C.布鲁尼。;F.孔戴。;爸爸,F。;Sinisgalli,C。 分次放射治疗中的最佳周计划:上限对剂量分数大小的影响。 (英语) Zbl 1354.90136号 数学杂志。生物。 71,编号2,361-398(2015). 本文讨论优化癌症放射治疗计划,以最大限度地破坏癌细胞,并将对正常细胞的损害降至最低。这两个目标通常是相互冲突的要求。从数学上讲,这种情况可以看作是一个多目标优化问题。更具体地说,剂量分数优化为每天一个分数,每周五个分数。总治疗时间是固定的。LQ(线性二次)模型被用作起点。这意味着目标函数是非线性的。由于限制辐射对周围正常细胞的损伤以及限制每日分数大小的限制条件导致非线性项,我们面临着高度非线性和非凸的数学规划问题。本文定义了问题的拉格朗日函数,并给出了Kuhn-Tucker最优性的必要条件。由此产生的大规模方程组和不等式无法直接求解。作者采用了一个三阶段程序,依次缩小可行解的范围。通过这种方法,他们获得了几个局部最优解。溶液以肿瘤和正常组织参数以及剂量分数的上限表示。最后,通过直接比较选择最佳(就目标值而言)解决方案。本文对整个过程进行了详细的分析。文中还给出了一些优化处理方案的数值例子。审核人:伊斯特万·马罗斯(韦斯普雷姆) 引用于2文件 MSC公司: 90立方 非线性规划 90C26型 非凸规划,全局优化 90 C90 数学规划的应用 92B05型 普通生物学和生物数学 关键词:非线性规划;非凸规划;癌症放射治疗;线性二次模型 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{C.Bruni}等人,《数学杂志》。生物学71,第2期,361--398(2015;Zbl 1354.90136) 全文: 内政部 参考文献: [1] Astrahan M(2008)线性二次线性辐射剂量反应对超分割的一些影响。医学物理学35:4161-4172·数字对象标识代码:10.1118/1.2969065 [2] Barendsen GW(1982)正常组织反应的剂量分馏、剂量率和等效应关系。国际放射肿瘤生物学杂志8:1981-1997·doi:10.1016/0360-3016(82)90459-X [3] Bertuzzi A、Fasano A、Gandolfi A、Sinisgalli C(2008),具有Krogh型血管几何形状的肿瘤模型中的再氧和对辐射的分剂量反应。公牛数学生物学70:992-1012·Zbl 1144.92021号 ·doi:10.1007/s11538-007-9287-9 [4] Bertuzzi A,Bruni C,Fasano A,Gandolfi A,Papa F,Sinisgalli C(2010)肿瘤球体对辐射的反应:建模和参数识别。公牛数学生物学72:1069-1091·Zbl 1197.92025号 ·doi:10.1007/s11538-009-9482-y [5] Bertuzzi A,Bruni C,Papa F,Sinisgalli C(2013a)勘误表:癌症放射治疗问题的最佳解决方案。数学生物学杂志66:627-630·Zbl 1294.90060号 ·文件编号:10.1007/s00285-012-0637-3 [6] Bertuzzi A,Bruni C,Papa F,Sinisgalli C(2013b)癌症放射治疗问题的最佳解决方案。数学生物学杂志66:311-349·Zbl 1259.90127号 ·doi:10.1007/s00285-012-0512-2 [7] Brenner DJ(2008)线性二次模型是一种确定大剂量单位剂量等效剂量的合适方法。半导体辐射肿瘤学18:234-239·doi:10.1016/j.semradonc.2008.04.004 [8] Brenner DJ,Hall EJ(1999)前列腺癌放射治疗中的分馏和牵引。国际放射肿瘤生物学杂志43:1095-1101·doi:10.1016/S0360-3016(98)00438-6 [9] Brenner DJ、Hlatky LR、Hahnfeldt PJ、Hall EJ、Sachs RK(1995)线性二次模型的方便扩展,包括再分配和复氧。国际放射肿瘤生物学杂志32:379-390·doi:10.1016/0360-3016(95)00544-9 [10] Collins CD、Lloyd-Davies RW、Swan AV(1991),采用低分割技术对局部前列腺癌进行放射治疗。临床肿瘤学(放射科)3:127-132·doi:10.1016/S0936-6555(05)80831-3 [11] Conte F,Papa F(2013)放疗计划优化中最大剂量分数的最小值。DIAG技术报告TR12,第1-13页 [12] Dionysiou DD、Stamatakos GS、Uzunoglu NK、Nikita KS、Marioli A(2004)体内肿瘤放射治疗反应的四维模拟模型:考虑放射敏感性、遗传特征和分割的参数验证。《Theor生物学杂志》230:1-20·Zbl 1447.92194号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2004.03.024 [13] Düchting W,Ulmer W,Lehrig R,Ginsberg T,Dedeleit E(1992)肿瘤球体生长的计算机模拟和建模及其与分割放疗优化的相关性。斯特拉伦特·昂科尔168:354-360 [14] Düchting W,Ginsberg T,Ulmer W(1995)恶性组织和正常组织分批照射诱发放射反应的模型。干细胞13(补充1):301-306 [15] Fowler JF(1989)线性二次公式和分次放射治疗的进展。英国无线电杂志62:679-694·doi:10.1259/0007-1285-62-740-679 [16] Fowler JF(2007)头颈部放射治疗是否存在最佳总体时间?一篇具有新模型的综述。临床肿瘤19:8-22·doi:10.1016/j.clon.2006.09.008 [17] Fowler JF(2008)最佳总时间II:头部和颈部放射治疗的扩展模型。临床肿瘤20:113-126·doi:10.1016/j.clon.2007.11.003 [18] Fowler JF(2010)21年生物有效剂量。英国广播杂志83:554-568·doi:10.1259/bjr/31372149 [19] 福勒,JF;莱维特,SH(编辑);Purdy,JA(编辑);加利福尼亚州佩雷斯(编辑);Poortmans,P.(编辑),《实际时间剂量评估,或如何停止担忧并学会热爱线性二次曲线》,3-50(2012),柏林 [20] Fowler JF,Hararia PM,Leborgne F,Leborgne JH(2003a)口腔和咽粘膜中的急性辐射反应:改变分级方案中的耐受水平。放射治疗Oncol 69:161-168·doi:10.1016/S0167-8140(03)00231-7 [21] Fowler JF、Ritter MA、Chappel RJ、Brenner DJ(2003b)前列腺癌应测试哪些低分馏方案?国际放射肿瘤生物学杂志56:1093-1104·doi:10.1016/S0360-3016(03)00132-9 [22] Guerrero M,Li XA(2004)将线性二次模型扩展到与立体定向放射治疗相关的大剂量组分。物理医学生物学49:4825-4835·doi:10.1088/0031-9155/49/20/012 [23] Hlatky LR,Hahnfeldt P,Sachs RK(1994)时间依赖性随机异质性对细胞群体辐射响应的影响。数学生物科学122:201-220·Zbl 0802.92009 ·doi:10.1016/0025-5564(94)90058-2 [24] Jones B,Dale RG(1999)肿瘤和正常组织反应的数学模型。《Oncol学报》38:883-893·doi:10.1080/028418699432572 [25] Jones B,Sanghera P(2007)恶性胶质瘤细胞毒化疗放射生物学参数和等效辐射剂量的估算。国际放射肿瘤生物学杂志68:441-448·doi:10.1016/j.ijrobp.2006.12.025 [26] Kirkpatrick JP、Meyer JJ、Marks LB(2008)线性二次模型不适用于模拟放射外科中的高剂量/分数效应。Semin Radiate Oncol公司18:240-243·doi:10.1016/j.semradonc.2008.04.005 [27] Kirkpatrick JP、Brenner DJ、Orton CG(2009)Point/Countpoint。线性二次模型不适合于模拟放射外科中的高剂量/分数效应。医学物理36:3381-3384·数字对象标识代码:10.1118/1.3157095 [28] Ledzewicz U,Schättler H(2012)肿瘤抗血管生成和放疗联合治疗的多输入最优控制问题。最优化理论应用杂志153:195-224·Zbl 1237.49046号 ·doi:10.1007/s10957-011-9954-8 [29] Lee EK,Fox T,Crocker I(2006)调强放射治疗中的同步光束几何和强度图优化。国际放射肿瘤生物学杂志64:301-320·doi:10.1016/j.ijrobp.2005.08.023 [30] 李,R。;基尔,P。;Xing,L。;莱维特,SH(编辑);Purdy,JA(编辑);加利福尼亚州佩雷斯(编辑);Poortmans,P.(编辑),基于Linac的图像引导强度调制放射治疗,275-312(2012),柏林 [31] Ling CC,Gerweck LE,Zaider M,Yorke E(2010)外照射放疗中的剂量率效应。放射治疗Oncol 95:261-268·doi:10.1016/j.radonc.2010.03.014 [32] Lu W,Chen M,Chen Q,Ruchala K,Olivera G(2008a)自适应分割治疗:I.基本概念和策略。物理医学生物学53:5495-5511·doi:10.1088/0031-9155/53/19/015 [33] Lu W,Chen M,Chen Q,Ruchala K,Olivera G(2008b)自适应分割治疗:II。生物有效剂量。物理医学生物学53:5513-5525·doi:10.1088/0031-9155/53/19/016 [34] Lukka H、Hayter C、Julian J、Warde P、Morris W、Gospodarowicz M、Levine M、Sathya J、Choo R、Prichard H、Brundage M、Kwan W(2005),局部前列腺癌患者两种分馏方案的随机试验。临床肿瘤学杂志23:6132-6138·doi:10.1200/JCO.2005.06.153 [35] Macchia G、Ferrandina G、Deodato F、Ruggieri V、Massaccesi M、Salutari V、Valentini V、Cellini N、Scambia G、Morganti AG(2010)局部晚期宫颈癌的伴随剂量递增加术前大面积化疗:一期研究结果(LARA-CC-1)。妇科肿瘤118:128-133·doi:10.1016/j.ygyno.2010.04.017 [36] Menkarios C、Vigneault E、Brochet N、Nguyen DH、Bahary JP、Jolicoeur M、Beauchemin MC、Villeneuve H、Van Nguyen-T、Fortin B、Lambert C(2011)《低风险前列腺癌每周一次放射治疗的毒性报告:一/二期试验的初步结果》。辐射Oncol 6。第112条 [37] O'Rourke SFC,McAneney H,Hillen T(2009)外照射放射治疗中的线性二次和肿瘤控制概率模型。数学生物学杂志58:799-817·Zbl 1311.92105号 ·doi:10.1007/s00285-008-0222-y [38] Papa F,Sinisgalli C(2013)对正常组织具有最大损伤约束的癌症放射治疗问题的最佳解决方案。IASI技术报告R20,第1-32页 [39] Pierre DA(1969)优化理论与应用。纽约威利·Zbl 0205.15503号 [40] Prasanna PGS、Stone HB、Wong RS、Capala J、Bernhard EJ、Vikram B、Coleman CN(2012)《改善放射治疗的正常组织保护:差距在哪里?Transl癌症研究1:35-48 [41] Qi XS,Schultz CJ,Li XA(2006)脑肿瘤放射治疗计划临床结果的放射生物学参数估计。国际放射肿瘤生物学杂志64:1570-1580·doi:10.1016/j.ijrobp.2005.12.022 [42] Ribba B,Colin T,Schnell S(2006)癌症的多尺度数学模型及其在分析放射治疗中的应用。Theor生物医学模型3:7。doi:10.1186/1742-4682-3-7·doi:10.1186/1742-4682-3-7 [43] Ritter M、Forman J、Kupelian P、Lawton C、Petereit D(2009),前列腺癌的低分化。癌症杂志15:1-6·doi:10.1097/PPO.0b013e3181976614 [44] Tang CI,Loblaw DA,Cheung P,Holden L,Morton G,Basran PS,Tirona R,Cardoso M,Pang G,Gardner S,Cesta A(2008)低风险局部前列腺癌五次低分割加速放射治疗的I/II期研究:pHART3的早期结果。临床肿瘤(放射科)20:729-737·doi:10.1016/j.clon.2008.08.006 [45] 坦诺克,IF;戈登堡,GJ;Tannock,IF(编辑);Hill,RP(编辑),耐药性和实验性化疗,392-419(1998),纽约 [46] 泰晤士河HD(1985)分馏和连续照射后存活的“不完全修复”模型。国际放射生物学杂志47:319-339·doi:10.1080/09553008514550461 [47] Wong,CS;希尔,RP;Tannock,IF(编辑);Hill,RP(编辑),实验放射治疗,322-349(1998),纽约 [48] Yang Y,Xing L(2005)考虑肿瘤特异性生物学的放疗剂量-时间分割优化。医学物理学32:3666-3677·数字对象标识代码:10.1118/1.2126167 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。