The effect of setup uncertainties on CTV dose and the correlation between setup uncertainties and setup margin were evaluated by Monte Carlo based numerical simulation. Patient specific information of IMRT treatment plan for rectal cancer designed on the VARIAN Eclipse planning system was utilized for the Monte Carlo simulation program including the planned dose distribution and tumor volume information of a rectal cancer patient. The simulation program was developed for the purpose of the study on Linux environment using open source packages, GNU C++ and ROOT data analysis framework. All misalignments of patient setup were assumed to follow the central limit theorem. Thus systematic and random errors were generated according to the gaussian statistics with a given standard deviation as simulation input parameter. After the setup error simulations, the change of dose in CTV volume was analyzed with the simulation result. In order to verify the conventional margin recipe, the correlation between setup error and setup margin was compared with the margin formula developed on three dimensional conformal radiation therapy. The simulation was performed total 2,000 times for each simulation input of systematic and random errors independently. The size of standard deviation for generating patient setup errors was changed from 1 mm to 10 mm with 1 mm step. In case for the systematic error the minimum dose on CTV $D_{min}^{stat{\cdot}}$ was decreased from 100.4 to 72.50% and the mean dose $\bar{D}_{syst{\cdot}}$ was decreased from 100.45% to 97.88%. However the standard deviation of dose distribution in CTV volume was increased from 0.02% to 3.33%. The effect of random error gave the same result of a reduction of mean and minimum dose to CTV volume. It was found that the minimum dose on CTV volume $D_{min}^{rand{\cdot}}$ was reduced from 100.45% to 94.80% and the mean dose to CTV $\bar{D}_{rand{\cdot}}$ was decreased from 100.46% to 97.87%. Like systematic error, the standard deviation of CTV dose ${\Delta}D_{rand}$ was increased from 0.01% to 0.63%. After calculating a size of margin for each systematic and random error the "population ratio" was introduced and applied to verify margin recipe. It was found that the conventional margin formula satisfy margin object on IMRT treatment for rectal cancer. It is considered that the developed Monte-carlo based simulation program might be useful to study for patient setup error and dose coverage in CTV volume due to variations of margin size and setup error.
Recently, manufacturers have been struggling to efficiently use production equipment as their production methods become more sophisticated and complex. Typical factors hindering the efficiency of the manufacturing process include setup cost due to job change. Especially, in the process of using expensive production equipment such as semiconductor / LCD process, efficient use of equipment is very important. Balancing the tradeoff between meeting the deadline and minimizing setup cost incurred by changes of work type is crucial planning task. In this study, we developed a scheduling model to achieve the goal of minimizing the duedate and setup costs by using reinforcement learning in parallel machines with duedate and work preparation costs. The proposed model is a Deep Q-Network (DQN) scheduling model and is a reinforcement learning-based model. To validate the effectiveness of our proposed model, we compared it against the heuristic model and DNN(deep neural network) based model. It was confirmed that our proposed DQN method causes less due date violation and setup costs than the benchmark methods.
When using Image Guided Radiation Therapy, the patient is placed using skin marker first and after confirming anatomical location using OBI, the couch is moved to correct the set up. Evaluation for the error made at that moment was done. Through comparing $0^{\circ}$ and $270^{\circ}$ direction DRR image and OBI image with 2D-2D matching when therapy planning, comparison between patient's therapy plan setup and actual treatment setup was made to observe the error. Treatment confirmation on important organs such as head, neck and spinal cord was done every time through OBI setup and other organs such as chest, abdomen and pelvis was done 2 ~ 3 times a week. But corrections were all recorded on OIS so that evaluation on accuracy could be made through using skin index which was divided into head, neck, chest and abdomen-pelvis on 160 patients. Average setup error for head and neck patient on each AP, SI, RL direction was $0.2{\pm}0.2cm$, $-0.1{\pm}0.1cm$, $-0.2{\pm}0.0cm$, chest patient was $-0.5{\pm}0.1cm$, $0.3{\pm}0.3cm$, $0.4{\pm}0.2cm$, and abdomen was $0.4{\pm}0.4cm$, $-0.5{\pm}0.1cm$, $-0.4{\pm}0.1cm$. In case of pelvis, it was $0.5{\pm}0.3cm$, $0.8{\pm}0.4cm$, $-0.3{\pm}0.2cm$. In rigid body parts such as head and neck showed lesser setup error compared to chest and abdomen. Error was greater on chest in horizontal axis and in AP direction, abdomen-pelvis showed greater error. Error was greater on chest in horizontal axis because of the curve in patient's body when the setup is made. Error was greater on abdomen in AP direction because of the change in front and back location due to breathing of patient. There was no systematic error on patient setup system. Since OBI confirms the anatomical location, when focus is located on the skin, it is more precise to use skin marker to setup. When compared with 3D-3D conformation, although 2D-2D conformation can't find out the rolling error, it has lesser radiation exposure and shorter setup confirmation time. Therefore, on actual clinic, 2D-2D conformation is more appropriate.
Ji, Yunseo;Chang, Kyung Hwan;Cho, Byungchul;Kwak, Jungwon;Song, Si Yeol;Choi, Eun Kyung;Lee, Sang-wook
Progress in Medical Physics
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v.26
no.4
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pp.286-293
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2015
The purpose of this study was to evaluate the set up accuracy using stereotactic body frame and frameless immobilizer for lung stereotactic body radiation therapy (SBRT). For total 40 lung cancer patients treated by SBRT, 20 patients using stereotactic body frame and other 20 patients using frameless immobilizer were separately enrolled in each group. The setup errors of each group depending on the immobilization methods were compared and analyzed. All patients received the dose of 48~60 Gy for 4 or 5 fractions. Before each treatment, a patient was first localized to the treatment isocenter using room lasers, and further aligned with a series of image guidance procedures; orthogonal kV radiographs, cone-beam CT, orthogonal fluoroscopy. The couch shifts during these procedures were recorded and analyzed for systematic and random errors of each group. Student t-test was performed to evaluate significant difference depending on the immobilization methods. The setup reproducibility was further analyzed using F-test with the random errors excluding the systematic setup errors. In addition, the ITV-PTV margin for each group was calculated. The setup errors for SBF were $0.05{\pm}0.25cm$ in vertical direction, $0.20{\pm}0.38cm$ in longitudinal direction, and $0.02{\pm}0.30cm$ in lateral direction, respectively. However the setup errors for frameless immobilizer showed a significant increase of $-0.24{\pm}0.25cm$ in vertical direction while similar results of $0.06{\pm}0.34cm$, $-0.02{\pm}0.25cm$ in longitudinal and lateral directions. ITV-PTV margins for SBF were 0.67 cm (vertical), 0.99 cm (longitudinal), and 0.83 cm (lateral), respectively. On the other hand, ITV-PTV margins for Frameless immobilizer were 0.75 cm (vertical), 0.96 cm (longitudinal), and 0.72 cm (lateral), indicating less than 1 mm difference for all directions. In conclusion, stereotactic body frame improves reproducibility of patient setup, resulted in 0.1~0.2 cm in both vertical and longitudinal directions. However the improvements are not substantial in clinic considering the effort and time consumption required for SBF setup.
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology
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v.9
no.3
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pp.261-270
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2019
With the advent of the Fourth Industrial Revolution, multi-variety production in the up-to-date manufacturing environment is proceeding more rapidly whereby production planning and management have been getting more complicated. Moreover, the need to improve production efficiency through effective operation sequencing is further heightened. Fundamentally, the effective operation sequencing can reduce the set-up of the equipment, efficiently utilize the equipment, shorten the set-up time, and ultimately contribute to productivity improvement. This study deals with the problem of efficient operation sequencing in a situation where a single machine performs multiple operations. The complexity of the problem is very high when compared to the case where only one operation is performed on one machine, which is covered in most existing studies. In this paper, we propose an integer programming model to minimize the number of setups. This study aims at minimizing the number of mold replacement times in the process of processing a given production order for the wiring harness manufacturing process, which is one of the components of automobile electric field. In addition, brief case studies are presented to verify the validity of the proposed mathematical model.
Kim, Jong-Deok;Lee, Haeng-O;You, Jae-Man;Ji, Dong-Hwa;Song, Ju-Young
The Journal of Korean Society for Radiation Therapy
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v.19
no.1
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pp.1-5
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2007
Purpose: The accuracy and advantages of OBI(On Board Imager) against the conventional method like film and EPID for the setup error correction were evaluated with the analysis of the accumulated data which were produced in the process of setup error correction using OBI. Materials and Methods: The results of setup error correction using OBI system were analyzed for the 130 patients who had been planned for 3 dimensional conformal radiation therapy during March 2006 and May 2006. Two kilo voltage images acquired in the orthogonal direction were fused and compared with reference setup images. The setup errors in the direction of vertical, lateral, longitudinal axis were recorded and calculated the distance from the isocenter. The corrected setup error were analyzed according to the lesion and the degree of shift variations. Results: There was no setup error in the 41.5% of total analyzed patients and setup errors between 1mm and 5mm were found in the 52.3%. 6.1% patients showed the more than 5mm shift and this error were verified as a difference of setup position and the movement of patient in a treatment room. Conclusion: The setup error analysis using OBI in this study verified that the conventional setup process in accordance with the laser and field light was not enough to get rid of the setup error. The KV images acquired using OBI provided good image quality for comparing with simulation images and much lower patients' exposure dose compared with conventional method of using EPID. These advantages of OBI system which were confirmed in this study proved the accuracy and priority of OBI system in the process of IGRT(Image Guided Radiation Therapy).
