JP5319338B2

JP5319338B2 - 放射線治療用線量分布測定装置、及び、放射線治療用線量分布測定装置における散乱線検出器の較正方法

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Publication number: JP5319338B2
Application number: JP2009056493A
Authority: JP
Inventors: 康雄櫻井
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP2010207386A

Description

この発明は、患者の体外から病変部に向けて放射線を照射することで治療を行う放射線治療において、患者に放射線が照射された部位及び線量を検出し、その検出結果を提供する放射線治療用線量分布測定装置に関する。また、この発明は、放射線治療用線量分布測定装置における散乱線検出器を較正する較正方法に関する。

Ｘ線外照射治療に代表される放射線治療では、治療前に、患者の画像上で照射計画（病変部に対してどの方向から、どれだけの線量の放射線を照射するか）が立案され、これに基づいて患者への照射が行われる。しかし、実際に計画通りの位置で、計画通りの線量の放射線が患者に照射されているか否かを確認する手段がなかった。そのため、病変部への過少照射や正常組織への過剰照射が起こっても、操作者に気づかれないのが実情であった。

一方、Ｘ線が照射された被写体からの散乱Ｘ線を検出し、被写体の断層像を得る方法が提案されている（例えば特許文献１）。この特許文献１に記載の方法は、ペンシル状ビームを走査することにより被写体の３次元散乱線像を再構成して得る方法である。しかしながら、この方法は、ペンシル状ビームのみを想定しており、Ｘ線治療で用いられる有限の幅をもったビームが通過した領域の散乱像（治療ビームによる線量の空間分布）を得るものではない。また、エネルギーの高い治療ビーム（数ＭｅＶ）の被写体内での散乱は前方散乱が優位となるため、入射Ｘ線方向に検出器を配置すると、散乱線と透過線との区別が難しく、散乱線の検出に補正処理を必須としている。

そこで、治療中に患者体内で散乱されて体外へ出てくるＸ線（放射線）を検出することで、リアルタイムで線量分布をモニタリングする装置が提案されている（出願番号２００７−３３１１０８）。この装置は、放射線治療中に患者からの散乱線を測定することで、患者のどの部位にどれだけの線量のＸ線（放射線）が照射されたのかをモニタリングする装置である。この装置について図１を参照して説明する、図１は、放射線治療用線量分布測定装置における散乱線の測定形態を示す図である。図１に示すように、Ｘ線源である照射部１１から照射される治療Ｘ線ビームは、被検体で散乱される。照射部１１から寝台１４に載置されている被検体Ｐに照射される治療Ｘ線ビームを中心軸として、その中心軸に対して検出面を所定角度に保ちながら、散乱線検出器２１を中心軸の周りで回転させる。すなわち、治療Ｘ線ビームを中心軸として、その中心軸の周りのスキャン軌道に沿って散乱線検出器２１を移動させる。これにより、散乱線検出器２１は、治療Ｘ線ビームに基づいて発生する被検体からの散乱線を複数の位置で検出する。そして、散乱線検出器２１の検出結果に基づいて、被検体内に照射されたＸ線の線量の分布を３次元的に再構成する。

特開平５−１４６４２６号公報

しかしながら、上記の放射線治療用線量分布測定装置は、線量分布を測定する検出系を較正する手段を備えていないため、この装置を用いてもなお、患者に実際に照射されたＸ線の線量が正確に得られないおそれがある。

正確な線量分布の測定を妨げる第１の要因は、散乱線検出器の空間的な位置ずれである。正確な線量分布を３次元的に再構成するためには、散乱線検出器が散乱線を検出した時の散乱線検出器の空間的な位置が正確に特定されている必要がある。上記の放射線治療用線量分布測定装置では、放射線を照射するための照射システム（Ｘ線源、ガントリ、及び寝台など）の座標上の、所定位置に設定されたスキャン軌道上を散乱線検出器が移動しながら散乱線を検出する。しかしながら、スキャン機構部の機械的たわみや、散乱線検出器の取り付け角度のずれなどのために、散乱線検出器は必ずしも設計値通りの位置にあるとは限らない。そのため、散乱線検出器が設計値どおりのスキャン軌道上にあると仮定して再構成処理を行うと、得られた線量分布が空間的にずれたり、線量の絶対値がずれたりしてしまう。

また、第２の要因は、散乱線検出器の検出感度の問題である。散乱線検出器は、多数の検出素子の集合体で構成されている。すべての検出素子の検出感度が一様に１００％であることが理想的であるが、実際には検出素子間で検出感度にばらつきがあり、数え落としもある。そのため、検出素子で検出された計数値が正確ではなくなる。そのため、計数値の較正を行わないと、線量の絶対値が正しく求まらない問題がある。

以上のように、散乱線検出器の空間的な位置ずれ、及び計数値の不正確さが原因となって、線量分布を適切にモニタリングできないおそれがあった。

この発明は上記の問題点を解決するものであり、放射線治療中に散乱線を検出することで、被検体のどの部位にどれだけの線量の放射線が照射されたかをモニタリングする放射線治療用線量分布測定装置において、散乱線検出器の位置と、散乱線検出器の検出感度とを較正することができる放射線治療用線量分布測定装置を提供することを目的とする。また、放射線治療用線量分布測定装置における散乱線検出器を較正する較正方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、寝台と、治療用放射線ビームを散乱させる複数の散乱体マーカーが所定位置に配置された散乱部材が前記寝台上に載置された状態で、前記散乱部材に対して前記治療用放射線ビームを照射する照射手段と、２次元的に配置された複数の検出素子を有し、前記治療用放射線ビームに基づいて発生する前記複数の散乱体マーカーからの散乱線を検出することで前記複数の散乱体マーカーを表す第１マーカー像を取得する散乱線検出器と、前記第１マーカー像を取得したときの前記散乱部材の設置位置に基づいて、前記散乱線検出器に映されると推定される前記複数の散乱体マーカーを表す第２マーカー像を求め、前記散乱線検出器における前記第１マーカー像の位置と前記第２マーカー像の位置との差に基づいて、照射系に対する前記散乱線検出器の位置を求める位置算出手段と、前記位置算出手段によって求められた前記散乱線検出器の位置と、前記散乱部材内における前記複数の散乱体マーカーの位置とに基づいて、前記散乱線検出器に散乱線が入射する可能性がある前記散乱体マーカーを含む前記散乱部材内の見込み領域を求める領域算出手段と、前記見込み領域と前記複数の散乱線マーカーの位置及び材質とに基づいて、前記散乱線検出器に入射すると推定される散乱線の計算値を求める計数値算出手段と、前記散乱線検出器が検出した散乱線の実測値と、前記計数値算出手段によって求められた前記散乱線の計算値とに基づいて、前記散乱線検出器の検出感度を補正するための補正係数を算出する補正係数算出手段と、を有することを放射線治療用線量分布測定装置である。
また、請求項６に記載の発明は、寝台と、前記寝台上に載置された被検体に対して治療用放射線ビームを照射する照射手段と、２次元的に配置された複数の検出素子を有し、前記治療用放射線ビームに基づいて発生する前記被検体内からの散乱線を複数の位置で検出する散乱線検出器と、を有する放射線治療用線量分布測定装置における散乱線検出器の較正方法であって、前記治療用放射線ビームを散乱させる複数の散乱体マーカーが所定位置に配置された散乱部材が、前記被検体の代わりに前記寝台上に載置された状態で、前記照射手段は、前記散乱部材に対して治療用放射線ビームを照射し、前記散乱線検出器は、前記治療用放射線ビームに基づいて発生する前記複数の散乱体マーカーからの散乱線を検出することで前記複数の散乱体マーカーを表す第１マーカー像を取得し、前記散乱部材の設置位置に基づいて前記散乱線検出器に映されると推定される前記複数の散乱体マーカーを表す第２マーカー像を求め、前記散乱線検出器における前記第１マーカー像の位置と前記第２マーカー像の位置との差に基づいて、前記散乱線検出器の位置を求め、前記求められた前記散乱線検出器の位置と、前記散乱部材内における前記複数の散乱体マーカーの位置とに基づいて、前記散乱線検出器に散乱線が入射する可能性がある前記散乱体マーカーを含む前記散乱部材内の見込み領域を求め、前記見込み領域と前記複数の散乱体マーカーの位置及び材質とに基づいて、前記散乱線検出器に入射すると推定される散乱線の計数値を求め、前記散乱線検出器が検出した散乱線の実測値と、前記求められた前記散乱線の計数値とに基づいて、前記散乱線検出器の検出感度を補正するための補正係数を算出することを特徴とする放射線治療用線量分布測定装置における散乱線検出器の較正方法である。

