O Uso de Mateheurísticas Para o Problema de Escolha dos Feixes de um Modelo de Otimização Aplicado ao Problema de Planejamento de Radioterapia
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Data
2019-02-22
Autores
Freitas, Juliana Campos de
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A escolha do conjunto de feixes e a intensidade de dose a ser depositada nos tecidos são problemas de suma importância para se obter um eficiente planejamento da radioterapia, uma vez que o melhor conjunto de feixes é escolhido de maneira que haja uma melhor distribuição de dose no tumor e proteção das células sadias. Para um melhor planejamento, diversos modelos de otimização estão sendo propostos utilizando metaheurísticas e/ou métodos exatos para a resolução dos mesmos. Este trabalho consiste em propor um modelo de programação não linear inteiro misto para escolha de feixes e intensidade de dose de irradiação baseado em um modelo de programação linear da literatura. Para a escolha do conjunto de feixes, foram propostas duas metaheurísticas (Busca Tabu e Busca em Vizinhança Variável), já para o problema de intensidade de dose, foram utilizados métodos exatos (Método de Pontos Interiores Barreira Logarítmica, Primal Simplex e Dual Simplex). Os métodos exatos foram integrados a ambas metaheurísticas e foram aplicados em $4$ casos reais de tumor de próstata utilizando imagens de tomografia computadorizada. Os resultados obtidos através dessas mateheurísticas foram analisados e comparados quanto ao tempo computacional, quantidade de iterações e função objetivo. Conclui-se que o modelo proposto foi eficiente para o planejamento da radioterapia.
The beam set choice and dose intensity to be deposited in all tissues are essential problems to obtain an efficient radiotherapy planning, since the best beam set is chosen in a way to achieve the best dose distribution in tumor, protecting the surrounding cells to absorb high dose amount. To a better treatment plan, some optimization models have been proposed using metaheuristic algorithms and/or exact methods to solve them. This thesis consists on proposing a mixed integer non linear programming model to beam choice and dose intensity based on a linear programming model from the literature. To beam set choice problem, two metaheuristic algorithms were proposed (Tabu Search and Variable Neighbourhood Search), and to intensity dose absorption problem, were used three exact methods (Log Barrier Interior Point Method, Primal Simplex and Dual Simplex). The exact methods were integrated with both metaheuristic algorithm and applied in $4$ real prostate cases using computerized tomography image. The results from the applied matheuristic were analysed and compared in terms of computational time, number of interactions and objective function. Concluding that the proposed model was efficient to radiotherapy planning.
The beam set choice and dose intensity to be deposited in all tissues are essential problems to obtain an efficient radiotherapy planning, since the best beam set is chosen in a way to achieve the best dose distribution in tumor, protecting the surrounding cells to absorb high dose amount. To a better treatment plan, some optimization models have been proposed using metaheuristic algorithms and/or exact methods to solve them. This thesis consists on proposing a mixed integer non linear programming model to beam choice and dose intensity based on a linear programming model from the literature. To beam set choice problem, two metaheuristic algorithms were proposed (Tabu Search and Variable Neighbourhood Search), and to intensity dose absorption problem, were used three exact methods (Log Barrier Interior Point Method, Primal Simplex and Dual Simplex). The exact methods were integrated with both metaheuristic algorithm and applied in $4$ real prostate cases using computerized tomography image. The results from the applied matheuristic were analysed and compared in terms of computational time, number of interactions and objective function. Concluding that the proposed model was efficient to radiotherapy planning.
Descrição
Palavras-chave
Otimização, Modelagem Matemática, Matemática Aplicada à Física, Radioterapia, Física Médica, Optimization, Mathematical Model, Math Applied to Physics, Radiotherapy, Medical Physics