粒子射线治疗计划装置、及粒子射线照射的仿真方法制造方法及图纸

本发明专利技术包括：副射束近似步骤，所述副射束近似步骤使用分别具有高斯分布的多个副射束的集合对粒子射线进行近似；以及副射束剂量分布运算步骤，所述副射束剂量分布运算步骤通过对利用扫描装置将多个副射束的各自的副射束偏转而前进的状态进行仿真，从而运算各自的副射束在患者内部形成的各自的副射束剂量分布，通过将运算出的各自的副射束剂量分布进行累计，从而求出粒子射线在患者内部形成的剂量分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种粒子射线治疗计划装置，所述粒子射线治疗计划装置决定对患部照射粒子射线来对癌症等进行治疗的粒子射线治疗装置的照射参数。
技术介绍
粒子射线治疗是通过使用加速器等设备将质子或碳离子等带电粒子加速到核子几百兆电子伏特程度，对患者照射加速后的带电粒子射线即粒子射线，从而对体内肿瘤赋予剂量，来对肿瘤进行治疗的方法。实际照射中，对肿瘤形成与医生指示的剂量分布尽量接近的剂量分布很重要。将医生指示的剂量分布称为目标剂量分布。多数情况下，目标剂量分布是肿瘤内剂量均匀且肿瘤外剂量与肿瘤内相比尽量低的分布。通常，对物体(包括人体)照射用加速器加速后的粒子射线时，具有物体内的三维剂量分布在某一点拥有剂量最大峰的特性。将该剂量最大峰称为布拉格峰。此外，三维空间中拥有一点的剂量最大峰时，将该峰位置定义为该粒子射线的“照射位置”。为了使用拥有这种峰结构的粒子射线，形成三维的目标剂量分布，需要采取某些措施。形成目标剂量分布的方法之一是扫描照射法。为了实施该方法，需要如下两种功能，即：使用电磁铁等，将粒子射线的照射方向朝与粒子射线的前进方向即Z方向垂直的方向即XY的二维方向任意偏转的功能；以及通过调节粒子能量，将形成布拉格峰的位置即照射位置在Z方向上任意调节的功能。通常，粒子射线发生装置即加速器还包括能量调节功能。然后，在肿瘤内设定多个照射位置(也称为照射点)，使用上述2个功能，对各自的照射位置依次照射粒子射线。扫描照射法中，通过事先规定向各照射位置照射的粒子射线的照射量的平衡，将向各照射位置照射时形成的各自的剂量分布进行合计，从而最终形成目标剂量分布。因此，为了决定应对各照射位置照射的粒子射线的量(粒子的个数)，以使合计后的三维剂量分布变成为了对肿瘤进行治疗而覆盖肿瘤范围的分布，需要通过仿真求出向各照射位置照射时形成的剂量分布。过去的计算剂量分布的仿真装置中，有的仿真装置通过将射束分割成脉冲函数状的子射束，使各子射束的照射重合，从而计算患者体内的剂量分布(例如参照专利文献1、专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2011-217880号公报(图4、图5等)专利文献2：国际公开WO00/015299号
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题分割成子射束来计算剂量分布的计算方法中，为了正确计算通过照射1个射束点从而在患者体内形成的三维剂量分布，需要产生多个子射束。因此，将分割成子射束的计算方法运用于利用多个射束点照射整个患部的扫描照射法时，存在计算时间冗长的问题。本专利技术为了解决上述问题开发而成，其目的在于得到一种粒子射线治疗计划装置，所述粒子射线治疗计划装置能够高效率高精度地计算通过在用粒子射线扫描患部的同时依次对照射点进行照射从而在患者体内形成的三维剂量分布。解决技术问题所采用的技术方案本专利技术的粒子射线治疗计划装置包括运算单元，所述运算单元求出粒子射线治疗装置的向各照射位置照射的粒子射线的各自的照射量，所述粒子射线治疗装置使用将粒子射线朝与所述粒子射线的前进方向垂直的两方向即XY方向偏转来进行扫描的扫描装置，以使粒子射线反复进行移动和停留的方式进行扫描，将粒子射线每次停留时与照射对象即患者患部的粒子射线的能量对应的深度的位置作为各照射位置分别形成照射点，并且变更粒子射线的能量来变更照射点的深度方向的位置，从而在包括患部在内的所述患者内部形成三维的剂量分布，其中，运算单元包括：副射束近似部，所述副射束近似部使用分别具有高斯分布的多个副射束的集合对粒子射线进行近似；副射束剂量分布运算部，所述副射束剂量分布运算部运算利用扫描装置将多个副射束的各自的副射束偏转而在患者上形成的副射束剂量分布，通过将运算出的副射束剂量分布进行累计，从而求出照射各照射位置的粒子射线在患者内部形成的各自的剂量分布；以及照射量优化部，所述照射量优化部利用优化计算求出向各照射位置照射的粒子射线的各自的照射量，以使将照射各照射位置的粒子射线在患者内部形成的各自的剂量分布进行累计而求出的在患者内部形成的总剂量分布成为治疗计划中设定的目标剂量分布。此外，本专利技术的粒子射线照射的仿真方法包括：副射束近似步骤，所述副射束近似步骤使用分别具有高斯分布的多个副射束的集合对粒子射线进行近似；以及副射束剂量分布运算步骤，所述副射束剂量分布运算步骤通过对利用扫描装置将多个副射束的各自的副射束偏转而前进的状态进行仿真，从而运算各自的副射束在患者内部形成的各自的副射束剂量分布，通过将运算出的各自的副射束剂量分布进行累计，从而求出粒子射线在患者内部形成的剂量分布。专利技术效果根据本专利技术，可得到一种粒子射线治疗计划装置，所述粒子射线治疗计划装置能够高效率高精度地计算利用扫描照射法照射粒子射线时在患者体内形成的三维剂量分布。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的要部结构的框图。图2是说明本专利技术的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的仿真中的副射束剖面的概念的示意图。图3是表示本专利技术的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的仿真中的利用副射束进行近似的示例的示意图。图4是说明本专利技术的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的仿真的概念的示意图。图5是表示本专利技术的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的仿真的步骤的流程图。图6是表示本专利技术的实施方式1所述的粒子射线治疗计划装置的仿真中的利用副射束进行近似的其他示例的示意图。图7是表示本专利技术的实施方式2所述的粒子射线治疗计划装置的仿真的步骤的流程图。图8是表示本专利技术的实施方式2所述的粒子射线治疗计划装置的要部结构的框图。图9是表示利用扫描照射法向患部照射粒子射线的方法的概念的示意图。图10是用于说明利用扫描照射法照射时在粒子射线的前进方向即深度方向(Z方向)形成的剂量分布的曲线图。图11是用于说明利用扫描照射法照射时在与粒子射线的前进方向垂直的一个方向(X方向)形成的剂量分布的曲线图。图12是表示向患部照射粒子射线时的状态的概念的示意图。具体实施方式实施方式1.首先，参考图9～12，对利用扫描照射法向肿瘤等患者患部照射粒子射线而在患者体内形成粒子射线的剂量分布的方法进行说明。使用扫描照射法的粒子射线治疗装置中，如图9所示，利用扫描装置2将由粒子射线发生装置1产生的粒子射线朝与前进方向正交的横向XY二维偏转进行扫描。被偏转的粒子射线呈细笔形射束状。图9中，用粒子射线B1、B2、B3表示被扫描的粒子射线。各粒子射线从患者的体表面6入射，在患部7的规定深度位置停止。以覆盖患部7的整个区域的方式配置粒子射线的照射位置，向各照射位置照射时形成的各剂量分布(体内吸收的剂量的分布)的合计为患者体内形成的剂量分布。治疗计划中制定计划，以使该合计的剂量分布与患部7的区域基本一致。治疗计划中使向各照射位置照射的粒子射线的照射量优化，以使得向患部赋予治疗所需的高剂量，向患部以外的正常组织照射尽量低的剂量。图10和图11分别用一维方式表示利用扫描患部的粒子射线形成三维剂量分布的情况。图10表示粒子射线的前进方向即深度方向(Z方向)的剂量分布的示例。a～f所示曲线表示各自粒子射线的能量不同时的深度方向的剂量分布的示例。如图10所示，粒子射线的能量不同导致吸收剂量的峰位置即布拉格峰的位置不同，通过改变粒子射线的能量能够改变深度方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粒子射线治疗计划装置，包括运算单元，所述运算单元求出粒子射线治疗装置的向各照射位置照射的粒子射线的各自的照射量，所述粒子射线治疗装置使用将所述粒子射线朝与所述粒子射线的前进方向垂直的两方向即XY方向偏转来进行扫描的扫描装置，以使所述粒子射线反复进行移动和停留的方式进行扫描，将所述粒子射线每次停留时与照射对象即患者患部的所述粒子射线的能量对应的深度的位置作为各照射位置分别形成照射点，并且变更所述粒子射线的能量来变更所述照射点的深度方向的位置，从而在包括所述患部在内的所述患者内部形成三维的剂量分布，其特征在于，所述运算单元包括：副射束近似部，所述副射束近似部使用分别具有高斯分布的多个副射束的集合对所述粒子射线进行近似；副射束剂量分布运算部，所述副射束剂量分布运算部运算利用所述扫描装置将所述多个副射束的各自的副射束偏转而在所述患者上形成的副射束剂量分布，通过将运算出的所述副射束剂量分布进行累计，从而求出照射所述各照射位置的所述粒子射线在所述患者内部形成的各自的剂量分布；以及照射量优化部，所述照射量优化部利用优化计算求出向所述各照射位置照射的所述粒子射线的各自的照射量，以使将照射所述各照射位置的粒子射线在所述患者内部形成的各自的剂量分布进行累计而求出的在所述患者内部形成的总剂量分布成为治疗计划中设定的目标剂量分布。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种粒子射线治疗计划装置，包括运算单元，所述运算单元求出粒子射线治疗装置的向各照射位置照射的粒子射线的各自的照射量，所述粒子射线治疗装置使用将所述粒子射线朝与所述粒子射线的前进方向垂直的两方向即XY方向偏转来进行扫描的扫描装置，以使所述粒子射线反复进行移动和停留的方式进行扫描，将所述粒子射线每次停留时与照射对象即患者患部的所述粒子射线的能量对应的深度的位置作为各照射位置分别形成照射点，并且变更所述粒子射线的能量来变更所述照射点的深度方向的位置，从而在包括所述患部在内的所述患者内部形成三维的剂量分布，其特征在于，所述运算单元包括：副射束近似部，所述副射束近似部使用分别具有高斯分布的多个副射束的集合对所述粒子射线进行近似；副射束剂量分布运算部，所述副射束剂量分布运算部运算利用所述扫描装置将所述多个副射束的各自的副射束偏转而在所述患者上形成的副射束剂量分布，通过将运算出的所述副射束剂量分布进行累计，从而求出照射所述各照射位置的所述粒子射线在所述患者内部形成的各自的剂量分布；以及照射量优化部，所述照射量优化部利用优化计算求出向所述各照射位置照射的所述粒子射线的各自的照射量，以使将照射所述各照射位置的粒子射线在所述患者内部形成的各自的剂量分布进行累计而求出的在所述患者内部形成的总剂量分布成为治疗计划中设定的目标剂量分布。2.如权利要求1所述的粒子射线治疗计划装置，其特征在于，所述副射束近似部中，使用数量相对较小的副射束的集合即第一副射束的集合、以及数量相对较大的副射束的集合即第二副射束的集合这2种副射束的集合分别对所述粒子射线进行近似，所述照射量优化部中将使用所述第一副射束的集合求出的结果的向所述各照射位置照射的所述粒子射线的各自的照射量作为所述优化计算的初始值，使用所述第二副射束的集合求出向所述各照射位置照射的所述粒子射线的各自的照射量。3.一种粒子射线照射的仿真方法，对利用扫描装置将笔形射束状的粒子射线偏转而向患者患部照射时的在患者内部形成的剂量分布进行仿真，其特征在于，包括：副射束近似步骤，所述副射束近似步骤使用分别具有高斯分布的多个副射束的集合对所述粒子射线进行近似；以及副射束剂量分布运算步骤，所述副射束剂量分布运算步骤通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲越虎，坂本裕介，山田由希子，池田昌广，富士英辉，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP