[发明专利]一种伽玛刀放射治疗逆向计划设计方法

摘要

本发明公开一种伽玛刀放射治疗逆向计划设计方法，首先，进行重建靶区和危及器官感兴趣区域三维模型；建立优化模型；确定优化参数与遗传算法参数；整个过程应用图形处理器(GPU)并行计算进行加速，随后根据改进的遗传算法进行求解，包括：基因编码初始化族群；计算评估个体适应度选择繁殖个体；个体繁殖变异更新族群；调整权重，最终得到可行的治疗计划。本发明的优点为：优化模型具有较好的适应性，可以通过调整目标函数中的权重适应不同的病症；针对伽玛刀治疗计划设计的特点，改进了遗传算法的基因编码，种群初始化，繁殖和变异规则，并根据优化模型提出了一种灵活有效的个体适应度评价函数。

主权项

一种伽玛刀放射治疗逆向计划设计方法，其特征在于：具体通过下述步骤完成：步骤1：重建感兴趣区域的三维模型，并对靶区部分进行膨胀处理生成靶区边缘轮廓；步骤2：建立优化模型；优化目标为：1、保证靶区剂量的覆盖度；2、提高靶区剂量的适形度；3、降低危及器官承受的剂量；步骤3：确定步骤2建立的优化模型参数；步骤4：确定遗传算法参数；步骤5：基因编码及初始化族群；步骤6：对每个靶点序列进行剂量计算；步骤7：评价族群中各个个体，并通过计算适应度函数得到一个适应度数值；步骤8：选择繁殖个体；将族群中的个体按适应度数值由高到底排序，选取前m个个体两两任意配对，作为父代和母代个体繁殖下一代；m为族群中个体数与繁殖概率的乘积；步骤9：父代和母代个体繁殖；A、确定父代和母代个体的重心，得到重心位移方向向量d；父代和母代个体的重心位置H为：$H=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\φ}}_i\×S_i\×P_i---\left(1\right)$其中，φ_i为靶点序列中第i个靶点对应的靶点准直器的半径；S_i为靶点序列中第i个靶点对应的靶点的使能状态；P_i为靶点序列中第i个靶点的位置坐标；n为靶点序列中靶点数量；B、以d为方向向量，随机的取正向或者反向，整体移动父代和母代中所有靶点，得到子代个体。步骤10：子代个体变异；令子代个体中的靶点i变异的平移方向向量Im_i，则：${\mathrm{Im}}_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{(P_i-P_j)}\×S_j\×{\mathrm{\φ}}_j\×R_j,j\≠i---\left(2\right)$其中，R随机取±1，j为子代个体中靶点i外的其余靶点；步骤11：将族群中进行繁殖的父代母代个体由其繁殖的子代个体代替，而未进行繁殖的个体保持不变；步骤12：重复步骤5～11进行迭代运算，直至满足终止条件后，进行步骤9；步骤13：调整权重对更新后的族群中最优个体的每个靶点，增加权重，随后计算个体的适应度；若适应度减小，继续增加该靶点权重直至适应度值不再减小；若适应度增大，则需减小该靶点的权重以提高个体适应度；因此将靶点权重重置，并减小权重，直至适应度不再减小。