JP7125109B2 - Data analysis device, comparison display device, treatment plan data editing device, dose distribution measuring method, program and dose distribution measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、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に関する。
特には、本発明は、陽子線や重粒子線を含む粒子線治療において照射と計画の整合性を検証して治療の品質を保証するために、事前に患者位置に設置したファントム中の線量分布を測定するデータ分析装置、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に関する。 The present invention relates to a data analysis device, a comparison display device, a treatment plan data editing device, a dose distribution measuring method, a program, and a dose distribution measuring device.
In particular, in particle beam therapy including proton beams and heavy ion beams, the present invention is a dose distribution in a phantom installed in advance at a patient position in order to verify the consistency of irradiation and planning and to guarantee the quality of treatment. data analysis device, comparison display device, treatment plan data editing device, dose distribution measuring method, program and dose distribution measuring device.

陽子線や炭素イオン線等による粒子線治療は、直進性の高い荷電粒子がエネルギーを落としながら減速しその終端で大きく落とすエネルギーにより形成されるブラッグピーク（Bragg peak）をがん治療に利用するものである。患者内で粒子が終端まで走る水等価距離を飛程とよぶ。この照射には、広く平坦な照射野を形成してコリメータで限定しさらに飛程を照射野内で調整してブラッグピークをがん標的に限定させるブロードビーム方式と、細いペンシルビームを電磁石によって走査してがん標的をブラッグピークで塗りつぶすスキャニング方式とがある。また飛程の制御は加速器によるエネルギー変更方式と、エネルギー吸収体挿入方式と、両方式併用方式とがある。ブラッグピークを拡大する飛程変調にも、静的なフィルター方式と、動的な飛程移動方式とがある。非特許文献１には、動的飛程変調ブロードビーム方式の実施例が示されている。 Particle beam therapy using proton beams, carbon ion beams, etc. utilizes the Bragg peak, which is formed by the deceleration of charged particles with high linearity while dropping their energy, and the large drop in energy at the end of the deceleration, for cancer treatment. is. The water-equivalent distance that a particle travels to its end within a patient is called range. For this irradiation, there is a broad beam method that forms a wide and flat irradiation field, limits it with a collimator, and further adjusts the range within the irradiation field to limit the Bragg peak to the cancer target, and a narrow pencil beam that scans with an electromagnet. There is a scanning method that fills in the cancer target with Bragg peaks. In addition, range control includes an energy change method using an accelerator, an energy absorber insertion method, and a combination method of both methods. Range modulation for expanding the Bragg peak also includes a static filter method and a dynamic range shift method. Non-Patent Document 1 shows an example of a dynamic range modulation broad beam system.

治療検証のための線量分布測定には、電離箱や半導体検出器を水中で移動させる多点測定法、検出素子を多列に配置する多列検出器、検出素子を二次元的に配置した二次元検出器、或いはフィルム型線量計やシンチレータ等が利用される。電離箱は、放射線を選ばず正確な線量測定が可能であるが、空間分解能に劣り、多点測定に時間がかかるという欠点がある。他の検出器は、陽子線や重粒子線に対して系統的に応答効率が低下するという欠点があるが、特にフィルム型線量計やシンチレータは、空間分解能やファントム構造の一様性において優れる。フィルム型線量計は、シンチレータに対して即時性では劣るが、簡便性で優れる。従って、絶対的な線量測定には電離箱を基準点のみに用い、応答効率低下の影響が小さいビーム横断面の線量分布測定にフィルム型線量計を利用するのが最も一般的である。また、粒子線治療の特徴であり、最も検証が望まれる深さ方向の深部線量分布測定には、一般に多層電離箱が用いられる。 For dose distribution measurement for treatment verification, a multi-point measurement method in which an ionization chamber or semiconductor detector is moved underwater, a multi-row detector in which detection elements are arranged in multiple rows, and a two-dimensional detector in which detection elements are arranged two-dimensionally are used. Dimensional detectors, film-type dosimeters, scintillators, etc. are used. Ionization chambers are capable of accurate dosimetry regardless of the type of radiation, but have the drawback of being inferior in spatial resolution and taking a long time to measure at multiple points. Other detectors have the drawback of systematically declining response efficiency to proton beams and heavy particle beams, but film-type dosimeters and scintillators are particularly superior in terms of spatial resolution and uniformity of phantom structures. A film-type dosimeter is inferior to a scintillator in terms of immediacy, but superior in terms of simplicity. Therefore, it is most common to use the ionization chamber only as a reference point for absolute dose measurement, and to use the film-type dosimeter for dose distribution measurement of beam cross-section, which is less affected by response efficiency deterioration. In addition, multi-layer ionization chambers are generally used for deep dose distribution measurement in the depth direction, which is a characteristic of particle beam therapy and for which verification is most desired.

例えば非特許文献２では、深部線量分布測定を正確かつ高速に実施するための多層電離箱の試作機が紹介されている。この実施例では、水等価２６０ｍｍの深さ範囲が、６４層の電離箱型検出器で同時に線量測定されるが、複雑な構造をもつ治療ビームをより高分解能に測定するには、層と層との間を補う意図的な飛程移動を含む繰り返し測定が必要となる。 For example, Non-Patent Document 2 introduces a prototype of a multi-layer ionization chamber for performing accurate and high-speed deep dose distribution measurement. In this example, a water-equivalent depth range of 260 mm is simultaneously dosimetrically measured with a 64-layer ionization chamber detector, but for higher resolution measurement of treatment beams with complex structures, layer-by-layer Repeated measurements including intentional range shifts to compensate for

特許文献１には、スキャニング照射法によって粒子線線量分布を測定する粒子線の線量分布測定装置が記載されている。
特許文献１に記載された技術では、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、静止したペンシルビームである粒子線による照射での蛍光物質を含む液体の発光を１台のカメラにより撮像したカメラ画像を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が備えられている。
つまり、特許文献１では、スキャニング方式のペンシルビームに対してシンチレータ中の発光を光学カメラで動画撮影することにより、ブラッグピークの位置と照射量を測定し、これに治療計画装置の線量分布計算機能を適用して各走査位置での線量分布を求め、さらにこれを治療計画装置の線量分布計算機能と同様に照射時間にわたって積算することにより照射全体の線量分布を再構成する線量分布測定装置が提案されている。この方式はスキャニング方式のみを対象とし、さらにそれに追随する高時間分解能の検出システムが必要であるため、簡便さが要求される日常的な品質保証には必ずしも適していない。 Patent Literature 1 describes a particle beam dose distribution measuring apparatus that measures a particle beam dose distribution by a scanning irradiation method.
In the technique described in Patent Document 1, the luminescence of the liquid containing the fluorescent material is captured around the water phantom on a plane perpendicular to the central axis of the irradiation of the particle beam of the water phantom. One camera, a camera image processing unit that processes the image of this one camera, and a camera that captures the light emission of a liquid containing a fluorescent material by irradiation with a particle beam that is a stationary pencil beam. A one-dimensional light intensity distribution calculator that extracts a one-dimensional light intensity distribution from an image processed by a camera image processor, and a pencil beam from the one-dimensional light intensity distribution extracted by this one-dimensional light intensity distribution calculator. A dose distribution calculation and evaluation device is provided that includes a dose distribution evaluation unit that obtains PDD and OCR data of particle beams.
In other words, in Patent Document 1, the position of the Bragg peak and the irradiation dose are measured by taking a moving image of the light emission in the scintillator with respect to the scanning pencil beam with an optical camera, and the dose distribution calculation function of the treatment planning device is used. is applied to determine the dose distribution at each scanning position, and then integrated over the irradiation time in the same way as the dose distribution calculation function of the treatment planning system to reconstruct the dose distribution of the entire irradiation. It is This method is intended only for the scanning method and requires a detection system with high time resolution to follow it, so it is not necessarily suitable for daily quality assurance that requires simplicity.

例えば非特許文献３では、フィルム型線量計をファントム中にビームと平行に設置することで、深さ方向の一次元線量分布すなわち深部線量分布を直接測定する線量分布測定装置が提案されている。ここで用いるフィルム型線量計は現像処理が不要で、照射後に光学スキャナーで、黒化度を読み取ることで線量測定が可能であり、現在では主に簡便な横断面の分布測定に広く用いられているものである。しかし、陽子線や重粒子線に対しては測定した応答から直接線量を求めることはできないため、測定点ごとに補正が必要となるが、この補正に必要な情報の一部は、比較対象である治療計画から入手する他ないため、検証の独立性が失われる。また検出器に時間分解能がないため、特許文献１で提案されるような治療計画の応用による線量分布再構成は不可能である。 For example, Non-Patent Document 3 proposes a dose distribution measuring device that directly measures the one-dimensional dose distribution in the depth direction, that is, the deep dose distribution, by installing a film-type dosimeter in the phantom parallel to the beam. The film-type dosimeter used here does not require development processing, and dose can be measured by reading the degree of blackening with an optical scanner after irradiation. Currently, it is widely used mainly for simple cross-sectional distribution measurement. There is. However, for proton beams and heavy ion beams, doses cannot be obtained directly from measured responses, so correction is required for each measurement point. The independence of the verification is lost because it can only be obtained from a treatment plan. Moreover, since the detector has no temporal resolution, dose distribution reconstruction by application of treatment planning as proposed in Patent Document 1 is impossible.

例えば非特許文献４では、陽子線治療中に患者体内で原子核反応により発生する陽電子放出核を一般の陽電子放出断層撮影装置で三次元画像化し、数学的な逆畳み込み処理によって撮影された画像から陽子のエネルギーと位置の分布を逆算し、さらに特許文献１と同様に治療計画装置の線量分布計算機能を適用して陽子分布から線量分布を再構成するという方法が提案されている。しかし、陽電子放出核生成には、線量分布におけるブラッグピークのような特徴がなく、一般に断層撮影の分解能も不十分なため、逆畳み込み処理で粒子分布を高精度に推定することは困難である。また、これは治療時の患者への投与線量の事後確認なので本発明の線量分布測定装置による事前検証とは用途が異なる。 For example, in Non-Patent Document 4, positron emission nuclei generated by atomic nuclear reactions in the patient's body during proton beam therapy are three-dimensionally imaged with a general positron emission tomography device, and protons are obtained from the captured image by mathematical deconvolution processing. A method has been proposed in which the energy and position distributions of the protons are back-calculated, and the dose distribution calculation function of the treatment planning apparatus is applied in the same manner as in Patent Document 1 to reconstruct the dose distribution from the proton distribution. However, positron emission nucleation does not have features such as the Bragg peak in the dose distribution, and the resolution of tomography is generally insufficient, so it is difficult to estimate the particle distribution with high accuracy by deconvolution. Also, since this is post-confirmation of the dose administered to the patient during treatment, it is used in a different way from pre-confirmation by the dose distribution measuring apparatus of the present invention.

一方、重粒子線治療計画装置は、一般に測定による物理線量の深部線量分布を基に数学的な生物効果モデルにより患者体内の生物線量分布を計算して個々の治療に最適なビームを計画する。非特許文献５では、現在までに利用されている主な生物効果モデルを説明しているが、大別して主にヨーロッパで使われる光子線治療を基礎とするモデルと主に日本で使われるヒト唾液腺腫瘍細胞実験を基礎とするモデルがある。また、生物効果モデルは常に進歩する研究対象であるため名目上は同じモデルでも定量的には必ずしも同一とは限らない。従って、例えば多施設臨床研究において共通治療プロトコルを利用するにあたっては、施設間の生物線量の等価性を定量的に評価して共通に利用可能であることを確認する必要がある。 On the other hand, heavy ion radiotherapy planning systems generally calculate the biological dose distribution in the patient's body using a mathematical biological effect model based on the measured deep dose distribution of the physical dose, and plan the optimal beam for each individual treatment. Non-Patent Document 5 describes the main biological effect models that have been used to date, but they can be roughly divided into photon beam therapy-based models mainly used in Europe and human salivary gland models mainly used in Japan. There are models based on tumor cell experiments. In addition, since biological effect models are constantly evolving research subjects, nominally identical models may not necessarily be quantitatively identical. Therefore, when using a common treatment protocol in, for example, multicenter clinical research, it is necessary to quantitatively evaluate the equivalence of biodoses between facilities and confirm that it can be used in common.

特開２０１６－１７６９４８号公報JP 2016-176948 A

Kanematsu他、「Treatment planning for the layer-stacking irradiation system for three-dimensional conformal heavy-ion radiotherapy」、２００２年１２月、 Medical Physics、Ｖｏｌ．２９、Ｎｏ．１２、２８２３－２８２９頁Kanematsu et al., "Treatment planning for the layer-stacking irradiation system for three-dimensional conformal heavy-ion radiotherapy," December 2002, Medical Physics, Vol. 29, No. 12, pp. 2823-2829 新保他、「重粒子線治療における深部線量分布測定用多層電離箱の開発」、２０００年、日本医学放射線学会雑誌、６０巻、５号、２７４－２７９頁Shimbo et al., "Development of multi-layer ionization chamber for measuring deep dose distribution in heavy ion radiotherapy", 2000, Journal of Radiological Society of Japan, Vol.60, No.5, pp.274-279 ZhaoおよびDas、「Gafchromic EBT film dosimetry in proton beams」、２０１０年、Physics in Medicine & Biology、55、N291-N301Zhao and Das, "Gafchromic EBT film dosimetry in proton beams," 2010, Physics in Medicine & Biology, 55, N291-N301 Fourkal 他、「Absolute dose reconstruction in proton therapy using PET imaging modality: feasibility study」、２００９年、Physics in Medicine & Biology、54、N217-N228Fourkal et al., Absolute dose reconstruction in proton therapy using PET imaging modality: feasibility study, 2009, Physics in Medicine & Biology, 54, N217-N228 KargerおよびPeschke、「RBE and related modeling in carbon-ion therapy」、２０１８年、Physics in Medicine & Biology、63、01TR02(35pp)Karger and Peschke, "RBE and related modeling in carbon-ion therapy", 2018, Physics in Medicine & Biology, 63, 01TR02(35pp)

粒子線治療のように複雑な治療においては、ビームが計画した通りに照射されることを患者に用いる前に保証する必要がある。このため一般に計画と測定の間で線量分布の比較検証を行うが、重粒子線治療の臨床的評価には物理的な線量ではなく生物学的効果を補正した生物線量が必要である。これまで治療用粒子線ビームの生物線量を臨床現場で測定する方法は無く、物理線量も高分解能分布測定に向かない電離箱型線量計しか測定法が確立していない。 In complex treatments such as particle beam therapy, it is necessary to ensure that the beam is delivered as planned before it is used on the patient. For this reason, dose distributions are generally compared and verified between planning and measurement, but clinical evaluation of heavy ion radiotherapy requires biodoses corrected for biological effects, not physical doses. Until now, there has been no method for measuring the biological dose of therapeutic particle beams in clinical settings, and only an ionization chamber dosimeter, which is not suitable for high-resolution distribution measurement of physical dose, has been established.

本発明は、治療用粒子線ビームの物理線量分布及び生物線量分布を高分解能、高精度、日常運用に適する簡便さ、低費用で測定できるデータ分析装置、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を提供することを目的とする。つまり、本発明は、簡便にかつ低コストで高分解能かつ高精度な物理線量および生物線量の線量応答分布を得ることができるデータ分析装置、比較表示装置、治療計画データ編集装置、線量分布測定方法およびプログラムおよび線量分布測定装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a data analysis device, a comparison display device, a treatment plan data editing device, which can measure the physical dose distribution and biological dose distribution of therapeutic particle beams with high resolution, high accuracy, simplicity suitable for daily operation, and low cost. An object of the present invention is to provide a dose distribution measuring method, a program, and a dose distribution measuring apparatus. In other words, the present invention provides a data analysis device, a comparison display device, a treatment plan data editing device, and a dose distribution measuring method that can obtain dose response distributions of physical doses and biological doses with high resolution and high accuracy simply and at low cost. and to provide a program and a dose distribution measuring device.

