JP7323141B1 - 線量予測システム、線量予測方法及び線量予測プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】粒子線の照射量を的確に評価して、粒子線の照射による治療を支援するための線量予測システム、線量予測方法及び線量予測プログラムを提供する。
【解決手段】支援装置２０は、粒子線を照射する照射装置３１と、粒子線の照射領域を計測する検出装置３２と、照射装置３１による照射線量を予測する制御部２１と、を備える。制御部２１が、粒子線照射の照射領域の一部において、基準原子を含む基準領域を特定し、照射装置３１による粒子線照射により、基準領域の基準原子によって生じる基準領域放射能分布、及び体内の前記基準原子によって生じる体内基準放射能分布を、検出装置３２を用いて計測し、基準領域における基準原子の原子密度及び基準領域放射能分布に応じて、体内基準放射能分布に対応する照射線量を算出する。
【選択図】図１
【解決手段】支援装置２０は、粒子線を照射する照射装置３１と、粒子線の照射領域を計測する検出装置３２と、照射装置３１による照射線量を予測する制御部２１と、を備える。制御部２１が、粒子線照射の照射領域の一部において、基準原子を含む基準領域を特定し、照射装置３１による粒子線照射により、基準領域の基準原子によって生じる基準領域放射能分布、及び体内の前記基準原子によって生じる体内基準放射能分布を、検出装置３２を用いて計測し、基準領域における基準原子の原子密度及び基準領域放射能分布に応じて、体内基準放射能分布に対応する照射線量を算出する。
【選択図】図１
Description
本開示は、粒子線を用いた治療を支援するための線量予測システム、線量予測方法及び線量予測プログラムに関する。
放射線を用いて治療を行なう場合、患者の被曝量を低減するために、的確な位置に適切な放射線量で照射する必要がある。このため、透視画像撮影装置によって患者に埋め込まれたマーカの現在位置を算出することにより、放射線治療中に透視するための撮影用放射線による患者の被曝量を低減する放射線治療制御装置が検討されている（例えば、特許文献１参照）。この文献に記載された技術では、一組の透視画像撮影装置から３つ以上のマーカの透視画像を取得することにより、各マーカ間の各々の距離を取得する。そして、各マーカの現在位置を算出した後で、治療用放射線を照射するか否かを判別する。
また、高いエネルギで高速の粒子線を用いて、治療を行なう場合もある。粒子線の一つである陽子線は、入射陽子が体内で停止する寸前の場所で大きなエネルギを損失する。そして、その場所に「ブラッグピーク」と呼ばれる高線量領域を形成する。このため、正常な領域のダメージを減らすことにより、体内の患部に強い放射線を集中的に照射することができる。このような粒子線（陽子線）の照射において、入射陽子核と患者体内にある標的原子核で起こる原子核破砕反応を利用して、陽子線照射領域を可視化する。これにより、その可視化情報から腫瘍に対する照射線量を誘導する技術も検討されている（例えば、非特許文献１参照）。この文献に記載された技術では、陽子線治療において標的原子核破砕反応によって患者体内の照射領域に生成されるポジトロン放出核を検出する陽電子断層装置（ＰＥＴ装置）である「Beam ON-LINE Positron Emission Tomography system」を用いる。このＰＥＴ装置を、陽子線回転ガントリー照射室内に設置することで、陽子線照射領域を可視化する。
また、近年、フラッシュ照射法も検討されている（例えば、非特許文献２参照）。この文献に記載されたフラッシュ照射法では、通常の治療線量率（０．０３Ｇｙ／ｓ程度）よりも高い線量率（＞４０Ｇｙ／ｓ）で放射線を照射する。この場合、従来通りの治療効果を維持しながら、正常組織への副作用を低減することができる。そして、陽子線を使用したフラッシュ照射法で、がん治療の実施に関する検討も開始されている。
西尾禎治，"原子核破砕反応を利用した照射領域可視化による高精度陽子線治療"，［online］，２０１１年，一般財団法人 高度情報科学技術研究機構，ＲＩＳＴニュース，Ｎｏ．５０，ｐ．２４－３５，［令和３年１２月２４日検索］，インターネット＜URL：http://www.rist.or.jp/rnews/50/50s4.pdf＞
廣山陽太他，"６０MeV陽子線FLASH照射の培養細胞における細胞致死効果及び微小核形成率の測定"，［online］，２０２１年７月７日，公益社団法人 日本アイソトープ協会，第５８回アイソトープ・放射線研究発表会，［令和３年１２月２４日検索］，インターネット＜https://www.jstage.jst.go.jp/article/happyokai/1/0/1_134/_pdf/-char/ja＞
しかしながら、照射線量を的確に計測できなければ、高精度な照射条件の調整が困難である。特に、フラッシュ照射法では、瞬時に大量の粒子線を照射するため、照射線量の計測が困難である。
上記課題を解決する線量予測システムは、粒子線を照射する照射装置と、前記粒子線の照射領域を計測する検出装置と、前記照射装置による照射線量を予測する制御部と、を備える。そして、前記制御部が、粒子線照射の照射領域の一部において、基準原子を含む基準領域を特定し、前記照射装置による粒子線照射により、前記基準領域の前記基準原子によって生じる基準領域放射能分布、及び体内の前記基準原子によって生じる体内基準放射能分布を、前記検出装置を用いて計測し、前記基準領域における前記基準原子の原子密度及び前記基準領域放射能分布に応じて、前記体内基準放射能分布に対応する照射線量を算出する。
本発明は、粒子線の照射量を的確に評価して、粒子線の照射による治療を支援することができる。
〔第１実施形態〕
以下、図１～図８に従って、線量予測システム、線量予測方法及び線量予測プログラムを具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、粒子線としての陽子を、フラッシュ照射法により、患者の患部に照射して、患部の治療を行なう場合を説明する。この場合、陽子線の照射量を算出するための変換係数を算出する先行照射処理と、先行照射処理により算出された変換係数を用いた後続照射処理とを行なう。
ここでは、ネットワークを介して接続された治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０を用いる。
以下、図１～図８に従って、線量予測システム、線量予測方法及び線量予測プログラムを具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、粒子線としての陽子を、フラッシュ照射法により、患者の患部に照射して、患部の治療を行なう場合を説明する。この場合、陽子線の照射量を算出するための変換係数を算出する先行照射処理と、先行照射処理により算出された変換係数を用いた後続照射処理とを行なう。
ここでは、ネットワークを介して接続された治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０を用いる。
（ハードウェア構成例）
図２は、治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０等として機能する情報処理装置Ｈ１０のハードウェア構成例である。
図２は、治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０等として機能する情報処理装置Ｈ１０のハードウェア構成例である。
情報処理装置Ｈ１０は、通信装置Ｈ１１、入力装置Ｈ１２、表示装置Ｈ１３、記憶装置Ｈ１４、プロセッサＨ１５を有する。なお、このハードウェア構成は一例であり、他のハードウェアを有していてもよい。
通信装置Ｈ１１は、他の装置との間で通信経路を確立して、データの送受信を実行するインタフェースであり、例えばネットワークインタフェースや無線インタフェース等である。
入力装置Ｈ１２は、ユーザ等からの入力を受け付ける装置であり、例えばマウスやキーボード等である。表示装置Ｈ１３は、各種情報を表示するディスプレイやタッチパネル等である。
記憶装置Ｈ１４は、治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０の各種機能を実行するためのデータや各種プログラムを格納する記憶装置である。記憶装置Ｈ１４の一例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等がある。
プロセッサＨ１５は、記憶装置Ｈ１４に記憶されるプログラムやデータを用いて、治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０における各処理（例えば、後述する制御部２１における処理）を制御する。プロセッサＨ１５の一例としては、例えばＣＰＵやＭＰＵ等がある。このプロセッサＨ１５は、ＲＯＭ等に記憶されるプログラムをＲＡＭに展開して、各種処理に対応する各種プロセスを実行する。例えば、プロセッサＨ１５は、治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０のアプリケーションプログラムが起動された場合、後述する各処理を実行するプロセスを動作させる。
プロセッサＨ１５は、自身が実行するすべての処理についてソフトウェア処理を行なうものに限られない。例えば、プロセッサＨ１５は、自身が実行する処理の少なくとも一部についてハードウェア処理を行なう専用のハードウェア回路（例えば、特定用途向け集積回路：ＡＳＩＣ）を備えてもよい。すなわち、プロセッサＨ１５は、以下で構成し得る。
〔１〕コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ
〔２〕各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する１つ以上の専用のハードウェア回路
〔３〕それらの組み合わせ、を含む回路
プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコード又は指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用又は専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。
〔２〕各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する１つ以上の専用のハードウェア回路
〔３〕それらの組み合わせ、を含む回路
プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコード又は指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用又は専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。
（各情報処理装置の機能）
次に、治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０の機能を説明する。
治療計画装置１０は、患部に対して放射線の入射方法を検討し、適切な線量が処方できているかを確認するためのシミュレータである。この治療計画装置１０は、ＣＴ撮影装置から、所定の画像間隔で断層撮影したＣＴ画像（DICOMデータ）を取得する。そして、治療計画装置１０は、公知の方法を用いて、DICOMデータにおいて輪郭抽出を行ない、ＣＴ輪郭情報を生成する。このＣＴ輪郭情報は、DICOM ROI（Region Of Interest）データにより構成されており、所定間隔で撮影したＣＴ画像（断層画像）において特定した所定部位（体表面、骨、患部及びリスク臓器等）の輪郭を構成する点（座標）の集合体からなるデータである。この治療計画装置１０においては、患部の体表面形状、患部の形状、位置、リスク臓器との位置関係によって、治療ビームの線質、入射方向、照射範囲、処方線量・照射回数等を決定する。
次に、治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０の機能を説明する。
治療計画装置１０は、患部に対して放射線の入射方法を検討し、適切な線量が処方できているかを確認するためのシミュレータである。この治療計画装置１０は、ＣＴ撮影装置から、所定の画像間隔で断層撮影したＣＴ画像（DICOMデータ）を取得する。そして、治療計画装置１０は、公知の方法を用いて、DICOMデータにおいて輪郭抽出を行ない、ＣＴ輪郭情報を生成する。このＣＴ輪郭情報は、DICOM ROI（Region Of Interest）データにより構成されており、所定間隔で撮影したＣＴ画像（断層画像）において特定した所定部位（体表面、骨、患部及びリスク臓器等）の輪郭を構成する点（座標）の集合体からなるデータである。この治療計画装置１０においては、患部の体表面形状、患部の形状、位置、リスク臓器との位置関係によって、治療ビームの線質、入射方向、照射範囲、処方線量・照射回数等を決定する。
支援装置２０は、粒子線（陽子線）治療を支援するためのコンピュータシステムである。この支援装置２０は、制御部２１、治療情報記憶部２２、変換係数記憶部２３を備えている。
制御部２１は、後述する処理（照射指示段階、取得段階、変換段階等を含む処理）を行なう。このための線量予測プログラムを実行することにより、制御部２１は、照射指示部２１１、取得部２１２、変換部２１３等として機能する。
照射指示部２１１は、治療装置３０に対して、陽子線の照射を指示する処理を実行する。
取得部２１２は、放射線量等の各種情報を取得する処理を実行する。
変換部２１３は、変換係数の算出処理や、変換係数を用いた照射線量の算出処理を実行する。
取得部２１２は、放射線量等の各種情報を取得する処理を実行する。
変換部２１３は、変換係数の算出処理や、変換係数を用いた照射線量の算出処理を実行する。
治療情報記憶部２２には、患者の治療のための陽子線照射についての治療管理情報が記録される。この治療管理情報は、治療計画装置１０から治療計画情報を取得した場合に記録される。この治療管理情報は、患者コード、治療予定日に関連付けて、ＣＴ輪郭情報、照射条件情報を含む。
患者コードは、各患者を特定するための識別子である。
治療予定日は、この患者に対して、治療計画における陽子線照射による治療の予定日（年月日）である。
治療予定日は、この患者に対して、治療計画における陽子線照射による治療の予定日（年月日）である。
ＣＴ輪郭情報には、この患者の患部のＣＴ画像において、所定部位（体表面、骨、患部及びリスク臓器等）の輪郭の位置情報が含まれる。
照射条件情報は、この患者に対して、治療予定日に照射する陽子線を照射する条件である。照射条件情報には、陽子線の照射位置、照射方向、照射エネルギ、照射線量、ビーム照射法等に関する情報が含まれる。本実施形態では、ビーム照射法として、「フラッシュ照射」を用いる。
照射条件情報は、この患者に対して、治療予定日に照射する陽子線を照射する条件である。照射条件情報には、陽子線の照射位置、照射方向、照射エネルギ、照射線量、ビーム照射法等に関する情報が含まれる。本実施形態では、ビーム照射法として、「フラッシュ照射」を用いる。
変換係数記憶部２３には、照射線量を算出するための変換係数情報が記録される。この変換係数情報は、先行照射処理を行なった場合に記録される。この変換係数情報は、患者コード及び変換係数に関する情報を含む。
患者コードは、各患者を特定するための識別子である。
変換係数は、患者の体部位における放射能（activity）分布から、フラッシュ照射法による照射線量を予測するための情報である。
変換係数は、患者の体部位における放射能（activity）分布から、フラッシュ照射法による照射線量を予測するための情報である。
治療装置３０は、放射線を患部に照射することにより、がん等の患部の治療を行なう装置である。この治療装置３０には、患者Ｐ１が仰臥や背臥するための治療台が設けられている。そして、治療装置３０は、照射装置３１、検出装置３２を備える。
照射装置３１は、治療台の患者Ｐ１に対して、フラッシュ照射法により粒子線を照射する装置（ガントリー）である。
検出装置３２は、陽子線治療において標的原子核破砕反応によって患者体内の照射領域に生成されるポジトロン放出核を検出する陽電子断層装置（ＰＥＴ装置）である。このポジトロン放出核の放出位置により、照射深さ位置（照射領域）を特定することができる。検出装置３２は、照射装置３１から照射される陽子線の照射方向の側面から、ポジトロン放出核を検出する計測面３２１，３２２を備える。
検出装置３２は、陽子線治療において標的原子核破砕反応によって患者体内の照射領域に生成されるポジトロン放出核を検出する陽電子断層装置（ＰＥＴ装置）である。このポジトロン放出核の放出位置により、照射深さ位置（照射領域）を特定することができる。検出装置３２は、照射装置３１から照射される陽子線の照射方向の側面から、ポジトロン放出核を検出する計測面３２１，３２２を備える。
（照射支援処理）
図３、図４を用いて、照射支援処理を説明する。この照射支援処理は、先行照射処理と後続照射処理とからなる。
図３、図４を用いて、照射支援処理を説明する。この照射支援処理は、先行照射処理と後続照射処理とからなる。
（先行照射処理）
まず、図３を用いて、先行照射処理を説明する。この先行照射処理におけるフラッシュ照射では、基準領域を備えた防護シェルを用いる。
まず、図３を用いて、先行照射処理を説明する。この先行照射処理におけるフラッシュ照射では、基準領域を備えた防護シェルを用いる。
図５に示すように、粒子線治療を行なう場合、治療位置ａ０以外の領域への照射を抑制するために、体表面に防護シェルｓｈ１を貼付する。本実施形態では、治療位置ａ０の近傍で、防護シェルｓｈ１の一部の領域に基準領域ａ１が設けられている。基準領域ａ１は、所定密度の基準原子（本実施形態ではＣａ原子）を含有して構成される。この基準原子の原子密度により、粒子線の吸収線量が決まる。
まず、支援装置２０の制御部２１は、第１粒子線照射として、フラッシュ照射処理を実行する（ステップＳ１１）。具体的には、制御部２１の照射指示部２１１は、治療計画装置１０から、治療予定日（当日）に、陽子線照射による治療を行なう患者の患者コードの治療計画情報を取得し、治療情報記憶部２２に記録する。そして、取得部２１２は、ＣＴ輪郭情報において、照射条件（陽子線の照射位置、照射方向、照射エネルギ）を用いて、陽子線の照射範囲を特定する。
次に、照射指示部２１１は、治療装置３０に対して、陽子線のフラッシュ照射指示を送信する。このフラッシュ照射指示には、陽子線の照射エネルギ及びフラッシュ照射線量（予定値）に関する情報を含める。この場合、照射エネルギとしては、治療計画における、照射位置での照射エネルギを設定する。また、照射線量（予定値）としては、治療計画の処方線量内であって、検出装置３２でポジトロン放出核を検知可能な最小線量を用いる。そして、治療装置３０の照射装置３１は、指示されたフラッシュ照射位置毎に、照射エネルギ及びフラッシュ照射線量により、陽子線の照射を行なう。
次に、支援装置２０の制御部２１は、基準領域及び体内の放射能分布の計測処理を実行する（ステップＳ１２）。具体的には、制御部２１の取得部２１２は、治療装置３０の検出装置３２から、フラッシュ照射によるポジトロン放出核を検出し、基準領域の基準領域放射能分布及び体内の放射能分布（体内領域放射能分布）の時間依存性を計測する。
図６に示すように、原子の半減期の相違によって、ポジトロン放出核の放出時期が異なる。半減期が基準時間（例えば、１秒）より短い「ミリ秒オーダー」の時間帯ｔ１では、下記のポジトロン放出が生じる。
12C(p,n)12N
40Ca(p,X)39Ca,38Ca,…
12C(p,n)12N
40Ca(p,X)39Ca,38Ca,…
半減期が長い「分或いは数十秒オーダー」の時間帯ｔ２では、下記のポジトロン放出が生じる。なお、時間帯ｔ２は、時間帯ｔ１と識別できる時間帯であればよい。
12C(p,X)11C,10C,…
16O(p,X)15O,14O,…
40Ca(p,X)38K,30P,…
12C(p,X)11C,10C,…
16O(p,X)15O,14O,…
40Ca(p,X)38K,30P,…
図５に示す計測面３２１，３２２により、時間帯ｔ１，ｔ２において、基準領域及び体内の放射能分布を検出する。
図７、図８に示すように、計測時間によって、放射能分布が異なる。図７は時間帯ｔ１の放射能分布、図８は時間帯ｔ２の放射能分布である。両者は、「＋」近傍の放射能分布が異なっている。
図７、図８に示すように、計測時間によって、放射能分布が異なる。図７は時間帯ｔ１の放射能分布、図８は時間帯ｔ２の放射能分布である。両者は、「＋」近傍の放射能分布が異なっている。
次に、支援装置２０の制御部２１は、体内の放射能分布において、体内基準原子からの放射能分布の取得処理を実行する（ステップＳ１３）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、取得部２１２が取得した時間帯ｔ１（基準時間）の放射能分布において、体内基準原子（Ｃａ原子）を含む骨からの体内基準放射能分布を特定する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、基準領域の放射能分布により、照射線量の算出処理を実行する（ステップＳ１４）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、取得部２１２が取得した時間帯ｔ１の放射能分布において、基準領域からの放射能分布（基準領域放射能分布）を特定する。次に、変換部２１３は、治療情報記憶部２２に記録された治療計画を用いて、基準領域の位置におけるフラッシュ照射の照射予定線量を特定する。そして、変換部２１３は、基準領域のＣａ密度による吸収線量を用いて、基準領域の照射線量（実線量）を算出する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、照射線量の出力処理を実行する（ステップＳ１５）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、算出した照射線量を治療装置３０に出力する。更に、変換部２１３は、算出した照射線量分布と治療計画の照射線量や深さ位置とを比較する。治療計画と不一致と判定した場合、変換部２１３は、照射線量や深さ位置のずれについて、治療装置３０に対して、アラームを出力する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、変換係数の算出処理を実行する（ステップＳ１６）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、治療計画を用いて、骨位置におけるフラッシュ照射の照射予定線量を特定する。次に、変換部２１３は、基準領域の照射予定線量と、骨位置の照射予定線量との分布割合を算出する。次に、変換部２１３は、基準領域における実線量に分布割合を乗算し、骨位置の実線量を算出する。次に、変換部２１３は、骨位置の体内基準放射能分布から、骨位置の照射線量に変換する変換係数を算出する。そして、変換部２１３は、算出した変換係数を、患者コードに関連付けて変換係数記憶部２３に記録する。
（後続照射処理）
次に、図４を用いて、後続照射処理を説明する。この後続照射処理においては、基準領域ａ１がない防護シェルｓｈ１を用いる。
次に、図４を用いて、後続照射処理を説明する。この後続照射処理においては、基準領域ａ１がない防護シェルｓｈ１を用いる。
まず、支援装置２０の制御部２１は、第２粒子線照射として、ステップＳ１１と同様に、フラッシュ照射処理を実行する（ステップＳ２１）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、体内の放射能分布の計測処理を実行する（ステップＳ２２）。具体的には、制御部２１の取得部２１２は、治療装置３０の検出装置３２から、フラッシュ照射によるポジトロン放出核を検出し、放射能分布の時間依存性を計測する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、体内の放射能分布の計測処理を実行する（ステップＳ２２）。具体的には、制御部２１の取得部２１２は、治療装置３０の検出装置３２から、フラッシュ照射によるポジトロン放出核を検出し、放射能分布の時間依存性を計測する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ１３と同様に、体内の放射能分布において、体内基準原子からの放射能分布の取得処理を実行する（ステップＳ２３）。ここでは、時間帯ｔ１における体内の放射能分布のみを取得する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、変換係数を用いて照射線量の算出処理を実行する（ステップＳ２４）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、患者コードに関連付けられた変換係数を変換係数記憶部２３から取得する。そして、変換部２１３は、骨位置の体内基準放射能分布に、変換係数を適用して、照射線量を算出する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、照射線量の出力処理を実行する（ステップＳ２５）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、算出した照射線量を治療装置３０に出力する。更に、ステップＳ１５と同様に、変換部２１３は、照射線量や深さ位置のずれについて、治療装置３０に対して、アラームを出力する。
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１－１）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、フラッシュ照射処理を実行する（ステップＳ１１）。これにより、粒子線照射において、治療効果を維持しながら、正常組織への副作用を低減した治療を行なうことができる。
（１－１）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、フラッシュ照射処理を実行する（ステップＳ１１）。これにより、粒子線照射において、治療効果を維持しながら、正常組織への副作用を低減した治療を行なうことができる。
（１－２）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、基準領域及び体内の放射能分布の計測処理を実行する（ステップＳ１２）。ここで、検出装置３２は、陽子線治療において標的原子核破砕反応によって患者体内の照射領域に生成されるポジトロン放出核を検出する陽電子断層装置（ＰＥＴ装置）を用いる。これにより、ミリ秒オーダーからの幅広い時間範囲で、高速に放射能分布を、２次元的に計測することができる。従って、瞬時に照射が終了するフラッシュ照射において、放射能分布を計測することができる。この計測結果により、フラッシュ照射における照射線量を調整して、的確な治療を行なうことができる。
（１－３）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、体内の放射能分布において、体内基準原子からの放射能分布の取得処理を実行する（ステップＳ１３）。これにより、体内に存在する骨のＣａ原子からのポジトロン放出核を計測することができる。
（１－４）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、基準領域の放射能分布により、照射線量の算出処理を実行する（ステップＳ１４）。これにより、基準原子の密度が特定できる基準領域において、ポジトロン放出核を計測することで、実際の照射線量を算出することができる。
（１－５）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、変換係数の算出処理を実行する（ステップＳ１６）。これにより、体内における基準原子の密度を把握できない場合にも、基準領域の放射能分布を用いて照射線量を予測するための変換係数を算出することができる。
（１－６）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、変換係数を用いて照射線量の算出処理を実行する（ステップＳ２４）。これにより、基準領域が存在しない場合にも、体内での放射能分布を用いて、照射線量を予測することができる。
〔第２実施形態〕
次に、図９～図１１に従って、線量予測システム、線量予測方法及び線量予測プログラムを具体化した第２実施形態を説明する。第１実施形態では、基準原子（Ｃａ原子）を用いて、照射線量を算出する。第２実施形態では、複数の原子（基準原子、参照原子）を併用して、照射線量の検証を行なうように変更する。以下の実施形態においては、上記第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
例えば、図１１に示すように、時間帯ｔ１におけるＣａ原子（基準原子）からの放射能分布と、時間帯ｔ２におけるＣ原子，Ｏ原子（参照原子）からの放射能分布とを用いる。
このため、本実施形態の変換係数記憶部２３には、第１変換係数及び第２変換係数を記憶する。
次に、図９～図１１に従って、線量予測システム、線量予測方法及び線量予測プログラムを具体化した第２実施形態を説明する。第１実施形態では、基準原子（Ｃａ原子）を用いて、照射線量を算出する。第２実施形態では、複数の原子（基準原子、参照原子）を併用して、照射線量の検証を行なうように変更する。以下の実施形態においては、上記第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
例えば、図１１に示すように、時間帯ｔ１におけるＣａ原子（基準原子）からの放射能分布と、時間帯ｔ２におけるＣ原子，Ｏ原子（参照原子）からの放射能分布とを用いる。
このため、本実施形態の変換係数記憶部２３には、第１変換係数及び第２変換係数を記憶する。
（先行照射処理）
図９を用いて、先行照射処理を説明する。この場合にも、基準原子（Ｃａ原子）を含む基準領域が配置された防護シェルを用いる。
図９を用いて、先行照射処理を説明する。この場合にも、基準原子（Ｃａ原子）を含む基準領域が配置された防護シェルを用いる。
まず、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ１１と同様に、フラッシュ照射処理を実行する（ステップＳ３１）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ１２と同様に、基準領域及び体内の放射能分布の計測処理を実行する（ステップＳ３２）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ１２と同様に、基準領域及び体内の放射能分布の計測処理を実行する（ステップＳ３２）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、体内の放射能分布において、体内基準原子からの放射能分布の取得処理を実行する（ステップＳ３３）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、取得部２１２が取得した時間帯ｔ１の放射能分布において、体内基準原子（Ｃａ原子）を含む骨からの放射能分布（第１基準体内放射能分布）を特定する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、体内参照原子からの放射能分布の取得処理を実行する（ステップＳ３４）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、取得部２１２が取得した時間帯ｔ２の放射能分布において、体内参照原子（Ｃ，Ｏ）を含む臓器からの放射能分布（第１参照体内放射能分布）を特定する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ１４と同様に、基準領域の放射能分布により照射線量の算出処理を実行する（ステップＳ３５）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ１５と同様に、照射線量の出力処理を実行する（ステップＳ３６）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ１５と同様に、照射線量の出力処理を実行する（ステップＳ３６）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、第１変換係数の算出処理を実行する（ステップＳ３７）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、ステップＳ１６と同様に、治療計画を用いて、骨位置におけるフラッシュ照射の照射予定線量を特定する。次に、変換部２１３は、基準領域の照射予定線量と、骨位置の照射予定線量との分布割合を算出する。次に、変換部２１３は、基準領域における実線量に分布割合を乗算し、骨位置の実線量を算出する。次に、変換部２１３は、骨位置の第１基準体内放射能分布から、骨位置の照射線量に変換する第１変換係数を算出する。そして、変換部２１３は、算出した第１変換係数を、患者コードに関連付けて変換係数記憶部２３に記録する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、第２変換係数の算出処理を実行する（ステップＳ３８）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、治療計画を用いて、体内参照原子（Ｃ，Ｏ）を含む臓器位置におけるフラッシュ照射の照射予定線量を特定する。次に、変換部２１３は、基準領域の照射予定線量と、臓器位置の照射予定線量との分布割合を算出する。次に、変換部２１３は、基準領域における実線量に分布割合を乗算し、臓器位置の実線量を算出する。次に、変換部２１３は、臓器位置の第１参照体内放射能分布から、臓器位置の照射線量に変換する第２変換係数を算出する。そして、変換部２１３は、算出した第２変換係数を、患者コードに関連付けて変換係数記憶部２３に記録する。
（後続照射処理）
次に、図１０を用いて、後続照射処理を説明する。この後続照射処理においては、基準領域ａ１がない防護シェルｓｈ１を用いる。
次に、図１０を用いて、後続照射処理を説明する。この後続照射処理においては、基準領域ａ１がない防護シェルｓｈ１を用いる。
まず、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ２１と同様に、フラッシュ照射処理を実行する（ステップＳ４１）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ２２と同様に、体内の放射能分布の計測処理を実行する（ステップＳ４２）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ２２と同様に、体内の放射能分布の計測処理を実行する（ステップＳ４２）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ３３と同様に、体内基準原子からの放射能分布の取得処理を実行する（ステップＳ４３）。ここでは、骨からの放射能分布（第２基準体内放射能分布）を特定する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、第１変換係数を用いて、第１照射線量の算出処理を実行する（ステップＳ４４）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、患者コードに関連付けられた第１変換係数を変換係数記憶部２３から取得する。そして、変換部２１３は、第２基準体内放射能分布に対して、第１変換係数を用いて、照射線量を算出する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、第１変換係数を用いて、第１照射線量の算出処理を実行する（ステップＳ４４）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、患者コードに関連付けられた第１変換係数を変換係数記憶部２３から取得する。そして、変換部２１３は、第２基準体内放射能分布に対して、第１変換係数を用いて、照射線量を算出する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ３４と同様に、体内参照原子からの放射能分布の取得処理を実行する（ステップＳ４５）。ここでは、臓器からの放射能分布（第２参照体内放射能分布）を特定する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、第２変換係数を用いて、第２照射線量の算出処理を実行する（ステップＳ４６）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、患者コードに関連付けられた第２変換係数を変換係数記憶部２３から取得する。そして、変換部２１３は、体内参照原子（Ｃ，Ｏ）を含む臓器からの第２参照体内放射能分布に対して、第２変換係数を用いて、第２照射線量を算出する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、第２変換係数を用いて、第２照射線量の算出処理を実行する（ステップＳ４６）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、患者コードに関連付けられた第２変換係数を変換係数記憶部２３から取得する。そして、変換部２１３は、体内参照原子（Ｃ，Ｏ）を含む臓器からの第２参照体内放射能分布に対して、第２変換係数を用いて、第２照射線量を算出する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、照射線量の確認処理を実行する（ステップＳ４７）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、第１照射線量と第２照射線量との差異（比較結果）を算出する。そして、差異が誤差範囲内に収まっていることを確認する。更に、変換部２１３は、算出した照射線量分布と治療計画の照射線量や深さ位置とを比較する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、照射線量の出力処理を実行する（ステップＳ４８）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、算出した照射線量分布と治療計画の照射線量や深さ位置とを比較する。更に、治療計画と不一致と判定した場合、変換部２１３は、照射線量や深さ位置のずれについて、治療装置３０に対して、アラームを出力する。第１照射線量と第２照射線量との差異が誤差範囲を超えている場合や、治療計画と不一致と判定した場合、変換部２１３は、照射線量や深さ位置のずれについての評価結果に応じて、治療装置３０に対して、アラームを出力する。
本実施形態によれば、（１－１）～（１－６）効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（２－１）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、体内参照原子からの第２放射能分布の取得処理（ステップＳ３４）、第２変換係数の算出処理を実行する（ステップＳ３８）。これにより、複数の原子（基準原子、参照原子）について、放射能分布から照射線量を予測するための変換係数を算出することができる。
（２－１）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、体内参照原子からの第２放射能分布の取得処理（ステップＳ３４）、第２変換係数の算出処理を実行する（ステップＳ３８）。これにより、複数の原子（基準原子、参照原子）について、放射能分布から照射線量を予測するための変換係数を算出することができる。
（２－２）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、体内基準原子からの放射能分布の取得処理（ステップＳ４３）～照射線量の確認処理（ステップＳ４７）を実行する。これにより、複数の原子（基準原子、参照原子）からの放射能分布を用いて、算出した照射線量を検証することができる。
〔第３実施形態〕
次に、図１２に従って、線量予測システム、線量予測方法及び線量予測プログラムを具体化した第３実施形態を説明する。第１実施形態では、基準領域を用いて、照射線量を算出する。第３実施形態は、患者の骨を基準領域として用いるように変更した構成であり、上記第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。この場合、患者の骨のＣａ密度を用いて照射線量を算出する。
次に、図１２に従って、線量予測システム、線量予測方法及び線量予測プログラムを具体化した第３実施形態を説明する。第１実施形態では、基準領域を用いて、照射線量を算出する。第３実施形態は、患者の骨を基準領域として用いるように変更した構成であり、上記第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。この場合、患者の骨のＣａ密度を用いて照射線量を算出する。
（照射処理）
図１２を用いて、照射処理を説明する。ここでは、患者の治療部位近傍に存在する基準原子の密度を用いる。患者の治療部位近傍に存在する骨について、骨密度から算出したＣａ密度を用いる。
図１２を用いて、照射処理を説明する。ここでは、患者の治療部位近傍に存在する基準原子の密度を用いる。患者の治療部位近傍に存在する骨について、骨密度から算出したＣａ密度を用いる。
まず、支援装置２０の制御部２１は、患者の体内の基準原子の密度の特定処理を実行する（ステップＳ５１）。具体的には、制御部２１の取得部２１２は、患者の治療部位近傍に存在する骨のＣａ密度を取得する。そして、取得部２１２は、患者コードに関連付けて、基準原子（Ｃａ原子）の密度を、変換係数記憶部２３に記録する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ２１と同様に、フラッシュ照射処理を実行する（ステップＳ５２）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ２２と同様に、体内の放射能分布の計測処理を実行する（ステップＳ５３）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ２２と同様に、体内の放射能分布の計測処理を実行する（ステップＳ５３）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ２３と同様に、体内基準原子からの放射能分布の取得処理を実行する（ステップＳ５４）。
次に、支援装置２０の制御部２１は、基準原子の密度を用いて照射線量の算出処理を実行する（ステップＳ５５）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、患者コードに関連付けられた骨のＣａ密度を変換係数記憶部２３から取得する。そして、変換部２１３は、Ｃａ密度を用いて、骨の放射能分布（体内基準放射能分布）に対応した照射線量を算出する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、基準原子の密度を用いて照射線量の算出処理を実行する（ステップＳ５５）。具体的には、制御部２１の変換部２１３は、患者コードに関連付けられた骨のＣａ密度を変換係数記憶部２３から取得する。そして、変換部２１３は、Ｃａ密度を用いて、骨の放射能分布（体内基準放射能分布）に対応した照射線量を算出する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ２５と同様に、照射線量の出力処理を実行する（ステップＳ５６）。
本実施形態によれば、（１－１）～（１－３）の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（３－１）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、患者の体内の基準原子の密度の特定処理（ステップＳ５１）、基準原子の密度を用いて照射線量の算出処理（ステップＳ５５）を実行する。これにより、体内に存在する基準原子を含む部位（例えば、骨）を基準領域として利用して、照射線量を算出することができる。
（３－１）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、患者の体内の基準原子の密度の特定処理（ステップＳ５１）、基準原子の密度を用いて照射線量の算出処理（ステップＳ５５）を実行する。これにより、体内に存在する基準原子を含む部位（例えば、骨）を基準領域として利用して、照射線量を算出することができる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記各実施形態では、粒子線として陽子線を用いる。ここで、粒子線は陽子線に限定されるものではなく、例えば、炭素線等を用いることも可能である。
・上記各実施形態では、粒子線として陽子線を用いる。ここで、粒子線は陽子線に限定されるものではなく、例えば、炭素線等を用いることも可能である。
・上記各実施形態では、フラッシュ照射における照射線量を算出するが、粒子線の照射方法はフラッシュ照射に限定されるものではない。
・上記各実施形態では、基準原子としてＣａ原子を用いる。体内に存在する原子であれば、Ｃａに限定されるものではない。
・上記各実施形態では、基準原子としてＣａ原子を用いる。体内に存在する原子であれば、Ｃａに限定されるものではない。
・上記各実施形態では、防護シェルｓｈ１の一部の領域に基準領域ａ１が設けられている。基準領域は、ポジトロン放出を検出可能な基準原子を含む領域であれば、防護シェルｓｈ１の一部に限定されるものではない。
・上記各実施形態では、検出装置３２として、患者体内の照射領域に生成されるポジトロン放出核を検出する陽電子断層装置を用いる。照射領域を検出できれば、ポジトロン放出核の検出に限定されるものではない。
ａ０…治療位置、ａ１…基準領域、１０…治療計画装置、２０…支援装置、２１…制御部、２１１…照射指示部、２１２…取得部、２１３…変換部、２２…治療情報記憶部、２３…変換係数記憶部、３０…治療装置、３１…照射装置、３２…検出装置。
Claims (10)
- 粒子線を照射する照射装置と、
前記粒子線の照射領域を計測する検出装置と、
前記照射装置による照射線量を予測する制御部と、を備えた線量予測システムであって、
前記制御部が、
粒子線照射の照射領域の一部において、基準原子を含む基準領域を特定し、
前記照射装置による粒子線照射により、前記基準領域の前記基準原子によって生じる基準領域放射能分布、及び体内の前記基準原子によって生じる体内基準放射能分布を、前記検出装置を用いて計測し、
前記基準領域における前記基準原子の数密度及び前記基準領域放射能分布に応じて、前記体内基準放射能分布に対応する照射線量を算出することを特徴とする線量予測システム。 - 前記粒子線照射の照射領域に配置された前記基準原子を含む領域を、前記基準領域として特定することを特徴とする請求項１に記載の線量予測システム。
- 前記制御部が、前記基準領域放射能分布及び前記体内基準放射能分布を、半減期に応じた時間帯で特定することを特徴とする請求項１又は２に記載の線量予測システム。
- 前記制御部が、
前記体内において、半減期が基準時間より短い前記基準原子の放射能分布を、前記検出装置を用いて取得し、
前記照射装置による粒子線のフラッシュ照射において、前記基準時間内で、前記体内基準放射能分布を計測し、
前記体内基準放射能分布に応じて照射線量を算出することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の線量予測システム。 - 前記基準原子はＣａ原子であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の線量予測システム。
- 前記制御部が、
前記照射装置による第１粒子線照射により、前記基準領域放射能分布及び第１基準体内放射能分布を、前記検出装置を用いて計測し、
前記基準領域放射能分布により算出した照射線量を、前記第１基準体内放射能分布から予測するための第１変換係数を算出し、
前記照射装置における新たな第２粒子線照射による第２基準体内放射能分布を、前記検出装置を用いて計測し、
前記第１変換係数を用いて、前記第２基準体内放射能分布から照射線量を算出することを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の線量予測システム。 - 前記制御部が、
前記照射装置による粒子線照射において、更に、前記基準原子とは異なる参照原子によって生じる第１参照体内放射能分布を、前記検出装置を用いて計測し、
前記第１参照体内放射能分布に基づいて照射線量を算出する第２変換係数を算出し、
前記第２粒子線照射において、前記第２基準体内放射能分布及び前記参照原子によって生じる第２参照体内放射能分布を、前記検出装置を用いて取得し、
前記第２基準体内放射能分布及び前記第１変換係数を用いて算出した照射線量と、前記第２参照体内放射能分布及び前記第２変換係数を用いて算出した照射線量とを比較することを特徴とする請求項６に記載の線量予測システム。 - 前記制御部が、前記第１参照体内放射能分布及び前記第２参照体内放射能分布を、半減期に応じた時間帯で特定することを特徴とする請求項７に記載の線量予測システム。
- 粒子線を照射する照射装置と、
前記粒子線の照射領域を計測する検出装置と、
前記照射装置による照射線量を予測する制御部と、を備えた線量予測システムにより、線量予測を行なう方法であって、
前記制御部が、
粒子線照射の照射領域の一部において、基準原子を含む基準領域を特定し、
前記検出装置を用いて、前記照射装置による粒子線照射により、前記基準領域の前記基準原子によって生じる基準領域放射能分布、及び体内の前記基準原子によって生じる体内基準放射能分布を取得し、
前記基準領域における前記基準原子の数密度及び前記基準領域放射能分布に応じて、前記体内基準放射能分布に対応する照射線量を算出することを特徴とする線量予測方法。 - 粒子線を照射する照射装置と、
前記粒子線の照射領域を計測する検出装置と、
前記照射装置による照射線量を予測する制御部と、を備えた線量予測システムを用いて、線量予測を行なうプログラムであって、
前記制御部を、
粒子線照射の照射領域の一部において、基準原子を含む基準領域を特定し、
前記照射装置による粒子線照射により、前記基準領域の前記基準原子によって生じる基準領域放射能分布、及び体内の前記基準原子によって生じる体内基準放射能分布を、前記検出装置を用いて計測し、
前記基準領域における前記基準原子の数密度及び前記基準領域放射能分布に応じて、前記体内基準放射能分布に対応する照射線量を算出する手段として機能させることを特徴とする線量予測プログラム。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 西尾 禎治，"標的原子核破砕反応による生成ポジトロン放出核分布画像誘導陽子線治療"，BIO Clinica，株式会社 北隆館，2015年02月10日，Vol.30 No.2，p124-129 |
| 西尾 禎治，外１名，"体内中での標的原子核破砕反応による生成ポジトロン放出核分布画像を利用した新しい陽子線治療法の研究"，日本分子イメージング学会機関誌，日本イメージング学会，2018年05月10日，Vol.11 No.2，p3-8 |
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|---|---|
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