CN103656877A - 放射线治疗计划装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种放射线治疗计划装置，根据操作者设定的关于照射方向、处方剂量等的条件，缩短通过反复计算来计算最佳的照射条件时的计算时间。根据照射到点的射束的轴与计算点之间的距离，将从照射到照射位置的射束向计算点的关于放射剂量的贡献，即放射剂量阵列A、B分割为照射至各点的射束向相距射束轴的距离为L以下的目标区域内的计算点的放射剂量阵列A_M、B_M，和向相距射束轴的距离比L大的目标区域内的计算点的放射剂量阵列A_S、B_S，同时在进行反复计算时，将包含放射剂量阵列A_S、B_S的

看作常数。此外，在满足更新条件的情况下，使用在该时刻计算出的点照射量

和放射剂量阵列A、B的值，对目标函数进行再计算并进行更新。

Description

放射线治疗计划装置

技术领域

本发明涉及放射线治疗计划装置。

背景技术

在放射线治疗中，通过对成为目标的肿瘤细胞照射放射线来进行治疗。在使用放射线的治疗中，X射线被最广泛地利用，但是，治疗中使用向目标的放射剂量集中性高的、以质子射线、碳离子线为代表的粒子射线（带电粒子束）的需要增大。

在放射线治疗中，过度照射、照射量不足可能会导致对肿瘤以外的正常组织的副作用、肿瘤的再发。在粒子射线治疗装置中，要求对肿瘤区域尽可能准确地、尽可能集中地照射指定的放射剂量。

在粒子射线治疗中，作为使放射剂量集中的方法，扫描法逐渐被广泛利用。这是一种通过利用二组的扫描电磁铁使微细粒子束发生偏转，并引导至平面内的任意位置，进行照射以便涂满肿瘤内部，并仅对肿瘤区域赋予高的放射剂量的方法。

在扫描法的情况下，具有基本上不需要为了在散射体照射法中使分布形成为肿瘤形状而使用的准直仪等的患者固有的器具的优点。此外，还具有能够容易地形成各种分布的优点。

为了实现该扫描法，在实际照射前，使用放射线治疗计划装置生成计划的过程是极其重要的。放射线治疗计划装置，基于根据CT图像等得到的患者体内信息，通过数值计算来对患者体内的放射剂量分布进行仿真。操作者在参照放射线治疗计划装置的计算结果的同时，决定照射粒子射线的方向、粒子束能量、照射位置、照射量等照射条件。

以下，简单描述其一般性的过程。

操作者首先输入应该照射放射线的目标区域。主要使用CT图像，在图像的各断层（slice）中输入作为目标的区域。操作者将输入的数据登录到放射线治疗计划装置，由此，输入的数据作为3维区域数据被存储在放射线治疗计划装置上的存储器中。如果需要，则同样输入并登录应该把放射线的照射量抑制到极低的重要器官的位置。

接着，操作者针对已登录的各个区域，设定成为应作为目标的放射剂量值的处方剂量。对先被登录的目标区域、以及重要器官，来进行设定。例如，如果是目标区域，则指定对于使肿瘤坏死的充分的放射剂量。大多情况下，指定应该对目标区域照射的放射剂量的最大值和最小值。另一方面，对于重要器官，确定作为能够耐受的最大放射剂量值的容许放射剂量。在有多个目标区域、重要器官的情况下，还能够将相对的重要度设定为权重。

接着，决定实现满足处方剂量的放射剂量分布的照射条件。操作者在得到认为妥当的放射剂量分布之前，使用放射线治疗计划装置，来调整与应该确定的照射条件相关的参数。为了高效率地确定这些参数，例如专利文献1和非专利文献1中记载了广泛被采用的使用对来自处方剂量的偏差进行数值化的目标函数。定义目标函数以使放射剂量分布越满足处方剂量而值越小，通过反复计算来探索使其成为最小的这样的参数设定，由此计算最佳的照射条件。

作为通过目标函数决定的参数的例子，有粒子射线扫描照射中向各点的照射量（以下称为点照射量）。作为使用目标函数的、参数的探索方法的一例，有非专利文献1中提出的点照射量的探索方法。在该探索方法中，将来自向各点照射的射束的、赋予目标区域或重要器官内的计算点的放射剂量，以放射剂量阵列进行表示，每次探索点照射量时，根据放射剂量阵列计算目标函数。

