Titulo Estágio
Aplicação para visualização e manipulação de estruturas tridimensionais em ambiente web (Unity3d)
Áreas de especialidade
Engenharia de Software
Sistemas de Informação
Local do Estágio
Laboratório de Informática e Sistemas IPN, Coimbra
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 aspectos 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 objectivo 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
Um dos principais objetivos do projeto no qual se integra esta proposta de dissertação é a geração automática de planos de tratamento que permita a redução do tempo despendido na sua criação, de forma manual, por parte dos Dosimetristas. Porém, as capacidades analíticas do ser humano não podem ser ainda completamente reproduzidas por sistemas automáticos, nem tão pouco o conhecimento devido à experiência no exercício da tarefa. Como tal, é crucial a presença de uma ferramenta adequada à edição e validação dos planos gerados.
A plataforma em modelo de SaaS que será implementada no decorrer do projeto, irá disponibilizar uma aplicação Web Based para visualizar e editar os planos de tratamento gerados. Esta será muito semelhante em termos de interface a outros Softwares de Planeamento (TPS) existentes no mercado. Esta ferramenta terá a capacidade para apresentar todas as imagens recolhidas do doente (fatia a fatia), os volumes tridimensionais representantes da anatomia do doente (Planning Target Volume (PTV) e Organs at Risk (OAR)), os mapas de calor representativos da distribuição de dose do plano, os feixes de radiação utilizados e outros detalhes da configuração do tratamento (cunhas/ wedges, filtros e bolus), os gráficos de Distribuição Dose-Volume, visualização de planeamentos considerando simultaneamente diferentes objetivos, entre outros artefactos visuais de auxílio à visualização e posicionamento de alvos, feixes, etc.
Os objetivos deste estágio serão a implementação de um protótipo da aplicação descrita, usando a framework de desenvolvimento Unity3D, e a coordenação com as restantes equipas de desenvolvimento no planeamento de outros serviços, externos à aplicação, com os quais esta irá ter que interagir de forma a aceder a dados relevantes dos pacientes e dos seus tratamentos, assim como para requisitar cálculos de depósito de dose e de Histogramas Dose-Volume.
Uma vez que grande parte do trabalho assenta na renderização de volumes sobrepostos e/ou contidos noutros volumes, inicialmente, será necessária uma familiarização com as áreas de iluminação e renderização de volumes transparentes, e um estudo aprofundado das abordagens já existentes para o problema. Será neste tópico que acreditamos que possam surgir contribuições científicas relevantes deste trabalho.
A aplicação a desenvolver prevê o carregamento e renderização de diversos tipos de dados diferentes, como é o caso das múltiplas fatias de tomografias computorizadas, os dados do plano de radio-terapia (configuração dos feixes), mapeamento dos órgãos por fatia e mapas de depósito de dose. Os conjuntos de normas que definem as estruturas deste ficheiros são standards da área, que o aluno deverá estudar, e os ficheiros de exemplo que serão usados no desenvolvimento da aplicação irão ser fornecidos pela empresa envolvida no projeto, que tem acesso a diversos centros de radio-terapia, e que se mostraram disponíveis para fornecer esses dados.
Plano de Trabalhos - Semestre 1
- Revisão da literatura
- Identificação e familiarização com ferramentas úteis ao trabalho
- Identificação de dados usar no treino e validação dos modelos
- 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.
- Escrita de artigo científico.
Condições
O local de trabalho será no Laboratório de Informática e Sistemas do IPN, caso a situação pandémica o permita.
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 835€ / mês.
Observações
Durante a fase de candidatura, dúvidas relacionadas com esta proposta, nomeadamente acerca dos objectivos 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
hamaro@ipn.pt 📩