【手続補正書】
【提出日】令和2年2月19日(2020.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線療法のためのフルエンスマップを計算するための方法であって、前記方法は、
対象の体積を選択することと、
前記ボクセルの各々が許容線量範囲を有する、前記対象の体積内の複数のボクセルを選択することと、
初期小線束強度重みｘ０＝｛ｘｉ０｝を有する候補小線束のセットｂ＝｛ｂｉ｝を選択することと、
前記線量マトリクスＡは、前記候補小線束のセットｂによって前記複数のボクセルの各々に送達されるボクセル当たりの線量を表す、前記候補小線束のセットｂに基づいて前記対象の体積に対する線量マトリクスＡを計算することと、
小線束強度重みの反復間の変化が所定の誤差基準未満となるように、調整される小線束強度重みが小線束強度重みの最終セットに収斂するまで、前記初期小線束強度重みに対して反復する１つまたは複数の線形ペナルティを含むペナルティ関数を用いて、近接勾配法（ｘｋ−１→ｘｋ）に従って前記初期小線束強度重みを調整することにより、小線束強度重みの最終セットｘｋを有するフルエンスマップを計算することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記近接勾配法が、加速近接勾配法である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記近接勾配法が、高速反復縮小閾値アルゴリズム（ＦＩＳＴＡ）である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記１つまたは複数の線形ペナルティが、１つまたは複数のＬ１ペナルティを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記ペナルティ関数が、微分可能であるように平滑化されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ペナルティ関数が、Ｍｏｒｅａｕ−Ｙｏｓｉｄａ正則化を用いて平滑化されている、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記小線束強度重みの初期セット｛ｘ０｝が、オールゼロベクトルである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記候補小線束のセットｂ中の前記小線束が、発射角度のより小さいセット｛ｆｉ｝間で分割されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記発射角度のセット｛ｆｉ｝が、放射線治療装置の患者領域の周りの複数の角度を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の発射角度が、前記患者領域の周りに３６０度均一に分布している、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記近接勾配法ペナルティ関数が、１つまたは複数の２次のペナルティを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記１つまたは複数の２次のペナルティが、１つまたは複数のＬ２ペナルティを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ペナルティ関数が、前記許容線量範囲外のボクセル線量エクスカーションにペナルティを科す、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ペナルティ関数が、前記対象の体積中のボクセルの全ての前記許容線量範囲外の前記ボクセル線量エクスカーションを集約する一価ペナルティ関数である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のボクセルの各々の前記許容線量範囲が、治療計画によって少なくとも部分的に決定される、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記対象の体積が、第１の対象の体積であり、前記方法が、
第２の対象の体積を選択することと、
前記ボクセルの各々が許容線量範囲を有する、前記第２の対象の体積内の第２の複数のボクセルを選択することと、をさらに含み、
前記線量マトリックスＡを計算することは、前記候補小線束のセットｂに基づいて前記第１及び第２の対象の体積に対する前記線量マトリクスＡを計算することをさらに含み、前記線量マトリクスＡは、前記候補小線束のセットｂによって前記第１及び第２の複数のボクセルの各々に送達されるボクセル当たりの線量を表す、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記フルエンスマップを分割して、多分割コリメータ及び放射線源位置決め命令のセットにすることをさらに含む、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
放射線治療のためのフルエンスマップを計算するためのシステムであって、前記システムは、
プロセッサであって、前記プロセッサは、
対象の体積を選択することと、
前記ボクセルの各々が許容線量範囲を有する、前記対象の体積内の複数のボクセルを選択することと、
初期小線束強度重みｘ０＝｛ｘｉ０｝を有する候補小線束のセットｂ＝｛ｂｉ｝を選択することと、
前記線量マトリクスＡは、前記候補小線束のセットｂによって前記複数のボクセルの各々に送達されるボクセル当たりの線量を表す、前記候補小線束のセットｂに基づいて前記対象の体積に対する線量マトリクスＡを計算することと、
