粒子射線掃描照射系統(tǒng)及粒子射線掃描照射方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種粒子射線掃描照射方法，包括如下步驟：根據(jù)由粒子射線治療計(jì)劃決定的相對(duì)粒子射線照射量及處方粒子射線劑量，求出粒子射線的各照射點(diǎn)的計(jì)劃照射粒子數(shù)的步驟；根據(jù)計(jì)劃照射粒子數(shù)及粒子射線的射束電流波形來(lái)模擬各照射點(diǎn)的粒子射線的照射過(guò)程，求出在粒子射線掃描移動(dòng)期間照射到患部的粒子數(shù)的步驟；使用在掃描移動(dòng)期間照射的粒子數(shù)，校正各照射點(diǎn)的計(jì)劃照射粒子數(shù)的步驟；將校正后的計(jì)劃照射粒子數(shù)換算成劑量監(jiān)控器的計(jì)數(shù)值的步驟；以及根據(jù)換算得到的計(jì)數(shù)值來(lái)照射粒子射線的步驟。
【專利說(shuō)明】粒子射線掃描照射系統(tǒng)及粒子射線掃描照射方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種粒子射線治療裝置，尤其涉及一種與患部的三維形狀相配合來(lái)照 射粒子射線的粒子射線掃描照射系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在粒子射線治療中,對(duì)患部照射加速到光速的約70%的質(zhì)子射線或碳射線等。在 將這些高能粒子射線照射到體內(nèi)的腫瘤等時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出以下特征。第一，所照射的粒子射線 大部分都停止在如下位置，即，與粒子射線能量的約1. 7次方成比例的深度處的位置。第 二，所照射的粒子射線在體內(nèi)停止之前對(duì)其所通過(guò)的路徑提供的能量密度在粒子射線的停 止位置達(dá)到最大值。將粒子射線的能量密度稱為劑量。將沿著粒子射線通過(guò)體內(nèi)的路徑而 形成的特有的深部劑量分布曲線稱為布拉格曲線（Bragg curve)。
[0003] 將粒子射線的劑量表現(xiàn)出最大值的部位稱為布拉格峰（Bragg peak)。粒子射線掃 描照射系統(tǒng)使該布拉格峰的位置與腫瘤的三維形狀相一致來(lái)進(jìn)行掃描。以在預(yù)先利用圖像 診斷所決定的目標(biāo)（腫瘤區(qū)域）中形成規(guī)定的三維劑量分布的方式，調(diào)整各掃描位置的峰 值劑量。
[0004] 粒子射線停止位置的掃描方法分為沿大致垂直于粒子射線的照射方向的橫向（X、 Y方向）掃描的方法、以及沿粒子射線的照射方向即深度方向（Z方向）掃描的方法。在沿 橫向進(jìn)行的掃描中，存在使患者相對(duì)于粒子射線移動(dòng)的方法、以及使用電磁鐵等使粒子射 線的位置移動(dòng)的方法。一般采用后者的使用電磁鐵的方法。
[0005] 對(duì)于沿深度方向進(jìn)行的掃描方法，唯有改變粒子射線能量這一方法。在改變能量 的方法中，可考慮如下兩種方法，g卩：利用加速器改變粒子射線的能量的方法、以及使用設(shè) 置在射束傳輸系統(tǒng)或照射系統(tǒng)且被稱為射程移位器（range shifter)的能量變更裝置的方 法。目前多采用使用能量變更裝置的方法。射程移位器有時(shí)也包含進(jìn)行能量的分析與運(yùn)動(dòng) 量的選擇且被稱為能量選擇系統(tǒng)（Energy Selection System)的裝置。
[0006] 使粒子射線沿橫向掃描的方法分為點(diǎn)掃描照射法及混合掃描照射法這兩種基本 照射方法。點(diǎn)掃描照射法照射粒子射線，當(dāng)規(guī)定照射位置的照射量達(dá)到計(jì)劃值時(shí)，暫時(shí)減弱 粒子射線的射束強(qiáng)度（參照非專利文獻(xiàn)1)。此時(shí)，一般來(lái)說(shuō)，粒子射線的射束強(qiáng)度為零。為 了將粒子射線照射到下一照射位置，變更掃描電磁鐵的電流值，再次增加粒子射線的強(qiáng)度 之后，照射粒子射線。也可不增加粒子射線的射束強(qiáng)度，而是從加速器再出射粒子射線。
[0007] 混合掃描照射法中將粒子射線以計(jì)劃量照射到計(jì)劃位置的基本方法與點(diǎn)掃描照 射法相同，但當(dāng)使粒子射線的位置移動(dòng)到下一照射位置時(shí)，不使粒子射線停止，而是一邊照 射粒子射線，一邊使粒子射線進(jìn)行掃描（參照非專利文獻(xiàn)1)。

【背景技術(shù)】 [0008] 文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利特開(kāi)2006-145213號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)2 :日本專利特開(kāi)2008-136523號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)3 :日本專利特開(kāi)2011-156340號(hào)公報(bào)
