Um estudo algorítmico para otimização do plano de tratamento da radioterapia conformal

This work performs an algorithmic study of optimization of a conformal radiotherapy plan treatment. Initially we show: an overview about cancer, radiotherapy and the physics of interaction of ionizing radiation with matery. A proposal for optimization of a plan of treatment in radiotherapy is developed in a systematic way. We show the paradigm of multicriteria problem, the concept of Pareto optimum and Pareto dominance. A generic optimization model for radioterapic treatment is proposed. We construct the input of the model, estimate the dose given by the radiation using the dose matrix, and show the objective function for the model. The complexity of optimization models in radiotherapy treatment is typically NP which justifyis the use of heuristic methods. We propose three distinct methods: MOGA, MOSA e MOTS. The project of these three metaheuristic procedures is shown. For each procedures follows: a brief motivation, the algorithm itself and the method for tuning its parameters. The three method are applied to a concrete case and we confront their performances. Finally it is analyzed for each method: the quality of the Pareto sets, some solutions and the respective Pareto curves

O presente trabalho realiza um Estudo Algorítmico para Otimização do Plano de Tratamento da Radioterapia Conformal. Inicialmente são apresentadas: uma visão geral sobre o câncer, o tratamento com radioterapia e noções sobre a interação do feixe de radiações ionizantes com a matéria. Uma proposta para Otimização do Plano de Tratamento Radioterápico é desenvolvida de modo sistemático. É apresentado o paradigma de problemas multicritério, os conceitos de Pareto otimalidade e Pareto Dominância. Um modelo Genérico de Otimização para o Plano de Tratamento Radioterápico é proposto. São construídas suas entradas, é calculada a dose depositada no corpo do paciente através do conceito de matriz de dose, e é apresentada a função objetivo deste modelo. A complexidade dos problemas de otimização do tratamento radioterápico são classificados como de complexidade NP, este resultado justifica o desenvolvimento de métodos heurísticos para a sua resolução. São propostas três metaheurísticas para a Otimização do Plano de Tratamento Radioterápico: MOGA, MOSA e MOTS de acordo como o modelo genérico de otimização proposto. Os projetos desses procedimentos metaheurísticos são devidamente apresentados. Para cada método se faz uma introdução literária, dos seus algoritmos e a da metodologia usada para a afinação dos parâmetros. Os métodos são aplicados a um caso concreto e confrontados através de medidas de performance. Finalmente é analisado a qualidade dos conjuntos de Pareto produzidos por cada método, são exibidas algumas soluções geradas e as respectivas curvas de Pareto associadas