JP2018075150A - 放射線治療計画装置および放射線治療システム - Google Patents

Abstract

【課題】放射線治療を計画する際に、治療計画立案の短時間化および省力化を可能とする放射線治療計画装置と放射線治療システムを提供する。【解決手段】放射線治療計画装置４００内の演算処理装置４０３の予測ＤＶＨ計算部４０３４は、放射線治療計画装置４００に入力された被照射体画像中の標的領域５０１を非等方的に拡大させ、拡大回数毎に重要臓器領域５０２との重なり領域ＯＶを算出する。さらに、算出した各ＯＶの体積と、過去の治療計画データ群から算出した拡大回数毎のＯＶ中の線量ヒストグラムからＤＶＨ（Ｄｏｓｅ ｖｏｌｕｍｅ ｈｉｓｔｏｇｒａｍ）を予測し、表示装置４０１に表示する。【選択図】 図３

Description

本発明は、放射線治療計画装置および放射線治療システムに関する。

治療計画立案の短時間化および省力化を目的として、非特許文献１には、強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ：Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ）において、標的と重要臓器の位置関係と、過去の治療計画データ群と、に基づき、適切な照射が実施された際のＤＶＨ（Ｄｏｓｅ ｖｏｌｕｍｅ ｈｉｓｔｏｇｒａｍ）を予測し、目標値として示すことで操作者の治療計画立案を支援する技術が示されている。

Lindsey M. Appenzoller, et al., "Predicting dose-volume histograms for organs-at-risk in IMRT planning", Med. Phys. 39 (12), December (2012) 74466-7461

放射線を用いる治療において、標的となる腫瘍細胞への線量集中性が高い陽子線や炭素線に代表される粒子線（荷電粒子ビームともいう）を利用した粒子線治療装置の需要が高まっている。

粒子線治療装置においても、腫瘍領域に対してできるだけ正確に、集中するように指定した線量を照射し、且つその他の正常組織の線量を可能な限り低減することが求められる。粒子線治療においては線量を集中させる方法として、スキャニング法の利用が広がりつつある。これは細い粒子ビームを平面内の任意の位置に導くことで腫瘍内部を塗りつぶすように照射し、腫瘍領域にのみ高い線量を付与するという方法である。スキャニング法の場合、コリメータ等の患者固有の器具は基本的に必要がなく、様々な分布を形成できる、との利点がある。

放射線治療計画装置はＣＴ画像等から得られる患者体内の情報を基に、患者体内での線量分布を数値計算によりシミュレートする装置である。操作者は治療計画装置の計算結果を参照しながら、粒子線を照射する方向やビームエネルギー，照射位置，照射量等の照射条件を決定する。以下にその一般的な過程を簡単に述べる。スキャニング照射には、スポットスキャニング方式とラスター方式とがあるが、ここではスポットスキャニング方式を前提として説明する。

操作者は、はじめに放射線を照射すべき標的領域を入力する。また、ほとんどのケースにおいて、放射線の照射を極力避けるべき重要臓器の位置も同様に入力し、登録する。

次に、操作者は、登録した各々の領域について目標とすべき線量値（処方線量）を設定する。処方線量には、例えば、標的については体積の９５％以上に６０Ｇｙの線量を与える、重要臓器については体積の６０％以上に３０Ｇｙ以上の線量を与えてはいけない、等がある。

続いて、操作者は、設定した処方線量を満足する最も適切な照射条件を決定する。適切な照射条件とは、例えば、重要臓器に障害の発生しない範囲で標的に最大の線量を与える条件である。

照射条件の決定には、処方線量からのずれを数値化した目的関数が利用される。標的への線量付与と重要臓器の線量低減とはトレードオフの関係にあり、標的の目的関数が改善すると重要臓器の目的関数は悪化することが知られている。このため、操作者は、照射条件の最適化に関する入力パラメータを調整して繰り返し治療計画装置を操作し、最も適切な照射条件を探索する必要がある。

このような繰り返し操作を要する従来の治療計画装置には、標的近傍に多数の重要臓器が存在するケース（例えば、頭頸部）において計画の立案が長時間化する、との課題がある。

また、操作者の経験の多寡等に起因して治療計画の結果が異なる、との課題もある。例えば、標的から重要臓器までの距離が比較的離れているケースでは、それぞれの目的関数を同時に改善することが可能である。しかしながら、操作者によっては、標的と重要臓器が隣接したケース（標的と重要臓器の目的関数を同時に改善できない）と同様に考え、より適切な照射条件が存在するにも関わらず、立案した治療計画以上に適切な照射条件はないと判断して適切な照射条件の存在を見落とす可能性がある。

