JP2021526047A - マルチモーダル放射線治療計画の最適化を容易にするための方法及び対応する放射線治療システム - Google Patents
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Abstract
Description
本開示でこれまでに説明した態様及び実施形態から理解されるように、光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療計画は、有利には、ビームタイプの確立されたサブセットのみを使用することによって生成或いは作成される。したがって、本開示は、光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療を採用するマルチモーダル放射線治療計画の最適化を容易にする方法を提案する。候補ビームタイプのより大きいセットからの適正なビームタイプのサブセットのみを用いることにより、マルチモーダル放射線治療計画のその後の生成又は作成における精度の向上及び/又は信頼性の増加が可能となる。精度の向上及び/又は信頼性の増加は、最適化の改善、したがって、がん治療の改善につながる可能性がある。
cj(x)≦0,j=1,...,mという条件で、
f(x)を最小にする (1)
ここで、最適化変数のベクトルxは、最適化されるべきビームパラメータを表し、目的関数fは、通常は値が小さいほどより良いと定義される計画の品質の尺度であり、制約関数c1,...,cmは、最適化された計画に対する譲れない要件を表す関数である。制約関数は、関数の値が正でない場合に要件が満たされると定義される。
本開示は、治療計画の一部である異なるビームタイプの数に制限を課すことによって光子・電子治療計画の複雑さを制御する必要性が満たされていないと認識している。このような制限は、(1)に係る問題に制約関数cjを用いることとして表現され、ここで、xは、候補ビームタイプのセットのパラメータを表す。複雑さを制限する制約関数cjは、候補ビームタイプごとに関数ybを導入することによって数学的に定式化され、b番目の候補ビームタイプが選択される場合にyb(x(b))が正になり、それ以外の場合はゼロになるように定義される。DMPO中のybの有効な定義の例は、ユークリッドノルムが用いられる場合に、ビームタイプbに関連する制御点MUの特定のノルムとすることができ、例えば、
連続最適化問題への緩和:
複雑さを制限する制約(3)又はペナルティ(5)は、階段関数(4)が不連続であるため最適化に適さない場合がある。この問題の解決策は、厳密な階段関数θを、滑らかであるが近似的な階段関数
1.特定の最初のx、ε、及び
2.特定の非線形最適化法を用いて(1)に関して最適化する
3.最適化された解xを制約
4.ε及び
5.特定の終了基準が満たされるまでアクション又はステップ2〜4を繰り返す。
候補ビームタイプの数B又は許されるビームタイプの最大数Bmaxが小さい又は比較的小さい場合に、網羅的な列挙によってビームタイプの最適なサブセットの選択が計算上実行可能である。例えば、単一の光子エネルギーを用いる場合、アクセサリ装置を選択する必要はなく、治療マシンは、7つの電子エネルギーをサポートし、そのうち2つを選択する必要があり、その場合、
「連続最適化問題への緩和」のセクションで概説したアルゴリズムは、すべての可能なビームタイプで始まり、現在の解xへの寄与が最小のビームタイプを順次に破棄する、リバース貪欲アルゴリズムに簡略化され得る。この簡略化は、複雑さを制限する制約が最適化ステップ(上記の「連続最適化問題への緩和」のセクションのステップ2)で考慮されていない場合に得られる。
Claims (12)
- 光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療を採用するマルチモーダル放射線治療計画の最適化を容易にする方法(200)であって、前記方法は、
前記光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療のための候補ビームタイプのセットに関係した情報を得ること(210)であって、前記候補ビームタイプのセットの各候補ビームタイプは、1つ以上のビームタイプパラメータを含むことと、
前記候補ビームタイプのセットを選択基準と比較(230)して、前記候補ビームタイプからのビームタイプのサブセットを確立すること(250)であって、前記選択基準は、前記光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療計画におけるその後の使用のためのビームタイプの前記サブセットとして限られた数のビームタイプのみが適格であるという要件を課すことと、
前記ビームタイプの確立されたサブセットのみを使用して、前記光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療計画を生成すること(260)と、
を含む、方法。 - 前記生成された光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療計画を適用して、光子治療装置と電子治療装置からの線量投与を同時に最適化すること(270)を含む、請求項1に記載の方法(200)。
- ビームタイプパラメータが、ビームエネルギー、ビームモダリティ、ビーム軌道、単位時間あたりの線量、関心体積までの距離、関心体積上又は関心体積内のビーム位置、マルチリーフコリメータ、ジョー、ウェッジ、ブロック、散乱箔、補償器、カットアウト、及びボーラスなどのビームモディファイア、並びにマシン特徴のうちの1つ以上を含む、請求項1又は2に記載の方法(200)。
- スキャナによって、光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療計画を用いて治療される関心体積の画像を取得すること(220A)と、
前記取得した画像を画像データに変換すること(220B)と、
前記画像データを評価すること(220C)と、
前記画像データの評価(220B)に基づいて前記選択基準を決定すること(220)と、
を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法(200)。 - 光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療を採用するマルチモーダル放射線治療計画の最適化を容易にする放射線治療システム(100)であって、前記放射線治療システムは、
少なくとも1つのプロセッサ(110)と、
前記少なくとも1つのプロセッサ(110)によって実行可能な命令を備える少なくとも1つのメモリ(120)であって、これにより、前記放射線治療システム(100)が、
前記光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療のための候補ビームタイプのセットに関係した情報を取得し、前記候補ビームタイプのセットの各候補ビームタイプは、1つ以上のビームタイプパラメータを含み、
前記候補ビームタイプのセットを選択基準と比較して、前記候補ビームタイプからのビームタイプのサブセットを確立し、前記選択基準は、前記光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療計画におけるその後の使用のためのビームタイプの前記サブセットとして限られた数のビームタイプのみが適格であるという要件を課し、
前記ビームタイプの確立されたサブセットのみを使用して、前記光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療計画を生成する、
ように動作する、メモリと、
を備える、放射線治療システム。 - 前記少なくとも1つのメモリ(120)が、前記少なくとも1つのプロセッサ(110)によって実行可能な命令を備え、これにより、前記放射線治療システム(100)が、
前記生成された光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療計画を適用して、光子治療装置と電子治療装置からの線量投与を同時に最適化するように動作する、請求項5に記載の放射線治療システム(100)。 - ビームタイプパラメータが、ビームモダリティ、ビーム軌道、単位時間あたりの線量、関心体積までの距離、関心体積上又は関心体積内のビーム位置、マルチリーフコリメータ、ジョー、ウェッジ、ブロック、散乱箔、補償器、カットアウト、及びボーラスなどのビームモディファイア、並びにマシン特徴のうちの1つ以上を含む、請求項5又は6に記載の放射線治療システム(100)。
- 前記少なくとも1つのメモリ(120)が、前記少なくとも1つのプロセッサ(110)によって実行可能な命令を備え、これにより、前記放射線治療システム(100)が、
スキャナ(130)によって、前記光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療計画を用いて治療される関心体積の画像を取得し、
前記取得した画像を画像データに変換し、
前記画像データを評価し、
前記画像データの評価に基づいて前記選択基準を決定する、
ように動作する、請求項5〜7のいずれか一項に記載の放射線治療システム(100)。 - 前記1つ以上のプロセッサ(110)に、
光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療のための候補ビームタイプのセットに関係した情報を取得することであって、前記候補ビームタイプのセットの各候補ビームタイプは、1つ以上のビームタイプパラメータを含むことと、
前記候補ビームタイプのセットを選択基準と比較して、前記候補ビームタイプからのビームタイプのサブセットを確立することであって、前記選択基準は、光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療計画におけるその後の使用のためのビームタイプのサブセットとして限られた数のビームタイプのみが適格であるという要件を課すことと、
前記ビームタイプの確立されたサブセットのみを使用して、前記光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療計画を生成することと、
を行わせるための1つ以上の命令シーケンス(310)をその上に格納している、コンピュータ可読媒体(300)。 - 前記1つ以上のプロセッサ(110)に、前記生成された光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療計画を適用して光子治療装置と電子治療装置からの線量投与を同時に最適化することを行わせるための、1つ以上の命令シーケンスを格納している、請求項11に記載のコンピュータ可読媒体(300)。
- ビームタイプパラメータが、ビームモダリティ、ビーム軌道、単位時間あたりの線量、関心体積までの距離、関心体積上又は関心体積内のビーム位置、マルチリーフコリメータ、ジョー、ウェッジ、ブロック、散乱箔、補償器、カットアウト、及びボーラスなどのビームモディファイア、並びにマシン特徴のうちの1つ以上を含む、請求項9又は10に記載のコンピュータ可読媒体(300)。
- 前記1つ以上のプロセッサ(110)に、
前記光子ビームと電子ビームを組み合わせた放射線治療計画を用いて治療される関心体積の取得された画像を表す画像データを評価することと、
前記取得された画像データの評価に基づいて前記選択基準を決定することと、
を行わせるための1つ以上の命令シーケンスをその上に格納している、請求項9〜11のいずれか一項に記載のコンピュータ可読媒体(300)。
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