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调强放疗强度矩阵分解研究

作 者: 王健
导 师: 金人超
学 校: 华中科技大学
专 业: 计算机应用技术
关键词: 调强放疗 高精度 强度矩阵 分解 改进
分类号: R730.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 8次
引 用: 0次
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内容摘要


调强放疗(IMRT)是一种高精度先进的放射治疗手段。IMRT能达到在对肿瘤周围关键组织最少照射的情况下达到对肿瘤更高的照射剂量。如何达到直线加速器的最小的剂量照射输出和最少的多页准直器叶片移动成为强度图矩阵分解的主要目标。通过达到这类目标可以提高放疗的效果,减少放疗时间,降低病人治疗时痛楚,延长机器寿命,总之,优化目标的达成,实际意义非凡。通过对各种强度矩阵分解算法的详细研究,而挑选可适应度高,优化结果令人满意的网络流图方法对强度矩阵进行分解。在对网络图算法的研究中,通过实现调强放疗的强度矩阵分解的优化,提出三点改进:首先,对网络图算法的网络图H的递归约束和一些令外的算法中的普遍用到的网络最大流算法进行改进,将其从一般的最快SPFA网络流算法提升到使用更为迅速的动态规划模型求解。不仅解决了SPFA算法频繁调用出去队列带来的效率损失,并且将算法复杂度从O ( n2)降低至O (n)。从根本上解决了大量约束计算的瓶颈问题。其次,对网络图算法的在高维的强度矩阵分解中存在的频繁递归问题,这些频繁调用递归很大程度影响了放疗的分解效率。通过对原始的完全递归算法进行合理的递归次数限制来增进算法效率。最后,对于放疗多页准直器中存在的射线散射,衍射,特别是舌槽效应,我们设计子野选择优化算法,在网络流算法的基础上改进算法的有序选择每行的子野状态,变成有约束选择最优算法达到优化子野形状达到增强放疗效果目的。实验结果表明以上三点改进在IMRT强度矩阵分解中取得不错的效果,时间复杂度的降低,放疗实施效率的提高,放疗剂量的准确性的提升均表明不错的改进效果。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题的来源及研究目的  8
  1.2 研究背景及研究意义  8-10
  1.3 国内外研究现状  10-13
  1.4 研究目标及研究内容  13-15
  1.5 拟解决的关键问题及难点  15-16
2 相关的基本知识  16-32
  2.1 调强放疗的基本流程  16-18
  2.2 强度图分解的介绍  18-21
  2.3 带叶片间交叠约束(ICC)总机器跳数(TNMU)优化  21-31
  2.4 本章小结  31-32
3 ICC 约束条件下的强度矩阵分解实施及其优化  32-43
  3.1 ICC 强度分解实施方案优化  32
  3.2 优化递归中约束- U 的上确界  32-34
  3.3 强度矩阵分析及约束u_(i,l_, r_ ) 计算部分优化  34-36
  3.4 基于网络图的强度矩阵分解及其优化后的网络图分解  36-39
  3.5 子野形状的优化  39-42
  3.6 本章小结  42-43
4 实验和结果分析  43-50
  4.1 简单的强图矩阵分解  43-44
  4.2 实验总体介绍  44-45
  4.3 实验设计和概要  45-47
  4.4 实施解决及其实验比较  47-49
  4.5 实验总结  49-50
5 全文总结和展望  50-52
致谢  52-53
参考文献  53-55

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中图分类: > 医药、卫生 > 肿瘤学 > 一般性问题 > 肿瘤治疗学
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