CN103933672A - 放射线治疗计划装置和治疗计划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种放射线治疗计划装置。在生成治疗计划时没有考虑到治疗计划制定上的不确定性，因此实际照射时的患者体内的射线量分布有可能与制定的治疗计划的射线量分布不一致。本发明的放射线治疗计划装置对每个照射位置设定表示对照射量抑制的要求度的指标，使用考虑到所设定的指标的目标函数，一边控制对特定的点的照射量，一边使对点的照射量最优化，由此能够生成抑制了治疗计划制定上的不确定性的影响的治疗计划，从而能够解决上述问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种放射线治疗计划装置和治疗计划方法。
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最广泛利用了X射线，但对使用了对目标的射线量集中性高的质子线、碳射线为代表的粒子线（电荷粒子射束）的治疗的需求也提高了。
在放射线治疗中，过度的照射、照射量的不足有可能造成对肿瘤以外的正常组织的副作用、肿瘤的复发。要求对肿瘤区域照射被指定为尽量正确、尽量集中的射线量。
在使用了被称为IMRT（强度调控放射治疗：Intensity Modulated RadiationTherapy）的X射线的治疗中，通过一边改变准直仪形状一边从多方向照射，从而即使在对复杂的形状的目标区域进行照射的情况下，也能够将照射到周边的正常组织上的射线量抑制为最小限。在使用了粒子线的治疗中，实施以下的IMPT（强度调控质子治疗：Intensity Modulated Proton Therapy），即通过从多个照射角度照射多个调整了强度后的细射束，而在目标区域中形成均匀的射线量分布。
使用扫描法来实现IMPT。扫描法是是一种通过2组扫描电磁铁使细的电荷粒子射束发生偏转而引导到平面内的任意位置，从而以覆盖肿瘤内部的形式进行照射，只对肿瘤区域赋予高的射线量的方法，该扫描法能够容易地形成各种分布。
在IMRT、IMPT中，在实际的照射之前使用放射线治疗计划装置生成计划的过程极其重要。放射线治疗计划装置以从CT图像等得到的患者体内的信息为基础，通过数值计算模拟患者体内的射线量分布。操作者一边参照放射线治疗计划装置的计算结果，一边决定照射放射线的方向和能量、照射位置、照射量等照射条件。以下简单地说明其一般的过程。
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，对图像的各切片输入成为目标的区域。对于输入的数据，由操作者登记在放射线治疗计划装置中，由此作为三维的区域数据保存在放射线治疗计划装置上的存储器中。如果需要，也同样地输入和登记主要器官的位置。
接着，操作者针对所登记的各个区域设定应该成为目标的射线量值的处方射线量。针对事先所登记的目标区域、以及主要器官进行设定。例如，如果是目标区域，则为了使肿瘤坏死而指定充分的射线量。在大多数情况下，指定应该照射目标区域的射线量的最小值和最大值。另一方面，关于重要器官，将允许射线量确定为能够承受的最大的射线量值。
通过放射线治疗计划装置决定用于实现由操作者所指定的射线量分布的射束照射位置和照射量。通常，首先决定照射位置，然后决定照射量使得满足操作者所输入的射线量分布条件。
作为高效地决定照射量的方法，，广泛地采用了如非专利文献1所记载的那种使用将处方射线量的偏差进行数值化的目标函数的方法。目标函数被定义为射线量分布越是满足处方射线量则越小的值，通过反复计算来探索使其为最小的照射量，由此计算出最优的照射量。
其结果是能够计算出得到满足处方射线量的射线量分布的照射量，不过如非专利文献2和非专利文献3所记载的那样，会存在患者的定位的不确定性（定位误差）、因呼吸造成的目标的移动（呼吸移动误差）、将CT值变换为水等效厚度时的不确定性（射程误差）等许多不确定性。
由于上述的不确定性，实际照射时的患者体内的射线量分布也有可能与所制定的治疗计划的射线量分布不一致。特别在IMRT、IMPT中，通过从多个照射方向汇总形成不均匀的射线量分布来形成希望的射线量分布，因此这些不确定性的影响有可能变得显著。
为了减轻治疗计划制定时的不确定性的影响，提出了着眼于各区域（目标区域和主要器官）的射线量和处方射线量的背离以外的特性的若干方法。例如，在非专利文献4中，在假定照射目标的射束的射程随机变化的基础上，计算射束所赋予的射线量和目标函数的值，进行最优化计算，由此降低相对于射程的不确定性的射线量分布的敏感度。另外，在非专利文献5中，根据多个条件计算除了射程误差以外还产生了定位误差的情况下的射线量分布，将计算出的各区域的射线量和处方射线量之间的背离的最大值的信息与目标函数的项相加，进行最优化计算，由此能够降低产生了射程误差和定位误差的情况下的各区域的射线量和处方射线量之间的背离的最大值，降低相对于射程和定位的不确定性等的射线量分布的敏感度。
