JP2013233233A - 照射計画装置、照射計画プログラム、照射計画決定方法、および荷電粒子照射システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】イオン源2で生成した荷電粒子を線形加速器4およびシンクロトロン5で加速して標的80に照射する荷電粒子照射システム1の照射パラメータデータ67を決定する計画装置70について、1つの標的80に対する照射パラメータデータ67を、複数種類のイオン種の荷電粒子を組み合わせて決定する計画プログラム73とこれを実行するCPU71を備えた。
【選択図】図3
Description
図1は、荷電粒子照射システム1の構成を示す構成図である。荷電粒子照射システム1は、複数のイオン源2(2A,2B,2C)と、複数イオン源接続部3と、線形加速器4と、シンクロトロン5と、搬送系6と、固定照射部20と、回転ガントリ22と、これらを制御する制御装置50を備えている。そして、制御装置50には、治療計画データを送信する計画装置70が接続されている。
複数イオン源接続部3は、第1イオン源2A〜第3イオン源2Cを選択的に線形加速器4に接続する接続部である。複数イオン源接続部3は、制御装置50の制御により、線形加速器4へイオン種を供給するイオン源2を、第1イオン源2A〜第3イオン源2Cのいずれか1つに適宜切り替える。
シンクロトロン5は、加速器の一種であり、線形加速器4から入射した荷電粒子を電磁石によって周回軌道上でさらに加速して高エネルギにする加速器である。
射出部11は、シンクロトロン5と搬送系6の接続部分に設けられ、制御装置50の制御に従ってシンクロトロン5から荷電粒子を搬送系6へ射出する。
切替部12は、搬送系6上に設けられ、制御装置の制御に従って、搬送系6で搬送される荷電粒子をどの治療室9(9A,9B,9C)の照射装置25へ搬送するかを切り替える。
治療室9A,9Bに設けられた固定照射部20は、後端の照射装置25から荷電粒子を照射する。
加速器制御部62は、イオン源2から供給されるイオン種に応じ電流値変更パターンデータ66から適切な電流値変更パターンを読み出し、この電流値変更パターンに従って加速器5の電磁石に流す電流値を制御する。
停止位置制御部64は、照射装置25のエネルギ変更部を制御駆動し、荷電粒子の荷電粒子の進行方向(Z方向)の停止位置を制御する。
線量モニタ部65は、照射装置25の線量モニタによって計測された照射スポット別の照射線量を取得する。
この制御装置50による照射スポットの切り替えとイオン種の切り替えは、適宜の順に行うとよい。例えば、1つのイオン種について全照射スポットへの照射を完了してから次のイオン種に切り替える、あるいは所定範囲の照射スポットについて全てのイオン種を照射してから次の所定範囲の照射スポットに切り替えるといったことができる。所定範囲の照射スポットは、1つの照射方向深さ位置における照射方向垂直面の全照射スポットとする、あるいは1つの照射スポットとするなど、適宜の範囲とすることができる。なお、イオン種を変更すると電流値変更パターンデータ66に従ってシンクロトロン5等に流す電流値を変化させる必要があるため、イオン種別に全照射スポットに照射していくことが望ましい。
記憶部72は、照射計画プログラムとしての計画プログラム73等の各種プログラムと各種データを記憶している。
CPU71は、計画プログラム73等のプログラムに従って記憶部72のデータを用いて動作する。この動作により、計画装置70は、照射パラメータデータ67を作成し、この照射パラメータデータ67を制御装置50に送信する。
入力部74は、キーボードとマウス等の入力装置で構成され、治療計画者等の入力操作を受け付ける。
表示部75は、ディスプレイ等の文字および画像を表示する表示装置で構成され、CT撮影画像やMRI画像やPET画像等の各種画像と各種領域(GTV,CTV,PTV)等を表示する。
本発明の強度変調混合イオン照射法は、“どのイオン種mを”、“どのスポットiに”、“何個wi,m”照射するか、をインバースプランニングにより決定していく。なお、スポットiは照射パラメータデータ67のスポット番号を示す。
評価指標fは、第1の例として、次の数1および数2に示す数式で算出することができる。
この第1の評価指標fを用いることで、1種類のイオン種のみを用いる従来例より腫瘍への線量集中性を高めることができる。
第2の例として、評価指標fは、次の数3に示す数式で算出することができる。
この第2の評価指標fを用いることで、腫瘍内に含まれる正常細胞とがん細胞の放射線感受性の違いなどに応じた効果的な治療を提供できる。
第3の例として、評価指標fは、次の数4に示す数式で算出することができる。
イオン種(核種)について加速可能な最大エネルギを超えた深さには、線量カーネルを作成できない。従って、最大深度データ68にイオン種別の最大深さを登録しておき、深さによって選択可能なイオン種を制限する。これにより、あるイオン種について加速可能な最大エネルギを超える深さには、そのイオン種よりも軽いイオン種を照射することとなる。例えば、酸素では16cm、炭素では22cm、ヘリウムでは66cmを照射できるシンクロトロンを備える施設では、そのスペックを治療計画に登録して制限することで、おのずと22cmを超える位置にはヘリウムが照射されることになる。
これにより、荷電粒子照射システム1を用いた重粒子線治療装置の低価格化および小型化などの効果が得られる。
まず、CPU71は、入力部74により、別途のCT撮影により得られたデータに基づく標的/重要臓器のデータの入力を受け付ける(ステップS1)。このデータ入力は、例えば表示部75に表示するCT撮影画像において、GTVとCTVの各領域を医師が囲うことで入力される。GTVは,画像や触診で確認できる肉眼的腫瘍体積であり、CTVは,GTVと顕微鏡的な進展範囲を含む臨床標的体積である。またこのとき、評価指標fが十分小さい値であるとして許容できる許容評価値Cの入力も許容する。
2…イオン源
2A…第1イオン源
2B…第2イオン源
2C…第3イオン源
4…線形加速器
5…シンクロトロン
67…照射パラメータデータ
68…最大深度データ
70…計画装置
71…CPU
72…記憶部
73…計画プログラム
図1は、荷電粒子照射システム1の構成を示す構成図である。荷電粒子照射システム1は、複数のイオン源2(2A,2B,2C)と、複数イオン源接続部3と、線形加速器4と、シンクロトロン5と、搬送系6と、固定照射部20と、回転ガントリ22と、これらを制御する制御装置50を備えている。そして、制御装置50には、治療計画データを送信する計画装置70が接続されている。
複数イオン源接続部3は、第1イオン源2A〜第3イオン源2Cを選択的に線形加速器4に接続する接続部である。複数イオン源接続部3は、制御装置50の制御により、線形加速器4へイオン種を供給するイオン源2を、第1イオン源2A〜第3イオン源2Cのいずれか1つに適宜切り替える。
シンクロトロン5は、加速器の一種であり、線形加速器4から入射した荷電粒子を電磁石によって周回軌道上でさらに加速して高エネルギにする加速器である。
射出部11は、シンクロトロン5と搬送系6の接続部分に設けられ、制御装置50の制御に従ってシンクロトロン5から荷電粒子を搬送系6へ射出する。
切替部12は、搬送系6上に設けられ、制御装置の制御に従って、搬送系6で搬送される荷電粒子をどの治療室9(9A,9B,9C)の照射装置25へ搬送するかを切り替える。
治療室9A,9Bに設けられた固定照射部20は、後端の照射装置25から荷電粒子を照射する。
加速器制御部62は、イオン源2から供給されるイオン種に応じ電流値変更パターンデータ66から適切な電流値変更パターンを読み出し、この電流値変更パターンに従って加速器5の電磁石に流す電流値を制御する。
停止位置制御部64は、照射装置25のエネルギ変更部を制御駆動し、荷電粒子の荷電粒子の進行方向(Z方向)の停止位置を制御する。
線量モニタ部65は、照射装置25の線量モニタによって計測された照射スポット別の照射線量を取得する。
この制御装置50による照射スポットの切り替えとイオン種の切り替えは、適宜の順に行うとよい。例えば、1つのイオン種について全照射スポットへの照射を完了してから次のイオン種に切り替える、あるいは所定範囲の照射スポットについて全てのイオン種を照射してから次の所定範囲の照射スポットに切り替えるといったことができる。所定範囲の照射スポットは、1つの照射方向深さ位置における照射方向垂直面の全照射スポットとする、あるいは1つの照射スポットとするなど、適宜の範囲とすることができる。なお、イオン種を変更すると電流値変更パターンデータ66に従ってシンクロトロン5等に流す電流値を変化させる必要があるため、イオン種別に全照射スポットに照射していくことが望ましい。
記憶部72は、照射計画プログラムとしての計画プログラム73等の各種プログラムと各種データを記憶している。
CPU71は、計画プログラム73等のプログラムに従って記憶部72のデータを用いて動作する。この動作により、計画装置70は、照射パラメータデータ67を作成し、この照射パラメータデータ67を制御装置50に送信する。
入力部74は、キーボードとマウス等の入力装置で構成され、治療計画者等の入力操作を受け付ける。
表示部75は、ディスプレイ等の文字および画像を表示する表示装置で構成され、CT撮影画像やMRI画像やPET画像等の各種画像と各種領域(GTV,CTV,PTV)等を表示する。
本発明の強度変調混合イオン照射法は、“どのイオン種mを”、“どのスポットiに”、“何個wi,m”照射するか、をインバースプランニングにより決定していく。なお、スポットiは照射パラメータデータ67のスポット番号を示す。
評価指標fは、第1の例として、次の数1および数2に示す数式で算出することができる。
この第1の評価指標fを用いることで、1種類のイオン種のみを用いる従来例より腫瘍への線量集中性を高めることができる。
第2の例として、評価指標fは、次の数3に示す数式で算出することができる。
この第2の評価指標fを用いることで、腫瘍内に含まれる正常細胞とがん細胞の放射線感受性の違いなどに応じた効果的な治療を提供できる。
第3の例として、評価指標fは、次の数4に示す数式で算出することができる。
イオン種(核種)について加速可能な最大エネルギを超えた深さには、線量カーネルを作成できない。従って、最大深度データ68にイオン種別の最大深さを登録しておき、深さによって選択可能なイオン種を制限する。これにより、あるイオン種について加速可能な最大エネルギを超える深さには、そのイオン種よりも軽いイオン種を照射することとなる。例えば、酸素では16cm、炭素では22cm、ヘリウムでは66cmを照射できるシンクロトロンを備える施設では、そのスペックを治療計画に登録して制限することで、おのずと22cmを超える位置にはヘリウムが照射されることになる。
これにより、荷電粒子照射システム1を用いた重粒子線治療装置の低価格化および小型化などの効果が得られる。
まず、CPU71は、入力部74により、別途のCT撮影により得られたデータに基づく標的/重要臓器のデータの入力を受け付ける(ステップS1)。このデータ入力は、例えば表示部75に表示するCT撮影画像において、GTVとCTVの各領域を医師が囲うことで入力される。GTVは,画像や触診で確認できる肉眼的腫瘍体積であり、CTVは,GTVと顕微鏡的な進展範囲を含む臨床標的体積である。またこのとき、評価指標fが十分小さい値であるとして許容できる許容評価値Cの入力も許容する。
2…イオン源
2A…第1イオン源
2B…第2イオン源
2C…第3イオン源
4…線形加速器
5…シンクロトロン
67…照射パラメータデータ
68…最大深度データ
70…計画装置
71…CPU
72…記憶部
73…計画プログラム
Claims (8)
- イオン源で生成した荷電粒子を加速器で加速して標的に照射する荷電粒子照射システムの照射パラメータを決定する照射計画装置であって、
1つの標的に対する前記照射パラメータを、複数種類のイオン種の前記荷電粒子を組み合わせて決定する、複合照射パラメータ決定手段を備えた
照射計画装置。 - 前記複合照射パラメータ決定手段は、
照射する前記イオン種の種類、または、照射する複数種類のイオン種の割合を、標的内の部位によって異ならせて前記照射パラメータを決定する
請求項1記載の照射計画装置。 - 少なくとも一部のイオン種について最大深度を設定した最大深度データを記憶する記憶手段を備え、
前記複合照射パラメータ決定手段は、前記最大深度より深い位置に照射するイオン種を、その最大深度が設定されたイオン種以外のイオン種とする
請求項1または2記載の照射計画装置。 - 前記複合照射パラメータ決定手段は、
好ましい前記照射パラメータを求める繰り返し演算を実行する構成であり、
前記照射パラメータの好ましさを評価する評価指標の計算式に、複数種類のイオン種の荷電粒子を照射した線量を前記標的内の照射スポット単位で計算する式を含む
請求項1、2、または3記載の照射計画装置。 - 前記混合照射パラメータ決定手段は、
前記標的に対する複数の照射スポットを3次元位置で定め、照射奥側の照射スポットに多く照射するイオン種を、照射手前側に照射するイオン種よりも軽いイオン種とするように決定する構成である
請求項1から4のいずれか1つに記載の照射計画装置。 - コンピュータを、イオン源で生成した荷電粒子を加速器で加速して標的に照射する荷電粒子照射システムの照射パラメータを決定する照射計画装置として機能させる照射計画プログラムであって、
前記コンピュータを、
1つの標的に対する前記照射パラメータを、複数種類のイオン種の前記荷電粒子を組み合わせて決定する、複合照射パラメータ決定手段として機能させる
照射計画プログラム。 - イオン源で生成した荷電粒子を加速器で加速して標的に照射する荷電粒子照射システムの照射パラメータを決定する照射計画決定方法であって、
1つの標的に対する前記照射パラメータを、複数種類のイオン種の前記荷電粒子を組み合わせて決定する
照射計画決定方法。 - 荷電粒子を生成するイオン源と、
前記イオン源で生成された前記荷電粒子を加速する加速器と、
前記加速器から取り出される荷電粒子を標的に照射する照射装置と、
これらの動作を制御する制御装置とを備えた荷電粒子照射システムであって、
前記イオン源は、前記荷電粒子として異なるイオン種を生成する複数種類のイオン源で構成され、
前記制御装置は、
前記加速器に設けられた電磁石に流す電流値を前記イオン種別に定めた電流パターン記憶部と、
1の前記標的に対して、使用する前記イオン源と前記電流パターン記憶部の電流値に基づいて前記加速器の前記電磁石に流す電流値を対応させて切り替え、複数種類のイオン種を切り替えて照射する複数イオン種照射制御部とを備えた
荷電粒子照射システム。
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