[0013] 非專利文獻(xiàn)
[0014] 非專利文獻(xiàn) 1 :T. Inaniwa 等，醫(yī)療物理，34(2007)3302(T. Inaniwa et al. , Medical Physics, 34 (2007)3302)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] [發(fā)明要解決的問(wèn)題]
[0016] 在粒子射線掃描照射系統(tǒng)中，在變更照射位置的過(guò)程中產(chǎn)生粒子射線的移動(dòng)。移 動(dòng)中的粒子射線的劑量會(huì)對(duì)實(shí)際照射時(shí)的劑量分布產(chǎn)生影響。在非專利文獻(xiàn)1中，想要通 過(guò)將粒子射線移動(dòng)中的劑量貢獻(xiàn)引入到治療計(jì)劃的最優(yōu)化計(jì)算，以此來(lái)減輕移動(dòng)中的劑量 對(duì)最終的劑量分布產(chǎn)生的影響。在此方法中，要求預(yù)先決定移動(dòng)中的劑量貢獻(xiàn)。
[0017] 實(shí)際照射時(shí)的移動(dòng)中的劑量貢獻(xiàn)取決于在粒子射線的照射中從加速器獲得的粒 子射線的射束強(qiáng)度的時(shí)間變動(dòng)，因此，在所述方法中，需要將移動(dòng)中的劑量貢獻(xiàn)的平均值引 入到治療計(jì)劃的最優(yōu)化計(jì)算。在從加速器獲得的射束電流波形I(t)的時(shí)間變動(dòng)較大的情 況下，難以高精度地考慮移動(dòng)中的粒子射線的貢獻(xiàn)。進(jìn)而，在治療計(jì)劃的最優(yōu)化計(jì)算中需要 考慮移動(dòng)中的劑量貢獻(xiàn)的平均值，這使治療計(jì)劃的制定變得相對(duì)復(fù)雜。
[0018]本發(fā)明是為了解決所述問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，其目的在于減小治療計(jì)劃中所決定的各照 射點(diǎn)（照射位置）的計(jì)劃照射粒子數(shù)與實(shí)際照射時(shí)的劑量分布之差。
[0019][解決問(wèn)題的技術(shù)方案]
[0020]本發(fā)明的粒子射線掃描照射方法的特征在于包括：第一步驟，根據(jù)由粒子射線治 療計(jì)劃決定的相對(duì)粒子射線照射量及處方粒子射線劑量，求出粒子射線的各照射點(diǎn)的計(jì)劃 照射粒子數(shù)；第二步驟，根據(jù)計(jì)劃照射粒子數(shù)及粒子射線的射束電流波形來(lái)模擬各照射點(diǎn) 的粒子射線的照射過(guò)程，求出粒子射線在掃描移動(dòng)期間照射到患部的粒子數(shù)；第三步驟，使 用在掃描移動(dòng)期間照射的粒子數(shù)，校正各照射點(diǎn)的計(jì)劃照射粒子數(shù)；第四步驟，將校正后的 計(jì)劃照射粒子數(shù)換算成劑量監(jiān)控器的計(jì)數(shù)值；以及第五步驟，根據(jù)換算得到的計(jì)數(shù)值照射 粒子射線。
[0021][發(fā)明的效果]
[0022]根據(jù)本發(fā)明的粒子射線掃描照射系統(tǒng)，能夠以簡(jiǎn)單的校正方法使實(shí)際照射時(shí)的劑 量分布接近由治療計(jì)劃決定的各照射點(diǎn)（照射位置）的計(jì)劃照射粒子數(shù)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是表示本發(fā)明的粒子射線掃描照射系統(tǒng)的裝置結(jié)構(gòu)的整體圖。
[0024]圖2是說(shuō)明患部被切片的狀態(tài)的圖。
[0025]圖3是表^照射開(kāi)始點(diǎn)與照射結(jié)束點(diǎn)的位置關(guān)系的圖。
[0026]圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式i的粒子射線掃描照射方法的步驟的框圖。
[0027]圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的掃描照射仿真所使用的射束電流波形的圖。
[0028]圖6是表示本發(fā)麵實(shí)施方式2細(xì)描照雜真所使腦經(jīng)平滑化醜束電流波 形的圖。
[0029]圖7是說(shuō)明移動(dòng)中的照射點(diǎn)的情況的圖。
[0030]圖8是y示本發(fā)明的實(shí)施方式3的粒子射線掃描照射方法的步驟的框圖。
[0031]目9是說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式4及實(shí)施方式5的粒子射線掃描照縣統(tǒng)的動(dòng)作的 圖。

【具體實(shí)施方式】 [0032] 實(shí)施方式1.
