JP2008136523A - Irradiation planning method, apparatus, particle beam irradiation system and computer program for them - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照射計画方法、装置、粒子線照射システム、及び、これらに用いるコンピュータプログラムに関する。特に、放射線治療装置に用いるのに好適な、ターゲットでの平坦で一様な線量分布を保障しつつ、照射時間を短縮し、照射対象の負担を軽減できる照射計画方法、装置、粒子線照射システム、及び、これらに用いるコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to an irradiation planning method, an apparatus, a particle beam irradiation system, and a computer program used therefor. In particular, an irradiation planning method, apparatus, and particle beam irradiation system suitable for use in a radiotherapy apparatus and capable of reducing irradiation time and reducing the burden on the irradiation target while ensuring a flat and uniform dose distribution on the target And a computer program used for these.
近年、荷電粒子ビームを用いた放射線照射は、動植物の放射線感受性を利用した品種改良や、物質の物理的変化及びがん治療等、広く使用されている。この荷電粒子ビームの照射方法の一つとして、3次元的に局所集中した線量分布を持つ荷電粒子ビームによるスポットビームによりターゲット部を3次元的に塗りつぶすように照射するスキャニング法がある。 In recent years, irradiation using a charged particle beam has been widely used for breeding using the radiosensitivity of animals and plants, physical changes in substances, and cancer treatment. As one of the charged particle beam irradiation methods, there is a scanning method in which a target portion is irradiated three-dimensionally with a spot beam of a charged particle beam having a dose distribution that is locally concentrated three-dimensionally.
このスキャニング法では、設定された目標照射線量(目的線量とも称する)をターゲット部(例えば腫瘍部)に対し一様に照射できるように、照射計画装置(治療計画装置とも称する)により照射パラメータ(各スポットビームの照射位置・照射線量等)を最適化計算で決定し、この照射パラメータに基づき計画通りに照射することが求められている(非特許文献1)。 In this scanning method, irradiation parameters (also referred to as treatment planning devices) are used for irradiation parameters (each of which is also referred to as a treatment planning device) so that a set target irradiation dose (also referred to as a target dose) can be uniformly irradiated to a target portion (for example, a tumor portion). It is required to determine a spot beam irradiation position, irradiation dose, etc.) by optimization calculation, and to perform irradiation as planned based on the irradiation parameters (Non-Patent Document 1).
しかしながら、照射計画の計画通りに照射することは困難である。一般に計画値と実照射値との誤差はビーム強度に比例するため、従来はビーム強度を落とすことでこの誤差を無視できるレベルに低く抑えて計画通りに照射することが考えられてきた。 However, it is difficult to irradiate as planned in the irradiation plan. In general, since the error between the planned value and the actual irradiation value is proportional to the beam intensity, it has conventionally been considered to reduce the beam intensity to a level at which this error can be ignored and to perform irradiation as planned.
しかし、ビーム強度を落とすことは、目標照射線量に達するのに要する時間、即ち照射時間が長引くことを意味する。この照射時間が長引くことによる照射対象への負担等を考慮すれば、照射時間をできるだけ短縮することが望ましい。特に、周期変動するターゲット部に、周期変動が少ない特定期間を利用して複数回スキャニング照射する際には、照射時間の短縮が更に必要となる。 However, decreasing the beam intensity means prolonging the time required to reach the target irradiation dose, that is, the irradiation time. Considering the burden on the irradiation target due to the prolonged irradiation time, it is desirable to shorten the irradiation time as much as possible. In particular, when the scanning target is subjected to scanning irradiation a plurality of times using a specific period with little periodic fluctuation, it is necessary to further shorten the irradiation time.
以上のように、照射誤差の低減と照射時間の短縮とはトレードオフの関係にあり、従来の技術では、計画通りに平坦で一様な線量分布を達成し、かつ照射時間を短縮することには限界があった。 As described above, there is a trade-off between the reduction of irradiation error and the shortening of the irradiation time. With the conventional technology, a flat and uniform dose distribution is achieved as planned, and the irradiation time is shortened. There was a limit.
