Original title: Evoluční návrh ultrazvukových operačních plánů
Translated title: Evolutionary Design of Ultrasound Treatment Plans
Authors: Masárová, Mária ; Sekanina, Lukáš (referee) ; Jaroš, Jiří (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2021
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií
Abstract: [eng] [cze]
Použitie zameraného ultrazvuku pomáha zachraňovať a uľahčovať ľudské životy, nakoľko práve jeho využitím môžeme liečiť epilepsiu, ničiť rakovinové bunky a zastavovať vnútorné krvácanie neinvazívnou cestou, ktorá predstavuje pre človeka prijateľnejšie a bezpečnejšie riešenie. Vzhľadom na to, že bezpečnosť a zdravie človeka je prioritou pri liečení závažných ochorení, sa táto práca zaoberá porovnaním rôznych evolučných algoritmov a ich použitím pri návrhu evolučných ultrazvukových operačných plánov. V práci sa využívajú dva typy médií, a to homogénne médium a heterogénne médium. Pri vyhodnocovaní algoritmov sa zameriavame na efektivitu s ohľadom na veľkosť populácie, počet evaluácií fitness funkcie a  výpočetný čas. V homogénnom médiu sa ako najlepší algoritmus ukázal CMA-ES, ktorý v priebehu 20 sekúnd dokázal nájsť optimálne riešenie so 100% pokrytím cieľovej oblasti pre rotované zrnko ryže. Heterogénne médium je ale oveľa zložitejší problém, predovšetkým kvôli lebke, ktorá odráža a pohlcuje veľkú časť ultrazvuku. Tu sa ako najlepší preukázal algoritmus SA, ktorý našiel výsledok s 23% pokrytím cieľovej oblasti v prvom testovacom scenári. Doba výpočtu trvala približne 1 hodinu a 18 minút, čo značí že je čas veľmi znemožňujúci ("drahý") faktor. The use of focused ultrasound helps save and facilitate human lives, as it can be used to treat epilepsy, destroy cancer cells and stop internal bleeding in a non-invasive way, which is a more acceptable and safer solution for humans. Given that human safety and health is a priority in the treatment of serious diseases, this work deals with the comparison of different evolutionary algorithms and their use in the design of evolutionary ultrasound treatment plans. Two types of media are used in this work, namely homogeneous medium and heterogeneous medium. When evaluating algorithms, we focus on efficiency with respect to the size of the population, number of fitness function evaluations and computational time. In a homogeneous medium, CMA-ES proved to be the best algorithm, which was able to find the optimal solution with a 100% coverage of the target area for a rotated grain of rice within 20 seconds. However, the heterogeneous medium is a much more complex problem, mainly due to the skull, which reflects and absorbs much of the ultrasound. Here, the SA algorithm proved to be the best, finding the result with a 23% coverage of the target area in the first test scenario. The calculation time took about 1 hour and 18 minutes, which means that time is a very prohibitive factor.
Keywords: CMA-ES; genetický algoritmus; HIFU; LIFU; optimalizácia; simulované žíhanie; vysielač; CMA-ES; genetic algorithm; HIFU; LIFU; optimization; simulated annealing; transducer

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/200171

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-445547


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses