TW201601116A - 放射線治療模擬裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能夠抑制計算時間延長之放射線治療模擬裝置。本發明的放射線治療模擬裝置對基於照射於患者的目標部位之放射線之劑量分佈進行運算，該放射線治療模擬裝置構成為，具備：記憶部，關於複數個照射條件，記憶對既定體型的人體模型照射放射線時的各劑量分佈的資料；輸入部，輸入適用於對患者照射放射線時之照射條件以及患者的體型資訊；及修正部，根據患者的體型資訊以及人體模型的體型資訊，對記憶於記憶部之劑量分佈的資料進行修正。

Description

放射線治療模擬裝置
本發明係有關一種放射線治療模擬裝置。
在進行放射線治療時，在治療中需要預先計劃能夠抑制對腫瘤周邊的正常組織的照射劑量，且增加對腫瘤的照射劑量之最佳照射條件。於是，近年來，正在進行使用蒙特卡洛方法之模擬，前述蒙特卡洛方法能夠對粒子的運動準確地進行模擬化。在習知之放射線治療的基於蒙特卡洛方法之劑量分佈的計算中，根據患者的CT(Computed Tomography)、MRI(Magnetic Resonance Imaging)、或PET(Positron Emission Tomography)等醫療用圖像資料來製作人體的3維模型，並將其轉換為計算模型而算出劑量分佈。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2012-88771號公報
由於體內存在密度大不相同的部位(體組織)，因此入射到人體之粒子顯示出複雑的運動。在使用蒙特卡洛方法之模擬中，由於計算每一個粒子的運動，因此能夠計算準確的劑量分佈，但是計算時間延長。因此，若進行幾次變更照射條件之模擬而求出成為適當的劑量分佈之照射條件時，其總計算時間必然亦延長。
於是，要求能夠抑制總計算時間的延長，且能夠確定適當的照射條件。本發明的目的在於提供一種能夠抑制計算時間的延長之放射線治療模擬裝置。
本發明的放射線治療模擬裝置為對基於照射於患者的目標部位之放射線之劑量分佈進行運算之放射線治療模擬裝置，具備：記憶部，關於複數個照射條件，記憶對既定體型的人體模型照射放射線時的各劑量分佈的資料；輸入部，輸入適用於對患者照射放射線時之照射條件以及患者的體型資訊；及修正部，根據患者的體型資訊以及人體模型的體型資訊，對記憶於記憶部中之劑量分佈的資料進行修正。
在本發明的放射線治療模擬裝置中，關於複數個照射條件，預先計算對人體模型照射放射線時的各劑量分佈，將預先計算之劑量分佈與照射條件建立關聯並記憶於記憶部中。在該放射線治療模擬裝置中，藉由輸入部來輸入適 用於對患者照射放射線時的照射條件以及患者的體型資訊，並根據所輸入之患者的體型資訊以及人體模型的體型資訊，對記憶於記憶部中之劑量分佈的資料進行修正。籍此，能夠根據患者的體型資訊來修正預先計算之劑量分佈，並能夠利用所修正之劑量分佈。因此，為了找到成為最佳的劑量分佈之照射條件，無需進行幾次利用蒙特卡洛方法之計算之試驗，因此能夠抑制總計算時間的延長。
並且，修正部亦可將包含患者的體型資訊之CT圖像資訊和人體模型的體型資訊進行比較，並將人體模型的體型資訊中之位置資訊轉換為患者的體型資訊中之位置資訊，根據該位置資訊的轉換，對記憶於記憶部中之劑量分佈的資料進行修正。籍此，轉換位置資訊，以使人體模型的體型資訊與包含患者的體型資訊之CT圖像資訊匹配，將該位置資訊的轉換適用於記憶在記憶部中之劑量分佈的資料中，從而能夠轉換為與患者的體型資訊對應之位置資訊。其結果，能夠算出適合患者體型之劑量分佈的資料，並能夠獲得高精確度的資料。
