線照射領域３の外部の放射線が全て無駄になっていると
考えると、（ｎ／（ｎ＋４）） ^２で与えられる。従っ
て、放射線の利用効率を３０％にするにはｎを５以上に
すればよいことがわかる。

【００６９】また、上述した説明では放射線照射領域３
が円形である場合について示したが、一般的には放射線
照射領域３は円形照射野ではない。このため、従来法で
は放射線（粒子線）の利用効率が理論値３０％よりも悪
かった。この実施の形態２では実際の放射線照射領域３
の外側の必要な帯にしか放射線を照射しないので、放射
線照射領域３を５未満の帯で分割しても実際の放射線の
利用効率を改善することができる。

【００７０】また、上記説明では、放射線照射領域３と
その周辺領域との分割を図５に示すような治療中心に対
しＸ軸に平行に分割したが、任意の直線方向に平行に分
割しても同様の効果がある。さらに、図５ではＸ軸に平
行に分割したが、任意の曲線で平行に分割しても同様の
効果を得ることができる。

【００７１】さらに、図５においてビーム形状（標準偏
差σ_ｘｙ）が等方的な場合を仮定して解析したが、等方
的でない場合にもビームの形状に合わせてステップサイ
ズを最適化するシミュレーションが可能であり、同様の
効果を得ることができる。

【００７２】さらに、放射線照射領域３が円形である場
合について述べたが任意の形状の放射線照射領域３に対
しても最外部の放射線照射領域３に接する帯の外側に２
帯分広げた領域に放射線を照射するシミュレーションを
実施すれば同様の効果を得ることができる。

【００７３】さらに、放射線照射領域３の平坦度が±１
％の場合について述べたが、任意の平坦度に対しても同
様の効果がある。図６からわかるように、一般的に放射
線照射領域３の平坦度を上げるほど帯の間隔は狭くな
り、平坦度を悪くすれば帯の間隔は広くなる。放射線照
射領域３の平坦度をよくすれば、放射線照射領域３の端
部から外側に位置する帯に照射される放射線の線量は増
えるが、放射線照射領域３内部に位置する帯に照射され
る放射線の線量も増加する。一方、平坦度を悪くすれ
ば、放射線照射領域３の端部から外側に位置する帯に照
射される放射線の線量は減るが、放射線照射領域３内の
帯に照射される放射線の線量も減少する。これらの関係
を鑑みると、放射線照射治療に利用できる範囲の平坦度
０．５〜５％程度で、ビーム形状の標準偏差σ_ｘｙが
１．８〜２．３程度であれば、放射線の利用効率はシミ
ュレーションする平坦度には余り依存しない。

【００７４】さらに、図５に示した例では帯に対する放
射線の照射順序について言及しなかったが、放射線照射
領域３の形成には帯の照射順序は影響しないので、ワブ
ラ装置８の制御が容易な帯の順序か又は制御データ作成
が容易な順序でも同様の効果がある。

【００７５】さらに、図５では帯に対する放射線の照射
方向に言及しなかったが、放射線照射領域３の形成には
帯の照射方向は影響しないので、ワブラ装置８の制御が
容易な帯の照射方向か又は制御データ作成が容易な照射
方向でも同様の効果が得られる。

【００７６】また、各帯上での照射線量の寄与が同じで
あれば、１回走査でなく複数回に分けて走査しても同様
の効果がある。

【００７７】さらに、図５に示す例では、１通りの帯で
分割したが、異なる分割方向の帯を複数重ね合わせた場
合でも同様の効果がある。複数重ね合わせる場合には各
々の帯の照射条件は緩くなる。この例としては、Ｘ軸方
向の分割とＹ軸方向の分割とを重ね合わせる方式やＸ軸
方向の分割とＸ軸に一定の角度を持った直線に沿った分
割とを重ね合わせる方式などがある。

【００７８】各帯の中央線上での照射線量が同じであれ
ば、各帯上で粒子線（放射線）の速度と粒子数との積が
一定となるように移動させても同様の効果がある。

【００７９】また、帯が円形の放射線照射領域３の端部
に一致するように分割する例を示したが、帯が放射線照
射領域３の端部に一致しない場合でも放射線照射領域３
外の帯に照射される放射線の線量をシミュレーションし
て放射線照射領域３に寄与する帯を含めるようにすれば
同様の効果がある。

【００８０】さらに、帯を規則正しくとった場合で各帯
に同じビーム形状の放射線を同じ線量だけ照射する例を
述べたが、複雑な計算式になるが、不規則な幅の帯に分
割して異なるビーム形状の放射線を照射する場合でも放
射線照射領域３内部を平坦化する逆問題の解がある場合
には同様の効果がある。

【００８１】さらに、照射する放射線の照射位置が時間
的に変動する場合、変動に再現性及び規則性があれば、
各帯で実際に放射線が照射される位置に対して段落００
７８の方法で各帯に対する照射線量を求めることも可能
である。一方、変動に再現性や規則性がなければ、照射
される放射線のビーム形状に変動の幅を織り込むことに
より放射線照射領域３の平坦化条件を求めることができ
る。

【００８２】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、放射線を照射すべき放射線照射領域３とその周辺領
域とを帯状に分割し、分割した各帯に合わせて放射線を
照射する治療シミュレーションを実行し、この治療シミ
ュレーションが実行されると、放射線照射領域３の平坦
度が所望の範囲内にあって、周辺領域の帯に照射される
放射線の線量が最小となる放射線照射条件を求め、この
放射線照射条件を反映した放射線の照射計画を立案し、
この照射計画に従って放射線を照射すべき放射線照射領
域３とその周辺領域とに放射線を照射するので、放射線
照射領域３及びその周辺領域を複数に分割した単位照射
領域を用いることから、所望の平坦度を与える放射線照
射領域を正確に決定することができ、従来と比較して放
射線の利用効率を向上させることができる。また、所望
の平坦度を与える最小限の周辺領域の帯に放射線を照射
することから、余分な放射線の発生を抑えることができ
る。

【００８３】実施の形態３．この実施の形態３による放
射線照射システムは、基本的に上記実施の形態１の構成
と同様であるので、上記実施の形態１と異なる部分につ
いて説明する。先ず、実施の形態３による治療計画装置
（シミュレーション手段、照射計画立案手段）４は、上
記実施の形態１と同様に患者２の治療すべき患部の状態
に応じて放射線照射領域３を作成するとともに、放射線
照射領域３とその周辺領域とを同心円状に分割して、各
同心円の間隔（単位照射領域）の中央線に合わせて放射
線を照射するための各装置の制御パラメータ（放射線照
射条件）を加速器制御装置５及び照射制御装置６に設定
する。加速器制御装置５及び照射制御装置６は、上記制
御パラメータに従って分割した各同心円の間隔の中央線
に合わせて放射線を照射する治療シミュレーションを実
行する。この治療シミュレーションにおいて、治療計画
装置４が放射線照射領域３の平坦度が所望の範囲内にあ
って、周辺領域に照射される放射線の線量が最小となる
各装置の制御パラメータを求め、これを反映した放射線
の照射計画を立案する。なお、この実施の形態３におけ
る治療領域１も上記実施の形態１と同様に半径ｒの球と
仮定して、一辺が４ｒの立方体と仮定した患者２の立方
体の中心にその中心が位置するものとする。

【００８４】図８は実施の形態３による放射線照射シス
テムの放射線照射領域の分割例を示す図である。図にお
いて、一番内側の円の半径はａ／２、外側の同心円の半
径はａずつ増加する。放射線を照射する場所は同心円の
中心及び各同心円間にある破線の円上で半径はａの整数
倍である。

【００８５】ここで、実施の形態３による放射線照射シ
ステムの動作を説明する前に、放射線照射領域３の平坦
化（以降、照射野の平坦化と称する）の条件について説
明する。実施の形態３では各同心円間の照射領域に単位
時間に等量の放射線が照射されるように放射線（粒子
線）を移動させるものとして、治療計画装置４が上記実
施の形態１で説明した式を用いて放射線照射領域３内部
の平坦度を評価する。但し、上記（３）式は放射線が円
上を移動することから、下記式（５）を用いる。 Ｘ_ｉ ^２＋Ｙ_ｊ ^２＝（ｋａ）^２ （５） 但し、ｋ＝０，１，２，３，・・・ここで、上記実施の
形態１と同様に、放射線のビーム形状が２次元ガウス分
布するものと仮定すると、上記（５）式の条件で上記
（２）式の値を求めれば、各同心円の間隔で同じ線量を
照射した場合の線量分布を算出することができる。平坦
度の条件に関しては中心を通る線上では上記実施の形態
１とほぼ同じ効果が期待できるので、ビーム形状と同心
円の半径との間には平坦度に応じて関係式が求まる。

【００８６】上記実施の形態１及び上記実施の形態２と
同様に、ビーム形状（標準偏差σ_{ｘ ｙ}）で規格化した同
心円の間隔と平坦度との関係を想定すると、放射線照射
領域３の外部に最低２つの同心円の間隔上で放射線を照
射しなければならない。これは、放射線照射領域３内部
で一番外側の同心円上を動く粒子線から与えられる放射
線照射領域３の端部からの線量のみでは放射線照射領域
３内で所望の平坦度が得られないことによる。つまり、
放射線照射領域３の端部からのすぐ外側を回転する同心
円上の放射線からの寄与（１．９σ_ｘｙ）と、放射線照
射領域３の端部からさらに外側を回転する同心円上の放
射線からの寄与（３．８σ_ｘｙ）とによって所望の平坦
度が得られる。一方、放射線照射領域３の端部からさら
に外側の同心円上を回転する放射線からの寄与（５．７
σ_ｘｙ）は無視できる大きさになる。ここで、単位時間
に同じ線量を照射するということは、各同心円上を放射
線が移動する速度が同じという条件であるから、外側の
同心円を照射する放射線の回転時間が長くなることを意
味しており、放射線を回転させる周波数を回転半径に反
比例して下げることができる。上述したような所望の照
射野の平坦度が得られるとともに放射線照射領域３の周
辺領域における同心円数が最小となる（周辺領域に照射
される放射線の線量が最小となる）条件は、治療シミュ
レーションの実行中に治療計画装置４によってその具体
的な制御パラメータが算出される。

【００８７】次に動作について説明する。先ず、粒子線
治療を実施する前に不図示のＸ線ＣＴで患者２の患部
（治療領域１に相当する）を撮影して得られた患部の画
像データを治療計画装置４に出力する。治療計画装置４
は、入力した患部の画像データから解析された患部の状
態に基づいて治療領域１にマージンとなる領域などを加
えて放射線照射領域３を決定する。このとき、実施の形
態３による治療計画装置４における放射線の照射領域を
形成する治療シミュレーションでは、図８に示すように
放射線照射領域３及びその周辺領域を同心円状に分割
し、各同心円の間隔（単位照射領域）の中央線上に等量
の放射線（粒子線）を照射するものとする。

【００８８】治療計画装置４は、上述した各同心円の間
隔の中央線上に放射線を照射させるための制御パラメー
タを算出して加速器制御装置５及び照射制御装置６に出
力する。治療計画装置４からの制御パラメータに従っ
て、照射制御装置６は半径ｒの円と仮定した放射線照射
領域３に外接するようにコリメータ装置１３の開度パラ
メータを設定し、さらにワブラ装置８、散乱体装置９、
線量モニタ装置１０、リッジフィルタ装置１１及びレン
ジシフタ装置１２の動作を制御する。これに伴って、加
速器制御装置５が加速器７を制御することで、図８に示
した各同心円の間隔から決定されるビーム形状の放射線
（粒子線）を発生させて治療シミュレーションを実行す
る（シミュレーションステップ）。ここで、放射線を同
心円状に照射するには、ワブラ装置８の通電電流を制御
して、放射線に所定の偏向角度を与える回転磁界を発生
させることで実現できる。このようにして実行される治
療シミュレーションにおいて、治療計画装置４が放射線
照射領域３の端部から外側にどの同心円まで照射すると
放射線照射領域３内部の所望の平坦度が得られるかを判
定する。

