Un algorithme hybride de génération de colonnes et de recuit simulé pour l'optimisation directe des ouvertures

L'objectif de ce travail était de développer un algorithme hybride de génération de colonnes (CG) et de recuit simulé (SA) pour l'optimisation directe des ouvertures (H-DAO) et de démontrer son efficacité à générer des plans de traitement de haute qualité pour la radiothérapie à modulation d'intensité (IMRT) et la radiothérapie mixte à photons et électrons (MBRT). Le H-DAO surmonte les limitations du CG-DAO avec deux caractéristiques améliorant la sélection des ouvertures (caractéristique de branche) et permettant des modifications de la forme des ouvertures pendant l'optimisation (caractéristique SA). L'algorithme H-DAO ajoute itérativement des ouvertures au plan. À chaque itération, une branche est créée pour chaque champ fourni. Tout d'abord, chaque branche détermine l'ouverture la plus prometteuse de son champ attribué et l'ajoute à une copie des ouvertures actuelles. Ensuite, les ouvertures de chaque branche subissent une optimisation du poids MU suivie d'une optimisation simultanée de la forme et du poids MU basée sur le SA et d'une seconde optimisation du poids MU. L'itération suivante du H-DAO continue avec la branche ayant la plus faible valeur de fonction objective. Des plans de traitement IMRT et MBRT pour un cas académique, un cas de cerveau et un cas de tête et cou générés à l'aide du CG-DAO et du H-DAO ont été comparés. Pour chaque cas étudié et pour les IMRT et MBRT, le H-DAO conduit à une convergence plus rapide de la valeur de fonction objective avec le nombre d'ouvertures par rapport au CG-DAO. En particulier, le H-DAO nécessite environ la moitié des ouvertures pour atteindre la même valeur de fonction objective que le CG-DAO. Les surfaces d'ouverture moyennes sont 27% plus petites pour le H-DAO que pour le CG-DAO, ce qui entraîne une légère plus grande divergence entre la dose optimisée et la dose finale. Cependant, un bénéfice dosimétrique demeure. Le H-DAO a été développé et appliqué avec succès à l'IMRT et à la MBRT. La convergence plus rapide avec le nombre d'ouvertures du H-DAO par rapport au CG-DAO permet de sélectionner un meilleur compromis entre la qualité du plan et le nombre d'ouvertures.