特許 7408078 患者体内構造変化検出方法、患者体内構造変化検出装置およびコンピュータプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-22

(45)【発行日】2024-01-05

(54)【発明の名称】患者体内構造変化検出方法、患者体内構造変化検出装置およびコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20231225BHJP

【ＦＩ】

A61N5/10 P

A61N5/10 M

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2019212394

(22)【出願日】2019-11-25

(65)【公開番号】P2021083481

(43)【公開日】2021-06-03

【審査請求日】2022-09-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】504173471

【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000279

【氏名又は名称】弁理士法人ウィルフォート国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤井 孝明

(72)【発明者】

【氏名】藤井 祐介

(72)【発明者】

【氏名】山田 貴啓

(72)【発明者】

【氏名】平山 嵩祐

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼尾 聖心

(72)【発明者】

【氏名】梅垣 菊男

【審査官】近藤 裕之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０７２３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４４５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０４２８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０９０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５０１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８７０８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７０８６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｎ ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンピュータを、患者の体内構造の変化を検出する患者体内構造変化検出装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、
新たに取得された患者の三次元画像である第２の三次元画像から求められる第２の水等価厚を計算する処理であって、計画照射情報が示す計画照射条件と前記第２の三次元画像を用いて水等価厚を計算する処理を含む、前記第２の水等価厚を計算する処理と、
治療計画時の患者の三次元画像である第１の三次元画像から求められる第１の水等価厚と、前記第２の水等価厚の間の、水等価厚変化を計算する処理であって、前記第１の水等価厚は、前記計画照射条件と前記第１の三次元画像を用いて水等価厚が計算されることにより求められるものである、前記水等価厚変化を計算する処理と、
前記計算された水等価厚変化と、相関情報に基づいて、治療計画時の前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第２の三次元画像に基づいて推定される線量体積ヒストグラムの間の、線量体積ヒストグラム変化を計算する処理であって、
前記相関情報は、前記第１の三次元画像に対応する前記第１の水等価厚と、第３の三次元画像に対応する第３の水等価厚の間の、水等価厚変化と、前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第３の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムの間の、線量体積ヒストグラム変化により定められるものであり、
前記第３の三次元画像は、患者の治療計画時以降の体内構造変化を想定して、前記第１の三次元画像が加工されて作成されるものであり、
前記第３の水等価厚は、前記計画照射条件と前記第３の三次元画像を用いて水等価厚が計算されることにより求められるものであり、
前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第３の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムの間の、線量体積ヒストグラム変化は、前記計画照射条件と前記第１の三次元画像を用いた線量計算により得られる計画時線量分布情報と、前記計画照射条件と前記第３の三次元画像を用いた線量計算により得られる検証用線量分布情報の間の変化に基づいて求められるものである、
前記線量体積ヒストグラム変化を計算する処理
を前記コンピュータに実行させるためのものであり、
前記計画照射情報は、治療計画時に前記第１の三次元画像に基づいて定められる、粒子ビームを患者に照射する際の設定を示すものである、
コンピュータプログラム。

【請求項2】

治療計画時の前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第２の三次元画像に基づいて推定される線量体積ヒストグラムの間の、前記線量体積ヒストグラム変化と、閾値に基づいて、治療の継続の可否を判定する処理を、前記コンピュータに実行させるためのものである、
請求項１に記載のコンピュータプログラム。

【請求項3】

治療計画時の前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第２の三次元画像に基づいて推定される線量体積ヒストグラムの間の、前記線量体積ヒストグラム変化を示す情報を表示装置に出力する処理を、前記コンピュータに実行させるためのものである、
請求項１または請求項２のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム。

【請求項4】

前記第３の三次元画像は、前記第１の三次元画像と比べて、粒子ビームの照射の標的の位置と輪郭は同じであり、周辺構造が異なるように作成されるものである、
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム。

【請求項5】

前記第１の水等価厚、前記第２の水等価厚、及び、前記第３の水等価厚のいずれも、スポットスキャニング照射法における照射スポット毎に計算されるものである、
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム。

【請求項6】

前記第１の水等価厚と、前記第２の水等価厚の間の、前記水等価厚変化の計算結果を表示装置に出力する処理を、前記コンピュータに実行させるためのものである、
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム。

【請求項7】

コンピュータが、患者の体内構造の変化を検出する方法であって、
新たに取得された患者の三次元画像である第２の三次元画像から求められる第２の水等価厚を計算するステップであって、計画照射情報が示す計画照射条件と前記第２の三次元画像を用いて水等価厚を計算する処理を含む、前記第２の水等価厚を計算するステップと、
治療計画時の患者の三次元画像である第１の三次元画像から求められる第１の水等価厚と、前記第２の水等価厚の間の、水等価厚変化を計算するステップであって、前記第１の水等価厚は、前記計画照射条件と前記第１の三次元画像を用いて水等価厚が計算されることにより求められるものである、前記水等価厚変化を計算するステップと、
前記計算された水等価厚変化と、相関情報に基づいて、治療計画時の前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第２の三次元画像に基づいて推定される線量体積ヒストグラムの間の、線量体積ヒストグラム変化を計算するステップであって、
前記相関情報は、前記第１の三次元画像に対応する前記第１の水等価厚と、第３の三次元画像に対応する第３の水等価厚の間の、水等価厚変化と、前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第３の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムの間の、線量体積ヒストグラム変化により定められるものであり、
前記第３の三次元画像は、患者の治療計画時以降の体内構造変化を想定して、前記第１の三次元画像が加工されて作成されるものであり、
前記第３の水等価厚は、前記計画照射条件と前記第３の三次元画像を用いて水等価厚が計算されることにより求められるものであり、
前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第３の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムの間の、線量体積ヒストグラム変化は、前記計画照射条件と前記第１の三次元画像を用いた線量計算により得られる計画時線量分布情報と、前記計画照射条件と前記第３の三次元画像を用いた線量計算により得られる検証用線量分布情報の間の変化に基づいて求められるものである、
前記線量体積ヒストグラム変化を計算するステップを含み、
前記計画照射情報は、治療計画時に前記第１の三次元画像に基づいて定められる、粒子ビームを患者に照射する際の設定を示すものである、
患者の体内構造の変化を検出する方法。

【請求項8】

治療計画時の前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第２の三次元画像に基づいて推定される線量体積ヒストグラムの間の、前記線量体積ヒストグラム変化と、閾値に基づいて、治療の継続の可否を判定するステップを含む、
請求項７に記載の患者の体内構造の変化を検出する方法。

