Pemodelan dan simulasi pengaruh kemoradiasi terhadap volume kanker orofaring menggunakan metode Runge-Kutta Orde Lima

INDONESIA:

Perkembangan penelitian biomedis dalam ranah simulasi numerik semakin pesat. Para peneliti mencoba mengembangkan banyak model matematika untuk pengobatan klinis dalam bidang kedokteran, salah satunya adalah model matematika dalam pertumbuhan tumor dan pengobatannya melalui persamaan differensial biasa. Hal ini dapat membantu memprediksi ukuran tumor dan mengoptimalkan prosedur pengobatan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan akurasi pemodelan matematika terhadap data klinis pasien kanker, mengetahui perubahan volume kanker, dan mengetahui durasi kematian sel kanker akibat pengobatan kemoradiasi. Metode yang digunakan untuk menyelesaikan sistem persamaan diferensial biasa ini adalah metode Runge-Kutta Orde Lima (RK5). Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode numerik yang dilengkapi dengan praktik simulasi menggunakan MATLAB. Delapan pasien kanker orofaring melakukan terapi dengan diberikan dosis 2 Gy per fraksi dan Cisplatin 100 mg/m2 dan dilakukan pencitraan MRI pada sebelum terapi, minggu ke-3, dan ke-6 untuk memperoleh nilai GTV. Parameter α dan β disesuaikan dengan nilai GTV pada setiap pasien dengan rasio α/β adalah 10. Dengan membandingkan model dan data klinis, dapat diketahui tingkat kesalahan pemodelan menggunakan RMSE dan MAPE serta diukur kekuatan antar variablel menggunakan koefisien korelasi. Hasil penelitian menunjukkan rata-rata RMSE dan MAPE adalah 3.02 dan 5.76% serta rata-rata koefisien korelasi adalah 0.98487. Perubahan volume kanker yang mengalami penurunan tercepat dalam durasi 60 hari yakni pada kombinasi dosis radioterapi 2.4 Gy dengan dosis Cisplatin 100 mg/m2 untuk keseluruhan pasien. Sedangkan untuk durasi kematian sel dalam durasi 60 hari bergantung pada volume awal kanker serta kondisi tubuh setiap pasien.

ENGLISH:

The development of biomedical research in the realm of numerical simulation is growing rapidly. Researchers are trying to develop many mathematical models for clinical treatment in the field of medicine, one of which is a mathematical model in tumor growth and its treatment through ordinary differential equations. This can help predict tumor size and optimize treatment. The aim of this study were to determine the accuracy between mathematical modeling and clinical data on patients, to find out of changes in cancer volume due to additional chemoradiation doses, and to find out of death time of cancer due to chemoradiation treatment. The method used to solve this system of differential equations is the Runge-Kutta Order Five (RK5) method. The research method used in this study is a numerical method equipped with simulation practice using MATLAB. Eight oropharyngeal cancer patients underwent therapy with a dose of 2 Gy per fraction and 100 mg/m2 of Cisplatin and performed MRI imaging at before therapy, week 3, and week 6 to obtain GTV values. The parameters α and β are invincible with the GTV value in each patient with a ratio of α/β is 10. By comparing the model and clinical data, it can be seen the modeling error rate using RMSE and MAPE and measure the strength between variables using correlation coefficient. The results showed that the mean of RMSE and MAPE were 3.02 and 5.76% and the correlation coefficient mean was 0.98487. Changes in cancer volume experienced the fastest reduction within 60 days, namely at combination of radiotherapy dose of 2.4 Gy and 100 mg/m2 Cisplatin dose for the whole patients. While the duration of cell death within 60 days depends on the initial volume of cancer and the condition of the body of each patient.

ARABIC:

الرياضية للطب السريري في مجال الطب ، أحدها نموذج رياضي لنمو الورم وعلاجه من خلال المعادلات التفاضلية العادية. يمكن أن يساعد ذلك في التنبؤ بحجم الورم وتحسين إجراءات العلاج. كان الغرض من هذه الدراسة هو تحديد دقة النمذجة الرياضية للبيانات السريرية لمرضى السرطان ، وتحديد التغيرات في حجم السرطان ، وتحديد مدة موت الخلايا السرطانية بسبب العلاج الكيميائي. الطريقة المستخدمة لحل هذا النظام من المعادلات التفاضلية العادية هي طريقة Runge-Kutta Order Five (RK5). طريقة البحث المستخدمة في هذه الدراسة هي طريقة عددية مجهزة بممارسة المحاكاة باستخدام MATLAB. تم علاج ثمانية من مرضى سرطان الفم والبلعوم بجرعة 2 Gy لكل جزء و 100 مجم / م 2 من Cisplatin وتم إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي قبل العلاج ، الأسبوع 3 و 6 للحصول على قيم GTV. تم تعديل المعلمتين α و to لقيمة GTV في كل مريض بنسبة α / of 10. من خلال مقارنة النموذج والبيانات السريرية ، يمكن ملاحظة أن معدل خطأ النمذجة باستخدام RMSE و MAPE والقوة بين المتغيرات باستخدام معامل الارتباط يمكن قياسها. أظهرت النتائج أن متوسط معامل الارتباط التربيعي (RMSE) و MAPE كان 3.02 و 5.76٪ ومتوسط معامل الارتباط 0.98487. كانت التغييرات في حجم السرطان التي شهدت أسرع انخفاض في مدة 60 يومًا هي الجمع بين 2.4 جرعة من العلاج الإشعاعي مع 100 مجم / م 2 من جرعات سيسبلاتين للمريض بأكمله. في غضون ذلك ، تعتمد مدة موت الخلايا خلال 60 يومًا على الحجم الأولي للسرطان وحالة جسم كل مريض.