TWI498140B - 治療計劃裝置、粒子射線治療裝置，以及帶電荷粒子射束掃描路徑之決定方法 - Google Patents

Description

治療計劃裝置、粒子射線治療裝置，以及帶電荷粒子射束掃描路徑之決定方法

本發明係關於一種用在治療癌症等的掃描型粒子射線治療裝置、及該粒子射線治療裝置用的治療計劃裝置。

用在癌症治療的放射線，大致上可區分為光子射線與粒子射線兩種。所謂光子射線係為光的波，被用來作為X射線、伽瑪射線等之習知的放射線。另一方面，所謂粒子射線係指利用氫的原子核及碳的原子核等之粒子的放射線，尤其在醫療領域中，主要係利用將「陽子」或「碳離子(ion)(亦稱重離子)」加速所獲得的射束(beam)，該陽子為將氫原子予以離子化所獲得者，而該碳離子則係將碳原子予以離子化所獲得者。

粒子射線治療係根據以下的原理。當粒子射線照射於癌細胞時，癌細胞的DNA就會受傷，而遭受到 超過修復能力之損傷的細胞會逐漸死亡，最後將會排出至體外。相較於X射線或伽瑪射線等的光子射線型之習知的放射線會在身體的表面附近作用，由於粒子線具有在剛要停止前，吸收線量達到峰值(peak)的特徵，因此可藉由改變能量將吸收線量達到峰值(稱為布拉格峰值(Bragg peak))的位置對準病灶，而可僅將癌病灶予以集中式地破壞。由於如上所述可獲得習知技術所未有的優異效果，因此作為可維持QOL(Quality of Life，生命品質)的治療，粒子射線治療愈來愈受到矚目。

為了有效進行粒子射線治療，需要以將充分的線量賦予至患部組織，同時不會對周邊組織造成傷害之方式使射束成形。實現該射束成形的照射方法，大致上可區分為「寬射柱(broad beam)照射法」與「掃描(scanning)照射法」。所謂寬射柱照射法係一種使用調準器(collimator)或填充物(bolus)來將先使用過散射體或脊形過濾器(ridge filter)而加以擴大之射束予以成形的方法。另一方面，所謂掃描照射法係指在細的射束直徑狀態下(將此狀態的射束稱為「筆形射束(pencil beam)」，將該筆形射束進行掃描，以描點之方式照射(有射束之ON/OFF(開/關)的光點掃描(spot scanning))，或以一筆劃之方式照射(射束原則為ON的光柵掃描(raster scanning))的方法。

在此，進一步詳細說明掃描照射，且就與治療計劃裝置的關聯性進行說明。如前所述，粒子射線的特徵係在於具有與能量對應之深度的布拉格峰值之點。為 了要對於在體內深度方向具有厚度的患部組織賦予適切的照射線量，可考慮將該患部組織假設性地區分為與射束能量對應的層(layer)，而對每一層施以前述的光點掃描或光柵掃描。粒子射線的布拉格峰值之較該峰值更深側的賦予線量雖大致為零，但對於較該峰值更淺之側，則有些許的賦予線量，必須考慮其影響來決定在各層之各光點位置的照射量。治療計劃裝置係從預先攝影的患部的3維圖像資訊，來進行用以實現適當賦予線量之決定該各層之該各光點之照射量的計算及模擬(simulation)。

在進行實際的掃描照射時，還有一點必須決定。亦即，在各層中，要以何順序來照射各光點，換言之，要以何方式來決定掃描路徑。在光柵掃描中，若考慮描繪連結有各光點之軌跡來照射，亦復相同。掃描之該掃描路徑的決定，通常係由治療計劃裝置所承擔。關於該掃描之該掃描路徑的先前技術，已可見於例如專利文獻1及非專利文獻1中。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2009-66106號公報

[非專利文獻]

非專利文獻1：J. H. Kang et al., “Demonstration of scan path optimization in proton therapy” Medical Physics 34(9)2007, page 3457-3464

