(57)【要約】【課題】装置が二回目以降の反復計算を再実行する前に、操作者が必要な照射条件の変更及び設定を詳細にかつ短時間に行うことができ、操作者が望ましい線量分布結果を得るまでの繰り返し作業を効率的に行うことができるようにする。【解決手段】体内線量分布計算（ステップ１０４、ステップ２０６）後、あらかじめ指定してあった線量値に該当する領域の３次元の位置情報が自動的に登録され（ステップ１０５、ステップ２０７）、操作者は登録された領域６０１，６０２に対し処方線量等の条件変更を加えられる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を照射して治療を行うための治療計画を作成する放射線治療計画装置において、
入力装置と、
表示装置と、
記憶装置と、
前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、照射される放射線を制御すべき第１領域の３次元の位置情報を前記記憶装置に記憶させる第１手段と、
前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、前記第１領域に対する第１照射条件を前記記憶装置に記憶させる第２手段と、
前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、自動登録されるべき第２領域の選定基準を前記記憶装置に記憶させる第３手段と、
前記第１領域の位置情報、前記１領域に対する第１照射条件に基づいて演算を行って前記第１領域に対する第２照射条件を決定し、前記第１領域に前記第１及び第２照射条件で放射線を照射した場合の線量分布を演算する第４手段と、
前記線量分布の演算結果から前記第２領域の選定基準に合致する３次元の位置情報を抽出し、この３次元の位置情報を前記第２領域の位置情報として前記記憶装置に記憶させる第５手段と、
前記表示装置に表示された医学的画像情報に前記第１領域と前記線量分布の演算結果を重ねて表示させる第６手段とを備えることを特徴とする放射線治療計画装置。
【請求項２】
請求項１記載の放射線治療計画装置において、
前記第５手段は、前記第２領域の選定基準に合致する３次元の位置情報を抽出した後、その位置情報に係わる領域のうち、予め設定した閾値よりも大きな体積を持つ領域を抽出し、その領域の位置情報を前記第２領域の位置情報として前記記憶装置に記憶させることを特徴とする放射線治療計画装置。
【請求項３】
請求項１記載の放射線治療計画装置において、
前記第５手段は、前記第２領域の選定基準に合致する３次元の位置情報を抽出した後、その位置情報に係わる領域を予め設定したマージンの分だけ拡大、或いは縮小し、この拡大或いは縮小した領域の位置情報を前記第２領域の位置情報として前記記憶装置に記憶させることを特徴とする放射線治療計画装置。
【請求項４】
請求項１記載の放射線治療計画装置において、
前記第４手段は、前記第１領域の３次元の位置情報、前記１領域に対する第１照射条件に基づいて、前記第１照射条件からのずれを数値化した目的関数を生成し、この目的関数を用いて反復計算を行うことで前記第１照射条件からのずれを最小化する照射パラメータを求め、前記第２照射条件を決定することを特徴とする放射線治療計画装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の放射線治療計画装置において、
前記第１手段が記憶させる前記第１領域の３次元の位置情報は、標的領域の位置情報と重要臓器の位置情報を含み、前記第２手段が記憶させる前記第１領域に対する第１照射条件は、前記標的領域が受けるべき線量値と前記重要臓器に対する許容線量と、前記標的領域と前記重要臓器の優先度合いを示す重みを含み、前記第３手段が記憶させる第２領域の選定基準は、前記標的領域に照射すべき線量値に対して過大或いは過小となる線量値と、前記重要臓器の許容線量を超える最大線量値とを含むことを特徴とする放射線治療計画装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項記載の放射線治療計画装置において、
前記治療計画は粒子線スキャニング照射によるものであり、
前記第２手段が記憶させる前記第１領域に対する第１照射条件は、前記前記第１領域が受けるべき線量値とスポット位置情報を含み、
前記第４手段が決定する第２照射条件はスポット位置ごとの照射パラメターを含むことを特徴とする放射線治療計画装置。
【請求項７】
入力装置と、表示装置と、記憶装置とを有する放射線治療計画装置を用いて、放射線を照射して治療を行うための治療計画を作成する放射線治療計画方法において、
前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、照射される放射線を制御すべき第１領域の３次元の位置情報を前記記憶装置に記憶させる第１手順と、
前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、前記第１領域に対する第１照射条件を前記記憶装置に記憶させる第２手順と、
前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、自動登録されるべき第２領域の選定基準を前記記憶装置に記憶させる第３手順と、
前記第１領域の位置情報、前記１領域に対する第１照射条件に基づいて演算を行って前記第１領域に対する第２照射条件を決定し、前記第１領域に前記第１及び第２照射条件で放射線を照射した場合の線量分布を演算する第４手順と、