本発明は、前記従来の問題点を解消すべくなされたもので、ターゲットでの平坦で一様な線量分布を保障しつつ、照射時間を短縮し、照射対象の負担を軽減できるようにすることを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and while ensuring a flat and uniform dose distribution at the target, the irradiation time can be shortened and the burden on the irradiation object can be reduced. Is an issue.
本発明は、加速器から出射した荷電粒子ビームを照射装置により照射対象に照射する粒子線照射システムの照射パラメータを決定する照射計画方法において、前記粒子線照射システムに起因する照射誤差を推定し、該推定した照射誤差も加味して照射パラメータを決定することで、前記課題を解決したものである。 The present invention relates to an irradiation planning method for determining an irradiation parameter of a particle beam irradiation system for irradiating an irradiation target with a charged particle beam emitted from an accelerator, and estimating an irradiation error caused by the particle beam irradiation system, The above-mentioned problem is solved by determining the irradiation parameter in consideration of the estimated irradiation error.
本発明は、又、加速器から出射された荷電粒子ビームを照射装置により照射対象に照射する粒子線照射システムの照射パラメータを決定する照射計画装置において、前記粒子線照射システムに起因する照射誤差を推定する手段と、該推定された照射誤差も加味して照射パラメータを決定する手段と、を備えたことで、前記課題を解決したものである。 The present invention also provides an irradiation planning apparatus for determining irradiation parameters of a particle beam irradiation system that irradiates an irradiation target with a charged particle beam emitted from an accelerator by an irradiation apparatus, and estimates an irradiation error caused by the particle beam irradiation system. And the means for determining the irradiation parameter in consideration of the estimated irradiation error, the problem is solved.
本発明は、又、前記照射計画装置を備えた粒子線照射システムを提供するものである。 The present invention also provides a particle beam irradiation system including the irradiation planning device.
本発明は、又、加速器から出射された荷電粒子ビームを照射装置により照射対象に照射する粒子線照射システムの照射パラメータを決定するためのコンピュータプログラムであって、前記粒子線照射システムに起因する照射誤差を推定するステップと、該推定した照射誤差も加味して照射パラメータを決定するステップと、を含むことで、前記課題を解決したものである。 The present invention is also a computer program for determining an irradiation parameter of a particle beam irradiation system that irradiates an irradiation target with a charged particle beam emitted from an accelerator by an irradiation device, and the irradiation caused by the particle beam irradiation system The object is solved by including a step of estimating an error and a step of determining an irradiation parameter in consideration of the estimated irradiation error.
本発明は、又、前記コンピュータプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供するものである。 The present invention also provides a computer-readable storage medium storing the computer program.
前記粒子線照射システムが荷電粒子ビームの強度変調機能を具備する場合に、前記照射パラメータの決定を、照射パラメータの仮値を繰り返し演算により算出し、該算出した照射パラメータの仮値に基づき荷電粒子ビームの強度を算出し、該算出した荷電粒子ビームの強度の条件下で、前記推定した照射誤差も加味して行うことができる。 When the particle beam irradiation system has a function of modulating the intensity of a charged particle beam, the irradiation parameter is determined by repeatedly calculating a temporary value of the irradiation parameter, and charged particles are calculated based on the calculated temporary value of the irradiation parameter. The beam intensity can be calculated, and the estimated irradiation error can be taken into account under the condition of the calculated charged particle beam intensity.
又、前記荷電粒子ビームの強度を、前記粒子線照射システムが照射可能なビーム強度テーブルに従い算出することができる。 The intensity of the charged particle beam can be calculated according to a beam intensity table that can be irradiated by the particle beam irradiation system.
又、前記荷電粒子ビームの強度を、前記照射対象の照射スポット毎に算出することができる。 In addition, the intensity of the charged particle beam can be calculated for each irradiation spot to be irradiated.
又、前記荷電粒子ビームの強度を、前記照射対象を所定ビーム軸方向に分割した、その軸方向と交差するスライス領域毎に算出することができる。 In addition, the intensity of the charged particle beam can be calculated for each slice region obtained by dividing the irradiation target in the predetermined beam axis direction and intersecting the axis direction.
又、前記照射誤差を、前記荷電粒子ビームの強度により前記照射対象の所定位置に照射する荷電粒子ビームの計画粒子数からの誤差を求めて、推定することができる。 Further, the irradiation error can be estimated by obtaining an error from the number of planned particles of the charged particle beam that irradiates a predetermined position of the irradiation object based on the intensity of the charged particle beam.
又、前記照射対象の各照射スポットを前記照射装置によりスキャニング照射して行く場合に、前記計画粒子数からの誤差を、前記荷電粒子ビームの強度、前記照射スポット間の距離、及び、前記照射のスキャニング速度により推定することができる。 Further, when each irradiation spot to be irradiated is scanned and irradiated by the irradiation apparatus, an error from the planned particle number is calculated as the intensity of the charged particle beam, the distance between the irradiation spots, and the irradiation It can be estimated from the scanning speed.
本発明によれば、加速器や照射装置等の粒子線照射システムに起因する照射誤差を推定し、これを加味して照射パラメータを決定するようにしたので、ターゲットでの平坦で一様な線量分布を保障しつつ、照射時間の短縮を達成することができる。これにより、これまでの技術では照射時間を要し、照射対象の負担等があったため、実現が困難と考えられていた周期変動を伴うターゲット(例えば呼吸性変動を伴う臓器)へのスキャニング照射が可能となり、照射(例えば治療)を現実的な時間内に完了することが可能となる。 According to the present invention, an irradiation error caused by a particle beam irradiation system such as an accelerator or an irradiation apparatus is estimated, and the irradiation parameter is determined by taking this into account, so that a flat and uniform dose distribution at the target The irradiation time can be shortened while ensuring the above. As a result, the conventional technique requires irradiation time, and the burden on the irradiation target, etc., so that scanning irradiation to a target with periodic fluctuation (for example, an organ with respiratory fluctuation) that has been considered difficult to realize is performed. And irradiation (eg, treatment) can be completed within a realistic time.
特に、粒子線照射システムが荷電粒子ビームの強度変調機能を具備し、照射パラメータの仮値に基づいた荷電粒子ビームの強度の条件下で照射パラメータが決定される場合は、平均的なビーム強度を上げることができ、更に照射時間を短縮することが可能となる。 In particular, when the particle beam irradiation system has a charged particle beam intensity modulation function and the irradiation parameter is determined under the condition of the charged particle beam intensity based on the provisional value of the irradiation parameter, the average beam intensity is reduced. The irradiation time can be further shortened.
又、荷電粒子ビームの強度を算出する際、ビーム強度テーブルを用いる場合は、計算時間の短縮を図ることができる。 Further, when the beam intensity table is used when calculating the intensity of the charged particle beam, the calculation time can be shortened.
又、荷電粒子ビームの強度を、照射スポット毎又はスライス領域毎に算出する場合は、
ターゲットでの平坦で一様な線量分布の更なる保障を図ることができる。
When calculating the intensity of the charged particle beam for each irradiation spot or for each slice region,
Further guarantee of a flat and uniform dose distribution at the target can be achieved.
又、前記照射誤差を、照射対象の所定位置に照射する荷電粒子ビームの計画粒子数からの粒子数誤差(以下、漏れ線量と称する)として推定する場合や、照射装置によりスキャニング照射して行く際に漏れ線量として推定する場合は、粒子線照射システムにおける制御の遅延等による漏れ線量の影響を照射計画の最適化計算に反映させることが可能となる。 Further, when the irradiation error is estimated as a particle number error (hereinafter referred to as a leakage dose) from the planned particle number of a charged particle beam irradiated to a predetermined position to be irradiated, or when scanning irradiation is performed by an irradiation apparatus In the case of estimating the leakage dose, the influence of the leakage dose due to the control delay in the particle beam irradiation system can be reflected in the optimization calculation of the irradiation plan.
又、前記漏れ線量を、荷電粒子ビームの強度により推定する場合は、ラスタスキャンやスポットスキャンといったスキャニング照射においても、簡便に照射誤差を推定することができる。 Further, when the leakage dose is estimated based on the intensity of the charged particle beam, an irradiation error can be easily estimated even in scanning irradiation such as raster scanning or spot scanning.
又、前記漏れ線量を、荷電粒子ビームの強度、照射スポット間の距離、及び、照射のスキャニング速度により推定する場合は、簡便かつより正確に照射誤差を推定することができる。 Further, when the leakage dose is estimated based on the intensity of the charged particle beam, the distance between the irradiation spots, and the scanning speed of irradiation, the irradiation error can be estimated easily and more accurately.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施形態に係る粒子線照射システムの全体構成を示す説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the particle beam irradiation system according to the first embodiment of the present invention.
図1に示される如く、粒子線照射システム20は、荷電粒子ビーム2を加速して出射する加速器22と、該加速器22から出射された荷電粒子ビーム2を輸送するビーム輸送系24と、該ビーム輸送系24を経た荷電粒子ビーム2を患者4の照射対象であるターゲット部6(例えば、腫瘍部)に照射する照射装置(スキャニング照射装置)30と、前記粒子線照射システム20を制御する制御装置40と、粒子線照射システム20の照射パラメータを決定する照射計画装置42とを備えている。
As shown in FIG. 1, a particle
前記加速器22は荷電粒子ビーム2の強度を調整するようになっている。
The
前記照射装置30は、図2に詳細に示される如く、荷電粒子ビーム2をビーム進行方向(Z方向)に垂直な平面を形成するX−Y方向に偏向させるスキャニングマグネット32、34と、荷電粒子ビーム2の位置を監視する線量モニタ36と、Z方向の荷電粒子ビーム2の停止位置を調整するレンジシフタ38とを備え、ターゲット部6に対しスキャン軌道8に沿って荷電粒子ビーム2をスキャンするようになっている。
As shown in detail in FIG. 2, the
前記制御装置40は、加速器22からの荷電粒子ビーム2の強度や、ビーム輸送系24内での荷電粒子ビーム2の位置修正や、照射装置30のスキャニングマグネット32、34によるスキャニングや、レンジシフタ38によるビーム停止位置等を制御するようになっている。
The
前記照射計画装置42は、図1に示される如く、照射パラメータを決定するためのコンピュータのCPU42Aと、照射誤差も加味して照射パラメータを決定するようにコンピュータを機能させるためのプログラムと必要なデータとを記憶するメモリ部42Bと、前記メモリ部42Bのインターフェース44とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
そして、照射計画装置42は、照射対象における各スポットビームの照射位置、照射線量(重み)等の最適な照射パラメータを算出するようになっていて、この照射パラメータに基づき、計画通りに粒子線照射システム20がスポットビームを照射するようになっている。
The
照射方法として、図3に示される如く、計画位置に最適化された重みに従って、前記照射装置30によりスポットビームを照射することで、図4に示される如く、ターゲット領域Tに対し一様な線量分布の照射を与えるスキャニング照射法がよく用いられる。図3は、照射計画装置42の最適化計算により決定された各スポットビームの照射位置・重み分布を示す分布図である。図4は、照射装置30のスキャニング照射により得られる線量分布、即ち、各スポットビームの総和による線量分布である。
As an irradiation method, as shown in FIG. 3, the spot beam is irradiated by the
次に、従来法を示す図5(A)を参照しながら、図5(B)に基づき、一例として患者の腫瘍に照射する場合を想定した第1実施形態の照射手順を説明する。 Next, with reference to FIG. 5A showing the conventional method, the irradiation procedure of the first embodiment assuming the case of irradiating a patient's tumor as an example will be described based on FIG. 5B.
まず、ステップS1で、X線等のCT撮影により腫瘍であるターゲット部6を特定する。
First, in step S1, the
このCT撮影に基づき、ステップS2で、医者が照射計画装置42にターゲット部6のターゲット領域Tを入力する。ターゲット領域Tが入力されたら、本発明による図5(B)のステップS13で照射計画装置42の照射計画部46により、最適化計算を行う。
Based on this CT imaging, the doctor inputs the target region T of the
この最適化計算のステップS13では、加速器22や照射装置30等の粒子線照射システム20の性能に起因する、照射の計画値と実照射値との照射誤差を推定し、この推定した照射誤差も加味して、目的となる線量分布を達成するための照射パラメータを決定する。一方、図5(A)に示される如く、従来の照射計画装置10の照射計画部12におけるステップS3では、前記照射誤差を加味していない。
In step S13 of this optimization calculation, an irradiation error between the planned irradiation value and the actual irradiation value due to the performance of the particle
線量分布が算出されたら、ステップS4で、ターゲット領域Tでの平坦度を判定する。ここで、平坦度は、例えば、ターゲット領域Tにおける設定された目標照射線量からの標準偏差の逆数とすることができる。 When the dose distribution is calculated, the flatness in the target region T is determined in step S4. Here, the flatness can be, for example, the reciprocal of the standard deviation from the set target irradiation dose in the target region T.
平坦度が計画値より低いなら、ステップS13に戻り、照射パラメータを変えて、再度、線量分布を算出する。平坦度が計画値より高くなったら、ステップS5で、このときの照射パラメータを計画データとして制御装置40に入力する。この計画データに基づいて、ステップS6で、照射装置30によりターゲット部6に照射して腫瘍細胞を死滅させて治療を行う。
If the flatness is lower than the planned value, the process returns to step S13 to change the irradiation parameter and calculate the dose distribution again. If the flatness is higher than the planned value, the irradiation parameters at this time are input to the
このとき、加速器22や照射装置30等に起因する照射誤差があっても、計画通りの一様で平坦な線量分布を得ることができる。一方、従来法では、照射誤差を加味していないため、一様で平坦な線量分布を得ることができない。
At this time, even if there is an irradiation error due to the
次に、本実施形態の照射計画について詳細に説明する。 Next, the irradiation plan of this embodiment will be described in detail.
実際の治療では、照射計画に基づいて、この計画通りに照射することが必要であるが、従来の技術では、計画通りに照射することは難しかった。そこで、本発明者らは、鋭意研究の結果、加速器22や照射装置30等の性能が照射誤差の一要因であることを見出した。
In actual treatment, it is necessary to irradiate as planned based on the irradiation plan, but with the conventional technology, it was difficult to irradiate as planned. Thus, as a result of intensive studies, the present inventors have found that the performance of the
この研究結果に基づき、本実施形態の照射計画は、それらの性能に起因する照射誤差を推定し、この照射誤差を照射計画での各スポットビームの照射位置・照射線量の最適化計算に組み込むことで、照射誤差を積極的に利用している。 Based on this research result, the irradiation plan of this embodiment estimates the irradiation error due to the performance, and incorporates this irradiation error into the calculation of optimization of the irradiation position and irradiation dose of each spot beam in the irradiation plan. Therefore, the irradiation error is actively used.
例えば、図6に示される如く、照射範囲に計画された多数の照射位置(照射スポット)Sの一点ごとにスポットビーム軸を一旦停止させて照射していく、スポットスキャン照射では、所定位置へ照射される荷電粒子ビーム2の計画粒子数からの粒子数のオーバーによる線量誤差R1が照射誤差の原因となり、加速器22や照射装置30などの応答の遅れなどにより生じる。照射された荷電粒子ビーム2の粒子数は、(ビーム電流)×(照射時間)/(1粒子の電荷量)の関係から見積もることができることから、加速器22からの荷電粒子ビームの強度により推定される。
For example, as shown in FIG. 6, in spot scanning irradiation, irradiation is performed at a predetermined position by stopping the spot beam axis for each of a number of irradiation positions (irradiation spots) S planned in the irradiation range. The dose error R1 due to the excess of the number of particles from the planned number of charged
一方、図7に示される如く、照射スポットSでビーム軸の動きを停止させないラスタスキャニング照射では、照射スポットS間に照射されてしまう漏れ線量R2も照射誤差の原因となる。ここで、図中8はスキャンの軌道を表す。 On the other hand, as shown in FIG. 7, in the raster scanning irradiation in which the movement of the beam axis does not stop at the irradiation spot S, the leakage dose R2 irradiated between the irradiation spots S also causes an irradiation error. Here, 8 in the figure represents a scan trajectory.
この漏れ線量R2、即ち、照射対象の所定位置に向けて照射されたが、その所定位置内に計画通りに照射されなかった粒子数、即ち、漏れ粒子数による粒子数誤差は、加速器22や照射装置30等の応答の遅れ等により生じ、加速器22からの荷電粒子ビーム2の強度、照射スポットS間の距離、及び、照射装置30の照射のスキャニング速度により推定される。
This leakage dose R2, that is, the number of particles irradiated to the predetermined position of the irradiation target but not irradiated as planned within the predetermined position, that is, the particle number error due to the number of leaked particles, is caused by the
そして、推定された線量誤差R1及び漏れ線量R2を線量分布の算出に付加していくことで、照射誤差の影響を照射計画の最適化計算に反映させることが可能となっている。 Then, by adding the estimated dose error R1 and leakage dose R2 to the calculation of the dose distribution, it is possible to reflect the effect of the irradiation error on the optimization calculation of the irradiation plan.
具体的には、各スポットビームの正確な線量、即ち、漏れ線量R2を加味して補正された線量の下、スキャニング照射した場合の線量分布を算出して平坦度を求める。平坦度が計画値より低いなら、照射パラメータを変え、漏れ線量R2も推定し直し、線量分布を算出して平坦度を求める。上記の手順を平坦度が計画値以下になるまで繰り返し、最適なパラメータを求めることで、漏れ線量R2の影響を照射計画の最適化計算に反映させることができる。 Specifically, the flatness is obtained by calculating a dose distribution when scanning irradiation is performed under an accurate dose of each spot beam, that is, a dose corrected in consideration of the leakage dose R2. If the flatness is lower than the planned value, the irradiation parameter is changed, the leakage dose R2 is reestimated, the dose distribution is calculated, and the flatness is obtained. The above procedure is repeated until the flatness is equal to or less than the planned value, and the optimum parameter is obtained, whereby the influence of the leakage dose R2 can be reflected in the optimization calculation of the irradiation plan.
次に、図8に、従来の照射計画法、及び、本実施形態の照射計画法に従う高強度のビーム照射により達成される線量分布計算の一例を示す。 Next, FIG. 8 shows an example of dose distribution calculation achieved by high-intensity beam irradiation according to the conventional irradiation planning method and the irradiation planning method of the present embodiment.
図8に示される如く、A−A断面のターゲット領域Tでの線量分布は、従来法(A)では傾いているが、本実施形態の照射計画法(B)では、平坦になっている。又、B−B断面のターゲット領域Tでの線量分布は、従来法(A)では山なりにカーブしているが、本実施形態の照射計画法(B)では、平坦になっている。 As shown in FIG. 8, the dose distribution in the target area T of the AA cross section is inclined in the conventional method (A), but is flat in the irradiation planning method (B) of the present embodiment. Further, the dose distribution in the target region T of the BB cross section is curved in a mountain shape in the conventional method (A), but is flat in the irradiation planning method (B) of the present embodiment.
この計算例のように高強度のビームにより照射時間を短縮することが求められる場合に、漏れ線量がビーム強度に比例する量であるので、漏れ線量に基づかない従来法の照射によって実際に得られる線量分布は、平坦ではなくなってしまう。このため、従来法では、平坦な線量分布によって治療効果を高めるのにビーム強度を弱くしていたため、照射時間が長引いていた。 When it is required to shorten the irradiation time with a high-intensity beam as in this calculation example, since the leakage dose is an amount proportional to the beam intensity, it can be actually obtained by conventional irradiation that is not based on the leakage dose. The dose distribution will not be flat. For this reason, in the conventional method, the irradiation time is prolonged because the beam intensity is weakened to enhance the therapeutic effect by the flat dose distribution.
