CN114599427A - 患者体内构造变化检测方法、患者体内构造变化检测装置以及计算机程序 - Google Patents

Abstract

本发明能够适当且迅速地检测出患者的体内构造的变化。一种计算机程序，用于使计算机作为检测患者的体内构造的变化的患者体内构造变化检测装置发挥功能，所述计算机程序使计算机实现以下处理：计算根据新取得的患者的三维图像即第二三维图像求出的第二水等效厚度的处理；计算根据治疗计划时的患者的三维图像即第一三维图像求出的第一水等效厚度相对于所述第二水等效厚度的变化的处理；以及剂量体积直方图变化计算处理，基于所述计算出的水等效厚度变化和表示水等效厚度变化值与剂量分布信息的相关性的相关信息来计算剂量体积直方图相对于治疗计划的变化。

Description

患者体内构造变化检测方法、患者体内构造变化检测装置以 及计算机程序

技术领域

本发明涉及患者体内构造变化检测方法、患者体内构造变化检测装置以及计算机程序。

背景技术

在作为癌症的治疗法之一而举出的放射线治疗中，大致分为作为治疗中使用的放射线的射线种类而使用X射线、伽马射线这样的非带电粒子束的治疗、和使用质子束、碳束这样的带电粒子束的治疗。后者的使用带电粒子束(带电粒子射束)的治疗一般被称为粒子束治疗。

非带电粒子具有在体内从浅的位置到深的位置以一定的比例减少剂量的赋予量的特征。带电粒子射束形成在由能量决定的特定的深度具有峰值的剂量分布(黑色曲线)。因此，带电粒子射束具有如下特征：通过使峰值位置与肿瘤位置一致地照射射束，能够大幅降低对比肿瘤深的位置处的正常组织的剂量。

在粒子束治疗中，尽可能准确地向作为照射目标的肿瘤照射所希望的剂量会带来治疗效果的提高。在近年来的粒子束治疗中，作为使剂量集中于目标的方法，扫描照射法的利用正在扩大。扫描照射法是如下的照射法：利用两组扫描电磁铁使细的带电粒子射束偏转而引导至平面内的任意位置，由此以涂抹肿瘤内部的方式进行照射，仅对肿瘤区域赋予高剂量。

在扫描照射法中，在肿瘤内的各照射对象位置设定被称为点的照射目标地点，向各点照射带电粒子射束，由此形成与目标形状一致的剂量分布。点的配置通过对事先取得的患者的CT(Computed Tomography：计算机断层扫描)图像进行基于治疗计划装置的照射模拟计算来决定。

为了实现对肿瘤的准确的粒子束照射，在实际的粒子束照射时，需要将患者位置对准与由治疗计划装置制作的治疗计划中的照射位置相同的照射位置。将该对位称为患者定位。粒子束治疗中的患者定位一般通过使用从垂直方向以及平行方向这2个方向拍摄患者而得到的透视X射线图像，对两个方向的透视X射线图像和根据治疗计划时的CT图像制作的来自相同方向的投影处理图像(模拟透视图像)进行比较来实施。以使透视X射线图像上的成为标记的部位(通常为骨骼)与模拟透视图像中的该部位一致的方式进行对位。

近年来，在包括粒子束治疗的放射线治疗的领域中，通过设置在治疗室内的CT拍摄装置或架台搭载型的锥形束CT(CBCT)，在每个治疗日对患者进行拍摄，将取得的图像不仅用于患者定位，还用于肿瘤的位置形状及体内构造变化的观察。并且，为了实现进一步降低了对正常组织的照射的高精度的治疗，根据前述的拍摄图像上的患者体内的构造变化，实施适当修正治疗放射线的照射条件而最佳化的被称为自适应粒子束治疗的治疗。

作为自适应粒子束治疗的步骤，大致分为1.评价、2.判断、3.再计划、4.照射准备。作为各项目的课题，在1.评价中保留有高画质图像的制作和对象区域轮廓的再描绘，在2.判断以及3.再计划中保留有高速的剂量计算和适当的判断指标以及再计划判断阈值的决定，在4.照射准备中保留有在以往的治疗计划时实施的患者品质保证(QualityAssurance：QA)检查的代替方法。目前，进行了用于解决这些各项目的课题的要素技术开发。

从1.评价到3.再计划，已知有日本特开2016-32506号公报(专利文献1)中记载的方法。在专利文献1中，基于所计划的照射条件，针对该日的取得图像，通过正向剂量计算求出对象脏器的轮廓再描绘以及剂量分布来评价剂量误差。但是，在专利文献1的技术中，轮廓再描绘以及剂量分布计算这样的解析作业需要数分钟的时间。

为了降低患者的负担，从定位完成到照射开始的时间需要尽可能短。因此，优选根据取得图像，在患者的构造变化少的情况下迅速转移到照射开始，仅在患者的构造变化不能忽视的情况下进行剂量分布评价，判断可否继续进行治疗。