前記線量分布の演算結果から前記第２領域の選定基準に合致する３次元の位置情報を抽出し、この３次元の位置情報を前記第２領域の位置情報として前記記憶装置に記憶させる第５手順と、
前記表示装置に表示された医学的画像情報に前記第１領域と前記線量分布の演算結果を重ねて表示させる第６手順とを備えることを特徴とする放射線治療計画方法。
【請求項８】
請求項７記載の放射線治療計画方法において、
前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、前記第２領域に対する第３照射条件を前記記憶装置に記憶させる第７手順と、
前記第１領域の位置情報、前記１領域に対する第１照射条件、前記第２領域の位置情報及び前記第２領域に対する第３照射条件に基づいて演算を行って、前記第２照射条件を修正し、前記第１領域に前記第１照射条件と前記修正した第２照射条件で放射線を照射した場合の線量分布を再計算する第８手順と、
前記再計算した線量分布の演算結果から前記第２領域の選定基準に合致する新たな３次元の位置情報を抽出し、この新たな３次元の位置情報を前記第２領域の再計算後の新たな位置情報として前記記憶装置に記憶させる第９手順と、
前記表示装置に表示された医学的画像情報に前記第１領域と前記線量分布の演算結果を重ねて表示させる第１０手順とをさらに備えることを特徴とする放射線治療計画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線やＸ線などの放射線を患部に照射して治療を行うための治療計画を作成する放射線治療計画装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療は、標的となる腫瘍細胞に対して放射線を照射することによって治療を行うが、過度の照射や照射量の不足は、腫瘍以外の正常組織への副作用や腫瘍の再発に結びつく。そのため、腫瘍領域に対しできるだけ正確に指定した線量の放射線を集中して照射することが求められ、実際の照射前に治療計画装置を用いて計画を作成する過程が極めて重要となる。
【０００３】
治療計画装置はＣＴ画像等から得られる情報を基に、患者体内での線量分布を数値計算によりシミュレートする。操作者は治療計画装置の計算結果を参照しながら、照射する方向やビームエネルギー、コリメータ形状等の照射条件を決定する。
【０００４】
ＩＭＲＴ(Intensity Modulated Radiation Therapy)と呼ばれるX線を用いた治療では、コリメータ形状を変化させつつ多方向から照射することで、複雑な形状の標的領域に照射した場合でも、周辺の正常組織へ照射される線量を最小限に止めることができる。粒子線を用いた治療でも、強度を調整した細いビームを多数照射することで、標的領域に一様な線量分布を形成するスキャニング照射と呼ばれる手法も実現されている。
【０００５】
こうした高度な照射方法では複雑な形状の標的領域にも対応できる反面、照射条件に含まれる治療計画装置の決定すべきパラメータの数が増大し、照射条件を決定するまでの過程も複雑となる。
【０００６】
特許文献１及び２には、それらのパラメータを効率よく決定するための技術が記載されている。
【０００７】
特許文献１記載の技術は、処方箋に基づき制約条件を入力し、この制約条件に基づいて評価関数を設定し、最適な放射線照射となるように前記評価関数が最小になるように反復計算で照射ビームウェイトを決定し、最適なビームウェイトの解を放射線照射装置に出力する放射線治療用の放射線照射装置の制御装置において、前記制約条件を変更して変更後の制約条件に基づく新たな評価関数を設定し最適な放射線照射となるように照射ビームウェイトを決定する場合に、照射ビームウェイトの初期解として、前記制約条件を変更する前に得た照射ビームウェイトの最適解を用いるものである。
【０００８】
特許文献２記載の技術は、画像診断装置から得る人体画像と、操作者の入力値を使用して治療計画を立案し、この治療計画に基づいてガントリー、照射ヘッド、治療寝台の位置や方向及び加速器のエネルギーを制御する放射線治療システムにおいて、線形計画法の目的関数に制約条件を課して線形計画問題を解くことにより放射線源の強度の最適値を決定する際に、制約条件を対話的に変更することにより線形計画問題を繰り返し解き、上記放射線源の強度を最適値に決定するものである。
【０００９】
【特許文献１】特許第３５３００７２号公報
【特許文献２】特許第２５５１７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
Ｘ線治療のＩＭＲＴや粒子線治療のスキャニング照射などの高度な照射方法において、照射パラメータを効率よく決定するために、処方線量からのずれを数値化した目的関数（評価関数）を用いる方法が広く採用されている。目的関数は線量分布が処方線量を満たすほど小さな値となるように定義されており、これを最小にするようなパラメータセットを反復計算により探索することで、最適とされる照射条件を算出する。計算内容の具体的な例としては、特許文献１に詳しい。
【００１１】
反復計算を繰り返すことで、徐々に条件を満たす結果に近づいていく。しかしながら、領域の形状が複雑となる計画では、反復計算を十分収束するまで繰り返した後でもすべての条件を満たす結果が得られないことが多い。その場合、計算結果を参照しながら照射条件に手を加えた上で改めて反復計算を行う。照射条件の変更箇所としては、照射方向の変更、あるいは標的領域、重要臓器に課していた処方線量の変更などが挙げられる。
【００１２】
これらの変更は反復計算後の計算結果を推測しながら行われるが、決めるべきパラメータが多い場合には必ずしも想定した結果に収束するとは限らない。望ましい結果が得られるまで、条件の変更と反復計算の実行という過程を幾度か繰り返さなければならないことも少なくない。
【００１３】
この作業に要する労力を軽減させるための工夫として、例えば特許文献１では、反復計算をやり直す場合に前回の収束結果を初期値として計算を開始しており、これにより二回目以降の反復計算において収束までの時間を短縮させることができる。
【００１４】
特許文献２では、線形計画法の計算をやり直すために制約条件（制約点）を変更する際に制約条件を対話的に変更できるようにしており、これにより前回の計算の結果得られた線量分布を制約点の位置と重ねて画面上に表示しながら作業が行える。
【００１５】
しかしながら、特許文献１及び２記載の装置では、装置が二回目以降の反復計算を再実行する前に、操作者が必要な照射条件、処方線量に関する条件の変更及び設定を詳細にかつ短時間に行えるようにするという点で、必ずしも十分とはいえない。例えば、特許文献１では、装置自体が二回目以降の反復計算する際の収束までの時間を短縮させるものであり、装置が二回目以降の反復計算を再実行する前に操作者の条件設定を詳細に行えるようにするものではない。特許文献２では、制約条件を対話的に変更することにより、装置が二回目以降の反復計算を再実行する前に操作者の条件設定をある程度は詳細に行える。しかし、画面に表示される線量分布はＣＴ画像の一スライス分であるため、ＣＴ画像全体に対して条件設定を行うためには、操作者は全てのスライス画像に対して条件設定作業を繰り返し行わなくてはならず、多大の時間が必要となる。
【００１６】
本発明の目的は、装置が二回目以降の反復計算を再実行する前に、操作者が必要な照射条件の変更及び設定を詳細にかつ短時間に行うことができ、操作者が望ましい線量分布結果を得るまでの繰り返し作業を効率的に行うことができる放射線治療計画装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明は、放射線を照射して治療を行うための治療計画を作成する放射線治療計画装置において、入力装置と、表示装置と、記憶装置と、前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、照射される放射線を制御すべき第１領域の３次元の位置情報を前記記憶装置に記憶させる第１手段と、前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、前記第１領域に対する第１照射条件を前記記憶装置に記憶させる第２手段と、前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、自動登録されるべき第２領域の選定基準を前記記憶装置に記憶させる第３手段と、前記第１領域の位置情報、前記１領域に対する第１照射条件に基づいて演算を行って前記第１領域に対する第２照射条件を決定し、前記第１領域に前記第１及び第２照射条件で放射線を照射した場合の線量分布を演算する第４手段と、前記線量分布の演算結果から前記第２領域の選定基準に合致する３次元の位置情報を抽出し、この３次元の位置情報を前記第２領域の位置情報として前記記憶装置に記憶させる第５手段と、前記表示装置に表示された医学的画像情報に前記第１領域と前記線量分布の演算結果を重ねて表示させる第６手段とを備えるものとする。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、本発明は、入力装置と、表示装置と、記憶装置とを有する放射線治療計画装置を用いて、放射線を照射して治療を行うための治療計画を作成する放射線治療計画方法において、前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、照射される放射線を制御すべき第１領域の３次元の位置情報を前記記憶装置に記憶させる第１手順と、前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、前記第１領域に対する第１照射条件を前記記憶装置に記憶させる第２手順と、前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、自動登録されるべき第２領域の選定基準を前記記憶装置に記憶させる第３手順と、前記第１領域の位置情報、前記１領域に対する第１照射条件に基づいて演算を行って前記第１領域に対する第２照射条件を決定し、前記第１領域に前記第１及び第２照射条件で放射線を照射した場合の線量分布を演算する第４手順と、前記線量分布の演算結果から前記第２領域の選定基準に合致する３次元の位置情報を抽出し、この３次元の位置情報を前記第２領域の位置情報として前記記憶装置に記憶させる第５手順と、前記表示装置に表示された医学的画像情報に前記第１領域と前記線量分布の演算結果を重ねて表示させる第６手順とを備えるものとする。
【００１９】
更に、上記放射線治療計画方法において、必要な場合は、前記表示装置に表示された医学的画像情報と前記入力装置による入力情報に基づいて、前記第２領域に対する第３照射条件を前記記憶装置に記憶させる第７手順と、前記第１領域の位置情報、前記１領域に対する第１照射条件、前記第２領域の位置情報及び前記第２領域に対する第３照射条件に基づいて演算を行って、前記第２照射条件を修正し、前記第１領域に前記第１照射条件と前記修正した第２照射条件で放射線を照射した場合の線量分布を再計算する第８手順と、前記再計算した線量分布の演算結果から前記第２領域の選定基準に合致する新たな３次元の位置情報を抽出し、この新たな３次元の位置情報を前記第２領域の再計算後の新たな位置情報として前記記憶装置に記憶させる第９手順と、前記表示装置に表示された医学的画像情報に前記第１領域と前記線量分布の演算結果を重ねて表示させる第１０手順とをさらに備える。
【００２０】
以上のように構成した本発明の考え方は次のようである。
【００２１】
目的関数を設定し、反復計算をやり直す場合、最初に登録した標的領域、重要臓器という単位よりもさらに細かく領域を指定して照射条件や処方線量を設定することで結果が改善することがある。例えば、標的領域形状が複雑な部分や、標的領域内で重要臓器と近接している部分など、計算の結果、特に処方線量からはずれやすい領域が存在する。この場合に、特にその領域だけを指定して目的関数の中での重みを大きく付け直してから次の計算を行なうことが考えられる。
【００２２】
重みの変更だけではなく、特定の領域についてのみ照射条件を変更することでも、線量分布改善の効果が期待できる。例えば、細いビームを多数照射するスキャニング照射法による粒子線治療では、個々のビームに対して照射位置を設定できるため、この照射位置を先に説明したような特定の領域内のみ調整し直すことでよりよい結果が得られる場合もある。
【００２３】
しかしながら、こうした作業を従来の装置で行うことは非常に困難であった。通常、線量分布の結果はＣＴ画像と重ねて表示されているので、処方線量で与えられた条件を満たしていない領域を操作者が画面にて確認することは可能である。しかし、ある特定の領域に対してのみ照射条件や処方線量の設定を変更する作業を行おうとすると、スライスごとに画面表示を見ながら、変更すべき領域を特定した上で設定を調整することを繰り返し行わなくてはならない。
【００２４】
本発明は、上記のように第１領域に関して自動登録されるべき第２領域の選定基準を入力し（第３手段）、線量分布の演算結果からその第２領域の選定基準に合致する位置情報を抽出して記憶装置に記憶させるものであり、この機能を用いて、照射される線量が処方線量から大きくずれる領域を第２領域として装置が自動で登録するように設定するしておけば、操作者はその領域に対して照射条件や処方線量を容易に変更することができる。なぜなら、装置により自動で登録された領域（第２領域）は、操作者によって登録された標的領域や重要臓器（第１領域）と同じく、記憶装置から位置情報を読み出すことができるために、他の領域と区別して設定が行えるからである。結果として、反復計算を再実行する前に、操作者が必要な照射条件の変更及び設定を詳細にかつ短時間に行うことができるようになり、操作者が望ましい線量分布結果を得るまでの繰り返し作業を効率的に行うことができる。
【００２５】
本発明は、そのような課題に対して、上記のように線量分布の演算結果から第２領域の選定基準に合致する３次元の位置情報を抽出し、この３次元の位置情報を第２領域の位置情報として記憶装置に記憶させる機能（第５手段）を有するものであり、この機能を用いて、照射される線量が処方線量から大きくずれる領域を第２領域として装置が自動で登録するように設定しておけば、操作者はその領域に対して照射条件や処方線量を容易に変更することができる。なぜなら、装置により自動で登録された領域（第２領域）は、操作者によって登録された標的領域や重要臓器（第１領域）と同じく、記憶装置から位置情報を読み出すことができるために、他の領域と区別して設定が行えるからである。結果として、二回目以降の反復計算を再実行する前に、操作者が必要な照射条件の変更及び設定を詳細にかつ短時間に行うことができるようになり、操作者が望ましい線量分布結果を得るまでの繰り返し作業を効率的に行うことができる。
【００２６】
本発明は、上記放射線治療計画装置において、好ましくは、前記第５手段は、前記第２領域の選定基準に合致する３次元の位置情報を抽出した後、その位置情報に係わる領域のうち、予め設定した閾値よりも大きな体積を持つ領域を抽出し、その領域の位置情報を前記第２領域の位置情報として前記記憶装置に記憶させる。
【００２７】
この機能により、小さな領域が多数登録されることがなくなり、操作者が領域に対して処方線量等を設定する際の手間を軽減できる。
【００２８】
また、本発明は、上記放射線治療計画装置において、前記第５手段は、前記第２領域の選定基準に合致する３次元の位置情報を抽出した後、その位置情報に係わる領域を予め設定したマージンの分だけ拡大、或いは縮小し、この拡大或いは縮小した領域の位置情報を前記第２領域の位置情報として前記記憶装置に記憶させてもよい。
【００２９】
これによっても拡大或いは縮小した領域が得られることで、複数あった領域を一つにまとめて登録できる。この結果、領域の数を増やすことなく領域を登録することが可能となり、操作者の設定に要する手間を軽減できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、装置が二回目以降の反復計算を再実行する前に、操作者が必要な照射条件の変更及び設定を詳細にかつ短時間に行うことができ、操作者が望ましい線量分布結果を得るまでの繰り返し作業を効率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を、本発明の放射線治療計画装置を用いて、X線治療におけるＩＭＲＴやスキャニング照射法による粒子線治療の治療計画を立案する場合について説明する。
【００３２】
図１は、本発明の一実施の形態による放射線治療計画装置の設備概要を示す図である。本発明の放射線治療計画装置は、表示装置３０１、入力装置３０２、演算処理装置３０３、メモリ３０４から構成されている。入力装置３０２は例えばキーボードやマウスである。
【００３３】
図２は本発明の一実施の形態による装置を用いた治療計画立案の流れを表し、図３は、図２の治療計画立案の際に本実施の形態の装置が行う処理機能を示すフローチャートである。
【００３４】
表示装置３０１は領域入力画面を有し、この領域入力画面にはＣＴ画像等の患者の患部部分を撮像した医学的画像情報（断層画像情報）が表示される。その画像情報は例えば治療計画装置のメモリ３０４に記憶されている。
【００３５】
操作者は、始めに、その領域入力画面に医学的画像情報を表示させ、入力装置３０２のマウス等の機器を用いてＣＴ画像のスライスごとに指定すべき領域（標的領域：第１領域）を入力する（ステップ１０１）。各スライスでの入力が終わると、操作者は入力した領域を装置に登録するための指示操作を行う（ステップ１０１）。この指示操作により操作者が入力した領域は、３次元の位置情報としてメモリ３０４内に保存される（ステップ２０１）。照射線量を極力抑えるべき重要臓器が標的領域の近傍に存在するなど、他に評価、制御を必要とする領域がある場合、操作者はそれら重要臓器等（第１領域）の位置も同様に登録し（ステップ１０１）、それらの３次元の位置情報もメモリ３０４に保存される（ステップ２０１）。
【００３６】
図４は、操作者が表示装置３０１の領域入力画面において、ＣＴ画像のあるスライス上で標的領域４０１と重要臓器４０２、４０３を入力し、登録した状態を例として示している。
【００３７】
続いて、操作者は登録された標的領域４０１に対して照射条件を入力する（ステップ１０２）。すなわち、標的領域４０１と重要臓器４０２，４０３の位置に基づき、照射門数や照射方向を決めるとともに、コリメータ等の必要な器具形状も決める。全てを操作者が決めるのではなく、コリメータの形状等、装置が自動的に決められるものもある。粒子線治療でスキャニング照射法を採用した場合は、多数のビームの照射位置を定めなければならず、各々の照射位置でのビームのエネルギーや照射間隔も設定すべき項目となり得る。
【００３８】
操作者は、これに加えて、登録された各領域４０１〜４０３に対して目標とすべき線量値となる処方線量を入力する（ステップ１０２）。処方線量は標的領域４０１であれば、その領域内が受けるべき線量の最小値、最大値を入力することも多いが、ここでは標的領域４０１に照射すべき線量値を一つ指定する。その値を１００とする。本実施の形態の内容に影響しないので単位は任意とする。一方、重要臓器４０２，４０３に対しては耐えうる最大の線量値として許容線量を設定することが多い。この例では、重要臓器４０２，４０３ともに許容線量２０を指定する。
【００３９】
照射条件（処方線量を含む）の入力が終了すると、操作者はその入力した照射条件を登録（設定）するための指示操作を行う（ステップ１０２）。この指示操作により入力した照射条件は治療計画装置のメモリ３０４に保存される（ステップ２０２）。
【００４０】
その後、一般的には、操作者の指示操作により装置は演算処理装置３０３を用いて体内の線量分布を計算することで、治療計画装置を用いて決定すべき照射条件のパラメータ（ビーム照射量等の残るパラメータ）を決定する。この場合、治療計画装置は、処方線量とのずれを数値化した目的関数を定義し（ステップ１０４，ステップ２０４）、これを反復計算により最小化することで残されたパラメータを算出する（ステップ１０４，ステップ２０５）。
【００４１】
また、処方線量を定めた領域が複数個ある場合、その処方線量からずれた場合の目的関数への相対的な影響の大きさ（相対的な重要度）を、重みとして指定することができる。図４に示した例でも、標的領域４０１と重要臓器４０２，４０３の複数個の領域が設定されているので、操作者は重みを設定することでどの部分の設定を優先するかを指定することができるが、ここでは、一例として、領域４０１、４０２、４０３ともに同じ重みを与える。
【００４２】
ここで目的関数について具体的に説明する。目的関数は線量分布が処方線量を満たすほど小さな値となるように定義されており、これを最小にするようなパラメータセットを反復計算により探索することで、最適とされる照射条件を算出するものである。
【００４３】
目的関数により決定されるパラメータの例として、粒子線スキャニング照射におけるスポットごとの照射量がある。操作者が標的領域４０１と重要臓器４０２，４０３の位置、及びそれらの照射条件（処方線量を含む）を入力した場合、治療計画装置は次のように目的関数を生成（定義）する。
【００４４】
装置は、標的領域４０１内、重要臓器４０２，４０３内それぞれに線量を計算する点をｍ個及びｎ個設定する。これらの点における線量値が、操作者により入力された処方線量をできる限り満たさなければならない。ここでは、標的領域４０１に対応するｍ個の点に対して目標とする線量値ｐ、重要臓器４０２，４０３に対応するｎ個の点に対して許容線量値ｌが設定されたとする。目的関数のパラメータとなる各スポット照射量を要素とするベクトルをｘ→と書く。ｘ→の次元は全スポット数である。次に標的領域４０１内のｍ個の点での線量値を要素とするベクトルをｄ→（１）で表すと、個々のスポットへの照射量ｘ→との関係は、
ｄ→（１）＝Ａｘ→
と表せる。行列Ａは各スポットへ照射したビームからの標的領域内の点への寄与を表し、照射方向やＣＴ画像による体内の情報を基に治療計画装置が算出する。同様に、重要臓器４０２，４０３内のｎ個の点での線量値を要素とするベクトルｄ→（２）をとすると、
ｄ→（２）＝Ｂｘ→
と表すことができる。治療計画装置はＡ，Ｂを算出後、以下のような目的関数を生成する。
【００４５】
【数１】
2008099807.tif 000003
【００４６】
ｗｉ（１），ｗｉ（２）はそれぞれの点に対応する重み（ウエイト）であって、処方線量と共に操作者によって入力される値である。第一項は標的領域４０１に相当する部分となり、ｍ個の点での線量値が目標として設定された処方線量値ｐに近いほどＦ（ｘ→）は小さくなる。第二項は重要臓器４０２，４０３に関する項であり、許容線量ｌを越えない線量であればよいので、ｗｉ（２）はｄ→（２）＜ｌの場合は、この項を０とする。装置は（１）式の目的関数を生成後、反復計算を繰り返すことで、Ｆ（ｘ→）が最も小さくなるｘ→を探索する。反復計算の具体的な内容の例としては、特許文献１に詳しい。
【００４７】
領域の形状が複雑となる計画では、反復計算を十分収束するまで繰り返した後でも、全ての条件を満たす結果が得られないことが多い。その場合、計算結果を参照しながら照射条件に手を加え、目的関数を再設定した上で改めて反復計算を行う。照射条件の変更箇所としては、照射方向の変更、標的領域４０１、重要臓器４０２，４０３に課していた処方線量の変更、重みの変更などが挙げられる。照射方向を変更することは、（１）式においてはＡ，Ｂが変化することに対応し、処方線量を変更することは（１）式のｐ，ｌを変更させることに対応し、重みを変更することは（１）式のｗｉ（１），ｗｉ（２）を変更させることに対応する。こうして変更された目的関数に基づき、改めてＦ（ｘ→）を最小とするｘ→を探索することになる。
【００４８】
これらの変更は反復計算後の計算結果を推測しながら行われるが、決めるべきパラメータが多い場合には必ずしも想定した結果に収束するとは限らない。望ましい結果が得られるまで、条件の変更（目的関数の再設定）と反復計算の実行という過程を幾度か繰り返さなければならないことも少なくない。
【００４９】
本発明の装置では、その作業に要する労力を軽減させるために、目的関数の生成及び反復計算を行う前に、反復計算の結果を受けて自動登録される領域（第２領域）の選定基準を入力し定義しておく（ステップ１０３）。操作者によって定義された選定基準は、操作者の指示操作により装置内のメモリ３０４に記憶される（ステップ２０３）。本実施の形態では、選定基準として、標的領域４０１内で線量が１２０を越える領域と、重要臓器４０２，４０３内で許容線量２０を越える線量が照射されている領域が自動で登録されるように設定する。ここでは、ある線量値を越える領域だけを指定するのではなく、線量が８０以下の領域、というように線量が不足している領域を指定することも可能である。
【００５０】
次いで、オペレータの指示操作により処理の開始を指示されると、装置は目的関数の生成及び反復計算を行って、装置を用いて決定すべき照射条件のパラメータ（ビーム照射量等の残るパラメータ）を決定し（ステップ１０４、ステップ２０４，２０５）、更に、その照射条件に基づいて線量分布を計算し、その結果をメモリ３０４に保存する（ステップ２０６）。
【００５１】
この時点で、本発明の装置は、操作者が予め定めた選定基準に従って新たな領域の３次元の位置情報を自動的に抽出し、抽出した領域の位置情報をメモリ３０４に保存する（ステップ１０５、ステップ２０７）。また、その結果は、必要な等線量線とともに表示装置３０１に表示される（ステップ１０５、ステップ２０８）。
【００５２】
表示例を図５に示す。図５では線量値１２０及び１００に相当する等線量線５０１及び５０２と、重要臓器に設定した許容線量値２０に対応した等線量線５０３が、ＣＴ画像上の領域４０１〜４０３の表示に重ねて描画されている。実際の治療計画装置での線量分布表示は、等線量線表示だけではなく、塗りつぶし表示や３次元表示なども可能であるが、本発明には直接関係がないため省略する。
【００５３】
装置により登録された領域の様子を図６に示す。装置には、標的領域４０１内の線量１２０以上の領域６０１（点線で囲まれた、斜線で塗りつぶされている領域：第２領域）と重要臓器４０２，４０３内の許容線量を超えている領域６０２（第２領域）が登録されている。領域６０１のように条件を満たす領域が複数個に分かれて存在する場合は、複数個の領域が登録される。また、図６ではあるスライスのみ示しているが、実際はこれらの領域は３次元の位置情報として登録されている。なお、図６に示す登録領域を表示装置３０１に表示できるようにしてもよい。
【００５４】
ステップ１０５及びステップ２０７にて新たに領域が登録された後、操作者はその結果を表示装置３０１で確認しながらステップ１０３及びステップ２０３で設定した選定基準を変更することで、ステップ１０５及びステップ２０７で登録された領域を修正することもできる。例えば図６では、線量１２０以上の領域６０１が登録され、図５では領域５０１として表示装置３０１に表示されているが、操作者がステップ１０３及びステップ２０３で設定した線量１２０以上という選定基準を図６の状態に対して変更することで、領域６０１（領域５０１）の形状もそれに追随して変化し、その領域の位置情報がメモリ３０４に改めて保存されるとともに（ステップ１０５、ステップ２０７）、表示装置３０１に表示される（ステップ１０５、ステップ２０８）。
【００５５】
装置が自動的に登録した領域は名前も自動的に付与され、操作者が結果を一覧で表示することも可能である。装置によって登録された領域は、操作者によって登録された標的領域や重要臓器と同じく位置情報が装置のメモリ３０４に保存されており、それぞれの領域に対して処方線量等を設定することができる。また、複数の領域に対して同じ設定を施したい場合には、操作者はそれらの領域をグループ化することで一括して設定することもできる。
【００５６】
反復計算の結果得られた線量分布が、処方線量として指定した条件を満たしていると操作者が判断すれば、その条件は確定され、操作者の指示操作により装置は反復計算で得られた照射条件（照射パラメータ）を、入力した照射条件とともにメモリ３０４に保存する。（ステップ１０７、ステップ２０９）。反復計算で得られた照射条件（照射パラメータ）は、上記粒子線スキャニング照射の設定例ではスポットごとの照射量であり、目的関数で得られる個々のスポットへの照射量ｘ→である。
【００５７】
条件を満たしていないと操作者が判断した場合、例えば処方された線量と大きく異なる領域が確認される場合には、計画を立て直す必要がある（ステップ１０６）。例として図５に示した線量分布結果では、標的領域４０１内に処方線量１００を大きく超える領域があり、また重要臓器４０２，４０３にも高い線量が照射されてしまっているので、照射条件を変更した上で反復計算をやり直す必要がある。
【００５８】
操作者が反復計算をやり直すに当たり、必要があれば本装置によって自動的に登録された領域に対して個別に条件を変更することができる。例えば、目的関数の中での新たに登録された領域６０１に対する重みを、領域４０１に対して設定されていた重みに比べて大きくなるように設定し直す（ステップ１０２、ステップ２０２）。この結果、先に示した粒子線スキャニング照射の設定例では、治療計画装置により生成される目的関数は、（１）式に加えて、領域６０１に対応した項が加わったものになる（ステップ１０４、ステップ２０４）。具体的には、領域６０１内のｋ個の点の線量をｄｉ（３） （ｉ= １，２，…，ｋ）と表すと、操作者により設定された  ｗｉ（１）＜ｗｉ（３）となる重みｗｉ（３）を用いて、
【００５９】
【数２】
2008099807.tif 000004
【００６０】
のように目的関数が変更される。他にも、例えば新たに登録された領域において照射位置を変更した場合には、（１）式のパラメータであるｘ→の要素が変更される必要がある。
【００６１】
領域６０１は標的領域４０１の内部に存在するため、標的領域４０１に対してなされていた設定は領域６０１の部分にも適用されている。領域６０１に対して設定を変更した場合、この設定はすでにある標的領域４０１の設定に付け加えられてもよいが、領域６０１内では新しく施した設定の方が優先されるようにも設定できる。領域６０２と設定は重要臓器４０２の設定も同様に、両立する場合もあれば、領域６０２の設定が優先される場合もある。
【００６２】
設定終了後、操作者の指示操作により、装置に反復計算を再び実施させることで新たな線量分布結果が得られる（ステップ１０３、ステップ２０５，２０６）。新たな線量分布が得られると、前回の計算結果に基づきメモリ３０４に自動登録されていた領域６０１、６０２は装置によって自動的に削除され、新たな線量分布結果と操作者の設定した選定基準に従って新たな領域の３次元の位置情報が抽出され、これをメモリ３０４に保存することで、新たな領域の位置情報が自動的に登録される（ステップ１０５、ステップ２０７）。また、その結果は、必要な等線量線とともに表示装置３０１に表示される（ステップ１０５、ステップ２０８）。
【００６３】
操作者は、その結果が不十分であれば、ステップ１０２に戻り更なる処方線量等の変更を施す。以下この作業の繰り返しが、操作者が妥当な線量分布が得られたと判断するまで続けられる。
【００６４】
以上のように本実施の形態は、照射される線量が処方線量から大きくずれる領域を第２領域６０１，６０２として装置が自動で登録するように設定するものであり、この機能を用いて操作者はその第２領域に対して照射条件や処方線量を容易に変更することができ、二回目以降の反復計算を再実行する前に必要な照射条件、処方線量に対する条件の変更及び設定を従来の装置よりも詳細に行うための手段を提供する。結果として、操作者が望ましい線量分布結果を得るまでの繰り返し作業を効率的に行うことができる。
【００６５】
なお、装置が自動的に登録する領域の選定基準は、操作者が反復計算をやり直すたびに変更することも可能である（ステップ１０３、ステップ２０３）。また、本実施の形態では、登録基準を各々の領域内での線量値（標的領域内で線量１２０以上、重要臓器内で線量２０以上）を基に決めたが、処方線量を２０％以上超えた領域、というように処方線量の比率で設定することもできる。
【００６６】
図７は本発明の他の実施の形態に係わる処理機能を示すフローチャートである。
【００６７】
一般に線量分布は図６の６０１のように複雑な形状となり、線量値を基準に定めた領域が細分化され、小さな領域が多数現れてしまうこともある。しかし、本発明のそもそもの目的は、線量が処方線量からずれる傾向にある領域に個別の設定を施し、分布を改善させることにある。つまり、図６で登録された領域６０１は、その付近の領域が他の領域に比べて線量が高くなる傾向にあることを示しているのであって、その領域の細かな形状はそれほど重要ではない。そこで線量値で設定した選定基準を満たす領域全てを登録するのではなく、登録すべき領域の体積に対して操作者が閾値を設け、細分化され過ぎた領域を装置により自動的に取り除くこともできる。図７のフローチャートはこの機能の流れを示すものであり、図２のステップ２０７に対応する部分のフローチャートである。
【００６８】
操作者は、図２のステップ１０３において、自動登録されるべき領域の体積の最小値を入力し、メモリ３０４に保存する。装置は、図２のステップ１０４及び図３のステップ２０４，２０５において目的関数の生成及び反復計算を行い、図３及び図７のステップ２０６において線量分布を計算した後、特定の領域の３次元の位置情報を抽出し（ステップ８０２）、各領域の体積を計算する（ステップ８０３）。次いで、装置は、先に入力した最小値に満たない体積の領域を削除し（ステップ８０４）、残った領域、すなわち先に設定した最小値以上の体積の領域の位置情報のみをメモリ３０４に保存する（ステップ８０５）。
【００６９】
図８は本実施の形態の装置により自動登録された領域を示す図である。本実施の形態では、図６に６０３で表したような微細な領域は閾値とされた体積に満たないため、自動登録の対象から除去され、図８に示す領域７０１、７０２、７０３の３つの領域のみを登録する。この機能により、小さな領域が多数登録されることがなくなり、操作者が領域に対して処方線量等を設定する際の手間を軽減できる。
【００７０】
図９は本発明の更に他の実施の形態に係わる処理機能を示すフローチャートである。
【００７１】
図２のステップ１０３において、操作者が自動登録される領域に対するマージンを入力し、設定しておくことで、反復計算後、線量値が選定基準に合致する領域を、設定されたマージンの大きさに従って装置が自動的に拡大、あるいは縮小してから登録することも可能である。図９のフローチャートはこの機能の流れを示すものであり、図７と同じく、図２のステップ２０７に対応する部分のみを示す。
【００７２】
操作者は、図２のステップ１０３において、自動登録される領域に対するマージンを入力し、メモリ３０４に保存する。装置は、図２のステップ１０４及び図３のステップ２０４，２０５において目的関数の生成及び反復計算を行い、図３及び図７のステップ２０６において線量分布を計算した後、特定の領域の３次元の位置情報を抽出し（ステップ９０２）、操作者によって設定されたマージンの大きさだけ領域を拡大或いは縮小する（ステップ９０３）。この領域の拡大によって、近接する領域同士が重複する部分が現れる場合には、それらの複数の領域の和を一つの領域として統合し（ステップ９０４）、この統合した領域の３次元の位置情報をメモリ３０４に保存して新たに登録する（ステップ９０５）。
【００７３】
本実施の形態によっても、図８に示した領域７０１と類似した、拡大した領域７０１が得られるため、図６の領域６０１、６０３といった高線量領域が現れていた部分を一つにまとめて登録できる。この結果、領域の数を増やすことなく指定したい範囲を拡げることが可能となり、操作者の設定に要する手間を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる放射線治療計画装置の設備概要を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態による装置を用いた治療計画立案の流れを示すフローチャートである。
【図３】図２の治療計画立案の際に本実施の形態の装置が行う処理機能を示すフローチャートである。
【図４】操作者が表示装置の領域入力画面において、ＣＴ画像のあるスライス上で標的領域と重要臓器を入力し、登録した状態を示す図である。
【図５】本実施の形態により表示装置のＣＴ画面上に表示される計算結果の線量分布を示す図である。
【図６】本実施の形態の装置により自動登録された領域を示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態における装置が行う処理機能を示すフローチャートである。
【図８】図７の処理機能により自動登録された領域を示す図である。
【図９】本発明の更に他の実施の形態における装置が行う処理機能を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
３０１…表示装置
３０２…入力装置
３０３…演算処理装置
３０４…メモリ（記憶装置）
４０１…標的領域（第１領域）
４０２、４０３…重要臓器（第１領域）
５０１…反復計算の結果得られた線量１２０の等線量線
５０２…反復計算の結果得られた線量１００の等線量線
５０３…反復計算の結果得られた線量２０の等線量線
６０１…自動登録された標的領域内で照射線量１２０以上の領域（第２領域）
６０２…自動登録された重要臓器内で照射線量２０以上の領域（第２領域）
６０３…領域６０１の一部
７０１、７０２…体積の閾値を設けた上で自動登録された標的領域内で照射線量１２０以上の領域
７０３…体積の閾値を設けた上で自動登録された重要臓器内で照射線量２０以上の領域
【図１】
2008099807.tif 000005
【図２】
2008099807.tif 000006
【図３】
2008099807.tif 000007
【図４】
2008099807.tif 000008
【図５】
2008099807.tif 000009
【図６】
2008099807.tif 000010
【図７】
2008099807.tif 000011
【図８】
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【図９】
2008099807.tif 000013