JPWO2016079864A1 - 粒子線治療施設の設計支援方法、粒子線治療施設の製造方法、及び粒子線治療施設 - Google Patents

Abstract

複数の治療室のレイアウトを工夫した粒子線治療施設の設計支援方法や粒子線治療施設の製造方法を提供することを目的とする。本発明の粒子線治療施設の設計支援方法は、配置対象空間に対応したモデル空間に配置された複数の治療室モデルの内、最も近くに配置された２つの治療室モデルの間における凹領域である局所凹領域の体積又は局所凹領域の射影面積を計算する局所凹領域計算手順と、局所凹領域計算手順にて計算した局所凹領域の体積又は射影面積を設計支援装置の表示装置に表示する凹領域計算結果表示手順と、凹領域計算結果表示手順の後に作業終了指示がない場合に、治療室モデルの移動指示に応じて、治療室モデルをモデル空間において移動する治療室モデル移動手順と、を含み、作業終了指示があるまで、局所凹領域計算手順、凹領域計算結果表示手順、治療室モデル移動手順を繰り返す。

Description

本発明は、粒子線治療装置を備えた粒子線治療施設及び粒子線治療施設の製造方法に関し、特に複数の治療室のレイアウトを工夫したものに関する。

粒子線治療装置はかなり大型な装置であるため、特に国土のせまい日本においては装置自体を小型化する工夫や、設置場所の敷地面積を小さくするための工夫がなされてきた。

特許文献１には、荷電粒子線（荷電粒子ビーム）を個々の照射室に輸送する複数の第２輸送ラインと、誘導先の第２輸送ラインを選択的に切替可能とするライン切替手段を備えた荷電粒子線照射装置（粒子線治療装置）が記載されている。特許文献１の荷電粒子線照射装置におけるライン切替手段は、加速器から送り出される荷電粒子線を輸送する第１輸送ライン（共通輸送ライン）と、複数の照射室ごとに設けられ、第１輸送ラインで輸送される荷電粒子線を更に各々の照射室に輸送する複数の第２輸送ライン（個別輸送ライン）と、第１輸送ラインと第２輸送ラインとの間に設けられ、第１輸送ラインからの荷電粒子線を何れかの第２輸送ラインに誘導すると共に、誘導先の第２輸送ラインを選択的に切替可能とする。複数の照射室は、ライン切替手段を中心として放射状に配置されており、ライン切替手段は、荷電粒子線を誘導する電磁石と、電磁石を回転させる回転機構と、を有し、電磁石を回転させることにより誘導先の第２輸送ラインを切り替えるようにしている。

また、特許文献２には、複数の照射装置が、水平方向にずれて設置されていると共に、それぞれ粒子加速器が設置された階層とは異なる階層に設置された加速粒子照射設備が記載されている。特許文献２の加速粒子照射設備における誘導ラインは、粒子加速器に接続して水平方向に延在すると共に鉛直方向に向けて湾曲する取出経路を有し、取出経路を経た後に少なくとも２つの経路に分岐し、平面視において分岐前の経路と分岐後の２つの経路とがそれぞれ０°及び９０°の角度をなし、又は４５°及び−４５°の角度をなし、又は４５°及び１３５°の角度をなし、一の照射装置への接続する方向と他の一の照射装置への接続する方向との差が水平面内にて９０°の角度をなすようにしている。

特開２０１２−１００９１５号公報（０００６段、００２２段〜００３４段、図１、図２） 特許第５５２６１６６号公報（０００７段、００５６段〜００６１段、図１５、図１６）

特許文献１のように複数の照射室を放射状に配置したり、特許文献２のように平面視において分岐前の経路と分岐後の２つの経路とがそれぞれ４５°及び−４５°等の互いに９０度の角度をなすようにしたりすることによって、粒子線治療装置の設置場所の敷地面積を、ある程度は小さくすることは認められる。

しかし、実際には病院側で準備できる粒子線治療装置の設置場所が限られていることが多く、設置場所の形状や敷地面積は逆に与えられている。また、特許文献２のように平面視において分岐前の経路と分岐後の２つの経路とがそれぞれ４５°及び−４５°等の互いに９０度の角度をなすようにすることが、効率のよいレイアウトか否かは、回転ガントリの形状と大きさ、及び設置場所の形状と大きさに依存する。回転ガントリは、患者に対して任意の方向から荷電粒子ビームを照射する回転自在の装置であり、回転ガントリの形状と大きさ、及び設置場所の形状と大きさによっては、そもそも４５°及び−４５°等の互いに９０度の角度をなすように配置できない場合もあり得る。

このように、従来の提案されている手法では、ある程度は粒子線治療装置の設置場所の敷地面積を小さくする画一的な処理方法は示されているが、回転ガントリの形状と大きさ、及び設置場所の形状と大きさを考慮に入れた個別的な対応をすることができないという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑み、回転ガントリと回転ガントリに隣接した治療領域を含むガントリ室等の治療室における形状と大きさ、及び治療室の設置場所における形状と大きさを考慮することにより、複数の治療室のレイアウトを工夫した粒子線治療施設の設計支援方法や粒子線治療施設の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る粒子線治療施設の設計支援方法は、治療室の３次元モデルである治療室モデルを作成する治療室モデル作成手順と、配置対象空間に対応したモデル空間に複数の治療室モデルを初期位置に配置する治療室モデル配置手順と、複数の治療室モデルの内、最も近くに配置された２つの治療室モデルの間における凹領域である局所凹領域の体積又は局所凹領域を床方向の２次元に射影した場合の射影面積を計算する局所凹領域計算手順と、局所凹領域計算手順にて計算した局所凹領域の体積又は射影面積を設計支援装置の表示装置に表示する凹領域計算結果表示手順と、凹領域計算結果表示手順の後に作業終了指示がない場合に、治療室モデルの移動指示に応じて、治療室モデルをモデル空間において移動する治療室モデル移動手順と、を含み、作業終了指示があるまで、局所凹領域計算手順、凹領域計算結果表示手順、治療室モデル移動手順を繰り返す。本発明に係る局所凹領域は、最も近くに配置された２つの治療室モデルにおける対向する外周を結ぶ線上の点の集合からなる領域であるか、または、最も近くに配置された２つの治療室モデルの間に遮蔽壁が配置されている場合に、この場合の２つの治療室モデルにおける対向する外周を結ぶ線上の点であって、かつ遮蔽壁を除いた対象点の集合からなる領域である。

本発明に係る粒子線治療施設の設計支援方法は、複数の治療室モデルの内、最も近くに配置された２つの治療室モデルの間における凹領域の体積又は射影面積を計算し、表示装置に表示するので、治療室モデルの配置位置に伴って凹領域の面積や体積の計算結果を表示でき、凹領域をできる限り少なくするように、複数の治療室のレイアウトを最適化することができる。