在非专利文献1中记载了根据三维图像和照射信息来检测患者的体内构造变化的方法例。在非专利文献1中，在从呼吸的呼气到吸气进行了分割(通常10分割左右)的CT图像(四维CT图像)上，计算从设想的照射条件的体表(粒子线射束上游侧)到肿瘤后方面(射束下游侧)为止的体内通过区域中的水等效厚度的变化。而且，在非专利文献1中，事先掌握呼吸引起的剂量分布的干扰程度，决定相对于呼吸引起的身体活动而稳定的粒子束照射角度。

在此，水等效厚度是指考虑各组织相对于水的密度比，将实际在CT图像上通过各组织而计算出的实际距离作为将实际距离置置换为水的情况下的距离而计算出的值。通常，在根据CT图像计算水等效厚度时，使用CT拍摄装置固有的CT值与水等效厚度的变换表，使用在所取得的CT图像的要素即体素中存储的CT值和所述变换表变换为水等效厚度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-32506号公报

非专利文献

非专利文献1：Jason E Matney，Park PC，Li H，et al.Perturbation of water-equivalent thickness as a surrogate for respiratory motion in protontherapy.J Appl Clin Med Phys 2016；17(2)

发明内容

发明所要解决的课题

非专利文献的技术在能够着眼于实际被赋予剂量的区域来检测变化这一点上是优异的。但是，计算出的粒子束通过区域上的水等效厚度变化与再现由扫描照射法的每个点的射束强度及射束的重叠表现的剂量分布的评价不同，因此认为两者的相关性不高。因此，存在无法充分得到自适应治疗中的继续治疗的判断所需的剂量分布指标的信息的课题。

通常，作为在放射线治疗的领域中判断治疗计划的好坏的评价指标，使用剂量-体积直方图(Dose Volume Histogram：DVH)。这是三维地计算对轮廓输入的关心区域(Regionof interest：ROI)的各体积(身体整体、目标、危险脏器等)内赋予的剂量分布信息，将剂量与体积的关系图表化的图，用将横轴设为剂量、将纵轴设为体积的折线或柱状图来表现。在自适应治疗中也需要将DVH信息作为治疗继续判断的指标进行提示。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够适当且迅速地检测出患者的体内构造的变化的患者体内构造变化检测方法、患者体内构造变化检测装置以及计算机程序。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，按照本发明的一个观点的计算机程序是用于使计算机作为检测患者的体内构造的变化的患者体内构造变化检测装置发挥功能的计算机程序，所述计算机程序使计算机实现以下处理：计算根据新取得的患者的三维图像即第二三维图像求出的第二水等效厚度的处理；计算根据治疗计划时的患者的三维图像即第一三维图像求出的第一水等效厚度相对于所述第二水等效厚度的变化的处理；以及计算剂量体积直方图变化的处理，基于计算出的水等效厚度变化和表示水等效厚度变化值与剂量分布信息的相关性的相关信息来计算剂量体积直方图相对于治疗计划的变化。

发明效果

根据本发明，能够基于根据新取得的患者的三维图像计算出的粒子射束所通过的区域上的水等效厚度变化和相关信息，计算出剂量体积直方图相对于治疗计划的变化。

附图说明

图1是粒子束照射系统(粒子束治疗装置)的整体结构图。

图2是图1中的患者体内构造变化检测装置的框图。

图3是表示实现患者体内构造变化检测装置的硬件资源以及软件资源的说明图。

图4是照射计划信息所包含的点数据的说明图。

图5是点扫描照射法中的照射点设定的概念图。

图6是对每个照射点计算水等效厚度的变化的区域的概念图。

图7是表示计算剂量体积直方图的变化的步骤的流程图。

图8是显示水等效厚度变化等信息的画面例。

图9涉及第二实施例，是表示粒子束治疗装置中的关心区域内的水等效厚度变化计算的概念图。

图10涉及第三实施例，是粒子束治疗装置中的患者体内构造变化检测装置的框图。

图11是表示计算剂量体积直方图的变化的步骤的流程图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。在本实施方式中，如以下所述，使用治疗计划时的三维图像，预先求出扫描照射法中的每个点的粒子束所通过的区域的水等效厚度变化和通过粒子束照射而产生的剂量分布变化。并且，在本实施方式中，在治疗时的患者定位时，基于新取得的三维患者图像，迅速地计算剂量体积直方图相对于治疗计划时的变化并显示其结果。由此，在本实施方式中，能够辅助医生进行是否继续治疗的判断。

本实施方式的粒子束治疗装置是“具备患者体内构造变化检测装置的粒子束治疗装置”的一例，例如具备：粒子束产生装置10、射束输送系统20、设置于旋转架台的照射喷嘴25、载置患者的躺椅33、用于对目标照射粒子束的粒子束照射控制装置41以及患者体内构造变化检测装置50。