此外，在扫描照射法中，已知如非专利文献2中所记载的那样，由于水中的核反应、照射装置内的散射的影响使得射束直径变大。

[专利文献1]日本特开2002-263208号公报

[非专利文献1]A Lomax,“Intensity modulation methods for protonradiotherapy”Phys.Med.Biol.44(1999)185-205。

[非专利文献2]E Pedroni et al.,“Experimental characterization and physicalmodeling of the dose distribution of scanned proton pencil beams”Phys.Med.Biol.50(2005)541-561。

发明内容

如上述，在非专利文献1中提出的点照射量的探索方法中，每次探索点照射量时，需要根据放射剂量阵列，计算目标函数。但是，在扫描照射法中，由于水中的核反应、照射装置内的散射的影响，使射束直径变大（非专利文献2）。当射束直径变大时，用于照射量的探索的放射剂量阵列中，非零要素增加，因此，反复计算的计算量增大，且计算时间显著增加。

本发明的目的在于，能够提供一种放射线治疗计划装置，该放射线治疗计划装置能够根据操作者设定的关于照射方向、处方剂量等的条件，通过反复计算缩短计算最佳的照射条件时的计算时间。

为了实现上述目的，本发明的生成用于照射放射线来进行治疗的治疗计划的放射线治疗计划装置的特征在于，具备：输入装置，其输入应该对照射的放射线进行控制的特定区域、操作者决定的照射条件、其他必要信息；存储装置，其存储通过该输入装置输入的所述特定区域的位置信息、所述操作者决定的照射条件、其他必要信息；运算装置，其根据所述存储装置中存储的所述特定区域的位置信息、所述操作者决定的照射条件，设定目标函数，并进行反复计算，由此，计算使所述目标函数的值达到最小的照射参数，其中，所述运算装置在所述特定区域内设定多个照射位置和多个计算点，根据照射到各照射位置的射束的射束轴与所述多个计算点的每一个之间的距离，将从所述照射到各照射位置的射束向所述多个计算点的关于放射剂量的贡献分割为包含射束轴附近成分和射束轴远处成分的至少2个成分的多种成分，来设定所述目标函数，并且，在进行所述反复计算时，将所述多个成分中的所述射束轴远处成分看作常数，仅在满足预先设定了的更新条件的情况下，包含所述射束轴远处成分地使用在该时刻的照射参数再计算对所述多个计算点赋予的放射剂量，并运算目标函数。

