بهينه‌سازي چندهدفه درمان سرطان با استفاده از الگوريتم‌ NSWOA

Multi-objective optimization of cancer treatment using NSWOA algorithm

مدل ­سازي رياضي سيستم ­هاي بيولوژيكي يكي از مطلوب­ ترين روش ­ها براي مطالعه اين پديده­ هاي زيستي مي ­باشد. توسعه­ ي مدل­ هاي رياضي براي شبيه­ سازي، كنترل و پيش­ بيني پديده ­ها همواره اهميت داشته است. از جمله مزاياي استفاده از مدل­ هاي رياضي، كاربرد آن­ها در بهينه ­سازي مي­ باشد. مسأله درمان سرطان به عنوان يك مسأله كنترل بهينه با هدف كاهش غلظت سلول­ هاي سرطاني در بازه زماني درمان مي ­باشد. در حل اين مسأله موضوع مهمي كه در مطالعات قبلي در نظر گرفته نمي­شد، غلظت داروي مصرفي بود، كه به طور قابل­ توجهي بر سلامت باليني بيماران تأثير مي­ گذاشت. با توجه به اين موضوع، مطالعه حاضر با هدف به دست­آوردن يك پروتكل بهينه تجويز دارو با حداقل ­رساندن غلظت سلول­ هاي سرطاني و حداقل ­رساندن غلظت دارو انجام گرفت. حل اين مسأله چندهدفه براي اولين بار با الگوريتم بهينه­ سازيNSWOA انجام شده و نتايج با الگوريتم NSGA-II مقايسه شدند. منحني جبهه پارتو به ­دست ­آمده از هر دو الگوريتم، مجموعه­ اي از بهينه­ ترين راه ­­حل ­ها را ارائه مي ­دهد كه با توجه به معيارهاي انتخابي درمان، يكي از اين نقاط به عنوان پروتكل تجويز دارو انتخاب مي ­شود. مقايسه­ ي نتايج نشان مي­ دهد الگوريتم NSWOA توانمندي بسيار خوبي در حل اين مساله بهينه ­سازي دارد.

Mathematical modeling of biological systems is one of the most desirable methods for studying the behavior of these biological phenomena. The development of mathematical models has always been important for simulating, controlling, and predicting phenomena. One of the advantages of mathematical models is their application in optimization. Solving cancer therapy as an optimal control problem aims to reduce the concentration of cancer cells in the treatment period. In this solution, an important aspect that was not considered in previous studies was the optimum drug concentration that significantly affected patients' clinical health. Due to this, the present study was carried out to obtain an optimal drug-prescribing protocol to minimize the concentration of cancer cells and the drug concentration. This Multi-objective problem has been solved, for the first time, using the NSWOA algorithm, and the results were compared with the NSGA-II algorithm. Pareto front curve obtained from both algorithms offers a set of the most optimal solutions. According to the criteria of treatment choice, one of these points is chosen as the drug administration protocol.