[0033]圖1表示粒子射線掃描照射系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。粒子射線掃描照射系統(tǒng)100包括治 療計(jì)劃系統(tǒng)10、粒子射線治療照射控制系統(tǒng)20、及粒子射線照射裝置30。治療計(jì)劃系統(tǒng)10 包括治療計(jì)劃數(shù)據(jù)管理裝置1、計(jì)劃照射粒子數(shù)校正裝置3、治療計(jì)劃裝置4、及掃描照射仿 真裝置5等。粒子射線治療照射控制系統(tǒng) 2〇包括照射系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理裝置2、治療控制裝置 6、設(shè)備控制裝置7、及定位裝置8。治療控制裝置6包含劑量監(jiān)控器。粒子射線照射裝置 30 包含掃描磁鐵及掃描電源。
[0034]治療計(jì)劃裝置4生成治療計(jì)劃，并根據(jù)治療計(jì)劃對(duì)劑量計(jì)算進(jìn)行仿真。治療控制 裝置6控制粒子射線照射裝置30,按照從照射系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理裝置2獲取的治療計(jì)劃的條件 來(lái)照射粒子射線。實(shí)際照射的粒子射線的劑量由治療控制裝置6測(cè)定。將測(cè)定的結(jié)果發(fā)送 到治療計(jì)劃數(shù)據(jù)管理裝置1。治療計(jì)劃數(shù)據(jù)管理裝置1對(duì)計(jì)劃照射粒子數(shù)校正裝置 3、治療 計(jì)劃裝置4、掃描照射仿真裝置5所生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。照射系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理裝置2管理治 療控制裝置6、設(shè)備控制裝置7、定位裝置8所使用的數(shù)據(jù)、治療記錄、及測(cè)定記錄等。
[0035]因?yàn)樵诹Ｗ由渚€治療中使粒子射線的布拉格峰的位置與腫瘤的三維形狀相一致 來(lái)進(jìn)行掃描，所以按照治療計(jì)劃將患部沿深度方向較薄地切成圓片。圖2示意性地表示被 切成圓片的腫瘤等患部25。將沿深度方向分割的患部25的一層稱為切片。患部25被分割 成多個(gè)切片（……W、X、Y、Z……）。
[0036] 接下來(lái)，根據(jù)圖3,對(duì)掃描照射時(shí)的粒子射線的照射順序進(jìn)行說(shuō)明。粒子射線的照 射順序預(yù)先利用治療計(jì)劃系統(tǒng)10而計(jì)算。圖中表示特定的切片X中的照射點(diǎn)的配置及粒 子射線的照射路徑。粒子射線原則上從照射開(kāi)始點(diǎn)到照射結(jié)束點(diǎn)為止沿著一條單行路徑行 進(jìn)。粒子射線通常通過(guò)掃描移動(dòng)而移到相鄰照射點(diǎn)。在照射點(diǎn)之間遠(yuǎn)離的情況下，粒子射 線為了越過(guò)照射點(diǎn)之間而進(jìn)行空白移動(dòng)（blank shift)，從而移到下一照射點(diǎn)。因空白移動(dòng) 而省去照射的點(diǎn)的數(shù)量根據(jù)照射條件而不同?？瞻滓苿?dòng)從空白起點(diǎn)這一點(diǎn)開(kāi)始且在空白終 點(diǎn)這一點(diǎn)結(jié)束。
[0037] 接下來(lái)，根據(jù)圖4所示的框圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式1的粒子射線掃描照射方法 進(jìn)行說(shuō)明。計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni表示由治療計(jì)劃所決定的照射點(diǎn)（i)的照射粒子數(shù)的計(jì)劃 值（處方粒子數(shù)）。點(diǎn)編號(hào)i ( = 1、2、3......Nspot)表不照射點(diǎn)的ID (identification,標(biāo)識(shí) 符）。粒子射線在同一切片內(nèi)按照點(diǎn)編號(hào)i進(jìn)行照射。根據(jù)治療計(jì)劃求出計(jì)劃照射粒子數(shù) Ni。根據(jù)治療計(jì)劃系統(tǒng)10所輸出的各點(diǎn)的相對(duì)照射粒子數(shù)Ri及處方劑量D0算出計(jì)劃照 射粒子數(shù)Ni，并將其存儲(chǔ)到治療計(jì)劃數(shù)據(jù)管理裝置1。處方劑量D0表示在一次照射中照射 到患部的粒子射線的劑量。
[0038]射束電流波形I (t)存儲(chǔ)在照射系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理裝置2,根據(jù)需要每日進(jìn)行更新，以 反映最新的測(cè)定結(jié)果。圖5表示掃描照射時(shí)所使用的射束電流波形I(t)的一例。射束電 流波形I(t)是涉及從加速器射出的粒子射線的射束電流的基本時(shí)間變動(dòng)信息。用于掃描 照射的加速器無(wú)論為以同步加速器、回旋加速器為代表的何種類型的加速器，在本發(fā)明中 都同樣有效。掃描照射仿真裝置5算出粒子射線在點(diǎn)間移動(dòng)過(guò)程中照射到患部的粒子射線 數(shù)的預(yù)想數(shù)據(jù)。通過(guò)計(jì)劃照射粒子數(shù)校正裝置3校正計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni。治療計(jì)劃包含掃 描照射治療計(jì)劃。經(jīng)校正的計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni被換算成MU (Monitor Unit，監(jiān)控單位）以 對(duì)應(yīng)于劑量監(jiān)控器。
