治疗计划装置、粒子射线治疗装置以及带电粒子射束的扫描路径决定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及癌治疗等所使用的扫描型粒子射线治疗装置、用于该粒子射线治疗装 置的治疗计划装置。
【背景技术】
[0002] 癌治疗所利用的放射线能大致分为光子射线和粒子射线这两种。光子射线是光 波，用作为X射线、伽马射线等现有放射线。另一方面，粒子射线是指利用氢的原子核、碳的 原子核等粒子而得到放射线，尤其在医疗领域主要使用如下射束，该射束通过将对氢原子 进行离子化而获得的"质子"、对碳原子进行离子化而获得的"碳离子（也称为重离子）"加 速而获得。
[0003] 粒子射线治疗基于以下原理。若粒子射线对癌细胞进行照射，则癌细胞的DNA会 损伤，受到超过修复能力的损伤的细胞会逐渐死亡，最终排出到体外。X射线、伽马射线等光 子射线型的现有放射线通过接近身体表面来进行作用，与此相对，粒子射线具有在停止之 前吸收剂量达到峰值的特性，因此能通过改变能量使吸收剂量达到峰值（布拉格峰）的位 置与癌病灶相匹配，能集中地仅对癌病灶进行破坏。如上所述，能获得现有技术所没有的优 异效果，因此粒子射线治疗作为能维持QOUQuality of Life:生活质量）的质量越来越受 到期待。
[0004] 为了有效地进行粒子射线治疗，需要以向患部组织提供足够剂量且不伤害周边组 织的方式来对射束进行成形。实现该射束成形的照射方法能大致分为"宽射束照射法"和 "扫描照射法"。宽射束照射法是利用准直器、物块（bolus)对一度利用散射体、脊形过滤器 等而拓宽的射束进行成形的方法。另一方面，扫描照射法是如下方法：在维持射束直径细小 的状态（将该状态的射束称为"笔形射束"）下，使该笔形射束进行扫描，以点绘制的方式进 行照射（具有射束的开/关（0N/0FF)的点扫描）、或以一笔画的方式进行照射（射束原则 上为开的光栅扫描）。
[0005] 此处，对扫描照射进行稍稍详细的阐述，对与治疗计划装置之间的关联进行说明。 如上所述，粒子射线的特征在于具有与能量相对应深度的布拉格峰这一点。为了对在体内 深度方向上具有厚度的患部组织提供适当的照射剂量，考虑如下方法：即、将该患部组织假 设性地分为与射束能量相对应的层，对每一层实施上述的点扫描、光栅扫描。对于粒子射线 的布拉格峰来说，在比该峰深的一侧的提供剂量几乎为零，但在比该峰浅的一侧具有稍许 提供剂量，需要考虑该影响来决定各层的各点位置的照射量。治疗计划装置为了根据预先 拍摄的患部的三维图像的信息来实现适当的提供剂量，进行决定该各层的该各点的照射量 的计算及模拟。
[0006] 在进行实际的扫描照射时，还有一个不得不决定的事项。该事项是在各层中，以怎 样的顺序照射各点，即怎样决定扫描路径。在光栅扫描中，也同样考虑沿着连结各点的轨迹 进行照射。扫描的该扫描路径的决定通常由治疗计划装置来负责。与该扫描的该扫描路径 有关的现有技术能看到例如专利文献1和非专利文献1。 现有技术文献 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本专利特开2009-66106号公报 非专利文献
[0008] 非专利文献 I :J. H. Kangetal.，"Demonstration of scan path optimization in proton therapy (质子治疗中扫描路径优化的示例）"医学物理34 (9) 2007, 3457-3464页
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0009] 非专利文献1中，公开了提取出扫描路径的距离较短的路径的方法。然而，如后所 述那样，路径的距离和扫描所需时间未必一对一对应。因此，将路径的距离作为指标的评价 中，未必会选择扫描时间最优化的扫描路径。本发明的目的在于，鉴于上述技术问题，获得 一种治疗计划装置以及利用了其扫描路径的粒子射线治疗装置，该治疗计划装置用于求出 缩短了光栅扫描型粒子射线治疗装置中的扫描时间、也考虑了避免对正常组织和重要脏器 进行照射的扫描路径。 解决技术问题所采用的技术手段
[0010] 本发明所涉及的治疗计划装置用于决定粒子射线治疗装置的带电粒子射束的扫 描路径，该粒子射线治疗装置通过X方向扫描电磁铁和Y方向扫描电磁铁，使带电粒子射束 以反复进行移动和停留的方式进行扫描，以使带电粒子射束对照射对象即患者的患部进行 照射，该X方向扫描电磁铁和Y方向扫描电磁铁在与带电粒子射束的前进方向垂直的两个 方向上即X方向和Y方向上使带电粒子射束进行扫描，该治疗计划装置包括：点位置存储 部，该点位置存储部按每一层存储带电粒子射束的停留点即点位置；扫描路径候补提取部， 该扫描路径候补提取部提取出连结点位置存储部中所存储的一层内的所有点位置的扫描 路径的多个候补；扫描路径评价部，该扫描路径评价部在使用扫描路径候补提取部提取出 的多个扫描路径中的一个扫描路径上的第k个相邻点位置间的扫描所需时间Tk、权重系数 wk、以及该层内的点数η的评价函数J中，
[数学式1]
【主权项】
1. 一种治疗计划装置，该治疗计划装置用于决定粒子射线治疗装置的带电粒子射束的 扫描路径，该粒子射线治疗装置通过X方向扫描电磁铁和Y方向扫描电磁铁，使所述带电粒 子射束W反复进行移动和停留的方式进行扫描，W使所述带电粒子射束对照射对象即患者 的患部进行照射，该X方向扫描电磁铁和Y方向扫描电磁铁在与所述带电粒子射束的前进 方向垂直的两个方向上即X方向和Y方向上使所述带电粒子射束进行扫描，该治疗计划装 置的特征在于，包括： 点位置存储部，该点位置存储部按每一层存储所述患部内所设定的所述带电粒子射束 的停留点、即排列成所述X方向和所述Y方向上的栅格状的点位置； 扫描路径候补提取部，该扫描路径候补提取部提取出连结所述点位置存储部中所存储 的一层内的所有点位置的扫描路径的多个候补； 扫描路径评价部，该扫描路径评价部在使用所述扫描路径候补提取部提取出的多个扫 描路径中的一个扫描路径上相邻的所述点位置间的路径、即部分路径中的第k