小線束強度重みの反復間の変化が所定の誤差基準未満となるように、調整される小線束強度重みが小線束強度重みの最終セットに収斂するまで、前記初期小線束強度重みに対して反復する１つまたは複数の線形ペナルティを含むペナルティ関数を用いて、近接勾配法更新（ｘｋ−１→ｘｋ）に従って前記初期小線束強度重みを調整することにより、小線束強度重みの最終セットｘｋを含むフルエンスマップを計算することと、
前記フルエンスマップをプロセッサメモリに保存することと、を行なうように構成された、プロセッサを備える、システム。
【請求項１９】
前記近接勾配法が、加速近接勾配法である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記加速近接勾配法が、高速反復縮小閾値アルゴリズム（ＦＩＳＴＡ）である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記１つまたは複数の線形ペナルティが、１つまたは複数のＬ１ペナルティを含む、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記ペナルティ関数が、微分可能であるように平滑化されている、請求項１８〜２１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ペナルティ関数が、Ｍｏｒｅａｕ−Ｙｏｓｉｄａ正則化を用いて平滑化されている、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ペナルティ関数が、前記許容線量範囲外のボクセル線量エクスカーションにペナルティを科す、請求項１８〜２３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２５】
前記ペナルティ関数が、前記対象の体積内の前記ボクセルの全ての前記許容線量範囲外の前記ボクセル線量エクスカーションを集約する一価ペナルティ関数である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記複数のボクセルの各々の前記許容線量範囲が、治療計画によって少なくとも部分的に決定されている、請求項１８〜２５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記プロセッサが、
第２の対象の体積を選択することと、
前記ボクセルの各々が許容線量範囲を有する、前記第２の対象の体積内の第２の複数のボクセルを選択することと、を行なうように、さらに構成され、
前記線量マトリックスＡを計算することは、前記候補小線束のセットｂに基づいて、前記第１及び第２の対象の体積に対する前記線量マトリクスＡを計算することをさらに含み、前記線量マトリクスＡは、前記候補小線束のセットｂによって前記第１及び第２の複数のボクセルの各々に送達されるボクセル当たりの線量を表す、請求項１８〜２６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２８】
患者領域の周りを移動可能であり、かつ前記フルエンスマップに従って前記患者領域に放射線小線束を照射するように構成された治療用放射線源を含む放射線治療システムをさらに備える、請求項１８〜２７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２９】
前記発射角度のセット｛ｆｉ｝が、放射線治療装置の前記患者領域の周りの複数の角度を含む、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記複数の発射角度が、前記患者領域の周りに３６０度均一に分布している、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記放射線治療システムが、前記治療用放射線源のビーム経路内に配設された多分割コリメータをさらに備え、前記プロセッサが、前記フルエンスマップを分割して多分割コリメータ命令のセットにし、前記放射線治療システムに前記命令を送信するように構成されている、請求項２８〜３０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記放射線治療システムが、１つまたは複数のＰＥＴ検出器をさらに備える、請求項２８〜３１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３３】
前記治療用放射線源が、少なくとも約４０ＲＰＭの速度で前記患者領域の周りで移動可能である、請求項２８〜３２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３４】
前記近接勾配法ペナルティ関数は、１つまたは複数の指標関数を含み、前記１つまたは複数の指標関数は、随意に、Ｌ∞ノルム球体に対する指標関数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
前記近接勾配法ペナルティ関数は、１つまたは複数の指標関数を含み、前記１つまたは複数の指標関数は、随意に、Ｌ∞ノルム球体に対する指標関数を含む、請求項１８に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
１つまたは複数の平滑化された線形ペナルティ（例えば、正則化されたＬ１ペナルティ）を有するペナルティ関数（コスト関数としても知られている）を用いた近接勾配法を含むフルエンスマップ生成方法は、重み付け二次ペナルティを使用するフルエンスマップ生成方法をしのぐ利点を有することができる。フルエンスマップ生成方法は、通常、ペナルティ関数全体の成分としてユーザが特定した線量制限に由来する重み付け二次ペナルティ（例えば、Ｌ２ペナルティ）を使用する。ボクセルにおける最小及び最大線量制約をモデル化するために二次ペナルティを使用することは、多くの場合、結果として所望の線量制約（例えば、最小線量、または最大線量または他の線量）のうちで多くのわずかな大きさの違反を伴う解を生じさせ、臨床上望まれるものを越えるペナルティ関数の最小線量を増加するように、または最大線量を減少するように、ユーザに要求し、その結果、問題が、元の臨床的に望ましい制約に違反することなく、解に収斂させることができる。ユーザが採用する別の方策としては、ペナルティ関数成分の重み付けを手入力で調整することである。二次ペナルティは、また、小線束重みのセットに収斂する前に、より多くの反復回数を要求することもできる。場合によっては、二次ペナルティまたはコスト関数を含むフルエンスマップ生成方法は、結果として、ユーザが課した制約のうちより多くの違反をもたらす小線束重みのセットを生成する可能性がある。対照的に、ペナルティ関数内に線形（例えば、Ｌ１ペナルティ）成分を有する近接勾配法（例えば、ＦＩＳＴＡである加速近接勾配法）を含む本明細書に記載されるフルエンスマップ生成方法は、小線束重みのセットにより速く（すなわち、より少ない反復で）収斂させることができ、結果として、臨床治療の線量の違反がより少なく、かつユーザが必要となる介入（重み付け調整など）がより少ない解とすることができ、プロセッサ内での実行をより単純に、かつ計算処理量を少なくし、ならびに／またはマルチコアＣＰＵ及び／もしくはＧＰＵ上での並列化に一層適用可能とすることができる。１つまたは複数のＬ１ペナルティを有するペナルティまたはコスト関数を伴う近接勾配法を含むフルエンスマップ生成方法は、１つまたは複数のＬ２ペナルティを有するペナルティまたはコスト関数を伴う方法と比較すると、ユーザが特定した計画目標、例えば最小標的ＲＯＩ線量またはＶＯＩ線量、最大ＯＡＲ線量に対してより良好な計画適合性を促進することができる。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
放射線療法のためのフルエンスマップを計算するための方法であって、前記方法は、
対象の体積を選択することと、
前記ボクセルの各々が許容線量範囲を有する、前記対象の体積内の複数のボクセルを選択することと、
初期小線束強度重みｘ０＝｛ｘｉ０｝を有する候補小線束のセットｂ＝｛ｂｉ｝を選択することと、
前記線量マトリクスＡは、前記候補小線束のセットｂによって前記複数のボクセルの各々に送達されるボクセル当たりの線量を表す、前記候補小線束のセットｂに基づいて前記対象の体積に対する線量マトリクスＡを計算することと、
小線束強度重みの反復間の変化が所定の誤差基準未満となるように、調整される小線束強度重みが小線束強度重みの最終セットに収斂するまで、前記初期小線束強度重みに対して反復する１つまたは複数の線形ペナルティを含むペナルティ関数を用いて、近接勾配法（ｘｋ−１→ｘｋ）に従って前記初期小線束強度重みを調整することにより、小線束強度重みの最終セットｘｋを有するフルエンスマップを計算することと、を含む、方法。
（項目２）
前記近接勾配法が、加速近接勾配法である、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記近接勾配法が、高速反復縮小閾値アルゴリズム（ＦＩＳＴＡ）である、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記１つまたは複数の線形ペナルティが、１つまたは複数のＬ１ペナルティを含む、項目１〜３のいずれか１項に記載の方法。
（項目５）
前記ペナルティ関数が、微分可能であるように平滑化されている、項目１〜４のいずれか１項に記載の方法。
（項目６）
前記ペナルティ関数が、Ｍｏｒｅａｕ−Ｙｏｓｉｄａ正則化を用いて平滑化されている、項目５に記載の方法。
（項目７）
前記小線束強度重みの初期セット｛ｘ０｝が、オールゼロベクトルである、項目１〜６のいずれか１項に記載の方法。
（項目８）
前記候補小線束のセットｂ中の前記小線束が、発射角度のより小さいセット｛ｆｉ｝間で分割されている、項目１〜７のいずれか１項に記載の方法。
（項目９）
前記発射角度のセット｛ｆｉ｝が、放射線治療装置の患者領域の周りの複数の角度を含む、項目８に記載の方法。
（項目１０）
前記複数の発射角度が、前記患者領域の周りに３６０度均一に分布している、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記近接勾配法ペナルティ関数が、１つまたは複数の２次のペナルティを含む、項目１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
（項目１２）
前記１つまたは複数の２次のペナルティが、１つまたは複数のＬ２ペナルティを含む、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
前記ペナルティ関数が、前記許容線量範囲外のボクセル線量エクスカーションにペナルティを科す、項目１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
（項目１４）
前記ペナルティ関数が、前記対象の体積中のボクセルの全ての前記許容線量範囲外の前記ボクセル線量エクスカーションを集約する一価ペナルティ関数である、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記複数のボクセルの各々の前記許容線量範囲が、治療計画によって少なくとも部分的に決定される、項目１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
（項目１６）
前記対象の体積が、第１の対象の体積であり、前記方法が、
第２の対象の体積を選択することと、
前記ボクセルの各々が許容線量範囲を有する、前記第２の対象の体積内の第２の複数のボクセルを選択することと、をさらに含み、
前記線量マトリックスＡを計算することは、前記候補小線束のセットｂに基づいて前記第１及び第２の対象の体積に対する前記線量マトリクスＡを計算することをさらに含み、前記線量マトリクスＡは、前記候補小線束のセットｂによって前記第１及び第２の複数のボクセルの各々に送達されるボクセル当たりの線量を表す、項目１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
（項目１７）
前記フルエンスマップを分割して、多分割コリメータ及び放射線源位置決め命令のセットにすることをさらに含む、項目１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
（項目１８）
放射線治療のためのフルエンスマップを計算するためのシステムであって、前記システムは、
プロセッサであって、前記プロセッサは、
対象の体積を選択することと、
前記ボクセルの各々が許容線量範囲を有する、前記対象の体積内の複数のボクセルを選択することと、
初期小線束強度重みｘ０＝｛ｘｉ０｝を有する候補小線束のセットｂ＝｛ｂｉ｝を選択することと、
前記線量マトリクスＡは、前記候補小線束のセットｂによって前記複数のボクセルの各々に送達されるボクセル当たりの線量を表す、前記候補小線束のセットｂに基づいて前記対象の体積に対する線量マトリクスＡを計算することと、
小線束強度重みの反復間の変化が所定の誤差基準未満となるように、調整される小線束強度重みが小線束強度重みの最終セットに収斂するまで、前記初期小線束強度重みに対して反復する１つまたは複数の線形ペナルティを含むペナルティ関数を用いて、近接勾配法更新（ｘｋ−１→ｘｋ）に従って前記初期小線束強度重みを調整することにより、小線束強度重みの最終セットｘｋを含むフルエンスマップを計算することと、
前記フルエンスマップをプロセッサメモリに保存することと、を行なうように構成された、プロセッサを備える、システム。
（項目１９）
前記近接勾配法が、加速近接勾配法である、項目１８に記載のシステム。
（項目２０）
前記加速近接勾配法が、高速反復縮小閾値アルゴリズム（ＦＩＳＴＡ）である、項目１９に記載のシステム。
（項目２１）
前記１つまたは複数の線形ペナルティが、１つまたは複数のＬ１ペナルティを含む、項目１８〜２０のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２２）
前記ペナルティ関数が、微分可能であるように平滑化されている、項目１８〜２１のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２３）
前記ペナルティ関数が、Ｍｏｒｅａｕ−Ｙｏｓｉｄａ正則化を用いて平滑化されている、項目２２に記載のシステム。
（項目２４）
前記ペナルティ関数が、前記許容線量範囲外のボクセル線量エクスカーションにペナルティを科す、項目１８〜２３のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２５）
前記ペナルティ関数が、前記対象の体積内の前記ボクセルの全ての前記許容線量範囲外の前記ボクセル線量エクスカーションを集約する一価ペナルティ関数である、項目２４に記載のシステム。
（項目２６）
前記複数のボクセルの各々の前記許容線量範囲が、治療計画によって少なくとも部分的に決定されている、項目１８〜２５のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２７）
前記プロセッサが、
第２の対象の体積を選択することと、
前記ボクセルの各々が許容線量範囲を有する、前記第２の対象の体積内の第２の複数のボクセルを選択することと、を行なうように、さらに構成され、
前記線量マトリックスＡを計算することは、前記候補小線束のセットｂに基づいて、前記第１及び第２の対象の体積に対する前記線量マトリクスＡを計算することをさらに含み、前記線量マトリクスＡは、前記候補小線束のセットｂによって前記第１及び第２の複数のボクセルの各々に送達されるボクセル当たりの線量を表す、項目１８〜２６のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２８）
患者領域の周りを移動可能であり、かつ前記フルエンスマップに従って前記患者領域に放射線小線束を照射するように構成された治療用放射線源を含む放射線治療システムをさらに備える、項目１８〜２７のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２９）
前記発射角度のセット｛ｆｉ｝が、放射線治療装置の前記患者領域の周りの複数の角度を含む、項目２８に記載のシステム。
（項目３０）
前記複数の発射角度が、前記患者領域の周りに３６０度均一に分布している、項目２９に記載のシステム。
（項目３１）
前記放射線治療システムが、前記治療用放射線源のビーム経路内に配設された多分割コリメータをさらに備え、前記プロセッサが、前記フルエンスマップを分割して多分割コリメータ命令のセットにし、前記放射線治療システムに前記命令を送信するように構成されている、項目２８〜３０のいずれか１項に記載のシステム。
（項目３２）
前記放射線治療システムが、１つまたは複数のＰＥＴ検出器をさらに備える、項目２８〜３１のいずれか１項に記載のシステム。
（項目３３）
前記治療用放射線源が、少なくとも約４０ＲＰＭの速度で前記患者領域の周りで移動可能である、項目２８〜３２のいずれか１項に記載のシステム。