非专利文献
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：A.Lomax,“Intensity modulated proton therapy and itssensitivity to treatment uncertainties1:the potential effects of calculationuncertainties”Phys.Med.Biol.53(2008)1027～1042
非专利文献3：A.Lomax,“Intensity modulated proton therapy and itssensitivity to treatment uncertainties2:the potential effects of inter-fraction andinter-field motions”Phys.Med.Biol.53(2008)1043～1056
非专利文献4：Unkelbach et al.,“Accounting for range uncertainties in theoptimization of intensity modulated proton therapy”Phys.Med.Biol.52(2007)2755～2773
非专利文献5：D.Pflugfelder et al.,“Worst case optimization:a method toaccount for uncertainties in the optimization of intensity modulated proton therapy”Phys.Med.Biol.53(2008)1689～1700
发明内容
另一方面，如果不确定性的影响大，则也可以通过抑制向根据经验判断出的区域的照射来降低对计划的不确定性的敏感度。例如，如果操作者判断在类似金属伪像的产生部分、骨的近旁那样密度变化大的区域中的射程误差大，则生成抑制了对该区域的照射的治疗计划即可。
在此，如果只是单纯地抑制某区域的照射量，则有可能成为与处方射线量有很大背离的射线量分布。因此，放射线治疗计划装置需要生成一边使射线量分布接近处方射线量、一边尽可能抑制对特定区域的照射量的计划。但是，现有的放射线治疗计划装置虽然能够进行控制使得射线量分布接近目标，但以前没有出现具有在最优化计算时直接控制对特定区域的照射量的功能的治疗计划装置。
通过以下的放射线治疗计划装置能够解决上述问题，在生成用于进行放射线治疗的治疗计划信息的放射线治疗计划装置中，其特征在于，具备：输入装置，其由操作者输入处方射线量和照射角度等；计算装置，其根据输入装置的输入结果进行计算处理，决定照射条件使得射线量分布接近处方射线量，生成治疗计划信息；显示装置，其显示治疗计划信息，其中，计算装置对每个照射位置设定根据放射线的照射位置而确定的表示对照射量抑制的要求度的指标，在决定照射条件时，使用上述指标控制照射量。
根据本发明，能够生成抑制了因治疗计划制定上的不确定性造成的患者体内的射线量分布的恶化的照射条件。
附图说明
图1是表示到根据本发明的优选的一个实施方式制定治疗计划的流程的图。
图2是表示在本发明的优选的一个实施方式中的本发明装置的处理的流程的图。
图3是表示作为本发明的优选的一个实施方式的治疗计划装置的结构的说明图。
图4是说明CT数据的切片内的目标区域和重要器官的输入的图。
图5是说明实施方式的点位置的选择方法的步骤的说明图。
图6是表示实施方式的CT数据的任意位置处的水等效深度的计算方法的步骤的说明图。
图7是表示实施方式的计算粒子线的停止位置的信息的方法的步骤的说明图。
图8是表示实施方式的关于对目标区域的定位误差的评分的计算方法的步骤的说明图。
图9是表示实施方式关于对重要器官的射程误差的评分的计算方法的步骤的说明图。
图10是在显示装置上在患者CT数据上重叠地显示射束的停止位置的图。图中的点的大小表示对各点设定的评分的大小。
符号的说明
301：治疗计划装置；302：输入装置；303：显示装置；304：存储器；305：计算处理装置；306：通信装置；307：数据服务器；401：CT数据的切片；402：目标区域；403：重要器官；501：等中心；502：射线源；503：射束中心轴；504：等中心面；506：连接点505和射线源502的直线；601：与射束中心轴垂直的面；602：将面601进行分割所得的一个像素；603：连接像素603的中心位置和射线源502的直线；701：照射点的一个；702：连接照射点701和射线源502的直线；703：对照射点702进行照射的射束的射束停止像素；704：具有像素703并与射束中心轴垂直的面；801：与像素703的距离为δ（mm）以下的像素；901：与像素703的距离为δ（mm）以下并在直线503上的像素。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的放射线治疗计划装置和治疗计划方法的实施方式。
使用图1～图3说明本实施方式的放射线治疗计划装置301。以扫描照射法的粒子线治疗的治疗计划为前提说明本实施方式的放射线治疗计划装置301，但也能够适用于生成使用了X射线和伽玛射线等其他放射线的放射线治疗的治疗计划的情况。
图1是表示使用本实施方式的放射线治疗计划装置（以下称为治疗计划装置）301的情况下的治疗计划制定的流程的图。图2是表示本实施方式的治疗计划装置301的处理的流程的图，是详细地表示图1的步骤105（治疗计划装置的自动计算步骤）的图。图3是表示治疗计划装置301的整体结构的图。
如图3所示，治疗计划装置301具备输入装置302、显示装置303、存储器304、计算处理装置305、通信装置306。计算处理装置305与输入装置302、显示装置303、存储器（存储装置）304、通信装置306连接。治疗计划装置301经由网络与数据服务器307连接。具体地说，治疗计划装置301的通信装置306经由网络与数据服务器307连接而进行数据的收发。
对于进行治疗的患者，预先使用CT装置拍摄治疗计划用CT图像。通过CT装置拍摄的治疗计划用CT图像相关的数据（CT数据）被保存在数据服务器307中。该CT数据是对被称为体素的每个小的区域记录了CT值的三维数据。治疗计划装置301利用该CT数据制定治疗计划。
如果作为操作者的医疗工作人员（技师、医生）从输入装置302输入了患者信息（患者ID），则治疗计划装置301开始生成与患者ID相当的患者的治疗计划信息（步骤101）。首先，输入装置302将输入的患者ID输出到计算处理装置305。计算处理装置305根据输入的患者ID，从数据服务器307读入成为对象的患者的CT数据。即，治疗计划装置301通过与通信装置306连接的网络，从数据服务器307接受与患者ID对应的患者的CT数据，存储在存储器304中。另外，治疗计划装置301根据接受到的CT数据生成治疗计划用的CT图像，显示在显示装置303上。显示装置303显示将包含患者的患部的区域分割为多个层的各切片（各层）的图像。
操作者一边确认显示在显示装置303上的CT图像，一边使用输入装置302（鼠标等设备），对CT图像的每个切片输入应该指定为目标的区域（目标区域）。该目标区域例如是包含由操作者判断为是患者的肿瘤区域的区域、判断为应该照射粒子线的区域。如果对全部的切片的目标区域的输入结束，则操作者从输入装置302输入输入结束信号。治疗计划装置301如果接收到该输入结束信号，则将全部切片中的目标区域的信息存储并登记到存储器304中（步骤102）。登记在存储器304中的信息是表示由操作者输入的目标区域的三维位置信息。在目标区域的近旁存在应该极力抑制照射射线量的重要器官的情况和除此以外还有需要进行评价、控制的区域的情况下，操作者根据显示在显示装置303上的图像信息，从输入装置302输入这些重要器官等的位置信息。该重要器官等的位置信息与目标区域的信息同样被存储并登记在存储器304中。在图4中，表示在根据CT数据而生成的包含患部的任意切片（层）401中，将输入的目标区域402和重要器官等的区域403显示在显示装置303上的一个例子。
接着，操作者指定照射方向。在进行从多个方向的照射的情况下，选择多个角度。除此以外，作为应该由操作者决定的用于照射的参数，有应该对在步骤102中登记的区域进行照射的射线量值（处方射线量）和相邻的点间的间隔。处方射线量包含应该照射目标的成为目标的射线量、重要器官应该避免的最大射线量。对于横方向的点间隔，自动地决定初始值使得与电荷粒子射束的射束大小大概相同，但也可以由操作者进行变更。操作者设定这样的必要的照射参数（步骤103）。
操作者在设定必要的照射参数后，设定治疗计划制定上的不确定度的设想值（步骤104）。操作者使用输入装置302以mm单位或%输入所设想的不确定度的大小。
