Dosimetry is a vital component of treatment planning in radiation therapy. Methods of radiation dosimetry currently include the use of: ionization chambers, thermoluminescent dosimeters (TLDs), solid-state detectors and radiographic film. However, these methods are inherently either 1D or 2D and their use involves the perturbation of the radiation beam. Although the dose distribution within tissues following radiation therapy treatments can be modeled using computerized treatment planning systems, a need exists for a dosimeter that can accurately measure dose distributions directly and produce 3D dose maps. Some radiation therapy and brachytherapy treatments require mapping the dose distributions in high-resolution (typically < 1 mm). A dosimetry technique that is capable of producing high resolution 3D dose maps of the absorbed dose distribution within tissues is required. Gel dosimetry is inherently a 3D integrating dosimeter that offers high spatial resolution, precision and accuracy. Polymer gel dosimetry is founded on the basis that monomers dissolved in the gel matrix polymerize due to the presence of free radicals produced by the radiolysis of water molecules. The amount of polymerization that occurs within a polymer gel dosimeter can be correlated to the absorbed dose. The gel matrix maintains the spatial integrity of the polymers and hence a dose distribution can be determined by imaging the irradiated polymer gel dosimeter using an imaging modality such as MRI, x-ray computed tomography (CT), ultrasound, optical CT or vibrational spectroscopy. Polymer gel dosimeters, however, suffer from oxygen contamination. Oxygen inhibits the polymerization reaction and hence polymer gel dosimeters must be manufactured, irradiated and scanned in hypoxic environments. Normoxic polymer gel dosimeters incorporate an anti-oxidant into the formulation that binds the oxygen present in the gel and allows the dosimeter to be made under normal atmospheric conditions. The first part of this study was to provide a comprehensive investigation into various formulations of polymer and normoxic polymer gel dosimeters. Several parameters were used to characterize and assess the performance of each formulation of polymer gel dosimeter including: spatial resolution and stability, temporal stability of the R2-dose response, optimal R2-dose response for changes in concentration of constituents and the effects of oxygen infiltration. This work enabled optimal formulations to be determined that would provide greater dose sensitivity. Further work was done to investigate the chemical kinetics that take place within normoxic polymer gel dosimeters from manufacture to post-irradiation. This study explored the functions that each of the constituent chemicals plays in a polymer gel dosimeter. Although normoxic polymer gel dosimeters exhibit very similar characteristics to polyacrylamide polymer gel dosimeters, one important difference between them was found to be a decrease in R2-dose sensitivity over time in the normoxic polymer gel dosimeter compared to an increase in the polyacrylamide polymer gel dosimeters. From an investigation into the function of anti-oxidants in normoxic polymer gel dosimeters, alternatives were proposed. Several alternative anti-oxidants were explored in this study that found that whilst some were reasonably effective, tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium chloride (THPC) had the highest reaction rate. THPC was found not only to be an aggressive scavenger of oxygen, but also to increase the dose sensitivity of the gel. Hence, a formulation of normoxic polymer gel dosimeter was proposed, called MAGAT, that comprised: methacrylic acid, gelatin, hydroquinone and THPC. This formulation was examined in a similar fashion to the studies of the other formulations of polymer and normoxic polymer gel dosiemeters. The gel was found to exhibit spatial and temporal stability and an optimal formulation was proposed based on the R2-dose response. Applications such as IVBT require high-resolution dosimetry. Combined with high-resolution MRI, polymer gel dosimetry has potential as a high-resolution 3D integrated dosimeter. Thus, the second component of this study was to commission a micro-imaging MR spectrometer for use with normoxic polymer gel dosimeters and investigate artifacts related to imaging in high-resolutions. Using high-resolution MRI requires high gradient strengths that, combined with the Brownian motion of water molecules, was found to produce an attenuation of the MR signal and hence lead to a variation in the measured R2. The variation in measured R2 was found to be dependent on both the timing and amplitude of pulses in the pulse sequence used during scanning. Software was designed and coded that could accurately determine the amount of variation in measured R2 based on the pulse sequence applied to a phantom. Using this software, it is possible to correct for differences between scans using different imaging parameters or pulse sequences. A normoxic polymer gel dosimeter was irradiated using typical brachytherapy delivery and the resulting dose distributions compared with dose points predicted by the computerized treatment planning system.The R2-dose response was determined and used to convert the R2 maps of the phantoms to dose maps. The phantoms and calibration vials were imaged with an in-plane resolution of 0.1055 mm/pixel and a slice thickness of 2 mm. With such a relatively large slice thickness compared to the in-plane resolution, partial volume effects were significant, especially in the region immediately adjacent the source where high dose gradients typically exist. Estimates of the partial volume effects at various distances within the phantom were determined using a mathematical model based on dose points from the treatment planning system. The normalized and adjusted dose profiles showed very good agreement with the dose points predicted by the treatment planning system.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:44:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06871.pdf: 14342718 bytes, checksum: be3f24466f6a9950708ffb7c3de93da4 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-05-20T18:19:22Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-05-20T18:19:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-06-09T18:38:57Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-06-09T18:38:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by (ana.araujo@ufrpe.br) on 2016-08-08T15:17:09Z No. of bitstreams: 1 Moacy Vasconcelos Cabral.pdf: 608103 bytes, checksum: 99d5c81824432310afaa742f16c76e41 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-08T15:17:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moacy Vasconcelos Cabral.pdf: 608103 bytes, checksum: 99d5c81824432310afaa742f16c76e41 (MD5) Previous issue date: 2008-02-28 / There are several factors that are responsible for the most deaths caused by cardiovascular diseases, which are growing in almost all countries of the world. Acute myocardial infarction (AMI) is the one that occurs with the greatest extent, originating from the partial or total occlusion of one or more coronary arteries – the atherosclerosis. Throughout the years, various techniques were implemented to diagnose as well as to treat coronary diseases. In the search for a better quality of life and a less invasive treatment than the traditional surgeries for myocardial revascularization, angioplasty is applicable. Unfortunately, around 30% of the patients treated with angioplasty, in a period of just six months, come back to treatment due to restenosis – a reoccurrence of the narrowing or blockage in the blood vessel. Nowadays, Intravascular Brachytherapy – a technique with intravenous radiation – is the method of choice as it handles this phase in a satisfactory way, for it is observed the receding of the proliferative metabolism of restenosis. Thus, with the aim for radiological protection of both patients and professionals involved in the therapy, the distribution of doses for the monoenergetic electrons and photons were calculated for blood vessels of 4.5, 3.0 and 1.5 mm of diameter in several sources, using the MCNP4B code. In this context, the goal of this work was to classify theradioactive sources used in Intravascular Brachytherapy by employing Cluster Analyses with related dendograms and Cophenetic Correlation Coefficients. The results showed that the hierarchical techniques were effective in the classification of the electron-emitting radioactive sources (Cophenetic Correlation Coefficients varied from 0.81 to 0.99), whereas for the photons these techniques were not satisfactory (Cophenetic Correlation Coefficients varied from 0.64 to 0.78). / Existem vários fatores que são responsáveis pela grande maioria das mortes causadas por doenças cardiovasculares as quais são crescente em quase todos os países do mundo, sendo o infarto agudo do miocárdio (IAM) a que ocorre com maior destaque, oriundo de oclusão parcial ou total de uma ou mais artérias coronárias (a aterosclerose). Atualmente, vêm sendo aplicadas diversas técnicas tanto para diagnosticar quanto para tratar a doença coronariana. Buscando uma melhor qualidade de vida e um tratamento menos invasivo do que as tradicionais cirurgias de revascularização do miocárdio, emprega-se a angioplastia coronária. Lamentavelmente, em torno de 30% dos pacientes tratados por angioplastia, em um período de apenas seis meses, voltam ao médico devido à reestenose (reestreitamento da artéria). Recentemente, a braquiterapia intravascular (terapia com radiação intravaso) vem sendo bastante útil no retardo do metabolismo proliferativo da reestenose. Dessa forma, visando à proteção radiológica dos pacientes e profissionais envolvidos nesta terapia, cálculos de dose foram realizados em vasos sanguíneos de 4,5, 3,0 e 1,5 mm de diâmetro para diversas fontes de radiação,usando o código MCNP4B. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi o de classificar fontes radioativas usadas na Braquiterapia Intravascular utilizando a análise de agrupamento, por meio de dendograma e Correlação Cofenética associados. Os resultados mostraram que as técnicas hierárquicas foram eficientes na classificação das fontes radioativas emissoras de elétrons (as Correlações Cofenéticas variaram de 0,81 a 0,99), enquanto que para os fótons essas técnicas não foram satisfatórias (as Correlações Cofenéticas variaram de 0,64 a 0,78).

Considering the difficulties related to determination the dose delivered on the bladder during procedures of gynecological brachytherapy of high dose rate, this study presents a prototype of a dynamic simulator (phantom) suitable for experimental dosimetry of these organs during this type of procedure. In order to evaluate the phantom´s ability to simulate real clinical situations, a dosimetric study was conducted using radiochromic film and optically stimulated luminescence dosimeters (OSLDs). The phantom was constructed of polymethyl methacrylate (PMMA) and ácido polilático (PLA). Artificial bladders were printed in three dimensions, from computed tomography images (CT) of real patients with brachytherapy applicators already positioned. In the phantom, the artificial bladder can move in all directions. The films and OSLDs were placed on the artificial bladder walls and the applicators were placed according to the original CT image. The prototype phantom simulated the behavior of dose on the surface of each printed bladder. The dosimetric study showed agreement in most cases, with the results obtained from a computerized planning system. In this sense, the methodology presented in this study provides conditions for experimental investigations on the behavior of dose on the surface of the bladder due procedures of intracavitary brachytherapy of cervix. / Considerando as dificuldades relacionadas à determinação da dose experimentada pela bexiga urinária durante procedimentos de braquiterapia ginecológica de alta taxa de dose, este estudo apresenta um protótipo de um objeto simulador dinâmico (fantoma) apropriado para dosimetria experimental desse órgão nesses tipos de procedimentos. Com o intuito de avaliar a capacidade do fantoma em simular situações clínicas reais, um estudo dosimétrico foi realizado utilizando filme radiocrômico e dosímetros de luminescência opticamente estimulada (OSLDs). O fantoma foi construído de polimetilmetacrilato (PMMA) e ácido polilático (PLA). Bexigas artificiais foram impressas em três dimensões,a partir de imagens de tomografia computadorizada (TC) de pacientes reais com os aplicadores braquiterápicos já posicionados. No fantoma, após o posicionamento, uma bexiga artificial pode se mover em todas as direções. Os filmes e os OSLDs foram posicionados nas paredes das bexigas artificiais, e os aplicadores foram colocados de acordo com a imagem original TC. O fantoma protótipo simulou o comportamento da dose na superfície de cada bexiga impressa. Os estudos dosimétricos exibiram concordância, na maioria dos casos, com os resultados obtidos a partir de um sistema de planejamento computadorizado. Nesse sentido, a metodologia apresentada nesse estudo oferece condições para investigações experimentais sobre o comportamento da dose na superfície da bexiga devido procedimentos de braquiterapia intracavitária de colo do útero.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:44:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06871.pdf: 14342718 bytes, checksum: be3f24466f6a9950708ffb7c3de93da4 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A Organização Mundial da Saúde (OMS) relata o câncer como uma das principais causas de morte no mundo. O câncer de próstata é o segundo tipo de câncer mais prevalente em homens. Uma modalidade de tratamento que vem sendo bastante utilizada é a braquiterapia, que consiste na introdução de sementes com material radioativo no interior do orgão. Sementes de Iodo-125 podem ser inseridas soltas ou em cordas poliméricas bioabsorvíveis. As sementes em cordas poliméricas apresentam algumas vantagens, pois reduzem a taxa de migração das sementes, evento que poderia afetar a dosimetria da região e causar danos desnecessários a tecidos ou órgãos sadios. Para as sementes de Iodo-125 em cordas poliméricas, utiliza-se a poliglactina 910, (poli(ácido lático-co-ácido glicólico)) (PLGA), com cobertura de poliglactina 370 (Vicryl®). Foi proposto neste trabalho, o estudo e desenvolvimento da metodologia de síntese do biopolímero PLGA, via polimerização por abertura de anéis, assim como sua caracterização, com o propósito de utilizar o material sintetizado para fabricar um material similar ao RAPID-Strand®. Os resultados obtidos demonstram que, através da metodologia utilizada, foi possível determinar os melhores parâmetros de reação (tempo e temperatura) para o PLGA na proporção 80/20 (lactídeo/glicolídeo). Com uma temperatura de 110ºC e tempo de reação de 24h, foi possível obter 86% de rendimento, e com o aumento o tempo de reação para 72h, o rendimento é superior a 90%. Os valores de massas moleculares obtidas entre os testes, ainda são muito baixos quando comparados com os valores obtidos por outros autores na literatura (cerca de 20%). Falhas na selagem das ampolas, deixando-os vulneráveis à umidade e oxigênio, ou a falta de uma sistema eficiente de agitação podem ser possíveis explicações para estes resultados. Um reator químico adequado poderia solucionar o problema. Em relação à caracterização, as técnicas utilizadas confirmaram a estrutura esperada do polímero, e a maior proporção das unidades provenientes do dímero lactídeo, em relação ao glicolídeo. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-05-20T18:19:22Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-05-20T18:19:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho visa implementar o planejamento tridimensional (3D) para tratamentos de braquiterapia ginecológica. Para isto, foram realizados testes de aceite e comissionamento do equipamento de braquiterapia para verificação de suas funções e para estabelecer um programa de garantia da qualidade periódico, assegurando assim a segurança dos pacientes e dos colaboradores. Uma etapa importante de ser realizada foi procurar um material que pudesse ser utilizado como dummy, já que os aplicadores utilizados não possuem dummy específica. Entretanto, somente com o emprego de uma biblioteca de aplicadores foi possível a reconstrução em imagens de ressonância magnética (RM) com a mesma acurácia da obtida em imagens de tomografia computadorizada (TC). Tal ferramenta torna-se assim imprescindível para a utilização clinica da braquiterapia 3D baseada em imagens de RM. Para validar o planejamento 3D realizou-se comparação das doses recebidas em pontos de avaliação de dose (ICRUBexiga, ICRUReto, Ponto Sig) utilizados em planejamento bidimensional (2D) com doses volumétricas (D0,1cc e D2cc) recebidas por órgãos adjacentes ao tumor. A relação média entre D2cc e dose em ICRUBexiga foi 1,74, que é 22% maior que a relação encontrada na literatura. Esta diferença pode ser explicada devido à diferença de volume inserido na bexiga para o planejamento, 50 cc neste estudo contra 200 cc no estudo realizado na literatura. A relação média entre a D2cc e a dose no ponto de reto, 0,85, está de acordo com o valor encontrado na literatura. A dose D2cc foi 69% maior que a dose do ponto de sigmoide utilizado, porém, não foi possível confrontar este valor, pois o ponto de sigmoide utilizado nos procedimentos com planejamento 2D no serviço não é utilizado em outros serviços. O percentual de dose em 2 cc do sigmóide encontrado foi de 57% da dose de prescrição, mesmo valor encontrado na literatura. Este trabalho possibilitou a implementação de um protocolo de braquiterapia de planejamento 3D viável, utilizando-se imagens de RM para primeira fração e imagens de TC para as frações subsequentes. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP