WO2009139043A1 - 粒子線治療装置および粒子線治療方法 - Google Patents

粒子線治療装置および粒子線治療方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2009139043A1
WO2009139043A1 PCT/JP2008/058749 JP2008058749W WO2009139043A1 WO 2009139043 A1 WO2009139043 A1 WO 2009139043A1 JP 2008058749 W JP2008058749 W JP 2008058749W WO 2009139043 A1 WO2009139043 A1 WO 2009139043A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
dose
particle beam
calibration
layer
irradiation
Prior art date
Application number
PCT/JP2008/058749
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
原田　久
高橋　理
越虎 蒲
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to US12/867,387 priority Critical patent/US8309939B2/en
Priority to CN200880129227.9A priority patent/CN102015023B/zh
Priority to PCT/JP2008/058749 priority patent/WO2009139043A1/ja
Priority to JP2010511807A priority patent/JP4580465B2/ja
Priority to EP08752629.9A priority patent/EP2277591B1/en
Publication of WO2009139043A1 publication Critical patent/WO2009139043A1/ja

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1075—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for testing, calibrating, or quality assurance of the radiation treatment apparatus
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087—Ions; Protons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1092—Details
    • A61N2005/1095—Elements inserted into the radiation path within the system, e.g. filters or wedges

Definitions

  • the present invention relates to a particle beam therapy apparatus and a particle beam therapy method for treating cancer by irradiating a particle beam.
  • a target volume (also simply referred to as a target) is divided and irradiated in the beam traveling direction of the particle beam.
  • a dose calibration procedure is performed before irradiation.
  • dose calibration is performed at one point in the center of SOBP (Spread Out Bragg Peak) in the depth distribution of biological dose.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-3582307 discloses that “a target is divided into a plurality of layers and an irradiation amount for each layer is determined”.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-314323 discloses that “a target is divided into a plurality of layers and the dose is determined to be uniform for each layer”.
  • Non-Patent Document 1 below indicates that “the influence of the position error between layers is reduced by designing the weight of the mini-ridge filter used in laminated irradiation with a Gaussian distribution”.
  • the “SOBP” and “miniridge filter” will be described later in the description of the embodiment of the invention.
  • JP 2004-358237 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-314323 Ridge filter design and optimization for the broad-beam three-dimensional irradiation system for heavy-ion radiation therapy.Barbara Schaffner, Tatsuaki Kanai, Yasuyuki Futami, and Munefumi Shimbo, Med. -724.
  • the “Bragg curve” is a curve indicating a relative dose given to an irradiated body before the charged particle reaches when the irradiated body is irradiated with a charged particle beam (for example, a proton beam or a carbon beam). It has a peak near the deepest part.
  • a charged particle beam for example, a proton beam or a carbon beam.
  • the present invention has been made to solve such problems, and a particle beam therapy system capable of performing dose calibration in each layer irradiation for each layer and improving the accuracy of dose calibration during layer irradiation.
  • the purpose is to provide.
  • the particle beam therapy system When the particle beam therapy system according to the present invention divides a predetermined region of the target volume into a plurality of layers along the depth direction of the particle beam and irradiates the particle beam, dose calibration is individually performed for each of the divided layers. Is to implement.
  • the particle beam therapy apparatus according to the present invention individually divides a predetermined area of the target volume into a plurality of layers along the depth direction of the particle beam and irradiates the particle beam individually for each divided layer.
  • a particle beam therapy system for performing dose calibration wherein a dose calibration is performed by forming a region where a dose is constant using a mini-ridge filter in a physical dose distribution in a depth direction in at least a part of the width of each layer. Is what you do.
  • the particle beam therapy apparatus individually divides a predetermined area of the target volume into a plurality of layers along the depth direction of the particle beam and irradiates the particle beam individually for each divided layer.
  • a particle beam therapy system for performing dose calibration wherein a physical dose distribution in a depth direction forms a region where a dose is constant using a mini-ridge filter in at least a part of the width of each layer, and each of these layers Are superimposed to irradiate the target volume.
  • the particle beam treatment method divides a predetermined region of the target volume into a plurality of layers along the depth direction of the particle beam and irradiates the particle beam individually for each of the divided layers. Dose calibration is performed.
  • the calibration accuracy of the shallow layer can be ensured, and the variation in the calibration coefficient of each layer can be confirmed, so that even if there is a problem, it can be systematically understood.
  • the positional accuracy required for dose calibration can be greatly relaxed, and dose calibration for each layer in the stacked irradiation can be performed accurately in a short time. Therefore, according to the present invention, it is possible to perform dose calibration in each layer irradiation for each layer, and it is possible to improve the accuracy of dose calibration at the time of layer irradiation.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a design example of a mini-ridge filter according to Embodiment 3.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a design example of a mini-ridge filter according to Embodiment 3.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a design example of a mini-ridge filter according to Embodiment 3.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a design example of a mini-ridge filter according to Embodiment 3.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a particle beam therapy system.
  • the particle beam treatment apparatus includes a treatment planning unit 101, a treatment control unit 102, a particle beam generation unit 103, a particle beam transport unit 104, a particle beam irradiation unit 105, a positioning unit 106, and the like.
  • the particle beam irradiation unit 105 has a function for forming an appropriate irradiation field when irradiating a patient with a particle beam
  • the treatment planning unit 101 has each function of the particle beam irradiation unit 105 to irradiate a desired dose distribution.
  • the positioning unit 106 has functions of performing patient fixation, target (also referred to as target volume) positioning and confirmation, and the like.
  • the treatment control unit 102 controls the operations of the particle beam generation unit 103, the particle beam transport unit 104, the particle beam irradiation unit 105, and the positioning unit 106 based on an instruction from the treatment planning unit 101.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a state when the patient is irradiated with the particle beam from the particle beam irradiation unit.
  • the particle beam irradiation unit 105 mainly includes a horizontal irradiation field forming unit 1 for controlling a beam in a horizontal direction (that is, a plane perpendicular to the beam traveling direction).
  • a dose monitor 2 that monitors (counts) the dose of the particle beam, a depth direction irradiation field forming unit 3 that controls the beam in the depth direction (that is, the beam traveling direction), and a depth direction irradiation field forming unit 3
  • the ridge filter 4 and the dose monitor 2 are formed by a data processing unit 5 for processing the count dose data.
  • 21 is a patient and 22 is a treatment table.
  • the dose distribution in the depth direction inside the patient 21 is called PDD (Percentage Depth Dose).
  • PDD Percentage Depth Dose
  • the PDD from the surface of the medium to the range shows a shape having an apex (peak) called a Bragg curve, and a portion near the maximum value of the curve (that is, the Bragg curve) is called a Bragg peak.
  • FIG. 3 is a diagram showing a Bragg curve in the case of a proton beam and a carbon beam (heavy particle beam).
  • the horizontal axis represents the depth (cm) from the surface of the body, and the vertical axis represents the relative absorbed dose (%).
  • the shape of the Bragg curve differs depending on the nuclides of the irradiated particle beam.
  • the proton beam has a wider Bragg peak than the carbon beam.
  • carbon nuclei cause nuclear fragmentation, but not with proton beams, so there is no tail in the proton beam dose distribution (that is, the tail of the nuclear reaction).
  • FIG. 4 is a diagram showing an enlarged Bragg peak of the carbon beam.
  • the width of the Bragg peak is widened using an apparatus called a ridge filter, which will be described later, to form a region having a uniform dose called an extended Bragg peak (SOBP) as shown in FIG. And then irradiate.
  • SOBP extended Bragg peak
  • the width of the SOBP is formed in accordance with the thickness of the target (target volume) in the depth direction.
  • the physical dose is energy applied to a certain part of the target, and its unit is gray (Gy).
  • the biological dose is a value determined in consideration of the biological influence on the cell based on the physical dose, and the unit is gray equivalent (GyE).
  • the biological dose is defined under the condition of a dose equivalent to the irradiation dose with cobalt 60, for example, so that the cell survival rate is 10%.
  • the prescription dose is defined as the biological dose.
  • SOBP is intended to make the irradiation effect uniform and is defined by a biological dose distribution.
  • dosimeters used for dose calibration cannot measure biological effects, so dose calibration is performed using physical doses.
  • the biological dose is obtained from the physical dose by a known method, but the description thereof is omitted here.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of the ridge filter.
  • the ridge filter there are known types such as a bar ridge filter or a modulation wheel as shown in FIG. 5, and these are collectively referred to as a ridge filter.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the ridge filter, and the actual number of ridges is larger than this.
  • the ridge filter 4 is composed of regions having different thicknesses and widths.
  • Particle beams have different ranges by passing through different thicknesses depending on where they pass. For example, when a particle beam having a water equivalent range of 30 cm passes through a portion of the ridge filter having a water equivalent thickness of 5 cm, the particle beam range is about 25 cm equivalent to water.
  • the thickness of the ridge filter 4 is actually designed in a certain step, and the ratio of the number of particles in the water equivalent thickness range is controlled in units of steps. This ratio is called a weight.
  • the width of the ridge filter 4 having a thickness of 5 cm equivalent to water is increased, the proportion of particle beams having a range equivalent to water of about 25 cm can be increased.
  • a ridge filter corresponding to SOBP having a uniform peak of biological dose can be designed.
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the ridge filter mounting base, and the ridge filter 4 is mounted on a ridge filter mounting base 61 as shown in FIG.
  • the ridge filter mounting base (ridge filter replacement base) 61 can be mounted with a normal ridge filter or several kinds of mini ridge filters at the same time, so that the replacement is easy.
  • a passage hole (passage port) 62 is provided at one location of the ridge filter mounting base 61, it is possible to irradiate an unmodulated particle beam.
  • the irradiation technique called the conventional extended irradiation method has been described.
  • laminated irradiation there is a method called laminated irradiation (see the above-mentioned document 1). In this method, the target volume is divided into regions in the depth direction, that is, layers having a certain width, and these regions are individually irradiated in order. At this time, the width of the layer does not need to be constant.
