WO2014102929A1

WO2014102929A1 - 線量分布測定装置

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Publication number: WO2014102929A1
Application number: PCT/JP2012/083641
Authority: WO
Inventors: 平澤　宏祐; 昌広池田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-03
Also published as: TWI463163B; TW201425979A; CN104870054A; EP2939708A4; EP2939708A1; CN104870054B; JPWO2014102929A1; JP5918865B2; US20150306427A1

Abstract

　水ファントム（３）の粒子線（４）の照射の中心軸（ＣＡ）に垂直な面上に、水ファントム中の蛍光物資を含む液体（５）の発光を撮像するように配置された少なくとも２台のカメラ（７、８）と、カメラで撮像したカメラ画像データから粒子線の停留時の照射位置であるスポット位置を算定するスポット位置算定部（１２）と、ペンシルビーム線量分布データ記憶部（１６）に保存されているＰＤＤおよびＯＣＲのデータを用いてスポット位置算定部（１２）で算定されたスポット位置における照射線量分布を算定して、スポット位置毎の照射線量分布を加算する線量加算部（１３）と、を備えた線量分布算出評価装置（１０）と、を備えるようにした。

Description

線量分布測定装置

本発明は、例えば、がんの粒子線治療などに利用される粒子線の線量分布を測定する線量分布測定装置に関する。

がんの放射線治療では、治療に用いるＸ線、電子線、粒子線などの放射線ビームのエネルギーや形状を確認するため、患者にビームを照射する前に、人体を模擬した水ファントム中における線量分布を測定する必要がある。加速器などの放射線照射装置の調整、および、患者ごとに異なるビームエネルギー分布および形状の確認のため、放射線ビームの品質管理として日常的に線量分布測定が必要となる。

例えば特許文献１では、人体を模擬した水槽と、水中での位置を変更できるように駆動装置が備えられた１つの電離箱を用いて、電離箱を走査することによって、放射線の照射による水中の線量分布を測定している。そのため、１回の線量分布測定だけでも多大な時間と手間が必要になる。また、ビーム条件を変更する度に、線量分布測定による確認が必要であるため、照射装置１台当りの治療可能な患者数、すなわち治療装置の稼働率の向上には限界がある。

このような課題を解決するため、短時間に線量分布を測定できる装置として様々な形態の放射線検出器や線量分布測定装置が提案されている。例えば、特許文献２では、可視光線の透過率が高い固体ファントム中に放射線により励起されて蛍光発光する物質を含有させ、放射線の照射による発光をＣＣＤカメラなどで電気信号に変えて蛍光強度を測定する技術が記載されている。

また、特許文献３には、陽子線を照射することで発光する液体シンチレータからなるシンチレータ部、シンチレータ部を陽子線の入射方向に対して垂直な方向から撮像する撮像部であるＣＣＤカメラからなる粒子線線量分布測定装置が記載されている。この測定装置を用いて、入射粒子線方向に沿って複数の水平断面を同時に測定し、それぞれの断面について２次元分布を再構成することによって、最終的には３次元分布が得られることが記載されている。

特開２００３－４７６６号公報特開２０１１－１３３５９８号公報特開２００３－７９７５５号公報

放射線の中でも陽子線や炭素線といったいわゆる粒子線を用いた粒子線治療装置における粒子線の照射方法として、スキャニング照射法がある。このスキャニング照射法は、細いペンシルビームと呼ばれる粒子線をビーム進行方向に垂直な２次元方向に移動させて、ビーム進行方向に垂直な２次元の照射分布を形成する方法である。また、粒子線のエネルギーにより、粒子線の吸収線量がピーク（ブラッグピークと呼ぶ）となる位置が決まるため、粒子線のエネルギーを変えることにより、ビーム進行方向の照射位置を変化させる。スキャニング照射法では、以上のように、ペンシルビームの移動と、エネルギーの変化により３次元の照射野を形成する。

　このようにスキャニング照射法では、ビーム照射位置が時間的に変化するため、時間的に照射位置が変化しないときの線量分布を測定するための技術である特許文献１～３に記載された技術を、スキャニング照射法の線量分布測定に直接適用することはできず、あるいはスキャニング照射法の線量分布を測定しようとすると多大な時間を必要とするという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、スキャニング照射法による粒子線線量分布を、単純な構成で短時間に測定できる粒子線の線量分布測定装置を提供することを目的とする。

