TW201719470A - 治療計畫裝置 - Google Patents

Abstract

治療計畫裝置係包括：X光圖像位置不確定性演算部，係預測藉由所暫定之X光強度所獲得之X光圖像的清晰度而演算患部的位置不確定性；治療用放射線照射參數演算部，係依據所演算之患部的位置不確定性來演算治療用放射線的照射參數；X光照射量演算部，係演算由X光攝影裝置依據所暫定的X光強度對患者照射之X光照射量；治療用放射線線量分布演算部，係使用所演算之治療用放射線的照射參數，演算照射至患者之治療用放射線的線量分布；以及顯示器，係顯示所演算之X光照射量及所演算之治療用放射線線量分布。

Description

治療計畫裝置

本發明係關於支援圖像導引放射線治療之治療計畫之治療計畫裝置。

於放射線治療中，為了將治療用放射線精確度良好地照射於患部，提案有一種圖像導引放射線治療(IGRT：Image Guided Radiation Therapy)，係一面藉由X光圖像等圖像確認患部位置，一面照射治療用的放射線(例如專利文獻1)。在將X光圖像用於IGRT時，除了治療用放射線以外，患者會受到取得圖像用之X光的照射。理想是盡可能地減少受到該X光之照射。

在一面使用X光攝影裝置確認內臟位置一面進行治療放射線的照射之圖像導引放射線治療中，在規劃治療計畫之時間點，並無法估算因攝影X光而造成之罩射線量，對治療計畫規劃者而言非常不便。例如，雖然攝影X光的強度愈高，所攝影的畫質就愈佳而使內臟位置的推測精確度提升，惟相對的代價(trade off)係會導致照射線量增加，若在治療計畫的階段中，能了解某種程度的治療時間，則可選擇恰好的攝影X光強度。

再者，在以往的放射線治療中，在規劃治療計畫的時間點並無法估算治療所需時間，對治療計畫規劃者而言非常不便。例如，雖然治療放射線的強度愈高，則治療可在愈短時間結束，惟相對的代價係強度愈低則能夠進行精確度愈高的照射，弱在治療計畫的階段中，能了解某種程度的治療時間，則可選擇恰好的治療射束強度。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2013-252420號公報

[非專利文獻]

川崎也，「攝護腺癌IMRT治療計畫之最佳膀胱容積」，日本治療放射線技師會誌2015. Vol.62 no.751，pp22-26

如上述，在利用X光圖像之IGRT中，雖攝影X光的強度愈高則所攝影的畫質就愈佳而愈提高內臟位置的推測精確度，惟相對的代價係照射量亦會增加，因此期待有可簡便地決定使照射線量盡可能減少之攝影X光強度之治療計畫裝置。

本發明之目的在於獲得一種治療計畫裝置，係支援醫師等使用者可策畫已考量了放射線量的照射線量及治療時間之適當的治療計畫。

本發明之治療計畫裝置，係施行放射線治療系統的治療計畫之裝置，該放射線治療系統係具備攝影屬於照射對象之患者的患部的X光圖像之X光攝影裝置，並依據以該X光攝影裝置所攝影之X光圖像的資料，對患者照射治療用放射線而治療患部，該治療計畫裝置係包括：X光圖像位置不確定性演算部，係暫定X光攝影裝置的X光強度，並預測藉由所暫定之X光強度所獲得之X光圖像的清晰度而演算患部的位置不確定性；治療用放射線照射參數演算部，係依據由該X光圖像位置不確定性演算部所演算之患部的位置不確定性來演算治療用放射線的照射參數；X光照射量演算部，係演算由X光攝影裝置依據所暫定的X光強度對前述患者照射之X光照射量；治療用放射線線量分布演算部，係使用由治療用放射線照射參數演算部所演算之治療用放射線的照射參數，演算照射至前述患者之治療用放射線的線量分布；以及顯示器，係顯示由X光照射量演算部所演算之X光照射量及由治療用放射線線量分布演算部所演算之治療用放射線線量分布。

