JP2621112B2 - Treatment plan optimization method for radiation therapy system - Google Patents

Treatment plan optimization method for radiation therapy system

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JP2621112B2
JP2621112B2 JP9063795A JP9063795A JP2621112B2 JP 2621112 B2 JP2621112 B2 JP 2621112B2 JP 9063795 A JP9063795 A JP 9063795A JP 9063795 A JP9063795 A JP 9063795A JP 2621112 B2 JP2621112 B2 JP 2621112B2
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radiation
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千昭 加藤
耕一 佐野
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技術研究組合医療福祉機器研究所
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は放射線治療システムにお
ける治療計画最適化方法、すなわち、正常組織への被爆
を極力抑え、かつ、腫瘍等の治療対象部位へ線量を効果
的に与えるような治療計画を立案する際に、その立案作
業を支援する方法(以下、「治療計画最適化方法」という)
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for optimizing a treatment plan in a radiotherapy system, that is, a treatment plan that minimizes exposure to normal tissues and effectively supplies a dose to a treatment target site such as a tumor. A method to support the planning work when planning a treatment (hereinafter referred to as “treatment plan optimization method”)
About.

【0002】[0002]

【従来の技術】放射線治療においては、治療に先立って
治療対象となる人体の正常組織への被爆を最小限に留
め、かつ、病巣部の腫瘍等に治療効果のある線量を与え
るような照射方法を求める。この過程は一般に「治療計
画」と言われる。従来は、ある照射方法に対する線量分
布を数値計算で求めた後で、例えば、各線量値に対する
組織体積の関係を示すDVH(Dose Volume Histogra
m)、あるいは、各線量値とその線量以上になる組織の総
体積との関係を示す累加DVHという一種の評価用特性
図を用いて、その照射方法の評価を行い、満足できる結
果であればその照射方法を治療に採用し、そうでなけれ
ば別の照射方法で同様の処理を行うような、試行錯誤的
な方法により主に治療計画を立案していた。このような
試行錯誤的な方法を採る替わりに、治療計画を一種の数
理的な最適化問題として捕える考え方もある。例えば、
「腔内照射放射線治療の最適化に関する研究」(熊本悦子
他、JAMIT研究会予稿集、pp.96-101、1993.1)、あ
るいは、”Dose-Volume Considerations with Line
ar Programming Optimiza-tion”(S.M.Morrill,et
al.,Med.Phys.18(6),pp.1201-1210,1991)では、ある
制約条件の下である目的関数を最小にする線形計画法に
よる最適化で治療計画を立案している。
2. Description of the Related Art In radiotherapy, prior to treatment, a method of irradiation that minimizes exposure to normal tissues of the human body to be treated and gives a therapeutically effective dose to tumors and the like at lesions. Ask for. This process is commonly referred to as "treatment planning." Conventionally, after a dose distribution for a certain irradiation method is obtained by numerical calculation, for example, a DVH (Dose Volume Histogra) showing a relationship of a tissue volume to each dose value is obtained.
m) Alternatively, the irradiation method is evaluated using a kind of evaluation characteristic diagram called cumulative DVH, which shows the relationship between each dose value and the total volume of tissue that exceeds the dose, and if the results are satisfactory, The treatment method was mainly designed by a trial and error method in which the irradiation method was adopted for treatment, and otherwise the same treatment was performed by another irradiation method. Instead of using such a trial and error method, there is an idea of treating a treatment plan as a kind of mathematical optimization problem. For example,
"A Study on Optimization of Intracavitary Irradiation Therapy" (Etsuko Kumamoto et al., Proceedings of JAMIT Study Group, pp.96-101, 1993.1), or "Dose-Volume Considerations with Line"
ar Programming Optiza-tion ”(SM Morrill, et
al., Med. Phys. 18 (6), pp. 1201-1210, 1991) make a treatment plan by optimization by linear programming that minimizes an objective function under certain constraints.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】これらの論文と異な
り、線源から細い放射線ビームを照射する場合、ある線
源からのビーム上に致死線量以上や耐用線量以下などの
制約を課す制約点の数が十分になくて、例えば、ある線
源からの照射がなくても最適化が達成されたり、あるい
は、ある線源からの照射強度が無限大となるものが最適
解になるなど、照射の分散化の観点から望ましくない結
果を得ることがある。制約点数を増加させれば、このよ
うな不適切な最適解が生じるのを防ぐことが可能になる
が、それは制約条件の増加につながり最適化計算の処理
時間の増大を招くことになる。本発明は上記事情に鑑み
てなされたもので、その目的とするところは、従来の技
術における上述の如き問題を解消し、制約点数を過度に
増大させることなく、線形計画法において照射の分散化
を実現する最適解を導くための方法を提供することにあ
る。
Unlike these papers, when irradiating a narrow radiation beam from a source, the number of restriction points that impose restrictions on the beam from a certain source such as a lethal dose or less than a useful dose is given. There is not enough, for example, optimization can be achieved without irradiation from a certain source, or the dispersion of irradiation such that the irradiation intensity from a certain source becomes infinite becomes the optimal solution. Undesirable results may be obtained from a chemical viewpoint. Increasing the number of constraint points can prevent such an inappropriate optimal solution from occurring, but this leads to an increase in constraint conditions and an increase in the processing time of the optimization calculation. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to solve the above-described problems in the conventional technology and to reduce the number of constraints in a linear programming method without excessively increasing the number of constraints. It is an object of the present invention to provide a method for deriving an optimal solution for realizing.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の上述の目的は、
画像データおよび外部からの命令を入力する入力装置
と、入力された画像データを外部からの命令により処理
するコンピュータと、処理結果を表示する表示装置と、
処理結果を記憶する記憶装置を有する治療計画装置と、
該治療計画装置の処理結果に基づいてガントリ・照射ヘ
ッド・治療寝台の位置・方向、および、加速器のエネル
ギを制御する手段を持つ放射線治療装置から構成される
放射線治療システムにおいて、前記治療計画装置を使用
して治療対象体内の病巣部に対して空間的に分布する放
射線源の強度を線形計画問題を解くことによって治療効
果が最大になる最適値に決定する際、調整用の変数と該
変数による関数を設定し、前記線形計画問題における制
約条件の制約値を前記関数の値で指定し、かつ、前記関
数の値を順次変更しながら前記線形計画問題を繰り返し
解くことにより放射線源の強度分布を最適値に決定する
処理を有することを特徴とする治療計画最適化方法によ
って達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The above objects of the present invention are as follows.
An input device that inputs image data and an external command, a computer that processes the input image data according to an external command, a display device that displays a processing result,
A treatment planning device having a storage device for storing processing results,
A radiation treatment system comprising a radiation treatment device having means for controlling the position and direction of a gantry, an irradiation head, a treatment couch, and energy of an accelerator based on the processing result of the treatment planning device, When the intensity of the radiation source spatially distributed with respect to the lesion in the treatment target is determined to be the optimum value at which the treatment effect is maximized by solving the linear programming problem, the variable for adjustment and the variable A function is set, the constraint value of the constraint condition in the linear programming problem is designated by the value of the function, and the intensity distribution of the radiation source is obtained by repeatedly solving the linear programming problem while sequentially changing the value of the function. This is achieved by a method for optimizing a treatment plan, which has a process of determining an optimum value.

