JP2022105417A - Treatment planning device, treatment planning method and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、治療計画装置、治療計画方法及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a treatment planning apparatus, a treatment planning method and a computer program.
粒子線治療システムでは、ボーラス、コリメータといった患者固有器具が製作不要である点や、腫瘍形状に合致した線量分布が形成可能な点から、ビームの照射方法としてスキャニング照射法が広く採用されている。スキャニング照射法では、患者体内、特に腫瘍などの高線量を付与すべき標的領域の内部及び周辺に対し3次元的に無数の点(スポット)を配置し、各スポットを狙って順に細径ビームを照射していくことで、標的領域に一様な線量分布を形成する。 In the particle beam therapy system, the scanning irradiation method is widely adopted as a beam irradiation method because it does not require the manufacture of patient-specific instruments such as a bolus and a collimator and it is possible to form a dose distribution that matches the tumor shape. In the scanning irradiation method, innumerable spots are three-dimensionally placed inside and around the target area to which a high dose should be applied, such as the inside of the patient, especially a tumor, and a small-diameter beam is sequentially aimed at each spot. By irradiating, a uniform dose distribution is formed in the target area.
粒子線治療システムの照射計画(以下、治療計画)とは、患者のCT画像等から得られる情報に基づいて患者体内の線量分布を計算し、標的領域内へ均一な線量が付与されるように、また、標的近傍に位置するリスク臓器(OAR:Organ At Risk)への被ばくを可能な限り避けるように、各スポットへの処方線量を最適化していく手順である。最適化では、標的領域およびOARの内部に対し3次元的に無数の計算点を配置する。ここで、計算点とスポットの位置は必ずしも同一ではないことに注意されたい。各計算点に対して線量の目標値を設定し、各スポットへの処方線量を変更しながら各計算点での線量を繰り返し計算する事で、目標値を達成するスポット毎の処方線量を得る。 The irradiation plan of the particle beam therapy system (hereinafter referred to as the treatment plan) is to calculate the dose distribution in the patient based on the information obtained from the CT image of the patient so that a uniform dose is given to the target area. In addition, it is a procedure for optimizing the prescribed dose to each spot so as to avoid exposure to risk organs (OAR: Organ At Risk) located near the target as much as possible. In the optimization, innumerable calculation points are three-dimensionally arranged inside the target area and the OAR. Note that the calculated points and spot positions are not necessarily the same. By setting a target value of dose for each calculation point and repeatedly calculating the dose at each calculation point while changing the prescription dose to each spot, the prescription dose for each spot that achieves the target value is obtained.
従って、治療計画には高い線量計算精度が求められる。しかしながら、正しく計算された計画であっても、計画通りの照射が行われない可能性は常に存在する。その要因は、内的要因と外的要因に分けられる。内的要因は、腫瘍を含む臓器の変形、移動に加えて、呼吸や心拍等による移動がある。外的要因には、患者設置時の誤差や、ビーム照射時のずれがある。 Therefore, high dose calculation accuracy is required for treatment planning. However, even with a correctly calculated plan, there is always the possibility that the irradiation will not be performed as planned. The factors can be divided into internal factors and external factors. Internal factors include movement due to respiration, heartbeat, etc., in addition to deformation and movement of organs including tumors. External factors include errors in patient installation and deviations in beam irradiation.
計画通りの照射がなされない場合、線量不足による腫瘍の再発が起こる可能性がある。また、OARの高線量被ばくが引き起こされる可能性がある。そのため、照射の精度を向上させることと同時に、上述の不確定性の影響をできる限り排除するための対策が必要となる。 If the irradiation is not as planned, tumor recurrence may occur due to insufficient dose. It can also cause high dose exposure to OAR. Therefore, it is necessary to improve the accuracy of irradiation and at the same time, take measures to eliminate the influence of the above-mentioned uncertainty as much as possible.
その一つに、標的領域にマージンを加える方法がある。標的となる腫瘍部分を覆う領域よりもわずかに広い範囲に照射を行うことで、腫瘍位置や照射位置に小さな変動が生じたとしても、高線量を付与したい腫瘍の部分が確実に照射されることを補償するものである。マージンは、不確定性の要因に応じて適切な方向や量が選択される。言い換えると、想定される要因ごとにマージンは付与される。 One of them is to add a margin to the target area. By irradiating a slightly wider area than the area covering the target tumor part, even if there is a small change in the tumor position or irradiation position, the part of the tumor to which a high dose is to be applied is surely irradiated. Is to compensate. The appropriate direction and amount of margin are selected according to the factors of uncertainty. In other words, a margin is given for each possible factor.
マージン自体の考え方はX線を含む放射線治療に共通のものであるが、粒子線に特有な課題として、飛程に対応したマージンがある。X線と異なり、粒子線は入射エネルギーに依存して特定の位置、つまり飛程で停止する。このため、腫瘍よりも深い位置への影響を低く抑えることができる反面、様々な不確定性のある条件下ではビームが腫瘍の途中で停止してしまい、その先の領域に十分な線量が付与できない可能性がある。この課題に対処するため、深さ方向にマージンを付与し、このマージン分だけ深い位置までビームを照射する。これが飛程に対応したマージンの基本的な考え方である。 The idea of the margin itself is common to radiation therapy including X-rays, but as a problem peculiar to particle beams, there is a margin corresponding to the range. Unlike X-rays, particle beams stop at a specific position, or range, depending on the incident energy. For this reason, the effect on deeper positions than the tumor can be kept low, but under various uncertain conditions, the beam stops in the middle of the tumor, and a sufficient dose is given to the area beyond it. It may not be possible. In order to deal with this problem, a margin is provided in the depth direction, and the beam is irradiated to a position as deep as this margin. This is the basic idea of the margin corresponding to the range.
飛程位置の変動の要因には、照射装置から発生するビームのエネルギー変動、線量計算におけるCT値-水等価厚変換の不確定性、照射位置の変動などがある。飛程の変動は、腫瘍領域自体の位置だけでなく、そこに到達するまでにビームが通過する経路上の構造にも大きく左右される。例えば、骨や空気層といった密度の大きく変化する領域がビーム経路上に含まれる場合、ビームの飛程が大きく変化する可能性がある。 Factors of the fluctuation of the range position include the energy fluctuation of the beam generated from the irradiation device, the uncertainty of the CT value-water equivalent thickness conversion in the dose calculation, and the fluctuation of the irradiation position. Range variation is highly dependent not only on the location of the tumor area itself, but also on the structure on the path through which the beam travels to reach it. For example, if the beam path includes a region with a large change in density, such as a bone or an air layer, the range of the beam may change significantly.
特許文献1では、ビームが各スポットに向けて直進する性質を利用して水等価厚空間を定義し、水等価厚空間上の標的領域に対して準等方的にマージンを設定することで、飛程の変動を適切に補償するマージンの設定手段が開示されている。 In Patent Document 1, a water equivalent thickness space is defined by utilizing the property that a beam travels straight toward each spot, and a margin is set quasi-isotropically with respect to a target region on the water equivalent thickness space. A means for setting a margin that appropriately compensates for fluctuations in range is disclosed.
近年、核磁気共鳴画像法(MRI)を用いた放射線治療の画像誘導が注目されている。この画像誘導は、体内の臓器位置・形状の変化を治療前に観測して上述の治療計画を修正したり、臓器位置・形状の変化を治療中リアルタイムにモニタし、治療計画で想定した状態と合致した場合にのみ放射線照射をおこなう手法である。標的領域周辺への不要な被ばくが低減可能なため、膵臓がんといったOARに囲まれた腫瘍に対し、高い治療効果を発揮している。 In recent years, image guidance for radiotherapy using magnetic resonance imaging (MRI) has attracted attention. In this image guidance, changes in the position and shape of organs in the body are observed before treatment to correct the above-mentioned treatment plan, and changes in the position and shape of organs are monitored in real time during treatment to match the state assumed in the treatment plan. It is a method of irradiating only when they match. Since unnecessary exposure to the vicinity of the target area can be reduced, it is highly effective in treating tumors surrounded by OAR such as pancreatic cancer.
