專(zhuān)利名稱：粒子射線治療裝置及粒子射線治療方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于照射粒子射線以治療癌癥等的粒子射線治療裝置及粒子射線治 療方法。
背景技術(shù)：
在被稱為層疊照射、掃描照射的已知粒子射線照射方法中，將目標(biāo)體積(也僅 稱為目標(biāo))沿粒子射線的射束行進(jìn)方向分割來(lái)進(jìn)行照射。為了在深度方向得到所需的粒子射線分布，需要將目標(biāo)體積的各層的劑量加權(quán) 設(shè)為所需值。因此，雖然在照射前執(zhí)行劑量校正的步驟，但在現(xiàn)有技術(shù)中，在生物劑量的深 度方向分布中的SOBP (Spread Out &agg Peak:擴(kuò)大布拉格峰)中心這一點(diǎn)進(jìn)行劑量校正。另外，例如，在下述的專(zhuān)利文獻(xiàn)1(日本專(zhuān)利特開(kāi)2004-358237號(hào)公報(bào))中， 示出了 “將目標(biāo)分割成多層，決定每層的照射量”，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2(日本專(zhuān)利特開(kāi)平 10-314323號(hào)公報(bào))中，示出了 “將目標(biāo)分割成多層，以使各層的每一層的照射量均勻的 方式進(jìn)行決定”。此外，在下述的非專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，示出了 “通過(guò)將層疊照射中使用的小型脊形 過(guò)濾器的權(quán)重設(shè)計(jì)成高斯分布，從而緩解層間的位置誤差的影響”。另外，關(guān)于“SOBP”以及“小型脊形過(guò)濾器”，后面在發(fā)明的實(shí)施方式的說(shuō)明 中會(huì)闡述。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本專(zhuān)利特開(kāi)2004-358237號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本專(zhuān)利特開(kāi)平10-314323號(hào)公報(bào)非 專(zhuān) 禾Ij 文 獻(xiàn) 1: Ridge filter design and optimization for the broad-beam three-dimensional irradiation system for heavy-ion radiation therapy.(用于重離子方文身寸治療 的寬射束三維照射系統(tǒng)中脊形過(guò)濾器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化)Barbara Schaffner, Tatsuaki Kanai, Yasuyuki Futami, and Munefumi Shimbo，Med.Phys.Volume 27(4) , April 2000, ρρ
716-724.

發(fā)明內(nèi)容
在至今為止的層疊照射中，如現(xiàn)有的擴(kuò)大照射時(shí)那樣在SOBP中心的代表點(diǎn)這 一點(diǎn)進(jìn)行了劑量校正。與此相對(duì)，在層疊照射中，由于設(shè)備設(shè)定根據(jù)層而改變，因此，自然會(huì)想到與 各層相對(duì)應(yīng)地設(shè)有劑量校正系數(shù)，存在如下問(wèn)題若是在SOBP中心一點(diǎn)進(jìn)行校正，則 對(duì)淺層的校正系數(shù)不敏感。在實(shí)際測(cè)量中對(duì)各層求解校正系數(shù)時(shí)，由于布拉格曲線的深度方向的變化急 劇，因此，設(shè)置劑量計(jì)的部位的略微一點(diǎn)位置誤差就會(huì)成為使劑量校正值產(chǎn)生較大誤差的原因，從而難以在短時(shí)間內(nèi)高精度地對(duì)各層進(jìn)行劑量校正。另外，“布拉格曲線”是表示將帶電粒子射線(例如，質(zhì)子射線、碳射線等)照 射到被照射體上時(shí)、直至帶電粒子到達(dá)為止給予被照射體內(nèi)的相對(duì)劑量的曲線，其在最 深部附近具有峰。作為深度方向的位置誤差的主要原因，有劑量校正時(shí)使用的劑量分布測(cè)量裝置 的機(jī)械精度不夠、校正時(shí)使用的劑量計(jì)的形狀不是二維平面而導(dǎo)致的誤差、或者在射束 線路中的劑量監(jiān)視器等物質(zhì)的有效厚度誤差等。由于這些主要原因，即使原本打算在布拉格曲線的頂點(diǎn)進(jìn)行校正，但實(shí)際中也 可能會(huì)在頂點(diǎn)以外的位置進(jìn)行校正，難以達(dá)到校正系數(shù)的精度。