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Campo DC Valor Lengua/Idioma
dc.contributor.advisor1Reis, Ruy Freitas-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3218907171568989pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Lobosco, Marcelo-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9374460427113373pt_BR
dc.contributor.referee1Camata, José Jerônimo-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7065024769982205pt_BR
dc.contributor.referee2Oliveira, Rafael Sachetto-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5509401058975677pt_BR
dc.creatorFatigate, Gustavo Resende-
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/5959539533310598pt_BR
dc.date.accessioned2023-10-20T11:55:29Z-
dc.date.available2023-10-19-
dc.date.available2023-10-20T11:55:29Z-
dc.date.issued2023-08-16-
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/16066-
dc.description.abstractAccording to the World Health Organization, cancer is a global health concern. The high mortality rate drives the scientific community to study new treatments, among which we can mention hyperthermia by magnetic nanoparticles. This treatment involves subjecting the target region to a low-frequency magnetic field, causing the nanoparticles to increase the temperature above 43◦C, considered the target temperature to damage the tissue and induce cell necrosis. This work uses the three-dimensional in silico model of Pennes, described by a partial differential equation (PDE), to estimate the percentage of tissue damage due to hyperthermia treatment. Differential evolution is used to optimize the treatment, suggesting the best locations for injecting magnetic nanoparticles to maximize the damage to tumor cells and minimize harm to healthy tissue. Tests were performed considering two- and three-dimensional domains, and for each one, three scenarios were considered to evaluate the suggestions obtained by the optimization method. The results indicate that the proposed technique is promising: a reduction in the percentage of damage to healthy tissue while keeping the complete damage to the tumor tissue were observed. Considering the three-dimensional domain in its most complex scenario, the optimization process was responsible for reducing the damage to healthy tissue by 59% when the nanoparticle injections are positioned in a non-intuitive location, i.e., different from the center of the tumors. The numerical solution of the PDE combined with differential evolution increases the computational effort required for algorithm execution. Due to this factor, a parallel strategy using CUDA architecture was implemented to solve the PDE at a lower cost using NVIDIA GPUs. Comparing the parallel version of the code with its sequential version executed in a single CPU, an 84.4-fold performance gain was observed.pt_BR
dc.description.resumoDe acordo com Organização Mundial da Saúde, o câncer é uma preocupação de saúde global. O alto índice de mortalidade move a comunidade científica a estudar novos tratamentos, dentre esses podemos citar a hipertermia por nanopartículas magnéticas. Este tratamento consiste em submeter a região alvo à um campo magnético de baixa frequência, fazendo com que as nanopartículas causem o aumento da temperatura acima de 43◦C, considerada a temperatura alvo para lesionar o tecido e conduzir as células a necrose. Este trabalho usa o modelo tridimensional in silico de Pennes descrito por uma equação diferencial parcial (EDP) para estimar a porcentagem de dano ao tecido devido ao tratamento com hipertermia. A evolução diferencial é usada para otimizar o tratamento, sugerindo os melhores lugares para realizar as injeções de nanopartículas magnéticas de modo a maximizar a lesão nas células tumorais e minimizar os danos ao tecido saudável. Foram realizados testes considerando domínios bidimensionais e tridimensionais e, para cada domínio, três diferentes cenários visando avaliar as sugestões obtidas com o uso do método de otimização. Os resultados indicam que a técnica proposta é promissora: foi observada a redução da porcentagem de dano ao tecido saudável e a completa lesão do tecido tumoral. Considerando o modelo tridimensional em seu cenário mais complexo, o processo de otimização foi responsável por diminuir o dano ao tecido saudável em 59% se as injeções de nanopartículas forem posicionadas em um local não intuitivo, ou seja, diferente do centro dos tumores. A solução numérica da EDP em conjunto com a evolução diferencial aumenta o esforço computacional para a execução do algoritmo. Devido a esse fator, uma estratégia paralela utilizando a arquitetura CUDA foi implementada com o intuito de tornar a resolução da EDP menos custosa, utilizando as GPUs NVIDIA. Comparando o código paralelo com o sequencial executado somente em CPU, observou-se um ganho de desempenho de até 84, 4 vezes.pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentICE – Instituto de Ciências Exataspt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Modelagem Computacionalpt_BR
dc.publisher.initialsUFJFpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/*
dc.subjectHipertermiapt_BR
dc.subjectCâncerpt_BR
dc.subjectBiotransferência de calorpt_BR
dc.subjectCUDApt_BR
dc.subjectOtimizaçãopt_BR
dc.subjectEvolução diferencialpt_BR
dc.subjectHyperthermiapt_BR
dc.subjectBioheat transferpt_BR
dc.subjectOptimizationpt_BR
dc.subjectDifferential evolutionpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRApt_BR
dc.titleAlgoritmo de controle do dano ao tecido saudável no tratamento de câncer por hipertermiapt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
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