本発明の一態様に係るデータ分析装置は、治療用粒子線ビームが照射されるファントム装置に備えられている線量計によって、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームに対する応答信号が記録または出力され、前記線量計によって記録または出力された応答信号が、データ取得装置によって取得されて数値データ化され、前記データ取得装置によって数値データ化された信号データに基づいて、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームの線量応答と前記ファントム装置の深さとの関係を示す線量応答分布が、線量応答分布算出部によって算出され、前記線量応答分布算出部によって算出された線量応答分布に対する処理を実行するデータ分析装置であって、前記線量応答分布算出部によって算出された線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、前記治療用粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する逆畳み込み処理部と、前記逆畳み込み処理部によって推定されたビーム要素の構成に従って、物理線量の線量分布と生物線量の線量分布とを再構成する線量分布再構成部とを備える。 A data analysis apparatus according to an aspect of the present invention records a response signal to the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device by a dosimeter provided in the phantom device irradiated with the therapeutic particle beam. Alternatively, the response signal output and recorded or output by the dosimeter is acquired by a data acquisition device and converted into numerical data, and the phantom device is irradiated based on the signal data converted into numerical data by the data acquisition device. A dose response distribution indicating the relationship between the dose response of the therapeutic particle beam and the depth of the phantom device is calculated by a dose response distribution calculation unit, and the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit is calculated. A data analysis apparatus for executing processing, wherein the configuration of beam elements constituting the therapeutic particle beam by performing deconvolution processing on the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit; a deconvolution processor for estimating the weight of each of the elements; and a dose distribution reconstruction for reconstructing the dose distribution of physical dose and the dose distribution of biological dose according to the configuration of the beam elements estimated by the deconvolution processor. and a part.

本発明の一態様に係る比較表示装置は、前記データ分析装置の前記逆畳み込み処理部によって推定されたビーム要素の各々の重みを用い、前記ファントム装置を利用する模擬治療計画の元となった実治療計画に用いた患者ＣＴ画像を使用して線量分布を計算することにより、患者中の物理線量の線量分布と生物線量の線量分布とを再構成し、再構成された患者中の物理線量の線量分布および生物線量の線量分布と、元の患者治療計画の線量分布とを比較表示する。 A comparative display device according to an aspect of the present invention uses the weight of each of the beam elements estimated by the deconvolution processing unit of the data analysis device. By calculating the dose distribution using the patient CT images used for treatment planning, the dose distribution of the physical dose in the patient and the dose distribution of the biological dose are reconstructed, and the reconstructed physical dose in the patient A comparative display of the dose distribution of the dose distribution and biodose with the dose distribution of the original patient treatment plan.

本発明の一態様に係る治療計画データ編集装置は、前記データ分析装置の前記逆畳み込み処理部によって推定されたビーム要素の各々の重みを用い、元の患者治療計画のビーム情報を変更して保存する。 A treatment plan data editing device according to an aspect of the present invention uses the weight of each beam element estimated by the deconvolution processing unit of the data analysis device to change and save beam information of the original patient treatment plan. do.

本発明の一態様に係る線量分布測定方法は、治療用粒子線ビームの線量分布を測定する線量分布測定方法であって、前記治療用粒子線ビームが照射されるファントム装置に備えられている線量計が、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームに対する応答信号を記録または出力する応答信号出力ステップと、前記応答信号出力ステップにおいて記録または出力された応答信号を取得して数値データ化するデータ取得ステップと、前記データ取得ステップにおいて数値データ化された信号データに基づいて、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームの線量応答と前記ファントム装置の深さとの関係を示す線量応答分布を算出する線量応答分布算出ステップと、前記線量応答分布算出ステップにおいて算出された線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、前記治療用粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する逆畳み込み処理ステップと、前記逆畳み込み処理ステップにおいて推定されたビーム要素の構成に従って、物理線量の線量分布と生物線量の線量分布とを再構成する線量分布再構成ステップとを備える。 A dose distribution measuring method according to an aspect of the present invention is a dose distribution measuring method for measuring a dose distribution of a therapeutic particle beam, wherein the dose distribution provided in a phantom device irradiated with the therapeutic particle beam is a response signal output step of recording or outputting a response signal to the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device; and a dose indicating the relationship between the dose response of the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device and the depth of the phantom device based on the signal data converted into numerical data in the data obtaining step. a dose response distribution calculating step of calculating a response distribution; and a configuration of beam elements constituting the therapeutic particle beam by performing a deconvolution process on the dose response distribution calculated in the dose response distribution calculating step; a deconvolution step of estimating the weight of each of the beam elements; and a dose distribution reconstruction of reconstructing the dose distribution of the physical dose and the dose distribution of the biological dose according to the configuration of the beam elements estimated in the deconvolution step. and a configuration step.

本発明の一態様に係るプログラムは、治療用粒子線ビームが照射されるファントム装置に備えられている線量計によって、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームに対する応答信号が記録または出力され、前記線量計によって記録または出力された応答信号が、データ取得装置によって取得されて数値データ化され、前記データ取得装置によって数値データ化された信号データに基づいて、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームの線量応答と前記ファントム装置の深さとの関係を示す線量応答分布が、線量応答分布算出部によって算出され、前記線量応答分布算出部によって算出された線量応答分布に対する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記線量応答分布算出部によって算出された線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、前記治療用粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する逆畳み込み処理ステップと、前記逆畳み込み処理ステップにおいて推定されたビーム要素の構成に従って、物理線量の線量分布と生物線量の線量分布とを再構成する線量分布再構成ステップとを前記コンピュータに実行させるためのプログラムである。 A program according to an aspect of the present invention records or outputs a response signal to the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device by a dosimeter provided in the phantom device irradiated with the therapeutic particle beam. and the response signal recorded or output by the dosimeter is acquired by a data acquisition device and converted into numerical data, and the phantom device is irradiated based on the signal data converted into numerical data by the data acquisition device. A dose response distribution that indicates the relationship between the dose response of the therapeutic particle beam and the depth of the phantom device is calculated by a dose response distribution calculator, and the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculator is processed. A program to be executed by a computer, the configuration of beam elements constituting the therapeutic particle beam by executing a deconvolution process on the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit; a deconvolution step of estimating the weight of each of the elements; and a dose distribution reconstruction of reconstructing the dose distribution of physical dose and the dose distribution of biological dose according to the configuration of the beam elements estimated in the deconvolution step. It is a program for causing the computer to execute steps.

本発明の一態様に係る線量分布測定装置は、治療用粒子線ビームの線量分布を測定する線量分布測定装置であって、前記治療用粒子線ビームが照射されるファントム装置と、前記ファントム装置に備えられており、かつ、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームに対する応答信号を記録または出力する線量計と、前記線量計によって記録または出力された応答信号を取得して数値データ化するデータ取得装置と、前記データ取得装置によって数値データ化された信号データに基づいて、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームの線量応答と前記ファントム装置の深さとの関係を示す線量応答分布を算出する線量応答分布算出部と、前記線量応答分布算出部によって算出された線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、前記治療用粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する逆畳み込み処理部と、前記逆畳み込み処理部によって推定されたビーム要素の構成に従って、物理線量の線量分布と生物線量の線量分布とを再構成する線量分布再構成部とを備える。 A dose distribution measuring device according to an aspect of the present invention is a dose distribution measuring device for measuring a dose distribution of a therapeutic particle beam, comprising: a phantom device irradiated with the therapeutic particle beam; a dosimeter that records or outputs a response signal to the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device; and a response signal that is recorded or output by the dosimeter and converted into numerical data. and a dose indicating the relationship between the dose response of the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device and the depth of the phantom device based on the signal data converted into numerical data by the data acquisition device. a dose response distribution calculation unit that calculates a response distribution; and a configuration of beam elements that constitute the therapeutic particle beam by performing deconvolution processing on the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit; a deconvolution processor for estimating the weight of each of the beam elements; and a dose distribution reconstruction for reconstructing the dose distribution of the physical dose and the dose distribution of the biological dose according to the configuration of the beam elements estimated by the deconvolution processor. and a component.

本発明の一態様に係る線量分布測定装置では、前記線量計は、前記ファントム装置の深さ方向である第１方向に延びている一次元線量計であり、前記線量分布再構成部は、前記第１方向における物理線量の深部線量分布と、前記第１方向における生物線量の深部線量分布とを再構成してもよい。 In the dose distribution measuring device according to one aspect of the present invention, the dosimeter is a one-dimensional dosimeter extending in a first direction that is the depth direction of the phantom device, and the dose distribution reconstruction unit includes the A depth dose distribution of physical dose in a first direction and a depth dose distribution of biological dose in said first direction may be reconstructed.

本発明の一態様に係る線量分布測定装置では、前記線量計は、前記ファントム装置の深さ方向である第１方向に延びており、かつ、前記第１方向に直交する第２方向に延びている第１平面上に広がっている二次元線量計であり、前記線量分布再構成部は、前記第１平面上における物理線量の二次元線量分布と、前記第１平面上における生物線量の二次元線量分布とを再構成してもよい。 In the dose distribution measuring device according to one aspect of the present invention, the dosimeter extends in a first direction, which is the depth direction of the phantom device, and extends in a second direction orthogonal to the first direction. a two-dimensional dosimeter spread over a first plane, wherein the dose distribution reconstruction unit reconstructs a two-dimensional dose distribution of physical dose on the first plane and a two-dimensional dose distribution of biological dose on the first plane A dose distribution may be reconstructed.

本発明の一態様に係る線量分布測定装置では、前記線量計は、少なくとも前記ファントム装置の深さ方向である第１方向に延びており、かつ、前記第１方向に直交する第２方向に延びている第１平面上に広がっている二次元線量計と、前記第１平面に平行な任意の平面上に広がっている任意数の二次元線量計とを含み、前記線量分布再構成部は、少なくとも、前記第１平面上における物理線量の二次元線量分布と、前記第１平面上における生物線量の二次元線量分布と、前記任意の平面上における物理線量の二次元線量分布と、前記任意の平面上における生物線量の二次元線量分布とを再構成してもよい。さらにこれら取得した複数平面の線量分布から、三次元分布を再構成してもよい。 In the dose distribution measuring device according to one aspect of the present invention, the dosimeter extends at least in a first direction, which is the depth direction of the phantom device, and extends in a second direction orthogonal to the first direction. and an arbitrary number of two-dimensional dosimeters spreading on an arbitrary plane parallel to the first plane, wherein the dose distribution reconstruction unit comprises: At least, a two-dimensional dose distribution of physical dose on the first plane, a two-dimensional dose distribution of biological dose on the first plane, a two-dimensional dose distribution of physical dose on the arbitrary plane, and the arbitrary A two-dimensional dose distribution of bio-dose on a plane may be reconstructed. Furthermore, a three-dimensional distribution may be reconstructed from the obtained dose distributions on multiple planes.

本発明によれば、治療用粒子線ビームの物理線量分布及び生物線量分布を高分解能、高精度、日常運用に適する簡便さ、低費用で測定できる線量分布測定装置、線量分布測定方法およびプログラムを提供することができる。つまり、本発明によれば、簡便にかつ低コストで高分解能かつ高精度な物理線量および生物線量の線量応答分布を得ることができるデータ分析装置、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を提供することができる。 According to the present invention, a dose distribution measuring device, a dose distribution measuring method, and a program capable of measuring the physical dose distribution and biological dose distribution of therapeutic particle beams with high resolution, high accuracy, simplicity suitable for daily operation, and low cost are provided. can provide. That is, according to the present invention, there are provided a data analysis device, a comparison display device, a treatment plan data editing device, and a dose distribution that can easily obtain high-resolution and high-precision dose response distributions of physical doses and biological doses at low cost. A measuring method, a program, and a dose distribution measuring device can be provided.

第１実施形態の線量分布測定装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the dose distribution measuring apparatus of 1st Embodiment. 図１に示す第１実施形態の線量分布測定装置の第１具体例を示す図である。It is a figure which shows the 1st specific example of the dose distribution measuring apparatus of 1st Embodiment shown in FIG. データ分析装置に予め登録されている情報（データ）の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the information (data) registered beforehand by the data-analysis apparatus. データ分析装置の線量応答分布算出部によって算出された線量応答分布、データ分析装置の逆畳み込み処理部によって推定された飛程変調、データ分析装置の線量分布再構成部によって再構成された物理線量の深部線量分布などの一例を示す図である。Dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit of the data analysis device, range modulation estimated by the deconvolution processing unit of the data analysis device, physical dose reconstructed by the dose distribution reconstruction unit of the data analysis device It is a figure which shows an example, such as depth dose distribution. データ分析装置の線量分布再構成部によって再構成された物理線量の深部線量分布、生物線量の深部線量分布などの一例を示す図である。It is a figure which shows examples, such as the deep dose distribution of a physical dose, the deep dose distribution of a biological dose, etc. which were reconstructed by the dose distribution reconstruction part of a data-analysis apparatus. 第１実施形態の線量分布測定装置によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an example of processing executed by the dose distribution measuring apparatus of the first embodiment; 第２実施形態の線量分布測定装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the dose distribution measuring apparatus of 2nd Embodiment. 第２実施形態の線量分布測定装置のファントム装置および線量計の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the phantom apparatus and dosimeter of the dose distribution measuring apparatus of 2nd Embodiment. 第３実施形態の線量分布測定装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the dose distribution measuring apparatus of 3rd Embodiment. 第３実施形態の線量分布測定装置のファントム装置および線量計の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the phantom apparatus and dosimeter of the dose distribution measuring apparatus of 3rd Embodiment. 第１から第３実施形態の線量分布測定装置を適用可能なシステムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the system which can apply the dose distribution measuring apparatus of 1st to 3rd embodiment.

以下、添付図面を参照し、本発明のデータ分析装置、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の実施形態について説明する。 Embodiments of a data analysis device, a comparison display device, a treatment plan data editing device, a dose distribution measuring method, a program, and a dose distribution measuring device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の線量分布測定装置１の一例を示す図である。
図１に示す例では、線量分布測定装置１が、ファントム装置１１と、データ取得装置１２と、データ分析装置１３とを備えている。ファントム装置１１には、治療用粒子線ビーム（詳細には、拡大ブラッグピークを形成する治療用粒子線ビーム）が照射される。ファントム装置１１は、水などの液体を主材料とする。
他の例では、ファントム装置１１が、プラスチックなどの固体を主材料としてもよい。 <First embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing an example of the dose distribution measuring device 1 of the first embodiment.
In the example shown in FIG. 1, the dose distribution measuring device 1 includes a phantom device 11, a data acquisition device 12, and a data analysis device 13. The phantom device 11 is irradiated with a therapeutic particle beam (more specifically, a therapeutic particle beam that forms an expanded Bragg peak). The phantom device 11 is mainly made of liquid such as water.
Alternatively, the phantom device 11 may be based on a solid material such as plastic.

