调强放疗计划质量和效率提高的方法研究

发布时间：2023-02-28 07:50

　　在放射治疗系统中进行精确、高效计划是实现精确放疗的重要前提,而剂量计算方法的精确程度、优化模型的形式、求解逆向问题优化算法的寻优能力,和计划过程的智能化程度等对放疗计划的质量和效率有着直接的影响。本文以提高放疗计划的质量为目标,对放疗优化模型和基于梯度优化算法的剂量体积优化的初始射束权重问题进行了深入的研究;本文以提高放疗计划的效率为出发点,对放疗参数的自动优化算法进行了研究。本文的主要创新性工作如下:1.基于器官的优化模型优化所得的帕累托平面属于DV约束优化所得的帕累托平面的理论基础,为基于梯度优化算法的剂量体积优化提出了一种确定初始射束权重的方法。为了改善剂量体积优化(DVO)计划的质量和降低由于DV约束目标的非凸性而产生的局部极值误差,提出了一种为DVO确定初始射束权重的方法,即基于器官优化模型优化引导的DVO。首先,采用改进的递增器官优化模型进行注量图优化(FMO),获得一组射束强度分布。然后,以第一步优化所得的射束强度分布为初始值进行DVO。在5例头颈癌测试病例和5例前列腺癌测试病例上对新算法的可行性和有效性进行了验证。实验结果表明,与传统采用均匀初始射束权重的DVO相比,新...

【文章页数】：148 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号表
第一章 绪论
    1.1 研究背景和选题意义
        1.1.1 IMRT的发展历程
        1.1.2 IMRT技术的实现和计划设计
    1.2 调强放疗的国内外研究现状
        1.2.1 剂量体积约束的非凸性研究
        1.2.2 放疗优化模型的研究
        1.2.3 优化模型中参数的自动化研究
    1.3 论文研究内容及框架结构
第二章 基础知识介绍
    2.1 笔形束剂量计算
    2.2 优化准则及目标函数
        2.2.1 物理准则
        2.2.2 生物准则
        2.2.3 目标函数
    2.3 梯度优化算法(L-BFGS)
    2.4 本章小结
第三章 剂量体积优化中局部极值误差减小的方法研究
    3.1 引言
    3.2 算法理论基础
    3.3 基于器官评价模型优化引导的DVO算法原理
    3.4 优化模型
        3.4.1 改进的基于器官评价优化模型
        3.4.2 剂量-体积模型
    3.5 实验材料
        3.5.1 测试病例
        3.5.2 实验环境
    3.6 实验结果与分析
        3.6.1 递增基于器官评价优化模型的有效性测试
        3.6.2 基于器官评价优化模型优化引导的DVO
    3.7 总结与讨论
    3.8 本章小结
第四章 IMRT中扩大解空间搜索能力的目标函数的建立
    4.1 引言
    4.2 基于正则化的线性EUD子目标函数的改进
        4.2.1 正则化的理论基础
        4.2.2 新EUD子目标函数及混合优化模型
        4.2.3 实验结果与分析
        4.2.4 总结与讨论
    4.3 基于分段惩罚的最大剂量和二次EUD子目标函数的构建
        4.3.1 分段惩罚理论基础
        4.3.2 新的最大剂量子目标函数和二次EUD子目标函数
        4.3.3 基于分段惩罚子目标函数的放疗优化模型
        4.3.4 对比实验
        4.3.5 实验结果与分析
        4.3.6 总结和讨论
    4.4 本章小结
第五章 优化模型中参数的自动优化方法研究
    5.1 引言
    5.2 一种基于处方剂量的权重因子自动优化方法研究
        5.2.1 算法理论基础
        5.2.2 权重因子自动优化算法原理
        5.2.3 权重因子的自动调整过程
        5.2.4 优化模型
        5.2.5 实验材料
        5.2.6 实验结果与分析
        5.2.7 总结和讨论
    5.3 一种模糊推理引导的混合放疗参数的自动优化方法研究
        5.3.1 模糊推理的理论基础
        5.3.2 基于模糊推理的权重因子和处方剂量自动优化算法原理
        5.3.3 优化模型
        5.3.4 处方剂量和权重因子的自动调整过程
        5.3.5 实验材料
        5.3.6 实验结果与分析
        5.3.7 总结与讨论
    5.4 本章小结
第六章 总结和展望
    6.1 本文工作总结
        6.1.1 剂量体积优化中局部极值误差减小的方法研究
        6.1.2 基于正则化的线性EUD子目标函数的改进
        6.1.3 基于分段惩罚的最大剂量和二次EUD子目标函数的构建
        6.1.4 基于处方剂量的权重因子自动优化方法研究
        6.1.5 基于模糊推理的混合放疗参数自动优化方法
    6.2 主要创新点
    6.3 未来工作展望
附录：数学符号表
参考文献
攻读博士学位期间发表论文、参与项目情况
致谢



本文编号：3751544