CN106456993A - 放射线治疗模拟装置 - Google Patents

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Abstract

放射线治疗模拟装置(1)具有运算部(5)、存储部(7)及校正部(6)。运算部(5)针对多个照射条件，事先运算对标准人体模型照射了粒子时的剂量分布(D0)。存储部(7)存储剂量分布(D0)的数据。工作人员向装置(1)输入照射条件以及患者的体型信息(M1)。校正部(6)计算表示用于使标准人体模型的体型信息(M0)与患者的体型信息(M1)匹配的变换的变换矩阵(S4)。校正部(6)从存储部(7)提取对应于输入的照射条件的照射条件下运算出的剂量分布(D0)的数据。校正部(6)通过根据变换矩阵将该剂量分布(D0)变换，由此计算校正后的剂量分布(D1)(S6)。根据本装置(1)能够抑制计算时间延长。

Description

放射线治疗模拟装置
技术领域
本发明涉及一种放射线治疗模拟装置。
背景技术
在进行放射线治疗时，在治疗中需要预先计划能够抑制对肿瘤周边的正常组织的照射剂量，且增加对肿瘤的照射剂量的最佳照射条件。于是，近年来，进行有使用蒙特卡洛方法的模拟，所述蒙特卡洛方法能够对粒子的运动准确地进行模型化。在以往的放射线治疗的基于蒙特卡洛方法的剂量分布的计算中，根据患者的CT(Computed Tomography)、MRI(Magnetic Resonance Imaging)、或PET(Positron Emission Tomography)等医疗用图像数据来制作人体的3维模型，并将其变换为计算模型而算出剂量分布。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-88771号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
由于体内存在密度大不相同的部位(体组织)，因此入射到人体的粒子显示出复杂的运动。在使用蒙特卡洛方法的模拟中，由于计算每一个粒子的运动，因此能够计算准确的剂量分布，但是计算时间会变长。因此，若要进行数次变更照射条件的模拟而求出成为适当的剂量分布的照射条件，其总计算时间也必然变长。
于是，要求能够抑制总计算时间的延长，且能够确定适当的照射条件。本发明的目的在于提供一种能够抑制计算时间的延长的放射线治疗模拟装置。
用于解决技术课题的手段
本发明的放射线治疗模拟装置为对基于照射于患者的目标部位的放射线的剂量分布进行运算的放射线治疗模拟装置，具备：存储部，存储针对多个照射条件而对既定体型的人体模型照射了放射线时的各剂量分布的数据；输入部，输入对患者照射放射线时所适用的照射条件以及患者的体型信息；及校正部，根据患者的体型信息以及人体模型的体型信息，对存储于存储部中的剂量分布的数据进行校正。
在本发明的放射线治疗模拟装置中，针对多个照射条件，预先计算对人体模型照射了放射线时的各剂量分布，将预先计算的剂量分布与照射条件建立关联并存储于存储部中。在该放射线治疗模拟装置中，通过输入部来输入对患者照射放射线时所适用的照射条件以及患者的体型信息，并根据所输入的患者的体型信息以及人体模型的体型信息，对存储于存储部中的剂量分布的数据进行校正。由此，能够根据患者的体型信息来校正预先计算的剂量分布，并能够利用所校正的剂量分布。因此，无需为了找到最佳的剂量分布的照射条件，进行数次利用蒙特卡洛方法的计算的试验，因此能够抑制总计算时间的延长。
并且，校正部还可将包含患者的体型信息的CT图像信息与人体模型的体型信息进行比较，并将人体模型的体型信息中的位置信息变换为患者的体型信息中的位置信息，根据该位置信息的变换，对存储于存储部中的剂量分布的数据进行校正。由此，变换位置信息，以使人体模型的体型信息与包含患者的体型信息的CT图像信息匹配，将该位置信息的变换适用于存储于存储部中的剂量分布的数据中，从而能够变换为与患者的体型信息对应的位置信息。其结果，能够算出符合患者体型的剂量分布的数据，并能够获得高精确度的数据。
并且，校正部还可将有关适用于患者的照射条件的位置信息变换为人体模型的体型信息中的位置信息，并从存储于存储部中的剂量分布的数据提取与被变换的位置信息对应的剂量分布的数据，将所提取的剂量分布的数据变换为基于患者的体型信息的位置信息，从而进行校正。由此，能够将有关适用于患者的照射条件的位置信息变换为人体模型的体型信息中的位置信息，并提取在该变换的照射条件下对人体模型照射放射线时的剂量分布，将该剂量分布变换为与患者的体型信息对应的位置信息，从而能够进行校正。其结果，能够获得高精确度的数据。
