JP6827730B2 - 放射線治療計画装置、放射線治療装置及び放射線治療計画方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、放射線治療計画装置、放射線治療装置及び放射線治療計画方法に関する。

重粒子線や陽子線等の粒子線を用いた放射線治療が研究されている。粒子線を用いた放射線治療では、リペイント（repainting）という技術がある。リペイントは、粒子線を同一照射方向に複数回照射することにより、患者の体動等に伴う照射線量分布の誤差を平均化する。例えば、１ｃｍ×１ｃｍ×１ｃｍの腫瘍に２Ｇｙの粒子線を照射する際、１回０．５Ｇｙの腫瘍全体への照射が４回繰り返される。患者の体動等により標的腫瘍が動いた場合、１回の粒子線照射では照射領域における照射線量分布がまばらになるが、粒子線照射を複数回繰り返すことにより、誤差が平均化され照射線量分布が平坦になる。

粒子線治療の特徴は、ブラッグピーク（Bragg peak）によって腫瘍のみに線量を集中させることにある。同一照射方向で深さ方向にブラッグピークを変化させながら粒子線を照射することによりブラッグピークを拡大することができる。粒子線は陽子線と重粒子線の総称である。陽子線を用いて拡大ブラッグピークを形成する場合、標的腫瘍より手前側の線量がピークの８０％になることがある。一方、重粒子線を用いて拡大ブラッグピークを形成する場合、ピークの後方側にも線量が漏れ出すことが知られている。このように、拡大ブラッグピークを形成する場合、標的腫瘍の手前又は後方側の正常組織の線量が高くなってしまうことがある。

特開２０１５−１８６５３６号公報 特開２００６−０８７６４９号公報 特開平０７−２５５８６７号公報

実施形態の目的は、正常組織への線量が高くなってしまうのを回避することが可能な放射線治療計画装置、放射線治療装置及び放射線治療計画方法を提供することにある。

本実施形態に係る放射線治療計画装置は、被検体に関する３次元医用画像を利用して、粒子線の初期の照射方向と、前記初期の照射方向に対応する線量分布とを計算する計算部と、入力機器を介した分散指示がなされたことを契機として、前記初期の照射方向の一部あるいは全部を分散する分散部と、前記分散後の照射方向に基づいて前記線量分布を変更する変更部と、を具備する。

図１は、本実施形態に係る放射線治療計画装置を含むシステムの構成を示す図である。 図２は、図１の放射線治療計画装置の構成を示す図である。 図３は、図１の演算回路による放射線治療計画プログラムの実行により実現される放射線治療計画の典型的な流れを示す図である。 図４は、図３のステップＳ４において演算回路により計算される初期の照射方向について説明するための図である。 図５は、図３のステップＳ５において表示回路により表示される初期の照射方向と初期の線量分布との表示画面の一例を示す図である。 図６は、陽子線と重粒子線との拡大ブラッグピークの線量分布を示す図である。 図７は、ステップＳ６において演算回路により行われる照射方向の方向分散処理を説明するための図である。 図８は、本実施形態に係る深さ方向に関する腫瘍領域の大きさと角度間隔との関係を示す図である。 図９は、本実施形態に係る深さ方向に関する腫瘍領域の大きさと角度間隔との関係を示す他の図である。 図１０は、本実施形態に係る回転方向に関する腫瘍領域の大きさと角度間隔との関係を示す図である。 図１１は、本実施形態に係る回転方向に関する腫瘍領域の大きさと角度間隔との関係を示す他の図である。 図１２は、本実施形態に係る分散指示対象の門（照射方向）が選択される典型例を示す図である。 図１３は、本実施形態に係る分散指示対象の門（照射方向）の選択方法の一例を示す図である。 図１４は、本実施形態の変形例に係る放射線治療装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる放射線治療計画装置、放射線治療装置及び放射線治療計画方法を説明する。

図１は、本実施形態に係る放射線治療計画装置７を含むシステム１００の構成を示す図である。図１に示すように、システム１００は、互いにネットワークを介して接続されたＰＥＴ（positron emission tomography）装置１、ＳＰＥＣＴ（single photon emission CT）装置２、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置３、磁気共鳴イメージング装置４、Ｘ線アンギオ装置５、ＰＡＣＳ（picture archiving and communication systems）６、放射線治療計画装置７、放射線治療情報システム８及び放射線治療装置９を有する。

ＰＥＴ装置１、ＳＰＥＣＴ装置２、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置３、磁気共鳴イメージング装置４及びＸ線アンギオ装置５は、患者に関する３次元医用画像を生成する医用モダリティである。

ＰＥＴ装置１は、患者内に蓄積された放射性核種から発生される陽電子と当該放射性核種の周囲に存在する電子との対消滅に伴い発生する５１２ｋｅＶの一対のガンマ線を同時計数回路により同時計数し、同時計数回路からの同時計数信号に基づいて、当該放射性核種の空間分布を表現する３次元のＰＥＴ画像を生成する。