[0039]接下來(lái),使用圖1?圖4,對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式1的粒子射線掃描照射系統(tǒng)100的 動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。首先，根據(jù)患者的CT (Computed Tomography，計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)）數(shù)據(jù)等， 利用治療計(jì)劃系統(tǒng)10來(lái)生成掃描照射治療計(jì)劃。結(jié)果，輸出粒子射線的照射方向、對(duì)應(yīng)于 照射方向的照射切片信息、對(duì)應(yīng)于各切片的照射位置信息、各照射位置的點(diǎn)的相對(duì)照射量 信息。也考慮有多個(gè)照射方向的情況。在照射位置信息中，對(duì)應(yīng)于照射位置而定義照射點(diǎn)。 [00 40]接著，治療計(jì)劃裝置4根據(jù)處方劑量D0與治療計(jì)劃，算出計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni。在 算出計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni時(shí)，利用治療計(jì)劃中所包含的各點(diǎn)的相對(duì)照射粒子數(shù)、及水中的劑 量分布絕對(duì)值的測(cè)定信息。對(duì)掃描照射仿真裝置5提供各照射點(diǎn)的計(jì)劃照射粒子數(shù) Ni及 射束電流波形I(t)。
[0041]掃描照射模擬裝置5包含仿真軟件及計(jì)算機(jī)。掃描照射仿真裝置5在實(shí)施掃描照 射的情況下，算出粒子射線從照射點(diǎn)（i)朝照射點(diǎn)（i+Ι)移動(dòng)時(shí)照射到患部的粒子射線的 數(shù)量ANi(i = 1、2、3、……Nspot-Ι)。當(dāng)對(duì)掃描照射過(guò)程進(jìn)行仿真時(shí)，將劑量監(jiān)控器、掃 描電源、掃描控制裝置等的時(shí)間響應(yīng)及動(dòng)作考慮在內(nèi)。
[0042]在掃描照射仿真裝直5中，以幾 μ sec的時(shí)間步長(zhǎng)（time step)將射束電流波形 I(t)積分。當(dāng)電流積分值達(dá)到照射點(diǎn)（i)的計(jì)劃照射粒子數(shù)見(jiàn)時(shí)，將各設(shè)備的時(shí)間響應(yīng)考 慮在內(nèi)，將粒子射線的照射位置朝照射點(diǎn)（ i+1)變更。進(jìn)而，針對(duì)照射點(diǎn)（i+1)，將射束電 流波形I (t)積分，一旦電流積分值達(dá)到計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni+1，便將照射位置變更到照射點(diǎn) (i+2)。通過(guò)以此方式模擬對(duì)從照射點(diǎn)（i =丨）到照射點(diǎn)（i =Nsp〇t)的所有照射點(diǎn)照射 粒子射線的過(guò)程，可獲得射束在照射點(diǎn)之間移動(dòng)期間照射到患部的粒子射線的數(shù)量（移動(dòng) 中粒子數(shù)ANi)。在算出計(jì)劃照射粒子數(shù)附時(shí)并未考慮移動(dòng)中粒子數(shù) ΔΜ。在實(shí)際照射 時(shí)，因?yàn)槭窃谶_(dá)到計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni之后才發(fā)生射束的移動(dòng)，所以在粒子射線移動(dòng)到下一 照射點(diǎn)之前，粒子射線會(huì)多余地照射到患部（參照?qǐng)D 7)。
[0043] i接著，計(jì)劃照射粒子數(shù)校正裝置3使用移動(dòng)中粒子數(shù)Δ Ni來(lái)校正照射點(diǎn)Q)的計(jì) 劃照雛子數(shù)Ni。移動(dòng)中粒子數(shù)ΔΜ是照射到照射點(diǎn)⑴與照射點(diǎn)（i+1)之間的粒子數(shù)。 具體來(lái)說(shuō)，、實(shí)施（NL校正后=Ni - ΔΝ?/2)及（Ni+Ι-校正后=Ni+1 _ ANi/2)。根據(jù)該 處理求出^劃照射粒子數(shù)Ni_校正后。計(jì)劃照射粒子數(shù)祖_校正后是將在點(diǎn)之間的移動(dòng)中 所照射的粒子數(shù)的影響考慮在內(nèi)的計(jì)劃照射粒子數(shù)。如果著眼于照射點(diǎn)⑴，那么下式成立 (參照?qǐng)D7)。此外，移動(dòng)中粒子數(shù)λ Ni-1是照射到照射點(diǎn)（卜丨）與照射點(diǎn)（i)之間的粒子 數(shù)（1 < i < Nspot)。在照射點(diǎn)（丨）與照射點(diǎn)（Nsp〇t)的情況下，校正算式分別變成（犯- 0.5X ΔΜ)及（Ni - 0.5X ANi-l)。
[0044]計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni-校正后=計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni _ ANi/2 _ (ΔΝ?-1)/2 _5]使用在照射中管理（或計(jì)量）粒子數(shù)關(guān)量監(jiān)控器的靈敏度，將計(jì)劃照射粒子數(shù) \校正后娜財(cái)漸雖MUi。纏觸度取決于粒子職_量。最后，將 獲得的各點(diǎn)的計(jì)劃計(jì)數(shù)值MUi交付給粒子射線治療照射控制系統(tǒng) 2Q及粒子射線照射裝置 30,實(shí)施實(shí)際的掃描照射。當(dāng)使用粒子射線治療照射控制系統(tǒng)20執(zhí)行掃描照射時(shí)，使用強(qiáng) 度及基本時(shí)間模式與利用掃描照射仿真裝置5模擬掃描照射時(shí)所使用的加速器射束相同 的加速器射束。
[0046]根據(jù)計(jì)劃計(jì)數(shù)值MUi來(lái)控制實(shí)際照射到照射點(diǎn)⑴的粒子射線的量。圖7示意性 地表示在切片Y中對(duì)照射粒子射線進(jìn)行計(jì)數(shù)的情況。射束以照射點(diǎn)（i 一丨）、照射點(diǎn)（i)、 照射點(diǎn)（i+1)的順序移動(dòng)。照射粒子射線的計(jì)數(shù)在起點(diǎn)Ti(s)到終點(diǎn)Ti(e)之間為一個(gè)循 環(huán)。連續(xù)地重復(fù)該計(jì)數(shù)的循環(huán)。在實(shí)際照射時(shí)，當(dāng)計(jì)數(shù)開(kāi)始時(shí)，利用在上一循環(huán)中移動(dòng)中的 粒子射線進(jìn)行照射。當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，粒子射線開(kāi)始移動(dòng)到下一照射點(diǎn)。
