| 【発明の名称】 |
光ＣＴによる粒子線線量分布測定装置および方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】福田 茂一
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| 【要約】 |
【課題】粒子線の３次元線量分布を短時間に精度よく計測し、精度の良い治療計画を得る。
【解決手段】粒子線の３次元線量分布を測定する際に、粒子線をシンチレータに入射して発光させ、その発光量を粒子線の入射方向に垂直な複数方向から受光素子により計測し、その複数の計測結果から粒子線に垂直な断面の２次元線量分布を算出し、粒子線の入射方向に沿って複数算出した２次元線量分布から粒子線の３次元線量分布を構築する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 粒子線の３次元線量分布を測定するための粒子線量測定装置において、前記粒子線の入射方向を軸として回動するステージと、該ステージの前記粒子線入射位置に載置したシンチレータと、前記ステージに固着され前記シンチレータで発生する光を受光する受光素子と、該受光素子による計測結果から前記粒子線の３次元分布を算出する手段とを具備することを特徴とする粒子線量測定装置。
【請求項２】 粒子線をシンチレータに入射して発光させる工程と、その発光量を前記粒子線の入射方向に垂直な複数方向から受光素子により計測する工程と、その複数の計測結果から前記粒子線に垂直な断面の２次元線量分布を算出する工程と、前記粒子線の入射方向に沿って複数算出した前記２次元線量分布から前記粒子線の３次元線量分布を構築する工程とを有することを特徴とする粒子線の３次元線量分布測定方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ＣＴにより粒子線の線量分布を測定する装置および該装置を用いた粒子線線量分布の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】陽子線を含む粒子線によるがん治療は、従来のＸ線によるがん治療と比べて次の特徴をもっている。すなわち、高エネルギーの粒子線が患者体内に入射された場合、そのエネルギーに対応するレンジ（最大到達距離）付近で最大の線量を与え、レンジより深部の部位には線量を与えない。したがって、照射方向を工夫することによって、腫瘍が放射線感受性の高い重要臓器に隣接する場合でも、腫瘍のみに高線量を与えることができる。逆に、このことにより、粒子線ではＸ線のように治療時の透過線量を測定することが不可能となっており、実際に患者のがん腫瘍に与えた線量の評価は計算に頼っているのが実情である。
【０００３】オンラインで体内中の粒子線線量分布測定が行えない状況で、水ファントム中での照射野確認は重要である。治療現場では、患者のかわりに水ファントム内の線量分布計算を行い、３次元線量測定値との線量比較を行っている。しかしながら、完全な３次元線量分布測定は非常に時間がかかるため、測定結果は治療計画計算の結果を確認するにとどまっている。一般に、水ファントム中での線量測定は小型の線量計を３次元に走査することにより行われている。この測定には非常に時間がかかり、例えば、若狭湾エネルギー研究センターに整備されているシンクロトロンの場合、周期が０．５Ｈｚであり、測定点を水平方向、垂直方向および深部方向にそれぞれ１００点とる場合、１周期毎に１点の線量を測定するときに、すべての測定を終えるのに２００万秒（約２３日）かかることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような状況で、粒子線の３次元線量分布を短時間に精度よく測定する方法が求められていた。
【０００５】本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、粒子線の３次元線量分布を短時間に精度よく計測することができ、ひいては精度の良い治療計画を得ることを可能とする粒子線の線量分布測定装置および線量分布測定方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明は、粒子線の３次元線量分布を測定するための粒子線量測定装置において、粒子線の入射方向を軸として回動するステージと、ステージの粒子線入射位置に載置したシンチレータと、ステージに固着されシンチレータで発生する光を受光する受光素子と、受光素子による計測結果から粒子線の３次元分布を算出する手段とを具備することを特徴とする。
【０００７】また、本発明の粒子線の３次元線量分布測定方法は、粒子線をシンチレータに入射して発光させる工程と、その発光量を粒子線の入射方向に垂直な複数方向から受光素子により計測する工程と、その複数の計測結果から粒子線に垂直な断面の２次元線量分布を算出する工程と、粒子線の入射方向に沿って複数算出した２次元線量分布から粒子線の３次元線量分布を構築する工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
【作用】以上の構成により本発明は、光によりＣＴ（コンピュータ断層撮影）の原理を利用して粒子線の３次元線量分布を次のように測定する。
【０００９】まず、粒子線の３次元線量分布をシンチレーションにより光に変換し、その光を粒子線の入射方向を軸にして回転した複数方向（θ）、好ましくは全角度から光の投影分布像を撮影する。このとき、θ方向の投影データの投影座標に関するフーリエ変換で得られたスペクトルは、実空間分布を二次元フーリエ変換して得られた二次元フーリエスペクトルをθ方向で切断した断面に等しい。そして、撮像した全ての方向からの投影データをフーリエ変換し、その二次元スペクトルを逆フーリエ変換すると実空間の分布を求めることが出来る。最終的に、光の３次元実空間分布、すなわち粒子線の線量分布を再構成することが可能となる。
【００１０】
【発明の好適な実施の形態】本発明の好適な実施の形態において、受光素子とシンチレータとは、共にステージに固定されており、このステージを例えばステッピングモータ等により駆動することで、受光素子とシンチレータが一体となって粒子線に対して相対的に回転する。これにより、シンチレータの一面のみが撮像可能な場合でも粒子線の入射軸回りに３６０°の撮像が可能となる。
【００１１】受光素子は、シンチレータからの光量を計測できるものであれば良いが、ＣＣＤカメラ等の２次元撮像素子が好ましく、これにより各ショット時にシンチレータで発光した光の一側面からの全体像を撮像可能となる。そして、全体像を撮像することにより、一回の撮影で粒子線に垂直な複数の平行断面の２次元線量分布を同時に算出でき、高速な３次元線量分布測定が可能となる。
【００１２】通常、一回の撮影では１°程度のステップ角毎に撮像を行い、少なくとも半回転分の撮像を行う。したがって、１８０回程度の撮像回数で粒子線の３次元線量分布を測定できるため、例えば、周期が０．５Ｈｚのシンクロトロンを使用した場合、１８０／０．５＝３６０秒程度で撮影可能となる。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る粒子線の線量測定装置を示す。同図において１は粒子線である陽子線を真上から照射する陽子線照射部、２は陽子線を照射することで発光する液体シンチレータからなるシンチレータ部、３はシンチレータ部２を陽子線の入射方向に対して垂直な方向から撮像する撮像部（計測部）でありＣＣＤカメラからなる。また、４はステージ５を回転駆動するためのステージ駆動装置、５はシンチレータ部２を搭載したステージ、６は撮像部３をステージ５に固定するためのアームである。
【００１４】図１に示したように、本実施例における光ＣＴによる粒子線線量分布測定は、線量に応じた可視光を発光するシンチレータ部２と、発光した光を任意の角度から計測する計測部３を具備するシステムにより行う。シンチレータ部２から発光される光を任意の角度から測定し、以下で説明するＣＴの原理によりその３次元分布を再現する。再現された光分布は粒子線の線量分布に対応する。
【００１５】対象物（シンチレータ）の各点での発光強度をｆk とすると、観測する光量ｆは散乱を無視すれば、単純な和として、【００１６】
【数１】
となる。この発光強度ｆk を再現するのが光ＣＴである。
【００１７】今、ある入射粒子線に垂直な断面での発光分布を再構成することを考える。図２は、この断面（実空間）の線量分布に対応した光２次元分布を、ある軸へ投影した状態を示す図である。同図において、投影された１次元分布ｇθ（Ｒ）が計測部３による計測データに対応する。この面内の実空間における発光分布をｆ（ｘ，ｙ）とすると、発光分布の２次元フーリエ変換Ｆ（ｕ，ｖ）は、【００１８】
【数２】
で与えられる。ここで、２次元フーリエスペクトルＦ（ｕ，ｖ）を、投影座標をＲとし、ｕ＝ρｃｏｓβ、ｖ＝ρｓｉｎβとしたフーリエ空間での極座標（ρ,β) で表現すると、【００１９】
【数３】
となる。発光分布ｆ（ｘ，ｙ）のθ方向への投影データは計測部３で測定する分布に対応し、【００２０】
【数４】
と表せる。これから、【００２１】
【数５】
となる。この式は、フーリエ空間で原点を通るβ方向の直線上のフーリエ変換は、実空間（ｘｙ空間）におけるβ方向の直線の投影データを１次元フーリエ変換したものに等しいことを意味している。そこで、投影データを１次元フーリエ変換し、そのフーリエ空間のデータを２次元逆フーリエ変換することにより実空間のデータを得ることが可能となる。すなわち、【００２２】
【数６】
により、今考えている断面での２次元光分布を再構成することができる。
【００２３】図３は、本実施例の光ＣＴ測定法を示す。同図において、測定結果の撮像データは４５°毎に示したが、実際には１°毎に１８０回撮像を行っている。図３に示すように、本実施例の光ＣＴ測定法では、入射粒子方向に沿って複数の水平断面を同時に計測している。
【００２４】これにより、それぞれの断面について２次元分布を再構成することによって、最終的には３次元分布が得られる。この３次元線量分布再構成例を図４に模式的に示す。図４に示すように、本実施例では、陽子線の入射方向に垂直な複数平面を一つの画像（回転方向には複数の画像）から複数取り出すことができる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、粒子線の３次元線量分布を短時間に精度よく計測することができ、粒子線医療の現場作業の軽減化が期待される。さらに、従来時間がかかるために行えなかった３次元線量分布測定結果の治療計画へのフィードバックを実施することが可能になる。その結果、より精度の良い治療計画を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９７０２２８８５
【氏名又は名称】財団法人若狭湾エネルギー研究センター
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| 【出願日】 |
平成１３年９月１２日（２００１．９．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８６２８７
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 哲也
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| 【公開番号】 |
特開２００３−７９７５５（Ｐ２００３−７９７５５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年３月１８日（２００３．３．１８） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２７６４０５（Ｐ２００１−２７６４０５） |
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