【0005】[0005]

【作用】本発明に係る治療計画最適化方法においては、
致死線量以上,耐用線量以下あるいは指定線量相等の制
約を課す、治療対象となる人体内の制約点において、致
死線量,耐用線量あるいは指定線量のそれぞれの線量値
を調整用の変数による関数から指定することが可能な制
約条件を使用して、線形計画問題を上述の調整用の変数
の値を順次変更しながら繰り返し解くことにより、人体
周囲の放射線源強度の最適な空間分布を見つけ出す。致
死線量,耐用線量あるいは指定線量の線量値を調整用の
変数による関数から指定する制約条件と、線量値を直接
指定する従来からある制約条件とが線形計画問題の中に
混在する場合にも、本発明は適用可能である。ただし、
線量値を調整用の変数による関数から指定する際、制約
点の位置を人体断層像を用いて各々の放射線ビームが人
体内を照射する範囲であって、かつ、2つ以上の放射線
ビームが交差する部分を除いた範囲に少なくとも1点は
設定する。これにより、計算時間を増大させる制約点の
数を過度に増やすことなく、線形計画法において照射の
分散化を実現する最適解を導くことが可能になる。
In the method for optimizing a treatment plan according to the present invention,
At the constrained point in the human body to be treated, which imposes restrictions such as a lethal dose, a useful dose or less, or a specified dose phase, etc., specifies the respective dose values of the lethal dose, the useful dose, or the specified dose from a function using a variable for adjustment. The optimal spatial distribution of the radiation source intensity around the human body is found by repeatedly solving the linear programming problem while sequentially changing the values of the above-mentioned adjustment variables using possible constraints. In the case where a constraint that specifies a lethal dose, a useful dose or a dose value of a specified dose from a function using a variable for adjustment and a conventional constraint that directly specifies a dose value are mixed in a linear programming problem, The present invention is applicable. However,
When specifying the dose value from the function using the variable for adjustment, the position of the constraint point is within the range where each radiation beam irradiates the human body using a human tomographic image, and two or more radiation beams intersect. At least one point is set in a range excluding a portion to be performed. This makes it possible to derive an optimal solution for realizing decentralized irradiation in the linear programming method without excessively increasing the number of constraint points that increase the calculation time.

【0006】調整用の変数による関数には、例えば、以
下のようなものを用いる。 dose(α)=(LD/n)×α ただし、dose(α):線量値(Gy) LD:致死線量(Gy) n:門数 α:調整用の変数 これは、1門当たりの致死線量がいくらになるか求め、
そのα倍したものをある制約点における致死線量,耐用
線量あるいは指定線量の線量値として使用するものであ
る。上述の関数だけしか適用できないわけではなく、他
の関数を適用しても構わない。なお、本発明に係る治療
計画最適化方法においては、制約点の位置がどこなのか
を確認するため、人体断層像上にその位置を表示する方
法も提供される。表示は、致死線量以上,耐用線量以下
あるいは指定線量相等の制約毎に、かつ、致死線量,耐
用線量あるいは指定線量の線量値を調整用の変数による
関数から指定するか、あるいは、線量値を直接指定する
かの種類毎に制約点の区別が可能となるように行う。
For example, the following function is used as a function based on a variable for adjustment. dose (α) = (LD / n) × α where dose (α): dose value (Gy) LD: lethal dose (Gy) n: number of portals α: variable for adjustment This is the lethal dose per gate To find out how much
The value multiplied by α is used as a lethal dose, a useful dose or a specified dose at a certain restriction point. Not only the above functions can be applied, but other functions may be applied. In the treatment plan optimizing method according to the present invention, there is also provided a method of displaying the position of a restriction point on a tomographic image of a human body in order to confirm the position of the restriction point. Indicate the value of the lethal dose, the useful dose, the specified dose phase, etc., and the dose value of the lethal dose, the useful dose or the specified dose from the function using the variable for adjustment, or specify the dose value directly. It is performed so that restriction points can be distinguished for each type of designation.

【0007】以下、本発明の原理について、より具体的
に説明する。 1.照射方法 放射線治療では、放射線の組織破壊作用により腫瘍を壊
死させる治療方法を採っている。治療には、図2のよう
な治療装置を使用する。患者を治療寝台201に寝か
せ、ガントリ202と治療寝台201を回転させて、い
ろいろな方向から治療対象となる人体内の腫瘍へ放射線
の照射を行う。放射線はガントリ202内の線源203
から照射ヘッド204を経てビームとなって腫瘍に照射
される。照射方法には大きく分けて多門照射と回転照射
の2種類がある。 1.1.多門照射 ガントリ202と治療寝台201を回転させることによ
って体内の腫瘍に対してある方向に線源203を移動さ
せ、その方向に線源203を固定して照射を行った後、
別の方向へ線源203を移動させて再び照射を行う、こ
のような過程を複数回実施して、腫瘍へ線量を与える方
法が多門照射である。多門照射は多数の線源からの同時
照射ではないが、組織の吸収線量の総量は各方向からの
照射による吸収線量の総和となるので、同時照射と効果
は同じになる。線源の数を意味する門数は腫瘍に対して
線源を固定した方向の数と等しい。
Hereinafter, the principle of the present invention will be described more specifically. 1. Irradiation method In radiotherapy, a treatment method is used in which the tumor is necrotic by the tissue destruction effect of radiation. For the treatment, a treatment device as shown in FIG. 2 is used. The patient is laid on the treatment couch 201, and the gantry 202 and the treatment couch 201 are rotated to irradiate a tumor in a human body to be treated from various directions with radiation. Radiation is applied to a source 203 in a gantry 202.
From the irradiation head 204 to form a beam and irradiate the tumor. Irradiation methods are broadly classified into two types: multi-port irradiation and rotary irradiation. 1.1. By rotating the gantry 202 and the treatment bed 201, the radiation source 203 is moved in a certain direction with respect to the tumor in the body, and irradiation is performed with the radiation source 203 fixed in that direction.
Multiport irradiation is a method in which the irradiation is performed again by moving the radiation source 203 in another direction, and such a process is performed a plurality of times to give a dose to the tumor. Although multiport irradiation is not simultaneous irradiation from multiple sources, the effect is the same as simultaneous irradiation since the total amount of absorbed dose to the tissue is the sum of the absorbed doses from irradiation from each direction. The number of portals, which means the number of sources, is equal to the number of directions in which the sources are fixed relative to the tumor.

【0008】1.2.回転照射 治療寝台201をある角度に保ったままで、ガントリ2
02を一定回転速度である範囲にわたって回転させるこ
とにより、体内の腫瘍を中心とした円弧軌道上を一定速
度で移動する線源203から連続的に照射を行って腫瘍
へ線量を与える方法が回転照射である。通常は、治療寝
台201を数個所で固定するので、円弧軌道数本分の照
射を行うのが一般的である。 2.吸収線量分布の数値計算 人体内部組織の吸収線量分布を直接計測することは不可
能なので、治療前にX線CT装置などの画像診断装置か
ら得た組織分布を基礎データとして、ある物理モデルを
仮定した計算処理をこのデータに施して組織の吸収線量
分布を求める。数値計算法は、例えば「放射線治療計画
システム」(稲邑清也、篠原出版、1992)にあるように、
物理モデルに依存して第1世代から第3世代のアルゴリ
ズム,モンテカルロ法など各種が考案されている。モン
テカルロ法は、現在最も正確な計算方法と考えられてい
るが、計算時間が膨大になるため実際の治療計画に使わ
れることはない。実際の治療計画で使用される計算方法
は、第1,第2世代のアルゴリズムである。世代が進む
ほど物理モデルは精巧になって精度が良くなるが、計算
時間を多く要するようになる。第2世代のアルゴリズム
が、実用面から言って現在の限界のようである。しかし
ながら、第2世代のアルゴリズムでさえ、計算時間はか
なりかかるため、第1世代のアルゴリズムを治療計画に
使うのが一般的である。本発明は数値計算法に依存しな
いので、以下では、数値計算法の内容には触れないこと
にする。
[0008] 1.2. Rotational irradiation While maintaining the treatment bed 201 at an angle, the gantry 2
02 is rotated over a range of a constant rotation speed, so that a continuous irradiation is performed from a source 203 moving at a constant speed on an arc trajectory centered on the tumor in the body to give a dose to the tumor. It is. Usually, since the treatment couch 201 is fixed at several places, it is general to irradiate several arc trajectories. 2. Numerical calculation of absorbed dose distribution Since it is not possible to directly measure the absorbed dose distribution of tissues inside the human body, a physical model is assumed based on the tissue distribution obtained from an image diagnostic device such as an X-ray CT device before treatment. The calculated processing is applied to this data to determine the absorbed dose distribution of the tissue. Numerical calculation method, for example, as in "Radiation Therapy Planning System" (Seiya Inamura, Shinohara Publishing, 1992)
Various algorithms such as the first to third generation algorithms and the Monte Carlo method have been devised depending on the physical model. The Monte Carlo method is currently considered the most accurate calculation method, but it is not used for actual treatment planning due to the enormous calculation time. The calculation methods used in the actual treatment plan are first and second generation algorithms. As the generation progresses, the physical model becomes more sophisticated and accurate, but requires more calculation time. The second generation algorithm seems to be the current limit in practical terms. However, even the second generation algorithm takes a considerable amount of computation time, so it is common to use the first generation algorithm for treatment planning. Since the present invention does not depend on the numerical calculation method, the content of the numerical calculation method will not be described below.

【0009】3.Dose Volume Histogram(DVH) 図3(a)に、DVH301の例を示す。DVH301は
数値計算による吸収線量分布を利用して、注目する組織
あるいは照射部位全体を対象に、横軸を吸収線量,縦軸
を体積にとって、各吸収線量に対する組織体積をグラフ
に表示したものである。治療計画では腫瘍へ高線量を与
え、正常組織へは極力線量を抑える照射条件に従って、
数値計算で吸収線量分布を求めるので、DVH301の
低線量域で体積を持つ組織は正常組織と考えられる。低
線量域の体積が多いものは望ましい治療計画とも言え
る。DVH301は腫瘍に対する照射条件の評価にも使
えるが、どちらかと言えば低線量域の体積から正常組織
に対する照射条件の評価を行うために利用される。ま
た、累加DVH302というものもある。この例を図3
(b)に示す。これはDVH301においてある吸収線量
に注目してその値以上になった組織の総体積を計算し、
この総体積を注目した吸収線量毎に対応させて表示した
ものである。DVH301における体積をV(D)、累加
DVH302における体積をVc(D)とすると、
3. Dose Volume Histogram (DVH) FIG. 3A shows an example of the DVH 301. The DVH 301 displays the tissue volume for each absorbed dose in a graph, with the horizontal axis representing the absorbed dose and the vertical axis representing the volume, using the absorbed dose distribution obtained by numerical calculation, for the target tissue or the entire irradiation site. . In the treatment plan, a high dose is given to the tumor, and the dose to normal tissue is minimized according to the irradiation conditions.
Since the absorbed dose distribution is obtained by numerical calculation, a tissue having a volume in the low dose range of the DVH301 is considered to be a normal tissue. A large volume in the low-dose area is a desirable treatment plan. The DVH 301 can also be used to evaluate the irradiation conditions for the tumor, but rather it is used to evaluate the irradiation conditions for the normal tissue from the volume in the low dose range. There is also a cumulative DVH 302. This example is shown in FIG.
It is shown in (b). This focuses on a certain absorbed dose in the DVH301, and calculates the total volume of the tissue that has exceeded that value,
This total volume is displayed corresponding to each absorbed dose of interest. If the volume in the DVH 301 is V (D) and the volume in the cumulative DVH 302 is Vc (D),

【数1】 と表わせる。累加DVH302も、主に正常組織に対す
る照射条件の評価を行うために利用される。
(Equation 1) Can be expressed as The cumulative DVH 302 is also used mainly for evaluating irradiation conditions for normal tissues.

【0010】4.線形計画法 線形計画法とは、ある線形の制約条件の下で、ある線形
の目的関数を最小化、あるいは、最大化する変数の値を
解として求める数理的な手法である。線形計画法による
治療計画の定式化の例を以下に記す。これは正常組織の
吸収線量は耐用線量以下,腫瘍の吸収線量は致死線量以
上,注目点の吸収線量は指定線量にして総出力線量を最
小にする各線源の重みを決定するものである。
[0010] 4. Linear Programming Linear programming is a mathematical technique that finds, as a solution, the value of a variable that minimizes or maximizes a linear objective function under certain linear constraints. An example of formulating a treatment plan by linear programming is described below. This is to determine the weight of each source that minimizes the total output dose by setting the absorbed dose of normal tissue below the tolerable dose, the absorbed dose of the tumor above the lethal dose, and the absorbed dose at the point of interest at the designated dose.

【数2】 これは多数の線源を設けた多門照射を想定した記述にな
っているが、回転照射の場合は1つの軌道を1つの長い
線源にとらえて軌道毎の重みを解として求める定式化と
考えればよいので多門照射と回転照射との本質的な差異
はなく、上述の定式化で両方の照射方法を統一的に扱え
る。
(Equation 2) This is a description assuming multi-port irradiation with a large number of sources, but in the case of rotary irradiation, it is considered to be a formulation in which one orbit is regarded as one long source and the weight for each orbit is determined as a solution. There is no essential difference between multi-port irradiation and rotary irradiation, and both irradiation methods can be treated uniformly by the above-mentioned formulation.

【0011】5.組織吸収線量分布の表示方法 数値計算などにより求めた組織の吸収線量を表示するの
に等線量線図をよく用いる。組織の3次元吸収線量分布
を使うのならば、ある断層面上の吸収線量分布を使用
し、2次元吸収線量分布を使うのならば、それをそのま
ま使用して、断層面上でいくつかの吸収線量の各々に対
して値が等しい点を線でつないでいく。その結果等高線
図と同様なものができるが、これを等線量線図と呼ぶ。
組織の分布に対して吸収線量分布がどうなったかを等線
量線図で評価できるように、通常は組織分布に重畳して
等線量線図を表示する。2次元である等線量線図を3次
元に拡張した表示方法もある。この場合は組織の3次元
吸収線量分布内で吸収線量が等しい点を連結していって
面を作る。これを等線量面図と呼ぶ。3次元の等線量面
図では内部の面が見えなくなる問題がある。このため、
等線量面図を半透明表示することをよく行う。
5. How to Display Tissue Absorption Dose Distribution Isodose maps are often used to display the absorbed dose to tissues obtained by numerical calculations. If the 3D absorbed dose distribution of the tissue is used, the absorbed dose distribution on a certain slice plane is used, and if the 2D absorbed dose distribution is used, it is used as it is, and several Points with equal values for each absorbed dose are connected by a line. The result is similar to a contour map, but is called a contour map.
Normally, an isodose map is superimposed on the tissue distribution so that the absorbed dose distribution with respect to the tissue distribution can be evaluated using the isodose map. There is also a display method in which a two-dimensional isodose map is expanded to three-dimensional. In this case, points having the same absorbed dose in the three-dimensional absorbed dose distribution of the tissue are connected to form a surface. This is called the isodosimetric map. There is a problem that the inner surface cannot be seen in the three-dimensional isodosimetric view. For this reason,
It is common to display isodosimetric maps translucently.