【請求項9】

治療計画時の前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第２の三次元画像に基づいて推定される線量体積ヒストグラムの間の、前記線量体積ヒストグラム変化を示す情報を表示装置に出力するステップを含む、
請求項７または請求項８のいずれか一項に記載の患者の体内構造の変化を検出する方法。

【請求項10】

前記第３の三次元画像は、前記第１の三次元画像と比べて、粒子ビームの照射の標的の位置と輪郭は同じであり、周辺構造が異なるように作成されるものである、
請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載の患者の体内構造の変化を検出する方法。

【請求項11】

前記第１の水等価厚、前記第２の水等価厚、及び、前記第３の水等価厚のいずれも、スポットスキャニング照射法における照射スポット毎に計算されるものである、
請求項７ないし請求項１０のいずれか一項に記載の患者の体内構造の変化を検出する方法。

【請求項12】

粒子ビームの照射される患者の体内構造の変化を検出する患者体内構造変化検出装置で
あって、
前記患者体内構造変化検出装置は、水等価厚変化計算部と、線量体積ヒストグラム変化計算部を備え、
前記水等価厚変化計算部は、
新たに取得された患者の三次元画像である第２の三次元画像から求められる第２の水等価厚を計算する処理であって、計画照射情報が示す計画照射条件と前記第２の三次元画像を用いて水等価厚を計算する処理を含む、前記第２の水等価厚を計算する処理と、
治療計画時の患者の三次元画像である第１の三次元画像から求められる第１の水等価厚と、前記第２の水等価厚の間の、水等価厚変化を計算する処理であって、前記第１の水等価厚は、前記計画照射条件と前記第１の三次元画像を用いて水等価厚が計算されることにより求められるものである、前記水等価厚変化を計算する処理を行うものであり、
前記線量体積ヒストグラム変化計算部は、
前記計算された水等価厚変化と、相関情報に基づいて、治療計画時の前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第２の三次元画像に基づいて推定される線量体積ヒストグラムの間の、線量体積ヒストグラム変化を計算する処理であって、
前記相関情報は、前記第１の三次元画像に対応する前記第１の水等価厚と、第３の三次元画像に対応する第３の水等価厚の間の、水等価厚変化と、前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第３の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムの間の、線量体積ヒストグラム変化により定められるものであり、
前記第３の三次元画像は、患者の治療計画時以降の体内構造変化を想定して、前記第１の三次元画像が加工されて作成されるものであり、
前記第３の水等価厚は、前記計画照射条件と前記第３の三次元画像を用いて水等価厚が計算されることにより求められるものであり、
前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第３の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムの間の、線量体積ヒストグラム変化は、前記計画照射条件と前記第１の三次元画像を用いた線量計算により得られる計画時線量分布情報と、前記計画照射条件と前記第３の三次元画像を用いた線量計算により得られる検証用線量分布情報の間の変化に基づいて求められるものである、
前記線量体積ヒストグラム変化を計算する処理を行うものであり、
前記計画照射情報は、治療計画時に前記第１の三次元画像に基づいて定められる、粒子ビームを患者に照射する際の設定を示すものである、
患者体内構造変化検出装置。

【請求項13】

前記患者体内構造変化検出装置は、治療継続可否判定部を更に備え、
前記治療継続可否判定部は、治療計画時の前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第２の三次元画像に基づいて推定される線量体積ヒストグラムの間の、前記線量体積ヒストグラム変化と、閾値に基づいて、治療の継続の可否を判定する処理を行うものである、
請求項１２に記載の患者体内構造変化検出装置。

【請求項14】

治療計画時の前記第１の三次元画像に基づく線量体積ヒストグラムと、前記第２の三次元画像に基づいて推定される線量体積ヒストグラムの間の、前記線量体積ヒストグラム変化を示す情報を表示装置に出力する、
請求項１２または請求項１３のいずれか一項に記載の患者体内構造変化検出装置。

【請求項15】

前記第３の三次元画像は、前記第１の三次元画像と比べて、粒子ビームの照射の標的の位置と輪郭は同じであり、周辺構造が異なるように作成されるものである、
請求項１２ないし請求項１４のいずれか一項に記載の患者体内構造変化検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、患者体内構造変化検出方法、患者体内構造変化検出装置およびコンピュータプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

がんの治療法の一つとして挙げられる放射線治療では、治療で用いる放射線の線種としてＸ線やガンマ線といった非荷電粒子線を使用する治療と、陽子線や炭素線といった荷電粒子線を使用する治療とに大別される。後者の荷電粒子線（荷電粒子ビーム）を使用した治療は一般に粒子線治療と呼ばれている。

【0003】

非荷電粒子は、体内で浅い位置から深い位置にかけて一定の割合で線量の付与量が減少するという特徴を有する。荷電粒子ビームは、エネルギによって定まる特定の深さにピークを有する線量分布（ブラックカーブ）を形成する。したがって、荷電粒子ビームは、ピーク位置を腫瘍位置に合わせてビームを照射することにより、腫瘍より深い位置にある正常組織への線量を大幅に低下させることが可能であるという特徴を有する。

【0004】

粒子線治療では、可能な限り正確に所望の線量を照射標的の腫瘍に照射することが治療効果の向上につながる。近年の粒子線治療において、標的に線量を集中させる方法として、スキャニング照射法の利用が広がりつつある。スキャニング照射法は、細い荷電粒子ビームを二組の走査電磁石により偏向させて平面内の任意の位置に導くことにより、腫瘍内部を塗りつぶすように照射し、腫瘍領域にのみ高い線量を付与する照射法である。

【0005】

スキャニング照射法では、腫瘍内の各照射対象位置にスポットと呼ばれる照射目標地点を設定し、各スポットへ荷電粒子ビームを照射することにより、標的形状に合致した線量分布が形成される。スポットの配置は、事前に取得した患者のＣＴ（Computed Tomography）画像に対して、治療計画装置による照射シミュレーション計算することにより、決定する。

【0006】

腫瘍への正確な粒子線照射を実現するためには、実際の粒子線照射時において、治療計画装置で作成された治療計画中の照射位置と同じ照射位置に、患者を位置合わせする必要がある。この位置合わせのことを患者位置決めと呼ぶ。粒子線治療における患者位置決めは、一般的に、患者を垂直方向および平行方向の２方向から撮影した透視Ｘ線画像を使用して、両方向の透視Ｘ線画像と治療計画時のＣＴ画像から作成した同方向からの投影処理画像（模擬透視画像）とを比較することにより実施する。透視Ｘ線画像上の目印となる部位（通常は骨）が模擬透視画像での同部位と一致するように、位置合わせする。

【0007】

近年、粒子線治療を含む放射線治療の分野では、治療室内に設置されたＣＴ撮影装置またはガントリ搭載型のコーンビームＣＴ（ＣＢＣＴ）により、患者を治療日毎に撮影し、取得した画像を患者位置決めに使うだけでなく、腫瘍の位置形状及び体内構造変化の観察に使用している。さらに、正常組織への照射をより低減した高精度な治療を実現するために、前述の撮影画像上の患者体内の構造変化に応じて、治療放射線の照射条件を適宜修正して最適化するアダプティブ粒子線治療と呼ばれる治療が実施されている。

【0008】

アダプティブ粒子線治療のステップとしては大きく１．評価、２．判断、３．再計画、４．照射準備に分けられる。各項目の課題として、１．評価では高画質画像の作成と対象領域輪郭の再描画が、２．判断および３．再計画では高速な線量計算と適切な判断指標及び再計画判断閾値の決定が、４．照射準備では従来の治療計画時に実施していた患者品質保証（Quality Assurance:QA）チェックの代替方法が残っている。現在、これら各項目の課題を解決するための要素技術開発が行われている。

【0009】

１．評価から３．再計画にかけては、特開２０１６―３２５０６号公報（特許文献１）に記載の方法が知られている。特許文献１では、計画された照射条件を基に、その日の取得画像に対して対象臓器の輪郭再描画及び線量分布をフォワード計算により求めて線量誤差を評価する。しかし、特許文献１の技術では、輪郭再描画および線量分布計算といった解析作業に数分間の時間を要する。

【0010】

患者の負担を低減するために、位置決め完了から照射開始までの時間は可能な限り短い必要がある。そのため取得画像から患者の構造変化が少ない場合は速やかに照射開始に移り、患者の構造変化が無視できない場合のみ線量分布評価して、治療継続可否を判断することが望まれている。

【0011】

患者の体内構造変化を三次元画像と照射情報とから検出する手法例は、非特許文献１に記載されている。非特許文献１では、呼吸の呼気から吸気にかけて分割（通常１０分割程度）したＣＴ画像（４次元ＣＴ画像）上で、想定する照射条件の体表（粒子線ビーム上流側）から腫瘍後方面（ビーム下流側）までの体内通過領域における水等価厚の変化を計算する。そして、非特許文献１では、呼吸による線量分布の擾乱程度を事前に把握しており、呼吸による体動に対してロバストな粒子線照射角度を決定する。

【0012】

ここで水等価厚とは、実際にＣＴ画像上で各組織を通過して算出された実距離を、各組織の水に対する密度比を考慮し、実距離を水に置き換えた場合の距離として算出したものである。通常、ＣＴ画像で水等価厚を算出する際には、ＣＴ撮影装置固有の、ＣＴ値と水等価厚との変換テーブルを使用し、取得したＣＴ画像の要素であるボクセルに格納されたＣＴ値と前記変換テーブルとを用いて水等価厚に変換する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【文献】特開２０１６―３２５０６号公報

【非特許文献】

【0014】

【文献】Jason E Matney, Park PC, Li H, et al. Perturbation of water-equivalent thickness as a surrogate for respiratory motion in proton therapy. J Appl Clin Med Phys 2016;17 (2)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

非特許文献の技術は、実際に線量の付与される領域に着目して変化を検出できる点で優れる。しかし、算出された粒子線通過領域上の水等価厚変化は、スキャニング照射法のスポット毎のビーム強度およびビームの重なりにより表現される線量分布を再現する評価とは異なるため、両者の相関性は高くないと考えられる。そのためアダプティブ治療における治療継続の判断に必要となる線量分布指標の情報が十分に得られない課題がある。

【0016】

一般的に、放射線治療の分野において治療計画の良し悪しを判断する評価指標としては線量－体積ヒストグラム（Dose Volume Histogram:DVH）が用いられる。これは輪郭入力された関心領域（Region of interest:ROI）の各体積（体全体、標的、危険臓器など）内に付与する線量分布情報を三次元的に計算し、線量と体積の関係をグラフ化したものであり、横軸を線量、縦軸を体積とした折れ線または棒グラフで表現したものである。アダプティブ治療においてもＤＶＨ情報を治療継続判断の指標として提示する必要がある。

【0017】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、患者の体内構造の変化を適切かつ速やかに検出することができるようにした患者体内構造変化検出方法、患者体内構造変化検出装置およびコンピュータプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記課題を解決するために、本発明の一つの観点にしたがうコンピュータプログラムは、コンピュータに、患者の体内構造の変化を検出する患者体内構造変化検出装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、新たに取得された患者の三次元画像である第２の三次元画像から求められる第２の水等価厚を計算する処理と、治療計画時の患者の三次元画像である第１の三次元画像から求められる第１の水等価厚の、第２の水等価厚からの変化を計算する処理と、計算された水等価厚変化と、水等価厚変化値と線量分布情報との相関を示す相関情報と、に基づいて治療計画からの線量体積ヒストグラムの変化を計算する線量体積ヒストグラム変化を算出する処理と、をコンピュータ上に実現させる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、新たに取得された患者の三次元画像から計算される粒子ビームの通過する領域上の水等価厚変化と相関情報とに基づいて、治療計画からの線量体積ヒストグラムの変化を計算することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】粒子線照射システム（粒子線治療装置）の全体構成図。

【図2】図１中の患者体内構造変化検出装置のブロック図。

【図3】患者体内構造変化検出装置を実現するハードウェア資源およびソフトウェア資源を示す説明図。

【図4】照射計画情報に含まれるスポットデータの説明図。

【図5】スポットスキャンニング照射法における照射スポット設定の概念図。

【図6】照射スポット毎に水等価厚の変化を計算する領域の概念図。

【図7】線量体積ヒストグラムの変化を計算する手順を示すフロー図。

【図8】水等価厚変化などの情報を表示する画面例。

【図9】第２実施例に係り、粒子線治療装置における関心領域内の水等価厚変化計算を示す概念図。

【図10】第３実施例に係り、粒子線治療装置における患者体内構造変化検出装置のブロック図。

【図11】線量体積ヒストグラムの変化を計算する手順を示すフロー図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、以下に述べるように、治療計画時の三次元画像を使用して、スキャンニング照射法におけるスポット毎の粒子線が通過する領域の水等価厚変化と、粒子線照射により発生する線量分布変化とをあらかじめ求める。そして、本実施形態では、治療時の患者位置決め時に、新たに取得した三次元患者画像に基づいて、治療計画時からの線量体積ヒストグラム変化を迅速に計算し、その結果を表示する。これにより、本実施形態では、医師による治療を継続するか否かの判断を支援することができる。

