数学程序帮助医生进行更有效的放射手术

EPFL和当地初创公司Intuitive Therapeutics的工程师开发了一款软件，可以为伽玛刀放射手术制定优化的手术计划。洛桑大学医院(Lausanne University Hospital, CHUV)的医生从7月开始使用该软件。

放射外科是一种放射治疗，医生以极高的精度对病变组织进行高剂量的放射治疗，而且是一次性的，而不是几次。主要用于治疗脑损伤，这种方法可以避免良性肿瘤、血管畸形、神经痛和帕金森病患者需要进行常规手术。放射外科可以使用一种叫做伽玛刀的设备来进行，它能够管理伽马射线多达192个不同的光束。挑战在于确保辐射只影响病变组织，而不影响周围的健康组织——同时尽可能缩短手术时间。

这类手术的计划通常是手工制定的;神经外科医生与放射肿瘤学家和内科医生合作，选择要使用的光束的数量、大小、形状和功率，并精确地绘制出它们应该被指向的位置，以便覆盖整个治疗区域。因此，这些计划的有效性在很大程度上取决于医生的经验。为了解决这个问题，Intuitive Therapeutics开始开发可以自动计算所有标准的软件。这家初创公司于2015年开始与EPFL信号处理实验室5 (LTS5)的Jean-Philippe Thiran教授合作，他们一起开发了一个名为intuitveplan的项目，该项目目前已上市。

利用数学改善医疗保健

intuitveplan使用了一个最优的反计划系统，医生通过该系统指定将应用于病变组织的每个区域的辐射剂量以及周围组织可以暴露的最大剂量。基于这些输入，该软件生成一个手术计划，该计划优化了各种标准，并预先设定了手术应持续多长时间的限制，从而最大限度地减少患者的总体暴露时间。“制定手术计划涉及到一个组合优化的过程，这在计算上本质上是昂贵的。我们选择的计算方法叫做凸优化，”Thiran说。

该程序使用强大的处理技术，可以在两分钟内生成最佳组合。“手工制定一个计划需要20或30分钟——有时对于复杂的程序甚至更长，”Marc Levivier教授说，他是CHUV的神经外科主任和伽玛刀中心主任。利维维尔是世界顶级伽玛刀专家之一。他说:“软件经常能想出我们自己从未想过的计划，或者是我们无法用手制定的计划。”intuitveplan不仅通过自动化过程节省时间，还能产生更好的计划。

有前途的初步结果

直觉疗法公司的工程师们能够将他们最初的想法转化为一个完整的软件程序，专门为满足医生的需求而设计。现在他们的程序已经获得CE标记，可以用于常规临床程序。CHUV的医生从7月开始使用这种新方法。“我完全相信这个程序，但在最初的几次手术中，我也亲手制定了一些手术计划，并将它们与医生制定的计划进行了比较软件。然后我为每个病人选择最佳的治疗方案。最初的结果非常有希望，”Levivier说。

目前，intuitveplan只与伽玛刀设备兼容，但工程师们已经在改进他们的设备程序其他类型的放射治疗设备。

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