SCG算法优化调强放射治疗计划子野权重研究

《SCG算法优化调强放射治疗计划子野权重研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、＼SCG算法优化调强放射治疗计划子野权重研究硕士研究生：王卓宇指导教师：周凌宏摘要放射治疗是医治癌症的三大主要手段之一，据估计，约有60％．70％的肿瘤病人需要进行放射治疗，40％的癌症治愈病人是由放射治疗治愈的，具有十分重大的意义。从经典的三维适形放射治疗技术发展到现在的调强放射治疗技术(intensity．modulatedradiotherapy，lMRT)，是放射肿瘤学史上的一次重大变革。但鉴于实际问题的复杂性，IMRT的优势还远没有在临床应用中完全发挥出来。IMRT治疗计划作为调强放疗的核心和基础，其中尚有许多急需解决的问题。随

2、着1MRT研究的深入和逆向治疗计划的发展，放射治疗中如何自动选择射野参数引起了广泛关注。在传统放射治疗中，射野参数的选择是通过反复试错(tryanderror)的方法实现的，治疗计划的优劣往往依赖于计划设计者的经验，由于IMRT采用逆向计划，需要选择的参数很多，通过试错的方式根本无法完成，必须使用优化方法来提高治疗计划设计水平。在过去的十多年中，人们对IMRT射野参数优化的优化方法进行了大量研究，最常用的包括：线性规划法、均方优化法、梯度方法、有约束模拟退火法和遗传算法等。梯度算法是目前商用调强放疗(1MRT)计划系统中最常用的算法之一。

3、M611er提出的SCG(scaledconjugategradient，缩放共轭梯度法)算法很好地解决了梯度算法中的线性搜索过程，进一步提高了梯度算法的性能。x．D．Zhang等人在Philips的Pinnacle计划系统上证实，缩放共轭梯度法的速度是常规共轭梯度法的摘要2倍以上。在我国，这方面的研究还基本处于空白。在本文中，我们将笔射束核模型应用于IMRT剂量计算，并用SCG算法实现了IMRT计划优化中射束权重的优化。优化过程中采用了基于剂量的目标函数，建立了剂量均匀性约束和组织重要程度约束函数。用等剂量线和剂量．体积直方图来评估计划

4、的优劣。最后我们初步完成了一套IMRT治疗计划优化系统。研究结果表明，SCG算法是一种有效的IMRT笔射束子野权重优化方法，能够得到较高适形度的剂量分布，在IMRT射野参数优化中具有广阔的应用前景。在论文的最后，我们对研究工作中的遗留问题进行了讨论，并对今后的工作进行了展望。关键词调强放射治疗剂量计算二维卷积SCG算法子野权重优化逆向计划lIStudyonBeamWeightsOptimizationwithSCGAlgorithminIntensity-ModulatedRadiotherapyName：WangZhuo-yuSuper

5、visor：ZhouLing—hongABSTRACTRadiotherapy，oneofthethreemaintreatmentsfortumor，istreatwithabout60％一70％patientssufferingfromcancerandcures40％ofthem．Itisahistoricadvancementthattheclassicalthree—dimensional(3D)conformalradiotherapy(3DCRDevolvedintotheintensity-modulatedradioth

6、erapy(IMRT)．However，theadvantagesofIMRThavenotbeenfullyutilizedyet，duetothecomplicatedclinicalconditions．TherearestillmanyproblemsintheIMRTplanning，whichisoneofthebasicsof1MRTapplication，shouldbesolved．WiththedevelopmentofIMRTandinverseplanning，theautomaticdeterminationof

7、suitablebeamparametersinexternalbeamradiotherapyhasgainedwideinterests．Intheconventionalradiotherapy，thebeamparametersareusuallyobtainedbytrialanderror．Theplanningoutcomesusuallydependonthepersonalexperienceofplanners．Buttherearelarge·scaleparameterstohedeterminedintheinv

8、erseplanningofIMRT．Itcanhardlybecarriedoutbytrialanderror．Duringlasttenyears，manymethodshavebeen