【0012】組織分布と等線量面図の重畳は両者をその
まま重ねて合成表示しては互いに影になってしまい内部
構造を観察しにくくなるので、例えば、注目する組織だ
け不透明な3次元表示にして、そこへ等線量面を半透明
表示で重ねる表示方法などがある。これでも見えない部
分は生じるので、3次元画像を回転させて裏側から観察
したり、適当な切断面で切り取って内部を観察したりす
る方法などを採る。致死線量以上,耐用線量以下あるい
は指定線量相等の制約を課す制約点はその制約毎に、か
つ、致死線量,耐用線量あるいは指定線量の線量値を調
整用の変数による関数から指定するか、または、線量値
を直接指定するかの種類毎に区別が可能となるように、
2次元、あるいは、3次元の線量分布に重畳して決めら
れたマークなどでその位置を示す。画像の重畳などの合
成表示,3次元画像の回転処理や切断処理などの画像処
理の詳細は、本発明へ直接的な影響を与えないので以下
では特に説明をしない。
[0012] The superposition of the tissue distribution and the isodosimetric view is superimposed and displayed as they are, and they become shadows of each other, making it difficult to observe the internal structure. In addition, there is a display method in which the isodose surface is superimposed on the semi-transparent display. Since an invisible portion still occurs, a method of rotating the three-dimensional image and observing it from the back side, or cutting out a suitable cut surface and observing the inside is adopted. Constraints that impose constraints such as greater than lethal dose, less than useful dose, or specified dose phase are specified for each constraint and the dose value of lethal dose, tolerable dose, or specified dose is specified from a function using a variable for adjustment, or To make it possible to specify the dose value directly or to distinguish it by type,
The position is indicated by a mark or the like determined by being superimposed on the two-dimensional or three-dimensional dose distribution. The details of image processing such as composite display such as superimposition of images and rotation processing and cutting processing of a three-dimensional image are not particularly described below because they do not directly affect the present invention.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。最初に、本発明に係る治療計画最適化方法
を適用可能な放射線治療システムの一例を示し、次に、
本発明を適用した放射線治療計画全体のフローチャート
の一例を示す。最後に、本発明の具体的な実施例をいく
つか記述する。図4に、放射線治療システムの一例を示
す。X線CT装置401から得られる人体断層像は治療
計画装置402に入力される。治療計画装置402では
放射線の照射条件が立案者403の入力により、あるい
は、治療計画装置402内の自動的な計算処理により決
定される。放射線の照射条件は治療装置404内の制御
装置405へ入力され、その照射条件に従って電子加速
器406のエネルギ、ガントリ407の回転角度や回転
軌道位置、照射ヘッド408の照射野の大きさ、およ
び、治療寝台409の水平・垂直平行移動位置や回転角
度などが制御装置405によってコントロールされる。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First, an example of a radiotherapy system to which the treatment plan optimization method according to the present invention can be applied,
1 shows an example of a flowchart of the entire radiation treatment plan to which the present invention is applied. Finally, some specific embodiments of the present invention will be described. FIG. 4 shows an example of the radiotherapy system. A human tomographic image obtained from the X-ray CT apparatus 401 is input to the treatment planning apparatus 402. In the treatment planning device 402, the irradiation condition of the radiation is determined by the input of the planner 403 or by an automatic calculation process in the treatment planning device 402. The irradiation conditions of the radiation are input to the control device 405 in the treatment device 404, and the energy of the electron accelerator 406, the rotation angle and the rotation orbital position of the gantry 407, the size of the irradiation field of the irradiation head 408, and the treatment in accordance with the irradiation conditions. The control device 405 controls the horizontal / vertical parallel movement position and the rotation angle of the bed 409.

【0014】治療計画装置402とは、図10に示すよ
うなコンピュータシステムを指す。このシステムは、コ
ンピュータ1001本体の他に、データを入力するため
の入力装置1002、結果を表示する表示装置100
3、および、結果を保存するための記憶装置1004か
ら構成される。図11に、治療計画装置402の内容の
一例を示した。治療計画装置402では、組織抽出11
02,最適化計算1103,制約条件設定・変更110
4,目的関数設定・変更1105,線量分布計算110
6,表示計算1107などの計算処理部分が入出力部で
あるインタフェイス1101を介して、画像データ11
08,抽出データ1109,制約条件1110,パラメ
ータ1111,結果表示1112,照射条件1113な
どの記憶装置や表示装置の中の入出力データと接続して
いる。
The treatment planning device 402 refers to a computer system as shown in FIG. This system includes an input device 1002 for inputting data and a display device 100 for displaying a result, in addition to the main body of the computer 1001.
3 and a storage device 1004 for storing the result. FIG. 11 shows an example of the contents of the treatment planning device 402. In the treatment planning device 402, the tissue extraction 11
02, optimization calculation 1103, constraint condition setting / change 110
4, objective function setting / change 1105, dose distribution calculation 110
6, image data 11 via an interface 1101 which is a calculation processing part such as a display calculation 1107 as an input / output unit.
08, extracted data 1109, constraint conditions 1110, parameters 1111, result display 1112, irradiation conditions 1113, etc., are connected to input / output data in a storage device or a display device.

【0015】治療計画では、まず、画像データ1108
を入力し、組織抽出1102の処理に従って抽出する範
囲などをパラメータ1111として入力して、抽出結果
を得る。その結果を抽出データ1109として記憶装置
に保存する。次に、照射条件1113の初期値を入力
し、最適化計算1103の処理に従って適宜パラメータ
1111を入力しながら、制約条件設定・変更110
4,目的関数設定・変更1105,線量分布計算110
6の処理を繰り返し行い、最適な照射条件1113を求
め、これを記憶装置に保存する。この途中で表示計算1
107により、例えば、線量分布の状態を結果表示11
12として出力することも行う。この処理を、以下で
は、フローチャートで具体的に説明する。
In the treatment plan, first, image data 1108
Is input, and a range to be extracted according to the process of tissue extraction 1102 is input as a parameter 1111 to obtain an extraction result. The result is stored in the storage device as extracted data 1109. Next, inputting the initial value of the irradiation condition 1113 and inputting the parameter 1111 as appropriate according to the processing of the optimization calculation 1103, the constraint condition setting / change 110 is performed.
4, objective function setting / change 1105, dose distribution calculation 110
6 is repeated to determine the optimum irradiation condition 1113, and this is stored in the storage device. Display calculation 1
107, for example, the result display state of the dose distribution 11
Output as 12 is also performed. This processing will be specifically described below with reference to a flowchart.

【0016】図1に、上述の放射線治療システムに基づ
いた放射線治療計画全体のフローチャートの一例を示
す。各ステップを説明する。 ステップ101:人体断層像のCT画像を入力する。 ステップ102:立案者403が治療計画装置402の
画面上に表示されたCT画像を見て、腫瘍などの標的組
織と正常組織とを特定してその位置を入力するか、ある
いは、治療計画装置402が標的組織と正常組織の位置
を自動的に抽出計算する。 ステップ103:立案者403が照射条件に関するパラ
メータを入力する。 ステップ104:立案者403が制約点位置と、その点
における線量の制約値(致死線量,耐用線量,指定線量)
を入力する。システムは制約点位置における吸収線量を
求め、その点における制約値を対応させ線形計画法の制
約条件(致死線量以上,耐用線量以下,指定線量相等)を
生成する。
FIG. 1 shows an example of a flowchart of the entire radiation treatment plan based on the above-mentioned radiation treatment system. Each step will be described. Step 101: A CT image of a human tomographic image is input. Step 102: The planner 403 looks at the CT image displayed on the screen of the treatment planning device 402, specifies a target tissue such as a tumor and a normal tissue, and inputs the positions thereof, or Automatically extracts and calculates the locations of the target and normal tissues. Step 103: The planner 403 inputs parameters relating to irradiation conditions. Step 104: The planner 403 sets the constraint point position and the dose constraint value at that point (lethal dose, usable dose, designated dose)
Enter The system obtains the absorbed dose at the position of the constraint point, and generates constraint conditions (more than lethal dose, less than usable dose, designated dose phase, etc.) for linear programming by associating the constraint value at that point.

【0017】ステップ105:事前に決めておいた最適
化の定式、すなわち、どんな目的関数の最小化、あるい
は、最大化をするのかを立案者403が選択し、線形計
画法による最適化問題を解く。 ステップ106:解が求められれば次へ進み、そうでな
ければステップ104に戻る。 ステップ107:数値計算により吸収線量分布を求め
る。 ステップ108:吸収線量分布を使用してDVH,累加
DVH,等線量線図,等線量面図の各特性図を作成し、
画面に表示する。 ステップ109:制約条件の線量値を変更したければス
テップ104に戻り、そうでなければ次へ進む。 ステップ110:各特性図の形状が望ましいものであれ
ば次に進み、そうでなければ、ステップ104に戻る。
Step 105: The planner 403 selects an optimization formula determined in advance, that is, what objective function is to be minimized or maximized, and solves an optimization problem by a linear programming method. . Step 106: If a solution is found, proceed to the next step; otherwise, return to step 104. Step 107: Obtain the absorbed dose distribution by numerical calculation. Step 108: Using the absorbed dose distribution, create respective characteristic diagrams of DVH, cumulative DVH, isodose map, and isodose area map,
Display on the screen. Step 109: If it is desired to change the dose value of the constraint condition, return to step 104; otherwise, proceed to the next step. Step 110: If the shape of each characteristic diagram is desirable, proceed to the next step; otherwise, return to step 104.

