Otimização aplicada ao planejamento de dosagem radioterápica para o tratamento do câncer
Data
2019-03-15
Autores
Vivas, Angelica Maria Narvaez 
Orientadores
Senne, Thadeu Alves
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
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Título de Volume
Resumo
When a person is diagnosed with cancer and receives the prescription of treatment with radiotherapy, it is necessary to draw up a treatment plan. For this, the patient undergoes a 3D computed tomography scan, in order to delineate the organs affected by the tumor. Based on tomographic imaging, the oncologist is able to predict the distribution of radiation doses throughout the patient’s body. In the late 1990s, a radiotherapy technique called IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy) was developed, which aims to concentrate high doses of radiation only in the tumor regions, sparing as much as possible the adjacent healthy organs. The IMRT is based on linear accelerators and uses multiple beams of angular radiation and non-uniform intensities along with the use of mathematical optimization methods to determine the optimal distribution of radiation doses. Among the several variants of the IMRT technique, we adopted, in this work, the BAO (Beam Angle Optimization) variant. In the BAO, given an initial set of candidate radiation beams, the objective is to determine which of them are optimal, that is, those beams that will have a significant contribution to the treatment planning. To solve the associated optimization problem, we use a method called Adaptive ℓ2, 1-Minimization. We will make a comparative analysis between some treatment plans for prostate cancer obtained with this method, starting from several different sets of candidate radiation beams.
Quando uma pessoa é diagnosticada com câncer e recebe a prescrição de tratamento com radioterapia, é necessário traçar um plano de tratamento. Para isso, o paciente é submetido a um exame de tomografia computadorizada 3D, com o intuito de delinear os órgãos afetados pelo tumor. Com base nas imagens tomográficas, o médico oncologista é capaz de prever a distribuição das doses de radiação ao longo do corpo do paciente. No final da década de 1990, foi desenvolvida uma técnica de radioterapia denominada IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy, Radioterapia de Intensidade Modulada), cujo objetivo é concentrar doses elevadas de radiação somente nas regiões tumorais, poupando ao máximo os órgãos saudáveis adjacentes. A IMRT é baseada em aceleradores lineares e utiliza múltiplos feixes de radiação angulares e de intensidades não uniformes, aliado ao uso de métodos matemáticos de otimização para determinar a distribuição ótima das doses de radiação. Dentre as diversas variantes da técnica IMRT, adotamos, neste trabalho, a variante BAO (Beam Angle Optimization, ou Otimização dos Ângulos de Feixes). No BAO, dado um conjunto inicial de feixes de radiação candidatos, o objetivo é determinar quais são os feixes ótimos, ou seja, aqueles que terão contribuição significativa para o planejamento do tratamento. Para resolver o problema de otimização associado, utilizamos um método denominado Minimização ℓ2,1 Adaptativa. Nessa dissertação, fazemos uma análise comparativa entre alguns planejamentos de tratamento para o câncer de próstata obtidos com este método, partindo de vários conjuntos diferentes de feixes candidatos.
Quando uma pessoa é diagnosticada com câncer e recebe a prescrição de tratamento com radioterapia, é necessário traçar um plano de tratamento. Para isso, o paciente é submetido a um exame de tomografia computadorizada 3D, com o intuito de delinear os órgãos afetados pelo tumor. Com base nas imagens tomográficas, o médico oncologista é capaz de prever a distribuição das doses de radiação ao longo do corpo do paciente. No final da década de 1990, foi desenvolvida uma técnica de radioterapia denominada IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy, Radioterapia de Intensidade Modulada), cujo objetivo é concentrar doses elevadas de radiação somente nas regiões tumorais, poupando ao máximo os órgãos saudáveis adjacentes. A IMRT é baseada em aceleradores lineares e utiliza múltiplos feixes de radiação angulares e de intensidades não uniformes, aliado ao uso de métodos matemáticos de otimização para determinar a distribuição ótima das doses de radiação. Dentre as diversas variantes da técnica IMRT, adotamos, neste trabalho, a variante BAO (Beam Angle Optimization, ou Otimização dos Ângulos de Feixes). No BAO, dado um conjunto inicial de feixes de radiação candidatos, o objetivo é determinar quais são os feixes ótimos, ou seja, aqueles que terão contribuição significativa para o planejamento do tratamento. Para resolver o problema de otimização associado, utilizamos um método denominado Minimização ℓ2,1 Adaptativa. Nessa dissertação, fazemos uma análise comparativa entre alguns planejamentos de tratamento para o câncer de próstata obtidos com este método, partindo de vários conjuntos diferentes de feixes candidatos.