本発明の実施の形態１による粒子線治療施設の設計支援方法を示すフローチャートである。 本発明の治療室モデルを示す図である。 図１における治療室モデルの配置表示例を示す図である。 図１における局所凹領域の体積又は射影面積の計算結果表示例を示す図である。 本発明の粒子線治療施設に配置される粒子線治療装置の概略構成図である。 図５の粒子線照射装置の構成を示す図である。 ２つの治療室モデル間の凹領域を説明する図である。 ２つの治療室モデルを最適に配置した例を示す図である。 ２つの治療室モデルを配置対象空間に最適配置した例を示す図である。 本発明の実施の形態１による粒子線治療施設の例を示す図である。 本発明の実施の形態１による他の粒子線治療施設の例を示す図である。 本発明の実施の形態２による粒子線治療施設の設計支援方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３による粒子線治療施設の設計支援方法を示すフローチャートである。 図１３における局所凹領域及び残空間凹領域の体積又は射影面積の計算結果表示例を示す図である。 粒子線治療施設の残空間における凹領域を説明する図である。 粒子線治療施設の残空間における他の凹領域を説明する図である。 本発明の実施の形態４による粒子線治療施設の設計支援方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態５による粒子線治療施設の製造方法を示すフローチャートである。 配置対象空間に２つの治療室モデル、加速器モデルを最適に配置した例を示す図である。 本発明の実施の形態５による粒子線治療施設の例を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による粒子線治療施設の設計支援方法を示すフローチャートである。図２は本発明の治療室モデルを示す図である。図３は図１における治療室モデルの配置表示例を示す図であり、図４は図１における局所凹領域の体積又は射影面積の計算結果表示例を示す図である。図５は、本発明の粒子線治療施設に配置される粒子線治療装置の概略構成図であり、図６は図５の粒子線照射装置の構成を示す図である。まず、粒子線治療施設に配置される粒子線治療装置の概要を説明し、その後に粒子線治療施設の設計支援方法を説明する。図５において、粒子線治療装置５１は、ビーム発生装置５２と、ビーム輸送系５９と、粒子線照射装置５８ａ、５８ｂとを備える。ビーム発生装置５２は、イオン源（図示せず）と、前段加速器
５３と、加速器５４とを有する。粒子線照射装置５８ａは、ガントリ室
２０ａの回転ガントリ２４ａ（図２０参照）に設置される。粒子線照射装置５８ｂは、ガントリ室２０ｂの回転ガントリ２４ｂ（図２０参照）に設置される。ガントリ室２０ａ、２０ｂは、回転ガントリ２４ａ、２４ｂが設置された治療室である。

ビーム輸送系５９の役割は、加速器５４と粒子線照射装置５８ａ、５８ｂの連絡にある。ビーム輸送系５９の一部は回転ガントリ２４ａに設置され、その部分には複数の偏向電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃが設けられている。ビーム輸送系５９の一部は回転ガントリ２４ｂに設置され、その部分には複数の偏向電磁石５５ｄ、５５ｅ、５５ｆが設けられている。回転ガントリ
２４ａに設置されるビーム輸送系５９の一部は回転ガントリ搭載部５６ａであり、回転ガントリ２４ｂに設置されるビーム輸送系５９の一部は回転ガントリ搭載部５６ｂである。

イオン源で発生した陽子線等の粒子線である荷電粒子ビームは、前段加速器５３で加速され、入射装置４６から加速器５４に入射される。加速器５４は、例えばシンクロトロンである。荷電粒子ビームは、所定のエネルギーまで加速される。加速器５４の出射装置４７から出射された荷電粒子ビームは、ビーム輸送系５９を経て粒子線照射装置５８ａ、５８ｂに輸送される。粒子線照射装置５８ａ、５８ｂは荷電粒子ビームを患者４５の患部（照射対象）４８に照射する（図６参照）。粒子線照射装置の符号は、総括的に５８を用い、区別して説明する場合に５８ａ、５８ｂを用いる。

ビーム発生装置５２で発生され、所定のエネルギーまで加速された荷電粒子ビーム３１は、ビーム輸送系５９を経由し、粒子線照射装置５８へと導かれる。図６において、粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム３１に垂直な方向であるＸ方向及びＹ方向に荷電粒子ビーム３１を走査するＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３と、位置モニタ３４と、線量モニタ３５と、線量データ変換器３６と、ビームデータ処理装置４１と、走査電磁石電源３７と、粒子線照射装置５８を制御する照射管理装置３８とを備える。照射管理装置３８は、照射制御計算機３９と照射制御装置４０とを備える。線量データ変換器３６は、トリガ生成部４２と、スポットカウンタ４３と、スポット間カウンタ４４とを備える。なお、図６において荷電粒子ビーム３１の進行方向は−Ｚ方向である。

Ｘ方向走査電磁石３２は荷電粒子ビーム３１をＸ方向に走査する走査電磁石であり、Ｙ方向走査電磁石３３は荷電粒子ビーム３１をＹ方向に走査する走査電磁石である。位置モニタ３４は、Ｘ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３で走査された荷電粒子ビーム３１が通過するビームにおける通過位置（重心位置）やサイズを演算するためのビーム情報を検出する。ビームデータ処理装置４１は、位置モニタ３４が検出した複数のアナログ信号からなるビーム情報に基づいて荷電粒子ビーム３１の通過位置（重心位置）やサイズを演算する。また、ビームデータ処理装置４１は、荷電粒子ビーム
３１の位置異常やサイズ異常を示す異常検出信号を生成し、この異常検出信号を照射管理装置３８に出力する。

線量モニタ３５は、荷電粒子ビーム３１の線量を検出する。照射管理装置３８は、図示しない治療計画装置で作成された治療計画データに基づいて、患者４５の患部４８における荷電粒子ビーム３１の照射位置を制御し、線量モニタ３５で測定され、線量データ変換器３６でデジタルデータに変換された線量が目標線量に達すると荷電粒子ビーム３１を次の照射位置へ移動する。走査電磁石電源３７は、照射管理装置３８から出力されたＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３への制御入力（指令）に基づいてＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３の設定電流を変化させる。

ここでは、粒子線照射装置５８のスキャニング照射方式を、荷電粒子ビーム３１の照射位置を変えるときに荷電粒子ビーム３１を停止させないラスタースキャニング照射方式であり、スポットスキャニング照射方式のようにビーム照射位置がスポット位置間を次々と移動していく方式とする。スポットカウンタ４３は、荷電粒子ビーム３１のビーム照射位置が停留している間の照射線量を計測するものである。スポット間カウンタ４４は、荷電粒子ビーム３１のビーム照射位置が移動している間の照射線量を計測するものである。トリガ生成部４２は、ビーム照射位置における荷電粒子ビーム３１の線量が目標照射線量に達した場合に、線量満了信号を生成するものである。

次に、粒子線治療施設の設計支援方法を説明する。粒子線治療施設の設計支援方法は計算機（コンピュータ）２５で実行され、設計支援作業の途中状況や計算結果は表示装置２６に表示される。粒子線治療施設の設計支援方法を実行する設計支援装置２７は、図３に示すように計算機２５と表示装置
２６を備える。図１のステップＳ００１にて、治療室の３次元モデルである治療室モデルを作成する（治療室モデル作成手順）。図２には、治療室モデルの一例を示した。治療室モデルは、少なくとも他の領域と区別する境界を含んでいる。治療室モデルであるガントリ室モデル１は、例えば、ガントリ胴体４、ガントリ前面パネル３、真空ダクト５、ガントリ胴体４の内部領域と接続された解放空間領域２を有する。患者４５が搭載される治療台６は、治療の際に、回転ガントリ２４ａ、２４ｂにおけるガントリ胴体４に該当する内部領域と、解放空間領域２に該当する解放空間領域１８ａ、１８ｂ
（図１０参照）とに跨って配置される。真空ダクト５は、ビーム輸送系５９の真空ダクトである。なお、ガントリ室モデル１を記載した図において、ガントリ室モデル１は原則的に上部から見た上面図である。

ステップＳ００２にて、モデル上の配置対象空間であるモデル空間の境界を示す配置領域枠１０内において、複数の治療室モデルを初期位置に配置する（治療室モデル配置手順）。配置領域枠１０で区切られた空間は、配置対象空間に対応したモデル空間である。例えば、図３に示すように、２つのガントリ室モデル１ａ、１ｂの位置が治療室モデルの初期位置である。治療室モデルの初期位置では、２つのガントリ室モデル１ａ、１ｂが遮蔽壁９の厚さ分の距離を置いて隣接して配置されている。このように、治療室モデルの初期位置では、複数のガントリ室モデル１ａ、１ｂが互いに干渉しない位置に配置される。治療室モデル配置手順が実行された結果は、図３に示すように、表示装置２６に表示される。

ステップＳ００３にて、配置された治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）間における凹領域８（図７参照）の体積又は床方向の２次元に射影した場合の面積（射影面積）を計算する（局所凹領域計算手順）。ステップＳ００４にて、局所凹領域計算手順にて計算された体積又は射影面積を表示装置２６に表示する（凹領域計算結果表示手順）。治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）間における凹領域８は、後述する凹領域１５と区別するために、適宜、局所凹領域８とも称する。例えば、局所凹領域計算手順は、計算機２５のキーボードやマウス等の入力器から、計算開始指令が入力された場合に実行する。局所凹領域計算手順及び凹領域計算結果表示手順が実行された結果は、図４に示すように、表示装置２６に表示される。図４において、凹領域は２つあり、解放空間領域２側に凹領域８ａを記載し、ガントリ胴体４側に凹領域８ｂを記載した。凹領域表示２８ａは凹領域８ａの体積又は射影面積であり、凹領域表示２８ｂは凹領域８ａの体積又は射影面積である。

ステップＳ００５にて、操作者からの支援作業が終了したかを判定し、支援作業終了が指示された場合は終了し、支援作業終了が指示されない場合はステップＳ００６に移動する。ステップＳ００６にて、操作者の移動指示に応じて、治療室モデルを移動して配置する（治療室モデル移動手順）。ステップＳ００６の実行後にステップＳ００３に戻り、支援作業を継続する。

図７を用いて、凹領域（局所凹領域）について説明する。図７は、２つの治療室モデル間の凹領域を説明する図である。凹領域（局所凹領域）の符号は、総括的に８を用い、区別して説明する場合に８ａ、８ｂを用いる。図７では、ガントリ室モデル１ａ、１ｂを、中心線７に対して＋４５度と−４５度に配置した例を示した。凹領域８は、次のように定義する。

凹領域８は、点ｑの集合からなる領域である。ガントリ室モデル１ａ、
１ｂ内の点の集合ｐとする。集合ｐは、式（１）のように表現できる。
ｐ｜Ｇ∈ｐ ・・・（１）
ここで、Ｇはガントリ室モデル１ａ、１ｂの集合エリアである。

集合エリアＧ内の任意の２点をｐ_１、ｐ_２とすると、集合ｑは、式（２）のように表現できる。すなわち、集合ｑは、条件１、条件２、条件３を満足する集合である。
ｑ｜条件１、条件２、条件３ ・・・（２）
ここで、条件１、条件２、条件３は、ぞれぞれ、式（３）、式（４）、式
（５）で表せる。

ｑ＝λｐ_１＋（１−λ）ｐ_２ ・・・（３）
０＜λ＜１ ・・・（４）

なお、λは実数である。

図７において、中心線７上に点ｐ_１、ｐ_２の基準点ａ_０を示した。また、点
ｐ_１、ｐ_２は、基準点ａ_０からベクトル表示されている。

遮蔽壁９が配置された場合には、凹領域８は遮蔽壁９を除いた領域になる。例えば、図４では、遮蔽壁９を含まない２つの凹領域８ａ、８ｂが表示されている。なお、遮蔽壁９の集合エリアをＷとすれば、式（２）に条件４を追加した式（６）を満足する集合ｑが、図４に示した凹領域８ａ、８ｂに該当する。
ｑ｜条件１、条件２、条件３、条件４ ・・・（６）
ここで、条件４は、式（７）で表せる。

凹領域８は、上記の定義であるが、次のように言い換えることもできる。凹領域８は、隣接するガントリ室モデル１ａ、１ｂの対向する外周における各点（外周点）を結ぶ線上の点であって、かつ遮蔽壁９を除いた点を対象点とした場合に、この対象点の集合からなる領域である。

図８は、２つの治療室モデルを最適に配置した例を示す図である。図８では、隣接するガントリ室モデル１ａ、１ｂのガントリ胴体４側の外周に遮蔽壁９が接して配置されている。図８において、治療室モデル間における凹領域の射影面積、すなわち凹領域８ａ、８ｂを合計した領域における射影面積が、ガントリ室モデル１ａまたはガントリ室モデル１ｂのガントリ室モデルの射影面積の１／４以下である。

図９は、２つの治療室モデルを配置対象空間に最適配置した例を示す図である。図９では、図８に示したガントリ室モデル１ａ、１ｂの相対位置を保ちながら、配置領域枠１０の右隅にガントリ室モデル１ａ、１ｂを配置した。図９は、図１のフローチャートの作業を終了した配置である。この図９の配置に基づいて製造された粒子線治療施設７０を図１０に示した。図１０は、本発明の実施の形態１による粒子線治療施設の例を示す図である。図１０の粒子線治療施設７０は、建屋壁２１で囲まれた領域に、２つのガントリ室２０ａ、２０ｂ、遮蔽壁１９ａ、１９ｂが配置されている。図９の配置領域枠１０は、建屋壁２１で囲まれた領域の境界に該当する。図９のガントリ室モデル１ａ、１ｂの外周（境界）に対応するモデル対応枠７２ａ、７２ｂを図１０に破線で示した。回転ガントリ２４ａ、２４ｂは、ガントリ室モデル１ａ、１ｂにおけるガントリ胴体４及びガントリ前面パネル３を備えた実際の回転ガントリである。解放空間領域１８ａ、１８ｂは、ガントリ室モデル１ａ、１ｂにおける解放空間領域２に該当する空間領域である。図１０の粒子線治療施設７０において、２つのガントリ室２０ａ、２０ｂの相対位置は、図９のガントリ室モデル１ａ、１ｂの相対位置と同一である。

実施の形態１の粒子線治療施設の設計支援方法を用いることにより、ガントリ室モデル１ａ、１ｂを配置領域枠１０内に適切に配置でき、本来はなくてもよい無駄領域である凹領域８をできる限り少なくするように、複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）のレイアウトを最適化することができる。図９では、配置領域枠１０を長方形の例で示したが、ガントリ室２０ａ、２０ｂを設置予定の建屋形状に合わせた形状の配置領域枠１０（図１９参照）を用いて、レイアウトの検討を行うので、ガントリ室２０ａ、２０ｂ等の治療室の形状と大きさ、及び治療室の設置場所の形状と大きさを考慮に入れることができる。

図１１は、本発明の実施の形態１による他の粒子線治療施設の例を示す図である。図１１の粒子線治療施設７０では、ガントリ室２０ａ、２０ｂにラビリンス通路２３ａ、２３ｂを設けた例である。図１１では、ガントリ室
２０ａの解放空間領域１８ａ側と、ガントリ室２０ｂの解放空間領域１８ｂ側にラビリンス通路２３ａ、２３ｂを形成する遮蔽壁１９ｂ、１９ｃ、
１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈが配置され、ラビリンス通路２３ａ、２３ｂの入口には、それぞれ扉２２ａ、２２ｂが配置されている。

なお、複数の治療室が３つ以上の場合は、３つ以上の治療室モデルの内、最も近くに配置された２つの治療室モデルを対象組とし、対象組毎に局所凹領域計算手順を実行する。凹領域計算結果表示手順において、対象組毎に計算された局所凹領域８の体積又は局所凹領域８の射影面積を表示装置２６に表示する。

実施の形態１の粒子線治療施設の設計支援方法は、治療室（ガントリ室
２０ａ、２０ｂ）の３次元モデルである治療室モデル（ガントリ室モデル１）を作成する治療室モデル作成手順と、配置対象空間に対応したモデル空間に複数の治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）を初期位置に配置する治療室モデル配置手順と、複数の治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）の内、最も近くに配置された２つの治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）の間における凹領域である局所凹領域８の体積又は局所凹領域８を床方向の２次元に射影した場合の射影面積を計算する局所凹領域計算手順と、局所凹領域計算手順にて計算した局所凹領域８の体積又は射影面積を設計支援装置２７の表示装置２６に表示する凹領域計算結果表示手順と、凹領域計算結果表示手順の後に作業終了指示がない場合に、治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）の移動指示に応じて、治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）をモデル空間において移動する治療室モデル移動手順と、を含み、作業終了指示があるまで、局所凹領域計算手順、凹領域計算結果表示手順、治療室モデル移動手順を繰り返す。実施の形態１の粒子線治療施設の設計支援方法に係る局所凹領域８は、最も近くに配置された２つの治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）における対向する外周を結ぶ線上の点の集合からなる領域であるか、または、最も近くに配置された２つの治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）の間に遮蔽壁９が配置されている場合に、この場合の２つの治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）における対向する外周を結ぶ線上の点であって、かつ遮蔽壁９を除いた対象点の集合からなる領域である。この構成により、実施の形態１の粒子線治療施設の設計支援方法は、複数の治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、
１ｂ）の内、最も近くに配置された２つの治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）の間における凹領域８の体積又は射影面積を計算し、表示装置２６に表示するので、治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）の配置位置に伴って凹領域８の面積や体積の計算結果を表示でき、凹領域８をできる限り少なくするように、複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）のレイアウトを最適化することができる。

実施の形態２．
図１２は、本発明の実施の形態２による粒子線治療施設の設計支援方法を示すフローチャートである。実施の形態１では、操作者の指示によりガントリ室モデル１を移動させて、その都度、凹領域８の体積又は射影面積を計算する例を示したが、実施の形態２は、計算機２５にて反復計算により最適値を計算する例である。図１２のフローチャートは、図１のステップＳ００４、Ｓ００５、Ｓ００６の代わりに、ステップＳ０１０、ステップＳ０１１が追加された点で、図１とは異なる。

図１と異なるステップＳ０１０、Ｓ０１１について説明する。ステップＳ０１０にて、計算機２５は、治療室モデルであるガントリ室モデル１ａ、
１ｂを移動して、局所凹領域８の体積又は射影面積を計算することを複数回繰り返し、局所凹領域８の体積又は射影面積の最適値を計算する（最適値計算手順）。局所凹領域８の体積又は射影面積が最適値であるかどうかの判定基準は、例えば、配置領域枠１０内において局所凹領域８の体積又は射影面積が最小値になることである。例えば、局所凹領域８の体積又は射影面積の反復計算の際に、再急降下法等により治療室モデルの次の位置を決定する。

ステップＳ０１１にて、ステップＳ０１０で計算された局所凹領域８の体積又は射影面積の最適値と、この最適値が計算された治療室モデルであるガントリ室モデル１ａ、１ｂの配置を表示装置２６に表示する（最適値計算結果表示手順）。

なお、ステップＳ０１０にて同等の最適値（準最適値）が複数ある場合には、ステップＳ０１１にて、抽出された準最適値のそれぞれに対応した局所凹領域８の体積又は射影面積の準最適値と、この準最適値が計算された治療室モデルであるガントリ室モデル１ａ、１ｂの配置を表示装置２６に表示する。

実施の形態２の粒子線治療施設の設計支援方法は、計算機２５が反復計算により凹領域８の体積又は射影面積の最適値を計算するので、実施の形態１よりも短時間で、凹領域８をできる限り少なくするように、複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）のレイアウトを最適化することができる。また、実施の形態２の粒子線治療施設の設計支援方法は、実施の形態１よりも効率的に複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）のレイアウトを最適化することができる。

なお、複数の治療室が３つ以上の場合は、３つ以上の治療室モデルの内、最も近くに配置された２つの治療室モデルを対象組とし、対象組毎に局所凹領域計算手順を実行し、最適値計算手順において、治療室モデルを移動し、局所凹領域８の体積又は局所凹領域８の射影面積の計算を対象組毎に複数回繰り返して最適値を計算すればよい。

実施の形態２の粒子線治療施設の設計支援方法は、治療室（ガントリ室
２０ａ、２０ｂ）の３次元モデルである治療室モデル（ガントリ室モデル１）を作成する治療室モデル作成手順と、配置対象空間に対応したモデル空間に複数の治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）を初期位置に配置する治療室モデル配置手順と、複数の治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）の内、最も近くに配置された２つの治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）を対象組とし、対象組における２つの治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）の間における凹領域である局所凹領域８の体積又は局所凹領域８を床方向の２次元に射影した場合の射影面積を、対象組毎に計算する局所凹領域計算手順と、設計支援装置２７にて治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）を移動し、局所凹領域８の体積又は局所凹領域８の射影面積の計算を対象組毎に複数回繰り返して最適値を計算する最適値計算手順と、最適値計算手順にて計算した局所凹領域８の体積の最適値又は射影面積の最適値と、この場合に対応する治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）の配置を、設計支援装置２７の表示装置２６に表示する最適値計算結果表示手順と、を含むことを特徴とする。この構成により、実施の形態２の粒子線治療施設の設計支援方法は、設計支援装置２７の計算機２５が反復計算により凹領域８の体積又は射影面積の最適値を計算するので、実施の形態１よりも短時間で、凹領域８をできる限り少なくするように、複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）のレイアウトを最適化することができる。また、実施の形態２の粒子線治療施設の設計支援方法は、実施の形態１よりも効率的に複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）のレイアウトを最適化することができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、局所凹領域８の体積又は射影面積を最適化する例を示したが、配置領域枠１０におけるガントリ室モデル１の配置されていない領域においても有効活用可能な領域を確保できることが望ましい。実施の形態３では、配置領域枠１０におけるガントリ室モデル１の配置されていない領域も最適化することができる粒子線治療施設の設計支援方法を説明する。

図１３は、本発明の実施の形態３による粒子線治療施設の設計支援方法を示すフローチャートである。図１４は、図１３における局所凹領域及び残空間凹領域の体積又は射影面積の計算結果表示例を示す図である。図１５は粒子線治療施設の残空間における凹領域を説明する図であり、図１６は粒子線治療施設の残空間における他の凹領域を説明する図である。まず、図１５及び図１６を用いて、粒子線治療施設の残空間（３次元領域）とこの残空間における凹領域（残空間凹領域）を説明する。残空間における凹領域は、適宜、残空間凹領域と称する。機器や構造部が配置可能な領域を考えているので、粒子線治療施設の残空間や残空間凹領域は、図１０のようにガントリ室
２０ａ、２０ｂが配置された上面図における２次元領域と、この２次元領域が、床から天井まで垂直に延伸した３次元領域を考える。

図１５、図１６の矢印の左側はガントリ室モデル１ａ、１ｂが配置された上面図である。図１５、図１６の右側は残空間と残空間凹領域を抜き出したものである。図１５には、配置領域枠１０の矢印の右側にガントリ室モデル１ａ、１ｂが、遮蔽壁９に接するように隣接して配置されている。なお、図１５の矢印は、右側の残空間１４ａ及び残空間凹領域１５ａが左側のガントリ室モデル１ａ、１ｂの配置情報から抽出されることを示すものである。図１６の矢印も、同様の意味である。図１６には、配置領域枠１０の右側に、互いに反転したガントリ室モデル１ａ、１ｂが、遮蔽壁９に接するように隣接して配置されている。残空間１４ａ、１４ｂは、配置領域枠１０で境界を示した配置対象空間から複数の治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）が配置された治療室モデル関連領域を減算した空間である。図１５における残空間１４ａは、複数の治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）間に配置された遮蔽壁９や、治療室モデルの外周と配置領域枠１０によって分離された空間である。図１６における残空間１４ｂは、配置領域枠１０に接したガントリ室モデル１ａと異なるガントリ室モデル１ｂにおける左側の外周線を配置領域枠１０の上側及び下側に延伸したガントリ室モデル延長境界３０から左側にある空間である。ガントリ室モデル延長境界３０の右側の空間には、ガントリ室モデル１ｂの上側やガントリ室モデル１ａの下側等に多少の空間が残されているが、ここは遮蔽壁９の配置が予定されており、有効活用可能な空間ではないので、残空間とはしていない。

治療室モデル関連領域の２次元領域は、複数の治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）と、複数の治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）間に配置された遮蔽壁９や、治療室モデルの外周と配置領域枠１０によって分離された領域を含む領域であり、また、治療室モデルの外周線を配置領域枠１０に延長した治療室モデル延長境界（ガントリ室モデル延長境界３０）から治療室モデルの存在しない外側領域である。治療室モデル関連領域の３次元領域は、治療室モデル関連領域の２次元領域が、床から天井まで垂直に延伸した３次元領域である。図１６における残空間１４ｂの２次元領域が、前記外側領域である。

図１５の残空間１４ａにおける凹領域１５ａや図１６の残空間１４ｂにおける凹領域１５ｂは、実施の形態１で説明した凹領域８と同様の定義である。ただし、任意の２点ｐ_１、ｐ_２は共に残空間１４ａや残空間１４ｂの点である。残空間凹領域１５ａ、１５ｂは、実施の形態１と同様の定義であるが、次のように言い換えることもできる。残空間凹領域１５ａは、治療室モデル関連領域側における残空間１４ａの対向する外周における各点（外周点）を結ぶ線上の点の集合からなる領域である。同様に、残空間凹領域１５ｂは、治療室モデル関連領域側における残空間１４ｂの対向する外周における各点（外周点）を結ぶ線上の点の集合からなる領域である。なお、残空間の符号は、総括的に１４を用い、区別して説明する場合に１４ａ、１４ｂを用いる。残空間凹領域の符号は、総括的に１５を用い、区別して説明する場合に
１５ａ、１５ｂを用いる。

残空間１４は、凸集合になっていることが望ましい。例えば、残空間１４の２次元領域は、同じ面積でもＬ字型をしているよりも、四角形になっている方が使い勝手がよい。四角形は凸集合だが、Ｌ字型は凹部分があり凸集合になっていないためである。実施の形態３の粒子線治療施設の設計支援方法は、操作者の指示によりガントリ室モデル１を移動させて、その都度、局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積を計算する例である。

図１３のフローチャートを説明する。図１３のフローチャートは、図１のステップＳ００４の代わりに、ステップＳ０１２、ステップＳ０１３が追加された点で、図１とは異なる。図１と異なるステップＳ０１２、Ｓ０１３について説明する。

ステップＳ０１２にて、計算機２５は、配置対象空間を示す配置領域枠
１０から治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）が配置された治療室モデル関連領域を減算した残空間１４を求め、この残空間１４における凹領域（残空間凹領域１５）の体積、又は２次元に射影した場合の面積（射影面積）を計算する（残空間凹領域計算手順）。ステップＳ０１３にて、局所凹領域計算手順及び残空間凹領域計算手順にて計算された体積又は射影面積を表示装置２６に表示する（凹領域計算結果表示手順）。例えば、ステップＳ００３の局所凹領域計算手順の計算開始指令が入力された場合に、局所凹領域計算手順と、残空間凹領域計算手順とが実行される。局所凹領域計算手順、残空間凹領域計算手順及び凹領域計算結果表示手順が実行された結果は、図１４に示すように、表示装置２６に表示される。

図１４において、局所凹領域は２つあり、解放空間領域２側に局所凹領域８ａを記載し、ガントリ胴体４側に局所凹領域８ｂを記載した。残空間表示２９に残空間１４と残空間凹領域１５が表示される。凹領域表示２８ａは局所凹領域８ａの体積又は射影面積であり、凹領域表示２８ｂは局所凹領域
８ａの体積又は射影面積である。凹領域表示２８ｃは残空間凹領域１５の体積又は射影面積である。

図１５、図１６に示したガントリ室モデル１ａ、１ｂの配置は、初期位置の差である。操作者の移動指示により最適値を見つけていくので、一般的に図１４に示したガントリ室モデル１ａ、１ｂの初期位置から、図１５のガントリ室モデル１ａ、１ｂの配置に到達する。図１６に示したガントリ室モデル１ａ、１ｂの配置を得るには、初期位置をガントリ室モデル１ａ、１ｂを互いに反転させて実行するか、或いはステップＳ００６にて一方のガントリ室モデルを反転させて継続すればよい。

実施の形態３の粒子線治療施設の設計支援方法は、局所凹領域８及び残空間凹領域１５を計算して、治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）の配置表示、局所凹領域８及び残空間凹領域１５の表示、局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積の計算結果を表示する。実施の形態３の粒子線治療施設の設計支援方法を用いることにより、治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）を配置領域枠１０内に適切に配置でき、無駄領域である局所凹領域８をできる限り少なくするように、かつ治療室モデルが配置されていない残空間１４における残空間凹領域１５をできる限り少なくするように、複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）のレイアウトを最適化することができる。

実施の形態４．
図１７は、本発明の実施の形態４による粒子線治療施設の設計支援方法を示すフローチャートである。実施の形態３では、操作者の指示によりガントリ室モデル１を移動させて、その都度、局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積を計算する例を示したが、実施の形態４は、計算機２５にて反復計算により最適値を計算する例である。図１７のフローチャートは、図１３のステップＳ０１３、Ｓ００５、Ｓ００６の代わりに、ステップＳ０２０、ステップＳ０２１が追加された点で、図１３とは異なる。

図１３と異なるステップＳ０２０、Ｓ０２１について説明する。ステップＳ０２０にて、計算機２５は、治療室モデルであるガントリ室モデル１ａ、１ｂを移動して、局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積を計算することを複数回繰り返し、局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積の最適値を計算する（最適値計算手順）。局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積が最適値であるかどうかの判定基準は、例えば、配置領域枠１０内において局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積が最小値になることである。例えば、局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積の反復計算の際に、再急降下法等により治療室モデルの次の位置を決定する。

また、局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積が最適値であるかどうかの判定基準は、局所凹領域８と残空間凹領域１５に重み付けをした評価関数値が最小値になるようにしてもよい。局所凹領域８と残空間凹領域１５に重み付けをして評価することにより、重み付けをしない方法よりも複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）のレイアウトを最適化することができる。

ステップＳ０２１にて、ステップＳ０２０で計算された局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積の最適値と、この最適値が計算された治療室モデルであるガントリ室モデル１ａ、１ｂの配置を表示装置２６に表示する。

なお、ステップＳ０２０にて同等の最適値（準最適値）が複数ある場合には、ステップＳ０２１にて、抽出された準最適値のそれぞれに対応した局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積の準最適値と、この準最適値が計算された治療室モデルであるガントリ室モデル１ａ、１ｂの配置を表示装置２６に表示する（最適値計算結果表示手順）。

図１５、図１６に示したガントリ室モデル１ａ、１ｂの配置は、初期位置の差による場合もあるが、ガントリ室モデル１ａ、１ｂの配置変更において遺伝的アルゴリズムを採用すれば、初期位置に関わりなく局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積の最適値に応じて図１５、図１６の配置にも到達することができる。

