JP2021519649A - 放射線治療計画及び送達のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
a.ビーム角のセットを含む少なくとも1つのアーク軌道を決定するステップと、
b.各ビーム角でのエネルギー層のセットを決定するステップと、
c.計画がビーム角のセット及びエネルギー層のセットからのそれぞれビーム角及びエネルギー層のサブセットのみを用いるような様態で、適切な線量分布をもたらすように設計された最適化問題の定式化を用いて計画を最適化するステップと、
を含み、最適化は、エネルギー層の数を制限するように設計されたペナルティを課される、方法に関する。
図面の簡単な説明
a.事前定義された軌道を取得する
b.ユーザが軌道を定義する
c.ガントリ及びカウチの制限などのマシンの制限と、患者との衝突の可能性を考慮しながら、患者の幾何学的形状に基づいて状況に特異的なアーク軌道を自動作成する。
a.水等価経路長(WEPL)空間内の標的の中央平面
b.WEPL空間内の標的の遠位縁
c.IMPTで用いられるエネルギー層のフルセット。
a.連続近似法:このような方法は、ビームとエネルギー層の完全なセットから始まり、最適化中に一部を削除することになる。基数演算子は、ここでは連続関数によって近似され、これにより、問題の組み合わせの態様が削除される。結果として生じる近似問題は、内点法又は逐次二次計画法などの、連続最適化のためのいくつかの方法によって解くことができる。基数ペナルティを有する問題の連続問題への1つの可能な再定式化は、基数演算子をcard(y)=Σis(yi)による階段関数sの和として表すことであり、ここで、sは、正でない数の場合はゼロと求められ、それ以外の場合は1と求められ、次いで、完全一致の関数sを、連続であるが近似の階段関数に置き換える。sを近似するのに用いることができる関数の例は、ロジスティック関数又は誤差関数、又は単純に正成分関数である。この方法は、いくつかのステップで適用することもでき、ゆえに、多数の最適化が実行され、基数ペナルティを考慮して結果が容認できるまで階段関数の近似の正確さが最適化間で高められる。基数ペナルティが制約として定式化される場合、これは、制約が満たされることを意味する。基数ペナルティが目的関数の項として定式化される場合、項は最小にされる。貪欲又はリバース貪欲法:貪欲法は、エネルギー層及び角度の選択された組み合わせの空のセットで始まる。次いで、現在の解の最大の改善を与える組み合わせに基づいて、このセットにエネルギー層及び角度の組み合わせが1つずつ追加される。この手順は、1つ又は複数の基数ペナルティがそれ以上の追加を妨げるまで続く。所与の反復で追加するエネルギー層及び角度は、現在未選択の組み合わせのそれぞれにスポットウェイト最適化を実行することによって決定することができ、選択された組み合わせの現在のセットに、未選択の組み合わせが追加される。貪欲法の各主要な反復で解かれる多くのスポットウェイト最適化部分問題での反復の最大数は、速度のために小さい値に設定することができる。リバース貪欲法は、選択されたエネルギー層とビーム角のセットが最適化の開始時にすべての可能な組み合わせを含むこと以外は貪欲法と同様である。次いで、ペナルティがどのように定義されるかに応じて、選択されたエネルギー層及び角度のセットがすべての基数ペナルティに関して実行可能になるまで、すなわち、ペナルティが満たされる又は最小にされるまで、各反復で現在の解の最小の劣化につながる組み合わせが排除される。
b.列生成法:これは貪欲又はリバース貪欲法の変形であり、追加又は削除するエネルギー層及び角度の選択は、勾配情報、例えば、目的関数と制約との両方を考慮に入れるメリット関数の勾配の大きさに基づいて決定される。勾配の計算は最適化よりも手間がかからないので、列生成法は、オリジナルの貪欲法よりも短い実行時間を有する。
c.確率法:選択されたエネルギー層及び角度のセットへのランダムな変更に基づく多数の異なるヒューリスティックスを、エネルギー層の選択を行うのに用いることもできる。例は、焼きなまし法、ランダム入れ替え法、遺伝子法、及びタブーサーチ法を含むがこれらに限定されない。一般に、選択されたエネルギー層及び角度の現在のセットへのランダムな変更は、現在の解が改善される場合には保持される。現在の解が大域的最適ではなく局所最適にトラップされるのを防ぐために、現在の解の劣化につながる変更も或る確率で保持することができる。
d.整数丸め法(スポットフィルタリング法):基数ペナルティは、この方法ではスポットウェイト最適化中に無視される。次いで、スポットのサブセットのスポットウェイトがゼロに切り捨てられ、この場合、サブセットは、基数制約も満たしながら最適解の劣化が最小限に抑えられるように選択される。この方法は、いくつかのステップで適用することもでき、ゆえに、多数の最適化が実行され、前述のように、どのように定式化されるかに応じて、基数制約が満たされる又は最小にされるまで最適化間でスポットの小さいサブセットが削除される。
a.隣接する角度間のエネルギーの切替え数を減らすことを目的とする最適化目標、
b.隣接する角度のエネルギー層をマージできるタイミングの制限を用いるエネルギー層フィルタリングステップでのアルゴリズム。
Claims (11)
- いくつかの異なる方向から荷電粒子の形態の放射線を送達するように構成された装置を用いて少なくとも1つの粒子ベースのアークを患者に送達する計画を作成するための放射線治療計画方法であって、
a.ビーム角のセットを含む少なくとも1つのアーク軌道を決定するステップ(S31)と、
b.各ビーム角でのエネルギー層のセットを決定するステップ(S33)と、
c.計画がビーム角のセット及びエネルギー層のセットからのそれぞれビーム角のサブセット及び/又はエネルギー層のサブセットのみを用いるような様態で、適切な線量分布をもたらすように設計された最適化問題の定式化を用いて計画を最適化するステップ(S34)と、
を含み、
前記最適化は、エネルギー層の数を制限するように設計された少なくとも1つのペナルティを課される、方法。 - 前記ペナルティが、最適化に用いられる目的関数の制約又は項である、請求項1に記載の方法。
- 前記ペナルティが、前記エネルギー層の数で表される、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記ペナルティが、隣接する角度間のエネルギー層の変更の数で表される、請求項1、2、又は3に記載の方法。
- 前記ペナルティが、アーク全体に作用するように定義される、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ペナルティが、アークの1つ以上のサブセットに作用するように定義され、各サブセットは1つ以上のビームを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記計画が、送達中の不確実性を考慮して、堅牢な最適化方法を用いて最適化される、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 各ビーム又はエネルギー層をその適切な断面に制限するべく各ビーム又はエネルギー層のための特異的なアパーチャを適用するステップ(S35)をさらに含む、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
- ビーム軌道内にリップルフィルタを適用し、堅牢な計画を作成するのに必要とされるエネルギー層をさらに削減できるように粒子のブラッグピークを適切な様態に広げるべくリップルフィルタを制御するステップ(S36)をさらに含む、先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
- 好ましくは非一時的なストレージ手段などのキャリア上に格納された、放射線治療計画装置を制御するためのコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品は、放射線治療計画装置のプロセッサで動作するときに前記装置に請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法を実行させるコンピュータ可読コード手段を備える、コンピュータプログラム製品。
- プロセッサ(23)と、放射線治療計画装置を制御するべく前記プロセッサで動作するように構成された請求項10に記載のコンピュータプログラム製品を保持するプログラムメモリ(26)とを備える、放射線治療計画装置(10)。
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