[0047]像這樣，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式1所示的粒子射線掃描照射系統(tǒng)，在掃描照射時(shí)， 將在點(diǎn)之間的移動(dòng)期間中照射到目標(biāo)的移動(dòng)中粒子對(duì)劑量分布的影響考慮在內(nèi)。使用可模 擬實(shí)際的照射定時(shí)的掃描照射仿真裝置，在照射前算出該移動(dòng)中粒子數(shù)ΔΜ，使用計(jì)劃照 射粒子數(shù)校正裝置求出校正后的計(jì)劃照射粒子數(shù)（計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni_校正后）來(lái)進(jìn)行實(shí) 際的掃描照射，由此無(wú)需利用治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行再計(jì)劃處理。結(jié)果，能夠簡(jiǎn)化粒子射線掃描 照射的治療計(jì)劃，所以使粒子射線掃描照射系統(tǒng)的運(yùn)用效率得以提高。另外,能夠考慮移動(dòng) 中粒子的影響而實(shí)施掃描照射，所以可更高精度地對(duì)患部提供劑量。
[0048] 實(shí)施方式2.
[0049]接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2的粒子射線掃描照射系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施 方式2的特征點(diǎn)在于：作為掃描照射仿真裝置5所使用的射束電流波形I (t),使用像圖6所 示那樣的去除快速變動(dòng)分量后的射束電流波形，以代替圖5所示的實(shí)際測(cè)量到的射束電流 波形。
[0050]圖6所示的射束電流波形I (t)是使圖5所示的射束電流波形I (t)通過(guò)低通濾波 器來(lái)進(jìn)行平滑處理后的波形。結(jié)果，可求出在點(diǎn)之間移動(dòng)時(shí)的移動(dòng)中粒子數(shù)ANi以作為更 穩(wěn)定的射束電流波形的平均值。由此，不會(huì)受到缺乏再現(xiàn)性的快速射束電流變化的影響，從 而可更高精度地求出移動(dòng)中粒子數(shù)ΔΜ。實(shí)施方式2的粒子射線掃描照射系統(tǒng)具有能夠以 更高精度對(duì)患部照射粒子射線的效果。
[0051] 實(shí)施方式3.
[0052] 接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式3的粒子射線掃描照射系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。如果 射束電流較大，那么便可縮短照射時(shí)間，但移動(dòng)中粒子數(shù)ANi會(huì)占到相對(duì)較大的權(quán)重，所 以認(rèn)為計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni_校正后會(huì)成為負(fù)值。圖 8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的粒子射 線掃描照射系統(tǒng)的構(gòu)成的框圖。圖8所使用標(biāo)號(hào)中與圖4相同的標(biāo)號(hào)基本上表示與圖4相 同的意思。
[0053] 在實(shí)施方式3中，為了防止計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni_校正后成為負(fù)值，在對(duì)各切片進(jìn)行 照射時(shí)，以使移動(dòng)中粒子數(shù)ANi的一半變得小于移動(dòng)前后的點(diǎn)的計(jì)劃照射粒子數(shù)的方式， 限制在各切片的照射中所使用的最大射束電流的大小。對(duì)于射束電流值，實(shí)際上已經(jīng)決定 了其波形，所以在使用經(jīng)平滑化后的平均值的情況下也相同。
[0054] 具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)進(jìn)行掃描照射仿真時(shí)，以使移動(dòng)中粒子數(shù)ΛNi的一半（ANi/2)不超 過(guò)照射點(diǎn)（i)的計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni及照射點(diǎn)（i+1)的計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni+l的方式，預(yù)先 決定在各切片的照射中所使用的射束電流波形I (t)的最大值（某時(shí)刻的最大射束電流）。 在對(duì)切片進(jìn)行照射時(shí)，使用較大射束電流值更能縮短照射時(shí)間，但作為標(biāo)準(zhǔn)，此處使用算出 的最大射束電流值的一半以下的射束電流進(jìn)行照射即可。
[0055]在實(shí)施方式3中，因?yàn)轭A(yù)先限制了對(duì)各切片進(jìn)行照射時(shí)所使用的射束電流的最大 值，所以可將對(duì)各切片進(jìn)行照射時(shí)所使用的射束電流的范圍設(shè)定為適當(dāng)值。當(dāng)對(duì)計(jì)劃照射 粒子數(shù)進(jìn)行校正時(shí)，不會(huì)使計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni_校正后成為負(fù)值，能夠保証其一定為正值。 因此，與將負(fù)粒子數(shù)設(shè)為零而進(jìn)行照射的情況相比，能夠以更高精度、且將誤差粒子數(shù)的影 響考慮在內(nèi)的方式來(lái)進(jìn)行粒子射線掃描照射。
[0056] 實(shí)施方式4.
