调强放射治疗的射野方向优化

杨瑞杰 戴建荣 胡逸民

中国医科院肿瘤医院放射治疗科

目的：基于我们研究组以前的工作，建立一种用于调强放射治疗的射野方向优化算法，并探讨射野方向候选池（以射野方向分辨率和起始射野方向来表示）对优化的射野方向、治疗计划质量和优化时间的影响。方法：本算法基于混合整数线性规划模型，使用二进制变量代表候选的射野方向，非负连续变量代表射野强度图中每个单元野的权重，使用一种确定性方法（分支界定的方法）同时优化调强放射治疗中的射野方向和强度分布。 通过设定不同的射野方向分辨率和不同的起始射野方向，研究了这两个参数对优化的射野方向、治疗计划质量和优化时间的影响。结果：临床病例测试表明，与等间隔角度的计划比较，在优化射野方向的计划中靶区剂量分布和危及器官、正常组织保护方面明显改善。对于测试的临床病例，在 Pentium IV 2.66 GHz 的个人计算机上，对于具有36个二进制变量的混合整数规划问题，整个优化过程可以在约1个小时内完成。研究也发现，将射野方向分辨率减小到 10º 可以明显减小射野方向候选池大小和模型中整数变量数目，减少优化时间，对优化的射野方向和计划质量影响不大，但起始射野方向的选择会影响优化的射野分布和计划质量。当射野方向分辨率大于 10º 或更差时，其对优化的射野方向和计划质量影响较大。结论：此算法可以应用到调强放射治疗，可以在临床接受的时间内找到优化的射野方向和治疗计划，而且通过正确选择射野方向分辨率和起始射野方向可以大大改进算法的优化效率，同时保证优化的射野方向和治疗计划。