基于群体智能算法的调强放疗系统优化研究

发布时间：2021-05-06 14:28

　　调强放疗（Intensity Modulated Radiation Therapy,IMRT）是实现精确放疗最普遍的一种放射治疗技术,是一个逆向计划设计的过程,其目的是使治疗计划中的射线高剂量照射区域与肿瘤靶区在三维方向上高度适形,尽最大可能地将射线照射的高剂量集中在肿瘤靶区,同时让周围的正常组织器官和危及器官受到最少的剂量照射。治疗计划系统（Therapy Planning System,TPS）是一种能实现IMRT放疗计划设计和评估的软件系统,利用计算机技术实现放疗计划的自动化设计,易得到最佳的放射治疗方案,有效提高了患者的肿瘤控制概率和生存率。本文使用TPS系统,基于光子束的有限笔形束卷积模型,确定了优化目标函数,在多种模体和病例上进行了实验研究。本文研究所使用的剂量计算模型是有限笔形束卷积模型,因此射束权重优化本质是优化笔射束权重。放疗中如何自动选择射野参数引起了广泛关注,射野方向及其权重优化是两个必不可少的方面,本文从射野方向和笔射束权重优化两个方向入手,运用群体智能算法提高优化性能。人工蜂群算法和遗传算法都属于群体智能算法,都是一类新型全局优化搜索技术,它们通过向自然界学... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 放射治疗的发展历史及国内外研究现状
        1.2.1 放射治疗的发展
        1.2.2 放射治疗国内外发展现状
        1.2.3 放射治疗存在的问题
    1.3 调强放疗技术IMRT
        1.3.1 IMRT技术概况
        1.3.2 IMRT计划的几个关键技术
    1.4 本文的研究内容与安排
第二章 TPS系统概述
    2.1 TPS系统功能及其优势
        2.1.1 TPS系统的功能组成
        2.1.2 TPS系统优势
    2.2 剂量计算模型
        2.2.1 剂量计算相关概念
        2.2.2 常用剂量计算模型
        2.2.3 本研究所用的剂量计算模型
    2.3 目标函数的构建
        2.3.1 基于剂量的目标函数
        2.3.2 基于剂量—体积的目标函数
        2.3.3 基于等效均匀剂量(EUD)的目标函数
        2.3.4 本文所采用的目标函数
    2.4 本章小结
第三章 基于人工蜂群算法的射野方向优化
    3.1 射野方向优化背景
    3.2 人工蜂群算法
        3.2.1 人工蜂群算法特点
        3.2.2 人工蜂群算法机理
        3.2.3 人工蜂群算法流程
    3.3 人工蜂群算法在射野方向优化中的具体实现
    3.4 计划评估
        3.4.1 等剂量曲线评估
        3.4.2 剂量-体积直方图评估
    3.5 实验与结果分析
        3.5.1 AAPM的TG119模体
        3.5.2 盒子模体
        3.5.3 肝脏病例
        3.5.4 前列腺病例
        3.5.5 实验总结
    3.6 本章小结
第四章 基于人工蜂群遗传算法的笔射束权重优化
    4.1 笔射束权重优化背景
        4.1.1 确定性算法和随机算法
        4.1.2 笔射束权重优化现状
    4.2 遗传算法
        4.2.1 遗传算法特点
        4.2.2 遗传算法机理
        4.2.3 遗传算法流程
        4.2.4 人工蜂群遗传算法结合
    4.3 人工蜂群遗传算法在有限笔射束计算模型下的实现
    4.4 实验与结果分析
        4.4.1 AAPM的TG119模体
        4.4.2 盒子模体
        4.4.3 肝脏病例
        4.4.4 前列腺病例
        4.4.5 实验总结
    4.5 本章小结
第五章 调强放射治疗系统的软件实现
    5.1 系统开发环境
    5.2 系统模块介绍
    5.3 本章小结
总结与展望
    总结
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]混沌搜索策略的改进人工蜂群算法[J]. 彭晓华,刘利强.  智能系统学报. 2015(06)
[2]调强放射治疗中角度优化必要性的研究[J]. 汪俊,吴章文,侯氢.  四川大学学报(自然科学版). 2002(04)
[3]三维CT模拟定位和放射治疗计划系统在放射治疗中的价值[J]. 马奎元,陈忠杰.  济宁医学院学报. 2001(03)
[4]全中枢神经系统肿瘤放疗技术的剂量学研究[J]. 张伟,马照,邵鹏,姜伟,关玉敏.  中华放射医学与防护杂志. 2013 (05)

博士论文
[1]放射治疗方案的优化方法研究[D]. 周正东.东南大学 2005

硕士论文
[1]遗传算法优化调强放射治疗计划射野参数研究[D]. 唐木涛.第一军医大学 2006



本文编号：3172085