この発明は、粒子線をペンシルビームとして照射対象に照射するための照射系が、粒子線のエネルギーを変更する毎に、当該エネルギーに対応した照射対象の深さ位置の２次元照射領域に粒子線を進行方向に垂直な２次元方向に移動と停留を繰り返して走査することにより３次元の照射領域に粒子線を照射するときの照射線量分布を測定するための照射線量分布測定装置において、粒子線を照射することにより発光する蛍光物質を含む液体を有し、粒子線を入射させるための入射窓を備えた水ファントムと、この水ファントムの周囲であって、水ファントムの粒子線の照射の中心軸に垂直な面上に、蛍光物資を含む液体の発光を撮像するように配置された少なくとも２台のカメラと、この少なくとも２台のカメラの画像を処理するカメラ画像処理部と、少なくとも２台のカメラのそれぞれのカメラのカメラ校正用パラメータを保存するカメラ校正用パラメータ記憶部と、カメラ校正用パラメータ記憶部に保存されているそれぞれのカメラのカメラ校正用パラメータを用いてカメラ画像処理部で処理されたカメラ画像データから粒子線の停留時の照射位置であるスポット位置を算定するスポット位置算定部と、ペンシルビームのＰＤＤおよびＯＣＲのデータを保存するペンシルビーム線量分布データ記憶部と、ペンシルビーム線量分布データ記憶部に保存されているＰＤＤおよびＯＣＲのデータを用いてスポット位置算定部で算定されたスポット位置における照射線量分布を算定して、スポット位置毎の照射線量分布を加算する線量加算部と、を備えた線量分布算出評価装置と、を備えたものである。

本発明によれば、単純な構成で短時間に線量分布測定ができる線量分布測定装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１による線量分布測定装置を含む粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。ペンシルビームのＰＤＤおよびＯＣＲの一例を示す線図である。本発明の実施の形態１による線量分布測定装置のカメラ画像から得られるスポット位置を説明する図である。本発明の実施の形態１による線量分布測定装置の動作を示すフロー図である。本発明の実施の形態１による線量分布測定装置により得られる２．５次元線量分布の一例を示す線図である。本発明の実施の形態２による線量分布測定装置を含む粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態３による線量分布測定装置を含む粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態３による線量分布測定装置の動作を示すフロー図である。本発明の実施の形態４による線量分布測定装置を含む粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態４による線量分布測定装置の動作を示すフロー図である。本発明の実施の形態４による線量分布測定装置のカメラ画像の一例を示す図である。本発明の実施の形態４による線量分布測定装置のカメラ画像から一次元光強度分布を抽出した一例を示す図である。本発明の実施の形態４による線量分布測定装置のカメラ画像から他の一次元光強度分布を抽出した一例を示す図である。本発明の実施の形態５による線量分布測定装置の動作を示すフロー図である。本発明の効果を説明する表を示す図である。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１による線量分布測定装置１を含む粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。照射系２から水槽で構成される水ファントム３に向けて粒子線４が照射される。水ファントム３中には、粒子線を吸収して発光する蛍光物質を含む液体５（一般に液体シンチレータと呼ばれている）が入れられている。水ファントム３の壁は、アクリルなど光を透過する透明な材料で構成されている。また、粒子線４が入射する部分には、同じくアクリルなど粒子線の吸収が少ない材料の入射窓６が設けられている。粒子線の吸収が少ないようにするため、入射窓６は他の部分よりも薄くすることがある。水ファントム３の周囲には、カメラ７およびカメラ８の２台のカメラが配置されている。２台のカメラは、例えば粒子線４の照射の中心軸ＣＡに対して垂直な面における、照射の中心軸ＣＡを中心とする円Ｃ上に配置され、照射の中心軸ＣＡを中心とする画像を撮像する。

