治疗计划装置、粒子射线治疗装置以及带电粒子射束的扫描路径决定方法制造方法及图纸

本发明专利技术包括扫描路径候补提取部(22)，该扫描路径候补提取部(22)提取出连接一层内的所有点位置的扫描路径的多个候补，在使用扫描路径候补提取部(22)提取出的多个扫描路径中的一个扫描路径上的相邻所述点位置间的路径即部分路径中的第k个部分路径的扫描所需时间Tk、权重系数wk、以及该层内的点数n的评价函数中，将通过患部组织的部分路径所对应的权重系数wk设定为1，将通过正常组织的部分路径所对应的权重系数wk设定为大于1，将通过重要脏器的部分路径所对应的权重系数wk设定为大于通过正常组织的部分路径所对应的权重系数wk。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】治疗计划装置、粒子射线治疗装置以及带电粒子射束的扫描路径决定方法
本专利技术涉及癌治疗等所使用的扫描型粒子射线治疗装置、用于该粒子射线治疗装置的治疗计划装置。
技术介绍
癌治疗所利用的放射线能大致分为光子射线和粒子射线这两种。光子射线是光波，用作为X射线、伽马射线等现有放射线。另一方面，粒子射线是指利用氢的原子核、碳的原子核等粒子而得到放射线，尤其在医疗领域主要使用如下射束，该射束通过将对氢原子进行离子化而获得的“质子”、对碳原子进行离子化而获得的“碳离子(也称为重离子)”加速而获得。粒子射线治疗基于以下原理。若粒子射线对癌细胞进行照射，则癌细胞的DNA会损伤，受到超过修复能力的损伤的细胞会逐渐死亡，最终排出到体外。X射线、伽马射线等光子射线型的现有放射线通过接近身体表面来进行作用，与此相对，粒子射线具有在停止之前吸收剂量达到峰值的特性，因此能通过改变能量使吸收剂量达到峰值(布拉格峰)的位置与癌病灶相匹配，能集中地仅对癌病灶进行破坏。如上所述，能获得现有技术所没有的优异效果，因此粒子射线治疗作为能维持QOL(QualityofLife：生活质量)的质量越来越受到期待。为了有效地进行粒子射线治疗，需要以向患部组织提供足够剂量且不伤害周边组织的方式来对射束进行成形。实现该射束成形的照射方法能大致分为“宽射束照射法”和“扫描照射法”。宽射束照射法是利用准直器、物块(bolus)对一度利用散射体、脊形过滤器等而拓宽的射束进行成形的方法。另一方面，扫描照射法是如下方法：在维持射束直径细小的状态(将该状态的射束称为“笔形射束”)下，使该笔形射束进行扫描，以点绘制的方式进行照射(具有射束的开/关(ON/OFF)的点扫描)、或以一笔画的方式进行照射(射束原则上为开的光栅扫描)。此处，对扫描照射进行稍稍详细的阐述，对与治疗计划装置之间的关联进行说明。如上所述，粒子射线的特征在于具有与能量相对应深度的布拉格峰这一点。为了对在体内深度方向上具有厚度的患部组织提供适当的照射剂量，考虑如下方法：即、将该患部组织假设性地分为与射束能量相对应的层，对每一层实施上述的点扫描、光栅扫描。对于粒子射线的布拉格峰来说，在比该峰深的一侧的提供剂量几乎为零，但在比该峰浅的一侧具有稍许提供剂量，需要考虑该影响来决定各层的各点位置的照射量。治疗计划装置为了根据预先拍摄的患部的三维图像的信息来实现适当的提供剂量，进行决定该各层的该各点的照射量的计算及模拟。在进行实际的扫描照射时，还有一个不得不决定的事项。该事项是在各层中，以怎样的顺序照射各点，即怎样决定扫描路径。在光栅扫描中，也同样考虑沿着连结各点的轨迹进行照射。扫描的该扫描路径的决定通常由治疗计划装置来负责。与该扫描的该扫描路径有关的现有技术能看到例如专利文献1和非专利文献1。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2009-66106号公报非专利文献非专利文献1：J.H.Kangetal.,“Demonstrationofscanpathoptimizationinprotontherapy(质子治疗中扫描路径优化的示例)”医学物理34(9)2007,3457-3464页
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题非专利文献1中，公开了提取出扫描路径的距离较短的路径的方法。然而，如后所述那样，路径的距离和扫描所需时间未必一对一对应。因此，将路径的距离作为指标的评价中，未必会选择扫描时间最优化的扫描路径。本专利技术的目的在于，鉴于上述技术问题，获得一种治疗计划装置以及利用了其扫描路径的粒子射线治疗装置，该治疗计划装置用于求出缩短了光栅扫描型粒子射线治疗装置中的扫描时间、也考虑了避免对正常组织和重要脏器进行照射的扫描路径。解决技术问题所采用的技术手段本专利技术所涉及的治疗计划装置用于决定粒子射线治疗装置的带电粒子射束的扫描路径，该粒子射线治疗装置通过X方向扫描电磁铁和Y方向扫描电磁铁，使带电粒子射束以反复进行移动和停留的方式进行扫描，以使带电粒子射束对照射对象即患者的患部进行照射，该X方向扫描电磁铁和Y方向扫描电磁铁在与带电粒子射束的前进方向垂直的两个方向上即X方向和Y方向上使带电粒子射束进行扫描，该治疗计划装置包括：点位置存储部，该点位置存储部按每一层存储带电粒子射束的停留点即点位置；扫描路径候补提取部，该扫描路径候补提取部提取出连结点位置存储部中所存储的一层内的所有点位置的扫描路径的多个候补；扫描路径评价部，该扫描路径评价部在使用扫描路径候补提取部提取出的多个扫描路径中的一个扫描路径上的第k个相邻点位置间的扫描所需时间Tk、权重系数wk、以及该层内的点数n的评价函数J中，[数学式1]将该扫描路径通过患部组织的部分的权重系数wk设定为1，将该扫描路径通过正常组织的部分的权重系数wk设定为大于1，将该扫描路径通过重要脏器的部分的权重系数wk设定为大于通过正常组织的部分的权重系数wk，分别对于扫描路径候补提取部中提取出的多个扫描路径候补计算出评价函数J；以及扫描路径决定部，该扫描路径决定部基于该扫描路径评价部中计算得到的评价函数J的值，决定治疗时使用的扫描路径。专利技术效果根据本专利技术的治疗计划装置，能提供一种向患部组织以外照射带电粒子射束的风险较小、整体的照射时间较短的粒子射线治疗装置。附图说明图1是表示包括本专利技术的实施方式1的治疗计划装置的粒子射线治疗装置的结构的框图。图2是表示用于说明本专利技术的点位置和扫描路径的配置图。图3是表示用于说明本专利技术的扫描路径的点位置和扫描路径的一个示例的配置图。图4是表示用于说明本专利技术的扫描路径的点位置和扫描路径的另一个示例的配置图。图5是表示用于说明本专利技术的扫描路径的点位置和扫描路径的又一个示例的配置图。图6是表示本专利技术的实施方式2的治疗计划装置的步骤的流程图。图7是表示与图4相同的点位置、与图4不同的扫描路径的示例的配置图。图8是表示与图4相同的点位置、与图4、图7不同的扫描路径的示例的配置图。具体实施方式作为提供不得不通过的点、决定其路径的问题，定型为“巡回销售员问题(TravelingSalesmanProblem，TSP)”。典型的巡回销售员问题为如下所述。在给出城市的集合和各两个城市间的移动成本(例如距离)时，求出正好将所有城市各巡回一次并回到出发地的巡回路径的总移动成本为最小的路径(求出销售员巡回规定的多个城市一次时的最短路径)这一组合最优化问题。因此，在扫描照射型的粒子射线治疗装置中，在决定扫描射束的路径时，也考虑单纯地适用上述巡回销售员问题，使用解出已有的巡回销售员问题的工具，求出“距离成为最短的路径”即可。然而，求出距离最短路径的方法在以下点上具有问题。粒子射线的笔形射束的扫描通常通过X方向偏转用扫描电磁铁和Y方向偏转用扫描电磁铁这两个扫描电磁铁来实现。需要在射束路径上配置扫描电磁铁，但物理上来说，无法将X方向偏转用扫描电磁铁和Y方向偏转用扫描电磁铁设置在相同位置。若将X方向偏转用扫描电磁铁和Y方向偏转用扫描电磁铁并列配置在射束路径上，则由于与照射基准点即等中心的距离不同，电磁铁的大小也不同，因此X方向的扫描速度和Y方向的扫描速度也不同。即，存在如下问题：即使求出“距离成为最短的路径”，其扫描时间(治疗时间)也不是最小。对于上述问题，也考虑基于X方向的扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种治疗计划装置，该治疗计划装置用于决定粒子射线治疗装置的带电粒子射束的扫描路径，该粒子射线治疗装置通过X方向扫描电磁铁和Y方向扫描电磁铁，使所述带电粒子射束以反复进行移动和停留的方式进行扫描，以使所述带电粒子射束对照射对象即患者的患部进行照射，该X方向扫描电磁铁和Y方向扫描电磁铁在与所述带电粒子射束的前进方向垂直的两个方向上即X方向和Y方向上使所述带电粒子射束进行扫描，该治疗计划装置的特征在于，包括：点位置存储部，该点位置存储部按每一层存储所述患部内所设定的所述带电粒子射束的停留点、即排列成所述X方向和所述Y方向上的栅格状的点位置；扫描路径候补提取部，该扫描路径候补提取部提取出连结所述点位置存储部中所存储的一层内的所有点位置的扫描路径的多个候补；扫描路径评价部，该扫描路径评价部在使用所述扫描路径候补提取部提取出的多个扫描路径中的一个扫描路径上相邻的所述点位置间的路径、即部分路径中的第k个部分路径的扫描所需时间Tk、权重系数wk、以及该层内的点数n的评价函数J中，[数学式1]J=Σk=1n-1(wkTk)]]>将通过患部组织的部分路径所对应的权重系数wk设定为1，将通过正常组织的部分路径所对应的所述权重系数wk设定为大于1，将通过重要脏器的部分路径所对应的所述权重系数wk设定为大于通过所述正常组织的部分路径所对应的所述权重系数wk，分别对于所述扫描路径候补提取部中提取出的多个扫描路径候补计算出所述评价函数J；以及扫描路径决定部，该扫描路径决定部基于该扫描路径评价部中计算得到的所述评价函数J的值，决定治疗时使用的扫描路径。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种治疗计划装置，该治疗计划装置用于决定粒子射线治疗装置的带电粒子射束的扫描路径，该粒子射线治疗装置通过X方向扫描电磁铁和Y方向扫描电磁铁，使所述带电粒子射束以反复进行移动和停留的方式进行扫描，以使所述带电粒子射束对照射对象即患者的患部进行照射，该X方向扫描电磁铁和Y方向扫描电磁铁在与所述带电粒子射束的前进方向垂直的两个方向上即X方向和Y方向上使所述带电粒子射束进行扫描，该治疗计划装置的特征在于，包括：点位置存储部，该点位置存储部按每一层存储所述患部内所设定的所述带电粒子射束的停留点、即排列成所述X方向和所述Y方向上的栅格状的点位置；扫描路径候补提取部，该扫描路径候补提取部提取出连结所述点位置存储部中所存储的一层内的所有点位置的扫描路径的多个候补；扫描路径评价部，该扫描路径评价部在使用所述扫描路径候补提取部提取出的多个扫描路径中的一个扫描路径上相邻的所述点位置间的路径、即部分路径中的第k个部分路径的扫描所需时间Tk、权重系数wk、以及该层内的点数n的评价函数J中，[数学式1]将通过患部组织的部分路径所对应的权重系数wk设定为1，将通过正常组织的部分路径所对应的所述权重系数wk设定为大于1，将通过重要脏器的部分路径所对应的所述权重系数wk设定为大于通过所述正常组织的部分路径所对应的所述权重系数wk，分别对于所述扫描路径候补提取部中提取出的多个扫描路径候补计算出所述评价函数J；以及扫描路径决定部，该扫描路径决定部基于该扫描路径评价部中计算得到的所述评价函数J的值，决定治疗时使用的扫描路径。2.如权利要求1所述的治疗计划装置，其特征在于，所述扫描路径候补提取部反复进行路径设定，作为所述扫描路径设定之字路径，该路径设定将排列成所述栅格状的点位置的排列方向中、因所述X方向扫描电磁铁产生的所述带电粒子射束的移动速度和因所述Y方向电磁铁产生的所述带电粒子射束的移动速度中移动速度较快的方向设定为行方向，将所述点位置的排列行中一端的行的一端的点位置作为起点，从该起点起朝向该行的另一端的点位置设定路径，并从所述另一端的点位置起朝向相邻行的端点的点位置设定路径，从该相邻行的端点的点位置起朝向该行的另一端点设定路径。3.如权利要求2所述的治疗计划装置，其特征在于，所述扫描路径候补提取部在不能利用所述之字路径连结所述一层内的所有点位置的情况下，在不能连结的点位置组中设定循环路径或其他的之字路径。4.如权利要求3所述的治疗计划装置，其特征在于，所述扫描路径候补提取部在利用之字路径或循环路径无法连结所述一层内的所有点位置、并剩余一维排列的点位置组的情况下，该一维排列的点位置组通过来回路径来设定循环路径。5.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：权利要求1所述的治疗计划装置；X方向扫描电磁铁和Y方向扫描电磁铁；以及照射控制装置，该照射控制装置具备根据所述扫描路径决定部所决定的扫描路径对所述X方向扫描...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩田高明，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP