JP3720273B2

JP3720273B2 - Radiotherapy planning support method and apparatus, and radiotherapy apparatus using the same

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Publication number: JP3720273B2
Application number: JP2001089683A
Authority: JP
Inventors: 豪西田; 直昭谷崎
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP2001340475A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、放射線治療計画支援方法及び装置、並びに、これを用いた放射線治療装置に係り、特に、臨床用陽子線治療システムで、所定の治療効果基準を満たす照射条件を、予め設定するための治療計画を作成する際に用いるのに好適な、放射線治療の治療パラメータ決定作業を支援するための放射線治療計画支援方法及び装置、並びに、これを用いた放射線治療装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粒子加速器により真空中で荷電粒子を高速、高エネルギに加速し、これによって発生するＸ線、電子線、中性子線、陽子線、π中間子線、重粒子線等、又は、コバルト遠隔治療装置からのγ線等を、患者体外から経皮的に病巣に照射する外部放射線治療は、固形癌の治療において、外科手術と共に重要な治療法となっている。特に、患部周辺の正常組織へのダメージを少なくできることから、患者のＱＯＬ（Quality Of Life）が重視される今後の医療現場において、ますます需要が高まると考えられる。
【０００３】
この外部照射による放射線治療では、周辺正常組織又は重要臓器を避け、患部にできるだけ正確に患部形状と一致する照射線量分布を与えることが重要である。
【０００４】
そこで、放射線治療に際しては、ある治療効果基準を満たす照射条件を予め設定する治療計画が行われている。具体的には、図１に示す如く、まずステップ１００で、患部のＸ線ＣＴ画像を撮影する。
【０００５】
その撮影画像を基に、治療計画段階１１０で、患者の体輪郭、患部領域、周辺重要臓器を考慮して治療計画を立てる。詳述すると、まずステップ１１２で照射条件を検討し、ステップ１１４で照射シミュレーションを行って、ステップ１１６で照射条件を評価し、評価基準を満たすまで再設定を繰り返すことにより、治療計画を決定する。
【０００６】
この治療計画段階１１０で決定された、照射門数と方向、放射線強度等に基づいて、ステップ１２０で、照射する放射線を微調整するための照射関連補助具の選定、加工が行われる。
【０００７】
次いで、照射治療段階１３０のステップ１３２で患者の位置決めを行った後、ステップ１３４で放射線照射による照射治療が行われる。
【０００８】
図２に、放射線治療システムの構成を示す。この放射線治療システムでは、加速器等の放射線発生装置１０で作られた放射線が、放射線輸送装置１２を通って、患者８に放射線を照射するためのガントリノズル１４に導かれる。ガントリノズル１４では、放射線を、放射線観測・調整機構１６で一様なエネルギ分布に整えた後、放射線エネルギ形状形成機構１８において、患部に照射したい任意のエネルギ分布に調整し、これを患者８の外部から患部に向けて照射する。患者体内における線量分布は、放射線のエネルギ分布によって決まるため、患部形状を考慮して予め計画されている。
【０００９】
外部放射線治療では、治療計画段階１１０において、システム構成要素のうち、ガントリ角度、患者ベッド角度、照射門数、総照射線量、更に各門の照射回数毎に、各門間の相対的な照射線量比、照射領域、照射線量分布等が考慮される。治療計画の評価では、これらの可変要素からなる照射条件を候補として想定し、実際に作り出される患部領域における線量分布シミュレーションによって治療効果の妥当性を評価、検証する。その主な評価となっている線量分布シミュレーションの結果で、（１）患部領域において一様な線量分布を生じない、（２）周辺重要臓器に規定量以上のダメージを与える、等の不都合が生じ、基準となる治療効果が得られない場合には、照射パラメータを変えて再計画を行う。
【００１０】
従来の治療計画の手順の例を図３に示す。この治療計画では、まずデータ入力段階２００で、Ｘ線ＣＴ画像（ステップ２１０）、及び、患者データに前処理が施された３次元体表データ（ステップ２２０）、３次元患部領域データ（ステップ２３０）、３次元重要臓器データ（ステップ２４０）を取り込む。
【００１１】
そして、これらの患者データを基に、治療計画段階３００では、治療計画プログラムにより、照射門数（ステップ３１０）、空間的なビーム軸とガントリ回転軸の交点である照射中心（アイソセンタとも称する）（ステップ３２０）、照射ガントリ角度（ステップ３３０）、患者ベッド角度（ステップ３４０）からなる照射条件の可変要素（照射パラメータ）を、計画者の入力操作に従って決定する。
【００１２】
照射条件としては、図４に示す如く、通常、患者８の患部８Ａの領域内に設定されたアイソセンタ２０を照射中心とするガントリの回転自由度と患者ベッドの回転自由度により照射方向が決定される。そして、ベッド角度を固定し、ガントリ角度を変化させた場合を例示する図５に示す如く、なるべく重要臓器（ここでは眼球８Ｂや脳８Ｃ）を避け、患部８Ａの領域に十分な線量分布を与える治療を行うため、複数の方向からの照射の組合せを考える。この組合せは、照射門数と、その各門に対するガントリ角度、ベッド角度、照射強度、照射エネルギ分布により表現される。
【００１３】
このようにして決定された照射条件に基づき、シミュレーション段階４００のステップ４１０で、実際に作り出される患部領域における線量分布シミュレーションを計算する。これによって得られた結果の治療効果をステップ４２０で評価し、ステップ４３０で治療基準を満足しないと判断されたときには、治療計画段階３００に戻って照射パラメータを再調整し、評価基準を満足している場合には、ステップ４４０でその照射条件を放射線照射装置に出力して、実際の照射治療を行う。
【００１４】
従来の治療計画システムの構成を図６に示す。治療計画支援装置４０への入力データは、Ｘ線ＣＴ画像３０と、該ＣＴ画像３０上における患部領域、重要臓器、体表の輪郭を表す３次元データ３２の２つである。これらのデータに基づいて、治療計画支援装置４０は、治療計画プログラムで、ある照射条件に基づいて、計算実行指令を線量分布シミュレータ５０に逐次出力し、一定の計算時間の後、線量分布を線量分布ファイル５２として得る。そして、結果が評価基準を満たさなければ、再計算を行う。結果に評価基準を満たすものがあれば、最終的な照射条件として採用し、放射線照射治療システム６０に出力して治療を行う。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の治療計画では、計画者の経験とパラメータの単純さによって、試行錯誤により照射条件が決定されていた。しかしながら、この従来の方法では、治療効果が計画毎に一定でなく、又、症例毎に評価基準が異なることから、計画者の経験に依存する部分が多い。又、１回の候補における線量計算に少なくともある程度の時間を要することから、計画者は、評価基準を満たす条件を複数のパラメータ空間から探索する必要があるので、計画に時間がかかる。現実には、患者１人当りの治療時間が限られているので、時間内で作業を終了させることを優先すれば、例え評価基準を満たしたとしても、得られた計画が全候補の中で最良である保証がなく、患者当たりの治療時間の短縮と、外部照射による放射線治療を生かした治療効果の向上という点で問題があった。
【００１６】
一方、放射線医学分野での放射線治療計画における自動最適化に関する研究も数多くなされている。これらの研究では、治療計画問題をそのまま全ての可変要素を変数として定式化すると、探索空間の次元の増加により計算量が膨大になり、又、空間の凸性等の最適化問題における探索空間の理想的な性質も示し難くなることから、最適化の際に問題を簡単化するための注目すべきパラメータの設定、評価関数等の評価基準の選出に、主にその矛先が向けられており、必ずしも実用に則した結果は得られていなかった。実用的な観点から言えば、問題毎に注目する変数や拘束条件、評価関数が変化して当然であるし、このシステムにおける作業が、先進的医学分野における臨床データとなり得る治療行為である以上、計画者である計画者の経験からくる判断基準が、即座にアルゴリズムに反映されなければならない。よって、最適化アルゴリズムの枠組みだけでこの問題を論じることは困難であり、計画者の意思を積極的に盛り込む何らかの仕組みが必要となる。
【００１７】
以上のような観点からまとめると、従来の放射線治療システムの治療計画においては、治療効率という点で、次のような問題点があった。
（１）治療効果が計画毎に一定でなく、又、計画者に依存する。
（２）計画に時間がかかり、例え治療基準を満たしたとしても、必ずしも最適な治療である保証がない。
（３）計画者の経験からくる判断基準が、即座にアルゴリズムに反映されない。
【００１８】
なお、特開平１１−２９０４６６には、拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）幅、１００％線量域の病巣外へのはみ出し部分の体積、および、病巣から体表までの水等価厚を、所定の分解能に基づいて、複数の照射方向について計算し、各値の分布図を表示することにより、陽子線の照射方向の決定を容易にすることが記載され、又、特開平１１−２９９９０６には、病巣とそれを覆う拡大ブラックピーク領域との差である、高線量域の病巣外へのはみ出し量に注目し、これを最小にする方向を求めることで、陽子線の照射方向を自動的に決定することが記載されているが、その決定において計画者の経験からくる判断基準が反映されていないため、必ずしも十分な効果をあげることはできなかった。
【００１９】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、ある条件に基づく最適な照射条件を対話的に計算する治療計画支援プログラムを用いることで、計画者の意見を柔軟に反映した条件設定を行い、患者あたりの治療時間の短縮を図り、外部照射による放射線治療の特徴である患部領域への集中的治療効果を生かした照射条件を計画できるようにすることを第１の課題とする。
【００２０】
本発明は、更に、短い時間で、最良の候補を選択可能とすることを第２の課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、放射線治療における治療計画時において、複数の可変要素からなる照射パラメータを、ある評価基準に基づく最適化を行って計画支援を行うアプリケーションを用いることで、前記の問題を解決したものである。
【００２２】
即ち、本発明は、放射線治療の治療パラメータ決定作業を支援するための放射線治療計画支援方法において、治療計画支援プログラムを用いて、入力された画像データ及び患者データに基づいて、選択された任意の治療パラメータに対して最適化を行って治療計画の候補計画を立て、該候補計画を用いて、線量分布シミュレータにより患部領域での線量分布をシミュレーションし、該シミュレーションによって得られた結果の治療効果を評価して表示する際に、照射条件の組合せを、重要臓器が干渉する照射方向は避けて、治療計画の候補となる照射条件が取り得る範囲で２次元マップにより表示し、前記線量分布のシミュレーションを、該２次元マップを用いて指定された組合せについてのみ行うようにして、前記第１の課題を解決したものである。
【００２３】
更に、前記治療効果を評価する要素を、任意に指定できるようにしたものである。
【００２４】
又、複数の要素による前記治療効果の評価値を、重ね合わせて表示するようにして、複数の要素による治療効果の評価が容易に行えるようにしたものである。
【００２５】
本発明は、又、前記照射条件に対する線量分布計算を予めバッチ処理で行っておき、その計算結果の中から照射条件を決定することにより、前記第２の課題を解決したものである。
【００２７】
又、前記組合せを、例えばガントリ角度と患者ベッド角度を座標軸とした２次元マップにより決定するようにして、画面上で見易くしたものである。
【００２８】
又、前記２次元マップ中の線量分布計算対象を、患部領域、重要臓器、体表の輪郭を現す３次元データから評価要素を抽出し、複合評価することで決定するようにして、無駄な計算を確実に省略できるようにしたものである。
【００２９】
本発明は、又、前記の放射線治療計画支援方法を実施するためのコンピュータプログラムを提供するものである。
【００３０】
本発明は、又、該コンピュータプログラムが記録された、コンピュータ読取可能な記録媒体を提供するものである。
【００３１】
本発明は、又、放射線治療の治療パラメータ決定作業を支援するための放射線治療計画支援装置において、任意の治療パラメータを選択するための選択手段と、入力された画像データ及び患者データに基づいて、選択された任意の治療パラメータに対して最適化を行って治療計画の候補計画を立てるための治療計画支援プログラムと、照射条件の組合せを表示するための、重要臓器が干渉する照射方向は避けて、治療計画の候補となる照射条件が取り得る範囲を２次元マップにより表す手段と、該２次元マップを用いて指定された組合せについて、前記候補計画を用いて、患部領域での線量分布をシミュレーションするための線量分布シミュレータと、該シミュレーションによって得られた結果の治療効果を評価して表示するための表示手段とを備えることにより、前記第１の課題を解決したものである。
【００３２】
更に、前記治療効果を評価する任意の要素を指定するための手段を備えたものである。
【００３３】
又、前記表示手段が、複数の要素による前記治療効果の評価値を重ね合わせて表示するようにして、複数の要素による治療効果の評価が容易に行えるようにしたものである。
【００３４】
本発明は、又、前記照射条件に対する線量分布計算を予めバッチ処理で行う手段と、その計算結果の中から照射条件を決定する手段とを更に備えることにより、前記第２の課題を解決したものである。
【００３５】
本発明は、又、放射線治療装置が、前記の放射線治療計画支援装置と、該放射線治療計画支援装置を用いて決定された治療パラメータを用いて放射線を照射するための放射線照射装置とを含むようにして、前記課題を解決したものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３７】
本発明の第１実施形態は、図７に示す如く、従来と同様の線量分布シミュレータ５０と、同じく放射線照射治療システム６０と、本発明に係る治療計画支援装置７０と、該治療計画支援装置７０に計画者が対話的に各種指示を与えるための操作端末９２とから主に構成されている。
【００３８】
前記治療計画支援装置７０は、治療計画支援プログラムにより、入力された画像データ（例えばＸ線ＣＴ画像）３０及び患者データ（例えば、３次元体表データ、３次元患部領域データ、３次元重要臓器データ）３２を基に治療計画を支援する。このプログラムにより、放射線照射治療システム６０の照射条件が決定され、出力される。
【００３９】
前記治療計画支援装置７０への入力データは、Ｘ線ＣＴ画像３０と、該ＣＴ画像上における患部領域、重要臓器、体表の輪郭を表わす３次元データ３２の２種類である。これらのデータに基づいて、治療計画支援装置７０で治療計画の候補計画を立てる。そして、線量分布シミュレータ５０に、この候補計画の照射条件を出力する。その結果の線量分布が評価基準を満たせば、最終的な照射条件として採用し、放射線照射治療システム６０へ出力する。
【００４０】
ここで、前記治療計画支援装置７０が、本実施形態の特徴的な部分である。この治療計画支援装置７０の治療計画支援プログラムは、放射線治療における治療計画時に、複数の可変要素からなる照射パラメータを、ある評価基準に基づいて、計画者の意思を入れて準最適化を行う。即ち、このプログラムは、可変要素全てに対してアルゴリズムのみにより最適化を行うことも可能であるが、計画者によって選択された一部のパラメータに対してのみ最適化を行うことも可能で、任意のパラメータを選択することができる。又、計画者が特定のパラメータ、例えばガントリの回転範囲を、治療毎の条件に応じて固定したり、あるいは、同じ患者に対する過去の治療実績による結果を直接指定することで、経験を反映させる等の条件設定の制限を、操作端末９２の治療計画支援画面上で、対話的に実行していくことができ、結果として、これら最適化のための探索空間を限定することになるので、計算量を大幅に減少させることができる。
【００４１】
