本發(fā)明涉及一種放射線治療模擬裝置。

背景技術(shù)：

在進(jìn)行放射線治療時(shí)，在治療中需要預(yù)先計(jì)劃能夠抑制對(duì)腫瘤周邊的正常組織的照射劑量，且增加對(duì)腫瘤的照射劑量的最佳照射條件。于是，近年來，進(jìn)行有使用蒙特卡洛方法的模擬，所述蒙特卡洛方法能夠?qū)αＷ拥倪\(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確地進(jìn)行模型化。在以往的放射線治療的基于蒙特卡洛方法的劑量分布的計(jì)算中，根據(jù)患者的CT(Computed Tomography)、MRI(Magnetic Resonance Imaging)、或PET(Positron Emission Tomography)等醫(yī)療用圖像數(shù)據(jù)來制作人體的3維模型，并將其變換為計(jì)算模型而算出劑量分布。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2012-88771號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術(shù)課題

由于體內(nèi)存在密度大不相同的部位(體組織)，因此入射到人體的粒子顯示出復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。在使用蒙特卡洛方法的模擬中，由于計(jì)算每一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)，因此能夠計(jì)算準(zhǔn)確的劑量分布，但是計(jì)算時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)。因此，若要進(jìn)行數(shù)次變更照射條件的模擬而求出成為適當(dāng)?shù)膭┝糠植嫉恼丈錀l件，其總計(jì)算時(shí)間也必然變長(zhǎng)。

于是，要求能夠抑制總計(jì)算時(shí)間的延長(zhǎng)，且能夠確定適當(dāng)?shù)恼丈錀l件。本發(fā)明的目的在于提供一種能夠抑制計(jì)算時(shí)間的延長(zhǎng)的放射線治療模擬裝置。

用于解決技術(shù)課題的手段

本發(fā)明的放射線治療模擬裝置為對(duì)基于照射于患者的目標(biāo)部位的放射線的劑量分布進(jìn)行運(yùn)算的放射線治療模擬裝置，具備：存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)針對(duì)多個(gè)照射條件而對(duì)既定體型的人體模型照射了放射線時(shí)的各劑量分布的數(shù)據(jù)；輸入部，輸入對(duì)患者照射放射線時(shí)所適用的照射條件以及患者的體型信息；及校正部，根據(jù)患者的體型信息以及人體模型的體型信息，對(duì)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部中的劑量分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

在本發(fā)明的放射線治療模擬裝置中，針對(duì)多個(gè)照射條件，預(yù)先計(jì)算對(duì)人體模型照射了放射線時(shí)的各劑量分布，將預(yù)先計(jì)算的劑量分布與照射條件建立關(guān)聯(lián)并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部中。在該放射線治療模擬裝置中，通過輸入部來輸入對(duì)患者照射放射線時(shí)所適用的照射條件以及患者的體型信息，并根據(jù)所輸入的患者的體型信息以及人體模型的體型信息，對(duì)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部中的劑量分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。由此，能夠根據(jù)患者的體型信息來校正預(yù)先計(jì)算的劑量分布，并能夠利用所校正的劑量分布。因此，無需為了找到最佳的劑量分布的照射條件，進(jìn)行數(shù)次利用蒙特卡洛方法的計(jì)算的試驗(yàn)，因此能夠抑制總計(jì)算時(shí)間的延長(zhǎng)。

并且，校正部還可將包含患者的體型信息的CT圖像信息與人體模型的體型信息進(jìn)行比較，并將人體模型的體型信息中的位置信息變換為患者的體型信息中的位置信息，根據(jù)該位置信息的變換，對(duì)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部中的劑量分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。由此，變換位置信息，以使人體模型的體型信息與包含患者的體型信息的CT圖像信息匹配，將該位置信息的變換適用于存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部中的劑量分布的數(shù)據(jù)中，從而能夠變換為與患者的體型信息對(duì)應(yīng)的位置信息。其結(jié)果，能夠算出符合患者體型的劑量分布的數(shù)據(jù)，并能夠獲得高精確度的數(shù)據(jù)。

并且，校正部還可將有關(guān)適用于患者的照射條件的位置信息變換為人體模型的體型信息中的位置信息，并從存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部中的劑量分布的數(shù)據(jù)提取與被變換的位置信息對(duì)應(yīng)的劑量分布的數(shù)據(jù)，將所提取的劑量分布的數(shù)據(jù)變換為基于患者的體型信息的位置信息，從而進(jìn)行校正。由此，能夠?qū)⒂嘘P(guān)適用于患者的照射條件的位置信息變換為人體模型的體型信息中的位置信息，并提取在該變換的照射條件下對(duì)人體模型照射放射線時(shí)的劑量分布，將該劑量分布變換為與患者的體型信息對(duì)應(yīng)的位置信息，從而能夠進(jìn)行校正。其結(jié)果，能夠獲得高精確度的數(shù)據(jù)。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種因能夠抑制試驗(yàn)的計(jì)算次數(shù)而可抑制總計(jì)算時(shí)間的延長(zhǎng)的放射線治療模擬裝置。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的放射線治療模擬裝置的框圖。