[0057]接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式4的粒子射線掃描照射系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。圖9 表示當(dāng)將患部沿深度方向切片并掃描照射主干部時(shí)特定的切片中的照射點(diǎn)的配置及照射 路徑。掃描照射從位于最上部的右端的點(diǎn)開(kāi)始，在位于最下部的右端部的點(diǎn)結(jié)束。照射開(kāi) 始點(diǎn)與照射結(jié)束點(diǎn)的途中經(jīng)由復(fù)雜的路徑而對(duì)切片內(nèi)的各點(diǎn)進(jìn)行照射。圖中存在連接鄰接 點(diǎn)之間的點(diǎn)間移動(dòng)、及連接不鄰接點(diǎn)之間的點(diǎn)間移動(dòng)。
[0058]在實(shí)施方式4中，著眼于連接鄰接照射點(diǎn)的點(diǎn)間移動(dòng)、及連接不鄰接點(diǎn)的點(diǎn)間移 動(dòng)。在鄰接的點(diǎn)之間移動(dòng)的情況下，以實(shí)施方式1所說(shuō)明的方式進(jìn)行，但在不鄰接的點(diǎn)之間 發(fā)生移動(dòng)的情況下，如果使用實(shí)施方式1的校正方法的話，那么誤差會(huì)較大。因此，在實(shí)施 方式4中，首先，計(jì)劃照射粒子數(shù)校正裝置3確認(rèn)是在鄰接點(diǎn)之間的移動(dòng)、或者是在不鄰接 的點(diǎn)之間的移動(dòng)。只針對(duì)鄰接點(diǎn)之間的移動(dòng)，才實(shí)施如下校正處理：從移動(dòng)前的照射點(diǎn) （i) 的計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni與移動(dòng)后的照射點(diǎn)（i+i)的計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni+1中減去移動(dòng)中粒子 數(shù)ΔΝ?的一半。
[0059]根據(jù)實(shí)施方式4,在計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni的校正處理中，只在粒子射線在鄰接點(diǎn)間 移動(dòng)的情況下，才從計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni中減去移動(dòng)中粒子數(shù)Δ Ni的一半^在粒子射線在不 鄰接的點(diǎn)間移動(dòng)的情況下，不實(shí)施任何處理，所以不會(huì)產(chǎn)生因校正處理而導(dǎo)致的誤差。實(shí)際 上，粒子射線在不鄰接的點(diǎn)間移動(dòng)的情形與粒子射線在鄰接點(diǎn)間移動(dòng)的情形相比非常少。 根據(jù)具體情形來(lái)應(yīng)對(duì)（case by case)的處理能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的掃描照射。
[0060] 實(shí)施方式5.
