企画アシスタント - 合理化された、放射線は放射線治療計画システムを完全に自動化

Medicine
 

Summary

放射線療法は、治療計画を作成し、患者に配信される前に品質保証 (QA) を提供する複数のスペシャ リストを必要とする非常に複雑な癌治療です。このプロトコルでは、放射企画アシスタント (RPA)、質の高い放射線治療計画を作成する、完全に自動化されたシステムの使用について説明します。

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Court, L. E., Kisling, K., McCarroll, R., Zhang, L., Yang, J., Simonds, H., du Toit, M., Trauernicht, C., Burger, H., Parkes, J., Mejia, M., Bojador, M., Balter, P., Branco, D., Steinmann, A., Baltz, G., Gay, S., Anderson, B., Cardenas, C., Jhingran, A., Shaitelman, S., Bogler, O., Schmeller, K., Followill, D., Howell, R., Nelson, C., Peterson, C., Beadle, B. Radiation Planning Assistant - A Streamlined, Fully Automated Radiotherapy Treatment Planning System. J. Vis. Exp. (134), e57411, doi:10.3791/57411 (2018).

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Abstract

放射線企画アシスタント (RPA) は放射線治療計画、患者の頭頸部癌患者 4 フィールド ボックス計画のボリューム変調アーク療法 (VMAT) 計画を含む完全に自動化された作成するために開発したシステム子宮頸がん。それ商業放射線治療計画システムと通信するためのアプリケーション プログラミング インターフェイスを使用して特別に開発された社内のソフトウェアの組み合わせです。それはまた商業二次線量検証ソフトウェアのインターフェイスします。システムに必要な入力は、治療計画の順序、放射線腫瘍医による承認し、シミュレーション計算された断層レントゲン写真撮影 (CT) 画像、レントゲン技師によって承認されました。RPA では、完全な放射線治療計画を生成します。子宮頸がんの治療計画の追加ユーザーの介入は必要ありません、計画が完了するまでです。頭頸部治療計画の正常組織とターゲットの構造のいくつかは CT 画像に線引き自動的に後放射線腫瘍医確認する必要がある輪郭、必要に応じて編集を行います。総腫瘍体積を写生します。RPA は、計画プロセス、VMAT 計画の作成処理を完了します。最後に、完成したプランは、臨床スタッフによってレビューする必要があります。

Introduction

放射線治療の診療所で患者 300 人につき 1 治療計画に国際原子力機関 (IAEA) をお勧めし、400 患者あたり 1 放射線物理学者は毎年1を扱います。多くの国でこれらの役割 (処置の立案者および物理学者) が結合されます。他の国で (呼ばれる放射線技師) 放射線治療技師は治療の役割を計画にまた取る。低・中所得国 (LMICs) 放射線腫瘍医、医学物理士、放射線治療技師の深刻な欠損があります。2020 年まで、追加の 12,000 の放射線腫瘍医、10,000 の医学物理士および 29,000 の技術者が必要と推定されます。2。 これらの推定値は、パブリック ドメイン内のさまざまなデータ セットからのデータに基づいています (e.g。、国際原子力機関)、スタッフの放射線治療・腫瘍 (エストロソイ) と国際原子力機関の3会からの勧告に基づいてレベルを持つ。トレーニングの必要性は計り知れないです。たとえば、医学物理士、ほとんどガイドラインで推奨 2-3 年間のインターンシップや居住、竣工医学物理大学院学校4,5,6後に多くの場合。この 4 年間のコミットメントを意味する医学物理士だけでグローバルの欠乏に対処するためにちょうどトレーニングの 40,000 年が必要であります。

治療計画の自動化は、これら人材の不足、特に医療物理学者・企画担当者のいくつかを減らすことができます。自動計画と、放射線腫瘍医は、治療3を計画に費やす時間を短縮でき、確かに放射線治療ビーム開口部を図面で重要な役割があります。この作品は、完全に自動化された治療計画システム、放射線企画アシスタント (RPA)、最終的に世界中で質の高い放射線治療へのアクセスを改善するために国立がん研究所によって資金を供給されたプロジェクトの下で開発の操作を記述します。7

