The Journal of Shahid Sadoughi University of Medical Sciences
مجله علمي پژوهشي دانشگاه علوم پزشكي شهید صدوقی يزد
JSSU
Medical Sciences
http://jssu.ssu.ac.ir
20
journal20
2228-5741
2228-5733
fa
jalali
1397
1
1
gregorian
2018
4
1
26
1
online
1
fulltext
fa
استفاده از مدل برنامهریزی خطی مختلط عدد صحیح جهت بهینه-سازی زاویه و شدت پرتو در پرتودرمانی با شدت مدوله شده
Using Mixed Integer Linear Programming Model For Beam Angle And Fluence Map Optimization In Intensity- Modulated Radiation Therapy
فیزیک پزشکی
Medical Physics
پژوهشي
Original article
<strong><span style="color:#006386;"><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;">مقدمه:</span></span></span></strong><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;"> پرتودرمانی با شدت مدوله شده یکی از روش­های درمان تومورهای سرطانی می­باشد. میزان کارآیی این روش وابسته به دقت وکیفیت طراحی درمان می­باشد. بنابراین نیاز به برنامه­ای جهت انتخاب هم­زمان زاویه و شدت پرتو مشاهده می­شود.</span></span><br>
<strong><span style="color:#006386;"><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;">روش بررسی:</span></span></span></strong><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;"> در این پژوهش یک مدل برنامه­ریزی خطی مختلط عدد صحیح برای بهینه­سازی هم­زمان زاویه و شدت در محیط برنامه­نویسی </span></span><span dir="LTR"><span style="font-family:times new roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">GAMS</span></span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;"> ارائه گردید. برای پیاده­سازی مدل، بعد از تهیه</span></span><span dir="LTR"><span style="font-family:times new roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">CT</span></span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;"> بیمار به کانتورینگ ارگان­ها توسط نرم­افزار </span></span><span dir="LTR"><span style="font-family:times new roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">CERR</span></span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;"> پرداخته و ماتریس اثر مربوط به هر ارگان­ حاصل شد. بعد از جمع­آوری ورودی­های مسأله، برای به دست آوردن خروجی­های مورد نظر از<br>
حلکننده </span></span><span dir="LTR"><span style="font-family:times new roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">CPLEX</span></span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;"> نرم­افزار </span></span><span dir="LTR"><span style="font-family:times new roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">GAMS</span></span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;"> استفاده شد.</span></span><br>
<strong><span style="color:#006386;"><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;">نتایج:</span></span></span></strong><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;"> در نهایت، مورد واقعی سرطان سر و گردن برای نشان دادن کارایی مدل بررسی شده است. از بین زاویه­ها کاندید، </span></span> <span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;">، به عنوان زاویه­ها تابش بهینه انتخاب شده است. حداکثر دوز دریافت شده توسط ساقه مغز <span style="color:black;">999/3</span>، فک پایین <span style="color:black;">70</span>، چشم چپ <span style="color:black;">026/0</span>، چشم راست <span style="color:black;">440/0</span>، غده بناگوشی <span style="color:black;">881/0</span>، کیاسمای اپتیک <span style="color:black;">177/0</span>، عصب بینایی <span style="color:black;">167/0</span>، نخاع <span style="color:black;">929/9</span> گری و حداقل دوز دریافت شده توسط تومور 70 گری است. هم­چنین مقدار بهینه شدت بیملت­ها برای پیاده­سازی طرح درمان بر روی بیمار به دست آمده است.</span></span><br>
<strong><span style="color:#006386;"><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;">نتیجهگیری:</span></span></span></strong><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;"> مقدار دوز دریافت شده توسط هر ارگان نسبت به دوزهای تجویزی بهبود قابل توجهی داشته است. هم­چنین مقایسه­ نمودار دوز- حجم حاصل از حل یک مسأله مشترک توسط مدل و نرم­افزار </span></span><span dir="LTR"><span style="font-family:times new roman,serif;"><span style="font-size:10.0pt;">CERR</span></span></span><span style="font-family:b nazanin;"><span style="font-size:12.0pt;">، بیانگر عملکرد مطلوب مدل است که در نتیجه نرخ امنیت را بهبود می­دهد و عوارض برای بافت­های سالم را کاهش می­دهد.</span></span>
<strong>Introdution:</strong> Intensity- modulated radiation therapy is one of the treatment methods for cancer tumors. The effectiveness of this method is dependent on the accuracy and treatment planning quality. Therefore, there is a need for a plan to select the angle and intensity simultaneous optimum of radiation.<br>
<strong>Methods: </strong>In this study, an mixed integer linear programming model was proposed for simultaneous optimization of angles and intensity in the GAMS programming environment.To implement the model, after the patient's CT was prepared, the organ cantoring was performed by CERR software and the Influence Matrix was obtained for each organ. After collecting the inputs of the problem, in order to obtain the desired outputs, was used from The GAMS software from the CPLEX solver.<br>
<strong>Results:</strong> Finally, the actual case of head and neck cancer is analyzed to demonstrate the effectiveness of the model. From the angle of the candidate, <span dir="RTL">،</span> is chosen as the optimal radiation angles. The maximum dose received by the brainstem was 3. 999, Mandible 70, LeftOrbit 0.026, RightOrbit 0.440, Parotid Gland 0.881, OpticChiasm 0.177, OpticNerves 0.167, spinalcord 9.929 Gray and the minimum dose received by the tumor is 70 Gray. Also, the optimal amount of intensity for implementing the treatment plan on the patient is achieved.<br>
<strong>Conclusion:</strong> The dose received by each organ was significantly improved compared to prescribing doses<span dir="RTL">.</span> Similarly, the comparison of the Dose Volume Histogram obtained by solving a common problem with the model and software CERR, Represents the optimal performance of the model, which improves the security rate and reduces the cost for healthy tissues.
پرتودرمانی با شدت مدوله شده, بهینهسازی شدت پرتو, بهینه سازی زاویه پرتو, مدل برنامهریزی خطی مختلط عدد صحیح
Intensity- Modulated Radiation Therapy, Fluence Map Optimization, Beam Angle Optimization, Mixed Integer Linear Programming Model
27
39
http://jssu.ssu.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-3320-1&slc_lang=fa&sid=1
Ahmad
Sadegheih
احمد
صادقیه
sadegheih@yazd.ac.ir