JP6634299B2 - 治療計画装置、治療計画方法、制御装置および粒子線治療システム - Google Patents

Description

本発明は、シンクロトロンあるいはサイクロトロンなどの粒子線加速器により加速された荷電粒子ビームを、がん患部に照射してがん治療を行う粒子線治療装置に関する。

粒子線治療において患部に荷電粒子ビームを照射させる方法として、荷電粒子を直接走査しながら照射対象に照射するスキャニング照射法が知られている。粒子線スキャニング照射には、患部を一様な線量で照射するために複数の走査方式がある。離散スポット照射と呼ばれるスキャニング照射法では、患部にビームを照射していく照射スポットを配置し、各照射スポットの目標照射量を治療計画装置によって決める。照射していく時は、荷電粒子ビームの照射位置と照射量を測定しており、決められた照射スポットに所定の照射量だけビームを照射していく。一つの照射スポットのビーム照射が完了すると、一度ビームを停止（オフ）して、次の照射スポットに移動し再度ビームをオンして照射する。これをすべての照射スポットで繰り返して照射が完了する。患部の深さ方向のエネルギー変更には、荷電粒子ビームのエネルギーを加速器で変更して深さ方向の照射スポットを変化させる。

また、別の走査方式として連続ビーム照射と呼ばれる照射法があり、これは照射スポットで線量が満了すると次の照射スポットに移動するのは離散スポットと同じであるが、照射スポット間を移動する間もビームを照射したまま移動する照射法である。連続ビームによるスキャニング照射では、照射スポット間に荷電粒子ビームが照射する線量も考慮した上で、患部を一様な線量で照射できるような照射計画を治療計画装置で計算しておく必要がある。特許文献１には、連続ビーム照射の場合に照射スポット間の距離が離れているとき、照射スポットをグループ分けして、走査経路を決定する方法が開示されている。

特許第５７９１７９３号

特許文献１に記載の技術では、照射スポット間の距離が離れているときは、スポット間の線量が増加しないようにビーム強度を下げて照射しなければならない。また、目標照射量の大きさが異なる照射スポットが混在している場合は、目標照射量の小さい照射スポットに合わせて照射する必要があった。これらのことから、連続ビーム照射の場合はビーム強度を上げて照射することができず、治療時間が長くなる傾向にあった。

上記の課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、治療計画装置は、荷電粒子ビームを照射する照射領域を、前記荷電粒子ビームの進行方向に複数の層に分割して、前記層に、前記荷電粒子ビームの照射位置となる複数の照射スポットを配置するスポット決定部と、同じ前記層に配置された、照射スポットと他の照射スポットとの距離、又は各照射スポットの目標線量の少なくともいずれか一方に応じて、前記照射スポットをグループに分けるグループ分割部と、あるグループに属する前記照射スポットから次の照射スポットに照射位置を変更する間、前記荷電粒子ビームの出射を継続し、あるグループに属する前記照射スポットから当該あるグループと同じ前記層にある他のグループに属する照射スポットに照射位置を変更する間、前記荷電粒子ビームの出射を停止させるように計画をする計画部を備えることを特徴とする。

本発明によると、粒子線スキャニング照射において治療時間を短縮することができる。

粒子線治療システムの全体構成を示す図である。 粒子線スキャニング照射ノズルを示す図である。 患部をスキャニング照射していく時の、同じエネルギーで照射する層と荷電粒子ビームと照射スポットを示す図である。 患部をスキャニング照射していく時の深さ方向の線量分布を示す図である。 連続ビーム照射を示す図である。 離散スポット照射を示す図である。 連続ビーム照射の制御を示す図である。 離散スポット照射の制御を示す図である。 本発明の第１の実施例を示すフローチャートである。 照射スポットの配置を示す図である。 照射スポットの距離関係によるグループ分けを示す図である。 本発明の位置実施形態による連続ビーム照射と離散スポット照射を組み合わせたスキャニング照射を示す図である。 連続ビーム照射において、照射スポット間の移動と照射スポットでの停止を説明する図である。 従来の連続ビーム照射を示す図である。 本発明の第１の実施例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施例を示すフローチャートである。

