TW201538200A - 粒子線治療計畫裝置，以及粒子線照射的模擬方法 - Google Patents

Abstract

本發明之粒子線照射的模擬方法係具備：副射束近似步驟，係以分別具有高斯分佈之複數個副射束的集合來近似粒子線；以及副射束線量分佈演算步驟，係模擬複數個副射束之各個副射束被藉由掃描裝置偏向而行進之狀態，藉此演算各個副射束形成於患者內部之各個副射束線量分佈，並藉由累加所演算之各個副射束線量分佈，而求出粒子線形成於患者內部之線量分佈。

Description

粒子線治療計畫裝置，以及粒子線照射的模擬方法

本發明係關於一種將粒子線照射於患部，以決定治療癌症等之粒子線治療裝置之照射參數的粒子線治療計畫裝置。

粒子線治療係一種使用加速器等機器而將陽子或碳離子等荷電粒子加速至核子數百兆電子伏特程度，且將所加速之荷電粒子之射束的粒子線照射於患者，藉此對體內之腫瘤賦予線量，以治療腫瘤之方法。在實際之照射中，較重要者為對腫瘤形成儘可能接近由醫師指示之線量分佈的線量分佈。將由醫師指示之線量分佈稱為目標線量分佈。在大多之情形下，目標線量分佈係線量在腫瘤內均勻，且線量儘可能在腫瘤外比在腫瘤內低之分佈。

一般而言，將由加速器所加速之粒子線照射在物體(包含人體)時，在物體內之三維線量分佈係具有在某一點具有線量最大峰之特性。將該線量最大峰稱為布拉格峰(Bragg peak)。再者，在三維空間具有一點之線量最 大峰時，係將該峰位置定義為該粒子線之「照射位置」。為了使用具有該峰構造之粒子線，來形成三維之目標線量分佈，必須研擬一些對策。

就用以形成目標線量分佈之方法之一而言，有一種掃描照射法。為了實施該方法，必須要有以下功能：使用電磁鐵等使粒子線之照射方向朝與屬於粒子線之行進方向的Z方向垂直之方向、即XY之二維方向任意地偏向的功能；及將藉由粒子能量之調整而形成有布拉格峰之位置、亦即照射位置朝Z方向任意地調整的功能。一般而言，作為粒子線產生裝置之加速器亦具備能量調整功能。此外，在腫瘤內設定複數個照射位置(亦稱為照射點)，並利用上述2種功能，依序將粒子線照射在各個照射位置。在掃描照射法中，係預先決定照射於各照射位置之粒子線的照射量之均衡，且合併計算照射於各照射位置時形成之各個線量分佈，結果形成目標線量分佈。

因此，為了決定對於各照射位置應照射之粒子線的量(粒子的個數)，必須藉由模擬來求出照射於各照射位置時形成之線量分佈，以使合併計算之三維線量分佈成為用來治療腫瘤而涵蓋腫瘤範圍之分佈。

在計算習知之線量分佈的模擬裝置中，將射束分割成脈衝函數狀的細射束，並使各細射束之照射疊合，以計算患者體內之線量分佈(例如，參照專利文獻1、專利文獻2)。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2011-217880號公報(第4圖、第5圖等)

專利文獻2：國際公開WO00/015299號

在分割成細射束而計算線量分佈之計算方法中，為了正確地計算藉由照射1個射束點而形成在患者體內之三維線量分佈，必須產生大量之細射束。因此，將分割成細射束之計算方法適用於藉由複數個射束點而照射患部整體之掃描照射法時，會有計算時間變多之問題。

本發明係用以解決上述課題而研創者，其目的係在於獲致一種粒子線治療計畫裝置，係可一面將粒子線掃描於患部，一面有效率且精確度佳地計算藉由依序照射照射點而形成在患者體內之三維線量分佈。

本發明之粒子線治療計畫裝置係在粒子線治療裝置中的粒子線治療計量裝置，該粒子線治療裝置係藉由使粒子線朝與粒子線之行進方向垂直的2方向、亦即XY方向偏向並進行掃描之掃描裝置，使粒子線以反覆地移動與停留之方式進行掃描，並依粒子線之每一停留將屬於照射對象之患者之患部之與粒子線之能量相對應的深度位置作為各照射位置而分別形成照射點，並且變更粒子線 之能量而變更照射點之深度方向的位置，藉此在包含患部之前述患者內部形成三維之線量分佈；該粒子線治療計量裝置具備用來求出照射在各照射位置之粒子線之各個照射量之演算單元，其中，演算單元係具備：副射束近似部，係以分別具有高斯分佈之複數個副射束的集合來近似粒子線；副射束線量分佈演算部，係演算複數個副射束之各個副射束被掃描裝置偏向而形成於患者之副射束線量分佈，並累加所演算之副射束線量分佈，藉此求出照射各照射位置之粒子線形成於患者內部之各個線量分佈；以及照射量最適化部，係藉由最適化計算而求出照射於各照射位置之粒子線的各個照射量，以使累加照射各照射位置之粒子線形成於患者內部之各個線量分佈而求出之形成於患者內部的全線量分佈，成為在治療計畫所設定之目標線量分佈。

再者，本發明之粒子線照射的模擬方法係具備：副射束近似步驟，係以分別具有高斯分佈之複數個副射束的集合來近似粒子線；以及副射束線量分佈演算步驟，係模擬複數個副射束之各個副射束被掃描裝置偏向而行進之狀態，藉此演算各個副射束形成於患者內部之各個副射束線量分佈，並藉由累加所演算之各個副射束線量分佈，而求出粒子線形成於患者內部之線量分佈。

依據本發明，可獲得一種可有效率且精確度佳地計算藉由掃描照射法進行照射時形成在患者體內之三維線量分佈的粒子線治療計畫裝置。

1‧‧‧粒子線產生裝置

2‧‧‧掃描裝置

3‧‧‧真實射束

6‧‧‧體表面

7‧‧‧患部

8‧‧‧照射位置

10‧‧‧粒子線治療計畫裝置

11‧‧‧副射束近似部

12‧‧‧副射束線量分佈演算部

13‧‧‧照射量最適化部

15‧‧‧治療計畫資料記憶部

20‧‧‧演算單元

22‧‧‧骨區域

B1、B2、B3‧‧‧粒子線

第1圖係顯示本發明實施形態1之粒子線治療計畫裝置之主要部分構成的方塊圖。

第2圖係說明本發明實施形態1之粒子線治療計畫裝置之模擬之副射束剖面之概念的示意圖。

第3圖係顯示本發明實施形態1之粒子線治療計畫裝置之模擬之副射束之近似例的示意圖。

第4圖係說明本發明實施形態1之粒子線治療計畫裝置之模擬之概念的示意圖。

第5圖係顯示本發明實施形態1之粒子線治療計畫裝置之模擬順序的流程圖。

第6圖係顯示本發明實施形態1之粒子線治療計畫裝置之模擬之副射束之近似之其他例的示意圖。

第7圖係顯示本發明實施形態2之粒子線治療計畫裝置之模擬順序的流程圖。

第8圖係顯示本發明實施形態2之粒子線治療計畫裝置之主要部分之構成的方塊圖。

第9圖係顯示藉由掃描照射法將粒子線照射於患部之方法之概念的示意圖。

第10圖係用以說明藉由掃描照射法進行照射時之朝屬於粒子線之行進方向的深度方向(Z方向)形成之線量分佈的曲線圖。

第11圖係用以說明藉由掃描照射法進行照射時之朝 與粒子線之行進方向垂直的一方向(X方向)形成之線量分佈的曲線圖。

第12圖係顯示將粒子線照射於患部時之狀態之概念的示意圖。

實施形態1

首先，參照第9圖至第12圖，說明藉由掃描照射法將粒子線照射於腫瘤等患者之患部而在患者體內形成粒子線之線量分佈的方法。在利用掃描照射法之粒子線治療裝置中，如第9圖所示，藉由掃描裝置2使從粒子線產生裝置1所產生之粒子線朝與行進方向正交之橫方向XY二維地偏向並進行掃描。偏向之粒子線係形成細的鉛筆射束狀。在第9圖中，將所掃描之粒子線以粒子線B1、B2、B3顯示。各粒子線係從患者之體表面6射入，且在患部7之預定深度位置停止。以涵蓋患部7之全區域之方式，配置粒子線之照射位置，照射於各照射位置時形成之各線量分佈(在體內被吸收之線量的分佈)的合計，係成為形成於患者體內之線量分佈。在治療計畫中，係以令該合計之線量分佈與患部7之區域大致一致之方式進行計畫。在治療計畫中，以對患部賦予治療所需之高線量，且對患部以外之正常組織儘可能照射低線量之方式，使照射於各照射位置之粒子線的照射量最適化。

第10圖與第11圖係各一次元地顯示藉由掃描患部之粒子線而形成三維線量分佈之情況。第10圖係顯 示屬於粒子線之行進方向之深度方向(Z方向)的線量分佈例。以a至f所示之曲線係顯示粒子線之能量分別不同時之深度方向之線量分佈之例。如第10圖所示，因粒子線之能量的不同，吸收線量之峰位置、亦即布拉格峰之位置亦不同，藉由變更粒子線之能量而可變更深度方向之照射位置。在照射能量不同之a至f之粒子線時，照射於各照射位置時之線量分佈的合計、亦即累加以a至f之曲線所示之線量而形成之線量分佈係成為照射於患者之線量分佈。在第10圖中係以虛線顯示照射於患者之線量分佈。如第10圖所示，通常係以合計之線量分佈在患者之患部區域成為平坦分佈之方式照射。

另一方面，第11圖係顯示與粒子線之行進方向正交之一方向之某深度、例如在布拉格峰位置之線量分佈之例。在此，顯示掃描照射法中之使照射位置呈階梯狀移動而進行照射之點掃描照射法之例。在點掃描照射法中，使粒子線停留在某照射位置而進行照射，且在照射線量達到目標線量後，使粒子線往鄰接之照射位置移動而進行照射。藉由反覆進行該步驟，且使粒子線朝患部之橫方向的全區域移動，而在患部之橫方向之全區域形成線量分佈。第11圖之g至1的曲線係分別顯示由停留並照射於各照射位置之粒子線所形成之線量分佈，虛線係顯示將由停留並照射於各照射位置而進行照射之粒子線所形成之線量分佈予以合成所得之合計線量分佈。在第11圖中雖顯示X方向之分佈，但Y方向亦同。

如以上所述，深度方向係變更粒子線之能量，橫方向係藉由掃描裝置2而使粒子線移動，且照射患部之各照射位置，藉此在三維之患部形成線量分佈。粒子線治療係於治療計畫裝置中，以使其線量分佈成為目標之線量分佈之方式，決定照射之粒子線的各種參數。為了在治療計畫裝置中決定各種參數，必須藉由演算來求出、亦即模擬吸收於患部的吸收線量。模擬係必須儘可能精確度佳地進行。本發明係為了提供儘可能精確度佳且有效率地進行該模擬之治療計畫裝置而研創者。

第12圖係概念性顯示將粒子線實際地照射在患部7時之狀態的圖。在第12圖中，係顯示掃描之粒子線3的剖面尺寸朝照射位置8變化為A、B、C、D之情況。在第12圖中，粒子線3之一部分係通過骨區域22之附近而到達患部7。當將粒子線作為1條射束來處理時，無法精確度佳地模擬粒子線之一部通過不同之組織的狀態。

因此，以分別具有高斯分佈之複數個副射束之集合來近似使屬於鉛筆射束之粒子線。第1圖係顯示本發明實施形態1之粒子線治療計畫裝置之主要部分構成的方塊圖。第2圖至第4圖係顯示本發明實施形態1之粒子線治療計畫裝置之模擬之概念的示意圖。第2圖係顯示粒子線之剖面的示意圖，實線係顯示屬於鉛筆射束之粒子線(以下稱為真實射束)之剖面的輪郭。以利用虛線所示之複數個副射束之集合來近似如前述之真實射束。將第2圖所示之配置在X軸上之副射束#1至#5的強度分佈顯示在 第3圖。在第3圖中，可以分解成剖面尺寸比真實射束之剖面尺寸小且分別具有高斯分佈之強度分佈的副射束#1至#5之集合來近似以實線所示之真實射束的強度分佈。

以N個副射束f(x-x_i、y-y_i)(i=1至N)來近似真實射束之分布F(x、y)。當將f(a、b)設為高斯分佈之函數時，f(x-x_i、y-y_i)係成為以位置(x_i、y_i)為中心之高斯分佈的函數。亦即，f(x-x_i、y-y_i)係顯示第i個副射束、亦即副射束#i之分佈。如第3圖所示，以合成峰強度不同之副射束之方式來近似真實射束之分佈。亦即，在屬於高斯分佈之函數的副射束#i附加權重W_i並將所有之副射束予以合成，以成為F(x、y)≒Σ W_i*f(x-x_i、y-y_i) (1)之方式決定副射束之集合。

在本發明之粒子線治療計畫中，係利用式(1)之右項的各個副射束對藉由照射於各照射位置之粒子線而形成之患者體內的各線量分佈進行模擬。在計算三維線量分佈之際，以第5圖所示之流程進行模擬。首先，準備治療計畫所需之患者三維CT(電腦斷層掃描)畫像、照射方向等其他照射所需之照射參數(步驟ST1)。接著，設定掃描間距、最適化計算用條件等計算條件(步驟ST2)。於是，以利用具有更小之剖面尺寸之高斯分佈的N個副射束在剖面中近似真實射束。以最適化計算求出各個副射束之中心位置(x_i、y_i)、及其權重係數W_i(i=1、2、3……N)，且以使該合成之分佈形狀近似地重現真實射束3之分佈形狀，亦 即以符合式(1)之方式決定副射束之集合(步驟ST3)。該近似係保障依據後述之副射束之線量分佈計算所得之真實射束之三維線量分佈的精確度者，且為本發明之重要特徵。特別是，如第3圖所示，較重要為令副射束之強度分佈為具有高斯分佈者，且令該高斯分佈之分佈寬度為具有比真實射束之分佈寬度更小之分佈寬度者。

再者，以如下方式進行掃描之粒子線3於患者體內之三維線量分佈的計算。患者體內之三維線量分佈係以各個副射束形成於體內之三維線量分佈的各個計算結果，乘上各個權重係數W_i(i=1、2、3……N)，並累計(加權卷積運算)算出而可求出。例如第4圖所示，掃描之粒子線3之第5個副射束#5係以通過骨區域22且在骨區域22與照射位置8之間停止之方式形成三維線量分佈。另一方面，副射束#3係在通過骨區域22以外之部分且於照射位置8停止為止，在該軌跡上形成三維線量分佈。再者，副射束#1亦同樣地沿著骨區域22以外之其他軌跡，朝照射位置8形成預定之三維線量分佈。

針對全部之副射束，計算各個三維線量分佈，且依據該結果乘上各個權重係數W_i，且將該合計作為真實射束之三維線量分佈(步驟ST4)。在步驟ST4中，針對照射各照射點之真實射束之各個真實射束，進行該計算。在步驟ST4中，例如計算以單位照射量照射各照射點時之各個三維線量分佈。利用以單位照射量照射各照射點時之各個三維線量分佈，將照射於各照射點之粒子線的照 射量設為MU_j(j=1、2、3……M：M為點掃描照射之點的個數)，並累加照射於各照射點時之三維線量分佈，藉此可算出患部整體之三維線量分佈。在此，藉由最適計算來決定各MU_j。最適化計算係利用在步驟ST1與步驟ST2與其他參數一起輸入之最適化演算法，以使患部整體之線量分佈成為接近目標線量分佈之線量分佈的方式決定各MU_j而執行(步驟ST5)。並輸出所決定之照射量MU_j(j=1、2、3……M)的清單、及患者體內之線量分佈等(步驟ST6)。在實際之粒子線治療中，依據在此所輸出之各點之粒子線的照射量MU_j(j=1、2、3……M)，對患者照射粒子線。

以上之流程係如第1圖之方塊圖所示，在粒子線治療計畫裝置10之演算單元20中執行。在步驟ST1中準備之照射參數、或在步驟ST2中所設定之計算條件等係記憶在治療計畫資料記憶部。步驟ST3係在副射束近似部11中執行，步驟ST4係在副射束線量分佈演算部12中執行，步驟ST5係在照射量最適化部13中執行。

如此，藉由掃描照射法照射粒子線，且在患部區域形成三維之預定線量分佈，因而使粒子線之強度分佈近似於高斯形狀，進而藉由具有高斯分佈之複數個副射束之集合來近似該高斯形狀。模擬該複數個副射束之各個副射束被掃描裝置偏向而行進之狀態，藉此計算形成於患者體內之三維線量分佈。因此，在通過存在於患者體內之骨區域22等附近時，係正確地考慮骨區域之影響，而可計算粒子線之三維線量分佈。此外，以最適化計算求出各 個副射束之位置(x_i、y_i)、及該權重係數W_i(i=1、2、3……N)，使該合成之形狀近似地重現真實射束之分佈。因此，就真實射束之近似而言，具有保障精確度，而能以高精確度來計算由所掃描之真實射束所成之三維線量分佈的效果。該近似特別是在將副射束之強度分佈設為高斯分佈之點、及將該高斯分佈之分佈寬度設為比真實射束之分佈寬度小之點較為重要。藉由如上方式，能以高精確度近似真實射束之強度分佈，並獲得高計算精確度。

本發明係模擬藉由掃描裝置而使複數個副射束之各個副射束偏向而行進之狀態。亦即，藉由分別演算副射束之軌跡，而可模擬成使各個副射束行進行於不同之位置，因此具有可精確度佳地重現隨著真實射束沿著行進方向前進，射束尺寸會變得越大之現象的效果。特別是，當射束之媒質不均勻時，可精確度佳地重現隨著射束之行進，射束尺寸變得越大之過程會因位置而不同的現象。再者，一般而言，已知行進於媒質中之粒子線的XY方向之分佈為高斯分佈且可精確度佳地近似(例如Highland之式，[參考文獻：V.L.Highland,“Some practical remarks on multiple scattering”,Nucl.Instrum & Methodb,74,497,1993])，藉由採用高斯分佈作為副射束之分佈，而能以更高之精確度計算藉由所掃描之粒子線而形成在患者體內之三維線量分佈。由該點亦可獲得精確度高之粒子線治療計畫裝置。

以上，雖係以真實射束之強度分佈可近似 於高斯分佈之情形為例加以說明。但實際之真實射束的分佈未必僅限定於高斯分佈。特別是粒子線為碳線時，雖然在真實射束之軸附近能以高斯分佈近似，但離軸較遠的位置則存在有被稱為「大角度成分」之末端廣泛地拉伸之分佈，由於此影響，而有無法利用使真實射束以高斯分佈近似之方法精確度佳地計算最終之線量分佈的可能性。即使在該情形下，亦如第6圖所示，藉由導入對應於大角度成分之1個以上之高斯分佈的副射束，即可重現真實射束之末端的分佈，且可利用上述之方法來計算形成於患者體內之線量分佈。

實施形態2

第7圖係顯示本發明實施形態2之粒子線治療計畫裝置之模擬順序的流程圖，而第8圖係顯示本發明實施形態2之粒子線治療計畫裝置之構成的方塊圖。以下，依據第7圖及第8圖說明本發明之實施形態2。首先準備治療計畫所需之患者三維CT(電腦斷層掃描)畫像、及照射方向等其他參數(步驟ST1)。接著，設定掃描間距、最適化計算用條件等計算條件(步驟ST2)。接著，將副射束之個數設為例如N1個(N1=1、3、5、7、9、之任一個)，在如第2圖所示在真實射束之剖面中，利用具有高斯形狀之分佈的副射束來近似第1圖所示之粒子線3(真實射束)，該高斯形狀係具有比真實射束更小之剖面尺寸(但設為N1=1時係與真實射束為相同之剖面尺寸)(步驟ST11)。亦即，以最適化計算求出各個副射束之中心位置(x_i、y_i)、及其權重係數W_i(i=1、 2、3……N1)，俾使該合成之形狀近似地重現真實射束3之分佈，亦即以符合式(1)之方式，決定副射束之集合。將該N1個之副射束的集合設為第1副射束之集合。

並且，以下述方式進行所掃描之粒子線3於患者體內的三維線量分佈之計算。以各個副射束形成於體內之三維線量分佈的各個計算結果乘上各個權重係數W_i(i=1、2、3……N)，並予以合計(加權卷積運算)算出，從而可求出患者體內之三維線量分佈。例如第4圖所示，掃描之粒子線3之第5個副射束#5係以通過骨區域22且在骨區域22與照射位置8之間停止之方式形成三維線量分佈。另一方面，副射束#3係通過骨區域22以外之部分，且於照射位置8停止為止，在該射程形成三維線量分佈。再者，副射束#1亦同樣地沿著骨區域22以外之其他軌跡，朝照射位置8形成預定之三維線量分佈。

如此，針對第1副射束之集合的全部副射束，計算各個三維線量分佈，且將該結果乘上各個權重係數Wi，且將該合計作為真實射束3之三維線量分佈(步驟ST12)。在步驟ST12中，針對照射各點之真實射束之各個真實射束實施上述計算。在步驟ST12中，例如計算以單位照射量來照射各照射點時之各個三維線量分佈。利用以單位照射量來照射各照射點時之各個三維線量分佈，將照射於各照射點之粒子線的照射量設為MU_j(j=1、2、3……M：M為點掃描照射之點的個數)，且累加照射於各照射點時之三維線量分佈，藉此可算出患部整體之三維線 量分佈。在此，藉由最適化計算來決定各MU_j。最適化計算係以下述方式執行：利用在步驟ST1與步驟ST2中與其他參數一同輸入之最適化演算法，以使患部整體之線量分佈成為接近目標線量分佈之線量分佈的方式決定各MU_j(步驟ST13)。

以上基本上係與實施形態1所示之粒子線治療計畫裝置的動作流程相同。在本實施形態2中，接著將副射束之個數設定為比N1更大之N2，且藉由比屬於N1個副射束之集合的第1副射束之集合之個數更多之屬於N2個副射束之集合的第2副射束之集合，來近似真實射束(步驟ST14)。然後，與步驟12同樣地，針對第2之副射束的集合，計算各個三維線量分佈，且將該結果乘上各個權重係數W_i(i=1、2、3……N2)，而將該合計作為真實射束3之三維線量分佈。針對照射各點之真實射束之各個真實射束實施上述計算(步驟ST15)。並且，在步驟ST16中，與步驟ST13同樣地，以最適化計算來算出各真實射束之照射量。在步驟ST16中，係利用步驟ST13中所得之MU1_j(j=1、2、3……M)作為最適化計算之各真實射束的初期照射量。將由最適化計算所得之照射量作為MU2_j(j=1、2、3……M)，並輸出MU2_j之清單、及患部整體之線量分佈等(步驟ST17)。在實際之粒子線治療中，依據在此輸出之各點的粒子線之照射量MU2_j(j=1、2、3……M)，對患者照射粒子線。

以上之流程係如第8圖所示，在粒子線治療 計畫裝置10之演算單元20中執行。在步驟ST1中準備之照射參數、或在步驟ST2中所設定之計算條件等係記憶在治療計畫資料記憶部15。步驟ST11及步驟ST14係在副射束近似部11中執行，步驟ST12及步驟ST15係在副射束線量分佈演算部12中執行，步驟ST13及步驟ST16係在照射量最適化部13中執行。

如此，在本實施形態2中，最初將副射束之個數設定為相對較小之個數的N1，首先粗略地計算各真實射束之照射量MU1_j(j=1、2、3……M)。接著，將副射束之個數設定為相對地較大之個數的N2，且以高精確度計算患部之三維線量分佈，藉此最後算出高精確度之各粒子線的照射量MU2j。在此，將N1設為例如1或3等相對較小之數，N2則係設為例如21等相對較大之數。屬於第1副射束之集合之個數的N1係較小。三維線量分佈之計算所需之時間係大致與N1成正比，因此最初之步驟ST11至ST13係可高速地執行。一旦，獲得近似地照射於各照射位置之粒子線的照射量MU1_j(j=1、2、3……M)後，係在步驟ST14中將副射束之個數設為比N1更大之N2，且決定第2副射束之集合，在步驟ST16中，將各粒子線之照射量MU1_j(j=1、2、3……M)設為初期值並執行最適化計算，藉此能以較少之次數獲得收斂之各粒子線的照射量MU2_j(j=1、2、3……M)。藉由以上方式，可謀求計算精確度與計算速度之妥協，且可更有效率且比較短時間地獲得粒子線之照射量MU2_j(j=1、2、3……M)。因此，依據本發明，可獲得 計算速度快且計算精確度高之粒子線治療計畫。

10‧‧‧粒子線治療計畫裝置

11‧‧‧副射束近似部

12‧‧‧副射束線量分佈演算部

13‧‧‧照射量最適化部

15‧‧‧治療計畫資料記憶部

20‧‧‧演算單元

Claims (6)

1. 一種粒子線治療計畫裝置，係在粒子線治療裝置中的粒子線治療計畫裝置，該粒子線治療裝置係藉由使粒子線朝與前述粒子線之行進方向垂直的2方向、亦即XY方向偏向並進行掃描之掃描裝置，使前述粒子線以反覆地移動與停留之方式進行掃描，並依前述粒子線之每一停留將屬於照射對象之患者之患部之與前述粒子線的能量相對應之深度位置作為各照射位置而分別形成照射點，並且變更前述粒子線之能量而變更前述照射點之深度方向的位置，藉此在包含前述患部之前述患者內部形成三維之線量分佈；該粒子線治療計畫裝置係具備用來求出照射在前述各照射位置之前述粒子線之各個照射量之演算單元；其中，前述演算單元係具備：副射束近似部，係以分別具有高斯分佈之複數個副射束的集合來近似前述粒子線；副射束線量分佈演算部，係演算前述複數個副射束之各個副射束被前述掃描裝置偏向而形成於前述患者之副射束線量分佈，並累加所演算出之前述副射束線量分佈，藉此求出照射前述各照射位置之前述粒子線形成於前述患者內部之各個線量分佈；以及照射量最適化部，係藉由最適化計算而求出照射於前述各照射位置之前述粒子線的各個照射量，以使累加照射前述各照射位置之粒子線形成於前述患者內 部之各個線量分佈而求出之形成於前述患者內部的全線量分佈，成為在治療計畫所設定之目標線量分佈。
2. 如申請專利範圍第1項所述之粒子線治療計畫裝置，其中，在前述副射束近似部中，分別以屬於相對較小之數的副射束之集合的第1副射束之集合、及屬於相對較大之數的副射束之集合的第2副射束之集合的2個副射束之集合來近似前述粒子線，將在前述照射量最適化部中利用前述第1副射束之集合所求出之結果之照射於前述各照射位置之前述粒子線的各個照射量作為前述最適化計算之初期值，並利用前述第2副射束之集合來求出照射於前述各照射位置之前述粒子線的各個照射量。
3. 一種粒子線照射的模擬方法，係模擬藉由掃描裝置而使鉛筆射束狀之粒子線偏向而照射於患者之患部時形成在患者內部之線量分佈的方法，該模擬方法係包含：副射束近似步驟，係以分別具有高斯分佈之複數個副射束的集合來近似前述粒子線；以及副射束線量分佈演算步驟，係模擬前述複數個副射束之各個副射束被前述掃描裝置偏向而行進之狀態，藉此演算前述各個副射束形成於前述患者內部之各個副射束線量分佈，並藉由累加所演算之前述各個副射束線量分佈，而求出前述粒子線形成於前述患者內部之線量分佈。
4. 一種粒子線照射的模擬方法，係在粒子線治療裝置中藉由模擬來求出患者內部的線量分佈之方法，該粒子線治療裝置係藉由使粒子線朝與前述粒子線之行進方向垂直的2方向、亦即XY方向偏向並進行掃描之掃描裝置，使前述粒子線以反覆地移動與停留之方式進行掃描，並依前述粒子線之每一停留，將屬於照射對象之患者之患部之與前述粒子線之能量相對應的深度位置作為各照射位置而分別形成照射點，並且變更前述粒子線之能量而變更前述照射點之深度方向的位置，藉此在包含前述患部之前述患者內部形成三維之線量分佈；該粒子線照射的模擬方法係包含：副射束近似步驟，係以分別具有高斯分佈之複數個副射束的集合來近似前述粒子線；以及副射束線量分佈演算步驟，係模擬前述複數個副射束之各個副射束被前述掃描裝置偏向而行進之狀態，藉此演算前述各個副射束形成於前述患者之副射束線量分佈，並藉由累加所演算之前述副射束線量分佈，而求出照射前述各照射位置之前述粒子線形成於前述患者內部之各個線量分佈。
5. 如申請專利範圍第4項所述之粒子線照射的模擬方法，係包含照射量最適化步驟，該照射量最適化步驟係藉由最適化計算而求出照射於前述各照射位置之前述粒子線的各個照射量，以使將在前述副射束線量分 佈演算步驟中求出之前述各個線量分佈予以累加所得之形成於前述患者內部的全線量分佈成為在治療計畫所設定之目標線量分佈。
6. 如申請專利範圍第5項所述之粒子線照射的模擬方法，其中，在前述副射束近似步驟中，分別以屬於相對較小之數的副射束之集合的第1副射束之集合、及屬於相對較大之數的副射束之集合的第2副射束之集合的2個副射束之集合來近似前述粒子線，將在前述照射量最適化步驟中利用前述第1副射束之集合所求出之結果之照射於前述各照射位置之前述粒子線的各個照射量作為前述最適化計算之初期值，並利用前述第2副射束之集合來求出照射於前述各照射位置之前述粒子線的各個照射量。