JP5521225B2 - Irradiation plan creation device and irradiation plan creation program - Google Patents

Irradiation plan creation device and irradiation plan creation program Download PDF

Info

Publication number
JP5521225B2
JP5521225B2 JP2012521364A JP2012521364A JP5521225B2 JP 5521225 B2 JP5521225 B2 JP 5521225B2 JP 2012521364 A JP2012521364 A JP 2012521364A JP 2012521364 A JP2012521364 A JP 2012521364A JP 5521225 B2 JP5521225 B2 JP 5521225B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
irradiation
dose
plan
condition
pencil beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012521364A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2011162021A1 (en
Inventor
拓 稲庭
卓司 古川
伸幸 兼松
耕司 野田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Radiological Sciences
Original Assignee
National Institute of Radiological Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Radiological Sciences filed Critical National Institute of Radiological Sciences
Priority to JP2012521364A priority Critical patent/JP5521225B2/en
Publication of JPWO2011162021A1 publication Critical patent/JPWO2011162021A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5521225B2 publication Critical patent/JP5521225B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/103Treatment planning systems
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1085X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087Ions; Protons
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1042X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy with spatial modulation of the radiation beam within the treatment head
    • A61N5/1043Scanning the radiation beam, e.g. spot scanning or raster scanning

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Description

本発明は、多門照射により強度を変調させつつペンシルビームをスキャンさせてスポット毎に重ね合わせ、標的となる照射対象に対して予め入力された線量処方となるように線量分布を形成させるための照射計画を作成(決定)する照射計画作成装置、および照射計画作成プログラムに関する。 The present invention scans a pencil beam while modulating the intensity by multi-port irradiation and superimposes each spot to form a dose distribution so that a dose prescription inputted in advance for a target irradiation target is formed. create plan (decision) to that irradiation morphism planning apparatus and a radiation planning program.

重粒子線治療には、イオン発生源で発生させた重粒子を加速器によって加速させ、得られた重粒子線を半値幅で9mm程度に細く絞ったペンシルビームを腫瘍などの照射対象に対してスキャンさせながら照射するスキャニング照射法がある。   In heavy ion radiotherapy, heavy particles generated from an ion source are accelerated by an accelerator, and the resulting heavy particle beam is narrowed down to about 9 mm with a half-value width and scanned with an irradiation target such as a tumor. There is a scanning irradiation method that irradiates while performing.

スキャニング照射法では、重粒子線を照射する際に、同一の腫瘍への線量集中性を高めることを目的として、複数の異なる方向(一般的には2〜4つ)から当該ペンシルビームを照射する多門照射が行われている。
多門照射を行う場合、照射対象への線量分布を最適化させる手法として、単門最適化と多門最適化がある。
In the scanning irradiation method, when a heavy particle beam is irradiated, the pencil beam is irradiated from a plurality of different directions (generally 2 to 4) for the purpose of increasing dose concentration on the same tumor. Multi-gate irradiation is performed.
When performing multi-gate irradiation, there are single gate optimization and multi-gate optimization as methods for optimizing the dose distribution to the irradiation target.

単門最適化とは、図26(a)〜(d)に示すように、照射対象(腫瘍)に対して複数の異なる方向から(図26の例示では(a)に示す左方から、(b)に示す前方から、および(c)に示す右方からの3つの方向から)重粒子線を照射する場合において、一つ一つの照射野が均一な線量分布を有するように計画し、すべての照射野を重ね合わせた合成線量分布(同図(d))が、照射対象に対して予め入力された線量処方を実現させることをいう。   As shown in FIGS. 26 (a) to (d), the single gate optimization refers to the irradiation target (tumor) from a plurality of different directions (in the illustration of FIG. 26, from the left shown in (a), When irradiating heavy particle beams (from the front shown in b) and from the three directions from the right shown in (c)), it is planned that each irradiation field has a uniform dose distribution. The combined dose distribution obtained by superimposing the irradiation fields ((d) in the figure) means that a dose prescription input in advance to the irradiation target is realized.

ここで、線量処方とは、照射部位に対する目標線量および非照射部位に対する線量制限をいう。線量処方は、医師や医学物理士等の照射計画者が設定する。
また、本明細書においては、各照射野を形成するために照射されるペンシルビームの進行方向と平行な方向をz方向といい、このz方向に対して垂直な面に平行な一の方向をx方向といい、前記垂直な面に平行であり、かつx方向に対して垂直な方向をy方向ということとする。図26においては、x方向およびz方向は、紙面と平行な方向として描かれているため、y方向は、紙面に対して垂直な方向として描かれている。
Here, the dose prescription refers to the target dose for the irradiated region and the dose limitation for the non-irradiated region. The dose prescription is set by an irradiation planner such as a doctor or medical physicist.
Further, in this specification, a direction parallel to the traveling direction of the pencil beam irradiated to form each irradiation field is referred to as a z direction, and one direction parallel to a plane perpendicular to the z direction is referred to as a z direction. The x direction is referred to as a y direction that is parallel to the vertical plane and perpendicular to the x direction. In FIG. 26, the x direction and the z direction are drawn as directions parallel to the paper surface, so the y direction is drawn as a direction perpendicular to the paper surface.

他方、多門最適化とは、図27(a)〜(d)に示すように、照射対象(腫瘍)に対して複数の異なる方向から(図27の例示では(a)に示す左方から、(b)に示す前方から、および(c)に示す右方からの3つの方向から)重粒子線を照射し、各方向についての照射野を形成させる場合において、前記した単門最適化のように一つ一つの照射野が均一な線量分布を有するように計画するのではなく、腫瘍に対して必要十分な線量を与えるという第1条件、重要臓器(OAR;Organ At Risk)へのダメージを線量制限(許容値)以下に抑えるという第2条件の下で強度を変調させた複数の照射野を計画し、すべての照射野を重ね合わせた合成線量分布(同図(d))が、照射対象に対して予め入力された線量処方を実現させることをいう。   On the other hand, as shown in FIGS. 27 (a) to (d), multi-gate optimization is from a plurality of different directions with respect to the irradiation target (tumor) (from the left shown in (a) in the illustration of FIG. 27). When irradiating a heavy particle beam (from three directions from the front shown in (b) and from the right shown in (c)) to form an irradiation field in each direction, the single gate optimization described above is performed. Instead of planning every single field to have a uniform dose distribution, the first condition is to give the tumor a necessary and sufficient dose, damage to the organ at risk (OAR) A plurality of irradiation fields whose intensity is modulated under the second condition of suppressing the dose limit (allowable value) or less are planned, and a combined dose distribution ((d) in the figure) is obtained by superimposing all the irradiation fields. To realize a dose prescription input in advance for a subject.

図26と図27を見比べて分かるように、図26の単門最適化では、略U字状の腫瘍に対して各門から均一な線量分布が形成されているのに対して、図27の多門最適化では、略U字状の腫瘍に対する各門の線量分布は不均一であり、等線量線で示されているような線量勾配が存在している。   As can be seen by comparing FIG. 26 and FIG. 27, in the single gate optimization of FIG. 26, a uniform dose distribution is formed from each gate for a substantially U-shaped tumor, whereas in FIG. In multi-gate optimization, the dose distribution of each gate for a substantially U-shaped tumor is non-uniform, and there is a dose gradient as shown by the isodose line.

多門最適化を適用した多門照射法としては、強度変調型粒子線照射法(IMIT;Intensity-Modulated Ion Therapy)、強度変調陽子線照射法(IMPT;Intensity-Modulated Proton Therapy)、強度変調型放射線照射法(IMRT;Intensity-Modulated Radiation Therapy)、極大照射野への重ね合わせ照射(パッチ照射)法などがある。   As multi-gate irradiation methods applying multi-gate optimization, intensity-modulated particle irradiation (IMIT), intensity-modulated proton irradiation (IMPT), intensity-modulated irradiation Method (IMRT: Intensity-Modulated Radiation Therapy), superposition irradiation (patch irradiation) method to the maximum irradiation field, and the like.

これらの多門照射法によれば、脳腫瘍などのように腫瘍近傍にOARがある場合でも、そこを避けながら腫瘍に線量を集中させることが可能となり、単門最適化を適用した多門照射法と比較してOARに与える線量を、例えば、約3分の1に抑えることができるという利点がある。   According to these multi-port irradiation methods, even when there is an OAR in the vicinity of a tumor such as a brain tumor, it is possible to concentrate the dose on the tumor while avoiding it, and compared with the multi-port irradiation method applying single gate optimization Thus, there is an advantage that the dose given to the OAR can be suppressed to about one third, for example.

しかし、多門最適化を適用した多門照射法における最終的な線量分布は、複数の照射野がどのように重ね合わされるかに依存しており、単門最適化を適用した多門照射法に比べて、臓器の移動や変形に起因する照射範囲の誤差、ペンシルビームの飛程算出誤差に起因する照射範囲の誤差など(これらの誤差はビームの停止位置(飛程)に係る誤差であるので、以下「飛程の誤差」という。)および/または被照射体のセットアップの誤差があった場合に、線量分布が悪化して線量の粗密が生じるおそれがある。そのため、現在のところ、世界でも唯一、スイスのPaul Scherrer Instituteにて実施されているのみである。   However, the final dose distribution in the multi-port irradiation method with multi-gate optimization depends on how multiple fields are superimposed, compared to the multi-port irradiation method with single-gate optimization. Irradiation range error due to organ movement or deformation, irradiation range error due to pencil beam range calculation error, etc. (Because these errors are errors related to beam stop position (range), If there is an error in the setup of the irradiated object and / or the setup of the irradiated object, the dose distribution may be deteriorated and the dose density may be increased. Therefore, at present, it is the only one in the world that is being conducted at the Paul Scherrer Institute in Switzerland.

IMITなどの炭素線スキャニング照射を行う場合、照射対象の容積によって異なるが、例えば、10000を超えるスポットについて、照射計画で決定される照射野毎の線量分布に従ってペンシルビームをスキャンさせて照射し、これを重ね合わせる必要がある。なお、本明細書において、スポットとは、ペンシルビームの照射前にあっては、ペンシルビームによる照射が予定されている位置をいい、ペンシルビームの照射後にあっては、ペンシルビームによる照射が行われた位置をいう。   When performing carbon beam scanning irradiation such as IMIT, although it varies depending on the volume of the irradiation target, for example, a spot exceeding 10,000 is irradiated by scanning a pencil beam according to the dose distribution for each irradiation field determined in the irradiation plan. Need to be stacked. In this specification, the spot means a position where irradiation with a pencil beam is scheduled before irradiation with the pencil beam, and irradiation with the pencil beam is performed after irradiation with the pencil beam. Refers to the position.

そのため、炭素線スキャニング照射を行うにあたっては、設定された線量処方を満たすように、重ね合わせる複数の照射野のペンシルビームの重み(スポットの重み)を決定する必要がある。   Therefore, when performing the carbon beam scanning irradiation, it is necessary to determine the weights (spot weights) of the pencil beams of a plurality of irradiation fields to be overlapped so as to satisfy the set dose prescription.

通常、線量制限は、計画標的体積(PTV;Planning Target Volume)やOARに対して設定され、且つスポットの重みには非負の制限がつくため、線量最適化の問題は不完全な逆問題となる。そのため、前記した照射計画における線量最適化の問題は解析的に解くことができず、逐次近似法を適用して解くことになる。‘不完全’であるということは、線量制限(条件)を満たす解が複数存在し得ることを暗に示している。事実、例えばPTVに一様に線量を与えるための各照射野における各スポットに対する重み(線量の割合)の組み合わせは無数に存在する。このことは、逆に、線量制限を満たす解の中でも飛程の誤差および/またはセットアップの誤差などがあった場合にも線量分布の悪化を‘より’招きにくい解があるということを意味する。   Usually, dose limits are set for Planning Target Volume (PTV) and OAR, and spot weights have non-negative limits, so the dose optimization problem is an incomplete inverse problem . Therefore, the dose optimization problem in the irradiation plan cannot be solved analytically, but is solved by applying the successive approximation method. 'Incomplete' implies that there may be multiple solutions that meet the dose limit (condition). In fact, for example, there are innumerable combinations of weights (ratio of dose) for each spot in each irradiation field for uniformly giving a dose to the PTV. On the contrary, this means that there are solutions that satisfy the dose restriction, and that even if there are range errors and / or setup errors, it is less likely to cause a deterioration in dose distribution.

線量分布の悪化を招きにくい解を作成する計画は‘ロバスト(Robust)な計画’と称されており、現在までに、このロバストな計画に関して複数のアプローチが提案され、その開発は世界中で激化している。   Plans that create solutions that are unlikely to cause dose distribution deterioration are called 'Robust Plans', and to date, multiple approaches have been proposed for this robust plan and its development is intensifying worldwide. doing.

例えば、非特許文献1には、それぞれロバストな計画を得るにあたって評価指標値を求める旨とそのための式が記載されている(例えば、非特許文献1の151頁の式(4))。   For example, Non-Patent Document 1 describes that an evaluation index value is obtained in order to obtain a robust plan, and an equation therefor (for example, Equation (4) on page 151 of Non-Patent Document 1).

非特許文献1に記載されたアプローチを採用した従来の照射計画は、次のようにして行われる。
まず、図28に示すように、照射計画者が、事前に照射対象をCT撮影した画像を基に、照射部位(つまり、PTV)および非照射部位(例えば、OAR)と、照射門数および照射方向と、前記した照射部位に対する目標線量および前記した非照射部位に対する線量制限(すなわち、線量処方)とを決定し、照射計画作成装置の入力手段からこれらの情報を入力する。
A conventional irradiation plan employing the approach described in Non-Patent Document 1 is performed as follows.
First, as shown in FIG. 28, the irradiation planner performs irradiation site (that is, PTV) and non-irradiation site (for example, OAR), the number of irradiation gates, and irradiation based on an image obtained by CT imaging of the irradiation target in advance. The direction, the target dose for the above-mentioned irradiation site and the dose limit (ie, dose prescription) for the above-mentioned non-irradiation site are determined, and these pieces of information are input from the input means of the irradiation plan creation device.

照射計画作成装置は、入力されたこれらの情報を基に照射対象(標的)に対するペンシルビームの照射位置を決定する。
次いで、スポット毎のペンシルビームの線量分布を決定し(つまり、ペンシルビーム線量カーネルを作成し)、次いで、作成した前記線量分布となるようにペンシルビームの重みの初期値を決定する。
The irradiation plan creation apparatus determines the irradiation position of the pencil beam with respect to the irradiation target (target) based on the input information.
Next, the dose distribution of the pencil beam for each spot is determined (that is, a pencil beam dose kernel is created), and then the initial value of the weight of the pencil beam is determined so as to be the created dose distribution.

その後、前記した非特許文献1に記載されたアプローチによるロバストな計画を得るため、起こり得る誤差、例えば、飛程の誤差および/またはセットアップの誤差などを仮定し、評価指標値の更新回数mの初期値の設定(m=1)と、ペンシルビームの重みを更新する回数nの初期値の設定(n=1)とを行い、起こり得る誤差を仮定した評価指標値eを導出する。なお、この評価指標値eの導出は、前記照射部位に対しては前記目標線量に対して必要十分な線量が与えられるという第1条件、および前記非照射部位に対しては前記線量制限以下に抑えるという第2条件から導出される。   Thereafter, in order to obtain a robust plan based on the approach described in Non-Patent Document 1, a possible error, for example, a range error and / or a setup error, is assumed, and the evaluation index value update count m The initial value is set (m = 1) and the initial value n of the number of times of updating the weight of the pencil beam is set (n = 1), and an evaluation index value e assuming a possible error is derived. The evaluation index value e is derived under a first condition that a necessary and sufficient dose is given to the target dose with respect to the irradiated portion, and below the dose limit for the non-irradiated portion. It is derived from the second condition of suppressing.

次いで、評価指標値Eを更新し(E=Σf)、その更新回数mが予め規定された回数Mを超えているか否かを判定し(m>M)、m>Mでない場合(Noの場合)は、m=m+1と更新回数mを更新して次の誤差を仮定し、再度、起こり得る誤差を仮定した評価指標値eを導出する。
他方、m>Mである場合(Yesの場合)、更新した評価指標値Eが予め設定された規定値(閾値)C以上であり、且つペンシルビームの重みを更新する回数nが予め設定された設定値N以下の場合(E<C or n>NにおいてNoの場合)は、n=n+1としてペンシルビームの重みを更新して、再度、起こり得る誤差を仮定した評価指標値eを導出する。
Next, the evaluation index value E is updated (E = Σf), and it is determined whether or not the number m of updates exceeds a predetermined number M (m> M). If m> M is not satisfied (in the case of No) ) Updates m = m + 1 and the update count m, assumes the next error, and again derives an evaluation index value e assuming a possible error.
On the other hand, when m> M (in the case of Yes), the updated evaluation index value E is greater than or equal to a preset specified value (threshold) C, and the number n of times to update the weight of the pencil beam is preset. If it is less than or equal to the set value N (No in E <C or n> N), the weight of the pencil beam is updated with n = n + 1, and the evaluation index value e assuming again a possible error is derived.

そして、m>Mである場合(Yesの場合)であって、更新した評価指標値Eが予め設定された規定値(閾値)Cよりも低い場合またはペンシルビームの重みを更新する回数nが予め設定された設定値Nよりも多い場合(E<C or n>NにおいてYesの場合)は、更新した重みを照射パラメータとして出力している。
そして、出力した照射パラメータ(重み)に基づいて、IMITによる炭素線スキャニング照射を行っている。
When m> M (in the case of Yes) and the updated evaluation index value E is lower than a preset specified value (threshold value) C, or the number n of times of updating the weight of the pencil beam is predetermined. When the number is larger than the set value N (Yes in E <C or n> N), the updated weight is output as the irradiation parameter.
Then, based on the output irradiation parameters (weights), carbon beam scanning irradiation by IMIT is performed.

Jan Unkelbach, Thomas Bortfeld, Benjamin C. Martin, Martin Soukup, “Reducing the sensitivity of IMPT treatment plans to setup errors and range uncertainties via probabilistic treatment planning”, Med. Phys. 36 (1), January 2009, p.149-163Jan Unkelbach, Thomas Bortfeld, Benjamin C. Martin, Martin Soukup, “Reducing the sensitivity of IMPT treatment plans to setup errors and range uncertainties via probabilistic treatment planning”, Med. Phys. 36 (1), January 2009, p.149- 163

しかしながら、前記したように10000を超えるペンシルビーム(スポット)を有する照射計画において、非特許文献1に提案された手法でロバストな計画を得るための計算を行うと、数日(例えば2〜3日)というような、実用に耐えない長い計算時間を要するという問題がある。そのため、研究レベルのものは別として、市販の照射計画作成装置にロバストな計画を得るための手法が適用された例はない。   However, in the irradiation plan having pencil beams (spots) exceeding 10,000 as described above, when calculation for obtaining a robust plan is performed by the method proposed in Non-Patent Document 1, several days (for example, 2-3 days) ), Which requires a long calculation time that cannot be put into practical use. Therefore, apart from those at the research level, there is no example in which a technique for obtaining a robust plan is applied to a commercially available irradiation plan creation device.

本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、従来よりも短い時間で比較的ロバストな計画を作成(決定)することのできる照射計画作成装置、および照射計画作成プログラムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, to provide a relatively create robust plan (decision) can Ru irradiation morphism planning apparatus that, and irradiation planning program shorter than the conventional time Is an issue.

前記課題を解決した本発明は、次の(1)〜()のとおりである This invention which solved the above-mentioned subject is as the following (1)-( 4 ) .

(1)本発明は、多門照射により強度を変調させつつペンシルビームをスキャンさせてスポット毎に重ね合わせ、放射線の照射を行う照射部位および放射線の照射を行うべきでない非照射部位を含んでなる照射対象に対して、予め入力された線量処方となるように線量分布を形成させるための照射計画を作成するにあたり、入力されたペンシルビームの重みについて、予め入力された前記照射部位に対しては、予め入力された目標線量に対して必要十分な線量が与えられるという第1条件と、予め入力された前記非照射部位に対しては、予め入力された線量制限以下に抑えるという第2条件と、を含む逐次近似繰り返し演算を行って評価指標値を導出し、当該評価指標値に基づいて前記照射計画を作成する照射計画作成装置であって、前記逐次近似繰り返し演算を行う逐次近似繰り返し演算手段が、前記第1条件および前記第2条件に加えてさらに、予め入力された照射方向から前記照射対象に与えられる前記線量分布の勾配を抑制するという第3条件を用いて前記評価指標値導出することを特徴とする。 (1) The present invention scans a pencil beam while modulating the intensity by multi-port irradiation, and superimposes the spots for each spot, and includes an irradiation part that irradiates radiation and a non-irradiation part that should not be irradiated. In creating an irradiation plan for forming a dose distribution so as to be a pre-input dose prescription for the target, with respect to the input pencil beam weight, with respect to the pre-input irradiation site, A first condition that a necessary and sufficient dose is given with respect to a pre-input target dose; a second condition that the pre-input non-irradiated part is suppressed to a dose input limit or less; Is an irradiation plan creation device that performs an iterative approximate iterative calculation to derive an evaluation index value and creates the irradiation plan based on the evaluation index value. A third successive iteration operation means for performing an approximate repetition calculation further suppresses a gradient of the dose distribution given to the irradiation object from a previously input irradiation direction in addition to the first condition and the second condition. The evaluation index value is derived using a condition.

)本発明は、前記()に記載の照射計画作成装置であって、前記逐次近似繰り返し演算手段は、前記第1条件、前記第2条件および前記第3条件に加えてさらに、予め設定される範囲内で誤差が生じた場合に、前記非照射部位に与える線量が高くなるスポットを用いないという第4条件を用いて前記評価指標値の導出を行うのが好ましい。 ( 2 ) The present invention is the irradiation plan creation device according to the above ( 1 ), wherein the successive approximation iterative calculation means is further provided in advance in addition to the first condition, the second condition, and the third condition. When an error occurs within a set range, it is preferable to derive the evaluation index value using a fourth condition that a spot that increases the dose given to the non-irradiated part is not used.

