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临床颅脑EIT原始电压测量信号干扰预处理
目的 针对颅脑电阻抗断层成像临床应用中,由于测量电极与皮肤之间的接触状态不断变化导致接触阻抗和电极极化电位的改变,从而引起原始电压测量信号变化的问题.本文提出了一种效率高、性能出色的干扰预处理方法.方法 利用对照实验分析了临床与理想环境下的数据差异,发现临床环境下的干扰普遍符合特定的模式,提出了线性噪声模型.为了恢复原始电压测量信号,本文设计了具有数据正则项的目标函数并利用梯度下降法进行优化.结果 临床实验结果表明该算法可以有效地滤除干扰影响.结论 相比于处理解调后的数据,进行原始电压测量信号干扰预处理可以有效地从根源控制数据质量,进而更好地辅助大量临床数据的分析工作.
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一种改进的模糊核聚类算法
针对传统模糊核聚类算法当数据类差别很大时,小数据类被误分或被大数据类吞并的缺陷,提出了一种改进的模糊核聚类算法;通过定义一个新的目标函数,为每一个类分配了一个动态权值,可改善聚类效果.文中给出的MRI图像分割算例表明了该算法的有效性.
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基于等效均匀剂量的目标函数在调强放疗计划优化中的应用
目的 介绍基于等效均匀剂量(EUD)的目标函数在调强放疗计划中的应用.方法 分别用基于EUD和基于剂量的目标函数优化6例肺癌病例治疗计划.选择遗传算法,种群规模101,迭代次数100,交叉概率0.8,变异概率0.008.对其中1例病例,在保持照射条件不变情况下,改变基于EUD目标函数中的参数,通过试验结果来分析参数对目标函数的影响.算法由C#语言编程实现,采用了基于三维光子笔射束的剂量计算模型.结果 与基于剂量的目标函数相比,采用基于EUD的目标函数,肿瘤区域剂量分布的适形效果更好、肿瘤剂量分布均匀且危险器官受照射剂量明显减少.结论 基于EUD的目标函数表达式简单,提供了广阔的解空间,具有良好微分性和凸性,可更好模拟生物效应.
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调强适形放射治疗计划的优化目标与临床评价
调强适形放射治疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)计划的设计过程非常复杂.在患者的CT图像上勾画靶区和危及器官(organ at risk,OAR)并确定与照射野有关的物理、几何参数后,还需要进行的关键环节主要有:(1)定义优化标准,包括目标函数和约束条件;(2)使用优化算法;(3)临床评价.其中,合理定义优化目标并进行临床评价是IMRT成功的前提.因此,如何定义优化标准以及如何从多个计划中筛选出符合临床要求的计划是IMRT技术中关注的热点问题之一.笔者拟对IMRT计划优化的目标函数类型与计划的临床评价方法的现状做一综述,并在此基础上探浇讨今后的研究趋势[1-4].
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中央型肺癌目标函数作用域不同的两种调强放射治疗剂量学比较
目的 设计目标函数作用域不同的2种中央型肺癌调强放射治疗计划,比较2种计划的剂量学差异.方法 选取2014年8月至2015年10月河北省沧州中西医结合医院收治的10例中央型肺癌患者,应用XiO计划系统为每例患者分别设计目标函数作用于双肺和目标函数作用于双肺减计划靶区(PTV)的2种调强放射治疗计划.比较2种计划靶区和重要器官的剂量,适形度指数和均匀性指数.结果 在相同95％靶区覆盖率的情况下,目标函数作用于双肺减PTV计划靶区均匀性指数高于、靶区接受处方剂量110％体积百分比(PTV11o％)低于目标函数作用于双肺计划,差异有统计学意义[(1.08±0.05)比(1.09±0.06)、(0.10±0.02)％比(0.39±0.04)％](P＜0.05).2种计划的适形度指数、PTV 105％、平均剂量和脊髓大剂量比较差异无统计学意义(P＞0.05).目标函数作用于双肺减PTV计划双肺接受20％照射剂量体积占总体积的百分比(V20)、V30和心脏V40低于、心脏V30高于目标函数作用于双肺计划,差异有统计学意义[(20.2±3.0)％比(23.1±2.2)％、(16.9±2.2)％比(18.5±1.9)％、(20.8±1.1)％比(23.2±2.3)％、(39.3±3.2)％比(35.1±2.0)％](P＜0.05).结论 目标函数作用于双肺减PTV计划提高了靶区均匀性和适形度,降低了肺和心脏受高剂量照射的体积,同时也增加了低剂量受照射的体积,但均在临床要求范围内.
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调强放疗逆向计划优化中基于剂量的目标函数改进
目的:研究调强放疗射野参数优化中基于剂量的目标函数的建立方法.方法:对传统的基于剂量的目标函数进行改进,在靶区周围勾画辅助器官,建立靶区剂量均匀性约束、辅助器官与靶区高剂量约束和组织重要因子约束;用遗传算法对笔射束权重进行优化,比较优化结果.结果:在目标函数约束下,能够显著提高靶区剂量均匀性和高剂量照射区与靶区在三维方向上的适型度.结论:上述目标函数在调强放疗逆向计划优化中具有重要临床应用价值.
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调强放疗优化中目标函数的研究进展
简要综述了调强放疗中使用的基于剂量、剂量-体积、剂量-效应和等效均匀剂量的四种目标函数,并比较了各种目标函数的优缺点,重点介绍了基于等效均匀剂量的目标函数在调强放疗计划中的应用和发展.
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县级公立医院补偿机制改革利益相关者的行为分析
以利益相关者理论为基础,通过对县级公立医院补偿机制改革利益相关者的行为分析,从目标函数、动力机制、约束机制和道德风险的角度构建利益相关者的一般均衡模型.模型表明,政策的价值取向以及政府的投入、监管等方面的责任是县级公立医院补偿机制帕累托改进的关键因素.
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通量平衡分析的进展与应用
代谢网络是系统生物学的一个热门话题,代谢网络包含生物体内编码酶的基因以及所有已知的代谢反应.通量平衡分析是分析代谢网络中代谢物通量的数学方法,通过计算代谢网络中代谢物的通量,可以预测生物体的生长速度或某个特定代谢物的生成速率.文章综述了通量平衡分析算法的原理、建模步骤,分枝菌酸通路的通量平衡分析实例,常用的通量平衡分析软件,并从安装要求、可用性、功能、模型交换、网络可视化5个方面比较了应用通量平衡分析算法工具的特性,以指导用户选择合适的软件工具.
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一种通过调节目标函数权重改善剂量分布方法的初步研究
目的:探索一种通过调节目标函数权重改善剂量分布的方法.方法:将调强逆向优化过程分成两个步骤,首先多目标函数优化得到一个极小值;再对未达到临床期望的单一或多目标权重线性放大,继续优化.并在ECLIPSE计划系统中建立一个头颈肿瘤模型,分析权重调节对剂量分布的影响.结果:对于模型中定义的靶区和重要器官,权重调节可以减少相关重要器官受量和降低相关靶区热点区域体积,并对未调节权重的重要器官和靶区影响很小.结论:调节目标函数权重是一个改善剂量分布的方法.
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非线性回归时选择权重的一种方法
在进行非线性小二乘( LS) 拟合时,是使目标函数O(θ,Y)=ΣWie2i (i=1,2,3,…,n)(1)达到小值.式(1)中,O(θ,Y)为目标函数,θ为模型参数,i为观察值序号,Xi,Yi为第i组观察值,n为观察点数.Wi为第i组的权重或加权系数,ei为拟合后第i组残差值即随机误差.ei=(Yi-f(θ,Xi))(2)其中,f(θ,Xi)为第i组函数模型拟合或计算值.
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基于第一分次目标函数的鼻咽癌后续多分次自动计划
目的:利用Perl语言编写Pinnacle计划系统脚本的嵌入式自动化程序,进行多分次鼻咽癌调强治疗计划快速自动设计,研究多分次自动计划设计的可行性及设计效率.方法:选取14例鼻咽癌患者,每例患者均在整个治疗过程中接受4次CT模拟图像(分别为CT1、CT2、CT3、CT4).在Pinnacle计划系统(9.2m版本)上基于首次CT模拟图像(CT1)手工设计出满足处方剂量和危及器官剂量限制要求的调强放疗计划,并将CT1上手工计划的目标函数设置参数用Perl语言写入Pinnacle计划系统脚本,应用于同一患者的后续3个分次间CT图像(CT2、CT3、CT4)的自动计划设计.同时,由工作经验分别为不足1年和大于5年的两位物理师基于CT2独立设计手工计划,标记为Ma和Mb组.自动计划与手工计划的设计时间进行配对t检验.另外,由一名工作经验为10年以上的临床放疗医师评估手工计划和自动计划的临床可行性.结果:在CT2、CT3和CT4上设计的自动计划时间与Ma、Mb组的手工计划时间分别为(3.358±0.490)、(2.837±0.340)、(2.754±0.270)、(43.169±8.980)、(39.088±13.210)min,可应用于临床的计划所占比例分别为78.6％、78.6％、71.4％、78.6％、78.6％,且自动计划比手动计划在时间上有明显减少(P<0.05).结论:利用Perl语言基于第一分次的目标函数编写的自动化程序,可以完成后续多分次鼻咽癌自动计划设计.运用自动计划能够节省计划人员大量的计划设计时间,保证计划的设计质量,并为鼻咽癌多分次快速放疗计划设计提供一种便捷方案.
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基于体元密度权重的调强放射治疗优化方法
目的:在调强放射治疗(IMRT)的优化过程中,权重是一个可调参数.本文探讨加入体元密度权重的目标函数对IMRT优化结果的影响.方法:设定目标函数时,在权重中加入一个体元密度的幂乘项.首先制作一个虚拟体模,根据该体模的优化结果选择合适的参数.再选取5例临床实例设计10个放疗计划,对每一例病例分别用不考虑密度影响的IMRT优化方法和基于体元密度权重的IMRT优化方法设计放疗计划,比较靶区及危及器官的受量.结果:改进的目标函数中佳幂指数为3.根据剂量体积直方图和均匀性指数的评估结果,改进后的优化方法与传统方法相比,正常组织受量相当,靶区均匀性有所提高.结论:本文提出的改进优化算法可以提高放疗计划质量.
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基于共轭梯度法的调强算法的实现
目的:研究调强放射治疗(IMRT的具体实现与约束条件的表述.材料与方法:在每个射野方向上,利用真实的笔形束剂量分布数据,并加入机头散射、组织补偿等因素,计算得到单位剂量笔形束在特定位置形成的剂量分布.在优化过程中,以此笔形束剂量分布为依据进行剂量计算.用Visual C++6.0编写基于共轭梯度法的IMRT的算法实现,并考虑多种约束条件.后求解优化的射野笔形束权重,并加以分析.结果:在TPS软件中集成IMRT功能,并进行模拟病例的优化,获得了高适形度的剂量分布,满足DVH约束.结论:结合特定的约束条件,共轭梯度法能有效的优化射野笔形束权重,并且有较快的计算速度,有广阔的应用前景.
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基于多岛遗传算法的生物组织三维温度场重构研究
首次提出了基于多岛遗传算法进行生物组织三维温度场无损重构的重要思想,把复杂的生物热传导反问题的求解转换为正问题的求解过程,并通过实验对该重构思想的可行性和可靠性进行了验证.以生物组织内点热源的位置P(x,y,z)和温度t为优化变量,把同一表面各个对应点的实验温度值和计算温度值相减并取绝对值之和,以此为目标函数逐次迭代.目标值越小,则当前变量,即热源位置和温度值优.多岛遗传算法可以很好地应用于生物组织三维温度场的重构,无需提取生物组织全部的表面温度数据,为热传导反问题的研究提供了一条具有借鉴性的方法与思路.
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旋转MLC优化适形放射治疗中的射野适形度
采用多叶准直器(MLC)适形野放疗是临床中常用的技术,但其叶片的有限宽度造成的锯齿形射野轮廓是影响射野适形度的主要原因之一.通过模拟计算,考察了旋转准直器角度对射野适形度的影响,提出用多个旋转MLC野形成复合野以使靶区得到更均匀照射,从而避免靶区上的冷点和危及器官上的热点.结果表明,复合MLC射野不仅可以消除射野的锯齿形边界,明显提高射野的适形情况,同时复合射野后靶区的受照射面积也更均匀,避免了照射冷点的出现.
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下颌骨咬合肌肉力系的线性规划求解
阐述求解肌肉力系的四种数的数学模型,给出确定肌肉力和关节反力位置与方向的图形处理方法,用线性规划的方法对其中三种不同目标函数的数学模型进行求解,分析讨论求解结果.研究表明,以肌肉力总和为目标函数的优化模型结果比较合理,符合实际生理情况.