患者体内构造变化检测装置50具备：水等效厚度计算功能52，其使用治疗计划时的照射计划信息和患者三维图像来计算每个照射束的水等效厚度变化；相关信息制作功能55，其根据水等效厚度变化和在相同的照射条件下计算的剂量分布信息来制作两者的相关信息；以及患者体内构造变化检测装置51，其基于使用新取得的三维图像和相关信息计算出的照射束通过区域上的水等效厚度变化，来计算出从制作治疗计划时的计划剂量起的变化(剂量体积直方图变化、DVH变化信息)。并且，还能够具备显示水等效厚度变化或者剂量体积直方图变化中的至少任一个的显示装置。

根据本实施方式，在患者的定位时，能够迅速地向医生等医疗从业者通知患者体内构造的变化。该通知作为考虑了剂量分布变化的评价指标的判断可否继续治疗的信息而提示给医疗从业者，因此能够缩短作为定位对象的患者的照射等待时间，能够削减医疗从业者重新描绘ROI的工夫，还能够削减剂量分布的计算作业。由此，在本实施方式中，能够辅助医疗从业者的判断，能够提高粒子束治疗装置的使用便利性和效率。

实施例1

使用图1至图8，对第一实施例进行说明。图1是作为粒子束治疗装置的粒子束照射系统的整体结构图。图2是粒子束治疗装置所包含的患者体内构造变化检测装置50的结构图。图3表示使用计算机来实现患者体内构造变化检测装置50的情况下的硬件资源以及软件资源。图4是在实际点数据的制作中使用的粒子束照射信息60的说明图。图5是点扫描照射法中的照射点设定的概念图。图6是点扫描照射法中的每个照射点的水等效厚度变化计算区域的概念图。图7是表示在照射中计算实际剂量分布的处理步骤的流程图。图8是表示显示水等效厚度变化以及剂量体积直方图变化等信息的画面的说明图。

如图1所示，粒子束照射系统例如具备粒子束产生装置10、射束输送系统20、偏转电磁铁21、治疗室30、粒子束照射控制装置41、患者定位装置42、定位图像取得装置43、通信装置44、数据服务器45以及治疗计划装置46。

用于对目标照射粒子束的粒子束照射装置例如包括粒子束产生装置10、射束输送系统20及照射喷嘴25。

粒子束产生装置10例如具备同步加速器11、离子源12以及直线加速器13。同步加速器11例如具备偏转电磁铁21、四极电磁铁(未图示)、高频加速装置18、高频射出装置19、射出用偏转器17等。

离子源12与直线加速器13连接。直线加速器13与同步加速器11连接。在粒子束产生装置10中，由离子源12产生的粒子束通过直线加速器13进行前段加速，向同步加速器11入射。由同步加速器11进一步加速后的粒子束向射束输送系统20射出。

射束输送系统20例如具备多个四极电磁铁(未图示)及偏转电磁铁21。射束输送系统20与同步加速器11、照射喷嘴25连接。

射束输送系统20的一部分和照射喷嘴25设置于治疗室30内的大致筒状的架台，能够与架台一起旋转。从同步加速器11射出的粒子束(也称为粒子射束)通过射束输送系统20内的同时通过四极电磁铁收敛，通过偏转电磁铁21改变方向而向照射喷嘴25入射。

照射喷嘴25例如具备两对扫描电磁铁251、252、剂量监视器254以及位置监视器253。两对扫描电磁铁设置在相互正交的方向上，在目标位置上，能够使粒子束偏转，以使粒子束到达与射束轴垂直的面内的所希望的位置。

剂量监视器254是测量向目标照射的粒子束的照射量的监视器，将检测出的测量值向粒子束照射控制装置41输出。位置监视器253是通过检测向目标照射的粒子束所通过的位置来间接地测量向目标照射的粒子束的照射位置的监视器。位置监视器253将检测出的检测值向粒子束照射控制装置41输出。通过了照射喷嘴25的粒子束到达照射对象31内的目标。另外，在治疗癌症等患者的情况下，照射对象31表示患者，目标表示肿瘤等。

使用图2说明患者体内构造变化检测装置50的结构。患者体内构造变化检测装置50例如具备剂量体积直方图变化计算部51、水等效厚度变化计算部52、控制台53、可否继续治疗判定部54以及相关表制作部55。

剂量体积直方图变化计算部51计算剂量体积直方图在治疗计划制作时和治疗时变化了多少。水等效厚度变化计算部52针对向作为照射对象的患者31照射的粒子束，按每个点计算水等效厚度，计算治疗计划制作时与治疗时的差异。水等效厚度变化计算部52具备计算水等效厚度的功能521和在治疗计划制作时和治疗时比较水等效厚度的功能522。

控制台53是“显示装置”的例子。在控制台53显示剂量体积直方图变化和/或水等效厚度变化等信息。控制台53可以是如控制台那样固定的装置，也可以是如便携信息终端那样医疗从业者等用户能够携带的装置。也可以使用增强现实(Augmented Reality：AR)或虚拟现实(Virtual Reality：VR)等技术，向医疗从业者提供与患者体内构造的变化有关的信息。

