粒子射线扫描照射系统的制作方法
粒子射线扫描照射系统的制作方法
【专利摘要】本发明的粒子射线扫描照射系统包括：确定粒子射线对于患者的肿瘤区域的照射顺序的计算机；以及根据所确定的粒子射线的照射顺序来将粒子射线对患者的肿瘤区域进行照射的粒子射线照射装置。计算机执行以下步骤：从被配置于肿瘤区域的多个照射点之中选择所有能考虑到的照射点对的组合、对在粒子射线在构成所选出的照射点对的两个照射点之间进行移动时、粒子射线的移动路径上是否存在与脏器区域的交叉点进行判断的步骤；基于该判断结果来决定用矩阵元来表现在移动路径上是否存在与脏器区域的交叉点的罚分矩阵的步骤；以及基于最优化算法来对移动路径的评价函数进行评价、根据由该评价所获得的评价函数的最优化解来确定粒子射线的照射顺序的步骤。
【专利说明】粒子射线扫描照射系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及粒子射线治疗装置，特别涉及根据患部的三维形状来照射粒子射线的 粒子射线扫描照射系统。
【背景技术】
[0002] 在粒子射线治疗中，用加速至光速的约70%的质子射线或碳射线等来照射患部。 在用这些高能粒子射线来照射体内的肿瘤等时，会表现出以下特征。第一，所照射的粒子射 线大部分都停止在深度为与粒子射线能量的约1.7次方成比例的位置。第二，对于所照射 的粒子射线在体内停止之前施加于所通过的路径的能量密度，在粒子射线的停止位置具有 最大值。粒子射线的能量密度被称为剂量。将沿粒子射线通过体内的路径所形成的特有的 深度剂量分布曲线称为布拉格曲线。
[0003] 将粒子射线的剂量表现为最大值的部位称为布拉格峰。粒子射线扫描照射系统使 该布拉格峰的位置与肿瘤的三维形状相符合来进行扫描。对各扫描位置处的峰值剂量进行 调整，使得在预先通过图像诊断来决定的目标（肿瘤区域）形成规定的三维剂量分布。
[0004] 粒子射线的停止位置扫描方法分为以下两种方法：即，沿与粒子射线的照射方向 大致垂直的横向（X、Y方向）进行扫描的方法；以及沿粒子射线的照射方向即深度方向（Z 方向）进行扫描的方法。对于沿横向进行的扫描，存在以下两种方法：即，使患者相对于粒 子射线进行移动的方法；以及使用电磁铁等来使粒子射线的位置发生移动的方法。一般采 用后者，即使用电磁铁的方法。
[0005] 对于沿深度方向进行扫描的方法，唯有改变粒子射线能量这一种方法。对于改变 能量的方法，可以考虑以下两种方法：即，利用加速器来改变粒子射线的能量的方法；以及 使用设置于射束输送系统或照射系统的被称为射程移位器的能量变更装置的方法。当前， 广泛利用使用能量变更装置的方法。射程移位器有时还包含进行能量分析和动量选择的被 称为能量选择系统（Energy Selection System)的装置。
[0006] 使粒子射线束沿横向进行扫描的方法分为光点扫描照射法和混合扫描照射法这 两种基本的照射方法。在光点扫描照射法中，照射出粒子射线，在规定照射位置处的照射量 达到计划值时，暂时减弱粒子射线的射束强度（参照非专利文献1)。此时，一般将粒子射线 的射束强度设为零。在用粒子射线照射下一照射位置时，改变扫描电磁铁的电流值，在再次 增加粒子射线束的强度之后，用粒子射线进行照射。还使粒子射线再次从加速器射出，以代 替使粒子射线的射束强度增加。
[0007] 在混合扫描照射法中，按计划的量对计划的位置照射粒子射线的基本的操作方法 与光点扫描照射法相同，但在使粒子射线的位置移动至下一照射位置时，不停止射出粒子 射线束，而是一边照射粒子射线束，一边使粒子射线进行扫描（参照非专利文献2)。 现有技术文献 专利文献
[0008] 专利文献1 :日本专利特开2011-212418号公报 专利文献2 :日本专利特开2011-156340号公报 专利文献3 :日本专利特开2008-011963号公报 专利文献4 :日本专利特开2008-099807号公报 专利文献5 :日本专利特开2010-279702号公报 非专利文献
[0009] 非专利文献 I :T. Inaniwa 等、医学物理学，34 (8) 2007, 3302-3311 (T. Inaniwa et al. ,Medical Physics, 34(8)2007, 3302-3311) 非专利文献 2J.H. Kang、医学物理学，34 (9) 2007, 3457-3464 (J.H. Kang et al.，Medical Physics, 34(9)2007, 3457-3464)
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0010] 在非专利文献2所记载的粒子射线扫描照射装置中，将同一切片内的照射位置 定义为照射点，需要预先决定照射点的照射顺序。此外，在用最优化方法来决定照射顺序 (Scanning Sequence)时，使用各个点间的几何距离来作为价值函数（Cost Function)。 toon] 在决定同一切片内的点的照射顺序时，若使用点间的几何距离来作为价值函数， 则会发生粒子射线束通过最好避免被照射的重要脏器区域的情况。即，在点间移动时，粒子 射线通过重要脏器区域的情况不会反映在照射路径的最优化过程中。本发明的目的在于， 在进行扫描照射时，降低粒子射线束通过重要脏器区域的概率。 解决技术问题的技术方案
[0012] 本发明所涉及的粒子射线扫描照射系统包括：确定粒子射线对患者的肿瘤区域的 照射顺序的计算机；以及根据所确定的粒子射线的照射顺序来将粒子射线照射于患者的肿 瘤区域的粒子射线照射装置。计算机执行以下步骤：第一步骤，在该第一步骤中，将患者的 肿瘤区域分割成多个切片；第二步骤，在该第二步骤中，对第一步骤中被分割成切片的肿瘤 区域与存在于肿瘤区域周围的健康的脏器区域之间的位置关系进行确定；第三步骤，在该 第三步骤中，将多个粒子射线的照射点配置于第一步骤中被分割成切片的肿瘤区域；第四 步骤，在该第四步骤中，从第三步骤中被配置于肿瘤区域的多个照射点之中选择所有能考 虑到的照射点对的组合，对粒子射线在构成所选出的照射点对的两个照射点之间进行移动 时、粒子射线的移动路径上是否存在与脏器区域的交叉点进行判断；第五步骤，在该第五步 骤中，基于第四步骤的判断结果来决定罚分矩阵，所述罚分矩阵用矩阵元来表现在移动路 径上是否存在与脏器区域的交叉点；以及第六步骤，在该第六步骤中，基于最优化算法来对 移动路径的评价函数进行评价，根据由该评价所获得的评价函数的最优化解来确定粒子射 线的照射顺序。 发明效果
[0013] 本发明所涉及的粒子射线扫描照射系统具有以下效果：即使在不停止射束来进行 扫描的情况下，也能降低施加于与照射区域相邻的重要脏器区域的不需要的暴露剂量。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是表示本发明所涉及的粒子射线扫描照射系统的装置结构的整体图。 图2是说明对患部进行切片后的状态的图。 图3是表示照射开始点与照射结束点之间的位置关系的图。 图4是表示照射切片中的肿瘤区域与重要脏器区域之间的关系的概念图。 图5是表示本发明的实施方式所涉及的粒子射线扫描照射系统的结构例的框图。 图6是表示本发明的实施方式所涉及的求取最优化解的步骤的流程图。 图7是表示本发明的实施方式所涉及的分割照射轨迹与几何直线之间的关系的图。 图8是表示本发明的实施方式5所涉及的切片自动分割处理的示例的图。 图9是用于对切片自动分割处理进行补充说明的图。
【具体实施方式】
[0015] 实施方式1. 下面，基于【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。图1表示粒子射线扫描照射系统的整体结构。 粒子射线扫描照射系统100由粒子射线治疗照射控制系统25、粒子射线照射装置26、治疗 计划系统50以及QA测定评价装置53构成。治疗计划系统50由治疗计划数据管理装置51、 治疗计划装置54、轮廓生成装置55构成。粒子射线治疗照射控制系统25由照射系统数据 管理装置52、治疗控制装置56、设备控制装置57、定位装置58构成。
[0016] 治疗计划装置54生成治疗计划，基于治疗计划对剂量计算进行仿真。治疗控制装 置56对粒子射线照射装置26进行控制，根据从照射系统数据管理装置52获取的治疗计划 的条件来照射粒子射线。治疗控制装置56对实际照射的粒子射线的剂量进行测定。将测定 的结果发送至治疗计划数据管理装置51。治疗计划数据管理装置51对治疗计划装置54、 轮廓生成装置55所生成的数据进行管理。照射系统数据管理装置52对治疗控制装置56、 设备控制装置57、定位装置58所使用的数据、治疗记录、测定记录等进行管理。QA测定评 价装置53对测定结果、治疗计划及仿真结果的关系进行比较评价。
[0017] 图2是表示照射切片的定义的概念图。粒子射线照射装置26所射出的粒子射线 束1射入躺在治疗台6上的患者的体表面2。将存在于患者体内的肿瘤区域3沿深度方向 假想地分割成多个薄照射切片4。在各个照射切片4中，定义有呈二维配置的多个照射点 5。照射切片意味着用相同能量的粒子射线进行照射的点位置的集合。
[0018] 接着，根据图3来对扫描照射时的基本的粒子射线的照射顺序进行说明。图中示 出了特定照射切片X中的照射点的配置、以及粒子射线的照射路径。粒子射线原则上沿着 一笔画的路径从照射开始点到达照射结束点。粒子射线通常以扫描移动的方式移动至相邻 的照射点。在照射点之间间隔较大的情况下，粒子射线为了跳过间隔而以间隔移动（blank shift)的方式移动至下一照射点。通过间隔移动而被省略照射的点的数量根据照射条件而 不同。间隔移动从间隔开始点开始、且在间隔结束点结束。
[0019] 图4是表示照射层区域中的肿瘤区域与重要脏器区域之间的关系的概念图。对所 有的照射点都赋予位置坐标（xi，yi)。配置于肿瘤区域3的照射点A和照射点B分别具有 位置坐标（xl，yl)和位置坐标（x2, y2)。几何直线10是连结照射点A与照射点B之间的 最短的直线。在图4中，几何直线10不通过重要脏器区域7。
[0020] 用治疗计划系统50来预先计算粒子射线的照射顺序。图5是表示本发明所涉及的 治疗计划系统50的软件上的结构的框图。治疗计划系统50由肿瘤目标区域设定单元21、 重要脏器区域设定单元22、照射位置组设定单元23、照射顺序最优化单元24等构成。肿瘤 目标区域设定单元21将照射区域设定为肿瘤目标区域。重要脏器区域设定单元22将想要 尽可能避免照射暴露的健康的脏器区域设定为重要脏器区域。照射位置组设定单元23将 肿瘤目标体积区域分为照射层区域，在各照射层区域内设定照射位置组。照射顺序最优化 单元24在各照射层区域内决定各照射位置的照射顺序。治疗计划装置54相当于照射位置 组设定单元23和照射顺序最优化单元24等。轮廓生成装置55相当于肿瘤目标区域设定 单元21和重要脏器区域设定单元22等。
[0021] 接着，参照图6,对本发明所涉及的粒子射线扫描照射系统的动作进行说明。首先， 基于患者的CT (Computed Tomography :计算机断层）数据等，利用治疗计划系统50来提取 出患者的身体轮廓信息、患部的三维信息，以确定体表面2和肿瘤区域3 (ST2)。肿瘤目标区 域设定单元21将粒子射线的照射区域设定为肿瘤目标体积区域。同时，利用重要脏器区域 设定单元22来对想要避免照射射线暴露的重要脏器区域进行设定。
[0022] 然后，将肿瘤目标体积区域分为照射层区域。使用照射位置组设定单元23来对各 照射层区域设定具有三维形状的肿瘤目标区域的照射切片（ST3)。在各照射切片内设定照 射点的位置组（ST4)。对于同一照射切片中的照射点，射入体表面2的粒子射线束1的射束 能量基本相同。当照射不同的照射切片时，改变粒子射线束1的射束能量。
[0023] 在各照射层区域中，利用照射顺序最优化单元24来决定照射点的照射顺序。粒 子射线一般在曲线上移动，但实施方式1对粒子射线在直线上移动的情况进行处理。为 决定避开重要脏器区域的照射顺序，首先，对包含于照射切片的所有的照射点，计算任意 的照射点对的几何直线距离Lij，以包含于照射路径最优化操作。几何直线距离Lij用
【权利要求】
1. 一种粒子射线扫描照射系统，包括：确定粒子射线对患者的肿瘤区域的照射顺序的 计算机；以及根据所确定的所述粒子射线的照射顺序来将粒子射线照射于所述患者的肿瘤 区域的粒子射线照射装置，其特征在于， 所述计算机执行以下步骤： 第一步骤，在该第一步骤中，将所述患者的肿瘤区域分割成多个切片； 第二步骤，在该第二步骤中，对所述第一步骤中被分割成切片的肿瘤区域与存在于所 述肿瘤区域周围的健康的脏器区域之间的位置关系进行确定； 第三步骤，在该第三步骤中，将多个粒子射线的照射点配置于所述第一步骤中被分割 成切片的肿瘤区域； 第四步骤，在该第四步骤中，从所述第三步骤中被配置于肿瘤区域的多个照射点之中 选择所有能考虑到的照射点对的组合，对粒子射线在构成所选出的所述照射点对的两个照 射点之间进行移动时、粒子射线的移动路径上是否存在与所述脏器区域的交叉点进行判 断； 第五步骤，在该第五步骤中，基于所述第四步骤的判断结果来决定罚分矩阵，所述罚分 矩阵用矩阵元来表现在所述移动路径上是否存在与所述脏器区域的交叉点；以及 第六步骤，在该第六步骤中，基于最优化算法来对所述移动路径的评价函数进行评价， 根据由该评价所获得的所述评价函数的最优化解来确定所述粒子射线的照射顺序， 所述评价函数是以下评价因素的总和，所述评价因素包含移动路径所包含的各移动步 骤的评价参数、以及所述罚分矩阵。
2. 如权利要求1所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 所述移动路径的评价参数表示将构成照射点对的两个照射点相连结的几何直线的长 度。
3. 如权利要求1所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 所述移动路径的评价参数表示粒子射线在构成照射点对的两个照射点之间进行移动 所需要的时间。
4. 如权利要求2或3所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 在所述第四步骤中判断为不存在交叉点的情况下，对所述罚分矩阵的矩阵元分配固定 的基准值，在所述第四步骤中判断为存在交叉点的情况下，对所述罚分矩阵的矩阵元分配 比所述基准值要大的值。
5. 如权利要求1至4的任一项所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 在所述第四步骤中对粒子射线的移动路径上是否存在与脏器区域的交叉点进行判断 时，对所述粒子射线的移动路径使用将构成照射点对的两个照射点相连结的几何直线。
6. 如权利要求1至4的任一项所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 在所述第四步骤中对粒子射线的移动路径上是否存在与脏器区域的交叉点进行判断 时，对所述粒子射线的移动路径使用粒子射线所实际描绘出的移动轨迹。
7. 如权利要求1至4的任一项所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 在所述第四步骤中对粒子射线的移动路径上是否存在与脏器区域的交叉点进行判断 时，所述粒子射线的移动路径具有大小与所述照射点的尺寸相同的宽度。
8. 如权利要求1至7的任一项所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 在所述第四步骤中判断为粒子射线的移动路径上存在与脏器区域的交叉点的情况下， 还包括第七步骤，该第七步骤进行如下处理：将构成照射点对的两个照射点作为分岔点来 分割切片，将所述分割后的切片重新定义为两个切片。
9.如权利要求1至8的任一项所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 所述评价函数的总和将所有能考虑到的照射点对的组合作为对象范围。
【文档编号】A61N5/10GK104284696SQ201280073155
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2012年5月14日 优先权日:2012年5月14日
【发明者】蒲越虎, 池田昌广 申请人:三菱电机株式会社
【专利摘要】本发明的粒子射线扫描照射系统包括：确定粒子射线对于患者的肿瘤区域的照射顺序的计算机；以及根据所确定的粒子射线的照射顺序来将粒子射线对患者的肿瘤区域进行照射的粒子射线照射装置。计算机执行以下步骤：从被配置于肿瘤区域的多个照射点之中选择所有能考虑到的照射点对的组合、对在粒子射线在构成所选出的照射点对的两个照射点之间进行移动时、粒子射线的移动路径上是否存在与脏器区域的交叉点进行判断的步骤；基于该判断结果来决定用矩阵元来表现在移动路径上是否存在与脏器区域的交叉点的罚分矩阵的步骤；以及基于最优化算法来对移动路径的评价函数进行评价、根据由该评价所获得的评价函数的最优化解来确定粒子射线的照射顺序的步骤。
【专利说明】粒子射线扫描照射系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及粒子射线治疗装置，特别涉及根据患部的三维形状来照射粒子射线的 粒子射线扫描照射系统。
【背景技术】
[0002] 在粒子射线治疗中，用加速至光速的约70%的质子射线或碳射线等来照射患部。 在用这些高能粒子射线来照射体内的肿瘤等时，会表现出以下特征。第一，所照射的粒子射 线大部分都停止在深度为与粒子射线能量的约1.7次方成比例的位置。第二，对于所照射 的粒子射线在体内停止之前施加于所通过的路径的能量密度，在粒子射线的停止位置具有 最大值。粒子射线的能量密度被称为剂量。将沿粒子射线通过体内的路径所形成的特有的 深度剂量分布曲线称为布拉格曲线。
[0003] 将粒子射线的剂量表现为最大值的部位称为布拉格峰。粒子射线扫描照射系统使 该布拉格峰的位置与肿瘤的三维形状相符合来进行扫描。对各扫描位置处的峰值剂量进行 调整，使得在预先通过图像诊断来决定的目标（肿瘤区域）形成规定的三维剂量分布。
[0004] 粒子射线的停止位置扫描方法分为以下两种方法：即，沿与粒子射线的照射方向 大致垂直的横向（X、Y方向）进行扫描的方法；以及沿粒子射线的照射方向即深度方向（Z 方向）进行扫描的方法。对于沿横向进行的扫描，存在以下两种方法：即，使患者相对于粒 子射线进行移动的方法；以及使用电磁铁等来使粒子射线的位置发生移动的方法。一般采 用后者，即使用电磁铁的方法。
[0005] 对于沿深度方向进行扫描的方法，唯有改变粒子射线能量这一种方法。对于改变 能量的方法，可以考虑以下两种方法：即，利用加速器来改变粒子射线的能量的方法；以及 使用设置于射束输送系统或照射系统的被称为射程移位器的能量变更装置的方法。当前， 广泛利用使用能量变更装置的方法。射程移位器有时还包含进行能量分析和动量选择的被 称为能量选择系统（Energy Selection System)的装置。
[0006] 使粒子射线束沿横向进行扫描的方法分为光点扫描照射法和混合扫描照射法这 两种基本的照射方法。在光点扫描照射法中，照射出粒子射线，在规定照射位置处的照射量 达到计划值时，暂时减弱粒子射线的射束强度（参照非专利文献1)。此时，一般将粒子射线 的射束强度设为零。在用粒子射线照射下一照射位置时，改变扫描电磁铁的电流值，在再次 增加粒子射线束的强度之后，用粒子射线进行照射。还使粒子射线再次从加速器射出，以代 替使粒子射线的射束强度增加。
[0007] 在混合扫描照射法中，按计划的量对计划的位置照射粒子射线的基本的操作方法 与光点扫描照射法相同，但在使粒子射线的位置移动至下一照射位置时，不停止射出粒子 射线束，而是一边照射粒子射线束，一边使粒子射线进行扫描（参照非专利文献2)。 现有技术文献 专利文献
[0008] 专利文献1 :日本专利特开2011-212418号公报 专利文献2 :日本专利特开2011-156340号公报 专利文献3 :日本专利特开2008-011963号公报 专利文献4 :日本专利特开2008-099807号公报 专利文献5 :日本专利特开2010-279702号公报 非专利文献
[0009] 非专利文献 I :T. Inaniwa 等、医学物理学，34 (8) 2007, 3302-3311 (T. Inaniwa et al. ,Medical Physics, 34(8)2007, 3302-3311) 非专利文献 2J.H. Kang、医学物理学，34 (9) 2007, 3457-3464 (J.H. Kang et al.，Medical Physics, 34(9)2007, 3457-3464)
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0010] 在非专利文献2所记载的粒子射线扫描照射装置中，将同一切片内的照射位置 定义为照射点，需要预先决定照射点的照射顺序。此外，在用最优化方法来决定照射顺序 (Scanning Sequence)时，使用各个点间的几何距离来作为价值函数（Cost Function)。 toon] 在决定同一切片内的点的照射顺序时，若使用点间的几何距离来作为价值函数， 则会发生粒子射线束通过最好避免被照射的重要脏器区域的情况。即，在点间移动时，粒子 射线通过重要脏器区域的情况不会反映在照射路径的最优化过程中。本发明的目的在于， 在进行扫描照射时，降低粒子射线束通过重要脏器区域的概率。 解决技术问题的技术方案
[0012] 本发明所涉及的粒子射线扫描照射系统包括：确定粒子射线对患者的肿瘤区域的 照射顺序的计算机；以及根据所确定的粒子射线的照射顺序来将粒子射线照射于患者的肿 瘤区域的粒子射线照射装置。计算机执行以下步骤：第一步骤，在该第一步骤中，将患者的 肿瘤区域分割成多个切片；第二步骤，在该第二步骤中，对第一步骤中被分割成切片的肿瘤 区域与存在于肿瘤区域周围的健康的脏器区域之间的位置关系进行确定；第三步骤，在该 第三步骤中，将多个粒子射线的照射点配置于第一步骤中被分割成切片的肿瘤区域；第四 步骤，在该第四步骤中，从第三步骤中被配置于肿瘤区域的多个照射点之中选择所有能考 虑到的照射点对的组合，对粒子射线在构成所选出的照射点对的两个照射点之间进行移动 时、粒子射线的移动路径上是否存在与脏器区域的交叉点进行判断；第五步骤，在该第五步 骤中，基于第四步骤的判断结果来决定罚分矩阵，所述罚分矩阵用矩阵元来表现在移动路 径上是否存在与脏器区域的交叉点；以及第六步骤，在该第六步骤中，基于最优化算法来对 移动路径的评价函数进行评价，根据由该评价所获得的评价函数的最优化解来确定粒子射 线的照射顺序。 发明效果
[0013] 本发明所涉及的粒子射线扫描照射系统具有以下效果：即使在不停止射束来进行 扫描的情况下，也能降低施加于与照射区域相邻的重要脏器区域的不需要的暴露剂量。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是表示本发明所涉及的粒子射线扫描照射系统的装置结构的整体图。 图2是说明对患部进行切片后的状态的图。 图3是表示照射开始点与照射结束点之间的位置关系的图。 图4是表示照射切片中的肿瘤区域与重要脏器区域之间的关系的概念图。 图5是表示本发明的实施方式所涉及的粒子射线扫描照射系统的结构例的框图。 图6是表示本发明的实施方式所涉及的求取最优化解的步骤的流程图。 图7是表示本发明的实施方式所涉及的分割照射轨迹与几何直线之间的关系的图。 图8是表示本发明的实施方式5所涉及的切片自动分割处理的示例的图。 图9是用于对切片自动分割处理进行补充说明的图。
【具体实施方式】
[0015] 实施方式1. 下面，基于【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。图1表示粒子射线扫描照射系统的整体结构。 粒子射线扫描照射系统100由粒子射线治疗照射控制系统25、粒子射线照射装置26、治疗 计划系统50以及QA测定评价装置53构成。治疗计划系统50由治疗计划数据管理装置51、 治疗计划装置54、轮廓生成装置55构成。粒子射线治疗照射控制系统25由照射系统数据 管理装置52、治疗控制装置56、设备控制装置57、定位装置58构成。
[0016] 治疗计划装置54生成治疗计划，基于治疗计划对剂量计算进行仿真。治疗控制装 置56对粒子射线照射装置26进行控制，根据从照射系统数据管理装置52获取的治疗计划 的条件来照射粒子射线。治疗控制装置56对实际照射的粒子射线的剂量进行测定。将测定 的结果发送至治疗计划数据管理装置51。治疗计划数据管理装置51对治疗计划装置54、 轮廓生成装置55所生成的数据进行管理。照射系统数据管理装置52对治疗控制装置56、 设备控制装置57、定位装置58所使用的数据、治疗记录、测定记录等进行管理。QA测定评 价装置53对测定结果、治疗计划及仿真结果的关系进行比较评价。
[0017] 图2是表示照射切片的定义的概念图。粒子射线照射装置26所射出的粒子射线 束1射入躺在治疗台6上的患者的体表面2。将存在于患者体内的肿瘤区域3沿深度方向 假想地分割成多个薄照射切片4。在各个照射切片4中，定义有呈二维配置的多个照射点 5。照射切片意味着用相同能量的粒子射线进行照射的点位置的集合。
[0018] 接着，根据图3来对扫描照射时的基本的粒子射线的照射顺序进行说明。图中示 出了特定照射切片X中的照射点的配置、以及粒子射线的照射路径。粒子射线原则上沿着 一笔画的路径从照射开始点到达照射结束点。粒子射线通常以扫描移动的方式移动至相邻 的照射点。在照射点之间间隔较大的情况下，粒子射线为了跳过间隔而以间隔移动（blank shift)的方式移动至下一照射点。通过间隔移动而被省略照射的点的数量根据照射条件而 不同。间隔移动从间隔开始点开始、且在间隔结束点结束。
[0019] 图4是表示照射层区域中的肿瘤区域与重要脏器区域之间的关系的概念图。对所 有的照射点都赋予位置坐标（xi，yi)。配置于肿瘤区域3的照射点A和照射点B分别具有 位置坐标（xl，yl)和位置坐标（x2, y2)。几何直线10是连结照射点A与照射点B之间的 最短的直线。在图4中，几何直线10不通过重要脏器区域7。
[0020] 用治疗计划系统50来预先计算粒子射线的照射顺序。图5是表示本发明所涉及的 治疗计划系统50的软件上的结构的框图。治疗计划系统50由肿瘤目标区域设定单元21、 重要脏器区域设定单元22、照射位置组设定单元23、照射顺序最优化单元24等构成。肿瘤 目标区域设定单元21将照射区域设定为肿瘤目标区域。重要脏器区域设定单元22将想要 尽可能避免照射暴露的健康的脏器区域设定为重要脏器区域。照射位置组设定单元23将 肿瘤目标体积区域分为照射层区域，在各照射层区域内设定照射位置组。照射顺序最优化 单元24在各照射层区域内决定各照射位置的照射顺序。治疗计划装置54相当于照射位置 组设定单元23和照射顺序最优化单元24等。轮廓生成装置55相当于肿瘤目标区域设定 单元21和重要脏器区域设定单元22等。
[0021] 接着，参照图6,对本发明所涉及的粒子射线扫描照射系统的动作进行说明。首先， 基于患者的CT (Computed Tomography :计算机断层）数据等，利用治疗计划系统50来提取 出患者的身体轮廓信息、患部的三维信息，以确定体表面2和肿瘤区域3 (ST2)。肿瘤目标区 域设定单元21将粒子射线的照射区域设定为肿瘤目标体积区域。同时，利用重要脏器区域 设定单元22来对想要避免照射射线暴露的重要脏器区域进行设定。
[0022] 然后，将肿瘤目标体积区域分为照射层区域。使用照射位置组设定单元23来对各 照射层区域设定具有三维形状的肿瘤目标区域的照射切片（ST3)。在各照射切片内设定照 射点的位置组（ST4)。对于同一照射切片中的照射点，射入体表面2的粒子射线束1的射束 能量基本相同。当照射不同的照射切片时，改变粒子射线束1的射束能量。
[0023] 在各照射层区域中，利用照射顺序最优化单元24来决定照射点的照射顺序。粒 子射线一般在曲线上移动，但实施方式1对粒子射线在直线上移动的情况进行处理。为 决定避开重要脏器区域的照射顺序，首先，对包含于照射切片的所有的照射点，计算任意 的照射点对的几何直线距离Lij，以包含于照射路径最优化操作。几何直线距离Lij用
【权利要求】
1. 一种粒子射线扫描照射系统，包括：确定粒子射线对患者的肿瘤区域的照射顺序的 计算机；以及根据所确定的所述粒子射线的照射顺序来将粒子射线照射于所述患者的肿瘤 区域的粒子射线照射装置，其特征在于， 所述计算机执行以下步骤： 第一步骤，在该第一步骤中，将所述患者的肿瘤区域分割成多个切片； 第二步骤，在该第二步骤中，对所述第一步骤中被分割成切片的肿瘤区域与存在于所 述肿瘤区域周围的健康的脏器区域之间的位置关系进行确定； 第三步骤，在该第三步骤中，将多个粒子射线的照射点配置于所述第一步骤中被分割 成切片的肿瘤区域； 第四步骤，在该第四步骤中，从所述第三步骤中被配置于肿瘤区域的多个照射点之中 选择所有能考虑到的照射点对的组合，对粒子射线在构成所选出的所述照射点对的两个照 射点之间进行移动时、粒子射线的移动路径上是否存在与所述脏器区域的交叉点进行判 断； 第五步骤，在该第五步骤中，基于所述第四步骤的判断结果来决定罚分矩阵，所述罚分 矩阵用矩阵元来表现在所述移动路径上是否存在与所述脏器区域的交叉点；以及 第六步骤，在该第六步骤中，基于最优化算法来对所述移动路径的评价函数进行评价， 根据由该评价所获得的所述评价函数的最优化解来确定所述粒子射线的照射顺序， 所述评价函数是以下评价因素的总和，所述评价因素包含移动路径所包含的各移动步 骤的评价参数、以及所述罚分矩阵。
2. 如权利要求1所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 所述移动路径的评价参数表示将构成照射点对的两个照射点相连结的几何直线的长 度。
3. 如权利要求1所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 所述移动路径的评价参数表示粒子射线在构成照射点对的两个照射点之间进行移动 所需要的时间。
4. 如权利要求2或3所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 在所述第四步骤中判断为不存在交叉点的情况下，对所述罚分矩阵的矩阵元分配固定 的基准值，在所述第四步骤中判断为存在交叉点的情况下，对所述罚分矩阵的矩阵元分配 比所述基准值要大的值。
5. 如权利要求1至4的任一项所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 在所述第四步骤中对粒子射线的移动路径上是否存在与脏器区域的交叉点进行判断 时，对所述粒子射线的移动路径使用将构成照射点对的两个照射点相连结的几何直线。
6. 如权利要求1至4的任一项所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 在所述第四步骤中对粒子射线的移动路径上是否存在与脏器区域的交叉点进行判断 时，对所述粒子射线的移动路径使用粒子射线所实际描绘出的移动轨迹。
7. 如权利要求1至4的任一项所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 在所述第四步骤中对粒子射线的移动路径上是否存在与脏器区域的交叉点进行判断 时，所述粒子射线的移动路径具有大小与所述照射点的尺寸相同的宽度。
8. 如权利要求1至7的任一项所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 在所述第四步骤中判断为粒子射线的移动路径上存在与脏器区域的交叉点的情况下， 还包括第七步骤，该第七步骤进行如下处理：将构成照射点对的两个照射点作为分岔点来 分割切片，将所述分割后的切片重新定义为两个切片。
9.如权利要求1至8的任一项所述的粒子射线扫描照射系统，其特征在于， 所述评价函数的总和将所有能考虑到的照射点对的组合作为对象范围。
【文档编号】A61N5/10GK104284696SQ201280073155
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2012年5月14日 优先权日:2012年5月14日
【发明者】蒲越虎, 池田昌广 申请人:三菱电机株式会社
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