在设定了不确定度的设想值后，治疗计划装置301实施自动计算（步骤201）。首先，计算处理装置305根据读入到存储器304中的CT数据和操作者输入的区域信息，开始选择照射位置（步骤202）。使用图5说明点位置的选择方法。设想在照射时进行定位使得目标区域402的重心位置与等中心（粒子线治疗装置的旋转照射装置（未图示）的旋转中心位置）501一致。用包含等中心501并与连接扫描中心点（射线源）502和等中心501的直线503垂直的面（等中心面）504上的坐标定义照射位置。以下，将面504称为等中心面，将直线503称为射束中心轴。作为例子，在图5中将等中心面504上的位置、点505选择为照射位置。治疗计划装置301在沿着连接射线源502和点505的直线506而照射射束的情况下，搜索射束的停止位置大致为目标内的能量，将该能量（不限于一种）选择为照射点505的位置的能量。通过在等中心面504上设定的全部照射位置进行该操作，求出照射目标所需要的等中心面504上的照射位置和能量的组（以下表示为点）。
将等深面504上的照射位置的选择排列为相邻的照射位置的间隔成为在步骤103中指定的值以下。作为最简单的方法，可以在指定了一边的间隔的正方形格子上进行排列。
在本实施方式的治疗计划装置301中，针对各点设定表示对照射量抑制的要求度的指标（以下称为评分）（步骤203）。如上述那样，作为治疗计划制定时的不确定性的例子，有定位误差、射程误差。定位误差的大小是大致几个mm以下，如果是射程误差则是大致几个百分点左右。例如，在产生了定位误差的情况下，在射束通过路径周围存在骨等高密度物质的点由于高密度物质而射程大幅变动，成为目标区域的射线量分布恶化的原因。因此，为了降低定位误差的影响，需要将该点的评分设定得较高。另外，在射束通过路径周围存在重要器官的点在产生了定位误差和射程误差的情况下也使对重要器官的射线量增加，因此需要将评分设定得较高。以下，列举与目标区域的定位误差有关的评分、与重要器官的射程误差有关的评分为例子，使用图6～图8说明计算处理装置305进行评分的计算方法。
首先，治疗计划装置301的计算处理装置305计算CT数据的任意位置处的水等效厚度。使用图6说明水等效厚度的计算方法。首先，计算处理装置305读入存储在存储器304中的照射条件的信息中的照射电荷粒子射束的角度的信息。接着，计算处理装置305定义与连接射线源502和等中心501的直线503垂直的面601，根据适当的分辨率（通常为几个mm以下）对面601进行分割。将分割后的一个个区域称为像素。接着，计算处理装置305沿着从射线源502侧连接某像素602的中心位置的直线603，对所确定的每个步长（通常是与像素602相同程度的大小）积算CT数据的体素的值。这时，通过预先存储在治疗计划装置301的存储器304中的表将保存在各体素中的CT值变换为将体素内的物质换算为水的情况下的厚度的基础上，进行积算。将其称为水等效厚度。也可以在计算前统一地进行从CT值向水等效厚度的变换。计算装置305针对将垂直于射束前进方向的面601进行分割所得的全部像素进行同样的计算。通过该操作，计算任意位置处的水等效厚度。
接着，计算处理装置305计算对点进行照射的射束的射束停止位置。使用图7说明计算方法。首先，计算处理装置305读出保存在存储器304中的点。接着，针对读出的点的能量，从存储器304所保存的表中读出到射束停止位置（在射线量分布中峰值所示的位置）为止的深度。计算处理装置305沿着将读出的点的点位置701和射线源502进行连接的直线702，对所确定的每个步长（通常是与像素602相同程度的大小）参照射线源502的水等效厚度，计算出射束的停止位置和包含停止位置的像素（射束停止像素）703。
计算处理装置305使用通过上述方法计算出的射束停止位置和射束停止像素703对每个点计算出评分。使用图7和图8说明计算与目标区域的定位误差有关的评分的情况。计算处理装置305在具有射束停止像素703并与射束中心轴垂直的面704上计算评分。计算处理装置305读入事先由操作者设定的定位误差δ（mm）。接着，计算处理装置305针对在面704上的各像素处与射束停止像素703的距离为δ（mm）以下的像素801，计算射束停止像素和各像素的水等效深度的差的平方和，将计算结果作为点的评分暂时保存在存储器304中。因此，当只在射束的通过路径的周围存在高密度物质和低密度物质（骨、空气）的情况下，在射束的通过路径上和其周围的水等效厚度的差变大，点的评分变大。计算处理装置305在对保存在存储器304内的全部点实施评分的计算后，在对全部点的评分进行标准化使得评分的最大值为1后，保存在存储器304中。
使用图9说明计算与重要器官的射程误差有关的评分的情况。计算处理装置305沿着将计算处理装置305从存储器304读出的点的点位置701和射线源502进行连接的直线702计算评分。首先，计算处理装置305读入操作者事先设定的射程误差δR（%），根据射束停止像素703的水等效深度求出计算范围δ（mm）。接着，计算处理装置305针对相对于射束停止像素703的距离为δ（mm）以下并在直线503上的像素901，判别各个像素是否存在于在102中登记的重要器官内，将存在于重要器官内的像素的总数作为点的评分暂时保存在存储器中。因此，越是射束停止在重要器官的前面的点，则评分的值越大。计算处理装置305在针对保存在存储器304内的全部点实施评分的计算后，在对全部点的评分进行标准化使得评分的最大值为1后，保存在存储器304中。
