Titulo Estágio
Funções de Otimização e Computação em Paralelo
Áreas de especialidade
Engenharia de Software
Local do Estágio
Laboratório de Informática e Sistemas (LIS), Instituto Pedro Nunes (IPN)
Enquadramento
Um dos mais importantes processos no tratamento por radioterapia é o de construção dos planos de tratamento (podendo ser também referida por dosimetria). Este processo consiste em configurar um conjunto de parâmetros que irão determinar como irá ser aplicado o tratamento radioterapêutico ao doente. Esses parâmetros determinam o alinhamento do doente perante o equipamento emissor de radiação, o conjunto de feixes e respetiva direção e intensidade, que irão ser emitidos em direção ao volume alvo delineado pelo radioterapeuta. O que se pretende é encontrar uma configuração que permita irradiar o volume a tratar de acordo com o definido na prescrição médica, e, ao mesmo tempo, minimizar a dose absorvida pelos órgãos e tecidos saudáveis. O planeamento do tratamento é realizado, tipicamente, por um físico (especialidade em física médica) ou dosimetrista, e deve ser aprovado por um radioterapeuta antes da sua aplicação. A construção dos planos de tratamento é, hoje em dia, feita com recurso a software especializado (Treatment Planning System ou TPS), que permite obter diferentes planos através da definição de um conjunto de parâmetros como pesos e limites associados às diferentes estruturas de interesse (volumes a tratar e órgãos a poupar), sendo que alguns aspetos da configuração do tratamento podem ter de ser definidos à partida (como os ângulos ou arcos de irradiação). O planeamento do tratamento tem por base as imagens de tomografia axial computorizada do paciente, onde todas as estruturas de interesse foram delineadas. O tratamento consiste, normalmente, num conjunto de sessões diárias. No decorrer do tratamento, é possível que as características do tumor e a própria anatomia do doente possam sofrer alterações que justifiquem um replaneamento do tratamento (transformação do tecido tumoral e emagrecimento do paciente). O tempo de planeamento de um tratamento depende da complexidade do caso a tratar. O tipo de tumor, mas principalmente a sua forma e localização relativa a órgãos críticos do doente, leva a que a construção varie entre 3 horas em casos mais simples e dias em casos mais complexos. O facto de ser impossível prever de antemão a complexidade dos casos que irão surgir em cada Centro de Radioterapia, gera um elevado grau de ineficiência gerado pelo subaproveitamento, quer de equipamentos e software a eles associados, quer de profissionais. Esta dissertação será integrada num projeto de investigação em co-promoção, cujo objetivo consiste na implementação de um sistema, num modelo Software as a Service (SaaS), que exponha um conjunto de ferramentas e serviços para Médicos Radiologistas e Dosimetristas, desenhados para, por um lado, aproximar a oferta e procura de profissionais especializados e, por outro lado, agilizar o processo de construção de planos de tratamento para um determinado paciente.
Objetivo
Esta dissertação tem como principal objetivo a implementação, teste e validação, de uma função de otimização que será integrada no módulo de Geração Automática de Planos de Tratamento[1]. Este módulo, que se encontra já num estado maduro de desenvolvimento, faz uso neste momento da função de Matlab fmincon[2], e o objetivo será substituir esta função por uma que produza os mesmos resultados, mas que tire partido de informação adicional sobre o contexto em que a função será usada para, através de paralelização de cálculos em CUDA, reduzir consideravelmente os tempos de execução, comparativamente à sua contrapartida do Matlab.Citações:[1] Rocha, H., Dias, J. M., Ferreira, B. C., & Lopes, M. C. (2013). Selection of intensity modulated radiation therapy treatment beam directions using radial basis functions within a pattern search methods framework. Journal of Global Optimization, 57(4), 1065-1089.[2] https://www.mathworks.com/help/optim/ug/fmincon.html
Plano de Trabalhos - Semestre 1
- Revisão da literatura;
- Identificação e familiarização com ferramentas úteis ao trabalho;
- Estudo do contexto e da problemática;
- Análise de requisitos;
- Elaboração da proposta de dissertação.
Plano de Trabalhos - Semestre 2
- Experimentação;
- Implementação de soluções;
- Avaliação das abordagens propostas;
- Elaboração da dissertação de mestrado;
Condições
O trabalho será integrado num projeto de investigação em co-promoção, no
âmbito do qual o estudante se poderá candidatar a uma bolsa de
investigação para licenciado, durante um período de 6 meses renovável,
no valor de 875.98€ / mês.
Observações
Durante a fase de candidatura, dúvidas relacionadas com esta proposta, nomeadamente acerca dos objetivos e condições, devem ser esclarecidas com os orientadores, através de e-mail ou de uma reunião, a marcar após um contacto por e-mail.
Orientador
Hugo Dinis Pereirinha da Silva Amaro
mpjosesilva@gmail.com 📩