WO2017081768A1

WO2017081768A1 - 粒子線治療装置及び治療計画補正方法

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Publication number: WO2017081768A1
Application number: PCT/JP2015/081731
Authority: WO
Inventors: 裕介坂本; 西沢　博志; 真照林; 哲史東; 山本　和男; 有希子平野; 奈津子前田; 保人岸井
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2017-05-18
Also published as: TWI600451B; TW201716104A; JP6444532B2; JPWO2017081768A1

Abstract

　本発明の粒子線治療装置(50)は、測定装置（6、7、8）により粒子ビーム(20)の粒子ビーム情報が測定された測定粒子ビーム情報を記憶するビーム情報記憶部（測定エネルギー記憶部(14)、測定電荷記憶部(12)、測定ビーム中心軸記憶部(13)）と、測定粒子ビーム情報（測定エネルギー(E)、測定ビーム量（測定電荷数(Q)）、測定ビーム中心軸位置(Px,Py)）に基づいて、照射線量分布（合計線量分布(D_i)）を演算する合計線量演算部(15)と、照射線量分布（合計線量分布(D_i)）と目標線量分布(D^obj _i）との差分である線量分布差分（ΔD_i）を演算する計画線量比較部（16）を備えた線量分布演算装置（10）を備え、２回目以降の治療照射において、線量分布差分（ΔD_i）を補正する補正ビーム量（補正総電荷数(Q^c _j)）を含む制御データに基づいて制御されることを特徴とする。

Description

粒子線治療装置及び治療計画補正方法

　本発明は、陽子や炭素イオンなどの粒子ビーム（粒子線）を腫瘍など患部に照射して治療を行う粒子線治療装置であって、粒子ビームを患部の３次元形状に合わせて所定の線量を照射するために用いる粒子線治療装置に関する。

　粒子線治療は、加速器等の機器を用いて陽子または炭素イオンなどの荷電粒子を数百メガ電子ボルト程度まで加速し、患者に照射することで体内の腫瘍に線量を付与し、がんを治療する方法である。このとき腫瘍に対して、医師により指示される線量分布、すなわち目標分布にできるだけ近い線量分布を形成することが重要である。

　一般的に、加速器で加速された粒子ビームを物体（人体含む）に照射した場合、物体内での３次元線量分布はある一点で線量最大ピークを持つという特性がある。この線量最大ピークをブラッグピークと呼ぶ。また、３次元空間において一点で線量最大ピークを持つ場合、そのピーク位置をその粒子ビームの「照射位置」として定義する。以上のようなピーク構造を持つ粒子ビームを用いて、３次元的に目標分布を形成するためには何らかの工夫が必要である。

　目標分布を形成する方法のひとつに、スキャニング照射法がある。この方法を使用するためにはまず、電磁石等を用いて、粒子ビームの進行方向であるＺ方向に対して垂直な２方向、すなわちＸおよびＹ方向に、粒子ビームを任意に偏向する機構を用いる。さらに、粒子エネルギーの調整により、ブラッグピークが形成される位置をＺ方向に任意に調整する機能が必要である。一般的に、粒子ビームの輸送及び遮断を行う粒子ビーム発生輸送装置は、粒子ビームを加速する加速器を備え、この加速器はエネルギー調整機能も備えている。そして腫瘍内に複数の照射位置（スポットとも呼ぶ）を設定し、上記二つの機構を用いて、それぞれの照射位置に対して粒子ビームを順に照射していく。各照射位置にそれぞれ付与する線量のバランスをあらかじめ調整し決めておき、各照射位置に付与したそれぞれの線量分布を合算することで、結果的に目標分布を形成する。

　スキャニング照射法では原理的に、腫瘍に対して任意の線量分布を形成することが可能である。しかし、多くの場合、目標分布は、腫瘍内において線量がなるべく均一であり、かつ腫瘍外において腫瘍内よりも線量ができるだけ低くなるような分布である。

　また、一般的に粒子線治療において、治療に必要な線量を１回で照射してしまうことは無く、数回から数十回に分割して、１週間から２カ月程度にわたり照射を繰り返すことが多い。

特許第５５５５８２６号公報（００１５段、００３５段～００４０段、図３）特許第４９３６７２３号公報（０００８段～００１５段） T.Inaniwa,　et　al.,　"Development　of　treatment　planning　for　scanning　irradiation　at　HIMAC",　Nuclear　Instruments　and　Methods　in　Physics　Research　B　266,　2194-2198　(2008) T.　Akagi,　et　al.,　"The　PTSim　and　TOPAS　Projects,　Bringing　Geant4　to　the　Particle　Therapy　Clinic",　Progress　in　NUCLEAR　SCIENCE　and　TECHNOLOGY,　Vol.　2,　pp.912-917　(2011)

　スキャニング照射法において、実際に粒子ビームを照射する場合には、様々な不確定要素があるため、計算上は目標分布を得られるはずでも、実際に得られる線量分布は目標分布にならない可能性がある。不確定要素としては、例えば、粒子ビーム強度の時間変化、走査電磁石の磁場の時間変化やヒステリシス、線量モニタの感度ばらつき、制御機器の信号遅れやノイズ、等がある。これらの影響により、実際の線量分布が計算値と異なってしまう可能性が考えられる。

　前記不確定要素による不確定性を補償するための方法の一例を示す。例えば、照射中に誤差の発生を検出した場合、その誤差の影響により発生する線量の過不足に対し、翌日以降において照射線量分布を補正することで、複数日のトータルの線量分布を目標分布に近づけるという方法が考えられる。このとき、照射中に発生した誤差が、線量分布に与える影響を正しく定量的に見積もることが重要となる。

　特許文献１には、患者特有のＩＭＲＴ検証を行う方法及びデバイスが記載されている。特許文献１のＩＭＲＴ検証方法は、２次元検出器（２次元線量検出器）の応答に基づいて、ビームに対応する照射光子フェルエンス（単位断面の球を通過する粒子数）の分布を再構築し、この再構築された照射光子フェルエンス分布に基づいて３次元の線量分布を計算する方法である。しかし、特許文献１の線量分布を計算する方法は、３次元線量計算の高い精度ならびに高い位置分解能が要求されるような場合には、それに付随して２次元検出器における２次元検出の精度ならびに位置分解能も高くなければならず、２次元検出器の開発や製造や使用方法が困難になることが懸念される。

　特許文献２には、限られたデータ量を用いて放射線治療システムの放射線量分布の計算を行う方法及び装置が記載されている。特許文献２では、放射線ビームを表現するビーム品質指数を決定し、ビーム品質指数に基づいてパラメータ化した線量沈着カーネルを用いて放射線線量分布を求めている。この方法では、装置ごとのばらつきや特性、患者の腫瘍形状や照射フィールド形状等に起因する線量計算の静的な不確定性を排除することは可能である。しかし、特許文献２の方法は、例えば、粒子ビーム量の時間的変化や、走査電磁石の電流値を変化させる制御回路の遅れやノイズ等の動的な不確定性を補償することは困難である。

　そこで、本発明は、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、かつ静的および動的な不確定性の両方が線量分布に与える影響を正しく定量的に見積もり、この不確定性の両方を補償することを目的とする。

