JP6543735B2 - グローバルな考慮を有する放射線治療最適化ユニット - Google Patents
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Description
式1
式2
ここで、dgo=dg−doであり、doは、目標からオフセットされた線量であり、wkは、k番目のOAR構造及び線量目標の重み又はプライオリティであり、wiは、ボクセルiの重みであり、f(OFValuetargets,c)は、残存ドライバであり、OFValueは、修正された目的関数の値であり、cは、定数であり、viは、ボクセルiのボリュームであり、Δviは、k番目のOAR構造のボリュームVに対するボクセルボリュームである。残存ドライバは、定数又はターゲット目的関数値に基づく関数である。受け取られる又は入力されるOAR目標116は、目標線量(dg)、プライオリティ/重み(wk)、及びスペアリング(sparing、回避)レベル(c)を含む。一実施形態において、スペアリングレベルは、定数又は目標線量の関数である。スペアリングレベルは、c<dgの場合、線量目標の値でありえ、又は、目標線量の関数(例えばパーセンテージ)として表現される。
式5
式6
ここで、kは、評価されるOAR構造であり、EUDoは、目標からのオフセットであり、EUDgo=EUDg−EUDoであり、wkは、OAR構造の重み又はプライオリティであり、wiは、ボクセルiの重みであり、f(OFValuetargets,c)は、残存ドライバであり、diは、ボクセルiの線量であり、viは、ボクセルiのボリュームであり、
は、OAR構造のすべてのボクセルの全体ボリュームである。残存ドライバは、定数又はターゲット目的関数値に基づく関数でありうる。受け取られる又は入力されるOAR目標116は、EUDレベル(EUDg)、プライオリティ/重み(wk)及びスペアリングレベル(c)を含む。一実施形態において、スペアリングレベルは、定数又はEUDレベルの関数である。スペアリングレベルは、c<EUDgの場合、EUDレベルの値でありえ、又はEUDレベルの関数(例えばパーセンテージ)として表現される。
式7
式8
ここで、最小線量目的関数についてはf(di,dg)=H(di−dg)であり、最大線量目的関数についてはf(di,dg)=H(dg−di)であり、Hは、ヘビサイド(Heaviside)関数である。受信される又は入力されるターゲット目標は、第1の線量目標レベル(dg)、ターゲット構造のプライオリティ/重み、及び第2の線量目標レベル(dhs)を含み、ここで、dg≦dhsである。第1の線量目標レベルは、対応するターゲット構造の最小線量目標として働き、第2の線量レベルは、対応するターゲット構造のための最大線量目標として働く。一実施形態において、第1の線量目標レベルは、所与のボリュームに対する最小線量(最小DVH)を含み、第2の線量目標レベルは、所与のボリュームに対する最大線量(最大DVH)を含む。ある例において、最小DVH/最大DVHは、或るパーセンテージのターゲット構造がホットスポットを有することを許す。
式9
ここで、Wは重みであり、iは、繰り返し回数であり、OFValueは目的関数値である。OFValuegoalは、ターゲット目標のみを最適化することによって計算され、これは例えば、OAR目標を除外し、それから、下式によって規定される積を使用して修正されたターゲット目的関数値のパーセンテージを計算することによって、実施される:
式10
OFValuegoal = OFValuetargets * TargetOARBalance
ここで、TargetOARBalanceは、目標の重みに基づいて又はある他の方法に基づいて、修正されたターゲット目的関数ごとに決定されることができる定数である。
Claims (15)
- 放射線治療最適化ユニットを有する放射線治療計画システムであって、
前記放射線治療最適化ユニットは、ボリュメトリック画像からセグメント化される、少なくとも1つのターゲット構造及び少なくとも1つのリスク臓器構造を受け取り、前記少なくとも1つのターゲット構造のうち最も近いターゲット構造からの距離に従ってボクセルを重み付け、少なくとも1つの修正された目的関数に基づいて、最適化された計画を生成し、前記最適化された計画が、各ボクセルごとに計画された放射線量を含み、
前記少なくとも1つの修正された目的関数の1つが、前記少なくとも1つのリスク臓器構造のうち1つのリスク臓器構造内のボクセルに関連付けられる、リスク臓器最大線量に関して修正された目的関数を含み、
前記放射線治療最適化ユニットは、前記リスク臓器構造の第1の線量目標レベルを入力し、前記リスク臓器構造の計画された線量レベルについて前記第1の線量目標レベルが達成されると、前記リスク臓器最大線量に関して修正された目的関数に基づいて、前記計画された線量レベルを、前記第1の線量目標レベルに対してより一層低くするよう低下させる、システム。 - 前記放射線治療最適化ユニットは、前記少なくとも1つのリスク臓器構造のうちの1つのリスク臓器構造について、第1の重み、及び第1のスペアリングレベルを受け取る、請求項1に記載のシステム。
- 前記放射線治療最適化ユニットは更に、前記少なくとも1つのリスク臓器構造のうちの1つリスク臓器構造について、第2の線量目標レベル、第2の重み、及び第2のスペアリングレベルを受け取るように構成され、
前記少なくとも1つの修正された目的関数のうちの1つは、前記少なくとも1つのリスク臓器構造のうちの前記1つのリスク臓器構造内のボクセルに関連付けられる、リスク臓器最大等価均一線量に関して修正された目的関数を含み、前記第2の線量目標レベルは、前記リスク臓器最大等価均一線量の目標レベルである、請求項1又は2に記載のシステム。 - 前記放射線治療最適化ユニットは、最適化の繰り返しの間に、前記ボリュメトリック画像のボリュームの少なくとも1つのボクセルについて第1の重み、第2の重み、第1の線量目標レベル、及び第2の線量目標レベルを調整する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記放射線治療最適化ユニットは、前記少なくとも1つのターゲット構造から距離を有して前記少なくとも1つのターゲット構造を囲むボクセルの幾何学的ボリュームを有する線量低下領域構造を生成し、修正された目的関数を前記線量低下領域構造に関連付ける、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記放射線治療最適化ユニットは、線量低下領域、少なくとも1つのターゲット構造及び少なくとも1つのリスク臓器構造内のボクセルを除いた身体内のボクセルのボリュームを有する身体領域構造を生成し、リスク臓器最大線量に関して修正された目的関数を、前記身体領域構造及び受け取られる第3の線量目標に関連付ける、請求項5に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのターゲット構造及び前記少なくとも1つのリスク臓器構造は、ボクセルの重なり領域を有し、
前記重なり領域の計画線量が、
前記少なくとも1つのリスク臓器構造の受け取られた線量目標に従って重み付けられる、リスク臓器最大線量に関して修正された目的関数、又は
前記重なり領域のエッジからの距離及び前記少なくとも1つのターゲット構造の受け取られた線量目標に従って重み付けられる、リスク臓器最大等価均一線量に関して修正された目的関数、
に従って計算される、請求項1乃至6のいずれか1項に記載のシステム。 - 前記放射線治療最適化ユニットは、ボリュメトリック画像のボリュームに線量グリッドをフィットさせ、少なくとも最初の繰り返しにおいて、空間的に隣接するボクセルの複数グループについて計画線量を計算し、複数グループは、次の繰り返しにおいて、個別のボクセルの複数ボリュームとして処理され、前記システムが更に、前記最適化された計画に従って、前記少なくとも1つのターゲット構造に外部放射線ビームの組を供給する放射線供給装置を有する、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のシステム。
- 放射線治療計画の方法であって、
ボリュメトリック画像から、少なくとも1つのターゲット構造及び少なくとも1つのリスク臓器構造をセグメント化するステップと、
前記少なくとも1つのターゲット構造のうち最も近くのターゲット構造からの距離に従って、ボクセルを重み付けるステップと、
前記少なくとも1つのリスク臓器構造のうち1つのリスク臓器構造について第1の線量目標レベルを受け取るステップと、
前記少なくとも1つの修正された目的関数に基づいて、最適化された計画を生成するステップと、
を有し、前記最適化された計画が、各ボクセルについて計画された放射線量を含み、
前記少なくとも1つの修正された目的関数のうちの1つが、前記少なくとも1つのリスク臓器構造のうちの前記1つのリスク臓器構造内のボクセルに関連付けられる、リスク臓器最大線量に関して修正された目的関数を含み、
前記最適化された計画を生成する前記ステップは、前記リスク臓器構造の計画された線量レベルについて前記第1の線量目標レベルが達成されると、前記リスク臓器最大線量に関して修正された目的関数に基づいて、前記計画された線量レベルを、前記第1の線量目標レベルに対してより一層低くするよう低下させる、方法。 - 前記少なくとも1つのリスク臓器構造のうちの1つのリスク臓器構造について、第1の重み、及び第1のスペアリングレベルを受け取るステップを更に有する、請求項9に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのリスク臓器構造のうちの1つのリスク臓器構造について、第2の線量目標レベル、第2の重み及び第2のスペアリングレベルを受け取るステップを更に有し、
前記少なくとも1つの修正された目的関数のうちの1つは、前記少なくとも1つのリスク臓器構造のうちの前記1つのリスク臓器構造内のボクセルに関連付けられる、リスク臓器最大等価均一線量に関して修正された目的関数を含み、前記第2の線量目標レベルは、前記リスク臓器最大等価均一線量の目標レベルである、請求項9又は10に記載の方法。 - 前記最適化された計画を生成する前記ステップは、少なくとも1つのボクセルについての最適化の繰り返しの間に、第1の重み、第2の重み、第1の線量目標レベル及び第2の線量目標レベルのうち少なくとも1つを調整することを含む、請求項9乃至11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記最適化された計画を生成する前記ステップは、前記少なくとも1つのターゲット構造から距離を有し及び前記少なくとも1つのターゲット構造を囲むボクセルの幾何学的ボリュームを含む線量低下領域構造を生成し、修正された目的関数を前記線量低下領域構造に関連付けることを含む、請求項9乃至12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記最適化された計画を生成する前記ステップは、前記線量低下領域、前記少なくとも1つのターゲット構造及び前記少なくとも1つのリスク臓器構造内のボクセルを除外する身体内のボクセルのボリュームを有する身体領域構造を生成し、リスク臓器最大線量に関して修正された目的関数を、前記身体領域構造及び受け取られる第3の線量目標と関連付けることを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのターゲット構造に外部放射線ビームの組を供給するように、前記最適化された計画により放射線供給装置を制御するステップを更に有する、請求項9乃至14のいずれか1項に記載の方法。
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