本発明は、粒子線等の放射線を腫瘍等の患部に照射して治療する放射線治療システムに関する。The present invention relates to a radiation therapy system that irradiates an affected area, such as a tumor, with radiation such as particle beams to provide treatment.
がんなどの患者に粒子線やＸ線などの放射線を照射する方法が知られている。粒子線には陽子線や炭素線などがある。照射に用いる放射線治療システムは、カウチと呼ばれる患者用ベッドの上に固定された患者の体内で腫瘍などの標的の形状に適した線量分布を形成する。One known method is to irradiate patients with cancer and other conditions with radiation such as particle beams and X-rays. Particle beams include proton beams and carbon ions. The radiation therapy system used for irradiation creates a dose distribution that is appropriate for the shape of the target, such as a tumor, inside the patient's body, who is fixed on a patient bed called a couch.
標的の形状の変化や、腸管のガスポケットの変化など、患者の体内の状況は日々変化している。照射精度の向上の為に、治療日の患者の体内状況に応じて治療計画を再作成するアダプティブ治療が普及し始めている。特に、治療日に、患者をカウチに固定した状態で治療計画を再計画する治療をオンラインアダプティブ治療と呼ぶ。The condition inside a patient's body changes daily, with changes in the shape of the target and gas pockets in the intestinal tract. To improve irradiation accuracy, adaptive treatment, which re-creates a treatment plan based on the patient's internal condition on the day of treatment, is becoming more common. In particular, treatment in which the treatment plan is re-planned on the day of treatment while the patient is fixed to the couch, is called online adaptive treatment.
治療日の患者の体内状況に応じてその場で治療計画を再作成するオンラインアダプティブ治療において、照射量を決定する手法が非特許文献１に開示されている。アダプティブ治療では、最初に計画した元治療計画と効果が等価になるように治療計画を再作成することが重要である。非特許文献１では、線量分布を治療日の画像に合わせて変形し、その線量分布を目標として再現するように照射量を決定する手法が開示されている。Non-Patent Document 1 discloses a method for determining the irradiation dose in online adaptive treatment, in which a treatment plan is re-created on the spot based on the patient's internal condition on the day of treatment. In adaptive treatment, it is important to re-create a treatment plan so that its effectiveness is equivalent to that of the original treatment plan that was originally created. Non-Patent Document 1 discloses a method for transforming the dose distribution to match the images on the day of treatment, and determining the irradiation dose so as to reproduce that dose distribution as a target.
非特許文献１の手法では、元の治療計画の線量分布を治療日の画像に合わせて変形し、変形された線量分布を実現するように照射パラメータを最適化することで、線量に基づく指標、例えば標的及び標的周辺の正常臓器への最大線量、最小線量を、元治療計画と同等になるように再計画することができる。The method described in Non-Patent Document 1 transforms the dose distribution of the original treatment plan to match the images on the day of treatment, and then optimizes the irradiation parameters to achieve the transformed dose distribution. This allows for replanning so that dose-based indicators, such as the maximum and minimum doses to the target and normal organs surrounding the target, are equivalent to those in the original treatment plan.
一方、変形により目標とする線量分布が決定されるため、変形結果によっては望ましい線量分布が得られない場合があることが明らかとなった。On the other hand, since the target dose distribution is determined by the deformation, it became clear that the desired dose distribution may not be obtained depending on the deformation results.
具体的には、位置ずれに対するロバスト性を確保する標的外近傍の高線量領域が狭い線量分布や、照射パラメータの最適化では実現が困難な急峻な線量勾配をもつ線量分布が得られる場合がある。望ましい目標線量分布が得られない場合、最適化の繰り返し回数が増え、再計画に要する時間が増大する可能性があり、患者への負担をより軽減するためにも更なる改良が望まれる。Specifically, this may result in a dose distribution with a narrow high-dose region near the target, ensuring robustness against positional misalignment, or a dose distribution with a steep dose gradient that is difficult to achieve by optimizing irradiation parameters. If the desired target dose distribution cannot be obtained, the number of optimization iterations may increase, potentially increasing the time required for re-planning. Further improvements are therefore desirable to further reduce the burden on patients.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、アダプティブ治療の再計画に要する時間を従来に比べて短くすることが可能な放射線治療システムを提供することにある。The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a radiation therapy system that can shorten the time required to re-plan adaptive therapy compared to conventional systems.
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、放射線を照射する放射線治療システムであって、治療計画時の画像と、前記治療計画時の画像より新しい別画像と、に基づき新たな画像を作成する第一の計算を実施し、前記治療計画時の画像と、線量分布と、前記治療計画時の画像より新しい別画像と、に基づき目標とする目標線量分布を作成する第二の計算を実施し、前記目標線量分布を目標として照射パラメータを最適化し、前記第一の計算と前記第二の計算とでは、計算条件、アルゴリズムが異なり、前記第一の計算、および前記第二の計算は、非剛体レジストレーションを含み、前記第二の計算は、前記治療計画時の画像及び前記別画像の標的の輪郭データと輪郭を拡大して作成した輪郭データを用いた非剛体レジストレーションを含むことを特徴とする。
The present invention includes multiple means for solving the above-mentioned problems, and one example is a radiation therapy system that irradiates radiation, which performs a first calculation to create a new image based on an image at the time of treatment planning and another image that is newer than the image at the time of treatment planning, performs a second calculation to create a target dose distribution based on the image at the time of treatment planning, a dose distribution, and another image that is newer than the image at the time of treatment planning, and optimizes irradiation parameters with the target dose distribution as a target, wherein the first calculationand the second calculation have different calculation conditions and algorithms, the first calculation and the second calculation include non-rigid registration, and the second calculation includes non-rigid registration using contour data of a target in the image at the time of treatment planning and the another image and contour data created by enlarging the contour .
本発明によれば、アダプティブ治療を従来に比べて短くすることができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。According to the present invention, adaptive therapy can be performed in a shorter time than conventional methods. Other issues, configurations, and advantages will become clearer in the following examples.
以下に本発明の放射線治療システムの実施例を、図面を用いて説明する。なお、以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。An embodiment of the radiation therapy system of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the following description and drawings are merely examples for explaining the present invention, and have been omitted or simplified as appropriate for clarity of explanation. The present invention can also be implemented in a variety of other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural.
なお、実施形態を説明する図において、同一の機能を有する箇所には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。In the figures explaining the embodiments, parts with the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanations will be omitted.
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。The position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc. in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range, etc. disclosed in the drawings.
同一あるいは同様な機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。When there are multiple components with the same or similar functions, they may be described using the same reference numeral with different subscripts. However, when there is no need to distinguish between these multiple components, the subscripts may be omitted.
＜実施例１＞
本発明の放射線治療システムの実施例１について図１乃至図１３を用いて説明する。 Example 1
A first embodiment of a radiotherapy system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 13. FIG.
最初に、放射線治療システムの全体構成について図１を用いて説明する。図１は、実施例１に係る放射線治療システムの全体構成図である。First, the overall configuration of the radiation therapy system will be described using Figure 1. Figure 1 is a diagram showing the overall configuration of the radiation therapy system according to Example 1.
実施例１に係る放射線治療システム１は、図１に示すように、ワークフローマネージャ１０、患者位置決めシステム１１、再計画システム１２、患者ＱＡ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ａｓｓｕｒａｎｃｅ）システム１３、撮像装置２０、撮像制御装置２１、照射装置３０、照射制御装置３１、回転ガントリー４０、ガントリー制御装置４１、カウチ５０、カウチ制御装置５１を備える。As shown in FIG. 1, the radiation therapy system 1 according to Example 1 includes a workflow manager 10, a patient positioning system 11, a replanning system 12, a patient QA (Quality Assurance) system 13, an imaging device 20, an imaging control device 21, an irradiation device 30, an irradiation control device 31, a rotating gantry 40, a gantry control device 41, a couch 50, and a couch control device 51.
患者６０を載せるベッドをカウチ５０と呼ぶ。カウチ５０はカウチ制御装置５１からの指示に基づき、直交する３軸の方向へ移動することができ、さらにそれぞれの軸を中心として回転することができる。これらの移動と回転により、標的６１の位置を所望の位置に移動することができる。The bed on which the patient 60 rests is called the couch 50. Based on instructions from the couch control device 51, the couch 50 can move in the directions of three orthogonal axes and can also rotate around each axis. These movements and rotations allow the position of the target 61 to be moved to the desired location.
撮像装置２０は撮像制御装置２１の指示に基づき、カウチ５０に固定された患者６０および標的６１の３次元画像を計測する。３次元画像とは、ＣＴ画像やコーンビームＣＴ画像、ＭＲＩ画像であり、以下では治療日画像と記す。Based on instructions from the imaging control device 21, the imaging device 20 measures three-dimensional images of the patient 60 fixed to the couch 50 and the target 61. These three-dimensional images are CT images, cone-beam CT images, or MRI images, and will be referred to below as treatment day images.
照射装置３０は照射制御装置３１の指示に基づき治療に用いる放射線を生成する。具体的には、放射線のエネルギー、照射位置および照射量を制御することで、標的６１に対して所望の線量分布を形成する。照射装置３０の一部は回転ガントリー４０に設置されており、回転ガントリー４０と共に回転することができる。回転ガントリー４０は、ガントリー制御装置４１の指示に基づき所望の角度に移動させられる。回転ガントリー４０の角度を変更することで、所望の角度から放射線を照射することができる。The irradiation device 30 generates radiation used for treatment based on instructions from the irradiation control device 31. Specifically, the desired dose distribution is formed on the target 61 by controlling the radiation energy, irradiation position, and irradiation amount. A portion of the irradiation device 30 is installed on the rotating gantry 40 and can rotate together with the rotating gantry 40. The rotating gantry 40 can be moved to a desired angle based on instructions from the gantry control device 41. By changing the angle of the rotating gantry 40, radiation can be irradiated from a desired angle.
患者位置決めシステム１１は、治療計画時のＣＴ画像（以下、治療計画画像）と撮像装置２０で取得された治療日画像とに基づき、照射装置３０に対する患者６０の位置補正量を計算する。オペレータ７０は計算結果を確認し、位置補正量を決定する。決定された位置補正量に基づき、カウチ５０の設置位置を計算し、カウチ制御装置５１に設定する。The patient positioning system 11 calculates the amount of position correction for the patient 60 relative to the irradiation device 30 based on the CT image taken at the time of treatment planning (hereinafter referred to as the treatment plan image) and the treatment day image acquired by the imaging device 20. The operator 70 checks the calculation results and determines the amount of position correction. Based on the determined amount of position correction, the installation position of the couch 50 is calculated and set in the couch control device 51.
