JP2023531798A - 放射線療法システム及びその治療計画生成方法 - Google Patents
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Abstract
放射線療法システム及びその治療計画生成方法であり、放射線療法システムは、ビーム照射装置、治療計画モジュール及び制御モジュールを含む。ビーム照射装置は、治療用ビームを生成し、被照射体に照射して被照射部位を形成する。治療計画モジュール内に被照射体の組織モデルテンプレートデータベースが記憶され、治療計画モジュールは、組織モデルテンプレートデータベース、被照射部位の医用画像データ、及びビーム照射装置により生成された治療用ビームのパラメータに基づいて、線量シミュレーション計算を行い、かつ治療計画を生成する。制御モジュールは、治療計画モジュールから被照射体に対応する治療計画を呼び出し、かつ治療計画生成方法により決定された治療計画に従って被照射体を照射するようにビーム照射装置を制御する。本発明の放射線療法システム及びその治療計画生成方法は、モデル確立及び線量計算の正確性を向上させることができ、かつ治療計画の迅速な策定に役立つ。
Description
本発明の一態様は、放射線療法システムに関し、本発明の別の態様は、治療計画生成方法に関し、特に、放射線療法システムの治療計画生成方法に関する。
原子科学の発展に従って、例えば、コバルト６０、直線加速器、電子ビームなどの放射線療法は、既にがん治療の主な手段の１つとなった。しかしながら、従来の光子又は電子療法は、放射線そのものの物理的条件の制限で、腫瘍細胞を殺すとともに、ビーム経路上の数多くの正常組織に損傷を与える。また、腫瘍細胞の放射線に対する感受性の度合いが異なるため、従来の放射線療法では、放射線耐性の高い悪性腫瘍（例えば、多形神経膠芽腫（ｇｌｉｏｂｌａｓｔｏｍａ ｍｕｌｔｉｆｏｒｍｅ）、黒色腫（ｍｅｌａｎｏｍａ））に対する治療効果が良くない。
腫瘍の周囲の正常組織への放射線損傷を軽減するすために、化学療法（ｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ）における標的療法の概念が放射線療法に用いられている。また、放射線耐性の高い腫瘍細胞に対し、現在では生物学的効果比（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ、ＲＢＥ）の高い放射線源が積極的に開発されている（例えば、陽子線治療、重粒子治療、中性子捕捉療法など）。このうち、中性子捕捉療法は、上記の２つの概念を結びつけたものである。例えば、ホウ素中性子捕捉療法（Ｂｏｒｏｎ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｔｈｅｒａｐｙ、ＢＮＣＴ）では、ホウ素含有薬物が腫瘍細胞に特異的に集まり、高精度なビームの制御と合わせることで、従来の放射線と比べて、より良いがん治療オプションを提供する。
３次元モデルは、科学実験分析、科学実験シミュレーションの分野で広く使用されている。例えば、核放射線及び保護の分野で、特定の放射線条件下での人体の吸収線量をシミュレーションして医師が治療計画を策定することを助けるために、常に、コンピュータ技術を用いて医用画像データに対して様々な処理を行って、モンテカルロソフトウェアに必要な正確な格子モデルを確立し、モンテカルロソフトウェアと組み合わせてシミュレーション計算を行う必要がある。中性子捕捉療法の分野で、医用画像データに基づいてモンテカルロソフトウェアに必要な格子モデルを確立し、かつ線量計算及び評価を行う場合、モデルにおいて各格子が反映する生体基本情報、例えば組織種類、ホウ素濃度情報などを定義する必要があり、情報の正確性及び精度は、線量計算結果の信頼度を決定する。治療計画の策定過程において、一般的に、関心領域の描出及び各領域の生体基本情報の定義は、いずれも大量の時間を費やす必要があるとともに、医用画像データから直接変換されたモデルは、十分に正確ではないことが多く、計算して得られた線量分布の正確性に影響を与える。
したがって、放射線療法システム及びその治療計画生成方法を提供する必要がある。
従来技術の欠陥を解消するために、本発明の一態様に係る放射線療法システムは、ビーム照射装置、治療計画モジュール及び制御モジュールを含む。ビーム照射装置は、治療用ビームを生成し、被照射体に照射して被照射部位を形成する。治療計画モジュール内に前記被照射体の組織モデルテンプレートデータベースが記憶され、前記治療計画モジュールは、前記組織モデルテンプレートデータベース、前記被照射部位の医用画像データ、及び前記ビーム照射装置により生成された前記治療用ビームのパラメータに基づいて、線量シミュレーション計算を行い、かつ治療計画を生成する。制御モジュールは、前記治療計画モジュールから前記被照射体に対応する前記治療計画を呼び出し、かつ前記治療計画に従って前記被照射体を照射するように前記ビーム照射装置を制御する。組織モデルテンプレートデータベースを予め設定し、医師などの操作者の個人経験の差異により、確立されたモデル及び線量計算が正確ではないことを防止し、また、モデルにおける格子の生体基本情報の定義に多くの時間と精力を費やすことを回避する。
好ましくは、前記組織モデルテンプレートデータベースは、ＲＯＩテンプレートデータベース及び材料テンプレートデータベースを含み、前記ＲＯＩは、関心領域を指し、前記ＲＯＩテンプレートデータベースには、異なる前記被照射部位に対して定義する必要があるＲＯＩ種類が設定され、前記材料テンプレートデータベースは、組織タイプテンプレートデータベースを含み、前記組織タイプテンプレートデータベースは、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、対応する組織種類を定義する。モデルは、組織種類情報を有し、元素組成をより正確に提供し、確立された幾何学的モデルは、医用画像データにより反映された実際の状況によりマッチングする。ＲＯＩタイプを予め設定し、医師などの操作者の個人経験の差異により、画定されたＲＯＩが不正確又は不完全であるため、確立されたモデル及び線量計算が正確ではないことを防止し、また、ＲＯＩタイプの選択に多くの時間と精力を費やすことを回避し、各ＲＯＩ及びＲＯＩにおける異なる組織タイプに対応する元素組成を予め設定し、医師などの操作者の個人経験の差異により、手動で与えるか又は自動的に変換して得られた同じＲＯＩ又は同じ組織タイプの元素組成に差異があるため、確立されたモデル及び線量計算が正確ではないことを防止し、また、ＲＯＩ内の元素組成を与えるか、又は変換することに多くの時間と精力を費やすことを回避する。
更に、前記治療計画モジュールは、前記ＲＯＩテンプレートデータベース及び前記組織タイプテンプレートデータベースに基づいて、前記被照射部位の医用画像データに対応する３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立し、かつ前記治療用ビームのパラメータ及び前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルに基づいて、モンテカルロシミュレーションプログラムにより前記被照射部位に前記治療用ビームを照射したときの物理的線量率分布をシミュレーションする。
