JP2006223425A - Radiation therapy effect prediction method and program - Google Patents

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JP2006223425A JP2005038772A JP2005038772A JP2006223425A JP 2006223425 A JP2006223425 A JP 2006223425A JP 2005038772 A JP2005038772 A JP 2005038772A JP 2005038772 A JP2005038772 A JP 2005038772A JP 2006223425 A JP2006223425 A JP 2006223425A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiation therapy effect prediction method capable of predicting an effect in radiation therapy. <P>SOLUTION: The radiation therapy effect prediction method includes: the stage of extracting a lesion from a part including a tumor of a subject and preparing the finite element model or boundary element model of the tumor; the stage of calculating the longitudinal elastic modulus of the finite element model or the boundary element model so that the relation of a dose and the effect in therapy corresponds to the relation of a load and deformation in dynamic analysis; and the stage of performing the numerical analysis of the finite element model or the boundary element model on the basis of the calculated longitudinal elastic modulus and acquiring the deformation amount of the model. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、放射線治療における治療効果を予測する放射線治療効果予測方法およびプログラムに関する。   The present invention relates to a radiotherapy effect prediction method and program for predicting a therapeutic effect in radiotherapy.

近年、CT、MRI等の画像診断技術が発展し、体内深部の腫瘍の位置を正確に把握することが可能になっており、これにより放射線治療における照射の精度が著しく向上している。また、これらの技術を応用し、患者の呼吸、拍動等による腫瘍の移動をリアルタイムで追跡して腫瘍の位置を特定することにより、病変部のみに放射線を照射する技術も開発されている。   In recent years, diagnostic imaging techniques such as CT and MRI have been developed and it has become possible to accurately grasp the position of a tumor in the deep part of the body, thereby significantly improving the accuracy of irradiation in radiation therapy. In addition, by applying these techniques, a technique for irradiating only the lesioned part by tracing the movement of the tumor due to the patient's breathing, pulsation, etc. in real time and specifying the position of the tumor has been developed.

しかしながら、従来の技術では、治療の進行による病変部の縮小量を予測することは実質的に不可能であった。一方、日本国内では、放射線に対する心理的な不安感が根強くあり、放射線治療に関する優れた技術が正当に評価されていないのが実情である。   However, with the conventional technology, it is virtually impossible to predict the amount of contraction of the lesion as the treatment progresses. On the other hand, in Japan, there is a deep psychological anxiety about radiation, and it is the actual situation that excellent technology related to radiation therapy has not been properly evaluated.

本発明は、このような状況に鑑みて開発されたものであって、放射線治療における効果の予測を可能にする放射線治療効果予測方法およびプログラムを提供することを目的としている。   The present invention has been developed in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a radiotherapy effect prediction method and program that enable prediction of an effect in radiotherapy.

上述の課題を解決するため、本発明者は、放射線治療における放射線の照射に対応する腫瘍の収縮という因果関係を、力学的解析における荷重の付加に対応する対象物の変形という因果関係に関連づけてシミュレーションすることによって、放射線治療効果の予測を可能にする方法を案出した。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor relates the cause-and-effect relationship of tumor contraction corresponding to radiation irradiation in radiation therapy to the cause-and-effect relationship of deformation of an object corresponding to addition of a load in mechanical analysis. A method has been devised that enables the prediction of the effects of radiation therapy by simulation.

より詳細に説明すると、放射線量に対応する圧力(例えば、放射線量1Gyに対して圧力1Pa)を腫瘍モデルに付加することによって、腫瘍モデルを変形させて腫瘍の収縮を再現する。この際、治療における放射線量と効果の関係をシミュレーション上で再現するために、腫瘍モデルの縦弾性係数を変数とする。すなわち、腫瘍モデルの縦弾性係数は、腫瘍の放射線感受性に対応するパラメータとなる。   More specifically, by applying a pressure corresponding to the radiation dose (for example, pressure 1 Pa for the radiation dose of 1 Gy) to the tumor model, the tumor model is deformed to reproduce the contraction of the tumor. At this time, the longitudinal elastic modulus of the tumor model is used as a variable in order to reproduce the relationship between the radiation dose and the effect in the treatment on the simulation. That is, the longitudinal elastic modulus of the tumor model is a parameter corresponding to the radiation sensitivity of the tumor.

