JPH10314323A

JPH10314323A - 照射方法

Info

Publication number: JPH10314323A
Application number: JP12947697A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Kanematsu; 伸幸兼松; Takenobu Sakamoto; 豪信坂本; Masaharu Tsuchiya; 昌晴土谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 1998-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】患部に照射する三次元的に形成された線量分
布を照射の計画段階において予め明らかにし、また、そ
の線量分布に対応した機器のパラメータの設定を可能に
して計画通りの照射を行うことのできる照射方法を得
る。【解決手段】ビームの高線量領域部分の飛程に基づい
てターゲットを層に分割するための間隔を定める工程、
その間隔に基づいてターゲットを層に分割する工程、タ
ーゲット全体に照射される予定線量とビームの高線量領
域部分に対応するビーム強さとに基づいて分割された層
各々に照射される線量を求める工程、分割された層の中
の予め定められた層へ照射されるビームの強度が予め定
められた層へ照射される線量に達するタイミングを求め
る工程、照射範囲形成手段により層の積層方向と直交す
る方向の照射範囲をビームが照射される層毎に定め、ビ
ームを照射し、先のタイミングでビームが照射される層
を切り替える工程を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、患部に対して三
次元的に放射線（主に荷電粒子線）を照射する照射方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】放射線治療は患部に対して放射線を照射
することにより治療を行う。患部を中心とした高線量を
与えよう（照射）とする領域をターゲットといい、放射
線治療の医学的要求から患者の各点に与える線量（生物
線量）の分布を理想的なものとするため、通常、ターゲ
ット内に一様な線量を与え、かつターゲット外に与える
線量も最小にすることが理想的である。

【０００３】荷電粒子線を利用した従来の放射線治療で
は、各種装置を使って加速器からの粒子線ビーム（荷電
粒子線）をターゲットの形状に合わせた粒子線ビームに
変成させて治療を行う。一般的な二次元照射方法で使用
する粒子線治療装置の構成を図１６に示す。

【０００４】図１６中、図示しない加速器で加速された
細くかつ単一なエネルギーの粒子ビーム１は、ビーム拡
大機器２によって粒子線ビーム１の照射方向に対して垂
直な方向に照射領域が拡大され、さらに粒子線ビーム１
の照射野（照射される範囲）は照射範囲形成手段として
の照射野形成機器３によって患者固定機器４に固定され
た患者５内のターゲット６の照射形状に合わせられる。

【０００５】そして、患者５に照射される粒子線ビーム
の体内の深さ方向の線量特性は、後に詳述するように飛
程変調機器７、飛程調節機器８、飛程補償機器（ボーラ
ス）９によってターゲット６の形状に合わせる。尚、放
射線治療装置のこれら各種機器の動作制御及び監視は制
御計算機１２によって行われる。

【０００６】患者５に照射される粒子線ビーム１の粒子
数は患者５への照射前の段階で線量モニタ１０により監
視されており、予め定められた規定線量を線量モニタ１
０が計測した場合に、ビーム制御機構１１からの制御信
号に基づいて粒子線ビーム１の照射が停止される。

【０００７】ここで、粒子線ビーム１の照射野内での平
坦な粒子強度（つまり、均一な粒子分布）を作るビーム
拡大機器２には、入射された粒子線ビーム１を散乱体１
３によってガウス分布的に広げる単一散乱体法（図１７
（ａ））、散乱体１３で散乱された粒子線ビーム１をさ
らに散乱体１３と同心円状に配置された散乱体１４によ
って同心部付近への強い散乱を加えて平坦度を改善する
二重散乱体法（図１７（ｂ））、同一周波数で位相が９
０度ずれた交流電流がそれぞれ流れ、入射された粒子線
ビーム１を互いに直交する方向に偏向させる２組の電磁
石１５、１６によって、入射された粒子線ビーム１を粒
子線ビーム軸周りに回転させ、散乱体１３によって散乱
させるワブラー法（図１７（ｃ））がある。

【０００８】また、粒子線ビーム１の照射野をターゲッ
ト６の投影形状に合わせる照射野形成機器３としては、
図１８に示すように、粒子線ビーム軸周りの回転角が自
在に変えられ、積層された多数の金属板で構成されたリ
ーフをスライド移動させることで照射野形状を自在に変
えられる多葉コリメータ、又はターゲット６毎に固有に
作成された固定形状の患者コリメータが既に公知であり
用いられる。

【０００９】また、患者固定機器４は、いわゆるベッド
型、椅子型の治療台が一般的であり、患者５を固定した
治療台を図示しない電磁モータの駆動により移動、回転
するようになっている。

【００１０】照射される線量を監視、計測する線量モニ
タ１０は通常複数あり、照射される粒子線ビーム１の平
坦度を監視する場合もある。

【００１１】ビームの照射を制御するビーム制御機構１
１には機械的シャッターを利用した方法、粒子線ビーム
１の取り出しを止める方法、粒子線ビーム１を差し障り
のない場所へ捨ててしまう方法等が用いられる。

【００１２】次に、飛程変調機器７及び飛程調節機器８
について説明する。粒子線ビーム１が到達する入射方向
に関し、物質内での粒子線ビーム１の到達距離（飛程）
はエネルギ−によって決まり、また、物質中を進行する
粒子線ビーム１はその物質中での進行が止まって到達す
る直前に最も強い線量を与えるという性質を有する。

【００１３】そして、単一なエネルギ−を有する粒子線
ビーム１の線量特性は図１９（ａ）に示すようなもので
あって、粒子線ビーム１の進行が止まる直前の高線量部
分をピーク部、ピーク部以前の平坦な低線量部分をプラ
トー部、ピーク部以後の減衰する低線量部分をテール部
と呼ぶ。ここで、粒子線ビームの到達深さは粒子線ビー
ムが通過する物質量、すなわち密度×距離で定義する。

【００１４】粒子線ビームの到達深さ方向の線量分布特
性をターゲットの厚さに合わせるため、飛程調節機器８
を用いて粒子線ビームの体内における到達深さを調節
し、また、飛程変調機器７を用いて高線量領域部分であ
るピーク部の拡大・平坦化を行い粒子線ビームに適切な
エネルギー分布を持たせる。

【００１５】飛程変調機器７としては図２０に示すよう
なリッジフィルタ等が使われる。これは細かい楔状の付
加物質により楔に対する粒子の通過位置によってエネル
ギーの減衰量を変化させるものである。飛程変調機器７
を用いて粒子線ビームのピーク部の拡大・平坦化を行っ
た場合の線量特性は図１９（ｂ）に示すようなものとな
り、この部分を拡大ＳＯＢＰ（ＳｐｒｅｄｄＯｕｔ
ＢｒａｇｇＰｅａｋ）という。

【００１６】粒子線ビームの体内飛程、即ち到達深さ
（以下、飛程と呼ぶ）を調節してピーク部をターゲット
の体内深さに合わせるための飛程調節機器８には、１対
の楔型ブロックで構成されそれらを同時に出し入れして
付加物質厚を調整するアナログ式レンジシフタ（図２１
（ａ））、複数の等しい厚さの板を任意数挿入すること
で付加物質厚を調整するデジタル式レンジシフタ（図２
１（ｂ））、一番薄い板を基準板厚としてその２倍、４
倍、８倍、１６倍と、２の累乗の厚さの板を使ってそれ
らの組み合わせで付加物質厚を調整するバイナリ式レン
ジシフタ（図２１（ｃ））、加速器を制御して粒子のエ
ネルギを直接変えることにより、物質厚を変化させずに
飛程を調節する加速エネルギー可変式（図２１（ｄ））
がある。

【００１７】これら飛程調節機器８には以下のような特
徴がある。アナログ式レンジシフタを用いると自由度の
高い飛程調節ができるが、設定値の変更を行うには楔型
ブロックの加速・減速を高速かつ高精度で行う必要があ
る。デジタル式レンジシフタは決まったステップでしか
設定できないため設定値の自由度は減るが、高精度の飛
程調節ができ制御は比較的簡単である。バイナリ式レン
ジシフタはデジタル式レンジシフタと同じ特徴がある
が、全体の板の数が少なくなるかわりに深さを変えると
きに移動させる板の数が変化する。

【００１８】また、治療毎にターゲット６の形状に対応
して作成される飛程補償器９は、照射野内でのターゲッ
ト６の深さの位置依存性を補正するため、例えばプラス
チック樹脂で形成され板状の物体で板厚を位置によって
変化させることにより体内飛程を調節するものである。

【００１９】通常、飛程補償器９の形状は、線量のピー
ク部の体内深い側の端の作る面をターゲット６の深い側
の半面の形状に合わせている。二次元照射方法で作られ
る線量分布は図２２に示すようなものである。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の放射
線治療では二次元的な照射が行われ、体内深さ方向の線
量分布は照射野内で同一となり、高線量領域部分は深さ
方向に同じ厚みを持つことになる。従って、三次元的な
形状を持つ（厚みの変化する）実際のターゲットに対し
ては、理想的にはその形状に合わせた線量分布を作り出
すことが望ましいが、ターゲットの周辺部の体表面側の
領域に不要な高線量を付与することになる。

【００２１】二次元の照射で理想に近い線量分布を作る
ためには、照射方向、照射中心位置等をいろいろと変化
させた多門照射化に頼らねばならず、治療計画及び治療
制御は煩雑になる。照射門数を減らし、治療を簡素化す
ることは効率的な治療施設運営のために重要である。

【００２２】この発明は係る問題点を解決するためにな
されたもので、患部に照射する三次元的に形成された線
量分布を照射の計画段階において予め明らかにし、ま
た、その線量分布に対応した機器のパラメータの設定を
可能にして計画通りの照射を行うことのできる照射方法
を得ることを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る照射方法
は、ビーム照射装置からターゲットに照射される粒子線
ビームの高線量領域部分の飛程に基づいてターゲットを
層に分割するための分割間隔を定める第１の工程と、第
１の工程で定められた分割間隔に基づいてターゲットを
層に分割する第２の工程と、ターゲット全体に照射され
る予め定められた線量と粒子線ビームの高線量領域部分
に対応するビームの強さとに基づいて第２の工程で分割
された層それぞれに照射される線量を求める第３の工程
と、第２の工程で分割された層の中の予め定められた層
へ照射される粒子線ビームの強度が第３の工程で求めら
れた予め定められた層へ照射される線量に達するタイミ
ングを求める第４の工程と、ビーム照射装置とターゲッ
トとの間に配置された照射範囲形成手段により層の積層
方向と直交する方向の照射範囲を粒子線ビームが照射さ
れる層毎に定め、ビーム照射装置によりビームを照射
し、第４の工程で求めたタイミングにより粒子線ビーム
が照射される層を切り替える第５の工程とを備えたもの
である。

【００２４】また、ビーム照射装置からターゲットに照
射される粒子線ビームの高線量領域部分の飛程に基づい
てターゲットを層に分割するための分割間隔を定める第
１の工程と、第１の工程で定められた分割間隔に基づい
てターゲットを粒子線ビームが入射される体表面の形状
に沿った一定の間隔で層に分割する第２の工程と、ター
ゲット全体に照射される予め定められた線量と粒子線ビ
ームの高線量領域部分に対応するビームの強さとに基づ
いて第２の工程で分割された各層の中の単位領域に照射
される線量を求める第３の工程と、第２の工程で分割さ
れた層の中の予め定められた層へ照射される粒子線ビー
ムの強さが第３の工程で求められた予め定められた層の
中の単位領域に照射される線量に達するタイミングを求
める第４の工程と、ビーム照射装置とターゲットとの間
に配置された照射範囲形成手段により層の積層方向と直
交する方向の照射範囲を粒子線ビームが照射される単位
領域毎に定め、ビーム照射装置によりビームを照射し、
第４の工程で求めたタイミングにより粒子線ビームが照
射される単位領域を切り替える第５の工程とを備えたも
のである。

【００２５】、また、第５の工程は、照射範囲形成手段
を構成する多葉コリメータが、全てのリーフ対が閉じた
状態でビームが照射される範囲の前で待機する工程と、
リーフ対の一方側のリーフ全てを同時に動かし照射され
る範囲に対応する分だけ多葉コリメータを開け照射され
る範囲へのビームの照射を開始する工程と、照射される
範囲毎のタイミングに達した時点でリーフ対の他方側の
リーフを動かして多葉コリメータを閉じ照射される範囲
へのビームの照射を停止する工程とからなるものであ
る。

【００２６】また、第５の工程は、照射範囲形成手段を
構成する多葉コリメータが、全てのリーフ対が閉じた状
態でビームが照射される範囲の前で待機する工程と、リ
ーフ対の一方側のリーフ全てを同時に動かし照射される
範囲に対応する分だけ多葉コリメータを開け照射される
範囲へのビームの照射を開始する工程と、照射される範
囲毎のタイミングに達した時点で他方側のリーフを動か
して照射される範囲への照射を停止し、一方側のリーフ
群を全て同時に動かして次に照射される範囲に対応する
分だけ多葉コリメータを開け次に照射される範囲へのビ
ームの照射を開始する工程とからなるものである。

【００２７】また、タイミングは、複数の予め定められ
た単位領域と単位領域でのタイミングとの関係から求め
られた近似関数から推定されるものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．実施の形態１に係る照射方法では、飛程
補償器９を用いてビームの飛程をターゲット６のビーム
が入射される側の面とは反対側の面の形状に到達するよ
うに合わせる。また、さらにターゲット６を、その反対
側の面から一定の間隔（後述するＳＯＢＰ幅）毎に何層
にも分割する（一定の厚さの層分割する）。

【００２９】そして、後述するようにＳＯＢＰ幅の大き
さを考慮して、このように何層にも分割された患部領域
それぞれに対して高線量領域部分（ＳＯＢＰ幅に対応す
る領域部分）が照射されるように前記従来例のような二
次元的部分照射を行い、このように何層にも分割された
患部領域全てに対して行ったこれらビーム照射を重ね合
わせて、患部に対して理想に近い三次元線量分布を与え
る。以下にこの実現方法を説明する。

【００３０】尚、実施の形態１に限らず、他の実施の形
態においても、照射計画を作成するための線量計算に関
しては、体内深さ方向の線量特性のみを考える。実際は
ビームは体内又は体外での物質との相互作用により、横
方向に広がりを持つが、照射計画作成後においてそれら
の効果を含めた計算検討を行って必要に応じて計画の修
正を行えばよい。

【００３１】図１は実施の形態１に係る照射方法の手順
を示すフローチャートであり、図１に従って説明する。
始めに、照射条件入力段階では、以後の計算に必要とな
る条件パラメータを以下に示すように入力する。治療装
置中の使用する機器を選択（ステップＳ１１）した後、
ターゲット６に対して患部を何層にも一定の厚さで層分
割する層の厚さの決定（指定）及びその層の厚さに最も
近い後述するＳＯＢＰ幅をビームに与える飛程変調機器
８を選択する（ステップＳ１２）。

【００３２】但し、層の厚さは分割層毎に照射を行う飛
程調節機器８の飛程調節のステップ幅とするので、使用
する飛程調節機器８に依存して任意に決められない場合
もあるが、できるだけ分割する層の厚さとこのＳＯＢＰ
幅とが一致するようにして両者の差異をできるだけ少な
くすることが望ましい。

【００３３】三次元照射は分割層毎に機器の調節（例え
ば、分割層毎に対応した飛程の調節）をしながら、ター
ゲット６の分割層毎に照射することで行っていくが、タ
ーゲット６の時間的な位置変動が有り得ること等を考慮
して、これら分割層に対して分割層毎の照射を複数回繰
り返して行う。この一連の照射の繰り返しをスイープと
呼び、スイープする回数（繰り返して照射する回数）も
ここで与える（ステップＳ１３）。尚、ターゲット６を
分割層に従ってスイープする順序もステップＳ１３で指
定する。

【００３４】ここで、あるスイープの中で照射される層
の順序はスイープ毎で異なっていてもよく、スイープ毎
の機器の調節をも考慮して、効率的な順序で行えばよ
い。通常は照射領域を隣り合う次の層に順に移動させ、
１スイープを終了したら元の逆方向にスイープを行って
２スイープで１往復させる。

【００３５】このように分割層毎に与える線量を算出す
る次の照射条件計算段階では、先の照射条件入力段階で
入力された条件に基づいて、各種機器の設定パラメータ
の計算が行われる。

【００３６】ビームがターゲット６の表面のビームの入
射される側の面とは反対側の面に到達するよう、従来と
同様に飛程補償器９については、例えばレイトレーシン
グの手法を用いて、その反対側の面の形状と対応する凹
状に形成された飛程補償器９が作成される（ステップＳ
２１）。

【００３７】次に、分割層毎に照射を行うため、ターゲ
ット６に対し後述するような層分割を行う（ステップＳ
２２）。即ち、図２を参照してこのターゲット６の層分
割を説明すると、ターゲット６の層分割は、ビームが入
射される側の面とは反対側の面から一定の間隔（後述す
るＳＯＢＰ幅）毎に何層（例えば図２中では６層）にも
ターゲット６を分割（層分割）することで行う。

【００３８】そして、体表面（ビームが入射される側の
面）から最も体内に深いものを１番目の分割層と定義
し、体表面に向かって順に数えてターゲット６のビーム
が入射される側の面と最も近くなる層を最終の分割層と
し、また層の分割数をＮ_SLとする。

【００３９】また、ビームに与えられる加速エネルギー
は、ビームが飛程補償器９を透過することを考慮した上
で、このように層分割されたターゲット９の体内最深部
まで届くよう図示しない加速器で調節を行うよう分割層
毎に前記従来例のように定める（ステップＳ２３）。

【００４０】飛程変調器７による飛程の調節、即ち後述
するビームのＳＯＢＰ幅の拡大については、前記従来例
のように高線量領域部分が照射の対象とする分割層を照
射するような調節量に定め（ステップＳ２４）、また、
ビーム拡大装置や照射野形成装置である多葉コリメータ
の設定については、前記従来例のように各部分照射の領
域においてその層分割された領域の形状に合わせて照射
野が形成されるような調節量に定める（ステップＳ２
５）。

【００４１】例えば、照射野の設定をビーム拡大を前述
したワブラー法で行う場合、前述した２方向のワブラー
電流、散乱体厚を調節する。単一又は二重散乱体法の場
合でも同様に対象とする分割層にとって最適な設定を選
定すればよい。

【００４２】また、照射野形成機器３としての多葉コリ
メータの設定（開度設定）も、ビームの照射毎に照射野
がターゲット６の照射の対象とする分割層の照射面の領
域になるように前記従来例のように合わせれば（多葉コ
リメータの開度を設定すれば）よい。

【００４３】例えば、目的とする線量分布が図３に示す
ような物理的深さ（体内深さ）と共にビームの照射野の
大きさが単調に増加するものとすれば、飛程補償器９を
用いて飛程の体内深さを調節し、また、多葉コリメータ
を用いて照射野の大きさを調節することで所望の線量分
布を得ることができる。

【００４４】ここで、ビームが入射される側の面から体
内に深い側の分割層に対して高線量領域部分が照射され
るように照射を行った場合、前出した図４を参照して分
かるように、プラトー部は、体内深さの浅い側の分割層
に対し一様に働く（照射を行う）。従って、テール部の
比較的小さな影響を無視すれば各分割層へ照射した線量
分布の重ね合せによってターゲット６に一様な線量分布
を与えることができる。

【００４５】上述したステップＳ２１〜Ｓ２５の設定手
法は、前記従来例のようなビームの二次元照射の手法を
そのまま適用できる。

【００４６】このように照射条件の計算が終わると、次
に、ウエイトの計算段階に入る。ウエイトとは、ターゲ
ット６への照射に際して各分割層にそれぞれ照射する粒
子数をいう。ここで、ウエイトを算出することとしたの
は、ビームが入射される側の面から体内に深い側の分割
層に対して高線量領域部分が照射されるように照射を行
った場合、前出した図４を参照して分かるように、プラ
トー部は、体内深さの浅い側の分割層に対し一様に働き
（照射を行う）、また、テール部も、体内深さの深い側
の分割層に対し一様に働く（照射を行う）ので、ターゲ
ット各部に対して均一に線量が与えられるよう高線量領
域部分で照射される線量を定量化するためである。

【００４７】そこで、図４に示すように照射粒子数を求
めるためのビームの線量特性関数ｄ（ｘ）を、ビームが
入射される体表面から最も深い層（１番目の分割層の領
域）への照射（部分照射１という）が行われる面の位置
を原点として、層の厚さδをビン幅としてヒストグラム
化する（ステップＳ３１）。

【００４８】ここで、線量特性関数ｄ（ｘ）は、ビーム
の１粒子を水中に入射した場合の単位厚さ当たりの水中
への吸収線量に生物学的補正を行ったものの平均と定義
され、実験的に又は理論計算で得られるデータであり、
ＳＯＢＰ幅はこの線量特性関数ｄ（ｘ）のピーク部の長
さ（大きさ）で定義される。

【００４９】また、体内深さビンｉにおいて、体内深さ
の中心値（その原点からの位置）Ｘ_iは、式（１）で与
えられる。Ｘ_i＝（ｉ−０．５）・δ （１）

【００５０】そして、部分照射ｎによる体内深さビンｉ
での平均線量特性（部分照射ｎにおいて体内深さビンｉ
に与えられる熱量の平均値）をｄ_ni、ピーク部で照射さ
れる体内深さのビン番号をＰ_nとすれば、分割層への照
射の間の関係は式（２）で与えられ、ヒストグラム中の
線量計算に用いられる領域が求まる（ステップＳ３
２）。ｄ_ni＝ｄ_1(n+i-1) Ｐ_n＝Ｐ₁−ｎ＋１（２）

【００５１】対象とする三次元照射で得られる線量特性
はこれら分割層への照射の線量（特に、高線量領域部
分、即ちピーク部）の重ね合せであり、部分照射ｎに対
して照射した単位立体角当たりの粒子数をウェイトｗ_n
とし、この場合の三次元照射でビンｉに付与される線量
Ｄ_iはそのビンの焦点（散乱***置）からの平均幾何学
的距離をＬ_iとして、式（３）で与えられる。尚、ここ
では照射される線量が計算される領域と実際にビームが
照射される領域とは一致させている。

【００５２】

【数１】

【００５３】ここで、体内深さビンｎに与えられる線量
Ｄ_nを目標の線量分布にするための各ウェイトｗ_nを求め
ることは、一般的な逆問題として各種の既知のアルゴリ
ズム（解法）が適用できる。

【００５４】ここでは最も簡単な例として、各部分照射
のウェイトを対応する分割層の領域の線量条件（例えば
分割層毎に定めた照射するビームの粒子線密度）から求
める手法を示す。

【００５５】まず、全てのウェイトｗ_nの初期値を０と
しておく（ステップＳ３３）。次に、ターゲット６全体
に与える目標とする総線量をＣ、ピーク部（即ち、高線
量領域部分、ＳＯＢＰ幅の領域）の線量をｄ_peakとし
て、式（４）を用いて、１番目の分割層への照射から順
々にウェイトｗ₁、ｗ₂、ｗ₃、・・・、ｗ_NSLを求める
（ステップＳ３４）。

【００５６】

【数２】

【００５７】式（４）中、ｍａｘ（ｘ，ｙ）はｘ又はｙ
のうち大きい方の値を採用する関数、δ_nmはｎとｍとが
等しい場合に１、それ以外の場合は０となる関数であっ
て、右辺のウェイトｗ_nは常に最新の値を用いる。

【００５８】そして、各分割層に対するウエイトが全て
求まったら、１番目の分割層から最後の分割層まで照射
する操作を何回か繰り返すことにより、ターゲット６に
照射する線量を目標線量Ｃに近づけることができる。

【００５９】ここで、線量分布の良好性の評価は、Ｅを
照射する線量の許容誤差、Ｐ_iを体内深さビンｉがター
ゲット内にある場合は１、それ以外の場合は０の値をと
るターゲット６の一次元ビットマップ表現とすれば、タ
ーゲット６への一通りの照射線量の算出が終わった段階
で、式（５）で定義されるχ²の小ささ（予め定められ
た値より小さいか否か）で評価される（ステップＳ３
５）。

【００６０】

【数３】

【００６１】再び、話を元に戻して、次に、各ウエイト
が定めったら、実際にビームを照射するための手順リス
トの作成に移る。始めに、求まったウェイトの各分割層
への照射を実現するため、各分割層への照射に対応する
モニタ線量（照射される対象（層）を切り替えるタイミ
ングとなって、実際に照射が監視、計測される線量）を
計算する（ステップＳ４１）。

【００６２】各分割層への照射について、線量モニタ１
０の位置のビーム焦点からの距離をＬ_M、体内深さを
Ｘ_M、照射する変成ビームの生物的効果を含まない物理
的線量特性をｄ_phy（ｘ）として、ビーム焦点からの距
離によるビームの拡散度及び体内深さによる線量特性の
違いを補正し、線量モニタ１０の位置での物理線量Ｍ_n
を式（６）を用いて計算すると、各設定条件で分割層へ
の照射におけるモニタ線量が求まる。

【００６３】Ｍ_n＝（ｗ_n・ｄ_phy（Ｘ_M））／Ｌ_M ² （６）

【００６４】実際はモニタ線量は照射開始時に０とし
て、照射の積分値として測定される量であり、この積分
モニタ線量をパラメータとしてビーム照射の制御命令を
作成するために、各スイープでの分割層へ照射を開始す
べき積分モニタ線量を計算する（ステップＳ４２）。

【００６５】スイープ数をＮ_SWとすると、各スイープで
各分割層に照射するモニタ線量は、Ｍ_n／Ｎ_SWとなり、
１スイープで与えるモニタ線量Ｓ₀は式（７）で求めら
れる。

【００６６】

【数４】

【００６７】例えば、分割層への照射を体内の深い方の
層から始めて往復させる場合、モニタ線量を照射開始か
ら積算した量を積分モニタ線量と定義すると、スイープ
番号ｓの部分照射ｎを始める場合の積分モニタ線量Ｓ_sn
は式（８）で与えられる。

【００６８】

【数５】

【００６９】ここで求まった積分モニタ線量Ｓ_snを小さ
い順に（１番目の分割層に対応するものからｎ番目の分
割層に対応するものへの順に）並べ替え、積分モニタ線
量に基づいた各分割された層への照射をする照射制御の
手順リストを作成する（ステップＳ４３）。即ち、この
手順リストにより、積分線量モニタがどのくらいの量に
なったら次にどのような動作を行うか（例えば、積分線
量モニタの線量に応じて照射する分割層の切り替え）を
指定することができる。

【００７０】また、積分モニタ線量がＮ_SW・Ｓ₀になった
場合、即ち分割層全てに規定された線量が与えられた場
合に、ビーム照射を止めるようにする。例えば、この手
順リストが制御計算機に与えられ、制御計算機はその手
順に従って各機器を制御すればよい。

【００７１】例えば、制御計算機が手順リストに従って
各機器を制御するためのフローチャートを図４に示す。
つまり、照射を開始して（ステップＳ１０１）、ある分
割層に照射中に積分モニタ線量を常に読み出し（ステッ
プＳ１０２）、常に次の手順を行うべき予定モニタ線量
と比較して（ステップＳ１０３）、積分モニタ線量が予
定モニタ線量にまで達したら直ちに定めた手順の実行と
しての設定の変更、例えば次の分割層への照射を行い
（ステップＳ１０４）、モニタ線量の監視状態に戻る。
これを照射終了（ステップＳ１０６）まで繰り返す。

【００７２】積分モニタ線量を監視するにあたり、線量
モニタ１０を高速に繰り返し読み出す代わりに、必要で
あれば複数のプリセットスケーラ等を用いて制御計算機
に線量モニタの値に応じて割り込み処理を行うことで無
駄な読み出しループを除くことができる。

【００７３】従って、上記実施の形態１によれば、患部
に照射する三次元的に形成された線量分布を照射の計画
段階において予め明らかにし、また、その線量分布に対
応した機器のパラメータの設定を可能にして計画通りの
自由度の高い照射を行うことができる。

【００７４】実施の形態２．実施の形態１では、ビーム
がターゲット６の表面のビームの入射される側の面とは
反対側の面に到達するよう、飛程補償器９を用いて分割
層毎の二次元照射を重ね合わせることで三次元照射を実
現しているが、実施の形態２では、飛程補償器９を用い
ずに三次元照射を実現する照射方法を示す。従って、個
々の患部の形状に合わせた飛程補償器９の作成の手間を
省くことができる。

【００７５】実施の形態２に示す治療装置の制御方法の
手順は、図１中のステップＳ２１の段階を除いて実施の
形態１で示したフローチャート（図１）と概同様であ
る。但し、実施の形態１の場合とは、後述するように各
分割層への照射に対して算出されるウエイトの算出式が
異なる。

【００７６】図６に示すように、ターゲット６の層分割
は、実施の形態１の場合とは異なり、ビームが入射され
る体表面の凹凸形状に合わせて、ターゲット６をターゲ
ット６の表面のビームの入射される側の面からビーム入
射方向（体内深さ方向）に一定の間隔毎で層分割し、そ
れぞれ分割層の照射領域に合わせて多葉コリメータ及び
飛程調節機器を調節して、従来のような二次元的な部分
照射を分割層毎にそれぞれ行ってそれらの分割層への照
射を重ね合わせて三次元照射を実現する。

【００７７】各々分割層に合わせてビームの分割層への
照射を順々に行う場合、ビームの照射野は多葉コリメー
タの開度で決定される。ここで、層分割は上述したよう
にビームが入射される体表面の凹凸形状に合わせて行わ
れ、各々分割層に合わせて多葉コリメータの開度に応じ
てビームが照射される領域（線量分布）について、図７
に示すように必ずしも層分割したそれぞれ照射領域の大
きさが、体表面からの物理的深さ（体内深さ）に従った
図２に示したような実施単調増加関係にはならない場合
であっても、多葉コリメータ及び飛程調節機器をきめ細
かく調節することで所望の線量分布を与えることができ
る。

【００７８】即ち、前述したように体内の深い側の分割
層に対して高線量領域部分が照射されるように照射を行
った場合、プラトー部は、体内深さの浅い側の分割層に
影響を与える（弱い照射を行う）から、実施の形態１の
場合と比べて、ターゲット６の中心付近ではプラトー部
の照射による過照射が発生し、ターゲット６のビームの
線量分布は厳密には一様とはならない。

【００７９】しかし、実際の治療の観点からはターゲッ
ト６の中心付近におけるプラトー部による過照射はそれ
ほど問題とならない場合が多いので、図７に示す線量分
布を与えるような、各分割層に与える最小線量を規定量
にするウェイトの計算法を考えるのが妥当である。

【００８０】実施の形態１では照射される線量が計算さ
れる対象領域と実際にビームが照射される領域とを一致
させているが。実施の形態２ではさらに細分割した領域
を線量が計算される対象領域として考える。

【００８１】図８に示すように、線量計算領域をビーム
の照射方向に共に垂直であって互いに直交する２つの横
方向に、各方向ともビーム焦点から見て一定角度となる
ように分割し、三次元にボクセル（Ｖｏｘｅｌｌ、分割
点）を定義する。この三次元ボクセルを用いてターゲッ
ト６をビットマップ表現しこれを関数Ｑ_ijkで表す。

【００８２】ここで、関数Ｑ_ijkとは、体内深さビン番
号ｉ、一方の横方向の分割番号ｊ、他方の横方向の分割
番号ｋのボクセルの中心がターゲット内にある場合に
１、ない場合に０の値をとる関数である。実施の形態２
では、この関数Ｑ_ijkを用いて各分割層のウェイトを決
定する。つまり、各分割層のウェイトをボクセルに照射
される線量の段階にまで細分化して算出する。従って、
ウェイトの算出式及び線量分布の良好性を判断する式と
して式（９）を採用する。

【００８３】

【数６】

【００８４】ここで、Ｌ_ijkは体内深さビン番号ｉ、一
方の横方向の分割番号ｊ、他方の横方向の分割番号ｋの
ボクセルのビーム焦点からの平均距離、関数ｍａｘ
_jk（ｘ，ｙ）は添字ｊとｋとをそれぞれ変化させてｘ又
はｙのうち大きい方の値を採用する関数である。

【００８５】従って、上述した三次元ボクセルを定義
し、式（９）を用いて前述のように分割層毎の局所的な
ウエイトを算出して、実施の形態１と同様な処理を行う
ことで各分割層毎に照射すべき線量、さらにはモニタ線
量を定量的に把握できる。

【００８６】従って、上記実施の形態２によれば、患部
に照射する三次元的に形成された線量分布を照射の計画
段階において予め明らかにし、また、その線量分布に対
応した機器のパラメータの設定を可能にして計画通りの
自由度の高い照射を行うことができる。

【００８７】実施の形態３．実施の形態３で実現する照
射方法は、例えば実施の形態２で把握した照射すべき線
量に従って分割層への照射の具体的な実現方法の一例を
示すものであって、同一の層の中で照射する粒子数を照
射野内の位置によって変化させ（強度変調という）、飛
程補償器９を用いずに理想に近い線量分布を与えるもの
である。

【００８８】以下に実施の形態３に係る三次元の照射方
法を説明する。実施の形態３に示す三次元の照射方法
は、後述するように多葉コリメータの片側のリーフ群を
全て一緒に動かすことで実現するので、片側のリーフ群
を大きな単葉で構成してもよく、それとは反対側の各リ
ーフを各層への照射に合わせて移動させることにより強
度変調が実現できる。

【００８９】実施の形態２の場合と同様に、ビームが入
射される体表面の凹凸形状に合わせて、ターゲット６を
ターゲット６の表面のビームが入射される側の面からビ
ーム入射方向（深さ方向）に一定の間隔毎に層分割し、
さらにその層分割したターゲット６をさらにビーム焦点
からのビームの投影面について二次元的に（２つの横方
向）分割して線量計算領域とし三次元ボクセルを定義す
る。

【００９０】但し、ここでは、図９に示すように、その
二次元的な分割については、互いに垂直な多葉コリメー
タの複数のリーフ対を積層した方向及びリーフの移動方
向に対応して分割方向を、また各方向に均等な細かさで
（間隔で）分割間隔をそれぞれ定め、その積層方向をリ
ーフ方向、その移動方向をスライド方向と定義する。

【００９１】このように、積層した多葉コリメータのリ
ーフのリーフ方向及びスライド方向に対応して、三次元
ボクセルの二次元方向の分割方向が定めているので、ビ
ーム照射中は多葉コリメータのビーム軸まわりの回転は
固定する必要がある。

【００９２】また、このような三次元ボクセル中で、リ
ーフ方向のビン番号とスライド方向のビン番号とが等し
いボクセル、即ちビーム照射方向に柱状に整列した各分
轄層のボクセルは、前述した分割層によらず全て同一の
照射野になる。

【００９３】つまり、その柱状に整列した領域部分（柱
状部分）に注目すれば、これは照射野が同一となる分割
層をビーム照射方向に順に積層して構成された柱状ター
ゲットであり、その部分については例えば実施の形態１
の場合と同様な手法によりウェイトが計算できる。

【００９４】このウエイトは柱状部分の領域毎に独立し
て計算され、第ｎ番目の分割層に対しリーフ番号ｊとス
ライド番号ｋとで指定された柱状部分の領域ごとに与え
られたウエイトをｗ_njkとすると、各ボクセルに対応し
て照射されるビームの粒子数が与えられる。そして、ビ
ームが照射される領域としては、実施の形態１又は２の
場合では各々分割層が対応したが、実施の形態３の場合
では分割層の上述した三次元ボクセルが対応する。

【００９５】従って、体内深さ方向のビン番号をｉ、リ
ーフ方向のビン番号をｊ、スライド方向のビン番号をｋ
とすれば、実施の形態３ではボクセルごとに理想とする
線量Ｃ_ijk、許容誤差Ｅ_ijkが指定できる。また、実施の
形態２の場合と同様に、体内深さ方向のビン番号ｉ、リ
ーフ方向の番号ｊ、スライド方向のビン番号ｋのボクセ
ルがターゲット６の内にあるかどうかを定める関数Ｑ
_ijkを用いてターゲットの三次元ビットマップ表現を得
ることができる。従って、ターゲット６全体に一様な線
量を与えたい場合は、その線量は式（１０）により得る
ことができる。Ｃ_ijk＝Ｃ・Ｑ_ijk （１０）

【００９６】このように、実施の形態３の場合でもボク
セルごとに理想とする線量Ｃ_ijk、許容誤差Ｅ_ijkが指定
できるから、それに対応して各ボクセルに対する照射で
与えるウェイト及び評価も以下の式（１１）によって求
めることができる。

【００９７】

【数７】

【００９８】各ボクセルに対する照射で与えるウェイト
が求まったら、実施の形態１の場合と同様にこのウェイ
トに対応したモニタ線量、積分モニタ線量等を求めて照
射制御の手順、分割層毎の多葉コリメータのリーフの開
閉の制御命令を作成することができる。実施の形態２で
採用するモニタ線量、積分モニタ線量等は以下に説明す
る動作を採用することに伴い、後に詳説するものを採用
する。

【００９９】例えば、最も簡単な照射手順として、体内
深さ方向に複数分割されたある分割層について、その層
の各ボクセルを１つづつ順に照射して二次元的照射を積
み重ねていく方法が考えられる。この場合、分割層への
照射は高線量領域部分を用いて対象とする層の照射対象
とするボクセル毎に行われるが、リーフ群が開いて照射
の対象となるボクセルが属する先の柱状の１列の他の複
数のボクセル（リーフ方向のビン番号及びスライド方向
のビン番号が等しい柱状部分の領域）に対してもプラト
ー部又はテール部を用いて照射が同時に開始される。

【０１００】即ち、互いに対向して配置された多葉コリ
メータの一方側のリーフ群を全て同時に動かして対象と
するボクセルに対応する分の多葉コリメータを開け、そ
の対象とするボクセルに指定されたウェイト（モニタ線
量）に応じた照射を行ったら、他方側の各リーフをその
一方側のリーフ群の動きとは独立して動かして多葉コリ
メータを閉じることで照射を行う。その多葉コリメータ
の動作を図１０に従って説明する。

【０１０１】複数のボクセル群の柱状１列で構成され照
射される領域を指すスライド番号は、リーフの移動方向
に沿って順に付られている。

【０１０２】まず、照射の対象とするボクセルが属する
ある分割層に対し、多葉コリメータの全てのリーフ対は
閉じた状態で１番目に照射されるボクセルが属する柱状
部分の領域の前に置かれている（ステップａ１）。

【０１０３】先行して移動させる側のリーフ全てを同時
にそのビン番号の領域に対応する分だけ動かし（即ち、
対象とするボクセルの分だけ多葉コリメータを開け）、
その１番目に照射されるボクセルが属する柱状部分の領
域の照射が開始される（ステップｂ１）。

【０１０４】その１番目に照射されるボクセルについて
照射粒子数が満了した時点（つまり、多葉コリメータの
開閉動作のタイミングになるモニタ線量に達した時点）
で追従して移動させる側のリーフを動かし多葉コリメー
タを閉じる（ステップｃ１）。

【０１０５】全てのリーフ対が閉じたら次に照射される
ボクセルについて上述した動作（ステップａ１〜ｃ１）
を繰り返し、その層における他のボクセル全てに対して
順次上述した動作を繰り返すことでその分割層への照射
を完了する。

【０１０６】この場合、第ｎ番の分割層に対する照射に
おいて、先行して移動させる側のリーフ群がその層にお
いてｋ番目に照射されるボクセルの照射のために開き、
その後追従して移動させる側のリーフが動いて全リーフ
が閉じるまでの単位立体角当たりに照射される粒子数、
即ちウエイトｗ_Rnkは式（１２）で与えられる。ｗ_Rnk＝ｍａｘ_j（０，ｗ_njk）（１２）

【０１０７】また、先行して移動させる側のリーフ群
を、その層においてｋ番目に照射されるボクセルの照射
のために開いたままの状態になっている間のモニタ線量
は式（１３）で与えられる。Ｍ_Rnk＝ｗ_Rnk・ｄ_dpy（Ｘ_M）／Ｌ_M ² （１３）

【０１０８】また、スイープ回数をδ回、第ｎ番目の分
割層に対する部分照射を始めた際の積分モニタ線量をＳ
_snとして、先行して移動させる側のリーフ群を動かして
その層においてｋ番目に照射されるボクセルの照射のた
めリーフ群を開けるタイミングとなる積分モニタ線量Ｓ
_Rnsjkは式（１４）で与えられる。

【０１０９】

【数８】

【０１１０】また、追従して移動させる側のリーフｊを
動かして、ｋ番目に照射されるボクセルの照射を終了す
るためリーフを閉じるタイミングになる積分モニタ線量
Ｓ_Ls _njkは式（１５）で与えられる。Ｓ_Lsnjk＝Ｓ_Rnsjk＋ｗ_njk／Ｎ_SW （１５）

【０１１１】従って、上述したようなウエイト、モニタ
線量及び積分モニタ線量等に基づいて、実施の形態１の
場合のような照射制御の手順を作成すればよい。

【０１１２】ところで、左右対称の多葉コリメータで
は、先行して移動させる側のリーフ群と追従して移動さ
せる側のリーフ群とを分割層毎に切り替えることによ
り、照射を行っているある分割層からその次に照射され
るある分割層に照射対象を移動させる場合に照射に際し
てのリーフ移動を最小にできる。

【０１１３】この場合、先行して移動させる側のリーフ
群を左側（つまり、直前に先行して移動させた側とは逆
側）のリーフ群とすると、スライド方向の分割数をＮ_K
として式（１５）において、左右の交換を考慮して変数
Ｒを変数Ｌに、また変数ｋを変数（Ｎ_K−ｋ＋１）にそ
れぞれ置換して変更して用いることができる。

【０１１４】上述した照射方法ではボクセル毎の局所的
な照射野の形状は偏平になり、ビーム拡大にワブラー法
を用いる場合は前述した２方向の電流の振幅、位相を調
整することによりビームを偏平にでき、ビームの利用効
率が上げられる。

【０１１５】また、ワブラー法において偏平なビームで
一様なビーム強度を得るためにはワブラー電流の波形を
三角波に近づける必要があるが、上述した照射方法では
ボクセル毎に粒子数を制御するので、仮にビーム強度が
一様でなくても各ボクセル位置での粒子数を直接又は間
接に監視（モニタ）し、その計測した値に応じた制御を
行うことでボクセル毎に適切な線量を与えることができ
る。

【０１１６】従って、上記実施の形態３によれば、患部
に照射する三次元的に形成された線量分布を照射の計画
段階において予め明らかにし、また、その線量分布に対
応した機器のパラメータの設定を可能にして計画通りの
自由度の高い照射を行うことができる。

【０１１７】また、ターゲット６での局所的なビームの
照射強度を変えることができるので、患部５に対して均
一な腺量を与えるなど効率的な照射を行う（線量分布を
与える）ことができる。

【０１１８】尚、以上のように説明した強度変調の利用
は、Ｘ線等の荷電粒子線以外の放射線を用いた治療にも
応用可能である。Ｘ線の場合は体内深さ方向の分割は行
わないが、照射野内で照射強度を変えて異なる方向から
の照射と組み合わせる多門照射により理想的な三次元線
量分布の形成が可能となる。

【０１１９】実施の形態４．実施の形態３で示した照射
野内の強度変調を行って照射を実現する照射方法の変形
として、多葉コリメータのリーフの開閉動作のタイミン
グを調節することにより、瞬時的な照射野を最大にする
方法が考えられる。

【０１２０】まず、実施の形態３において照射の対象と
するボクセルが属するある分割層に対し、多葉コリメー
タの全てのリーフ対は閉じた状態で１番目に照射される
ボクセルが属する柱状部分の領域の前に置かれている
（ステップａ２）。

【０１２１】先行して移動させる側のリーフ全てを同時
にそのビン番号の領域に対応する分だけ動かし（即ち、
対象とするボクセルの分だけ多葉コリメータを開け）、
その１番目に照射されるボクセルが属する柱状部分の領
域の照射が開始される（ステップｂ２）。

【０１２２】その対象とするボクセルについて照射粒子
数が満了した時点（つまり、多葉コリメータの開閉動作
のタイミングになるモニタ線量に達した時点に達した時
点）で追従して移動させる側のリーフを動かす（ステッ
プｃ２）。

【０１２３】ここで、実施の形態３の場合と異なるの
は、ステップｃ２において、図１１に示すように、先行
して移動させる側のリーフ群を、追従して移動させる側
のリーフが移動して先行して移動させる側のリーフ群の
移動に追い付いて多葉コリメータが完全に閉じるのを待
たずに、次に照射対象とするボクセルの照射のために先
行して移動するため、多葉コリメータが開放状態になっ
ていることである。

【０１２４】従って、実施の形態４の場合は実施の形態
３の場合と比較して、先行して移動させる側のリーフ群
が、追従して移動させる側のリーフが移動して先行して
移動させる側のリーフ群の移動に追い付いて多葉コリメ
ータが完全に閉じるのを待たずに、次に照射対象とする
ボクセル別の領域の照射のために先行して移動するた
め、実施の形態４ではウエイトｗ_Rnkは実施の形態３に
示した式（１２）の代わりに式（１６）を用いて算出す
る。ｗ_Rnk＝ｍａｘ_j（０，ｗ_njk−ｗ_nj(k+1)）（１６）

【０１２５】式（１６）は、先行して移動させる側のリ
ーフ群の移動により照射が開始された照射対象とするボ
クセルに必要な粒子数が、次に照射対象とするボクセル
に必要な粒子数よりも大きい場合、少なくともその差の
分だけその時点で先行して移動させる側のリーフ群の移
動を止めることを示す。

【０１２６】話を元に戻して、そして、次に照射される
ボクセルについても上述した動作（ステップａ２〜ｃ
２）を繰り返し、その層における他のボクセルに対して
順次上述した動作を繰り返すことでその分割層への照射
を完了する。

【０１２７】従って、実施の形態４では、ウエイトｗ
_Rnkの算出を実施の形態３に示した式（１２）の代わり
に式（１６）を用いて行う以外は、実施の形態３の場合
と同様である。

【０１２８】従って、上記実施の形態４によれば、患部
に照射する三次元的に形成された線量分布を照射の計画
段階において予め明らかにし、また、その線量分布に対
応した機器のパラメータの設定を可能にして計画通りの
自由度の高い照射を行うことができる。

【０１２９】また、ターゲット６での局所的なビームの
照射強度を変えることができるので、患部５に対して均
一な線量を与えるなど効率的な照射を行う（線量分布を
与える）ことができる。

【０１３０】また、実施の形態３で示した照射方法に比
べ瞬時的な照射野を大きくできから、ビームの利用効率
が向上されターゲット６に対するビームの照射が早く行
える。

【０１３１】尚、この方法も実施の形態３の場合と同様
にＸ線等の荷電粒子線以外の放射線による治療にも適応
できる。

【０１３２】実施の形態５．また、実施の形態３で示し
た、照射野内の強度変調を行って照射を実現する照射方
法の変形として、患者の移動を行うことにより多葉コリ
メータのリーフの移動を最小限のものとし、ターゲット
の照射領域を拡大する方法が考えられる。

【０１３３】図１３に示すように、患者（つまり、ター
ゲット６）の移動を最大限行うことにより、多葉コリメ
ータの先行して移動させる側のリーフ群を動かさずに実
施の形態３の場合と同等の照射が行える。

【０１３４】実施の形態３では、その先行して移動させ
る側のリーフ群をターゲットを静止したものと捉える座
標系で捉えたに過ぎないので、ターゲットとその先行し
て移動させる側のリーフ群との間の実施の形態３で示さ
れる相対的な位置関係が保たれれば、機器への設定パラ
メータをターゲットを静止したものと捉える座標系から
先行して移動させる側のリーフ群を静止したものと捉え
る座標系に変換することで、実施の形態３の場合と同様
な照射を行うことができる。

【０１３５】即ち、例えば、ビームの照射に際しての制
御命令中で、ターゲットに対してリーフをどう動かすか
と捉えていたものを、リーフに対してターゲットをどう
動かすかと捉えればよい。

【０１３６】但し、ターゲットを移動させることによ
り、ターゲットに対して照射されるビームの拡散の仕方
が変わるので、多葉コリメータのリーフのスライド方向
に関して平行に分割したものを線量計算領域として採用
する。

【０１３７】また、ビーム拡散による減衰効果はビーム
焦点からの幾何学的距離の２乗に反比例するのではな
く、単に反比例するだけなので、ウェイトの算出式であ
る式（１１）中のＬ²をＬで置き換えウェイトを単位角
度あたりの粒子数で定義する必要がある。

【０１３８】従って、上記実施の形態５によれば、実施
の形態３の場合と同様な効果が得られるだけでなく、患
者の移動をすることで、実施の形態３の場合と比較し
て、多葉コリメータのリーフの移動により照射できる領
域以上のより大きな照射領域を得ることができる。

【０１３９】また、多葉コリメータの各リーフは１ボク
セル分の開閉で済むから、多葉コリメータの設定角度を
一意に固定することでワブラー電磁石は一つにすること
ができる。尚、Ｘ線治療への適応が可能な点は実施の形
態３の場合と同様である。

【０１４０】実施の形態６．また、実施の形態４で示し
た、多葉コリメータのリーフの開閉動作（タイミング）
の調節により、照射野内の強度変調を行って照射を実現
する照射方法の変形として、実施の形態５と同様に、患
者（ターゲット６）の移動を行うことにより多葉コリメ
ータのリーフの移動を最小限のものとし、患者（ターゲ
ット６）の照射領域を拡大する方法が考えられる。

【０１４１】図１３に示すように患者（つまり、ターゲ
ット６）の移動を最大限行うことにより、多葉コリメー
タの先行リーフ群を完全に固定したままで実施の形態４
と同等の照射が行える。これは実施の形態５で説明した
通り、即ち、実施の形態４では、その先行して移動させ
る側のリーフ群をターゲットを静止したものと捉える座
標系で捉えたに過ぎないので、ターゲット６とその先行
して移動させる側のリーフ群との間の実施の形態４で示
される相対的な位置関係が保たれれば、機器への設定パ
ラメータをターゲットを静止したものと捉える座標系か
ら先行して移動させる側のリーフ群を静止したものと捉
える座標系に変換することで、実施の形態４の場合と同
様な照射を行うことができる。

【０１４２】但し、実施の形態６においても、実施の形
態５の場合と同様な、ボクセルの分割方法の変更、ビー
ム焦点からの幾何学的距離による減衰効果とウェイトの
算出式の変更が同然に必要となる。

【０１４３】従って、上記実施の形態６によれば、実施
の形態４の場合と同様な効果が得られるだけでなく、患
者の移動をすることで、実施の形態４の場合と比較し
て、多葉コリメータのリーフの移動により照射できる領
域以上のより大きな照射領域を得ることができ、多葉コ
リメータ、ビーム拡大器の構成を簡素化することができ
る。

【０１４４】尚、この方法もＸ線等の荷電粒子線以外の
放射線による治療への適応が可能な点は実施の形態４の
場合と同様である。

【０１４５】実施の形態７．実施の形態７に示す照射方
法は、高速に細かく繰り返し計測される粒子強度の関数
に基づいて各機器を連続的に（即ち、細かく）制御する
ことで三次元の照射を実現するものである。このため、
アナログ式レンジシフタや多葉コリメータのように決ま
ったステップ幅で断続的に移動する機器ではなく連続的
な移動を行う機器の制御に適している。

【０１４６】前述したような決まったステップ幅で不連
続に移動させるデジタル的制御では、対象がアナログ的
機器であっても移動を断続的に行わせるため、高加速度
を与えて移動させる高精度な機構等が必要となるが、連
続的な移動を行わせるアナログ的制御では高加速度を必
要とせず、移動は定常的なものとなるので、このような
機構等が不要になる。実施の形態７では、説明の便宜
上、実施の形態１又は２に示した三次元の照射方法の改
良として分割層への照射を連続的に制御する例を説明す
る。

【０１４７】実施の形態７でも、各機器に連続的な移動
を行わせる制御命令（手順リスト）は実施の形態１又は
２に示した手順と概同様な手順で作成されるが、各々の
機器において連続的な細かな移動を行わせるためにその
手順を以下のように一部修正する必要がある。

【０１４８】即ち、照射制御の基準となるモニタ線量を
近似関数等を用いて連続関数として捉える必要がある。
その手法は以下に示すようなものである。

【０１４９】実施の形態１及び２では分割層の厚さを線
量特性のＳＯＢＰ幅に合わせたが、ここでは両者の大き
さを独立に扱い、連続的な細かな制御を考慮して、分割
層の厚さ、即ち前出の図４で示したビン幅をさらに細か
な大きさとし、照射するビームの線量特性をヒストグラ
ム化する。

【０１５０】そして、線量特性のピークとなるビンの部
分の高線量領域部分を照射に使用する部分（ターゲット
に高線量を与えるために使用する部分）として採用す
る。

【０１５１】そして、照射に際しては、始めに、ビーム
のその照射部分が最初に照射される飛程（そのビンの部
分が到達する体内深さ）を、例えばターゲットの体内深
さ最深部に合わせて照射し、以下、ターゲットの体内深
さ最深部からビームが入射される側の面に向けて分割層
への照射を順次に行うことで、三次元の照射を行うこと
ができる。

【０１５２】ここで、このような連続的な制御に伴い、
例えば、照射制御の基準となる積分モニタ線量について
は、ビーム照射の毎に部分照射ｎに対して最適な積分モ
ニタ線量Ｓ_snを以下に説明するように連続関数として求
めたものを採用すればよい。

【０１５３】ここでは、連続的に制御される機器の一例
として飛程調節機器を考える。飛程調節量から直接に定
まる第ｎ番目の分割層の体内深さ中央値Ｘ_pnを考える。
部分照射ｎでの照射スイープｓの積分モニタ線量Ｓ_nの
間の関係を多項式で近似する。

【０１５４】多項式の次数をＮ_Dとすると、ピーク部
（ヒストグラム化されたビームのターゲットに高線量を
与えるために使用する部分）の体内深さＸ_pは、積分モ
ニタ線量Ｓの連続関数（近似関数）として式（１７）の
ように把握できる。

【０１５５】

【数９】

【０１５６】そして、スイープｓ（ｓ＝１、２、・・
・、Ｎ_SW）に対する（Ｎ_D＋１）個の係数ａ_sm（ｓｍ＝
１、２、・・・、Ｎ_D）は、単純な最小二乗法により、
式（１８）のように与えられる（Ｎ_D＋１）個の連立方
程式を解くことにより求められる。

【０１５７】

【数１０】

【０１５８】これにより、各照射に際しての照射制御の
基準となる部分照射に対して最適な積分モニタ線量が連
続関数（近似関数）として把握できる。

【０１５９】ビーム拡大機器、多葉コリメータ、治療台
位置等、ビーム照射ごとに変化する各機器のパラメータ
（設定値）の調節の場合も同様であり、ビン幅をさらに
細かな大きさにして積分モニタ線量を連続関数として捉
えたことに対応して各機器のパラメータを細かく設定す
ることができる。

【０１６０】出力された各機器に制御命令に対応する多
項式の係数、照射を止めるための最終積分モニタ線量を
用いて、制御計算機が行う上述した機器制御の処理をフ
ローチャートで示せば図１４に示すようなものになる。

【０１６１】従って、上記実施の形態７によれば、患部
に照射する三次元的に形成された線量分布を照射の計画
段階において予め明らかにし、また、その線量分布に対
応した機器のパラメータの設定を可能にして計画通りの
自由度の高い照射を行うことができる。

【０１６２】また、機器の設定値の変更に要する時間の
大半は機器の機械的移動に要すると考えられるが、変更
量は繰り返しの頻度が高くなるほど小さくなり、変更に
要する時間はその分小さくなる。従って、このような積
分モニタ線量を連続関数（近似関数）として把握するこ
とで、設定値変更に要する時間は読み出し頻度によら
ず、むしろ機器の機械的移動に要する加減速が少なくな
って、アナログ的な移動を行う機構の連続制御が容易に
なる。

【０１６３】実施の形態８．実施の形態７で説明した連
続的な制御の手順を、実施の形態４及び６で説明した瞬
間的照射野を最大にする強度変調を伴う三次元照射方法
へ適用してもよい。機器への制御命令を作成する基礎と
なるウエイト、モニタ線量等及び制御命令を作成する手
順は実施の形態７の場合と同様である。但し、連続的に
制御されるのは各分割層への照射で照射条件が変化する
機器の設定値であり、それらは照射条件の変化の毎に連
続的な制御を行うための多項式を与える。

【０１６４】手順リストの作成に関しては、実施の形態
４及び６で述べた方法に従うが、線量算出のためのボク
セルについて連続関数化に対応して多葉コリメータのリ
ーフのスライド方向の分割を細かくする必要がある。そ
して、作成された各スライス毎の手順リストも実施の形
態７で示した連続関数として捉えた積分モニタ線量に従
って連続関数として把握すればよい。

【０１６５】この場合、連続的に制御されるのは多葉コ
リメータの各リーフ位置、治療台位置、ワブラー磁石の
設定値等、ある分割された領域の照射中に変化する機器
の設定値であり、制御命令として制御計算機に渡される
のは、各分割層への照射で固定される機器の設定値、各
分割層への照射中に変化する機器の設定値の多項式係
数、各スライス照射の終了積分モニタ線量である。

【０１６６】図１５に示すように、制御計算機は受け取
った連続関数化としての積分モニタ線量を照射させる制
御情報に基づいて、各分割層への照射中に多葉コリメー
タ等の機器の連続制御を実行し、積分モニタ線量に基づ
いた照射の制御を行って、分割層から分割層への移動の
間はレンジシフタ等の機器の設定変更を行えばよい。

【０１６７】従って、上記実施の形態８によれば、患部
に照射する三次元的に形成された線量分布を照射の計画
段階において予め明らかにし、また、その線量分布に対
応した機器のパラメータの設定を可能にして計画通りの
自由度の高い照射を行うことができる。

【０１６８】また、機器の設定値の変更に要する時間の
大半は機器の機械的移動に要すると考えられるが、変更
量は繰り返しの頻度が高くなるほど小さくなり、変更に
要する時間はその分小さくなる。従って、このような積
分モニタ線量を連続関数（近似関数）として把握するこ
とで、設定値変更に要する時間は読み出し頻度によら
ず、むしろ機器の機械的移動に要する加減速が少なくな
って、アナログ的な移動を行う機構の連続制御が容易に
なる。

【０１６９】

【発明の効果】この発明によれば、ビーム照射装置から
ターゲットに照射される粒子線ビームの高線量領域部分
の飛程に基づいてターゲットを層に分割するための分割
間隔を定める第１の工程と、第１の工程で定められた分
割間隔に基づいてターゲットを層に分割する第２の工程
と、ターゲット全体に照射される予め定められた線量と
粒子線ビームの高線量領域部分に対応するビームの強さ
とに基づいて第２の工程で分割された層それぞれに照射
される線量を求める第３の工程と、第２の工程で分割さ
れた層の中の予め定められた層へ照射される粒子線ビー
ムの強度が第３の工程で求められた予め定められた層へ
照射される線量に達するタイミングを求める第４の工程
と、ビーム照射装置とターゲットとの間に配置された照
射範囲形成手段により層の積層方向と直交する方向の照
射範囲を粒子線ビームが照射される層毎に定め、ビーム
照射装置によりビームを照射し、第４の工程で求めたタ
イミングにより粒子線ビームが照射される層を切り替え
る第５の工程とを備えたので、患部に照射する三次元的
に形成された線量分布を照射の計画段階において予め明
らかにし、また、その線量分布に対応した機器のパラメ
ータの設定を可能にして計画通りの照射を行うことので
きる照射方法を得ることができる。

【０１７０】また、ビーム照射装置からターゲットに照
射される粒子線ビームの高線量領域部分の飛程に基づい
てターゲットを層に分割するための分割間隔を定める第
１の工程と、第１の工程で定められた分割間隔に基づい
てターゲットを粒子線ビームが入射される体表面の形状
に沿った一定の間隔で層に分割する第２の工程と、ター
ゲット全体に照射される予め定められた線量と粒子線ビ
ームの高線量領域部分に対応するビームの強さとに基づ
いて第２の工程で分割された各層の中の単位領域に照射
される線量を求める第３の工程と、第２の工程で分割さ
れた層の中の予め定められた層へ照射される粒子線ビー
ムの強さが第３の工程で求められた予め定められた層の
中の単位領域に照射される線量に達するタイミングを求
める第４の工程と、ビーム照射装置とターゲットとの間
に配置された照射範囲形成手段により層の積層方向と直
交する方向の照射範囲を粒子線ビームが照射される単位
領域毎に定め、ビーム照射装置によりビームを照射し、
第４の工程で求めたタイミングにより粒子線ビームが照
射される単位領域を切り替える第５の工程とを備えたも
のである。患部に照射する三次元的に形成された線量分
布を照射の計画段階において予め明らかにし、また、そ
の線量分布に対応した機器のパラメータの設定を可能に
して計画通りの照射を行うことのできる照射方法を得る
ことができる。

【０１７１】また、第５の工程は、照射範囲形成手段を
構成する多葉コリメータが、全てのリーフ対が閉じた状
態でビームが照射される範囲の前で待機する工程と、リ
ーフ対の一方側のリーフ全てを同時に動かし照射される
範囲に対応する分だけ多葉コリメータを開け照射される
範囲へのビームの照射を開始する工程と、照射される範
囲毎のタイミングに達した時点でリーフ対の他方側のリ
ーフを動かして多葉コリメータを閉じ照射される範囲へ
のビームの照射を停止する工程とからなるので、患部に
照射する三次元的に形成された線量分布を照射の計画段
階において予め明らかにし、また、その線量分布に対応
した機器のパラメータの設定を可能にして計画通りの照
射を行うことのできる照射方法を得ることができる。

【０１７２】また、第５の工程は、照射範囲形成手段を
構成する多葉コリメータが、全てのリーフ対が閉じた状
態でビームが照射される範囲の前で待機する工程と、リ
ーフ対の一方側のリーフ全てを同時に動かし照射される
範囲に対応する分だけ多葉コリメータを開け照射される
範囲へのビームの照射を開始する工程と、照射される範
囲毎のタイミングに達した時点で他方側のリーフを動か
して照射される範囲への照射を停止し、一方側のリーフ
群を全て同時に動かして次に照射される範囲に対応する
分だけ多葉コリメータを開け次に照射される範囲へのビ
ームの照射を開始する工程とからなるので、患部に照射
する三次元的に形成された線量分布を照射の計画段階に
おいて予め明らかにし、また、その線量分布に対応した
機器のパラメータの設定を可能にして計画通りの照射を
行うことのできる照射方法を得ることができる。

【０１７３】また、タイミングは、複数の予め定められ
た単位領域と単位領域でのタイミングとの関係から求め
られた近似関数から推定されるので、患部に照射する三
次元的に形成された線量分布を照射の計画段階において
予め明らかにし、また、その線量分布に対応した機器の
パラメータの設定を可能にして計画通りの照射を行うこ
とのできる照射方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る照射方法の説明図であ
る。

【図２】実施の形態１に係る照射方法の説明図であ
る。

【図３】実施の形態１に係る照射方法の説明図であ
る。

【図４】実施の形態１に係る照射方法の説明図であ
る。

【図５】実施の形態１に係る照射方法の説明図であ
る。

【図６】実施の形態２に係る照射方法の説明図であ
る。

【図７】実施の形態２に係る照射方法の説明図であ
る。

【図８】実施の形態２に係る照射方法の説明図であ
る。

【図９】実施の形態３に係る照射方法の説明図であ
る。

【図１０】実施の形態３に係る照射方法の説明図であ
る。

【図１１】実施の形態４に係る照射方法の説明図であ
る。

【図１２】実施の形態５に係る照射方法の説明図であ
る。

【図１３】実施の形態６に係る照射方法の説明図であ
る。

【図１４】実施の形態７に係る照射方法の説明図であ
る。

【図１５】実施の形態８に係る照射方法の説明図であ
る。

【図１６】従来のビームの照射方法の説明図である。

【図１７】従来のビームの照射方法の説明図である。

【図１８】従来のビームの照射方法の説明図である。

【図１９】従来のビームの照射方法の説明図である。

【図２０】従来のビームの照射方法の説明図である。

【図２１】従来のビームの照射方法の説明図である。

【図２２】従来のビームの照射方法の説明図である。

【符号の説明】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ビーム照射装置からターゲットに照射さ
れる粒子線ビームの高線量領域部分の飛程に基づいて前
記ターゲットを層に分割するための分割間隔を定める第
１の工程と、前記第１の工程で定められた前記分割間隔に基づいて前
記ターゲットを前記層に分割する第２の工程と、前記ターゲット全体に照射される予め定められた線量と
前記粒子線ビームの高線量領域部分に対応するビームの
強さとに基づいて前記第２の工程で分割された層それぞ
れに照射される線量を求める第３の工程と、前記第２の工程で分割された層の中の予め定められた層
へ照射される前記粒子線ビームの強度が前記第３の工程
で求められた前記予め定められた層へ照射される線量に
達するタイミングを求める第４の工程と、前記ビーム照射装置と前記ターゲットとの間に配置され
た照射範囲形成手段により前記層の積層方向と直交する
方向の照射範囲を前記粒子線ビームが照射される層毎に
定め、前記ビーム照射装置によりビームを照射し、前記
第４の工程で求めた前記タイミングにより前記粒子線ビ
ームが照射される層を切り替える第５の工程とを備えた
ことを特徴とする照射方法。
【請求項２】ビーム照射装置からターゲットに照射さ
れる粒子線ビームの高線量領域部分の飛程に基づいて前
記ターゲットを層に分割するための分割間隔を定める第
１の工程と、前記第１の工程で定められた前記分割間隔に基づいて前
記ターゲットを前記粒子線ビームが入射される体表面の
形状に沿った一定の間隔で層に分割する第２の工程と、前記ターゲット全体に照射される予め定められた線量と
前記粒子線ビームの高線量領域部分に対応するビームの
強さとに基づいて前記第２の工程で分割された各層の中
の単位領域に照射される線量を求める第３の工程と、前記第２の工程で分割された層の中の予め定められた層
へ照射される前記粒子線ビームの強さが前記第３の工程
で求められた前記予め定められた層の中の単位領域に照
射される線量に達するタイミングを求める第４の工程
と、前記ビーム照射装置と前記ターゲットとの間に配置され
た照射範囲形成手段により前記層の積層方向と直交する
方向の照射範囲を前記粒子線ビームが照射される単位領
域毎に定め、前記ビーム照射装置によりビームを照射
し、前記第４の工程で求めた前記タイミングにより前記
粒子線ビームが照射される単位領域を切り替える第５の
工程とを備えたことを特徴とする照射方法。
【請求項３】第５の工程は、照射範囲形成手段を構成
する多葉コリメータが、全てのリーフ対が閉じた状態で
ビームが照射される範囲の前で待機する工程と、前記リーフ対の一方側のリーフ全てを同時に動かし前記
照射される範囲に対応する分だけ前記多葉コリメータを
開け前記照射される範囲へのビームの照射を開始する工
程と、前記照射される範囲毎のタイミングに達した時点で前記
リーフ対の他方側のリーフを動かして前記多葉コリメー
タを閉じ前記照射される範囲へのビームの照射を停止す
る工程とからなることを特徴とする請求項２に記載の照
射方法。
【請求項４】第５の工程は、照射範囲形成手段を構成
する多葉コリメータが、全てのリーフ対が閉じた状態で
ビームが照射される範囲の前で待機する工程と、前記リーフ対の一方側のリーフ全てを同時に動かし前記
照射される範囲に対応する分だけ前記多葉コリメータを
開け前記照射される範囲へのビームの照射を開始する工
程と、前記照射される範囲毎のタイミングに達した時点で前記
他方側のリーフを動かして前記照射される範囲への照射
を停止し、前記一方側のリーフ群を全て同時に動かして
次に照射される範囲に対応する分だけ前記多葉コリメー
タを開け前記次に照射される範囲へのビームの照射を開
始する工程とからなることを特徴とする請求項２に記載
の照射方法。
【請求項５】タイミングは、複数の予め定められた単
位領域と該単位領域でのタイミングとの関係から求めら
れた近似関数から推定されることを特徴とする請求項２
乃至４のいずれかに記載の照射方法。