【0018】ステップ111:照射条件に関するパラメ
ータを治療装置404内の制御装置405へ出力する。
ステップ102における抽出計算には既存の方法がいく
つかあり、それらを用いて抽出は実現可能である。抽出
結果は本発明において制約の変更対象とする組織や表示
対象とする組織を選択する際に利用する。以下に、本発
明の具体的な実施例をいくつか記述する。これらは上述
のステップ104からステップ106の過程を詳細化し
たものである。なお、以下の実施例では、説明を簡便に
するため、制約点で致死線量以上、耐用線量以下、ある
いは、指定線量相等の制約条件を設定するとき、線量値
を調整用の変数による関数から指定する場合を「コント
ロール点方式」と呼び、線量値を直接指定する場合を「非
コントロール点方式」と呼ぶことにする。
Step 111: Output parameters related to irradiation conditions to the control device 405 in the treatment device 404.
There are several existing methods for the extraction calculation in step 102, and the extraction can be realized using them. The extraction result is used when selecting an organization to be changed in restriction or an organization to be displayed in the present invention. Hereinafter, some specific examples of the present invention will be described. These are details of steps 104 to 106 described above. In the following examples, for the sake of simplicity, when setting constraints such as a lethal dose or more, a useful dose or less, or a specified dose phase at a constraint point, the dose value is specified from a function using a variable for adjustment. In this case, the case in which the dose value is directly specified is referred to as the "non-control point method".

【0019】1.実施例1 図5に、フローチャートを示す。これはコントロール点
方式の制約,非コントロール点方式の制約によらず、総
出力線量を最小にする目的関数、あるいは、ある点の線
量を最大にする目的関数のいずれも選択できる場合の実
施例で、必要な機能は完備されている最も基本的な例で
ある。 ステップ501:コントロール点方式の制約を課すなら
ば、次のステップへ進み、非コントロール点方式の制約
を課すならば、ステップ503へ進む。 ステップ502:コントロール点方式の制約点位置を入
力する。ただし、放射線ビームが人体内部を通過する範
囲で、かつ、2本以上のビームが交差する部分を除いた
範囲に、各々のビームに対応させて少なくとも1点存在
するという条件に適合するものかどうかを、対話的にチ
ェックしながら入力するか、自動指定する。自動指定す
る場合は、例えば、ビームが初めて人体に入射する皮膚
表面上の点をコントロール点方式の制約点として設定す
る。その後、調整用の変数値と制約の種類(致死線量以
上,耐用線量以下あるいは指定線量相等)を入力し、コ
ントロール点方式の制約条件を設定する。
1. Embodiment 1 FIG. 5 shows a flowchart. This is an example in which either the objective function that minimizes the total output dose or the objective function that maximizes the dose at a certain point can be selected regardless of the restrictions of the control point method and the restrictions of the non-control point method. The required functionality is the most basic example that is complete. Step 501: If a constraint of the control point method is imposed, the process proceeds to the next step. If a constraint of the non-control point method is imposed, the process proceeds to step 503. Step 502: Input a restriction point position of the control point method. However, whether or not the condition that at least one point exists corresponding to each beam within the range where the radiation beam passes through the inside of the human body and excluding the portion where two or more beams intersect Is input while checking interactively or is automatically specified. In the case of automatic designation, for example, a point on the skin surface where the beam first enters the human body is set as a restriction point of the control point method. After that, input the variable value for adjustment and the type of constraint (more than lethal dose, less than the tolerable dose, or specified dose phase, etc.) and set the constraint condition of the control point method.

【0020】ステップ503:非コントロール点方式の
制約点位置を入力する。ただし、マニュアル操作で任意
位置に設定するか、あるいは、ランダム分布や格子点上
への分布で自動設定する。その後、線量値と制約の種類
(致死線量以上,耐用線量以下あるいは指定線量相等)
を入力し、非コントロール点方式の制約条件を設定す
る。 ステップ504:総出力線量を最小にする目的関数、あ
るいは、ある点の線量を最大にする目的関数を選択す
る。 ステップ505:選択された目的関数に対応した線形計
画問題を解いて、各線源(各門)や軌道の強度重みを求め
る。 ステップ506:線形計画問題の解を求められれば次に
進み、そうでなければステップ501に戻る。
Step 503: Input the restriction point position of the non-control point method. However, it is set at an arbitrary position by manual operation, or is automatically set by a random distribution or a distribution on grid points. After that, the dose value and the type of constraint (more than lethal dose, less than useful dose or designated dose phase, etc.)
To set the non-control point constraint. Step 504: Select an objective function that minimizes the total output dose or an objective function that maximizes the dose at a certain point. Step 505: Solve the linear programming problem corresponding to the selected objective function, and obtain the intensity weight of each source (each gate) and orbit. Step 506: If a solution to the linear programming problem is obtained, proceed to the next step; otherwise, return to step 501.

【0021】2.実施例2 図6に、フローチャートを示す。これはコントロール点
方式の制約がある場合は、総出力線量を最小にする目的
関数が自動的に選択され、コントロール点方式の制約が
ない場合は、総出力線量を最小にする目的関数、あるい
は、ある点の線量を最大にする目的関数のいずれも選択
できる場合の実施例である。コントロール点方式の制約
がある場合は、総出力線量を最小にする目的関数が設定
されるので、コントロール点方式の制約がある点をビー
ムが通過する線源の強度は0になりにくくなるが、非コ
ントロール点方式の制約がある点をビームが通過する線
源の強度は0になり易くなる。本実施例では、上述の線
源の強度が0になりにくくなる状態を強制的に作り出す
ので、コントロール点方式の制約がある点の分布する方
向から照射する治療計画を立てる場合に向いている。
2. Embodiment 2 FIG. 6 shows a flowchart. This is because the objective function that minimizes the total output dose is automatically selected when there is a restriction on the control point method, and the objective function that minimizes the total output dose when there is no restriction on the control point method, or This is an embodiment in which any of the objective functions that maximize the dose at a certain point can be selected. If the control point method is restricted, the objective function that minimizes the total output dose is set, so that the intensity of the source through which the beam passes through the point where the control point method is restricted is less likely to be zero. The intensity of the source through which the beam passes through a point where the restriction of the non-control point method is likely to be zero. The present embodiment forcibly creates a state in which the intensity of the above-mentioned radiation source hardly becomes 0, and is suitable for a case where a treatment plan for irradiating from a distribution direction of points having restrictions of the control point method is made.

【0022】ステップ601:コントロール点方式の制
約を課すならば、次のステップへ進み、非コントロール
点方式の制約を課すならば、ステップ603へ進む。 ステップ602:コントロール点方式の制約点位置を入
力する。ただし、放射線ビームが人体内部を通過する範
囲で、かつ、2本以上のビームが交差する部分を除いた
範囲に、各々のビームに対応させて少なくとも1点存在
するという条件に適合するものかどうかを、対話的にチ
ェックしながら入力するか、自動指定する。自動指定す
る場合は、例えば、ビームが初めて人体に入射する皮膚
表面上の点をコントロール点方式の制約点として設定す
る。その後、調整用の変数値と制約の種類(致死線量以
上,耐用線量以下あるいは指定線量相等)を入力し、コ
ントロール点方式の制約条件を設定する。 ステップ603:総出力線量を最小にする目的関数を設
定する。
Step 601: If the constraint of the control point method is imposed, go to the next step. If the constraint of the non-control point method is imposed, go to step 603. Step 602: Input a constraint point position of the control point method. However, whether or not the condition that at least one point exists corresponding to each beam within the range where the radiation beam passes through the inside of the human body and excluding the portion where two or more beams intersect Is input while checking interactively or is automatically specified. In the case of automatic designation, for example, a point on the skin surface where the beam first enters the human body is set as a restriction point of the control point method. After that, input the variable value for adjustment and the type of constraint (more than lethal dose, less than the tolerable dose, or specified dose phase, etc.) and set the constraint condition of the control point method. Step 603: Set an objective function that minimizes the total output dose.

