Um algoritmo híbrido de geração de colunas e recozimento simulado para otimização direta de aberturas

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um algoritmo híbrido de geração de colunas (CG) e recozimento simulado (SA) para otimização direta de aberturas (H-DAO) e mostrar sua eficácia na geração de planos de tratamento de alta qualidade para terapia de radiação modulada por intensidade (IMRT) e radioterapia com feixe misto de fóton-eletrons (MBRT). O H-DAO supera as limitações do CG-DAO com duas características que melhoram a seleção de aberturas (característica de ramificação) e permitem mudanças na forma da abertura durante a otimização (característica SA). O algoritmo H-DAO adiciona iterativamente aberturas ao plano. A cada iteração, uma ramificação é criada para cada campo fornecido. Primeiro, cada ramificação determina a abertura mais promissora do seu campo designado e a adiciona a uma cópia das aberturas atuais. Depois, as aberturas de cada ramificação passam por uma otimização de peso de MU seguida por uma otimização simultânea de forma e peso de MU baseada em SA e uma segunda otimização de peso de MU. A próxima iteração do H-DAO continua com a ramificação que tem o menor valor da função objetivo. Planos de tratamento de IMRT e MBRT para um caso acadêmico, um caso de cérebro e um caso de cabeça e pescoço gerados usando o CG-DAO e o H-DAO foram comparados. Para cada caso investigado e tanto para IMRT quanto para MBRT, o H-DAO leva a uma convergência mais rápida do valor da função objetivo com o número de aberturas em comparação ao CG-DAO. Em particular, o H-DAO precisa de cerca da metade das aberturas para alcançar o mesmo valor da função objetivo que o CG-DAO. As áreas médias das aberturas são 27% menores para o H-DAO do que para o CG-DAO, levando a uma discrepância ligeiramente maior entre a dose otimizada e a dose final. No entanto, um benefício dosimétrico permanece. O H-DAO foi desenvolvido e aplicado com sucesso ao IMRT e MBRT. A convergência mais rápida com o número de aberturas do H-DAO em comparação ao CG-DAO permite selecionar um melhor compromisso entre a qualidade do plano e o número de aberturas.