  • a method of adjusting the depth of the layer As a method of adjusting the depth of the layer, a method of adjusting by changing the energy of the accelerator in the particle beam generation unit 103 and a necessary number of plates having a certain thickness called a range shifter in the particle beam irradiation unit 105 are inserted.
  • the Bragg curve When irradiating the particle beam, the Bragg curve may be shifted as it is by a certain step unit. However, if the width of the Bragg peak is narrow, the step width becomes fine and the number of steps increases, which is complicated. For this reason, usually, a technique is used in which the Bragg peak is intentionally widened to slightly widen the step width. A step width of 2 mm to 10 mm is used.
  • the Bragg peak expanded at this time is referred to as a mini peak, and an apparatus for forming the peak is referred to as a mini ridge filter.
  • mini-ridge filters have been used in laminated irradiation, and it has been proposed to use mini-peaks with flat weights or mini-peaks with Gaussian distribution weights.
  • both “flat” and “Gaussian distribution” are discussions on the weight function itself, and the PDD (Percentage Depth Dose) shape of the physical dose is not mentioned, and dose calibration is easy. The purpose of doing was not mentioned. Therefore, in the conventional proposal, even if the weight of the mini-ridge filter is flat, the physical dose distribution of the mini-peak is not flat, and it is necessary to specify exactly which part of the mini-peak is to be calibrated. In addition, there is a problem that a significant error occurs in the dose calibration value due to a slight position error in the depth direction.
  • the dose given to each layer is managed based on the count value of the dose monitor 2 installed in the particle beam irradiation unit 105 as planned. That is, when irradiating a certain layer, the dose given to that layer is converted into the count number of the dose monitor 2, and when the count value reaches a desired value, the irradiation is temporarily stopped, To shift to irradiation of the next layer.
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the particle beam irradiation unit 105 and the dosimeter calibration apparatus. As shown in FIG.
  • the dosimeter calibration device 70 includes a water phantom (that is, a water tank for dose measurement) 71, a dosimeter 72, a dosimeter driving device 73, a dosimeter circuit 7, a data processing device 74, and a gantry 75. It consists of The dosimeter 72 uses a guaranteed calibration, and the calibration work is performed for each patient (each treatment plan).
  • the dose calibration is the physical dose measured by the dosimeter 72 and the count value measured by the dose monitor 2, and the ratio between these two values is the calibration coefficient, that is, Gy / count (Gray per count). It becomes.
  • the biological dose is not measured, but only the physical dose is measured. Therefore, the calibration is performed on the physical dose.
  • the prescription dose is defined as a biological dose, but if the corresponding physical dose PDD is calculated, dose calibration and treatment irradiation dose management can be performed on the physical dose PDD. There is no need to worry about biological doses.
  • DSOBP_PHYS (zC) K0 ⁇ ⁇ dMINIPEAK_PHYS (zC + zi) ⁇ Wi
  • DSOBP_PHYS (zC) K0 ⁇ ⁇ dMINIPEAK_PHYS (zC + zi) ⁇ Wi
  • DMINIPEAK_PHYS is a physical dose PDD curve of a mini peak.
  • zC represents the center position of SOBP, and zi represents the shift amount of the i-th layer.
  • K0 is a normalization coefficient, and the value is determined so as to match the physical dose converted from the prescription dose of one irradiation by DSOBP_PHYS (zC).
  • the mini-peak PDD curve is simply shifted in accordance with the layer to be irradiated, and the shape of the curve is assumed to be unchanged, and the function of dMINIPEAK_PHYS (zC + zi) is overlaid. Even if this assumption breaks down, if the function is indexed i, the conclusion remains unchanged.
  • the calibration coefficient ⁇ 0 can be written as: .
  • K0 ⁇ ⁇ ⁇ dMINIPEAK_PHYS (zC + zi) ⁇ Wi / ⁇ 0 ⁇ corresponds to the count value measured by the dose monitor
  • the unit of ⁇ 0 is a calibration coefficient determined by dose calibration
  • the unit is Gy / count.
  • the conventional calibration method has been described so far, but in the present invention, each layer is individually calibrated.
  • the physical dose at an arbitrary depth z can be described by the following equation.
  • DSOBP_PHYS (z) K0 ⁇ ⁇ ⁇ i ⁇ dMINIPEAK_PHYS (z + zi) ⁇ Wi / ⁇ i ⁇
  • each layer contributes to one calibration value with different weights.
  • the physical dose that each layer contributes to zC is K0 ⁇ dSOBP_PHYS (zC + zi) ⁇ Wi Is proportional to
  • the calibration coefficient is insensitive to DSOBP_PHYS (zC) in the layer where dSOBP_PHYS (zC + zi) or Wi is small.
  • the following discussion can be considered here. “Layers with low Wi contribute little to the dose, so there is no need to accurately determine the calibration factor for those layers”. However, this contradicts the original idea of determining the calibration coefficient based on actual measurements. If it is not necessary to individually determine the calibration coefficient in the shallow layer, even if the irradiation condition changes, it is assumed that sufficient reliability can be obtained even if the Wi value is calculated only without relying on actual measurement. Should be. In particular, layers shallower than zC participate in calibration only through tails from nuclear spallation.
  • the present invention is characterized in that each layer is calibrated individually, but in practice (especially in the case of carbon rays), the width of the Bragg peak is narrow, so that it is difficult to calibrate at the apex of the Bragg peak of each layer. There is a case.
  • FIG. 8 a flat region is formed in which the physical dose distribution of the mini-ridge filter used when performing the stacked irradiation is maximum.
  • FIG. 8 has shown the mini peak (physical dose) of the carbon beam. What is important here is to create a flat area of the PDD in the physical dose distribution.
  • the width of the flat portion of the PDD is defined as the mini-peak width.
  • the width of the mini-peak needs to be larger than the position accuracy that can be achieved during dose calibration.
  • the mini-peak width and layer step width may be the same, but need not be the same.
  • the calibration points of each layer are schematically shown in FIG.
  • the curves of the mini-peaks are drawn in order to make the mini-peak curves easier to see, but in reality, the flat portions of the mini-peaks are adjacent or overlap.
  • Such a mini-ridge filter can be designed by using a known method. For example, the shape of the physical dose PDD is measured, and a weight obtained by shifting the PDD curve according to the thickness of the ridge filter is added with a certain weight, and the weight is optimized so that a desired flat region is formed. That's fine.
  • the present embodiment even when dose calibration is performed for each layer in layered irradiation, it can be performed accurately in a short time. Since the PDD of each layer used for dose calibration has a flat mini-peak in physical dose, the position of the dosimeter used for calibration can be anywhere in the mini-peak, so the position accuracy requirement during measurement can be greatly relaxed. .
  • the apex of the biological dose distribution does not become flat, but has a shape as shown in FIG.
  • the biological dose is decreased as steeply as possible on the deep side when SOBP is formed.
  • the weight of each layer for making a uniform SOBP changes rapidly in the vicinity of the deepest layer of the dose distribution (the region in which the weight is irregular in the figure) as shown in FIG. It is known that the weight hardly changes in a front region called “plateau” (region where the weight is smooth in the figure).
  • plateau region where the weight is smooth in the figure.
  • two types are used: a mini-ridge filter dedicated to the deepest layer to make the dose distribution in the deepest layer steep, and a mini-ridge filter to be applied to a relatively flat area (plateau) in front of it.
  • a thin beam that is, particle beam
  • dose calibration can be facilitated by forming a mini-peak in the depth direction using a thin beam.
  • a modulation wheel is suitable as a device for forming a mini-peak. This is because it is difficult to make the narrow beam uniformly hit the Burrridge filter.
  • the particle beam therapy system according to the present embodiment is divided when the predetermined region of the target volume is divided into a plurality of layers along the depth direction of the particle beam and irradiated with the particle beam. Perform dose calibration for each layer individually.
  • the particle beam therapy system according to the present embodiment divides a predetermined region of the target volume into a plurality of layers along the depth direction of the particle beam and irradiates the particle beam individually for each of the divided layers.
  • a particle beam therapy system for performing dose calibration in a dose calibration by forming a region where the dose in the depth direction is constant using a mini-ridge filter in at least part of the width of each layer. I do.
  • the particle beam therapy system divides a predetermined region of the target volume into a plurality of layers along the depth direction of the particle beam and irradiates the particle beam individually for each of the divided layers.
  • a region in which the physical dose distribution in the depth direction has a constant dose using a mini-ridge filter is formed in at least a part of the width of each layer. Each layer is overlaid and the target volume is illuminated.
  • Embodiment 2 will be described.
  • the setting conditions of each device of the particle beam therapy apparatus do not vary greatly from layer to layer, but vary only slightly. For this reason, as irradiation results are accumulated, it is not necessary to perform calibration of each layer described in Embodiment 1 every time. At that time, the number of measurement points may be thinned out.
  • the calibration points shown in FIG. 9 represent a thinned state. For the thinned layer, it is conceivable to quote the calibration value of one calibration point closest to that layer, or to interpolate the calibration value using a plurality of nearby calibration execution points.
  • the interpolation method several known methods such as linear approximation or polynomial approximation can be considered.
  • thinning it is preferable that the user can select a thinning point, an interpolation algorithm, and the like.
  • the particle beam therapy system according to the present embodiment is characterized in that dose measurement is performed only on a part of layers selected from a plurality of divided layers.
  • FIG. 12 to 14 are diagrams for explaining a design example of the mini-ridge filter according to the present embodiment.
  • a portion where the physical dose distribution for performing dose calibration is flat is provided in a portion before the Bragg peak.
  • the deeper one-dot chain line is designed so that the weight of the Bragg peak is Gaussian, so that it can be smoothly superimposed with a deeper layer than this layer.
  • FIG. 13 only the central portion of the Bragg peak is provided with a portion where the physical dose distribution for performing dose calibration is flat.
  • the flat part is designed so that the weight of the Bragg peak is a Gaussian distribution so that the layer can be smoothly superimposed on the deeper and shallower layers.
  • a physical dose distribution (indicated by a dotted line) corresponding to a dose distribution with a flat biological dose as shown in FIG. 4 is reproduced at the deepest portion, and the physical dose distribution has a flat region.
  • a ridge filter is designed.
  • the dose weight at the deepest part is high, so by using such a specially mini-ridge filter optimized for the dose distribution at the deepest part, it is accurate even with a small number of layers in the depth direction.
  • the dose distribution can be reproduced.
  • it is possible to combine a flat mini-peak with a physical dose with other dose distribution shapes, thereby facilitating layer superposition and reducing the number of layer divisions. It becomes possible.
  • the present invention is suitable for realizing a particle beam therapy system capable of performing dose calibration for each layer in each layered irradiation and improving the accuracy of dose calibration during the layered irradiation.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

