Simulátor elektromagnetického pole FDTD pro studium algoritmů plánování léčby
FDTD-based electromagnetic field simulator for studying treatment planning algorithms
Typ dokumentu
bakalářská prácebachelor thesis
Autor
Ksenia Kulakova
Vedoucí práce
Vrba Jan
Oponent práce
Merunka Ilja
Studijní obor
Biomedicínský technikStudijní program
Biomedicínská a klinická technika (studium v angličtině)Instituce přidělující hodnost
katedra biomedicínské technikyPráva
A university thesis is a work protected by the Copyright Act. Extracts, copies and transcripts of the thesis are allowed for personal use only and at one?s own expense. The use of thesis should be in compliance with the Copyright Act http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf and the citation ethics http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmlVysokoškolská závěrečná práce je dílo chráněné autorským zákonem. Je možné pořizovat z něj na své náklady a pro svoji osobní potřebu výpisy, opisy a rozmnoženiny. Jeho využití musí být v souladu s autorským zákonem http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf a citační etikou http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.html
Metadata
Zobrazit celý záznamAbstrakt
Rakovina pánevní oblasti je jednou z nejčastějších příčin úmrtí na rakovinu, a proto vyžaduje zvláštní pozornost. Nedávno provedené studie ukázaly, že mikrovlnná hypertermie představuje neinvazivní metodu, kterou lze účinně integrovat do procesů léčby rakoviny a zvýšit celkovou účinnost léčby. Hlavním cílem této práce bylo, jako příspěvek k výzkumu v této oblasti, vyvinout v prostředí MATLAB numerický simulátor elektromagnetického pole v anatomicky a dielektricky realistickém modelu oblasti léčené mikrovlnnou hypertermií založený na metodě FDTD a využít jej pro studium dostupných algoritmy plánování léčby. Metoda FDTD byla zvolena pro její srozumitelnost, vhodnost pro uvažovaný problém a kompatibilitu s prostředím MATLAB. Dalším důvodem pro vývoj vlastního simulátoru elektromagnetického pole v prostředí MATLAB je již v tomto prostředí implementovaný software pro plánování léčby a řízení laboratorního prototypu regionálního mikrovlnného hypertermického systému vyvíjeného na FBMI ČVUT. Elektromagnetická pole vypočtená zde vyvinutým simulátorem vykazují dobrou shodu s elektromagnetickými poli vypočtenými osvědčeným komerčním simulátorem COMSOL Multiphysics. Vyvinutý model a simulátor je vhodný pro kvalitativní i kvantitativní hodnocení algoritmů plánování léčby. Dále byly implementovány čtyři různé strategie plánování léčby: 1) globální optimalizace řízená parametrem THQ, 2) zobecněný přístup vlastních hodnot, 3) metoda time-reversal a 4) metoda cílového středového bodu (TCP). Pro jeden anatomicky a dielektricky realistický model pacienta, deset různých modelů cílů léčby a čtyř výše uvedené strategie byla pomocí v klinice používaných parametrů TC25, TC50 a THQ vyhodnocena a vzájemně porovnána kvalita plánování léčby. Pelvic cancer is one of the most common causes of deaths due to cancer, and, therefore, requires special attention. Recent studies have shown that microwave hyperthermia is a promising non-invasive approach that can effectively be integrated into cancer treatment processes. As a contribution to research in this field, the main aim of this thesis was to develop a numerical simulator of electromagnetic field in an anatomically and dielectrically realistic model of area treated with microwave hyperthermia in MATLAB environment using the FDTD method and use it for studying available treatment planning algorithms. The FDTD method was chosen due to its clarity, suitability for the problem raised in this thesis, and compatibility with MATLAB. Another reason for the development of own electromagnetic field simulator in MATLAB environment is that the laboratory prototype of the software for treatment planning and for the control of regional microwave hyperthermia developed at the FBME CTU is being implemented in MATLAB. The electromagnetic field calculated by the developed FDTD simulator shows a good agreement with the electromagnetic field calculated by the well-proven commercial simulator COMSOL Multiphysics. The developed model and simulator are well-suited for both qualitative and quantitative assessment of the performance of treatment planning algorithms in various scenarios. In addition, four different treatment planning strategies were implemented: 1) global optimization controlled by the THQ parameter, 2) generalized eigenvalue approach, 3) time-reversal, and 4) target center point (TCP) method. For one anatomically and dielectrically realistic patient model, ten different treatment target models, and the four strategies mentioned above, the quality of treatment planning was evaluated and compared with the parameters used in clinics, namely TC25, TC50 and THQ.
Kolekce
- Bakalářské práce - 17110 [869]