JP5791793B2 - 粒子線スキャニング照射システム - Google Patents
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Description
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1は粒子線スキャニング照射システムの全体構成を表している。粒子線スキャニング照射システム100は、粒子線治療照射制御システム25、粒子線照射装置26、治療計画システム50およびQA測定評価装置53から構成されている。治療計画システム50は、治療計画データ管理装置51、治療計画装置54、輪郭作成装置55から構成されている。粒子線治療照射制御システム25は、照射系データ管理装置52、治療制御装置56、機器制御装置57、位置決め装置58から構成されている。
CF1 = Σij ( Lij + a×Pij )
CF2 = Σij ( Lij × Wij )
Wij=1(if Pij=0)
Wij=a(if Pij=1)
実施の形態1では、ペナルティ行列Pijを算出する際に、粒子線が重要臓器領域7を通過するか否かの判断を、スポット位置(i)とスポット位置(j)を繋ぐ幾何学直線10が重要臓器領域7を通るかどうかで行っていた。実際の粒子線照射システムでは、X方向とY方向で、スキャニング電磁石の偏向速度が異なる場合が多い。図7に示すように、X方向の偏向速度がY方向の偏向速度よりも速い場合に、粒子線を照射スポットAから照射スポットBへ移動するように指示を出すと、実際の粒子線は、まず、照射スポットAからスポット移動中間位置11に移動し、続いて、スポット移動中間位置11から照射スポットBへと移動する。粒子線部分軌跡8はスキャン照射時に、照射スポットAから照射スポットBへ粒子線ビームを走査させた際の前半の軌跡である。粒子線部分軌跡9は照射スポットAから照射スポットBへ粒子線ビームを走査させた際の後半の軌跡である。
X(t)= X1 + Vx × t
Y(t)= Y1 + Vy × t
実施の形態1、2では、ペナルティ行列Pijを算出する際に、重要臓器領域7を通過するか否かの判断は、粒子線の辿る中心軌跡のみで議論していた。実際のスキャニング照射では、照射スポットは有限のサイズを持っている。ペナルティ行列Pijの算出において、上述したスポットの移動軌跡を考慮すると同時に、スポットサイズも考慮すると、より精度が高まる。
実施の形態4では、コストファンクションを求めるのに、最適化対象として総移動時間Tijを用いる。すなわち、幾何学直線距離Lijの代わりに、総移動時間Tijを用いてコストファンクションを計算する。スポット位置(i)からスポット位置(j)へ移動する際、移動時間はX方向走査速度(Vx)とY方向走査速度(Vy)を使って以下の式から求めることが出来る。ここで、関数abs(A)は数値Aの絶対値を取ること、関数max( A, B )は数値Aと数値Bの内、大きい方を取ることを表す。
Tij = max( abs( xj - xi )/Vx , abs( yj - yi )/Vy )
次に、本発明の実施の形態5による粒子線スキャニング照射システムの動作を、図8と図9を用いて説明する。図8は、スライス自動分割処理の例を示している。分割照射スライス4aは照射スライス4の前半部分、分割照射スライス4bは照射スライス4の後半部分をそれぞれ示す。図9に示すように、分割照射スライス4aは照射開始スポットで始まり、照射スポットAで終わっている。同様に、分割照射スライス4bは照射スポットBで始まり、照射終了スポットで終わっている。照射スポットAと照射スポットBの間に、重要臓器領域7が存在している。
Claims (9)
- 患者の腫瘍領域に対する粒子線の照射順を確定する計算機と、前記確定された粒子線の照射順に従って粒子線を前記患者の腫瘍領域に照射する粒子線照射装置を備え、
前記計算機は、前記患者の腫瘍領域を複数のスライスに分割する第1ステップと、
前記第1ステップでスライスに分割された腫瘍領域と前記腫瘍領域の周囲に存在する健康な臓器領域との位置関係を特定する第2ステップと、
前記第1ステップでスライスに分割された腫瘍領域に粒子線の照射スポットを複数個配置する第3ステップと、
前記第3ステップで腫瘍領域に配置された複数個の照射スポットの中から考えられる全ての照射スポットのペアの組み合わせを選択し、前記選択されたペアを構成する2個の照射スポットの間を粒子線が移動する際に粒子線の移動経路に前記臓器領域との交差点が有るか無いかを判断する第4ステップと、
前記第4ステップの判断結果をもとに、前記移動経路に前記臓器領域との交差点が有るか無いかを行列要素で表現したペナルティ行列を決める第5ステップと、
前記移動経路の評価関数を最適化アルゴリズムに基づいて評価し、この評価から得られる前記評価関数の最適化解から前記粒子線の照射順を確定する第6ステップとを実行し、
前記評価関数は、移動経路に含まれる各移動ステップの評価パラメータと前記ペナルティ行列を含む評価因子の総和であることを特徴とする粒子線スキャニング照射システム。 - 前記移動経路の評価パラメータは、ペアを構成する2個の照射スポットを結ぶ幾何学直線の長さを表していることを特徴とする請求項1に記載の粒子線スキャニング照射システム。
- 前記移動経路の評価パラメータは、ペアを構成する2個の照射スポットの間を粒子線が移動するのに要する時間を表していることを特徴とする請求項1に記載の粒子線スキャニング照射システム。
- 前記ペナルティ行列の行列要素は、前記第4ステップで交差点が無いと判断された場合に一定の基準値が割り振られ、前記第4ステップで交叉点が有ると判断された場合に前記基準値よりも大きい値が割り振られていることを特徴とする請求項2または3に記載の粒子線スキャニング照射システム。
- 前記第4ステップにおいて粒子線の移動経路に臓器領域との交差点が有るか無いかを判断する際に、前記粒子線の移動経路にペアを構成する2個の照射スポットを結ぶ幾何学直線を用いることを特徴とする請求項1から4のうちいずれか1項に記載の粒子線スキャニング照射システム。
- 前記第4ステップにおいて粒子線の移動経路に臓器領域との交差点が有るか無いかを判断する際に、前記粒子線の移動経路に粒子線が実際に描く移動軌跡を用いることを特徴とする請求項1から4のうちいずれか1項に記載の粒子線スキャニング照射システム。
- 前記第4ステップにおいて粒子線の移動経路に臓器領域との交差点が有るか無いかを判断する際に、前記粒子線の移動経路は前記照射スポットのサイズと同じ大きさの幅を有することを特徴とする請求項1から4のうちいずれか1項に記載の粒子線スキャニング照射システム。
- 前記第4ステップにおいて粒子線の移動経路に臓器領域との交差点が有ると判断した場合、ペアを構成する2個の照射スポットを分岐点にしてスライスを分割し、前記分割されたスライスを2個のスライスとして定義し直す処理を行う第7ステップを備えていることを特徴とする請求項1から7のうちいずれか1項に記載の粒子線スキャニング照射システム。
- 前記評価関数の総和は、考えられる全ての照射スポットのペアの組み合わせを対象範囲にすることを特徴とする請求項1から8のうちいずれか1項に記載の粒子線スキャニング照射システム。
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