[0061]接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式5的粒子射線掃描照射系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。在實(shí) 施方式5的粒子射線掃描照射系統(tǒng)中，在圖9所示的鄰接點(diǎn)之間的移動(dòng)（掃描移動(dòng)）、及不 鄰接的點(diǎn)之間的移動(dòng)（空白移動(dòng)）的情況下，使用計(jì)劃照射粒子數(shù)校正裝置 3,實(shí)施不同的 計(jì)劃照射粒子數(shù)校正處理。具體來(lái)說(shuō)，如果是鄰接的點(diǎn)之間的移動(dòng)的話，那么與實(shí)施方式1 同樣地實(shí)施如下校正處理：從移動(dòng)前的照射點(diǎn)（i)的計(jì)劃照射粒子數(shù) Ni及移動(dòng)后的照射點(diǎn) (i+Ι)的計(jì)劃照射粒子數(shù)Ni+Ι中減去移動(dòng)中粒子數(shù)ANi的一半。
[0062]在不鄰接的點(diǎn)之間的移動(dòng)的情況下，首先算出移動(dòng)軌跡。根據(jù)所算出的移動(dòng)軌跡 推算出以與點(diǎn)尺寸同等程度隔開(kāi)的所有點(diǎn)（i = ik，k = 1、2、3、……nk ;共nk個(gè)；il = i, ink =i+l)。將推算出的點(diǎn)的數(shù)量設(shè)為空白點(diǎn)數(shù)（nk)。接著，進(jìn)行如下校正：將移動(dòng)中粒 子數(shù)ANi除以空白點(diǎn)數(shù)（ nk)，從點(diǎn)編號(hào)i的移動(dòng)前點(diǎn)、點(diǎn)編號(hào)i+i的移動(dòng)后點(diǎn)及移動(dòng)中作 出貢獻(xiàn)的空白點(diǎn)的計(jì)劃照射粒子數(shù)N中分別減去ANi/nk。
[0063]根據(jù)本實(shí)施方式，在不鄰接的點(diǎn)之間的移動(dòng)的情況下也能實(shí)施更準(zhǔn)確的移動(dòng)中粒 子數(shù)的校正，所以與實(shí)施方式4相比，可進(jìn)一步提高掃描照射的精度。此外，在所述實(shí)施方 式的說(shuō)明中，將掃描照射仿真裝置、治療計(jì)劃裝置、計(jì)劃照射粒子數(shù)校正裝置作為分開(kāi)的部 件而記載并予以說(shuō)明。實(shí)際上，即使將這些裝置搭載于同一計(jì)算機(jī)編碼或同一計(jì)算機(jī)，效果 也與所述說(shuō)明的效果相同，在掃描照射中，能夠以高精度且簡(jiǎn)單的方法將由移動(dòng)中粒子造 成的對(duì)劑量的影響考慮在內(nèi)。 ^1]省略財(cái)卜，本獅可在難明細(xì)內(nèi)，將各觸杈自祕(mì)合，縣齡?方式適當(dāng)
[0065][標(biāo)號(hào)說(shuō)明]
[0066] 1 治療計(jì)劃數(shù)據(jù)管理裝置
[0067] 2 照射系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理裝置
[0068] 3 計(jì)劃照射粒子數(shù)校正裝置
[0069] 4 治療計(jì)劃裝置
[0070] 5 掃描照射仿真裝置
[0071] 6 計(jì)劃照射粒子數(shù)校正裝置
[0072] 10治療計(jì)劃系統(tǒng)
[0073] 2〇粒子射線治療照射控制系統(tǒng)
[0074] 30粒子射線照射裝置
[0075] 1〇〇粒子射線掃描照射系統(tǒng)
【權(quán)利要求】
1. 一種粒子射線掃描照射裝置，其特征在于，包括：計(jì)算機(jī)，根據(jù)由粒子射線治療計(jì)劃 決定的相對(duì)粒子射線照射量及處方粒子射線劑量，求出粒子射線的各照射點(diǎn)的計(jì)劃照射粒 子數(shù)；以及粒子射線照射裝置，將所述粒子射線照射到患部； 所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行如下步驟： 第一 ^驟，根據(jù)所述計(jì)劃照射粒子數(shù)及所述粒子射線的射束電流波形來(lái)模擬所述各 照射點(diǎn)的粒子射線的照射過(guò)程，求出在所述粒子射線掃描移動(dòng)期間照射到所述患部的粒子 數(shù)； 第二步驟，使用在所述掃描移動(dòng)期間照射的粒子數(shù)，來(lái)校正所述各照射點(diǎn)的計(jì)劃照射 粒子數(shù)；以及 第三步驟，將所述校正后的計(jì)劃照射粒子數(shù)換算成劑量監(jiān)控器的計(jì)數(shù)值；且 所述粒子射線照射裝置根據(jù)在所述第三步驟中換算得到的計(jì)數(shù)值，將所述粒子射線照 射到患部。
2·根據(jù)權(quán)利要求1所述的粒子射線掃描照射裝置，其特征在于，所述第二步驟包括如 下處理：從掃描移動(dòng)前的照射點(diǎn)的計(jì)劃照射粒子數(shù)及掃描移動(dòng)后的照射點(diǎn)的計(jì)劃照射粒子 數(shù)中減去在所述掃描移動(dòng)期間照射的粒子數(shù)的一半。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的粒子射線掃描照射裝置，其特征在于，包括對(duì)粒子射線的射 束電流波形進(jìn)行平滑化處理的第四步驟，在第二步驟中使用該經(jīng)平滑化處理后的射束電流 波形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的粒子射線掃描照射裝置，其特長(zhǎng)在于，包括第五步驟，該第五 步驟是：以對(duì)所述掃描移動(dòng)前的照射點(diǎn)的計(jì)劃照射粒子數(shù)及所述掃描移動(dòng)后的照射點(diǎn)的計(jì) 劃照射粒子數(shù)取始終大于在所述掃描移動(dòng)中照射的粒子數(shù)的一半的值的方式，根據(jù)所述射 束電流波形來(lái)設(shè)定射束電流的大小。