بهینه‌سازی مکان چشمه‌های براکی تراپی در دو و سه بعد با کاربست الگوریتم ژنتیک

نویسندگان

1 دانشگاه حکیم سبزواری

2 دانشگاه پیام نور تهران

3 دانشگاه پیام نور مشهد

4 دانشگاه فردوسی مشهد

10.22052/1.3.15

چکیده

بهینه‌سازی در روش پرتودرمانی براکی تراپی، یکی از موضوعات مهم و جذاب فیزیک پزشکی است. در این تحقیق، یک کُد کامپیوتری برای الگوریتم ژنتیک به‌کمک نرم‌افزار متلب برای بهینه‌سازی نوشته‌ شده است که مناسب‌ترین مکان‌های چشمۀ براکی تراپی به‌همراه بهینۀ مقدار یک پارامتر وزنی را تعیین می‌کند. این پارامتر وزنی مربوط به فعالیت چشمه‌های براکی تراپی کاشتنی مثل ید-125 است یا مدت زمان تابش‌دهی چشمه در هر مکان، برای چشمه‌های براکی تراپی پس- بارگذاری مثل ایریدیم- 192 است. کد را برای چند شکل اختیاری تومور در فضاهای دو بعدی و سه بعدی به‌کار برده‌ و مناسب‌ترین مکان‌های قرار گرفتن دانۀ چشمه‌های براکی تراپی و فعالیت هر یک پیدا شده است. برای هر تومور مورد نظر، بهینه‌سازی به‌گونه‌ای انجام شده که نقاط واقع بر لبۀ مرز، درحالت دو بعدی یا نقاط روی سطح در حالت سه بعدی، دز معین را داشته و همۀ نقاط درون تومور، دزی بیشتر یا برابر با دز تعیین شده روی سطح یا نقاط واقع در مرز را داشته باشند. نتایج منحنی‌های هم‌دز نشان می‌دهد که بهینه‌سازی در حد بسیار مطلوبی انجام شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Position optimization of brachytherapy sources at 2D and 3D using genetic algorithm

نویسندگان [English]

  • Ali Asghar Mowlavi 1
  • Mahmood Zibandeh-Gorji 2
  • saeed Mohammadi 3
  • Hadi Sadoghi-Yazdi 4
چکیده [English]

Optimization in radiotherapy is one of an important and attractive topic in Medical Physics. In this study, we have written a computer code base on genetic algorithm using MATLAB software, to optimize the best places of brachytherapy sources with optimal value of a parameter which is determined by weight. The weight parameter is related to the activity of each seed implant brachytherapy sources, such as iodine -125, or the irradiation time in each place after loading brachytherapy source like Iridium-192. We have run the code for some arbitrary tumor’s shapes in two and three dimensions spaces and the optimized places for seeds of Ioine-125 brachytherapy source and their activities are founded. For each tumor, the optimization is done so that the points on the boundary edge of two-dimensional or three-dimensional object, points on the surface and all points within a given dose greater or equal to the dose on the surface or in the border areas have. The Isodose curves show the result of dose optimization is done at the desirable level.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Genetic algorithm Optimization
  • Ioine-125 brachytherapy source
  • Iso-dose curves
[1] Häfeli U. O., Roberts W. K., Meier D. S. et al., "Dosimetry of a W-188/Re-188 beta line source for endovascular brachytherapy" Medical Physics,Vol. 27, No. 4, 2000, pp. 668-675. [2] Udale-Smith M., "Monte Carlo calculations of electron beam parameters for three Philips linear accelerators", Physics in Medicine & Biology, Vol. 37, No. 1, 1992, pp. 85–105. [3] Karaiskos P., Angelopoulos A., Baras P., Rozaki-Mavrouli H., Sandilos P., et al., "Dose rate calculations around 192Ir brachytherapy sources using a Sievert integration model", Physics in Medicine & Biology, Vol. 45, No. 2, 2000, pp. 383–398. [4] Gifford K. A., Mourtada F., Cho S. H., Lawyer A., Horton J. L., "Monte Carlo calculations of the dose distribution around a commercial gynecologic tandem applicator', Radiother Oncol, Vol. 77, No. 2, 2005, pp. 210–215. [5] Mowlavi A. A., Cupardo F., Severgnini M., "Monte Carlo and experimental relative dose determination for an Ir-192 source in water phantom", Iranian Journal of Radiation Research, Vol. 6, No. 1, 2008, pp. 37–42. [6] Ling C. C., Schell M. C., Yorke E. D., Palos B. B., Kubiatowicz D. O., "Two-dimensional dose distribution of 125I seeds", Medical Physics, Vol. 12, No. 5, 1985, pp. 652-655. [7] Singh V., Mukherjee L., Xu J., Hoffmann K. R., Dinu P. M., Podgorsak M., "Brachytherapy seed localization using geometric and linear programming techniques", IEEE Transactions of Medical Imaging, Vol. 26, No. 9, 2007, pp. 1291-304. [8] AAPM Report No. 21, "Recommendations of AAPM Task Group 32: Specification of Brachytherapy Source Strength", New York: American Institute of Physics, 1987. [9] Williamson J. F., Thomadsen B. R., Nath R., editors, "Brachytherapy Physics", Medical Physics Publishing, Madison WI, 1995. [10] Nath R., Anderson L. L., Luxton G., Weaver K. A., Williamson J. F., Meigooni A.S., "Dosimetry of interstitial brachytherapy sources: recommendations of the AAPM Radiation Therapy Committee Task Group No. 43", Medical Physic, Vol. 22, No. 2, 1995, pp. 209–234. [11] Meyer R. R., D’Souza W. D., Ferris M. C., Thomadsen B. R., "MIP models and BB strategies in brachytherapy treatment optimization", Journal of Global Optimization, Vol. 25, No. 1, 2003, pp. 23–42. [12] Kolkman-Deurloo I. K. K., Visser A. G., Niël C. G., Driver N., Levendag P.C., "Optimization of interstitial volume implants", Radiotherapy and Oncology, Vol. 31, No. 3, 1994, pp. 229–239. [13] Saw C. B., Suntharalingam N. "Quantitative assessment of interstitial implants", International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, Vol. 20, No. 1, 1991, pp. 135–39. [14] Morton G. C., Sankreacha R., Halina P., Loblaw A., "A comparison of anatomy–based inverse planning with simulated annealing and graphical optimization for high-dose-rate prostate brachytherapy", Brachytherapy, Vol. 7, No. 1, 2008, pp. 12–16. [15] Chaswal V., Yoo S., Thomadsen B. R., Henderson D. L., "Multi-species prostate implant treatment plans incorporating 192Ir and 125I using a Greedy Heuristic based 3D optimization algorithm", Medical Physic, Vol. 34, No. 2, 2007, pp. 436–44. [16] Shwetha B., Ravikumar M., Katke A., Supe S. S., VenkataGiri G., Ramanand N., Pasha T., "Dosimetric comparison of various optimization techniques for high dose rate brachytherapy of interstitial cervix implants", Journal of Applied Clinical Medical Physics, Vol. 11, No. 3, 2010, pp. 225-230. [17] Alterovitz R., Lessard E., Pouliot J., Hsu I. C. J., O’Brien J. F., Goldberg K., "Optimization of HDR brachytherapy dose distributions using linear programming with penalty costs", Medical Physics, Vol. 33, No. 11, 2006, pp. 4012-4019. [18] De Boeck L., Beliën J., Egyed W., "Center for Modeling and Simulation" , HUBrussel, Brussels, Belgium, 2011, Available online at: https://lirias.hubrussel.be/bitstream/123456789/5208/1/11HRP32.pdf