在非專利文獻1中，已揭示一種將掃描路徑之距離變短之路徑抽出的方法。然而，如後所述，路徑的距離與掃描所需的時間未必要1對1地對應。因此，在以路徑的距離作為指標的評估中，未必就會選擇掃描時間經過最佳化的掃描路徑。有鑑於上述問題，本發明之目的在於獲得一種在光柵掃描型的粒子射線治療裝置中縮短其掃描時間，而且，用以求出也考慮到避免照射至正常組織或重要臟器之掃描路徑的治療計劃裝置及利用該掃描路徑的粒子射線治療裝置。

本發明係提供一種治療計劃裝置係藉由朝與帶電荷粒子射束之行進方向垂直之2方向的X方向與Y方向使帶電荷粒子射束以重複移動與停留之方式進行掃描的X方向掃描電磁鐵及Y方向掃描電磁鐵，使帶電荷粒子射束進行掃描，以決定將帶電荷粒子射束照射至照射對象之患者的患部之帶電荷粒子射束的掃描路徑；該治療計劃裝置係具備：光點位置記憶部，將帶電荷粒子射束之停留點之光點位置，依每一層記憶；掃描路徑候補抽出部，用來抽出連結記憶於光點位置記憶部之一層內之所有光點位置之掃描路徑的複數個候補；掃描路徑評估部，在使用掃描路徑候補抽出部所抽出之複數個掃描路徑中之一個掃描 路徑上之第k個相鄰之光點位置間之掃描所需時間Tk、權重係數wk、及該層內之光點數目n的評估函數J中， 將該掃描路徑通過患部組織之部分的權重係數wk設定為1，將該掃描路徑通過正常組織之部分的權重係數wk設定為較1更大，將該掃描路徑通過重要臟器之部分的權重係數wk設定為較通過正常組織之部分的權重係數wk更大，而就在掃描路徑候補抽出部中所抽出的複數個掃描路徑候補的各者算出評估函數J；以及掃描路徑決定部，根據在該掃描路徑評估部所算出之評估函數J的值，來決定用在治療時的掃描路徑。

依據本發明的治療計劃裝置，可提供一種帶電荷粒子射束對於患部組織以外的照射風險較小，且整體照射時間較短的粒子射線治療裝置。

1‧‧‧加速器

2‧‧‧帶電荷粒子射束

3‧‧‧射束傳輸系統

4‧‧‧射束照射系統

5‧‧‧X方向掃描電磁鐵

6‧‧‧Y方向掃描電磁鐵

7‧‧‧掃描電磁鐵

8‧‧‧標的(患部)

10‧‧‧照射控制裝置

11‧‧‧掃描控制部

20‧‧‧治療計劃裝置

21‧‧‧光點位置記憶部

22‧‧‧掃描路徑候補抽出部

23‧‧‧掃描路徑評估部

24‧‧‧掃描路徑決定部

81、82‧‧‧患部

83‧‧‧重要臟器

84、85、86、87、88、89‧‧‧光點群

A、B、P11、P22‧‧‧部分路徑

J‧‧‧評估函數

Tk‧‧‧掃描所需時間

wk‧‧‧權重係數

第1圖係為顯示本發明之實施形態1之包含治療計劃裝置之粒子射線治療裝置的構成方塊(block)圖。

第2圖係為顯示用以說明本發明之光點位置及掃描路徑的配置圖。

第3圖係為顯示用以說明本發明之掃描路徑之光點位 置與掃描路徑之一例的配置圖。

第4圖係為顯示用以說明本發明之掃描路徑之光點位置與掃描路徑之另一例的配置圖。

第5圖係為顯示用以說明本發明之掃描路徑之光點位置與掃描路徑之再另一例的配置圖。

第6圖係為顯示本發明之實施形態2之治療計劃裝置之步驟的流程圖(flow chart)。

第7圖係為在與第4圖相同的光點位置，顯示有別於第4圖之外的掃描路徑之例的配置圖。

第8圖係為在與第4圖相同的光點位置，顯示有別於第4圖、第7圖之外的掃描路徑之例的配置圖。

以給定必須通過的點來決定其路徑的問題而言，已被公式化成為一種「旅行業務員問題(Traveling Salesman Problem，TSP)」。所謂典型的旅行業務員問題係如下述。在給定都市的集合、及各都市間之移動成本(例如距離)時，求出剛好繞巡所有都市再回到出發地之繞巡路徑之總移動成本為最小者(求出業務員僅繞巡一次預定的複數個都市時的最短路徑)的組合最佳化問題。

因此，在掃描照射型的粒子射線治療裝置中，在決定掃描射束的路徑時，亦設想只要單純套用在上述旅行業務員問題，並使用解答既有旅行業務員問題的工具(tool)，來求出「距離最短的路徑」即可。然而，求出距離最短路徑的方法，會在以下各點發生問題。

粒子射線之筆形射束的掃描，通常，係藉由X方向偏向用與Y方向偏向用的2個掃描電磁鐵來實現。雖需要在射束路徑上配置掃描電磁鐵，但在實際上卻無法將X方向偏向用的掃描電磁鐵與Y方向偏向用的掃描電磁鐵設置在相同的位置。將X方向偏向用與Y方向偏向用的掃描電磁鐵並列配置在射束路徑上的結果，由於相距屬於照射基準點的等中心(isocenter)的距離也會不同，且電磁鐵的大小也會不同，因而X方向之掃描速度與Y方向的掃描速度也就不同。亦即，會有即便求出「距離最短的路徑」，該路徑也不會使掃描時間(治療時間)成為最小的問題。

針對上述問題，也被認為是不是只要根據X方向的掃描速度與Y方向的掃描速度的比率來將掃描區域進行座標轉換即可。例如設想有將X方向的掃描速度設為1，及將Y方向的掃描速度設為2時，只要將掃描區域朝Y軸方向擴大成2倍，在經該座標轉換過的掃描區域的距離最短路徑，就會相等於時間最短路徑。

然而，上述座標轉換的方法也未能解決問題。此點從以下單純的例觀察即可明瞭。如前所述，在粒子射線治療裝置中射束的掃描，係藉由X方向與Y方向分別獨立的掃描電磁鐵來進行。結果，當射束掃描以某個點為起點而在X方向及Y方向上均有變化之情形下，具有掃描時間不會與掃描距離成比例，而成為「X方向之掃描時間與Y方向之掃描時間中花費較長一方的時間」的性質。 (例如，X方向的掃描速度及Y方向的掃描速度都設為1時，朝X方向移動至1而且朝Y方向移動至1時的距離雖會成為√2，但掃描時間則係為1。)

在光柵掃描中，還會有僅憑選擇「距離為最短的路徑」並不充分的問題。如前所述，在掃描照射法中，係將患部組織分層且依每一層來進行射束掃描。即使屬於照射對象的患部組織是一個封閉的區域時，分層的結果，會有在某一層中照射區域成為2個以上封閉的區域的情形。從數學上來看，屬於照射對象的患部組織非為有界的凸(Convex)集合時，就會產生這種現象。當在層內的照射區域成為2個以上封閉的區域時，於射束來回於該區域間時，就會照射到照射區域以外的區域。在單純求出距離最短路徑或時間最短路徑上，並未考慮對該照射區域以外的區域的影響。再者，雖也有存在有重要臟器等而存在有要盡量避免被照射之區域的情形，但還是未考慮該影響，此為其問題所在。

將照射對象之患部組織分層的結果，會有即便在某一層的照射區域是1個該照射區域卻不是Convex集合的時候。只要照射區域非Convex集合，依照所求出的路徑，就會產生通過正常組織、重要臟器的現象。

原本旅行業務員問題，如同其取名為「旅行」，係關於起點與終點一致之「環形(loop)」的最佳化。另一方面，光柵掃描的射束掃描路徑的問題，係起點與終點未必要一致。亦即，射束掃描路徑的情形下，係關於「路 徑」而非「環形」的最佳化。然而，只要能求出最佳的環形，就有任何光點都可選擇作為起點的優點。以上的問題，係由本發明人首先提起，在本發明中，提出解決該問題的解決方案。