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的粒子射線掃描照射裝置，其特征在于，包括第六步驟，該第六 步驟是：在照射點(diǎn)進(jìn)行空白移動(dòng)的情況下，根據(jù)所述照射點(diǎn)的移動(dòng)軌跡來(lái)求出空白移動(dòng)前 的照射點(diǎn)與空白移動(dòng)后的照射點(diǎn)之間的距離。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的粒子射線掃描照射裝置，其特征在于，包括第七步驟，該第七 步驟是：將在所述第六步驟中求出的所述空白移動(dòng)的距離與掃描移動(dòng)的距離進(jìn)行比較，在 所述空白移動(dòng)的距離小于所述掃描移動(dòng)的距離的兩倍的情況下，進(jìn)行跳過(guò)所述第三步驟的 處理。
7·根據(jù)權(quán)利要求5所述的粒子射線掃描照射裝置，其特征在于，包括第八步驟，該第八 步驟是：將在所述第六步驟中求出的空白移動(dòng)的距離與掃描移動(dòng)的距離進(jìn)行比較，在所述 空白移動(dòng)的距離的大小為大于所述掃描移動(dòng)的距離的兩倍、是所述掃描移動(dòng)的距離的η倍 的情況下，進(jìn)行從所述空白移動(dòng)所包含的照射點(diǎn)分別減去在所述空白移動(dòng)中照射的粒子數(shù) 的η分之一的處理。
8· -種粒子射線掃描照射方法，其特征在于，包括： 第一步驟，根據(jù)由粒子射線治療計(jì)劃決定的相對(duì)粒子射線照射量及處方粒子射線劑 量，求出粒子射線的各照射點(diǎn)的計(jì)劃照射粒子數(shù)； 第二步驟，根據(jù)所述計(jì)劃照射粒子數(shù)及所述粒子射線的射束電流波形來(lái)模擬所述各照 射點(diǎn)的粒子射線的照射過(guò)程，求出在所述粒子射線掃描移動(dòng)期間照射到患部的粒子數(shù)； mi二使用在所述掃描移動(dòng)期間照射的粒子數(shù)，來(lái)校正所述各照射點(diǎn)的計(jì)劃照射 k子數(shù)； 第四步驟，將所述校正后的計(jì)劃照射粒子數(shù)換算成劑量監(jiān)控器的計(jì)數(shù)值；以及 第五步驟，根據(jù)所述換算得到的計(jì)數(shù)值照射所述粒子射線。
9·根據(jù)權(quán)利要求8所述的粒子射線掃描照射方法，其特征在于，所述第三步驟包括如 下處理：從掃描移動(dòng)前的照射點(diǎn)的計(jì)劃照射粒子數(shù)及掃描移動(dòng)后的照射點(diǎn)的計(jì)劃照射粒子 數(shù)中減去在所述掃描移動(dòng)期間照射的粒子數(shù)的一半。 1〇.、根據(jù)權(quán)^利要求9所述的粒子射線掃描照射方法，其特征在于，包括對(duì)粒子射線的射 束電流波形進(jìn)行平滑化處理的第六步驟，在第二步驟中使用該經(jīng)平滑化處理后的射束電流 波形。
11·根據(jù)權(quán)利要求9所述的粒子射線掃描照射方法，其特長(zhǎng)在于，包括第七步驟，該第 七步驟是：以對(duì)所述掃描移動(dòng)前的照射點(diǎn)的計(jì)劃照射粒子數(shù)及所述掃描移動(dòng)后的照射點(diǎn)的 計(jì)劃照射粒子數(shù)取始終大于在所述掃描移動(dòng)中照射的粒子數(shù)的一半的值的方式，根據(jù)所述 射束電流波形來(lái)設(shè)定射束電流的大小。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的粒子射線掃描照射方法，其特征在于，包括第八步驟，該第 八步驟是：在照射點(diǎn)進(jìn)行空白移動(dòng)的情況下，根據(jù)所述照射點(diǎn)的移動(dòng)軌跡來(lái)求出空白移動(dòng) 前的照射點(diǎn)與空白移動(dòng)后的照射點(diǎn)之間的距離。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的粒子射線掃描照射方法，其特征在于，包括第九步驟，該第 九步驟是：將在所述第八步驟中求出的所述空白移動(dòng)的距離與掃描移動(dòng)的距離進(jìn)行比較， 在所述空白移動(dòng)的距離小于所述掃描移動(dòng)的距離的兩倍的情況下，進(jìn)行跳過(guò)所述第三步驟 的處理。
14. 根據(jù)權(quán)利要求I2所述的粒子射線掃描照射方法，其特征在于，包括第十步驟，該第 十步驟是：將在所述第八步驟中求出的空白移動(dòng)的距離與掃描移動(dòng)的距離進(jìn)行比較，在所 述空白移動(dòng)的距離的大小為大于所述掃描移動(dòng)的距離的兩倍、是所述掃描移動(dòng)的距離的 n 倍的情況下，進(jìn)行從所述空白移動(dòng)所包含的照射點(diǎn)分別減去在所述空白移動(dòng)中照射的粒子 數(shù)的η分之一的處理。
【文檔編號(hào)】A61N5/10GK104203346SQ201280071631
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月21日
【發(fā)明者】蒲越虎, 池田昌廣, 本田泰三 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社