実施の形態４の粒子線治療施設の設計支援方法は、計算機２５が反復計算により凹領域（凹領域８及び残空間凹領域１５）の体積又は射影面積の最適値を計算するので、実施の形態３よりも短時間で、局所凹領域８及び残空間凹領域１５をできる限り少なくするように、複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）のレイアウトを最適化することができる。また、実施の形態４の粒子線治療施設の設計支援方法は、実施の形態３よりも効率的に複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）のレイアウトを最適化することができる。

実施の形態５．
図１８は、本発明の実施の形態５による粒子線治療施設の製造方法を示すフローチャートである。図１９は配置対象空間に２つの治療室モデル、加速器モデルを最適に配置した例を示す図であり、図２０は本発明の実施の形態５による粒子線治療施設の例を示す図である。実施の形態５では、加速器の配置も考慮した粒子線治療施設の製造方法を説明する。

ステップＳ０３１にて、配置対象空間を示す配置領域枠１０において、加速器モデル１６を初期位置に配置する（加速器モデル配置手順）。ステップＳ０３２にて、配置領域枠１０において、実施の形態１から４で説明した粒子線治療施設の設計支援方法を用いて、複数の治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）を最適な位置に配置する（治療室モデル最適配置手順）。ステップＳ０３３にて、配置領域枠１０において、加速器モデル１６と複数の治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）を接続する輸送系モデル
１７を配置する（輸送系モデル配置手順）。

図１９に示した配置領域枠１０は、粒子線治療装置５１の配置される建屋の形状に即したものであり、図２０では破線の枠で示した。図１９は、図１８のフローチャートの作業を終了した配置である。この図１９の配置に基づいて製造された粒子線治療施設７０を図２０に示した。図２０の粒子線治療施設７０は、建屋壁２１の左側の領域に、遮蔽壁１９で区切られた２つのガントリ室２０ａ、２０ｂ、加速器室７１が設けられている。加速器室７１には、加速器５４、前段加速器５３が配置され、ガントリ室２０ａ、２０ｂにはそれぞれ回転ガントリ２４ａ、２４ｂが配置されている。ビーム輸送系
５９は、ガントリ室２０ａ、２０ｂ、加速器室７１に跨って配置されている。図２０の粒子線治療施設７０において、２つのガントリ室２０ａ、２０ｂ、加速器５４、ビーム輸送系５９は、図１９のガントリ室モデル１ａ、１ｂのガントリ胴体４、加速器モデル１６、輸送系モデル１７の相対位置が同一である。

図１９に示したガントリ室モデル１ａ、１ｂの配置は、図８に説明した配置例である。実施の形態１で説明したように、治療室モデル間における局所凹領域８の射影面積、すなわち凹領域８ａ、８ｂを合計した領域における射影面積が、ガントリ室モデル１ａまたはガントリ室モデル１ｂのガントリ室モデルの射影面積の１／４以下である。しがって、図２０に示した粒子線治療施設７０におけるガントリ室モデル１ａ、１ｂの境界に対応するモデル対応枠７２ａ、７２ｂの間における局所凹領域７３の射影面積、すなわち図２０に示した４つの局所凹領域７３を合計した領域に対応する領域おける射影面積が、モデル対応枠７２ａまたはモデル対応枠７２ｂの射影面積の１／４以下である。モデル対応枠７２ａ、７２ｂで囲まれた領域は、仮想ガントリ領域である。仮想ガントリ領域において、ガントリ室モデル１の解放空間領域２は解放空間領域であり、ガントリ室モデル１の解放空間領域２を除いた領域、すなわちガントリ室モデル１のガントリ胴体４とガントリ前面パネル３を含む領域はガントリ領域である。

実施の形態５の粒子線治療施設の製造方法は、回転ガントリ２４ａ、２４ｂがそれぞれ設けられる複数のガントリ室２０ａ、２０ｂと、加速器５４と、ビーム輸送系５９とを備えた粒子線治療施設７０を製造する際に、複数のガントリ室２０ａ、２０ｂの配置を実施の形態１から４の粒子線治療施設の設計支援方法を用いることにより、ガントリ室モデル１ａ、１ｂを配置領域枠１０内に適切に配置でき、無駄領域である局所凹領域８や残空間凹領域
１５をできる限り少なくするように、複数の治療室（ガントリ室２０ａ、
２０ｂ）のレイアウトを最適化することができる。また、実施の形態５の粒子線治療施設の製造方法は、ガントリ室２０ａ、２０ｂを設置予定の建屋形状に合わせた形状の配置領域枠１０を用いて、レイアウトの検討を行うので、ガントリ室２０ａ、２０ｂ等の治療室の形状と大きさ、及び治療室の設置場所の形状と大きさを考慮に入れることができる。

実施の形態５の粒子線治療施設の製造方法は、配置対象空間に対応したモデル空間に、加速器５４に対応した加速器モデル１６を配置する加速器モデル配置手順と、モデル空間に治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）の３次元モデルである治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）の複数を配置する治療室モデル最適配置手順と、モデル空間において、ビーム輸送系５９に対応した輸送系モデル１７を、加速器モデル１６と治療室モデル（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）を接続して配置する輸送系モデル配置手順と、を含む。治療室モデル最適配置手順は、実施の形態１から４に示した粒子線治療施設の設計支援方法を用いて、治療室モデル（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）の配置を決定する。この構成により、実施の形態５の粒子線治療施設の製造方法は、複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）を設置予定の建屋形状に合わせた形状の配置領域枠１０を用いて、レイアウトの検討を行うので、ガントリ室２０ａ、２０ｂ等の治療室の形状と大きさ、及び治療室の設置場所の形状と大きさを考慮に入れた粒子線治療施設を製造することができる。

実施の形態５の粒子線治療施設は、荷電粒子ビーム３１を発生させ、荷電粒子ビーム３１を加速器５４で加速させるビーム発生装置５２と、加速器
５４により加速された荷電粒子ビーム３１を輸送するビーム輸送系５９と、ビーム輸送系５９で輸送された荷電粒子ビーム３１を照射対象（患部４８）に照射する複数の粒子線照射装置５８ａ、５８ｂと、粒子線照射装置５８ａ、５８ｂのそれぞれを搭載し、照射対象（患部４８）に対して任意の方向から荷電粒子ビーム３１を照射する複数の回転ガントリ２４ａ、２４ｂと、回転ガントリ２４ａ、２４ｂのそれぞれが設置された複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）を備える。回転ガントリ２４ａ、２４ｂの胴体及び前面パネルを含むガントリ領域と、治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）における回転ガントリ２４ａ、２４ｂの胴体の内部領域に接続する解放空間領域とからなる領域を仮想ガントリ領域とし、遮蔽壁１９を隔てて最も近くに配置された２つの治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）の間において、２つの仮想ガントリ領域の間における対向する外周を結ぶ線上の点であって、かつ遮蔽壁１９を除いた対象点の集合からなる領域を局所凹領域７３とし、複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）の配置は、複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）の内、最も近くに配置された２つの治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）の間における局所凹領域７３を床方向の２次元に射影した場合の射影面積が、仮想ガントリ領域を床方向の２次元に射影した場合における射影面積の１／４以下となる配置である。この構成により、実施の形態５の粒子線治療施設は、局所凹領域７３をできる限り少なくするように、複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）のレイアウトを最適化することができる。

