JP7298031B2 - 複数の生物学的効果比(rbe)モデルを使用する治療計画作成 - Google Patents
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Description
光子等価線量=RBE係数×物理線量。
a1: V1=V2のとき、V1⊂TV、V2⊂TV
a2: V1=V2=TV
a3: V1≠V2のとき、V1⊂TV、V2⊂TV
a4: V1=V2のとき、V1∩TV=φ、V2∩TV=φ
a5: V1=V2、
a6: V1≠V2、
a7: V1=V2=OAR
a8: V1≠V2のとき、V1∩TV=φ、V2∩TV=φ。
サブオプションa1、a2、及びa3は、TVに含まれる体積に対応し、一方、サブオプションa4及びa8は、TVから完全に分離されている(すなわち、外部の)体積に対応する。前述のように、OARは、互いに素なサブ領域のユニオンであり得る。普通は、OARは、TVから部分的に分離されている(すなわち、TVと一致せずに重なっている)又はTVから完全に分離されている。サブオプションa5及びa6の下で、少なくとも1つの計画目標体積は、TVから部分的に分離されている。OARがTVから部分的に分離されている場合、サブオプションa7に係る計画目標体積も明らかに分離されている。ここで、ケースV1≠V2は、特別なケースV1⊂V2及びV2⊂V1を含むV1∩V2≠φ、又は、V1∩V2=φに対応し得る。
- Carabeモデル(例えば、Carabe-Fernandez et al., “The incorporation of the concept of minimum RBE (RBEmin) into the linear-quadratic model and the potential for improved radiobiological analysis of high-LET treatments”, Int. J. Radiat. Biol. (2007), vol.83, pp.27-39[doi:10.1080/09553000601087176]参照)、
- Chen&Ahmadモデル(例えば、Chen et al., “Empirical model estimation of relative biological effectiveness for proton beam therapy”, Radiat. Prot. Dosim. (2012), vol.149, pp.116-123[doi:10.1093/rpd/ncr218]参照)、
- McNamaraモデル(例えば、McNamara et al., “A phenomenological relative biological effectiveness (RBE) model for proton therapy based on all published in vitro cell survival data”, Phys. Med. Biol. (2015), vol.60, pp.8399-8416[doi:10.1088/0031-9155/60/21/8399]参照)、
- Wedenbergモデル(例えば、Wedenberg et al., “A model for the relative biological effectiveness of protons: The tissue specific parameter α/β of photons is a predictor for the sensitivity to LET changes”, Acta Oncologica (2013), vol.52, pp.580-588[doi:10.3109/0284186X.2012.705892]参照)、
などの線エネルギー付与(LET)モデルの1つ以上の現象論に基づくパラメータ化に従い得る。
RBE係数はさらに、
- 局所効果モデル(LEM)(例えば、Scholz et al., “Computation of cell survival in heavy ion beams for therapy. The model and its approximation”, Radiat. Environ. Biophys. (1997), vol.36, pp.59-66[doi:10.1007/s004110050055]に記載の初期のバージョン参照)、
- 微小処方学的動的モデル(MKM)(例えば、Hawkins, “A microdosimetric-kinetic model for the effect of non-Poisson distribution of lethal lesions on the variation of RBE with LET”, Radiat. Res. (2003), vol.160, pp.61-69[doi:10.1667/RR3010]参照)、
のいずれかに従い得る。本明細書で用いられる場合の特定の「タイプ」のRBEモデルは、名前を挙げた著者らによる上記に引用した開示だけでなく、同じ著者又は他の著者によるさらなる開発、並びに、開示されたモデルの定量的及び定性的バリエーションも含む。
Claims (15)
- 標的体積(TV)を含む患者(500、600)の非光子照射を指定する治療計画を生成するための逆方向治療計画方法(100)であって、前記方法は、コンピュータソフトウェアにより指令される治療計画作成システム(200)の処理回路(230)によって自動的に実施され、且つ前記方法は、
