一種基于擾動的旋轉(zhuǎn)調(diào)強優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于擾動的旋轉(zhuǎn)調(diào)強優(yōu)化方法。首先根據(jù)靶區(qū)和危及器官信息、射束設(shè)置參數(shù)以及各個器官劑量(體積)約束和硬件約束等條件建立旋轉(zhuǎn)調(diào)強優(yōu)化模型，采用強度分布優(yōu)化得到初始化子野。然后采用擾動優(yōu)化子野形狀，形狀確定后再采用共軛梯度法優(yōu)化子野權(quán)重，最終優(yōu)化出旋轉(zhuǎn)調(diào)強最優(yōu)解。本發(fā)明不僅準確地建立了優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型，而且求解速度快，算法穩(wěn)定，魯棒性強。
【專利說明】-種基于擾動的旋轉(zhuǎn)調(diào)強優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于擾動的旋轉(zhuǎn)調(diào)強優(yōu)化方法，屬于智能計算方法【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 旋轉(zhuǎn)調(diào)強是目前發(fā)展的最先進的調(diào)強技術(shù)，能夠很好的避免靜態(tài)調(diào)強治療時間長 的缺點，同時治療效果優(yōu)于靜態(tài)調(diào)強。最初的旋轉(zhuǎn)調(diào)強沒有優(yōu)化過程，相當于正向計劃，即 360°劃分成若干個方向，每個方向上的子野形狀根據(jù)BEV中的形狀確定。后來發(fā)展了旋轉(zhuǎn) 調(diào)強優(yōu)化，采用一些優(yōu)化方法，優(yōu)化得到每個方向上的子野形狀和權(quán)重。但是目前旋轉(zhuǎn)調(diào)強 優(yōu)化的難點在于優(yōu)化參數(shù)眾多，優(yōu)化時間長，很難得到最優(yōu)的方案。
[0003] 旋轉(zhuǎn)調(diào)強放療計劃優(yōu)化方式主要有兩種：一種是"兩步法"，另外一種是"一步法"。 旋轉(zhuǎn)調(diào)強的兩步法類似于靜態(tài)調(diào)強中強度分布優(yōu)化和子野分割，先是把360°等間距劃分 成若干個射野方向，然后優(yōu)化出每個射野的強度，最后把強度分割成連續(xù)的子野，這樣就完 成了優(yōu)化。優(yōu)化射野強度時不需考慮硬件的約束，在分割子野時需要考慮硬件的約束。這 種方法可以比較快速的得到結(jié)果，但是子野分割會對優(yōu)化結(jié)果產(chǎn)生影響，并且會產(chǎn)生很多 復(fù)雜的子野形狀，導(dǎo)致治療效率不高。"一步法"類似于靜態(tài)調(diào)強中的直接子野分割，通過優(yōu) 化直接得到可以實施的放療計劃方案，但是需要很長時間才能收斂。
[0004] 由于問題的復(fù)雜度極高，并且計算量巨大，要同時滿足計算時間和優(yōu)化效果的要 求。目前尚未有相關(guān)文獻報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明技術(shù)解決問題：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基 于擾動的旋轉(zhuǎn)調(diào)強優(yōu)化方法，能夠快速解決旋轉(zhuǎn)調(diào)強參數(shù)優(yōu)化問題，其優(yōu)化結(jié)果能夠完全 滿足放療計劃制定的要求，而又使得計算時間能夠在本領(lǐng)域技術(shù)人員可以接受的范圍內(nèi)。 因此，本發(fā)明具有極其重要的工業(yè)應(yīng)用價值、而且克服了尚未解決的技術(shù)難題。
[0006] 本發(fā)明不僅能夠準確地建立優(yōu)化問題的旋轉(zhuǎn)調(diào)強模型，而且實現(xiàn)了可以快速確定 供給劑量的方案，滿足實際的用戶需求。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于擾動的旋轉(zhuǎn)調(diào)強優(yōu)化方法，其特征在于包含以 下主要步驟：
[0008] (1)采用強度分布優(yōu)化得到初始化子野，具體如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于擾動的旋轉(zhuǎn)調(diào)強優(yōu)化方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下： (1) 采用強度分布優(yōu)化得到初始化子野及其權(quán)重，具體如下： 通過強度分布優(yōu)化得到第k個射野的強度Fk后，通過過濾強度，得到矩陣F' k;考慮到 相鄰方向間多葉光柵移動的連續(xù)性，兩個相鄰方向的子野間位置變化盡量??； 在選擇子野的時候，有兩個需要考慮的因素：開口面積和位置指標；計算第k個射野的 第j個子野權(quán)重SPlu，選擇權(quán)重最高的子野，舍去其他子野； 使用共軛梯度法優(yōu)化對應(yīng)的子野權(quán)重；使得加速器照射后的各器官采樣點劑量值盡量 滿足醫(yī)生給定的器官劑量約束； (2) 采用擾動方法優(yōu)化子野形狀 旋轉(zhuǎn)調(diào)強需要優(yōu)化得到各個離散方向上子野的權(quán)重和形狀，通過交替優(yōu)化權(quán)重和形狀 來完成，具體為：通過步驟（1)得到的初步子野權(quán)重后，優(yōu)化子野形狀是通過擾動來進行完 成，在改變子野的形狀后，向量Xm隨之變化；采用變量Sk表示第k個射野方向的子野形狀， Li和Ri分別表示子野第i行的左葉片和右葉片位置；對子野葉片的位置采用擾動進行調(diào) 整，具體公式如下： =L1+S lj (1) Rr=R,+^ ⑵ 式中的￡廠和分別表示調(diào)整后的第i行左葉片和右葉片位置，SUi和δKi分別表 示第i行左葉片和右葉片的位置擾動，取值范圍為[-1，1]; 在對所有子野均作一遍形狀優(yōu)化后，得到一組新的子野形狀； 步驟（1)和步驟（2)交替循環(huán)進行，直到找到最優(yōu)解。
【文檔編號】G06F19/00GK104318122SQ201410624306
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】裴曦, 曹瑞芬, 胡麗琴, 吳宜燦 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院