调强放射治疗计划优化

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1、ThematicForum(RadiationTherapy)技术调强放射治疗的计划优化杨瑞杰戴建荣胡逸民中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院肿瘤研究所（北京100021）内容提要：本文结合文献、探讨调强放射治疗计划优化中的若干重要问题，包括调强放疗的物理优化和生物优化、优化模型和参数、优化算法、退化、频响和滤波、多目标优化、射野方向和数目优化，以及移动靶区的计划优化。关键词：调强放射治疗计划优化OptimizationofIntensity-ModulatedRadiationTherapyYANGRui-jieDAIJian-rong

2、HUYi-minCancerInstitute(Hospital),ChineseAcademyofMedicalSciences(PekingUnionMedicalCollege)(Beijing100021)Abstract：Thispaperdiscussesseveralimportanttopicsabouttheoptimizationofintensity-modulatedradiationtherapy.Thetopicsarephysicalandbiologicaloptimization,optimizationm

3、odelandparameters,optimizationalgorithm,degeneracy,frequencyresponseandfilter,multiobjectiveoptimization,beamorientationoptimizationandoptimizationformovingtargets.Keywords：Intensity-ModulatedRadiationTherapy,Optimization文章编号：1006-6586(2005)02-0013-04中图分类号：R730.55文献标识码：A引言

4、一些经验和数据。基于剂量目标函数优化概念直观并容随着放射治疗，尤其是调强放射治疗的发展，治疗计易使用[2]，剂量体积目标函数有明确的物理意义，应用灵划越来越复杂，需要使用数学优化的方法求解[1]。作为应活[3]，它是计划优化中最实用的目标函数[4]。目前物理优用数学的重要分支，运筹学在解决放射治疗计划设计方面化的问题是临床实践中指定的剂量、剂量体积目标或约发挥了重要作用，在很大程度上推动了放射治疗的发展。束通常不是能够实现的最优值，因此可能会出现问题没放射治疗的计划优化也成为肿瘤放射物理学中一个非常重有可行解，或找到可行解，但不一定是最优解

5、的情况。由要的研究领域，本文探讨计划优化中的若干重要问题。于肿瘤或正常组织的剂量效应关系非常复杂，目前基于剂量、剂量体积的目标函数不能表达某些正常组织的剂1物理优化和生物优化量效应关系，比如腮腺的唾液分泌功能与剂量分布间的调强放射治疗计划的目的是找到达到某一临床目标的退化关系[5]，因此需要探索新的目标函数或使用生物优治疗实施方案，即确定射线种类、能量、射野方向和数目、化模型。射野形状和权重等治疗实施参数。因为计划及实施的复杂1.2生物优化性，调强放疗通常使用计算机逆向优化的方法求解，即从生物优化的优点是它与临床结果直接相关，对于肿临床目标

6、出发通过优化得到治疗实施参数。放射治疗是通瘤放疗效果评价，生物目标是比物理目标更高层次的目过物理手段实现生物学的目的，因此计划优化时，通常将标。目前生物优化的主要问题是生物模型大多比较简单、临床目标转化为物理目标或生物目标，并以数学模型的形缺乏可靠的生物学基础；模型基于有限的实验数据或临式表达，通过物理优化或生物优化来实现。床数据得到，反应的剂量效应关系不确定；只有针对群1.1物理优化体平均的模型和模型参数，基于细胞水平的剂量反应模目前的商业计划系统大多使用基于剂量或剂量体积型及器官几何、生理与剂量分布的放射反应知识有限。模型的物理优化方法

7、。因为物理优化比生物优化更直接，生物模型及其参数的不确定性问题是影响其临床应用的医生对各种肿瘤及危及器官的剂量体积生物效应关系有重要原因，也是放射生物学和放射物理学研究的一个热收稿日期：2005-04-01作者简介：杨瑞杰，中国医学科学院肿瘤医院肿瘤研究所在读博士；戴建荣，博士，副研究员，中国医学科学院肿瘤医院肿瘤研究所放疗科副主任；胡逸民，研究员，博士生导师，中国医学科学院肿瘤医院肿瘤研究所首席专家.《中国医疗器械信息》2005年第11卷第2期Vol.11No.213技术ThematicForum(RadiationTherapy)点问题

8、。在优化过程中考虑模型参数的不确定性，可以计划者的经验确定，并通过多次尝试的方式得到临床上最大限度地利用现有的放射生物学知识[6]。计划评估和满意的计划，但不一定是最优的计划。目