基于组稀疏的快速非共面射束方向优化
医学物理
2017-10-17 v1
摘要
射束方向的选择是放射治疗规划中的关键步骤，由于候选射束数量庞大，这对于非共面放射治疗系统尤其具有挑战性。在本文中，我们报告了在射束方向优化的组稀疏方法上的进展，其中通过求解一个带有附加组稀疏惩罚项的大规模通量图优化问题来选择射束角度，该惩罚项鼓励大多数候选射束处于非活跃状态。该优化问题使用加速近端梯度方法——快速迭代收缩阈值算法（FISTA）求解。我们推导了相关近端算子的闭式表达式，这使得 FISTA 的应用成为可能。所提出的算法被用于为四个病例（包括头颈、肺和前列腺病例）创建非共面治疗计划，并将所得计划与临床计划进行比较。组稀疏治疗计划的剂量学质量优于临床计划。此外，组稀疏方法的运行时间通常约为 5 分钟。此前用于射束方向优化的组稀疏方法无法处理此规模的问题，该方法在求解小得多的共面病例时速度很慢。这项工作首次证明，组稀疏方法与 FISTA 等加速近端梯度方法相结合，能够有效处理具有 500-800 个候选射束的非共面病例。
引用
@article{arxiv.1710.05308,
title = {Fast non-coplanar beam orientation optimization based on group sparsity},
author = {Daniel O'Connor and Yevgen Voronenko and Dan Nguyen and Wotao Yin and Ke Sheng},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.05308},
year = {2017}
}
备注
A preliminary version of this work was reported in the AAPM 2016 oral presentation "4pi Non-Coplanar IMRT Beam Angle Selection by Convex Optimization with Group Sparsity Penalty" (link: http://www.aapm.org/meetings/2016am/PRAbs.asp?mid=115&aid=33413)