しかしながら、MRIによる画像誘導を粒子線治療と併用すると、特許文献1に示すような公知技術では、飛程の変動に対応したマージンを適切に設定できない課題があった。これは、磁場によってビームの軌道が偏向し、且つその偏向量はビームのエネルギーによって異なるために、水等価厚空間を定義できないためである。 However, when the image guidance by MRI is used in combination with the particle beam therapy, there is a problem that the known technique as shown in Patent Document 1 cannot appropriately set the margin corresponding to the fluctuation of the range. This is because the trajectory of the beam is deflected by the magnetic field, and the amount of the deflection differs depending on the energy of the beam, so that the water equivalent thickness space cannot be defined.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、粒子線治療システムをMRIを用いた画像誘導と併用した場合においても、飛程の変動に対して適切なマージンを設定することが可能な治療計画装置、治療計画生成方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and even when the particle beam therapy system is used in combination with image guidance using MRI, it is possible to set an appropriate margin for fluctuations in range. The purpose is to provide a planning device, a treatment plan generation method, and a computer program.
上記課題を解決すべく、本発明の一つの観点に従う治療計画装置は、標的に粒子線を照射する治療計画を生成する治療計画装置であって、標的内の少なくとも1つ以上の計算点に対し、近傍にブラッグピークを形成するビームのエネルギーを探索し、ビームの飛程と、ビームの進行方向とに基づき、計算点に対してマージンを設定し、各計算点に設定したマージンの和集合から 標的全体のマージンを算出する制御装置を有することを特徴とする。 A treatment planning apparatus according to one aspect of the present invention in order to solve the above problems is a treatment planning apparatus that generates a treatment plan for irradiating a target with a particle beam, and for at least one or more calculation points in the target. , Search for the energy of the beam that forms the Bragg peak in the vicinity, set a margin for the calculation point based on the range of the beam and the traveling direction of the beam, and from the union of the margins set at each calculation point. It is characterized by having a control device for calculating the margin of the entire target.
本発明によれば、粒子線治療システムをMRIを用いた画像誘導と併用した場合においても、飛程の変動に対して適切なマージンを設定することが可能となる。 According to the present invention, even when the particle beam therapy system is used in combination with image guidance using MRI, it is possible to set an appropriate margin for fluctuations in range.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description and drawings are examples for explaining the present invention, and are appropriately omitted and simplified for the sake of clarification of the description. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural.
なお、実施形態を説明する図において、同一の機能を有する箇所には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 In the figure for explaining the embodiment, the same reference numerals are given to the parts having the same function, and the repeated description thereof will be omitted.
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The positions, sizes, shapes, ranges, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual positions, sizes, shapes, ranges, etc., in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range and the like disclosed in the drawings.
同一あるいは同様な機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。 When there are a plurality of components having the same or similar functions, they may be described by adding different subscripts to the same reference numerals. However, if it is not necessary to distinguish between these multiple components, the subscripts may be omitted for explanation.
実施例の放射線治療計画装置(以下、単に「治療計画装置」と称する)を、図1~6を参照して説明する。本実施例では、放射線治療の一種であるスキャニング照射法による陽子線治療の治療計画を立案する治療計画装置について説明するが、散乱体照射法による陽子線治療や、炭素線等を用いる重粒子線治療の治療計画を立案する治療計画装置にも適用可能である。 The radiation therapy planning apparatus of the embodiment (hereinafter, simply referred to as “treatment planning apparatus”) will be described with reference to FIGS. 1 to 6. In this embodiment, a treatment planning device for formulating a treatment plan for proton beam therapy by scanning irradiation method, which is a kind of radiation therapy, will be described. However, proton beam therapy by scatterer irradiation method and heavy particle beam using carbon beam or the like will be described. It can also be applied to a treatment planning device that formulates a treatment plan for treatment.
図1は、実施例に係る治療計画装置が適用される粒子線治療システムを示す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a particle beam therapy system to which the treatment planning apparatus according to the embodiment is applied.
