調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃優(yōu)化

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1、ThematicForum(RadiationTherapy)技術(shù)調(diào)強(qiáng)放射治療的計(jì)劃優(yōu)化楊瑞杰戴建榮胡逸民中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院腫瘤研究所（北京100021）內(nèi)容提要：本文結(jié)合文獻(xiàn)、探討調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃優(yōu)化中的若干重要問題，包括調(diào)強(qiáng)放療的物理優(yōu)化和生物優(yōu)化、優(yōu)化模型和參數(shù)、優(yōu)化算法、退化、頻響和濾波、多目標(biāo)優(yōu)化、射野方向和數(shù)目優(yōu)化，以及移動靶區(qū)的計(jì)劃優(yōu)化。關(guān)鍵詞：調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃優(yōu)化OptimizationofIntensity-ModulatedRadiationTherapyYANGRui-jieDAIJian-rong

2、HUYi-minCancerInstitute(Hospital),ChineseAcademyofMedicalSciences(PekingUnionMedicalCollege)(Beijing100021)Abstract：Thispaperdiscussesseveralimportanttopicsabouttheoptimizationofintensity-modulatedradiationtherapy.Thetopicsarephysicalandbiologicaloptimization,optimizationm

3、odelandparameters,optimizationalgorithm,degeneracy,frequencyresponseandfilter,multiobjectiveoptimization,beamorientationoptimizationandoptimizationformovingtargets.Keywords：Intensity-ModulatedRadiationTherapy,Optimization文章編號：1006-6586(2005)02-0013-04中圖分類號：R730.55文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A引言

4、一些經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)?；趧┝磕繕?biāo)函數(shù)優(yōu)化概念直觀并容隨著放射治療，尤其是調(diào)強(qiáng)放射治療的發(fā)展，治療計(jì)易使用[2]，劑量體積目標(biāo)函數(shù)有明確的物理意義，應(yīng)用靈劃越來越復(fù)雜，需要使用數(shù)學(xué)優(yōu)化的方法求解[1]。作為應(yīng)活[3]，它是計(jì)劃優(yōu)化中最實(shí)用的目標(biāo)函數(shù)[4]。目前物理優(yōu)用數(shù)學(xué)的重要分支，運(yùn)籌學(xué)在解決放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)方面化的問題是臨床實(shí)踐中指定的劑量、劑量體積目標(biāo)或約發(fā)揮了重要作用，在很大程度上推動了放射治療的發(fā)展。束通常不是能夠?qū)崿F(xiàn)的最優(yōu)值，因此可能會出現(xiàn)問題沒放射治療的計(jì)劃優(yōu)化也成為腫瘤放射物理學(xué)中一個非常重有可行解，或找到可行解，但不一定是最優(yōu)解

5、的情況。由要的研究領(lǐng)域，本文探討計(jì)劃優(yōu)化中的若干重要問題。于腫瘤或正常組織的劑量效應(yīng)關(guān)系非常復(fù)雜，目前基于劑量、劑量體積的目標(biāo)函數(shù)不能表達(dá)某些正常組織的劑1物理優(yōu)化和生物優(yōu)化量效應(yīng)關(guān)系，比如腮腺的唾液分泌功能與劑量分布間的調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃的目的是找到達(dá)到某一臨床目標(biāo)的退化關(guān)系[5]，因此需要探索新的目標(biāo)函數(shù)或使用生物優(yōu)治療實(shí)施方案，即確定射線種類、能量、射野方向和數(shù)目、化模型。射野形狀和權(quán)重等治療實(shí)施參數(shù)。因?yàn)橛?jì)劃及實(shí)施的復(fù)雜1.2生物優(yōu)化性，調(diào)強(qiáng)放療通常使用計(jì)算機(jī)逆向優(yōu)化的方法求解，即從生物優(yōu)化的優(yōu)點(diǎn)是它與臨床結(jié)果直接相關(guān)，對于腫臨床目標(biāo)

6、出發(fā)通過優(yōu)化得到治療實(shí)施參數(shù)。放射治療是通瘤放療效果評價，生物目標(biāo)是比物理目標(biāo)更高層次的目過物理手段實(shí)現(xiàn)生物學(xué)的目的，因此計(jì)劃優(yōu)化時，通常將標(biāo)。目前生物優(yōu)化的主要問題是生物模型大多比較簡單、臨床目標(biāo)轉(zhuǎn)化為物理目標(biāo)或生物目標(biāo)，并以數(shù)學(xué)模型的形缺乏可靠的生物學(xué)基礎(chǔ)；模型基于有限的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或臨式表達(dá)，通過物理優(yōu)化或生物優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。床數(shù)據(jù)得到，反應(yīng)的劑量效應(yīng)關(guān)系不確定；只有針對群1.1物理優(yōu)化體平均的模型和模型參數(shù)，基于細(xì)胞水平的劑量反應(yīng)模目前的商業(yè)計(jì)劃系統(tǒng)大多使用基于劑量或劑量體積型及器官幾何、生理與劑量分布的放射反應(yīng)知識有限。模型的物理優(yōu)化方法

7、。因?yàn)槲锢韮?yōu)化比生物優(yōu)化更直接，生物模型及其參數(shù)的不確定性問題是影響其臨床應(yīng)用的醫(yī)生對各種腫瘤及危及器官的劑量體積生物效應(yīng)關(guān)系有重要原因，也是放射生物學(xué)和放射物理學(xué)研究的一個熱收稿日期：2005-04-01作者簡介：楊瑞杰，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院腫瘤研究所在讀博士；戴建榮，博士，副研究員，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院腫瘤研究所放療科副主任；胡逸民，研究員，博士生導(dǎo)師，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院腫瘤研究所首席專家.《中國醫(yī)療器械信息》2005年第11卷第2期Vol.11No.213技術(shù)ThematicForum(RadiationTherapy)點(diǎn)問題

8、。在優(yōu)化過程中考慮模型參數(shù)的不確定性，可以計(jì)劃者的經(jīng)驗(yàn)確定，并通過多次嘗試的方式得到臨床上最大限度地利用現(xiàn)有的放射生物學(xué)知識[6]。計(jì)劃評估和滿意的計(jì)劃，但不一定是最優(yōu)的計(jì)劃。目