استفاده از مدل برنامه ريزي خطي مختلط عدد صحيح جهت بهينه - سازي زاويه و شدت پرتو در پرتودرماني با شدت مدوله شده

Using Mixed Integer Linear Programming Model For Beam Angle and Fluence Map Optimization In Intensity- Modulated Radiation Therapy

مقدمه: پرتودرماني با شدت مدوله شده يكي از روش هاي درمان تومورهاي سرطاني مي باشد. ميزان كارآيي اين روش وابسته به دقت وكيفيت طراحي درمان مي باشد. بنابراين نياز به برنامه اي جهت انتخاب هم زمان زاويه و شدت پرتو مشاهده مي شود. روش بررسي: در اين پژوهش يك مدل برنامه ريزي خطي مختلط عدد صحيح براي بهينه سازي هم زمان زاويه و شدت در محيط برنامه نويسي GAMS ارائه گرديد. براي پياده سازي مدل، بعد از تهيهCT بيمار به كانتورينگ ارگان ها توسط نرم افزار CERR پرداخته و ماتريس اثر مربوط به هر ارگان حاصل شد. بعد از جمع آوري ورودي هاي مساله، براي به دست آوردن خروجي هاي مورد نظر از حل كننده CPLEX نرم افزار GAMS استفاده شد. نتايج: در نهايت، مورد واقعي سرطان سر و گردن براي نشان دادن كارايي مدل بررسي شده است. از بين زاويه ها كانديد، ، به عنوان زاويه ها تابش بهينه انتخاب شده است. حداكثر دوز دريافت شده توسط ساقه مغز 3. 999، فك پايين 70، چشم چپ 0/026، چشم راست 0/440، غده بناگوشي 0/881، كياسماي اپتيك 0/177، عصب بينايي 0/167، نخاع 9/929 گري و حداقل دوز دريافت شده توسط تومور 70 گري است. هم چنين مقدار بهينه شدت بيملت ها براي پياده سازي طرح درمان بر روي بيمار به دست آمده است. نتيجه گيري: مقدار دوز دريافت شده توسط هر ارگان نسبت به دوزهاي تجويزي بهبود قابل توجهي داشته است. هم چنين مقايسه نمودار دوز- حجم حاصل از حل يك مساله مشترك توسط مدل و نرم افزار CERR، بيانگر عملكرد مطلوب مدل است كه در نتيجه نرخ امنيت را بهبود مي دهد و عوارض براي بافت هاي سالم را كاهش مي دهد.

Introdution: 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. Methods: 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. Results: Finally، the actual case of head and neck cancer is analyzed to demonstrate the effectiveness of the model. From the angle of the candidate، ، 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. Conclusion: The dose received by each organ was significantly improved compared to prescribing doses. 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.