JP2015100455A - 治療計画装置、治療計画生成方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】治療計画装置が、少なくとも長手方向に移動可能な患者支持体と、放射線を照射する放射線照射装置と、前記放射線照射装置を向き変更可能に支持する首振り機構と、前記患者支持体の長手方向の軸の周りを回転可能に前記首振り機構を支持する回転機構と、を備える放射線治療装置の治療計画として、前記患者支持体が移動する時間帯と、前記放射線照射装置が前記放射線を照射する時間帯と、前記回転機構が前記首振り機構を回転させる時間帯と、前記首振り機構が前記放射線照射装置の向きを変更する時間帯とが重なる時間帯を有する治療計画を生成する。
【選択図】図3
Description
これにより、回転型強度変調放射線治療では、強度変調放射線治療において放射線照射装置が照射位置毎に停止して照射を行う方法よりも、治療時間を短縮させることができる。
この方法は、放射線照射装置が患者に対して螺旋状に移動することから、ヘリカル照射と呼ばれている。ヘリカル照射では、例えば胸部から腹部にかけて照射が必要な場合など広い照射範囲に、一連の照射で対応することができ、治療時間を短縮させることができる。
を備える放射線治療装置の治療計画を生成する治療計画装置の具備するコンピュータに、前記患者支持体が移動する時間帯と、前記放射線照射装置が前記放射線を照射する時間帯と、前記回転機構が前記首振り機構を回転させる時間帯と、前記首振り機構が前記放射線照射装置の向きを変更する時間帯とが重なる時間帯を有する治療計画を生成させるためのプログラムである。
図1は、本発明の一実施形態における放射線治療システムの装置構成を示す概略構成図である。同図において、放射線治療システム1は、治療計画装置11と、放射線治療装置制御装置12と、放射線治療装置13とを具備する。
また、放射線治療システム1は、放射線画像(例えば、X線透視画像)の撮像を行う。さらに、放射線治療システム1は、撮像した放射線画像に基づいてCT(Computed Tomography)画像を生成する。放射線治療システム1が撮像する放射線画像や、放射線治療システム1が生成するCT画像は、患部位置の特定や放射線照射時の患部位置の確認のために用いられる。
但し、放射線画像の撮像やCT画像の生成は、本実施形態における放射線治療システム1に必須の機能ではない。例えば、放射線治療システム1が、他の装置の生成したCT画像を取得し、当該CT画像においてユーザ(例えば、放射線治療の担当医師)が患部位置を特定するようにしてもよい。
放射線治療装置13は、放射線治療装置制御装置12の制御に従って、治療用放射線の照射や放射線画像の撮像を実行する。放射線治療装置13は、放射線治療装置制御装置12の制御に従って治療用放射線を照射することで、治療計画装置11が生成する治療計画を実行する。
Oリング312は、回転軸A12を中心とするリング状に形成され、回転軸A12を中心に回転可能に走行ガントリ313を支持している。回転軸A12は、患者支持体381の長手方向の軸である。また、回転軸A12は、水平方向の軸(すなわち、鉛直方向に直角な軸)であり、アイソセンタP11にて回転軸A11と直交する。回転軸A12は、Oリング312に対して固定されている。すなわち、回転軸A12は、Oリング312の回転に伴って回転軸A11を中心に回転する。
走行ガントリ313は、自らが回転することで、撮像用放射線源341およびセンサアレイ361や、撮像用放射線源342およびセンサアレイ362や、センサアレイ351など、走行ガントリ313に設置されている各部を一体的に回転させる。
チルト軸A22は、パン軸A21に直交する軸であり、走行ガントリ313に対して固定されている。首振り機構321は、チルト軸A22を中心に照射部330を回転させることで、照射部330を回転軸A12方向(従って、患者T11に対して上下)に首振り動作させる。
放射線照射装置331は、放射線治療装置制御装置12の制御に従って、患者T11の患部へ向けて治療用放射線を照射する。
センサアレイ361が、撮像用放射線源341からの撮像用放射線を受光することで、放射線画像が得られる。