図１に示す例では、ファントム装置１１が、線量計１１Ａを備えている。線量計１１Ａは、ファントム装置１１に照射された治療用粒子線ビームに対する応答信号を記録または出力する。データ取得装置１２は、線量計１１Ａによって記録または出力された応答信号を取得して数値データ化する。データ分析装置１３は、線量応答分布算出部１３Ａと、逆畳み込み処理部１３Ｂと、線量分布再構成部１３Ｃとを備えている。
線量応答分布算出部１３Ａは、データ取得装置１２によって数値データ化された信号データに基づいて、ファントム装置１１に照射された治療用粒子線ビームの線量応答とファントム装置１１の深さとの関係を示す線量応答分布を算出する。
図１に示す例では、線量応答分布算出部１３Ａがデータ分析装置１３に備えられている。他の例では、線量応答分布算出部１３Ａがデータ取得装置１２に備えらえていてもよい。つまり、この例では、線量応答分布算出部１３Ａが、データ分析装置１３外に備えられる。 In the example shown in FIG. 1, the phantom device 11 has a dosimeter 11A. The dosimeter 11A records or outputs a response signal to the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device 11 . The data acquisition device 12 acquires the response signal recorded or output by the dosimeter 11A and converts it into numerical data. The data analysis device 13 includes a dose response distribution calculator 13A, a deconvolution processor 13B, and a dose distribution reconstructor 13C.
The dose response distribution calculator 13A indicates the relationship between the dose response of the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device 11 and the depth of the phantom device 11 based on the signal data converted into numerical data by the data acquisition device 12. Calculate the dose response distribution.
In the example shown in FIG. 1, the data analysis device 13 is provided with a dose response distribution calculator 13A. In another example, the data acquisition device 12 may be provided with the dose response distribution calculator 13A. That is, in this example, the dose response distribution calculator 13A is provided outside the data analysis device 13 .

図１に示す例では、逆畳み込み処理部１３Ｂが、線量応答分布算出部１３Ａによって算出された線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、治療用粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する。
線量分布再構成部１３Ｃは、逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定されたビーム要素の構成に従って、物理線量の線量分布と生物線量の線量分布とを再構成する。 In the example shown in FIG. 1 , the deconvolution processing unit 13B performs deconvolution processing on the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit 13A, thereby forming the beam elements constituting the therapeutic particle beam. , and the weight of each of the beam elements.
The dose distribution reconstruction unit 13C reconstructs the dose distribution of physical doses and the dose distribution of biological doses according to the configuration of the beam elements estimated by the deconvolution processing unit 13B.

図２は図１に示す第１実施形態の線量分布測定装置１の第１具体例を示す図である。詳細には、図２（Ａ）は、図１に示すファントム装置１１および線量計１１Ａの第１具体例を示している。図２（Ｂ）は、図１に示すデータ取得装置１２の第１具体例を示している。図２（Ｃ）は、図１に示すデータ分析装置１３の第１具体例を示している。
図２に示す例では、線量計１１Ａが、ファントム装置１１の深さ方向（図２（Ａ）の左右方向）である第１方向Ｄ１に延びている一次元線量計である。詳細には、線量計１１Ａがフィルム型線量計である。また、線量計１１Ａは、ファントム装置１１の内部に固定されている。
ファントム装置１１は、線量計１１Ａおよびその周辺の横断面内において、粒子線ビームに対して近似的に一様な構造を有する。線量計１１Ａの測定軸１１ＡＸ上の位置とファントム装置１１中の水等価深の関係は、理論的あるいは実験的に校正されている。
図２に示す例では、１つの一次元線量計１１Ａがファントム装置１１中に配置されているが、他の例では、複数の一次元線量計がファントム装置１１中に配置され、多軸化されていてもよい。 FIG. 2 is a diagram showing a first specific example of the dose distribution measuring device 1 of the first embodiment shown in FIG. Specifically, FIG. 2A shows a first specific example of the phantom device 11 and dosimeter 11A shown in FIG. FIG. 2B shows a first specific example of the data acquisition device 12 shown in FIG. FIG. 2C shows a first specific example of the data analysis device 13 shown in FIG.
In the example shown in FIG. 2, the dosimeter 11A is a one-dimensional dosimeter extending in the first direction D1, which is the depth direction of the phantom device 11 (horizontal direction in FIG. 2A). Specifically, the dosimeter 11A is a film-type dosimeter. Also, the dosimeter 11A is fixed inside the phantom device 11 .
The phantom device 11 has an approximately uniform structure with respect to the particle beam within the cross section of the dosimeter 11A and its periphery. The relationship between the position of the dosimeter 11A on the measurement axis 11AX and the water equivalent depth in the phantom device 11 is theoretically or experimentally calibrated.
Although one one-dimensional dosimeter 11A is arranged in the phantom device 11 in the example shown in FIG. may be

図２に示す例では、データ取得装置１２が光学スキャナーである。データ分析装置１３はコンピュータである。データ取得装置１２とデータ分析装置１３とは、例えばフラッシュメモリなどの記録メディアあるいはネットワークを介して接続されている。
図２に示す例では、まず、図２（Ａ）に右向き矢印で示すように、粒子線ビームが、粒子線ビーム照射装置（図示せず）から、ファントム装置１１に対して右向きに（線量計１１Ａの測定軸１１ＡＸに平行に）照射される。その結果、線量計１１Ａは、照射された粒子線ビームに対し、図２（Ａ）の左右方向（ファントム装置１１の深さ方向）の異なる位置で異なる反応を示す。
粒子線ビームは、患者治療を模した模擬治療計画に従って、粒子線ビーム照射装置からファントム装置１１に照射される。粒子線ビーム照射装置に対するファントム装置１１の相対位置は、実際の治療時における粒子線ビーム照射装置に対する患者（図示せず）の相対位置と同様である。 In the example shown in FIG. 2, the data acquisition device 12 is an optical scanner. Data analysis device 13 is a computer. The data acquisition device 12 and the data analysis device 13 are connected via a recording medium such as a flash memory or a network, for example.
In the example shown in FIG. 2, first, as indicated by the rightward arrow in FIG. 11A) parallel to the measurement axis 11AX). As a result, the dosimeter 11A reacts differently to the irradiated particle beam at different positions in the horizontal direction (the depth direction of the phantom device 11) in FIG. 2(A).
A particle beam is irradiated from the particle beam irradiation device to the phantom device 11 according to a simulated treatment plan that imitates patient treatment. The relative position of the phantom device 11 to the particle beam irradiation device is the same as the relative position of the patient (not shown) to the particle beam irradiation device during actual treatment.

次いで、図２に示す例では、図２（Ａ）の左右方向の異なる位置で異なる反応を示した線量計１１Ａが、データ取得装置１２（光学スキャナー）によってスキャンされる。
次いで、図２に示す例では、データ取得装置１２（光学スキャナー）によって数値データ化された信号データ（光学スキャナーの出力信号データ）に基づいて、データ分析装置１３（コンピュータ）の線量応答分布算出部１３Ａが、ファントム装置１１に照射された粒子線ビームの線量応答とファントム装置１１の深さとの関係を示す線量応答分布を算出する。
つまり、図２に示す例では、データ取得装置１２が、一次元線量計１１Ａのアナログ信号をファントム装置１１の深さごとに読み取り数値化した信号データ（デジタルデータ）をデータ分析装置１３に送る。データ分析装置１３の線量応答分布算出部１３Ａは、一次元線量計１１Ａの信号を線量応答に変換して定量化する。一次元線量計１１Ａの信号から線量応答への変換関係は、予め標準的な方法により光子線等の基準放射線によって校正されているものとする。 Next, in the example shown in FIG. 2, the dosimeter 11A showing different reactions at different positions in the horizontal direction of FIG. 2(A) is scanned by the data acquisition device 12 (optical scanner).
Next, in the example shown in FIG. 2, based on the signal data (output signal data of the optical scanner) converted into numerical data by the data acquisition device 12 (optical scanner), the dose response distribution calculation unit of the data analysis device 13 (computer) 13A calculates a dose response distribution showing the relationship between the dose response of the particle beam irradiated to the phantom device 11 and the depth of the phantom device 11;
In other words, in the example shown in FIG. 2, the data acquisition device 12 reads the analog signal of the one-dimensional dosimeter 11A for each depth of the phantom device 11 and sends the signal data (digital data) digitized to the data analysis device 13. A dose response distribution calculator 13A of the data analysis device 13 converts the signal of the one-dimensional dosimeter 11A into a dose response and quantifies it. It is assumed that the conversion relationship from the signal of the one-dimensional dosimeter 11A to the dose response has been calibrated in advance by a standard method using reference radiation such as photon beams.

図３はデータ分析装置１３に予め登録されている情報（データ）の一例を示す図である。詳細には、図３（Ａ）はデータ分析装置１３に予め登録されており、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂによって構成が推定されるビーム要素の基となる準ブラッグピークビームの深部線量分布（「物理線量」）と、その準ブラッグピークビームが照射されたフィルム型線量計１１Ａの線量応答（「線量応答」）とを示す図である。図３（Ｂ）はデータ分析装置１３に予め登録されており、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂによって構成が推定されるビーム要素の基となる、上述した準ブラッグピークビームの感受性パラメータ（「α」および「（β）１／２」）の水中軸上分布を示す図である。
図３（Ａ）および図３（Ｂ）の横軸は、ファントム装置１１（図２（Ａ）参照）の深さに相当する水等価深（ｍｍ）を示している。図３（Ａ）の縦軸は相対線量を示している。図３（Ｂ）の縦軸は感受性（Ｇｙ－１）を示している。
図３（Ａ）中の実線（「物理線量」）は、上述した準ブラッグピークビームの深部線量分布（物理線量分布）を示している。
図３（Ａ）中の破線（「線量応答」）は、上述した準ブラッグピークビームが照射されたフィルム型線量計１１Ａの線量応答（線量応答分布）を示している。
図３（Ｂ）中の実線（「α」）は、上述した準ブラッグピークビームの感受性パラメータ「α」を示している。
図３（Ｂ）中の破線（「（β）１／２」）は、上述した準ブラッグピークビームの感受性パラメータ「（β）１／２」を示している。
図３に示す情報（データ）は、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂによる処理において利用される。また、図３に示す情報（データ）は、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃによる処理（例えば生物線量再構成）に利用される。 FIG. 3 is a diagram showing an example of information (data) registered in advance in the data analysis device 13. As shown in FIG. Specifically, FIG. 3A shows the depth dose of a quasi-Bragg peak beam that is registered in advance in the data analysis device 13 and serves as a basis for beam elements whose configuration is estimated by the deconvolution processing unit 13B of the data analysis device 13. It is a figure which shows distribution ("physical dose") and dose response ("dose response") of film type dosimeter 11A irradiated with the quasi-Bragg peak beam. FIG. 3B shows the susceptibility parameter ( FIG. 2 shows the axial distribution of “α” and “(β) 1/2 ”) in water.
The horizontal axes in FIGS. 3A and 3B indicate the equivalent water depth (mm) corresponding to the depth of the phantom device 11 (see FIG. 2A). The vertical axis of FIG. 3(A) indicates the relative dose. The vertical axis in FIG. 3(B) indicates sensitivity (Gy −1 ).
A solid line (“physical dose”) in FIG. 3A indicates the depth dose distribution (physical dose distribution) of the quasi-Bragg peak beam described above.
A dashed line (“dose response”) in FIG. 3A indicates the dose response (dose response distribution) of the film-type dosimeter 11A irradiated with the quasi-Bragg peak beam described above.
The solid line (“α”) in FIG. 3B indicates the susceptibility parameter “α” of the quasi-Bragg peak beam described above.
The dashed line (“(β) 1/2 ”) in FIG. 3B indicates the susceptibility parameter “(β) 1/2 ” of the quasi-Bragg peak beam described above.
The information (data) shown in FIG. 3 is used in processing by the deconvolution processing unit 13B of the data analysis device 13. FIG. The information (data) shown in FIG. 3 is used for processing (for example, biological dose reconstruction) by the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13 .

図４はデータ分析装置１３の線量応答分布算出部１３Ａによって算出された線量応答分布、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定された飛程変調、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃによって再構成された物理線量の深部線量分布などの一例を示す図である。詳細には、図４（Ａ）はデータ分析装置１３の線量応答分布算出部１３Ａによって算出された線量応答分布と、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃによって再構成された物理線量の深部線量分布とを示す図である。図４（Ｂ）はデータ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定された飛程変調（飛程移動の重み分布）を示す図である。
図４（Ａ）の横軸は、ファントム装置１１（図２（Ａ）参照）の深さに相当する水等価深（ｍｍ）を示している。図４（Ａ）の縦軸は線量応答を示している。図４（Ｂ）の横軸は飛程移動（ｍｍ）を示している。図４（Ｂ）の縦軸は重み（Ｇｙ）を示している。
図４（Ａ）中の実線（「測定」）は、データ分析装置１３の線量応答分布算出部１３Ａによって算出された線量応答とファントム装置１１の深さとの関係（線量応答分布）を示している。
図４（Ａ）中の破線（「再構成」）は、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃによって再構成された物理線量の深部線量分布を示している。
図４（Ｂ）中の曲線は、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定された飛程変調を示している。この飛程変調は、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定された、粒子線ビームを構成するビーム要素の構成に相当する。図４（Ｂ）の縦軸に示す重み（Ｇｙ）は、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定された、ビーム要素の各々の重みに相当する。
図４に示す例では、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂが、線量応答分布算出部１３Ａによって算出された線量応答分布（図４（Ａ）中の実線）に対する逆畳み込み処理を実行するために、例えば非特許文献１に記載されているような一般的な再帰的最適化法を用いる。 FIG. 4 shows the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit 13A of the data analysis device 13, the range modulation estimated by the deconvolution processing unit 13B of the data analysis device 13, and the dose distribution reconstruction unit of the data analysis device 13. FIG. 13 is a diagram showing an example of a depth dose distribution of physical doses reconstructed by 13C; Specifically, FIG. 4A shows the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit 13A of the data analysis device 13 and the deep part of the physical dose reconstructed by the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13. It is a figure which shows dose distribution. FIG. 4B is a diagram showing range modulation (weight distribution of range movement) estimated by the deconvolution processing unit 13B of the data analysis device 13. FIG.
The horizontal axis of FIG. 4(A) indicates the equivalent water depth (mm) corresponding to the depth of the phantom device 11 (see FIG. 2(A)). The vertical axis of FIG. 4(A) indicates the dose response. The horizontal axis of FIG. 4(B) indicates range movement (mm). The vertical axis of FIG. 4B indicates the weight (Gy).
The solid line (“measurement”) in FIG. 4A indicates the relationship (dose response distribution) between the dose response calculated by the dose response distribution calculator 13A of the data analysis device 13 and the depth of the phantom device 11. .
A dashed line (“reconstruction”) in FIG. 4A indicates the depth dose distribution of physical doses reconstructed by the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13 .
The curve in FIG. 4B indicates the range modulation estimated by the deconvolution processing section 13B of the data analysis device 13. FIG. This range modulation corresponds to the configuration of the beam elements that constitute the particle beam estimated by the deconvolution processing unit 13B of the data analysis device 13 . The weight (Gy) shown on the vertical axis in FIG. 4B corresponds to the weight of each beam element estimated by the deconvolution processing unit 13B of the data analysis device 13. In FIG.
In the example shown in FIG. 4, the deconvolution processing unit 13B of the data analysis device 13 performs deconvolution processing on the dose response distribution (solid line in FIG. 4A) calculated by the dose response distribution calculation unit 13A. , for example, a general recursive optimization method as described in Non-Patent Document 1 is used.