この発明によると、散乱体マーカーを含む散乱部材を用いて散乱線検出器の位置を求め、さらに、散乱線検出器の位置と散乱体マーカーとの位置関係に基づいて、散乱線検出器に散乱線が入射する可能性がある前乱体マーカーを含む散乱部材内の見込み領域を求め、散乱線検出器に入射すると推定される散乱線の計数値を求めることができる。このように、散乱線検出器に入射する散乱線の計数値を求めることができるため、実際に検出された実測値と計算によって求められた計数値とに基づいて、散乱線検出器の検出感度を補正するための補正係数を求めることが可能となる。このように、この発明によると、散乱線検出器の位置と検出感度とを補正することが可能となる。すなわち、散乱線検出器の空間的なずれと、散乱線の計数値とを補正することができるため、線量分布をより正確にモニタリングすることが可能となる。

放射線治療用線量分布測定装置における散乱線の測定形態を示す図である。この発明の実施形態に係る放射線治療用線量分布測定装置を示すブロック図である。この発明の実施形態に係る較正方法に用いられるマーカー板を模式的に示す図である。マーカー板からの散乱線の測定形態を示す図である。照射システム座標系、較正用マーカー座標系、及び検出器座標系を説明するための図である。散乱体マーカーの位置と、マーカー像の位置とを示す図である。散乱線検出器に散乱線が入射する可能性がある見込み領域を説明するための図である。マーカー板からの散乱線の測定形態を示す図である。治療ビーム検出器が検出したマーカー像の１例を示す図である。

この発明の実施形態に係る放射線治療用線量分布測定装置と、散乱線検出器の較正方法とについて説明する。図２は、この発明の実施形態に係る放射線治療用線量分布測定装置を示すブロック図である。

この実施形態に係る放射線治療用線量分布測定装置は、照射システム１０、ガントリ１３、寝台１４、散乱線検出システム２０、システム制御部３０、較正処理部４０、記憶部５０、画像生成部６０、表示部７１、及び操作部７２を備えている。

［照射システム１０］
照射システム１０は、照射部１１と治療ビーム検出器１２とを備えている。

照射部１１は、例えば線形加速器（ライナック）などの機構を有する放射線照射装置である。照射部１１では、加速管の一端に設けられた電子銃により、陰極から放射された熱電子は数百ｋｅＶになるまで加速される。次に、クライストロンで発生したマイクロ波は導波管を使って加速管まで導かれ、そこでこの熱電子は数ＭｅＶのエネルギーに達するまで加速される。この加速された熱電子は磁石によってその方向を変えられ、透過型ターゲットに衝突する。このとき制動放射により、数ＭｅＶのエネルギーのＸ線が発生する。照射部１１は、コリメータによってこのＸ線を所定の形状（例えば、円錐形状）に成形し、寝台１４上に載置された被検体の３次元領域に照射する。照射部１１によって被検体に対して照射される放射線（Ｘ線）を、以下、「治療ビーム」と称する場合がある。なお、照射部１１が、この発明の「照射手段」の１例に相当する。

治療ビーム検出器１２は、寝台１４を間にして照射部１１とは反対側に配置されている。治療ビーム検出器１２は、照射部１１によって照射されて寝台１４を透過した治療ビーム（透過線）を検出する。治療ビーム検出器１２には、例えばＭＶ検出器が用いられる。治療ビーム検出器１２によって取得された透過線データは、システム制御部３０のデータ収集制御部３１に出力される。なお、散乱線検出器を較正するにあたって、治療ビーム検出器１２を用いても良いし、治療ビーム検出器１２を用いなくても良い。

照射システム１０及び散乱線検出システム２０は、ガントリ１３（架台）に設置され、ガントリ１３を移動・回転させることで、寝台１４上に載置された被検体に対して任意の位置に配置することができる。

寝台１４上には被検体が載置される。寝台１４は、図示しない駆動装置によって、被検体の体軸方向と高さ方向とに移動可能となっている。

［散乱線検出システム］
散乱線検出システム２０は、散乱線検出器２１と移動機構部２２とを備えている。

散乱線検出器２１は、２次元的に配置された複数の検出素子を有し、被検体に対して照射された放射線に基づく被検体からの散乱線を検出する。散乱線検出器２１には、例えば、数百ｋｅＶのＸ線を検出できる半導体検出器や、イメージング・プレートなどが用いられる。

散乱線検出器２１の検出面には、コリメータが設置されている。例えば図１に示すように、散乱線検出器２１の検出面に、コリメータ２３が設置されている。このコリメータ２３は、格子状のコリメータであり、特定の方向に来た散乱線を選択的に検出するための絞り装置である。コリメータ２３のグリッドサイズが、再構成される散乱線の３次元分布の分解能を決定する。グリッドサイズが小さいほど空間分解能は向上するが、散乱線のカウント数が減るため、Ｓ／Ｎが悪くなってしまう。

通常の根治的治療の場合、ターゲットに対して総計６０〜７０Ｇｙ程度の線量が３０日程度に分割して照射される。すなわち、１日あたりのターゲットに対する照射線量はおおよそ２Ｇｙ程度である。２Ｇｙの照射に必要な治療ビーム（Ｘ線ビーム）のフォトン数は、文献（空気の電離量から分かる人体の吸収線量、荒木不次男）に記載に従うと、１．３×１１^１１（ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ^２）となる。よって、１ｃｍ^３あたりの散乱数（＝散乱線の数）は、３．９×１０^９となる。例えば、グリッドサイズを１ｃｍとし、散乱線検出器２１をターゲットから５０ｃｍ離れた場所に設置すると、１グリッドのカウント数Ｎ１ｃｍ２は、１．２４×１０^５［ｃｏｕｎｔｓ／ｃｍ^２］となる。

上記の値は散乱の角度依存性を無視した場合の平均的な値であり、散乱角の大きな位置では二桁近く小さな値となる。なお、診断用のＸ線透視（１０ｍＲ）の場合、おおよそ２．４×１０^５［ｃｏｕｎｔｓ／ｃｍ^２］程度である。しかし、Ｘ線透視の空間分解能は０．２程度と高い。もし１ｃｍの空間分解能とするならば、２５００分の１のカウント数（〜１０^２程度）で足りる。それに対し、散乱角の大きな散乱線を検出する位置に散乱線検出器２１を配置した場合でも１０^３程度と、Ｘ線透視を１桁上回るカウント数を得ることができる。また、グリッドサイズは、散乱線検出器２１の画素サイズの整数倍又は整数分の１である必要がある。ただし、カウント数にロスが生じないよう、散乱線検出器２１の画素サイズは、グリッドサイズよりも小さいことが望ましい。例えば、グリッドサイズが１ｃｍのとき、散乱線検出器２１の画素サイズは１ｃｍ、０．５ｃｍ、０．２ｃｍ、又は０．１ｃｍなどとなっていれば良い。

移動機構部２２は、照射部１１の治療ビーム軸に対する散乱線検出器２１の検出面の角度（すなわち、照射ビーム軸と散乱線検出器２１の検出面の法線との角度）、治療ビーム軸を中心とした散乱線検出器２１の回転角、被検体と散乱線検出器２１の検出面との距離などを制御するために、散乱線検出器２１の位置や角度を移動させる。

この実施形態では、治療ビームの中心を軸として、その中心軸に対して検出面を所定角度に保ちながら中心軸の周り沿って散乱線検出器２１を回転させることで、複数の位置における散乱線データ（すなわち、同一散乱角についての多方向のデータ）を取得する。すなわち、図１に示すように、治療ビームを中心軸として、その中心軸の周りのスキャン軌道に沿って散乱線検出器２１を移動させる。これにより、散乱線検出器２１は、治療ビームに基づいて発生する被検体からの散乱線を複数の位置で検出する。散乱線検出器２１によって取得された散乱線データは、システム制御部３０のデータ収集制御部３１に出力される。

なお、同一散乱角についての多方向のデータを取得するために、散乱角を同一とする散乱線を検出するように、異なる回転角度（すなわち、治療ビーム軸を中心とした円周上の複数の位置）に配置された複数の散乱線検出器を用いるようにしても良い。また、このように異なる回転角度に配置された複数の散乱線検出器を、治療ビームの軸を中心として回転させることで、同一散乱角についての多方向のデータを取得するようにしても良い。これらのように、複数の散乱線検出器を用いることにより、カウント数が増加し、Ｓ／Ｎを向上させることができる。

［システム制御部３０］
システム制御部３０は、データ収集制御部３１、照射システム制御部３２、及び、スキャン制御部３３を備えている。

データ収集制御部３１は、散乱線検出器２１による散乱線データ収集の開始／終了を制御する。また、データ収集制御部３１は、散乱線検出器２１によって取得された散乱線データを較正処理部４０と、画像生成部６０の再構成処理部６１とに出力する。

照射システム制御部３２は、照射システム１０の動作を制御する。例えば、照射システム制御部３２は、照射部１１による治療ビームの曝射のタイミングを制御する。また、照射システム制御部３２は、ガントリ１３の移動位置・回転位置を制御する。また、照射システム制御部３２は、寝台１４の移動を制御する。

スキャン制御部３３は、放射線治療時における散乱線計測に関する総合的な制御を行う。例えば、スキャン制御部３３は、散乱線によるスキャンの開始及び終了を制御する。

［画像生成部６０］
画像生成部６０は、再構成処理部６１と画像処理部６２とを備えている。

再構成処理部６１は、散乱線検出システム２０にて取得された各位置における散乱線データと、各散乱線データを検出した位置（散乱線検出器２１の位置）を示す位置情報とを用いて画像再構成処理を行うことで、散乱イベント回数（散乱発生回数）の密度の３次元分布を示す散乱線ボリュームデータを生成する。すなわち、再構成処理部６１は、多方向の散乱線データを用いて画像再構成処理を行うことで、散乱線ボリュームデータを生成する。再構成の方法としては、例えば、散乱線検出器２１の回転軸とコリメータの方向とが直交している場合には、Ｘ線ＣＴ装置における再構成方法によって散乱線ボリュームデータを生成することができる。一方、散乱線検出器２１の回転軸とコリメータ方向とが直交していない場合には、断層撮影の再構成方法によって散乱線ボリュームデータを生成することができる。断層撮影の手法としては、例えば投影画像にフィルタ処理を適用した後、バックプロジェクション処理を行うｆｉｌｔｅｒｅｄｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ法を用いれば良い。

画像処理部６２は、再構成処理によって生成された散乱線ボリュームデータを、吸収された放射線量（吸収線量）の３次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する。そして、画像処理部６２は、吸収線量ボリュームデータに基づいて、被検体の所定部位に関する吸収された放射線量（吸収線量）の分布を示す吸収線量画像データを生成する。画像処理部６２によって生成された吸収線量画像データは、表示部７１に出力される。表示部７１は、吸収線量画像を表示する。

（較正処理）
この実施形態では、スキャン軌道上における散乱線検出器２１の位置及び取り付け角度を較正し、さらに、散乱線検出器２１の各検出素子が検出する散乱線強度の計数値を較正する。なお、散乱線強度の計数値を、散乱線の計数値と称する場合もある。この較正のために、患者に代えてダミーの散乱体を用いて、その散乱体からの散乱線を検出する。その検出結果に基づいて、散乱線検出器２１の位置ずれ、及び散乱線の計数値を較正する。

まず、較正のために用いる散乱体について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、この発明の実施形態に係る較正方法に用いられるマーカー板を模式的に示す図である。図４は、マーカー板からの散乱線の測定形態を示す図である。

較正に用いられるマーカー板１００は、平板状の人体模擬材１１０と、その人体模擬材１１０内に所定間隔をおいて規則的に配置された複数の散乱体マーカー１２０とを有している。散乱体マーカー１２０は、スキャン軌道上における散乱線検出器２１の位置及び取り付け角度を較正するために用いられる。散乱体マーカー１２０は、金属などの散乱体であり、治療ビームが照射されると散乱が発生する。人体模擬材１１０は、散乱線検出器２１の計数値の較正に用いられる。人体模擬材１１０は、密度が人体と同じ程度の材料（例えば水）で構成されていることが好ましい。１例として、人体模擬材１１０は、１．０ｇ／ｃｍ^３程度の密度を有する材料で構成されていることが好ましい。人体模擬材１１０の密度を人体の密度と同じ程度にすることで、患者が対象となる実際の治療とほぼ同じ条件下で、ダミーを用いた較正を行うことができる。例えば、散乱線の数及びエネルギーが、実際の治療時と較正時とでほぼ同じになる条件下で、較正を行うことが可能となる。なお、マーカー板１００が、この発明の「散乱部材」の１例に相当する。

（マーカー情報記憶部５２）
マーカー板１００を構成する人体模擬材１１０及び散乱体マーカー１２０の材質や配置位置などの情報は、記憶部５０のマーカー情報記憶部５２に予め記憶されている。例えば、散乱体マーカー１２０の質量密度係数（ｍ_ｓｃ［ｇ／ｃｍ^３］）、散乱体マーカー１２０の大きさ、後述する較正用マーカー座標系Ｍにおける各散乱体マーカー１２０の位置を示す座標情報、人体模擬材１１０の質量密度係数（ｍ_ｈｏ［ｇ／ｃｍ^３］）、及び、マーカー板１００の位置を示す座標情報が、マーカー情報記憶部５２に予め記憶されている。各検出素子に入射する散乱線の計数値を計算するためには、マーカー板１００によるＸ線の吸収量や、マーカー板１００が設置されている位置が既知である必要がある。そのため、マーカー板１００に関する情報をマーカー情報記憶部５２に予め記憶させておく。

図４に示すように、照射部１１から照射された治療ビームは、マーカー板１００内に配置された散乱体マーカー１２０によって散乱される。そして、散乱体マーカー１２０によって散乱された散乱線は、散乱線検出器２１に検出される。散乱体マーカー１２０は、人体模擬材１１０内に規則的に配置されているため、散乱線検出器２１には、所定間隔で複数のマーカー像が写る。

図３に示すように、マーカー板１００は、一辺の長さが長さＷ１、他の一辺の長さが長さＷ２、厚さＤの直方体の形状を有している。各散乱体マーカー１２０は、長さＷ１を有する辺に沿って距離Ｌ２の間隔で配置され、長さＷ２を有する辺に沿って距離Ｌ１の間隔で配置されている。複数ある散乱体マーカー１２０のうち特異点となる散乱体マーカー１２０の周囲には、距離Ｌ１、Ｌ２よりも短い距離Ｌ３の位置に、散乱体マーカー１２０が配置されている。この実施形態では１例として、中心にある散乱体マーカー１２０の周囲には、距離Ｌ１、Ｌ２よりも短い距離Ｌ３の位置に、２つの散乱体マーカー１２０が配置されている。また、各散乱体マーカー１２０は、マーカー板１００の表面から深さｄ１の位置に配置されている。

散乱線検出器２１の座標系上でのマーカー像の位置と各マーカー像間の距離とを基に、散乱線検出器２１の設置位置の較正を行うため、各散乱体マーカー１２０は、設計値通りに精度良く人体模擬材１１０内に配置されていることが好ましい。また、散乱体マーカー１２０の大きさは、散乱線検出器２１の計測値の較正への影響を低減するために、なるべく小さい方が好ましい。

マーカー板１００によって散乱された散乱線はあらゆる方向に飛ぶが、散乱線検出器２１の設置角度と、散乱線検出器２１の検出面に設置されたコリメータ２３の開口方向とに合致する散乱線が、散乱線検出器２１に検出される。

（散乱線検出器２１の位置及び取り付け角度の較正）
マーカー板１００が設置されている位置が既知であれば、散乱線検出器２１上に映されると推定されるマーカー像の位置を計算で求めることができる。散乱線検出器２１の位置は、設計値からわずかにずれていることがあるため、散乱線検出器２１上に実際に映ったマーカー像の位置と、計算で求められたマーカー像の位置（推定された位置）とは必ずしも一致しない。そこで、この実施形態では、測定されたマーカー像の位置と、計算で求められたマーカー像の位置（推定された位置）との差を求め、その差に基づいて、設計値からの散乱線検出器２１の位置のずれを推定する。この推定によって、散乱線検出器２１の実際の位置や取り付け角度を特定することができる。較正処理の詳細な説明については後述する。

（計数値の補正）
また、散乱線検出器２１の実際の位置（スキャン軌道）と取り付け角度とが求められ、散乱線検出器２１とマーカー板１００との位置関係が特定されると、散乱線検出器２１がある位置にあるときの、検出素子ごとの「マーカー板見込み領域」を特定することができる。ここで、「マーカー板見込み領域」とは、マーカー板１００内のある領域で治療ビームの散乱が発生したときに、検出素子に散乱線が入射する可能性がある散乱体マーカー１２０を含むマーカー板１００内の領域のことである。

さらに、マーカー板１００の材質及び散乱体マーカー１２０の設置位置が特定されている場合、放射線治療装置において用いられる公知のシミュレーターを用いることで、各検出素子に入射する散乱線の計数値を算出することができる。このようにして計算によって求めた計数値（計算値）と、実測により得られた計数値（実測値）とに基づいて、計数値（実測値）を補正するための補正係数を検出素子ごとに求めることができる。これにより、計数値（実測値）を補正することができる。マーカー板見込み領域と補正係数を求めるための処理については後述する。