このように、スキャニング照射法の放射線治療においても、治療計画立案の短時間化および省力化を可能とする放射線治療計画装置が望まれている。

これに対し、前述した非特許文献１の手法を適用することが考えられる。しかしながら、スキャニング照射法の放射線治療に対してはＤＶＨを精度良く予測できず、治療計画立案の短時間化および省力化を実現できない可能性があった。

これは、非特許文献１がＩＭＲＴの線量分布が標的周辺に等方的に広がっている事に基づきＤＶＨを予測する技術であるためであり、スキャニング照射などではＤＶＨの予測精度をより向上させる余地があることが本発明者らの検討によって明らかとなった。具体的には、スキャニング照射法の放射線治療においては、ブラッグピークの存在、エネルギー毎のスポット径の違いにより、ビームの照射角度、体表から標的までの深さ等に依存して線量分布は非等方的な広がりをもつ。このため、非等方的な広がりを反映させてＤＶＨを予測することでＤＶＨの予測精度をより向上させることができることが本発明者らの検討によって明らかとなった。

本発明は、放射線治療を計画する際に、治療計画立案の短時間化および省力化を可能とする放射線治療計画装置と放射線治療システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、放射線による治療計画を作成するための放射線治療計画装置であって、過去の治療計画データを記憶するデータベースと、ＤＶＨを表示する表示装置と、予測ＤＶＨを算出する予測ＤＶＨ計算部と、を備え、前記予測ＤＶＨ計算部は、被照射体が撮像された画像中の標的領域を非等方的に変化させて重要臓器領域と前記標的領域とのＯＶ（Ｏｖｅｒｌａｐ Ｖｏｌｕｍｅ）を算出し、算出した前記ＯＶと前記データベースに保存された過去の治療計画データとに基づいて予測ＤＶＨを算出し、前記表示装置は、前記予測ＤＶＨ計算部で算出された前記予測ＤＶＨを表示することを特徴とする。

本発明によれば、放射線治療を計画する際に、治療計画立案の短時間化および省力化を達成することができる。

本発明の粒子線治療システムの全体構成を示す図である。 本発明の放射線治療計画装置でのＣＴ画面上での標的領域等の画面を示す図である。 本発明の放射線治療計画装置でのＯＶ、及び予測ＤＶＨの算出処理を説明する図である。 本発明の放射線治療計画装置で表示される予測ＤＶＨと算出したＤＶＨとが表示された画面の一例を説明する図である。 放射線治療計画装置での治療計画の立案の処理動作の流れを表す図である。 本発明の放射線治療計画装置の処理動作を示す図である。 スポットスキャニング方式による照射量の探索手法の流れを示す図である。

本発明の放射線治療計画装置および放射線治療システムの実施例を、図１乃至図７を用いて説明する。本発明の一実施例は、スキャニング照射法による放射線治療（粒子線治療）を行う放射線治療システムであり、またその治療計画を立案する放射線治療計画装置である。

図１は、粒子線照射装置と放射線治療計画装置とが接続された粒子線治療システムの全体構成を示す図である。また、図２はＣＴ画面上での標的領域等の画面を示す図、図３はＯＶ、及び予測ＤＶＨの算出方法を説明する図である。図４は、予測ＤＶＨおよび算出したＤＶＨが重ねて表示される様子を示す図である。図５は放射線治療計画立案の処理動作の流れを表す図であり、図６は本発明の一実施例である放射線治療計画装置が行う動作を示す図、図７はスポットスキャニング方式による被照射体への照射量の探索手法の流れを示す図である。

まず、スキャニング照射について説明する。スキャニング照射には、スポットスキャニング方式とラスター方式がある。このうち、スポットスキャニング方式とは、標的を複数のある点（スポット）に分割して、あるスポットに規定量のビームを照射後、一度ビームを停止し、次の照射すべきスポットに移動した後に再び照射を開始することで放射線を順次照射する方式である。ラスター方式は、照射位置の移動中にもビームを停止せずに放射線を順次照射する方式である。本発明はラスター方式にも適用可能である。

図１において、放射線治療システム４１０は、放射線を標的に照射する治療計画を作成するための放射線治療計画装置４００と、放射線治療計画装置４００によって作成された治療計画に基づいて標的領域５０１（図２参照）に対して放射線を照射する粒子線照射装置４０６と、を備えている。