腫瘍の線量−効果の関係を再現するための腫瘍モデルの縦弾性係数の決定は、以下の手順で行う。
いま、線量−効果の関係として、下記式(5)の直線−二次曲線モデルを用いるものとする。
ここで、Sは、線量Dの放射線を照射した後の細胞の生存率を表す。
したがって、細胞の死亡率Mは、
で表される。
一方、モデルに圧力pを付加した場合における体積ひずみεV は、ポアソン比νを0とすると、
で表される。
腫瘍モデルの縦弾性係数を決定するには、モデルの体積ひずみεV が細胞の死亡率Mと等しくなればよい。
したがって、式(6)と式(7)より、腫瘍モデルの縦弾性係数Eは、
で表される。
Determination of the longitudinal elastic modulus of the tumor model for reproducing the dose-effect relationship of the tumor is performed according to the following procedure.
Now, as a dose-effect relationship, a linear-quadratic curve model of the following formula (5) is used.
Here, S represents the survival rate of the cells after irradiation with radiation with a dose D.
Therefore, the cell death rate M is
It is represented by
On the other hand, the volumetric strain ε V when the pressure p is applied to the model, when the Poisson's ratio ν is 0,
It is represented by
In order to determine the longitudinal elastic modulus of the tumor model, the volume strain ε V of the model should be equal to the cell death rate M.
Therefore, from the equations (6) and (7), the longitudinal elastic modulus E of the tumor model is
It is represented by

本願請求項1に記載の放射線治療効果予測方法は、被検体の腫瘍を含む部分から病変部を抽出して、腫瘍の有限要素モデル又は境界要素モデルを作成する段階と、治療における線量−効果の関係が力学的解析における荷重−変形の関係に対応するように前記有限要素モデル又は境界要素モデルの縦弾性係数を算定する段階と、前記縦弾性係数に基づいて前記有限要素モデル又は境界要素モデルの数値解析を行って前記モデルの変形量を取得する段階とを含むことを特徴とするものである。   The radiotherapy effect prediction method according to claim 1 of the present invention includes a step of extracting a lesion from a portion of a subject including a tumor to create a finite element model or boundary element model of the tumor, and a dose-effect of the treatment. Calculating a longitudinal elastic modulus of the finite element model or the boundary element model so that the relationship corresponds to a load-deformation relationship in the mechanical analysis; and based on the longitudinal elastic modulus, the finite element model or the boundary element model Performing a numerical analysis to obtain a deformation amount of the model.

本願請求項2に記載の放射線治療効果予測方法は、前記請求項1の方法において、前記縦弾性係数を算定する段階が、
線量−効果の関係として、下記の式(9)を用い、
(ここで、M:線量Dの放射線を照射した後の細胞の死亡率、α、β:定数)
モデルに荷重pを付加した場合におけるモデルの体積ひずみεV を前記死亡率Mと等値することによって得られる下記の式(10)
(ここで、E:縦弾性係数)
を計算することを含むことを特徴とするものである。
The radiation therapy effect prediction method according to claim 2 of the present application is the method of claim 1, wherein the step of calculating the longitudinal elastic modulus comprises:
As the dose-effect relationship, the following equation (9) is used:
(Where, M: cell mortality after irradiation with radiation dose D, α, β: constant)
The following equation (10) obtained by equalizing the volume strain ε V of the model when the load p is added to the model to the mortality M
(Where E: longitudinal elastic modulus)
It is characterized by including calculating.

本願請求項3に記載の放射線治療効果予測プログラムは、被検体の腫瘍を含む部分から病変部を抽出して、腫瘍の有限要素モデル又は境界要素モデルを作成するステップと、治療における線量−効果の関係が力学的解析における荷重−変形の関係に対応するように前記有限要素モデル又は境界要素モデルの縦弾性係数を算定するステップと、前記縦弾性係数に基づいて前記有限要素モデル又は境界要素モデルの数値解析を行って前記モデルの変形量を取得するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするものである。   The radiotherapy effect prediction program according to claim 3 of the present application extracts a lesion from a portion of a subject including a tumor and creates a finite element model or boundary element model of the tumor, and dose-effect of the treatment Calculating a longitudinal elastic modulus of the finite element model or the boundary element model so that the relationship corresponds to a load-deformation relationship in the mechanical analysis; and based on the longitudinal elastic modulus, the finite element model or the boundary element model And performing a numerical analysis to acquire a deformation amount of the model.