（座標系）
次に、較正処理の具体的な内容について説明する。まず、較正処理に用いる座標系について図５を参照して説明する。図５は、照射システム座標系、較正用マーカー座標系、及び検出器座標系を説明するための図である。図５に示すように、照射システム１０の中心（例えば、ガントリ１３の回転中心）を原点とする３次元直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を、照射システム座標系Ｃとして定義する。また、較正用のマーカー板１００の中心を原点とする３次元直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を、較正用マーカー座標系Ｍとして定義する。また、散乱線検出器２１の中心を原点とする３次元直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を、検出器座標系Ｄｉとする。散乱線検出器２１は、治療ビームの中心を軸として、その中心軸の周りのスキャン軌道に沿って移動することで、スキャン軌道上の異なる複数の場所で散乱線を検出する。ここでは、スキャン軌道上のｉ番目のポジションに散乱線検出器２１があるときの座標系を検出器座標系Ｄｉとする。

較正処理を行うために、較正の対象となる位置にガントリ１３を移動させ、寝台１４上に較正用のマーカー板１００を載置する。散乱線検出器２１を、スキャン軌道上のスキャン開始位置に移動させておく。この状態で、なるべく多くの散乱体マーカー１２０からの散乱線が散乱線検出器２１に入射して、散乱線検出器２１の検出面にマーカー像が映るように、照射部１１のコリメータを開けて、照射部１１から治療ビームをマーカー板１００に対して照射する。較正を行うときの治療ビームの強度を、実際の治療時における強度と同じにしておくことが好ましい。このようにスキャン開始位置に設置された散乱線検出器２１によって、複数の散乱体マーカー１２０からの散乱線を検出することで、散乱体マーカー１２０の像（マーカー像）を取得する。データ収集制御部３１は、散乱線検出器２１によって検出された散乱線データを較正処理部４０に出力する。

なお、ガントリ１３の回転角度によって機械的なたわみの大きさは異なると考えられる。そのため、ガントリ１３を様々な位置に移動させて、各位置にて散乱線検出器２１の位置を較正することが好ましい。様々な位置における機械的なたわみが測定されている場合には、ある位置にて散乱線検出器２１の較正を行い、その較正結果に基づいて他の位置における補正量を求めても良い。

（較正処理部４０、記憶部５０）
次に、較正処理を行う較正処理部４０と、その較正処理に用いられる情報を記憶する記憶部５０とについて説明する。

較正処理部４０は、位置算出部４１、領域算出部４５、計数値算出部４６、及び、補正係数算出部４７を備えている。また、位置算出部４１は、マーカー像抽出部４２、マーカー像算出部４３、及び、フィッティング処理部４４を備えている。また、記憶部５０は、較正データ記憶部５１、マーカー情報記憶部５２、コリメータ情報記憶部５３、及び、治療ビーム情報記憶部５４を備えている。

（マーカー像抽出部４２）
マーカー像抽出部４２は、データ収集制御部３１から出力された散乱体マーカー１２０に起因する散乱線データを受けて、フィルタ処理や閾値処理などを施すことで、散乱線検出器２１に映ったマーカー像を抽出する。散乱線検出器２１に映された各マーカー像は、マーカー板１００に配置された各散乱体マーカー１２０にそれぞれ対応する。さらに、マーカー像抽出部４２は、抽出された各マーカー像の位置関係に基づいて、中心の散乱体マーカー１２０に対応するマーカー像の座標（検出器座標系Ｄｉにおける座標）を求める。そして、マーカー像抽出部４２は、検出器座標系Ｄｉにおける各マーカー像の位置（座標）を求める。さらに、マーカー像抽出部４２は、座標が求められた各マーカー像が、それぞれ対応する散乱体マーカー１２０を特定する。なお、散乱線検出器２１によって実際に検出され、マーカー像抽出部４２によって抽出されたマーカー像が、この発明の「第１マーカー像」の１例に相当する。

なお、抽出された散乱体マーカーの数が少ない場合、精度良く較正を行うことが困難になるため、抽出された散乱体マーカーの数によってエラーとしても良い。この場合、マーカー板１００を設置する位置、照射システム１０の位置、散乱線検出器２１の位置、治療ビームの出力などを再度設定して、マーカー像を抽出しても良い。

ここで、マーカー像抽出部４２によるマーカー像の抽出処理の１例について、図６を参照して説明する。図６は、散乱体マーカーの位置と、マーカー像の位置とを示す図である。

（ステップＳ０１）
まず、マーカー像抽出部４２は、マーカー板１００内に配置された各散乱体マーカー１２０の位置を示す座標情報をマーカー情報記憶部５２から取得する。そして、マーカー像抽出部４２は、各散乱体マーカー１２０の位置を示す座標情報に基づいて、各散乱体マーカー１２０間の距離を求める。

そして、マーカー像抽出部４２は、図６に示す散乱体マーカー１２０のなかでも、マーカー板１００の中心に配置された散乱体マーカーＰ６に対応するマーカー像を特定する。マーカー像抽出部４２は、中心に配置された散乱体マーカーＰ６に対応するマーカー像を特定することで、散乱体マーカーＰ６以外の散乱体マーカーに対応するマーカー像を特定する。散乱体マーカーＰ６の周囲には、散乱体マーカーＰ６以外の散乱体マーカーとは異なり、距離Ｌ１、Ｌ２よりも短い距離Ｌ３の位置に、散乱体マーカーＰ５、Ｐ７が配置されている。従って、距離Ｌ３の関係に基づくことで、抽出されたマーカー像から散乱体マーカーＰ６に対応するマーカー像を特定することができる。

そのために、マーカー像抽出部４２は、全てのマーカー像について他のマーカー像との間の距離を求める。抽出されたマーカー像の数をＮ_ｅｉとすると、各マーカー像について（Ｎ_ｅｉ−１）個の距離が求められる。散乱体マーカーＰ６の周囲には、散乱体マーカーＰ６から距離Ｌ３の位置に２つの散乱体マーカーＰ５、Ｐ７が配置されている。従って、マーカー像抽出部４２は、マーカー像の間の距離が距離Ｌ３となる複数のマーカー像を特定し、間の距離が距離Ｌ３となるマーカー像を２つ含むマーカー像を、散乱体マーカーＰ６に対応するマーカー像Ｑ６であると特定する。すなわち、マーカー像Ｑ６の周囲には、距離Ｌ３の位置にマーカー像Ｑ５とマーカー像Ｑ７とがそれぞれ表わされているため、マーカー像Ｑ６が散乱体マーカーＰ６に対応する像であると特定することができる。

また、マーカー像Ｑ６から距離Ｌ３の位置にある２つのマーカー像を、散乱体マーカーＰ５に対応するマーカー像Ｑ５と、散乱体マーカーＰ７に対応するマーカー像Ｑ７としてそれぞれ特定する。ただし、この段階では、マーカー像Ｑ５とマーカー像Ｑ７との区別はできない。

（ステップＳ０２）
次に、マーカー像抽出部４２は、マーカー像Ｑ５とマーカー像Ｑ７とを区別する。そのために、マーカー像抽出部４２は、マーカー像Ｑ５及びマーカー像Ｑ７と、他のマーカー像との間の距離を求める。
そして、マーカー像抽出部４２は、着目しているマーカー像から距離Ｌ３の位置、距離（Ｌ１−Ｌ３）の位置、及び、距離（（Ｌ３）^２＋（Ｌ２）^２）^１／２の位置に、それぞれマーカー像がある場合は、その着目しているマーカー像を、散乱体マーカーＰ５に対応するマーカー像Ｑ５であると判定する。
一方、マーカー像抽出部４２は、着目しているマーカー像から距離Ｌ３の位置、距離（Ｌ２−Ｌ３）の位置、及び、距離（（Ｌ３）^２＋（Ｌ１）^２）^１／２の位置に、それぞれマーカー像がある場合は、その着目しているマーカー像を、散乱体マーカーＰ７に対応するマーカー像Ｑ７であると判定する。

（ステップＳ０３）
以上のように、マーカー像Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７の位置が特定されると、マーカー像抽出部４２は、マーカー像Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７の位置に基づいて、他のマーカー像の位置を特定する。例えば、マーカー像抽出部４２は、マーカー像Ｑ６の位置、（Ｑ６−Ｑ５）方向のベクトル、及び、（Ｑ６−Ｑ７）方向のベクトルに基づいて、マーカー像全体の平行移動と回転行列とを求め、その逆行列を求める。そして、マーカー像抽出部４２は、その逆行列を用いることで、平行移動と回転とが無いマーカー像に変換する。すなわち、マーカー像抽出部４２は、逆行列を用いることで、平行移動と回転とを相殺して、平行移動と回転とが無いマーカー像を求める。このように、平行移動と回転とが無いマーカー像の位置が求められると、マーカー像抽出部４２は、マーカー板１００における各散乱体マーカー１２０の位置と、各マーカー像の位置とを比較することで、全てのマーカー像Ｑ１、Ｑ２、・・・、ＱＮ_ｅｉを特定する。すなわち、マーカー像抽出部４２は、マーカー情報記憶部５２から各散乱体マーカー１２０の座標情報を受けて、各座標情報が示す各散乱体マーカー１２０の位置と、各マーカー像の位置とを比較することで、全てのマーカー像について、散乱体マーカー１２０との対応関係を特定する。

上記のステップＳ０１からステップＳ０３までの処理によって、実際に測定された散乱線からマーカー像の位置（座標）が求められる。そして、マーカー像抽出部４２は、検出器座標系Ｄｉにおける各マーカー像の位置を示す座標情報を、フィッティング処理部４４に出力する。

（マーカー像算出部４３）
マーカー像算出部４３は、検出器座標系Ｄｉにおけるマーカー像の位置を計算によって求める。具体的には、マーカー像算出部４３は、マーカー情報記憶部５２から較正用マーカー座標系Ｍにおける各散乱体マーカー１２０の座標情報を受けて、その座標情報に基づいて検出器座標系Ｄｉにおけるマーカー像の位置を求める。

検出器座標系Ｄｉにおけるマーカー像の位置を計算で求めるために、照射システム１０とマーカー板１００と散乱線検出器２１との位置関係を写像で表わす。異なる２つの３次元座標系間の変換は、平行移動と回転（３軸）とによって定義できる。例えば、照射システム座標系Ｃと較正用マーカー座標系Ｍとでは、照射システム座標系Ｃの原点を平行移動させることで、較正用マーカー座標系Ｍの原点に一致させる。この平行移動だけでは、互いの座標系の軸がずれているため、（ｘ、ｙ、ｚ）軸まわりに座標系を回転させることで、照射システム座標系Ｃと較正用マーカー座標系Ｍとを一致させる。この平行移動量と回転量とを特定することで、複数の座標系の間で自由に座標変換を行うことができる。以下では、検出器座標系Ｄｉにおけるマーカー像の位置を計算で求めるために必要な写像について、図５を参照して説明する。

（１）写像Ｔ_Ｃ−Ｍ
写像Ｔ_Ｃ−Ｍは、照射システム座標系Ｃと較正用マーカー座標系Ｍとの間の座標変換を表す写像である。
以下の式に示すように、平行移動と回転写像とによって、写像Ｔ_Ｃ−Ｍを定義する。
Ｔ_Ｃ−Ｍ＝Ｒ_Ｃ−Ｍ（θｘ、θｙ、θｚ）Ｔ（ｍ_Ｃ−Ｍ）
ここで、ｍ_Ｃ−Ｍは、較正用マーカー座標系Ｍと照射システム座標系Ｃとの間の平行移動量を表している。角度（θｘ、θｙ、θｚ）は、それぞれ、ｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転角度を表している。

（２）写像Ｔ_Ｃ−Ｄｉ
写像Ｔ_ｃ−Ｄｉは、照射システム座標系Ｃと検出器座標系Ｄｉとの間の座標変換を表す写像である。
以下の式に示すように、平行移動と回転写像とによって、写像Ｔ_ｃ−Ｄｉを定義する。
Ｔ_Ｃ−Ｄｉ＝Ｒ_Ｃ−Ｄｉ（φｘ、φｙ、φｚ）Ｔ（ｍ_Ｃ−Ｄｉ）
ここで、ｍ_Ｃ−Ｄｉは、照射システム座標系Ｃと検出器座標系Ｄｉとの間の平行移動量を表している。角度（φｘ、φｙ、φｚ）は、それぞれ散乱線検出器２１の取り付け角度を表している。

マーカー像算出部４３は、上記の写像を用いることで、検出器座標系Ｄｉにおけるマーカー像の座標を求める。
例えば、マーカー板１００内のｋ番目の散乱体マーカー１２０の座標をＰ_ｋ（Ｐ_ｋｘ、Ｐ_ｋｙ、Ｐ_ｋｚ）とする。この座標Ｐ_ｋは、較正用マーカー座標系Ｍにおける座標である。
マーカー像算出部４３は、散乱体マーカー１２０の座標Ｐ_ｋを上記の写像によって座標変換することで、検出器座標系Ｄｉにおける散乱体マーカー１２０の座標（マーカー像の座標に相当する）を求める。すなわち、マーカー像算出部４３は、写像による計算によって、検出器座標系Ｄｉにおける散乱体マーカー１２０の座標を求める。
写像による座標変換によって求められる検出器座標系Ｄｉにおける散乱体マーカー１２０（マーカー像）の座標をＰ’_ｋ（Ｐ’_ｋｘ、Ｐ’_ｋｙ、０）とする。
座標Ｐ’_ｋは、散乱線検出器２１の検出面における座標であるため、検出器座標系Ｄｉにおいてはｚ＝０となる。
この座標Ｐ’_ｋは、以下の式（１）で表わすことができる。

マーカー像算出部４３は、上記の式（１）に従って、較正用マーカー座標系Ｍにおける散乱体マーカー１２０の座標Ｐ_ｋを変換することで、検出器座標系Ｄｉにおける座標Ｐ’_ｋを求める。

まず、マーカー像算出部４３は、照射システム１０及び寝台１４の設計値（初期値）を用いて、写像_Ｃ−Ｄｉと写像_Ｃ−Ｍとを決定し、上記の式（１）に従って座標Ｐ’を算出する。例えば、マーカー像算出部４３は、放射線治療用線量分布測定装置のキャリブレーションで求められた照射システム１０の中心位置（ガントリ１３の回転中心）と、較正用のマーカー板１００を載置した寝台１４の高さとを設計値として用いて、写像_Ｃ−Ｄｉと写像_Ｃ−Ｍとを決定する。照射システム１０の中心位置を示す座標情報と、寝台１４の高さを示す高さ情報とを予め求めておき、記憶部５０に記憶させておく。また、操作部７２からこれらの情報を入力して、マーカー像算出部４３に出力するようにしても良い。なお、照射システム１０の中心位置（ガントリ１３の回転中心）が、照射システム座標系Ｃの原点に相当し、寝台１４の高さの位置が、較正用マーカー座標系Ｍのｚ軸（高さ）の原点に相当する。

そして、マーカー像算出部４３は、写像によって求めた検出器座標系Ｄｉにおける散乱体マーカー１２０（マーカー像）の座標Ｐ’_ｋを示す座標情報を、フィッティング処理部４４に出力する。なお、マーカー像算出部４３にて求められるマーカー像が、この発明の「第２マーカー像」の１例に相当する。

（フィッティング処理部４４）
フィッティング処理部４４は、実際にマーカー板１００を撮影して取得された散乱線データから抽出したマーカー像の位置と、写像によって求められた検出器座標系Ｄｉにおけるマーカー像（散乱体マーカー１２０）の位置との差を算出する。すなわち、フィッティング処理部４４は、マーカー像抽出部４２によって求められた検出器座標系Ｄｉにおけるマーカー像の位置（実測値）と、写像によって求められた検出器座標系Ｄｉにおけるマーカー像の位置（計算値）との差を算出する。そして、フィッティング処理部４４は、マーカー像の位置の差が小さくなるように、散乱線検出器２１の位置・向きに関するパラメータをフィッティングする。

ここで、治療ビームを照射することで得られたｋ番目のマーカー像の座標をＱ_ｋ（Ｑ_ｋｘ、Ｑ_ｋｙ、０）とする。このマーカー像の座標Ｑ_ｋは、マーカー像抽出部４２にて求められた座標である。座標Ｑ_ｋは、散乱線検出器２１の検出面における座標であるため、検出器座標系Ｄｉにおいてはｚ＝０となる。そして、フィッティング処理部４４は、座標Ｐ’_ｋと座標Ｑ_ｋとを用いて、以下の式（２）で表わされる２乗誤差ｓを定義する。

式（２）において、Ｎ_ｄは計測回数を表し、Ｎ_ｅ，ｉは、ｉ回目のスキャンで抽出されたマーカー像の個数である。

フィッティング処理部４４は、上記の式（２）で表わされる２乗誤差ｓが小さくなるように、写像_Ｃ−Ｄｉ及び写像_Ｃ−Ｍを修正していくフィッティング処理を行う。このフィッティング処理には、一般的に知られている最適化処理を利用することができる。フィッティング処理部４４は、このフィッティング処理により、２乗誤差ｓを最小にするパラメータ（写像に含まれている、ｍ_Ｃ−Ｍ、θｘ、θｙ、θｚ、ｍ_Ｃ−Ｄｉ、φｘ、φｙ、φｚ）を求める。これにより、散乱線検出器２１のスキャン軌道上の位置と取り付け角度とが求められ、また、散乱線検出器２１とマーカー板１００との位置関係が求められる。具体的には、照射システム座標系Ｃにおける散乱線検出器２１の位置と取り付け角度とが求められる。また、較正用マーカー座標系Ｍにおける散乱線検出器２１の位置と取り付け角度とが求められる。このように、各座標系に対する散乱線検出器２１の位置と取り付け角度とが求められる。

そして、フィッティング処理部４４は、フィッティング処理により得られたパラメータ（ｍ_Ｃ−Ｍ、θｘ、θｙ、θｚ、ｍ_Ｃ−Ｄｉ、φｘ、φｙ、φｚ）を示す情報を領域算出部４５に出力する。すなわち、フィッティング処理部４４は、スキャン軌道上における散乱線検出器２１の位置、取り付け角度、及び、散乱線検出器２１とマーカー板１００との位置関係を示す情報を領域算出部４５に出力する。また、較正処理部４０は、スキャン軌道上における散乱線検出器２１の位置を示す座標情報を画像生成部６０の再構成処理部６１に出力する。なお、位置算出部４１が、この発明の「位置算出手段」の１例に相当する。

（領域算出部４５）
以上のように散乱線検出器２１の実際のスキャン軌道上の位置と取り付け角度とが求められ、散乱線検出器２１とマーカー板１００との位置関係が特定されると、領域算出部４５は、散乱線検出器２１がスキャン軌道上のある位置にあるときの、検出素子ごとの「マーカー板見込み領域」を特定する。

この「マーカー板見込み領域」について図７を参照して説明する。図７は、散乱線検出器に散乱線が入射する可能性がある見込み領域を説明するための図である。例えば、領域算出部４５は、散乱線検出器２１がスキャン軌道上のｉ番目のポジションにあるときに、散乱線検出器２１に含まれる検出素子ＤＥ_ｘ、ｙが見込む見込み領域Ｒ_ｉｘｉｙの位置を求める。

フィッティング処理部４４によって、スキャン軌道上における散乱線検出器２１の位置と取り付け角度とが特定され、散乱線検出器２１とマーカー板１００との位置関係が特定されている。すなわち、散乱線検出器２１の各検出素子と、マーカー板１００の各散乱体マーカー１２０との位置関係が特定されている。領域算出部４５は、散乱線検出器２１の検出素子とマーカー板１００の各散乱体マーカー１２０との位置関係に基づいて、検出素子ＤＥ_ｘ、ｙに散乱線が入射する可能性がある散乱体マーカー１２０を含むマーカー板１００内の領域（見込み領域Ｒ_ｉｘｉｙ）の位置を求める。また、見込み領域Ｒ_ｉｘｉｙを求めるにあたって、散乱線検出器２１の検出面に設置されているコリメータ２３のグリッド幅と長さとを用いる。すなわち、領域算出部４５は、検出素子ＤＥ_ｘ、ｙと各散乱体マーカー１３０との位置関係、及び、コリメータ２３のグリッド幅と長さに基づいて、検出素子ＤＥ_ｘ、ｙに散乱線が入射する可能性がある散乱体マーカー１２０を含む見込み領域Ｒ_ｉｘｉｙの位置を求める。なお、コリメータ２３のグリッド幅と長さとを示す情報は、記憶部５０のコリメータ情報記憶部５３に記憶されている。領域算出部４５は、コリメータ情報記憶部５３からコリメータ２３のグリッド幅と長さとを示す情報を読み込んで、見込み領域Ｒ_ｉｘｉｙの位置を求める。そして、領域算出部４５は、散乱線検出器２１の検出素子ごとに求められた見込み領域Ｒ_ｉｘｉｙの座標情報を計数値算出部４６に出力する。なお、領域算出部４５が、この発明の「領域算出手段」の１例に相当する。

（計数値算出部４６）
計数値算出部４６は、散乱線検出器２１の各検出素子に入射すると推定される散乱線の計数値を計算によって求める。まず、計数値算出部４６は、散乱体マーカー１２０の質量密度係数（ｍ_ｓｃ［ｇ／ｃｍ^３］）、散乱体マーカー１２０の大きさ、較正用マーカー座標系Ｍにおける散乱体マーカー１２０の位置を示す座標情報、人体模擬材１１０の質量密度係数（ｍ_ｈｏ［ｇ／ｃｍ^３］）、及び、マーカー板１００の位置を示す座標情報を含むマーカー板１００に関する情報をマーカー情報記憶部５２から読み込む。

そして、計数値算出部４６は、領域算出部４５によって求められた各検出素子の見込み領域Ｒ_ｉｘｉｙの座標情報と、マーカー板１００に関する情報とに基づいて、各検出素子に入射すると推定される散乱線の計数値Ｃ_ｉ、ｘｙを求める。この計算で求められた計数値Ｃ_ｉ、ｘｙは、散乱線検出器２１がスキャン軌道上のｉ番目のポジションにあるときの、検出素子ＤＥ_ｘｙが検出する計数値を表している。計数値を求める方法には、一般の放射線治療計画装置に用いられているシミュレーションを用いることができる。例えば、「医療安全のための放射線治療手順マニュアル」（熊谷孝三著、日本放射線技師会出版会）に記載の方法を用いれば良い。そして、計数値算出部４６は、各検出素子の計数値Ｃ_ｉ、ｘｙを補正係数算出部４７に出力する。なお、計数値算出部４６が、この発明の「計数値算出手段」の１例に相当する。

（補正係数算出部４７）
補正係数算出部４７は、実測によって求められた計数値（実測値）と、計数値算出部４６によって求められた計数値（計算値）とに基づいて、検出素子の感度を補正するための補正係数を検出素子ごとに求める。まず、補正係数算出部４７は、データ収集制御部３１から出力された散乱体マーカー１２０に起因する散乱線データを受け付ける。そして、補正係数算出部４７は、散乱線検出器２１がスキャン軌道上のｉ番目のポジションにあるときの、検出素子ＤＥ_ｘｙにおける計算による計数値Ｃ_ｉ、ｘｙと、データ収集制御部３１から受け付けた実測による計数値Ｓ_ｉ、ｘｙと、に基づいて、検出素子ＤＥ_ｘｙの感度を補正するための補正係数ｋ_ｉ、ｘｙを求める。この補正係数ｋ_ｉ、ｘｙは、散乱線検出器２１がスキャン軌道上のｉ番目のポジションにあるときの、検出素子の補正係数を表している。検出素子の補正係数ｋ_ｉ、ｘｙは、以下の式（３）で表わされる。

計算によって求められた計数値Ｃ_ｉ、ｘｙは、見込み領域Ｒ_ｉｘｉｙと、マーカー板１００に関する情報とに基づいて、計数値算出部４６によって求められている。また、見込み領域Ｒ_ｉｘｉｙは、写像による計算によって求められた散乱線検出器２１の位置、取り付け角度、及び、散乱線検出器２１とマーカー板１００との位置関係に基づいて、領域算出部４５によって求められている。従って、計数値Ｃ_ｉ、ｘｙは、見込み領域Ｒ_ｉｘｉｙをパラメータとする関数で表わされる。換言すると、計数値Ｃ_ｉ、ｘｙは、散乱線検出器２１の位置、取り付け角度、及び散乱線検出器２１とマーカー板１００との位置関係（写像に含まれている、ｍ_Ｃ−Ｍ、θｘ、θｙ、θｚ、ｍ_Ｃ−Ｄｉ、φｘ、φｙ、φｚ）をパラメータとする関数で表わされる。

以上のように、散乱線検出器２１の位置、取り付け角度、及び散乱線検出器２１とマーカー板１００との位置関係を表すパラメータ（写像に含まれている、ｍ_Ｃ−Ｍ、θｘ、θｙ、θｚ、ｍ_Ｃ−Ｄｉ、φｘ、φｙ、φｚ）と、各検出素子の補正係数ｋ_ｉ、ｘｙとが求められると、較正処理部４０は、そのパラメータと補正係数ｋ_ｉ、ｘｙとを較正データ記憶部５１に出力する。較正データ記憶部５１は、較正処理部４０にて求められたパラメータと補正係数ｋ_ｉ、ｘｙとを記憶する。また、較正処理部４０は、各検出素子の補正係数ｋ_ｉ、ｘｙを画像生成部６０の再構成処理部６１に出力する。なお、補正係数算出部４７が、この発明の「補正係数算出手段」の１例に相当する。

較正処理部４０は、スキャン軌道上の各位置における散乱線検出器２１の実際の位置及び取り付け角度と、散乱線検出器２１とマーカー板１００との位置関係とを求める。そして、較正処理部４０は、スキャン軌道上の各位置における見込み領域Ｒを求め、各位置において検出素子ＤＥ_ｘｙが検出する計数値Ｃ_ｘｙを求める。そして、較正処理部４０は、各位置における散乱線検出器２１が検出した散乱線の実測値である計数値Ｓ_ｘｙと、計算によって求められた各位置における散乱線の計数値Ｃ_ｘｙとに基づいて、各位置における散乱線検出器２１の検出感度を補正するための補正係数ｋ_ｘｙを求める。較正処理部４０は、散乱線検出器２１の位置、取り付け角度、及び散乱線検出器２１とマーカー板１００との位置関係を表すパラメータと、スキャン軌道上の各位置における各検出素子の補正係数ｋ_ｘｙとを較正データ記憶部５１に出力する。較正データ記憶部５１は、較正処理部４０にて求められた各位置におけるパラメータと補正係数とを記憶する。また、較正処理部４０は、散乱線検出器２１の位置を示す座標情報と、各位置における各検出素子の補正係数ｋ_ｘｙとを再構成処理部６１に出力する。

また、照射部１１から照射される治療ビームの強度を変えて、上述した較正処理を行っても良い。すなわち、治療ビームの強度ごとの補正係数ｋ_ｘｙを求めても良い。この場合、実際の治療時における治療ビームの強度に対応する補正係数ｋ_ｘｙを用いて、散乱線の計数値を補正する。

（較正後の撮影）
再構成処理部６１は、散乱線検出システム２０において取得された各位置（散乱線検出器２１の各位置）における散乱線データと、各散乱線データを取得した各位置（散乱線検出器２１の各位置）を示す位置情報とを用いて画像再構成処理を行うことで、散乱線ボリュームデータを生成する。

例えば、寝台１４に被検体Ｐ（人体）を載置し、照射部１１から治療ビームを被検体Ｐに対して照射する。そして、治療ビームの中心を軸にして、その中心軸の周りをスキャン軌道に沿って散乱線検出器２１を回転させることで、散乱線検出器２１は、治療ビームに基づいて発生する被検体Ｐからの散乱線を複数の位置で検出する。散乱線検出器２１によって取得された散乱線データは、データ収集制御部３１に出力される。データ収集制御部３１は、散乱線検出器２１によって取得された各位置における散乱線データを再構成処理部６１に出力する。

再構成処理部６１は、スキャン軌道上の各位置における補正係数ｋ_ｘｙを用いて、散乱線検出システム２０において取得された各位置における散乱線データを検出素子ごとに補正する。そして、再構成処理部６１は、補正された各位置における散乱線データと、各散乱線データを検出した各位置（較正処理部４０にて求められた散乱線検出器２１の各位置）を示す位置情報とを用いて再構成処理を行うことで、散乱線ボリュームデータを生成する。

そして、画像処理部６２は、散乱線ボリュームデータを吸収線量ボリュームデータに変換し、その吸収線量ボリュームデータに基づいて、被検体の所定部位の放射線量の分布を示す吸収線量画像データを生成する。なお、画像生成部６０が、この発明の「画像生成手段」の１例に相当する。

表示部７１は、画像処理部６２によって生成された吸収線量画像データに基づく画像を表示する。また、表示部７１は、散乱線検出器２１によって取得された散乱線に基づくマーカー像を表示しても良いし、治療ビーム検出器１２によって取得された透過線に基づくマーカー像を表示しても良い。また、操作部７２は、システム制御部３０に接続され、操作者からの各種指示や条件などを受けて、システム制御部３０に出力する。

以上のように、この実施形態に係る放射線治療用線量分布測定装置及び較正方法によると、散乱線検出器２１の位置と各検出素子の検出感度とが補正されて、より正確な散乱線ボリュームデータを生成することが可能となる。すなわち、散乱線検出器２１の空間的な位置ずれと、各検出素子によって検出される散乱線の計数値とを補正することで、線量分布をより正確にモニタリングすることが可能となる。

（変形例）
次に、上述した実施形態に係る放射線治療用線量分布装置及び較正方法の変形例について、図８と図９とを参照して説明する。図８は、マーカー板からの散乱線の測定形態を示す図である。図９は、治療ビーム検出器が検出したマーカー像の１例を示す図である。

変形例においては、照射システム１０に設置されている治療ビーム検出器１２を用いる。図８に示すように、治療ビーム検出器１２は、マーカー板１００（寝台１４）を間にして照射部１１とは反対側に配置されている。治療ビーム検出器１２は、照射部１１によって照射されてマーカー板１００と寝台１４とを透過した治療ビーム（透過線）を検出することで、透過線データを取得する。透過線データは、データ収集制御部３１に出力される。このように、治療ビーム検出器１２を用いて透過線データを検出することで、散乱体マーカー１２０を撮影することができる。

上述した実施形態において、マーカー像算出部４３が写像を決定するときに用いる設計値（初期値）は、マーカー板１００が寝台１４に沿ってまっすぐに設置されていることを前提としている。例えば、寝台１４上の点を原点とし、ｙ軸が寝台１４の長手方向に平行な軸、ｘ軸が寝台１４の短手方向に平行な軸、ｚ軸がｘ軸とｙ軸とに直交する軸とする。また、θｘ、θｙ、θｚを、それぞれ、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸周りの回転角度とする。上述した実施形態では、θｘ＝θｙ＝θｚ＝０であることを仮定して、設計値（初期値）を設定している。また、照射部１１の真下にマーカー板１００が設置されていることを前提としている。すなわち、ｘ＝ｙ＝０であることを仮定して、設計値（初期値）を設置している。

図９に、治療ビーム検出器１２によって取得されたマーカー像を示す。例えば、マーカー板１００が寝台１４に沿ってまっすぐに設置されて、ｘ軸方向又はｙ軸方向へのずれがなく、ｚ軸周りの回転もない場合には、マーカー像６００のように、各散乱体マーカー１２０に対応する各像は、ｘ軸方向又はｙ軸方向へのずれがなく、ｚ軸周りの回転がない状態で表わされる。一方、マーカー板１００がｘ軸方向又はｙ軸方向にずれて、ｚ軸周りの回転がある場合には、マーカー像７００のように、各散乱体マーカー１２０に対応する各像は、ｘ軸方向又はｙ軸方向にずれて、ｚ軸周りに回転した状態で表わされる。

寝台１４上においてマーカー板１００が設置されている位置が、上記の前提から大きくずれている場合、フィッティング処理部４４が行うフィッティング処理において収束に時間がかかってしまう。

そこで、変形例においては、治療ビーム検出器１２を用いてマーカー板１００を撮影することで、ｘ軸方向又はｙ軸方向へのマーカー板１００のずれ量と、θｚ軸周りにおけるマーカー板１００の回転量とを特定する。例えば、マーカー像抽出部４２は、治療ビーム検出器１２によって取得された透過線データをデータ収集制御部３１から受けて、治療ビーム検出器１２に映ったマーカー像を抽出する。そして、マーカー像抽出部４２は、上述した散乱線データに対する処理と同様に、マーカー像全体の平行移動と回転行列とを求める。平行移動が、ｘ軸方向又はｙ軸方向へのマーカー板１００のずれ量を表し、回転行列がθｚ軸周りにおけるマーカー板１００の回転量を表している。

マーカー像算出部４３は、ｘ軸方向又はｙ軸方向へのずれ量と回転量とを初期値として用いて、写像_Ｃ−Ｄｉと写像_Ｃ−Ｍとを決定し、上記の式（１）に従って座標Ｐ’を算出する。そして、フィッティング処理部４４は、上記の式（２）で表わされる２乗誤差ｓが小さくなるように、写像_Ｃ−Ｄｉと写像_Ｃ−Ｍとを修正していくフィッティング処理を行う。

この変形例のように、初期値としてマーカー板１００のずれ量を用いることで、フィッティング処理においてより速い収束が得られる。すなわち、スキャン軌道上における散乱線検出器２１の位置、取り付け角度、及びマーカー板１００との位置関係をより速く求めることが可能となる。

１０照射システム
１１照射部
１２治療ビーム検出器
１３ガントリ
１４寝台
２０散乱線検出システム
２１散乱線検出器
２２移動機構部
３０システム制御部
３１データ収集制御部
３２照射システム制御部
３３スキャン制御部
４０較正処理部
４１位置算出部
４２マーカー像抽出部
４３マーカー像算出部
４４フィッティング処理部
４５領域算出部
４６計数値算出部
４７補正係数算出部
５０記憶部
５１較正データ記憶部
５２マーカー情報記憶部
５３コリメータ情報記憶部
５４治療ビーム情報記憶部
６０画像生成部
６１再構成処理部
６２画像処理部
７１表示部
７２操作部

