連続法を用いた強度変調放射線治療計画法

摘要

The planning of intensity modulated radiation therapy (IMRT) is to find a solution that optimizes an objective function w.r.t. radiation beams. Although Newton's method is a powerful solving tool, it needs a huge computational cost to compute the Hessian matrix for an objective function and its inverse matrix every iteration. In this report, we proposed a novel optimization method for a dose-distribution-based objective function using a continuous-time dynamical system. The proposed method yields not only the dramatical reduction of a computational cost but also no production of a solution with an unphysical, negative beam coefficient in solving IMRT planning problems. Experimental results also showed that it could find a quasi-optimal solution.%強度変調放射線治療計画の問題は，放射線ビーム係数に関する目標関数の最小化問題に帰着される．最小化問題はニュートン法を用いて解くことができるが，その最適化過程において目標関数のヘッセ行列およびその道行列を求める必要があり，その計算量は膨大となる．本論文では，線量分布に基づいた目標関数を構築し，目標関数のヘッセ行列およびその道行列の計算を必要としない最適化法を提案した．提案法は常微分方程式で記述され，系の状態が連続時間軸上で変化することから，それを連続法とよぶ．連続法は，正の初期値に対して解が常に正の値を保持するという特徴を有する．強度放射線治療計画問題に対して連続法を適用し，解の正値性，極小解への収束性能，および得られた治療計画を検討した．その結果，解は正の値を保持したまま時間経過に従って極小解へ収束し，線量分布図と線量体積ヒストグラムから，その極小解は準最適な治療計画であることを確認した．