استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی pso جهت طراحی مکان چشمه‌های براکی‌تراپی پالادیوم

پرتودرمانی یکی از موثرترین روش‌های درمان سرطان است. روش پرتودهی از نزدیک یا براکی‌تراپی به‌طور گسترده برای درمان سرطان‌ها استفاده می‌شود. بنابراین طراحی درمان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. اصل اساسی در پرتودرمانی، وارد کردن حداکثر آسیب به تومور و حداقل آسیب به بافت‌های طبیعی است. مکان چشمه‌های براکی‌تراپی بایستی به‌گونه‌ای طراحی شود تا توزیع دز آن‌ها مطابق طرح درمان باشد و با دز تجویزی هم‌خوانی داشته باشد. ارزیابی دقیق برای اجتناب از رسیدن دز زیاد به سایر ارگان‌ها به‌ویژه ارگان‌های حساس ضروری است. در طراحی پیش از درمان می‌توان از الگوریتم‌های بهینه‌سازی بهره گرفت. هدف این است که برای هر تومور، بهینه‌سازی به‌گونه‌ای انجام شود که نقاط واقع بر لبه مرز تومور، دز معین داشته و نقاط درون تومور دزی بیش‌تر یا برابر با دز تعیین شده روی نقاط واقع در مرز را داشته باشند. دقت بهینه‌سازی و یافتن مکان بهینه چشمه‌ها، در طراحی درمان بسیار مهم است. در این مقاله به کمک الگوریتم ازدحام ذرات (pso)، مکان چشمه‌های پالادیوم103، که برای درمان سرطان پروستات به‌کار می‌رود، بهینه‌سازی می‌شود. برنامه با تومورهای مختلف و در وضعیت‌های متفاوت اجرا شده است. نتایج نشان می‌دهد با استفاده از این الگوریتم و با تعداد دلخواه 5 و 40 چشمه، بیش از 90% نقاط روی مرز تومورهای دایره‌ای و بیضوی، دز تعیین شده را دریافت می‌کنند. هم‌چنین بهترین مکان قرارگرفتن دانه‌های براکی‌تراپی و مشخصات آن‌ها به‌دست می‌آید. این پژوهش نشان می‌دهد که الگوریتم pso می‌تواند برای بهینه‌سازی مکان چشمه‌های براکی‌تراپی به‌روش کاشت داخل‌نسجی که معمولاً از تعداد زیادی چشمه استفاده می‌شود، به‌کار رود. با بهینه‌سازی، توزیع دانه‌ها و منحنی‌های هم دز بررسی می‌شود تا از رسیدن دز کافی به حجم هدف و حفظ بافت‌های سالم اطمینان حاصل شود. پیاده‌سازی آسان، تعداد کم پارامترها و همگرایی نسبتاً سریع به جواب بهینه، از مزایای این الگوریتم به‌شمار می‌رود.

Using PSO algorithm optimization for planning 103Pd seeds brachytherapy positions

Radiation therapy, is one of the treatments for cancer. Brachytherapy is a radiotherapeutic technique that a sealed radiation source is placed inside or next to the tissue and has become a mainstream treatment option for cancer. Achieving maximum dose to the gland as well as minimum injury to the adjacent tissues is a basic principle in radiation therapy. Sources configuration must be designed in such a way that the dose distribution agrees with treatment planning and the prescribed dose. Exact evaluation is necessary to avoid excessive dose to other organs especially organs at risk. Optimization algorithms are applied in preplanning treatment. The aim is to deliver a desire dose in the border of tumor while all of the points inside the tumor receive the absorbed dose more than the dose border values. The accuracy of optimization and finding the best position of seeds is so important in treatment planning. We used PSO algorithm to optimize the places of 103Pd seeds which are applied in the prostate brachytherapy. The algorithm was performed for desired tumor shape in various conditions. In circle and ellipsoid tumor with 5 and 40 desire seeds, more than 90% of points of border receive the prescribed dose. Moreover, the optimized characteristics of seeds and their best positions were determined. The results show that the PSO algorithm can be used for optimizing the position of interstitial implantation brachytherapy that so many seeds used. Distribution dose and isodose curve were studied to assurance delivering adequate dose to target volume while keeping healthy tissues. Few parameters, easy implementation and fast convergence around the global answer are advantages of this algorithm.