طراحی و پیاده‌سازی سامانه کنترل تطبیقی هوشمند برای بهینه‌سازی دوز پرتودرمانی بر پایه بازخورد زیستی بیماران سرطانی

چکیده

پرتودرمانی به‌عنوان یکی از مؤثرترین روش‌های درمان سرطان، همواره با چالش تعیین دقیق دوز تابش مواجه بوده است. اعمال دوز بیش‌ازحد منجر به تخریب بافت‌های سالم و اعمال دوز کمتر موجب کاهش اثربخشی درمان می‌شود. هدف این پژوهش، طراحی و پیاده‌سازی یک سامانه کنترل تطبیقی هوشمند است که بتواند به‌صورت بلادرنگ و بر پایه بازخورد زیستی بیماران، میزان دوز تابش را بهینه‌سازی کند. در این تحقیق از داده‌های واقعی مربوط به پاسخ فیزیولوژیکی بیماران مبتلا به سرطان پستان و پروستات که در پایگاه SEER (Surveillance, Epidemiology, and End Results)  و مؤسسه بین‌المللی انرژی اتمی (IAEA) موجود است، استفاده شده است. مدل کنترلی مورد استفاده، یک ساختار Model Reference Adaptive Control (MRAC)  با الگوریتم بهینه‌سازی بر پایه منطق فازی است که توانایی اصلاح پارامترها در شرایط غیرخطی بدن را دارد. در بخش آزمایشگاهی، داده‌های زیستی مانند دمای بافت، فشار خون و میزان اکسیژن خون در زمان تابش اندازه‌گیری شده و به‌عنوان ورودی سیستم کنترل هوشمند به‌کار رفته‌اند. نتایج تحلیل‌ها نشان داد که در مقایسه با کنترلر PID کلاسیک، روش پیشنهادی تا ۲۳٪ کاهش نوسان دوز تابش و ۱۸٪ افزایش یکنواختی پاسخ درمانی را فراهم کرده است. این سامانه می‌تواند به‌عنوان یک ابزار بالینی نوین، برای افزایش دقت، کاهش عوارض جانبی و ارتقای شخصی‌سازی درمان در بیماران سرطانی به کار گرفته شود. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که به‌کارگیری کنترل تطبیقی هوشمند، راه را برای ادغام سیستم‌های کنترلی مهندسی برق با فناوری‌های پزشکی باز کرده و گامی مؤثر در جهت توسعه پزشکی دقیق (Precision Medicine) است.