可否继续治疗判定部54判定可否继续进行粒子束治疗。可否继续治疗判定部54判定剂量体积直方图的变化是否超过了预定的判定阈值。即，在治疗时，在患者的体内构造从治疗计划制作时大幅变化的情况下，可否继续治疗判定部54将可否继续治疗的判定结果通知给医疗从业者。

相关表制作部55是“相关信息制作部”的示例。相关表制作部55在与水等效厚度变化的计算对应的照射条件下计算剂量分布信息，制作表示水等效厚度变化与剂量分布信息的相关性的相关表。

在本实施例中，作为“相关信息”例示相关表。例如，针对粒子束的每个点且针对每个脏器生成相关表。例如，各相关表的纵轴是剂量体积直方图的变化(ΔDVH)，横轴是水等效厚度变化(ΔWEL)。也可以代替相关表而使用预定的运算式，也可以如后述的实施例那样使用机器学习。

使用图3说明在计算机上实现患者体内构造变化检测装置50的情况的例子。患者体内构造变化检测装置50例如构成为包括微处理器(Central Processing Unit：CPU)501、存储器502、通信接口部(图中为通信IF)503、辅助存储装置504以及输入输出部(图中为I/O)506。

在辅助存储装置504中存储有预定的计算机程序505。微处理器501将计算机程序505读入到存储器502并执行，由此实现作为患者体内构造变化检测装置50的功能。

计算机程序505也可以从存储介质507经由传递路径508存储到辅助存储装置504。传递路径508可以是有线的，也可以是无线的。传递路径508例如也可以是因特网那样的通信网络。存储介质507例如是闪存、硬盘、光盘、磁带、磁盘、磁光盘、全息存储器那样的存储介质。或者，存储介质507是与患者体内构造变化检测装置50可通信地连接的其他计算机内的存储器。

可以将计算机程序505的整体存储在一个存储介质507中，也可以不将计算机程序505的一部分存储在存储介质507中。计算机程序505通过与辅助存储装置504中存储的其他计算机程序协作，也能够实现作为患者体内构造变化检测装置50的功能。

另外，在图3中示出了由单一的计算机构成患者体内构造变化检测装置50的例子，但不限于此，也可以在物理上或逻辑上由多个计算机构成患者体内构造变化检测装置50。

<治疗处理的流程>

使用图4～图8，对粒子束治疗装置计算剂量体积直方图的变化的处理进行说明。

首先参照图7。患者体内构造变化检测装置50(以下，有时简称为变化检测装置50)在治疗计划时，从CT拍摄装置或MRI(Magnetic Resonance Imaging：磁共振成像)拍摄装置(均未图示)取得患者的三维图像(S11)。

变化检测装置50针对在步骤S11中取得的三维图像，使用治疗计划装置46制作治疗计划(S12)。将制作出的治疗计划的计划照射信息60以及计划时三维图像保存于数据服务器45中。

使用图4说明计划照射信息60。计划照射信息60中包含具备每个点的照射位置(x，y)62、63、能量信息(点能量)64和照射量(点剂量)65的点数据，基于这些照射计划信息，对每个点照射粒子束。

图5是点扫描照射法中的照射点设定的概念图。使用图5，对基于计划照射信息60的粒子射束的照射进行说明。

符号100表示所照射的粒子射束的点射束偏转起点。点射束的偏转起点100相当于被照射喷嘴25内的扫描电磁铁251、252偏转的射束位置。

相对于从架台的照射角度的照射位置向治疗室坐标系中的等中心101延伸的直线，将等中心位置且垂直的面称为等中心平面102。将计划照射信息60所包含的点位置定义在以等中心平面102的等中心位置为原点的二维平面上。例如，在点照射位置为(x，y)＝(7，-4)的情况下，意味着对图中的符号103的位置照射粒子束。所照射的粒子射束沿着点射束通过线104的方向照射，并通过至点能量全部降低的深度。经过以上的过程，实施粒子束治疗的点扫描照射。

再次参照图7。变化检测装置50对计划时的三维图像进行加工来制作假定了体内构造变化的三维图像(验证用三维图像)，通过使用治疗计划装置46，在与治疗计划制作时(也称为计划时)相同的照射条件下实施剂量计算，输出验证用剂量分布信息(S13)。

在此，验证用三维图像与计划时三维图像相比，以目标的位置和轮廓相同、周边构造不同的方式制作。以下叙述将目标的位置和轮廓设定为相同的理由。这是因为，关于肿瘤位置，通过在定位时(用于治疗的患者定位时)取得的三维图像，通常实施在患者对位中实施的骨定位以及肿瘤(或者基于刺入肿瘤附近的标记的)定位，因此已确认与计划时的位置一致。并且，关于肿瘤形状，也能够根据定位时取得的三维图像，通过目视(或自动轮廓检测技术)确认肿瘤的形状，因此能够在形状与计划时没有变化的状态下进行拍摄。