[ $\underline{Purpose}$ ]: The purpose of this study is to develop a practical method for determining accurate marker positions for prostate cancer radiotherapy using CT images and kV x-ray images obtained from the use of the on- board imager (OBI). $\underline{Materials\;and\;Methods}$: Three gold seed markers were implanted into the reference position inside a prostate gland by a urologist. Multiple digital image processing techniques were used to determine seed marker position and the center-of-mass (COM) technique was employed to determine a representative reference seed marker position. A setup discrepancy can be estimated by comparing a computed $COM_{OBI}$ with the reference $COM_{CT}$. A proposed algorithm was applied to a seed phantom and to four prostate cancer patients with seed implants treated in our clinic. $\underline{Results}$: In the phantom study, the calculated $COM_{CT}$ and $COM_{OBI}$ agreed with $COM_{actual}$ within a millimeter. The algorithm also could localize each seed marker correctly and calculated $COM_{CT}$ and $COM_{OBI}$ for all CT and kV x-ray image sets, respectively. Discrepancies of setup errors between 2D-2D matching results using the OBI application and results using the proposed algorithm were less than one millimeter for each axis. The setup error of each patient was in the range of $0.1{\pm}2.7{\sim}1.8{\pm}6.6\;mm$ in the AP direction, $0.8{\pm}1.6{\sim}2.0{\pm}2.7\;mm$ in the SI direction and $-0.9{\pm}1.5{\sim}2.8{\pm}3.0\;mm$ in the lateral direction, even though the setup error was quite patient dependent. $\underline{Conclusion}$: As it took less than 10 seconds to evaluate a setup discrepancy, it can be helpful to reduce the setup correction time while minimizing subjective factors that may be user dependent. However, the on-line correction process should be integrated into the treatment machine control system for a more reliable procedure.
Extracting the process planning information from the CAD data is the key issue in integrated CAD/CAM system. In this paper, we develop algorithms for extracting the shape and setup configuration for NC machining of prismatic parts. In determining the workpart shape, the minimum-enclosing condept is applied so that the material waste is minimized. To minimize the number of setups, feature based algorithm is developed considrint the part shape, tool shape, and tool approach direction. The validity and effectiveness of the developed algorithms were tested by computer simulations.
The Journal of Korean Society for Radiation Therapy
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v.33
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pp.109-116
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2021
Purpose: The purpose of this study is to evaluate the usefulness of Surface-Guided Patient Setup by comparing the patient positioning accuracy when image-guided radiation therapy was used for Markerless patients(unmarked on the skin) using Surface-Guided Patient Setup and Marker patients(marked on the skin) using Laser-Based Patient Setup. Materials And Methods: The position error during IGRT was compared between a Markerless patient initially set up with SGPS using an optical surface scanning system using three cameras and a Marker patient initially set up with LBPS that aligns the laser with the marker drawn on the patient's skin. Both SGPS and LBPS were performed on 20 prostate cancer patients and 10 Stereotactic Radiation Surgery patients, respectively, and SGPS was performed on an additional 60 breast cancer patients. All were performed IGRT using CBCT or OBI. Position error of 6 degrees of freedom was obtained using Auto-Matching System, and comparison and analysis were performed using Offline-Review in the treatment planning system. Result: The difference between the root mean square (RMS) of SGPS and LBPS in prostate cancer patients was Vrt -0.02cm, Log -0.02cm, Lat 0.01cm, Pit -0.01°, Rol -0.01°, Rtn -0.01°, SRS patients was Vrt 0.02cm, Log -0.05cm, Lat 0.00cm, Pit -0.30°, Rol -0.15°, Rtn -0.33°. there was no significant difference between the two regions. According to the IGRT standard of breast cancer patients, RMS was Vrt 0.26, Log 0.21, Lat 0.15, Pit 0.81, Rol 0.49, Rtn 0.59. Conclusion:. As a result of this study, the position error value of SGPS compared to LBPS did not show a significant difference between prostate cancer patients and SRS patients. In the case of additionally performed SGPS breast cancer patients, the position error value was not large based on IGRT. Therefore, it is considered that it will be useful to replace LBPS with SGPS, which has the great advantage of not requiring patient skin marking..
Proceedings of the Korean Operations and Management Science Society Conference
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2000.04a
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pp.94-98
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2000
본 논문은 TFT-LCD 모듈 조립 공정에서의 스케줄링 시스템을 제안한다. TFT-LCD 모듈 조립 공정은 선행 공정인 액정 공정에서 넘어오는 LCD 판넬과 기타 부품들을 조립하여 최종 완제품을 만드는 공정이다. 본 연구에서 다루고 있는 문제는 주문량으로부터 구해지는 일일 생산 계획량이 주어졌을 때 각 라인에서 생산되어질 제품을 배정하는 문제이다. 본 논문의 목적은 주어진 실제 공정 환경에서 일일 생산 계획량을 최대로 만족하기 위한 스케줄링 휴리스틱을 개발하는 것이다. 이를 위해 relaxed LP 모형을 제시하였고 제시된 LP 모형을 이용한 알고리즘을 개발하였다. 제안된 알고리즘은 제품 우선 배정 조건, 현 보유 자재량과 대략적인 라인의 생산 능력을 고려한 LP 프로시져 부분과 제품 간 셋업 시간을 고려한 설비 배정 휴리스틱의 두 부분으로 구분된다. 알고리즘의 성능 검사를 위해 실제 TFT-LCD 모듈 공정에서의 데이터를 이용하여 과거에 실제 이루어진 생산 결과와 비교를 하였으며 제안된 알고리즘의 효율성을 실험 결과를 통해 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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