能够通过视觉确认通过上述方法计算出的点的评分。显示装置303对照射点的每个能量显示照射位置。另外，也可以在患者的CT切片图像上重叠地显示对点进行照射的射束的射束停止位置。在图10中表示在显示装置303上在图4的CT数据中的切片401上重叠地显示射束的停止位置的例子。点1001表示对点进行照射的射束停止在该位置。也可以通过点的大小、或颜色显示对每个点所设定的评分。在图10中，用点的大小表示评分的大小。
也可以在显示装置303的显示画面上，由操作者使用输入装置302生成任意的区域1002，变更所生成的区域内的点的评分的值。例如，在CT数据内产生金属伪像，操作者根据经验判断在金属伪像的产生区域中不确定性高的情况下，操作者使用输入装置302生成设定评分的区域，使得覆盖产生区域。针对射束在该区域内停止的点，操作者将任意的值设定为评分。如以上那样，通过指定区域而设定评分，能够一次对多个点设定评分。
如果对所设定的全部点设定了评分，则治疗计划装置301的计算处理装置305根据操作者的指示操作而进行照射量的最优化计算。治疗计划装置301通常定义将与处方射线量之间的偏差进行数值化所得的目标函数（步骤204），通过反复计算使其最小化，计算作为目标函数的参数的照射量（步骤205）。在本实施方式的治疗计划装置301中，针对目标函数考虑对每个点设定的评分，来抑制对特定的点的照射量，由此降低治疗计划制定上的不确定性的影响。计算处理装置305按照以下而生成（定义）目标函数。
计算处理装置305将在步骤102中登记的目标区域401内、在重要器官402内分别计算射线量的点设定为m个和n个。这些点的射线量值必须尽量满足在步骤103中由操作者输入的处方射线量。在此，对与目标区域401对应的m个点设定成为目标的射线量值p，对与重要器官402对应的n个点设定允许射线量值l。将以成为目标函数的参数的各点照射量为要素的向量写为
的次元是全部点数k。接着，如果用表示以目标区域401内的m个点处的射线量值为要素的向量，则用下述（公式1）表示与对各个点的照射量的关系。
公式1
矩阵A表示从照射各点的射束对目标区域内的点的作用，根据存储在存储器304中的照射方向和CT图像的体内的信息，由治疗计划装置内的计算处理装置305进行计算。
同样，如果将以重要器官402内的n个点处的射线量值为要素的向量设为则用下述（公式1）表示与对各个点的照射量的关系。
公式2
计算处理装置305在计算出矩阵A、矩阵B后，使用表示在步骤203中对各点设定的评分的向量生成以下的目标函数。
公式3
在此，上述（公式3）的右边第一项的wi（1）和第二项的wi（2）是与各个点对应的加权，是通过步骤103与处方射线量一起由操作者输入的值。（公式3）的右边的第一项和第二项是在现有的治疗计划装置中也存在的部分，是用于对射线量分布进行控制使得满足处方射线量的项。（公式3）的右边的第一项为控制目标内的射线量的部分，m个点处的射线量值越是接近被设定为目标的处方射线量值p，F（）就越小。公式（3）的右边的第二项是控制重要器官内的射线量的项，重要器官内的射线量是不超过允许射线量l的射线量即可。（公式3）的右边的第二项的θ（di（2）-l）是阶梯函数，在di（2）<l的情况下为0，在除此以外的情况下为l。
（公式3）的右边的第三项是作为本实施例的特征的直接控制向各点的照射量的项。越是降低对评分Si大的点的照射量的比例，F（）就越小，因此进行控制使得在评分Si被设定得较大的点处的照射量降低，在Si被设定得较小的点处的照射量增大。通过对治疗计划制定上的不确定性对射线量分布的影响大的点设定高的评分，能够搜索出能够减少不确定性对射线量分布的影响的照射量
另外，K0表示第三项的重要度。自动地设定K0的初始值，但也可以由操作者进行变更。根据K0的值，能够选择优先得到射线量分布的控制（（公式3）的第一项、第二项）和对点的照射量的控制（（公式3）的第三项）的哪一个解。在操作者对K0设定了0的情况下，无视（公式3）的第三项。
计算装置305在生成上述（公式3）的目标函数后，重复进行反复计算，由此搜索F（）变得最小的作为反复计算的具体内容的例子，在非专利文献1中进行了详细说明。
在将射束的通过路径周围的密度变化量设定为评分，实施最优化计算的情况下，能够抑制向密度变化大的点的照射量。因此，在产生了定位误差的情况下，能够抑制对由于路径的密度变动而射程有很大变动的点的照射量，能够降低目标区域的射线量分布的恶化。
另一方面，在将产生了射程误差的情况下的射束通过路径上的重要器官的存在度设定为评分，实施最优化计算的情况下，能够抑制向在产生了射程误差的情况下容易向重要器官赋予射线量的点的照射量。因此，能够抑制因射程误差造成的对重要器官的过度照射。
如果通过反复计算确定了照射量，则治疗计划装置301使用最终得到的点位置和对各点的照射量，计算射线量分布。计算的结果被显示在显示装置303上（步骤206、207）。操作者在显示装置303上确认所指定的射线量是否没有对目标区域给予足够的照射（步骤106）。
为了确认向目标区域的射线量分布，还广泛地利用了被称为DVH（剂量体积直方图：Dose Volume Histogram）的直方图。治疗计划装置301在使用计算处理装置305计算出DVH的值的基础上显示在显示装置303上。
操作者使用显示在显示装置303上的射线量分布和DVH来分析射线量分布结果，判断射线量分布是否满足成为目标的条件（步骤107）。在成为了不希望的分布的情况下，返回到步骤103，重新设定照射条件。这包括照射方向和点间隔的变更。在变更了条件的情况下，治疗计划装置301根据操作者的指示计算点和照射量，将新的射线量分布结果显示在显示装置303上。在得到了希望的结果的时刻，结束治疗计划的制定（步骤108、步骤109）。得到的照射条件通过网络被保存在数据服务器307中。
在扫描照射时，有以下的方式：在向某照射位置照射预定量的射束后，暂时停止射束，在移动到下一个应该照射的照射位置后再次开始照射的点扫描方式；在照射位置的移动中也不停止射束的照射的光栅方式。在上述的实施方式中，以点扫描方式为前提进行了说明。但是，即使是光栅方式，为了在求出照射条件的情况下离散地进行计算，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能够应用于生成使用光栅方式的治疗的治疗计划的情况。
Claims (8)
1.一种放射线治疗计划装置，其生成用于进行放射线治疗的治疗计划信息，该放射线治疗计划装置的特征在于，具备：
输入装置，其由操作者输入处方射线量和照射角度；
计算装置，其决定照射条件使得根据上述输入装置的输入结果而计算出的射线量分布接近上述处方射线量，生成治疗计划信息；
显示装置，其显示上述治疗计划信息，其中
上述计算装置对每个上述照射位置设定根据放射线的照射位置而确定的表示对照射量抑制的要求度的指标，使用上述指标决定上述照射条件。
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，
上述计算装置根据基于上述输入装置的输入结果的患者的密度信息来决定上述指标。
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，
上述计算装置显示所设定的上述指标的信息。
4.根据权利要求1所述的放射线治疗计划装置，其特征在于，
上述计算装置能够针对使用上述输入装置所指定的任意区域所包含的照射位置设定上述指标。
5.根据权利要求2所述的放射线治疗计划装置，其特征在于，
上述计算装置能够针对使用上述输入装置所指定的任意区域所包含的照射位置设定上述指标。
6.根据权利要求3所述的放射线治疗计划装置，其特征在于，
上述计算装置能够针对使用上述输入装置所指定的任意区域所包含的照射位置设定上述指标。
7.一种治疗计划方法，是生成在放射线照射系统中使用的治疗计划信息的治疗计划装置的治疗计划方法，其特征在于，
根据从输入装置输入的处方射线量和照射角度，设定对每个照射位置确定的表示对照射量抑制的要求度的指标，使用所设定的上述指标控制照射量，同时决定照射条件使得射线量分布接近上述处方射线量，生成治疗计划信息。
8.根据权利要求7所述的治疗计划方法，其特征在于，
针对使用上述输入装置所输入的区域所包含的上述照射位置设定上述指标。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105457172A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-04-06 | 上海联影医疗科技有限公司 | 放射治疗中照射角度的设置方法及装置 |
| CN107073286A (zh) * | 2014-09-24 | 2017-08-18 | 株式会社日立制作所 | 放射线治疗计划装置、放射线治疗计划方法以及放射线治疗系统 |
| CN108025183A (zh) * | 2015-09-25 | 2018-05-11 | 瓦里安医疗系统公司 | 粒子治疗系统 |
| CN108601946A (zh) * | 2015-12-22 | 2018-09-28 | 皇家飞利浦有限公司 | 至少基于内部器官期望的移动和/或预期的变形的强度调制质子治疗(impt)计划优化 |
| CN110709136A (zh) * | 2017-06-08 | 2020-01-17 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于放射治疗处置的处置计划生成 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10369381B2 (en) * | 2014-09-02 | 2019-08-06 | Mayo Foundation For Medical Education And Research | System and method for robust intensity-modulated proton therapy planning |
| CN104888364B (zh) * | 2015-04-23 | 2018-07-06 | 中国科学院近代物理研究所 | 基于水等效系数的离子束放射治疗剂量验证方法 |
| JP6527241B2 (ja) * | 2015-11-13 | 2019-06-05 | 株式会社日立製作所 | 粒子線治療システム |
| US10556124B2 (en) * | 2016-02-29 | 2020-02-11 | University Of Maryland, Baltimore | System and method for optimizing a treatment plan for irradiation therapy using multi-criteria optimization (MCO) |
| JP6839987B2 (ja) * | 2017-01-19 | 2021-03-10 | 株式会社日立製作所 | 治療計画装置および粒子線治療システム |
| JP6971054B2 (ja) * | 2017-05-08 | 2021-11-24 | 株式会社日立製作所 | 治療計画装置、プログラムおよび治療計画の作成方法 |
| US10786687B2 (en) * | 2018-09-28 | 2020-09-29 | Varian Medical Systems, Inc | Method and apparatus for performing irradiation time optimization for intensity modulated proton therapy during treatment planning while maintaining acceptable irradiation plan quality |
| EP3744394A1 (en) * | 2019-05-27 | 2020-12-02 | Koninklijke Philips N.V. | Intensity modulated particle therapy plan normalization scheme |
| US12064645B2 (en) | 2020-07-02 | 2024-08-20 | Siemens Healthineers International Ag | Methods and systems used for planning radiation treatment |
| CN111921098B (zh) * | 2020-08-06 | 2022-07-08 | 北京连心医疗科技有限公司 | 一种基于放射治疗生物效应的鲁棒性优化系统 |
| JP7489667B2 (ja) * | 2021-03-30 | 2024-05-24 | 株式会社日立製作所 | 治療計画装置、治療計画生成方法及びコンピュータプログラム |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120001085A1 (en) * | 2010-06-30 | 2012-01-05 | Hitachi, Ltd. | Treatment planning system, device for calculating a scanning path and particle therapy system |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3530072B2 (ja) * | 1999-05-13 | 2004-05-24 | 三菱電機株式会社 | 放射線治療用の放射線照射装置の制御装置 |
| US20030212325A1 (en) * | 2002-03-12 | 2003-11-13 | Cristian Cotrutz | Method for determining a dose distribution in radiation therapy |
| WO2005057738A2 (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Fox Chase Cancer Center | Method of modulating protons for radiation therapy |
| US7529339B2 (en) * | 2003-12-12 | 2009-05-05 | University Of Western Ontario | Method and system for optimizing dose delivery of radiation |
| EP2575965A4 (en) * | 2010-06-07 | 2013-12-11 | Univ Manitoba | METHOD FOR MULTI-OBJECTIVE RADIOTHERAPY OPTIMIZATION |
| WO2011162021A1 (ja) * | 2010-06-23 | 2011-12-29 | 独立行政法人放射線医学総合研究所 | 照射計画作成方法、照射計画作成装置および照射計画作成プログラム |
-
2013
- 2013-01-23 JP JP2013009741A patent/JP6375097B2/ja active Active
- 2013-12-17 US US14/109,584 patent/US9630024B2/en active Active
-
2014
- 2014-01-17 EP EP14151511.4A patent/EP2759317B1/en active Active
- 2014-01-22 CN CN201410030815.4A patent/CN103933672B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120001085A1 (en) * | 2010-06-30 | 2012-01-05 | Hitachi, Ltd. | Treatment planning system, device for calculating a scanning path and particle therapy system |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107073286A (zh) * | 2014-09-24 | 2017-08-18 | 株式会社日立制作所 | 放射线治疗计划装置、放射线治疗计划方法以及放射线治疗系统 |
| CN107073286B (zh) * | 2014-09-24 | 2019-10-15 | 株式会社日立制作所 | 放射线治疗计划装置、放射线治疗计划方法以及放射线治疗系统 |
| CN108025183A (zh) * | 2015-09-25 | 2018-05-11 | 瓦里安医疗系统公司 | 粒子治疗系统 |
| CN108601946A (zh) * | 2015-12-22 | 2018-09-28 | 皇家飞利浦有限公司 | 至少基于内部器官期望的移动和/或预期的变形的强度调制质子治疗(impt)计划优化 |
| CN105457172A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-04-06 | 上海联影医疗科技有限公司 | 放射治疗中照射角度的设置方法及装置 |
| CN105457172B (zh) * | 2015-12-25 | 2019-04-23 | 上海联影医疗科技有限公司 | 放射治疗中照射角度的设置方法及装置 |
| CN110709136A (zh) * | 2017-06-08 | 2020-01-17 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于放射治疗处置的处置计划生成 |
| CN110709136B (zh) * | 2017-06-08 | 2022-05-31 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于放射治疗处置的处置计划生成 |
Also Published As
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