مجله دانشکده پزشکی اصفهان

مجله دانشکده پزشکی اصفهان

شبکه عصبی کانولوشن هیبریدی برای ایجاد طراحی درمان رادیوتراپی تعدیل‌شده با شدت بهینه برای تومورهای مغزی

نوع مقاله : Original Article(s)

نویسندگان
1 گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
2 استادیار گروه فیزیک پزشکی، دانشکده‌ی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران
3 گروه علوم کامپیوتر، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
4 گروه مهندسی برق، دانشگاه آزاد نجف آباد، نجف آباد، ایران
10.48305/jims.2026.43594.2379
چکیده
مقدمه: رادیوتراپی با شدت مدوله‌شده (IMRT) یکی از روش‌های اصلی درمان تومورهای مغزی است، اما طراحی آن پیچیده و وابسته به تجربه فیزیسیست است. هدف این مطالعه توسعه و ارزیابی یک مدل شبکه عصبی کانولوشن هیبریدی (Hybrid CNN) برای پیش‌بینی طراحی خودکار پلن‌های IMRT با دقت بالا بود.
روش‌ها: داده‌های ۱۲۰ بیمار مبتلا به گلیوبلاستوما بین سال‌های ۱۴۰۰ تا ۱۴۰۳ استفاده شد. تصاویر CT و MRI کانتور شده و مقادیر هیستوگرام حجم همپوشانی (Overlap Volume Histogram, OVH) برای ارگانها به عنوان داده ورودی ارائه شد. سه رویکرد بررسی شد: استفاده از داده‌های OVH، داده‌های ساختارهای کانتور شده و ترکیب هر دو به عنوان ورودی جامع. مدل با استفاده از لایه‌های 1D و 3D-CNN و شبکه کاملاً متصل آموزش داده شد و عملکرد آن با شاخص‌های میانگین خطای مطلق (MAE) و خطای مربعی میانگین (MSE) ارزیابی شد.
یافته‌ها: مدل هیبریدی عملکرد برتری نسبت به مدل‌های منفرد داشت. میانگین MAE و MSE در مجموعه تست به ترتیب 2.85 Gy و 7.55 Gy بود. مقادیر پیش‌بینی شده دوز برای اندام‌های حساس با داده‌های واقعی همخوانی بالایی داشت (p>0.05). ترکیب OVH و تصاویر کانتور شده موجب افزایش دقت مدل و توانایی ثبت روابط پیچیده میان ساختارهای آناتومیک و اهداف دوز–حجم شد.
بحث: مدل هیبریدی CNN قادر است طراحی خودکار پلن‌های IMRT را با دقت بالا انجام دهد، کیفیت پلن‌ها را بهبود بخشد، وابستگی به تجربه فیزیسیست را کاهش دهد و قابلیت ادغام با سیستم‌های برنامه‌ریزی درمانی را داراست، و مسیر پرتودرمانی شخصی‌سازی شده و ایمن‌تر در بیماران مبتلا به تومور مغزی هموار می‌سازد.

تازه های تحقیق

ایرج عابدی: Google Scholar , PubMed

کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Hybrid Convolutional Neural Network to Generate Optimal Intensity-Modulated Radiotherapy Treatment Planning for Brain Tumors

نویسندگان English

Arash Ebrahimi 1
Iraj Abedi 2
Arian Banaee 3
Shayesteh Sadat Momahhed 4
1 Department of Physics, Faculty of Science, University of Isfahan, Isfahan, Iran
2 Department of Medical Physics, School of Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
3 Department of Computer Science, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
4 Department of Electrical Engineering, Najafabad Azad University, Najafabad, Iran
چکیده English

Background: Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) is one of the main treatments for brain tumors; however, treatment planning is complex and highly dependent on the physicist's experience. This study aimed to develop and evaluate a Hybrid Convolutional Neural Network (Hybrid CNN) model for accurate automated IMRT treatment planning prediction.
Methods: Data from 120 patients with glioblastoma treated between 2021 and 2024 were used. Contoured CT and MRI images along with Overlap Volume Histogram (OVH) values for organs-at-risk and target volumes were provided as model inputs. Three approaches were evaluated: using OVH data, contoured structures, and a combined input of both. The model was trained using 1D and 3D-CNN layers with a fully connected network, and its performance was assessed using Mean Absolute Error (MAE) and Mean Squared Error (MSE).
Results: The hybrid model outperformed individual models. The mean MAE and MSE in the test set were 2.85 Gy and 7.55 Gy, respectively. Predicted doses for organs-at-risk showed high agreement with actual values (p>0.05). Combining OVH and contoured images improved model accuracy and captured complex relationships between anatomical structures and dose–volume objectives.
Conclusion: The Hybrid CNN can perform automated IMRT treatment planning with high accuracy, improve plan quality, reduce dependence on physicist experience, and integrate with clinical treatment planning systems. This approach paves the way for safer and personalized radiotherapy in patients with brain tumors.

کلیدواژه‌ها English

Intensity-modulated radiotherapy
hybrid convolutional neural network
automatic treatment planning
brain tumor
overlap volume histogram

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 28 تیر 1405

  • تاریخ دریافت 11 فروردین 1404
  • تاریخ پذیرش 28 تیر 1405