本発明を実施する具体的な形態について、図を用いて詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態である粒子線治療システムの全体構成を示す。粒子線治療システムは、荷電粒子ビーム（以下、ビーム）９０を加速する加速器２０と、加速されたビーム９０を照射ノズルまで輸送するビーム輸送系３０と、患部にビームを照射する照射ノズル４０と、治療台５０と、治療計画を作成する治療計画装置１０と、全体制御装置１１と、加速器・ビーム輸送系制御装置１２と、照射ノズル制御装置１３を備える。ここで、治療計画装置１０は、スポット決定部１と、グループ分割部２と、計画部３を備える。また、加速器２０は、入射器２１とシンクロトロン加速器２２を備える。加速器２０で光速の６、７割まで加速されたビーム９０は、ビーム輸送系３０に配置された偏向電磁石３１により真空中を磁場で曲げられながら照射ノズル４０まで輸送される。照射ノズル４０でビーム９０は照射領域の形状に合致するように整形され、照射対象に照射される。照射対象は、例えば治療台５０に横になった患者５の患部５１などである。

図２は、本発明の一実施形態である粒子線スキャニング用の照射ノズル４０を示す。照射ノズル４０では、水平、垂直方向用の走査電磁石４１Ａ、４１Ｂにより二次元平面内にビーム９０を走査する。走査電磁石４１Ａ、４１Ｂにより走査されたビーム９０は、患部５１に照射される。線量モニタ４２は各照射スポットに照射されたビーム９０の照射量を測定する。線量モニタ制御装置７２は、各照射スポットに照射する照射量を制御する。位置モニタ４３は各照射スポットのビーム位置（例えば重心の位置）を計測する。位置モニタ制御装置７３は、位置モニタ４３で計測したビーム位置のデータをもとに照射スポットの位置及び幅の演算を行い、ビーム９０の照射位置を確認する。リッジフィルタ４４は、ブラッグピークを太らせるために必要な場合に使用する。また、レンジシフタ４５を挿入してビーム９０の到達位置を調整しても良い。

スキャニング照射は、あらかじめ図１に示す治療計画装置１０で患部を一様な線量で照射するための照射スポットの位置と各照射スポットに対する目標照射量を計算する。粒子線スキャニング照射を図３に示す。患部５１を層５２に分割し、各層５２内は同じエネルギーのビーム９０で照射していく。層５２内には照射スポット５３が配置される。
図１に示す治療計画装置１０で計算された患者毎のデータは、図１に示す粒子線治療システムの全体制御装置１１に送られる。全体制御装置１１から加速器・ビーム輸送系制御装置１２にエネルギー変更、ビームの出射信号又は出射停止信号などを出力する。全体制御装置１１から各照射スポットの座標値、照射量を照射ノズル制御装置１３に送る。照射スポットの座標値は、走査電磁石４１Ａ、４１Ｂの励磁電流値に変換されて、図２に示す走査電磁石電源制御装置７１に送られる。

治療計画装置で配置されたある照射スポット５３に対して、定められた照射量のビーム９０を照射すると、次の照射スポット５３を照射する。ある層５２の照射が完了すると、次の層５２の照射を行う。まず、ビーム進行方向、すなわち患部深さ方向の照射位置変更には、ビームのエネルギーを変更する。ビームのエネルギーが変化すると、ビームの体内到達位置が変わる。エネルギーの高い荷電粒子ビームは、体内の深い位置まで到達し、エネルギーの低い荷電粒子ビームは体内の浅い位置までしか到達しない。粒子線スキャニング照射では、深さ方向の一様な線量分布形成にビームのエネルギーを変更して、照射量を適切に配分することにより深さ方向のSOBP(Spread Out Bragg Peak)を形成する。各エネルギーの照射量を適切に配分することで各エネルギーのブラッグカーブ８１を重ね合わせて、図４に示すように深さ方向に一様な線量分布SOBP８２を形成する。

次に、スキャニング照射の横方向の照射について説明する。治療計画装置１０では、患部を一様な線量で照射するための照射スポットを図３に示すようにビームのエネルギー毎に配置する。図５は連続ビーム照射によるスキャニング照射を、図６は離散スポット照射によるスキャニング照射を示す。黒点は、照射スポットを表し実線はビームをオンしながら照射スポット間を移動することを表し、点線はビームをオフして照射スポット間を移動していることを表す。図５に示すように、連続ビーム照射では、治療計画で決められた各照射スポットの照射量だけビームを照射すると、ビームをオフせずに次の照射スポットに移動する。そのため、照射スポットの照射量は、照射スポット間を移動中に照射する照射量と照射スポットに停止中に照射する照射量の和となる。連続ビーム照射に対応した治療計画は、あらかじめ図５の実線に示すように照射スポットを走査していく走査経路を決定する。図６に示す離散スポット照射は、図５の連続ビーム照射と同じ走査経路が示されているが、照射スポットの移動に際しビームをオフして次の照射スポットに移動する。そのため、図６で示す黒点で示すスポットでのみ線量が付与されることになる。

連続ビーム照射では、照射スポット間もビームをオンしながら照射スポット間を移動することから、スポット移動中にも照射する線量を考慮して患部が一様な線量で照射する照射計画が必要である。例えば、照射スポットの間に仮想的な照射スポットを配置して、その仮想スポットに移動中の線量を代表させて線量を最適化により決定する方法を採用しても良い。また、連続ビーム照射では、照射スポット間を移動中に照射するビームによる線量を考慮するため、同じエネルギーで照射する層内で、照射スポットを走査していく走査経路を決定する必要がある。例えば、巡回セールスマンアルゴリズムを用いて、照射スポットを走査していく走査距離を最小化するように走査経路を決定する方法を採用しても良い。

連続ビーム照射、離散スポット照射の制御を詳細に説明する。連続ビーム照射のタイムチャートを図７に示す。図７では例としてスポット１からスポット３までの３スポットの照射を示す。加速器２０には、所定のビーム強度で照射するように図１に示す加速器・ビーム輸送系制御装置１２から指令を出す。ビームの照射を開始すると照射ノズル４０内の線量モニタ４２の電離出力が線量モニタ制御装置７２でパルス変換されパルスカウント値が増加し始め、所定の照射量を照射すると線量モニタ制御装置７２は満了信号を照射ノズル制御装置１３に送り、スポットの照射は終了する。線量モニタ制御装置７２の満了信号により、照射ノズル制御装置１３は走査電磁石電源制御装置７１に次のスポット移動の信号を送り、次のスポットへの移動が開始される。次のスポットの電流値に到達すると、走査電磁石電源制御装置７１は移動完了信号を照射ノズル制御装置１３に送る。停止完了信号を受けたあと、位置モニタ制御装置７３が位置モニタ４３からの出力を得て、ビームの位置、幅の演算を開始する。線量満了信号により、ビームの位置、幅の演算は終了し、所定の位置に照射されたかどうか照射ノズル制御装置１３が判定する。判定した結果、ビーム位置、幅のずれが大きいときは、ビーム停止する。以上が連続ビーム照射の制御の流れである。

連続ビーム照射の最終スポットでは、加速器２０に有限の応答時間があることから、ビームの出射停止信号を出力したあとに遅延電荷が発生する場合がある。この遅延電荷に対して、予測制御などを行い、事前にビームをオフすることで所定の線量になるように制御することが可能である。

次に、離散スポット照射のタイムチャートを図８に示す。離散スポット照射では、線量満了信号を受けて、走査電磁石電流を変化させて次スポットに移動するのは連続ビームと同様である。離散スポット照射では、線量モニタ制御装置７２からの線量満了信号を受けて、照射ノズル制御装置１３が全体制御装置１１を経て、加速器・ビーム輸送系制御装置１２にビームオフ指令を送り、ビームをオフする。その後、加速器・ビーム輸送系制御装置１２はビームオフが完了した後、移動開始信号を全体制御装置１１を経て、照射ノズル制御装置１３に送る。照射ノズル制御装置１３は移動開始信号を受けて、走査電磁石電源制御装置７１に次スポットへの移動信号を送る。走査電磁石電源６１Ａ，６１Ｂの移動完了信号を受けて、加速器・ビーム輸送系制御装置１２にビームオン指令を送ることで、ビームの照射が再開されて次スポットの照射が開始される。ビーム位置、幅の演算は、移動完了信号で開始し、照射スポットの満了信号で演算を終了する。各スポット間でビームオフすることで、加速器２０の応答時間より照射量には遅れ成分が存在することになり、これによって各スポットの照射量が遅れ成分の量だけ増えてしまうことになる。このために、離散スポット照射では、すべての照射量を積算で管理することで、照射量の精度を確保する。

以上、連続ビーム照射と離散スポット照射の制御を説明したが、連続ビーム照射は照射スポット間を移動中もビームを照射しているのに対し、離散スポットはスポット間移動中にビーム照射しないことから、連続ビームの方が離散スポットより治療時間を短くすることが可能である。一方、離散スポット照射はスポット間に照射する線量がないことから、スポット毎に高精度に照射することが可能である。

以上より、連続ビーム照射と離散スポット照射の両方の照射ができるようになると、治療時間と精度の観点から望ましい。離散スポットと連続ビームの二つの照射法に対応した制御装置を持つことにより、より柔軟なスキャニング照射を実現することができる。ここで、同じ照射ノズルで離散スポットと連続ビームの両方が照射できるようにしてもよい。同じ照射ノズルで照射できるようにすることで、離散スポット照射と連続ビーム照射の切り換えにかかる時間を短縮することができる。

本発明の第一の実施形態について、図を用いて説明する。図９に本実施例のフローチャートを示す。治療計画装置で連続ビーム照射の照射計画を計算する時に、治療計画装置に備えられたスポット決定部１は、まず、患部５１を層５２に分割して図１０のように照射スポット５３を設定する（ステップ１０１）。次に、準ニュートン法などの繰り返し計算により、患部の線量が所定の線量になるように照射量最適化を実施する（ステップ１０２）。この結果、各照射スポットの目標照射量が決まる。つぎに層内で走査経路を決定する（ステップ１０３）。走査経路の決定には、巡回セールスマンアルゴリズムなどを用いることで、走査する総距離が最小になるようにする。走査経路が決定されたあと、グループ分割部２は、隣り合うスポット間の距離を計算し、ある距離以上離れたスポットは、別のグループとする処理を行う（ステップ１０４）。ステップ１０３、１０４の処理により、層５２内の照射スポットは複数のグループに分けられる。ここで、グループは１以上の照射スポットを含むとしている。例えば、図１１のようにグループ分けする。

層５２内の照射スポットが複数のグループに分割されると、計画部３は、各々のグループ毎に連続ビームで照射するか又は離散スポットで照射するかの照射方法を決定する（ステップ１０６）。図１１の５６−１、５６−２のグループはスポットが密に多数存在するので、連続ビームで照射する。図１１の５６−３は２スポットしかないため、離散スポットで照射する。連続ビーム照射ではビームの出射を継続した状態で照射位置を変更するため、すべてを離散スポット照射する場合に比べると、適切な照射方式を選ぶことで治療時間を短縮することができる。

図１２に示すように照射方法が決まると、連続ビーム照射で照射するグループについては、グループ毎にビーム強度を決定する（ステップ１０７）。このとき、グループ毎にビーム強度を変更しても良い。

以上の図９に示すフローにより、治療計画装置１０は、層内の照射スポットを照射していく走査経路と照射方法を決定する。必要に応じて移動中の線量を考慮して、照射量を再度最適化する。

ステップ１０７で、連続ビーム照射において、ビーム強度を決定する方法について説明する。連続ビーム照射では、照射スポット間を移動中にもビームを照射し続けることから、照射スポット間移動中の照射量を管理することが必要である。連続ビーム照射では、照射スポット間の移動時間は照射スポット間の距離、走査速度で決まることから、加速器２０からのビームのビーム強度を一定に制御することにより、照射スポット間で照射する線量を管理する。照射スポット間の距離は、患部の形状から治療計画により決まる。また、照射ノズル４０に配置される走査電磁石４１Ａ，４１Ｂの設計によりビームのエネルギーが決まると走査速度は決まる。

図１３は隣り合う照射スポット２点を示しており、実線はビームをオンしながら移動する走査経路を示す。連続ビーム照射では、ビームの照射スポット間の移動と、照射スポットにおける停止との割合を考慮して各層を照射していくビーム強度を決定する。まず、照射スポット間のビームの移動時間は照射スポット間隔を走査速度で割ることで計算できる。照射ノズルでの走査速度はＸ方向とＹ方向で異なり、Ｘ方向、Ｙ方向の走査速度をそれぞれVx、Vyとし、Ｘ方向とＹ方向のスポット間隔をLx、Lyとすると、Ｘ方向とＹ方向の移動時間tx、tyは、それぞれ

で計算される。図１２に示す隣接する照射スポットの移動時間tは、Ｘ方向、Ｙ方向の移動時間で大きい時間をとり、

となる。ここで、停止と移動の割合をF（停止時間を移動時間で割った数値）、次のi番目照射スポットの照射量をMUiとすると、ビームは一定強度で、移動時間tと停止時間Ftの時間で照射量MUiを照射することから、i番目を照射する照射スポットのビーム強度Iiは、

で求められる。これを同じエネルギーで照射する層のすべての照射スポットで繰り返し計算し、最小の電流を選択することで、その層のビーム強度Iを決める。

これで層内のすべての照射スポットで移動と停止の割合F以上ですべての照射スポットを照射することができる。例えば、F（停止時間/移動時間）=３を選択して計算することにより、層内の照射スポットすべてで、移動時間に対して３倍以上の停止時間を確保することができる。加速器２０からのビームは、加速器２０に対する制御でビーム強度が一定となるように制御しているが、ビーム強度を時間的に詳細に見てみると、ある変動幅をもってビーム強度は常に変動している。本実施例では、以上のようなアルゴリズムで停止時間に余裕を設けているため、ビームの電流強度が増加した場合があっても、移動時間中に線量が満了することを防止することができる。

しかし、Fを大きくしていくと移動時間中に線量が満了する可能性は下がり連続ビーム照射で安定した照射が可能となる半面、式(３)よりビーム強度が低下することになる。すなわち、層を照射していくビーム強度Iも低下し、治療時間Tは、すべての照射量をビーム強度で割った値となるため、治療時間Tが長くなる課題がある。

特に連続ビーム照射において、遠隔に離れた照射スポット間をビームをオンしたまま走査する場合、式（１）（２）において移動時間tが大きくなるため、式（３）よりビーム強度を下げる必要がある。

図１４には、遠隔に離れた照射スポット５５が２か所存在する。図１３に示したように、連続ビームを照射したままスポット間を移動する場合、ビーム強度を下げる必要があった。そこで、ステップ１０８において、計画部３は、連続ビーム照射のあとにグループ間を移動する場合は必ずビームをオフにする。こうすることで、連続ビーム照射の場合に距離が離れているスポットがあっても、強度を下げずに連続ビーム照射を行うことができ、治療時間を短縮することが可能となる。

本実施例によれば、ある照射スポットとの距離がしきい値以上である離れた照射スポットを他のグループとし、グループ間はビームの出射を停止するため、距離が離れた照射スポット間に重要臓器がある場合であっても、重要臓器を通過する経路上ではビームをオフにすることで、重要臓器の位置によって各グループ内における最初の照射スポット（始点）と最後の照射スポット（終点）の選び方が制限されることがない。そのため、各グループ内においてより短い走査経路を選択することができ、ビームの走査時間が短くなるため、治療時間を短縮することが可能となる。

本実施例では、図９に示すように、ビームの照射順である走査経路を決定し（ステップ１０３）、その後、隣り合う照射スポットの距離を判定して、しきい値以上の場合に別グループとして照射スポットをグループ化（ステップ１０４）したが、ステップ１０３とステップ１０４の替わりに、図１５に示すように、層内の複数の照射スポットを距離関係でグループ分けする（ステップ１０５）処理を行っても良い。距離関係でグループ分けするとは、具体的には、選択された２つの照射スポット間の距離がしきい値未満であれば同一グループとし、しきい値以上であれば別のグループとする処理を繰り返し、層内の照射スポットをグループに分けることを示す。照射方法の選択は図９のステップ１０６と同様に行う。次に、グループ毎に走査経路とビーム強度を決定し（ステップ１０９）、グループ毎の始点と終点も定める。このとき、グループ毎にビーム強度を変更しても良い。そこで、移動前のグループの終点から移動後のグループの始点までの距離を用いて、連続ビーム照射後のグループ間移動時にビームをオフにするかオンにするかを判断する（ステップ１１０）。図１０の場合には、グループ毎に走査経路を決めることができるため、さらにビームの走査時間を短くし、治療時間を短縮することが可能となる。

本発明の第２の実施例は、照射スポットを目標照射量でグループ分けする。
図１６に本発明の第２の実施形態のフローチャートを示す。実施例１と同様に、まずは治療計画装置１０に備えられたスポット決定部１で照射スポット５３を設定（ステップ２０１）したあと、照射量最適化を実施（ステップ２０２）し、各スポットの目標照射量を決める。これは、実施例１のステップ１０１、ステップ１０２に相当する。次に、グループ分割部２が、各スポットの目標照射量の大きさで、スポットをグループに分ける（ステップ２０３）。例えば２つのグループに分ける場合、ある目標照射量より多い目標照射量のスポットを第１のグループに、ある目標照射量より少ない目標照射量のスポットを第２のグループに分ける。グループは２つに限られることはなく、２以上の複数のグループでも良い。

次に各グループに含まれる照射スポットの数に基づいて、連続ビームで照射するか、又は離散スポットで照射するかを決定する（ステップ２０４）。ステップ２０４において連続ビームで照射するグループに関しては、走査経路とビーム強度を決める（ステップ２０５）のは実施例１と同様である。ビーム強度の決め方も実施例１で説明したとおりである。ステップ２０４、ステップ２０５は、それぞれ実施例１のステップ１０６、ステップ１０９に相当する。ステップ２０６では、計画部３は、ある照射スポットのグループを連続ビームで照射する場合に、最終スポットの照射完了時にビームをオフにして移動する。

以上のように第２の実施例では、目標照射量の大きさをもとに照射スポットをグループ分けする。その結果、連続ビームで照射する目標照射量の多いグループでは、式（３）のMUiが大きくなることになり、ビーム強度を従来より大きくすることができる。目標照射量の少ないグループのビーム強度は、従来と変わらない。その結果、連続ビームのビーム強度を従来より大きくすることができるため、治療時間が短縮することになる。

また、スキャニング照射では、細いビームによる線量分布を多数重ね合わせて、一様な線量分布を形成するため、患部が呼吸移動しているときには同じスポットを複数回照射するリペイント照射が有効である。しかし、連続ビームでリペイント照射を実施する時は、照射量の多いスポットと少ないスポットが混在しているため、同じビーム強度でリペイント照射すると目標照射量の少ないスポットでは停止時間が短くなる。停止時間が確保できなくなると、ビーム強度を下げることにより停止時間を確保するしか方法がないが、ビーム強度を低下させると治療時間が長くなる。

本実施例では、目標照射量の少ないスポットを離散スポットとして、連続ビームで照射するスポットから切り離すことで、連続ビームでリペイント照射する時にもビーム強度を下げる必要がなくなる。このように、目標照射量に応じてグループ分けし、連続ビーム、離散スポットの適した照射法を選択することによりリペイント照射においても治療時間を延ばすことなく、良好な線量分布を形成することができる。

また、グループ毎に離散スポット照射、連続ビーム照射を選択することにより、リペイント照射の自由度が向上して移動標的に対して線量分布が良くなるとともに、従来より治療時間を短縮することができる。

本発明の第３実施例では、照射スポットを距離関係と目標照射量の大きさの両方を考慮してグループ分けをする。

図１７に本実施例のフローチャートを示す。

治療計画装置で照射スポット５３を設定（ステップ３０１）し、照射量最適化を実施（ステップ３０２）するまでは実施例１と同様であり、それぞれ実施例1のステップ１０１、ステップ１０２に該当する。次に、グループ分割部２は、各スポットの目標照射量の大きさで、スポットをグループに分けて（ステップ３０３）、グループ毎に走査経路を決定し（ステップ３０４）、隣り合う照射スポット間の距離を計算して、ある距離以上離れた照射スポットはさらに別グループとする処理を行う（ステップ３０５）。

層内の照射スポットが複数のグループに分割されると、グループ毎に連続ビームで照射するか、又は離散スポットで照射するかを判断し（ステップ３０６）、グループ毎にビーム強度を決定し（ステップ３０７）、連続照射後のグループ間移動時には必ずビームをオフにするのは実施例１と同様であり、それぞれ実施例１のステップ１０６、ステップ１０７、ステップ１０８に相当する。ステップ３０７において、グループ毎にビーム強度を変更しても良い。

本実施例によれば、連続ビームで照射する目標照射量の多いグループにおいてビーム強度を従来より大きくすることができることに加えて、目標照射量で分けたグループ内にある一定の距離以上離れた照射スポット間に重要臓器がある場合であっても、重要臓器を通過する経路上ではビームをオフにすることで、重要臓器の位置によって各グループ内における最初の照射スポット（始点）と最後の照射スポット（終点）の選び方が制限されることがない。そのため、各グループ内においてより短い走査経路を選択することができ、ビームの走査時間が短くなるため、治療時間を短縮することが可能となる。

また、ステップ３０６において各グループの適切な照射方式を選ぶことで、すべてを離散スポット照射する場合に比べると、治療時間を短縮することができる。

なお、本実施例ではグループ毎に走査経路を決定した（ステップ３０４）あと、隣り合う照射スポット間の距離を計算して、ある距離以上離れた照射スポットは別のグループとする（ステップ３０５）処理を行ったが、ステップ３０４とステップ３０５の替わりに、層内の複数の照射スポットを距離関係でグループ分けする処理を行っても良い。距離関係でグループ分けするとは、具体的には、選択された２つの照射スポット間の距離がしきい値未満であれば同一グループとし、しきい値以上であれば別のグループとする処理を繰り返し、層内の照射スポットをグループに分けることを示す。

また、本実施例では、照射スポットを目標照射量の大きさでグループ分けした後、照射スポット間の距離でグループ分けする処理を行ったが、その処理の順番が逆であっても良い。

なお、実施例１−３で説明したシンクロトロン加速器２２の他に、サイクロトロン加速器などを用いても良い。 また、実施例１−３では、ビーム強度を決定した後にグループ間におけるビームオンオフの判断を行う例を説明したが、グループ間においてビームオンオフの判断をした後にビーム強度を決定するようにしても良い。

１：スポット決定部
２：グループ分割部
３：計画部
５: 患者
１０:治療計画装置
１１:全体制御装置
１２:加速器・ビーム輸送系制御装置
１３:照射ノズル制御装置
２０:加速器
２１:入射器
２２:シンクロトロン加速器
３０:ビーム輸送系
３１:偏向電磁石
４０:照射ノズル
４１Ａ,４１Ｂ:走査電磁石
４２:線量モニタ
４３:位置モニタ
４４:リッジフィルタ
４５:レンジシフタ
５０:治療台
５１:患部
５２:同じエネルギーで照射する患部の層
５３:照射スポット
５５:遠隔に離れた照射スポット
５６-１,２,３:照射スポットのグループ
６１Ａ、６１Ｂ： 走査電磁石電源
７１： 走査電磁石電源制御装置
７２： 線量モニタ制御装置
７３： 位置モニタ制御装置
８１： ブラッグカーブ
８２： SOBP(Spread Out Bragg Peak)

９０： 荷電粒子ビーム

Claims (10)