【0023】ステップ604:非コントロール点方式の
制約点位置を入力する。ただし、マニュアル操作で任意
位置に設定するか、あるいは、ランダム分布や格子点上
への分布で自動設定する。その後、線量値と制約の種類
(致死線量以上,耐用線量以下あるいは指定線量相等)を
入力し、非コントロール点方式の制約条件を設定する。 ステップ605:総出力線量を最小にする目的関数、あ
るいは、ある点の線量を最大にする目的関数を選択す
る。 ステップ606:選択された定式化に基づく線形計画問
題を解いて、各線源(各門)や軌道の強度重みを求め
る。 ステップ607:線形計画問題の解を求められれば次に
進み、そうでなければステップ601に戻る。
Step 604: Input the restriction point position of the non-control point method. However, it is set at an arbitrary position by manual operation, or is automatically set by a random distribution or a distribution on grid points. Then the dose value and the type of constraint
(More than lethal dose, less than useful dose, or designated dose phase, etc.) and set the non-control point method constraint. Step 605: Select an objective function that minimizes the total output dose or an objective function that maximizes the dose at a certain point. Step 606: Solving the linear programming problem based on the selected formulation to obtain the intensity weight of each source (each gate) and orbit. Step 607: If a solution to the linear programming problem is obtained, proceed to the next step; otherwise, return to step 601.

【0024】3.実施例3 図7に、フローチャートを示す。これはコントロール点
方式の制約がある場合は、ある点の線量を最大にする目
的関数が自動的に選択され、コントロール点方式の制約
がない場合は、総出力線量を最小にする目的関数、ある
いは、ある点の線量を最大にする目的関数のいずれも選
択できる場合の実施例である。これはコントロール点方
式の制約がある場合は、ある点の線量を最大にする目的
関数が設定されるので、コントロール点方式,非コント
ロール点方式にかかわらず制約がある点をビームが通過
する線源の強度は0になりにくくなる。本実施例では、
この状態を強制的に作り出すのであるから、方向を分散
させて照射する治療計画を立てる場合に向いている。
3. Third Embodiment FIG. 7 shows a flowchart. This means that if there is a control point constraint, the objective function that maximizes the dose at a certain point is automatically selected, and if there is no control point constraint, the objective function that minimizes the total output dose, or This is an embodiment in which any of the objective functions for maximizing the dose at a certain point can be selected. If there is a restriction on the control point method, an objective function that maximizes the dose at a certain point is set. Is hardly reduced to zero. In this embodiment,
Since this state is forcibly created, it is suitable for the case where a treatment plan for irradiating with diverging directions is made.

【0025】ステップ701:コントロール点方式の制
約を課すならば、次のステップへ進み、非コントロール
点方式の制約を課すならば、ステップ704へ進む。 ステップ702:コントロール点方式の制約点位置を入
力する。ただし、放射線ビームが人体内部を通過する範
囲で、かつ、2本以上のビームが交差する部分を除いた
範囲に、各々のビームに対応させて少なくとも1点存在
するという条件に適合するものかどうかを、対話的にチ
ェックしながら入力するか、自動指定する。自動指定す
る場合は、例えば、ビームが初めて人体に入射する皮膚
表面上の点をコントロール点方式の制約点として設定す
る。その後、調整用の変数値と制約の種類(致死線量以
上,耐用線量以下あるいは指定線量相等)を入力し、コ
ントロール点方式の制約条件を設定する。
Step 701: If the restriction of the control point method is imposed, go to the next step. If the restriction of the non-control point method is imposed, go to step 704. Step 702: Input the restriction point position of the control point method. However, whether or not the condition that at least one point exists corresponding to each beam within the range where the radiation beam passes through the inside of the human body and excluding the portion where two or more beams intersect Is input while checking interactively or is automatically specified. In the case of automatic designation, for example, a point on the skin surface where the beam first enters the human body is set as a restriction point of the control point method. After that, input the variable value for adjustment and the type of constraint (more than lethal dose, less than the tolerable dose, or specified dose phase, etc.) and set the constraint condition of the control point method.

【0026】ステップ703:ある点の線量を最大にす
る目的関数を設定する。 ステップ704:非コントロール点方式の制約点位置を
入力する。ただし、マニュアル操作で任意位置に設定す
るか、あるいは、ランダム分布や格子点上への分布で自
動設定する。その後、線量値と制約の種類(致死線量以
上,耐用線量以下あるいは指定線量相等)を入力し、非
コントロール点方式の制約条件を設定する。 ステップ705:コントロール点方式の制約がある場合
は、ある点の線量を最大にする目的関数を選択する。 ステップ706:選択された定式化に基づく線形計画問
題を解いて、各線源(各門)や軌道の強度重みを求め
る。 ステップ707:線形計画問題の解を求められれば次に
進み、そうでなければステップ701に戻る。
Step 703: An objective function for maximizing the dose at a certain point is set. Step 704: Input the restriction point position of the non-control point method. However, it is set at an arbitrary position by manual operation, or is automatically set by a random distribution or a distribution on grid points. After that, the user inputs the dose value and the type of constraint (more than lethal dose, less than useful dose, or specified dose phase, etc.), and sets the non-control point type constraint condition. Step 705: If there is a restriction on the control point method, select an objective function that maximizes the dose at a certain point. Step 706: Solving the linear programming problem based on the selected formulation to obtain the intensity weight of each source (each gate) and orbit. Step 707: If a solution to the linear programming problem is obtained, proceed to the next step; otherwise, return to step 701.

【0027】4.実施例4 図8に、フローチャートを示す。これは2回目以降の繰
り返し過程においてコントロール点方式の制約の一部を
非コントロール点方式の制約に変更が可能な場合の実施
例である。コントロール点方式では、制約として課す線
量値を理論的には決められないので、繰り返し過程の途
中で制約を課す点の分布が複雑になった場合、解を得る
ことが困難になる場合がある。その状態から抜けたいと
きには、本実施例のような変更が有効な手段となる。 ステップ801:コントロール点方式の制約を課すなら
ば、次のステップへ進み、非コントロール点方式の制約
を課すならば、ステップ803へ進む。
4. Embodiment 4 FIG. 8 shows a flowchart. This is an embodiment in which a part of the restrictions of the control point method can be changed to the restrictions of the non-control point method in the second and subsequent repetition processes. In the control point method, since the dose value to be imposed as a constraint cannot be determined theoretically, it may be difficult to obtain a solution if the distribution of the points to be constrained becomes complicated during the iterative process. When the user wants to get out of that state, the change as in this embodiment is an effective means. Step 801: If the restriction of the control point method is imposed, go to the next step. If the restriction of the non-control point method is imposed, go to step 803.

【0028】ステップ802:コントロール点方式の制
約点位置を入力する。ただし、放射線ビームが人体内部
を通過する範囲で、かつ、2本以上のビームが交差する
部分を除いた範囲に、各々のビームに対応させて少なく
とも1点存在するという条件に適合するものかどうかを
対話的にチェックしながら入力するか、自動指定する場
合は、例えば、ビームが初めて人体に入射する皮膚表面
上の点をコントロール点方式の制約点として設定する。
その後、調整用の変数値と制約の種類(致死線量以上,
耐用線量以下あるいは指定線量相等)を入力し、コント
ロール点方式の制約条件を設定する。 ステップ803:非コントロール点方式の制約を課すな
らばステップ805へ進み、コントロール点方式の制約
の一部を非コントロール点方式の制約に変更するなら
ば、次のステップへ進む。
Step 802: Input a restriction point position in the control point system. However, whether or not the condition that at least one point exists corresponding to each beam within the range where the radiation beam passes through the inside of the human body and excluding the portion where two or more beams intersect Is input while checking interactively or is automatically designated, for example, a point on the skin surface where the beam first enters the human body is set as a control point type constraint point.
After that, the variable values for adjustment and the types of constraints (more than lethal dose,
(Dose below the durable dose or specified dose phase) and set the control point system constraints. Step 803: If a constraint of the non-control point method is imposed, proceed to step 805. If a part of the constraint of the control point method is changed to a constraint of the non-control point method, proceed to the next step.

【0029】ステップ804:コントロール点方式の制
約の一部を非コントロール点方式の制約に変更する。す
なわち、コントロール点方式の制約の一部を削除し、そ
れらを新たな非コントロール点方式の制約として設定す
る。設定方法はステップ805と同様である。 ステップ805:非コントロール点方式の制約点位置を
入力する。ただし、マニュアル操作で任意位置に設定す
るか、あるいは、ランダム分布や格子点上への分布で自
動設定する。その後、線量値と制約の種類(致死線量以
上,耐用線量以下あるいは指定線量相等)を入力し、非
コントロール点方式の制約条件を設定する。 ステップ806:総出力線量を最小にする目的関数、あ
るいは、ある点の線量を最大にする目的関数を選択し、
その定式化に基づく線形計画問題を解いて、各線源(各
門)や軌道の強度重みを求める。ステップ807:線形
計画問題の解を求められれば次に進み、そうでなければ
ステップ801に戻る。
Step 804: Change part of the restrictions of the control point method to the restrictions of the non-control point method. That is, some of the restrictions of the control point method are deleted, and they are set as new restrictions of the non-control point method. The setting method is the same as step 805. Step 805: Input the restriction point position of the non-control point method. However, it is set at an arbitrary position by manual operation, or is automatically set by a random distribution or a distribution on grid points. After that, the user inputs the dose value and the type of constraint (more than lethal dose, less than useful dose, or specified dose phase, etc.), and sets the non-control point type constraint condition. Step 806: Select an objective function that minimizes the total output dose or an objective function that maximizes the dose at a certain point,
By solving the linear programming problem based on the formulation, the intensity weight of each radiation source (each gate) and orbit is obtained. Step 807: If a solution to the linear programming problem is obtained, proceed to the next step; otherwise, return to step 801.

【0030】5.実施例5 図9に、フローチャートを示す。これは2回目以降の繰
り返し過程において非コントロール点方式の制約の一部
をコントロール点方式の制約に変更が可能な場合の実施
例である。制約を課す点の分布が単純な治療計画の場
合、繰り返し過程の途中からコントロール点方式を積極
的に取り入れてより効果的な照射条件を求めたくなるこ
とがある。その場合、本実施例のような変更が有効な手
段となる。 ステップ901:コントロール点方式の制約を課すなら
ば、次のステップへ進み、非コントロール点方式の制約
を課すならば、ステップ905へ進む。 ステップ902:コントロール点方式の制約を課すなら
ばステップ904へ進み、非コントロール点方式の制約
の一部をコントロール点方式の制約に変更するならば、
次のステップへ進む。
5. Embodiment 5 FIG. 9 shows a flowchart. This is an embodiment in which a part of the restrictions of the non-control point method can be changed to the restrictions of the control point method in the second and subsequent repetition processes. In the case of a treatment plan with a simple distribution of points that impose constraints, it may be desirable to actively adopt the control point method in the middle of the iterative process to find more effective irradiation conditions. In that case, the change as in the present embodiment is an effective means. Step 901: If a control point type constraint is imposed, proceed to the next step. If a non-control point type constraint is imposed, proceed to step 905. Step 902: If a constraint of the control point method is imposed, proceed to Step 904. If a part of the constraint of the non-control point method is changed to a constraint of the control point method,
Proceed to the next step.

【0031】ステップ903:非コントロール点方式の
制約の一部をコントロール点方式の制約に変更する。す
なわち、非コントロール点方式の制約の一部を削除し、
それらを新たなコントロール点方式の制約として設定す
る。設定方法はステップ904と同様である。 ステップ904:コントロール点方式の制約点位置を入
力する。ただし、放射線ビームが人体内部を通過する範
囲で、かつ、2本以上のビームが交差する部分を除いた
範囲に、各々のビームに対応させて少なくとも1点存在
するという条件に適合するものかどうかを対話的にチェ
ックしながら入力するか、自動指定する場合は、例え
ば、ビームが初めて人体に入射する皮膚表面上の点をコ
ントロール点方式の制約点として設定する。その後、調
整用の変数値と制約の種類(致死線量以上,耐用線量以
下あるいは指定線量相等)を入力し、コントロール点方
式の制約条件を設定する。
Step 903: A part of the restriction of the non-control point method is changed to the restriction of the control point method. In other words, some of the restrictions of the non-control point method were removed,
Set them as constraints for the new control point scheme. The setting method is the same as step 904. Step 904: Input a constraint point position of the control point method. However, whether or not the condition that at least one point exists corresponding to each beam within the range where the radiation beam passes through the inside of the human body and excluding the portion where two or more beams intersect Is input while checking interactively or is automatically designated, for example, a point on the skin surface where the beam first enters the human body is set as a control point type constraint point. After that, input the variable value for adjustment and the type of constraint (more than lethal dose, less than the tolerable dose, or the designated dose phase), and set the constraint condition of the control point method.

【0032】ステップ905:非コントロール点方式の
制約点位置を入力する。ただし、マニュアル操作で任意
位置に設定するか、あるいは、ランダム分布や格子点上
への分布で自動設定する。その後、線量値と制約の種類
(致死線量以上,耐用線量以下あるいは指定線量相等)
を入力し、非コントロール点方式の制約条件を設定す
る。 ステップ906:総出力線量を最小にする目的関数、あ
るいは、ある点の線量を最大にする目的関数を選択し、
その定式化に基づく線形計画問題を解いて、各線源(各
門)や軌道の強度重みを求める。 ステップ907:線形計画問題の解を求められれば次に
進み、そうでなければステップ901に戻る。
Step 905: Input the restriction point position of the non-control point method. However, it is set at an arbitrary position by manual operation, or is automatically set by a random distribution or a distribution on grid points. After that, the dose value and the type of constraint (more than lethal dose, less than useful dose or designated dose phase, etc.)
To set the non-control point constraint. Step 906: Select an objective function that minimizes the total output dose or an objective function that maximizes the dose at a certain point,
By solving the linear programming problem based on the formulation, the intensity weight of each radiation source (each gate) and orbit is obtained. Step 907: If a solution to the linear programming problem is obtained, proceed to the next step; otherwise, return to step 901.

【0033】なお、上記実施例は本発明の一例を示した
ものであり、本発明はこれに限定されるべきものではな
いことは言うまでもないことである。例えば、人体内部
組織の吸収線量分布を、X線CT装置などの画像診断装
置から得た組織分布を基礎データとして、ある物理モデ
ルを仮定した計算処理により求める際に用いる数値計算
法としては、前述の如く、物理モデルに依存して第1世
代から第3世代のアルゴリズム,モンテカルロ法など各
種が考案されているが、このうちのどれを用いてもよ
い。
The above embodiment is merely an example of the present invention, and it goes without saying that the present invention is not limited to this. For example, as a numerical calculation method used when obtaining the absorbed dose distribution of the internal tissue of the human body by a calculation process assuming a certain physical model using the tissue distribution obtained from an image diagnostic apparatus such as an X-ray CT apparatus as basic data, Various algorithms such as the first to third generation algorithms and the Monte Carlo method have been devised depending on the physical model, but any of these may be used.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明によ
れば、計算時間の増大を起こす制約点の数を過度に増や
すことなく、放射線治療計画の最適化において、照射方
向が分散化された照射条件を最適解として導出できる治
療計画最適化方法を実現できるという顕著な効果を奏す
るものである。
As described above in detail, according to the present invention, the irradiation directions can be decentralized in the optimization of the radiation treatment plan without excessively increasing the number of constraint points causing an increase in the calculation time. This has a remarkable effect that a treatment plan optimizing method that can derive the irradiation condition as an optimal solution can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】治療計画を説明する動作フローチャートであ
る。
FIG. 1 is an operation flowchart illustrating a treatment plan.

【図2】放射線治療装置の具体的構成例を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration example of a radiotherapy apparatus.

【図3】DVHと累加DVHを説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating DVH and cumulative DVH.

【図4】実施例に係る放射線治療システム構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a radiotherapy system according to an embodiment;

【図5】実施例1の動作フローチャートである。FIG. 5 is an operation flowchart of the first embodiment.

【図6】実施例2の動作フローチャートである。FIG. 6 is an operation flowchart of the second embodiment.

【図7】実施例3の動作フローチャートである。FIG. 7 is an operation flowchart of the third embodiment.

【図8】実施例4の動作フローチャートである。FIG. 8 is an operation flowchart of the fourth embodiment.

【図9】実施例5の動作フローチャートである。FIG. 9 is an operation flowchart of the fifth embodiment.

【図10】実施例に係る治療計画装置のハードウェア構
成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a hardware configuration of a treatment planning device according to an embodiment.

【図11】実施例に係る治療計画装置の機能構成を示す
図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a functional configuration of a treatment planning device according to an embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

201,409 治療寝台 202,407 ガントリ 203 線源 204,408 照射ヘッド 301 DVH 302 累加DVH 401 X線CT装置 402 治療計画装置 403 立案者 404 治療装置 405 制御装置 406 電子加速器 201,409 Treatment bed 202,407 Gantry 203 Source 204,408 Irradiation head 301 DVH 302 Cumulative DVH 401 X-ray CT apparatus 402 Treatment planning apparatus 403 Planner 404 Treatment apparatus 405 Control apparatus 406 Electronic accelerator

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 画像データおよび外部からの命令を入力
する入力装置と、入力された画像データを外部からの命
令により処理するコンピュータと、処理結果を表示する
表示装置と、処理結果を記憶する記憶装置を有する治療
計画装置と、該治療計画装置の処理結果に基づいてガン
トリ・照射ヘッド・治療寝台の位置・方向、および、加
速器のエネルギを制御する手段を持つ放射線治療装置か
ら構成される放射線治療システムにおいて、前記治療計
画装置を使用して治療対象体内の病巣部に対して空間的
に分布する放射線源の強度を線形計画問題を解くことに
よって治療効果が最大になる最適値に決定する際、調整
用の変数と該変数による関数を設定し、前記線形計画問
題における制約条件の制約値を前記関数の値で指定し、
かつ、前記関数の値を順次変更しながら前記線形計画問
題を繰り返し解くことにより放射線源の強度分布を最適
値に決定する処理を有することを特徴とする放射線治療
システムにおける治療計画最適化方法。
1. An input device for inputting image data and an external command, a computer for processing the input image data according to an external command, a display device for displaying a processing result, and a storage for storing the processing result. Radiation therapy comprising a treatment planning device having a device, and a radiation treatment device having means for controlling the position and direction of the gantry, irradiation head, treatment bed, and energy of the accelerator based on the processing results of the treatment planning device. In the system, when using the treatment planning device to determine the intensity of the radiation source spatially distributed with respect to the lesion in the treatment target to an optimal value that maximizes the treatment effect by solving a linear programming problem, A variable for adjustment and a function based on the variable are set, and a constraint value of a constraint condition in the linear programming problem is designated by a value of the function,
A method of optimizing a treatment plan in a radiotherapy system, comprising a step of repeatedly solving the linear programming problem while sequentially changing the value of the function to determine an intensity distribution of a radiation source to an optimum value.
【請求項2】 前記最適値に決定する処理は、致死線量
以上,耐用線量以下あるいは指定線量相等の制約を課す
治療対象体内の制約点において、致死線量,耐用線量あ
るいは指定線量のそれぞれの線量値を調整用の変数によ
る関数から指定することが可能な制約条件を使用して線
形計画問題を解くことにより、放射線源の強度を最適値
に決定する処理を有することを特徴とする請求項1記載
の放射線治療システムにおける治療計画最適化方法。
2. The processing for determining the optimum value includes the following steps: lethal dose, tolerable dose, and designated dose at a constrained point in the body to be treated, which imposes constraints such as a lethal dose, a dose below, or a designated dose phase. 2. A process for determining a radiation source intensity to an optimum value by solving a linear programming problem using a constraint condition in which the intensity of the radiation source can be specified from a function by a variable for adjustment. Method of Optimizing Treatment Plan for Radiation Therapy System in Japan
【請求項3】 前記最適値に決定する処理は、致死線量
以上,耐用線量以下あるいは指定線量相等の制約を課す
治療対象体内の注目点において、致死線量,耐用線量あ
るいは指定線量の線量値を直接指定する制約条件の他
に、線量値を調整用の変数による関数から指定する制約
条件を使用して線形計画問題を解くことにより、放射線
源の強度を最適値に決定する処理を有することを特徴と
する請求項1記載の放射線治療システムにおける治療計
画最適化方法。
3. The process of determining an optimal value includes directly calculating a lethal dose, a useful dose, or a dose value of a designated dose at a point of interest in a treatment target body that imposes restrictions such as a lethal dose or more, a useful dose or less, or a specified dose phase. Solving a linear programming problem using constraints that specify the dose value from a function with variables for adjustment in addition to the specified constraints, and has a process of determining the intensity of the radiation source to an optimum value. The method for optimizing a treatment plan in a radiotherapy system according to claim 1, wherein
【請求項4】 前記最適値に決定する処理は、致死線
量,耐用線量あるいは指定線量の線量値を調整用の変数
による関数から指定する場合、致死線量以上,耐用線量
以下あるいは指定線量相等の制約点の位置を、治療対象
体断層像を用いて各々の放射線ビームが治療対象体内を
照射する範囲であって、かつ、2つ以上の放射線ビーム
が交差する部分を除いた範囲に少なくとも1点は設定す
ることにより、放射線源の強度を最適値に決定する処理
を有することを特徴とする請求項1記載の放射線治療シ
ステムにおける治療計画最適化方法。
4. The processing for determining the optimum value is performed when a dose value of a lethal dose, a working dose, or a designated dose is specified from a function using a variable for adjustment. At least one point is located in a range where each radiation beam irradiates the inside of the treatment target using the tomographic image of the treatment target body, and excluding a portion where two or more radiation beams intersect. The method of optimizing a treatment plan in a radiation treatment system according to claim 1, further comprising a process of determining the intensity of the radiation source to an optimum value by setting.
【請求項5】 前記最適値に決定する処理は、制約点の
位置を、致死線量以上,耐用線量以下あるいは指定線量
相等の制約毎に、かつ、致死線量,耐用線量あるいは指
定線量の線量値を調整用の変数による関数から指定する
か、または、線量値を直接指定するかの種類毎に区別が
可能となるように治療対象体断層像上に表示することに
より、放射線源の強度を最適値に決定する処理を有する
ことを特徴とする請求項1記載の放射線治療システムに
おける治療計画最適化方法。
5. The processing for determining the optimum value includes the steps of: setting the position of the constraint point for each constraint such as a lethal dose or more, a dose less than a useful dose, or a designated dose phase, and a dose value of a lethal dose, a useful dose or a designated dose. The intensity of the radiation source can be set to the optimal value by displaying it on the tomographic image of the treatment target so that it can be distinguished for each type, whether it is specified from a function using adjustment variables or the dose value is directly specified. 2. The method for optimizing a treatment plan in a radiotherapy system according to claim 1, further comprising the step of:
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