Dosimetric verification of the anisotropic analytical algorithm for radiotherapy treatment planning

BACKGROUND AND PURPOSE: To investigate the accuracy of photon dose calculations performed by the Anisotropic Analytical Algorithm, in homogeneous and inhomogeneous media and in simulated treatment plans. MATERIALS AND METHODS: Predicted dose distributions were compared with ionisation chamber and film measurements for a series of increasingly complex situations. Initially, simple and complex fields in a homogeneous medium were studied. The effect of inhomogeneities was investigated using a range of phantoms constructed of water, bone and lung substitute materials. Simulated treatment plans were then produced using a semi-anthropomorphic phantom and the delivered doses compared to the doses predicted by the Anisotropic Analytical Algorithm. RESULTS: In a homogeneous medium, agreement was found to be within 2% dose or 2mm dta in most instances. In the presence of heterogeneities, agreement was generally to within 2.5%. The simulated treatment plan measurements agreed to within 2.5% or 2mm. Conclusions: The accuracy of the algorithm was found to be satisfactory at 6MV and 10MV both in homogeneous and inhomogeneous situations and in the simulated treatment plans. The algorithm was more accurate than the Pencil Beam Convolution model, particularly in the presence of low density heterogeneities

Evaluation of a synthetic single-crystal diamond detector for relative dosimetry on the Leksell Gamma Knife Perfexion radiosurgery system

Purpose: To evaluate the new commercial PTW-60019 synthetic single-crystal microDiamond detector (PTW, Freiburg, Germany) for relative dosimetry measurements on a clinical Leksell Gamma Knife Perfexion radiosurgery system. Methods: Detector output ratios (DORs) for 4 and 8 mm beams were measured using a micro- Diamond (PTW-60019), a stereotactic unshielded diode [IBA stereotactic field detector (SFD)], a shielded diode (IBA photon field detector), and GafChromic EBT3 films. Both parallel and transversal acquisition directions were considered for PTW-60019 measurements. Measured DORs were compared to the new output factor reference values for Gamma Knife Perfexion (0.814 and 0.900 for 4 and 8 mm, respectively). Profiles in the three directions were also measured for the 4 mm beam to evaluate full width at half maximum (FWHM) and penumbra and to compare them with the corresponding Leksell GammaPlan profiles. Results: FWHM and penumbra for PTW-60019 differed from the calculated values by less than 0.2 and 0.3 mm, for the parallel and transversal acquisitions, respectively. GafChromic films showed FWHM and penumbra within 0.1 mm. The output ratio obtained with the PTW-60019 for the 4 mm field was 1.6% greater in transverse direction compared to the nominal value. Comparable differences up to 0.8% and 1.0% for, respectively, GafChromic films and SFD were found. Conclusions: The microDiamond PTW-60019 is a suitable detector for commissioning and routine use of Gamma Knife with good agreement of both DORs and profiles in the three directions

Monte Carlo vs. Pencil Beam based optimization of stereotactic lung IMRT

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The purpose of the present study is to compare finite size pencil beam (fsPB) and Monte Carlo (MC) based optimization of lung intensity-modulated stereotactic radiotherapy (lung IMSRT).</p> <p>Materials and methods</p> <p>A fsPB and a MC algorithm as implemented in a biological IMRT planning system were validated by film measurements in a static lung phantom. Then, they were applied for static lung IMSRT planning based on three different geometrical patient models (one phase static CT, density overwrite one phase static CT, average CT) of the same patient. Both 6 and 15 MV beam energies were used. The resulting treatment plans were compared by how well they fulfilled the prescribed optimization constraints both for the dose distributions calculated on the static patient models and for the accumulated dose, recalculated with MC on each of 8 CTs of a 4DCT set.</p> <p>Results</p> <p>In the phantom measurements, the MC dose engine showed discrepancies < 2%, while the fsPB dose engine showed discrepancies of up to 8% in the presence of lateral electron disequilibrium in the target. In the patient plan optimization, this translates into violations of organ at risk constraints and unpredictable target doses for the fsPB optimized plans. For the 4D MC recalculated dose distribution, MC optimized plans always underestimate the target doses, but the organ at risk doses were comparable. The results depend on the static patient model, and the smallest discrepancy was found for the MC optimized plan on the density overwrite one phase static CT model.</p> <p>Conclusions</p> <p>It is feasible to employ the MC dose engine for optimization of lung IMSRT and the plans are superior to fsPB. Use of static patient models introduces a bias in the MC dose distribution compared to the 4D MC recalculated dose, but this bias is predictable and therefore MC based optimization on static patient models is considered safe.</p

Optimization of extracranial stereotactic radiation therapy of small lung lesions using accurate dose calculation algorithms

BACKGROUND: The aim of this study was to compare and to validate different dose calculation algorithms for the use in radiation therapy of small lung lesions and to optimize the treatment planning using accurate dose calculation algorithms. METHODS: A 9-field conformal treatment plan was generated on an inhomogeneous phantom with lung mimics and a soft tissue equivalent insert, mimicking a lung tumor. The dose distribution was calculated with the Pencil Beam and Collapsed Cone algorithms implemented in Masterplan (Nucletron) and the Monte Carlo system XVMC and validated using Gafchromic EBT films. Differences in dose distribution were evaluated. The plans were then optimized by adding segments to the outer shell of the target in order to increase the dose near the interface to the lung. RESULTS: The Pencil Beam algorithm overestimated the dose by up to 15% compared to the measurements. Collapsed Cone and Monte Carlo predicted the dose more accurately with a maximum difference of -8% and -3% respectively compared to the film. Plan optimization by adding small segments to the peripheral parts of the target, creating a 2-step fluence modulation, allowed to increase target coverage and homogeneity as compared to the uncorrected 9 field plan. CONCLUSION: The use of forward 2-step fluence modulation in radiotherapy of small lung lesions allows the improvement of tumor coverage and dose homogeneity as compared to non-modulated treatment plans and may thus help to increase the local tumor control probability. While the Collapsed Cone algorithm is closer to measurements than the Pencil Beam algorithm, both algorithms are limited at tissue/lung interfaces, leaving Monte-Carlo the most accurate algorithm for dose prediction

Assessment of ongoing readaptation/reintegration of chronic psychotic patients in units of psychosocial rehabilitation

Based on the Regulation 815/84, Greece has received financial and technical help from the European Union in order to update the traditional psychiatric healthcare, to deinstitutionalize the chronically hospitalized psychotic patients in the psychiatric institutions, to decentralize the psychiatric services, to develop community mental health structures and units of psychiatric rehabilitation for the reintegration of chronically psychotic patients in the society, following the principles of psychosocial rehabilitation. The core aims of these efforts are the maximization of the resources and the minimization of the negative consequences of chronicity and of institutionalization, by means of residing in communal houses of psychiatric healthcare (units of psychosocial rehabilitation). The aim of the study is to assess the readaptation and rehabilitation of the patients in the society that takes place by means of their operational assessment and training in social skills.Participants were 103 formerly institutionalized psychotic patients now lodged in guesthouses, dorms, protected apartments of the State or of non-profit civil partnerships in the Thessaly region. Standardized specific scales were used: the Positive and Negative Syndrome Scale (PANSS), the Global Assessment of Functioning (GAF), and the Satisfaction with Life Domains Scale (SLDS). A repeated measure design was used with four measurements, one every six months. The statistical analyses (repeated measures ANOVA) exhibited that the variations in negative syndrome among the measures approximate the statistical significance (p=0,58), and Pairwise ANOVA comparisons exhibited that their functionality and their quality of life were statistically significant (p<0.001), during their stay in units of psychosocial rehabilitation, despite their previous lasting stay in asylum-type units. In conclusion, the units of psychosocial rehabilitation form an effective means of deinstitutionalization. They promote the empowerment and self-regulation of chronical psychotic patients in a transitional framework, in which the continuous but distant psychiatric healthcare substantially contributes to their emancipation. Thus, they will be able to respond to social behaviors and roles. Furthermore, these units guarantee the conditions of meeting the real needs and wishes of the patients, thus, training them to become active members of the society in which they are able to design their lives and have aspirations for it.Key words: Assessment, Readaptation, Reinstitution, Chronic Psychotic Patient, Psychosocial Rehabilitation.Η Ελλάδα, μέσα από τον κανονισμό 815/84, έλαβε οικονομική και τεχνική βοήθεια από την Ευρωπαϊκή Κοινότητα, για τον εκσυγχρονισμό της παραδοσιακής ψυχιατρικής περίθαλψης, τον αποϊδρυματισμό χρονίων νοσηλευόμενων στα ψυχιατρεία ψυχωτικών, την αποκέντρωση των ψυχιατρικών υπηρεσιών, την ανάπτυξη κοινοτικών δομών ψυχικής υγείας και μονάδων ψυχιατρικής αποκατάστασης για την επανένταξη των Χ.Ψ.Α. στη κοινωνία, σύμφωνα με τις αρχές της ψυχοκοινωνικής αποκατάστασης. Η μεγιστοποίηση των δυνατοτήτων του ατόμου και η ελαχιστοποίηση των αρνητικών συνεπειών της χρονιότητας και του ιδρυματισμού αποτέλεσαν τους βασικούς άξονες της διαδικασίας της ψυχιατρικής αποκατάστασης των Χ.Ψ.Α., στις ενδιάμεσες δομές, που αποτελούν τον φορέα της αποϊδρυματοποίησης.Σκοπός της εργασίας είναι να αξιολογηθεί η συντελούμενη επαναπροσαρμογή και μέσω της λειτουργικής αξιολόγησης των αρρώστων και της εκπαίδευσής τους σε κοινωνικές δεξιότητες η επανένταξή τους στο κοινωνικό ιστό. Εκατόν τρεις πρώην ιδρυματοποιημένοι ψυχωτικοί άρρωστοι, φιλοξενούμενοι σε οικοτροφεία - ξενώνες - προστατευμένα διαμερίσματα του Δημοσίου φορέα και Αστικών Εταιρειών μη κερδοσκοπικού χαρακτήρα, σε όλη την Περιφέρεια της Θεσσαλίας, συμμετείχαν στη έρευνα. Χρησιμοποιήθηκαν σταθμισμένες κλίμακες (κλίμακα εκτίμησης Ψυχιατρικής Συμπτωματολογίας, Κλίμακα Συνολικής Εκτίμησης λειτουργικότητας, Κλίμακα της αντιλαμβανόμενης ικανοποίησης, σε σχέση με τους διάφορους τομείς της ζωής), σε επαναλαμβανόμενες μετρήσεις για τέσσερα 6μηνα και από την ανάλυση διακύμανσης επαναλαμβανομένων μετρήσεων των δεδομένων προέκυψε ότι οι μεταβολές μεταξύ των μετρήσεων στο Αρνητικό σύνδρομο προσεγγίζουν τη στατιστική σημαντικότητα (p=0,58) και οι κατά ζεύγη συγκρίσεις των μέσων όρων στη λειτουργικότητα και την Ποιότητα ζωής έδειξαν στατιστικώς σημαντικές μεταβολές (p<0,001) παρόλη την προηγούμενη μακρόχρονη παραμονή σε ασυλικού τύπου μονάδες. Συμπερασματικά οι ενδιάμεσες δομές ευνοούν την αυτονόμηση και αυτοδιαχείρηση των Χ.Ψ.Α. σε ένα ενδιάμεσο, μεταβατικό χώρο όπου η συνεχής πλην αποστασιοποιημένη ψυχιατρική φροντίδα συμβάλλει στη χειραφέτησή τους. Έτσι θα μπορούν να ανταποκριθούν σε κοινωνικές συμπεριφορές και ρόλους και να εξασφαλίσουν συγχρόνως τις συνθήκες συνάντησης με τις πραγματικές ανάγκες και επιθυμίες τους και να εκπαιδευθούν οι Χ.Ψ.Α. ώστε να καταστούν ενεργά μέλη μιας κοινωνίας, στην οποία μπορούν να σχεδιάσουν για τη ζωή τους και να κάνουν όνειρα. Λέξεις ευρετηρίου: Αξιολόγηση, Επαναπροσαρμογή, Επανένταξη, Χρόνιος Ψυχωτικός, Ψυχοκοινωνική Αποκατάσταση

Solving time scheduling problems using timed automata

155 σ.Στις μέρες μας οι αλλαγές που σημειώνονται σε παγκόσμια κλίμακα δεν αφορούν μόνο την οικονομική κατάσταση αλλά τείνουν να επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τη λειτουργία τόσο των μικρών όσο και των μεγαλύτερων σε κλίμακα επιχειρήσεων και βιομηχανιών παραγωγής. Οι εταιρείες που καταφέρνουν να προσαρμοστούν στις νέες συνθήκες έχουν τη πιθανότητα να κερδίσουν ένα ανταγωνιστικό πλεονέκτημα. Για πολλές εταιρείες η διαδικασία προσαρμογής στο νέο περιβάλλον εκλαμβάνεται ως προσπάθεια εξεύρεσης νέων τρόπων οργάνωσης και διοίκησης της παραγωγής τους. Τα ολοένα και υψηλότερα επίπεδα εισχώρησης υπολογιστικών συστημάτων σε όλες τις επιχειρησιακές διαδικασίες μπορούν να καταστήσουν τις εταιρείες περισσότερο αποδοτικές και ευπροσάρμοστες στα νέα δεδομένα και κατ’ επέκταση να τους προσφέρουν το ανταγωνιστικό πλεονέκτημα. Το πρόβλημα του χρονοπρογραμματισμού της παραγωγικής διαδικασίας αποτελεί ένα διαχρονικό σημείο αναφοράς στον κλάδο της διοίκησης παραγωγικών συστημάτων, το οποίο τα τελευταία χρόνια έχει αποκτήσει μια επιπλέον διάσταση, αυτή της παράλληλης βελτιστοποίησης του κόστους, όπως επιβάλλεται εξαιτίας της παγκόσμιας οικονομικής αστάθειας. Με τον όρο χρονοπρογραμματισμός παραγωγικής διαδικασίας εννοούμε την εύρεση του κατάλληλου προγράμματος το οποίο θα συντονίζει τα τεχνολογικά μέσα που απαιτούνται, την κατανομή των πόρων και την παραγωγική διαδικασία, με απώτερο σκοπό τον ελάχιστο χρόνο παραγωγής και το ελάχιστο δυνατό κόστος παραγωγής, που θα καθιστά την επιχείρηση ικανή να «επιβιώσει» μέσα σε ένα άκρως ανταγωνιστικό περιβάλλον που έχει θέσει ως προτεραιότητα την ταχύτητα, την ποιότητα και την αξιοπιστία των σύγχρονών εταιρειών. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εύρεση βέλτιστης λύσης σε ένα πρόβλημα χρονοπρογραμματισμού σε σύστημα παραγωγής κατά παραγγελία (job-shop), που παράλληλα, εκτός από την οργάνωση των παραγωγικών διεργασιών στο λιγότερο δυνατό χρόνο, θα συνυπολογίζει και θα εξασφαλίζει και το ελάχιστο δυνατό κόστος παραγωγής. Αυτή η μεθοδολογία εφαρμόστηκε και στην πράξη, χρησιμοποιώντας το εργαλείο UPPAAL σε κάποια παραδείγματα χρονοπρογραμματισμού παραγωγής. Έτσι, καταφέραμε να βρούμε κάθε φορά το βέλτιστο (ή σχεδόν το βέλτιστο) ολικό χρόνο διεκπεραίωσης ορισμένων εργασιών σε πολύ καλό χρόνο υπολογισμού και με μειωμένο κόστος.Nowadays, the changes occuring at global scale, do not only apply to the economic situation, but also tend to greatly infuence the operations and manufacturing industries. Companies that manage to adapt to new circumstances have the chance to gain a competitive advantage. For many companies, the process of adapting to new environments is perceived as an attempt to find new ways of organization and management of production. The increasingly higher penetration of computer systems into all business processes can make companies more efficient and adaptable to new circumstances and thus offer them the competitive advantage. The problem of scheduling the production process represents a timeless benchmark in the field of production management systems, which has gained an extra dimension in recent years, that of parallel optimazation of costs as required by the global economic instability. The term production scheduling process means finding the right program that will coordinate the technological tolls required, allocation of resources and production process, with the ultimate aim of a minimum production time and minimum cost of production, which makes the company able to "survive" in a highly competitive environment, that has prioritized the speed, quality and reliability of modern companies. The purpose of this thesis is to find the optimal solution to a problem in scheduling production system on demand (job-shop) that except the organization of production processes in the shortest possible time, it will also include and ensure the lowest possible production costs. This methodology is applied in practice, using the tool UPPAAL in some production scheduling examples.Μιχαήλ Π. Ασπραδάκη