Sanidad - Ibercivis

Boletim mensal Ibercivis
Outubro 2011
Biografía
Sanidad
Simulação de
transporte de
partículas
Julio Almansa
Entrevista
Em que consiste o projecto Sanidad?
Consiste na utilização de métodos de simulação numérica para
descrever como radiações ionizantes interagem com a matéria, seja
esta um doente, ou qualquer material ou composto relacionado com a
área da Saúde. Por exemplo, a deposição de dose por radiações
ionizantes pode ser utilizado no tratamento do cancro. Por outra
palavras, utilizamos este tipo de simulações numéricas para descrever
e estudar a utilização na área da Saúde de radiações ionizantes, como
por exemplo o estudo da blindagem de instalações para radiações em
hospitais, a optimização de cálculos de tratamento de radioterapia, de
exames de radio­diagnóstico ou medicina nuclear.
Em que consiste cada trabalho que recebem os computadores
associados à Ibercivis?
Julio Almansa nasceu a
22 de Outubro de 1971
em Almeria. Estudou
Ciências Físicas na
Universidade de
Granada. Trabalha no
Hospital Virgen de las
Nieves de Granada e é
doutorando no grupo de
Física Médica do
Departamento de Física
Atómica, Nuclear e
Molecular da
Universidade de
Granada.
Cada um dos trabalhos depende do sistema que está a ser estudado.
O último sistema consistia na simulação de um modelo de um
acelerador linear de electrões para a utilização em radioterapia.
Neste caso o objectivo era estudar a interacção entre o acelerador e
uma cuba que descrevia o doente. Dividimos o conjunto inicial de
variáveis que influenciam o processo num conjunto de variáveis
muito mais pequeno, o que nos ajuda a estudar este processo. Neste
caso em particular, estavámos interessados na caracterização da
depositição de dose a diferentes níveis de energia de radiação.
Assim, explorámos desde de valores de energias de radiação mais
baixos até aos mais altos. A cada computador chega um pequeno
trabalho em que varia o valor da energia de radiação. Por exemplo, a
um computador chega um trabalho para 20 unidades de energia a
outro para 100 e a outro para 1000. Quando todos os resultados são
>La Simulación Monte­Carlo utiliza sin Método de colonia de hormigas párrafo MEJORAR El
Tiempo de Simulación. Este es El Mapa de Importancia Para Los electrones de alta Energía
En El Aire (Izquierda) y los electrones de baja Energía en Materiales Diferentes al aire
(Derecha).
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Entrevista
>Exemplos de tratamentos de radiocirurgia. As cores representam as diferentes doses são dadas para
as áreas tumorais e adjacentes.
devolvidos, são analisados para estudar a
depositação de dose por radiação para as diferentes
unidades de energia.
Quando os dados calculados pelos cidadãos
são devolvidos que fazes com eles? São
complementados com algum tipo de trabalho
experimental?
Sim. Inicialmente, processamos e agregamos a
grande quantidade de informação que obtemos dos
trabalhos que são devolvidos. Depois inicia­se um
processo experimental com medidas in situ, na
máquina, no acelerador linear que nos permite
fazer uma primeira verificação de que os resultados
da simulação de Monte Carlo são correctos, e que
representam um modelo real do sistema. Depois
comparamos os resultados da simulação com as
medidas experimentais e utilizam­se os resultados
da simulação para parametizar um conjunto de
modelos, já que estamos a tentar obter um modelo
matemático que possamos utilizar na prática clínica
de uma forma mais cómoda e precisa do que os que
existem actualmente. As simulações numéricas que
fazemos permitem­nos ter mais dados e com maior
precisão do que os que teríamos apenas com as
medições experimentais, o que nos permite
descrever o mundo real com um modelo que desen­
hamos.
Quanto tem levaria um computador normal a
efectuar os cálculos realizados até agora?
É muito variável, mas dadas as características das
simulações e a precisão que alcançam, penso que
aproximadamente 1 ano. O que fazemos na Ibercivis
complementa o trabalho que fazemos no cluster do
departamento: por exemplo, a parte de desenho do
modelo pode ser feito em qualquer computador,
mas outras tarefas pela sua quantidade e por
comodidade ou pelo tamanho dos ficheiros de
entrada e saída têm que se realizadas no cluster do
departamento, e depois há outras tarefas que pelo
elevado número de simulações necessárias é mais
conveniente realizá­las na Ibercivis.
Como conheceste a Ibercivis?
Através do BOINC. Eu iniciei­me na computação
voluntária com o projecto SETI. Instalei o BOINC,
juntei­me à equipa do Canal@Boinc e foi aliás
através dos seus foruns que tomei conhecimento da
existência da Ibercivis. No princípio associei­me à
Ibercivis como voluntário e depois entusiasmei­me e
contactei a equipa de desenvolvimento para
colaborar como investigador, lançando trabalhos.
Tinhamos preparado uma candidatura para criar um
projecto BOINC próprio na Andaluzia mas tal não
foi possível, pelo que me decidi a contactar­vos já
que tinham toda a infraestrutura preparada.
O que realçarias de melhor na Ibercivis?
Boletim mensal Ibercivis
Outubro 2011
Entrevista
Eu realçaria dois aspectos. Como investigador que
facilitem a infraestrutura, suporte técnico e ajuda
no desenvolvimento das aplicações. Como utilizador
do BOINC é a questão da divulgação, que é uma
coisa que não é feita por outros projectos, o dizer
que o se estuda com as aplicações, estar em
contacto com as pessoas, a workshop para a qual se
convidou pessoas alheias à investigação, etc. E claro
que tenha sido uma iniciativa espanhola.
E quais são os seus aspectos menos positivos?
Como investigador, gostaria que as unidades de
trabalho pudessem ser mais longas, já que há
unidades de trabalhos que gostaria que pudessem
demorar cerca de 6 horas. A limitação do tempo de
computação por unidade de trabalho (cerca de meia
hora) entra em conflito com o tipo de trabalhos que
o projecto SANIDAD poderia enviar.
Como surgiu o teu interesse por esta área
científica? Como descreverias a tua carreira
científica?
á em pequeno gostava de Astronomia; era um rapaz
que gostava muito de ficção científica, que tinha
muita imaginação e que me dava bem com a
Matemática. Quando fui para a universidade decidi
que gostaria de seguir uma carreira como físico ou
químico. Acabei por optar pela Física pensando em
dedicar­me à Astrofísica, mas durante o curso fiquei
a conhecer uma área chamada “Física Médica”, e
pensei “mas o que é a Física Médica?, que faz um
físico num hospital?”. No fim do curso acabei por
dedicar­me a esta área.
Actualmente, estou também a trabalhar para obter o
doutoramento; comecei a trabalhar num hospital
mal terminei o curso e faz alguns anos que comecei
os trabalhos para obter o doutoramento, mas tem
sido complicado gerir o doutoramento e o trabalho.
O que dirias aos estudante que pretendem
seguir uma carreira científica?
Que o façam por vocação, porque o gostariam de
fazer, porque vêm um futuro nessa carreira
científica. Que se vejam capazes de fazer
investigação, de poder aplicar à sociedade o que vão
investigar. Mas que seja sempre por vocação, não por
prestígio, dinheiro ou como uma saída profissional,
porque a situação actual não é fácil para nenhum
tipo de carreira e menos ainda para físicos.
Pessoalmente vejo o panorama científico espanhol
um pouco negro. Os programa de investigação
centram­se muito na aplicabilidade imediata. Há
uma citação de Ortega e Gasset que diz algo como
“Se
prescindimos
da
investigação
básica,
acabaremos por perder a corrida para a investigação
aplicada, e ficaremos parados na aplicação dos
conhecimentos que temos”. Com a falta de meios, a
diminuição nas ajudas nos últimos anos, a falta de
apoios privados à investigação em Espanha, o
panorama está complicado.los últimos años, la
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Que dirias aos voluntários da Ibercivis?
Que agradecemos muito a sua contribuição. Que todos os projectos lhes deve muito e que esperamos que
continuem a prestar­nos a sua ajuda no futuro, e que sem eles seria muito díficil realizar algumas
simulações.
E aos que ainda não são voluntários da Ibercivis que por favor nos cedam os seus computadores, que não
pensem que é necessário montar na garagem de casa vários computadores nem ter os computadores ligados
24 horas por dia para poder contribuir com o seu grau de areia, um grau de areia que junto com outros
fazem uma montanha.
Em profundidade
As radiações ionizantes utilizam­se de forma habitual
na área Saúde, principalmente no diagnóstico por
imagem (em Radiologia através da utilização de
feixes de raios X, e na Medicina Nuclear através da
utilização de radio­isótopos), e no tratamento de
diversas patologias através do uso de feixes externos
de fotões ou electrões (Radioterapia externa), fontes
encapsuladas (Braquiterapia) ou radio­isótopos não
encapsulados (Medicina Nuclear).
As técnicas de simulação numérica do transporte de
partículas (fotões, electrões e positrões) através de
técnicas Monte Carlo em meios complexos têm sido
aplicadas nos últimos 50 anos a um vasto leque de
situações (complementar medidas experimentais,
caracterização de equipamentos, dosimetria a
doentes, etc.). Nos últimos anos, esta metodologia
tem vindo a sofrer um crescimento enorme na sua
utilização e nas suas aplicações, estando o seu uso
unicamente limitado ao tempo de CPU necessário
para a obtenção de resultados em modelos com­
plexos.
A descrição do transporte de partículas usando
técnicas de Monte Carlo baseia­se na caracterização
do transporte das partículas por distribuições de
probabilidade que descrevem, por um lado, o
comprimento que uma partícula percorrer entre
duas interacções em cada material, e por outro
lado, os ângulos de dispersão e balanço energético
que esta sofre ao interagir. Desta forma, e através
da utilização de um gerador de números aleatórios
realiza­se a simulação do transporte das partículas
no seio de um material tomando, de forma
sequencial e para partícula simulada, decisões
sobre a) as condições iniciais da mesma (energia,
direcção, etc), b) sobre o comprimento até à
interacção seguinte, c) sobre o processo físico
através do qual interage (Compton, fotoeléctrico,
etc), e d) sobre o resultado da referida interacção
(ângulo de dispersão, produção de partículas
secundárias, etc). As técnicas de simulação Monte
Carlo são por conseguinte de natureza estatística e
requerem o seguimento de uma grande número de
partículas para se alcançar a precisão requerida, o
que implica tempo de computação consideráveis.
As vantagens associadas a esta metodologia são a
capacidade de obter resultados com a precisão
espacial e temporal requeridas, assim como a
obtenção de resultados para múltiplos parâmetros
físicos de forma simultânea. Tudo isto faz desta
técnica seja uma poderosa ferramenta, sendo por
isso frequentemente considerada como a técnica
standard para a obtenção de resultados em muitas
aplicações biomédicas.
>Vendo um tratamento de câncer de próstata
utilizando Iodo 112 sementes radioativas 125.