JP2019146964A - 逆方向計画のための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
式中、wlrは重みであり、Nlrは低線量容積内のボクセルの数である。原則として、低線量容積における閾値線量は、可能性として、表面からの距離に依存し得る。次に、最適化が、最終的な最適化問題において使用される重み設定または標準化された重み設定のいずれかを用いて実行される。その後、アルゴリズムは、例えば所定の回数の反復の後に、反復プロセスが終了したか否かを判定する。そうである場合、最終的な治療計画最適化を、低線量容積を使用して実施することができる。そうでない場合、先行する最適化ステップにおける最適化された線量分布に基づいて、更新された低線量容積が、以前と同じである可能性がある2つの線量レベル間の容積として定義され、それに応じてフレーム記述への寄与が修正される。最終的な治療計画最適化は、反復最適化ステップからの低線量容積を用いて行われる。
式中、Qは定数であり得るか、または幾何学的因子および/または線量分布因子を含み得、Vadは、所定の閾値線量レベルよりも高い線量を受けるボクセルセットの容積であり、δrは、ボクセルセットの外面の拡大または縮小された距離に対応する。
式中、DF,adは所定の閾値線量レベルより高い線量を受けるボクセルセット内の等線量であり、δDは所定の線量分布変動であり、Vadは所定の閾値線量レベルより高い線量を受けるボクセルセットである。
式中、Qは定数であり得るか、または幾何学的因子および/または線量分布因子を含み得、Vadは、所定の閾値線量レベルよりも高い線量を受けるボクセルセットの容積であり、δrは、ボクセルセットの外面の拡大または縮小された距離に対応する。本発明の実施形態では、計算するステップは、以下に従って距離モデルを適用するステップを含む。
式中、DF,adは所定の閾値線量レベルより高い線量を受けるボクセルセット内の等線量であり、δDは所定の線量分布変動であり、Vadは所定の閾値線量レベルより高い線量を受けるボクセルセットである。
ここで、合計は低線量リングのボクセルをまたいでおり、wlrは最適化重みである。このリングは、最適化における外側リング(複数可)と同じように扱われる。
式中、xは各アイソセンタ、セクタ、コリメータ設定の照射時間であり、D(r)は標的線量を標的表面からの距離の関数として表す関数であり、rは標的表面(複数可)からの距離のベクトルであり、Njは距離rjにあるボクセルの数であり、wijはスカラー重みであり、それは実施形態においてはボクセルごとに変化し得る。本発明の実施形態では、所望の線量が異なる方向において変化することを記述する項D(r)が使用される。標的の容積に応じたサイズまたは容積を有する2つのシェルが適用される。これら2つのシェルにおける線量のペナライゼーションは、それぞれ2つの非凸量選択性および勾配率の促進に対応する。外側シェルのサイズまたは容積は、所望の高倍率を達成することができるように選択されるのが好ましい。
式中、xは各アイソセンタ、セクタおよびコリメータ設定に対する照射時間であり、w1,w2,w3はそれぞれ標的、内側リングおよび外側リングに対する重みであり、DTは処方線量であり、Niは構造i∈{T,IR,OR}内の標的ボクセルの数であり、φiはそれぞれの構造における線量率である。第1の項は標的の過少投与にペナルティを課し、第2の項は内側シェルの過量投与を課し、第3の項はDT/2を超える外側シェル内の線量にペナルティを課し、勾配率は、DTを超える線量の容積に対する、DT/2を超える線量を有する容積として定義される。3つの項はそれぞれ、カバレッジ、選択性、勾配率の良好な凸サロゲートである。目的関数は、3つの重みw1,w2,w3が異なる目的の相対的な重要性、したがってそれぞれカバレッジ、選択性、および勾配率の重要性を決定付ける加重和である。各臨床測定基準に対応する1つの重み、または少なくとも1つの重みを用いて、最適化が実行される前に目的関数の重みを調整することによって、臨床目的の所望の計画品質への変換を得ることができる。
これは、幾何学的要因、標的からの距離、および場合によっては標的からの方向に依存し得る。さらに、線量分布推定値は処方線量DTを用いてスケーリングされる。標的表面上の線量はDTであると仮定される。複数の標的がある場合、標的の外側のすべての線量分布がともに加算される。加算は場合によって重み付けされる可能性がある。
式中、wlrは重みであり、Nlrは低線量容積内のボクセルの数である。原則として、低線量容積における閾値線量は、可能性として、表面からの距離に依存し得る。
4 コリメータ本体
6 セグメント
8 開口
10 内部口、線形加速器
12 直線状側面
14a 湾曲側面
14b 湾曲側面
20 患者位置決めユニット
22 剛性フレームワーク
24 可動キャリッジ
26 患者用ベッド
28 固定装置
40 線形加速器、放射線療法装置
41 アイソセンタ
42 患者
43 患者テーブル
44 フラットパネルシンチレータ検出器
45 放射ヘッド
46 放射線ビーム
47 水平軸、ガントリ
125 ヨウ素
130 放射線療法装置、放射線療法ユニット
202 患者
212 放射線源
214 保護ハウジング
216 ビームチャネル
218 アイソセンタ
220 座標フレーム
222 患者位置決めシステム
300 方法
310 ステップ
320 ステップ
330 ステップ
340 ステップ
500 治療計画作成コンピュータ構造
500 治療計画コンピュータ構造
510 モデル化モジュール
520 低線量容積計算モジュール
530 計算モジュール
540 治療計画モジュール
550 最適化モジュール
600 手順、手法
610 ステップ
620 ステップ
620 ステップ
630 ステップ
640 ステップ
650 ステップ
660 ステップ
670 ステップ
680 ステップ
R 低線量リング
T1 処方線量
T2 処方線量
T3 処方線量
Claims (21)
- 放射線療法における治療計画のための方法であって、最適化問題を用いて、送達される放射線が決定され、前記最適化問題は、患者の治療中に治療される少なくとも1つの標的、リスク臓器、および/または健康な組織のうちの少なくとも1つを含む関心領域に対する基準を反映する目的に従って、前記送達される放射線を操作し、前記方法は、
所定の閾値線量レベルよりも高い線量を受けるボクセルセットを推定するステップであって、前記ボクセルセットは少なくとも1つの標的容積からのボクセルを含む、推定するステップと、
低線量ボクセルセットを決定するステップと、
前記低線量ボクセルセット内の前記ボクセルについてのフレーム記述を提供するステップであって、前記フレーム記述に従って、前記低線量ボクセルセットに送達される前記線量が抑制される、提供するステップと、
前記フレーム記述を、前記送達される放射線を操作する前記最適化問題において使用するステップと
を含む、方法。 - 放射線療法システムの治療計画のための方法であって、前記放射線療法システムは放射線療法ユニットを備え、ビーム形状設定を調整することによって、送達される空間線量を変更することができ、最適化問題を用いて、送達される放射線が決定され、前記最適化問題は、患者の治療中に治療される少なくとも1つの標的、リスク臓器、および/または健康な組織のうちの少なくとも1つを含む関心領域に対する基準を反映する目的に従って、前記送達される放射線を操作し、前記方法は、
所定の閾値線量レベルよりも高い線量を受けるボクセルセットを推定するステップであって、前記ボクセルセットは少なくとも1つの標的容積からのボクセルを含む、推定するステップと、
低線量ボクセルセットを決定するステップと、
前記低線量ボクセルセット内の前記ボクセルについてのフレーム記述を提供するステップであって、前記フレーム記述に従って、前記低線量ボクセルセットに送達される前記線量が抑制されるように、所定の閾値を超える線量を受けるボクセルがペナルティを受ける、提供するステップと、
前記フレーム記述を、前記送達される放射線を操作する前記最適化問題において使用するステップと
を含む、方法。 - 前記方法は、放射線療法システムの治療計画のためのものであり、前記放射線療法システムは固定放射線焦点を有する放射線療法ユニットを備え、前記方法は、
所定の閾値線量レベルよりも高い線量を受けるボクセルセットを推定するステップであって、前記ボクセルセットは少なくとも1つの標的容積を含む、推定するステップと、
低線量ボクセルセットを決定するステップと、
前記低線量ボクセルセット内の前記ボクセルについてのフレーム記述を提供するステップであって、前記フレーム記述に従って、前記低線量ボクセルに送達される前記線量が抑制されるように、所定の閾値を超える線量を受けるボクセルがペナルティを受ける、提供するステップと、
前記フレーム記述を、前記送達される放射線を操作する前記最適化問題において使用するステップと
を含む、請求項1または2に記載の方法。 - 前記低線量ボクセルセットの第1の推定値を決定するステップと、
最終的な最適化において使用されるべき重み設定または標準化された重み設定のいずれかによる少なくとも1つの最適化を実行するステップと、
先行する最適化ステップにおける最適化された線量分布に基づいて、2つの線量レベルの間の容積として定義される前記低線量ボクセルセットを更新するステップと、
前記目的関数を、更新された低線量ボクセルセットに従って修正するステップと、
前記先行する最適化からの前記更新された低線量ボクセルセットおよび前記修正された目的関数を使用して最終的な最適化を実行するステップと
をさらに含む、請求項2または3に記載の方法。 - 線量分布を推定するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記線量分布は、各標的の外側の前記線量分布を独立して推定すること、または前記標的の外側の組み合わせ線量分布を推定することによって推定される、請求項5に記載の方法。
- 所定の線量分布を適用することによって低線量ボクセルセットを決定するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 所定の線量分布を適用することによって低線量ボクセルセットを決定するステップは
前記閾値線量レベルより高い線量レベルに基づいて前記ボクセルセットの外側の第1のシェル表面を計算するステップと、
前記閾値線量レベルより低い線量レベルに基づいて前記ボクセルセットの外側の第2のシェル表面を計算するステップと、
前記低線量ボクセルセットを前記第1のシェル表面と前記第2のシェル表面との間のボクセルセットとして定義するステップと
を含む、請求項7に記載の方法。 - 前記低線量ボクセルセットを決定するステップは、
所定の幾何学的形状に基づいて前記ボクセルセットの外側の第1のシェル表面を計算するステップと、
所定の幾何学的形状に基づいて前記ボクセルセットの外側の第2のシェル表面を計算するステップと、
前記低線量ボクセルセットを前記第1のシェル表面と前記第2のシェル表面との間のボクセルセットとして定義するステップと
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記ボクセルセットの外側の前記第1のシェル表面を計算するステップは、所定の閾値線量レベルよりも高い線量を受ける前記ボクセルセットの外面を均一に縮小するステップを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記ボクセルセットの外側の前記第2のシェル表面を計算するステップは、所定の閾値線量レベルよりも高い線量を受ける前記ボクセルセットの外面を均一に拡大するステップを含む、請求項9または10に記載の方法。
- アイソセンタ位置を発見するステップと、
すべてのアイソセンタ位置についてショットコリメータ構成を決定するステップと、
送達されるすべてのショットの照射時間を決定することを含め、前記少なくとも1つの標的に送達される線量を設定するステップと、
前記決定されたショット構成および送達されるべき線量に基づいて線量分布を計算するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記計算するステップは、以下に従って距離モデルを適用するステップを含み、
式中、Qは定数であり得るか、または幾何学的因子および/または線量分布因子を含み得、Vadは、所定の閾値線量レベルよりも高い線量を受ける前記ボクセルセットの容積であり、δrは、前記ボクセルセットの外面の拡大または縮小された距離に対応する、請求項1に記載の方法。 - 前記計算するステップは、以下に従って距離モデルを適用するステップを含み
式中、DF,adは所定の閾値線量レベルより高い線量を受けるボクセルセット内の等線量であり、δDは所定の線量分布変動であり、Vadは所定の閾値線量レベルより高い線量を受けるボクセルセットである、請求項13に記載の方法。 - 前記最適化問題を使用して、前記放射線量プロファイルのビーム形状設定を含む特定の治療構成について線量プロファイルを計算するステップと、
前記治療構成に基づいて治療中に送達される放射線量プロファイルを決定することを含め、治療計画を作成するステップであって、各放射線量プロファイルは放射線の空間線量容積分布によってモデル化され、前記空間分布の形状は前記ビーム形状設定に依存する、作成するステップと、
前記基準を満たす最適な治療計画を選択するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記最適化問題を使用して、セクタおよびコリメータ設定ならびに前記アイソセンタの照射時間を含む特定の治療構成について線量率を計算するステップと、
前記治療構成に基づいて治療中に送達されるショットを決定することを含め、治療計画を作成するステップであって、各ショットは放射線の空間線量容積分布によってモデル化され、前記空間分布の形状は前記特定のセクタおよびコリメータ設定および照射時間に依存する、作成するステップと、
前記基準を満たす最適な治療計画を選択するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - ビーム方向のセットを定義するステップと、
前記標的に送達されるべき放射線量プロファイルを、各々があるビームレット強度を有する複数のビームレットとしてモデル化するステップと、
前記標的に対する基準を反映する複数の目的を設定するステップと、
フルエンスマップを作成するように、前記目的に従って、前記送達される放射線を操作する最適化問題を提供するステップであって、前記フルエンスマップは、前記ビームレットの各々の前記ビームレット強度を定義する、提供するステップと、
前記フルエンスマップおよび前記標的に対する基準に基づいて治療計画を作成するステップと、
前記基準を満たす最適な治療計画選択するステップと
をさらに含む、請求項16に記載の方法。 - 低線量ボクセルセットを決定するステップが、訓練された機械学習モデルを使用して前記低線量ボクセルセットを決定するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 放射線療法の治療計画のための治療計画作成コンピュータ構造であって、最適化問題を用いて、送達される放射線が決定され、前記最適化問題は、患者の治療中に治療される少なくとも1つの標的、リスク臓器、および/または健康な組織のうちの少なくとも1つを含む関心領域に対する基準を反映するフレーム記述に従って、前記送達される放射線を操作し、
所定の境界線量レベルよりも高い線量を受けるボクセル容積セットを推定することであって、前記ボクセル容積セットは、少なくとも1つの標的容積を含む、推定すること、所定の変化した線量分布を適用することによって低線量ボクセル容積セットを決定すること、および、前記低線量ボクセル容積セット内の前記ボクセルに対するフレーム記述を適用することであって、所定の閾値を超える線量を受けたボクセルが、前記低線量ボクセル容積に送達される前記線量が抑制されるようにペナルティを受ける、適用することによって、低線量容積を計算するための低線量容積計算モジュールと、
前記標的に送達されるべき放射線量プロファイルを生成し、前記目的に従って前記送達される放射線を操作する、前記低線量容積に対する前記フレーム記述を含む凸最適化問題を提供し、前記凸最適化問題を使用して、特定の治療構成の線量プロファイルを計算するように構成されている計算モジュールと
を備える、治療計画作成コンピュータ構造。 - 前記治療構成に基づいて治療中に送達される前記放射線量プロファイルを決定することを含め、治療計画を作成するように構成されている治療計画モジュールであって、各放射線量プロファイルは放射線の空間線量容積分布によってモデル化され、前記空間分布の形状は前記ビーム形状設定に依存する、治療計画モジュールと、
前記基準を満たす最適な治療計画を選択するように構成されている最適化モジュールと
をさらに備える、請求項19に記載の治療計画作成コンピュータ構造。 - 前記低線量容積計算モジュールは、請求項2または3に記載のステップを実行するように構成されている、請求項19に記載の治療計画作成コンピュータ構造。
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