並且，修正部將有關適用於患者之照射條件之位置資訊轉換為人體模型的體型資訊中之位置資訊，並從記憶在記憶部中之劑量分佈的資料，抽取與被轉換之位置資訊對應之劑量分佈的資料，將所抽取之劑量分佈的資料轉換為基於患者的體型資訊之位置資訊，從能夠進行修正。籍此，能夠將有關適用於患者之照射條件之位置資訊轉換為人體模型的體型資訊中之位置資訊，並抽取在該轉換之照 射條件下對人體模型照射放射線時的劑量分佈，將該劑量分佈轉換為與患者的體型資訊對應之位置資訊，從而能夠進行修正。其結果，能夠獲得高精確度的資料。
依本發明，能夠提供一種因能夠抑制試驗的計算次數而可抑制總計算時間的延長之放射線治療模擬裝置。
1‧‧‧放射線治療模擬裝置
2‧‧‧治療計劃終端
3‧‧‧輸入部
4‧‧‧輸出部
5‧‧‧運算部
6‧‧‧修正部
7‧‧‧記憶部
第1圖係表示本發明的一實施形態的放射線治療模擬裝置之方塊圖。
第2圖係表示被實施放射線治療之人體的外觀之示意圖。
第3圖係表示被實施放射線治療之人體的與長邊方向正交之剖面之剖視圖。
第4圖係表示對記憶於記憶部中之人體模型之劑量分佈、患者的體型資訊、及修正後的劑量分佈之示意圖。
第5圖係表示放射線治療模擬裝置中之處理步驟之流程圖。
第6圖係表示患者的頭部中之劑量分佈之圖像。
第7圖係表示所照射之劑量與體積的関係之曲線圖。
以下，參閱附圖，對本發明的最佳實施形態進行詳細 的說明。另外，在各附圖中，對於相同部份或相應的部份標註相同的符號，並省略重複說明。
第1圖所示之放射線治療模擬裝置1為，例如在BNCT(中子捕捉療法；Boron Neutron Capture Therapy)裝置等放射線治療裝置中在製作治療計劃時可利用之裝置。作為放射線治療裝置，例如有X射線治療裝置、質子束治療裝置、碳束(重粒子束)治療裝置等。
放射線治療模擬裝置1在放射線治療中，對照射於患者的目標部位之放射線之劑量分佈進行運算。放射線治療模擬裝置1具備用於運算劑量分佈之治療計劃終端2，在該治療計劃終端2上電連接有輸入部3及輸出部4。
輸入部3係輸入運算劑量分佈時所需之各種資訊者。作為運算劑量分佈時所需之各種資訊，存在有關患者的體型資訊以及照射條件之資訊。作為患者的體型資訊，例如包括有關肌肉、骨骼、器官、腫瘤等的位置、大小及形狀之資訊。輸入部3能夠輸入例如患者的CT(Computed Tomography：電腦斷層攝影)圖像資訊作為體型資訊。輸入部3亦可輸入藉由其他攝影裝置而攝影之圖像資訊來代替CT圖像資訊。輸入部3例如可連接於攝影裝置而直接輸入圖像資訊，亦可連接於記錄有圖像資訊之記錄媒體上，輸入記錄於記錄媒體中之圖像資訊。
作為有關照射條件之資訊，例如有表示等中心點(照射目標點)的位置之座標(r、θ、z)、照射角度(、ψ)、被照射之粒子的種類、粒子的能量、準直器直徑K 等。第2圖係表示被實施放射線治療之人體的外觀之示意圖，第3圖係表示被實施放射線治療之人體的與長邊方向(體軸方向)正交之剖面之剖視圖。等中心點的位置為在照射場中心軸上直行之粒子所到達之位置。例如，被治療之腫瘤等的目標部位配置於等中心點。作為等中心點的位置座標(r、θ、z)，能夠使用圓筒座標系，如第2圖及第3圖所示，藉由半徑r、角度θ、高度z來表示。作為等中心點的位置座標，例如亦可利用直角座標系等其他座標系來表示。
照射角度(、ψ)為粒子相對於目標部位前進之角度。例如，角度為圍繞沿鉛垂方向延伸之軸的角度亦即方位角，角度ψ為圍繞沿水平方向延伸之軸的角度亦即仰角。被照射之粒子的種類例如為中子、質子、重粒子等。被照射之粒子的能量例如為粒子的動能等。準直器係由阻斷粒子前進之構件構成者，係用於藉由限定粒子被照射之範圍來形成照射場者。準直器直徑K為用於使粒子通過之開口部的內徑。例如，按照腫瘤的大小而選擇準直器直徑K，籍此限定粒子被照射之範圍。
作為輸入部3，例如能夠使用鍵盤、滑鼠、觸控面板、掃描器、其他資訊處理終端及攝影裝置等。
輸出部4係輸出治療計劃終端2之運算結果者。作為運算結果，可舉出表示劑量分佈之圖像資料等。作為輸出部4，可舉出圖像顯示裝置、印表機等。例如，亦可將運算結果輸出到其他資訊處理終端。
治療計劃終端2具備進行運算處理之CPU(Central Processing Unit)、成為記憶部之ROM(Read Only Memory)及RAM(Random Access Memory)、輸入訊號電路、輸出訊號電路、電源電路等。治療計劃終端2具有：運算部5，運算劑量分佈；修正部6，修正利用運算部5運算之劑量分佈；記憶部7，將運算或修正劑量分佈時被利用之各種資訊進行記憶。
在放射線治療模擬裝置1中，利用標準的人體模型(人體圖譜資料)，預先運算出在複數個照射條件下照射粒子時的各劑量分佈，並將運算出之劑量分佈的資料記憶於記憶部7。在記憶部7記憶有標準的人體模型的體型資訊。
標準的人體模型為例如根據很多人的體型資訊而設定之體型資訊，包含有關假設成標準的人的肌肉、骨骼、器官等的形狀及位置之資訊。關於對該人體模型照射粒子時的劑量分佈，預先運算出之結果被記憶到記憶部7中。劑量分佈的資料在與各照射條件建立關聯並被記憶。對於該標準的人體模型之劑量分佈亦可為用該放射線治療模擬裝置1的運算部5運算者，亦可為用其他資訊處理終端預先運算者。
作為對於標準的人體模型之劑量分佈，例如對有關相對於以5cm間隔、5度間隔設定之複數個等中心點，從不同之複數個方向照射粒子時的各劑量分佈進行運算。記憶部7記憶有例如與數千左右之照射條件對應之劑量分佈的 資料。
運算部5係利用從以往已知之蒙特卡洛方法來運算劑量分佈者。在蒙特卡洛方法中，根據人體的體型資訊(例如，患者的CT圖像資訊)來製作人體的3維模型，並將該3維模型轉換為計算模型並運算劑量分佈。
修正部6根據從輸入部3輸入之患者的體型資訊M1(參閱第4圖(b))和記憶於記憶部7之人體圖譜資料的體型資訊M0(參閱第4圖(a))，修正與所輸入之照射條件對應之劑量分佈D0(標準的劑量分佈D0)的資料。修正部6將包含患者的體型資訊M1之CT圖像資訊和人體圖譜資料的體型資訊M0進行比較，並將人體圖譜資料的體型資訊M0中之位置資訊轉換為患者的體型資訊M1中之位置資訊，根據該位置資訊的轉換，對記憶於記憶部7中之劑量分佈D0的資料進行修正。修正部6使人體圖譜資料的體型資訊M0與包含於患者的CT圖像中之體型資訊M1匹配，從而求出用於將人體圖譜資料上的位置座標轉換為患者的CT圖像上的位置座標之轉換矩陣。修正部6利用轉換矩陣，將記憶於記憶部7中之相對於人體圖譜資料之劑量分佈D0的資料，轉換為與患者的體型資訊M1對應之劑量分佈D1的資料來進行修正。
並且，修正部6將有關適用於患者之照射條件之位置資訊轉換為人體圖譜資料上的位置資訊。修正部6從記憶於記憶部7中之劑量分佈D0的資料，抽取與被轉換之位置資訊對應之劑量分佈的資料。修正部6藉由將所抽取之 劑量分佈D0的資料轉換為基於患者的體型資訊之位置資訊來進行修正。
接著，關於放射線治療模擬裝置1中之處理步驟，參閱第5圖的流程圖進行說明。
首先，作業人員利用輸入部3輸入照射條件(步驟S1)。在此，輸入對患者進行放射線治療時的照射條件。接著，作業人員輸入進行治療之患者的體型資訊(步驟S2)。在此，由作為輸入部3而發揮作用之斷層圖像攝影裝置輸入患者的CT圖像資訊。
接著，修正部6讀取記憶於記憶部7中之人體圖譜資料的體型資訊(步驟S3)。接著，修正部6進行患者的體型資訊和人體圖譜資料的對位，並算出轉換矩陣(步驟S4)。此時，在任意的軸線方向上，放大或縮小人體圖譜資料，從而使人體圖譜資料的體型資訊與患者的體型資訊匹配。
接著，將從輸入部3輸入之照射條件中之位置資訊轉換為人體圖譜資料中之位置資訊(步驟S5)。在此，作為照射條件中之位置資訊，將表示等中心點的位置之座標(r、θ、z)以及照射角度(、ψ)，利用轉換矩陣轉換為人體圖譜資料中之位置資訊。
接著，修正部6修正對應於照射條件之劑量分佈D0(步驟S6)。具體而言，抽取在步驟S5中被轉換之對應於照射條件之劑量分佈D0，關於該劑量分佈D0，利用轉換矩陣將其轉換為對應於患者的體型資訊之位置資訊，籍 此運算修正後的劑量分佈D1。
接著，判定修正後的劑量分佈D1是否適當(步驟S7)。例如，運算部5根據修正後的劑量分佈D1來製作如第6圖所示之劑量分佈的圖像。並且，運算部5根據修正後的劑量分佈來製作如第7圖所示之曲線圖(Dose Volume Histogram)。在第7圖的曲線圖中，在横軸表示劑量(Dose)，在縦軸表示體積(Volume(%))。如第6圖所示，第7圖表示設想對患者的頭部的腫瘤進行放射線治療時的、劑量與體積的関係，V1為在照射放射線之區域中正常的腦組織所佔之體積比例(%)，V2為在照射放射線之區域中腫瘤所佔之體積比例(%)。
在V2線中，從約0至約40的劑量之間，體積成為100%。亦即，能夠理解為對100%腫瘤部份照射有約40以上劑量的放射線。並且，在V2線中，相對於約60的劑量，體積成為約60%。亦即，能夠理解為對60%腫瘤部份照射有約60以上劑量的放射線。在V1線中，相對於10劑量，體積幾乎成為0%。亦即，能夠理解為對正常的脳組織未照射有約10以上劑量的放射線。籍此，能夠理解為對腫瘤部份照射有較高劑量的放射線，而對正常的脳組織僅照射有較低劑量的放射線。
作為輸出部4之顯示部(液晶顯示部)顯示例如第6圖所示之劑量分佈的圖像或第7圖所示之曲線圖的圖像。作業人員觀察顯示部中顯示之該些圖像，從而判定修正後的劑量分佈是否適當。
在修正後的劑量分佈D1不適當之情況(步驟S7：NO(否))下，返回步驟S1，再次重複步驟S1~步驟S7為止的處理。在修正後的劑量分佈D1適當之情況(步驟S7：YES(是))下，進行步驟S8。將與該修正後的劑量分佈D1對應之照射條件確定為在實際治療中被採用之照射條件。
接著，在步驟S8中，運算部5利用蒙特卡洛方法針對被確定之照射條件計算準確之劑量分佈。算出之最終結果輸出到輸出部4。
該種放射線治療模擬裝置1中，關於複數個照射條件，預先算出對標準的人體模型(人體圖譜資料)照射放射線時的各劑量分佈D0，並將預先計算之劑量分佈D0與照射條件建立關聯並記憶於記憶部7中。在該放射線治療模擬裝置1中，藉由輸入部3輸入適用於對患者照射放射線時的照射條件及患者的體型資訊，並根據所輸入之患者的體型資訊及人體模型的體型資訊，對記憶於記憶部7中之劑量分佈D0的資料進行修正。籍此，能夠根據患者的體型資訊來修正預先計算之劑量分佈D0，並能夠利用已修正之劑量分佈D1。因此，為了找到成為最佳劑量分佈之照射條件，無需進行幾次利用蒙特卡洛方法之計算，因此能夠抑制總計算時間的延長。
修正部6將包含患者的體型資訊之CT圖像資訊和人體圖譜資料的體型資訊進行比較，並將人體圖譜資料的體型資訊中之位置資訊轉換為患者的體型資訊中之位置資 訊，根據該位置資訊的轉換，能夠對記憶於記憶部7中之劑量分佈的資料進行修正。籍此，轉換位置資訊，以使人體圖譜資料的體型資訊與包含患者的體型資訊之CT圖像資訊匹配，並將該位置資訊的轉換適用於記憶於記憶部7中之劑量分佈D0的資料，從而能夠轉換為與患者的體型資訊對應之位置資訊。其結果，能夠算出適合患者的體型之劑量分佈的資料，並能夠獲得高精確度的資料。
修正部6將有關適用於患者之照射條件之位置資訊轉換為人體圖譜資料的體型資訊中之位置資訊，並從記憶於記憶部7中之劑量分佈D0的資料，抽取與被轉換之位置資訊對應之劑量分佈D0的資料，將所抽取之劑量分佈D0的資料轉換為基於患者的體型資訊之位置資訊，從而能夠進行修正。籍此，將有關適用於患者之照射條件之位置資訊轉換為人體圖譜資料的體型資訊中之位置資訊，並抽取在該被轉換之照射條件下將放射線照射於人體圖譜資料時的劑量分佈D0，將該劑量分佈D0轉換為與患者的體型資訊對應之位置資訊，從而能夠進行修正。其結果，能夠獲得高精確度的資料。
另外，亦可利用照射條件及患者的體型資訊來修正對應於人體圖譜資料之劑量分佈D0的資料，籍此，在確認該照射條件可獲得適當之劑量分佈之後，進行利用蒙特卡洛方法之計算，獲得根據該照射條件照射放射線時的劑量分佈的資料。籍此，能夠抑制總計算時間的延長，且能夠獲得更準確的劑量分佈的資料。
本發明並不限定於前述實施形態，在不脫離本發明的宗旨之範圍內可進行如下各種變形。
在上述實施形態中，預先運算標準體型的人體圖譜資料中之劑量分佈，但是，人體模型亦可為非標準體型的人體模型。並且，亦可設定複數種體型的人體模型，並將各個人體模型中之劑量分佈記憶於記憶部中。
並且，在上述實施形態中，作為患者的體型資訊而採用CT圖像資訊，但是，亦可採用其他檢查資料作為患者的體型資訊。
並且，第5圖所示之處理步驟，亦可適當地調換順序進行實施。例如，亦可在輸入患者體型資訊之後，實施照射條件的輸入。只要在照射條件轉換為人體模型上的座標之前，實施照射條件的輸入即可。
並且，作為分別具備具備運算部之終端和具備修正部之終端之構成，亦可為在該些終端之間進行資料通信之構成。

Claims (3)

  1. 一種放射線治療模擬裝置，其對基於照射於患者的目標部位之放射線之劑量分佈進行運算，其特徵為具備：記憶部，針對複數個照射條件，記憶對既定體型的人體模型照射放射線時的各劑量分佈的資料；輸入部，輸入適用於對前述患者照射放射線時之照射條件以及前述患者的體型資訊；及修正部，根據前述患者的體型資訊以及前述人體模型的體型資訊，對記憶於前述記憶部之劑量分佈的資料進行修正。
  2. 如申請專利範圍1所述之放射線治療模擬裝置，其中，前述修正部將包含前述患者的體型資訊之CT圖像資訊和前述人體模型的體型資訊進行比較，並將前述人體模型的體型資訊中之位置資訊轉換為前述患者的體型資訊中之位置資訊，根據該位置資訊的轉換，對記憶於前述記憶部中之劑量分佈的資料進行修正。
  3. 如申請專利範圍2所述之放射線治療模擬裝置，其中，前述修正部將有關適用於前述患者之照射條件之位置資訊轉換為前述人體模型的體型資訊中之位置資訊，並從記憶於前述記憶部中之劑量分佈的資料，抽取與被轉換之位置資訊對應之劑量分佈的資料，藉由將抽取之前述劑量分佈的資料轉換為基於前述患者的體型資訊之位置資訊來 進行修正。
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