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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-2811-1119
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Avaliação de dose absorvida em procedimentos de radiologia intervencionista usando simulação de Monte Carlo para construção de modelos de aprendizado de máquina
Alternate title (s): Absorbed dose assessment in interventional radiology procedures using Monte Carlo simulation for developing machine learning models
Author: Tobias, Isabella Pereira
First Advisor: Neves, Lucio Pereira
First member of the Committee: Souza, Divanizia do Nascimento
Second member of the Committee: Santos, William de Souza
Third member of the Committee: Valença, João Vinícius Batista
Fourth member of the Committee: Silva, Teógenes Augusto da
Summary: As equipes médicas passam longos períodos de tempo expostas à radiação ionizante decorrente de feixes de raios-X que são utilizados durante os procedimentos de radiologia intervencionista (RI). A longa exposição durante a jornada de trabalho pode levar a problemas de saúde, sobretudo se os equipamentos individuais de proteção recomendados não estiverem sendo usados da maneira correta ou em condições adequadas. No Brasil, o número de procedimentos de RI tem crescido e é possível observar um uso maior de radiações ionizantes para tratamento médico. Desta forma, há a necessidade do desenvolvimento de procedimentos que auxiliem e aumentem a proteção da equipe médica que trabalha diretamente nessas intervenções. Este trabalho investiga a aplicação de modelos de aprendizado de máquina na previsão de doses de radiação absorvidas utilizando simulações Monte Carlo baseadas em salas de hemodinâmica através o código MCNP6.2, refletindo condições reais de operação. O objetivo geral deste estudo é o desenvolvimento de um método de aplicação dos modelos de aprendizado de máquina para estimar os valores de dose absorvida nos órgãos da equipe médica durante procedimentos de RI. Os resultados mostraram que os modelos analisados apresentaram desempenhos variados. As métricas de desempenho, como Erro Quadrático Médio (MSE), Erro Absoluto Médio (MAE), indicaram que modelos baseados em árvore de decisão foram os mais precisos entre os modelos testados. A validação das previsões dos modelos em relação aos dados simulados do MCNP sugere que as ferramentas de aprendizado de máquina são eficazes na análise e previsão de doses. Este estudo não apenas contribui para a compreensão do uso de modelos preditivos na radiologia, mas também destaca a relevância clínica das simulações em ambientes de hemodinâmica, visando aumentar a segurança de pacientes e profissionais de saúde. Futuros trabalhos poderão expandir essa pesquisa, integrando dados adicionais e explorando técnicas práticas para aprimorar ainda mais a precisão das previsões.
Abstract: Medical teams spend long periods of time exposed to ionizing radiation arising from x-ray beams used during interventional radiology (IR) procedures. Long exposure during the workday can lead to health problems, especially if the recommended personal protective equipment is not being used correctly or under adequate conditions. In Brazil, the number of IR procedures has grown and it is possible to observe a greater use of ionizing radiation for medical treatment. Thus, there is a need to develop procedures that assist and increase the protection of the medical team that works directly in these interventions. This work investigates the application of machine learning models in the prediction of absorbed radiation doses using Monte Carlo simulations based on hemodynamic rooms through the MCNP6.2 code, reflecting real operating conditions. The general objective of this study is to develop a method for applying machine learning models to estimate the absorbed dose values in the organs of the medical team during IR procedures. The results showed that the analyzed models presented varied performances. Performance metrics, such as Mean Squared Error (MSE) and Mean Absolute Error (MAE), indicated that decision tree-based models were the most accurate among the tested models. Validation of model predictions against simulated MCNP data suggests that machine learning tools are effective in analyzing and predicting doses. This study not only contributes to the understanding of the use of predictive models in radiology, but also highlights the clinical relevance of simulations in hemodynamic settings, aiming to increase the safety of patients and healthcare professionals. Future work could expand this research by integrating additional data and exploring practical techniques to further improve prediction accuracy.
Keywords: Radiologia Intervencionista
Simulação Monte Carlo
Aprendizado de Máquina
Interventional Radiology
Monte Carlo simulation
Machine Learning
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::ENGENHARIA MEDICA
Subject: Engenharia Biomédica
Radiologia intervencionista
Radiação - Dosimetria
Radiação - Medidas de segurança
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Biomédica
Quote: TOBIAS, Isabella Pereira. Avaliação de dose absorvida em procedimentos de radiologia intervencionista usando simulação de Monte Carlo para construção de modelos de aprendizado de máquina. 2024. 118 f. Tese (Doutorado em Engenharia Biomédica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.797.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.797
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44901
Date of defense: 17-Dec-2024
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.
Appears in Collections:TESE - Engenharia Biomédica

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