JP5074394B2 - 放射線治療の計画及び照射方法並びに装置 - Google Patents
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Description
・治療容積の三次元構成
・治療容積内の所望の線量分布
・治療容積の周辺組織の位置及び耐放射線性
・放射線照射装置の設計により与えられる制約
可能な解決法は以下に挙げるような多数の変数を含む。
・使用するビーム方向数
・各ビームの方向
・各ビームの形状
・各ビームにおいて照射される放射線量
・S.V.Spirou(S.V.スピルー)、C−S.Chui(C−S.チュイ)著、「A gradient inverse planning algorithm with dose-volume constraints(線量容量制約による逆勾配計画アルゴリズム)」Med.Phys 25、321〜333ページ(1998年)
・Q.Wu(Q.ウ)、R.Mohand(R.モハンド)著、「Algorithm and functionality of an intensity modulated radiotherapy optimization system(強度変調放射線治療最適化システムのアルゴリズム及び機能性)」Med.Phys 27、701〜711ページ(2000年)
・S.V.Spirou(S.V.スピルー)、C−S.Chui(C−S.チュイ)著「Generation of arbitrary intensity profiles by dynamic jaws or multileaf collimators(動的なJAW(顎部)又はマルチリーフコリメータによる任意の強度プロファイルの生成)」Med.Phys 21、1031〜1041ページ(1994年)
・ P.Xia(P.シア)、L.J.Verhey(L.J.バーヘイ)著、「Multileaf collimator leaf sequencing algorithm for intensity modulated beams with multiple static segments(複数の静的セグメントを有する強度変調ビーム用のマルチリーフコリメータリーフシーケンス化アルゴリズム)」Med.Phys 25、1424〜1434ページ(1998年)
・K.Otto(K.オットー)、B.G.Clark(B.G.クラーク)著、「Enhancement of IMRT delivery through MLC rotation(MLC回転によるIMRT照射の増強)」Phys.Med.Bio l47、3997〜4017ページ(2002年)
・軸18回りのガントリ16の回転
・X、Y、Z方向のうちのいずれか1方向以上における寝台15の移動
・軸22回りの寝台15の回転
を含む。
・処置対象の状態
・標的容積の形状、サイズ及び位置
・回避すべき重要(危険)な構造の位置
・他の適切な要素
軌道30は治療時間を最小化すべく選択されてもよい。
・所望の線量分布データ60からの偏差
・標的容積外に照射される放射線量の増加
・治療容積外の重要構造に照射される放射線量の増加
・放射線治療の照射に必要な時間の増加
・治療の照射に必要な総放射出力の増加
より低いコスト(最適化目標61により近い状態に対応する)は、以下の少なくとも一つの要因に関連しうる。
・特定の閾値(所望の線量分布データ60と関連しうる)との一致に近い放射線量
・特定の閾値を超える放射線量の不在
・標的容積外の放射線量の削減
・標的容積外の重要構造に照射される放射線量の削減
・放射線治療の照射に必要な時間の短縮
・治療の照射に必要な総放射出力の削減
これらの要因は相互に異なって重み付けされていてもよい。ブロック56の最適化関数を定める際に、他の要因を考慮してもよい。
・軌道30に沿った各制御点32におけるビーム形状を、(制御点32から得られる)標的容積のビーム方向から見た輪郭(外形)に近づけるよう設定する
・放射線が健常組織構造からのみ遮断されるように、ビーム形状を設定する
・完全開放、完全閉止、半分開放、あるいはアパーチャ38の形状(丸、楕円、矩形など)を定義する、など、特定の構成となるようMLCのリーフ36を初期化する
・MLCのリーフ36の位置をランダム化する
ビーム形状を初期化する具体的な方法は重要でなく、特定の放射線照射装置のビームを成形する機構33によってのみ制限される。
