بهینه‌سازی مدل فازی مسئله براکی تراپی با میزان دوز بالا برای درمان سرطان پروستات با استفاده از الگوریتم‌های تکاملی

زمینه و هدف: سرطان پروستات یکی از شایع‌ترین سرطان در مردان است. یکی از روش‌ها درمانی سرطان پروستات که دارای نتایج بهتری نسبت به دیگر روش‌های متداول هست، روش براکی تراپی است. مسئله برنامه‌ریزی درمان براکی تراپی با نرخ دوز بالا، شامل تعیین یک برنامه مناسب برای یک منبع تشعشع است که در بدن بیمار حرکت می‌کند و حجم هدف با دوز برنامه‌ریزی شده، اشعه‌دهی می‌شود.روش کار: در این مقاله، برنامه‌ریزی اعداد صحیح با محدودیت‌های فازی توسعه داده شده و یک مدل بهینه‌سازی برای محاسبه میزان دوز در روش براکی تراپی، برنامه‌ریزی شده است. سپس توسط سه نوع الگوریتم تکاملی مختلف، جواب های بهینه مسئله برنامه‌ریزی اعداد صحیح با محدودیت‌های فازی بدست آورده و با هم مقایسه شده است.یافته‌ها: با توجه به نتایج بدست آمده و مقایسه الگوریتم‌های مختلف، می‌توان نتیجه گرفت که چه در حالتی که هدف اصلی، بیشترین پوشش باشد و یا هدف، کمترین زمان ممکن برای رسیدن به پوشش بالای 95 درصد باشد، بهترین الگوریتمی که می‌تواند جواب خوبی برای هر بیمار بدست آید، الگوریتم استراتژی تکاملی می‌باشد. نتیجه‌گیری: در این پژوهش نشان داده شده است که این مدل فازی دارای عملکرد قابل قبول بالینی برای موارد پروستات و معیارهای دزیمتری مورد استفاده در این مطالعه می‌باشد. از طرفی چون سن بیمار و وضعیت و توانایی جسمانی بیمار به عنوان پارامترهایی در مسئله تاثیر گذار می باشند، لذا جواب‌هایی که بدست آمده، جواب‌های بهتر و دقیق‌تری نسبت به تحقیقات گذشته می‌باشد.

optimization of fuzzy model of high dose brachytherapy problem for the treatment of prostate cancer using evolutionary algorithms

background & aims: cancer is one of the great human challenges in all countries, both advanced and developing. cancer treatment management can include surgery, chemotherapy, or radiation therapy (1). radiation therapy is done in two ways: teletherapy and brachytherapy. brachytherapy involves the use of radiation sources to treat cancer by irradiating cancerous tissue from within the patient’s body (2). but the dose and how to use this method has always been questionable for researchers. therefore, this study creates a new fuzzy approach to highdose brachytherapy by optimizing the distribution of double roughness based on dosimetric criteria. the use of fuzzy logic itself has increased the accuracy of the mathematical model of the problem. this fuzzy model is a new study and innovation used in this paper. due to the fuzzy nature of this method and its limitations, it is considered fuzzy. this makes the method more accurate and includes parameters such as the patient’s physical ability and age in the problem, which in itself increases the accuracy of the method for each patient. as a result, the obtained answer is improved and the executive program of brachytherapy method is more accurate.methods: in the present study, the dose prescribed for an organ was evaluated by dosimetric indices listed in table 1 (18). for the present study, data from 20 patients in the age range of 50 to 74 and mean age 62 years with a wide range of prostate volume between 23 and 103 cubic centimeters, and for the treatment of prostate cancer by brachytherapy from the academic medical center (amc, amsterdam, the netherlands) had participated. to compare brachytherapy programs with high interstitial dose, the dose rate was calculated with 192ir beam with a radiation dose of 13 gy, according to the standard protocol tg43.to begin with, computed tomography (ct) scans or magnetic resonance imaging (mri) were taken from the patients pelvis, and entered into the treatment planning software for use in treatment planning sessions. bt treatment planners and specialists then determined the input catheters, target volumes, and oars obtained from the medical images. depending on the size and exact location of the target volumes, between 14 and 20 catheters entered the patient’s body, reaching the target volumes. after designing and approving an acceptable treatment plan, the catheters inserted into the patient’s body were connected to a retractor 4 that controls the movement of the radiation source. after the treatment program, the source was returned to the retractor (8, 14).then, an integer program model with fuzzy constraints was proposed for programming on highdose brachytherapy. the description of infrastructures, parameters and variables in this model are in table 2 (15). finally, the dosimeter index is equal to the sum of all the index variables, as it turned out: the proposed model is a correct programming model called ip.in general, three evolutionary algorithms (ep), (ga) and (es) were used in this research. the algorithms stopped after creating 20 generations of desirable answers and the best answer of each generation was determined on the chart as a point. the resulting set of answers were connected in the form of graphs, which are used to analyze the results. each point on the graph identifies the best answer from each of the generations generated by the respective algorithms.