JP3739575B2 - 合成分布作成用パラメータ探索方法及びその方法を適用する装置、並びに記録媒体 - Google Patents
合成分布作成用パラメータ探索方法及びその方法を適用する装置、並びに記録媒体 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２個以上の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータ（重み係数など）とから合成分布を作成する際の、各単位分布の合成分布作成用パラメータを探索する方法及びその方法を適用する装置、並びにそのような方法をコンピュータに実行させたり、そのような装置としてコンピュータを動作させたりするためのプログラムを記録した記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、重み係数を合成分布作成用パラメータとする文献「Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ， ４２（１９９７）， ｐ．２４１１〜ｐ．２４２０」に示された従来の合成分布作成用パラメータ探索方法を説明するためのグラフ図である。図１６では、横軸に重み係数の番号ｉをとり、縦軸に重み係数の値をとって示している。
【０００３】
上記文献に示された従来の合成分布作成用パラメータ探索方法では、ｎ個の単位分布のそれぞれの重み係数の解空間を、分解能Δｗで離散化する。この場合、Ｎ×Δｗがそれぞれの重み係数の解空間の最大値と最小値との差となるように離散化する。図１６では、１番目の重み係数について、解空間がΔｗで離散化されている様子を示している。
【０００４】
そして、すべての重み係数の値が０の状態から出発し、サイズがΔｗである重みのブロックを、ｎ個の重み係数の解空間のいずれかに一個ずつ積み上げていく。この場合、ブロックを積んだ後の合成分布が、予め設定した最適な合成分布に最も近くなるように重みのブロックを積み上げていく。図１６では、１番目、３番目、４番目、５番目、６番目、ｎ−２番目、ｎ−１番目及びｎ番目の重み係数の値がΔｗであり、２番目の重み係数の値が２Δｗである様子を示している。
【０００５】
なお、すべての重み係数の値がＮ×Δｗの状態から出発し、サイズがΔｗである重みのブロックを、ｎ個の重み係数の解空間のいずれかから一個ずつ積み下ろしていく場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の合成分布作成用パラメータ探索方法では、以上のように重み係数を探索しているため、重み係数間の相関をとらずに、それぞれの重み係数の値が独立に増加（重みのブロックを積み上げていく場合）あるいは減少（重みのブロックを積み下ろしていく場合）していく。しかしながら、例えば、ある重み係数の値を所定量だけ高くした場合に合成分布が改善されなくても、同時に他の重み係数の値を所定量だけ低くすることにより合成分布が改善される場合がある。このことは、ｎ個の単位分布の中に、分布の広がりが大きい単位分布が含まれている場合に起こり易い。従って、従来の合成分布作成用パラメータ探索方法では、必ずしも最適な手順で重み係数を探索していたとは言えないという課題があった。少なくとも最適な設定効率となる手順で重み係数を探索していたとは言えない。
【０００７】
また、従来の合成分布作成用パラメータ探索方法では、重み係数の値が分解能Δｗで増加（重みのブロックを積み上げていく場合）あるいは減少（重みのブロックを積み下ろしていく場合）していくため、増加あるいは減少の幅が最小である。従って、単位分布の数が多くなり、重み係数の数が多くなると、重み係数の探索効率が低くなるという課題があった。
【０００８】
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、合成分布作成用パラメータをより適切に探索することができる合成分布作成用パラメータ探索方法及びその方法を適用する装置、並びにそのような方法をコンピュータに実行させたり、そのような装置としてコンピュータを動作させたりするためのプログラムを記録した記録媒体を得ることを目的とする。
【０００９】
また、この発明は合成分布作成用パラメータをより効率良く探索することができる合成分布作成用パラメータ探索方法を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、線量分布、磁場分布、電場分布、音の強度分布のいずれかの分布であって、それぞれ相互の相関があるｎ個の単位分布を作成する第１段階と、ｎ個の単位分布と各単位分布の重み係数と所定合成分布を作り出す構成分布の位置座標の少なくとも一つを含む合成分布作成用パラメータとから作成される合成分布の評価条件を設定する第２段階と、ｎ個の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータの初期値とから合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算する第３段階と、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減して合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算し、評価価が向上したか否かを評価する第４段階と、第４段階において評価値が向上しなかった場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索する第５段階とを有し、第４段階と第５段階とをｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成分布の評価値が所定の値に達したとき、各単位分布の合成分布作成用パラメータを出力するようにしたものである。
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、合成分布作成用パラメータは陽子線のビームエネルギーである。
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、第４段階において評価値が向上した場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの増減後の値をそのまま保持し、次順位（ｉ＝ｎの場合には第１順位）の単位分布の合成分布作成用パラメータについて第４段階を行い、第５段階において評価値が向上する第ｊ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータが見つかった場合、その合成分布作成用パラメータの値及び第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの増減後の値をそのまま保持し、次順位（ｉ＝ｎの場合には第１順位）の単位分布の合成分布作成用パラメータについて第４段階を行い、第５段階において評価値が向上する第ｊ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータが見つからなかった場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の直前の増減を取りやめ、そのパラメータの値をもとにもどし、次順位（ｉ＝ｎの場合には第１順位）の単位分布の合成分布作成用パラメータについて第４段階を行うようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、ｎ個の単位分布の合成分布作成用パラメータの上限値を所定の値に設定する段階を備えたものである。
【００１２】
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、ｎ個の単位分布の合成分布作成用パラメータの下限値を所定の値に設定する段階を備えたものである。
【００１３】
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、合成分布の評価条件を、所定の領域における合成分布の均一度とするものである。
【００１４】
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、合成分布の評価条件を、所定の領域における合成分布と目標分布との差の自乗和とするものである。
【００１６】
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索装置は、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させるパラメータ増減手段と、パラメータ増減手段において第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させることにより評価値が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索するパラメータ探索手段とを備えたものである。
【００１７】
この発明に係る記録媒体は、線量分布、磁場分布、電場分布、音の強度分布のいずれかの分布であって、それぞれ相互の相関があるｎ個の単位分布を作成する第１段階、ｎ個の単位分布と各単位分布の重み係数と所定合成分布を作り出す構成分布の位置座標の少なくとも一つを含む合成分布作成用パラメータとから作成される合成分布の評価条件を設定する第２段階、ｎ個の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータの初期値とから合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算する第３段階、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減して合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算し、評価価が向上したか否かを評価する第４段階、第４段階において評価値が向上しなかった場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索する第５段階をコンピュータに実行させ、第４段階と第５段階とをｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成分布の評価値が所定の値に達したとき、各単位分布の合成分布作成用パラメータを出力するようにコンピュータを実行させるためのプログラムを記録したものである。
【００１８】
この発明に係る記録媒体は、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させるパラメータ増減手段、パラメータ増減手段において第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させることにより評価値が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索するパラメータ探索手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記録したものである。
【００１９】
【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は重み係数を合成分布作成用パラメータとするこの発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索装置を示すブロック図である。図１において、１は所定の値の最大ビームエネルギーを有する陽子線を人体に照射する場合に形成される深度線量分布を記憶手段（図示せず）に記録されているプログラムを用いて作成し、その深度線量分布を深さの浅い方向に所定のピッチでずらして、その深度線量分布を含めたｎ個の深度線量分布を作成し、これらｎ個の深度線量分布を単位線量分布とする単位線量分布作成手段（単位分布作成手段）、２はｎ個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数とから下記の（１）式を用いて作成される合成線量分布の評価条件を、下記の（２）式を用いて計算される所定の深さ領域における合成線量分布の均一度に設定する評価条件設定手段、３はｎ個の単位線量分布の重み係数の初期値を所定の値に設定する初期値設定手段、４はｎ個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数とから下記の（１）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布の均一度を下記の（２）式を用いて所定の深さ領域において計算し、均一度が向上したか否かを評価する均一度評価手段（評価手段）である。
【００２０】
【数１】
（１）式において、Ｄ（ｚ）は合成線量分布、ｄｉ（ｚ）は単位線量分布、ｗｉは重み係数、ｚは体表面からの深さ、ｎは単位線量分布の数である。
【００２１】
【数２】
（２）式において、ｈは合成線量分布の均一度、Ｄｍａｘは合成線量分布における吸収線量の最大値、Ｄｍｉｎは合成線量分布における吸収線量の最小値である。
【００２２】
また、５は第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増減させる重み係数増減手段（パラメータ増減手段）である。すなわち、重み係数増減手段５は、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やすことにより均一度が向上した場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００３１段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００３３段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つからなかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をもとにもどし、さらに所定の値だけ減らし（００３４段落参照）、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ減らすことにより均一度が向上した場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００３６段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ増やすことにより均一度が向上する重み係数が見つかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００３８段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ増やすことにより均一度が向上する重み係数が見つからなかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をもとにもどし、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やす（００３９段落及び、００４０段落参照）。
【００２３】
また、６は重み係数増減手段５において第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増減させることにより均一度が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに均一度が向上する第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数を探索する重み係数探索手段（パラメータ探索手段）である。すなわち、重み係数探索手段６は、重み係数増減手段５において第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やすことにより均一度が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ減らし、均一度が向上したときには重み係数の値をそのまま保持し、均一度が向上しなかったときには重み係数の値をもとに戻す操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を所定の値だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つかるまで行う。見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う（００３２段落参照）。また、重み係数増減手段５において第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ減らすことにより均一度が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし、均一度が向上したときには重み係数の値をそのまま保持し、均一度が向上しなかったときには重み係数の値をもとに戻す操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を所定の値だけ増やすことにより均一度が向上する重み係数が見つかるまで行う。見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う（００３７段落参照）。
【００２４】
また、７は合成線量分布の均一度が最適な値に達したとき、各単位線量分布の重み係数を出力する重み係数出力手段（パラメータ出力手段）である。
【００２５】
次に動作について説明する。
図２は重み係数を合成分布作成用パラメータとするこの発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法を示すフローチャートである。
【００２６】
先ず、単位線量分布作成手段１により、２１４ＭｅＶの最大ビームエネルギーを有する陽子線を人体に照射する場合に形成される深度線量分布を、記憶手段（図示せず）に記憶されているプログラムを用いて作成する。図３は、２１４ＭｅＶの最大ビームエネルギーを有する陽子線を人体に照射する場合に形成される深度線量分布を、横軸に深さｚをとり、縦軸に吸収線量の相対値をとって示している。そして、単位線量分布作成手段１により、図３に示す最大線量分布を深さの浅い方向に５ｍｍピッチでずらして、図３に示す最大線量分布を含めた２８個の深度線量分布を作成し、これら２８個の深度線量分布を単位線量分布とする（ステップＳＴ１）。図３に示す深度線量分布において、深さ２８５ｍｍ付近に見られるピークをブラッグピーク（Ｂｒａｇｇ−Ｐｅａｋ）という。実際に、陽子線を人体に照射する場合には、陽子線を人体と同一成分からなる板に透過させることにより、板の厚さに応じた距離だけ深度線量分布をスキャンさせることができる。ここでは、深さの浅い位置にブラッグピークを有する深度線量分布から順に、第１順位の単位線量分布、第２順位の単位線量分布、・・・、第２８順位の単位線量分布とする。
【００２７】
その後、評価条件設定手段２により、２８個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数とから（１）式を用いて作成される合成線量分布の評価条件を、（２）式を用いて計算される深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域における合成線量分布の均一度に設定する（ステップＳＴ２）。
【００２８】
その後、初期値設定手段３により、２８個の単位線量分布のそれぞれの重み係数の初期値をすべて３０に設定する。そして、均一度評価手段４により、２８個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数の初期値とから（１）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布の均一度を（２）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ３）。
【００２９】
その後、以下の工程をｉ＝１から順に行う。
重み係数増減手段５により、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値を１だけ増やす。そして、均一度評価手段４により、（１）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布の均一度を（２）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ４）。
【００３０】
その後、均一度評価手段４により、ステップＳＴ４で計算した合成線量分布の均一度が向上したか否かを評価する（ステップＳＴ５）。
【００３１】
ステップＳＴ５において均一度が向上した場合、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ６）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００３２】
ステップＳＴ５において均一度が向上しなかった場合、値を１だけ減らしたときに均一度が向上する第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））を探索する（ステップＳＴ７）。具体的には、以下の第１から第３の操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を１だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つかるまで行う、あるいは見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う。図４はステップＳＴ７の詳細を示すフローチャートである。
第１に、重み係数探索手段６により、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値を１だけ減らす。そして、均一度評価手段４により、（１）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布の均一度を（２）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ７−１）。第２に、均一度評価手段４により、ステップＳＴ７−１で計算した均一度が向上したか否かを評価する（ステップＳＴ７−２）。第３に、重み係数増減手段５により、均一度が向上したときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をそのまま保持し、均一度が向上しなかったときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をもとにもどす（ステップＳＴ７−３）。
例えば、第２順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やしても合成線量分布の均一度が向上しなかった場合、先ず、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ減らし、合成線量分布の均一度が向上したか否かを評価する。そして、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ減らしても、合成線量分布の均一度が向上しなかった場合、第１順位の単位線量分布の重み係数の値をもとにもどし、第３順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ減らす。そして、第３順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ減らしても合成線量分布の均一度が向上しなかった場合、第３順位の単位線量分布の重み係数の値をもとにもどし、第４順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ減らす。以下、同様に、値を１だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つかるまであるいは見つからない場合には第２８順位の単位線量分布の重み係数についてまで行う。
【００３３】
ステップＳＴ７において値を１だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つかった場合、その重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値及び第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ６）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００３４】
ステップＳＴ７において値を１だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つからなった場合、重み係数増減手段５により、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をもとにもどし、さらに第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値を１だけ減らす。そして、均一度評価手段４により、（１）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布の均一度を（２）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ８）。
【００３５】
その後、均一度評価手段４により、ステップＳＴ８で計算した合成線量分布の均一度が向上したか否かを評価する（ステップＳＴ９）。
【００３６】
ステップＳＴ９において均一度が向上した場合、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ６）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００３７】
ステップＳＴ９において均一度が向上しなかった場合、値を１だけ増やしたときに均一度が向上する第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））を探索する（ステップＳＴ１０）。具体的には、以下の第１から第３の操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を１だけ増やすことにより均一度が向上する重み係数が見つかるまで行う、あるいは見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う。図５はステップＳＴ１０の詳細を示すフローチャートである。
第１に、重み係数探索手段６により、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値を１だけ増やす。そして、均一度評価手段４により、（１）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布の均一度を（２）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ１０−１）。第２に、均一度評価手段４により、ステップＳＴ１０−１で計算した均一度が向上したか否かを評価する（ステップＳＴ１０−２）。第３に、重み係数増減手段５により、均一度が向上したときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をそのまま保持し、均一度が向上しなかったときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をもとにもどす（ステップＳＴ１０−３）。
【００３８】
ステップＳＴ１０において値を１だけ増やすことにより均一度が向上する重み係数が見つかった場合、その重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値及び第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ６）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００３９】
ステップＳＴ１０において値を１だけ増やすことにより均一度が向上する重み係数が見つからなった場合、重み係数増減手段５により、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をもとにもどす（ステップＳＴ１１）。
【００４０】
ステップＳＴ１１において第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をもとにもどした後、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ６）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００４１】
ステップＳＴ４からステップＳＴ１１をｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成線量分布の均一度が最適な値に達したとき、重み係数出力手段７により、各単位線量分布の重み係数を出力する。
【００４２】
図６はこの発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数の値の分布図である。図６は横軸に単位線量分布の順位ｉをとり、縦軸に重み係数の値をとって示している。
【００４３】
図７はこの発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数と単位線量分布とから作成される合成線量分布を示す特性図である。図７は横軸に体表面からの深さｚをとり、縦軸に吸収線量の相対値をとって示している。図７に示す合成線量分布において、深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域における平坦部分を拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）という。図７には、重み係数をかけた後の各単位線量分布も示している。図７に示す合成線量分布の深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域における均一度は±１．０３％である。
【００４４】
図８は、この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数に応じた強度の陽子線を人体に照射し、癌を治療する場合の説明図である。図８（Ａ）は体内に存在する腫瘍に陽子線を照射する様子を示し、図８（Ｂ）は、この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数に応じた強度の陽子線を人体に照射したときの陽子線の吸収線量を、横軸に体表面からの深さｚをとり、縦軸に吸収線量の相対値をとって示している。図８から理解できるように、この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数に応じた強度の陽子線を人体に照射したとき、陽子線の吸収線量が深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域で均一となるため、深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域に存在する腫瘍を均一に治療できる。
【００４５】
以上のように、この実施の形態１によれば、重み係数間の相関をとりながら各単位線量分布の重み係数を探索しているため、各単位線量分布の重み係数をより適切に探索することができる効果が得られる。
【００４６】
実施の形態２．
図９は重み係数を合成分布作成用パラメータとするこの発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索装置を示すブロック図である。図９において、２ａはｎ個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数とから下記の（３）式を用いて作成される合成線量分布の評価条件を、下記の（４）式を用いて計算される所定の深さ領域における合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和に設定する評価条件設定手段、４ａはｎ個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数とから下記の（３）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和を下記の（４）式を用いて所定の深さ領域において計算し、自乗和が減少したか否かを評価する自乗和評価手段（評価手段）である。
【００４７】
【数３】
（３）式において、Ｄ（ｚ）は合成線量分布、ｄｉ（ｚ）は単位線量分布、ｗｉは重み係数、ｚは体表面からの深さ、ｎは単位線量分布の数である。
【００４８】
【数４】
（４）式において、χ２は合成分布と目標分布との差の自乗和、Ｄ（ｚ）は合成分布、Ｄｏｂｊ（ｚ）は目標分布、ｚは体表面からの深さである。
【００４９】
また、５ａは第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増減させる重み係数増減手段（パラメータ増減手段）である。すなわち、重み係数増減手段５ａは、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やすことにより自乗和が減少した場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００６１段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ減らすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００６３段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ減らすことにより自乗和が減少する重み係数が見つからなかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をもとにもどし、さらに所定の値だけ減らし（００６４段落参照）、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ減らすことにより自乗和が減少した場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００６６段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ増やすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００６８段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ増やすことにより自乗和が減少する重み係数が見つからなかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をもとにもどし、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やす（００６９段落及び、００７０段落参照）。
【００５０】
また、６ａは重み係数増減手段５ａにおいて第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増減させることにより自乗和が減少しなかった場合に、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値の増減方向と逆方向に所定の値だけ増減したときに自乗和が減少する第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数を探索する重み係数探索手段（パラメータ探索手段）である。すなわち、重み係数探索手段６ａは、重み係数増減手段５ａにおいて第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やすことにより自乗和が減少しなかった場合に、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ減らし、自乗和が減少したときには重み係数の値をそのまま保持し、自乗和が減少しなかったときには重み係数の値をもとに戻す操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を所定の値だけ減らすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかるまで行う。見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う（００６２段落参照）。また、重み係数増減手段５ａにおいて第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ減らすことにより自乗和が減少しなかった場合に、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし、自乗和が減少したときには重み係数の値をそのまま保持し、自乗和が減少しなかったときには重み係数の値をもとに戻す操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を所定の値だけ増やすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかるまで行う。見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う（００６７段落参照）。
【００５１】
また、７ａは合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和が最適な値に達したとき、各単位線量分布の重み係数を出力する重み係数出力手段（パラメータ出力手段）である。
【００５２】
また、８は目標線量分布を記憶手段（図示せず）に記憶されているプログラムを用いて作成する目標線量分布作成手段である。
【００５３】
その他の構成要素は、図１で同一符号を付して示すものと同一あるいは同等であるため、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
次に動作について説明する。
図１０は重み係数を合成分布作成用パラメータとするこの発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索方法を示すフローチャートである。
【００５５】
先ず、実施の形態１の場合と同様に、２８個の単位線量分布を作成する（ステップＳＴ２１）。
【００５６】
その後、目標線量分布作成手段８により、目標線量分布を、記憶手段（図示せず）に記憶されているプログラムを用いて作成する（ステップＳＴ２２）。図１１は、目標線量分布を、横軸に深さｚをとり、縦軸に吸収線量の相対値をとって示している。
【００５７】
その後、評価条件設定手段２ａにより、２８個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数とから（３）式を用いて作成される合成線量分布の評価条件を、（４）式を用いて計算される深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域における合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和に設定する（ステップＳＴ２３）。
【００５８】
その後、実施の形態１の場合と同様に、２８個の単位線量分布のそれぞれの重み係数の初期値をすべて３０に設定する。そして、自乗和評価手段４ａにより、２８個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数の初期値とから（３）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布と目標分布との差の自乗和を（４）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ２４）。
【００５９】
その後、以下の工程をｉ＝１から順に行う。
重み係数増減手段５ａにより、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値を１だけ増やす。そして、自乗和評価手段４ａにより、（３）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和を（４）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ２５）。
【００６０】
その後、自乗和評価手段４ａにより、ステップＳＴ２５で計算した合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和が減少したか否かを評価する（ステップＳＴ２６）。
【００６１】
ステップＳＴ２６において自乗和が減少した場合、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ２７）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００６２】
ステップＳＴ２６において自乗和が減少しなかった場合、値を１だけ減らしたときに自乗和が減少する第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））を探索する（ステップＳＴ２８）。具体的には、以下の第１から第３の操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を１だけ減らすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかるまで行う、あるいは見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う。図１２はステップＳＴ２８の詳細を示すフローチャートである。
第１に、重み係数探索手段６ａにより、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値を１だけ減らす。そして、自乗和評価手段４ａにより、（３）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和を（４）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ２８−１）。第２に、自乗和評価手段４ａにより、ステップＳＴ２８−１で計算した自乗和が減少したか否かを評価する（ステップＳＴ２８−２）。第３に、重み係数増減手段５ａにより、自乗和が減少したときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をそのまま保持し、自乗和が減少しなかったときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をもとにもどす（ステップＳＴ２８−３）。
【００６３】
ステップＳＴ２８において値を１だけ減らすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかった場合、その重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値及び第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ２７）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００６４】
ステップＳＴ２８において値を１だけ減らすことにより自乗和が減少する重み係数が見つからなった場合、重み係数増減手段５ａにより、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をもとにもどし、さらに第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値を１だけ減らす。そして、自乗和評価手段４ａにより、（３）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和を（４）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ２９）。
【００６５】
その後、自乗和評価手段４ａにより、ステップＳＴ２９で計算した合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和が減少したか否かを評価する（ステップＳＴ３０）。
【００６６】
ステップＳＴ３０において自乗和が減少した場合、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ２７）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００６７】
ステップＳＴ３０において自乗和が減少しなかった場合、値を１だけ増やしたときに自乗和が減少する第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））を探索する（ステップＳＴ３１）。具体的には、以下の第１から第３の操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を１だけ増やすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかるまで行う、あるいは見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う。図１３はステップＳＴ３１の詳細を示すフローチャートである。
第１に、重み係数探索手段６ａにより、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値を１だけ増やす。そして、自乗和評価手段４ａにより、（３）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和を（４）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ３１−１）。第２に、自乗和評価手段４ａにより、ステップＳＴ３１−１で計算した自乗和が減少したか否かを評価する（ステップＳＴ３１−２）。第３に、重み係数増減手段５ａにより、自乗和が減少したときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をそのまま保持し、自乗和が減少しなかったときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をもとにもどす（ステップＳＴ３１−３）。
【００６８】
ステップＳＴ３１において値を１だけ増やすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかった場合、その重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値及び第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ２７）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００６９】
ステップＳＴ３１において値を１だけ増やすことにより自乗和が減少する重み係数が見つからなった場合、重み係数増減手段５ａにより、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をもとにもどす（ステップＳＴ３２）。
【００７０】
ステップＳＴ３２において第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をもとにもどした後、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ２７）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００７１】
ステップＳＴ２５からステップＳＴ３２をｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和が最適な値に達したとき、重み係数出力手段７ａにより、各単位線量分布の重み係数を出力する。
【００７２】
図１４は、この発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数の値の分布図である。図１４は横軸に単位線量分布の順位ｉをとり、縦軸に重み係数の値をとって示している。
【００７３】
図１５は、この発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数と単位線量分布とから作成される合成線量分布を示す特性図である。図１５は横軸に体表面からの深さｚをとり、縦軸に吸収線量の相対値をとって示している。
【００７４】
以上のように、この実施の形態２によれば、重み係数間の相関をとりながら各単位線量分布の重み係数を探索しているため、各単位線量分布の重み係数をより適切に探索することができる効果が得られる。
【００７５】
なお、上述した各実施の形態では、第ｉ順位の単位線量分布の重みの値を増減させるときの値及び第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数の値を増減させるときの値（以下、増減ステップ値という）を１としていたが、増減ステップ値を段階的に小さくすることにより重み係数をより効率良く探索できる場合がある。例えば、実施の形態１の場合において、増減ステップ値を最初に３０とし、ステップＳＴ４からステップＳＴ１１をｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成線量分布の均一度が最適な値に達したとき、増減ステップ値を２９とし、再度、ステップＳＴ４からステップＳＴ１１をｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返す。この操作を、増減ステップ値が１になるまで行うことにより重み係数をより効率良く探索できる場合がある。同様に、実施の形態２の場合も同様な方法により、重み係数をより効率良く探索ができる場合がある。
【００７６】
また、上述した各実施の形態では、重み係数の上限値及び下限値を設けていないが、上述した各実施の形態で求めた重み係数が、その値に応じた強度の陽子線を人体に照射して癌を治療するなどに利用されるため、人体に照射する陽子線の強度が陽子線を照射する装置で照射可能な範囲となるように、重み係数の上限値及び下限値を設定するのが良い。この場合、重み係数がマイナスになると、マイナスの強度の陽子線を人体に照射しなければならず、そのようなことは不可能であるため、重み係数の下限値をゼロ以上とするのが良い。
【００７７】
また、上述した各実施の形態では、陽子線を人体に照射するときに形成される深度線量分布を単位分布としたが、磁場分布、電場分布、音の強度分布を単位分布とする場合であっても本発明を同様に適用できる。
【００７８】
また、上述した各実施の形態では、１次元の領域における均一度や自乗和を評価条件としたが、２次元や３次元の領域における均一度や自乗和を評価条件とする場合であっても同様に適用できる。また、評価条件は、均一度や自乗和に限らない。
【００７９】
また、上述した各実施の形態では、重み係数を合成分布作成用パラメータとしたが、単位分布の位置座標を合成分布作成用パラメータとする場合であっても本発明を同様に適用できる。単位線量分布の位置座標を合成分布作成用パラメータとする場合には、単位線量分布の位置を所定の長さで移動させて、最適な位置座標を探索する。
【００８０】
また、上述した各実施の形態において、単位分布作成段階、自乗和設定段階、重み係数初期値設定段階及び目標線量分布作成段階の順序が入れ替わってもよい。
【００８１】
また、上述した各実施の形態で説明した合成分布作成用パラメータ探索装置は、合成分布作成用パラメータ探索装置として機能させるためのプログラムを記録した記録媒体を、コンピュータに読み取らせることにより実現することもできる。同様に、上述した各実施の形態で説明した合成分布作成用パラメータ探索方法は、合成分布作成用パラメータ探索方法を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体を、コンピュータに読み取らせることにより実現することもできる。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、線量分布、磁場分布、電場分布、音の強度分布のいずれかの分布であって、それぞれ相互の相関があるｎ個の単位分布を作成する第１段階と、ｎ個の単位分布と各単位分布の重み係数と所定合成分布を作り出す構成分布の位置座標の少なくとも一つを含む合成分布作成用パラメータとから作成される合成分布の評価条件を設定する第２段階と、ｎ個の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータの初期値とから合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算する第３段階と、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減して合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算し、評価値が向上したか否かを評価する第４段階と、第４段階において評価値が向上しなかった場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索する第５段階とを有し、第４段階と第５段階とをｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成分布の評価値が所定の値に達したとき、各単位分布の合成分布作成用パラメータを出力するように合成分布作成用パラメータ探索方法を構成したので、各単位分布の合成分布作成用パラメータをより適切に探索することができる効果がある。
【００８３】
この発明によれば、ｎ個の単位分布の合成分布作成用パラメータの上限値を所定の値に設定する段階を備えるように合成分布作成用パラメータ探索方法を構成したので、例えば、合成分布作成用パラメータに応じた強度の陽子線を人体に照射する場合、人体に照射する陽子線の強度を陽子線を照射する装置で照射可能な範囲とすることができる効果がある。
【００８４】
この発明によれば、ｎ個の単位分布の合成分布作成用パラメータの下限値を所定の値に設定する段階を備えるように合成分布作成用パラメータ探索方法を構成したので、例えば、合成分布作成用パラメータに応じた強度の陽子線を人体に照射する場合、人体に照射する陽子線の強度を陽子線を照射する装置で照射可能な範囲とすることができる効果がある。
【００８５】
この発明によれば、合成分布の評価条件を所定の領域における合成分布の均一度とするように合成分布作成用パラメータ探索方法を構成したので、合成分布の評価を容易かつ正確に行うことができる効果がある。
【００８６】
この発明によれば、合成分布の評価条件を所定の領域における合成分布と目標分布との差の自乗和とするように合成分布作成用パラメータ探索方法を構成したので、合成分布の評価を容易かつ正確に行うことができる効果がある。
【００８８】
この発明によれば、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させるパラメータ増減手段と、パラメータ増減手段において第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させることにより評価値が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索するパラメータ探索手段とを備えるように合成分布作成用パラメータ探索装置を構成したので、各単位分布の合成分布作成用パラメータをより適切に探索することができる合成分布作成用パラメータ探索装置を得ることができる効果がある。
【００８９】
この発明によれば、線量分布、磁場分布、電場分布、音の強度分布のいずれかの分布であって、それぞれ相互の相関があるｎ個の単位分布を作成する第１段階、ｎ個の単位分布と各単位分布の重み係数と所定合成分布を作り出す構成分布の位置座標の少なくとも一つを含む合成分布作成用パラメータとから作成される合成分布の評価条件を設定する第２段階、ｎ個の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータの初期値とから合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算する第３段階、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減して合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算し、評価値が向上したか否かを評価する第４段階、第４段階において評価値が向上しなかった場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索する第５段階をコンピュータに実行させ、さらに、第４段階と第５段階とをｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成分布の評価値が所定の値に達したとき、各単位分布の合成分布作成用パラメータを出力するようにコンピュータを実行させるためのプログラムを記録するように記録媒体を構成したので、コンピュータに読み取らせることにより、コンピュータに各単位分布の合成分布作成用パラメータをより適切に探索することができる合成分布作成用パラメータ探索方法を実行させることができる効果がある。
【００９０】
この発明によれば、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させるパラメータ増減手段、パラメータ増減手段において第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させることにより評価値が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索するパラメータ探索手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記録するように記録媒体を構成したので、コンピュータに読み取らせることにより、コンピュータを各単位分布の合成分布作成用パラメータをより適切に探索することができる合成分布作成用パラメータ探索装置として機能させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索装置を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法を示すフローチャートである。
【図３】 陽子線を人体に照射する場合に形成される深度線量分布を示す特性図である。
【図４】 図２のステップＳＴ７の詳細を示すフローチャートである。
【図５】 図２のステップＳＴ１０の詳細を示すフローチャートである。
【図６】 この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数の値の分布図である。
【図７】 この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数と単位線量分布とから作成される合成線量分布を示す特性図である。
【図８】 この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数に応じた強度の陽子線を人体に照射し、癌を治療する場合の説明図である。
【図９】 この発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索装置を示すブロック図である。
【図１０】 この発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索方法を示すフローチャートである。
【図１１】 目標線量分布を示す特性図である。
【図１２】 図１０のステップＳＴ２８の詳細を示すフローチャートである。
【図１３】 図１０のステップＳＴ３１の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】 この発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数の値の分布図である。
【図１５】 この発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数と単位線量分布とから作成される合成線量分布を示す特性図である。
【図１６】 従来の合成分布作成用パラメータ探索方法を説明するためのグラフ図である。
【符号の説明】
１ 単位線量分布作成手段（単位分布作成手段）、２，２ａ 評価条件設定手段、３ 初期値設定手段、４ 均一度評価手段（評価手段）、４ａ 自乗和評価手段（評価手段）、５，５ａ 重み係数増減手段（パラメータ増減手段）、６，６ａ 重み係数探索手段（パラメータ探索手段）、７，７ａ 重み係数出力手段（パラメータ出力手段）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、２個以上の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータ（重み係数など）とから合成分布を作成する際の、各単位分布の合成分布作成用パラメータを探索する方法及びその方法を適用する装置、並びにそのような方法をコンピュータに実行させたり、そのような装置としてコンピュータを動作させたりするためのプログラムを記録した記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、重み係数を合成分布作成用パラメータとする文献「Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ， ４２（１９９７）， ｐ．２４１１〜ｐ．２４２０」に示された従来の合成分布作成用パラメータ探索方法を説明するためのグラフ図である。図１６では、横軸に重み係数の番号ｉをとり、縦軸に重み係数の値をとって示している。
【０００３】
上記文献に示された従来の合成分布作成用パラメータ探索方法では、ｎ個の単位分布のそれぞれの重み係数の解空間を、分解能Δｗで離散化する。この場合、Ｎ×Δｗがそれぞれの重み係数の解空間の最大値と最小値との差となるように離散化する。図１６では、１番目の重み係数について、解空間がΔｗで離散化されている様子を示している。
【０００４】
そして、すべての重み係数の値が０の状態から出発し、サイズがΔｗである重みのブロックを、ｎ個の重み係数の解空間のいずれかに一個ずつ積み上げていく。この場合、ブロックを積んだ後の合成分布が、予め設定した最適な合成分布に最も近くなるように重みのブロックを積み上げていく。図１６では、１番目、３番目、４番目、５番目、６番目、ｎ−２番目、ｎ−１番目及びｎ番目の重み係数の値がΔｗであり、２番目の重み係数の値が２Δｗである様子を示している。
【０００５】
なお、すべての重み係数の値がＮ×Δｗの状態から出発し、サイズがΔｗである重みのブロックを、ｎ個の重み係数の解空間のいずれかから一個ずつ積み下ろしていく場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の合成分布作成用パラメータ探索方法では、以上のように重み係数を探索しているため、重み係数間の相関をとらずに、それぞれの重み係数の値が独立に増加（重みのブロックを積み上げていく場合）あるいは減少（重みのブロックを積み下ろしていく場合）していく。しかしながら、例えば、ある重み係数の値を所定量だけ高くした場合に合成分布が改善されなくても、同時に他の重み係数の値を所定量だけ低くすることにより合成分布が改善される場合がある。このことは、ｎ個の単位分布の中に、分布の広がりが大きい単位分布が含まれている場合に起こり易い。従って、従来の合成分布作成用パラメータ探索方法では、必ずしも最適な手順で重み係数を探索していたとは言えないという課題があった。少なくとも最適な設定効率となる手順で重み係数を探索していたとは言えない。
【０００７】
また、従来の合成分布作成用パラメータ探索方法では、重み係数の値が分解能Δｗで増加（重みのブロックを積み上げていく場合）あるいは減少（重みのブロックを積み下ろしていく場合）していくため、増加あるいは減少の幅が最小である。従って、単位分布の数が多くなり、重み係数の数が多くなると、重み係数の探索効率が低くなるという課題があった。
【０００８】
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、合成分布作成用パラメータをより適切に探索することができる合成分布作成用パラメータ探索方法及びその方法を適用する装置、並びにそのような方法をコンピュータに実行させたり、そのような装置としてコンピュータを動作させたりするためのプログラムを記録した記録媒体を得ることを目的とする。
【０００９】
また、この発明は合成分布作成用パラメータをより効率良く探索することができる合成分布作成用パラメータ探索方法を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、線量分布、磁場分布、電場分布、音の強度分布のいずれかの分布であって、それぞれ相互の相関があるｎ個の単位分布を作成する第１段階と、ｎ個の単位分布と各単位分布の重み係数と所定合成分布を作り出す構成分布の位置座標の少なくとも一つを含む合成分布作成用パラメータとから作成される合成分布の評価条件を設定する第２段階と、ｎ個の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータの初期値とから合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算する第３段階と、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減して合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算し、評価価が向上したか否かを評価する第４段階と、第４段階において評価値が向上しなかった場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索する第５段階とを有し、第４段階と第５段階とをｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成分布の評価値が所定の値に達したとき、各単位分布の合成分布作成用パラメータを出力するようにしたものである。
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、合成分布作成用パラメータは陽子線のビームエネルギーである。
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、第４段階において評価値が向上した場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの増減後の値をそのまま保持し、次順位（ｉ＝ｎの場合には第１順位）の単位分布の合成分布作成用パラメータについて第４段階を行い、第５段階において評価値が向上する第ｊ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータが見つかった場合、その合成分布作成用パラメータの値及び第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの増減後の値をそのまま保持し、次順位（ｉ＝ｎの場合には第１順位）の単位分布の合成分布作成用パラメータについて第４段階を行い、第５段階において評価値が向上する第ｊ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータが見つからなかった場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の直前の増減を取りやめ、そのパラメータの値をもとにもどし、次順位（ｉ＝ｎの場合には第１順位）の単位分布の合成分布作成用パラメータについて第４段階を行うようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、ｎ個の単位分布の合成分布作成用パラメータの上限値を所定の値に設定する段階を備えたものである。
【００１２】
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、ｎ個の単位分布の合成分布作成用パラメータの下限値を所定の値に設定する段階を備えたものである。
【００１３】
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、合成分布の評価条件を、所定の領域における合成分布の均一度とするものである。
【００１４】
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索方法は、合成分布の評価条件を、所定の領域における合成分布と目標分布との差の自乗和とするものである。
【００１６】
この発明に係る合成分布作成用パラメータ探索装置は、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させるパラメータ増減手段と、パラメータ増減手段において第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させることにより評価値が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索するパラメータ探索手段とを備えたものである。
【００１７】
この発明に係る記録媒体は、線量分布、磁場分布、電場分布、音の強度分布のいずれかの分布であって、それぞれ相互の相関があるｎ個の単位分布を作成する第１段階、ｎ個の単位分布と各単位分布の重み係数と所定合成分布を作り出す構成分布の位置座標の少なくとも一つを含む合成分布作成用パラメータとから作成される合成分布の評価条件を設定する第２段階、ｎ個の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータの初期値とから合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算する第３段階、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減して合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算し、評価価が向上したか否かを評価する第４段階、第４段階において評価値が向上しなかった場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索する第５段階をコンピュータに実行させ、第４段階と第５段階とをｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成分布の評価値が所定の値に達したとき、各単位分布の合成分布作成用パラメータを出力するようにコンピュータを実行させるためのプログラムを記録したものである。
【００１８】
この発明に係る記録媒体は、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させるパラメータ増減手段、パラメータ増減手段において第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させることにより評価値が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索するパラメータ探索手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記録したものである。
【００１９】
【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は重み係数を合成分布作成用パラメータとするこの発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索装置を示すブロック図である。図１において、１は所定の値の最大ビームエネルギーを有する陽子線を人体に照射する場合に形成される深度線量分布を記憶手段（図示せず）に記録されているプログラムを用いて作成し、その深度線量分布を深さの浅い方向に所定のピッチでずらして、その深度線量分布を含めたｎ個の深度線量分布を作成し、これらｎ個の深度線量分布を単位線量分布とする単位線量分布作成手段（単位分布作成手段）、２はｎ個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数とから下記の（１）式を用いて作成される合成線量分布の評価条件を、下記の（２）式を用いて計算される所定の深さ領域における合成線量分布の均一度に設定する評価条件設定手段、３はｎ個の単位線量分布の重み係数の初期値を所定の値に設定する初期値設定手段、４はｎ個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数とから下記の（１）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布の均一度を下記の（２）式を用いて所定の深さ領域において計算し、均一度が向上したか否かを評価する均一度評価手段（評価手段）である。
【００２０】
【数１】
【００２１】
【数２】
【００２２】
また、５は第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増減させる重み係数増減手段（パラメータ増減手段）である。すなわち、重み係数増減手段５は、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やすことにより均一度が向上した場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００３１段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００３３段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つからなかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をもとにもどし、さらに所定の値だけ減らし（００３４段落参照）、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ減らすことにより均一度が向上した場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００３６段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ増やすことにより均一度が向上する重み係数が見つかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００３８段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ増やすことにより均一度が向上する重み係数が見つからなかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をもとにもどし、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やす（００３９段落及び、００４０段落参照）。
【００２３】
また、６は重み係数増減手段５において第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増減させることにより均一度が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに均一度が向上する第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数を探索する重み係数探索手段（パラメータ探索手段）である。すなわち、重み係数探索手段６は、重み係数増減手段５において第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やすことにより均一度が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ減らし、均一度が向上したときには重み係数の値をそのまま保持し、均一度が向上しなかったときには重み係数の値をもとに戻す操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を所定の値だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つかるまで行う。見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う（００３２段落参照）。また、重み係数増減手段５において第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ減らすことにより均一度が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし、均一度が向上したときには重み係数の値をそのまま保持し、均一度が向上しなかったときには重み係数の値をもとに戻す操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を所定の値だけ増やすことにより均一度が向上する重み係数が見つかるまで行う。見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う（００３７段落参照）。
【００２４】
また、７は合成線量分布の均一度が最適な値に達したとき、各単位線量分布の重み係数を出力する重み係数出力手段（パラメータ出力手段）である。
【００２５】
次に動作について説明する。
図２は重み係数を合成分布作成用パラメータとするこの発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法を示すフローチャートである。
【００２６】
先ず、単位線量分布作成手段１により、２１４ＭｅＶの最大ビームエネルギーを有する陽子線を人体に照射する場合に形成される深度線量分布を、記憶手段（図示せず）に記憶されているプログラムを用いて作成する。図３は、２１４ＭｅＶの最大ビームエネルギーを有する陽子線を人体に照射する場合に形成される深度線量分布を、横軸に深さｚをとり、縦軸に吸収線量の相対値をとって示している。そして、単位線量分布作成手段１により、図３に示す最大線量分布を深さの浅い方向に５ｍｍピッチでずらして、図３に示す最大線量分布を含めた２８個の深度線量分布を作成し、これら２８個の深度線量分布を単位線量分布とする（ステップＳＴ１）。図３に示す深度線量分布において、深さ２８５ｍｍ付近に見られるピークをブラッグピーク（Ｂｒａｇｇ−Ｐｅａｋ）という。実際に、陽子線を人体に照射する場合には、陽子線を人体と同一成分からなる板に透過させることにより、板の厚さに応じた距離だけ深度線量分布をスキャンさせることができる。ここでは、深さの浅い位置にブラッグピークを有する深度線量分布から順に、第１順位の単位線量分布、第２順位の単位線量分布、・・・、第２８順位の単位線量分布とする。
【００２７】
その後、評価条件設定手段２により、２８個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数とから（１）式を用いて作成される合成線量分布の評価条件を、（２）式を用いて計算される深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域における合成線量分布の均一度に設定する（ステップＳＴ２）。
【００２８】
その後、初期値設定手段３により、２８個の単位線量分布のそれぞれの重み係数の初期値をすべて３０に設定する。そして、均一度評価手段４により、２８個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数の初期値とから（１）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布の均一度を（２）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ３）。
【００２９】
その後、以下の工程をｉ＝１から順に行う。
重み係数増減手段５により、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値を１だけ増やす。そして、均一度評価手段４により、（１）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布の均一度を（２）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ４）。
【００３０】
その後、均一度評価手段４により、ステップＳＴ４で計算した合成線量分布の均一度が向上したか否かを評価する（ステップＳＴ５）。
【００３１】
ステップＳＴ５において均一度が向上した場合、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ６）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００３２】
ステップＳＴ５において均一度が向上しなかった場合、値を１だけ減らしたときに均一度が向上する第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））を探索する（ステップＳＴ７）。具体的には、以下の第１から第３の操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を１だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つかるまで行う、あるいは見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う。図４はステップＳＴ７の詳細を示すフローチャートである。
第１に、重み係数探索手段６により、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値を１だけ減らす。そして、均一度評価手段４により、（１）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布の均一度を（２）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ７−１）。第２に、均一度評価手段４により、ステップＳＴ７−１で計算した均一度が向上したか否かを評価する（ステップＳＴ７−２）。第３に、重み係数増減手段５により、均一度が向上したときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をそのまま保持し、均一度が向上しなかったときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をもとにもどす（ステップＳＴ７−３）。
例えば、第２順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やしても合成線量分布の均一度が向上しなかった場合、先ず、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ減らし、合成線量分布の均一度が向上したか否かを評価する。そして、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ減らしても、合成線量分布の均一度が向上しなかった場合、第１順位の単位線量分布の重み係数の値をもとにもどし、第３順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ減らす。そして、第３順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ減らしても合成線量分布の均一度が向上しなかった場合、第３順位の単位線量分布の重み係数の値をもとにもどし、第４順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ減らす。以下、同様に、値を１だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つかるまであるいは見つからない場合には第２８順位の単位線量分布の重み係数についてまで行う。
【００３３】
ステップＳＴ７において値を１だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つかった場合、その重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値及び第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ６）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００３４】
ステップＳＴ７において値を１だけ減らすことにより均一度が向上する重み係数が見つからなった場合、重み係数増減手段５により、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をもとにもどし、さらに第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値を１だけ減らす。そして、均一度評価手段４により、（１）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布の均一度を（２）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ８）。
【００３５】
その後、均一度評価手段４により、ステップＳＴ８で計算した合成線量分布の均一度が向上したか否かを評価する（ステップＳＴ９）。
【００３６】
ステップＳＴ９において均一度が向上した場合、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ６）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００３７】
ステップＳＴ９において均一度が向上しなかった場合、値を１だけ増やしたときに均一度が向上する第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））を探索する（ステップＳＴ１０）。具体的には、以下の第１から第３の操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を１だけ増やすことにより均一度が向上する重み係数が見つかるまで行う、あるいは見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う。図５はステップＳＴ１０の詳細を示すフローチャートである。
第１に、重み係数探索手段６により、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値を１だけ増やす。そして、均一度評価手段４により、（１）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布の均一度を（２）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ１０−１）。第２に、均一度評価手段４により、ステップＳＴ１０−１で計算した均一度が向上したか否かを評価する（ステップＳＴ１０−２）。第３に、重み係数増減手段５により、均一度が向上したときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をそのまま保持し、均一度が向上しなかったときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をもとにもどす（ステップＳＴ１０−３）。
【００３８】
ステップＳＴ１０において値を１だけ増やすことにより均一度が向上する重み係数が見つかった場合、その重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値及び第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ６）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００３９】
ステップＳＴ１０において値を１だけ増やすことにより均一度が向上する重み係数が見つからなった場合、重み係数増減手段５により、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をもとにもどす（ステップＳＴ１１）。
【００４０】
ステップＳＴ１１において第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をもとにもどした後、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ６）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００４１】
ステップＳＴ４からステップＳＴ１１をｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成線量分布の均一度が最適な値に達したとき、重み係数出力手段７により、各単位線量分布の重み係数を出力する。
【００４２】
図６はこの発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数の値の分布図である。図６は横軸に単位線量分布の順位ｉをとり、縦軸に重み係数の値をとって示している。
【００４３】
図７はこの発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数と単位線量分布とから作成される合成線量分布を示す特性図である。図７は横軸に体表面からの深さｚをとり、縦軸に吸収線量の相対値をとって示している。図７に示す合成線量分布において、深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域における平坦部分を拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）という。図７には、重み係数をかけた後の各単位線量分布も示している。図７に示す合成線量分布の深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域における均一度は±１．０３％である。
【００４４】
図８は、この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数に応じた強度の陽子線を人体に照射し、癌を治療する場合の説明図である。図８（Ａ）は体内に存在する腫瘍に陽子線を照射する様子を示し、図８（Ｂ）は、この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数に応じた強度の陽子線を人体に照射したときの陽子線の吸収線量を、横軸に体表面からの深さｚをとり、縦軸に吸収線量の相対値をとって示している。図８から理解できるように、この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数に応じた強度の陽子線を人体に照射したとき、陽子線の吸収線量が深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域で均一となるため、深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域に存在する腫瘍を均一に治療できる。
【００４５】
以上のように、この実施の形態１によれば、重み係数間の相関をとりながら各単位線量分布の重み係数を探索しているため、各単位線量分布の重み係数をより適切に探索することができる効果が得られる。
【００４６】
実施の形態２．
図９は重み係数を合成分布作成用パラメータとするこの発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索装置を示すブロック図である。図９において、２ａはｎ個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数とから下記の（３）式を用いて作成される合成線量分布の評価条件を、下記の（４）式を用いて計算される所定の深さ領域における合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和に設定する評価条件設定手段、４ａはｎ個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数とから下記の（３）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和を下記の（４）式を用いて所定の深さ領域において計算し、自乗和が減少したか否かを評価する自乗和評価手段（評価手段）である。
【００４７】
【数３】
【００４８】
【数４】
【００４９】
また、５ａは第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増減させる重み係数増減手段（パラメータ増減手段）である。すなわち、重み係数増減手段５ａは、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やすことにより自乗和が減少した場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００６１段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ減らすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００６３段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ減らすことにより自乗和が減少する重み係数が見つからなかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をもとにもどし、さらに所定の値だけ減らし（００６４段落参照）、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ減らすことにより自乗和が減少した場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００６６段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ増やすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をそのまま保持し、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし（００６８段落参照）、後述する重み係数探索手段において第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数のうち値を所定の値だけ増やすことにより自乗和が減少する重み係数が見つからなかった場合に第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値をもとにもどし、次順位（ただし、ｉ＝ｎのときは第１順位）の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やす（００６９段落及び、００７０段落参照）。
【００５０】
また、６ａは重み係数増減手段５ａにおいて第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増減させることにより自乗和が減少しなかった場合に、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値の増減方向と逆方向に所定の値だけ増減したときに自乗和が減少する第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数を探索する重み係数探索手段（パラメータ探索手段）である。すなわち、重み係数探索手段６ａは、重み係数増減手段５ａにおいて第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やすことにより自乗和が減少しなかった場合に、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ減らし、自乗和が減少したときには重み係数の値をそのまま保持し、自乗和が減少しなかったときには重み係数の値をもとに戻す操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を所定の値だけ減らすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかるまで行う。見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う（００６２段落参照）。また、重み係数増減手段５ａにおいて第ｉ順位の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ減らすことにより自乗和が減少しなかった場合に、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数の値を所定の値だけ増やし、自乗和が減少したときには重み係数の値をそのまま保持し、自乗和が減少しなかったときには重み係数の値をもとに戻す操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を所定の値だけ増やすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかるまで行う。見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う（００６７段落参照）。
【００５１】
また、７ａは合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和が最適な値に達したとき、各単位線量分布の重み係数を出力する重み係数出力手段（パラメータ出力手段）である。
【００５２】
また、８は目標線量分布を記憶手段（図示せず）に記憶されているプログラムを用いて作成する目標線量分布作成手段である。
【００５３】
その他の構成要素は、図１で同一符号を付して示すものと同一あるいは同等であるため、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
次に動作について説明する。
図１０は重み係数を合成分布作成用パラメータとするこの発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索方法を示すフローチャートである。
【００５５】
先ず、実施の形態１の場合と同様に、２８個の単位線量分布を作成する（ステップＳＴ２１）。
【００５６】
その後、目標線量分布作成手段８により、目標線量分布を、記憶手段（図示せず）に記憶されているプログラムを用いて作成する（ステップＳＴ２２）。図１１は、目標線量分布を、横軸に深さｚをとり、縦軸に吸収線量の相対値をとって示している。
【００５７】
その後、評価条件設定手段２ａにより、２８個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数とから（３）式を用いて作成される合成線量分布の評価条件を、（４）式を用いて計算される深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域における合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和に設定する（ステップＳＴ２３）。
【００５８】
その後、実施の形態１の場合と同様に、２８個の単位線量分布のそれぞれの重み係数の初期値をすべて３０に設定する。そして、自乗和評価手段４ａにより、２８個の単位線量分布と各単位線量分布の重み係数の初期値とから（３）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布と目標分布との差の自乗和を（４）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ２４）。
【００５９】
その後、以下の工程をｉ＝１から順に行う。
重み係数増減手段５ａにより、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値を１だけ増やす。そして、自乗和評価手段４ａにより、（３）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和を（４）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ２５）。
【００６０】
その後、自乗和評価手段４ａにより、ステップＳＴ２５で計算した合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和が減少したか否かを評価する（ステップＳＴ２６）。
【００６１】
ステップＳＴ２６において自乗和が減少した場合、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ２７）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００６２】
ステップＳＴ２６において自乗和が減少しなかった場合、値を１だけ減らしたときに自乗和が減少する第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））を探索する（ステップＳＴ２８）。具体的には、以下の第１から第３の操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を１だけ減らすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかるまで行う、あるいは見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う。図１２はステップＳＴ２８の詳細を示すフローチャートである。
第１に、重み係数探索手段６ａにより、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値を１だけ減らす。そして、自乗和評価手段４ａにより、（３）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和を（４）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ２８−１）。第２に、自乗和評価手段４ａにより、ステップＳＴ２８−１で計算した自乗和が減少したか否かを評価する（ステップＳＴ２８−２）。第３に、重み係数増減手段５ａにより、自乗和が減少したときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をそのまま保持し、自乗和が減少しなかったときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をもとにもどす（ステップＳＴ２８−３）。
【００６３】
ステップＳＴ２８において値を１だけ減らすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかった場合、その重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値及び第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ２７）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００６４】
ステップＳＴ２８において値を１だけ減らすことにより自乗和が減少する重み係数が見つからなった場合、重み係数増減手段５ａにより、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をもとにもどし、さらに第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値を１だけ減らす。そして、自乗和評価手段４ａにより、（３）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和を（４）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ２９）。
【００６５】
その後、自乗和評価手段４ａにより、ステップＳＴ２９で計算した合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和が減少したか否かを評価する（ステップＳＴ３０）。
【００６６】
ステップＳＴ３０において自乗和が減少した場合、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ２７）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００６７】
ステップＳＴ３０において自乗和が減少しなかった場合、値を１だけ増やしたときに自乗和が減少する第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））を探索する（ステップＳＴ３１）。具体的には、以下の第１から第３の操作を、順位の最も低い単位線量分布の重み係数から始めて値を１だけ増やすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかるまで行う、あるいは見つからない場合には順位の最も高い単位線量分布の重み係数についてまで行う。図１３はステップＳＴ３１の詳細を示すフローチャートである。
第１に、重み係数探索手段６ａにより、第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値を１だけ増やす。そして、自乗和評価手段４ａにより、（３）式を用いて合成線量分布を作成し、その合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和を（４）式を用いて深さ１５０ｍｍから２８７ｍｍの領域において計算する（ステップＳＴ３１−１）。第２に、自乗和評価手段４ａにより、ステップＳＴ３１−１で計算した自乗和が減少したか否かを評価する（ステップＳＴ３１−２）。第３に、重み係数増減手段５ａにより、自乗和が減少したときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をそのまま保持し、自乗和が減少しなかったときには重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値をもとにもどす（ステップＳＴ３１−３）。
【００６８】
ステップＳＴ３１において値を１だけ増やすことにより自乗和が減少する重み係数が見つかった場合、その重み係数（Ｗ ｊ （ｊ≠ｉ））の値及び第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をそのまま保持し、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ２７）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００６９】
ステップＳＴ３１において値を１だけ増やすことにより自乗和が減少する重み係数が見つからなった場合、重み係数増減手段５ａにより、第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をもとにもどす（ステップＳＴ３２）。
【００７０】
ステップＳＴ３２において第ｉ順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ ）の値をもとにもどした後、次順位の単位線量分布の重み係数（Ｗ ｉ + １ ）の値を１だけ増やす段階に移行する（ステップＳＴ２７）。ただし、ｉ＝ｎの場合には、第１順位の単位線量分布の重み係数の値を１だけ増やす段階に移行する。
【００７１】
ステップＳＴ２５からステップＳＴ３２をｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成線量分布と目標線量分布との差の自乗和が最適な値に達したとき、重み係数出力手段７ａにより、各単位線量分布の重み係数を出力する。
【００７２】
図１４は、この発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数の値の分布図である。図１４は横軸に単位線量分布の順位ｉをとり、縦軸に重み係数の値をとって示している。
【００７３】
図１５は、この発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数と単位線量分布とから作成される合成線量分布を示す特性図である。図１５は横軸に体表面からの深さｚをとり、縦軸に吸収線量の相対値をとって示している。
【００７４】
以上のように、この実施の形態２によれば、重み係数間の相関をとりながら各単位線量分布の重み係数を探索しているため、各単位線量分布の重み係数をより適切に探索することができる効果が得られる。
【００７５】
なお、上述した各実施の形態では、第ｉ順位の単位線量分布の重みの値を増減させるときの値及び第ｉ順位の単位線量分布以外の単位線量分布の重み係数の値を増減させるときの値（以下、増減ステップ値という）を１としていたが、増減ステップ値を段階的に小さくすることにより重み係数をより効率良く探索できる場合がある。例えば、実施の形態１の場合において、増減ステップ値を最初に３０とし、ステップＳＴ４からステップＳＴ１１をｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成線量分布の均一度が最適な値に達したとき、増減ステップ値を２９とし、再度、ステップＳＴ４からステップＳＴ１１をｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返す。この操作を、増減ステップ値が１になるまで行うことにより重み係数をより効率良く探索できる場合がある。同様に、実施の形態２の場合も同様な方法により、重み係数をより効率良く探索ができる場合がある。
【００７６】
また、上述した各実施の形態では、重み係数の上限値及び下限値を設けていないが、上述した各実施の形態で求めた重み係数が、その値に応じた強度の陽子線を人体に照射して癌を治療するなどに利用されるため、人体に照射する陽子線の強度が陽子線を照射する装置で照射可能な範囲となるように、重み係数の上限値及び下限値を設定するのが良い。この場合、重み係数がマイナスになると、マイナスの強度の陽子線を人体に照射しなければならず、そのようなことは不可能であるため、重み係数の下限値をゼロ以上とするのが良い。
【００７７】
また、上述した各実施の形態では、陽子線を人体に照射するときに形成される深度線量分布を単位分布としたが、磁場分布、電場分布、音の強度分布を単位分布とする場合であっても本発明を同様に適用できる。
【００７８】
また、上述した各実施の形態では、１次元の領域における均一度や自乗和を評価条件としたが、２次元や３次元の領域における均一度や自乗和を評価条件とする場合であっても同様に適用できる。また、評価条件は、均一度や自乗和に限らない。
【００７９】
また、上述した各実施の形態では、重み係数を合成分布作成用パラメータとしたが、単位分布の位置座標を合成分布作成用パラメータとする場合であっても本発明を同様に適用できる。単位線量分布の位置座標を合成分布作成用パラメータとする場合には、単位線量分布の位置を所定の長さで移動させて、最適な位置座標を探索する。
【００８０】
また、上述した各実施の形態において、単位分布作成段階、自乗和設定段階、重み係数初期値設定段階及び目標線量分布作成段階の順序が入れ替わってもよい。
【００８１】
また、上述した各実施の形態で説明した合成分布作成用パラメータ探索装置は、合成分布作成用パラメータ探索装置として機能させるためのプログラムを記録した記録媒体を、コンピュータに読み取らせることにより実現することもできる。同様に、上述した各実施の形態で説明した合成分布作成用パラメータ探索方法は、合成分布作成用パラメータ探索方法を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体を、コンピュータに読み取らせることにより実現することもできる。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、線量分布、磁場分布、電場分布、音の強度分布のいずれかの分布であって、それぞれ相互の相関があるｎ個の単位分布を作成する第１段階と、ｎ個の単位分布と各単位分布の重み係数と所定合成分布を作り出す構成分布の位置座標の少なくとも一つを含む合成分布作成用パラメータとから作成される合成分布の評価条件を設定する第２段階と、ｎ個の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータの初期値とから合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算する第３段階と、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減して合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算し、評価値が向上したか否かを評価する第４段階と、第４段階において評価値が向上しなかった場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索する第５段階とを有し、第４段階と第５段階とをｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成分布の評価値が所定の値に達したとき、各単位分布の合成分布作成用パラメータを出力するように合成分布作成用パラメータ探索方法を構成したので、各単位分布の合成分布作成用パラメータをより適切に探索することができる効果がある。
【００８３】
この発明によれば、ｎ個の単位分布の合成分布作成用パラメータの上限値を所定の値に設定する段階を備えるように合成分布作成用パラメータ探索方法を構成したので、例えば、合成分布作成用パラメータに応じた強度の陽子線を人体に照射する場合、人体に照射する陽子線の強度を陽子線を照射する装置で照射可能な範囲とすることができる効果がある。
【００８４】
この発明によれば、ｎ個の単位分布の合成分布作成用パラメータの下限値を所定の値に設定する段階を備えるように合成分布作成用パラメータ探索方法を構成したので、例えば、合成分布作成用パラメータに応じた強度の陽子線を人体に照射する場合、人体に照射する陽子線の強度を陽子線を照射する装置で照射可能な範囲とすることができる効果がある。
【００８５】
この発明によれば、合成分布の評価条件を所定の領域における合成分布の均一度とするように合成分布作成用パラメータ探索方法を構成したので、合成分布の評価を容易かつ正確に行うことができる効果がある。
【００８６】
この発明によれば、合成分布の評価条件を所定の領域における合成分布と目標分布との差の自乗和とするように合成分布作成用パラメータ探索方法を構成したので、合成分布の評価を容易かつ正確に行うことができる効果がある。
【００８８】
この発明によれば、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させるパラメータ増減手段と、パラメータ増減手段において第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させることにより評価値が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索するパラメータ探索手段とを備えるように合成分布作成用パラメータ探索装置を構成したので、各単位分布の合成分布作成用パラメータをより適切に探索することができる合成分布作成用パラメータ探索装置を得ることができる効果がある。
【００８９】
この発明によれば、線量分布、磁場分布、電場分布、音の強度分布のいずれかの分布であって、それぞれ相互の相関があるｎ個の単位分布を作成する第１段階、ｎ個の単位分布と各単位分布の重み係数と所定合成分布を作り出す構成分布の位置座標の少なくとも一つを含む合成分布作成用パラメータとから作成される合成分布の評価条件を設定する第２段階、ｎ個の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータの初期値とから合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算する第３段階、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減して合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算し、評価値が向上したか否かを評価する第４段階、第４段階において評価値が向上しなかった場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索する第５段階をコンピュータに実行させ、さらに、第４段階と第５段階とをｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成分布の評価値が所定の値に達したとき、各単位分布の合成分布作成用パラメータを出力するようにコンピュータを実行させるためのプログラムを記録するように記録媒体を構成したので、コンピュータに読み取らせることにより、コンピュータに各単位分布の合成分布作成用パラメータをより適切に探索することができる合成分布作成用パラメータ探索方法を実行させることができる効果がある。
【００９０】
この発明によれば、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させるパラメータ増減手段、パラメータ増減手段において第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させることにより評価値が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索するパラメータ探索手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記録するように記録媒体を構成したので、コンピュータに読み取らせることにより、コンピュータを各単位分布の合成分布作成用パラメータをより適切に探索することができる合成分布作成用パラメータ探索装置として機能させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索装置を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法を示すフローチャートである。
【図３】 陽子線を人体に照射する場合に形成される深度線量分布を示す特性図である。
【図４】 図２のステップＳＴ７の詳細を示すフローチャートである。
【図５】 図２のステップＳＴ１０の詳細を示すフローチャートである。
【図６】 この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数の値の分布図である。
【図７】 この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数と単位線量分布とから作成される合成線量分布を示す特性図である。
【図８】 この発明の実施の形態１による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数に応じた強度の陽子線を人体に照射し、癌を治療する場合の説明図である。
【図９】 この発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索装置を示すブロック図である。
【図１０】 この発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索方法を示すフローチャートである。
【図１１】 目標線量分布を示す特性図である。
【図１２】 図１０のステップＳＴ２８の詳細を示すフローチャートである。
【図１３】 図１０のステップＳＴ３１の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】 この発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数の値の分布図である。
【図１５】 この発明の実施の形態２による合成分布作成用パラメータ探索方法で求めた重み係数と単位線量分布とから作成される合成線量分布を示す特性図である。
【図１６】 従来の合成分布作成用パラメータ探索方法を説明するためのグラフ図である。
【符号の説明】
１ 単位線量分布作成手段（単位分布作成手段）、２，２ａ 評価条件設定手段、３ 初期値設定手段、４ 均一度評価手段（評価手段）、４ａ 自乗和評価手段（評価手段）、５，５ａ 重み係数増減手段（パラメータ増減手段）、６，６ａ 重み係数探索手段（パラメータ探索手段）、７，７ａ 重み係数出力手段（パラメータ出力手段）。
Claims (10)
- 線量分布、磁場分布、電場分布、音の強度分布のいずれかの分布であって、それぞれ相互の相関があるｎ個の単位分布を作成する第１段階と、
ｎ個の単位分布と各単位分布の重み係数と所定合成分布を作り出す構成分布の位置座標の少なくとも一つを含む合成分布作成用パラメータとから作成される合成分布の評価条件を設定する第２段階と、
ｎ個の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータの初期値とから合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算する第３段階と、
第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減して合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算し、評価値が向上したか否かを評価する第４段階と、
第４段階において評価値が向上しなかった場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索する第５段階とを有し、
第４段階と第５段階とをｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成分布の評価値が所定の値に達したとき、各単位分布の合成分布作成用パラメータを出力する
合成分布作成用パラメータ探索方法。 - 合成分布作成用パラメータは陽子線のビームエネルギーであることを特徴とする請求項１記載の合成分布作成用パラメータ探索方法。
- 第４段階において評価値が向上した場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの増減後の値をそのまま保持し、次順位（ｉ＝ｎの場合には第１順位）の単位分布の合成分布作成用パラメータについて第４段階を行い、
第５段階において評価値が向上する第ｊ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータが見つかった場合、その合成分布作成用パラメータの値及び第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの増減後の値をそのまま保持し、次順位（ｉ＝ｎの場合には第１順位）の単位分布の合成分布作成用パラメータについて第４段階を行い、
第５段階において評価値が向上する第ｊ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータが見つからなかった場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の直前の増減を取りやめ、そのパラメータの値をもとにもどし、次順位（ｉ＝ｎの場合には第１順位）の単位分布の合成分布作成用パラメータについて第４段階を行うことを特徴とする請求項１記載の合成分布作成用パラメータ探索方法。 - ｎ個の単位分布の合成分布作成用パラメータの上限値を所定の値に設定する段階を備えたことを特徴とする請求項１記載の合成分布作成用パラメータ探索方法。
- ｎ個の単位分布の合成分布作成用パラメータの下限値を所定の値に設定する段階を備えたことを特徴とする請求項１記載の合成分布作成用パラメータ探索方法。
- 合成分布の評価条件を、所定の領域における合成分布の均一度とすることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の合成分布作成用パラメータ探索方法。
- 合成分布の評価条件を、所定の領域における合成分布と目標分布との差の自乗和とすることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の合成分布作成用パラメータ探索方法。
- 線量分布、磁場分布、電場分布、音の強度分布のいずれかの分布であって、それぞれ相互の相関があるｎ個の単位分布を作成する単位分布作成手段と、
ｎ個の単位分布と各単位分布の重み係数と所定合成分布を作り出す構成分布の位置座標の少なくとも一つを含む合成分布作成用パラメータとから作成される合成分布の評価条件を設定する評価条件設定手段と、
ｎ個の単位分布の合成分布作成用パラメータの初期値を所定の値に設定する初期値設定手段と、
ｎ個の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータとから合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算し、評価値が向上したか否かを評価する評価手段と、
第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させるパラメータ増減手段と、
パラメータ増減手段において第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させることにより評価値が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索するパラメータ探索手段と、
各単位分布の合成分布作成用パラメータを出力するパラメータ出力手段と
を備えた合成分布作成用パラメータ探索装置。 - 線量分布、磁場分布、電場分布、音の強度分布のいずれかの分布であって、それぞれ相互の相関があるｎ個の単位分布を作成する第１段階、
ｎ個の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータとから作成される合成分布の評価条件を設定する第２段階、
ｎ個の単位分布と各単位分布の重み係数と所定合成分布を作り出す構成分布の位置座標の少なくとも一つを含む合成分布作成用パラメータの初期値とから合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算する第３段階、
第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減して合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算し、評価値が向上したか否かを評価する第４段階、
第４段階において評価値が向上しなかった場合、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索する第５段階
をコンピュータに実行させ、
第４段階と第５段階とをｉ＝１からｉ＝ｎまで行うことを繰り返し、合成分布の評価値が所定の値に達したとき、各単位分布の合成分布作成用パラメータを出力するようにコンピュータを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 線量分布、磁場分布、電場分布、音の強度分布のいずれかの分布であって、それぞれ相互の相関があるｎ個の単位分布を作成する単位分布作成手段、
ｎ個の単位分布と各単位分布の重み係数と所定合成分布を作り出す構成分布の位置座標の少なくとも一つを含む合成分布作成用パラメータとから作成される合成分布の評価条件を設定する評価条件設定手段、
ｎ個の単位分布の合成分布作成用パラメータの初期値を所定の値に設定する初期値設定手段、
ｎ個の単位分布と各単位分布の合成分布作成用パラメータとから合成分布を作成し、その合成分布の評価値を上記評価条件で計算し、評価値が向上したか否かを評価する評価手段、
第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させるパラメータ増減手段、
パラメータ増減手段において第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値を所定の値だけ増減させることにより評価値が向上しなかった場合に、第ｉ順位の単位分布の合成分布作成用パラメータの値の増減方向と逆方向に値を所定の値だけ増減したときに評価値が向上する第ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ、ｊ≠ｉ）順位の単位分布の合成分布作成用パラメータを探索するパラメータ探索手段、
各単位分布の合成分布作成用パラメータを出力するパラメータ出力手段
としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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| JP28020298A JP3739575B2 (ja) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | 合成分布作成用パラメータ探索方法及びその方法を適用する装置、並びに記録媒体 |
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