好ましくは、前記材料テンプレートデータベースは、生物学的効果テンプレートデータベースを含み、前記生物学的効果テンプレートデータベースは、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、対応する生物学的効果データを定義し、前記治療計画モジュールは、シミュレーションされた物理的線量率分布及び前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの生物学的効果データに基づいて、前記被照射部位に前記治療用ビームを照射したときの等価線量率分布を計算する。各ＲＯＩ及びＲＯＩにおける異なる組織タイプに対応する生物学的効果データを予め設定し、医師などの操作者の個人経験の差異により、与えられた同じＲＯＩ又は同じ組織タイプの生物学的効果データに差異があるため、確立されたモデル及び線量計算が正確ではないことを防止し、また、ＲＯＩ内の生物学的効果データを与えることに大量の時間と精力を費やすことを回避する。
更に好ましくは、前記放射線療法システムは、ホウ素中性子捕捉療法システムであり、前記治療計画モジュールは、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、対応するホウ素濃度を定義し、モンテカルロシミュレーションプログラムにより前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの単位時間当たりのホウ素線量（ＤＢ）、高速中性子線量（Ｄｆ）、熱中性子線量（Ｄｔｈ）及び光子線量（Ｄγ）をシミュレーションする。モデルは、組織ホウ素濃度情報を更に有し、各組織内のホウ素含有薬物の濃度を明確に把握することができ、ホウ素中性子捕捉療法の照射シミュレーションを行うとき、実際の状況をより現実的に反映することができる。
更に、前記材料テンプレートデータベースは、ホウ素濃度比テンプレートデータベースを更に含み、前記ホウ素濃度比テンプレートデータベースは、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、対応する組織ホウ素濃度と血中ホウ素濃度との比を定義する。
更に、前記材料テンプレートデータベースは、生物学的効果テンプレートデータベースを含み、前記生物学的効果テンプレートデータベースは、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、対応するＣＢＥ、ＲＢＥｆ、ＲＢＥｔｈ、及びＲＢＥγを定義し、式１を用いて前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの等価線量率Ｄを計算し、
Ｄ（Ｇｙ）＝ＣＢＥ（１／ｐｐｍ）×Ｂｃｏｎ（ｐｐｍ）×ＤＢ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｆ×Ｄｆ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｔｈ×Ｄｔｈ（Ｇｙ）＋ＲＢＥγ×Ｄγ（Ｇｙ）（式１）
ここで、ＣＢＥは、ホウ素含有薬物の単位濃度の化合物生物学的効果であり、Ｂｃｏｎは、組織ホウ素濃度であり、ＲＢＥｆは、高速中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥｔｈは、熱中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥγは、光子の相対的生物学的効果である。
Ｄ（Ｇｙ）＝ＣＢＥ（１／ｐｐｍ）×Ｂｃｏｎ（ｐｐｍ）×ＤＢ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｆ×Ｄｆ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｔｈ×Ｄｔｈ（Ｇｙ）＋ＲＢＥγ×Ｄγ（Ｇｙ）（式１）
ここで、ＣＢＥは、ホウ素含有薬物の単位濃度の化合物生物学的効果であり、Ｂｃｏｎは、組織ホウ素濃度であり、ＲＢＥｆは、高速中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥｔｈは、熱中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥγは、光子の相対的生物学的効果である。
更に、前記治療計画モジュールは、異なる照射角度をサンプリングしてシミュレーション計算した前記等価線量率分布に基づいて好適に選択し、かつ少なくとも１つの照射角度を選択する。
好ましくは、前記ビーム照射装置は、コリメータを更に含み、前記治療計画モジュール内にコリメータテンプレートデータベースが記憶され、前記コリメータテンプレートデータベースは、異なるコリメータに対応する前記治療用ビームのパラメータを少なくとも部分的に定義する。
本発明の別の態様に係る放射線療法システムの治療計画生成方法は、組織モデルテンプレートデータベースに基づいて、被照射部位の医用画像データに対応する３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立するステップと、モンテカルロシミュレーションプログラムにおいてビームパラメータを定義し、異なる照射角度をサンプリングすることにより線量シミュレーション計算を行うステップと、計算結果に基づいて照射角度を好適に選択して、治療計画を生成するステップと、を含む。組織モデルテンプレートデータベースを予め設定し、医師などの操作者の個人経験の差異により、確立された３次元ボクセルプロステーシス組織モデル及び線量計算が正確ではないことを防止し、また、モデルにおける格子の生体基本情報の定義に多くの時間と精力を費やすことを回避する。
好ましくは、前記放射線療法システムは、コリメータを更に含み、モンテカルロシミュレーションプログラムにおいて、コリメータテンプレートデータベースに基づいて、異なるコリメータに対応する前記ビームパラメータを定義する。
更に好ましくは、前記組織モデルテンプレートデータベースは、ＲＯＩテンプレートデータベース及び組織タイプテンプレートデータベースを含み、前記ＲＯＩは、関心領域を指し、前記組織モデルテンプレートデータベースに基づいて、被照射部位の医用画像データに対応する３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立するステップは、前記被照射部位の医用画像データを読み取るステップと、３次元医用画像ボクセルモデルを確立するステップと、前記被照射部位のＲＯＩテンプレートデータベースを呼び出し、前記被照射部位のＲＯＩテンプレートデータベースに設定されたＲＯＩの境界を定義するか、又は読み取るステップと、前記被照射部位の組織タイプテンプレートデータベースを呼び出し、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位の組織種類を与えるステップと、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位の組織ホウ素濃度を与えるステップと、前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立するステップと、を含む。ＲＯＩタイプを予め設定し、医師などの操作者の個人経験の差異により、画定されたＲＯＩが不正確又は不完全であるため、確立された３次元プロステーシス組織モデル及び線量計算が正確ではないことを防止し、また、ＲＯＩタイプの選択に多くの時間と精力を費やすことを回避し、各ＲＯＩ及びＲＯＩにおける異なる組織タイプに対応する元素組成を予め設定し、医師などの操作者の個人経験の差異により、手動で与えるか又は自動的に変換して得られた同じＲＯＩ又は同じ組織タイプの元素組成に差異があるため、確立された３次元プロステーシス組織モデル及び線量計算が正確ではないことを防止し、また、ＲＯＩ内の元素組成を与えるか、又は変換することに多くの時間と精力を費やすことを回避する。
