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JP6094906B2 - Charged particle beam irradiation equipment - Google Patents
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Description

本発明は、荷電粒子線照射装置に関する。 The present invention relates to a charged particle beam irradiation equipment.

従来、患者の腫瘍に対して荷電粒子線の照射により治療を施す荷電粒子線照射装置が知られている。このような荷電粒子線照射装置では、アイソセンター位置に配置された腫瘍の形状に応じて荷電粒子線の線量分布を正確に設定する必要がある。   Conventionally, a charged particle beam irradiation apparatus for treating a patient's tumor by irradiation with a charged particle beam is known. In such a charged particle beam irradiation apparatus, it is necessary to accurately set the dose distribution of the charged particle beam according to the shape of the tumor arranged at the isocenter position.

例えば、特許文献1には、CT装置が得た患者の断面画像を用いて腫瘍の輪郭を決定し、腫瘍の形状から荷電粒子線の線量分布を計画する治療計画装置が開示されている。この治療計画装置では、腫瘍付近の断面画像から立体画像を構成し、計画した荷電粒子線の線量分布を立体画像へ投影することで線量分布計画の確認を行っている。   For example, Patent Literature 1 discloses a treatment planning apparatus that determines a contour of a tumor using a cross-sectional image of a patient obtained by a CT apparatus and plans a dose distribution of a charged particle beam from the shape of the tumor. In this treatment planning apparatus, a stereoscopic image is constructed from cross-sectional images near the tumor, and the dose distribution plan is confirmed by projecting the planned dose distribution of charged particle beams onto the stereoscopic image.

特開平5−337208号公報JP-A-5-337208

しかしながら、前述した治療計画装置においては、画像データ上で線量分布計画の確認を行っているが、実際に照射された荷電粒子線の線量分布を測定しておらず、確認に対する信頼性が高いとは言えない。荷電粒子線の径路上に線量分布モニタを設けることも考えられるが、この場合、測定できる線量分布は線量分布モニタ位置のものであり、アイソセンター位置における線量分布とは異なる。荷電粒子線の線量分布の確認は治療の信頼性を確保する上で重要であることから、アイソセンター位置における荷電粒子線の線量分布を精度良く確認するための技術が強く求められている。   However, in the treatment planning apparatus described above, the dose distribution plan is confirmed on the image data, but the dose distribution of the actually irradiated charged particle beam is not measured, and the confirmation is highly reliable. I can't say that. Although it is conceivable to provide a dose distribution monitor on the path of the charged particle beam, in this case, the measurable dose distribution is at the dose distribution monitor position and is different from the dose distribution at the isocenter position. Since confirmation of the dose distribution of the charged particle beam is important for ensuring the reliability of treatment, there is a strong demand for a technique for accurately confirming the dose distribution of the charged particle beam at the isocenter position.

そこで、本発明は、アイソセンター位置における荷電粒子線の線量分布を精度良く算出できる荷電粒子線照射装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a charged particle beam irradiation equipment which can accurately calculate the dose distribution of the charged particle beam at the isocenter position.

上記課題を解決するため、本発明は、患者に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置であって、患者が載置される治療台と、治療台のまわりを回転可能な回転ガントリと、回転ガントリに取り付けられ、荷電粒子線を照射する照射部と、荷電粒子線の線量分布を算出する線量分布算出部と、を備え、照射部は、通過する荷電粒子線の線量分布を測定する線量分布モニタと、線量分布モニタよりも荷電粒子線の照射方向における下流側に設けられ、荷電粒子線の照射方向と垂直な平面における荷電粒子線の形状の成形を行うコリメータと、を有し、照射部を通る前記荷電粒子線の照射方向をZ軸方向、Z軸方向に直交する方向をX方向、Z軸方向及びX軸方向の双方と直交する方向をY軸方向とし、線量分布モニタは、X軸方向に延在する複数の金属ワイヤとY軸方向に延在する複数の金属ワイヤとを有し、荷電粒子線が照射された金属ワイヤから発生する電子を検出して荷電粒子線の線量分布を測定し、線量分布算出部は、線量分布モニタの測定結果である線量分布データのフィッティングを行って測定結果である線量分布データの中心位置座標を求め、フィッティングによって求めた中心位置座標とコリメータの開口の形状のデータとに基づき、線量分布モニタの測定結果を補正してコリメータよりも荷電粒子線の照射方向における下流側における荷電粒子線の線量分布を算出することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a charged particle beam irradiation apparatus that irradiates a patient with a charged particle beam, a treatment table on which the patient is placed, and a rotating gantry that can rotate around the treatment table. And an irradiation unit that is attached to the rotating gantry and irradiates a charged particle beam, and a dose distribution calculation unit that calculates a dose distribution of the charged particle beam, and the irradiation unit measures a dose distribution of the charged particle beam that passes therethrough. And a collimator provided downstream of the dose distribution monitor in the irradiation direction of the charged particle beam and for shaping the shape of the charged particle beam in a plane perpendicular to the irradiation direction of the charged particle beam. The irradiation direction of the charged particle beam passing through the irradiation unit is the Z-axis direction, the direction orthogonal to the Z-axis direction is the X-direction, and the direction orthogonal to both the Z-axis direction and the X-axis direction is the Y-axis direction. Extends in the X-axis direction That extends to a plurality of metal wires and the Y-axis direction and a plurality of metal wires, to detect electrons charged particle beam is generated from a metal wire which is irradiated to measure the dose distribution of the charged particle beam, a dose The distribution calculation unit fits the dose distribution data that is the measurement result of the dose distribution monitor to obtain the center position coordinates of the dose distribution data that is the measurement result, and the center position coordinates obtained by the fitting and the shape data of the collimator opening Based on the above, the measurement result of the dose distribution monitor is corrected to calculate the dose distribution of the charged particle beam downstream of the collimator in the irradiation direction of the charged particle beam.

本発明に係る荷電粒子線照射装置によれば、照射部を通過する荷電粒子線の線量分布の測定結果に基づいて、アイソセンター位置における荷電粒子線の線量分布を算出することができる。従って、この荷電粒子線照射装置によれば、実際に照射することでアイソセンター位置における線量分布を治療前に確認することが可能になる。しかも、この荷電粒子線照射装置では、実際に照射された荷電粒子線の線量分布の測定結果を用いることで、実際の測定結果を用いない場合と比べて、アイソセンター位置における荷電粒子線の線量分布を精度良く算出することができる。   According to the charged particle beam irradiation apparatus according to the present invention, the dose distribution of the charged particle beam at the isocenter position can be calculated based on the measurement result of the dose distribution of the charged particle beam passing through the irradiation unit. Therefore, according to this charged particle beam irradiation apparatus, the dose distribution at the isocenter position can be confirmed before treatment by actually irradiating. Moreover, in this charged particle beam irradiation apparatus, the dose of the charged particle beam at the isocenter position is compared with the case where the actual measurement result is not used by using the measurement result of the dose distribution of the actually irradiated charged particle beam. The distribution can be calculated with high accuracy.

本発明に係る荷電粒子線照射装置において、コリメータは、X軸方向で対向する二列の櫛歯を有し、対向する櫛歯の間の開口を調整することで開口を通過する荷電粒子線の成形を行うマルチリーフコリメータであり、線量分布算出部は、線量分布モニタの測定結果とマルチリーフコリメータの対向する櫛歯の間の開口のX軸方向における幅とに基づき、線量分布モニタの測定結果を補正してコリメータよりも荷電粒子線の照射方向における下流側における荷電粒子線の線量分布を算出してもよい。
The charged particle beam irradiation apparatus according to the present invention, co Rimeta has a comb two rows opposed to each other in X-axis direction, the charged particles pass through the aperture by adjusting the opening between the opposing comb line The dose distribution calculation unit measures the dose distribution monitor based on the measurement result of the dose distribution monitor and the width in the X-axis direction of the opening between the comb teeth facing the multi-leaf collimator. The dose distribution of the charged particle beam on the downstream side in the irradiation direction of the charged particle beam may be calculated by correcting the result.

本発明によれば、アイソセンター位置における荷電粒子線の線量分布を精度良く算出できる。   According to the present invention, the dose distribution of the charged particle beam at the isocenter position can be calculated with high accuracy.

本発明に係る荷電粒子線照射装置の一実施形態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an embodiment of a charged particle beam irradiation apparatus according to the present invention. 図1に示すワブラー方式の照射部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the irradiation part of the wobbler system shown in FIG. 照射部における荷電粒子線の線量分布の変化を示す概略図である。It is the schematic which shows the change of the dose distribution of the charged particle beam in an irradiation part. 線量分布モニタにおける測定結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement result in a dose distribution monitor. 本発明に係る荷電粒子線の線量分布算出方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the dose distribution calculation method of the charged particle beam which concerns on this invention.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に示されるように、照射部1は、荷電粒子線照射装置100において、治療台105を取り囲むように設けられた回転ガントリ103に取り付けられ、この回転ガントリ103によって治療台105の回りに回転可能とされている。そして、治療台105に寝かされた患者の腫瘍等の被照射体に対して、荷電粒子線P(図2参照)を照射する。荷電粒子線Pは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、荷電粒子線Pとしては、例えば陽子線、重粒子(重イオン)線等が挙げられる。   As shown in FIG. 1, the irradiation unit 1 is attached to a rotating gantry 103 provided so as to surround the treatment table 105 in the charged particle beam irradiation apparatus 100, and is rotated around the treatment table 105 by the rotation gantry 103. It is possible. Then, a charged particle beam P (see FIG. 2) is irradiated to an irradiated object such as a tumor of a patient who is laid on the treatment table 105. The charged particle beam P is obtained by accelerating charged particles at a high speed. Examples of the charged particle beam P include proton beams and heavy particle (heavy ion) beams.

なお、図1には示されていないが、荷電粒子線照射装置100は、イオン源で生成した荷電粒子線を加速して荷電粒子線Pを出射するサイクロトロンを治療台105及び回転ガントリ103から離れた位置に備えている。サイクロトロンから出射された荷電粒子線Pはビーム輸送系を介して照射部1に供給される。この荷電粒子線照射装置100は、制御装置10によって統括的に制御されている。   Although not shown in FIG. 1, the charged particle beam irradiation apparatus 100 separates the cyclotron that accelerates the charged particle beam generated by the ion source and emits the charged particle beam P away from the treatment table 105 and the rotating gantry 103. Prepared in a different position. The charged particle beam P emitted from the cyclotron is supplied to the irradiation unit 1 through the beam transport system. The charged particle beam irradiation apparatus 100 is comprehensively controlled by the control apparatus 10.

図2に示されるように、照射部1は、荷電粒子線Pの照射方向に順に配列された四極磁石2、ワブリング磁石3、散乱体4、リッジフィルタ5、線量分布モニタ(線量分布測定手段)6、マルチリーフコリメータ7、及びスノート8を備えている。以下、照射部1を通る荷電粒子線Pの照射方向をZ軸方向、Z軸に直交する二方向をX軸方向及びY軸方向として説明に用いる。X軸方向及びY軸方向は互いに直交する方向である。   As shown in FIG. 2, the irradiation unit 1 includes a quadrupole magnet 2, a wobbling magnet 3, a scatterer 4, a ridge filter 5 and a dose distribution monitor (dose distribution measuring means) arranged in order in the irradiation direction of the charged particle beam P. 6, a multi-leaf collimator 7 and a snout 8 are provided. Hereinafter, the irradiation direction of the charged particle beam P passing through the irradiation unit 1 will be used as an explanation in the Z axis direction, and two directions orthogonal to the Z axis will be used as an X axis direction and a Y axis direction. The X-axis direction and the Y-axis direction are directions orthogonal to each other.

照射部1の入口に最も近い四極磁石2は、ビーム輸送ラインを介して入力された荷電粒子線Pが発散するのを抑えて収束させる電磁石である。四極磁石2の下流には、ワブリング磁石3が配置されている。ワブリング磁石3は、正規分布状の荷電粒子線Pを円軌道で走査することで一様な照射野を形成するための電磁石である。   The quadrupole magnet 2 closest to the entrance of the irradiating unit 1 is an electromagnet that converges while suppressing the divergence of the charged particle beam P input through the beam transport line. A wobbling magnet 3 is disposed downstream of the quadrupole magnet 2. The wobbling magnet 3 is an electromagnet for forming a uniform irradiation field by scanning a normally distributed charged particle beam P in a circular orbit.

散乱体4は、ワブリング磁石3で走査された荷電粒子線Pの拡散を行う。このような散乱体4は、例えば鉛製の板から構成されている。散乱体4は、荷電粒子線Pを照射方向と直交する方向(XY平面内の方向)に広がりを持つ幅広のビームへと拡散させる。   The scatterer 4 diffuses the charged particle beam P scanned by the wobbling magnet 3. Such a scatterer 4 is composed of, for example, a lead plate. The scatterer 4 diffuses the charged particle beam P into a wide beam having a spread in a direction orthogonal to the irradiation direction (direction in the XY plane).

リッジフィルタ5は、散乱体4で散乱された荷電粒子線Pの線量分布の調整を行う。具体的には、リッジフィルタ5は、患者の体内の腫瘍の厚さ(照射方向における腫瘍の長さ)に対応するように、荷電粒子線Pに拡大ブラッグピーク(SOBP)を与える。   The ridge filter 5 adjusts the dose distribution of the charged particle beam P scattered by the scatterer 4. Specifically, the ridge filter 5 gives an enlarged Bragg peak (SOBP) to the charged particle beam P so as to correspond to the thickness of the tumor in the patient's body (the length of the tumor in the irradiation direction).