図２および図４に示す例では、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂが、図４（Ａ）中の実線で示す線量応答分布から、その線量応答分布を形成した粒子線ビーム（図２（Ａ）参照）を構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する。ビーム要素とは、粒子線ビームを構成する粒子集合の基本単位である。それらの線形和によって、任意の複雑な治療用粒子線ビームの粒子構成を記述することができる。
例えばエネルギー変調・スキャニング方式では、各エネルギーのペンシルビームがビーム要素に相当し、飛程変調・ブロードビーム方式では、飛程変調前のブラッグピークビームがビーム要素に相当する。逆畳み込み処理に必要な情報として、予め全てのビーム要素に対してその線量応答分布がデータ分析装置１３に登録されているものとする。 In the example shown in FIGS. 2 and 4, the deconvolution processing unit 13B of the data analysis device 13 converts the dose response distribution shown by the solid line in FIG. (A)) and the weight of each beam element are estimated. A beam element is a basic unit of a set of particles that constitute a particle beam. Their linear summation can describe the particle composition of an arbitrarily complex therapeutic particle beam.
For example, in the energy modulation/scanning method, the pencil beam of each energy corresponds to the beam element, and in the range modulation/broad beam method, the Bragg peak beam before range modulation corresponds to the beam element. It is assumed that dose response distributions for all beam elements are registered in advance in the data analysis device 13 as information necessary for deconvolution processing.

図５はデータ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃによって再構成された物理線量の深部線量分布、生物線量の深部線量分布などの一例を示す図である。詳細には、図５（Ａ）はデータ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃによって再構成された物理線量の深部線量分布と、治療計画装置（図示せず）において計画された物理線量の深部線量分布とを示す図である。図５（Ｂ）はデータ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃによって再構成された生物線量の深部線量分布と、治療計画装置において計画された生物線量の深部線量分布とを示す図である。
図５（Ａ）および図５（Ｂ）の横軸は、ファントム装置１１（図２（Ａ）参照）の深さに相当する水等価深（ｍｍ）を示している。図５（Ａ）の縦軸は物理線量（Ｇｙ）を示している。図５（Ｂ）の縦軸は生物線量（Ｇｙ ｅｑ．）を示している。
図５（Ａ）中の実線（「計画」）は、治療計画装置において計画された物理線量の深部線量分布を示している。図５（Ａ）中の破線（「再構成」）は、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃによって再構成された物理線量の深部線量分布を示している。
図５（Ｂ）中の実線（「計画」）は、治療計画装置において計画された生物線量の深部線量分布を示している。図５（Ｂ）中の破線（「再構成」）は、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃによって再構成された生物線量の深部線量分布を示している。
図５に示す例では、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃが、逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定されたビーム要素の構成（図４（Ｂ）に示す関係）に従って（つまり、ビーム要素の重みつき重ね合わせによって）、図５（Ａ）に破線で示す物理線量の深部線量分布を再構成する。また、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃは、図５（Ａ）に破線で示す物理線量の深部線量分布から、例えば公知の生物効果モデルに従って、図５（Ｂ）に破線で示す生物線量の深部線量分布を再構成する。
図５に示す例では、線量分布再構成部１３Ｃによって再構成された物理線量分布および生物線量分布が、計画された物理線量分布および生物線量分布と比較して、測定誤差の範囲内であり、計画に矛盾していないと言える。また、治療計画した通りに、拡大ブラッグピーク内で一様な生物線量分布が実現できていると言える。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the deep dose distribution of physical doses, the deep dose distribution of biological doses, etc. reconstructed by the dose distribution reconstructing unit 13C of the data analysis device 13. In FIG. Specifically, FIG. 5A shows the deep dose distribution of the physical dose reconstructed by the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13 and the deep dose distribution of the physical dose planned by the treatment planning device (not shown). It is a figure which shows dose distribution. FIG. 5B is a diagram showing the deep dose distribution of biological doses reconstructed by the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13 and the deep dose distribution of biological doses planned in the treatment planning device.
The horizontal axes of FIGS. 5A and 5B indicate the equivalent water depth (mm) corresponding to the depth of the phantom device 11 (see FIG. 2A). The vertical axis in FIG. 5A indicates the physical dose (Gy). The vertical axis of FIG. 5(B) indicates the biological dose (Gy eq.).
A solid line (“Plan”) in FIG. 5A indicates the depth dose distribution of the physical dose planned in the treatment planning apparatus. A dashed line (“reconstruction”) in FIG.
The solid line (“planned”) in FIG. 5(B) indicates the depth dose distribution of the biological dose planned in the treatment planning apparatus. A dashed line (“reconstruction”) in FIG.
In the example shown in FIG. 5, the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13 follows the beam element configuration (the relationship shown in FIG. 4B) estimated by the deconvolution processing unit 13B (that is, the beam element weighted superposition) to reconstruct the depth dose distribution of the physical dose shown by the dashed line in FIG. 5(A). In addition, the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13, from the deep dose distribution of the physical dose shown by the broken line in FIG. Reconstruct the depth dose distribution of the dose.
In the example shown in FIG. 5, the physical dose distribution and biological dose distribution reconstructed by the dose distribution reconstruction unit 13C are within the measurement error range compared to the planned physical dose distribution and biological dose distribution, I would say it doesn't go against the plan. In addition, it can be said that a uniform biodose distribution within the extended Bragg peak has been realized as planned for treatment.

図２および図５に示す例では、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃが、逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定された飛程変調（すなわち、ビーム要素の構成）に従って、一次元線量計１１Ａの測定軸１１ＡＸ上の物理線量分布（図５（Ａ）中の破線）及び生物線量分布（図５（Ｂ）中の破線）を再構成する。
データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃによる再構成に必要な水中の深部線量分布と生物効果モデル及び感受性パラメータ等のデータ（例えば図３に示す情報）や計算コードは、治療計画装置（図示せず）の線量分布計算機能で利用されているものと同等であり、データ分析装置１３に予め実装されているものとする。
つまり、図２および図５に示す例では、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃが、第１方向Ｄ１（図２（Ａ）参照）における物理線量の深部線量分布（図５（Ａ）中の破線）を再構成する。また、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃは、第１方向Ｄ１における生物線量の深部線量分布（図５（Ｂ）中の破線）を再構成する。すなわち、線量分布測定装置１は、治療用粒子線ビームの深部線量分布（物理線量の深部線量分布および生物線量の深部線量分布）を測定する。 In the example shown in FIGS. 2 and 5, the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13 performs the one-dimensional dosimeter 11A according to the range modulation (that is, the beam element configuration) estimated by the deconvolution processing unit 13B. The physical dose distribution (dashed line in FIG. 5(A)) and the biological dose distribution (dashed line in FIG. 5(B)) on the measurement axis 11AX of are reconstructed.
Data (for example, the information shown in FIG. 3) such as underwater deep dose distributions, biological effect models, and sensitivity parameters necessary for reconstruction by the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13, and calculation codes are stored in the treatment planning device (Fig. (not shown)) and is assumed to be installed in the data analysis device 13 in advance.
That is, in the example shown in FIGS. 2 and 5, the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13 reconstructs the deep dose distribution of the physical dose in the first direction D1 (see FIG. 2(A)) (FIG. 5(A) dashed line in the middle). Also, the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13 reconstructs the deep dose distribution of the biological dose in the first direction D1 (broken line in FIG. 5B). That is, the dose distribution measuring apparatus 1 measures the deep dose distribution of the therapeutic particle beam (physical dose deep dose distribution and biological dose deep dose distribution).

図２に示す第１実施形態の線量分布測定装置１の第１具体例では、線量計１１Ａが、連続的な単一の素子によって構成される短冊状のフィルム型線量計であり、データ取得装置１２が光学スキャナーである。つまり、第１実施形態の線量分布測定装置１の第１具体例では、線量計１１Ａが、ファントム装置１１に照射された粒子線ビームに対する応答信号として、線量計１１Ａの測定軸１１ＡＸ上の線量分布を示す化学的なアナログ信号を記録する。データ取得装置１２としての光学スキャナーは、線量計１１Ａに記録されたアナログ信号を読み取って、デジタル信号に変換する。
第１実施形態の線量分布測定装置１の第２具体例では、線量計１１Ａが、多数の素子によって構成され、吸収線量を計測する多層電離箱（図示せず）であり、データ取得装置１２は、多層電離箱から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器（図示せず）、電位計（図示せず）などである。つまり、第１実施形態の線量分布測定装置１の第２具体例では、線量計１１Ａとしての多層電離箱が、ファントム装置１１に照射された粒子線ビームに対する応答信号として、線量計１１Ａの測定軸１１ＡＸ上の線量分布を示す電気的なアナログ信号を出力する。データ取得装置１２としてのアナログデジタル変換器、電位計などは、線量計１１Ａとしての多層電離箱によって出力されたアナログ信号を取得して、デジタル信号に変換する。 In the first specific example of the dose distribution measuring device 1 of the first embodiment shown in FIG. 2, the dosimeter 11A is a strip-shaped film-type dosimeter composed of a continuous single element, and the data acquisition device 12 is an optical scanner. That is, in the first specific example of the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment, the dosimeter 11A uses the dose distribution on the measurement axis 11AX of the dosimeter 11A as a response signal to the particle beam irradiated to the phantom device 11. Record a chemical analog signal that indicates An optical scanner as the data acquisition device 12 reads analog signals recorded in the dosimeter 11A and converts them into digital signals.
In the second specific example of the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment, the dosimeter 11A is a multi-layer ionization chamber (not shown) that is configured by a large number of elements and measures the absorbed dose, and the data acquisition device 12 is , an analog-to-digital converter (not shown) that converts an analog signal output from the multilayer ionization chamber into a digital signal, an electrometer (not shown), and the like. That is, in the second specific example of the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment, the multi-layer ionization chamber as the dosimeter 11A outputs the response signal to the particle beam irradiated to the phantom device 11 as the measurement axis of the dosimeter 11A. It outputs an electrical analog signal indicating the dose distribution on 11AX. An analog-to-digital converter, an electrometer, or the like as the data acquisition device 12 acquires an analog signal output by the multilayer ionization chamber as the dosimeter 11A and converts it into a digital signal.

第１実施形態の線量分布測定装置１の第３具体例では、線量計１１Ａが、連続的な単一の素子によって構成される蛍光膜（棒状のシンチレータ）（図示せず）であり、データ取得装置１２が、蛍光膜を撮像するカメラ（図示せず）である。つまり、第１実施形態の線量分布測定装置１の第３具体例では、線量計１１Ａとしての蛍光膜が、ファントム装置１１に照射された粒子線ビームに対する応答信号として、線量計１１Ａの測定軸１１ＡＸ上の線量分布を示す化学的なアナログ信号を記録する。データ取得装置１２としてのカメラ（デジタルカメラ）は、線量計１１Ａとしての蛍光膜に記録されたアナログ信号を読み取って、デジタル信号に変換する。
第１実施形態の線量分布測定装置１の第４具体例では、線量計１１Ａが多数の素子によって構成される多列半導体検出器（図示せず）であり、データ取得装置１２は、半導体検出器から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器（図示せず）、電位計（図示せず）などである。つまり、第１実施形態の線量分布測定装置１の第４具体例では、線量計１１Ａとしての半導体検出器が、ファントム装置１１に照射された粒子線ビームに対する応答信号として、線量計１１Ａの測定軸１１ＡＸ上の線量分布を示す電気的なアナログ信号を出力する。データ取得装置１２としてのアナログデジタル変換器、電位計などは、線量計１１Ａとしての半導体検出器によって出力されたアナログ信号を取得して、デジタル信号に変換する。
第１実施形態の線量分布測定装置１の第１から第４具体例では、標準的（一般的）な装置が、線量計１１Ａの種類に応じて応用されて、データ取得装置１２として用いられる。 In the third specific example of the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment, the dosimeter 11A is a fluorescent film (bar-shaped scintillator) (not shown) composed of a continuous single element, and data acquisition Device 12 is a camera (not shown) that images the phosphor film. That is, in the third specific example of the dose distribution measuring device 1 of the first embodiment, the fluorescent film as the dosimeter 11A is used as the response signal to the particle beam irradiated to the phantom device 11, and the measurement axis 11AX of the dosimeter 11A. Record a chemical analogue signal that represents the dose distribution above. A camera (digital camera) as the data acquisition device 12 reads the analog signal recorded on the fluorescent film as the dosimeter 11A and converts it into a digital signal.
In the fourth specific example of the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment, the dosimeter 11A is a multi-row semiconductor detector (not shown) composed of many elements, and the data acquisition device 12 is a semiconductor detector. An analog-to-digital converter (not shown), an electrometer (not shown), or the like, which converts an analog signal output from the to a digital signal. In other words, in the fourth specific example of the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment, the semiconductor detector as the dosimeter 11A outputs the measurement axis It outputs an electrical analog signal indicating the dose distribution on 11AX. An analog-to-digital converter, an electrometer, or the like as the data acquisition device 12 acquires the analog signal output by the semiconductor detector as the dosimeter 11A and converts it into a digital signal.
In the first to fourth specific examples of the dose distribution measuring device 1 of the first embodiment, a standard (common) device is applied according to the type of the dosimeter 11A and used as the data acquisition device 12.

図６は第１実施形態の線量分布測定装置１によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。
図６に示す例では、ステップＳ１において、ファントム装置１１の線量計１１Ａが、ファントム装置１１に照射された治療用粒子線ビームに対する応答信号を記録または出力する。
次いで、ステップＳ２において、データ取得装置１２が、線量計１１Ａによって記録または出力された応答信号を取得して数値データ化する。
次いで、ステップＳ３において、データ分析装置１３の線量応答分布算出部１３Ａが、データ取得装置１２によって数値データ化された信号データに基づいて、ファントム装置１１に照射された治療用粒子線ビームの線量応答とファントム装置１１の深さとの関係を示す線量応答分布を算出する。
次いで、ステップＳ４において、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂが、線量応答分布算出部１３Ａによって算出された線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、治療用粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する。
次いで、ステップＳ５において、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃが、逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定されたビーム要素の構成に従って、物理線量の深部線量分布と生物線量の深部線量分布とを再構成する。
つまり、線量分布測定装置１は、ステップＳ１からステップＳ５を実行することによって、治療用粒子線ビームの深部線量分布を測定する。 FIG. 6 is a flow chart showing an example of processing executed by the dose distribution measuring device 1 of the first embodiment.
In the example shown in FIG. 6, the dosimeter 11A of the phantom device 11 records or outputs a response signal to the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device 11 in step S1.
Next, in step S2, the data acquisition device 12 acquires the response signal recorded or output by the dosimeter 11A and converts it into numerical data.
Next, in step S3, the dose response distribution calculator 13A of the data analysis device 13 calculates the dose response of the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device 11 based on the signal data converted into numerical data by the data acquisition device 12. and the depth of the phantom device 11 is calculated.
Next, in step S4, the deconvolution processing unit 13B of the data analysis device 13 performs deconvolution processing on the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit 13A, so that the beam constituting the therapeutic particle beam Estimate the composition of the elements and the weight of each of the beam elements.
Next, in step S5, the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13 reconstructs the deep dose distribution of physical doses and the deep dose distribution of biological doses according to the configuration of the beam elements estimated by the deconvolution processing unit 13B. Configure.
That is, the dose distribution measuring apparatus 1 measures the deep dose distribution of the therapeutic particle beam by executing steps S1 to S5.