　標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する。

Description

粒子線治療装置および粒子線治療方法
　この発明は粒子線を照射して癌などを治療するための粒子線治療装置および粒子線治療方法に関するものである。
　積層照射やスキャニング照射と呼ばれる既知の粒子線照射方法では、標的体積（単に、標的とも称す）を粒子線のビーム進行方向に分割して照射する。
　深さ方向に所望の粒子線分布を得るためには、標的体積の各層の線量重み付けを所望の値にする必要がある。
　このため、照射前に線量校正の手順を実施するが、従来の技術では生物線量の深さ方向分布におけるＳＯＢＰ（Spread　Out　Bragg　Peak：拡大ブラッグピーク）中心の１点で線量校正を行っていた。
　なお、例えば、下記の特許文献１（特開２００４－３５８２３７号公報）には、「標的を複数の層に分割し、層毎の照射量を決定すること」が示されており、特許文献２（特開平１０－３１４３２３号公報）には、「標的を複数の層に分割し、各層毎の照射量が均一となるように決定すること」が示されている。
　また、下記の非特許文献１には、「積層照射において使用するミニリッジフィルタのウェイトをガウス分布で設計することにより、層間の位置誤差の影響を緩和させる」ことが示されている。
　なお、「ＳＯＢＰ」および「ミニリッジフィルタ」については、発明の実施の形態の説明の中で後述する。
特開２００４－３５８２３７号公報 特開平１０－３１４３２３号公報 Ridge　filter　design　and　optimization　for　the　broad-beam　three-dimensional　irradiation　system　for　heavy-ion　radiation　therapy.　Barbara　Schaffner,　Tatsuaki　Kanai,　Yasuyuki　Futami,　and　Munefumi　Shimbo,　Med.　Phys.　Volume　27　(4),　April　2000,　pp　716-724.
　これまで積層照射では、従来の拡大照射のときのようにＳＯＢＰ中心の代表点１点で線量校正を行っていた。
　これに対し、積層照射では、層に応じて機器設定が変わるため、各層に応じて線量校正係数があると考えるのが自然であり、ＳＯＢＰ中心１点での校正では浅い層の校正係数に対して敏感でないという問題点があった。
　各層に対して実測で校正係数を求める場合、ブラッグ曲線の深さ方向の変化が急峻であるため、線量計を設置する場所のわずかな位置誤差によって線量校正値に大きな誤差が発生する原因となり、各層に対して線量校正を短時間で精度よく行うことが困難であった。
　なお、「ブラッグ曲線」とは、荷電粒子線（例えば、陽子線や炭素線など）を被照射体に照射した場合に、荷電粒子が到達するまでに被照射体内に付与する相対線量を示す曲線のことであり、最深部付近にピークを有する。
　深さ方向の位置誤差の要因として、線量校正に用いる線量分布測定装置の機械的精度が不十分であることや、校正時に用いる線量計の形状が２次元平面でないことによる誤差、あるいはビームライン中にある線量モニタなどの物質の実効厚誤差などがある。
　こうした要因によって、ブラッグ曲線の頂点で校正したつもりであっても、実際には頂点以外で校正してしまう可能性があり、校正係数の精度が得られにくかった。
　本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、積層照射における線量校正を各層毎に行え、積層照射時における線量校正の精度を向上させることができる粒子線治療装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る粒子線治療装置は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施するものである。
　また、本発明に係る粒子線治療装置は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する粒子線治療装置であって、深さ方向の物理線量分布が前記各層の幅の少なくとも一部において、ミニリッジフィルタを用いて線量が一定となる領域を形成して線量校正を行うものである。
　また、本発明に係る粒子線治療装置は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する粒子線治療装置であって、深さ方向の物理線量分布が前記各層の幅の少なくとも一部において、ミニリッジフィルタを用いて線量が一定となる領域を形成し、これらの各層を重ね合わせて前記標的体積を照射するものである。
　また、本発明に係る粒子線治療方法は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施するものである。
　本発明によれば、浅い層の校正精度も確保することができ、各層の校正係数のバラツキを確認することができるため、不具合があった場合にもシステマティックに理解することができる。また、線量校正に必要な位置精度を大幅に緩和することででき、積層照射における各層毎の線量校正を短時間で精度よく実施することができる。
　従って、本発明によれば積層照射における線量校正を各層毎に行うことが可能であり、積層照射時における線量校正の精度を向上させることができる。
粒子線治療装置の構成を示す図である。 粒子線照射部から粒子線を患者に照射しているとき様子を示す図である。 陽子線と炭素線の場合のブラッグ曲線を示す図である。 炭素線の拡大ブラッグピークを示す図である。 リッジフィルタの原理を説明するための図である。 リッジフィルタ取付台の構成を示す図である。 粒子線照射部と線量計の校正装置の構成を示す図である。 炭素線のミニピーク（物理線量）を示す図である。 校正点の位置を示す図である。 炭素線のミニピーク（生物線量）を示す図である。 炭素線の拡大ブラッグピークのウェイトを示す図である。 実施の形態３に係わるミニリッジフィルタの設計例を示す図である。 実施の形態３に係わるミニリッジフィルタの設計例を示す図である。 実施の形態３に係わるミニリッジフィルタの設計例を示す図である。
符号の説明
　　　１　横方向照射野形成部　　　　　２　線量モニタ
　　　３　深さ方向照射野形成部　　　　４　リッジフィルタ
　　　５　データ処理部　　　　　　　２１　患者
　　２２　治療台　　　　　　　　　　６１　リッジフィルタ取付台
　　６２　通過穴（通過口）　　　　　７０　線量計校正装置
　　７１　水ファントム　　　　　　　７２　線量計
　　７３　線量計駆動装置　　　　　　７４　線量計用回路７よびデータ処理装置
　１０１　治療計画部　　　　　　　１０２　治療制御部
　１０３　粒子線発生部　　　　　　１０４　粒子線輸送部
　１０５　粒子線照射部　　　　　　１０６　位置決め部
実施の形態１．
　図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
　図１は、粒子線治療装置の構成を示す図である。
　図１に示すように、粒子線治療装置は、治療計画部１０１、治療制御部１０２、粒子線発生部１０３、粒子線輸送部１０４、粒子線照射部１０５、位置決め部１０６などで構成される。
　粒子線照射部１０５は粒子線を患者に照射する際に適切な照射野を形成するための機能を有し、治療計画部１０１は所望する線量分布を照射するために粒子線照射部１０５の各機器のパラメータを適切な値に決める機能を有する。位置決め部１０６は、患者の固定、標的（標的体積とも称す）の位置決めと確認などを実施する機能を有する。
　治療制御部１０２は、治療計画部１０１からの指示に基づいて、粒子線発生部１０３、粒子線輸送部１０４、粒子線照射部１０５、位置決め部１０６の動作を制御する。
　図２は、粒子線照射部から粒子線を患者に照射しているとき様子を示す図である。
　図２に示すように、粒子線照射部１０５は、主に粒子線の照射野を横方向（即ち、ビーム進行方向と垂直の面）でビームを制御するための横方向照射野形成部１と、粒子線の線量をモニタ（カウント）する線量モニタ２と、深さ方向（即ち、ビーム進行方向）にビームを制御する深さ方向照射野形成部３と、深さ方向照射野形成部３内に形成されるリッジフィルタ（ridge　filter）４と、線量モニタ２がカウント線量のデータを処理するデータ処理部５などで構成されている。なお、図２において、２１は患者、２２は治療台ある。
　次に、ビーム（即ち、粒子線ビーム）の深さ方向の制御について説明する。
　単一エネルギーのビームが照射された場合、患者２１の体内での深さ方向の線量分布をＰＤＤ（Percentage　Depth　Dose）と呼ぶ。
　粒子線を均一の媒質に照射すると、粒子線は媒質に入射したときのエネルギーに応じてある深さで止まり、そのときの深さを飛程と称する。
　媒質の表面から飛程までのＰＤＤは、ブラッグ曲線と呼ばれる頂点（ピーク）を有する形状を示しており、曲線（即ち、ブラッグ曲線）の最大値付近の部分はブラッグピークと呼ばれる。
　図３は、陽子線と炭素線（重粒子線）の場合のブラッグ曲線を示す図である。
　なお、図３において、横軸はからだの表面からの深さ（ｃｍ）であり、縦軸は相対吸収線量（％）である。
　ブラッグ曲線の形状は照射される粒子線の核種によって異なり、陽子線の場合は炭素線に比べてブラッグピークの幅が広い。
　また、炭素核は核破砕を起こすが、陽子線ではそれが起きないため、陽子線の線量分布にはテイル（即ち、核反応のテイル）がない。
　以下では、粒子線が炭素線の場合について述べるが、本発明は陽子線や他の核種についても同様に適用できる。
　図４は、炭素線の拡大ブラッグピークを示す図である。
　既知の照射技術である拡大照射法では、後述のリッジフィルタと呼ばれる装置を用いてブラッグピークの幅を広げて、図４に示すような拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）という線量が一様な領域を形成して照射する。
　ＳＯＢＰの幅は、標的（標的体積）の深さ方向の厚みに合わせて形成する。
　次に、図４に示す生物線量と物理線量の違いについて説明する。
　線量には、物理線量と生物学的線量（実効線量ともいう）の２種類が定義される。
　物理線量は、標的のある部分に付与されるエネルギーであって、単位はグレイ（Ｇｙ）である。
　これに対して生物線量は、物理線量に基づき細胞への生物学的影響を考慮して決められる値であって、単位はグレイ・イクイバレント（ＧｙＥ）である。
　生物線量は、例えば細胞の生存率が１０％になるようなコバルト６０による照射線量と等価な線量という条件で定義される。
　粒子線治療では、処方線量は生物線量で定義される。
　ＳＯＢＰは、照射効果を均一にすることが目的であり、生物線量分布で定義される。
　これに対し、線量校正に用いる線量計では生物学的効果の計測ができないため、線量校正は物理線量を使って行われる。
　物理線量から生物線量を求めることは既知の手法で求められるが、ここではその記載は省略する。
　ＳＯＢＰの形成は、リッジフィルタと呼ばれる装置を用いる。
　図５は、リッジフィルタの原理を説明するための図である。
　リッジフィルタには、図５に示すようなバーリッジフィルタあるいはモジュレーションホイールなど既知の種類があり、ここではこれらを総称してリッジフィルタと称する。
　図５は、リッジフィルタを説明するための概念図であって、実際のリッジの本数はこれより多い。リッジフィルタ４は、異なる厚みと幅を有する領域から構成される。
　粒子線は通過する場所によって異なる厚みを通過することで異なる飛程をもつ。
　例えば、水等価の飛程が３０ｃｍの粒子線がリッジフィルタの水等価厚が５ｃｍの部分を通過すると、その粒子線の飛程は水等価で約２５ｃｍとなる。
　製作上の都合から、実際にはリッジフィルタ４の厚みはあるステップで設計され、ステップ単位で水等価厚飛程の粒子数の割合を制御する。
　そしてこの割合をウェイトと呼ぶ。
　例えば、リッジフィルタ４の厚さが水等価で５ｃｍの部分の幅を広げると、水等価で約２５ｃｍの飛程を持つ粒子線の割合を増やすことができる。
　このように既知の方法に基づいてウェイトを適切に選ぶことで、生物線量が一様なピークをもつＳＯＢＰに対応するリッジフィルタを設計することができる。
　図６は、リッジフィルタ取付台の構成を示す図であり、リッジフィルタ４は、図６に示すようなリッジフィルタ取付台６１に装着される。このリッジフィルタ取付台（リッジフィルタ交換台）６１には通常のリッジフィルタや数種類のミニリッジフィルタなどを同時に装着することが可能であり、交換が容易にできるような構造になっている。
　また、このリッジフィルタ取付台６１の一箇所に通過穴（通過口）６２を設けておくと、無変調の粒子線を照射することが可能である。
　ここまでは従来の拡大照射法と呼ばれる照射技術について記載したが、これとは別の既知の照射技術として、積層照射と称する方法がある（前記文献１を参照）。
　この方法では、標的体積を深さ方向の領域、即ち、ある幅をもった層に分割して、これらの領域を個別に順番に照射する。このとき、層の幅は一定である必要はない。
　層の深さを調整する方法としては、粒子線発生部１０３にある加速器のエネルギーを変えることによって調整する方法と、粒子線照射部１０５にあるレンジシフタと呼ばれる一定の厚みの板を必要枚数挿入することで調整する方法の２種類がある。
　粒子線を照射する際には、ブラッグ曲線をそのまま、あるステップ単位でずらして照射してもよいが、ブラッグピークの幅が狭いと、ステップ幅が細かくなり、ステップ数が増えて煩雑になる。
　このため、通常は、ブラッグピークを意図的に広げてステップ幅をやや広くして、照射する手法が用いられる。ステップ幅としては２ｍｍ以上～１０ｍｍくらいが用いられる。
　このとき広げたブラッグピークをミニピークと称し、これを形成するための装置をミニリッジフィルタと呼ぶ。
　これまでにも積層照射においてミニリッジフィルタが使用されてきて、平坦なウェイトをもつミニピークを使ったり、ガウス分布のウェイトをもつミニピークを使ったりすることが提案されてきた。
　しかしながら、従来の提案では「平坦」、「ガウス分布」は、いずれもウェイトの関数自体に対する議論であり、物理線量のＰＤＤ（Percentage　Depth　Dose）形状については言及されておらず、線量校正を容易にするという目的についても言及されていなかった。
　従って、従来の提案ではミニリッジフィルタのウェイトが平坦であっても、ミニピークの物理線量分布は平坦ではなく、ミニピークのどの部分で校正するのかを正確に特定する必要があった。
　また、深さ方向のわずかな位置誤差によって線量校正値に有意な誤差が発生するという問題があった。
　次に、積層照射における線量校正の方法について説明する。
　積層照射では、各層の相対線量、即ち、各層の重みは、予め治療計画部１０１で実施される線量計算の出力に従って照射する必要がある。そうしないと、所望のＰＤＤが得られない。
　粒子線治療装置では、粒子線照射部１０５に設置された線量モニタ２のカウント値に基づいて、各層に付与される線量が計画通りになるように管理される。
　即ち、ある層を照射しているとき、その層に付与された線量を線量モニタ２のカウント数に変換し、そのカウント値が所望の値に達した場合に照射を一時的に停止し、カウントをリセットし、次の層の照射に移行する。
