JP2018000378A - Dose calculation device, dose calculation method, and dose calculation program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To calculate a dose with high accuracy even when an irradiation field contains a heterogeneous material.SOLUTION: An independent calculation verification device 18 includes: a specification part that specifies a homogeneous material region where a homogeneous material exists and a heterogeneous material region where a heterogeneous material exists in an irradiation field where therapeutic radiation is emitted to a patient, based on treatment planning information generated by a CT image acquired by emitting mammographic radiation to the patient and a treatment planning device 16; and a calculation part that calculates a dose when emitting the treatment radiation to the irradiation field with use of the Clarkson method, after converting the heterogeneous material region to a region equivalent to the homogeneous material region, based on the treatment planning information.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、線量計算装置、線量計算方法、及び線量計算プログラムに関する。   The present invention relates to a dose calculation device, a dose calculation method, and a dose calculation program.

患者のがん腫瘍等の患部に放射線を照射して治療する放射線治療(Radiation Therapy)は、治療計画装置(radiation treatment planning system : RTPS)によって生成された治療計画情報に基づいて行われるのが一般的である。   Radiation therapy, in which affected areas such as cancer tumors of patients are irradiated and treated, is generally performed based on treatment plan information generated by a radiation treatment planning system (RTPS). Is.

この場合、放射線の過剰照射等の放射線治療の事故を回避するために、治療計画情報に含まれる、放射線の照射線量を表すMU(モニタユニット)値や吸収線量値が適切か否かを独立計算検証装置によって検証し、安全性の確認を行うことが重要である。   In this case, in order to avoid accidents due to radiation therapy such as excessive radiation, independent calculation of whether or not the MU (monitor unit) value and the absorbed dose value representing the radiation dose included in the treatment plan information are appropriate. It is important to verify the safety by using a verification device.

放射線の照射野が複雑な形状をしている場合に放射線の照射線量を計算する方法として、例えば非特許特許文献1に記載されたクラークソン法が知られている。このクラークソン法による線量計算では、全体の線量を一次線による線量と散乱線による線量の二つの成分に分け、照射野を区分して散乱線の線量を求めることにより、複雑な形状の照射野における放射線の照射線量を計算する。   For example, the Clarkson method described in Non-Patent Document 1 is known as a method for calculating the radiation dose when the radiation field has a complicated shape. In the dose calculation by the Clarkson method, the total dose is divided into two components: the dose from the primary line and the dose from the scattered radiation. Calculate the radiation dose at.

「クラークソンなんて怖くない」、エレクタ株式会社、“Clarkson is not scary,” Elekta Corporation,

URL:http://www.elekta.co.jp/software/download/pdf/Clarkson4_20110815.pdf#search='%E3%82%AF%E3%83%A9%E3%83%BC%E3%82%AF%E3%82%BD%E3%83%B3%E6%B3%95' URL: http://www.elekta.co.jp/software/download/pdf/Clarkson4_20110815.pdf#search='%E3%82%AF%E3%83%A9%E3%83%BC%E3%82% AF% E3% 82% BD% E3% 83% B3% E6% B3% 95 '

クラークソン法を用いた線量計算においては、照射野を均質物質である水と等価なものとして線量計算するのが通常であるが、実際には、空気に近い不均質物質や水と空気の間の不均質物質等が含まれている場合がある。このような場合、通常のクラークソン法を用いた線量計算では、精度良く線量計算をするのが困難である、という問題があった。   In dose calculation using the Clarkson method, it is normal to calculate the dose by assuming that the irradiation field is equivalent to water, which is a homogeneous material. May contain non-homogeneous substances. In such a case, there is a problem that it is difficult to calculate the dose with high accuracy by the dose calculation using the normal Clarkson method.

本発明は上記問題点を解決するために成されたものであり、照射野に不均質物質が含まれる場合でも精度良く線量計算をすることができる線量計算装置、線量計算方法、及び線量計算プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and a dose calculation device, a dose calculation method, and a dose calculation program capable of accurately calculating a dose even when a heterogeneous substance is contained in an irradiation field. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、請求項1記載の線量計算装置は、患者のCT画像及び治療計画装置により生成された治療計画情報に基づいて、前記患者に治療用放射線を照射する照射野のうち、均質物質が存在する均質物質領域と、不均質物質が存在する不均質物質領域と、を特定する特定部と、前記治療計画情報に基づいて、前記不均質物質領域を前記均質物質領域と等価な領域に変換した上で、クラークソン法を用いて前記照射野に前記治療用放射線を照射したときの線量を計算する計算部と、を含む。   In order to achieve the above object, the dose calculation apparatus according to claim 1 is an irradiation field for irradiating the patient with therapeutic radiation based on a CT image of the patient and treatment plan information generated by the treatment planning apparatus. A homogenous substance area in which a homogeneous substance exists, a heterogeneous substance area in which a heterogeneous substance exists, a specific part for identifying the heterogeneous substance area, and the heterogeneous substance area equivalent to the homogeneous substance area based on the treatment plan information And a calculation unit for calculating a dose when the therapeutic radiation is irradiated to the irradiation field using the Clarkson method.

なお、請求項2に記載したように、前記計算部は、線量評価点を中心として前記照射野を等角度で放射状に分割する分割部と、前記照射野を分割する分割線が前記不均質物質領域を通る部分の長さを、前記分割線が前記均質物質領域を通る場合と等価な長さに変換する変換部と、前記分割線が前記均質物質領域と通る部分の長さと、前記変換部により変換された前記不均質物質領域を通る部分の長さと、を加算して前記分割線の長さを算出する算出部と、前記算出部により算出された前記分割線の長さに基づいて、クラークソン法を用いて前記照射野に前記治療用放射線を照射したときの線量を計算する線量計算部と、を含むようにしてもよい。   In addition, as described in claim 2, the calculation unit includes a dividing unit that divides the irradiation field radially at an equal angle around a dose evaluation point, and a dividing line that divides the irradiation field includes the heterogeneous substance. A converter that converts the length of the portion that passes through the region into a length equivalent to the case where the dividing line passes through the homogeneous material region, the length of the portion that passes through the homogeneous material region of the dividing line, and the converter Based on the length of the dividing line calculated by the calculation unit, the calculation unit that calculates the length of the dividing line by adding the length of the portion that passes through the heterogeneous substance region converted by A dose calculation unit that calculates a dose when the therapeutic radiation is irradiated to the irradiation field using the Clarkson method.