(實施形態1)

第1圖係為顯示本發明之實施形態1之包含治療計劃裝置之粒子射線治療裝置之概略構成的方塊圖。在第1圖中，係從加速器1輸出陽子射線或碳射線等的帶電荷粒子射束2，且以由電磁鐵群所構成的射束傳輸系統3將帶電荷粒子射束2引導至射束照射系統4。在射束照射系統4中係具備有X方向掃描電磁鐵5與Y方向掃描電磁鐵6的1組掃描電磁鐵7，該掃描電磁鐵7係用以將所射入之帶電荷粒子射束2，二維偏向成屬於與帶電荷粒子射束2之行進方向垂直之方向之X-Y方向進行掃描。該掃描電磁鐵7係以朝與帶電荷粒子射束之行進方向垂直的X方向及Y方向重複移動與停留之方式使帶電荷粒子射束2偏向進行掃描。此時，在帶電荷粒子射束2移動中，也照射帶電荷粒子射束2。另一方面，在治療計劃裝置20中，係制定對於屬於患者患部之標的8的照射計劃。具體而言，為了對於標的8的三維體積區域，配合標的8的三維形狀來將帶電荷粒子射束2所形成之布拉格峰值的位置進行掃描，以形成配合標的形狀的線量區域，而決定屬於標的8中之帶電荷粒子射束之停留點的光點位置、及各光點位置中的照射量。同時，在此等光點位置群中，將與相同粒子射線能量 對應之光點位置的集合設為位於1層內之層內光點位置，而依每一層記憶於光點位置記憶部21。

在掃描路徑候補抽出部22中，係依據記憶於光點位置記憶部21的光點位置，而依每一層抽出複數個掃描路徑候補。掃描路徑候補的抽出方法將在實施形態2中說明。本發明之目的係在於從每一層的掃描路徑候補中，決定掃描所需時間較短的路徑、以及於射束在光點間移動中，射束不會通過重要臟器的掃描路徑。因此，為了從掃描路徑候補中，抽出射束不會通過重要臟器，且掃描所需時間最短的路徑，乃導入關於掃描路徑之以下的評估函數。

茲將評估函數J定義為以下公式。

其中，Tk：對於從選擇為第k個光點至選擇為第k+1個光點的路徑(以下稱「第k個部分路徑」)掃描射束所需花費的時間

wk：對於「第k個部分路徑」的權重係數

當第k個部分路徑包含在患部組織時，wk=wkd=1

當第k個部分路徑通過正常組織時，wk=wko>1

當第k個部分路徑通過重要臟器時，wk=wkO>wko

為了簡化起見，第2圖係以黑色圓圈顯示排 列成2×2格子狀的光點。此外，為了簡化起見，將對於在X方向上鄰接之光點的掃描時間設為1，而在Y方向上者亦同樣設為1。在此，請注意朝斜方向之光點的掃描時間並不會成為√2，而是1。此點如前所述，係由於朝X方向的掃描與朝Y方向的掃描是獨立而且同時進行之故。因此，從S11至S21之路徑的Tk與從S11至S22之路徑的Tk係設為相同值。如此，本發明的第1重點係在於評估對於路徑掃描射束所需花費的時間，而非評估路徑的長度。

此外，須注意評估函數係為「將射束進行掃描所需花費的時間」，並非實際照射所需花費的時間。此係由於實際的照射，必須在各光點賦予治療計劃中所求出的目標線量，而帶電荷粒子射束重複移動與停留之故。為了與以固定速度掃描之習知的光柵掃描區別，有將此種照射方法稱為混合掃描(hybrid scanning)的情形。

