Planificación automática de braquiterapia de próstata utilizando un algoritmo genético con genoma no binario

Abstract

La braquiterapia de baja tasa de dosis es uno de los principales tratamientos que existen hoy en día para el cáncer de próstata localizado. En dicho tratamiento se aplica radiación directamente sobre la próstata mediante fuentes radiactivas colocadas en el interior de la misma utilizando catéteres (agujas). Las fuentes radiactivas deben ser colocadas de modo de suministrar una dosis adecuada para tratar el cáncer y a la vez no dañar los tejidos sanos circundantes. El problema de la determinación de las posiciones de las fuentes (planificación) puede resolverse aplicando métodos automáticos modelando el problema como un problema combinatorio. En este trabajo se propone un modelo matemático basado en los encontrados en la literatura consultada agregando definiciones más formales para las restricciones, los indicadores de calidad y los volúmenes (órganos) implicados. Se desarrolla un algoritmo genético para la resolución del problema en base al modelo propuesto, optimizando una función objetivo que toma en cuenta las restricciones de dosis a cumplir sobre la próstata y sus inmediaciones, el recto y la uretra; y a su vez busca reducir el número total de agujas utilizadas en el tratamiento. El algoritmo optimiza tanto las fuentes a colocar dentro de las agujas como las posiciones donde colocar dichas agujas y utiliza una codificación no binaria para el genoma de las soluciones controlando su factibilidad por construcción. Los resultados obtenidos se comparan con planificaciones manuales realizadas por técnicos especializados en base a indicadores estándar. El algoritmo obtiene resultados de calidad aceptable según los criterios considerados, con tiempos de cómputos aceptables para planificaciones pre-operatorias. Las soluciones obtenidas son de calidad comparable con las planificaciones manuales logrando a su vez un mayor control sobre la dosis suministrada al recto y la uretra.