　本発明の粒子線治療装置は、粒子線治療に必要な線量を複数回に分割して照射対象に付与する粒子線治療装置であって、粒子線治療に必要なエネルギーの粒子ビームを発生させる粒子ビーム発生装置と、粒子ビームをビーム進行方向に対して垂直な２方向に偏向させ、照射対象の配置位置において粒子ビームを走査する走査装置と、粒子ビームを走査装置に輸送するビーム輸送装置と、粒子ビーム発生装置が発生させた粒子ビームの粒子ビーム情報を測定する測定装置と、粒子ビームによって照射対象に付与する照射線量分布及び、照射線量分布と目標線量分布との差分である線量分布差分を演算する線量分布演算装置と、備え、線量分布演算装置が、測定装置により測定された測定粒子ビーム情報を記憶するビーム情報記憶部と、測定粒子ビーム情報に基づいて、照射線量分布を演算する合計線量演算部と、線量分布差分を演算する計画線量比較部と、を備え、当該粒子線治療装置が２回目以降の治療照射において、治療計画装置により演算された、線量分布差分を補正する補正ビーム量を含む制御データに基づいて制御されることを特徴とする。

　本発明の粒子線治療装置は、測定粒子ビーム情報に基づいて照射線量分布及び線量分布差分を演算し、２回目以降の治療照射において、治療計画装置により演算された、線量分布差分を補正する補正ビーム量を含む制御データに基づいて制御されるので、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、かつ静的および動的な不確定性の両方を補償することができる。

本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図である。図１の線量分布演算装置の構成を示す図である。図２の機能ブロックを実現するハードウェア構成を示す図である。図１の線量分布演算装置に入力されるデータ構造の例を示す図である。本発明の実施の形態１による粒子線治療における合計線量分布と線量評価点の例を説明する図である。本発明の実施の形態１による粒子線治療の流れを説明する図である。本発明の実施の形態１による粒子線治療の流れを説明する図である。本発明の実施の形態１による線量分布の補正例を示す図である。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図である。図２は図１の線量分布演算装置の構成を示す図であり、図３は図２の機能ブロックを実現するハードウェア構成を示す図である。図４は図１の線量分布演算装置に入力されるデータ構造の例を示す図であり、図５は本発明の実施の形態１による粒子線治療における合計線量分布と線量評価点の例を説明する図である。図６、図７は、本発明の実施の形態１による粒子線治療の流れを説明する図である。図８は、本発明の実施の形態１による線量分布の補正例を示す図である。一般的に、粒子線スキャニング照射を実施する粒子線治療装置５０は、治療に必要なエネルギーの粒子ビーム２０を発生させる粒子ビーム発生装置１と、走査装置３を備えた粒子線照射装置へ粒子ビーム２０を輸送するビーム輸送装置２と、粒子ビーム２０をビーム進行方向であるｚ方向に対して垂直な２方向、すなわちｘ方向およびｙ方向に偏向させ、患者位置において粒子ビーム２０の走査が可能な走査装置３を備えている。

　走査装置３は、粒子ビーム２０をｘ方向に偏向させるｘ方向走査電磁石４と、粒子ビーム２０をｙ方向に偏向させるｙ方向走査電磁石５を備えている。粒子線治療装置５０は、粒子ビーム発生装置１による粒子ビーム２０の出射開始および遮断と、走査装置３による粒子ビーム２０の走査とを制御する制御部（図示せず）と、走査装置３で走査された粒子ビーム２０が治療対象（患者）の各照射位置に照射される線量値を測定する線量測定装置７と、ｘ方向走査電磁石４及びｙ方向走査電磁石５で走査された粒子ビーム２０が通過するビームにおける通過位置（重心位置）やサイズを演算するためのビーム情報を検出する位置モニタ（図示せず）を備えている。治療対象（患者）は、粒子ビーム２０を照射する照射対象である。

　実際に粒子ビーム２０を照射する場合における不確定要素を排除するため、粒子線治療の計画を立案した後で実際に粒子ビーム２０を患者に照射する前に、治療計画となるべく同一の条件でファントム（患者代替物）２１に対してビーム照射を実施し、線量絶対値（絶対線量値）および線量分布を測定し、治療計画と合っているかどうかを確認する作業が行われるのが一般的である。この作業を患者ＱＡ（Quality　Assurance）と呼ぶ。ファントム２１には一般的には水槽に入れた水が使用されることが多く、水中に設置された線量測定装置を用いて線量を測定する。

　患者ＱＡを実行する際には、図１に示すように、治療（粒子線治療）の際に患者が固定される位置にファントム２１を配置する。患者ＱＡを実行する際の粒子線治療装置５０は、粒子ビーム発生装置１と、ビーム輸送装置２と、走査装置３と、ビームエネルギー測定装置６と、線量測定装置７と、ビーム偏向情報測定装置８と、線量分布演算装置１０を備える。治療の際には、位置モニタ（図示せず）を走査装置３と線量測定装置７との間に配置すると共に、ファントム２１の位置に患者が固定される。ビームエネルギー測定装置６は、粒子ビーム２０における粒子のエネルギーを測定する。ビームエネルギー測定装置６は、例えば、薄膜シンチレーション検出器などである。患者ＱＡ及び治療を実行する際の線量測定装置７は、例えば、電離箱であり、粒子ビーム２０により発生する電離イオンの電荷数（単位電荷のカウント値）を測定する。電離イオンの電荷数は粒子ビーム２０のビーム量と１対１で対応する。

　ビーム偏向情報測定装置８は、ｘ方向走査電磁石４及びｙ方向走査電磁石５により形成されるビーム中心軸の位置ｘ、ｙを測定する。具体的には、ビーム偏向情報測定装置８は、走査装置３が粒子ビーム２０の進路上に発生させた磁界強度Ｂに基づき演算して、ビーム中心軸の位置であるビーム中心軸位置ｘ、ｙを測定する。ビーム中心軸位置ｘはｘ方向の位置であり、ビーム中心軸位置ｙはｙ方向の位置である。線量分布演算装置１０は、ビームエネルギー測定装置６により複数の時刻に、例えば所定の時間間隔Δｔで測定された測定エネルギーＥ（ｔ）と、線量測定装置７により複数の時刻に測定された測定電荷数Ｑ（ｔ）（測定ビーム量）と、ビーム偏向情報測定装置８により複数の時刻に測定された測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）に基づいて、線量分布を演算する。粒子ビーム２０のエネルギーＥ、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙは、粒子ビーム２０の粒子ビーム情報である。測定エネルギーＥ（ｔ）、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ（ｔ））、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）は、測定粒子ビーム情報である。

　線量分布演算装置１０は、図６のデータベース情報３６に記載した５つの情報を記憶したデータベース１１と、測定電荷数Ｑ（ｔ）を記憶する測定電荷記憶部１２と、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）を記憶する測定ビーム中心軸記憶部１３と、測定エネルギーＥ（ｔ）を記憶する測定エネルギー記憶部１４と、合計線量演算部１５と、計画線量比較部１６を備える。合計線量演算部１５、計画線量比較部１６は、プロセッサ９８がメモリ９９に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサ９８および複数のメモリ９９が連携して上記機能を実行してもよい。線量分布演算装置１０の詳細は後述する。

　まず、スキャニング照射にて腫瘍体積（腫瘍領域）に付与する合計線量について説明する。スキャニング照射においては腫瘍体積（腫瘍領域）内に複数のスポットを設け、各スポットに適切な量の粒子ビーム２０を照射することで、例えば図５のように、所望の合計線量分布２５を形成する。スポット番号をｊ、ファントム２１内の線量評価点番号をｉ、ｊ番目のスポットに粒子を１個照射したときにｉ番目の線量評価点ｐｉに付与される線量をｄ_ｉ，ｊ、ｊ番目のスポットに付与する粒子数をｗ_ｊ、スポットの総数をｎとすると、全スポットに照射が完了した場合におけるｉ番目の線量評価点ｐｉに付与される合計線量Ｄ_ｉは、式（１）のように表すことができる。

　この各線量評価点ｐｉにおける合計線量Ｄ_ｉが目標とする線量分布（目標線量分布）Ｄ^ｏｂｊ _ｉになるべく近くなるように、最適なスポットに付与する粒子数ｗ_ｊを照射前に算出する工程が必要である。この工程を治療計画と呼ぶ。適宜、粒子数ｗ_ｊをスポット粒子数ｗ_ｊと呼ぶ。

　図５は、治療計画で行うスポットの数及び位置とスポット粒子数ｗ_ｊを決定した一例である。図５の縦軸は線量であり、横軸はｚ方向の位置である。図５では、簡単のためスポット配置も線量分布もｚ軸（ビーム進行方向）方向の１次元の例を示した。図５には、４個のスポットｓｐ１、ｓｐ２、ｓｐ３、ｓｐ４と、１３個の線量評価点ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５、ｐ６、ｐ７、ｐ８、ｐ９、ｐ１０、ｐ１１、ｐ１２、ｐ１３を示した。線量分布２６はスポットｓｐ１に照射したスポット粒子数による線量分布である。同様に、線量分布２７、２８、２９は、それぞれスポットｓｐ２、ｓｐ３、ｓｐ４に照射したスポット粒子数による線量分布である。合計線量分布２５は、線量分布２６、２７、２８、２９を足し合わせた線量分布である。腫瘍内における線量評価点は、８個あり、線量評価点ｐ３からｐ１０である。腫瘍外における線量評価点は、５個あり、線量評価点ｐ１、ｐ２、ｐ１１からｐ１３である。

　図５に示すように、スポットｓｐ１からｓｐ４へ与える粒子数ｗ_ｊを適切に決めることにより、合計線量分布２５を、腫瘍内では高く、腫瘍外では低くすることができている。図５ではスポット数が４個、線量評価点が１３個であったが、一般的には腫瘍サイズに合わせてもっと多くのスポットと線量評価点が短い間隔で配置される。また図５では簡単のためスポット配置も線量分布もｚ軸方向の１次元でしか表示していないが、実際には腫瘍形状に合わせてスポットはｘ軸方向及びｙ軸方向も含めた３次元に配置される。実際の腫瘍形状に合わせて、線量分布も３次元で計算される必要があるので、線量評価点も３次元に配置される。

　一般的に、ビーム進行方向（ｚ方向）に垂直な方向であるｘ方向、ｙ方向のスポット位置は、ビーム偏向角によって決まり、ビーム偏向角は走査装置３の形成する磁界強度に依存して決まる。また、ビーム進行方向であるｚ軸方向のスポット位置は、粒子ビーム２０のビームエネルギーに依存して決まる。したがって、粒子線治療装置５０は、粒子ビーム２０のビームエネルギーと走査装置３の磁界強度を調整することで、スポット位置を調整している。

　式（１）では、スポットごとの線量分布を足し合わせることで、ｉ番目の線量評価点ｐｉにおける合計線量分布を求めた。同一対象に対して粒子ビーム２０の照射が終了した後の線量分布は、時間毎に足し合わせることでも可能であり、式（１）と同様に、式（２）のように計算することが可能である。

　ここで、式（２）は全照射時間をｍ個の時間区間に分けた場合である。ｋは時間区間の番号である。ｉ番目の線量評価点ｐｉにおいて、ｋ番目の時間区間において照射された粒子数をｗ_ｋ、ｋ番目の時間区間において滞在していたビームの平均位置に１個の粒子ビームが照射された場合にｉ番目の線量評価点ｐｉに付与される線量（単位粒子線量）をｄ_ｉ，ｋと定義している。時間間隔をじゅうぶん短くすれば、この式（２）は高い精度で線量分布を再現することが可能である。ここで、時間間隔は１スポットあたりの所要時間と同程度かそれよりも短いことが望ましく、例えば数十マイクロ秒から１ミリ秒程度が良いと考えられる。同一の時間区間における粒子数をｗ_ｋと単位粒子線量ｄ_ｉ，ｋとを積算したｗ_ｋｄ_ｉ，ｋは時間区間線量である。

　ある時間区間において照射される粒子数ｗ_ｋは、例えば、電離箱による線量測定装置７で測定することができる。一般的に電離箱は、粒子ビーム２０が通過したことで電気信号を発する機器であり、通過した粒子ビーム２０の粒子個数と発せられる電離イオンの電荷数（単位電荷のカウント値）との間には比例関係がある。したがって、ある時間区間の開始時から終了時までに発せられた総電荷数をＱ_ｋ、総電荷数Ｑ_ｋと粒子ビーム２０の粒子数ｗ_ｋとの比例係数をＣ（Ｅ）とすると、式（３）のようにして粒子数ｗ_ｋを求めることができる。総電荷数Ｑ_ｋはビーム量を表しているので、比例係数をＣ（Ｅ）はビーム量に対する粒子数ｗ_ｋの比と言うこともできる。なお、適宜、粒子数ｗ_ｋを照射粒子数ｗ_ｋと呼ぶ。

　ここで、Ｅは粒子ビーム２０における粒子のエネルギーである。一般的に比例係数にはエネルギー依存性があり、比例係数は粒子ビーム２０における粒子のエネルギーＥを含む表式となっている。

　比例係数Ｃ（Ｅ）は、治療を行う前に、前もって取得しておく必要がある。取得方法の一例としては、総電荷数Ｑ_ｋｒと粒子数ｗ_ｋｒとの比例係数が既知の参照用電離箱と、治療の時に実際に使用する治療用電離箱とを用意して、測定値の比較により比例係数Ｃ（Ｅ）を求めることができる。具体的には、参照用電離箱を治療用電離箱の下流側に配置し、一定のエネルギーＥの粒子ビーム２０を適切な量照射することにより、治療用電離箱の出力による粒子数ｗ_ｋと、参照用電離箱の出力から求められる粒子数ｗ_ｋｒとの比から、そのエネルギーに対する比例係数Ｃ（Ｅ）を求めることができる。エネルギーＥを変えて同様の測定を実施することで、任意のエネルギーＥに対する比例係数Ｃ（Ｅ）を知ることが可能となる。

　治療で使用する可能性のある全てのエネルギーＥに対して、参照用電離箱及び治療用電離箱による測定を行い、Ｃ（Ｅ）を取得してデータベースとして記憶することが理想である。しかし、測定の手間を省くため、いくつかのエネルギーＥに対してのみ測定を行い、その間を線形に補間して比例係数Ｃ（Ｅ）の関数を得るという方法も考えられる。この場合、補完を用いることによる近似精度を十分に検証し、把握しておく必要がある。

　粒子ビーム２０における粒子のエネルギーＥは、例えば、薄膜シンチレーション検出器などのビームエネルギー測定装置６を用いることにより測定することができる。ビームエネルギー測定装置６の他の例として、粒子ビーム発生装置１から患者またはファントム２１にビームが輸送されるまでの経路において曲線部分があるような場合には、ビーム経路の曲線部分に配置された偏向電磁石の磁界を用いる方法が考えられる。具体的には、ビーム経路の曲線部分に配置された偏向電磁石のつくる磁界強度とビーム経路の曲率半径との関係からビームエネルギーを求めることが可能である。

　式（２）における線量評価点が３次元の場合は、線量ｄ_ｉ，ｋは次のように求めることができる。３次元線量分布ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）は、ｚ方向の線量分布とｘ方向の線量分布及びｙ方向の線量分布との積で近似することができることが知られている。Ｉｎａｎｉｗａらの論文（非特許文献１）では、１本のビームに対する３次元線量分布ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）を、式（４）のように、ｚ方向とｘ方向及びｙ方向のそれぞれの分布に因数分解する方法が紹介されている。

　ここで、ｘ_０およびｙ_０は、深さｚにおける１本のビームの中心軸の座標である。この式（４）から分かるように、ｚ方向の線量分布はｘ方向の座標及びｙ方向の座標に依存せずｚ方向の座標とビームエネルギーＥ（ビームのエネルギーＥ）のみで決まるが、ｘ方向及びｙ方向の線量分布はｘ方向の座標及びｙ方向の座標とビームエネルギーＥだけでなく、ｚ方向の座標とビーム中心軸の位置（ｘ_０，ｙ_０）によっても変わる。前述したように、同一対象に対して粒子ビーム２０の照射が終了した後の線量分布は、スポットごとの線量分布を足し合わせることと同様に、時間毎に足し合わせることでも可能なので、線量評価点が３次元の場合における線量ｄ_ｉ，ｋは、ｚ方向とｘ方向及びｙ方向のそれぞれの線量に因数分解して、式（５）のように表すことができる。

　なお、ｄ_ｚ（ｚ，Ｅ）は、任意のｚ座標に対してはｚ方向の線量分布であるが、一意のｚ座標に対してはそのｚ座標の線量の値であるので、ｚ座標が一意か任意かによって線量分布や線量を使い分ける。ｄ_ｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）、ｄ_ｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）についても同様であり、任意の（ｘ，ｙ）座標に対してはそれぞれｘ方向の線量分布、ｙ方向の線量分布であるが、一意の（ｘ，ｙ）座標に対してはその（ｘ，ｙ）座標の線量の値であるので、（ｘ，ｙ）座標が一意や任意かによって線量分布や線量を使い分ける。ｉ番目の線量評価点ｐｉはその座標（ｘ，ｙ，ｚ）が一意に決まっているので、ｄ_ｚ（ｚ，Ｅ）、ｄ_ｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）、ｄ_ｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）は、それぞれｚ方向の線量、ｘ方向の線量、ｙ方向の線量である。任意のｉ番目の線量評価点ｐｉを考えた場合は、各方向の線量分布と表現している。また、同様にＤ_ｉ、ｄ_ｉ，ｋについても、線量評価点が一意か任意かによって線量分布や線量を使い分ける。一意の線量評価点に対して使う場合は、合計線量Ｄ_ｉ、線量ｄ_ｉ，ｋと表現し、任意の線量評価点に対して使う場合は、合計線量分布Ｄ_ｉ、線量分布ｄ_ｉ，ｋと表現する。

　式（４）におけるビーム中心軸の位置は、式（６）で表されるローレンツ力に基づく解析的計算で求めることもできる。

　ここで、式（６）におけるｑ、ｖ、Ｂは、それぞれ粒子の電荷、粒子の速度、粒子に与える磁界の磁束密度である。なお、式（６）及びローレンツ力の説明のみ、Ｂを磁束密度として説明する。

　ビーム中心軸の位置は、事前に直接測定してデータベース化しておいても良い。すなわち、走査装置３よりも下流側に位置モニタを置いて、ある磁界強度Ｂの磁界を発生させて、あるビームエネルギーＥにおいて粒子ビーム２０を照射し、ビーム中心軸が通過した位置を測定すれば、走査装置３と位置モニタとの配置距離から粒子ビーム２０の偏向角θが分かる。ビームの偏向角から、任意の位置ｚ（ｚ座標）におけるビーム中心軸を基準にしたｘ座標及びｙ座標を算出することが可能となる。このビームの偏向角θの測定も理想的には、治療で使用する可能性のある全てのビームエネルギーＥ及び磁界強度Ｂに対して事前に行っておくことが望まれるが、手間を省くため幾つかのデータを取得した後に線形補間を用いても良い。特に、磁界強度Ｂに関しては、ローレンツ力の定義から、磁界強度Ｂと偏向角θとの間に線形関係があることが期待されるため、ある程度測定を省いて補間しても精度を落とさないことが可能であると期待できる。なお、ｘ方向の偏向角θをθ_ｘと表記し、ｙ方向の偏向角θをθ_ｙと表記する。また、偏向角θは、磁界強度Ｂ、位置ｚ（ｚ座標）に依存するので、適宜、偏向角θ_ｘをθ_ｘ（Ｂ，Ｅ）と表記し、偏向角θ_ｙをθ_ｙ（Ｂ，Ｅ）と表記する。

　式（４）及び式（５）のｚ方向の線量分布ｄ_ｚ（ｚ，Ｅ）に関しては、Ｂｒａｇｇの式として知られる理論による計算も可能ではあるが、事前に水ファントム（ファントム２１）と線量計を用いて実際に測定し、データベース化しておくのが最も簡便であると考える。事前測定する場合は、水ファントム中に水を入れ線量計を配置し、粒子ビーム２０を照射しながら、線量計の位置をｚ方向に動かしていくことで、分布を得ることができる。この測定を実施する前に比例係数Ｃ（Ｅ）を取得するための測定を実施しておけば、そのときの治療用電離箱を上流に配置しておくことで、照射された粒子数ｗと水ファントム中の線量ｄとを得ることができる。そして、その比を求めることで粒子１個に対する線量分布ｄ_ｚ（ｚ，Ｅ）を知ることができる。

　式（４）の線量分布ｄ_ｘ（ｘ－ｘ_０，ｚ，Ｅ）や式（５）の線量分布ｄ_ｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）に関しては、ＭｏｌｉｅｒｅやＦｅｒｍｉ－Ｅｙｇｅｓ、Ｈｉｇｈｌａｎｄらによる多重散乱理論による計算が可能である。また、やはり事前に水ファントム（ファントム２１）と線量計を用いて実際に測定し、データベース化しておいても良い。この測定は線量分布ｄ_ｚ（ｚ，Ｅ）の測定に比べ、線量分布がｘとｚの両方に依存して変化するため全てｘ、ｚに対して測定を実施する必要があるが、それは大変である。そこで、Ｇｅａｎｔ４等で知られるモンテカルロ・シミュレーション・ツール（非特許文献２）を用いれば、水ファントム（ファントム２１）中の任意の位置における、粒子１個あたりの線量を計算できる。具体的には、モンテカルロ・シミュレーションを実行する場合には、ファントム２１等の物の形状、粒子ビーム２０のエネルギーや電離の発生位置や発生方向、走査装置３の電磁石（ｘ方向走査電磁石４、ｙ方向走査電磁石５）により偏向されるビーム中心軸位置等の情報を入力することで、水ファントム（ファントム２１）中の任意の位置における、粒子１個あたりの線量を計算できる。したがって、モンテカルロ・シミュレーションを実行すれば、実測するよりも効率的にｘ方向の線量分布ｄ_ｘ（ｘ－ｘ_０，ｚ，Ｅ）や線量分布ｄ_ｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）を得ることができる。ｙ方向の線量分布、すなわち式（４）の線量分布ｄ_ｙ（ｙ－ｙ_０，ｚ，Ｅ）や式（５）の線量分布ｄ_ｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）についても同様である。

　モンテカルロ・シミュレーション・ツールを用いた場合、１次元方向の線量分布だけでなく３次元線量分布ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）を直接求めることも可能であり、これを事前に計算してｄ（ｘ，ｙ，ｚ）の情報をデータベースとして所持しておく方法も可能ではある。しかし、３次元に広がる線量分布を記憶装置に記憶しておくには多くのメモリー容量が必要となるため、記憶装置の性能と必要なデータ精度とを考慮して、どのような形でデータ保持するのが良いか検討する必要がある。