前記治療計画支援装置７０は、Ｘ線ＣＴ画像及び患者データを記憶する患者データ記憶メモリ７２と、該患者データ記憶メモリ７２から入力される患者データ、及び、前記操作端末９２から計画者によって入力される、計算すべき評価要素に応じて、ターゲット形状投影面積、重要臓器の位置関係、ターゲット最大水等価長、ターゲット深部形状複雑さ、その他の評価要素を計算する評価要素計算装置７４と、該評価要素計算装置７４の計算結果を記憶するための評価要素記憶メモリ７６と、同じく評価要素計算装置７４の計算結果を操作端末９２に出力して評価要素マップを表示するための評価要素出力装置７８と、操作端末９２における評価要素マップ表示を見て計画者から入力される評価要素組合せに応じて、前記評価要素記憶メモリ７６の記憶内容を用いて複合評価要素を計算する複合評価要素計算装置８０と、該複合評価要素計算装置８０で計算された複合評価要素の計算結果を出力するための複合評価要素出力装置８２と、該複合評価要素出力装置８２により操作端末９２に表示された複合評価要素を見た計画者により入力される照射条件及び評価条件、並びに前記評価要素記憶メモリ７６の記憶内容に応じて、最適条件を計算し、前記線量分布シミュレータ５０に出力すると共に、該線量分布シミュレータ５０の線量分布計算装置５１から入力される線量分布が評価条件を満たすか否か判定するための最適条件計算装置８４と、前記線量分布シミュレータの線量分布計算装置５１によって計算されたターゲット線量分布を操作端末９２に表示するべく出力するターゲット線量分布出力装置８６と、前記最適条件計算装置８４で計算された照射条件を記憶する照射条件記憶メモリ８８と、操作端末９２に表示されたターゲット線量分布を見た計画者が、照射条件を採用する指示を入力した場合には、前記照射条件記憶メモリ８８に記憶された照射条件を前記放射線照射治療システム６０に出力する照射条件出力装置９０とを含んで構成されている。
【００４２】
前記操作端末９２は、計算する評価要素、その組合せ、照射条件、評価条件等を治療計画支援装置７０に入力し、又、該治療計画支援装置７０から出力される評価要素マップ、複合評価要素マップ及びターゲット線量分布等を表示する機能を有する。
【００４３】
以下、図８を参照して、本実施形態を用いた放射線治療作業の手順を説明する。
【００４４】
まず、図８の左側に示したデータ入力段階２００、治療計画段階３００及びシミュレーション段階４００は、図３に示した従来例と同様であるので、同じ符号を付して、説明は省略する。
【００４５】
このような従来法による手順に対し、本発明による治療計画支援プログラム５００は、ステップ５１０で、データ入力段階２００により入力された各データから、計画に必要な患者データを抽出し、操作端末９２の治療計画支援画面９４にこれを表示する。そして、ステップ５２０で、計画者がこの画面の情報に基づいて、パラメータ設定を行う。ここで、計画者の判断で一部のパラメータに関して、ステップ５３０で準最適化を実行し、この結果をパラメータ設定に用いることもできる。
【００４６】
実際の治療計画では、患部の水等価長、患部の形状の特徴、重要臓器との位置関係等の細かな評価要素を評価値に換算し、照射中心に対して照射可能な全角度方向に関してマッピングする。そして、図９のように、これらの各評価要素に対する評価値を示すマップを１つ以上重ね合わせることで、複数の評価を一度に行うことができる。このマップ上で、ガントリ角度やベッド角度を指示することで、照射方向を指定する。この指定された照射方向に対して、照射エネルギ量や照射エネルギ分布等、残りの可変要素について最適化された照射条件が計算される。
【００４７】
実際の治療計画支援画面の例を図１０に示す。
【００４８】
この治療計画支援画面を用いた操作は、次のようにして行われる。まず患者データ指定領域９４Ａで患者データを入力すると、ＣＴ画像＋線量計算結果表示領域９４ＢにＣＴ画像が表示される。この際、例えば前記患者データ指定領域９４Ａで、どのような評価要素を計算するかも指定でき、指定された評価要素が、評価要素指定領域９４Ｃに表示される。評価要素毎の表示画面の例として、患部の水等価長の場合を図１１に、重要臓器との干渉の場合を図１２に例示する。
【００４９】
又、この評価要素マップは、簡単なグラフィックエディタなどを用いて、直接入力することも可能である。
【００５０】
該評価要素指定領域９４Ｃに表示された評価要素の横のチェックボックスをチェックすると、チェックした場所に対応して、複合評価要素指定領域９４Ｄに評価要素が重ね合わされて表示される。
【００５１】
この複合評価要素指定領域９４Ｄに表示された複合評価に基づき、照射条件指定領域９４Ｅから照射条件（照射方向、門数等）を入力すると、入力された照射条件の複合評価マップでの評価値が評価値表示領域９４Ｆに表示される。
【００５２】
そして、線量計算を実行すれば、図１３に例示するような線量計算結果画面が、前記ＣＴ画像＋線量計算結果表示領域９４Ｂに表示され、最終的な計画の評価を行うことができる。
【００５３】
前記評価要素としては、例えば単一リッジフィルタを使用する時には、ターゲットの水等価長の均一性を用いることができる。又、円形コリメータ使用時には、ターゲットの投影形状の円との類似度を用いることができる。又、単純化コリメータ形状使用時には、ターゲットの投影輪郭形状の複雑さを用いることができる。又、照射方向決定時には、ターゲット手前側曲面と奥側曲面の類似度を用いることができる。又、ボーラス形状単純化時には、ターゲット奥側、手前側の形状の球面との類似度を用いることができる。又、ＳＯＢＰの決定時には、ターゲットの最大最小水等価長を用いることができる。その他、ターゲットの投影最大直径、ターゲットと重要臓器との間の距離、緩衝領域の水等価長、重要臓器の水等価長、通常組織の水等価長等を評価要素として用いることができる。
【００５４】
このような計画画面を用いることで、計画者が積極的に最適化における有効な照射条件を指定することができ、又、同時に、重ね合わせ方により、新たな評価基準を発見することができる。このようにして、従来のようなデータベースに基づいた演繹的シミュレーションではなく、計画者の幾つかのイメージ的な評価基準に基づいて最適化された具体的な照射パラメータを対話的に構成していくことができる。
【００５５】
前記治療計画支援プログラムは、可変要素全てに対して最適化を行うことも可能であるが、本実施形態は、選択された一部のパラメータに対してのみ最適化を行うことを主に設計されているので、特定のパラメータを治療毎の条件に応じて固定したり、又は、過去の治療実績による結果を直接指定することで経験を反映させることができ、更に、最適化のための探索空間を限定することになるので、計算量を大幅に減少させることができる。
【００５６】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
【００５７】
本実施形態は、図１４に示す如く、線量分布シミュレータ５０と、放射線照射治療システム６０と、治療計画プログラムを含む治療計画支援装置７０とを備え、前記治療計画支援装置７０にバッチファイル７１を作成する支援機能が付加され、前記線量分布シミュレータ５０に、前記バッチファイル７１に基づいて自動計算を行う部分が付加されている点が従来と異なる。
【００５８】
本実施形態では、治療計画支援装置７０の治療計画支援プログラムで、治療計画の候補となる照射条件の取り得る範囲を表した、例えば２次元マップ状のバッチファイル７１を作成する。そして、自動繰返計算が行われる線量分布シミュレータ５０に、このバッチファイル７１を出力する。線量分布シミュレータ５０は、バッチファイル７１の内容に基づいて、２次元マップで指定された指定範囲内の条件全てに関する線量分布を自動的に計算する。
【００５９】
この処理を、治療計画段階の前処理として実行しておけば、従来は計算待ち時間を含んだ線量分布を得る処理において、計算後はデータ参照のみで良いことになり、治療計画自体の作業時間を短縮することができる。ここで、複数の線量分布の計算結果は、例えば複数の通し番号を付けた線量分布ファイル５２として、ハードディスク等に保存しておくことができる。
【００６０】
そして、評価基準を満たすものがあれば、最終的な照射条件として採用し、放射線照射治療システム６０へ出力する。
【００６１】
ここで、前記治療計画支援装置７０と線量分布シミュレータ５０の間でやり取りされるバッチファイル７１が、本実施形態の特徴的な部分の一つである。このバッチファイル７１は、例えば、図１５に示すような２次元マップとして作成される。この２次元マップの縦軸と横軸は、それぞれ患者ベッド角度及びガントリ角度を表している。
【００６２】
図４に示したように、照射は、通常、患者８の患部領域８Ａ内に設定されたアイソセンタ２０を照射中心とする、ガントリとベッドの回転自由度により照射方向が決定される。そして、例えば、図５に示した如く、なるべく重要臓器８Ｂ、８Ｃを避け、患部領域８Ａに十分な線量分布を与える治療を行うため、複数の方向からの照射の組合せを考える。その組合せは、照射門数と、その各門に対するガントリ角度、ベッド角度、照射強度、患部の奥側の形状に合わせた照射エネルギ分布により表現される。照射強度、照射エネルギ分布が、ガントリ角度とベッド角度の組合せによって自動的に決定される照射システムの場合は、ガントリ角度とベッド角度の組合せが一つ決まれば、照射方向が一つ決定される。従って、図１５に示した２次元マップ上で領域を指定すると、その領域内全ての照射条件の組合せを表現できる。なお、照射システムに合わせて、ガントリ角度とベッド角度以外の組合せを用いることも可能である。又、照射門毎でなく、例えばアイソセンタ毎にマップを作成することも可能である。
【００６３】
本実施形態のもう一つの特徴は、この２次元マップを作成する手順であり、これは、図８に示した第１実施形態の治療計画支援プログラムによって行われる。ここでは、図１６に示す如く、患部領域、重要臓器、体表の輪郭を表す３次元データから、例えば、患部の水等価長、患部の形状の特徴、重要臓器との位置関係等の評価要素を抽出し、複合評価することで、例えば、照射時に重要臓器が必ず干渉する照射方向は、予め線量分布自動計算の候補から外す、というような照射条件の組合せの絞込み作業を行う。図１５のｆｆが計算点（例えば合計２００〜数百点）、００が計算不要点である。
【００６４】
図１７に、本実施形態における治療計画作業の流れを示す。
【００６５】
本実施形態においては、実線Ａで囲んだ領域が、図３に示した従来の治療計画作業の流れと異なる。即ち、本実施形態では、治療計画を２つの手順に分割する。最初の手順では、従来と同様のステップ２１０〜２４０で入力された各データより、計画に必要な患者データの抽出をステップ６００で行い、治療計画支援装置７０の画面に表示する。そして、計画者が、この画面の情報に基づいて、ステップ６０２で、線量分布計算領域設定を行い、バッチファイル（２次元マップ）７１を作成する。ここで、２次元マップを用いた治療計画支援プログラムを用いることで、この計算領域を簡単に決定できる。
【００６６】
そして、ステップ６０２で設定された線量分布計算領域を基に、ステップ６０４の線量分布シミュレーションを、ステップ６０６及びステップ６０８でベッド角度とガントリ角度を変えながら、繰返し実行し、線量分布データベース５４に保存しておく。
【００６７】
そして、実際の治療計画時に、設定条件毎に実行される線量分布シミュレーション（図３のステップ４１０）の代わりに、ステップ４１０´で、この線量分布データベース５４を参照する。
【００６８】
これにより、治療計画時の線量分布シミュレーションにかかっていた計算時間が、データアクセス時間のみに短縮される。なお、全体の手順において、繰返し計算のための時間が発生するが、これは、夜間等の治療が行われないアイドル時間帯にバッチ処理で実行しておけばよい。
【００６９】
なお、前記実施形態においては、本発明が、陽子線治療システムに適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、陽子線以外の放射線治療システムにも、同様に適用できることは明らかである。更に、プラントや射出成形機等の計算時間が問題となる運転パラメータ決定支援システムにも、同様に適用できる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、柔軟な拘束条件に基づいた準最適化照射条件を求めることができ、より高い治療効果が期待できる。又、従来の演繹的シミュレーション評価に比べ、治療計画にかかる最適化作業での計算量を減少させることができる。更に、計画者が治療計画演算プログラムと対話的にやり取りを行うので、計画者の判断基準が即座に最適化アルゴリズムに反映され、又、計画者が、この過程において新たな評価基準を発見することが可能である。
【００７１】
特に、放射線治療における治療計画時等において、計算時間を要する線量計算を予めバッチ処理により自動繰返し計算しておくようにした場合には、治療計画時に線量分布シミュレーションにかかっていた計算時間が、データアクセス時間のみに短縮される。又、予め計算しておいた結果の中から任意に条件を選択できるので、短い時間で最良の照射条件を選択することが可能となり、計画の局所最適性を保証できる。
【００７２】
更に、繰返し計算のバッチファイルに２次元マップを用いた場合には、２次元マップを用いた治療計画支援プログラムを有効に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な放射線治療作業の手順を示す流れ図
【図２】同じく放射線治療システムの一例を示すブロック図
【図３】従来の治療計画手順の例を示す流れ図
【図４】照射条件を説明する線図
【図５】ベッド角度を固定し、ガントリ角度を変化させた場合の照射条件を説明する線図
【図６】従来の治療計画システムの構成を示すブロック図
【図７】本発明に係る放射線治療装置の第１実施形態の全体構成を示すブロック図
【図８】第１実施形態の処理手順を示す流れ図
【図９】第１実施形態における複合評価要素からの照射方向決定の様子を示す斜視図
【図１０】同じく治療計画支援画面の表示例を示す線図
【図１１】同じく患部の水等価長の表示例を示す線図
【図１２】同じく重要臓器との干渉の表示例を示す線図
【図１３】同じく線量分布評価の表示例を示す線図
【図１４】本発明にかかる放射線治療装置の第２実施形態の全体構成を示すブロック図
【図１５】第２実施形態で用いられている２次元マップの例を示す線図
【図１６】前記２次元マップを用いた治療計画支援プログラムの概要を示す線図
【図１７】第２実施形態における治療計画作業の手順を示す流れ図
【符号の説明】
８…患者
８Ａ…患部
８Ｂ…眼球（重要臓器）
８Ｃ…脳（重要臓器）
２０…アイソセンタ
３０…Ｘ線ＣＴ画像
３２…３次元データ
５０…線量分布シミュレータ
５１…線量分布ファイル
５２…線量分布計算装置
５４…線量分布データシステム
６０…放射線照射治療システム
７０…治療計画支援装置
７１…バッチファイル（２次元マップ）
９２…操作端末
２００…データ入力段階
３００…治療計画段階
４００…シミュレーション段階
５００…治療計画支援段階（プログラム）[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a radiotherapy planning support method and apparatus, and a radiotherapy apparatus using the same, and in particular, for setting an irradiation condition satisfying a predetermined therapeutic effect standard in a clinical proton beam therapy system. The present invention relates to a radiation treatment plan support method and apparatus for supporting a treatment parameter determination work of radiation treatment, which is suitable for use in creating a treatment plan, and a radiation treatment apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
