放射线测量装置的校正方法和粒子线治疗装置

摘要

提供一种放射线测量装置的校正方法和粒子线治疗装置。在层叠型的放射线测量装置中，不使用水仿真模型测量装置，就能够短时间并且容易地校正每个传感器的输出的偏差。放射线测量装置的传感器部在粒子线的射线束方向上层叠多个传感器。虚拟吸收体具有与多个传感器的平均水等价厚度相等的水等价厚度，并且在相对于放射线的前进方向上设置在传感器部的上游侧。信号处理装置使用向放射线测量装置照射放射线而测量在各传感器中产生的电信号的第一测量所得到的测量结果、使传感器部向放射线的前进方向移动并且设置虚拟吸收体而在与第一测量相同的条件下照射放射线来测量在各传感器中产生的电信号的第二测量所得到的测量结果，计算各传感器的校正系数。

说明书

技术领域

本发明涉及一种放射线测量装置的校正方法和粒子线治疗装置。

背景技术

在粒子线治疗中，已经普及了扫描照射法。扫描照射法考虑将目标分割为 微小区域（以下称为点），对每个点照射微小直径（1σ=3~20mm）的射线束。 如果对点赋予既定的射线量，则停止射线束的照射，向下一个点扫描射线束。 在与射线束的行进方向（以下称为深度方向）垂直的方向（以下称为横方向） 上扫描射线束的情况下，使用扫描电磁铁。如果针对某深度而对全部的点赋予 既定射线量，则用射线束在深度方向上进行扫描。在深度方向上用射线束进行 扫描的情况下，通过加速器或量程漂移器变更射线束的能量。最终对全部的点、 即目标全体赋予相同的射线量。

这时，操作者利用放射线测量装置测量射线束的照射位置、布拉格曲线、 射线量分布形状，对其结果进行分析，从而判断粒子线照射装置是否被正确调 整。

作为现有的放射线测量装置，已知以下的技术，即具有在深度方向上层叠 多个平行平板电离箱的构造，能够一次测量粒子线的深部射线量分布（参照专 利文献1、非专利文献1）。

但是，层叠电离箱的各电离箱存在个体差，即使照射相等的粒子数和能量 的射线束，从信号处理装置输出的结果也不同。这是因为：深度方向的电离层 的厚度、从信号处理装置中的电荷变换为数字值的变换效率存在偏差。例如， 如果电离层的厚度有10%的偏差，则所输出的电荷中也产生10%的偏差。这 样的偏差是由于工作精度，因此，难以避免。以前，通过与水仿真模型测量装 置的测量结果进行比较，来校正这样的偏差。

但是，为了使用水仿真模型测量装置来校正层叠电离箱的各电离箱，需要 很多手续和时间。

专利文献1：日本特开2011-153833号公报

非专利文献：M.Shimbo,et al.,“Development of a Multi-layer Ion Chamber  for Measurement of Depth Dose Distributions of Heavy-ion Therapeutic Beam for  Individual Patients”,NIPPON ACTA RADIOLOGICA200060274-279

发明内容

本发明的目的在于：提供一种放射线测量装置及其校正方法和粒子线治疗 装置，其在层叠型的放射线测量装置中，不使用水仿真模型测量装置，就能够 短时间并且容易地校正每个传感器的输出的偏差。

为了达到上述目的，本发明提供一种放射线测量装置，具备层叠放射线传 感器而得的传感器部，该放射线测量装置的特征在于，具备：具有与上述层叠 的放射线传感器的平均水等价厚度相等的水等价厚度的虚拟吸收体；将上述虚 拟吸收体设置在上述传感器部的测量方向的前方并且在放射线的通过线上的 位置的虚拟吸收体驱动控制部；使上述传感器部在上述放射线的通过线上移动 与上述层叠的放射线传感器的平均厚度相等的距离的传感器部驱动控制装置； 信号处理装置，其根据将上述虚拟吸收体设置在上述位置时的上述放射线测量 装置的测量结果、没有将上述虚拟吸收体设置在上述位置时的上述放射线测量 装置的测量结果、在取得各个上述测量结果的期间射出的上述放射线的射出射 线量的累计值，计算上述各放射线传感器的校正系数。

根据本发明，在层叠型的放射线测量装置中，不使用水仿真模型测量装置， 就能够在短时间并且容易地校正每个传感器的输出的偏差。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的放射线测量装置和粒子线治疗装置 的整体结构的框图。

图2是表示本发明的一个实施方式的放射线测量装置的结构的框图。

图3是表示本发明的一个实施方式的放射线测量装置中使用的传感器部 的结构的立体图。

图4是表示本发明的一个实施方式的放射线测量装置的传感器部中使用 的电荷收集用印刷电路板的结构的立体图。

图5是表示本发明的一个实施方式的放射线测量装置的传感器部中使用 的高电压施加用印刷电路板的结构的立体图。

图6是本发明的一个实施方式的放射线测量装置的校正方法的说明图。

图7是本发明的一个实施方式的放射线测量装置的校正结果的说明图。

具体实施方式

采样扫描照射法的粒子线照射装置相对于横方向被调整为能够向所指示 的位置照射射线束（照射位置的误差为±1mm以下）。进而，被调整为使射线 束到达所指示的深度（射程的误差为±1mm以下）。射程表示射线束在介质中 的到达深度，依赖于射线束的入射能量。

为了确认粒子线照射装置的调整结果，通过放射线测量装置测量射线束的 照射位置、布拉格曲线。布拉格曲线是指LET（射线能量赋予：Linear Energy  Transfer，单位“J/m”）相对于深度方向的分布，依赖于射线束的入射能量。 LET是在介质中前进的射线束粒子向深度方向前进单位距离的期间赋予介质 的能量。根据布拉格曲线计算射线束的到达深度。另外，还测量体积照射时的 横方向的射线量分布和深度方向的射线量分布。体积照射是指依照上述扫描照 射法的步骤，在被照射体的任意区域（被称为患部、目标）形成均匀射线量分 布。

放射线测量装置主要由响应放射线而输出电信号的放射线传感器、信号处 理装置构成。作为代表性的放射线传感器有电离箱。电离箱具有用2个电极夹 住电离层（材质是空气、稀有气体等）的构造。向一个电极施加高电压而在电 离层中形成电场，收集在照射射线束时在电离层中产生的电离电荷。电离电荷 量与电离层中的射线束的能量损失量（MeV）成正比。另外，能量损失量与设 置了电离箱的位置的射线量成正比。信号处理装置将在电离箱中产生的电荷变 换为数字值，并显示在显示器等。进而，记录到硬盘等记录装置中。

将在深度方向层叠了多个平行平板电离箱所得的构造的放射线测量装置 称为层叠电离箱。平行平板电离箱具有用2个板状电极平行地夹住电离层的构 造。如果将从电离层得到的电荷量（单位“C”）乘以换算系数，则计算出水 中的射线量D（单位“J/kg”）。射线量D是用电离层的水等价体积进行平均化 所得的值。用电离层的横方向面积S×深度方向的水等价厚度来表示电离层的 水等价体积。物质的水等价厚度是用于向粒子线施加与通过物质的粒子线相等 的能量损失量的水的厚度。在中性的粒子线的情况下，是用于减少与通过物质 的粒子线相等数量的粒子的水的厚度。另外，具有电荷的粒子对物质施加的射 线量D满足D=LET×n/ρ/S的关系。在此，n是向电离层的入射粒子数，ρ 是介质的密度（单位“kg/m³”）。

另外，水仿真模型测量装置是指将小型的放射线传感器设置在水槽中的放 射线测量装置。放射线传感器能够通过电动机在水槽内部自由移动。作为利用 它的层叠电离箱的校正方法，可以考虑以下的方法，即首先在任意的条件下向 水仿真模型测量装置照射射线束，使放射线传感器扫描，同时逐点地测量水槽 中的深部射线量分布。接着，在相同条件下向层叠电离箱照射射线束，同样地 测量深部射线量分布。最后，对水仿真模型测量装置和层叠电离箱的测量结果 进行比较，针对各电离箱决定校正系数使得两者一致。

但是，在水仿真模型测量装置的使用中，首先必须向水槽注水。由于慎重 地实施使得不会由于溢出的水而损伤治疗装置，所以注水花费数十分钟左右的 时间。满水状态的水槽非常重，处理需要小心。为了确保操作者的安全和防止 治疗装置的损伤，必须由多人尽量慎重地实施水仿真模型测量装置的移动、位 置调整。可以说测量结束后的整理也同样。进而，在水仿真模型测量装置中测 量射线量分布也花费时间。这是由于要使放射线传感器进行扫描，逐点地测量 分布。因此，可以认为使用上述水仿真模型构成用于构成层叠电离箱的各电离 箱的方法在繁杂的准备、校正中需要花费时间。因此，提供一种不需要使用水 仿真模型就能够短时间地进行校正的放射线测量装置的校正方法和放射线测 量装置。

以下，使用图1~图7，说明本发明的一个实施方式的放射线测量装置的结 构和动作。

最初，使用图1说明本实施方式的放射线测量装置和粒子线治疗装置的整 体结构。

图1是表示本发明的一个实施方式的放射线测量装置和粒子线治疗装置 的整体结构的框图。

粒子线治疗装置具备质子线照射装置102、放射线测量装置101。放射线 测量装置101实施使用了扫描照射法的质子线照射装置102的调整和性能评 价，因此测量从质子线照射装置102照射的射线束的布拉格曲线。

另外，在此，作为放射线测量装置以质子线照射装置102为例子进行说明， 但也能够应用于使用质量比质子重的粒子（碳素线等）的重粒子线照射装置。 另外，还能够应用于使用光子线、电子线、μ子线、π介子线、中性子线的放 射线照射装置。另外，质子线照射装置并不一定限于使用扫描照射法的情况， 也可以是后述的散射体照射法。

如图1所示，质子线照射装置102具备质子线发生装置103、质子线输送 装置104、旋转式照射装置105。在本实施例中，以具备旋转架台的旋转式照 射装置105为例子进行说明，但照射装置也可以是固定式。

质子线产生装置103具备离子源106、前级加速器107（例如直线加速器）、 同步加速器108。通过离子源106产生的质子离子首先通过前级加速器107被 加速。从前级加速器107射出的质子线（以下称为射线束）在通过同步加速器 108加速到预定的能量后，从出射偏转器109射出到质子线输送装置104。最 终，射线束经过旋转式照射装置105照射到放射线测量装置101。旋转式照射 装置105具有旋转架台（未图示）和照射视野形成装置110。设置在旋转架台 上的照射视野形成装置110与旋转架台一起旋转。质子线输送装置104的一部 分被安装在旋转架台上。在本实施例中，采用了同步加速器108作为质子线的 加速装置，但也可以是回旋加速器、直线加速器。

接着，说明通过本实施例的照射视野形成装置110实现的扫描照射法的概 要。在扫描照射法中，将照射范围分割为微小区域（点），对每个点照射射线 束。如果对点赋予了既定射线量，则停止照射，向下一个既定的点扫描射线束。 在向横方向的射线束扫描中，使用安装在照射视野形成装置110中的2对扫描 电磁铁（未图示）。如果针对某深度对全部的点赋予了既定的射线量，则照射 视野形成装置110在深度方向上扫描射线束。使用安装在同步加速器108或照 射视野形成装置110等中的量程漂移器（未图示），变更射线束的能量，由此 实现向深度方向的射线束扫描。循环这样的步骤，最终形成均匀的射线量分布。 照射视野形成装置110具备用于检测射线束的射出（照射）射线量的射线量监 视器112。

在本实施例中，将在没有对扫描电磁铁进行励磁的状态下射线束的中心所 通过的直线定义为射线束轴。另外，将旋转式照射装置105的旋转轴和射线束 轴的交点定义为等中心点。在扫描照射法中，等中心点附近的射线束的横方向 扩展为1σ=3mm~20mm。

放射线测量装置101设置在患者座椅114上。患者座椅114能够在射线束 轴方向（Z轴方向）上移动放射线测量装置101。另外，患者座椅114能够在 与Z轴方向垂直的2个轴方向（X轴方向、Y轴方向）上移动放射线测量装置 101。