本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而完成的，其目的于提供一種能對(duì)各層的每一層進(jìn) 行層疊照射中的劑量校正、且能提高層疊照射時(shí)的劑量校正的精度的粒子射線治療裝置。本發(fā)明所涉及的粒子射線治療裝置，在將目標(biāo)體積的預(yù)定區(qū)域沿粒子射線的深 度方向分割成多層來(lái)照射粒子射線時(shí)，對(duì)分割后的各層的每一層分別執(zhí)行劑量校正。此外，本發(fā)明所涉及的粒子射線治療裝置是在將目標(biāo)體積的預(yù)定區(qū)域沿粒子射 線的深度方向分割成多層來(lái)照射粒子射線時(shí)，對(duì)分割后的各層的每一層分別執(zhí)行劑量校 正的粒子射線治療裝置，對(duì)于深度方向的物理劑量分布，在所述各層的寬度的至少一部 分，使用小型脊形過(guò)濾器形成劑量一定的區(qū)域，以進(jìn)行劑量校正。此外，本發(fā)明所涉及的粒子射線治療裝置是在將目標(biāo)體積的預(yù)定區(qū)域沿粒子射 線的深度方向分割成多層來(lái)照射粒子射線時(shí)，對(duì)分割后的各層的每一層分別執(zhí)行劑量校 正的粒子射線治療裝置，對(duì)于深度方向的物理劑量分布，在所述各層的寬度的至少一部 分，使用小型脊形過(guò)濾器形成劑量一定的區(qū)域，將這些各層重合來(lái)照射所述目標(biāo)體積。此外，本發(fā)明所涉及的粒子射線治療方法，在將目標(biāo)體積的預(yù)定區(qū)域沿粒子射 線的深度方向分割成多層來(lái)照射粒子射線時(shí)，對(duì)分割后的各層的每一層分別執(zhí)行劑量校 正。根據(jù)本發(fā)明，由于還能確保淺層的校正精度，并能確認(rèn)各層的校正系數(shù)的偏 差，因此，即使在發(fā)生故障時(shí)，也能系統(tǒng)地進(jìn)行理解。此外，能大幅降低劑量校正所需 的位置精度，并能在短時(shí)間內(nèi)高精度地執(zhí)行層疊照射中各層的每一層的劑量校正。因而，根據(jù)本發(fā)明，可對(duì)各層的每一層進(jìn)行層疊照射中的劑量校正，能提高層 疊照射時(shí)的劑量校正的精度。


圖1是表示粒子射線治療裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示從粒子射線照射部對(duì)患者照射粒子射線時(shí)的狀態(tài)圖。圖3是表示在質(zhì)子射線和碳射線的情況下的布拉格曲線。圖4表示碳射線的擴(kuò)大布拉格峰的圖。圖5是用于說(shuō)明脊形過(guò)濾器的原理的圖。圖6是表示脊形過(guò)濾器安裝臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是表示粒子射線照射部和劑量計(jì)的校正裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖8表示碳射線的小型峰(物理劑量)的圖。圖9是表示校正點(diǎn)的位置的圖。圖10是表示碳射線的小型峰(生物劑量)的圖。圖11是表示碳射線的擴(kuò)大布拉格峰的權(quán)重的圖。圖12是表示實(shí)施方式3所涉及的小型脊形過(guò)濾器的設(shè)計(jì)示例圖。圖13是表示實(shí)施方式3所涉及的小型脊形過(guò)濾器的設(shè)計(jì)示例圖。 圖14是表示實(shí)施方式3所涉及的小型脊形過(guò)濾器的設(shè)計(jì)示例圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明1橫向照射區(qū)形成部2劑量監(jiān)視器3深度方向照射區(qū)形成部4脊形過(guò)濾器5數(shù)據(jù)處理部21患者22治療臺(tái)61脊形過(guò)濾器安裝臺(tái)62通過(guò)孔(通過(guò)口)70劑量計(jì)校正裝置71 水模體(water phantom) 72 劑量計(jì)73劑量計(jì)驅(qū)動(dòng)裝置74劑量計(jì)用電路及數(shù)據(jù)處理裝置101治療計(jì)劃部102治療控制部103粒子射線產(chǎn)生部104粒子射線輸送部105粒子射線照射部106定位部