図 1は、自動処置計画の RPA で実装されたプロセスの概要を示しています。治療計画タスクは治療計画システムのいずれかの関数を使用して実行されます (使用計画システムのための材料表を参照)、アプリケーション プログラミング インターフェイス (API) を使用して制御または社内使用して開発関数。RPA の重要なコンポーネントは、されているすべてのタスクの独立した検証自動8です。これは、第二に、異なるアルゴリズムや関数セットを使用して実現されます。治療計画に使用される主なアルゴリズムの結果は二次のアルゴリズムの結果と比較して、違いが予め決められた基準9より大きい場合にフラグします。治療は、独立したチェック ・現地スタッフがさらにマニュアル チェック、患者の治療に使用する準備ができて渡す予定です。RPA の出力ドキュメントは、手動チェック プロセスを合理化する具体的に設計されています。

ビューのユーザーの観点から RPA システムのワークフローは、図 2に示すです。システムへの入力は、承認された計画オーダーと承認の CT 画像です。放射線腫瘍医を作成し、患者の基本情報と期待される計画(処方、治療の種類など)に関する詳細を含む計画の順序を承認します。CT 画像のセットは、(CT 技術者) によって承認されなければなりません。計画が正しい CT 画像が計算されるためです。これは、1 人の患者の複数の CT 画像セットが取られるとき、重要です。RPA を受信する承認された計画順序および承認された CT 画像セット、治療プランが自動的に生成されます。いくつかのケースで子宮頸癌治療 4 フィールド ボックスの作成、時次の手順は完全に自動化されて、まで追加ユーザーの介入は必要ありません、治療計画は準備ができています。頭/首 VMAT 治療計画の作成など、その他の場合自動処理プロセスを途中で介入が必要です。頭頸部の計画、放射線腫瘍医がレビュー/編集の自動的に生成された輪郭に必要です。彼らはまた総腫瘍体積 (GTV) を記述する必要があります。このような状況でご注文および CTs の受信を承認した後、RPA はいくつか初期輪郭正常組織およびいくつかのターゲットの輪郭を含むタスク実行します。放射線腫瘍医、レビューし、承認の輪郭、RPA が残りの処置の計画のタスクと続きます。現在のシステムは、6 でテストされています MV と頭頸部と子宮頸部の治療計画用 18 MV x 線ビーム、それぞれ、平坦化との両方をフィルターします。治療計画が完了したら、適切な臨床スタッフ、例えば、物理学者、放射線腫瘍医によるレビューと承認の文書が作成されます。これらのタスクのいくつかは、他のスタッフに委任できます。

現代治療計画システムはすでにいくつかを提供しては、計画プロセスを自動化しました。RPA 統合これらの可能な限り、ユーザーは、複雑な治療計画システムのインタ フェースを開く必要がない治療計画を生成できるように、計画プロセスを自動化を提供する完全です。本稿では、RPA のプロトコルを説明し、治療計画プロセスの出力のいくつかの例の結果が表示されます。

Protocol

RPA を評価するために使用されるすべての患者データは、テキサス MD アンダーソン制度検討委員会の大学からの承認と、使用されました。

1. 計画の進行状況の監視

  1. 放射線計画のアシスタント コントロール用センター ワークスペースを開き、ログインします。
  2. すべての患者で現在アクティブになっているすべての患者データをクリックします。
  3. 患者の医療記録番号 (MRN) でを見つけるには、患者の選択をクリックします。
  4. 承認された CT または承認されたすべての患者のための計画のステータスを確認するには、計画の順序 (または両方) は、 RPA 計画セクションで見る。状態オプションをメッセージ] セクションで、このセクションの上すぐにまとめます。
  5. 完成予定の詳細を確認するには、(RPA で) 患者をクリックします。計画の順序およびCT 承認のセクションでその計画順序と CT の詳細がご覧いただけます。
    1. 完成した計画を承認、承認をクリックします。各機関の設定することができます承認 (医師、物理学者・技術者) の特定のレベルがあります。
  6. RPA のタスクの履歴を確認するには、ログをクリックします。
  7. (まだ承認されていないものを含む) 任意の計画順序の詳細を確認するには、計画の順序で患者をクリックします。
  8. (まだ承認されていないものなど) を設定、CT 画像の詳細を確認、患者CT の承認] セクションをクリックします。

2 計画書の承認

注: RPA に治療計画が作成される前に (通常は放射線腫瘍医) 計画書の承認が必要です。

  1. 計画の順序のワークスペースを開きます。スタンドアロンのアイコンを使用して、または放射企画アシスタント コントロール センターワークスペースからこれを行います。
  2. 新しい計画の順序を次のように作成します。
    1. 新しいをクリックします。
    2. セクション 1 - 人口統計を完了します。このセクションは常に同じです。
      1. 医療記録番号、患者氏名を入力します。
      2. 適切な治療のサイトを選択します。頭頸部、子宮頸部、乳房から選択します。
        注: このリストは私たちの開発努力の進捗状況として増えます。この選択は、以下のセクション 3 で提供される選択肢を変更します。
    3. セクション 2 - 一般的な治療を完了します。このセクションは常に同じです。
      1. セックス/妊娠の有無、事前照射、ペース メーカー、および他のインプラントに関する質問を完了します。
      2. Autostart技術者の質問を完了します。
        注: 自動起動を選択 RPA 計画受注を承認と承認された CT 画像の両方がある場合、計画プロセスを自動的に開始されます。選択する技術者には、自動計画プロセスを開始するための技術者が必要となります。これは、コントロール センターのワークスペースで行うことができます。
    4. セクション 3 - 特定の処理を完了します。
      注: この例は、頭頸部の治療のためです。
      1. 適切なラジオ ボタンを選択することにより頭頸部原発と肯定的なリンパの関与を選択します。次のセクションは、これらの選択肢に基づいて自動的に選択されます。
      2. 確認または適切なラジオ ボタンを選択して頸首、咽後リンパ節の範囲のセクションを変更します。これらのCTV1またはCTV2に対応しているかどうかを示す適切なラジオボタンを選択 (CTV: 臨床ターゲット ・ ボリューム)。
      3. 処理装置と処理技術を選択します。
      4. 治療のアプローチを選択するには、(この例は VMAT 治療) 適切なラジオ ボタンをクリックします。
        1. 確認または治療処方を変更します。処方を変更するには、テキスト ボックスに必要な分数用量を入力します。
        2. 正常組織線量制約の妥当性を確認します。
    5. 計画の順序を保存します。計画の順序の pdf が生成されます。
    6. 最終的な計画の順序を確認します。
      1. 最終的な計画の順序が正しい場合は、承認をクリックします。
      2. 最終的な計画の順序が正しくない場合 [編集] をクリックし、必要に応じて変更します。
  3. 計画の順序ワークスペースを閉じます。

3. CT 画像承認

注: RPA は処置の計画を作成する前に、CT の承認が必要です。

  1. CT 承認ワークスペースを開きます。
    注: この行うことができますスタンドアロン アイコンまたは放射線企画アシスタント コントロール センターワークスペースから。
  2. 承認されるそれを CT スキャンをクリックします。
    注: CT スキャンが表示されない場合それを受け取っていない RPA によって。
  3. アイソ センターを中心とした CT のスライスを確認します。
    1. すべて読み込みすべての CT 画像を確認するをクリックします。
    2. アイソ センターの場所と CT 画像の画質確認します。
  4. CT 画像は、スライスの数、方向データが正しい場合は、承認をクリックします。

4. 自動治療計画を開始します。

注: この手順は、技術者を設定 (計画順序) でAutoplan を開始をした場合のみ必要。

  1. 正しい患者/計画オーダーを選択/CTコントロール センターワークスペースでRPA プランの追加] をクリックします。

5. 輪郭のレビューと承認

注: いくつかの治療頭/首など VMAT、輪郭のレビューと承認が必要です。これは、通常の放射線腫瘍医で行います。

  1. 患者データの状態を示すに待つW (待機) コントロール センター;今、レビューを等高線の準備です。
  2. クリックして、 Wアイコン、またはROI 承認(ROI: 関心領域)。輪郭のレビューと承認のワークスペースが開かれる注意してください。
    注: ここで利用可能な輪郭は (計画の順序で選択) を生成するプランの種類に依存します。
  3. すべて凸凹組織/ターゲットを確認します。構造を編集するには、まず興味 (プルダウン リスト) の構造を選択し、微調整のアイコンをクリックし、各 CT スライスの輪郭を編集します。
  4. (例えば頭/首計画のため)、必要に応じて手動で総腫瘍容積 (GTV) とリンパ節転移陽性を描くかどうか。これを行うには、プルダウン リストから (例えばGTV) 興味の構造を選択、手動描写のアイコンをクリックして、各 CT スライス構造を描画します。
  5. (頭/首の場合) を臨床ターゲット ・ ボリューム (CTV1) を作成します。
    1. GTV と肯定的なリンパ節を展開、 GTV は CTV を ->をクリックします。
    2. CTV1 を手動で描画するには、構造 (プルダウン リスト) のリストからCTV1を選択、手動描写のアイコンをクリックし、各 CT スライス構造を描画します。
    3. 確認し、必要に応じて CTV1 を編集します。
  6. ターゲット ・ ボリューム (Ptv) の計画を作成します。
    1. CTV は PTV を ->をクリックします。レビュー。
    2. これらの展開の両方で多くの不確実性のアカウント、必要に応じて編集だけど輪郭と患者のセットアップ。PTV を編集するのには、プルダウン リストから適切な PTV を選択、微調整アイコン (または他の編集のアイコンのいずれか) をクリックしてください
  7. 輪郭を承認します。
    1. すべての輪郭を確認し、承認の ROIをクリックします。Roi が承認されると、処置計画のプロセスは自動的に続行されます。すべての警告メッセージに注意を払うし、必要に応じて説明書を追加します。

6. 放射線治療計画のレビューと承認

  1. レビューの準備ができたときに治療計画を確認します。計画確認書(pdf 形式) でコントロール センターが表示されます。
    注: (ことができます利用可能なスタッフによって、結合される) の段階の計画を確認できます。適切な審査は、各ページのフッターに表示されます。
  2. 技術的なレビューを実行します。
    メモ: これは、物理学のレビューと組み合わせてすることができます。
    1. フロント ページを確認します。
      1. 見直し、処方や計画の詳細が適切な患者の人口統計をテストします。
      2. すべての自動計画検証チェックが成功したことを確認します。
    2. マークのアイソ センターをチェックしてください。
      1. マークのアイソ センターが誤って識別されたことを確認するフォームの質問に答えます。ライブラリの場合は、必要に応じて比較します。
    3. ボディ輪郭レビューを実行します。
      1. 体は輪郭正しくことを確認する質問に答えます。ライブラリの場合は、必要に応じて比較します。
    4. フィールド絞りレビューを実行します。
      1. フィールドの開口部が適切なことを確認するフォームの質問に答えます。
    5. 線量分布評価を実行します。
      1. 適切な量の計算を確認するフォームの質問に答える
    6. 承認するこの計画を拒否するには、技術承認をクリックします。
  3. 医師のレビューを実行します。
    1. 治療の種類によって線量分布とフィールドの開口部を確認します。
    2. この計画を承認または拒否するの承認ステータスを変更、 MD の承認をクリックします。
  4. 物理学のレビューを実行します。
    1. 標準的な手順を使用して計画を確認します。補足的なチェックのための次のガイドラインを参照してください。
    2. 医師レビューテクニカル レビューのセクションを確認してください。
    3. 独立検証 QA の結果の確認: テーブルの取り外し、ボディ輪郭チェック、アイソ センター チェック。
    4. 治療サイト - 4 フィールド子宮頸部治療のためブロック チェックなどに固有の追加の独立した検証チェックの結果を確認します。
    5. 患者集団とフィールドと計画パラメーターの比較の結果を確認します。
    6. 線量検証レポートを確認します。
    7. 追加のデータを確認します。一貫性を保つのため、文書の最後に追加のデータを見直す必要があります - 元の計画順序および CT 承認。
    8. この計画を承認または拒否するの承認状態を変更するには、物理学の承認をクリックします。

7. 最終計画の転送

  1. 計画が承認されると、それをエクスポートします。次の手順は、ローカル セットアップ、ソフトウェアのレコードを確認、治療計画システムに依存しています。彼らは倫理プロトコルおよびローカル臨床医療のワークフローに依存しています。手順は、適切な手順の例を次に示します。
  2. DICOM 計画をローカル レコードを確認 (V & R) システムに転送します。
  3. R & V システムで (正しいデータ転送を確認) するのにと当初の計画を比較するのにソフトウェア ツールを使用します。

Representative Results

例の頭/首の場合に対して作成された治療計画の順序は図 3に示します。舌扁平上皮癌7,10のベースを持つ患者の自動的に生成された VMAT 計画の線量分布を図 4に示します。出席放射線腫瘍医によるレビューは、この計画が治療のために受諾可能だったことを確認しました。平均頭/首 VMAT 計画取る 2 アーク計画の 46 分、我々 は自動化された等高線の高速線量計算アルゴリズムと分散アーキテクチャ 30 分ステップ未満までこれを持って来ると期待します。

図 5は、子宮頸がん患者の 4 フィールド ボックスの治療のために自動的に生成されたフィールドの開口部を示しています。経験豊かな放射線腫瘍医によるレビューは、これらフィールド7,11の 90-96% の臨床の適切さを確認しました。平均して、これらの計画は、21 分かかりました。

治療計画が準備ができていると、放射線腫瘍医、技術スタッフ、医学物理士、放射線技師によってドキュメントをレビューを自動的に作成します。我々 はマークのアイソ センターと輪郭の識別のチェック、患者の方向・左右差・治療サイト、(たとえば 4 フィールド ボックス)、フィールドの開口部と画像の存在の一貫性を通じてユーザーを導く図解の手順を設計しています。または線量計算の成果物12。手順の各ステップは、ユーザーことができます参照してください簡単な指示とライブラリの例。指示の例を図 6に示します。

物理学と放射線腫瘍医の確認のための必要性はよくとり上げられる、追加スタッフの役割は評価されていません。我々 は 16 子宮頸癌患者のうち 12 に意図的なエラーが含まれているため計画ドキュメントを作成することによってこれを評価: 不適切なアイソ センター (3 件)、不適切な体の輪郭 (3 件)、誤った CT ソファ除去 (1 ケース)、不適切なフィールドの開口部 (5 件)不適切な線量分布計算 (1 ケース) とフィールド (1 の場合) の数が正しくありません。これらの計画は、放射線治療における最小限の経験 4 ボランティアと計画のチェックの経験がないし検討しました。計画ドキュメントの最終バージョンは、訓練の ~ 30 分必要です。平均では、プランは、プランごとに必要な 8 分をチェックします。テスター体の輪郭、アイソ センター (に基づいてマーカ) と線量計算の成果物のすべてのエラーを見つけることができました。彼らはフィールドの開口部の小さい (が、臨床的に重要な) エラーを確実に同定することができませんでした。彼らもなかった 4 - 特定のチェック リスト項目と検討されていない予期しないエラーの例の代わりにだけ 3 つのフィールドを持っていたケースを識別することができます。要約すると、これらの結果は、自動化されたプロセスによって作成される放射線治療計画のいくつかの重要な機能の初期チェックが是正する前に識別することの必要性を許可する限られた放射線治療の経験を持つスタッフに割り当てることができますを示す医師を確認します。これらのスタッフにすべてのエラーをただし、見つけることができません、そして有能なスタッフ (放射線治療医、物理学者) の追加のチェックはまだ放射線治療計画ワークフローの重要な部分です。

Figure 1
図 1.自動化された治療計画プロセスの模式図。人間のアイコンは、人間の介入が必要なワークフローのポイントを表示します。他のすべての手順が自動化されています。計画プロセスの自動化された各手順が実際の計画を作成するために使用、プライマリ アルゴリズムと主要なアルゴリズムの結果を検証するために使用するセカンダリ アルゴリズム。検証チェックが失敗した場合 (すなわち所定基準外の秋)、放射線腫瘍医が計画を承認しない場合、計画プロセス マニュアルが必要か。治療計画、修飾された医療物理学者、具体的には定期的なチェックに重要な品質を追加手順は示されていません。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 2
図 2.ビューのユーザーの観点から RPA のスケマティック。放射線腫瘍医は完了し、医師の計画書を承認する役割を担います。患者のシミュレーション画像を撮影した後これはレントゲン技師やその他の適切なスタッフの存在によって承認されます。RPA は、自動的に起動し、放射線治療の治療計画を作成します。この作品の目的は、30 分以内のドキュメントを含む各放射線治療計画を作成することです。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

Figure 3
図 3頭/首 VMAT 計画治療プランのオーダー例です。計画の順序は、患者の識別子 (名前、MRN、)、患者に関するいくつかの一般的な情報といくつかの治療法の特定の情報を示しています。これには、処方線量、取材対象と正常組織の制約が含まれます。

Figure 4
図 4.例は、頭/首 VMAT 計画を自動的に生成されます。影の領域を示す計画ターゲット ・ ボリューム - 赤、青、黄色は、PTV1 PTV2 と PTV3 にそれぞれ対応します。行は、自動的に生成された計画の線量分布を示します。

Figure 5
図 5.4 フィールド ボックス子宮頸がんの治療のために自動的に生成された開口部の例です。AP、PA 左外側と外側のフィールドが表示されます右。

Figure 6
図 6.RPA を使用して自動的に生成放射線治療計画のためのグラフのレビューを支援するために設計図に示す手順の例です。このページの例は、自動的に生成された体の輪郭のレビュー。主要なアルゴリズム、ユーザーは、いくつかの質問、ユーザーを確認するためのライブラリのケースの結果が含まれています

Discussion

プロトコルの放射線企画アシスタント (RPA) システムを使用して自動化された治療計画を作成する手順の概要が説明されました。ビューのユーザーの観点から、重要な手順、CT (1) 承認 (2) 計画順序の承認 (3) 輪郭レビュー/編集頭/首の場合、および (4) 治療計画の検討のため。最初の 2 つの手順の順序は、交換可能です。放射線計画アシスタントは現在自動的に頭頸部 (VMAT) と子宮頸癌 (4 フィールド ボックス) の放射線治療計画を作成し、乳がん治療のための計画に取り組んでいます。最終的な目標は、放射線治療すべてサイト/モダリティ、安全かつ効果的な放射線治療計画を生成するツールを作成するための計画を完全に自動化することです。

現在のシステムには、いくつかの制限があります。最初に、治療計画を作成できない治療の現場とアプローチは、我々 は時間をかけて改善するためにその機能を期待我々 が治療のすべてのサイトの完全な自動化からいくつかの方法。オートメーションのユーザーへの依存度のリスクもある - これは多くの独立した検証チェック (図 1) を含むを緩和することを試みたリスク。これは、放射線腫瘍医による治療計画を確認する私たちの目的開発計画ドキュメントの使用は、比較的経験の浅いスタッフがレビューによって識別されるいくつかの潜在的なエラーを有効にすると実証され、他の修飾によって計画をチェックスタッフが重要です。

ユーザーからのフィードバックに応えて、時間をかけて RPA インターフェイスを改善を見込んでいます。一般的なワークフローおよびタスク必要があります、ただし、このドキュメントで説明したような残ります。このドキュメントは、したがって、役に立つし続けます。追加のドキュメントは、計画かどうか、のための訓練、任意の変更を記述する利用可能ななります。

放射線治療治療計画の具体的な手順の自動化の既存の例があります。我々 の知識の全体のワークフローは完全に自動化、ユーザーからほとんどの入力を必要とする最初のシステムです。このプロトコルは、ビューのユーザーの観点から、放射線計画アシスタント、動作し、放射線治療計画の生成に必要な重要な手順を説明します。

Disclosures

著者が明らかに何もありません。

Acknowledgements

この作品は、バリアン メディカルシス テムズとメビウス医療システムによる追加のサポートを国立がん研究所によって賄われていた。私たちの現在のシステムは、治療計画機能とメビウス 3 D 線量分布計算の検証のために Eclipse を使用します。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Eclipse Varian Medical Systems na Treatment planning system
Mobius 3D Mobius Medical Systems na Dose calculation verification system

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References

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