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

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Academic year: 2017

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(8)

2

D

(9)

5

4

5

4

(10)

100

.

000

2005

137

0

,

66

M ev

60

γ

(11)

α

β

(12)

2

D

3

D

(13)
(14)
(15)

2005

467

.

440

1

.

000

2000

10

(16)
(17)
(18)

2005

467

.

440

43

.

330 17

.

110

49

.

470

20

.

690

2005

2005

229

.

610

2005

237

.

830

100

.

000

2000

10

53%

902

543

1

(19)

20

05

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

Outras localidades

Pele Melanoma

Cavidade Oral

Leucemias

Esofago

Colon e Reto

Prostata

Colo do Ultero

Estomago

Traqueia, Bronquio e Pulmao

Mama Feminina

Pele nao Melanoma

Quantidade de casos estimados para 2005

Feminino

Masculino

50

(20)
(21)

1775

200

100%

(22)
(23)

(24)

2

5

5

10

25%

320

400

nm

280

320

nm

50%

(25)
(26)

α

214

Po

7

,

6

10

9

α

α

(27)

α

β γ

1896

(28)

α

α

2

+2

4

α

3

.

000

30

.

000

Km/s

2

8

cm

α

α

α

1911

1

a

α

α

α

X

A

Z

Q

a

α

A

Z

X

−→

A

4

Z

2

X +

α

+ Q

α

226

(29)

(88 = 86 + 2)

(226 = 222 + 4)

β

β

70

.

000

300

.

000

Km/s

1

cm

1

mm

50

100

α

3

m

β

β

2

a

β

β

β

A

Z

X

−→

0

1

β

+

Z

+1

A

X

210

83

Bi

−→

0

1

β

+

210

84

P o

(30)

γ

γ

λ

= 0

,

01

0

,

001

γ

(300

.

000

Km/s

)

γ

α

β

γ

20

cm

5

cm

γ

γ

α

β

γ

γ

γ

A

Z

X

−→

A

Z

X

+

γ

60

27

Co

−→

60

27

Co

+

γ

α

β

γ

t

= 0

s

N

0

λ

t >

0

s

N

(31)

λN

N

dN

dt

λN

N

N

0

t

dN

dt

=

λN

dN

N

=

λdt

N

N

0

dN

N

=

λ

t

t

0

dt

ln(

N

)

ln(

N

0

) =

λ

(

t

0)

ln

N

N

0

=

λt

e

λt

=

N

N

0

N

=

N

0

e

λt

dN

dt

=

A

=

λN

T

=

t

0

−→

λN

0

=

A

0

T

=

t

−→

λN

=

A

A

A

0

=

λN

λN

0

N

N

0

(32)

A

A

0

=

e

λt

A

=

A

0

e

λt

Bq

= 1

s

1

1

g

0

,

05

5

pm

10

nm

400

nm

800

nm

Catodo

Anodo

(33)
(34)

A

Energia: E2

Energia: E1

Nucleo

Eletrons

Lacuna provocada

pela retirada de eletron

Emissao

Foton com energia (E2 − E1)

B

C

γ

μ

1

(35)

Fonte Radioativa

Material

Colimador

μ

= 0

,

10

1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

10

20

30

40

50

Intensidade transmitida relativa

Distancia em Cm

x

dx

dI

I

(36)

dI

=

μIdx

dI

I

=

μdx

dI

I

=

μ

dx

ln

I

ln

I

0

=

μ

(

x

x

0

)

ln

I

I

0

=

μ

(

x

0)

ln

I

I

0

=

μx

I

I

0

=

e

μx

I

=

I

0

e

μx

(37)

I

1

I

2

=

d

2

d

1

2

γ

1

3

0

,

001293

Δ

Q

Δ

m

X

=

Δ

Q

Δ

m

[

X

] =

C

Kg

1

R

= 2

,

58

.

10

4

C

kg

100

0

,

01

Δ

E

Δ

m

D

=

Δ

E

Δ

m

Gy

=

1

J

(38)

k

m

m

K

=

Δ

N

Δ

a

.hf.μ

k

μ

k

=

μ

hf ρ

E

k

Δ

N

Δ

a

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Ionizacao relativa

(39)

137

Cs

60

Co

137

0

,

66

M ev

60

γ

1

,

17

M ev

1

,

33

M ev

(40)

espalhado

espalhado

foton

incidente

eletron

livre

a

b

(41)

266

1896

(42)
(43)

20

1930

130

(44)

2

D

2

D

2

D

3

D

(45)
(46)

15

30

4

D

4

D

3

D

(47)
(48)
(49)
(50)
(51)
(52)

1646

1716

1707

1783

1736

1813

1805

1865

1842

1919

1878

1909

1871

1945

1848

1923

2

(1

,

1)

T

(3

,

3)

T

(1

,

3)

T

(3

,

1)

T

x

S

x

S

f

i

(

x

)

f

i

(

x

)

f

i

(

x

)

i

= 1

, . . . , k

f

j

(

x

)

< f

j

(

x

)

j

z

Z

z

Z

z

i

z

i

i

= 1

, . . . , k

z

j

< z

j

(53)

a, b

∈ ℜ

n

a

b

a

i

b

i

∧ ∃

j

|

(

a

j

> b

j

)

a

b

a

i

=

b

i

(

j

|

(

a

j

> bj

)

∧ ∃

k

|

(

a

k

< b

k

))

j, i

= 1

, . . . , n

;

i

=

j

;

i

=

k

;

n

2

(2

,

2)

T

(3

,

1)

T

(54)

0

1

2

3

4

5

6

0

1

2

3

4

5

6

7

objetivo 2

objetivo 1

(55)

LS

T

D

N

D

S

LS

LN

x

D

T

D

N

D

S

F

p

n

3

xn

3

3

n

F

p

n

max

D

T

(

X, F

n

p

) =

D

(

x

T

, F

n

p

)

min

D

N

(

X, F

n

p

) =

D

(

x

N

, F

n

p

)

min

D

S

(

X, F

n

p

) =

D

(

x

S

, F

n

p

)

s.t.

D

T

(

X, F

n

p

)

< LS

T

D

T

(

X, F

n

p

)

> LI

T

D

N

(

X, F

n

p

)

D

S

(

X, F

n

p

)

< LS

S

X

=

x

T

x

N

x

S

F

p

(56)

D

T

D

S

D

N

Tumor

Silhueta

Estruturas

Nobres

Feixe

(57)

Tumor

Silhueta

Estruturas

Nobres

Feixe

Colimador

Fonte Radioativa

2

ω

∈ ℜ

ψ

∈ ℜ

P

∈ ℜ

2

ψ

E

∈ ℜ

2

U

∈ ℜ

2

(58)

ψ

ω

Tumor

E

U

F

P

2

D

X

F

p

n

2

D

2

D

3

D

3

D

2

D

E

P

=

E

H

x

x

P

H

e

μx

P

3

D

(59)
(60)

7

6

5

4

3

2

1

I

H

G

F

E

D

C

B

A

(61)

l

=

d

v

2

c

=

h

v

e

=

a

l.c

160

mm

F

p

n

(62)

Sadios

Tumor

Nobres

Sadios

E

P

P

E

H

μ

(

cm

1

)

x

(

cm

)

H

P

x

H

x

P

(

x

P

(63)

+

Silhueta do Paciente

P

Tumor

Acelerador

Linear

Feixe

X

+

H − Equilibrio Eletronico

Espessura de Equilibrio Eletronico

I

P

=

I

H

e

μx

P

E

P

T

P

.x

P

=

E

H

T

H

.x

H

e

μx

P

T

H

=

T

P

E

P

x

P

=

E

H

x

H

e

μx

P

E

P

=

E

H

x

P

x

H

e

μx

P

D

= [

d

ij

]

(

L,C

)

L

(64)

2

D

2

D

D

E

P

=

E

H

x

P

x

H

e

μx

P

d

ij

=

k

b

=1

E

H

.

(

b,i,j

)

x

P

x

H

e

μ

(b,i,j)

x

P

d

ij

=

E

H

x

H

k

b

=1

(

b,i,j

)

x

p

e

μ

(b,i,j)

x

P

E

P

E

H

P

H

x

P

x

H

P

H

μ

1

k

b

P

i

j

f

obj

2

D

D

corpo

B

p

d

(65)

S

n

n

2

S

n

{

d, i, j, m, n, o, p

N

}

S

n

=

{

(

v

1

, . . . , v

n

)

|

v

i

∈ ℜ

2

}

T umor

S

m

T ecidos

S

o

Orgoes

∈ {

S

α

,

S

β

,

S

γ

, . . .

}

B

p

d

=

{

(

b

1

, . . . , b

p

)

| ∀

b

i

S

d

}

D

corpo

= (

T umor, Orgoes, T ecidos

)

Area

:

S

n

→ ℜ

S

T

=

i

L

i=1

i∈T umor

j

C

j=1

j∈T umor

1

S

O

=

i

L

i=1

i∈Orgoes

j

C

j=1

j∈Orgaos

1

S

S

=

i

L

i=1

i∈T ecidos

j

C

j=1

j∈T ecidos

(66)

A

T

=

Area

i

p

i

=1

T umor

(

i

)

B

p

d

A

O

=

Area

i≤p

j≤m

i=1

j=1

(

j

)

Orgoes

(

i

)

B

p

d

A

S

=

Area

i

p

i

=1

T ecidos

(

i

)

B

p

d

A U B

A

B

A B

U

(67)

D

T

=

i

L

i=1

i∈T umor

j

C

j=1

j∈T umor

D

ij

D

O

=

i

L

i=1

i∈Orgoes

j

C

j=1

j∈Orgoes

D

ij

D

S

=

i

L

i=1

i∈T ecidos

j

C

j=1

j∈T ecidos

D

ij

(

δ

T

)

2

=

i

L

i=1

i∈T umor

j

C

j=1

j∈T umor

D

ij

D

S

T

T

2

LC

1

(

δ

O

)

2

=

i

L

i=1

i∈Orgoes

j

C

j=1

j∈Orgoes

D

ij

D

A

O

O

2

LC

1

(

δ

S

)

2

=

i

L

i=1

i∈T ecidos

j

C

j=1

j∈T ecidos

D

ij

D

A

S

S

2

LC

1

O

T

O

T

δ

T

(68)

O

O

O

S

O

T

=

A

T

(

S

T

)

2

.

D

T

1 +

δ

T

O

O

=

1

A

O

.D

O

.

(1 +

δ

O

)

O

S

=

1

A

S

.D

S

.

(1 +

δ

S

)

f

obj

: (

D

corpo

,

B

p

d

)

(

O

T

, O

O

, O

S

)

(69)

3

2

D

(70)

1960

10

(71)

ψ

0

,

5

0

,

3

0

,

2

(72)

i

+1

i

+1

mlc

i

+1

(73)

mlc

=

min

(

linha, coluna

)

plinha

i

+1

= ((

rand

()

mod mlc

) +

plinha

i

)

mod linha

pcoluna

i

+1

= ((

rand

()

mod mlc

) +

pcoluna

i

)

mod coluna

anglo

i

+1

= (

anglo

i

+ (

rand

()

mod

15 + 1))

mod

360

P

(

F

; 8)

ψ

(

F

; 8)

β

ψ

ψ

P

Q

(

F

; 8)

(

H

; 8)

(

F

; 9)

R

α

(74)
(75)

corrente

genesis

()

elite

φ

(

tempo

()

< T EMP O

)

f ilho

φ

paretoRank

(

corrente

)

(

i

0;

i <

|

corrente

|

/

2;

i

i

+ 1)

a

roleta

(

corrente

)

b

roleta

(

corrente

)

cruzamento

(

ab, ba, a, b

)

(

j

0;

j < MUT ACOES

;

j

j

+ 1)

(

mutAnglo

(

ab

)

ab

)

(

mutP ontaria

(

ab

)

ab

)

(

j

0;

j < MUT ACOES

;

j

j

+ 1)

(

mutAnglo

(

ba

)

ba

)

(

mutP ontaria

(

ba

)

ba

)

c

1

torneioBinario

(

a, ab

)

c

2

torneioBinario

(

b, ba

)

f ilho

f ilho

{

c

1

, c

2

}

corrente

f ilho

elite

elite

paretoSet

(

f ilho

)

saida

paretoSet

(

elite

)

(76)

10% 20% 30%

40%

50 100 150 200

10%

70%

10

150

20%

70%

150

30%

20

30% 50%

150

20

30

40%

(77)

0 100 200 300 400 500 600

0 5 10 15 20 25 30

Solucoes Melhoradas Decadas

10%

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

0 5 10 15 20 25 30 35

Solucoes Melhoradas Decadas

20%

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

0 5 10 15 20 25 30 35

Solucoes Melhoradas Decadas

30%

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Solucoes Melhoradas

Decadas

(78)

0 100 200 300 400 500 600

0 5 10 15 20 25

Solucoes Melhoradas Decadas

50

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0 2 4 6 8 10 12 14

Solucoes Melhoradas Decadas

100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

0 1 2 3 4 5 6 7

Solucoes Melhoradas Decadas

150

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

0 1 2 3 4 5

Solucoes Melhoradas

Decadas

(79)
(80)

genesis

genesis

()

local

φ

(

tempo

()

< T EMP O

)

(

i

0;

i <

|

repositorio

|

;

i

i

+ 1)

melhor

NADIR

sol

i

genesis

[

i

]

(

c

0;

c < MOV IMENT O

;

c

c

+ 1)

solT abu

getListaT abu

()

solLivre

x

|

x

∈ {{

vizinho

(

sol

i

)

}

ListaT abu

}

ListaT abu

ListaT abu

{

solLivre

}

|

ListaT abu

|

> T AMANHO LIST A

ListaT abu

ListaT abu

{

getListaT abu

()

}

vencedor

(

solT abu

solLivre

?

solT abu

:

solLivre

)

!(

melhor

vencedor

)

(

vendedor

=

solT abu

)

ListaT abu

ListaT abu

{

solT abu

}

(

vencedor

melhor

)

melhor

vencedor

local

local

{

vencedor

}

destruir

(

vencedor

)

(81)

10

360

,

720

,

1080

1800

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 5 10 15 20 25 30

Solucoes Melhoradas Solucoes Processadas

360

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 5 10 15 20 25 30

Solucoes Melhoradas Solucoes Processadas

720

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0 5 10 15 20 25 30

Solucoes Melhoradas Solucoes Processadas

1080

0 10 20 30 40 50 60 70

0 5 10 15 20 25 30

Solucoes Melhoradas

Solucoes Processadas

1800

720

(82)

P

=

exp

Δ

E

K

B

.T

T

Δ

E

K

B

Δ

E

T

(83)

a

b

P

=

exp

cos(

a, b

)

T

P

ψ

P

n

.x

=

P

n

1

.x

+

T.

[0 : 1]

P

n

.y

=

P

n

1

.y

+

T.

[0 : 1]

ψ

n

= (

ψ

n

1

+

T.

[0 : 1](

))(

)

cos(

a, b

)

[

]

n

[0; 1]

0

1

(

rand

[0

,

1]

< e

P

)

cos(

a,b

) =

a.

b

(84)

repositorio

genesis

()

local

φ

(

tempo

()

< T EMP O

)

(

i

0;

i <

|

repositorio

|

;

i

i

+ 1)

T emp

T EMP MAX

S

0

repositorio

[

i

]

(

T emp > T EMP MIN

)

(

t

0;

t < T ENT AR

;

t

t

+ 1)

S

vizinho

(

S

0

)

(

S

S

0

)

(

rand

[0

,

1]

< P

)

S

0

S

(

S

S

0

)

local

local

{

S

}

T emp

esquemaAnnealing

(

T emp

)

saida

paretoSet

(

local

)

α

T

α

[0

,

8; 0

,

99]

(85)

β

1

m

T

i

=

T

i

1

1 +

βT

i

1

β

=

1

m

.

T

0

T

m

T

0

T

m

T

0

(86)

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0

5

10

15

20

25

30

Solucoes Melhoradas

Solucoes Processadas

α

= 0

,

99

0

100

200

300

400

500

600

0

1

2

3

4

5

6

Solucoes Melhoradas

Solucoes Processadas

(87)

30

(88)

C

(

A, B

) = 1

B

A

C

(

A, B

) = 0

A

B

(89)

C

(

A, B

) =

|{

Z

B

} ∃

z

A

:

z

z

|

|

B

|

3

4

5

(90)

3

4

5

(91)

3

4

5

3

4

5

0

,

113557

5

(92)

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

0

200

400

600

800

1000

1200

Objetivos

Solucoes

(93)

6

7

(94)

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Objetivos

Solucoes

(95)

2

2

(96)

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Objetivos

Solucoes

(97)

2

2

2

2

(98)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-1.8 -1.6 -1.4-1.2 -1-0.8 -0.6-0.4 -1.2 -1.1 -1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 Sadios Tumor Nobres Sadios

0 0.2 0.4 0.6

0.8 1 1.2 1.4

1.6 1.8-1.8-1.6 -1.4-1.2 -1-0.8 -0.6-0.4 -0.2 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 Sadios Tumor Nobres Sadios

0.2 0.4 0.6 0.8 1

1.2 1.4 1.6 1.8 2

(99)

0 0.5 1

1.5 2 2.5

3 3.5 4 -2 -1.8-1.6 -1.4-1.2 -1-0.8 -0.6-0.4 -0.2 -1.1-1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 Sadios Tumor Nobres Sadios 0 0.5 1 1.5 2

2.5 3

3.5-4.5-4 -3.5-3

-2.5-2 -1.5-1

-0.5 0 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 Sadios Tumor Nobres Sadios 0 0.5 1 1.5 2 2.5-1.1-1

(100)

0 0.5 1

1.5 2 2.5

3 3.5 4-1.8 -1.6-1.4 -1.2-1 -0.8-0.6 -0.4-0.2 -1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 Sadios Tumor Nobres Sadios 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 -1.1-1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 Sadios Tumor Nobres Sadios

0.2 0.4 0.6 0.8 1

1.2 1.4 1.6 1.8 2

2.2-1.1-1 -0.9-0.8 -0.7-0.6 -0.5-0.4 -0.3-0.2 -0.1 -1.2 -1.1-1 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 Sadios Tumor Nobres Sadios 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3-1.6 -1.4-1.2 -1-0.8 -0.6-0.4

(101)

cos(

a, b

)

Δ

E

(102)
(103)
(104)
(105)

Referências

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