根据本发明，能够根据操作者设定的关于照射方向、处方剂量等条件，通过反复计算缩短计算最佳的照射条件时的计算时间。

附图说明

图1是表示本发明的放射线治疗计划装置的实施方式的放射线治疗计划装置的设备概要的图。

图2是表示使用本发明的放射线治疗计划装置的实施方式的治疗计划制定流程的流程图。

图3是表示在本发明的放射线治疗计划装置的实施方式的治疗计划制定时，装置所进行的处理功能的流程图。

图4是表示在本发明的放射线治疗计划装置的实施方式中，操作者在显示装置的区域输入画面中输入CT图像某断层上的目标区域和重要器官，并登录后的状态的图。

图5是表示在本发明的放射线治疗计划装置的实施方式的治疗计划制定时，装置所进行的处理功能的具体例的流程图。

图6是表示本发明的放射线治疗计划装置的实施方式的最优化计算的反复次数与目标函数的值之间的关系的图。

图7是表示现有的放射线治疗计划装置的治疗计划制定时，装置所进行的处理功能的具体例的流程图。

符号说明

101  设定制约条件的步骤、

102  设定目标函数的步骤、

103  探索向各点的照射量的步骤、

104  判断是否满足反复计算的结束条件的步骤、

105  结束反复计算的步骤、

201  输入并登录目标区域、重要器官的步骤、

202  设定照射条件、处方剂量的步骤、

203  进行反复计算，并决定包含在照射条件中的参数的步骤、

204  判断所得的放射剂量分布是否妥当的步骤、

205  得到所期望的结果，并输出照射条件的步骤、

301  设定制约条件的步骤、

302  将放射剂量阵列分割为射束轴附近成分和射束轴远处成分来计算的步骤、

303  计算射束轴远处的影响的放射剂量值的步骤、

304  对再计算射束轴远处的影响的放射剂量值的条件进行设定的步骤、

305  设定目标函数的步骤、

306  探索向各点的照射量的步骤、

307  输出目标函数的值的步骤、

308  判断是否满足303中设定的更新条件的步骤、

309  再计算射束轴远处的影响的放射剂量值的步骤、

310  接收308的结果来更新目标函数，并进行设定的步骤、

311  判断是否满足反复计算的结束条件的步骤、

312  结束反复计算的步骤、

401  显示操作者输入的目标区域、重要器官，并将位置存储于存储器的步骤、

402  将照射条件、处方剂量存储于存储器的步骤、

403  设定目标函数的步骤、

404  进行反复计算的步骤、

405  计算放射剂量分布，并显示结果的步骤、

501  显示装置、

502  输入装置、

503  运算处理装置、

504  存储器、

601  被输入、登录的目标区域、

602  被输入、登录的重要器官。

具体实施方式

以下，使用附图来说明本发明的放射线治疗计划装置的实施方式。

使用图1至图7来说明本发明的放射线治疗计划装置的实施方式。

图1是表示本发明的放射线治疗计划装置的实施方式的放射线治疗计划装置的设备概要的图。

在图1中，该实施方式的放射线治疗计划装置由显示装置501、输入装置502、运算处理装置503、存储器（存储装置）504概略地构成。

显示装置501具有区域输入画面，且在该区域输入画面中按断层地显示CT图像等对患者的患处部分进行拍摄后的医学图像信息（断层图像信息）。该图像信息例如存储在放射线治疗计划装置的存储器504中。输入装置502例如是键盘、鼠标。

以下说明使用本实施方式的放射线治疗计划装置的、扫描照射法中粒子射线治疗的治疗计划的制定的细节。

图2是表示使用本发明的放射线治疗计划装置的实施方式的治疗计划制定流程的流程图，图3是表示在本发明的放射线治疗计划装置的实施方式的治疗计划制定时，装置所进行的处理功能的流程图。

首先，操作者在显示装置501的区域输入画面中，使用输入装置502即鼠标等设备，对于CT图像的各断层输入应该指定的区域。这时，在另外有应该极力抑制照射放射剂量的重要器官存在于目标区域的附近等需要评价、控制的区域的情况下，操作者同样地使用输入装置502来输入这些重要器官等的位置（图2的步骤201）。

各层中输入结束时，操作者进行这些输入的区域601、602向放射线治疗计划装置的登录指示操作（图2的步骤201）。结果，操作者所输入的区域被作为3维位置信息保存在放射线治疗计划装置的存储器504中（图3的步骤401）。

图4是表示显示装置501的区域输入画面中所显示的在CT图像某断层上输入并登录了目标区域和重要器官后的状态的图，601是目标区域、602是重要器官。

接着，操作者对于登录后的目标区域601、重要器官602决定并输入照射条件，（图2的步骤202）。即，根据目标区域601、重要器官602的位置，决定照射门数、照射时间。并非是操作者决定全部，也存在由放射线治疗计划装置自动地决定的情况。

如本实施方式，在粒子射线治疗中采用了扫描照射法的情况下，需要决定多数射束的照射位置，各个射束的能量、照射间隔也可以成为应该设定的项目。放射线治疗计划装置根据操作者输入的照射条件来设定这些照射位置、能量、照射间隔等其他的照射条件，并存储在存储器504中。

除此之外，操作者还决定对所登录的各区域601、602的处方剂量。如果是目标区域，则大多情况下该处方剂量是输入该区域内应该接收的放射剂量的最小值、最大值的情况，但是这里指定应该照射至目标区域601中的一个放射剂量值。另一方面，对于重要器官，大多情况下设定容许放射剂量。在该例中，对重要器官602指定容许放射剂量。

如上述设定的照射方向、处方剂量被保存在放射线治疗计划装置的存储器504中（图3的步骤402）。通常，放射线治疗计划装置定义对与处方剂量的偏差进行数值化后的目标函数（图3的步骤403），通过反复计算使该定义了的目标函数最小化，由此，计算剩下的参数（图3的步骤404）。

在如本实施方式采用了光点扫描照射法（spot scanning）的情况下，存在作为使用目标函数进行计算的参数的向各点的照射量（点照射量）。

以往，这里使用例如在非专利文献1中所记载的点照射量的探索方法来决定点照射量。图7是表示使用现有的目标函数的点照射量的探索方法的流程图。以下，使用图7来说明现有的探索方法。

首先，根据操作者设定的处方剂量、重要器官的信息来设定制约条件（图7的步骤101）。接着，放射线治疗计划装置分别将在目标区域内、重要器官内计算放射剂量的点设定为m个、n个，并根据制约条件生成目标函数（图7的步骤102）。这时，如果将以目标区域内的m个计算点处的放射剂量值为要素的矢量设为

则

与以点照射量为要素的矢量

之间的关系，表示为如下式（1）所示：

${\stackrel{\→}{d}}^{\left(1\right)}=A\stackrel{\→}{x}---\left(1\right).$

同样地，以重要器官内的n个计算点的放射剂量值为要素的矢量设为

则

与之间的关系能够表示为如下式（2）所示：

${\stackrel{\→}{d}}^{\left(2\right)}=B\stackrel{\→}{x}---\left(2\right).$

此外，阵列A是从向各点照射的射束对目标区域内的各计算点赋予的关于放射剂量的贡献（以下称为放射剂量阵列）。该放射剂量阵列A根据照射方向、CT图像的体内信息来计算。此外，阵列B是从向各点照射的射束对重要器官内的各计算点赋予的关于放射剂量的贡献（以下同样地称为放射剂量阵列）。该放射剂量阵列B也根据照射方向、CT图像的体内信息来计算。

在此，在所照射的射束的射束直径（在与射束的行进方向垂直的面中的射束大小）小的情况下，不能将放射剂量付与照射到点的射束中的偏离射束轴的计算点。因此，放射剂量阵列的零要素增多。相反地，在射束直径大的情况下，被照射的射束付与放射剂量的范围变大，因此，放射剂量阵列的非零要素增多。

在作为制约条件而针对与目标区域对应的m个点设定了作为目标的放射剂量值p、针对与重要器官对应的n个点设定了容许放射剂量值l的情况下，如下式（3）那样决定目标函数

（数学式1）

$F\left(\stackrel{\→}{x}\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{W_i}^{\left(1\right)}{(d_i^{\left(1\right)}-p)}^2+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{W_i}^{\left(2\right)}{(d_i^{\left(2\right)}-l)}^2\mathrm{\θ}(d_i^{\left(2\right)}-l)...\left(3\right)$

这里，W_i ⁽¹⁾、W_i ⁽²⁾是对应各个点的权重，是与处方剂量一起由操作者输入的值。第一项是相当于目标区域的项，m个点的放射剂量值越接近于作为目标而设定的处方剂量p，

越小。第二项是关于重要器官的项，是不超过容许放射剂量l的放射剂量即可。

是阶梯函数，在

的情况下为0，除此以外的情况下为1。

在现有的放射线治疗计划装置中，在生成了式（3）所示的目标函数之后，重复进行反复计算，直至满足反复计算的结束条件，由此，探索

达到最小的

（图7的步骤103、步骤104、步骤105）。

因此，当射束直径变大时。在放射剂量阵列A、B中非零要素增多，因此，反复计算的计算量增加，并存在计算时间显著增加的问题。

对于这样现有的点照射量的探索方法，在本实施方式中通过采用以下这样的探索方法来缩短计算时间。图5是表示本实施方式的点照射量的探索方法的流程图。以下，使用图5来说明本实施方式的点照射量的探索方法。

首先，放射线治疗计划装置根据操作者输入的处方剂量、重要器官的信息来设定制约条件（图5的步骤301）。

接着，将目标区域内、重要器官内计算放射剂量的点分别设定为m个、n个，并生成目标函数。如上述式（3）那样设定目标函数。但是，本发明将式（3）的

中包含的放射剂量阵列如以下这样进行表示，来生成目标函数。

在本发明中，作为其特征，根据照射至各点的射束的射束轴与计算点之间的距离，将放射剂量阵列A、B分割为射束轴附近成分与射束轴远处成分这两种成分来计算。分割的方法影响目标函数的收敛结果。后面说明分割方法的细节。这里，与成为分割基准的离开射束轴的距离为L。

首先，放射线治疗计划装置将目标区域的放射剂量阵列A分割为射束轴附近成分（放射剂量阵列A_M）和射束轴远处成分（放射剂量阵列A_S）来计算，其中，所述射束轴附近成分是照射到各点的射束对相距射束轴的距离为L以下的目标区域内的计算点的关于放射剂量的贡献，所述射束轴远处成分是对相距射束轴的距离大于L的目标区域内的计算点的关于放射剂量的贡献（图5的步骤302）。在该情况下，放射剂量阵列A，使用放射剂量阵列A_M和放射剂量阵列A_S，被表示为下式（4）。

A=A_M+A_S   （4）

这时，假设A_S的要素比A_M的要素充分地小。

此外，将以成为目标函数的参数的点照射量为要素的矢量写为

的维数是全部点数。

接着，将以目标区域内的m个计算点处的放射剂量值为要素的矢量用

表示时，则与点照射量之间的关系，用下式（5）表示：

${\stackrel{\→}{d}}^{\left(1\right)}=A\stackrel{\→}{x}=A_M\stackrel{\→}{x}+A_S\stackrel{\→}{x}={\stackrel{\→}{d}}_M^{\left(1\right)}+{\stackrel{\→}{d}}_S^{\left(1\right)}---\left(5\right).$

其中，表示对m个计算点赋予的放射剂量值中的、受到射束轴附近（相距射束轴的距离为L以内）的影响的放射剂量值；

表示受到射束轴远处（相距射束轴的距离比L大）的影响的放射剂量值。

同样地，放射线治疗计划装置将重要器官的放射剂量阵列B分割为射束轴附近成分B_M和射束轴远处成分B_S来计算。这时，放射剂量阵列B被表示为下式（6）。

B=B_M+B_S   （6）

此外，将以重要器官内的n个计算点处的放射剂量值为要素的矢量用

表示时，则能够表示为如下式（7）：

${\stackrel{\→}{d}}^{\left(2\right)}=B\stackrel{\→}{x}=B_M\stackrel{\→}{x}+B_S\stackrel{\→}{x}={\stackrel{\→}{d}}_M^{\left(2\right)}+{\stackrel{\→}{d}}_S^{\left(2\right)}---\left(7\right)$

表示对n个点赋予的放射剂量值中的、受到射束轴附近的影响的放射剂量值；

表示受到射束轴远处的影响的放射剂量值。

接着，根据点照射量

的初始值与放射剂量阵列A_S，计算

的初始值（图5的步骤303）。

此外，操作者预先定义更新的条件（更新条件），并通过输入装置502输入，在存储器504中预先进行设定（图5的步骤304）。

之后，在图5的步骤301中，在作为制约条件而设定了对于对应目标区域的m个计算点作为目标的放射剂量值P、对于对应重要器官的n个计算点的容许放射剂量值l的情况下，放射线治疗计划装置使用如上述计算出的A_M、A_S、B_M、B_S，生成如下式（8）这样的目标函数（图5的步骤305）。

（数学式2）

$F\left(\stackrel{\→}{x}\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{W_i}^{\left(1\right)}{({\stackrel{\→}{d}}_{M,i}^{\left(1\right)}+{\stackrel{\→}{d}}_{S,i}^{\left(1\right)}-p)}^2+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{W_i}^{\left(2\right)}{({\stackrel{\→}{d}}_{M,i}^{\left(2\right)}+{\stackrel{\→}{d}}_{S,i}^{\left(2\right)}-l)}^2\mathrm{\θ}({\stackrel{\→}{d}}_{M,i}^{\left(2\right)}+{\stackrel{\→}{d}}_{S,i}^{\left(2\right)}-l)...\left(8\right)$

如上述，W_i ⁽¹⁾、W_i ⁽²⁾是对应各个点的权重，是与处方剂量一起由操作者输入的值。第一项是相当于目标区域的项，m个点处的放射剂量值越接近于作为目标而设定的处方剂量p，

越小。第二项是关于重要器官的项，是不超过容许放射剂量l的放射剂量即可，因此，在

的情况下，

为0。

放射线治疗计划装置在图5的步骤305中生成式（8）的目标函数之后，重复进行反复计算直至满足反复计算的结束条件，由此，探索

达到最小的

并输出其值（图5的步骤306、步骤307）。

本来，在反复计算中，需要每次根据式（5）或者式（7）对进行更新。但是，本实施方式的放射线治疗计划装置在反复计算中将和作为常数处理，由此能够缩短用于更新的计算时间。

这里，如上述，

的初始值根据点照射量

的初始值与放射剂量阵列A_S来计算（图5的步骤303）。在之后的反复计算中，将和作为常数处理。

但是，在持续进行反复计算的过程中，由于点照射量的变化，导致中也发生变化。如果不考虑该

的变化而作为常数来继续执行反复计算，则目标函数的运算值与实际上不将

作为常数处理而计算的情况下的目标函数的运算值的偏离逐渐变大，恐怕难以确保运算出的点照射量

的精度。

为了反映出这样的

的变化，需要适当地对

值进行再计算来更新。

在本实施方式的放射线治疗计划装置中，如上述，操作者预先定义

的更新条件，并通过输入装置502输入，在存储器504中预先进行设定（图5的步骤304）。

然后，放射线治疗计划装置判定是否满足该图5的步骤304中所设定的更新条件（图5的步骤308），在满足的情况下，使用在该时刻计算的点照射量

和放射剂量阵列A、B的值，对目标函数进行再计算，来更新目标函数（图5的步骤309、步骤310）。在该图5的步骤308中使用的更新条件，以反复次数、目标函数的变化量等指标作为基准。

放射线治疗计划装置，如上述图5的步骤306至步骤310所示，在对

的值进行适当更新的同时，也在将反复计算重复进行下去，并判定是否到达了结束条件（图5的步骤311），在满足结束条件的时刻结束反复计算，并结束点照射量的探索（图5的步骤312）。

在反复计算的结束条件中，设定了计算时间、计算次数、目标函数的变化量等指标。

在上述图5的步骤301至步骤312中的点照射量

的探索之后，放射线治疗计划装置根据反复计算的结果最终求出的点照射量，计算放射剂量分布，并将其结果显示在显示装置501中（图3的步骤405）。如果操作者判断为反复计算的结果所得的放射剂量分布满足作为处方剂量所指定的条件，则确定该条件，并根据操作者的指示保存在存储器504中（图2的步骤204、步骤205）。另一方面，在操作者判断为不满足条件的情况下，例如在确认了与被处理的放射剂量有很大不同的区域的情况下，需要变更照射条件，重新制定计划（再次执行图5的步骤301至步骤312）。

本实施方式的放射线治疗计划装置能够显示反复计算中的目标函数的值（式（8）的值）。例如，在图5的步骤306至步骤310中，生成式（8）的目标函数之后，在重复进行反复计算直至满足反复计算的结束条件期间，将反复计算中计算出的的值显示在显示装置501上（图5的步骤307）。图6是表示显示装置501上显示的每个反复计算的目标函数的值的显示例的图。

如图6所示，目标函数的值随着反复次数的增加而逐渐减少，但是更新

和

之后，目标函数的值急剧增加。但是，这之后，目标函数的值急速地减少，形成了图6所示这样的针尖向上的区域。之后，在对

和

再次进行更新之前，目标函数的值继续减少，在对和

进行更新时增加，又急速地减少。通过重复进行这样的反复计算，如图6所示，目标函数的值逐渐收敛。

接着，说明在图5的步骤302中，对式（4）等的放射剂量阵列A、B进行分割时的成为基准的、相距射束轴的距离L的具体决定方法的一例。

例如，在式（4）中，在对距离L设定了过小的值的情况下，式（4）中A_S的要素与A_M的要素相比不会变得充分小，将使用该未变得充分小的A_S，通过式（5）计算的放射剂量

作为常数进行处理时，目标函数可能不会适当地收敛。因此，相距射束轴的距离L与射束直径σ（与射束行进方向垂直的面中的射束大小）相比必须充分大。

例如，在扫描射束的射束形状以正态分布表示的情况下，这里所说的射束直径（尺寸）σ成为正态分布的标准偏差。

然而，根据射束的能量、体内入射后的行进距离，射束直径σ的值发生变化。因此，如果将成为分割的基准的、相距射束轴的距离L设为固定值，则根据照射条件、目标内的位置，L可能不会成为适当值，目标函数可能不会适当地收敛。

因此，在本实施方式的放射线治疗计划装置中，在图5的步骤302中，将放射剂量阵列A（或B）分割为A_M、A_S（或B_M、B_S）来生成时，使用各点的射束直径σ的常数倍，即kσ（k为任意的常数）作为用于分隔的基准，来定义距离L。也就是说，L=kσ。通过将该kσ用作分隔的基准，能够根据射束的能量、照射的射束与计算点的位置关系，使成为分割基准的相距射束轴的距离L发生变化，以适当的比例将放射剂量阵列分割为两个成分。

下面，说明参数k的设定方法的具体例的一例。

如果设定小的值作为k值，则能够缩短照射量的探索时间。但是，如上述，L的值，即kσ的值过小的情况下，目标函数可能不会适当地收敛。因此，在使用所设定的参数k的情况下，需要在判定了是否可以使目标函数适当地收敛的基础上，再决定。通过使用实际治疗中使用的最大能量与最小能量的射束的布勒格峰值附近位置的射束形状的积分信息，能够容易地判断可否进行该收敛。

具体来说，首先，在整个区域对射束形状进行积分，并计算整个放射剂量F_A。接着，使用所设定的k值，在相距射束轴中心±kσ的区域（射束轴附近区域）对射束形状进行积分，来计算射束轴附近区域的放射剂量F_M。根据相对该计算出的射束轴附近区域的放射剂量F_M的整个放射剂量F_A的比例来进行判断（比例是否是预定比率以上等），由此，能够判断所设定的参数k是否能够使目标函数适当地收敛。并且，将被判断为能够使其收敛的参数k，作为用于求出作为分割放射剂量阵列A、B的基准的距离L的L=kσ中的k来使用。

如上所述，在本发明的放射线治疗计划装置的实施方式中，根据照射到点的射束的射束轴与设定了的多个计算点的每一个之间的距离，将从照射到各照射位置的射束向各计算点m、n的关于放射剂量的贡献，即放射剂量阵列，分为照射到各点的射束向相距射束轴的距离为L以下的目标区域内的点的放射剂量阵列（射束轴附近成分）A_M、B_M，和向相距射束轴的距离比L大的目标区域内的点的放射剂量阵列（射束轴远处成分）A_S、B_S，来设定目标函数。此外，在根据操作者决定的照射条件设定目标函数来进行反复计算时，将包含相对于射束轴的远处的成分即放射剂量阵列A_S、B_S的和

看作常数。由此，即使由于在水中的核反应、在照射装置内的散射的影响，使得射束直径变大，也能够防止

和

的计算量的增加，抑制反复计算的每一步骤的计算量的增加，缩短计算射束向照射位置的照射量所需的时间。

此外，仅在满足预先设定的更新条件的情况下，为了使用在该时刻的照射参数，考虑射束轴的远处的成分即放射剂量阵列A_S、B_S向计算点赋予的放射剂量

而包含射束轴远处成分A_S、B_S地使用在该时刻计算出的点照射量

与放射剂量阵列A、B的值，对目标函数进行再计算来更新，由此，能够考虑看作常数的远处成分的影响，并能够确保射束照射量的计算精度。

因此，与以往相比，治疗计划中所需的照射参数的运算的精度没有下降，并且，相比于以往，能够缩短治疗计划的生成所需要的时间。

此外，在本实施方式的放射线治疗计划装置中，作为将放射剂量阵列A、B分割为多个成分A_M和A_S，或者B_M和B_S的基准，使用了使与扫描射束的射束行进方向垂直的面中射束直径σ为常数倍的参数kσ。由此，根据射束的能量、照射的射束与计算点的位置关系，能够使成为分割基准的相距射束轴的距离L发生变化，以适当的比例将放射剂量阵列分割为两个成分。因此，可以自动地变更对每个能量、每个水中深度的2个成分的大小，在使计算时间更高速化的同时，有利于进一步确保计算精度。

此外，本实施方式的放射线治疗计划装置，根据扫描射束的射束形状的积分信息，来决定将放射剂量阵列A、B分割为多个成分A_M和A_S，或者B_M和B_S的基准，即距离L=kσ中的k，由此，能够在执行反复计算之前，预见是否可以使目标函数适当地收敛，并可以避免目标函数无法收敛的情况的发生，并可以实现进一步缩短计算射束向照射位置的照射量所需要的时间。

