Modelos de otimização aplicados ao problema de planejamento de radioterapia IMRT

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Freitas, Juliana Campos de [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Modelagem matemática aplicada à física; Matheurísticas; Otimização de feixes da radioterapia; Otimização da fluência de dose; Câncer; Otimização matemática; Física médica; Radioterapia; Radiação - Dosagem; Radiação ionizante; Mathematics model applied to physics; Matheuristics; Radiotherapy beam angle optimization; Dose fluency optimization
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/242478

O câncer se destaca entre as doenças com maior taxa de mortalidade em pessoas abaixo de 70 anos. A radioterapia é um entre os possíveis tratamentos, esta técnica possui uma fonte de radiação ionizante a qual emite certa quantidade de dose à região tumoral e é capaz de causar mutações nos tecidos, eliminando as células doentes. Porém, ao redor de células cancerosas, há células saudáveis que merecem atenção. Para um tratamento eficiente, utiliza-se ferramentas de planejamento como modelos de otimização que podem ser aplicados em casos como a escolha da conformação dos feixes e o problema de fluência de dose. Além disso, é importante considerar as restrições de dose-volume nos modelos, as quais determinam que certo volume do tecido não pode receber mais que uma quantidade específica de dose. Assim, neste trabalho são propostos dois modelos de otimização com restrição de dose-volume aplicados ao planejamento da radioterapia, sendo um deles utilizando a técnica de programação por metas. Para a resolução do modelo são utilizadas matheurísticas, sendo a metaheurística Busca em Vizinhança Variável utilizada para a escolha do conjunto de feixes e o Método de Pontos Interiores para o problema de fluência de dose. A metodologia proposta foi aplicada em diferentes casos de câncer de próstata de dois bancos de dados. Os resultados obtidos são comparados por meio de histogramas de dose-volume, gráficos de contorno e superfície de dose, além da análise dos desvios de dose de cada grupo tecidual. Outra proposta do trabalho é em relação a um método multicritério para encontrar soluções otimizadas utilizando árvores de ramificação. Este novo método é aplicado a um problema de escolha de conjunto de feixes e fluência de dose. Além disso, este método é aplicado ao modelo de programação por metas proposto para análise dos pesos envolvidos. Os resultados computacionais obtidos indicam que os modelos e métodos propostos são capazes de definir bons planos de tratamentos, e pode-se concluir que são ferramentas importantes a serem utilizadas na tomada decisão em planejamentos de radioterapia.