【0022】

本実施形態の粒子線治療装置は、「患者体内構造変化検出装置を備える粒子線治療装置」の一例であって、例えば、粒子線発生装置１０と、ビーム輸送系２０と、回転ガントリに設けられる照射ノズル２５と、患者を載せるカウチ３３と、標的に対して粒子線を照射するための粒子線照射制御装置４１と、患者体内構造変化検出装置５０とを備える。

【0023】

患者体内構造変化検出装置５０は、治療計画時の照射計画情報と患者三次元画像とを用いて照射ビーム毎の水等価厚変化を計算する水等価厚計算機能５２と、水等価厚変化と同じ照射条件で計算される線量分布情報とから両者の相関情報を作成する相関情報作成機能５５と、新たに取得した三次元画像と相関情報とを用いて算出した照射ビーム通過領域上の水等価厚変化に基づいて、治療計画作成時の計画線量からの変化（線量体積ヒストグラム変化、ＤＶＨ変化情報）を算出する患者体内構造変化検出装置５１とを備える。さらに、水等価厚変化または線量体積ヒストグラム変化の少なくともいずれかを表示する表示装置を備えることもできる。

【0024】

本実施形態によれば、患者の位置決め時に、医師等の医療従事者へ患者の体内構造の変化を速やかに通知することができる。その通知は、線量分布変化の評価指標を考慮した治療継続の可否を判断する情報として医療従事者へ提示されるため、位置決め対象の患者の照射待ち時間を短縮することができ、医療従事者によるＲＯＩの再描画の手間を削減でき、線量分布の計算作業も削減できる。これにより、本実施形態では、医療従事者の判断を支援することができ、粒子線治療装置の使い勝手と効率を向上することができる。

【実施例1】

【0025】

図１～図８を用いて、第１実施例を説明する。図１は、粒子線治療装置としての粒子線照射システムの全体構成図である。図２は、粒子線治療装置に含まれる患者体内構造変化検出装置５０の構成図である。図３は、患者体内構造変化検出装置５０をコンピュータを用いて実現する場合のハードウェア資源およびソフトウェア資源を示す。図４は、実績スポットデータの作成に用いる粒子線照射情報６０の説明図である。図５は、スポットスキャンニング照射法における照射スポット設定の概念図である。図６は、スポットスキャンニング照射法における照射スポット毎の水等価厚変化計算領域の概念図である。図７は、照射中に実績線量分布を算出する処理手順を示すフロー図である。図８は、水等価厚変化および線量体積ヒストグラム変化などの情報を表示する画面を示す説明図である。

【0026】

図１に示すように、粒子線照射システムは、例えば粒子線発生装置１０と、ビーム輸送系２０と、偏向電磁石２１と、治療室３０と、粒子線照射制御装置４１と、患者位置決め装置４２と、位置決め画像取得装置４３と、通信装置４４と、データサーバ４５と、治療計画装置４６とを備える。

【0027】

標的に対して粒子線を照射するための粒子線照射装置は、例えば粒子線発生装置１０と、ビーム輸送系２０と、照射ノズル２５とを含む。

【0028】

粒子線発生装置１０は、例えばシンクロトロン１１と、イオン源１２と、ライナック１３とを備える。シンクロトロン１１は、例えば偏向電磁石２１と、四極電磁石（図示せず）と、高周波加速装置１８と、高周波出射装置１９と、出射用デフレクタ１７などとを備える。

【0029】

イオン源１２は、ライナック１３に接続されている。ライナック１３は、シンクロトロン１１に接続されている。粒子線発生装置１０では、イオン源１２より発生した粒子線はライナック１３により前段加速され、シンクロトロン１１へ入射する。シンクロトロン１１でさらに加速された粒子線は、ビーム輸送系２０へ出射される。

【0030】

ビーム輸送系２０は、例えば複数の四極電磁石（図示せず）と、偏向電磁石２１とを備える。ビーム輸送系２０は、シンクロトロン１１と照射ノズル２５とに接続される。

【0031】

ビーム輸送系２０の一部と照射ノズル２５とは、治療室３０内の略筒状のガントリに設置されており、ガントリと共に回転することができる。シンクロトロン１１から出射された粒子線（粒子ビームとも呼ぶ）は、ビーム輸送系２０内を通過しながら四極電磁石によって収束し、偏向電磁石２１により方向を変えて照射ノズル２５へ入射する。

【0032】

照射ノズル２５は、例えば二対の走査電磁石２５１、２５２と、線量モニタ２５４と、位置モニタ２５３とを備えている。二対の走査電磁石は、互いに直交する方向に設置されており、標的の位置において、ビーム軸に垂直な面内の所望の位置に粒子線が到達するように粒子線を偏向できる。

【0033】

線量モニタ２５４は、標的に照射される粒子線の照射量を計測するモニタであり、検出した計測値を粒子線照射制御装置４１へ出力する。位置モニタ２５３は、標的に照射される粒子線が通過した位置を検出することにより、標的に照射される粒子線の照射位置を間接的に計測するモニタである。位置モニタ２５３は、検出した検出値を粒子線照射制御装置４１へ出力する。照射ノズル２５を通過した粒子線は、照射対象３１内の標的に到達する。なお、癌などの患者を治療する場合、照射対象３１は患者を表し、標的は腫瘍などを表す。

【0034】

図２を用いて、患者体内構造変化検出装置５０の構成を説明する。患者体内構造変化検出装置５０は、例えば、線量体積ヒストグラム変化計算部５１と、水等価厚変化計算部５２と、コンソール５３と、治療継続可否判定部５４と、相関テーブル作成部５５とを備えている。

【0035】

線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、線量体積ヒストグラムが治療計画作成時と治療時とでどれだけ変化したかを計算する。水等価厚変化計算部５２は、照射対象としての患者３１に照射される粒子ビームについてスポット毎に水等価厚を計算し、治療計画作成時と治療時との差異を計算する。水等価厚変化計算部５２は、水等価厚を計算する機能５２１と、治療計画作成時と治療時とで水等価厚を比較する機能５２２とを備える。

【0036】

コンソール５３は、「表示装置」の例である。コンソール５３には、線量体積ヒストグラム変化および／または水等価厚変化などの情報が表示される。コンソール５３は、制御卓のように固定的装置でもよいし、携帯情報端末のように医療従事者などのユーザが持ち運び可能な装置でもよい。拡張現実（Augmented Reality:AR）または仮想現実（Virtual Reality:VR）などの技術を用いて、患者体内構造の変化に関する情報を医療従事者へ提供してもよい。

【0037】

治療継続可否判定部５４は、粒子線治療の継続可否を判定する。治療継続可否判定部５４は、線量体積ヒストグラムの変化が所定の判定閾値を超えているか判定する。すなわち治療継続可否判定部５４は、治療時において、患者の体内構造が治療計画作成時から大きく変化しているような場合、治療継続の可否の判定結果を医療従事者へ通知する。

【0038】

相関テーブル作成部５５は、「相関情報作成部」の例である。相関テーブル作成部５５は、水等価厚変化の計算に対応する照射条件において線量分布情報を計算し、水等価厚変化と線量分布情報との相関を示す相関テーブルを作成する。

【0039】

本実施例では、「相関情報」として相関テーブルを例示する。相関テーブルは、例えば、粒子ビームのスポット毎に、かつ臓器毎に作成される。例えば、各相関テーブルの縦軸は線量体積ヒストグラムの変化（ΔＤＶＨ）であり、横軸は水等価厚変化（ΔＷＥＬ）である。相関テーブルに代えて、所定の演算式を用いてもよいし、後述の実施例のように機械学習を用いてもよい。

【0040】

図３を用いて、患者体内構造変化検出装置５０をコンピュータ上に実現する場合の例を説明する。患者体内構造変化検出装置５０は、例えば、マイクロプロセッサ（Central Processing Unit:CPU）５０１と、メモリ５０２と、通信インターフェース部（図中、通信ＩＦ）５０３と、補助記憶装置５０４と、入出力部（図中、Ｉ／Ｏ）５０６とを含んで構成される。

【0041】

補助記憶装置５０４には、所定のコンピュータプログラム５０５が記憶されている。マイクロプロセッサ５０１がコンピュータプログラム５０５をメモリ５０２に読み込んで実行することにより、患者体内構造変化検出装置５０としての機能が実現される。

【0042】

コンピュータプログラム５０５は、記憶媒体５０７から伝達経路５０８を介して、補助記憶装置５０４へ記憶されてもよい。伝達経路５０８は、有線でも無線でもよい。伝達経路５０８は、例えばインターネットのような通信ネットワークでもよい。記憶媒体５０７は、例えば、フラッシュメモリ、ハードディスク、光ディスク、磁気テープ、磁気ディスク、光磁気ディスク、ホログラムメモリのような記憶媒体である。あるいは、記憶媒体５０７は、患者体内構造変化検出装置５０と通信可能に接続される別のコンピュータ内のメモリである。

【0043】

コンピュータプログラム５０５の全体が一つの記憶媒体５０７に記憶されてもよいし、コンピュータプログラム５０５の一部が記憶媒体５０７に記憶されなくてもよい。コンピュータプログラム５０５は、補助記憶装置５０４に記憶された他のコンピュータプログラムと連携することにより、患者体内構造変化検出装置５０としての機能を実現することもできる。

【0044】

なお、図３では、患者体内構造変化検出装置５０を単一のコンピュータから構成する例を示したが、これに限らず、物理的または論理的に複数のコンピュータから患者体内構造変化検出装置５０を構成してもよい。

【0045】

＜治療処理の流れ＞

【0046】

粒子線治療装置による線量体積ヒストグラムの変化を計算する処理について、図４から図８を用いて説明する。

【0047】

まず図７を参照する。患者体内構造変化検出装置５０（以下、変化検出装置５０と略記する場合がある）は、治療計画時において、ＣＴ撮影装置またはＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）撮影装置（いずれも図示せず）から、患者の三次元画像を取得する（Ｓ１１）。

【0048】

変化検出装置５０は、ステップＳ１１で取得した三次元画像に対して、治療計画装置４６を用いて治療計画を作成する（Ｓ１２）。作成された治療計画の計画照射情報６０及び計画時三次元画像は、データサーバ４５に保存される。

【0049】

図４を用いて、計画照射情報６０を説明する。計画照射情報６０には、スポット毎の照射位置（x, y）６２，６３と、エネルギ情報（スポットエネルギ）６４と、照射量（スポット線量）６５とを備えるスポットデータが含まれており、これらの照射計画情報に基づいて、スポット毎に粒子ビームを照射する。

【0050】

図５は、スポットスキャンニング照射法における照射スポット設定の概念図である。図５を用いて、計画照射情報６０に基づく粒子ビームの照射を説明する。

【0051】

符号１００は、照射される粒子ビームのスポットビーム偏向起点を示す。スポットビームの偏向起点１００は、照射ノズル２５内の走査電磁石２５１、２５２により偏向されるビーム位置に相当する。

【0052】

ガントリの照射角度の照射位置から治療室座標系におけるアイソセンタ１０１へ伸ばした直線に対して、アイソセンタ位置かつ垂直な面をアイソセンタ平面１０２と呼ぶ。計画照射情報６０に含まれるスポット位置は、アイソセンタ平面１０２のアイソセンタ位置を原点とした二次元平面上に定義される。例えばスポット照射位置が（ｘ, ｙ）＝(７,－４)の場合は、図中の符号１０３の位置に対して粒子線が照射されることを意味する。照射された粒子ビームは、スポットビーム通過線１０４の方向に沿って照射され、スポットエネルギを全て落とす深さまで通過する。以上の過程を経て、粒子線治療のスポットスキャンニング照射は実施される。

【0053】

再び図７を参照する。変化検出装置５０は、体内構造変化を想定した三次元画像（検証用三次元画像）を計画時の三次元画像を加工して作成し、治療計画装置４６を用いることにより、治療計画作成時（計画時とも呼ぶ）と同じ照射条件で線量計算を実施して、検証用線量分布情報を出力する（Ｓ１３）。

【0054】

ここで検証用三次元画像は、計画時三次元画像と比べて、標的の位置と輪郭は同じであり、周辺構造が異なるように作成される。標的の位置と輪郭を同じに設定する理由を以下に述べる。腫瘍位置については、位置決め時（治療のための患者位置決め時）に取得した三次元画像により、通常、患者位置合わせで実施されている骨位置決め及び腫瘍（もしくは腫瘍近傍に刺入したマーカに基づく）位置決めを実施しているため、計画時の位置と一致していることが確認済みだからである。さらに、腫瘍形状についても、位置決め時に取得された三次元画像から、腫瘍の形状を目視（もしくは自動輪郭検出技術）で確認できるため、形状が計画時と変化がない状態で撮像できるためである。

【0055】

計画照射情報６０、ＲＯＩ輪郭情報、計画時三次元画像および検証用三次元画像、計算された線量分布情報、検証用線量分布情報（いずれも図示せず）は、通信装置４４を経由して、変化検出置５０内の線量体積ヒストグラム変化計算部５１へ送られる。

【0056】

線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、照射条件、計画時三次元画像および検証用三次元画像を水等価厚変化計算部５２の水等価厚計算部５２１へ送る。水等価厚計算部５２１は、計画時三次元画像上のスポットビーム通過領域の水等価厚と同領域の検証用三次元画像上での水等価厚とをそれぞれ計算する。

【0057】

図５及び図６に示す概念図を用いて、水等価厚の変化を計算する方法を説明する。まず図６中のアイソセンタ面１０２上に設定されたスポット毎に、スポット位置を中心にした一辺の長さがスポット間隔に相当する四角形を、水等価厚を計算する基準面１０５として設定する。

【0058】

次に水等価厚計算基準面１０５の各頂点とスポットビーム偏向起点１００とを結ぶと四角錘が形成される。計画時三次元画像に対して形成された四角錘上に含まれる体内組織について、水等価厚に変換した値を算出することにより、ビーム上流方向からビーム下流方向にかけて積算する。

【0059】

積算された水等価厚がスポットビームのエネルギの水中飛程と一致するまで、上述の積算処理をビーム下流方向に向けて繰り返す。積算された水等価厚がスポットビームのエネルギの水中飛程と一致する位置を水等価厚計算領域底面１０６とする。スポットビーム偏向起点１００から水等価厚計算基準面１０５の各頂点を通り水等価厚計算領域底面１０６にかけて形成される四角錘を、水等価厚計算評価領域１０７として設定する。計画時三次元画像および検証用三次元画像に対して水等価厚計算評価領域１０７内で計算した水等価厚の差分を、そのスポットの水等価厚変化値として用いることができる。

【0060】

水等価厚計算評価領域１０７内で計算された水等価厚は、水等価厚比較部５２２により比較され、計画時に対する体内構造変化想定時の水等価厚変化値として、スポット毎に計算される。

【0061】

その後、線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、スポット毎の水等価厚変化情報と計画時線量分布情報と検証用線量分布情報とＲＯＩ輪郭情報とを読み込み、スポット毎の水等価厚（Water Equivalent Thickness:WET）変化が線量体積ヒストグラムに与える影響を評価する（Ｓ１４）。

【0062】

相関テーブル作成部５５は、ステップＳ１４による評価結果を受け取り、スポット毎の水等価厚変化に基づいて線量体積ヒストグラム変化を推定する相関テーブル５５１を作成する（Ｓ１５）。相関テーブル作成部５５により作成された相関テーブル５５１は、患者体内構造変化検出装置５０内のメモリ５０２または補助記憶装置５０４に保存される。ステップＳ１１～Ｓ１５までが治療計画時に実施すべき処理に相当する。

【0063】

相関テーブル５５１の例としては以下のように考えられる。仮にスポット毎の水等価厚の変化情報（ｘ）から対象ＲＯＩのＤＶＨ変化を予測する一次関数で予測する式があるとすると、関数ｆ（ｘ）は下記の（式１）のように表せられる。

【0064】

f(x) = a * x +b・・・（式１）

【0065】

ここで、ａとｂは、ＤＶＨ変化予測のための係数である。ＤＶＨ変化の予測式が指数関数である場合、または、二次元以上の関数で表される場合は、必要に応じた係数が用いられる。水等価厚変化の情報（ｘ）としては、例えば、スポット毎の水等価厚変化の中央値、またはスポット毎の水等価厚変化をヒストグラムとして表した際のデータ９５％を含む幅などを、代表値として使用できる。代表値に代えて、各スポットの水等価厚変化毎にＤＶＨ変化を予測する関数をそれぞれ作成して、それら関数の和からＤＶＨ変化を算出することもできる。その場合、縦軸にスポット番号、横軸に各スポットの関数にかかる係数を並べた表（相関テーブル）として保存し、使用できる。

【0066】

次に、粒子線照射による治療当日の処理について説明する。まず最初に、位置決め用画像取得装置４３により、治療当日の患者の三次元画像を取得する。取得された三次元画像は、通信装置４４を介して患者位置決め装置４２へ送られて、患者体内のランドマーク（通常は骨格と標的）が計画位置と合うように位置合わせされる。

【0067】

その後、取得された三次元画像は、通信装置４４を介して線量体積ヒストグラム変化計算部５１へ送られる。線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、三次元画像を水等価厚変化計算部５２へ送る。水等価厚計算部５２１は、計画照射条件と三次元画像とを用いて、スポット毎の水等価厚を計算する。水等価厚比較部５２２は、計画時の三次元画像から得られる水等価厚と治療日に取得した三次元画像から得られる水等価厚とを比較し、その変化を計算する（Ｓ１６）。

【0068】

計算された水等価厚変化情報は、水等価厚変化計算部５２から線量体積ヒストグラム変化計算部５１へ送られる。線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、治療計画時に保存された相関テーブル５５１を使用することにより、線量体積ヒストグラムの変化（ΔＤＶＨ）を算出する（Ｓ１７）。

【0069】

算出された線量体積ヒストグラム変化は、治療継続可否判定部５４へ送られる。治療継続可否判定部５４の判定閾値設定部５４１は、算出された線量体積ヒストグラム変化と事前に設定された判定閾値Ｔｈとを比較し、その結果に基づいて治療継続の可否が判定される（Ｓ１８）。

【0070】

図８に示すように、判定結果と計算情報（ΔＷＥＬ、ΔＤＶＨ）とは、コンソール５３の情報提供画面Ｇ１へ出力される。

【0071】

情報提供画面Ｇ１には、例えば、患者ＩＤ表示欄ＧＰ１と、患者断面画像表示ウィンドウＧＰ２と、ＤＶＨ表示ウィンドウＧＰ３と、水等価厚変化ヒストグラム表示ウィンドウＧＰ４と、線量評価指標値表示ウィンドウＧＰ５とを含む。

【0072】

患者ＩＤ表示欄ＧＰ１は、患者を一意に特定する識別子（ＩＤ）を表示する。患者断面画像表示ウインドウＧＰ２は、三次元画像の任意の患者断面画像上に、計画線量分布と、スポット毎の実通過空間上の通過領域と、ＲＯＩとを表示する。ＤＶＨ表示ウインドウＰ３は、計画時線量分と推定された各ＲＯＩに対するＤＶＨとを表示する。水等価厚変化ヒストグラム表示部ＧＰ４は、スポット毎の水等価厚変化情報をヒストグラムとして表示する。線量評価指標値表示ウインドウＧＰ５は、推定された各ＲＯＩのＤＶＨ変化を、予め設定された閾値Ｔｈと比較することにより、ＤＶＨ変化が閾値Ｔｈ内に収まっているかどうかを判定し、その判定結果を表示する。

【0073】

ＤＶＨ表示ウィンドウＧＰ３に表示された略語ＣＴＶ，ＯＡＲを説明する。ＣＴＶは、肉眼的に確認できる腫瘍に潜在的または微視的腫瘍の存在領域を加えた治療で除去すべき臨床標的体積（Clinical Target Volume:CTV）である。ＯＡＲは、線量付与を避けるべき危険臓器（Organ AT Risk:OAR）をＲＯＩとした場合のＤＶＨである。

【0074】

線量評価指標値表示ウィンドウＧＰ５に評価指標として示されたＣＴＶ（Ｄ_９９）は、ＣＴＶ体積の９９％をカバーする線量値である。ＣＴＶ（Ｄ_ｍａｘ）は、ＣＴＶに付与する最大線量値である。ＯＡＲ（Ｄ_ｍａｘ）は、ＯＡＲに付与する最大線量値である。なお、図８に示す画面構成は一例であり、上述した情報以外の情報を画面Ｇ１に表示してもよい。

【0075】

図７において、ステップＳ１８の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、粒子ビームによる治療の継続が可と判定された場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、粒子ビームが標的へ照射される（Ｓ２２）。

【0076】

これに対し、ステップＳ１８での判定結果が「ＮＯ」の場合、すなわち粒子ビームによる治療の継続が不可と判定された場合（Ｓ１８：ＮＯ）、例えば、詳細な線量評価、変化が起きた原因の究明、対策措置が実施される（Ｓ１９）。

【0077】

ステップＳ１９における評価または対策が実施された後で、治療継続の可否が再度判定される（Ｓ２０）。再判定結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち粒子ビームによる治療継続が可と判定された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、粒子ビームが標的へ照射される（Ｓ２２）。再判定結果が「ＮＯ」の場合、すなわち粒子ビームによる治療継続が不可と判定された場合（Ｓ２０：ＮＯ）、例えば、ＲＯＩの再描画と線量計算とが実施され、再治療計画（リプラン）実施の必要性を判断する（Ｓ２１）。

【0078】

このように構成される本実施例によれば、スポット毎の水等価厚変化と事前に作成した相関テーブル５５１とを用いて算出された線量体積ヒストグラム変化に問題がない場合、従来のアダプティブ治療において必要であったＲＯＩの再描画と線量分布の計算処理とが不要となり、患者位置決め終了後すぐに粒子ビームを照射することができる。このため、本実施例によれば、患者の照射待ち時間を短縮でき、医療従事者の臨床作業負担を低減できる。

【0079】

本実施例の変形例について説明する。図７のステップＳ１３では、フォワード計算に治療計画装置４６を使用しているが、患者体内構造変化検出装置５０内に専用の線量計算機能を設けて、その線量計算機能により線量を計算してもよい。

【0080】

相関テーブル５５１の作成に使用する各スポットの水等価厚情報は、スポットデータ情報を利用して重みづけした値を用いてもよい。例えば、照射量を表すモニターユニット値（ＭＵ値）またはスポットエネルギに応じた重み付けをすることにより、線量分布との相関性を高めることも可能である。

【0081】

本実施例では、治療計画時の照射計画情報と計画時の三次元画像と検証用三次元画像とを用いて作成した水等価厚変化と、線量体積ヒストグラム変化との相関テーブル５５１から線量体積ヒストグラム変化を推定した。これに代えて、治療計画時の照射計画情報と治療時に取得された三次元画像とを用いて、照射ビーム毎の水等価厚変化と線量分布情報との相関を算出することにより、治療時に取得された三次元画像と相関情報の線量分布変化とを予測することも可能である。

【実施例2】

【0082】

図９を用いて第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例では、第１実施例との相違を中心に述べる。

【0083】

第１実施例では、ビーム通過領域の始点から終点までの水等価厚変化を評価に使用するのに対して、本実施例では、さらにＲＯＩ内での水等価厚変化も評価に加えることにより、患者の体内造変化の発生原因を特定し、各ＲＯＩのＤＶＨ変化をより高い精度で検出できるようにしている。

【0084】

図７を参照して、本実施例における処理の流れを説明する。ステップＳ１３において、ビーム通過領域の始点から終点までの水等価厚変化を計算する際に、各ＲＯＩ内の水等価厚もスポット毎に計算する。

【0085】

図９を用いて、ＲＯＩ内の水等価厚計算例を説明する。図９中では、治療計画作成時にＣＴで設定した計画腫瘍形状１１３が当日取得した三次元画像上において当日腫瘍形状１１４のように縮小したと仮定する。

【0086】

スポットビーム通過線１０４のうち、計画腫瘍形状１１３内に入る通過線をスポットビームＲＯＩ内通過線１１５として、スポットビームＲＯＩ内通過線１１５上の水等価厚変化を各スポットで計算する。

【0087】

各スポットビーム通過線１０４の水等価厚変化と各スポットビームＲＯＩ内通過線１１５の水等価厚変化とを計算することにより、スポットビーム通過線１０４のみを使用した水等価厚変化だけでは知り得なかった、ＲＯＩ毎の変化についての情報も取得できるようになる。

【0088】

さらにスポットビームＲＯＩ内通過線１１５の線上の水等価厚変化とＤＶＨ変化との相関テーブルを作成することにより、各ＲＯＩに対するＤＶＨ変化の推定精度を向上することができる。

【0089】

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例によれば、ＲＯＩ毎の構造変化と相関の高い相関テーブルを用いることにより、高い精度でＤＶＨ変化を予想できる。そして、本実施例では、高精度に予測されるＤＶＨ変化を患者の治療継続可否を判断する指標として用いる。したがって、本実施例によれば、ＤＶＨ変化に問題がない場合に、従来のアダプティブ治療において必要であったＲＯＩの再描画および線量分布の計算処理が不要となり、患者位置決め終了後すぐに粒子ビームの照射開始に移行できるため、患者の照射待ち時間短縮、医師等の医療従事者の臨床作業負担を低減できる。

【実施例3】

【0090】

図１０および図１１を用いて、第３実施例を説明する。本実施例では、相関テーブル作成の代わりに、事前に準備した水等価厚変化とＤＶＨ変化との情報を教師データとして用い、機械学習技術により未知の水等価厚変化情報からＤＶＨ変化を推定する。これにより、本実施例では、より高速に、より高精度に、治療の継続可否の判断を支援することができる。

【0091】

本実施例に係る粒子線照射システムに用いられる患者体内構造変化検出装置５０Ａは、相関テーブル作成部５５に代えて、「相関情報作成部」としての教師データ作成部５６を備える。教師データ作成部５６は、教師データ５６１を作成する。

【0092】

図１１を用いて、本実施例における処理の流れを説明する。図１１中のステップＳ２１～Ｓ２４は、図７中のステップＳ１１～Ｓ１４と同様である。

【0093】

ステップＳ２４において、線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、スポット毎の水等価厚変化情報と計画時線量分布情報と検証用線量分布情報とＲＯＩ輪郭情報とを読み込み、教師データ作成部５６は、スポット毎の水等価厚変化（ΔＷＥＬ）が線量体積ヒストグラムに与える影響を学習する。それらの学習結果は、学習データとして患者体内構造変化検出装置５０Ａのメモリ５０２または補助記憶装置５０４に保存される（Ｓ２５）。ステップＳ２１～Ｓ２４までが治療計画時に実施すべき処理に相当する。

【0094】

次に、粒子ビーム照射当日の処理について説明する。まず位置決め用画像取得装置４３により、患者の当日の三次元画像を取得する。この新たに取得された三次元画像は、通信装置４４を介して患者位置決め装置４２へ送られて、患者体内のランドマーク（通常は骨格と標的）が計画位置と合うように位置合わせされる。

【0095】

そして、取得された三次元画像は、通信装置４４を介して線量体積ヒストグラム変化計算部５１へ送られる。線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、取得された三次元画像を水等価厚変化計算部５２へ送る。水等価厚計算部５２１は、計画照射条件と取得された三次元画像とを用いて、スポット毎の水等価厚を計算する。

【0096】

水等価厚比較部５２２は、計画時三次元画像の水等価厚と比較した水等価厚変化（ΔＷＥＬ）を計算する（Ｓ２６）。計算された水等価厚変化情報は、線量体積ヒストグラム変化計算部５１へ送られる。線量体積ヒストグラム変化計算部５１は、治療計画時に保存された学習データを使用することにより、線量体積ヒストグラム変化（ΔＤＶＨ）を計算する（Ｓ２７）。

【0097】

計算された線量体積ヒストグラム変化は、治療継続可否判定部５４へ送られる。治療継続可否判定部５４は、判定閾値設定部５４１で事前に設定された閾値ＴｈとステップＳ２７で計算された線量体積ヒストグラム変化とを比較し、治療継続の可否を判定する（Ｓ２８）。判定結果と計算情報とは、コンソール５３の画面に出力される。

【0098】

ステップＳ２８の判定結果が治療継続可の場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、粒子ビームの照射が開始される（Ｓ３２）。ステップＳ２８の判定結果が治療継続不可の場合（Ｓ２８：ＮＯ）、例えば、詳細な線量評価、変化が起きた原因の究明、対策措置などが実施される（Ｓ２９）。それらの対策が実施された後、治療継続可否が再び判定される（Ｓ３０）。再判定結果が治療継続可の場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、粒子ビームの照射が開始される（Ｓ３２）。再判定結果が治療継続不可の場合（Ｓ３０：ＮＯ）、ＲＯＩの再描画を行い、線量計算を実施して、再治療計画（リプラン）実施の必要性を判断する（Ｓ３１）。

【0099】

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。本実施例では、スポット毎の水等価厚変化と事前に作成した学習データとを用いて算出した線量体積ヒストグラム変化に問題がない場合、従来のアダプティブ治療において必要であったＲＯＩの再描画、線量分布の計算処理が不要となり、患者位置決め終了後すぐに粒子ビーム照射の開始に移行できるため、患者の照射待ち時間短縮、医師等の医療従事者の臨床作業負担を低減できる。

【0100】

本実施例の変形例について説明する。機械学習処理として本実施例では、対象患者に対して、事前に水等価厚変化（ΔＷＥＬ）が線量体積ヒストグラムに与える影響を算出して使用した。これに代えて、過去に蓄積された他の患者のΔＷＥＴとΔＤＶＨとの情報を利用することも可能である。さらに、本実施例では、機械学習の学習方法として教師あり学習に該当する手法を用いているが、これに限らず、教師なし学習、半教師あり学習、強化学習といった他の学習方法も適用可能である。

【0101】

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。上述の実施形態において、添付図面に図示した構成例に限定されない。本発明の目的を達成する範囲内で、実施形態の構成や処理方法は適宜変更することが可能である。

【0102】

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0103】

１０：粒子線発生装置、１１：シンクロトロン、１２：イオン源、１３：ライナック、２０：ビーム輸送系、２５：照射ノズル、３０：治療室、３１：照射対象、４１：粒子線照射制御装置、４２：患者位置決め装置、４３：位置決め画像取得装置、４６：治療計画装置、５０，５０Ａ：患者体内構造変化検出装置、５１：線量体積ヒストグラム変化計算部、５２：水等価厚変化計算部、５３：コンソール、５４：治療継続可否判定部、５５：相関テーブル作成部、５６：教師データ作成部、１０１：アイソセンタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】