なお、複数のガント室モデルにおいて外周（境界）がそれぞれ同じもので図示したが、ぞれぞれのガント室モデルは実際の回転ガントリに合わせて作成されるものであり、外周（境界）が異なる複数のガント室モデルであっても、本発明は適用できる。また、粒子線照射装置５８の照射方式としてスキャニング照射方式を例に説明したが、本発明は、荷電粒子ビーム３１を散乱体で散乱拡大し、拡大した荷電粒子ビーム３１を照射対象１３の形状にあわせて照射野を形成するブロード照射方式の粒子線照射装置５８を備えた粒子線治療施設７０にも適用できる。また、実施の形態１で説明したスキャニング照射方式と異なる他のスキャニング照射方式、すなわちスポットスキャニング、ラスタースキャニング等の粒子線照射装置５８を備えた粒子線治療施設７０にも適用できる。また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１、１ａ、１ｂ…ガントリ室モデル、８、８ａ、８ｂ…凹領域（局所凹領域）、９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ…遮蔽壁、１４、１４ａ、１４ｂ…残空間、１５、１５ａ、１５ｂ…凹領域（残空間凹領域）、６…加速器モデル、１７…輸送系モデル、１９、１９ａ、１９ｂ…遮蔽壁、２０ａ、２０ｂ…ガントリ室、２４ａ、２４ｂ…回転ガントリ、２６…表示装置、２７…設計支援装置、３１…荷電粒子ビーム、４８…患部（照射対象）、５１…粒子線治療装置、５２…ビーム発生装置、５４…加速器、５８、５８ａ、５８ｂ…粒子線照射装置、５９…ビーム輸送系、７３…凹領域。

図１と異なるステップＳ０１０、Ｓ０１１について説明する。ステップＳ０１０にて、計算機２５は、治療室モデルであるガントリ室モデル１ａ、１ｂを移動して、局所凹領域８の体積又は射影面積を計算することを複数回繰り返し、局所凹領域８の体積又は射影面積の最適値を計算する（最適値計算手順）。局所凹領域８の体積又は射影面積が最適値であるかどうかの判定基準は、例えば、配置領域枠１０内において局所凹領域８の体積又は射影面積が最小値になることである。例えば、局所凹領域８の体積又は射影面積の反復計算の際に、最急降下法等により治療室モデルの次の位置を決定する。

図１５、図１６の矢印の左側はガントリ室モデル１ａ、１ｂが配置された上面図である。図１５、図１６の右側は残空間と残空間凹領域を抜き出したものである。図１５には、配置領域枠１０の右側にガントリ室モデル１ａ、１ｂが、遮蔽壁９に接するように隣接して配置されている。なお、図１５の矢印は、右側の残空間１４ａ及び残空間凹領域１５ａが左側のガントリ室モデル１ａ、１ｂの配置情報から抽出されることを示すものである。図１６の矢印も、同様の意味である。図１６には、配置領域枠１０の右側に、互いに反転したガントリ室モデル１ａ、１ｂが、遮蔽壁９に接するように隣接して配置されている。残空間１４ａ、１４ｂは、配置領域枠１０で境界を示した配置対象空間から複数の治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）が配置された治療室モデル関連領域を減算した空間である。図１５における残空間１４ａは、複数の治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）間に配置された遮蔽壁９や、治療室モデルの外周と配置領域枠１０によって分離された空間である。図１６における残空間１４ｂは、配置領域枠１０に接したガントリ室モデル１ａと異なるガントリ室モデル１ｂにおける左側の外周線を配置領域枠１０の上側及び下側に延伸したガントリ室モデル延長境界３０から左側にある空間である。ガントリ室モデル延長境界３０の右側の空間には、ガントリ室モデル１ｂの上側やガントリ室モデル１ａの下側等に多少の空間が残されているが、ここは遮蔽壁９の配置が予定されており、有効活用可能な空間ではないので、残空間とはしていない。

図１４において、局所凹領域は２つあり、解放空間領域２側に局所凹領域８ａを記載し、ガントリ胴体４側に局所凹領域８ｂを記載した。残空間表示２９に残空間１４と残空間凹領域１５が表示される。凹領域表示２８ａは局所凹領域８ａの体積又は射影面積であり、凹領域表示２８ｂは局所凹領域８ｂの体積又は射影面積である。凹領域表示２８ｃは残空間凹領域１５の体積又は射影面積である。

図１３と異なるステップＳ０２０、Ｓ０２１について説明する。ステップＳ０２０にて、計算機２５は、治療室モデルであるガントリ室モデル１ａ、１ｂを移動して、局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積を計算することを複数回繰り返し、局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積の最適値を計算する（最適値計算手順）。局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積が最適値であるかどうかの判定基準は、例えば、配置領域枠１０内において局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積が最小値になることである。例えば、局所凹領域８及び残空間凹領域１５の体積又は射影面積の反復計算の際に、最急降下法等により治療室モデルの次の位置を決定する。

実施の形態５の粒子線治療施設の製造方法は、配置対象空間に対応したモデル空間に、加速器５４に対応した加速器モデル１６を配置する加速器モデル配置手順と、モデル空間に治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）の３次元モデルである治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）の複数を配置する治療室モデル最適配置手順と、モデル空間において、ビーム輸送系５９に対応した輸送系モデル１７を、加速器モデル１６と治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）を接続して配置する輸送系モデル配置手順と、を含む。治療室モデル最適配置手順は、実施の形態１から４に示した粒子線治療施設の設計支援方法を用いて、治療室モデル（ガントリ室モデル１ａ、１ｂ）の配置を決定する。この構成により、実施の形態５の粒子線治療施設の製造方法は、複数の治療室（ガントリ室２０ａ、２０ｂ）を設置予定の建屋形状に合わせた形状の配置領域枠１０を用いて、レイアウトの検討を行うので、ガントリ室２０ａ、２０ｂ等の治療室の形状と大きさ、及び治療室の設置場所の形状と大きさを考慮に入れた粒子線治療施設を製造することができる。

なお、複数のガントリ室モデルにおいて外周（境界）がそれぞれ同じもので図示したが、ぞれぞれのガント室モデルは実際の回転ガントリに合わせて作成されるものであり、外周（境界）が異なる複数のガント室モデルであっても、本発明は適用できる。また、粒子線照射装置５８の照射方式としてスキャニング照射方式を例に説明したが、本発明は、荷電粒子ビーム３１を散乱体で散乱拡大し、拡大した荷電粒子ビーム３１を照射対象４８の形状にあわせて照射野を形成するブロード照射方式の粒子線照射装置５８を備えた粒子線治療施設７０にも適用できる。また、実施の形態１で説明したスキャニング照射方式と異なる他のスキャニング照射方式、すなわちスポットスキャニング、ラスタースキャニング等の粒子線照射装置５８を備えた粒子線治療施設７０にも適用できる。また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１、１ａ、１ｂ…ガントリ室モデル、８、８ａ、８ｂ…凹領域（局所凹領域）、９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ…遮蔽壁、１４、１４ａ、１４ｂ…残空間、１５、１５ａ、１５ｂ…凹領域（残空間凹領域）、１６…加速器モデル、１７…輸送系モデル、１９、１９ａ、１９ｂ…遮蔽壁、２０ａ、２０ｂ…ガントリ室、２４ａ、２４ｂ…回転ガントリ、２６…表示装置、２７…設計支援装置、３１…荷電粒子ビーム、４８…患部（照射対象）、５１…粒子線治療装置、５２…ビーム発生装置、５４…加速器、５８、５８ａ、５８ｂ…粒子線照射装置、５９…ビーム輸送系、７３…凹領域。

Claims (8)