发明效果
根据本发明，能够提供一种因能够抑制试验的计算次数而可抑制总计算时间的延长的放射线治疗模拟装置。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的放射线治疗模拟装置的框图。
图2是表示被实施放射线治疗的人体的外观的示意图。
图3是表示被实施放射线治疗的人体的与体长方向正交的剖面的剖视图。
图4(a)是表示对存储于存储部中的人体模型的剂量分布的示意图，图4(b)是表示患者的体型信息的示意图，图4(c)是表示校正后的剂量分布的示意图。
图5是表示放射线治疗模拟装置中的处理步骤的流程图。
图6是表示患者的头部中的剂量分布的图像。
图7是表示所照射的剂量与体积的关系的图表。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。另外，在各附图中，对于相同部分或相应的部分标注相同的符号，并省略重复说明。
图1所示的放射线治疗模拟装置1为，例如在BNCT(中子捕捉疗法；Boron NeutronCapture Therapy)装置等放射线治疗装置中在制作治疗计划时可利用的装置。作为放射线治疗装置，例如有X射线治疗装置、质子束治疗装置、碳离子束(重粒子束)治疗装置等。
放射线治疗模拟装置1在放射线治疗中，对照射于患者的目标部位的放射线的剂量分布进行运算。放射线治疗模拟装置1具备用于运算剂量分布的治疗计划终端2，在该治疗计划终端2上电连接有输入部3及输出部4。
输入部3用于输入运算剂量分布时所需的各种信息。作为运算剂量分布时所需的各种信息，存在患者的体型信息以及有关照射条件的信息。作为患者的体型信息，例如包括有关肌肉、骨骼、器官、肿瘤等的位置、大小及形状的信息。输入部3能够输入例如患者的CT(Computed Tomography：计算机断层摄影)图像信息作为体型信息。输入部3还可输入通过其他摄影装置而摄影的图像信息来代替CT图像信息。输入部3例如可连接于摄影装置而直接输入图像信息，还可连接于记录有图像信息的记录介质上，输入记录于记录介质中的图像信息。
作为有关照射条件的信息，例如有表示等中心点(照射目标点)的位置的坐标(r，θ，z)、照射角度(φ，ψ)、照射的粒子的种类、粒子的能量、准直器直径K等。图2是表示被实施放射线治疗的人体的外观的示意图，图3是表示被实施放射线治疗的人体的与体长方向(体轴方向)正交的剖面的剖视图。等中心点的位置为在照射场中心轴上直行的粒子所到达的位置。例如，治疗的肿瘤等的目标部位配置于等中心点。作为等中心点的位置坐标(r，θ，z)，能够使用圆筒坐标系，如图2及图3所示，通过半径r、角度θ、高度z来表示。作为等中心点的位置坐标，例如还可利用直角坐标系等其他坐标系来表示。
照射角度(φ，ψ)为粒子相对于目标部位前进的角度。例如，角度φ为围绕沿铅垂方向延伸的轴的角度即方位角，角度ψ为围绕沿水平方向延伸的轴的角度即仰角。被照射的粒子的种类例如为中子、质子、重粒子等。被照射的粒子的能量例如为粒子的动能等。准直器由阻断粒子前进的构件构成，用于通过限定粒子照射的范围来形成照射场。准直器直径K为用于使粒子通过的开口部的内径。例如，按照肿瘤的大小而选择准直器直径K，由此限定粒子照射的范围。
作为输入部3，例如能够使用键盘、鼠标、触控面板、扫描仪、其他信息处理终端及成像装置等。
输出部4用于输出治疗计划终端2的运算结果。作为运算结果，可举出表示剂量分布的图像数据等。作为输出部4，可举出图像显示装置、打印机等。例如，还可将运算结果输出到其他信息处理终端。
治疗计划终端2具备进行运算处理的CPU(Central Processing Unit)、成为存储部的ROM(Read Only Memory)及RAM(Random Access Memory)、输入信号电路、输出信号电路、电源电路等。治疗计划终端2具有：运算部5，运算剂量分布；校正部6，校正在运算部5运算的剂量分布；存储部7，存储运算或校正剂量分布时所利用的各种信息。
在放射线治疗模拟装置1中，利用标准人体模型(人体图谱数据)，预先运算出在多个照射条件下照射粒子时的各剂量分布，并将运算出的剂量分布的数据存储于存储部7。在存储部7存储有标准人体模型的体型信息。
标准人体模型为例如根据多个人的体型信息而设定的体型信息，包含有关假设为标准的人的肌肉、骨骼、器官等的形状及位置的信息。关于对该人体模型照射粒子时的剂量分布，预先运算出的结果存储于存储部7中。剂量分布的数据与各照射条件建立关联并存储。对于该标准人体模型的剂量分布可以用该放射线治疗模拟装置1的运算部5运算，还可以用其他信息处理终端预先运算。
作为对于标准人体模型的剂量分布，例如对有关相对于以5cm间隔、5度间隔设定的多个等中心点，从不同的多个方向照射粒子时的各剂量分布进行运算。存储部7中存储有例如与数千个照射条件对应的剂量分布的数据。
运算部5利用以往已知的蒙特卡洛方法来运算剂量分布。在蒙特卡洛方法中，根据人体的体型信息(例如，患者的CT图像信息)来制作人体的3维模型，并将该3维模型变换为计算模型并运算剂量分布。
校正部6根据从输入部3输入的患者的体型信息M1(参考图4(b))和存储于存储部7的人体图谱数据的体型信息M0(参考图4(a))，校正与所输入的照射条件对应的剂量分布D0(标准的剂量分布D0)的数据。校正部6将包含患者的体型信息M1的CT图像信息与人体图谱数据的体型信息M0进行比较，并将人体图谱数据的体型信息M0中的位置信息变换为患者的体型信息M1中的位置信息，根据该位置信息的变换，对存储于存储部7中的剂量分布D0的数据进行校正。校正部6使人体图谱数据的体型信息M0与包含于患者的CT图像中的体型信息M1匹配，从而求出用于将人体图谱数据上的位置坐标变换为患者的CT图像上的位置坐标的变换矩阵。校正部6利用变换矩阵，将存储于存储部7中的相对于人体图谱数据的剂量分布D0的数据，变换为与患者的体型信息M1对应的剂量分布D1的数据来进行校正(参考图4(c))。
并且，校正部6将有关适用于患者的照射条件的位置信息变换为人体图谱数据上的位置信息。校正部6从存储于存储部7中的剂量分布D0的数据，提取与被变换的位置信息对应的剂量分布的数据。校正部6通过将所提取的剂量分布D0的数据变换为基于患者的体型信息的位置信息来进行校正。
接着，参考图5的流程图，说明放射线治疗模拟装置1中的处理步骤。
首先，工作人员利用输入部3输入照射条件(步骤S1)。在此，输入对患者进行放射线治疗时的照射条件。接着，工作人员输入进行治疗的患者的体型信息(步骤S2)。在此，从作为输入部3而发挥作用的断层图像摄影装置输入患者的CT图像信息。
接着，校正部6读取存储于存储部7中的人体图谱数据的体型信息(步骤S3)。接着，校正部6进行患者的体型信息与人体图谱数据的对位，并计算出变换矩阵(步骤S4)。此时，在任意的轴线方向上，放大或缩小人体图谱数据，从而使人体图谱数据的体型信息与患者的体型信息匹配。
接着，将从输入部3输入的照射条件中的位置信息变换为人体图谱数据中的位置信息(步骤S5)。在此，将作为照射条件中的位置信息的表示等中心点的位置的坐标(r，θ，z)以及照射角度(φ，ψ)，利用变换矩阵变换为人体图谱数据中的位置信息。
接着，校正部6校正对应于照射条件的剂量分布D0(步骤S6)。具体而言，提取在步骤S5中被变换的对应于照射条件的剂量分布D0，关于该剂量分布D0，利用变换矩阵将其变换为对应于患者的体型信息的位置信息，由此运算出校正后的剂量分布D1。
接着，判定校正后的剂量分布D1是否适当(步骤S7)。例如，运算部5根据校正后的剂量分布D1来制作如图6所示的剂量分布的图像。并且，运算部5根据校正后的剂量分布来制作如图7所示的图表(Dose Volume Histogra m)。在图7的图表中，横轴表示剂量(Dose)，纵轴表示体积(Volume(％))。如图6所示，图7中表示假设对患者的头部的肿瘤进行放射线治疗时的剂量与体积的关系，V1为在照射放射线的区域中正常的脑组织所占的体积比例(％)，V2为在照射放射线的区域中肿瘤所占的体积比例(％)。
在V2线中，在约0至约40的剂量之间，体积为100％。即，能够理解为对100％肿瘤部分照射有约40以上剂量的放射线。并且，在V2线中，相对于约60的剂量，体积为约60％。即，能够理解为对60％肿瘤部分照射有约60以上剂量的放射线。在V1线中，相对于10剂量，体积几乎成为0％。即，能够理解为对正常的脑组织未照射有约10以上剂量的放射线。由此，能够理解为对肿瘤部分照射有较高剂量的放射线，而对正常的脑组织仅照射有较低剂量的放射线。
作为输出部4的显示部(液晶显示部)显示例如图6所示的剂量分布的图像或图7所示的图表的图像。工作人员观察显示部中显示的这些图像，从而判定校正后的剂量分布是否适当。
在校正后的剂量分布D1不适当的情况(步骤S7：否)下，返回步骤S1，再次重复步骤S1～步骤S7为止的处理。在校正后的剂量分布D1适当的情况(步骤S7：是)下，进行步骤S8。将与该校正后的剂量分布D1对应的照射条件确定为在实际治疗中所采用的照射条件。
在之后的步骤S8中，运算部5利用蒙特卡洛方法，对于被确定的照射条件计算准确的剂量分布。计算出的最终结果输出到输出部4。
这种放射线治疗模拟装置1中，针对多个照射条件，预先算出对标准人体模型(人体图谱数据)照射了放射线时的各剂量分布D0，并将预先计算的剂量分布D0与照射条件建立关联并存储于存储部7中。在该放射线治疗模拟装置1中，通过输入部3输入对患者照射放射线时所适用的照射条件及患者的体型信息，并根据所输入的患者的体型信息及人体模型的体型信息，对存储于存储部7中的剂量分布D0的数据进行校正。由此，能够根据患者的体型信息来校正预先计算的剂量分布D0，并能够利用已校正的剂量分布D1。因此，无需为了找到成为最佳剂量分布的照射条件而进行数次利用蒙特卡洛方法的计算，因此能够抑制总计算时间的延长。
校正部6将包含患者的体型信息的CT图像信息与人体图谱数据的体型信息进行比较，并将人体图谱数据的体型信息中的位置信息变换为患者的体型信息中的位置信息，根据该位置信息的变换，能够对存储于存储部7中的剂量分布的数据进行校正。由此，变换位置信息，以使人体图谱数据的体型信息与包含患者的体型信息的CT图像信息匹配，并将该位置信息的变换适用于存储于存储部7中的剂量分布D0的数据，从而能够变换为与患者的体型信息对应的位置信息。其结果，能够算出适合患者的体型的剂量分布的数据，并能够获得高精确度的数据。
校正部6将有关适用于患者的照射条件的位置信息变换为人体图谱数据的体型信息中的位置信息，并从存储于存储部7中的剂量分布D0的数据中提取与被变换的位置信息对应的剂量分布D0的数据，将所提取的剂量分布D0的数据变换为基于患者的体型信息的位置信息，从而能够进行校正。由此，将有关适用于患者的照射条件的位置信息变换为人体图谱数据的体型信息中的位置信息，并提取在该被变换的照射条件下将放射线照射于人体图谱数据时的剂量分布D0，将该剂量分布D0变换为与患者的体型信息对应的位置信息，从而能够进行校正。其结果，能够获得高精确度的数据。
另外，还可利用照射条件及患者的体型信息来校正对应于人体图谱数据的剂量分布D0的数据，由此确认通过该照射条件可获得适当的剂量分布，之后，进行利用蒙特卡洛方法的计算，获得根据该照射条件照射了放射线时的剂量分布的数据。由此，能够抑制总计算时间的延长，且能够获得更准确的剂量分布的数据。
本发明并不限定于前述实施形态，在不脱离本发明的宗旨的范围内可进行如下各种变形。
在上述实施方式中，预先运算标准体型的人体图谱数据中的剂量分布，但是，人体模型还可为非标准体型的人体模型。并且，还可设定多个种类的体型的人体模型，并将各个人体模型中的剂量分布存储于存储部中。
并且，在上述实施方式中，作为患者的体型信息而采用了CT图像信息，但还可采用其他检查数据作为患者的体型信息。
并且，图5所示的处理步骤，可适当地调换顺序实施。例如，还可在输入患者体型信息之后，实施照射条件的输入。只要在照射条件变换为人体模型上的坐标之前，实施照射条件的输入即可。
并且，作为分别具备具备运算部的终端和具备校正部的终端的结构，还可以是在这些终端之间进行数据通信的结构。
符号说明
1-放射线治疗模拟装置，2-治疗计划终端，3-输入部，4-输出部，5-运算部，6-校正部，7-存储部。

Claims (3)

1.一种放射线治疗模拟装置，其对基于照射于患者的目标部位的放射线的剂量分布进行运算，具备：
存储部，存储针对多个照射条件而对既定体型的人体模型照射了放射线时的各剂量分布的数据；
输入部，输入对所述患者照射放射线时所适用的照射条件以及所述患者的体型信息；及
校正部，根据所述患者的体型信息以及所述人体模型的体型信息，对存储于所述存储部的剂量分布的数据进行校正。
2.根据权利要求1所述的放射线治疗模拟装置，其中，
所述校正部将包含所述患者的体型信息的CT图像信息与所述人体模型的体型信息进行比较，并将所述人体模型的体型信息中的位置信息变换为所述患者的体型信息中的位置信息，根据该位置信息的变换，对存储于所述存储部中的剂量分布的数据进行校正。
3.根据权利要求2所述的放射线治疗模拟装置，其中，
所述校正部将有关适用于所述患者的照射条件的位置信息变换为所述人体模型的体型信息中的位置信息，并从存储于所述存储部中的剂量分布的数据提取与被变换的位置信息对应的剂量分布的数据，通过将提取的所述剂量分布的数据变换为基于所述患者的体型信息的位置信息来进行校正。
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