伽玛刀治疗计划系统中靶点自动规划研究

摘要

该文对靶点自动规划进行了研究,取得了如下成果:1.提出了治疗轮廓的概念,并实现了相关算法.基于临床实践和实际计算的 需要,提出了治疗轮廓的概念.治疗轮廓由勾画轮廓产生.治疗轮廓为靶 点自动规划提供计算所需的肿瘤几何模型;2.建立了靶点自动排布问题的数学模型.靶点自动排布问题就好比在一个任 意形状的封闭病灶(肿瘤)实休内放置三种体积不同和权重不同的球体, 以求得用最少的球体尽可能地占据最人的病灶(肿瘤)实体所在空间;3,给出了对应于数学模型的靶点自动排布求解算法.仿照生物体的生长与衰 亡的规律,采用数学形态学变换给出了一种自动寻找靶点的几何近似算法, 用来确定靶点个数、三维坐标、型号;4.建立了靶点权重优化计算的数学模型,并用单纯形法实现了优化计算.为 了满足靶区剂量均匀、病灶内外必须存在剂量梯度等实际治疗要求,建立 了基于靶点权重的优化计算模型,并采用非线性规划中单纯形法来实现优 化计算.在上述成果的基础上完成了伽玛刀治疗计划系统中靶点自动规划模块.该模块能够实现对单个病灶(肿瘤)的自动规划,包括交互式地产生治疗轮廓、自动排布靶点和自动进行优化.进一步的研究和完善必将使上述原理与算法应用于实际治疗系统中.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1论文工作背景

1.2现行治疗计划系统存在的问题

1.3靶点自动规划的内容及其临床意义

1.4靶点自动规划的研究现状

1.5本文完成的主要工作

2伽玛刀治疗系统的组成及靶点自动规划的实现流程

2.1伽玛刀的治疗原理

2.2伽玛刀的系统组成

2.3伽玛刀治疗计划系统的软件结构

2.4伽玛刀治疗的一般程序

2.5靶点自动规划的实现流程

2.6本章小结

3靶点自动规划中治疗轮廓的产生

3.1治疗轮廓的概念

3.2几何法产生治疗轮廓

3.3轮廓提取法产生治疗轮廓

3.3治疗轮廓产生实例

3.4本章小结

4靶点自动规划中靶点自动排布算法

4.1实现靶点自动排布的目的及其意义

4.2数学模型以及靶点形状的确定

4.3数学形态学简介、基本定义、定理及其变换

4.4靶点自动排布算法

4.5选取靶点的试验结果

4.6本章小结

5靶点自动规划中靶点的优化

5.1剂量计算

5.2优化函数

5.3优化算法

5.4优化实例

5.5本章小结

6靶点自动规划的系统实现

6.1靶点自动规划的系统实现流程

6.2本章小结

7总结与展望

7.1全文总结

7.2需要进一步研究的问题

致谢

参考文献

附录1作者在攻读硕士学位期间发表的论文

附录2