WO2021106333A1 - 患者体内構造変化検出方法、患者体内構造変化検出装置およびコンピュータプログラム - Google Patents

患者体内構造変化検出方法、患者体内構造変化検出装置およびコンピュータプログラム Download PDF

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WO2021106333A1
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change
equivalent thickness
water equivalent
patient
dimensional image
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孝明 藤井
祐介 藤井
貴啓 山田
嵩祐 平山
聖心 ▲高▼尾
梅垣　菊男
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株式会社日立製作所
国立大学法人北海道大学
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    • A61N5/1043—Scanning the radiation beam, e.g. spot scanning or raster scanning

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting a structural change in a patient, a device for detecting a structural change in the patient, and a computer program.
  • Radiation therapy which is one of the treatment methods for cancer, uses uncharged particle beams such as X-rays and gamma rays and charged particle beams such as proton beams and carbon beams as the radiation type used in the treatment. It is roughly divided into treatment. The latter treatment using a charged particle beam (charged particle beam) is generally called particle beam therapy.
  • Uncharged particles have the characteristic that the dose applied decreases at a constant rate from a shallow position to a deep position in the body.
  • the charged particle beam forms a dose distribution (black curve) with peaks at a specific depth determined by energy. Therefore, the charged particle beam has a feature that the dose to the normal tissue located deeper than the tumor can be significantly reduced by irradiating the beam with the peak position aligned with the tumor position.
  • the scanning irradiation method is an irradiation method in which a thin charged particle beam is deflected by two sets of scanning electromagnets and guided to an arbitrary position in a plane so as to fill the inside of the tumor and give a high dose only to the tumor area. Is.
  • a dose distribution matching the target shape is formed by setting an irradiation target point called a spot at each irradiation target position in the tumor and irradiating each spot with a charged particle beam.
  • the arrangement of the spots is determined by performing irradiation simulation calculation by the treatment planning device on the CT (Computed Tomography) image of the patient acquired in advance.
  • Patient positioning in particle beam therapy is generally created from bidirectional fluoroscopic X-ray images and CT images during treatment planning, using fluoroscopic X-ray images of the patient taken from two directions, vertical and parallel. It is carried out by comparing with a projection processed image (simulated fluoroscopic image) from the same direction. Align the landmarks (usually bones) on the fluoroscopic X-ray image so that they coincide with the same sites on the simulated fluoroscopy image.
  • the major steps of adaptive ion radiotherapy are 1. Evaluation, 2. Judgment, 3. Replanning, 4. It is divided into irradiation preparation. As issues for each item, 1. In the evaluation, the creation of a high-quality image and the redrawing of the contour of the target area are 2. Judgment and 3. In replanning, high-speed dose calculation and determination of appropriate judgment indicators and replanning judgment thresholds are required. In irradiation preparation, there remains an alternative method for the quality assurance (QA) check that was carried out at the time of conventional treatment planning. Currently, elemental technologies are being developed to solve the problems of each of these items.
  • Patent Document 1 For replanning, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-32506 (Patent Document 1) is known.
  • Patent Document 1 based on the planned irradiation conditions, the contour redrawing of the target organ and the dose distribution are obtained by forward calculation for the acquired image of the day, and the dose error is evaluated.
  • analysis work such as contour redrawing and dose distribution calculation requires several minutes.
  • the time from the completion of positioning to the start of irradiation should be as short as possible. Therefore, it is desired to promptly start irradiation when the structural change of the patient is small from the acquired image, and evaluate the dose distribution only when the structural change of the patient cannot be ignored to judge whether or not the treatment can be continued.
  • Non-Patent Document 1 An example of a method for detecting a change in the internal structure of a patient from a three-dimensional image and irradiation information is described in Non-Patent Document 1.
  • a CT image four-dimensional CT image
  • the body surface upstream side of the particle beam beam
  • the posterior surface of the tumor on the upstream side of the particle beam
  • the degree of disturbance of the dose distribution due to respiration is grasped in advance, and the particle beam irradiation angle robust to the body movement due to respiration is determined.
  • the water equivalent thickness is calculated as the actual distance calculated by actually passing through each tissue on the CT image as the distance when the actual distance is replaced with water in consideration of the density ratio of each tissue to water. It was done.
  • a conversion table between the CT value and the water equivalent thickness, which is unique to the CT imaging device, is used, and the CT value stored in the voxel, which is an element of the acquired CT image. And the conversion table are used to convert to a water equivalent thickness.
  • non-patent literature is excellent in that changes can be detected by focusing on the area where the dose is actually applied.
  • the calculated change in water equivalent thickness on the particle beam passage region is different from the evaluation that reproduces the dose distribution expressed by the beam intensity and beam overlap for each spot in the scanning irradiation method, so the correlation between the two is different. Not considered expensive. Therefore, there is a problem that sufficient information on the dose distribution index necessary for determining the continuation of treatment in adaptive treatment cannot be obtained.
  • a dose-volume histogram (Dose Volume Histogram: DVH) is used as an evaluation index for judging the quality of a treatment plan.
  • This is a three-dimensional calculation of the dose distribution information given to each volume (whole body, target, dangerous organ, etc.) of the contoured region of interest (ROI), and graphs the relationship between dose and volume. It is represented by a line or bar graph with the horizontal axis representing the dose and the vertical axis representing the volume.
  • ROI contoured region of interest
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a method for detecting changes in the internal structure of a patient and a device for detecting changes in the internal structure of the patient so as to be able to detect changes in the internal structure of the patient appropriately and promptly. And to provide computer programs.
  • a computer program for causing a computer to function as a patient internal structure change detection device for detecting changes in the patient's internal structure. From the process of calculating the second water equivalent thickness obtained from the second three-dimensional image, which is the three-dimensional image of the patient acquired in, and the first three-dimensional image, which is the three-dimensional image of the patient at the time of treatment planning. Correlation information showing the process of calculating the change of the obtained first water equivalent thickness from the second water equivalent thickness, the calculated water equivalent thickness change, and the correlation between the water equivalent thickness change value and the dose distribution information. And, the process of calculating the change in the dose volume histogram from the treatment plan based on the above, and the process of calculating the change in the dose volume histogram are realized on the computer.
  • the change in the dose volume histogram from the treatment plan is based on the change in water equivalent thickness on the region through which the particle beam passes and the correlation information calculated from the newly acquired three-dimensional image of the patient. Can be calculated.
  • FIG. 3 is a block diagram of a patient body structural change detection device in a particle beam therapy device according to a third embodiment.
  • the three-dimensional image at the time of treatment planning is used, and it is generated by the water equivalent thickness change of the region where the particle beam passes for each spot in the scanning irradiation method and the particle beam irradiation.
  • the change in the dose volume histogram from the time of treatment planning is quickly calculated based on the newly acquired three-dimensional patient image, and the result is displayed.
  • the particle beam therapy device of the present embodiment is an example of "a particle beam therapy device provided with a structure change detection device in a patient", and is provided in, for example, a particle beam generator 10, a beam transport system 20, and a rotating gantry. It includes an irradiation nozzle 25, a couch 33 on which a patient is placed, a particle beam irradiation control device 41 for irradiating a target with a particle beam, and a patient body structural change detection device 50.
  • the patient body structure change detection device 50 is the same as the water equivalent thickness calculation function 52 that calculates the water equivalent thickness change for each irradiation beam using the irradiation plan information at the time of treatment planning and the patient three-dimensional image, and the water equivalent thickness change.
  • Correlation information creation function 55 that creates correlation information between the two from the dose distribution information calculated under the irradiation conditions, and the water equivalent thickness on the irradiation beam passing region calculated using the newly acquired three-dimensional image and the correlation information. It is provided with a patient body structure change detection device 51 that calculates a change (dose volume histogram change, DVH change information) from the planned dose at the time of creating a treatment plan based on the change. Further, a display device for displaying at least one of the water equivalent thickness change and the dose volume histogram change can be provided.
  • the irradiation waiting time of the patient to be positioned can be shortened, and the medical staff can reduce the irradiation waiting time.
  • the labor of redrawing the ROI can be reduced, and the work of calculating the dose distribution can also be reduced.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a particle beam irradiation system as a particle beam therapy device.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a patient body structural change detection device 50 included in the particle beam therapy device.
  • FIG. 3 shows hardware resources and software resources when the patient body structural change detection device 50 is realized by using a computer.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of particle beam irradiation information 60 used for creating actual spot data.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of irradiation spot setting in the spot scanning irradiation method.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of a water equivalent thickness change calculation region for each irradiation spot in the spot scanning irradiation method.
  • FIG. 7 is a flow chart showing a processing procedure for calculating the actual dose distribution during irradiation.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a screen for displaying information such as a change in water equivalent thickness and a change in dose volume histogram.
  • the particle beam irradiation system includes, for example, a particle beam generator 10, a beam transport system 20, a deflection electromagnet 21, a treatment room 30, a particle beam irradiation control device 41, and a patient positioning device 42.
  • a positioning image acquisition device 43, a communication device 44, a data server 45, and a treatment planning device 46 are provided.
  • the particle beam irradiation device for irradiating the target with the particle beam includes, for example, a particle beam generator 10, a beam transport system 20, and an irradiation nozzle 25.
  • the particle beam generator 10 includes, for example, a synchrotron 11, an ion source 12, and a linac 13.
  • the synchrotron 11 includes, for example, a deflection electromagnet 21, a quadrupole electromagnet (not shown), a high frequency accelerator 18, a high frequency emission device 19, an emission deflector 17, and the like.
  • the ion source 12 is connected to the linac 13.
  • the linac 13 is connected to the synchrotron 11.
  • the particle beam generated from the ion source 12 is accelerated in the previous stage by the linac 13 and incident on the synchrotron 11.
  • the particle beam further accelerated by the synchrotron 11 is emitted to the beam transport system 20.
  • the beam transport system 20 includes, for example, a plurality of quadrupole electromagnets (not shown) and a deflection electromagnet 21.
  • the beam transport system 20 is connected to the synchrotron 11 and the irradiation nozzle 25.
  • a part of the beam transport system 20 and the irradiation nozzle 25 are installed in a substantially tubular gantry in the treatment room 30, and can rotate together with the gantry.
  • the particle beam (also referred to as a particle beam) emitted from the synchrotron 11 is converged by a quadrupole electromagnet while passing through the beam transport system 20, changes its direction by the deflection electromagnet 21, and is incident on the irradiation nozzle 25.
  • the irradiation nozzle 25 includes, for example, two pairs of scanning electromagnets 251, 252, a dose monitor 254, and a position monitor 253.
  • the two pairs of scanning electromagnets are installed in directions orthogonal to each other and can deflect the particle beam so that it reaches a desired position in the plane perpendicular to the beam axis at the target position.
  • the dose monitor 254 is a monitor that measures the irradiation amount of the particle beam irradiated to the target, and outputs the detected measured value to the particle beam irradiation control device 41.
  • the position monitor 253 is a monitor that indirectly measures the irradiation position of the particle beam irradiated to the target by detecting the position where the particle beam irradiated to the target has passed. The position monitor 253 outputs the detected detected value to the particle beam irradiation control device 41.
  • the particle beam that has passed through the irradiation nozzle 25 reaches the target in the irradiation target 31.
  • the irradiation target 31 represents a patient and the target represents a tumor or the like.
  • the configuration of the patient body structural change detection device 50 will be described with reference to FIG.
  • the patient body structure change detection device 50 includes, for example, a dose volume histogram change calculation unit 51, a water equivalent thickness change calculation unit 52, a console 53, a treatment continuation possibility determination unit 54, and a correlation table creation unit 55. There is.
  • the dose volume histogram change calculation unit 51 calculates how much the dose volume histogram has changed between the time of creating the treatment plan and the time of treatment.
  • the water equivalent thickness change calculation unit 52 calculates the water equivalent thickness for each spot of the particle beam irradiated to the patient 31 as the irradiation target, and calculates the difference between the time of creating the treatment plan and the time of treatment.
  • the water equivalent thickness change calculation unit 52 includes a function 521 for calculating the water equivalent thickness and a function 522 for comparing the water equivalent thickness at the time of creating the treatment plan and at the time of treatment.
  • Console 53 is an example of a "display device". Information such as dose volume histogram changes and / or water equivalent thickness changes is displayed on the console 53.
  • the console 53 may be a fixed device such as a control console, or a device that can be carried by a user such as a medical worker such as a personal digital assistant.
  • Techniques such as Augmented Reality (AR) or Virtual Reality (VR) may be used to provide healthcare professionals with information about changes in the patient's internal structure.
  • AR Augmented Reality
  • VR Virtual Reality
  • the treatment continuation possibility determination unit 54 determines whether or not the particle beam therapy can be continued.
  • the treatment continuation possibility determination unit 54 determines whether or not the change in the dose volume histogram exceeds a predetermined determination threshold value. That is, the treatment continuation propriety determination unit 54 notifies the medical staff of the determination result of the feasibility of continuation of treatment when the internal structure of the patient has changed significantly from the time of creating the treatment plan at the time of treatment.
  • Correlation table creation unit 55 is an example of "correlation information creation unit".
  • the correlation table creation unit 55 calculates the dose distribution information under the irradiation conditions corresponding to the calculation of the water equivalent thickness change, and creates a correlation table showing the correlation between the water equivalent thickness change and the dose distribution information.
  • a correlation table is illustrated as "correlation information".
  • the correlation table is created, for example, for each spot of the particle beam and for each organ.
  • the vertical axis of each correlation table is the change in dose volume histogram ( ⁇ DVH), and the horizontal axis is the change in water equivalent thickness ( ⁇ WEL).
  • ⁇ DVH dose volume histogram
  • ⁇ WEL water equivalent thickness
  • a predetermined arithmetic expression may be used, or machine learning may be used as in the examples described later.
  • the patient body structure change detection device 50 includes, for example, a microprocessor (Central Processing Unit: CPU) 501, a memory 502, a communication interface unit (communication IF in the figure) 503, an auxiliary storage device 504, and an input / output unit (input / output unit).
  • CPU Central Processing Unit
  • I / O input/ output unit
  • a predetermined computer program 505 is stored in the auxiliary storage device 504.
  • the microprocessor 501 reads the computer program 505 into the memory 502 and executes it, the function as the patient body structural change detection device 50 is realized.
  • the computer program 505 may be stored in the auxiliary storage device 504 from the storage medium 507 via the transmission path 508.
  • the transmission path 508 may be wired or wireless.
  • the transmission path 508 may be a communication network such as the Internet.
  • the storage medium 507 is, for example, a storage medium such as a flash memory, a hard disk, an optical disk, a magnetic tape, a magnetic disk, a magneto-optical disk, or a hologram memory.
  • the storage medium 507 is a memory in another computer communicatively connected to the patient body structural change detection device 50.
  • the entire computer program 505 may be stored in one storage medium 507, or a part of the computer program 505 may not be stored in the storage medium 507.
  • the computer program 505 can also realize the function as the patient body structural change detection device 50 by cooperating with other computer programs stored in the auxiliary storage device 504.
  • FIG. 3 shows an example in which the patient body structure change detection device 50 is configured from a single computer, the patient body structure change detection device 50 is not limited to this, and the patient body structure change detection device 50 is physically or logically used from a plurality of computers. It may be configured.
  • the patient's internal structure change detection device 50 (hereinafter, may be abbreviated as change detection device 50) is a patient from a CT imaging device or an MRI (Magnetic Resonance Imaging) imaging device (neither shown) at the time of treatment planning. Acquires a three-dimensional image of (S11).
  • the change detection device 50 creates a treatment plan using the treatment planning device 46 for the three-dimensional image acquired in step S11 (S12).
  • the planned irradiation information 60 of the created treatment plan and the three-dimensional image at the time of planning are stored in the data server 45.
  • the planned irradiation information 60 will be described with reference to FIG.
  • the planned irradiation information 60 includes spot data including irradiation positions (x, y) 62, 63 for each spot, energy information (spot energy) 64, and irradiation amount (spot dose) 65. Irradiate a particle beam for each spot based on the irradiation plan information of.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of irradiation spot setting in the spot scanning irradiation method. The irradiation of the particle beam based on the planned irradiation information 60 will be described with reference to FIG.
  • Reference numeral 100 indicates a spot beam deflection starting point of the irradiated particle beam.
  • the deflection starting point 100 of the spot beam corresponds to the beam position deflected by the scanning electromagnets 251 and 252 in the irradiation nozzle 25.
  • the plane that is perpendicular to the isocenter position with respect to the straight line extending from the irradiation position of the gantry irradiation angle to the isocenter 101 in the treatment room coordinate system is called the isocenter plane 102.
  • the irradiated particle beam is irradiated along the direction of the spot beam passing line 104 and passes to a depth at which all the spot energy is dropped.
  • the change detection device 50 creates a three-dimensional image (verification three-dimensional image) assuming a change in the internal structure by processing the three-dimensional image at the time of planning, and uses the treatment planning device 46 to create a treatment plan (3D image for verification).
  • the dose is calculated under the same irradiation conditions as at the time of planning), and the verification dose distribution information is output (S13).
  • the 3D image for verification is created so that the position and contour of the target are the same and the peripheral structure is different from that of the 3D image at the time of planning.
  • the reason for setting the target position and contour to be the same will be described below.
  • the tumor position the three-dimensional image acquired at the time of positioning (during patient positioning for treatment) is used to perform bone positioning and tumor (or based on a marker inserted near the tumor), which is usually performed in patient positioning. This is because it has been confirmed that the position matches the planned position because the positioning is performed.
  • the shape of the tumor can be visually confirmed (or automatic contour detection technology) from the three-dimensional image acquired at the time of positioning, so that the shape can be imaged in the same state as at the time of planning.
  • the planned irradiation information 60, ROI contour information, planning three-dimensional image and verification three-dimensional image, calculated dose distribution information, and verification dose distribution information are transmitted via the communication device 44. It is sent to the dose volume histogram change calculation unit 51 in the change detection unit 50.
  • the dose volume histogram change calculation unit 51 sends the irradiation conditions, the planning three-dimensional image and the verification three-dimensional image to the water equivalent thickness calculation unit 521 of the water equivalent thickness change calculation unit 52.
  • the water equivalent thickness calculation unit 521 calculates the water equivalent thickness of the spot beam passing region on the three-dimensional image at the time of planning and the water equivalent thickness on the verification three-dimensional image of the same region, respectively.
  • a square pyramid is formed by connecting each vertex of the water equivalent thickness calculation reference surface 105 and the spot beam deflection starting point 100.
  • the above integration process is repeated in the downstream direction of the beam until the integrated water equivalent thickness matches the underwater range of the energy of the spot beam.
  • the position where the integrated water equivalent thickness coincides with the underwater range of the energy of the spot beam is defined as the bottom surface 106 of the water equivalent thickness calculation region.
  • a square pyramid formed from the spot beam deflection starting point 100 through each apex of the water equivalent thickness calculation reference surface 105 to the bottom surface 106 of the water equivalent thickness calculation region is set as the water equivalent thickness calculation evaluation region 107.
  • the difference in water equivalent thickness calculated in the water equivalent thickness calculation evaluation area 107 with respect to the planning three-dimensional image and the verification three-dimensional image can be used as the water equivalent thickness change value of the spot.
  • Water equivalent thickness calculation The water equivalent thickness calculated in the evaluation area 107 is compared by the water equivalent thickness comparison unit 522, and is calculated for each spot as the water equivalent thickness change value when the internal structure change is assumed with respect to the planned time.
  • the dose volume histogram change calculation unit 51 reads the water equivalent thickness change information for each spot, the planned dose distribution information, the verification dose distribution information, and the ROI contour information, and the water equivalent thickness (Water Equivalent Thickness:) for each spot.
  • the effect of the WET) change on the dose volume histogram is evaluated (S14).
  • the correlation table creation unit 55 receives the evaluation result in step S14 and creates a correlation table 551 that estimates the dose volume histogram change based on the water equivalent thickness change for each spot (S15).
  • the correlation table 551 created by the correlation table creation unit 55 is stored in the memory 502 or the auxiliary storage device 504 in the patient body structural change detection device 50. Steps S11 to S15 correspond to the processes to be performed at the time of treatment planning.
  • An example of the correlation table 551 can be considered as follows. If there is an equation that predicts the DVH change of the target ROI from the change information (x) of the water equivalent thickness for each spot by a linear function, the function f (x) can be expressed as the following (Equation 1). ..
  • a and b are coefficients for predicting DVH changes.
  • the information (x) of the water equivalent thickness change is represented by, for example, the median value of the water equivalent thickness change for each spot, or the width including 95% of the data when the water equivalent thickness change for each spot is represented as a histogram. Can be used as a value.
  • the positioning image acquisition device 43 acquires a three-dimensional image of the patient on the day of treatment.
  • the acquired three-dimensional image is sent to the patient positioning device 42 via the communication device 44, and the landmarks (usually the skeleton and the target) in the patient's body are aligned with the planned positions.
  • the acquired three-dimensional image is sent to the dose volume histogram change calculation unit 51 via the communication device 44.
  • the dose volume histogram change calculation unit 51 sends a three-dimensional image to the water equivalent thickness change calculation unit 52.
  • the water equivalent thickness calculation unit 521 calculates the water equivalent thickness for each spot using the planned irradiation conditions and the three-dimensional image.
  • the water equivalent thickness comparison unit 522 compares the water equivalent thickness obtained from the three-dimensional image at the time of planning with the water equivalent thickness obtained from the three-dimensional image acquired on the treatment day, and calculates the change (S16).
  • the calculated water equivalent thickness change information is sent from the water equivalent thickness change calculation unit 52 to the dose volume histogram change calculation unit 51.
  • the dose volume histogram change calculation unit 51 calculates the change ( ⁇ DVH) of the dose volume histogram by using the correlation table 551 saved at the time of treatment planning (S17).
  • the calculated dose volume histogram change is sent to the treatment continuation possibility determination unit 54.
  • the determination threshold setting unit 541 of the treatment continuation determination unit 54 compares the calculated dose volume histogram change with the preset determination threshold Th, and determines whether the treatment can be continued based on the result (S18). ).
  • the determination result and the calculation information are output to the information providing screen G1 of the console 53.
  • the information providing screen G1 includes, for example, a patient ID display field GP1, a patient cross-sectional image display window GP2, a DVH display window GP3, a water equivalent thickness change histogram display window GP4, and a dose evaluation index value display window GP5. ..
  • the patient ID display field GP1 displays an identifier (ID) that uniquely identifies the patient.
  • the patient cross-sectional image display window GP2 displays the planned dose distribution, the passing region in the actual passing space for each spot, and the ROI on an arbitrary patient cross-sectional image of the three-dimensional image.
  • the DVH display window P3 displays the DVH for each ROI estimated as the planned dose.
  • the water equivalent thickness change histogram display unit GP4 displays the water equivalent thickness change information for each spot as a histogram.
  • the dose evaluation index value display window GP5 compares the estimated DVH change of each ROI with a preset threshold value Th to determine whether or not the DVH change is within the threshold value Th, and determines whether or not the DVH change is within the threshold value Th. indicate.
  • CTV is the clinical target volume (CTV) that should be removed by treatment with a macroscopically visible tumor plus the presence of a potential or microscopic tumor.
  • OAR is a DVH when the dangerous organ (Organ AT Risk: OAR) for which dose application should be avoided is set as ROI.
  • the CTV (D 99 ) shown as an evaluation index in the dose evaluation index value display window GP5 is a dose value that covers 99% of the CTV volume.
  • CTV (D max ) is the maximum dose value given to CTV.
  • OAR (D max ) is the maximum dose value given to OAR.
  • the screen configuration shown in FIG. 8 is an example, and information other than the above-mentioned information may be displayed on the screen G1.
  • step S18 when the determination result in step S18 is "YES", that is, when it is determined that the treatment with the particle beam can be continued (S18: YES), the particle beam is irradiated to the target (S22).
  • step S18 determines whether the treatment with the particle beam cannot be continued.
  • S18: NO determines whether the treatment with the particle beam cannot be continued.
  • step S20 whether or not the treatment can be continued is determined again (S20).
  • the re-judgment result is "YES”, that is, when it is determined that the treatment with the particle beam can be continued (S20: YES)
  • the particle beam is irradiated to the target (S22).
  • the re-judgment result is "NO”, that is, when it is determined that the treatment with the particle beam cannot be continued (S20: NO)
  • the ROI is redrawn and the dose is calculated, and the re-treatment plan (replan) is carried out.
  • this embodiment configured in this way, when there is no problem in the dose volume histogram change calculated using the water equivalent thickness change for each spot and the correlation table 551 prepared in advance, in the conventional adaptive treatment.
  • the necessary ROI redrawing and dose distribution calculation processing are no longer required, and the particle beam can be irradiated immediately after the patient positioning is completed. Therefore, according to this embodiment, the waiting time for irradiation of the patient can be shortened, and the clinical work load of the medical staff can be reduced.
  • step S13 of FIG. 7 the treatment planning device 46 is used for the forward calculation, but even if a dedicated dose calculation function is provided in the patient body structural change detection device 50 and the dose is calculated by the dose calculation function. Good.
  • a value weighted using the spot data information may be used. For example, it is possible to enhance the correlation with the dose distribution by weighting according to the monitor unit value (MU value) representing the irradiation amount or the spot energy.
  • MU value monitor unit value
  • the dose volume histogram is obtained from the correlation table 551 between the water equivalent thickness change created by using the irradiation plan information at the time of treatment planning, the three-dimensional image at the time of planning, and the three-dimensional image for verification, and the dose volume histogram change. Estimated change. Instead, it is acquired at the time of treatment by calculating the correlation between the water equivalent thickness change for each irradiation beam and the dose distribution information using the irradiation plan information at the time of treatment planning and the three-dimensional image acquired at the time of treatment. It is also possible to predict the change in the dose distribution between the three-dimensional image and the correlation information.
  • the second embodiment will be described with reference to FIG. In each of the following examples including this embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described.
  • the water equivalent thickness change from the start point to the end point of the beam passing region is used for the evaluation, whereas in this embodiment, the water equivalent thickness change in the ROI is also added to the evaluation.
  • the cause of the internal changes in the patient is identified, and the DVH changes of each ROI can be detected with higher accuracy.
  • step S13 when calculating the water equivalent thickness change from the start point to the end point of the beam passing region, the water equivalent thickness in each ROI is also calculated for each spot.
  • the passing line entering the planned tumor shape 113 is set as the spot beam ROI passing line 115, and the water equivalent thickness change on the spot beam ROI passing line 115 is calculated at each spot.
  • the estimation accuracy of the DVH change for each ROI can be improved.
  • the DVH change can be predicted with high accuracy by using the correlation table having a high correlation with the structural change for each ROI. Then, in this embodiment, the DVH change predicted with high accuracy is used as an index for determining whether or not the patient can continue the treatment. Therefore, according to this embodiment, when there is no problem with the DVH change, the ROI redrawing and dose distribution calculation processing required in the conventional adaptive treatment become unnecessary, and the particle beam is immediately after the patient positioning is completed. Since it is possible to shift to the start of irradiation, it is possible to shorten the waiting time for irradiation of the patient and reduce the clinical work burden of medical staff such as doctors.
  • a third embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
  • the information of the water equivalent thickness change and the DVH change prepared in advance is used as the teacher data, and the DVH change is estimated from the unknown water equivalent thickness change information by the machine learning technique.
  • the patient body structural change detection device 50A used in the particle beam irradiation system includes a teacher data creation unit 56 as a "correlation information creation unit" instead of the correlation table creation unit 55.
  • the teacher data creation unit 56 creates teacher data 561.
  • Steps S21 to S24 in FIG. 11 are the same as steps S11 to S14 in FIG.
  • step S24 the dose volume histogram change calculation unit 51 reads the water equivalent thickness change information for each spot, the planned dose distribution information, the verification dose distribution information, and the ROI contour information, and the teacher data creation unit 56 reads each spot. Learn the effect of the water equivalent thickness change ( ⁇ WEL) on the dose volume histogram.
  • the learning results are stored as learning data in the memory 502 of the patient body structural change detection device 50A or the auxiliary storage device 504 (S25). Steps S21 to S24 correspond to the processes to be performed at the time of treatment planning.
  • the positioning image acquisition device 43 acquires a three-dimensional image of the patient on the day.
  • the newly acquired three-dimensional image is sent to the patient positioning device 42 via the communication device 44, and the landmarks (usually the skeleton and the target) in the patient's body are aligned with the planned positions.
  • the acquired three-dimensional image is sent to the dose volume histogram change calculation unit 51 via the communication device 44.
  • the dose volume histogram change calculation unit 51 sends the acquired three-dimensional image to the water equivalent thickness change calculation unit 52.
  • the water equivalent thickness calculation unit 521 calculates the water equivalent thickness for each spot using the planned irradiation conditions and the acquired three-dimensional image.
  • the water equivalent thickness comparison unit 522 calculates the water equivalent thickness change ( ⁇ WEL) compared with the water equivalent thickness of the three-dimensional image at the time of planning (S26).
  • the calculated water equivalent thickness change information is sent to the dose volume histogram change calculation unit 51.
  • the dose volume histogram change calculation unit 51 calculates the dose volume histogram change ( ⁇ DVH) by using the learning data saved at the time of treatment planning (S27).
  • the calculated dose volume histogram change is sent to the treatment continuation possibility determination unit 54.
  • the treatment continuation possibility determination unit 54 compares the threshold value Th preset in the determination threshold value setting unit 541 with the dose volume histogram change calculated in step S27, and determines whether or not the treatment can be continued (S28).
  • the determination result and the calculation information are output to the screen of the console 53.
  • step S28 When the determination result of step S28 is that the treatment can be continued (S28: YES), the irradiation of the particle beam is started (S32).
  • the determination result in step S28 is that treatment cannot be continued (S28: NO)
  • S29 for example, detailed dose evaluation, investigation of the cause of the change, countermeasures, and the like are implemented (S29).
  • S30 When the re-judgment result is that the treatment can be continued (S30: YES), the irradiation of the particle beam is started (S32).
  • the ROI is redrawn, the dose is calculated, and the necessity of implementing the re-treatment plan (replan) is determined (S31).
  • This embodiment configured in this way also has the same effect as that of the first embodiment.
  • the ROI redrawing and dose required in the conventional adaptive treatment are redrawn. Since the distribution calculation process becomes unnecessary and the particle beam irradiation can be started immediately after the patient positioning is completed, the patient's irradiation waiting time can be shortened and the clinical work burden of medical staff such as doctors can be reduced.
  • a modified example of this embodiment will be described.
  • the effect of the water equivalent thickness change ( ⁇ WEL) on the dose volume histogram was calculated and used in advance for the target patient.
  • ⁇ WEL water equivalent thickness change
  • a method corresponding to supervised learning is used as a learning method for machine learning, but other learning methods such as unsupervised learning, semi-supervised learning, and reinforcement learning are also applicable. Is.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • a person skilled in the art can make various additions and changes within the scope of the present invention.
  • the configuration is not limited to the configuration example shown in the accompanying drawings.
  • the configuration and processing method of the embodiment can be appropriately changed within the range of achieving the object of the present invention.
  • each component of the present invention can be arbitrarily selected, and an invention having the selected configuration is also included in the present invention. Further, the configurations described in the claims can be combined in addition to the combinations specified in the claims.
  • 10 Particle beam generator
  • 11 Synchrotron
  • 12 Ion source
  • 13 Linac
  • 20 Beam transport system
  • 25 Irradiation nozzle
  • 30 Treatment room
  • 31 Irradiation target
  • 41 Particle beam irradiation control device
  • 42 Patient positioning device
  • 43 Positioning image acquisition device
  • 46 Treatment planning device
  • 50, 50A Patient body structure change detection device
  • 51 Dose volume histogram change calculation unit
  • 52 Water equivalent thickness change calculation unit
  • 54 Treatment continuation judgment unit
  • 55 Correlation table creation unit
  • 56 Teacher data creation unit
  • 101 Isocenter

Abstract

患者の体内構造の変化を適切かつ速やかに検出することができるようにすること。コンピュータに、患者の体内構造の変化を検出する患者体内構造変化検出装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、新たに取得された患者の三次元画像である第２の三次元画像から求められる第２の水等価厚を計算する処理と、治療計画時の患者の三次元画像である第１の三次元画像から求められる第１の水等価厚の、前記第２の水等価厚からの変化を計算する処理と、前記計算された水等価厚変化と、水等価厚変化値と線量分布情報との相関を示す相関情報と、に基づいて治療計画からの線量体積ヒストグラムの変化を計算する線量体積ヒストグラム変化を算出する処理と、を前記コンピュータ上に実現させる。

Description

患者体内構造変化検出方法、患者体内構造変化検出装置およびコンピュータプログラム
　本発明は、患者体内構造変化検出方法、患者体内構造変化検出装置およびコンピュータプログラムに関する。
　がんの治療法の一つとして挙げられる放射線治療では、治療で用いる放射線の線種としてＸ線やガンマ線といった非荷電粒子線を使用する治療と、陽子線や炭素線といった荷電粒子線を使用する治療とに大別される。後者の荷電粒子線（荷電粒子ビーム）を使用した治療は一般に粒子線治療と呼ばれている。
　非荷電粒子は、体内で浅い位置から深い位置にかけて一定の割合で線量の付与量が減少するという特徴を有する。荷電粒子ビームは、エネルギによって定まる特定の深さにピークを有する線量分布（ブラックカーブ）を形成する。したがって、荷電粒子ビームは、ピーク位置を腫瘍位置に合わせてビームを照射することにより、腫瘍より深い位置にある正常組織への線量を大幅に低下させることが可能であるという特徴を有する。
　粒子線治療では、可能な限り正確に所望の線量を照射標的の腫瘍に照射することが治療効果の向上につながる。近年の粒子線治療において、標的に線量を集中させる方法として、スキャニング照射法の利用が広がりつつある。スキャニング照射法は、細い荷電粒子ビームを二組の走査電磁石により偏向させて平面内の任意の位置に導くことにより、腫瘍内部を塗りつぶすように照射し、腫瘍領域にのみ高い線量を付与する照射法である。
　スキャニング照射法では、腫瘍内の各照射対象位置にスポットと呼ばれる照射目標地点を設定し、各スポットへ荷電粒子ビームを照射することにより、標的形状に合致した線量分布が形成される。スポットの配置は、事前に取得した患者のＣＴ（Computed Tomography）画像に対して、治療計画装置による照射シミュレーション計算することにより、決定する。
　腫瘍への正確な粒子線照射を実現するためには、実際の粒子線照射時において、治療計画装置で作成された治療計画中の照射位置と同じ照射位置に、患者を位置合わせする必要がある。この位置合わせのことを患者位置決めと呼ぶ。粒子線治療における患者位置決めは、一般的に、患者を垂直方向および平行方向の２方向から撮影した透視Ｘ線画像を使用して、両方向の透視Ｘ線画像と治療計画時のＣＴ画像から作成した同方向からの投影処理画像（模擬透視画像）とを比較することにより実施する。透視Ｘ線画像上の目印となる部位（通常は骨）が模擬透視画像での同部位と一致するように、位置合わせする。
　近年、粒子線治療を含む放射線治療の分野では、治療室内に設置されたＣＴ撮影装置またはガントリ搭載型のコーンビームＣＴ（ＣＢＣＴ）により、患者を治療日毎に撮影し、取得した画像を患者位置決めに使うだけでなく、腫瘍の位置形状及び体内構造変化の観察に使用している。さらに、正常組織への照射をより低減した高精度な治療を実現するために、前述の撮影画像上の患者体内の構造変化に応じて、治療放射線の照射条件を適宜修正して最適化するアダプティブ粒子線治療と呼ばれる治療が実施されている。
　アダプティブ粒子線治療のステップとしては大きく１．評価、２．判断、３．再計画、４．照射準備に分けられる。各項目の課題として、１．評価では高画質画像の作成と対象領域輪郭の再描画が、２．判断および３．再計画では高速な線量計算と適切な判断指標及び再計画判断閾値の決定が、４．照射準備では従来の治療計画時に実施していた患者品質保証（Quality Assurance:QA）チェックの代替方法が残っている。現在、これら各項目の課題を解決するための要素技術開発が行われている。
　１．評価から３．再計画にかけては、特開２０１６―３２５０６号公報（特許文献１）に記載の方法が知られている。特許文献１では、計画された照射条件を基に、その日の取得画像に対して対象臓器の輪郭再描画及び線量分布をフォワード計算により求めて線量誤差を評価する。しかし、特許文献１の技術では、輪郭再描画および線量分布計算といった解析作業に数分間の時間を要する。
　患者の負担を低減するために、位置決め完了から照射開始までの時間は可能な限り短い必要がある。そのため取得画像から患者の構造変化が少ない場合は速やかに照射開始に移り、患者の構造変化が無視できない場合のみ線量分布評価して、治療継続可否を判断することが望まれている。
　患者の体内構造変化を三次元画像と照射情報とから検出する手法例は、非特許文献１に記載されている。非特許文献１では、呼吸の呼気から吸気にかけて分割（通常１０分割程度）したＣＴ画像（４次元ＣＴ画像）上で、想定する照射条件の体表（粒子線ビーム上流側）から腫瘍後方面（ビーム下流側）までの体内通過領域における水等価厚の変化を計算する。そして、非特許文献１では、呼吸による線量分布の擾乱程度を事前に把握しており、呼吸による体動に対してロバストな粒子線照射角度を決定する。
　ここで水等価厚とは、実際にＣＴ画像上で各組織を通過して算出された実距離を、各組織の水に対する密度比を考慮し、実距離を水に置き換えた場合の距離として算出したものである。通常、ＣＴ画像で水等価厚を算出する際には、ＣＴ撮影装置固有の、ＣＴ値と水等価厚との変換テーブルを使用し、取得したＣＴ画像の要素であるボクセルに格納されたＣＴ値と前記変換テーブルとを用いて水等価厚に変換する。
特開２０１６―３２５０６号公報
Jason E Matney, Park PC, Li H, et al. Perturbation of water-equivalent thickness as a surrogate for respiratory motion in proton therapy. J Appl Clin Med Phys 2016;17 (2)
　非特許文献の技術は、実際に線量の付与される領域に着目して変化を検出できる点で優れる。しかし、算出された粒子線通過領域上の水等価厚変化は、スキャニング照射法のスポット毎のビーム強度およびビームの重なりにより表現される線量分布を再現する評価とは異なるため、両者の相関性は高くないと考えられる。そのためアダプティブ治療における治療継続の判断に必要となる線量分布指標の情報が十分に得られない課題がある。
　一般的に、放射線治療の分野において治療計画の良し悪しを判断する評価指標としては線量－体積ヒストグラム（Dose Volume Histogram:DVH）が用いられる。これは輪郭入力された関心領域（Region of interest:ROI）の各体積（体全体、標的、危険臓器など）内に付与する線量分布情報を三次元的に計算し、線量と体積の関係をグラフ化したものであり、横軸を線量、縦軸を体積とした折れ線または棒グラフで表現したものである。アダプティブ治療においてもＤＶＨ情報を治療継続判断の指標として提示する必要がある。
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、患者の体内構造の変化を適切かつ速やかに検出することができるようにした患者体内構造変化検出方法、患者体内構造変化検出装置およびコンピュータプログラムを提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明の一つの観点にしたがうコンピュータプログラムは、コンピュータに、患者の体内構造の変化を検出する患者体内構造変化検出装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、新たに取得された患者の三次元画像である第２の三次元画像から求められる第２の水等価厚を計算する処理と、治療計画時の患者の三次元画像である第１の三次元画像から求められる第１の水等価厚の、第２の水等価厚からの変化を計算する処理と、計算された水等価厚変化と、水等価厚変化値と線量分布情報との相関を示す相関情報と、に基づいて治療計画からの線量体積ヒストグラムの変化を計算する線量体積ヒストグラム変化を算出する処理と、をコンピュータ上に実現させる。
　本発明によれば、新たに取得された患者の三次元画像から計算される粒子ビームの通過する領域上の水等価厚変化と相関情報とに基づいて、治療計画からの線量体積ヒストグラムの変化を計算することができる。
粒子線照射システム（粒子線治療装置）の全体構成図。 図１中の患者体内構造変化検出装置のブロック図。 患者体内構造変化検出装置を実現するハードウェア資源およびソフトウェア資源を示す説明図。 照射計画情報に含まれるスポットデータの説明図。 スポットスキャンニング照射法における照射スポット設定の概念図。 照射スポット毎に水等価厚の変化を計算する領域の概念図。 線量体積ヒストグラムの変化を計算する手順を示すフロー図。 水等価厚変化などの情報を表示する画面例。 第２実施例に係り、粒子線治療装置における関心領域内の水等価厚変化計算を示す概念図。 第３実施例に係り、粒子線治療装置における患者体内構造変化検出装置のブロック図。 線量体積ヒストグラムの変化を計算する手順を示すフロー図。
　以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、以下に述べるように、治療計画時の三次元画像を使用して、スキャンニング照射法におけるスポット毎の粒子線が通過する領域の水等価厚変化と、粒子線照射により発生する線量分布変化とをあらかじめ求める。そして、本実施形態では、治療時の患者位置決め時に、新たに取得した三次元患者画像に基づいて、治療計画時からの線量体積ヒストグラム変化を迅速に計算し、その結果を表示する。これにより、本実施形態では、医師による治療を継続するか否かの判断を支援することができる。
　本実施形態の粒子線治療装置は、「患者体内構造変化検出装置を備える粒子線治療装置」の一例であって、例えば、粒子線発生装置１０と、ビーム輸送系２０と、回転ガントリに設けられる照射ノズル２５と、患者を載せるカウチ３３と、標的に対して粒子線を照射するための粒子線照射制御装置４１と、患者体内構造変化検出装置５０とを備える。
　患者体内構造変化検出装置５０は、治療計画時の照射計画情報と患者三次元画像とを用いて照射ビーム毎の水等価厚変化を計算する水等価厚計算機能５２と、水等価厚変化と同じ照射条件で計算される線量分布情報とから両者の相関情報を作成する相関情報作成機能５５と、新たに取得した三次元画像と相関情報とを用いて算出した照射ビーム通過領域上の水等価厚変化に基づいて、治療計画作成時の計画線量からの変化（線量体積ヒストグラム変化、ＤＶＨ変化情報）を算出する患者体内構造変化検出装置５１とを備える。さらに、水等価厚変化または線量体積ヒストグラム変化の少なくともいずれかを表示する表示装置を備えることもできる。
　本実施形態によれば、患者の位置決め時に、医師等の医療従事者へ患者の体内構造の変化を速やかに通知することができる。その通知は、線量分布変化の評価指標を考慮した治療継続の可否を判断する情報として医療従事者へ提示されるため、位置決め対象の患者の照射待ち時間を短縮することができ、医療従事者によるＲＯＩの再描画の手間を削減でき、線量分布の計算作業も削減できる。これにより、本実施形態では、医療従事者の判断を支援することができ、粒子線治療装置の使い勝手と効率を向上することができる。
　図１～図８を用いて、第１実施例を説明する。図１は、粒子線治療装置としての粒子線照射システムの全体構成図である。図２は、粒子線治療装置に含まれる患者体内構造変化検出装置５０の構成図である。図３は、患者体内構造変化検出装置５０をコンピュータを用いて実現する場合のハードウェア資源およびソフトウェア資源を示す。図４は、実績スポットデータの作成に用いる粒子線照射情報６０の説明図である。図５は、スポットスキャンニング照射法における照射スポット設定の概念図である。図６は、スポットスキャンニング照射法における照射スポット毎の水等価厚変化計算領域の概念図である。図７は、照射中に実績線量分布を算出する処理手順を示すフロー図である。図８は、水等価厚変化および線量体積ヒストグラム変化などの情報を表示する画面を示す説明図である。
　図１に示すように、粒子線照射システムは、例えば粒子線発生装置１０と、ビーム輸送系２０と、偏向電磁石２１と、治療室３０と、粒子線照射制御装置４１と、患者位置決め装置４２と、位置決め画像取得装置４３と、通信装置４４と、データサーバ４５と、治療計画装置４６とを備える。
　標的に対して粒子線を照射するための粒子線照射装置は、例えば粒子線発生装置１０と、ビーム輸送系２０と、照射ノズル２５とを含む。
　粒子線発生装置１０は、例えばシンクロトロン１１と、イオン源１２と、ライナック１３とを備える。シンクロトロン１１は、例えば偏向電磁石２１と、四極電磁石（図示せず）と、高周波加速装置１８と、高周波出射装置１９と、出射用デフレクタ１７などとを備える。
　イオン源１２は、ライナック１３に接続されている。ライナック１３は、シンクロトロン１１に接続されている。粒子線発生装置１０では、イオン源１２より発生した粒子線はライナック１３により前段加速され、シンクロトロン１１へ入射する。シンクロトロン１１でさらに加速された粒子線は、ビーム輸送系２０へ出射される。
　ビーム輸送系２０は、例えば複数の四極電磁石（図示せず）と、偏向電磁石２１とを備える。ビーム輸送系２０は、シンクロトロン１１と照射ノズル２５とに接続される。
　ビーム輸送系２０の一部と照射ノズル２５とは、治療室３０内の略筒状のガントリに設置されており、ガントリと共に回転することができる。シンクロトロン１１から出射された粒子線（粒子ビームとも呼ぶ）は、ビーム輸送系２０内を通過しながら四極電磁石によって収束し、偏向電磁石２１により方向を変えて照射ノズル２５へ入射する。
　照射ノズル２５は、例えば二対の走査電磁石２５１、２５２と、線量モニタ２５４と、位置モニタ２５３とを備えている。二対の走査電磁石は、互いに直交する方向に設置されており、標的の位置において、ビーム軸に垂直な面内の所望の位置に粒子線が到達するように粒子線を偏向できる。
　線量モニタ２５４は、標的に照射される粒子線の照射量を計測するモニタであり、検出した計測値を粒子線照射制御装置４１へ出力する。位置モニタ２５３は、標的に照射される粒子線が通過した位置を検出することにより、標的に照射される粒子線の照射位置を間接的に計測するモニタである。位置モニタ２５３は、検出した検出値を粒子線照射制御装置４１へ出力する。照射ノズル２５を通過した粒子線は、照射対象３１内の標的に到達する。なお、癌などの患者を治療する場合、照射対象３１は患者を表し、標的は腫瘍などを表す。
　図２を用いて、患者体内構造変化検出装置５０の構成を説明する。患者体内構造変化検出装置５０は、例えば、線量体積ヒストグラム変化計算部５１と、水等価厚変化計算部５２と、コンソール５３と、治療継続可否判定部５４と、相関テーブル作成部５５とを備えている。
　線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、線量体積ヒストグラムが治療計画作成時と治療時とでどれだけ変化したかを計算する。水等価厚変化計算部５２は、照射対象としての患者３１に照射される粒子ビームについてスポット毎に水等価厚を計算し、治療計画作成時と治療時との差異を計算する。水等価厚変化計算部５２は、水等価厚を計算する機能５２１と、治療計画作成時と治療時とで水等価厚を比較する機能５２２とを備える。
　コンソール５３は、「表示装置」の例である。コンソール５３には、線量体積ヒストグラム変化および／または水等価厚変化などの情報が表示される。コンソール５３は、制御卓のように固定的装置でもよいし、携帯情報端末のように医療従事者などのユーザが持ち運び可能な装置でもよい。拡張現実（Augmented Reality:AR）または仮想現実（Virtual Reality:VR）などの技術を用いて、患者体内構造の変化に関する情報を医療従事者へ提供してもよい。
　治療継続可否判定部５４は、粒子線治療の継続可否を判定する。治療継続可否判定部５４は、線量体積ヒストグラムの変化が所定の判定閾値を超えているか判定する。すなわち治療継続可否判定部５４は、治療時において、患者の体内構造が治療計画作成時から大きく変化しているような場合、治療継続の可否の判定結果を医療従事者へ通知する。
　相関テーブル作成部５５は、「相関情報作成部」の例である。相関テーブル作成部５５は、水等価厚変化の計算に対応する照射条件において線量分布情報を計算し、水等価厚変化と線量分布情報との相関を示す相関テーブルを作成する。
　本実施例では、「相関情報」として相関テーブルを例示する。相関テーブルは、例えば、粒子ビームのスポット毎に、かつ臓器毎に作成される。例えば、各相関テーブルの縦軸は線量体積ヒストグラムの変化（ΔＤＶＨ）であり、横軸は水等価厚変化（ΔＷＥＬ）である。相関テーブルに代えて、所定の演算式を用いてもよいし、後述の実施例のように機械学習を用いてもよい。
　図３を用いて、患者体内構造変化検出装置５０をコンピュータ上に実現する場合の例を説明する。患者体内構造変化検出装置５０は、例えば、マイクロプロセッサ（Central Processing Unit:CPU）５０１と、メモリ５０２と、通信インターフェース部（図中、通信ＩＦ）５０３と、補助記憶装置５０４と、入出力部（図中、Ｉ／Ｏ）５０６とを含んで構成される。
　補助記憶装置５０４には、所定のコンピュータプログラム５０５が記憶されている。マイクロプロセッサ５０１がコンピュータプログラム５０５をメモリ５０２に読み込んで実行することにより、患者体内構造変化検出装置５０としての機能が実現される。
　コンピュータプログラム５０５は、記憶媒体５０７から伝達経路５０８を介して、補助記憶装置５０４へ記憶されてもよい。伝達経路５０８は、有線でも無線でもよい。伝達経路５０８は、例えばインターネットのような通信ネットワークでもよい。記憶媒体５０７は、例えば、フラッシュメモリ、ハードディスク、光ディスク、磁気テープ、磁気ディスク、光磁気ディスク、ホログラムメモリのような記憶媒体である。あるいは、記憶媒体５０７は、患者体内構造変化検出装置５０と通信可能に接続される別のコンピュータ内のメモリである。
　コンピュータプログラム５０５の全体が一つの記憶媒体５０７に記憶されてもよいし、コンピュータプログラム５０５の一部が記憶媒体５０７に記憶されなくてもよい。コンピュータプログラム５０５は、補助記憶装置５０４に記憶された他のコンピュータプログラムと連携することにより、患者体内構造変化検出装置５０としての機能を実現することもできる。
　なお、図３では、患者体内構造変化検出装置５０を単一のコンピュータから構成する例を示したが、これに限らず、物理的または論理的に複数のコンピュータから患者体内構造変化検出装置５０を構成してもよい。
　＜治療処理の流れ＞
　粒子線治療装置による線量体積ヒストグラムの変化を計算する処理について、図４から図８を用いて説明する。
　まず図７を参照する。患者体内構造変化検出装置５０（以下、変化検出装置５０と略記する場合がある）は、治療計画時において、ＣＴ撮影装置またはＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）撮影装置（いずれも図示せず）から、患者の三次元画像を取得する（Ｓ１１）。
　変化検出装置５０は、ステップＳ１１で取得した三次元画像に対して、治療計画装置４６を用いて治療計画を作成する（Ｓ１２）。作成された治療計画の計画照射情報６０及び計画時三次元画像は、データサーバ４５に保存される。
　図４を用いて、計画照射情報６０を説明する。計画照射情報６０には、スポット毎の照射位置（x, y）６２，６３と、エネルギ情報（スポットエネルギ）６４と、照射量（スポット線量）６５とを備えるスポットデータが含まれており、これらの照射計画情報に基づいて、スポット毎に粒子ビームを照射する。
　図５は、スポットスキャンニング照射法における照射スポット設定の概念図である。図５を用いて、計画照射情報６０に基づく粒子ビームの照射を説明する。
　符号１００は、照射される粒子ビームのスポットビーム偏向起点を示す。スポットビームの偏向起点１００は、照射ノズル２５内の走査電磁石２５１、２５２により偏向されるビーム位置に相当する。
　ガントリの照射角度の照射位置から治療室座標系におけるアイソセンタ１０１へ伸ばした直線に対して、アイソセンタ位置かつ垂直な面をアイソセンタ平面１０２と呼ぶ。計画照射情報６０に含まれるスポット位置は、アイソセンタ平面１０２のアイソセンタ位置を原点とした二次元平面上に定義される。例えばスポット照射位置が（ｘ, ｙ）＝(７,－４)の場合は、図中の符号１０３の位置に対して粒子線が照射されることを意味する。照射された粒子ビームは、スポットビーム通過線１０４の方向に沿って照射され、スポットエネルギを全て落とす深さまで通過する。以上の過程を経て、粒子線治療のスポットスキャンニング照射は実施される。
　再び図７を参照する。変化検出装置５０は、体内構造変化を想定した三次元画像（検証用三次元画像）を計画時の三次元画像を加工して作成し、治療計画装置４６を用いることにより、治療計画作成時（計画時とも呼ぶ）と同じ照射条件で線量計算を実施して、検証用線量分布情報を出力する（Ｓ１３）。
　ここで検証用三次元画像は、計画時三次元画像と比べて、標的の位置と輪郭は同じであり、周辺構造が異なるように作成される。標的の位置と輪郭を同じに設定する理由を以下に述べる。腫瘍位置については、位置決め時（治療のための患者位置決め時）に取得した三次元画像により、通常、患者位置合わせで実施されている骨位置決め及び腫瘍（もしくは腫瘍近傍に刺入したマーカに基づく）位置決めを実施しているため、計画時の位置と一致していることが確認済みだからである。さらに、腫瘍形状についても、位置決め時に取得された三次元画像から、腫瘍の形状を目視（もしくは自動輪郭検出技術）で確認できるため、形状が計画時と変化がない状態で撮像できるためである。
　計画照射情報６０、ＲＯＩ輪郭情報、計画時三次元画像および検証用三次元画像、計算された線量分布情報、検証用線量分布情報（いずれも図示せず）は、通信装置４４を経由して、変化検出置５０内の線量体積ヒストグラム変化計算部５１へ送られる。
　線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、照射条件、計画時三次元画像および検証用三次元画像を水等価厚変化計算部５２の水等価厚計算部５２１へ送る。水等価厚計算部５２１は、計画時三次元画像上のスポットビーム通過領域の水等価厚と同領域の検証用三次元画像上での水等価厚とをそれぞれ計算する。
　図５及び図６に示す概念図を用いて、水等価厚の変化を計算する方法を説明する。まず図６中のアイソセンタ面１０２上に設定されたスポット毎に、スポット位置を中心にした一辺の長さがスポット間隔に相当する四角形を、水等価厚を計算する基準面１０５として設定する。
　次に水等価厚計算基準面１０５の各頂点とスポットビーム偏向起点１００とを結ぶと四角錘が形成される。計画時三次元画像に対して形成された四角錘上に含まれる体内組織について、水等価厚に変換した値を算出することにより、ビーム上流方向からビーム下流方向にかけて積算する。
　積算された水等価厚がスポットビームのエネルギの水中飛程と一致するまで、上述の積算処理をビーム下流方向に向けて繰り返す。積算された水等価厚がスポットビームのエネルギの水中飛程と一致する位置を水等価厚計算領域底面１０６とする。スポットビーム偏向起点１００から水等価厚計算基準面１０５の各頂点を通り水等価厚計算領域底面１０６にかけて形成される四角錘を、水等価厚計算評価領域１０７として設定する。計画時三次元画像および検証用三次元画像に対して水等価厚計算評価領域１０７内で計算した水等価厚の差分を、そのスポットの水等価厚変化値として用いることができる。
　水等価厚計算評価領域１０７内で計算された水等価厚は、水等価厚比較部５２２により比較され、計画時に対する体内構造変化想定時の水等価厚変化値として、スポット毎に計算される。
　その後、線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、スポット毎の水等価厚変化情報と計画時線量分布情報と検証用線量分布情報とＲＯＩ輪郭情報とを読み込み、スポット毎の水等価厚（Water Equivalent Thickness:WET）変化が線量体積ヒストグラムに与える影響を評価する（Ｓ１４）。
　相関テーブル作成部５５は、ステップＳ１４による評価結果を受け取り、スポット毎の水等価厚変化に基づいて線量体積ヒストグラム変化を推定する相関テーブル５５１を作成する（Ｓ１５）。相関テーブル作成部５５により作成された相関テーブル５５１は、患者体内構造変化検出装置５０内のメモリ５０２または補助記憶装置５０４に保存される。ステップＳ１１～Ｓ１５までが治療計画時に実施すべき処理に相当する。
　相関テーブル５５１の例としては以下のように考えられる。仮にスポット毎の水等価厚の変化情報（ｘ）から対象ＲＯＩのＤＶＨ変化を予測する一次関数で予測する式があるとすると、関数ｆ（ｘ）は下記の（式１）のように表せられる。
　　　f(x) = a * x +b・・・（式１）
　ここで、ａとｂは、ＤＶＨ変化予測のための係数である。ＤＶＨ変化の予測式が指数関数である場合、または、二次元以上の関数で表される場合は、必要に応じた係数が用いられる。水等価厚変化の情報（ｘ）としては、例えば、スポット毎の水等価厚変化の中央値、またはスポット毎の水等価厚変化をヒストグラムとして表した際のデータ９５％を含む幅などを、代表値として使用できる。代表値に代えて、各スポットの水等価厚変化毎にＤＶＨ変化を予測する関数をそれぞれ作成して、それら関数の和からＤＶＨ変化を算出することもできる。その場合、縦軸にスポット番号、横軸に各スポットの関数にかかる係数を並べた表（相関テーブル）として保存し、使用できる。
　次に、粒子線照射による治療当日の処理について説明する。まず最初に、位置決め用画像取得装置４３により、治療当日の患者の三次元画像を取得する。取得された三次元画像は、通信装置４４を介して患者位置決め装置４２へ送られて、患者体内のランドマーク（通常は骨格と標的）が計画位置と合うように位置合わせされる。
　その後、取得された三次元画像は、通信装置４４を介して線量体積ヒストグラム変化計算部５１へ送られる。線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、三次元画像を水等価厚変化計算部５２へ送る。水等価厚計算部５２１は、計画照射条件と三次元画像とを用いて、スポット毎の水等価厚を計算する。水等価厚比較部５２２は、計画時の三次元画像から得られる水等価厚と治療日に取得した三次元画像から得られる水等価厚とを比較し、その変化を計算する（Ｓ１６）。
　計算された水等価厚変化情報は、水等価厚変化計算部５２から線量体積ヒストグラム変化計算部５１へ送られる。線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、治療計画時に保存された相関テーブル５５１を使用することにより、線量体積ヒストグラムの変化（ΔＤＶＨ）を算出する（Ｓ１７）。
　算出された線量体積ヒストグラム変化は、治療継続可否判定部５４へ送られる。治療継続可否判定部５４の判定閾値設定部５４１は、算出された線量体積ヒストグラム変化と事前に設定された判定閾値Ｔｈとを比較し、その結果に基づいて治療継続の可否が判定される（Ｓ１８）。
　図８に示すように、判定結果と計算情報（ΔＷＥＬ、ΔＤＶＨ）とは、コンソール５３の情報提供画面Ｇ１へ出力される。
　情報提供画面Ｇ１には、例えば、患者ＩＤ表示欄ＧＰ１と、患者断面画像表示ウィンドウＧＰ２と、ＤＶＨ表示ウィンドウＧＰ３と、水等価厚変化ヒストグラム表示ウィンドウＧＰ４と、線量評価指標値表示ウィンドウＧＰ５とを含む。
　患者ＩＤ表示欄ＧＰ１は、患者を一意に特定する識別子（ＩＤ）を表示する。患者断面画像表示ウインドウＧＰ２は、三次元画像の任意の患者断面画像上に、計画線量分布と、スポット毎の実通過空間上の通過領域と、ＲＯＩとを表示する。ＤＶＨ表示ウインドウＰ３は、計画時線量分と推定された各ＲＯＩに対するＤＶＨとを表示する。水等価厚変化ヒストグラム表示部ＧＰ４は、スポット毎の水等価厚変化情報をヒストグラムとして表示する。線量評価指標値表示ウインドウＧＰ５は、推定された各ＲＯＩのＤＶＨ変化を、予め設定された閾値Ｔｈと比較することにより、ＤＶＨ変化が閾値Ｔｈ内に収まっているかどうかを判定し、その判定結果を表示する。
　ＤＶＨ表示ウィンドウＧＰ３に表示された略語ＣＴＶ，ＯＡＲを説明する。ＣＴＶは、肉眼的に確認できる腫瘍に潜在的または微視的腫瘍の存在領域を加えた治療で除去すべき臨床標的体積（Clinical Target Volume:CTV）である。ＯＡＲは、線量付与を避けるべき危険臓器（Organ AT Risk:OAR）をＲＯＩとした場合のＤＶＨである。
　線量評価指標値表示ウィンドウＧＰ５に評価指標として示されたＣＴＶ（Ｄ９９）は、ＣＴＶ体積の９９％をカバーする線量値である。ＣＴＶ（Ｄｍａｘ）は、ＣＴＶに付与する最大線量値である。ＯＡＲ（Ｄｍａｘ）は、ＯＡＲに付与する最大線量値である。なお、図８に示す画面構成は一例であり、上述した情報以外の情報を画面Ｇ１に表示してもよい。
　図７において、ステップＳ１８の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、粒子ビームによる治療の継続が可と判定された場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、粒子ビームが標的へ照射される（Ｓ２２）。
　これに対し、ステップＳ１８での判定結果が「ＮＯ」の場合、すなわち粒子ビームによる治療の継続が不可と判定された場合（Ｓ１８：ＮＯ）、例えば、詳細な線量評価、変化が起きた原因の究明、対策措置が実施される（Ｓ１９）。
　ステップＳ１９における評価または対策が実施された後で、治療継続の可否が再度判定される（Ｓ２０）。再判定結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち粒子ビームによる治療継続が可と判定された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、粒子ビームが標的へ照射される（Ｓ２２）。再判定結果が「ＮＯ」の場合、すなわち粒子ビームによる治療継続が不可と判定された場合（Ｓ２０：ＮＯ）、例えば、ＲＯＩの再描画と線量計算とが実施され、再治療計画（リプラン）実施の必要性を判断する（Ｓ２１）。
　このように構成される本実施例によれば、スポット毎の水等価厚変化と事前に作成した相関テーブル５５１とを用いて算出された線量体積ヒストグラム変化に問題がない場合、従来のアダプティブ治療において必要であったＲＯＩの再描画と線量分布の計算処理とが不要となり、患者位置決め終了後すぐに粒子ビームを照射することができる。このため、本実施例によれば、患者の照射待ち時間を短縮でき、医療従事者の臨床作業負担を低減できる。
　本実施例の変形例について説明する。図７のステップＳ１３では、フォワード計算に治療計画装置４６を使用しているが、患者体内構造変化検出装置５０内に専用の線量計算機能を設けて、その線量計算機能により線量を計算してもよい。
　相関テーブル５５１の作成に使用する各スポットの水等価厚情報は、スポットデータ情報を利用して重みづけした値を用いてもよい。例えば、照射量を表すモニターユニット値（ＭＵ値）またはスポットエネルギに応じた重み付けをすることにより、線量分布との相関性を高めることも可能である。
　本実施例では、治療計画時の照射計画情報と計画時の三次元画像と検証用三次元画像とを用いて作成した水等価厚変化と、線量体積ヒストグラム変化との相関テーブル５５１から線量体積ヒストグラム変化を推定した。これに代えて、治療計画時の照射計画情報と治療時に取得された三次元画像とを用いて、照射ビーム毎の水等価厚変化と線量分布情報との相関を算出することにより、治療時に取得された三次元画像と相関情報の線量分布変化とを予測することも可能である。
　図９を用いて第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例では、第１実施例との相違を中心に述べる。
　第１実施例では、ビーム通過領域の始点から終点までの水等価厚変化を評価に使用するのに対して、本実施例では、さらにＲＯＩ内での水等価厚変化も評価に加えることにより、患者の体内造変化の発生原因を特定し、各ＲＯＩのＤＶＨ変化をより高い精度で検出できるようにしている。
　図７を参照して、本実施例における処理の流れを説明する。ステップＳ１３において、ビーム通過領域の始点から終点までの水等価厚変化を計算する際に、各ＲＯＩ内の水等価厚もスポット毎に計算する。
　図９を用いて、ＲＯＩ内の水等価厚計算例を説明する。図９中では、治療計画作成時にＣＴで設定した計画腫瘍形状１１３が当日取得した三次元画像上において当日腫瘍形状１１４のように縮小したと仮定する。
　スポットビーム通過線１０４のうち、計画腫瘍形状１１３内に入る通過線をスポットビームＲＯＩ内通過線１１５として、スポットビームＲＯＩ内通過線１１５上の水等価厚変化を各スポットで計算する。　
　各スポットビーム通過線１０４の水等価厚変化と各スポットビームＲＯＩ内通過線１１５の水等価厚変化とを計算することにより、スポットビーム通過線１０４のみを使用した水等価厚変化だけでは知り得なかった、ＲＯＩ毎の変化についての情報も取得できるようになる。
　さらにスポットビームＲＯＩ内通過線１１５の線上の水等価厚変化とＤＶＨ変化との相関テーブルを作成することにより、各ＲＯＩに対するＤＶＨ変化の推定精度を向上することができる。
　このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例によれば、ＲＯＩ毎の構造変化と相関の高い相関テーブルを用いることにより、高い精度でＤＶＨ変化を予想できる。そして、本実施例では、高精度に予測されるＤＶＨ変化を患者の治療継続可否を判断する指標として用いる。したがって、本実施例によれば、ＤＶＨ変化に問題がない場合に、従来のアダプティブ治療において必要であったＲＯＩの再描画および線量分布の計算処理が不要となり、患者位置決め終了後すぐに粒子ビームの照射開始に移行できるため、患者の照射待ち時間短縮、医師等の医療従事者の臨床作業負担を低減できる。
　図１０および図１１を用いて、第３実施例を説明する。本実施例では、相関テーブル作成の代わりに、事前に準備した水等価厚変化とＤＶＨ変化との情報を教師データとして用い、機械学習技術により未知の水等価厚変化情報からＤＶＨ変化を推定する。これにより、本実施例では、より高速に、より高精度に、治療の継続可否の判断を支援することができる。
　本実施例に係る粒子線照射システムに用いられる患者体内構造変化検出装置５０Ａは、相関テーブル作成部５５に代えて、「相関情報作成部」としての教師データ作成部５６を備える。教師データ作成部５６は、教師データ５６１を作成する。
　図１１を用いて、本実施例における処理の流れを説明する。図１１中のステップＳ２１～Ｓ２４は、図７中のステップＳ１１～Ｓ１４と同様である。
　ステップＳ２４において、線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、スポット毎の水等価厚変化情報と計画時線量分布情報と検証用線量分布情報とＲＯＩ輪郭情報とを読み込み、教師データ作成部５６は、スポット毎の水等価厚変化（ΔＷＥＬ）が線量体積ヒストグラムに与える影響を学習する。それらの学習結果は、学習データとして患者体内構造変化検出装置５０Ａのメモリ５０２または補助記憶装置５０４に保存される（Ｓ２５）。ステップＳ２１～Ｓ２４までが治療計画時に実施すべき処理に相当する。
　次に、粒子ビーム照射当日の処理について説明する。まず位置決め用画像取得装置４３により、患者の当日の三次元画像を取得する。この新たに取得された三次元画像は、通信装置４４を介して患者位置決め装置４２へ送られて、患者体内のランドマーク（通常は骨格と標的）が計画位置と合うように位置合わせされる。
　そして、取得された三次元画像は、通信装置４４を介して線量体積ヒストグラム変化計算部５１へ送られる。線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、取得された三次元画像を水等価厚変化計算部５２へ送る。水等価厚計算部５２１は、計画照射条件と取得された三次元画像とを用いて、スポット毎の水等価厚を計算する。
　水等価厚比較部５２２は、計画時三次元画像の水等価厚と比較した水等価厚変化（ΔＷＥＬ）を計算する（Ｓ２６）。計算された水等価厚変化情報は、線量体積ヒストグラム変化計算部５１へ送られる。線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、治療計画時に保存された学習データを使用することにより、線量体積ヒストグラム変化（ΔＤＶＨ）を計算する（Ｓ２７）。
　計算された線量体積ヒストグラム変化は、治療継続可否判定部５４へ送られる。治療継続可否判定部５４は、判定閾値設定部５４１で事前に設定された閾値ＴｈとステップＳ２７で計算された線量体積ヒストグラム変化とを比較し、治療継続の可否を判定する（Ｓ２８）。判定結果と計算情報とは、コンソール５３の画面に出力される。
　ステップＳ２８の判定結果が治療継続可の場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、粒子ビームの照射が開始される（Ｓ３２）。ステップＳ２８の判定結果が治療継続不可の場合（Ｓ２８：ＮＯ）、例えば、詳細な線量評価、変化が起きた原因の究明、対策措置などが実施される（Ｓ２９）。それらの対策が実施された後、治療継続可否が再び判定される（Ｓ３０）。再判定結果が治療継続可の場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、粒子ビームの照射が開始される（Ｓ３２）。再判定結果が治療継続不可の場合（Ｓ３０：ＮＯ）、ＲＯＩの再描画を行い、線量計算を実施して、再治療計画（リプラン）実施の必要性を判断する（Ｓ３１）。
　このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。本実施例では、スポット毎の水等価厚変化と事前に作成した学習データとを用いて算出した線量体積ヒストグラム変化に問題がない場合、従来のアダプティブ治療において必要であったＲＯＩの再描画、線量分布の計算処理が不要となり、患者位置決め終了後すぐに粒子ビーム照射の開始に移行できるため、患者の照射待ち時間短縮、医師等の医療従事者の臨床作業負担を低減できる。
　本実施例の変形例について説明する。機械学習処理として本実施例では、対象患者に対して、事前に水等価厚変化（ΔＷＥＬ）が線量体積ヒストグラムに与える影響を算出して使用した。これに代えて、過去に蓄積された他の患者のΔＷＥＴとΔＤＶＨとの情報を利用することも可能である。さらに、本実施例では、機械学習の学習方法として教師あり学習に該当する手法を用いているが、これに限らず、教師なし学習、半教師あり学習、強化学習といった他の学習方法も適用可能である。
　なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。上述の実施形態において、添付図面に図示した構成例に限定されない。本発明の目的を達成する範囲内で、実施形態の構成や処理方法は適宜変更することが可能である。
　また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。
　１０：粒子線発生装置、１１：シンクロトロン、１２：イオン源、１３：ライナック、２０：ビーム輸送系、２５：照射ノズル、３０：治療室、３１：照射対象、４１：粒子線照射制御装置、４２：患者位置決め装置、４３：位置決め画像取得装置、４６：治療計画装置、５０，５０Ａ：患者体内構造変化検出装置、５１：線量体積ヒストグラム変化計算部、５２：水等価厚変化計算部、５３：コンソール、５４：治療継続可否判定部、５５：相関テーブル作成部、５６：教師データ作成部、１０１：アイソセンタ

Claims (15)

  1. 　コンピュータに、患者の体内構造の変化を検出する患者体内構造変化検出装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、
    　新たに取得された患者の三次元画像である第２の三次元画像から求められる第２の水等価厚を計算する処理と、
    　治療計画時の患者の三次元画像である第１の三次元画像から求められる第１の水等価厚の、前記第２の水等価厚からの変化を計算する処理と、
    　前記計算された水等価厚変化と、水等価厚変化値と線量分布情報との相関を示す相関情報と、に基づいて治療計画からの線量体積ヒストグラムの変化を計算する線量体積ヒストグラム変化を算出する処理と、
    を前記コンピュータ上に実現させるコンピュータプログラム。
  2. 　前記線量体積ヒストグラムの変化と閾値とに基づいて、治療の継続の可否を判定する、
    　請求項１に記載のコンピュータプログラム。
  3. 　前記線量体積ヒストグラムの変化を表示装置に出力させる、
    請求項１または請求項２のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム。
  4. 　前記相関情報は、計画照射情報と前記第１の三次元画像とから算出される照射粒子ビームごとの水等価厚変化値と、前記水等価厚変化値に対応する照射条件における線量分布と、に基づいて作成される
    請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム。
  5. 　前記水等価厚変化値は、前記第１の水等価厚と、前記患者の体内構造変化を想定した第３の三次元画像から求められる第３の水等価厚と、の差分である、
    　請求項４に記載のコンピュータプログラム。
  6. 　前記水等価厚変化の計算結果を表示装置に出力させる、
    請求項１または請求項２のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム。
  7. 　コンピュータを用いて、患者の体内構造の変化を検出する方法であって、
    　新たに取得された患者の三次元画像である第２の三次元画像から求められる第２の水等価厚を計算し、
    　治療計画時の患者の三次元画像である第１の三次元画像から求められる第１の水等価厚の、前記第２の水等価厚からの変化を計算し、
    　前記計算された水等価厚変化と、水等価厚変化値と線量分布情報との相関を示す相関情報と、に基づいて治療計画からの線量体積ヒストグラムの変化を計算する線量体積ヒストグラム変化を算出する、
    患者体内構造変化検出方法。
  8. 　前記線量体積ヒストグラムの変化と閾値とに基づいて、治療の継続の可否を判定する、
    　請求項７に記載の患者体内構造変化検出方法。
  9. 　前記線量体積ヒストグラムの変化を表示装置に出力させる、
    請求項７または請求項８のいずれか一項に記載の患者体内構造変化検出方法。
  10. 　前記相関情報は、計画照射情報 と前記第１の三次元画像とから算出される照射粒子ビームごとの水等価厚変化値と、前記水等価厚変化値に対応する照射条件における線量分布と、に基づいて作成される
    請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載の患者体内構造変化検出方法。
  11. 　前記水等価厚変化値は、前記第１の水等価厚と、前記患者の体内構造変化を想定した第３の三次元画像から求められる第３の水等価厚と、の差分である、
    　請求項１０に記載の患者体内構造変化検出方法。
  12. 　粒子ビームの照射される患者の体内構造の変化を検出する患者体内構造変化検出装置であって、
    　新たに取得された患者の三次元画像である第２の三次元画像から求められる第２の水等価厚を計算し、治療計画時の患者の三次元画像である第１の三次元画像から求められる第１の水等価厚の、前記第２の水等価厚からの変化を計算する水等価厚変化計算部と、
    　前記計算された水等価厚変化と、水等価厚変化値と線量分布情報との相関を示す相関情報と、に基づいて治療計画からの線量体積ヒストグラムの変化を計算する線量体積ヒストグラム変化を算出する線量体積ヒストグラム変化計算部と、
    を備える患者体内構造変化検出装置。
  13. 　前記線量体積ヒストグラムの変化と閾値とに基づいて、治療の継続の可否を判定する治療継続可否判定部をさらに備える、
    　請求項１２に記載の患者体内構造変化検出装置。
  14. 　前記線量体積ヒストグラムの変化を表示装置に出力させる、
    請求項１２または請求項１３のいずれか一項に記載の患者体内構造変化検出装置。
  15. 　前記相関情報は、計画照射情報 と前記第１の三次元画像とから算出される照射粒子ビームごとの水等価厚変化値と、前記水等価厚変化値に対応する照射条件における線量分布と、に基づいて作成される
    請求項１２ないし請求項１４のいずれか一項に記載の患者体内構造変化検出装置。
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