更に、前記組織モデルテンプレートデータベースは、ホウ素濃度比テンプレートデータベースを含み、前記被照射部位のホウ素濃度比テンプレートデータベースに基づいて、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位の組織ホウ素濃度と血中ホウ素濃度との比を与えることにより、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位の組織ホウ素濃度を与える。
更に、前記モンテカルロシミュレーションプログラムにおいてビームパラメータを定義し、異なる照射角度をサンプリングすることにより線量シミュレーション計算を行うステップは、サンプリングされた照射角度で、前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの各ボクセル単位が定義されたビーム照射で単位時間当たりに受けた、ホウ素線量（ＤＢ）、高速中性子線量（Ｄｆ）、熱中性子線量（Ｄｔｈ）及び光子線量（Ｄγ）を含む、物理的線量をシミュレーションするステップと、式１を用いて前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの各ボクセル単位の、定義されたビーム照射での単位時間当たりの等価線量率Ｄを計算するステップと、を含み、
Ｄ（Ｇｙ）＝ＣＢＥ（１／ｐｐｍ）×Ｂｃｏｎ（ｐｐｍ）×ＤＢ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｆ×Ｄｆ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｔｈ×Ｄｔｈ（Ｇｙ）＋ＲＢＥγ×Ｄγ（Ｇｙ）（式１）
ここで、ＣＢＥは、ホウ素含有薬物の単位濃度の化合物生物学的効果であり、Ｂｃｏｎは、組織ホウ素濃度であり、ＲＢＥｆは、高速中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥｔｈは、熱中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥγは、光子の相対的生物学的効果であり、前記組織モデルテンプレートデータベースは、生物学的効果テンプレートデータベースを含み、前記被照射部位の生物学的効果テンプレートデータベースに基づいて、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位のＣＢＥ、ＲＢＥｆ、ＲＢＥｔｈ、及びＲＢＥγを与える。各ＲＯＩ及びＲＯＩにおける異なる組織タイプに対応する生物学的効果データを予め設定し、医師などの操作者の個人経験の差異により、与えられた同じＲＯＩ又は同じ組織タイプの生物学的効果データに差異があるため、確立された３次元プロステーシス組織モデル及び線量計算が正確ではないことを防止し、また、ＲＯＩ内の生物学的効果データを与えることに大量の時間と精力を費やすことを回避する。
Ｄ（Ｇｙ）＝ＣＢＥ（１／ｐｐｍ）×Ｂｃｏｎ（ｐｐｍ）×ＤＢ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｆ×Ｄｆ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｔｈ×Ｄｔｈ（Ｇｙ）＋ＲＢＥγ×Ｄγ（Ｇｙ）（式１）
ここで、ＣＢＥは、ホウ素含有薬物の単位濃度の化合物生物学的効果であり、Ｂｃｏｎは、組織ホウ素濃度であり、ＲＢＥｆは、高速中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥｔｈは、熱中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥγは、光子の相対的生物学的効果であり、前記組織モデルテンプレートデータベースは、生物学的効果テンプレートデータベースを含み、前記被照射部位の生物学的効果テンプレートデータベースに基づいて、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位のＣＢＥ、ＲＢＥｆ、ＲＢＥｔｈ、及びＲＢＥγを与える。各ＲＯＩ及びＲＯＩにおける異なる組織タイプに対応する生物学的効果データを予め設定し、医師などの操作者の個人経験の差異により、与えられた同じＲＯＩ又は同じ組織タイプの生物学的効果データに差異があるため、確立された３次元プロステーシス組織モデル及び線量計算が正確ではないことを防止し、また、ＲＯＩ内の生物学的効果データを与えることに大量の時間と精力を費やすことを回避する。
更に、前記治療計画生成方法は、異なる照射角度をサンプリングしてシミュレーション計算した前記等価線量率Ｄの分布に基づいて好適に選択し、かつ少なくとも１つの照射角度を選択するステップを更に含む。
本発明の放射線療法システム及びその治療計画生成方法は、モデル確立及び線量計算の正確性を向上させることができ、かつ治療計画の迅速な策定に役立つ。
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を更に詳細に説明することにより、当業者であれば、明細書の文字を参照して実施することができる。
好ましくは、中性子捕捉療法システム及びその治療計画生成方法を本発明の実施例とする。以下、中性子捕捉療法、特に、ホウ素中性子捕捉療法を簡単に説明する。
中性子捕捉療法は効果的ながん治療の手段として、近年ではその適用が増加しており、そのうち、ホウ素中性子捕捉療法が最も一般的なものとなった。ホウ素中性子捕捉療法に用いられる中性子は原子炉又は加速器で供給できる。本発明の実施例は加速器ホウ素中性子捕捉療法を例とする。加速器ホウ素中性子捕捉療法の基本モジュールは、一般的に荷電粒子（陽子、デューテリウム原子核など）の加速に用いられる加速器、ターゲット、熱除去システム及びビーム整形アセンブリを含む。加速後の荷電粒子と金属ターゲットとの作用により中性子が生成され、必要な中性子収率及びエネルギー、提供可能な加速荷電粒子のエネルギー及び電流、及び、金属ターゲットの物理的・化学的特性などにより、適切な原子核反応が選定される。よく検討されている原子核反応は７Ｌｉ（ｐ，ｎ）７Ｂｅ及び９Ｂｅ（ｐ，ｎ）９Ｂであり、この両方は全て吸熱反応である。これらの２種類の原子核反応は、エネルギー閾値がそれぞれ１．８８１ＭｅＶと２．０５５ＭｅＶである。ホウ素中性子捕捉療法の理想的中性子源はｋｅＶエネルギーレベルの熱外中性子なので、理論的には、エネルギーが閾値よりやや高い陽子によるリチウムターゲットへの衝撃で、比較的低いエネルギーの中性子が生成され、あまり多くの減速処理を要しないで臨床適用が可能になる。しかし、リチウム（Ｌｉ）及びベリリウム（Ｂｅ）の２種のターゲットは、閾値エネルギーの陽子と作用する断面が大きくないので、十分な中性子束を確保するために、一般的には比較的高いエネルギーを持つ陽子で原子核反応を引き起こす。
ホウ素中性子捕捉療法（Ｂｏｒｏｎ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｔｈｅｒａｐｙ、ＢＮＣＴ）はホウ素（１０Ｂ）含有薬物が熱中性子に対し大きい捕獲断面積を持つ特性を利用し、１０Ｂ（ｎ，α）７Ｌｉ中性子捕捉と核分裂反応により４Ｈｅと７Ｌｉという２種の重荷電粒子を生成する。図１と図２は、それぞれホウ素中性子捕捉の反応概略図と１０Ｂ（ｎ，α）７Ｌｉ中性子捕捉の原子核反応式を示す。２種の重荷電粒子は平均エネルギーが約２．３３ＭｅＶであり、高い線エネルギー付与（Ｌｉｎｅａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ、ＬＥＴ）及び短い射程という特徴を持つ。α粒子の線エネルギー付与と射程はそれぞれ１５０ｋｅＶ／μｍ、８μｍであり、７Ｌｉ重荷粒子の場合、それぞれ１７５ｋｅＶ／μｍ、５μｍである。２種の粒子の合計射程が細胞のサイズに近いので、生体への放射線損害を細胞レベルに抑えられる。ホウ素含有薬物を選択的に腫瘍細胞に集め、適切な中性子源と合わせることで、正常組織に大きな損害を与えないで腫瘍細胞を部分的に殺せるという目的を達成する。
モンテカルロ方法は放射照射対象内部の３次元空間核粒子の衝突軌跡及びエネルギー分布を正確にシミュレーションすることができ、中性子捕捉療法において、特定の放射線条件下での人体の吸収線量をシミュレーションして医師が治療計画を策定することを助けるために、常に、コンピュータ技術を用いて医用画像データに対して様々な処理を行って、モンテカルロソフトウェアに必要な正確な格子モデルを確立し、モンテカルロソフトウェアと組み合わせてシミュレーション計算を行う必要がある。医用画像データは、磁気共鳴イメージング（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ、ＭＲＩ）、コンピュータ断層撮影（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＣＴ）、陽電子放射形コンピューター断層撮影（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＰＥＴ）、ＰＥＴ－ＣＴ又はＸ線イメージング（Ｘ－Ｒａｙ ｉｍａｇｉｎｇ）であってもよく、本実施例では、電子コンピュータ断層撮影（ＣＴ）のデータに基づいて説明し、ＣＴのファイルフォーマットは、一般的に、ＤＩＣＯＭである。当業者には周知のように、別の医用画像データを使用してもよく、該医用画像データが３次元ボクセルプロステーシス組織モデルに変換できれば、本発明に開示された放射線療法システム及びその治療計画生成方法に適用することができる。
図３を参照すると、本実施例の放射線療法システムは、好ましくは、中性子捕捉療法システム１００であり、中性子ビーム照射装置１０、治療計画モジュール２０及び制御モジュール３０を含む。中性子ビーム照射装置１０は、中性子発生装置１１及び治療台１２を含み、中性子発生装置１１は、治療用中性子ビームＮを発生させ、治療台１２上の患者に照射して被照射部位を形成する。治療計画モジュール２０は、中性子発生装置１１により発生された中性子ビームＮのパラメータ及び患者の被照射部位の医用画像データに基づいて治療計画を生成する。一実施例では、治療計画モジュール２０内に患者の組織モデルテンプレートデータベース２１が記憶され、治療計画モジュール２０は、組織モデルテンプレートデータベース２１に基づいて、被照射部位の医用画像データに対応する３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立し、かつ中性子発生装置１１により発生された中性子ビームＮのパラメータ及び３次元ボクセルプロステーシス組織モデルに基づいて、モンテカルロシミュレーションプログラムにより患者が照射治療を受けたときの線量分布をシミュレーション計算し、かつ治療計画を生成する。組織モデルテンプレートデータベースを予め設定し、医師などの操作者の個人経験の差異により、確立されたモデル及び線量計算が正確ではないことを防止し、また、モデルにおける格子の生体基本情報の定義に多くの時間と精力を費やすことを回避する。制御モジュール３０は、治療計画モジュール２０から現在の患者に対応する治療計画を呼び出し、かつ治療計画に基づいて、中性子ビーム照射装置１０の照射を制御する。
図４を参照すると、本実施例に係る治療計画モジュール２０が治療計画を生成する方法は、具体的に、以下のステップＳ４１０～Ｓ４３０を含む。
Ｓ４１０では、組織モデルテンプレートデータベース２１に基づいて、被照射部位の医用画像データに対応する３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立する。
Ｓ４２０では、モンテカルロシミュレーションプログラム（例えば、ＭＣＮＰ、Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ Ｎ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｃｏｄｅ）においてビームパラメータを定義し、異なる照射角度をサンプリングすることにより線量シミュレーション計算を行う。
Ｓ４３０では、計算結果に基づいて、照射角度を好適に選択して、治療計画を生成する。
図５を参照すると、一実施例では、組織モデルテンプレートデータベース２１は、ＲＯＩテンプレートデータベース２１１及び材料テンプレートデータベース２１２を含み、理解できるように、組織モデルテンプレートデータベースは、他の設定を更に有することができ、本発明は、これについて特に制限がない。図６を参照すると、組織モデルテンプレートデータベースが組織モデルテンプレートデータベース２１に基づいて被照射部位の医用画像データに対応する３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立するステップＳ４１０は、以下のステップＳ６１０～Ｓ６５０を更に含んでもよい。
Ｓ６１０では、被照射部位の医用画像データを読み取る。
Ｓ６２０では、３次元医用画像ボクセルモデルを確立する。
Ｓ６３０では、被照射部位のＲＯＩテンプレートデータベース２１１を呼び出し、被照射部位のＲＯＩテンプレートデータベース２１１に設定されたＲＯＩの境界を定義するか、又は読み取る。
Ｓ６３０では、被照射部位のＲＯＩテンプレートデータベース２１１を呼び出し、被照射部位のＲＯＩテンプレートデータベース２１１に設定されたＲＯＩの境界を定義するか、又は読み取る。
Ｓ６４０では、被照射部位の材料テンプレートデータベース２１２を呼び出し、Ｓ６３０で定義された各ＲＯＩ内のボクセル単位の材料を与える。
Ｓ６５０では、３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立する。
ＲＯＩは、関心領域を指し、目、肝臓などの重要な器官であってもよく、骨組織、脳組織などの重要な組織であってもよく、腫瘍細胞であってもよい。ＲＯＩテンプレートデータベースには、異なる被照射部位（異なる腫瘍タイプ）に対して定義する必要があるＲＯＩの種類が設定され、例えば、表１に示すように、一実施例では、ＢＮＣＴが脳腫瘍治療過程において注意する必要があるＲＯＩに対して、脳腫瘍のＲＯＩテンプレートデータベースに全ての定義する必要があるＲＯＩタイプを予め作成し、例えば、空気（Ａｉｒ）、皮膚（Ｓｋｉｎ）、頸動脈（Ｃａｒｏｔｉｄ）、粘膜（Ｍｕｃｏｓａ）、脳組織（Ｂｒａｉｎ）、眼球（Ｅｙｅｂａｌｌ）、水晶体（Ｅｙｅｌｅｎｓ）、腺（Ｇｌａｎｄ）、骨（Ｓｋｅｌｅｔｏｎ）、軟組織（Ｓｏｆｔ ｔｉｓｓｕｅ）、脳腫瘍（Ｂｒａｉｎ ｔｕｍｏｒ）である。ステップＳ６３０では、呼び出された被照射部位のＲＯＩテンプレートデータベースに設定されたＲＯＩタイプに基づいて、治療計画モジュール２０は、ＣＴ値に基づいて、対応するＲＯＩ境界を自動的に定義するか、又は自動的に読み取るか、又は操作者が手動で定義し、全てのＲＯＩ境界を定義することにより、被照射部位の３次元医用画像ボクセルモデルを異なるＲＯＩ領域に分割し、即ち、各ボクセル単位を対応するＲＯＩ領域に分割する。あるＲＯＩ領域が被覆するＣＴ値の範囲が広く、一実施例では、治療計画モジュール２０は、ステップＳ６３０で定義されたＲＯＩ領域を異なるＣＴ値の範囲に応じて異なる組織種類に更に分割することができ、例えば、表１における脳組織（Ｂｒａｉｎ）、軟組織（Ｓｏｆｔ ｔｉｓｓｕｅ）、脳腫瘍（Ｂｒａｉｎ ｔｕｍｏｒ）などである。ＲＯＩタイプを予め設定し、医師などの操作者の個人経験の差異により、画定されたＲＯＩが不正確又は不完全であるため、確立された３次元プロステーシス組織モデル及び線量計算が正確ではないことを防止し、また、ＲＯＩタイプの選択に多くの時間と精力を費やすことを回避する。
表１．脳腫瘍のＲＯＩテンプレートデータベース及び材料テンプレートデータベース
表１．脳腫瘍のＲＯＩテンプレートデータベース及び材料テンプレートデータベース
図５に示すように、一実施例では、材料テンプレートデータベース２１２は、組織タイプテンプレートデータベース２１２１を含み、組織タイプテンプレートデータベース２１２１は、各ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、該ＲＯＩ領域に対応する組織種類（元素組成）を定義する。ステップＳ６４０は、組織タイプテンプレートデータベース２１２１に基づいて、ステップＳ６３０で定義された各ＲＯＩ内のボクセル単位の組織種類を与えるステップを含み、表１には、脳瘤のＲＯＩテンプレートデータベースにおける異なるＲＯＩに対応する１つ以上の組織種類（元素組成）を更に示す。３次元プロステーシス組織モデルは、組織種類情報を有し、元素組成をより正確に提供し、確立された幾何学的モデルは、医用画像データにより反映された実際の状況によりマッチングする。各ＲＯＩ及びＲＯＩにおける異なる組織タイプに対応する元素組成を予め設定し、医師などの操作者の個人経験の差異により、手動で与えるか又は自動的に変換して得られた同じＲＯＩ又は同じ組織タイプの元素組成に差異があるため、確立された３次元プロステーシス組織モデル及び線量計算が正確ではないことを防止し、また、ＲＯＩ内の元素組成を与えるか、又は変換することに多くの時間と精力を費やすことを回避する。
放射線療法システムがホウ素中性子捕捉療法システムである場合、組織モデルテンプレートデータベース２１に基づいて、被照射部位の医用画像データに対応する３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立するステップＳ４１０は、Ｓ６４０の後に、ステップＳ６３０で定義された各ＲＯＩ内のボクセル単位の組織ホウ素濃度を与えるステップＳ６６０を更に含んでもよい。理解できるように、Ｓ６６０は、Ｓ６４０の前に行われてもよい。ＰＥＴなどにより、各組織器官の不均一なホウ素濃度分布情報をリアルタイムに測定して取得することにより、各ボクセル単位のホウ素濃度値を与えてもよく、血中ホウ素濃度を測定し、かつ腫瘍、組織ホウ素濃度と血中ホウ素濃度との比を与えることにより、各ボクセル単位のホウ素濃度値を与え、均一なホウ素濃度分布情報を確立してもよい。図５に示すように、一実施例では、材料テンプレートデータベース２１２は、ホウ素濃度比テンプレートデータベース２１２２を更に含み、ホウ素濃度比テンプレートデータベース２１２２は、各ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、対応する組織ホウ素濃度と血中ホウ素濃度との比を定義し、表１には、脳腫瘍のＲＯＩテンプレートデータベースにおける異なるＲＯＩ及び同じＲＯＩにおける異なる組織タイプに対応するホウ素濃度比を示す。組織ホウ素濃度の情報で標識された幾何学的モデルにより、各組織内のホウ素含有薬物の濃度を明確に把握することができ、そして、中性子の照射シミュレーションを行う場合、実際の状況をより現実的に反映する。
組織種類及び組織ホウ素濃度を有する３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立した後、モンテカルロシミュレーションプログラムによりＢＮＣＴにおける患者が中性子ビームに照射されたときの内部３次元空間核粒子の衝突軌跡及びエネルギー分布をシミュレーションすることができ、即ち、物理的線量率分布をシミュレーションすることができ、物理的線量率分布に基づいて等価線量率分布を計算し、更に、線量指標に基づいて治療計画提案を選別する。図７を参照すると、具体的には、ステップＳ４２０は、以下のステップＳ７１０～Ｓ７２０を含む。
Ｓ７１０では、モンテカルロシミュレーションプログラムにおいてビームパラメータ（例えば、ビームのエネルギー、強度、半径など）を定義し、異なる照射角度をサンプリングすることにより、３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの異なる照射角度での物理的線量率分布をシミュレーションし、即ち、それぞれサンプリングの照射角度で、３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの各ボクセル単位が定義されたビーム照射で単位時間当たりに受けた物理的線量をシミュレーションする。
サンプリングする場合、ビームの開始位置及びビーム角度を計算することが決定される必要があり、計算における開始位置及び角度の決定は、順方向アルゴリズム又は逆方向アルゴリズムであってもよく、順方向アルゴリズムでは、開始位置が体外位置に決定され、固定角度又は距離間隔により順にサンプリングして計算することができ、またランダムサンプリングの方式で行うこともでき、ビーム角度の部分については、照射ポイントから腫瘍重心又は腫瘍の最も深い位置へのベクトル方向として設定することができ、具体的な腫瘍エンドポイント位置は、ユーザのニーズに応じて調整することができ、逆方向アルゴリズムでは、開始位置が腫瘍範囲内に決定され、その開始位置は、腫瘍重心、最も深い位置又は腫瘍範囲内のランダムなポイントであってもよく、ビーム角度は、ランダムサンプリング又は指定間隔によるサンプリングの方式を用いることができる。
サンプリングする場合、ビーム角度を選別し、例えば、ビーム角度を評価し、評価結果に基づいて、後続の計算に用いられるビーム角度を選択してもよく、あるいは、サンプリングして計算した後にビーム角度を選別し、例えば、放射線量分布の結果又はビーム角度の評価結果に基づいて選別してもよい。ビーム角度の評価方法について、本明細書では詳細に説明せず、２０１７年６月１６日に開示され、公開番号がＣＮ１０６８５３２７２Ａ、発明の名称が「ビーム照射角度の評価方法」である特許出願を参照することができ、その全体の内容が本明細書に組み込まれる。
図３に示すように、一実施例では、中性子ビーム照射装置１０は、コリメータ１３を更に含み、異なる患者に異なるコリメータを選択して被照射部位にマッチングできることにより、コリメータの出口から患者に照射するビームパラメータ、照射角度も異なる。ステップＳ７１０においてモンテカルロシミュレーションを行う場合、選択されたコリメータのモデルを同時に確立することができ、図５に示すように、一実施例では、治療計画モジュール２０には、コリメータテンプレートデータベース２２が更に記憶されてもよく、コリメータテンプレートデータベース２２は、異なるコリメータに対応するビームのパラメータを少なくとも部分的に定義し、ステップＳ７１０においてモンテカルロシミュレーションを行う場合、コリメータのタイプを手動で選択するか、又は自動的に読み取ることができ、コリメータテンプレートデータベースから対応するコリメータのタイプに対応するビームパラメータを呼び出す。
ホウ素中性子捕捉療法において、線量に寄与する主な因子は、以下の４つの部分を有する。
１）ホウ素線量ＤＢ：線量は、組織、腫瘍中のホウ素含有薬物が中性子と１０Ｂ（ｎ、α）７Ｌｉ中性子捕捉反応を発生させることにより生成された高線エネルギー付与α、７Ｌｉ粒子に由来する。
２）高速中性子線量Ｄｆ：主に熱外中性子、高速中性子と水素の弾性散乱作用により生成された反跳陽子に由来する。
３）熱中性子線量Ｄｔｈ：線量は、主に１４Ｎ（ｎ，ｐ）１４Ｃ作用により生成された陽子と反跳炭素イオンに由来する。
４）光子線量Ｄγ：中性子と遮蔽構造が作用して、人体組織と捕捉反応を発生させることにより誘発された光子を含み、後者は、主に熱中性子が１Ｈ（ｎ，γ）２Ｈ反応を発生させて生成された２．２２ＭｅＶの光子である。
一実施例では、ステップＳ７１０では、単位時間当たりに受けた物理的線量は、モンテカルロシミュレーションプログラムによりシミュレーションして得られた単位時間当たりのホウ素線量（ＤＢ）、高速中性子線量（Ｄｆ）、熱中性子線量（Ｄｔｈ）及び光子線量（Ｄγ）を含む。
Ｓ７２０では、３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの異なる照射角度での等価線量率分布を計算する。
ホウ素中性子捕捉療法において、光子、中性子による生物学的効果が異なるため、高速中性子、熱中性子及び光子の線量に対して、それぞれ異なる組織の相対的生物学的効果（Ｒｅｌａｔｉｖｅ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ、ＲＢＥ）を乗算することにより、等価線量（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｄｏｓｅ）が得られ、ホウ素線量については、α、７Ｌｉ粒子の射程が短く、傷害が一般的に、ホウ素中性子捕捉作用の発生位置に限定されており、また、異なる種類の細胞がホウ素含有薬物を吸収する能力が異なるため、ホウ素濃度の体内での分布が不均一となり、等価線量を求めるために、この線量に各組織の化合物生物学的効果（Ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ、ＣＢＥ）及び異なる組織におけるホウ素濃度（ステップＳ６６０で定義される）を乗算する必要があり、即ち、ボクセル単位の等価線量率Ｄは、式１を用いて計算し、
Ｄ（Ｇｙ）＝ＣＢＥ（１／ｐｐｍ）×Ｂｃｏｎ（ｐｐｍ）×ＤＢ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｆ×Ｄｆ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｔｈ×Ｄｔｈ（Ｇｙ）＋ＲＢＥγ×Ｄγ（Ｇｙ）（式１）
ここで、ＣＢＥは、ホウ素含有薬物の単位濃度の化合物生物学的効果であり、Ｂｃｏｎは、組織ホウ素濃度であり、ＲＢＥｆは、高速中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥｔｈは、熱中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥγは、光子の相対的生物学的効果である。
Ｄ（Ｇｙ）＝ＣＢＥ（１／ｐｐｍ）×Ｂｃｏｎ（ｐｐｍ）×ＤＢ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｆ×Ｄｆ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｔｈ×Ｄｔｈ（Ｇｙ）＋ＲＢＥγ×Ｄγ（Ｇｙ）（式１）
ここで、ＣＢＥは、ホウ素含有薬物の単位濃度の化合物生物学的効果であり、Ｂｃｏｎは、組織ホウ素濃度であり、ＲＢＥｆは、高速中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥｔｈは、熱中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥγは、光子の相対的生物学的効果である。
図５に示すように、一実施例では、材料テンプレートデータベース２１２は、生物学的効果テンプレートデータベース２１２３を更に含み、ビームの異なる組織に対する生物学的効果が異なるため、生物学的効果テンプレートデータベースは、各ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、該ＲＯＩ領域に対応する組織の、治療用ビームに対する生物学的効果を定義する。ステップＳ６４０は、被照射部位の生物学的効果テンプレートデータベースを呼び出し、生物学的効果テンプレートデータベースに基づいて、Ｓ６３０で定義された各ＲＯＩ内のボクセル単位の生物学的効果値を与えるステップを更に含む。放射線療法システムがホウ素中性子捕捉療法システムである実施例では、生物学的効果テンプレートデータベース２１２３は、各ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、該ＲＯＩ領域に対応するＣＢＥ、ＲＢＥｆ、ＲＢＥｔｈ、及びＲＢＥγを定義し、表１には、脳腫瘍のＲＯＩテンプレートデータベースにおける異なるＲＯＩ及び同じＲＯＩにおける異なる組織タイプに対応するＣＢＥ、ＲＢＥｆ、ＲＢＥｔｈ、及びＲＢＥγを示し、ここで、光子の生物学的効果を基準とすると、ＲＢＥγが１である。Ｓ６３０で定義された各ＲＯＩ内のボクセル単位の生物学的効果値を与えることは、Ｓ６３０で定義された各ＲＯＩ内のボクセル単位のＣＢＥ、ＲＢＥｆ、ＲＢＥｔｈ、及びＲＢＥγを与えることを含む。ＣＢＥを与える過程は、１０Ｂ含有薬物のタイプを手動で選択することを更に含んでもよく、異なる薬物タイプは、異なるＣＢＥに対応し、一実施例として、表１におけるＣＢＥは、ＢＰＡを１０Ｂ含有薬物として与えられる。理解できるように、ステップＳ７２０で生物学的効果値を与えるステップを行ってもよい。各ＲＯＩ及びＲＯＩにおける異なる組織タイプに対応する生物学的効果データを予め設定し、医師などの操作者の個人経験の差異により、与えられた同じＲＯＩ又は同じ組織タイプの生物学的効果データに差異があるため、確立された３次元プロステーシス組織モデル及び線量計算が正確ではないことを防止し、また、ＲＯＩ内の生物学的効果データを与えることに大量の時間と精力を費やすことを回避する。
ステップＳ４３０では、Ｓ７２０で計算して得られた等価線量率分布に基づいて、数学的アルゴリズムと組み合わせて異なる治療計画提案（照射角度及び対応する照射時間）を評価するか、又は好適に選択する。例えば、そのうちの１つのＲＯＩ領域を目標として選択し、該ＲＯＩ領域の最大線量、平均線量又は処方線量などを制約条件として、サンプリングされた照射角度に対応する照射時間を求め、該照射時間で、サンプリングされた照射角度での３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの等価線量分布を取得し、その後に線量体積ヒストグラム（ＤＶＨ）、等線量曲線、線量表などを用いて異なる照射角度及び対応する照射時間の、３次元ボクセルプロステーシス組織モデルでシミュレーション計算して得られた等価線量分布を評価するか、又は好適に選択し、更に、上述した照射角度評価を行うことにより、医師などの操作者がよりニーズに合致する治療計画提案を選択することができる。理解できるように、最適化アルゴリズムなどにより少なくとも２つの照射角度を選択して患者を順に照射してもよく、照射角度の具体的な数を手動で設定するか、又はアルゴリズムにより自動的に取得するか、又は強度変調回転照射を用いて取得してもよく、照射角度のサンプリングは、患者の同じ側又は反対側で行われてもよい。
理解できるように、組織モデルテンプレートデータベースは、本願に記載の実施例の構造に限定されず、例えば、ＲＯＩテンプレートデータベース、組織タイプテンプレートデータベース、ホウ素濃度比テンプレートデータベース、及び生物学的効果テンプレートデータベースのうちのいずれか１つ以上を含んでもよく、治療計画の策定過程において、呼び出された組織モデルテンプレートデータベースに設定された異なる照射部位のＲＯＩタイプ、各ＲＯＩ内のボクセル単位の元素組成、各ＲＯＩ内のボクセル単位のホウ素濃度比、各ＲＯＩ内のボクセル単位の生物学的効果値に対して、いずれも手動で修正できることにより、異なる状況に適応する。理解できるように、上記式１及び線量計算、評価、好適な選択方法のいくつかの簡単な変換は、依然として、本発明の特許請求の範囲内にある。
理解できるように、本発明は、更に、陽子、重イオン、Ｘ線又はガンマ線療法などの当業者に周知のモンテカルロソフトウェアでシミュレーションできる他の放射線療法の分野に適用することができ、この場合、中性子ビーム照射装置は、他の放射ビーム照射装置であり、本発明は、アルツハイマー病、関節リウマチなどの放射線照射で治療できる他の疾患に適用することもでき、この場合、腫瘍細胞は、他の病変組織であり、患者は、他の被照射体であってもよい。
以上に本発明の例示的な具体的な実施形態について説明して、当業者が本発明を理解することを容易にするが、明らかに、本発明は具体的な実施形態の範囲に限定されず、当業者にとって、様々な変化が添付の特許請求の範囲で限定かつ決定される本発明の精神及び範囲内にあれば、これらの変化が明らかであるため、いずれも本発明の特許請求の範囲内にある。
Claims (15)
- 治療用ビームを生成し、被照射体に照射して被照射部位を形成するビーム照射装置と、
前記被照射体の組織モデルテンプレートデータベースが記憶され、前記組織モデルテンプレートデータベース、前記被照射部位の医用画像データ、及び前記ビーム照射装置により生成された前記治療用ビームのパラメータに基づいて、線量シミュレーション計算を行い、かつ治療計画を生成する治療計画モジュールと、
前記治療計画モジュールから前記被照射体に対応する前記治療計画を呼び出し、かつ前記治療計画に従って前記被照射体を照射するように前記ビーム照射装置を制御する制御モジュールと、を含むことを特徴とする、放射線療法システム。 - 前記組織モデルテンプレートデータベースは、ＲＯＩテンプレートデータベース及び材料テンプレートデータベースを含み、前記ＲＯＩは、関心領域を指し、前記ＲＯＩテンプレートデータベースには、異なる前記被照射部位に対して定義する必要があるＲＯＩ種類が設定され、前記材料テンプレートデータベースは、組織タイプテンプレートデータベースを含み、前記組織タイプテンプレートデータベースは、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、対応する組織種類を定義することを特徴とする、請求項１に記載の放射線療法システム。
- 前記治療計画モジュールは、前記ＲＯＩテンプレートデータベース及び前記組織タイプテンプレートデータベースに基づいて、前記被照射部位の医用画像データに対応する３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立し、かつ前記治療用ビームのパラメータ及び前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルに基づいて、モンテカルロシミュレーションプログラムにより前記被照射部位に前記治療用ビームを照射したときの物理的線量率分布をシミュレーションすることを特徴とする、請求項２に記載の放射線療法システム。
- 前記材料テンプレートデータベースは、生物学的効果テンプレートデータベースを含み、前記生物学的効果テンプレートデータベースは、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、対応する生物学的効果データを定義し、前記治療計画モジュールは、シミュレーションされた物理的線量率分布及び前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの生物学的効果データに基づいて、前記被照射部位に前記治療用ビームを照射したときの等価線量率分布を計算することを特徴とする、請求項３に記載の放射線療法システム。
- 前記放射線療法システムは、ホウ素中性子捕捉療法システムであり、前記治療計画モジュールは、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、対応するホウ素濃度を定義し、モンテカルロシミュレーションプログラムにより前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの単位時間当たりのホウ素線量（ＤＢ）、高速中性子線量（Ｄｆ）、熱中性子線量（Ｄｔｈ）及び光子線量（Ｄγ）をシミュレーションすることを特徴とする、請求項３に記載の放射線療法システム。
- 前記材料テンプレートデータベースは、ホウ素濃度比テンプレートデータベースを更に含み、前記ホウ素濃度比テンプレートデータベースは、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、対応する組織ホウ素濃度と血中ホウ素濃度との比を定義することを特徴とする、請求項５に記載の放射線療法システム。
- 前記材料テンプレートデータベースは、生物学的効果テンプレートデータベースを含み、前記生物学的効果テンプレートデータベースは、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位に対して、対応するＣＢＥ、ＲＢＥｆ、ＲＢＥｔｈ、及びＲＢＥγを定義し、式１を用いて前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの等価線量率Ｄを計算し、
Ｄ（Ｇｙ）＝ＣＢＥ（１／ｐｐｍ）×Ｂｃｏｎ（ｐｐｍ）×ＤＢ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｆ×Ｄｆ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｔｈ×Ｄｔｈ（Ｇｙ）＋ＲＢＥγ×Ｄγ（Ｇｙ）（式１）
ここで、ＣＢＥは、ホウ素含有薬物の単位濃度の化合物生物学的効果であり、Ｂｃｏｎは、組織ホウ素濃度であり、ＲＢＥｆは、高速中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥｔｈは、熱中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥγは、光子の相対的生物学的効果であることを特徴とする、請求項５に記載の放射線療法システム。 - 前記治療計画モジュールは、異なる照射角度をサンプリングしてシミュレーション計算した前記等価線量率分布に基づいて好適に選択し、かつ少なくとも１つの照射角度を選択することを特徴とする、請求項４又は７に記載の放射線療法システム。
- 前記ビーム照射装置は、コリメータを更に含み、前記治療計画モジュール内にコリメータテンプレートデータベースが記憶され、前記コリメータテンプレートデータベースは、異なるコリメータに対応する前記治療用ビームのパラメータを少なくとも部分的に定義することを特徴とする、請求項１に記載の放射線療法システム。
- 組織モデルテンプレートデータベースに基づいて、被照射部位の医用画像データに対応する３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立するステップと、
モンテカルロシミュレーションプログラムにおいてビームパラメータを定義し、異なる照射角度をサンプリングすることにより線量シミュレーション計算を行うステップと、
計算結果に基づいて照射角度を好適に選択して、治療計画を生成するステップと、を含むことを特徴とする、放射線療法システムの治療計画生成方法。 - 前記組織モデルテンプレートデータベースは、ＲＯＩテンプレートデータベース及び組織タイプテンプレートデータベースを含み、前記ＲＯＩは、関心領域を指し、前記組織モデルテンプレートデータベースに基づいて、被照射部位の医用画像データに対応する３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立するステップは、
前記被照射部位の医用画像データを読み取るステップと、
３次元医用画像ボクセルモデルを確立するステップと、
前記被照射部位のＲＯＩテンプレートデータベースを呼び出し、前記被照射部位のＲＯＩテンプレートデータベースに設定されたＲＯＩの境界を定義するか、又は読み取るステップと、
前記被照射部位の組織タイプテンプレートデータベースを呼び出し、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位の組織種類を与えるステップと、
各前記ＲＯＩ内のボクセル単位の組織ホウ素濃度を与えるステップと、
前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルを確立するステップと、を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の治療計画生成方法。 - 前記組織モデルテンプレートデータベースは、ホウ素濃度比テンプレートデータベースを含み、前記被照射部位のホウ素濃度比テンプレートデータベースに基づいて、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位の組織ホウ素濃度と血中ホウ素濃度との比を与えることにより、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位の組織ホウ素濃度を与えることを特徴とする、請求項１１に記載の治療計画生成方法。
- 前記モンテカルロシミュレーションプログラムにおいてビームパラメータを定義し、異なる照射角度をサンプリングすることにより線量シミュレーション計算を行うステップは、
サンプリングされた照射角度で、前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの各ボクセル単位が定義されたビーム照射で単位時間当たりに受けた、ホウ素線量（ＤＢ）、高速中性子線量（Ｄｆ）、熱中性子線量（Ｄｔｈ）及び光子線量（Ｄγ）を含む、物理的線量をシミュレーションするステップと、
式１を用いて前記３次元ボクセルプロステーシス組織モデルの各ボクセル単位の、定義されたビーム照射での単位時間当たりの等価線量率Ｄを計算するステップと、を含み、
Ｄ（Ｇｙ）＝ＣＢＥ（１／ｐｐｍ）×Ｂｃｏｎ（ｐｐｍ）×ＤＢ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｆ×Ｄｆ（Ｇｙ）＋ＲＢＥｔｈ×Ｄｔｈ（Ｇｙ）＋ＲＢＥγ×Ｄγ（Ｇｙ）（式１）
ここで、ＣＢＥは、ホウ素含有薬物の単位濃度の化合物生物学的効果であり、Ｂｃｏｎは、組織ホウ素濃度であり、ＲＢＥｆは、高速中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥｔｈは、熱中性子の相対的生物学的効果であり、ＲＢＥγは、光子の相対的生物学的効果であり、前記組織モデルテンプレートデータベースは、生物学的効果テンプレートデータベースを含み、前記被照射部位の生物学的効果テンプレートデータベースに基づいて、各前記ＲＯＩ内のボクセル単位のＣＢＥ、ＲＢＥｆ、ＲＢＥｔｈ、及びＲＢＥγを与えることを特徴とする、請求項１１に記載の治療計画生成方法。 - 異なる照射角度をサンプリングしてシミュレーション計算した前記等価線量率Ｄの分布に基づいて好適に選択し、かつ少なくとも１つの照射角度を選択するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載の治療計画生成方法。
- 前記放射線療法システムは、コリメータを更に含み、モンテカルロシミュレーションプログラムにおいて、コリメータテンプレートデータベースに基づいて、異なるコリメータに対応する前記ビームパラメータを定義することを特徴とする、請求項１０に記載の治療計画生成方法。
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