特開 2023-147474 予測支援システム、予測支援方法及び予測支援プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023147474

(43)【公開日】2023-10-13

(54)【発明の名称】予測支援システム、予測支援方法及び予測支援プログラム

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20231005BHJP

【ＦＩ】

A61N5/10 Q

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022054983

(22)【出願日】2022-03-30

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-09-19

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人日本医療研究開発機構、「医工連携イノベーション推進事業」「４次元照射領域最適化を実現する放射線治療計画支援システムの開発・事業化」委託研究開発、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(71)【出願人】

【識別番号】592131906

【氏名又は名称】みずほリサーチ＆テクノロジーズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】西尾 禎治

(72)【発明者】

【氏名】岩渕 耕平

(72)【発明者】

【氏名】前川 秀正

【テーマコード（参考）】

4C082

【Ｆターム（参考）】

4C082AC01

4C082AE03

4C082AP03

4C082AR02

(57)【要約】

【課題】放射線の照射状態を効率的に予測して、放射線の照射による治療を支援するための予測支援システム、予測支援方法及び予測支援プログラムを提供する。
【解決手段】支援装置２０は、放射線の照射装置１０による照射状態を予測する制御部２１を備える。制御部２１が、基準フェーズの体内の電子密度分布について第１ボクセルを生成し、線量分布について第２ボクセルを生成し、照射装置１０側に配置された仮想焦点と、照射方向の投影面に配置された複数の終点とを直線で結んだ複数のレイを生成する。制御部２１は、レイ毎に、第１ボクセルに対応させて累積相対電子密度を算出し、第１ボクセルに対応する第２ボクセルの線量を算出する。制御部２１は、累積相対電子密度と、前記第２ボクセルの線量とを対応させた深度線量分布情報を生成し、予測フェーズの電子密度分布を取得した場合、深度線量分布情報を用いて、線量分布を予測する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線の照射装置による照射状態を予測する制御部を備えた予測支援システムであって、
前記制御部が、
基準フェーズの体内の電子密度分布について第１ボクセルを生成し、
線量分布について第２ボクセルを生成し、
前記照射装置側に配置された仮想焦点と、照射方向の投影面に配置された複数の終点とを直線で結んだ複数のレイを生成し、
前記レイ毎に、前記第１ボクセルに対応させて累積相対電子密度を算出し、
前記第１ボクセルに対応する前記第２ボクセルの線量を算出し、
前記累積相対電子密度と、前記第２ボクセルの線量とを対応させた深度線量分布情報を生成し、
予測フェーズの電子密度分布を取得した場合、前記深度線量分布情報を用いて、線量分布を予測することを特徴とする予測支援システム。

【請求項2】

前記制御部が、
前記レイ毎に、前記第１ボクセルとの交差点を特定し、
前記レイが通過する相対電子密度の通過ボクセル内の通過距離を算出し、
前記交差点において、前記相対電子密度を用いて前記累積相対電子密度を算出することを特徴とする請求項１に記載の予測支援システム。

【請求項3】

前記制御部が、
前記レイ毎に、通過する前記第２ボクセルを特定し、
前記第２ボクセルに含まれる前記交差点を特定し、
前記特定した交差点の累積相対電子密度値を用いて、前記第２ボクセルの線量を算出することを特徴とする請求項２に記載の予測支援システム。

【請求項4】

前記交差点が含まれない第２ボクセルを特定し、
前記レイの終点間距離を用いて、前記特定した第２ボクセルの周囲の隣接ボクセルを特定し、
前記隣接ボクセルの線量を用いて、前記第２ボクセルの線量を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の予測支援システム。

【請求項5】

前記基準フェーズの累積相対電子密度と、前記予測フェーズの累積相対電子密度の差分が大きい領域が含まれる第２ボクセルを特定し、
前記特定した第２ボクセルの周囲の第２ボクセルの線量を用いて、前記第２ボクセルの線量の補正を行なうことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の予測支援システム。

【請求項6】

制御部を備えた予測支援システムを用いて、放射線の照射装置による照射状態を予測する方法であって、
前記制御部が、
基準フェーズの体内の電子密度分布について第１ボクセルを生成し、
線量分布について第２ボクセルを生成し、
前記照射装置側に配置された仮想焦点と、照射方向の投影面に配置された複数の終点とを直線で結んだ複数のレイを生成し、
前記レイ毎に、前記第１ボクセルに対応させて累積相対電子密度を算出し、
前記第１ボクセルに対応する前記第２ボクセルの線量を算出し、
前記累積相対電子密度と、前記第２ボクセルの線量とを対応させた深度線量分布情報を生成し、
予測フェーズの電子密度分布を取得した場合、前記深度線量分布情報を用いて、線量分布を予測することを特徴とする予測支援方法。

