JP2008113721A

JP2008113721A - 放射線治療計画装置及びプログラム

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Publication number: JP2008113721A
Application number: JP2006297534A
Authority: JP
Inventors: Yukimasa Aoki; 幸昌青木
Original assignee: AMTECS CO Ltd
Current assignee: AMTECS CO Ltd
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2006-11-01
Publication date: 2008-05-22

Abstract

【課題】治療対象となるガン病巣に対して最適となる放射線治療計画が、容易に得られるようにする。
【解決手段】分割回数の算出を行う演算処理部１０１と、所定のデータの入力が行われるキーボードなどの入力部１０２と、主記憶装置などの一時記憶部１０３と、固定ディスク装置などの記憶部１０４と、ディスプレイなどの表示部１０５とを備える。また、演算処理部１０１は、患部有効線量算出部１１１と、患部基準線量算出部１１２と、正常組織被曝量算出部１１３と、正常組織有効線量算出部１１４と、条件判断部１１５と、最小分割回数決定部１１６と、分割回数決定部１１７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、適切な照射条件を設定して放射線による障害を低減するための治療計画を作成する放射線治療計画装置及びプログラムに関するものである。

ガンなどの病巣に対し放射線を照射して治療を行う放射線治療は、病状の進行を抑える化学治療と異なり、病巣そのものを治療する根治性が高い療法である。また、放射線治療は、外科療法と比較して患部の機能と形態の欠損が少ない。これらのことなどにより、近年では、放射線治療の重要性が高まりつつあり、また、放射線治療が広く行われるようになり、種々の放射線治療装置が開発されている（非特許文献１参照）。

放射線治療装置を用いた放射線治療においては、必要十分な線量の放射線を、他の領域に対する悪影響を与えずに、ガン病巣などの目的とする領域に効率的に照射することが重要となる。例えば、従来よりある放射線治療計画方法（装置）では、先ず、対象となる部位をコンピュータトモグラフィー（ＣＴ）によ撮影した断層画像より、指定された照射領域の体積、照射条件における放射線の線量を算出し、治療部位の病巣部を含む臓器の体積を算出する。次に、得られた照射領域の体積と及び臓器の体積から、線量容積率を算出し、算出した線量容積率に基づいて、臓器に放射線を照射した場合の線量分布を計算している（特許文献２参照）。

特開２００６−０８１８００号公報特開平８−３１８０００号公報

しかしながら、従来では、臓器に照射する１回あたりの照射線量及び照射による治療の回数（分割回数）などの治療計画については、担当する医師の経験に基づいて決定されていた。このため、従来では、例えば、主に過去にある程度の成果が得られている治療計画が採用されるなど、実際に治療対象となる病巣に対して最適となる治療計画が得られていないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、治療対象となるガン病巣に対して最適となる放射線治療計画が、容易に得られるようにすることを目的とする。

本発明に係る放射線治療計画装置は、放射線治療の分割回数を求める放射線治療計画装置であって、治療対象のガン組織が存在する臓器に対する放射線の生物作用を定量化するために与えられる定数Ｒと、治療対象となるガン組織に対する治療に必要とされる放射線量の１回分を示す定数ｄ及び回数を示す定数ｎ₀と、放射線の照射における正常臓器に対する線量を示す定数ｄ（ＯＡＲｉ）及び治療対象のガン組織に対する線量を示す定数ｄ（ＰＴＶ）と、正常臓器の最大生物学的有効線量のうち、放射線治療で使用する生物学的有効線量の割合を、正常組織への予測される照射の可能性に基づいて設定される係数ｋ_iと、対象となる放射線治療で放射線を被曝する正常臓器の情報とを記憶する記憶手段と、治療対象のガン組織の生物学的有効線量ＢＥＤを、記憶手段に記憶されているｄ，ｎ₀，及びＲを用いてＢＥＤ＝ｄ×ｎ₀×（１＋ｄ／Ｒ）により求める患部有効線量算出手段と、この患部有効線量算出手段で算出されたＢＥＤ及び記憶手段に記憶されているＲをもとに、ガン組織への基準線量ｄ_1PTVを、ｄ_1PTV＝｛ＢＥＤ×Ｒ／ｎ＋（０．５Ｒ）²｝^1/2−０．５Ｒにより求める患部基準線量算出手段と、この患部基準線量算出手段で算出された基準線量ｄ_1PTV及び記憶手段に記憶されているｄ（ＯＡＲ_i）及びｄ（ＰＴＶ）をもとに、ガン組織に対する放射線治療により放射線被曝する正常臓器毎の被曝線量ｄ_10ARiを、ｄ_10ARi＝ｄ_1PTV×ｄ（ＯＡＲ_i）／ｄ（ＰＴＶ）により求める正常組織被曝量算出手段と、この正常組織被曝量算出手段で算出された被曝線量ｄ_10ARi及び記憶手段に記憶されているＲをもとに、基準線量ｄ_10ARiを被曝したときの対象の正常臓器に対する生物学的有効線量ＢＥＤ_10ARiを、ＢＥＤ_10ARi＝ｄ_10ARi×ｎ×（１＋ｄ_10ARi／Ｒ）により算出する正常組織有効線量算出手段と、患部有効線量算出手段，患部基準線量算出手段，正常組織被曝量算出手段，及び正常組織有効線量算出手段により、ｎを１から増加させて算出されたＢＥＤ_10ARiが、対象の正常臓器の許容線量_mtＢＥＤ_OARiに正常臓器毎に設定されている係数ｋ_iを乗じて得られる判断基準値より小さくなるｎを最小分割回数として決定する条件判断手段と、患部有効線量算出手段，患部基準線量算出手段，正常組織被曝量算出手段，正常組織有効線量算出手段，及び条件判断手段により算出された全ての正常臓器毎の最小分割回数の中の最大値を放射線治療の分割回数とする分割回数決定手段とを備えるものである。

また、本発明に係るプログラムは、コンピュータに、放射線治療の分割回数を求める放射線治療計画を実行させるためのプログラムであって、記憶されている、治療対象のガン組織が存在する臓器に対する放射線の生物作用を定量化するために与えられる定数Ｒと、治療対象となるガン組織に対する治療に必要とされる放射線量の１回分を示す定数ｄ及び回数を示す定数ｎ₀と、放射線の照射における正常臓器に対する線量を示す定数ｄ（ＯＡＲｉ）及び治療対象のガン組織に対する線量を示す定数ｄ（ＰＴＶ）と、正常臓器の最大生物学的有効線量のうち、放射線治療で使用する生物学的有効線量の割合を、正常組織への予測される照射の可能性に基づいて設定される係数ｋ_iと、対象となる放射線治療で放射線を被曝する正常臓器の情報とを用い、治療対象のガン組織の生物学的有効線量ＢＥＤを、ｄ，ｎ₀，及びＲを用いてＢＥＤ＝ｄ×ｎ₀×（１＋ｄ／Ｒ）により求める第１機能と、この第１機能で算出されたＢＥＤ及びＲをもとに、ガン組織への基準線量ｄ_1PTVを、ｄ_1PTV＝｛ＢＥＤ×Ｒ／ｎ＋（０．５Ｒ）²｝^1/2−０．５Ｒにより求める第２機能と、この第２機能で算出された基準線量ｄ_1PTV及びｄ（ＯＡＲ_i）及びｄ（ＰＴＶ）をもとに、ガン組織に対する放射線治療により放射線被曝する正常臓器毎の被曝線量ｄ_10ARiを、ｄ_10ARi＝ｄ_1PTV×ｄ（ＯＡＲ_i）／ｄ（ＰＴＶ）により求める第３機能と、この第３機能で算出された被曝線量ｄ_10ARi及びＲをもとに、基準線量ｄ_10ARiを被曝したときの対象の正常臓器に対する生物学的有効線量ＢＥＤ_10ARiをＢＥＤ_10ARi＝ｄ_10ARi×ｎ×（１＋ｄ_10ARi／Ｒ）により、算出する第４機能と、ｎを１から増加させて第１機能から第４機能を繰り返し、算出されたＢＥＤ_10ARiが、対象の正常臓器の許容線量_mtＢＥＤ_OARiに正常臓器毎に設定されている係数ｋ_iを乗じて得られる判断基準値より小さくなるｎを最小分割回数として決定する第５機能と、第１機能から第５機能を全ての正常臓器に対して行い、求められた正常臓器毎の最小分割回数の中の最大値を放射線治療の分割回数とする第６機能とを少なくとも備えるものである。

以上説明したように、本発明によれば、治療対象のガン組織の生物学的有効線量ＢＥＤを、ＢＥＤ＝ｄ×ｎ₀×（１＋ｄ／Ｒ）により求め、ガン組織への基準線量ｄ_1PTVを、ｄ_1PTV＝｛ＢＥＤ×Ｒ／ｎ＋（０．５Ｒ）²｝^1/2−０．５Ｒにより求め、ガン組織に対する放射線治療により放射線被曝する正常臓器毎の被曝線量ｄ_10ARiをｄ_10ARi＝ｄ_1PTV×ｄ（ＯＡＲ_i）／ｄ（ＰＴＶ）により求め、基準線量ｄ_10ARiを被曝したときの対象の正常臓器に対する生物学的有効線量ＢＥＤ_10ARiをＢＥＤ_10ARi＝ｄ_10ARi×ｎ×（１＋ｄ_10ARi／Ｒ_i）により算出し、算出されたＢＥＤ_10ARiと対象の正常臓器の許容線量_mtＢＥＤ_OARiとを比較することで、分割回数を決定するようにしたので、治療対象となるガン病巣に対して最適となる放射線治療計画が、医師の経験に頼ることなく容易に得られるようになる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における放射線治療計画装置の構成例を示す構成図である。この装置は、分割回数の算出を行う演算処理部１０１と、所定のデータの入力が行われるキーボードなどの入力部１０２と、主記憶装置などの一時記憶部１０３と、固定ディスク装置などの記憶部１０４と、ディスプレイなどの表示部１０５とを備える。また、演算処理部１０１は、患部有効線量算出部１１１と、患部基準線量算出部１１２と、正常組織被曝量算出部１１３と、正常組織有効線量算出部１１４と、条件判断部１１５と、最小分割回数決定部１１６と、分割回数決定部１１７とを備える。

次に、図１に示す放射線治療計画装置を用いた放射線治療計画方法の一例について、図２のフローチャートを用いて説明する。先ず、ステップＳ２０１で、利用者の操作により入力部１０２より入力された以下に示す数値を、演算処理部１０１が受け付ける。先ず、治療対象のガン組織が存在する臓器に対する放射線の生物作用を定量化するために与えられる定数Ｒを受け付ける。これは、α／β比と呼ばれる場合もある。例えば、Ｒは、以下の表１に示すように、各臓器に対して設定（既定）されている。なお、表１の値は、現時点における臨床上の知見より得られた一例であり、今後変更される場合もある。

また、治療対象となるガン組織に対する治療に必要と判断される１回線量ｄ及び回数ｎ₀を受け付ける。これらｄ及びｎ₀は、予防的な照射及び準根治的な照射などの治療目的に対応して決定される値である。また、過去に実績のある照射条件をもとにこれらの値を決定してもよい。

また、対象となる放射線治療で放射線を被曝する正常臓器を受け付ける。加えて、放射線照射における、上記正常臓器（組織）（ＯＡＲ：organ at risk）に対する線量を示す定数ｄ（ＯＡＲ_i）、及びガン組織（ＰＴＶ：planning target volume）に対する線量を示す定数ｄ（ＰＴＶ）を受け付ける。定数ｄ（ＯＡＲ_i）及び定数ｄ（ＰＴＶ）は、例えば、放射線治療器トモセラピー（Ｈｉ−Ａｒｔ社製）の治療計画機能により最適化された治療計画のＤＶＨ（Dose volume histogram）により得ることができる。この場合、例えば、対象の組織が、脊髄や腸管などの「serial structure」であれば、ＤＨＶにおける極大値が用いられ、大脳，腎臓，膀胱，肺，及び皮膚などの「parallel structure」であれば、ＤＨＶにおける最頻値が用いられる。上述した受け付けられた各定数は、例えば一時記憶部１０３に記憶される。

次に、ステップＳ２０２で、入力されて一時記憶部１０３に記憶されている各値（定数）を用い、患部有効線量算出部１１１が、治療対象のガン組織（病巣）の生物学的有効線量（ＢＥＤ：Biological Effective Dose）を、よく知られている以下の式（１）により求める。

ＢＥＤ＝ｄ×ｎ₀×（１＋ｄ／Ｒ）・・・（１）

次に、ステップＳ２０３で、患部有効線量算出部１１１により算出されたＢＥＤをもとに、患部基準線量算出部１１２が、治療対象ガン組織への基準線量ｄ_1PTVを、以下の式（２）により算出する。以下に説明するように、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０５は、ステップＳ２０６の判断基準が満たされるまで繰り返し行われるが、この繰り返しの１回目では、式（２）の分割回数ｎを１回として基準線量ｄ_1PTVを算出する。なお、分割回数は、放射線の照射を１日に１回としてこれを繰り返す日数（回数）を示すものであり、本方法により求めようとする回数である。

ｄ_1PTV＝｛ＢＥＤ×Ｒ／ｎ＋（０．５Ｒ）²｝^1/2−０．５Ｒ・・・（２）

次に、ステップＳ２０４で、患部基準線量算出部１１２により算出された基準線量ｄ_1PTV及び一時記憶部１０３に記憶されているｄ（ＯＡＲ_i）とｄ（ＰＴＶ）とをもとに、正常組織被曝量算出部１１３が、ガン組織に対する放射線の照射（放射線治療）により放射線被曝する正常臓器（被曝正常臓器）毎の被曝線量ｄ_10ARiを、以下の式（３）により算出する。なお、ｉは、被曝対象の正常臓器が４個であれば、ｉ＝１，２，３，４となる自然数である。

ｄ_10ARi＝ｄ_1PTV×ｄ（ＯＡＲ_i）／ｄ（ＰＴＶ）・・・（３）

次に、ステップＳ２０５で、正常組織有効線量算出部１１４が、正常組織被曝量算出部１１３により算出された被曝線量ｄ_10ARiと、一時記憶部１０３に記憶されている対象の正常組織における定数Ｒ_iとを用い、よく知られている以下の式（４）により、基準線量ｄ_10ARiを被曝したときの対象の正常組織に対するＢＥＤ_10ARiを算出する。定数Ｒ_iは、表１に例示する定数Ｒである。なお、この算出においても、上述した繰り返しの１回目では、分割回数ｎを１回とする。

ＢＥＤ_10ARi＝ｄ_10ARi×ｎ×（１＋ｄ_10ARi／Ｒ_i）・・・（４）

次に、ステップＳ２０６で、条件判断部１１５が、正常組織有効線量算出部１１４により算出されたＢＥＤ_10ARiと、対象の正常組織の許容線量_mtＢＥＤ_OARiに、各正常組織毎に設定されている係数ｋ_iを乗じた値（判断基準値）とを比較する。正常組織の許容線量_mtＢＥＤ_OARiは、以下の表２に示すように設定されているものであり、記憶部１０４に記憶されている。また、係数ｋ_iも記憶部１０４に記憶されている。この係数ｋ_iは、正常臓器（組織）の最大ＢＥＤのうち、該当する放射線治療で使用するＢＥＤの割合を、正常組織への予測される照射の可能性に基づいて設定される係数である。なお、表２の値は、現時点における臨床上の知見より得られた一例であり、今後変更される場合もある。

上述したステップＳ２０６の比較で、ＢＥＤ_10ARiが、判断基準値以上である場合、
ステップＳ２０７で、分割回数ｎを２に増加させ、ステップＳ２０３に戻り、ｎ＝２としてステップＳ２０３〜Ｓ２０５の処理を行い、ｎ＝２とした場合のＢＥＤ_10ARiを算出する。次いで、ステップＳ２０６で、ｎ＝２とした場合のＢＥＤ_10ARiと判断基準値とを比較する。

上述したようにしてステップＳ２０２〜ステップＳ２０６を、分割回数ｎを増加させて繰り返し、ステップＳ２０６の判断で算出されたＢＥＤ_10ARiが判断基準値未満となると、ステップＳ２０８で、最小分割回数決定部１１６が、このときの分割回数ｎを、対象の正常組織に対する最小分割回数_minｎ_OARiとし、一時記憶部１０３に一時記憶する。

以上のようにして放射線を被曝する正常組織に対する最小分割回数_minｎ_OARiを、対象となる正常組織すべてについて求めると（ステップＳ２０９）、ステップＳ２１０で、分割回数決定部１１７が、全ての正常組織に対して算出された最小分割回数_minｎ_OARの中の最大値を放射線治療計画における分割回数として決定する。この後、決定された分割回数が、利用者に視認可能な状態となるように、表示部１０５に表示される（ステップＳ２１２）。

なお、上述した各機能を発現する図１に示す放射線治療計画装置は、例えば、ＣＰＵと主記憶装置と外部記憶装置とネットワーク接続装置となどを備えたコンピュータ機器により実現可能であり、主記憶装置に展開された上記各機能を実行させるプログラムによりＣＰＵが動作することで、上述した各機能が実現可能である。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させるようにしてもよい。

上述したように、図１に示す放射線治療計画装置を用いた放射線治療計画方法によれば、一回線量及び分割回数という因子と、放射線の生体への影響を示す関係式を用い、例えば、トモセラピーにより得られるＤＶＨのデータを利用して取得された正常組織における耐容線量を示す定数、及び、最適化されたガン組織に対する線量を示す定数を利用し、行おうとする放射線治療に適した分割数を算出するようにした。この結果、本放射線治療計画によれば、被治療者にとっては、治療のための訪院の回数が最小とされるようになり、負担の低減が図れるようになる。また、病院などの治療を行う施設にとっては、治療時間の無駄が省けるようになる。

本発明の実施の形態における放射線治療計画装置の構成例を示す構成図である。図１に示す放射線治療計画装置を用いた放射線治療計画方法の一例について説明するフローチャートである。

符号の説明

１０１…演算処理部、１０２…入力部、１０３…一時記憶部、１０４…記憶部、１０５…表示部、１１１…患部有効線量算出部、１１２…患部基準線量算出部、１１３…正常組織被曝量算出部、１１４…正常組織有効線量算出部、１１５…条件判断部、１１６…最小分割回数決定部、１１７…分割回数決定部。

Claims

放射線治療の分割回数を求める放射線治療計画装置であって、
治療対象のガン組織が存在する臓器に対する放射線の生物作用を定量化するために与えられる定数Ｒと、治療対象となるガン組織に対する治療に必要とされる放射線量の１回分を示す定数ｄ及び回数を示す定数ｎ₀と、放射線の照射における正常臓器に対する線量を示す定数ｄ（ＯＡＲｉ）及び治療対象のガン組織に対する線量を示す定数ｄ（ＰＴＶ）と、正常臓器の最大生物学的有効線量のうち、放射線治療で使用する生物学的有効線量の割合を、正常組織への予測される照射の可能性に基づいて設定される係数ｋ_iと、対象となる放射線治療で放射線を被曝する正常臓器の情報とを記憶する記憶手段と、
治療対象のガン組織の生物学的有効線量ＢＥＤを、前記記憶手段に記憶されている前記ｄ，前記ｎ₀，及び前記Ｒを用いてＢＥＤ＝ｄ×ｎ₀×（１＋ｄ／Ｒ）により求める患部有効線量算出手段と、
この患部有効線量算出手段で算出された前記ＢＥＤ及び前記記憶手段に記憶されている前記Ｒをもとに、前記ガン組織への基準線量ｄ_1PTVを、ｄ_1PTV＝｛ＢＥＤ×Ｒ／ｎ＋（０．５Ｒ）²｝^1/2−０．５Ｒにより求める患部基準線量算出手段と、
この患部基準線量算出手段で算出された前記基準線量ｄ_1PTV及び前記記憶手段に記憶されている前記ｄ（ＯＡＲ_i）及び前記ｄ（ＰＴＶ）をもとに、前記ガン組織に対する放射線治療により放射線被曝する正常臓器毎の被曝線量ｄ_10ARiを、ｄ_10ARi＝ｄ_1PTV×ｄ（ＯＡＲ_i）／ｄ（ＰＴＶ）により求める正常組織被曝量算出手段と、
この正常組織被曝量算出手段で算出された前記被曝線量ｄ_10ARi及び前記記憶手段に記憶されている前記Ｒをもとに、基準線量ｄ_10ARiを被曝したときの対象の正常臓器に対する生物学的有効線量ＢＥＤ_10ARiを、ＢＥＤ_10ARi＝ｄ_10ARi×ｎ×（１＋ｄ_10ARi／Ｒ）により算出する正常組織有効線量算出手段と、
前記患部有効線量算出手段，前記患部基準線量算出手段，正常組織被曝量算出手段，及び正常組織有効線量算出手段により、前記ｎを１から増加させて算出された前記ＢＥＤ_10ARiが、対象の正常臓器の許容線量_mtＢＥＤ_OARiに正常臓器毎に設定されている前記係数ｋ_iを乗じて得られる判断基準値より小さくなるｎを最小分割回数として決定する条件判断手段と、
前記患部有効線量算出手段，前記患部基準線量算出手段，正常組織被曝量算出手段，正常組織有効線量算出手段，及び前記条件判断手段により算出された全ての前記正常臓器毎の前記最小分割回数の中の最大値を前記放射線治療の分割回数とする分割回数決定手段と
を備えることを特徴とする放射線治療計画装置。
コンピュータに、放射線治療の分割回数を求める放射線治療計画を実行させるためのプログラムであって、
記憶されている、治療対象のガン組織が存在する臓器に対する放射線の生物作用を定量化するために与えられる定数Ｒと、治療対象となるガン組織に対する治療に必要とされる放射線量の１回分を示す定数ｄ及び回数を示す定数ｎ₀と、放射線の照射における正常臓器に対する線量を示す定数ｄ（ＯＡＲｉ）及び治療対象のガン組織に対する線量を示す定数ｄ（ＰＴＶ）と、正常臓器の最大生物学的有効線量のうち、放射線治療で使用する生物学的有効線量の割合を、正常組織への予測される照射の可能性に基づいて設定される係数ｋ_iと、対象となる放射線治療で放射線を被曝する正常臓器の情報とを用い、
治療対象のガン組織の生物学的有効線量ＢＥＤを、前記ｄ，前記ｎ₀，及び前記Ｒを用いてＢＥＤ＝ｄ×ｎ₀×（１＋ｄ／Ｒ）により求める第１機能と、
この第１機能で算出された前記ＢＥＤ及び前記Ｒをもとに、前記ガン組織への基準線量ｄ_1PTVを、ｄ_1PTV＝｛ＢＥＤ×Ｒ／ｎ＋（０．５Ｒ）²｝^1/2−０．５Ｒにより求める第２機能と、
この第２機能で算出された前記基準線量ｄ_1PTV及び前記ｄ（ＯＡＲ_i）及び前記ｄ（ＰＴＶ）をもとに、前記ガン組織に対する放射線治療により放射線被曝する正常臓器毎の被曝線量ｄ_10ARiを、ｄ_10ARi＝ｄ_1PTV×ｄ（ＯＡＲ_i）／ｄ（ＰＴＶ）により求める第３機能と、
この第３機能で算出された前記被曝線量ｄ_10ARi及び前記Ｒをもとに、基準線量ｄ_10ARiを被曝したときの対象の正常臓器に対する生物学的有効線量ＢＥＤ_10ARiをＢＥＤ_10ARi＝ｄ_10ARi×ｎ×（１＋ｄ_10ARi／Ｒ）により、算出する第４機能と、
前記ｎを１から増加させて前記第１機能から前記第４機能を繰り返し、算出された前記ＢＥＤ_10ARiが、対象の正常臓器の許容線量_mtＢＥＤ_OARiに正常臓器毎に設定されている前記係数ｋ_iを乗じて得られる判断基準値より小さくなるｎを最小分割回数として決定する第５機能と、
前記第１機能から前記第５機能を全ての前記正常臓器に対して行い、求められた前記正常臓器毎の前記最小分割回数の中の最大値を前記放射線治療の分割回数とする第６機能と
を少なくとも備えることを特徴とするプログラム。