JPH08280824A - 放射線治療システムにおける治療計画最適化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放射線治療計画の最適化において、照射方向
が分散化された照射条件を最適解として導出できる治療
計画最適化方法を提供すること。 【構成】 致死線量以上、耐用線量以下、あるいは、指
定線量相等の通常の制約条件の他に、各々の放射線ビー
ムが通過する人体内の範囲であって、かつ、２つ以上の
ビームが交差する部分を除いた範囲にも上記と同様な制
約条件を課す制約点を少なくとも１点だけ追加設定し、
追加した制約点では致死線量、耐用線量、あるいは、指
定線量の線量値を調整用の変数による関数から指定でき
る制約条件を課す。これらの条件の下で線形計画問題を
調整用の変数の値を順次変更しながら繰り返し解くこと
によって最適な照射条件を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放射線治療システムにお
ける治療計画最適化方法、すなわち、正常組織への被爆
を極力抑え、かつ、腫瘍等の治療対象部位へ線量を効果
的に与えるような治療計画を立案する際に、その立案作
業を支援する方法(以下、「治療計画最適化方法」という)
に関する。

【０００２】

【従来の技術】放射線治療においては、治療に先立って
治療対象となる人体の正常組織への被爆を最小限に留
め、かつ、病巣部の腫瘍等に治療効果のある線量を与え
るような照射方法を求める。この過程は一般に「治療計
画」と言われる。従来は、ある照射方法に対する線量分
布を数値計算で求めた後で、例えば、各線量値に対する
組織体積の関係を示すＤＶＨ(Ｄose Ｖolume Ｈistogra
m)、あるいは、各線量値とその線量以上になる組織の総
体積との関係を示す累加ＤＶＨという一種の評価用特性
図を用いて、その照射方法の評価を行い、満足できる結
果であればその照射方法を治療に採用し、そうでなけれ
ば別の照射方法で同様の処理を行うような、試行錯誤的
な方法により主に治療計画を立案していた。このような
試行錯誤的な方法を採る替わりに、治療計画を一種の数
理的な最適化問題として捕える考え方もある。例えば、
「腔内照射放射線治療の最適化に関する研究」(熊本悦子
他、ＪＡＭＩＴ研究会予稿集、pp.96-101、1993.1)、あ
るいは、”Ｄose-Ｖolume Ｃonsiderations with Ｌine
ar Ｐrogramming Ｏptimiza-tion”(Ｓ.Ｍ.Ｍorrill,et
al.,Ｍed.Ｐhys.18(6),pp.1201-1210,1991)では、ある
制約条件の下である目的関数を最小にする線形計画法に
よる最適化で治療計画を立案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの論文と異な
り、線源から細い放射線ビームを照射する場合、ある線
源からのビーム上に致死線量以上や耐用線量以下などの
制約を課す制約点の数が十分になくて、例えば、ある線
源からの照射がなくても最適化が達成されたり、あるい
は、ある線源からの照射強度が無限大となるものが最適
解になるなど、照射の分散化の観点から望ましくない結
果を得ることがある。制約点数を増加させれば、このよ
うな不適切な最適解が生じるのを防ぐことが可能になる
が、それは制約条件の増加につながり最適化計算の処理
時間の増大を招くことになる。本発明は上記事情に鑑み
てなされたもので、その目的とするところは、従来の技
術における上述の如き問題を解消し、制約点数を過度に
増大させることなく、線形計画法において照射の分散化
を実現する最適解を導くための方法を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の上述の目的は、
画像データおよび外部からの命令を入力する入力装置
と、入力された画像データを外部からの命令により処理
するコンピュータと、処理結果を表示する表示装置と、
処理結果を記憶する記憶装置を有する治療計画装置と、
該治療計画装置の処理結果に基づいてガントリ・照射ヘ
ッド・治療寝台の位置・方向、および、加速器のエネル
ギを制御する手段を持つ放射線治療装置から構成される
放射線治療システムにおいて、前記治療計画装置を使用
して治療対象体内の病巣部に対して空間的に分布する放
射線源の強度を線形計画問題を解くことによって治療効
果が最大になる最適値に決定する際、調整用の変数と該
変数による関数を設定し、前記線形計画問題における制
約条件の制約値を前記関数の値で指定し、かつ、前記関
数の値を順次変更しながら前記線形計画問題を繰り返し
解くことにより放射線源の強度分布を最適値に決定する
処理を有することを特徴とする治療計画最適化方法によ
って達成される。

【０００５】

【作用】本発明に係る治療計画最適化方法においては、
致死線量以上，耐用線量以下あるいは指定線量相等の制
約を課す、治療対象となる人体内の制約点において、致
死線量，耐用線量あるいは指定線量のそれぞれの線量値
を調整用の変数による関数から指定することが可能な制
約条件を使用して、線形計画問題を上述の調整用の変数
の値を順次変更しながら繰り返し解くことにより、人体
周囲の放射線源強度の最適な空間分布を見つけ出す。致
死線量，耐用線量あるいは指定線量の線量値を調整用の
変数による関数から指定する制約条件と、線量値を直接
指定する従来からある制約条件とが線形計画問題の中に
混在する場合にも、本発明は適用可能である。ただし、
線量値を調整用の変数による関数から指定する際、制約
点の位置を人体断層像を用いて各々の放射線ビームが人
体内を照射する範囲であって、かつ、２つ以上の放射線
ビームが交差する部分を除いた範囲に少なくとも１点は
設定する。これにより、計算時間を増大させる制約点の
数を過度に増やすことなく、線形計画法において照射の
分散化を実現する最適解を導くことが可能になる。

【０００６】調整用の変数による関数には、例えば、以
下のようなものを用いる。 dose(α)=(ＬＤ/ｎ)×α ただし、dose(α)：線量値(Ｇy) ＬＤ：致死線量(Ｇy) ｎ：門数 α：調整用の変数 これは、１門当たりの致死線量がいくらになるか求め、
そのα倍したものをある制約点における致死線量，耐用
線量あるいは指定線量の線量値として使用するものであ
る。上述の関数だけしか適用できないわけではなく、他
の関数を適用しても構わない。なお、本発明に係る治療
計画最適化方法においては、制約点の位置がどこなのか
を確認するため、人体断層像上にその位置を表示する方
法も提供される。表示は、致死線量以上，耐用線量以下
あるいは指定線量相等の制約毎に、かつ、致死線量，耐
用線量あるいは指定線量の線量値を調整用の変数による
関数から指定するか、あるいは、線量値を直接指定する
かの種類毎に制約点の区別が可能となるように行う。

【０００７】以下、本発明の原理について、より具体的
に説明する。 １．照射方法 放射線治療では、放射線の組織破壊作用により腫瘍を壊
死させる治療方法を採っている。治療には、図２のよう
な治療装置を使用する。患者を治療寝台２０１に寝か
せ、ガントリ２０２と治療寝台２０１を回転させて、い
ろいろな方向から治療対象となる人体内の腫瘍へ放射線
の照射を行う。放射線はガントリ２０２内の線源２０３
から照射ヘッド２０４を経てビームとなって腫瘍に照射
される。照射方法には大きく分けて多門照射と回転照射
の２種類がある。 １.１．多門照射 ガントリ２０２と治療寝台２０１を回転させることによ
って体内の腫瘍に対してある方向に線源２０３を移動さ
せ、その方向に線源２０３を固定して照射を行った後、
別の方向へ線源２０３を移動させて再び照射を行う、こ
のような過程を複数回実施して、腫瘍へ線量を与える方
法が多門照射である。多門照射は多数の線源からの同時
照射ではないが、組織の吸収線量の総量は各方向からの
照射による吸収線量の総和となるので、同時照射と効果
は同じになる。線源の数を意味する門数は腫瘍に対して
線源を固定した方向の数と等しい。

【０００８】１.２．回転照射 治療寝台２０１をある角度に保ったままで、ガントリ２
０２を一定回転速度である範囲にわたって回転させるこ
とにより、体内の腫瘍を中心とした円弧軌道上を一定速
度で移動する線源２０３から連続的に照射を行って腫瘍
へ線量を与える方法が回転照射である。通常は、治療寝
台２０１を数個所で固定するので、円弧軌道数本分の照
射を行うのが一般的である。 ２．吸収線量分布の数値計算 人体内部組織の吸収線量分布を直接計測することは不可
能なので、治療前にＸ線ＣＴ装置などの画像診断装置か
ら得た組織分布を基礎データとして、ある物理モデルを
仮定した計算処理をこのデータに施して組織の吸収線量
分布を求める。数値計算法は、例えば「放射線治療計画
システム」(稲邑清也、篠原出版、1992)にあるように、
物理モデルに依存して第１世代から第３世代のアルゴリ
ズム，モンテカルロ法など各種が考案されている。モン
テカルロ法は、現在最も正確な計算方法と考えられてい
るが、計算時間が膨大になるため実際の治療計画に使わ
れることはない。実際の治療計画で使用される計算方法
は、第１，第２世代のアルゴリズムである。世代が進む
ほど物理モデルは精巧になって精度が良くなるが、計算
時間を多く要するようになる。第２世代のアルゴリズム
が、実用面から言って現在の限界のようである。しかし
ながら、第２世代のアルゴリズムでさえ、計算時間はか
なりかかるため、第１世代のアルゴリズムを治療計画に
使うのが一般的である。本発明は数値計算法に依存しな
いので、以下では、数値計算法の内容には触れないこと
にする。

【０００９】３．Ｄose Ｖolume Ｈistogram(ＤＶＨ) 図３(ａ)に、ＤＶＨ３０１の例を示す。ＤＶＨ３０１は
数値計算による吸収線量分布を利用して、注目する組織
あるいは照射部位全体を対象に、横軸を吸収線量，縦軸
を体積にとって、各吸収線量に対する組織体積をグラフ
に表示したものである。治療計画では腫瘍へ高線量を与
え、正常組織へは極力線量を抑える照射条件に従って、
数値計算で吸収線量分布を求めるので、ＤＶＨ３０１の
低線量域で体積を持つ組織は正常組織と考えられる。低
線量域の体積が多いものは望ましい治療計画とも言え
る。ＤＶＨ３０１は腫瘍に対する照射条件の評価にも使
えるが、どちらかと言えば低線量域の体積から正常組織
に対する照射条件の評価を行うために利用される。ま
た、累加ＤＶＨ３０２というものもある。この例を図３
(ｂ)に示す。これはＤＶＨ３０１においてある吸収線量
に注目してその値以上になった組織の総体積を計算し、
この総体積を注目した吸収線量毎に対応させて表示した
ものである。ＤＶＨ３０１における体積をＶ(Ｄ)、累加
ＤＶＨ３０２における体積をＶc(Ｄ)とすると、

【数１】 と表わせる。累加ＤＶＨ３０２も、主に正常組織に対す
る照射条件の評価を行うために利用される。

【００１０】４．線形計画法 線形計画法とは、ある線形の制約条件の下で、ある線形
の目的関数を最小化、あるいは、最大化する変数の値を
解として求める数理的な手法である。線形計画法による
治療計画の定式化の例を以下に記す。これは正常組織の
吸収線量は耐用線量以下，腫瘍の吸収線量は致死線量以
上，注目点の吸収線量は指定線量にして総出力線量を最
小にする各線源の重みを決定するものである。

【数２】 これは多数の線源を設けた多門照射を想定した記述にな
っているが、回転照射の場合は１つの軌道を１つの長い
線源にとらえて軌道毎の重みを解として求める定式化と
考えればよいので多門照射と回転照射との本質的な差異
はなく、上述の定式化で両方の照射方法を統一的に扱え
る。

【００１１】５．組織吸収線量分布の表示方法 数値計算などにより求めた組織の吸収線量を表示するの
に等線量線図をよく用いる。組織の３次元吸収線量分布
を使うのならば、ある断層面上の吸収線量分布を使用
し、２次元吸収線量分布を使うのならば、それをそのま
ま使用して、断層面上でいくつかの吸収線量の各々に対
して値が等しい点を線でつないでいく。その結果等高線
図と同様なものができるが、これを等線量線図と呼ぶ。
組織の分布に対して吸収線量分布がどうなったかを等線
量線図で評価できるように、通常は組織分布に重畳して
等線量線図を表示する。２次元である等線量線図を３次
元に拡張した表示方法もある。この場合は組織の３次元
吸収線量分布内で吸収線量が等しい点を連結していって
面を作る。これを等線量面図と呼ぶ。３次元の等線量面
図では内部の面が見えなくなる問題がある。このため、
等線量面図を半透明表示することをよく行う。

【００１２】組織分布と等線量面図の重畳は両者をその
まま重ねて合成表示しては互いに影になってしまい内部
構造を観察しにくくなるので、例えば、注目する組織だ
け不透明な３次元表示にして、そこへ等線量面を半透明
表示で重ねる表示方法などがある。これでも見えない部
分は生じるので、３次元画像を回転させて裏側から観察
したり、適当な切断面で切り取って内部を観察したりす
る方法などを採る。致死線量以上，耐用線量以下あるい
は指定線量相等の制約を課す制約点はその制約毎に、か
つ、致死線量，耐用線量あるいは指定線量の線量値を調
整用の変数による関数から指定するか、または、線量値
を直接指定するかの種類毎に区別が可能となるように、
２次元、あるいは、３次元の線量分布に重畳して決めら
れたマークなどでその位置を示す。画像の重畳などの合
成表示，３次元画像の回転処理や切断処理などの画像処
理の詳細は、本発明へ直接的な影響を与えないので以下
では特に説明をしない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。最初に、本発明に係る治療計画最適化方法
を適用可能な放射線治療システムの一例を示し、次に、
本発明を適用した放射線治療計画全体のフローチャート
の一例を示す。最後に、本発明の具体的な実施例をいく
つか記述する。図４に、放射線治療システムの一例を示
す。Ｘ線ＣＴ装置４０１から得られる人体断層像は治療
計画装置４０２に入力される。治療計画装置４０２では
放射線の照射条件が立案者４０３の入力により、あるい
は、治療計画装置４０２内の自動的な計算処理により決
定される。放射線の照射条件は治療装置４０４内の制御
装置４０５へ入力され、その照射条件に従って電子加速
器４０６のエネルギ、ガントリ４０７の回転角度や回転
軌道位置、照射ヘッド４０８の照射野の大きさ、およ
び、治療寝台４０９の水平・垂直平行移動位置や回転角
度などが制御装置４０５によってコントロールされる。

【００１４】治療計画装置４０２とは、図１０に示すよ
うなコンピュータシステムを指す。このシステムは、コ
ンピュータ１００１本体の他に、データを入力するため
の入力装置１００２、結果を表示する表示装置１００
３、および、結果を保存するための記憶装置１００４か
ら構成される。図１１に、治療計画装置４０２の内容の
一例を示した。治療計画装置４０２では、組織抽出１１
０２，最適化計算１１０３，制約条件設定・変更１１０
４，目的関数設定・変更１１０５，線量分布計算１１０
６，表示計算１１０７などの計算処理部分が入出力部で
あるインタフェイス１１０１を介して、画像データ１１
０８，抽出データ１１０９，制約条件１１１０，パラメ
ータ１１１１，結果表示１１１２，照射条件１１１３な
どの記憶装置や表示装置の中の入出力データと接続して
いる。

【００１５】治療計画では、まず、画像データ１１０８
を入力し、組織抽出１１０２の処理に従って抽出する範
囲などをパラメータ１１１１として入力して、抽出結果
を得る。その結果を抽出データ１１０９として記憶装置
に保存する。次に、照射条件１１１３の初期値を入力
し、最適化計算１１０３の処理に従って適宜パラメータ
１１１１を入力しながら、制約条件設定・変更１１０
４，目的関数設定・変更１１０５，線量分布計算１１０
６の処理を繰り返し行い、最適な照射条件１１１３を求
め、これを記憶装置に保存する。この途中で表示計算１
１０７により、例えば、線量分布の状態を結果表示１１
１２として出力することも行う。この処理を、以下で
は、フローチャートで具体的に説明する。

【００１６】図１に、上述の放射線治療システムに基づ
いた放射線治療計画全体のフローチャートの一例を示
す。各ステップを説明する。 ステップ１０１：人体断層像のＣＴ画像を入力する。 ステップ１０２：立案者４０３が治療計画装置４０２の
画面上に表示されたＣＴ画像を見て、腫瘍などの標的組
織と正常組織とを特定してその位置を入力するか、ある
いは、治療計画装置４０２が標的組織と正常組織の位置
を自動的に抽出計算する。 ステップ１０３：立案者４０３が照射条件に関するパラ
メータを入力する。 ステップ１０４：立案者４０３が制約点位置と、その点
における線量の制約値(致死線量，耐用線量，指定線量)
を入力する。システムは制約点位置における吸収線量を
求め、その点における制約値を対応させ線形計画法の制
約条件(致死線量以上，耐用線量以下，指定線量相等)を
生成する。

【００１７】ステップ１０５：事前に決めておいた最適
化の定式、すなわち、どんな目的関数の最小化、あるい
は、最大化をするのかを立案者４０３が選択し、線形計
画法による最適化問題を解く。 ステップ１０６：解が求められれば次へ進み、そうでな
ければステップ１０４に戻る。 ステップ１０７：数値計算により吸収線量分布を求め
る。 ステップ１０８：吸収線量分布を使用してＤＶＨ，累加
ＤＶＨ，等線量線図，等線量面図の各特性図を作成し、
画面に表示する。 ステップ１０９：制約条件の線量値を変更したければス
テップ１０４に戻り、そうでなければ次へ進む。 ステップ１１０：各特性図の形状が望ましいものであれ
ば次に進み、そうでなければ、ステップ１０４に戻る。

【００１８】ステップ１１１：照射条件に関するパラメ
ータを治療装置４０４内の制御装置４０５へ出力する。
ステップ１０２における抽出計算には既存の方法がいく
つかあり、それらを用いて抽出は実現可能である。抽出
結果は本発明において制約の変更対象とする組織や表示
対象とする組織を選択する際に利用する。以下に、本発
明の具体的な実施例をいくつか記述する。これらは上述
のステップ１０４からステップ１０６の過程を詳細化し
たものである。なお、以下の実施例では、説明を簡便に
するため、制約点で致死線量以上、耐用線量以下、ある
いは、指定線量相等の制約条件を設定するとき、線量値
を調整用の変数による関数から指定する場合を「コント
ロール点方式」と呼び、線量値を直接指定する場合を「非
コントロール点方式」と呼ぶことにする。

【００１９】１．実施例１ 図５に、フローチャートを示す。これはコントロール点
方式の制約，非コントロール点方式の制約によらず、総
出力線量を最小にする目的関数、あるいは、ある点の線
量を最大にする目的関数のいずれも選択できる場合の実
施例で、必要な機能は完備されている最も基本的な例で
ある。 ステップ５０１：コントロール点方式の制約を課すなら
ば、次のステップへ進み、非コントロール点方式の制約
を課すならば、ステップ５０３へ進む。 ステップ５０２：コントロール点方式の制約点位置を入
力する。ただし、放射線ビームが人体内部を通過する範
囲で、かつ、２本以上のビームが交差する部分を除いた
範囲に、各々のビームに対応させて少なくとも１点存在
するという条件に適合するものかどうかを、対話的にチ
ェックしながら入力するか、自動指定する。自動指定す
る場合は、例えば、ビームが初めて人体に入射する皮膚
表面上の点をコントロール点方式の制約点として設定す
る。その後、調整用の変数値と制約の種類(致死線量以
上，耐用線量以下あるいは指定線量相等)を入力し、コ
ントロール点方式の制約条件を設定する。

【００２０】ステップ５０３：非コントロール点方式の
制約点位置を入力する。ただし、マニュアル操作で任意
位置に設定するか、あるいは、ランダム分布や格子点上
への分布で自動設定する。その後、線量値と制約の種類
（致死線量以上，耐用線量以下あるいは指定線量相等）
を入力し、非コントロール点方式の制約条件を設定す
る。 ステップ５０４：総出力線量を最小にする目的関数、あ
るいは、ある点の線量を最大にする目的関数を選択す
る。 ステップ５０５：選択された目的関数に対応した線形計
画問題を解いて、各線源(各門)や軌道の強度重みを求め
る。 ステップ５０６：線形計画問題の解を求められれば次に
進み、そうでなければステップ５０１に戻る。

【００２１】２．実施例２ 図６に、フローチャートを示す。これはコントロール点
方式の制約がある場合は、総出力線量を最小にする目的
関数が自動的に選択され、コントロール点方式の制約が
ない場合は、総出力線量を最小にする目的関数、あるい
は、ある点の線量を最大にする目的関数のいずれも選択
できる場合の実施例である。コントロール点方式の制約
がある場合は、総出力線量を最小にする目的関数が設定
されるので、コントロール点方式の制約がある点をビー
ムが通過する線源の強度は０になりにくくなるが、非コ
ントロール点方式の制約がある点をビームが通過する線
源の強度は０になり易くなる。本実施例では、上述の線
源の強度が０になりにくくなる状態を強制的に作り出す
ので、コントロール点方式の制約がある点の分布する方
向から照射する治療計画を立てる場合に向いている。

【００２２】ステップ６０１：コントロール点方式の制
約を課すならば、次のステップへ進み、非コントロール
点方式の制約を課すならば、ステップ６０３へ進む。 ステップ６０２：コントロール点方式の制約点位置を入
力する。ただし、放射線ビームが人体内部を通過する範
囲で、かつ、２本以上のビームが交差する部分を除いた
範囲に、各々のビームに対応させて少なくとも１点存在
するという条件に適合するものかどうかを、対話的にチ
ェックしながら入力するか、自動指定する。自動指定す
る場合は、例えば、ビームが初めて人体に入射する皮膚
表面上の点をコントロール点方式の制約点として設定す
る。その後、調整用の変数値と制約の種類(致死線量以
上，耐用線量以下あるいは指定線量相等)を入力し、コ
ントロール点方式の制約条件を設定する。 ステップ６０３：総出力線量を最小にする目的関数を設
定する。

【００２３】ステップ６０４：非コントロール点方式の
制約点位置を入力する。ただし、マニュアル操作で任意
位置に設定するか、あるいは、ランダム分布や格子点上
への分布で自動設定する。その後、線量値と制約の種類
(致死線量以上，耐用線量以下あるいは指定線量相等)を
入力し、非コントロール点方式の制約条件を設定する。 ステップ６０５：総出力線量を最小にする目的関数、あ
るいは、ある点の線量を最大にする目的関数を選択す
る。 ステップ６０６：選択された定式化に基づく線形計画問
題を解いて、各線源（各門)や軌道の強度重みを求め
る。 ステップ６０７：線形計画問題の解を求められれば次に
進み、そうでなければステップ６０１に戻る。

【００２４】３．実施例３ 図７に、フローチャートを示す。これはコントロール点
方式の制約がある場合は、ある点の線量を最大にする目
的関数が自動的に選択され、コントロール点方式の制約
がない場合は、総出力線量を最小にする目的関数、ある
いは、ある点の線量を最大にする目的関数のいずれも選
択できる場合の実施例である。これはコントロール点方
式の制約がある場合は、ある点の線量を最大にする目的
関数が設定されるので、コントロール点方式，非コント
ロール点方式にかかわらず制約がある点をビームが通過
する線源の強度は０になりにくくなる。本実施例では、
この状態を強制的に作り出すのであるから、方向を分散
させて照射する治療計画を立てる場合に向いている。

【００２５】ステップ７０１：コントロール点方式の制
約を課すならば、次のステップへ進み、非コントロール
点方式の制約を課すならば、ステップ７０４へ進む。 ステップ７０２：コントロール点方式の制約点位置を入
力する。ただし、放射線ビームが人体内部を通過する範
囲で、かつ、２本以上のビームが交差する部分を除いた
範囲に、各々のビームに対応させて少なくとも１点存在
するという条件に適合するものかどうかを、対話的にチ
ェックしながら入力するか、自動指定する。自動指定す
る場合は、例えば、ビームが初めて人体に入射する皮膚
表面上の点をコントロール点方式の制約点として設定す
る。その後、調整用の変数値と制約の種類(致死線量以
上，耐用線量以下あるいは指定線量相等)を入力し、コ
ントロール点方式の制約条件を設定する。

【００２６】ステップ７０３：ある点の線量を最大にす
る目的関数を設定する。 ステップ７０４：非コントロール点方式の制約点位置を
入力する。ただし、マニュアル操作で任意位置に設定す
るか、あるいは、ランダム分布や格子点上への分布で自
動設定する。その後、線量値と制約の種類（致死線量以
上，耐用線量以下あるいは指定線量相等）を入力し、非
コントロール点方式の制約条件を設定する。 ステップ７０５：コントロール点方式の制約がある場合
は、ある点の線量を最大にする目的関数を選択する。 ステップ７０６：選択された定式化に基づく線形計画問
題を解いて、各線源（各門)や軌道の強度重みを求め
る。 ステップ７０７：線形計画問題の解を求められれば次に
進み、そうでなければステップ７０１に戻る。

【００２７】４．実施例４ 図８に、フローチャートを示す。これは２回目以降の繰
り返し過程においてコントロール点方式の制約の一部を
非コントロール点方式の制約に変更が可能な場合の実施
例である。コントロール点方式では、制約として課す線
量値を理論的には決められないので、繰り返し過程の途
中で制約を課す点の分布が複雑になった場合、解を得る
ことが困難になる場合がある。その状態から抜けたいと
きには、本実施例のような変更が有効な手段となる。 ステップ８０１：コントロール点方式の制約を課すなら
ば、次のステップへ進み、非コントロール点方式の制約
を課すならば、ステップ８０３へ進む。

【００２８】ステップ８０２：コントロール点方式の制
約点位置を入力する。ただし、放射線ビームが人体内部
を通過する範囲で、かつ、２本以上のビームが交差する
部分を除いた範囲に、各々のビームに対応させて少なく
とも１点存在するという条件に適合するものかどうかを
対話的にチェックしながら入力するか、自動指定する場
合は、例えば、ビームが初めて人体に入射する皮膚表面
上の点をコントロール点方式の制約点として設定する。
その後、調整用の変数値と制約の種類（致死線量以上，
耐用線量以下あるいは指定線量相等）を入力し、コント
ロール点方式の制約条件を設定する。 ステップ８０３：非コントロール点方式の制約を課すな
らばステップ８０５へ進み、コントロール点方式の制約
の一部を非コントロール点方式の制約に変更するなら
ば、次のステップへ進む。

【００２９】ステップ８０４：コントロール点方式の制
約の一部を非コントロール点方式の制約に変更する。す
なわち、コントロール点方式の制約の一部を削除し、そ
れらを新たな非コントロール点方式の制約として設定す
る。設定方法はステップ８０５と同様である。 ステップ８０５：非コントロール点方式の制約点位置を
入力する。ただし、マニュアル操作で任意位置に設定す
るか、あるいは、ランダム分布や格子点上への分布で自
動設定する。その後、線量値と制約の種類（致死線量以
上，耐用線量以下あるいは指定線量相等）を入力し、非
コントロール点方式の制約条件を設定する。 ステップ８０６：総出力線量を最小にする目的関数、あ
るいは、ある点の線量を最大にする目的関数を選択し、
その定式化に基づく線形計画問題を解いて、各線源(各
門)や軌道の強度重みを求める。ステップ８０７：線形
計画問題の解を求められれば次に進み、そうでなければ
ステップ８０１に戻る。

【００３０】５．実施例５ 図９に、フローチャートを示す。これは２回目以降の繰
り返し過程において非コントロール点方式の制約の一部
をコントロール点方式の制約に変更が可能な場合の実施
例である。制約を課す点の分布が単純な治療計画の場
合、繰り返し過程の途中からコントロール点方式を積極
的に取り入れてより効果的な照射条件を求めたくなるこ
とがある。その場合、本実施例のような変更が有効な手
段となる。 ステップ９０１：コントロール点方式の制約を課すなら
ば、次のステップへ進み、非コントロール点方式の制約
を課すならば、ステップ９０５へ進む。 ステップ９０２：コントロール点方式の制約を課すなら
ばステップ９０４へ進み、非コントロール点方式の制約
の一部をコントロール点方式の制約に変更するならば、
次のステップへ進む。

【００３１】ステップ９０３：非コントロール点方式の
制約の一部をコントロール点方式の制約に変更する。す
なわち、非コントロール点方式の制約の一部を削除し、
それらを新たなコントロール点方式の制約として設定す
る。設定方法はステップ９０４と同様である。 ステップ９０４：コントロール点方式の制約点位置を入
力する。ただし、放射線ビームが人体内部を通過する範
囲で、かつ、２本以上のビームが交差する部分を除いた
範囲に、各々のビームに対応させて少なくとも１点存在
するという条件に適合するものかどうかを対話的にチェ
ックしながら入力するか、自動指定する場合は、例え
ば、ビームが初めて人体に入射する皮膚表面上の点をコ
ントロール点方式の制約点として設定する。その後、調
整用の変数値と制約の種類（致死線量以上，耐用線量以
下あるいは指定線量相等）を入力し、コントロール点方
式の制約条件を設定する。

【００３２】ステップ９０５：非コントロール点方式の
制約点位置を入力する。ただし、マニュアル操作で任意
位置に設定するか、あるいは、ランダム分布や格子点上
への分布で自動設定する。その後、線量値と制約の種類
（致死線量以上，耐用線量以下あるいは指定線量相等）
を入力し、非コントロール点方式の制約条件を設定す
る。 ステップ９０６：総出力線量を最小にする目的関数、あ
るいは、ある点の線量を最大にする目的関数を選択し、
その定式化に基づく線形計画問題を解いて、各線源(各
門)や軌道の強度重みを求める。 ステップ９０７：線形計画問題の解を求められれば次に
進み、そうでなければステップ９０１に戻る。

【００３３】なお、上記実施例は本発明の一例を示した
ものであり、本発明はこれに限定されるべきものではな
いことは言うまでもないことである。例えば、人体内部
組織の吸収線量分布を、Ｘ線ＣＴ装置などの画像診断装
置から得た組織分布を基礎データとして、ある物理モデ
ルを仮定した計算処理により求める際に用いる数値計算
法としては、前述の如く、物理モデルに依存して第１世
代から第３世代のアルゴリズム，モンテカルロ法など各
種が考案されているが、このうちのどれを用いてもよ
い。

【００３４】

【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明によ
れば、計算時間の増大を起こす制約点の数を過度に増や
すことなく、放射線治療計画の最適化において、照射方
向が分散化された照射条件を最適解として導出できる治
療計画最適化方法を実現できるという顕著な効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】治療計画を説明する動作フローチャートであ
る。

【図２】放射線治療装置の具体的構成例を示す図であ
る。

【図３】ＤＶＨと累加ＤＶＨを説明する図である。

【図４】実施例に係る放射線治療システム構成を示すブ
ロック図である。

【図５】実施例１の動作フローチャートである。

【図６】実施例２の動作フローチャートである。

【図７】実施例３の動作フローチャートである。

【図８】実施例４の動作フローチャートである。

【図９】実施例５の動作フローチャートである。

【図１０】実施例に係る治療計画装置のハードウェア構
成を示す図である。

【図１１】実施例に係る治療計画装置の機能構成を示す
図である。

【符号の説明】

２０１,４０９ 治療寝台 ２０２,４０７ ガントリ ２０３ 線源 ２０４,４０８ 照射ヘッド ３０１ ＤＶＨ ３０２ 累加ＤＶＨ ４０１ Ｘ線ＣＴ装置 ４０２ 治療計画装置 ４０３ 立案者 ４０４ 治療装置 ４０５ 制御装置 ４０６ 電子加速器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像データおよび外部からの命令を入力
   する入力装置と、入力された画像データを外部からの命
   令により処理するコンピュータと、処理結果を表示する
   表示装置と、処理結果を記憶する記憶装置を有する治療
   計画装置と、該治療計画装置の処理結果に基づいてガン
   トリ・照射ヘッド・治療寝台の位置・方向、および、加
   速器のエネルギを制御する手段を持つ放射線治療装置か
   ら構成される放射線治療システムにおいて、前記治療計
   画装置を使用して治療対象体内の病巣部に対して空間的
   に分布する放射線源の強度を線形計画問題を解くことに
   よって治療効果が最大になる最適値に決定する際、調整
   用の変数と該変数による関数を設定し、前記線形計画問
   題における制約条件の制約値を前記関数の値で指定し、
   かつ、前記関数の値を順次変更しながら前記線形計画問
   題を繰り返し解くことにより放射線源の強度分布を最適
   値に決定する処理を有することを特徴とする放射線治療
   システムにおける治療計画最適化方法。
2. 【請求項２】 前記最適値に決定する処理は、致死線量
   以上，耐用線量以下あるいは指定線量相等の制約を課す
   治療対象体内の制約点において、致死線量，耐用線量あ
   るいは指定線量のそれぞれの線量値を調整用の変数によ
   る関数から指定することが可能な制約条件を使用して線
   形計画問題を解くことにより、放射線源の強度を最適値
   に決定する処理を有することを特徴とする請求項１記載
   の放射線治療システムにおける治療計画最適化方法。
3. 【請求項３】 前記最適値に決定する処理は、致死線量
   以上，耐用線量以下あるいは指定線量相等の制約を課す
   治療対象体内の注目点において、致死線量，耐用線量あ
   るいは指定線量の線量値を直接指定する制約条件の他
   に、線量値を調整用の変数による関数から指定する制約
   条件を使用して線形計画問題を解くことにより、放射線
   源の強度を最適値に決定する処理を有することを特徴と
   する請求項１記載の放射線治療システムにおける治療計
   画最適化方法。
4. 【請求項４】 前記最適値に決定する処理は、致死線
   量，耐用線量あるいは指定線量の線量値を調整用の変数
   による関数から指定する場合、致死線量以上，耐用線量
   以下あるいは指定線量相等の制約点の位置を、治療対象
   体断層像を用いて各々の放射線ビームが治療対象体内を
   照射する範囲であって、かつ、２つ以上の放射線ビーム
   が交差する部分を除いた範囲に少なくとも１点は設定す
   ることにより、放射線源の強度を最適値に決定する処理
   を有することを特徴とする請求項１記載の放射線治療シ
   ステムにおける治療計画最適化方法。
5. 【請求項５】 前記最適値に決定する処理は、制約点の
   位置を、致死線量以上，耐用線量以下あるいは指定線量
   相等の制約毎に、かつ、致死線量，耐用線量あるいは指
   定線量の線量値を調整用の変数による関数から指定する
   か、または、線量値を直接指定するかの種類毎に区別が
   可能となるように治療対象体断層像上に表示することに
   より、放射線源の強度を最適値に決定する処理を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の放射線治療システムに
   おける治療計画最適化方法。