JP5268842B2 - 放射線治療プランニング及び放射線治療予約スケジューリング装置及び方法 - Google Patents
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Description
図1を参照して第1の実施形態による放射線治療プランニング装置を説明する。図1に示すように放射線治療プランニング装置には、プランニング期間と枠数を設定したプランニング情報を記憶するプランニング情報記憶装置1と、治療工程を規定した治療工程情報を記憶する治療工程情報記憶装置2と、治療プロトコルを規定した治療プロトコル情報を記憶する治療プロトコル情報記憶装置3と、照射室等の設備やその数を規定した治療設備情報を記憶する治療設備情報記憶装置4と、医師や看護師等の人的資源を規定した人的資源情報を記憶する人的資源情報記憶装置5とが設けられる。これら記憶装置1〜5は治療枠情報設定装置6及び治療プランニング問題作成装置7に接続される。治療枠情報設定装置6は作成する治療枠の全工程を設定する機能を有し、治療プランニング問題作成装置7に接続される。治療プランニング問題作成装置7は資源制約付スケジューリング問題解決エンジン装置8を起動するためのパラメータを作成する機能を有する。
工程の集合={A1,A2,A3,A4−1,A4−2,A4−3,B1,B2,B3,B4−1,B4−2,B1,B2,B3,B4−1,B4−2}
となる。この1年間、や12分割、治療プロトコルの数はプランニング情報から得られる。治療プロトコルA,Bの各工程は治療プロトコル情報から検索する。ここでは図6の治療プロトコル情報を想定している。これより集合J、J対応表は図10のように作成される。集合Jは単に16工程あることを表しているだけであるが、それぞれの数値に工程名が対応している。その対応をJ対応表で表している。この16工程を1ヶ月のカレンダーに詰め込めればスケジュールができることになる。ただし、設備、人的資源の制約を考慮する必要がある。
タイムピリオドt=1,…,Tとする.(t−1)からtまでがひとつの単位時間
J:仕事の集合
R:資源の集合
Pj:仕事jの実行前に終了しなければならない仕事の集合
定数pj:仕事jの実行時間
δij,i,j∈J,i∈Pj:仕事iが終わって仕事jを実行するまでの最小時間
σij,i,j∈J,i∈Pj:仕事iが終わって仕事jを実行するまでの最大時間
ert,r∈R,t=1,…,T:時間帯(t−1)からtにおける資源rの量
ujr,j∈J,r∈R:仕事jが占有する資源rの量
資源制約付スケジューリング問題解決エンジン装置8からの出力
便宜的に2つのダミーの仕事を設ける。1つ目はすべての仕事の開始を表す「仕事0」で,すべての仕事と同時かまたはすべての仕事より先に実行するものとする.2つ目は,各患者の仕事の合計数をKとするとダミーの仕事を「仕事K+1」と表記し,仕事K+1をすべての仕事終了後にしか実行できないものとする.このとき,仕事K+1の開始時間は,すべての仕事の終了の時間を示す。仕事0は,一般的にはタイムピリオドの最初(ここでは1)に開始する。
1,…,T:タイムピリオド.Tはタイムピリオド数の最大値.
J:仕事の集合
R:資源の集合
Pj:仕事jの実行前に終了しなければならない仕事の集合
定数pj,j∈J:仕事jの実行時間
δij,i,j∈J:仕事iが終わって仕事jを実行するまでの最小日数
σij,i,j∈J:仕事iが終わって仕事jを実行するまでの最大日数
ert,r∈R,t∈{1,…,T}:時間帯(t−1)からtにおける資源rの量
ujr,j∈J,r∈R:仕事jが占有する資源rの量
変数xjt,j∈J,t∈{1,…,T}:時間帯(t−1)からtに仕事jを実行開始するときに1,そうでないときに0となる整数変数
最適化問題(b)定式化を次式(1)により表す。
方法2:最も照射回数の少ない治療プロトコルの全工程日数の最小値(=X日とする)を求め、X日をのりしろ期間とする。
方法3:枠の埋まり具合がある一定の割合以下の(疎な)直近の連続期間をのりしろ期間とする。
資源の占有率が一定以上の日の色を青にする。
病院休日は赤にする。
設備資源、人的資源の日ごと占有率も一緒に表示する。
同じ治療プロトコル枠は重ならない範囲で同じ行に表示する。
上記以外にも表を見やすく表示する工夫は種々ありうる。
図19を参照して第2の実施形態による放射線治療予約スケジューリング装置を説明する。図1の実施形態と同一部分は同一参照符号で示しており、第1の実施形態と異なる部分を太線で示している。
前述の第1の実施形態では各工程で使用する必要設備は決まっていた。しかし、例えば、シミュレーションはSIM室でも照射室でもどちらでも空いている部屋が使えることがある。また、共用できる準備室を別途設置して混雑する工程に割り振ることで効率よく治療できる。この場合にも下記のように修正することで対応できる。前述の定式化の違いは仕事jに対して利用可能な治療設備の集合を可能設備集合Mjとして設定する。定式化は以下の通りである。具体的には治療工程情報記憶装置2で必要設備の複数候補を記載し、治療プランニング問題作成装置7で集合Mjを作成し、下記の定式化されたエンジンを資源制約付スケジューリング問題解決エンジン装置8として実行する。
定式化のために,次の記号を定義する。
タイムピリオドt=1,…,Tとする。(t−1)からtまでがひとつの単位時間
J:仕事の集合
R:資源の集合
Mj:仕事jのモードの集合
Pj:仕事jの実行前に終了しなければならない仕事の集合
定数 pmj,m∈Mj:仕事jのモードmにおける実行時間
δij,i,j∈J,i∈Pj:仕事iが終わって仕事jを実行するまでの最小時間
σij,i,j∈J,i∈Pj:仕事iが終わって仕事jを実行するまでの最大時間
ert,r∈R,t=1,…,T:時間帯(t−1)からtにおける再利用可能資源rの量
ujr,j∈J,r∈R:仕事jが占有するモードmにおける再利用可能資源rの量
変数 xmjt,,j∈J,t=1,…,T,m∈Mj:モードmで時間帯(t−1)からtに仕事jを実行開始するときに1,そうでないときに0となる整数変数
定式化を次式(3)で示す。
本実施例における年治療間枠とは,ここでは一年や半年など立案期間が長期的な枠、年間枠を意味するものとする。年間枠を作成して実際に運用される過程について図21に示す枠運用のフローチャートを参照して説明する。
1,…,T:タイムピリオド.Tはタイムピリオド数の最大値
S:治療工程の集合
J:仕事の集合
Js,s∈S:治療工程sの仕事の集合
R:資源の集合
Pj:仕事jの実行前に終了しなければならない仕事の集合
定数 pj:仕事jの実行時間
δij,i,j∈J:仕事iが終わって仕事jを実行するまでの最小日数
σij,i,j∈J:仕事iが終わって仕事jを実行するまでの最大日数
ert,r∈R,t∈{1,…,T}:時間帯(t−1)からtにおける資源rの量
ujr,j∈J,r∈R:仕事jが占有する資源rの量
変数 xjt,j∈J,t∈{1,…,T}:時間帯(t−1)からtに仕事jを実行開始するときに1,そうでないときに0となる整数変数
yt:作業sが可能な人数の最大値を示す従属変数
最適化問題の定式化を次式(4)により表す。
この第3の変形例では、組合せ最適化手法の目的関数または評価関数f(x)に対して,分割期間より短い評価用日数を設定し,評価用日数ごとで各照射回数の患者を入れる目安と解の乖離量を示す関数g(x)を加算して新たな評価関数(目的関数)を作成し,この評価関数(目的関数)を用いて解を求める。この乖離量を示す関数g(x)は、評価用日数ごとで各照射回数の患者を入れる目安と解が異なっているほど値が大きくなる関数であれば良く、評価用日数ごとで各照射回数の患者を入れる目安と解の差の絶対値の総計g1(x)、評価用日数ごとで各照射回数の患者を入れる目安と解の差の2乗和g2(x)、評価用日数ごとで各照射回数の患者を入れる目安と解の差の絶対値の最大値g3(x)などがある。
s*:ある治療工程(最初の治療工程など)。
Claims (9)
- 放射線治療の長期間の治療枠を立案する放射線治療プランニング装置であって、
プランニング期間と枠数を設定したプランニング情報を記憶する第1の記憶装置と、
治療工程を規定した治療工程情報を記憶する第2の記憶装置と、
治療プロトコルを規定した治療プロトコル情報を記憶する第3の記憶装置と、
照射室の設備や照射室の数を規定した治療設備情報を記憶する第4の記憶装置と、
医師や看護師の人的資源を規定した人的資源情報を記憶する第5の記憶装置と、
前記第1乃至第5の記憶装置から各情報を読み取り、読み取り情報に基づいてプランニングための治療枠の全行程に関する治療枠情報を設定する治療枠情報設定装置と、
前記治療枠情報に基づいて資源制約付スケジューリング問題解決エンジンを起動するためのパラメータ情報を作成する治療プランニング問題作成装置と、
前記治療枠情報設定装置及び前記治療プランニング問題作成装置から得られる情報を資源制約付スケジューリング問題解決エンジンに適用して最適化した解を算出する資源制約付スケジューリング問題解決エンジン装置と、
前記最適化した解を治療枠結果表に変換して記憶する治療枠結果処理/記憶装置と、
対象となる全プランニング期間を複数の期間に分割しかつ前のプランニング期間の一部を現プランニング対象期間に含めるのりしろ期間を前記治療枠結果表から算出する分割プランニング対象期間作成装置と、
作成された複数の分割期間の前記治療枠結果表から全期間治療枠を作成して表示する治療枠結果表示装置と、
を具備することを特徴とする放射線治療プランニング装置。 - 前記治療プランニング問題作成装置は,各分割期間における治療プランニング問題を作成するとき,各分割期間における治療プランニング問題の各プロトコルの枠数は,始めに与えられたプロトコルごとの患者数の割合と同じ割合となる治療枠を作成することを特徴とする請求項1記載の放射線治療プランニング装置。
- 前記資源制約付スケジューリング問題解決エンジン装置は、対象期間の枠のプランニングの問題を資源制約付スケジューリング問題としてモデル化し、このモデルを組合せ最適化手法に基づいて、最適化した治療枠を作成する、ことを特徴とする請求項1に記載の放射線治療プランニング装置。
- 特定の設備の数を十分大きな値に設定することによって、年間患者数を最大にするための前記特定の設備の必要数を算出する手段を更に含むことを特徴とする請求項1又は3に記載の放射線治療プランニング装置。
- 請求項1に記載の放射線治療プランニング装置を用い、新規に発生した患者に対して新たな治療枠を生成するための患者情報入力装置と、新たな治療枠の生成及びリスケジューリングを行うプランニング情報修正装置と、を具備し、前記プランニング情報修正装置は前記患者に前記治療枠を割当て、患者情報により治療に変更があるとき再度リスケジューリングを行い、年間治療枠の見直しが必要なとき作り直す治療枠を決定することを特徴とする、放射線治療予約スケジューリング装置。
- 前記資源制約付スケジューリング問題解決エンジン装置は、対象期間の枠のプランニングの問題を資源制約付スケジューリング問題としてモデル化し、このモデルを組合せ最適化手法に基づいて、最適化した治療枠を作成する、ことを特徴とする請求項5に記載の放射線治療予約スケジューリング装置。
- 放射線治療の長期間の治療枠を立案する放射線治療プランニング方法であって、
第1の記憶装置がプランニング期間と枠数を設定したプランニング情報を記憶するステップと、
第2の記憶装置が治療工程を規定した治療工程情報を記憶するステップと、
第3の記憶装置が治療プロトコルを規定した治療プロトコル情報を記憶するステップと、
第4の記憶装置が照射室の設備や照射室の数を規定した治療設備情報を記憶するステップと、
第5の記憶装置が医師や看護師の人的資源を規定した人的資源情報を記憶するステップと、
治療枠情報設定装置が前記第1乃至第5の記憶装置から各情報を読み取り、読み取り情報に基づいてプランニングための治療枠の全行程に関する治療枠情報を設定するステップと、
治療プランニング問題作成装置が前記治療枠情報に基づいて資源制約付スケジューリング問題解決エンジンを起動するためのパラメータ情報を作成するステップと、
資源制約付スケジューリング問題解決エンジン装置が前記治療枠情報設定装置及び前記治療プランニング問題作成装置から得られる情報を資源制約付スケジューリング問題解決エンジンに適用して最適化した解を算出するステップと、
治療枠結果処理/記憶装置が前記最適化した解を治療枠結果表に変換して記憶するステップと、
分割プランニング対象期間作成装置が対象となる全プランニング期間を複数の期間に分割しかつ前のプランニング期間の一部を現プランニング対象期間に含めるのりしろ期間を前記治療枠結果表から算出するステップと、
治療枠結果表示装置が作成された複数の分割期間の前記治療枠結果表から全期間治療枠を作成して表示するステップと、
を含むことを特徴とする放射線治療プランニング方法。 - 請求項7に記載の放射線治療プランニング方法を用い、患者情報入力装置が新規に発生した患者を空いている治療プロトコル枠に患者スケジュールを当てるステップと、調整対象期間入力装置が治療枠のリスケジューリングを行う期間を入力するステップと、自動調整手段が枠に既に予約で埋められた枠の患者情報をもとに再調整したい期間を指定し、治療プロトコル枠の数をプランニング情報記憶装置に設定し、前記期間内の既に埋まっている枠とまだ埋まっていない枠を対象に枠の組み替えや取替えを含む枠の自動調整を行うステップとを含むことを特徴とする放射線治療予約スケジューリング方法。
- コンピュータが組合せ最適化手法の目的関数または評価関数f(x)に対して,治療プランニング期間を複数の期間に分割した分割期間より短い評価用日数を設定し,前記評価用日数ごとで各照射回数の患者を入れる目安と解の乖離量を示す関数g(x)を加算して新たな評価関数を作成し,この評価関数を用いて解を求め、前記関数g(x)は次式
s * :ある治療工程(最初の治療工程など)
NUM(n):枠nの照射回数を示す関数
JOB(n,s):患者nの治療工程sの仕事を示す関数
θ:照射回数の割合で均等に入れるための評価用日数。
P:プロトコルの集合
q pk ,p∈P,k∈{1,…,(T/θ+1)}:上記評価用日数ごとで,各照射回数の患者を入れる目安の人数
によって求めることを特徴とする放射線治療プランニング方法。
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