センサアレイ362が、撮像用放射線源342からの撮像用放射線を受光することで、放射線画像が得られる。特に、撮像用放射線源342とセンサアレイ362との組み合わせにより、撮像用放射線源341とセンサアレイ361との組み合わせとは異なる方向からの放射線画像が得られる。
また、撮像用放射線源とセンサアレイとの1対(341と361との組み合わせ、または、342と362との組み合わせ)、もしくは2対同時に、旋回しながら撮像することで、カウチ381に乗った患者T11のCT画像(例えば、コーンビームCT(Cone Beam CT;CBCT)画像)を得ることができる。
患者支持体381は、長手方向が回転軸A12の方向を向くように設置されている。そして、患者支持体381は、長手方向を回転軸A12の方向に向けたまま様々な方向に水平に移動可能である。特に、患者支持体381は、長手方向や、前記長手方向に対して斜め方向に移動可能である。
ここでいう危険臓器とは、放射線照射量の許容値が比較的小さい臓器である。
記憶部180は、各種情報を記憶する。特に、記憶部180は、治療計画生成のための各種設定情報や、治療計画生成部191が生成する治療計画を記憶する。記憶部180は、治療計画装置11の有する記憶デバイスにて構成される。
制御部190は、治療計画装置11の有するCPU(Central Processing Unit、中央処理装置)が、治療計画装置11の有する記憶デバイスからプログラムを読み出して実行することで構成される。
首振り機構321が放射線照射装置331の向きを変化させることで、放射線照射装置331が治療用放射線を照射可能な範囲が広くなる。さらには、放射線照射装置331は、より多くの向きから患部に向けて治療用放射線を照射することができる。従って、放射線照射装置331が照射する治療用放射線の線量分布の精度を高めることができる。
また、放射線照射装置331が連続的に治療用放射線を照射することで、より短時間で治療を行うことができる。
このように、治療計画生成部191は、患者支持体381が移動する時間帯と、放射線照射装置331が放射線を照射する時間帯と、回転機構(特に、走行ガントリ313)が首振り機構321を回転させる時間帯と、マルチリーフコリメータ332がリーフの開閉動作を行う時間帯とが重なる時間帯を有する治療計画を生成する。
マルチリーフコリメータ332が治療用放射線の照射野の形状や大きさを調整することで、放射線照射装置331が照射する治療用放射線の線量分布の精度を高めることができる。
一方、患者支持体381が患者T11の横方向に移動すると、当該移動に応じて患者T11が動き、患者T11の位置のずれが生じる可能性がある。そこで、患者支持体381が、長手方向にのみ移動することで、患者T11の位置のずれを低減させることができる。
Oリング312が、首振り機構321を回転軸A11を中心に回転させることで、放射線照射装置331が治療用放射線を照射可能な範囲を、さらに広げることができる。また、放射線照射装置331が照射する治療用放射線の線量分布の精度を、さらに高めることができる。
まず、図4を参照して放射線照射装置331の軌跡について説明する。
図4は、放射線照射装置331の回転軌道の例を模式的に示す説明図である。同図の例において、照射部330(特に、放射線照射装置331)は、回転軸A12を中心に、線L22の矢印の向き(患者T11の頭の側から見て右回り)に回転している。照射部330は、線L22の矢印の向きと逆向きにも回転し得る。
放射線照射装置331は、回転しながら連続的に治療用放射線B11を照射する。図4では、放射線照射装置331が連続的に行う放射線照射のうち、6箇所からの放射線照射が示されている。
患者T11は、線L22の矢印の向きと逆向きにも移動し得る。さらには、患者T11は、線L22の矢印の向きに対して斜め向きにも移動し得る。
患者T11が線L22の矢印の向きに移動することで、放射線照射装置331の軌跡は、患者T11に対して螺旋状となる。これにより、治療用放射線B21の照射野の面F21も、螺旋状となっている。
図5は、仮に、首振り機構321が放射線照射装置331の向きの変更を行わない場合に、放射線照射装置331が治療用放射線を照射可能な範囲の例を示す説明図である。
同図は、軸A12(図2)の方向から見た図であり、放射線照射装置331は軸A12の周りを回転しながら連続的に治療用放射線を照射している。線L31は、放射線照射装置331の軌跡を示す。
首振り機構321による放射線照射装置331の向きの変更を行わない場合、放射線照射装置331が治療用放射線を照射可能な範囲は、治療用放射線の広がりの範囲に限られる。
図5の場合と同様、図6は、軸A12(図2)の方向から見た図であり、放射線照射装置331は軸A12の周りを回転しながら連続的に治療用放射線を照射している。線L41は、放射線照射装置331の軌跡を示す。
各位置から治療用放射線を照射可能な範囲が広がることで、放射線照射装置331が治療用放射線を集中的に照射する精度が高まる。この点について図7および図8を参照して説明する。
同図の例では、アイソセンタP11が、2つの患部の領域A51およびA52の中心に位置するように、患者T11が位置している。この場合、放射線照射装置331が点P51から治療用放射線を照射可能な範囲A53には、患部の領域A51、A52のいずれも含まれていない。従って、放射線照射装置331は、点P51からは患部に対して治療用放射線を照射することができない。
また、放射線照射装置331が、同様の向きから患部に対して集中的に治療用放射線を照射することで、患部付近の健康な部位に対する放射線照射量が増加してしまう可能性がある。
図8の例において、2つの患部の領域の位置は図7の場合と同様であり、図7の場合と同じ符号(A51、A52)を付している。また、放射線照射装置331の位置も図7の場合と同様であり、図7の場合と同じ符号(P51)を付している。
また、様々な向きから患部に対して集中的に治療用放射線を照射することで、患部付近の健康な部位に対する放射線照射量を低減させることができる。
また、首振り機構321が放射線照射装置331の向きを変えることで、放射線照射装置331が治療用放射線を照射する向きの自由度が高くなる。これにより、危険臓器を避けて患部へ治療用放射線を照射することが、より容易になる。
図9は、患者T11に対する放射線照射装置331の軌跡の第1例を示す説明図である。
同図の例では、放射線照射装置331は、回転軸A12を中心に、患者T11の頭の側から見て左回りに1回転している。また、患者T11は、患者支持体381の移動により線L61の矢印の向き(足元のほう)に移動している。線L61の矢印の向きは、回転軸A12に沿った向きである。
一方、面F62、面F63は、いずれも、首振り機構321が放射線照射装置331の向きを変化させた場合の、治療用放射線の照射野の例を患者T11の体表面における面で示す。
なお、放射線照射装置331の回転量は、図9の例における1回転に限らない。放射線照射装置331が、1回転よりも多く回転するようにしてもよいし、半回転など1回転よりも少なく回転するようにしてもよい。
図10は、治療用放射線の照射野の軌跡の例を示す説明図である。同図において、領域A71は、治療用放射線の照射野の軌跡を示している。また、領域A72は、照射野の軌跡(領域A71)の終端の領域である。
放射線照射装置331が等速で回転する場合、領域A72のように照射野の軌跡の終端付近では、治療用放射線の照射時間が短くなり、照射量が少なくなる可能性がある。
治療用放射線の照射野の軌跡の始端付近についても同様である。また、図10を参照して説明した方法は、図9の例における放射線照射装置331の軌跡に限らず、様々な軌跡に対して適用可能である。
同図の例では、放射線照射装置331は、回転軸A12を中心に、患者T11の頭の側から見て左回りに1回転した後、右回りに1回転している。
また、患者T11は、患者支持体381の移動により線L71の矢印の向き(足元のほう)に移動している。線L71の矢印の向きは、回転軸A12に沿った向きである。
一方、面F72、面F73は、いずれも、首振り機構321が放射線照射装置331の向きを変化させた場合の、治療用放射線の照射野の例を患者T11の体表面における面で示す。
また、走行ガントリ313が放射線照射装置331の回転の向きを反転させることで、例えば放射線照射装置331の回転範囲が360度程度に限られている場合でも、より広い範囲に対して治療用放射線を照射することができる。
なお、放射線照射装置331の回転量は、図11の例における左右各1回転に限らない。放射線照射装置331が、左右各1回転よりも多く回転するようにしてもよいし、左右1回転よりも少なく回転するようにしてもよい。また、放射線照射装置331の回転の向きが2回以上反転してもよい。
同図の例では、放射線照射装置331は、回転軸A12を中心に、患者T11の頭の側から見て左回りに1回転した後、右回りに1回転している。
また、患者T11は、患者支持体381の移動により、放射線照射装置331が左回りに回転しているときは線L81の矢印の向き(足元のほう)に移動している。一方、放射線照射装置331が右回りに回転しているときは、患者T11は、線L82の矢印の向き(頭のほう)に移動している。線L81の矢印の向きは、回転軸A12に沿った向きである。線L82の矢印の向きは、回転軸A12に沿った向き、かつ、線L81の矢印の向きと反対向きである。
一方、面F82、面F83は、いずれも、首振り機構321が放射線照射装置331の向きを変化させた場合の、治療用放射線の照射野の例を患者T11の体表面における面で示す。
また、走行ガントリ313が放射線照射装置331の回転の向きを反転させ、患者支持体381が患者1の移動の向きを反転させることで、放射線照射装置331は、患者T11に対して螺旋状の軌跡を往復する。これにより、放射線照射量の確保が容易になる。
図12の場合と同様、図13の例では、放射線照射装置331は、回転軸A12を中心に、患者T11の頭の側から見て左回りに1回転した後、右回りに1回転している。
また、患者T11は、患者支持体381の移動により、放射線照射装置331が左回りに回転しているときは線L91の矢印の向き(足元のほう)に移動している。一方、放射線照射装置331が右回りに回転しているときは、患者T11は、線L92の矢印の向き(頭のほう)に移動している。線L91の矢印の向きは、回転軸A12に沿った向きである。線L92の矢印の向きは、回転軸A12に沿った向きかつ、線L91の矢印の向きと反対向きである。
放射線照射装置331の回転が左回りのときと右回りのときとで、首振り機構321が逆側に放射線照射装置331の向きを変化させることで、放射線照射装置331は、広い範囲に対して、より均一に治療用放射線を照射することができる。
同図の例では、放射線照射装置331は、回転軸A12を中心に、患者T11の頭の側から見て左回りに1回転した後、右回りに半回転している。
また、患者T11は、患者支持体381の移動により線L101の矢印の向き(足元のほう)に移動している。線L101の矢印の向きは、回転軸A12に沿った向きである。また、図14の例では、患者支持体381の速度が変化している。
一方、面F102、面F103は、いずれも、首振り機構321が放射線照射装置331の向きを変化させた場合の、治療用放射線の照射野の例を患者T11の体表面における面で示す。
なお、患者支持体381の移動速度の変化に代えて、放射線照射装置331の回転速度を変化させることで、間隔が不均一な螺旋形状の軌跡を得るようにしてもよい。あるいは、患者支持体381の移動速度の変化と、放射線照射装置331の回転速度の変化とを組み合わせるようにしてもよい。
例えば、図13の例において、患者支持体381が線L92の矢印の向きに移動する際、線L91の矢印の向きの移動時の速度変化パターンと逆順の速度変化パターンで移動することで、線L91の矢印の向きの移動時の基準面と線L92の矢印の向きの移動時の基準面とを一致させるようにしてもよい。
あるいは、線L91の矢印の向きの移動時の基準面と線L92の矢印の向きの移動時の基準面とが一致していなくてもよい。
まず、治療計画を生成するために、予め、操作入力部120が放射線治療装置13の性能基本データの入力操作を受け、記憶部180が当該データを記憶しておく。例えば、放射線治療装置13の性能基本データとして、記憶部180は以下のデータを記憶しておく。
(1)放射線治療装置13全系のジオメトリー情報(患者支持体381の大きさや、走行ガントリ313の径など)
(2)首振り機構321の駆動範囲、速度可変範囲、および、速度変化率許容範囲
(3)走行ガントリ313の回転可能範囲、速度可変範囲、速度変化率許容範囲
(4)旋回駆動装置311の駆動範囲(Oリング312の回転可能範囲)、速度可変範囲、速度変化率許容範囲
(5)マルチリーフコリメータ332の駆動範囲(リーフの移動範囲)、速度可変範囲、速度変化率許容範囲
(6)患者支持体381の移動範囲、速度可変範囲、速度変化率許容範囲
(7)線量率の可変範囲、可変速度範囲(線量率が変化する速度の可変範囲)、速度変化率許容範囲
放射線治療装置13の性能基本データは、治療計画生成部191が行う最適化処理において制約条件の一部となる。
図15は、治療計画装置11が治療計画を生成する処理手順の例を示すフローチャートである。同図の処理において、治療計画装置11は、まず、症例毎の情報を取得する(ステップS101)。例えば、操作入力部120が以下のような入力操作を受け、記憶部180が入力されたデータを記憶しておく。
(1)表示部110がCT画像を表示した状態で、当該CT画像上での治療部位や危険臓器の指定
(2)ビームエネルギー
(3)治療部位への投与線量の決定、危険臓器に対する線量上限の決定
(4)各治療部位、危険臓器に対する最適化演算時の優先順位
(5)照射不能領域(患者の体形等に依存)
症例毎の情報は、治療計画生成部191が行う最適化処理において制約条件の一部となる。
治療計画生成部191は、式(1)を評価関数として、評価値funcを最小化する最適解を求めることで線量計算を行う。
Dptv iは、ビームレットiの計画標的体積(Planning Target Volume;PTV)に与える単位投与線量を示す。
最適化アルゴリズムとしては、例えばPolak-Riviere Conjugate gradient法など、最急勾配法に類する公知のアルゴリズムを用いることができる。
ビームレットiに与える重みWiや、ビームレットiに与える照射野拡大の重みWf iが、放射線治療装置13の動作を示しているといえる。
なお、式(1)は、治療計画生成部191がステップS102で用いる評価関数の一例であり、これに限定されない。
例えば、治療計画生成部191は、ステップS102において、主に線量分布の最適化を行う。そして、治療計画生成部191は、ステップS103において、まず、放射線照射装置331の移動経路の最適化を含む最適化処理を行って、治療時間の短縮を図る。
治療計画生成部191は、例えば、式(2)を評価関数として、遺伝的アルゴリズムを用いてステップS103の最適化処理を行う。
なお、遺伝的アルゴリズムを用いた最適化処理は、治療計画生成部191がステップS103で行う最適化処理の方法の一例であり、これに限定されない。
ステップS103において、治療計画生成部191は、遺伝的アルゴリズムを用いた最適化の後、得られた経路を細かい区間に分割し、線量分布や放射線照射装置331の移動経路の最適化を行う。例えば、治療計画生成部191は、ステップS102における方法と同様の方法にて最適化を行う。
ステップS102およびS103の2段階で最適化処理を行うことで、治療計画生成部191は、精度の高い治療計画を、より速く求めることができる。
ステップS104で得られた線量分布がステップS101で設定された許容値を満足していない場合、治療計画生成部191は、患部や危険部位に設定された優先順位に基づいて治療計画を修正し、線量分布を再計算する(ステップS105)。
その後、図15の処理を終了する。
一方、得られた線量分布に問題がない場合、治療計画装置11は、得られた治療計画を放射線治療装置制御装置12へ送信する。そして、放射線治療装置制御装置12が治療計画に従って放射線治療装置13を制御することで、放射線治療装置13が放射線照射を実行する。
これにより、放射線照射装置331が治療用放射線を照射可能な範囲を広げることができる。さらには、放射線照射装置331が照射する治療用放射線の線量分布の精度を高めることができる。
これにより、放射線照射装置331が照射する治療用放射線の線量分布の精度を高めることができる。
これにより、放射線照射装置331が治療用放射線を照射可能な範囲を、さらに広げることができる。また、放射線照射装置331が照射する治療用放射線の線量分布の精度を、さらに高めることができる。
これにより、放射線照射装置331が治療用放射線を照射可能な範囲を、さらに広げることができる。また、放射線照射装置331が照射する治療用放射線の線量分布の精度を、さらに高めることができる。
これにより、ユーザ(例えば、担当医師)は、放射線画像やCT画像を参照して、放射線照射位置を確認することができる。
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
110 表示部
120 操作入力部
130 通信部
180 記憶部
190 制御部
191 治療計画生成部
Claims (6)
- 少なくとも長手方向に移動可能な患者支持体と、
放射線を照射する放射線照射装置と、
前記放射線照射装置を向き変更可能に支持する首振り機構と、
前記患者支持体の長手方向の軸の周りを回転可能に前記首振り機構を支持する回転機構と、
を備える放射線治療装置の治療計画として、
前記患者支持体が移動する時間帯と、前記放射線照射装置が前記放射線を照射する時間帯と、前記回転機構が前記首振り機構を回転させる時間帯と、前記首振り機構が前記放射線照射装置の向きを変更する時間帯とが重なる時間帯を有する治療計画を生成する治療計画装置。 - 前記放射線治療装置は、リーフの開閉によって前記放射線照射装置が照射する前記放射線の照射野を調整するマルチリーフコリメータを具備し、
前記治療計画装置は、前記患者支持体が移動する時間帯と、前記放射線照射装置が前記放射線を照射する時間帯と、前記回転機構が前記首振り機構を回転させる時間帯と、前記マルチリーフコリメータがリーフの開閉動作を行う時間帯とが重なる時間帯を有する治療計画を生成する治療計画装置。 - 前記患者支持体は、前記長手方向に対して斜め方向に移動可能であり、
前記治療計画装置は、前記患者支持体が前記長手方向に対して斜め方向に移動する時間帯と、前記放射線照射装置が前記放射線を照射する時間帯と、前記回転機構が前記首振り機構を回転させる時間帯とが重なる時間帯を有する治療計画を生成する
請求項1または請求項2に記載の治療計画装置。 - 前記回転機構は、前記患者支持体の長手方向の前記軸である第1軸と直交する第2軸の周りを回転可能に前記首振り機構を支持し、
前記治療計画装置は、前記患者支持体が移動する時間帯と、前記放射線照射装置が前記放射線を照射する時間帯と、前記回転機構が前記第1軸を中心に前記首振り機構を回転させる時間帯と、前記回転機構が前記第2軸を中心に前記首振り機構を回転させる時間帯とが重なる時間帯を有する治療計画を生成する
請求項1から3のいずれか一項に記載の治療計画装置。 - 少なくとも長手方向に移動可能な患者支持体と、
放射線照射装置と、
前記放射線照射装置を向き変更可能に支持する首振り機構と、
前記患者支持体の長手方向の軸の周りを回転可能に前記首振り機構を支持する回転機構と、
を備える放射線治療装置の治療計画を生成する治療計画装置が、
前記患者支持体が移動する時間帯と、前記放射線照射装置が前記放射線を照射する時間帯と、前記回転機構が前記首振り機構を回転させる時間帯と、前記首振り機構が前記放射線照射装置の向きを変更する時間帯とが重なる時間帯を有する治療計画を生成する
治療計画生成方法。 - 少なくとも長手方向に移動可能な患者支持体と、
放射線照射装置と、
前記放射線照射装置を向き変更可能に支持する首振り機構と、
前記患者支持体の長手方向の軸の周りを回転可能に前記首振り機構を支持する回転機構と、
を備える放射線治療装置の治療計画を生成する治療計画装置の具備するコンピュータに、
前記患者支持体が移動する時間帯と、前記放射線照射装置が前記放射線を照射する時間帯と、前記回転機構が前記首振り機構を回転させる時間帯と、前記首振り機構が前記放射線照射装置の向きを変更する時間帯とが重なる時間帯を有する治療計画を生成させるためのプログラム。
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