(57)【要約】  本発明は、放射線治療用のビームジオメトリの組を選択する方法に関する。方法１０は、複数の候補ビームジオメトリを提供するステップ１２と、すべての候補ビームジオメトリにより放射線治療計画を最適化するステップ１と、すべての候補ビームジオメトリに基づいてコスト関数値を計算するステップ１４と、を含む。複数の候補ビームジオメトリから第１のビームジオメトリが除去され（１５）、除去された第１のビームジオメトリを含まない候補ビームジオメトリに基づいて、第１の修正されたコスト関数値が計算される（１６）。第１のビームジオメトリは復元される（１７）。ビームジオメトリを除去するステップ、修正されたコスト関数値を計算するステップ、及び除去されたビームジオメトリを復元するステップが、すべての他の候補ビームジオメトリについて反復される（Ｒ）。修正されたコスト関数値に基づいて、複数の候補ビームジオメトリから１又は複数のビームジオメトリが選ばれる（１９）。
2018515274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線治療用のビームジオメトリの組を選択する方法であって、
複数の候補ビームジオメトリを提供するステップと、
すべての前記候補ビームジオメトリにより放射線治療計画を最適化するステップと、
すべての前記候補ビームジオメトリに基づいてコスト関数値を計算するステップと、
前記複数の候補ビームジオメトリから第１のビームジオメトリを除去するステップと、
除去された第１のビームジオメトリを含まない前記候補ビームジオメトリに基づいて、第１の修正されたコスト関数値を計算するステップと、
前記第１のビームジオメトリを前記複数の候補ビームジオメトリに復元するステップと、
すべての他の候補ビームジオメトリについて、ビームジオメトリを除去する前記ステップ、修正されたコスト関数値を計算する前記ステップ、及び除去されたビームジオメトリを復元する前記ステップ、を繰り返すステップと、
前記修正されたコスト関数値に基づいて、前記複数の候補ビームジオメトリから１又は複数ビームジオメトリを選ぶステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記１又は複数の選ばれたビームジオメトリにより放射線治療計画を最適化するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記放射線治療計画の前記最適化は、フルエンスマップ最適化を使用してフルエンスレベルで及び／又は直接マシンパラメーター最適化を使用して制御点レベルで、適用される。請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１又は複数の選ばれたビームジオメトリについて線量計算するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の候補ビームジオメトリは、ビーム角度及び／又は寝台角度及び／又はコリメータ角度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の候補ビームジオメトリが、等間隔の角度のビームジオメトリを含み、又はバイアスされる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の候補ビームジオメトリが、ビームジオメトリテンプレートに基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記１又は複数のビームジオメトリを選ぶ前記ステップが、修正されたコスト関数値及び／又は選ばれたビームジオメトリの総数及び／又は２つの連続するビームジオメトリ間の最小角度間隙を考慮するアルゴリズムを使用して実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記修正されたコスト関数値として、結果的に得られたコスト関数値の二乗が使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するシステムであって、メモリと通信するプロセッサを有し、前記メモリが、プログラムコードを記憶し、前記プロセッサが、前記プログラムコードと連動して、
複数の候補ビームジオメトリを提供するステップと、
すべての前記候補ビームジオメトリにより放射線治療計画を最適化するステップと、
すべての前記候補ビームジオメトリに基づいてコスト関数値を計算するステップと、
前記複数の候補ビームジオメトリから第１のビームジオメトリを除去するステップと、
前記除去された第１のビームジオメトリを含まない前記候補ビームジオメトリに基づいて、第１の修正されたコスト関数値を計算するステップと、
前記第１のビームジオメトリを前記複数の候補ビームジオメトリに復元するステップと、
すべての他の候補ビームジオメトリについて、ビームジオメトリを除去する前記ステップ、修正されたコスト関数値を計算する前記ステップ、及び除去されたビームジオメトリを復元する前記ステップを繰り返すステップと、
前記修正されたコスト関数値に基づいて、前記複数の候補ビームジオメトリから１又は複数のビームジオメトリを選ぶステップと、
を実行するよう構成される、システム。
【請求項１１】
放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムが請求項１０に記載の放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するシステムを制御するコンピュータ上で実行されるとき、前記システムに、請求項１に記載の方法の各ステップを実行させるプログラムコード手段を有する、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）及び／又は強度変調粒子治療（ＩＭＰＴ）のような放射線治療用のビームジオメトリの組を選択する方法、放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するシステム、及び放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するためのコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、特にＩＭＲＴのような放射線治療におけるビームジオメトリ又はビーム角度選択プロセスは、処置計画器の経験に基づいており、又は試行錯誤アプローチによる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ビーム角度最適化（Beam Angle Optimization、ＢＡＯ）問題を解決するために用いられる多くの最適化アルゴリズムがあり、とりわけ、遺伝アルゴリズム（Genetic Algorithm、ＧＡ）が一般に使用されている。シミュレーテッドアニーリング（simulated annealing、ＳＡ）アルゴリズムもまた、多くの研究者によって使用されている。このような網羅的探索アルゴリズムは、概して、最適ビーム構成に到達するために多数の候補ソリューションを探索し、これは、ＩＭＲＴにおけるビーム角度最適化のプロセス全体を非常に長くする。他の研究においては、所与のビーム角度で各々のビームレットの「良さ（goodness）」を測定するために導入されるスコア関数が、候補ビーム角度の組の中の幾つかのビーム角度を選択するために使用される。ＩＭＲＴにおけるビーム角度最適化のハイブリッドアプローチは、Bertsimas D, et al. A hybrid approach to beam angle optimization in intensity-modulated radiation therapy. Computers and Operations Research (2012), http://dx.doi.Org/10.1016/j.cor.2012.06.009に記載されている。
【０００４】
本発明の目的は、放射線治療用のビームジオメトリの組を選択する方法、放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するシステム、及び放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するためのコンピュータプログラムであって、ビームジオメトリの改善された選択もたらす方法、システム及びコンピュータプログラムを提供することである。特に、本発明の目的は、放射線治療用のビームジオメトリの組を選択する方法、放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するシステム、及び放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するためのコンピュータプログラムであって、ビームジオメトリの高速且つ正確な選択をもたらす方法、システム及びコンピュータプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の見地において、放射線治療用のビームジオメトリの組を選択する方法であって、複数の候補ビームジオメトリを提供するステップと、すべての候補ビームジオメトリにより放射線治療計画を最適化するステップと、すべての候補ビームジオメトリに基づいてコスト関数値を計算するステップと、複数の候補ビームジオメトリから第１のビームジオメトリを除去するステップと、除去された第１のビームジオメトリを含まない候補ビームジオメトリに基づいて、第１の修正されたコスト関数値を計算するステップと、第１のビームジオメトリを複数の候補ビームジオメトリに復元するステップと、すべての他の候補ビームジオメトリについて、ビームジオメトリを除去するステップ、修正されたコスト関数値を計算するステップ、及び除去されたビームジオメトリを復元するステップ、を繰り返すステップと、修正されたコスト関数値に基づいて、複数の候補ビームジオメトリから１又は複数のビームジオメトリを選択するステップと、を含む方法が提示される。
【０００６】
本発明による放射線治療用のビームジオメトリの組を選択する方法は、高速且つ正確な選択方法を提供する。この方法により、複数の候補ビームジオメトリが提供される。この複数の候補ビームジオメトリＰは、ビームジオメトリのプールを表し、このプールから、１又は複数のビームジオメトリが選択されることができる。候補ビームジオメトリのプール又は複数の候補ビームジオメトリから選択される１又は複数のビームジオメトリは、放射線治療計画において使用されることができるビームジオメトリの選択された組Ｂを表現する。複数の候補ビームジオメトリは、例えばユーザ入力部によって提供されることができ、又は例えばシステム又はコンピュータのメモリに記憶されることができるテンプレートから抽出されることができる。
【０００７】
この複数の候補ビームジオメトリについて、放射線治療計画が最適化される。例えば、各ビームジオメトリごとのビームレットを含むすべての候補ビームジオメトリのビーム強度が、最適化されることができる。更に、特にすべての候補ビームジオメトリによる最適化された放射線治療計画に関して、すべての候補ビームジオメトリに基づく個別の複合的なコスト関数値が、計算される。すべての候補ビームジオメトリに基づいて計算されるこの個別の複合的なコスト関数値Ｆは、元のコスト関数値とも呼ばれることができる。好適には、すべての候補ビームジオメトリに基づいて計算される複合の又は元のコスト関数値Ｆは、例えばコンピュータ又はシステムのメモリに記憶される。
【０００８】
コスト関数値は、関心領域、特に目標ボリューム及びリスク構造又はリスク器官に供給される線量を決定するために、例えばビームボリュメトリック、ビーム線量及び重みを考慮するコスト関数を使用して、計算されることができる。特に、例えば目標ボリュームの最小線量、及び／又は線量の適合のような処置パラメータ、及び／又は個々の異なる関心領域の、線量−ボリュームコスト、及び／又は線量−ボリューム制約、及び／又は重要性ファクタのような許容誤差パラメータが、コスト関数を規定するために使用されることができる。
【０００９】
方法は、複数の候補ビームジオメトリから第１のビームジオメトリを除去することを更に含む。特に、第１のビームジオメトリからの線量寄与が、複数の候補ビームジオメトリから除去されることができる。例えば、第１のビームジオメトリは、この第１のビームジオメトリにゼロのビーム重み値を割り当てることによって除去されることができる。好適には、第１のビームジオメトリは更に、個別の処置計画システムの第１のビームジオメトリモニタユニット（ＭＵ）をオフに切り替えることによって除去されることができる。
【００１０】
次に、第１の修正されたコスト関数値Ｆｍが、除去された第１のビームジオメトリを含まない候補ビームジオメトリに基づいて計算される。好適には、第１の修正されたコスト関数値Ｆｍを計算するために使用されるコスト関数は、すべての候補ビームジオメトリに基づいて複合の又は元のコスト関数値を計算するために使用されたのと同じコスト関数である。第１の修正されたコスト関数値Ｆｍは、直前に除去された第１のビームジオメトリを含まない複数の候補ビームジオメトリに基づいて計算される。
【００１１】
第１の修正されたコスト関数値は、第１の除去されたビームジオメトリを含まない複数の候補ビームジオメトリに基づいて計算されたコスト関数の直接計算された結果でありうる。第１の修正されたコスト関数値は、更に、すべての候補ビームジオメトリに基づいて計算された元のコスト関数値と比較した、除去された第１のビームジオメトリを含まない候補ビームジオメトリに基づいて計算されたコスト関数値の変化でありえ、又は、それは、コスト関数の直接計算された結果から導き出される値でありえ、又は例えば二乗のようなコスト関数の変化でありうる。
【００１２】
一般に、第１のビームジオメトリ又はその線量寄与が除去されると、コスト関数値は、可能性として増大し、すなわち、除去された第１のビームジオメトリが処置計画に有益に寄与していた場合は、修正されたコスト関数値が元のコスト関数値より大きくなる（Ｆｍ＞Ｆ）。一般に、除去されたビームジオメトリがより最適である場合、コスト関数値の増加は相対的により高い。同様に、除去されたビームジオメトリがより最適でない場合、コスト関数値の増加は相対的により低い。ある例において、特に候補ビームジオメトリの数が非常に多い場合、更に、ビームジオメトリが除去されると、コスト関数値がわずかに減少することがあり、すなわち、修正されたコスト関数値は、極小値の存在により、元のコスト関数値より小さくなる（Ｆｍ＜Ｆ）。
【００１３】
例えば、第１の修正されたコスト関数値は、好適には、その計算後にシステム又はコンピュータのメモリに記憶される。更に好適には、修正されたコスト関数値が計算され好適には記憶されたのち、すべての候補ビームジオメトリによる元のコスト関数値が、記憶され復元される。これは、例えば直前に除去された第１のビームジオメトリが復元される前又は後に、実施されることができる。
【００１４】
修正されたコスト関数値が計算され好適に記憶されたのち、直前に除去された第１のビームジオメトリが、複数の候補ビームジオメトリに復元される。具体的には、第１のビームジオメトリからの線量寄与が復元される。例えば、第１のビームジオメトリは、ゼロに等しくないビーム重み値、又はゼロと異なる、特にゼロより大きいビーム重み値を割り当てることによって、復元されることができる。好適には、その除去の前に第１のビームジオメトリに割り当てられていたビーム重み値が、この第１のビームジオメトリを復元するために使用される。第１のビームジオメトリは、更に、例えば処置計画システムにおいて、第１のビームジオメトリモニタユニット（ＭＵ）をオンに切り替えることによって復元されることもできる。
【００１５】
以下において、複数の候補ビームジオメトリからビームジオメトリを除去するステップと、除去されたビームジオメトリを含まない候補ビームジオメトリに基づいて、修正されたコスト関数値を計算するステップと、直前に除去されたビームジオメトリを複数の候補ビームジオメトリに復元するステップと、の３つのステップが、候補ビームジオメトリのプール内のすべての他の候補ビームジオメトリについて繰り返される。言い換えると、除去されたビームジオメトリを含まない候補ビームジオメトリに基づいて修正されたコスト関数値は、方法の開始時に提供されるすべての候補ビームジオメトリについて計算される。好適には、すべての修正されたコスト関数値は、例えばシステム又はコンピュータのメモリに記憶される。
【００１６】
更に好適には、方法は、臨床アプリケーションの処置計画システムにおいて実現される。特に、ビームジオメトリのモニタユニット（ＭＵ）をオフに切り替える又はオンに切り替えることを可能にするように処置計画システムにおいてビーム重みの割り当てを使用することが好ましく、このビームジオメトリは、計算された線量又は最適化されたフルエンスマップのような、直前に最適化された値を無効にする必要なく、技術的に除去され又は非常に容易に復元されることができる。
【００１７】
修正されたコスト関数値に基づいて、複数の候補ビームジオメトリから１又は複数のビームジオメトリが選択される。１又は複数の選ばれた又は選択されたビームジオメトリのこの組は、処置計画において使用されることができる。
【００１８】
好適には、コスト関数値の増加が相対的により高いビームジオメトリが、複数の候補ビームジオメトリから選ばれ又は選択され、すべての候補ビームジオメトリに基づく元のコスト関数値と比較して、除去されるこれらの特定のビームジオメトリを含む修正されたコスト関数値の増加は、除去されるビームジオメトリがより最適であることを示すからである。
【００１９】
最後に、ビームジオメトリの選ばれた組Ｂは、コスト関数に関して最適なビームジオメトリを有するビームジオメトリを包含する。
【００２０】
概して、方法は、適切なビームジオメトリ選択のためにＩＭＰＴにも等しく適用できる。
【００２１】
更に、方法が、異なる関心領域について処置パラメータ及び／又は許容誤差パラメータを提供するステップを含むことが好ましい。例えば、特定のリスク構造又はリスク器官のようなそれぞれ異なる関心領域について、線量−ボリュームコスト及び／又は線量−ボリューム制約及び／又は重要性ファクタが、許容誤差パラメータとして提供されることができる。例えば、処方される放射線投与量及び／又は最小の放射線投与量及び／又は放射線に対する曝露時間が、特にボリュームが処置されるために、処置パラメータとして提供されることができる。
【００２２】
好適には、それぞれ異なる関心領域についての処置パラメータ及び／又は許容誤差パラメータは、方法の開始時に、好適にはコスト関数値の最適化又は計算が行われる前に、提供される。それぞれ異なる関心領域の処置パラメータ及び／又は許容誤差パラメータは、例えば、ユーザによって規定されることができ、又は例えば米国腫瘍放射線治療グループ（ＲＴＯＧ）又は施設特有のプロトコルに基づくことができる標準の解剖学的テンプレートのようなテンプレートとして提供されることができる。それらのテンプレートは、例えばシステム又はコンピュータのメモリに記憶されることができ、方法に提供されるために選択されることができる。特に、それぞれ異なるテンプレートが、例えば脳、頭頸部、肺、前立腺、その他のような異なる身体部位について提供されることができる。
【００２３】
ここに記述される方法は、さまざまな利点を有する。第１に、本発明による方法は、候補ビームジオメトリのプールからビームジオメトリの組を選択するためにコスト関数を使用することによって、網羅的探索アルゴリズム及びランキングアルゴリズムの利点を組み合わせる。更に、方法は、個々の異なるビームジオメトリ間のさまざまな相乗効果又は相互作用効果を考慮する。更に、方法はビームジオメトリを選択するためにコスト関数を直接使用し、それゆえ、ここに記述される方法から得られるビームジオメトリは、臨床目標に関して最適である。
【００２４】
好適な実施形態において、方法は、選ばれる１又は複数のビームジオメトリにより放射線治療計画を最適化することを含む。ビームジオメトリの選択された組が、放射線治療計画において使用され、放射線治療計画が、１又は複数の選ばれたビームジオメトリに基づいて処置の前に最適化されることが好ましい。
【００２５】
他の好適な実施形態において、放射線治療計画の最適化は、フルエンスマップ最適化（ＦＭＯ）を使用してフルエンスレベルで、及び／又は直接マシンパラメーター最適化（ＤＭＰＯ）を使用して制御点レベルで適用される。放射線治療計画の最適化は、例えば、好適にはフルエンスマップ最適化を使用してフルエンスレベルで、及び／又は例えば直接マシンパラメーター最適化を使用してコントロールポイントレベルで適用される。フルエンスマップ最適化（ＦＭＯ）は、例えば、S. V. Spirou, C.-S. Chui. A gradient inverse planning algorithm with dose-volume constraints. Med Phys 1998; 25: 321-33及びQ. Wu, R. Mohan. Algorithm and functionality of an intensity modulated radiotherapy optimization system. Med Phys 2000; 27:701-11に記述されており、その内容は参照によってここに盛り込まれる。直接マシンパラメーター最適化（ＤＭＰＯ）は、例えば、B. Hardemark, A, Liander, H. Rehbinder and J. Lof, "Direct Machine Parameter Optimization with RayMachine in Pinnacle," RaySearch White Paper, 2004に記述されており、その内容は参照によってここに盛り込まれる。好適には、すべての候補ビームジオメトリに基づく初期放射線治療計画及び１又は複数の選ばれたビームジオメトリに基づく最終の放射線治療計画が、前述したように最適化される。直接マシンパラメーター最適化のコンテクストにおいて、高度にインパクトの強い制御点がサンプリングされることができ、それらの制御点についてのみ、ビームジオメトリ選択が行われることができる。
【００２６】
他の好適な実施形態により、方法は、１又は複数の選ばれたビームジオメトリの線量計算を含む。好適には、１又は複数の選ばれたビームジオメトリのための線量計算は、１又は複数の選ばれたビームジオメトリに基づいて、最終の放射線治療計画の最適化の後に行われる。更に好適には、線量計算又は計算エンジンが、線量計算において適用される。例えば、ペンシルビームアルゴリズム及び／又は崩壊円錐畳込み（Collapsed Cone Convolution、ＣＣＣ）及び／又は分析的異方性アルゴリズム（Analytical Anisotropic Algorithm、ＡＡＡ）が、線量計算において使用されることができる。
【００２７】
好適には、個々の異なる関心領域についての、例えば線量−ボリュームコスト及び／又は線量−ボリューム制約及び／又は重要性ファクタのような処置及び／又は許容誤差パラメータのような情報が、線量計算において考慮される。
【００２８】
好適には、最終の処置計画は、最終のフルエンスマップ最適化によって得られ、そののち、選択された組のビームについて線量計算が行われる。更に、選択された又は選ばれたビームジオメトリの組に基づく最終のコスト関数値が計算されることが好ましい。
【００２９】
網羅的探索技法とは異なり、ここに記述される方法は、適切なビームジオメトリを選択するためにちょうど２サイクルの最適化によって使用されることができ、それゆえ網羅的探索技法と比較して非常に高速である。
【００３０】
他の好適な実施形態において、複数の候補ビームジオメトリは、ビーム又はガントリ角度及び／又は寝台角度及び／又はコリメータ角度を含む。特に、ビームジオメトリは、ビーム角度又はガントリ角度（同一平面上のビームの場合）及び／又は寝台角度（非同一平面上のビームの場合）及び／又はコリメータ角度に関連することができる。各ビームジオメトリが、これらの角度を含むことができるので、複数の候補ビームジオメトリもまた、これらの角度に関する情報を含む。
【００３１】
他の好適な実施形態により、複数の候補ビームジオメトリは、いくつかの等間隔の角度のビームジオメトリを有し、又はバイアスされる。一般に、候補ビームのプールは、いくつかの等間隔の角度のビームを有する。しかしながら、ある状況において、角度の特定のレンジを支持するために前もって複数の候補ビームをバイアスすることが有用でありうる。例えば、複数の候補ビームのバイアスは、例えば肺の場合のように複雑な身体部位におけるより臨床的に重要なビームジオメトリをフェッチするために用いられることができる。
【００３２】
他の好適な実施形態において、複数の候補ビームジオメトリは、ビームジオメトリテンプレートに基づく。ビームジオメトリテンプレートは、好適にはビーム角度テンプレートを含む。例えば、ビームジオメトリ又はビーム角度テンプレートは、例えば脳、頭頸部、肺、前立腺、その他の異なる身体部位について提示される。ビームジオメトリテンプレートは、好適には、処置状況にとって最も適当な複数の候補ビーム角度を生成するために使用されることができる。
【００３３】
別の実施形態において、１又は複数のビームジオメトリを選択することは、修正されたコスト関数値及び好適には選ばれるビームジオメトリの総数及び／又は２つの連続するビームジオメトリの間の最小角度間隙を考慮するアルゴリズムを使用して実施されることが好ましい。ユーザによって１又は複数のビームジオメトリを選択することに代わるものとして、例えばこのステップは、好適には、アルゴリズムを使用することによって、自動的に、特に完全に自動化されて、実施される。このアルゴリズムは、好適には修正されたコスト関数値を考慮することによって、ビームジオメトリの最適組をえらぶ。特に、アルゴリズムは、それらのビームジオメトリを選択するように構成され、修正されたコスト関数値は、相対的に高い値を有することが好ましい。更に、アルゴリズムは、選ばれるビームジオメトリの総数、すなわち方法によって選択されることができるビームジオメトリの総数に基づくことが好ましい。選択されるビームジオメトリのこの総数に依存して、アルゴリズムは、好適には、特に修正されたコスト関数値に従って有用であるビームジオメトリを選ぶ。好適には更に、２つの連続するビームジオメトリの間の最小角度間隙が考慮される。この最小角度間隙は、最小ビーム角度制約とも呼ばれることができる。
【００３４】
他の好適な実施形態において、修正されたコスト関数値として、結果として得られるコスト関数値の二乗が、使用され、すなわち、修正されたコスト関数値として、除去されたビームジオメトリを含まない候補ビームジオメトリのコスト関数の計算から直接計算される結果の二乗が、使用される。二乗は、より良好に、修正されたコスト関数値の差を知覚するために使用されることができる。
【００３５】
更に、修正されたコスト関数値が、異なるビームジオメトリにわたって、特に異なるビーム角度にわたって、プロットされることが好ましい。更に好適には、１又は複数のビームジオメトリが、修正されたコスト関数値のこのようなプロットから、好適には上述のアルゴリズムによって、選択される。
【００３６】
本発明の他の見地において、放射線治療用にビームジオメトリの組を選択するシステムであって、メモリと通信するプロセッサを有し、メモリがプログラムコードを記憶し、プロセッサがプログラムコードと連動して、複数の候補ビームジオメトリを提供するステップと、すべての候補ビームジオメトリにより放射線治療計画を最適化するステップと、すべての候補ビームジオメトリに基づいてコスト関数値を計算するステップと、複数の候補ビームジオメトリから第１のビームジオメトリを除去するステップと、除去された第１のビームジオメトリを含まない候補ビームジオメトリに基づいて、第１の修正されたコスト関数値を計算するステップと、第１のビームジオメトリを複数の候補ビームジオメトリに復元するステップと、すべての他の候補ビームジオメトリについて、ビームジオメトリを除去するステップ、修正されたコスト関数値を計算するステップ、及び除去されたビームジオメトリを復元するステップ、を繰り返すステップと、修正されたコスト関数値に基づいて、複数の候補ビームジオメトリから１又は複数のビームジオメトリを選択するステップと実行する方法が提示される。
【００３７】
本発明の別の見地において、放射線治療用にビームジオメトリの組を選択するためのコンピュータプログラムが提示され、コンピュータプログラムは、コンピュータプログラムが、放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するシステムを制御するコンピュータ上で実行されるとき、前述した放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するシステムに、請求項１に記載の方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有する。
【００３８】
請求項１に記載の放射線治療用のビームジオメトリの組を選択する方法、請求項１０に記載の放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するシステム、及び請求項１１に記載の放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するためのコンピュータプログラムは、特に従属請求項に規定される同様の及び／又は同一の好適な実施形態を有する。
【００３９】
本発明の好適な実施例は、更に従属請求項上述の実施形態と個々の独立請求項との任意の組み合わせであってもよいことが理解されるべきである。
【００４０】
本発明のこれらの及び他の見地は、以下に記述される実施例から明らかになり、それらを参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】寝台及び放射線源を有する装置の一実施形態を概略的及び例示的に示す断面図。
【図２】図１に示される装置と共に使用される処置ビーム源を概略的及び例示的に示す拡大等角図。
【図３】放射線治療用のビームジオメトリの組を選択する方法の一実施形態のステップを概略的及び例示的に表すフローチャート。
【図４】放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するシステムの一実施形態を概略的及び例示的に示す図。
【図５】個々の異なるビーム角度について修正されたコスト関数値のプロットを概略的及び例示的に示す図。
【図６】線量−ボリュームヒストグラムの比較を概略的及び例示的に示す図。
【図７】ビームジオメトリの２つの組を概略的及び例示的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１は、患者ジオメトリのモデル１１０を有する装置の一実施形態を概略的及び例示的に示し、モデルは、例えば患者に任意の治療を実施する前に強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）の処置計画のために使用される。モデル１１０は、任意の適切な技法によって得られることができ、例えば、身体のコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）又は磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）スキャンが、モデル１１０を得るために使用されることができる。治療のために、放射線によって処置される構造、このケースでは腫瘍１１２が、計画目標ボリューム（ＰＴＶ）１１４内で識別され、局所的に位置特定される。更に、器官１１６、１１８、骨１２０及び組織１２２のようなリスク構造が識別される。
【００４３】
処置計画のために、患者モデル１１０は、多数のボクセル１２４を規定する３次元グリッドに分割されることができ、図１には、明確さの理由で、多数のボクセルのうちの少数のみが示されている。ＰＴＶ１１４内のすべてのボクセル１２４には、腫瘍１１２を処置するために必要な処置パラメータ値を割り当てられる。処置パラメータは、腫瘍１１２に供給されようとする放射線量、放射線に対する曝露時間及び／又はさまざまな他のパラメータに関して表現されることができる。例えば、処置パラメータは、腫瘍１１２を処置するために処方される放射線量であるように選ばれることができる。この放射線量は、ＰＴＶ１１４の各ボクセル１２４に供給されることができる。以下に記述される表Iにおいて、例えば、処置パラメータは、ターゲット放射線又はターゲット線量の形のｃＧｙで最小の又は一様な線量として与えられる。
【００４４】
許容誤差パラメータが、リスク構造１１６、１１８、１２０、１２２を割り当てられることができる。処置パラメータの場合の様に、許容誤差パラメータは、線量及び／又は他のパラメータに関して表現されることができる。例えば、許容誤差パラメータは、許容誤差線量であるように選ばれることができる。以下に記述される表１において、個々の異なるリスク構造について、許容誤差パラメータが、最大線量又は最大線量ボリュームヒストグラムとして与えられており、最大線量についてターゲット放射線又はターゲット線量ｃＧｙの形で、及び更に最大線量ボリュームヒストグラムについて％ボリュームで、与えられる。
【００４５】
図１は、例えば処置ビーム１３０を提供するための線形加速器のような放射線源１２６を示す。処置ビーム１３０の向きは、一般に、患者がその上に位置付けられる寝台１３４の角度（通常、寝台角度と呼ばれる）に対して、及び放射線源１２６が法線１３６に対して傾けられるビーム又はガントリ角度θに対して、決定される。両方の角度は、予め決められたレンジにわたって離散的なインクリメントで及び原則として連続的に、変更されることができる。本記述において、０度乃至３６０度のレンジにわたるビーム又はガントリ角度θの調整のみが示されるが、寝台角度が同様に調整可能であることが理解されることができる。例えば、国際電気標準会議（ＩＥＣ）規則は、ガントリ角度及び寝台角度の両方を規定し調整する際に使用されることができる。同一平面上のビーム処置の場合、寝台角度は、０度にセットされることができ、そうではなく、非同一平面上のビーム処置の場合、寝台角度調整は、（例えば、傍脊椎線の患者処置のために）例えば−２０度乃至２０度の或る角度（例えば１０度）ずつのインクリメントで、又は、（例えば頭頸部処置のために）−４０度乃至４０度のインクリメントで、変更されることができる。
【００４６】
放射線源１２６は、好適には、処置ビーム１３０を多数の成分ビーム又はビームレット１４２に更に分割するためのビームガイディング及び整形機構１３８を備える。機構１３８は、概して、ビームレット１４２をコリメートするためのリーフコリメータ、特にマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）を有するとともに、付加のレンズ装置、アパーチャ、マスク及びビームレット１４２のガイディング及びシェーピングに適した他の素子を有することができる。
【００４７】
図２は、機構１３８を用いて、多数のビームレット１４２から処置ビーム１３０を生成する放射線源１２６の機構１３８を更に詳しく示している。機構１３８は、各ビームレット１４２に対応する「ピクセル」ｐを示すように描かれている。ビーム１３０のビームレット１４２の数は、例えば、必要とされる解像度でＰＴＶ１１４を照射するために必要な処置ビーム１３０の断面に依存する。一般に、ビームレット１４２の数は、数十から数百又はそれ以上に及ぶ。
【００４８】
放射線源１２６は、ビームレット１４２のさまざまなパラメータを変調させる能力を有する。例えば、放射線源１２６の機構１３８は、ビームレット１４２の断面を変調させるために使用されることができる。これは、特定のビームレット１４２Ｍ及び１４２Ｐの例において示される。ビームレット１４２Ｍ及び１４２Ｐの断面１４６Ｍ、１４６Ｐは、正方形又は矩形である。横断面１４６Ｐは、ビームレット１４２Ｐの伝播方向を中心に９０度回転されている。回転は、ビームレット１４２Ｍ、１４２Ｐに対応する機構１３８の個別のコリメータを回転させることによって実施されることができる。すべてのビームレットの断面を一緒に回転させることが好ましいことがありうる。
【００４９】
放射線源１２６は、更に、ビームレットのエネルギー量を変調させることができる。例えば、ビームレット１４２Ｘは、高エネルギー及び低エネルギーで生成される、放射線源１２６からの距離に対応する放射線量Ａ及びＢを示す。同じコリメーション及びフォーカシングパラメータが、両方のビームレットエネルギーに使用される。エネルギーレベルは、距離とともに指数的に減少し、従って、線量は指数減衰を示す。好適には、放射線源１２６は、更に、ビームレット１４２のオン時間及びオフ時間を変調することができる。
【００５０】
上述のビームレットパラメータの全ては、処方された放射線量をＰＴＶ１１４に供給することを試みる際に、放射線源１２６及び機構１３８によって、個別に又は組み合わせで調整されることができる。放射線源１２６と等価な付加の放射線源が用いられることができることが理解される。
【００５１】
図３は、例えば図１及び図２に示される装置において、放射線治療用のビームジオメトリの組を選択する方法１０の一実施形態のプロセスステップを概略的及び例示的に示す。
【００５２】
第１のステップ１１において、好適には、例えば線量−ボリュームコスト及び／又は線量−ボリューム制約及び／又は個々の異なる関心領域の重要性ファクタ及び／又は放射線量のような処置パラメータ及び／又は許容誤差パラメータが、提供されることができる。特に、許容誤差パラメータは、標準解剖学的テンプレート（例えば、米国腫瘍放射線治療グループ又は施設特有のプロトコル）に基づいて提供されることができる。
【００５３】
次の方法ステップ１２において、複数の候補ビームジオメトリＰを提供することが好ましい。
【００５４】
複数の候補ビームジオメトリは、いくつかの等間隔の角度のビームジオメトリを含むことができ、又はバイアスされることができる。複数の候補ビームジオメトリは、更に、例えば特定の身体部位のためのビームジオメトリテンプレートに基づくことができる。
【００５５】
処置パラメータ及び／又は許容誤差パラメータの供給並びに複数の候補ビームジオメトリの供給は、好適には図４に示されるシステム５０のユーザインタフェース５３を通じて、ユーザの入力に基づいて実施されることができ、及び／又は図４に示されるシステム５０のメモリ５４に記憶された情報から提供されることができる。
【００５６】
次のステップ１３において、放射線治療計画は、プールＰ内のすべての候補ビームジオメトリによって最適化される。その後、ステップ１４において、個別の複合コスト関数値が計算される。この元の又は複合的なコスト関数値Ｆは、好適にはステップ１４ａにおいて記憶される。ステップ１１乃至１４ａは、初期最適化及び線量計算として要約されることができる。
【００５７】
この初期最適化及び線量計算の後、第１のビームジオメトリは、ステップ１５において、複数の候補ビームジオメトリから除去される。例えば、第１のビームジオメトリからの線量寄与は、ゼロのビーム重み値を割り当てることによって除去されることができる。これは、好適には、計算された線量又は最適化されたフルエンスマップを無効にする必要なしに、例えば、ビームモニタユニット（ＭＵ）をオフに切り替えることによって処置計画システムにおいて行われることができる。
【００５８】
以下のステップ１６において、除去された第１のビームジオメトリを含まない候補ビームジオメトリに基づいて、修正されたコスト関数値Ｆｍが計算される。修正されたコスト関数値Ｆｍは、直接計算された結果のコスト関数の二乗、又はコスト関数値の個別の変化である。この第１の修正されたコスト関数値Ｆｍは、ステップ１６ａにおいて記憶される。
【００５９】
これらのステップ１５乃至１６ａは、ビーム低減と呼ばれることがある。
【００６０】
その後、直前に除去された第１のビームジオメトリが、方法ステップ１７において復元される。特に、好適には元の最適化された値にそのビーム重みをリセットすることによって、除去された第１のビームジオメトリからの線量寄与が、復元される。特に、これはビームモニタユニット（ＭＵ）をオンに切り替えることによって処置計画システムにおいて行われることができることが好ましい。
【００６１】
更に次のステップ１７ａにおいて、元の又は複合的な関数値Ｆが、元通りに復元される。これらのステップ１７、１７ａは、ビーム寄与を維持するものとして要約されることができる。
【００６２】
以下において、ステップ１５乃至１７ａは、図３の方法１０の矢印Ｒによって示されるように、プールＰのすべての残りの候補ビームジオメトリについて繰り返される。
【００６３】
他のステップ１８において、候補ビームのプールからの各ビームの除去に対応する修正されたコスト関数Ｆｍは、図５に概略的及び例示的に示されるように、個々の異なるビームジオメトリにわたって、特に異なるビーム角度にわたってグラフとしてプロットされる。図５は、０度乃至３６０度の間のそれぞれ異なるビーム角度について、コスト関数の直接の計算された結果の二乗として、修正されたコスト関数値２のプロット１を示す。ライン２は、候補ビームジオメトリのプール内の各ビームジオメトリの除去に関する修正されたコスト関数値を示す。
【００６４】
次のステップ１９において、複数の候補ビームジオメトリからの１又は複数のビームジオメトリが、図５に示される修正されたコスト関数値２に基づいて選択される。特に、放射線治療用の選択されたビームジオメトリの組Ｂを形成する選択されたビームジオメトリに属する修正されたコスト関数値３が、図５に示されている。修正されたコスト関数値を考えることに加えて、１又は複数のビームジオメトリが選択される場合に、選択されるビームの総数及び最小角度間隙もまた考慮される。
【００６５】
１又は複数の選ばれたビームジオメトリは、ステップ１９ａにおいて、選択されたビームジオメトリの組Ｂへ移されることができる。好適には、ステップ１９及び１９ａは、上述したアルゴリズムを使用することによって完全に自動化される。ステップ１９及び１９ａは、ビーム角度選択とも呼ばれる。
【００６６】
以下のプロセスステップ２０において、１又は複数の選択されたビームジオメトリに基づく最終の処置計画最適化が実施され、そののち、線量算出又は線量計算２１が行われる。ステップ２０及び２１は、最終の最適化及び線量計算とも呼ばれることができる。
【００６７】
図４は、好適には図３に示される方法１０と共に使用されることができる、放射線治療用のビームジオメトリの組を選択するシステム５０の一実施形態を概略的及び例示的に示す。システム５０は、メモリ５４と通信するプロセッサ又は中心処理ユニット５２を有する。プロセッサ５２及びメモリ５４は、コンピュータ５１の部分でありうる。コンピュータは、ユーザからの入力を受信し及び／又はユーザに出力を提供するために、好適にはユーザインタフェース５３に接続される。好適には他で、コンピュータ５１は処置デバイス５５に接続される。そして、それは図１及び２に示すように好適には放射線源及び潜在的に装置を含む。メモリ５４は、好適には、プログラムコード６７を記憶し、プロセッサ５２は、好適には、プログラムコード６７と連動して方法１０におけるステップを実行するように構成される。プログラムコードは、好適にはプロセッサにより実行可能である。
【００６８】
好適にはメモリ５４に記憶されることができる付加の情報は、候補ビーム６１のプール、ビーム角度テンプレート６２、複合の又は元のコスト関数値Ｆ６３、修正されたコスト関数値Ｆｍ６３、選択されたビームジオメトリの組Ｂ ６５、及び／又は処置パラメータ及び／又は許容誤差パラメータ６６、を含むことができる。情報の全てがメモリ５４に記憶される必要はなく、他の付加の情報がメモリ５４に記憶されることもできることが留意されるべきである。
【００６９】
図５のプロット１に示される修正されたコスト関数値２は、頭頸部領域の処置のための例示のケースにおいてビームジオメトリの第２の組について得られたものである。比較のために、ビームジオメトリの２つの組が規定された：ビームジオメトリの第１の組は、等間隔の角度の論理を使用して規定された。ビームジオメトリの第２の組は、ここに記述される方法を使用して規定された。以下の表Ｉに従ってそれぞれの異なる関心領域（ＲＯＩ）について特定された処置及び許容誤差パラメータは、ビームジオメトリの両方の組について同一に保たれた。
表Ｉ：指定される重要な線量−ボリュームコスト
2018515274.tif 000003
【００７０】
更に、初期フルエンスマップ最適化は、ビームジオメトリの両方の組について同一方法で実施された。変換は含まれなかった。変換は、所与のフルエンスマップを、供給可能なマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）セグメントの組に変換するプロセスである。セグメントは、ＭＬＣリーフの特定の空間構成である。これは、ビームごとに独立して現れる。使用されるある付加の重要なパラメータ設定は、以下の通りである：ビーム角度解像度＝１８度、最小ビーム角度制約＝４０度、ＣＴスライス厚さ＝０．３ｃｍ、すべての方向において線量計算グリッドサイズ＝０．３ｃｍ。第１の組及び第２の組のビーム角度ジオメトリから導き出される最終処置計画の比較が、線量分布（適合性）、線量−ボリュームヒストグラム、最終コスト関数値、及び全モニタユニット（ＭＵ）に関して行われた。以下の表ＩＩおいて、ここに記述される方法によるビーム角度最適化を行わないビームジオメトリの第１の組の結果が、ここに記述される方法によるビーム角度最適化を行ったビームジオメトリの第２の組と比較される。
表ＩＩ：コスト関数値及び全モニタユニットの比較
2018515274.tif 000004
【００７１】
更に、図６に示される線量−ボリュームヒストグラムは、水平軸に線量を示す（ｃＧｙ（生物効果比（ＲＢＥ））。実線は、ここに記述される方法に従って選択されたビームジオメトリの第２の組に関する線量を示し、点線は、個々の異なる関心領域について、ここに記述される方法による選択を用いない等間隔の角度のビームの組についての線量を示し、すなわち、ライン９１は、患者治療ボリュームＰＴＶ５４−７２に関し、ライン９２は、交叉部に関し、ライン９３は、左耳下腺に関し、ライン９４は、右耳下腺に関し、ライン９５は、脊髄に関する。
【００７２】
図７は、左側に、等間隔の角度のビームジオメトリの第１の組のビーム角度を示し、右側に、ここに記述される方法に従って選択される第２の組のビーム角度を示す。
【００７３】
ここに記述される、放射線治療用の、特にＩＭＲＴ用のビームジオメトリの組を選択する方法、システム及びコンピュータプログラムは、ビームジオメトリを選ぶためにコスト関数を直接使用し、ビーム間のさまざまな相乗効果を考慮する。従って、ここに記述される方法の結果として得られるビームは、臨床目標に関して最適化され、同時に、ここに記述される方法は網羅的探索技法より非常に高速である。
【００７４】
治療放射線の目標は、隣接するリスク構造又はリスク臓器（organs at risk、ＯＡＲ）を除いて処置ターゲット又は目標ボリューム（例えば腫瘍）に、通常は電磁放射線（光子）、電子、中性子又はプロトンの形の処方された放射線線量を供給することである。処置ターゲット又はターゲットボリューム及びリスク構造又はリスク器官は、関心領域（ＲＯＩ）とも呼ばれる。強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）において、入射ビームの強度プロファイルは、より良好な線量分布を達成するために変調される。
【００７５】
ビームを放出する放射線源は、通常回転軸を中心に回転可能であるフレーム又はガントリに配置されることができ、この回転軸は、患者がその上に配置されることができる寝台又はテーブルの長手軸と同一でありえ、又はそれと平行でありうる。放射線ビームを放出する放射線源は、通常、処置ビームを成分ビーム又はビームレットの部分に細分するためにビームガイディング及び整形機構を備える。それらのガイディング及び整形機構は、ビームレットをコリメートするためにリーフコリメータ、特にマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ）を有するとともに、付加のレンズ装置、アパーチャ、マスク、及びビームレットのガイディング及びシェーピングに適した他の構成要素を有することができる。例えば、放射線源のガイディング及びシェーピング機構は、ビームレットの断面を変調させるために使用されることができる。例えば、正方形又は矩形の断面を有するビームレットは、形成されることができる。更に、ビームレットの断面は、ビームレットの伝播方向を中心に例えば９０度回転されることができる。このような回転は、回転されるビームレットに対応して、ガイディング及びシェーピング機構の個別のコリメータを回転することによって実施されることができる。断面又はビームレットが回転される度数は、コリメータ回転と呼ばれることができ、コリメータ角度によって示されることができる。
【００７６】
処置計画において、放射線が患者身体の処置部位に供給されるビームジオメトリは、通常、オペレータの経験及び直観力に基づいて予め選択される。ビームジオメトリは、通常、ガントリ角度と呼ばれる同一平面上のビームのビーム角度を含む。非同一平面上のビームの場合、ビームジオメトリは更に、寝台角度を含むことができる。更に、コリメータ角度が含められることができる。各ビームは、通常、多数の成分ビーム又はビームレットに更に分割される。
【００７７】
対応するビーム強度プロファイルが、いわゆる逆処置計画方法を一般に使用して、目的関数のガイダンス下で最適化される。
【００７８】
しかしながら、放射線治療のビーム方向選択の既存のアプローチは、多くの不利益を有する。網羅的探索アルゴリズムを使用する完全なビーム方向最適化によって必要とされる計算時間は、極端に長く、それゆえ臨床アプリケーションに適していない。意図は、通常はフルエンスマップ又はセグメント最適化である処置計画最適化の問題に関係なくビーム角度選択問題を解決することであるので、ランキング又はスコアリングアルゴリズムは、高速であるが、正確でない。更に、多くの場合、ビーム角度選択問題に対処するために使用されるコスト関数は、処置計画の最適化問題のために使用されるコスト関数と異なる。異なるランキング関数を使用することは、最終の処置計画最適化のために使用されるコスト関数に関して最適でないビーム方向を与えうる。更に、ランキングアルゴリズムの多くは、ビーム合成の潜在的な相乗効果を表さず、ゆえに、ビーム相互作用効果を考慮せず、これは、ビーム角度の不正確な選択に至る。試行錯誤の試みが、放射線治療のための良好なビームジオメトリの組を決定するために必要とされることが多い。
【００７９】
最適ビームジオメトリの選択は、３Ｄ原体放射線治療の出現から関心事であった。今日、ＩＭＲＴにおけるビーム角度選択プロセスは、処置計画器の経験に基づき、又は試行錯誤アプローチによる。ＩＭＲＴにおいてビーム配置プロセスを自動化することが試みられた。概して、ビーム角度の最適化は、ＩＭＲＴ処置の品質に大きな影響を与えることができる。V. K. Narayanan, R. Vaitheeswaran, J. R. Bhangle, S. Basu, V. Maiya, and B. Zade, "An experimental investigation on the effect of beam angle optimization on the reduction of beam numbers in IMRT of head and neck tumors," J. Appl. Clin. Med. Phys. 13, 36-43 (2012)に記載されるように、より少数だが最適化されたビーム角度による計画が、より多数の最適化されないビーム角度による計画に等しく、又はそれより優れてさえいることが示されており、上述の文献の内容な参照によってここに盛り込まれる。計画におけるより少数のビームは、概して、より短い処置時間と、処置デリバリ中の患者移動に関連するエラーのより低い確率とにつながる。しかしながら、主にビーム方向が入射ビームの強度マップに不可分に結合されるという事実により、３ＤＣＲＴにおいて機能するビーム角度についての計画器の直観力は、ＩＭＲＴ状況に関して良好に働くことができない。それゆえ、いくつかの試行錯誤の試みが、通常、ＩＭＲＴの許容できるビーム角度の組を見つけるために必要である。
【００８０】
ビーム角度最適化（ＢＡＯ）問題を解決するために用いられる最適化アルゴリズムには、J. Lei and Y. J. Li, "An approaching genetic algorithm for automatic beam angle selection in IMRT planning," Comput. Methods Programs Biomed.93, 257-265 (2009)に記載されるような遺伝アルゴリズム(genetic algorithms、ＧＡ)と、D. Djajaputra, Q. W. Wu, Y. Wu, and R. Mohan, "Algorithm and performance of a clinical IMRT beam-angle optimization system," Phys. Med.Biol. 48, 3191-3212 (2003)に記載されるようなシミュレーテッドアニーリング（Simulated Annealing、ＳＡ）アルゴリズムがあり、これらの文献の内容はそれぞれ、参照によってここに盛り込まれるものとする。
【００８１】
このような網羅的探索アルゴリズムは、概して、最適ビーム構成に到達するために多数の候補ソリューションを探索し、これは、ＩＭＲＴにおけるビーム角度最適化の全体のプロセスをかなり長くする。ビーム角度最適化問題を解決するために遺伝アルゴリズム及びシミュレーテッドアニーリングアルゴリズムを使用することが実現可能であるが、計算の観点からの収束スピードは、P. S. Potrebko, B. M. C. McCurdy, J. B. Butler, A. S. El-Gubtan, and Z. Nugent, "A simple geometric algorithm to predict optimal starting gantry angles using equiangular-spaced beams for intensity modulated radiation therapy of prostate cancer," Med. Phys. 34, 3951-3961 (2007)に記述されるように、特に日常の臨床用途には満足でなく、上述の文献の内容は参照によってここに盛り込まれる。
【００８２】
ＩＭＲＴにおけるビーム角度の選択のための異なるビーム角度のランキング技法は、M. Braunstein and R. Y. Levine, "Optimum beam configurations in tomographic intensity modulated radiation therapy," Phys. Med. Biol. 45, 305-328 (2000); Gaede, H. Rasmussen, and E. Wong, "An algorithm for systematic selection of beam directions for IMRT," Med. Phys. 31, 376-388 (2004)；又はP. S. Potrebko, B. M. C. McCurdy, J. B. Butler, A. S. El-Gubtan, and Z. Nugent, "A simple geometric algorithm to predict optimal starting gantry angles using equiangular-spaced beams for intensity modulated radiation therapy of prostate cancer," Med. Phys. 34, 3951-3961 (2007)に記載されており、これらの文献の内容はすべて参照によってここに盛り込まれる。これらの方法は、所与のビーム方向の値を評価するためにメトリックを使用する。メトリックは、候補の方向の組のビームごとに評価され、トップランキングの方向が、次の最適化のために使用される。このようなランキング技法は、他の網羅的探索アプローチより高速である。しかしながら、このようなランキング技法は、ビーム間で相互作用効果を無視する。R. Vaitheeswaran, V. K. Narayanan, J. R. Bhangle, A. Nirhali, N. Kumar, S. Basu, and V. Maiya, "An algorithm for fast beam angle selection in intensity modulated radiotherapy," Med. Phys. 37, 6443-6452 (2010)において記述されるように、選択プロセスにビーム相互作用を組み込むランキングベースの方法が最近記述されており、その内容は参照によってここに盛り込まれる。しかしながら、ランキング関数は、最終の計画最適化のために使用されるコスト関数と異なる。Popple, Richard A., Ivan A. Brezovich, and John B. Fiveash. "Beam geometry selection using sequential beam addition," Med. Phys. 41.5 (2014), 051713に記載されるように、異なるランキング関数を使用することは、最終の計画最適化のために使用されるコスト関数に関して最適でないビーム方向を生じさせることがあり、上述の文献の内容は参照によってここに盛り込まれる。他の方法は、米国特許第7,876,882B2号、米国特許第6,504,899B2号及び米国特許出願第2012/0136194A1号公報に記述されており、それらの内容はすべて参照によってここに組み込まれる。ＩＭＲＴのビーム角度最適化のハイブリッドアプローチは、Bertsimas D, et al. A hybrid approach to beam angle optimization in intensity-modulated radiation therapy. Computers and Operations Research (2012), http://dx.doi.Org/10.1016/j.cor.2012.06.009に記述され、その文献の内容は参照によってここに盛り込まれる。
【００８３】
ここに記述される方法、システム及びコンピュータプログラム及びそれらの実施形態は、臨床目標に対して改善された最適化結果を伴う、高速且つ正確なビーム選択のための改善されたソリューションを提供する。
【００８４】
開示された実施形態に対する他の変更例は、図面、開示及び添付の請求項の検討から、請求項に記載のされた発明を実施する際の当業者によって理解されることができる及び生じられることができる。
【００８５】
請求項において、「含む、有する（comprising）」という語は、他の構成要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は複数性を除外しない。
【００８６】
単一のユニット又は装置は、請求項に列挙されるいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
【００８７】
請求項における任意の参照符号は、請求項の範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。
【００８８】
本発明は、放射線治療用のビームジオメトリの組を選択する方法に関する。方法は、複数の候補ビームジオメトリを提供するステップと、すべての候補ビームジオメトリにより放射線治療計画を最適化するステップと、すべての候補ビームジオメトリに基づいてコスト関数値を計算するステップと、を含む。複数の候補ビームジオメトリから第１のビームジオメトリは除去され、除去された第１のビームジオメトリを含まない候補ビームジオメトリに基づく第１の修正されたコスト関数値が計算される。第１のビームジオメトリは復元される。ビームジオメトリを除去するステップ、修正されたコスト関数値を計算するステップ、及び除去されたビームジオメトリを復元するステップが、すべての他の候補ビームジオメトリについて繰り返される。修正されたコスト関数値に基づいて、複数の候補ビームジオメトリから１又は複数のビームジオメトリが選ばれる。
【図１】
2018515274.tif 000005
【図２】
2018515274.tif 000006
【図３】
2018515274.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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