JP2016168077A - 治療計画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照射対象によって移動や変形する要因が異なっても、形成される線量分布が治療として許容できる範囲に収まる治療計画であるかどうかを適切に判断できる治療計画装置を提供すること。
【解決手段】照射対象が移動または変形する条件を指示する移動変形指示部と、治療計画時照射対象画像データで表現される照射対象を、移動変形指示部により指示された条件に基づいて移動または変形させることにより移動変形照射対象画像データを求める移動変形計算部と、治療計画データ作成部で作成された治療計画データを用いて移動変形照射対象画像データで表現される照射対象に放射線を照射した場合の、当該照射対象に形成される線量分布である移動変形線量分布を求める線量分布計算部と、移動変形線量分布に基づいた線量分布情報を表示する線量分布情報表示部とを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線や粒子線などを患者の病巣部に照射して治療を行う放射線治療における治療計画を行うための、好適な治療計画装置に関する。

放射線治療では、始めに、Ｘ線のＣＴ（Computed Tomography）装置を用いて患者の患部を撮影した治療計画用３次元ＣＴデータを取得し、このＣＴデータの診断結果に基づいて治療計画を立てる。このとき３次元ＣＴデータに基づいて腫瘍患部の位置や形状を特定し、放射線を照射する方向や照射線量などを決める。次に、決定した治療計画に基づいて放射線治療を行うことになる。しかし、ＣＴ撮影時から放射線治療までの間にかなりの時間が経過していると、治療時における治療台の患者の位置や体位が治療計画作成時の患者の位置や体位と異なっていることが多い。そのため放射線治療を行う前に、現在の患者位置と治療計画時の患者位置のずれを補正して照射を行うことが行われている。

患者位置のずれを補正するだけでは、照射対象である患部の変形や体位の変化に十分に対応することができない場合がある。このような問題を解決する技術として、特許文献１には、照射段階、すなわち治療時に移動や変形した患者のターゲットボリューム（患部）に、照射段階の照射野が適合するように、計画段階の照射野を変換して照射する技術が開示されている。また、特許文献２には、レーザー距離計やＸ線透視画像により、呼吸などにより移動する照射対象を監視し、移動量がある範囲内にあるときにゲート信号を出力し、ゲート信号が出力されている間に一面照射するリペイント回数を決定することで、短時間に一様な照射野を形成する技術が開示されている。

特許文献３には、照射システムに起因する照射誤差を推定し、推定した照射誤差を加味して照射パラメータを決定する技術が開示されている。また、特許文献４には、照射スポットを移動させながら照射する、いわゆるスポットスキャニング照射法における放射線照射計画、特に照射時間の定量的な判断を容易にすることを目的として、経過時間と照射位置の情報を算出し、呼吸による変動などで臓器が移動するあるタイミングにおいて照射されるスポットを知ることにより線量分布への影響を実際に計算しながら検討する技術が開示されている。

特開２００８−６８０９３号公報 特開２０１０−２５３２５０号公報 特開２００８−１３６５２３号公報 特開２００８−１７８５６９号公報

上記のように、部位によっては呼吸により患部が移動したり変形したりする場合がある。また、治療時に患者の体位が異なると、治療計画時の患部の形状から変形する場合がある。また、患部の部位によっては、例えば腸のガスの状態や膀胱の状態により患部の形状や位置が変化する場合もある。さらに、装置の位置決め精度によっても、治療計画時の患部位置と、治療時の位置がずれることも考えられる。あるいは、特許文献３に記載されているように、照射システムに起因する照射誤差も考えられる。

このように、治療時、すなわち照射時には、照射する部位により、移動や変形の原因が異なることが考えられ、また位置決め精度や、照射システムの照射誤差など、種々の要因により、照射対象である患者の体内に治療計画とは異なる照射野が形成、すなわち、治療計画とは異なる線量分布が形成される場合がある。特許文献１〜４に記載された先行技術は、それぞれ、形成される線量分布が、ある一つの要因に基づいて治療計画と異なる線量分布になることを解消するための技術である。例えば、特許文献３のように、照射システムに起因する照射誤差を加味して照射パラメータを決定しても、照射対象が移動や変形をすれば、照射対象に計画通りの線量分布を形成することができない。

一方、治療計画で作成した照射パラメータにより照射することにより、照射対象が移動や変形しても、形成される線量分布が治療として許容できる範囲に収まることもある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ある治療計画により照射した場合、照射対象によって移動や変形する要因が異なっても、形成される線量分布が治療として許容できる範囲に収まる治療計画であるかどうかを適切に判断できる治療計画装置を提供することを目的とする。

本発明の治療計画装置は、治療計画時に照射対象を撮像して得た治療計画時照射対象画像データに基づいて、治療時の放射線の照射パラメータを求めて治療計画データを作成する治療計画データ作成部と、前記照射対象が移動または変形する条件を指示する移動変形指示部と、前記治療計画時照射対象画像データで表現される照射対象を、前記移動変形指示部により指示された条件に基づいて移動または変形させることにより移動変形照射対象画像データを求める移動変形計算部と、前記治療計画データ作成部で作成された治療計画データを用いて前記移動変形照射対象画像データで表現される照射対象に放射線を照射した場合の、当該照射対象に形成される線量分布である移動変形線量分布を求める線量分布計算部と、前記移動変形線量分布に基づいた線量分布情報を表示する線量分布情報表示部とを備えるようにしたものである。

この発明によれば、照射対象によって移動や変形する要因が異なっても、形成される線量分布が治療として許容できる範囲に収まる治療計画であるかどうかを適切に判断できる治療計画装置を提供できる。

この発明の実施の形態１による治療計画装置の構成を示すブロック図である。 この発明の治療計画装置を含む放射線治療システムの構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による治療計画装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による治療計画装置の線量分布情報表示部が表示する線量分布情報の一例を示す図である。 この発明の実施の形態２による治療計画装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による治療計画装置の構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
図２は、本発明の治療計画装置を含む粒子線治療システムの全体構成を示すブロック図である。本発明の対象である治療計画装置１と画像データ送信装置３と治療計画データ受信装置４が各装置間で通信を行うためのネットワーク２で結ばれている。画像データ送信装置３は、治療計画のための画像データ３１を治療計画装置１に送信する。画像データ送信装置３は、例えば画像データ格納装置３２や画像撮影装置３３を備えている。画像データ３１は、例えばＣＴ・ＭＲ・ＰＥＴなど、治療計画時に撮像した治療対象である患者の患部および患部の周辺を含んだ患者、すなわち放射線を照射する照射対象の画像データである。

治療計画装置１で作成された治療計画データ４１が治療計画装置１の出力データとして治療計画データ受信装置４に送信される。治療計画データ受信装置４は、例えば治療計画データ格納装置４２や治療装置４３などを備えている。治療計画装置１において主要な処理を行うのは治療計画計算機１１である。治療計画装置１には、治療計画計算機１１に指示を行うための入力装置１２や、治療計画計算機１１において処理した情報をユーザーに提示するための表示装置１３などが備えられている。入力装置１２は、キーボード・マウス・ペンタブレットなど、およそ計算機を使用する場合に想定される入力装置であればどのようなものであってもよい。表示装置１３は、液晶ディスプレイやタッチパネル式のタブレット型ディスプレイあるいはプロジェクターなど、およそ計算機を使用する場合に想定される表示装置であればどのようなものであってもよい。

図１は、本発明の実施の形態１による治療計画装置１の治療計画計算機１１の構成を示すブロック図である。画像データ入力部Ｐ１が画像データ３１を治療計画計算機１１に取り込む。治療計画計算機１１に取り込んだ画像データ３１を治療計画計算機１１内の画像データ格納部Ｐ２に保存する。ユーザーは、画像データ選択部Ｐ３で画像データ格納部Ｐ２に保存された画像データを選択する（画像データ選択作業）。選択した画像データを、ここでは治療計画時照射対象画像データと呼ぶ。ユーザーは、輪郭データ作成部Ｐ４により、治療計画時照射対象画像データに重畳するように輪郭データを作成する（輪郭データ作成作業）。輪郭データとしては、治療対象を示すターゲットや、治療において照射をさける必要のある重要臓器や、患者の体の形を示す体輪郭など、およそ治療計画に必要となる輪郭データが含まれる。治療計画では、輪郭データを用いて、例えば、患部に線量を集中させ、重要臓器の線量が低くなるような照射パラメータを決定する。また、本発明では、後述のように移動変形した照射対象に照射した場合に、患部の線量、および重要臓器の線量がどのようになるかを評価する場合にも輪郭データが使用される。輪郭データ作成部Ｐ４で作成した輪郭データは輪郭データ格納部Ｐ５に保存される。

治療計画データ作成部Ｐ６が、治療計画時照射対象画像データ・輪郭データを使用し治療計画データを作成する。この際、治療計画作成において、ユーザーが入力すべき条件があれば入力する（治療計画データ作成作業）。治療計画データとしては、粒子の種類など照射するビームの種類、ビームのエネルギー、ガントリ角度などのビームの方向、処方する線量・分割回数など、およそ治療計画に必要となる放射線の照射パラメータが含まれる。治療計画データ作成部Ｐ６で作成した治療計画データは治療計画データ格納部Ｐ７に保存される。

移動変形指示部Ｐ８は、実際に治療する際に、治療部位が移動したり、変形したりする様子を想定して指示する。移動・変形の原因や移動・変形の様子は、治療部位により異なるため、移動変形指示部Ｐ８が、治療部位に応じて臓器の移動や変形を指示する。移動変形指示部Ｐ８による移動や変形の指示としては、輪郭データの移動量を数値で入力したり、輪郭データの移動先・変形した形をユーザーが描画ツール等で指定したり、あるいは、患者の呼吸位相に合わせて撮影された複数の画像データから自動的に移動量・変形量を計算するよう指示するなど、およそ輪郭データの幾何学情報や画像データの幾何学情報、あるいは画像データに含まれる呼吸位相などのメタ情報を利用することが含まれる（移動変形量指示作業）。移動変形計算部Ｐ９において、移動変形指示部Ｐ８で指定された方法により輪郭データに対し移動量・変形量を計算し、移動・変形した輪郭データ、および輪郭データと同様に治療計画時照射対象画像データを移動変形した画像データを、移動変形照射対象画像データとして一時的にメモリ上に作成する。このように、移動変形照射対象画像データには、治療計画時照射対象画像データを移動変形させた画像データ、および移動変形した輪郭データが含まれる。

線量分布計算部Ｐ１０において、治療計画データおよび移動変形照射対象画像データを用いて、移動変形照射対象画像データで表現される移動変形された照射対象に、治療計画データの照射パラメータにより放射線を照射した場合の、当該照射対象に形成される線量分布である移動変形線量分布を計算する。線量分布計算部Ｐ１０で求めた移動変形線量分布は、線量分布情報表示部Ｐ１１において表示する。線量分布情報表示部Ｐ１１における表示としては、一般的に治療計画装置として線量分布を表示するために想定される、線量の強さに応じた色による分布表示、あるいは線量体積ヒストグラム（ＤＶＨ、Dose Volume Histogram）による表示など、およそ治療計画装置として想定される線量分布情報による表示であればどのような表示であってもよい。治療計画データ４１は治療計画データ出力部Ｐ１２から治療計画データ受信装置４に送信される。

図３は本発明の実施の形態１の治療計画装置による治療計画データの作成手順を示すフローチャートである。治療計画データの作成は、画像データ選択Ｓ１から開始する。画像データ選択部Ｐ３において、治療計画データを作成する対象の治療計画時照射対象画像データの選択を行う（ステップＳ１）。治療計画時照射対象画像データの選択方法としては、画像データ格納部Ｐ２から特定の患者の画像データリストを取得し、ユーザーに画像データを選ばせたり、あるいは画像撮影装置３３から治療計画装置１に対し画像データ３１を直接送信したりするなど、治療計画作成時に一般的に使用されている方法が採用される。

次に、輪郭データ作成部Ｐ４において、選択された治療計画時照射対象画像データに対し重畳する輪郭データを作成する（ステップＳ２）。輪郭データ作成後、治療計画データ作成部Ｐ６において、この輪郭データに対応する治療計画データを作成する（ステップＳ３）。治療計画データは、治療計画時照射対象画像データに基づいて作成された輪郭データに対応して作成されるので、結局、治療計画データは治療計画時照射対象画像データに基づいて作成されることになる。ここまでの、ステップＳ１〜Ｓ３は、従来の治療計画の方法と同じである。次に、移動変形指示部Ｐ８において、輪郭データの、想定される移動変形（患者の呼吸による移動変形や、患者体位の傾きなど重力の影響による移動変形など）を指示し、その指示を受けて移動変形計算部Ｐ９が輪郭データを含む治療計画時照射対象画像データの移動・変形を行い、輪郭データを含む治療計画時照射対象画像データが移動・変形された結果である移動変形照射対象画像データをメモリ内に得る（ステップＳ４）。移動変形照射対象画像データとしては、輪郭データを含まない治療計画時照射対象画像データが移動変形された画像データと移動変形された輪郭データとをメモリ内に別々に保存するようにしても良いし、輪郭データが含まれた画像データとして保存するようにしても良く、そのデータ形式はどのようなものであってもよい。

移動変形指示部Ｐ８において指示する移動・変形は、複数の移動変形を指示しても良い。複数の移動変形が指示された場合、移動変形計算部Ｐ９では、それぞれの移動変形について移動変形照射対象画像データを得る、すなわち複数の移動変形照射対象画像データを得る。

線量分布計算部Ｐ１０において、ステップＳ４で与えられた諸条件（治療計画時照射対象画像データ・輪郭データ・治療計画データ・移動変形照射対象画像データなど）を使用し、それぞれの条件における線量分布の計算を行い（ステップＳ５）、結果を線量分布情報表示部Ｐ１１に表示する。前述のように、線量分布情報表示部Ｐ１１に表示するのは、線量の強さに応じた色による分布表示、あるいはＤＶＨなど、ユーザーが、治療計画データの有効性・妥当性を判断するための線量分布情報である。線量分布情報としてＤＶＨを表示した例を図４に示す。図４では、例えば呼吸により臓器が移動する場合の移動を推定して求めた線量分布をＤＶＨで表現した線量分布情報を移動１、患者の姿勢により臓器が変形する場合を推定して求めた線量分布をＤＶＨで表現した線量分布情報を変形１として示している。表示には、治療計画から移動変形が無い場合のＤＶＨを治療計画として合わせて表示している。このように表示することで、重要臓器に対する線量が許容範囲に収まっているか、治療臓器に対する線量が治療に必要な線量となっているかなどにより、ユーザーが、この治療計画が妥当であるかどうかを判断することができる。

以上説明したように、ステップＳ１〜Ｓ３では、治療計画時に撮像した患者の患部を含む治療計画時照射対象画像データ、例えばＣＴデータに基づいて治療計画データを作成する。すなわち、治療計画時に撮像したときの患部に最適な線量分布を与えるための照射パラメータが治療計画データとして作成される。実際の照射は、治療計画とは異なる時点、異なる場所において行われるため、患者の患部は種々の原因により治療計画時とは、移動したり変形したりすることが想定される。治療計画時から、患者の患部、すなわち治療対象の臓器が移動したり変形したりしたすると、ステップＳ１〜Ｓ３で作成した治療計画データ通りの照射を行った場合、照射対象である患者に形成される線量分布は治療計画時に設定した線量分布にはならない。線量分布計算部Ｐ１０では、臓器の移動や変形を想定し、移動や変形が発生した臓器に対して、治療計画データに従った照射を行った場合の線量分布を計算して、線量分布そのものあるいはＤＶＨといった線量分布情報をユーザーに提示することにより、ユーザーが提示された線量分布情報により線量分布評価を行い、治療計画データの有効性・妥当性を評価する（ステップＳ６）。治療計画データの有効性・妥当性が不十分で再計画が必要とユーザーが判断した場合（ステップＳ６ ＹＥＳ）、ステップＳ３の治療計画データ作成からやり直すことができる。治療計画データの有効性・妥当性が十分と判断された場合は（ステップＳ６ ＮＯ）、治療計画データ受信装置に対し、治療計画データを出力する（ステップＳ７）。以上により、治療計画データの作成手順は終了となる。

本発明の実施の形態１による治療計画装置によると、治療計画を立案していく過程において、臓器の移動や変形による線量分布誤差を推定する過程を設けたので、実際の照射時に発生する臓器移動や変形に対する影響を評価することが可能となる。スキャニング照射は、小さなサイズのビームをスポット毎に照射していくことにより三次元の線量分布を得る照射法であるため、照射中に臓器が移動したり変形したりすると治療計画で立案した際の線量分布から誤差を生じる可能性が高く、影響の評価は特に重要となる。本発明の実施の形態１による治療計画装置では、臓器移動や変形に対する影響を評価することが可能であり、より適切な治療計画を立案することができるようになる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２による治療計画装置の治療計画計算機１１１の構成を示すブロック図である。本実施の形態２による治療計画計算機１１１は、実施の形態１の治療計画計算機１１の構成に、ＣＴ値誤差計算部Ｐ１３を追加した構成となっている。

放射線、特に粒子線を照射した場合に、粒子線が吸収される割合は照射対象のいわゆるＣＴ値に関係する。ＣＴ値とは、Ｘ線ＣＴ画像から得られる電子密度に対応した値である。ＣＴ値と粒子線が吸収される割合の関係は、臓器によって誤差を含んだものになる場合があるため、線量分布計算においてＣＴ値誤差を考慮することにより、より物理現象としての線量分布に近い線量分布をユーザーに提示することができる。例えば、移動変形指示部Ｐ８において、考慮すべきＣＴ値誤差をも指定することにより、ＣＴ値誤差計算部Ｐ１３において、指定されたＣＴ値誤差に基づいて移動変形計算部Ｐ９で求めた移動変形照射対象画像データにＣＴ値誤差を与る。線量分布計算部Ｐ１０においては、与えられたＣＴ値誤差を考慮した線量分布を求め、ＣＴ値誤差を含んだ線量分布情報を提示することにより、精度の高い治療計画データを作成するための支援を行うことが可能となる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３による治療計画装置の治療計画計算機２１１の構成を示すブロック図である。本実施の形態３による治療計画計算機２１１は、実施の形態１の治療計画計算機１１の構成に、患者位置決め誤差計算部Ｐ１４を追加した構成となっている。

例えば、移動変形指示部Ｐ８において、考慮すべき患者位置決め誤差をも指定することにより、患者位置決め誤差計算部Ｐ１４において、指定された患者位置決め誤差に基づいて移動変形計算部Ｐ９で求めた移動変形照射対象画像データに位置決め誤差による誤差を与える。線量分布計算部Ｐ１０においては、与えられた位置決め誤差を考慮した線量分布を求め、位置決め誤差を含んだ線量分布情報を提示する。このように、患者位置決め誤差を考慮することにより、患者位置決め誤差が発生した場合の線量分布情報をユーザーに提示することができ、よりロバスト性の高い治療計画データを作成するための支援を行うことが可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 治療計画装置、３１ 治療計画データ、Ｐ６ 治療計画データ作成部、Ｐ８ 移動変形指示部、Ｐ９ 移動変形計算部、Ｐ１０ 線量分布計算部、Ｐ１１ 線量分布情報表示部、Ｐ１３ ＣＴ値誤差計算部、Ｐ１４ 患者位置決め誤差計算部

Claims (5)

1. 放射線治療時の放射線の照射に関する計画を作成する治療計画装置であって、
   治療計画時に照射対象を撮像して得た治療計画時照射対象画像データに基づいて、治療時の放射線の照射パラメータを求めて治療計画データを作成する治療計画データ作成部と、前記照射対象が移動または変形する条件を指示する移動変形指示部と、
   前記治療計画時照射対象画像データで表現される照射対象を、前記移動変形指示部により指示された条件に基づいて移動または変形させることにより移動変形照射対象画像データを求める移動変形計算部と、
   前記治療計画データ作成部で作成された治療計画データを用いて前記移動変形照射対象画像データで表現される照射対象に放射線を照射した場合の、当該照射対象に形成される線量分布である移動変形線量分布を求める線量分布計算部と、
   前記移動変形線量分布に基づいた線量分布情報を表示する線量分布情報表示部と
   を備えたことを特徴とする治療計画装置。
2. 前記移動変形指示部は、オペレータの入力に基づいて複数の移動または変形する条件を指示し、
   前記移動変形計算部は、前記複数の移動または変形する条件のそれぞれの条件に基づいて、複数の前記移動変形照射対象画像データを求め、
   前記線量分布計算部において、前記複数の前記移動変形照射対象画像データのそれぞれで表現されるそれぞれの照射対象についてそれぞれの前記移動変形線量分布を求め、
   前記線量分布情報表示部において、前記線量分布計算部において求めたそれぞれの前記移動変形線量分布に基づいたそれぞれの前記線量分布情報を表示することを特徴とする請求項１に記載の治療計画装置。
3. 前記照射対象のＣＴ値誤差を与えて、このＣＴ値誤差を含んだ移動変形照射対象画像データを求めるＣＴ値誤差計算部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の治療計画装置。
4. 治療時に患者の位置決めを行うときの患者位置決め誤差を与えて、与えられた患者位置決め誤差を含んだ移動変形照射対象画像データを求める患者位置決め誤差計算部を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の治療計画装置。
5. 前記線量分布情報表示部において表示する前記線量分布情報は、線量体積ヒストグラムであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の治療計画装置。

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