Uitdagingen rond het plannen van radiotherapeutische behandelingen
CRADLE is ontwikkeld om problemen rond het plannen van radiotherapeutische behandelingen op te lossen, maar het heeft zich bewezen als een algemene oplossing voor alle terreinen waarop big data gebruikt worden. Het maakt complexiteit eenvoudiger, zorgt ervoor dat berekeningen en herberekeningen gemakkelijker en sneller kunnen worden uitgevoerd door de ingebouwde onveranderbaarheid van data en de puurheid van functies. Daar doen zowel patiënten als dokter hun voordeel mee.
Hanne M Kooy Ph.D. is Associate Professor of Radiation Oncology aan Massachusetts General Hospital & Harvard Medical School. Samen met zijn collega Thomas Madden heeft hij de principes van het paradigma functioneel programmeren gebruikt om de planning van de Radiation Oncology proton treatment te optimaliseren. Het doel was het verbeteren van het verwerken van de grote hoeveelheden data die bij de behandeling in beeld komen, zoals de distributie van doses en de zogeheten spot maps.
''Proton therapie is een vorm van bestraling die gebruikt wordt om tumorcellen te vernietigen. De behandeling gebruikt geen röntgenstralen maar protonen. Deze hoog-energetische stralen bestrijden tumoren gerichter dan röntgenstralen. Om de behandelingen goed te plannen, is een aantal simulaties nodig om een idee te krijgen wat het resultaat van de behandeling zal zijn. Vervolgens passen we optimalisaties toe om vast te stellen wat in een specifieke situatie de beste manier is om de protonbehandeling toe te passen. We analyseren de resultaten en zijn dan in staat om vast te stellen of de tweaks het gewenste resultaat hebben gehad. CRADLE komt in beeld wanneer we willen weten welke calculaties we opnieuw moeten doen om te bepalen wat het effect is van de veranderingen die we hebben aangebracht.''
De essentie van CRADLE: onveranderbare data cachen en opslaan voor snellere herberekeningen
''CRADLE is een systeem om de resultaten van berekeningen te cachen en op te slaan. Dat zorgt ervoor dat je, als je een nieuwe calculatie maakt, niet het hele proces opnieuw hoeft te doorlopen. Een groot voordeel, dat het gevolg is van de onveranderbaarheid van data en pure functies.''
Een glasheldere omschrijving van deze twee concepten is te vinden in een recente publicatie van Kooy en Madden, [Bron: CRADLE - Immutability in Data and Computations, 2022]:
“Onveranderbare data is een centraal concept in het paradigma van functioneel programmeren, dat focust op pure functies. Een pure functie gedraagt zich als een wiskundige functie; de uitkomst is alleen afhankelijk van de input en veroorzaakt geen externe neveneffecten. Deze garanties leveren belangrijke praktische voordelen op voor de software die dit paradigma gebruikt. Het cachen van functieresultaten is sterk vereenvoudigd omdat de uitkomsten alleen afhangen van de expliciete inputs in de functie.''
Dus CRADLE – geen acronym, de kapitalen verwijzen niet naar zelfstandige of bijvoeglijke naamwoorden – laat zich het beste omschrijven als een record waarin exact is vastgelegd wat je met de data hebt gedaan; compleet, terugvindbaar en opnieuw te gebruiken. CRADLE lost een aantal planningsproblemen op waar behandelaars die stralingstherapie toepassen, mee te maken hebben, zoals de enorme omvang en duur van de calculaties, en de hoge faalkosten, zowel in termen van tijd, geld als het welbevinden van de patiënt.
CRADLE – een slimme manier om complexiteit simpeler te maken
Waar komt ICT Group in beeld?
CRADLE is open source software, de gebruikte user interface is van het REACT-type. Een kernkwaliteit van REACT is dat het softwareontwikkelaars en engineers in staat stelt om een component te wijzigen zonder andere componenten te wijzigen of te verstoren, een voordeel dat overeenkomt met het centrale idee van CRADLE.
CRADLE is niet uitsluitend toepasbaar voor het plannen van stralingstherapie, het heeft eigenschappen die het geschikt maken voor alle terreinen waar grote hoeveelheden data aan de orde zijn. En daar komt ICT Group in beeld. Massachusetts General Hospital & Harvard Medical School en ICT Group bundelen de krachten om CRADLE ook voor andere terreinen toegankelijk en toepasbaar te maken.
