TWI530309B - 粒子線治療裝置及線量校正係數的設定方法 - Google Patents

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Description

粒子線治療裝置及線量校正係數的設定方法
本發明係關於一種在照射粒子線以治療悪性腫瘤等之粒子線治療裝置中，特別是採用積層原體照射法或掃描(scanning)照射法之粒子線治療裝置及線量校正係數的設定方法。
在粒子線治療裝置所採用之照射方法中，已知有一種依據距離體表面之深度，將照射對象虛擬地分割成複數個層，依各層進行照射之積層原體照射法或掃描照射法。不論採用任一種照射法之情形時，為了依據由治療計劃裝置所計劃之目標線量來進行照射，雖必須在照射中正確地掌握線量，但無法將線量計配置(埋設)在作為照射對象之體內。因此，通常係根據配置在粒子線之行進方向之體表面之上游側的線量監視器(monitor)之計測值，推測在照射對象之線量(實際線量)。
然而，由於粒子線並非平行射束，而是擴展之扇形射束(fan beam)或錐形射束(conical beam)，因此以線量監視器所得之計測值並未反映到因在患部之體內之位 置的不同所致之線量的變化，而難以單純地換算成實際線量。
因此，揭示有一種粒子線治療裝置(例如參照專利文獻1)，其係亦考慮到氣溫、氣壓、及機械特性對於實際線量與以線量監視器所得之計測值之關係的影響，利用依每個治療照射條件所測定之線量校正係數以進行校正。再者，亦揭示有一種在積層原體照射法或掃描照射法中，依各層求出線量照射係數之粒子線治療裝置(例如參照專利文獻2)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2008-245716號公報(段落「0009」至「0025」，第1圖至第4圖)
專利文獻2：日本特開2011-5276號公報(段落「0025」至「0039」，第7圖至第9圖)
在求出線量校正係數時，一般係將假體(phantom)選定為照射對象，並使用改變要照射之射束的能量、進入假體中之線量計(基準線量計)的深度時之基準線量計之測定值及線量監視器之計測值。然而，假體本身有大小之限制，因此要利用假體來求出對應各層之線量照射係數亦有所限度。具體而言，在能以假體測定之測定深度 (水等效深度)以下，會有無法進行實測之問題。
再者，即使為能以假體來測定設定在預定照射之照射對象之各層的水等效深度區域，各層之水等效深度間距(pitch)係細至不到1mm至數mm之等級。因此，若假設例如照射對象之厚度為75mm，則必須進行約30至100次之實測，而有耗費精力或時間之問題。
本發明係用以解決上述課題而研創者，其目的係在於提供一種實現依循治療計劃之高精確度之照射的粒子線治療裝置及照射線量之校正方法。
本發明之粒子線治療裝置係依據距離體表面之深度將照射對象分割成複數個層，且依各層管理照射線量以進行照射之裝置，該粒子線治療裝置具備：照射裝置，依前述各層將從加速器供給之粒子線予以成形並進行照射；線量監視器，設置在前述照射裝置，即時地計測線量；線量評估部，根據利用由前述線量監視器所計測之計測值及依前述層設定之線量校正係數所算出之線量、及由治療計劃所定之線量，評估前述各層之照射線量；照射控制裝置，根據前述線量評估部之評估結果，控制前述各層之照射線量；以及內插值生成部，利用藉由將前述粒子線照射在設置有校正線量計之模擬假體而得之實測線量校正係數，生成至少對應於未獲得前述實測線量校正係數之層之前述線量校正係數的內插值或推測值；前述內插值生成部係依成為前述內插值或推測值之對象之層，根據該層之 照射條件，進行依前述實測線量校正係數之加權。
再者，本發明之線量校正係數的設定方法係在依據距離體表面之深度將照射對象分割成複數個層，且依各層管理照射線量以進行照射之粒子線治療中，用以利用設置在照射裝置之線量監視器之計測值，算出在前述照射對象之線量之方法，該線量校正係數的設定方法係包含：將粒子線照射在設置有校正線量計之模擬假體，根據前述線量監視器之計測值、前述校正線量計之測定值，獲得以前述校正線量計之前述模擬假體內之深度為參數(parameter)之實測線量校正係數的步驟；以及根據前述實測線量校正係數，建構以前述深度為變數之前述線量校正係數的函數，以生成對應於未獲得前述實測線量校正係數之層之前述線量校正係數的內插值或推測值之內插值生成步驟；在前述內插值生成步驟中，依成為前述內插值或推測值之對象之層，根據對應該層之照射條件，進行依前述實測線量校正係數之加權。
根據本發明之粒子線治療裝置或線量校正係數的設定方法，即使為未測定實測量之層，亦可正確地校正線量，因此可實現依循治療計劃之高精確度之照射。
1‧‧‧粒子線治療裝置
10‧‧‧照射裝置
11‧‧‧橫方向照射場形成部
12‧‧‧線量監視器
13‧‧‧深度方向照射場形成部
14‧‧‧背脊過濾器
15‧‧‧範圍偏移器
20‧‧‧粒子線輸送部
30‧‧‧加速器
31‧‧‧加速器
32‧‧‧射入裝置
33‧‧‧偏向電磁鐵
34‧‧‧收斂用電磁鐵
35‧‧‧高頻加速空洞
36‧‧‧真空管
36‧‧‧射出裝置
40‧‧‧位置控制部
41‧‧‧治療台
50‧‧‧治療計劃部
60‧‧‧照射控制部
70‧‧‧線量評估部
71‧‧‧線量資料處理部
72‧‧‧評估部
73‧‧‧線量算出部
74‧‧‧內插值生成部
75‧‧‧權重設定部
76‧‧‧內插值算出部
77‧‧‧校正係數算出部
80‧‧‧校正裝置
81‧‧‧假體(模擬假體)
82‧‧‧校正線量計
83‧‧‧線量計驅動裝置
Ci‧‧‧計測值
Di‧‧‧物理線量
IC‧‧‧等角點
K‧‧‧患者
αi‧‧‧實測線量校正係數(校正線量係數)
βi‧‧‧內插值(內插值或推測值(校正線量係數))
第1圖係顯示本發明實施形態1之粒子線治療裝置之構成及線量校正係數之設定方法的方塊圖。
第2圖係示意性顯示構成本發明實施形態1之粒子線治療裝置之機器的圖。
第3圖係顯示本發明實施形態1之粒子線治療裝置之線量評估部之構成及線量校正係數之設定方法的方塊圖。
第4圖係示意性顯示在本發明實施形態1之粒子線治療裝置中進行線量校正時之機器構成的圖。
第5圖係顯示本發明實施形態1之粒子線治療裝置中之各層之水等效深度、與所實測之線量校正係數及經內插之線量校正係數之關係的曲線圖。
第6圖係顯示本發明實施形態2之粒子線治療裝置中之各個照射條件不同之層的水等效深度、與所實測之線量校正係數之關係的曲線圖。
實施形態1
以下，說明本發明實施形態1之粒子線治療裝置之構成。
第1圖至第5圖係說明本發明實施形態1之粒子線治療裝置及線量校正係數的設定方法者，第1圖係用以說明粒子線治療裝置之構成及線量校正係數之設定方法的整體功能方塊圖，第2圖係示意性說明進行粒子線治療時之機器構成的圖，第3圖係用以說明粒子線治療裝置之構成及線量校正係數之設定方法之線量評估部的功能方塊圖，第4圖係用以說明在校正台(elibration stage)中進行線量校正時之機器構成的圖，第5圖係顯示用以算出構成照射線量 之線量校正係數之各層之水等效深度、與所實測之線量校正係數及經內插之線量校正係數之關係的曲線圖。
本發明實施形態1之粒子線治療裝置及線 量校正係數的設定方法的特徵在於用以生成內插值或推測值之構成，該內插值或推測值係用以正確地評估未測定實際線量之層的照射線量。然而，在上述之說明之前，先說明依據距離體表面之深度將照射對象虛擬地分割成複數個層，並用以依各層進行照射之粒子線治療裝置之構成、及獲得線量校正係數時之裝置構成。此外，為了將以下說明簡略，係將內插值或推測值統稱為內插值。
本發明實施形態1之粒子線治療裝置係如 第2圖所示，具備：作為粒子線之供給源(線源)之屬於同步加速器(synchrotron)之加速器30；依患部(照射對象)將從加速器30供給之粒子線予以成形並進行照射之照射裝置10；及連結加速器30與(亦包含未圖示之部分)複數個照射裝置10，將從加速器30射出之粒子線輸送至所選擇之照射裝置10的粒子線輸送部20。
加速器30係具備：真空管(duct)31，作為用 以使帶電粒子旋繞之軌道路徑；射入裝置32，將從前段加速器38供給之帶電粒子射入至真空管31；偏向電磁鐵33，以帶電粒子沿著真空管31內之旋繞軌道旋繞之方式，使帶電粒子之軌道偏向；收斂用電磁鐵34，以使旋繞軌道上之帶電粒子不會發散之方式進行收斂；高頻加速空洞35，對旋繞之帶電粒子施加同步之高頻電壓並予以加速；射出裝 置36，將在旋繞軌道內加速之帶電粒子作為具有預定能量之粒子線取出至旋繞軌道外，並射出至粒子線輸送部20；及六極電磁鐵37，為了使粒子線從射出裝置36射出，在旋繞軌道內激起共鳴。再者，旋繞軌道內之帶電粒子係在高頻電場加速，因磁鐵而彎曲，同時加速至光速之約60至80%，並射出至粒子線輸送部20。
粒子線輸送部20係稱為HEBT(高能量射束 輸送：High energy beam transport)系統，且具備作為粒子線之輸送路徑之真空管、切換粒子線之軌道之切換電磁鐵、及使粒子線朝預定角度偏向之偏向電磁鐵。此外，在圖中，粒子線輸送部20中之與加速器30的連接部分及連接在照射裝置10之真空管部分以外的部分係省略記載。
照射裝置10係設置在對患者K進行粒子線 治療之未圖示的治療室，將從粒子線輸送部20所供給之粒子線成形為對應照射對象之大小或深度之照射場並照射在患部者。然而，供給至照射裝置10之粒子線係所謂之鉛筆狀之細射束。因此，照射裝置10係具備：橫方向照射場形成部11，用以控制粒子線之照射場中之橫方向(亦即與射束行進方向垂直之面)之形狀；深度方向照射場形成部13，用以控制深度方向(亦即射束行進方向)；及線量監視器12，為了評估照射在患部之線量，即時地監視(計數(count))通過預定區域之粒子線並輸出計測值Ci。再者，在治療室中設置有以等角點(Isocentre)IC為基準，用以定位並固定照射中之患者K之治療台41等。