上述したように、粒子線治療のように複雑な治療においては、ビームが計画した通りに照射されることを患者に用いる前に検証する必要がある。これまで治療用粒子線ビームの生物線量を臨床現場で測定する方法は無く、物理線量も高分解能分布測定に向かない電離箱線量計しか測定法が確立していない。
そこで、第１実施形態の線量分布測定装置１の各例では、上述したように、電離箱、半導体、フィルム型線量計、シンチレータ等の一般的な線量計素子により測定された粒子線ビームの線量応答分布から、逆畳み込み処理により粒子構成が逆算され、物理線量分布及び生物線量分布が再構成される。
そのため、第１実施形態の線量分布測定装置１では、治療用粒子線ビームの物理線量分布及び生物線量分布を高分解能、高精度、日常運用に適する簡便さ、低費用で測定することができる。
第１実施形態の線量分布測定装置１によって再構成された線量分布データ（物理線量分布、生物線量分布）を、対応する治療計画データと比較することによって、治療用粒子線ビームの検証を行うことができる。 As described above, in complex treatments such as particle beam therapy, it is necessary to verify that the beam is delivered as planned before it is used on a patient. Until now, there has been no method for measuring the biological dose of therapeutic particle beams in clinical settings, and the only established method for measuring physical dose is an ionization chamber dosimeter, which is not suitable for high-resolution distribution measurement.
Therefore, in each example of the dose distribution measuring device 1 of the first embodiment, as described above, the dose of a particle beam measured by a general dosimeter element such as an ionization chamber, a semiconductor, a film-type dosimeter, a scintillator, etc. From the response distribution, the particle composition is calculated back by a deconvolution process to reconstruct the physical and biological dose distribution.
Therefore, the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment can measure the physical dose distribution and biological dose distribution of therapeutic particle beams with high resolution, high accuracy, simplicity suitable for daily operation, and low cost.
Verification of the therapeutic particle beam by comparing the dose distribution data (physical dose distribution, biological dose distribution) reconstructed by the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment with the corresponding treatment planning data. can be done.

換言すれば、第１実施形態の線量分布測定装置１では、線量計１１Ａとして一般的な線量計素子を用いることによって、データ分析装置１３の線量応答分布算出部１３Ａが治療用粒子線ビームの線量応答分布を算出することができる。
また、第１実施形態の線量分布測定装置１では、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂが、線量応答分布算出部１３Ａによって算出された線量応答分布に対して数学的処理（逆畳み込み処理）を行うことにより、治療用粒子線ビームの粒子構成（ビーム要素の構成）を推定することができる。
また、第１実施形態の線量分布測定装置１では、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃが、逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定された治療用粒子線ビームの粒子構成（ビーム要素の構成）に従って、物理線量分布及び生物線量分布を算出することができる。
また、第１実施形態の線量分布測定装置１では、治療計画とは独立に任意の生物効果モデルを利用することができる。 In other words, in the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment, by using a general dosimeter element as the dosimeter 11A, the dose response distribution calculator 13A of the data analysis device 13 can calculate the dose of the therapeutic particle beam. A response distribution can be calculated.
Further, in the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment, the deconvolution processing unit 13B of the data analysis device 13 performs mathematical processing (deconvolution processing) on the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit 13A. , the particle configuration (beam element configuration) of the therapeutic particle beam can be estimated.
Further, in the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment, the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis unit 13 reconstructs the particle configuration (beam element configuration) of the therapeutic particle beam estimated by the deconvolution processing unit 13B. Physical and biological dose distributions can be calculated according to
Moreover, in the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment, any biological effect model can be used independently of the treatment plan.

＜第２実施形態＞
以下、本発明のデータ分析装置、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の第２実施形態について説明する。
第２実施形態の線量分布測定装置１は、後述する点を除き、上述した第１実施形態の線量分布測定装置１と同様に構成されている。従って、第２実施形態の線量分布測定装置１によれば、後述する点を除き、上述した第１実施形態の線量分布測定装置１と同様の効果を奏することができる。 <Second embodiment>
A second embodiment of the data analysis device, comparison display device, treatment plan data editing device, dose distribution measuring method, program, and dose distribution measuring device of the present invention will be described below.
The dose distribution measuring apparatus 1 of the second embodiment is configured in the same manner as the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment described above, except for the points described later. Therefore, according to the dose distribution measuring device 1 of the second embodiment, the same effects as the dose distribution measuring device 1 of the first embodiment described above can be obtained except for the points described later.

図７は第２実施形態の線量分布測定装置１の一例を示す図である。
図１に示す例では、ファントム装置１１が、図２（Ａ）に示すようなファントム装置１１の深さ方向（第１方向Ｄ１）に延びている一次元線量計１１Ａを備えているが、図７に示す例では、ファントム装置１１が、線量計１１Ａとは異なる構成を有する二次元線量計１１Ｂを備えている。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the dose distribution measuring device 1 of the second embodiment.
In the example shown in FIG. 1, the phantom device 11 includes a one-dimensional dosimeter 11A extending in the depth direction (first direction D1) of the phantom device 11 as shown in FIG. 7, the phantom device 11 includes a two-dimensional dosimeter 11B having a configuration different from that of the dosimeter 11A.

図８は第２実施形態の線量分布測定装置１のファントム装置１１および線量計１１Ｂの一例を示す図である。詳細には、図８（Ａ）は図２（Ａ）の左側からファントム装置１１および線量計１１Ａを見た図（左側面図）に相当する、第２実施形態の線量分布測定装置１のファントム装置１１および線量計１１Ｂの左側面図である。図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。
図８に示す例では、線量計１１Ｂが、ファントム装置１１の深さ方向（図８（Ｂ）の左右方向）である第１方向Ｄ１に延びており、かつ、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に延びている第１平面ＰＬ１上に広がっている二次元線量計である。線量計１１Ｂは、例えばフィルム型線量計である。また、線量計１１Ｂは、ファントム装置１１の内部に固定されている。 FIG. 8 is a diagram showing an example of the phantom device 11 and the dosimeter 11B of the dose distribution measuring device 1 of the second embodiment. Specifically, FIG. 8A shows the phantom of the dose distribution measuring device 1 of the second embodiment, which corresponds to a view (left side view) of the phantom device 11 and the dosimeter 11A viewed from the left side of FIG. It is a left view of the apparatus 11 and the dosimeter 11B. FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 8A.
In the example shown in FIG. 8, the dosimeter 11B extends in the first direction D1, which is the depth direction of the phantom device 11 (horizontal direction in FIG. 8B), and is perpendicular to the first direction D1. It is a two-dimensional dosimeter spread over a first plane PL1 extending in two directions D2. The dosimeter 11B is, for example, a film-type dosimeter. Also, the dosimeter 11B is fixed inside the phantom device 11 .

図８に示す例では、まず、図８（Ｂ）に右向き矢印で示すように、多軸の粒子線ビームが、粒子線ビーム照射装置（図示せず）から、ファントム装置１１に対して第１方向Ｄ１に、かつ、第１平面ＰＬ１に平行に照射される。その結果、線量計１１Ｂは、照射された多軸の粒子線ビームに対し、第１平面ＰＬ１上の各位置で異なる反応を示す。 In the example shown in FIG. 8, first, as indicated by the rightward arrow in FIG. Illuminated in the direction D1 and parallel to the first plane PL1. As a result, the dosimeter 11B reacts differently at each position on the first plane PL1 to the irradiated multiaxial particle beam.

次いで、図８に示す例では、第１平面ＰＬ１上の各位置で異なる反応を示した線量計１１Ｂが、データ取得装置１２（光学スキャナー）によってスキャンされる。
次いで、図８に示す例では、データ取得装置１２（光学スキャナー）によって数値データ化された信号データ（光学スキャナーの出力信号データ）に基づいて、データ分析装置１３（コンピュータ）の線量応答分布算出部１３Ａが、ファントム装置１１に照射された多軸の粒子線ビームの線量応答と第１平面ＰＬ１上の各位置との関係を示す線量応答分布を算出する。
つまり、図８に示す例では、データ取得装置１２が、二次元線量計１１Ｂのアナログ信号を第１平面ＰＬ１上の位置ごとに読み取り数値化した信号データ（デジタルデータ）をデータ分析装置１３に送る。
データ分析装置１３の線量応答分布算出部１３Ａは、二次元線量計１１Ｂの信号を線量応答に変換して定量化する。二次元線量計１１Ｂの信号から線量応答への変換関係は、予め標準的な方法により光子線等の基準放射線によって校正されているものとする。 Next, in the example shown in FIG. 8, the dosimeter 11B showing different reactions at each position on the first plane PL1 is scanned by the data acquisition device 12 (optical scanner).
Next, in the example shown in FIG. 8, based on the signal data (output signal data of the optical scanner) converted into numerical data by the data acquisition device 12 (optical scanner), the dose response distribution calculation unit of the data analysis device 13 (computer) 13A calculates the dose response distribution showing the relationship between the dose response of the multiaxial particle beam irradiated to the phantom device 11 and each position on the first plane PL1.
That is, in the example shown in FIG. 8, the data acquisition device 12 reads the analog signal of the two-dimensional dosimeter 11B for each position on the first plane PL1 and digitizes the signal data (digital data) to the data analysis device 13. .
A dose response distribution calculator 13A of the data analysis device 13 converts the signal of the two-dimensional dosimeter 11B into a dose response and quantifies it. It is assumed that the conversion relationship from the signal of the two-dimensional dosimeter 11B to the dose response has been calibrated in advance by a standard method using reference radiation such as photon beams.

図７および図８に示す例では、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂが、線量応答分布算出部１３Ａによって算出された線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、多軸の粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する。
線量分布再構成部１３Ｃは、逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定されたビーム要素の構成に従って、物理線量の二次元線量分布と生物線量の二次元線量分布とを再構成する。
詳細には、線量分布再構成部１３Ｃは、第１平面ＰＬ１上における物理線量の二次元線量分布（第１平面ＰＬ１上の各位置の物理線量分布）と、第１平面ＰＬ１上における生物線量の二次元線量分布（第１平面ＰＬ１上の各位置の生物線量分布）とを再構成する。 In the examples shown in FIGS. 7 and 8, the deconvolution processing unit 13B of the data analysis device 13 performs deconvolution processing on the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit 13A, thereby obtaining a multiaxial particle beam The composition of the beam elements that make up the beam and the weights of each of the beam elements are estimated.
The dose distribution reconstruction unit 13C reconstructs the two-dimensional dose distribution of physical doses and the two-dimensional dose distribution of biological doses according to the configuration of the beam elements estimated by the deconvolution processing unit 13B.
Specifically, the dose distribution reconstructing unit 13C performs a two-dimensional dose distribution of the physical dose on the first plane PL1 (physical dose distribution at each position on the first plane PL1) and a biological dose on the first plane PL1. A two-dimensional dose distribution (biological dose distribution at each position on the first plane PL1) is reconstructed.

上述したように、第２実施形態の線量分布測定装置１では、一般的な二次元線量計１１Ｂにより測定された多軸の粒子線ビームの線量応答分布から、逆畳み込み処理により粒子構成が逆算され、第１平面ＰＬ１上の各位置の物理線量分布及び生物線量分布が再構成される。
そのため、第２実施形態の線量分布測定装置１では、多軸の治療用粒子線ビームの物理線量分布及び生物線量分布を高分解能、高精度、日常運用に適する簡便さ、低費用で測定することができる。
つまり、第２実施形態の線量分布測定装置１では、二次元線量計１１Ｂを、粒子線ビームに平行に配列された一次元線量計の集合として扱うことにより、同時に多軸の線量分布を測定することができる。 As described above, in the dose distribution measuring device 1 of the second embodiment, the particle configuration is back-calculated by deconvolution processing from the dose response distribution of the multiaxial particle beam measured by the general two-dimensional dosimeter 11B. , the physical dose distribution and the biological dose distribution at each position on the first plane PL1 are reconstructed.
Therefore, the dose distribution measuring apparatus 1 of the second embodiment can measure the physical dose distribution and biological dose distribution of multiaxial therapeutic particle beams with high resolution, high accuracy, simplicity suitable for daily operation, and low cost. can be done.
That is, in the dose distribution measuring apparatus 1 of the second embodiment, the two-dimensional dosimeter 11B is treated as a set of one-dimensional dosimeters arranged in parallel to the particle beam, thereby simultaneously measuring the multiaxial dose distribution. be able to.

＜第３実施形態＞
以下、本発明のデータ分析装置、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の第３実施形態について説明する。
第３実施形態の線量分布測定装置１は、後述する点を除き、上述した第１実施形態の線量分布測定装置１と同様に構成されている。従って、第３実施形態の線量分布測定装置１によれば、後述する点を除き、上述した第１実施形態の線量分布測定装置１と同様の効果を奏することができる。 <Third Embodiment>
A third embodiment of the data analysis device, comparison display device, treatment plan data editing device, dose distribution measuring method, program, and dose distribution measuring device of the present invention will be described below.
The dose distribution measuring apparatus 1 of the third embodiment is configured in the same manner as the dose distribution measuring apparatus 1 of the first embodiment described above, except for the points described later. Therefore, according to the dose distribution measuring device 1 of the third embodiment, the same effects as the dose distribution measuring device 1 of the first embodiment described above can be obtained except for the points described later.

図９は第３実施形態の線量分布測定装置１の一例を示す図である。
図１に示す例では、ファントム装置１１が、図２（Ａ）に示すようなファントム装置１１の深さ方向（第１方向Ｄ１）に延びている一次元線量計１１Ａを備えているが、図９に示す例では、ファントム装置１１が、線量計１１Ａとは異なる構成を有する複数の二次元線量計１１Ｂ－１、１１Ｂ－２、１１Ｂ－３を備えている。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the dose distribution measuring device 1 of the third embodiment.
In the example shown in FIG. 1, the phantom device 11 includes a one-dimensional dosimeter 11A extending in the depth direction (first direction D1) of the phantom device 11 as shown in FIG. 9, the phantom device 11 comprises a plurality of two-dimensional dosimeters 11B-1, 11B-2, 11B-3 having different configurations from the dosimeter 11A.

図１０は第３実施形態の線量分布測定装置１のファントム装置１１および線量計１１Ｂ－１、１１Ｂ－２、１１Ｂ－３の一例を示す図である。詳細には、図１０（Ａ）は図２（Ａ）の左側からファントム装置１１および線量計１１Ａを見た図（左側面図）に相当する、第３実施形態の線量分布測定装置１のファントム装置１１および線量計１１Ｂ－１、１１Ｂ－２、１１Ｂ－３の左側面図である。図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。図１０（Ｃ）は図１０（Ａ）のＣ－Ｃ線に沿った断面図である。図１０（Ｄ）は図１０（Ａ）のＤ－Ｄ線に沿った断面図である。
図１０に示す例では、ファントム装置１１が、複数の板状部材１１－１～１１－８を備えている。板状部材１１－１～１１－８は積層されている。また、板状部材１１－１～１１－８は、プラスチックなどの固体を主材料とする。詳細には、板状部材１１－１～１１－８は、粒子線ビームとの相互作用において近似的にフィルム型線量計と同等な材料によって構成されている。
複数の二次元線量計１１Ｂ－１、１１Ｂ－２、１１Ｂ－３のそれぞれは、短冊状或いはシート状のフィルム型線量計であり、例えば図８に示す線量計１１Ｂと同様に構成されている。
線量計１１Ｂ－１は、板状部材１１－２と板状部材１１－３との間に挟み込まれている。線量計１１Ｂ－１は、ファントム装置１１の深さ方向（図１０（Ｂ）の左右方向）である第１方向Ｄ１に延びており、かつ、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に延びている第１平面ＰＬ１１（図１０（Ｂ）参照）上に広がっている。
線量計１１Ｂ－２は、板状部材１１－４と板状部材１１－５との間に挟み込まれている。線量計１１Ｂ－２は、第１平面ＰＬ１１に平行な第２平面ＰＬ１２（図１０（Ｃ）参照）上に広がっている。
線量計１１Ｂ－３は、板状部材１１－６と板状部材１１－７との間に挟み込まれている。線量計１１Ｂ－３は、第２平面ＰＬ１２に平行な第３平面ＰＬ１３（図１０（Ｄ）参照）上に広がっている。
複数の板状部材１１－１～１１－８および複数の線量計１１Ｂ－１、１１Ｂ－２、１１Ｂ－３は、例えばバンド、クランプ、外枠構造等の分解組立が容易な手段によって固定され、粒子線ビームの照射中に積層状態が維持される。つまり、線量計１１Ｂ－１、１１Ｂ－２、１１Ｂ－３は、粒子線ビームの照射の前後に板状部材１１－１～１１－８に対して脱着容易に構成されている。 FIG. 10 is a diagram showing an example of the phantom device 11 and dosimeters 11B-1, 11B-2, 11B-3 of the dose distribution measuring device 1 of the third embodiment. Specifically, FIG. 10(A) is a view (left side view) of the phantom device 11 and the dosimeter 11A viewed from the left side of FIG. 2(A). Fig. 3 is a left side view of device 11 and dosimeters 11B-1, 11B-2, 11B-3; FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 10A. FIG. 10(C) is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 10(A). FIG. 10(D) is a cross-sectional view taken along line DD of FIG. 10(A).
In the example shown in FIG. 10, the phantom device 11 includes a plurality of plate members 11-1 to 11-8. The plate members 11-1 to 11-8 are laminated. Also, the plate-like members 11-1 to 11-8 are mainly made of a solid material such as plastic. Specifically, the plate-like members 11-1 to 11-8 are made of a material approximately equivalent to that of the film-type dosimeter in interaction with the particle beam.
Each of the plurality of two-dimensional dosimeters 11B-1, 11B-2, and 11B-3 is a strip-shaped or sheet-shaped film-type dosimeter, and is configured similarly to the dosimeter 11B shown in FIG. 8, for example.
The dosimeter 11B-1 is sandwiched between the plate member 11-2 and the plate member 11-3. The dosimeter 11B-1 extends in a first direction D1, which is the depth direction of the phantom device 11 (horizontal direction in FIG. 10B), and extends in a second direction D2 orthogonal to the first direction D1. It spreads on the first plane PL11 (see FIG. 10B).
The dosimeter 11B-2 is sandwiched between the plate member 11-4 and the plate member 11-5. The dosimeter 11B-2 extends on a second plane PL12 (see FIG. 10(C)) parallel to the first plane PL11.
The dosimeter 11B-3 is sandwiched between the plate member 11-6 and the plate member 11-7. The dosimeter 11B-3 extends on a third plane PL13 (see FIG. 10(D)) parallel to the second plane PL12.
The plurality of plate members 11-1 to 11-8 and the plurality of dosimeters 11B-1, 11B-2, 11B-3 are fixed by means such as bands, clamps, outer frame structures, etc., which are easy to disassemble and assemble, The layered state is maintained during the irradiation of the particle beam. That is, the dosimeters 11B-1, 11B-2, and 11B-3 are configured to be easily attached to and detached from the plate members 11-1 to 11-8 before and after irradiation with the particle beam.

図１０に示す例では、まず、図１０（Ｂ）に右向き矢印で示すように、多軸の粒子線ビームが、粒子線ビーム照射装置（図示せず）から、ファントム装置１１に対して第１方向Ｄ１に、かつ、第１平面ＰＬ１１に平行に照射される。その結果、二次元線量計１１Ｂ－１は、照射された多軸の粒子線ビームに対し、第１平面ＰＬ１１上の各位置で異なる反応を示す。
それと同時に、図１０（Ｃ）に右向き矢印で示すように、多軸の粒子線ビームが、粒子線ビーム照射装置から、ファントム装置１１に対して第１方向Ｄ１に、かつ、第２平面ＰＬ１２に平行に照射される。その結果、二次元線量計１１Ｂ－２は、照射された多軸の粒子線ビームに対し、第２平面ＰＬ１２上の各位置で異なる反応を示す。
同様に、図１０（Ｄ）に右向き矢印で示すように、多軸の粒子線ビームが、粒子線ビーム照射装置から、ファントム装置１１に対して第１方向Ｄ１に、かつ、第３平面ＰＬ１３に平行に照射される。その結果、二次元線量計１１Ｂ－３は、照射された多軸の粒子線ビームに対し、第３平面ＰＬ１３上の各位置で異なる反応を示す。 In the example shown in FIG. 10, first, as indicated by the rightward arrow in FIG. Illuminated in the direction D1 and parallel to the first plane PL11. As a result, the two-dimensional dosimeter 11B-1 reacts differently at each position on the first plane PL11 to the irradiated multiaxial particle beam.
At the same time, as indicated by the rightward arrow in FIG. 10C, a multiaxial particle beam is emitted from the particle beam irradiation device to the phantom device 11 in the first direction D1 and in the second plane PL12. irradiated in parallel. As a result, the two-dimensional dosimeter 11B-2 reacts differently at each position on the second plane PL12 to the irradiated multiaxial particle beam.
Similarly, as indicated by the rightward arrow in FIG. 10(D), a multiaxial particle beam is emitted from the particle beam irradiation device to the phantom device 11 in the first direction D1 and in the third plane PL13. irradiated in parallel. As a result, the two-dimensional dosimeter 11B-3 reacts differently at each position on the third plane PL13 to the irradiated multiaxial particle beam.

次いで、図１０に示す例では、第１平面ＰＬ１１上の各位置で異なる反応を示した二次元線量計１１Ｂ－１が、データ取得装置１２（光学スキャナー）によってスキャンされる。また、第２平面ＰＬ１２上の各位置で異なる反応を示した二次元線量計１１Ｂ－２が、データ取得装置１２によってスキャンされる。同様に、第３平面ＰＬ１３上の各位置で異なる反応を示した二次元線量計１１Ｂ－３が、データ取得装置１２によってスキャンされる。
次いで、図１０に示す例では、データ取得装置１２（光学スキャナー）によって数値データ化された信号データ（光学スキャナーの出力信号データ）に基づいて、データ分析装置１３（コンピュータ）の線量応答分布算出部１３Ａが、ファントム装置１１に照射された多軸の粒子線ビームの線量応答と第１平面ＰＬ１１上の各位置との関係を示す線量応答分布、ファントム装置１１に照射された多軸の粒子線ビームの線量応答と第２平面ＰＬ１２上の各位置との関係を示す線量応答分布、および、ファントム装置１１に照射された多軸の粒子線ビームの線量応答と第３平面ＰＬ１３上の各位置との関係を示す線量応答分布を算出する。
つまり、図１０に示す例では、データ取得装置１２が、二次元線量計１１Ｂ－１のアナログ信号を第１平面ＰＬ１１上の位置ごとに読み取り数値化した信号データ（デジタルデータ）、二次元線量計１１Ｂ－２のアナログ信号を第２平面ＰＬ１２上の位置ごとに読み取り数値化した信号データ、および、二次元線量計１１Ｂ－３のアナログ信号を第３平面ＰＬ１３上の位置ごとに読み取り数値化した信号データをデータ分析装置１３に送る。
データ分析装置１３の線量応答分布算出部１３Ａは、二次元線量計１１Ｂ－１、１１Ｂ－２、１１Ｂ－３の信号を線量応答に変換して定量化する。二次元線量計１１Ｂ－１、１１Ｂ－２、１１Ｂ－３の信号から線量応答への変換関係は、予め標準的な方法により光子線等の基準放射線によって校正されているものとする。 Next, in the example shown in FIG. 10, the two-dimensional dosimeter 11B-1 showing different responses at each position on the first plane PL11 is scanned by the data acquisition device 12 (optical scanner). Also, the data acquisition device 12 scans the two-dimensional dosimeter 11B-2 that showed different reactions at each position on the second plane PL12. Similarly, the data acquisition device 12 scans the two-dimensional dosimeter 11B-3, which showed different responses at each position on the third plane PL13.
Next, in the example shown in FIG. 10, based on the signal data (output signal data of the optical scanner) converted into numerical data by the data acquisition device 12 (optical scanner), the dose response distribution calculation unit of the data analysis device 13 (computer) 13A is a dose response distribution showing the relationship between the dose response of the multiaxial particle beam irradiated to the phantom device 11 and each position on the first plane PL11, the multiaxial particle beam irradiated to the phantom device 11; Dose response distribution showing the relationship between the dose response and each position on the second plane PL12, and the dose response of the multiaxial particle beam irradiated to the phantom device 11 and each position on the third plane PL13 A dose-response distribution showing the relationship is calculated.
That is, in the example shown in FIG. 10, the data acquisition device 12 reads the analog signal of the two-dimensional dosimeter 11B-1 for each position on the first plane PL11 and quantifies the signal data (digital data), the two-dimensional dosimeter Signal data obtained by reading and digitizing the analog signal of 11B-2 for each position on the second plane PL12, and a signal obtained by reading and digitizing the analog signal of the two-dimensional dosimeter 11B-3 for each position on the third plane PL13 Send the data to the data analyzer 13 .
The dose response distribution calculator 13A of the data analysis device 13 converts the signals of the two-dimensional dosimeters 11B-1, 11B-2, and 11B-3 into dose responses and quantifies them. It is assumed that the conversion relationship from the signals of the two-dimensional dosimeters 11B-1, 11B-2, and 11B-3 to the dose response has been calibrated in advance by a standard method using reference radiation such as photon beams.

図９および図１０に示す例では、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂが、線量応答分布算出部１３Ａによって算出された第１平面ＰＬ１１上の線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、図１０（Ｂ）に示す多軸の粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する。また、逆畳み込み処理部１３Ｂは、線量応答分布算出部１３Ａによって算出された第２平面ＰＬ１２上の線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、図１０（Ｃ）に示す多軸の粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する。同様に、逆畳み込み処理部１３Ｂは、線量応答分布算出部１３Ａによって算出された第３平面ＰＬ１３上の線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、図１０（Ｄ）に示す多軸の粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する。
線量分布再構成部１３Ｃは、逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定された、図１０（Ｂ）に示す多軸の粒子線ビームのビーム要素の構成に従って、第１平面ＰＬ１１上における物理線量の二次元線量分布と生物線量の二次元線量分布とを再構成する。つまり、線量分布再構成部１３Ｃは、第１平面ＰＬ１１上における物理線量の二次元線量分布（第１平面ＰＬ１１上の各位置の物理線量分布）と、第１平面ＰＬ１１上における生物線量の二次元線量分布（第１平面ＰＬ１上の各位置の生物線量分布）とを再構成する。
また、線量分布再構成部１３Ｃは、逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定された、図１０（Ｃ）に示す多軸の粒子線ビームのビーム要素の構成に従って、第２平面ＰＬ１２上における物理線量の二次元線量分布と生物線量の二次元線量分布とを再構成する。つまり、線量分布再構成部１３Ｃは、第２平面ＰＬ１２上における物理線量の二次元線量分布（第２平面ＰＬ１２上の各位置の物理線量分布）と、第２平面ＰＬ１２上における生物線量の二次元線量分布（第２平面ＰＬ１２上の各位置の生物線量分布）とを再構成する。
同様に、線量分布再構成部１３Ｃは、逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定された、図１０（Ｄ）に示す多軸の粒子線ビームのビーム要素の構成に従って、第３平面ＰＬ１３上における物理線量の二次元線量分布と生物線量の二次元線量分布とを再構成する。つまり、線量分布再構成部１３Ｃは、第３平面ＰＬ１３上における物理線量の二次元線量分布（第３平面ＰＬ１３上の各位置の物理線量分布）と、第３平面ＰＬ１３上における生物線量の二次元線量分布（第３平面ＰＬ１３上の各位置の生物線量分布）とを再構成する。 In the example shown in FIGS. 9 and 10, the deconvolution processing unit 13B of the data analysis device 13 performs deconvolution processing on the dose response distribution on the first plane PL11 calculated by the dose response distribution calculation unit 13A. , and estimate the configuration of the beam elements constituting the multiaxial particle beam shown in FIG. 10(B) and the weight of each of the beam elements. In addition, the deconvolution processing unit 13B performs deconvolution processing on the dose response distribution on the second plane PL12 calculated by the dose response distribution calculation unit 13A, so that the multiaxial particle beam shown in FIG. The composition of the beam elements that make up the beam and the weights of each of the beam elements are estimated. Similarly, the deconvolution processing unit 13B performs a deconvolution process on the dose response distribution on the third plane PL13 calculated by the dose response distribution calculation unit 13A, so that the multiaxial particles shown in FIG. The composition of the beam elements that make up the line beam and the weights of each of the beam elements are estimated.
The dose distribution reconstruction unit 13C estimates the two-dimensional dose of the physical dose on the first plane PL11 according to the beam element configuration of the multiaxial particle beam beam shown in FIG. 10B, which is estimated by the deconvolution processing unit 13B. Reconstruct distributions and two-dimensional dose distributions of biodoses. In other words, the dose distribution reconstruction unit 13C, the two-dimensional dose distribution of the physical dose on the first plane PL11 (physical dose distribution of each position on the first plane PL11), the two-dimensional dose distribution of the biological dose on the first plane PL11 The dose distribution (biological dose distribution at each position on the first plane PL1) is reconstructed.
In addition, the dose distribution reconstruction unit 13C is estimated by the deconvolution processing unit 13B, and according to the configuration of the beam elements of the multiaxial particle beam shown in FIG. Reconstruct the dimensional dose distribution and the 2D dose distribution of biodoses. That is, the dose distribution reconstruction unit 13C, the two-dimensional dose distribution of the physical dose on the second plane PL12 (the physical dose distribution of each position on the second plane PL12), the two-dimensional dose distribution of the biological dose on the second plane PL12 The dose distribution (biological dose distribution at each position on the second plane PL12) is reconstructed.
Similarly, the dose distribution reconstruction unit 13C, estimated by the deconvolution processing unit 13B, according to the configuration of the beam elements of the multiaxial particle beam beam shown in FIG. A two-dimensional dose distribution and a two-dimensional dose distribution of biodoses are reconstructed. That is, the dose distribution reconstruction unit 13C, the two-dimensional dose distribution of the physical dose on the third plane PL13 (physical dose distribution at each position on the third plane PL13), the two-dimensional dose distribution of the biological dose on the third plane PL13 The dose distribution (biological dose distribution at each position on the third plane PL13) is reconstructed.

上述したように、第３実施形態の線量分布測定装置１では、複数（任意数）面（例えば第１平面ＰＬ１１、第２平面ＰＬ１２、および、第３平面ＰＬ１３）の線量分布を測定することができる。 As described above, the dose distribution measuring apparatus 1 of the third embodiment can measure dose distributions on a plurality of (arbitrary number) planes (for example, the first plane PL11, the second plane PL12, and the third plane PL13). can.

以下、実施例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することができる。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples, and can be carried out with appropriate modifications within the scope of the invention.

［第１実施例］
第１実施例では、重粒子線治療施設での重粒子線治療において本発明の線量分布測定装置１による検証の過程を模擬した。この模擬治療例では非特許文献１に従って動的飛程変調で８０ｍｍ幅の生物線量一定の拡大ブラッグピークを形成するように治療計画した。
第１実施例では、図３に示す物理線量分布とフィルム型線量計の線量応答分布及び感受性パラメータ分布を有する、やや丸められた準ブラッグピークビームを動的飛程変調に用いた。
第１実施例では、治療用粒子線ビームをファントム装置１１に照射し、データ取得装置１２で信号を読み取り、データ分析装置１３でまずフィルム型線量計１１Ａの線量応答分布を測定（算出）した。逆畳み込み処理による飛程変調推定においては、非特許文献１に示されるような一般的な再帰的最適化法によって、測定した線量応答分布を再現するように０．５ｍｍ間隔の飛程移動で設定したビーム要素の各々の重みを推定した。
第１実施例における推定などによって、図４に示す推定結果が得られた。
第１実施例では、ビーム要素の重みつき重ね合わせによって線量応答分布、物理線量分布、感受性パラメータの線量平均分布を再構成し、さらに生物効果モデルに従って生物線量分布を導出した。その結果、図５（Ａ）に示す物理線量の深部線量分布と、図５（Ｂ）に示す生物線量の深部線量分布とが得られた（再構成された）。
第１実施例では、線量分布が急峻に変化する拡大ブラッグピーク端部を除外してほぼ計画通りに照射されたことを確認し、測定結果及び比較結果を治療ビーム検証の記録として保存した。 [First embodiment]
In the first embodiment, the process of verification by the dose distribution measuring apparatus 1 of the present invention was simulated in heavy ion radiotherapy at a heavy ion radiotherapy facility. In this simulated treatment example, according to Non-Patent Document 1, the treatment was planned so as to form an expanded Bragg peak with a width of 80 mm and a constant biological dose by dynamic range modulation.
In a first example, a slightly rounded quasi-Bragg peak beam with the physical dose distribution and film dosimeter dose response and susceptibility parameter distributions shown in FIG. 3 was used for dynamic range modulation.
In the first example, the phantom device 11 was irradiated with a therapeutic particle beam, the data acquisition device 12 read signals, and the data analysis device 13 first measured (calculated) the dose response distribution of the film-type dosimeter 11A. In the range modulation estimation by deconvolution processing, by a general recursive optimization method such as shown in Non-Patent Document 1, the range movement is set at intervals of 0.5 mm so as to reproduce the measured dose response distribution. We estimated the weight of each beam element.
The estimation result shown in FIG. 4 was obtained by the estimation in the first example and the like.
In the first example, the dose response distribution, the physical dose distribution, and the dose average distribution of the susceptibility parameters were reconstructed by weighted superposition of the beam elements, and the biological dose distribution was derived according to the biological effect model. As a result, the deep dose distribution of physical dose shown in FIG. 5(A) and the deep dose distribution of biological dose shown in FIG. 5(B) were obtained (reconstructed).
In the first embodiment, the edges of the expanded Bragg peak where the dose distribution changes sharply were excluded to confirm that irradiation was performed almost as planned, and the measurement results and comparison results were stored as records for treatment beam verification.

［第２実施例］
第２実施例では、上述したビーム要素として、ガウスリップルフィルタ（σ＝１．８ｍｍ）によってなまされた核子当たり２９０ＭｅＶの炭素イオンビーム（図３に示す特性を有する粒子線ビーム）を用いた。
水等価深ｄにおける粒子線ビームの線量ＤＭ（ｄ）は、下記式（１）によって表され、粒子線ビームを構成するビーム要素ｉの深さｄにおける線量Ｄｉ（ｄ）は、下記式（２）によって表される。式（１）および式（２）において、ｗｉはビーム要素ｉの重みであり、Ｄ０は図３（Ａ）中の「物理線量」であり、ｓｉはビーム要素ｉのレンジシフトである。 [Second embodiment]
In the second example, a carbon ion beam of 290 MeV per nucleon smoothed by a Gaussian ripple filter (σ=1.8 mm) (a particle beam having the characteristics shown in FIG. 3) was used as the beam element described above.
The dose D M (d) of the particle beam at the water equivalent depth d is represented by the following formula (1), and the dose D i (d) at the depth d of the beam element i constituting the particle beam is given by the following It is represented by Formula (2). In equations (1) and (2), w i is the weight of beam element i, D 0 is the “physical dose” in FIG. 3(A), and s i is the range shift of beam element i. .

Figure 0007125109000001
Figure 0007125109000001

炭素イオンビームに対する線量応答の相対効率は、線量平均ＬＥＴ（linear energy transfer）Ｌの関数である。図３（Ａ）中の「線量応答」は、図３（Ａ）中の「物理線量」と、上述した相対効率との積によって表される。 The relative efficiency of the dose response for carbon ion beams is a function of the dose average LET (linear energy transfer). The “dose response” in FIG. 3(A) is represented by the product of the “physical dose” in FIG. 3(A) and the relative efficiency described above.

水等価深ｄにおける線量応答ＦＭ（ｄ）は、下記式（４）によって表され、ビーム要素ｉの深さｄにおける線量応答Ｆｉ（ｄ）は、下記式（５）によって表される。式（５）において、Ｆ０は図３（Ａ）中の「線量応答」である。 The dose response F M (d) at the water equivalent depth d is expressed by the following equation (4), and the dose response F i (d) at the depth d of the beam element i is expressed by the following equation (5) . In equation (5), F 0 is the “dose response” in FIG. 3(A).

Figure 0007125109000002
Figure 0007125109000002

粒子線ビームの感受性パラメータ「αＭ」は、下記式（６）によって表され、粒子線ビームの感受性パラメータ「（βＭ）１／２」は、下記式（７）によって表される。式（６）および式（７）において、αｉは図３（Ｂ）中の感受性パラメータ「α」であり、（βｉ）１／２は図３（Ｂ）中の感受性パラメータ「（β）１／２」である。 The particle beam sensitivity parameter “α M ” is expressed by the following equation (6), and the particle beam sensitivity parameter “(β M ) 1/2 ” is expressed by the following equation (7). In equations (6) and (7), α i is the sensitivity parameter “α” in FIG. 3(B), and (β i ) 1/2 is the sensitivity parameter “(β) 1/2 ".

Figure 0007125109000003
Figure 0007125109000003

図５（Ｂ）に破線で示す生物線量ＢＭは、下記式（８）によって表される。式（８）において、αｘはＸ線感受性パラメータαｘ（＝０．３３１Ｇｙ－１）であり、βｘはＸ線感受性パラメータβｘ（＝０．０５９３Ｇｙ－２）である。 The biological dose B M indicated by the dashed line in FIG. 5(B) is represented by the following formula (8). In equation (8), α x is the X-ray sensitivity parameter α x (=0.331Gy −1 ) and β x is the X-ray sensitivity parameter β x (=0.0593Gy −2 ).

Figure 0007125109000004
Figure 0007125109000004

生物学的効果Ｅ（Ｂ）、ＥＭ（つまり、生物学的効果は生物線量Ｂの関数）は、下記式（９）あるいは下記式（１０）によって表される。ビーム要素ｉごとの生物学的効果Ｅｉは、下記式（１１）によって表される。式（９）において、Ｓ（Ｂ）は参照細胞の生存割合であり、参照細胞の生存割合Ｓ（Ｂ）は、生物線量Ｂの関数である。 The biological effects E (B) and EM (that is, the biological effect is a function of the biological dose B) are expressed by the following formula (9) or the following formula (10). The biological effect E i for each beam element i is expressed by Equation (11) below. In equation (9), S(B) is the survival fraction of the reference cells, and the reference cell survival fraction S(B) is a function of the biodose B.

Figure 0007125109000005
Figure 0007125109000005

Figure 0007125109000006
Figure 0007125109000006

ビーム要素ｉの重みｗｉは、下記式（１２）によっても表される。式（１２）において、ｄｊは拡大ブラッグピークのサンプリング深さ（各ビーム要素のピーク線量深さ）である。 The weight wi of beam element i is also expressed by the following equation (12). (12), d j is the sampling depth of the extended Bragg peak (the peak dose depth of each beam element).

Figure 0007125109000007
Figure 0007125109000007

各サンプリング深さｄｊにおける線量応答は、下記式（１３）によって表される。式（１３）において、ｒＮｊは標準正規分布の乱数であり、σＮは応答測定の相対標準不確かさである。 The dose response at each sampling depth dj is expressed by Equation (13) below. In equation (13), r Nj is a standard normal distributed random number and σ N is the relative standard uncertainty of the response measurement.

Figure 0007125109000008
Figure 0007125109000008

ビーム要素ｉの重みｗｉは、下記式（１４）によっても表される。再構成された線量応答ＦＲは、下記式（１５）によって表される。 The weight wi of beam element i is also expressed by the following equation (14). The reconstructed dose response FR is represented by Equation (15) below.

Figure 0007125109000009
Figure 0007125109000009

本発明者等は、上述した結果を用いることによって、図５（Ａ）に示す物理線量分布を再構成し、図５（Ｂ）に示す生物線量分布を再構成した。また、本発明者等は、再構成した物理線量分布と、図５（Ａ）に実線で示す計画物理線量分布とを比較すると共に、再構成した生物線量分布と、図５（Ｂ）に実線で示す計画生物線量分布とを比較した。 The present inventors reconstructed the physical dose distribution shown in FIG. 5(A) and reconstructed the biological dose distribution shown in FIG. 5(B) by using the results described above. In addition, the present inventors compared the reconstructed physical dose distribution with the planned physical dose distribution shown by the solid line in FIG. was compared with the planned biodose distribution shown in .

（適用例）
図１１は第１から第３実施形態の線量分布測定装置１を適用可能なシステムＡの一例を示す図である。
図１１に示す例では、システムＡが、第１から第３実施形態の線量分布測定装置１と、粒子線ビーム照射装置Ａ１と、記憶部Ａ２と、治療計画参照部Ａ３と、記憶部Ａ４と、比較表示装置Ａ５と、治療計画データ編集装置Ａ６とを備えている。
粒子線ビーム照射装置Ａ１は、線量分布測定装置１のファントム装置１１に対して、拡大ブラッグピークを形成する治療用粒子線ビームを照射する。記憶部Ａ２は、治療計画などを記憶する。治療計画参照部Ａ３は、記憶部Ａ２に記憶されている治療計画を読み出して、治療計画に含まれる物理線量分布と生物線量分布とを参照する。
記憶部Ａ４は、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すようなビーム要素に関する情報（データ）を記憶する。詳細には、記憶部Ａ４は、図３（Ａ）に実線で示すような単位線量分布と、図３（Ａ）に破線で示すような線量応答分布と、図３（Ｂ）に実線および破線で示すような生物効果感受性パラメータ分布とを記憶する。
比較表示装置Ａ５は、線量分布測定装置１のデータ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃが再構成した物理線量分布、生物線量分布などを表示する。詳細には、比較表示装置Ａ５は、治療計画との比較ができるように、物理線量分布、生物線量分布などを表示する。
比較表示装置Ａ５による表示が行われる場合、データ分析装置１３の線量分布再構成部１３Ｃは、逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定されたビーム要素の各々の重みを用い、ファントム装置１１を利用する模擬治療計画の元となった実治療計画に用いた患者ＣＴ画像（図示せず）を使用して線量分布を計算することにより、患者中の物理線量の線量分布と生物線量の線量分布とを再構成する。次いで、比較表示装置Ａ５は、線量分布再構成部１３Ｃによって再構成された患者中の物理線量の線量分布および生物線量の線量分布と、元の患者治療計画の線量分布とを比較表示する。
また、比較表示装置Ａ５は深さ毎の治療計画の線量分布と測定線量分布との差を求め最大値が所定マージン以下であるかどうかの判定情報を併せて表示する。測定精度が高い本明細書の方式では、この補助情報により利用者は簡易な確認で合否判定をすることができる。
治療計画データ編集装置Ａ６は、元の患者治療計画のビーム情報を変更し、次いで、変更されたビーム情報を記憶部Ａ２に保存する。詳細には、治療計画データ編集装置Ａ６は、元の患者治療計画のビーム情報を変更する場合に、データ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂによって推定されたビーム要素の各々の重みを用いる。
この測定を基に編集した治療計画は、それを外部の治療計画装置に送り、そこで再計算して得られた線量分布を治療計画装置上で再評価して治療の事前検証とするために用いられる。 (Application example)
FIG. 11 is a diagram showing an example of a system A to which the dose distribution measuring apparatus 1 of the first through third embodiments can be applied.
In the example shown in FIG. 11, the system A includes the dose distribution measuring device 1 of the first to third embodiments, the particle beam irradiation device A1, the storage unit A2, the treatment plan reference unit A3, and the storage unit A4. , a comparison display device A5, and a treatment plan data editing device A6.
The particle beam irradiation device A1 irradiates the phantom device 11 of the dose distribution measuring device 1 with a therapeutic particle beam that forms an expanded Bragg peak. The storage unit A2 stores treatment plans and the like. The treatment plan reference unit A3 reads out the treatment plan stored in the storage unit A2 and refers to the physical dose distribution and biological dose distribution included in the treatment plan.
The storage unit A4 stores information (data) on beam elements as shown in FIGS. 3A and 3B. Specifically, the storage unit A4 stores a unit dose distribution as indicated by the solid line in FIG. 3(A), a dose response distribution as indicated by the broken line in FIG. Store the biological effect sensitivity parameter distribution as shown in .
The comparison display device A5 displays the physical dose distribution, the biological dose distribution, and the like reconstructed by the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13 of the dose distribution measuring device 1. FIG. Specifically, the comparison display device A5 displays physical dose distribution, biological dose distribution, etc. so that comparison with the treatment plan can be performed.
When the display by the comparison display device A5 is performed, the dose distribution reconstruction unit 13C of the data analysis device 13 uses the weight of each beam element estimated by the deconvolution processing unit 13B to perform the simulated treatment using the phantom device 11. By calculating the dose distribution using the patient CT image (not shown) used in the actual treatment plan that is the basis of the plan, the dose distribution of the physical dose and the dose distribution of the biological dose in the patient are reconstructed. do. Next, the comparison display device A5 compares and displays the dose distribution of the physical dose and the dose distribution of the biological dose in the patient reconstructed by the dose distribution reconstruction unit 13C and the dose distribution of the original patient treatment plan.
In addition, the comparison display device A5 obtains the difference between the dose distribution of the treatment plan for each depth and the measured dose distribution, and displays judgment information as to whether or not the maximum value is equal to or less than a predetermined margin. In the method of the present specification, which has high measurement accuracy, the user can make pass/fail judgment by simple confirmation based on this auxiliary information.
The treatment plan data editor A6 modifies the beam information of the original patient treatment plan, and then saves the modified beam information in the storage unit A2. Specifically, the treatment plan data editor A6 uses the weight of each beam element estimated by the deconvolution processor 13B of the data analysis device 13 when modifying the beam information of the original patient treatment plan.
The edited treatment plan based on these measurements is sent to an external treatment planning system, where the recalculated dose distribution is re-evaluated on the treatment planning system for pre-validation of treatment. be done.

図１１に示す例では、線量分布測定装置１のデータ分析装置１３が、治療計画の部分コードを保有している。粒子線ビーム照射装置Ａ１は、記憶部Ａ２に記憶されている治療計画およびビーム情報に基づいて、治療用粒子線ビームを照射する。
線量分布測定装置１のデータ分析装置１３の逆畳み込み処理部１３Ｂは、記憶部Ａ４に記憶されている情報に基づいて逆畳み込み処理を実行し、治療用粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する。 In the example shown in FIG. 11, the data analysis device 13 of the dose distribution measuring device 1 holds the partial code of the treatment plan. The particle beam irradiation apparatus A1 irradiates a therapeutic particle beam based on the treatment plan and beam information stored in the storage unit A2.
The deconvolution processing unit 13B of the data analysis device 13 of the dose distribution measuring apparatus 1 executes deconvolution processing based on the information stored in the storage unit A4, and determines the configuration of the beam elements that constitute the therapeutic particle beam. , and the weight of each of the beam elements.

図１１に示す例では、計画された物理線量分布（図５（Ａ）中の実線）と、再構成された物理線量分布（図５（Ａ）中の破線）とを比較するために、治療計画参照部Ａ３が、記憶部Ａ２に記憶されている治療計画を読み出す。
また、治療計画参照部Ａ３は、計画された生物線量分布（図５（Ｂ）中の実線）と、再構成された生物線量分布（図５（Ｂ）中の破線）とを比較するために、記憶部Ａ２に記憶されている治療計画を読み出す。 In the example shown in FIG. 11, treatment The plan reference unit A3 reads the treatment plan stored in the storage unit A2.
In addition, the treatment plan reference part A3 is used to compare the planned biological dose distribution (solid line in FIG. 5(B)) and the reconstructed biological dose distribution (broken line in FIG. 5(B)). , the treatment plan stored in the storage unit A2 is read.

上述した例では、線量分布再構成部１３Ｃが、患者のＣＴ画像に基づいて、物理線量分布（図５（Ａ）中の破線）および生物線量分布（図５（Ｂ）中の破線）を再構成するが、他の例では、線量分布再構成部１３Ｃが、患者のＣＴ画像に基づくことなく、物理線量分布および生物線量分布を再構成してもよい。
また、比較表示装置Ａ５はディスプレイ等により電子的に表示するものであることが望ましいが、プリンタ等で印刷させて紙媒体上で表示するものであってもよい。 In the above example, the dose distribution reconstruction unit 13C reproduces the physical dose distribution (broken line in FIG. 5(A)) and the biological dose distribution (broken line in FIG. 5(B)) based on the CT image of the patient. However, in another example, the dose distribution reconstruction unit 13C may reconstruct the physical dose distribution and the biological dose distribution without being based on the patient's CT image.
Further, it is preferable that the comparative display device A5 is electronically displayed by a display or the like, but it may be printed by a printer or the like and displayed on a paper medium.

他の例では、第１から第３実施形態の線量分布測定装置１が、粒子線治療システムにおいて治療用粒子線ビームの品質を独立して検証するための付属装置として用いられてもよい。この例では、第１から第３実施形態の線量分布測定装置１が、粒子線治療システムにおいて、治療装置（図示せず）および他の測定装置（図示せず）と併用して用いられる。 In another example, the dose distribution measuring apparatus 1 of the first to third embodiments may be used as an accessory for independently verifying the quality of therapeutic particle beams in a particle beam therapy system. In this example, the dose distribution measuring apparatus 1 of the first to third embodiments is used in combination with a therapeutic device (not shown) and another measuring device (not shown) in a particle beam therapy system.

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person skilled in the art can conceive of various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims, and these are also within the technical scope of the present invention. be understood to belong to

なお、上述した実施形態における線量分布測定装置１が備える各部の機能全体あるいはその一部は、これらの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶部のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。 It should be noted that all or part of the function of each part provided in the dose distribution measuring apparatus 1 in the above-described embodiment is achieved by recording a program for realizing these functions on a computer-readable recording medium and recording it on this recording medium. It may be realized by loading the program into a computer system and executing it. It should be noted that the "computer system" referred to here includes hardware such as an OS and peripheral devices.
The term "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible discs, magneto-optical discs, ROMs and CD-ROMs, and storage units such as hard discs incorporated in computer systems. Furthermore, "computer-readable recording medium" means a medium that dynamically retains a program for a short period of time, like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. It may also include a device that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that serves as a server or client in that case. Further, the program may be for realizing part of the functions described above, or may be capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system.

線量計素子の線質応答性によらず線量測定できるため、光子線治療で広く普及しているフィルム型線量計等を粒子線治療に使用するために本発明の線量分布測定装置を利用できる。
重粒子線治療において平坦化される生物線量分布を測定できるため、直感的及び臨床的に検証するために本発明の線量分布測定装置を利用できる。
治療計画とは独立に粒子線線量分布測定装置に生物効果モデルを備えるので、多施設臨床研究等において重粒子線治療施設問の生物線量の違いを評価する基準生物線量計を実現するために本発明の線量分布測定装置を利用できる。 Since the dose can be measured regardless of the radiation quality response of the dosimeter element, the dose distribution measuring apparatus of the present invention can be used for particle beam therapy using film-type dosimeters and the like that are widely used in photon beam therapy.
Since the biodose distribution that is flattened in heavy ion radiotherapy can be measured, the dose distribution measuring apparatus of the present invention can be used for intuitive and clinical verification.
Since a biological effect model is installed in the particle beam dose distribution measuring device independently of the treatment plan, this system can be used as a reference biological dosimeter to evaluate differences in biological doses between heavy ion radiotherapy facilities in multicenter clinical research. The dose distribution measuring device of the invention can be used.

１…線量分布測定装置、１１…ファントム装置、１１Ａ…線量計、１１ＡＸ…測定軸、１１Ｂ…線量計、１１Ｂ－１、１１Ｂ－２、１１Ｂ－３…線量計、１２…データ取得装置、１３…データ分析装置、１３Ａ…線量応答分布算出部、１３Ｂ…逆畳み込み処理部、１３Ｃ…線量分布再構成部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Dose distribution measuring apparatus, 11... Phantom apparatus, 11A... Dosimeter, 11AX... Measurement axis, 11B... Dosimeter, 11B-1, 11B-2, 11B-3... Dosimeter, 12... Data acquisition apparatus, 13... Data analysis device, 13A... dose response distribution calculation unit, 13B... deconvolution processing unit, 13C... dose distribution reconstruction unit

Claims (9)

治療用粒子線ビームが照射されるファントム装置に備えられている線量計によって、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームに対する応答信号が記録または出力され、
前記線量計によって記録または出力された応答信号が、データ取得装置によって取得されて数値データ化され、
前記データ取得装置によって数値データ化された信号データに基づいて、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームの線量応答と前記ファントム装置の深さとの関係を示す線量応答分布が、線量応答分布算出部によって算出され、
前記線量応答分布算出部によって算出された線量応答分布に対する処理を実行するデータ分析装置であって、
前記線量応答分布算出部によって算出された線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、前記治療用粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する逆畳み込み処理部と、
前記逆畳み込み処理部によって推定されたビーム要素の構成に従って、物理線量の線量分布と生物線量の線量分布とを再構成する線量分布再構成部とを備える、
データ分析装置。 A response signal to the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device is recorded or output by a dosimeter provided in the phantom device irradiated with the therapeutic particle beam;
A response signal recorded or output by the dosimeter is acquired by a data acquisition device and converted into numerical data,
A dose response distribution showing a relationship between the dose response of the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device and the depth of the phantom device based on the signal data converted into numerical data by the data acquisition device is the dose response. calculated by the distribution calculator,
A data analysis device that performs processing on the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit,
Deconvolution for estimating the configuration of beam elements constituting the therapeutic particle beam and the weight of each beam element by performing deconvolution processing on the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit. a processing unit;
A dose distribution reconstruction unit that reconstructs the dose distribution of physical doses and the dose distribution of biological doses according to the configuration of the beam elements estimated by the deconvolution processing unit,
Data analysis equipment. 請求項１に記載のデータ分析装置の前記逆畳み込み処理部によって推定されたビーム要素の各々の重みを用い、
前記ファントム装置を利用する模擬治療計画の元となった実治療計画に用いた患者ＣＴ画像を使用して線量分布を計算することにより、患者中の物理線量の線量分布と生物線量の線量分布とを再構成し、
再構成された患者中の物理線量の線量分布および生物線量の線量分布と、元の患者治療計画の線量分布とを比較表示する比較表示装置。 Using the weight of each of the beam elements estimated by the deconvolution unit of the data analysis device of claim 1,
By calculating the dose distribution using the patient CT image used in the actual treatment plan that was the basis of the simulated treatment plan using the phantom device, the dose distribution of the physical dose and the dose distribution of the biological dose in the patient and reconfigure
A comparative display for comparatively displaying the reconstructed dose distribution of physical and biological doses in the patient and the dose distribution of the original patient treatment plan. 請求項１に記載のデータ分析装置の前記逆畳み込み処理部によって推定されたビーム要素の各々の重みを用い、
元の患者治療計画のビーム情報を変更して保存する治療計画データ編集装置。 Using the weight of each of the beam elements estimated by the deconvolution unit of the data analysis device of claim 1,
A treatment plan data editor that modifies and saves the beam information of the original patient treatment plan. 治療用粒子線ビームの線量分布を測定する線量分布測定方法であって、
前記治療用粒子線ビームが照射されるファントム装置に備えられている線量計が、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームに対する応答信号を記録または出力する応答信号出力ステップと、
データ取得装置が、前記応答信号出力ステップにおいて記録または出力された応答信号を取得して数値データ化するデータ取得ステップと、
データ分析装置が、前記データ取得ステップにおいて数値データ化された信号データに基づいて、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームの線量応答と前記ファントム装置の深さとの関係を示す線量応答分布を算出する線量応答分布算出ステップと、
前記データ分析装置が、前記線量応答分布算出ステップにおいて算出された線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、前記治療用粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する逆畳み込み処理ステップと、
前記データ分析装置が、前記逆畳み込み処理ステップにおいて推定されたビーム要素の構成に従って、物理線量の線量分布と生物線量の線量分布とを再構成する線量分布再構成ステップとを備える、
線量分布測定方法。 A dose distribution measuring method for measuring a dose distribution of a therapeutic particle beam,
a response signal output step in which a dosimeter provided in a phantom device irradiated with the therapeutic particle beam records or outputs a response signal to the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device;
a data acquisition step in which a data acquisition device acquires the response signal recorded or output in the response signal output step and converts it into numerical data;
A dose response indicating a relationship between a dose response of the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device and a depth of the phantom device, based on the signal data converted into numerical data by the data analysis device in the data acquisition step. A dose response distribution calculating step of calculating the distribution;
The data analysis device performs deconvolution processing on the dose response distribution calculated in the dose response distribution calculating step, thereby determining the configuration of beam elements constituting the therapeutic particle beam and the weight of each beam element. a deconvolution step of estimating
a dose distribution reconstruction step in which the data analysis device reconstructs a dose distribution of physical dose and a dose distribution of biological dose according to the configuration of the beam elements estimated in the deconvolution processing step;
Dose distribution measurement method. 治療用粒子線ビームが照射されるファントム装置に備えられている線量計によって、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームに対する応答信号が記録または出力され、
前記線量計によって記録または出力された応答信号が、データ取得装置によって取得されて数値データ化され、
前記データ取得装置によって数値データ化された信号データに基づいて、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームの線量応答と前記ファントム装置の深さとの関係を示す線量応答分布が、線量応答分布算出部によって算出され、
前記線量応答分布算出部によって算出された線量応答分布に対する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記線量応答分布算出部によって算出された線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、前記治療用粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する逆畳み込み処理ステップと、
前記逆畳み込み処理ステップにおいて推定されたビーム要素の構成に従って、物理線量の線量分布と生物線量の線量分布とを再構成する線量分布再構成ステップと
を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。 A response signal to the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device is recorded or output by a dosimeter provided in the phantom device irradiated with the therapeutic particle beam;
A response signal recorded or output by the dosimeter is acquired by a data acquisition device and converted into numerical data,
A dose response distribution showing a relationship between the dose response of the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device and the depth of the phantom device based on the signal data converted into numerical data by the data acquisition device is the dose response. calculated by the distribution calculator,
A program for causing a computer to execute processing on the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit,
Deconvolution for estimating the configuration of beam elements constituting the therapeutic particle beam and the weight of each beam element by performing deconvolution processing on the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit. a processing step;
A program for causing the computer to execute a dose distribution reconstruction step of reconstructing a dose distribution of physical doses and a dose distribution of biological doses according to the configuration of the beam elements estimated in the deconvolution processing step. 治療用粒子線ビームの線量分布を測定する線量分布測定装置であって、
前記治療用粒子線ビームが照射されるファントム装置と、
前記ファントム装置に備えられており、かつ、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームに対する応答信号を記録または出力する線量計と、
前記線量計によって記録または出力された応答信号を取得して数値データ化するデータ取得装置と、
前記データ取得装置によって数値データ化された信号データに基づいて、前記ファントム装置に照射された前記治療用粒子線ビームの線量応答と前記ファントム装置の深さとの関係を示す線量応答分布を算出する線量応答分布算出部と、
前記線量応答分布算出部によって算出された線量応答分布に対する逆畳み込み処理を実行することによって、前記治療用粒子線ビームを構成するビーム要素の構成と、ビーム要素の各々の重みとを推定する逆畳み込み処理部と、
前記逆畳み込み処理部によって推定されたビーム要素の構成に従って、物理線量の線量分布と生物線量の線量分布とを再構成する線量分布再構成部とを備える、
線量分布測定装置。 A dose distribution measuring device for measuring the dose distribution of a therapeutic particle beam,
a phantom device irradiated with the therapeutic particle beam;
a dosimeter that is provided in the phantom device and that records or outputs a response signal to the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device;
a data acquisition device that acquires a response signal recorded or output by the dosimeter and converts it into numerical data;
Dose for calculating a dose response distribution indicating a relationship between the dose response of the therapeutic particle beam irradiated to the phantom device and the depth of the phantom device based on the signal data converted into numerical data by the data acquisition device. a response distribution calculator;
Deconvolution for estimating the configuration of beam elements constituting the therapeutic particle beam and the weight of each beam element by performing deconvolution processing on the dose response distribution calculated by the dose response distribution calculation unit. a processing unit;
A dose distribution reconstruction unit that reconstructs the dose distribution of physical doses and the dose distribution of biological doses according to the configuration of the beam elements estimated by the deconvolution processing unit,
Dose distribution measuring device. 前記線量計は、前記ファントム装置の深さ方向である第１方向に延びている一次元線量計であり、
前記線量分布再構成部は、前記第１方向における物理線量の深部線量分布と、前記第１方向における生物線量の深部線量分布とを再構成する、
請求項６に記載の線量分布測定装置。 the dosimeter is a one-dimensional dosimeter extending in a first direction, which is the depth direction of the phantom device;
The dose distribution reconstruction unit reconstructs a deep dose distribution of physical dose in the first direction and a deep dose distribution of biological dose in the first direction,
The dose distribution measuring device according to claim 6. 前記線量計は、前記ファントム装置の深さ方向である第１方向に延びており、かつ、前記第１方向に直交する第２方向に延びている第１平面上に広がっている二次元線量計であり、
前記線量分布再構成部は、前記第１平面上における物理線量の二次元線量分布と、前記第１平面上における生物線量の二次元線量分布とを再構成する、
請求項６に記載の線量分布測定装置。 The dosimeter extends in a first direction, which is the depth direction of the phantom device, and spreads on a first plane extending in a second direction orthogonal to the first direction. and
The dose distribution reconstruction unit reconstructs a two-dimensional dose distribution of physical dose on the first plane and a two-dimensional dose distribution of biological dose on the first plane,
The dose distribution measuring device according to claim 6. 前記線量計は、少なくとも
前記ファントム装置の深さ方向である第１方向に延びており、かつ、前記第１方向に直交する第２方向に延びている第１平面上に広がっている二次元線量計と、
前記第１平面に平行な任意の平面上に広がっている任意数の二次元線量計とを含み、
前記線量分布再構成部は、少なくとも、前記第１平面上における物理線量の二次元線量分布と、前記第１平面上における生物線量の二次元線量分布と、前記任意の平面上における物理線量の二次元線量分布と、前記任意の平面上における生物線量の二次元線量分布とを再構成する、
請求項６に記載の線量分布測定装置。 The dosimeter extends at least in a first direction, which is the depth direction of the phantom device, and spreads on a first plane extending in a second direction perpendicular to the first direction. meter and
and any number of two-dimensional dosimeters extending on any plane parallel to the first plane,
The dose distribution reconstruction unit includes at least a two-dimensional dose distribution of physical dose on the first plane, a two-dimensional dose distribution of biological dose on the first plane, and two physical doses on the arbitrary plane. reconstructing a dimensional dose distribution and a two-dimensional dose distribution of biodose on the arbitrary plane;
The dose distribution measuring device according to claim 6.
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