CN108348768A - 治疗计划装置 - Google Patents

Abstract

治疗计划装置包括：预测根据假定的X射线强度得到的X射线图像的鲜明度并对患部的位置不确定性进行运算的X射线图像位置不确定性运算部；基于运算得到的患部的位置不确定性对治疗用放射线的照射参数进行运算的治疗用放射线照射参数运算部；根据假定的X射线强度对X射线拍摄装置照射于患者的X射线照射量进行运算的X射线照射量运算部；利用运算得到的治疗用放射线的照射参数对照射于患者的治疗用放射线的剂量分布进行运算的治疗用放射线剂量分布运算部；及对运算得到的X射线照射量和运算得到的治疗用放射线剂量分布进行显示的显示器。

Description

治疗计划装置

技术领域

本发明涉及对图像引导放射线治疗中的治疗计划进行辅助的治疗计划装置。

背景技术

在放射线治疗中，为了将治疗用的放射线高精度地照射于患部，提出有一边利用X射线图像等图像确认患部的位置一边照射治疗用的放射线的图像引导放射线治疗(IGRT：Image Guided Radiation Therapy)(例如专利文献1)。在作为IGRT而利用X射线图像的情况下，患者除了治疗用放射线以外，还曝光于图像获取用的X射线。期望该曝光尽可能地少。

在一边利用X射线拍摄装置确认脏器位置一边进行治疗放射线的照射的图像引导放射线治疗中，在制订治疗计划的时刻无法估计拍摄X射线所产生的被曝剂量，对于治疗计划制订者而言较为不便。例如，具有如下权衡关系：拍摄X射线的强度越高，拍摄的画质越好，脏器位置的推测精度提高，但被曝剂量也增加，若在治疗计划的阶段在一定程度上知道治疗时间，则可以说选择恰到好处的拍摄X射线强度。

此外，在现有的放射线治疗中，在治疗计划制订的时刻无法估计治疗的所需时间，对于治疗计划制订者而言较为不便。例如，具有如下权衡关系：治疗放射线的强度越高，治疗在越短时间结束，但强度越低，可进行精度越高的照射，若在治疗计划的阶段在一定程度上知道治疗时间，则可以选择恰到好处的治疗射束强度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2013-252420号公报

[非专利文献]

[非专利文献1]川崎他、“***癌IMRT治疗计划中的最佳膀胱容积(前立腺癌IMRT治療計画における最適な膀胱容積)”、日本诊疗放射线工程师杂志2015.vol.62no.751,pp22-26

发明内容

发明所要解决的技术问题

如上所述，在利用了X射线图像的IGRT中，具有如下权衡关系：拍摄X射线的强度越高，拍摄的画质越好，脏器位置的推测精度提高，但被曝剂量也增加，期望能简便地决定能尽可能减少被曝剂量的拍摄X射线的强度的治疗计划装置。

本发明的目的在于，获得一种以使医生等用户能制订考虑了放射线的曝光剂量及治疗时间后的恰当的治疗计划的方式进行辅助的治疗计划装置。

解决技术问题的技术方案

本发明的治疗计划装置执行放射线治疗***的治疗计划，该放射线治疗***包括对作为照射对象的患者的患部的X射线图像进行拍摄的X射线拍摄装置，基于由该X射线拍摄装置拍摄到的X射线图像的数据，将治疗用放射线照射到患者，对患部进行治疗，所述治疗计划装置包括：X射线图像位置不确定性运算部，该X射线图像位置不确定性运算部假定X射线拍摄装置的X射线强度，预测根据假定的X射线强度得到的X射线图像的鲜明度，对患部的位置不确定性进行运算；治疗用放射线照射参数运算部，该治疗用放射线照射参数运算部基于由该X射线图像位置不确定性运算部运算得到的患部的位置不确定性，对治疗用放射线的照射参数进行运算；X射线照射量运算部，该X射线照射量运算部根据假定的X射线强度，对X射线拍摄装置照射于所述患者的X射线照射量进行运算；治疗用放射线剂量分布运算部，该治疗用放射线剂量分布运算部利用由治疗用放射线照射参数运算部运算得到的治疗用放射线的照射参数，对照射于所述患者的治疗用放射线的剂量分布进行运算；及显示器，该显示器对由X射线照射量运算部运算得到的X射线照射量和由治疗用放射线剂量分布运算部运算得到的治疗用放射线剂量分布进行显示。

发明效果

根据本发明，可提供一种以使医生等用户能制订考虑了放射线的曝光剂量及治疗时间后的恰当的治疗计划的方式进行辅助的治疗计划装置。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的治疗计划装置的结构的框图。

图2是表示本发明实施方式1的治疗计划装置的硬件结构的一例的框图。

图3是表示本发明实施方式1的治疗计划装置的动作的流程图。

图4是表示作为包含本发明的治疗计划装置的放射线治疗***的一例的粒子射线治疗***的结构的示意图。

图5是对包含本发明的治疗计划装置的放射线治疗***的动作进行说明的线图。

图6是对包含本发明实施方式1的治疗计划装置的放射线治疗***的动作进行说明的示意图。

图7是表示本发明实施方式1的治疗计划装置的显示的一例的图。

图8是表示本发明实施方式1的治疗计划装置的显示的其他示例的图。

图9是表示本发明实施方式1的治疗计划装置的显示的另一示例的图。

具体实施方式

实施方式1

首先，作为包含本发明的治疗计划装置的放射线治疗***的示例，说明粒子射线治疗***。图4是示意性表示包含本发明的治疗计划装置的粒子射线治疗***的一例的结构的框图。从对带电粒子进行加速的加速器1射出作为高能量带电粒子射束的粒子射线2通过真空管道3内，输送到设置于真空管道3的下游的照射喷嘴4。此处，在真空管道3弯曲的部分设置有用于使粒子射线2的前进方向发生变化的偏置电磁铁，但图4中省略地进行了图示。粒子射线2利用照射喷嘴4所具备的扫描电磁铁沿与粒子射线2的前进方向垂直的二维方向进行扫描。所扫描的粒子射线2a照射到放置在治疗台上的照射对象即患者的患部5。照射时的各种照射参数由治疗计划装置10设定，用于利用该照射参数进行照射的加速器1及照射喷嘴4的各设备的参数由***控制装置20设定，并发送到加速器控制装置21、照射***控制装置22，对加速器1、照射喷嘴4的各设备输出各自的指令。

另一方面，例如，为了获取X射线图像并确认作为照射对象的患部5的动作等，设置有由X射线管51a、51b、平板检测器(FPD)52a、52b构成的X射线拍摄装置50。从X射线管51a照射的X射线由FPD52a检测，从X射线管51b照射的X射线由FPD52b检测。X射线管51a、51b、FPD52a、52b由X射线拍摄控制/图像信息获取装置23控制，获取X射线图像信息。

对利用以上的粒子射线治疗***对患者的患部5照射作为治疗用的放射线的粒子射线来***等患部的方法进行简单说明。首先，在治疗计划装置10中，决定照射到患部5的照射剂量。照射剂量决定为与患部5的形状相匹配的三维分布、即照射剂量分布。若决定了照射剂量分布，则在治疗计划装置10中，可决定用于对患部提供照射剂量分布的加速器1、照射喷嘴4的各种参数的设置即照射参数。然而，根据粒子射线的强度、射束的直径等，无法唯一决定照射参数的设置。因此，医生等用户决定认为适当的照射参数。

在粒子射线治疗的情况下，对患部照射粒子射线以1日1次、分为数十次来进行。照射当日，控制治疗台的位置，对放置于治疗台的患者的位置进行定位，使得例如由X射线拍摄控制/图像信息获取装置23获取的患者的患部5的图像中的预先设定的患者等中心与由照射喷嘴4决定的设备的等中心一致。若定位结束，则利用加速器1、照射喷嘴4的预先决定的参数，经由加速器控制装置21、照射***控制装置22控制各设备，向患部5照射粒子射线。此时，X射线拍摄控制/图像信息获取装置23实时获取X射线图像，一边监视患部5的位置、动作，一边在例如使得呼吸相位中的患部5的动作量变小的相位照射粒子射线。在将当日所预定的照射剂量照射于患部后，结束当日的照射。

在加速器1为同步加速器的情况下，粒子射线仅能取出在加速器中储蓄的带电粒子的量。因而，加速器中，将加速、射束射出、减速作为一个动作循环，重复动作循环，仅在射束射出时能进行照射。对于一个患者1次的照射，大多需要多个动作循环。其形态如图5所示。图5表示利用所谓扫描照射法进行照射的方法。扫描照射法是一边利用照射喷嘴4所具备的扫描电磁铁将作为带电粒子束的粒子射线在被照射物上沿与射束的前进方向垂直的二维方向进行扫描、一边进行照射的方法。射束的前进方向、即深度方向的照射位置由所照射的带电粒子的能量来决定，因此，通过改变带电粒子的能量，可改变深度方向的照射位置。这样，控制所照射的三维位置来进行照射。一般而言，在扫描照射法中，进行每个照射位置的剂量管理来进行照射。在利用扫描照射法的照射中，照射与带电粒子的能量对应的患部的深度方向的位置，因此，按照每一带电粒子的能量利用扫描电磁铁进行二维的扫描和照射，从而每当改变能量时，就依次照射层状的照射区域。将该层状的照射区域称为切片。

图5是表示使照射于患部5的粒子射线的带电粒子的能量发生变化而对每个切片照射患部5时的形态的线图。图5的横轴为时间。加速器的可射出射束的时间如上述那样，在每一动作循环成为规定的时间。此外，通过根据患者的呼吸，在患部的动作较少的时间进行照射，从而照射的位置精度变高，因此，设为在该时间进行照射。将该时间称为呼吸门控。可射出射束和呼吸门控重叠的时间成为能对患者照射粒子射线的可照射患者的时间。如图5所示，在时刻t1s开始第1切片的照射，一边扫描第1切片的所有位置，一边进行照射，在时刻t1e结束照射，为了照射接下来的第2切片，在切换粒子射线的能量的切换时间后的时刻t2s开始第2切片的照射。一边扫描第2切片的所有位置，一边进行照射，在时刻t2e结束第2切片的照射。在该时刻，剩余的可照射患者的时间较少，因此，接下来的第3切片的照射在接下来可照射患者的时刻t3s开始，一边扫描第3切片的所有位置，一边进行照射，在时刻t3e结束第3切片的照射。

本发明提供一种治疗计划装置，该治疗计划装置通过进行以上那样的照射，预测X射线照射的曝光以及粒子射线照射的曝光、特别是患部5以外的部分的曝光如何，进行用于生成曝光较少、更可靠地进行对患部5的照射的治疗计划的辅助。图1是表示本发明实施方式1的治疗计划装置的主要部分的框图。上述说明的实际照射的形态可预先由治疗计划装置10进行预测。通过进行该预测，在照射中可预测用于获取对患部5的动作进行观测/监视的X射线图像的X射线照射时间。另外，治疗计划装置10由包括图2所示那样的处理器11、存储器12、键盘或触摸屏等输入接口13、作为输出接口的显示器14等的一般计算机来实现。

从患者的曝光剂量的观点来看，用于获取X射线图像的X射线强度优选为低强度。然而，若X射线强度较弱，则由FPD获得的图像的鲜明度变低，患部的位置不确定性变高。这样，X射线强度和患部的位置不确定性处于权衡关系。若X射线强度较弱，则X射线的剂量变低，患部的曝光剂量也变低，但若位置不确定性变高，则患者的周围模糊而变得不清楚，因此，需要将粒子射线照射的余量取得较大。即，如图6所示，为了可靠地对患部5提供粒子射线的剂量，例如需要像虚线所示的区域5a那样照射到患部周边的更宽范围。在照射到患部周边的更宽范围的情况下，会将粒子射线照射到患部周边的正常组织。相反，若X射线强度较强，则位置不确定性较低，即可明确地判别患部的位置，因此，可将粒子射线照射的余量设定得较低，即减少向患部周边照射粒子射线。这样，X射线的照射量和粒子射线对患部以外的部分的照射剂量处于权衡关系。

本发明提供一种治疗计划装置，其用于提示处于上述权衡关系的X射线的照射量和粒子射线对患部以外的部分的照射剂量，在治疗计划时，进行用于决定X射线的强度的辅助。以下，参照图1的框图、图3的流程图说明本发明实施方式1的治疗计划装置10。如上所述，治疗计划装置10由图2那样的计算机来实现，以下的各部、步骤通过使处理器11执行存储器12中所存放的程序来实现。

首先，在X射线强度设定部101中，决定X射线强度的范围及X射线强度的步骤(ST1)。接着，对最弱的X射线强度设定X射线强度值(ST2)。在X射线图像位置不确定性运算部102中，根据由所设定的X射线强度值得到的X射线图像的预测，对位置不确定性进行运算(ST3)。

接着，基于X射线图像位置不确定性运算部102中运算出的位置不确定性，在治疗用放射线照射参数运算部103中，设定治疗用粒子射线照射参数，以满足由患部治疗用放射线剂量分布决定部110决定的患部的剂量分布(ST4)。在放射线治疗时间运算部104中，对利用治疗用放射线照射参数运算部103中设定的照射参数而得到的粒子射线照射的时间模式、治疗时间进行预测运算(ST5)。此处，在粒子射线的扫描照射、层叠原体照射等分割为多个照射部位来进行放射线的照射的情况下，考虑切换照射部位(切片)时的所需时间，估计需要的可射出射束门控或可照射患者门控数，推测治疗的所需时间。能反映照射部位的切换时间，知道治疗的所需时间。

此外，在进行多门照射、IMRT、IMPT等来自多个台架角度的放射线的照射的情况下，在结束来自1个角度的照射之后，在不使患者从床位上下来、也不重新进行定位而进行第2个角度的照射的情况下，考虑变更台架角度所需的时间，估计需要的可射出射束门控或可照射患者门控数，推测治疗的所需时间。能反映台架旋转所耗费的时间，知道治疗的所需时间。

此外，在对伴随着呼吸性移动的脏器进行呼吸同步照射的情况下，也可导入使呼吸周期稳定的呼吸训练***。通过导入呼吸训练***来使呼吸周期稳定，从而能期待提高治疗时间的预测精度。

接着，基于预测运算出的粒子射线照射的时间模式，决定X射线照射的时间模式(ST6)。利用以上决定的各参数、预测出的时间，对治疗用放射线剂量分布运算部105中用于治疗而照射的粒子射线的剂量分布、即治疗用放射线照射剂量分布、以及X射线照射量运算部106中用于拍摄而照射的X射线照射量进行运算(ST7)。在X射线照射量运算部106中也可与X射线照射量一起运算X射线照射剂量分布。在可设定基于该位置不确定性的、其他粒子射线照射参数的情况下(ST8否)，返回至步骤ST4，设定变更粒子射线的强度、剂量制约条件等后的其他粒子射线照射参数。若基于该位置不确定性的、可能对粒子射线照射参数进行的运算结束(ST8是)，则返回至步骤ST2，设定下一X射线强度，对于该X射线强度，根据得到的X射线图像的预测，运算位置不确定性(ST3)。若对于ST1中决定的X射线强度的所有范围的运算结束(ST9是)，则将以运算出的X射线照射量及治疗用放射线剂量分布为首的各种信息显示于显示器14(ST 10)。此时，也可以一并显示治疗预测时间。医生等用户观看该显示结果，决定适当的X射线的强度及粒子射线照射参数，治疗计划装置基于所决定的X射线强度及粒子射线照射参数生成治疗计划。

向显示装置的显示中，不仅显示作为被曝剂量值的X射线照射量，还可显示在X射线照射量运算部106中运算出的X射线照射量的三维分布。进一步地，与治疗计划计算出的治疗用放射线剂量分布并排显示，或者，显示治疗用放射线剂量分布和拍摄的X射线照射剂量分布的总计分布。由此，治疗计划制订者可更视觉性地知道被曝剂量对患者产生的影响。

根据以上内容，基于放射线治疗计划的信息(治疗射束量)及治疗射束产生装置的信息(治疗射束强度和可射出射束期间的周期)，估计可射出射束门控需要几个，进一步基于与X射线拍摄装置的X射线强度有关的信息(每拍摄1次的被曝剂量值和拍摄的频度)，推测拍摄X射线的被曝剂量(X射线照射量)，并利用显示器14进行显示。X射线照射量可以是对患者整体的剂量的积分值，也可以是在代表点(例如等中心)的局部剂量值。治疗计划制订者在治疗计划的阶段可知道X射线被曝剂量的预测值。

此外，对于多个X射线强度值，分别显示所期待的位置不确定性和预测的X射线照射量即可。例如，显示在横轴绘制有X射线强度、在纵轴绘制有位置不确定性的曲线图，在选择了绘制点时，显示该绘制点处的预测X射线照射量、预测治疗时间等即可。从图7至图9示出显示器14中显示的显示画面的示例。

图7是显示器显示的典型一例。将在横轴显示有X射线强度、在纵轴显示有位置不确定性的曲线图71进行显示，与所生成的所有治疗计划对应地绘制点。若用户选择绘制出的点中的一个，例如利用鼠标指针72等接口对其进行指定，则在该显示画面内的概要信息显示窗73显示概要信息。此处，概要信息是指例如X射线强度、位置不确定性、预想的X射线照射量、预想的治疗时间等。

进一步地，与患者CT74重叠显示所计划的治疗用放射线剂量分布75。同时，图示出对于目标(PTV：Planning Target Volume(计划靶区))的剂量体积直方图(DVH：DoseVolume Histogram)76、对于风险脏器(OAR：Organ At Risk)的DVH77。

此处作为一例，患者CT将截取三维CT信息的某一截面后的信息显示于显示器，但也可将与三维的各方向对应的三个截面并排显示。此外，此处作为一例，DVH为1个PTV、1个OAR的显示，在有多个OAR的情况下，也可显示多个。在该示例中，将所有信息显示于一个显示器，但也可以分割显示于多个显示器。或者，也可以利用一个显示器来切换显示画面。

图8中示出从图7的示例进一步增加信息量后的显示例。不仅显示治疗放射线的照射剂量分布75，还显示拍摄用X射线的照射剂量分布78。在图9中还示出所显示的曲线图的变形例。作为在图7及图8的左侧显示的曲线图，也可以是图9所示的曲线图79、即分别在横轴绘制预想的X射线照射量、在纵轴绘制OAR剂量评价值的曲线图。

此处，OAR剂量评价值是指例如V20等的值。V20是指将OAR体积中剂量超过20Gy的部分的体积的比例以百分比显示后的值，是为了决定剂量制约而一般使用的指标。重要的是在治疗计划制订时，该值比对每一治疗设施决定的基准值要小。例如，在非专利文献1示出在***癌的治疗中直肠壁的V67.1小于25％、V42.0小于40％等基准的示例。通过将这种临床参数显示于显示器，可期待对于具有临床观点的用户而言更易理解权衡关系。

通过显示以上那样的信息，被曝剂量和位置推测精度的权衡关系变得明确，可简单选择最佳的X射线强度值。

进一步地，可以对于多个拍摄X射线强度值，基于预测的患部的位置不确定性分别决定目标余量，利用该目标余量执行治疗计划，将各治疗计划结果(剂量分布、DVH等)并排显示。

标号说明

10治疗计划装置、14显示器、50X射线拍摄装置、102X射线图像位置不确定性运算部、103治疗用放射线照射参数运算部、105治疗用放射线剂量分布运算部、106X射线照射量运算部。

Claims (3)

1.一种治疗计划装置，该治疗计划装置执行放射线治疗***的治疗计划，所述放射线治疗***基于由对作为照射对象的患者的患部的X射线图像进行拍摄的X射线拍摄装置所拍摄到的X射线图像的数据，将治疗用放射线照射到患者，对患部进行治疗，所述治疗计划装置的特征在于，包括：

X射线图像位置不确定性运算部，该X射线图像位置不确定性运算部假定所述X射线拍摄装置的X射线强度，预测根据假定的X射线强度得到的X射线图像的鲜明度，对该X射线图像的所述患部的位置不确定性进行运算；

治疗用放射线照射参数运算部，该治疗用放射线照射参数运算部基于由该X射线图像位置不确定性运算部运算得到的患部的位置不确定性，对所述治疗用放射线的照射参数进行运算；

X射线照射量运算部，该X射线照射量运算部根据所述假定的X射线强度，对所述X射线拍摄装置照射于所述患者的X射线照射量进行运算；

治疗用放射线剂量分布运算部，该治疗用放射线剂量分布运算部利用由所述治疗用放射线照射参数运算部运算得到的所述治疗用放射线的照射参数，对所述放射线治疗***照射于所述患者的所述治疗用放射线的剂量分布进行运算；及

显示器，该显示器对由所述X射线照射量运算部运算得到的X射线照射量和由所述治疗用放射线剂量分布运算部运算得到的治疗用放射线剂量分布进行显示。

2.如权利要求1所述的治疗计划装置，其特征在于，

所述假定的X射线强度是多个X射线强度，

在所述X射线图像位置不确定性运算部中对与所述多个X射线强度各自的X射线强度对应的所述患部的位置不确定性进行运算，

所述治疗用放射线照射参数运算部基于与所述多个X射线强度各自的X射线强度对应的所述患部的位置不确定性，对所述治疗用放射线的照射参数进行运算，

所述显示器对于所述多个X射线强度分别显示所述X射线照射量及所述治疗用放射线剂量分布。

3.如权利要求1或2所述的治疗计划装置，其特征在于，

所述X射线照射量运算部除了运算所述X射线照射量以外，还运算X射线照射剂量分布，

所述显示器显示所述X射线照射剂量分布，以作为所显示的X射线照射量。