一種用于減少治療時間的多發性腫瘤放射線路徑優化方法技術

本發明專利技術一種用于減少治療時間的多發性腫瘤放射線路徑優化方法屬于醫療設備和人工智能技術領域；該方法首先將實際腫瘤區域退化成實際腫瘤點，確定實際腫瘤點的坐標；然后計算任意兩個實際腫瘤點之間的距離，建立距離矩陣；再初始化探索參數，計算啟發函數初值；接著探索最佳環路路徑；最后找到最佳環路路徑中距離最大的兩個實際腫瘤點，最佳環路路徑去掉所述兩個實際腫瘤點的連線，剩余部分即為最終路徑；本發明專利技術將實際腫瘤區域退化成一個腫瘤點，將放射線掃描問題轉換為如何遍歷所有腫瘤點且路徑最短問題，并提出了一種路徑優化方法，大大降低治療時間，減輕病人治療痛苦，將對人工智能在醫療設備中的發展起到積極的促進作用。

【技術實現步驟摘要】
一種用于減少治療時間的多發性腫瘤放射線路徑優化方法
本專利技術一種用于減少治療時間的多發性腫瘤放射線路徑優化方法屬于醫療設備和人工智能

技術介紹
腫瘤放射治療是利用放射線治療腫瘤的一種局部治療方法。放射線包括放射性同位素產生的α、β、γ射線和各類X射線治療機或加速器產生的X射線、電子線、質子束及其他粒子束等。據統計，大約70％的癌癥患者在治療癌癥的過程中需要用放射治療，約有40％的癌癥可以用放療根治。放射治療在腫瘤治療中的作用和地位日益突出，已成為治療惡性腫瘤的主要手段之一。惡性腫瘤能夠轉移，即原發惡性腫瘤中的癌細胞通過血管、淋巴管以及腫瘤周圍組織，隨著血液、淋巴液和體液的運行，向其他遠處部位的組織和器官轉移，并且“生根”、“發芽”，形成與原發性腫瘤同樣性質類型的惡性腫瘤，由于這些惡性腫瘤表現為在多處發生，因此稱之為多發性腫瘤。對于多發性腫瘤的放射線治療，早期的方式是將多發性腫瘤看成多個獨立的腫瘤，每次只針對其中一個腫瘤進行放射線治療，這種方式需要多次治療才能完成一個療程，治療時間長，治療成本高。針對上述方法所產生的問題，又出現了一種類似打印機打印文檔的多發性腫瘤放射線掃描方法，在這種方法中，將多發性腫瘤看成一個只需局部治療的大的腫瘤，其中，需要治療的區域為實際腫瘤區域，而不需要治療的區域為實際非腫瘤區域，放射線發生裝置以噴墨打印機打印文檔的方式掃過大的腫瘤，在實際腫瘤區域投射放射線，在實際非腫瘤區域不投射放射線。這種方式雖然技術相對復雜，但是一次治療就可以完成一個療程，大大縮短了治療時間，降低了治療成本，已成為現階段多發性腫瘤放射線治療的主要方法。在上述方法中，由于放射線發生裝置也要掃過實際非腫瘤區域，而實際非腫瘤區域的面積往往遠遠大于實際腫瘤區域，因此，大量治療時間浪費在了實際非腫瘤區域掃描過程中，如果能夠降低這部分區域的掃描時間，從一個實際腫瘤區域快速運動到另一個實際腫瘤區域，可以大大降低治療時間，減輕病人治療痛苦，然而，還沒有查閱到有相關的方法出現。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術公開了一種用于減少治療時間的多發性腫瘤放射線路徑優化方法，該方法從類似打印機打印文檔的多發性腫瘤放射線掃描方法發展而來，利用實際非腫瘤區域往往遠大于實際腫瘤區域的特點，將實際腫瘤區域退化成一個腫瘤點，將放射線掃描問題轉換為如何遍歷所有腫瘤點且路徑最短問題，并提出了一種路徑優化方法，這種方法有利于大大降低治療時間，減輕病人治療痛苦，將對人工智能在醫療設備中的發展起到積極的促進作用。本專利技術的目的是這樣實現的：面向多發性腫瘤放射治療的高能X射線區域路徑優化方法，包括以下步驟：步驟a、將實際腫瘤區域退化成實際腫瘤點，確定實際腫瘤點的坐標；具體為：將實際腫瘤點坐標填寫到實際腫瘤點矩陣中，所述實際腫瘤點矩陣的每一行表示一個實際腫瘤點坐標，實際腫瘤點矩陣的第一列表示實際腫瘤點橫坐標，實際腫瘤點矩陣的第二列表示實際腫瘤點縱坐標；步驟b、計算任意兩個實際腫瘤點之間的距離，建立距離矩陣；具體為：構建一個行列數均與實際腫瘤點數相同的方塊矩陣，所述方塊矩陣的第i行第j列表示第i個實際腫瘤點距離第j個實際腫瘤點的距離；步驟c、初始化探索參數，計算啟發函數初值；具體為：初始化探索維度、啟發因子、保留因子、知識矩陣、探索初值和探索終值；啟發函數為距離矩陣的倒數；步驟d、探索最佳環路路徑；具體為：從探索初值開始，向探索終值進行迭代，在每一次迭代過程中，多個維度共同探索最佳路徑，包括以下步驟：步驟d1、在每個維度下，以任意一個實際腫瘤點作為探索起點，并初始化路徑記錄表；步驟d2、補充每個維度的探索路徑；具體為：步驟d21、區分已訪問實際腫瘤點；步驟d22、區分待訪問實際腫瘤點；步驟d23、計算待訪問實際腫瘤點間的探索概率；具體為：在當前維度下，對于未探索的實際腫瘤點，首先計算Aij＝τij·[ηij]β，其中，τij為知識矩陣中第i行第j列元素，ηij為啟發函數，與第i個實際腫瘤點和第j個實際腫瘤點之間的距離成反比，β表示啟發因子；然后計算B＝∑Aij；最后構建0方塊矩陣P，并按照Pij＝Aij/B的算法給矩陣P賦值；步驟d24、采用輪盤賭方法確定要探索的下一個實際腫瘤點；步驟d3、計算每個維度下探索路徑的距離；步驟d4、計算最短探索距離；步驟d5、更新信息矩陣；具體為：上式為賦值語句，等式右邊的τij表示當前探索值下知識矩陣中第i行第j列元素，等式左邊的τij表示下一探索值下知識矩陣中第i行第j列元素，ρ表示保留因子；步驟e、找到最佳環路路徑中距離最大的兩個實際腫瘤點，最佳環路路徑去掉所述兩個實際腫瘤點的連線，剩余部分即為最終路徑。上述面向多發性腫瘤放射治療的高能X射線區域路徑優化方法用于治療多發性腫瘤。上述面向多發性腫瘤放射治療的高能X射線區域路徑優化方法在放射治療設備中的應用。有益效果：第一、本專利技術從類似打印機打印文檔的多發性腫瘤放射線掃描方法發展而來，利用實際非腫瘤區域往往遠大于實際腫瘤區域的特點，將實際腫瘤區域退化成一個腫瘤點，將放射線掃描問題轉換為如何遍歷所有腫瘤點且路徑最短問題，并提出了一種路徑優化方法，這種方法有效避免大量治療時間浪費在了實際非腫瘤區域掃描過程中，有利于大大降低治療時間，減輕病人治療痛苦，將對人工智能在醫療設備中的發展起到積極的促進作用。第二、在本專利技術路徑優化方法中，提出了一種迭代方法，通過探索維度、啟發因子、保留因子、知識矩陣之間的相互運算，實現了對最短距離的探索。第三、在本專利技術方法中，通過引用輪盤賭方法，實現探索路徑的改變，有效避免探索路徑集中到局部最優值。第四、本專利技術同本課題組同日申請的專利技術專利《面向多發性腫瘤放射治療的高能X射線區域路徑優化方法》相比，由于在更新信息矩陣的步驟中，將當前維度下，已經探測實際腫瘤點的總距離替換為1；同本課題組同日申請的專利技術專利《一種針對多發性腫瘤的放療設備高能光束路徑優化方法》相比，由于在更新信息矩陣的步驟中，將當前維度下，第i個已探測實際腫瘤點到第j個未探測實際腫瘤點之間的距離替換為1，因此節省了總距離的計算過程和兩個實際腫瘤點之間距離的調用過程，使得算法用時也更少。附圖說明圖1是本專利技術一種用于減少治療時間的多發性腫瘤放射線路徑優化方法流程圖。圖2是仿真實驗的程序的運行結果。圖3是仿真實驗的Matlab軟件界面截圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術具體實施方式作進一步詳細描述。具體實施方式一以下是本專利技術一種用于減少治療時間的多發性腫瘤放射線路徑優化方法的實施方式。本實施方式的一種用于減少治療時間的多發性腫瘤放射線路徑優化方法，流程圖如圖1所示，該方法包括以下步驟：步驟a、將實際腫瘤區域退化成實際腫瘤點，確定實際腫瘤點的坐標；具體為：將實際腫瘤點坐標填寫到實際腫瘤點矩陣中，所述實際腫瘤點矩陣的每一行表示一個實際腫瘤點坐標，實際腫瘤點矩陣的第一列表示實際腫瘤點橫坐標，實際腫瘤點矩陣的第二列表示實際腫瘤點縱坐標；步驟b、計算任意兩個實際腫瘤點之間的距離，建立距離矩陣；具體為：構建一個行列數均與實際腫瘤點數相同的方塊矩陣，所述方塊矩陣的第i行第j列表示第i個實際腫瘤點距離第j個實際腫瘤點的距離；步驟c、初始化探索參數，計算啟發函數初值；具體為：初始化探索維度、啟發因子本文檔來自技高網...