将计划照射信息60、ROI轮廓信息、计划时三维图像以及验证用三维图像、计算出的剂量分布信息、验证用剂量分布信息(均未图示)经由通信装置44发送至变化检测装置50内的剂量体积直方图变化计算部51。

剂量体积直方图变化计算部51将照射条件、计划时三维图像以及验证用三维图像发送至水等效厚度变化计算部52的水等效厚度计算部521。水等效厚度计算部521分别计算出计划时三维图像上的点射束通过区域的水等效厚度和该区域的验证用三维图像上的水等效厚度。

使用图5及图6所示的概念图，对计算水等效厚度的变化的方法进行说明。首先，针对在图6中的等中心面102上设定的每个点，将以点位置为中心的一边的长度相当于点间隔的四边形设定为计算水等效厚度的基准面105。

接着，当连接水等效厚度计算基准面105的各顶点和点射束偏转起点100时，形成四棱锥。对于针对计划时三维图像形成的四棱锥上所包含的体内组织，通过计算变换成水等效厚度的值，从射束上游方向到射束下游方向进行累计。

朝向射束下游方向反复进行上述的累计处理，直至所累计的水等效厚度与点射束的能量的水中射程一致。将所累计的水等效厚度与点射束的能量的水中射程一致的位置作为水等效厚度计算区域底面106。将从点射束偏转起点100通过水等效厚度计算基准面105的各顶点后在水等效厚度计算区域底面106形成的四棱锥设定为水等效厚度计算评价区域107。能够将在水等效厚度计算评价区域107内对计划时三维图像以及验证用三维图像计算出的水等效厚度的差值用作该点的水等效厚度变化值。

在水等效厚度计算评价区域107内计算出的水等效厚度通过水等效厚度比较部522进行比较，作为假定体内构造变化时相对于计划时的水等效厚度变化值，按每个点进行计算。

之后，剂量体积直方图变化计算部51读入每个点的水等效厚度变化信息、计划时剂量分布信息、验证用剂量分布信息以及ROI轮廓信息，评价每个点的水等效厚度(WaterEquivalent Thickness：WET)变化对剂量体积直方图造成的影响(S14)。

相关表制作部55接收步骤S14的评价结果，生成根据每个点的水等效厚度变化来推定剂量体积直方图变化的相关表551(S15)。由相关表制作部55生成的相关表551被保存在患者体内构造变化检测装置50内的存储器502或辅助存储装置504中。步骤S11至S15相当于治疗计划时应实施的处理。

作为相关表551的例子，考虑如下。假设存在利用根据每个点的水等效厚度的变化信息(x)来预测对象ROI的DVH变化的一次函数进行预测的式子，则如下述的(式1)那样表示函数f(x)。

f(x)＝a*x+b···(式1)

其中，a和b是用于DVH变化预测的系数。在DVH变化的预测式为指数函数的情况下，或者在由二维以上的函数表示的情况下，使用对应于需要的系数。作为水等效厚度变化的信息(x)，例如能够将每个点的水等效厚度变化的中央值、或者将每个点的水等效厚度变化表示为直方图时的包含95％的数据的宽度等用作代表值。也可以代替代表值，而分别制作针对各点的每个水等效厚度变化预测DVH变化的函数，根据这些函数之和计算出DVH变化。在该情况下，能够保存为在纵轴上排列了点编号、在横轴上排列了与各点的函数相关的系数的表(相关表)来使用。

接着，对基于粒子束照射的治疗当日的处理进行说明。首先，最初通过定位用图像取得装置43取得治疗当日的患者的三维图像。所取得的三维图像经由通信装置44向患者定位装置42发送，以患者体内的界标(通常为骨骼和目标)与计划位置一致的方式进行对位。

之后，将所取得的三维图像经由通信装置44发送到剂量体积直方图变化计算部51。剂量体积直方图变化计算部51将三维图像发送到水等效厚度变化计算部52。水等效厚度计算部521使用计划照射条件和三维图像，计算出每个点的水等效厚度。水等效厚度比较部522对从计划时的三维图像得到的水等效厚度和从在治疗日取得的三维图像得到的水等效厚度进行比较，计算出其变化(S16)。

将计算出的水等效厚度变化信息从水等效厚度变化计算部52发送至剂量体积直方图变化计算部51。剂量体积直方图变化计算部51通过使用在治疗计划时保存的相关表551来计算出剂量体积直方图的变化(ΔDVH)(S17)。

将计算出的剂量体积直方图变化发送至可否继续治疗判定部54。可否继续治疗判定部54的判定阈值设定部541将计算出的剂量体积直方图变化与事先设定的判定阈值Th进行比较，根据其结果判定治疗可否继续(S18)。

如图8所示，将判定结果和计算信息(ΔWEL、ΔDVH)输出至控制台53的信息提供画面G1。

在信息提供画面G1中例如包含患者ID显示栏GP1、患者截面图像显示窗口GP2、DVH显示窗口GP3、水等效厚度变化直方图显示窗口GP4、剂量评价指标值显示窗口GP5。