圖2是表示被實(shí)施放射線治療的人體的外觀的示意圖。

圖3是表示被實(shí)施放射線治療的人體的與體長(zhǎng)方向正交的剖面的剖視圖。

圖4(a)是表示對(duì)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部中的人體模型的劑量分布的示意圖，圖4(b)是表示患者的體型信息的示意圖，圖4(c)是表示校正后的劑量分布的示意圖。

圖5是表示放射線治療模擬裝置中的處理步驟的流程圖。

圖6是表示患者的頭部中的劑量分布的圖像。

圖7是表示所照射的劑量與體積的關(guān)系的圖表。

具體實(shí)施方式

以下，參考附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。另外，在各附圖中，對(duì)于相同部分或相應(yīng)的部分標(biāo)注相同的符號(hào)，并省略重復(fù)說明。

圖1所示的放射線治療模擬裝置1為，例如在BNCT(中子捕捉療法；Boron Neutron Capture Therapy)裝置等放射線治療裝置中在制作治療計(jì)劃時(shí)可利用的裝置。作為放射線治療裝置，例如有X射線治療裝置、質(zhì)子束治療裝置、碳離子束(重粒子束)治療裝置等。

放射線治療模擬裝置1在放射線治療中，對(duì)照射于患者的目標(biāo)部位的放射線的劑量分布進(jìn)行運(yùn)算。放射線治療模擬裝置1具備用于運(yùn)算劑量分布的治療計(jì)劃終端2，在該治療計(jì)劃終端2上電連接有輸入部3及輸出部4。

輸入部3用于輸入運(yùn)算劑量分布時(shí)所需的各種信息。作為運(yùn)算劑量分布時(shí)所需的各種信息，存在患者的體型信息以及有關(guān)照射條件的信息。作為患者的體型信息，例如包括有關(guān)肌肉、骨骼、器官、腫瘤等的位置、大小及形狀的信息。輸入部3能夠輸入例如患者的CT(Computed Tomography：計(jì)算機(jī)斷層攝影)圖像信息作為體型信息。輸入部3還可輸入通過其他攝影裝置而攝影的圖像信息來代替CT圖像信息。輸入部3例如可連接于攝影裝置而直接輸入圖像信息，還可連接于記錄有圖像信息的記錄介質(zhì)上，輸入記錄于記錄介質(zhì)中的圖像信息。

作為有關(guān)照射條件的信息，例如有表示等中心點(diǎn)(照射目標(biāo)點(diǎn))的位置的坐標(biāo)(r，θ，z)、照射角度(φ，ψ)、照射的粒子的種類、粒子的能量、準(zhǔn)直器直徑K等。圖2是表示被實(shí)施放射線治療的人體的外觀的示意圖，圖3是表示被實(shí)施放射線治療的人體的與體長(zhǎng)方向(體軸方向)正交的剖面的剖視圖。等中心點(diǎn)的位置為在照射場(chǎng)中心軸上直行的粒子所到達(dá)的位置。例如，治療的腫瘤等的目標(biāo)部位配置于等中心點(diǎn)。作為等中心點(diǎn)的位置坐標(biāo)(r，θ，z)，能夠使用圓筒坐標(biāo)系，如圖2及圖3所示，通過半徑r、角度θ、高度z來表示。作為等中心點(diǎn)的位置坐標(biāo)，例如還可利用直角坐標(biāo)系等其他坐標(biāo)系來表示。

照射角度(φ，ψ)為粒子相對(duì)于目標(biāo)部位前進(jìn)的角度。例如，角度φ為圍繞沿鉛垂方向延伸的軸的角度即方位角，角度ψ為圍繞沿水平方向延伸的軸的角度即仰角。被照射的粒子的種類例如為中子、質(zhì)子、重粒子等。被照射的粒子的能量例如為粒子的動(dòng)能等。準(zhǔn)直器由阻斷粒子前進(jìn)的構(gòu)件構(gòu)成，用于通過限定粒子照射的范圍來形成照射場(chǎng)。準(zhǔn)直器直徑K為用于使粒子通過的開口部的內(nèi)徑。例如，按照腫瘤的大小而選擇準(zhǔn)直器直徑K，由此限定粒子照射的范圍。

作為輸入部3，例如能夠使用鍵盤、鼠標(biāo)、觸控面板、掃描儀、其他信息處理終端及成像裝置等。

輸出部4用于輸出治療計(jì)劃終端2的運(yùn)算結(jié)果。作為運(yùn)算結(jié)果，可舉出表示劑量分布的圖像數(shù)據(jù)等。作為輸出部4，可舉出圖像顯示裝置、打印機(jī)等。例如，還可將運(yùn)算結(jié)果輸出到其他信息處理終端。

治療計(jì)劃終端2具備進(jìn)行運(yùn)算處理的CPU(Central Processing Unit)、成為存儲(chǔ)部的ROM(Read Only Memory)及RAM(Random Access Memory)、輸入信號(hào)電路、輸出信號(hào)電路、電源電路等。治療計(jì)劃終端2具有：運(yùn)算部5，運(yùn)算劑量分布；校正部6，校正在運(yùn)算部5運(yùn)算的劑量分布；存儲(chǔ)部7，存儲(chǔ)運(yùn)算或校正劑量分布時(shí)所利用的各種信息。

在放射線治療模擬裝置1中，利用標(biāo)準(zhǔn)人體模型(人體圖譜數(shù)據(jù))，預(yù)先運(yùn)算出在多個(gè)照射條件下照射粒子時(shí)的各劑量分布，并將運(yùn)算出的劑量分布的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部7。在存儲(chǔ)部7存儲(chǔ)有標(biāo)準(zhǔn)人體模型的體型信息。

標(biāo)準(zhǔn)人體模型為例如根據(jù)多個(gè)人的體型信息而設(shè)定的體型信息，包含有關(guān)假設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)的人的肌肉、骨骼、器官等的形狀及位置的信息。關(guān)于對(duì)該人體模型照射粒子時(shí)的劑量分布，預(yù)先運(yùn)算出的結(jié)果存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部7中。劑量分布的數(shù)據(jù)與各照射條件建立關(guān)聯(lián)并存儲(chǔ)。對(duì)于該標(biāo)準(zhǔn)人體模型的劑量分布可以用該放射線治療模擬裝置1的運(yùn)算部5運(yùn)算，還可以用其他信息處理終端預(yù)先運(yùn)算。

作為對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)人體模型的劑量分布，例如對(duì)有關(guān)相對(duì)于以5cm間隔、5度間隔設(shè)定的多個(gè)等中心點(diǎn)，從不同的多個(gè)方向照射粒子時(shí)的各劑量分布進(jìn)行運(yùn)算。存儲(chǔ)部7中存儲(chǔ)有例如與數(shù)千個(gè)照射條件對(duì)應(yīng)的劑量分布的數(shù)據(jù)。

運(yùn)算部5利用以往已知的蒙特卡洛方法來運(yùn)算劑量分布。在蒙特卡洛方法中，根據(jù)人體的體型信息(例如，患者的CT圖像信息)來制作人體的3維模型，并將該3維模型變換為計(jì)算模型并運(yùn)算劑量分布。

校正部6根據(jù)從輸入部3輸入的患者的體型信息M₁(參考圖4(b))和存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部7的人體圖譜數(shù)據(jù)的體型信息M₀(參考圖4(a))，校正與所輸入的照射條件對(duì)應(yīng)的劑量分布D₀(標(biāo)準(zhǔn)的劑量分布D₀)的數(shù)據(jù)。校正部6將包含患者的體型信息M₁的CT圖像信息與人體圖譜數(shù)據(jù)的體型信息M₀進(jìn)行比較，并將人體圖譜數(shù)據(jù)的體型信息M₀中的位置信息變換為患者的體型信息M₁中的位置信息，根據(jù)該位置信息的變換，對(duì)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部7中的劑量分布D₀的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。校正部6使人體圖譜數(shù)據(jù)的體型信息M₀與包含于患者的CT圖像中的體型信息M₁匹配，從而求出用于將人體圖譜數(shù)據(jù)上的位置坐標(biāo)變換為患者的CT圖像上的位置坐標(biāo)的變換矩陣。校正部6利用變換矩陣，將存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部7中的相對(duì)于人體圖譜數(shù)據(jù)的劑量分布D₀的數(shù)據(jù)，變換為與患者的體型信息M₁對(duì)應(yīng)的劑量分布D₁的數(shù)據(jù)來進(jìn)行校正(參考圖4(c))。

并且，校正部6將有關(guān)適用于患者的照射條件的位置信息變換為人體圖譜數(shù)據(jù)上的位置信息。校正部6從存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部7中的劑量分布D₀的數(shù)據(jù)，提取與被變換的位置信息對(duì)應(yīng)的劑量分布的數(shù)據(jù)。校正部6通過將所提取的劑量分布D₀的數(shù)據(jù)變換為基于患者的體型信息的位置信息來進(jìn)行校正。

接著，參考圖5的流程圖，說明放射線治療模擬裝置1中的處理步驟。

首先，工作人員利用輸入部3輸入照射條件(步驟S1)。在此，輸入對(duì)患者進(jìn)行放射線治療時(shí)的照射條件。接著，工作人員輸入進(jìn)行治療的患者的體型信息(步驟S2)。在此，從作為輸入部3而發(fā)揮作用的斷層圖像攝影裝置輸入患者的CT圖像信息。

接著，校正部6讀取存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部7中的人體圖譜數(shù)據(jù)的體型信息(步驟S3)。接著，校正部6進(jìn)行患者的體型信息與人體圖譜數(shù)據(jù)的對(duì)位，并計(jì)算出變換矩陣(步驟S4)。此時(shí)，在任意的軸線方向上，放大或縮小人體圖譜數(shù)據(jù)，從而使人體圖譜數(shù)據(jù)的體型信息與患者的體型信息匹配。

接著，將從輸入部3輸入的照射條件中的位置信息變換為人體圖譜數(shù)據(jù)中的位置信息(步驟S5)。在此，將作為照射條件中的位置信息的表示等中心點(diǎn)的位置的坐標(biāo)(r，θ，z)以及照射角度(φ，ψ)，利用變換矩陣變換為人體圖譜數(shù)據(jù)中的位置信息。

接著，校正部6校正對(duì)應(yīng)于照射條件的劑量分布D₀(步驟S6)。具體而言，提取在步驟S5中被變換的對(duì)應(yīng)于照射條件的劑量分布D₀，關(guān)于該劑量分布D₀，利用變換矩陣將其變換為對(duì)應(yīng)于患者的體型信息的位置信息，由此運(yùn)算出校正后的劑量分布D₁。

接著，判定校正后的劑量分布D₁是否適當(dāng)(步驟S7)。例如，運(yùn)算部5根據(jù)校正后的劑量分布D₁來制作如圖6所示的劑量分布的圖像。并且，運(yùn)算部5根據(jù)校正后的劑量分布來制作如圖7所示的圖表(Dose Volume Histogra m)。在圖7的圖表中，橫軸表示劑量(Dose)，縱軸表示體積(Volume(％))。如圖6所示，圖7中表示假設(shè)對(duì)患者的頭部的腫瘤進(jìn)行放射線治療時(shí)的劑量與體積的關(guān)系，V₁為在照射放射線的區(qū)域中正常的腦組織所占的體積比例(％)，V₂為在照射放射線的區(qū)域中腫瘤所占的體積比例(％)。

在V₂線中，在約0至約40的劑量之間，體積為100％。即，能夠理解為對(duì)100％腫瘤部分照射有約40以上劑量的放射線。并且，在V₂線中，相對(duì)于約60的劑量，體積為約60％。即，能夠理解為對(duì)60％腫瘤部分照射有約60以上劑量的放射線。在V₁線中，相對(duì)于10劑量，體積幾乎成為0％。即，能夠理解為對(duì)正常的腦組織未照射有約10以上劑量的放射線。由此，能夠理解為對(duì)腫瘤部分照射有較高劑量的放射線，而對(duì)正常的腦組織僅照射有較低劑量的放射線。

作為輸出部4的顯示部(液晶顯示部)顯示例如圖6所示的劑量分布的圖像或圖7所示的圖表的圖像。工作人員觀察顯示部中顯示的這些圖像，從而判定校正后的劑量分布是否適當(dāng)。

在校正后的劑量分布D₁不適當(dāng)?shù)那闆r(步驟S7：否)下，返回步驟S1，再次重復(fù)步驟S1～步驟S7為止的處理。在校正后的劑量分布D₁適當(dāng)?shù)那闆r(步驟S7：是)下，進(jìn)行步驟S8。將與該校正后的劑量分布D₁對(duì)應(yīng)的照射條件確定為在實(shí)際治療中所采用的照射條件。

在之后的步驟S8中，運(yùn)算部5利用蒙特卡洛方法，對(duì)于被確定的照射條件計(jì)算準(zhǔn)確的劑量分布。計(jì)算出的最終結(jié)果輸出到輸出部4。

這種放射線治療模擬裝置1中，針對(duì)多個(gè)照射條件，預(yù)先算出對(duì)標(biāo)準(zhǔn)人體模型(人體圖譜數(shù)據(jù))照射了放射線時(shí)的各劑量分布D₀，并將預(yù)先計(jì)算的劑量分布D₀與照射條件建立關(guān)聯(lián)并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部7中。在該放射線治療模擬裝置1中，通過輸入部3輸入對(duì)患者照射放射線時(shí)所適用的照射條件及患者的體型信息，并根據(jù)所輸入的患者的體型信息及人體模型的體型信息，對(duì)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部7中的劑量分布D₀的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。由此，能夠根據(jù)患者的體型信息來校正預(yù)先計(jì)算的劑量分布D₀，并能夠利用已校正的劑量分布D₁。因此，無需為了找到成為最佳劑量分布的照射條件而進(jìn)行數(shù)次利用蒙特卡洛方法的計(jì)算，因此能夠抑制總計(jì)算時(shí)間的延長(zhǎng)。

校正部6將包含患者的體型信息的CT圖像信息與人體圖譜數(shù)據(jù)的體型信息進(jìn)行比較，并將人體圖譜數(shù)據(jù)的體型信息中的位置信息變換為患者的體型信息中的位置信息，根據(jù)該位置信息的變換，能夠?qū)Υ鎯?chǔ)于存儲(chǔ)部7中的劑量分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。由此，變換位置信息，以使人體圖譜數(shù)據(jù)的體型信息與包含患者的體型信息的CT圖像信息匹配，并將該位置信息的變換適用于存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部7中的劑量分布D₀的數(shù)據(jù)，從而能夠變換為與患者的體型信息對(duì)應(yīng)的位置信息。其結(jié)果，能夠算出適合患者的體型的劑量分布的數(shù)據(jù)，并能夠獲得高精確度的數(shù)據(jù)。

校正部6將有關(guān)適用于患者的照射條件的位置信息變換為人體圖譜數(shù)據(jù)的體型信息中的位置信息，并從存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部7中的劑量分布D₀的數(shù)據(jù)中提取與被變換的位置信息對(duì)應(yīng)的劑量分布D₀的數(shù)據(jù)，將所提取的劑量分布D₀的數(shù)據(jù)變換為基于患者的體型信息的位置信息，從而能夠進(jìn)行校正。由此，將有關(guān)適用于患者的照射條件的位置信息變換為人體圖譜數(shù)據(jù)的體型信息中的位置信息，并提取在該被變換的照射條件下將放射線照射于人體圖譜數(shù)據(jù)時(shí)的劑量分布D₀，將該劑量分布D₀變換為與患者的體型信息對(duì)應(yīng)的位置信息，從而能夠進(jìn)行校正。其結(jié)果，能夠獲得高精確度的數(shù)據(jù)。

另外，還可利用照射條件及患者的體型信息來校正對(duì)應(yīng)于人體圖譜數(shù)據(jù)的劑量分布D₀的數(shù)據(jù)，由此確認(rèn)通過該照射條件可獲得適當(dāng)?shù)膭┝糠植迹?，進(jìn)行利用蒙特卡洛方法的計(jì)算，獲得根據(jù)該照射條件照射了放射線時(shí)的劑量分布的數(shù)據(jù)。由此，能夠抑制總計(jì)算時(shí)間的延長(zhǎng)，且能夠獲得更準(zhǔn)確的劑量分布的數(shù)據(jù)。

本發(fā)明并不限定于前述實(shí)施形態(tài)，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行如下各種變形。

在上述實(shí)施方式中，預(yù)先運(yùn)算標(biāo)準(zhǔn)體型的人體圖譜數(shù)據(jù)中的劑量分布，但是，人體模型還可為非標(biāo)準(zhǔn)體型的人體模型。并且，還可設(shè)定多個(gè)種類的體型的人體模型，并將各個(gè)人體模型中的劑量分布存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部中。

并且，在上述實(shí)施方式中，作為患者的體型信息而采用了CT圖像信息，但還可采用其他檢查數(shù)據(jù)作為患者的體型信息。

并且，圖5所示的處理步驟，可適當(dāng)?shù)卣{(diào)換順序?qū)嵤＠?，還可在輸入患者體型信息之后，實(shí)施照射條件的輸入。只要在照射條件變換為人體模型上的坐標(biāo)之前，實(shí)施照射條件的輸入即可。

并且，作為分別具備具備運(yùn)算部的終端和具備校正部的終端的結(jié)構(gòu)，還可以是在這些終端之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的結(jié)構(gòu)。

符號(hào)說明

1-放射線治療模擬裝置，2-治療計(jì)劃終端，3-輸入部，4-輸出部，5-運(yùn)算部，6-校正部，7-存儲(chǔ)部。