第1のRBEモデルに従って第1の生物学的効果比(RBE)係数を使用して計算される治療計画の光子等価線量の第1の数値条件に関する第1の計画目標を取得すること(110)と、
第2のRBEモデルに従って第2のRBE係数を使用して計算される治療計画の光子等価線量の第2の数値条件に関する第2の計画目標を取得すること(112)であって、前記第2のRBE係数は前記第1のRBE係数とは異なることと、
前記第1の計画目標及び前記第2の計画目標を満たすことを目的とした最適化プロセスによって治療計画を生成すること(114)と、
を含み、以下のオプション:
a)TVに含まれているか又はTVから完全に又は部分的に分離されている体積(691、692)に前記第1の計画目標及び前記第2の計画目標を適用する、前記体積は一致するか又は一方は他方のサブセットである、
b)前記第1のRBE係数及び前記第2のRBE係数は可変である、
のうちの少なくとも1つが成立する、方法。 - 前記第1の計画目標及び前記第2の計画目標は、最適化関数として最適化プロセスに提供され、各最適化関数は、目的関数タイプ又は制約タイプのいずれかである、請求項1に記載の方法。
- 前記オプション(a)が成立し、前記第1の計画目標及び前記第2の計画目標は、同じタイプの最適化関数として提供される、請求項2に記載の方法。
- 前記第1の計画目標及び前記第2の計画目標は、共通の目的関数における均等又は不均等に重み付けされた項として提供される、請求項2に記載の方法。
- 各可変RBE係数は、空間的に及び/又は粒子エネルギーに対して及び/又は非光子線量の大きさに対して変化する、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 各可変RBE係数は、
Carabeタイプモデル、
Chen&Ahmadタイプモデル、
McNamaraタイプモデル、
Wedenbergタイプモデル、
線エネルギー付与(LET)モデル、
局所効果モデル(LEM)、
微小処方学的動的モデル(MKM)、
のうちの1つ以上に従う、請求項5に記載の方法。 - 各計画目標は、指定の体積(591、592;691、692)に適用される、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の計画目標及び前記第2の計画目標は、異なる生物学的エンドポイントに対応する、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
- 各数値条件は、セットポイント値、下限、上限、又は間隔を含む、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非光子照射は陽子照射を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。
- 治療計画作成システム(200)であって、
少なくとも第1の計画目標及び第2の計画目標を受信するように構成されたインターフェース(210)と、
メモリ(220)と、
請求項1~10のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成された処理回路(230)と、
を備える、治療計画作成システム(200)。 - コンピュータによって実行されるときに、前記コンピュータに請求項1~10のいずれか一項に記載の方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラム(221)。
- データ構造(400)を格納する一時的でないデータキャリアであって、前記データ構造(400)は、
放射線送達(300)システムによって実行されるときに、標的体積(TV)を含む患者の非光子照射を指定する治療計画を前記システムに実行させる命令を表す治療計画コンポーネント(410)と、
報告コンポーネント(420)であって、
第1のRBEモデルに従って第1の生物学的効果比(RBE)係数を使用して計算される治療計画の光子等価線量の第1の数値条件に関する第1の計画目標と、
第2のRBEモデルに従って第2のRBE係数を使用して計算される治療計画の光子等価線量の第2の数値条件に関する第2の計画目標であって、前記第2のRBE係数は前記第1のRBE係数とは異なる、第2の計画目標と、
のそれぞれに関係する報告量を含む、報告コンポーネント(420)と、
を含み、
以下のオプション:
TVに含まれているか又はTVから完全に又は部分的に分離されている体積に前記第1の計画目標及び前記第2の計画目標を適用する、前記体積は一致するか又は一方は他方のサブセットである、
前記第1のRBE係数及び前記第2のRBE係数は可変である、
のうちの少なくとも1つが成立する、一時的でないデータキャリア。 - 前記報告量は、
複数の空間点又はボクセルに関する前記光子等価線量の分布、
前記光子等価線量の線量体積ヒストグラム、
TVへの前記光子等価線量の最小、最大、平均、中央値、分散、又は標準偏差、
リスク臓器への前記光子等価線量の最小、最大、平均、中央値、分散、又は標準偏差、
各計画目標の達成の指標、
のうちの1つ以上を含む、請求項13に記載の一時的でないデータキャリア。 - 請求項12に記載のコンピュータプログラムを格納する一時的でないデータキャリア。
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