在深度方向照射場形成部13內，具備有例 如使布拉格峰(Bragg peak)之寬度擴大之背脊過濾器(ridge filter)14、用以變更粒子線之能量(射程)之範圍偏移器15等。在橫方向照射場形成部11中，設置有使粒子線朝例如與射束行進方向垂直之方向偏向之未圖示之掃描電磁鐵等。照射場係有以掃描電磁鐵直接成形之情形，或以掃描電磁鐵一旦擴大為圓形，且利用多葉型準直儀(multi-leaf collimator)等限制器來成形之情形。
利用該粒子線治療裝置1，在進行治療時， 必須連繋各部進行控制。因此，從控制之觀點來表現粒子線治療裝置1時，如第1圖所示，由治療計劃部50、照射控制部60、加速器30、粒子線輸送部20、照射裝置10、位置控制部40等所構成。
照射裝置10係具有在如上所述將粒子線照 射在患者時形成適當之照射場之功能，治療計劃部50係具有為了照射所希望之線量分佈而將照射裝置10之各機器之參數設定為適當值的功能。位置控制部40具有實施以治療台41等所進行之患者之固定、標的(亦稱標的體積)之定位及確認等的功能。照射控制部60係根據來自治療計劃部50之指示，來控制加速器30、粒子線輸送部20、照射裝置10、位置控制部40之動作。此外，在說明照射控制部60之詳細構成(第3圖)之前，針對粒子線治療之流程加以說明。
在此，將粒子線治療分為三個階段(stage) 加以說明。三個階段係指(i)治療計劃階段、(ii)校正階段、及(iii)照射治療階段。
(i)在治療計劃階段中，對作為照射對象之 患者之患部，藉由治療計劃部50(或外部之治療計劃裝置)，對於1：從哪一個角度、2：哪一個照射場、或3：照射多少程度之線量進行計劃。
(2)在校正階段中，如第3圖所示，藉由建 構在照射控制部60之線量評估部70，算出線量校正係數，該線量校正係數係將由線量監視器12所檢測之計測值換算成賦予照射對象之線量。具體而言，如第4圖所示，在治療時設置有治療台41之位置，設置有包含作為模擬人體之模擬假體之假體81之校正裝置80。在設置於高度調整台84上之假體81中，設置有校正線量計82，該校正線量計82係藉由線量計驅動裝置83，定位在與依距離照射對象之體表面之深度而設定之各層對應的位置。再者，將校正用之光束照射在假體81。此時，實際計測從常設於照射裝置10內之線量監視器12輸出之計測值Ci、及從校正線量計82輸出之物理線量Di，並藉由校正係數算出部77，依各層(距離校正線量計82之水面的深度)算出式(1)所示之線量校正係數。
在此，下標字i係顯示屬於第i層之指標，線量校正係數αi[Gy/Count]係將以校正線量計82實際測量校正用射束之物理線量Di[Gy]除以此時由線量監視器12計測之計測值Ci[Count]所求出之值。依所求出之層之線量校正係數αi係作為以各層之水等效深度xi[mm WEL]為參數的查找表(Look-Up-Table)儲存在線量資料處理部71內。
在本實施形態1之粒子線治療裝置或線量 校正係數的設定方法中，其特徵為具有用以正確地求出內插值βi[Gy/Count]之構成，該內插值係為對應於能以假體81進行測定之測定深度以下之區域之層的線量校正係數的推測值。具體而言，利用依據實際測量之資料的線量校正係數αi，將映射(mapping)(數學模型)建構在對應於某水等效深度xi之內插值βi時，依水等效深度xi，使依線量校正係數αi之加權變化。
為了使說明簡略化，首先，無關於加權， 以式(2)所示之多項式建構映射(數學模型)，並顯示以最小平方法求出該多項式之未知係數之情形的例。
βi=k0+k1xi+k2xi 2‧‧(2)
然而，k0、k1、k2為未知係數，在如以下之式(D1)之方式定義A、B時，如式(3)求得。
數2
[k0 k1 k2]=：X=(ATA)-1ATB‧‧(3)
然而，上標字T係表示轉置矩陣。
該多項式之次數雖亦可依需要增減，但層之深度與照射線量之關係連續時，發明人等係在經驗上確認只要是次數為2之多項式即可精確度佳地推測線量校正係數。然而，發明人等係著眼於：在粒子線治療中，有很多在層之深度與照射線量之間為非連續關係之情形，在內插值βi之生成中，依水等效深度xi，使依線量校正係數αi之加權產生變化。
因此，在線量資料處理部71中，如第3圖所示，依據內插值βi之水等效深度xi，在內插值生成部74設置用以設定依線量校正係數αi之加權之權重設定部75。藉此，內插值算出部76係依據反映權重設定部75所設定之加權的映射，利用線量校正係數αi來算出內插值βi。更具體而言，主要對應遠端側(distal)之層的區域會變得比由假體81所設定之測定深度更深，並考慮大多無法進行實測之情形，藉由將權重置入遠端側之資料的加權最小平方法來求出映射之未知係數。
亦即，取代上述之式(D1)與式(3)之組合， 藉由式(D2)與式(4)之組合，求出未知係數k0、k1、k2。
[k0 k1 k2]=：X=(ATWTWA)-1ATWTWB‧‧(4)
式(D2)之W係對角矩陣，從左上至右下排列之數字係表示權重，且可知使設定在右下之深層(遠端側)之權重(=2，5，10)比設定在左上之淺層(近端側)之權重(=1)大。
推測包含該W之定義之線量校正係數之映射(數學模型)係依據求出內插值βi之水等效深度xi而生成，且儲存在內插值生成部74內。再者，在權重設定部75中，在算出比可測定之區域更深之層的內插值βi時，係使用遠端側之權重較大的映射，在可測定之區域的情形時，係使用令加權平坦之映射、或令接近該深度之層的權重變大之映射。亦即，權重設定部75係依據求出βi之水等效深度xi，可適當選擇或修正映射。
(iii)在照射治療階段中，對照射對象進行照射中，藉由線量監視器12即時地輸出之計測值Ci係輸出至線量評估部70之線量算出部73。線量算出部73係利用 在校正階段所生成之對應於該層之線量校正係數αi或內插值βi，由計測值Ci算出賦予至照射對象之照射線量(Ci×αi或Ci×βi)，並輸出至評估部72。在評估部72中，判斷所輸出之線量是否達到目標線量，並輸出評估結果。藉此，可即時地進行線量評估，並進行依據評估結果之照射控制。
照射控制部60係依目標線量來實現照射， 因此當接收該層之線量達到目標線量之主旨的評估結果時，以停止在該層之照射且移行至下一層之方式，控制照射裝置10之動作。
此外，藉由算出依據上述水等效深度xi之 內插值βi，即可正確地算出難以獲得依據實測值之線量校正係數αi之層的線量。再者，內插值βi係如式(2)之多項式所示對於深度方向連續地變化之值，即使為存在線量校正係數αi之區域，僅利用內插值βi者係在進行控制上較佳。然而，在實際之照射中，如第5圖所示，亦有顯現從以式(2)表現之多項式偏離之特性的情形。因此，在本實施形態1之粒子線治療裝置或線量校正係數的設定方法中，於校正線量係數αi存在之區域中，係構成為可選擇是否應使用線量校正係數αi或內插值βi之任一者的資料。
針對其具體例，利用第5圖加以說明。在圖 中，橫軸係表示水等效深度xi[mm WEL](假體81中之距離校正線量計82之水表面的深度)，縱軸係表示線量校正係數αi或內插值βi[Gy/Count]。此外，在圖中，α a為採用於線量校正之線量校正係數αi資料，α r係未採用於線量 校正之線量校正係數αi資料，虛線為以對線量校正係數αi進行加權而算出之未知係數所求出之式(2)所示之曲線。再者，β a係採用於線量校正之內插值βi資料，β r係未採用於線量校正之內插值βi資料。
在第5圖中，針對於存在有線量校正係數 αi之層，係顯示並未採用內插值βi而採用線量校正係數αi之情形。然而，例如內插值βi之值若為位在線量校正係數αi之變異σ之範圍內的資料(圖中CP)，則亦可採用內插值βi來取代線量校正係數αi。
或者，亦可依據來自照射控制部60之輸入 畫面之信號進行上述選擇。具體而言，由操作粒子線治療裝置1之醫師/技師或由依據醫師等之指示來操作裝置之操作者等，係確認屬於照射對象之患者之患部是對應哪一層(亦即第幾層)。例如，作為對應之層而由索引i=1至30對應時，針對各個層，若在照射控制部60之輸入畫面上進行使用儲存在查找表之線量校正係數αi、或使用依據映射之內插值βi之判斷，則將該結果輸出至線量資料處理部71。
在任一種情形下，遠端側之射程(shot)之患 者校正深度係比能以假體81測定之深度區域Rm更深，而無法進行實測之區域Ro時、亦即符合查找表之線量校正係數αi不存在時，係自動地使用內插值βi。
藉此，加進行兼顧控制之順暢(smooth)及正確性之線量評估。此外，在上述例中，雖針對在照射控制 部60內建構線量評估部70、在線量評估部70內建構校正係數算出部77等之例加以說明，但若可發揮上述功能，當然亦可進行適當變形。
如以上所述，依據本實施形態1之粒子線治 療裝置，係為一種依據距離體表面之深度將照射對象分割成複數個層，依各層管理照射線量來進行照射之粒子線治療裝置1，其具備：照射裝置10，依各層將從加速器30供給之粒子線予以成形並進行照射；線量監視器12，設置在照射裝置10，即時地計測線量；線量評估部70，根據利用由線量監視器12所計測之計測值Ci及依各層設定之線量校正係數(αi、βi)所算出之線量、及由治療計劃所定之線量，評估各層之照射線量；照射控制裝置(照射控制部)60，根據線量評估部70之評估結果，控制各層之照射線量；以及內插值生成部74，利用藉由將粒子線照射在設置有校正線量計82之模擬假體(假體81)而得之實測線量校正係數αi，生成對應於至少未獲得實測線量校正係數αi之層之線量校正係數的內插值βi；內插值生成部74係在生成對應於深度xi為預定值(例如在假體81中之測定極限)以上之層的內插值βi時，以實測線量校正係數αi中之較深層之實測線量校正係數αi的權重成為比較淺層之實測線量校正係數αi的權重大的方式進行加權而構成，因此相對於無法由模擬假體(假體81)測定之深度xi為預定以上之層，亦可獲得正確之內插值βi，且可正確地校正線量，因此可實現依據治療計劃之高精確度的照射。
此外，依據本實施形態1之線量校正係數的 設定方法，係在依據距離體表面之深度將照射對象分割成複數個層，且依各層管理照射線量以進行照射之粒子線治療裝置中，利用設置在照射裝置10之線量監視器12之計測值C1，算出在照射對象之線量之線量校正係數(αi、βi)的設定方法，該方法係包含：將粒子線照射在設置有校正線量計82之模擬假體(假體81)，根據線量監視器12之計測值C1、校正線量計82之測定值(物理線量D1)，獲得以校正線量計82之模擬假體(假體81)內之深度xi為參數之實測線量校正係數αi的步驟；以及根據實測線量校正係數αi，建構以深度xi為變數之線量校正係數αi的函數(式(2))，以生成對應於未獲得實測線量校正係數αi之層之線量校正係數的內插值βi之內插值生成步驟；在內插值生成步驟中，係在生成對應於深度xi為預定值(例如在假體81中之測定極限)以上之層的內插值βi時，以實測線量校正係數αi中之較深層之實測線量校正係數αi的權重成為比較淺層之實測線量校正係數αi的權重大的方式進行加權而構成，因此即使為未測定實際線量之層，亦可利用正確之校正線量係數來校正線量，因此可實現依據治療計劃之高精確度的照射。
實施形態2
在前述實施形態1中，雖記載有於內插值βi之算出中，注目於水等效深度而進行加權之例，但在本實施形態2中，亦將水等效深度以外之照射條件列入考慮而進行加 權。第6圖係說明本實施形態2之粒子線治療裝置及線量校正係數的設定方法者，且為示意性顯示粒子線治療裝置中之各個照射條件不同之層的水等效深度、與所實測之線量校正係數之關係的曲線圖。此外，關於粒子線治療裝置及控制的校正，係援用實施形態1所用之圖，且省略同樣部分之說明。
在本實施形態2中，當水等效深度變化時， 為了實現在該水等效深度之照射，調整粒子線之射程(布拉格峰值之位置)，因而著眼於線量分佈。就線量分佈因所照射之粒子線之射程而變化之要因而言，可列舉：(1)扇形射束(fan beam)效果或錐形射束(conical beam)效果；(2)要使用之範圍偏移器(range shifter)15之種類(厚度)不同；(3)搖擺(wobbling)半徑之不同(積層原體照射等之情形)。以下，分別進行說明。
扇形射束效果或錐形射束效果
如上所述，照射裝置10係配合患部形狀而將從加速器30供給之鉛筆狀之細射束予以成形，以實現制定有治療計劃之線量分佈者。因此，所供給之射束係藉由設置在橫方向照射場形成部11之散射體、搖擺電磁鐵或掃描電磁鐵朝xy方向擴大(寬幅射束方式(包含積層原體照射之情形))，或藉由掃描電磁鐵朝xy方向掃描(掃描方式)。
因此，從照射裝置10至照射對象之光束並非平行，而是以通過藉由散射體、搖擺電磁鐵或掃描電磁鐵而擴展成扇形或錐形之區域的方式進行照射。因此，即 使原本之鉛筆狀之細射束為相同強度(毎一時間之粒子數相同)，因射程不同，線量分佈(亦可視為每一單位面積之粒子數)亦不同。因此，即使藉由設置在照射裝置10內之線量監視器12所計數之計測值C1(相當於粒子數)相同，當射程不同時，賦予至患者之線量分佈亦不同。將此情形稱為扇形射束效果或錐形射束效果。
(2)因要使用之範圍偏移器之種類(厚度)之不同所產生的效果
就變更粒子線之射程之方法而言，主要有二種方法。第一種是變更在加速器30側加速之粒子之運動能量的方法。第二種是藉由使以預定之能量所供給之粒子線通過厚度不同之範圍偏移器15而調節粒子所具有之運動能量之消失量的方法。以加速器30進行之方法係適用於粗略之能量位準的調整，變更範圍偏移器15之種類的方法係適用於精細之能量的調整，在實際之裝置中，一般而言係併用二種之方法。
範圍偏移器15係作為深度方向照射場形成部13而設置在照射裝置10內，粒子線在通過範圍偏移器15時才開始發散。該發散之程度係取決於範圍偏移器15之厚度，因此線量分佈亦會因範圍偏移器15之厚度的不同而不同。特別是發散之程度大幅地変化，是由於完全未使用範圍偏移器15時與使用範圍偏移器15時之差。為了儘可能避免該影響，即使在不需要範圍偏移器15之目標能量的情形，亦刻意以虛設(dummy)之方式將薄的範圍偏移器 15放入，亦可達成效果。
(3)搖擺半徑之不同(積層原體照射等之寬幅射束方式之情形)
如前所述，在寬幅射束方式之情形時，為了實現配合患部形狀而制定有治療計劃之線量分佈，供給至照射裝置10之鉛筆狀的細射束係利用搖擺電磁鐵等朝xy方向擴大。更詳細而言，搖擺電磁鐵係以例如描繪成圓形之方式掃描鉛筆狀的細射束，然後，粒子線係以通過散射體之方式照射。藉此方式，實現在擴大之照射場內大致均勻之線量分佈。此時，將射束描繪之圓形的半徑稱為「搖擺半徑」。
然後，以配合該患者之患部之形狀，藉由準直儀等將多餘之部分阻斷並將照射場予以成形。此時，具有該均勻之線量分佈的照射場之大小，係只要大至可完全地包含患者之患部之程度即足夠。因此，考慮射束之利用效率，搖擺半徑係可依據患者之患部(或依各層)的大小任意地變更。該搖擺半徑亦為線量分佈變化之主要原因。
以積層原體照射為例，針對上述(1)至(3)之主要原因造成何種影響加以說明。作為照射對象之患者之患部係朝射束軸方向(深度方向、z方向)分割成數個虛擬之切面(slice，層)。為了簡單起見，對於切面附加編號(從遠端側起依序為1、2、…n)。照射之切面的順序雖未必是依上述順序(從遠端側起)，但從遠端側起之順序係大多為醫療機關所採用者。為了實現對各切面之照射，調整粒子線之能量作為照射射束之射程(布拉格峰之位置)。如前所 述，粒子線之能量雖併用加速器30與範圍偏移器15來進行調整，但在此係決定加速器30之參數與使用之範圍偏移器15。
對於上述虛擬之切面在治療時要使用何種 線量校正係數，係依據使用事前之假體81的測定(校正階段)來決定。在此，該線量校正係數係如實施形態1所說明，雖考慮以水等效深度為函數之多項式模型(式(2))來計算內插值βi，但因前述之能量調整方法等之照射方法而會產生線量校正係數特性曲線之非連續性的問題。以下，利用第6圖加以說明。
第6圖係示意性顯示在校正階段中，依據利 用假體81進行實測之結果所算出之線量校正係數αi與水等效深度xi之關係的圖。圖中，橫軸係表示水等效深度xi[mm WEL](假體81中之距離校正線量計82之水表面的深度)，縱軸係表示由線量校正計82所得之線量[Gy]除以設置在照射裝置10內之線量監視器12之計測值Ci[Count]所得之值。
再者，為了簡單起見，將從加速器30射出之粒子線的能量之參數(加速器參數)設為A、B、C之三種類，將範圍偏移器15之厚度及材質之種類(範圍偏移器參數)設為a、b、c之三種類。各圖示(plot)係顯示測定結果，且從左側(水等效深度較淺)朝右側(水等效深度較深)而符合Aa、Ab、Ac、Ba、Bb、Bc、Ca、Cb、Cc之條件的資料。如此，條件因層而不同時所得之線量校正係數之特性曲線 係在欲以一個多項式來近似於整體時，會有特性產生非連續性之問題點。
在此，若僅著眼於符合加速器參數之參數A 的資料(Aa、Ab、Ac)，由於特性不會產生非連續性，故因此能以一個多項式實現正確度佳之模型化。此外，若僅著眼於符合範圍偏移器參數之參數a的資料(Aa、Ba、Ca)，由於特性不會產生非連續性，故同樣地能以一個多項式實現正確度佳之模型化。亦即，藉由加速器參數或範圍偏移器參數進行組群分配，利用該同一之組群的資料進行對應該組群之線量校正係數特性曲線的多項式之作成與保有，藉此即可解決前述非連續性之問題，而獲得精確度佳之內插值βi。
依據第6圖，針對由加速器參數所成之組群 化、由範圍偏移器參數所成之組群化加以說明，惟因搖擺半徑之不同(搖擺半徑參數)而會產生同樣之非連續性的問題，因此由搖擺半徑參數所成之組群化亦當然有效。
亦即，在第3圖中說明之權重設定部75係 依據以需要內插值βi之層的照射條件(參數)，將與該照射條件不同之條件之層的線量校正係數αi的權重設為0。藉此，可解決非連續性之問題，並且可獲得精確度佳之內插值βi，而可實現依據治療計劃之高精確度的照射。
如上所述，依據本實施形態2之粒子線治療 裝置，內插值生成部74係依內插值βi之對象之層，作為該層之照射條件，除了根據上述之深度以外，亦根據用以 調整能量之加速器參數、範圍偏移器參數、及用以調整照射場之大小的搖擺半徑參數中任一者或其組合的共通性，進行依線量校正係數αi的加權而構成，因此即使為未測定實際線量之層，亦可利用正確之校正線量係數來校正線量，因此可實現依據治療計劃之高精確度的照射。
再者，依據本實施形態2之線量校正係數的 設定方法，在內插值生成步驟中，係依內插值βi之對象之層，作為該層之照射條件，除了根據上述之深度以外，亦根據用以調整能量之加速器參數、範圍偏移器參數、及用以調整照射場之大小的搖擺半徑參數中任一者或其組合的共通性，進行依線量校正係數αi的加權而構成，因此即使為未測定實際線量之層，亦利用正確之校正線量係數來校正線量，因此可實現依據治療計劃之高精確度的照射。
實施形態3
在前述實施形態2中，針對僅使用與欲得到內插值之層相同之條件之層的線量校正係數之例加以說明。然而，實務上必須進行多項式模型之區域，係為「能以假體測定之深度以下」之一定寬度的區域。因此，在該區域中，存在有複數個參數之影響。亦即，在該區域中，「加速器參數」、「範圍偏移器參數」、「搖擺半徑參數」等之影響會重疊性顯現。因此，在本實施形態之粒子線治療裝置或照射線量的校正方法中，並非考量「使用/不使用」之兩種選擇，而是考量複數個條件將線量校正係數進行加權以作為獲得內插值之資料，此外，在本實施形態3中，關於粒子線治 療裝置及控制之構成，係援用在實施形態1所用之圖，並省略同樣部分之說明。
為了將說明予以省略化，針對將照射條件 限縮於加速器參數及搖擺半徑參數以進行加權之例加以說明。
在此，欲得到內插值βi之層(切面)係設為 比能以假體81測定之水等效深度xi更深之層(遠端側)。就加速器參數而言，如第6圖所說明，從水等效深度較淺之一方朝水等效深度較深之一方，A、B、C之三條件皆存在。 再者，在比能以假體81測定之水等效深度xi更深之層(遠端側)的加速器參數係設為C。因此，就設定加權時之單位係數而言，條件為相同之C時係設定1.0，而在條件為不同之B、A時，深度較近之B係設定0.8，深度最遠之A係設定0.5。
再者，就搖擺半徑參數而言，從半徑較小 之一方朝半徑較大之一方，Xmm、X+20mm、X+40mm之三條件皆存在。再者，實現作為欲得到內插值βi之層之遠端側之層的照射時之半徑係設為Xmm。因此，就設定加權時之單位係數而言，條件為相同之Xmm時係設定1.0，而在條件為不同之2個條件中之接近X之X+20mm時係設定0.4，最不同之X+40mm係設定0.2。
如此，依參數之種類設定加權用之單位係 數，依實測線量校正係數αi，依據照射條件之組合，乘上依參數之單位係數，即可進行第1表所示之加權。
[第1表]
再者，為了進行上述之校正，例如將各單 位係數等儲存在線量資料處理部71內，並且校正係數算出部77係在算出線量校正係數αi時，預先對照射條件之資料賦予關連。藉此，在加權設定部75中，根據經過附加關聯之資料，藉由反映在式(D2)之W的定義，可依據需要內插值βi之層的照射條件，調整線量校正係數αi的權重。 藉此，考慮經考量非連續性之問題及複數個條件之影響的整體特性，即可獲得精確度佳之內插值βi，且可實現依據治療計劃之高精確度的照射。
如上所述，依據本實施形態3之粒子線治療 裝置，內插值生成部74係依據作為照射條件之用以調整深度、能量之加速器參數、範圍偏移器參數、及用以調整照射場之大小的搖擺半徑參數之各者的共通性，預先設定加權之單位係數，依作為內插值βi之對象之層，依據各參數之組合，利用乘上各單位係數之值來進行依實測線量校正係數αi的之加權而構成，因此即使為未測定實際線量之 層，亦可正確地校正線量，因此可實現依據治療計劃之高精確度的照射。
如上所述，依據本實施形態3之線量校正係 數的設定方法，在內插值生成步驟中，係依據作為照射條件之用以調整深度、能量之加速器參數、範圍偏移器參數、及用以調整照射場之大小的搖擺半徑參數之各者的共通性，預先設定加權之單位係數，依作為內插值βi之對象之層，依據各參數之組合，利用乘上各單位係數之值來進行依實測線量校正係數αi的之加權而構成，因此即使為未測定實際線量之層，亦可利用正確之校正線量係數來校正線量，因此可實現依據治療計劃之高精確度的照射。
如以上所述，依據上述實施形態1至3之本 實施形態3的粒子線治療裝置，係為一種依據距離體表面之深度將照射對象分割成複數個層，依各層管理照射線量來進行照射之粒子線治療裝置1，其具備：照射裝置10，依各層將從加速器30供給之粒子線予以成形並進行照射；線量監視器12，設置在照射裝置10，即時地計測線量；線量評估部70，根據利用由線量監視器12所計測之計測值C1及依各層設定之線量校正係數(αi、βi)所算出之線量、及由治療計劃所定之線量，評估各層之照射線量；照射控制裝置(照射控制部60)，根據線量評估部70之評估結果，控制各層之照射線量；以及內插值生成部74，利用藉由將粒子線照射在設置有校正線量計82之模擬假體(假體81)而得之實測線量校正係數αi，生成至少對應於未獲得 實測線量校正係數αi之層之線量校正係數的內插值βi；內插值生成部74係依作為內插值βi之對象之層，根據該層之照射條件，進行依實測線量校正係數αi之加權而構成，因此即使為未測定實際線量之層，亦可正確地校正線量，因此可實現依據治療計劃之高精確度的照射。
此外，依據前述實施形態1至3之線量校正 係數的設定方法，係在依據距離體表面之深度將照射對象分割成複數個層，且依各層管理照射線量以進行照射之粒子線治療中，利用設置在照射裝置10之線量監視器12之計測值C1，算出在照射對象之線量之線量校正係數(αi、βi)的設定方法，該方法係包含：將粒子線照射在設置有校正線量計82之模擬假體(假體81)，根據線量監視器12之計測值C1、校正線量計82之測定值(物理線量Di)，獲得以校正線量計82之模擬假體(假體81)內之深度xi為參數之實測線量校正係數αi的步驟；以及根據實測線量校正係數αi，建構以深度xi為變數之線量校正係數αi的函數(式(2))，以生成至少對應於未獲得實測線量校正係數αi之層之線量校正係數的內插值βi之內插值生成步驟；在內插值生成步驟中，係依作為內插值βi之對象之層，根據對應該層之照射條件，進行依實測線量校正係數αi之加權而構成，因此即使為未測定實際線量之層，亦利用正確之校正線量係數來校正線量，因此可實現依據治療計劃之高精確度的照射。
10‧‧‧照射裝置
20‧‧‧粒子線輸送部
30‧‧‧加速器
40‧‧‧位置控制部
50‧‧‧治療計劃部
60‧‧‧照射控制部
70‧‧‧線量評估部

Claims (14)

  1. 一種粒子線治療裝置，係依據距離體表面之深度將照射對象分割成複數個層，且依各層管理照射線量以進行照射之裝置，該粒子線治療裝置具備：照射裝置，依前述各層將從加速器供給之粒子線予以成形並進行照射；線量監視器，設置在前述照射裝置，即時地計測線量；線量評估部，根據利用由前述線量監視器所計測之計測值及依前述層設定之線量校正係數所算出之線量、及由治療計劃所定之線量，評估前述各層之照射線量；照射控制裝置，根據前述線量評估部之評估結果，控制前述各層之照射線量；以及內插值生成部，利用藉由將前述粒子線照射在設置有校正線量計之模擬假體而得之實測線量校正係數，生成至少對應於未獲得前述實測線量校正係數之層之前述線量校正係數的內插值或推測值；前述內插值生成部係依成為前述內插值或推測值之對象之層，根據該層之照射條件，進行依前述實測線量校正係數之加權。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之粒子線治療裝置，其中，前述內插值生成部係在生成對應於前述深度為預定值以上之層的內插值或推測值時，以前述實測線量校正 係數中之較深層之實測線量校正係數的權重比較淺層之實測線量校正係數的權重更大之方式，進行前述加權。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之粒子線治療裝置，其中，在前述照射裝置設置有調整前述粒子線之能量的範圍偏移器，前述內插值生成部係根據從前述加速器射出之粒子線的能量、前述範圍偏移器之厚度及材質中之至少任一者的條件，進行前述加權。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之粒子線治療裝置，其中，在前述照射裝置設置有調整前述粒子線之能量的範圍偏移器，前述內插值生成部係根據從前述加速器射出之粒子線的能量、前述範圍偏移器之厚度及材質中之至少任一者的條件，進行前述加權。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之粒子線治療裝置，其中，在前述照射裝置設置有將前述粒子線之照射場之直徑予以擴大的搖擺電磁鐵，前述內插值生成部係根據擴大後之直徑，進行前述加權。
  6. 一種線量校正係數的設定方法，係在依據距離體表面之深度將照射對象分割成複數個層，且依各層管理照射線量以進行照射之粒子線治療中，利用設置在照射裝置之線量監視器之計測值，算出在前述照射對象之 線量之線量校正係數的設定方法，該設定方法係包含：將粒子線照射在設置有校正線量計之模擬假體，根據前述線量監視器之計測值、前述校正線量計之測定值，獲得以前述校正線量計之在前述模擬假體內之深度為參數之實測線量校正係數的步驟；以及根據前述實測線量校正係數，建構以前述深度為變數之前述線量校正係數的函數，以生成對應於未獲得前述實測線量校正係數之層之前述線量校正係數的內插值或推測值之內插值生成步驟；在前述內插值生成步驟中，依成為前述內插值或推測值之對象之層，根據對應該層之照射條件，進行依前述實測線量校正係數之加權。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之線量校正係數的設定方法，其中，在前述內插值生成步驟中，在生成對應於深度為預定值以上之層的內插值或推測值時，以前述實測線量校正係數中之前述校正線量計之深度較深之實測線量校正係數的權重比較淺之實測線量校正係數的權重更大之方式，進行前述加權。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之線量校正係數的設定方法，其中，在前述粒子線治療中，利用範圍偏移器來調整前述粒子線之能量，在前述內插值生成步驟中，根據從加速器射出之粒子線的能量、前述範圍偏移器之厚度及材質中之至少任一者的條件，進行前述加權。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之線量校正係數的設定方法，其中，在前述粒子線治療中，利用範圍偏移器來調整前述粒子線之能量，在前述內插值生成步驟中，根據從加速器射出之粒子線的能量、前述範圍偏移器之厚度及材質中之至少任一者的條件，進行前述加權。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之線量校正係數的設定方法，其中，在前述粒子線治療中，藉由搖擺電磁鐵，將前述粒子線之照射場之直徑予以擴大，在前述內插值生成步驟中，根據前述擴大後之直徑，進行前述加權。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之線量校正係數的設定方法，其中，在前述粒子線治療中，藉由搖擺電磁鐵，將前述粒子線之照射場之直徑予以擴大，在前述內插值生成步驟中，根據前述擴大後之直徑，進行前述加權。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之線量校正係數的設定方法，其中，在前述粒子線治療中，藉由搖擺電磁鐵，將前述粒子線之照射場之直徑予以擴大，在前述內插值生成步驟中，根據前述擴大後之直徑，進行前述加權。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之線量校正係數的設定方法，其中，在前述粒子線治療中，藉由搖擺電磁鐵，將前述粒子線之照射場之直徑予以擴大， 在前述內插值生成步驟中，根據前述擴大後之直徑，進行前述加權。
  14. 如申請專利範圍第6項至第13項中任一項所述之線量校正係數的設定方法，其中，在前述內插值生成步驟中，根據對應該層之照射條件，利用乘上依構成前述照射條件之複數個條件所設定之單位係數後的值，進行前述加權。
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