・全ての強度をゼロに設定する
・全ての強度を同一値に設定する
・強度をランダム値に設定する
(i)現在の最適化結果が以前の最適化結果より最適化目標61に接近している場合に、ブロック66における変更を保存することを決定する(ブロック72の出力はYES)、あるいは
(ii)現在の最適化結果が前の最適化結果より最適化目標61から遠い場合に、ブロック66における変更を拒絶することを決定する(ブロック72の出力はNO)
他の最適化アルゴリズムにより、特定の最適化アルゴリズムに関連付けられた規則に基づいてブロック66における変更を維持するべきか廃棄するべきかに関してブロック72における決定を下してもよい。例えば、現在の最適化結果が以前の最適化結果より最適化目標61から遠い場合にも、このような最適化アルゴリズムは、いくつかの場合において、ブロック66の変更の保存(ブロック72の出力がYES)を許可してもよい。シミュレーテッドアニーリングはこのような最適化アルゴリズムの一例である。
・最適化目標61が達成される
・連続して反復しても最適化目標61に接近する最適化結果が得られない
・ブロック66〜74における成功した反復の回数(ブロック66における変更がブロック73に保存された場合(すなわち、ブロック72の出力がYESの場合))、
・オペレータが最適化プロセスを終了した
・シミュレーテッドアニーリング
・勾配(gradient)ベース技術
・遺伝的アルゴリズム
・ニューラル・ネットワークの適用
・その他
・ペンシルビーム重畳(重ね合わせ)(pencil beam superposition)
・崩壊円錐畳み込み(collapsed cone convolution)
・モンテカルロ・シュミレーション(Monte Carlo simulation)
・標的容積を含む対象物Sに対する、線源12の位置及びビーム14の向き(利用可能な動作軸の位置により決定される)
・ビーム形状(例えば、MLC35のリーフ36の回転角及び/又は配置構成により決定される)
・ビーム強度
・放射線源12は、連続する制御点32間の最大距離を超えて移動できない。この制約は、連続する制御点32間の任意の動作軸に最大変化量を設けることで、完全にあるいは部分的に達成できる。各動作軸について別々の制約を設けてもよい。例えば、ガントリ角に関して最大角度変化を指定してもよく、寝台移動に関して最大変位量を設けてもよい。
・ビーム形状に影響するパラメータは、連続する制御点32間で所定量を超えて変化しない。例えば、MLC35のリーフ36の位置の変化あるいはMLC35の回転向きの変化について最大値を指定してもよい。
・ビーム形状に影響するパラメータは、動作軸変更の単位当りで所定量を超えて変化しない。例えば、ガントリ16の軸18回りの各回転度について、MLC35のリーフ36の位置変化の最大値を指定してもよい。
・線源強度は制御点32間で所定量を超えて変化しない。
・線源強度は、動作軸変更の単位当りで所定量を超えて変化しない。
・線源強度は一定レベルを超過しない。
当然ながら、線量シミュレート計算が多数の個々の制御点に基づいて行われる場合、制御点間で、動作軸パラメータ、ビーム形状パラメータ及び/又はビーム強度パラメータにより小さい変化をもたらす制約により、より高精度の線量シミュレート計算を実行することができる。
・強度:−10%
・MLCリーフ位置:−5mm
・MLC向き:−5%
・ガントリ角:−1度
・寝台位置:−3mm」
・制御点32間において、動作軸パラメータ(すなわちビーム位置とビームの向き)、ビーム形状パラメータ(例えば、MLC35のリーフ36の位置及び/又はMLC35の向き)及びビーム強度に比較的大きい変化がありうる(すなわち、動作軸パラメータ、ビーム形状パラメータ及びビーム強度上の制約は、制御点32間において比較的緩くなる)
・比較的緩い制約、及び大きな範囲でビーム形状及び強度パラメータの変更が許容可能であるため、最適化プロセス54の間にビーム強度とビーム形状の可能な構成を比較的大きい範囲で調査することができる
・比較的大きい範囲の可能なビーム形状及び強度構成を調査することができることから、ブロック54の最適化プロセスは、比較的少数の反復の後に最適化目標61に接近しやすい
・ビーム形状パラメータ及び/又はビーム強度パラメータが変更可能な制御点の数が少ないため、ブロック54の最適化プロセスにおいて最適化目標61を達成するか、あるいは上回る線量分布を生ずることは困難もしくは不可能である