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1.基于附圖，說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式示例。圖1是表示粒子射線治療裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，粒子射線治療裝置由治療計(jì)劃部101、治療控制部102、粒子射線 產(chǎn)生部103、粒子射線輸送部104、粒子射線照射部105、以及定位部106等構(gòu)成。粒子射線照射部105具有用于在對(duì)患者照射粒子射線時(shí)形成適當(dāng)?shù)恼丈鋮^(qū)的功 能，治療計(jì)劃部101具有為了照射所需的劑量分布而將粒子射線照射部105的各設(shè)備的參 數(shù)確定為適當(dāng)值的功能。定位部106具有對(duì)患者進(jìn)行固定、對(duì)目標(biāo)(也稱為目標(biāo)體積) 進(jìn)行定位和確認(rèn)等的功能。治療控制部102基于來(lái)自治療計(jì)劃部101的指示，控制粒子射線產(chǎn)生部103、粒 子射線輸送部104、粒子射線照射部105、以及定位部106的動(dòng)作。圖2是表示從粒子射線照射部對(duì)患者照射粒子射線時(shí)的狀態(tài)圖。如圖2所示，粒子射線照射部105由主要用于在粒子射線的照射區(qū)的橫向(即、 與射束行進(jìn)方向垂直的面)控制射束的橫向照射區(qū)形成部1、對(duì)粒子射線的劑量進(jìn)行監(jiān)視 (計(jì)數(shù))的劑量監(jiān)視器2、在深度方向(即、射束行進(jìn)方向)控制射束的深度方向照射區(qū) 形成部3、在深度方向照射區(qū)形成部3內(nèi)形成的脊形過(guò)濾器(ridge filter)4、以及對(duì)劑量監(jiān) 視器2計(jì)數(shù)的劑量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)處理部5等構(gòu)成。另外，在圖2中，21是患者， 22是治療臺(tái)。接下來(lái)，說(shuō)明在深度方向?qū)ι涫?即、粒子射線束)的控制。
在照射單一能量的射束時(shí)，將在患者21體內(nèi)的深度方向的劑量分布稱為 PDD (Percentage Depth Dose 百分深度劑量)。若將粒子射線照射到均勻的介質(zhì)上，則粒子射線根據(jù)入射到介質(zhì)中時(shí)的能量停 止在某一深度，將這時(shí)的深度稱為射程。從介質(zhì)表面到射程為止的PDD呈現(xiàn)具有稱為布拉格曲線的頂點(diǎn)(峰)的形狀， 曲線(即布拉格曲線)的最大值附近的部分稱為布拉格峰。圖3是表示在質(zhì)子射線和碳射線(重粒子射線)的情況下的布拉格曲線。 另外，在圖3中，橫軸是離身體表面的深度(cm)，縱軸是相對(duì)吸收劑量(％)。布拉格曲線的形狀因照射的粒子射線的核素而不同，質(zhì)子射線的情況與碳射線 相比，布拉格峰更寬。此外，碳核會(huì)產(chǎn)生核裂變，而在質(zhì)子射線中不會(huì)產(chǎn)生核裂變，因此，在質(zhì)子射 線的劑量分布中沒(méi)有尾部(即、核反應(yīng)的尾部)。下面，雖然對(duì)粒子射線是碳射線的情況進(jìn)行闡述，但本發(fā)明也同樣適用于質(zhì)子 射線、其它核素。圖4表示碳射線的擴(kuò)大布拉格峰的圖。在已知的照射技術(shù)即擴(kuò)大照射法中，利用后面稱為脊形過(guò)濾器的裝置來(lái)擴(kuò)大布 拉格峰的寬度，形成像圖4所示那樣的稱為擴(kuò)大布拉格峰(SOBP)的劑量相同的區(qū)域來(lái)進(jìn) 行照射。SOBP的寬度與目標(biāo)(目標(biāo)體積)的深度方向的厚度相應(yīng)形成。接下來(lái)，說(shuō)明圖4所示的生物劑量與物理劑量的不同之處。劑量定義為物理劑量和生物學(xué)劑量(也稱為有效劑量)這兩種。物理劑量是給予目標(biāo)的某一部分的能量，單位是戈瑞(gray，Gy)。與此相對(duì)，生物劑量是基于物理劑量考慮對(duì)細(xì)胞的生物學(xué)影響而確定的值，單 位是戈瑞當(dāng)量(gray equivalent, GyE)。生物劑量例如通過(guò)與使細(xì)胞的生存率成為10%那樣的由鈷60所產(chǎn)生的照射劑量 等價(jià)的劑量這一條件來(lái)定義。在粒子射線治療中，處方劑量由生物劑量來(lái)定義。SOBP的目的是使照射效果均勻，由生物劑量分布來(lái)定義。與此相對(duì)，由于在劑量校正時(shí)使用的劑量計(jì)無(wú)法進(jìn)行生物學(xué)效果的測(cè)量，因 此，劑量校正使用物理劑量來(lái)進(jìn)行。從物理劑量求出生物劑量可利用已知方法來(lái)求得，在此省略其記載。SOBP的形成利用了稱為脊形過(guò)濾器的裝置。圖5是用于說(shuō)明脊形過(guò)濾器的原理的圖。脊形過(guò)濾器具有圖5所示那樣的條脊形過(guò)濾器(bar ridge filter)或者調(diào)制輪 (modulationwheel)等已知種類(lèi)，在此將它們統(tǒng)稱為脊形過(guò)濾器。圖5是用于說(shuō)明脊形過(guò)濾器的概念圖，實(shí)際中山脊的數(shù)量更多。脊形過(guò)濾器4 由具有不同厚度和寬度的區(qū)域構(gòu)成。粒子射線根據(jù)通過(guò)的位置不同而通過(guò)不同的厚度，由此具有不同的射程。例如，若水當(dāng)量射程為30cm的粒子射線通過(guò)脊形過(guò)濾器的水當(dāng)量厚度為5cm的部分，則該粒子射線的射程按照水當(dāng)量約為25cm。為了方便制作，在實(shí)際中，將脊形過(guò)濾器4的厚度設(shè)計(jì)成臺(tái)階狀，以臺(tái)階為單 位來(lái)控制水當(dāng)量厚度射程的粒子數(shù)的比例。并且，將該比例稱為權(quán)重。 例如，若加寬脊形過(guò)濾器4的厚度按照水當(dāng)量為5cm部分的寬度，則能增加具有 按照水當(dāng)量約為25cm的射程的粒子射線的比例。通過(guò)基于這種已知方法來(lái)適當(dāng)選擇權(quán)重，從而能設(shè)計(jì)出與具有生物劑量相同的 峰的SOBP相對(duì)應(yīng)的脊形過(guò)濾器。圖6是表示脊形過(guò)濾器安裝臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖，脊形過(guò)濾器4安裝在圖6所示那樣的脊 形過(guò)濾器安裝臺(tái)61上。采用如下結(jié)構(gòu)在該脊形過(guò)濾器安裝臺(tái)(脊形過(guò)濾器更換臺(tái))61 上，可同時(shí)安裝普通的脊形過(guò)濾器和多種小型脊形過(guò)濾器等，且更換容易。此外，若預(yù)先在該脊形安裝臺(tái)61的某一位置設(shè)置通過(guò)孔(通過(guò)口)62，則可照射 無(wú)調(diào)制的粒子射線。至此，已對(duì)現(xiàn)有的稱為擴(kuò)大照射法的照射技術(shù)進(jìn)行了記載，但作為與此不同的 已知照射技術(shù)，有稱為層疊照射的方法(參照上述文獻(xiàn)1)。在該方法中，將目標(biāo)體積分割成深度方向的區(qū)域、即具有一定寬度的層，并分 別依次照射這些區(qū)域。此時(shí)，層的寬度無(wú)需是固定的。作為調(diào)整層的深度的方法，有通過(guò)改變位于粒子射線產(chǎn)生部103的加速器的能 量來(lái)進(jìn)行調(diào)整的方法、以及通過(guò)插入位于粒子射線照射部105的稱為射程移位器的所需 數(shù)量的一定厚度的板來(lái)進(jìn)行調(diào)整的方法這兩種。在照射粒子射線時(shí)，雖然也可以將布拉格曲線照原樣、以某一臺(tái)階單位錯(cuò)開(kāi)照 射，但若布拉格峰的寬度較窄，則臺(tái)階寬度變細(xì)，臺(tái)階數(shù)增加，變得繁雜。因此，采用有意擴(kuò)大布拉格峰來(lái)稍微加寬臺(tái)階寬度、由此進(jìn)行照射的方法。作 為臺(tái)階寬度，使用2mm以上 IOmm左右。此時(shí)，將擴(kuò)大后的布拉格峰稱為小型峰，將用于形成該小型峰的裝置稱為小型 脊形過(guò)濾器。目前，已提出了在層疊照射中使用小型脊形過(guò)濾器，或使用具有平坦的權(quán)重的 小型峰，或使用具有高斯分布的權(quán)重的小型峰。然而，在現(xiàn)有提案中，“平坦”、“高斯分布”都是對(duì)權(quán)重函數(shù)本身的討論， 而未言及物理劑量的PDD (Percentage Depth Dose:百分深度劑量)形狀，也未言及使劑
量校正變?nèi)菀走@一目的。因而，在現(xiàn)有提案中，即使小型脊形過(guò)濾器的權(quán)重是平坦的，小型峰的物理劑 量分布也不會(huì)平坦，需要正確地確定在小型峰的哪個(gè)部分進(jìn)行校正。此外，存在劑量校正值因深度方向的微小位置誤差而產(chǎn)生重大誤差的問(wèn)題。接下來(lái)，說(shuō)明層疊照射中的劑量校正方法。在層疊照射中，各層的相對(duì)劑量、即各層的權(quán)重需要按照預(yù)先在治療計(jì)劃部101 中執(zhí)行的劑量計(jì)算的輸出來(lái)進(jìn)行照射。若不這樣，則無(wú)法得到所需的PDD。在粒子射線治療裝置中進(jìn)行這樣的管理基于設(shè)置在粒子射線照射部105的劑 量監(jiān)視器2的計(jì)數(shù)值，使得給予各層的劑量按計(jì)劃進(jìn)行。
BP,在照射某一層時(shí)，將給予該層的劑量轉(zhuǎn)換成劑量監(jiān)視器2的計(jì)數(shù)，在該計(jì) 數(shù)值達(dá)到所需值時(shí)暫時(shí)停止照射，將計(jì)數(shù)清零，轉(zhuǎn)移至下一層的照射。然而，由于劑量監(jiān)視器2的計(jì)數(shù)值是任意單位，因此，一般不用計(jì)數(shù)值來(lái)直接 管理物理劑量或者生物劑量。其理由之一是在根據(jù)照射條件來(lái)改變粒子射線照射部105的裝置設(shè)定時(shí)，無(wú) 法保證計(jì)數(shù)值與物理劑量始終存在固定關(guān)系。取而代之，利用圖7所示那樣的裝置，在所需的照射區(qū)條件下，對(duì)劑量計(jì)72校 正劑量監(jiān)視器2的計(jì)數(shù)值。另外，圖7是表示粒子射線照射部105和劑量計(jì)的校正裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖7所示，劑量計(jì)校正裝置70由水模體(即、劑量測(cè)定用水槽)71、劑量計(jì) 72、劑量計(jì)驅(qū)動(dòng)裝置73、劑量計(jì)用電路及數(shù)據(jù)處理裝置74、以及支架75構(gòu)成。對(duì)于劑量計(jì)72，使用保證校正的劑量計(jì)，對(duì)每一患者(每一治療計(jì)劃)進(jìn)行校正操作。在劑量校正中能測(cè)量的值有劑量計(jì)72所測(cè)量的物理劑量、劑量監(jiān)視器2測(cè)量的 計(jì)數(shù)值，這兩個(gè)數(shù)值的比為校正系數(shù)、即Gy/ccmnt(戈瑞每計(jì)數(shù)值)。在劑量計(jì)72中，由于不測(cè)量生物劑量而僅測(cè)量物理劑量，因此，對(duì)物理劑量進(jìn) 行校正。雖然處方劑量是用生物劑量來(lái)定義的，但是，由于只要預(yù)先計(jì)算出與其相當(dāng)?shù)?物理劑量的PDD，劑量校正及治療照射劑量管理就能以物理劑量的PDD為對(duì)象來(lái)執(zhí)行， 因此，在劑量校正時(shí)無(wú)需考慮生物劑量。接著，設(shè)想具體示例加以說(shuō)明。例如，設(shè)對(duì)直徑為75mm的球形目標(biāo)進(jìn)行了層疊照射。若假定層的臺(tái)階為2.5mm，則要照射深度方向的75mm，需要29層。在現(xiàn)有的層疊照射中，在照射所有29層時(shí)形成的整體SOBP的中心一點(diǎn)，進(jìn)行 了劑量校正。這是基于現(xiàn)有的擴(kuò)大照射法的構(gòu)思的內(nèi)容。若用數(shù)學(xué)式來(lái)表示，則在SOBP中心的物理劑量由下式給出。
DSOBP_PHYS (zC) =KO · EdMINIPEAK_PHYS (zC+zi) · Wi另外，在上式中，“DSOBP_PHYS(zC)”是表示SOBP分布的函數(shù)，為用戈瑞
來(lái)表示的物理劑量。"dMINIPEAK_PHYS"是小型峰的物理劑量PDD曲線。zC表示SOBP的中心位置，zi表示第i層的移位量。Σ表示所有層、即對(duì)i = 1、29的和。此外，Wi設(shè)為滿足ZWi = 1而進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的各層的權(quán)重。KO是標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)，其值確定為與利用DSOBP_PHYS(zC)從照射一次的處方劑
量換算得到的物理劑量相符合。在上式中，設(shè)小型峰的PDD曲線僅根據(jù)照射的層而移位，曲線形狀不變，用將 dMINIPEAK_PHYS (zC+zi)函數(shù)疊加后的公式進(jìn)行了表示。即使在該假定不成立的情況下，只要對(duì)函數(shù)標(biāo)注下標(biāo)i，結(jié)論就不會(huì)改變。
例如，以在SOBP中心的處方劑量為5GyE而對(duì)照射開(kāi)出了處方時(shí)，若SOBP中 心的物理劑量DSOBP_PHYS(zC)例如為2.05Gy，則校正系數(shù)α O可寫(xiě)成下式。DSOBP_PHYS (zC)=αΟ · KO · E{dMINIPEAK_PHYS (zC+zi) · Wi/α 0} = 2.05Gy此時(shí)，“KO· E{dMINIPEAK_PHYS (zC+zi) · Wi/α 0}，，相當(dāng)于劑量監(jiān)視器
所測(cè)量的計(jì)數(shù)值，α O的單位是在劑量校正中確定的校正系數(shù)的單位Gy/count。雖然至此說(shuō)明了現(xiàn)有的校正方法，但在本發(fā)明中，分別進(jìn)行各層的校止。此時(shí)，在任意深度ζ的物理劑量可由以下公式來(lái)描述。DSOBP_PHYS (ζ)=KO · Σ{α ‘ dMINIPEAK_PHYS (z+zi) · Wi/ α i}在此，定義Di(z) =KO · ai · dMINIPEAK_PHYS (z+zi) · Wi/a i。若將最深的層的PDD頂點(diǎn)的深度定義為zO，則各層中移位后的峰的深度由zpeak = zO-zi來(lái)給出。根據(jù)本發(fā)明，在zpeak進(jìn)行校正的情況下，校正系數(shù)ai由a i = Di (zO-zi)/{K0 · dMINIPEAK_PHYS (zO) · Wi/ a i}來(lái)給出，KO · dMINIPEAK_PHYS (zO) · Wi/a i相當(dāng)于劑量監(jiān)視器所測(cè)量的計(jì)數(shù)值。這樣，在現(xiàn)有的校正方法中，校正系數(shù)即Gy/count僅定義一個(gè)，與此相對(duì)，在 本發(fā)明所涉及的校正方法中，校正系數(shù)的數(shù)量等于層數(shù)，這一點(diǎn)是不同的。在現(xiàn)有方法 中，由于僅在SOBP中心一點(diǎn)確定校正系數(shù)，因此，不考慮每層的Gy/count不同的可能性。在現(xiàn)有方法中，各層對(duì)一個(gè)校正值以不同的權(quán)重作出貢獻(xiàn)。該權(quán)重與相對(duì)于zC各層所貢獻(xiàn)的物理劑量KO · dSOBP_PHYS (zC+zi) · Wi成正比。對(duì)于dSOBP_PHYS (zC+zi)或者 Wi 較小的層，校正系數(shù)對(duì) DSOBP_PHYS (zC)
變遲鈍。在此考慮以下討論。即“由于Wi較小的層對(duì)于劑量的貢獻(xiàn)較少，因此，對(duì)那些層無(wú)需正確確定校正 系數(shù)”。但是，這與基于實(shí)際測(cè)量確定校正系數(shù)的基本構(gòu)思相反。假如對(duì)淺層無(wú)需單獨(dú)確定校正系數(shù)，那么，應(yīng)該有如下前提即使在照射條件 產(chǎn)生變化的情況下，Wi的值也不取決于實(shí)際測(cè)量，而僅通過(guò)計(jì)算來(lái)算出，便可得到足夠 的可靠性。特別是，對(duì)于比zC更淺的層，僅通過(guò)因核裂變而產(chǎn)生的尾部來(lái)參與校正。即，在現(xiàn)有的校正方法中，對(duì)于質(zhì)子射線那樣的沒(méi)有核裂變的尾部的PDD的情 況，比zC更淺的層全部不參與校正。而且，即使是在zC貢獻(xiàn)較少的層，在別的深度貢 獻(xiàn)有時(shí)也會(huì)增加。
因此，本發(fā)明那樣的各層的校正期望在各層的峰的位置進(jìn)行，可提高劑量校正 的精度，并得到系統(tǒng)的理解。如上所述，本發(fā)明的特征在于，對(duì)各層分別進(jìn)行校正，但由于在實(shí)際(特別是 碳射線的情況)中布拉格峰的寬度較窄，因此，有時(shí)難以在各層的布拉格峰的頂點(diǎn)進(jìn)行 校正。 因而，作為本發(fā)明的另一個(gè)特征，如圖8所示，在進(jìn)行層疊照射時(shí)使用的小型 脊形過(guò)濾器的物理劑量分布形成最大且平坦的區(qū)域。另外，圖8表示碳射線的小型峰(物理劑量)的圖。在此重要的是，在物理劑量分布中形成PDD的平坦區(qū)域。將該P(yáng)DD平坦部的寬度定位為小型峰的寬度。小型峰的寬度需要大于在劑量校 正時(shí)能達(dá)到的位置精度。雖然小型峰的寬度與層的臺(tái)階寬度也可以相同，但并不需要相 同。在圖9示意性示出各層的校正點(diǎn)。在圖9中，為了容易觀察小型峰的曲線，將曲線隔開(kāi)間隔畫(huà)出，但在實(shí)際中， 小型峰的平坦部分相鄰或重合。這種小型脊形過(guò)濾器的設(shè)計(jì)可以使用已知手法。例如，可以預(yù)先測(cè)定物理劑量PDD的形狀，將根據(jù)脊形過(guò)濾器的厚度使PDD曲 線移位后的曲線以某一權(quán)重進(jìn)行相加，設(shè)置最佳的權(quán)重以形成所需的平坦區(qū)域。在現(xiàn)有的校正方法中，由于對(duì)各層需要正確掌握布拉格峰的深度位置后進(jìn)行校 正，因此，在校正時(shí)，需要慎重地將布拉格曲線映射到深度方向之后進(jìn)行校正。相對(duì)于實(shí)際所要求的精度，劑量校正測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)械精度有時(shí)會(huì)不夠?；蛘撸词鼓艿玫阶銐虻臋C(jī)械精度，每次為了得到高精度也需要時(shí)間和技巧。因而，在現(xiàn)有技術(shù)中，使用布拉格峰對(duì)各層分別進(jìn)行校正是不現(xiàn)實(shí)的。例如， 在碳射線的布拉格峰內(nèi)，即使深度方向上只有僅僅Imm的位置誤差，物理劑量也會(huì)變化 兩倍以上，但是，若形成寬度為2_的小型峰，則可大幅緩和允許誤差。如上所述，若根據(jù)本實(shí)施方式，則即使在層疊照射中對(duì)各層的每一層進(jìn)行劑量 校正的情況下，也能在短時(shí)間內(nèi)以高精度進(jìn)行實(shí)施。因?yàn)閯┝啃Ｕ褂玫母鲗拥腜DD具有物理劑量平坦的小型峰，所以，只要校 正所使用的劑量計(jì)的設(shè)置位置在小型峰中，哪個(gè)位置都可以，因此，能大幅降低測(cè)量時(shí) 的位置精度要求。接下來(lái)，闡述使用上述小型脊形過(guò)濾器進(jìn)行治療照射。若在物理劑量分布中形成平坦的頂點(diǎn)，則生物劑量分布的頂點(diǎn)不平坦，形成圖 10所示的形狀。然而，通過(guò)使各層的寬度充分窄、并將這些層進(jìn)行重合，由此，在生物劑量中 也可以形成SOBP。例如，也可以將寬度為5mm的小型峰以2.5mm的臺(tái)階寬度進(jìn)行重合。雖然在小型峰的較深一側(cè)，劑量急劇下降，但若將小型脊形過(guò)濾器設(shè)計(jì)成有意 使其變鈍，則能提高平坦度。另一方面，形成SOBP時(shí)的較深一側(cè)一般期望生物劑量盡可能急劇下降。