再計画システム１２は、治療計画画像と治療日画像とに基づき、再計画に用いる合成ＣＴ画像を生成する。更に、合成ＣＴ画像上で標的および正常組織の領域を特定し、それらの輪郭データを作成する。また、合成ＣＴ画像と輪郭データに基づき、放射線の照射パラメータを最適化して当日プランを作成する。更に、当日プランの線量分布を求め、ワークフローマネージャ１０の表示装置１０２に表示する。オペレータ７０は表示装置１０２に表示された画面を確認することで当日プランをその日の治療に用いるか否かを判断する。The re-planning system 12 generates a composite CT image to be used for re-planning based on the treatment plan image and the treatment day image. It then identifies the target and normal tissue regions on the composite CT image and creates their contour data. It also optimizes radiation irradiation parameters based on the composite CT image and contour data to create a day's plan. It then calculates the dose distribution for the day's plan and displays it on the display device 102 of the workflow manager 10. The operator 70 checks the screen displayed on the display device 102 to determine whether or not to use the day's plan for that day's treatment.
患者ＱＡシステム１３は、当日プランを検証し、オペレータは検証結果を確認して承認する。The patient QA system 13 verifies the plan for the day, and the operator checks and approves the verification results.
ワークフローマネージャ１０は、撮像制御装置２１、照射制御装置３１、ガントリー制御装置４１、カウチ制御装置５１、患者位置決めシステム１１、再計画システム１２および患者ＱＡシステム１３に接続され、治療のワークフローの進行状況を監視および管理する。The workflow manager 10 is connected to the imaging control device 21, irradiation control device 31, gantry control device 41, couch control device 51, patient positioning system 11, replanning system 12 and patient QA system 13, and monitors and manages the progress of the treatment workflow.
ワークフローマネージャ１０は、各種パラメータ等を入力するための入力装置１０１、表示装置１０２、メモリ（記憶媒体）１０３、データベース（記憶媒体）１０４、ワークフローの進行状況監視、管理を実施する演算処理装置１０５（演算素子である制御装置）、通信装置１０６を有する。The workflow manager 10 has an input device 101 for inputting various parameters, a display device 102, a memory (storage medium) 103, a database (storage medium) 104, a processing unit 105 (a control device that is a computing element) that monitors and manages the progress of the workflow, and a communication device 106.
ワークフローマネージャ１０は、各種情報処理が可能な装置、一例としてコンピュータ等の情報処理装置から構成される。The workflow manager 10 is composed of a device capable of various information processing, such as an information processing device such as a computer.
演算素子は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等である。記憶媒体は、例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの磁気記憶媒体、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などの半導体記憶媒体等を有する。また、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等の光ディスク及び光ディスクドライブの組み合わせも記憶媒体として用いられる。その他、磁気テープメディアなどの公知の記憶媒体も記憶媒体として用いられる。Examples of computing elements include a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphic Processing Unit), and an FPGA (Field-Programmable Gate Array). Storage media include, for example, magnetic storage media such as HDDs (Hard Disk Drives), and semiconductor storage media such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and SSDs (Solid State Drives). Combinations of optical disks, such as DVDs (Digital Versatile Disks), and optical disk drives are also used as storage media. Other well-known storage media, such as magnetic tape media, are also used as storage media.
記憶媒体には、ファームウェアなどのプログラムが格納されている。ワークフローマネージャ１０の動作開始時（例えば電源投入時）にファームウェア等のプログラムをこの記憶媒体から読み出して実行し、ワークフローマネージャ１０の全体制御を行う。また、記憶媒体には、プログラム以外にも、ワークフローマネージャ１０の各処理に必要なデータ等が格納されている。The storage medium stores programs such as firmware. When the workflow manager 10 starts operating (for example, when the power is turned on), the programs such as firmware are read from this storage medium and executed, thereby controlling the entire workflow manager 10. In addition to programs, the storage medium also stores data necessary for each process of the workflow manager 10.
あるいは、ワークフローマネージャ１０を構成する構成要素の一部がＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して相互に接続されていてもよいし、インターネット等のＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して相互に接続されていてもよい。Alternatively, some of the components that make up the workflow manager 10 may be interconnected via a LAN (Local Area Network), or via a WAN (Wide Area Network) such as the Internet.
また、図示は省略するが、患者位置決めシステム１１等、放射線治療システム１を構成する各種装置、システムもコンピュータ等の情報処理装置から構成される。Although not shown, the various devices and systems that make up the radiation therapy system 1, such as the patient positioning system 11, are also composed of information processing devices such as computers.
図２は、実施例に係る再計画システム１２で使用されるソフトウェアの概略図である。再計画システム１２は、図２に示すように、輪郭作成モジュール１２１、計画用画像作成モジュール１２２、目標線量分布作成モジュール１２３、照射パラメータ最適化モジュール１２４を有する。Figure 2 is a schematic diagram of the software used in the re-planning system 12 according to the embodiment. As shown in Figure 2, the re-planning system 12 includes a contour creation module 121, a planning image creation module 122, a target dose distribution creation module 123, and an irradiation parameter optimization module 124.
図３は再計画時のフローチャートである。再計画システム１２は再計画が実行される前に、予め作成された治療計画データおよび治療日画像をワークフローマネージャ１０のデータベース１０４から入力され保持している。ここで、治療計画データとは、治療計画画像、治療計画時の輪郭データ、照射パラメータ、治療計画の線量分布データを含む。Figure 3 is a flowchart for replanning. Before replanning is executed, the replanning system 12 stores pre-created treatment plan data and treatment date images input from the workflow manager 10 database 104. Here, treatment plan data includes treatment plan images, contour data at the time of treatment planning, irradiation parameters, and dose distribution data for the treatment plan.
まず、図３に示すように、輪郭作成モジュール１２１により、治療計画時の治療計画画像より新しい治療日画像に基づき、標的および正常組織の領域を特定し、それらの輪郭データを作成する（ステップＳ１０１）。また、治療計画画像および治療日画像について、目標線量分布作成用の輪郭データを作成する（ステップＳ１０１）。First, as shown in FIG. 3, the contour creation module 121 identifies the target and normal tissue regions based on a treatment date image that is more recent than the treatment planning image used at the time of treatment planning, and creates contour data for those regions (step S101). Furthermore, contour data for creating the target dose distribution is created for the treatment planning image and the treatment date image (step S101).
次いで、計画用画像作成モジュール１２２により、治療計画画像と治療日画像に基づき、再計画に用いる合成ＣＴ画像を生成する（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２の処理が、治療計画画像と、治療日画像と、に基づき新たな画像を作成する第一の計算に相当する。Next, the planning image creation module 122 generates a composite CT image to be used for re-planning based on the treatment plan image and the treatment day image (step S102). The processing in step S102 corresponds to the first calculation for creating a new image based on the treatment plan image and the treatment day image.
ステップＳ１０２では、具体的には、非剛体レジストレーション（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｉｍａｇｅ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ；以下、ＤＩＲと示す）によって、治療日画像に基づき、治療計画画像を変形することで合成ＣＴ画像を生成する。その際、ステップＳ１０１で作成した輪郭データを用いても良い。ここで、非剛体レジストレーションとは、被変形画像の各画素の位置をそれに対応する目標画像の画素位置に移動させるベクトルを生成し、被変形画像を目標画像に一致するように変形させることを示す。Specifically, in step S102, a composite CT image is generated by deforming the treatment plan image based on the treatment day image using non-rigid image registration (DIR). The contour data created in step S101 may also be used. Here, non-rigid registration refers to generating vectors that move the position of each pixel in the deformed image to the corresponding pixel position in the target image, and deforming the deformed image to match the target image.
次いで、目標線量分布作成モジュール１２３により、標的および目標線量分布作成用の輪郭データと治療計画の線量分布データとに基づき、治療日の目標線量分布を作成する（ステップＳ１０３）。このステップＳ１０３の処理が、治療計画時の画像と、線量分布と、治療計画画像より新しい別画像と、に基づき目標とする目標線量分布を作成する第二の計算に相当する。Next, the target dose distribution creation module 123 creates the target dose distribution for the treatment day based on the contour data for creating the target and target dose distribution and the dose distribution data in the treatment plan (step S103). The processing in step S103 corresponds to a second calculation that creates the target dose distribution based on the image at the time of treatment planning, the dose distribution, and another image that is newer than the treatment planning image.
ステップＳ１０３では、具体的には、目標線量分布作成用の輪郭データに基づき、ＤＩＲによって、治療計画画像を治療日画像に対して変形し、変形量であるＤＶＦ（Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ）を計算する。更に、このＤＶＦに基づき治療計画の線量分布を変形することで目標線量分布を算出する。ここで、このステップＳ１０３における目標線量分布を算出するための変形計算は、ステップＳ１０２の変形計算とは異なる計算条件やアルゴリズムを用いる。Specifically, in step S103, the treatment plan image is deformed relative to the treatment day image using DIR based on the contour data for creating the target dose distribution, and the deformation amount, DVF (Deformation Vector Field), is calculated. Furthermore, the target dose distribution is calculated by deforming the dose distribution of the treatment plan based on this DVF. Here, the deformation calculation for calculating the target dose distribution in step S103 uses calculation conditions and algorithms that differ from those used in the deformation calculation in step S102.
次いで、照射パラメータ最適化モジュール１２４により、ステップＳ１０２において生成した合成ＣＴ画像、およびステップＳ１０３において生成した輪郭データに基づき、目標線量分布を実現する照射パラメータを最適化計算により求める（ステップＳ１０４）。更に、最適化計算によって得られた照射パラメータによって照射した場合の目標線量分布を計算して、ワークフローマネージャ１０の表示装置１０２に画面として表示する（ステップＳ１０４）。Next, the irradiation parameter optimization module 124 performs optimization calculations to determine irradiation parameters that will achieve the target dose distribution based on the composite CT image generated in step S102 and the contour data generated in step S103 (step S104). Furthermore, the target dose distribution when irradiation is performed using the irradiation parameters obtained by the optimization calculations is calculated and displayed on the display device 102 of the workflow manager 10 (step S104).
その後、オペレータ７０は、ワークフローマネージャ１０の表示装置１０２に表示された目標線量分布を確認して、その日の治療に適用可能かどうかを判断する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において適用不可と判断された場合は最適化の条件を変更したのち、再度ステップＳ１０４が実行される。適用可と判断された場合は再計画は完了し、当日プランは患者ＱＡにより検証される。The operator 70 then checks the target dose distribution displayed on the display device 102 of the workflow manager 10 and determines whether it is applicable to the treatment on that day (step S105). If it is determined in step S105 that it is not applicable, the optimization conditions are changed and step S104 is executed again. If it is determined that it is applicable, replanning is completed and the plan for that day is verified by patient QA.
図４はステップＳ１０１からステップＳ１０４までのデータフローを示す図である。目標線量分布の作成と合成ＣＴ画像の作成を異なる変形計算で実施する（第一の計算および第二の計算）点が本実施例の特徴である。比較のために、一般的な放射線治療システムによる再計画時のデータフローを図５に示す。Figure 4 shows the data flow from step S101 to step S104. A feature of this embodiment is that the target dose distribution and the composite CT image are created using different deformation calculations (first calculation and second calculation). For comparison, Figure 5 shows the data flow during re-planning using a typical radiation therapy system.
次に、図６から図１０を用いて、目標線量分布作成用の輪郭データの作成方法と目標線量分布の作成方法を説明する。Next, using Figures 6 to 10, we will explain how to create contour data for creating a target dose distribution and how to create a target dose distribution.
図６は治療計画画像の体軸方向の断面画像の例を示す。体輪郭６２の中に標的６１Ａが表示されている。Figure 6 shows an example of a cross-sectional image in the body axis direction of a treatment planning image. The target 61A is displayed within the body contour 62.
図７は、治療計画の線量分布の例を示す。標的６１Ａの外側にある幅を持って高線量領域６３が形成され、その周りに低線量領域６４が形成される。標的６１Ａの外側まで高線量領域６３が広がることで、治療中の標的６１Ａの位置変化が起きた場合であっても標的６１Ａに付与される線量の低下を防ぐことが可能になる。Figure 7 shows an example of the dose distribution of a treatment plan. A high-dose region 63 is formed with a certain width outside the target 61A, and a low-dose region 64 is formed around it. By extending the high-dose region 63 to the outside of the target 61A, it is possible to prevent a decrease in the dose delivered to the target 61A even if the position of the target 61A changes during treatment.
図８は治療計画画像の体軸方向の断面画像の例を示す。目標線量分布作成用の輪郭データとして標的６１Ａを拡大した拡大輪郭６５Ａが表示されている。あらかじめ設定された拡大量に従って標的６１Ａを三次元的かつ等方的に拡大することで拡大輪郭６５Ａは作成される。また、図８に示す通り、拡大輪郭６５Ａは拡大量を変化させて複数作成することもできる。Figure 8 shows an example of a cross-sectional image in the body axis direction of a treatment planning image. An enlarged contour 65A, which is an enlarged version of the target 61A, is displayed as contour data for creating the target dose distribution. The enlarged contour 65A is created by enlarging the target 61A three-dimensionally and isotropically according to a preset enlargement amount. As shown in Figure 8, multiple enlarged contours 65A can also be created by changing the enlargement amount.
図９は治療日画像の体軸方向の断面画像の例を示す。体輪郭６２の中に標的６１Ｂが表示されている。図９は、治療計画時の標的６１Ａと比較して治療日の標的６１Ｂは縮小して、かつ一部に凹みが生じた状況を模している。Figure 9 shows an example of a cross-sectional image in the body axis direction of the image on the day of treatment. A target 61B is displayed within a body contour 62. Figure 9 simulates a situation in which the target 61B on the day of treatment has shrunk compared to the target 61A at the time of treatment planning, and a partial depression has occurred.
図１０は治療日画像の体軸方向の断面画像の例を示す。目標線量分布作成用の輪郭データとして標的６１Ｂを拡大した輪郭６５Ｂが表示されている。あらかじめ設定された拡大量に従って標的６１Ｂを三次元的かつ等方的に拡大することで輪郭６５Ｂは作成される。また、図１０に示す通り、輪郭６５Ｂは拡大量を変化させて複数作成することもできる。作成する輪郭６５Ｂの数およびその拡大量は拡大輪郭６５Ａの作成と同等とする。Figure 10 shows an example of a cross-sectional image in the body axis direction of the treatment day image. Contour 65B, which is an enlarged version of target 61B, is displayed as contour data for creating the target dose distribution. Contour 65B is created by three-dimensionally and isotropically enlarging target 61B according to a preset enlargement amount. Also, as shown in Figure 10, multiple contours 65B can be created by changing the enlargement amount. The number of contours 65B created and the enlargement amount are the same as those used to create enlarged contour 65A.
ステップＳ１０３での目標線量分布作成の際は、標的および目標線量分布作成用の輪郭データに基づき、ＤＩＲによって、治療計画画像を治療日画像に対して変形し、変形量であるＤＶＦを計算する。具体的には、標的６１Ａが標的６１Ｂに、拡大輪郭６５Ａ１が拡大輪郭６５Ｂ１に、拡大輪郭６５Ａ２が拡大輪郭６５Ｂ２にそれぞれ一致するように拡大変形することでＤＶＦを計算する。このＤＶＦに基づき治療計画の線量分布を変形することで治療日の目標線量分布を算出する。When creating the target dose distribution in step S103, the treatment plan image is transformed relative to the treatment day image using DIR based on the target and contour data used to create the target dose distribution, and the DVF, which is the amount of transformation, is calculated. Specifically, the DVF is calculated by enlarging and transforming the image so that target 61A matches target 61B, expanded contour 65A1 matches expanded contour 65B1, and expanded contour 65A2 matches expanded contour 65B2. The dose distribution in the treatment plan is transformed based on this DVF to calculate the target dose distribution for the treatment day.
図１１はワークフローマネージャ１０の設定画面の一例を示す。オペレータ７０はワークフローマネージャ１０を操作し、作成する拡大輪郭の数および拡大する間隔を指定する。Figure 11 shows an example of the settings screen for the workflow manager 10. The operator 70 operates the workflow manager 10 to specify the number of enlarged contours to be created and the enlargement interval.
次に、本実施例の効果について説明する。Next, we will explain the effects of this embodiment.
比較のために、まず、従来の目標線量分布作成方法を説明する。従来の方法では、治療計画画像および治療日画像、標的及び正常組織の輪郭データに基づき変形することでＤＶＦを計算し、そのＤＶＦにより治療計画の線量分布を変形していた（図５参照）。For comparison, we will first explain the conventional method for creating a target dose distribution. In the conventional method, the DVF is calculated by performing deformations based on the treatment plan image, treatment day image, and contour data of the target and normal tissue, and the dose distribution of the treatment plan is then modified using that DVF (see Figure 5).
図１２は従来の方法で目標線量分布を作成した結果の一例を示す。治療計画時の標的６１Ａと比較して治療日の標的６１Ｂは縮小して、かつ一部に凹みが生じた場合、それに応じて目標線量分布の高線量領域６３が標的６１Ｂに近接する可能性がある。この場合、標的６１Ｂの外側の高線量領域６３が狭くなり、位置ずれや合成ＣＴ画像の誤差に対するロバスト性が低下する可能性がある。更に、凹みのある高線量領域６３や、急峻な線量勾配を持つ線量分布といった照射パラメータの最適化では実現が困難な目標線量分布が得られる可能性がある。この場合、最適化の際に、実現困難な線量分布の影響により、最適化の繰り返し回数が増え、再計画に要する時間が増大する可能性がある。Figure 12 shows an example of the results of creating a target dose distribution using a conventional method. If the target 61B on the day of treatment is smaller than the target 61A at the time of treatment planning and is partially concave, the high-dose region 63 of the target dose distribution may accordingly be closer to the target 61B. In this case, the high-dose region 63 outside the target 61B may become narrower, potentially reducing robustness to misalignment and errors in the composite CT image. Furthermore, it may be possible to obtain a target dose distribution that is difficult to achieve by optimizing irradiation parameters, such as a concave high-dose region 63 or a dose distribution with a steep dose gradient. In this case, the difficult-to-achieve dose distribution may increase the number of optimization iterations during optimization, potentially increasing the time required for re-planning.
図１３は本実施例の方法で目標線量分布を作成した結果の一例を示す。本実施例による目標線量分布の作成では、拡大輪郭６５に基づき変形することでＤＶＦを計算し、そのＤＶＦにより治療計画の線量分布を変形して治療日の目標線量分布を求める。そのため、標的６１の外側の高線量領域６３の広がり方を維持した線量分布に変形されることにより、標的６１Ｂに対する高線量領域６３の近接、線量分布の凹み、急峻な線量勾配は軽減される。結果として、実現容易な目標線量分布が得られることで、最適化時間が増大する可能性が低下し、アダプティブ治療の際の再計画に必要な時間を従来に比べて短時間にすることができる。Figure 13 shows an example of the results of creating a target dose distribution using the method of this embodiment. When creating a target dose distribution using this embodiment, the DVF is calculated by deformation based on the expanded contour 65, and the dose distribution in the treatment plan is then deformed using this DVF to obtain the target dose distribution on the treatment day. Therefore, by deforming the dose distribution while maintaining the spread of the high-dose region 63 outside the target 61, the proximity of the high-dose region 63 to the target 61B, depressions in the dose distribution, and steep dose gradients are alleviated. As a result, a target dose distribution that is easy to achieve is obtained, reducing the likelihood of increased optimization time and shortening the time required for re-planning during adaptive treatment compared to conventional methods.
＜実施例２＞
本発明の実施例２の放射線治療システムについて説明する。 Example 2
Second Embodiment A radiotherapy system according to a second embodiment of the present invention will be described.
本実施例の放射線治療システムと実施例１の放射線治療システム１との違いは、拡大輪郭６５の作成方法である。本実施例では以下に示す（１）、および（２）の２手順によって拡大輪郭６５を作成する。The difference between the radiation therapy system of this embodiment and the radiation therapy system 1 of embodiment 1 is the method for creating the enlarged contour 65. In this embodiment, the enlarged contour 65 is created using the following two procedures (1) and (2).
（１）放射線の各照射方向から見た深さ方向については水等価通過長で輪郭を拡大する。これに対し、放射線の各照射方向に対して横方向から見た方向については、実距離で拡大する。これにより、照射方向毎の部分拡大輪郭を作成する。(1) The contour is enlarged in the depth direction as viewed from each radiation irradiation direction using the water equivalent path length. In contrast, the contour is enlarged in the direction lateral to each radiation irradiation direction using the actual distance. This creates a partially enlarged contour for each radiation irradiation direction.
（２）照射方向毎の部分拡大輪郭の論理和により拡大輪郭を作成する。(2) Create an enlarged contour by logically summing the partial enlarged contours for each illumination direction.
その他の構成・動作は前述した実施例１の放射線治療システムと略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。The rest of the configuration and operation are substantially the same as those of the radiation therapy system of Example 1 described above, and details are omitted here.
次に、本実施例の効果について説明する。Next, we will explain the effects of this embodiment.
肺などの粒子線治療において、標的６１の外側に密度が小さい部分がある場合、治療計画による標的外近傍の高線量領域６３は標的６１に対して等間隔とはならないことが知られている。具体的には、照射方向から見た水等価通過長に応じて高線量領域６３の範囲は変化する。In particle beam therapy for the lungs and other areas, if there are areas with low density outside the target 61, it is known that the high-dose region 63 near the outside of the target according to the treatment plan will not be equidistant from the target 61. Specifically, the range of the high-dose region 63 changes depending on the water-equivalent path length as viewed from the irradiation direction.
本実施例では、照射方向から見た水等価通過長に基づき拡大輪郭６５を作成する。そのため、拡大輪郭６５Ａの形状を治療計画の高線量領域６３の形状に近づけることが容易となる。これにより、標的６１の外側の高線量領域６３の広がり方を維持した目標線量分布の作成が容易になり、結果として、実現容易な目標線量分布が得られ、最適化時間が増大する可能性をより低下させることができる。In this embodiment, the expanded contour 65 is created based on the water equivalent path length as viewed from the irradiation direction. This makes it easy to approximate the shape of the expanded contour 65A to the shape of the high-dose region 63 in the treatment plan. This makes it easy to create a target dose distribution that maintains the spread of the high-dose region 63 outside the target 61. As a result, a target dose distribution that is easy to achieve can be obtained, further reducing the possibility of an increase in optimization time.
＜実施例３＞
本発明の実施例３の放射線治療システムについて説明する。 Example 3
A radiotherapy system according to a third embodiment of the present invention will be described.
本実施例の放射線治療システムと他の実施例の放射線治療システムとの違いは、拡大輪郭６５の作成方法である。本実施例の放射線治療システムでは、実施例１または実施例２の放射線治療システムにおいて、作成された拡大輪郭６５に対してフィルタ処理を実施して拡大輪郭６５を修正する。The difference between the radiation therapy system of this embodiment and the radiation therapy systems of the other embodiments is the method of creating the enlarged contour 65. In the radiation therapy system of this embodiment, filter processing is performed on the enlarged contour 65 created in the radiation therapy system of embodiment 1 or embodiment 2 to correct the enlarged contour 65.
具体的には、拡大輪郭６５の内と外を二値で置き換えた三次元画像に対して、ガウスフィルタなどの画像フィルタを適用する。得られた三次元画像に対して、あらかじめ設定した画素値以上のボクセルを拡大輪郭６５の内部領域と考えて拡大輪郭６５を作成する。Specifically, an image filter such as a Gaussian filter is applied to a three-dimensional image in which the inside and outside of the enlarged contour 65 have been replaced with binary values. For the resulting three-dimensional image, voxels with a pixel value equal to or greater than a predetermined value are considered to be within the interior region of the enlarged contour 65, and the enlarged contour 65 is created.
次に、本実施例の効果について説明する。本実施例では、画像フィルタを適用して拡大輪郭６５を作成する。そのため、拡大輪郭６５の凹みが軽減される。結果として、実現容易な目標線量分布が得られることで、最適化時間が増大する可能性をより低下させることができる。Next, the effects of this embodiment will be described. In this embodiment, an image filter is applied to create the enlarged contour 65. This reduces the concavity of the enlarged contour 65. As a result, a target dose distribution that is easy to achieve can be obtained, further reducing the possibility of an increase in optimization time.
＜実施例４＞
本発明の実施例４の放射線治療システムについて説明する。 Example 4
A radiotherapy system according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
本実施例の放射線治療システムと他の実施例の放射線治療システムとの違いは、目標線量分布の作成方法である。本実施例の放射線治療システムでは、本実施例では実施例１乃至３の放射線治療システムにおいて、作成された目標線量分布に対してガウスフィルタなどの画像フィルタを適用して目標線量分布を修正して、修正された目標線量分布を用いる。The difference between the radiation therapy system of this embodiment and the radiation therapy systems of the other embodiments is the method of creating the target dose distribution. In the radiation therapy system of this embodiment, an image filter such as a Gaussian filter is applied to the created target dose distribution in the radiation therapy systems of Examples 1 to 3 to modify the target dose distribution, and the modified target dose distribution is used.
次に、本実施例の効果について説明する。本実施例では、画像フィルタを適用して目標線量分布を作成する。そのため、目標線量分布の凹みや急峻な線量勾配が軽減される。結果として、実現容易な目標線量分布が得られることで、最適化時間が増大する可能性がより低下する。Next, the effects of this embodiment will be explained. In this embodiment, an image filter is applied to create a target dose distribution. This reduces depressions and steep dose gradients in the target dose distribution. As a result, a target dose distribution that is easy to achieve is obtained, further reducing the possibility of an increase in optimization time.
＜実施例５＞
本発明の実施例５の放射線治療システムについて説明する。 Example 5
A radiotherapy system according to a fifth embodiment of the present invention will be described.
本実施例の放射線治療システムと他の実施例の放射線治療システムとの違いは、目標線量分布の作成方法である。本実施例の放射線治療システムでは、目標線量分布を作成する変形の際に、拡大輪郭６５を用いず、変形計算の目的関数に目標線量分布の凹みや急峻な線量勾配を軽減するペナルティ項を追加する。具体的には、変形後の線量勾配に対するペナルティ項および、照射方向から見た深さ方向の線量分布の凹みに対するペナルティ項を追加する。The difference between the radiation therapy system of this embodiment and the radiation therapy systems of other embodiments is the method for creating the target dose distribution. In the radiation therapy system of this embodiment, when deformation is performed to create the target dose distribution, the expanded contour 65 is not used, and a penalty term is added to the objective function of the deformation calculation to reduce depressions in the target dose distribution and steep dose gradients. Specifically, a penalty term is added for the dose gradient after deformation, and a penalty term is added for depressions in the dose distribution in the depth direction as viewed from the irradiation direction.
次に、本実施例の効果について説明する。本実施例では、目的関数に目標線量分布の凹みや急峻な線量勾配を軽減するペナルティ項を追加した変形計算により目標線量分布を作成する。そのため、目標線量分布の凹みや急峻な線量勾配が軽減される。結果として、実現容易な目標線量分布が得られることで、最適化時間が増大する可能性がより低下する。Next, the effects of this embodiment will be explained. In this embodiment, the target dose distribution is created by a deformation calculation that adds a penalty term to the objective function to reduce depressions and steep dose gradients in the target dose distribution. This reduces depressions and steep dose gradients in the target dose distribution. As a result, a target dose distribution that is easy to achieve can be obtained, further reducing the possibility of an increase in optimization time.
＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 <Others>
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. The above-described embodiment has been described in detail to clearly explain the present invention, and the present invention is not necessarily limited to an embodiment having all of the described configurations.
上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。The above-mentioned configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized in part or in whole in hardware, for example by designing them as integrated circuits. The above-mentioned configurations, functions, etc. may also be realized in software by a processor interpreting and executing programs that realize the respective functions. Information such as programs, tables, and files that realize the respective functions can be stored in memory, storage devices such as hard disks and SSDs, or storage media such as IC cards, SD cards, and DVDs.
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。Furthermore, the control and information lines shown are those deemed necessary for explanation, and do not necessarily represent all control and information lines on the product. In reality, it is safe to assume that almost all components are interconnected.
１：放射線治療システム
１０：ワークフローマネージャ
１１：患者位置決めシステム
１２：再計画システム
１３：患者ＱＡシステム
２０：撮像装置
２１：撮像制御装置
３０：照射装置
３１：照射制御装置
４０：回転ガントリー
４１：ガントリー制御装置
５０：カウチ
５１：カウチ制御装置
６０：患者
６１：標的
６１Ａ：治療計画画像上の標的
６１Ｂ：治療日画像上の標的
６２：体輪郭
６３：高線量領域
６４：低線量領域
６５Ａ，６５Ａ１，６５Ａ２：治療計画画像上の標的を拡大した輪郭
６５Ｂ，６５Ｂ１，６５Ｂ２：治療日画像上の標的を拡大した輪郭
７０：オペレータ
１０１：入力装置
１０２：表示装置
１０３：メモリ（記憶媒体）
１０４：データベース（記憶媒体）
１０５：演算処理装置
１０６：通信装置
１２１：輪郭作成モジュール
１２２：計画用画像作成モジュール
１２３：目標線量分布作成モジュール
１２４：照射パラメータ最適化モジュール1: Radiation therapy system 10: Workflow manager 11: Patient positioning system 12: Replanning system 13: Patient QA system 20: Imaging device 21: Imaging control device 30: Irradiation device 31: Irradiation control device 40: Rotating gantry 41: Gantry control device 50: Couch 51: Couch control device 60: Patient 61: Target 61A: Target on treatment plan image 61B: Target on treatment day image 62: Body contour 63: High dose region 64: Low dose region 65A, 65A1, 65A2: Enlarged contour of target on treatment plan image 65B, 65B1, 65B2: Enlarged contour of target on treatment day image 70: Operator 101: Input device 102: Display device 103: Memory (storage medium)
104: Database (storage medium)
105: Processing unit 106: Communication unit 121: Contour creation module 122: Planning image creation module 123: Target dose distribution creation module 124: Irradiation parameter optimization module
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