ＳＰＥＣＴ装置２は、患者内に蓄積された放射性核種から発生される単光子ガンマ線を放射線検出器により検出し、放射線検出器からの検出信号に基づいて、当該放射性核種の空間分布を表現する３次元のＳＰＥＣＴ画像を生成する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置３は、例えば、Ｘ線管とＸ線検出器とを保持する回転フレームを高速で回転させながらＸ線管から患者にＸ線を照射し、患者を透過したＸ線をＸ線検出器により検出する。そしてＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線検出器からの生データに基づいて、当該Ｘ線の透過経路上にある物質のＸ線減弱係数の空間分布を表現する３次元のＣＴ画像を生成する。

磁気共鳴イメージング装置４は、例えば、ＲＦコイルからＲＦパルスを照射して、静磁場内に載置された患者内に存在する対象原子核を励起させ、当該対象原子核から発生されるＭＲ信号をＲＦコイルにより収集する。そして磁気共鳴イメージング装置４は、ＲＦコイルからのＭＲ信号に基づいて当該対象原子核の空間分布を表現する３次元のＭＲ画像を生成する。

Ｘ線アンギオ装置５は、例えば、Ｘ線管とＸ線検出器とを保持するＣアームを回転軸回りに回転させながらＸ線管から患者にＸ線を照射し、患者を透過したＸ線をＸ線検出器により検出する（ＣＴライクイメージング）。そしてＸ線アンギオ装置５は、Ｘ線検出器からの生データに基づいて、当該Ｘ線の透過経路上にある物質のＸ線減弱係数の空間分布を表現する３次元のＸ線画像を生成する。

ＰＡＣＳ６は、医用画像を管理する画像サーバである。例えば、ＰＡＣＳ６は、ＰＥＴ装置１からの３次元のＰＥＴ画像、ＳＰＥＣＴ装置２からの３次元のＳＰＥＣＴ画像、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置３からの３次元のＣＴ画像、磁気共鳴イメージング装置４からの３次元のＭＲ画像及びＸ線アンギオ装置５からの３次元のＸ線画像を記憶する。以下、３次元のＰＥＴ画像、３次元のＳＰＥＣＴ画像、３次元のＣＴ画像、３次元のＭＲ画像及び３次元のＸ線画像を総称して３次元医用画像と呼ぶことにする。３次元医用画像は、３次元状に配列された複数のボクセルから構成される画像データである。

放射線治療計画装置７は、３次元医用画像を利用して当該患者の放射線治療計画を立案するコンピュータである。放射線治療計画情報は、放射線治療情報システム８に供給される。

放射線治療情報システム８は、放射線治療のスケジュール情報や放射線治療計画情報、医用画像等を管理する情報システムである。放射線治療情報システム８としては、例えば、ＯＩＳ（oncology information system）が知られている。放射線治療情報システム８は、例えば、放射線治療装置９に放射線治療計画情報を供給する。

放射線治療装置９は、放射線治療計画に従い患者内の標的腫瘍等に粒子線を照射することにより、患者を治療する装置である。

図２は、図１の放射線治療計画装置７の構成を示す図である。図２に示すように、放射線治療計画装置７は、演算回路７１、画像処理回路７２、通信回路７３、表示回路７４、入力回路７５及び記憶回路７６を有する。演算回路７１、画像処理回路７２、通信回路７３、表示回路７４、入力回路７５及び記憶回路７６は、互いにバスを介して通信可能に接続されている。

演算回路７１は、ハードウェア資源として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリとを有する。演算回路７１は、放射線治療計画に関するプログラム（以下、放射線治療計画プログラムと呼ぶ）を実行して、放射線治療装置９による粒子線治療の対象である患者に関する放射線治療計画を立案し、照射領域や照射方法、線量分布、照射方向等を含む放射線治療計画情報を生成する。本実施形態に係る演算回路７１は、放射線治療計画の際、腫瘍同定機能７１１、照射領域決定機能７１２、照射方法選択機能７１３、初期方向／線量計算機能７１４、方向分散機能７１５及び線量変更機能７１６を実行する。

腫瘍同定機能７１１において演算回路７１は、患者に関する３次元の医用画像に含まれる治療対象の腫瘍に関する画像領域（以下、腫瘍領域と呼ぶ）を同定する。

照射領域決定機能７１２において演算回路７１は、腫瘍領域と所定のマージンとに基づいて粒子線の照射対象の画像領域（以下、照射領域と呼ぶ）を決定する。

照射方法選択機能７１３において演算回路７１は、粒子線の照射方法を選択する。照射方法としては、例えば、リペイントの有無等が挙げられる。

初期方向／線量計算機能７１４において演算回路７１は、３次元の医用画像を利用して、粒子線の初期の照射方向と当該初期の照射方向に対応する線量分布とを計算する。

方向分散機能７１５において演算回路７１は、入力回路７５を介した分散指示がなされたことを契機として、初期の照射方向を分散する。具体的には、演算回路７１は、初期の分散方向を、互いに所定角度だけ離間するように分散する。

線量変更機能７１６において演算回路７１は、分散後の照射方向に基づいて、初期方向／線量計算機能７１４により計算された線量分布を変更する。

画像処理回路７２は、ハードウェア資源として、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＭＰＵ等のプロセッサとＲＯＭやＲＡＭ等のメモリとを有する。画像処理回路７２は、３次元の医用画像に種々の画像処理を施す。例えば、画像処理回路７２は、３次元の医用画像にボリュームレンダリングや、サーフェスボリュームレンダリング、画像値投影処理、ＭＰＲ（Multi-Planer Reconstruction）処理、ＣＰＲ（Curved MPR）処理等の３次元画像処理を施して表示用の２次元の医用画像を生成する。なお、画像処理回路７２は、上記画像処理を実現可能なＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Logic Device）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、ＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Device）により実現されても良い。

通信回路７３は、図示しない有線又は無線を介して、放射線治療システム１００を構成するＰＥＴ装置１、ＳＰＥＣＴ装置２、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置３、磁気共鳴イメージング装置４、Ｘ線アンギオ装置５、ＰＡＣＳ６、放射線治療情報システム８及び放射線治療装置９との間でデータ通信を行う。

表示回路７４は、放射線治療計画のための表示画面や医用画像を表示する。具体的には、表示回路７４は、表示インタフェース回路と表示機器とを有する。表示インタフェース回路は、表示対象を表すデータを映像信号に変換する。表示信号は、表示機器に供給される。表示機器は、表示対象を表す映像信号を表示する。表示機器としては、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。

入力回路７５は、具体的には、入力機器と入力インタフェース回路とを有する。入力機器は、ユーザからの各種指令を受け付ける。入力機器としては、キーボードやマウス、各種スイッチ等が利用可能である。入力インタフェース回路は、入力機器からの出力信号をバスを介して演算回路７１や画像処理回路７２に供給する。

記憶回路７６は、種々の情報を記憶するＨＤＤ（hard disk drive）やＳＳＤ（solid state drive）、集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、記憶回路７６は、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であっても良い。

以下、本実施形態に係る放射線治療計画装置７の動作例について説明する。図３は、演算回路７１による放射線治療計画プログラムの実行により実現される放射線治療計画の典型的な流れを示す図である。

図３に示すように、放射線治療計画が開始されると、演算回路７１は、腫瘍同定機能７１１を実行する（ステップＳ１）。ステップＳ１において演算回路７１は、患者に関する３次元の医用画像に含まれる腫瘍領域を、画像処理又は入力回路７５を介してユーザ指示に従い同定する。画像処理により腫瘍領域の同定する場合、例えば、演算回路７１は、閾値処理や領域生成処理等の既存の方法が用いられる。

ステップＳ１が行われると演算回路７１は、照射領域決定機能７１２を実行する（ステップＳ２）。ステップＳ２において演算回路７１は、腫瘍領域と所定のマージンとに基づいて照射領域を決定する。具体的には、所定のマージンは、腫瘍が進展している可能性がある範囲、体動等による位置ずれを考慮したマージン、照射の設定誤差を考慮したマージンが挙げられる。演算回路７１は、腫瘍領域と当該マージンとを含む画像領域を照射領域に決定する。マージンの大きさは、例えば、入力回路７５を介してユーザにより手動で調整可能である。

ステップＳ２が行われると演算回路７１は、照射方法選択機能７１３を実行する（ステップＳ３）。ステップＳ３において演算回路７１は、粒子線の照射方法を選択する。照射方法としては、ＢＢＳ（broad beam scan）とＰＢＳ（pencil beam scan）とが挙げられる。ＢＢＳは、照射領域の形状に合わせて成形された粒子線を当該照射領域に照射する方法である。ＰＢＳは、比較的細く成形された粒子線を、照射領域を塗りつぶすように繰り返し照射する方法である。ＢＢＳとＰＢＳとは、放射線治療装置９の仕様に応じて何れかが選択されても良いし、入力回路７５を介してユーザにより任意に選択されても良い。

ステップＳ３において演算回路７１は、照射方法として更に照射方向数（門数）を選択する。照射方向数は、腫瘍が存在する臓器の種類と腫瘍が存在する臓器内の位置とに応じて決定可能である。このため演算回路７１は、腫瘍が存在する臓器の種類と腫瘍が存在する臓器内の位置との組合せ毎に照射方向数を関連づけたルック・アップ・テーブル（look up table）を記憶しておくと良い。この場合、演算回路７１は、照射対象の腫瘍が存在する臓器の種類と当該腫瘍が存在する臓器内の位置との組合せをキーとして当該テーブルを検索し、当該組合せに関連づけられた照射方向数を特定する。なお、照射方向数は、予め設定されても良いし、入力回路７５を介してユーザにより任意に選択されても良い。

ステップＳ３において演算回路７１は、照射方法として更にリペイント（repainting）の有無を選択する。リペイントは、粒子線を同一方向に複数回照射することにより、患者の体動等に伴う照射線量分布の誤差を平均化する照射方法である。リペイントは、ＢＢＳとＰＢＳとの何れにも適用可能である。本動作例においてはリペイントが選択されるものとする。リペイントが選択された場合、演算回路７１は、各照射方向における繰り返し照射回数も選択する。繰り返し照射回数は、２以上且つ８以下、より好適には２以上且つ５以下に選択されると良い。