【請求項7】

制御部を備えた予測支援システムを用いて、放射線の照射装置による照射状態を予測するプログラムであって、
前記制御部を、
基準フェーズの体内の電子密度分布について第１ボクセルを生成し、
線量分布について第２ボクセルを生成し、
前記照射装置側に配置された仮想焦点と、照射方向の投影面に配置された複数の終点とを直線で結んだ複数のレイを生成し、
前記レイ毎に、前記第１ボクセルに対応させて累積相対電子密度を算出し、
前記第１ボクセルに対応する前記第２ボクセルの線量を算出し、
前記累積相対電子密度と、前記第２ボクセルの線量とを対応させた深度線量分布情報を生成し、
予測フェーズの電子密度分布を取得した場合、前記深度線量分布情報を用いて、線量分布を予測する手段として機能させることを特徴とする予測支援プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、放射線を用いた治療において、線量の予測を支援するための予測支援システム、予測支援方法及び予測支援プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

放射線を用いて治療を行なう場合、患者の被曝量を低減するために、的確な位置に適切な放射線量で照射する必要がある。呼吸時にも同期が移動するため、呼吸性移動対策を目的としたガイドラインも策定されている（例えば、非特許文献１参照）。呼吸性移動対策等のように、動的腫瘍に対する放射線治療の照射方法として、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）照射法、呼吸同期照射法、追尾照射法等が検討されている。ＭＩＰ照射法では、３次元的に構築されたデータに対して任意の視点方向に投影処理を行なったＭＩＰ画像を利用して照射する。また、呼吸同期照射法では、定められた範囲内に腫瘍がある場合に照射する。また、追尾照射法では、呼吸運動に合わせて照射野を移動させて照射する。

【0003】

また、透視画像撮影装置によって患者に埋め込まれたマーカの現在位置を算出することにより、患者の被曝量を低減する放射線治療制御装置も検討されている（例えば、特許文献１参照）。この文献に記載された技術では、一組の透視画像撮影装置から３つ以上のマーカの透視画像を取得するとともに、各マーカ間の各々の距離を取得する。そして、各マーカの現在位置を算出することにより、治療用放射線の照射を判断する。

【0004】

また、治療に用いる放射線は高いエネルギのＸ線のみでなく、高いエネルギで高速の粒子線を用いる場合もある。粒子線の一つである陽子線は、入射陽子が体内で停止する寸前の場所で大きなエネルギを損失する。この場所に「ブラッグピーク」と呼ばれる高線量領域を形成する。このため、正常な領域のダメージを減らすことにより、体内の患部に強い放射線を集中的に照射することができる。この場合には、特に粒子線の照射状況の把握が大切である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３－１９２７０２号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】公益社団法人日本医学物理学会，“呼吸性移動対策を伴う放射線治療に関するガイドライン２０１９”，２０１９年５月２４日，公益社団法人日本医学物理学会他，改訂２版［令和４年３月７日検索］，インターネット＜URL：https://www.jastro.or.jp/medicalpersonnel/guideline/kokyu2019.pdf＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、呼吸性移動を考慮した線量分布計算は、計算量が多いため、計算負荷が大きい。このため、呼吸性移動による線量分布の変化を、タイムリーに捉えることが困難である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決する予測支援システムは、放射線の照射装置による照射状態を予測する制御部を備える。そして、前記制御部が、基準フェーズの体内の電子密度分布について第１ボクセルを生成し、線量分布について第２ボクセルを生成し、前記照射装置側に配置された仮想焦点と、照射方向の投影面に配置された複数の終点とを直線で結んだ複数のレイを生成し、前記レイ毎に、前記第１ボクセルに対応させて累積相対電子密度を算出し、前記第１ボクセルに対応する前記第２ボクセルの線量を算出し、前記累積相対電子密度と、前記第２ボクセルの線量とを対応させた深度線量分布情報を生成し、予測フェーズの電子密度分布を取得した場合、前記深度線量分布情報を用いて、線量分布を予測する。

【発明の効果】

【0009】

本開示は、放射線の照射状態を効率的に予測することにより、放射線の照射による治療を支援することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態の予測支援システムの説明図である。

【図2】実施形態のハードウェア構成の説明図である。

【図3】実施形態の処理手順の説明図である。

【図4】実施形態の処理手順の説明図である。

【図5】実施形態の処理手順の説明図である。

【図6】実施形態の処理手順の説明図である。

【図7】実施形態の処理手順の説明図である。

【図8】実施形態の相対電子密度分布のボクセルの説明図である。

【図9】実施形態の線量分布のボクセルの説明図である。

【図10】実施形態の終点密度値が高いレイトレーシングの説明図である。

【図11】実施形態の終点密度値が低いレイトレーシングの説明図である。

【図12】実施形態の累積相対電子密度分布の計算の説明図である。

【図13】実施形態の線量分布の計算の説明図である。

【図14】実施形態の深度線量分布情報の説明図である。

【図15】実施形態の予測線量のボクセル化の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図１～図１５に従って、予測支援システム、予測支援方法及び予測支援プログラムを具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、放射線として、例えば、Ｘ線を患者の患部に照射して、患部の治療を行なう場合を説明する。
ここでは、図１に示すように、ネットワークを介して接続された治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０を用いる。

【0012】

（ハードウェア構成例）
図２は、治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０等として機能する情報処理装置Ｈ１０のハードウェア構成例である。

【0013】

情報処理装置Ｈ１０は、通信装置Ｈ１１、入力装置Ｈ１２、表示装置Ｈ１３、記憶装置Ｈ１４、プロセッサＨ１５を有する。なお、このハードウェア構成は一例であり、他のハードウェアを有していてもよい。

【0014】

通信装置Ｈ１１は、他の装置との間で通信経路を確立して、データの送受信を実行するインタフェースであり、例えばネットワークインタフェースや無線インタフェース等である。

【0015】

入力装置Ｈ１２は、ユーザ等からの入力を受け付ける装置であり、例えばマウスやキーボード等である。表示装置Ｈ１３は、各種情報を表示するディスプレイやタッチパネル等である。

【0016】

記憶装置Ｈ１４は、治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０の各種機能を実行するためのデータや各種プログラムを格納する記憶装置である。記憶装置Ｈ１４の一例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等がある。

【0017】

プロセッサＨ１５は、記憶装置Ｈ１４に記憶されるプログラムやデータを用いて、治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０における各処理（例えば、後述する制御部２１における処理）を制御する。プロセッサＨ１５の一例としては、例えばＣＰＵやＭＰＵ等がある。このプロセッサＨ１５は、ＲＯＭ等に記憶されるプログラムをＲＡＭに展開して、各種処理に対応する各種プロセスを実行する。例えば、プロセッサＨ１５は、治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０のアプリケーションプログラムが起動された場合、後述する各処理を実行するプロセスを動作させる。

【0018】

プロセッサＨ１５は、自身が実行するすべての処理についてソフトウェア処理を行なうものに限られない。例えば、プロセッサＨ１５は、自身が実行する処理の少なくとも一部についてハードウェア処理を行なう専用のハードウェア回路（例えば、特定用途向け集積回路：ＡＳＩＣ）を備えてもよい。すなわち、プロセッサＨ１５は、以下で構成し得る。

【0019】

〔１〕コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ
〔２〕各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する１つ以上の専用のハードウェア回路
〔３〕それらの組み合わせ、を含む回路
プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコード又は指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用又は専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

【0020】

（治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０の機能）
次に、治療計画装置１０、支援装置２０、治療装置３０の機能を説明する。
治療計画装置１０は、患部に対して放射線の入射方法を検討し、適切な線量が処方できているかを確認するためのシミュレータである。この治療計画装置１０は、ＣＴ（computed tomography）撮影装置から、所定の画像間隔で断層撮影したＣＴ画像（DICOMデータ）を取得する。このＣＴ画像では、Ｘ線の吸収度の高い高吸収域（ＣＴ値が高い領域）と、Ｘ線の吸収度の低い低吸収域（ＣＴ値が低い領域）とを識別できる。そして、Ｘ線のエネルギ毎に予め測定された治療計画装置１０用の「ＣＴ値－相対電子密度変換テーブル」によって、物質の電子密度を算出できる。また、治療計画装置１０は、公知の方法を用いて、DICOMデータにおいて輪郭抽出を行ない、ＣＴ輪郭情報を生成する。このＣＴ輪郭情報は、DICOM ROI（Region Of Interest）データにより構成されており、所定間隔で撮影したＣＴ画像（断層画像）において特定した所定部位（体表面、骨、患部及びリスク臓器等）の輪郭を構成する点（座標）の集合体からなるデータである。この治療計画装置１０においては、患部の体表面形状、患部の形状、位置、リスク臓器との位置関係によって、治療ビームの線質、入射方向、照射範囲、処方線量・照射回数等を決定する。

【0021】

支援装置２０は、放射線治療を支援するためのコンピュータシステムである。この支援装置２０は、制御部２１、治療情報記憶部２２、変換情報記憶部２４を備えている。

【0022】

制御部２１は、後述する処理（計算段階、予測段階等を含む処理）を行なう。このための予測支援プログラムを実行することにより、制御部２１は、計算部２１１、予測部２１２等として機能する。

【0023】

計算部２１１は、基準フェーズにおいて、深度線量分布情報を作成する処理を実行する。
予測部２１２は、予測フェーズ（計算対象フェーズ）において、深度線量分布情報を用いて照射線量を予測する処理を実行する。

【0024】

治療情報記憶部２２には、患者の治療のための放射線照射についての治療管理情報が記録される。この治療管理情報は、治療計画装置１０から治療計画情報を取得した場合に記録される。この治療管理情報は、患者ＩＤ、治療予定日に関連付けて、ＣＴ輪郭情報、照射条件情報を含む。

【0025】

患者ＩＤは、各患者を特定するための識別子である。
治療予定日は、この患者に対して、治療計画における放射線照射による治療の予定日（年月日）である。

【0026】

ＣＴ輪郭情報には、患者状態として、この患者の患部のＣＴ画像において、所定部位（体表面、骨、患部及びリスク臓器等）の輪郭の位置情報が含まれる。このＣＴ画像は、治療計画用ＣＴ装置から取得する。

【0027】

照射条件情報は、この患者に対して、治療予定日に照射する放射線を照射する条件である。この照射条件により、照射状態（３次元線量分布や４次元線量分布）を定める。照射条件情報には、放射線の照射位置、照射方向、照射エネルギ、照射線量、ビーム照射法等に関する情報が含まれる。ここで、ビーム照射法には、例えば、「呼吸同期照射法」や「呼吸追尾照射法」等がある。

【0028】

変換情報記憶部２４には、照射線量を算出するための変換情報が記録される。この変換情報は、基準フェーズ処理を行なった場合に記録される。この変換情報は、患者ＩＤ及びレイＩＤ毎に深度線量分布情報を含む。

【0029】

患者ＩＤは、各患者を特定するための識別子である。
レイＩＤは、仮想焦点と終点とを直線で結ぶ各レイを特定するための識別子である。
深度線量分布情報は、患者の体部位の深度に応じた累積相対電子密度から線量分布を算出するためのテーブル（深度線量分布テーブル）である。

【0030】

治療装置３０は、放射線を患部に照射することにより、がん等の患部の治療を行なう装置である。この治療装置３０には、患者の身体ＰＢ１が治療のための姿勢（仰臥や背臥等）を維持するための治療台が設けられている。そして、治療装置３０は、照射装置３１、検出装置３２を備える。

【0031】

照射装置３１は、治療台の患者の身体ＰＢ１に対して、放射線を照射する装置（ガントリー）である。
検出装置３２は、放射線等を利用して物体を走査することにより、物体の内部構造の画像を生成する透視撮影装置である。例えば、この放射線治療機器併設型透視撮影装置を用いて、コーンビームＣＴ画像を取得する。そして、検出装置３２で計測したＣＴ値から検出装置３２用の「ＣＴ値－相対電子密度変換テーブル」によって、相対電子密度を算出できる。

【0032】

（照射支援処理）
図３～図１５を用いて、照射支援処理を説明する。この照射支援処理は、基準フェーズ処理と予測フェーズ（計算対象フェーズ）処理とからなる。

【0033】

（基準フェーズ処理）
図３を用いて、基準フェーズ処理を説明する。
まず、支援装置２０の制御部２１は、相対電子密度のボクセル化処理を実行する（ステップＳ１１）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、治療計画装置１０で決められている相対電子密度のボクセル（第１ボクセル）のサイズを特定する。

【0034】

ここでは、図８に示すように、治療情報記憶部２２に記録されたDICOM形式のＣＴ輪郭情報のＣＴ画像２２１を取得する。このＣＴ画像２２１には、ＣＴ値が３次元のボクセルＢ１のサイズでＣＴ値が配置されている。ＣＴ画像２２１には、患者の身体ＰＢ１において臓器ＰＢ１０や患部ＰＢ１１の領域が含まれる。次に、計算部２１１は、治療計画装置１０用の「ＣＴ値－相対電子密度変換テーブル」を用いて、ＣＴ値分布（CT_RO（x,y,z））を、相対電子密度（ED_RO（x,y,z））の電子密度分布に変換する。

【0035】

次に、支援装置２０の制御部２１は、線量分布のボクセル化処理を実行する（ステップＳ１２）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、照射装置３１により照射される線量分布D_RO（x,y,z）を取得する。そして、計算部２１１は、空間を所定の大きさで分割した線量分布ボクセル（第２ボクセル）を生成する。
ここでは、図９に示すように、計算部２１１は、線量分布Ｄ１のボクセルとして、相対電子密度のボクセルＢ１（図８）のボクセルサイズよりも大きい線量分布ボクセルＢ２を生成する。

【0036】

次に、支援装置２０の制御部２１は、終点密度値の決定処理を実行する（ステップＳ１３）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、入力装置Ｈ１２から、ユーザによって設定された終点密度値を取得する。この終点密度値は、計算速度、計算精度を考慮して決定される。例えば、照射範囲（計算対象範囲）が広い場合には、計算速度を優先して終点密度値を下げる。また、照射範囲がリスク臓器に近い場合には、計算精度を優先して終点密度値を上げる。

【0037】

次に、支援装置２０の制御部２１は、レイの設定処理を実行する（ステップＳ１４）。ここで、制御部２１の計算部２１１は、仮想焦点、終点密度値に応じた終点によりレイを設定する。

【0038】

図１０及び図１１に示すように、具体的には、放射線の照射側に仮想焦点Ｆ１を設定する。次に、計算部２１１は、照射方向に対して身体の反対側に、２次元の投影面Ｕ１を設定する。次に、計算部２１１は、投影面Ｕ１に、終点密度値に応じた終点間距離で、等間隔に終点Ｑijを設定する。ここで、「i」及び「j」は、それぞれ２次元の２軸を示す変数である。そして、仮想焦点Ｆ１から各終点Ｑijまでを直線で繋げたレイＲＡ１を生成する。
図１０に示すように、終点密度値が高い場合には、レイＲＡ１のレイ数が多い。
一方、図１１に示すように、終点密度値が低い場合には、レイＲＡ１のレイ数も少なくなる。

【0039】

次に、支援装置２０の制御部２１は、累積相対電子密度値列の取得処理を行なう（ステップＳ１５）。ここでは、支援装置２０の制御部２１は、各レイについて、処理対象を特定して、以下の処理を繰り返す。

【0040】

まず、支援装置２０の制御部２１は、レイの通過ボクセルにおける交差点の特定処理を実行する（ステップＳ１５１）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、処理対象のレイが通過する相対電子密度の各ボクセルＢ１を特定する。

【0041】

図１２に示すように、レイＲＡ１は、相対電子密度のボクセルＢ１０，Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ１４，Ｂ１５…を通過する。この場合、レイＲＡ１とボクセルＢ１０～Ｂ１５とは、交差点ｐ０，ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５で交差する。

【0042】

次に、支援装置２０の制御部２１は、通過ボクセル内の通過距離の算出処理を実行する（ステップＳ１５２）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、仮想焦点Ｆ１側から、まだ通過距離を計算していない交差点を、順次、特定する。そして、計算部２１１は、交差点までに、レイＲＡ１が、通過した各ボクセル内の通過距離を算出する。ボクセルＢ１０，Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ１４，Ｂ１５…における通過距離Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５…を算出する。

【0043】

次に、支援装置２０の制御部２１は、累積相対電子密度値の算出処理を実行する（ステップＳ１５３）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、各ボクセルの相対電子密度値を取得する。

【0044】

ここでは、図１２に示すように、ボクセルＢ１０，Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３…の相対電子密度値RED0，RED1，RED2，RED3…をそれぞれ取得する。そして、計算部２１１は、累積相対電子密度値WELiを算出する。
〔WELi〕＝〔REDi〕＊〔Li〕＋〔WELi-1〕

【0045】

例えば、ボクセルＢ１３においては、相対電子密度値RED3を取得して、累積相対電子密度値列WEL3を算出する。
〔WEL3〕＝〔RED3〕＊〔L3〕+〔WEL2〕

【0046】

次に、支援装置２０の制御部２１は、終点に到達かどうかについての判定処理を実行する（ステップＳ１５４）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、処理対象の交差点が投影面Ｕ１の終点に到達したかどうかを判定する。

【0047】

投影面の終点に到達していないと判定した場合（ステップＳ１５４において「ＮＯ」の場合）、支援装置２０の制御部２１は、次の交差点について、相対電子密度の通過ボクセル内の通過距離の算出処理（ステップＳ１５２）以降を実行する。

【0048】

投影面の終点に到達したと判定した場合（ステップＳ１５４において「ＹＥＳ」の場合）、支援装置２０の制御部２１は、このレイＲＡ１についての累積相対電子密度値列の取得処理を終了する。
この場合、累積相対電子密度値列WELij＝（WEL0,…WELn）を取得する。
そして、すべてのレイについて終了するまで、上記処理を繰り返す。

【0049】

次に、図４に示すように、各レイの交差点について、順次、処理対象を特定して、以下の処理を繰り返す。

【0050】

まず、支援装置２０の制御部２１は、交差点が含まれる線量分布の通過ボクセルの特定処理を実行する（ステップＳ２１）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、処理対象のレイにおいて、処理対象の交差点が含まれる線量分布の通過ボクセルを特定する。
図１３に示すように、例えば、交差点ｐ０，ｐ１は、同じ線量分布ボクセルＢ２０を特定する。

【0051】

次に、支援装置２０の制御部２１は、交差点の線量の特定処理を実行する（ステップＳ２２）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、交差点が含まれる線量分布ボクセルＢ２の線量を特定する。そして、各交差点に、交差点が含まれる線量分布ボクセルＢ２の線量を割り当てる。
以上の処理を、すべての交差点について終了するまで繰り返す。
これにより、線量分布列DSij＝（DS0，…DSn）を取得する。

【0052】

次に、支援装置２０の制御部２１は、深度線量分布情報の生成処理を実行する（ステップＳ２３）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、累積相対電子密度値列WELijに対して線量分布列DSijを対応付けた深度線量分布テーブルTijを生成する。

【0053】

図１４に示すように、累積相対電子密度値を横軸、線量を縦軸としてプロットして、各プロットを結ぶことにより、深度線量分布テーブルTijについて、実線のグラフＧ１が生成される。

【0054】

次に、支援装置２０の制御部２１は、深度線量分布情報の補間処理を実行する（ステップＳ２４）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、累積相対電子密度値が高い終端付近の線量減少域において、線量勾配が特定の閾値を超えた位置で、ＰＤＤ（percent depth dose）テーブルに切り替える。ここでは、例えば、閾値線量勾配=ＰＤＤテーブルの最小線量勾配（＝-0.5）に設定する。なお、ＰＤＤのテーブルは照射線量６ＭｅＶ相当のものを用いる。これにより、ＰＤＤのテーブルへの切り替えにより、図１４に示す破線のグラフＧ２が付加される。

【0055】

次に、支援装置２０の制御部２１は、深度線量分布情報の記録処理を実行する（ステップＳ２５）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、患者ＩＤ、レイＩＤに関連付けて、深度線量分布テーブルTijを変換情報記憶部２４に記録する。
以上の処理を、すべてのレイについて終了するまで繰り返す。

【0056】

（予測フェーズ処理）
次に、図５～図７を用いて、予測フェーズ処理を説明する。例えば、この処理は、放射線の照射時に、検出装置３２から、計算対象のＣＴ画像を取得した場合に行なわれる。

【0057】

まず、図５に示すように、支援装置２０の制御部２１は、相対電子密度の取得処理を実行する（ステップＳ３１）。具体的には、制御部２１の予測部２１２は、ＣＴ画像からＣＴ値分布を取得する。次に、予測部２１２は、検出装置３２用の「ＣＴ値－相対電子密度変換テーブル」を用いて、各ＣＴ値を相対電子密度値に変換する。

【0058】

次に、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ１４と同様に、レイの設定処理を実行する（ステップＳ３２）。
次に、各レイを、順次、処理対象として特定して、以下の処理を繰り返す。

【0059】

ここでは、まず、支援装置２０の制御部２１は、ステップＳ１５と同様に、累積相対電子密度値列の取得処理を実行する（ステップＳ３３）。具体的には、制御部２１の予測部２１２は、取得した相対電子密度値を用いて、累積相対電子密度値列（以下では、pr_WELijと表記）を生成する。

【0060】

次に、支援装置２０の制御部２１は、線量の算出処理を実行する（ステップＳ３４）。具体的には、制御部２１の予測部２１２は、変換情報記憶部２４から、患者ＩＤ、処理対象のレイＩＤに関連付けられた深度線量分布テーブルTijを取得する。そして、予測部２１２は、深度線量分布テーブルTijを用いて、累積相対電子密度値pr_WELijに対応する線量分布（以下では、pr_DSijと表記）を算出する。

【0061】

次に、支援装置２０の制御部２１は、線量分布の決定処理を実行する（ステップＳ３５）。具体的には、制御部２１の予測部２１２は、算出した線量分布pr_DSijを、各レイと線量分布ボクセルＢ２の交差点に配置する。そして、予測部２１２は、線量分布ボクセルＢ２に含まれる交差点の線量分布を用いて、線量分布ボクセルＢ２の線量を決定する。ここで、一つの線量分布ボクセルＢ２に複数の交差点が含まれる場合には、線量分布ボクセルＢ２の中心からの距離に応じた線形補間により、線量分布ボクセルＢ２の線量を決定する。
以上の処理を、すべてのレイについて終了するまで繰り返す。

【0062】

次に、支援装置２０の制御部２１は、予測線量のボクセル化処理を実行する（ステップＳ３６）。ここでは、線量分布pr_DSijはレイ上にしか計算点がない。そこで、線量分布pr_DSijを用いて、線量分布ボクセルＢ２に展開する。この処理については、図６を用いて後述する。

【0063】

次に、支援装置２０の制御部２１は、補正処理を実行する（ステップＳ３７）。例えば、基準フェーズと比較して、累積相対電子密度値が大きく異なる座標点では、大きな線量変化が起きやすい。このため、線量変化を滑らかにするための補正を行なう。この処理については、図７を用いて後述する。

【0064】

次に、支援装置２０の制御部２１は、線量分布の出力処理を実行する（ステップＳ３８）。具体的には、制御部２１の予測部２１２は、算出した線量分布を表示装置Ｈ１３に出力する。そして、線量分布を確認して、必要に応じて、放射線の照射条件を調整する。

【0065】

（予測線量のボクセル化処理）
次に、図６を用いて、予測線量のボクセル化処理（ステップＳ３６）を説明する。
支援装置２０の制御部２１は、レイが通過していないボクセルの特定処理を実行する（ステップＳ４１）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、レイが通過していない線量分布ボクセルＢ２を特定する。

【0066】

レイが通過していない各線量分布ボクセルについて、順次、処理対象を特定して、以下の処理を実行する。
次に、支援装置２０の制御部２１は、近隣ボクセルの特定処理を実行する（ステップＳ４２）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、処理対象ボクセルの代表点から、深さ方向とは垂直な方向に対して、〔±ｍ／２〕の範囲に領域の一部が存在する周囲の線量分布ボクセルを近隣ボクセルとして特定する。ここで、「ｍ」は、終点密度値から算出される間隔である。

【0067】

次に、支援装置２０の制御部２１は、線量の算出処理を実行する（ステップＳ４３）。具体的には、制御部２１の計算部２１１は、特定した近隣ボクセル内の点列に対して、処理対象ボクセルの中心からの距離（ｒｉ）の逆数を重み（ｗｉ）として算出する。

【0068】

次に、計算部２１１は、重みｗｉを用いて、各点の線量DSiの加重平均により、処理対象ボクセルの線量分布pr_DSを算出する。
図１５に示すように、線量分布ボクセルＢ２ａにはレイが通過していない。この場合、隣接ボクセルＢ２ｂ，Ｂ２ｃを特定する。隣接ボクセルＢ２ｂには、交差点ｐ１１，ｐ１２が含まれる。隣接ボクセルＢ２ｃには、交差点ｐ２１，ｐ２２が含まれる。そして、線量分布ボクセルＢ２ａの中心から、交差点ｐ１１，ｐ１２，ｐ２１，ｐ２２まので距離を、それぞれ、ｒ０，ｒ１，ｒ２，ｒ３とする。

【0069】

この場合、線量分布ボクセルＢ２ａの線量は下記式により算出する。

【0070】

【数1】

以上の処理を、レイが通過していないすべてのボクセルについて終了するまで繰り返す。

【0071】

（補正処理）
次に、図７を用いて、補正処理（ステップＳ３７）を説明する。
まず、支援装置２０の制御部２１は、累積相対電子密度差の算出処理を実行する（ステップＳ５１）。具体的には、制御部２１の予測部２１２は、基準フェーズの累積相対電子密度値と予測フェーズの累積相対電子密度値との差分Δを、領域（x,y,z）毎に算出する。この場合には、下記式を用いる。

【0072】

【数2】

ここで、EDint_RN（x,y,z）は基準フェーズの累積相対電子密度値、EDint_R0（x,y,z）は予測フェーズの累積相対電子密度値である。

【0073】

次に、支援装置２０の制御部２１は、累積相対電子密度差が大きい領域の特定処理を実行する（ステップＳ５２）。具体的には、制御部２１の予測部２１２は、算出した差分Δが基準値より大きい領域を特定する。

【0074】

次に、支援装置２０の制御部２１は、この領域の線量分布ボクセルの特定処理を実行する（ステップＳ５３）。具体的には、制御部２１の予測部２１２は、特定したい領域が含まれる線量分布ボクセルＢ２を特定する。

【0075】

そして、支援装置２０の制御部２１は、特定した各線量分布ボクセルを順次、処理対象と特定して、以下の処理を繰り返す。
ここでは、支援装置２０の制御部２１は、ぼけ関数の適用処理を実行する（ステップＳ５４）。具体的には、制御部２１の予測部２１２は、ぼけ関数ＳＰ（x,y,z）を用いて、急峻な変化を緩和する。ここで、ぼけ関数ＳＰ（x,y,z）として、例えばビーム照射方向と垂直な平面における２次元ガウス分布を用いる。

【0076】

【数3】

以上の処理を、差分が大きい領域が含まれるすべての線量分布ボクセルについて終了するまで繰り返す。

【0077】

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、相対電子密度のボクセル化処理を実行する（ステップＳ１１）。これにより、相対電子密度について、ボクセル毎に計算を行なうことにより、計算負荷を軽減することができる。

【0078】

（２）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、線量分布のボクセル化処理を実行する（ステップＳ１２）。これにより、線量分布について、ボクセル毎に計算を行なうことにより、計算負荷を軽減することができる。

【0079】

（３）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、終点密度値の決定処理（ステップＳ１３）、レイの設定処理（ステップＳ１４）を実行する。これにより、仮想焦点と終点とを直線で結ぶ複数のレイをトレースすることにより、深度線量分布情報を生成することができる。

【0080】

（４）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、累積相対電子密度値列の取得処理を行なう（ステップＳ１５）。これにより、体内に入射した放射線における体内原子の影響をレイに従って評価することができる。

【0081】

（５）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、交差点が含まれる線量分布の通過ボクセルの特定処理（ステップＳ２１）、交差点の線量の特定処理（ステップＳ２２）、深度線量分布の生成処理（ステップＳ２３）を実行する。これにより、交差点を用いて、相対電子密度と線量分布ボクセルとを関連付けることができる。

【0082】

（６）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、深度線量分布情報の補間処理を実行する（ステップＳ２４）。これにより、仮想焦点と終点とを結ぶレイでカバーできない領域での深度線量分布情報を取得することができる。

【0083】

（７）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、相対電子密度の取得処理を実行する（ステップＳ３１）。これにより、治療時の患者の体内状態を把握することができる。

【0084】

（８）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、累積相対電子密度値列の取得処理（ステップＳ３３）、線量の算出処理（ステップＳ３４）、線量分布の決定処理（ステップＳ３５）を実行する。これにより、治療計画装置で計算された３次元線量分布を活用して、他のフェーズごとの３次元線量分布を効率的に計算することができる。そして、患者状態（例えば、治療中の呼吸や患部の変化）に応じて、その場で照射を調整するアダプティブセラピーを実現できる。

【0085】

（９）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、予測線量のボクセル化処理を実行する（ステップＳ３６）。これにより、レイが通過していない線量分布ボクセルの線量を算出することができる。

【0086】

（１０）本実施形態では、支援装置２０の制御部２１は、補正処理を実行する（ステップＳ３７）。アルゴリズムの特性により、予測フェーズにおいて、線量分布ボクセルに関して、照射方向と垂直な位置に対して、線量差が極端に（不自然に）大きい位置が現れる可能性がある。ぼけ関数を用いることにより、変化をなだらかにして、不自然な変化を除去することができる。

【0087】

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、放射線としてＸ線を用いる。ここで、放射線はＸ線に限定されるものではなく、例えば、陽子線、炭素線等の粒子線を用いることも可能である。

【0088】

・上記実施形態では、検出装置３２として、ＣＴ装置を用いる。照射領域を検出できれば、ＣＴ装置に限定されるものではない。
・上記実施形態では、一方向から、放射線を照射する。複数方向から放射線を照射してもよい。この場合には、照射源毎に仮想焦点と、各照射方向に配置された各投影面の終点とを結ぶ複数のレイを照射方向毎に設定する。そして、支援装置２０の制御部２１は、照射方向毎に、基本フェーズ処理、予測フェーズ処理を行なう。

【符号の説明】

【0089】

１０…治療計画装置、２０…支援装置、２１…制御部、２１１…計算部、２１２…予測部、２２…治療情報記憶部、２４…変換情報記憶部、３０…治療装置、３１…照射装置、３２…検出装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【手続補正書】

【提出日】2023-07-14

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項3】

前記制御部が、
前記レイ毎に、通過する前記第２ボクセルを特定し、
前記第２ボクセルに含まれる前記交差点を特定し、
前記第２ボクセルに含まれる前記交差点の累積相対電子密度値を用いて、前記第２ボクセルの線量を算出することを特徴とする請求項２に記載の予測支援システム。

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】請求項４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項4】

前記交差点が含まれない第２ボクセルを特定し、
前記レイの終点間距離を用いて、前記交差点が含まれない前記第２ボクセルの周囲の隣接ボクセルを特定し、
前記隣接ボクセルの線量を用いて、前記交差点が含まれない前記第２ボクセルの線量を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の予測支援システム。

【手続補正3】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】請求項５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項5】

線量分布についてのすべての第２ボクセルの中で、前記基準フェーズの累積相対電子密度と、前記予測フェーズの累積相対電子密度の差分が基準値より大きい領域が含まれる第２ボクセルを特定し、
前記予測フェーズの累積相対電子密度の差分が基準値より大きい領域が含まれる前記第２ボクセルの周囲の第２ボクセルの線量を用いて、前記第２ボクセルの線量の補正を行なうことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の予測支援システム。