Projets novateurs réalisés

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Projets par catégorie

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Génie - chimique / biologique

Protéomique fonctionnelle à haut débit pour les protéines de surface sur cellules souches embryonnaires de souris

La protéomique est une analyse à haut débit de la structure et de la fonction des protéines dans les systèmes biologiques. Notre analyse protéomique ciblant les glycoprotéines utilise la chromatographie liquide (LC) comme outil de séparation, en ligne avec la spectrométrie de masse (EM), comme analyseur pour identifier et quantifier les glycoprotéines et leur site de glycosylation. Dans une analyse typique, les protéines seront extraites d’échantillons biologiques, digérées enzymatiquement en peptides, et les peptides glycosylés enrichis chimiquement. Les glycopeptides N-liés seront analysés sélectivement via LC-MS. Des milliers de spectres peptidiques de la SEP peuvent être acquis en peu de temps et traités par des outils bioinformatiques pour déduire la structure et la fonction des protéines.

Ce projet se concentrera sur l’amélioration de la sensibilité de la méthode glycoprotéomique que nous avons déjà développée (Sun, et al., MCP, 2007). Des remèdes réussis seront déployés pour étudier les protéines membranaires des cellules mES. Notre laboratoire a une vaste expérience avec ces cellules, et nous avons à la fois des cellules mES à élimination génétique et hôte en culture. Les nouvelles connaissances acquises grâce à ces analyses sensibles nouvellement développées seront facilement évaluées par comparaison avec nos bases de données sélectionnées pour identifier les marqueurs protéiques spécifiques aux cellules souches. Les liens établis entre la topologie moléculaire de surface et les réseaux protéiques intracellulaires pourraient aussi nous offrir de nouvelles perspectives sur la biologie et la physiologie des cellules souches.

L’exécution de ce projet offrira aux étudiants des expériences pratiques sur tous les aspects de la technologie protéomique, y compris la chimie des protéines, les techniques de séparation par chromatographie liquide, la spectrométrie de masse en tandem et les compétences en analyse de données. Notre laboratoire possède également diverses techniques moléculaires et cellulaires, telles que la culture et les tests cellulaires de mammifères, les immunoessais, l’imagerie de fluorescence et les tests unicellulaires, qui peuvent être acquis pendant la formation. Les étudiants formés avec succès auront l’occasion de poursuivre le projet en tant qu’étudiants diplômés.

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Superviseur du corps professoral :

Bingyun Sun

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Partenaire :

Discipline :

Secteur :

Université :

Université Simon Fraser

Programme :

Stage de recherche Globalink

Cohérence des classificateurs locaux sous entrées de données échangeables

Traditionnellement, les preuves de cohérence universelle de certains algorithmes d’apprentissage automatique – y compris les algorithmes locaux comme le classificateur k-NN – sont données sous l’hypothèse que les entrées de données sont des variables aléatoires indépendantes et identiquement distribuées. Cette hypothèse est souvent trop forte, par exemple, lors de la modélisation de l’apprentissage et de la généralisation des séries temporelles. Une suite de variables aléatoires X_1, X_2, ... est dit échangeable si la loi conjointe de toute sous-suite finie est invariante sous permutations de membres de la sous-suite. Par exemple, si nous avons deux pièces biaisées, A et B, avec des probabilités différentes d’obtenir pile, alors une séquence échangeable de variables aléatoires est obtenue en lançant soit A, soit en B, et une décision de la pièce à lancer est prise à chaque fois en lançant une troisième pièce, C. Un célèbre théorème de De Finetti affirme qu’en essence, toute suite échangeable de variables aléatoires est obtenue ainsi, comme un mélange d’une famille de suites i.i.d. La notion d’apprentabilité doit être modifiée si les entrées de données sont supposées échangeables, et dans les travaux antérieurs du superviseur de projet [V. Pestov, Predictive PAC learnability : a paradigm for learning from exchangeable input data. – In : Proc. 2010 IEEE Int. Conference on Granular Computing (San Jose, CA, 14-16 août 2010), pp. 387-391, Symposium on Foundations and Practice of Data Mining. doi> 10.1109/GrC.2010.102] il a été démontré qu’une version « conditionnelle » ou « prédictive » d’une classe de concept probablement approximativement apprenable se comporte bien pour de telles variables d’entrée et satisfait un résultat analogue à son homologue classique i.i.d. La question suivante intéressante est de reformuler la notion de cohérence universelle, et de fournir une preuve qu’une cohérence universelle « conditionnelle » ou « prédictive » du classificateur k-NN est vraie sous les entrées échangeables. De plus, comme les entrées échangeables peuvent être facilement simulées, il serait très intéressant de mettre en scène une expérience à grande échelle utilisant le Laboratoire virtuel de calcul haute performance (HPCVL) afin de tester la performance asymptotique de l’algorithme d’apprentissage sous ces entrées et de la comparer à la performance des entrées i.i.d. traditionnelles. Ainsi, le problème de recherche a à la fois une dimension théorique et une dimension pratique, qui peuvent être poursuivies en parallèle ou même indépendamment. C’est un projet riche, suffisant non seulement pour un projet d’été MITACS, mais aussi pour une bonne thèse de doctorat!

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Superviseur du corps professoral :

Vladimir Pestov

Étudiant :

Partenaire :

Discipline :

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Université :

Université d’Ottawa

Programme :

Stage de recherche Globalink

Agrégation sécurisée de données dans les réseaux de capteurs sans fil sans surveillance

Les réseaux de capteurs sans fil (WSN) contiennent un grand nombre de petits capteurs à faible coût. De nombreux réseaux de capteurs ont des tâches critiques impliquant la collecte de données dans des environnements éloignés, inaccessibles ou hostiles, comme les champs de bataille, les déserts, les montagnes, etc. Ces capteurs sont normalement surveillés et gérés par une autorité de confiance communément appelée « sink » ou collecteur. Dans certaines catégories spéciales de WSN, ce puits n’est pas toujours en ligne. Il visite et collecte des informations auprès des nœuds à certains intervalles. Ces WSN sont appelés réseaux de capteurs sans fil (UWSN) [1]. Puisque le puits visite et collecte l’information à intervalles réguliers, chaque nœud doit sécuriser les données jusqu’à la prochaine visite du puits principal. Les besoins de sécurité doivent être pris en compte pour assurer la protection des données (aussi appelée survie des données), ainsi que l’authentification des capteurs.

Les mécanismes de sécurité distribués existants pour les WSN [2] ne conviennent pas aux UWSN en raison des visites peu fréquentes du puits d’eau. Les techniques de gestion des clés cryptographiques assurent l’authenticité des données [3, 4] et l’intégrité, mais ne garantissent pas la survie des données. L’auto-guérison à l’UWSN a également été largement étudiée [5]. Dans les techniques d’auto-guérison, les nœuds peuvent régénérer les clés et continuer à fonctionner normalement après avoir été compromis. La plupart des schémas existants supposent que les capteurs sont statiques entre les visites successives de l’évier. La survie efficace des données dans les UWN mobiles n’a pas été bien étudiée. Dans un grand champ, il pourrait ne pas être efficace de visiter tous les nœuds. L’agrégation sécurisée des données est un problème important à cet égard. Ainsi, nous concevrons des algorithmes efficaces qui assureront une agrégation sécurisée des données par des nœuds capteurs spéciaux appelés agrégateurs. Sink peut alors ne visiter que les nœuds agrégateurs, au lieu de tous les nœuds.

Dans ce projet, les problèmes suivants seront étudiés :
1. Survie efficace des données dans les UWSN mobiles, et
2. Agrégation efficace des données avec auto-guérison dans UWSN

Nous ne concevrons pas seulement des algorithmes, mais les simulerons aussi à l’aide de simulateurs comme NS2.

Références :

[1] R. D. Pietro, L. V. Mancini, C. Soriente, A. Spognardi et G.
Tsudik, « Sécurité des données dans les réseaux de capteurs sans fil non surveillés », IEEE
Transactions on Computers, vol. 58, pp. 1500-1511, 2009.

[2] X. Chen, K. Makki, K. Yen et N. Pissinou, « Réseau de capteurs
sécurité : un sondage », IEEE Communications Surveys Tutorials, vol. 11,
No 2, pp. 52-73, 2009.

[3] R. D. Pietro, C. Soriente, A. Spognardi et G. Tsudik,
« Authentification collaborative dans les WSN non surveillés », dans ACM WISEC, pp.237-244, 2009.

[4] T. Dimitriou et A. Sabouri, « Pollinisation : une authentification des données
schéma pour les réseaux de capteurs sans fil non surveillés », dans l’IEEE 10e
Conférence internationale sur la confiance, la sécurité et la vie privée en informatique
et Communications (TrustCom), novembre 2011, pp. 409-416, 2011.

[5] R. D. Pietro, D. Ma, C. Soriente, et G. Tsudik, « Posh : Proactif
auto-guérison coopérative dans des réseaux de capteurs sans fil non surveillés », dans
IEEE SRDS, pp. 185-194, 2008.

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Superviseur du corps professoral :

Amiya Nayak

Étudiant :

Partenaire :

Discipline :

Secteur :

Université :

Université d’Ottawa

Programme :

Stage de recherche Globalink

Chercher des médicaments aux bons endroits : « Épidémiologie » des eaux usées de drogues

Nous déterminerons les niveaux d’utilisation et les tendances d’utilisation de certains médicaments dans la population manitobaine et certaines sous-populations, et étudierons l’ampleur de cette consommation lors d’événements épisodiques (par exemple, les stations hôtelières n’occupaient qu’une partie de l’année, avec probablement des modes d’usage de drogues différents). Notre hypothèse est qu’une analyse appropriée des matériaux substitutifs, notamment les eaux usées, fournit une mesure réaliste de la quantité et des types de nombreux médicaments utilisés par le public, ainsi que de la mesure dans laquelle ces médicaments peuvent contaminer les eaux de surface recevant des rejets d’eaux usées par analyse par traceur.

Caractériser l’usage de drogues aide à déterminer l’état général de santé publique, car il estime la quantité de médicaments nécessaires pour les maladies. Cependant, les moyens typiques d’évaluer ces informations, comme les registres de ventes et d’ordonnances, présentent plusieurs inconvénients majeurs, par exemple, ils n’indiquent pas l’utilisation réelle. Les questionnaires reposent sur des rapports précis, qui peuvent ne pas être fournis pour diverses raisons (par exemple, des préoccupations liées à la vie privée).

Comme les médicaments sont métabolisés de façon incomplète, ils sont excrétés dans les systèmes d’égouts, et finissent donc dans les stations de traitement des eaux usées.
En effet, certains produits chimiques domestiques, comme l’édulcorant artificiel sucralose, sont mal métabolisés et semblent stables sur le plan environnemental, donc leur présence dans l’environnement peut indiquer une contamination par les eaux usées. La mesure des eaux usées fournirait un moyen objectif, anonyme (c’est-à-dire qu’aucune information personnelle n’est nécessaire, protégeant ainsi la vie privée) et global pour évaluer la consommation de médicaments, si les résidus trouvés dans les eaux usées pouvaient être corrélés à l’utilisation. Cependant, les efforts de mesure actuelle peuvent être assez imprécis. Par exemple, la consommation de drogues peut varier selon la saison ou même l’heure de la journée. La plupart des études de suivi se contentent de saisir l’eau, ce qui ne permet pas de refléter avec précision les changements courants de concentration à court terme.

Nous estimerons les niveaux globaux de consommation de drogues au Manitoba à l’aide d’analyses des influents des eaux usées dans certaines communautés représentant un échantillon représentatif de la province. Les zones urbaines sont représentées par les usines de traitement de Winnipeg. Les communautés rurales moins peuplées sont représentées par les lagunes d’égouts de Morden et Winkler, dans le sud du Manitoba, site de travaux antérieurs d’un étudiant de MITACS. Les zones avec des variations saisonnières significatives d’occupation et donc probablement une consommation différente de drogues, comme les régions récréatives et de villégiature, sont représentées par Grand Marais près des rives du lac Winnipeg.

