Uma abordagem multiobjetivo para o problema da realização da radioterapia de intensidade modulada
| Ano de defesa: | 2021 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM SISTEMAS E COMPUTAÇÃO |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/44892 |
Resumo: | Algorithms are an essential part of the radiation therapy planning, and under a optimization point of view, can be divided in three subproblems. Defining the angles by which radiation will be shot and prescribe a fluence map for each angle are two of them. This work investigates the third problem, called realization problem. It consists on defining a sequence of configurations for a device (called multileaf collimator) which correctly delivers the prescribe doses to the patient. A common model for this problem is the decomposition of a matrix in a weighted sum of (0-1)-matrices, called segments, whose rows only have consecutive ones. Each segment represents a setup of the collimator. Other constraints can be also considered. The realization problem has three objectives. The first one is to minimize the sum of the weights associated to the segments. The second is to minimize the number of segments. The third minimizes the movement of the leaves. This work investigates and present algorithms for two variants of the problem: unconstrained and constrained. A new greedy and randomized algorithm – GRA – was developed firstly for the unconstrained variant and then extended for the constrained variant. Its results was compared to other algorithms from the literature, under mono and multiobjective points of view. On the unconstrained problem, experiments show that GRA outperforms the other algorithms by all measured indicators. On the constrained problem, GRA presented competitive results, specially on the second objective, in which it presented the best results. |
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Uma abordagem multiobjetivo para o problema da realização da radioterapia de intensidade moduladaA multiobjective approach to the leaf sequencing problem on intensity modulated radiation therapyComputaçãoRadioterapiaColimador multilâminasProblema da realizaçãoAlgorithms are an essential part of the radiation therapy planning, and under a optimization point of view, can be divided in three subproblems. Defining the angles by which radiation will be shot and prescribe a fluence map for each angle are two of them. This work investigates the third problem, called realization problem. It consists on defining a sequence of configurations for a device (called multileaf collimator) which correctly delivers the prescribe doses to the patient. A common model for this problem is the decomposition of a matrix in a weighted sum of (0-1)-matrices, called segments, whose rows only have consecutive ones. Each segment represents a setup of the collimator. Other constraints can be also considered. The realization problem has three objectives. The first one is to minimize the sum of the weights associated to the segments. The second is to minimize the number of segments. The third minimizes the movement of the leaves. This work investigates and present algorithms for two variants of the problem: unconstrained and constrained. A new greedy and randomized algorithm – GRA – was developed firstly for the unconstrained variant and then extended for the constrained variant. Its results was compared to other algorithms from the literature, under mono and multiobjective points of view. On the unconstrained problem, experiments show that GRA outperforms the other algorithms by all measured indicators. On the constrained problem, GRA presented competitive results, specially on the second objective, in which it presented the best results.Os algoritmos são parte essencial no planejamento da radioterapia, que, sob o ponto de vista da otimização, pode ser dividido em três sub-problemas. A definição dos ângulos de disparo e o mapa de dosagem para cada ângulo são dois deles. Este trabalho estuda o terceiro problema, que é chamado de problema da realização. Ele consiste em definir uma sequência de configurações para um dispositivo (chamado colimador multilâminas) que corretamente entregará a radiação ao paciente. Um modelo comum para este problema é a decomposição de uma matriz em uma soma ponderada de (0-1)-matrizes, chamadas segmentos, em que cada linha pode apenas ter 1s consecutivos. Cada segmento corresponde a uma configuração do colimador. Outras restrições aos segmentos podem ser também consideradas. O problema abordado neste trabalho possui três objetivos. O primeiro é minimizar a soma de coeficientes associados aos segmentos. O segundo minimiza a quantidade de segmentos. O terceiro minimiza o deslocamento das lâminas. Este trabalho investiga e apresenta algoritmos para duas variantes do problema: irrestrita e restrita por colisão de lâminas. Um novo algoritmo guloso e aleatório – GRA – foi desenvolvido inicialmente para a versão irrestrita e então estendido para a versão restrita. Seus resultados foram comparados a outros algoritmos propostos na literatura, sob os pontos de vista mono e multiobjetivo. No problema irrestrito, os experimentos demonstram que o GRA possui desempenho superior aos demais algoritmos em todos os indicadores analisados. No caso restrito, o GRA apresentou resultados competitivos, sobretudo no segundo objetivo, em que teve o melhor desempenho.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM SISTEMAS E COMPUTAÇÃOGoldbarg, Elizabeth Ferreira Gouveahttp://lattes.cnpq.br/6075528442511848http://lattes.cnpq.br/2888641121265608Goldbarg, Marco Césarhttp://lattes.cnpq.br/1371199678541174Rodrigues, Anna Giselle Câmara Dantas Ribeirohttp://lattes.cnpq.br/4440595486888973Menezes, Matheus da Silvahttp://lattes.cnpq.br/7790866637385232Obal, Thalita Monteirohttp://lattes.cnpq.br/7574246674522809Medeiros, Hudson Geovane de2021-11-11T20:10:41Z2021-11-11T20:10:41Z2021-08-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfMEDEIROS, Hudson Geovane de. Uma abordagem multiobjetivo para o problema da realização da radioterapia de intensidade modulada. 2021. 94f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/44892info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2022-05-02T16:01:46Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/44892Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2022-05-02T16:01:46Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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