)本発明は、多門照射により強度を変調させつつペンシルビームをスキャンさせてスポット毎に重ね合わせ、放射線の照射を行う照射部位および放射線の照射を行うべきでない非照射部位を含んでなる照射対象に対して、予め入力された線量処方となるように線量分布を形成させるための照射計画を作成するにあたり、コンピュータを、入力されたペンシルビームの重みについて、予め入力された前記照射部位に対しては、予め入力された目標線量に対して必要十分な線量が与えられるという第1条件と、予め入力された前記非照射部位に対しては、予め入力された線量制限以下に抑えるという第2条件と、を含む逐次近似繰り返し演算を実行させて評価指標値を導出し、当該評価指標値に基づいて前記照射計画を作成する逐次近似繰り返し演算手段として機能させる照射計画作成プログラムであって、前記逐次近似繰り返し演算手段は、前記第1条件および前記第2条件に加えてさらに、予め入力された照射方向から前記照射対象に与えられる前記線量分布の勾配を抑制するという第3条件を用いて前記評価指標値の導出を実行させることを特徴とする。 ( 3 ) The present invention scans a pencil beam while modulating the intensity by multi-port irradiation and superimposes each spot, and includes an irradiation part that irradiates radiation and a non-irradiation part that should not be irradiated with radiation. In creating an irradiation plan for forming a dose distribution so that a pre-input dose prescription is obtained for a target, a computer is input to the pre-input irradiation site for the input pencil beam weight. Thus, a first condition that a necessary and sufficient dose is given with respect to a target dose that is input in advance, and a second condition that the non-irradiated portion that is input in advance is kept below a dose limit that is input in advance. And calculating the irradiation plan based on the evaluation index value by deriving the evaluation index value. An irradiation plan creation program that functions as a return calculation means, wherein the successive approximation repetition calculation means is given to the irradiation object from a pre-input irradiation direction in addition to the first condition and the second condition. The derivation of the evaluation index value is executed using a third condition that suppresses the gradient of the dose distribution.

)本発明は、前記()に記載の照射計画作成プログラムであって、前記逐次近似繰り返し演算手段は、前記第1条件、前記第2条件および前記第3条件に加えてさらに、予め設定される範囲内で誤差が生じた場合に、前記非照射部位に与える線量が高くなるスポットを用いないという第4条件を用いて前記評価指標値の導出を実行させるのが好ましい。 ( 4 ) The present invention is the irradiation plan creation program according to the above ( 3 ), wherein the successive approximation iterative calculation means is further provided in advance in addition to the first condition, the second condition and the third condition. When an error occurs within a set range, it is preferable to execute the derivation of the evaluation index value using a fourth condition that a spot that increases the dose given to the non-irradiated part is not used.

本発明に係る照射計画作成装置、および照射計画作成プログラムのいずれによっても、従来よりも短い時間で比較的ロバストな計画を作成(決定)することができる。 Planning device morphism engaged Ru light of the present invention, and by either of the irradiation planning program can create a relatively robust plan in a shorter time than the conventional (decision).

本発明に係る照射計画作成方法の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the irradiation plan preparation method which concerns on this invention. 図1の評価指標値導出ステップS5の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of evaluation index value derivation | leading-out step S5 of FIG. ペンシルビームの横方向(x方向)への拡がりσx(zi;zj)を水の深さZiとレンジシフター厚(0mm(丸印)、30mm(四角印)、60mm(三角印))の関数としてパラメータ化した図である。なお、横軸は水の深さ[mm]であり、縦軸はペンシルビームの横方向(x方向)への拡がりσx[mm]である。The spread of the pencil beam in the horizontal direction (x direction) σ x (z i ; z j ) is the water depth Z i and the range shifter thickness (0 mm (circle mark), 30 mm (square mark), 60 mm (triangle mark) ) Is parameterized as a function. The horizontal axis is the depth of water [mm], and the vertical axis is the spread σ x [mm] of the pencil beam in the horizontal direction (x direction). ペンシルビームの線量分布を平行平板電離箱(PPIC:丸印)で測定するとともに、水の深さZiにおける関数として表した図である。なお、図4中の小グラフは、水の深さ200〜230mmの部分を引き伸ばしたものである。横軸は水の深さ[mm]であり、縦軸は相対線量である。Parallel plate ionization chamber the dose distribution of the pencil beam: with measured in (PPIC circles) is a diagram as a function of depth Z i of water. In addition, the small graph in FIG. 4 expands the part of the depth of water 200-230 mm. The horizontal axis is the water depth [mm], and the vertical axis is the relative dose. ペンシルビームの線量応答di,jの横方向への拡がりを表すガウス分布図である。なお、横軸はペンシルビームの横方向(x方向)の位置[mm]であり、縦軸はペンシルビームの横方向(x方向)の位置における相対線量値である。図中、破線はレンジシフター厚が3mm(σ=3mm)、実線はレンジシフター厚が4mm(σ=4mm)、一点鎖線はレンジシフター厚が5mm(σ=5mm)を表す。It is a Gaussian distribution diagram showing the spread of the dose response d i, j of the pencil beam in the lateral direction. The horizontal axis is the position [mm] in the horizontal direction (x direction) of the pencil beam, and the vertical axis is the relative dose value at the position in the horizontal direction (x direction) of the pencil beam. In the figure, the broken line represents the range shifter thickness of 3 mm (σ = 3 mm), the solid line represents the range shifter thickness of 4 mm (σ = 4 mm), and the alternate long and short dash line represents the range shifter thickness of 5 mm (σ = 5 mm). ペンシルビームの線量応答di,jの横方向への拡がりを表すガウス分布の偏微分分布図である。なお、横軸はペンシルビームの横方向(x方向)の位置[mm]であり、縦軸はペンシルビームの横方向(x方向)の位置における相対線量偏微分値である。図中、破線はレンジシフター厚が3mm(σ=3mm)、実線はレンジシフター厚が4mm(σ=4mm)、一点鎖線はレンジシフター厚が5mm(σ=5mm)を表す。It is a partial differential distribution map of the Gaussian distribution showing the breadth of the dose response d i, j of the pencil beam in the lateral direction. The horizontal axis is the position [mm] in the horizontal direction (x direction) of the pencil beam, and the vertical axis is the relative dose partial differential value at the position in the horizontal direction (x direction) of the pencil beam. In the figure, the broken line represents the range shifter thickness of 3 mm (σ = 3 mm), the solid line represents the range shifter thickness of 4 mm (σ = 4 mm), and the alternate long and short dash line represents the range shifter thickness of 5 mm (σ = 5 mm). 横方向のペンシルビームの拡がり(ガウス分布の標準偏差)を深さとレンジシフターの厚さの関数として表した図である。横軸は深さ[mmWEL](z方向)であり、縦軸はペンシルビームの横方向(x方向)への拡がり[mm]である。図中、破線はレンジシフター厚が0mm(RSF=0mm)、実線はレンジシフター厚が30mm(RSF=30mm)、一点鎖線はレンジシフター厚が60mm(σ=60mm)を表す。It is the figure which expressed the spread (standard deviation of Gaussian distribution) of the pencil beam of the horizontal direction as a function of the depth and the thickness of the range shifter. The horizontal axis is the depth [mmWEL] (z direction), and the vertical axis is the spread [mm] of the pencil beam in the horizontal direction (x direction). In the figure, the broken line represents the range shifter thickness of 0 mm (RSF = 0 mm), the solid line represents the range shifter thickness of 30 mm (RSF = 30 mm), and the alternate long and short dash line represents the range shifter thickness of 60 mm (σ = 60 mm). 横方向のペンシルビームの拡がり(ガウス分布の標準偏差)の偏微分を深さとレンジシフターの厚さの関数として表した図である。横軸は深さ[mmWEL](z方向)であり、縦軸はペンシルビームの横方向(x方向)への拡がりの偏微分値[mm]である。図中、破線はレンジシフター厚が0mm(RSF=0mm)、実線はレンジシフター厚が30mm(RSF=30mm)、一点鎖線はレンジシフター厚が60mm(σ=60mm)を表す。It is the figure which represented the partial differentiation of the breadth of the pencil beam of the horizontal direction (standard deviation of Gaussian distribution) as a function of the depth and the thickness of the range shifter. The horizontal axis is the depth [mmWEL] (z direction), and the vertical axis is the partial differential value [mm] of the spread of the pencil beam in the horizontal direction (x direction). In the figure, the broken line represents the range shifter thickness of 0 mm (RSF = 0 mm), the solid line represents the range shifter thickness of 30 mm (RSF = 30 mm), and the alternate long and short dash line represents the range shifter thickness of 60 mm (σ = 60 mm). 350MeV/u炭素ビームに関する深さと積分線量分布を示す図である。横軸は深さ[mmWEL](z方向)であり、縦軸はペンシルビームの各深さにおける積分線量値である。It is a figure which shows the depth and integrated dose distribution regarding a 350 MeV / u carbon beam. The horizontal axis is the depth [mmWEL] (z direction), and the vertical axis is the integrated dose value at each depth of the pencil beam. 350MeV/u炭素ビームに関する深さと微分線量分布を示す図である。横軸は深さ[mmWEL](z方向)であり、縦軸はペンシルビームの各深さにおける積分線量微分値である。It is a figure which shows the depth and differential dose distribution regarding a 350 MeV / u carbon beam. The horizontal axis is the depth [mmWEL] (z direction), and the vertical axis is the integrated dose differential value at each depth of the pencil beam. (a)および(b)はそれぞれ、評価指標値導出ステップS5の一態様を適用した照射計画作成方法によって作成した結果の一例を等線量線で示す図である。(A) And (b) is a figure which shows an example of the result produced by the irradiation plan preparation method to which the one aspect | mode of evaluation index value derivation | leading-out step S5 was applied, respectively. (a)および(b)はそれぞれ、従来の照射計画作成方法によって作成した結果の一例を等線量線で示す図である。(A) And (b) is a figure which shows an example of the result produced by the conventional irradiation plan creation method with an isodose line, respectively. 馬蹄形のCTVが円柱状のOARを囲んでいるRTOGベンチマークファントムを用いて、照射されるj番目のペンシルビームのリスク指標Pj Rとリスク指標Pj Sを算出する手順を概略的に示す図あって、(a)は、CTVとOARから成るRTOGベンチマークファントムの形状を示す図であり、(b)は、FTVがCTVから生成される様子を示す図であり、(c)および(c’)はそれぞれ、ROARおよびSOARを示す図であり、(d)および(d’)はそれぞれ、ROARおよびSOARの横方向に半影部を追加した様子を示す図であり、(e)および(e’)はそれぞれ、各ペンシルビームのブラッグピークが同図中の小さな中空丸で示されるように、FTV内に配置されている様子を示した図である。Using RTOG benchmark phantom horseshoe CTV surrounds a cylindrical OAR, there FIG shows a procedure of calculating schematically risk measures P j R and risk indicators P j S of the j-th pencil beam emitted (A) is a diagram showing the shape of an RTOG benchmark phantom composed of CTV and OAR, (b) is a diagram showing how an FTV is generated from CTV, and (c) and (c ′) Are diagrams showing ROAR and SOAR, respectively, (d) and (d ′) are diagrams showing a state where penumbras are added in the horizontal direction of ROAR and SOAR, respectively, and (e) and (e ′) ) Is a diagram showing how the Bragg peaks of each pencil beam are arranged in the FTV as indicated by the small hollow circles in the figure. (a)および(b)はそれぞれ、評価指標値導出ステップS5の他の態様を適用した照射計画によって作成した結果の一例を等線量線で示す図である。(A) And (b) is a figure which shows an example of the result produced by the irradiation plan to which the other aspect of evaluation index value derivation | leading-out step S5 was applied, respectively by an isodose line. (a)および(b)はそれぞれ、ロバストでない従来の照射計画によって作成した結果の一例を等線量線で示す図である。(A) And (b) is a figure which shows an example of the result produced by the conventional irradiation plan which is not robust with an isodose line, respectively. 本発明に係る照射計画作成装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the irradiation plan preparation apparatus which concerns on this invention. RTOGベンチマークファントムの形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of a RTOG benchmark phantom. 拡張された領域を含むRTOGベンチマークファントムの形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the RTOG benchmark phantom containing the expanded area | region. 従来の照射計画作成方法(比較例1)で計画した臨床線量分布を示す図である。It is a figure which shows the clinical dose distribution planned by the conventional irradiation plan preparation method (comparative example 1). 図16Aに対応するPTVおよびOARの線量容積ヒストグラムを表す図である。横軸は線量[%]であり、縦軸は容積[%]である。実線はPTVに対する線量であり、破線はOARに対する線量である。It is a figure showing the dose volume histogram of PTV and OAR corresponding to FIG. 16A. The horizontal axis is the dose [%], and the vertical axis is the volume [%]. The solid line is the dose for PTV and the dashed line is the dose for OAR. 従来の照射計画作成方法(比較例1)による225°方向からの個別のビームによって与えられる線量分布を等線量線で表示した図である。It is the figure which displayed the dose distribution given by the individual beam from a 225 degree direction by the conventional irradiation plan preparation method (comparative example 1) with the isodose line. 従来の照射計画作成方法(比較例1)による135°方向からの個別のビームによって与えられる線量分布を等線量線で表示した図である。It is the figure which displayed the dose distribution given by the individual beam from 135 degrees direction by the conventional irradiation plan preparation method (comparative example 1) with the isodose line. ロバストな照射計画作成方法(実施例1)で計画した臨床線量分布を示す図である。It is a figure which shows the clinical dose distribution planned by the robust irradiation plan preparation method (Example 1). 図17Aに対応するPTVおよびOARの線量容積ヒストグラムを表す図である。横軸は線量[%]であり、縦軸は容積[%]である。実線はPTVに対する線量であり、破線はOARに対する線量である。FIG. 17B is a diagram showing a dose volume histogram of PTV and OAR corresponding to FIG. 17A. The horizontal axis is the dose [%], and the vertical axis is the volume [%]. The solid line is the dose for PTV and the dashed line is the dose for OAR. ロバストな照射計画作成方法(実施例1)による225°方向からの個別のビームによって与えられる線量分布を等線量線で表示した図である。It is the figure which displayed the dose distribution given by the individual beam from a 225 degree direction by the robust irradiation plan preparation method (Example 1) with the isodose line. ロバストな照射計画作成方法(実施例1)による135°方向からの個別のビームによって与えられる線量分布を等線量線で表示した図である。It is the figure which displayed the dose distribution given by the individual beam from 135 degrees by the robust irradiation plan preparation method (Example 1) by the isodose line. 線量勾配抑制項を用いない照射計画(比較例2)の一例を示す図であって、計画通りのセットアップポジションにおける線量分布をカラーで表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan (comparative example 2) which does not use a dose gradient suppression term, Comprising: It is the figure which displayed the dose distribution in the setup position as planned in color. 線量勾配抑制項を用いない照射計画(比較例2)の一例を示す図であって、計画通りのセットアップポジションにおける線量分布を等線量線で表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan (comparative example 2) which does not use a dose gradient suppression term, Comprising: It is the figure which displayed the dose distribution in the setup position as planned by the isodose line. 線量勾配抑制項を用いない照射計画(比較例2)の一例を示す図であって、x=208.9、y=192.9、z=55.0のアイソセンターで個別のビーム(BEAM1)で与えた線量分布を等線量線で表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan (comparative example 2) which does not use a dose gradient suppression term, Comprising: A separate beam (BEAM1) in the isocenter of x = 208.9, y = 192.9, z = 55.0 It is the figure which displayed the dose distribution given by (5) by the isodose line. 線量勾配抑制項を用いない照射計画(比較例2)の一例を示す図であって、x=208.9、y=192.9、z=180.0のアイソセンターで個別のビーム(BEAM2)で与えた線量分布を等線量線で表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan (comparative example 2) which does not use a dose gradient suppression term, Comprising: A separate beam (BEAM2) in the isocenter of x = 208.9, y = 192.9, z = 180.0 It is the figure which displayed the dose distribution given by (5) by the isodose line. 線量勾配抑制項を用いない照射計画(比較例2)の一例を示す図であって、セットアップの誤差のためにBeam1とBeam2間の距離が4mm縮まった場合に生じる線量分布をカラーで表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan (comparative example 2) which does not use a dose gradient suppression term, Comprising: The figure which displayed the dose distribution which arises when the distance between Beam1 and Beam2 shortens by 4 mm due to the setup error in color It is. 線量勾配抑制項を用いない照射計画(比較例2)の一例を示す図であって、セットアップの誤差のためにBeam1とBeam2間の距離が4mm縮まった場合に生じる線量分布を等線量線で表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan (comparative example 2) which does not use a dose gradient suppression term, Comprising: The dose distribution which arises when the distance between Beam1 and Beam2 shortens by 4 mm due to a setup error is displayed with an isodose line FIG. 線量勾配抑制項を用いない照射計画(比較例2)の一例を示す図であって、セットアップの誤差のためにBeam1とBeam2間の距離が4mm離れた場合に生じる線量分布をカラーで表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan which does not use a dose gradient suppression term (comparative example 2), Comprising: The figure which displayed the dose distribution produced when the distance between Beam1 and Beam2 is 4 mm away due to the setup error in color It is. 線量勾配抑制項を用いない照射計画(比較例2)の一例を示す図であって、セットアップの誤差のためにBeam1とBeam2間の距離が4mm離れた場合に生じる線量分布を等線量線で表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan (comparative example 2) which does not use a dose gradient suppression term, Comprising: The dose distribution produced when the distance between Beam1 and Beam2 is 4 mm away by the setup error is displayed with an isodose line FIG. 従来の照射計画(比較例2)によるPTVの線量容積ヒストグラムを示す図である。横軸は線量[GyE]であり、縦軸は容積[%]である。実線は理想とする線量であり、破線はBeam1とBeam2間の距離が4mm縮まった場合の線量であり、一点鎖線はBeam1とBeam2間の距離が4mm離れた場合の線量である。It is a figure which shows the dose volume histogram of PTV by the conventional irradiation plan (comparative example 2). The horizontal axis is the dose [GyE], and the vertical axis is the volume [%]. The solid line is the ideal dose, the broken line is the dose when the distance between Beam1 and Beam2 is reduced by 4 mm, and the alternate long and short dash line is the dose when the distance between Beam1 and Beam2 is 4 mm apart. 線量勾配抑制項を用いた照射計画(実施例2)の一例を示す図であって、計画通りのセットアップポジションにおける線量分布をカラーウォッシュ表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan (Example 2) using a dose gradient suppression term, Comprising: It is the figure which carried out color wash display of the dose distribution in the setup position as planned. 線量勾配抑制項を用いた照射計画(実施例2)の一例を示す図であって、計画通りのセットアップポジションにおける線量分布を等線量線で表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan (Example 2) using a dose gradient suppression term, Comprising: It is the figure which displayed the dose distribution in the setup position as planned by the isodose line. 線量勾配抑制項を用いた照射計画(実施例2)の一例を示す図であって、x=208.9、y=192.9、z=55.0のアイソセンターで個別のビーム(BEAM1)で与えた線量分布を等線量線で表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan (Example 2) using a dose gradient suppression term, Comprising: An individual beam (BEAM1) in the isocenter of x = 208.9, y = 192.9, and z = 55.0 It is the figure which displayed the dose distribution given by (5) by the isodose line. 線量勾配抑制項を用いた照射計画(実施例2)の一例を示す図であって、x=208.9、y=192.9、z=180.0のアイソセンターで個別のビーム(BEAM2)で与えた線量分布を等線量線で表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan (Example 2) using a dose gradient suppression term, Comprising: A separate beam (BEAM2) in the isocenter of x = 208.9, y = 192.9, z = 180.0 It is the figure which displayed the dose distribution given by (5) by the isodose line. 線量勾配抑制項を用いた照射計画(実施例2)の一例を示す図であって、セットアップの誤差のためにBeam1とBeam2間の距離が4mm縮まった場合に生じる線量分布をカラーで表示した図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of an irradiation plan (Example 2) using a dose gradient suppression term, and a color distribution showing a dose distribution generated when the distance between Beam1 and Beam2 is reduced by 4 mm due to a setup error. It is. 線量勾配抑制項を用いた照射計画(実施例2)の一例を示す図であって、セットアップの誤差のためにBeam1とBeam2間の距離が4mm縮まった場合に生じる線量分布を等線量線で表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan (Example 2) using a dose gradient suppression term, Comprising: The dose distribution produced when the distance between Beam1 and Beam2 shortens by 4 mm due to the setup error is displayed with an isodose line FIG. 線量勾配抑制項を用いた照射計画(実施例2)の一例を示す図であって、セットアップの誤差のためにBeam1とBeam2間の距離が4mm離れた場合に生じる線量分布をカラーで表示した図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of an irradiation plan (Example 2) using a dose gradient suppression term, and a color distribution showing a dose distribution generated when the distance between Beam1 and Beam2 is 4 mm away due to a setup error. It is. 線量勾配抑制項を用いた照射計画(実施例2)の一例を示す図であって、セットアップの誤差のためにBeam1とBeam2間の距離が4mm離れた場合に生じる線量分布を等線量線で表示した図である。It is a figure which shows an example of the irradiation plan (Example 2) using a dose gradient suppression term, Comprising: The dose distribution produced when the distance between Beam1 and Beam2 is 4 mm away by the setup error is displayed with an isodose line FIG. ロバストな照射計画(実施例2)によるPTVの線量容積ヒストグラムを示す図である。横軸は線量[GyE]であり、縦軸は容積[%]である。実線は理想とする線量であり、破線はBeam1とBeam2間の距離が4mm縮まった場合の線量であり、一点鎖線はBeam1とBeam2間の距離が4mm離れた場合の線量である。It is a figure which shows the dose volume histogram of PTV by a robust irradiation plan (Example 2). The horizontal axis is the dose [GyE], and the vertical axis is the volume [%]. The solid line is the ideal dose, the broken line is the dose when the distance between Beam1 and Beam2 is reduced by 4 mm, and the alternate long and short dash line is the dose when the distance between Beam1 and Beam2 is 4 mm apart. 第三実施例で用いたRTOGベンチマークファントム様形状を説明する図である。It is a figure explaining the RTOG benchmark phantom like shape used in the 3rd example. 計画No.1(上段)、計画No.2(中段)、計画No.3(下段)における0°(左欄)、45°(中央欄)、合成線量分布(右欄)でのビームの各線量分布図である。(a)〜(i)中で略U字状に描かれたものがCTVであり、(a)〜(i)の中心に丸い形状で描かれたものがOARである。Plan No. 1 (top), plan no. 2 (middle), plan no. It is each dose distribution figure of the beam in 0 degree (left column), 45 degrees (center column), and synthetic dose distribution (right column) in 3 (lower stage). What is drawn in a substantially U shape in (a) to (i) is CTV, and what is drawn in a round shape at the center of (a) to (i) is OAR. CTV内とOAR内の11の異なる実効密度となるように再計算された線量分布のDVHであって、(a)は、計画No.1の線量分布のDVHであり、(b)は、計画No.2の線量分布のDVHであり、(c)は、計画No.3の線量分布のDVHである。(a)〜(c)中の太い実線は、最適化において想定された通りにすべてのペンシルビームが照射され、照射野が形成された場合のDVHである。The dose distribution DVH recalculated to have 11 different effective densities in the CTV and the OAR. 1 is a DVH having a dose distribution of 1. 2 is a DVH of the dose distribution of FIG. 3 is a DVH of a dose distribution of 3. The thick solid lines in (a) to (c) are DVHs when all pencil beams are irradiated and an irradiation field is formed as assumed in the optimization. 計画No.1(上段)、計画No.4(中段)、計画No.5(下段)における0°(左欄)および45°(中央の欄)、合成線量分布(右欄)でのビームの各線量分布図である。(a)〜(i)中で略U字状に描かれたものがCTVであり、(a)〜(i)中の中心に丸い形状で描かれたものがOARである。Plan No. 1 (top), plan no. 4 (middle), plan no. It is each dose distribution figure of the beam in 0 degrees (left column) and 45 degrees (middle column) and synthetic dose distribution (right column) in 5 (lower stage). What is drawn in a substantially U shape in (a) to (i) is CTV, and what is drawn in a round shape at the center in (a) to (i) is OAR. CTV内とOAR内の合成線量分布の取り得る729の組み合わせについて再計算された線量分布のDVHであって、(a)は、計画No.1の線量分布のDVHであり、(b)は、計画No.2の線量分布のDVHであり、(c)は、計画No.3の線量分布のDVHである。(a)〜(c)中の太い実線は、最適化において想定された通りにすべてのペンシルビームが照射され、照射野が形成された場合のDVHである。It is DVH of the dose distribution recalculated for 729 possible combinations of the combined dose distribution in the CTV and the OAR. 1 is a DVH having a dose distribution of 1. 2 is a DVH of the dose distribution of FIG. 3 is a DVH of a dose distribution of 3. The thick solid lines in (a) to (c) are DVHs when all pencil beams are irradiated and an irradiation field is formed as assumed in the optimization. 0°と45°の各ビームからの線量寄与であって、(a)および(d)は、計画No.3で作成した線量寄与を示す図であり、(b)および(e)は、計画No.6で作成した線量寄与を示す図であり、(c)および(f)は、計画No.7で作成した線量寄与を示す図である。The dose contributions from each of the 0 ° and 45 ° beams, (a) and (d) are the plan numbers. 3 is a diagram showing the dose contribution created in FIG. 6 is a diagram showing the dose contribution created in FIG. FIG. 7 is a diagram showing the dose contribution created in FIG. 複数の異なる方向から腫瘍全体に均一な線量を与えるように照射する照射方法における従来の照射計画の結果の一例を等線量線で示す図であって、(a)は、照射対象に対して左方から重粒子線を照射した照射野を示し、(b)は、照射対象に対して前方から重粒子線を照射した照射野を示し、(c)は、照射対象に対して右方から重粒子線を照射した照射野を示し、(d)は、(a)〜(c)を重ね合わせた合成線量分布を示す合成図である。It is a figure which shows an example of the result of the conventional irradiation plan in the irradiation method irradiated so that a uniform dose may be given to the whole tumor from several different directions, (a) is left with respect to irradiation object The irradiation field irradiated with heavy particle beams from the side is shown, (b) shows the irradiation field irradiated with heavy particle beams from the front to the irradiation target, and (c) shows the irradiation field irradiated from the right with respect to the irradiation target. The irradiation field which irradiated the particle beam is shown, (d) is a synthetic | combination figure which shows the synthetic dose distribution which overlap | superposed (a)-(c). 複数の異なる方向から部分的に線量を与え、全体として腫瘍全体に均一にダメージを与える照射方法における従来の照射計画の結果の一例を等線量線で示す図であって、(a)は、照射対象に対して左方から重粒子線を照射した照射野を示し、(b)は、照射対象に対して前方から重粒子線を照射した照射野を示し、(c)は、照射対象に対して右方から重粒子線を照射した照射野を示し、(d)は、(a)〜(c)を重ね合わせた合成線量分布を示す合成図である。It is a figure which shows an example of the result of the conventional irradiation plan in the irradiation method which gives a dose partially from several different directions, and damages the whole tumor uniformly as a whole, and (a) is irradiation The irradiation field irradiated with heavy particle beams from the left side of the object is shown, (b) shows the irradiation field irradiated with heavy particle beams from the front of the irradiation object, and (c) shows the irradiation field with respect to the irradiation object. The irradiation field irradiated with heavy particle beams from the right side is shown, and (d) is a composite diagram showing a combined dose distribution in which (a) to (c) are superimposed. 従来の照射計画の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the conventional irradiation plan.