　しかしながら、線量モニタ２のカウント値は任意の単位であるため、カウント値で物理線量もしくは生物線量を直接管理することは一般的でない。
　その理由のひとつは、照射条件によって粒子線照射部１０５の装置設定を変化させたときに、カウント値と物理線量が常に一定の関係であるとは保証されないためである。
　その代わりに、図７に示すような装置を用いて、所望する照射野条件において、線量モニタ２のカウント値を線量計７２に対して校正する。
　なお、図７は、粒子線照射部１０５と線量計の校正装置の構成を示す図である。
　図７に示すように、線量計校正装置７０は、水ファントム（即ち、線量測定用の水槽）７１、線量計７２、線量計駆動装置７３、線量計用回路７よびデータ処理装置７４、架台７５で構成されている。
　線量計７２は、校正が保証されたものを用い、校正作業は患者毎（治療計画毎）に行われる。
　線量校正で計測できるのは線量計７２で計測される物理線量と、線量モニタ２が計測するカウント値であり、この二つの数値の比が校正係数、即ちＧｙ／ｃｏｕｎｔ（グレイ・パー・カウント）となる。
　線量計７２では、生物線量は計測されず物理線量のみ計測されるので、校正は物理線量に対して行われる。
　処方線量は生物線量で定義されるが、これに相当する物理線量のＰＤＤを算出しておけば、線量校正および治療照射線量管理は物理線量のＰＤＤを対象に実施すればよいので、線量校正時に生物線量を気にする必要はない。
　次に、具体的な例を想定して説明する。
　例えば、直径７５ｍｍの球形の標的に対して積層照射を行ったとする。
　層のステップを２．５ｍｍと仮定すると、深さ方向の７５ｍｍを照射するのに２９層が必要となる。
　従来の積層照射では、２９層全てを照射した時に形成される全体ＳＯＢＰの中心１点において、線量校正を行っていた。
　これは従来の拡大照射法の考え方に基づくものである。
　これを数式で表すと、ＳＯＢＰ中心での物理線量は次式で与えられる。
　　　ＤSOBP_PHYS（ｚＣ）＝Ｋ0・ΣdMINIPEAK_PHYS（ｚＣ＋ｚｉ）・Ｗｉ
　なお、上の式において、“ＤSOBP_PHYS（ｚＣ）”は、ＳＯＢＰ分布を表す関数で、グレイで表される物理線量である。
　“dMINIPEAK_PHYS”は、ミニピークの物理線量ＰＤＤ曲線である。
　ｚＣは、ＳＯＢＰの中心位置、ｚｉはｉ番目の層のシフト量を示す。Σはいずれも全ての層、即ち　ｉ＝１，２９についての和を示す。
　また、Ｗｉは各層の重みで　ΣＷｉ＝１として規格化されるものとする。
　Ｋ0は規格化係数で、ＤSOBP_PHYS（ｚＣ）で１回の照射の処方線量から換算した物理線量に合致するように値が決められる。
　上の式において、ミニピークのＰＤＤ曲線は、照射する層に応じてシフトするだけで、曲線の形状は不変であるとして、dMINIPEAK_PHYS（ｚＣ＋ｚｉ）の関数を重ね合わせた式で表した。
　この仮定が崩れた場合でも関数にインデックス　ｉ　を付ければ結論は変わらない。
　例えば、ＳＯＢＰ中心での処方線量が５ＧｙＥで照射が処方されたとき、ＳＯＢＰ中心の物理線量ＤSOBP_PHYS（ｚＣ）が例えば２．０５Ｇｙであるとすると、校正係数α０は次式のように書くことができる。
　　　ＤSOBP_PHYS（ｚＣ）＝
　　　　　　α０・Ｋ0・Σ｛dMINIPEAK_PHYS（ｚＣ＋ｚｉ）・Ｗｉ／α０｝＝2.05Gy
　このとき、“Ｋ0・Σ｛dMINIPEAK_PHYS（ｚＣ＋ｚｉ）・Ｗｉ／α０｝”は、線量モニタで計測されるカウント値に相当し、α０の単位は線量校正で決まる校正係数で単位はＧｙ／ｃｏｕｎｔである。
　ここまでは従来の校正方法について説明したが、本発明では各層の校正を個別に行う。
　このとき、任意の深さｚにおける物理線量は以下の式で記述できる。
　　　ＤSOBP_PHYS（ｚ）＝
　　　　　　　Ｋ0・Σ｛αｉ・dMINIPEAK_PHYS（ｚ＋ｚｉ）・Ｗｉ／αｉ｝
　ここで、Ｄｉ（ｚ）＝Ｋ0・αｉ・dMINIPEAK_PHYS（ｚ＋ｚｉ）・Ｗｉ／αｉ
と定義する。
　一番深い層におけるＰＤＤの頂点の深さをｚ０と定義すると、各層におけるシフトされたピークの深さは、
　　　ｚｐｅａｋ＝ｚ０－ｚｉ
で与えられる。
　本発明により、ｚｐｅａｋで校正した場合、校正係数αｉは
　　　αｉ＝Ｄｉ（ｚ０－ｚｉ）／｛Ｋ0・dMINIPEAK_PHYS（ｚ０）・Ｗｉ／αｉ｝
で与えられ、Ｋ0・dMINIPEAK_PHYS（ｚ０）・Ｗｉ／αｉが、線量モニタで計測されるカウント値に相当する。
　このように、従来の校正方法では校正係数であるＧｙ／ｃｏｕｎｔが一つだけ定義されるのに対し、本発明による校正方法では層の数だけあるという点が異なる。従来法では校正係数をＳＯＢＰ中心１点でのみ決めているので、Ｇｙ／ｃｏｕｎｔが層毎に違うという可能性が考慮されていない。
　従来法では一つの校正値に各層が、異なる重みで寄与している。
　その重みはｚＣに対して各層が寄与する物理線量は、
　　　Ｋ0・ｄSOBP_PHYS（ｚＣ＋ｚｉ）・Ｗｉ
に比例する。
　このことは、ｄSOBP_PHYS（ｚＣ＋ｚｉ）あるいはＷｉが小さい層では、校正係数がＤSOBP_PHYS（ｚＣ）に対して鈍感となってしまう。
　ここで以下の議論が考えられる。
　「Ｗｉが小さい層は線量への寄与は少ないので、それらの層については校正係数を正確に決める必要がない」ということである。
　しかし、これは実測に基づき校正係数を決めるという元の考え方と相反する。
　もし、浅い層において個別に校正係数を決める必要がないならば、照射条件が変化した場合でも、Ｗｉの値は実測に頼らずに計算のみで算出しても十分な信頼性が得られるという前提になるはずである。特に、ｚＣより浅い層については核破砕によるテイルを通じてしか校正に参加しない。
　即ち、従来の校正方法では、陽子線のように核破砕のテイルが無いＰＤＤの場合には、ｚＣより浅い層は全く校正に参加しないことになる。さらに、ｚＣでは寄与の少ない層であっても、別の深さでは寄与が増える場合もある。
　このため、本発明のように各層の校正は、各層のピークの位置で行うことが望ましく、線量校正の精度向上とシステマティックな理解が得られる。
　以上のように本発明では各層を個別に校正することを特徴とするが、実際には（特に炭素線の場合）ブラッグピークの幅が狭いため、各層のブラッグピークの頂点において校正するのは困難な場合がある。
　従って、本発明のもう一つの特徴として、図８に示すように積層照射を行う際に用いるミニリッジフィルタの物理線量分布が最大でかつ平坦な領域を形成するものとする。
　なお、図８は、炭素線のミニピーク（物理線量）を示している。
　ここで重要なのは、ＰＤＤの平坦領域を物理線量分布において作ることである。
　このＰＤＤ平坦部の幅をミニピークの幅と定義する。ミニピークの幅は、線量校正時に達成できる位置精度より大きくする必要がある。ミニピークの幅と層のステップ幅は同じでもよいが、同じである必要はない。
　各層の校正点を図９に模式的に示す。
　図９では、ミニピークの曲線を見やすくするため、曲線を間引いて描いてあるが、実際にはミニピークの平坦部分が隣接するか、重なり合うことになる。
　このようなミニリッジフィルタの設計は、既知の手法を用いれば可能である。
　例えば、物理線量ＰＤＤの形状を測定しておき、リッジフィルタの厚さに応じてＰＤＤ曲線をシフトさせたものをあるウェイトで足し合わせ、所望の平坦領域が形成されるようにウェイトを最適化すればよい。
　従来の校正方法では、各層について、ブラッグピークの深さ位置を正確に把握してから校正する必要があるため、校正の時にはブラッグ曲線を深さ方向に慎重にマッピングしてから校正する必要がある。
　実際には要求される精度に対し、線量校正測定系の機械精度が不十分な場合もある。
　あるいは、十分な機械精度が得られる場合でも、毎回高精度を得るのには時間と技能を要する。
　従って従来の技術では、ブラッグピークを使って各層を個別に校正することは現実的でない。例えば、炭素線のブラッグピーク内では深さ方向にわずか１ｍｍの位置誤差でも物理線量が２倍以上変化するが、幅が２ｍｍのミニピークを作れば、許容誤差は大幅に緩和される。
　以上のように、本実施の形態によると、積層照射において線量校正を各層毎に行った場合でも短時間で精度よく実施することできる。
　線量校正に使う各層のＰＤＤが物理線量において平坦なミニピークを有するため、校正に使う線量計の設置位置はミニピークの中ならどこにあってもよいので計測時の位置精度要求を大幅に緩めることができる。
　次に、上記ミニリッジフィルタを用いて治療照射をすることについて述べる。
　物理線量分布で平坦な頂点を形成すると、生物線量分布の頂点は平坦にはならず、図１０に示すような形となる。
　しかしながら、各層の幅を十分狭くとり、これらの層を重ね合わせることにより、生物線量においても、ＳＯＢＰを形成することが可能である。
　例えば幅が５ｍｍのミニピークを２．５ｍｍのステップ幅で重ね合わせてもよい。
　ミニピークの深い側では線量が急峻に下がるが、これを意図的に鈍らせるようにミニリッジフィルタを設計すると、平坦度を向上させることができる。
　その反面、一般的にはＳＯＢＰを形成したときの深い側は、生物線量がなるべく急峻に下がることが望ましい。
　一様なＳＯＢＰを作るための各層のウェイトを調べてみると、図１１に示すように線量分布の最も深い層の近傍（図中のウェイトが不規則な領域）でウェイトは急速に変化するが、プラトー（plateau）と呼ばれる手前の領域（図中のウェイトがスムーズな領域）ではウェイトがほとんど変化しないことが知られている。（前掲の非特許文献１参照）
　このため、最深層の線量分布を急峻にするための最深層専用のミニリッジフィルタと、それより手前の比較的ウェイトが平坦な領域（プラトー部）に適用するミニリッジフィルタと２種類を用いることで、ＳＯＢＰの平坦度を向上させながらＰＤＤの急峻性を確保するということが両立できる。
　ここまでは、ＳＯＢＰの一様性を確保することを前提に述べてきたが、平坦なＳＯＢＰ以外にも、ＳＯＢＰ中心部分の線量を高くするような線量分布が望まれる場合もある。
　腫瘍によっては、中心部には耐放射線性の高いがん細胞が存在する場合もあり、このような場合には、線量分布は一様ではなく、中心部分の線量を高くする照射が望ましい場合がある。
　このような場合にも本発明による校正方法と治療照射方法で対応することができる。
　以上では積層照射について述べてきたが、細いビームを照射するスキャニング照射と呼ばれる方式についても同様の手法が適用できる。
　スキャニング照射では、深さ方向の積層に加え、細いビーム（即ち、粒子線）を横方向にも重ね合わせる。
　このような場合でも、細いビームを使って深さ方向にミニピークを形成することで線量校正を容易にすることができる。
　このとき、ミニピークを形成する装置としては、モジュレーションホイールが適している。これは、細いビームがバーリッジフィルタに一様に当たるようにすることは難しいためである。
　バーリッジフィルタを用いる場合は、リッジのピッチを狭くする必要がある。
　フィルタはリッジが薄くてよいため、リッジのピッチを狭く製作することは比較的容易である。
　あるいは、バーリッジフィルタを振動させ、バーリッジフィルタにビームが一様に当たるように制御することも考えられる。
　積層照射の場合と同様に、ミニピークの深い側の線量を意図的に鈍らせることによって平坦度を向上させることも可能で、最深層専用のリッジフィルタとプラトー専用のリッジフィルタの２種類を併用することによりＰＤＤの急峻性を犠牲にすることなく、平坦度を得ることもできる。
　以上説明したように、本実施の形態による粒子線治療装置は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する。
　また、本実施の形態による粒子線治療装置は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する粒子線治療装置であって、深さ方向の物理線量分布が前記各層の幅の少なくとも一部において、ミニリッジフィルタを用いて線量が一定となる領域を形成して線量校正を行う。
　また、本実施の形態による粒子線治療装置は、標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する粒子線治療装置であって、深さ方向の物理線量分布が前記各層の幅の少なくとも一部において、ミニリッジフィルタを用いて線量が一定となる領域を形成し、これらの各層を重ね合わせて前記標的体積を照射する。
実施の形態２．
　次に、実施の形態２について記載する。
　実施の形態１では各層全てに対して校正する例を述べたが、粒子線治療装置の各機器の設定条件は層毎に大きく変化するのではなく、わずかずつしか変化しない。
　そのため、照射実績が蓄積されてくるにつれ、実施の形態１で述べた各層の校正を全ての層で毎回実施する必要性はなくなる。
　そのときは計測点数を間引くことが考えられる。
　なお、前述したように、図９に示す校正点は、間引いた状態を表している。
　間引いた層については、その層に最も近い校正点１点の校正値をそのまま引用するか、近傍の複数の校正実施点を使って校正値を内挿することが考えられる。
　内挿の手法としては、直線近似あるいは多項式近似など、いくつかの既知の手法が考えられる。
　校正システムを実装するにあたっては、校正点として全ての層を用いるか、それとも間引いて校正するかをユーザが選択できる機能を校正システムの制御系にあらかじめ組み込んでおくとよい。
　また、間引く場合には、間引く箇所や内挿のアルゴリズムなどをユーザが選択できるようにしておくとよい。
　本実施の形態を用いれば、校正に必要な時間を更に短縮することができる。
　以上説明したように、本実施の形態による粒子線治療装置は、分割された複数の層から選択された一部の層に対してのみ線量計測を実施することを特徴とする。
実施の形態３．
　次に、実施の形態３について記載する。
　図１２～図１４は、本実施の形態に係わるミニリッジフィルタの設計例を説明するための図である。
　図１２では、ブラッグピークの手前の部分に線量校正を行うための物理線量分布がフラットな部分を設けてある。
　これより深い一点鎖線の部分は、ブラッグピークの重み付けがガウス分布となるように設計し、本層より深い層との重ね合わせがよりスムーズに行えるようにした。
　図１３では、ブラッグピークの中心部分のみに線量校正を行うための物理線量分布がフラットな部分を設けてある。
　フラットな部分は、ブラッグピークの重み付けがガウス分布となるように設計し、本層より深い層および浅い層との重ね合わせがよりスムーズに行えるようにした。
　また、図１４では、図４で示すような生物線量がフラットな線量分布に対応する物理線量分布（点線で示す）を最深部において再現し、かつ物理線量分布においてフラットな領域を有するようにミニリッジフィルタを設計している。
　粒子線治療では最深部の線量の重みが高いので、このような特殊に最深部の線量分布に対して最適化されたミニリッジフィルタを用いることにより、深さ方向の層が少ない分割数でも正確に線量分布を再現することができる。
　このように、本実施の形態では、物理線量でフラットなミニピークを他の線量分布形状と組み合わせることが可能で、それによって、層の重ね合わせを容易にしたり、層の分割数を削減したりすることが可能となる。
　この発明は、積層照射における線量校正を各層毎に行え、積層照射時における線量校正の精度を向上させることができる粒子線治療装置の実現に好適である。