【技術保護點】
面向多發性腫瘤放射治療的高能X射線區域路徑優化方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟a、將實際腫瘤區域退化成實際腫瘤點，確定實際腫瘤點的坐標；具體為：將實際腫瘤點坐標填寫到實際腫瘤點矩陣中，所述實際腫瘤點矩陣的每一行表示一個實際腫瘤點坐標，實際腫瘤點矩陣的第一列表示實際腫瘤點橫坐標，實際腫瘤點矩陣的第二列表示實際腫瘤點縱坐標；步驟b、計算任意兩個實際腫瘤點之間的距離，建立距離矩陣；具體為：構建一個行列數均與實際腫瘤點數相同的方塊矩陣，所述方塊矩陣的第i行第j列表示第i個實際腫瘤點距離第j個實際腫瘤點的距離；步驟c、初始化探索參數，計算啟發函數初值；具體為：初始化探索維度、啟發因子、保留因子、知識矩陣、探索初值和探索終值；啟發函數為距離矩陣的倒數；步驟d、探索最佳環路路徑；具體為：從探索初值開始，向探索終值進行迭代，在每一次迭代過程中，多個維度共同探索最佳路徑，包括以下步驟：步驟d1、在每個維度下，以任意一個實際腫瘤點作為探索起點，并初始化路徑記錄表；步驟d2、補充每個維度的探索路徑；具體為：步驟d21、區分已訪問實際腫瘤點；步驟d22、區分待訪問實際腫瘤點；步驟d23、計算待訪問實際腫瘤點間的探索概率；具體為：在當前維度下，對于未探索的實際腫瘤點，首先計算Aij＝τij·[ηij]...

【技術特征摘要】
1.面向多發性腫瘤放射治療的高能X射線區域路徑優化方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟a、將實際腫瘤區域退化成實際腫瘤點，確定實際腫瘤點的坐標；具體為：將實際腫瘤點坐標填寫到實際腫瘤點矩陣中，所述實際腫瘤點矩陣的每一行表示一個實際腫瘤點坐標，實際腫瘤點矩陣的第一列表示實際腫瘤點橫坐標，實際腫瘤點矩陣的第二列表示實際腫瘤點縱坐標；步驟b、計算任意兩個實際腫瘤點之間的距離，建立距離矩陣；具體為：構建一個行列數均與實際腫瘤點數相同的方塊矩陣，所述方塊矩陣的第i行第j列表示第i個實際腫瘤點距離第j個實際腫瘤點的距離；步驟c、初始化探索參數，計算啟發函數初值；具體為：初始化探索維度、啟發因子、保留因子、知識矩陣、探索初值和探索終值；啟發函數為距離矩陣的倒數；步驟d、探索最佳環路路徑；具體為：從探索初值開始，向探索終值進行迭代，在每一次迭代過程中，多個維度共同探索最佳路徑，包括以下步驟：步驟d1、在每個維度下，以任意一個實際腫瘤點作為探索起點，并初始化路徑記錄表；步驟d2、補充每個維度的探索路徑；具體為：步驟d21、區分已訪問實際腫瘤點；步驟d22、區分待訪問實...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙煙橋，韓玉翠，樊琪，史領，吳海濱，
申請(專利權)人：哈爾濱理工大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江,23