治療計劃裝置、粒子射線治療裝置以及帶電粒子射束的掃描路徑決定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及癌治療等所使用的掃描型粒子射線治療裝置、用于該粒子射線治療裝 置的治療計劃裝置。
【背景技術】
[0002] 癌治療所利用的放射線能大致分為光子射線和粒子射線這兩種。光子射線是光 波，用作為X射線、伽馬射線等現有放射線。另一方面，粒子射線是指利用氫的原子核、碳的 原子核等粒子而得到放射線，尤其在醫療領域主要使用如下射束，該射束通過將對氫原子 進行離子化而獲得的"質子"、對碳原子進行離子化而獲得的"碳離子（也稱為重離子）"加 速而獲得。
[0003] 粒子射線治療基于以下原理。若粒子射線對癌細胞進行照射，則癌細胞的DNA會 損傷，受到超過修復能力的損傷的細胞會逐漸死亡，最終排出到體外。X射線、伽馬射線等光 子射線型的現有放射線通過接近身體表面來進行作用，與此相對，粒子射線具有在停止之 前吸收劑量達到峰值的特性，因此能通過改變能量使吸收劑量達到峰值（布拉格峰）的位 置與癌病灶相匹配，能集中地僅對癌病灶進行破壞。如上所述，能獲得現有技術所沒有的優 異效果，因此粒子射線治療作為能維持QOUQuality of Life:生活質量）的質量越來越受 到期待。
[0004] 為了有效地進行粒子射線治療，需要以向患部組織提供足夠劑量且不傷害周邊組 織的方式來對射束進行成形。實現該射束成形的照射方法能大致分為"寬射束照射法"和 "掃描照射法"。寬射束照射法是利用準直器、物塊（bolus)對一度利用散射體、脊形過濾器 等而拓寬的射束進行成形的方法。另一方面，掃描照射法是如下方法：在維持射束直徑細小 的狀態（將該狀態的射束稱為"筆形射束"）下，使該筆形射束進行掃描，以點繪制的方式進 行照射（具有射束的開/關（0N/0FF)的點掃描）、或以一筆畫的方式進行照射（射束原則 上為開的光柵掃描）。
[0005] 此處，對掃描照射進行稍稍詳細的闡述，對與治療計劃裝置之間的關聯進行說明。 如上所述，粒子射線的特征在于具有與能量相對應深度的布拉格峰這一點。為了對在體內 深度方向上具有厚度的患部組織提供適當的照射劑量，考慮如下方法：即、將該患部組織假 設性地分為與射束能量相對應的層，對每一層實施上述的點掃描、光柵掃描。對于粒子射線 的布拉格峰來說，在比該峰深的一側的提供劑量幾乎為零，但在比該峰淺的一側具有稍許 提供劑量，需要考慮該影響來決定各層的各點位置的照射量。治療計劃裝置為了根據預先 拍攝的患部的三維圖像的信息來實現適當的提供劑量，進行決定該各層的該各點的照射量 的計算及模擬。
[0006] 在進行實際的掃描照射時，還有一個不得不決定的事項。該事項是在各層中，以怎 樣的順序照射各點，即怎樣決定掃描路徑。在光柵掃描中，也同樣考慮沿著連結各點的軌跡 進行照射。掃描的該掃描路徑的決定通常由治療計劃裝置來負責。與該掃描的該掃描路徑 有關的現有技術能看到例如專利文獻1和非專利文獻1。 現有技術文獻 專利文獻
[0007] 專利文獻1 :日本專利特開2009-66106號公報 非專利文獻
[0008] 非專利文獻 I :J. H. Kangetal.，"Demonstration of scan path optimization in proton therapy (質子治療中掃描路徑優化的示例）"醫學物理34 (9) 2007, 3457-3464頁

【發明內容】
發明所要解決的技術問題
[0009] 非專利文獻1中，公開了提取出掃描路徑的距離較短的路徑的方法。然而，如后所 述那樣，路徑的距離和掃描所需時間未必一對一對應。因此，將路徑的距離作為指標的評價 中，未必會選擇掃描時間最優化的掃描路徑。本發明的目的在于，鑒于上述技術問題，獲得 一種治療計劃裝置以及利用了其掃描路徑的粒子射線治療裝置，該治療計劃裝置用于求出 縮短了光柵掃描型粒子射線治療裝置中的掃描時間、也考慮了避免對正常組織和重要臟器 進行照射的掃描路徑。 解決技術問題所采用的技術手段
[0010] 本發明所涉及的治療計劃裝置用于決定粒子射線治療裝置的帶電粒子射束的掃 描路徑，該粒子射線治療裝置通過X方向掃描電磁鐵和Y方向掃描電磁鐵，使帶電粒子射束 以反復進行移動和停留的方式進行掃描，以使帶電粒子射束對照射對象即患者的患部進行 照射，該X方向掃描電磁鐵和Y方向掃描電磁鐵在與帶電粒子射束的前進方向垂直的兩個 方向上即X方向和Y方向上使帶電粒子射束進行掃描，該治療計劃裝置包括：點位置存儲 部，該點位置存儲部按每一層存儲帶電粒子射束的停留點即點位置；掃描路徑候補提取部， 該掃描路徑候補提取部提取出連結點位置存儲部中所存儲的一層內的所有點位置的掃描 路徑的多個候補；掃描路徑評價部，該掃描路徑評價部在使用掃描路徑候補提取部提取出 的多個掃描路徑中的一個掃描路徑上的第k個相鄰點位置間的掃描所需時間Tk、權重系數 wk、以及該層內的點數η的評價函數J中，
[數學式1]
【主權項】
1. 一種治療計劃裝置，該治療計劃裝置用于決定粒子射線治療裝置的帶電粒子射束的 掃描路徑，該粒子射線治療裝置通過X方向掃描電磁鐵和Y方向掃描電磁鐵，使所述帶電粒 子射束W反復進行移動和停留的方式進行掃描，W使所述帶電粒子射束對照射對象即患者 的患部進行照射，該X方向掃描電磁鐵和Y方向掃描電磁鐵在與所述帶電粒子射束的前進 方向垂直的兩個方向上即X方向和Y方向上使所述帶電粒子射束進行掃描，該治療計劃裝 置的特征在于，包括： 點位置存儲部，該點位置存儲部按每一層存儲所述患部內所設定的所述帶電粒子射束 的停留點、即排列成所述X方向和所述Y方向上的柵格狀的點位置； 掃描路徑候補提取部，該掃描路徑候補提取部提取出連結所述點位置存儲部中所存儲 的一層內的所有點位置的掃描路徑的多個候補； 掃描路徑評價部，該掃描路徑評價部在使用所述掃描路徑候補提取部提取出的多個掃 描路徑中的一個掃描路徑上相鄰的所述點位置間的路徑、即部分路徑中的第k