・比較的少数の制御点32に基づいた線量シミュレーション計算の精度は比較的低く、許容域外となりうる
・制御点32間における、動作軸パラメータ(すなわちビーム位置とビームの向き)、ビーム形状パラメータ(例えばMLC35のリーフ36の位置及び/又はMLC35の向き)及びビーム強度において可能な変更の大きさは比較的小さい(すなわち、動作軸パラメータ、ビーム形状パラメータ及びビーム強度上の制約は、制御点32間で比較的限定的になる)
・ビーム形状及び強度パラメータへの制約が比較的限定的であり、許容可能な変化が小さい範囲であることから、可能なビーム形状及びビーム強度構成を比較的小さな範囲でのみ最適化プロセス54の間に調査することができる
・可能なビーム形状及び強度構成の範囲が制限されているため、最適化目標61に近づくためにブロック54の最適化プロセスは比較的多数の反復を必要とする
・ビーム形状及び/又はビーム強度パラメータが変更可能な制御点の数が多いため、最適化目標61を達成するか、あるいは上回る線量分布を導出することは比較的容易である
・比較的多数の制御点32に基づいた線量シミュレーション計算の精度は比較的高くなる
・現在のレベル特有の許容レベルにおいて最適化目標61が達成される
・連続して反復しても最適化目標61に接近する最適化結果が得られない
・オペレータが最適化プロセスを終了した
上記に加え、あるいは上記に替えて、ブロック174における終了条件は、得られた最適化品質に関わらず、方法150における特定レベルにおいてブロック166〜174の最大反復回数に達したことを含んでもよい。例えば、レベル1の反復最大値は104であってよい。最大反復回数は各レベルで異なってもよい。例えば、最大反復回数は、対応する制御点32の数の増加と共に各レベルで増加してもよく、あるいは対応する制御点32の数の増加と共に各レベルで減少してもよい。
・最適化プロセス154全体に特定の許容レベルにおいて最適化目標61が達成される
・連続して反復しても最適化目標61に接近する最適化結果が得られない
・オペレータが最適化プロセスを終了した
上記に加え、あるいは上記に替えて、ブロック178の終了条件は、制御点32の適切な最小数に達することを含んでもよい。この制御点の最小数は、線量シミュレート計算が十分な精度を有することを保証するために必要な制御点32の数に依存してもよい(図6を参照)。
・10%を超える各強度変化
・5mmを超える各MLCリーフ位置変更
・5度を上回る個々のMLC向き変更
・1度以上の各ガントリ角変更
・−3mmを上回る個々の寝台位置変更
・放射線源12(又は1つ以上の任意の動作軸)の制御点32間における移動可能量に関する制約
・連続する制御点32間におけるビーム形状の変更可能量に関する制約(例えば、MLC35の最大回転あるいはMLC35のリーフ36の移動に関する制約)
・連続する制御点32間における線源12の強度の変更可能量に関する制約
当業者は、これらの最適化制約の大きさは、制御点32の数及び/又は隣接する制御点32との離間距離により変化することが理解されよう。例えば、100個の制御点32があり、制御点32の数が2倍の200個となる際、MLC35のリーフ36の最大移動量の制約が連続する制御点32間で2cmである場合、MLC35のリーフ36の最大移動量の制約は、(新たに追加される制御点32が既存の制御点32間の間に位置すると仮定して)制御点32間で1cmとなるように、制約を半分にしてもよい。
・最適化プロセスの初期に少数の制御点32を用いることで、最適化が比較的少ない反復回数で最適化目標61に近づくことができる
・最適化の間に追加の制御点32を導入することで、最適化目標61を満たす線量分布を引き出す柔軟性が得られる
・全ての最適化プロセスが終了する前に多数の制御点32が追加され、これらの追加制御点に関連するパラメータは関連する最適化制約に従っており、これにより線量計算精度が維持される
<最適化前>
・三次元の標的及び健常組織構造を定義する
・下記の1つ以上に基づいて、全ての構造のための最適化目標を設定する
・累積線量のヒストグラム
・標的に必要とされる予定線量
・標的に対する線量の均一性
・健常組織構造への最小線量
・全ての最適化目標を組合せて単一の線質(品質)係数(すなわち最適化関数)とする
・放射線源の軌道を定義する
・有限数の制御点を選択する
・各制御点における各軸の軸位置を設定する