1. 荷電粒子ビームを照射する照射領域を、前記荷電粒子ビームの進行方向に複数の層に分
   割して、前記層に、前記荷電粒子ビームの照射位置となる複数の照射スポットを配置する
   スポット決定部と、
   同じ前記層に配置された各照射スポットの目標線量の大きさで前記照射スポットをグループに分けるグループ分割部と、
   前記グループ分割部によって分割された前記グループ毎にビーム強度を決定し、
   第一のグループに属する前記照射スポットから前記第一のグループに属する次の照射スポットに照射位置を変更する間、前記荷電粒子ビームの出射を継続し、
   前記第一のグループに属する前記照射スポットから前記第一のグループと同じ前記層にある第二のグループに属する照射スポットに照射位置を変更する間、前記荷電粒子ビームの出射を停止させるように計画をする計画部を備えることを特徴とする治療計画装置。
2. 請求項１に記載の治療計画装置において、
   前記グループ分割部は、前記各照射スポットの目標線量に加え、前記照射スポットと他の照射スポットとの距離に応じて、グループに分けることを特徴とする治療計画装置。
3. 請求項１乃至２いずれか一項に記載の治療計画装置において、
   前記グループ分割部は、
   ある照射スポットとの距離がしきい値以上の照射スポットを、他のグループとすることを特徴とする治療計画装置。
4. 請求項１乃至３いずれか一項に記載の治療計画装置において、
   前記グループ分割部は、
   グループ毎に、前記荷電粒子ビームを照射する照射スポットの順番を決めることを特徴とする治療計画装置。
5. 請求項１乃至３いずれか一項に記載の治療計画装置において、
   前記グループ分割部は、
   荷電粒子ビームを照射する前記照射スポットの順番を決定し、ある照射スポットと次に照射する照射スポットとの距離が前記しきい値以上であれば他のグループとすることを特徴とする治療計画装置。
6. 請求項１乃至２いずれか一項に記載の治療計画装置において、
   前記グループ分割部は、
   あらかじめ定められた範囲内にある目標照射量の照射スポットを同じグループとすることを特徴とする治療計画装置。
7. 請求項１乃至６いずれか一項に記載の治療計画装置において、
   前記計画部は、
   あるグループに属する前記照射スポットから次の照射スポットに照射位置を変更する間、前記荷電粒子ビームの出射を継続するか、又は前記荷電粒子ビームの出射を停止するかをグループ毎に判断することを特徴とする治療計画装置。
8. 粒子線治療システムの治療計画装置が以下の各ステップを実行する治療計画方法であって、
   荷電粒子ビームを照射する照射領域を、前記荷電粒子ビームの進行方向に複数の層に分割して、前記層に、前記荷電粒子ビームの照射位置となる複数の照射スポットを配置する第１ステップと、
   同じ前記層に配置された各照射スポットの目標線量の大きさで前記照射スポットをグループに分ける第２ステップと、
   前記グループ毎にビーム強度を決定する第３ステップと、
   第一のグループに属する前記照射スポットから前記第一のグループに属する次の照射スポットに照射位置を変更する間、前記荷電粒子ビームの出射信号を出力し、
   前記第一のグループに属する前記照射スポットから前記第一のグループと同じ前記層にある第二のグループに属する照射スポットに照射位置を変更する間、前記荷電粒子ビームの出射停止信号を出力するように計画する第４ステップを備えることを特徴とする治療計画方法。
9. 荷電粒子ビームを照射する照射領域を、前記荷電粒子ビームの進行方向に分割してなる複数の層に配置された複数の照射スポットに前記荷電粒子ビームを出射するように制御する制御装置であって、
   同じ前記層に配置された各照射スポットの目標線量の大きさでグループ分けされた前記照射スポットに対して、グループ毎に決定されたビーム強度で前記荷電粒子ビームを出射するように制御し、
   第一のグループに属する前記照射スポットから前記第一のグループに属する次の照射スポットに照射位置を変更する間、前記荷電粒子ビームの出射を継続するようにビーム出射継続信号を出力し、
   前記第一のグループに属する前記照射スポットから前記第一のグループと同じ前記層にある第二のグループに属する照射スポットに照射位置を変更する間、前記荷電粒子ビームの出射を停止するようにビーム停止信号を出力することを特徴とする制御装置。
10. 荷電粒子ビームを加速する加速装置と、
    前記荷電粒子ビームを照射する照射領域を前記荷電粒子ビームの進行方向に分割してなる層に配置された複数の照射スポットに荷電粒子ビームを出射する照射装置と、
    前記加速装置及び前記照射装置を制御する制御装置を備えた粒子線治療装置であって、
    前記制御装置は、
    同じ前記層に配置された各照射スポットの目標線量の大きさでグループ分けされた前記照射スポットに対して、グループ毎に決定されたビーム強度で前記荷電粒子ビームを出射するように制御し、
    第一のグループに属する前記照射スポットから前記第一のグループに属する次の照射スポットに照射位置を変更する間、前記荷電粒子ビームの出射を継続するようにビーム出射継続信号を出力し、
    前記第一のグループに属する前記照射スポットから前記第一のグループと同じ前記層にある第二のグループに属する照射スポットに照射位置を変更する間、前記荷電粒子ビームの出射を停止するようにビーム停止信号を出力することを特徴とする粒子線治療装置。

Images