本実施形態に係る照射方向は、放射線治療装置に含まれる粒子線の照射器の回転角度により規定される。照射器の回転角度は、照射器を装備するガントリの回転軸回りの角度に規定される。

ステップＳ３が行われると演算回路７１は、初期方向／線量計算機能７１４を実行する（ステップＳ４）。ステップＳ４において演算回路７１は、３次元の医用画像を利用して、粒子線の初期の照射方向と当該初期の照射方向に対応する初期の線量分布とを計算する。例えば、演算回路７１は、３次元医用画像を利用して、腫瘍領域、照射領域及び照射方法等の放射線治療計画情報に基づいて各門について初期の照射方向を計算する。

図４は、ステップＳ４において演算回路７１により計算される初期の照射方向について説明するための図である。図４に示すように、粒子線の照射方向は、腫瘍領域ＲＴを通るように設定される。すなわち、例えば、図４に示すように、リペイントにおける各門の繰り返し照射回数が４回である場合、４回の粒子線照射の全ての照射方向（照射角度）はθに設定される。照射方向θは、粒子線の照射器の回転角度である。照射方向θは、腫瘍領域、照射領域及び照射方法等の放射線治療計画情報に基づいて計算されると良い。なお、図４では簡単のために照射方向数を１としているが、通常は２〜４方向が好適な照射方法数として選択される。

図４に示すように、初期の照射方向が計算されると演算回路７１は、当該初期の照射方向に基づいて初期の線量分布を計算する。本動作例において演算回路７１は、腫瘍領域において拡大ブラッグピークが形成されるような線量分布を計算する。同一照射方向で深さ方向にブラッグピークを変化させながら粒子線を照射することによりブラッグピークを拡大することができる。

なお、本実施形態においては初期の照射方向に基づいて初期の線量分布を計算するのみならず、期待する線量分布に基づいて初期の照射方向及び照射線量を計算しても良い。例えば、演算回路７１は、ユーザが期待する線量分布（腫瘍領域の線量とリスク臓器への線量上限）を設定し、設定された線量分布に応じた照射方向及び照射線量を選択する。

ステップＳ４で計算された初期の線量分布を観察し、正常組織への線量が高いと判断すると、演算回路７１は、入力回路７５を介して照射方向の分散指示を待機する（ステップＳ５）。

図５は、ステップＳ４において表示回路７４により表示される初期の照射方向と初期の線量分布との表示画面Ｉ０の一例を示す図である。図５に示すように、表示画面Ｉ０には、腫瘍領域ＲＴを含む医用画像Ｉ１が表示される。医用画像Ｉ１は、例えば、３次元医用画像にＭＰＲ処理を施すことにより画像処理回路７２により生成された、腫瘍領域ＲＴを含むＭＰＲ画像である。医用画像Ｉ１には腫瘍領域ＲＴ、リスク臓器及び初期の線量分布を示す線ＤＤが重畳される。また、表示画面Ｉ０には、照射回各々の照射方向と繰り返し照射回数（リペイント数）とを示す表示欄Ｉ２が表示される。照射方向は照射角度で表現される。

図５に示すように、表示画面Ｉ０には、更に分散指示ボタンＩ３が表示される。分散指示ボタンＩ３は、照射方向の分散を指示するためのボタンである。医師等のユーザは、表示画面Ｉ０に表示された線ＤＤを観察し、初期の線量分布の妥当性を評価する。ここで、陽子線と重粒子線との特性について説明する。

図６は、陽子線と重粒子線との拡大ブラッグピークの線量分布を示す図である。図６の縦軸は線量、横軸は体表からの距離を示す。図６に示すように、同一照射方向で深さ方向にブラッグピークを変化させながら粒子線を照射することにより拡大ブラッグピークが形成される。図６の点線で示されるように、陽子線は、飛程より深い部分にはほとんど線量を与えない。また、陽子線は、重粒子線に比して、飛程より浅い部分には多くの線量を与える。陽子線を用いて拡大ブラッグピークを形成する場合、標的腫瘍より手前側の線量がピークの８０％になることがある。重粒子線は、陽子線に比して、飛程より浅い部分に線量を与えないが、飛程より深い部分にも僅かに線量を与える。重粒子線を用いて拡大ブラッグピークを形成する場合、ピークの後方側にも線量が漏れ出すことに注意が必要である。

粒子線により拡大ブラッグピークを形成する場合、医師等のユーザは、腫瘍領域ＲＴに十分な線量を分布できているか否か、正常組織に、特にリスク臓器や皮膚の線量が必要以上に高くなっているか否かに注意を払う。そして初期の線量分布ではリスクがあると判断した場合、ユーザは、分散指示ボタンＩ３を入力回路７５を介して押下することとなる。

分散指示ボタンＩ３が押下されたことを契機として（ステップＳ５：ＹＥＳ）、演算回路７１は、方向分散機能７１５を実行する（ステップＳ６）。ステップＳ６において演算回路７１は、入力回路７５を介した分散指示がなされたことを契機として、各門について初期の同一照射方向を異なる照射方向に分散する。

図７は、ステップＳ６において演算回路７１により行われる照射方向の方向分散機能７１５を説明するための図である。図７に示すように演算回路７１は、繰り返し照射回数（リペイント数）の全てに亘り同一方向であった初期の照射方向を、互いに所定の角度間隔Δθを空けて離間する。例えば、多門照射における各門の繰り返し照射回数が４回であり、第１の門の照射方向（回転角度）がθであり、第２の門の照射方向（回転角度）がφであるとする。そして第１の門の１回目から４回目の全ての照射方向がθ度であった場合、１回目の粒子線照射の照射方向をθ−Δθ度、２回目の粒子線照射の照射方向をθ度、３回目の粒子線照射の照射方向をθ＋Δθ、４回目の粒子線照射の照射方向をθ＋２Δθ度に変更する。同様に、第２の門の１回目から４回目の全ての照射方向がφ度であった場合、１回目の粒子線照射の照射方向をφ−Δφ度、２回目の粒子線照射の照射方向をφ度、３回目の粒子線照射の照射方向をφ＋Δφ、４回目の粒子線照射の照射方向をφ＋２Δφ度に変更する。ここで、角度間隔ΔθとΔφとは同一値に設定される。角度間隔は、予め登録されていても良い。また、角度間隔は、ユーザにより入力回路７５を介して任意の値に設定されても良い。この場合、表示画面に表示されたＧＵＩの角度変更ボタンがユーザにより入力回路７５を介して押下された場合、演算回路７１は、角度間隔の変更を受け付けても良い。なお、ＰＢＳとＢＢＳとで角度間隔を変更しても良い。具体的には、ＢＢＳの場合、腫瘍の形状に合わせたボーラス（吸収体）が必要となる。これを照射方向の分散のために、照射方向毎に作成するのは現実的ではない。そのためＢＢＳの場合は、照射方向の変化がほぼ無視できる範囲（例えば、０．５度あるいは１度）で角度間隔を設定する。一方、ＰＢＳにはこのような制限はない。２度から５度くらいが適当と考えられる。

また、各角度間隔Δθ及びΔφは、腫瘍領域の大きさに応じて個別に設定されても良い。例えば、演算回路７１は、腫瘍領域の大きさに角度間隔を関連づけたルック・アップ・テーブル（以下、角度テーブルと呼ぶ）を利用すると良い。角度テーブルは、例えば、記憶回路７６に記憶される。腫瘍領域の大きさは、腫瘍領域の体積、直径、半径等により規定される。典型的には、腫瘍領域が大きいほど角度間隔は大きくなるように角度が決定される。この場合、演算回路７１は、ステップＳ１において同定された腫瘍領域の大きさを計測し、計測された大きさをキーとして角度テーブルを検索し、当該大きさに角度テーブルにおいて関連づけられた角度間隔を特定し、特定された角度間隔を設定角度間隔に設定する。これにより演算回路７１は、腫瘍領域の大きさに適した角度間隔を自動的に設定することができる。

また、角度間隔は、腫瘍領域の大きさの方向性も考慮して決定しても良い。すなわち、粒子線の照射方向に略平行な方向に関する腫瘍領域の大きさに応じて角度間隔を決定しても良いし、粒子線の照射方向に略直交し、放射線治療装置のガントリが回転する方向に略平行な方向に関する腫瘍領域の大きさに応じて角度間隔を決定しても良い。

図８と図９とは、粒子線の照射方向に略平行な方向（以下、深さ方向）に関する腫瘍領域の大きさと角度間隔との関係を示す図である。図８と図９との比較に示すように、深さ方向に関する腫瘍領域の長さが大きいほど、角度間隔が大きく設定されると良い。例えば、図８のように、深さ方向に関する腫瘍領域の長さが１ｃｍであれば、角度間隔が２°であり、図９のように、深さ方向に関する腫瘍領域の長さが２ｃｍであれば、角度間隔が２°よりも大きい４°に設定されると良い。深さ方向に長い腫瘍領域をカバーするように粒子線を分布させるためには拡大ブラッグピークのピーク幅を大きくする必要があるが、ピーク幅が大きい拡大ブラッグピークを形成すると、それだけで浅い位置にも線量が集中してしまう。深さ方向に関する腫瘍領域の大きさが大きいほど角度間隔を広げることにより、この線量の集中を回避することができる。

図１０と図１１とは、粒子線の照射方向に略直交し、放射線治療装置のガントリが回転する方向に略平行な方向（以下、回転方向と呼ぶ）に関する腫瘍領域の大きさと角度間隔との関係を示す図である。図１０と図１１との比較に示すように、回転方向に関する腫瘍領域の長さが大きいほど、角度間隔が大きく設定されると良い。例えば、図１０のように、回転方向に関する腫瘍領域の長さが１ｃｍであれば、角度間隔が２°であり、図１１のように、回転方向に関する腫瘍領域の長さが２ｃｍであれば、角度間隔が２°よりも大きい４°に設定されると良い。腫瘍領域の全域に粒子線を照射するため、回転方向に関する腫瘍領域の大きさが大きいほど、多数回に亘り粒子線を照射する必要がある。粒子線は略同一照射方向に照射されるため、多数回の粒子線照射により、浅い位置、特に皮膚に線量が集中する傾向がある。回転方向に関する腫瘍領域の大きさが大きいほど角度間隔を広げることにより、この線量の集中を抑制することができる。

ステップＳ６が行われると演算回路７１は、線量変更機能７１６を実行する（ステップＳ７）。ステップＳ７において演算回路７１は、複数の分散後の照射方向に基づいて、初期方向／線量計算機能７１４により計算された線量分布を変更する。変更後の線量分布も表示回路７４に表示されると良い。これにより変更後の線量分布の妥当性をユーザが判断することができる。

変更後の線量分布が妥当であると判断されると演算回路７１は、変更後の線量分布、変更後の照射方向、腫瘍領域、照射領域及び照射方法を放射線治療計画情報として確定する。放射線治療計画情報は、放射線治療情報システム８や放射線治療装置９に供給され、放射線治療に利用される。

以上により、演算回路７１による放射線治療計画プログラムの実行により実現される放射線治療計画についての説明を終了する。

上記の通り、本動作例によれば、リペイントにおける各粒子線照射の照射方向を分散させることにより、同一方向に照射する場合に比して、正常組織等への線量の集中を避けることができる。これにより粒子線を用いた放射線治療をより安全に行うことができる。

なお、上記の動作例においては全ての門（照射方向）について分散指示がなされるものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、ユーザによる入力回路７５を介した指示に従い、特定の門について分散指示対象の照射方向が選択されても良い。以下、分散指示対象の門（照射方向）の選択について説明する。

図１２は、分散指示対象の門（照射方向）が選択される典型例を示す図である。図１２に示すように、初期の照射方向数が２であり、照射方向０度と９０度との２方向で粒子線照射が行われる場合を考える。患者Ｏの体内には腫瘍ＲＴとリスク臓器ＲＲとが存在し、照射方向９０度における粒子線の深さ方向に関して腫瘍ＲＴの奥側にリスク臓器ＲＲが位置するものとする。この場合、照射方向９０度においてはブラッグピークの効果により、腫瘍ＲＴの奥側には粒子線が到達しないのでリスク臓器ＲＲに粒子線が到達する虞はない。従って照射方向９０度に対して分散指示が行われても問題ない。しかし、照射方向０度においてリスク臓器ＲＲは、回転方向に関して腫瘍ＲＴに隣り合う。従って照射方向０度に対して分散指示が行われた場合、リスク臓器ＲＲに粒子線が照射される虞がある。このため、分散指示によりリスク臓器ＲＲに粒子線が照射される虞が高まる照射方向０度に対しては分散指示の対象から除外すると良い。

図１３は、分散指示対象の門（照射方向）の選択方法の一例を示す図である。図１３に示すように、多門照射が予定されている場合、表示欄Ｉ２には、各門についてチェックボックスＣ１と共に照射方向とリペイント数とが一覧で表示される。例えば、図１２の例の場合、照射方向０度と照射方向９０度とが表示される。ユーザは、分散指示を行う門（照射方向）のチェックボックスＣ１に、入力回路７５を介してチェックを入力する。図１２の例の場合、照射方向９０度については方向分散によりリスク臓器に粒子線が分布する虞がないのでチェックボックスＣ１にチェックが入力されるが、照射方向０度についてはリスク臓器に粒子線が分布する虞があるのでチェックボックスＣ１にチェックは入力されないこととなる。演算回路７１は、チェックボックスＣ１にチェックが入力された門（照射方向）についてのみ上記の照射方向の分散を行うことができる。これにより、演算回路７１は、リスクの無い門に限定して照射方向の分散を行うことができる。

（変形例）
上記の実施形態において放射線治療計画は、放射線治療計画装置７により実行されるものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。変形例において放射線治療計画は、放射線治療装置９により実行される。以下、変形例に係る放射線治療装置９について説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。

図１４は、本実施形態の変形例に係る放射線治療装置９の構成を示す図である。図１４に示すように、放射線治療装置９は、演算回路９１、画像処理回路９２、通信回路９３、表示回路９４、入力回路９５、記憶回路９６、制御回路９７、加速系制御回路９７１、照射系制御回路９７３、駆動制御回路９７５、加速器９８１、輸送系９８２及びガントリ９９を有する。演算回路９１、画像処理回路９２、通信回路９３、表示回路９４、入力回路９５、記憶回路９６及び制御回路９７は、互いにバスを介して通信可能に接続されている。

演算回路９１は、ハードウェア資源として、ＣＰＵ、ＧＰＵ等のプロセッサとＲＯＭやＲＡＭ等のメモリとを有する。演算回路９１は、図２の放射線治療計画装置７の演算回路７１と同様、放射線治療計画の際、腫瘍同定機能７１１、照射領域決定機能７１２、照射方法選択機能７１３、初期方向／線量計算機能７１４、方向分散機能７１５及び線量変更機能７１６を実行する。各機能７１１、７１２、７１３、７１４、７１５及び７１６の説明については重複回避のため省略する。

画像処理回路９２は、ハードウェア資源として、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＭＰＵ等のプロセッサとＲＯＭやＲＡＭ等のメモリとを有する。画像処理回路９２は、３次元の医用画像に種々の画像処理を施す。例えば、画像処理回路９２は、３次元の医用画像にボリュームレンダリングや、サーフェスボリュームレンダリング、画像値投影処理、ＭＰＲ処理、ＣＰＲ処理等の３次元画像処理を施して表示用の２次元の医用画像を生成する。なお、画像処理回路９２は、上記画像処理を実現可能なＡＳＩＣやＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＳＰＬＤにより実現されても良い。

通信回路９３は、図示しない有線又は無線を介して、放射線治療システム１００を構成するＰＥＴ装置１、ＳＰＥＣＴ装置２、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置３、磁気共鳴イメージング装置４、Ｘ線アンギオ装置５、ＰＡＣＳ６、放射線治療計画装置７及び放射線治療情報システム８との間でデータ通信を行う。

表示回路９４は、放射線治療計画のための表示画面や医用画像を表示する。具体的には、表示回路９４は、表示インタフェース回路と表示機器とを有する。表示インタフェース回路は、表示対象を表すデータを映像信号に変換する。表示信号は、表示機器に供給される。表示機器は、表示対象を表す映像信号を表示する。表示機器としては、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。

入力回路９５は、具体的には、入力機器と入力インタフェース回路とを有する。入力機器は、ユーザからの各種指令を受け付ける。入力機器としては、キーボードやマウス、各種スイッチ等が利用可能である。入力インタフェース回路は、入力機器からの出力信号をバスを介して演算回路９１や画像処理回路９２、制御回路９７に供給する。

記憶回路９６は、種々の情報を記憶するＨＤＤやＳＳＤ、集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、記憶回路９６は、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であっても良い。

加速器９８１は、イオン源等により発生された重粒子や陽子等を、直線加速器及び円形加速器等により加速して粒子線を生成する。加速器９８１は、加速系制御回路９７１により制御される。輸送系９８２は、加速器９８１から射出された粒子線をガントリ９９まで輸送する輸送路である。ガントリ９９は、回転部９９１と固定部９９２とを有している。固定部９９２は、床面に設置され、回転部９９１を回転軸回りに回転可能に支持している。回転部９９１には照射器９９３が取り付けられている。照射器９９３は、輸送系９８２により輸送された粒子線を、寝台９９５に載置された患者Ｏに照射する。照射器９９３は、マルチリーフコリメータ等の照準器が取り付けられており、照射領域の形状に応じて粒子線を成形可能である。また、照射器９９３は、横方向の偏向のための電磁偏向板と縦方向の偏向のための電磁偏光板とを有している。なお、横方向は、回転部９９１の回転方向に一致し、縦方向は横方向に直交する。固定部９９２には駆動装置９９４が内蔵されている。駆動装置９９４は、固定部９９２が回転部９９１を回転するための動力を発生する。駆動制御回路９７５により制御される。駆動制御回路９７５は、駆動装置９９４を駆動して、所定の回転角度に照射器９９３を配置する。

制御回路９７は、放射線治療装置９の中枢として機能する。制御回路９７は、演算回路７１又は９１等により生成された放射線治療計画情報に従い加速系制御回路９７１、照射系制御回路９７３及び駆動制御回路９７５を制御し、患者Ｏに粒子線を照射する。具体的には、演算回路７１又は９１等により決定された線量分布を、計画された照射方向及び照射方法で実現するために加速系制御回路９７１、照射系制御回路９７３及び駆動制御回路９７５を制御する。具体的には、駆動制御回路９７５は、各門の回転角度θ及び分散角度に照射器９９３を配置するために駆動装置９９４を制御する。リペイントにおける各粒子線照射の照射方向を分散させることにより、正常組織等への線量の集中を避けることができる。

なお、放射線治療計画が実行されるのは、放射線治療計画装置７又は放射線治療装置９に限定されない。例えば、放射線治療情報システム８に放射線治療計画プログラムをインストールすることにより、腫瘍同定機能７１１、照射領域決定機能７１２、照射方法選択機能７１３、初期方向／線量計算機能７１４、方向分散機能７１５及び線量変更機能７１６を実行させても良い。

（総括）
上記の通り、本実施形態に係る放射線治療計画装置７、放射線治療情報システム８及び放射線治療装置９は、演算回路７１又は９１を有する。演算回路７１又は９１は、少なくとも初期方向／線量計算機能７１４、方向分散機能７１５及び線量変更機能７１６を有する。初期方向／線量計算機能７１４は、被検体に関する３次元医用画像を利用して、粒子線の初期の照射方向と、初期の照射方向に対応する線量分布とを計算する。方向分散機能７１５は、入力機器を介した分散指示がなされたことを契機として、初期の照射方向の一部あるいは全部を分散する。線量変更機能７１６は、分散後の照射方向に基づいて線量分布を変更する。

上記の構成により、初期の線量分布にリスクがある場合、粒子線の照射方向を分散させることが可能になる。これにより、正常組織への線量の集中を回避し、ひいては、粒子線による放射線治療を安全に行うことが可能になる。

かくして、本実施形態によれば、正常組織への線量が高くなることを回避することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…ＰＥＴ装置、２…ＳＰＥＣＴ装置、３…Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、４…磁気共鳴イメージング装置、５…Ｘ線アンギオ装置、７…放射線治療計画装置、８…放射線治療情報システム、９…放射線治療装置、７１…演算回路、７２…画像処理回路、７３…通信回路、７４…表示回路、７５…入力回路、７６…記憶回路、９１…演算回路、９２…画像処理回路、９３…通信回路、９４…表示回路、９５…入力回路、９６…記憶回路、９７…制御回路、９９…ガントリ、１００…放射線治療システム、７１１…腫瘍同定機能、７１２…照射領域決定機能、７１３…照射方法選択機能、７１４…初期方向／線量計算機能、７１５…方向分散機能、７１６…線量変更機能、９７１…加速系制御回路、９７３…照射系制御回路、９７５…駆動制御回路、９８１…加速器、９８２…輸送系、９９１…回転部、９９２…固定部、９９３…照射器、９９４…駆動装置、９９５…寝台。

Claims (10)

1. 被検体に関する３次元医用画像を利用して、所定回数に亘り同一方向に照射される粒子線の初期の照射方向と、前記初期の照射方向に対応する線量分布とを計算する計算部と、
   入力機器を介した分散指示がなされたことを契機として、前記同一方向である前記初期の照射方向を、前記３次元医用画像に含まれる腫瘍の大きさに応じた角度だけ互いに離間する照射方向に分散する分散部と、
   前記分散後の照射方向に基づいて前記線量分布を変更する変更部と、
   を具備し、
   前記分散部は、正常組織への線量の集中を回避するために、前記初期の照射方向を分散する、
   放射線治療計画装置。
2. 前記所定回数は、５回以下である、請求項１記載の放射線治療計画装置。
3. 前記腫瘍の大きさに応じた角度は、５度以下である、請求項１記載の放射線治療計画装置。
4. 腫瘍の大きさ毎に所定角度を関連づけて記憶する記憶部を更に備え、
   前記分散部は、前記３次元医用画像に含まれる腫瘍の大きさに関連づけられた所定角度を前記記憶部から読み出して、前記所定回数に亘る前記同一方向の前記初期の照射方向の各々を前記所定角度だけ離間させる、
   請求項１記載の放射線治療計画装置。
5. 前記記憶部は、粒子線の照射方向に関する腫瘍の大きさ毎に前記所定角度を関連づけて記憶する、請求項４記載の放射線治療計画装置。
6. 前記記憶部は、放射線治療装置による粒子線の照射方向に略平行な方向に関する腫瘍の大きさ毎に、又は前記粒子線の照射方向に略直交し、前記放射線治療装置のガントリの回転方向に関する腫瘍の大きさ毎に、前記所定角度を関連づけて記憶する、請求項４記載の放射線治療計画装置。
7. 前記腫瘍の大きさに応じた角度は、入力機器を介してユーザにより指定される、請求項１記載の放射線治療計画装置。
8. 前記分散部は、前記初期の照射方向のうちの、入力機器を介してユーザにより指定された照射方向に限定して分散する、請求項１記載の放射線治療計画装置。
9. 被検体に粒子線を照射する照射部と、
   前記被検体に関し予め取得された３次元医用画像を利用して、所定回数に亘り同一方向に照射される粒子線の初期の照射方向と、前記初期の照射方向に対応する線量分布とを計算する計算部と、
   入力機器を介した分散指示がなされたことを契機として、前記同一方向である前記初期の照射方向を、前記３次元医用画像に含まれる腫瘍の大きさに応じた角度だけ互いに離間する照射方向に分散する分散部と、
   前記分散後の照射方向に基づいて前記線量分布を変更する変更部と、
   前記分散後の照射方向と前記変更後の線量分布とに従い前記照射部を制御する制御部と、
   を具備し、
   前記分散部は、正常組織への線量の集中を回避するために、前記初期の照射方向を分散する、
   放射線治療装置。
10. 被検体に関する３次元医用画像を利用して、所定回数に亘り同一方向に照射される粒子線の初期の照射方向と、前記初期の照射方向に対応する線量分布とを演算回路により計算し、
    入力機器を介した分散指示がなされたことを契機として、前記演算回路により、前記同一方向である前記初期の照射方向を、前記３次元医用画像に含まれる腫瘍の大きさに応じた角度だけ互いに離間する照射方向に分散し、
    前記分散後の照射方向に基づいて前記線量分布を前記演算回路により変更する、
    ことを具備し、
    前記分散することにおいて、正常組織への線量の集中を回避するために、前記初期の照射方向が分散される、
    放射線治療計画方法。