以下に、適宜図面を参照して本発明に係る照射計画作成方法、照射計画作成装置、および照射計画作成プログラムの一実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of an irradiation plan creation method, an irradiation plan creation device, and an irradiation plan creation program according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

[照射計画作成方法]
まず、本発明の一実施形態に係る照射計画作成方法について説明する。
本発明の一実施形態に係る照射計画作成方法は、多門照射により強度を変調させつつペンシルビームをスキャンさせてスポット毎に重ね合わせ、放射線の照射を行う腫瘍などの照射部位および放射線の照射を行うべきでないOARなどの非照射部位を含んでなる照射対象に対して予め入力された線量処方となるように線量分布を形成させるための照射計画を作成(決定)する。
[Irradiation plan creation method]
First, an irradiation plan creation method according to an embodiment of the present invention will be described.
An irradiation plan creation method according to an embodiment of the present invention performs irradiation with a radiation site such as a tumor that is irradiated with radiation by scanning a pencil beam while modulating the intensity by multi-port irradiation and overlapping each spot. An irradiation plan for forming a dose distribution is created (determined) so as to obtain a dose prescription input in advance for an irradiation target including a non-irradiated part such as OAR that should not be.

照射計画の作成(決定)は概ね、図1に示すように、情報入力ステップS1、ペンシルビーム照射位置決定ステップS2、ペンシルビーム線量分布作成ステップS3、重み入力ステップS4、評価指標値導出ステップS5と、出力ステップS6という手順で行われる。   As shown in FIG. 1, the irradiation plan is created (determined) generally by an information input step S1, a pencil beam irradiation position determination step S2, a pencil beam dose distribution generation step S3, a weight input step S4, and an evaluation index value derivation step S5. The output step S6 is performed.

前記した逐次近似繰り返し演算による評価指標値の導出は、評価指標値導出ステップS5で行われ、導出した評価指標値と、予め設定された閾値とを比較して照射計画を作成するものである。評価指標値導出ステップS5の詳細は後に説明する。   The derivation of the evaluation index value by the above-described successive approximation iteration calculation is performed in the evaluation index value derivation step S5, and an irradiation plan is created by comparing the derived evaluation index value with a preset threshold value. Details of the evaluation index value deriving step S5 will be described later.

(情報入力ステップS1)
情報入力ステップS1は、照射計画を得るために必要な情報を入力するステップである。
照射計画を作成するために必要な情報としては、例えば、照射部位および非照射部位と、照射門数および照射方向と、前記した照射部位に対する目標線量および前記した非照射部位に対する線量制限(すなわち、線量処方)などがある。
(Information input step S1)
The information input step S1 is a step for inputting information necessary for obtaining an irradiation plan.
Information necessary to create an irradiation plan includes, for example, irradiation sites and non-irradiation sites, the number of irradiation gates and the irradiation direction, the target dose for the irradiation sites described above and the dose limitation for the non-irradiation sites described above (that is, Dose prescription).

このような照射計画を作成するために必要な情報は、照射計画者によって入力される。
照射計画者は、予め標的となる照射対象が撮影されたCT画像等を基に医学的所見に基づいてペンシルビームを照射すべき部位(照射部位)、ペンシルビームを照射すべきではない部位(非照射部位)を特定し、特定した照射部位に対して効果的と思える照射門数およびその照射方向を決定し、さらに、照射部位に対する目標線量と非照射部位に対する線量制限とを決定し、情報として照射計画作成装置(電子計算機)に入力する。
Information necessary to create such an irradiation plan is input by the irradiation planner.
An irradiation planner can irradiate a pencil beam based on medical findings based on a CT image obtained by imaging a target irradiation target in advance (irradiation site), or a site that should not be irradiated with a pencil beam (non-irradiation). (Irradiation site) is identified, the number of irradiation gates and the irradiation direction that seems to be effective for the identified irradiation site are determined, and the target dose for the irradiation site and the dose limit for the non-irradiation site are determined. Input to the irradiation plan creation device (electronic computer).

照射部位は、一般にPTVとして設定されるものであり、例えば、腫瘍等のできた部位および腫瘍が浸潤している可能性のある部位等を含めた領域が設定される。また、非照射部位は、OARとして設定されるものであり、例えば、脳や視神経等の重要な臓器等が設定される。照射部位に対する目標線量および非照射部位に対する線量制限は、照射計画者により適宜設定される。   The irradiation site is generally set as PTV, and for example, a region including a site where a tumor or the like is formed and a site where the tumor may be infiltrated is set. Further, the non-irradiated part is set as OAR, and for example, an important organ such as a brain or an optic nerve is set. The target dose for the irradiated part and the dose limit for the non-irradiated part are appropriately set by the irradiation planner.

(ペンシルビーム照射位置決定ステップS2)
ペンシルビーム照射位置決定ステップS2では、予め入力された照射部位および非照射部位と、照射門数および照射方向と、に基づいて、照射対象に対するペンシルビームの照射位置を決定する。
(Pencil beam irradiation position determination step S2)
In the pencil beam irradiation position determination step S2, the irradiation position of the pencil beam with respect to the irradiation target is determined based on the irradiation site and non-irradiation site, the number of irradiation gates, and the irradiation direction input in advance.

(ペンシルビーム線量分布作成ステップS3)
次に行うペンシルビーム線量分布作成ステップS3では、ペンシルビーム照射位置決定ステップS2で決定したペンシルビームの照射位置で重ね合わせるペンシルビームの線量分布を作成する。つまり、このステップではペンシルビーム線量分布カーネルを作成する。
なお、ペンシルビーム照射位置決定ステップS2とペンシルビーム線量分布作成ステップS3における前記した内容は、公知の重粒子線スキャニング照射用治療計画計算エンジンを用いることにより行うことができる。
(Pencil beam dose distribution creation step S3)
In a pencil beam dose distribution creation step S3 to be performed next, a dose distribution of a pencil beam to be superimposed at the pencil beam irradiation position determined in the pencil beam irradiation position determination step S2 is created. That is, this step creates a pencil beam dose distribution kernel.
The above-described contents in the pencil beam irradiation position determining step S2 and the pencil beam dose distribution creating step S3 can be performed by using a known treatment plan calculation engine for heavy particle beam scanning irradiation.

なお、このペンシルビーム線量分布作成ステップS3では、ペンシルビーム線量分布カーネルの作成とともに、ペンシルビームの進行方向であるz方向の線量分布に関する偏微分フィルターと、このz方向に対して垂直な面上におけるx方向およびy方向の線量分布に関する偏微分フィルターを作成する。つまり、ペンシルビームの軸方向および当該軸方向に垂直な横方向についての、線量勾配に関するカーネル(線量勾配カーネル)を作成する。   In this pencil beam dose distribution creation step S3, a pencil beam dose distribution kernel is created, a partial differential filter related to the dose distribution in the z direction, which is the direction of travel of the pencil beam, and a plane perpendicular to the z direction. Create partial differential filters for x- and y-direction dose distributions. That is, a kernel relating to a dose gradient (dose gradient kernel) in the axial direction of the pencil beam and the lateral direction perpendicular to the axial direction is created.

ペンシルビーム線量分布作成ステップS3で作成した線量勾配カーネルを後記する評価指標値導出ステップS5で用いるようにすれば、後記するように、評価指標値導出ステップS5で繰り返し行われる線量重畳積分の演算ループを用いて各門からターゲット(照射対象)に与えられる線量分布の勾配を導出することができ、評価指標値導出ステップS5における評価指標値を効率良く導出することができる。評価指標値導出ステップS5で繰り返し行われる演算ループを用いるということは、新たな演算ループを追加するわけではないので、各門から照射対象に与えられる線量分布の勾配を導出するにあたって計算時間の著しい延長が生じないことを意味する。
なお、線量勾配カーネルの作成については後に詳述する。
If the dose gradient kernel created in pencil beam dose distribution creation step S3 is used in evaluation index value derivation step S5, which will be described later, a calculation loop for dose superposition integration that is repeatedly performed in evaluation index value derivation step S5 will be described later. The gradient of the dose distribution given from each gate to the target (irradiation target) can be derived, and the evaluation index value in the evaluation index value deriving step S5 can be efficiently derived. The use of the calculation loop repeatedly performed in the evaluation index value derivation step S5 does not add a new calculation loop, so that a significant calculation time is required for deriving the gradient of the dose distribution given to the irradiation target from each gate. It means that no extension occurs.
The creation of the dose gradient kernel will be described in detail later.

(重み入力ステップS4)
次に行う重み入力ステップS4では、ペンシルビームの重みが入力される。重みの初期値は、情報入力ステップS1で予め入力された照射部位に対する目標線量および前記非照射部位に対する線量制限に基づいて任意に設定される。後に詳述するように、より良い解を得るためペンシルビームの重みは、後記する評価指標値導出ステップS5で導出される評価指標値が特定の条件を満たすまで新たな値に更新されて演算が繰り返される。
(Weight input step S4)
In a weight input step S4 to be performed next, the weight of the pencil beam is input. The initial value of the weight is arbitrarily set on the basis of the target dose for the irradiated region and the dose limit for the non-irradiated region previously input in the information input step S1. As will be described in detail later, in order to obtain a better solution, the weight of the pencil beam is updated to a new value until the evaluation index value derived in the evaluation index value deriving step S5 described later satisfies a specific condition. Repeated.

(評価指標値導出ステップS5)
次に行う評価指標値導出ステップS5については、出力ステップS6の説明を行った後に説明する。
(Evaluation index value deriving step S5)
The next evaluation index value deriving step S5 will be described after the description of the output step S6.

(出力ステップS6)
出力ステップS6では、評価指標値導出ステップS5で決定または更新したペンシルビームの重みを照射パラメータとして出力する。
(Output step S6)
In the output step S6, the weight of the pencil beam determined or updated in the evaluation index value deriving step S5 is output as an irradiation parameter.

(評価指標値導出ステップS5の一態様について)
先に言及した評価指標値導出ステップS5の一態様としては、重み入力ステップS4で入力したペンシルビームの重みについて、ペンシルビーム線量分布作成ステップS3で作成したペンシルビーム線量分布カーネルと、好ましくは同ステップで作成した線量勾配カーネルと、を用いて線量重畳積分および偏微分重畳積分を行い、次の第1条件および第2条件に加えて、さらに、次の第3条件を用いて逐次近似繰り返し演算を行い、評価指標値を導出し、当該評価指標値と予め設定された閾値とを比較して照射計画を作成することが挙げられる。
(One aspect of evaluation index value deriving step S5)
As one aspect of the evaluation index value deriving step S5 mentioned above, the pencil beam dose distribution kernel created in the pencil beam dose distribution creating step S3 is preferably used for the weight of the pencil beam inputted in the weight input step S4. In addition to the following first and second conditions, the dose gradient kernel created in step 1 is used, and in addition to the following first condition and second condition, the successive approximation is repeated using the following third condition. Performing an evaluation index value and comparing the evaluation index value with a preset threshold value to create an irradiation plan.

第1条件:入力されたペンシルビームの重みについて、予め入力された照射部位に対しては、予め入力された目標線量に対して必要十分な線量が与えられる。
第2条件:予め入力された非照射部位に対しては、予め入力された線量制限以下に抑えることができる。
第3条件:予め入力された照射方向から照射対象に与えられる線量分布の勾配を抑制して評価指標値を導出することができる。
First condition: With respect to the weight of the input pencil beam, a necessary and sufficient dose is given to the pre-input target dose with respect to the pre-input irradiation site.
Second condition: For a non-irradiated portion input in advance, it is possible to suppress the dose to a dose input that has been input in advance.
Third condition: An evaluation index value can be derived by suppressing a gradient of a dose distribution given to an irradiation object from an irradiation direction input in advance.

つまり、評価指標値導出ステップS5の一態様では、線量勾配を抑制するように評価指標値を導出し、これにより、よりロバストな照射計画を作成する。
前記した評価指標値導出ステップS5の一態様を具現する数式については、後ほど説明する。
That is, in one aspect of the evaluation index value deriving step S5, the evaluation index value is derived so as to suppress the dose gradient, thereby creating a more robust irradiation plan.
A mathematical expression that embodies one aspect of the evaluation index value deriving step S5 will be described later.

前記した一態様による評価指標値導出ステップS5は、図2に示すように、導出した評価指標値Eが、予め設定された閾値Cよりも低いか、または、評価指標値導出ステップS5に設定された管理値nが予め設定された制限値Nを超えた場合(判定ステップS51においてYes)、前記した評価指標値Eの導出を終了するとともに、入力されたペンシルビームの重みを照射パラメータとして出力するため、前記した出力ステップS6に移行する。   In the evaluation index value deriving step S5 according to the above-described one aspect, as shown in FIG. 2, the derived evaluation index value E is lower than a preset threshold C, or is set in the evaluation index value deriving step S5. When the management value n exceeds the preset limit value N (Yes in determination step S51), the derivation of the evaluation index value E is terminated, and the input pencil beam weight is output as an irradiation parameter. Therefore, the process proceeds to the above-described output step S6.

ここで、管理値nとしては、評価指標値導出ステップS5における計算の繰り返し回数や、計算に要した時間などが挙げられる。
制限値Nとしては、計算の繰り返し回数の上限値として予め設定された回数や、計算時間の上限として予め設定された時間などが挙げられる。
閾値Cおよび制限値Nは、照射計画者によって任意に設定することができる。
Here, examples of the management value n include the number of repetitions of the calculation in the evaluation index value deriving step S5 and the time required for the calculation.
Examples of the limit value N include the number of times set in advance as the upper limit value of the number of repetitions of calculation, the time set in advance as the upper limit of calculation time, and the like.
The threshold value C and the limit value N can be arbitrarily set by the irradiation planner.

他方、導出した評価指標値Eが、予め設定された閾値C以上、かつ、評価指標値導出ステップS5に設定された管理値nが予め設定された制限値N以下の場合(判定ステップS51においてNo)、重み更新ステップS52で管理値nを更新するとともに(n=n+1)、ペンシルビームの重みを更新して重み入力ステップS4に戻り、再度、評価指標値導出ステップS5を行う。ペンシルビームの重みの更新は、後記する式(7)に基づいて行うとよい。   On the other hand, when the derived evaluation index value E is not less than the preset threshold C and the management value n set in the evaluation index value deriving step S5 is not more than the preset limit value N (No in the determination step S51) ), The management value n is updated in the weight update step S52 (n = n + 1), the weight of the pencil beam is updated, the process returns to the weight input step S4, and the evaluation index value derivation step S5 is performed again. The updating of the weight of the pencil beam may be performed based on the following formula (7).

(評価指標値導出ステップS5の一態様を具現する数式について)
評価指標値導出ステップS5で導出する評価指標値Eは、式(1)で求めることができる。なお、式(1)の目的関数f(w)が評価指標値Eに相当する。
(Regarding a mathematical expression embodying one aspect of the evaluation index value deriving step S5)
The evaluation index value E derived in the evaluation index value deriving step S5 can be obtained by Expression (1). Note that the objective function f (w) in Expression (1) corresponds to the evaluation index value E.

Figure 0005521225
Figure 0005521225

式(1)において、wlは、各照射野lのビームの重みであり、wは、各照射野lのビームの重みwlの合計である。
Tは、ターゲットである照射部位を示し、Oは、OARなどの非照射部位を示す。また、H’[]は、H’[r]=rH[r]と表され、“[”と“]”の間に示される数式rの計算値がゼロより大きいときは1、ゼロ以下のときは0と定義されるヘヴィサイドステップ関数である。
T oは、ターゲットである照射部位に指定したオーバードーズ(過大線量)に対するペナルティー係数(影響度係数)であり、Di(wl)は、位置iにおける全ての照射野lからの合計線量であり、DT maxは、ターゲットである照射部位に照射される最大線量である。
T uは、ターゲットである照射部位に指定したアンダードーズ(過小線量)に対するペナルティー係数であり、DT minは、ターゲットである照射部位に照射される最小線量である。
O oは、OARなどの非照射部位におけるオーバードーズに対するペナルティー係数であり、DO maxは、OARなどの非照射部位に許容される最大線量である。
fieldは、入射される照射野の数であり、Di,l(wl)は、ビームの重みwlで照射野lから位置iに照射される線量である。zは、z方向であり、xは、x方向であり、yは、y方向である。そして、Qx、Qy、Qzは、各方向の線量勾配へのペナルティー係数である。かかるペナルティー係数は、その方向への予測誤差に比例して設定される。
これらの記号は、以下に示す各数式においても同じ内容を意味する。
当然ながら、Di(wl)とDi,l(wl)は、式(2)の関係を満たす。
In Equation (1), w l is the beam weight of each irradiation field l, and w is the sum of the beam weights w l of each irradiation field l.
T indicates an irradiation site that is a target, and O indicates a non-irradiation site such as OAR. H ′ [] is expressed as H ′ [r] = rH [r], and is 1 when the calculated value of the expression r shown between “[” and “]” is greater than zero. Sometimes it is a heavy side step function defined as zero.
Q T o is the overdose specified in the irradiated portion is the target penalty factor for (overdose) (impact factor), D i (w l) is a total dose from all radiation field l at position i D T max is the maximum dose irradiated to the target irradiation site.
Q T u is the penalty coefficient for underdose specified in the irradiated portion is the target (underdose), D T min is the minimum dose delivered to the irradiation site is the target.
Q O o is a penalty coefficient for overdose at a non-irradiated site such as OAR, and D O max is a maximum dose allowed for a non-irradiated site such as OAR.
N field is the number of incident irradiation fields, and D i, l (w l ) is a dose irradiated from the irradiation field 1 to the position i with the beam weight w 1 . z is the z direction, x is the x direction, and y is the y direction. Q x , Q y , and Q z are penalty coefficients for the dose gradient in each direction. Such a penalty coefficient is set in proportion to the prediction error in that direction.
These symbols mean the same contents in the following mathematical expressions.
Of course, D i (w l ) and D i, l (w l ) satisfy the relationship of equation (2).

Figure 0005521225
Figure 0005521225

式(1)の第一項は前記第1条件に相当するものであり、PTVへの線量制限(目標線量)を記述したものである。第二項は前記第2条件に相当するものであり、OARへの線量制限を記述したものである。そして、第三項は前記第3条件に相当するものであり、照射野単位におけるPTV内での線量勾配制限を記述したものである。   The first term of Equation (1) corresponds to the first condition, and describes the dose limit (target dose) to PTV. The second term corresponds to the second condition, and describes the dose limitation to OAR. The third term corresponds to the third condition, and describes the dose gradient limitation within the PTV in the irradiation field unit.

線量分布Di(wl)は、ペンシルビームの重ね合わせで表され、式(3)で表現できる。The dose distribution D i (w l ) is expressed by the superposition of pencil beams and can be expressed by Expression (3).

Figure 0005521225
Figure 0005521225

式(3)において、Nspotは、照射される全スポット数であり、各照射野lでのスポットとは式(4)の関係を満たす。なお、jは、j番目に照射されるビームであることを示す。In Expression (3), N spot is the total number of spots to be irradiated, and the spot in each irradiation field l satisfies the relationship of Expression (4). Note that j indicates the jth beam irradiated.

Figure 0005521225
Figure 0005521225

そして、式(2)および式(4)を用いて式(3)を展開すれば、式(5)となる。   And if Formula (3) is expanded using Formula (2) and Formula (4), it will become Formula (5).

Figure 0005521225
Figure 0005521225

そして、式(2)〜(5)を用いて式(1)を展開すれば、式(6)となる。   And if Formula (1) is expanded using Formula (2)-(5), it will become Formula (6).

Figure 0005521225
Figure 0005521225

式(6)によれば、各照射野lでの線量勾配抑制項(第三項)が、ペンシルビームの線量応答di,jの偏微分の重畳積分という形で表現されている。
すなわち、評価指標値導出ステップS5で用いられる線量分布計算の重畳積分と同じ演算ループで計算できることがわかる。
According to Equation (6), the dose gradient suppression term (third term) in each irradiation field 1 is expressed in the form of a superimposed integral of partial differentials of the dose response d i, j of the pencil beam.
That is, it can be understood that the calculation can be performed in the same calculation loop as the overlap integral of the dose distribution calculation used in the evaluation index value deriving step S5.

ここで、スキャニング照射法における線量最適化の問題とは、式(6)で与えられる目的関数f(w)を最小にするような3次元でのスポット強度分布(線量分布)を具現するビームの重みwを非負の条件のもとで求めることに帰着する。   Here, the problem of dose optimization in the scanning irradiation method is that of a beam that realizes a three-dimensional spot intensity distribution (dose distribution) that minimizes the objective function f (w) given by Equation (6). This results in finding the weight w under non-negative conditions.

目的関数f(w)の最小値を導出する方法として、逐次近似法を用いるのが一般的である。逐次近似法で最適な線量分布を求めるにはk回目の近似値wkから次の近似値wk+1を式(7)で求める。なお、式(7)において、hとμは、それぞれ修正ベクトルの方向ベクトルとその長さ(大きさ)を表す。As a method for deriving the minimum value of the objective function f (w), a successive approximation method is generally used. In order to obtain an optimum dose distribution by the successive approximation method, the next approximate value w k + 1 is obtained from the k-th approximate value w k by equation (7). In Expression (7), h and μ represent the direction vector of the correction vector and its length (size), respectively.

Figure 0005521225
Figure 0005521225

効率よく目的関数f(w)に最小値を与えるビームの重みwを求めるためには、hとμの求め方が鍵となる。
なお、方向ベクトルhの計算アルゴリズムには、最急降下法(most steepest descent method)、共役勾配法(conjugate gradient method)、ニュートン法(Newton method)、改良ニュートン法(modified Newton method)、擬似ニュートン法(quasi-Newton method)などがある。
線量最適化における逐次近似解法で方向ベクトルhを求めるためのいずれのアルゴリズムにおいても、(少なくとも)目的関数f(w)の傾きを求める必要がある。本発明の場合、目的関数f(w)の傾きは、式(8)で求めることができる。
In order to efficiently obtain the beam weight w that gives the minimum value to the objective function f (w), how to obtain h and μ is the key.
The calculation algorithm for the direction vector h includes the most steepest descent method, the conjugate gradient method, the Newton method, the modified Newton method, and the pseudo Newton method ( quasi-Newton method).
In any algorithm for obtaining the direction vector h by the successive approximation method in dose optimization, it is necessary to obtain (at least) the gradient of the objective function f (w). In the case of the present invention, the slope of the objective function f (w) can be obtained by Expression (8).

Figure 0005521225
Figure 0005521225

式(8)によれば、式(6)と同様に、線量勾配抑制項(第三項)には、ペンシルビームの線量応答di,jの偏微分の重畳積分が現れるのみである。
従って、ペンシルビーム線量分布作成ステップS3における線量分布計算の重畳積分と同じ演算ループで計算できることがわかる。
According to the equation (8), as in the equation (6), the dose gradient suppression term (third term) only shows a partial integration of partial differentiation of the dose response d i, j of the pencil beam.
Therefore, it can be understood that the calculation can be performed in the same calculation loop as the overlap integral of the dose distribution calculation in the pencil beam dose distribution creation step S3.

各ペンシルビームの線量応答di,jは、積分線量分布を与えるペンシルビームのz方向と、z方向に対して垂直方向であるx方向およびy方向に、式(9)のように因数分解することができる。The dose response d i, j of each pencil beam is factored as shown in Equation (9) in the z direction of the pencil beam giving an integrated dose distribution, and in the x and y directions perpendicular to the z direction. be able to.

Figure 0005521225
Figure 0005521225

ここで、式(9)のdx(xi;xj,σx(zi;zj))とdy(yi;yj,σy(zi;zj))は、規格化したガウス分布としてそれぞれ式(10)、式(11)のように表現することができる。Here, d x (x i ; x j , σ x (z i ; z j )) and d y (y i ; y j , σ y (z i ; z j )) in the formula (9) are standards. These can be expressed as equations (10) and (11), respectively.

Figure 0005521225
Figure 0005521225

Figure 0005521225
Figure 0005521225

式(10)、式(11)において、x方向およびy方向への拡がりを表すσx(zi;zj)とσy(zi;zj)は、レンジシフター厚と深さの関数としてパラメータ化し、線量計画の線源データ(図3参照)として組み込まれる。計算機内での線量重畳積分では、拡がりσの関数として予めこれをメモリテーブル化し、ガウスフィルターとして記憶手段に記憶させておき、これをCT画像内でのスポット位置に応じて導出されるσx(zi;zj)、σy(zi;zj)のインデックスとして参照できるようにすることで適宜に処理することができるようになる。In the equations (10) and (11), σ x (z i ; z j ) and σ y (z i ; z j ) representing the spread in the x direction and the y direction are functions of the range shifter thickness and depth. And is incorporated as dose source data (see FIG. 3). The dose convolution of in the computer, in advance which was memory table as a function of spread sigma, may be stored in the storage means as a Gaussian filter, which is derived in accordance with the spot position in the CT image sigma x ( Z i ; z j ), σ y (z i ; z j ) can be referred to as an index so that it can be processed appropriately.

一方、積分線量分布を表すz方向成分は、例えば、平行平板電離箱での測定値を補完して線源データ(図4参照)として記憶手段に記憶させておくとよい。   On the other hand, the z-direction component representing the integrated dose distribution may be stored in the storage means as radiation source data (see FIG. 4), for example, by complementing the measured value in the parallel plate ionization chamber.

これらを踏まえ、式(6)に現れるペンシルビームの線量応答di,jのx方向およびy方向に対する偏微分を求めると、式(12)、式(13)のようになる。Taking these into consideration, partial differentials of the dose response d i, j of the pencil beam appearing in the equation (6) with respect to the x direction and the y direction are as shown in the equations (12) and (13).

Figure 0005521225
Figure 0005521225

Figure 0005521225
Figure 0005521225

ここで、式(12)、式(13)に現れる

Figure 0005521225
は、ガウス分布の偏微分である。
従って、例えば、図5Aに示すガウス分布は、図5Bに示すような関数形状のガウス偏微分分布となる。Here, it appears in Equation (12) and Equation (13)
Figure 0005521225
Is the partial derivative of the Gaussian distribution.
Therefore, for example, the Gaussian distribution shown in FIG. 5A becomes a Gaussian partial differential distribution having a function shape as shown in FIG. 5B.

つまり、式(6)、式(8)に現れるペンシルビームのx方向およびy方向への偏微分の重畳積分

Figure 0005521225
は、線量重畳積分での着目方向についてのガウスフィルターを図5Bに示したようなガウス分布の偏微分フィルターに置き換えるのみでよいことになる。In other words, the partial integration of the partial differential in the x and y directions of the pencil beam appearing in equations (6) and (8).
Figure 0005521225
Therefore, it is only necessary to replace the Gaussian filter in the direction of interest in the dose superposition integral with a partial differential filter having a Gaussian distribution as shown in FIG. 5B.

従って、照射計画の計算コードでは、拡がりσの関数として、ガウスフィルターと同時にガウス偏微分フィルターをメモリテーブル化しておけばよいことになる。なお、このガウス偏微分フィルターが線量勾配フィルター(線量勾配カーネル)となる。   Therefore, in the calculation code for the irradiation plan, a Gaussian partial differential filter and a Gaussian filter as well as a Gaussian filter may be stored in a memory table as a function of the spread σ. This Gaussian partial differential filter becomes a dose gradient filter (dose gradient kernel).

他方、ペンシルビームのz方向への偏微分は、式(14)により求めることができる。   On the other hand, the partial differentiation of the pencil beam in the z direction can be obtained by equation (14).

Figure 0005521225
Figure 0005521225

式(14)の第一項および第二項については、図3に示したとおり、x方向およびy方向への拡がりσx(zi;zj)、σy(zi;zj)は、深さとレンジシフターの関数としてパラメータ化され、逐次近似法を用いた重粒子線スキャニング照射用治療計画計算エンジン(例えば、IDOSE)に組み込まれている。For the first term and the second term of the equation (14), as shown in FIG. 3, the spreads σ x (z i ; z j ), σ y (z i ; z j ) in the x direction and the y direction are , Parameterized as a function of depth and range shifter, and incorporated into a treatment planning calculation engine (eg, IDOSE) for heavy particle beam scanning irradiation using a successive approximation method.

従って、式(14)で初めて現れる関数は、x方向およびy方向への拡がりの深さ方向への偏微分

Figure 0005521225
である。
この関数形を概観すれば、図6Aのような拡がりに対して、図6Bのようになる。
重粒子線スキャニング照射用治療計画計算エンジンには、線源データとしてx方向およびy方向への拡がりσx(zi;zj)、σy(zi;zj)が、深さとレンジシフターの関数としてパラメータ化されている。Therefore, the function that appears for the first time in the equation (14) is the partial differential in the depth direction of the expansion in the x and y directions.
Figure 0005521225
It is.
If this function form is overviewed, it will become like FIG. 6B with respect to the expansion like FIG. 6A.
In the treatment plan calculation engine for heavy particle beam scanning irradiation, the spreads σ x (z i ; z j ), σ y (z i ; z j ) in the x direction and the y direction as the source data are set as depth and range shifters. It is parameterized as a function of.

従って、これらの偏微分

Figure 0005521225
は、式(15)、式(16)として容易に計算することができる。Therefore, these partial derivatives
Figure 0005521225
Can be easily calculated as equations (15) and (16).

Figure 0005521225
Figure 0005521225

Figure 0005521225
Figure 0005521225

これらは、各ペンシルビームに対してペンシルビーム線量分布カーネルを作成する際に、σx(zi;zj)、σy(zi;zj)と同じように、偏微分

Figure 0005521225
を割り当てることによって偏微分フィルター(線量勾配カーネル)を作成することができる。These are the same as σ x (z i ; z j ), σ y (z i ; z j ) when creating a pencil beam dose distribution kernel for each pencil beam.
Figure 0005521225
Can be used to create a partial differential filter (dose gradient kernel).

次に、式(14)の第三項をみれば、積分線量dz(zi;zj)のz方向の偏微分

Figure 0005521225
が現れる。Next, looking at the third term of the equation (14), the partial differentiation of the integrated dose d z (z i ; z j ) in the z direction.
Figure 0005521225
Appears.

これは、図7Aに示すような積分線量dz(zi;zj)に対して、図7Bのような関数形になる。
x方向およびy方向への拡がりと同様、通常の線量計算と線量最適化を行うことができる。
線量最適化は、重粒子線スキャニング照射用治療計画計算エンジンに積分線量dz(zi;zj)が線源データとして登録されているので、各ペンシルビームに対してペンシルビーム線量分布カーネルを作成する際に式(17)に従って偏微分

Figure 0005521225
を割り振れば偏微分フィルター(線量勾配カーネル)を作成することができる。This has a functional form as shown in FIG. 7B with respect to the integrated dose d z (z i ; z j ) as shown in FIG. 7A.
As with the spread in the x and y directions, normal dose calculation and dose optimization can be performed.
In dose optimization, since the integrated dose d z (z i ; z j ) is registered as source data in the treatment plan calculation engine for heavy particle beam scanning irradiation, a pencil beam dose distribution kernel is set for each pencil beam. Partial differentiation according to equation (17) when creating
Figure 0005521225
Can be used to create a partial differential filter (dose gradient kernel).

Figure 0005521225
Figure 0005521225

以上に説明したように、評価指標値導出ステップS5の一態様によれば、ペンシルビームの重みの更新を行う逐次近似法による演算ループと式(1)を備えることにより、より良い評価指標値E(最小の目的関数f(w)を具現するペンシルビームの重み)を導出することができる。その結果として、重ね合わせるペンシルビームの線量勾配を抑制した、比較的ロバストな計画を計算時間の延長を招くことなく短時間で得ることができる。   As described above, according to one aspect of the evaluation index value deriving step S5, it is possible to obtain a better evaluation index value E by including the calculation loop by the successive approximation method for updating the weight of the pencil beam and the equation (1). (Weight of the pencil beam that realizes the minimum objective function f (w)) can be derived. As a result, a relatively robust plan in which the dose gradient of the pencil beam to be superimposed is suppressed can be obtained in a short time without causing an increase in calculation time.

また、ペンシルビーム線量分布作成ステップS3で作成したペンシルビーム線量分布カーネルとその偏微分カーネルを用い、線量の重畳積分と偏微分の重畳積分を同一の演算ループで行うことにより、効率良く比較的ロバストな計画を導出することができる。   Also, by using the pencil beam dose distribution kernel created in the pencil beam dose distribution creation step S3 and its partial differential kernel, the dose overlap integral and partial derivative overlap integral are performed in the same calculation loop, so that it is relatively robust and efficient. Simple plans can be derived.

図8(a)および(b)に、評価指標値導出ステップS5の一態様を適用した照射計画作成方法によって作成した結果の一例を等線量線で示すとともに、図9(a)および(b)に、ロバストでない従来の照射計画作成方法によって作成した結果の一例を等線量線で示す。   FIGS. 8A and 8B show an example of a result created by an irradiation plan creation method to which one aspect of the evaluation index value deriving step S5 is applied, with isodose lines, and FIGS. 9A and 9B. An example of a result created by a conventional irradiation plan creation method that is not robust is shown by an isodose line.

図8の(a)および(b)では、線量勾配抑制項(第三項)が用いられているので、二つの照射野が重なり合う部分の線量勾配が抑制されている。そのため、飛程の誤差やセットアップの誤差が生じても影響を受け難く、これらの誤差に強い。   In FIGS. 8A and 8B, since the dose gradient suppression term (third term) is used, the dose gradient of the portion where the two irradiation fields overlap is suppressed. For this reason, even if a range error or setup error occurs, it is not easily affected and is resistant to these errors.

これに対し、図9の(a)および(b)では、線量勾配抑制項(第三項)を用いていないので、二つの照射野が重なり合う部分に大きな線量勾配が現れている。そのため、飛程の誤差やセットアップの誤差が生じると影響を受け易く、これらの誤差に弱い。   On the other hand, in FIGS. 9A and 9B, since the dose gradient suppression term (third term) is not used, a large dose gradient appears at the portion where the two irradiation fields overlap. Therefore, if an error in the range or an error in the setup occurs, it is easily affected, and is vulnerable to these errors.

(評価指標値導出ステップS5の他の態様)
そして、評価指標値導出ステップS5の他の態様は、前記した第1条件、第2条件および第3条件に加えて、さらに、次の第4条件を用いて逐次近似繰り返し演算を行い、評価指標値Eを導出し、当該評価指標値Eと予め設定された閾値Cとを比較して照射計画を作成する。
(Other aspects of evaluation index value deriving step S5)
Then, in another aspect of the evaluation index value deriving step S5, in addition to the first condition, the second condition, and the third condition described above, the successive approximation calculation is further performed using the following fourth condition, and the evaluation index is calculated. A value E is derived, and the evaluation index value E is compared with a preset threshold C to create an irradiation plan.

第4条件:予め設定される範囲内で誤差が生じた場合に、前記非照射部位に与える線量が高くなるスポットを用いない。なお、かかる誤差としては、後記するように、飛程の誤差およびセットアップの誤差のうちの少なくとも一方が挙げられる。   Fourth condition: When an error occurs within a preset range, a spot that increases the dose given to the non-irradiated part is not used. The error includes at least one of a range error and a setup error, as will be described later.

つまり、評価指標値導出ステップS5の他の態様では、線量勾配を抑制するとともに、非照射部位に与える線量が高くなるスポットを用いないように評価指標値Eを導出し、これにより、さらにロバストな照射計画を作成する。   In other words, in another aspect of the evaluation index value deriving step S5, the evaluation index value E is derived so as to suppress the dose gradient and not to use the spot where the dose given to the non-irradiated part is increased. Create an irradiation plan.

(評価指標値導出ステップS5の他の態様を具現する数式について)
次に、評価指標値導出ステップS5の他の態様について説明する。
誤差の大きさは非等方性であり、該当する照射野に固有である。これらの誤差は前記したようにz方向に平行な成分とz方向と垂直な成分に分解される。
(Regarding a mathematical expression embodying another aspect of the evaluation index value deriving step S5)
Next, another aspect of the evaluation index value deriving step S5 will be described.
The magnitude of the error is anisotropic and is specific to the relevant field. As described above, these errors are decomposed into a component parallel to the z direction and a component perpendicular to the z direction.

飛程の誤差を招く不確実性(以下「飛程の不確実性」という。)は、z方向に平行な成分であることが多い。
飛程の不確実性には複数の因子があり、例えば、CTのアーチファクト、患者の体重増加または体重減少、Hounsfieldユニット(HU)から阻止能への変換などがある。飛程の不確実性は水等価深さに比例し、極端な例では、飛程の不確実性(δR)は±5.0%になる場合もある。
Uncertainty that leads to range error (hereinafter referred to as “range uncertainty”) is often a component parallel to the z direction.
There are multiple factors in range uncertainty, such as CT artifacts, patient weight gain or weight loss, conversion from Hounsfield units (HU) to stopping power. The range uncertainty is proportional to the water equivalent depth, and in extreme cases the range uncertainty (δR) may be ± 5.0%.

セットアップの誤差による不確実性(以下「セットアップの不確実性」という。)については、照射対象が各方向に等しく移動し得ることから、等方性の不確実性を考慮する必要がある。等方性のセットアップの誤差は、各照射野方向について独立的なセットアップの誤差を前提とすれば、z方向に平行な成分と、z方向に垂直な成分(つまり、x方向およびy方向の両方の成分)と、に分割することができる。   As for uncertainty due to setup errors (hereinafter referred to as “setup uncertainty”), since the irradiation target can move equally in each direction, it is necessary to consider isotropic uncertainty. Isotropic setup errors are assumed to be independent of setup errors for each field direction, components parallel to the z direction and components perpendicular to the z direction (ie both x and y directions). Component).

z方向に平行なシフトは、患者の前面の空隙の増減を引き起こすが、その結果は線量分布の最小限の変動にとどまる。従って、セットアップの不確実性に関しては、各治療ビームに垂直なシフトを考慮すれば充分である。
ここで、x方向のセットアップの不確実性ΔSxおよびy方向のセットアップの不確実性ΔSyについては、Ruts H P and Lomax A J ,”Donut-shaped high dose configuration for proton beam radiation therapy”, Strahlenther. Oncol.,2005, 181, p.49-53に基づけば、それぞれ±3.0mmの誤差が想定される。
A shift parallel to the z-direction causes an increase or decrease in the air gap in the front of the patient, but the result is minimal variation in the dose distribution. Thus, regarding setup uncertainty, it is sufficient to consider a shift perpendicular to each treatment beam.
The x-direction setup uncertainty ΔS x and the y-direction setup uncertainty ΔS y are described in Ruts HP and Lomax AJ, “Donut-shaped high dose configuration for proton beam radiation therapy”, Strahlenther. ., 2005, 181, p.49-53, an error of ± 3.0 mm is assumed for each.

前記したように、強度変調型の重粒子線治療の主な目的は、(i)CTV(Clinical Target Volume;臨床標的容積)内に必要十分な線量を与え、(ii)OARへの望ましくない(意図しない)照射を防止してダメージを線量制限以下に抑えることである。ロバストな照射計画作成方法は、各々の目的のアルゴリズムを組み合わせることによって両方の目的を同時に達成する。
前記(i)の目的には、Inaniwa T, Kanematsu N, Furukawa T and Noda K, “Robust dual-field optimization of scanned ion beams against range and setup uncertainties”, Phys. Med. Biol., (2010)submittedに記載された方法を用いることができる。
前記(ii)の目的のアルゴリズムを以下に説明する。
As described above, the main objectives of intensity-modulated heavy ion radiotherapy are (i) giving a necessary and sufficient dose in CTV (Clinical Target Volume), and (ii) undesirable to OAR ( Unintentional) to prevent irradiation and limit damage below the dose limit. A robust irradiation plan creation method achieves both objectives simultaneously by combining algorithms for each objective.
For the purpose of (i), Inaniwa T, Kanematsu N, Furukawa T and Noda K, “Robust dual-field optimization of scanned ion beams against range and setup uncertainties”, Phys. Med. Biol., (2010) submitted. The described method can be used.
The target algorithm (ii) will be described below.

通常は、照射計画において隣接するOARに高い線量を照射するリスクのあるペンシルビームはごく一部である。IMITやIMPTでは、そのようなリスクのあるペンシルビームの線量寄与を少なくし、別の入射角度で照射されるペンシルビームによって補填することができる。   Usually, only a few pencil beams are at risk of irradiating adjacent OARs with high doses in an irradiation plan. In IMIT and IMPT, the dose contribution of such a risky pencil beam can be reduced and compensated by a pencil beam irradiated at a different incident angle.

そこで、線量分布の最適化においてOARに高い線量を照射するリスクのあるペンシルビームにペナルティーを科すことが考えられる。これを具現したのが、式(18)である。
この式(18)は、評価指標値導出ステップS5の他の態様を具現する数式であり、前記式(1)に、予め設定される範囲内で誤差が生じた場合に、非照射部位に与える線量が高くなるスポットを用いないという第4条件を第四項として追加したものである。式(18)では、j番目の1つのペンシルビームのリスクを特徴づける量的尺度であるリスク指標Pjを線量最適化に導入している。
Therefore, it may be possible to penalize a pencil beam that is at risk of irradiating the OAR with a high dose in optimizing the dose distribution. This is implemented by Equation (18).
This expression (18) is an expression that embodies another aspect of the evaluation index value deriving step S5, and is given to the non-irradiated part when an error occurs in the expression (1) within a preset range. The fourth condition that a spot with a high dose is not used is added as a fourth term. In equation (18), a risk index P j , which is a quantitative measure characterizing the risk of the j-th pencil beam, is introduced in dose optimization.

Figure 0005521225
Figure 0005521225

式(18)において、Nlは、照射野lにおけるペンシルビームの数であり、wjは、j番目のペンシルビームの重みであり、wkは、k番目のペンシルビームの重みであり、Qpb RとQpb Sは、前記追加された項の重要度を調整するペナルティー係数であり、Pj Rは、j番目のペンシルビームの飛程の不確実性のリスク指標であり、Pj Sは、j番目のペンシルビームのセットアップの不確実性のリスク指標である。その他の記号は式(1)の例による。In Equation (18), N l is the number of pencil beams in the irradiation field l, w j is the weight of the j-th pencil beam, w k is the weight of the k-th pencil beam, and Q pb R and Q pb S are penalty coefficients for adjusting the importance of the added term, P j R is a risk index of the range of the j-th pencil beam range, and P j S Is a risk measure of the uncertainty of the jth pencil beam setup. Other symbols are according to the example of the formula (1).

式(18)は、Qpb R=Qpb S=0とすることによって、飛程の誤差のみを考慮する照射計画を得ることができ、Qx=Qy=Qz=Qpb R=Qpb S=0とすることによって、飛程の誤差およびセットアップの誤差を考慮しない従来の照射計画を得ることができる。In Expression (18), by setting Q pb R = Q pb S = 0, it is possible to obtain an irradiation plan that considers only the range error. Q x = Q y = Q z = Q pb R = Q By setting pb S = 0, it is possible to obtain a conventional irradiation plan that does not consider the range error and the setup error.

あるペンシルビームを用いることのリスクは、そのペンシルビームがOARに高い線量を照射する確率とともに増大する。そこで、j番目に照射される1つのペンシルビームのリスクを定量化するため、式(18)に示したように、Pj RとPj Sの2つのリスク指標を導入している。The risk of using a pencil beam increases with the probability that the pencil beam will deliver a high dose to the OAR. Therefore, in order to quantify the risk of one pencil beam irradiated at the j-th, two risk indices, P j R and P j S , are introduced as shown in Expression (18).

ここで、図10を参照してリスク指標Pj Rとリスク指標Pj Sの算出について説明する。
図10は、馬蹄形のCTVが円柱状のOARを囲んでいるRTOGベンチマークファントムを用いて、リスク指標Pj Rとリスク指標Pj Sを算出する手順を概略的に示している。なお、図10は、(a)の太い矢印で示されているように、0°の角度でペンシルビームが照射されることを前提としている。つまり、太い矢印がz方向になり、図10の紙面上で当該z方向と垂直な方向がx方向になる。
Here, calculation of the risk index P j R and the risk index P j S will be described with reference to FIG.
FIG. 10 schematically shows a procedure for calculating the risk index P j R and the risk index P j S by using an RTOG benchmark phantom in which a horseshoe-shaped CTV surrounds a cylindrical OAR. Note that FIG. 10 is based on the premise that the pencil beam is irradiated at an angle of 0 °, as indicated by the thick arrow in FIG. That is, the thick arrow is the z direction, and the direction perpendicular to the z direction on the paper surface of FIG. 10 is the x direction.

飛程の誤差とセットアップの誤差に起因するCTVの周辺領域への低線量の照射に対処するため、図10(b)に示すように、2つのリスク指標の算出における第1のステップとして、標的容積をCTVとその周辺領域を取り囲むボリュームに拡大し、FTV(Field-specific Target Volume;照射野固有標的容積)を生成する。   As a first step in the calculation of the two risk indicators, as shown in FIG. 10 (b), to deal with the low dose irradiation of the peripheral area of the CTV due to the range error and the setup error, The volume is expanded to a volume surrounding the CTV and the surrounding area, and an FTV (Field-specific Target Volume) is generated.

ここで、図10(b)に示されるΔRは、飛程の誤差であり、CTV境界の水等価深さRと、想定される飛程の不確実性δRから、ΔR=R×δRとして算出できる。   Here, ΔR shown in FIG. 10B is a range error, and is calculated as ΔR = R × δR from the water equivalent depth R of the CTV boundary and the estimated range uncertainty δR. it can.

飛程の不確実性のリスク指標Pj Rの導出における第2のステップとして、‘飛程の不確実性に対しリスクのある該当照射野に固有の重要臓器(ROAR)’を生成する。ここでは、図10(c)に示すように、ROARはOARそのものである。そのため、ROAR全体にリスク係数F=1.0を適用する。As a second step in deriving the risk index P j R of the range uncertainty, a “significant organ (ROAR) unique to the corresponding radiation field at risk for the range uncertainty” is generated. Here, as shown in FIG. 10C, ROAR is OAR itself. Therefore, the risk factor F = 1.0 is applied to the entire ROAR.

第3のステップとして、図10(d)に示すように、リスク指標Pj Rの算出において、スキャンするペンシルビームの横方向幅を考慮して半影部(penumbra)をROARに追加する。
半影部のリスク係数Fは、ROARの境界からの距離lの関数として次の式(19)によって決定する。
As a third step, as shown in FIG. 10D, in calculating the risk index P j R, a penumbra is added to the ROAR in consideration of the lateral width of the pencil beam to be scanned.
The penumbra risk factor F is determined by the following equation (19) as a function of the distance l from the ROAR boundary.

Figure 0005521225
Figure 0005521225

式(19)において、σは、ブラッグピークにおけるペンシルビームの横方向幅である。σは、例えば、5mmなどとすることができるが、ペンシルビームの横方向幅に応じて任意に設定し得る。
なお、式(19)において、距離lが負の値である場合は、ROARの内側を意味し、距離lが正の値である場合は、ROARの外側を意味する。
In equation (19), σ is the lateral width of the pencil beam at the Bragg peak. σ can be set to 5 mm, for example, but can be arbitrarily set according to the lateral width of the pencil beam.
In Expression (19), when the distance l is a negative value, it means the inside of the ROAR, and when the distance l is a positive value, it means the outside of the ROAR.

次に、FTV全体にわたって各々のブラッグピークの位置を決定する。
まず、リスク指標Pj Rを算出するため、飛程の誤差ΔRjをブラッグピーク位置毎に水等価深さRjに基づいてΔRj=Rj×δRにて算出する。
また、飛程の誤差ΔRが存在するため、j番目のペンシルビームについて、OARに照射される正規化された線量としてリスク指標Pj Rを式(20)のように定義する。
Next, the position of each Bragg peak is determined throughout the FTV.
First, in order to calculate the risk index P j R , the range error ΔR j is calculated as ΔR j = R j × δR based on the water equivalent depth R j for each Bragg peak position.
Further, since there is a range error ΔR, the risk index P j R is defined as a normalized dose irradiated to the OAR as shown in Expression (20) for the j-th pencil beam.

Figure 0005521225
Figure 0005521225

式(20)において、dj(z)は、z=0から1.0までの飛程を正規化したj番目のペンシルビームの線量の平面積分であり、F(z)は、ROARとその半影部に適用するリスク係数であり、zmaxは、z方向に沿った計算領域の最大の深さである。また、正規化定数2ΔRjは、ゼロでないF(z)がz方向で取り得る長さであり、Dj(z)は、式(21)によって算出される拡大ブラッグピークである。In equation (20), d j (z) is the plane integral of the dose of the j-th pencil beam normalized for the range from z = 0 to 1.0, and F (z) is the ROAR and its This is a risk coefficient applied to the penumbra, and z max is the maximum depth of the calculation region along the z direction. Further, the normalization constant 2ΔR j is a length that F (z) that is not zero can take in the z direction, and D j (z) is an enlarged Bragg peak calculated by Expression (21).

Figure 0005521225
Figure 0005521225

なお、式(21)において、d(z,r)は、飛程rのペンシルビームの平面積分線量であり、dj(z)は、d(z,Rj)に等しい。また、式(21)においては、飛程の誤差は等しく、Rj−ΔRj≦r≦Rj+ΔRjの範囲であると想定している。In equation (21), d (z, r) is a plane integral dose of a pencil beam having a range r, and d j (z) is equal to d (z, R j ). Further, in equation (21), it is assumed that the range errors are equal and are in the range of R j −ΔR j ≦ r ≦ R j + ΔR j .

セットアップの不確実性のリスク指標Pj Sの算出における第2のステップとして、‘セットアップの不確実性に対しリスクのある該当照射野に固有の重要臓器(SOAR)’を生成する。
セットアップの誤差ΔSが存在するため、リスク指標Pj Rの定義と同様に、j番目のペンシルビームについて、OARに照射される正規化された線量としてリスク指標Pj Sを定義する。
As a second step in the calculation of the risk parameter P j S for the uncertainty of setup, a “significant organ (SOAR) unique to the corresponding irradiation field at risk for the uncertainty of setup” is generated.
Since there is a setup error ΔS, the risk index P j S is defined as the normalized dose irradiated to the OAR for the j-th pencil beam, similar to the definition of the risk index P j R.

従って、例えば、図10(c’)に示すように、OARがセットアップの誤差ΔSによって横方向(x方向)に拡大された領域としてSOARを定義する。
さらに、リスク指標Pj Sを算出するにあたって、スキャンするペンシルビームの横方向幅を考慮し、図10(d’)に示すように、半影部をSOARに追加する。
SOARとその半影部にリスク係数F’を適用する手順は、ROARとその半影部における手順と同じでよい。そのため、セットアップの不確実性のリスク指標Pj Sは、式(22)のように算出することができる。
Therefore, for example, as shown in FIG. 10C ′, the SOAR is defined as a region in which the OAR is expanded in the horizontal direction (x direction) by the setup error ΔS.
Further, in calculating the risk index P j S , a penumbra is added to the SOAR as shown in FIG. 10 (d ′) in consideration of the lateral width of the pencil beam to be scanned.
The procedure for applying the risk factor F ′ to the SOAR and its penumbra may be the same as the procedure for ROAR and its penumbra. Therefore, the risk index P j S for the uncertainty of setup can be calculated as in Expression (22).

Figure 0005521225
Figure 0005521225

式(22)において、F’(z)は、セットアップの不確実性のためにSOARとその半影部に適用されるリスク係数であり、VOARは、OARの容積である。また、式(22)の分母は、SOARを、F’(z)がとり得るゼロではないz方向の長さに対応する容積VOARの球であると想定した場合における、当該SOARの平均コード長さを表す規格化定数である。In equation (22), F ′ (z) is the risk factor applied to the SOAR and its penumbra due to setup uncertainty, and V OAR is the volume of the OAR. In addition, the denominator of the expression (22) is the average code of the SOAR assuming that the SOAR is a sphere of the volume V OAR corresponding to the non-zero length in the z direction that F ′ (z) can take. This is a normalization constant representing the length.

以上に説明したように、評価指標値導出ステップS5の他の態様によれば、ペンシルビームの重みの更新を行う逐次近似法による演算ループとリスク指標を用いた式(18)を備えることにより、より良い評価指標値(最小の目的関数f(w)を具現するビームの重み)を導出することができる。その結果として、重ね合わせるペンシルビームの線量勾配を抑制するとともに、非照射部位に与える線量が高くなるスポットを用いないようにした、さらにロバストな計画を計算時間の延長を招くことなく短時間で得ることができる。   As described above, according to another aspect of the evaluation index value deriving step S5, by providing an equation (18) using a calculation loop by a successive approximation method for updating the weight of a pencil beam and a risk index, It is possible to derive a better evaluation index value (the weight of the beam that realizes the minimum objective function f (w)). As a result, it is possible to obtain a more robust plan in a short time without increasing the calculation time, while suppressing the dose gradient of the pencil beam to be superimposed and not using the spot that increases the dose given to the non-irradiated part. be able to.

図11(a)および(b)に、評価指標値導出ステップS5の他の態様を適用した照射計画によって作成した結果の一例を示すとともに、図12(a)および(b)に、ロバストでない従来の照射計画によって作成した結果の一例を示す。   FIGS. 11A and 11B show an example of a result created by an irradiation plan to which another aspect of the evaluation index value derivation step S5 is applied, and FIGS. 12A and 12B show conventional techniques that are not robust. An example of the result created by the irradiation plan is shown.

図11の(a)および(b)では、線量勾配抑制項(第三項)とともに、予め設定される範囲内で誤差が生じた場合に、前記非照射部位に与える線量が高くなるスポットを用いないという項(第四項)を用いている。そのため、二つの照射野が重なり合う部分の線量勾配が抑制され、また、OARの直前の線量分布が低線量に抑制されている。その結果、飛程の誤差やセットアップの誤差が生じても影響を受け難く、これらの誤差に強い。   In (a) and (b) of FIG. 11, in addition to the dose gradient suppression term (third term), a spot that increases the dose given to the non-irradiated part when an error occurs within a preset range is used. The term (No. 4) is used. Therefore, the dose gradient in the part where the two irradiation fields overlap is suppressed, and the dose distribution immediately before the OAR is suppressed to a low dose. As a result, even if range errors and setup errors occur, they are not easily affected and are resistant to these errors.

これに対し、図12の(a)および(b)では、線量勾配抑制項(第三項)を用いていないので、二つの照射野が重なり合う部分の線量勾配が大きい。また、第四項を用いていないので、ビームの入射方向から見てOARの直前の線量分布が高線量となっている。そのため、飛程の誤差やセットアップの誤差が生じると影響を受け易く、これらの誤差に弱い。   On the other hand, in FIGS. 12A and 12B, since the dose gradient suppression term (third term) is not used, the dose gradient of the portion where the two irradiation fields overlap is large. In addition, since the fourth term is not used, the dose distribution immediately before the OAR is a high dose as seen from the incident direction of the beam. Therefore, if an error in the range or an error in the setup occurs, it is easily affected, and is vulnerable to these errors.

[照射計画作成装置]
次に、本発明に係る照射計画作成装置について説明する。
本発明に係る照射計画作成装置は、多門照射により強度を変調させつつペンシルビームをスキャンさせてスポット毎に重ね合わせ、放射線の照射を行う照射部位および放射線の照射を行うべきでない非照射部位を含んでなる照射対象に対して予め入力された線量処方となるように線量分布を形成させるための照射計画を作成する。
[Irradiation plan creation device]
Next, an irradiation plan creation apparatus according to the present invention will be described.
The irradiation plan creation device according to the present invention includes an irradiation site where radiation is irradiated and a non-irradiation region where radiation should not be irradiated by scanning a pencil beam while modulating intensity by multi-port irradiation and overlapping each spot. An irradiation plan is generated for forming a dose distribution so as to obtain a dose prescription input in advance for the irradiation target.

本発明に係る照射計画作成装置は、コンピュータを前記したように機能させるため、評価指標値を算出するにあたって、既に説明した第1条件から第3条件または第1条件から第4条件に基づいた逐次近似繰り返し演算を行う。   Since the irradiation plan creation apparatus according to the present invention causes the computer to function as described above, when calculating the evaluation index value, the sequential calculation based on the first condition to the third condition or the first condition to the fourth condition already described. Perform approximate iteration.

本発明の照射計画作成装置1の一実施形態としては、図13に示すように、ペンシルビーム照射位置決定手段2と、ペンシルビーム線量分布作成手段3と、重み入力手段4と、評価指標値導出手段5と、出力手段6と、を含んでなる。   As an embodiment of the irradiation plan creation apparatus 1 of the present invention, as shown in FIG. 13, a pencil beam irradiation position determination means 2, a pencil beam dose distribution creation means 3, a weight input means 4, and an evaluation index value derivation. Means 5 and output means 6 are included.

これらの各手段は、コンピュータにおいて、図示しないハードディスクドライブなどの記憶装置に格納された、後記する本発明に係る照射計画作成プログラムをCPU(Central Processing Unit)が実行し、本発明の照射計画作成方法で説明した各ステップの内容を実現することにより達成される。   Each of these means is executed by a CPU (Central Processing Unit) executing an irradiation plan creation program according to the present invention, which will be described later, stored in a storage device such as a hard disk drive (not shown) in a computer. This is achieved by realizing the contents of each step described in (1).

つまり、照射計画作成装置1の各手段は、前記した照射計画作成方法の各ステップに対応するものである。すなわち、ペンシルビーム照射位置決定手段2とペンシルビーム照射位置決定ステップS2とが対応し、ペンシルビーム線量分布作成手段3とペンシルビーム線量分布作成ステップS3とが対応し、重み入力手段4と重み入力ステップS4とが対応し、評価指標値導出手段5と評価指標値導出ステップS5とが対応し、判定手段51と判定ステップS51とが対応し、重み更新手段52と重み更新ステップS52とが対応し、出力手段6と出力ステップS6とが対応する。従って、各手段の内容についてのここでの詳細な説明は省略する。   That is, each means of the irradiation plan creation apparatus 1 corresponds to each step of the above-described irradiation plan creation method. That is, the pencil beam irradiation position determination means 2 and the pencil beam irradiation position determination step S2 correspond, the pencil beam dose distribution generation means 3 and the pencil beam dose distribution generation step S3 correspond, and the weight input means 4 and the weight input step. S4 corresponds, evaluation index value deriving means 5 and evaluation index value deriving step S5 correspond, determination means 51 and determination step S51 correspond, weight update means 52 and weight update step S52 correspond, The output means 6 corresponds to the output step S6. Therefore, the detailed description here about the contents of each means is omitted.

なお、照射計画作成装置1は、RAMやROM、ハードディスクドライブ(いずれも不図示)などの、通常のコンピュータが有する各種装置を備えており、また、様々な表示を行う表示手段や、照射計画を得るために必要な情報を入力するためのキーボード、マウス、CT画像等を入力するための入力ポートといった情報入力手段(不図示)を備えている。   The irradiation plan creation device 1 includes various devices included in a normal computer, such as a RAM, a ROM, and a hard disk drive (all not shown), and also includes display means for performing various displays, and irradiation plans. Information input means (not shown) such as a keyboard, a mouse, an input port for inputting a CT image, and the like for inputting information necessary for obtaining the information are provided.

[照射計画作成プログラム]
本発明に係る照射計画作成プログラムは、コンピュータを、多門照射により強度を変調させつつペンシルビームをスキャンさせてスポット毎に重ね合わせ、放射線の照射を行う照射部位および放射線の照射を行うべきでない非照射部位を含んでなる照射対象に対して、予め入力された線量処方となるように線量分布を形成させるための照射計画を作成するように機能させる。
[Irradiation plan creation program]
The irradiation plan creation program according to the present invention is a non-irradiation in which a computer is scanned with a pencil beam while modulating the intensity by multi-port irradiation, is overlapped for each spot, and is irradiated with radiation and should not be irradiated with radiation. The irradiation target including the region is caused to function so as to create an irradiation plan for forming a dose distribution so that a dose prescription inputted in advance is obtained.

本発明に係る照射計画作成プログラムは、コンピュータを前記したように機能させるため、評価指標値を算出するにあたって、既に説明した第1条件から第3条件または第1条件から第4条件に基づいた逐次近似繰り返し演算を行う。   In order to cause the computer to function as described above, the irradiation plan creation program according to the present invention sequentially calculates the evaluation index value based on the first condition to the third condition or the first condition to the fourth condition already described. Perform approximate iteration.

本発明の照射計画作成プログラムの一実施形態としては、コンピュータに、ペンシルビーム照射位置決定ステップ、ペンシルビーム線量分布作成ステップ、重み入力ステップ、評価指標値導出ステップ、判定ステップ、重み更新ステップ、出力ステップを実行させる。   As an embodiment of the irradiation plan creation program of the present invention, a computer is provided with a pencil beam irradiation position determination step, a pencil beam dose distribution creation step, a weight input step, an evaluation index value derivation step, a determination step, a weight update step, and an output step. Is executed.

これらのステップは順に、本発明に係る照射計画作成方法で説明したペンシルビーム照射位置決定ステップS2、ペンシルビーム線量分布作成ステップS3、重み入力ステップS4、評価指標値導出ステップS5、判定ステップS51、重み更新ステップS52、出力ステップS6に相当するものである。従って、ここでの詳細な説明は省略する。   These steps are sequentially performed in the pencil beam irradiation position determination step S2, the pencil beam dose distribution generation step S3, the weight input step S4, the evaluation index value derivation step S5, the determination step S51, and the weight described in the irradiation plan generation method according to the present invention. This corresponds to the update step S52 and the output step S6. Therefore, the detailed description here is omitted.

本発明に係る照射計画作成プログラムは、CD−ROM、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体(不図示)に記録し、記録媒体駆動装置(不図示)によって、当該記録媒体から照射計画作成プログラムを読み出して図示しない記憶手段にインストールして実行するようにしてもよい。   An irradiation plan creation program according to the present invention is recorded on a computer-readable recording medium (not shown) such as a CD-ROM or a flexible disk, and the irradiation plan creation program is recorded from the recording medium by a recording medium driving device (not shown). May be read out, installed in a storage means (not shown), and executed.

また、照射計画作成装置として機能するコンピュータ(クライアント)が通信ネットワークなどの通信手段を備えている場合、本発明に係る照射計画作成プログラムが通信ネットワークを介して接続された他のコンピュータ(サーバ)に記憶され、当該コンピュータから通信ネットワークを介して照射計画作成プログラムをダウンロードして実行したり、サーバに記憶された本発明に係る照射計画作成プログラムを実行させたりして比較的ロバストな計画を得るようにしてもよい。また、この場合、数値解析した結果をサーバに備えられた記憶手段(不図示)に記憶することとしてもよい。   In addition, when a computer (client) that functions as an irradiation plan creation apparatus includes communication means such as a communication network, the irradiation plan creation program according to the present invention is connected to another computer (server) connected via the communication network. Downloading and executing an irradiation plan creation program stored in the computer via a communication network or executing an irradiation plan creation program according to the present invention stored in a server so as to obtain a relatively robust plan It may be. In this case, the result of numerical analysis may be stored in storage means (not shown) provided in the server.

本発明に係る照射計画作成方法、照射計画作成装置、および照射計画作成プログラムの有用性を示すべく、次のような検討を行った。   In order to show the usefulness of the irradiation plan creation method, the irradiation plan creation device, and the irradiation plan creation program according to the present invention, the following examination was performed.

[第一実施例]
第一実施例では、IMRTのベンチマーク試験で用いられるRTOG(Radiation Therapy Oncology Group)ベンチマークファントム(図14参照)に対し、135°、225°コプラナーIMIT照射を従来法による照射計画(すなわち、ロバストでない照射計画)(比較例1)と、ペンシルビーム照射位置決定ステップS2と、ペンシルビームの線量分布の作成とともに、ペンシルビームの進行方向および当該進行方向に対して垂直な方向(つまり、ペンシルビームの進行方向に対して垂直な面上の一の方向と、当該一の方向に対して垂直な方向)の線量分布に関する偏微分フィルターを作成するペンシルビーム線量分布作成ステップS3と、重み入力ステップS4と、評価指標値導出ステップS5と、出力ステップS6とを含む、本発明の照射計画作成方法を適用した照射計画(実施例1)とを比較した。
なお、計画を立案する前提として、馬蹄形のPTVの周りに、x,y,zの全ての方向にセットアップの誤差マージンを4mm設けた(図15参照)。
[First embodiment]
In the first embodiment, for an RTOG (Radiation Therapy Oncology Group) benchmark phantom (see FIG. 14) used in an IMRT benchmark test, a 135 °, 225 ° coplanar IMIT irradiation is applied by a conventional method (ie, non-robust irradiation). (Plan) (Comparative Example 1), pencil beam irradiation position determination step S2, creation of the dose distribution of the pencil beam, and the direction of travel of the pencil beam and the direction perpendicular to the travel direction (that is, the travel direction of the pencil beam) Pencil beam dose distribution creation step S3 for creating a partial differential filter for a dose distribution in one direction on a plane perpendicular to the one direction and a direction perpendicular to the one direction), weight input step S4, and evaluation Irradiation plan of the present invention including index value deriving step S5 and output step S6 Comparing the irradiation plan according to the forming method (Example 1).
As a premise for planning, a setup error margin of 4 mm was provided around the horseshoe-shaped PTV in all the x, y, and z directions (see FIG. 15).

図16に、第1条件と第2条件のみを用いる従来の照射計画作成方法(比較例1)で計画した結果を示す。
図16Aは、従来の照射計画による合成臨床線量分布を示す図であり、図16Bは、図16Aに対応するPTVおよびOARの線量容積ヒストグラム(Dose Volume Histogram(DVH))を表す。
また、図16C、図16Dは、225°、135°方向からそれぞれ与えられる線量分布を等線量線で表示した図である。図16C、図16Dに示すように、90%、80%および70%ラインが非常に近接しており、二つの照射野が重なり合う部分に大きな線量勾配が現れている。そのため、飛程の誤差やセットアップの誤差に強くないことがわかる。
In FIG. 16, the result planned by the conventional irradiation plan preparation method (comparative example 1) using only the 1st condition and the 2nd condition is shown.
FIG. 16A is a diagram showing a composite clinical dose distribution according to a conventional irradiation plan, and FIG. 16B shows a dose volume histogram (DVH) of PTV and OAR corresponding to FIG. 16A.
16C and 16D are diagrams showing dose distributions given from 225 ° and 135 ° directions by isodose lines, respectively. As shown in FIGS. 16C and 16D, the 90%, 80%, and 70% lines are very close to each other, and a large dose gradient appears at the portion where the two irradiation fields overlap. Therefore, it can be seen that it is not resistant to range errors or setup errors.

一方、式(1)によって第1条件と第2条件に加えて、さらに第3条件を用いた本発明の照射計画作成方法(実施例1)で計画した結果を図17に示す。
図17Aは、本発明の照射計画作成方法(ロバストな照射計画作成方法(実施例1))で計画した合成臨床線量分布を示す図であり、図17Bは、図17Aに対応するPTVおよびOARのDHVである。図17Bに示すように、本発明の照射計画作成方法で計画すると、線量分布の悪化、すなわち、PTVでの線量不均一やOARへの線量付与増大が無いことがわかる。
図17C、図17Dには、225°、135°方向から与えられる線量分布を示す。図17C、図17Dに示すとおり、本発明の照射計画作成方法で計画すると、二つの照射野が重なり合う部分でも線量勾配が抑制されており、飛程の誤差やセットアップの誤差に強いことがわかる。
On the other hand, FIG. 17 shows the result planned by the irradiation plan creation method (Example 1) of the present invention using the third condition in addition to the first condition and the second condition according to the expression (1).
FIG. 17A is a diagram showing a combined clinical dose distribution planned by the irradiation plan creation method (robust irradiation plan creation method (Example 1)) of the present invention, and FIG. 17B shows the PTV and OAR corresponding to FIG. 17A. DHV. As shown in FIG. 17B, it can be seen that when the irradiation plan creation method of the present invention is used for planning, there is no deterioration in dose distribution, that is, there is no dose non-uniformity at PTV and no increase in dose application to OAR.
17C and 17D show dose distributions given from 225 ° and 135 ° directions. As shown in FIGS. 17C and 17D, when the irradiation plan creation method of the present invention is used for planning, the dose gradient is suppressed even in the portion where the two irradiation fields overlap, and it can be seen that it is resistant to range errors and setup errors.

3.0GBのRAMを装着したDell Precision 690 workstationを用いて照射計画の作成を試みたところ、第1条件から第3条件を用いる実施例1は2分30秒を要した。これに対し、第1条件と第2条件のみを用いる比較例1では同じスペックのコンピュータで2分を要した。このように、本発明の照射計画作成方法によれば、現在一般的に行われている従来法による照射計画(ロバストでない照射計画)に比して、大幅な計算時間の延長を招くことなく、比較的ロバストな計画を得ることができた。
また、既に述べているとおり、非特許文献1に記載されたアプローチによってロバストな計画を得るためには数日(例えば2〜3日)を要するところ、本発明の照射計画作成方法によれば、僅か2〜3分で比較的ロバストな計画を作成(決定)することができた。
When an attempt was made to create an irradiation plan using a Dell Precision 690 workstation equipped with 3.0 GB of RAM, Example 1 using the first condition to the third condition required 2 minutes and 30 seconds. On the other hand, in Comparative Example 1 using only the first condition and the second condition, it took 2 minutes with a computer having the same specifications. Thus, according to the irradiation plan creation method of the present invention, compared with the irradiation plan by the conventional method that is currently generally performed (irradiation plan that is not robust), without significantly extending the calculation time, We were able to get a relatively robust plan.
Moreover, as already stated, in order to obtain a robust plan by the approach described in Non-Patent Document 1, it takes several days (for example, 2-3 days), according to the irradiation plan creation method of the present invention, A relatively robust plan could be created (determined) in just a few minutes.

[第二実施例]
第二実施例では、極大照射野におけるパッチ照射の例として、照射対象である子宮がんに対し、垂直2門の前照射(すなわち、照射対象である子宮がんに対して正面および側面からの前照射)を行う場合の照射計画を行った。
[Second Example]
In the second embodiment, as an example of patch irradiation in the maximum irradiation field, for the uterine cancer to be irradiated, two vertical pre-irradiations (that is, from the front and the side with respect to the uterine cancer to be irradiated) Irradiation plan for pre-irradiation) was performed.

図18A、図18Bには、第1条件と第2条件のみを用いる(線量勾配抑制項(第3条件)を用いない)従来の照射計画作成方法によって作成したパッチ照射の照射計画(比較例2)における合成線量分布を示す。また、合成線量分布の基となった各ペンシルビーム(Beam1,Beam2)の線量分布を図18C、図18Dに示す。両分布ともに等線量線が密になっており、急峻な線量勾配が生じていた。   18A and 18B, only the first condition and the second condition (not using the dose gradient suppression term (third condition)) are used. The irradiation plan for patch irradiation created by the conventional irradiation plan creation method (Comparative Example 2) ) Shows the combined dose distribution. In addition, FIGS. 18C and 18D show the dose distribution of each pencil beam (Beam1, Beam2) that is the basis of the combined dose distribution. Both distributions had dense isodose lines and a steep dose gradient.

次に、セットアップの誤差により、Beam1とBeam2間の距離が4mm縮まった場合に生じる線量分布を図18E、図18Fに示す。このように各照射方向からのビームの間隔が縮まった場合には、2ヶ所に顕著なオーバードーズが認められ、その領域に115%以上の高線量が付与されていた。この領域は、図18C、図18Dにおいて急峻な線量勾配が現れた位置に対応する。   Next, FIGS. 18E and 18F show dose distributions generated when the distance between Beam1 and Beam2 is reduced by 4 mm due to setup errors. Thus, when the interval between the beams from each irradiation direction was reduced, remarkable overdose was observed at two locations, and a high dose of 115% or more was given to the region. This region corresponds to a position where a steep dose gradient appears in FIGS. 18C and 18D.

また、セットアップの誤差により、Beam1とBeam2間の距離が4mm離れた場合に生じる線量分布を図18G、図18Hに示す。このように各照射方向からのビームの間隔が離れた場合には、同じ領域で90%以上のアンダードーズが生じていた。
なお、各線量分布に対応するDVHを図18Iに示した。
Further, FIGS. 18G and 18H show dose distributions generated when the distance between Beam1 and Beam2 is 4 mm apart due to setup errors. As described above, when the distance between the beams from the respective irradiation directions is increased, an underdose of 90% or more occurs in the same region.
The DVH corresponding to each dose distribution is shown in FIG. 18I.

これに対し、ペンシルビーム照射位置決定ステップS2と、ペンシルビームの線量分布の作成とともに、ペンシルビームの進行方向および当該進行方向に対して垂直な方向の線量分布に関する偏微分フィルターを作成するペンシルビーム線量分布作成ステップS3と、重み入力ステップS4と、式(1)を用いた評価指標値導出ステップS5と、出力ステップS6とを含む(つまり、第1条件から第3条件を含む)本発明の照射計画作成方法を適用したパッチ照射の照射計画(実施例2)における合成線量分布を図19A、図19Bに示す。また、合成線量分布の基となった各照射方向からのビーム(Beam1,Beam2)の線量分布を図19C、図19Dに示す。両分布ともに等線量線がほぼ均等に離れ、緩やかな線量勾配が生じていた。   On the other hand, the pencil beam irradiation position determination step S2 and the creation of the pencil beam dose distribution, as well as the pencil beam dose for creating the partial differential filter for the direction of travel of the pencil beam and the dose distribution in the direction perpendicular to the direction of travel. Irradiation of the present invention includes a distribution creation step S3, a weight input step S4, an evaluation index value deriving step S5 using the equation (1), and an output step S6 (that is, including the first condition to the third condition). FIG. 19A and FIG. 19B show the combined dose distribution in the patch irradiation plan (Example 2) to which the plan creation method is applied. In addition, FIGS. 19C and 19D show the dose distributions of the beams (Beam1, Beam2) from the respective irradiation directions that are the basis of the combined dose distribution. In both distributions, the isodose lines were almost evenly spaced and a gradual dose gradient occurred.

次に、セットアップの誤差により、Beam1とBeam2間の距離が4mm縮まった場合に生じる線量分布を図19E、図19Fに示す。このように各照射方向からのビームの間隔が縮まった場合には、105%程度のオーバードーズが認められるが、従来法に比べ、オーバードーズが小さかった。   Next, FIGS. 19E and 19F show dose distributions generated when the distance between Beam1 and Beam2 is reduced by 4 mm due to an error in setup. Thus, when the beam interval from each irradiation direction is reduced, an overdose of about 105% is recognized, but the overdose is smaller than that of the conventional method.

また、セットアップの誤差により、Beam1とBeam2間の距離が4mm離れた場合に生じる線量分布を図19G、図19Hに示す。このように各照射方向からのビームの間隔が離れた場合には、同じ領域で95%程度のアンダードーズが生じていたが、従来法に比較してアンダードーズの程度は小さかった。
なお、各線量分布に対応するDVHを図19Iに示した。
In addition, FIGS. 19G and 19H show dose distributions generated when the distance between Beam1 and Beam2 is 4 mm away due to setup errors. As described above, when the distance between the beams from each irradiation direction is increased, an under dose of about 95% occurs in the same region, but the degree of the under dose is smaller than that in the conventional method.
The DVH corresponding to each dose distribution is shown in FIG. 19I.

3.0GBのRAMを装着したDell Precision 690 workstationを用いて照射計画の作成を試みたところ、第1条件から第3条件を用いる実施例2は2分30秒を要した。これに対し、比較例2では同じスペックのコンピュータで2分を要した。このように、本発明の照射計画作成方法によれば、現在一般的に行われている従来法による照射計画(ロバストでない照射計画)に比して、計算時間の延長を招くことなく、比較的ロバストな計画を得ることができた。
また、既に述べているとおり、非特許文献1に記載されたアプローチによってロバストな計画を得るためには数日(例えば2〜3日)を要するところ、本発明の照射計画作成方法によれば、僅か2〜3分で比較的ロバストな計画を作成(決定)することができた。
When an attempt was made to create an irradiation plan using a Dell Precision 690 workstation equipped with 3.0 GB of RAM, Example 2 using the first to third conditions required 2 minutes and 30 seconds. On the other hand, in Comparative Example 2, it took 2 minutes with a computer having the same specifications. As described above, according to the irradiation plan creation method of the present invention, it is relatively possible to extend the calculation time as compared with the irradiation plan (non-robust irradiation plan) according to the conventional method that is currently generally performed. I was able to get a robust plan.
Moreover, as already stated, in order to obtain a robust plan by the approach described in Non-Patent Document 1, it takes several days (for example, 2-3 days), according to the irradiation plan creation method of the present invention, A relatively robust plan could be created (determined) in just a few minutes.

[第三実施例]
第三実施例では、図20に示すRTOGベンチマークファントム様形状を対象にして、さらに、予め設定される範囲内で誤差が生じた場合に、非照射部位に与える線量が高くなるスポットを用いないという項(第四項)を用いたロバストな最適化方法の有効性について検討した。
[Third embodiment]
In the third embodiment, for the RTOG benchmark phantom-like shape shown in FIG. 20, when an error occurs within a preset range, a spot that increases the dose given to the non-irradiated part is not used. We examined the effectiveness of the robust optimization method using the term (fourth term).

図20に示すRTOGベンチマークファントム様形状は、患者に見立てた直径232mm、高さ80mmの円柱体の中心に、直径30mm、高さ40mmの円柱状のOARが設けられている。かかるOARは、内径36mm、外径80mm、高さ40mmの馬蹄形のCTVによって囲まれている。   The RTOG benchmark phantom-like shape shown in FIG. 20 is provided with a cylindrical OAR having a diameter of 30 mm and a height of 40 mm at the center of a cylindrical body having a diameter of 232 mm and a height of 80 mm that is regarded as a patient. The OAR is surrounded by a horseshoe CTV having an inner diameter of 36 mm, an outer diameter of 80 mm, and a height of 40 mm.

かかるRTOGベンチマークファントム様形状は、均一で水に等価であるものと想定した。なお、ボクセルの大きさはΔx=Δy=Δz=2.0mmである。
そして、図20中の破線で示すように315°、0°、45°で照射される3つのビームを検討した。すなわち、各照射野は、これらの角度から入射されるビームによって形成される。
This RTOG benchmark phantom-like shape was assumed to be uniform and equivalent to water. The size of the voxel is Δx = Δy = Δz = 2.0 mm.
Then, as shown by broken lines in FIG. 20, three beams irradiated at 315 °, 0 °, and 45 ° were examined. That is, each irradiation field is formed by a beam incident from these angles.

Inaniwa T, Furukawa T, Sato S, Tomitani T, Kobayashi M, Minohara S, Noda K and Kanai T, “Development of treatment planning for scanning irradiation at HIMAC”, Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. B, 266 (2008), p.2194-2198に記載のペンシルビームのアルゴリズムを線量の計算に使用した。第三実施例では、146MeVの陽子ビームを用いるIMPTを想定した。146MeVの陽子ビームのブラッグピークの最大深さは水中で150mmである。   Inaniwa T, Furukawa T, Sato S, Tomitani T, Kobayashi M, Minohara S, Noda K and Kanai T, “Development of treatment planning for scanning irradiation at HIMAC”, Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. B, 266 ( 2008), p.2194-2198, the pencil beam algorithm was used for dose calculation. In the third embodiment, an IMPT using a 146 MeV proton beam was assumed. The maximum depth of the Bragg peak of a 146 MeV proton beam is 150 mm in water.

第三実施例では、アイソセンターから600mm上流に設置したレンジシフターを使ってビームの飛程をシフトさせた。また、第三実施例におけるペンシルビームの幅は、レンジシフターがない状態で患者に見立てた円柱体の入射位置におけるσを4.0mmと想定し、レンジシフターの挿入によるビームの広がりを線量の計算時に考慮した。そして、各照射野について、ビーム進行方向(z方向)とビーム進行方向に対して垂直な面上の横方向(x方向およびy方向)に3mmの間隔で規則正しく並べられた方形グリッド上にブラッグピークを配置するようにした。   In the third embodiment, the range of the beam was shifted using a range shifter installed 600 mm upstream from the isocenter. Further, the width of the pencil beam in the third embodiment is assumed to be 4.0 mm at the incident position of the cylindrical body that is assumed to be a patient in the absence of the range shifter, and the spread of the beam due to the insertion of the range shifter is calculated as a dose. Sometimes considered. For each irradiation field, a Bragg peak is formed on a square grid regularly arranged at intervals of 3 mm in the beam traveling direction (z direction) and the lateral direction (x direction and y direction) on the plane perpendicular to the beam traveling direction. Was arranged.

前記した条件のもと、7つの異なる照射計画(計画No.1〜7)を作成し、最適化のパラメータDT max、DT min、DO max、QT o、QT uおよびQO oをそれぞれ、3.0Gy、3.0Gy、1.0Gy、1.0、2.0および2.0に固定した。
計画No.1〜7におけるその他の最適化のパラメータの概略を表1に示す。今回の検討では、ペナルティー係数であるQx、Qy、Qz、Qpb RおよびQpb Sを暫定的に、表1に示す値に設定した。
Under the above-mentioned conditions, seven different irradiation plans (plan Nos. 1 to 7) are prepared, and optimization parameters D T max , D T min , D O max , Q T o , Q T u and Q O are used. o was fixed at 3.0 Gy, 3.0 Gy, 1.0 Gy, 1.0, 2.0 and 2.0, respectively.
Plan No. Table 1 shows an outline of other optimization parameters in 1-7. In this study, the penalty coefficients Q x , Q y , Q z , Q pb R and Q pb S were provisionally set to the values shown in Table 1.

Figure 0005521225
Figure 0005521225

表1に示されるQx、Qy、Qz、Qpb RおよびQpb Sは、前記式(1)および前記式(18)で説明した事項に関するパラメータである。δRは、飛程の不確実性として設定されるパラメータであり、ΔSxは、x方向のセットアップの不確実性として設定されるパラメータであり、ΔSyは、y方向のセットアップの不確実性として設定されるパラメータである。また、Tは、各計画の作成に要した計算時間であり、Npbは、各計画の作成に使用したスポットの総数である。Q x , Q y , Q z , Q pb R, and Q pb S shown in Table 1 are parameters related to the matters described in the formula (1) and the formula (18). δR is a parameter set as the range uncertainty, ΔS x is a parameter set as the x direction setup uncertainty, and ΔS y is the y direction setup uncertainty. The parameter to be set. T is the calculation time required for creating each plan, and N pb is the total number of spots used for creating each plan.

第三実施例の結果および検討は、次のとおりである。
〔1〕飛程の不確実性について
前記したように、強度変調型の重粒子線治療の主な目的は、(i)CTV(Clinical Target Volume;臨床標的容積)内に線量の範囲を維持し、(ii)OARへの望ましくない(意図しない)照射を防止することである。
The results and examination of the third example are as follows.
[1] Range Uncertainty As mentioned above, the main purpose of intensity-modulated heavy ion radiotherapy is to maintain a dose range within (i) CTV (Clinical Target Volume). (Ii) to prevent unwanted (unintentional) irradiation of the OAR.

前記第四項を用いたロバストな照射計画作成方法における飛程の不確実性に対する感応度(つまり、影響の受け易さ)を検討するため、表1中の計画No.1〜3を比較した。
計画No.1は、不確実性を全く考慮しない従来の照射計画である。
計画No.2は、(ii)のみを考慮して飛程の不確実性に対処する照射計画である。
そして、計画No.3は、(i)および(ii)を考慮して飛程の不確実性に対処する照射計画である。
In order to examine the sensitivity to the range uncertainty in the robust irradiation plan creation method using the fourth term (that is, the sensitivity to influence), the plan No. 1-3 were compared.
Plan No. 1 is a conventional irradiation plan that does not take uncertainty into consideration at all.
Plan No. 2 is an irradiation plan for dealing with uncertainty in the range considering only (ii).
And plan no. 3 is an irradiation plan that deals with range uncertainty considering (i) and (ii).

図21(a)〜(c)は、計画No.1で作成(決定)された線量分布を示している。
図21(a)および(b)は、0°および45°の各ビームの線量寄与を示す。なお、315°のビームからの線量寄与は、ファントムが対称であるため、45°のビームの線量の鏡像となるが、図21では図示を省略している。
図21(c)は、計画No.1で計画された3つすべての照射野からの線量寄与を重ね合わせた合成線量分布を示している。
21 (a) to 21 (c) are plan Nos. 1 shows the dose distribution created (determined).
Figures 21 (a) and (b) show the dose contribution of each beam at 0 ° and 45 °. The dose contribution from the 315 ° beam is a mirror image of the 45 ° beam dose because the phantom is symmetrical, but is not shown in FIG.
FIG. 21 (c) shows plan no. 1 shows the combined dose distribution with the dose contributions from all three fields planned in 1 superimposed.

図21(c)に示されているように、計画No.1は、飛程の誤差が全く生じない場合、CTVに対する極めて均一な線量分布とOARの良好な保全が実現できている。
これは、最適化において、OARの直前に配置されたブラッグピークに高い重みを付与し、個々のビームによって、著しく不均一な線量分布が与えられている。つまり、計画No.1では、OARの直前に高線量が付与され、OARとCTVの間に急峻な線量勾配を形成し、これによってOARを良好に保全している。
As shown in FIG. In No. 1, when no range error occurs, a very uniform dose distribution with respect to CTV and good maintenance of OAR can be realized.
This gives a high weight to the Bragg peak located just before the OAR in the optimization, giving a significantly non-uniform dose distribution by the individual beams. That is, the plan No. In 1, the high dose is given immediately before the OAR, and a steep dose gradient is formed between the OAR and the CTV, thereby maintaining the OAR well.

しかしながら、実際には飛程の不確実性(誤差)が存在するため、計画No.1で期待される特徴は低下する可能性がある。
そこで、飛程の不確実性を分析するため、計画No.1を幾何学的な摂動とともに再計算した。なお、摂動とは、主要な運動にわずかな撹乱を加えること、およびそのための付加項をいう。
However, since there is actually range uncertainty (error), plan no. The features expected at 1 may be reduced.
Therefore, in order to analyze the uncertainty of the range, plan no. 1 was recalculated with geometric perturbations. The perturbation refers to adding a slight disturbance to the main movement and an additional term for that purpose.

再計算は、計画通りの密度を含めてファントムの実効密度を−5%から+5%に、1%ずつ飛程を意図的にずらして行った。これら11の再計算された線量分布に相当する線量容積ヒストグラム(DVH)を図22(a)に示す。   The recalculation was performed by deliberately shifting the range by 1% from -5% to + 5%, including the planned density. A dose volume histogram (DVH) corresponding to these 11 recalculated dose distributions is shown in FIG.

飛程の不確実性に対する従来のIMPT計画(計画No.1)の感応度が、図22(a)中に明瞭に観察された。具体的には、CTVに対する著しいアンダードーズとともにOARに対する著しいオーバードーズが観察された。
計画No.1の場合、CTV中の95%線量(D95)は、54.8%(1.64Gy)であり、OARに照射された最大線量は、最も不良な場合には103.2%(3.10Gy)に達した。
The sensitivity of the conventional IMPT plan (plan No. 1) to range uncertainty was clearly observed in FIG. 22 (a). Specifically, significant overdose for OAR was observed along with significant underdose for CTV.
Plan No. In the case of 1, the 95% dose (D95) in the CTV is 54.8% (1.64 Gy) and the maximum dose delivered to the OAR is 103.2% (3.10 Gy) in the worst case. ).

次いで、図21(d)〜(f)は、計画No.2で作成(決定)された線量分布を示している。
図21(d)および3(e)は、0°および45°の各ビームからの線量寄与を示す。なお、計画No.1の場合と同様、315°のビームからの線量寄与については図示を省略している。
図21(f)は、計画No.2で計画された3つすべての照射野からの線量寄与を重ね合わせた合成線量分布を示している。
Next, FIGS. 21D to 21F show the plan Nos. 2 shows the dose distribution created (determined).
Figures 21 (d) and 3 (e) show the dose contribution from each of the 0 ° and 45 ° beams. In addition, plan No. As in the case of 1, the dose contribution from the 315 ° beam is not shown.
FIG. 21 (f) shows plan no. 2 shows the combined dose distribution overlaid with the dose contributions from all three fields planned in 2.

計画No.2では、飛程の不確実性に対して高いリスク指標Pj Rを有するペンシルビームにペナルティーを科した。そのため、OARの直前に配置されるブラッグピークを有するペンシルビームは、線量最適化においては好適に回避されている。Plan No. 2 penalized a pencil beam with a high risk index P j R for range uncertainty. For this reason, a pencil beam having a Bragg peak arranged immediately before OAR is preferably avoided in dose optimization.

この計画No.2では、OARを保全するため、OARの直前で止まるように配置されるペンシルビームの末端部の線量減衰の代わりに、OARの横に配置されるペンシルビームの側面の線量減衰を使用している。また、計画No.2では、FTVを生成することによって、高い線量の領域をz方向にわずかに拡大し、飛程の不確実性に起因するCTVの周辺領域におけるアンダードーズを補っている。   This plan No. 2, in order to preserve the OAR, the dose attenuation of the side of the pencil beam arranged next to the OAR is used instead of the dose attenuation of the end of the pencil beam arranged to stop immediately before the OAR. . In addition, the plan No. In No. 2, by generating FTV, the high dose region is slightly expanded in the z direction to compensate for the underdose in the peripheral region of the CTV due to range uncertainty.

計画No.2におけるこれらの特徴は、飛程を拡大した場合のOARのオーバードーズと、飛程を縮小した場合のCTVのアンダードーズの両方を回避し得る。しかしながら、各ビームの線量分布は、z方向には不均一のままである。
そのため、計画No.2についても、11の異なる実効密度となるよう、計画No.1と同様の摂動で線量分布を再計算した。図22(b)にこれらの線量分布に関するDVHを示す。
Plan No. These features in 2 can avoid both OAR overdose when the range is expanded and CTV underdose when the range is reduced. However, the dose distribution of each beam remains non-uniform in the z direction.
Therefore, plan no. For plan 2, the plan no. The dose distribution was recalculated with the same perturbation as in 1. FIG. 22 (b) shows DVH related to these dose distributions.

図22(b)に示すように、飛程の不確実性に対する照射計画の感応度は、計画No.2ではかなり低減されているが、各ビームの不均一な線量分布のため、CTVのDVHは、計画No.2の計画通りに線量分布が形成される場合と比べるとやや劣化した。
計画No.2の場合、CTVのD95は、90.5%(2.72Gy)であり、OARに照射された最大線量は、最も不良な場合で74.3%(2.23Gy)であった。
As shown in FIG. 22 (b), the sensitivity of the irradiation plan to the range uncertainty is the plan no. 2 is considerably reduced, but due to the non-uniform dose distribution of each beam, the CTV DVH is no longer known as plan no. Compared with the case where the dose distribution was formed as planned in 2, it was slightly deteriorated.
Plan No. In the case of 2, the CTV D95 was 90.5% (2.72 Gy) and the maximum dose delivered to the OAR was 74.3% (2.23 Gy) in the worst case.

次いで、図21(g)〜(i)は、計画No.3で作成(決定)された線量分布を示している。
図21(g)および(h)は0°および45°の各ビームからの線量寄与を示す。なお、計画No.1の場合と同様、315°のビームからの線量寄与については図示を省略している。
図21(i)は、計画No.3で計画された3つすべての照射野からの線量寄与を重ね合わせた合成線量分布を示している。
Next, FIG. 3 shows the dose distribution created (determined).
Figures 21 (g) and (h) show the dose contribution from each of the 0 ° and 45 ° beams. In addition, plan No. As in the case of 1, the dose contribution from the 315 ° beam is not shown.
FIG. 21 (i) shows plan no. 3 shows the combined dose distribution with the dose contributions from all three fields planned in 3.

計画No.3の照射計画は、図21に示すように、定性的には計画No.2と同様である。つまり、両計画とも、OARを保全するため、OARの直前で止まるように配置されるペンシルビームの末端部の線量減衰の代わりに、OARの横に配置されるペンシルビームの側面の線量減衰を使用している。
なお、計画No.3では、線量勾配抑制項が効いているため、高線量領域は各ビームのz方向にやや拡大され、z方向に広く均一な線量分布が形成されている。
Plan No. The irradiation plan of No. 3 is qualitatively shown in FIG. Same as 2. In other words, both plans use dose attenuation on the side of the pencil beam placed next to the OAR instead of the dose attenuation at the end of the pencil beam placed to stop just before the OAR to preserve the OAR. doing.
In addition, plan No. In No. 3, since the dose gradient suppression term is effective, the high dose region is slightly enlarged in the z direction of each beam, and a wide and uniform dose distribution is formed in the z direction.

計画No.3についても、11の異なる実効密度となるよう、計画No.1,2と同様の摂動で線量分布を再計算した。図22(c)にこれらの線量分布に関するDVHを示す。   Plan No. For plan 3, plan no. The dose distribution was recalculated with the same perturbation as 1 and 2. FIG. 22 (c) shows DVH relating to these dose distributions.

図22(c)に示すように、飛程の不確実性に対する照射計画の感応度は、計画No.3でかなり低減された。
また、計画No.2とは対照的に、飛程の不確実性が存在してもCTV内に均一な線量分布が形成されていた。
計画No.3の場合、CTV内のD95は、93.8%(2.81Gy)であり、OARに照射された最大線量は最も不良な場合で67.2%(2.02Gy)であった。
As shown in FIG. 22 (c), the sensitivity of the irradiation plan to the uncertainty of the range is the plan no. 3 significantly reduced.
In addition, the plan No. In contrast to 2, a uniform dose distribution was formed in the CTV even in the presence of range uncertainty.
Plan No. In case 3, the D95 in the CTV was 93.8% (2.81 Gy), and the maximum dose irradiated to the OAR was 67.2% (2.02 Gy) in the worst case.

〔2〕セットアップの不確実性について
前記第四項を用いたロバストな照射計画作成方法におけるセットアップの不確実性に対する感応度を検討するため、表1中の計画No.1、4、5を比較した。
計画No.1は、前記したように不確実性を全く考慮しない従来の照射計画である。
計画No.4は、前記した(ii)のみを考慮してセットアップの不確実性に対処する照射計画である。
計画No.5は、前記した(i)および(ii)を考慮してセットアップの不確実性に対処する照射計画である。
[2] About Uncertainty of Setup In order to examine the sensitivity to the uncertainty of setup in the robust irradiation plan creation method using the fourth term, the plan no. 1, 4, 5 were compared.
Plan No. 1 is a conventional irradiation plan that does not take uncertainty into consideration as described above.
Plan No. 4 is an irradiation plan for dealing with the uncertainties of the setup in consideration of only the above (ii).
Plan No. Reference numeral 5 denotes an irradiation plan that deals with the uncertainties of the setup in consideration of the above (i) and (ii).

図23(a)〜(c)は、図21(a)〜(c)と同様に計画No.1で作成(決定)された線量分布を示している。
セットアップの不確実性の分析のため、計画No.1を幾何学的な摂動とともに再計算した。
なお、セットアップの不確実性は、3つの照射野の各々の線量分布に生じ得る。そのため、x方向およびy方向の両方向に±3mm意図的に移動させて計算した。
つまり、計画通りのセットアップ位置をこれに含めると、各照射野について9つの線量分布となる。従って、各照射野について合成線量分布の取り得る組み合わせは93=729通りとなるので、これらについて再計算を行った。図24(a)に729通りの線量分布のDVHを示す。
23 (a) to 23 (c) are similar to the plan No. 5 in the same manner as FIGS. 1 shows the dose distribution created (determined).
For analysis of setup uncertainty, plan no. 1 was recalculated with geometric perturbations.
It should be noted that setup uncertainty can occur in the dose distribution of each of the three fields. Therefore, the calculation was performed by intentionally moving ± 3 mm in both the x and y directions.
That is, if the set-up position as planned is included in this, nine dose distributions are obtained for each irradiation field. Therefore, since there are 9 3 = 729 possible combinations of the combined dose distribution for each irradiation field, these were recalculated. FIG. 24A shows DVH of 729 dose distributions.

ペンシルビームの側面の線量減衰は、末端部の線量減衰ほど急峻ではないため、セットアップの不確実性に対する従来の照射計画の感応度は、飛程の不確実性に対する感応度ほど重大ではない。しかし、セットアップの誤差はまだ、計画No.1における線量分布の劣化につながる可能性がある。   Since the dose attenuation on the side of the pencil beam is not as steep as the end dose attenuation, the sensitivity of the conventional irradiation plan to set-up uncertainty is not as critical as the sensitivity to range uncertainty. However, the setup error is still the plan no. 1 may lead to degradation of the dose distribution.

図24(a)に示されているように、計画No.1の場合、CTV内のD95は、85.2%(2.56Gy)であり、OARに照射された最大線量は、最も不良な場合で69.0%(2.07Gy)に達した。   As shown in FIG. In case 1, the D95 in the CTV was 85.2% (2.56 Gy) and the maximum dose delivered to the OAR reached 69.0% (2.07 Gy) in the worst case.

次いで、図23(d)〜(f)は、計画No.4で作成(決定)された線量分布を示している。
図23(d)および(e)は、0°および45°の各ビームからの線量寄与を示す。なお、従前と同様の理由で、315°のビームからの線量寄与については図示を省略している。
図23(f)は、計画No.4で計画された3つすべての照射野からの線量寄与を重ね合わせた合成線量分布を示している。
Next, FIG. 4 shows the dose distribution created (determined).
Figures 23 (d) and (e) show the dose contribution from each of the 0 ° and 45 ° beams. For the same reason as before, illustration of the dose contribution from the 315 ° beam is omitted.
FIG. 23 (f) shows plan No. Figure 4 shows the combined dose distribution with the dose contributions from all three fields planned in 4.

FTVでセットアップの誤差によるCTVの周辺領域内のアンダードーズに対処するため、高線量領域が横断的に拡大した。   In order to deal with the underdose in the peripheral region of the CTV due to setup error in FTV, the high dose region was expanded transversely.

計画No.4では、セットアップの不確実性に対して高いリスク指数Pj Sを有するペンシルビームにペナルティーを科した。そのため、OARの横に近接して配置されるペンシルビームは、線量最適化によってペナルティーが科せられている。Plan No. 4 penalized a pencil beam with a high risk index P j S for set-up uncertainty. Therefore, a pencil beam placed close to the side of the OAR is penalized by dose optimization.

このため、計画No.4では、ブラッグピークの末端部の線量減衰が、CTVとOARの間の線量勾配を生成するために好適に用いられている。しかし、各ビームによって与えられる線量分布は、図23(d)および(e)に示されるように横断的に不均一である。   Therefore, the plan No. 4, the dose attenuation at the end of the Bragg peak is preferably used to generate a dose gradient between CTV and OAR. However, the dose distribution provided by each beam is non-uniform across, as shown in FIGS. 23 (d) and (e).

そこで、セットアップの誤差の取り得る729通りの組み合わせで計画No.4の線量分布を再計算した。これらの線量分布のDVHを図24(b)に示す。   Therefore, there are 729 combinations with possible setup errors. The dose distribution of 4 was recalculated. The DVH of these dose distributions is shown in FIG.

セットアップの誤差が存在するため、OARに高い線量を照射するリスクのあるペンシルビームは線量最適化においてペナルティーが科せられている。そのため、OARに照射される最大の線量は、最も不良な場合でも53.6%(1.61Gy)に抑制することができた。
しかしながら、CTV内のD95は、各ビームにより与えられる不均一な線量分布が原因で83.9%(2.52Gy)に減少した。
Because of set-up errors, pencil beams that are at risk of delivering high doses to the OAR are penalized in dose optimization. Therefore, the maximum dose irradiated to the OAR could be suppressed to 53.6% (1.61 Gy) even in the worst case.
However, the D95 in the CTV was reduced to 83.9% (2.52 Gy) due to the non-uniform dose distribution provided by each beam.

次いで、図23(g)〜(i)は、計画No.5で作成(決定)された線量分布を示している。
図23(g)および(h)は、0°と45°の各ビームからの線量寄与を示す。なお、前述と同様の理由で、315°のビームからの線量寄与については図示を省略している。
図23(i)は、計画No.5で計画された3つすべての照射野を重ね合わせた合成線量分布を示している。
Next, FIG. 5 shows the dose distribution created (determined).
FIGS. 23 (g) and (h) show the dose contribution from each 0 ° and 45 ° beam. For the same reason as described above, the dose contribution from the 315 ° beam is not shown.
FIG. 23 (i) shows plan no. 5 shows the combined dose distribution obtained by superimposing all three irradiation fields planned in 5.

図23(i)に示す照射計画では、ブラッグピークの末端部の線量減衰が、CTVとOAR間の線量勾配を生成するために好適に用いられており、最適化において、OARの横に近接して配置されるペンシルビームに低い重みが適用されている。   In the irradiation plan shown in FIG. 23 (i), the dose attenuation at the end of the Bragg peak is preferably used to generate a dose gradient between the CTV and the OAR, and is close to the side of the OAR in the optimization. A low weight is applied to the pencil beam placed in

計画No.5のこれらの特徴は、計画No.4の特徴と同様である。しかしながら、計画No.4と対照的に、各ビームにより与えられた線量分布は、図23(g)および(h)に示すように、横断的に均一であった。   Plan No. These features of No. 5 are planned No. This is the same as the feature 4. However, plan no. In contrast to 4, the dose distribution given by each beam was uniform across, as shown in FIGS. 23 (g) and (h).

前述と同様に、計画No.5をセットアップの誤差の取り得る729通りの組み合わせについて再計算した。これらの線量分布のDVHを図24(c)に示す。図24(c)に示すように、セットアップの不確実性に対する線量計画の感応度は、計画No.5でも低減していた。
図24(c)に示されているように、計画No.5の場合、CTV内のD95は、90.1%(2.70Gy)であり、OARに照射された最大線量は、最も不良な場合で55.5%(1.67Gy)であった。
As before, plan no. 5 was recalculated for 729 possible combinations of setup errors. The DVH of these dose distributions is shown in FIG. As shown in FIG. 24 (c), the sensitivity of the dose plan to the setup uncertainty is the plan no. Even 5 was reduced.
As shown in FIG. In the case of 5, the D95 in the CTV was 90.1% (2.70 Gy), and the maximum dose irradiated to the OAR was 55.5% (1.67 Gy) in the worst case.

〔3〕飛程およびセットアップの不確実性について
前記〔1〕に記載したように、照射計画において飛程の不確実性を考慮する場合は、ペンシルビームの側面の線量減衰がCTVとOARの間の線量勾配の生成に好適に用いられた。また、各照射野の線量分布はz方向に平坦化された。
しかしながら、前記〔2〕に記載したように、線量計画においてセットアップの不確実性を考慮する場合は、ブラッグピークの末端部の線量減衰がCTVとOARの間の線量勾配の生成に好適に用いられ、各照射野の線量分布は横断的に平坦化された。
[3] Uncertainty of range and setup As described in [1] above, when considering the range uncertainty in the irradiation plan, the dose attenuation on the side of the pencil beam is between CTV and OAR. It was preferably used to generate a dose gradient. In addition, the dose distribution in each irradiation field was flattened in the z direction.
However, as described in [2] above, the dose attenuation at the end of the Bragg peak is preferably used to generate a dose gradient between CTV and OAR when taking into account setup uncertainty in dose planning. The dose distribution in each field was flattened across.

これらの特徴はまさに相反する。従って、飛程とセットアップの両者の不確実性を線量計画において同時に考慮する場合は、これら2つの相反する目的の妥協点を見出すことになる。   These characteristics are exactly contradictory. Therefore, if both range and set-up uncertainties are considered simultaneously in the dose plan, a compromise between these two conflicting objectives will be found.

この点を検討するため、計画No.3、計画No.6、計画No.7の3つの照射計画を比較した。
これらの計画において、飛程の不確実性の最適化パラメータQz、Qpb RおよびδRをそれぞれ1×102、1×104、5%に設定した。
また、セットアップの不確実性のペナルティー係数Qx、QyおよびQpb Sは、その概要を表1に示すように設定した。すなわち、各々、計画No.3では0、0、0とし、計画No.6では8.0、8.0、5×103、計画7で32、32、2×104とした。
これらの計画における0°および45°の各ビームからの線量寄与を図25に示す。
To examine this point, plan no. 3, plan no. 6, plan no. 7 irradiation plans were compared.
In these plans, the range uncertainty optimization parameters Q z , Q pb R and δR were set to 1 × 10 2 , 1 × 10 4 and 5%, respectively.
The setup uncertainty penalty factors Q x , Q y and Q pb S were set as shown in Table 1. That is, each of the plan Nos. 3 is 0, 0, 0, and the plan No. 6 was 8.0, 8.0, 5 × 10 3 , and Plan 7 was 32, 32, 2 × 10 4 .
The dose contribution from each 0 ° and 45 ° beam in these plans is shown in FIG.

計画No.3においては、OARの直前に配置されるブラッグピークに高い重みを付与することを回避している。そのため、図25(a)および(d)に示すように、OARの横に配置されるペンシルビームの線量分布が高くなり、谷が形成されたようになっている。   Plan No. 3 avoids assigning a high weight to the Bragg peak arranged immediately before the OAR. Therefore, as shown in FIGS. 25A and 25D, the dose distribution of the pencil beam arranged beside the OAR is increased, and valleys are formed.

計画No.6および計画No.7においては、セットアップの不確実性のペナルティー係数を増加させている。そのため、図25(b)、(e)および図25(c)、(f)に示されるように、谷は横の線量の形状が平坦化され塗りつぶされている。   Plan No. 6 and plan no. 7 increases the penalty factor for setup uncertainty. Therefore, as shown in FIGS. 25B and 25E and FIGS. 25C and 25F, the valleys are filled with the flat shape of the lateral dose.

これらのシミュレーションの結果は、最も不良な場合の最適化アルゴリズムを適用して、脊髄の周囲を模擬した馬蹄形の標的体積についての線量分布を最適化したPflugfelder D, Wilkens J J and Oelfke U, “Worst case optimization: a method to account for uncertainties in the optimization of intensity modulated proton therapy”, Phys. Med. Biol. 53 (2008), p.1689-1700に記載された結果と同様である。   The results of these simulations are based on Pflugfelder D, Wilkens JJ and Oelfke U, “Worst case, which applied the worst case optimization algorithm to optimize the dose distribution for a horseshoe-shaped target volume that simulated the periphery of the spinal cord. Optimization: a method to account for uncertainties in the optimization of intensity modulated proton therapy ”, Phys. Med. Biol. 53 (2008), p.1689-1700.

〔4〕計算時間
3.0GBのRAMを装着したDell Precision 690 workstationを用いた計画No.1〜7の7つの照射計画の計算時間は表1のTに示したとおりである。
[4] Calculation time Plan No. using Dell Precision 690 workstation with 3.0 GB of RAM. The calculation times of the seven irradiation plans 1 to 7 are as shown in T of Table 1.

表1に示したように、従来の照射計画である計画No.1の計算には4分を要した。
一方、飛程の不確実性のみを考慮した計画No.3の計算には9分を要した。また、セットアップの不確実性のみを考慮した計画No.5の計算には8分を要した。
そして、飛程とセットアップの両方の不確実性を同時に考慮した計画No.6および計画No.7の計算には11分を要した。
As shown in Table 1, plan No. which is a conventional irradiation plan. The calculation of 1 took 4 minutes.
On the other hand, the plan No. considering only the uncertainty of the range. The calculation of 3 took 9 minutes. In addition, the plan no. The calculation of 5 took 8 minutes.
And plan No. which considered uncertainty of both range and setup at the same time. 6 and plan no. The calculation of 7 took 11 minutes.

表1には、各照射計画で照射されたペンシルビームの総数Npbも示している。
計画No.2で要した計算時間と計画No.1で要した計算時間の比は、これらの計画におけるNpbの比と同じ程度である。この関係は、計画No.4と計画No.1の間にもみられる。
Table 1 also shows the total number of pencil beams N pb irradiated in each irradiation plan.
Plan No. Calculation time and plan No. The ratio of calculation time required in 1 is about the same as the ratio of N pb in these plans. This relationship is related to plan no. 4 and plan no. Also seen between 1.

これらの事実は、高いリスク指標を有するペンシルビームにペナルティーを科す項、すなわち式(18)の最後の第四項に要する計算時間はほとんど無視できることを意味する。   These facts mean that the calculation time required for the term penalizing a pencil beam with a high risk index, ie the last fourth term of equation (18), is almost negligible.

他方、計算時間が、計画No.2に比べて計画No.3で長くなり、計画No.4に比べて計画No.5で長くなるのは、目的関数に線量勾配抑制項(第三項)を導入したためである。   On the other hand, the calculation time is the plan no. Compared to the plan no. 3 becomes longer and the plan no. Plan No. 4 5 is longer because the dose gradient suppression term (third term) is introduced into the objective function.

以上に説明したように、第三実施例では、本発明に係る照射計画作成方法を、水に等価でかつ均一であると想定したRTOGベンチマークファントム様形状に適用した。その結果、飛程の誤差およびセットアップの誤差に対して照射計画の感応度を低減したロバストな照射計画を得ることができた。   As described above, in the third embodiment, the irradiation plan creation method according to the present invention is applied to an RTOG benchmark phantom-like shape that is assumed to be equivalent and uniform to water. As a result, it was possible to obtain a robust irradiation plan in which the sensitivity of the irradiation plan was reduced with respect to the range error and the setup error.

[結論]
第一実施例から第三実施例で説明したように、従来の照射計画は飛程の誤差やセットアップの誤差に対して非常に敏感で影響を受け易いものであった。
しかし、本発明に係る照射計画作成方法では、予め入力された照射方向から照射対象に与えられる線量分布の勾配を抑制するという第3条件(第三項)、または当該第3条件(第三項)に加えて、さらに、予め設定される範囲内で誤差が生じた場合に、非照射部位に与える線量が高くなるスポットを用いないという第4条件(第四項)を用いた逐次近似繰り返し演算で照射計画を作成(決定)することによって、飛程の誤差やセットアップの誤差が生じてもその影響を著しく受け難くすることができた。
[Conclusion]
As explained in the first to third embodiments, the conventional irradiation plan is very sensitive and sensitive to the range error and the setup error.
However, in the irradiation plan creation method according to the present invention, the third condition (third term) for suppressing the gradient of the dose distribution given to the irradiation object from the irradiation direction inputted in advance, or the third condition (third term) In addition to the above, if an error occurs within a preset range, iterative approximate calculation using the fourth condition (fourth term) that does not use a spot that increases the dose given to the non-irradiated part By creating (determining) the irradiation plan, it was possible to significantly reduce the effects of range errors and setup errors.

例えば、飛程の誤差が生じた場合、従来の照射計画におけるCTV内の95%線量は54.8%であったが、本発明の方法では93.8%に増加した。一方で、従来の照射計画では、OARに照射された最大線量は最も不良な場合103.2%になったが、本発明の方法では67.2%に低減した。   For example, when a range error occurs, the 95% dose in the CTV in the conventional irradiation plan was 54.8%, but increased to 93.8% in the method of the present invention. On the other hand, in the conventional irradiation plan, the maximum dose irradiated to the OAR was 103.2% in the worst case, but was reduced to 67.2% in the method of the present invention.

他方、セットアップの誤差が生じた場合、従来の照射計画におけるCTV内の95%線量は85.2%であったが、本発明の方法では90.1%に増加した。一方で、従来の照射計画では、OARに照射された最大線量は最も不良な場合69.0%になったが、本発明の方法では55.5%に低減した。   On the other hand, if setup errors occur, the 95% dose in CTV in the conventional irradiation plan was 85.2%, but increased to 90.1% in the method of the present invention. On the other hand, in the conventional irradiation plan, the maximum dose irradiated to the OAR was 69.0% in the worst case, but was reduced to 55.5% in the method of the present invention.

本発明に係る照射計画作成方法、装置およびプログラムは、飛程の誤差およびセットアップの誤差の影響を受け難いロバストな照射計画を短時間で得ることができた。   The irradiation plan creation method, apparatus, and program according to the present invention can obtain a robust irradiation plan that is hardly affected by the range error and the setup error in a short time.

S1 情報入力ステップ
S2 ペンシルビーム照射位置決定ステップ
S3 ペンシルビーム線量分布作成ステップ
S4 重み入力ステップ
S5 評価指標値導出ステップ
S51 判定ステップ
S52 重み更新ステップ
S6 出力ステップ
1 照射計画作成装置
2 ペンシルビーム照射位置決定手段
3 ペンシルビーム線量分布作成手段
4 重み入力手段
5 評価指標値導出手段
51 判定手段
52 重み更新手段
6 出力手段
S1 Information input step S2 Pencil beam irradiation position determination step S3 Pencil beam dose distribution creation step S4 Weight input step S5 Evaluation index value derivation step S51 Determination step S52 Weight update step S6 Output step 1 Irradiation plan creation device 2 Pencil beam irradiation position determination means 3 Pencil beam dose distribution creation means 4 Weight input means 5 Evaluation index value derivation means 51 Determination means 52 Weight update means 6 Output means

Claims (4)

多門照射により強度を変調させつつペンシルビームをスキャンさせてスポット毎に重ね合わせ、放射線の照射を行う照射部位および放射線の照射を行うべきでない非照射部位を含んでなる照射対象に対して、予め入力された線量処方となるように線量分布を形成させるための照射計画を作成するにあたり、
入力されたペンシルビームの重みについて、予め入力された前記照射部位に対しては、予め入力された目標線量に対して必要十分な線量が与えられるという第1条件と、
予め入力された前記非照射部位に対しては、予め入力された線量制限以下に抑えるという第2条件と、
を含む逐次近似繰り返し演算を行って評価指標値を導出し、当該評価指標値に基づいて前記照射計画を作成する照射計画作成装置であって、
前記逐次近似繰り返し演算を行う逐次近似繰り返し演算手段が、前記第1条件および前記第2条件に加えてさらに、
予め入力された照射方向から前記照射対象に与えられる前記線量分布の勾配を抑制するという第3条件を用いて前記評価指標値導出する
ことを特徴とする照射計画作成装置。
A pencil beam is scanned while modulating the intensity by multi-port irradiation and superimposed for each spot, and input in advance for irradiation targets that include irradiation sites that should be irradiated with radiation and non-irradiated sites that should not be irradiated. In creating an irradiation plan to form a dose distribution so that the prescribed dose prescription is obtained,
With respect to the weight of the input pencil beam, a first condition that a necessary and sufficient dose is given to a pre-input target dose with respect to the irradiation portion input in advance,
For the non-irradiated part input in advance, the second condition of suppressing below the dose limit input in advance,
It is an irradiation plan creation device for deriving an evaluation index value by performing successive approximation iteration calculation including, and creating the irradiation plan based on the evaluation index value,
In addition to the first condition and the second condition, the successive approximation iterative computing means for performing the successive approximation iterative calculation further includes:
The irradiation plan creation apparatus, wherein the evaluation index value is derived using a third condition of suppressing a gradient of the dose distribution given to the irradiation target from an irradiation direction input in advance.
請求の範囲第項に記載の照射計画作成装置であって、
前記逐次近似繰り返し演算手段は、前記第1条件、前記第2条件および前記第3条件に加えてさらに、
予め設定される範囲内で誤差が生じた場合に、前記非照射部位に与える線量が高くなるスポットを用いないという第4条件を用いて前記評価指標値の導出を行う
ことを特徴とする照射計画作成装置。
An irradiation plan creation device according to claim 1 ,
In addition to the first condition, the second condition, and the third condition, the successive approximation iterative calculation means further includes:
An irradiation plan characterized in that, when an error occurs within a preset range, the evaluation index value is derived using a fourth condition that a spot that increases the dose given to the non-irradiated part is not used. Creation device.
多門照射により強度を変調させつつペンシルビームをスキャンさせてスポット毎に重ね合わせ、放射線の照射を行う照射部位および放射線の照射を行うべきでない非照射部位を含んでなる照射対象に対して、予め入力された線量処方となるように線量分布を形成させるための照射計画を作成するにあたり、
コンピュータを、
入力されたペンシルビームの重みについて、予め入力された前記照射部位に対しては、予め入力された目標線量に対して必要十分な線量が与えられるという第1条件と、
予め入力された前記非照射部位に対しては、予め入力された線量制限以下に抑えるという第2条件と、
を含む逐次近似繰り返し演算を実行させて評価指標値を導出し、当該評価指標値に基づいて前記照射計画を作成する逐次近似繰り返し演算手段として機能させる照射計画作成プログラムであって、
前記逐次近似繰り返し演算手段は、前記第1条件および前記第2条件に加えてさらに、
予め入力された照射方向から前記照射対象に与えられる前記線量分布の勾配を抑制するという第3条件を用いて前記評価指標値の導出を実行させる
ことを特徴とする照射計画作成プログラム。
A pencil beam is scanned while modulating the intensity by multi-port irradiation and superimposed for each spot, and input in advance for irradiation targets that include irradiation sites that should be irradiated with radiation and non-irradiated sites that should not be irradiated. In creating an irradiation plan to form a dose distribution so that the prescribed dose prescription is obtained,
Computer
With respect to the weight of the input pencil beam, a first condition that a necessary and sufficient dose is given to a pre-input target dose with respect to the irradiation portion input in advance,
For the non-irradiated part input in advance, the second condition of suppressing below the dose limit input in advance,
Is an irradiation plan creation program that functions as a successive approximation iteration calculation means for deriving an evaluation index value by executing a successive approximation iteration calculation including, and creating the irradiation plan based on the evaluation index value,
In addition to the first condition and the second condition, the successive approximation iterative calculation means further includes:
An irradiation plan creation program, wherein the derivation of the evaluation index value is executed using a third condition of suppressing a gradient of the dose distribution given to the irradiation object from an irradiation direction input in advance.
請求の範囲第項に記載の照射計画作成プログラムであって、
前記逐次近似繰り返し演算手段は、前記第1条件、前記第2条件および前記第3条件に加えてさらに、
予め設定される範囲内で誤差が生じた場合に、前記非照射部位に与える線量が高くなるスポットを用いないという第4条件を用いて前記評価指標値の導出を実行させる
ことを特徴とする照射計画作成プログラム。
An irradiation plan creation program according to claim 3 ,
In addition to the first condition, the second condition, and the third condition, the successive approximation iterative calculation means further includes:
When the error occurs within a preset range, the evaluation index value is derived using the fourth condition that a spot that increases the dose given to the non-irradiation site is not used. Planning program.
JP2012521364A 2010-06-23 2011-04-25 Irradiation plan creation device and irradiation plan creation program Active JP5521225B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012521364A JP5521225B2 (en) 2010-06-23 2011-04-25 Irradiation plan creation device and irradiation plan creation program

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010142283 2010-06-23
JP2010142283 2010-06-23
PCT/JP2011/060087 WO2011162021A1 (en) 2010-06-23 2011-04-25 Irradiation plan making method, irradiation plan making device, and irradiation plan making program
JP2012521364A JP5521225B2 (en) 2010-06-23 2011-04-25 Irradiation plan creation device and irradiation plan creation program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2011162021A1 JPWO2011162021A1 (en) 2013-08-19
JP5521225B2 true JP5521225B2 (en) 2014-06-11

Family

ID=45371224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012521364A Active JP5521225B2 (en) 2010-06-23 2011-04-25 Irradiation plan creation device and irradiation plan creation program

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5521225B2 (en)
WO (1) WO2011162021A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018187089A (en) * 2017-05-08 2018-11-29 株式会社日立製作所 Treatment planning device

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6375097B2 (en) * 2013-01-23 2018-08-15 株式会社日立製作所 Radiation treatment planning apparatus and treatment planning method
US10376713B2 (en) * 2014-09-24 2019-08-13 Hitachi, Ltd. Radiation therapy planning system, radiation therapy planning method, and radiation therapy system
US10500414B2 (en) 2014-10-24 2019-12-10 National Institutes For Quantum And Radiological Science And Technology Irradiation planning apparatus and irradiation plan correction method
JP6844942B2 (en) * 2015-04-28 2021-03-17 株式会社東芝 Particle beam therapy system and management system for particle beam therapy
EP3326694B1 (en) * 2016-11-29 2018-11-21 RaySearch Laboratories AB System and method for ion-based radiotherapy planning
EP3338858B1 (en) * 2016-12-22 2019-06-26 RaySearch Laboratories AB System for attaining target dose conformity in ion beam treatment
US10092774B1 (en) * 2017-07-21 2018-10-09 Varian Medical Systems International, AG Dose aspects of radiation therapy planning and treatment
EP3721940A1 (en) * 2019-04-12 2020-10-14 RaySearch Laboratories AB Generating a plurality of treatment plans for radiation therapy
JP6719621B2 (en) * 2019-06-12 2020-07-08 株式会社東芝 Particle therapy system and management system for particle therapy
EP4275741A1 (en) * 2022-05-11 2023-11-15 Ion Beam Applications Computer implemented method for reducing the risk of interrupting an irradiation treatment session due to a deviation from a planned value of an operating parameter of a particle accelerating system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005526578A (en) * 2002-05-23 2005-09-08 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Inverse treatment planning for intensity modulated radiation therapy
JP2008099807A (en) * 2006-10-18 2008-05-01 Hitachi Ltd Radiotherapy planning apparatus and radiotherapy planning method
JP2008136523A (en) * 2006-11-30 2008-06-19 Natl Inst Of Radiological Sciences Irradiation planning method, apparatus, particle beam irradiation system and computer program for them
JP2009525797A (en) * 2006-02-09 2009-07-16 ドイチェス クレブスフォルシュングスツェントルム シュティフトゥング デス エッフェントリッヒェンレヒツ Inverse treatment planning
JP2009532091A (en) * 2006-03-30 2009-09-10 アキュレイ・インコーポレーテッド Drawing 3D medical images

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005526578A (en) * 2002-05-23 2005-09-08 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Inverse treatment planning for intensity modulated radiation therapy
JP2009525797A (en) * 2006-02-09 2009-07-16 ドイチェス クレブスフォルシュングスツェントルム シュティフトゥング デス エッフェントリッヒェンレヒツ Inverse treatment planning
JP2009532091A (en) * 2006-03-30 2009-09-10 アキュレイ・インコーポレーテッド Drawing 3D medical images
JP2008099807A (en) * 2006-10-18 2008-05-01 Hitachi Ltd Radiotherapy planning apparatus and radiotherapy planning method
JP2008136523A (en) * 2006-11-30 2008-06-19 Natl Inst Of Radiological Sciences Irradiation planning method, apparatus, particle beam irradiation system and computer program for them

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018187089A (en) * 2017-05-08 2018-11-29 株式会社日立製作所 Treatment planning device

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2011162021A1 (en) 2013-08-19
WO2011162021A1 (en) 2011-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5521225B2 (en) Irradiation plan creation device and irradiation plan creation program
Sievinen et al. AAA photon dose calculation model in Eclipse
CN110709134B (en) Radiation therapy planning and dose aspects of treatment
Schuemann et al. Site-specific range uncertainties caused by dose calculation algorithms for proton therapy
Zygmanski et al. Nanoscale radiation transport and clinical beam modeling for gold nanoparticle dose enhanced radiotherapy (GNPT) using X-rays
US20080091388A1 (en) Method for calculation radiation doses from acquired image data
Lansonneur et al. First proton minibeam radiation therapy treatment plan evaluation
JP6421194B2 (en) Radiotherapy planning apparatus, radiotherapy planning method, and radiotherapy system
Vassiliev et al. Feasibility of a multigroup deterministic solution method for three-dimensional radiotherapy dose calculations
JP5909167B2 (en) Radiation therapy planning device
WO2008013956A1 (en) System for enhancing intensity modulated radiation therapy, program product, and related methods
CN113543846A (en) Dose rate based radiation treatment planning
US9370671B2 (en) Method and device for determining an irradiation plan for a particle irradiation unit
Pawlicki et al. Monte Carlo simulation for MLC-based intensity-modulated radiotherapy
Cho et al. Multisource modeling of flattening filter free (FFF) beam and the optimization of model parameters
Ong et al. Dosimetric comparison of peripheral NSCLC SBRT using Acuros XB and AAA calculation algorithms
Sikora Virtual source modelling of photon beams for Monte Carlo based radiation therapy treatment planning
Ueno et al. Physical and biological impacts of collimator‐scattered protons in spot‐scanning proton therapy
Schach von Wittenau et al. Patient‐dependent beam‐modifier physics in Monte Carlo photon dose calculations
WO2021259977A1 (en) Correlation of dose and dose rate information to volume for radiation treatment planning
EP4252840A1 (en) Monitor unit optimization constraint in radiation treatment planning
Schuemann et al. Computational models and tools
Sokol et al. Potential benefits of using radioactive ion beams for range margin reduction in carbon ion therapy
Winterhalter Protons do play dice: validating, implementing and applying Monte Carlo techniques for proton therapy
Ringbæk et al. Calculation of the beam-modulation effect of the lung in carbon ion and proton therapy with deterministic pencil beam algorithms

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131217

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131225

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140225

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140317

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5521225

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250