カメラ７およびカメラ８で撮像したカメラ画像を用いて線量分布算出評価装置１０において線量分布を算出・評価する。線量分布算出評価装置１０は、カメラ画像を処理するカメラ画像処理部１１、カメラ校正用パラメータ記憶部１７に保存されているカメラ校正用パラメータを用いてカメラ画像処理部１１において処理されたカメラ画像からスポット位置を算定するスポット位置算定部１２、ペンシルビーム線量分布データ記憶部１６に保存されているペンシルビーム線量分布を用いて各スポット位置における線量を算出して加算する線量加算部１３、線量加算部１３で加算された結果である線量分布の測定値と、治療計画装置２０において計画された照射領域線量分布データを保存する照射領域線量分布データ記憶部１５に保存された照射領域線量分布データと、を比較して評価する線量分布評価部１４を備えている。

照射系２により、細いペンシルビームと呼ばれる粒子線４をビーム進行方向に垂直な２次元方向に移動させて、ビーム進行方向に垂直な２次元の照射分布を形成する。ここでは、ビーム進行方向をＺ方向、Ｚに垂直な、すなわちビームを移動させる２方向をＸ方向およびＹ方向とする。粒子線４をＸ方向およびＹ方向に移動させるため、照射系２にはＸ方向偏向電磁石およびＹ方向偏向電磁石が備えられている。粒子線４は、照射系２により、移動と停留を繰り返しながら照射される。すなわち、粒子線４がある照射位置（以降スポット位置と呼ぶ）に停留してそのスポット位置での照射線量が計画した照射線量になったら、粒子線４を次のスポット位置に移動させて、次のスポット位置での計画照射線量になるまで照射する。あるエネルギーの粒子線４でこれを繰り返し、当該エネルギーに対応したブラッグピークの位置、すなわちビーム進行方向の位置である深さ位置の照射領域に計画の照射線量分布、すなわち２次元の線量分布を形成する。粒子線のエネルギーを変えることにより、照射される深さが変わるため、粒子線のエネルギーを変えて別の深さ位置の照射領域に計画した２次元の照射線量分布を形成する。このようにして、異なるエネルギー毎に粒子線４の移動と停留を繰り返して２次元の照射線量分布を形成することにより、最終的に３次元の照射領域に計画した照射線量分布を形成する。このような照射方法をここでは、スポットスキャニング照射法と呼ぶことにする。

以上のスポットスキャニング照射法により、患者の患部を照射領域として必要な照射線量分布を与えるために、治療計画装置２０において、照射系２を制御するための照射系制御器２１の制御データ、および図示しない加速器を制御するための加速器系制御器２２の制御データなどを求めて、照射系制御器２１および加速器系制御器２２に送信する。治療時には、これら照射系制御器２１の制御データおよび加速器系の制御データに従って粒子線４を移動と停留を繰り返して患者の患部に照射するが、治療中に患者の患部内の線量分布を直接測定することができない。このため、これらの制御データによって照射した場合に、計画した線量分布が形成されるかどうかを治療に先立って確認するために、線量分布測定装置１が用いられる。

本発明の実施の形態１による線量分布測定装置１による線量分布測定方法を図１～図５に基づいて説明する。まず、線量分布測定装置１によって３次元の照射線量分布を測定する前に、ペンシルビームの線量分布特性を測定する。ペンシルビームの線量分布として、Ｚ方向の分布であるＰＤＤ（Percent　Depth　Dose、深部百分率）と、Ｘ－Ｙ面の分布であるＯＣＲ（Off　Center　Axis　Ratio）とを測定しておく。ＯＣＲは従来知られている指頭型線量計などにより、ＰＤＤはAdvanced　Markusなどにより測定することができる。あるいは、後述の実施の形態５による方法で測定することもできる。ＰＤＤの一例を図２（Ａ）に、ＯＣＲの一例を図２（Ｂ）に示す。これらのＰＤＤおよびＯＣＲを粒子線のエネルギー毎に測定し、線量分布算出評価装置１０のペンシルビーム線量分布データ記憶部１６に保存する。

次に、図１の構成で、水ファントム３にスポットスキャニング照射法により粒子線４を照射する。すなわち、各スポット位置における加速器系制御器２２の制御データおよび照射系制御器２１の制御データにより加速器および照射系２を制御して、各スポット位置において粒子線４を照射する。粒子線４のエネルギーを変更する毎に、当該エネルギーに対応した水ファントムの深さ位置の２次元照射領域に、粒子線４を進行方向に垂直な２次元方向に移動と停留を繰り返して走査することにより、３次元の照射領域に粒子線４を照射する。このとき、各スポット位置における照射毎に、カメラ７およびカメラ８で蛍光物質を含む液体５の発光を撮像する。スポット位置毎に、撮像した画像における最も輝度の高い点を抽出する。例えばカメラ７で撮像したそれぞれのスポット位置での画像の最も輝度の高い点を抽出して、全てのスポット位置における最も輝度の高い点を並べると、図３のようなデータが得られる。スポット位置毎に、ペンシルビーム線量分布データ記憶部１６に保存されている、ＰＤＤおよびＯＣＲのデータを用いて、当該スポット位置における照射によって得られる３次元線量分布を算出する。全てのスポット位置における３次元線量分布を積算することにより全てのスポット位置の照射による積算された３次元照射分布を得ることができる。

２方向以上のカメラから三次元位置を三次元計測するためには、あらかじめカメラのキャリブレーション（校正）を実施しておく必要がある。具体的には、カメラの校正用のパラメータであるカメラの外部パラメータ（取り付け位置と姿勢）、およびカメラの内部パラメータ（画像中心、歪など）を既知の方法で求めることができる。ここでは、水ファントム内に、三次元座標位置が既知の校正点を埋め込んでおき、校正点を治療室内のレーザポインタ等でアイソセンタを中心とする治療室座標系に設置できるものとする。各カメラ画像上の校正点を使って、各カメラの外部パラメータ、内部パラメータを算出する。算出した各カメラの校正用パラメータである外部パラメータ、内部パラメータはカメラ校正用パラメータ記憶部１７に保存する。

以上を、図４のフロー図を用いて説明する。前述のように、予め、ペンシルビームのＰＤＤおよびＯＣＲを粒子線のエネルギー毎に測定し、線量分布算出評価装置１０のペンシルビーム線量分布データ記憶部１６に保存しておく（ＳＴ１）。ここで、照射すべきスポット位置の数をｎとする。まず１番目のスポット位置の照射線量分布測定データを得るためにｉ＝１とセットする（ＳＴ２）。１番目のスポット位置を照射するように照射系制御器２１および加速器系制御器２２のパラメータがセットされ、ｉ＝１番目のスポットを照射して、そのときの水ファントム３の発光をカメラ７およびカメラ８で撮影する（ＳＴ３）。これらカメラ７およびカメラ８で撮像したカメラ画像から、スポット位置算定部１２において、最も輝度が高い位置をスポット位置として、３次元位置を算定し、また輝度からピーク線量を算定する（ＳＴ４）。３次元位置を算定する際、カメラ校正用パラメータ記憶部１７に保存されたそれぞれのカメラのカメラ校正用パラメータを用いる。また、輝度と吸収線量が非線形な関係になっている場合、輝度と吸収線量の非線形な関係を対応テーブルとしてテーブル化しておけば、輝度から吸収線量に簡単に変換できる。線量加算部１３において、ペンシルビーム線量分布記憶部に保存されているＰＤＤおよびＯＣＲのデータを用いて、算定したｉ＝１番目のスポット位置をピークとする照射線量分布を算出して、３次元の照射線量分布を得る（ＳＴ５）。

次にｉ＝ｉ＋１（ＳＴ７）、すなわちｉ＝２として、２番目のスポット位置を照射するように照射系制御器２１および加速器系制御器２２のパラメータがセットされ、ｉ＝２番目のスポットを照射して、そのときの水ファントム３の発光をカメラ７およびカメラ８で撮影する（ＳＴ３）。これらカメラ７およびカメラ８で撮像したカメラ画像から、スポット位置算定部１２において、最も輝度が高い位置をスポット位置として、３次元位置を算定し、輝度からピーク線量を算定する（ＳＴ４）。ペンシルビーム線量分布記憶部に保存されているＰＤＤおよびＯＣＲのデータを用いて、算定したｉ＝２番目のスポット位置をピークとする照射線量分布を算出して、３次元の照射線量分布を得て、１番目の３次元照射線量分布に加算する（ＳＴ５）。このようにして、ｉ＝ｎとなるまで（ＳＴ６　ＮＯ）、得られた３次元照射線量分布を加算する。ｉ＝ｎ、すなわち全スポット位置での照射が終了した時点（ＳＴ６　ＹＥＳ）で、加算により得られた照射線量分布が、照射線量分布の測定値となる。得られるデータの一例を図５に示す。図５は、ある中心付近のＹ位置におけるＺ方向とＸ方向の２次元の分布を示す図、すなわち２．５次元の分布図である。実際には、Ｘ，Ｙ、Ｚ三次元のボリュームの１点１点に対して値を持つような３次元照射線量分布が得られることになる。線量分布評価部１４において、このようにして得られた３次元の照射線量分布の測定値と、治療計画で設定した３次元の照射線量分布とを比較、評価する（ＳＴ８）。治療計画で設定した線量分布は、予め治療計画装置から線量分布算出評価装置１０の照射領域線量分布データ記憶部１５に保存しておく。測定値としての照射線量分布が、治療計画により設定した照射線量分布とどの程度合致しているかの評価は、既知のガンマインデックスなどの指標を用いて行うことができる。

以上のように、本発明の実施の形態１による線量分布測定装置によれば、照射の中心軸ＣＡを中心とする円Ｃ上に配置された２台のカメラ７およびカメラ８により、スポット位置毎の照射による水ファントム３の発光を撮像して得られる画像からスポット位置を算定し、予め測定したペンシルビームのＰＤＤおよびＯＣＲのデータを用いることにより、スポットスキャニング照射による線量分布を簡便に測定することができる。２台のカメラはその撮像の方向が互いに直交する位置に配置することが望ましい。ただし、カメラの配置に対応したカメラ校正用パラメータを求めておけば、カメラ画像からスポット位置を算出できるため、２台のカメラを必ずしも直交する位置に配置しなくても良い。また、カメラは、少なくとも２台配置すればよく、３台以上配置しても良い。カメラの台数が多いと、より精度良くスポット位置を算定できる。

実施の形態２．
　図６は、本発明の実施の形態２による線量分布測定装置１００を含む粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。図６において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。本実施の形態２による線量分布測定装置１００では、実施の形態１による線量分布測定装置１の構成に、ＯＣＲ測定用カメラ９を追加したものである。ＯＣＲ測定用カメラ９は、水ファントム３の入射窓６のある側と反対側の、水ファントム３の外部に設置されている。ＯＣＲ測定用カメラ９は、水ファントム３の方向に向けて画像を取得する。画像は、各スポット位置を照射する毎に取得する。このように取得することで、各スポット位置での照射毎のＯＣＲに相当する画像が得られる。これらの画像から、線量分布算出評価装置１１０におけるＯＣＲ分布算定部１８において、各スポット位置の照射毎にＯＣＲデータを算定する。ＯＣＲデータの算定は、カメラ画像からビーム径を算出し、分布として例えばガウス分布を仮定してＯＣＲデータとすれば良い。

本実施の形態２では、実施の形態１で説明したステップＳＴ５において、ＯＣＲ分布算定部１８において算定したＯＣＲデータと、ペンシルビーム線量分布データ記憶部１６に記憶されているＰＤＤのデータを用いて、線量加算部１３が、スポット位置算定部１２において算定したｉ番目のスポット位置をピークとする線量分布を算出して加算する。

　このように、本実施の形態２によれば、予めペンシルビームのＯＣＲを測定して保存しておく必要がなく、実際に照射したときのＯＣＲを測定して線量分布算定に用いるため、より精度が高い線量分布測定が行える。

実施の形態３．
　図７は、本発明の実施の形態３による線量分布測定装置２００を含む粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。図７において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。本実施の形態３では、１台のカメラ７０が水ファントム３の外部に配置されている。カメラ７０は、例えば粒子線４の照射の中心軸ＣＡに対して垂直な面における照射の中心軸ＣＡを中心とする円Ｃ上に配置され、照射の中止軸ＣＡを中心とする画像を撮像する。

本実施の形態３による線量分布測定装置２００の動作フローを図８に示す。粒子線４をスポットスキャニング照射法により水ファントム３に照射（ＳＴ１１）したときの蛍光物質を含む液体５の発光を、カメラ７０で照射中の全時間露光した画像を撮像する（ＳＴ１２）ことで、線量分布算出評価装置２１０におけるカメラ画像処理部２１１に発光した光を積算値として記録する。記録する画像は、光強度を色の濃淡で表わした画像でも良く、あるいは光強度が同じ点を結んだ等光強度曲線で表わした画像でも良い。記録された画像はカメラの光軸方向の空間および時間の積算値であり、線量分布そのものではない。そこで、画像予測部３０において、照射領域線量分布データ記憶部１５に保存されている、治療計画装置２０において設定した照射領域線量分布のデータを用いて、この線量分布による水ファントム３の発光量をシミュレーションし、シミュレーションした発光量によりカメラ７０の位置で撮像されるであろう、空間および時間の積算値としての画像を予測して、予測した予測画像を保存する。蛍光物質を含む液体５の発光は、照射線量に対して非線形のものが多いため、この非線形性を考慮してシミュレーションするのが好ましい。線量分布評価部２１４において、画像予測部３０に保存された予測画像とカメラ画像処理部２１１に記録された撮像画像とを比較・評価することにより、治療計画装置２０において設定した線量分布と、実際に照射したときの線量分布を比較・評価する（ＳＴ１３）ことができる。

以上のように、本実施の形態３による線量分布測定装置によれば、直接線量分布そのものを測定することはできないが、カメラ１台の簡単な構成により、治療計画装置において設定した線量分布と、実際に照射したときの線量分布を間接的に比較・評価できる。

実施の形態４．
　図９は、本発明の実施の形態４による線量分布測定装置３００を含む粒子線照射装置の概略構成を示すブロック図である。また図１０は、本実施の形態４による線量分布測定装置の動作を示すフロー図である。図９において、図７と同一符号は同一または相当する部分を示す。本実施の形態４では、実施の形態３と同様、１台のカメラ７０が水ファントム３の外部に配置されている。カメラ７０は、例えば粒子線４の照射の中心軸ＣＡに対して垂直な面における照射の中心軸ＣＡを中心とする円Ｃ上に配置され、照射の中止軸ＣＡを中心とする画像を撮像する。

本実施の形態４では、実施の形態３と同様、粒子線４をスポットスキャニング照射法により水ファントム３に照射（ＳＴ１１）したときの蛍光物質を含む液体５の発光を、カメラ７０で照射中の全時間露光した画像を撮像（ＳＴ１２）することで、線量分布算出評価装置３１０のカメラ画像処理部３１１に発光した光を積算値として記録する。記録された画像はカメラの光軸方向の空間および時間の積算値であり、線量分布そのものではない。

画像は、例えば、等光強度曲線で表わした、図１１のようなデータとして記録する。線量分布算出評価装置３１０の一次元光強度分布算出部３１９において、この画像から、照射の中心軸ＣＡに平行な方向の断面Ａの一次元、および照射の中心軸ＣＡに垂直な方向の断面Ｂの一次元の光強度分布として抽出する（ＳＴ１４）。抽出した光強度分布の例を図１２および図１３に示す。図１２は照射の中心軸に平行な方向の断面Ａの一次元、すなわちＺ方向の光強度分布の例であり、図１３は、照射の中心軸ＣＡに垂直な方向の断面Ｂの一次元、すなわちＸ方向の光強度分布の例である。一方、画像予測部３１５において、照射領域線量分布データ記憶部１５に保存されている、治療計画装置２０において設定した照射領域線量分布のデータを用いて、この線量分布による水ファントムの発光量をシミュレーションし、シミュレーションした発光量によりカメラ７０の位置で撮像されるであろう、空間および時間の積算値としての画像を予測して、この予測画像から、照射の中心軸ＣＡに平行な方向の断面Ａの一次元、および照射の中心軸ＣＡに垂直な方向の断面Ｂの一次元の光強度分布として抽出する。線量分布評価部３１４において、撮像した画像から一次元光強度分布算出部３１９において抽出した一次元の光強度分布と、画像予測部３１５において予測画像から抽出した一次元の光強度分布とを比較することにより、照射線量分布を評価する（ＳＴ１５）ことができる。

実施の形態５．
　図１４は、本発明の実施の形態５による線量分布測定装置の動作フロー図である。本実施の形態５による線量分布測定装置は、実施の形態４と同様、図９に示す線量分布測定装置３００の構成で、ペンシルビームである粒子線４を移動させずに水ファントム３に短時間照射して（ＳＴ２１）、ペンシルビームによる発光を、カメラ７０により撮像する（ＳＴ２２）ことで、ペンシルビームである粒子線４の線源データが得られる。例えば、カメラ７０の配置が図９に示すような配置であると、一次元光強度分布算出部３１９において算出（ＳＴ２３）するＺ方向の一次元光強度分布は、線源のＰＤＤに相当する分布となり、Ｘ方向の一次元光強度分布は、線源のＸ方向のＯＣＲに相当する分布となる。よって、線量分布評価部３１４において、一次元光強度分布算出部３１９において算出した一次元強度分布から、線源のＰＤＤおよびＯＣＲのデータを抽出する（ＳＴ２４）ことができる。さらにもう一台のカメラをカメラ７０と直交する方向、すなわち図１のカメラ８の位置に設置すると、線源のＹ方向のＯＣＲに相当する分布が得られる。このとき、輝度と吸収線量が非線形な関係になっている場合、輝度と吸収線量の非線形な関係を対応テーブルとしてテーブル化しておけば、光強度分布から吸収線量分布に簡単に変換できる。

このように、ペンシルビームによる短時間照射の、蛍光物質を含む液体の発光をカメラにより撮像することにより、ペンシルビームのＰＤＤやＯＣＲに相当する線源データを簡便に得ることができる。

粒子線治療の線量分布測定の目的としては、図１５に示すように２つの場面と、２つの測定の計４ケースが想定される。１つ目の場面は、治療計画へ線源データを登録するための測定である。当該測定では、ＯＣＲ測定として指頭型線量計等が用いられる。同じく当該測定では、ＰＤＤ測定としてBragg　Peakチェンバー等が用いられる。もう１つの用途（場面）としては、患者への線量投与が治療計画でシミュレーションしたとおりになるかを事前検証するための分布測定がある。分布測定では、ＯＣＲを指頭型線量計等で測り、ＰＤＤをAdvanced　Markus等で計測することが多い。本発明による各手法を用いることで、４つの全領域をカバーできるようになり、２次元、２．５次元もしくは３次元の分布測定を実施できるという特徴がある。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、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、１００、２００、３００：線量分布測定装置、２：照射系、３：水ファントム、４：粒子線、５：蛍光物質を含む液体、６：入射窓、７、８、７０：カメラ、９：ＯＣＲ測定用カメラ、１０、１１０、２１０、３１０：線量分布算出評価装置、１１、２１１、３１１：カメラ画像処理部、１２：スポット位置算定部、１３：線量加算部、１４、２１４、３１４：線量分布評価部、１５：照射領域線量分布データ記憶部、１６：ペンシルビーム線量分布データ記憶部、１７：カメラ校正用パラメータ記憶部、１８：ＯＣＲ分布算定部、２０：治療計画装置、２１：照射系制御器、２２：加速器系制御器、３０、３１５：画像予測部、３１９：一次元光強度分布算出部

Claims

粒子線をペンシルビームとして照射対象に照射するための照射系が、前記粒子線のエネルギーを変更する毎に、当該エネルギーに対応した前記照射対象の深さ位置の２次元照射領域に前記粒子線を進行方向に垂直な２次元方向に移動と停留を繰り返して走査することにより３次元の照射領域に前記粒子線を照射するときの照射線量分布を測定するための照射線量分布測定装置において、
前記粒子線を照射することにより発光する蛍光物質を含む液体を有し、前記粒子線を入射させるための入射窓を備えた水ファントム、
この水ファントムの外部であって、前記水ファントムの前記粒子線の照射の中心軸に垂直な面上に、前記蛍光物質を含む液体の発光を撮像するように配置された少なくとも２台のカメラ、
この少なくとも２台のカメラの画像を処理するカメラ画像処理部と、前記少なくとも２台のカメラのそれぞれのカメラのカメラ校正用パラメータを保存するカメラ校正用パラメータ記憶部と、前記カメラ校正用パラメータ記憶部に保存されている前記それぞれのカメラのカメラ校正用パラメータを用いて前記カメラ画像処理部で処理されたカメラ画像データから前記粒子線の停留時の照射位置であるスポット位置を算定するスポット位置算定部と、前記ペンシルビームのＰＤＤおよびＯＣＲのデータを保存するペンシルビーム線量分布データ記憶部と、前記ペンシルビーム線量分布データ記憶部に保存されているＰＤＤおよびＯＣＲのデータを用いて前記スポット位置算定部で算定されたスポット位置における照射線量分布を算定して、スポット位置毎の照射線量分布を加算する線量加算部と、を備えた線量分布算出評価装置、
を備えたことを特徴とする線量分布測定装置。
　前記水ファントムの粒子線の入射側とは反対側であって、前記水ファントムの外部に配置されたＯＣＲ測定用カメラを備え、前記線量分布算出評価装置が、前記ＯＣＲ測定用カメラの撮像画像から前記スポット位置毎のＯＣＲを算定するＯＣＲ分布算定部を備え、前記線量加算部は、前記ペンシルビーム線量分布データ記憶部に保存されているＯＣＲのデータに替えて前記ＯＣＲ分布算定部において算定されたＯＣＲを用いて前記スポット位置算定部で算定されたスポット位置における照射線量分布を算定することを特徴とする請求項１に記載の線量分布測定装置。
　前記線量分布算出評価装置は、治療計画装置において設定された照射領域の線量分布データを記憶する照射領域線量分布データ記憶部を備え、前記線量加算部によって算定されたスポット位置毎の照射線量分布を全て加算して得られた測定照射線量分布と、前記照射領域線量分布データ記憶部に保存されている線量分布データとを比較して、前記測定照射線量分布を評価することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の線量分布測定装置。
　粒子線をペンシルビームとして照射対象に照射するための照射系が、前記粒子線のエネルギーを変更する毎に、当該エネルギーに対応した前記照射対象の深さ位置の２次元照射領域に前記粒子線を進行方向に垂直な２次元方向に移動と停留を繰り返して走査することにより３次元の照射領域に前記粒子線を照射するときの照射線量分布を測定するための照射線量分布測定装置において、
前記粒子線を照射することにより発光する蛍光物質を含む液体を有し、前記粒子線を入射させるための入射窓を備えた水ファントムと、
この水ファントムの外部であって、前記水ファントムの前記粒子線の照射の中心軸に垂直な面上に、前記蛍光物質を含む液体の発光を撮像するように配置された１台のカメラと、
この１台のカメラの画像を処理するカメラ画像処理部と、治療計画装置において設定された照射領域の線量分布データを保存する照射領域線量分布データ記憶部と、この照射領域線量分布データ記憶部に保存された照射領域の線量分布データから、前記１台のカメラの位置におけるカメラ撮像画像を予測して予測画像を保存する画像予測部と、前記カメラ画像処理部で処理した前記１台のカメラ画像と、前記画像予測部に保存された予測画像とを比較して評価する線量分布評価部とを備えた線量分布算出評価装置と、
を備えたことを特徴とする線量分布測定装置。
前記カメラ画像処理部で処理されたカメラ画像から一次元の光強度分布を抽出する一次元光強度分布算出部を備え、前記線量分布評価部は、前記画像予測部に保存されている予測画像から一次元光強度分布を抽出して、前記一次元光強度分布算出部で算出した一次元光強度分布と前記予測画像から抽出した一次元強度分布とを比較して評価することを特徴とする請求項４に記載の線量分布測定装置。
ペンシルビームである粒子線の線源データを測定する線量分布測定装置において、
前記粒子線を照射することにより発光する蛍光物質を含む液体を有し、前記粒子線を入射させるための入射窓を備えた水ファントムと、
この水ファントムの周囲であって、前記水ファントムの前記粒子線の照射の中心軸に垂直な面上に、前記蛍光物質を含む液体の発光を撮像するように配置された１台のカメラと、
この１台のカメラの画像を処理するカメラ画像処理部と、静止した前記ペンシルビームである粒子線による照射での前記蛍光物質を含む液体の発光を前記１台のカメラにより撮像したカメラ画像を前記カメラ画像処理部で処理した画像から一次元の光強度分布を抽出する一次元光強度分布算出部と、この一次元光強度分布算出部で抽出した一次元光強度分布から前記ペンシルビームである粒子線のＰＤＤおよびＯＣＲのデータを得る線量分布評価部とを備えた線量分布算出評価装置と、
を備えたことを特徴とする線量分布測定装置。