図1において、実施例に係る粒子線治療システムSは、陽子線照射装置101、中央制御装置112、メモリ113、照射制御システム114、表示装置115、及び治療計画装置120を有する。
In FIG. 1, the particle beam therapy system S according to the embodiment includes a proton
なお、本実施例では陽子線照射装置を例に説明するが、本発明は陽子より質量の重い粒子(炭素線など)を用いた重粒子線照射装置にも適用することができる。 In this embodiment, a proton beam irradiator will be described as an example, but the present invention can also be applied to a heavy particle beam irradiator using particles having a heavier mass than protons (carbon beam or the like).
陽子線照射装置101は、図1に示すように、陽子線発生装置102、陽子線輸送装置103および回転式照射装置104を有する。なお、本実施形態では回転ガントリーを備える回転式照射装置104を例に説明するが、照射装置は固定式を採用することもできる。
As shown in FIG. 1, the proton
図1において、陽子線発生装置102は、イオン源105、前段加速器106(例えば、直線加速器)およびシンクロトロン107を有する。イオン源105で発生した陽子イオンは、まず、前段加速器106で加速される。前段加速器106から出射した陽子線(以下、ビーム)は、シンクロトロン107で所定のエネルギーまで加速された後、出射デフレクタ108から陽子線輸送装置103に出射される。最終的に、ビームは、回転式照射装置104を経て被照射体に照射される。
In FIG. 1, the
なお、本実施形態では陽子線の加速装置としてシンクロトロンを採用したが、サイクロトロンや直線加速器を採用することができる。 In this embodiment, a synchrotron is used as the proton beam accelerator, but a cyclotron or a linear accelerator can also be used.
回転式照射装置104は、回転ガントリー(図示せず)および照射野形成装置109を有する。回転ガントリーに設置された照射野形成装置109は、回転ガントリーと共に回転する。陽子線輸送装置103の一部は、回転ガントリーに取り付けられている。
The
次に、照射野形成装置109の詳細について図2を参照して説明する。本実施例の照射野形成装置109は、スキャニング照射法を採用する。スキャニング照射法では、患者201の体内、特に腫瘍などの高線量を付与すべき標的領域202の内部及び周辺に対し3次元的に無数の点(スポット)203を配置し、各スポットを狙って順に細径ビームを照射していくことで、標的領域202に一様な線量分布を形成する。あるスポット203に所定の線量が付与されると、照射を停止して次の所定スポット203に向けてビームが走査される。計画通りの位置に計画通りの量のビームが照射されていることは、照射制御システム114が管理する。
Next, the details of the irradiation
横方向(図2におけるX方向およびY方向)へのビーム走査には照射野形成装置109に搭載した走査電磁石204を用いる。ビームの偏向量と電流量との関係は、あらかじめテーブルとして中央制御装置112の中のメモリ113に保持されており、それを参照する。ある深さについてすべてのスポット203に所定線量を付与すると、照射野形成装置109は深さ方向にビームを走査する。深さ方向へのビームの走査は、シンクロトロン107での加速条件を変更する、もしくは、ビームを照射野形成装置109等に搭載したレンジシフタ(図示せず)を通過させる等の方法によりビームのエネルギーを変更することによって行う。通過したビームの飛程をガウス分布状に分散させ、ブラッグピークの幅を拡大するために、照射野形成装置109にはリッジフィルタ(図示せず)が設置されている場合もある。
A
なお、スキャニング照射には、ディスクリート方式とラスター方式があり、本実施例ではディスクリート方式で説明したが、どちらの方式でも同様に効果が得られる。ディスクリート方式はスポットの切替時に一旦ビームを停止する方式、ラスター方式は照射位置の移動中にもビームを停止しない方式である。 The scanning irradiation includes a discrete method and a raster method, and although the discrete method has been described in this embodiment, the same effect can be obtained by either method. The discrete method is a method in which the beam is temporarily stopped when the spot is switched, and the raster method is a method in which the beam is not stopped even while the irradiation position is moving.
画像誘導、即ち体内の臓器位置・形状の変化を治療前に観測して治療計画を修正したり、臓器位置・形状の変化を治療中リアルタイムにモニタするために、照射野形成装置109にはMRIシステム205が設置される。従って、図2に示すように、ビームはMRIシステム205が形成する磁場によって偏向し、狙ったスポット203に対して異なる場所にブラッグピークを形成する。
In order to guide the image, that is, to observe the change in the position and shape of the organ in the body before the treatment and correct the treatment plan, and to monitor the change in the position and shape of the organ in real time during the treatment, the irradiation
スキャニング照射法では、上述のような手順を繰り返すことで、最終的に標的202全体に一様な線量分布が形成される。スポット203毎のビームの横方向線量分布は、XY面において1σ=2mm~20mmのガウス分布状に広がっている。
In the scanning irradiation method, by repeating the procedure as described above, a uniform dose distribution is finally formed over the
図3は、実施例1に係る治療計画装置120を示す概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing the
治療計画装置120は、図3に示すように、粒子線を照射するためのパラメータを入力するための入力装置121、治療計画を表示する表示装置122、メモリ(記憶媒体)123、データベース(記憶媒体)124、線量分布計算を実施する演算処理装置125(演算素子である制御装置)、通信装置126を有する。
As shown in FIG. 3, the
治療計画装置120は、各種情報処理が可能な装置、一例としてコンピュータ等の情報処理装置から構成される。
The
演算素子は、例えばCPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphic Processing Unit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等である。記憶媒体は、例えばHDD(Hard Disk Drive)などの磁気記憶媒体、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、SSD(Solid State Drive)などの半導体記憶媒体等を有する。また、DVD(Digital Versatile Disk)等の光ディスク及び光ディスクドライブの組み合わせも記憶媒体として用いられる。その他、磁気テープメディアなどの公知の記憶媒体も記憶媒体として用いられる。 The arithmetic element is, for example, a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphic Processing Unit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or the like. The storage medium includes, for example, a magnetic storage medium such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage medium such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and an SSD (Solid State Drive). Further, a combination of an optical disk such as a DVD (Digital Versatile Disk) and an optical disk drive is also used as a storage medium. In addition, a known storage medium such as a magnetic tape medium is also used as the storage medium.
記憶媒体には、ファームウェアなどのプログラムが格納されている。治療計画装置120の動作開始時(例えば電源投入時)にファームウェア等のプログラムをこの記憶媒体から読み出して実行し、治療計画装置120の全体制御を行う。また、記憶媒体には、プログラム以外にも、治療計画装置120の各処理に必要なデータ等が格納されている。
Programs such as firmware are stored in the storage medium. At the start of operation of the treatment planning device 120 (for example, when the power is turned on), a program such as firmware is read from this storage medium and executed to perform overall control of the
あるいは、治療計画装置120を構成する構成要素の一部がLAN(Local Area Network)を介して相互に接続されていてもよいし、インターネット等のWAN(Wide Area Network)を介して相互に接続されていてもよい。
Alternatively, some of the components constituting the
次に、本実施例の治療計画装置120における治療計画立案の流れを、図4を参照して説明する。
Next, the flow of treatment planning in the
粒子線治療システムSの照射計画(以下、治療計画)とは、患者のCT画像等から得られる情報に基づいて患者体内の線量分布を計算し、標的領域内へ均一な線量が付与されるように、また、標的近傍に位置するリスク臓器(OAR)への被ばくを可能な限り避けるように、各スポットへの処方線量を最適化していく手順である。 The irradiation plan of the particle beam therapy system S (hereinafter referred to as the treatment plan) is to calculate the dose distribution in the patient based on the information obtained from the CT image of the patient and to give a uniform dose to the target area. In addition, it is a procedure for optimizing the prescribed dose to each spot so as to avoid exposure to risk organs (OAR) located near the target as much as possible.
まず、操作者は、表示装置122の領域入力画面で、入力装置121であるマウス等の機器を用いて、被照射体のCT画像のスライスごとに指定すべき領域を入力する(手順301)。即ち、放射線を照射すべき標的領域202と、放射線の照射を極力避けるべき重要臓器(OAR)の領域である。各スライスで入力が終わると、操作者が入力した領域は、3次元の位置情報として記録装置であるデータベース124に保存される。
First, on the area input screen of the
次に、図5に示すように、標的領域202やOAR領域401の内外に合計M個の計算点402を3次元的に配置し、さらに標的領域202の内外にN個のスポット203を3次元的に配置する(手順302)。
Next, as shown in FIG. 5, a total of M calculation points 402 are three-dimensionally arranged inside and outside the
さらに、各スポット203に向けて照射されるビームのエネルギーを決定する(手順303)。ビームのエネルギーは、走査点403から各スポット203に対してビームが直進すると仮定し、走査点403からスポット203までの水等価厚がビームの飛程と一致するように決定される。これは、ゼロ磁場の状況下ではブラッグピーク位置とスポット位置が合致することに相当する。決定したビームのエネルギー及び飛程R(i)はデータベース124に保存される。ここで、i(0≦i≦N)はスポットの番号である。なお、走査点403の位置は、おおよそ走査電磁石の中心位置で近似できる。
Further, the energy of the beam emitted toward each
次に、画像誘導用に設置されたMRIシステム205が生成する磁場を考慮して、各スポット203に向けて照射されたビームがM個の計算点402に与える線量を計算し、M×Nの線量行列Aとして記録装置に保存する(手順304)。ここで、各計算点402への全スポット分の合計付与線量を要素とするM次元のベクトルをdとすると、dと各スポット203への照射量を要素とするN次元のベクトルxとの関係は、次式で表せる。
手順304においては、線量行列Aの計算過程で得た実効スポット404の3次元位置reff(i)を記録装置に保存する。また、実効スポット404に対するビームの入射角度dr(i)を計算し、データベース124に保存する(手順305)。
In
ここで、実効スポット位置とは、MRI磁場による偏向を考慮した線量計算で得られるブラッグピーク位置である。前述のように、手順303ではブラッグピーク位置とスポット位置が合致するようにビームエネルギーを決定しているが、MRIシステム205の形成する磁場が存在する状況下では、ビーム軌道は偏向し、線量計算で得られたブラッグピーク位置とスポット位置との間にはズレが生じる。入射角度dr(i)はブラッグピーク近傍のビームの中心軌道を直線近似することで算出しても良いし、ビームエネルギーを微小変化させた際の実効スポット位置の変化から求めても良い。
Here, the effective spot position is the Bragg peak position obtained by the dose calculation considering the deflection due to the MRI magnetic field. As described above, in
次に、図6に示すように、標的領域内部(輪郭上を含む)のM(target)個の計算点402に対し、飛程変動に対する個別マージン501を設定する(手順306)。計算点j(0≦j≦M(target))の個別マージン501の方向及び大きさは、計算点jに対し最も近接する場所に実効スポットを形成するビームの入射角度と飛程から計算される。即ち、計算点jの3次元位置をrcal(j)とすると、手順303、手順305においてデータベース124に保存された情報より、マージンの方向dm(j)、大きさm(j)は以下の式に基づき決定される。
ここで、該当するスポット番号iは、反復計算によって探索される。γは飛程に対する変動量の割合を示し、一般的に約3%である。本実施例では、マージン方向、即ち入射角に対して垂直な方向にも個別マージン501を設定している。これはビームや患者の位置ズレに対応するものであり、操作者によって任意の値を設定することができる。
Here, the corresponding spot number i is searched by iterative calculation. γ indicates the ratio of the amount of fluctuation to the range, and is generally about 3%. In this embodiment, the
ここで、本実施例では、計算点jに対し最も近接する場所に実効スポットを形成するビームに基づいてマージンを設定したが、計算点jに対し線量寄与が最大となるビームに基づいてマージンを設定する方法でも本実施例の効果は得られる。一般的に、体表から深い位置のスポットほど処方線量は大きくなる。従って、浅い位置の計算点に間しては、計算点近傍に実効スポットを形成するビームは必ずしも線量寄与が最大になるとは限らない。線量寄与最大のビームに基づいてマージン量を設定する場合は、計算点j通過時の同ビームの進行方向をマージンの方向dm(j)に設定しても良い。また、マージンの大きさm(j)に関しては、線量寄与最大となるビームの飛程を用いても良いし、計算点近接に実効スポットを形成する、別のビームの飛程に基づいてもよい。 Here, in this embodiment, the margin is set based on the beam that forms the effective spot at the place closest to the calculation point j, but the margin is set based on the beam that maximizes the dose contribution to the calculation point j. The effect of this embodiment can also be obtained by the setting method. In general, the deeper the spot from the body surface, the higher the prescription dose. Therefore, between the calculation points at shallow positions, the beam forming an effective spot near the calculation points does not always have the maximum dose contribution. When the margin amount is set based on the beam having the maximum dose contribution, the traveling direction of the beam when passing through the calculation point j may be set to the margin direction dm (j). Further, for the margin size m (j), the range of the beam that maximizes the dose contribution may be used, or the range of another beam that forms an effective spot near the calculation point may be used. ..
次に、M(target)個の計算点の個別マージン501の和集合をとることで、標的全体のマージン502を設定する(手順307)。本実施例では計算点402を輪郭上を含む標的領域202内部で設定したが、反復計算の計算量を削減するために、輪郭上などに限定しても良い。
Next, the
次に、スポット203毎の処方線量を最適化する。手順302と同様に、マージン502を含む標的領域202とOAR領域401の内外に合計M個の計算点402を3次元的に再配置し、さらに標的領域202の内外にN個のスポット203を3次元的に再配置する(手順308)。さらにまた、手順304と同様に、画像誘導用に設置されたMRIシステム205が生成する磁場を考慮して、各スポット203に向けて照射されたビームがM個の計算点に与える線量を計算し、M×Nの線量行列Aとしてデータベース124に保存する(手順309)。
Next, the prescription dose for each
次に、標的領域202に含まれるM(target)個の計算点402に対し、目標とする照射線量Dを設定する。さらに、OAR領域401に含まれるM(OAR)個の点に対し、許容線量値Dlimitを設定する。さらにまた、本実施例の治療計画装置120では、目的関数F(x)を次式のように定める(手順310)。
本実施例の治療計画手順では、上記の目的関数F(x)を生成後、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(手順311)。終了条件に達すると、反復計算を終了する。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。 In the treatment planning procedure of this embodiment, after the above objective function F (x) is generated, iterative calculation is repeated until the end condition is satisfied, so that x having the smallest objective function F (x) is searched for (procedure 311). ). When the end condition is reached, the iterative calculation ends. Indicators such as the calculation time, the number of calculations, and the amount of change in the objective function are set in the end condition.
従って、本実施例の治療計画装置120によれば、粒子線治療システムをMRIを用いた画像誘導と併用した場合においても、飛程の変動に対して適切なマージンを設定することが可能となる。
Therefore, according to the
なお、本実施例ではスキャニング照射法を例に説明したが、散乱体照射法でも同様の効果が得られる。ただし、散乱体照射法は、散乱体によって横方向に一様に広がったビームを利用するため、スポットの概念を持たない。手順305において、各計算点に対し実効スポットを形成するビームは、スポット単位ではなくエネルギー単位で探索され、データベース124に保存される。
Although the scanning irradiation method has been described as an example in this embodiment, the same effect can be obtained by the scattering body irradiation method. However, the scatterer irradiation method does not have the concept of a spot because it uses a beam that is uniformly spread in the lateral direction by the scatterer. In
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の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るものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。 The present invention is not limited to the above examples, and includes various modifications. The above-mentioned examples have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. It is also possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is also possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 Further, each of the above configurations, functions, processing units, processing means and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them by, for example, an integrated circuit. Further, each of the above configurations, functions, and the like may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information such as programs, tables, and files that realize each function can be placed in a memory, a recording device such as a hard disk or SSD, or a recording medium such as an IC card, SD card, or DVD.
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。 In addition, the control lines and information lines indicate those that are considered necessary for explanation, and do not necessarily indicate all the control lines and information lines in the product. In practice, it can be considered that almost all configurations are interconnected.
101…陽子線照射装置 102…陽子線発生装置 103…陽子線輸送装置 104…回転式照射装置 105…イオン源 106…前段加速器 107…シンクロトロン 108…出射デフレクタ 109…照射野形成装置 120…治療計画装置 201…患者、被照射体 202…標的領域 203…スポット 204…走査電磁石 205…MRIシステム 401…リスク臓器 402…計算点 403…走査点 404…実効スポット 501…計算点に対する個別マージン 502…全体マージン
101 ... Proton
Claims (15)
前記標的内の少なくとも1つ以上の計算点に対し、近傍にブラッグピークを形成するビームのエネルギーを探索し、
前記ビームの飛程と、前記ビームの進行方向とに基づき、前記計算点に対してマージンを設定し、
各前記計算点に設定した前記マージンの和集合から前記標的全体の前記マージンを算出する
制御装置を有することを特徴とする治療計画装置。 A treatment planning device that generates a treatment plan that irradiates a target with a particle beam.
The energy of the beam forming the Bragg peak in the vicinity is searched for at least one calculation point in the target.
A margin is set for the calculation point based on the range of the beam and the traveling direction of the beam.
A treatment planning device comprising a control device for calculating the margin of the entire target from the union of the margins set at each calculation point.
前記標的内の少なくとも1つ以上の前記計算点に対し、近傍に前記ブラッグピークを形成するスポットを探索し、
前記スポットに照射される前記ビームの飛程、進行方向に基づき、前記計算点に対して前記マージンを設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の治療計画装置。 The control device is
For at least one or more of the calculation points in the target, a spot forming the Bragg peak is searched for in the vicinity.
The treatment planning apparatus according to claim 1, wherein the margin is set with respect to the calculation point based on the range and the traveling direction of the beam applied to the spot.
前記標的内の少なくとも1つ以上の前記計算点に対し、線量寄与が最大となる前記スポットを探索することを特徴とする請求項3に記載の治療計画装置。 The control device is
The treatment planning apparatus according to claim 3, wherein the spot having the maximum dose contribution is searched for at least one or more calculation points in the target.
前記標的内の少なくとも1つ以上の計算点に対し、近傍にブラッグピークを形成するビームのエネルギーを探索し、
前記ビームの飛程と、前記ビームの進行方向とに基づき、前記計算点に対してマージンを設定し、
各前記計算点に設定した前記マージンの和集合から前記標的全体の前記マージンを算出する
ことを特徴とする治療計画方法。 It is a treatment planning method using a treatment planning device that generates a treatment plan that irradiates a target with a particle beam.
The energy of the beam forming the Bragg peak in the vicinity is searched for at least one calculation point in the target.
A margin is set for the calculation point based on the range of the beam and the traveling direction of the beam.
A treatment planning method comprising calculating the margin of the entire target from the union of the margins set at each calculation point.
前記スポットに照射される前記ビームの飛程、進行方向に基づき、前記計算点に対して前記マージンを設定する
ことを特徴とする請求項6に記載の治療計画方法。 A spot forming the Bragg peak is searched for in the vicinity of at least one or more calculation points in the target.
The treatment planning method according to claim 6, wherein the margin is set with respect to the calculation point based on the range and the traveling direction of the beam applied to the spot.
前記標的内の少なくとも1つ以上の計算点に対し、近傍にブラッグピークを形成するビームのエネルギーを探索する機能と、
前記ビームの飛程と、前記ビームの進行方向とに基づき、前記計算点に対してマージンを設定する機能と、
各前記計算点に設定した前記マージンの和集合から前記標的全体の前記マージンを算出する機能と
を実現させるコンピュータプログラム。 A computer program executed by a computer that produces a treatment plan that irradiates a target with a particle beam.
A function to search for the energy of a beam forming a Bragg peak in the vicinity for at least one calculation point in the target.
A function to set a margin for the calculation point based on the range of the beam and the traveling direction of the beam.
A computer program that realizes a function of calculating the margin of the entire target from the union of the margins set at each calculation point.
前記スポットに照射される前記ビームの飛程、進行方向に基づき、前記計算点に対して前記マージンを設定する機能と
を実現させる請求項11に記載のコンピュータプログラム。 A function to search for a spot forming the Bragg peak in the vicinity of at least one or more calculation points in the target.
The computer program according to claim 11, which realizes a function of setting the margin with respect to the calculation point based on the range and the traveling direction of the beam applied to the spot.
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