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遗传算法在放射治疗计划射野参数优化中的应用
随着调强放疗和逆向治疗计划的发展,在放射治疗中如何自动选择射野参数受到广泛的关注,由于遗传算法具有搜索速度快,搜索空间广的特点,在放射治疗计划参数优化中得到了越来越多的应用,本文在积极跟踪国内外新文献的基础上对常规优化算法的优缺点进行了比较,并重点介绍和讨论了遗传算法在优化射野参数方面的应用和发展.
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逆向计划调强适形放射治疗的质量保证
目的通过一系列调强验证方法的研究,探讨逆向计划调强适形放射治疗(IMRT)的质量保证方法是否可行.方法用Varian Cadplan三维治疗计划系统中 Helios逆向计划系统对前列腺癌、鼻咽癌、脑瘤、胰腺癌、椎骨转移癌等设计并进行IMRT.为验证计划系统生成的各个照射野注量图与实际注量图的一致性,将剂量胶片放在平板有机玻璃体模下,使计划中的各个照射野始终垂直于体模表面;调用患者治疗数据分别单独照射,冲洗胶片后与计划得出的注量图进行比较.将剂量胶片夹在仿真体模适当的部位,调用患者治疗数据对体模进行模拟照射,由此得出轴向截面上的等剂量分布,与计划的等剂量曲线拟合比对.用电离室和水箱验证等中心和偏离点的绝对剂量.在模拟机或加速器上拍正侧位照射野验证片,与CT模拟数字重建的射线影像片比较,验证等中心位置. 结果各射线束轴垂直方向测得的注量图与计划系统计算的一致;等中心点绝对剂量测量的结果与计划计算的误差在3%以内,偏离点绝对剂量误差较大;轴向截面等剂量曲线分布的胶片测量结果与计划计算的很接近;等中心位置误差在3mm以内. 结论近一年的实践证明在IMRT中所采用的上述质量保证措施是切实可行的.
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调强适形放射治疗的剂量学验证
理论上,调强适形放射治疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)与常规放射治疗相比较的优势,一是提高了靶区的剂量,二是减少了周围正常组织或关键器官的照射剂量.IMRT技术与常规放射治疗技术相比远为复杂,逆向计划的优化算法在某些方面还不成熟,放射治疗中还存在众多不确定因素,IMRT实施后的剂量准确与否直接关系到治疗的终结果.虽然远期的治疗结果是检验IMRT计划乃至剂量准确性的金标准,但遗憾的是,至今还没有关于该技术治疗恶性肿瘤长期结果的报道.因此,治疗前的剂量验证仍是确保剂量准确的关键步骤[1,2].笔者拟从技术方面探讨IMRT剂量验证的研究进展.
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调强放射治疗计划的剂量验证
调强放射治疗(intensity-modulated radiation therapy,IMRT)以其较好的剂量分布和保护正常组织等特点已在国内多家医疗单位开展.但是由于此项治疗技术受到诸如影像、逆向计划设计、精确定位及治疗设备等因素的影响,对于治疗方案的剂量验证显得尤为重要.
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用于逆向放疗计划多目标优化的改进快速非支配排序遗传算法ANSGA-Ⅱ
目的 对逆向放射治疗计划进行多目标优化算法研究,以期为逆向放射治疗计划系统提供高效的优化算法选择.方法 快速非支配排序遗传算法-NSGA-Ⅱ作为多目标进化优化算法的代表,优于其他算法.利用NSGA-Ⅱ在多目标优化中的优势,并针对其交叉变异操作不够灵活,进行改进形成自适应交叉变异快速非支配排序遗传算法(简称ANSGA-Ⅱ);寻优过程中,根据逆向放射治疗计划优化的特性,在算法每一代充分利用决策变量的先验知识进行种群生成,来提高算法的全局寻优能力.结果 用优化一张人体头部CT片上靶区、危及器官、其他正常组织的平均剂量实例进行测试,本文算法可以在几分钟内找到满意解.结论 本文算法可以为实际的逆向放射治疗计划优化提供优化方法选择.
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调强适形放射治疗计划剂量学的验证
目的探讨逆向调强适形放射治疗(IMRT)过程中剂量学验证的方法,保证IMRT治疗计划临床实施的正确性.方法针对实施IMRT病人,使用CMS FOCUS9200三维治疗计划系统设计出5野IMRT治疗计划.利用固体水模板在治疗计划系统中建立三维等效体模.将待验证病人的IMRT计划移置到体模中重新进行优化,计算出体模中感兴趣点或平面上的剂量和剂量分布.将体模移放到加速器治疗床上,调用体模IMRT计划数据对体模进行模拟照射.使用0.23 cc电离室测量出体模中感兴趣点上的吸收剂量;使用RIT 113胶片剂量分析系统测量出体模中感兴趣平面上的剂量分布.然后和计划系统计算的结果相比较,验证绝对剂量和相对剂量.结果绝对剂量和相对剂量的测量结果基本上和计划系统计算的结果相一致.测量的绝对剂量误差在3%以内,相对剂量曲线分布也是比较准确的.结论 IMRT计划剂量学验证是临床实施IMRT治疗过程中的可靠保证.
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调强放疗逆向计划优化中基于剂量的目标函数改进
目的:研究调强放疗射野参数优化中基于剂量的目标函数的建立方法.方法:对传统的基于剂量的目标函数进行改进,在靶区周围勾画辅助器官,建立靶区剂量均匀性约束、辅助器官与靶区高剂量约束和组织重要因子约束;用遗传算法对笔射束权重进行优化,比较优化结果.结果:在目标函数约束下,能够显著提高靶区剂量均匀性和高剂量照射区与靶区在三维方向上的适型度.结论:上述目标函数在调强放疗逆向计划优化中具有重要临床应用价值.
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调强放疗优化中目标函数的研究进展
简要综述了调强放疗中使用的基于剂量、剂量-体积、剂量-效应和等效均匀剂量的四种目标函数,并比较了各种目标函数的优缺点,重点介绍了基于等效均匀剂量的目标函数在调强放疗计划中的应用和发展.
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鼻咽癌患者调强放疗计划中腮腺剂量的分析
目的:分析鼻咽癌调强计划中腮腺不受侵及受侵的患者受照体积剂量,探讨合理的腮腺受照体积剂量限制方法.方法,用计算机计划系统(TPS)逆向调强功能对鼻咽癌病变患者进行逆向优化计算,对比腮腺组织不受侵犯及受侵犯的患者的腮腺V36数值.结果:腮腺不受侵的病例V36不大于50%,D50不大于40Gy,腮腺受侵犯的病例V36大于50%,D50在40-50Gy间.结论:腮腺组织不受侵的患者,能很好地达到限制腮腺的照射量的目标,腮腺组织受侵犯的患者,因受治疗靶区中肿瘤致死剂量的影响,不能达到限制V36受照射体积的目标.
关键词： 腮腺 V36(受照剂量为36Gy的体积)调强 逆向计划 -
宫颈癌三维后装放射治疗计划中剂量归一基于参考点和参考体积的剂量学参数比较
目的:比较宫颈癌三维后装放射治疗计划中剂量归一基于参考点和参考体积的剂量学参数.方法:为27例宫颈癌患者分别制定处方剂量基于A点的常规计划与基于靶区体积的逆向计划[以90％高危临床靶体积(high-risk clinical target volume,HR-CTV)的剂量(D90)＞处方剂量(6 Gy)为目标制定计划].比较这2种计划中危及器官(膀胱、直肠、乙状结肠)的D1cc和D2cc(1 cm3和2 cm3受到的低照射剂量)、处方剂量覆盖体积、适形指数(conformal index,CI)和治疗时间.结果:逆向计划中的危及器官膀胱、直肠和乙状结肠的D1cc和D2cc均较常规计划中的低(P值均＜ 0.05).以膀胱、直肠和乙状结肠的2 Gy分次放疗等效剂量(equivalent dose in2 Gy per fraction,EQD2)分别≤90 Gy、≤75 Gy和≤75 Gy为标准,逆向计划中符合膀胱、直肠和乙状结肠受照剂量限量标准的患者比例均高于常规计划(P值均＜ 0.05).逆向计划的处方剂量覆盖体积小于常规计划[分别为(81.25±34.7)和(161.32±82.62)cm3,P=0.000].逆向计划的CI值显著高于常规计划(分别为0.49±0.15和0.30±0.14,P=0.000).逆向计划的治疗时间较常规计划显著缩短[分别为(325.70±83.27)s和(507.40±170.79)s,P=0.000].结论:在宫颈癌三维后装放射治疗中,处方剂量基于靶区体积的逆向计划的靶区剂量适形度、危及器官保护和治疗时间均优于常规计划.
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多处方剂量融合正向调强治疗计划在6例鼻咽癌放疗中的应用
[目的]研究多处方剂量融合正向调强治疗计划在鼻咽癌放疗中可行性和适用范围.[方法]6例接受调强放疗的鼻咽癌患者,利用Pinnacle 6.2适形治疗计划系统,根据剂量分布,调整照射野的方向和处方剂量数,各计划融合后得到优化的正向调强计划.分别与各自在CORVUS6.3计划上优化的逆向治疗计划比较计划肿瘤区P(GTV)和计划临床靶区P(CTV)的剂量分布、危及器官剂量分布和计划临床靶区的适形度.[结果]根据RT000225要求,正向计划肿瘤区和危及器官剂量分布符合处方剂量要求,95%P(CTV)体积的剂量为69.8-70.8Gy,95%P(CTV),体积的剂量为54.0-55.6Gy,与逆向计划的58.0-60.4Gy比较有显著性差异(P<0.05).正向调强与逆向调强计划的中位Mu值分别为300和3000,有显著性差异(P<0.05);两者平均治疗时间分别为10min和25min,有显著性差异(P<0.05).[结论]多处方剂量融合正向调强治疗计划靶区和危及器官剂量分布符合要求,适用于早期鼻咽癌治疗,计划优化和治疗实施时间缩短.
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调强放射治疗计划系统的设计与软件实现
目的 研制开发调强放射治疗逆向计划系统.方法 按照调强放射治疗计划设计流程进行需求分析,建立数学模型,完成各系统模块开发:包括调窗处理、三维重建、剂量计算模型建立、笔射束权重优化、治疗计划评估等;用体模进行绝对剂量验证,采用切片法进行相对剂量验证(验证优化结果与测试结果的等剂量线分布面积重合率).结果 受照体积内任意一点剂量计算不精确度小于3%,优化结果与测试结果的等剂量线分布面积重合率误差小于5%.结论 我们开发的调强放射治疗计划系统剂量计算结果比较精确,通过逆向计划优化能够实现高剂量照射区与靶区在三维方向上的适型,具有重要临床应用价值.
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三维适形调强放疗的历史、现状和未来
三维适形调强放疗(intensity modulated 3-dimentional conformal radiation therapy,本文简称适形放疗),是由3D-CRT和IMRT两部分组成,前者利用精确的固定和定位技术,不改变剂量场强度,使高剂量区的分布和肿瘤的形状在三维方向上基本一致;后者指在适形的前提下利用逆向计划系统计算,根据需要调节靶区内不同区域的照射量,使其在形态和剂量学分布上双重适形,更均匀,对正常组织的保护更好.这一肿瘤放疗史上的重大革新,经初步临床验证,能明显降低正常组织的放射损伤,提高肿瘤的局控率和生存率,无疑是21世纪肿瘤放疗的发展主流.
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逆向计划调强放射治疗的临床验证
目的:探讨逆向计划调强放射治疗IMRT临床治疗前的验证方法.方法:用胶片法验证Cadplan(包括Helios逆向计划系统)三维治疗计划系统生成的各个照射野注量图与在Varian23EX直线加速器(安装120叶MLC)照射中实际释放的注量图的一致性;用电离室法验证等中心绝对剂量计算值与实测值的符合性.结果:等中心绝对剂量的误差小于5%,符合临床要求;各射束轴垂直方向测得的注量图与计划系统计算的注量图一致;等中心位置验证显示,CT模拟的正侧位DRR片与加速器正侧位验证片误差在±2 mm以内.结论:Varian逆向调强放射治疗系统符合临床要求.
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鼻咽癌适形调强放射治疗(IMRT)的质量保证
我院从2001年12月～2005年6月对200例鼻咽癌采用逆向计划适形调强放射治疗技术,取得了较满意的疗效.现将鼻咽癌适形调强放射治疗(IMRT)质量保证的经验,报告如下:
