JP2008113721A - 放射線治療計画装置及びプログラム - Google Patents
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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
【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)。
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ki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d1PTVを、d1PTV={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d1PTV及び記憶手段に記憶されているd(OARi)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d10ARiを、d10ARi=d1PTV×d(OARi)/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d10ARi及び記憶手段に記憶されているRをもとに、基準線量d10ARi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BED10ARiを、BED10ARi=d10ARi×n×(1+d10ARi/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BED10ARiが、対象の正常臓器の許容線量mtBEDOARiに正常臓器毎に設定されている係数ki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ki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d1PTVを、d1PTV={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d1PTV及びd(OARi)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d10ARiを、d10ARi=d1PTV×d(OARi)/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d10ARi及びRをもとに、基準線量d10ARi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BED10ARiをBED10ARi=d10ARi×n×(1+d10ARi/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BED10ARiが、対象の正常臓器の許容線量mtBEDOARiに正常臓器毎に設定されている係数ki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d1PTVを、d1PTV={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d10ARiをd10ARi=d1PTV×d(OARi)/d(PTV)により求め、基準線量d10ARi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BED10ARiをBED10ARi=d10ARi×n×(1+d10ARi/Ri)により算出し、算出されたBED10ARiと対象の正常臓器の許容線量mtBEDOARi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(OARi)、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(OARi)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d1PTV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d1PTV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。
d1PTV={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d1PTV及び一時記憶部103に記憶されているd(OARi)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d10ARi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。
d10ARi=d1PTV×d(OARi)/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d10ARi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Riとを用い、よく知られている以下の式(4)により、基準線量d10ARiを被曝したときの対象の正常組織に対するBED10ARiを算出する。定数Ri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。
BED10ARi=d10ARi×n×(1+d10ARi/Ri)・・・(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BED10ARiと、対象の正常組織の許容線量mtBEDOARiに、各正常組織毎に設定されている係数ki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mtBEDOARi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kiも記憶部104に記憶されている。この係数ki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、BED10ARi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BED10ARiを算出する。次いで、ステップS206で、n=2とした場合のBED10ARiと判断基準値とを比較する。
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BED10ARiを算出する。次いで、ステップS206で、n=2とした場合のBED10ARi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BED10ARi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minnOARi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minnOARi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minnOAR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。
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 (2)
- 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ki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d1PTVを、d1PTV={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d1PTV及び前記記憶手段に記憶されている前記d(OARi)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d10ARiを、d10ARi=d1PTV×d(OARi)/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d10ARi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d10ARi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BED10ARiを、BED10ARi=d10ARi×n×(1+d10ARi/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BED10ARiが、対象の正常臓器の許容線量mtBEDOARiに正常臓器毎に設定されている前記係数ki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ki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d1PTVを、d1PTV={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d1PTV及び前記d(OARi)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d10ARiを、d10ARi=d1PTV×d(OARi)/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d10ARi及び前記Rをもとに、基準線量d10ARi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BED10ARiをBED10ARi=d10ARi×n×(1+d10ARi/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BED10ARiが、対象の正常臓器の許容線量mtBEDOARiに正常臓器毎に設定されている前記係数ki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。
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