Author: Moumita Mukherjee Publisher: Springer Nature ISBN: 9813369159 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 586
Book Description
This book presents research advances in the theory of medical physics and its application in various sectors of biomedical engineering. It gathers best selected research papers presented at International Conference on Advances in Medical Physics and Healthcare Engineering (AMPHE 2020), organized by the Department of Physics (in collaboration with the School of Engineering and Technology) Adamas University, Kolkata, India. The theme of the book is interdisciplinary in nature; it interests students, researchers and faculty members from biomedical engineering, biotechnology, medical physics, life sciences, material science and also from electrical, electronics and mechanical engineering backgrounds nurturing applications in biomedical domain.
Author: Siyong Kim Publisher: CRC Press ISBN: 0429019459 Category : Medical Languages : en Pages : 411
Book Description
This new book educates readers about new technologies before they appear in hospitals, enabling medical physicists and clinicians to prepare for new technologies thoroughly and proactively, and provide better patient care once new equipment becomes available. Emerging technologies in imaging, treatment planning, treatment delivery, dosimetry and informatics are all discussed. The book is divided into three parts: recently developed technologies available for practice; technologies under development nearing completion; and technologies in an early stage of development that could have potential radiotherapy applications. Features: Introduces emerging technologies in imaging, treatment planning, treatment delivery, dosimetry and informatics The advantages and limitations of each technology in clinical settings are discussed, and recommendations on how to adopt the technologies are provided Critiques and improvement points are provided for researchers, in addition to suggestions on how to prepare quality assurance are provided as needed
Author: Mark Strikman Publisher: Princeton University Press ISBN: 0691125864 Category : Science Languages : en Pages : 292
Book Description
The connections between modern physics and medical technology Many remarkable medical technologies, diagnostic tools, and treatment methods have emerged as a result of modern physics discoveries in the last century—including X-rays, radiation treatment, laser surgery, high-resolution ultrasound scans, computerized tomography (CT) scans, and magnetic resonance imaging. This undergraduate-level textbook describes the fundamental physical principles underlying these technological advances, emphasizing their applications to the practice of modern medicine. Intended for science and engineering students with one year of introductory physics background, this textbook presents the medical applications of fundamental principles of physics to students who are considering careers in medical physics, biophysics, medicine, or nuclear engineering. It also serves as an excellent reference for advanced students, as well as medical and health researchers, practitioners, and technicians who are interested in developing the background required to understand the changing landscape of medical science. Practice exercises are included and solutions are available separately in an instructor's manual. Complete discussion of the fundamental physical principles underlying modern medicine Accessible exploration of the physics encountered in a typical visit to a doctor Practice exercises are included and solutions are provided in a separate instructor’s manual (available to professors) A companion website (modernphysicsinmedicine.com) presents supplementary materials
Author: S. Webb Publisher: CRC Press ISBN: 9781420050806 Category : Science Languages : en Pages : 408
Book Description
The Physics of Conformal Radiotherapy: Advances in Technology provides a thorough overview of conformal radiotherapy and biological modeling, focusing on the underlying physics and methodology of three-dimensional techniques in radiation therapy. This carefully written, authoritative account evaluates three-dimensional treatment planning, optimization, photon multileaf collimation, proton therapy, transit dosimetry, intensity-modulation techniques, and biological modeling. It is an invaluable teaching guide and reference for all medical physicists and radiation oncologists/therapists that use conformal radiotherapy.
Author: Oleg N. Vassiliev Publisher: Springer ISBN: 3319441418 Category : Science Languages : en Pages : 292
Book Description
This book is a guide to the use of Monte Carlo techniques in radiation transport. This topic is of great interest for medical physicists. Praised as a "gold standard" for accurate radiotherapy dose calculations, Monte Carlo has stimulated a high level of research activity that has produced thousands of papers within the past few years. The book is designed primarily to address the needs of an academically inclined medical physicist who wishes to learn the technique, as well as experienced users of standard Monte Carlo codes who wish to gain insight into the underlying mathematics of Monte Carlo algorithms. The book focuses on the fundamentals—giving full attention to and explaining the very basic concepts. It also includes advanced topics and covers recent advances such as transport of charged particles in magnetic fields and the grid-based solvers of the Boltzmann equation.
Author: Slavik Tabakov Publisher: CRC Press ISBN: 0429953488 Category : Science Languages : en Pages : 1083
Book Description
Contains over 3300 entries with accompanying diagrams, images, formulas, further reading, and examples Covers both the classical and newest elements in medical imaging, radiotherapy, and radiation protection Discusses material at a level accessible to graduate and postgraduate students in medical physics and related disciplines as well as medical specialists and researchers.
Author: Yves Lemoigne Publisher: Springer ISBN: 9400702477 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 199
Book Description
This book introduces the fundamental aspects of Radiation Protection in Medical Physics and covers three main themes: General Radiation Protection Principles; Radiobiology Principles; Radiation Protection in Hospital Medical Physics. Each of these topics is developed by analysing the underlying physics principles and their implementation, quality and safety aspects, clinical performance and recent advances in the field. Some issues specific to the individual techniques are also treated, e.g. calculation of patient dose as well as that of workers in hospital, optimisation of equipment used, shielding design of radiation facilities, radiation in oncology such as use of brachytherapy in gynecology or interventional procedures. All topics are presented with didactical language and style, making this book an appropriate reference for students and professionals seeking a comprehensive introduction to the field as well as a reliable overview of the most recent developments.
Author: Björn Morén Publisher: Linköping University Electronic Press ISBN: 9179297382 Category : Electronic books Languages : sv Pages : 53
Book Description
Cancer is a widespread class of diseases that each year affects millions of people. It is mostly treated with chemotherapy, surgery, radiation therapy, or combinations thereof. High doserate (HDR) brachytherapy (BT) is one modality of radiation therapy, which is used to treat for example prostate cancer and gynecologic cancer. In BT, catheters (i.e., hollow needles) or applicators are used to place a single, small, but highly radioactive source of ionizing radiation close to or within a tumour, at dwell positions. An emerging technique for HDR BT treatment is intensity modulated brachytherapy (IMBT), in which static or dynamic shields are used to further shape the dose distribution, by hindering the radiation in certain directions. The topic of this thesis is the application of mathematical optimization to model and solve the treatment planning problem. The treatment planning includes decisions on catheter placement, that is, how many catheters to use and where to place them, as well as decisions for dwell times. Our focus is on the latter decisions. The primary treatment goals are to give the tumour a sufficiently high radiation dose while limiting the dose to the surrounding healthy organs, to avoid severe side effects. Because these aims are typically in conflict, optimization models of the treatment planning problem are inherently multiobjective. Compared to manual treatment planning, there are several advantages of using mathematical optimization for treatment planning. First, the optimization of treatment plans requires less time, compared to the time-consuming manual planning. Secondly, treatment plan quality can be improved by using optimization models and algorithms. Finally, with the use of sophisticated optimization models and algorithms the requirements of experience and skill level for the planners are lower. The use of optimization for treatment planning of IMBT is especially important because the degrees of freedom are too many for manual planning. The contributions of this thesis include the study of properties of treatment planning models, suggestions for extensions and improvements of proposed models, and the development of new optimization models that take clinically relevant, but uncustomary aspects, into account in the treatment planning. A common theme is the modelling of constraints on dosimetric indices, each of which is a restriction on the portion of a volume that receives at least a specified dose, or on the lowest dose that is received by a portion of a volume. Modelling dosimetric indices explicitly yields mixed-integer programs which are computationally demanding to solve. We have therefore investigated approximations of dosimetric indices, for example using smooth non-linear functions or convex functions. Contributions of this thesis are also a literature review of proposed treatment planning models for HDR BT, including mathematical analyses and comparisons of models, and a study of treatment planning for IMBT, which shows how robust optimization can be used to mitigate the risks from rotational errors in the shield placement. Cancer är en grupp av sjukdomar som varje år drabbar miljontals människor. De vanligaste behandlingsformerna är cellgifter, kirurgi, strålbehandling eller en kombination av dessa. I denna avhandling studeras högdosrat brachyterapi (HDR BT), vilket är en form av strålbehandling som till exempel används vid behandling av prostatacancer och gynekologisk cancer. Vid brachyterapibehandling används ihåliga nålar eller applikatorer för att placera en millimeterstor strålkälla antingen inuti eller intill en tumör. I varje nål finns det ett antal så kallade dröjpositioner där strålkällan kan stanna en viss tid för att bestråla den omkringliggande vävnaden, i alla riktningar. Genom att välja lämpliga tider för dröjpositionerna kan dosfördelningen formas efter patientens anatomi. Utöver HDR BT studeras också den nya tekniken intensitetsmodulerad brachyterapi (IMBT) vilket är en variation på HDR BT där skärmning används för att minska strålningen i vissa riktningar vilket gör det möjligt att forma dosfördelningen bättre. Planeringen av en behandling med HDR BT omfattar hur många nålar som ska användas, var de ska placeras samt hur länge strålkällan ska stanna i de olika dröjpositionerna. För HDR BT kan dessa vara flera hundra stycken medan det för IMBT snarare handlar om tusentals möjliga kombinationer av dröjpositioner och inställningar av skärmarna. Planeringen resulterar i en dosplan som beskriver hur hög stråldos som tumören och intilliggande frisk vävnad och riskorgan utsätts för. Dosplaneringen kan formuleras som ett matematiskt optimeringsproblem vilket är ämnet för avhandlingen. De övergripande målsättningarna för behandlingen är att ge en tillräckligt hög stråldos till tumören, för att döda alla cancerceller, samt att undvika att bestråla riskorgan eftersom det kan ge allvarliga biverkningar. Då alla målsättningarna inte samtidigt kan uppnås fullt ut så fås optimeringsproblem där flera målsättningar behöver prioriteras mot varandra. Utöver att dosplanen uppfyller kliniska behandlingsriktlinjer så är också tidsaspekten av planeringen viktig eftersom det är vanligt att den görs medan patienten är bedövad eller sövd. Vid utvärdering av en dosplan används dos-volymmått. För en tumör anger ett dosvolymmått hur stor andel av tumören som får en stråldos som är högre än en specificerad nivå. Dos-volymmått utgör en viktig del av målen för dosplaner som tas upp i kliniska behandlingsriktlinjer och ett exempel på ett sådant mål vid behandling av prostatacancer är att 95% av prostatans volym ska få en stråldos som är minst den föreskrivna dosen. Dos-volymmått utläses ur de kliniskt betydelsefulla dos-volym histogrammen som för varje stråldosnivå anger motsvarande volym som erhåller den dosen. En fördel med att använda matematisk optimering för dosplanering är att det kan spara tid jämfört med manuell planering. Med väl utvecklade modeller så finns det också möjlighet att skapa bättre dosplaner, till exempel genom att riskorganen nås av en lägre dos men med bibehållen dos till tumören. Vidare så finns det även fördelar med en process som inte är lika personberoende och som inte kräver erfarenhet i lika stor utsträckning som manuell dosplanering i dagsläget gör. Vid IMBT är det dessutom så många frihetsgrader att manuell planering i stort sett blir omöjligt. I avhandlingen ligger fokus på hur dos-volymmått kan användas och modelleras explicit i optimeringsmodeller, så kallade dos-volymmodeller. Detta omfattar såväl analys av egenskaper hos befintliga modeller, utvidgningar av tidigare använda modeller samt utveckling av nya optimeringsmodeller. Eftersom dos-volymmodeller modelleras som heltalsproblem, vilka är beräkningskrävande att lösa, så är det också viktigt att utveckla algoritmer som kan lösa dem tillräckligt snabbt för klinisk användning. Ett annat mål för modellutvecklingen är att kunna ta hänsyn till fler kriterier som är kliniskt relevanta men som inte ingår i dos-volymmodeller. En sådan kategori av mått är hur dosen är fördelad rumsligt, exempelvis att volymen av sammanhängande områden som får en alldeles för hög dos ska vara liten. Sådana områden går dock inte att undvika helt eftersom det är typiskt för dosplaner för brachyterapi att stråldosen fördelar sig ojämnt, med väldigt höga doser till små volymer precis intill strålkällorna. Vidare studeras hur små fel i inställningarna av skärmningen i IMBT påverkar dosplanens kvalitet och de olika utvärderingsmått som används kliniskt. Robust optimering har använts för att säkerställa att en dosplan tas fram som är robust sett till dessa möjliga fel i hur skärmningen är placerad. Slutligen ges en omfattande översikt över optimeringsmodeller för dosplanering av HDR BT och speciellt hur optimeringsmodellerna hanterar de motstridiga målsättningarna.
Author: Moumita Mukherjee
Author: Siyong Kim
Author: Devon J. Godfrey
Author: Mark Strikman
Author: S. Webb
Author: Oleg N. Vassiliev
Author: Slavik Tabakov
Author: Yves Lemoigne
Author: Björn Morén
Author: John Hundale Lawrence