ارائه مدل بهینه سازی دو هدفه برای برنامه‌ریزی درمان سلول‌های سرطانی به روش پرتو درمانی با حجم تطبیق شده

نوع مقاله : مقاله صنایع

نویسنده

گروه مهندسی صنایع، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

10.22075/jme.2020.21037.1942

چکیده

بیماری سرطان به عنوان یکی از مهم‌ترین علل مرگ در جهان، روند رو به رشدی در سال‌های اخیر داشته است و پیش‌بینی می‌شود که این روند در سال‌های آتی همچنان ادامه یابد. بنابراین اهمیت تدوین برنامه کنترل سرطان و لزوم ارائه روش‌های مؤثر اهمیت بسزایی دارد. با توجه به اینکه پرتو درمانی روشی مؤثر برای درمان سرطان است، مطالعات بر روی این روش درمان مهم و قابل توجه است. هدف اصلی این مقاله، ارائه مدل ریاضی برای جدیدترین روش پرتو درمانی با نام پرتو درمانی با حجم تطبیق شده است. در اکثر مطالعات انجام شده در این زمینه به دلیل پیچیدگی مدل، هدف مسأله را بیشینه سازی دوز دریافتی در ناحیه هدف و یا کمینه سازی دوز دریافتی در ناحیه ارگان‌های در معرض خطر قرار داده‌اند. در این مطالعه سعی شده هر دو هدف با هم در نظر گرفته شده و یک مدل دو هدفه ارائه شود. نتایج 8 نمونه مورد بررسی نشان می‌دهد میزان دوز دریافتی در ناحیه هدف به میزان قابل توجهی بیشتر از دوز دریافتی در ناحیه اطراف تومور است. علاوه بر افزایش دوز دریافتی در ناحیه هدف و کاهش دوز دریافتی در سلول‌های اطراف هدف، نحوه توزیع دوز در وکسل‌ها بسیار مهم است، از این رو دوز به دست آمده با شاخص ضریب تغییر مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد مدل ارائه شده با ضریب تغییر کمتر از 10% توزیع دوز منسجمی در تمام بافت‌ها (بافت سرطانی و بافت سالم) دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A bi-objective optimization model for planning the treatment of cancer cells by volumetric modulated arc therapy

نویسنده [English]

  • Taha Keshavarz
چکیده [English]

Cancer, one of the leading causes of death in the world, has been on the rise in recent years and is expected to continue in the coming years. Therefore, the importance of developing a cancer control program and the need to provide effective methods is very important. Given that radiation therapy is an effective way to treat cancer, studies on this method of treatment are important and significant. The main purpose of this paper is to provide a mathematical model for the latest method of radiotherapy called volumetric modulated arc therapy. In most studies in this field, due to the complexity of the model, the purpose of the problem is to maximize the dose received in the target area or to minimize the dose received in the area organs at risk. In this study, both objectives are considered together and a bi-objective model is presented. The results of the 8 studied instances show that the dose received in the target area is significantly higher than the dose received in the area around the tumor. In addition to increasing the dose received in the target area and decreasing the dose received in the cells around the target, the distribution of the dose in the voxels is very important, so the dose was examined with the coefficient of variation. The results show that the proposed model with a coefficient of variation of less than 10% has a conformal dose distribution in all tissues (cancerous tissue and healthy tissue).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Radiotherapy
  • Cancer cells
  • VMAT
  • Bi-objective optimization
  • Integer programming