本文關(guān)鍵詞：質(zhì)子調(diào)強放射治療中計劃優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 質(zhì)子放療 主動掃描 計劃優(yōu)化 掃描路徑 等效均勻劑量

【摘要】：質(zhì)子束由于其獨特的布拉格峰等物理特性,已應用到放療中,近些年更是發(fā)展迅速。質(zhì)子調(diào)強放療計劃采用主動掃描的輸運方式,通過調(diào)節(jié)掃描束權(quán)重,能夠精確地將質(zhì)子束大部分能量輸送到靶區(qū)內(nèi),形成與靶區(qū)適形的高劑量分布并降低周邊正常組織或器官所受劑量,保護正常組織或器官。在計劃設計中,除了需要調(diào)節(jié)掃描束權(quán)重外,還存在掃描束數(shù)量眾多、大量掃描束權(quán)重低、掃描路徑長等問題,嚴重影響計劃實施質(zhì)量。另外,傳統(tǒng)的劑量約束和劑量體積約束沒有考慮生物學效應,而基于生物學效應的等效均勻劑量(EUD)調(diào)強優(yōu)化,能從療效上提高放療計劃質(zhì)量。本文對質(zhì)子調(diào)強放療計劃優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)包括掃描束權(quán)重優(yōu)化方法、掃描束關(guān)鍵實施參數(shù)優(yōu)化方法、基于EUD的調(diào)強最優(yōu)化方法等進行了深入細致的研究,以達到提高質(zhì)子放療效果的目的。首先,發(fā)展了一種基于布拉格峰位置的掃描束預選的掃描束權(quán)重最優(yōu)化方法。根據(jù)布拉格峰位置篩選在靶區(qū)內(nèi)的掃描束,基于共軛梯度法優(yōu)化出最優(yōu)劑量分布,實現(xiàn)了精選掃描束并快速優(yōu)化掃描束權(quán)重。選取美國醫(yī)學物理學家學會(AAPM)TG-119號報告中的模擬例題、典型臨床鼻咽癌和前列腺病例進行測試,測試結(jié)果表明,在10～20min內(nèi)優(yōu)化出滿足約束的劑量分布,劑量分布效果明顯優(yōu)于光子放療計劃。本文方法滿足臨床要求,實現(xiàn)了快速優(yōu)化掃描束權(quán)重,使得放療計劃質(zhì)量得以提高。其次,發(fā)展了一種結(jié)合排除法、置零法的掃描束數(shù)量最優(yōu)化方法。掃描束數(shù)量最優(yōu)化方法通過排除對劑量分布貢獻低的掃描束,置零低權(quán)重掃描束并重新投入優(yōu)化計算,大大減少了掃描束數(shù)量。實現(xiàn)了基于遺傳算法的掃描路徑最優(yōu)化方法,轉(zhuǎn)換掃描路徑問題為旅行商模型,基于遺傳算法求解最短路徑。選取TG-119號報告中的模擬例題和鼻咽癌臨床病例進行測試,測試結(jié)果表明：在保證計劃結(jié)果的同時,掃描束數(shù)量最高可降低50.75%,降低掃描路徑長度53.15%,降低治療時間15.98%,增強了放療計劃魯棒性,提高了放療計劃實施質(zhì)量。最后,發(fā)展了一種基于等效均勻劑量更新目標的調(diào)強最優(yōu)化方法,結(jié)合階梯式約束設置,修改二次型劑量目標函數(shù)中的劑量目標參數(shù),解決了劑量約束和劑量體積約束不能整體上對DVH曲線的變化方向約束等問題,整體改善放療計劃優(yōu)化結(jié)果。通過鼻咽癌病例和前列腺臨床病例進行測試,最高可將危及器官最大劑量降低了1291.75 cGy, V50降低到66.39%,大幅度提高了放療計劃質(zhì)量。通過對質(zhì)子調(diào)強放療計劃優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)的深入研究,本文方法能夠迅速優(yōu)化質(zhì)子調(diào)強放療計劃,提高放療計劃質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子放療 主動掃描 計劃優(yōu)化 掃描路徑 等效均勻劑量
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R730.55
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 引言15-27
• 1.1 研究背景15-20
• 1.1.1 放射治療的意義15-16
• 1.1.2 質(zhì)子放射治療的意義16-17
• 1.1.3 質(zhì)子放射治療的歷史17-18
• 1.1.4 質(zhì)子放射治療技術(shù)的發(fā)展及分類18-20
• 1.2 質(zhì)子調(diào)強放射治療發(fā)展現(xiàn)狀20-24
• 1.2.1 質(zhì)子調(diào)強放射治療的實現(xiàn)方法20-22
• 1.2.2 質(zhì)子調(diào)強放射治療計劃優(yōu)化22-23
• 1.2.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀23-24
• 1.2.4 精準放射治療系統(tǒng)ARTS24
• 1.3 論文研究目標和意義24-25
• 1.4 論文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)25-27
• 第二章 理論與技術(shù)基礎27-37
• 2.1 最短路徑問題27-30
• 2.1.1 概述27
• 2.1.2 問題描述27-28
• 2.1.3 研究現(xiàn)狀28-30
• 2.2 共軛梯度法30-32
• 2.2.1 概述30
• 2.2.2 共軛方向30-31
• 2.2.3 共軛梯度法31-32
• 2.3 遺傳算法32-36
• 2.3.1 概述32-33
• 2.3.2 編碼33-34
• 2.3.3 群體初始化34
• 2.3.4 適應度計算34
• 2.3.5 遺傳進化策略34-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第三章 基于布拉格峰位置掃描束篩選掃描束權(quán)重優(yōu)化方法37-53
• 3.1 掃描束權(quán)重優(yōu)化方法研究37-42
• 3.1.1 基于布拉格峰位置的掃描束精選39-40
• 3.1.2 掃描束權(quán)重優(yōu)化40-42
• 3.2 測試與結(jié)果分析42-51
• 3.2.1 模擬測試42-46
• 3.2.2 鼻咽癌病例46-48
• 3.2.3 前列腺病例48-51
• 3.3 本章小結(jié)51-53
• 第四章 質(zhì)子調(diào)強計劃中掃描束關(guān)鍵實施參數(shù)優(yōu)化方法53-71
• 4.1 協(xié)同權(quán)重優(yōu)化的掃描束數(shù)量優(yōu)化方法54-60
• 4.1.1 運行流程54
• 4.1.2 掃描束數(shù)量優(yōu)化54-56
• 4.1.3 測試及結(jié)果分析56-60
• 4.2 基于遺傳算法的最短掃描路徑優(yōu)化方法60-68
• 4.2.1 優(yōu)化模型61
• 4.2.2 優(yōu)化算法61-65
• 4.2.3 測試及結(jié)果分析65-68
• 4.3 本章小結(jié)68-71
• 第五章 基于劑量目標修正的調(diào)強最優(yōu)化方法71-85
• 5.1 算法設計和運行流程71-74
• 5.2 基于目標修正的調(diào)強最優(yōu)化方法74-76
• 5.2.1 基于目標修正的EUD約束研究74-76
• 5.2.2 階梯式設置EUD約束76
• 5.3 測試與分析76-83
• 5.3.1 鼻咽癌測試77-81
• 5.3.2 前列腺測試81-83
• 5.4 本章小結(jié)83-85
• 第六章 總結(jié)與展望85-89
• 6.1 總結(jié)85-87
• 6.1.1 論文內(nèi)容總結(jié)85-86
• 6.1.2 論文創(chuàng)新點86-87
• 6.2 工作展望87-89
• 參考文獻89-95
• 致謝95-97
• 博士在讀期間取得的成果97-99
• 參與項目情況99

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1 陳根余,鄭學侃,秦孟家,程慶芳;微機輔助制定放療計劃[J];中國放射腫瘤學;1989年03期

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5 馬陌,鄭明民,沈家政,曹煥云;對放療計劃評價方法的探討[J];中國放射腫瘤學;1989年04期

6 孫榮剛;;食管癌兩次放療計劃融合與單次放療計劃療效比較[J];現(xiàn)代腫瘤醫(yī)學;2014年02期

7 王進亮,白凈,羅建文,徐榭;基于直接反投影圖像重建算法的放療計劃計算方法[J];中國醫(yī)學影像技術(shù);2004年09期

8 劉浩;劉宗藩;馬棟輝;王巨武;;放療計劃管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J];醫(yī)學信息;2006年05期

9 王進亮,白凈,羅建文,徐榭;蒙特卡羅方法和三維數(shù)字人體模型在放療計劃質(zhì)量保證中的應用[J];生物物理學報;2005年03期

10 朱健;尹勇;李建彬;劉同海;盧潔;;放療計劃系統(tǒng)網(wǎng)絡體系的設計與實現(xiàn)[J];生物醫(yī)學工程研究;2007年02期

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1 孫濤;林秀桐;尹勇;劉同海;盧潔;;喉癌的四種放療計劃的劑量學比較[A];中華醫(yī)學會放射腫瘤治療學分會六屆二次暨中國抗癌協(xié)會腫瘤放療專業(yè)委員會二屆二次學術(shù)會議論文集[C];2009年

2 王中堂;孫洪福;李寶生;楊國仁;盧潔;;肺灌注顯像在Ⅲ期非小細胞肺癌優(yōu)化放療計劃的相關(guān)因素研究[A];中華醫(yī)學會放射腫瘤治療學分會六屆二次暨中國抗癌協(xié)會腫瘤放療專業(yè)委員會二屆二次學術(shù)會議論文集[C];2009年

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4 姚寶善;曲桂紅;;放療計劃系統(tǒng)[A];首屆中國儀器儀表學會醫(yī)療儀器分會學術(shù)會議論文集[C];1993年

5 周衛(wèi)兵;馮炎;陳佳藝;章真;;應用放射生物模型優(yōu)化和評價不同乳腺癌放療計劃的研究[A];2007第六屆全國放射腫瘤學學術(shù)年會論文集[C];2007年

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7 周衛(wèi)兵;馮炎;陳佳藝;章真;;應用放射生物模型優(yōu)化和評價不同乳腺癌放療計劃的研究[A];2007第六屆全國放射腫瘤學學術(shù)年會論文集[C];2007年

8 陳朝斌;鄧力;李剛;葉濤;;BNCT放療計劃軟件系統(tǒng)MDP的研制與初步驗證[A];中國核科學技術(shù)進展報告（第二卷）——中國核學會2011年學術(shù)年會論文集第6冊（核物理分卷、計算物理分卷、粒子加速器分卷）[C];2011年

9 趙快樂;廖仲星;張小東;;下段食管癌的IMRT和質(zhì)子放療計劃的比較[A];2007第六屆全國放射腫瘤學學術(shù)年會論文集[C];2007年

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3 陳毅如;圖像形變配準引導胸中上段食管癌放療計劃修正的研究[D];濟南大學;2015年

4 鄧沖;基于CUDA的放療計劃系統(tǒng)劑量評估和三維重建研究[D];蘭州交通大學;2014年

5 付慶國;加速器全碳素纖維治療床對放療計劃劑量的影響與修正[D];清華大學;2012年

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本文編號：783808