Claims

寝台と、
治療用放射線ビームを散乱させる複数の散乱体マーカーが所定位置に配置された散乱部材が前記寝台上に載置された状態で、前記散乱部材に対して前記治療用放射線ビームを照射する照射手段と、
２次元的に配置された複数の検出素子を有し、前記治療用放射線ビームに基づいて発生する前記複数の散乱体マーカーからの散乱線を検出することで前記複数の散乱体マーカーを表す第１マーカー像を取得する散乱線検出器と、
前記第１マーカー像を取得したときの前記散乱部材の設置位置に基づいて、前記散乱線検出器に映されると推定される前記複数の散乱体マーカーを表す第２マーカー像を求め、前記散乱線検出器における前記第１マーカー像の位置と前記第２マーカー像の位置との差に基づいて、照射系に対する前記散乱線検出器の位置を求める位置算出手段と、
前記位置算出手段によって求められた前記散乱線検出器の位置と、前記散乱部材内における前記複数の散乱体マーカーの位置とに基づいて、前記散乱線検出器に散乱線が入射する可能性がある前記散乱体マーカーを含む前記散乱部材内の見込み領域を求める領域算出手段と、
前記見込み領域と前記複数の散乱線マーカーの位置及び材質とに基づいて、前記散乱線検出器に入射すると推定される散乱線の計算値を求める計数値算出手段と、
前記散乱線検出器が検出した散乱線の実測値と、前記計数値算出手段によって求められた前記散乱線の計算値とに基づいて、前記散乱線検出器の検出感度を補正するための補正係数を算出する補正係数算出手段と、
を有することを放射線治療用線量分布測定装置。
散乱線の３次元分布を示す散乱線ボリュームデータを再構成し、前記散乱線ボリュームデータに基づいて画像データを生成する画像生成手段を更に有し、
前記照射手段は、前記散乱部材の代わりに被検体が前記寝台上に載置された状態で、前記被検体に対して治療用放射線ビームを照射し、
前記散乱線検出器は、前記治療用放射線ビームに基づいて発生する前記被検体からの散乱線を複数の位置で検出し、
前記画像生成手段は、前記散乱線検出器が検出した前記被検体内からの散乱線の実測値と前記補正係数とに基づいて、前記被検体内からの散乱線の実測値を補正し、前記位置算出手段によって求められた前記散乱線検出器の位置を示す情報と、前記補正された実測値とに基づいて、前記被検体内を表す散乱線ボリュームデータを再構成し、前記被検体内を表す散乱線ボリュームデータに基づいて、前記被検体内を表す画像データを生成することを特徴とする請求項１に記載の放射線治療用線量分布測定装置。
前記散乱線検出器は、前記治療用放射線ビームの中心軸に対して検出面を所定角度にして、前記中心軸の周りを回転しながら前記中心軸周りの各位置にて散乱線を検出することで、前記各位置における前記複数の散乱線マーカーを表す前記第１マーカー像を取得し、
前記位置算出手段は、前記散乱部材の設置位置に基づいて前記各位置における前記散乱線検出器に映されると推定される前記複数の散乱体マーカーを表す前記第２マーカー像を求め、前記各位置の前記散乱線検出器における前記第１マーカー像の位置と前記第２マーカー像の位置との差に基づいて、前記照射系に対する位置として前記中心軸周りにおける前記散乱線検出器の位置、前記所定角度、及び、前記散乱部材と前記散乱線検出器との間の位置関係を求め、
前記領域算出手段は、前記位置算出手段によって求められた前記中心軸周りにおける前記散乱線検出器の位置、前記所定角度、及び、前記散乱部材と前記散乱線検出器との間の位置関係に基づいて、前記散乱線検出器に散乱線が入射する可能性がある前記散乱体マーカーを含む前記散乱線部材内の前記見込み領域を、前記中心軸周りの前記各位置について求め、
前記計数値算出手段は、前記各位置における前記見込み領域と前記散乱線マーカーの位置及び材質とに基づいて、前記各位置における前記散乱線検出器に入射すると推定される散乱線の計数値を求め、
前記補正係数算出手段は、前記各位置における前記散乱線検出器が検出した散乱線の実測値と、前記計数値算出手段によって求められた前記各位置における前記散乱線の計数値とに基づいて、前記各位置における前記散乱線検出器の検出感度を補正するための前記補正係数を求め、
前記画像生成手段は、前記被検体に対して前記照射手段が治療用放射線ビームを照射することで、前記散乱線検出器が検出した前記複数の位置についての散乱線の実測値と、前記各位置における前記補正係数とに基づいて、前記各位置における前記実測値を補正し、前記位置算出手段によって求められた前記散乱線検出器の各位置を示す情報と、前記補正された前記各位置における前記実測値とに基づいて、前記被検体内を表す散乱線ボリュームデータを再構成し、前記被検体内を表す散乱線ボリュームデータに基づいて、前記被検体内を表す画像データを生成することを特徴とする請求項２に記載の放射線治療用線量分布測定装置。
前記位置算出手段は、前記散乱線検出器と前記散乱部材との間で写像による座標変換を行うことで、前記散乱線検出器に映されると推定される前記複数の散乱体マーカーを表す前記第２マーカー像を求め、前記散乱線検出器における前記第１マーカー像の位置と前記第２マーカー像の位置との差に基づいて、前記散乱線検出器の位置を求めることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の放射線治療用線量分布測定装置。
前記領域算出手段は、前記位置算出手段によって求められた前記散乱線検出器の位置と、前記散乱部材内における前記複数の散乱体マーカーの位置とに基づいて、前記散乱線検出器に配置された各検出素子に散乱線が入射する可能性がある前記散乱体マーカーを含む前記散乱線内の見込み領域を前記検出素子ごとに求め、
前記計数値算出手段は、前記検出素子ごとの見込み領域と前記複数の散乱線マーカーの位置及び材質とに基づいて、前記各検出素子に入射すると推定される散乱線の計数値を求め、
前記補正係数算出手段は、前記散乱線検出器の前記各検出素子が検出した散乱線の実測値と、前記計数値算出手段によって求められた前記各検出素子に入射する散乱線の計数値とに基づいて、前記各検出素子の検出感度を補正するための補正係数を前記検出素子ごとに算出し、
前記画像生成手段は、前記散乱線検出器の前記各検出素子が検出した前記被検体内からの散乱線の実測値と、前記検出素子ごとの補正係数とに基づいて、前記被検体からの散乱線の実測値を前記検出素子ごとに補正し、前記位置算出手段によって求められた前記散乱線検出器の位置を示す情報と、前記補正された実測値とに基づいて、前記被検体内を表す散乱線ボリュームデータを再構成し、前記被検体内を表す散乱線ボリュームデータに基づいて、前記被検体内を表す画像データを生成することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の放射線治療用線量分布測定装置。
寝台と、
前記寝台上に載置された被検体に対して治療用放射線ビームを照射する照射手段と、
２次元的に配置された複数の検出素子を有し、前記治療用放射線ビームに基づいて発生する前記被検体内からの散乱線を複数の位置で検出する散乱線検出器と、
を有する放射線治療用線量分布測定装置における散乱線検出器の較正方法であって、
前記治療用放射線ビームを散乱させる複数の散乱体マーカーが所定位置に配置された散乱部材が、前記被検体の代わりに前記寝台上に載置された状態で、前記照射手段は、前記散乱部材に対して治療用放射線ビームを照射し、
前記散乱線検出器は、前記治療用放射線ビームに基づいて発生する前記複数の散乱体マーカーからの散乱線を検出することで前記複数の散乱体マーカーを表す第１マーカー像を取得し、
前記散乱部材の設置位置に基づいて前記散乱線検出器に映されると推定される前記複数の散乱体マーカーを表す第２マーカー像を求め、前記散乱線検出器における前記第１マーカー像の位置と前記第２マーカー像の位置との差に基づいて、前記散乱線検出器の位置を求め、
前記求められた前記散乱線検出器の位置と、前記散乱部材内における前記複数の散乱体マーカーの位置とに基づいて、前記散乱線検出器に散乱線が入射する可能性がある前記散乱体マーカーを含む前記散乱部材内の見込み領域を求め、
前記見込み領域と前記複数の散乱体マーカーの位置及び材質とに基づいて、前記散乱線検出器に入射すると推定される散乱線の計数値を求め、
前記散乱線検出器が検出した散乱線の実測値と、前記求められた前記散乱線の計数値とに基づいて、前記散乱線検出器の検出感度を補正するための補正係数を算出することを特徴とする放射線治療用線量分布測定装置における散乱線検出器の較正方法。
前記散乱線検出器が検出した前記被検体内からの散乱線の実測値と前記補正係数とに基づいて、前記被検体内からの散乱線の実測値を補正し、前記求められた前記散乱線検出器の位置を示す情報と、前記補正された実測値とに基づいて、前記被検体内を表す前記散乱線ボリュームデータを再構成し、前記被検体内を表す散乱線ボリュームデータに基づいて、前記被検体内を表す画像データを生成することを特徴とする請求項６に記載の放射線治療用線量分布測定装置における散乱線検出器の較正方法。