本文選題：放射治療 + 跟蹤�。� 參考：《北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院》2013年博士論文

【摘要】：背景與目的：由于人類高發(fā)腫瘤大多位于胸腹部(如肺癌),會受呼吸和胃腸蠕動等生理現(xiàn)象的影響,因此運(yùn)動靶區(qū)的放射治療方法是當(dāng)前放療領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn),目前的解決方法是4D放療和實(shí)時跟蹤放療。本研究將兩種方法有機(jī)地結(jié)合起來,在計劃設(shè)計階段確定葉片運(yùn)動軌跡時,考慮標(biāo)記點(diǎn)在將來治療時的可見性,以便實(shí)現(xiàn)有計劃的實(shí)時跟蹤。本研究的主要研究內(nèi)容為：一、在靜態(tài)調(diào)強(qiáng)治療模式(SMLC)下考慮標(biāo)記點(diǎn)可見性最大化的葉片運(yùn)動軌跡(即分子野序列)算法。在利用實(shí)時跟蹤技術(shù)進(jìn)行調(diào)強(qiáng)放射治療時,我們需要在患者體內(nèi)(靶區(qū)或靶區(qū)附近區(qū)域)植入標(biāo)記點(diǎn),以利用影像系統(tǒng)(如EPID)對患者靶區(qū)的運(yùn)動進(jìn)行實(shí)施跟蹤。由于調(diào)強(qiáng)治療時多葉準(zhǔn)直器(MLC)會形成大小形狀不同的照射子野,因此我們需要盡可能多的提高標(biāo)記點(diǎn)的探測概率,即使得標(biāo)記點(diǎn)盡可能的出現(xiàn)在EPID上。為了量化標(biāo)記點(diǎn)的探測概率,本研究在國際上首次提出了標(biāo)記點(diǎn)可見性的概念,即標(biāo)記點(diǎn)可見時間與射野照射時間的百分比比值；二、在動態(tài)調(diào)強(qiáng)治療模式(DMLC)下考慮標(biāo)記點(diǎn)可見性最大化的葉片軌跡算法。該研究內(nèi)容與“在靜態(tài)調(diào)強(qiáng)治療模式下考慮標(biāo)記點(diǎn)可見性最大化的分子野序列算法”相關(guān),只是在動態(tài)調(diào)強(qiáng)模式下進(jìn)行葉片軌跡的優(yōu)化,優(yōu)化目標(biāo)同樣是標(biāo)記點(diǎn)可見性的最大化。 材料與方法：我們首先建立優(yōu)化算法的數(shù)學(xué)模型和該算法的程序流程圖,而后采用MATLAB語言編寫相應(yīng)的程序以實(shí)現(xiàn)該優(yōu)化算法。為了檢驗(yàn)所提出的優(yōu)化算法的可行性、正確性和計算效率,我們采用計算機(jī)隨機(jī)生成的6個測試野(大測試野20×20、中測試野10×10、小測試野5×5各2個,含有1個或3個標(biāo)記點(diǎn))以及臨床的15個測試野(3個前列腺癌病例,每個病例均采用5野放射治療計劃設(shè)計方案,并含有3個標(biāo)記點(diǎn))進(jìn)行算法評估。 結(jié)果：對于靜態(tài)調(diào)強(qiáng),采用隨機(jī)測試野及臨床測試野進(jìn)行的優(yōu)化算法評估的結(jié)果表明：1)相比于初始的子野序列,優(yōu)化的子野序列不會增加總實(shí)施強(qiáng)度級數(shù)目；2)相比于初始的子野序列,優(yōu)化的子野序列提高了標(biāo)記點(diǎn)可見性；對于動態(tài)調(diào)強(qiáng),采用隨機(jī)測試野及臨床測試野進(jìn)行的優(yōu)化算法評估,也有類似的結(jié)果。另外,無論是子野序列優(yōu)化算法,還是葉片軌跡優(yōu)化算法,各測試野的程序運(yùn)行時間均小于1s,說明本研究提出的優(yōu)化算法的計算效率很高。 結(jié)論：本研究在國際上首次提出了標(biāo)記點(diǎn)可見性的概念,很好的解決了實(shí)時跟蹤放射治療過程中,量化標(biāo)記點(diǎn)探測效率的問題。在靜態(tài)調(diào)強(qiáng)治療模式下,提出了考慮標(biāo)記點(diǎn)可見性的子野序列優(yōu)化算法,使得優(yōu)化后子野序列的標(biāo)記點(diǎn)可見性可以達(dá)到最大值；在動態(tài)調(diào)強(qiáng)治療模式下,提出了考慮標(biāo)記點(diǎn)可見性的葉片軌跡優(yōu)化算法,使得優(yōu)化后葉片軌跡的標(biāo)記點(diǎn)可見性也可以達(dá)到最大值。本研究提出的優(yōu)化算法是可行的,正確的,并且計算效率也很高,可以作為今后開展實(shí)時跟蹤放射治療的理論基礎(chǔ),有很高的理論價值和應(yīng)用前景。
[Abstract]:Background and purpose: human high incidence tumors are mostly located in the chest and abdomen (such as lung cancer), which are affected by physiological phenomena such as respiratory and gastrointestinal peristalsis. So the radiation therapy in the target area is a hot spot in the field of radiotherapy. The current solution is 4D radiotherapy and real-time tracking radiotherapy. This study organically knot the two methods. Together, when the blade trajectory is determined at the planned design stage, the visibility of the marker points in the future treatment is considered in order to achieve a planned real-time tracking. The main research contents of this study are: the blade motion trajectory (the molecular field sequence) algorithm which considers the maximum visibility of the mark point under the static intensity modulated treatment mode (SMLC). When using real-time tracking technique for intensity modulated radiation therapy, we need to implant markers in the patient (target area or area near the target area) to use image system (such as EPID) to track the movement of the target area. As a result of the intensity modulation treatment, the multileaf collimator (MLC) will form a different size and shape of the radiation field, so we need to To improve the detection probability of the mark point as much as possible, even if the mark point is given as much as possible on the EPID. In order to quantify the detection probability of the mark point, the concept of the visibility of the mark point is first proposed in this study, that is, the percentage ratio of the visible time to the radiation time of the mark point, and two, in the dynamic intensity modulation therapy model (DMLC The blade trajectory algorithm which considers the maximum visibility of the mark point is considered. The research is related to "the molecular field sequence algorithm which considers the maximum visibility of the mark point in the static intensity modulated treatment mode", only the blade trajectory optimization is carried out in the dynamic intensity modulation mode, and the optimization target is also the maximization of the visibility of the mark point.
Materials and methods: we first set up the mathematical model of the optimization algorithm and the program flow chart of the algorithm, and then use the MATLAB language to write the corresponding program to realize the optimization algorithm. In order to test the feasibility, correctness and efficiency of the proposed optimization algorithm, we use 6 test fields randomly generated by the computer (big test). The field 20 x 20, the medium test field 10 x 10, the small test field 5 x 5 each 2, contains 1 or 3 marking points and the clinical 15 test fields (3 prostate cancer cases, each case adopts 5 radiation therapy plan design, and contains 3 marker points) to carry on the algorithm evaluation.
Results: for static strength, the results of optimization algorithms used in random test field and clinical test field show that: 1) compared to the initial subfield sequence, the optimized subfield sequence will not increase the number of total implementation intensity levels; 2) compared to the initial subfield sequence, the optimized subfield sequence improves the visibility of the marking point; The optimization algorithm of random test field and clinical test field has similar results. In addition, the running time of each field is less than 1s, whether it is the optimization algorithm of the sub field sequence or the optimization algorithm of the blade path, which shows that the efficiency of the optimization algorithm proposed in this study is very high.
Conclusion: the concept of mark point visibility is first proposed in this study, which solves the problem of the detection efficiency of quantized marking points in the process of real-time tracking radiation therapy. In the static intensity modulated treatment mode, a subfield sequence optimization algorithm, which considers the visibility of the mark point, is proposed, which makes the marker points of the optimized subfield sequence visible. In the dynamic intensity adjustment treatment model, the blade trajectory optimization algorithm considering the visibility of the mark point is proposed, which makes the mark point visibility of the optimized blade trajectory can reach the maximum. The optimization algorithm proposed in this study is feasible, correct and highly efficient, which can be carried out in the future. The theoretical basis of real-time tracking radiation therapy has high theoretical value and application prospect.

【學(xué)位授予單位】：北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R730.55

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本文編號：1791018