基于先验知识的头颈部肿瘤调强放疗计划多目标优化方法

作者：刘劲光; 刘国才^*

来源：中国医学物理学杂志, 2021, 38(03): 265-276.

• 头颈部肿瘤
• 调强放射治疗
• 多目标优化
• Pareto前沿逼近

头颈部肿瘤调强放射治疗计划本质上是目标函数个数大于20、优化变量数大于1 000的复杂多目标优化问题,目前没有精确求其Pareto最优解集的有效方法。本文提出了一种新的有效近似求解方法。首先,根据71例头颈部肿瘤患者的放疗剂量先验知识,对各危及器官的线性EUD按相关系数进行R型聚类分析,将所有危及器官聚为3类;其次,将所有属于同类危及器官的线性EUD均值看作目标函数,联合肿瘤靶区的约束条件,构造一个维度较低的多目标优化模型;最后,通过基于角解的增强夹心算法逼近该低维、局部的Pareto前沿,并通过可视化导航方法快速选出一个调强放疗计划。对比传统的多目标调强放疗计划优化方法,该方法能显著减少目标函数的个数,极大程度地简化Pareto前沿。实验结果表明,本文方法可以将头颈部肿瘤调强放疗计划多目标优化模型中的20～21个目标函数减少到6～7个,并能有效确定其近似的Pareto前沿,找到与临床放疗计划质量相当、部分指标甚至更优的放疗计划。

• 单位
  湖南工程学院; 湖南大学