【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及放射医学领域，具体是ldr-bt计划反优化方法。
技术介绍
1、低剂量率近距离放射治疗 (low dose rate brachytherapy, ldr-bt) 的是将封装有放射物质的粒子籽源 (下面简称粒子源) 放到肿瘤内部或者接近肿瘤位置，利用放射性同位素的衰变产生的射线持续杀伤肿瘤细胞。临床上常常采用使用放射性同位素125i的amersham6711 和amersham6702、使用放射性同位素103pb的theragenics200和 nasimed3633 等规格的ldr-bt粒子源。ldr-bt可以提供有效安全的辐射剂量，能够长时间的持续对病灶进行辐射以提供更高的累积剂量，对肿瘤的局部控制率高；同时保证对患者的正常器官组织接受到低辐射剂量，术后并发症发病率低。因此高质量的ldr-bt治疗计划具有显著延长患者生存时间的潜在优势。
2、为了提高ldr-bt 的计划质量，当前的主流方法是使用混合整数线性规划 (mixedinteger linear programming，milp) 方法来优化粒子源放置分布，以改善剂量的空间分布。使用milp方法 (如分支定界法) 的ldr-bt计划反向规划是通过最小化关于剂量的优化目标函数，只得到一个最优的统一表观活度 (简称活度) 的粒子源放置分布，考虑到临近的组织类型复杂，可耐受的粒子源辐射强度不同，以及粒子源在肿瘤组织中的有效辐射距离范围，此时虽然得到了最优的粒子源位置分布，但得到的剂量分布不是最优的。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种ldr-bt计划反优化方法，将粒子源活度作为变量纳入优化过程, 建立了考虑粒子源活度范围的全新的受约束ldr-bt计划优化模型，通过带动量的近端梯度方法求解，同时优化粒子源分布与活度，并分析了算法的一般收敛性，进一步完善了ldr-bt计划反优化理论。
2、为了解决所述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：ldr-bt计划反优化方法，包括以下步骤：
3、s01）、建立剂量影响矩阵 a， a中每个元素 a m,n表示植入的第 n个粒子源对第 m个剂量计算点的剂量影响，即
4、，
5、其中表示转化系数，表示剂量率常数，表示极坐标半径，表示极坐标角度，为剂量计算参考点，表示几何因子函数，表示径向剂量因子，表示各向异性因子，表示放射性同位素的半衰期；
6、计划剂量表示为：
7、；
8、表示选取的粒子源活度向量；
9、s02）、反优化的目标是最小化处方剂量d0与计划剂量之间的差异，使用表示反优化目标函数，取粒子源活度范围作为约束条件，将ldr-bt计划反优化问题建模为：
10、；
11、s03）、对ldr-bt计划反优化问题求解，得出使最小的粒子源活度向量 x。
12、进一步的，使用带动量的近端梯度方法对ldr-bt计划反优化问题求解，求解过程为：
13、选择一个初始点，令，设置步长，在第步，计算目标函数在处的梯度，计算近端映射，其中表示近端映射算子，，是约束条件对应的指示函数：
14、，
15、将近端映射的公式等价为：
16、，
17、非凸反优化问题等价于无约束优化问题，其中，近端映射算子将投影到可行域上计算，即对于每个，都有，
18、如果满足收敛条件，停止迭代，否则继续迭代。
19、进一步的，步骤s02）中，使用差的平方范数作为优化目标函数，。
20、进一步的，，
21、其中各向异性因子的精确值，e为随机正扰动误差或随机负扰动误差，表示各向异性因子的测量值。
22、进一步的，通过查表插值得出、、、。
23、进一步的，几何因子即、在定义点的剂量率值之间进行插值。
24、进一步的，本方法适用于元素125i、103pb的ldr-bt计划反优化。
25、进一步的，对于125i，对于103pb。
26、进一步的，使用 ct 数据的体素为剂量计算单位，计划剂量表示为。
27、进一步的，设置适当函数、下半连续函数、强制函数、临界点对ldr-bt计划反优化问题求解过程进行收敛性分析。
28、本专利技术的有益效果：本专利技术首次将粒子源的活度纳入优化过程中，使用带动量的近端梯度方法求解，同时优化粒子源分布与活度，并作了一般收敛性分析，收敛性分析表明本方法是收敛的，能到得出一个最大限度接近处方剂量的粒子源活度向量。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.LDR-BT 计划反优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的LDR-BT计划反优化方法，其特征在于：使用带动量的近端梯度方法对LDR-BT计划反优化问题求解，求解过程为：
3.根据权利要求1所述的LDR-BT计划反优化方法，其特征在于：步骤S02）中，使用差的平方 范数作为优化目标函数，。
4.根据权利要求1所述的LDR-BT计划反优化方法，其特征在于：，
5.根据权利要求1所述的LDR-BT计划反优化方法，其特征在于：通过查表插值得出、、、。
6.根据权利要求5所述的LDR-BT计划反优化方法，其特征在于：几何因子即、在定义点的剂量率值之间进行插值。
7.根据权利要求1所述的LDR-BT计划反优化方法，其特征在于：本方法适用于元素125I、103Pb的LDR-BT计划反优化。
8.根据权利要求1所述的LDR-BT计划反优化方法，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的LDR-BT计划反优化方法，其特征在于：使用 CT 数据的体素为剂量计算单位，计划剂量表示为。
10.根据权利要求2所述的LDR-BT计划反优化方法，其特征在于：设置适当函数、下半连续函数、强制函数、临界点对LDR-BT计划反优化问题求解过程进行收敛性分析。
...【技术特征摘要】
1.ldr-bt 计划反优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的ldr-bt计划反优化方法，其特征在于：使用带动量的近端梯度方法对ldr-bt计划反优化问题求解，求解过程为：
3.根据权利要求1所述的ldr-bt计划反优化方法，其特征在于：步骤s02）中，使用差的平方 范数作为优化目标函数，。
4.根据权利要求1所述的ldr-bt计划反优化方法，其特征在于：，
5.根据权利要求1所述的ldr-bt计划反优化方法，其特征在于：通过查表插值得出、、、。
6.根据权利要求5所述的ldr-bt计划反优化方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，李玉亮，付树军，林博文，郭清，陈紫彤，杨琛，吕依洋，冯思涵，
申请(专利权)人：山东大学第二医院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。