JP2003079755A - 光ｃｔによる粒子線線量分布測定装置および方法 - Google Patents
光ｃｔによる粒子線線量分布測定装置および方法Info
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- JP2003079755A JP2003079755A JP2001276405A JP2001276405A JP2003079755A JP 2003079755 A JP2003079755 A JP 2003079755A JP 2001276405 A JP2001276405 A JP 2001276405A JP 2001276405 A JP2001276405 A JP 2001276405A JP 2003079755 A JP2003079755 A JP 2003079755A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 粒子線の３次元線量分布を短時間に精度よく
計測し、精度の良い治療計画を得る。 【解決手段】 粒子線の３次元線量分布を測定する際
に、粒子線をシンチレータに入射して発光させ、その発
光量を粒子線の入射方向に垂直な複数方向から受光素子
により計測し、その複数の計測結果から粒子線に垂直な
断面の２次元線量分布を算出し、粒子線の入射方向に沿
って複数算出した２次元線量分布から粒子線の３次元線
量分布を構築する。
計測し、精度の良い治療計画を得る。 【解決手段】 粒子線の３次元線量分布を測定する際
に、粒子線をシンチレータに入射して発光させ、その発
光量を粒子線の入射方向に垂直な複数方向から受光素子
により計測し、その複数の計測結果から粒子線に垂直な
断面の２次元線量分布を算出し、粒子線の入射方向に沿
って複数算出した２次元線量分布から粒子線の３次元線
量分布を構築する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ＣＴにより粒子
線の線量分布を測定する装置および該装置を用いた粒子
線線量分布の測定方法に関する。
線の線量分布を測定する装置および該装置を用いた粒子
線線量分布の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】陽子線を含む粒子線によるがん治療は、
従来のＸ線によるがん治療と比べて次の特徴をもってい
る。すなわち、高エネルギーの粒子線が患者体内に入射
された場合、そのエネルギーに対応するレンジ（最大到
達距離）付近で最大の線量を与え、レンジより深部の部
位には線量を与えない。したがって、照射方向を工夫す
ることによって、腫瘍が放射線感受性の高い重要臓器に
隣接する場合でも、腫瘍のみに高線量を与えることがで
きる。逆に、このことにより、粒子線ではＸ線のように
治療時の透過線量を測定することが不可能となってお
り、実際に患者のがん腫瘍に与えた線量の評価は計算に
頼っているのが実情である。
従来のＸ線によるがん治療と比べて次の特徴をもってい
る。すなわち、高エネルギーの粒子線が患者体内に入射
された場合、そのエネルギーに対応するレンジ（最大到
達距離）付近で最大の線量を与え、レンジより深部の部
位には線量を与えない。したがって、照射方向を工夫す
ることによって、腫瘍が放射線感受性の高い重要臓器に
隣接する場合でも、腫瘍のみに高線量を与えることがで
きる。逆に、このことにより、粒子線ではＸ線のように
治療時の透過線量を測定することが不可能となってお
り、実際に患者のがん腫瘍に与えた線量の評価は計算に
頼っているのが実情である。
【０００３】オンラインで体内中の粒子線線量分布測定
が行えない状況で、水ファントム中での照射野確認は重
要である。治療現場では、患者のかわりに水ファントム
内の線量分布計算を行い、３次元線量測定値との線量比
較を行っている。しかしながら、完全な３次元線量分布
測定は非常に時間がかかるため、測定結果は治療計画計
算の結果を確認するにとどまっている。一般に、水ファ
ントム中での線量測定は小型の線量計を３次元に走査す
ることにより行われている。この測定には非常に時間が
かかり、例えば、若狭湾エネルギー研究センターに整備
されているシンクロトロンの場合、周期が０．５Ｈｚで
あり、測定点を水平方向、垂直方向および深部方向にそ
れぞれ１００点とる場合、１周期毎に１点の線量を測定
するときに、すべての測定を終えるのに２００万秒（約
２３日）かかることになる。
が行えない状況で、水ファントム中での照射野確認は重
要である。治療現場では、患者のかわりに水ファントム
内の線量分布計算を行い、３次元線量測定値との線量比
較を行っている。しかしながら、完全な３次元線量分布
測定は非常に時間がかかるため、測定結果は治療計画計
