JP3926468B2

JP3926468B2 - Proton irradiation direction determination support system

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Publication number: JP3926468B2
Application number: JP09919998A
Authority: JP
Inventors: 千昭加藤; 淳一廣田; 洋一瀬戸
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2018-04-10
Also published as: JPH11290466A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正常組織への被曝を極力抑えつつ、病巣へ線量を効果的に与えるような陽子線治療を可能にする治療計画に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線を使って治療を行う放射線治療では、正常組織への被曝を極力抑えつつ、癌等の病巣へ十分な治療効果のある線量を与えなければならない。そのため、一般に、Ｘ線ＣＴ装置などの画像診断装置で撮影した画像データを用いて、治療前にどの方向からどの程度の強さの放射線を照射すべきかを、線量分布のシミュレーション結果などに基づいて判断し決定する治療計画が必要となる。
【０００３】
一方、陽子線治療で使われる陽子線という放射線には「ブラッグピーク（Bragg Peak）」と呼ばれる特性がある。陽子線は、物質に照射すると、表面からある深さのところで線量が急激に大きくなって最大値を持ち、それよりも深いところでは線量が急激に０まで減少する。この線量が最大値を持つ位置をブラッグピークと呼ぶ。このような特性を利用すれば、病巣にだけに高い線量を与え、病巣の背後にはほとんど線量を与えないようにすることが可能になる。なお、このブラッグピーク特性を実際の治療に利用するに当たっては、病巣は照射方向に所定の奥行きを有することから、ブラッグピークをそのまま使うのではなく、陽子線照射装置内に設置されたリッジフィルタによりブラッグピークを拡大し、ある一定幅だけ平坦な領域を持たせるようにして利用する。この一定幅の平坦な領域を拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ：Spread Out of Bragg Peak）と呼ぶ。
【０００４】
陽子線治療の場合、ＳＯＢＰの幅と位置をコントロールすれば、ほぼ病巣の形状に合わせて、そこだけに高い線量を与え、病巣の背後にはほとんど線量を与えないようにすることが可能になる。そのため、陽子線治療の治療計画では病巣の形状とその周囲の正常組織と病巣との位置関係をよく把握して照射方向を決定することが重要になる。
【０００５】
このような治療計画は、一般に、コンピュータ・システム上のソフトウエアで実施する。治療計画ではまず画像データを利用して病巣とその周囲にある注目すべき正常組織（例えば、陽子線を照射してはならない臓器等）について３次元領域を設定して、その座標をメモリに記憶させる。次に、病巣の大きさに合わせて決めた照射範囲（照射野と呼ぶ）と、仮に決めた照射方向と照射強度に基づき、ある物理モデルに従って画像データを用いて人体内部の３次元線量分布を計算する。このようにして得られた結果は、各種の評価手段を用いて評価される。例えば、病巣や各正常組織に対して線量とその線量値を持つ組織体積の関係を表わすグラフであるＤＶＨ(Dose Volume Histogram)、人体断層像に線量分布を重ね合わせた２次元等線量線図、あるいは、人体組織に線量分布を３次元データのまま重ね合わせ、半透明で立体的に表示する３次元表示などである。これらによって、線量分布が望ましいものであると判断されれば、仮に決めた照射方向と照射強度を治療に採用し、そうでなければ、再び照射方向と照射強度を決め直して、線量分布を計算し、その結果を評価する。治療計画では一般にこのような繰り返しによって治療に採用する照射方向と照射強度を決定する。
【０００６】
人がこの繰り返し過程によって治療計画を行うのは、非常に手間のかかる作業となる。そこで、数理的な処理により照射方向と照射強度を計算する方法がいくつか提案されている。例えば、A. Brahme, P. Kallman, B. Lind: "Optimization of the Probability of Achieving Complication Free Yumor Control Using a 3D Pencil Beam Scanning Technique for Protons and Heavy Ions"（Proceedings from the NIRS international workshop on heavy charged particle therapy and related subjects. Chiba, Japan, 124/142, 1991）や、B. Lind, A. Brahme: "Photon Field Quantities and Units for Kernel Based Radiation Therapy Planning and Treatment Optimization"（Phys. Med. Biol., Vol. 37, 891/909, 1992）に記載された方法がある。これらの方法は、最小２乗法に基づいて最適な線量分布を与えるような照射方向と照射強度を計算するもので、人体内部の所望の線量分布から照射方向と照射強度を求める、いわゆる逆問題の形式を採っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法を陽子線治療計画に適用した場合、計算が複雑になり、計算時間が長くなるという問題があった。また、人体内部の所望の線量分布を入力として与えることが前提であるため、３次元の治療計画を扱う場合には、その入力にかかる手間が膨大になってしまうという問題点もあった。
【０００８】
本発明は、陽子線を使った放射線治療の治療計画において、陽子線の照射方向を決定するのを容易にする手段を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る陽子線照射方向決定支援システムは、陽子線の照射方向の決定を支援するシステムであって、陽子線の照射対象となる病巣の形状情報を利用して、複数の照射方向について、病巣を覆うのに必要となる拡大ブラッグピーク幅の値を算出する算出手段と、算出された値の分布を示す分布図を表示する表示手段とから構成されることを特徴とする。
【００１０】
この場合において、更に、前記算出された拡大ブラッグピーク幅を使って病巣を覆ったときに、病巣からはみ出す領域の体積を算出し、算出された体積の値の分布を示す分布図を表示するようにしてもよい。
【００１１】
また、前記陽子線照射方向決定支援システムは、陽子線の照射対象となる病巣を含む画像データを入力する入力手段と、前記画像データから病巣の形状情報を抽出する抽出手段とを更に有するようにしてもよい。
【００１２】
この場合において、更に、病巣から体表までの水等価距離を算出し、この算出された水等価距離の分布を示す分布図を表示するようにしてもよい。
【００１３】
また、前記表示手段は、選択された照射方向に対応する分布図上の位置、および、分布図の値が照射方向に関して対称性を有する場合は対称関係のある位置に、マークを表示するようにしてもよい。更に、病巣及びその周囲の組織並びに陽子線ビームを３次元表示し、３次元表示された陽子線ビームの方向と前記分布図上のマークが連動するようにしてもよい。
【００１４】
また、選択された照射方向の緯度と経度の値と、その照射方向に対応する拡大ブラッグピーク幅の値、病巣と拡大ブラッグピーク幅が病巣周囲を覆う領域との体積差の値、および、病巣中心から体表までの水等価距離の値を表示するようにしてもよい。
【００１５】
また、陽子線治療で採択できる拡大ブラッグピーク幅が限定されている場合は、前記拡大ブラッグピーク幅に対応する照射方向を各分布図上で特殊表示するようにしてもよい。ここでの特殊表示とは、選択可能な照射方向を明確にするために、例えば、分布図内の他の点や線と、異なる色や方法で表示することをいう。
【００１６】
本発明に係る陽子線照射方向決定支援方法は、陽子線の照射方向の決定を支援する方法であって、陽子線の照射対象となる病巣の形状情報を利用して、複数の照射方向について、病巣を覆うのに必要となる拡大ブラッグピーク幅の値を算出するステップと、算出された値の分布を示す分布図を表示するステップとから構成されることを特徴とする。
【００１７】
この場合、前記算出された拡大ブラッグピーク幅を使って病巣を覆ったときに、病巣からはみ出す領域の体積を複数の照射方向について算出するステップと、算出された体積の値の分布を示す分布図を表示するステップとを更に有するようにしてもよい。
【００１８】
また、前記方法において、陽子線の照射対象となる病巣を含む画像データを入力するステップと、前記画像データから病巣の形状情報を抽出するステップとを更に有するようにしてよい。
【００１９】
また、この場合において、病巣から体表までの水等価距離を複数の照射方向について算出するステップと、算出された水等価距離の分布を示す分布図を表示するステップとを更に有するようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
まず、本発明の実施形態が利用される陽子線治療システムについて説明する。図１２は、そのような陽子線治療システムを示す。同図に示すように、本システムは、Ｘ線ＣＴ装置１２０１と、治療計画装置１２０２と、治療装置１２０４とから構成されている。また、治療装置１２０４は、加速器１２０６、ガントリー１２０８、照射ノズル１２０９、治療ベッド１２１０とこれらを制御する制御装置１２０５から構成されている。
【００２２】
Ｘ線ＣＴ装置１２０１は、治療対象となる人体の人体断層像を取得する。Ｘ線ＣＴ装置１２０１によって取得された人体断層像は、治療計画装置１２０２に入力される。治療計画装置１２０２では、各種パラメータ１２０３に基づいて線量分布を計算し、結果の評価・判定を行う。そして、これらのパラメータ１２０３を何回か変更して最も適切な照射条件を決定する。決定された照射条件は、治療装置１２０４内の制御装置１２０５へ入力される。制御装置１２０５は、その照射条件に従って、陽子線の最大飛程、陽子線のＳＯＢＰ、ガントリー１２０８の回転角度、照射ノズル１２０９内に設置されたリッジフィルタなどの各種機器のパラメータ、治療ベッド１２１０の位置や回転角度などを制御する。
【００２３】
図１３は、治療計画装置１２０２を実現するためのコンピュータ・システムを示す。同図に示すように、このシステムは、コンピュータ本体１３０１、画像データ等のデータやオペレータの指示を入力するための入力装置１３０２、入力されたデータに基づく算出結果等を表示するための表示装置１３０３、及び、治療計画用ソフトウエア自体や出力結果を保存しておくための記憶装置１３０４から構成される。
【００２４】
図２は、陽子線治療システムによる治療の様子を示す図である。同図に示すように、陽子線２０３は、人体２０１の内部の病巣２０２に向けて、リッジフィルタ２０４、ボーラス２０５、患者コリメータ２０６を介して照射される。なお、同図の右側に示したグラフは、陽子線２０３を照射したときの深部線量分布２０９を示すグラフであり、横軸Ｄ２０８は、線量を、ＳＯＢＰ２１０での線量を１００％としたときの相対線量［％］で表わし、縦軸ｚ２０７は、陽子線の照射方向の深さを表す。
【００２５】
リッジフィルタ２０４は、ブラッグピークを拡大し、ある一定幅だけ平坦な領域を持つようにするためのものである。ボーラス２０５は、距離補償用フィルタの一種であり、ＳＯＢＰ２１０の後端を病巣２０２の後端に合わせる役目をするものである。ボーラス２０５の形状は、ボーラス２０５から病巣２０２の後縁までの水等価深さが一定値となるように決める。そうすれば、病巣の形状に応じて、病巣より先には、ほとんど線量が与えられないようになる。患者コリメータ２０６は、病巣２０２以外の横方向に陽子線が照射されないように遮蔽をするためのものである。
【００２６】
このようにして病巣に陽子線を照射する場合、ＳＯＢＰの位置は陽子線の入射エネルギーを調整することでコントロールできる。従って、体表から病巣までの水等価深さと、その病巣の深さ方向の水等価厚がわかれば、その病巣にＳＯＢＰをうまく一致させることが可能になる。体表から病巣までの水等価深さと、その病巣の深さ方向の水等価厚はＸ線ＣＴ装置で撮影した画像データを用いて求めることができる。
【００２７】
ところで、前述したように、ＳＯＢＰ幅はリッジフィルタ２０４によって規定されるので、その値は場所によらず一定となり、病巣の水等価厚の最大値にあわせて、ＳＯＢＰ幅を定めると、最大値をとらない位置ではＳＯＢＰは病巣の前縁方向にはみ出すことになる。つまり、病巣近傍の正常組織のいくらかには１００％の線量が与えられてしまうことになる。このようなはみ出し部分が存在することはある程度はやむを得ないが、その量は小さい方が望ましい。そこで、次に、このはみ出し部分について考える。
【００２８】
簡単のため２次元断面における陽子線照射を考える。図３は、照射方向と病巣の形状とはみ出し部分の関係を示す図である。図３（ａ）に示すように照射方向３０１を決めたとき、この方向において、病巣をＳＯＢＰで完全に覆うには、ＳＯＢＰ幅を、この方向で病巣３０２を見たときの病巣の取りうる最大の長さ（深さ）３０３にあわせる必要がある。また、照射方向に垂直な方向の広がりは、照射方向から見たときの病巣の横方向の長さ３０４とする必要がある。ＳＯＢＰ幅３０３はリッジフィルタによって規定され、その位置に関係なく、どこでも一定となるので、結局、線量１００％領域の面積は、病巣の縦方向最大長さ(ＳＯＢＰ幅)３０３と横方向長さ３０４の積に等しい。一方、病巣の面積は画像データからの抽出処理によって求めることができる。従って、前者から後者を引けば、それがはみ出し部分３０５の面積になる。また、病巣の面積は一定値であるので、結局のところ、はみ出し部分３０５の面積が最小になるのは、ある方向から見た病巣の最大長さ３０３とそれに垂直な横方向長さ３０４の積が最小になるような方向に照射方向を選んだときである。これを３次元に拡張して考えると、はみ出し部分の体積は、ある方向から見た病巣の最大長さ(ＳＯＢＰ幅)と、その方向の病巣の射影面積の積に等しく、この積が最小になるような方向に照射方向を選んだときに、はみ出し部分の体積が最小になる。
【００２９】
図３は、その他の例として、病巣の形状が円の場合（ｂ）と、矩形の場合（ｃ）も示している。図３（ｂ）に示すように、病巣の形状が円の場合、病巣の縦方向最大長さ３０７と横方向長さ３０８は円の直径と等しく、どんな照射方向を選んでも一定である。したがって、はみ出し部分３０９の面積は照射方向に関係なく一定値となる。一方、図３（ｃ）に示すように、病巣の形状が矩形の場合、矩形の各辺に垂直な照射方向において、はみ出し部分３１３は完全に０となる。これから、一般に病巣が円に近いものほど照射方向を変化させても、はみ出し量を小さくしにくく、矩形に近いものほど照射方向を変化させれば、はみ出し量を小さくしやすいと考えられる。
【００３０】
以上のことから、陽子線治療の治療計画においては、はみ出し部分の体積が最小になる照射方向を最終解として採用することが、まず考えられる。しかしながら、そのような照射方向を最終解として採用できない場合もありうる。例えば、その方向を選んだときにはそれに対応して、病巣を覆うのに必要となるＳＯＢＰ幅が一意的に決まる。しかし、実際の治療においては、あらかじめ準備されたいくつかのリッジフィルタの中から選択して使用する場合が多く、必ずしも、必要となるＳＯＢＰ幅を実現できるリッジフィルタが用意されているとは限らない。
【００３１】
また、はみ出し部分の体積が最小になる照射方向を選んでも、その方向では病巣と体表との距離が長くなって、不必要に多くの正常組織を被曝させることにもなりかねない。そこで、はみ出し部分の体積、ＳＯＢＰ幅、および、病巣から体表までの水等価距離の３つの情報を勘案しながら、照射方向を決定する方が好ましい。
【００３２】
本発明の実施形態においては、照射方向を決定するための判断材料として、上記の３つの情報（ＳＯＢＰ幅、はみ出し部分の体積、および、病巣から体表までの水等価距離）を採用し、これらの情報を比較検討するのを容易にするために、以下のような方法を採る。
【００３３】
まず、照射方向を緯度と経度の組で表わす。図４は、以下の説明で使用される座標系を示す。同図に示すように、人体４０１の内部に病巣４０２があり、その中心に座標原点をとる。照射方向４０３は、経度θ４０４、緯度φ４０５で指定される。
【００３４】
このような座標系のもと、緯度と経度を所定の分解能（角度刻み）にしたがって変化させ、各照射方向毎に上記の３つの値を算出し、各々異なる２次元の地図上にその値の分布を濃淡や等高線などを使って表示する。
【００３５】
はみ出し部分の体積とＳＯＢＰ幅の場合、これらの地図に対称性がある。すなわち、照射方向を単位球面上の点として考えれば、ある照射方向とその逆方向で算出される値は等しくなる（点対称）。従って、はみ出し部分の体積とＳＯＢＰ幅の算出に当たっては、半球面上の点についてだけ、それらの値を計算すればよいことになる。一方、病巣から体表までの水等価距離の場合には、病巣中心を１点決めて、そこから体表までの水等価厚を求める。これには一般に他の２つのような対称性はないので、全方向について算出する必要がある。
【００３６】
図５、図６、図７は、それぞれ、ＳＯＢＰ幅、はみ出し部分の体積、および、病巣から体表までの水等価距離の各分布地図の概念図を示す。これらは、各値の分布を等高線で表示した場合の例である。ＳＯＢＰ幅の分布図５０１は、図４の極座標系に基づいて、横軸に経度θ５０２を、縦軸に緯度φ５０３をとっている。同じ値をとる照射方向（分布図上の点）は、等高線５０４等で示される。また値が最も小さくなる最小点５０５には、×印が表示される。ＳＯＢＰ幅の場合は、その対称性から最小点５０５は２か所あることにある。図６のはみ出し部分の体積の分布図６０１と図７の病巣から体表までの水等価距離の分布図７０１も、図５とほぼ同様である。但し、水等価距離には一般に対称性がないため最小点７０５は１か所だけとなる。
【００３７】
これら３つの地図を同時に表示すれば、相互に比較検討して、望ましい照射方向を絞り込むことが容易に行えるようになる。また、各分布地図上で、オペレータがマウスのピック操作等によって、照射方向（分布図上の点）を選択すると、選択された方向は、その分布図上でマーク表示される。３つの分布地図は相互に連動しており、ある分布地図上で照射方向が選択されると、すべての分布地図上のその方向に対応する位置にマークが表示される。このように、３つの分布地図を連動させることにより、ある照射方向を選択したときの、３つの情報の判断が容易になり、照射方向の決定が容易に行えるようになる。
【００３８】
なお、各分布地図は、値の分布を、等高線でなく、濃淡によって表してもよい。また、値の分布を濃淡で表したものに、等高線を重ねて表示してもよい。等高線の本数や色は、例えば、オペレータの指示により、任意に設定される。
【００３９】
採択できるリッジフィルタの種類に制限がある場合は、リッジフィルタに対応して定まるＳＯＢＰ幅の値を登録しておき、その値をとる照射方向に対応する点（等高線）をＳＯＢＰ幅の分布図５０１上で特殊表示する。特殊表示とは、他の点（等高線）と区別が付くように、例えば、他の点（等高線）とは色を変えて表示することをいう。更に、他の２つの分布図についても、分布図５０１で特殊表示された点（曲線）と同じ点（曲線）を特殊表示する。このようにすることで、既存のリッジフィルタを使う場合に、採用可能な照射方向が明示されるので、その制約の元で、照射方向を選択することが容易になる。なお、既存のリッジフィルタでは実現できないＳＯＢＰ幅を使用する必要がある場合は、採用した照射方向でのＳＯＢＰ幅を実現するフィルタを新たに製作することになる。
【００４０】
次に、上述したようなＳＯＢＰ分布図５０１、はみ出し部分体積分布図６０１、及び、水等価厚分布図７０１を表示させる表示処理について説明する。
【００４１】
図８は、ＳＯＢＰ分布図及びはみ出し部分体積分布図の表示処理を説明するフローチャートである。
【００４２】
まず、実際の表示処理を行う前の準備段階として、病巣、注目組織の形状、位置を設定するため、領域設定処理を行う（Ｓ１５０１）。具体的には、ボクセルから成る３次元配列に格納された３次元画像データから人体組織全体、病巣、および、正常組織の３次元座標を得る処理を行う。なお、人体の断層像に注目した場合、断層像内の各点はピクセルと呼ばれ、断層像複数枚からなる全体に注目した場合、内部の各点はボクセルと呼ばれる。上記の処理は、３次元画像データから病巣等の領域内にあるボクセルを識別し、その存在範囲をコンピュータ内のメモリに記憶させるものである。
【００４３】
病巣領域の設定には各種の方法があるが、ここでは、オペレータが、表示装置に表示された断層像上で病巣領域を指定する領域指定法について説明する。治療計画では一般的にＸ線ＣＴ装置で撮影された画像データを利用するが、これは人体の断層像複数枚から成るものである。コンピュータの画面上に断層図を表示し、まずは、病巣が存在するものを見つける。そして、その断層像上でマウス等のポインティング・デバイスを使って病巣領域を囲む曲線を描く。このとき、曲線の内部の各点に対応するメモリ領域に、病巣領域であることを識別するためのフラグをたてる。これによって、コンピュータは、そこを病巣組織であると判別することができるようになる。この処理を病巣が存在する断層像すべてにわたって行い、病巣領域の３次元的な存在範囲を特定する。なお、３次元座標を得る方法としては、これ以外にも、画像濃度のしきい値を使う方法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方法などがある。
【００４４】
上記のような方法によって、例えば、病巣が１つ、正常組織が複数個設定される。そして、設定された組織についてのデータは、内部メモリや外部記憶装置に保存される。
【００４５】
次に、そのようにして指定された病巣領域の体積を算出する（Ｓ１５０２）。画像データではボクセルの縦、横、高さの各長さが既知であるので、それを利用して病巣体積を計算し、メモリ内に記憶しておく。ここでは、水等価距離を使って体積を計算するので、各ボクセルの密度を重み付けして体積を求める。なお、水等価距離とは、仮に人体組織の密度が水のそれと等しいとした場合の２点間の距離である。Ｘ線ＣＴ装置で得られた画像データに対して、ある値が水の密度1.0に対していくつになるかを計算する変換方法は、例えば、所定の関数で与えられ、変換後の密度を重みとして２点間の線績分を行うことで、その水等価距離が計算できる。
【００４６】
次に、初期照射方向を設定する（Ｓ１５０３）。つまり、最初の計算に使われる照射方向を規定する緯度θと経度φを設定する。
【００４７】
以上のような準備処理が完了すると、次に、病巣領域の設定処理（Ｓ１５０１）で得られた病巣の形状情報に基づいて、各照射方向におけるＳＯＢＰ幅及びはみ出し部分の体積を計算して、それらの分布地図を表示するための処理を行う。
【００４８】
そのために、まず、設定された照射方向に基づいて、リサンプリングを行う（Ｓ１５０４）。任意の照射方向を考えた場合、一般に、上記の断層像間同士を斜めによぎる方向を対象とすることもある。そのような場合には、その照射方向に沿って格子点を取り直し、ボクセルを並び替える必要がある。このような処理をリサンプリングという。リサンプリングは、病巣を含む限られた範囲だけで行ってもよいし、画像データ全体で行ってもよい。リサンプリングによって病巣領域の存在範囲も新たな格子点上に展開され直すことになる。
【００４９】
次に、リサンプリングされた３次元データ使って、病巣の最大長さの算出を行う（Ｓ１５０５）。この場合、まず、現時点での照射方向でリサンプリングされたデータをスキャニングして、病巣の奥行き方向で幅が最大となるものを探し、その長さを水等価厚で求める。そして、求めた最大値を、照射方向と組にしてメモリ中に記憶しておく。
【００５０】
次に、現時点の照射方向に関して、病巣射影面積の算出を行う（Ｓ１５０６）。すなわち、現時点の照射方向に垂直な方向での病巣の存在範囲を特定し、病巣の射影面積を求め、メモリ中に記憶しておく。ここでも、水等価距離を使って射影面積を計算する。
【００５１】
次に、はみ出し部分の体積の算出を行う（Ｓ１５０７）。すなわち、Ｓ１５０５で求めた病巣縦方向最大長さとＳ１５０６で求めた病巣射影面積の積を求め、これからＳ１５０２で求めた病巣体積を減じて、はみ出し部分体積を計算する。得られた値は現時点での照射方向と組にしてメモリ内に記憶しておく。
【００５２】
次に、すべての計算すべき方向について、処理を終了したかどうかを判定する（Ｓ１５０８）。ここでの計算すべき方向とは、ＳＯＢＰ幅及びはみ出し部分の体積は共に、ある照射方向とその正反対の方向でその値が等しくなるので、３次元空間内の全方向の半分である。
【００５３】
判定の結果、まだ、計算していない方向が有る場合は（Ｓ１５０８：ＮＯ）、照射方向の変更を行う（Ｓ１５０９）。すなわち、設定された分解能に従って、ある角度刻み分だけ現時点の照射方向を表す緯度θや経度φを変更し、変更後の方向について、あらためてＳＯＢＰ幅及びはみ出し部分の体積を計算する（Ｓ１５０４〜Ｓ１５０７）。
【００５４】
一方、必要なすべての方向に関して、病巣縦方向最大長さ及びはみ出し部分体積の算出が終了した場合は（Ｓ１５０８：ＹＥＳ）、照射方向と対応した形式でメモリ中に格納された病巣縦方向最大長さ及びはみ出し部分体積の値をそれぞれ読み出して、図５及び図６に示したようなＳＯＢＰ分布図及びはみ出し部分体積の分布図を表示する（Ｓ１５１０）。
【００５５】
図９は、水等価厚分布図の表示処理を説明するフローチャートである。
【００５６】
まず、上述したＳ１５０１及びＳ１５０２と同様の処理によって、病巣領域の設定処理Ｓ１６０１及び初期照射方向の設定処理Ｓ１６０２が行われる。
【００５７】
病巣領域の設定処理Ｓ１６０１及び初期照射方向の設定処理Ｓ１６０２が終了すると、病巣−体表間の水等価厚の算出を行う（Ｓ１６０３）。すなわち、現時点の照射方向において、あらかじめ決めておいた病巣内の１点と体表までの水等価厚を計算する。得られた値は現時点での照射方向と組にしてメモリ中に記憶しておく。病巣内の１点は、例えば、病巣に外接する直方体の中心などが選ばれる。
【００５８】
次に、計算すべき方向をすべて計算したかどうかを判定する（Ｓ１６０４）。病巣−体表間の水等価厚は、一般に対称性を有しないので、計算すべき方向は３次元空間内の全方向とする。判定の結果、まだ、計算していない方向が有る場合は（Ｓ１６０４：ＮＯ）、照射方向の変更を行う（Ｓ１６０５）。すなわち、設定された分解能に従って、ある角度刻み分だけ現時点の照射方向を表す緯度θや経度φを変更し、変更後の方向で、あらためて病巣から体表までの水等価厚を計算する。
【００５９】
一方、すべての方向に関して、病巣−体表間の水等価厚の算出が終了した場合は（Ｓ１６０４：ＹＥＳ）、水等価厚分布図の表示を行う（Ｓ１６０６）。すなわち、照射方向と対応した形式でメモリ中に格納された病巣−体表間の水等価厚の値を読み出して、図７に示したような分布図を表示する。
【００６０】
以上、ＳＯＢＰ分布図、はみ出し部分体積分布図、及び、水等価厚分布図を表示させる表示処理について、便宜上、図８の処理と図９の処理とに分けて説明したが、実装条件に応じて、ＳＯＢＰ分布図、はみ出し部分体積分布図、及び、水等価厚分布図を、それぞれ別の処理で表示したり、全部を１つの処理で表示してもよい。
【００６１】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。本実施形態においては、上述したＳＯＢＰ幅、はみ出し部分の体積、および、病巣から体表までの水等価距離の各分布地図に加えて、３次元表示を併用する。３次元表示とは病巣と共にその周囲にあるいくつかの正常組織を２次元投影面に立体的に陰影を付けて表示することをいう。これによって、ある照射方向が実際の人体に対してどんな方向になるのかを直感的に理解することが容易になる。
【００６２】
本実施形態では、組織と陽子線ビームを３次元的に重ね合わせて、両者を半透明で２次元投影面に表示する。そして、ある照射方向を分布地図上で選択したとき、選択された照射方向に対応して、その方向を示す陽子線ビームを人体組織に重ね合わせて３次元表示する。これにより、その方向を直感的に把握することが可能になる。
【００６３】
逆に、３次元表示において照射方向を指定すれば、その方向を上記の分布地図上にマークを付けて表示するようにしてもよい。こうすれば直感的に把握した照射方向について、分布図を使った定量的な判断を行うことが可能になる。
【００６４】
陽子線ビームは病巣を中心として任意本数分生成可能で、各ビームを任意方向に設定することができるものとする。なお、病巣中心点は、初期位置として、病巣に外接する直方体の対角線交点がとられ、その後、その位置が調整できるものとする。
【００６５】
また、３次元表示においては、表示対象を任意回転させて表示したり、任意断面で切断して内部を表示したりすることができるようにする。また、領域設定を行った組織のうち任意組織に対して表示/非表示を選択できるようにする。
【００６６】
図１０は、３次元表示の様子を示す図である。同図に示すように、体表８０１の内部に、脊柱８０２、心臓８０３、左肺８０４、右肺８０５、及び、病巣８０６が３次元表示されている。更に、照射方向を示す矢印８０７に対応して陽子線ビーム８０８が体表８０１から病巣８０６まで伸びている。照射方向の確認のために観察する場合、これら全体を３次元空間内で回転させることにより、照射の状況が任意方向から観察できることになる。３次元画像を使って照射方向を決定する場合は、陽子線ビーム８０８をマウスカーソルなどでドラッグして方向を指定したり変更したりする。照射方向を多方向設定する場合は、指定本数だけ陽子線ビーム８０８が表示され、１つの場合と同様に、各陽子線ビームをマウスなどを使って操作する。
【００６７】
以上、説明したように、分布地図と３次元表示を併用することにより、分布地図では定量的な情報を、そして、３次元表示では定性的な情報を提示できる。つまり、これら２つの異なる情報を同時に提示することにより、これら性質の異なる情報が相互に補い合って、照射方向を決定することがより容易になる。
【００６８】
図１は、以上説明した本発明による陽子線照射方向決定支援システムの表示画面の一例を示す。同図に示すように、この表示画面は、ＳＯＢＰ幅の分布図１０１、はみ出し部分の体積の分布図１０２、病巣から体表までの水等価厚の分布図１０３、表示方法選択ボタン１０４、等高線本数設定用スクロールバー１０５、等高線本数初期化ボタン１０６、等高線色パレット１０７、等高線色設定領域１０８、等高線色初期化ボタン１０９、数値テーブル１１０、分解能設定用スクロールバー１１１、３次元表示画面１１２、連動ボタン１１３、３次元画像緯度回転用スクロールバー１１５、３次元画像経度回転用スクロールバー１１６、３次元画像表示対象選択ボタン１１７、発生ボタン１１８、消去ボタン１１９、選択／移動ボタン１２０とから構成されている。オペレータは、この画面上でマウス等のポインティング・デバイスを使って、操作対象について、ピックやドラッグなどの操作を行う。
【００６９】
表示方法選択ボタン１０４は、分布図を濃淡、等高線のどちらで表示するかを設定するトグルボタンである。等高線本数設定用スクロールバー１０５は、等高線の本数を設定するためのものである。等高線本数初期化ボタン１０６は、設定値を初期化するためのものである。オペレータは、等高線色パレット１０７から色を選択して、それを等高線色設定領域１０８へ置くことで等高線の色を設定する。等高線色の初期化は等高線色初期化ボタン１０９で行う。
【００７０】
数値テーブル１１０は、分布図１０１〜１０３上や３次元表示画面上でオペレータによって選択された照射方向に対応して、照射方向の緯度及び経度、ＳＯＢＰ幅、はみ出し部分の体積、および、病巣と体表の水等価厚を数値で表示する。それらの数値は各分布図１０１、１０２、１０３でマーク付けされたものと整理番号で対応づけされる。
【００７１】
分解能設定用スクロールバー１１１は、分布図１０１〜１０３の緯度・経度の角度刻みを変更するためのものである。オペレータがこのスクロールバー１１１を使って、分解能を変更すると、変更後の分解能にしたがって、各値が計算され、変更後の分解能で分布図１０１〜１０３が表示される。
【００７２】
連動ボタン１１３をピックすると、３次元表示画面１１２には、各分布図１０１、１０２、１０３で選択された照射方向に対応して陽子線ビーム１１４が表示されるようになる。陽子線ビーム１１４は、ドラッグすることでその方向を変更でき、そのとき各分布図１０１、１０２、１０３の対応するマークも移動する。連動ボタン１１３を再度ピックすると、それ以降は、連動表示を行わないようになる。３次元画像緯度回転用スクロールバー１１５、３次元画像経度回転用スクロールバー１１６を操作すれば、３次元表示画面１１２内の表示物全体が回転させることができる。
【００７３】
３次元画像表示対象選択ボタン１１７は、３次元表示画面１１２内のどの臓器を表示するかを指定するためのトグルボタンである。再度、３次元画像表示対象選択ボタン１１７をピックすると、その臓器の表示は消える。
【００７４】
発生ボタン１１８をピックした後に、分布図１０１、１０２、１０３、あるいは、３次元表示画面１１２の上で、マウスカーソルをピックすれば、それに従ってマーク、あるいは、陽子線ビーム１１４を発生させることができる。消去ボタン１１９をピックすれば分布図１０１、１０２、１０３内で選択されていたマーク、あるいは、３次元表示１１２内で選択されていた陽子線ビーム１１４を消去することができる。
【００７５】
選択／移動ボタン１１９をピックすれば分布図１０１、１０２、１０３、あるいは、３次元表示画面１１２で選択したマーク、あるいは、陽子線ビーム１１４を連動、あるいは、移動させることができる。
【００７６】
次に、陽子線照射方向決定支援システムの操作例について説明する。
【００７７】
図１１は、オペレータの指示に対応して、システムが行う処理を説明するフローチャートである。
【００７８】
まず、システムが起動されると、システムは、図８及び図９を使って説明したような処理によって、ＳＯＢＰ幅、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算出し、それぞれの値の分布を緯度・経度の組で表わした分布図を等高線等を使って表示する（Ｓ１１０１）。この場合、初めて分布図を表示するときは、事前に設定された分解能（緯度・経度の角度刻み）、等高線本数および等高線色を使って算出・表示を行い、そうでない場合は、直前に設定された値を使って算出・表示を行う。
【００７９】
次に、オペレータによってパラメータの変更が指示されたか否かを判断する（Ｓ１１０２）。すなわち、等高線本数や等高線色の変更が指示されたか否かを判定する。判定の結果、変更が指示されていた場合は、続けて、その指示が初期状態への遷移の指示か否か、すなわち、等高線本数および等高線色を初期状態に戻す指示がされたか否かを判定する（Ｓ１１０３）。判定の結果、初期状態に戻す場合は、各種パラメータを初期値に戻して、初期値にしたがって、各分布図を再描画する（Ｓ１１０１）。
【００８０】
一方、初期状態遷移の指示でなかった場合は、等高線の本数を、指定された本数に変更し（Ｓ１１０４）、等高線色を選択された色に変更する（Ｓ１１０５）。そして、変更された値によって、再度、各分布図を表示する（Ｓ１１０１）。
【００８１】
上記操作によって、所望の表示を得たオペレータは、注目する照射方向を任意位置で任意個数、適宜指定する（Ｓ１１０６〜Ｓ１１０７）。指定された指定方向は、システムによって画面上でマーク表示される。このとき、ある照射方向が指定されると、システムは、照射方向の正・逆方向の対称性を考慮に入れて、対象性がある分布図においては、対応する方向もマーク表示する。この際、どれとどれが対称関係にある照射方向かがわかるように、マークの色や形を揃えて表示する。
【００８２】
また、オペレータは、候補として指定された照射方向の中から３次元表示と連動させる照射方向を適宜選択する（Ｓ１１０８〜Ｓ１１０９）。この場合、複数個選択することも可能である。
【００８３】
次に、各分布図の分解能、すなわち、緯度・経度の角度刻みの変更がオペレータによって指示されたか否かを判定する（Ｓ１１１０）。判定の結果、変更が指示された場合は、システムは、各分布図の緯度・経度の角度刻みを変更し（Ｓ１１１１）、変更後の分解能（角度刻み）に基づいて、ＳＯＢＰ幅等を算出し、分布図の表示を行う（Ｓ１１０１）。
【００８４】
一方、分解能の変更が指示されなかった場合、更に、３次元表示との連動をさせるか否かの判定を行う（Ｓ１１１２）。すなわち、オペレータによって、選択された照射方向と３次元表示との連動が指示されたか否かを判定する。判定の結果、連動が指示された場合は、選択された照射方向に連動して３次元表示を行う（Ｓ１１１３）。３次元表示画面においては、領域設定処理で設定された組織の表示／非表示を指定することができる。また、表示対象物は任意方向に回転させることができる。
【００８５】
オペレータは、上述したような操作を経て照射方向の候補を比較検討することによって、最適な照射方向を決定する。照射方向を決定した場合は、次に、その照射方向におけるＳＯＢＰ幅を記憶装置に保存するかどうかを判定する（Ｓ１１１４）。判定の結果、保存する場合は、ＳＯＢＰ幅を記憶装置に保存する（Ｓ１１１５）。このようにして保存されたＳＯＢＰ幅は、実際の陽子線治療に使用されるリッジフィルタの選択（また、必要であれば、製作）に利用される。
【００８６】
続けて、決定した照射方向を記憶装置に保存するかどうかを判定する（Ｓ１１１６）。判定の結果、保存する場合は、照射方向を記憶装置に保存し（Ｓ１１１７）、処理を終了する。このようにして保存された照射方向に基づいて、実際の陽子線治療が行われる。一方、保存しない場合は、そのまま処理を終了する。
【００８７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明による陽子線照射方向決定支援システムでは、病巣を覆うのに必要なＳＯＢＰ幅、ＳＯＢＰで病巣を覆ったときのはみ出し部分の体積、病巣と体表までの水等価距離の分布図を表示するので、使用できるリッジフィルタ、あるいは、どのようなリッジフィルタを製作すればよいかを念頭に置きながら、各分布図を比較することにより、照射方向を決定するにあたって、定量的な判断を行うことができる。更に、三次元表示と連動させることで、照射方向を直感的に把握しつつ、最終的な照射方向を対話的に絞り込んでいくことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による陽子線照射方向決定支援システムの表示画面の一例を示す図である。
【図２】陽子線治療システムによる治療の様子を示す図である。
【図３】照射方向と病巣の形状とはみ出し部分の関係を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態で使用される座標系を示す図である。
【図５】ＳＯＢＰ幅分布図の例を示す図である。
【図６】はみ出し部分体積分布図の例を示す図である。
【図７】病巣から体表までの水等価厚分布図の例を示す図である。
【図８】ＳＯＢＰ分布図及びはみ出し部分体積分布図の表示処理を示すフローチャートである。
【図９】水等価厚分布図の表示処理を示すフローチャートである。
【図１０】３次元表示の例を示す図である。
【図１１】オペレータの指示に応じたシステムの動作を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態が利用される陽子線治療システムを示す図である。
【図１３】本発明によるシステムを実現するコンピュータシステムを示す図である。
【符号の説明】
１０１ＳＯＢＰ分布図
１０２はみ出し部分体積分布図
１０３水等価厚分布図
１０４表示方法選択ボタン
１０５等高線本数設定用スクロールバー
１０６等高線本数初期化ボタン
１０７等高線色パレット
１０８等高線色設定領域
１０９等高線色初期化ボタン
１１０数値テーブル
１１１分解能設定用スクロールバー
１１２３次元表示画面
１１３連動ボタン
１１４陽子線ビーム
１１５３次元画像緯度回転用スクロールバー
１１６３次元画像経度回転用スクロールバー
１１７３次元画像表示対象選択ボタン
１１８発生ボタン
１１９消去ボタン
１２０選択／移動ボタン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a treatment plan that enables a proton beam treatment that effectively gives a dose to a lesion while suppressing exposure to a normal tissue as much as possible.
[0002]
[Prior art]
In radiation therapy using radiation, it is necessary to give a dose having a sufficient therapeutic effect to a lesion such as cancer while suppressing exposure to normal tissues as much as possible. For this reason, in general, based on the result of simulation of dose distribution, it should be determined from which direction and how much radiation should be irradiated before treatment using image data taken by an image diagnostic apparatus such as an X-ray CT apparatus. A treatment plan to judge and decide is needed.
[0003]
On the other hand, the radiation called proton beam used in proton beam treatment has a characteristic called “Bragg Peak”. When a proton beam irradiates a substance, the dose suddenly increases at a certain depth from the surface and has a maximum value, and at a depth deeper than that, the dose rapidly decreases to zero. The position where this dose has the maximum value is called the Bragg peak. By utilizing such a characteristic, it is possible to give a high dose only to the lesion and hardly give a dose behind the lesion. In using this Bragg peak characteristic for actual treatment, the lesion has a predetermined depth in the irradiation direction, so the Bragg peak is not used as it is, but by a ridge filter installed in the proton beam irradiation apparatus. The Bragg peak is enlarged and used so as to have a flat area by a certain width. This flat region having a constant width is called an extended Bragg peak (SOBP).
[0004]
In the case of proton therapy, if the width and position of the SOBP are controlled, it becomes possible to give a high dose only to the shape of the lesion and hardly give a dose behind the lesion. . For this reason, it is important to determine the irradiation direction by carefully grasping the shape of the lesion and the positional relationship between the surrounding normal tissue and the lesion in the treatment plan of proton beam therapy.
[0005]
Such a treatment plan is generally implemented in software on a computer system. In the treatment plan, first, the image data is used to set a three-dimensional region for the focus and normal tissue around it (for example, an organ that should not be irradiated with protons), and the coordinates are stored in the memory. Let Next, based on the irradiation range (referred to as the irradiation field) determined according to the size of the lesion, and the irradiation direction and irradiation intensity determined temporarily, the three-dimensional dose distribution inside the human body is calculated using image data according to a physical model. calculate. The results thus obtained are evaluated using various evaluation means. For example, DVH (Dose Volume Histogram) which is a graph showing the relationship between the dose and the tissue volume having the dose value for a lesion or each normal tissue, a two-dimensional isodose diagram in which a dose distribution is superimposed on a human tomogram, Alternatively, a three-dimensional display in which the dose distribution is superimposed on the human tissue as it is in the three-dimensional data, and is displayed in a semitransparent and three-dimensional manner. If it is determined that the dose distribution is desirable, the tentatively determined irradiation direction and irradiation intensity are adopted for treatment. Otherwise, the irradiation direction and irradiation intensity are determined again, and the dose distribution is calculated. And evaluate the results. In the treatment plan, generally, the irradiation direction and the irradiation intensity adopted for the treatment are determined by such repetition.
[0006]
It is a very time-consuming task for a person to plan a treatment through this repeated process. Thus, several methods for calculating the irradiation direction and irradiation intensity by mathematical processing have been proposed. For example, A. Brahme, P. Kallman, B. Lind: "Optimization of the Probability of Achieving Complication Free Yumor Control Using a 3D Pencil Beam Scanning Technique for Protons and Heavy Ions" (Proceedings from the NIRS international workshop on heavy charged particle therapy Chiba, Japan, 124/142, 1991) and B. Lind, A. Brahme: "Photon Field Quantities and Units for Kernel Based Radiation Therapy Planning and Treatment Optimization" (Phys. Med. Biol., Vol. 37, 891/909, 1992). These methods calculate the irradiation direction and irradiation intensity so as to give an optimal dose distribution based on the least square method, and the so-called inverse problem of obtaining the irradiation direction and irradiation intensity from a desired dose distribution inside the human body. The format is adopted.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when these methods are applied to the proton beam treatment plan, there is a problem that the calculation becomes complicated and the calculation time becomes long. In addition, since it is premised that a desired dose distribution inside the human body is given as an input, when dealing with a three-dimensional treatment plan, there is a problem that the effort required for the input becomes enormous.
[0008]
An object of the present invention is to provide means for facilitating determination of the irradiation direction of a proton beam in a radiotherapy treatment plan using a proton beam.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The proton beam irradiation direction determination support system according to the present invention is a system that supports the determination of the proton beam irradiation direction, and uses the shape information of the lesion to be irradiated with the proton beam, for a plurality of irradiation directions, It is characterized by comprising calculation means for calculating the value of the expanded Bragg peak width necessary for covering the lesion, and display means for displaying a distribution diagram showing the distribution of the calculated values.
[0010]
In this case, further, when the lesion is covered using the calculated enlarged Bragg peak width, the volume of the region protruding from the lesion is calculated, and a distribution diagram showing the distribution of the calculated volume value is displayed. It may be.
[0011]
In addition, the proton beam irradiation direction determination support system further includes an input unit that inputs image data including a lesion to be irradiated with a proton beam, and an extraction unit that extracts shape information of the lesion from the image data. May be.
[0012]
In this case, the water equivalent distance from the lesion to the body surface may be calculated, and a distribution map showing the distribution of the calculated water equivalent distance may be displayed.
[0013]
Further, the display means displays a mark at a position on the distribution map corresponding to the selected irradiation direction, and when the distribution map value has symmetry with respect to the irradiation direction, the mark has a symmetrical relationship. May be. Further, the lesion, the surrounding tissue, and the proton beam may be displayed three-dimensionally, and the direction of the three-dimensional displayed proton beam may be linked with the mark on the distribution map.
[0014]
Also, the latitude and longitude values of the selected irradiation direction, the value of the enlarged Bragg peak width corresponding to the irradiation direction, the value of the volume difference between the lesion and the area where the enlarged Bragg peak width covers the lesion, and the lesion The value of the water equivalent distance from the center to the body surface may be displayed.
[0015]
In addition, when the expanded Bragg peak width that can be adopted in proton therapy is limited, the irradiation direction corresponding to the expanded Bragg peak width may be specially displayed on each distribution map. Here, the special display refers to, for example, displaying in a different color or method from other points or lines in the distribution diagram in order to clarify selectable irradiation directions.
[0016]
The proton beam irradiation direction determination support method according to the present invention is a method for supporting the determination of the proton beam irradiation direction, using the shape information of the lesion to be irradiated with the proton beam, for a plurality of irradiation directions, The method includes a step of calculating a value of an enlarged Bragg peak width necessary for covering a lesion, and a step of displaying a distribution diagram showing a distribution of the calculated value.
[0017]
In this case, when the lesion is covered using the calculated enlarged Bragg peak width, a step of calculating the volume of the region protruding from the lesion for a plurality of irradiation directions, and a distribution diagram showing the distribution of the calculated volume value May be further included.
[0018]
The method may further include a step of inputting image data including a lesion to be irradiated with a proton beam and a step of extracting shape information of the lesion from the image data.
[0019]
Further, in this case, the method may further include a step of calculating a water equivalent distance from the lesion to the body surface in a plurality of irradiation directions, and a step of displaying a distribution diagram indicating the distribution of the calculated water equivalent distance. Good.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
First, a proton beam therapy system in which an embodiment of the present invention is used will be described. FIG. 12 shows such a proton therapy system. As shown in the figure, this system includes an X-ray CT apparatus 1201, a treatment planning apparatus 1202, and a treatment apparatus 1204. The treatment device 1204 includes an accelerator 1206, a gantry 1208, an irradiation nozzle 1209, a treatment bed 1210, and a control device 1205 for controlling them.
[0022]
The X-ray CT apparatus 1201 acquires a tomographic image of a human body to be treated. The tomographic image of the human body acquired by the X-ray CT apparatus 1201 is input to the treatment planning apparatus 1202. The treatment planning device 1202 calculates a dose distribution based on various parameters 1203 and evaluates / determines the result. Then, the most appropriate irradiation condition is determined by changing these parameters 1203 several times. The determined irradiation condition is input to the control device 1205 in the treatment apparatus 1204. The control device 1205 determines the maximum range of the proton beam, the proton beam SOBP, the rotation angle of the gantry 1208, the parameters of various devices such as the ridge filter installed in the irradiation nozzle 1209, and the position of the treatment bed 1210 according to the irradiation conditions. Control the rotation angle.
[0023]
FIG. 13 shows a computer system for realizing the treatment planning apparatus 1202. As shown in the figure, this system includes a computer main body 1301, an input device 1302 for inputting data such as image data, an operator instruction, and a display device 1303 for displaying a calculation result based on the input data. And the treatment planning software itself and a storage device 1304 for storing the output result.
[0024]
FIG. 2 is a diagram showing a state of treatment by the proton beam treatment system. As shown in the figure, the proton beam 203 is irradiated toward a lesion 202 inside the human body 201 via a ridge filter 204, a bolus 205, and a patient collimator 206. The graph shown on the right side of the figure is a graph showing the deep dose distribution 209 when the proton beam 203 is irradiated, and the horizontal axis D208 is the relative dose when the dose at the SOBP 210 is 100%. The dose is expressed in [%], and the vertical axis z207 represents the depth in the irradiation direction of the proton beam.
[0025]
The ridge filter 204 is for enlarging the Bragg peak so as to have a flat region by a certain width. The bolus 205 is a kind of distance compensation filter and serves to match the rear end of the SOBP 210 with the rear end of the lesion 202. The shape of the bolus 205 is determined so that the water equivalent depth from the bolus 205 to the trailing edge of the lesion 202 has a constant value. Then, depending on the shape of the lesion, almost no dose is given before the lesion. The patient collimator 206 is for shielding the proton beam from being irradiated in the lateral direction other than the lesion 202.
[0026]
When the lesion is irradiated with a proton beam in this way, the position of the SOBP can be controlled by adjusting the incident energy of the proton beam. Therefore, if the water equivalent depth from the body surface to the lesion and the water equivalent thickness in the depth direction of the lesion are known, the SOBP can be matched well with the lesion. The water equivalent depth from the body surface to the lesion and the water equivalent thickness in the depth direction of the lesion can be obtained using image data taken with an X-ray CT apparatus.
[0027]
As described above, since the SOBP width is defined by the ridge filter 204, the value is constant regardless of the location. If the SOBP width is determined in accordance with the maximum value of the water equivalent thickness of the lesion, the maximum value is obtained. At a position where it is not taken, SOBP protrudes toward the leading edge of the lesion. That is, a dose of 100% is given to some normal tissue near the lesion. The presence of such a protruding portion is unavoidable to some extent, but the amount is preferably small. Therefore, next, consider this protruding portion.
[0028]
Consider proton beam irradiation in a two-dimensional section for simplicity. FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the irradiation direction, the shape of the lesion, and the protruding portion. When the irradiation direction 301 is determined as shown in FIG. 3A, in order to completely cover the lesion with SOBP in this direction, the SOBP width can be set to the maximum possible lesion when the lesion 302 is viewed in this direction. It is necessary to match the length (depth) 303. Further, the spread in the direction perpendicular to the irradiation direction needs to be the length 304 in the lateral direction of the lesion when viewed from the irradiation direction. Since the SOBP width 303 is defined by the ridge filter and is constant everywhere regardless of the position thereof, the area of the 100% dose area is eventually the maximum length of the lesion in the vertical direction (SOBP width) 303 and the lateral length 304. Is equal to the product of On the other hand, the area of a lesion can be obtained by extraction processing from image data. Therefore, if the latter is subtracted from the former, it becomes the area of the protruding portion 305. In addition, since the area of the lesion is a constant value, the area of the protruding portion 305 is minimized in the end. The product of the maximum length 303 of the lesion viewed from a certain direction and the lateral length 304 perpendicular thereto. This is when the irradiation direction is selected in such a direction that minimizes. Considering this in three dimensions, the volume of the protruding part is equal to the product of the maximum lesion length (SOBP width) seen from a certain direction and the projected area of the lesion in that direction, and this product is minimized. When the irradiation direction is selected in such a direction, the volume of the protruding portion is minimized.
[0029]
As other examples, FIG. 3 also shows a case where the shape of the lesion is a circle (b) and a case where it is a rectangle (c). As shown in FIG. 3B, when the shape of the lesion is a circle, the longitudinal maximum length 307 and the lateral length 308 of the lesion are equal to the diameter of the circle, and are constant regardless of which irradiation direction is selected. Therefore, the area of the protruding portion 309 is a constant value regardless of the irradiation direction. On the other hand, as shown in FIG. 3C, when the shape of the lesion is rectangular, the protruding portion 313 is completely zero in the irradiation direction perpendicular to each side of the rectangle. From this, it is generally considered that even if the irradiation direction is changed as the lesion is closer to a circle, it is difficult to reduce the amount of protrusion, and when the irradiation direction is changed closer to a rectangle, the amount of protrusion is likely to be reduced.
[0030]
From the above, in the treatment plan of proton beam treatment, it is first considered to adopt the irradiation direction that minimizes the volume of the protruding portion as the final solution. However, there are cases where such an irradiation direction cannot be adopted as the final solution. For example, when the direction is selected, the SOBP width required to cover the lesion is uniquely determined correspondingly. However, in actual treatment, it is often used by selecting from several ridge filters prepared in advance, and a ridge filter that can realize the required SOBP width is not always prepared. .
[0031]
Moreover, even if an irradiation direction that minimizes the volume of the protruding portion is selected, the distance between the lesion and the body surface becomes longer in that direction, which may cause unnecessary exposure of many normal tissues. Therefore, it is preferable to determine the irradiation direction in consideration of three pieces of information such as the volume of the protruding portion, the SOBP width, and the water equivalent distance from the lesion to the body surface.
[0032]
In the embodiment of the present invention, the above three pieces of information (SOBP width, volume of the protruding portion, and water equivalent distance from the lesion to the body surface) are adopted as judgment materials for determining the irradiation direction. In order to make it easier to compare and review the information, the following method is adopted.
[0033]
First, the irradiation direction is represented by a pair of latitude and longitude. FIG. 4 shows the coordinate system used in the following description. As shown in the figure, there is a lesion 402 inside the human body 401, and the coordinate origin is taken at the center. The irradiation direction 403 is designated by longitude θ404 and latitude φ405.
[0034]
Under such a coordinate system, latitude and longitude are changed according to a predetermined resolution (angle increment), the above three values are calculated for each irradiation direction, and the values are displayed on different two-dimensional maps. Display the distribution using shading and contour lines.
[0035]
In the case of the volume of the protruding portion and the SOBP width, these maps have symmetry. That is, if the irradiation direction is considered as a point on the unit spherical surface, values calculated in a certain irradiation direction and the opposite direction are equal (point symmetry). Therefore, when calculating the volume of the protruding portion and the SOBP width, these values need only be calculated for points on the hemisphere. On the other hand, in the case of the water equivalent distance from the lesion to the body surface, one point of the lesion center is determined and the water equivalent thickness from there to the body surface is obtained. This generally has no symmetry like the other two, so it needs to be calculated in all directions.
[0036]
