Evoluční návrh ultrazvukových operačních plánů

Loading...
Thumbnail Image
Date
ORCID
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií
Abstract
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.
Description
Citation
MASÁROVÁ, M. Evoluční návrh ultrazvukových operačních plánů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií. 2021.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Bioinformatika a biocomputing
Comittee
prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D. (předseda) doc. Dr. Ing. Otto Fučík (místopředseda) doc. Ing. Vladimír Drábek, CSc. (člen) Ing. Zbyněk Křivka, Ph.D. (člen) Ing. Tomáš Martínek, Ph.D. (člen) Ing. Aleš Smrčka, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2021-06-21
Defence
Studentka nejprve prezentovala výsledky, kterých dosáhla v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Studentka následně odpověděla na otázky oponenta a na další otázky přítomných (dopady simulovaného žíhání, vliv délky běhu experimentů na úšpěšnost). Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studentky na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A - výborně . Otázky u obhajoby: Z tabulky 5.1 a dalšího textu není patrné, jaký význam má zkoumat uvedené kombinace velikosti populace a počtu generací. Při konstantním počtu evaluací, jaký vliv má na kvalitu výsledku změna velikosti populace? Konvergenční křivka sestavená z několika běhů na obr. 6.7 ukazuje, že v průběhu optimalizace dojde ke změně fitness z hodnoty 84,4 pouze na hodnotu 83,4 (v průměru). Co znamená tato malá změna z pohledu pozice výsledného umístění a nastavení zdroje ultrazvuku?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení
DOI
Collections
Citace PRO