接着，使用图2说明本实施方式的放射线测量装置101的详细结构。

图2是表示本发明的一个实施方式的放射线测量装置的详细结构的框图。 另外，与图1相同的符号表示同一部分。

图1所示的放射线测量装置101具有量程漂移器201、量程漂移器驱动控 制装置202、传感器部203、高电压电源204、信号处理装置205、主控制装置 206、虚拟吸收体208、虚拟吸收体驱动控制装置209。

另外，在图1中还示出的患者座椅114被传感器部203的驱动控制装置即 座椅驱动控制装置116控制，使传感器部203在Z轴方向上移动。另外，通过 图1所示的射线量监视器112检测出的射线束的射线量被取入信号处理装置 205。传感器部203的驱动控制装置也可以与座椅驱动控制装置分别地另外设 置。在该情况下，例如可以考虑将放射线测量装置101设置在能够在座椅上移 动的台车、可动顶板上，使传感器部203移动。

量程漂移器201位于传感器部203的射线束前进方向（以下称为深度方向、 Z轴方向）的上游，具备水等价厚度不同的多个能量吸收体201A。在本实施 例中，能量吸收体201A是水等价厚度为0.2mm、0.4mm、0.8mm、1.6mm、 3.2mm的5个。如果量程漂移器驱动控制装置202向范围变位器201发送了信 号，则量程漂移器201使电动机（未图示）动作而将能量吸收体201A插入/ 排出射线束通过位置上。如果射线束通过能量吸收体201A，则放射线测量装 置101的测量位置在深度方向上只变化水等价厚度的量。这样，本实施例的放 射线测量装置101调整深度方向的测量位置。可调整的范围是能够通过组合5 个能量吸收体而生成的水等价厚度，因此，以0.2mm间隔为0.2mm~6.2mm。 另外，能量吸收体201A的材料、个数、水等价厚度是任意的。在本实施例中， 对能量吸收体201A使用ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（Acrylonitrile Butadiene  Styrene）树脂）制的板。

接着，使用图3，说明在本实施方式的粒子线治疗装置的放射线测量装置 101中使用的传感器部203的结构。

图3是表示在本发明的一个实施方式的放射线测量装置中使用的传感器 部的结构的立体图。另外，与图2相同的符号表示同一部分。

如图3所示，传感器部203在深度方向（Z轴方向）上交替地层叠电荷收 集用印刷电路板301和高电压施加用印刷电路板302而构成。电荷收集用印刷 电路板301和高电压施加用印刷电路板302的层叠数是任意的，但最低限各需 要一个。在图示的例子中，电荷收集用印刷电路板301和高电压施加用印刷电 路板302分别每3个地层叠，但实际上例如每50个地层叠。

在电荷收集用印刷电路板301和高电压施加用印刷电路板302之间，配置 有垫片303。通过插入垫片303，在电荷收集用印刷电路板301和高电压施加 用印刷电路板302之间形成电离层。垫片303是绝缘体。在本实施例中，在分 别每51个地层叠电荷收集用印刷电路板301和高电压施加用印刷电路板302 的情况下，电离层的总数是100层。用电离气体充满电离层。在本实施例中， 电离层是大气开放的，使用空气做电离气体。也可以构成为对电离层进行密封， 使用气泵使氩气等电离气体循环。

使用螺钉304来固定层叠后的电荷收集用印刷电路板301、高电压施加用 印刷电路板302、垫片303。另外，如果是能够稳定地层叠、固定电荷收集用 印刷电路板301、高电压施加用印刷电路板302、垫片303的方法，则并不限 于该方法。

电荷收集用印刷电路板301和高电压施加用印刷电路板302是在与深度方 向垂直的面（X-Y平面）的两面上蒸镀电极的玻璃环氧树脂板。电极的材质是 铜，用镍或金电镀。但是，只要是绝缘体，则基板并不限于玻璃环氧树脂。同 样，只要是导体，则电极并不限于铜、镍、金。在本实施例中，电荷收集用印 刷电路板301和高电压施加用印刷电路板302的厚度大致相等，其水等价厚度 都是4.0mm。

接着，使用图4说明在本实施方式的放射线测量装置101的传感器部203 中使用的电荷收集用印刷电路板301的结构。

图4是表示在本发明的一个实施方式的放射线测量装置的传感器部中使 用的电荷收集用印刷电路板的结构的立体图。另外，与图3相同的符号表示同 一部分。

如图4所示，电荷收集用印刷电路板301的正反两面的电极被电气地分割 为3个区域。将包含电荷收集用印刷电路板301的中心的区域（中心区域）作 为小电极（第一电极）401，将围住小电极401的区域作为大电极（第二电极） 402，将最外侧的区域作为保护电极（第三电极）403。小电极401与导线404 连接，大电极402与导线405连接，保护电极403与导线406连接。与小电极 401连接的导线404和与大电极402连接的导线405的另一端通过基板的内层 而与信号处理装置205的输入侧连接。即，导线404将小电极401和信号处理 装置205连接起来，导线405将大电极402和信号处理装置205连接起来。与 保护电极403连接的导线406的一端接地。保护电极403防止从高电压施加用 印刷电路板302向小电极401和大电极402施加泄漏电流。另外，小电极401 和大电极402构成的电极为比由于放射线测量装置101中的散射和漂移而向横 方向二维地以高斯分布形状扩展的射线束（在等中心点为1σ=3~20mm）充分 大的形状。

电荷收集用印刷电路板301的电极具有两面对称构造，与表面同样地，也 从面向背面的电离层收集电荷。导线406`与背面侧的保护电极连接，并接地。 导线404`与背面侧的小电极连接，另外，导线405`与背面侧的大电极连接， 分别与信号处理装置205连接。

另外，在电荷收集用印刷电路板301的四角，形成有用于通过图3所示的 螺钉304的螺钉用孔BH。

接着，使用图5说明在本实施方式的放射线测量装置101的传感器部203 中使用的高电压施加用印刷电路板302的结构。

图5是表示本发明的一个实施方式的用于放射线测量装置的传感器部的 高电压施加用印刷电路板的结构的立体图。另外，与图3相同的符号表示同一 部分。

如图5所示，高电压施加用印刷电路板302的电极被电气地分割为2个区 域。将中心区域作为高电压施加电极501，将外侧作为保护（guard）电极502。 高电压施加电极501与导线503连接，保护电极502与导线504连接。导线 503将高电压施加电极501和高电压电源204连接起来，将来自高电压电源204 的高电压（绝对值为数千V以下）施加到高电压施加电极501。与保护电极 502连接的导线504的一端接地。保护电极502防止从高电压施加用印刷电路 板302向电荷收集用印刷电路板301的小电极401和大电极402施加泄漏电流。 电荷收集用印刷电路板301的小电极401和大电极402为大致0V，因此在电 离层，在深度方向上产生电场。

高电压施加用印刷电路板302的电极具有两面对称构造，与表面同样地， 也向背面的高电压施加电极施加高电压。导线504`与背面侧的保护电极连接， 并接地。另外，导线503`与背面侧的高电压施加电极连接，与高电压电源204 连接。

另外，在高电压施加用印刷电路板302的四角，形成有用于通过图3所示 的螺钉304的螺钉用孔BH。

另外，如上所述，在本实施例中，为2重同心圆形状，但电荷收集用印刷 电路板301的电极形状是任意的。例如，为了测量横方向的射线量分布形状， 也可以构成为将电极分割为像素状或线条状，从各段独立地取出电离电荷。另 外，只要能够在电离层内形成希望的电场分布，则高电压施加用印刷电路板 302的电极形状也是任意的。

传感器部203具有以上的构造，因此在本实施例中，对于深度方向从电荷 收集用印刷电路板301的中心到相邻的高电压施加用印刷电路板302的中心的 部分为一个传感器。另外，在本实施例中，如上所述，电荷收集用印刷电路板 301和高电压施加用印刷电路板302的厚度大致相等，其水等价厚度都是平均 4.0mm。能够无视电离层中的射线束的能量损失，因此，各传感器的水等价厚 度也为平均4.0mm。

电荷收集用印刷电路板301和高电压施加用印刷电路板302的实际厚度分 别约为2mm。成为电离层的电荷收集用印刷电路板301和高电压施加用印刷 电路板302之间的空间的厚度为2mm。因此，在本实施例中，各传感器的厚 度也同样为平均4.0mm。但是，传感器的厚度和水等价厚度并不必须一致。

各传感器的水等价厚度为平均4.0mm，因此，在不使用量程漂移器201 的情况下，本实施例的放射线测量装置101能够以4.0mm的间隔测量布拉格 曲线。

再次在图2中，信号处理装置205独立地对每个传感器累计传感器部203 的各层的小电极和大电极所收集到的电离电荷。同样，信号处理装置205也对 从射线量监视器（未图示）输出的电离电荷进行累计。对每个点的射线束的照 射量进行监视，因此，在照射视野形成装置110内的射线束通过位置具备射线 量监视器112。射线量监视器112是平行平板型电离箱，向信号处理装置205 输出与电离层中的射线束的能量损失成正比的电离电荷。最终，信号处理装置 205对电离电荷的累计结果进行数值化，发送到主控制装置206。主控制装置 206按照从射线量监视器得到的累计值，对从传感器部203得到的累计值进行 标准化，对因射线束照射量的变动造成的测量结果的偏差进行修正。

如本实施例那样，将由电离层、隔着电离层配置的2个电极构成的放射线 传感器称为电离箱。本实施例的传感器部203可以说具有在深度方向层叠电离 箱的构造。

电离箱可以被置换为半导体检测器、闪烁计数器。即，即使传感器部203 具有在深度方向上层叠半导体检测器、闪烁计数器的构造，也能够得到与本实 施例同样的效果。这2个装置响应在内部产生的放射线的能量损失，输出电信 号。一般，半导体检测器是将p型半导体和n型半导体接合所得的半导体元件。 在作为放射线传感器使用时，向元件施加逆电压，使接合部的空穴层（空穴層） 扩大。空穴层表示出电离层的作用，如果入射放射线，则生成与其能量损失量 成正比的个数的空穴/电子对。空穴/电子对依照空穴层内的电场的方向而漂移， 与电离箱同样地，作为电荷从与p型和n型半导体连接的电极向信号处理装置 205输出。

闪烁计数器是由萤光物质（NaI结晶、GSO结晶、有机EL等）和光检测 器（光电子倍增管等）构成的放射线传感器。萤光物质表示出电离层的作用， 如果入射放射线，则发出与其能量损失量成正比的量的萤光。光检测器生成与 发光量成正比的电荷，输出到信号处理装置205。

接着，使用图6和图2，说明在本实施方式的粒子线治疗装置中使用的放 射线测量装置101的校正方法。

图6是在本发明的一个实施方式的粒子线治疗装置中使用的放射线测量 装置的校正方法的说明图。

在进行放射线测量装置101的校正的情况下，进行图6（A）所示的第一 测量、图6（B）所示的第二测量。例如在图6（A）所示的例子中，传感器部 203交替地层叠有4个电荷收集用印刷电路板301A、301B、……、3个高电 压施加用印刷电路板302A、302B、……。由第一电荷收集用印刷电路板301A 的右侧一半和第一高电压施加用印刷电路板302A的左侧一半、位于其间的成 为电离层的空间构成第一传感器S1。另外，由第一高电压施加用印刷电路板 302A的右侧一半、第二电荷收集用印刷电路板301B的左侧一半、位于其间 的成为电离层的空间构成第二传感器S2。进而，由第二电荷收集用印刷电路 板301B的右侧一半和第二高电压施加用印刷电路板302B的左侧一半、位于 其间的成为电离层的空间构成第三传感器S3。一个传感器的厚度l1为平均 4.0mm。

最初，进行图6（A）所示的第一测量。将放射线测量装置101固定在质 子线照射装置102的照射室（未图示）的患者座椅114上。接着，图2所示的 主控制装置206向座椅驱动控制装置116发送控制信号，座椅驱动控制装置 116使患者座椅114可动，将患者定位用激光标志作为基准进行放射线测量装 置101的定位。在本实施例中，进行定位使得射线束轴通过传感器部203各层 的小电极401的中心。也可以代替患者座椅，而制作放射线测量装置101专用 的定位用可动夹具而使用。

在定位结束后，在控制室中，使用主控制装置206进行放射线测量装置 101的测量控制和质子线照射装置102的射线束照射控制。首先，主控制装置 206接通量程漂移器驱动控制装置202、高电压电源204、信号处理装置205 的电源。向高电压施加用印刷电路板302的高电压施加电极501施加高电压， 在电离层中产生深度方向的电场。在本实施例中，相对于接地0V，向高电压 施加电极501施加负极的高电压。量程漂移器201的全部能量吸收体201A在 从射线束通过位置偏离的状态下待机。

操作者从主控制装置206设定质子线照射装置102的照射条件（射线束能 量、照射点位置、照射点数等），指示射线束照射开始。如果接收到射线束照 射开始的指示，则质子线照射装置102向主控制装置206发送照射开始信号。 如果接收到照射开始信号，则主控制装置206向信号处理装置205发送测量开 始信号。如果接收到测量开始信号，则信号处理装置205开始对输入到自身的 电荷进行累计。然后，通过同步加速器108加速后的射线束经过质子线输送装 置104射出到旋转式照射装置105，操作者依照对主控制装置206设定的条件， 使射线束照射到放射线测量装置101。

如果射线束通过电离层，则生成与电离层中的射线束射线量成正比的个数 的离子对、即成对的正离子和电离电子。生成的离子对与电场的方向平行地漂 移。对放射线测量装置101进行定位使得射线束轴通过各层的小电极401的中 心，因此，在相对于射线束轴的距离不满小电极401的半径的位置生成的电离 电子到达小电极401，在相对于射线束轴的距离为小电极401的半径以上并且 不满大电极402的半径的位置生成的电离电子到达大电极402。与到达小电极 401和大电极402的电子的个数成正比地，在分别连接的导线404、导线405、 导线404`、导线405`中产生电荷。信号处理装置205分别独立地对在射线束 照射中输入的电荷、即与电荷收集用印刷电路板301的小电极401连接的导线 404、导线404`产生的电荷、在与大电极402连接的导线405、导线405`所产 生的电荷进行累计。进而，信号处理装置205还对从射线量监视器112输出的 电离电荷进行累计。

如果依照操作者所设定的条件完成射线束照射，则质子线照射装置102 向主控制装置206发送照射结束信号。如果接收到照射结束信号，则主控制装 置206向信号处理装置205发送测量结束信号。如果接收到测量结束信号，则 信号处理装置205停止电荷的累计，对从传感器部203各层的大电极和小电极 得到的电离电荷的累计值进行数值化，作为第一测量结果发送到主控制装置 206。另外，还对从射线量监视器112得到的电离电荷的累计值进行数值化， 发送到主控制装置206。主控制装置206记录被发送的累计值。进而，主控制 装置206用从射线量监视器得到的累计值对从传感器部203得到的累计值进行 标准化，同样进行记录。在记录结束后，信号处理装置205对记录在自身的全 部累计值进行归零。以上是第一测量。

接着，进行图6（B）所示的第二测量。首先，虚拟吸收体驱动控制装置 209将虚拟吸收体208设置在从传感器部203看在射线束前进方向的上游具有 的安装在传感器部203上的固定夹具601上并固定。即，这时，虚拟吸收体 208被正好设置在传感器部203的测量方向的前方并且射线束的通过线上的位 置。通过利用固定夹具601，容易地设置虚拟吸收体208，能够缩短校正的时 间。在本实施例中，作为虚拟吸收体208，使用预备的高电压施加用印刷电路 板302。因此，虚拟吸收体208的水等价厚度约为4.0mm。进而，主控制装置 206向座椅驱动控制装置116发送控制信号，座椅驱动控制装置116使用患者 座椅114，使传感器部203向射线束前进方向移动一个传感器的平均厚度l1（在 此为4.0mm）。如图示那样，在图6（A）所示的第一测量时，使传感器部203 在射线束前进方向上移动，使得如图6（B）所示那样第一传感器S1位于射线 束前进方向上第二传感器S2位于的位置。即，在图示的例子中，射线束前进 方向的移动量是4.0mm。使传感器部203移动的理由是：如果物理的测量位置 变化，则越是从射线源远离的位置，则射线束的粒子密度越减少，通过相同的 能量的质子线测量的射线量也变化。

在患者座椅的移动结束后，操作者与第一测量同样地设定质子线照射装置 102的照射条件，向主控制装置206指示射线束的照射开始。信号处理装置205 开始进行电荷的累计，依照设定条件向放射线测量装置101照射射线束。

如果射线束照射结束，接收到测量结束信号，则信号处理装置205停止电 荷的累计，对从传感器部203各层的大电极和小电极得到的电离电荷的累计值 进行数值化，作为第二测量结果发送到主控制装置206。另外，还对从射线量 监视器112得到的电离电荷的累计值进行数值化，发送到主控制装置206。主 控制装置206记录被发送的累计值。进而，主控制装置206用从射线量监视器 112得到的累计值对从传感器部203得到的累计值进行标准化，同样进行记录。 在记录结束后，信号处理装置205对记录在自身的全部累计值进行归零。以上 是第二测量。

以下，说明使用通过第一测量得到的测量结果和通过第二测量得到的测量 结果，取得每个传感器的校正系数的步骤。

在没有设置虚拟吸收体208的测量（第一测量）中，设从面向从传感器部 203的表面数第i个电离层（以下称为电离层i）的小电极401得到的累计电荷 为Qs（i），从大电极402得到的累计电荷为Ql（i）。

另外，在设置了虚拟吸收体208的测量（第二测量）中，设从面向电离层 i的小电极401得到的累计电荷为qs（i），从大电极402得到的累计电荷为ql （i）。通过主控制装置206，用从射线量监视器112得到的在取得第一测量结 果和第二测量结果的期间射出的射出射线量的累计值，对这些值进行标准化。 如果假设在各层之间没有测量结果的偏差的理想的放射线测量装置101，则这 些累计电荷满足以下的公式（1）、公式（2）。

Qs（i+1）=qs（i）    ……（1）

Ql（i+1）=ql（i）    ……（2）

因此，如果设从面向电离层i的小电极401得到的累计电荷所对应的校正 系数为Cs（i），从大电极402得到的累计电荷所对应的校正系数为Cl（i），则 通过本实施例的放射线测量装置101得到的累计电荷满足以下的公式（3）、公 式（4）。

Cs（i+1）×Qs（i+1）=Cs（i）×qs（i）    ……（3）

Cl（i+1）×Ql（i+1）=Cl（i）×ql（i）    ……（4）

如果对这些公式进行变形，则用以下的公式（5）、公式（6）表示Cs（i+1）、 Cl（i+1）。

Cs（i+1）=Cs（i）×qs（i）/Qs（i+1）    ……（5）

Cl（i+1）=Cl（i）×ql（i）/Ql（i+1）    ……（6）

进而，如果设为Cs（1）=Cl（1）=1，对该渐变公式（5）、（6）进行求 解，则得到以下的公式（7）、（8）。

Cs（i）=qs（i-1）×qs（i）×……×qs（2）×qs（1）

/（Qs（i）×Qs（i-1）×……×Qs（3）×Qs（2）） （i>1）……（7）

Cl（i）=ql（i-1）×ql（i）×……×ql（2）×ql（1）

/（Ql（i）×Ql（i-1）×……×Ql（3）×Ql（2）） （i>1）……（8）

最后，如果分别用从i=1到i=N的平均值Csa、Cla对公式（7）和公式（8） 进行标准化，则作为公式（9）、公式（10）得到真正的校正系数Cs`（i）、Cl` （i）。在此，用以下的公式（11）、公式（12）来表示平均值Csa、Cla。

Cs`（i）=Cs（i）/Csa    ……（9）

Cl`（i）=Cl（i）/Cla    ……（10）

Csa=∑Cs（i）/N      ……（11）

Cla=∑Cl（i）/N      ……（12）

在此，N表示电离层的总数，在图6的例子中是6。由于假定了Cs（1） =Cl（1）=1，所以公式（7）和公式（8）的比不正确。但是，校正系数与电离 层的厚度的偏差和信号处理装置的增益的偏差成正比，因此如果各层的小电极 401和大电极402共用电离层，并且与同一信号处理装置205连接，则可以认 为Cs（i）和Cl（i）的平均值一致。因此，通过用平均值进行的标准化，能够 得到正确的校正系数。所得的校正系数被记录在主控制装置206中。

在本实施例中，作为虚拟吸收体208使用了预备的高电压施加用印刷电路 板302，但只要与放射线对应的虚拟吸收体208的水等价厚度与各传感器的平 均水等价厚度4.0mm大致一致，则通过任意的虚拟吸收体208都能够得到与 本实施例同样的效果。因此，能够用构成传感器部203的传感器自身来替换虚 拟吸收体208。例如，假设存在由层叠传感器部203所得的半导体检测器构成 的放射线测量装置101。在该情况下，将以预备等为目的在传感器部203中不 使用的半导体检测器用作虚拟吸收体208，也能够得到与本实施例同样的效 果。在将半导体检测器置换为电离箱、闪烁计数器的情况下，也能够得到同样 的效果。

另外，在以上的说明中，虚拟吸收体208通过虚拟吸收体驱动控制装置 209驱动，但也能够通过量程漂移器驱动控制装置202驱动。由此，不需要另 外具备虚拟吸收体驱动控制装置209，在减少校正所需要的设备的同时，能够 起到与前面说明的实施方式相同的效果。

另外，也能够通过量程漂移器201来实现与虚拟吸收体208等价的作用。 例如，在需要水等价厚度为4.0mm的虚拟吸收体208的情况下，通过将水等 价厚度为0.8mm和水等价厚度为3.2mm的能量吸收体201A插入到射线束中， 能够得到与插入虚拟吸收体208等价的效果。对于量程漂移器，能够通过能量 吸收体201A的组合来作成多个水等价厚度，因此即使是层叠了水等价厚度与 本实施方式不同的传感器所得的放射线测量装置，不专门准备虚拟吸收体 208，也能够起到与本实施方式同样的效果。

另外，也可以按照相反的顺序来实施第一测量和第二测量。这时，首先在 设置了虚拟吸收体208的状态下，实施质子线的照射，使用放射线测量装置 101进行测量，取得第一测量结果。接着，从质子线的照射轴上除去虚拟吸收 体208，主控制装置206向座椅驱动控制装置116发送控制信号，座椅驱动控 制装置116使用患者座椅114，使传感器部203向与射线束前进方向相反一侧 （质子线照射装置102侧）移动一个传感器的平均厚度l1（在此为4.0mm）。 在结束该移动后，在与前面的照射相同的条件下，实施质子线照射进行测量， 取得第二结果。对于所得到的结果，进行从公式1到公式12的计算，由此能 够得到校正系数。

图7是在本发明的一个实施方式的粒子线治疗装置中使用的放射线测量 装置101的校正结果的说明图。使用它说明在本实施方式的粒子线治疗装置中 使用的放射线测量装置101的校正结果。

图7针对在深度方向上形成能量200MeV的质子射线束的射线能量赋予的 分布（布拉格曲线），表示出使用图2所示的放射线测量装置101进行测量的 结果。

图7的横轴表示相对于水面的深度，纵轴表示射线能量赋予的相对值。为 了比较，还表示出不进行校正时的结果。白圈是校正前，黑圈表示校正后。

通过本实施方式，对每个传感器的测量值的偏差进行校正，得到平滑的分 布。

这样，根据本实施方式，在放射线的前进方向上层叠了2个以上的传感器 的放射线测量装置中，不使用水仿真模型测量装置，就能够在短时间并且容易 地校正每个传感器的输出的偏差。能够减轻操作者的负担，缩短粒子线治疗装 置的调整、质量保证所需要的时间。

接着，说明使用本实施例的放射线测量装置101测量质子线的布拉格曲线 的步骤。首先，在质子线照射装置102的照射室中，将放射线测量装置101 固定在患者座椅114上。接着，使患者座椅114可动，以患者定位激光标志为 基准，进行放射线测量装置101的定位。在本实施例中，进行定位使得射线束 轴通过传感器部203各层的小电极401的中心。在定位结束后，操作者通过主 控制装置206接通量程漂移器驱动控制装置202、高电压电源204、信号处理 装置205的电源。量程漂移器201的全部能量吸收体201A在从射线束通过位 置偏离的状态下待机。

接着，操作者对主控制装置206设置希望的测量间隔。在本实施例中，设 想射线束的入射能量高的条件、即能够得到粗的布拉格峰值的情况下的布拉格 曲线测量，而将测量间隔设定为比较宽的1.0mm。进而，操作者从主控制装置 206设定质子线照射装置102的照射条件（射线束能量、照射点位置、照射点 数等），指示射线束照射开始。信号处理装置205开始电荷的累计，依照操作 者对主控制装置206设定的条件，向放射线测量装置101照射射线束。在布拉 格曲线测量中，向射线束轴上的点照射射线束，因此不对照射视野形成装置 110所具备的扫描电磁铁进行励磁。

如果射线束的照射结束，接收到测量结束信号，则信号处理装置205停止 电荷的累计，对从传感器部203的各层的大电极和小电极得到的电离电荷的累 计值进行数值化，发送到主控制装置206。另外，还对从射线量监视器112得 到的电离电荷的累计值进行数值化，发送到主控制装置206。主控制装置206 记录被发送的累计值。进而，主控制装置206用从射线量监视器112得到的累 计值对从传感器部203得到的累计值进行标准化，同样进行记录。在记录结束 后，信号处理装置205对记录在自身的全部累计值进行归零。

接着，主控制装置206向量程漂移器驱动控制装置202指示插入能量吸收 体201A。在本实施例中，首先插入水等价厚度0.2mm和0.8mm的能量吸收体 201A。如果能量吸收体201A的插入结束，则在最初操作者设定的条件下，主 控制装置206再次向质子线照射装置102指示射线束照射。信号处理装置205 开始电荷的累计，向放射线测量装置101照射射线束。如果射线束照射结束， 接收到测量结束信号，则信号处理装置205停止电荷的累计，对从传感器部 203各层的大电极和小电极得到的电离电荷的累计值进行数值化，发送到主控 制装置206。另外，还对从射线量监视器112得到的电离电荷的累计值进行数 值化，发送到主控制装置206。主控制装置206记录被发送的累计值。进而， 主控制装置206用从射线量监视器112得到的累计值对从传感器部203得到的 累计值进行标准化，同样进行记录。在记录结束后，信号处理装置205对记录 在自身的全部累计值进行归零。

进而，主控制装置206向量程漂移器驱动控制装置202指示插入水等价厚 度0.4mm和1.6mm的能量吸收体201A。从射线束通过位置排出水等价厚度 0.2mm和0.8mm的能量吸收体201A。如果能量吸收体201A的插入、排出结 束，则在最初操作者设定的条件下，主控制装置206再次向质子线照射装置 102指示射线束照射。按照测量间隔1.0mm测量布拉格曲线，因此重复进行测 量，使得插入到射线束轴上的能量吸收体201A的合计的水等价厚度成为 0.0mm（能量吸收体201A完全脱离射线束通过位置的状态）、1.0mm、2.0mm、 3.0mm。如果这样使量程漂移器动作，则操作者使用以4mm间隔具有传感器 的本实施例的放射线测量装置101，能够以1mm的刻度测量布拉格曲线。

在所插入的能量吸收体201A的水等价厚度为r时，设从面向电离层i的 小电极401得到的累计电荷为Qs（i，r），从大电极402得到的累计电荷为Ql （i，r）。通过主控制装置206用从射线量监视器112得到的累计值对这些值进 行标准化。另外，主控制装置206根据所记录的校正系数Cs`（i）、Cl`（i）， 对这些值进行校正。如果全部的测量结束，则主控制装置206将Qs（i，r）和 Ql（i，r）相加而得到Q（i，r）。即，Q（i，r）=Qs（i，r）+Ql（i，r）。由 操作者事先测量电荷收集用印刷电路板301、高电压施加用印刷电路板302、 电离层的水等价厚度，登记到主控制装置206中，根据该信息，主控制装置 206将Q（i，r）变换为Q（x）。x是相对于水面的深度。进而，主控制装置 206将Q（x）乘以换算系数而换算为水中射线量D（x）。由操作者事先将换 算系数登记在主控制装置206中。

小电极401和大电极402构成的电极捕获向横方向二维地以高斯分布形状 扩展的扫描照射法的大致全部射线束。因此，入射到与小电极401和大电极 402相接的电离层的粒子数n不依赖于相对于水面的深度x而被看作为固定。 根据D（x）=LET（x）×n/S/ρ，主控制装置206将D（x）变换为LET（x）。 S是由小电极401和大电极402构成的电极的面积。主控制装置206将与x有 关的LET（x）的分布、即布拉格曲线显示在显示器（未图示）上。对显示在 显示器上的布拉格曲线进行确认、分析，操作者对质子线照射装置102的调整 结果和性能进行评价。由操作者根据加速器的积蓄电荷来估算n的值，并记录、 登记在主控制装置206中。在未登记的情况下，将LET（x）的相对分布显示 在显示器上。

另外，如果使用本实施例的放射线测量装置101，则能够测量体积照射时 的深部射线量分布。体积照射是指依照上述扫描照射法的步骤，在被照射体的 任意区域（被称为患部、目标）形成均匀射线量分布。

在进行体积照射的情况下，如果对第一个点赋予了既定射线量，则质子线 照射装置102停止射线束的照射，向下一个既定点扫描射线束。在横方向上扫 描射线束的情况下，使用照射视野形成装置110所具备的扫描电磁铁。如果针 对某深度对全部的点赋予了既定射线量，则在深度方向上扫描射线束。通过安 装在同步加速器108或照射视野形成装置110等中的量程漂移器（未图示）， 变更射线束的能量，由此实现向深度方向的射线束扫描。最终对全部的点赋予 均匀的射线量。

