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Type: Dissertação
Title: Projeto ótimo do tratamento de câncer de pele por termoablação sob incertezas
Author(s)/Inventor(s): Ferreira, Luiz Fernando Silva
Advisor: Orlande, Helcio Rangel Barreto
Co-advisor: Varon, Leonardo Antonio Bermeo
Abstract: Nesta dissertação, foram analisados diferentes protocolos para o tratamento do câncer de pele por termoablação, sob o ponto de vista de um projeto ótimo dentro de uma abordagem probabilística. O aquecimento dos tecidos, contendo um tumor localizado entre a epiderme e a derme papilar, foi considerado como sendo promovido por um laser. Para que o dano térmico fosse concentrado na região de interesse, nanopartículas foram supostas uniformemente distribuídas na epiderme e no tumor. Variáveis de projeto foram obtidas com a formulação unidimensional do problema acoplado de propagação do laser e biotransferência de calor nos tecidos considerados. Os protocolos analisados aqui foram: (i) Múltiplas sessões de tratamento, cada uma com um único pulso de laser; (ii) Uma única sessão de tratamento com pulsos sequenciais de laser; (iii) Uma única sessão de tratamento com a taxa de fluência do laser modulada por senos e cossenos; e (iv) Uma única sessão de tratamento sem definição a priori da forma funcional da taxa de fluência do laser. Os problemas de projeto ótimo foram resolvidos através do Método de Monte Carlo com Cadeias de Markov e foram analisados com o algoritmo clássico de Metropolis-Hastings e uma modificação deste com amostragem por blocos de parâmetros. Assim, para cada um dos protocolos analisados foram estimadas as distribuições a posteriori das variáveis de projeto, considerando-se as incertezas em todos os parâmetros do modelo e a distribuição estatística desejável para o dano térmico nos tecidos.
Abstract: This dissertation dealt with the analysis of different protocols for the thermo-ablation treatment of skin cancer, by considering optimal designs within a probabilistic approach. Heating of the tissues, including a tumor between the epidermis and papillary dermis, was promoted by a laser. Nanoparticles were supposed uniformly distributed in the epidermis and the tumor, to concentrate the thermal damage in the region of interest. Design variables were obtained with the on-dimensional coupled problem of the laser propagation and bioheat transfer win the tissues. The protocols examined here were: (i) Multiple treatment sessions, each one with one single laser pulse; (ii) One single treatment session with sequential laser pulses; (iii) One single treatment session with the functional form of the laser power modulated by sines and cosines; (iv) One single treatment session without the a priori definition of the functional form of the laser power. The optimal design problems were solved with the Markov Chain Monte Carlo method, and both the classical and a modified version of the Metropolis-Hastings algorithm with sampling by blocks were analyzed. Therefore, the posterior distributions of the design variables were estimated for each protocol examined, taking into account uncertainties in the model parameters and the desired statistical distribution of the thermal damage in the tissues.
Keywords: Projeto ótimo sob incertezas
Tratamento do câncer por termoablação
Métodos bayesianos
Nanotecnologia
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Apr-2021
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: FERREIRA, Luiz Fernando Silva. Projeto ótimo do tratamento de câncer de pele por termoablação sob incertezas. 2021. 127 f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Engenharia Mecânica, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
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