図１に示すように、放射線治療計画装置４００は、表示装置４０１と、入力装置４０２と、演算処理装置４０３と、メモリ４０４と、データサーバ（データベース）４０５とを備えている。データサーバ４０５は粒子線照射装置４０６にも接続されている。

データサーバ４０５は、過去の治療計画データを記憶する記憶媒体である。このデータサーバ４０５には、特に、標的領域５０１の体積を増加させて重要臓器領域５０２と重なったＯＶでの平均線量Ｄ_ｊと、線量の標準偏差σ_ｊの情報が記憶されている。

表示装置４０１は、治療計画を作成する際に必要な各種情報や各種処理の実行，設定変更，終了を入力する際に、操作者に情報などを提供するための装置である。本実施例では、例えば、後述する予測ＤＶＨ計算部４０３４で算出された予測標的ＤＶＨ７０２，予測重要臓器ＤＶＨ７１２（図４参照）や、後述する最適化計算部４０３２で計算された計算標的ＤＶＨ７０１，計算重要臓器ＤＶＨ７１１（図４参照）を重ねて表示する。

入力装置４０２は、治療計画を作成する際に、操作者が各種情報や各種処理の実行，設定変更，終了を入力するための装置であり、例えばキーボードやマウスである。この入力装置４０２を用いて、操作者は、予め準備された治療計画用のＣＴ画像中から、標的領域５０１，重要臓器領域５０２等の被照射体の位置を指定する。

メモリ４０４は、後述する演算処理装置４０３における各種の演算処理の際に用いる情報を一時的に記憶する記憶装置である。

演算処理装置４０３は、制御部４０３１と、最適化計算部４０３２と、線量計算部４０３３と、予測ＤＶＨ計算部４０３４とを備える。演算処理装置４０３により最適化された照射条件、線量分布等はデータサーバ４０５に保存され、照射条件はさらに粒子線照射装置４０６に転送される。

制御部４０３１は、演算処理装置４０３内の最適化計算部４０３２、線量計算部４０３３、予測ＤＶＨ計算部４０３４における演算処理の制御を行う。

最適化計算部４０３２は、詳しくは後述するが、目的関数を定義するとともにその計算を行う。また、最適化計算部４０３２は、計算した標的領域５０１に対する線量から、標的領域５０１の計算標的ＤＶＨ７０１および重要臓器領域５０２の計算重要臓器ＤＶＨ７１１を算出する。

線量計算部４０３３は、最適化計算部４０３２で計算されたスポット毎の照射量を計算することで、線量分布の計算を行う。

予測ＤＶＨ計算部４０３４は、入力装置４０２によって指定された治療計画用のＣＴ画像中の標的領域５０１を非等方的に変化させて重要臓器領域５０２と標的領域５０１とが重複する領域（ＯＶ：Ｏｖｅｒｌａｐ Ｖｏｌｕｍｅ，図３等のＯＶ_１，ＯＶ_２，ＯＶ_３，…）を算出する。また、算出したＯＶとデータサーバ４０５に保存された過去の治療計画データとに基づいて、標的の予測ＤＶＨ（予測標的ＤＶＨ７０２）や重要臓器の予測ＤＶＨ（予測重要臓器ＤＶＨ７１２）を算出する。

詳しくは後述するが、予測ＤＶＨ計算部４０３４は、予測ＤＶＨを算出する際に、放射線の照射方向、および体輪郭（体表）５０３（図２参照）から標的領域５０１までの深さの情報に基づいて標的領域５０１を非等方的に変化、具体的には非等方的に拡大させる。また、非等方的に拡大させる際には、標的領域５０１より体輪郭５０３に近い側での拡大量を標的領域５０１より体輪郭５０３に遠い側での拡大量より大きくする。

粒子線照射装置４０６は標的領域５０１に対して放射線を照射するための装置であり、陽子線を生成し初期加速する入射部４０６１と、陽子線を所定エネルギーまで加速する加速部４０６２と、陽子線を成形し、照射を制御する照射制御部４０６３とを備える。なお、粒子線照射装置４０６によって照射する粒子線は陽子に限られず、陽子より質量の大きい粒子、例えば炭素イオン等とすることができる。

次に、放射線治療計画装置４００を用いた本実施例の治療計画の作成処理の詳細について図５乃至図７を用いて以下説明する。

まず、操作者は、放射線治療計画装置４００の表示装置４０１の領域入力画面で、入力装置４０２を用いて、被照射体のＣＴ画像のスライスごとに指定すべき領域（標的領域５０１、重要臓器領域５０２および体輪郭（体表）５０３）を入力する。各スライスで入力が終わると、操作者は入力した領域を登録する。被照射体への照射線量を極力抑えるべき重要臓器が標的領域の近傍に存在するなど、他に評価、制御を必要とする領域がある場合、操作者はそれら重要臓器の位置も同様に登録する。登録することで、操作者が入力した領域は、３次元の位置情報としてメモリ４０４内に保存される。図２は、操作者が表示装置４０１においてＣＴ画像のあるスライス上で標的領域５０１、重要臓器領域５０２、体輪郭５０３を入力した状態を例として示している。また、操作者は、入力した各領域５０１，５０２，５０３の放射線治療計画装置４００への登録指示操作を行い、登録させる（ステップＳ１０１）。

この結果、これら入力された標的領域５０１や重要臓器領域５０２等の位置は放射線治療計画装置４００に登録され、メモリ４０４に保存される（図６、ステップＳ３０１）。

続いて、操作者は登録された標的領域に対して照射条件を決定する（図５、ステップＳ１０２）。すなわち、標的領域と重要臓器の位置に基づき、照射門数や照射方向を設定する。設定した照射条件はメモリ４０４に保存される（図６、ステップＳ３０２）。このステップＳ１０２で決定される照射条件には、すべてを操作者が決めるのではなく装置が自動的に決められるものもある。本実施例のように粒子線治療でスキャニング照射法を採用した場合は、多数のスポット位置を定めなければならず、各スポットへの照射ビームエネルギーや照射間隔も設定すべき項目となりうる。

続いて、放射線治療計画装置４００は、演算処理装置４０３の予測ＤＶＨ計算部４０３４により予測ＤＶＨを計算し、計算結果を表示装置４０１にて表示する（図６、ステップＳ３０３）。以下、図３を用いて予測ＤＶＨの算出プロセスを説明する。

まず初めに、予測ＤＶＨ計算部４０３４は被照射体画像中の標的領域５０１の体積を増加させ、重要臓器領域５０２とのＯＶを計算する。標的領域５０１の増加方向を算出するため、予測ＤＶＨ計算部４０３４は標的表面での法線ベクトルｒ_ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を求める。Ｎは標的表面での法線ベクトルｒ_ｉの数を示す。点Ｐ_ｉはｒ_ｉと標的との交点であり、標的表面上に均一に分布している。法線ベクトルｒ_ｉの大きさはＡ_１で、全ての面で同じである。ＯＶの計算にはＡ_１＝１〜１０ｍｍ程度が妥当と考えられるが、各施設のプロトコル等に応じて適宜変更することができる。

次に、予測ＤＶＨ計算部４０３４は、法線ベクトルｒ_ｉをビーム照射方向Ｂ_１に平行な成分ｒ_ｉ１と、Ｂ_１に垂直な成分ｒ_ｉ２の２つの成分に分解し、以下の式（１），（２）に基づき各成分の大きさを調整する。

および

ここで、ｚはビーム照射方向Ｂ_１における体表から点Ｐ_ｉまでの深さであり、Ｃ_２（ｚ）＞０である。Ｃ_２（ｚ）は横方向への標的領域５０１の拡大量を示し、深さｚに依存して変化する。例えば、深さ３０ｃｍ近傍や飛程１０ｃｍ以下の浅部領域ではスポットサイズの増大により比較的大きな値となる。

また、式（１）中のＣ_１は、以下の式（３）のように表される。

である。ここで、Ａ_３＞Ａ_２＞０である。Ａ_２はディスタル側における標的領域５０１の拡大量を示す。粒子線は飛程を持ち、ブラッグピーク以降に線量をほとんど落とさないためＡ_２は比較的小さい値となる。一方、Ａ_３はプロキシマル側の標的拡大量を示し、水面付近に低線量領域を備えるブラッグカーブの形状から比較的大きな値を取る。

式（１）〜式（３）による調整後の法線ベクトルをｒ_ｉ’とすると、拡大後の標的領域６０１は以下の点Ｐ_ｉ’が囲む領域となる。

なお、本実施例では式（１）〜式（３）により非等方的な標的領域５０１の拡大を実現したが、粒子線の線量分布と相関を持つ拡大方法であれば、本実施例と同等の効果が得られる。

上述した式（１）〜式（３）中において「Ａ_３＝Ａ_２＝Ｃ_２（ｚ）＝定数」とすると、非特許文献１で示されるような標的領域の拡大と同等の処理となる。

次いで、図３に示すように、予測ＤＶＨ計算部４０３４は、上記手順に従って拡大した標的領域６０１をさらに拡大し、重要臓器領域５０２と重なる領域、即ちＯＶを更に算出する。ここで、ｊ−１回目の拡大を受けた標的と重要臓器のＯＶと、ｊ回目の拡大を受けた標的と重要臓器のＯＶとの差をＯＶ_ｊとする。また、ＯＶ_ｊの体積をｄＶ_ｊとする。

なお、本実施例では式（１）〜式（３）に示すＡ_２，Ａ_３，Ｃ_２（ｚ）を固定値としたが、実データに応じて、拡大回数ｊに応じて変化させても良い。

次いで、予測ＤＶＨ計算部４０３４は、データサーバ４０５に記憶された過去に実施された治療データ群から求めたＯＶ_ｊでの平均線量Ｄ_ｊと線量の標準偏差σ_ｊの情報にアクセスし、以下の式（５）に従って重要臓器内５０２の線量ヒストグラムと体積ｄＶ_ｊとの積を算出する。ここで、ｍは重要臓器が標的に完全に含まれるまでの拡大回数を示す。

最後に、予測ＤＶＨ計算部４０３４は、式（５）の結果を積分表示して予測ＤＶＨとし、表示装置４０１に表示する。

なお、本実施例ではＯＶ_ｊ中の線量ヒストグラムをガウス分布でモデル化したが、実データに応じて分布形状は変更して良い（コーシー分布、ランダウ分布等）。拡大回数ｊ毎に分布形状を変化させることもできる。

次に、操作者は、登録された各領域（標的領域５０１および重要臓器領域５０２）への処方線量を設定する（ステップＳ１０３）。

設定する処方線量は、標的領域５０１であれば、その領域内が受けるべき線量の最小値、最大値を入力することも多いが、ここでは標的領域５０１に照射すべき線量値を一つ指定する。一方、重要臓器領域５０２に対しては許容線量を設定することが多い。操作者は表示装置４０１に表示された予測ＤＶＨの形状に基づき、重要臓器領域５０２への許容線量を指定する。この他にも、予測ＤＶＨ計算部４０３４が、予測ＤＶＨの形状に基づき、重要臓器の許容線量を自動設定しても良い。その場合は、操作者が自動入力された許容線量を一旦確認し、必要であれば調整して放射線治療計画装置４００に指定する。

以上のように設定した照射方向や処方線量をメモリ４０４に保存する（図６、ステップＳ３０４）。

次いで、放射線治療計画装置４００は、処方線量とのずれを数値化した目的関数を定義し（図６、ステップＳ３０５）、反復計算を行う（図６、ステップＳ３０６）。ステップＳ３０６での反復計算により目的関数を最小化することで、スポット毎の照射量等、照射条件に関する残されたパラメータを算出する。

ステップＳ３０６においては、演算処理装置４０３の線量計算部４０３３が線量分布計算を行い、その結果のデータをメモリ４０４に格納する。そして、反復計算毎に、メモリ４０４に格納した線量分布結果データを読み出し、目的関数を用いてパラメータを算出する。反復計算及びメモリ４０４からのデータの読み出しは、制御部４０３１の指令により行われる。目的関数の定義及び計算は、演算処理装置４０３の最適化計算部４０３２で実行する。前述のようにスポットスキャニング照射法を採用した場合、目的関数を用いて算出するパラメータには各スポットへの照射量（スポット照射量）がある。

ここで、目的関数を用いたパラメータの探索手法の一例として、図７を用いて説明する。

目的関数を用いたパラメータの探索手法では、まず、操作者は、入力装置４０２を用いて、処方線量や、重要臓器の情報から制約条件を設定する（図７、ステップＳ２０１）。

続いて、放射線治療計画装置４００は、標的領域５０１内、重要臓器領域５０２内のそれぞれに線量を計算する点をｍ個およびｎ個設定し、制約条件を基に目的関数を作成する（図７、ステップＳ２０２）。

標的領域５０１内のｍ個の点での線量値を要素とするベクトルをｄ^（１）とすると、ｄ^（１）とスポット照射量を要素とするベクトルｘとの関係は、次式（６）で表せる。

上記式（６）において、行列Ａは、各スポットへ照射したビームからの標的領域内の計算点に与える線量（線量行列）を表し、照射方向やＣＴ画像による体内情報を基に計算される。

同様に、重要臓器領域５０２内のｎ個の点での線量値を要素とするベクトルをｄ^（２）とすると、式（６）と同様にｄ^（２）＝Ｂｘと表すことができる。Ｂは行列Ａと同様な行列であり、各スポットへ照射したビームからの重要臓器内の計算点に与える線量（線量行列）である。

ステップＳ２０１における制約条件として、標的領域５０１に対応するｍ個の点に対して目標とする線量値ｐ、重要臓器領域５０２に対応するｎ個の点に対して許容線量値ｌが設定された場合、目的関数Ｆ（ｘ）は、次式（７）のように設定される。

上記式（７）において、Ｗ_ｉ ^（１），Ｗ_ｉ ^（２）は、それぞれの点に対応するウエイトであって、処方線量と共に操作者によって入力される値である。

上記式（７）の第一項は標的領域に相当する部分となり、ｍ個の点での線量値が目標として設定された処方線量値ｐに近いほど目的関数Ｆ（ｘ）は小さくなる。上記式（７）の第二項は重要臓器に関する項であり、許容線量ｌを越えない線量であればよい。上記式（７）のθ（ｄ_ｉ ^（２）−ｌ）は階段関数であり、ｄ_ｉ ^（２）＜ｌの場合は０、それ以外の場合は１となる。

放射線治療計画装置４００は、上記式（７）の目的関数Ｆ（ｘ）を生成後、反復計算の終了条件を満たすまで反復計算を繰り返すことで、目的関数Ｆ（ｘ）が最も小さくなるＸ^→を探索する（図７、ステップＳ２０３）。

次いで、反復計算の終了条件を満たすかどうか判断する（図７、ステップＳ２０４）。前述したように、終了条件には、計算時間や計算回数、目的関数の変化量などの指標が設定される。

終了条件を満たすと判定されたときは処理をステップＳ２０５に進めて、放射線治療計画装置４００は反復計算を終了して探索を終了する（図７、ステップＳ２０５）。満たさないと判定されたときは処理をステップＳ２０３に戻し、再度反復計算を実行する。

図６の動作フローにおいて、放射線治療計画装置４００は、反復計算の結果最終的に求められたスポット照射量に基づき線量分布を計算し、その結果を表示装置４０１に表示する（図６、ステップＳ３０７）。

上記の動作は、図５のステップＳ１０４の照射量探索に相当する。

表示装置４０１には反復計算の結果最終的に求められたＤＶＨ（図４における計算標的ＤＶＨ７０１，計算重要臓器ＤＶＨ７１１）と予測ＤＨＶ（予測標的ＤＶＨ７０２，予測重要臓器ＤＶＨ７１２）が重ねて表示される。

図４では、実線は計算結果の標的のＤＶＨ（計算標的ＤＶＨ７０１）、点線は予測された標的のＤＶＨ（予測標的ＤＶＨ７０２）、破線は計算結果の重要臓器のＤＶＨ（計算重要臓器ＤＶＨ７１１）、一点鎖線は予測された重要臓器のＤＶＨ（予測重要臓器ＤＶＨ７１２）である。

図４に示すように、標的への線量付与（計算標的ＤＶＨ７０１）は予測された予測標的ＤＶＨ７０２と比較すると低線量ならびに高線量の部分があることが分かる。一方、重要臓器に関しては予想（予測重要臓器ＤＶＨ７１２）よりも線量付与（計算重要臓器ＤＶＨ７１１）が全体的に少ないことが分かる。この場合、許容される重要臓器への付与線量の範囲内で、重要臓器への付与線量の増加を許容することができること、またこれにより、標的への線量分布を改善することが可能である、と容易に判断することができる。

操作者は、反復計算の結果得られた線量分布が、処方線量として指定した条件を満たしているか否かを図４に示すような表示を参考にして判断する（ステップＳ１０５）。定められた条件を満たすと判断したときはその条件を確定し、操作者の指示によりメモリ４０４に保存するとともに、照射条件をデータサーバ４０５に出力し（図５、ステップＳ１０６）、治療計画の作成が完了する。

一方、ステップＳ１０５おいて、条件を満たしていないと操作者が判断した場合、例えば処方された線量と大きく異なる領域が確認される場合には、ステップＳ１０２に戻り、照射条件及び処方線量を変更し、計画を立て直す。

しかしながら、本実施例では、処方線量は過去のデータに基づき妥当な数値が入力されている。従って、計画の立て直しが必要になった場合でも、ほとんどの場合で目的関数間のウエイトを変更する等の小さな修正で対応が可能となる。

その後、データサーバ４０５では、送付された線量分布と被照射体画像からＯＶ_ｊ中の線量ベクトルｄ_ｉ（要素数はＯＶ_ｊ中に含まれるボクセルの数である）を抽出して過去の治療計画データ群に加え、ＯＶ_ｊでの平均線量Ｄ_ｊと線量の標準偏差σ_ｊの情報を更新する。この際、ＤＶＨの予測精度を向上させるため、過去の治療計画データ群は、治療部位毎などに応じで分類し、分類別に予測ＤＶＨの算出に要するパラメータ（本実施例では、平均線量Ｄ_ｊ、線量の標準偏差σ_ｊ）を保存、更新する方法も有効である。

次に、本実施例の効果について説明する。

上述した本実施例の放射線治療システム４１０は、標的領域５０１に対して放射線を照射する放射線照射装置４０６と、放射線治療計画装置４００と、を備えている。このうち、放射線治療計画装置４００は、過去の治療計画データを記憶するデータサーバ４０５と、ＤＶＨを表示する表示装置４０１と、予測標的ＤＶＨ７０２，予測重要臓器ＤＶＨ７１２を算出する予測ＤＶＨ計算部４０３４と、を備え、予測ＤＶＨ計算部４０３４は、標的領域５０１，重要臓器領域５０２が撮像された画像中の標的領域５０１を非等方的に変化させて重要臓器領域５０２と標的領域５０１とのＯＶ_１，ＯＶ_２，ＯＶ_３，…を算出し、算出したＯＶ_１，ＯＶ_２，ＯＶ_３，…とデータサーバ４０５に保存された過去の治療計画データとに基づいて予測標的ＤＶＨ７０２，予測重要臓器ＤＶＨ７１２を算出し、表示装置４０１は、予測ＤＶＨ計算部４０３４で算出された予測標的ＤＶＨ７０２，予測重要臓器ＤＶＨ７１２を表示する。

このような構成であることで、表示装置４０１に治療計画の目標値として予測ＤＶＨ７１１，７１２を表示することができる。このため、操作者による意思決定、即ち、パラメータを変更して治療計画をやり直す必要があるか否かを瞬時に判断することができる。また、この表示される予測ＤＶＨ７１１，７１２は、標的領域５０１を非等方的に変化させてＯＶを算出し、算出したＯＶとデータサーバ４０５に保存された過去の治療計画データとに基づいて算出されるため、粒子線の物理的性質によるブラッグピークの存在、エネルギー毎のスポット径の違いにより、ビームの照射角度、体表から標的までの深さ等に依存して線量分布が非等方的な広がりをもつスキャニング照射法においても、非等方的な広がりを反映させたものとすることができる。従って、高い精度での操作者の意思決定のサポートを行うことができ、治療計画の作成に要する時間を短縮させることが可能となる。

また、予測ＤＶＨ計算部４０３４は、放射線の照射方向、および体輪郭（体表）５０３から標的領域５０１までの深さの情報に基づいて標的領域５０１を非等方的に変化させる、特に予測ＤＶＨ計算部４０３４は、標的領域５０１より体輪郭５０３に近い側での非等方的な変化の変化量を標的領域５０１より体輪郭５０３に遠い側での非等方的な変化の変化量より大きくするため、より正確に非等方的な広がりを反映させて予測ＤＶＨを算出することが可能となり、操作者の意思決定のサポートの精度をより高めることができる。

更に、標的領域５０１に対する線量から標的領域５０１および重要臓器領域５０２の計算標的ＤＶＨ７０１，計算重要臓器ＤＶＨ７１１を算出する最適化計算部４０３２を更に備え、表示装置４０１は、予測標的ＤＶＨ７０２，予測重要臓器ＤＶＨ７１２と最適化計算部４０３２で計算された計算標的ＤＶＨ７０１，計算重要臓器ＤＶＨ７１１とを重ねて表示することにより、治療計画の目標値として予測ＤＶＨが表示される。このため、操作者による意思決定、即ち、パラメータを変更して治療計画をやり直す必要があるか否かを操作者は瞬時に判断することができる。従って、スキャニング照射法の放射線治療において、治療計画立案の更なる短時間化および省力化が可能となる。

また、標的領域５０１と重要臓器領域５０２との位置関係は、多くの場合、標的領域５０１を非等方的に拡大させることでＯＶの算出を行うことになるため、予測ＤＶＨ計算部４０３４は、標的領域５０１を非等方的に拡大させることで、多くのケースに対応することが可能となる。

＜その他＞
なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。

例えば、非等方的に拡大する場合について説明したが、本発明は非等方的に縮小する場合にも適用することができる。例えば、粒子線の照射誤差を予め考慮して標的領域のマージンを十分にとる場合であり、標的領域と重要臓器との距離が近い場合、予め標的領域と重要臓器とが重複する場合がある。このような場合は、予測ＤＶＨ計算部４０３４は被照射体画像中の標的領域の体積を減少させ、重要臓器領域とのＯＶを計算する。このときの減少のさせ方は基本的に上述した拡大する場合と同じでよく、標的領域より体輪郭に近い側での減少量を標的領域より体輪郭に遠い側での減少量より大きくすることで、非等方的に減少させる。このような方法によっても、同様に、治療計画の作成の短時間化・省力化を図ることができる。

４００…放射線治療計画装置
４０１…表示装置
４０２…入力装置
４０３…演算処理装置
４０３１…制御部
４０３２…最適化計算部
４０３３…線量計算部
４０３４…予測ＤＶＨ計算部
４０４…メモリ
４０５…データサーバ（データベース）
４０６…粒子線照射装置
４０６１…入射部
４０６２…加速部
４０６３…照射制御部
４１０…放射線治療システム
５０１…標的領域
５０２…重要臓器領域
５０３…体輪郭（体表）
６０１…拡大された標的領域

Claims (8)

1. 放射線による治療計画を作成するための放射線治療計画装置であって、
   過去の治療計画データを記憶するデータベースと、
   ＤＶＨを表示する表示装置と、
   予測ＤＶＨを算出する予測ＤＶＨ計算部と、を備え、
   前記予測ＤＶＨ計算部は、被照射体が撮像された画像中の標的領域を非等方的に変化させて重要臓器領域と前記標的領域とのＯＶ（Ｏｖｅｒｌａｐ Ｖｏｌｕｍｅ）を算出し、算出した前記ＯＶと前記データベースに保存された過去の治療計画データとに基づいて予測ＤＶＨを算出し、
   前記表示装置は、前記予測ＤＶＨ計算部で算出された前記予測ＤＶＨを表示する
   ことを特徴とする放射線治療計画装置。
2. 請求項１に記載の放射線治療計画装置において、
   前記予測ＤＶＨ計算部は、前記放射線の照射方向、および体表から前記標的領域までの深さの情報に基づいて前記標的領域を非等方的に変化させる
   ことを特徴とする放射線治療計画装置。
3. 請求項２に記載の放射線治療計画装置において、
   前記予測ＤＶＨ計算部は、前記標的領域より前記体表に近い側での非等方的な変化の変化量を前記標的領域より前記体表に遠い側での非等方的な変化の変化量より大きくする
   ことを特徴とする放射線治療計画装置。
4. 請求項１に記載の放射線治療計画装置において、
   前記標的領域に対する線量から前記標的領域および前記重要臓器領域のＤＶＨを算出する最適化計算部を更に備え、
   前記表示装置は、前記予測ＤＶＨと前記最適化計算部で計算されたＤＶＨとを重ねて表示する
   ことを特徴とする放射線治療計画装置。
5. 請求項１に記載の放射線治療計画装置において、
   前記予測ＤＶＨ計算部は、前記標的領域を非等方的に拡大させる
   ことを特徴とする放射線治療計画装置。
6. 請求項１に記載の放射線治療計画装置において、
   前記放射線の照射計画は、前記標的領域を複数の小領域に分割して、この複数の小領域に放射線を順次照射する照射方法とする
   ことを特徴とする放射線治療計画装置。
7. 請求項１に記載の放射線治療計画装置において、
   前記放射線を、陽子イオンまたは陽子より質量の大きい粒子イオンからなる粒子線とする
   ことを特徴とする放射線治療計画装置。
8. 標的領域に対して放射線を照射する放射線照射装置と、
   請求項１に記載の放射線治療計画装置と、を備え、
   前記放射線照射装置は、前記放射線治療計画装置によって作成された治療計画に基づいて前記標的領域に対して前記放射線を照射する
   ことを特徴とする放射線治療システム。

Images