一方、本実施形態の照射計画法では、最適化計算において照射誤差を加味しているため、高強度のビームでもターゲット領域Tにおいて平坦な線量分布が得られるので、照射時間の短縮が可能となり、患者の負担を軽減させることが可能となる。 On the other hand, in the irradiation planning method of this embodiment, since an irradiation error is taken into account in the optimization calculation, a flat dose distribution can be obtained in the target region T even with a high-intensity beam, so that the irradiation time can be shortened. It is possible to reduce the burden on the patient.
又、呼吸により周期変動するターゲット部6に、呼吸性変動が少ない特定期間(呼吸ゲート)を利用して複数回スキャニング照射する治療の際にも有効である。
Further, it is also effective in the case of a treatment in which the
次に、本発明に係る第2実施形態の照射手順について図9に基づいて説明する。 Next, the irradiation procedure of 2nd Embodiment which concerns on this invention is demonstrated based on FIG.
本実施形態は、図1に示した加速器22及び照射装置30がビーム強度変調の機能を有する場合において、照射パラメータを決定する手順である。具体的には、図5(B)に示した照射計画部46に対応する、図9に示される照射計画部56における手順である。
The present embodiment is a procedure for determining irradiation parameters when the
まず、ターゲット領域を入力(ステップS2)したら、ステップS21で、小数回の繰り返し演算による第1の最適化計算を行い、照射パラメータの仮値を算出する。 First, after inputting the target region (step S2), in step S21, a first optimization calculation is performed by a repetitive calculation of a few times, and a temporary value of the irradiation parameter is calculated.
ここで、小数回の繰り返し演算とは、例えば、線量分布の平坦度が計画値より高くなるまで、演算を繰り返すのではなく、予め設定した回数で繰り返し演算を、打ち切ることである。 Here, the decimal calculation is, for example, that the calculation is not repeated until the flatness of the dose distribution becomes higher than the planned value, but the calculation is terminated at a preset number of times.
次に、ステップS22で、この照射パラメータの仮値から、加速器22が照射可能なビーム強度テーブル58に従い、治療でのビーム強度を照射スポット毎に算出する。ここで、加速器22のビーム強度テーブル58は、照射パラメータとビーム強度との対応表であり、例えば予め実験等で求めておくことができる。又、照射スポット毎の代わりに、照射対象を所定ビーム軸方向に分割した、その軸方向と交差するスライス領域毎に、ビーム強度を算出することも可能である。
Next, in step S22, the beam intensity in the treatment is calculated for each irradiation spot from the provisional value of the irradiation parameter according to the beam intensity table 58 that can be irradiated by the
ビーム強度が算出されたら、ステップS23で、そのビーム強度での照射を行うという条件の下で、加速器22や照射装置30等の性能を加味した本発明に係る第2の最適化計算を行う。
When the beam intensity is calculated, in step S23, the second optimization calculation according to the present invention is performed in consideration of the performance of the
このような手順をとることにより、照射スポット毎又はスライス領域毎に最適化されたビーム強度での治療が可能となり、更に照射時間を短縮することが可能となる。 By taking such a procedure, it is possible to perform treatment with the beam intensity optimized for each irradiation spot or each slice region, and further shorten the irradiation time.
なお、平坦度の判定において、例えば、図7中の本来照射すべきでない場所(例えば、眼や生殖器)や照射スポット間での漏れ線量R2をできる限り少なくするという判定基準を加えてもよい。 In the determination of the flatness, for example, a criterion for reducing the leakage dose R2 between places (for example, eyes and genital organs) and irradiation spots in FIG. 7 as much as possible may be added.
又、照射誤差は、線量誤差R1や漏れ線量R2の他に、ビーム位置のずれや、ビーム焦点のぼやけ等でもよい。 In addition to the dose error R1 and leakage dose R2, the irradiation error may be a beam position shift, a beam focus blur, or the like.
又、スポットスキャン照射は、照射野全体を覆うスポットでビーム軸を動かすことなく照射する場合であってもよい。 The spot scan irradiation may be performed without moving the beam axis with a spot covering the entire irradiation field.
2…荷電粒子ビーム
6…ターゲット部(照射対象)
20…粒子線照射システム
22…加速器
30…照射装置
42…照射計画装置
42A…CPU(コンピュータ)
42B…メモリ部(プログラム)
58…ビーム強度テーブル
R1…線量誤差(照射誤差)
R2…漏れ線量(照射誤差)
2 ... charged
DESCRIPTION OF
42B ... Memory unit (program)
58 ... Beam intensity table R1 ... Dose error (irradiation error)
R2 ... Leakage dose (irradiation error)
Claims (10)
前記粒子線照射システムに起因する照射誤差を推定し、
該推定した照射誤差も加味して照射パラメータを決定することを特徴とする照射計画方法。 In an irradiation planning method for determining irradiation parameters of a particle beam irradiation system that irradiates an irradiation target with a charged particle beam emitted from an accelerator by an irradiation device,
Estimating the irradiation error due to the particle beam irradiation system,
An irradiation planning method, wherein an irradiation parameter is determined in consideration of the estimated irradiation error.
前記照射パラメータの決定を、
照射パラメータの仮値を繰り返し演算により算出し、該算出した照射パラメータの仮値に基づき荷電粒子ビームの強度を算出し、該算出した荷電粒子ビームの強度の条件下で、前記推定した照射誤差も加味して行うことを特徴とする請求項1に記載の照射計画方法。 When the particle beam irradiation system has a charged particle beam intensity modulation function,
Determining the irradiation parameters,
A temporary value of the irradiation parameter is repeatedly calculated, and the intensity of the charged particle beam is calculated based on the calculated temporary value of the irradiation parameter, and the estimated irradiation error is also calculated under the condition of the calculated charged particle beam intensity. The irradiation planning method according to claim 1, wherein the irradiation planning method is performed in consideration.
前記粒子線照射システムに起因する照射誤差を推定する手段と、
該推定された照射誤差も加味して照射パラメータを決定する手段と、
を備えたことを特徴とする照射計画装置。 In the irradiation planning device for determining the irradiation parameters of the particle beam irradiation system that irradiates the irradiation target with the charged particle beam emitted from the accelerator by the irradiation device,
Means for estimating an irradiation error caused by the particle beam irradiation system;
Means for determining an irradiation parameter in consideration of the estimated irradiation error;
An irradiation planning apparatus comprising:
前記照射パラメータを決定する手段が、
照射パラメータの仮値を繰り返し演算により算出する手段と、
該算出された照射パラメータの仮値に基づき荷電粒子ビームの強度を算出する手段と、
該算出された荷電粒子ビームの強度の条件下で、前記推定された照射誤差も加味して照射パラメータを決定する手段と、
を含むことを特徴とする請求項5に記載の照射計画装置。 When the particle beam irradiation system has a charged particle beam intensity modulation function,
Means for determining the irradiation parameters;
Means for repeatedly calculating the provisional value of the irradiation parameter;
Means for calculating the intensity of the charged particle beam based on the provisional value of the calculated irradiation parameter;
Means for determining an irradiation parameter in consideration of the estimated irradiation error under the condition of the calculated charged particle beam intensity;
The irradiation planning device according to claim 5, comprising:
前記粒子線照射システムに起因する照射誤差を推定するステップと、
該推定した照射誤差も加味して照射パラメータを決定するステップと、
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。 A computer program for determining irradiation parameters of a particle beam irradiation system for irradiating an irradiation target with a charged particle beam emitted from an accelerator,
Estimating an irradiation error caused by the particle beam irradiation system;
Determining irradiation parameters in consideration of the estimated irradiation error;
A computer program comprising:
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