在使用本实施例的放射线测量装置101测量体积照射时的深部射线量分 布的情况下，测量间隔的设定等操作、对每个设定的间隔的测量操作与布拉格 曲线测量时一样。但是，在体积照射的射线量测量中，只输出小电极的输出 Qs这一点与布拉格曲线测量时不同。

设在对放射线测量装置101所具备的量程漂移器进行操作，插入的能量吸 收体201A的水等价厚度为r时，从面对电离层i的小电极401得到的累计电 荷为Qs（i，r）。由主控制装置206用从射线量监视器得到的累计值对这些值 进行标准化。另外，主控制装置206根据所记录的校正系数Cs`（i），对这些 值进行校正。如果全部的测量结束，则主控制装置206将Qs（i，r）变换为 Qs（x）。x是相对于水面的深度。由操作者事先测量电荷收集用印刷电路板 301、高电压施加用印刷电路板302、电离层的水等价厚度，登记到主控制装 置206中，主控制装置206根据该信息，将Qs（i，r）变换为Qs（x）。进而， 主控制装置206将Qs（x）乘以换算系数而换算为水中射线量D（x），针对x 显示在显示器上。由操作者事先将换算系数登记在主控制装置206中。如果小 电极401的面积比横方向的照射范围充分小，则通过测量得到的射线量与放射 线测量装置101中的小电极401中心的局部的射线量等价。能够将深部射线量 分布输出到显示器208上，由操作者对其结果进行确认、分析，能够对质子线 照射装置102的调整结果和性能进行评价。

另外，本实施方式的放射线测量装置101还能够测量使用了散射体照射法 的质子线照射装置的深部射线量分布。即，还能够在用于散射体照射法的质子 线照射装置的调整和性能评价中使用本实施例的放射线测量装置101。

以下说明作为散射体照射法的代表例子的沃布拉（wobbler）照射法。使 用了沃布拉照射法的质子线照射装置具有与使用了扫描照射法的质子线照射 装置102大致相同的构造，因此使用图1进行说明。在沃布拉照射法中，在照 射视野形成装置110的内部的射线束通过位置追加散射体、准直仪、注射器、 放大布拉格曲线形成滤波器（未图示）。

在沃布拉照射法中，圆形地扫描通过散射体而扩散的射线束，形成在横方 向上均匀的射线量分布。在横方向上圆形地扫描射线束，因此，扫描电磁铁电 源（未图示）周期地进行正负反转，相位针对每个扫描电磁铁错开90°，将 最大电流值相等的交流电流供给扫描电磁铁。最大电流值决定了射线束扫描路 径的半径。操作者根据输入到主控制装置206的患部的大小和射线束的入射能 量，决定扫描电磁铁电源所提供的最大电流值。另外，照射视野形成装置110 决定了散射体的厚度。准直仪与患部的形状一致地变形为适当的形状，降低患 部区域以外的辐射。其结果是照射射线量集中在设定的患部区域中，在横方向 上形成尽量均匀的射线量分布。作为在横方向上形成均匀射线量分布的单元， 2重散射体法也是有效的。2重散射体法代替扫描电磁铁而将2重类的散射体 配置在射线束通过位置。

在散射体照射法中，使用放大布拉格曲线形成滤波器形成在深度方向均匀 的射线量分布。与操作者输入到主控制装置206的患部的深度一致地，质子线 照射装置102调整射线束能量，使射线束的到达深度与患部区域一致。通过安 装在同步加速器108或照射视野形成装置110等中的量程漂移器（未图示）， 变更射线束的能量。另外，照射视野形成装置110将适合于向深度方向的患部 区域的宽度、射线束的能量的放大布拉格曲线形成滤波器（以下简称为SOBP （Spread Out Bragg Peak）滤波器）配置在射线束通过位置。

说明SOBP滤波器的功能。SOBP滤波器在射线束通过的面上具有厚度不 同的台阶状的构造。通过适当的分配使射线束通过SOBP滤波器的各段，由此 对单一能量的射线束施加适当分配的能量分布，使单一能量的粒子线在深度方 向上形成的布拉格峰值与患部形状一致地放大。在SOBP滤波器中，有隆起滤 波器、射程调制轮。

另外，在散射体照射法中，操作者将适合于患部形状的形状的注射器设置 在照射视野形成装置110中。注射器与患部形状一致地在横方向的每个位置调 整射线束的到达深度。

在上述的以沃布拉照射法为代表的散射体照射法中，还与测量上述体积照 射时的射线量分布时同样地利用放射线测量装置101，由此能够向显示器208 输出深部射线量分布，操作者能够对质子线照射装置102的调整结果和性能进 行评价。

如以上说明的那样，根据本实施方式，在放射线的前进方向上层叠了2 个以上的传感器所得的放射线测量装置中，不使用水仿真模型测量装置，就能 够在短时间并且容易地校正每个传感器的输出的偏差，能够减轻操作者的负 担，缩短粒子线治疗装置的调整、质量保证所需要的时间。

附图标记说明

101：放射线测量装置；102：质子线照射装置；103：质子线发生装置； 104：质子线输送装置；105：旋转式照射装置；106：离子源；107：前级加速 器；108：同步加速器；109：出射偏转器；110：照射视野形成装置；112：射 线量监视器；114：患者座椅；116：患者座椅驱动控制装置（传感器部驱动控 制装置）；201：量程漂移器；201A：能量吸收体；202：量程漂移器驱动控制 装置；203：传感器部；204：高电压电源；205：信号处理装置；206：主控制 装置；208：虚拟吸收体；209：虚拟吸收体驱动控制装置；301：电荷收集用 印刷电路板；302：高电压施加用印刷电路板；303：垫片；304：螺钉；401： 小电极（第一电极）；402：大电极（第二电极）；403：保护电极（第三电极）； 404、405、406、503、504：导线；501、603：高电压施加电极；502：保护电 极；601：固定夹具。