TWI592187B - Radiation Therapy Simulator - Google Patents

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TWI592187B
TWI592187B TW105133576A TW105133576A TWI592187B TW I592187 B TWI592187 B TW I592187B TW 105133576 A TW105133576 A TW 105133576A TW 105133576 A TW105133576 A TW 105133576A TW I592187 B TWI592187 B TW I592187B
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Tetsuya MUKAWA
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Sumitomo Heavy Industries
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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。
以往，作為該領域的技術，例如已知有下述專利文獻1中所記載的粒子束治療計劃裝置。該裝置具備：目標區域輸入機構，輸入成為照射粒子束之目標的目標區域；及運算裝置，在以包含目標區域的方式設定之照射區域內確定照射粒子束之照射點，該運算裝置以在照射區域的輪廓上配置照射點且相鄰之照射點的間隔成為預先規定之設定值以下的方式確定照射點。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2011-217902號公報
在該種治療計劃裝置中，為了減少施加到患者的正常組織之劑量並提高對腫瘤組織之劑量，要求進一步提高治 療計劃精確度。為了解決該課題，本發明的目的為提供一種提高放射線治療時的治療劑量的模擬精確度之放射線治療模擬裝置。
本發明的放射線治療模擬裝置具備：治療劑量分佈計算部，計算在放射線治療中向患者照射之放射線的治療劑量分佈；及藥劑資訊記憶部，記憶作為在進行放射線治療時向患者供給之敏化劑或防護劑的給藥藥劑的資訊，治療劑量分佈計算部依據記憶於藥劑資訊記憶部之給藥藥劑的資訊來計算治療劑量分佈。
依該裝置，能夠獲得包含向患者供給之敏化劑或防護劑的影響之高精確度的治療劑量分佈。
並且，在計算放射線的照射區域內的微小區域中之治療劑量時，治療劑量分佈計算部可以依據如下資訊來計算微小區域的治療劑量：表示微小區域中之給藥藥劑的每單位濃度的放射線的影響增加率之單位濃度敏化比資訊；及表示微小區域中所存在之給藥藥劑的濃度之給藥藥劑濃度資訊。
並且，治療劑量分佈計算部可以計算向患者供給給藥藥劑之情況下的治療劑量分佈和未向患者供給給藥藥劑之情況下的治療劑量分佈，前述放射線治療模擬裝置還可以具備資訊顯示部，前述資訊顯示部依據由治療劑量分佈計算部計算之結果來顯示向患者供給給藥藥劑之情況下的治 療劑量分佈和未向患者供給給藥藥劑之情況下的治療劑量分佈。依該結構，用戶能夠直觀地了解到給藥藥劑的影響。
並且，具體而言，上述放射線可以係帶電粒子束、X射線、伽馬射線或電子束。
依本發明的放射線治療模擬裝置，能夠提高放射線治療時的治療劑量的模擬精確度。
3‧‧‧資訊記憶部
5‧‧‧運算部
7‧‧‧資訊顯示部
10‧‧‧放射線治療模擬裝置
第1圖係表示放射線治療模擬裝置的實施形態之方塊圖。
第2圖係表示放射線治療模擬裝置的硬體結構之方塊圖。
第3圖係表示帶電粒子束照射裝置的一種實施形態之示意圖。
以下，參閱附圖對本發明之放射線治療模擬裝置的實施形態進行詳細說明。
第1圖所示之本實施形態的放射線治療模擬裝置10係計算在使用了放射線治療裝置之放射線治療時向患者照射之放射線的治療劑量分佈者。成為該放射線治療模擬裝 置10的對象之上述放射線例如包含帶電粒子束、X射線、伽馬射線、電子束。並且，上述帶電粒子束例如包含質子束、重粒子束。
第1圖係用方塊表示放射線治療模擬裝置10的功能要件之方塊圖。放射線治療模擬裝置10具有資訊輸入部2、資訊記憶部3(藥劑資訊記憶部)、運算部5(治療劑量分佈計算部)及資訊顯示部7(資訊顯示部)。
資訊輸入部2按每個模擬裝置接收來自用戶的資訊輸入。資訊記憶部3暫時或長期記憶模擬運算所需之資訊。作為記憶於資訊記憶部3的資訊，例如有用戶從資訊輸入部2輸入之輸入資訊等。並且，資訊記憶部3中還預先規定並記憶有模擬運算所需之既定的常數等。
運算部5具有分佈運算部5a和分佈顯示處理部5b。分佈運算部5a依據從資訊記憶部3賦予的資訊，利用既定的演算法來計算放射線的照射區域中之治療劑量分佈。具體而言，分佈運算部5a將照射區域分割成微小區域，並分別計算各微小區域的治療劑量。並且，獲得照射區域的治療劑量分佈作為各微小區域的治療劑量的集合。分佈顯示處理部5b例如實施基於由分佈運算部5a獲得之治療劑量分佈的圖像處理，並且製作例如表示治療劑量分佈之等高線圖。資訊顯示部7將作為運算部5的運算結果的照射區域的治療劑量分佈顯示於畫面。例如，資訊顯示部7由電腦的顯示器顯示裝置構成。
在此，對放射線治療模擬裝置10的物理結構的一例 進行說明。第2圖係放射線治療模擬裝置10的硬體結構圖。如圖所示，放射線治療模擬裝置10作為電腦系統而構成，前述電腦系統物理上包含CPU211、作為主記憶裝置的RAM212及ROM213、硬碟等輔助記憶裝置215、作為輸入設備的鍵盤及滑鼠等輸入裝置216、顯示器等輸出裝置217、網路卡等作為資料收發設備之通信模組214等。藉由在第2圖所示之CPU211、RAM212等硬體上讀取既定的電腦軟體，在CPU211的控制下啟動通信模組214、輸入裝置216、輸出裝置217，並且進行RAM212或輔助記憶裝置215中之資料的讀出及寫入，藉此來實現第1圖中說明之各功能。
然而，在放射線治療中，有時在進行治療時向患者供給敏化劑或防護劑。例如，陷入缺氧狀態之腫瘤組織的放射線抵抗性較強，對於該種腫瘤組織，存在放射線照射的效果低之問題。作為其對策，向患者供給用於解除缺氧狀態的藥劑等。作為上述敏化劑的一例，可以舉出該種用於解除缺氧狀態的藥劑等。並且，作為上述防護劑的一例，可以舉出降低由放射線引起之DNA鏈斷裂效果之藥劑。為了減少對正常組織的損傷，藉由向患者的正常組織供給該藥劑來實現向腫瘤的照射量的增加。關於該種敏化劑或防護劑，從其使用目的可以理解到，對治療劑量產生影響。因此，若在計算治療劑量時將向患者供給之敏化劑或防護劑所產生之影響考慮在內，則能夠獲得精確度更高的治療劑量分佈。
鑑於該見解，放射線治療模擬裝置10中，能夠獲得將與進行治療時向患者供給之敏化劑或防護劑(以下稱為“給藥藥劑”)有關的資訊考慮在內之治療劑量分佈。
以下，對基於放射線治療模擬裝置10進行之具體運算處理進行說明。
由用戶將每個模擬處理所需之資訊輸入到放射線治療模擬裝置10中，並記憶於資訊記憶部3。並且，在每個模擬處理中不變的常數等被預先記憶於資訊記憶部3。
如前述，運算部5的分佈運算部5a將放射線的照射區域分割成微小區域，並依據記憶於資訊記憶部3之資訊來分別計算各微小區域的治療劑量。並且，獲得照射區域的治療劑量分佈作為各微小區域的治療劑量的集合。此時，分佈運算部5a中，利用下式(1)所示之計算演算法來計算放射線照射區域內的1個微小區域中之治療劑量D[Gy-eq]。
其中，D：治療劑量[Gy-eq]
T：照射時間[s]
fr：放射線種類r的劑量換算係數[Gy/(n/cm2)]
：放射線種類r的射線束[n/cm2/s]
RBEr：放射線種類r的放射線生物學效應比[Gy-eq/Gy]
CFr,c：對給藥藥劑c的每單位濃度的放射線種類r之敏化比(其中，c=0(無藥劑)的情況下設為CF=1，視為沒有影響)
ρ c：給藥藥劑c的濃度(其中，c=0(無藥劑)的情況下設為ρ=1，視為沒有影響)
r：放射線的射線種類
c：給藥藥劑的種類
例如，當在治療劑量D的計算中應考慮之放射線的射線種類存在兩種(例如，質子束r1和伽馬射線r2)且向患者供給之應考慮之給藥藥劑存在兩種(設為c1,c2)時，式(1)可以如下表達。
輸入到上述式(1)之各參數的一部分(例如，照射時間T)按每個模擬處理由用戶輸入到放射線治療模擬裝置10中，並記憶於資訊記憶部3。並且，輸入到上述式(1)之各參數的另一部分如上述般依據由用戶輸入並記憶於資訊記憶部3之資訊，藉由分佈運算部5a而被計 算。例如，給藥藥劑的濃度ρ c依據按每個模擬處理由用戶輸入到放射線治療模擬裝置10之資訊(例如，向患者供給之給藥藥劑的量等)，藉由分佈運算部5a利用公知的運算式而被計算。
並且，輸入到上述式(1)之各參數的又一部分以常數形式預先記憶於資訊記憶部3。例如，作為與給藥藥劑有關的資訊之CFr,c的值係按每個給藥藥劑的種類/放射線的射線種類的組合而規定，並記憶於資訊記憶部3，運算時提交給分佈運算部5a。另外，CFr,c(單位濃度敏化比資訊)表示某一給藥藥劑c的每單位濃度(1ppm)的某一放射線r對關注之微小區域之影響增加率。並且，ρ c(給藥藥劑濃度資訊)表示關注之微小區域中所存在之某一給藥藥劑c的濃度。
分佈運算部5a對照射區域內的所有的微小區域實施上述運算，並計算與所有的微小區域相對應之治療劑量D。並且，分佈運算部5a中，獲得整個照射區域的治療劑量分佈(以下稱為“第1治療劑量分佈”)作為各微小區域的治療劑量D的集合。
其次，分佈運算部5a計算在與上述相同的照射條件下假定為未向患者供給給藥藥劑之情況下之整個照射區域的治療劑量分佈(以下稱為“第2治療劑量分佈”)。作為計算第2治療劑量分佈之運算方法，例如在式(1)中設為CFr,c×ρc=1即可。
分佈運算部5a將第1治療劑量分佈和第2治療劑量 分佈提交給分佈顯示處理部5b。並且，分佈顯示處理部5b將第1治療劑量分佈及第2治療劑量分佈例如轉換為等高線圖等圖像資訊。該圖像資訊被提交給資訊顯示部7，例如第1治療劑量分佈的等高線圖和第2治療劑量分佈的等高線圖並列地顯示於畫面。
接著，對由放射線治療模擬裝置10產生之作用效果進行說明。相對於前述式(1)，通常已知之現有的治療劑量的計算演算法的一例由下式(2)表示。
放射線治療模擬裝置10中所使用之式(1)中，與式(2)相比，能夠獲得基於治療時向患者供給之給藥藥劑的資訊(CFr,c及ρ c)的治療劑量分佈。亦即，式(1)中，與式(2)相比，追加了與給藥藥劑相關的(CFr,c×ρc)項。以下，將(CFr,c×ρc)項稱作藥劑相關項。
藉由式(1)中上述藥劑相關項的存在，給藥藥劑的影響被定量反映到治療劑量D中。因此，依採用式(1)的計算演算法之放射線治療模擬裝置10，能夠獲得包含向患者供給之敏化劑或防護劑的影響之高精確度的治療劑量分佈，其結果，能夠提高放射線治療時的治療劑量的模擬精確度。
並且，由於藉由資訊顯示部7顯示向患者供給給藥藥劑之情況下的治療劑量分佈(第1治療劑量分佈)和未向患者供給給藥藥劑之情況下的治療劑量分佈(第2治療劑量分佈)，因此用戶能夠藉由比較兩個治療劑量分佈來直觀地了解到給藥藥劑的影響。
上述本實施形態的放射線治療模擬裝置10例如可以用於計算下面說明之帶電粒子束治療裝置中之帶電粒子束照射區域的治療劑量分佈，並可以利用於治療計劃中。以下，參閱第3圖對帶電粒子束治療裝置1進行詳細說明。另外，單詞“上游”、“下游”分別係指所射出之帶電粒子束的上游(加速器側)、下游(患者側)。
如第3圖所示，帶電粒子束治療裝置1係利用於基於放射線療法的癌治療等中之裝置，具備：加速器11，加速帶電粒子並射出帶電粒子束；照射噴嘴12(照射部)，向被照射體照射帶電粒子束；射束傳輸線路13(傳輸線路)，向照射噴嘴12傳輸從加速器11射出之帶電粒子束；降能器(能量調整部)18，設置於射束傳輸線路13上，降低帶電粒子束的能量來調整帶電粒子束的射程；複數個電磁鐵25，設置於射束傳輸線路13上；及控制部30，控制整個帶電粒子束治療裝置1。本實施形態中，作為加速器11，採用了迴旋加速器，但並不限定於此，也可以係產生帶電粒子束之其他的產生源，例如同步加速器、同步迴旋加速器、直線加速器等。
帶電粒子束治療裝置1中，對治療台22上的患者P 的腫瘤(被照射體)照射從加速器11射出之帶電粒子束。帶電粒子束係高速加速帶有電荷之粒子者，例如有質子束、重粒子(重離子)束等。
照射噴嘴12安裝於能夠繞治療台22旋轉360度之旋轉支架23的內側，能夠藉由旋轉支架23移動至任意的旋轉位置。照射噴嘴12包含電磁鐵25、掃描電磁鐵21、真空管道28。掃描電磁鐵21設置於照射噴嘴12中。掃描電磁鐵21具有：X方向掃描電磁鐵，在與帶電粒子束的照射方向交叉之面上向X方向掃描帶電粒子束；及Y方向掃描電磁鐵，在與帶電粒子束的照射方向交叉之面上向與X方向交叉之Y方向掃描帶電粒子束。並且，藉由掃描電磁鐵21掃描之帶電粒子束向X方向和/或Y方向偏向，因此比掃描電磁鐵更靠下游側的真空管道28的直徑越靠下游側越擴大。
射束傳輸線路13具有帶電粒子束所通過之真空管道14。真空管道14的內部維持為真空狀態，抑制構成傳輸中的帶電粒子束之帶電粒子因空氣等而散射。
並且，射束傳輸線路13具有：ESS(Energy Selection System)15，從由加速器11射出之具有既定的能寬之帶電粒子束中選擇性地提取能寬比既定的能寬窄的帶電粒子束；BTS(Beam Transport System)16，以維持能量之狀態，傳輸具有藉由ESS15選擇之能寬之帶電粒子束；及GTS(Gantry Transport System)17，從BTS16朝向旋轉支架23傳輸帶電粒子束。
降能器18使所通過之帶電粒子束的能量降低來調整該帶電粒子束的射程。從患者的體表至作為被照射體的腫瘤為止的深度按每個患者而不同，因此在向患者照射帶電粒子束時，需要調整帶電粒子束的到達深度亦即射程。降能器18藉由調整以恆定的能量從加速器11射出之帶電粒子束的能量，藉此調整為使帶電粒子束適當地到達位於患者體內的既定深度之被照射體。在切割被照射體之每個層上進行該種基於降能器18進行之帶電粒子束的能量調整。
本發明能夠以上述實施形態為主，依據本領域技術人員的知識，以實施了各種變更、改良之各種各樣的形態來實施。並且，也能夠利用上述實施形態中所記載之技術事項來構成實施例的變形例。也可以將各實施形態的結構適當地組合而使用。
1‧‧‧帶電粒子束治療裝置
2‧‧‧資訊輸入部
3‧‧‧資訊記憶部
5‧‧‧運算部
5a‧‧‧分佈運算部
5b‧‧‧分佈顯示處理部
7‧‧‧資訊顯示部

Claims (4)

  1. 一種放射線治療模擬裝置，其具備：治療劑量分佈計算部，計算在放射線治療中向患者照射之放射線的治療劑量分佈；及藥劑資訊記憶部，記憶作為在進行前述放射線治療時向前述患者供給之敏化劑或防護劑的給藥藥劑的資訊，前述治療劑量分佈計算部依據記憶於前述藥劑資訊記憶部之前述給藥藥劑的資訊來計算前述治療劑量分佈。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之放射線治療模擬裝置，其中，在計算前述放射線的照射區域內的微小區域中之治療劑量時，前述治療劑量分佈計算部依據如下資訊來計算前述微小區域的治療劑量：表示前述微小區域中之前述給藥藥劑的每單位濃度的前述放射線的影響增加率之單位濃度敏化比資訊；及表示前述微小區域中所存在之前述給藥藥劑的濃度之給藥藥劑濃度資訊。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之放射線治療模擬裝置，其中，前述治療劑量分佈計算部計算向前述患者供給前述給藥藥劑之情況下的前述治療劑量分佈和未向前述患者供給前述給藥藥劑之情況下的前述治療劑量分佈，前述放射線治療模擬裝置還具備資訊顯示部，前述資 訊顯示部依據由前述治療劑量分佈計算部計算之結果來顯示向前述患者供給前述給藥藥劑之情況下的前述治療劑量分佈和未向前述患者供給前述給藥藥劑之情況下的前述治療劑量分佈。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之放射線治療模擬裝置，其中，前述放射線係帶電粒子束、X射線、伽馬射線或電子束。
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