若調(diào)查用于形成均勻的SOBP的各層的權(quán)重，則可知道，像圖11所示的那樣， 在劑量分布的最深層的附近(圖中的權(quán)重不規(guī)則的區(qū)域)，權(quán)重急劇變化，但是，在稱為 平頂(plateau)的之前區(qū)域(圖中的權(quán)重平穩(wěn)的區(qū)域)中，權(quán)重基本不會(huì)變化。(參照前 面揭示的非專(zhuān)利文獻(xiàn)1)因此，通過(guò)將用于使最深層的劑量分布變急劇的最深層專(zhuān)用的小型脊形過(guò)濾 器、以及適用于在此之前的權(quán)重較平坦的區(qū)域(平頂?shù)囊徊糠?的小型脊形過(guò)濾器這兩種 加以利用，從而能提高SOBP的平坦度并確保PDD的陡峭性。至此，雖然以確保SOBP的均勻性為前提進(jìn)行了闡述，但是，除平坦的SOBP以外，有時(shí)還期望使SOBP中心部分的劑量較高的劑量分布。在中心部有時(shí)因腫瘤而存在耐放射線性較高的癌細(xì)胞，在這種情況下，有時(shí)期 望劑量分布不一樣、使中心部分的劑量較高的照射。在這種情況下，本發(fā)明所涉及的校正方法和治療照射方法也能進(jìn)行應(yīng)對(duì)。 雖然以上對(duì)層疊照射進(jìn)行了闡述，但對(duì)照射細(xì)射束的、被稱為掃描照射的方式 也能適用同樣的方法。在掃描照射中，在深度方向的層疊的基礎(chǔ)上，還使細(xì)射束(即、粒子射線)在橫 向進(jìn)行重合。即使在這種情況下，也能通過(guò)使用細(xì)射束在深度方向形成小型峰，從而使劑量 校正容易進(jìn)行。此時(shí)，作為形成小型峰的裝置，適用調(diào)制輪。這是因?yàn)榧?xì)射束難以均勻地碰撞 到條脊形過(guò)濾器上。在使用條脊形過(guò)濾器的情況下，需要使山脊的間距較窄。由于過(guò)濾器的山脊可以較薄，因此，較容易將山脊的間距制作得窄。或者，也可以考慮使條脊形過(guò)濾器振動(dòng)，控制射束均勻地碰撞到條脊形過(guò)濾器 上。由于與層疊照射的情況一樣，也可通過(guò)有意將小型峰較深的一側(cè)的劑量變緩來(lái) 提高平坦度，因此，通過(guò)同時(shí)使用最深層專(zhuān)用的脊形過(guò)濾器以及平頂專(zhuān)用的脊形過(guò)濾器 這兩種，不用犧牲PDD的陡峭性，也能得到平坦度。像以上說(shuō)明的那樣，本實(shí)施方式所涉及的粒子射線治療裝置在將目標(biāo)體積的預(yù) 定區(qū)域沿粒子射線的深度方向分割成多層來(lái)照射粒子射線時(shí)，對(duì)分割后的各層的每一層 分別執(zhí)行劑量校正。此外，本實(shí)施方式所涉及的粒子射線治療裝置是在將目標(biāo)體積的預(yù)定區(qū)域沿粒 子射線的深度方向分割成多層來(lái)照射粒子射線時(shí)，對(duì)分割后的各層的每一層分別執(zhí)行劑 量校正的粒子射線治療裝置，對(duì)于深度方向的物理劑量分布，在所述各層的寬度的至 少 一部分，使用小型脊形過(guò)濾器形成劑量一定的區(qū)域，以進(jìn)行劑量校正。此外，本實(shí)施方式所涉及的粒子射線治療裝置是在將目標(biāo)體積的預(yù)定區(qū)域沿粒 子射線的深度方向分割成多層來(lái)照射粒子射線時(shí)，對(duì)分割后的各層的每一層分別執(zhí)行劑 量校正的粒子射線治療裝置，對(duì)于深度方向的物理劑量分布，在所述各層的寬度的至少 一部分，使用小型脊形過(guò)濾器形成劑量一定的區(qū)域，將這些各層重合來(lái)照射所述目標(biāo)體 積。
實(shí)施方式2.接下來(lái)，記載實(shí)施方式2。雖然在實(shí)施方式1中闡述了對(duì)各層全都進(jìn)行校正的示例，但粒子射線治療裝置 的各設(shè)備的設(shè)定條件對(duì)每層不會(huì)產(chǎn)生大的改變，而是一層只改變一點(diǎn)。因此，隨著照射效果的積累，不再需要每次都在所有的層執(zhí)行實(shí)施方式1中闡 述的各層的校正。此時(shí)可以考慮將測(cè)量點(diǎn)隔開(kāi)間隔。另外，如上所述，圖9所示的校正點(diǎn)呈現(xiàn)隔開(kāi)間隔后的狀態(tài)。對(duì)于隔開(kāi)間隔的層，可以考慮將離該層最近的校正點(diǎn)這一點(diǎn)的校正值原樣引 用，或者使用附近的多個(gè)校正執(zhí)行點(diǎn)對(duì)校正值進(jìn)行內(nèi)插。作為內(nèi)插方法，可以考慮直線擬和或多項(xiàng)式擬和等幾種已知方法。在安裝校正系統(tǒng)時(shí)，可預(yù)先在校正系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中嵌入如下功能用戶能夠 選擇是使用所有的層作為校正點(diǎn)，還是隔開(kāi)間隔進(jìn)行校正。此外，在隔開(kāi)間隔的情況下，可以使得用戶能夠選擇隔開(kāi)間隔的位置、內(nèi)插算法等。若采用本實(shí)施方式，則能進(jìn)一步縮短校正所需要的時(shí)間。像以上說(shuō)明的那樣，本實(shí)施方式所涉及的粒子射線治療裝置的特征在于，僅對(duì) 從分割后的多層中選擇出的一部分層執(zhí)行劑量測(cè)量。實(shí)施方式3.接下來(lái)，記載實(shí)施方式3。圖12 圖14是用于說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的小型脊形過(guò)濾器的設(shè)計(jì)示例的圖。在圖12中，設(shè)置有用于對(duì)布拉格峰之前的部分進(jìn)行劑量校正的物理劑量分布平 坦的部分。比其更深的點(diǎn)劃線的部分設(shè)計(jì)成使得布拉格峰的加權(quán)成高斯分布，從而，與比 本層更深的層的重合能更平穩(wěn)地進(jìn)行。在圖13中，設(shè)置有用于僅對(duì)布拉格峰的中心部分進(jìn)行劑量校正的物理劑量分布 平坦的部分。平坦部分設(shè)計(jì)成使得布拉格峰的加權(quán)成高斯分布，從而，與比本層更深的層以 及更淺的層的重合能更平穩(wěn)地進(jìn)行。此外，在圖14中，設(shè)計(jì)小型脊形過(guò)濾器，使得在最深部再現(xiàn)如圖4所示那樣的 與生物劑量平坦的劑量分布相對(duì)應(yīng)的物理劑量分布(用虛線來(lái)表示)，并且，在物理劑量 分布中具有平坦區(qū)域。在粒子射線治療中，由于最深部的劑量的權(quán)重較高，因此，通過(guò)使用這種特別 針對(duì)最深部的劑量分布而進(jìn)行了最優(yōu)化的小型脊形過(guò)濾器，即使對(duì)于深度方向的層較少 的分割數(shù)，也能正確地再現(xiàn)劑量分布。這樣，在本實(shí)施方式中，可以將物理劑量平坦的小型脊形過(guò)濾器與其它劑量分 布形狀相組合，由此，可以使層的重合變?nèi)菀?，或可以減少層的分割數(shù)。工業(yè)上的實(shí)用性本發(fā)明適用于實(shí)現(xiàn)一種能對(duì)各層 的每一層進(jìn)行層疊照射中的劑量校正、提高層疊照射時(shí)的劑量校 正的精度的粒子射線治療裝置。
權(quán)利要求
1.一種粒子射線治療裝置，其特征在于，在將目標(biāo)體積的預(yù)定區(qū)域沿粒子射線的深 度方向分割成多層來(lái)照射粒子射線時(shí)，對(duì)分割后的各層的每一層分別執(zhí)行劑量校正。
2.—種粒子射線治療裝置，其特征在于，在將目標(biāo)體積的預(yù)定區(qū)域沿粒子射線的深 度方向分割成多層來(lái)照射粒子射線時(shí)，對(duì)分割后的各層的每一層分別執(zhí)行劑量校正，在 所述粒子射線治療裝置中，對(duì)于深度方向的物理劑量分布，在所述各層的寬度的至少一 部分，使用小型脊形過(guò)濾器形成劑量一定的區(qū)域，以進(jìn)行劑量校正。
3.—種粒子射線治療裝置，其特征在于，在將目標(biāo)體積的預(yù)定區(qū)域沿粒子射線的 深度方向分割成多層來(lái)照射粒子射線時(shí)，對(duì)分割后的各層的每一層分別執(zhí)行劑量校正， 在所述粒子射線治療裝置中，對(duì)于深度方向的物理劑量分布，在所述各層的寬度的至少 一部分，使用小型脊形過(guò)濾器形成劑量一定的區(qū)域，將這些各層重合來(lái)照射所述目標(biāo)體 積。
4.如權(quán)利要求2所述的粒子射線治療裝置，其特征在于，僅對(duì)從所述分割后的多層中 選擇出的一部分層執(zhí)行劑量校正。
5.—種粒子射線治療方法，其特征在于，在將目標(biāo)體積的預(yù)定區(qū)域沿粒子射線的深 度方向分割成多層來(lái)照射粒子射線時(shí)，對(duì)分割后的各層的每一層分別執(zhí)行劑量校正。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種粒子射線治療裝置及粒子射線治療方法，在將目標(biāo)體積的預(yù)定區(qū)域沿粒子射線的深度方向分割成多層來(lái)照射粒子射線時(shí)，對(duì)分割后的各層的每一層分別執(zhí)行劑量校正。
文檔編號(hào)A61N5/10GK102015023SQ20088012922
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2008年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者原田久, 蒲越虎, 高橋理 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社