Contrairement aux efforts précédents, nous utiliserons la technologie d’échantillonnage passif pour obtenir des concentrations moyennes pondérées dans le temps continues des médicaments, en utilisant des taux d’étalonnage appropriés que nous avons contribué à développer. Ces échantillonneurs seront déployés séquentiellement dans les effluents et influents des eaux usées afin de déterminer les tendances spatiales et temporelles des concentrations mesurées par chromatographie liquide ultra-haute performance-spectrométrie de masse tandem. Avec les débits de traitement, nous calculons les entrées et sorties de médicaments, que nous croyons par les travaux antérieurs être constantes par habitant compte tenu de leur usage omniprésent. Les charges d’eaux usées de sucralose détermineront la quantité de « dilution » des eaux usées présentes dans les eaux de surface contenant ce produit chimique, ce qui aide à cartographier l’étendue des impacts des eaux usées au Manitoba.

Ce travail fournira des données objectives et globales sur les taux et les tendances de consommation de drogues dans la population du Manitoba, qui font actuellement défaut.

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Superviseur du corps professoral :

Charles Wong

Étudiant :

Partenaire :

Oui

Discipline :

Secteur :

Université :

Université du Manitoba

Programme :

Stage de recherche Globalink

Spectroscopie de perte diélectrique à résolution submicronique pour un microscope à sonde à balayage

L’objectif actuel de ce groupe de recherche est de développer une approche basée sur un microscope à sonde à balayage, qui nous permettra d’effectuer la spectroscopie de perte diélectrique (c’est-à-dire des mesures tangentes de pertes) sur des échantillons de films minces avec une résolution spatiale submicronique. Notre objectif est de développer cette technique, basée sur une forme dynamique de microscopie à force électrostatique, en un ajout utile à la gamme d’approches de sondage disponibles. Nos efforts portent sur les membranes polymères composites utilisées dans divers dispositifs, y compris un système de photosynthèse artificielle et d’autres membranes polymères conductrices, comme celles utilisées dans les piles à combustible. Un autre domaine clé de recherche est l’étude du potentiel de développement de nouveaux matériaux pour l’isolation électrique. Ces dernières années, beaucoup d’intérêt a été suscité par l’utilisation de nanoparticules/nanofillers distribués par des polymères isolants comme technique de modification de la constante diélectrique de l’isolant. Notre intérêt est d’examiner si ces approches conduisent au développement de points faibles locaux en raison de la variation abrupte du caractère diélectrique à l’échelle submicron. Comme la résolution spatiale requise n’est pas atteignable par les approches conventionnelles de mesure, notre nouvelle approche est bien placée pour aider nos collaborateurs dans ces études.

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Superviseur du corps professoral :

Derek Oliver

Étudiant :

Partenaire :

Discipline :

Secteur :

Université :

Université du Manitoba

Programme :

Stage de recherche Globalink

Méthodes bayésiennes pour la méta-analyse avec applications aux essais multi-bras avec des résultats binaires

Récemment, un intérêt croissant pour la méta-analyse dans de nombreux domaines, notamment la médecine, l’éducation, la psychologie et les sciences sociales. Dans la littérature, deux approches principales sont utilisées en méta-analyse : le modèle à effets fixes et le modèle à effets aléatoires. Sous le modèle à effet fixe, on suppose qu’il existe une vraie taille d’effet partagée par toutes les études incluses. L’effet combiné est notre estimation de cette taille d’effet commune. S’il n’y a pas d’hétérogénéité statistique entre les études, les différences entre les études peuvent être dues à une variation aléatoire et le modèle à effets fixes peut être approprié. Dans le modèle des effets aléatoires, on suppose que l’effet réel peut varier d’une étude à l’autre. Muthukumarana et Tiwari (2012) ont développé un modèle à effets aléatoires utilisant les priors du processus de Dirichlet pour tenir compte de l’hétérogénéité entre les études. Ce projet se concentrera sur l’amélioration de la méthodologie développée dans cet article. Plus précisément, la méthodologie sera étendue à la version multivariée de la méta-analyse aléatoire avec des résultats binaires. Cette extension est importante lorsqu’on observe plusieurs zéros dans certaines études. Cela obligera à introduire des modèles binomiaux à zéro gonflés (ZIB) pour la méta-analyse.