另一方面，在路徑通過正常組織而非患部組織時，而且通過正常組織中尤其重要的重要臟器之情形時，係設為風險較大的路徑，而增大權重係數。例如，如第3圖所示，在患部分離成如患部81與患部82之區域的情形下，一部分的部分路徑會通過患部以外。此外，也考慮在患部之間存在重要臟器83的情形。如上所述，將權重係數wk，在該部分路徑包含於患部組織時係設為1，而在通過非為患部組織之正常組織時係設定為大於1，而在通過非為患部組織之重要臟器83時則係設定為更大的值。藉由以此方式設定權重係數wk，如第3圖(b)之掃描路徑， 包含通過重要臟器83之部分路徑P22之掃描路徑候補的評估函數J的值，會較第3圖(a)的掃描路徑所示之包含通過正常組織之部分路徑P11的掃描路徑候補更大。

在掃描路徑評估部23中，係就在掃描路徑候補抽出部22中所抽出的複數個掃描路徑候補分別算出評估函數J的值。在掃描路徑決定部24中，係根據在掃描路徑評估部23中所算出之評估函數J的值，從掃描路徑候補中決定將評估函數J之值較小者作為用在治療時照射的掃描路徑。照射控制裝置10的掃描控制部11係控制X方向掃描電磁鐵5與Y方向掃描電磁鐵6，以使帶電荷粒子射束2依照由治療計劃裝置20之掃描路徑決定部24所決定的掃描路徑而移動標的。

藉由以上的構成，可獲得掃描時間短，粒子射線對於正常組織，尤其對於正常組織中之重要臟器之照射風險較小的粒子射線治療裝置。

(實施形態2)

雖依照射對象之患部組織的大小而有所不同，但一層中的光點數量，經常達到數千至數萬點。即使光點數量只要10的情形下，若欲求出將評估函數最小化的最佳路徑，將必須計算10！=3,628,800遍(362萬8千8百遍)，因此，花費力氣功夫全部都算上一遍，並不切實際。因此，在實施形態2中，乃針對考慮粒子射線治療中掃描照射的特殊性，而機械性地決定最佳或準最佳掃描路徑的方法進行說明。

粒子射線治療中的掃描照射，如前所述係以在各層之照射區域內稱為「光點」的單位來加以管理，通常該光點係排列成格子狀。如第2圖所說明，關於排列成2×2格子狀的光點，將在X方向上鄰接之光點的掃描時間設為1，而對於Y方向亦同樣設為1。在此，請注意朝斜方向之光點的掃描時間不會成為√2，而是1。只要注意以上各點，就可導出下述的定理。

(定理1)

關於排列成格子狀的1個或2個以上的光點，將朝在X方向上鄰接之格子(交叉點)的掃描時間設為1，且對於Y方向亦同樣設為1時，依照通過所有光點的掃描路徑而掃描的時間會成為n-1。在此，n係為光點的總數。

(定理2)

關於排列成格子狀的1個或2個以上的光點，將朝在X方向上鄰接之格子(交叉點)的掃描時間設為T_{min_x} ，將朝在Y方向上鄰接之格子(交叉點)的掃描時間設為T_{min_y} (惟T_{min_y} >T_{min_x} )時，依照通過所有光點的掃描路徑而掃描的時間會成為(1-1)T_{min_y} +(n-1)T_{min_x} 以上。在此，1係為配置有光點之格子的列(row)數。此外，通過所有光點的掃描時間成為(1-1)T_{min_y} +T_{min_x} 之掃描路徑會存在的必要條件如下。

條件1：照射區域為1個封閉的區域，而且，條件2：照射區域在X方向觀看為Convex。

在此，所謂「在X方向觀看為Convex」，係指觀看格子的各列時，在存在光點的所有列中，鄰接配置之光點的 群為1個。

定理1敘述在光點排列成格子狀時，光點數與掃描所有光點之最短時間的關係。只要考慮複數個光點鄰接排列於1個列上的情形，就可容易地理解最短時間會成為n-1。

定理2雖與定理1同樣為敘述光點數與最短時間的關係，但將X方向與Y方向之掃描時間的差異列入考慮。在如定理2之假設，朝X方向之掃描時間較短時，最短時間內掃描所有光點的路徑，係考慮以下路徑作為候補：(a)以最上方(或最下方)列的左端(或右端)為起點，(b)朝向X方向的另一端掃描，亦即，對「列(row)」進行掃描，(c)移至下一列的端點。此時，只要光點一直有鄰接(左右、上下、斜方向)，就是最短時間路徑。為了簡單起見，在此茲將以此方式掃描的路徑稱為「鋸齒路徑」。在朝Y方向之掃描時間較短時，只要將Y方向設為列方向並以與上述相同的思考方式決定路徑即可。

當然，依據屬於照射對象之患部組織的形狀，也會有無法藉由該鋸齒路徑來掃描所有光點的情形。因此，在此一面參照第4圖至第7圖的概念圖、及第6圖的流程圖一面說明該種情形下之掃描路徑的決定方法。

第4圖係將掃描路徑的決定區分為4個階段來顯示。

階段1：顯示某層中的照射區域及光點。

階段2：從前述的起點(在此係為最上列的左端)起，針 對能夠描繪鋸齒路徑的部分進行描繪(關於鋸齒路徑係部分最佳)(ST1)。

階段3：關於鋸齒路徑以外的部分，檢討可否最佳化(ST2)。剩餘的部分，如第4圖之光點群84所示，只要成為環形(ST2 YES(是)、ST3)，則關於環形的部分係前進至階段4。

階段4：鋸齒路徑與階段3的環形，只要經由2個鄰接的光點彼此鄰接，就會如圖所示連接鋸齒路徑與前述環形(ST4 NO(否)、ST5)。若有剩餘的光點，返回階段3(ST4 YES)。

在第4圖所示的方法中，有未必可解決的情形(ST2 NO)。此係為鋸齒路徑以外的部分的光點群為以一維之方式配置而未成為環形的情形。在第5圖的階段3中，除剩餘的部分成為環形的光點群85外，還存在有以一維之方式配置的光點群86及光點群87的路徑。因此，此種情形下係考慮形式上將前述路徑處理作為環形(ST6)。所謂「形式上處理作為環形」，係指如第5圖之階段4的圖所示，針對以一維之方式配置的光點群，以往返之方式設定路徑。此時，雖會通過2次相同的光點，但在該光點中，只要分配停留時間，以使2次照射線量成為在治療計劃的目標線量即可。將相同光點分開照射線量而照射複數次的方法，已被稱為「重繪(repaint)照射」等而為一般所知。在本發明中，係提出僅就該剩餘路徑部分重繪的「部分重繪」方法。將形式上處理作為環形的部分也作為環形，而 將鋸齒路徑與環形連接(ST5)。

接著說明在第4圖所示之光點配置中，改變起點時的掃描路徑候補。第7圖係為以最下列之左端為起點時的掃描路徑候補。首先，從起點描繪鋸齒路徑作為階段2。在階段3就剩餘的部分的光點群88描繪路徑。光點群88係成為以一維之方式配置的光點群。在階段4中，係將階段2中所描繪的鋸齒路徑與在階段3中所描繪的一維路徑連接。

第8圖係為以右側區域之最上列之右端為起點時的掃描路徑候補。首先，從起點描繪鋸齒路徑作為階段2。階段3中就剩餘的光點群89描繪最佳路徑。在此，由於可描繪鋸齒路徑，因此描繪鋸齒路徑。在階段4中，將2個鋸齒路徑連接。

描繪複數個鋸齒路徑時，鋸齒路徑彼此將端點彼此串聯連接，亦即，必須將部分路徑串聯連接，而在最終成為1個路徑。此時，要以哪一個端點為起點，可考慮數種組合。如第8圖所示，部分路徑存在A與B兩個，將部分路徑A的端點分別設為A1、A2，且將部分路徑B的端點分別設為B1、B2。於是，最終的路徑即為A1→A2→B1→B2 A2→A1→B1→B2 A1→A2→B2→B1 A2→A1→B2→B1之4種、與上述4種的相反順序合計共8種路徑。在第8 圖的階段4中，係描繪連接端點的距離最短，被認為評估函數J變小之A1→A2→B1→B2的路徑。

如第4圖所示，掃描路徑候補抽出部22係以一個鋸齒路徑為基礎，以將剩餘的光點設為環形路徑的方法為優先來抽出路徑，進一步如第8圖所示，可將複數個鋸齒路徑抽出並串聯連接而抽出複數個掃描路徑候補。

針對以上方式抽出的複數個掃描路徑候補，算出在實施形態1中所說明之評估函數J的值，將評估函數J之值最小的掃描路徑決定作為照射於患者患部時的掃描路徑。藉此，即可獲得一種減少掃描路徑候補，縮短掃描時間，粒子射線對於正常組織，及正常組織中尤其重要臟器之照射風險較小的粒子射線治療裝置。

另外，本發明在其發明的範圍內，實施形態均可作適當變形、省略。

1‧‧‧加速器

2‧‧‧帶電荷粒子射束

3‧‧‧射束傳輸系統

4‧‧‧射束照射系統

5‧‧‧X方向掃描電磁鐵

6‧‧‧Y方向掃描電磁鐵

7‧‧‧掃描電磁鐵

8‧‧‧標的(患部)

10‧‧‧照射控制裝置

11‧‧‧掃描控制部

20‧‧‧治療計劃裝置

21‧‧‧光點位置記憶部

22‧‧‧掃描路徑候補抽出部

23‧‧‧掃描路徑評估部

24‧‧‧掃描路徑決定部

Claims (9)

