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基于散射搜索的调强放疗光束角度优化算法。 (英语) Zbl 1411.92136号

摘要:本文介绍了一种新的基于散射搜索算法(SSBA)的调强放射治疗(IMRT)束角优化框架。还研究了采用共面优化梁组的方案的潜在效益。在提出的波束角选择算法中,问题分两步解决。最初,使用SSBA选择机架角度,这是一种全局优化方法。然后,对于每个光束配置,使用共轭梯度法计算强度分布,以对所选的每个光束角度集进行评分。通过一个具有明显最佳光束角度的模拟体模实例,验证了该算法的有效性。对两个临床病例(TG-119模型和前列腺病例)进行检查,以绘制剂量-体积直方图(DVH)并确定剂量分布,以评估算法的效率。将具有优化波束配置的临床方案与等角方案进行比较,以确定所提算法的效率。与每种情况下的等间距共面光束相比,BAO计划在DVH和剂量分布方面取得了显著改进。该算法可以有效地选择不同肿瘤部位IMRT逆规划的波束方向。

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92 C50 医疗应用(一般)
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Webb,S.,《强度调制放射治疗》(2001),美国佛罗里达州博卡拉顿:美国佛罗里达州波卡拉顿CRC出版社·doi:10.1887/0750306998
[2] Webb,S.,《优化调强放射治疗计划》,《医学和生物学中的物理学》,39,12,文章编号007,2229-2246(1994)·doi:10.1088/0031-9155/39/12/007
[3] Xing,L。;哈密尔顿·R·J。;斯佩尔伯林,D。;佩利扎里,C.A。;Chen,G.T.Y。;Boyer,A.L.,三维逆向治疗计划的快速迭代算法,医学物理,25,101845-1849(1998)·数字对象标识代码:10.1118/1.598374
[4] Stein,J。;莫汉,R。;王X.-H。;博特菲尔德,T。;吴琼。;Preiser,K。;Ling,C.C。;Schlegel,W.,《调强辐射治疗中光束的数量和方向》,医学物理学,24,2149-160(1997)·数字对象标识代码:10.1118/1.597923
[5] Pugachev,A.B。;Boyer,A.L。;Xing,L.,调强放射治疗计划中的光束定向优化,医学物理,27,6,1238-1245(2000)·数字对象标识代码:10.1118/1.599001
[6] 贾贾普特拉,D。;吴琼。;Wu,Y。;Mohan,R.,临床IMRT波束角优化系统的算法和性能,《医学和生物物理》,48,19,3191-3212(2003)·doi:10.1088/0031-9155/48/19/007
[7] Pugachev,A。;Li,J.G。;Boyer,A.L。;Hancock,S.L。;Le,Q.-T。;Donaldson,S.S。;Xing,L.,光束定向优化在调强放射治疗中的作用,国际放射肿瘤学•生物学•物理学杂志,50,2,551-560(2001)·doi:10.1016/S0360-3016(01)01502-4
[8] Rowbottom,C.G。;螺母,C.M。;Webb,S.,《调强放射治疗的光束定向优化:腮腺肿瘤的临床应用,放射治疗与肿瘤学》,59,2,169-177(2001)·doi:10.1016/S0167-8140(00)00321-2
[9] Söderström,S。;Brahme,A.,共面放射治疗中光子束入口的最合适数量是什么?,国际放射肿瘤学•生物学•物理学杂志,33,1,151-159(1995)·doi:10.1016/0360-3016(95)00113-D
[10] Schreibmann,E。;Xing,L.,前列腺IMRT束流定向类解决方案的可行性研究,医学物理学,31,102863-2870(2004)·doi:10.1118/1.1797571
[11] Shukla,A。;库马尔,S。;Sandhu,I。;Oinam,A。;辛格,R。;Kapoor,R.,《调强放射治疗计划中光束角度优化的剂量学研究》,《癌症研究与治疗杂志》,12,2,1045-1049(2016)·doi:10.4103/0973-1482.157324
[12] 埃尔戈特,M。;持有人,A。;Reese,J.,放射治疗设计中的光束选择,线性代数及其应用,428,5-6,1272-1312(2008)·Zbl 1195.92034号 ·doi:10.1016/j.laa.2007.05.039
[13] Das,S.K。;Marks,L.B.,基于最大光束分离和最小非目标辐射的三维优化选择共面或非共面光束,国际放射肿瘤学•生物学•物理学杂志,38,3,643-655(1997)·doi:10.1016/S0360-3016(97)89489-8
[14] Schreibmann,E。;拉哈纳斯,M。;Xing,L。;Baltas,D.,调强放射治疗中光束数量、方向和权重的多目标进化优化,《医学和生物物理》,49,5,747-770(2004)·doi:10.1088/0031-9155/49/5/007
[15] Craft,D。;哈拉比,T。;Shih,H.A。;Bortfeld,T.,《实用多目标imrt治疗规划方法》,《国际放射肿瘤学•生物学•物理学杂志》,69,5,1600-1607(2007)·doi:10.1016/j.ijrobp.2007.08.019
[16] 贾,X。;男子,C。;Lou,Y。;蒋S.B.,利用自适应l2,1最小化进行调强放射治疗的光束定向优化,《医学和生物学中的物理》,56,19,文章编号004,6205-6222(2011)·doi:10.1088/0031-9155/56/19/004
[17] 莱瑟,J。;J.O.迪西。;博特菲尔德,T.R。;Solberg,T.D。;Promberger,C.,《剂量-体积约束下强度调制优化中不存在多重局部极小效应》,《医学和生物物理》,48,2,183-210(2003)·doi:10.1088/0031-9155/48/2/304
[18] 吴琼。;Mohan,R.,基于剂量-体积标准的IMRT优化中的多个局部极小值,医学物理学,29,71514-1527(2002)·数字标识代码:10.1118/1.1485059
[19] Pugachev,A。;Xing,L.,在调强放射治疗中用于束流定向选择的伪束眼视图,国际放射肿瘤学•生物学•物理学杂志,51,5,1361-1370(2001)·doi:10.1016/S0360-3016(01)01736-9
[20] Potrebko,P.S。;B.M.C.McCurdy。;巴特勒,J.B。;El-Gubtan,A.S。;Nugent,Z.,使用等角空间光束预测前列腺癌调强放射治疗最佳起始机架角度的简单几何算法,《医学物理》,34,10,3951-3961(2007)·数字标识代码:10.1118/1.2775685
[21] D’Souza,W.D。;梅耶,R.R。;Shi,L.,使用单光束指数和整数规划选择调强放射治疗中的光束方向,《医学和生物物理》,49,15,3465-3481(2004)·doi:10.1088/0031-9155/49/15/011
[22] Vaitheswaran,R。;Sathiya Narayanan,V.K。;班格尔,J.R。;尼拉利,A。;库马尔,N。;巴苏,S。;Maiya,V.,调强放射治疗中的快速光束角度选择算法,医学物理,37,12,6443-6452(2010)·数字对象标识代码:10.1118/1.3517866
[23] 班加特,M。;齐根海因,P。;Oelfke,U.,《描述组合束角选择问题的特征》,《医学和生物学中的物理学》,57,20,文章编号6707,6707-6723(2012)·doi:10.1088/0031-9155/57/20/6707
[24] 侯,Q。;Wang,J。;陈,Y。;Galvin,J.M.,通过遗传算法和模拟动力学的混合方法对IMRT进行波束定向优化,医学物理,30,9,2360-2367(2003)·doi:10.1118/1.1601911
[25] 李毅。;姚,J。;姚,D.,使用遗传算法在IMRT规划中自动选择光束角度,《医学和生物物理》,49,10,1915-1932(2004)·doi:10.1088/0031-9155/49/10/007
[26] Dias,J。;罗查,H。;费雷拉,B.g。;Lopes,M.d.,用于IMRT波束角度优化的带神经网络适应度函数评估的遗传算法,中欧运筹学杂志,22,3,431-455(2014)·Zbl 1339.90335号 ·doi:10.1007/s10100-013-0289-4
[27] 李毅。;姚,D。;姚,J。;Chen,W.,调强放射治疗计划中光束角度选择的粒子群优化算法,医学和生物物理,50,15,3491-3514(2005)·doi:10.1088/0031-9155/50/15/002
[28] 罗查,H。;Dias,J.M。;费雷拉,B.C。;Lopes,M.C.,使用引导模式搜索方法进行调强放射治疗的光束角度优化,《医学和生物学中的物理》,58,9,2939-2953(2013)·doi:10.1088/0031-9155/58/9/2939
[29] Lim,G.J。;Cao,W.,选择IMRT治疗束角的两阶段方法:分枝剪枝和局部邻域搜索,《欧洲运筹学杂志》,217,3,609-618(2012)·Zbl 1244.90197号 ·doi:10.1016/j.ejor.2011.09.038
[30] Dixon,L.,全局优化问题:导论,走向全局优化,2,1-15(1978)
[31] Ugray,Z。;Lasdon,L。;普卢默,J。;手套,F。;Kelly,J。;Martí,R.,《分散搜索和局部NLP解算器:全局优化的多段框架》,《计算信息杂志》,第19、3、328-340页(2007年)·Zbl 1241.90093号 ·doi:10.1287/ijoc.1060.0175
[32] Oelfke,美国。;Bortfeld,T.,光子和质子束的反向规划,医学剂量学,26,2,113-124(2001)·doi:10.1016/S0958-3947(01)00057-7
[33] 张,X。;刘,H。;王,X。;Dong,L。;吴琼。;Mohan,R.,IMRT优化梯度算法的速度和收敛特性,医学物理,31,51141-152(2004)·doi:10.118/1.1688214
[34] MATLAB软件。,MATLAB和全球优化工具箱,2016年,https://www.mathworks.com/products/global-optimization.html
[35] Herrera,F。;Lozano,M。;Molina,D.,《连续分散搜索:一些组合方法和改进策略的集成分析》,《欧洲运筹学杂志》,169,2450-476(2006)·Zbl 1079.90176号 ·doi:10.1016/j.ejor.2004.08.009
[36] Egea,J.A。;巴斯克斯,E。;Banga,J.R。;Martí,R.,《计算成本高的动态模型全局优化的改进分散搜索》,《全局优化杂志》,43,2-3,175-190(2009)·Zbl 1179.90307号 ·doi:10.1007/s10898-007-9172-y
[37] Glover,F.,《分散搜索和路径重新链接的模板》,《人工进化》。人工进化,计算机科学讲稿,136313-54(1998),德国柏林:施普林格,德国柏林·doi:10.1007/bfb0026589
[38] Kataria,T。;夏尔马,K。;Subramani,V。;Karrthick,K.P。;Bish t,S.S.,《均匀性指数:适形放射治疗评估的客观工具》,《医学物理杂志》,37,4,207-213(2012)·doi:10.4103/0971-6203.103606
[39] 吴琼。;莫汉,R。;莫里斯,M。;Lauve,A。;Schmidt-Ullrich,R.,局部晚期头颈部鳞癌的同步综合调强放疗。一: 剂量学结果,国际放射肿瘤学•生物学•物理学杂志,56,2,573-585(2003)·doi:10.1016/S0360-3016(02)04617-5
[40] Van t Riet,A。;Mak,A.C.A。;Moerland,硕士。;Elders,L.H。;Van der Zee,W.,《量化近距离放射治疗和外照射适形程度的构象数:在前列腺上的应用》,《国际放射肿瘤学•生物学•物理学杂志》,37,3,731-736(1997)·doi:10.1016/s0360-3016(96)00601-3
[41] Craft,D。;班加特,M。;Long,T。;帕普,D。;Unkelbach,J.,强度调制放射治疗(IMRT)优化研究的共享数据:CORT数据集,GigaScience,3,1,文章编号37(2014)·doi:10.1186/2047-217X-3-37
[42] 达斯,S。;Cullip,T。;牵引力,G。;Chang,S。;马克斯,L。;安舍尔,M。;Rosenman,J.,基于靶等效均匀剂量最大化的调强放射治疗光束定向选择,国际放射肿瘤学•生物学•物理学杂志,55,1,215-224(2003)·doi:10.1016/S0360-3016(02)03817-8
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