依據本發明可提供一種治療計畫裝置，可支援醫師等使用者可策畫已考量了放射線量的照射線量及治療時間之適當的治療計畫。

1‧‧‧加速器

2、2a‧‧‧粒子射線

3‧‧‧真空導管

4‧‧‧照射頭

5‧‧‧患部

5a‧‧‧區域

10‧‧‧治療計畫裝置

11‧‧‧處理器

12‧‧‧記憶體

13‧‧‧輸入介面

14‧‧‧顯示器

20‧‧‧系統控制裝置

21‧‧‧加速器控制裝置

22‧‧‧照射系統控制裝置

23‧‧‧X光攝影控制、圖像資訊取得裝置

50‧‧‧X光攝影裝置

51a、51b‧‧‧X光管

52a、52b‧‧‧平板檢測器

71‧‧‧圖表

72‧‧‧滑鼠指標

73‧‧‧摘要資訊顯示窗

74‧‧‧患者CT

75‧‧‧治療用放射線線量分布

76‧‧‧對於標的之線量體積直方圖

77‧‧‧對於危急臟器之線量體積直方圖

78‧‧‧照射線量分布

101‧‧‧X光強度設定部

102‧‧‧X光圖像位置不確定性演算部

103‧‧‧治療用放射線照射參數演算部

104‧‧‧放射線治療時間演算部

105‧‧‧治療用放射線線量分布演算部

106‧‧‧X光照射量演算部

110‧‧‧患部治療用放射線線量分布決定部

第1圖係顯示本發明實施形態1之治療計畫裝置的構成之方塊圖。

第2圖係顯示本發明實施形態1之治療計畫裝置的硬體構成之一例之方塊圖。

第3圖係顯示本發明實施形態1之治療計畫裝置的動作之流程圖。

第4圖係顯示作為包含本發明之治療計畫裝置之放射線治療系統的一例之粒子射線治療系統的構成之概念圖。

第5圖係說明包含本發明之治療計畫裝置之放射線治療系統的動作之線圖。

第6圖係說明包含本發明之治療計畫裝置之放射線治療系統的動作之概念圖。

第7圖係顯示本發明實施形態1之治療計畫裝置所進行之顯示之一例之圖。

第8圖係顯示本發明實施形態1之治療計畫裝置所進行之顯示之另一例之圖。

第9圖係顯示本發明實施形態1之治療計畫裝置所進行之顯示之又一例之圖。

實施型態1

首先，說明作為包含本發明之治療計畫裝置之放射線治療系統之例的粒子射線治療系統。第4圖係示意顯示包含本發明之治療計畫裝置之粒子射線治療系統之一例的構 成之方塊圖。從將帶電粒子加速之加速器1射出作為高能量帶電粒子射束之粒子射線2係通過真空導管3內，而輸送至設於真空導管3的下游之照射頭4。於此，於真空導管3彎曲的部分係設有使粒子射線2的行進方向變化之偏向電磁鐵，惟在第4圖係省略圖示。粒子射線2係由照射頭4所具備之掃描電磁鐵而朝與粒子射線2的行進方向垂直之二維方向掃描。所掃描之粒子線2a係照射至載於治療台之照射對象之患者的患部5。在進行照射時，藉由治療計畫裝置10設定各種照射參數，藉由系統控制裝置20設定用以藉由該照射參數進行照射之加速器1及照射頭4的各機器的參數，並傳送至加速器控制裝置21、照射系統控制裝置22等，而對加速器1、照射頭4等的各機器輸出各自的指令。

另一方面，例如為了取得X光圖像以確認照射對象之患部5的動作等，設置有由X光管51a、51b、平板檢測器(FPD)52a、52b構成之X光攝影裝置50。從X光管51a照射之X光係由FPD52a檢測，從X光管51b照射之X光係由FPD52b檢測。X光管51a、51b、FPD52a、52b係由X光攝影控制、圖像資訊取得裝置23控制而取得X光圖像資訊。

簡單說明藉由上述粒子射線治療系統對患者的患部5照射治療用放射線之粒子射線而治療腫瘤等患部之方法。首先，於治療計畫裝置10中，決定照射於患部5之照射線量。照射線量係配合患部5的形狀之三維分布亦 即照射線量分布而決定。決定照射線量後，於治療計畫裝置10中，可決定用以對患部賦予照射線量分布之加速器1、照射頭4等的各種參數的組合之照射參數。然而，由於粒子射線的強度、射束的直徑等而無法唯一決定照射參數的組合。因此，由醫師等使用者來決定認為是適當的照射參數。

粒子射線治療時，對於患部的粒子射線的照射係一天一次，分成數十次來進行。在照射當天，例如以X光攝影控制、圖像資訊取得裝置23所取得之患者的患部5的圖像中之預先設定之患者等角點(isocentre)與由照射頭4所決定的機器的等角點配合之方式，控制治療台的位置，而定位載於治療台的患者的位置。當結束定位時，依據加速器1、照射頭4等的預先決定之參數，經由加速器控制裝置21、照射系統控制裝置22等控制各機器，而對患部5照射粒子線。此時，X光攝影控制、圖像資訊取得裝置23係即時取得X光圖像，並一面監視患部5的位置、動作等，一面在例如呼吸時期中之患部5的動作量變小之時期照射粒子射線。當對患部照射達到當日預定之照射線量時，結束當日之照射。

加速器1為同步加速器時，粒子射線僅能取出相對於在加速器中蓄積之帶電粒子的量。因此，加速器係將加速器、射束射出、減速作為一個動作循環，並反覆進行動作循環，而僅在射束射出時能夠進行照射。對於一位患者一次之照射，通常需要複數次動作循環。於第5圖 顯示該態樣。第5圖係顯示以所謂的掃描照射法進行照射的方法。掃描照射法係藉由照射頭4所具備之掃描電磁鐵，將屬於帶電粒子的射束之粒子射線於被照射物上往與射束的行進方向垂直之二維方向一面掃描一面進行照射之方法。由於射束的行進方向，亦即深度方向的照射位置係取決於照射之帶電粒子的能量，故可藉由改變帶電粒子的能量來改變深度方向的照射位置。藉此，控制被照射的三維位置而進行照射。一般而言，於掃描照射法中，係進行每個掃描照射位置之線量管理而進行照射。在以掃描照射法進行之照射中，由於係照射對應於患部的深度方向的位置之帶電粒子的能量，故按每個帶電粒子的能量以掃描電磁鐵二維地進行掃描，藉以按每次改變能量依序照射層狀的照射區域。該層狀的照射區域係稱為片層(slice)。

第5圖係顯示使照射於患部5之粒子射線的帶電粒子的能量變化，並按每個片層照射患部5時的態樣之線圖。第5圖的橫軸係時間。加速器的可射出射束的時間係如上述，為在每一個動作循環中的預定時間。並且，配合患者的呼吸，在患部的動作變少之時間進行照射，會使照射的位置精確度變佳，故在該時間進行照射。該時間稱為呼吸閘(respiratory gate)時間。射束可射出時間與呼吸閘重疊之時間係成為可對患者照射粒子射線之時間。如第5圖所示，於時刻t1s開始第1片層之照射，對第1片層的全部的照射位置一面掃描一面進行照射，而在時刻t1e結束照射，為了照射之後的第2片層，在切換粒子射線的能 量之切換時間後的時刻t2s，開始第2片層之照射。對第2片層的全部的照射位置一面掃描一面進行照射，而在時刻t2e結束第2片層之照射。在此時間點，由於剩餘的患者可照射時間變少，故接下來的第3片層之照射係從下次能夠進行患者照射之時間之時刻t3s開始，對第3片層的全部的照射位置一面掃描一面進行照射，而在時刻t3e結束第3片層之照射。

本發明係提供一種治療計畫裝置，藉由進行上述照射，而預測X光照射之照射及粒子線照射之照射，尤其是患部5以外的部分的照射為何種程度，從而支援製作照射較少，且對於患部5之照射可更確實地進行之治療計畫。第1圖係顯示本發明實施形態1之治療計畫裝置的主要部分之方塊圖。在上述說明之實際的照射之態樣可預先藉由治療計畫裝置10進行預測。藉由進行該預測，可預測用以在照射中取得觀測、監視患部5的動作之X光圖像之X光照射時間。另外，如第2圖所示，治療計畫裝置10係藉由具備處理器11、記憶體12、鍵盤或觸控面板等輸入介面13、作為輸出介面之顯示器14等一般的計算機而實現。

就患者的曝射線量的觀點而言，用以取得X光圖像之X光強度以低強度為佳。然而，X光強度較弱時，以FPD取得之圖象的清晰度會降低，患部的位置不確定性會提高。如上述，X光強度與患部的位置不確定性係互相取捨之關係。在X光強度較弱時，X光的線量變低，對患 者的照射線量亦變低，惟，若位置不確定性高時，由於患部的周圍會模糊而不清楚，故必須採用較大的粒子射線照射的裕度(margin)。亦即，如第6圖所示，為了確實地對患部5賦予粒子射線的線量，例如必須以如虛線所示之區域5a，對比患部的周圍更廣的範圍進行照射。在對比患部的周圍更廣的範圍進行照射時，會將粒子射線照射到患部周圍的正常組織。相反地，在X光強度較強時，位置不確定性低，亦即可明確地判別患部的位置，故可將粒子射線照射的裕度設為較低，亦即可減少對於患部周圍之粒子射線的照射。如上述，X光的照射量與對於患部以外的部分之粒子射線的照射線量為互相取捨之關係。

本發明提供之治療計畫裝置，係提示具有該種互相取捨關係之X光的照射量與對於患部以外的部分之粒子射線的照射線量，以在治療計畫時進行決定X光的強度之支援。以下係參閱第1圖之方塊圖、第3圖之流程圖說明本發明實施形態1之治療計畫裝置10。如前述，治療計畫裝置10為由第2圖所示之計算機而實現者，以下之各部、步驟係藉由處理器11執行儲存於記憶體12之程式而實現。

首先，於X光強度設定部101決定X光強度的範圍及X光強度的調幅(ST1)。接著，將X光強度值設定於最弱之X光強度(ST2)。於X光圖像位置不確定性演算部102依據所設定之X強度值取得之X光圖像的預測來演算位置不確定性(ST3)。

接著，依據於X光圖像位置不確定性演算部102所演算之位置不確定性，於治療用放射線照射參數演算部103，以滿足患部治療用放射線線量分布決定部110所決定之患部的線量分布之方式，設定治療用粒子線照射參數(ST4)。於放射線治療時間演算部104預測演算依據在治療用放射線照射參數演算部103所設定之照射參數進行之粒子射線照射的時間模式(pattern)、治療時間(ST5)。於此，在如粒子線掃描照射、漸層堆疊照射等，分割成複數個照射部位而進行放射線照射時，考量切換照射部位(片層)時所需之時間，估算所需射束可射出閘時間或患者可照射閘數，而推測治療所需時間。反映照射部位的切換時間，而可知治療所需時間。

再者，在如多門照射、IMRT、IMPT等從複數個支架(gantry)角度進行放射線照射之情形，在從一個角度之照射結束後，不使患者下床，且不重新進行定位而進行第二個角度之照射時，考量為了變更支架角度所需之時間，估算所需之射束可射出閘時間或患者可照射閘數，而推測治療所需時間。反映支架旋轉所耗費時間，可得知治療所需時間。

再者，伴隨呼吸性移動而對內臟進行呼吸同步照射時，亦可導入使呼吸週期穩定之呼吸教導系統(coaching system)。藉由導入呼吸教導系統而使呼吸週期穩定，藉此可期待治療時間的預測精確度提升。

接著，依據預測演算出之粒子射線照射的時 間模式，決定X光照射的時間模式(ST6)。使用上述所決定之各參數及預測出之時間，於治療用放射線線量分布演算部105演算於治療用照射之粒子射線的線量分布，亦即治療用放射線照射線量分布，於X光照射量演算部106演算於攝影用所照射之X光照射線量(ST7)。於X光照射量演算部106亦可配合X光照射線量演算X光照射線量分布。在依據該位置不確定性之別的粒子線照射參數為能夠設定時(ST8，否)，返回步驟ST4，設定將粒子射線的強度及線量限制條件等變更後之別的粒子射線照射參數。在針對於依據該位置不確定性之可能之粒子線照射參數之演算結束後(步驟ST8，是)，返回步驟ST2，設定下一個X光強度，並針對該X光強度，依據所取得之X光圖像之預測演算位置不確定性(ST3)。在針對於在ST1所決定之X光強度的全部範圍之演算結束後(ST9，是)，於顯示器14顯示所演算之X光照射量及治療用放射線線量分布為首之各種資訊(ST10)。此時，亦可一併顯示治療預測時間。醫師等使用者可觀看該顯示結果，決定適當的X光的強度及粒子射線照射參數，治療計畫裝置係依據所決定之X光強度及粒子射線照射參數而產生治療計畫。

對於顯示裝置之顯示，除了顯示屬於照射線量值之X光照射量以外，亦可顯示於X光照射量演算部106演算之X光照射量的三維分布。再者，與治療計畫所算出之治療用放射線線量分布並排顯示，或顯示治療用放射線線量分布與攝影之X光照射線量分布之合計。藉此， 可更明確地使治療計畫規劃者以視覺方式得知照射線量對患者造成之影響。

如上述，依據放射線治療計畫的資訊(治療射束量)、治療射束產生裝置的資訊(治療射束強度與射束可射出期間的周期)，估算射束可射出閘需要數量，並且依據X光攝影裝置的X光強度的相關資訊(攝影一次的照射線量值與攝影頻度)，推測攝影X光之照射線量(X光照射量)，並顯示於顯示器14。X光照射量亦可為對於患者整體的線量的積分值，亦可為代表點(例如等角點)之局部的線量值。在治療計畫的階段中，治療計畫規劃者可得知X光照射線量的預測值。

再者，對於複數個X光強度值，只要分別顯示期待之位置不確定性與預測之X光照射量即可。例如，顯示於橫軸標示X光強度，於縱軸標示位置不確定性之圖表，並在選擇標示點時，顯示該標示點之預測X光照射量、預測治療時間等即可。於第7圖至第9圖顯示於顯示器14顯示之顯示畫面之例。

第7圖係顯示器顯示之典型的一例。顯示有於橫軸顯示X光強度，於縱軸顯示位置不確定性之圖表71，對應於所產生之全部的治療計畫而標示出點。使用者只要從標示出之點中選擇一點，並使用滑鼠指標72等介面指定該點，即可在相同顯示畫面內之摘要資訊顯示窗73顯示摘要資訊。於此，摘要資訊係例如為X光強度、位置不確定性、預定之X光照射量、預定之治療時間等。

再者，重疊於患者CT74而顯示所計畫之治療用放射線線量分布75。同時，圖示對於標的(PTV：Planning Target Volume，計畫目標體積)之線量體積直方圖(DVH：Dose Volume Histogram)76，及對於危急臟器(OAR：Organ At Risk)之DVH77。

於此，就一例而言，雖將患者CT為從三維CT資訊之某個剖面切出而得之資訊顯示於顯示器，惟亦可將對應於三維之各方向之三個剖面並排顯示。再者，在此就一例而言，DVH係顯示為1個PTV，1個OAR，惟在OAR有複數個時亦可顯示複數個。再者，在本例中雖將全部的資訊顯示於一個顯示器，惟亦可分割成複數個顯示器進行顯示。或者，亦可由一個顯示器切換畫面進行顯示。

第8圖係顯示於第7圖之例更增加資訊量之顯示例。除了顯示治療放射線的照射線量分布以外，亦顯示攝影用X光的照射線量分布78。再者，於第9圖係顯示所顯示之圖表的變形例。第7圖及第8圖的左側所顯示之圖表亦可為第9圖所示之圖表，亦即分別於橫軸標示預定之X光照射量，於縱軸標示OAR線量評估值之圖表。

於此，OAR係例如為V20等之值。V20係以百分率顯示OAR體積中線量超過20Gy之部分的體積的比率之值，為用以決定線量限制之一般所用之指標。在治療計畫規劃時，需注意該值應成為比依各治療設備所定之基準值更小。例如，於非專利文獻1中係例示有於攝護腺癌的治療中，直腸壁的V67.1為未達25%，V42.0為未達40% 等基準。將如此之臨床參數顯示於顯示器，對於具有臨床觀點之使用者而言，可期待更容易理解相互取捨關係。

藉由顯示如上述之資訊，照射線量與位置推測精確度之相互取捨關係變得明確，而可簡單地選擇最佳的X光強度值。

再者，對於複數個攝影X光強度，亦可依據預測之患部的位置不確定性而分別決定標的裕度，並使用該標的裕度進行治療計畫，且並排顯示各個治療計畫結果(線量分布及DVH等)。

10‧‧‧治療計畫裝置

14‧‧‧顯示器

101‧‧‧X光強度設定部

102‧‧‧X光圖像位置不確定性演算部

103‧‧‧治療用放射線照射參數演算部

104‧‧‧放射線治療時間演算部

105‧‧‧治療用放射線線量分布演算部

106‧‧‧X光照射量演算部

110‧‧‧患部治療用放射線線量分布決定部

Claims (3)

1. 一種治療計畫裝置，係施行放射線治療系統的治療計畫之裝置，該放射線治療系統係依據攝影屬於照射對象之患者的患部的X光圖像之以X光攝影裝置所攝影之X光圖像的資料，對患者照射治療用放射線而治療患部，該治療計畫裝置係包括：X光圖像位置不確定性演算部，係暫定前述X光攝影裝置的X光強度，並預測藉由所暫定之X光強度所獲得之X光圖像的清晰度而演算依據該X光圖像之前述患部的位置不確定性；治療用放射線照射參數演算部，係依據由該X光圖像位置不確定性演算部所演算之患部的位置不確定性來演算前述治療用放射線的照射參數；X光照射量演算部，係演算由前述X光攝影裝置依據前述所暫定的X光強度對前述患者照射之X光照射量；治療用放射線線量分布演算部，係使用由前述治療用放射線照射參數演算部所演算之前述治療用放射線的照射參數，演算前述放射線治療系統照射至前述患者之前述治療用放射線的線量分布；以及顯示器，係顯示由前述X光照射量演算部所演算之X光照射量及由前述治療用放射線線量分布演算部所演算之治療用放射線線量分布。
2. 如申請專利範圍第1項所述之治療計畫裝置，其中，前述暫定之X光強度係複數個X光強度，於前述X光圖像位置不確定性演算部演算與前述複數個X光強度之 各個X光強度對應之前述患部的位置不確定性，前述治療用放射線照射參數演算部係依據與前述複數個X光強度之各個X光強度對應之前述患部的位置不確定性，演算前述治療用放射線的照射參數，前述顯示器係針對前述複數個X光強度之各者，顯示前述X光照射量及前述治療用放射線線量分布。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之治療計畫裝置，其中，前述X光照射量演算部係演算前述X光照射量亦演算X光照射線量分布，前述顯示器係顯示前述X光照射線量分布作為要顯示之X光照射量。