また、請求項3に記載したように、前記変換部は、前記分割線が前記不均質物質領域を通る部分の物理長と、前記不均質物質領域を通る部分の電子密度と、に基づいて、前記不均質物質領域を通る部分の長さを、前記分割線が前記均質物質領域を通る場合と等価な長さに変換するようにしてもよい。   In addition, as described in claim 3, the conversion unit is based on a physical length of a part where the dividing line passes through the heterogeneous material region and an electron density of a part through the heterogeneous material region, The length of the portion passing through the heterogeneous material region may be converted to a length equivalent to the case where the dividing line passes through the homogeneous material region.

また、請求項4に記載したように、前記計算部は、前記治療計画情報に含まれるパラメータを放射線照射装置にて実測した実測値を記録したログファイルを取得し、前記治療計画情報に代えて、前記ログファイルを用いて前記線量を計算するようにしてもよい。   Moreover, as described in claim 4, the calculation unit obtains a log file in which an actual measurement value obtained by actually measuring a parameter included in the treatment plan information with a radiation irradiation apparatus is recorded, and is replaced with the treatment plan information. The dose may be calculated using the log file.

請求項5記載の発明の線量計算方法は、患者のCT画像及び治療計画装置により生成された治療計画情報に基づいて、前記患者に治療用放射線を照射する照射野のうち、均質物質が存在する均質物質領域と、不均質物質が存在する不均質物質領域と、を特定するステップと、前記治療計画情報に基づいて、前記不均質物質領域を前記均質物質領域と等価な領域に変換した上で、クラークソン法を用いて前記照射野に前記治療用放射線を照射したときの線量を計算するステップと、を含む。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a dose calculation method in which a homogeneous substance is present in an irradiation field for irradiating the patient with therapeutic radiation based on a CT image of the patient and treatment plan information generated by the treatment planning apparatus. A step of identifying a homogeneous material region and a heterogeneous material region where a heterogeneous material exists, and after converting the heterogeneous material region into an equivalent region to the homogeneous material region based on the treatment plan information And calculating a dose when the therapeutic radiation is irradiated to the irradiation field using Clarkson method.

請求項6記載の線量計算プログラムは、コンピュータを、請求項1〜4の何れか1項に記載の線量計算装置の各手段として機能させるための線量計算プログラムである。   A dose calculation program according to a sixth aspect is a dose calculation program for causing a computer to function as each means of the dose calculation apparatus according to any one of the first to fourth aspects.

本発明によれば、照射野に不均質物質が含まれる場合でも精度良く線量計算をすることができる、という効果が得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain an effect that dose calculation can be performed with high accuracy even when an inhomogeneous substance is included in the irradiation field.

放射線治療照射システムの外観図である。It is an external view of a radiotherapy irradiation system. 放射線治療照射システムのブロック図である。It is a block diagram of a radiotherapy irradiation system. (A)はジョー22Yの平面図、(B)はジョー22Xの平面図、(C)はMLC22Mの平面図である。(A) is a plan view of the jaw 22Y, (B) is a plan view of the jaw 22X, and (C) is a plan view of the MLC 22M. 独立計算検証装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of an independent calculation verification apparatus. 独立計算検証装置で実行される線量計算処理のフローチャートである。It is a flowchart of the dose calculation process performed with an independent calculation verification apparatus. (A)は不均質物質領域が無い場合の照射野の一例を示す図、(B)、(C)は、不均質物質領域が有る場合の照射野の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of an irradiation field in case there is no heterogeneous substance area | region, (B), (C) is a figure which shows an example of an irradiation field in case there exists an inhomogeneous substance area | region. 変形例に係る放射線治療システムのブロック図である。It is a block diagram of the radiotherapy system concerning a modification.

以下、図面を参照して、本発明の実施の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には、本実施形態に係る放射線治療照射システム10の外観図を、図2には、放射線治療照射システム10のブロック図を示した。図1、2に示すように、放射線治療照射システム10は、CT撮影装置12、放射線治療照射装置14、治療計画装置16、及び線量計算装置としての独立計算検証装置18を備える。   FIG. 1 shows an external view of the radiation therapy irradiation system 10 according to the present embodiment, and FIG. 2 shows a block diagram of the radiation therapy irradiation system 10. As shown in FIGS. 1 and 2, the radiation therapy irradiation system 10 includes a CT imaging device 12, a radiation therapy irradiation device 14, a treatment planning device 16, and an independent calculation verification device 18 as a dose calculation device.

CT撮影装置12は、空洞部12A内に、寝台Sに横たわった患者Hの患部を通過させながらCT撮影用の撮影用放射線であるX線を照射することにより、CT画像(コンピュータ断層画像)を撮影する。図2に示すように、撮影されたCT画像は、治療計画装置16に出力される。なお、図1では、説明の便宜上、CT撮影装置12が放射線治療照射装置14と同室に設置されている例について示したが、CT撮影装置12は、放射線治療照射装置14と別室に設置されるのが一般的である。   The CT imaging apparatus 12 irradiates X-rays as imaging radiation for CT imaging while passing the affected part of the patient H lying on the bed S in the cavity 12A, thereby obtaining a CT image (computer tomographic image). Take a picture. As shown in FIG. 2, the captured CT image is output to the treatment planning device 16. For convenience of explanation, FIG. 1 shows an example in which the CT imaging device 12 is installed in the same room as the radiation therapy irradiation device 14, but the CT imaging device 12 is installed in a separate room from the radiation therapy irradiation device 14. It is common.

放射線治療照射装置14は、治療計画装置16により生成された治療計画情報に基づいて、寝台Sに横たわった患者Hに治療用放射線(例えばX線)Rを照射して患部の治療を行う。具体的には、放射線治療照射装置14は、患者Hに照射する放射線Rを出力する放射線源20と、放射線源20から照射された放射線を患者Hの患部に応じた照射野に絞るコリメータ22と、を備える。ここで、治療用放射線には、高エネルギー(例えば1MeVから1000MeV)の放射線が用いられる。   The radiotherapy irradiation device 14 irradiates the patient H lying on the bed S with therapeutic radiation (for example, X-rays) R based on the treatment plan information generated by the treatment planning device 16 to treat the affected area. Specifically, the radiation therapy irradiation apparatus 14 includes a radiation source 20 that outputs radiation R irradiated to the patient H, and a collimator 22 that narrows the radiation irradiated from the radiation source 20 to an irradiation field corresponding to the affected area of the patient H. . Here, high energy radiation (for example, 1 MeV to 1000 MeV) is used as the therapeutic radiation.

コリメータ22は、放射線源20から照射された放射線Rの照射野をY方向に絞るジョー22Yと、ジョー22Yによって照射野がY方向に絞られた放射線Rの照射野をY方向と直交するX方向に絞るジョー22Xと、ジョー22Y、22Xによって照射野が絞られた放射線Rの照射野を患部の形状に合わせて絞るマルチリーフコリメータ(MLC)22Mと、を備える。なお、本実施形態では、上からジョー22Y、ジョー22X、MLC22Mの順に配置された場合を示したが、並び順はこれに限られるものではない。   The collimator 22 includes a jaw 22Y that narrows the irradiation field of the radiation R emitted from the radiation source 20 in the Y direction, and an X direction that orthogonally intersects the Y irradiation field of the radiation R whose irradiation field is narrowed in the Y direction by the jaw 22Y. And a multi-leaf collimator (MLC) 22M that squeezes the radiation field of the radiation R whose field is narrowed down by the jaws 22Y and 22X in accordance with the shape of the affected area. In the present embodiment, the case where the jaws 22Y, the jaws 22X, and the MLC 22M are arranged in this order from the top is shown, but the arrangement order is not limited to this.

図3(A)に示すように、ジョー22Yは、2枚の矩形状の可動ブロック24Y1、24Y2がY方向へ移動することにより、照射野FをY方向に絞る。   As shown in FIG. 3A, the jaw 22Y narrows the irradiation field F in the Y direction by moving the two rectangular movable blocks 24Y1, 24Y2 in the Y direction.

図3(B)に示すように、ジョー22Xは、2枚の矩形状の可動ブロック26X1、26X2がX方向へ移動することにより、照射野FをX方向に絞る。   As shown in FIG. 3B, the jaw 22X narrows the irradiation field F in the X direction by moving the two rectangular movable blocks 26X1, 26X2 in the X direction.

図3(C)に示すように、MLC22Mは、患者Hの患部の形状に応じてX方向に可動する多数の可動リーフ28Mを含んで構成される。   As shown in FIG. 3C, the MLC 22M includes a large number of movable leaves 28M that are movable in the X direction according to the shape of the affected part of the patient H.

図1に示すように、放射線源20及びコリメータ22は、ガントリ14Aに設けられている。ガントリ14Aは、Y方向に沿った回転軸30を介して回転可能に支持部32に支持されている。回転軸30を中心にしてガントリ14Aを回転させることにより、患者Hに照射される放射線RのX−Z平面内における照射角度を適切に調整することができる。   As shown in FIG. 1, the radiation source 20 and the collimator 22 are provided in the gantry 14A. The gantry 14A is rotatably supported by the support portion 32 via a rotation shaft 30 along the Y direction. By rotating the gantry 14A around the rotation axis 30, the irradiation angle of the radiation R irradiated to the patient H in the XZ plane can be adjusted appropriately.

コリメータ22は、Z方向に沿った軸を回転軸として回転可能にガントリ14Aに支持されている。Z軸を中心としてコリメータ22を回転させることにより、患者Hに照射される放射線RのX−Y平面内における照射野Fを適切に調整することができる。   The collimator 22 is supported by the gantry 14A so as to be rotatable about an axis along the Z direction as a rotation axis. By rotating the collimator 22 around the Z axis, the irradiation field F in the XY plane of the radiation R irradiated to the patient H can be adjusted appropriately.

治療計画装置16は、CT撮影装置12により撮影されたCT画像に基づいて、患部(腫瘍部分)及び正常部分の形状を特定するための形状情報を生成すると共に、患部に照射すべき放射線に関する治療計画情報を生成する。   The treatment planning device 16 generates shape information for specifying the shapes of the affected part (tumor part) and the normal part based on the CT image imaged by the CT imaging device 12 and also treats radiation related to radiation to be irradiated to the affected part. Generate plan information.

治療計画情報には、患者Hに照射する放射線の照射線量を表すMU(モニタユニット)値、吸収線量値、MLC22Mの位置(以下、MLC位置と称する)、ジョー22Xの位置(以下、X方向ジョー位置と称する)、ジョー22Yの位置(以下、Y方向ジョー位置と称する)、ガントリ14Aの回転角度(以下、ガントリ角度と称する)、コリメータ22の回転角度(以下、コリメータ角度と称する)、患者Hに照射する放射線のエネルギー(以下、放射エネルギーと称する)等が含まれる。   The treatment plan information includes an MU (monitor unit) value representing an irradiation dose of radiation irradiated to the patient H, an absorbed dose value, a position of the MLC 22M (hereinafter referred to as an MLC position), a position of the jaw 22X (hereinafter referred to as an X-direction jaw). Position), the position of the jaw 22Y (hereinafter referred to as the Y-direction jaw position), the rotation angle of the gantry 14A (hereinafter referred to as the gantry angle), the rotation angle of the collimator 22 (hereinafter referred to as the collimator angle), the patient H Energy of radiation (hereinafter referred to as radiant energy) and the like.

独立計算検証装置18は、CT撮影装置12で撮影されたCT画像と、治療計画装置16で生成された患部の形状情報及び治療計画情報と、に基づいて、患者Hに照射される放射線の線量を計算する。そして、計算したMU値と治療計画情報のMU値とを比較し、その結果を提供する。また、任意点における計算した吸収線量値と治療計画情報の吸収線量値とを比較し、その結果を提供する。   The independent calculation verification device 18 is a dose of radiation irradiated to the patient H based on the CT image photographed by the CT imaging device 12 and the shape information and treatment plan information of the affected part generated by the treatment planning device 16. Calculate Then, the calculated MU value is compared with the MU value of the treatment plan information, and the result is provided. Also, the calculated absorbed dose value at an arbitrary point is compared with the absorbed dose value of the treatment plan information, and the result is provided.

なお、独立計算検証装置18は、CPU、ROM、データ等を記憶するRAM、後述する線量計算プログラムを記憶したハードディスク等の不揮発性メモリ、及び、これらを接続するバスを含んで構成されている。   The independent calculation verification device 18 includes a CPU, a ROM, a RAM that stores data, a nonvolatile memory such as a hard disk that stores a dose calculation program described later, and a bus that connects these.

この独立計算検証装置18をハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図4に示すように、独立計算検証装置18は、患者に撮影用放射線を照射して得られたCT画像及び治療計画装置16により生成された治療計画情報に基づいて、患者に治療用の高エネルギーの放射線を照射する照射野のうち、均質物質が存在する均質物質領域と、不均質物質が存在する不均質物質領域と、を特定する特定部40と、治療計画情報に基づいて、不均質物質領域を均質物質領域と等価な領域に変換した上で、クラークソン法を用いて照射野に治療用の高エネルギーの放射線を照射したときの線量を計算する計算部42と、計算結果等の各種情報及び線量計算プログラムを記憶する記憶部44と、計算結果等の各種情報を表示する表示部46と、を備える。   If the independent calculation verification device 18 is described in terms of functional blocks divided for each function realizing means determined based on hardware and software, as shown in FIG. 4, the independent calculation verification device 18 applies imaging radiation to the patient. Based on the CT image obtained by irradiation and the treatment plan information generated by the treatment planning device 16, a homogeneous material region in which a homogeneous material exists in an irradiation field for irradiating a patient with high-energy radiation for treatment, After the heterogeneous substance region is converted into a region equivalent to the homogeneous substance region based on the treatment plan information, the specifying unit 40 for identifying the heterogeneous substance region where the heterogeneous substance exists, and Clarkson method A calculation unit 42 for calculating a dose when the irradiation field is irradiated with high-energy radiation for treatment; a storage unit 44 for storing various information such as calculation results and a dose calculation program; A display unit 46 for displaying various information calculation results and the like, the.

次に、本実施形態の作用として、独立計算検証装置18で実行される線量計算処理について、図5に示すフローチャートを参照して説明する。   Next, as an operation of the present embodiment, a dose calculation process executed by the independent calculation verification device 18 will be described with reference to a flowchart shown in FIG.

まず、独立計算検証装置18で線量計算処理を実行する前に、CT撮影装置12により患者HのCT画像を撮影する。撮影されたCT画像は治療計画装置16に出力される。   First, a CT image of the patient H is imaged by the CT imaging device 12 before the dose calculation processing is executed by the independent calculation verification device 18. The captured CT image is output to the treatment planning device 16.

治療計画装置16は、CT撮影装置12により撮影されたCT画像に基づいて、前述した患部の形状情報及び治療計画情報を生成する。なお、治療計画情報の生成は、種々公知の技術を採用することができる。   The treatment planning device 16 generates the above-described shape information and treatment plan information on the affected area based on the CT image imaged by the CT imaging device 12. In addition, various well-known techniques are employable for the production | generation of treatment plan information.

独立計算検証装置18は、CT撮影装置12により撮影されたCT画像及び治療計画装置16で生成された治療計画情報に基づいて、患者Hの患部に照射される放射線の線量を計算する。以下、具体的に説明する。   The independent calculation verification device 18 calculates the dose of radiation applied to the affected area of the patient H based on the CT image captured by the CT imaging device 12 and the treatment plan information generated by the treatment planning device 16. This will be specifically described below.

本実施形態では、クラークソン法を用いて患者Hに放射される放射線の線量を計算する。なお、クラークソン法を用いて放射線の線量を計算する方法としては、例えば上記特許文献1に記載された方法を用いることができる。クラークソン法による線量計算では、全体の線量を一次線による線量と散乱線による線量の二つの成分に分け、不整形な照射野を区分して散乱線量を求める。   In this embodiment, the dose of radiation emitted to the patient H is calculated using the Clarkson method. As a method for calculating the radiation dose using the Clarkson method, for example, the method described in Patent Document 1 can be used. In dose calculation by the Clarkson method, the total dose is divided into two components, the dose from the primary line and the dose from the scattered radiation, and the scattered radiation is determined by dividing the irregular field.

ステップS100では、治療計画装置16で生成された患部の形状情報及び治療計画情報に基づいて、患者Hに照射する放射線の照射野を特定する。放射線を照射すべき照射野の形状は放射線を照射する角度等によって変化するため、治療計画情報に含まれる情報のうち、MLC位置、X方向ジョー位置、Y方向ジョー位置、ガントリ角度、及びコリメータ角度と、患部の形状情報と、に基づいて、放射線の照射野を特定する。   In step S100, the radiation field irradiated to the patient H is specified based on the shape information of the affected part and the treatment plan information generated by the treatment planning device 16. Since the shape of the irradiation field to be irradiated changes depending on the irradiation angle, etc., among the information included in the treatment plan information, the MLC position, the X direction jaw position, the Y direction jaw position, the gantry angle, and the collimator angle And the radiation irradiation field is specified based on the shape information of the affected area.

ステップS102では、CT画像に基づいて、患者に治療用の高エネルギーの放射線を照射する照射野のうち、均質物質が存在する均質物質領域と、不均質物質が存在する不均質物質領域と、を特定する。本実施形態では、一例として、ステップS100で特定された放射線の照射野が図6(A)に示すような形状の照射野Fであった場合について説明する。なお、図6(A)においてハッチングされた領域は、コリメータ22によって放射線の照射が遮蔽される遮蔽領域Gを表す。   In step S102, based on the CT image, a homogeneous material region in which a homogeneous material exists and a heterogeneous material region in which a heterogeneous material exists in an irradiation field that irradiates a patient with high-energy radiation for treatment. Identify. In the present embodiment, as an example, a case will be described in which the radiation field identified in step S100 is a radiation field F having a shape as shown in FIG. Note that the hatched region in FIG. 6A represents a shielding region G where radiation irradiation is shielded by the collimator 22.

不均質物質が存在しない場合には、照射野Fは、均質物質である水と等価なものとして扱うことができ、照射野Fは全て均質物質領域E0と見なすことができる。しかしながら、実際には、図6(B)に示すように、照射野F内には、空気に近い第1の不均質物質が存在する不均質物質領域E1が含まれていたり、図6(C)に示すように、水と空気の間の第2の不均質物質が存在する不均質物質領域E2が含まれていたりする。不均質物質領域E1は、例えば患部が乳房等の場合に、装置と乳房との隙間によって発生する領域である。また、不均質物質領域E2は、例えば肺等の臓器が存在する領域である。   When there is no inhomogeneous material, the irradiation field F can be treated as equivalent to water, which is a homogeneous material, and all the irradiation fields F can be regarded as the homogeneous material region E0. However, actually, as shown in FIG. 6B, the irradiation field F includes a heterogeneous material region E1 where the first heterogeneous material close to air exists, or FIG. ), A heterogeneous material region E2 where a second heterogeneous material between water and air exists is included. The heterogeneous substance region E1 is a region generated by a gap between the apparatus and the breast when the affected part is a breast or the like, for example. The heterogeneous substance region E2 is a region where an organ such as a lung exists.

不均質物質領域が存在する場合、照射された放射線は側方(放射線の照射方向と直交する方向)に散乱するが、従来のクラークソン法を用いた線量計算では、照射野Fを全て水として放射線の線量を計算するため、放射線の側方への散乱が考慮されない。このため、実際の線量との誤差が大きくなり、独立計算検証の精度が低下してしまう恐れがある。   When the heterogeneous material region exists, the irradiated radiation is scattered to the side (direction orthogonal to the irradiation direction of the radiation). However, in the dose calculation using the conventional Clarkson method, the irradiation field F is all water. In order to calculate the dose of radiation, side scatter of radiation is not taken into account. For this reason, an error from the actual dose increases, and the accuracy of independent calculation verification may be reduced.

そこで、本実施形態では、不均質物質を考慮して、クラークソン法による線量計算を行う。   Therefore, in the present embodiment, dose calculation by the Clarkson method is performed in consideration of heterogeneous substances.

均質物質から不均質物質かは、CT画像のCT値に基づいて判定できる。CT画像は、CT値の分布を表している。CT値は、水を「0」として水に対する相対値で表され、例えば空気は「−1000」で表される。従って、第1の不均質物質及び第2の不均質物質が表すCT値の範囲を各々予め定めておくことにより、照射野F内の各物質がどの領域に属するのかを判定することができる。   Whether the material is homogeneous or heterogeneous can be determined based on the CT value of the CT image. The CT image represents the distribution of CT values. The CT value is expressed as a relative value with respect to water with water being “0”, and for example, air is expressed as “−1000”. Therefore, it is possible to determine which region each substance in the irradiation field F belongs to by previously determining the range of CT values represented by the first heterogeneous substance and the second heterogeneous substance.

ステップS104では、治療計画情報のうち放射線の照射線量のMU値、エネルギー等に基づいて、一次線による線量成分を計算する。上記非特許文献1に記載されているように、一次線による線量は、放射線源20から放射された散乱されていない光子によって付与され、照射野の大きさに依存しない。本実施形態では、上記非特許文献1に記載されているように、一次線による線量成分を、0×0cmの照射野におけるTAR(Tissue Air Ratio)として計算する。 In step S104, the dose component by the primary line is calculated based on the MU value, energy, etc. of the radiation dose in the treatment plan information. As described in Non-Patent Document 1, the dose from the primary beam is given by unscattered photons emitted from the radiation source 20 and does not depend on the size of the irradiation field. In this embodiment, as described in Non-Patent Document 1, the dose component due to the primary line is calculated as a TAR (Tissue Air Ratio) in an irradiation field of 0 × 0 cm 2 .

ステップS106では、治療計画情報のうち治療計画情報のうち放射線の照射線量のMU値、エネルギー等に基づいて、散乱線による線量成分を計算する。上記非特許文献1に記載されているように、散乱線による線量は、コリメータ22やフラットニングフィルタ、まれに空気中で散乱された光子によって付与され、コリメータサイズ(照射野の大きさ)に依存する。なお、散乱線による線量は、さらにガントリ14Aのガントリヘッド内で生じた散乱成分とファントム中で生じた散乱成分の2つに分けて考えることができる。   In step S106, a dose component due to scattered radiation is calculated based on the MU value, energy, and the like of the radiation dose in the treatment plan information in the treatment plan information. As described in Non-Patent Document 1, the dose due to the scattered radiation is given by the collimator 22, the flattening filter, or rarely photons scattered in the air, and depends on the collimator size (the size of the irradiation field). To do. Note that the dose due to scattered radiation can be further divided into two components: a scattering component generated in the gantry head of the gantry 14A and a scattering component generated in the phantom.

散乱線による線量成分を計算するには、例えば図6(A)〜(C)に示すように、予め定めた線量評価点Kを中心として照射野Fを等角度で放射状に複数のセクタFSに分割する。図6(A)〜(C)の例では、照射野Fを30度で放射状に12分割した例を示した。   In order to calculate the dose component due to the scattered radiation, for example, as shown in FIGS. 6A to 6C, the irradiation field F is radiated at an equal angle radially to a plurality of sectors FS around a predetermined dose evaluation point K. To divide. In the example of FIGS. 6A to 6C, the irradiation field F is divided into 12 at 30 degrees in a radial manner.

次に、照射野Fを等角度で放射状に分割した際の分割線Dの長さを算出する。このとき、分割線Dを単に線量評価点Kから照射野Fの周縁部までの長さとするのではなく、不均質物質領域E1、E2を通る分割線Dについては、不均質物質領域E1、E2を通る部分の長さを、均質物質領域E0を通る場合と等価な長さに変換して、各々の分割線Dの長さを算出する。   Next, the length of the dividing line D when the irradiation field F is radially divided at an equal angle is calculated. At this time, the dividing line D is not simply the length from the dose evaluation point K to the peripheral edge of the irradiation field F, but the dividing line D passing through the heterogeneous material regions E1 and E2 is inhomogeneous material regions E1 and E2. Is converted into a length equivalent to that passing through the homogeneous material region E0, and the length of each dividing line D is calculated.

具体的には、次式により各々の分割線Dの長さを算出する。   Specifically, the length of each dividing line D is calculated by the following equation.

・・・(1) ... (1)

ここで、Nは分割線Dが通る不均質物質領域の数である。PLは、分割線Dがi番目に通る不均質物質領域の物理長である。EDは、分割線Dがi番目に通る不均質物質領領域のCT値に対応した電子密度である。例えば、CT値と電子密度との対応関係を表すテーブルデータを予め用意しておき、このテーブルデータを用いて、分割線Dがi番目に通る不均質物質領領域のCT値に対応したEDを求めればよい。 Here, N is the number of heterogeneous material regions through which the dividing line D passes. PL i is the physical length of the heterogeneous material region through which the dividing line D passes i-th. ED i is an electron density corresponding to the CT value of the heterogeneous material region where the dividing line D passes through i-th. For example, table data representing the correspondence between CT values and electron density is prepared in advance, and ED i corresponding to the CT value of the heterogeneous material region through which the dividing line D passes i-th is prepared using this table data. You can ask for.

ここで、例えば均質物質領域E0、不均質物質領域E1、E2の順に通る分割線Dが存在する場合、不均質物質領域E1、E2を通る分割線Dの長さRPLは次式で表される。   Here, for example, when there is a dividing line D passing through the homogeneous material region E0 and the heterogeneous material regions E1 and E2, the length RPL of the dividing line D passing through the heterogeneous material regions E1 and E2 is expressed by the following equation. .

RPL=PL×ED+PL×ED ・・・(2) RPL = PL 1 × ED 1 + PL 2 × ED 2 (2)

そして、分割線Dが通る均質物質領域E0の長さをLPLとすると、分割線Dの長さPLは次式で算出される。   When the length of the homogeneous material region E0 through which the dividing line D passes is LPL, the length PL of the dividing line D is calculated by the following equation.

PL=RPL+LPL ・・・(3) PL = RPL + LPL (3)

このように、不均質物質領域を通る長さを、均質物質領域を通る長さと等価な長さに変換した上で、分割線Dの長さを算出する。これを全ての分割線Dについて行う。   Thus, the length of the dividing line D is calculated after converting the length passing through the heterogeneous material region into a length equivalent to the length passing through the homogeneous material region. This is performed for all the dividing lines D.

そして、上記非特許文献1に記載されているように、各セクタFSのSAR(Scatter Air Ratio)を算出する。このとき、コリメータ22によって放射線の照射が遮られている遮蔽領域Gを除いてSARを計算する。   Then, as described in Non-Patent Document 1, the SAR (Scatter Air Ratio) of each sector FS is calculated. At this time, the SAR is calculated except for the shielding region G where radiation irradiation is blocked by the collimator 22.

次に、各セクタFSのSARを全て足し合わせることにより、照射野Fの散乱線の線量成分を計算する。   Next, the dose component of the scattered radiation of the irradiation field F is calculated by adding all the SARs of the sectors FS.

ステップS108では、照射線量のMU値及び任意点の吸収線量値を計算する。具体的には、まずステップS102で計算した一次線の線量成分TARと、ステップS104で計算した散乱線の線量成分SARと、を加算することにより、照射野Fの照射線量Qを計算する。そして、照射線量Qから予め定めた計算式によりMU値及び任意点の吸収線量値を計算する。   In step S108, the MU value of the irradiation dose and the absorbed dose value at an arbitrary point are calculated. Specifically, first, the radiation dose Q of the irradiation field F is calculated by adding the dose component TAR of the primary ray calculated in step S102 and the dose component SAR of the scattered radiation calculated in step S104. Then, the MU value and the absorbed dose value at an arbitrary point are calculated from the irradiation dose Q by a predetermined calculation formula.

ステップS110では、ステップS108で計算した照射野Fの照射線量QのMU値と、治療計画装置16で生成した治療計画情報に含まれる照射線量のMU値と、の差分を計算する。   In step S110, the difference between the MU value of the irradiation dose Q of the irradiation field F calculated in step S108 and the MU value of the irradiation dose included in the treatment plan information generated by the treatment planning device 16 is calculated.

また、ステップS109では、治療計画情報に含まれる照射線量のMU値を取得する。   In step S109, the MU value of the irradiation dose included in the treatment plan information is acquired.

ステップS111では、ステップS109で取得したMU値に基づいて、任意点の照射野Fの吸収線量値を計算する。   In step S111, based on the MU value acquired in step S109, the absorbed dose value of the irradiation field F at an arbitrary point is calculated.

ステップS113では、ステップS111で計算した、任意点の照射野Fの吸収線量値と、治療計画装置16で生成した治療計画情報に含まれる吸収線量値と、の差分を計算する。   In step S113, the difference between the absorbed dose value of the irradiation field F at the arbitrary point calculated in step S111 and the absorbed dose value included in the treatment plan information generated by the treatment planning device 16 is calculated.

ステップS110で計算された差分及びステップS111で計算された差分は、治療計画が妥当であるか否かを検証する際の判断材料とされる。   The difference calculated in step S110 and the difference calculated in step S111 are used as judgment materials when verifying whether or not the treatment plan is valid.

このように、本実施形態では、散乱線による線量成分を計算する際に、不均質物質を考慮して計算するので、放射線の側方の散乱が考慮されて散乱線による線量成分が計算される。これにより、精度良く照射線量を計算することができ、独立計算検証を精度良く実行することができる。   As described above, in the present embodiment, when calculating the dose component due to the scattered radiation, the calculation is performed in consideration of the inhomogeneous material. Therefore, the dose component due to the scattered radiation is calculated in consideration of the lateral scattering of the radiation. . Thereby, the irradiation dose can be calculated with high accuracy, and independent calculation verification can be executed with high accuracy.

ところで、放射線治療照射装置14は、照射線量のMU値、MLC位置、X方向ジョー位置、Y方向ジョー位置、ガントリ角度、コリメータ角度を含む各種パラメータを各々検出する各種センサ(図示省略)を備えており、治療計画情報に基づいて患者Hに放射線を照射した場合には、上記各種パラメータが記憶部(図示省略)にログファイルとして記憶される。   By the way, the radiation therapy irradiation apparatus 14 includes various sensors (not shown) for detecting various parameters including the MU value of the irradiation dose, the MLC position, the X direction jaw position, the Y direction jaw position, the gantry angle, and the collimator angle. When the patient H is irradiated with radiation based on the treatment plan information, the various parameters are stored as a log file in the storage unit (not shown).

治療計画情報における上記各種パラメータ(期待値)とログファイルにおける上記各種パラメータ(実測値)とは厳密に一致しない場合があり、ログファイルにおける上記各種パラメータを用いて線量計算を行った方が実測を反映した線量計算を行うことができる場合がある。   The various parameters (expected values) in the treatment plan information may not exactly match the various parameters (actual values) in the log file, and the dose calculation using the various parameters in the log file may result in actual measurement. It may be possible to perform a reflected dose calculation.

そこで、例えば図7に示すように、独立計算検証装置18が、放射線治療照射装置14から出力されたログファイルを取得し、図5の線量計算を実行する場合に、治療計画情報に代えて、放射線治療照射装置14から取得したログファイルに含まれる各種パラメータを用いて線量計算を行うようにしてもよい。これにより、実測を反映した線量計算を行うことができる。   Therefore, for example, as shown in FIG. 7, when the independent calculation verification device 18 acquires the log file output from the radiotherapy irradiation device 14 and executes the dose calculation of FIG. 5, instead of the treatment plan information, You may make it perform dose calculation using the various parameters contained in the log file acquired from the radiotherapy irradiation apparatus 14. FIG. Thereby, dose calculation reflecting actual measurement can be performed.

また、本実施形態で説明した線量計算プログラムはあくまでも一例である。従って、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよいことは言うまでもない。   Moreover, the dose calculation program demonstrated by this embodiment is an example to the last. Therefore, it goes without saying that unnecessary steps may be deleted, new steps may be added, and the processing order may be changed within a range not departing from the spirit.

10 放射線治療照射システム
12 CT撮影装置
14 放射線治療照射装置
14A ガントリ
16 治療計画装置
18 独立計算検証装置
20 放射線源
22 コリメータ
22Y ジョー
22X ジョー
22M マルチリーフコリメータ
40 特定部
42 計算部
44 記憶部
46 表示部
D 分割線
E0 均質物質領域
E1、E2 不均質物質領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Radiotherapy irradiation system 12 CT imaging apparatus 14 Radiation therapy irradiation apparatus 14A Gantry 16 Treatment plan apparatus 18 Independent calculation verification apparatus 20 Radiation source 22 Collimator 22Y Jaw 22X Jaw 22M Multi-leaf collimator 40 Specific part 42 Calculation part 44 Storage part 46 Display part D Dividing line E0 Homogeneous material region E1, E2 Heterogeneous material region

上記目的を達成するために、請求項1記載の線量計算装置は、患者のCT画像及び治療計画装置により生成された治療計画情報に基づいて、前記患者に治療用放射線を照射する照射野のうち、均質物質が存在する均質物質領域と、不均質物質が存在する不均質物質領域と、を特定する特定部と、前記治療計画情報に基づいて、前記不均質物質領域を前記均質物質領域と等価な領域に変換した上で、クラークソン法を用いて前記照射野に前記治療用放射線を照射したときの線量を計算する計算部と、を含み、前記計算部は、線量評価点を中心として前記照射野を等角度で放射状に分割する分割部と、前記照射野を分割する分割線が前記不均質物質領域を通る部分の長さを、前記分割線が前記均質物質領域を通る場合と等価な長さに変換する変換部と、前記分割線が前記均質物質領域と通る部分の長さと、前記変換部により変換された前記不均質物質領域を通る部分の長さと、を加算して前記分割線の長さを算出する算出部と、前記算出部により算出された前記分割線の長さに基づいて、クラークソン法を用いて前記照射野に前記治療用放射線を照射したときの線量を計算する線量計算部と、を含み、前記変換部は、前記分割線が通る前記不均質物質領域の数をN、前記分割線がi番目に通る不均質物質領域の物理長をPL 、前記分割線がi番目に通る不均質物質領領域の前記CT画像のCT値に対応した電子密度をED として、前記不均質物質領域を通る部分の長さRPLを[数1]式で算出することにより、前記分割線が前記均質物質領域を通る場合と等価な長さに変換する。 In order to achieve the above object, the dose calculation apparatus according to claim 1 is an irradiation field for irradiating the patient with therapeutic radiation based on a CT image of the patient and treatment plan information generated by the treatment planning apparatus. A homogenous substance area in which a homogeneous substance exists, a heterogeneous substance area in which a heterogeneous substance exists, a specific part for identifying the heterogeneous substance area, and the heterogeneous substance area equivalent to the homogeneous substance area based on the treatment plan information on converted into an area, seen including a calculation unit for calculating the dose when irradiated with the therapeutic radiation in the irradiation field by using the Clarkson method, wherein the calculation unit, around a dose evaluation point Equivalent to the division part that divides the irradiation field radially at equal angles and the length of the part where the dividing line that divides the irradiation field passes through the heterogeneous material region. To convert to a long length And calculating the length of the dividing line by adding the length of the portion where the dividing line passes through the homogeneous material region and the length of the portion passing through the heterogeneous material region converted by the converting unit. And a dose calculation unit for calculating a dose when the therapeutic radiation is irradiated to the irradiation field using the Clarkson method based on the length of the dividing line calculated by the calculation unit. The conversion unit includes N as the number of the heterogeneous material regions through which the dividing line passes, PL i as the physical length of the heterogeneous material region through which the dividing line passes i-th, and the heterogeneity through which the dividing line passes through i-th. The electron density corresponding to the CT value of the CT image of the material region is defined as ED i , and the length RPL of the portion passing through the heterogeneous material region is calculated by the formula [1], whereby the dividing line is converted into the homogeneous line. Convert to the equivalent length when passing through the material region

また、請求項に記載したように、前記計算部は、前記治療計画情報に含まれるパラメータを放射線照射装置にて実測した実測値を記録したログファイルを取得し、前記治療計画情報に代えて、前記ログファイルを用いて前記線量を計算するようにしてもよい。 In addition, as described in claim 2 , the calculation unit obtains a log file in which actual values obtained by actually measuring parameters included in the treatment plan information with a radiation irradiation apparatus are recorded, and instead of the treatment plan information. The dose may be calculated using the log file.

請求項記載の発明の線量計算方法は、患者のCT画像及び治療計画装置により生成された治療計画情報に基づいて、前記患者に治療用放射線を照射する照射野のうち、均質物質が存在する均質物質領域と、不均質物質が存在する不均質物質領域と、を特定するステップと、前記治療計画情報に基づいて、前記不均質物質領域を前記均質物質領域と等価な領域に変換した上で、クラークソン法を用いて前記照射野に前記治療用放射線を照射したときの線量を計算するステップと、を含む。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a dose calculation method in which a homogeneous substance is present in an irradiation field that irradiates the patient with therapeutic radiation based on a CT image of the patient and treatment plan information generated by the treatment planning apparatus. A step of identifying a homogeneous material region and a heterogeneous material region where a heterogeneous material exists, and after converting the heterogeneous material region into an equivalent region to the homogeneous material region based on the treatment plan information And calculating a dose when the therapeutic radiation is irradiated to the irradiation field using Clarkson method.

請求項記載の線量計算プログラムは、コンピュータを、請求項1又は請求項2記載の線量計算装置の各として機能させるための線量計算プログラムである。 Dose calculation program according to claim 4 is a computer, a dose calculation program for functioning as a respective part of the dose calculation apparatus according to claim 1 or claim 2, wherein.

Claims (6)

患者のCT画像及び治療計画装置により生成された治療計画情報に基づいて、前記患者に治療用放射線を照射する照射野のうち、均質物質が存在する均質物質領域と、不均質物質が存在する不均質物質領域と、を特定する特定部と、
前記治療計画情報に基づいて、前記不均質物質領域を前記均質物質領域と等価な領域に変換した上で、クラークソン法を用いて前記照射野に前記治療用放射線を照射したときの線量を計算する計算部と、
を含む線量計算装置。
Based on the CT image of the patient and the treatment plan information generated by the treatment planning apparatus, the homogeneous field where the homogeneous material exists and the non-homogeneous material exist in the irradiation field where the patient is irradiated with therapeutic radiation. A specific part for identifying a homogeneous material region;
Based on the treatment plan information, after converting the inhomogeneous substance region into an equivalent region to the homogeneous substance region, the dose when the therapeutic radiation is irradiated to the irradiation field using the Clarkson method is calculated. A calculation unit to
Dose calculation device.
前記計算部は、
線量評価点を中心として前記照射野を等角度で放射状に分割する分割部と、
前記照射野を分割する分割線が前記不均質物質領域を通る部分の長さを、前記分割線が前記均質物質領域を通る場合と等価な長さに変換する変換部と、
前記分割線が前記均質物質領域と通る部分の長さと、前記変換部により変換された前記不均質物質領域を通る部分の長さと、を加算して前記分割線の長さを算出する算出部と、
前記算出部により算出された前記分割線の長さに基づいて、クラークソン法を用いて前記照射野に前記治療用放射線を照射したときの線量を計算する線量計算部と、
を含む請求項1記載の線量計算装置。
The calculator is
A dividing unit that divides the irradiation field radially at an equal angle around a dose evaluation point;
A conversion unit that converts a length of a parting line that divides the irradiation field through the heterogeneous material region into a length equivalent to a case where the parting line passes through the homogeneous material region;
A calculating unit that calculates the length of the dividing line by adding the length of the part through which the dividing line passes through the homogeneous material region and the length of the part through the heterogeneous material region converted by the converting unit; ,
Based on the length of the dividing line calculated by the calculation unit, a dose calculation unit that calculates a dose when the therapeutic radiation is irradiated to the irradiation field using Clarkson method;
The dose calculation apparatus according to claim 1, comprising:
前記変換部は、前記分割線が前記不均質物質領域を通る部分の物理長と、前記不均質物質領域を通る部分の電子密度と、に基づいて、前記不均質物質領域を通る部分の長さを、前記分割線が前記均質物質領域を通る場合と等価な長さに変換する
請求項2記載の線量計算装置。
The conversion unit has a length of a portion passing through the heterogeneous material region based on a physical length of a portion where the dividing line passes through the heterogeneous material region and an electron density of a portion passing through the heterogeneous material region. The dose calculation device according to claim 2, wherein the dividing line is converted into a length equivalent to that when the dividing line passes through the homogeneous material region.
前記計算部は、前記治療計画情報に含まれるパラメータを放射線照射装置にて実測した実測値を記録したログファイルを取得し、前記治療計画情報に代えて、前記ログファイルを用いて前記線量を計算する
請求項1〜3の何れか1項に記載の線量計算装置。
The calculation unit obtains a log file that records actual values obtained by actually measuring parameters included in the treatment plan information with a radiation irradiation apparatus, and calculates the dose using the log file instead of the treatment plan information. The dose calculation apparatus according to any one of claims 1 to 3.
患者のCT画像及び治療計画装置により生成された治療計画情報に基づいて、前記患者に治療用放射線を照射する照射野のうち、均質物質が存在する均質物質領域と、不均質物質が存在する不均質物質領域と、を特定するステップと、
前記治療計画情報に基づいて、前記不均質物質領域を前記均質物質領域と等価な領域に変換した上で、クラークソン法を用いて前記照射野に前記治療用放射線を照射したときの線量を計算するステップと、
を含む線量計算方法。
Based on the CT image of the patient and the treatment plan information generated by the treatment planning apparatus, the homogeneous field where the homogeneous material exists and the non-homogeneous material exist in the irradiation field where the patient is irradiated with therapeutic radiation. Identifying a homogeneous material region;
Based on the treatment plan information, after converting the inhomogeneous substance region into an equivalent region to the homogeneous substance region, the dose when the therapeutic radiation is irradiated to the irradiation field using the Clarkson method is calculated. And steps to
Dose calculation method including
コンピュータを、
請求項1〜4の何れか1項に記載の線量計算装置の各手段として機能させるための線量計算プログラム。
Computer
The dose calculation program for functioning as each means of the dose calculation apparatus of any one of Claims 1-4.
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Title
STATHAKIS, SOTIRIOS, ET AL.: "An inhomogeneity correction algorithm for irregular fields of high-energy photon beams based on Clar", JOURNAL OF APPLIED CLINICAL MEDICAL PHYSICS, vol. Vol. 7, No. 1, JPN6017025522, 2006, pages p. 1-13 *
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