Claims (5)

  1. 標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施することを特徴とする粒子線治療装置。
  2. 標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する粒子線治療装置であって、深さ方向の物理線量分布が前記各層の幅の少なくとも一部において、ミニリッジフィルタを用いて線量が一定となる領域を形成して線量校正を行うことを特徴とする粒子線治療装置。
  3. 標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施する粒子線治療装置であって、深さ方向の物理線量分布が前記各層の幅の少なくとも一部において、ミニリッジフィルタを用いて線量が一定となる領域を形成し、これらの各層を重ね合わせて前記標的体積を照射することを特徴とする粒子線治療装置。
  4. 前記分割された複数の層から選択された一部の層に対してのみ線量校正を実施することを特徴とする請求項２に記載の粒子線治療装置。
  5. 標的体積の所定領域を粒子線の深さ方向に沿って複数の層に分割して粒子線を照射する際に、分割された各層毎に個別に線量校正を実施することを特徴とする粒子線治療方法。
PCT/JP2008/058749 2008-05-13 2008-05-13 粒子線治療装置および粒子線治療方法 WO2009139043A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/867,387 US8309939B2 (en) 2008-05-13 2008-05-13 Particle beam treatment apparatus and particle beam treatment method
CN200880129227.9A CN102015023B (zh) 2008-05-13 2008-05-13 粒子射线治疗装置及粒子射线治疗方法
PCT/JP2008/058749 WO2009139043A1 (ja) 2008-05-13 2008-05-13 粒子線治療装置および粒子線治療方法
JP2010511807A JP4580465B2 (ja) 2008-05-13 2008-05-13 粒子線治療装置
EP08752629.9A EP2277591B1 (en) 2008-05-13 2008-05-13 Corpuscular radiation treatment apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2008/058749 WO2009139043A1 (ja) 2008-05-13 2008-05-13 粒子線治療装置および粒子線治療方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009139043A1 true WO2009139043A1 (ja) 2009-11-19

Family

ID=41318426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2008/058749 WO2009139043A1 (ja) 2008-05-13 2008-05-13 粒子線治療装置および粒子線治療方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8309939B2 (ja)
EP (1) EP2277591B1 (ja)
JP (1) JP4580465B2 (ja)
CN (1) CN102015023B (ja)
WO (1) WO2009139043A1 (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011005276A (ja) * 2010-08-27 2011-01-13 Mitsubishi Electric Corp 粒子線治療装置の線量校正方法、照射制御方法、照射制御装置および照射制御プログラム
WO2012120636A1 (ja) * 2011-03-08 2012-09-13 三菱電機株式会社 粒子線治療装置、および粒子線治療装置の照射線量設定方法
WO2013157116A1 (ja) * 2012-04-19 2013-10-24 三菱電機株式会社 ガントリー型粒子線照射装置、およびこれを備えた粒子線治療装置
JP2014054438A (ja) * 2012-09-13 2014-03-27 Natl Inst Of Radiological Sciences 線量分布測定システムおよびその線量分布測定方法
JP2014121635A (ja) * 2014-02-19 2014-07-03 Mitsubishi Electric Corp 粒子線治療装置、および照射線量設定方法
US8854048B2 (en) 2011-03-10 2014-10-07 Mitsubishi Electric Corporation Sensitivity correction method for dose monitoring device and particle beam therapy system
WO2014196052A1 (ja) * 2013-06-06 2014-12-11 三菱電機株式会社 粒子線治療装置および線量校正係数の設定方法
JP2015044034A (ja) * 2010-04-02 2015-03-12 三菱電機株式会社 粒子線照射装置及び粒子線治療装置
JP2020044286A (ja) * 2018-09-21 2020-03-26 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 データ分析装置、比較表示装置、治療計画データ編集装置、線量分布測定方法、プログラムおよび線量分布測定装置

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2342172C2 (ru) 2003-08-12 2008-12-27 Лома Линда Юниверсити Медикал Сентер Система позиционирования пациента для систем радиационной терапии
JP5646312B2 (ja) * 2010-04-02 2014-12-24 三菱電機株式会社 粒子線照射装置及び粒子線治療装置
DE102011109380B4 (de) * 2011-08-04 2015-05-13 Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh Verbesserter Energiemodulator
US8644571B1 (en) 2011-12-06 2014-02-04 Loma Linda University Medical Center Intensity-modulated proton therapy
US9884206B2 (en) 2015-07-23 2018-02-06 Loma Linda University Medical Center Systems and methods for intensity modulated radiation therapy
JP6594835B2 (ja) * 2016-09-02 2019-10-23 住友重機械工業株式会社 荷電粒子線治療装置、及びリッジフィルタ
EP3593858B1 (en) * 2018-07-12 2024-06-05 RaySearch Laboratories AB Ripple filter unit for use in radiotherapy treatment, method for radiotherapy treatment planning and computer program products
CN112231899B (zh) * 2020-09-30 2023-02-03 天津医科大学 X射线连续能谱的确定方法、装置、电子设备及存储介质

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01314323A (ja) 1988-06-14 1989-12-19 Sony Corp タッチパネル装置
JPH07136290A (ja) * 1993-11-16 1995-05-30 Mitsubishi Electric Corp 放射線治療装置
JPH10314323A (ja) 1997-05-20 1998-12-02 Mitsubishi Electric Corp 照射方法
JP2003294848A (ja) * 2002-04-02 2003-10-15 Mitsubishi Electric Corp 放射線校正装置
JP2004358237A (ja) 2003-05-13 2004-12-24 Hitachi Ltd 粒子線出射装置、これに用いる治療計画装置、及び粒子線出射方法
JP2006280457A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Hitachi Ltd 荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子ビーム出射方法
JP2006341010A (ja) * 2005-06-10 2006-12-21 Mitsubishi Electric Corp 粒子線治療装置
JP2007075245A (ja) * 2005-09-13 2007-03-29 Mitsubishi Electric Corp 粒子線がん治療システム及び照射方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2893512B2 (ja) 1995-04-18 1999-05-24 住友重機械工業株式会社 マルチリング型レンジモジュレータ
JP3698860B2 (ja) 1997-06-12 2005-09-21 三菱電機株式会社 荷電粒子照射装置およびそのビーム制御方法
JPH11253563A (ja) * 1998-03-10 1999-09-21 Hitachi Ltd 荷電粒子ビーム照射方法及び装置
DE19907771A1 (de) * 1999-02-19 2000-08-31 Schwerionenforsch Gmbh Verfahren zur Überprüfung der Bestrahlungssteuereinheit eines Ionenstrahl-Therapiesystems
DE19907097A1 (de) * 1999-02-19 2000-08-31 Schwerionenforsch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Ionenstrahl-Therapiesystems unter Überwachung der Bestrahlungsdosisverteilung
JP2004321408A (ja) * 2003-04-23 2004-11-18 Mitsubishi Electric Corp 放射線照射装置および放射線照射方法
EP1584353A1 (en) * 2004-04-05 2005-10-12 Paul Scherrer Institut A system for delivery of proton therapy
WO2006005059A2 (en) 2004-06-30 2006-01-12 Lexitek, Inc. High resolution proton beam monitor

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01314323A (ja) 1988-06-14 1989-12-19 Sony Corp タッチパネル装置
JPH07136290A (ja) * 1993-11-16 1995-05-30 Mitsubishi Electric Corp 放射線治療装置
JPH10314323A (ja) 1997-05-20 1998-12-02 Mitsubishi Electric Corp 照射方法
JP2003294848A (ja) * 2002-04-02 2003-10-15 Mitsubishi Electric Corp 放射線校正装置
JP2004358237A (ja) 2003-05-13 2004-12-24 Hitachi Ltd 粒子線出射装置、これに用いる治療計画装置、及び粒子線出射方法
JP2006280457A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Hitachi Ltd 荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子ビーム出射方法
JP2006341010A (ja) * 2005-06-10 2006-12-21 Mitsubishi Electric Corp 粒子線治療装置
JP2007075245A (ja) * 2005-09-13 2007-03-29 Mitsubishi Electric Corp 粒子線がん治療システム及び照射方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BARBARA SCHAFFNER; TATSUAKI KANAI; YASUYUKI FUTAMI; MUNEFUMI SHIMBO, MED. PHYS., vol. 27, no. 4, April 2000 (2000-04-01), pages 716 - 724
See also references of EP2277591A4

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015044034A (ja) * 2010-04-02 2015-03-12 三菱電機株式会社 粒子線照射装置及び粒子線治療装置
JP2011005276A (ja) * 2010-08-27 2011-01-13 Mitsubishi Electric Corp 粒子線治療装置の線量校正方法、照射制御方法、照射制御装置および照射制御プログラム
WO2012120636A1 (ja) * 2011-03-08 2012-09-13 三菱電機株式会社 粒子線治療装置、および粒子線治療装置の照射線量設定方法
US8431907B2 (en) 2011-03-08 2013-04-30 Mitsubishi Electric Corporation Particle beam treatment device and irradiation dose setting method of the particle beam treatment device
CN103338819A (zh) * 2011-03-08 2013-10-02 三菱电机株式会社 粒子射线治疗装置及粒子射线治疗装置的照射剂量设定方法
JP5485469B2 (ja) * 2011-03-08 2014-05-07 三菱電機株式会社 粒子線治療装置、および粒子線治療装置の照射線量設定方法
US9312100B2 (en) 2011-03-10 2016-04-12 Mitsubishi Electric Corporation Sensitivity correction method for dose monitoring device and particle beam therapy system
US8854048B2 (en) 2011-03-10 2014-10-07 Mitsubishi Electric Corporation Sensitivity correction method for dose monitoring device and particle beam therapy system
WO2013157116A1 (ja) * 2012-04-19 2013-10-24 三菱電機株式会社 ガントリー型粒子線照射装置、およびこれを備えた粒子線治療装置
US9079025B2 (en) 2012-04-19 2015-07-14 Mitsubishi Electric Corporation Gantry-type particle beam irradiation system and particle beam therapy system comprising same
CN104246907A (zh) * 2012-04-19 2014-12-24 三菱电机株式会社 台架型粒子射线照射装置及具备该装置的粒子射线治疗装置
JP2014054438A (ja) * 2012-09-13 2014-03-27 Natl Inst Of Radiological Sciences 線量分布測定システムおよびその線量分布測定方法
WO2014196052A1 (ja) * 2013-06-06 2014-12-11 三菱電機株式会社 粒子線治療装置および線量校正係数の設定方法
CN105263577A (zh) * 2013-06-06 2016-01-20 三菱电机株式会社 粒子射线治疗装置及剂量校正系数的设定方法
JP5911642B2 (ja) * 2013-06-06 2016-04-27 三菱電機株式会社 粒子線治療装置および線量校正係数の設定方法
US9839793B2 (en) 2013-06-06 2017-12-12 Mitsubishi Electric Corporation Particle therapy device and method for setting dose calibration factor
CN105263577B (zh) * 2013-06-06 2018-05-01 三菱电机株式会社 粒子射线治疗装置及剂量校正系数的设定方法
JP2014121635A (ja) * 2014-02-19 2014-07-03 Mitsubishi Electric Corp 粒子線治療装置、および照射線量設定方法
JP2020044286A (ja) * 2018-09-21 2020-03-26 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 データ分析装置、比較表示装置、治療計画データ編集装置、線量分布測定方法、プログラムおよび線量分布測定装置
WO2020059364A1 (ja) * 2018-09-21 2020-03-26 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 データ分析装置、比較表示装置、治療計画データ編集装置、線量分布測定方法、プログラムおよび線量分布測定装置
JP7125109B2 (ja) 2018-09-21 2022-08-24 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 データ分析装置、比較表示装置、治療計画データ編集装置、線量分布測定方法、プログラムおよび線量分布測定装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20110012028A1 (en) 2011-01-20
EP2277591A4 (en) 2011-07-06
EP2277591B1 (en) 2014-09-24
JP4580465B2 (ja) 2010-11-10
CN102015023A (zh) 2011-04-13
JPWO2009139043A1 (ja) 2011-09-08
CN102015023B (zh) 2014-01-22
US8309939B2 (en) 2012-11-13
EP2277591A1 (en) 2011-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4580465B2 (ja) 粒子線治療装置
De Marzi et al. Implementation of planar proton minibeam radiation therapy using a pencil beam scanning system: A proof of concept study
EP2552545B1 (en) Charged particle irradiation device and method of tuning the same
US8218725B2 (en) Method and device for online IMRT verification
US10835760B2 (en) Methods to optimize coverage for multiple targets simultaneously for radiation treatments
Bednarz et al. Uncertainties and correction methods when modeling passive scattering proton therapy treatment heads with Monte Carlo
Kanai et al. Commissioning of a conformal irradiation system for heavy‐ion radiotherapy using a layer‐stacking method
JP2016077812A (ja) 中性子捕捉療法装置
US9597529B2 (en) Rapid range stacking (RRS) for particle beam therapy
Connell et al. Delivery validation of an automated modulated electron radiotherapy plan
JP5276069B2 (ja) 粒子線治療装置の線量校正方法
Flanz Particle beam scanning
JP5512017B2 (ja) 粒子線治療装置
JP5777749B2 (ja) 粒子線治療装置、および照射線量設定方法
Akagi et al. Scatter factors in proton therapy with a broad beam
Pearson Evaluation of dosimetric properties of 6 MV & 10 MV photon beams from a linear accelerator with no flattening filter
CN103394166B (zh) 粒子射线治疗装置及粒子射线治疗方法
Urakabe et al. The Spot Scanning Irradiation with $^{11} C $ Beams
Rodgers Monte Carlo simulations of dose deposition applied to clinical radiation therapy
Zhang et al. Conformal dose modulator for proton beam therapy: A simulation study
Lee et al. Dose distribution analysis of physical and dynamic wedges by using an intensity-modulated radiotherapy MatriXX
Martišíková Introduction to Ion Beam Therapy
Liu et al. Mathematical Modeling of Dose Volume Histograms (DVHs) among Patients undergoing Radiation Therapy for Prostate Cancer
Mascia Optimization, Characterization and Commissioning of a Novel Uniform Scanning Proton Beam Delivery System
Gordon Feasibility study of intensity modulation for low dose rate external beam radiation therapy

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200880129227.9

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08752629

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2010511807

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12867387

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008752629

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE