基于专家库的伽玛射线立体定向放疗计划优化方法-肿瘤学专业论文.docx

学校代码：10023学号：$2012003017硕士学位论文基于专家库的伽玛射线立体定向放疗计划优化方法‘·一一●-●●一●-●● ■‘Atreat皿旧ntplanningoptlmlzat10n皿ethodbasedOnexpertplandatabaseforyraystereotacticI●●radiotherapy所院：北京协和医学院肿瘤医院肿瘤研究所姓名：任信信指导教师：戴建荣教授导师小组：肖建平教授易俊林教授学科专业：肿瘤学研究方向：放射物理学完成日期：201 5年5月万方数据北京协和医学院中国医学科学院硕士研究生学位论文目录目录目录．．i图表索引(1)iii图表索引(2)．v英文缩略词，．vi中文摘要．．．viiAbstract：．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．viii前言日IJ舌．1‘．第l章背景介绍．．21．1伽玛射线立体定向放疗介绍．21．1．1伽玛射线定向放疗治疗技术的发展．31．1．2伽玛射线定向放疗治疗技术系统介绍．41．1．3伽玛射线立体定向放疗的存在的问题．71．2伽玛射线治疗计划自动优化现有进展．．81．2．1面向整体整合的优化方法81．2．2模拟退火算法和遗传算法91．2．3混合整数优化和非线性规划优化101．2．4基于几何特征优化．101．2．5基于遮挡模式的优化方法．．121．3数据挖掘在放疗技术中的应用121．4研究目的和意义13第2章材料与方法152．1开发平台和工具介绍．．152．1．1治疗计划系统(TPS)介绍．．152．1．2病例信息数据存储格式介绍．．162．1．3VTK工具包介绍l82．2算法设计和评价指标．192．2．1平移旋转配准192．2．2查询匹配病例．．21万方数据北京协和医学院中国医学科学院硕士研究生学位论文目录2．2．3计划参数的提取222．2．4基于混合整数线性规划实现计划质量进一步优化．232．2．5评价指标232．3程序实现和功能介绍．．242．4专家库病例的筛选和建立28第3章结果303．1转移瘤自动优化结果一303．2听神经瘤自动优化结果．．353．3全组病例计划优化评价．．40第4章讨论和总结42参考文献43基金资助46在校期间发表的文章及参加的学术会议47文献综述．48致j射．．57个人简历58独创性声明．59万方数据北京协和医学院中国医学科学院硕士研究生学位论文图表索弓图表索E31(1)图1．1医科达公司伽玛射线立体定向放疗系统产品．LeksellGammaKnifePerfexionTM，来源其官方网站宣传图片6图1．2 OUR．XGD型头部多源伽玛射束立体定向放射治疗系统，来源其官方网站宣传图片．．7图1．3内核回归算法[Wood，B等，2009]．．13图2．1 RGS．TPS系统界面．．15图2．2 XML文件中记录的病人图像坐标对固定框架坐标系的转换矩阵．17图2．3 XML文件中记录的焦点参数信息，包括位置，准直器大小，权重．．等．．17图2．4平移实现的代码节选19图2．5由四元数计算得到旋转矩阵的代码节选20图2．6两次旋转配准的代码节选21图2．7DICOM图像的读取和显示24图2．8靶区信息提取和匹配25图2．9专家库中对输入病例靶区形状相似度指数计算和排序(部分结果)26图2．10专家库靶区的治疗参数的提取和坐标转换27图2．1l新病例和专家库病例的靶区对比28图2。12部分病例文件截图29图3．1病例一和专家库中靶区最相似病例的靶区三维形状比较，灰色为病例一靶区形状，蓝色为专家库病例靶区形状30图3．2病例一自动优化的治疗计划的剂量分布31图3．3红色轮廓线是靶区，绿色轮廓线是50％处方剂量线，黄色是虚拟组织32图3．4自动优化结果靶区的50％处方等剂量线包含的体积百分比33图3．5自动优化结果虚拟组织的50％处方等剂量线包含的体积百分E[：．．．33图3．6手工计划靶区的50％处方等剂量线包含的体积百分比34图3．7手工计划结果虚拟组织的50％处方等剂量线包含的体积百分E[：．．．：；!i万方数据北京协和医学院中国医学科学院硕士研究生学位论文图表索弓图3．8病例二和专家库中靶区最相似病例的靶区三维形状比较，灰色为病例二靶区形状，蓝色为专家库病例靶区形状36图3．9病例二自动优化的治疗计划的剂量分布，红色轮廓线是靶区，绿色轮廓线是50％处方剂量线，黄色是虚拟组织37图3．10自动优化结果靶区的50％处方等剂量线包含的体积百分比38图3．1l自动优化结果虚拟组织的50％处方等剂量线包含的体积百分}=C：38图3．12手工计划靶区的5