Avaliação de cálculos de distribuição de dose de radiação utilizando unidades de processamento gráfico e algoritmo Monte Carlo: rumo a um suporte ao planejamento em radioterapia

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Batista, José Eduardo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Depósito de dose; Dose delive; GPU; Método Monte Carlo; Monte Carlo method; Parallel programming; PENELOPE; Programação paralela; Radiation transport; Radiotherapy treatment; Transporte de radiação; Tratamento radioterápico
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59143/tde-29052023-075321/

A simulação computacional utilizando o Método Monte Carlo (MMC) aplicado ao transporte de radiação é considerado padrão ouro em radioterapia, apresentando-se como o método mais exato para a cálculo da dose depositada no tecido alvo e nos órgãos adjacentes. No entanto, o seu longo tempo de processamento computacional necessário para atingir valores satisfatórios de incerteza estatística, torna sua aplicação inviável na clínica médica de rotina. A programação paralela, com implementação de algoritmos para execução em unidades de processamento gráfico (GPUs), tem se mostrado uma das alternativas exploradas por pesquisadores para reduzir o tempo computacional e tornar o uso do MMC clinicamente viável. Este trabalho teve por objetivo a adaptação para execução paralela, em unidades de processamento gráfico, do algoritmo Monte Carlo, aplicado ao transporte de radiação, presente no PENELOPE-2014, visando manter a exatidão e diminuir o tempo computacional necessário para obtenção de resultados como depósito de dose nos corpos e mapa de distribuição de dose. O desenvolvimento foi realizado na plataforma CUDA e tomou como base o pacote PENELOPE-2014, que possui estrutura de execução sequencial em unidades centrais de processamento (CPUs). A comparação dos resultados obtidos das simulações executadas no novo algoritmo paralelo, em GPU, com as simulações executadas no PELENOPE-2014, em CPU, demonstraram um grau de exatidão com diferenças menores do que 1% para depósito de dose e diferenças imperceptíveis para os mapas de distribuições de doses a um fator de desempenho de cerca de 13 vezes mais rápido. A combinação dos ganhos de desempenho com a manutenção da exatidão da simulação, demonstra que a execução paralela na GPU apresenta um potencial de tornar o uso do MMC uma técnica viável para sistemas de planejamento radioterápico.