JP6974232B2 - 粒子線治療計画装置、粒子線治療システムおよび線量分布演算プログラム - Google Patents
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Description
図1において、粒子線治療システムは、荷電粒子線発生装置301、高エネルギービーム輸送系310、回転照射装置311、中央制御装置312、メモリ313、照射制御システム314、表示装置315、照射野形成装置(照射装置)400、ベッド407および電源装置408を備えている。中央制御装置312、治療計画装置501、データサーバ502およびX線CT撮影装置504は、ネットワーク503を介して接続される。X線CT撮影装置504の代わりにX線透視装置を用いるようにしてもよい。
イオン源302より供給された粒子は、前段加速器303にて加速され、粒子線加速装置304に送られる。前段加速器303から粒子線加速装置304に順次送られた粒子は粒子線加速装置304内を周回し、所定のエネルギーまで加速された粒子線が生成される。この時、粒子線が加速装置306を通過する周期に同期させて加速装置306に設けられた高周波加速空胴(図示せず)に高周波が印加され、所定のエネルギーに達するまで粒子線が加速される。また、偏向電磁石305は、粒子線加速装置304内を周回する軌道が一定になるように粒子線のエネルギーに合わせて磁場を制御する。
図2において、照射野形成装置400は、上流側から2つの走査電磁石401、402、線量モニタ403およびビーム位置モニタ404を備える。電源装置408は、走査電磁石磁場強度制御装置410および走査電磁石411、412を備える。走査電磁石411、412は、粒子線300の進行方向と垂直な方向に磁力線を発生する。
図3において、粒子線は、進行方向におけるある位置で停止し、その停止位置にエネルギーの大部分が付与される。このため、粒子線の停止する深さが標的領域内となるようにエネルギーが調整される。
図4の例では、図3で使用したエネルギーよりも低いエネルギーの粒子線が照射される。そのため、粒子線は、図3の面802より浅い位置で停止する。この停止位置を同一エネルギーで照射される面901で表わす。このエネルギーの粒子線に対応する照射スポット902は、照射スポット902を照射する軌跡903を通る粒子線で照射される。
図5において、治療計画装置501は、入力装置602、表示装置603、メモリ(記憶装置)604、演算処理装置(演算装置)605および通信装置606を備える。演算処理装置605は、入力装置602、表示装置603、メモリ604および通信装置606に接続される。入力装置602は、粒子線を照射するためのパラメータを入力する。入力装置602は、マウスやキーボード等の機器を用いることができる。表示装置603は、治療計画を表示する。表示装置603は、液晶ディスプレイ等の機器を用いることができる。入力装置602および表示装置603が一体化されたタッチパネルを用いるようにしてもよい。
図6において、粒子線治療に先立ち、治療計画用の画像が撮像される。治療計画用の画像として最も一般的に利用されるのはCT画像である。CT画像は、患者の複数の方向から取得した透視画像から、3次元データを再構成する。本実施形態は、4DCT画像を利用して治療計画を作成するため、ここで取り込むCT画像も4DCT画像である。ただし、ここで参照する4DCT画像とは、通常のCT画像と異なる特別の撮像方法を経て得られた画像に限定するものではなく、同一の患者の複数の異なる状態における複数の3DCT画像からなるデータセットのことを表わす。
図8において、患者406の肺705に腫瘍があり、この腫瘍を粒子線治療する治療計画を立案するものとする。この時、X線CT撮影装置504にて患者406の胸部領域についての4DCT画像が取得される。この4DCT画像として、例えば、4つの一連の3DCT画像701〜704が取得される。なお、図8では、便宜上、4つの3DCT画像701〜704を2次元CT画像の態様で示した。
操作者は、選択した3DCT画像上で、線量分布の計算に必要な照射パラメータを設定する(ステップ105)。操作者が設定すべき照射パラメータとして照射方向がある。本実施形態を適用した粒子線治療システムは、回転照射装置311とベッド407の角度を選択することで、患者406の任意の方向から粒子線300を照射することができる。照射方向は1つの標的406Aに対して複数設定することが可能である。通常、標的領域706の中心付近がアイソセンタ(回転照射装置311の回転中心位置)に一致するように位置決めされる。
治療計画装置501は、粒子線の走査経路と照射位置を決定する。照射位置は標的領域を覆うように設定される。照射方向(回転照射装置311とベッド407の角度)として複数の方向が指定されている場合は、治療計画装置501は、各照射方向に関して同じ処理を行う。
以下、図6のステップ107に相当する部分を図7のステップ202に示し、図6のステップ108の指示によって開始される治療計画装置501の計算処理の流れを図7のステップ203〜209に示す。
図7において、治療計画装置501は、治療計画に従った粒子線照射を開始した時点における患部の動きの状態を任意に選択可能である。
図9において、演算処理装置605は、照射位置変更中の照射量を計算用に離散するために照射スポット804間に計算用スポット810を設定する。計算用スポット810の数を多くするほど計算精度は向上するが、計算時間が増大するため、適切な数にする必要がある。照射スポット804の間隔が長いほど、照射位置変更中の照射量が多くなり、計算精度の低下を引き起こす。このため、多くの計算用スポット810を設定することが計算精度の向上に有効である。また、連続スキャニング照射では、照射中の粒子線の電流強度が指定されるため、その電流強度が大きいほど、計算用スポット810を多くすることが有効である。
図10において、例えば、図8の4DCT画像に対して3DCT画像701〜704に対応するグループをそれぞれA、B、C、Dとする。ここで、全ての照射スポットおよび計算用スポットのうちの、1つのスポット811に注目する。この時、例えば、そのスポット811の照射量をW、そのスポット811の照射時の位相を0.1とする。このスポットの前後の位相はAグループとBグループであり、それぞれの位相は0と0.25である。
なお、図5の線量分布演算プログラム604Aは、図7のステップ203〜208の全ての処理を演算処理装置605に実行させるようにしてもよいし、図7のステップ203〜207の処理を演算処理装置605に実行させ、図7のステップ208の処理は別のプログラムにより実行されるようにしてもよい。
Claims (16)
- 演算処理装置を備える粒子線治療計画装置であって、
前記演算処理装置は、
連続スキャニング照射における照射位置変更中の粒子線の照射量を算出し、
前記照射位置変更中の粒子線の照射量に基づいて、動きのある標的に対する前記粒子線の線量分布を演算するものであり、
前記標的の異なる時点ごとの一連の3DCT画像のセットである4DCT画像を取得し、
前記粒子線の照射位置変更中の照射量を計算用に離散化し、
前記一連の3DCT画像と、前記粒子線の照射の開始から完了までの経過時間の情報とを関連付けし、
前記関連付けされた一連の3DCT画像と前記経過時間の情報に基づいて、前記計算用に離散化された照射量を前記3DCT画像に分配し、
前記照射量が分配された前記3DCT画像上で前記粒子線の線量分布を演算し、
その中で、
前記照射位置変更中の照射量を計算用に離散化する計算用スポットを前記照射位置変更中の走査経路上に設定し、
前記走査経路上の粒子線の照射量を前記計算用スポットに割り当てることで、前記照射位置変更中の粒子線の照射量を離散化し、
その中で、
照射位置として設定された照射スポット間に前記計算用スポットを設定し、
前記計算用スポットの照射量の分だけ次に照射される照射スポットへの照射量を減算する、
粒子線治療計画装置。 - 前記計算用スポットの照射量は、電流強度と、前記計算用スポットで代用する走査経路長を走査する時間との積として計算される、
請求項1に記載の粒子線治療計画装置。 - 前記計算用スポットは、呼吸周期が短く標的の動きが大きいほど多く設定される、
請求項1に記載の粒子線治療計画装置。 - 前記演算処理装置は、
前記関連付けされた一連の3DCT画像と前記経過時間の情報に基づいて、標的領域の変動に関する情報を前記粒子線の照射位置ごとに補間し、
前記計算用に離散化された照射量および前記補間によって得られた前記標的領域の変動に関する情報に基づいて、前記粒子線の線量分布を演算する請求項1に記載の粒子線治療計画装置。 - 前記演算処理装置は、
前記3DCT画像ごとに形成される線量分布を、前記粒子線の照射の開始から完了までに渡って積算することによって、前記粒子線の照射を完了した時の線量分布を算出し、
前記粒子線の照射を完了した時の線量分布を表示させることを特徴とする請求項1に記載の粒子線治療計画装置。 - 照射位置変更中の粒子線の照射量に基づいて、動きのある標的に対する前記粒子線の線量分布を演算する制御装置と、
所定のエネルギーに達するまで加速された粒子線を発生する荷電粒子線発生装置と、
前記制御装置で演算された前記粒子線の線量分布に基づいて、前記粒子線の照射量、照射位置および照射方向を制御する照射制御システムと、
前記照射制御システムの制御に基づいて、前記標的に照射する粒子線の形状を整形する照射野形成装置とを備え、
前記制御装置は、
前記標的の異なる時点ごとの一連の3DCT画像のセットである4DCT画像を取得し、
前記粒子線の照射位置変更中の照射量を計算用に離散化し、
前記一連の3DCT画像と、前記粒子線の照射の開始から完了までの経過時間の情報とを関連付けし、
前記関連付けされた一連の3DCT画像と前記経過時間の情報に基づいて、前記計算用に離散化された照射量を前記3DCT画像に分配し、
前記照射量が分配された前記3DCT画像上で前記粒子線の線量分布を演算し、
その中で、
前記照射位置変更中の照射量を計算用に離散化する計算用スポットを前記照射位置変更中の走査経路上に設定し、
前記走査経路上の粒子線の照射量を前記計算用スポットに割り当てることで、前記照射位置変更中の粒子線の照射量を離散化し、
その中で、
照射位置として設定された照射スポット間に前記計算用スポットを設定し、
前記計算用スポットの照射量の分だけ次に照射される照射スポットへの照射量を減算する、
粒子線治療システム。 - 前記計算用スポットの照射量は、電流強度と、前記計算用スポットで代用する走査経路長を走査する時間との積として計算される、
請求項6に記載の粒子線治療システム。 - 前記計算用スポットは、呼吸周期が短く標的の動きが大きいほど多く設定される、
請求項6に記載の粒子線治療システム。 - 前記制御装置は、
前記関連付けされた一連の3DCT画像と前記経過時間の情報に基づいて、標的領域の変動に関する情報を前記粒子線の照射位置ごとに補間し、
前記計算用に離散化された照射量および前記補間によって得られた前記標的領域の変動に関する情報に基づいて、前記粒子線の線量分布を演算する請求項6に記載の粒子線治療システム。 - 前記制御装置は、
前記粒子線を照射する直前に生成された前記4DCT画像を取得し、
前記4DCT画像に基づいて前記粒子線の線量分布を演算し、
前記粒子線の線量分布を表示させる請求項6に記載の粒子線治療システム。 - 前記制御装置は、前記粒子線の照射の開始から完了までの経過時間の情報を前記粒子線の照射記録から取得する請求項6に記載の粒子線治療システム。
- 前記制御装置は、前記計算用スポットの位置に基づいて、前記計算用スポットに割り当てられた前記粒子線の照射量を前記3DCT画像に分配する請求項6に記載の粒子線治療システム。
- 前記制御装置は、
前記標的の動きが周期的に変化する時に、前記標的の状態に対応した位相を前記3DCT画像に割り当て、
前記計算用スポットの位置に基づいて前記計算用スポットの位相を算出し、
前記3DCT画像の位相と前記計算用スポットの位相との関係に基づいて、前記計算用スポットに割り当てられた前記粒子線の照射量を前記3DCT画像に分配する請求項12に記載の粒子線治療システム。 - 前記制御装置は、前記計算用スポットの位相の前後の位相を持つ前記3DCT画像に前記粒子線の照射量を分配する請求項13に記載の粒子線治療システム。
- 前記制御装置は、
非剛体レジストレーションに基づいて、前記3DCT画像間の対応する位置を算出し、
前記3DCT画像ごとに形成される線量分布を、前記粒子線の照射の開始から完了までに渡って前記3DCT画像間の対応する位置ごとに積算することによって、前記粒子線の照射を完了した時の線量分布を算出する請求項14に記載の粒子線治療システム。 - 照射位置変更中の粒子線の照射量を算出し、
前記照射位置変更中の粒子線の照射量に基づいて、動きのある標的に対する前記粒子線の線量分布を演算し、
その中で、
前記標的の異なる時点ごとの一連の3DCT画像のセットである4DCT画像を取得し、
前記粒子線の照射位置変更中の照射量を計算用に離散化し、
前記一連の3DCT画像と、前記粒子線の照射の開始から完了までの経過時間の情報とを関連付けし、
前記関連付けされた一連の3DCT画像と前記経過時間の情報に基づいて、前記計算用に離散化された照射量を前記3DCT画像に分配し、
前記照射量が分配された前記3DCT画像上で前記粒子線の線量分布を演算し、
その中で、
前記照射位置変更中の照射量を計算用に離散化する計算用スポットを前記照射位置変更中の走査経路上に設定し、
前記走査経路上の粒子線の照射量を前記計算用スポットに割り当てることで、前記照射位置変更中の粒子線の照射量を離散化し、
その中で、
照射位置として設定された照射スポット間に前記計算用スポットを設定し、
前記計算用スポットの照射量の分だけ次に照射される照射スポットへの照射量を減算する、
ことをコンピュータに実行させる線量分布演算プログラム。
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