　図６及び図７を用いて、本発明の粒子線治療の流れを説明する。図６では、粒子線治療に先だって準備するデータベース情報３６と、粒子線治療における分割された回毎のビーム照射中に測定する測定値情報３７と、ビーム照射後に演算する演算結果情報３８を、時系列順に上から下へ記載した。図７では、複数回に分割された粒子線治療のフローチャートを示した。まず、照射を始めるよりも前（施設の立ち上げ時など）に、事前準備として、ここまでで説明した方法により必要なデータを取得し、データベース情報３６に記載した５つの情報を記憶したデータベース１１を作成しておく作業（データベース作成工程）が必要となる。１つ目のデータベースは、線量測定装置７の出力電荷数である測定電荷数Ｑ（ｔ）から粒子数ｗへ換算する係数、すなわち比例係数Ｃ（Ｅ）である。２つ目のデータベースは、ｚ方向の線量分布ｄ_ｚ（ｚ，Ｅ）である。３つ目のデータベースは、ｘ方向の線量分布ｄ_ｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）である。４つ目のデータベースは、ｙ方向の線量分布ｄ_ｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）である。５つ目のデータベースは、走査装置３の電磁石（ｘ方向走査電磁石４、ｙ方向走査電磁石５）の形成する磁界強度Ｂと粒子ビーム２０の偏向角θ_ｘ（Ｂ，Ｅ）、θ_ｙ（Ｂ，Ｅ）の換算テーブルである。

　次に、実際に患者に治療を施す際には、まずＣＴ撮像を行い、腫瘍の位置や形状を特定した後に、治療計画装置２２による治療計画の立案を実施する（治療計画作成工程）。治療計画に基づいて粒子ビーム２０が患者に照射される（治療照射工程）という流れになる。なお、治療計画の立案から患者への照射までの期間のどこかで、患者ＱＡ作業（患者ＱＡ工程）は必要になる。患者ＱＡは一般的には患者へ照射の前日に行われることが多いと考えられるが、必ずしもそうである必要はない。

　粒子線治療のビーム照射中には、あらかじめ定められた時間区間Δｔごとに、測定値情報３７に記載した３つの測定値である測定電荷数Ｑ、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ、測定エネルギーＥが測定される（治療データ測定工程）。測定電荷数Ｑ（測定ビーム量）は、時間区間Δｔごとに測定された、線量測定装置７の電荷数である測定電荷数Ｑ（ｔ）（測定ビーム量の情報）の全データである。測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙは、時間区間Δｔごとに測定された、走査装置３のｘ方向走査電磁石４及びｙ方向走査電磁石５の磁界である測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）の全データである。測定エネルギーＥは、時間区間Δｔごとに測定された、粒子ビーム２０のビームエネルギーである測定エネルギーＥ（ｔ）の全データである。

　測定電荷数Ｑ、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ、測定エネルギーＥは、それぞれ測定電荷記憶部１２、測定ビーム中心軸記憶部１３、測定エネルギー記憶部１４に記憶される。測定電荷数Ｑは測定ビーム量とも言うので、測定電荷記憶部は測定ビーム量記憶部とも言うこともできる。測定電荷数Ｑ、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ、測定エネルギーＥは、図４に記載した測定値記憶情報３５のテータ構造のようにまとめることができる。第１の測定区間を代表する時刻ｔ１に、測定電荷数Ｑ（ｔ１）、測定エネルギーＥ（ｔ１）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ１）、Ｐｙ（ｔ１）が測定される。時間区間Δｔが経過した時刻ｔ２に、測定電荷数Ｑ（ｔ２）、測定エネルギーＥ（ｔ２）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ２）、Ｐｙ（ｔ２）が測定される。時間区間Δｔが経過する度に、同様に測定電荷数Ｑ（ｔ）、測定エネルギーＥ（ｔ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）が測定される。最後の測定区間を代表する時刻ｔｎに、測定電荷数Ｑ（ｔｎ）、測定エネルギーＥ（ｔｎ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔｎ）、Ｐｙ（ｔｎ）が測定される。なお、測定電荷記憶部１２、測定ビーム中心軸記憶部１３、測定エネルギー記憶部１４は、線量分布演算装置１０の内部の記憶領域でなく、外の記憶領域であってもよい。

　照射後に、測定電荷記憶部１２、測定ビーム中心軸記憶部１３、測定エネルギー記憶部１４に記憶された各情報（測定電荷数Ｑ、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ、測定エネルギーＥ）と、データベース１１の情報をもとに、線量分布演算装置１０は患者の体内の合計線量分布Ｄ_ｉを算出する（合計線量分布演算工程）。合計線量分布演算工程にて、演算結果情報３８に記載した３つの照射粒子数ｗ_ｋ、線量分布ｄ_ｉ，ｋ、合計線量分布Ｄ_ｉを演算する。合計線量演算部１５は、式（３）により測定区間毎に比例係数Ｃ（Ｅ）と、総電荷数Ｑ_ｋに相当する測定電荷数Ｑ（ｔ）から、照射粒子数ｗ_ｋを演算する。また、合計線量演算部１５は測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ、測定エネルギーＥにより選択されたｚ方向線量分布ｄ_ｚ（ｚ，Ｅ）、ｘ方向線量分布ｄ_ｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）、ｙ方向線量分布ｄ_ｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）に基づいて、式（５）により、線量分布ｄ_ｉ，ｋを演算する。

　また、線量分布演算装置１０は、計画線量比較部１６にて、算出された合計線量分布Ｄ_ｉと、１日あたりの目標線量分布Ｄ^ｏｂｊ _ｉとを比較し、その線量分布差分ΔＤ_ｉを式（７）のように算出する（線量分布差分演算工程）。

　線量分布差分演算工程にて、線量分布演算装置１０は演算結果情報３８に記載した線量分布差分ΔＤ_ｉを算出する。そして、線量分布演算装置１０は線量分布差分ΔＤ_ｉを治療計画装置２２に送る。治療計画装置２２は、線量分布差分ΔＤ_ｉを補正するように翌日の治療計画を立案する（治療計画補正工程）。すなわち、式（８）を満たすような、補正スポット粒子数ｗ^ｃ _ｊを算出する。

　翌日の治療照射において粒子線治療装置５０は、補正スポット粒子数ｗ^ｃ _ｊに基づき粒子ビーム２０の照射を行う。このようにすることで、図８に示すように、粒子線治療装置５０は、２日間合計での照射線量分布（合計線量分布４３）と２日ぶんの目標線量分布とを等しくすることが可能となる。図８の縦軸は線量であり、横軸はｘ方向の位置である。線量分布４１は１日目の治療でビーム照射によるｘ方向の線量分布であり、線量分布４２は２日目の治療でビーム照射によるｘ方向の線量分布である。合計線量分布４３は、２日間合計でのｘ方向の線量分布である。

　上述した実施の形態１の粒子線治療の流れを、図７を用いて説明する。ステップＳ００１にて、治療計画装置２２は、１日あたりの目標線量分布Ｄ^ｏｂｊ _ｉをもとにスポット毎の総電荷数Ｑ_ｊ（粒子数ｗ_ｊ）を算出する（治療計画作成工程）。ステップＳ００２にて、粒子線治療装置５０は、治療計画作成工程の治療計画で定めたスポット毎の総電荷数Ｑ_ｊ（粒子数ｗ_ｊ）に従って粒子ビーム２０を患者に照射する（初回照射工程）。ステップＳ００３にて、線量分布演算装置１０は、合計線量分布Ｄ_ｉと、線量分布差分ΔＤ_ｉを算出する（線量分布演算工程）。線量分布演算工程は、上述した合計線量分布演算工程と線量分布差分演算工程を実行する工程である。

　ステップＳ００４にて、治療計画装置２２は、線量分布差分ΔＤ_ｉをもとにスポット毎の補正総電荷数Ｑ^ｃ _ｊ（補正スポット粒子数ｗ^ｃ _ｊ）を算出する（治療計画補正工程）。ステップＳ００５にて、粒子線治療装置５０は、治療計画作成工程で定めたスポットに対して補正総電荷数Ｑ^ｃ _ｊ（補正スポット粒子数ｗ^ｃ _ｊ）に従って粒子ビーム２０を患者に照射する（継続回照射工程）。ステップＳ００６にて、治療計画で定めた治療回数に達するまでステップＳ００３からステップＳ００５を繰り返す。

　合計線量演算部１５の演算動作を詳しく説明する。合計線量演算部１５は、測定エネルギーＥに該当する比例係数Ｃ（Ｅ）をデータベース１１から読み出し、測定電荷数Ｑ（ｔ）と比例係数Ｃ（Ｅ）とを積算して照射粒子数ｗ_ｋを演算する。また、合計線量演算部１５における線量分布ｄ_ｉ，ｋの演算を、ｉ番目の線量評価点ｐｉを例にして説明する。合計線量演算部１５は、ｉ番目の線量評価点ｐｉのｚ座標であり、かつ測定エネルギーＥに該当するｚ方向の線量、すなわち選択ｚ方向線量ｄ_ｚを、データベース１１のｚ方向線量分布ｄ_ｚ（ｚ，Ｅ）から導出する。

　合計線量演算部１５は、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ及び測定エネルギーＥに該当するｘ方向の偏向角（選択ｘ方向偏向角）θ_ｘ、ｙ方向の偏向角（選択ｙ方向偏向角）θ_ｙを、データベース１１のビーム偏向角θ_ｘ（Ｂ，Ｅ）、θ_ｙ（Ｂ，Ｅ）から導出する。合計線量演算部１５は、ｘ方向の偏向角θ_ｘからｘ座標を演算し、このｘ座標、線量評価点のｚ座標及び測定エネルギーＥに該当するｘ方向の線量（選択ｘ方向線量）ｄ_ｘを、データベース１１のｘ方向線量分布ｄ_ｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）から導出する。合計線量演算部１５は、同様に、ｙ方向の偏向角θ_ｙからｙ座標を演算し、このｙ座標、線量評価点のｚ座標及び測定エネルギーＥに該当するｙ方向の線量（選択ｙ方向線量）ｄ_ｙを、データベース１１のｙ方向線量分布ｄ_ｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）から導出する。

　合計線量演算部１５は、導出したｚ方向の線量ｄ_ｚ、ｘ方向の線量ｄ_ｘ、ｙ方向の線量ｄ_ｙに基づいて、式（５）により３つの線量ｄ_ｚ、ｄ_ｘ、ｄ_ｙを積算することで、線量ｄ_ｉ，ｋを演算する。合計線量演算部１５は、線量評価点、時間区間ごとに線量ｄ_ｉ，ｋを演算して、線量分布ｄ_ｉ，ｋを求める。合計線量演算部１５は、既に演算した照射粒子数ｗ_ｋ及び線量分布ｄ_ｉ，ｋに基づいて、式（２）により合計線量分布Ｄ_ｉを算出する。

　実施の形態１の線量分布演算装置１０は、測定粒子ビーム情報（測定エネルギーＥ、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ）に基づき、患者に付与される照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）を算出し、照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）と１日あたりの目標線量分布Ｄ^ｏｂｊ _ｉとを比較し、照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）と目標線量分布Ｄ^ｏｂｊ _ｉとの差分である線量分布差分ΔＤ_ｉを算出するので、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、かつ静的および動的な不確定性の両方が線量分布に与える影響を正しく定量的に見積もることができる。実施の形態１の粒子線治療装置５０は、２回目以降の治療照射の際に、治療計画装置２２が線量分布差分ΔＤ_ｉを基づいて算出した補正総電荷数Ｑ^ｃ _ｊ（補正スポット粒子数ｗ^ｃ _ｊ）に従って粒子ビーム２０を患者に照射するので、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、かつ静的および動的な不確定性の両方を補償することができる。

　実施の形態１の線量分布演算装置１０は、粒子線治療装置５０が走査装置３により粒子ビーム２０を照射対象において走査して粒子線治療を行う際に、粒子線治療装置５０が照射対象に付与する照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）及び照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）と目標線量分布Ｄ^ｏｂｊ _ｉとの差分である線量分布差分ΔＤ_ｉを演算する線量分布演算装置１０であって、測定装置（ビームエネルギー測定装置６、線量測定装置７、ビーム偏向情報測定装置８）によって測定された粒子ビーム２０の粒子ビーム情報である測定粒子ビーム情報を記憶するビーム情報記憶部（測定エネルギー記憶部１４、測定ビーム量記憶部（測定電荷記憶部１２）、測定ビーム中心軸記憶部１３）と、測定粒子ビーム情報（測定エネルギーＥ、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ）に基づいて、照射線量分布を演算する合計線量演算部１５と、照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）と目標線量分布Ｄ^ｏｂｊ _ｉとの差分である線量分布差分ΔＤ_ｉを演算する計画線量比較部１６を備えたことを特徴とする。実施の形態１の線量分布演算装置１０は、この特徴により、測定粒子ビーム情報に基づいて、照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）及び線量分布差分ΔＤ_ｉを演算するので、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、静的および動的な不確定性の両方が線量分布に与える影響を正しく定量的に見積もることができる。

　また、実施の形態１の線量分布演算装置１０は、粒子ビーム情報が、粒子ビーム２０におけるビーム量、エネルギー、ビーム中心軸位置を含み、ビーム情報記憶部が、粒子ビーム２０のエネルギーを、複数の時刻において測定した測定エネルギーＥ（ｔ）を記憶する測定エネルギー記憶部１４と、粒子ビーム２０のビーム中心軸位置を、複数の時刻において測定した測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）を記憶する測定ビーム中心軸記憶部１３と、粒子ビーム２０のビーム量を、複数の時刻において測定した測定ビーム量（測定電荷数Ｑ（ｔ））を記憶する測定ビーム量記憶部（測定電荷記憶部１２）と、を含んでいる。実施の形態１の線量分布演算装置１０の合計線量演算部１５は、粒子ビーム情報が測定された時間区間の同一区間における測定エネルギーＥ（ｔ）及び測定ビーム量（測定電荷数Ｑ（ｔ））に基づいて求めた照射粒子数ｗ_ｋと、時間区間の同一区間における測定エネルギーＥ（ｔ）及び測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）に基づいて求めた、粒子ビーム２０における１個の粒子によって付与される線量である単位粒子線量（線量ｄ_ｉ，ｋ）と、を積算した時間区間線量を、全ての時間区間において加算することにより、照射対象の演算対象点（線量評価点ｐｉ）における線量を演算することを特徴とする。実施の形態１の線量分布演算装置１０の計画線量比較部１６は、照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）と目標線量分布Ｄ^ｏｂｊ _ｉとの差分である線量分布差分ΔＤ_ｉを演算することを特徴とする。実施の形態１の線量分布演算装置１０は、これらの特徴により、合計線量演算部１５が時間区間毎における、測定エネルギーＥ（ｔ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）、及び測定ビーム量（測定電荷数Ｑ（ｔ））に基づいて、照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）及び線量分布差分ΔＤ_ｉを演算するので、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、静的および動的な不確定性の両方が線量分布に与える影響を正しく定量的に見積もることができる。