此外，本发明不限于上述实施方式，也可以是各种变形、应用。

例如，在扫描照射中存在：在某照射位置（点）照射预定量的射束之后，一度使射束停止，在移动至下一个应该照射的照射位置之后再次开始照射的光点扫描方式，以及在照射位置的移动过程中也不停止射束的照射的光栅方式。在上述实施方式中，以光点扫描方式为前提进行了说明。但是，即使光栅方式，在求取照射条件的情况下，为了离散地进行计算也需要设定多个照射位置，本发明的放射线治疗计划装置也可适用于生成使用光栅方式的治疗的治疗计划的情况。

此外，在上述实施方式中，将放射剂量阵列A、B分割为了2个成分，但是进行分割的区域的数目不限于2个。

例如，也可以将放射剂量阵列A、B分割为3个成分。在该情况下，首先，仅将最接近射束轴的成分看作射束轴附近成分（A_M、B_M），将中间成分和远处成分看作射束轴远处成分（A_S、B_S），设定上述式（8）中所示的那样的目标函数，并进行反复计算。然后，在目标函数进行某程度收敛之后，将最接近射束轴的成分与中间成分看作射束轴附近成分（A_M、B_M），仅将远处成分看作射束轴远处成分（A_S、B_S），来重新设定目标函数，并进行反复计算即可。由此，能够在反复计算的初期实现计算速度的提高，同时确保目标函数进行某程度收敛之后的计算精度。

此外，在上述实施方式中，使用了射束直径σ的常数倍来作为将放射剂量阵列A分割为多个成分A_M和A_S，将放射剂量阵列B分割为多个成分B_M和B_S的基准的距离L，但是，与射束直径同样地，也可以使用值根据所照射的射束的能量以及所照射的射束与计算点之间的位置关系可变的其他参数来作为分割的基准。作为其他参数，例如可以考虑射束形状的半高全宽（FWHM）、半高半宽（HWHM）。在该情况下，成为分割基准的相距射束轴的距离L根据射束的能量、所照射的射束与计算点的位置关系而发生变化，因此，能够以适当的比例将放射剂量阵列分割为2个成分，并能够使计算时间高速化，同时能够确保计算精度。此外，操作者可以预先设定值根据射束的能量以及所照射的射束与计算点之间的位置关系可变的这样的参数，并将该参数用作分割的基准。

Claims (4)

1.一种放射线治疗计划装置，其生成用于照射放射线来进行治疗的治疗计划，所述放射线治疗计划装置的特征在于，

具备：

输入装置，其输入应该对照射的放射线进行控制的特定区域、操作者决定的照射条件、其他必要信息；

存储装置，其存储通过该输入装置输入的所述特定区域的位置信息、所述操作者决定的照射条件、其他必要信息；

运算装置，其根据所述存储装置中存储的所述特定区域的位置信息、所述操作者决定的照射条件，设定目标函数，并进行反复计算，由此计算使所述目标函数的值达到最小的照射参数，

其中，所述运算装置在所述特定区域内设定多个照射位置和多个计算点，根据照射到各照射位置的射束的射束轴与所述多个计算点的每一个之间的距离，将从所述照射到各照射位置的射束向所述多个计算点的关于放射剂量的贡献分割为包含射束轴附近成分和射束轴远处成分的至少2个成分的多个成分，来设定所述目标函数，并且，在进行所述反复计算时，将所述多个成分中的所述射束轴远处成分看作常数，仅在满足预先设定的更新条件的情况下，包含所述射束轴远处成分地使用在该时刻的照射参数再计算对所述多个计算点赋予的放射剂量，并运算目标函数。

2.根据权利要求1所述的放射线治疗计划装置，其特征在于，

所述运算装置，设定值根据所述照射的射束的能量以及所述照射的射束与所述计算点之间的位置关系可变的参数，来作为将从所述照射到各照射位置的射束向所述多个计算点的关于放射剂量的贡献分割为多个成分的基准。

3.根据权利要求1所述的放射线治疗计划装置，其特征在于，

所述运算装置，设定使与射束的射束行进方向垂直的面中的射束直径为常数倍而得的值，来作为将从所述照射到各照射位置的射束向所述多个计算点的关于放射剂量的贡献分割为多个成分的基准。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的放射线治疗计划装置，其特征在于，

所述运算装置，根据射束形状的积分信息来决定作为将从所述照射到各照射位置的射束向所述多个计算点的关于放射剂量的贡献分割为多个成分的基准而使用的参数。

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