1. 一種治療計劃裝置，係藉由朝與帶電荷粒子射束之行進方向垂直之2方向的X方向與Y方向使前述帶電荷粒子射束以重複移動與停留之方式進行掃描的X方向掃描電磁鐵及Y方向掃描電磁鐵，使前述帶電荷粒子射束進行掃描，以決定將前述帶電荷粒子射束照射至照射對象之患者之患部之前述帶電荷粒子射束的掃描路徑；該治療計劃裝置係具備：光點位置記憶部，將設定於前述患部內之前述帶電荷粒子射束之停留點之排列成前述X方向與前述Y方向之格子狀的光點位置，依每一層記憶；掃描路徑候補抽出部，用來抽出連結記憶於前述光點位置記憶部之一層內之所有光點位置之掃描路徑的複數個候補；掃描路徑評估部，在使用前述掃描路徑候補抽出部所抽出之複數個掃描路徑中之一個掃描路徑上之相鄰的前述光點位置間之路徑的部分路徑中第k個部分路徑的掃描所需時間Tk、權重係數wk、及該層內之光點數目n的評估函數J中， 將對於通過患部組織之部分路徑的權重係數wk設定為1，將對於通過正常組織之部分路徑的前述權重係數wk 設定為大於1，將對於通過重要臟器之部分路徑的前述權重係數wk設定為較對於通過前述正常組織之部分路徑的前述權重係數wk更大，而就在前述掃描路徑候補抽出部中所抽出的複數個掃描路徑候補的各者算出前述評估函數J；以及掃描路徑決定部，根據在該掃描路徑評估部所算出之前述評估函數J的值，來決定用在治療時的掃描路徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述之治療計劃裝置，其中，前述掃描路徑候補抽出部係重複路徑設定，來設定鋸齒形路徑作為前述掃描路徑，該路徑設定係將前述排列成格子狀之光點位置之排列方向中，將藉由前述X方向掃描電磁鐵所形成之前述帶電荷粒子射束的移動速度與藉由前述Y方向電磁鐵所形成之前述帶電荷粒子射束的移動速度中之較快移動速度的方向設為列(row)方向，且以前述光點位置之排列之列中之一端之列之一端的光點位置為起點，再從該起點朝向該列之另一端的光點位置來設定路徑，且進一步從前述另一端之光點位置朝相鄰接之列之端點的光點位置來設定路徑，且進一步從該鄰接之列之端點的光點位置朝向該列的另一端點來設定路徑。
3. 如申請專利範圍第2項所述之治療計劃裝置，其中，前述掃描路徑候補抽出部係在藉由前述鋸齒形路徑無法連結前述一層內之所有光點位置時，在無法連結的 光點位置群中設定環形路徑或其他鋸齒形路徑。
4. 如申請專利範圍第3項所述之治療計劃裝置，其中，前述掃描路徑候補抽出部係在藉由鋸齒形路徑或環形路徑無法連結前述一層內之所有光點位置而剩餘排列成一維的光點位置群時，該排列成一維的光點位置群係藉由往返的路徑來設定環形路徑。
5. 一種粒子射線治療裝置，其特徵為具備：申請專利範圍第1項所述的治療計劃裝置；X方向掃描電磁鐵及Y方向掃描電磁鐵；以及照射控制裝置，具有依照經由前述掃描路徑決定部所決定的掃描路徑來控制前述X方向掃描電磁鐵及前述Y方向掃描電磁鐵的掃描控制部。
6. 一種帶電荷粒子射束之掃描路徑決定方法，係藉由朝與帶電荷粒子射束之行進方向垂直之2方向的X方向與Y方向使前述帶電荷粒子射束以重複移動與停留之方式進行掃描的X方向掃描電磁鐵及Y方向掃描電磁鐵，使前述帶電荷粒子射束進行掃描，以使前述帶電荷粒子射束照射至照射對象之患者之患部；該方法係具備：光點位置記憶步驟，將設定於前述患部內之前述帶電荷粒子射束之停留點之排列成前述X方向與前述Y方向之格子狀的光點位置，依每一層記憶；掃描路徑候補抽出步驟，用來抽出連結在前述光點位置記憶步驟中所記憶之一層內之所有光點位置之 掃描路徑的複數個候補；掃描路徑評估步驟，在使用在前述掃描路徑候補抽出步驟中所抽出之複數個掃描路徑中之一個掃描路徑上之相鄰的前述光點位置間之路徑的部分路徑中第k個部分路徑的掃描所需時間Tk、權重係數wk、及該層內之光點數目n的評估函數J中， 將對於通過患部組織之部分路徑的權重係數wk設定為1，將對於通過正常組織之部分路徑的前述權重係數wk設定為大於1，將對於通過重要臟器之部分路徑的前述權重係數wk設定為較相對於通過前述正常組織之部分路徑的前述權重係數wk更大，而就在前述掃描路徑候補抽出步驟中所抽出的複數個掃描路徑候補的各者算出前述評估函數J；及掃描路徑決定步驟，根據在該掃描路徑評估步驟中所算出之前述評估函數J的值，來決定用在治療時的掃描路徑。
7. 如申請專利範圍第6項所述之帶電荷粒子射束之掃描路徑決定方法，其中，在前述掃描路徑候補抽出步驟中，係重複路徑設定，來設定鋸齒形路徑作為前述掃描路徑，該路徑設定係將前述排列成格子狀之光點位置之排列方向中，將藉由前述X方向掃描電磁鐵所形 成之前述帶電荷粒子射束的移動速度與藉由前述Y方向電磁鐵所形成之前述帶電荷粒子射束的移動速度中之較快移動速度的方向設為列(row)方向，且以前述光點位置之排列之列中之一端之列之一端的光點位置為起點，再從該起點朝向該列之另一端的光點位置來設定路徑，且進一步從前述另一端之光點位置朝相鄰接之列之端點的光點位置來設定路徑，且進一步從該鄰接之列之端點的光點位置朝向該列的另一端點來設定路徑。
8. 如申請專利範圍第7項所述之帶電荷粒子射束之掃描路徑決定方法，其中，在前述掃描路徑候補抽出步驟中，係在藉由前述鋸齒形路徑無法連結前述一層內之所有光點位置時，在無法連結的光點位置群中設定環形路徑或其他鋸齒形路徑。
9. 如申請專利範圍第8項所述之帶電荷粒子射束之掃描路徑決定方法，其中，在前述掃描路徑候補抽出步驟中，係在藉由鋸齒形路徑或環形路徑無法連結前述一層內之所有光點位置而剩餘排列成一維的光點位置群時，該排列成一維的光點位置群係藉由往返的路徑來設定環形路徑。