1. 照射対象に対して任意の方向から荷電粒子ビームを照射する回転ガントリが設置される治療室の複数を、あらかじめ決められた配置対象空間に配置する配置設計を設計支援装置にて支援する粒子線治療施設の設計支援方法であって、
   前記治療室の３次元モデルである治療室モデルを作成する治療室モデル作成手順と、
   前記配置対象空間に対応したモデル空間に複数の前記治療室モデルを初期位置に配置する治療室モデル配置手順と、
   複数の前記治療室モデルの内、最も近くに配置された２つの前記治療室モデルの間における凹領域である局所凹領域の体積又は前記局所凹領域を床方向の２次元に射影した場合の射影面積を計算する局所凹領域計算手順と、
   前記局所凹領域計算手順にて計算した前記局所凹領域の体積又は前記射影面積を前記設計支援装置の表示装置に表示する凹領域計算結果表示手順と、
   前記凹領域計算結果表示手順の後に作業終了指示がない場合に、前記治療室モデルの移動指示に応じて、前記治療室モデルを前記モデル空間において移動する治療室モデル移動手順と、を含み、
   前記作業終了指示があるまで、前記局所凹領域計算手順、前記凹領域計算結果表示手順、前記治療室モデル移動手順を繰り返し、
   前記局所凹領域は、
   最も近くに配置された２つの前記治療室モデルにおける対向する外周を結ぶ線上の点の集合からなる領域であるか、
   または、最も近くに配置された２つの前記治療室モデルの間に遮蔽壁が配置されている場合に、この場合の２つの前記治療室モデルにおける対向する外周を結ぶ線上の点であって、かつ前記遮蔽壁を除いた対象点の集合からなる領域であることを特徴とする粒子線治療施設の設計支援方法。
2. 照射対象に対して任意の方向から荷電粒子ビームを照射する回転ガントリが設置される治療室の複数を、あらかじめ決められた配置対象空間に配置する配置設計を設計支援装置にて支援する粒子線治療施設の設計支援方法であって、
   前記治療室の３次元モデルである治療室モデルを作成する治療室モデル作成手順と、
   前記配置対象空間に対応したモデル空間に複数の前記治療室モデルを初期位置に配置する治療室モデル配置手順と、
   複数の前記治療室モデルの内、最も近くに配置された２つの前記治療室モデルを対象組とし、前記対象組における２つの前記治療室モデルの間における凹領域である局所凹領域の体積又は前記局所凹領域を床方向の２次元に射影した場合の射影面積を、前記対象組毎に計算する局所凹領域計算手順と、
   前記設計支援装置にて前記治療室モデルを移動し、前記局所凹領域の体積又は前記局所凹領域の前記射影面積の計算を前記対象組毎に複数回繰り返して最適値を計算する最適値計算手順と、
   前記最適値計算手順にて計算した前記局所凹領域の体積の最適値又は前記射影面積の最適値と、この場合に対応する前記治療室モデルの配置を、前記設計支援装置の表示装置に表示する最適値計算結果表示手順と、を含み、
   前記局所凹領域は、
   最も近くに配置された２つの前記治療室モデルにおける対向する外周を結ぶ線上の点の集合からなる領域であるか、
   または、最も近くに配置された２つの前記治療室モデルの間に遮蔽壁が配置されている場合に、この場合の２つの前記治療室モデルにおける対向する外周を結ぶ線上の点であって、かつ前記遮蔽壁を除いた対象点の集合からなる領域であることを特徴とする粒子線治療施設の設計支援方法。
3. 請求項１記載の粒子線治療施設の設計支援方法において、
   前記モデル空間から複数の前記治療室モデルを含む治療室モデル関連領域を減算した残空間を求め、前記残空間における凹領域である残空間凹領域の体積又は前記残空間凹領域を床方向の２次元に射影した場合の射影面積を計算する残空間凹領域計算手順を含み、
   前記残空間凹領域は、前記治療室モデル関連領域の側における前記残空間の対向する外周を結ぶ線上の点の集合からなる領域であり、
   前記凹領域計算結果表示手順は、前記局所凹領域計算手順の計算結果と、前記残空間凹領域計算手順にて計算した前記残空間凹領域の体積又は前記射影面積を前記表示装置に表示することを特徴とする粒子線治療施設の設計支援方法。
4. 請求項２記載の粒子線治療施設の設計支援方法において、
   前記モデル空間から複数の前記治療室モデルを含む治療室モデル関連領域を減算した残空間を求め、前記残空間における凹領域である残空間凹領域の体積又は前記残空間凹領域を床方向の２次元に射影した場合の射影面積を計算する残空間凹領域計算手順を含み、
   前記残空間凹領域は、前記治療室モデル関連領域の側における前記残空間の対向する外周を結ぶ線上の点の集合からなる領域であり、
   前記最適値計算手順は、前記設計支援装置にて前記治療室モデルが移動されると、前記局所凹領域の体積又は前記局所凹領域の前記射影面積の計算と、前記残空間凹領域の体積又は前記残空間凹領域の前記射影面積の計算とを、前記対象組毎に複数回繰り返して最適値を計算し、
   前記最適値計算結果表示手順は、前記最適値計算手順にて計算した、前記局所凹領域の体積の最適値又は前記射影面積の最適値と、前記残空間凹領域の体積の最適値又は前記射影面積の最適値と、この場合に対応する前記治療室モデルの配置を、前記設計支援装置の表示装置に表示することを特徴とする粒子線治療施設の設計支援方法。
5. 請求項４に記載の粒子線治療施設の設計支援方法において、
   前記最適値計算手順は、前記局所凹領域と前記残空間凹領域との間に重み付けをした評価関数値に基づいて、前記局所凹領域の体積の最適値又は前記射影面積の最適値と、前記残空間凹領域の体積の最適値又は前記射影面積の最適値とを計算することを特徴とする粒子線治療施設の設計支援方法。
6. 粒子線治療装置の加速器と、前記加速器により加速された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、照射対象に対して任意の方向から前記荷電粒子ビームを照射する回転ガントリが設置される治療室の複数と、をあらかじめ決められた配置対象空間に配置する粒子線治療施設の製造方法であって、
   前記配置対象空間に対応したモデル空間に、前記加速器に対応した加速器モデルを配置する加速器モデル配置手順と、
   前記モデル空間に前記治療室の３次元モデルである治療室モデルの複数を配置する治療室モデル最適配置手順と、
   前記モデル空間において、前記ビーム輸送系に対応した輸送系モデルを、前記加速器モデルと前記治療室モデルを接続して配置する輸送系モデル配置手順と、を含み、
   前記治療室モデル最適配置手順は、請求項１から５のいずれか１項の粒子線治療施設の設計支援方法を用いて、前記治療室モデルの配置を決定することを特徴とする粒子線治療施設の製造方法。
7. 請求項６記載の粒子線治療施設の製造方法において、
   前記治療室モデル最適配置手順は、前記局所凹領域の前記射影面積が、前記治療室モデルの前記射影面積の１／４以下となるように前記治療室モデルを配置することを特徴とする粒子線治療施設の製造方法。
8. 荷電粒子ビームを発生させ、前記荷電粒子ビームを加速器で加速させるビーム発生装置と、前記加速器により加速された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、前記ビーム輸送系で輸送された前記荷電粒子ビームを照射対象に照射する複数の粒子線照射装置と、前記粒子線照射装置のそれぞれを搭載し、前記照射対象に対して任意の方向から前記荷電粒子ビームを照射する複数の回転ガントリと、前記回転ガントリのそれぞれが設置された複数の治療室を備え、
   前記回転ガントリの胴体及び前面パネルを含むガントリ領域と、前記治療室における前記回転ガントリの前記胴体の内部領域に接続する解放空間領域とからなる領域を仮想ガントリ領域とし、
   遮蔽壁を隔てて最も近くに配置された２つの前記治療室の間において、２つの前記仮想ガントリ領域の間における対向する外周を結ぶ線上の点であって、かつ前記遮蔽壁を除いた対象点の集合からなる領域を局所凹領域とし、
   複数の前記治療室の配置は、
   複数の前記治療室の内、最も近くに配置された２つの前記治療室の間における前記局所凹領域を床方向の２次元に射影した場合の射影面積が、前記仮想ガントリ領域を床方向の２次元に射影した場合における射影面積の１／４以下となる配置であることを特徴とする粒子線治療施設。

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