放射治療方案的優(yōu)化方法研究.pdf

1、優(yōu)化是放射治療計(jì)劃系統(tǒng)的重要組成部分之一。針對(duì)放射治療方案的優(yōu)化問題，本文提出了一系列解決方案，主要包括以下幾個(gè)方面： 1)較全面地介紹了現(xiàn)代最優(yōu)化理論及方法，對(duì)NSGA-Ⅱ多目標(biāo)優(yōu)化遺傳算法進(jìn)行了較深入的研究，提出了在該方法中加入局部搜索算子及外部精英收集池的改進(jìn)算法-NSGA-Ⅱ多目標(biāo)混合遺傳算法。 2)針對(duì)伽瑪?shù)读Ⅲw定向放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中的優(yōu)化問題提出了一個(gè)兩步優(yōu)化的方案。首先采用一種改進(jìn)的基于距離變換的幾何優(yōu)化方

2、法，優(yōu)化靶點(diǎn)的數(shù)目、位置及相應(yīng)準(zhǔn)直器直徑；然后根據(jù)幾何優(yōu)化獲得的靶點(diǎn)參數(shù)，研究了基于混合遺傳算法GA-BFGS方法優(yōu)化靶點(diǎn)權(quán)重的方法，以避免梯度法可能會(huì)陷入局部極小的問題。 3)針對(duì)全身伽瑪?shù)吨委燇w部腫瘤的靶點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化問題，提出了一種新穎的靶點(diǎn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化解決方案，建立了基于包圍盒的優(yōu)化模型，然后采用遺傳算法進(jìn)行求解，使治療過程更為簡便快捷，并有利于減少治療過程中的定位誤差，填補(bǔ)了全身伽瑪?shù)栋悬c(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究的空白。 4)針

3、對(duì)全身伽瑪?shù)吨委燇w部腫瘤的治療路徑優(yōu)化問題，在靶點(diǎn)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，提出了采用遺傳算法進(jìn)行治療路徑優(yōu)化的解決方案，使治療過程更為簡便快捷，有利于減少治療過程中醫(yī)生的勞動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)靶點(diǎn)數(shù)過多時(shí)，我們給出了一種分層優(yōu)化的解決方案，以減少優(yōu)化時(shí)間，滿足臨床的實(shí)際要求。 5)實(shí)現(xiàn)了一種基于NSGA-Ⅱ多目標(biāo)混合遺傳算法的調(diào)強(qiáng)放射治療逆向計(jì)劃的優(yōu)化方法，其中局部搜索采用L-BFGS算法。該方法得到的非劣解在目標(biāo)空間分布均勻，計(jì)算速度快，魯棒性好

4、。 6)在Windows平臺(tái)上開發(fā)了一套用于周圍血管內(nèi)放射治療計(jì)劃優(yōu)化的主動(dòng)漫游虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，用于提取血管的幾何結(jié)構(gòu)；建立血管內(nèi)放射治療計(jì)劃的優(yōu)化模型，采用適宜的優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化，該方法綜合運(yùn)用了混合遺傳算法GA-BFGS方法和快速模擬退火算法優(yōu)化相關(guān)的參數(shù)，其中GA-BFGS算法用于優(yōu)化連續(xù)參數(shù)即放射源的照射時(shí)間，快速模擬退火算法用于優(yōu)化離散參數(shù)即放射源的位置。這一策略綜合考慮了目標(biāo)函數(shù)的形式，BFGS的快速收斂性，遺傳算法的