多目的線量体積制約に基づく動的強度変調放射線治療計画法の開発

基于多目标剂量体积约束的动态调强放射治疗计划方法的发展

基本信息

批准号：
21K04080
负责人：
吉永哲哉
金额：
$ 2.08万
依托单位：
The University of Tokushima
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

強度変調放射線治療 (IMRT) 計画を実現する原理は，照射ビーム係数に関する評価関数の最適化問題に帰着される．本研究代表者は，先行研究において，線量体積制約および平均線量制約を満たす状況を表す acceptable の概念をこの分野で新しく導入し，すべての線量制約が acceptable とは限らない精度の高い治療計画が要求される困難な問題に対し，必ず満たすべき制約条件と可能な限り制約に近づけたい条件に分離して最適化問題を定式化し，解決法の開発に成功した．ただし，可能な限り近づけたい条件を複数に与えると，より高精度な治療計画を効率的に実現できるが，現方法では解決できない．この困難な問題に対し，線量制約を未知数として問題を定式化する新しい理論の構築可能性を想起した．前年度において，必須の部分的線量体積制約を満足させると同時に優先度が相対的に低い残りの線量制約に係る複数の評価関数を最小化させる問題設定に対し，線量制約を未知数とした最適化問題を微分方程式系の初期値問題に帰着させる理論を構成した．令和4年度は，まず，提案法の演算を高速化させるため微分方程式系の数値離散による反復法を開発した．当初予想していた MLEM 型だけでなく，冪指数パラメータを導入した PDEM 型，および MART 型の反復アルゴリズムを導出することに成功した (名称は，逐次 CT 画像再構成法の原理とのアナロジーから呼称した)．さらに，各提案アルゴリズムに対応した微分方程式系にみられる解が正値を保ち，理想的な解との距離が反復により単調減少する性質を理論的に証明した．次に，提案原理を3次元画像へ対応させるプログラム開発に着手し，部分的に作成できたことで完成への目処がついた．達成により，既存の IMRT 設備においてもソフトウェアの導入だけで高品質・高精度の IMRT 計画結果を高速に得ることが可能となる．

实现强度调节辐射疗法（IMRT）计划的原理被返回到与辐射光束系数相关的评估功能的优化问题。在研究中，该研究代表需要在该领域的新概念中引入了可接受的概念，这表明符合剂量体积限制和平均剂量限制的情况，并且需要一个高度准确的治疗计划，不限于可接受。应满足的约束以及他们想要尽可能接近的条件，提出优化问题以及解决方案的开发成功的问题。但是，如果您提供多种条件，则希望尽可能靠近，可以有效地实现更高的精确治疗计划，但无法通过当前方法来解决。为了应对这个困难的问题，我们回想起建立一种新理论的可能性，将问题提出为未知数。在上一个会计年度，我们优化了问题设置未知的剂量约束，以最大程度地减少与剩余剂量约束有关的多个评估功能，而在上一个会计年度中，优先级相对较低。微分方程系统。在第4财年，由于差异离散导数系统，我们首先开发了一种重复的方法，以加快拟议法案的计算。不仅是最初预期的MLEM类型，而且还引入了PDEM类型，该类型引入了幂幂幂幂幂幂幂幂幂幂（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（（做过）。此外，与每种建议算法相对应的微分方程系统中发现的解决方案保持了正值，并且理论认为，与理想解的距离由于重复而单调降低。接下来，我们开始开发一个程序，以使建议原则支持3D图像，并部分创建。通过成就，可以通过仅在现有的IMRT设备中引入软件来以高速获得高质量和高精度IMRT计划结果。