本願請求項4に記載の放射線治療効果予測プログラムは、前記請求項3のプログラムにおいて、前記縦弾性係数を算定するステップが、
線量−効果の関係として、下記の式(11)を用い、
(ここで、M:線量Dの放射線を照射した後の細胞の死亡率、α、β:定数)
モデルに荷重pを付加した場合におけるモデルの体積ひずみεV を前記死亡率Mと等値することによって得られる下記の式(12)
(ここで、E:縦弾性係数)
を計算することをコンピュータに実行させることを特徴とするものである。
The radiotherapy effect prediction program according to claim 4 of the present application is the program of claim 3, wherein the step of calculating the longitudinal elastic modulus comprises:
As the dose-effect relationship, the following equation (11) is used:
(Where, M: cell mortality after irradiation with radiation dose D, α, β: constant)
The following equation (12) obtained by equalizing the volume strain ε V of the model when the load p is added to the model to the mortality M
(Where E: longitudinal elastic modulus)
It is characterized by causing a computer to execute the calculation.

本発明によれば、放射線照射による腫瘍の縮小を再現することができる。これにより、患者が治療前にその効果をモニタ上で確認することができるので、放射線治療を選択する一助とすることが期待できる。また、放射線治療計画装置と連動させることにより、腫瘍の縮小に伴って照射範囲を変化させる治療法も採用することが可能となる。   According to the present invention, tumor shrinkage due to irradiation can be reproduced. Thereby, since the patient can confirm the effect on a monitor before a treatment, it can be expected to help to select a radiation treatment. Further, by linking with the radiation treatment planning apparatus, it is possible to employ a treatment method that changes the irradiation range as the tumor shrinks.

次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る放射線治療効果予測方法について詳細に説明する。図1は、本発明の好ましい実施の形態に係る放射線治療効果予測方法のフロー図である。まず最初に、被検体の腫瘍の形状を作成する(ステップ1)。被検体の腫瘍の形状を作成する方法は、大別して2通りである。第1の方法は、腫瘍の形状データから直接作成する方法であり、第2の方法は、CT画像又はMRI画像から作成する方法である。   Next, a radiotherapy effect prediction method according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart of a radiotherapy effect prediction method according to a preferred embodiment of the present invention. First, the shape of the tumor of the subject is created (step 1). There are roughly two methods for creating the shape of the tumor of the subject. The first method is a method of creating directly from tumor shape data, and the second method is a method of creating from a CT image or MRI image.

腫瘍の形状データから直接作成する第1の方法では、公知の放射線治療計画装置から出力された腫瘍の各断面での平面画像において医師が放射線の照射範囲を決定するため腫瘍の領域を囲った輪郭を利用するものである。図2を参照して具体的に説明すると、腫瘍の断面Aでの平面画像において医師が腫瘍の輪郭の座標を選定し(図2(a)において座標B11,B12,B13,・・・・)、同様に、腫瘍の断面A2、A3においても輪郭の座標を選定する(図2(b)において座標B21,B22,B23,・・・・、図2(c)において座標B31,B32,B33,・・・・)。さらに、同様にして、腫瘍の他の断面においても腫瘍の輪郭の座標を選定する。 In the first method of creating directly from the shape data of a tumor, a contour surrounding a tumor region is determined by a doctor in a planar image at each cross section of the tumor output from a known radiation treatment planning device in order to determine the radiation irradiation range. Is to be used. More specifically, referring to FIG. 2, the doctor selects the coordinates of the tumor outline in the planar image at the cross section A 1 of the tumor (coordinates B 11 , B 12 , B 13 ,. Similarly, the coordinates of the contour are also selected in the tumor cross sections A 2 and A 3 (in FIG. 2B, the coordinates B 21 , B 22 , B 23 ,..., FIG. 2C). ), Coordinates B 31 , B 32 , B 33 ,... In the same manner, the coordinates of the contour of the tumor are selected for other cross sections of the tumor.