<初期化>
・MLC特性(例えばリーフ幅、透過)を設定する
・レベルカウンタ及び初期制御点数を初期化する
・標的の外形にビームを成形させるためにMLCリーフ位置を初期化する
・全ての標的及び健常組織構造の線量分布をシミュレートするために線量シミュレート計算を行う
・各標的/構造中の点のランダム分布を生成する
・各初期制御点の線量寄与率を計算する
・各初期制御点の寄与率を加算する
・標的への平均線量が規定線量であるように、ビーム強度及び対応する線量を設計し直す
・以下に関して制約を設定する
・ビーム形状パラメータ(すなわち、MLCリーフの移動、及び/又はMLCの回転)の最大変化量
・ビーム強度の最大変化量
対応する変化について、関連するモータ軸は、
・ガントリ角
・寝台角度
・寝台位置
・MLC角度
・最大強度制約を設定
・最大治療時間制約を設定
・以下の最適化パラメータを設定
・制御点の追加の可能性
・各反復において、
・MLCリーフ位置の変化に関する制約を考慮したビーム形状パラメータ変更の可能性(例えばMLCリーフ位置あるいはMLC向き)、及び
・強度変化に関する制約を考慮した放射線強度変更の可能性
<最適化>
最適化目標が達せられていない状態で、
1.制御点を選択する
2.ビーム形状変更、強度変更を変更する、又は制御点を追加する
・ビーム形状変更(例えばMLCリーフの位置変化)が選択された場合:
・変更すべきMLCリーフをランダムに選択する
・新しいMLCリーフ位置をランダムに選択する
・新しいMLCリーフ位置が以下の位置的制約のいずれにも違反しないことを確認する
・リーフは対向するリーフと重なり合わない
・リーフは初期化されたアパーチャの外側に移動しない、
・リーフは最大移動量の制約に違反しない
・全ての構造について新しい線量分布を計算するために線量分布シミュレーションを行う
・新しい線量分布について線質係数(すなわち最適化関数)を計算する
・線質係数(すなわち最適化関数)が改善を示す場合は、新しいリーフ位置を受容する
・強度変更が選択されている場合:
・新しい強度をランダムに選択する
・新しい強度が以下の制約のいずれにも違反しないことを確認する
・強度は負値をとらない
・強度は最大強度制約に違反しない
・強度は最大強度変化制約に違反しない
・全ての構造について新しい線量分布を計算するために線量分布シミュレーションを行う
・新しい線量分布について線質係数(すなわち最適化関数)を計算する
・線質係数(すなわち最適化関数)が改善を示す場合は、新しい強度を受容する
・制御点の追加が選択されている場合:
・既存の軌道内に1個以上の制御点を挿入する
・新たな制御点の追加に基づいて最適化制約(例えばビーム形状制約及び強度制約)を調整する
・新たな制御点のビーム形状パラメータ、強度パラメータ及び動作軸パラメータを初期化する
・全ての構造について新しい線量分布を計算するために線量分布シミュレーションを(新たな制御点を含めて)行う
・新しい強度が目標に対し規定線量と等しい平均線量を提供するように、全ての強度を設計し直す
・追加した制御点について最適化を継続する
・終了基準に到達した場合:
・最適化を終了し、
・最適化されたパラメータ(例えばビーム形状パラメータ、動作軸パラメータ及びビーム強度パラメータ)を全て記録し、放射線装置に最適化されたパラメータを転送する
・終了基準に到達していない場合:
・ステップ(1)に戻り、別のビーム形状変更、強度変更を選択するか、制御点を追加する
以下に、本発明の具体的な例示的実施形態を示す。図10は、対象物Sの体内の標的組織200及び健常組織202を三次元で示した例である。この例により放射線照射装置10(図1)に類似する放射線照射装置をシミュレートする。
・上記実施形態では、軌道30を定義するために使用される制御点32は、ブロック54の最適化プロセスを実行するための制御点と同一である。これは必ずしも必須ではない。例えば、軸18(図1)回りのガントリ16の弧のような単純な軌道30は、その端部において2個の制御点により定義されてもよい。このような制御点により軌道を定義できるが、許容できる治療計画を達成するためにより多くの制御点が必要となるのが一般的である。従って、ブロック54及びブロック154における最適化プロセスは、軌道の定義に使用されるものとは異なる(例えば、より多くの)制御点を使用することを含んでもよい。
・上記実施形態では、制約(例えば制御点32間のビーム位置/向きパラメータの変更に関する制約、制御点32間のビーム形状パラメータの変更に関する制約、及び制御点32間のビーム強度の変更に関する制約)は、最適化プロセス54及び154を通じて適用される。他の実施形態では、最適化制約は最適化プロセスの後の方で設けられてもよい。この方法では、初期反復回数で最適化目標61を達成するにあたり、更なる柔軟性が得られる。初期反復回数が行われた後、制約を導入してもよい。制約の導入により、ビーム位置/向きパラメータ及びビーム形状パラメータ及び/又は強度パラメータの変更が必要となる場合がある。これにより、最適化目標61を達成するために更なる最適化が必要となることがある。
・上記実施形態では、各制御点32のビーム位置及びビームの向きは、最適化プロセス54、154の開始前に(例えば、ブロック52及びブロック152において)決定され、最適化プロセス54及び154を通じて一定に維持される(すなわち最適化プロセス54及び154は、軌道30を一定に維持しながら、ビーム形状パラメータ及びビーム強度パラメータを変更し、最適化している)。他の実施形態では、ビーム位置及びビームの向きパラメータ(すなわち各制御点32の動作軸位置のセット)は、最適化プロセス54、154の一部として、上記に加え、あるいは上記に替えて、最適化プロセス54及び154が放射線照射装置の軌道30を最適化するように変更され、最適化される。このような実施形態では、最適化プロセス54及び154は、制御点32間の利用可能な動作軸位置及び/又は動作軸位置の変化率に関する制約を含んでいてもよい。このような制約は、対象物Sへの線量照射に使用される特定の放射線照射装置の物理的制約と関連付けられてもよい。
・ある実施形態では、放射線強度が一定に保持され、最適化プロセス54及び154はビーム形状パラメータ及び/又は、動作軸パラメータを最適化してもよい。このような実施形態は、放射線強度を制御可能に変更する能力を有さない放射線照射装置における使用に適している。ある実施形態では、ビーム形状パラメータが一定に保持され、最適化プロセス54及び154は強度及び/又は動作軸パラメータを最適化してもよい。
・放射線ビームの位置及び向きを説明するために用いられる可能な軌道の数は無限である。このような軌道の選択は、特定の放射線照射装置の制約によってのみ制限される。本発明は、任意の適切な放射線照射装置により提供できる任意の軌道を使用して実施可能である。
Claims (51)
- 対象物内の標的領域への放射線量照射を計画する方法を実行するプロセッサであって、前記方法は、
前記対象物における所望の線量分布を含む、1つ以上からなる最適化目標の1セットを定義し、
放射線源と前記対象物との間の相対運動を含む初期軌道に沿った複数の初期制御点を指定し、
前記複数の初期制御点の各々に関連する1つ以上の放射線照射パラメータを決定するために、前記1つ以上からなる最適化目標のセットに関するシミュレートされた線量分布を反復して最適化し、
1つ以上の初期終了条件に達すると、
1個以上の更なる制御点を加えて、増加した複数の制御点を取得し、
前記増加した複数の制御点の各々に関連する1つ以上の放射線投与パラメータを決定するために、前記最適化目標のセットに関するシミュレートされた線量分布を反復して最適化すること、
を含むプロセッサ。 - 前記複数の初期制御点の各々に関連する1つ以上の放射線照射パラメータを決定するために、前記最適化目標のセットに関するシミュレートされた線量分布を反復して最適化することは、1つ以上の初期最適化制約に従い、シミュレートされた線量分布を反復して最適化することを含む請求項1記載のプロセッサ。
- 前記複数の初期制御点の各々に関連する1つ以上の放射線照射パラメータを決定するために、前記最適化目標のセットに関するシミュレートされた線量分布を反復して最適化することは、シミュレーテッドアニーリングによる最適化、勾配ベースの最適化、遺伝的アルゴリズムによる最適化、ニューラル・ネットワークベースの最適化、のうち1つ以上を含む請求項2記載のプロセッサ。
- 前記増加した複数の制御点の各々に関連する1つ以上の放射線照射パラメータを決定するために、前記最適化目標のセットに関するシミュレートされた線量分布を反復して最適化することは、1つ以上の後続の最適化制約に従い、シミュレートされた線量分布を反復して最適化することを含む請求項2又は3記載のプロセッサ。
- 前記増加した複数の制御点の各々に関連する1つ以上の放射線照射パラメータを決定するために、前記最適化目標のセットに関するシミュレートされた線量分布を反復して最適化することは、シミュレーテッドアニーリングによる最適化、勾配ベースの最適化、遺伝的アルゴリズムによる最適化、ニューラル・ネットワークベースの最適化、のうち1つ以上を含む請求項4記載のプロセッサ。
- 前記複数の初期制御点の各々に関連する1つ以上の放射線照射パラメータを決定するために、前記最適化目標のセットに関するシミュレートされた線量分布を反復して最適化することは、反復毎に、
複数の初期制御点の1つ以上に関連付けられた放射線照射パラメータの1つ以上を変更し、
1つ以上の変更された放射線照射パラメータに基づき、シミュレートされた線量分布を決定し、
最適化アルゴリズム、及び1つ以上の変更された放射線照射パラメータに基づいてシミュレートされた線量分布に基づき、前記1つ以上の変更された放射線照射パラメータを受容すべきか拒絶すべきかを判断し、
前記1つ以上の変更された放射線照射パラメータを受容する決定がなされた場合、前記1つ以上の変更された放射線照射パラメータを含めるよう現在の放射線照射パラメータを更新する、
ことを含む、請求項1記載のプロセッサ。 - 複数の初期制御点の1つ以上に関連付けられた放射線照射パラメータの1つ以上を変更することは、1つ以上の初期最適化制約に従うことを特徴とする請求項6記載のプロセッサ。
- 前記増加した複数の制御点の各々に関連する1つ以上の放射線照射パラメータを決定するために、前記最適化目標のセットに関してシミュレートされた線量分布を反復して最適化することは、反復毎に、
前記増加した複数の制御点の1つ以上に関連付けられた放射線照射パラメータの1つ以上を変更し、
1つ以上の変更された放射線照射パラメータに基づき、シミュレートされた線量分布を決定し、
最適化アルゴリズム、及び1つ以上の変更された放射線照射パラメータに基づいてシミュレートされた線量分布に基づき、前記1つ以上の変更された放射線照射パラメータを受容すべきか拒絶すべきかを判断し、
前記1つ以上の変更された放射線照射パラメータを受容する決定がなされた場合、1つ以上の変更された放射線照射パラメータを含めるよう現在の放射線照射パラメータを更新する、
ことを含む、請求項7記載のプロセッサ。 - 前記増加した複数の制御点の1つ以上に関連付けられた放射線照射パラメータの1つ以上の変更は、1つ以上の後続の最適化制約に従う、請求項8記載のプロセッサ。
- 前記1つ以上の放射線照射パラメータが1つ以上のビーム成形パラメータを含む請求項4、5及び9のいずれか1項に記載のプロセッサ。
- 前記1つ以上のビーム成形パラメータがマルチリーフコリメータの1つ以上の構成を含む請求項10記載のプロセッサ。
- 前記マルチリーフコリメータの1つ以上の構成が前記マルチリーフコリメータの1つ以上のリーフ位置を含む請求項11記載のプロセッサ。
- 前記初期及び後続の最適化制約がマルチリーフコリメータの1つ以上のリーフに対する位置的制約を含む請求項12記載のプロセッサ。
- 前記初期及び後続の最適化制約が、連続する制御点間におけるマルチリーフコリメータの1つ以上のリーフ位置の最大変化量を含む請求項12又は13記載のプロセッサ。
- 前記初期及び後続の最適化制約が、放射線源と前記対象物の間の相対運動の単位当りのマルチリーフコリメータの1つ以上のリーフの最大の位置変更率を含む請求項12〜14のいずれか1項記載のプロセッサ。
- 前記1つ以上の放射線照射パラメータがビーム強度を含む、請求項4、5、請求項9〜15のいずれか1項記載のプロセッサ。
- 前記初期及び後続の最適化制約が最大ビーム強度を含む請求項16記載のプロセッサ。
- 前記初期及び後続の最適化制約が、連続する制御点間のビーム強度の最大変更量を含む請求項16又は17記載のプロセッサ。
- 前記初期及び後続の最適化制約が、放射線源と前記対象物の間の相対運動の単位当りのビーム強度の最大変更率を含む請求項16〜18のいずれか1項記載のプロセッサ。
- 前記1つ以上の放射線照射パラメータが前記対象物に対する放射線源の位置を含む請求項4、5、9〜19のいずれか1項記載のプロセッサ。
- 前記初期及び後続の最適化制約が前記対象物に対する放射線源の位置に対する1つ以上の制限を含む請求項20記載のプロセッサ。
- 前記初期及び後続の最適化制約が、連続する制御点間での、前記対象物に対する放射線源の位置の最大変化量を含む請求項20又は21記載のプロセッサ。
- 前記初期及び後続の最適化制約が、前記対象物に対する放射線源位置の最大の一時的変化率を含む請求項20〜22のいずれか1項記載のプロセッサ。
- 前記後続の最適化制約の少なくとも1つが、対応する初期最適化制約の少なくとも1つと異なっている、請求項4、5、9〜23のいずれか1項記載のプロセッサ。
- 前記後続の最適化制約の少なくとも1つが、対応する初期最適化制約の少なくとも1つよりも限定的である請求項24記載のプロセッサ。
- 1つ以上の後続の終了条件が達成されると、増加された複数の制御点に関する反復による最適化を中止することを含む請求項1〜25のいずれか1項記載のプロセッサ。
- 1つ以上の初期終了条件が達成されると、シミュレートされた線量分布と前記最適化目標のセットの間の差は許容できる線量品質閾値より大きく、
前記増加した複数の制御点に関する反復による最適化を中止する前には、前記シミュレートされた線量分布と前記最適化目標のセットの間の差が、許容できる線量品質閾値内にある請求項26記載のプロセッサ。 - 前記増加した複数の制御点に関する反復する最適化を中止した後、
放射線照射装置と関連付けられた制御システムに、前記増加した複数の制御点に関連する1つ以上の放射線照射パラメータを提供し、
得られた軌道に沿って、放射線源と前記対象物との間で相対運動を行わせ、
前記対象物に線量分布を与えるために放射線照射パラメータに従って放射線源から放射ビームを照射する、
ことを含む請求項26又は27記載のプロセッサ。 - 前記得られた軌道が初期軌道と同一である請求項28記載のプロセッサ。
- 前記得られた軌道が初期軌道とは異なり、前記増加した複数の制御点の各々に関連付けられた1つ以上の放射線照射パラメータによって定義される請求項28記載のプロセッサ。
- 前記得られた軌道に沿って、放射線源と前記対象物との間で相対運動を行わせることが、放射線源と前記対象物の間で非平面相対運動を行わせることを含む請求項29又は30記載のプロセッサ。
- 前記得られた軌道に沿って、放射線源と前記対象物との間で相対運動を行わせることが、放射線源と前記対象物の間で連続的な相対運動を行わせることを含む請求項29又は30記載のプロセッサ。
- 前記得られた軌道に沿って、放射線源と前記対象物との間で相対運動を行わせることが、放射線源と前記対象物の間で自己重畳しない相対運動を行わせることを含む請求項29又は30記載のプロセッサ。
- 前記得られた軌道の始点及び前記得られた軌道の終点が、放射線源と前記対象物の間の同一の相対位置を含み、前記得られた軌道に沿って、放射線源と前記対象物との間で相対運動を行わせることが、放射線源と前記対象物の間で別の自己重畳しない相対運動を行わせることを含む請求項29又は30記載のプロセッサ。
- 前記得られた軌道に沿って、放射線源と前記対象物との間で相対運動を行わせることが、放射線照射装置の複数の動作軸を移動させることを含む請求項29又は30記載のプロセッサ。
- 複数の初期制御点の数は、前記シミュレートされた線量分布と付与された線量分布の間の許容できる精度閾値を達成するのに不十分であり、前記増加した複数の制御点の数は、シミュレートされた線量分布と付与された線量分布の間の許容できる精度閾値を達成するのに十分である、請求項28〜33のいずれか1項記載のプロセッサ。
- 前記1つ以上の初期終了条件が、
許容できる線量品質閾値内で前記最適化目標のセットが達成できたこと、
反復の閾値数、
前記最適化目標のセットに接近する最適化結果を得られない連続した反復の閾値数、
前記最適化目標のセットに接近した結果を生じた成功の反復の閾値数、
の1つ以上を含む請求項1〜33のいずれか1項記載のプロセッサ。 - 前記1つ以上の後続の終了条件が、
許容できる線量品質閾値内で前記最適化目標のセットが達成できたこと、
反復の閾値数、
前記最適化目標のセットに接近する最適化結果を得られない連続した反復の閾値数、
前記最適化目標のセットに接近した結果を生じた成功の反復の閾値数、
の1つ以上を含む請求項26〜33のいずれか1項記載のプロセッサ。 - 前記増加した複数の制御点に関連付けられた反復する最適化を中止した後、
更に増加した複数の制御点を得るために1個以上の更なる制御点を加え、
前記更に増加した複数の制御点と関連付けられた1つ以上の放射線照射パラメータを決定するために、前記最適化目標のセットに関するシミュレートされた線量分布を反復して最適化し、
1個以上の更なる制御点を加え、前記更に増加した複数の制御点と関連付けられた1つ以上の放射線照射パラメータを決定するために、前記最適化目標のセットに関するシミュレートされた線量分布を反復して最適化することを、最終的な終了条件に達するまで反復する
ことを含む請求項26記載のプロセッサ。 - 前記最終的な終了条件が、
許容できる線量品質閾値内で前記最適化目標のセットが達成できたこと、
反復の閾値数、
前記最適化目標のセットに接近する最適化結果を得られない連続した反復の閾値数、
前記最適化目標のセットに接近した結果を生じた成功の反復の閾値数、
の1つ以上を含む請求項39記載のプロセッサ。 - 前記複数の初期制御点と関連付けられた1つ以上の放射線照射パラメータを決定するために、前記シミュレートされた線量分布を反復して最適化することが、
ビーム成形アパーチャの横断面積を複数の二次元ビームレットに分割し、
前記複数の二次元ビームレットの各々からの線量分布寄与率をシミュレートする
ことにより、少なくとも1つの複数の初期制御点について線量寄与率をシミュレートすることを含み、
前記複数の二次元ビームレットの少なくとも2つが異なるサイズを有する、
請求項1〜33のいずれか1項記載のプロセッサ。 - 前記複数の二次元ビームレットの少なくとも2つが異なる形状を有する請求項41記載のプロセッサ。
- 前記1つ以上からなる最適化目標のセットが、前記対象物の治療のための所望の総放射線出力、及び前記対象物の治療のための所望の総時間、のうち少なくとも1つを含む請求項1〜33のいずれか1項記載のプロセッサ。
- 前記対象物の位置状況を感知することを含み、
放射線照射パラメータに従って放射線源から前記対象物へ放射線ビームを照射することは、
前記対象物の位置が許容域外にあることを感知すると、放射線ビームの照射を非活性化し、
前記対象物の位置が許容域内にあることを感知すると、放射線ビームの照射を復活させる、
ことを含む請求項28〜33のいずれか1項記載のプロセッサ、 - 前記得られた軌道に沿って、放射線源と前記対象物の間の相対運動を行わせることは、
前記対象物の位置が許容域外にあることを感知すると、放射線源と前記対象物の間の相対運動を非活性化し、
前記対象物の位置が許容域内にあることを感知すると、放射線源と前記対象物の間の相対運動を復活させる、
ことを含む請求項44記載のプロセッサ。 - 放射線源と前記対象物の間の相対運動を行わせながら、前記得られた軌道に沿った複数の位置で標的領域の二次元投射画像を取得することを含む、請求項28〜36、請求項44及び45のいずれか1項記載のプロセッサ。
- 前記二次元投射画像を取得することは、投射画像毎に、画像形成放射線ビームを前記対象物に向け、前記対象物を透過する画像形成放射線を感知することを含む請求項46記載のプロセッサ。
- 画像形成放射線ビームが前記放射線源により生成される請求項47記載のプロセッサ。
- 画像形成放射線ビームを前記対象物に向け、放射線源から前記対象物へ放射線ビームを照射することは、画像形成放射線ビーム及び放射線ビームを時分割多重化することを含む請求項47又は48記載のプロセッサ。
- 前記得られた軌道はガントリの前記対象物回りの360°回転を含む請求項46〜49のいずれか1項記載のプロセッサ。
- プロセッサによって実行されると、プロセッサに対象物内の標的領域への放射線量の照射を計画する方法を実行させるコンピュータ可読命令を含むプログラム製品であって、前記方法は、
前記対象物における所望の線量分布を含む、1つ以上からなる最適化目標の1セットを定義し、
放射線源と前記対象物との間の相対運動を含む初期軌道に沿った複数の初期制御点を指定し、
前記複数の初期制御点の各々に関連する1つ以上の放射線照射パラメータを決定するために、前記1つ以上からなる最適化目標のセットに関するシミュレートされた線量分布を反復して最適化し、
1つ以上の初期終了条件に達すると、
増加した複数の制御点を取得するために1個以上の更なる制御点を加え、
前記増加した複数の制御点の各々に関連する1つ以上の放射線照射パラメータを決定するために、前記最適化目標のセットに対しシミュレートされた線量分布を反復して最適化すること、
を含むプログラム製品。
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