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Superviseur du corps professoral :

Saman Muthukumarana

Étudiant :

Partenaire :

Discipline :

Secteur :

Université :

Université du Manitoba

Programme :

Stage de recherche Globalink

Développement pour la Symphonie des Dispositifs

La multitude d’appareils informatiques possédés (et transportés) par une personne donnée augmente. Il y a un besoin clair et une opportunité non seulement de reproduire les expériences entre différents formats de forme, mais plutôt de permettre aux applications de s’étendre facilement à différents formats. À l’avenir, il est facile d’anticiper que les expériences grandiront et se rétracteront sans effort en annexant des écrans et périphériques d’entrée à proximité : le Netflix du futur n’est pas celui qui peut simplement regarder le même film sur plusieurs appareils. Il s’agit plutôt d’un appareil où n’importe quel appareil dans la poche d’un spectateur peut servir de télécommande et d’affichage d’information complémentaire pour l’écran diffusant le film. Deux personnes cherchant une date commune pour une réunion pourront facilement afficher un chevauchement de leur calendrier sur un écran voisin. Un utilisateur assis devant son ordinateur portable devrait pouvoir facilement glisser une page de table des matières d’un document sur son iPad, et l’utiliser comme index pour sélectionner les pages affichées sur le PC. Nous appelons cette expérience informatique personnelle la Symphonie Personnelle des Appareils (PSoD).

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Superviseur du corps professoral :

Daniel Wigdor

Étudiant :

Partenaire :

Oui

Discipline :

Secteur :

Université :

Université de Toronto

Programme :

Stage de recherche Globalink

Réduire la NETosis pour améliorer la santé pulmonaire

Contexte, lacune de connaissances et valeur thérapeutique : Les maladies pulmonaires sont la principale cause de morbidité et de mortalité chez les patients atteints de fibrose kystique (fibrose kystique). L’un des principaux coupables des maladies des voies respiratoires de la mucovistique est l’inflammation chronique associée à la mort des neutrophiles, à l’accumulation d’ADN et à la colonisation de Pseudomonas aeruginosa. Cependant, les facteurs et voies qui régulent les changements pathologiques, particulièrement pertinents pour la mort des neutrophiles, dans les voies respiratoires de la mucoviscienne sont incertains.

La NETosis, ou la mort des neutrophiles par la formation de pièges extracellulaires neutrophiles (NET), est une forme récemment identifiée de mort cellulaire. Nos données suggèrent fortement que la dysrégulation de la NETosis contribue à l’accumulation d’ADN et de sous-produits cytotoxiques neutrophiles dans la maladie pulmonaire de la mucovisce. Nous visons à inhiber cette voie pour traiter la maladie pulmonaire de la mucoviscienne et prévenir la détérioration de la santé pulmonaire.

Les objectifs globaux de notre projet sont d’identifier les facteurs hôtes et microbiens qui régulent la NETosis dans les poumons enflammés et de concevoir des stratégies thérapeutiques pour supprimer la NETosis.

Objectifs spécifiques et approches expérimentales : (i) Le premier objectif est de déterminer les facteurs clés (hôte et composants microbiens) qui régulent NETosis. Nous utiliserons des modèles de type sauvage et de souris avec des conditions pulmonaires similaires à la fibrose kystérise pour identifier les facteurs de l’hôte. Pour identifier les facteurs bactériens, nous utiliserons des souches cliniques de bactéries et leurs composants dans les tests NETosis. (ii) Le second objectif est d’élucider la pertinence de ces facteurs dans la maladie pulmonaire de la muchicovistique et de supprimer la NETosis dans les voies respiratoires murines de type FQ. Nous utiliserons du sang humain (sain, FQ), des échantillons de BAL et d’expectorations ainsi que des modèles murins in vivo pour atteindre cet objectif.

Importance : L’identification de molécules qui suppriment la mort des neutrophiles NETotiques dans les voies respiratoires de la mucoviscienne pourrait aider à concevoir de nouvelles thérapies pour traiter la maladie pulmonaire de la mucoviscienne.

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Superviseur du corps professoral :

Nades Palaniyar

Étudiant :

Partenaire :

Discipline :

Secteur :

Université :

Université de Toronto

Programme :

Stage de recherche Globalink

Communications sans fil coopératives multi-sauts

Les participants au réseau collaboratif peuvent ensemble réaliser des fonctions réseau avancées au-delà du simple relais de paquets de données. Ils permettent la reconfiguration distribuée des réseaux et l’ajustement autonome des logiciels et matériels entre pairs, afin de soutenir des exigences d’application diverses et en évolution ainsi que des environnements réseaux. Cependant, la combinaison des interférences mutuelles, de l’échelle du réseau, du contrôle décentralisé et d’une possible instabilité radio multi-sauts apporte de nouveaux défis au paradigme de la collaboration intelligente dans les réseaux sans fil de future génération. Nous menons des recherches pour créer de nouvelles théories et technologies visant à promouvoir la collaboration intelligente entre les appareils pairs dans un système sans fil. Ce projet vise à assurer une fourniture efficace des ressources et des services, en tirant parti des avantages de la communication conjointe et de la puissance de traitement conjointe de plusieurs dispositifs sans fil à proximité.

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Superviseur du corps professoral :

Ben Liang

Étudiant :

Partenaire :

Discipline :

Secteur :

Université :

Université de Toronto

Programme :

Stage de recherche Globalink

Gestion de la mobilité pour les systèmes sans fil hétérogènes de nouvelle génération

Pour soutenir la disponibilité omniprésente des applications et services à large bande, plusieurs technologies d’accès au réseau, y compris l’Internet filaire et divers réseaux sans fil, devraient coexister et interopérer. Cette intégration de réseaux d’accès hétérogènes soulève des défis uniques dans la conception d’applications et de services multimédias, puisqu’aucun réseau unique ne répond à l’idéal d’une large bande passante, d’une disponibilité universelle et d’un faible coût. Ce projet vise à offrir des solutions innovantes pour l’interconnectivité réseau et la gestion des ressources sans fil, afin de permettre des services efficaces et transparents aux utilisateurs mobiles à travers des plateformes réseau hétérogènes.

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Superviseur du corps professoral :

Ben Liang

Étudiant :

Partenaire :

Oui

Discipline :

Secteur :

Université :

Université de Toronto

Programme :

Stage de recherche Globalink

Virtualisation du stockage évolutive et fiable

Deux technologies émergentes, le stockage virtualisé et le stockage en nuage, transforment l’infrastructure de stockage des systèmes informatiques. Les deux technologies permettent un partage accru des ressources, promettant une utilisation plus flexible, gérable et rentable des ressources de stockage. Cependant, ces technologies de stockage partagé posent plusieurs défis aux fournisseurs de stockage. Les systèmes de stockage doivent répondre aux exigences concurrentes et conflictuelles de performance des clients. Ils doivent être conçus pour des unités de stockage hétérogènes aux caractéristiques très variées, comme des disques d’entrée de gamme et d’entreprise, ainsi qu’une variété d’appareils flash. La fiabilité et la sécurité du stockage deviennent des préoccupations cruciales, car la perte de disponibilité des données ou la compromission des données peut affecter un grand nombre d’utilisateurs, ce qui peut nuire aux entreprises de ses clients. Ces exigences et d’autres, comme la réduction de la consommation d’énergie, entraînent une complexité croissante des systèmes de stockage partagé, avec beaucoup de temps et d’efforts consacrés à la conception, à la personnalisation et à la maintenance de solutions de stockage, tant du côté du fournisseur que du client.

Notre observation clé est qu’une architecture basée sur des politiques permettant une spécification flexible et l’application des exigences de stockage est essentielle pour gérer la complexité des systèmes de stockage partagés. Nous proposons une architecture de stockage dans laquelle des politiques de haut niveau permettent d’exprimer les exigences au niveau de l’application à l’aide d’une interface de gestion commune, et le système applique ces exigences en surveillant à la fois les requêtes de stockage et les caractéristiques dynamiques des dispositifs de stockage. Notre système de stockage basé sur des politiques s’adaptera aux changements de charge de travail, de configuration matérielle, de consommation d’énergie et de points chauds de charge, tout en fournissant un stockage fiable et sécurisé aux clients. Cela aidera à réduire les coûts des fournisseurs de stockage, tout en offrant une plus grande flexibilité à leurs clients, augmentant ainsi l’utilisation des technologies de virtualisation et de stockage en nuage.

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Superviseur du corps professoral :

Ashvin Goel

Étudiant :

Partenaire :

Oui

Discipline :

Secteur :

Université :

Université de Toronto

Programme :

Stage de recherche Globalink

Adaptation optimale des traitements de radiothérapie

La radiothérapie à modulation d’intensité (IMRT) est une technologie avancée de traitement du cancer qui utilise des faisceaux de rayons X à haute énergie pour transmettre un rayonnement à une tumeur. Dans l’IMRT, les faisceaux de rayonnement sont divisés en de nombreux petits faisceaux. Les intensités de chaque faisceau de rayonnement sont calculées à l’aide de logiciels spécialisés. Dans ce logiciel, le problème de planification du traitement est modélisé comme un problème d’optimisation mathématique et résolu à l’aide d’algorithmes mathématiques.

Les traitements doivent tenir compte des incertitudes potentielles qui pourraient dégrader la qualité du traitement. Par exemple, les tumeurs pulmonaires bougent au fur et à mesure que le patient respire, donc lors de la résolution du problème d’optimisation mathématique pour concevoir un traitement de radiothérapie, il faut tenir compte de ce mouvement. Mon groupe de recherche a conçu de nouvelles méthodes robustes d’optimisation pour optimiser les traitements de radiothérapie soumis à de telles incertitudes. De plus, nous avons développé des méthodes adaptatives qui permettent d’adapter le traitement aux changements du patient au fur et à mesure que le traitement progresse, les traitements sont normalement répartis sur plusieurs semaines.

Ce projet Globalink s’appuiera sur des recherches existantes menées dans mon groupe de recherche sur la radiothérapie adaptative et robuste. En particulier, deux problèmes connexes seront explorés dans ce projet. Premièrement, la question est : à quelle fréquence un traitement devrait-il être adapté? Nos recherches initiales montrent que les traitements qui s’adaptent à l’incertitude fonctionnent mieux que ceux qui ne le font pas, mais la question de la fréquence à laquelle s’adapter demeure ouverte. Une adaptation fréquente mène probablement à de meilleurs résultats cliniques, mais finit par coûter assez cher pour l’hôpital. Pour répondre à la première question, nous commencerons par une analyse empirique utilisant des données historiques de patients et une recherche exhaustive afin de déterminer les temps optimaux d’adaptation au traitement (rétrospectivement), compte tenu d’un budget d’une adaptation, de deux adaptations, etc. C’est-à-dire, si on nous permet de réoptimiser le traitement une fois pour s’adapter aux observations de l’incertitude, quand devrions-nous ré-optimiser. Guidés par les résultats empiriques, nous développerons un modèle mathématique qui pourra être appliqué aux cas de traitement futurs afin de déterminer des lignes directrices sur l’adaptation au traitement.

Le deuxième problème portera sur l’extension de nos modèles mathématiques précédemment développés pour adapter un traitement afin d’intégrer les informations sur les doses précédentes de manière nouvelle. Nous avons développé des modèles d’optimisation adaptative préliminaires qui tiennent compte des informations sur les doses antérieures (par exemple, si certaines parties de la tumeur sont sous-dosées, le modèle se concentrera sur l’augmentation de la dose dans ces régions lors des jours de traitement suivants), mais ils nécessitent des tests plus approfondis. Nous avons émis l’hypothèse d’améliorations supplémentaires au modèle permettant de mesurer plus précisément les doses précédentes et d’ajuster les besoins futurs en dose. Nous mettrons en œuvre ces nouvelles idées algorithmiques, les intégrerons dans nos modèles déjà développés et testerons si les résultats des doses sont améliorés avec le nouveau modèle.

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Superviseur du corps professoral :

Timothy Chan

Étudiant :

Partenaire :

Oui

Discipline :

Secteur :

Université :

Université de Toronto

Programme :

Stage de recherche Globalink