CN107970527B - 放射线治疗模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种提高放射线治疗时的治疗剂量的模拟精确度的放射线治疗模拟装置。本发明的放射线治疗模拟装置(10)具备：运算部(5)，计算在放射线治疗中向患者照射的放射线的治疗剂量分布；及信息存储部(3)，存储作为在进行放射线治疗时向患者供给的敏化剂或保护剂的给药药剂的信息，运算部(5)根据存储于信息存储部(3)的给药药剂的信息来计算治疗剂量分布。

Description

放射线治疗模拟装置
技术领域
本发明涉及一种放射线治疗模拟装置。
背景技术
以往，作为该领域的技术，例如已知有下述专利文献1中所记载的粒子束治疗计划装置。该装置具备：目标区域输入机构，输入成为照射粒子束的目标的目标区域；及运算装置，在以包含目标区域的方式设定的照射区域内确定照射粒子束的照射点，该运算装置以在照射区域的轮廓上配置照射点且相邻的照射点的间隔成为预先规定的设定值以下的方式确定照射点。
专利文献1：日本特开2011-217902号公报
发明内容
在这种治疗计划装置中，为了减少施加到患者的正常组织的剂量并提高对肿瘤组织的剂量，要求进一步提高治疗计划精确度。为了解决该课题，本发明的目的在于提供一种提高放射线治疗时的治疗剂量的模拟精确度的放射线治疗模拟装置。
本发明的放射线治疗模拟装置具备：治疗剂量分布计算部，计算在放射线治疗中向患者照射的放射线的治疗剂量分布；及药剂信息存储部，存储作为在进行放射线治疗时向患者供给的敏化剂或保护剂的给药药剂的信息，治疗剂量分布计算部根据存储于药剂信息存储部的给药药剂的信息来计算治疗剂量分布。
根据该装置，能够获得包含向患者供给的敏化剂或保护剂的影响的高精确度的治疗剂量分布。
并且，在计算放射线的照射区域内的微小区域中的治疗剂量时，治疗剂量分布计算部可以根据如下信息来计算微小区域的治疗剂量：表示微小区域中的给药药剂的每单位浓度的放射线的影响增加率的单位浓度敏化比信息；及表示微小区域中所存在的给药药剂的浓度的给药药剂浓度信息。
并且，治疗剂量分布计算部可以计算向患者供给给药药剂的情况下的治疗剂量分布和未向患者供给给药药剂的情况下的治疗剂量分布，所述放射线治疗模拟装置还可以具备信息显示部，所述信息显示部根据由治疗剂量分布计算部计算的结果来显示向患者供给给药药剂的情况下的治疗剂量分布和未向患者供给给药药剂的情况下的治疗剂量分布。根据该结构，用户能够直观地了解到给药药剂的影响。
并且，具体而言，上述放射线可以为带电粒子束、X射线、伽马射线或电子束。
发明效果
根据本发明的放射线治疗模拟装置，能够提高放射线治疗时的治疗剂量的模拟精确度。
附图说明
图1是表示放射线治疗模拟装置的实施方式的框图。
图2是表示放射线治疗模拟装置的硬件结构的框图。
图3是表示带电粒子束照射装置的一种实施方式的示意图。
图中：3-信息存储部，5-运算部，7-信息显示部，10-放射线治疗模拟装置。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明所涉及的放射线治疗模拟装置的实施方式进行详细说明。
图1所示的本实施方式的放射线治疗模拟装置10为计算在使用了放射线治疗装置的放射线治疗时向患者照射的放射线的治疗剂量分布的装置。成为该放射线治疗模拟装置10的对象的上述放射线例如包含带电粒子束、X射线、伽马射线、电子束。并且，上述带电粒子束例如包含质子束、重粒子束。
图1是用方框表示放射线治疗模拟装置10的功能要件的框图。放射线治疗模拟装置10具有信息输入部2、信息存储部3(药剂信息存储部)、运算部5(治疗剂量分布计算部)及信息显示部7(信息显示部)。
信息输入部2按每个模拟装置接收来自用户的信息输入。信息存储部3暂时或长期存储模拟运算所需的信息。作为存储于信息存储部3的信息，例如有用户从信息输入部2输入的输入信息等。并且，信息存储部3中还预先规定并存储有模拟运算所需的既定的常数等。
运算部5具有分布运算部5a和分布显示处理部5b。分布运算部5a根据从信息存储部3赋予的信息，利用既定的算法来计算放射线的照射区域中的治疗剂量分布。具体而言，分布运算部5a将照射区域分割成微小区域，并分别计算各微小区域的治疗剂量。并且，获得照射区域的治疗剂量分布作为各微小区域的治疗剂量的集合。分布显示处理部5b例如执行基于由分布运算部5a获得的治疗剂量分布的图像处理，并且制作例如表示治疗剂量分布的等高线图。信息显示部7将作为运算部5的运算结果的照射区域的治疗剂量分布显示于画面。例如，信息显示部7由计算机的显示器显示装置构成。
在此，对放射线治疗模拟装置10的物理结构的一例进行说明。图2是放射线治疗模拟装置10的硬件结构图。如图所示，放射线治疗模拟装置10作为计算机***而构成，所述计算机***物理上包含CPU211、作为主存储装置的RAM212及ROM213、硬盘等辅助存储装置215、作为输入设备的键盘及鼠标等输入装置216、显示器等输出装置217、网卡等作为数据收发设备的通信模块214等。通过在图2所示的CPU211、RAM212等硬件上读取既定的计算机软件，在CPU211的控制下启动通信模块214、输入装置216、输出装置217，并且进行RAM212或辅助存储装置215中的数据的读出及写入，以此来实现图1中说明的各功能。
然而，在放射线治疗中，有时在进行治疗时向患者供给敏化剂或保护剂。例如，陷入缺氧状态的肿瘤组织的放射线抵抗性较强，对于这种肿瘤组织，存在放射线照射的效果低的问题。作为其对策，向患者供给用于解除缺氧状态的药剂等。作为上述敏化剂的一例，可以举出这种用于解除缺氧状态的药剂等。并且，作为上述保护剂的一例，可以举出降低由放射线引起的DNA链断裂效果的药剂。为了减少对正常组织的损伤，通过向患者的正常组织供给该药剂来实现向肿瘤的照射量的增加。关于这种敏化剂或保护剂，从其使用目的可以理解到，对治疗剂量产生影响。因此，若在计算治疗剂量时将向患者供给的敏化剂或保护剂所产生的影响考虑在内，则能够获得精确度更高的治疗剂量分布。
鉴于该见解，放射线治疗模拟装置10中，能够获得将与进行治疗时向患者供给的敏化剂或保护剂(以下称为“给药药剂”)有关的信息考虑在内的治疗剂量分布。
以下，对基于放射线治疗模拟装置10进行的具体运算处理进行说明。
由用户将每个模拟处理所需的信息输入到放射线治疗模拟装置10中，并存储于信息存储部3。并且，在每个模拟处理中不变的常数等被预先存储于信息存储部3。
如上所述，运算部5的分布运算部5a将放射线的照射区域分割成微小区域，并根据存储于信息存储部3的信息来分别计算各微小区域的治疗剂量。并且，获得照射区域的治疗剂量分布作为各微小区域的治疗剂量的集合。此时，分布运算部5a中，利用下式(1)所示的计算算法来计算放射线照射区域内的1个微小区域中的治疗剂量D[Gy-eq]。
[数式1]
Figure GDA0002631099430000041
其中，
D：治疗剂量[Gy-eq]
T：照射时间[s]
fr：放射线种类r的剂量换算系数[Gy/(n/cm2)]
φr：放射线种类r的射线束[n/cm2/s]
RBEr：放射线种类r的放射线生物学效应比[Gy-eq/Gy]
CFr,c：对给药药剂c的每单位浓度的放射线种类r的敏化比(其中，c＝0(无药剂)的情况下设为CF＝1，视为没有影响)
ρc：给药药剂c的浓度(其中，c＝0(无药剂)的情况下设为ρ＝1，视为没有影响)
r：放射线的射线种类
c：给药药剂的种类
例如，当在治疗剂量D的计算中应考虑的放射线的射线种类存在两种(例如，质子束r1和伽马射线r2)且向患者供给的应考虑的给药药剂存在两种(设为c1,c2)时，式(1)可以如下表达。
D＝T×(fr1×φr1×RBEr1
+fr1×φr1×RBEr1×CFr1,c1×ρc1
+fr1×φr1×RBEr1×CFr1,c2×ρc2
+fr2×φr2×RBEr2
+fr2×φr2×RBEr2×CFr2,c1×ρc1
+fr2×φr2×RBEr2×CFr2,c2×ρc2) (1)'
输入到上述式(1)的各参数的一部分(例如，照射时间T)按每个模拟处理由用户输入到放射线治疗模拟装置10中，并存储于信息存储部3。并且，输入到上述式(1)的各参数的另一部分如上述那样根据由用户输入并存储于信息存储部3的信息，通过分布运算部5a而被计算。例如，给药药剂的浓度ρc根据按每个模拟处理由用户输入到放射线治疗模拟装置10的信息(例如，向患者供给的给药药剂的量等)，通过分布运算部5a利用公知的运算式而被计算。
并且，输入到上述式(1)的各参数的又一部分以常数形式预先存储于信息存储部3。例如，作为与给药药剂有关的信息的CFr,c的值是按每个给药药剂的种类/放射线的射线种类的组合而规定，并存储于信息存储部3，运算时提交给分布运算部5a。另外，CFr,c(单位浓度敏化比信息)表示某一给药药剂c的每单位浓度(1ppm)的某一放射线r对关注的微小区域的影响增加率。并且，ρc(给药药剂浓度信息)表示关注的微小区域中所存在的某一给药药剂c的浓度。
分布运算部5a对照射区域内的所有的微小区域执行上述运算，并计算与所有的微小区域相对应的治疗剂量D。并且，分布运算部5a中，获得整个照射区域的治疗剂量分布(以下称为“第1治疗剂量分布”)作为各微小区域的治疗剂量D的集合。
其次，分布运算部5a计算在与上述相同的照射条件下假定为未向患者供给给药药剂的情况下的整个照射区域的治疗剂量分布(以下称为“第2治疗剂量分布”)。作为计算第2治疗剂量分布的运算方法，例如在式(1)中设为CFr,c×ρc＝1即可。
分布运算部5a将第1治疗剂量分布和第2治疗剂量分布提交给分布显示处理部5b。并且，分布显示处理部5b将第1治疗剂量分布及第2治疗剂量分布例如转换为等高线图等图像信息。该图像信息被提交给信息显示部7，例如第1治疗剂量分布的等高线图和第2治疗剂量分布的等高线图并列地显示于画面。
接着，对由放射线治疗模拟装置10产生的作用效果进行说明。相对于前述式(1)，通常已知的现有的治疗剂量的计算算法的一例由下式(2)表示。
[数式2]
Figure GDA0002631099430000061
放射线治疗模拟装置10中所使用的式(1)中，与式(2)相比，能够获得基于治疗时向患者供给的给药药剂的信息(CFr,c及ρc)的治疗剂量分布。即，式(1)中，与式(2)相比，追加了与给药药剂相关的(CFr,c×ρc)项。以下，将(CFr,c×ρc)项称作药剂相关项。
通过式(1)中上述药剂相关项的存在，给药药剂的影响被定量反映到治疗剂量D中。因此，根据采用式(1)的计算算法的放射线治疗模拟装置10，能够获得包含向患者供给的敏化剂或保护剂的影响的高精确度的治疗剂量分布，其结果，能够提高放射线治疗时的治疗剂量的模拟精确度。
并且，由于通过信息显示部7显示向患者供给给药药剂的情况下的治疗剂量分布(第1治疗剂量分布)和未向患者供给给药药剂的情况下的治疗剂量分布(第2治疗剂量分布)，因此用户能够通过比较两个治疗剂量分布来直观地了解到给药药剂的影响。
上述本实施方式的放射线治疗模拟装置10例如可以用于计算下面说明的带电粒子束治疗装置中的带电粒子束照射区域的治疗剂量分布，并可以用于治疗计划中。以下，参考图3对带电粒子束治疗装置1进行详细说明。另外，单词“上游”、“下游”分别是指所射出的带电粒子束的上游(加速器侧)、下游(患者侧)。
如图3所示，带电粒子束治疗装置1为用于基于放射线疗法的癌治疗等中的装置，具备：加速器11，加速带电粒子并射出带电粒子束；照射喷嘴12(照射部)，向被照射体照射带电粒子束；射束传输线路13(传输线路)，向照射喷嘴12传输从加速器11射出的带电粒子束；降能器(能量调整部)18，设置于射束传输线路13上，降低带电粒子束的能量来调整带电粒子束的射程；多个电磁铁25，设置于射束传输线路13上；及控制部30，控制整个带电粒子束治疗装置1。本实施方式中，作为加速器11，采用了回旋加速器，但并不限定于此，也可以是产生带电粒子束的其他的产生源，例如同步加速器、同步回旋加速器、直线加速器等。
带电粒子束治疗装置1中，对治疗台22上的患者P的肿瘤(被照射体)照射从加速器11射出的带电粒子束。带电粒子束为高速加速带有电荷的粒子后的粒子束，例如有质子束、重粒子(重离子)束等。
照射喷嘴12安装于能够绕治疗台22旋转360度的旋转支架23的内侧，能够通过旋转支架23移动至任意的旋转位置。照射喷嘴12包含电磁铁25、扫描电磁铁21、真空管道28。扫描电磁铁21设置于照射喷嘴12中。扫描电磁铁21具有：X方向扫描电磁铁，在与带电粒子束的照射方向交叉的面上向X方向扫描带电粒子束；及Y方向扫描电磁铁，在与带电粒子束的照射方向交叉的面上向与X方向交叉的Y方向扫描带电粒子束。并且，通过扫描电磁铁21扫描的带电粒子束向X方向和/或Y方向偏向，因此比扫描电磁铁更靠下游侧的真空管道28的直径越靠下游侧越扩大。
射束传输线路13具有带电粒子束所通过的真空管道14。真空管道14的内部维持为真空状态，抑制构成传输中的带电粒子束的带电粒子因空气等而散射。
并且，射束传输线路13具有：ESS(Energy Selection System)15，从由加速器11射出的具有既定的能量宽度的带电粒子束中选择性地提取能量宽度比既定的能量宽度窄的带电粒子束；BTS(Beam Transport System)16，以维持能量的状态，传输具有通过ESS15选择的能量宽度的带电粒子束；及GTS(Gantry Transport System)17，从BTS16朝向旋转支架23传输带电粒子束。
降能器18使所通过的带电粒子束的能量降低来调整该带电粒子束的射程。从患者的体表至作为被照射体的肿瘤为止的深度根据每个患者而不同，因此在向患者照射带电粒子束时，需要调整带电粒子束的到达深度即射程。降能器18通过调整以恒定的能量从加速器11射出的带电粒子束的能量，从而调整为使带电粒子束适当地到达位于患者体内的既定深度的被照射体。在切割被照射体的每个层上进行这种基于降能器18进行的带电粒子束的能量调整。
本发明能够以上述实施方式为主，根据本领域技术人员的知识，以实施了各种变更、改良的各种各样的方式来实施。并且，也能够利用上述实施方式中所记载的技术事项来构成实施例的变形例。也可以将各实施方式的结构适当地组合而使用。

Claims (5)

1.一种放射线治疗模拟装置，其具备：
治疗剂量分布计算部，计算在放射线治疗中向患者照射的放射线的治疗剂量分布；及
药剂信息存储部，存储作为在进行所述放射线治疗时向所述患者供给的敏化剂或保护剂的给药药剂的信息，
所述治疗剂量分布计算部根据存储于所述药剂信息存储部的所述给药药剂的信息来计算所述治疗剂量分布。
2.根据权利要求1所述的放射线治疗模拟装置，其中，
在计算所述放射线的照射区域内的微小区域中的治疗剂量时，
所述治疗剂量分布计算部根据如下信息来计算所述微小区域的治疗剂量：
表示所述微小区域中的所述给药药剂的每单位浓度的所述放射线的影响增加率的单位浓度敏化比信息；及
表示所述微小区域中所存在的所述给药药剂的浓度的给药药剂浓度信息。
3.根据权利要求1或2所述的放射线治疗模拟装置，其中，
所述治疗剂量分布计算部计算向所述患者供给所述给药药剂的情况下的所述治疗剂量分布和未向所述患者供给所述给药药剂的情况下的所述治疗剂量分布，
所述放射线治疗模拟装置还具备信息显示部，所述信息显示部根据由所述治疗剂量分布计算部计算的结果来显示向所述患者供给所述给药药剂的情况下的所述治疗剂量分布和未向所述患者供给所述给药药剂的情况下的所述治疗剂量分布。
4.根据权利要求1或2所述的放射线治疗模拟装置，其中，
所述放射线为带电粒子束、X射线、伽马射线或电子束。
5.根据权利要求3所述的放射线治疗模拟装置，其中，
所述放射线为带电粒子束、X射线、伽马射线或电子束。
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