線量分布モニタ6は、通過する荷電粒子線Pの線量分布の測定を行う。線量分布モニタ6は、X軸方向又はY軸方向で延在して格子状に配列された複数の金属ワイヤを有しており、荷電粒子線Pが照射された金属ワイヤから発生する電子を検出する。これらの複数の金属線にはX軸及びY軸の位置座標に応じたチャネル番号が付されており、各チャネル番号の金属ワイヤから発生した電子を検出することで、荷電粒子線Pの線量分布の測定が行われる。   The dose distribution monitor 6 measures the dose distribution of the charged particle beam P that passes therethrough. The dose distribution monitor 6 has a plurality of metal wires extending in the X-axis direction or the Y-axis direction and arranged in a lattice pattern, and detects electrons generated from the metal wires irradiated with the charged particle beam P. To do. Channel numbers corresponding to the position coordinates of the X axis and the Y axis are assigned to the plurality of metal wires, and the dose distribution of the charged particle beam P is detected by detecting electrons generated from the metal wires of the respective channel numbers. Is measured.

マルチリーフコリメータ7は、照射方向と垂直な平面(XY平面)における荷電粒子線Pの形状の成形を行う。マルチリーフコリメータ7は、X軸方向で対向する二列の櫛歯を有しており、対向する櫛歯間の開口を調整することで、開口を通過する荷電粒子線Pの成形を行う。なお、マルチリーフコリメータ7に代えて、ブロックコリメータを用いても良い。ブロックコリメータとしては、患者の腫瘍形状に合わせて穴を形成された金属柱等が用いられる。   The multi-leaf collimator 7 forms the shape of the charged particle beam P on a plane (XY plane) perpendicular to the irradiation direction. The multi-leaf collimator 7 has two rows of comb teeth facing each other in the X-axis direction, and the charged particle beam P passing through the opening is formed by adjusting the opening between the facing comb teeth. Instead of the multi-leaf collimator 7, a block collimator may be used. As the block collimator, a metal column or the like in which a hole is formed according to the tumor shape of the patient is used.

スノート8は、照射方向(Z軸方向)の奥行きについて荷電粒子線Pを腫瘍の形状に合わせて成形するボーラスを保持する部材である。ボーラスは、荷電粒子線Pの最大到達深さの部分の立体形状を、腫瘍の最大深さ部分の形状に合わせて成形する。   The snout 8 is a member that holds a bolus for shaping the charged particle beam P in accordance with the shape of the tumor with respect to the depth in the irradiation direction (Z-axis direction). The bolus is formed so that the three-dimensional shape of the portion where the charged particle beam P reaches the maximum depth is matched with the shape of the maximum depth portion of the tumor.

図1及び図2に示されるように、荷電粒子線照射装置100は、その全体的な制御を行う制御装置10を備えている。制御装置10は、患者に対する荷電粒子線Pの照射制御やマルチリーフコリメータ7の位置制御を行う。また、制御装置10は、アイソセンター位置における荷電粒子線Pの線量分布を算出するための線量分布算出部(線量分布算出手段)11を有している。線量分布算出部11は、線量分布モニタ6の測定結果に基づいて、アイソセンター位置における荷電粒子線Pの線量分布を算出する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the charged particle beam irradiation apparatus 100 includes a control device 10 that performs overall control thereof. The control device 10 performs irradiation control of the charged particle beam P to the patient and position control of the multi-leaf collimator 7. Further, the control device 10 has a dose distribution calculation unit (dose distribution calculation means) 11 for calculating the dose distribution of the charged particle beam P at the isocenter position. The dose distribution calculation unit 11 calculates the dose distribution of the charged particle beam P at the isocenter position based on the measurement result of the dose distribution monitor 6.

次に、本実施形態に係る荷電粒子線照射装置100における線量分布算出方法について説明する。   Next, a dose distribution calculation method in the charged particle beam irradiation apparatus 100 according to the present embodiment will be described.

図3に示されるように、本実施形態に係る線量分布算出方法は、線量分布モニタ6が荷電粒子線Pの線量分布を測定する線量分布測定ステップS1と、線量分布算出部11がアイソセンター位置における荷電粒子線Pの線量分布を算出する線量分布算出ステップS2と、を有している。   As shown in FIG. 3, the dose distribution calculation method according to the present embodiment includes a dose distribution measurement step S1 in which the dose distribution monitor 6 measures the dose distribution of the charged particle beam P, and the dose distribution calculation unit 11 in the isocenter position. A dose distribution calculating step S2 for calculating the dose distribution of the charged particle beam P at.

ここで、図4は、XZ平面における荷電粒子線Pの線量分布の変化を説明するための概略図である。図4において、四極磁石2、リッジフィルタ5、及びスノート8の描写を省略する。照射部1における中心軸(照射部1を構成する機器2〜8の略中心を通る軸)をCとして示す。   Here, FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a change in the dose distribution of the charged particle beam P in the XZ plane. In FIG. 4, the depiction of the quadrupole magnet 2, the ridge filter 5, and the snout 8 is omitted. A central axis in the irradiation unit 1 (an axis passing through the approximate center of the devices 2 to 8 constituting the irradiation unit 1) is indicated as C.

図4に示されるように、ビーム輸送ラインから入射した荷電粒子線Pは、四極磁石2により収束され、その線量分布はW1のような山なりの状態となる。この場合の線量分布W1は、位置座標xの関数f(x)として下記の式(1)で表すことができる。式(1)におけるAは規格化定数である。また、μは実際の線量分布の中心位置座標であり、中心軸Cからの距離(X軸方向における距離)として表すことができる。σは線量分布の広がりである。この関数f(x)はガウシアン(ガウス関数)となる。

Figure 0006094906
As shown in FIG. 4, the charged particle beam P incident from the beam transport line is converged by the quadrupole magnet 2, and the dose distribution is in a mountainous state like W <b> 1. The dose distribution W1 in this case can be expressed by the following equation (1) as a function f (x) of the position coordinate x. A in Formula (1) is a normalization constant. Further, μ is the center position coordinate of the actual dose distribution, and can be expressed as a distance from the center axis C (a distance in the X-axis direction). σ is the spread of the dose distribution. This function f (x) is a Gaussian (Gaussian function).
Figure 0006094906

線量分布W1の荷電粒子線Pがワブリング磁石3によって走査されると、線量分布はW2の状態(二つの山からなる状態)となる。この場合のワブリング半径をRとする。ワブリング半径Rは、入射した荷電粒子線Pの粒子エネルギーE、ワブリング磁石3の磁場強度B、ワブリング磁石3から線量分布W2の現在位置までの距離Lwに依存するパラメータである。ここで、線形分布W1に対するワブリング磁石3の走査の影響を表す関数g(x)を検討すると、下記の式(2)として表すことができる。この場合、線量分布W2の関数D(x)は、下記の式(3)として表すことができる。すなわち、関数D(x)は、関数f(x)及び関数g(x)を畳み込み積分することで求めることができる。

Figure 0006094906
Figure 0006094906
When the charged particle beam P of the dose distribution W1 is scanned by the wobbling magnet 3, the dose distribution is in the state of W2 (a state consisting of two peaks). Let R be the wobbling radius in this case. The wobbling radius R is a parameter that depends on the particle energy E of the incident charged particle beam P, the magnetic field strength B of the wobbling magnet 3, and the distance Lw from the wobbling magnet 3 to the current position of the dose distribution W2. Here, when the function g (x) representing the influence of the scanning of the wobbling magnet 3 on the linear distribution W1 is examined, it can be expressed as the following equation (2). In this case, the function D M (x) of the dose distribution W2 can be expressed as the following formula (3). That is, the function D M (x) can be obtained by convolving and integrating the function f (x) and the function g (x).
Figure 0006094906
Figure 0006094906

その後、荷電粒子線Pが散乱体4によってX軸方向及びY軸方向に拡散されると、線量分布はW3の状態となる。線量分布W3は、線量分布モニタ6の位置(線量分布測定位置)における荷電粒子線Pの線量分布である。この線量分布W3を表す関数は、上記式(2)において、関数f(x)に含まれるσを線量分布モニタ6の位置における広がりσに置き換えることで求められる。このσは、入射時における線形分布W1の広がりσ、散乱体4の厚さd、散乱体4から線量分布モニタ6までの距離LSMに依存するパラメータである。この線量分布W3が線量分布測定ステップS1において線量分布モニタ6に測定される。 Thereafter, when the charged particle beam P is diffused by the scatterer 4 in the X-axis direction and the Y-axis direction, the dose distribution becomes W3. The dose distribution W3 is a dose distribution of the charged particle beam P at the position of the dose distribution monitor 6 (dose distribution measurement position). The function representing the dose distribution W3 is obtained by replacing σ included in the function f (x) with the spread σ M at the position of the dose distribution monitor 6 in the above equation (2). This σ M is a parameter that depends on the spread σ 0 of the linear distribution W 1 at the time of incidence, the thickness d of the scatterer 4, and the distance L SM from the scatterer 4 to the dose distribution monitor 6. This dose distribution W3 is measured by the dose distribution monitor 6 in the dose distribution measurement step S1.

図5は、線量分布モニタ6の測定結果の一例を示すグラフである。横軸は、線量分布モニタ6のX軸座標に対応するチャネル番号、縦軸は線量相当値を示している。線量相当値とは、荷電粒子線Pの線量に比例する値であり、所定の係数を乗じることで線量が得られる。   FIG. 5 is a graph showing an example of the measurement result of the dose distribution monitor 6. The horizontal axis represents the channel number corresponding to the X-axis coordinate of the dose distribution monitor 6, and the vertical axis represents the dose equivalent value. The dose equivalent value is a value proportional to the dose of the charged particle beam P, and the dose can be obtained by multiplying by a predetermined coefficient.

線量分布算出部11は、図5に示す測定結果の線量分布データ(折れ線状のデータ)に対してフィッティングを行う。このようなフィッティングには、Levenberg−Marquardt法やNelder−Mead Simplex法等を利用することができる。フィッティング後の線量分布データの一例を図5に一点鎖線として示す。   The dose distribution calculation unit 11 performs fitting on the dose distribution data (string-line data) of the measurement results shown in FIG. For such fitting, the Levenberg-Marquardt method, the Nelder-Mead Simplex method, or the like can be used. An example of the dose distribution data after fitting is shown as a one-dot chain line in FIG.

ここで、線量モニタ6の位置における線量分布の広がりσと線量モニタ6の位置におけるワブリング半径Rは、予め計算や実測で決定することができる。従って、上記の式(3)におけるフリーパラメータは、規格化定数Aと線量モニタ6の位置における線量分布の中心位置座標μのみである。Aは規格化定数なので、物理的な意味はない。このため、フィッティングによってμが求められる。線量分布算出部11は、フィッティングによって求めたμを、アイソセンター位置における線量分布W4の中心位置座標μとして用いる。 Here, wobbling radius R M in the spread sigma M and the position of the dose monitor 6 of the dose distribution at the position of the dose monitor 6 can be determined in advance by calculation or actual measurement. Thus, the free parameters in the above equation (3) is only the center position coordinates mu M of dose distribution at the position of the normalization constant A and a dose monitor 6. Since A is a normalization constant, there is no physical meaning. For this reason, the μ M is obtained by fitting. Dose distribution calculation unit 11, a mu M as determined by fitting, used as the center position coordinates mu I dose distribution W4 at isocenter position.

アイソセンター位置における線量分布W4は、上記の式(3)にマルチリーフコリメータ7の効果を乗じることで求められる。マルチリーフコリメータ7の効果は、下記の式(4),(5)として表わすことができる。下記の式(4),(5)において、aはマルチリーフコリメータ7の開口の幅q(X軸方向における幅)等に依存するパラメータである。また、sは、入射した荷電粒子線Pの粒子エネルギーE、ワブリング磁石3の磁場強度B、マルチリーフコリメータ7からアイソセンター位置までの距離LCI等に依存するパラメータである。

Figure 0006094906
The dose distribution W4 at the isocenter position is obtained by multiplying the above expression (3) by the effect of the multi-leaf collimator 7. The effect of the multi-leaf collimator 7 can be expressed as the following equations (4) and (5). In the following formulas (4) and (5), a is a parameter depending on the opening width q (width in the X-axis direction) of the multi-leaf collimator 7 and the like. S is a parameter that depends on the particle energy E of the incident charged particle beam P, the magnetic field strength B of the wobbling magnet 3, the distance LCI from the multi-leaf collimator 7 to the isocenter position, and the like.
Figure 0006094906

アイソセンター位置における荷電粒子線Pの線量分布W4を表す関数D(x)は、f(x)とg(x)とを畳み込み積分をしたものにh(x)を乗じたものとなる。従って、関数D(x)を下記の式(6)として表すことができる。式(6)において、アイソセンター位置における線量分布W4の中心位置座標μにはフィッティングで求めたμを用いる。また、アイソセンター位置における線量分布W4の広がりσ及びアイソセンター位置におけるワブリング半径Rには計算や実測で決定した値を利用する。

Figure 0006094906
The function D I (x) representing the dose distribution W4 of the charged particle beam P at the isocenter position is obtained by convolving and integrating f (x) and g (x) with h (x). Therefore, the function D I (x) can be expressed as the following equation (6). In the formula (6), the center position coordinates mu I dose distribution W4 at isocenter position using mu M obtained in fitting. Further, values determined by calculation or measurement are used for the spread σ I of the dose distribution W4 at the isocenter position and the wobbling radius R I at the isocenter position.
Figure 0006094906

線量分布算出部11は、線量分布算出ステップS2において上記の式(6)に基づいて、アイソセンター位置における荷電粒子線Pの線量分布W4の関数D(x)を算出する。線量分布算出部11は、線量モニタ6の測定結果のフィッティングデータと上記の式(6)とに基づいて、アイソセンター位置における荷電粒子線Pの線量分布W4を算出することができる。なお、線量分布をX軸位置座標の関数とした場合の算出について説明したが、線量分布をY軸位置座標の関数とした場合も同様に算出することができる。 The dose distribution calculation unit 11 calculates the function D I (x) of the dose distribution W4 of the charged particle beam P at the isocenter position based on the above formula (6) in the dose distribution calculation step S2. The dose distribution calculation unit 11 can calculate the dose distribution W4 of the charged particle beam P at the isocenter position based on the fitting data of the measurement result of the dose monitor 6 and the above equation (6). Although the calculation when the dose distribution is a function of the X-axis position coordinates has been described, the calculation can be similarly performed when the dose distribution is a function of the Y-axis position coordinates.

以上説明した荷電粒子線照射装置100及び荷電粒子線の線量分布算出方法によれば、照射部1を通過する荷電粒子線Pの線量分布の測定結果に基づいて、アイソセンター位置における荷電粒子線Pの線量分布を算出することができる。従って、この荷電粒子線照射装置100及び線量分布算出方法によれば、実際に照射することでアイソセンター位置における線量分布を治療前に確認することが可能になる。しかも、この荷電粒子線照射装置100及び線量分布算出方法では、実際に照射部1を通過する荷電粒子線Pの線量分布の測定結果を用いるので、線量分布の測定結果を用いない場合と比べて、アイソセンター位置における荷電粒子線Pの線量分布を精度良く算出することができる。   According to the charged particle beam irradiation apparatus 100 and the charged particle beam dose distribution calculation method described above, the charged particle beam P at the isocenter position is based on the measurement result of the dose distribution of the charged particle beam P passing through the irradiation unit 1. The dose distribution can be calculated. Therefore, according to the charged particle beam irradiation apparatus 100 and the dose distribution calculation method, the dose distribution at the isocenter position can be confirmed before treatment by actually irradiating. Moreover, in the charged particle beam irradiation apparatus 100 and the dose distribution calculation method, since the measurement result of the dose distribution of the charged particle beam P that actually passes through the irradiation unit 1 is used, the measurement result of the dose distribution is not used. The dose distribution of the charged particle beam P at the isocenter position can be calculated with high accuracy.

また、この荷電粒子線照射装置100及び線量分布算出方法によれば、上述した式(1)〜(6)を用い、実際の荷電粒子線Pの線量分布の測定結果を踏まえて線量分布を算出することで、アイソセンター位置における荷電粒子線Pの線量分布を一層精度良く算出することができる。   In addition, according to the charged particle beam irradiation apparatus 100 and the dose distribution calculation method, the dose distribution is calculated based on the measurement result of the actual dose distribution of the charged particle beam P using the above-described equations (1) to (6). Thus, the dose distribution of the charged particle beam P at the isocenter position can be calculated with higher accuracy.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、アイソセンター位置における線量分布の中心位置座標μは、フィッティングにより求められたμと同じにする必要はない。照射部1の入口側のプロファイルモニタによって当該プロファイルモニタの位置における線量分布の中心位置座標μpを測定した場合には、μpを用いてアイソセンター位置における線量分布の中心位置座標μを算出することもできる。具体的には、μpと、プロファイルモニタから線量分布モニタ6までの距離LPMと、線量分布モニタ6からアイソセンター位置までの距離LMIと、を用いて下記の式(7)から求めることができる。

Figure 0006094906
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the center position coordinates mu I of dose distribution in isocenter position need not be the same as mu M obtained by the fitting. When measuring the center position coordinates μp dose distribution at the position of the profile monitored by the inlet side of the profile monitor the irradiation unit 1 is to calculate the center position coordinates mu I of dose distribution in the isocenter position with μp You can also. Specifically, it can be obtained from the following equation (7) using μp, the distance L PM from the profile monitor to the dose distribution monitor 6, and the distance L MI from the dose distribution monitor 6 to the isocenter position. it can.
Figure 0006094906

また、本発明は、ワブラー法による荷電粒子線の線量分布算出に限られない。例えば、ワブリング磁石を使わずに、複数の散乱体により荷電粒子線を拡散させる二重散乱体法においても本発明を有効に適用することができる。また、スキャニング法による荷電粒子線の線量分布算出にも適用することができる。更に、本発明は、上述したような関数を用いた算出方法に限られず、様々な方法によりアイソセンター位置の線量分布の算出を行うことができる。   The present invention is not limited to the calculation of the dose distribution of charged particle beams by the wobbler method. For example, the present invention can be effectively applied to a double scatterer method in which a charged particle beam is diffused by a plurality of scatterers without using a wobbling magnet. It can also be applied to the calculation of the dose distribution of charged particle beams by the scanning method. Furthermore, the present invention is not limited to the calculation method using the function as described above, and the dose distribution at the isocenter position can be calculated by various methods.

1…照射部 2…四極磁石 3…ワブリング磁石 4…散乱体 5…リッジフィルタ 6…線量分布モニタ 7…マルチリーフコリメータ 8…スノート 10…制御装置 11…線量分布算出部(線量分布算出手段) 100…荷電粒子線照射装置 103…回転ガントリ 105…治療台 C…中心軸 P…荷電粒子線 q…開口幅 R…ワブリング半径 W1-W4…線形分布
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Irradiation part 2 ... Quadrupole magnet 3 ... Wobbling magnet 4 ... Scattering body 5 ... Ridge filter 6 ... Dose distribution monitor 7 ... Multi-leaf collimator 8 ... Snout 10 ... Control apparatus 11 ... Dose distribution calculation part (dose distribution calculation means) 100 ... charged particle beam irradiation device 103 ... rotating gantry 105 ... treatment table C ... central axis P ... charged particle beam q ... aperture width R ... wobbling radius W1-W4 ... linear distribution

Claims (2)

患者に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置であって、
前記患者が載置される治療台と、
前記治療台のまわりを回転可能な回転ガントリと、
前記回転ガントリに取り付けられ、前記荷電粒子線を照射する照射部と、
前記荷電粒子線の線量分布を算出する線量分布算出部と、を備え、
前記照射部は、
通過する前記荷電粒子線の線量分布を測定する線量分布モニタと、
前記線量分布モニタよりも前記荷電粒子線の照射方向における下流側に設けられ、前記荷電粒子線の照射方向と垂直な平面における前記荷電粒子線の形状の成形を行うコリメータと、を有し、
前記照射部を通る前記荷電粒子線の照射方向をZ軸方向、前記Z軸方向に直交する方向をX方向、前記Z軸方向及び前記X軸方向の双方と直交する方向をY軸方向とし、
前記線量分布モニタは、前記X軸方向に延在する複数の金属ワイヤと前記Y軸方向に延在する複数の金属ワイヤとを有し、前記荷電粒子線が照射された前記金属ワイヤから発生する電子を検出して前記荷電粒子線の線量分布を測定し、
前記線量分布算出部は、
前記線量分布モニタの測定結果である線量分布データのフィッティングを行って前記測定結果である線量分布データの中心位置座標を求め、
前記フィッティングによって求めた前記中心位置座標と前記コリメータの開口の形状のデータとに基づき、前記線量分布モニタの測定結果を補正して前記コリメータよりも前記荷電粒子線の照射方向における下流側における前記荷電粒子線の線量分布を算出する
ことを特徴とする荷電粒子線照射装置。
A charged particle beam irradiation apparatus for irradiating a patient with a charged particle beam,
A treatment table on which the patient is placed;
A rotating gantry rotatable around the treatment table;
An irradiation unit attached to the rotating gantry and irradiating the charged particle beam;
A dose distribution calculation unit for calculating a dose distribution of the charged particle beam,
The irradiation unit is
A dose distribution monitor for measuring a dose distribution of the charged particle beam passing through;
A collimator that is provided downstream of the dose distribution monitor in the irradiation direction of the charged particle beam and performs shaping of the shape of the charged particle beam in a plane perpendicular to the irradiation direction of the charged particle beam;
The irradiation direction of the charged particle beam passing through the irradiation unit is a Z-axis direction, a direction orthogonal to the Z-axis direction is an X direction, a direction orthogonal to both the Z-axis direction and the X-axis direction is a Y-axis direction,
The dose distribution monitor has a plurality of metal wires extending in the X-axis direction and a plurality of metal wires extending in the Y-axis direction, and is generated from the metal wires irradiated with the charged particle beam. Measure the dose distribution of the charged particle beam by detecting electrons,
The dose distribution calculation unit
Fitting the dose distribution data that is the measurement result of the dose distribution monitor to obtain the center position coordinates of the dose distribution data that is the measurement result,
Based on the center position coordinates obtained by the fitting and the shape data of the opening of the collimator, the measurement result of the dose distribution monitor is corrected and the charge on the downstream side in the irradiation direction of the charged particle beam from the collimator. A charged particle beam irradiation apparatus characterized by calculating a dose distribution of a particle beam.
記コリメータは、前記X軸方向で対向する二列の櫛歯を有し、対向する前記櫛歯の間の前記開口を調整することで前記開口を通過する前記荷電粒子線の成形を行うマルチリーフコリメータであり、
前記線量分布算出部は、前記線量分布モニタの測定結果と前記マルチリーフコリメータの対向する前記櫛歯の間の前記開口の前記X軸方向における幅とに基づき、前記線量分布モニタの測定結果を補正して前記コリメータよりも前記荷電粒子線の照射方向における下流側における前記荷電粒子線の線量分布を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子線照射装置。
Before SL collimator, the multi-forming is carried out of the charged particle beam, wherein the X-axis has a double row of comb teeth facing in the direction, it passes through the aperture by adjusting the opening between the comb teeth facing A leaf collimator,
The dose distribution calculation unit corrects the measurement result of the dose distribution monitor based on the measurement result of the dose distribution monitor and the width in the X-axis direction of the opening between the comb teeth facing the multi-leaf collimator. The charged particle beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein a dose distribution of the charged particle beam is calculated downstream of the collimator in the irradiation direction of the charged particle beam.
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