一方、CT画像又はMRI画像から作成する第2の方法では、CT画像又はMRI画像において腫瘍が周囲との明暗の差として示されることを利用して腫瘍の輪郭を抽出する。すなわち、これらの画像を画像解析ソフトに読み込み、画像間(換言すると、各断層間)の補間を行った後、腫瘍内部の任意の点を選択し、その点と明るさが等しい範囲を腫瘍とみなして選択することによって輪郭を抽出する。同様の作業を他の断面においても行う。   On the other hand, in the second method of creating from a CT image or MRI image, the contour of the tumor is extracted by utilizing the fact that the tumor is shown as a difference in brightness from the surroundings in the CT image or MRI image. In other words, after reading these images into image analysis software and interpolating between images (in other words, between each slice), select any point inside the tumor, and select a range where the brightness is equal to that point as the tumor. Contours are extracted by selecting and regarding them. The same operation is performed on the other cross sections.

上述の第1の方法又は第2の方法によって得られた腫瘍の平面形状に対してレンダリング処理を施し、各平面形状を集積して、腫瘍の三次元サーフェスモデルを作成する(ステップ2)。   A rendering process is performed on the planar shape of the tumor obtained by the first method or the second method described above, and each planar shape is accumulated to create a three-dimensional surface model of the tumor (step 2).

次いで、三次元サーフェスモデルを基にして、腫瘍のソリッドモデルを作成する(ステップ3)。なお、サーフェスモデル及びソリッドモデルの作成は、公知の方法を用いてよい。   Next, a solid model of the tumor is created based on the three-dimensional surface model (step 3). A known method may be used to create the surface model and the solid model.

次いで、ソリッドモデルに対してメッシュ分割を行い、腫瘍の三次元有限要素モデルを作成する(ステップ4)。有限要素解析は、周知のように、コンピュータを利用した数値解析手法の1つであり、連続体を多数の有限の大きさを有する要素(メッシュ)に分割し、個々の要素の物理量を剛性方程式に組み込んで全体の系を数値計算する手法である。   Next, mesh division is performed on the solid model to create a three-dimensional finite element model of the tumor (step 4). As is well known, finite element analysis is one of numerical analysis methods using a computer. A continuum is divided into a large number of elements (mesh) having a finite size, and physical quantities of individual elements are expressed as stiffness equations. It is a method of numerically calculating the entire system by incorporating it into the system.

次いで、有限要素解析を行う際の荷重条件を決定する(ステップ5)。   Next, load conditions for performing finite element analysis are determined (step 5).

次いで、以下の手順で有限要素解析を行う際の有限要素モデルの縦弾性係数を算定する(ステップ6)。まず、照射した放射線量とこれに対応する治療効果が、式(13)に示される直線−二次曲線モデル(Linear Quadratic Model、以下「LQモデル」という)で表されると仮定する。
ここで、Dは、照射した放射線量、Sは、線量Dの放射線照射後の細胞の生存率、α、βは、定数を表す。
したがって、細胞の死亡率Mは、式(14)で表される。
Next, the longitudinal elastic modulus of the finite element model when performing the finite element analysis by the following procedure is calculated (step 6). First, it is assumed that the irradiated radiation dose and the corresponding therapeutic effect are expressed by a linear quadratic model (hereinafter referred to as “LQ model”) represented by Equation (13).
Here, D is the radiation dose irradiated, S is the cell survival rate after irradiation with the dose D, and α and β are constants.
Therefore, the cell death rate M is expressed by the equation (14).

放射線の分割照射を行った場合には、照射された細胞に回復のための余裕が与えられる等の理由により、生存率Sが向上することが知られている。例えば、図5において総線量Dとすると、一度に照射した場合の生存率がSであっても、一回の線量D/nでn回分の分割照射を行うと、生存率は、S1に増加する。分割照射を行った場合の線量と生存率の関係は、図5に示されるように、A点を通る直線となる。この直線は、式(15)で表される。
ここで、d=D/n:一回の線量を表す。
したがって、細胞の死亡率Mは、式(16)で表される。
It is known that when the divided irradiation of radiation is performed, the survival rate S is improved because the irradiated cells are given a margin for recovery. For example, if the total dose D in FIG. 5, even survival S when irradiated at a time, when the n times of fractionated irradiation in a single dose D / n, survival, the S 1 To increase. The relationship between the dose and the survival rate when performing divided irradiation is a straight line passing through the point A as shown in FIG. This straight line is expressed by equation (15).
Here, d = D / n: represents a single dose.
Therefore, the cell death rate M is expressed by the equation (16).

一方、物体に静水圧を加えた場合における物体の体積ひずみεV は、ポアソン比νを0とすると、弾性学において周知のように、式(17)で表される。
ここで、pは静水圧、Eは縦弾性係数を表す。
On the other hand, the volumetric strain ε V of the object when hydrostatic pressure is applied to the object is expressed by Expression (17) as is well known in elasticity, assuming that the Poisson's ratio ν is zero.
Here, p represents the hydrostatic pressure, and E represents the longitudinal elastic modulus.

式(16)と式(17)を等値して縦弾性係数Eを求めると、式(18)で表される。
ここで、pは、一回の線量に対応する圧力、Pはその時点までの積算線量に対応する圧力を表す。また、線量と圧力の大きさには、1Gy=1Paの関係が成り立っている。
When the longitudinal elastic modulus E is obtained by equalizing Equation (16) and Equation (17), it is expressed by Equation (18).
Here, p represents a pressure corresponding to a single dose, and P represents a pressure corresponding to an accumulated dose up to that point. Further, a relationship of 1 Gy = 1 Pa is established between the dose and the pressure.

次いで、有限要素解析を行う際の支持条件及び境界条件を決定する(ステップ7)。例えば、支持条件について、線量分布が腫瘍全体で均一であり、腫瘍が中心に向かって等しく収縮すると仮定した場合には、腫瘍モデルの幾何学的中心の節点を完全拘束とする。また、境界条件について、腫瘍に骨のような硬い組織が接している場合には、当該部分の変位を拘束する。   Next, support conditions and boundary conditions for performing finite element analysis are determined (step 7). For example, if it is assumed that the dose distribution is uniform throughout the tumor and that the tumor shrinks equally towards the center for support conditions, the geometric model node of the tumor model is fully constrained. Further, regarding the boundary condition, when a hard tissue such as bone is in contact with the tumor, the displacement of the part is constrained.

しかる後、有限要素解析を行って腫瘍モデルの変形量を測定する(ステップ8)。   Thereafter, finite element analysis is performed to measure the amount of deformation of the tumor model (step 8).

次に、コンピュータに上述のステップを実行させるためのプログラムについて説明する。本プログラムが実行されるコンピュータは、図3に示されるように、コンピュータ本体に、キーボードやマウス、スキャナ等の入力装置と、ディスプレイ等の出力装置とが接続された一般的な型式のものでよく、図3に示される型式以外のものを使用してもよい。コンピュータ本体は、CPU(中央処理装置)とメモリとを少なくとも含んでいる。メモリには、図4に示されるように、プログラム記憶部と、データ記憶部とが設けられており、プログラム記憶部には、オペレーティング・システム(OS)、画像解析プログラム、CADプログラム、有限要素解析プログラム等の各種プログラムの他、本発明の方法を実行するためのプログラムが予め格納されている。また、データ記憶部には、腫瘍の形状データ、三次元サーフェスモデルのデータ、ソリッドモデルのデータ、有限要素解析のデータ、荷重条件データ、有限要素モデルの縦弾性係数データ、支持条件データ、境界条件データが格納されている。   Next, a program for causing a computer to execute the above steps will be described. As shown in FIG. 3, the computer on which the program is executed may be of a general type in which an input device such as a keyboard, a mouse, and a scanner and an output device such as a display are connected to the computer body. Other than the type shown in FIG. 3 may be used. The computer main body includes at least a CPU (Central Processing Unit) and a memory. As shown in FIG. 4, the memory includes a program storage unit and a data storage unit. The program storage unit includes an operating system (OS), an image analysis program, a CAD program, and a finite element analysis. In addition to various programs such as a program, a program for executing the method of the present invention is stored in advance. The data storage unit also includes tumor shape data, 3D surface model data, solid model data, finite element analysis data, load condition data, finite element model longitudinal elastic modulus data, support condition data, boundary conditions Data is stored.

まず、上述の第1の方法又は第2の方法により作成した被検体の腫瘍の形状データを、入力装置からコンピュータ本体に入力してメモリに格納する。次いで、次いで、腫瘍の形状データから三次元サーフェスモデルを作成してメモリに格納する。次いで、CADプログラムを用いて、三次元サーフェスモデルを基にして腫瘍のソリッドモデルを作成してメモリに格納する。次いで、有限要素解析プログラムを用いて、ソリッドモデルから腫瘍の三次元有限要素モデルを作成してメモリに格納する。次いで、入力装置からコンピュータ本体に荷重条件を入力し、有限要素モデルの縦弾性係数を算定して、メモリに格納するとともに、支持条件及び境界条件を入力する。しかる後、有限要素モデルに対して有限要素解析を行い、その解析結果をメモリに格納する。   First, the shape data of the tumor of the subject created by the first method or the second method described above is input from the input device to the computer main body and stored in the memory. Next, a three-dimensional surface model is created from the tumor shape data and stored in the memory. Next, using a CAD program, a solid model of the tumor is created based on the three-dimensional surface model and stored in the memory. Next, a three-dimensional finite element model of the tumor is created from the solid model using a finite element analysis program and stored in the memory. Next, load conditions are input from the input device to the computer main body, the longitudinal elastic modulus of the finite element model is calculated, stored in the memory, and support conditions and boundary conditions are input. Thereafter, finite element analysis is performed on the finite element model, and the analysis result is stored in the memory.

なお、上述の例では、諸データがメモリに格納されるものとして説明したが、データ量が多い場合には、ハードディスク等の大容量記憶装置に格納するのがよい。   In the above example, various data are described as being stored in the memory. However, when the amount of data is large, it is preferable to store the data in a mass storage device such as a hard disk.

子宮頸癌に本発明の放射線効果治療予測方法を適用した実施例について説明する。この実施例では、被検体の腫瘍に対して、総線量80Gyの分割照射、即ち、20回の外照射(1回の照射線量2Gy、計40Gy)、次いで、5回の外照射(1回の照射線量2Gy、計10Gy)、次いで、6回の腔内照射(1回の照射線量5Gy、計30Gy)を行った。   An embodiment in which the radiation effect treatment prediction method of the present invention is applied to cervical cancer will be described. In this embodiment, the subject's tumor is divided into a total dose of 80 Gy, that is, 20 external irradiations (one irradiation dose of 2 Gy, 40 Gy in total), and then five external irradiations (one irradiation) Irradiation dose 2 Gy, total 10 Gy), and then 6 intracavity irradiations (one irradiation dose 5 Gy, total 30 Gy).

まず最初に、子宮頸癌腫瘍の形状を作成する。本実施例では、上述の第1の方法、即ち腫瘍の形状データから直接作成する方法を用いた。図6は、本実施例で用いた腫瘍の各断面データを示した図である。次いで、これらの断面データを用いて、腫瘍の三次元サーフェスモデルを作成し(図7参照)、三次元サーフェスモデルを基にして、腫瘍のソリッドモデルを作成した。次いで、ソリッドモデルに対してメッシュ分割を行い、腫瘍の三次元有限要素モデルを作成した(図8参照)。なお、有限要素は、四面体形状とした。   First, the shape of the cervical cancer tumor is created. In this example, the first method described above, that is, a method of directly creating from the shape data of the tumor was used. FIG. 6 is a diagram showing cross-sectional data of the tumor used in this example. Next, using these cross-sectional data, a three-dimensional surface model of the tumor was created (see FIG. 7), and a solid model of the tumor was created based on the three-dimensional surface model. Next, mesh division was performed on the solid model to create a three-dimensional finite element model of the tumor (see FIG. 8). The finite element has a tetrahedral shape.

次いで、有限要素解析における荷重条件を決定した。本実施例では、外照射については荷重増分値2Pa、腔内照射については荷重増分値を5Paとし、31回で計80Paを有限要素モデルに付加した。   Next, load conditions in finite element analysis were determined. In this example, the load increment value was 2 Pa for external irradiation, the load increment value was 5 Pa for intracavity irradiation, and a total of 80 Pa was added to the finite element model 31 times.

次いで、式(18)を用いて、有限要素モデルの縦弾性係数Eを算定した。すなわち、
外照射については、
腔内照射については、
を用いた。
縦弾性係数を求める式における定数については、α=0.18、β=0.011とした(これは、子宮頸癌においては、α/β≧14であることが医学的に知られていることによる)。図9は、本実施例において用いた縦弾性係数Eを示した表である。
Next, the longitudinal elastic modulus E of the finite element model was calculated using Equation (18). That is,
For outside irradiation,
For intracavitary irradiation,
Was used.
The constants in the formula for obtaining the longitudinal elastic modulus are α = 0.18 and β = 0.111 (this is medically known to be α / β ≧ 14 in cervical cancer) ) FIG. 9 is a table showing the longitudinal elastic modulus E used in this example.

次いで、有限要素解析における支持条件と境界条件を決定した。支持条件は、線量分布が腫瘍全体で均一であり、腫瘍がその中心に向かって等しく収縮するものと仮定して、有限要素モデルの幾何学的中心の節点を完全拘束とした。また、腫瘍が硬い組織に接していない場合を想定して、境界条件は、変位自由とした。   Next, support conditions and boundary conditions in finite element analysis were determined. The support conditions were fully constrained at the node of the geometric center of the finite element model, assuming that the dose distribution was uniform across the tumor and that the tumor contracted equally towards its center. In addition, assuming that the tumor is not in contact with a hard tissue, the boundary condition was set free of displacement.

しかる後、有限要素モデルについて有限要素解析を行った。有限要素解析に際しては、簡単のため、有限要素モデルが等方性であり且つ一様な物性を有するものと仮定した。図10は、有限要素解析後の有限要素モデルを示した図である。   After that, a finite element analysis was performed on the finite element model. In the finite element analysis, for the sake of simplicity, it was assumed that the finite element model is isotropic and has uniform physical properties. FIG. 10 is a diagram showing a finite element model after the finite element analysis.

本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say, it is something.

例えば、前記実施の形態では、有限要素法を用いてシミュレーションを行ったが、有限要素法の代わりに、境界要素法を用いてもよい。   For example, in the above embodiment, the simulation is performed using the finite element method, but the boundary element method may be used instead of the finite element method.

また、前記実施の形態では、有限要素モデルが等方性であり且つ一様な物性を有するものと仮定したが、有限要素モデルが異方性であり或いは一様でない物性を有するものとしてもよい。また、線量−効果の関係として直線−二次曲線モデルを用いたが、閾値なし直線モデルや2要素モデル等の他のモデルを用いてもよい。さらに、腫瘍の周辺組織の干渉等の影響を考慮して、他の支持条件や境界条件を用いてもよい。   In the above embodiment, it is assumed that the finite element model is isotropic and has uniform physical properties. However, the finite element model may be anisotropic or have non-uniform physical properties. . Further, although a linear-quadratic curve model is used as a dose-effect relationship, other models such as a thresholdless linear model and a two-element model may be used. Furthermore, other support conditions and boundary conditions may be used in consideration of the influence of interference of the surrounding tissue of the tumor.

本発明の好ましい実施の形態に係る放射線治療効果予測方法のフロー図である。It is a flowchart of the radiotherapy effect prediction method which concerns on preferable embodiment of this invention. 腫瘍の形状データから被検体の腫瘍の形状を作成する方法を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the method of producing the shape of the tumor of a test object from the shape data of a tumor. 本発明の好ましい実施の形態に係るプログラムを実行するためのコンピュータを模式的に示したブロック図である。It is the block diagram which showed typically the computer for performing the program which concerns on preferable embodiment of this invention. 図3のコンピュータの記憶装置を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the memory | storage device of the computer of FIG. 放射線照射を行った場合における線量と生存率の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the dose in the case of performing radiation irradiation, and a survival rate. 実施例で用いた腫瘍の各断面データを示した図である。It is the figure which showed each cross-sectional data of the tumor used in the Example. 実施例で作成された腫瘍の三次元サーフェスモデルを示した図である。It is the figure which showed the three-dimensional surface model of the tumor created in the Example. 実施例で作成された腫瘍の有限要素モデルを示した図である。It is the figure which showed the finite element model of the tumor created in the Example. 実施例において用いた腫瘍モデルの縦弾性係数を示した表である。It is the table | surface which showed the longitudinal elastic modulus of the tumor model used in the Example. 実施例において 有限要素解析後の有限要素モデルを示した図である。It is the figure which showed the finite element model after a finite element analysis in an Example.

Claims (4)

放射線治療における治療効果を予測する放射線治療効果予測方法であって、
被検体の腫瘍を含む部分から病変部を抽出して、腫瘍の有限要素モデル又は境界要素モデルを作成する段階と、
治療における線量−効果の関係が力学的解析における荷重−変形の関係に対応するように前記有限要素モデル又は境界要素モデルの縦弾性係数を算定する段階と、
前記縦弾性係数に基づいて前記有限要素モデル又は境界要素モデルの数値解析を行って前記モデルの変形量を取得する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
A radiotherapy effect prediction method for predicting a therapeutic effect in radiotherapy,
Extracting a lesion from a portion including a tumor of a subject to create a finite element model or a boundary element model of the tumor;
Calculating a longitudinal elastic modulus of the finite element model or boundary element model so that a dose-effect relationship in treatment corresponds to a load-deformation relationship in mechanical analysis;
Performing a numerical analysis of the finite element model or boundary element model based on the longitudinal elastic modulus to obtain a deformation amount of the model;
A method comprising the steps of:
前記縦弾性係数を算定する段階が、
線量−効果の関係として、下記の式(1)を用い、
(ここで、M:線量Dの放射線を照射した後の細胞の死亡率、α、β:定数)
モデルに荷重pを付加した場合におけるモデルの体積ひずみεV を前記死亡率Mと等値することによって得られる下記の式(2)
(ここで、E:縦弾性係数)
を計算することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
Calculating the longitudinal elastic modulus,
As the dose-effect relationship, the following equation (1) is used:
(Where, M: cell mortality after irradiation with radiation dose D, α, β: constant)
The following equation (2) obtained by equalizing the volume strain ε V of the model when the load p is added to the model to the mortality M
(Where E: longitudinal elastic modulus)
The method of claim 1 including calculating.
放射線治療における治療効果の予測を行うプログラムであって、
被検体の腫瘍を含む部分から病変部を抽出して、腫瘍の有限要素モデル又は境界要素モデルを作成するステップと、
治療における線量−効果の関係が力学的解析における荷重−変形の関係に対応するように前記有限要素モデル又は境界要素モデルの縦弾性係数を算定するステップと、
前記縦弾性係数に基づいて前記有限要素モデル又は境界要素モデルの数値解析を行って前記モデルの変形量を取得するステップと、
をコンピュータに実行させるプログラム。
A program for predicting therapeutic effects in radiation therapy,
Extracting a lesion from a portion including a tumor of a subject to create a finite element model or boundary element model of the tumor;
Calculating a longitudinal elastic modulus of the finite element model or boundary element model so that a dose-effect relationship in treatment corresponds to a load-deformation relationship in mechanical analysis;
Performing a numerical analysis of the finite element model or boundary element model based on the longitudinal elastic modulus to obtain a deformation amount of the model;
A program that causes a computer to execute.
前記縦弾性係数を算定するステップが、
線量−効果の関係として、下記の式(3)を用い、
(ここで、M:線量Dの放射線を照射した後の細胞の死亡率、α、β:定数)
モデルに荷重pを付加した場合におけるモデルの体積ひずみεV を前記死亡率Mと等値することによって得られる下記の式(4)
(ここで、E:縦弾性係数)
を計算することを含むことを特徴とする請求項3に記載のコンピュータに実行させるプログラム。
Calculating the longitudinal elastic modulus,
As the dose-effect relationship, the following equation (3) is used:
(Where, M: cell mortality after irradiation with radiation dose D, α, β: constant)
The following equation (4) obtained by equalizing the volume strain ε V of the model when the load p is added to the model to the mortality M
(Where E: longitudinal elastic modulus)
The computer-executable program according to claim 3, further comprising:
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