[发明专利]基于BFGS算法的肿瘤精确模型

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种指示肿瘤精确位移的模型，尤其可以定量化预测肿瘤的三维空间运行趋势。 

背景技术

在肺癌的精确放射治疗中，正常肺组织的耐受剂量和治疗靶区位移成为放疗效果提升的一个瓶颈，其中后者来源于患者的摆位误差以及器官的运动；对于摆位误差，一般采取固定体位的方法来解决；肺的运动主要由呼吸运动引起。肺癌肿块随着呼吸运动而移动，目前应用于监测肿块运动的方法主要包括直接法和间接法。直接法是应用X射线透视、CT等图象直接测量肿瘤的运动范围；间接法则是通过呼吸流量、胸腹部体表标记物、胸壁及腹部的运动来推算或采用数学算法处理采集的图象，求解肿瘤的运动范围。关于呼吸运动对肺癌肿块移动的研究，国内外许多专家和学者运用不同的方法进行测量肿块的移动值，大部分结果之间存在差异，至今为未得到统一认可的结论。 

发明内容

针对目前伽马刀放疗过程中的精确度不高的问题：放疗过程中肿瘤会随着呼吸运动产生位移，导致正常组织受到辐射，对患者造成损害；在放疗前对ITV区域的勾画比较困难；对于较大的实体瘤中心点的位移的测量误差较大；对透视显示不佳的肿瘤边界勾画困难。本发明提供一种指示肿瘤精确位移的模型，定量化预测肿瘤的三维空间运行趋势，从而提高放疗的精确度。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：通过临床数据分析，以GTV的移动代替CTV的移动，基于X线模拟定位机，结合Photoshop软件和ViewletCam软件的应用，精确的测量肿瘤中心点在三个方向上的移动幅度，同时对临床数据进行分析、计算，得出了患侧膈肌的移动度(因在正、侧位各测得一个数据，此处移动度取两者的平均值)、体表标记物、呼吸周期、肺活量、肿瘤最大直径的数据。利用皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient)方法对肿瘤中心点在三个方向上的移动幅度与患侧膈肌的移动度、体表标记物、呼吸周期、肺活量、肿瘤最大直径进行分析，得出每个方向上的肿瘤位移与五个因素的相关性。根据相关性的大小(本研究以相关性大于0.5为标准)通过lstOpt软件找出函数表达式，然后利用四种算法对函数表达式中的参数进行拟合，经过比较分析，得出模型。 

基于准牛顿算法(BFGS)在X、Y、Z方向上建立肿瘤位移模型，模型分别如下： 

x=-0.9-4.5lnu+15v-4.7(lnu)2-61.2v2+35.5vlnu1+5.3lnu-16v+7(lnu)2+63.3v2-41.7vlnu]]>

其中，u，v代表标记物、患侧膈肌。X方向模型建立BFGS+通用全局算法得到的实验结果见图1。