算の結果を確認するにとどまっている。一般に、水ファ
ントム中での線量測定は小型の線量計を３次元に走査す
ることにより行われている。この測定には非常に時間が
かかり、例えば、若狭湾エネルギー研究センターに整備
されているシンクロトロンの場合、周期が０．５Ｈｚで
あり、測定点を水平方向、垂直方向および深部方向にそ
れぞれ１００点とる場合、１周期毎に１点の線量を測定
するときに、すべての測定を終えるのに２００万秒（約
２３日）かかることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような状況で、粒
子線の３次元線量分布を短時間に精度よく測定する方法
が求められていた。
子線の３次元線量分布を短時間に精度よく測定する方法
が求められていた。
【０００５】本発明の目的は、かかる従来技術の課題を
解決し、粒子線の３次元線量分布を短時間に精度よく計
測することができ、ひいては精度の良い治療計画を得る
ことを可能とする粒子線の線量分布測定装置および線量
分布測定方法を提供することにある。
解決し、粒子線の３次元線量分布を短時間に精度よく計
測することができ、ひいては精度の良い治療計画を得る
ことを可能とする粒子線の線量分布測定装置および線量
分布測定方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、粒子線の３次元線量分布を測定するため
の粒子線量測定装置において、粒子線の入射方向を軸と
して回動するステージと、ステージの粒子線入射位置に
載置したシンチレータと、ステージに固着されシンチレ
ータで発生する光を受光する受光素子と、受光素子によ
る計測結果から粒子線の３次元分布を算出する手段とを
具備することを特徴とする。
め、本発明は、粒子線の３次元線量分布を測定するため
の粒子線量測定装置において、粒子線の入射方向を軸と
して回動するステージと、ステージの粒子線入射位置に
載置したシンチレータと、ステージに固着されシンチレ
ータで発生する光を受光する受光素子と、受光素子によ
る計測結果から粒子線の３次元分布を算出する手段とを
具備することを特徴とする。
【０００７】また、本発明の粒子線の３次元線量分布測
定方法は、粒子線をシンチレータに入射して発光させる
工程と、その発光量を粒子線の入射方向に垂直な複数方
向から受光素子により計測する工程と、その複数の計測
結果から粒子線に垂直な断面の２次元線量分布を算出す
る工程と、粒子線の入射方向に沿って複数算出した２次
元線量分布から粒子線の３次元線量分布を構築する工程
とを有することを特徴とする。
定方法は、粒子線をシンチレータに入射して発光させる
工程と、その発光量を粒子線の入射方向に垂直な複数方
向から受光素子により計測する工程と、その複数の計測
結果から粒子線に垂直な断面の２次元線量分布を算出す
る工程と、粒子線の入射方向に沿って複数算出した２次
元線量分布から粒子線の３次元線量分布を構築する工程
とを有することを特徴とする。
【０００８】
【作用】以上の構成により本発明は、光によりＣＴ（コ
ンピュータ断層撮影）の原理を利用して粒子線の３次元
線量分布を次のように測定する。
ンピュータ断層撮影）の原理を利用して粒子線の３次元
線量分布を次のように測定する。
【０００９】まず、粒子線の３次元線量分布をシンチレ
ーションにより光に変換し、その光を粒子線の入射方向
を軸にして回転した複数方向（θ）、好ましくは全角度
から光の投影分布像を撮影する。このとき、θ方向の投
影データの投影座標に関するフーリエ変換で得られたス
ペクトルは、実空間分布を二次元フーリエ変換して得ら
れた二次元フーリエスペクトルをθ方向で切断した断面
に等しい。そして、撮像した全ての方向からの投影デー
タをフーリエ変換し、その二次元スペクトルを逆フーリ
エ変換すると実空間の分布を求めることが出来る。最終
的に、光の３次元実空間分布、すなわち粒子線の線量分
布を再構成することが可能となる。
ーションにより光に変換し、その光を粒子線の入射方向
を軸にして回転した複数方向（θ）、好ましくは全角度
から光の投影分布像を撮影する。このとき、θ方向の投
影データの投影座標に関するフーリエ変換で得られたス
ペクトルは、実空間分布を二次元フーリエ変換して得ら
れた二次元フーリエスペクトルをθ方向で切断した断面
に等しい。そして、撮像した全ての方向からの投影デー
タをフーリエ変換し、その二次元スペクトルを逆フーリ
エ変換すると実空間の分布を求めることが出来る。最終
的に、光の３次元実空間分布、すなわち粒子線の線量分
布を再構成することが可能となる。
【００１０】
【発明の好適な実施の形態】本発明の好適な実施の形態
において、受光素子とシンチレータとは、共にステージ
に固定されており、このステージを例えばステッピング
モータ等により駆動することで、受光素子とシンチレー
タが一体となって粒子線に対して相対的に回転する。こ
れにより、シンチレータの一面のみが撮像可能な場合で
も粒子線の入射軸回りに３６０°の撮像が可能となる。
において、受光素子とシンチレータとは、共にステージ
に固定されており、このステージを例えばステッピング
モータ等により駆動することで、受光素子とシンチレー
タが一体となって粒子線に対して相対的に回転する。こ
れにより、シンチレータの一面のみが撮像可能な場合で
も粒子線の入射軸回りに３６０°の撮像が可能となる。
【００１１】受光素子は、シンチレータからの光量を計
測できるものであれば良いが、ＣＣＤカメラ等の２次元
撮像素子が好ましく、これにより各ショット時にシンチ
レータで発光した光の一側面からの全体像を撮像可能と
なる。そして、全体像を撮像することにより、一回の撮
影で粒子線に垂直な複数の平行断面の２次元線量分布を
同時に算出でき、高速な３次元線量分布測定が可能とな
る。
測できるものであれば良いが、ＣＣＤカメラ等の２次元
撮像素子が好ましく、これにより各ショット時にシンチ
レータで発光した光の一側面からの全体像を撮像可能と
なる。そして、全体像を撮像することにより、一回の撮
影で粒子線に垂直な複数の平行断面の２次元線量分布を
同時に算出でき、高速な３次元線量分布測定が可能とな
る。
【００１２】通常、一回の撮影では１°程度のステップ
角毎に撮像を行い、少なくとも半回転分の撮像を行う。
したがって、１８０回程度の撮像回数で粒子線の３次元
線量分布を測定できるため、例えば、周期が０．５Ｈｚ
のシンクロトロンを使用した場合、１８０／０．５＝３
６０秒程度で撮影可能となる。
角毎に撮像を行い、少なくとも半回転分の撮像を行う。
したがって、１８０回程度の撮像回数で粒子線の３次元
線量分布を測定できるため、例えば、周期が０．５Ｈｚ
のシンクロトロンを使用した場合、１８０／０．５＝３
６０秒程度で撮影可能となる。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る粒子線の線
量測定装置を示す。同図において１は粒子線である陽子
線を真上から照射する陽子線照射部、２は陽子線を照射
することで発光する液体シンチレータからなるシンチレ
ータ部、３はシンチレータ部２を陽子線の入射方向に対
して垂直な方向から撮像する撮像部（計測部）でありＣ
ＣＤカメラからなる。また、４はステージ５を回転駆動
するためのステージ駆動装置、５はシンチレータ部２を
搭載したステージ、６は撮像部３をステージ５に固定す
るためのアームである。
量測定装置を示す。同図において１は粒子線である陽子
線を真上から照射する陽子線照射部、２は陽子線を照射
することで発光する液体シンチレータからなるシンチレ
ータ部、３はシンチレータ部２を陽子線の入射方向に対
して垂直な方向から撮像する撮像部（計測部）でありＣ
ＣＤカメラからなる。また、４はステージ５を回転駆動
するためのステージ駆動装置、５はシンチレータ部２を
搭載したステージ、６は撮像部３をステージ５に固定す
るためのアームである。
【００１４】図１に示したように、本実施例における光
ＣＴによる粒子線線量分布測定は、線量に応じた可視光
を発光するシンチレータ部２と、発光した光を任意の角
度から計測する計測部３を具備するシステムにより行
う。シンチレータ部２から発光される光を任意の角度か
ら測定し、以下で説明するＣＴの原理によりその３次元
分布を再現する。再現された光分布は粒子線の線量分布
に対応する。
ＣＴによる粒子線線量分布測定は、線量に応じた可視光
を発光するシンチレータ部２と、発光した光を任意の角
度から計測する計測部３を具備するシステムにより行
う。シンチレータ部２から発光される光を任意の角度か
ら測定し、以下で説明するＣＴの原理によりその３次元
分布を再現する。再現された光分布は粒子線の線量分布
に対応する。
【００１５】対象物（シンチレータ）の各点での発光強
度をｆk とすると、観測する光量ｆは散乱を無視すれ
ば、単純な和として、
度をｆk とすると、観測する光量ｆは散乱を無視すれ
ば、単純な和として、
【００１６】
【数１】
となる。この発光強度ｆk を再現するのが光ＣＴであ
る。
る。
【００１７】今、ある入射粒子線に垂直な断面での発光
分布を再構成することを考える。図２は、この断面（実
空間）の線量分布に対応した光２次元分布を、ある軸へ
投影した状態を示す図である。同図において、投影され
た１次元分布ｇθ（Ｒ）が計測部３による計測データに
対応する。この面内の実空間における発光分布をｆ
（ｘ，ｙ）とすると、発光分布の２次元フーリエ変換Ｆ
（ｕ，ｖ）は、
分布を再構成することを考える。図２は、この断面（実
空間）の線量分布に対応した光２次元分布を、ある軸へ
投影した状態を示す図である。同図において、投影され
た１次元分布ｇθ（Ｒ）が計測部３による計測データに
対応する。この面内の実空間における発光分布をｆ
（ｘ，ｙ）とすると、発光分布の２次元フーリエ変換Ｆ
（ｕ，ｖ）は、
【００１８】
【数２】
で与えられる。ここで、２次元フーリエスペクトルＦ
（ｕ，ｖ）を、投影座標をＲとし、ｕ＝ρｃｏｓβ、ｖ
＝ρｓｉｎβとしたフーリエ空間での極座標（ρ,β)
で表現すると、
（ｕ，ｖ）を、投影座標をＲとし、ｕ＝ρｃｏｓβ、ｖ
＝ρｓｉｎβとしたフーリエ空間での極座標（ρ,β)
で表現すると、
【００１９】
【数３】
となる。発光分布ｆ（ｘ，ｙ）のθ方向への投影データ
は計測部３で測定する分布に対応し、
は計測部３で測定する分布に対応し、
【００２０】
【数４】
と表せる。これから、
【００２１】
【数５】
となる。この式は、フーリエ空間で原点を通るβ方向の
直線上のフーリエ変換は、実空間（ｘｙ空間）における
β方向の直線の投影データを１次元フーリエ変換したも
のに等しいことを意味している。そこで、投影データを
１次元フーリエ変換し、そのフーリエ空間のデータを２
次元逆フーリエ変換することにより実空間のデータを得
ることが可能となる。すなわち、
直線上のフーリエ変換は、実空間（ｘｙ空間）における
β方向の直線の投影データを１次元フーリエ変換したも
のに等しいことを意味している。そこで、投影データを
１次元フーリエ変換し、そのフーリエ空間のデータを２
次元逆フーリエ変換することにより実空間のデータを得
ることが可能となる。すなわち、
【００２２】
【数６】
により、今考えている断面での２次元光分布を再構成す
ることができる。
ることができる。
【００２３】図３は、本実施例の光ＣＴ測定法を示す。
同図において、測定結果の撮像データは４５°毎に示し
たが、実際には１°毎に１８０回撮像を行っている。図
３に示すように、本実施例の光ＣＴ測定法では、入射粒
子方向に沿って複数の水平断面を同時に計測している。
同図において、測定結果の撮像データは４５°毎に示し
たが、実際には１°毎に１８０回撮像を行っている。図
３に示すように、本実施例の光ＣＴ測定法では、入射粒
子方向に沿って複数の水平断面を同時に計測している。
【００２４】これにより、それぞれの断面について２次
元分布を再構成することによって、最終的には３次元分
布が得られる。この３次元線量分布再構成例を図４に模
式的に示す。図４に示すように、本実施例では、陽子線
の入射方向に垂直な複数平面を一つの画像（回転方向に
は複数の画像）から複数取り出すことができる。
元分布を再構成することによって、最終的には３次元分
布が得られる。この３次元線量分布再構成例を図４に模
式的に示す。図４に示すように、本実施例では、陽子線
の入射方向に垂直な複数平面を一つの画像（回転方向に
は複数の画像）から複数取り出すことができる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
粒子線の３次元線量分布を短時間に精度よく計測するこ
とができ、粒子線医療の現場作業の軽減化が期待され
る。さらに、従来時間がかかるために行えなかった３次
元線量分布測定結果の治療計画へのフィードバックを実
施することが可能になる。その結果、より精度の良い治
療計画を得ることができる。
粒子線の３次元線量分布を短時間に精度よく計測するこ
とができ、粒子線医療の現場作業の軽減化が期待され
る。さらに、従来時間がかかるために行えなかった３次
元線量分布測定結果の治療計画へのフィードバックを実
施することが可能になる。その結果、より精度の良い治
療計画を得ることができる。
【図１】 本発明の一実施例に係る光ＣＴによる粒子線
線量分布測定装置を示す図。
線量分布測定装置を示す図。
【図２】 線量分布に対応した光２次元分布をある軸へ
投影した状態を示すグラフ。
投影した状態を示すグラフ。
【図３】 本発明の一実施例に係る光ＣＴによる粒子線
線量分布測定法を示す図。
線量分布測定法を示す図。
【図４】 本発明の一実施例に係る光ＣＴによる粒子線
線量分布測定法による線量分布の再構成を説明する図。
線量分布測定法による線量分布の再構成を説明する図。
１：陽子線照射部、２：液体シンチレータ、３：ＣＣＤ
カメラ、４：ステージ駆動装置、５：ステージ、６：ア
ーム。
カメラ、４：ステージ駆動装置、５：ステージ、６：ア
ーム。
Claims (2)
- 【請求項１】 粒子線の３次元線量分布を測定するため
の粒子線量測定装置において、前記粒子線の入射方向を
軸として回動するステージと、該ステージの前記粒子線
入射位置に載置したシンチレータと、前記ステージに固
着され前記シンチレータで発生する光を受光する受光素
子と、該受光素子による計測結果から前記粒子線の３次
元分布を算出する手段とを具備することを特徴とする粒
子線量測定装置。 - 【請求項２】 粒子線をシンチレータに入射して発光さ
せる工程と、その発光量を前記粒子線の入射方向に垂直
な複数方向から受光素子により計測する工程と、その複
数の計測結果から前記粒子線に垂直な断面の２次元線量
分布を算出する工程と、前記粒子線の入射方向に沿って
複数算出した前記２次元線量分布から前記粒子線の３次
元線量分布を構築する工程とを有することを特徴とする
粒子線の３次元線量分布測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001276405A JP2003079755A (ja) | 2001-09-12 | 2001-09-12 | 光ｃｔによる粒子線線量分布測定装置および方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001276405A JP2003079755A (ja) | 2001-09-12 | 2001-09-12 | 光ｃｔによる粒子線線量分布測定装置および方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003079755A true JP2003079755A (ja) | 2003-03-18 |
Family
ID=19101113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001276405A Pending JP2003079755A (ja) | 2001-09-12 | 2001-09-12 | 光ｃｔによる粒子線線量分布測定装置および方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003079755A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010032419A (ja) * | 2008-07-30 | 2010-02-12 | Natl Inst Of Radiological Sciences | 照射線量確認システム及び照射線量確認方法 |
| JP2010044057A (ja) * | 2008-07-16 | 2010-02-25 | Mitsubishi Electric Corp | 線量分布測定装置およびセンサ校正方法 |
| WO2014102929A1 (ja) | 2012-12-26 | 2014-07-03 | 三菱電機株式会社 | 線量分布測定装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09230053A (ja) * | 1996-02-27 | 1997-09-05 | Mitsubishi Electric Corp | 深部線量測定装置 |
| JPH10153662A (ja) * | 1996-11-21 | 1998-06-09 | Mitsubishi Electric Corp | 深部線量測定装置とその検出器 |
-
2001
- 2001-09-12 JP JP2001276405A patent/JP2003079755A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09230053A (ja) * | 1996-02-27 | 1997-09-05 | Mitsubishi Electric Corp | 深部線量測定装置 |
| JPH10153662A (ja) * | 1996-11-21 | 1998-06-09 | Mitsubishi Electric Corp | 深部線量測定装置とその検出器 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2010044057A (ja) * | 2008-07-16 | 2010-02-25 | Mitsubishi Electric Corp | 線量分布測定装置およびセンサ校正方法 |
| JP2010032419A (ja) * | 2008-07-30 | 2010-02-12 | Natl Inst Of Radiological Sciences | 照射線量確認システム及び照射線量確認方法 |
| WO2014102929A1 (ja) | 2012-12-26 | 2014-07-03 | 三菱電機株式会社 | 線量分布測定装置 |
| JP5918865B2 (ja) * | 2012-12-26 | 2016-05-18 | 三菱電機株式会社 | 線量分布測定装置 |
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