【００８９】また、上記の場合では放射線照射領域３の
端部から３同心円以上離れた部分に対して放射線を照射
しなくてもよいので、放射線を照射する同心円の座標を
治療シミュレーションで求めることができる。ここで、
治療計画装置４が各同心円上を１回転する場合の放射線
の周波数と１回転で照射される線量を計算する。このあ
と、線量モニタ装置１０を用いて治療計画装置４が上記
制御パラメータに従って照射した放射線の線量分布が妥
当であるか否かを判定する。これによって妥当であると
判定されると、治療計画装置４は放射線を照射すべき同
心円の制御パラメータを反映した放射線照射計画を立案
する（照射計画立案ステップ）。

【００９０】上記放射線照射計画における制御パラメー
タは治療計画装置４から加速器制御装置５及び照射制御
装置６に出力される。加速器制御装置５及び照射制御装
置６は、治療計画装置４から入力した治療シミュレーシ
ョンと同じ制御パラメータを加速器７、ワブラ装置８、
散乱体装置９、線量モニタ装置１０、リッジフィルタ装
置１１、及びレンジシフタ装置１２に設定し、さらに、
放射線照射領域３に対応した開度データを計算してコリ
メータ装置１３に設定する。

【００９１】このあと、患者２を治療台１４に横臥させ
て固定し、放射線照射領域３を照射位置に合わせる。照
射制御装置６は放射線照射領域３に対して放射線を照射
する場合、放射線を照射する同心円に対応した位置に放
射線（粒子線）を設定させるためにワブラ装置８を制御
するとともに、散乱体装置９に所定のビーム形状を与え
る散乱体を設定し、線量モニタ装置１０に上記放射線照
射計画に従った照射線量を設定する。

【００９２】上述のように制御パラメータが設定される
と、各同心円の間隔に対する放射線の照射を開始し、線
量モニタ装置１０がモニタする線量が所定値となる（放
射線が１回転する）と、照射制御装置６は放射線ビーム
を止めて次の同心円に放射線を移動させるよう制御し
て、線量モニタ装置１０に所定の線量を設定し、放射線
の照射を続行する（放射線照射ステップ）。以上の動作
が放射線を照射すべき全ての同心円の間隔に対して行わ
れると、１回の放射線照射治療が完了する。

【００９３】この実施の形態３では、照射野の平坦化の
ために、放射線照射領域３の端部（境界）から３同心円
の間隔以内の周辺領域にも放射線を照射しないと放射線
照射領域３内部の平坦度が保証できない。このため、放
射線照射領域３の端部（境界）から２同心円の間隔まで
に照射される放射線の一部が無駄になっている。つま
り、放射線照射領域３が半径ｒの円形で、その直径２ｒ
でｎ同心円分であると仮定すると、放射線照射領域３の
端部から２同心円分の間隔を加味して直径が（ｎ＋４）
の円の面積によって照射野の平坦化に必要な同心円数の
間隔を近似することができる。放射線（粒子線）の利用
効率は放射線照射領域３内の同心円数の間隔と放射線照
射領域３に周辺領域の２同心円の間隔分を加味した領域
内の同心円数の間隔との比で与えられることから、放射
線照射領域３の外部の放射線が全て無駄になっていると
考えると、（ｎ／（ｎ＋４））^２で与えられる。従っ
て、放射線の利用効率を３０％にするにはｎを５以上に
すればよいことがわかる。

【００９４】また、上述した説明では放射線照射領域３
が円形である場合について示したが、一般的には放射線
照射領域３は円形照射野ではない。このため、従来法で
は放射線（粒子線）の利用効率が理論値３０％よりも悪
かった。この実施の形態３では実際の放射線照射領域３
に合わせて扁平な同心楕円で分割することで、放射線照
射領域３を５未満の同心楕円で分割しても実際の放射線
の利用効率を改善することができる。

【００９５】また、上記説明では、放射線照射領域３と
その周辺領域との分割を図８に示すように放射線照射領
域３の境界上を放射線ビームが移動するように分割して
同心円数が奇数となる場合について示したが、領域分割
する同心円の数を偶数にして放射線照射領域３の境界上
を放射線ビームが通らず、放射線ビームと放射線ビーム
との中間部分が上記境界上を通るようにしても同様の効
果がある。

【００９６】さらに、上記説明では同心円で分割する例
について示したが、任意の同心楕円で分割しても同様の
効果がある。

【００９７】さらに、図８においてビーム形状（標準偏
差σ_ｘｙ）が等方的な場合を仮定して解析したが、等方
的でない場合にもビームの形状に合わせてステップサイ
ズを最適化するシミュレーションが可能であり、同様の
効果がある。

【００９８】さらに、放射線照射領域３が円形である場
合について述べたが任意の形状の放射線照射領域３に対
しても最外部の放射線照射領域３に接する同心円の外側
に２同心円分広げた領域に放射線を照射するシミュレー
ションを実施すれば同様の効果を得ることができる。

【００９９】さらに、放射線照射領域３の平坦度が±１
％の場合について述べたが、任意の平坦度に対しても同
様の効果がある。一般的に放射線照射領域３の平坦度を
上げるほど同心円の間隔は狭くなり、平坦度を悪くすれ
ば同心円の間隔は広くなる。放射線照射領域３の平坦度
をよくすれば、放射線照射領域３の端部から外側に位置
する同心円に照射される放射線の線量は増えるが、放射
線照射領域３内に位置する同心円に照射される放射線の
線量も増加する。一方、平坦度を悪くすれば、放射線照
射領域３の端部から外側に位置する同心円に照射される
放射線の線量は減るが、放射線照射領域３内の同心円に
照射される放射線の線量も減少する。これらの関係を鑑
みると、放射線照射治療に利用できる範囲の平坦度０．
５〜５％程度で、ビーム形状の標準偏差σ_ｘｙが１．７
〜２．１程度であれば、放射線の利用効率はシミュレー
ションする平坦度には余り依存しない。

【０１００】さらに、図８に示した例では同心円の間隔
に対する放射線の照射順序について言及しなかったが、
放射線照射領域３の形成には同心円の照射順序は影響し
ないので、ワブラ装置８の制御が容易な同心円の順序か
又は制御データ作成が容易な順序でも同様の効果があ
る。

【０１０１】上記説明では中心部がワブリングしていな
いが、従来法と同じように中心部をワブリングする場合
についても同じようにシミュレーションすることで同様
の効果がある。

【０１０２】また、各同心円での照射線量の寄与が同じ
であれば、１回転でなく複数回に分けて回転しても同様
の効果がある。

【０１０３】各同心円での照射線量が同じであれば、各
々の同心円上で粒子線の速度と粒子数の積が一定となる
ように移動させても同様の効果がある。

【０１０４】同心円を規則正しくとった場合で各同心円
内を同じビーム形状の放射線を同じ線量だけ照射する例
を述べたが、複雑な計算式になるが、不規則な同心円に
異なるビーム形状の放射線を照射する場合でも放射線照
射領域３内部を平坦化する逆問題の解がある場合には同
様の効果がある。

【０１０５】さらに、照射する放射線の照射位置が時間
的に変動する場合、変動に再現性及び規則性があれば、
各同心円で実際に放射線が照射される位置に対して段落
０１０３の方法で各位置の照射線量を求めることも可能
である。一方、変動に再現性や規則性がなければ、照射
される放射線のビーム形状に変動の幅を織り込むことに
より放射線照射領域３の平坦化条件を求めることができ
る。

【０１０６】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、放射線を照射すべき放射線照射領域３とその周辺領
域とを同心円状に分割し、分割した各同心円の間隔に合
わせて放射線を照射する治療シミュレーションを実行
し、この治療シミュレーションが実行されると、放射線
照射領域３の平坦度が所望の範囲内にあって、周辺領域
の同心円の間隔に照射される放射線の線量が最小となる
放射線照射条件を求め、この放射線照射条件を反映した
放射線の照射計画を立案し、この照射計画に従って放射
線を照射すべき放射線照射領域３とその周辺領域とに放
射線を照射するので、放射線照射領域３及びその周辺領
域を複数に分割した単位照射領域を用いることから、所
望の平坦度を与える放射線照射領域を正確に決定するこ
とができ、従来と比較して放射線の利用効率を向上させ
ることができる。また、所望の平坦度を与える最小限の
周辺領域の同心円の間隔に放射線を照射することから、
余分な放射線の発生を抑えることができる。

【０１０７】なお、放射線（粒子線）を外側で回転させ
る場合にはより多くの電流をワブラ装置８に流す必要が
あるが、各同心円での照射線量が一定になるように回転
させると、外側の同心円は回転半径に反比例して周波数
が下がり、ワブラ装置８の電源などの負担が軽くなるこ
とを意味しており、システムの構築が容易になる。

【０１０８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、放射
線を照射すべき放射線照射領域とその周辺領域とを複数
の単位照射領域に分割し、分割した各単位照射領域の形
状に合わせて放射線を照射する放射線照射シミュレーシ
ョンを実行し、この放射線照射シミュレーションが実行
されると、放射線照射領域において放射線が適切な線量
で一様に照射される度合である平坦度が所望の範囲内に
あって、周辺領域の単位照射領域に照射される放射線の
線量が最小となる放射線照射条件を求め、この放射線照
射条件を反映した放射線の照射計画を立案するので、放
射線照射領域及びその周辺領域を複数に分割した単位照
射領域を用いることから、所望の平坦度を与える放射線
照射領域を正確に決定することができ、従来と比較して
放射線の利用効率を向上させることができるという効果
がある。また、所望の平坦度を与える最小限の周辺領域
に放射線を照射することから、余分な放射線の発生を抑
えることができるという効果がある。

【０１０９】この発明によれば、放射線照射領域とその
周辺領域とを格子状の単位照射領域に分割するので、所
望の平坦度を与える放射線照射領域を正確に決定するこ
とができるという効果がある。

【０１１０】この発明によれば、放射線照射領域とその
周辺領域とを帯状の単位照射領域に分割するので、上記
段落０１０８より簡易な分割方法で同様の効果を奏する
ことができる。

【０１１１】この発明によれば、放射線照射領域とその
周辺領域とを同心円状の単位照射領域に分割するので、
上記段落０１０８と同様な効果を奏するとともに、各同
心円での照射線量が一定になるように回転させること
で、外側の同心円は回転半径に反比例して周波数が下が
ることから、ワブラ装置の電源などの負担が軽くするこ
とができるという効果がある。

【０１１２】この発明によれば、単位照射領域が放射線
照射領域の境界に位置するとき、周辺領域の単位照射領
域に照射される放射線の線量に応じて、境界に位置する
単位照射領域に照射される放射線の線量の放射線照射領
域に対する寄与度を判定するので、余分な放射線の発生
を抑えることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による放射線照射シ
ステムの構成を示す図である。

【図２】 実施の形態１による放射線照射領域及びその
周辺領域の分割例を示す図である。

【図３】 放射線ビームのステップサイズを放射線の等
方的なビーム形状（標準偏差σ_ｘｙ）で規格化した値と
照射野の平坦度との関係を示すグラフ図である。

【図４】 実施の形態１による放射線照射領域及びその
周辺領域の他の分割例を示す図である。

【図５】 実施の形態２による放射線照射システムの放
射線照射領域の分割例を示す図である。

【図６】 実施の形態２によるビーム形状（標準偏差σ
_ｘｙ）で規格化した帯の分割幅ａの値と平坦度との関係
を示すグラフ図である。

【図７】 実施の形態２による放射線照射領域の分割方
向における断面の線量分布を示す図である。

【図８】 実施の形態３による放射線照射システムの放
射線照射領域の分割例を示す図である。

【図９】 従来の放射線照射システムの構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 治療領域、２ 患者、３ 放射線照射領域、４ 治
療計画装置（シミュレーション手段、照射計画立案手
段）、５ 加速器制御装置（シミュレーション手段）、
６ 照射制御装置（シミュレーション手段）、７ 加速
器、８ ワブラ装置、９ 散乱体装置、１０ 線量モニ
タ装置、１１ リッジフィルタ装置、１２レンジシフタ
装置、１３ コリメータ装置、１４ 治療台。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年６月２１日（２００１．６．２
１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９３】この実施の形態３では、照射野の平坦化の
ために、放射線照射領域３の端部（境界）から３同心円
の間隔以内の周辺領域にも放射線を照射しないと放射線
照射領域３内部の平坦度が保証できない。このため、放
射線照射領域３の端部（境界）から２同心円の間隔まで
に照射される放射線の一部が無駄になっている。つま
り、放射線照射領域３が半径ｒの円形で、その直径２ｒ
でｎ同心円分であると仮定すると、放射線照射領域３の
端部から２同心円分の間隔を加味して直径が（ｎ＋４）
の円の面積によって照射野の平坦化に必要な同心円数の
間隔を近似することができる。放射線（粒子線）の利用
効率は放射線照射領域３内の同心円数と放射線照射領域
３に周辺領域の２同心円の間隔分を加味した領域内の同
心円数との比で与えられることから、放射線照射領域３
の外部の放射線が全て無駄になっていると考えると、
（ｎ／（ｎ＋４））^２で与えられる。従って、放射線の
利用効率を３０％にするにはｎを５以上にすればよいこ
とがわかる。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射線を照射すべき放射線照射領域とそ
   の周辺領域とを複数の単位照射領域に分割し、分割した
   各単位照射領域の形状に合わせて放射線を照射する放射
   線照射シミュレーションを実行するシミュレーション手
   段と、 このシミュレーション手段が上記放射線照射シミュレー
   ションを実行すると、上記放射線照射領域において放射
   線が適切な線量で一様に照射される度合である平坦度が
   所望の範囲内にあって、上記周辺領域の単位照射領域に
   照射される放射線の線量が最小となる放射線照射条件を
   求め、この放射線照射条件を反映した放射線の照射計画
   を立案する照射計画立案手段とを備えた放射線照射シス
   テム。
2. 【請求項２】 シミュレーション手段は、放射線照射領
   域とその周辺領域とを格子状の単位照射領域に分割する
   ことを特徴とする請求項１記載の放射線照射システム。
3. 【請求項３】 シミュレーション手段は、放射線照射領
   域とその周辺領域とを帯状の単位照射領域に分割するこ
   とを特徴とする請求項１記載の放射線照射システム。
4. 【請求項４】 シミュレーション手段は、放射線照射領
   域とその周辺領域とを同心円状の単位照射領域に分割す
   ることを特徴とする請求項１記載の放射線照射システ
   ム。
5. 【請求項５】 照射計画立案手段は、単位照射領域が放
   射線照射領域の境界に位置するとき、周辺領域の単位照
   射領域に照射される放射線の線量に応じて、上記境界に
   位置する単位照射領域に照射される放射線の線量の放射
   線照射領域に対する寄与度を判定することを特徴とする
   請求項１記載の放射線照射システム。
6. 【請求項６】 放射線を照射すべき放射線照射領域とそ
   の周辺領域とを複数の単位照射領域に分割し、分割した
   各単位照射領域の形状に合わせて放射線を照射する放射
   線照射シミュレーションを実行するシミュレーションス
   テップと、上記放射線照射シミュレーションが実行され
   ると、上記放射線照射領域において放射線が適切な線量
   で一様に照射される度合である平坦度が所望の範囲内に
   あって、上記周辺領域の単位照射領域に照射される放射
   線の線量が最小となる放射線照射条件を求め、この放射
   線照射条件を反映した放射線の照射計画を立案する照射
   計画立案ステップと、 この照射計画立案ステップにて求めた放射線の照射計画
   に従って放射線を照射すべき放射線照射領域とその周辺
   領域とに放射線を照射する放射線照射ステップとを備え
   た放射線照射方法。
7. 【請求項７】 シミュレーションステップにて、放射線
   照射領域とその周辺領域とを格子状の単位照射領域に分
   割することを特徴とする請求項６記載の放射線照射方
   法。
8. 【請求項８】 シミュレーションステップにて、放射線
   照射領域とその周辺領域とを帯状の単位照射領域に分割
   することを特徴とする請求項６記載の放射線照射方法。
9. 【請求項９】 シミュレーションステップにて、放射線
   照射領域とその周辺領域とを同心円状の単位照射領域に
   分割することを特徴とする請求項６記載の放射線照射方
   法。
10. 【請求項１０】 照射計画立案ステップにて、単位照射
    領域が放射線照射領域の境界に位置するとき、周辺領域
    の単位照射領域に照射される放射線の線量に応じて、上
    記境界に位置する単位照射領域に照射される放射線の線
    量の放射線照射領域に対する寄与度を判定することを特
    徴とする請求項６記載の放射線照射方法。