Entwicklung eines inversen bestrahlungsplanungssystems mit linearer optimierung

Matthias Hilbig; Robert Hanne; Peter Kneschaurek; Frank Zimmermann; Achim Schweikard

doi:10.1016/S0939-3889(15)70451-4

Entwicklung eines inversen bestrahlungsplanungssystems mit linearer optimierung

Translated title of the contribution: Design of an inverse planning system for radiotherapy using linear optimization

Matthias Hilbig^*, Robert Hanne, Peter Kneschaurek, Frank Zimmermann, Achim Schweikard

^*Corresponding author for this work

Institute of Robotics and Cognitive Systems

Technical University of Munich

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Abstract

Our approach shows that inverse planning for intensity-modulated beams in radiotherapy can be solved efficiently by the mathematical method of linear optimization. The completeness property of this method guarantees that calculated treatment plans fulfill the dose constraints given by the oncologist. Techniques developed by our group can also avoid the possible infeasibility caused by a physically impossible dose distribution. In contrast to other optimization methods, the simplex algorithm used for linear optimization allows a very high optimization speed, i.e., very short planning cycles. These preconditions were integrated in the development of the software system MIPART ("Munich Inverse Planning And Radiotherapy Treatment"). The object-oriented software architecture of MIPART achieves a maximum of extensibility and flexibility. Our clinical tests show that MIPART can be easily integrated in the clinical routine in spite of the complexity of data in the field of intensity-modulated radiotherapy. Moreover, qualitatively better treatment plans can be generated than in conventional treatment planning, especially in complicated cases.

Translated title of the contribution	Design of an inverse planning system for radiotherapy using linear optimization
Original language	German
Journal	Zeitschrift fur Medizinische Physik
Volume	12
Issue number	2
Pages (from-to)	89-96
Number of pages	8
ISSN	0939-3889
DOIs	https://doi.org/10.1016/S0939-3889(15)70451-4
Publication status	Published - 01.01.2002

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10.1016/S0939-3889(15)70451-4

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@article{03545257020441a59e0dafd7880ab802,

title = "Entwicklung eines inversen bestrahlungsplanungssystems mit linearer optimierung",

abstract = "Unser Ansatz zeigt, dass die inverse Bestrahlungsplanung f{\"u}r intensit{\"a}tsmodulierte Felder durch das mathematische Verfahren der linearen Optimierung effizient gel{\"o}st werden kann. Die Vollst{\"a}ndigkeitseigenschaft dieses Verfahrens garantiert, dass die berechneten Pl{\"a}ne genau die vom Arzt geforderten Dosisschranken erf{\"u}llen. Die dabei m{\"o}glicherweise auftretende Unl{\"o}sbarkeit bei physikalisch nicht realisierbarer Dosisverteilung kann durch von uns entwickelte Techniken aufgel{\"o}st werden. Der f{\"u}r die lineare Optimierung eingesetzte Simplex-Algorithmus erm{\"o}glicht im Vergleich zu anderen Optimierungsmethoden sehr schnelle Optimierungszeiten, d.h. sehr kurze Planungszeiten.Diese Voraussetzungen wurden in die Entwicklung des Softwaresystems MIPART („Munich Inverse Planning And Radiotherapy Treatment“) eingebracht. Die objektorientierte Softwarearchitektur von MIPART erzielt ein H{\"o}chstma{\ss} an Erweiterbarkeit und Flexibilit{\"a}t.Unsere durchgef{\"u}hrten klinischen Tests zeigen, dass sich MIPART trotz der Komplexit{\"a}t der in der Bestrahlungsplanung f{\"u}r intensit{\"a}tsmodulierte Felder zu verarbeitenden Datenmengen gut in die klinische Routine integrieren l{\"a}sst und speziell bei komplizierten F{\"a}llen qualitativ bessere Bestrahlungspl{\"a}ne erzeugt als die konventionelle Vorw{\"a}rtsplanung.",

author = "Matthias Hilbig and Robert Hanne and Peter Kneschaurek and Frank Zimmermann and Achim Schweikard",

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TY - JOUR

T1 - Entwicklung eines inversen bestrahlungsplanungssystems mit linearer optimierung

AU - Hilbig, Matthias

AU - Hanne, Robert

AU - Kneschaurek, Peter

AU - Zimmermann, Frank

AU - Schweikard, Achim

PY - 2002/1/1

Y1 - 2002/1/1

N2 - Unser Ansatz zeigt, dass die inverse Bestrahlungsplanung für intensitätsmodulierte Felder durch das mathematische Verfahren der linearen Optimierung effizient gelöst werden kann. Die Vollständigkeitseigenschaft dieses Verfahrens garantiert, dass die berechneten Pläne genau die vom Arzt geforderten Dosisschranken erfüllen. Die dabei möglicherweise auftretende Unlösbarkeit bei physikalisch nicht realisierbarer Dosisverteilung kann durch von uns entwickelte Techniken aufgelöst werden. Der für die lineare Optimierung eingesetzte Simplex-Algorithmus ermöglicht im Vergleich zu anderen Optimierungsmethoden sehr schnelle Optimierungszeiten, d.h. sehr kurze Planungszeiten.Diese Voraussetzungen wurden in die Entwicklung des Softwaresystems MIPART („Munich Inverse Planning And Radiotherapy Treatment“) eingebracht. Die objektorientierte Softwarearchitektur von MIPART erzielt ein Höchstmaß an Erweiterbarkeit und Flexibilität.Unsere durchgeführten klinischen Tests zeigen, dass sich MIPART trotz der Komplexität der in der Bestrahlungsplanung für intensitätsmodulierte Felder zu verarbeitenden Datenmengen gut in die klinische Routine integrieren lässt und speziell bei komplizierten Fällen qualitativ bessere Bestrahlungspläne erzeugt als die konventionelle Vorwärtsplanung.

AB - Unser Ansatz zeigt, dass die inverse Bestrahlungsplanung für intensitätsmodulierte Felder durch das mathematische Verfahren der linearen Optimierung effizient gelöst werden kann. Die Vollständigkeitseigenschaft dieses Verfahrens garantiert, dass die berechneten Pläne genau die vom Arzt geforderten Dosisschranken erfüllen. Die dabei möglicherweise auftretende Unlösbarkeit bei physikalisch nicht realisierbarer Dosisverteilung kann durch von uns entwickelte Techniken aufgelöst werden. Der für die lineare Optimierung eingesetzte Simplex-Algorithmus ermöglicht im Vergleich zu anderen Optimierungsmethoden sehr schnelle Optimierungszeiten, d.h. sehr kurze Planungszeiten.Diese Voraussetzungen wurden in die Entwicklung des Softwaresystems MIPART („Munich Inverse Planning And Radiotherapy Treatment“) eingebracht. Die objektorientierte Softwarearchitektur von MIPART erzielt ein Höchstmaß an Erweiterbarkeit und Flexibilität.Unsere durchgeführten klinischen Tests zeigen, dass sich MIPART trotz der Komplexität der in der Bestrahlungsplanung für intensitätsmodulierte Felder zu verarbeitenden Datenmengen gut in die klinische Routine integrieren lässt und speziell bei komplizierten Fällen qualitativ bessere Bestrahlungspläne erzeugt als die konventionelle Vorwärtsplanung.

UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=0036082338&partnerID=8YFLogxK

U2 - 10.1016/S0939-3889(15)70451-4

DO - 10.1016/S0939-3889(15)70451-4

M3 - Zeitschriftenaufsätze

C2 - 12145913

AN - SCOPUS:0036082338

SN - 0939-3889

VL - 12

SP - 89

EP - 96

JO - Zeitschrift fur Medizinische Physik

JF - Zeitschrift fur Medizinische Physik

IS - 2

ER -

Entwicklung eines inversen bestrahlungsplanungssystems mit linearer optimierung

Abstract

UN SDGs

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