X-ray, electron beam, neutron beam, proton beam, pion beam, heavy particle beam, etc. generated from a charged accelerator in a vacuum at high speed and high energy by a particle accelerator, or from a cobalt teletherapy device External radiation therapy in which gamma rays and the like are irradiated to the lesion percutaneously from the outside of the patient's body is an important therapeutic method along with surgery in the treatment of solid cancer. In particular, since the damage to normal tissues around the affected area can be reduced, it is considered that the demand will increase more and more in the future medical field where the quality of life (QOL) of patients is important.
[0003]
In this radiotherapy by external irradiation, it is important to avoid surrounding normal tissues or important organs and to give an irradiation dose distribution that matches the shape of the affected part as accurately as possible to the affected part.
[0004]
Therefore, in radiotherapy, a treatment plan is set in which irradiation conditions that satisfy a certain therapeutic effect criterion are set in advance. Specifically, as shown in FIG. 1, first, in step 100, an X-ray CT image of the affected area is taken.
[0005]
Based on the photographed image, in the treatment planning stage 110, a treatment plan is made in consideration of the patient's body contour, the affected area, and surrounding important organs. More specifically, the irradiation condition is first examined in step 112, the irradiation simulation is performed in step 114, the irradiation condition is evaluated in step 116, and the setting is repeated until the evaluation criterion is satisfied, thereby determining the treatment plan.
[0006]
Based on the number and direction of irradiation gates, radiation intensity, etc. determined in the treatment planning stage 110, in step 120, selection and processing of irradiation-related auxiliary tools for fine adjustment of the radiation to be irradiated are performed.
[0007]
Next, after the patient is positioned in step 132 of the irradiation treatment stage 130, irradiation treatment by radiation irradiation is performed in step 134.
[0008]
FIG. 2 shows the configuration of the radiation therapy system. In this radiotherapy system, radiation generated by a radiation generator 10 such as an accelerator is guided through a radiation transport device 12 to a gantry nozzle 14 for irradiating the patient 8 with radiation. In the gantry nozzle 14, the radiation is adjusted to a uniform energy distribution by the radiation observation / adjustment mechanism 16, and then the radiation energy shape forming mechanism 18 adjusts the radiation to an arbitrary energy distribution desired to be irradiated to the affected area. Irradiate from outside to the affected area. Since the dose distribution in the patient is determined by the energy distribution of the radiation, it is planned in advance in consideration of the shape of the affected part.
[0009]
In external radiotherapy, in the treatment planning stage 110, among the system components, the gantry angle, the patient bed angle, the number of irradiation gates, the total irradiation dose, and the relative irradiation dose ratio between each gate for each number of times of irradiation of each gate. , Irradiation area, irradiation dose distribution and the like are considered. In the evaluation of the treatment plan, the irradiation conditions consisting of these variable elements are assumed as candidates, and the validity of the treatment effect is evaluated and verified by the dose distribution simulation in the actually affected area. As a result of the dose distribution simulation that is the main evaluation, there are inconveniences such as (1) the uniform dose distribution does not occur in the affected area, and (2) the surrounding important organs are damaged more than the prescribed amount. If the standard treatment effect cannot be obtained, the irradiation parameters are changed and replanning is performed.
[0010]
An example of a conventional treatment planning procedure is shown in FIG. In this treatment plan, first, in the data input stage 200, the X-ray CT image (step 210), the three-dimensional body surface data (step 220) obtained by pre-processing the patient data, and the three-dimensional affected area data (step 230). ) Capture three-dimensional important organ data (step 240).
[0011]
Based on these patient data, in the treatment planning stage 300, the number of irradiation gates (step 310), the irradiation center (also referred to as an isocenter) that is the intersection of the spatial beam axis and the gantry rotation axis is determined by the treatment planning program. A variable element (irradiation parameter) of the irradiation condition consisting of step 320), irradiation gantry angle (step 330), and patient bed angle (step 340) is determined in accordance with the input operation of the planner.
[0012]
As shown in FIG. 4, the irradiation direction is usually determined by the degree of freedom of rotation of the gantry centering on the isocenter 20 set in the region of the affected part 8A of the patient 8 and the degree of freedom of rotation of the patient bed. The Then, as shown in FIG. 5 exemplifying the case where the bed angle is fixed and the gantry angle is changed, an important organ (here, the eyeball 8B and the brain 8C) is avoided as much as possible, and a sufficient dose distribution is given to the affected area 8A. Consider a combination of irradiation from multiple directions to treat. This combination is expressed by the number of irradiation gates and the gantry angle, bed angle, irradiation intensity, and irradiation energy distribution for each gate.
[0013]
Based on the irradiation conditions determined in this way, in step 410 of the simulation stage 400, a dose distribution simulation in the affected area actually created is calculated. The resulting therapeutic effect is evaluated in step 420, and if it is determined in step 430 that the treatment criteria are not satisfied, the procedure returns to the treatment planning stage 300 to readjust the irradiation parameters and satisfy the evaluation criteria. If yes, in step 440, the irradiation conditions are output to the radiation irradiation apparatus, and the actual irradiation treatment is performed.
[0014]
A configuration of a conventional treatment planning system is shown in FIG. Input data to the treatment plan support apparatus 40 includes two types of data, namely, an X-ray CT image 30 and three-dimensional data 32 representing contours of the affected area, important organ, and body surface on the CT image 30. Based on these data, the treatment plan support apparatus 40 sequentially outputs a calculation execution command to the dose distribution simulator 50 based on a certain irradiation condition in the treatment plan program, and after a certain calculation time, the dose distribution is determined as a dose. Obtained as a distribution file 52. If the result does not satisfy the evaluation criteria, recalculation is performed. If there is a result that satisfies the evaluation criteria, it is adopted as the final irradiation condition and outputted to the radiation irradiation treatment system 60 for treatment.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional treatment plan, the irradiation conditions are determined by trial and error based on the planner's experience and the simplicity of the parameters. However, in this conventional method, the therapeutic effect is not constant for each plan, and the evaluation criteria are different for each case. Therefore, there are many parts that depend on the experience of the planner. Also, since at least a certain amount of time is required for dose calculation for one candidate, the planner needs to search for a condition satisfying the evaluation criteria from a plurality of parameter spaces, so that planning takes time. In reality, the treatment time per patient is limited, so if priority is given to ending work in time, even if the evaluation criteria are met, the plan obtained will be among all candidates. There was no guarantee that it was the best, and there were problems in terms of shortening the treatment time per patient and improving the therapeutic effect by taking advantage of radiation treatment by external irradiation.
[0016]
On the other hand, many studies on automatic optimization in radiation therapy planning in the field of radiology have been conducted. In these studies, if the treatment planning problem is formulated with all the variables as variables, the amount of computation becomes enormous due to the increase in the dimension of the search space, and the search space in the optimization problem such as the convexity of the space becomes large. Since it becomes difficult to show ideal properties, the main focus is on the setting of notable parameters to simplify the problem during optimization and the selection of evaluation criteria such as evaluation functions. Results that are practically used have not been obtained. From a practical standpoint, it is natural that the variables, constraints, and evaluation functions to be noticed change for each problem, and because the work in this system is a therapeutic action that can be clinical data in the advanced medical field, Criteria based on the planner's experience as a planner must be immediately reflected in the algorithm. Therefore, it is difficult to discuss this problem only with the framework of the optimization algorithm, and some mechanism that actively incorporates the intentions of the planner is required.
[0017]
In summary from the above viewpoint, the conventional radiotherapy system treatment plan has the following problems in terms of treatment efficiency.
(1) The therapeutic effect is not constant for each plan and depends on the planner.
(2) It takes time to plan and even if the treatment criteria are met, there is no guarantee that the treatment is optimal.
(3) Judgment criteria derived from the planner's experience are not immediately reflected in the algorithm.
[0018]
In JP-A-11-290466, the expanded Bragg peak (SOBP) width, the volume of the protruding portion outside the lesion in the 100% dose range, and the water equivalent thickness from the lesion to the body surface are based on a predetermined resolution. It is described that the calculation of a plurality of irradiation directions and the distribution map of each value are displayed to facilitate the determination of the irradiation direction of the proton beam. Pay attention to the amount of protrusion outside the lesion in the high-dose area, which is the difference from the enlarged black peak area that covers the area, and by determining the direction that minimizes this, the proton irradiation direction can be automatically determined Although described, the decision criteria do not reflect the judgment criteria derived from the planner's experience, so it was not always possible to achieve a sufficient effect.
[0019]
The present invention was made to solve the above-mentioned conventional problems, and flexibly reflected the planner's opinion by using a treatment plan support program that interactively calculates the optimal irradiation condition based on a certain condition. The first task is to set conditions, to shorten the treatment time per patient, and to plan irradiation conditions that make use of the intensive treatment effect on the affected area, which is a feature of radiation treatment by external irradiation. To do.
[0020]
The second object of the present invention is to make it possible to select the best candidate in a short time.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above-mentioned problem by using an application that supports planning by performing irradiation parameter optimization consisting of a plurality of variable elements based on a certain evaluation standard at the time of treatment planning in radiotherapy. is there.
[0022]
That is, the present invention provides a radiotherapy plan support method for supporting a radiotherapy treatment parameter determination operation, and uses a treatment plan support program to select any arbitrary selected data based on input image data and patient data. A candidate treatment plan is prepared by optimizing the treatment parameters, and using the candidate plan, the dose distribution in the affected area is simulated by the dose distribution simulator, and the treatment effect of the result obtained by the simulation is calculated. When evaluating and displaying a combination of irradiation conditions, avoid irradiation directions that interfere with important organs, and within the range that irradiation conditions that can be candidates for treatment plans can take. 2D map Display and simulate the dose distribution Using a two-dimensional map The first problem is solved by performing only the specified combination.
[0023]
Furthermore, the element for evaluating the therapeutic effect can be arbitrarily designated.
[0024]
In addition, the evaluation values of the therapeutic effect by a plurality of elements are displayed in a superimposed manner so that the therapeutic effect by the plurality of elements can be easily evaluated.
[0025]
The present invention also provides Said The dose distribution calculation for the irradiation condition is performed in advance by batch processing, and the second problem is solved by determining the irradiation condition from the calculation result.
[0027]
In addition, the combination is determined by a two-dimensional map having, for example, a gantry angle and a patient bed angle as coordinate axes, so that it is easy to see on the screen.
[0028]
In addition, the dose distribution calculation target in the two-dimensional map is determined by extracting evaluation elements from three-dimensional data representing the affected area, important organs, and contours of the body surface, and performing composite evaluation, so that unnecessary calculation is performed. Is made to be able to be omitted without fail.
[0029]
The present invention also provides a computer program for carrying out the radiation therapy plan support method.
[0030]
The present invention also provides a computer-readable recording medium on which the computer program is recorded.
[0031]
The present invention also provides a radiotherapy planning support apparatus for supporting radiotherapy treatment parameter determination work, based on selection means for selecting an arbitrary treatment parameter, input image data, and patient data. Avoid the irradiation direction that interferes with important organs to display a combination of irradiation conditions and a treatment plan support program for optimizing the selected treatment parameters and creating candidate treatment plans. , The range of possible irradiation conditions for treatment plans 2D map Means to represent the Using a two-dimensional map A dose distribution simulator for simulating a dose distribution in an affected area using the candidate plan for a designated combination, and a display means for evaluating and displaying a treatment effect of a result obtained by the simulation; By solving, the first problem is solved.
[0032]
Furthermore, a means for designating an arbitrary element for evaluating the therapeutic effect is provided.
[0033]
In addition, the display means displays the evaluation values of the therapeutic effect by a plurality of elements in an overlapping manner so that the therapeutic effect by the plurality of elements can be easily evaluated.
[0034]
The present invention also provides Said Means to perform dose distribution calculation for irradiation conditions by batch processing in advance, and means for determining irradiation conditions from the calculation results More By providing, the second problem is solved.
[0035]
According to the present invention, a radiotherapy apparatus includes the radiotherapy plan support apparatus described above and a radiation irradiation apparatus for irradiating radiation using a treatment parameter determined by using the radiotherapy plan support apparatus. The above-mentioned problem is solved.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0037]
As shown in FIG. 7, the first embodiment of the present invention includes a dose distribution simulator 50 similar to the conventional one, a radiation irradiation treatment system 60, a treatment plan support device 70 according to the present invention, and the treatment plan support device 70. The operation terminal 92 is mainly configured to allow the planner to interactively give various instructions.
[0038]
The treatment plan support apparatus 70 receives image data (for example, X-ray CT image) 30 and patient data (for example, three-dimensional body surface data, three-dimensional affected area data, three-dimensional important organ data) inputted by a treatment plan support program. ) Support treatment plan based on 32. By this program, the irradiation conditions of the radiation irradiation treatment system 60 are determined and output.
[0039]
There are two types of input data to the treatment plan support apparatus 70: an X-ray CT image 30 and three-dimensional data 32 representing the contour of the affected area, important organ, and body surface on the CT image. Based on these data, a treatment plan candidate plan is created by the treatment plan support device 70. Then, the irradiation conditions of this candidate plan are output to the dose distribution simulator 50. If the resulting dose distribution satisfies the evaluation criteria, it is adopted as the final irradiation condition and output to the radiation treatment system 60.
[0040]
Here, the treatment plan support apparatus 70 is a characteristic part of the present embodiment. The treatment plan support program of the treatment plan support apparatus 70 performs semi-optimization of the irradiation parameters composed of a plurality of variable elements with the intention of the planner based on a certain evaluation standard at the time of treatment planning in radiation therapy. In other words, this program can optimize all of the variable elements only with an algorithm, but can also optimize only some parameters selected by the planner. Parameters can be selected. In addition, the planner fixes specific parameters, such as the gantry rotation range, according to the conditions for each treatment, or directly reflects the results of past treatment results for the same patient, etc. to reflect the experience, etc. Can be interactively executed on the treatment plan support screen of the operation terminal 92, and as a result, the search space for these optimizations is limited. Can be greatly reduced.
[0041]
The treatment plan support device 70 is input by a planner from a patient data storage memory 72 for storing X-ray CT images and patient data, patient data input from the patient data storage memory 72, and the operation terminal 92. An evaluation element calculation device 74 for calculating a target shape projection area, a positional relationship of important organs, a target maximum water equivalent length, a target depth shape complexity, and other evaluation elements according to an evaluation element to be calculated, and the evaluation An evaluation element storage memory 76 for storing the calculation result of the element calculation device 74; and an evaluation element output device 78 for outputting the calculation result of the evaluation element calculation device 74 to the operation terminal 92 and displaying the evaluation element map. The evaluation element storage memory according to the evaluation element combination input from the planner by looking at the evaluation element map display on the operation terminal 92 A composite evaluation element calculation device 80 for calculating a composite evaluation element using the stored contents of 6, and a composite evaluation element output device 82 for outputting a calculation result of the composite evaluation element calculated by the composite evaluation element calculation device 80. According to the irradiation condition and the evaluation condition inputted by the planner who viewed the composite evaluation element displayed on the operation terminal 92 by the composite evaluation element output device 82, and the stored contents of the evaluation element storage memory 76, the optimum condition An optimal condition calculation device 84 for determining whether or not the dose distribution input from the dose distribution calculation device 51 of the dose distribution simulator 50 satisfies the evaluation condition, A target output for displaying on the operation terminal 92 the target dose distribution calculated by the dose distribution calculation device 51 of the dose distribution simulator. The planner who has seen the target dose distribution displayed on the operation terminal 92 and the irradiation condition storage memory 88 for storing the irradiation condition calculated by the optimal dose calculation device 84, When an instruction to be adopted is input, the irradiation condition output device 90 outputs the irradiation condition stored in the irradiation condition storage memory 88 to the radiation irradiation treatment system 60.
[0042]
The operation terminal 92 inputs evaluation elements to be calculated, combinations thereof, irradiation conditions, evaluation conditions and the like to the treatment plan support apparatus 70, and also outputs an evaluation element map and a composite evaluation element map output from the treatment plan support apparatus 70. And a function of displaying a target dose distribution and the like.
[0043]
Hereinafter, with reference to FIG. 8, the procedure of the radiotherapy operation | work using this embodiment is demonstrated.
[0044]
First, the data input stage 200, the treatment planning stage 300, and the simulation stage 400 shown on the left side of FIG. 8 are the same as those in the conventional example shown in FIG.
[0045]
In response to such a conventional method, the treatment plan support program 500 according to the present invention extracts patient data necessary for the plan from each data input in the data input stage 200 in step 510, and This is displayed on the treatment plan support screen 94. In step 520, the planner sets parameters based on the information on this screen. Here, semi-optimization is executed in step 530 for some parameters as determined by the planner, and the result can be used for parameter setting.
[0046]
In the actual treatment plan, detailed evaluation factors such as the equivalent water length of the affected area, the shape characteristics of the affected area, and the positional relationship with the important organs are converted into evaluation values, and the mapping is performed for all angle directions that can be irradiated to the irradiation center. To do. Then, as shown in FIG. 9, a plurality of evaluations can be performed at a time by superimposing one or more maps indicating evaluation values for each of these evaluation elements. On this map, the irradiation direction is designated by specifying the gantry angle and the bed angle. Irradiation conditions optimized for the remaining variable elements such as the irradiation energy amount and irradiation energy distribution are calculated for the designated irradiation direction.
[0047]
An example of an actual treatment plan support screen is shown in FIG.
[0048]
The operation using this treatment plan support screen is performed as follows. First, when patient data is input in the patient data designation area 94A, a CT image is displayed in the CT image + dose calculation result display area 94B. At this time, for example, in the patient data designation area 94A, it is possible to designate what evaluation element is to be calculated, and the designated evaluation element is displayed in the evaluation element designation area 94C. As an example of the display screen for each evaluation element, FIG. 11 illustrates the case of the water equivalent length of the affected area, and FIG. 12 illustrates the case of interference with an important organ.
[0049]
The evaluation element map can be directly input using a simple graphic editor or the like.
[0050]
When the check box next to the evaluation element displayed in the evaluation element designation area 94C is checked, the evaluation elements are displayed in a superimposed manner in the composite evaluation element designation area 94D corresponding to the checked location.
[0051]
When an irradiation condition (irradiation direction, number of gates, etc.) is input from the irradiation condition specification area 94E based on the composite evaluation displayed in the composite evaluation element specification area 94D, the evaluation value in the composite evaluation map of the input irradiation condition is obtained. It is displayed in the evaluation value display area 94F.
[0052]
When the dose calculation is executed, a dose calculation result screen as illustrated in FIG. 13 is displayed in the CT image + dose calculation result display area 94B, and the final plan can be evaluated.
[0053]
As the evaluation element, for example, when a single ridge filter is used, the uniformity of the water equivalent length of the target can be used. In addition, when using a circular collimator, the degree of similarity with the circle of the projected shape of the target can be used. Also, when using a simplified collimator shape, the complexity of the projected contour shape of the target can be used. Further, when determining the irradiation direction, the similarity between the target near-side curved surface and the back-side curved surface can be used. Further, when simplifying the bolus shape, it is possible to use the degree of similarity between the spherical shape of the shape on the back side and the near side of the target. Further, when determining the SOBP, the maximum and minimum water equivalent length of the target can be used. In addition, the projection maximum diameter of the target, the distance between the target and the important organ, the water equivalent length of the buffer region, the water equivalent length of the important organ, the water equivalent length of the normal tissue, and the like can be used as evaluation elements.
[0054]
By using such a planning screen, the planner can positively specify effective irradiation conditions in the optimization, and at the same time, a new evaluation standard can be found by the superposition method. In this way, instead of the deductive simulation based on the conventional database, specific irradiation parameters optimized based on the planner's several image-based evaluation criteria are interactively configured. be able to.
[0055]
The treatment planning support program can be optimized for all variables, but this embodiment is mainly designed to optimize only some selected parameters. Therefore, it is possible to reflect the experience by fixing specific parameters according to the conditions for each treatment, or by directly specifying the results of past treatment results, and further, a search space for optimization Therefore, the amount of calculation can be greatly reduced.
[0056]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0057]
As shown in FIG. 14, the present embodiment includes a dose distribution simulator 50, a radiation treatment system 60, and a treatment plan support device 70 including a treatment plan program, and creates a batch file 71 in the treatment plan support device 70. This is different from the conventional system in that a support function for performing the automatic calculation based on the batch file 71 is added to the dose distribution simulator 50.
[0058]
In the present embodiment, the treatment plan support program of the treatment plan support device 70 creates, for example, a two-dimensional map-like batch file 71 that represents a possible range of irradiation conditions that are candidates for a treatment plan. Then, this batch file 71 is output to the dose distribution simulator 50 where the automatic repetition calculation is performed. Based on the contents of the batch file 71, the dose distribution simulator 50 automatically calculates a dose distribution for all conditions within the specified range specified by the two-dimensional map.
[0059]
If this process is executed as a pre-process at the treatment planning stage, conventionally, in the process of obtaining a dose distribution including a calculation waiting time, it is only necessary to refer to the data after the calculation. Can be shortened. Here, the calculation results of a plurality of dose distributions can be stored in a hard disk or the like as, for example, a dose distribution file 52 with a plurality of serial numbers.
[0060]
If there is anything that satisfies the evaluation criteria, it is adopted as the final irradiation condition and output to the radiation irradiation treatment system 60.
[0061]
Here, the batch file 71 exchanged between the treatment plan support apparatus 70 and the dose distribution simulator 50 is one of the characteristic parts of the present embodiment. This batch file 71 is created, for example, as a two-dimensional map as shown in FIG. The vertical axis and the horizontal axis of the two-dimensional map represent the patient bed angle and the gantry angle, respectively.
[0062]
As shown in FIG. 4, the irradiation direction is usually determined by the degree of freedom of rotation of the gantry and the bed with the isocenter 20 set in the affected area 8A of the patient 8 as the irradiation center. Then, for example, as shown in FIG. 5, a combination of irradiation from a plurality of directions is considered in order to perform treatment for giving a sufficient dose distribution to the affected area 8A while avoiding the important organs 8B and 8C as much as possible. The combination is expressed by the number of irradiation gates and the irradiation energy distribution matched to the shape of the gantry angle, bed angle, irradiation intensity, and back side of the affected part for each gate. In the case of an irradiation system in which the irradiation intensity and the irradiation energy distribution are automatically determined by the combination of the gantry angle and the bed angle, if one combination of the gantry angle and the bed angle is determined, one irradiation direction is determined. Therefore, when an area is specified on the two-dimensional map shown in FIG. 15, combinations of all irradiation conditions in the area can be expressed. A combination other than the gantry angle and the bed angle can be used according to the irradiation system. It is also possible to create a map for each isocenter, not for each irradiation gate.
[0063]
Another feature of the present embodiment is the procedure for creating this two-dimensional map, which is performed by the treatment plan support program of the first embodiment shown in FIG. Here, as shown in FIG. 16, from the three-dimensional data representing the contour of the affected area, the important organ, and the body surface, for example, evaluation elements such as the water equivalent length of the affected area, the shape characteristics of the affected area, and the positional relationship with the important organ Thus, for example, the irradiation direction in which an important organ always interferes during irradiation is narrowed down to a combination of irradiation conditions such that an irradiation direction is excluded from candidates for automatic dose distribution calculation. In FIG. 15, ff is a calculation point (for example, a total of 200 to several hundred points), and 00 is a calculation unnecessary point.
[0064]
FIG. 17 shows a flow of treatment planning work in the present embodiment.
[0065]
In the present embodiment, the region surrounded by the solid line A is different from the flow of the conventional treatment planning work shown in FIG. That is, in this embodiment, the treatment plan is divided into two procedures. In the first procedure, extraction of patient data necessary for planning is performed in step 600 from each data input in steps 210 to 240 as in the prior art, and displayed on the screen of the treatment planning support apparatus 70. Then, based on the information on this screen, the planner sets a dose distribution calculation area and creates a batch file (two-dimensional map) 71 in step 602. Here, this calculation area can be easily determined by using a treatment plan support program using a two-dimensional map.
[0066]
Then, based on the dose distribution calculation region set in step 602, the dose distribution simulation in step 604 is repeatedly executed while changing the bed angle and gantry angle in steps 606 and 608, and stored in the dose distribution database 54. Keep it.
[0067]
Then, instead of the dose distribution simulation (step 410 in FIG. 3) executed for each set condition during actual treatment planning, the dose distribution database 54 is referred to in step 410 ′.
[0068]
Thereby, the calculation time required for the dose distribution simulation at the time of treatment planning is shortened only to the data access time. In the entire procedure, time for repeated calculation occurs, but this may be executed in a batch process in an idle time zone where no treatment is performed such as at night.
[0069]
In the above embodiment, the present invention is applied to a proton beam treatment system. However, the application target of the present invention is not limited to this, and it can be similarly applied to a radiation treatment system other than a proton beam. it is obvious. Furthermore, the present invention can be similarly applied to an operation parameter determination support system in which the calculation time of a plant or an injection molding machine is a problem.
[0070]
【The invention's effect】
According to the present invention, a semi-optimized irradiation condition based on a flexible constraint condition can be obtained, and a higher therapeutic effect can be expected. Moreover, the amount of calculation in the optimization work concerning the treatment plan can be reduced as compared with the conventional deductive simulation evaluation. Furthermore, because the planner interacts interactively with the treatment plan calculation program, the planner's criteria will be immediately reflected in the optimization algorithm, and the planner will discover new criteria in this process. Is possible.
[0071]
In particular, when a dose calculation that requires calculation time is automatically repeated by batch processing in advance during treatment planning in radiation therapy, the calculation time required for the dose distribution simulation at the time of treatment planning is Only access time is reduced. In addition, since the conditions can be arbitrarily selected from the results calculated in advance, the best irradiation conditions can be selected in a short time, and the local optimality of the plan can be guaranteed.
[0072]
Furthermore, when a two-dimensional map is used for a batch file for repeated calculations, a treatment plan support program using the two-dimensional map can be used effectively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a procedure of a general radiation therapy operation.
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a radiation therapy system.
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a conventional treatment planning procedure.
FIG. 4 is a diagram illustrating irradiation conditions
FIG. 5 is a diagram illustrating irradiation conditions when the bed angle is fixed and the gantry angle is changed.
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a conventional treatment planning system
FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of the first embodiment of the radiation therapy apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of the first embodiment.
FIG. 9 is a perspective view showing how the irradiation direction is determined from the composite evaluation element in the first embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a display example of a treatment plan support screen.
FIG. 11 is a diagram showing a display example of the equivalent water length of the affected area.
FIG. 12 is also a diagram showing a display example of interference with an important organ
FIG. 13 is a diagram showing a display example of dose distribution evaluation similarly.
FIG. 14 is a block diagram showing the overall configuration of a second embodiment of the radiotherapy apparatus according to the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing an example of a two-dimensional map used in the second embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing an outline of a treatment plan support program using the two-dimensional map.
FIG. 17 is a flowchart showing the procedure of treatment planning work in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
8 ... Patient
8A ... affected area
8B ... Eyeball (important organ)
8C ... Brain (important organ)
20 ... Isocenter
30 ... X-ray CT image
32 ... 3D data
50 ... Dose distribution simulator
51 ... Dose distribution file
52. Dose distribution calculation device
54 ... Dose distribution data system
60 ... Radiation treatment system
70 ... Treatment plan support device
71 ... Batch file (two-dimensional map)
92 ... Operation terminal
200 ... Data input stage
300 ... Treatment planning stage
400 ... simulation stage
500 ... support stage for treatment plan (program)

Claims

In a radiation treatment planning support method for supporting treatment parameter determination work of radiation treatment,
Using the treatment plan support program, based on the input image data and patient data, perform optimization on any selected treatment parameters to create a treatment plan candidate plan,
Using the candidate plan, the dose distribution simulator simulates the dose distribution in the affected area,
When evaluating and displaying the therapeutic effect of the results obtained by the simulation,
A combination of irradiation conditions is displayed in a two-dimensional map within a range that can be taken as irradiation conditions that are candidates for a treatment plan, avoiding the irradiation direction in which an important organ interferes,
A radiation therapy planning support method, wherein simulation of the dose distribution is performed only for a combination designated using the two-dimensional map .

The radiation treatment planning support method according to claim 1, wherein the element for evaluating the treatment effect is arbitrarily designated.

The radiotherapy plan support method according to claim 1 or 2, wherein the evaluation values of the treatment effect by a plurality of elements are displayed in an overlapping manner.

Dose distribution calculation for the irradiation conditions is performed in batch processing in advance,
The radiation treatment plan support method according to claim 1, wherein the irradiation condition is determined from the calculation result.

The dose distribution calculation target in the two-dimensional map is determined by extracting an evaluation element from three-dimensional data representing an affected area, an important organ, and a contour of a body surface, and performing composite evaluation. The radiation therapy planning support method described.

A computer program for carrying out the radiation therapy planning support method according to any one of claims 1 to 5 .

A computer-readable recording medium on which the computer program according to claim 6 is recorded.

In a radiation therapy planning support apparatus for supporting treatment parameter determination work of radiation therapy,
A treatment plan support program for optimizing an arbitrary selected treatment parameter based on the input image data and patient data and creating a candidate treatment plan;
Means for displaying a combination of irradiation conditions by a two-dimensional map , avoiding irradiation directions in which important organs interfere with each other, and indicating a possible range of irradiation conditions that are candidates for a treatment plan;
A dose distribution simulator for simulating a dose distribution in an affected area using the candidate plan for the combination designated using the two-dimensional map ;
Display means for evaluating and displaying the therapeutic effect of the result obtained by the simulation;
A radiotherapy planning support apparatus comprising:

9. The radiation treatment plan support apparatus according to claim 8 , further comprising means for designating an arbitrary element for evaluating the treatment effect.

The radiotherapy plan support apparatus according to claim 8 or 9 , wherein the display means displays the evaluation values of the treatment effect by a plurality of elements in a superimposed manner.

Means for performing dose distribution calculation for the irradiation conditions in advance by batch processing;
Means for determining irradiation conditions from the calculation results;
The radiotherapy plan support apparatus according to claim 8 or 9 , further comprising:

The radiation therapy plan support apparatus according to any one of claims 8 to 11 ,
A radiation irradiating device for irradiating radiation using a treatment parameter determined using the radiation therapy planning support device;
A radiotherapy apparatus comprising: