JP2010057549A - 粒子線治療計画補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粒子線治療室で治療計画通りに粒子線治療を行う場合に、治療装置及び患者間または治療装置同士の干渉が発生するかどうかを治療計画段階で事前に確認することができる粒子線治療計画補助装置を得る。
【解決手段】治療室ごとの各治療装置の３Ｄモデルを格納した治療装置３Ｄモデルデータベース１０２と、患者の３Ｄモデルを格納した患者３Ｄモデルデータベース１０３とを用いて、立案された治療計画にしたがって治療装置３Ｄモデル及び患者３Ｄモデルを３Ｄシミュレーション空間１０１に配置して、治療装置３Ｄモデル同士間及び治療装置３Ｄモデルと患者３Ｄモデル間の干渉の有無をシミュレーションして、シミュレーション結果を治療計画に反映させるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、粒子線により癌治療を行う粒子線治療装置の治療計画立案を補助する粒子線治療計画補助装置に関するものである。

従来の粒子線治療では、治療計画時に過去の参考データや経験則に基いて、治療装置同士、または治療装置と患者との干渉推測を行っていた。そのため、場合によっては治療時になって干渉が判明することがあり、その場合には、治療を中断して治療計画を再実施していた。そのため、患者の治療開始が遅れてしまう上に、治療計画作業の手戻りが発生し、さらには治療計画毎に作成した補償フィルタが無駄になることがあった。
また、物理的干渉を防ぐ目的で、治療計画時にあらかじめ十分な余裕を持ったエアギャップを設定する場合においては、必ずしも適切な治療計画とならないことがあった。
特許文献１には、治療台天板部が治療装置本体に搭載された各機器と干渉せず、かつ治療台天板部の位置に関する自由度を広げ、照射範囲を広くするとともに、配線の増加とソフトウエア処理の負担を抑えた、３次元照射が可能な放射線治療装置が記載されている。

特開平７−２３１９４３号公報（第５〜９頁、図１）

特許文献１の放射線治療装置は、粒子線治療装置と比べて装置構造が簡素で、装置駆動範囲に自由度がある、Ｘ線・電子線を用いた放射線治療装置であり、治療室において、治療装置の動きを監視することによって、物理的干渉を未然に防ぐように治療装置を制御している。
特許文献１の従来技術は、装置駆動範囲に自由度がある放射線治療装置には有効であるが、粒子線を用いた放射線治療装置のように装置構造が複雑で、装置駆動範囲に自由度が少ない放射線治療装置に適用した場合、従来技術が想定している自由度の高い制御を行うことができない。
このため、特許文献１のものでは、治療時に、治療計画に基く治療が、治療装置と患者、または治療装置同士の干渉により、治療不可と判明した場合は、治療を中断せざるを得ない。この場合、治療計画の再実施が必要となるため、患者の治療開始が遅れる上に、治療計画の再実施による手戻りが発生し、さらには治療計画毎に作成される補償フィルタが無駄になる等の問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、粒子線治療室で治療計画通りに粒子線治療を行う場合に、治療装置及び患者間または治療装置同士の干渉が発生するかどうかを治療計画段階で事前に確認することができる粒子線治療計画補助装置を得ることを目的にしている。

この発明に係わる粒子線治療計画補助装置においては、照射ノズルから照射される粒子線により患者の治療を行う粒子線治療装置の治療計画立案を補助する粒子線治療計画補助装置であって、
粒子線治療装置の治療に用いられる治療室ごとの各治療装置の３Ｄモデルを格納した治療装置３Ｄモデルデータベース、患者の３Ｄモデルを格納した患者３Ｄモデルデータベース、及び治療装置３Ｄモデルデータベース及び患者３Ｄモデルデータベースを用いて、治療計画で立案された照射パターンにしたがって治療装置３Ｄモデル及び患者３Ｄモデルを３Ｄシミュレーション空間に配置して、治療装置３Ｄモデル間及び治療装置３Ｄモデルと患者３Ｄモデル間の干渉の有無をシミュレーションする干渉チェックシミュレーション手段を備え、
干渉チェックシミュレーション手段は、治療計画に応じたシミュレーションを実行するための条件が入力される入力手段と、シミュレーション中の３Ｄシミュレーション空間が表示される３Ｄシミュレーション空間表示画面と、シミュレーションの結果得られる干渉の有無を表示する結果表示手段とを有するものである。

この発明は、以上説明したように、照射ノズルから照射される粒子線により患者の治療を行う粒子線治療装置の治療計画立案を補助する粒子線治療計画補助装置であって、
粒子線治療装置の治療に用いられる治療室ごとの各治療装置の３Ｄモデルを格納した治療装置３Ｄモデルデータベース、患者の３Ｄモデルを格納した患者３Ｄモデルデータベース、及び治療装置３Ｄモデルデータベース及び患者３Ｄモデルデータベースを用いて、治療計画で立案された照射パターンにしたがって治療装置３Ｄモデル及び患者３Ｄモデルを３Ｄシミュレーション空間に配置して、治療装置３Ｄモデル間及び治療装置３Ｄモデルと患者３Ｄモデル間の干渉の有無をシミュレーションする干渉チェックシミュレーション手段を備え、
干渉チェックシミュレーション手段は、治療計画に応じたシミュレーションを実行するための条件が入力される入力手段と、シミュレーション中の３Ｄシミュレーション空間が表示される３Ｄシミュレーション空間表示画面と、シミュレーションの結果得られる干渉の有無を表示する結果表示手段とを有するので、治療計画作成時に、立案した治療計画に基いて治療室で治療を行う場合に、治療装置及び患者間または治療装置同士の干渉が発生するかどうかを事前に確認することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１〜図３に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による粒子線治療計画補助装置を示すブロック図である。
図１において、粒子線治療計画補助装置１０５は、干渉チェックシミュレーションによって事前に、治療装置同士または治療装置及び患者間の干渉をチェックする。３Ｄシミュレーション空間１０１は、粒子線治療計画補助装置１０５の画面へ表示される。治療装置３Ｄモデルデータベース１０２は、治療室毎に干渉チェックに必要な全ての治療装置の３Ｄモデルが格納されている。患者３Ｄモデルデータベース１０３は、患者の３Ｄモデルが格納されている。患者３Ｄモデル撮影装置１０４は、患者を撮影し、患者３Ｄモデルを作成する。患者３Ｄモデル撮影装置１０４によって作成された患者３Ｄモデルは、患者３Ｄモデルデータベース１０３に格納される。
なお、３Ｄシミュレーション空間１０１は、治療装置３Ｄモデルデータベース１０２及び患者３Ｄモデルデータベース１０３と接続され、患者３Ｄモデルデータベース１０３は患者３Ｄモデル撮影装置１０４と接続されている。

図２は、この発明の実施の形態１による粒子線治療計画補助装置の３Ｄシミュレーション画面イメージを示す図である。
図２において、３Ｄシミュレーション画面は、３Ｄシミュレーション空間１０１を表示する３Ｄシミュレーション空間表示画面２００と、操作メニュー２０８により構成される。
３Ｄシミュレーション空間表示画面２００は、次の３Ｄシミュレーション空間を表示する。回転ガントリー２０１は、照射角度を変更するために３６０度回転することができる。照射ノズル２０２は、治療時には最下部より粒子線を出射する。治療台天板２０３は、治療時に患者が載るところである。治療台下部２０４は、治療台天板２０３を支える。患者３Ｄモデル２０５は、治療台天板２０３に載せられている。最短距離２０６は、照射ノズル２０２と患者及び治療台との間の最短距離である。エアギャップ２０７は、照射ノズル２０２の最下部中央から回転ガントリー２０１の中心へ向かう直線上で、照射ノズル２０２の最下部中央と患者体表面との間の距離を表す。
操作メニュー２０８は、干渉チェックシミュレーションの実行制御と、実行結果として最短距離２０６とエアギャップ２０７を表示する。すなわち、操作メニュー２０８は、ガントリー角度及びノズル距離等の条件を入力する入力部２０９（入力手段）と、干渉チェックシミュレーションの実行を行わせるための干渉チェック実行ボタン及びこれのキャンセルボタンを有する実行部２１０と、干渉チェックシミュレーションの実行結果としてエアギャップ及び最短距離を表示する表示部２１１（結果表示手段）とを有している。

図３は、この発明の実施の形態１による治療計画補助装置の干渉チェックシミュレーションを示すフローチャートである。
図３において、ステップ３０１〜ステップ３０４の作業は従来の治療計画作業である。ステップ３０５は、本発明の処理であり、干渉が発生するかどうか、及びエアギャップが適切かどうかを干渉チェックシミュレーションにより判定し、その結果を治療計画にフィードバックする。

次に、動作について説明する。
粒子線治療の治療計画作業を行う前に治療計画に用いるＣＴ画像を撮影する。このＣＴ画像の撮影時に、ステップ３０１で、患者３Ｄモデル撮影装置１０４により患者３Ｄモデル２０５を撮影・作成する。患者３Ｄモデル撮影装置１０４は、３Ｄデジタイザのような機器を想定するがここではその方式は問わない。その後、ステップ３０２で、患者３Ｄモデル撮影装置１０４で作成した患者３Ｄモデル２０５を患者３Ｄモデルデータベース１０３へ格納する。
次に、ステップ３０３で、治療計画を開始し、ステップ３０４で、照射角度とエアギャップを設定する。
このようにステップ３０１〜ステップ３０４の従来の治療計画工程を行った後、ステップ３０５を実行する。

ステップ３０５は、ステップ３０６〜ステップ３０９からなり、以下に詳細に説明する。
ステップ３０６は、干渉チェックシミュレーション（干渉チェックシミュレーション手段）であり、次のように実行される。
粒子線治療計画補助装置１０５により、図２に示す、干渉チェックシミュレーション画面を起動する。この起動の際、治療室、患者ＩＤを指定することによって、治療室については治療装置３Ｄモデルデータベース１０２から、指定された治療室に該当する全ての治療装置３Ｄモデルを取り出し、干渉チェックシミュレーション空間１０１へ配置する。同様に、患者３Ｄモデルについても、患者３Ｄモデルデータベース１０３より、指定された患者ＩＤのモデルを取り出し、干渉チェックシミュレーション空間１０１へ配置する。
次に、ステップ３０４の治療計画で作成されたデータを、粒子線治療計画補助装置１０５の操作メニュー２０８から干渉チェック条件として入力する。入力する条件は、ガントリー角度、ノズル距離、治療台の回転等、各３Ｄモデルの位置を指定する値である。条件入力後、各３Ｄモデルは指定された位置へ移動する。

次に、粒子線治療計画補助装置１０５の操作メニュー２０８を操作して、干渉チェックシミュレーションを実行する。粒子線治療計画補助装置画面の３Ｄシミュレーション空間１０１では、照射ノズル２０２が患者へ向かって徐々に伸張する。その際、照射ノズル２０２と患者及び治療台との間の最短距離２０６と、エアギャップ２０７をリアルタイムで強調線表示する。同時に、画面右側の操作メニュー２０８の上部には、エアギャップ２０７と最短距離２０６が数値として表示される。条件入力で指定したノズル距離だけ伸張すると、照射ノズル２０２は停止する。もし、ノズル距離に達するまでの間に干渉が発生した場合（ステップ３０７）は、その時点で照射ノズル２０２は停止し、操作メニュー２０８の結果表示欄へ干渉発生を表示する。

ステップ３０７で、仮に、治療計画で立案したノズル距離だけ照射ノズル２０２を伸ばした場合に、干渉が発生することが分かった場合は、操作メニュー２０８の結果表示欄へ表示された、干渉発生時のエアギャップ２０７を参考に、ステップ３０９で、適切なエアギャップを確認して、ステップ３０４で治療計画を修正する。
ステップ３０７で、仮に、治療計画で立案したノズル距離だけ照射ノズル２０２を伸ばした場合に、干渉が発生しないことが分かった場合は、ステップ３０８で、適切なエアギャップ２０７であるかどうかを判定し、適切である場合には、干渉チェックシミュレーションを終了する。この場合には、治療計画の修正はない。
逆に、ステップ３０８で、適切でないと判断した場合には、ステップ３０９で、再度、操作メニュー２０８で条件入力を行い、適切なエアギャップをシミュレーションにより確認した上で、ステップ３０４で治療計画を修正する。

実施の形態１によれば、粒子線治療計画時にコンピュータ上に治療室を３Ｄシミュレーション空間として擬似的に構築し、治療装置と患者、または治療装置同士の干渉を、３Ｄシミュレーション空間の中で擬似的に確認することができる。
また、治療室で治療計画通りに治療を行った場合、干渉が発生するかどうかを治療計画段階で事前確認できるため、問題がある場合には直ちに修正でき、治療開始時期の遅延や、治療計画作業の手戻り、補償フィルタの無駄といった従来の問題を防ぐことができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による粒子線治療計画補助装置の画面イメージを示す図である。
図４において、粒子線治療計画補助装置に自動シミュレーション機能（自動シミュレーション手段）を追加した。この自動シミュレーション機能として、操作メニュー２０８に自動算出条件設定メニュー４０１を設け、これにより設定された条件で自動的に干渉チェックシミュレーションを実行し、結果４０２を表示する。

実施の形態１では、治療計画で立案した照射パターンに基いて干渉チェックシミュレーションを行い、その結果を確認し、干渉発生、または干渉発生しないがエアギャップが不適切な場合には、操作者が条件入力値を変更して、適切なエアギャップを確認し、治療計画へフィードバックする方法を述べたが、実施の形態２は、これを自動的に行うようにしたものである。
実施の形態２では、図４に示すように、粒子線治療計画補助装置へ自動シミュレーション機能を追加し、操作メニューに自動算出条件設定メニュー４０１を設け、これによって、エアギャップを最短にする、または患者及び治療台の位置関係の変更有無等の条件を設定する。すると、粒子線治療計画補助装置が、条件に合致する全パターンについて干渉チェックシミュレーションを実行し、条件を満たすエアギャップと、患者及び治療台の位置関係を自動計算して、結果４０２に表示する。このように操作者へ候補表示する機能を実現することにより、操作者の操作負荷を軽減することができる。

実施の形態２によれば、条件を設定すれば、照射ノズルと患者及び治療台との間の最短距離２０６と、エアギャップ２０７を自動的に計算するので、操作者の操作負荷を軽減することができる。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による粒子線治療計画補助装置の３Ｄシミュレーション画面イメージを示す図である。
図５において、２０１〜２０５、２０８〜２１１は図２におけるものと同一のものである。図５では、照射ノズル２０２の照射角度１回目の位置５０１と、照射角度２回目の位置５０２が示されている。

実施の形態１では、治療計画で立案した１つの照射パターンに対して、治療装置、患者を配置して干渉チェックシミュレーションを行ったが、実施の形態３は、１回の治療行為で連続して複数方向から照射を行う多門照射を実施する場合についてのものである。
実施の形態３では、図５に示すように、回転ガントリーを用いた治療室で、１回の治療行為で連続して複数方向から照射を行う多門照射を実施する場合、１回目の照射終了後、照射角度１回目の位置５０１から、照射角度２回目の位置５０２まで、回転ガントリー２０１と照射ノズル２０２が移動する。実施の形態３では、予め、回転ガントリー２０１の移動方向をシナリオ設定しておくことによって、このような各照射間の治療装置移動区間についても、干渉チェックの対象とすることができる。

実施の形態３によれば、多門照射を実施する場合でも、回転ガントリー２０１の移動方向をシナリオ設定しておくことによって、各照射間の治療装置移動区間についても、干渉チェックの対象とすることができる。

実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による粒子線治療計画補助装置の３Ｄシミュレーション画面イメージを示す図である。
図６において、２０１〜２０７は図２におけるものと同一のものである。図６では、患者の呼吸による患者体表面位置の変動６０１を吸収するために、操作メニュー２０８に干渉判定余裕値設定メニュー６０２を設け、干渉判定余裕値を設定できるようにした。

実施の形態１では、治療計画で立案した照射パターンに対して、治療装置、患者を配置して干渉チェックシミュレーションを行ったが、実施の形態４は、治療患部が患者の呼吸の影響を受けて体表面が大きく変化する部位であった場合についてのものである。
治療患部が、患者の呼吸の影響を受けて体表面が大きく変化する部位であった場合には、図６の呼吸による患者体表面位置の変動６０１に示すように、干渉チェックに影響があることが考えられる。
実施の形態４は、これに対して、干渉判定余裕値設定メニュー６０２を粒子線治療計画補助装置画面の操作メニュー２０８に追加することで、干渉判定に余裕値を設定可能とする。例えば、干渉判定余裕値として３０ｍｍを設定した場合には、物体間の距離が３０ｍｍ迄近づいた時点で干渉発生と判定する。これによって、呼吸によって患者体表面が変動した場合であっても、干渉チェックの精度を確保することができる。

実施の形態４によれば、治療患部が患者の呼吸の影響を受けて体表面が大きく変化する部位であった場合にも、干渉チェックの精度を確保することができる。

実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５による粒子線治療計画補助装置で用いられる患者３Ｄモデルの雛形例を示す図である。
図７において、患者３Ｄモデル７０１〜７０３は、両手を腹部で重ねる治療体位を表す小中大の雛形例であり、患者３Ｄモデル７０４〜７０６は、頭部横へ両腕をあげる治療体位を表す小中大の雛形例である。

実施の形態１では、治療計画で立案した照射パターンに対して、患者毎に作成した患者３Ｄモデルを使って、３Ｄシミュレーション空間を構築するものであったが、実施の形態５は、予め図７に示すような患者３Ｄモデルの雛形を準備しておくことによって、患者毎に患者３Ｄモデルを撮影・作成する必要をなくし、雛形を使って干渉チェックシミュレーションを実行するものである。
これによって、患者毎に３Ｄモデルを撮影・作成する必要がないため、簡素化したシステム構成で干渉チェックシミュレーションを実施することができる。

実施の形態５によれば、予め、患者３Ｄモデルの雛形を準備しておくことによって、患者毎に３Ｄモデルを撮影・作成する必要をなくし、簡素化したシステム構成で干渉チェックシミュレーションを実施することができる。

この発明の実施の形態１による粒子線治療計画補助装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による粒子線治療計画補助装置の３Ｄシミュレーション画面イメージを示す図である。 この発明の実施の形態１による治療計画補助装置の干渉チェックシミュレーションを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による粒子線治療計画補助装置の画面イメージを示す図である。 この発明の実施の形態３による粒子線治療計画補助装置の３Ｄシミュレーション画面イメージを示す図である。 この発明の実施の形態４による粒子線治療計画補助装置の３Ｄシミュレーション画面イメージを示す図である。 この発明の実施の形態５による粒子線治療計画補助装置で用いられる患者３Ｄモデルの雛形例を示す図である。

符号の説明

１０１ ３Ｄシミュレーション空間
１０２ 治療装置３Ｄモデルデータベース
１０３ 患者３Ｄモデルデータベース
１０４ 患者３Ｄモデル撮影装置
１０５ 治療計画補助装置
２００ ３Ｄシミュレーション空間表示画面
２０１ 回転ガントリー
２０２ 照射ノズル
２０３ 治療台天板
２０４ 治療台下部
２０５ 患者３Ｄモデル
２０６ 照射ノズルと治療台及び患者との最短距離
２０７ エアギャップ
２０８ 操作メニュー
２０９ 入力部
２１０ 実行部
２１１ 表示部
４０１ 自動算出条件設定メニュー
４０２ 結果（例）
５０１ 照射角度１回目の位置
５０２ 照射角度２回目の位置
６０１ 呼吸による患者体表面位置の変動
６０２ 「干渉判定余裕値」設定メニュー
７０１ 両手を腹部で重ねる治療体位モデル（小）
７０２ 両手を腹部で重ねる治療体位モデル（中）
７０３ 両手を腹部で重ねる治療体位モデル（大）
７０４ 頭部横へ両腕をあげる治療体位モデル（小）
７０５ 頭部横へ両腕をあげる治療体位モデル（中）
７０６ 頭部横へ両腕をあげる治療体位モデル（大）

Claims (6)

1. 照射ノズルから照射される粒子線により患者の治療を行う粒子線治療装置の治療計画立案を補助する粒子線治療計画補助装置であって、
   上記粒子線治療装置の上記治療に用いられる治療室ごとの各治療装置の３Ｄモデルを格納した治療装置３Ｄモデルデータベース、上記患者の３Ｄモデルを格納した患者３Ｄモデルデータベース、及び上記治療装置３Ｄモデルデータベース及び上記患者３Ｄモデルデータベースを用いて、上記治療計画で立案された照射パターンにしたがって上記治療装置３Ｄモデル及び上記患者３Ｄモデルを３Ｄシミュレーション空間に配置して、上記治療装置３Ｄモデル間及び上記治療装置３Ｄモデルと患者３Ｄモデル間の干渉の有無をシミュレーションする干渉チェックシミュレーション手段を備え、
   上記干渉チェックシミュレーション手段は、上記治療計画に応じた上記シミュレーションを実行するための条件が入力される入力手段と、上記シミュレーション中の上記３Ｄシミュレーション空間が表示される３Ｄシミュレーション空間表示画面と、上記シミュレーションの結果得られる上記干渉の有無を表示する結果表示手段とを有することを特徴とする粒子線治療計画補助装置。
2. 上記干渉チェックシミュレーション手段は、複数の上記照射パターンを設定して、この設定した複数の照射パターンについて上記シミュレーションを実行させる自動シミュレーション手段を有することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療計画補助装置。
3. 上記干渉チェックシミュレーション手段は、連続した多門照射が行われる場合、予め照射シナリオが設定されることによって、各照射間における上記治療装置の移動についても干渉チェックの対象とすることを特徴とする請求項１記載の粒子線治療計画補助装置。
4. 上記干渉チェックシミュレーション手段は、干渉チェック判定基準によって上記干渉の有無を判定するとともに、患者体表面の変動量が大きいと想定される場合には、上記干渉チェック判定基準に余裕値を設定することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療計画補助装置。
5. 上記患者３Ｄモデルの雛形を作成しておくとともに、上記干渉チェックシミュレーション手段は、上記雛形を用いて上記シミュレーションを実行することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療計画補助装置。
6. 上記患者を撮影し、患者３Ｄモデルを作成する患者３Ｄモデル撮影装置を備え、
   上記患者３Ｄモデル撮影装置によって作成された上記患者３Ｄモデルは上記患者３Ｄモデルデータベースに格納されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の粒子線治療計画補助装置。

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