患者ID显示栏GP1显示唯一地确定患者的标识符(ID)。患者截面图像显示窗口GP2在三维图像的任意的患者截面图像上显示计划剂量分布、每个点的实际通过空间上的通过区域和ROI。DVH显示窗口P3显示计划时剂量推定出的针对各ROI的DVH。水等效厚度变化直方图显示部GP4将每个点的水等效厚度变化信息作为直方图进行显示。剂量评价指标值显示窗口GP5通过将推定出的各ROI的DVH变化与预先设定的阈值Th进行比较，来判定DVH变化是否收敛于阈值Th内，并显示其判定结果。

说明在DVH显示窗口GP3中显示的缩写CTV、OAR。CTV是在对肉眼能够确认的肿瘤添加潜在或微观肿瘤的存在区域的治疗中应除去的临床目标积(Clinical Target Volume：CTV)。OAR是将应避免剂量赋予的危险脏器(Organ AT Risk：OAR)设为ROI的情况下的DVH。

在剂量评价指标值显示窗口GP5中作为评价指标而示出的CTV(D₉₉)是覆盖CTV体积的99％的剂量值。CTV(D_max)是对CTV赋予的最大剂量值。OAR(D_max)是对OAR赋予的最大剂量值。此外，图8所示的画面结构是一个例子，也可以将上述信息以外的信息显示于画面G1。

在图7中，在步骤S18的判定结果为“是”的情况下，即，在判定为能够继续基于粒子射束的治疗的情况下(S18：是)，向目标照射粒子射束(S22)。

与此相对，在步骤S18中的判定结果为“否”的情况下，即判定为不能继续基于粒子射束的治疗的情况下(S18：否)，例如，实施详细的剂量评价、发生了变化的原因的查明、对策措施(S19)。

在实施了步骤S19中的评价或对策之后，再次判定可否继续进行治疗(S20)。在再判定结果为“是”的情况下，即判定为能够继续进行基于粒子射束的治疗的情况下(S20：是)，向目标照射粒子射束(S22)。在再判定结果为“否”的情况下，即判定为不能继续进行基于粒子射束的治疗的情况下(S20：否)，例如，实施ROI的再描绘和剂量计算，判断再治疗计划(再计划)实施的必要性(S21)。

根据这样构成的本实施例，在使用每个点的水等效厚度变化和事先制作的相关表551计算出的剂量体积直方图变化中没有问题的情况下，不需要在以往的自适应治疗中需要的ROI的再描绘和剂量分布的计算处理，能够在患者定位结束后立即照射粒子射束。因此，根据本实施例，能够缩短患者的照射等待时间，能够降低医疗从业者的临床作业负担。

对本实施例的变形例进行说明。在图7的步骤S13中，在正向剂量计算中使用了治疗计划装置46，但也可以在患者体内构造变化检测装置50内设置专用的剂量计算功能，通过该剂量计算功能来计算出剂量。

在相关表551的制作中使用的各点的水等效厚度信息也可以使用利用点数据信息加权后的值。例如，通过进行与表示照射量的监视单元值(MU值)或者点能量对应的加权，也能够提高与剂量分布的相关性。

在本实施例中，根据使用治疗计划时的照射计划信息、计划时的三维图像和验证用三维图像制作的水等效厚度变化与剂量体积直方图变化的相关表551来推定剂量体积直方图变化。取而代之，也可以使用治疗计划时的照射计划信息和治疗时取得的三维图像，计算出每个照射射束的水等效厚度变化与剂量分布信息的相关性，由此能够预测治疗时取得的三维图像和相关信息的剂量分布变化。

实施例2

使用图9对第二实施例进行说明。在包括本实施例的以下的各实施例中，以与第一实施例的不同点为中心进行叙述。

在第一实施例中，在评价中使用从射束通过区域的起点到终点的水等效厚度变化，与此相对，在本实施例中，通过进一步将ROI内的水等效厚度变化也加入到评价中，能够确定患者的体内构造变化的产生原因，以更高的精度检测出各ROI的DVH变化。

参照图7，对本实施例中的处理的流程进行说明。在步骤S13中，在计算从射束通过区域的起点到终点的水等效厚度变化时，也对每个点计算出各ROI内的水等效厚度。

使用图9，对ROI内的水等效厚度计算例进行说明。在图9中，假定在制作治疗计划时在CT中设定的计划肿瘤形状113在当日取得的三维图像上如当日肿瘤形状114那样缩小。

将点射束通过线104中的进入计划肿瘤形状113内的通过线作为点射束ROI内通过线115，在各点计算点射束ROI内通过线115上的水等效厚度变化。

通过计算各点射束通过线104的水等效厚度变化和各点射束ROI内通过线115的水等效厚度变化，还能够取得仅通过只使用了点射束通过线104的水等效厚度变化无法得知的、关于每个ROI的变化的信息。

并且，通过制作点射束ROI内通过线115的线上的水等效厚度变化与DVH变化的相关表，能够提高针对各ROI的DVH变化的推定精度。

这样构成的本实施例也起到与第一实施例同样的作用效果。并且，根据本实施例，通过使用与每个ROI的构造变化相关性高的相关表，能够高精度地预测DVH变化。并且，在本实施例中，将高精度地预测的DVH变化用作判断患者可否继续治疗的指标。因此，根据本实施例，在DVH变化没有问题的情况下，不需要以往的自适应治疗中所需的ROI的再描绘以及剂量分布的计算处理，能够在患者定位结束后立即转移到粒子射束的照射开始，因此能够缩短患者的照射等待时间，降低医师等医疗从业者的临床作业负担。

实施例3

使用图10以及图11，对第三实施例进行说明。在本实施例中，代替制作相关表，使用事先准备的水等效厚度变化和DVH变化的信息作为训练数据，通过机器学习技术根据未知的水等效厚度变化信息推定出DVH变化。由此，在本实施例中，能够更高速、更高精度地辅助进行可否继续治疗的判断。

本实施例的粒子束照射系统所使用的患者体内构造变化检测装置50A代替相关表制作部55而具备作为“相关信息制作部”的训练数据制作部56。训练数据制作部56制作训练数据561。

使用图11，对本实施例中的处理的流程进行说明。图11中的步骤S21～S24与图7中的步骤S11～S14相同。

在步骤S24中，剂量体积直方图变化计算部51读入每个点的水等效厚度变化信息、计划时剂量分布信息、验证用剂量分布信息以及ROI轮廓信息，训练数据制作部56学习每个点的水等效厚度变化(ΔWEL)对剂量体积直方图造成的影响。将这些学习结果作为学习数据保存在患者体内构造变化检测装置50A的存储器502或辅助存储装置504中(S25)。步骤S21～S24相当于治疗计划时应实施的处理。

接着，对粒子射束照射当日的处理进行说明。首先，通过定位用图像取得装置43取得患者当日的三维图像。该新取得的三维图像经由通信装置44被发送至患者定位装置42，以患者体内的界标(通常为骨骼和目标)与计划位置一致的方式进行对位。

然后，将所取得的三维图像经由通信装置44发送至剂量体积直方图变化计算部51。剂量体积直方图变化计算部51将所取得的三维图像发送到水等效厚度变化计算部52。水等效厚度计算部521使用计划照射条件和所取得的三维图像，计算出每个点的水等效厚度。

水等效厚度比较部522计算出与计划时三维图像的水等效厚度进行比较而得的水等效厚度变化(ΔWEL)(S26)。将计算出的水等效厚度变化信息发送到剂量体积直方图变化计算部51。剂量体积直方图变化计算部51通过使用在治疗计划时保存的学习数据，计算出剂量体积直方图变化(ΔDVH)(S27)。

将计算出的剂量体积直方图变化发送至可否继续治疗判定部54。可否继续治疗判定部54将由判定阈值设定部541事先设定的阈值Th与在步骤S27中计算出的剂量体积直方图变化进行比较，判定治疗可否继续(S28)。将判定结果和计算信息输出到控制台53的画面。

在步骤S28的判定结果为能够继续治疗的情况下(S28：是)，开始粒子射束的照射(S32)。在步骤S28的判定结果为不能继续治疗的情况下(S28：否)，例如实施详细的剂量评价、发生了变化的原因的查明、对策措施等(S29)。在实施了这些对策之后，再次判定治疗可否继续(S30)。在再判定结果为治疗可继续的情况下(S30：是)，开始粒子射束的照射(S32)。在再判定结果为治疗不能继续的情况下(S30：否)，进行ROI的再描绘，实施剂量计算，判断再治疗计划(再计划)实施的必要性(S31)。

这样构成的本实施例也起到与第一实施例同样的作用效果。在本实施例中，在使用每个点的水等效厚度变化和事先制作的学习数据计算出的剂量体积直方图变化没有问题的情况下，不需要以往的自适应治疗中所需要的ROI的再描绘、剂量分布的计算处理，能够在患者定位结束后立即转移到粒子射束照射的开始，因此能够缩短患者的照射等待时间，降低医师等医疗从业者的临床作业负担。

对本实施例的变形例进行说明。作为机器学习处理，在本实施例中，针对对象患者，事先计算水等效厚度变化(ΔWEL)对剂量体积直方图造成的影响来使用。取而代之，也能够利用过去蓄积的其他患者的ΔWET和ΔDVH的信息。并且，在本实施例中，作为机器学习的学习方法，使用了相当于有监督学习的方法，但不限于此，也能够应用无监督学习、半监督学习、强化学习这样的其他学习方法。

另外，本发明并不限定于上述的实施方式。只要是本领域技术人员，就能够在本发明的范围内进行各种追加、变更等。在上述的实施方式中，并不限定于附图所图示的结构例。在达成本发明的目的的范围内，实施方式的结构、处理方法能够适当变更。

另外，本发明的各构成要素能够任意地取舍选择，具备取舍选择后的结构的发明也包含在本发明中。并且，请求专利保护的范围所记载的结构也能够在请求专利保护的范围所明示的组合以外进行组合。

符号说明

10：粒子束产生装置，11：同步加速器，12：离子源，13：直线加速器，20：射束输送系统，25：照射喷嘴，30：治疗室，31：照射对象，41：粒子束照射控制装置，42：患者定位装置，43：定位图像取得装置，46：治疗计划装置，50、50A：患者体内构造变化检测装置，51：剂量体积直方图变化计算部，52：水等效厚度变化计算部，53：控制台，54：可否继续治疗判定部，55：相关表制作部，56：训练数据制作部，101：等中心。

Claims (15)

1.一种计算机程序，用于使计算机作为检测患者的体内构造的变化的患者体内构造变化检测装置发挥功能，其特征在于，

所述计算机程序使所述计算机实现以下处理：

计算根据新取得的患者的三维图像即第二三维图像求出的第二水等效厚度的处理；

计算根据治疗计划时的患者的三维图像即第一三维图像求出的第一水等效厚度相对于所述第二水等效厚度的变化的处理；以及

计算剂量体积直方图变化的处理，基于计算出的水等效厚度的所述变化和表示水等效厚度变化值与剂量分布信息的相关性的相关信息来计算剂量体积直方图相对于治疗计划的变化。

2.根据权利要求1所述的计算机程序，其特征在于

根据所述剂量体积直方图的变化和阈值，判定可否继续进行治疗。

3.根据权利要求1或2所述的计算机程序，其特征在于，

使显示装置输出所述剂量体积直方图的变化。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的计算机程序，其特征在于，

基于根据计划照射信息和所述第一三维图像计算出的每个照射粒子射束的水等效厚度变化值以及与所述水等效厚度变化值对应的照射条件下的剂量分布，制作所述相关信息。

5.根据权利要求4所述的计算机程序，其特征在于，

所述水等效厚度变化值是所述第一水等效厚度与根据设想了所述患者的体内构造变化的第三三维图像求出的第三水等效厚度的差值。

6.根据权利要求1或2所述的计算机程序，其特征在于，

使显示装置输出所述水等效厚度变化的计算结果。

7.一种患者体内构造变化检测方法，使用计算机检测患者的体内构造的变化，其特征在于，

该方法进行以下处理：

计算根据新取得的患者的三维图像即第二三维图像求出的第二水等效厚度；

计算根据治疗计划时的患者的三维图像即第一三维图像求出的第一水等效厚度相对于所述第二水等效厚度的变化；以及

计算剂量体积直方图变化，基于计算出的水等效厚度的所述变化和表示水等效厚度变化值与剂量分布信息的相关性的相关信息来计算剂量体积直方图相对于治疗计划的变化。

8.根据权利要求7所述的患者体内构造变化检测方法，其特征在于，

根据所述剂量体积直方图的变化和阈值，判定可否继续进行治疗。

9.根据权利要求7或8所述的患者体内构造变化检测方法，其特征在于，

使显示装置输出所述剂量体积直方图的变化。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的患者体内构造变化检测方法，其特征在于，

基于根据计划照射信息和所述第一三维图像计算出的每个照射粒子射束的水等效厚度变化值以及与所述水等效厚度变化值对应的照射条件下的剂量分布，制作所述相关信息。

11.根据权利要求10所述的患者体内构造变化检测方法，其特征在于，

所述水等效厚度变化值是所述第一水等效厚度与根据设想了所述患者的体内构造变化的第三三维图像求出的第三水等效厚度的差值。

12.一种患者体内构造变化检测装置，其检测被照射了粒子射束的患者的体内构造的变化，其特征在于，

该患者体内构造变化检测装置具备：

水等效厚度变化计算部，其计算根据新取得的患者的三维图像即第二三维图像求出的第二水等效厚度，计算根据治疗计划时的患者的三维图像即第一三维图像求出的第一水等效厚度相对于所述第二水等效厚度的变化；以及

计算剂量体积直方图变化的剂量体积直方图变化计算部，其基于计算出的水等效厚度的所述变化和表示水等效厚度变化值与剂量分布信息的相关性的相关信息来计算剂量体积直方图相对于治疗计划的变化。

13.根据权利要求12所述的患者体内构造变化检测装置，其特征在于，

所述患者体内构造变化检测装置还具备：可否继续治疗判定部，其根据所述剂量体积直方图的变化和阈值，判定可否继续进行治疗。

14.根据权利要求12或13所述的患者体内构造变化检测装置，其特征在于，

使显示装置输出所述剂量体积直方图的变化。

15.根据权利要求12至14中的任一项所述的患者体内构造变化检测装置，其特征在于，

基于根据计划照射信息和所述第一三维图像计算出的每个照射粒子射束的水等效厚度变化值以及与所述水等效厚度变化值对应的照射条件下的剂量分布，制作所述相关信息。

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