JP2891351B2

JP2891351B2 - 治療計画装置の線源軌道表示方法

Info

Publication number: JP2891351B2
Application number: JP9048639A
Authority: JP
Inventors: 千昭加藤; 耕一佐野
Original assignee: GIJUTSU KENKYU KUMIAI IRYO FUKUSHI KIKI KENKYUSHO
Current assignee: GIJUTSU KENKYU KUMIAI IRYO FUKUSHI KIKI KENKYUSHO
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 1999-05-17
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JPH10244014A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線治療システ
ムにおける放射線源の配置の決定を支援する治療計画装
置に係り、特に、人体内の治療対象の腫瘍と、放射線が
照射されては困る重要組織との三次元空間上の相対位置
を考慮しながら、特定方向からの照射に偏ることなく三
次元的に均等な照射を行なう照射方向の決定を効率良く
支援するのに好適な治療計画装置の線源軌道表示方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】放射線治療の目標は、重要組織への被爆
を極力抑え、かつ、腫瘍などの標的組織へ効果的な線量
を与えることである。この目標を実現するために、治療
前に、どのように放射線源を移動させるか等の治療計画
を立案する必要がある。放射線治療のうち外部照射で
は、標的組織に対して放射線源を一定速度で回転させな
がら放射線ビームを照射する回転照射と、標的組織に対
して任意方向に放射線源を固定して放射線ビームを照射
する多門照射の二つの照射技術がある。これらの照射技
術を前提として、標的組織内にターゲット点を設定し、
このターゲット点を中心とした三次元空間における周囲
の重要組織の分布状態を把握しながら治療計画を決定し
なければならない。

【０００３】治療計画では、患者個別に、回転照射なら
ば軌道の配置を、また多門照射ならば線源の配置を決定
する。従来は太いビームを用い、期間をおいて照射を何
回かに分割することで治療を行っていた。これは標的組
織と重要組織との細胞回復能力の差を利用して標的組織
だけを壊死させるために行われてきた。ところが、近
年、例えば、「映像情報(Ｍ)・１９９４年７月」の第82
4〜828頁に記載の「国枝悦夫放射線治療の新潮流−ガ
ンマナイフとライナックサジオサージャリの動向」のよ
うに、細いビームを用い、三次元的にいろいろな方向か
ら照射する定位的放射線治療(ラジオサージャリ)に関心
が集まってきた。

【０００４】この技術では、重要組織を回避して照射す
ること、および、標的組織の形状に近い線量分布を実現
することが可能であり、１回から数回の照射で治療を完
了させることができ、患者の負担が少なく済む利点があ
る。その反面、治療計画において重要組織への照射を避
けながら、従来よりも数多くの軌道や線源の配置を決定
しなければならない。また、症状によっては重要組織を
ある程度照射しても標的組織に効果的な線量を与えた方
がよい場合などもある。この結果、医師や技師は治療計
画時に多種多様な戦略を考慮しながら、軌道や線源の配
置を決定しなければならなくない。

【０００５】このような医師や技師の負担を軽減させる
ために、軌道や線源の配置決定を支援する技術の確立が
重要となっている。このような技術としては、例えば、
米国RAS社のカタログ「XKnife Treatment Planning」に
記載のものがある。しかし、この技術は、三次元表示な
どの視覚的な方法で軌道や線源の配置の決定を支援する
だけであり、例えば、人体内の腫瘍と重要組織との三次
元空間上の相対位置を考慮して、特定方向からの照射に
偏ることなく、三次元的に均等な照射を実現するため治
療計画を立案する場合、この技術を用いても、医師や技
師は、試行錯誤の過程を避けることができない。

【０００６】また、例えば、本願発明の発明者らによる
特公平８−２４７２２号公報に記載のように、３次元空
間（球面座標）上の放射線源の位置や軌道を、３次元分
布を持つ腫瘍や重要組織と共に２次元平面上に射影して
表示する従来技術がある。この技術によれば、２次元平
面上で、腫瘍等の標的組織に対して放射線の照射が均等
に行なわれているか否かを容易に確認することができ、
治療計画の立案にとって非常に有効となる。しかし、こ
の技術では、放射線の照射が均等となる放射線源の位置
を自動的に算出して表示することに関しては考慮されて
いない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来の技術では、三次元的に均等な照射を行なう
ための放射線源の位置および軌道を自動的に算出して表
示することができない点である。本発明の目的は、これ
ら従来技術の課題を解決し、治療計画を効率良く支援で
き、高精度な放射線治療計画に係る医師や技師の負担を
軽減し、効果的な放射線治療を可能とする治療計画装置
の線源軌道表示方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の治療計画装置の線源軌道表示方法は、
（１）放射線治療装置５０４における放射線源８０３，
９０２，１００２の球面座標系上の移動軌道１１０１を
平面座標系上に射影して表示し、治療対象物に対する放
射線源の移動軌道１１０１の決定を支援する際に、任意
に設定される放射線の照射範囲と放射線源の軌道数に基
づき、照射範囲１１０５内に放射線源の各軌道１１０１
を平面座標系上に等間隔に配置するための間隔を算出
し、算出した間隔の各軌道を平面座標系上に射影して表
示すると共に、任意に設定される放射線の照射点の数に
基づき、平面座標系上に表示した放射線源の隣接する軌
道を含む各軌道上で、放射線の各照射点が相互に均等な
距離となる各照射点１１０２の位置を算出し、この算出
した平面座標系における各軌道１１０１上の位置に各照
射点１１０２を表示することを特徴とする。また、
（２）上記（１）に記載の治療計画装置の線源軌道表示
方法において、治療対象物の近傍にある放射線を照射す
べきでない重要組織１１０３を、平面座標系上に表示す
ることを特徴とする。また、（３）上記（２）に記載の
治療計画装置の線源軌道表示方法において、平面座標系
上の重要組織１１０３に重なる放射線源の軌道１１０１
部分を判別し、重要組織と重ならない放射線源の軌道１
１０１部分のみを平面座標系上への表示対象とすること
を特徴とする。また、（４）上記（２）に記載の治療計
画装置の線源軌道表示方法において、平面座標系上の重
要組織１１０３に一部でも重なる放射線源の軌道１１０
１を判別し、重要組織１１０３と一部でも重なる放射線
源の軌道１１０１を、平面座標系上への表示の対象外と
することを特徴とする。また、（５）上記（１）から
（４）のいずれかに記載の治療計画装置の線源軌道表示
方法において、照射範囲１１０５内に軌道１１０１の全
てが交差する極があるか否かを判別し、極がある場合、
放射線源の照射点１１０２が軌道上に所定の項比の等比
級数の間隔で且つ極から遠くなるほど密になる方向で並
ぶよう放射線源の照射点１１０２の位置を算出すること
を特徴とする。また、（６）上記（５）に記載の治療計
画装置の線源軌道表示方法において、極に最も近い放射
線源の照射点の位置を二分法に基づき算出することを特
徴とする。また、（７）上記（５）もしくは（６）のい
ずれかに記載の治療計画装置の線源軌道表示方法におい
て、隣接する軌道１１０１上の放射線源の各照射点１１
０２の位置を半間隔分ずらすことを特徴とする。また、
（８）上記（１）から（７）のいずれかに記載の治療計
画装置の線源軌道表示方法において、軌道１１０１上に
表示した放射線源の照射点１１０２の位置に対して入力
される操作者からの位置の移動指示に対応して放射線源
の照射点の表示位置を移動させ、この放射線源の照射点
の表示位置の移動に対応して放射線治療装置５０４で放
射線源８０１，８０３および治療対象物８０２の移動を
制御するよう移動した表示位置を出力することを特徴と
する。また、（９）上記（１）から（８）のいずれかに
記載の治療計画装置の線源軌道表示方法において、少な
くとも平面座標系上に表示した放射線源の各軌道１２０
２と放射線の各照射点１２０３を球面座標系上に表示す
ることを特徴とする。また、（１０）上記（１）から
（９）のいずれかに記載の治療計画装置の線源軌道表示
方法において、照射範囲内に軌道の全てが交差する極が
ない場合、治療対象物内９０１に原点を有し、照射点の
原点と極とを結ぶ基軸に対する移動角度θと、基軸を垂
線とする原点を含む平面上における照射点の移動角度φ
とを変数とする球面座標系を設定し、この球面座標系上
の放射線源９０２の移動軌道を平面座標系上に射影して
表示することを特徴とする。また、（１１）上記（１）
から（９）のいずれかに記載の治療計画装置の線源軌道
表示方法において、照射範囲内に軌道の全てが交差する
極がある場合、治療対象物内１００１に原点を有し、こ
の原点と極とを結ぶ基軸に対する照射点の移動角度θ
と、基軸を垂線とする原点を含む平面上における照射点
の移動角度φとを変数とする元球面座標系を９０度回転
させて球面座標系を設定し、この９０度回転させた後の
球面座標系上の放射線源１００２の移動軌道を平面座標
系上に射影して表示することを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明においては、患者を寝かせ
た治療寝台を水平面内で回転させ、この治療寝台上の患
者の患部（治療対象物）に放射線を照射するガントリを
垂直面内で回転させる放射線治療装置による治療計画、
特に、人体内の腫瘍と重要組織との三次元空間上の相対
位置を考慮して、特定方向からの照射に偏ることなく、
三次元的に均等な照射を実現するための治療計画を支援
するために、数多くの回転照射の軌道や多門照射の線源
を配置させる際、指定された照射範囲における軌道総数
や線源総数に基づいて、治療対象物に対して特定方向か
らの照射に偏ることなく３次元的に均等な照射となるよ
う、ガントリに設けられた放射線源の移動軌道と照射点
を自動的に算出し、治療対象物と共に２次元平面（平面
座標系）上に射影して表示出力する。

【００１０】このように均等な照射を実現するための放
射線源の移動軌道と照射点の分布状態が自動的に２次元
平面上に表示されるので、治療計画を立案する医師や技
師は、これを確認するだけで良く、治療計画の立案に係
る負荷を大幅に軽減することができる。尚、表示された
放射線源の移動軌道と照射点の分布の修正が必要な場合
には、医師や技師は、例えばドラッグ操作により画面上
の移動軌道と照射点の移動を行なうことで、容易に修正
ができ、かつ、この修正結果に基づき放射線治療装置を
制御することができる。

【００１１】また、照射範囲内に、放射線が照射されて
は困る重要組織が存在する場合にも、この重要組織を照
射する軌道の有無、あるいは、重要組織を照射する照射
点の有無によって分類されたモード毎に異なる候補案と
して、この重要組織と放射線源の移動軌道および照射点
との正確な位置関係を表示する。このことにより、医師
および技師は、状況に応じた最適な治療計画を容易に立
案することができる。

【００１２】以下、本発明の実施の形態例を、図面によ
り詳細に説明する。図１は、本発明の治療計画装置の線
源軌道表示方法の本発明に係る処理動作の第１の実施例
を示すフローチャートであり、図５は、その処理動作を
行なう放射線治療システムの構成例を示すブロック図で
ある。図５において、Ｘ線ＣＴ装置５０１により人体断
層像が得られ、この人体断層像は、本発明に係る治療計
画装置５０２に入力される。この治療計画装置５０２で
は、放射線の照射条件が、立案者５０３の入力により、
あるいは、治療計画装置５０２内の自動的な計算処理に
より決定される。

【００１３】このようにして決定された放射線の照射条
件は、治療装置５０４内の制御装置５０５へ入力され、
その照射条件に従って、電子加速器５０６のエネルギ、
ガントリ５０７の回転角度や回転軌道位置、照射ヘッド
５０８の照射野の大きさ、および、治療寝台５０９の水
平・垂直平行移動位置や回転角度などが、制御装置５０
５によってコントロールされる。治療計画装置５０２
は、次の図６に示すハード構成で、図７に示す内部処理
機構を有するコンピュータシステムからなる。

【００１４】図６は、図５における治療計画装置のハー
ドウェア構成例を示すブロック図である。本図６に示す
ように、本発明に係る治療計画装置５０２は、コンピュ
ータ６０１本体と、データを入力するための入力装置６
０２、結果を表示する表示装置６０３、および、結果を
保存するための記憶装置６０４から構成される。

【００１５】図７は、図５における治療計画装置の内部
処理機構の構成例を示すブロック図である。本図７に示
すように、図５の治療計画装置５０２においては、組織
抽出７０２、最適化計算７０３、制約条件設定・変更７
０４、目的関数設定・変更７０５、線量分布計算７０
６、表示計算７０７などの各計算処理部分が、入出力部
であるインターフェイス７０１を介して、画像データ７
０８、抽出データ７０９、制約条件７１０、パラメータ
７１１、結果表示７１２、照射条件７１３、線量分布デ
ータ７１４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。

【００１６】治療計画では、まず、画像データ７０８を
入力し、その後、組織抽出７０２において抽出する範囲
などのパラメータ７１１を入力して抽出結果を得る。そ
の結果を抽出データ７０９として、図６の記憶装置６０
４に保存する。次に、照射条件７１３の初期値を入力
し、最適化計算７０３において、適宜パラメータ７１１
を入力しながら制約条件設定・変更７０４、目的関数設
定・変更７０５、線量分布計算７０６の処理を繰り返し
行い、最適な照射条件７１３と、その条件下の線量分布
データ７１４を求め、これらを図６の記憶装置６０４に
保存する。この途中で表示計算７０７により、例えば、
線量分布の状態を結果表示７１２として出力する。

【００１７】図８は、図５における治療装置のハードウ
ェア構成例を示す実体図である。図８において、８０１
はガントリ、８０２は治療寝台、８０３は放射線源であ
る。ガントリ８０１は垂直面上で回転し、治療寝台８０
２は水平面上で回転する。その結果、ガントリ８０１に
設けられた放射線源８０３は、治療寝台８０２上の標的
組織（被治療体）に対して球面座標系（３次元空間）上
に軌道を描いて移動することとなる。

【００１８】次に、本発明の治療計画装置の線源軌道表
示に係る技術として、「組織抽出技術」、「座標変
換」、「マンマシン・インターフェイス」、「軌道およ
び線源の選択」の順で説明する。（ａ）組織抽出技術ボクセル・モデルからなる三次元配列に格納された三次
元画像データから、例えば、画像濃度のしきい値を使う
技術や、組織の連結情報を使う領域拡張法などの半自動
的な抽出技術、あるいは、手入力により組織輪郭をなぞ
っていく領域指定法などによって、標的組織と重要組織
の三次元座標を得る技術である。また、三次元画像上
で、ターゲット点の三次元座標を標的組織の重心などか
ら自動的に設定するか、あるいは、手入力で設定する技
術でもある。

【００１９】（ｂ）座標変換（図８を用いて説明する）治療時には、図８に示した治療装置において、治療寝台
８０２に患者を寝かせ、患者内部のターゲット点をガン
トリ８０１の回転軸と治療寝台８０２の回転軸の交点、
すなわち、アイソセンターに位置を合わせる。このアイ
ソセンターを中心にガントリ８０１を垂直面内で回転さ
せてその内部にある放射線源８０３から放射線を標的組
織に照射する。治療寝台８０２もアイソセンターを中心
にして水平面内で回転可能である。

【００２０】普通は、患者を治療寝台８０２に寝かせ、
ある角度に治療寝台８０２を固定しておいてガントリ８
０１を回転させて照射を行い、次に別の角度に治療寝台
８０２を固定して再びガントリ８０１を回転させて照射
を行う、このような過程を繰り返す。ガントリ８０１の
回転中に照射をし続ける方式を回転照射と呼び、また、
ガントリ８０１をいくらか回転させ固定して照射し、再
びガントリ８０１をいくらか回転させ固定して照射する
ような、多方向からの固定照射の方式を多門照射と呼
ぶ。

【００２１】患者内部のアイソセンターを中心にした放
射線源８０３の軌道は、図９、あるいは、図１０に示し
た垂直面内の大円に乗ることになる。頭部の照射では、
図９に示すように、放射線源９０２の軌道は、人体９０
１の額の真上から頭頂を経由して後頭部へ回り込む位置
にあり、また、腹胸部の照射では、図１０に示すよう
に、放射線源１００２の軌道は、人体１００１の肩から
腹の真上を経由して腰へ回り込む位置にある。多門照射
では、このような軌道上に線源を配置することになる
が、この軌道上で等間隔に線源を配置すると、軌道が交
差する極付近では線源間隔が密になり、また、軌道間隔
が大きくなる赤道付近では線源間隔は粗くなってしま
い、三次元的に均等な照射を実現できない。

【００２２】線源間隔を良く観察しながら三次元的に均
等になる線源配置を決定するには、軌道および線源を二
次元平面上に展開して表示することが考えられる。頭部
照射の場合、極付近からの照射はあまり行わないので、
図９に示す座標系のように、額の真上を極とする緯度・
経度を導入して、軌道および線源を二次元平面上に展開
する。これは、この二次元平面上での赤道付近で等間隔
に線源を配置している限りは三次元的に均等な照射を近
似できるためである。

【００２３】これに対して、腹胸部照射の場合には、図
１０に示す座標系のように、頭頂を極とする緯度・経度
を導入する。これは軌道および線源を極方向から見たよ
うに二次元平面に展開するようなもので、極付近の軌道
が密になっている状態がそのまま表示されるので、軌道
上で等間隔に線源を配置することが決して三次元的に均
等な照射とはならないことを十分良く示せる。従って、
この平面上では軌道が密から粗になる方向に線源間隔を
不等間隔に小さくしていくと、三次元的に均等な照射を
近似できる。

【００２４】この二次元平面上に重要組織も表示されて
いれば、重要組織への照射の有無を判断基準として、軌
道および線源の配置を決定することが可能になる。ただ
し、重要組織は、球面上で線源に近い投影像と遠い投影
像の二つがあるので、一つの重要組織に対して、二次元
平面上には、二つの重要組織領域が表示されることにな
る。放射線ビームが幾何学的な直線であれば、単に上記
のようにして重要組織を二次元平面上に表示すれば良
い。しかし、一般にはビームは円錐状であるので、この
点を考慮する必要がある。

【００２５】すなわち、ビームは、アイソセンター上の
円の直径（照射野）とアイソセンターと線源との距離で
定義される。後者の距離は治療装置に固有な値で一定で
あるが、前者は可変なので、照射野の可変性だけを考慮
する。具体的には、ビームと重要組織が接した時のビー
ム中心軸と重要組織との間隔も重要組織の一部ととら
え、重要組織は照射野に依存して大きさが変わるものと
考え直す。こうすれば、常にビームは幾何学的な直線と
して考えていくことが可能である。この時、線源寄りに
球面に投影された重要組織は、その反対側のものよりも
大きくなる。

【００２６】上述の技術に基づいて重要組織、軌道、線
源の三次元座標を二次元座標に変換する技術についてさ
らに説明する。（ｃ）マンマシン・インターフェイスアイソセンターを中心とした三次元の重要組織分布を、
頭部と腹胸部の区別をして、各々に対応した座標系に従
って、コンピュータの二次元画面上に投影して表示する
技術であり、腹胸部に対する表示を図１１を用いて説明
する。

【００２７】図１１は、図５における治療計画装置によ
る腹胸部に対する表示例を示す説明図である。本図１１
に示すように、重要組織１１０３は、地図上の大陸のよ
うに分布される。この画面を見ながら医師や技師は、放
射線ビームの太さ（照射野）、照射範囲などのパラメー
タや、重要組織への照射をしないか、照射を許すかなど
判断基準から分類した照射モードを設定した後、軌道総
数、線源総数を指定する。これらの値に従って、図５の
治療計画装置５０２は、画面上の照射範囲に軌道と線源
を表示し、さらに、マウスカーソルの操作でその配置を
変更することができる。

【００２８】また、この図１１に示す二次元地図では直
感的な軌道と線源の配置をとらえにくい面があるため、
三次元空間上での配置を把握するために、図１２に示す
ように、人体モデルを中心とした三次元表示も行なう。
このようにして、最終的に求められた軌道と線源の配置
は、治療装置をコントロールするためのデータとしてデ
ィスクなどの記憶装置に出力保存することも可能であ
る。

【００２９】（ｄ）軌道および線源の選択重要組織を照射しない照射モードでは、重要組織を照射
する軌道および線源を見つける必要がある。そのため
に、重要組織が表示された二次元平面の画像上で、重要
組織であるピクセルには識別子を付けておき、この識別
子に乗る軌道および線源を選択する。

【００３０】（ｅ）候補案の導出マンマシン・インターフェイスで指定されたパラメータ
に基づいて、指定通りの軌道総数と線源総数になる軌道
と線源の配置を探索する技術である。例えば、図１１の
ように軌道１１０１は照射範囲１１０５内に等間隔に分
布させるが、その軌道１１０１上の線源１１０２は等比
級数を用いて不等間隔で分布させる。この等比級数の項
数はマンマシン・インターフェイスで指定した線源総数
から軌道一本当たりの線源数として定め、また項比は、
別途一定値（「０，１」）を与えて、照射範囲１１０５
内の全ての軌道上に初期位置から線源を分布させる。

【００３１】この時、不定である初項は「０，１」間の
ある初期値から線源総数と一致するまで繰り返し過程で
探索する二分法を用いる。すなわち、初項がｒの時、照
射範囲内の全ての軌道上に等比級数で線源を分布させ、
その総数をカウントするが、それが指定した線源総数よ
り少なければ「０，ｒ」間の中間値で再び分布とカウン
トを行い、もしも線源総数よりも多ければ「ｒ，１」間
の中間値で再び分布とカウントを行う。この過程を繰り
返していって線源総数に一致するｒを初項として決定す
る。

【００３２】ある段階で分布された線源の数をカウント
した結果、線源総数に満たなかった場合は初項が大き過
ぎたわけであるから、その値を小さくし、逆に線源総数
を越えた場合は初項が小さ過ぎたわけであるから、その
値を大きくして、次の探索を行う。この二分法を、重要
組織を照射する位置に線源を分布させない照射モード、
重要組織を照射する位置にも分布させる照射モードでも
同様に実行し、それぞれの照射モードにあった線源の分
布を求める。また、項比を１とすれば線源間隔は等差級
数となるので、線源間隔を等間隔にすることも可能であ
る。

【００３３】このような技術により、標的組織と重要組
織の三次元座標、および、放射線照射の中心であるター
ゲット点の三次元座標である幾何学的な情報から、ター
ゲット点を中心にして、軌道やその軌道上の線源の配置
を設定する際、指定した照射範囲における軌道総数に基
づき、その範囲内で三次元的に均等な照射を実現する軌
道の配置、および、指定した照射範囲における軌道総数
と線源総数に基づいてその範囲内で三次元的に均等な照
射を実現する軌道とその軌道上の線源の配置を求めるこ
とが可能になる。

【００３４】なぜならば、上述の（ａ）〜（ｄ）の技術
をベースとして、上述の（ｅ）の探索技術を使用すれ
ば、図９や図１０に示す座標系から、軌道が交差する極
付近の線源間隔を大きくし、かつ、軌道間隔が大きくな
る赤道付近では線源間隔を小さくできるからである。す
なわち、指定した照射範囲内で三次元空間上においてな
るべく均等に軌道および線源の配置を決定でき、その結
果、三次元的に均等な照射を実現することが可能になる
ためである。また、三次元的に均等な照射であるかどう
かの確認は、二次元地図上では重要組織の境界を明確に
把握できるので定量的に行うことが可能であり、一方、
三次元表示上では人体に対してどの方向から照射を行う
のか直感的に理解できるので定性的に行うことが可能で
ある。

【００３５】以下、図１を用いて本発明の第１の実施例
の説明を行なう。本第１の実施例は、設定可能なパラメ
ータは全て対話的に修正可能な最も一般的な例であり、
医師や技師等の治療計画の立案者は、得られた結果の表
示に基づいて臨機応変にパラメータを設定し直すことが
可能である。まず、ステップ１０１において、放射線ビ
ームの太さ、すなわち、アイソセンターにおける照射野
「ｍｍφ」が設定され、それに対応して、ステップ１０
２において、重要組織分布を表示する。すなわち、アイ
ソセンターを中心にした三次元空間上の重要組織の分布
を球面上に投影した結果を、地図のように、二次元平面
上に展開して計算機の画面上に表示する。この時、画像
撮影範囲と予め設定されている治療装置の可動範囲も重
ねて表示する。

【００３６】次に、ステップ１０３において、画像撮影
範囲で、かつ、治療装置の可動範囲で照射範囲が設定さ
れ、ステップ１０４において、照射モードが選択され
る。この照射モードとしては、（Ａ）照射範囲において
重要組織を全く照射しない軌道に対してだけ、その上の
全領域に線源を配置する多門照射モード、（Ｂ）照射範
囲において重要組織を全く照射しない軌道ではその上の
全領域に線源を配置し、かつ、重要組織を照射する軌道
ではその上の照射をしない部分領域に線源を配置する多
門照射モード、（Ｃ）照射範囲において重要組織への照
射の有無に関係なくどの軌道に対しても、その上の全領
域に線源を配置する多門照射モード、（Ｄ）照射範囲に
おいて重要組織を全く照射しない軌道だけを配置する回
転照射モード、（Ｅ）照射範囲において重要組織への照
射の有無に関係なくどの軌道も配置する回転照射モード
がある。

【００３７】その選択に対応して、ステップ１０５にお
いて、軌道および線源を分布させて表示する。すなわ
ち、軌道総数と線源総数が予め決められた上下限値の範
囲内で設定されると、軌道に関しては、設定された軌道
総数と等しくなるように等間隔の治療寝台回転角度で分
布させ、線源に関しては、設定された線源総数と等しく
なるように上述の（ｅ）の探索技術を用いて、軌道が交
差する極付近では間隔が粗となるように分布させて、重
要組織分布が表示された二次元平面に、これらの軌道お
よび線源配置を重ねて表示する。

【００３８】そして、ステップ１０６において、ステッ
プ１０５で二次元平面上に表示した軌道および線源配置
を、人体モデルを中心とした三次元表示としても表示す
る。この表示に基づき、軌道および線源配置の修正指示
があれば（ステップ１０７）、ステップ１０８の処理に
進み、そうでなければステップ１０９の処理に進む。ス
テップ１０８においては、マウスカーソルによるピック
およびドラッグ操作に対応して、軌道、あるいは、線源
の位置を個別に修正する。ステップ１０９においては、
照射モード変更の判定を行なう。例えば、軌道および線
源配置の結果から、治療計画の方針を変更して他の照射
モードで再度、軌道および線源配置を実行したいとの指
示が、人手により入力された場合は、ステップ１０４に
戻り、そうでなければステップ１１０へ進む。

【００３９】ステップ１１０においては、照射野変更の
判定を行なう。例えば、軌道および線源配置の結果から
照射野を変更して再度、軌道および線源配置を実行した
いとの指示が入力された場合は、ステップ１０１へ戻
り、そうでなければステップ１１１へ進む。ステップ１
１１においては、データの保存を行なう。すなわち、得
られた軌道および線源の配置を図６における記憶装置６
０４に保存し、処理を終了する。

【００４０】図２は、本発明の治療計画装置の線源軌道
表示方法の本発明に係る処理動作の第２の実施例を示す
フローチャートである。本第２の実施例は、第１の実施
例において照射野の設定を変更しない場合の例である。
例えば、治療装置で使用できる照射野が一つしかない場
合がある。その他には、線量分布計算の結果、ある線量
値の面が標的組織の表面とほぼ一致することを期待して
放射線ビームを多方向から照射する場合、小照射野を使
用すれば標的組織の複雑な形状に線量値の面を一致させ
やすいため、ある小さい照射野しか使用しない方針を採
用する場合などに向いている。

【００４１】ステップ２０１でアイソセンターにおける
照射野「ｍｍφ」が設定され、ステップ２０２で、重要
組織の分布を二次元平面上に展開して、計算機の画面上
に表示する。この時、画像撮影範囲と予め設定されてい
る治療装置の可動範囲も重ねて表示する。ステップ２０
３において、画像撮影範囲で、かつ、治療装置の可動範
囲における照射範囲が設定され、ステップ２０４におい
て、図１におけるステップ１０４と同様に、照射モード
が一つ選択されると、ステップ２０５において、軌道お
よび線源の分布を行なう。すなわち、軌道総数と線源総
数が予め決められた上下限値の範囲内で設定されると、
軌道と線源の分布を計算して、重要組織の分布を表示し
た二次元平面に、その軌道および線源配置を重ねて表示
する。

【００４２】ステップ２０６において、二次元平面上に
表示した軌道および線源配置を人体モデルを中心とした
三次元表示としても表示する。ステップ２０７におい
て、軌道および線源配置の修正指示の有無を判定し、が
あればステップ２０８へ、そうでなければステップ２０
９へ進む。すなわち、ステップ２０８では、マウスカー
ソルによるピックおよびドラッグ操作に対応して、軌
道、あるいは、線源の位置を個別に修正する。

【００４３】また、ステップ２０９では、照射モード変
更の有無の判定を行なう。すなわち、軌道および線源配
置の結果から治療計画の方針を変更して他の照射モード
で再度、軌道および線源配置を実行したいとの入力があ
る場合はステップ２０４へ戻り、そうでなければステッ
プ２１０へ進む。ステップ２１０では、得られた軌道お
よび線源の配置データを図６の記憶装置６０３に保存
し、処理を終了する。

【００４４】図３は、本発明の治療計画装置の線源軌道
表示方法の本発明に係る処理動作の第３の実施例を示す
フローチャートである。本第３の実施例は、第２の実施
例においてさらに照射モードの変更をしない場合の例で
ある。標的組織と重要組織の位置関係に関する事前の検
討、あるいは、患者の容体から、照射モードを予め決め
て治療計画を行う場合に当たり、パラメータの変更を行
っても軌道および線源配置の微調整だけにとどめる場合
である。

【００４５】まず、ステップ３０１でアイソセンターに
おける照射野「ｍｍφ」が設定され、ステップ３０２
で、重要組織の分布を二次元平面上に展開して、計算機
の画面上に表示する。この時、画像撮影範囲と予め設定
されている治療装置の可動範囲も重ねて表示する。ステ
ップ３０３において、画像撮影範囲で、かつ、治療装置
の可動範囲における照射範囲が設定され、ステップ３０
４において、図１におけるステップ１０４と同様に、照
射モードが一つ選択されると、ステップ３０５におい
て、軌道および線源の分布を行なう。すなわち、軌道総
数と線源総数が予め決められた上下限値の範囲内で設定
されると、軌道と線源の分布を計算して、重要組織の分
布を表示した二次元平面に、その軌道および線源配置を
重ねて表示する。

【００４６】このようにして、二次元平面上に表示した
軌道および線源配置を、ステップ３０６において、人体
モデルを中心とした三次元表示としても表示する。ステ
ップ３０７において、軌道および線源配置の修正指示の
有無を判定し、指示があればステップ３０８へ、そうで
なければステップ３０９へ進む。すなわち、ステップ３
０８では、マウスカーソルによるピックおよびドラッグ
操作に対応して、軌道、あるいは、線源の位置を個別に
修正する。ステップ３０９では、得られた軌道および線
源の配置データを図６の記憶装置６０３に保存し、処理
を終了する。

【００４７】図４は、本発明の治療計画装置の線源軌道
表示方法の本発明に係る処理動作の第４の実施例を示す
フローチャートである。本第４の実施例は、図３の第３
の実施例における機能をさらに限定して、軌道および線
源配置の修正も行わない場合である。軌道および線源配
置の修正を行うことは、三次元的に均等な照射をある程
度あきらめて妥協案を作ることに相当する。従って、本
第４の実施例は、照射野や照射モードは事前の検討から
固定とし、かつ、均等な三次元照射を是非とも実行する
場合に当たる。

【００４８】まず、ステップ４０１でアイソセンターに
おける照射野「ｍｍφ」が設定され、ステップ４０２
で、重要組織の分布を二次元平面上に展開して、計算機
の画面上に表示する。この時、画像撮影範囲と予め設定
されている治療装置の可動範囲も重ねて表示する。ステ
ップ４０３において、画像撮影範囲で、かつ、治療装置
の可動範囲における照射範囲が設定され、ステップ４０
４において、図１におけるステップ１０４と同様に、照
射モードが一つ選択されると、ステップ４０５におい
て、軌道および線源の分布を行なう。

【００４９】すなわち、軌道総数と線源総数が予め決め
られた上下限値の範囲内で設定されると、軌道と線源の
分布を計算して、重要組織の分布を表示した二次元平面
に、その軌道および線源配置を重ねて表示する。このよ
うにして、二次元平面上に表示した軌道および線源配置
を、ステップ４０６において、人体モデルを中心とした
三次元表示としても表示する。そして、ステップ４０７
において、得られた軌道および線源の配置データを図６
の記憶装置６０３に保存し、処理を終了する。

【００５０】以上、図１〜図１２を用いて説明したよう
に、本実施例の治療計画装置の線源軌道表示方法では、
標的組織と重要組織の三次元座標、および、放射線照射
の中心であるターゲット点の三次元座標である幾何学的
な情報から、ターゲット点を中心にして軌道やその軌道
上の線源の配置を設定する際、指定された照射範囲にお
ける軌道総数に基づいて、その範囲内で三次元的に均等
な照射を実現する軌道の配置を自動的に求めることがで
きる。また、指定された照射範囲における軌道総数と線
源総数に基づいて、その範囲内で三次元的に均等な照射
を実現する軌道とその軌道上の線源の配置も自動的に求
めることができる。

【００５１】すなわち、上述した（ａ）〜（ｄ）の技術
をベースとして（ｅ）の探索技術を使用することによ
り、図９や図１０に示す座標系において、軌道が交差す
る極付近の線源間隔を大きくし、かつ、軌道間隔が大き
くなる赤道付近では線源間隔を小さくすることにより、
指定した照射範囲内で、三次元空間上においてなるべく
均等に軌道および線源の配置を決定でき、その結果、三
次元的に均等な照射を実現することが可能になる。

【００５２】特に、三次元的に均等な照射であるかどう
かの確認を、二次元地図上で行なうことにより、重要組
織との境界を明確に把握できるので、照射状況の確認を
定量的に行うことが可能である。また、三次元表示も行
なうことにより、人体に対してどの方向から照射を行う
のかを直感的に理解できるので、照射状況の確認を定性
的に行うことが可能である。

【００５３】このような本実施例の治療計画装置の線源
軌道表示方法を利用することにより、腫瘍などの標的組
織に多方向からの照射を行う三次元放射線治療計画を立
案する際、医師や技師等の治療計画の立案者は、重要組
織への照射を完全に回避するか、それとも標的組織に効
果的な線量を与えるためには重要組織への照射を許容す
るかなどの様々な方針の選択の下で、標的組織に対して
放射線を三次元的に均等に照射するための回転照射時の
軌道や多門照射時の線源の配置、照射条件を容易にかつ
効率良く決定することができる。

【００５４】尚、本発明は、図１〜図１２を用いて説明
した実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において種々変更可能である。例えば、本実
施例においては、頭部と腹胸部に対する放射線の照射に
関して説明したが、他の部位に対する照射に係る治療計
画の立案にも適用することができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、三次元的に均等な照射
を行なうための放射線源の位置および軌道を自動的に算
出して表示することができ、治療計画の立案を効率良く
支援でき、高精度な放射線治療計画に係る医師や技師の
負担を軽減し、効果的な放射線治療が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の治療計画装置の線源軌道表示方法の本
発明に係る処理動作の第１の実施例を示すフローチャー
トである。

【図２】本発明の治療計画装置の線源軌道表示方法の本
発明に係る処理動作の第２の実施例を示すフローチャー
トである。

【図３】本発明の治療計画装置の線源軌道表示方法の本
発明に係る処理動作の第３の実施例を示すフローチャー
トである。

【図４】本発明の治療計画装置の線源軌道表示方法の本
発明に係る処理動作の第４の実施例を示すフローチャー
トである。

【図５】本発明に係る線源軌道の表示処理動作を行なう
放射線治療システムの構成例を示すブロック図である。

【図６】図５における治療計画装置のハードウェア構成
例を示すブロック図である。

【図７】図５における治療計画装置の内部処理機構の構
成例を示すブロック図である。

【図８】図５における治療装置のハードウェア構成例を
示す実体図である。

【図９】頭部に対する座標系の例を示す説明図である。

【図１０】腹胸部に対する座標系の例を示す説明図であ
る。

【図１１】図５における治療計画装置による腹胸部に対
する表示例を示す説明図である。

【図１２】図１１における腹胸部に対する３次元表示例
を示す説明図である。

【符号の説明】

５０１：Ｘ線ＣＴ装置、５０２：治療計画装置、５０
３：立案者、５０４：治療装置、５０５：制御装置、５
０６：電子加速器、５０７：ガントリ、５０８：照射ヘ
ッド、５０９：治療寝台、６０１：コンピュータ、６０
２：入力装置、６０３：表示装置、６０４：記憶装置、
７０１：インターフェイス、７０２：組織抽出、７０
３：最適化計算、７０４：制約条件設定・変更、７０
５：目的関数設定・変更、７０６：線量分布計算、７０
７：表示計算、７０８：画像データ、７０９：抽出デー
タ、７１０：制約条件、７１１：パラメータ、７１２：
結果表示、７１３：照射条件、７１４：線量分布デー
タ、８０１：ガントリ、８０２：治療寝台、８０３：線
源、９０１：人体、９０２：線源、１００１：人体、１
００２：線源、１１０１：軌道、１１０２：線源、１１
０３：重要組織、１１０４：撮影範囲、１１０５：照射
範囲、１２０１：人体モデル、１２０２：軌道、１２０
３：線源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61N 5/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】放射線源を球面座標系上を移動させて該
球面座標系の中心近傍にある治療対象物に放射線を照射
して治療を行なう放射線治療装置における上記放射線源
の上記球面座標系上の移動軌道を平面座標系上に射影し
て表示し、上記治療対象物に対する上記放射線源の移動
軌道の決定を支援する治療計画装置の線源軌道表示方法
であって、任意に設定される上記放射線の照射範囲と上
記放射線源の軌道数に基づき、上記照射範囲内に上記放
射線源の各軌道を上記平面座標系上に等間隔に配置する
ための間隔を算出し、該算出した間隔の上記各軌道を上
記平面座標系上に射影して表示すると共に、任意に設定
される上記放射線の照射点の数に基づき、上記平面座標
系上に表示した上記放射線源の隣接する軌道を含む各軌
道上で、上記放射線の各照射点が相互に均等な距離とな
る各照射点の位置を算出し、該算出した上記平面座標系
における各軌道上の位置に上記各照射点を表示すること
を特徴とする治療計画装置の線源軌道表示方法。
【請求項２】請求項１に記載の治療計画装置の線源軌
道表示方法において、上記治療対象物の近傍にある上記
放射線を照射すべきでない重要組織を、上記平面座標系
上に表示することを特徴とする治療計画装置の線源軌道
表示方法。
【請求項３】請求項２に記載の治療計画装置の線源軌
道表示方法において、上記平面座標系上の上記重要組織
に重なる上記放射線源の軌道部分を判別し、上記重要組
織と重ならない上記放射線源の軌道部分のみを上記平面
座標系上への表示対象とすることを特徴とする治療計画
装置の線源軌道表示方法。
【請求項４】請求項２に記載の治療計画装置の線源軌
道表示方法において、上記平面座標系上の上記重要組織
に一部でも重なる上記放射線源の軌道を判別し、上記重
要組織と一部でも重なる上記放射線源の軌道を、上記平
面座標系上への表示の対象外とすることを特徴とする治
療計画装置の線源軌道表示方法。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれかに記載
の治療計画装置の線源軌道表示方法において、上記照射
範囲内に上記軌道の全てが交差する極があるか否かを判
別し、該極がある場合、上記放射線源の照射点が上記軌
道上に所定の項比の等比級数の間隔で且つ上記極から遠
くなるほど密になる方向で並ぶよう上記放射線源の照射
点の位置を算出することを特徴とする治療計画装置の線
源軌道表示方法。
【請求項６】請求項５に記載の治療計画装置の線源軌
道表示方法において、上記極に最も近い上記放射線源の
照射点の位置を二分法に基づき算出することを特徴とす
る治療計画装置の線源軌道表示方法。
【請求項７】請求項５、もしくは、請求項６のいずれ
かに記載の治療計画装置の線源軌道表示方法において、
隣接する上記軌道上の上記放射線源の各照射点の位置を
半間隔分ずらすことを特徴とする治療計画装置の線源軌
道表示方法。
【請求項８】請求項１から請求項７のいずれかに記載
の治療計画装置の線源軌道表示方法において、上記軌道
上に表示した上記放射線源の照射点の位置に対して入力
される操作者からの位置の移動指示に対応して上記放射
線源の照射点の表示位置を移動させ、該放射線源の照射
点の表示位置の移動に対応して上記放射線治療装置で上
記放射線源および上記治療対象物の移動を制御するよう
上記移動した表示位置を出力することを特徴とする治療
計画装置の線源軌道表示方法。
【請求項９】請求項１から請求項８のいずれかに記載
の治療計画装置の線源軌道表示方法において、少なくと
も上記平面座標系上に表示した上記放射線源の各軌道と
上記放射線の各照射点を、上記球面座標系上に表示する
ことを特徴とする治療計画装置の線源軌道表示方法。
【請求項１０】請求項１から請求項９のいずれかに記
載の治療計画装置の線源軌道表示方法において、上記照
射範囲内に上記軌道の全てが交差する極がない場合、上
記治療対象物内に原点を有し、上記照射点の上記原点と
上記極とを結ぶ基軸に対する移動角度と、上記基軸を垂
線とする上記原点を含む平面上における上記照射点の移
動角度とを変数とする上記球面座標系を設定し、該球面
座標系上の上記放射線源の移動軌道を上記平面座標系上
に射影して表示することを特徴とする治療計画装置の線
源軌道表示方法。
【請求項１１】請求項１から請求項９のいずれかに記
載の治療計画装置の線源軌道表示方法において、上記照
射範囲内に上記軌道の全てが交差する極がある場合、上
記治療対象物内に原点を有し、該原点と上記極とを結ぶ
基軸に対する上記照射点の移動角度と、上記基軸を垂線
とする上記原点を含む平面上における上記照射点の移動
角度とを変数とする元球面座標系を９０度回転させて上
記球面座標系を設定し、該９０度回転させた後の球面座
標系上の上記放射線源の移動軌道を上記平面座標系上に
射影して表示することを特徴とする治療計画装置の線源
軌道表示方法。