5, 6 and 7 show conceptual diagrams of respective distribution maps of the SOBP width, the volume of the protruding portion, and the water equivalent distance from the lesion to the body surface. These are examples when the distribution of each value is displayed with contour lines. In the SOBP width distribution diagram 501, the horizontal axis represents longitude θ502 and the vertical axis represents latitude φ503 based on the polar coordinate system of FIG. 4. Irradiation directions (points on the distribution map) having the same value are indicated by contour lines 504 and the like. Further, a cross mark is displayed at the minimum point 505 having the smallest value. In the case of the SOBP width, there are two minimum points 505 because of its symmetry. The volume distribution diagram 601 of the protruding portion in FIG. 6 and the water equivalent distance distribution diagram 701 from the lesion to the body surface in FIG. 7 are also substantially the same as FIG. However, since the water equivalent distance generally has no symmetry, there is only one minimum point 705.
[0037]
If these three maps are displayed at the same time, it is possible to easily narrow down the desired irradiation direction by comparing and examining each other. Further, when the operator selects an irradiation direction (a point on the distribution map) by a mouse pick operation or the like on each distribution map, the selected direction is displayed as a mark on the distribution map. The three distribution maps are linked to each other. When an irradiation direction is selected on a certain distribution map, a mark is displayed at a position corresponding to that direction on all distribution maps. Thus, by linking the three distribution maps, it becomes easy to determine the three pieces of information when a certain irradiation direction is selected, and the irradiation direction can be easily determined.
[0038]
Note that each distribution map may represent the distribution of values not by contour lines but by shading. Further, the distribution of values may be displayed by superimposing contour lines on the shading. The number and color of the contour lines are arbitrarily set, for example, according to an operator instruction.
[0039]
When there are restrictions on the types of ridge filters that can be adopted, the SOBP width value determined corresponding to the ridge filter is registered, and points (contour lines) corresponding to the irradiation direction taking the value are registered in the SOBP width distribution diagram 501. Special display above. The special display means, for example, that the other points (contour lines) are displayed in different colors so that they can be distinguished from the other points (contour lines). Further, for the other two distribution diagrams, the same point (curve) as the point (curve) specially displayed in the distribution diagram 501 is specially displayed. By doing this, when using an existing ridge filter, the irradiation direction that can be adopted is clearly indicated, and it becomes easy to select the irradiation direction under the restriction. When it is necessary to use an SOBP width that cannot be realized with an existing ridge filter, a filter that realizes the SOBP width in the employed irradiation direction is newly manufactured.
[0040]
Next, a display process for displaying the SOBP distribution map 501, the protruding partial volume distribution map 601, and the water equivalent thickness distribution map 701 as described above will be described.
[0041]
FIG. 8 is a flowchart for explaining the display processing of the SOBP distribution map and the protruding partial volume distribution map.
[0042]
First, as a preparatory stage before actual display processing is performed, region setting processing is performed in order to set the lesion and the shape and position of the target tissue (S1501). Specifically, a process for obtaining the three-dimensional coordinates of the whole human tissue, the lesion, and the normal tissue from the three-dimensional image data stored in the three-dimensional array composed of voxels is performed. Note that when attention is paid to a tomographic image of a human body, each point in the tomographic image is called a pixel, and when attention is paid to the whole of a plurality of tomographic images, each point inside is called a voxel. The above processing identifies voxels in a region such as a lesion from the three-dimensional image data, and stores the existence range in a memory in the computer.
[0043]
There are various methods for setting a lesion area. Here, an area designation method in which an operator designates a lesion area on a tomographic image displayed on a display device will be described. A treatment plan generally uses image data taken by an X-ray CT apparatus, and is composed of a plurality of tomographic images of a human body. A tomographic map is displayed on the computer screen. First, find a lesion. Then, a curve surrounding the lesion area is drawn on the tomographic image using a pointing device such as a mouse. At this time, a flag for identifying a lesion area is set in a memory area corresponding to each point inside the curve. As a result, the computer can determine that this is a lesion tissue. This process is performed on all the tomographic images where the lesion exists, and the three-dimensional existence range of the lesion area is specified. Other methods for obtaining three-dimensional coordinates include a method using an image density threshold and a semi-automatic extraction method such as a region expansion method using tissue connection information.
[0044]
By the above method, for example, one lesion and a plurality of normal tissues are set. Data about the set organization is stored in an internal memory or an external storage device.
[0045]
Next, the volume of the lesion area designated in this way is calculated (S1502). In the image data, since the length, width, and height of the voxel are known, the lesion volume is calculated using the length, and stored in the memory. Here, since the volume is calculated using the water equivalent distance, the volume is obtained by weighting the density of each voxel. The water equivalent distance is a distance between two points when the density of the human tissue is assumed to be equal to that of water. For example, a conversion method for calculating how much a certain value is relative to a water density of 1.0 with respect to image data obtained by an X-ray CT apparatus is given by a predetermined function, and the density after conversion is weighted. As a result, the water equivalent distance can be calculated.
[0046]
Next, an initial irradiation direction is set (S1503). That is, latitude θ and longitude φ that define the irradiation direction used for the first calculation are set.
[0047]
When the above preparation processing is completed, the SOBP width in each irradiation direction and the volume of the protruding portion are calculated based on the shape information of the lesion obtained in the lesion region setting processing (S1501). The process for displaying the distribution map of is performed.
[0048]
For this purpose, first, resampling is performed based on the set irradiation direction (S1504). When an arbitrary irradiation direction is considered, in general, a direction in which the above tomographic images are obliquely crossed may be targeted. In such a case, it is necessary to retake the lattice points along the irradiation direction and rearrange the voxels. Such processing is called resampling. Resampling may be performed only within a limited range including the lesion, or may be performed on the entire image data. By resampling, the existence range of the lesion area is also re-developed on a new grid point.
[0049]
Next, the maximum length of the lesion is calculated using the resampled three-dimensional data (S1505). In this case, first, data resampled in the current irradiation direction is scanned to find a data having the maximum width in the depth direction of the lesion, and the length is obtained by the water equivalent thickness. Then, the obtained maximum value is stored in the memory as a set with the irradiation direction.
[0050]
Next, a lesion projection area is calculated for the current irradiation direction (S1506). That is, a lesion existing range in a direction perpendicular to the current irradiation direction is specified, and a projected area of the lesion is obtained and stored in a memory. Again, the projected area is calculated using the water equivalent distance.
[0051]
Next, the volume of the protruding portion is calculated (S1507). That is, the product of the lesion longitudinal maximum length obtained in S1505 and the lesion projected area obtained in S1506 is obtained, and the lesion volume obtained in S1502 is subtracted from this to calculate the protruding partial volume. The obtained value is stored in the memory in combination with the current irradiation direction.
[0052]
Next, it is determined whether or not the processing has been completed for all directions to be calculated (S1508). The direction to be calculated here is half of the total direction in the three-dimensional space because the SOBP width and the volume of the protruding portion are both equal in a certain irradiation direction and the opposite direction.
[0053]
As a result of the determination, if there is a direction that has not been calculated yet (S1508: NO), the irradiation direction is changed (S1509). That is, according to the set resolution, the latitude θ and longitude φ representing the current irradiation direction are changed by a certain angular increment, and the SOBP width and the volume of the protruding portion are calculated again for the changed direction (S1504 to S1507). .
[0054]
On the other hand, when the calculation of the maximum length in the longitudinal direction and the protrusion partial volume is completed for all the required directions (S1508: YES), the maximum length in the vertical direction of the lesion stored in the memory in a format corresponding to the irradiation direction. The values of the height and the protruding partial volume are read out respectively, and the SOBP distribution map and the protruding partial volume distribution map as shown in FIGS. 5 and 6 are displayed (S1510).
[0055]
FIG. 9 is a flowchart for explaining a display process of a water equivalent thickness distribution diagram.
[0056]
First, a focus area setting process S1601 and an initial irradiation direction setting process S1602 are performed by the same processes as in S1501 and S1502 described above.
[0057]
When the lesion area setting process S1601 and the initial irradiation direction setting process S1602 are completed, the water equivalent thickness between the lesion and the body surface is calculated (S1603). That is, in the current irradiation direction, the water equivalent thickness up to one point in the lesion and the body surface determined in advance is calculated. The obtained value is stored in the memory in combination with the current irradiation direction. As one point in the lesion, for example, the center of a rectangular parallelepiped circumscribing the lesion is selected.
[0058]
Next, it is determined whether all the directions to be calculated have been calculated (S1604). Since the water equivalent thickness between the lesion and the body surface generally has no symmetry, the direction to be calculated is all directions in the three-dimensional space. As a result of the determination, if there is a direction that has not been calculated yet (S1604: NO), the irradiation direction is changed (S1605). That is, according to the set resolution, the latitude θ and longitude φ representing the current irradiation direction are changed by a certain angular increment, and the water equivalent thickness from the lesion to the body surface is calculated again in the changed direction.
[0059]
On the other hand, when the calculation of the water equivalent thickness between the lesion and the body surface is completed for all directions (S1604: YES), the water equivalent thickness distribution map is displayed (S1606). That is, the value of the water-equivalent thickness between the lesion and the body surface stored in the memory in a format corresponding to the irradiation direction is read, and the distribution diagram as shown in FIG. 7 is displayed.
[0060]
The display processing for displaying the SOBP distribution map, the protruding partial volume distribution map, and the water equivalent thickness distribution map has been described separately for convenience in the processing of FIG. 8 and the processing of FIG. The SOBP distribution map, the protruding partial volume distribution map, and the water equivalent thickness distribution map may be displayed in different processes, or all may be displayed in one process.
[0061]
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, three-dimensional display is used in addition to the above-described distribution maps of the SOBP width, the volume of the protruding portion, and the water equivalent distance from the lesion to the body surface. The three-dimensional display refers to displaying a normal lesion and some normal tissues around it with a three-dimensional shadow on a two-dimensional projection plane. This makes it easy to intuitively understand what direction a certain irradiation direction is relative to the actual human body.
[0062]
In the present embodiment, the tissue and the proton beam are superimposed in a three-dimensional manner, and both are displayed on a two-dimensional projection surface in a translucent manner. When a certain irradiation direction is selected on the distribution map, a proton beam indicating the selected irradiation direction is superimposed on the human tissue and displayed three-dimensionally corresponding to the selected irradiation direction. Thereby, it becomes possible to grasp the direction intuitively.
[0063]
Conversely, if an irradiation direction is specified in the three-dimensional display, the direction may be displayed with a mark on the distribution map. In this way, it becomes possible to make a quantitative determination using the distribution map for the irradiation direction intuitively grasped.
[0064]
It is assumed that an arbitrary number of proton beams can be generated around a lesion, and each beam can be set in an arbitrary direction. The lesion center point is assumed to be a diagonal intersection of a cuboid circumscribing the lesion as an initial position, and then the position can be adjusted.
[0065]
Further, in the three-dimensional display, the display target can be displayed by arbitrarily rotating, or the inside can be displayed by cutting along an arbitrary cross section. In addition, it is possible to select display / non-display for an arbitrary organization among the organizations for which region setting has been performed.
[0066]
FIG. 10 is a diagram showing a state of three-dimensional display. As shown in the figure, a spine 802, a heart 803, a left lung 804, a right lung 805, and a lesion 806 are three-dimensionally displayed inside a body surface 801. Further, a proton beam 808 extends from the body surface 801 to the lesion 806 corresponding to the arrow 807 indicating the irradiation direction. In the case of observing for confirmation of the irradiation direction, the state of irradiation can be observed from an arbitrary direction by rotating the whole in a three-dimensional space. When determining the irradiation direction using a three-dimensional image, the direction is specified or changed by dragging the proton beam 808 with a mouse cursor or the like. When the irradiation direction is set in multiple directions, the designated number of proton beams 808 are displayed, and each proton beam is operated using a mouse or the like as in the case of one.
[0067]
As described above, by using the distribution map and the three-dimensional display together, it is possible to present quantitative information on the distribution map and qualitative information on the three-dimensional display. That is, by presenting these two different pieces of information at the same time, it becomes easier to determine the irradiation direction by supplementing these pieces of information having different properties.
[0068]
FIG. 1 shows an example of a display screen of the proton beam irradiation direction determination support system according to the present invention described above. As shown in the figure, this display screen includes an SOBP width distribution chart 101, a volume distribution chart 102 at the protruding portion, a water equivalent thickness distribution chart 103 from the lesion to the body surface, a display method selection button 104, and the number of contour lines. Scroll bar 105 for setting, contour line initialization button 106, contour line color palette 107, contour line color setting area 108, contour line color initialization button 109, numerical value table 110, resolution setting scroll bar 111, 3D display screen 112, interlock button 113, a three-dimensional image latitude rotation scroll bar 115, a three-dimensional image longitude rotation scroll bar 116, a three-dimensional image display target selection button 117, a generation button 118, a deletion button 119, and a selection / movement button 120. . The operator uses a pointing device such as a mouse on this screen to perform operations such as picking and dragging on the operation target.
[0069]
The display method selection button 104 is a toggle button for setting whether to display the distribution map as a shade or a contour line. The contour line number setting scroll bar 105 is for setting the number of contour lines. The contour line number initialization button 106 is for initializing a set value. The operator selects a color from the contour line color palette 107 and places it in the contour line color setting area 108 to set the color of the contour line. The contour line color is initialized by a contour line color initialization button 109.
[0070]
The numerical value table 110 corresponds to the irradiation direction selected by the operator on the distribution diagrams 101 to 103 or on the three-dimensional display screen, and the latitude and longitude of the irradiation direction, the SOBP width, the volume of the protruding portion, and the lesion and body. The water equivalent thickness in the table is displayed numerically. Those numerical values are associated with those marked in the respective distribution diagrams 101, 102, and 103 by reference numbers.
[0071]
The resolution setting scroll bar 111 is for changing the increments of latitude and longitude in the distribution diagrams 101 to 103. When the operator changes the resolution using the scroll bar 111, each value is calculated according to the changed resolution, and the distribution diagrams 101 to 103 are displayed with the changed resolution.
[0072]
When the interlock button 113 is picked, the proton beam 114 is displayed on the three-dimensional display screen 112 corresponding to the irradiation direction selected in each of the distribution diagrams 101, 102, and 103. The direction of the proton beam 114 can be changed by dragging, and at that time, the corresponding mark in each of the distribution maps 101, 102, 103 is also moved. When the interlock button 113 is picked again, the interlock display is not performed thereafter. By operating the scroll bar 115 for rotating the 3D image latitude and the scroll bar 116 for rotating the 3D image longitude, the entire display object in the 3D display screen 112 can be rotated.
[0073]
The 3D image display target selection button 117 is a toggle button for designating which organ in the 3D display screen 112 is to be displayed. When the 3D image display target selection button 117 is picked again, the organ display disappears.
[0074]
After picking the generation button 118, if the mouse cursor is picked on the distribution map 101, 102, 103 or the three-dimensional display screen 112, a mark or a proton beam 114 can be generated accordingly. . If the erase button 119 is picked, the mark selected in the distribution maps 101, 102, 103 or the proton beam 114 selected in the three-dimensional display 112 can be erased.
[0075]
If the select / move button 119 is picked, the distribution map 101, 102, 103 or the mark selected on the three-dimensional display screen 112 or the proton beam 114 can be linked or moved.
[0076]
Next, an operation example of the proton beam irradiation direction determination support system will be described.
[0077]
FIG. 11 is a flowchart for explaining processing performed by the system in response to an instruction from the operator.
[0078]
First, when the system is activated, the system calculates the SOBP width, the volume of the protruding portion, and the water equivalent thickness from the lesion to the body surface by the processing described with reference to FIGS. A distribution map representing the distribution of each value as a combination of latitude and longitude is displayed using contour lines or the like (S1101). In this case, when the distribution map is displayed for the first time, calculation and display is performed using the preset resolution (inclination of latitude and longitude), the number of contour lines, and the contour line color. Calculate and display using the obtained value.
[0079]
Next, it is determined whether or not a parameter change is instructed by the operator (S1102). That is, it is determined whether or not a change in the number of contour lines or contour line color is instructed. As a result of the determination, if a change is instructed, it is subsequently determined whether the instruction is an instruction to transition to the initial state, that is, whether an instruction to return the number of contour lines and the contour line color to the initial state has been issued. (S1103). As a result of the determination, when returning to the initial state, the various parameters are returned to the initial values, and each distribution map is redrawn according to the initial values (S1101).
[0080]
On the other hand, if it is not an instruction for initial state transition, the number of contour lines is changed to the designated number (S1104), and the contour line color is changed to the selected color (S1105). Then, each distribution map is displayed again according to the changed value (S1101).
[0081]
The operator who has obtained a desired display by the above operation appropriately designates an arbitrary number of irradiation directions of interest at arbitrary positions (S1106 to S1107). The designated direction is marked on the screen by the system. At this time, if a certain irradiation direction is designated, the system takes into account the symmetry of the irradiation direction in the forward and reverse directions, and also displays the corresponding direction in the distribution map with the target. At this time, the colors and shapes of the marks are displayed in a uniform manner so that it can be understood which and the irradiation direction are symmetrical.
[0082]
In addition, the operator appropriately selects an irradiation direction to be linked to the three-dimensional display from the irradiation directions designated as candidates (S1108 to S1109). In this case, it is possible to select a plurality.
[0083]
Next, it is determined whether or not the operator has instructed to change the resolution of each distribution chart, that is, the latitude / longitude angle increments (S1110). If a change is instructed as a result of the determination, the system changes the latitude and longitude angle increments of each distribution map (S1111), and calculates the SOBP width and the like based on the resolution (angle increments) after the change. The distribution map is displayed (S1101).
[0084]
On the other hand, if the change of resolution has not been instructed, it is further determined whether or not to link with the three-dimensional display (S1112). That is, it is determined whether or not the operator has instructed to link the selected irradiation direction and the three-dimensional display. As a result of the determination, when interlocking is instructed, three-dimensional display is performed in conjunction with the selected irradiation direction (S1113). On the three-dimensional display screen, display / non-display of the organization set in the region setting process can be designated. Further, the display object can be rotated in an arbitrary direction.
[0085]
The operator determines the optimum irradiation direction by comparing and examining the irradiation direction candidates through the above-described operation. If the irradiation direction is determined, it is next determined whether or not to store the SOBP width in the irradiation direction in the storage device (S1114). If the result of determination is to save, the SOBP width is saved in the storage device (S1115). The SOBP width thus saved is used for selection (and fabrication if necessary) of the ridge filter used for actual proton therapy.
[0086]
Subsequently, it is determined whether or not the determined irradiation direction is stored in the storage device (S1116). As a result of the determination, in the case of saving, the irradiation direction is saved in the storage device (S1117), and the process ends. Based on the irradiation direction thus stored, actual proton beam treatment is performed. On the other hand, if not stored, the process is terminated as it is.
[0087]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the proton beam irradiation direction determination support system according to the present invention, the SOBP width necessary for covering the lesion, the volume of the protruding portion when the lesion is covered with SOBP, the lesion and the body surface are covered. Since the distribution map of the water equivalent distance is displayed, the irradiation direction is determined by comparing the distribution maps while keeping in mind which ridge filters can be used or what kind of ridge filter should be manufactured. Quantitative judgment can be made. Furthermore, by linking with the three-dimensional display, it becomes possible to interactively narrow down the final irradiation direction while intuitively grasping the irradiation direction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a display screen of a proton beam irradiation direction determination support system according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a state of treatment by a proton beam treatment system.
FIG. 3 is a diagram for explaining a relationship between an irradiation direction, a shape of a lesion, and a protruding portion.
FIG. 4 is a diagram showing a coordinate system used in an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a SOBP width distribution diagram;
FIG. 6 is a diagram showing an example of a protruding partial volume distribution diagram.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a water equivalent thickness distribution map from a lesion to a body surface.
FIG. 8 is a flowchart showing a display process of an SOBP distribution map and a protruding partial volume distribution map.
FIG. 9 is a flowchart showing a display process of a water equivalent thickness distribution map.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of three-dimensional display.
FIG. 11 is a flowchart illustrating the operation of the system in response to an operator instruction.
FIG. 12 shows a proton beam therapy system in which an embodiment of the present invention is utilized.
FIG. 13 is a diagram showing a computer system for realizing a system according to the present invention.
[Explanation of symbols]
101 SOBP distribution map
102 Protruding partial volume distribution
103 Water equivalent thickness distribution chart
104 Display method selection button
105 Scroll bar for setting the number of contour lines
106 Contour line number initialization button
107 Contour color palette
108 Contour line color setting area
109 Contour line color initialization button
110 Numerical table
111 Resolution setting scroll bar
112 3D display screen
113 Interlock button
114 proton beam
115 3D image latitude rotation scroll bar
116 3D image longitude rotation scroll bar
117 3D image display target selection button
118 Generate button
119 Erase button
120 Select / Move button

Claims

A system that supports the determination of the irradiation direction of proton beams,
Using the shape information of the lesion to be irradiated with the proton beam, the calculation means for calculating the value of the expanded Bragg peak width necessary to cover the lesion for a plurality of irradiation directions, and the distribution of the calculated value Display means for displaying the distribution map shown ,
The calculation means calculates a volume of a region protruding from the lesion when the lesion is covered using the calculated enlarged Bragg peak width,
The proton beam irradiation direction determination support system , wherein the display means displays a distribution diagram showing a distribution of calculated volume values .

An input means for inputting image data including a lesion to be irradiated with a proton beam;
The proton beam irradiation direction determination support system according to claim 1 , further comprising extraction means for extracting shape information of a lesion from the image data.

A system that supports the determination of the irradiation direction of proton beams,
  Using the shape information of the lesion to be irradiated with the proton beam, the calculation means for calculating the value of the expanded Bragg peak width necessary to cover the lesion for a plurality of irradiation directions, and the distribution of the calculated value Display means for displaying the distribution map shown;
  An input means for inputting image data including a lesion to be irradiated with a proton beam;
  Extracting means for extracting lesion shape information from the image data,
The calculation means calculates a water equivalent distance from the lesion to the body surface,
  The proton beam irradiation direction determination support system, wherein the display means displays a distribution map showing the distribution of the calculated water equivalent distance.

The calculation means further calculates a water equivalent distance from the lesion to the body surface,
The proton beam irradiation direction determination support system according to claim 2 , wherein the display unit further displays a distribution map showing the distribution of the calculated water equivalent distance.

A system that supports the determination of the irradiation direction of proton beams,
Using the shape information of the lesion to be irradiated with the proton beam, the calculation means for calculating the value of the expanded Bragg peak width necessary to cover the lesion for a plurality of irradiation directions, and the distribution of the calculated value Display means for displaying the distribution map shown,
The display means displays a mark at a position on the distribution map corresponding to the selected irradiation direction, and a position that is symmetrical when the value of the distribution map has symmetry with respect to the irradiation direction. Proton beam irradiation direction determination support system.

  A system that supports the determination of the irradiation direction of proton beams,
  Using the shape information of the lesion to be irradiated with the proton beam, the calculation means for calculating the value of the expanded Bragg peak width necessary to cover the lesion for a plurality of irradiation directions, and the distribution of the calculated value Display means for displaying the distribution map shown;
  An input means for inputting image data including a lesion to be irradiated with a proton beam;
  Extracting means for extracting lesion shape information from the image data,
  The display means displays a mark at a position on the distribution map corresponding to the selected irradiation direction, and a position that is symmetrical when the value of the distribution map has symmetry with respect to the irradiation direction. Proton beam irradiation direction determination support system.

The display means displays a mark at a position on the distribution map corresponding to the selected irradiation direction, and a position that is symmetrical when the values of the distribution map have symmetry with respect to the irradiation direction. The proton beam irradiation direction determination support system according to any one of claims 1 to 4 .

The display means further includes:
Three-dimensional display of lesion and surrounding tissue and proton beam
The proton beam irradiation direction determination support system according to claim 5 , wherein the direction of the three-dimensionally displayed proton beam and the mark on the distribution map are interlocked.

The display means further includes:
From the latitude and longitude values of the selected irradiation direction, the value of the enlarged Bragg peak width corresponding to the irradiation direction, the value of the volume difference between the lesion and the area where the enlarged Bragg peak width covers the lesion, and the center of the lesion 5. The proton beam irradiation direction determination support system according to claim 3 or 4 , wherein a value of a water equivalent distance to the body surface is displayed.

  A system that supports the determination of the irradiation direction of proton beams,
  Using the shape information of the lesion to be irradiated with the proton beam, the calculation means for calculating the value of the expanded Bragg peak width necessary to cover the lesion for a plurality of irradiation directions, and the distribution of the calculated value Display means for displaying the distribution map shown,
  If the extended Bragg peak width that can be adopted for proton therapy is limited,
  The display means displays a point corresponding to the enlarged Bragg peak width in a different color for each of the enlarged Bragg peak widths on a distribution map.

  A system that supports the determination of the irradiation direction of proton beams,
  Using the shape information of the lesion to be irradiated with the proton beam, the calculation means for calculating the value of the expanded Bragg peak width necessary to cover the lesion for a plurality of irradiation directions, and the distribution of the calculated value Display means for displaying the distribution map shown;
  An input means for inputting image data including a lesion to be irradiated with a proton beam;
  Extracting means for extracting lesion shape information from the image data,
  If the extended Bragg peak width that can be adopted for proton therapy is limited,
  The display means displays a point corresponding to the enlarged Bragg peak width in a different color for each of the enlarged Bragg peak widths on the distribution map, and the proton beam irradiation direction determination support system.

If the extended Bragg peak width that can be adopted for proton therapy is limited,
The display means, the point corresponding to the spread-out Bragg peak width, according to any one of claims 1-9, characterized in that the display in different colors for each the enlarged Bragg peak width in the distribution map Proton irradiation direction determination support system.

A method for supporting the determination of a proton beam irradiation direction by a computer having a display device, a storage device, and an input device ,
The value of the expanded Bragg peak width necessary to cover the lesion for a plurality of irradiation directions with respect to the shape information that is stored in advance in the storage device and indicates the lesion to be irradiated with the proton beam by three-dimensional coordinates. Calculating steps,
Displaying a distribution map showing the distribution of the calculated value of the enlarged Bragg peak width on the display device ;
From the product of the calculated expanded Bragg peak width of the lesion viewed from a certain direction and the previously calculated projected area of the lesion in that direction, the volume of the region protruding from the lesion by subtracting the volume of the lesion, Calculating for a plurality of irradiation directions;
Causing the display device to display a distribution map showing a distribution of volume values of a region protruding from the calculated lesion;
Proton beam irradiation direction decision support method characterized by having a.

Shape information that is stored in the storage device and indicates the lesion to be irradiated with the proton beam by three-dimensional coordinates,
Receiving an input of image data of a human body including a lesion to be irradiated with protons;
Displaying the image data on the display device, and for the displayed image, receiving an instruction of the shape of a lesion via the input device, and extracting three-dimensional coordinates indicating the shape of the lesion ;
Proton beam irradiation direction decision support method according to claim 13, characterized in that, obtained by.

  A method for supporting the determination of a proton beam irradiation direction by a computer having a display device, a storage device, and an input device,
  Receiving an input of image data of a human body including a lesion to be irradiated with protons; and
  The image data is displayed on the display device, and for the displayed image, an instruction of the shape of a lesion is received via the input device, and shape information indicating the lesion to be irradiated with proton rays by three-dimensional coordinates Extracting, and
  With respect to the shape information indicating the lesion to be irradiated with the extracted proton beam by three-dimensional coordinates, for a plurality of irradiation directions, calculating a value of an expanded Bragg peak width necessary to cover the lesion;
  Displaying a distribution map showing the distribution of the calculated value of the enlarged Bragg peak width on the display device;
  Based on the image data of the human body including the lesion to be irradiated with the proton beam, calculating a water equivalent distance from the lesion to the body surface for a plurality of irradiation directions;
  Displaying a distribution map showing the distribution of the calculated water equivalent distance on the display device;
A proton beam irradiation direction determination support method characterized by comprising:

Based on the image data of the human body including the lesion to be irradiated with the proton beam, calculating a water equivalent distance from the lesion to the body surface for a plurality of irradiation directions;
The proton beam irradiation direction determination support method according to claim 14 , further comprising: displaying a distribution map indicating the calculated water equivalent distance distribution on the display device .