多葉準(zhǔn)直器的優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、多葉準(zhǔn)直器(MLC)已成為現(xiàn)代醫(yī)用直線加速器的標(biāo)準(zhǔn)配置，并且廣泛應(yīng)用于適形放射治療和調(diào)強(qiáng)放射治療。經(jīng)過(guò)大約四十年的發(fā)展，MLC的基本結(jié)構(gòu)已趨于穩(wěn)定。MLC的重要特征包括葉片的端面形狀和截面形狀，葉片寬度，以及葉片位置的控制方式。 MLC在臨床應(yīng)用中的一個(gè)缺陷是用它適形靶區(qū)時(shí)，形成的射野具有臺(tái)階狀邊界，無(wú)法與期望形成的邊界光滑的靶區(qū)完全一致。也就是說(shuō)，用MLC適形靶區(qū)，總會(huì)存在欠擋區(qū)域和(或)過(guò)擋區(qū)域。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，本研究提

2、出兩個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。 第一個(gè)方案是針對(duì)單層MLC的葉片寬度組合的優(yōu)化。我們建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)描述這個(gè)優(yōu)化問(wèn)題，該優(yōu)化模型以葉片寬度為變量，以MLC射野和靶區(qū)之間不一致區(qū)域的總面積最小化為優(yōu)化目標(biāo)，以MLC的總寬度為約束條件。我們引入了一個(gè)綜合自適應(yīng)模擬退火方法(ASA，Lester Ingber，1993)和梯度法(DONLP2，p.Spellucci，2001)的混合算法來(lái)求解優(yōu)化問(wèn)題。優(yōu)化求解過(guò)程基于634個(gè)選自臨床病例的靶

3、區(qū)。我們分別求解了葉片對(duì)數(shù)為28，40和60時(shí)的葉片寬度優(yōu)化值，這三個(gè)葉片對(duì)數(shù)分別與三種傳統(tǒng)MLC的葉片對(duì)數(shù)相對(duì)應(yīng)。優(yōu)化結(jié)果是在MLC中心軸附近，葉片寬度隨著離軸距離的增大而略有減??；在遠(yuǎn)離中心軸區(qū)域，葉片寬度隨離軸距離的增大而迅速增大。與傳統(tǒng)MLC相比，通過(guò)葉片寬度的優(yōu)化使MLC射野和靶區(qū)之間不一致區(qū)域的總面積分別下降了11.1％，28.6％和25.0％。 第二個(gè)方案是針對(duì)雙層MLC的葉片端面形狀的優(yōu)化設(shè)計(jì)。我們建立了數(shù)學(xué)模型

4、描述這一優(yōu)化問(wèn)題，并用模擬退火法和單純形法求解了問(wèn)題。優(yōu)化過(guò)程同樣基于634個(gè)選自臨床病例的靶區(qū)。優(yōu)化結(jié)果表明葉片端面的最佳設(shè)計(jì)方案是使其在等中心的投影形狀為半圓形，圓的半徑為葉片寬度的一半。采用這一優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，MLC射野的邊界不再是臺(tái)階狀，而是由圓弧段組成，因而更接近不規(guī)則的靶區(qū)形狀。對(duì)于雙層41對(duì)葉片MLC，當(dāng)葉片端面從傳統(tǒng)的直線段改為圓弧段時(shí)，射野適形度提高32.3％。 本研究首次將數(shù)學(xué)優(yōu)化理念引入MLC的設(shè)計(jì)，提出了兩種