　実施の形態１の粒子線治療装置５０は、粒子線治療に必要な線量を複数回に分割して照射対象に付与する粒子線治療装置であって、粒子線治療に必要なエネルギーの粒子ビーム２０を発生させる粒子ビーム発生装置１と、粒子ビーム２０をビーム進行方向に対して垂直な２方向に偏向させ、照射対象の配置位置において粒子ビーム２０を走査する走査装置３と、粒子ビーム２０を走査装置３に輸送するビーム輸送装置２と、粒子ビーム発生装置１が発生させた粒子ビーム２０の粒子ビーム情報を測定する測定装置（ビームエネルギー測定装置６、ビーム偏向情報測定装置８、ビーム量測定装置（線量測定装置７））と、粒子ビーム２０によって照射対象に付与する照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）及び、照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）と目標線量分布Ｄ^ｏｂｊ _ｉとの差分である線量分布差分ΔＤ_ｉを演算する線量分布演算装置１０と、備え、２回目以降の治療照射において、治療計画装置２２により演算された、線量分布差分ΔＤ_ｉを補正する補正ビーム量（補正総電荷数Ｑ^ｃ _ｊ）を含む制御データに基づいて制御されることを特徴とする。実施の形態１の粒子線治療装置５０における線量分布演算装置１０は、測定装置（ビームエネルギー測定装置６、線量測定装置７、ビーム偏向情報測定装置８）により測定された測定粒子ビーム情報を記憶するビーム情報記憶部（測定エネルギー記憶部１４、測定ビーム量記憶部（測定電荷記憶部１２）、測定ビーム中心軸記憶部１３）と、測定粒子ビーム情報（測定エネルギーＥ、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ）に基づいて、照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）を演算する合計線量演算部１５と、線量分布差分ΔＤ_ｉを算出する計画線量比較部１６を備えたことを特徴とする。実施の形態１の粒子線治療装置５０は、これらの特徴により、測定粒子ビーム情報（測定エネルギーＥ、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ）に基づいて照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）及び線量分布差分ΔＤ_ｉを演算し、２回目以降の治療照射において、治療計画装置２２により演算された、線量分布差分ΔＤ_ｉを補正する補正ビーム量（補正総電荷数Ｑ^ｃ _ｊ）を含む制御データに基づいて制御されるので、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、静的および動的な不確定性の両方を補償することができる。

　実施の形態１の治療計画補正方法は、粒子線治療に必要な線量を複数回に分割して粒子線治療装置５０により照射対象に付与する粒子線治療計画を補正する治療計画補正方法であって、粒子線治療装置５０が発生させた粒子ビーム２０の粒子ビーム情報（エネルギー、ビーム量、ビーム中心軸位置）を、複数の時刻において測定して、測定粒子ビーム情報（測定エネルギーＥ、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ）を収集する治療データ測定工程と、粒子ビーム情報が測定された時間区間毎における測定粒子ビーム情報（測定エネルギーＥ、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ））に基づいて、粒子ビーム２０によって照射対象に付与する照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）を演算する合計線量分布演算工程と、照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）と目標線量分布Ｄ^ｏｂｊ _ｉとの差分である線量分布差分ΔＤ_ｉを演算する線量分布差分演算工程と、線量分布差分ΔＤ_ｉを補正する補正ビーム量（補正総電荷数Ｑ^ｃ _ｊ）を演算する治療計画補正工程と、を含むことを特徴とする。実施の形態１の治療計画補正方法は、測定粒子ビーム情報（測定エネルギーＥ、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙ）に基づいて照射線量分布（合計線量分布Ｄ_ｉ）及び線量分布差分ΔＤ_ｉを演算し、線量分布差分ΔＤ_ｉを粒子線治療装置５０に送るので、２回目以降の治療照射において、治療計画装置２２により演算された、線量分布差分ΔＤ_ｉを補正する補正ビーム量（補正総電荷数Ｑ^ｃ _ｊ）を含む制御データに基づいて粒子線治療装置５０が制御されることにより、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、静的および動的な不確定性の両方を補償することができる。

　なお、本発明は、測定装置により測定する測定粒子ビーム情報として測定エネルギーＥ、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）、測定ビーム中心軸位置Ｐｘ、Ｐｙの３つを同時に用いる例を説明したが、１つだけでもよい。前述したように、特許文献１の線量分布を計算する方法では、２次元線量検出の精度ならびに位置分解能も高い２次元線量検出器が必要となる。これに対して、本発明では、測定ビーム量（測定電荷数Ｑ）を測定粒子ビーム情報とすれば、高い位置分解能を有する線量検出器を必要とせず、かつ静的および動的な不確定性の両方を補償することができる。また、本発明は、その発明の範囲内において、各構成を組み合わせたり、各構成を適宜、変形、省略することが可能である。

　１…粒子ビーム発生装置、２…ビーム輸送装置、３…走査装置、６…ビームエネルギー測定装置、７…線量測定装置、８…ビーム偏向情報測定装置、１０…線量分布演算装置、１１…データベース、１２…測定電荷記憶部（測定ビーム量記憶部）、１３…測定ビーム中心軸記憶部、１４…測定エネルギー記憶部、１５…合計線量演算部、１６…計画線量比較部、２０…粒子ビーム、２２…治療計画装置、５０…粒子線治療装置、ｐｉ…線量評価点（演算対象点）、Ｅ…測定エネルギー、Ｅ（ｔ）…測定エネルギー、Ｑ…測定電荷数（測定ビーム量）、Ｑ（ｔ）…測定電荷数（測定ビーム量）、Ｐｘ、Ｐｙ…測定ビーム中心軸位置、Ｐｘ（ｔ）、Ｐｙ（ｔ）…測定ビーム中心軸位置、Ｃ（Ｅ）…比例係数、ｄ_ｉ，ｋ…線量（単位粒子線量）又は線量分布、ｗ_ｋ…粒子数（照射粒子数）、Ｄ_ｉ…合計線量又は合計線量分布（照射線量分布）、ΔＤ_ｉ…線量分布差分、Ｄ^ｏｂｊ _ｉ…目標線量分布、Ｑ^ｃ _ｊ…補正総電荷数（補正ビーム量）、Ｑ_ｋ…総電荷数（ビーム量）、ｄ_ｚ…ｚ方向の線量（選択ｚ方向線量）、ｄ_ｘ…ｘ方向の線量（選択ｘ方向線量）、ｄ_ｙ…ｙ方向の線量（選択ｙ方向線量）、ｄ_ｚ（ｚ，Ｅ）…ｚ方向の線量又は線量分布（ｚ方向線量分布）、ｄ_ｘ（ｘ，ｚ，Ｅ）…ｘ方向の線量又は線量分布（ｘ方向線量分布）、ｄ_ｙ（ｙ，ｚ，Ｅ）…ｙ方向の線量又は線量分布（ｙ方向線量分布）、θ_ｘ…ｘ方向の偏向角（選択ｘ方向偏向角）、θ_ｙ…ｙ方向の偏向角（選択ｙ方向偏向角）、θ_ｘ（Ｂ，Ｅ）…ｘ方向の偏向角、θ_ｙ（Ｂ，Ｅ）…ｙ方向の偏向角

Claims

　粒子線治療に必要な線量を複数回に分割して照射対象に付与する粒子線治療装置であって、
粒子線治療に必要なエネルギーの粒子ビームを発生させる粒子ビーム発生装置と、前記粒子ビームをビーム進行方向に対して垂直な２方向に偏向させ、前記照射対象の配置位置において前記粒子ビームを走査する走査装置と、前記粒子ビームを前記走査装置に輸送するビーム輸送装置と、前記粒子ビーム発生装置が発生させた前記粒子ビームの粒子ビーム情報を測定する測定装置と、前記粒子ビームによって前記照射対象に付与する照射線量分布及び、照射線量分布と目標線量分布との差分である線量分布差分を演算する線量分布演算装置と、備え、
前記線量分布演算装置は、
前記測定装置により測定された測定粒子ビーム情報を記憶するビーム情報記憶部と、前記測定粒子ビーム情報に基づいて前記照射線量分布を演算する合計線量演算部と、前記線量分布差分を演算する計画線量比較部と、を備え、
当該粒子線治療装置は
２回目以降の治療照射において、治療計画装置により演算された、前記線量分布差分を補正する補正ビーム量を含む制御データに基づいて制御されることを特徴とする粒子線治療装置。
　前記測定装置は、前記粒子ビーム発生装置が発生させた前記粒子ビームのビーム量を測定するビーム量測定装置を含み、
前記粒子ビーム情報は前記粒子ビームのビーム量を含み、前記測定粒子ビーム情報は測定ビーム量を含むことを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
　前記測定装置は、前記粒子ビーム発生装置が発生させた前記粒子ビームのエネルギーを測定するビームエネルギー測定装置を含み、
前記粒子ビーム情報は前記粒子ビームのエネルギーを含み、前記測定粒子ビーム情報は測定エネルギーを含むことを特徴とする請求項２に記載の粒子線治療装置。
　前記測定装置は、前記走査装置が前記粒子ビームの進路上に発生させた磁界強度に基づき演算してビーム中心軸位置を測定するビーム偏向情報測定装置を含み、
前記粒子ビーム情報は前記粒子ビームのビーム中心軸位置を含み、前記測定粒子ビーム情報は測定ビーム中心軸位置を含むことを特徴とする請求項２に記載の粒子線治療装置。
　前記測定装置は、前記粒子ビーム発生装置が発生させた前記粒子ビームのビーム量を測定するビーム量測定装置と、前記粒子ビーム発生装置が発生させた前記粒子ビームのエネルギーを測定するビームエネルギー測定装置と、前記走査装置が前記粒子ビームの進路上に発生させた磁界強度に基づき演算してビーム中心軸位置を測定するビーム偏向情報測定装置を含み、
前記粒子ビーム情報は、前記粒子ビームにおけるビーム量、エネルギー、ビーム中心軸位置を含み、
前記測定粒子ビーム情報は、測定ビーム量、測定エネルギー、測定ビーム中心軸位置を含むことを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
　前記ビーム中心軸位置は、前記走査装置が前記粒子ビームの進路上に発生させた磁界強度に基づき演算されることを特徴とする請求項４または５に記載の粒子線治療装置。
　前記粒子ビーム情報は複数の時刻において測定され、前記合計線量演算部はそれぞれの時間区間ごとの線量分布を全て加算することにより合計線量分布を演算することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
　前記粒子ビーム情報は、前記粒子ビームにおけるビーム量、エネルギー、ビーム中心軸位置を含み、
前記ビーム情報記憶部は、
前記粒子ビームのエネルギーを、複数の時刻において測定した測定エネルギーを記憶する測定エネルギー記憶部と、
前記粒子ビームのビーム中心軸位置を、複数の時刻において測定した測定ビーム中心軸位置を記憶する測定ビーム中心軸記憶部と、
前記粒子ビームのビーム量を、複数の時刻において測定した測定ビーム量を記憶する測定ビーム量記憶部と、を含み、
前記合計線量演算部は、
前記粒子ビーム情報が測定された時間区間の同一区間における前記測定エネルギー及び前記測定ビーム量に基づいて求めた照射粒子数と、前記時間区間の同一区間における前記測定エネルギー及び前記測定ビーム中心軸位置に基づいて求めた、前記粒子ビームにおける１個の粒子によって付与される線量である単位粒子線量と、を積算した時間区間線量を、
全ての前記時間区間において加算することにより、前記照射対象の演算対象点における線量を演算することを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
　前記粒子ビームにおけるビーム量に対する粒子数の比である比例計数と、前記粒子ビームの進行方向の線量分布であるｚ方向線量分布と、前記粒子ビームの進行方向に垂直なｘ方向の線量分布であるｘ方向線量分布と、前記粒子ビームの進行方向及び前記ｘ方向に垂直なｙ方向の線量分布であるｙ方向線量分布を記憶したデータベースを備え、
前記合計線量演算部は、
前記比例計数から、前記測定エネルギーに対応して選択した選択比例計数と、前記測定ビーム量とを積算することにより、前記照射粒子数を求め、
前記単位粒子線量を求める際に、
前記ｚ方向線量分布から、前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｚ方向線量と、
前記ｘ方向線量分布から、前記測定ビーム中心軸位置における前記ｘ方向の位置及び前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｘ方向線量と、
前記ｙ方向線量分布から、前記測定ビーム中心軸位置における前記ｙ方向の位置及び前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｙ方向線量と、を積算することにより、前記単位粒子線量を求めることを特徴とする請求項８に記載の粒子線治療装置。
　前記データベースは、前記走査装置による前記粒子ビームの前記ｘ方向の偏向角であるｘ方向偏向角と、前記走査装置による前記粒子ビームの前記ｙ方向の偏向角であるｙ方向偏向角を記憶しており、
前記合計線量演算部は、
前記選択ｘ方向線量を選択する際に、
前記ｘ方向偏向角から、前記測定ビーム中心軸位置における前記ｘ方向の位置及び前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｘ方向偏向角に基づいてｘ座標を演算し、
前記ｘ方向線量分布から、前記ｘ座標に対応する線量を前記選択ｘ方向線量として選択し、
前記選択ｙ方向線量を選択する際に、
前記ｙ方向偏向角から、前記測定ビーム中心軸位置における前記ｙ方向の位置及び前記測定エネルギーに対応して選択した選択ｙ方向偏向角に基づいてｙ座標を演算し、
前記ｙ方向線量分布から、前記ｙ座標に対応する線量を前記選択ｙ方向線量として選択することを特徴とする請求項９に記載の粒子線治療装置。
　粒子線治療に必要な線量を複数回に分割して粒子線治療装置により照射対象に付与する粒子線治療計画を補正する治療計画補正方法であって、
前記粒子線治療装置が発生させた粒子ビームの粒子ビーム情報を、複数の時刻において測定して、測定粒子ビーム情報を収集する治療データ測定工程と、
前記粒子ビーム情報が測定された時間区間毎における、前記粒子ビーム情報に基づいて、前記粒子ビームによって前記照射対象に付与する照射線量分布を演算する合計線量分布演算工程と、
前記照射線量分布と目標線量分布との差分である線量分布差分を演算する線量分布差分演算工程と、
前記線量分布差分を補正する補正ビーム量を演算する治療計画補正工程と、を含むことを特徴とする治療計画補正方法。
　前記粒子ビーム情報は前記粒子ビームのビーム量を含み、前記測定粒子ビーム情報は測定ビーム量を含むことを特徴とする請求項１１に記載の治療計画補正方法。
　前記粒子ビーム情報は前記粒子ビームのエネルギーを含み、前記測定粒子ビーム情報は測定エネルギーを含むことを特徴とする請求項１２に記載の治療計画補正方法。
　前記粒子ビーム情報は前記粒子ビームのビーム中心軸位置を含み、前記測定粒子ビーム情報は測定ビーム中心軸位置を含むことを特徴とする請求項１２に記載の治療計画補正方法。
　前記粒子ビーム情報は、前記粒子ビームにおけるビーム量、エネルギー、ビーム中心軸位置を含み、
前記測定粒子ビーム情報は、測定ビーム量、測定エネルギー、測定ビーム中心軸位置を含むことを特徴とする請求項１１に記載の治療計画補正方法。
　前記合計線量分布演算工程において、
前記時間区間の同一区間における前記測定エネルギー及び前記測定ビーム量に基づいて求めた照射粒子数と、前記同一区間における前記測定エネルギー及び前記測定ビーム中心軸位置に基づいて求めた、前記粒子ビームの１個における粒子によって付与される線量である単位粒子線量と、を積算した時間区間線量を、
全ての前記時間区間において加算することにより、前記照射対象の演算対象点における線量を演算することを特徴とする請求項１５に記載の治療計画補正方法。