Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-04-08T12:56:51Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-04-08T12:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O objetivo deste trabalho foi estabelecer uma metodologia de calibração em termos de dose absorvida na água para câmaras de ionização de placas paralelas a serem utilizadas em feixes de radiação X de energia baixa (10 kV a 100 kV) para fins terapêuticos. Atualmente, no Brasil nenhum laboratório de calibração está oferecendo este tipo de serviço. Para o estabelecimento desta metodologia de calibração foram utilizadas duas câmaras de ionização PTW modelos 23344. Ambas as câmaras foram caracterizadas e testadas qualitativamente segundo recomendações de normas internacionais. Os testes de caracterização realizados foram: a medição da taxa de dose mínima efetiva, a curva de saturação, a eficiência da coleção de íons, a resposta quanto ao efeito da polaridade e a linearidade da câmara com a resposta. Os testes de controle de qualidade aplicados foram: estabilidade em curto e longo prazos, fuga de corrente sem irradiação, fuga de corrente após-irradiação e tempo de estabilização. Para a implantação da metodologia, foram estabelecidas as qualidades de radiação de T-10 a T-100, seguindo as recomendações do código de prática da AIEA. Desta forma, foi possível determinar a grandeza de referência, dose absorvida na água, utilizando-se as duas câmaras de ionizações e em todas as qualidades estabelecidas. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

With the recent interest in single fraction Stereotactic Body Radiation Therapy and the emerging prominence of the Rapid Arc radiotherapy technique capable of delivering a fast and accurate treatment, the in-field primary dose and out-of-field dose assessments are becoming increasingly important. Currently, full physics Monte Carlo calculations for dose calculations have been regarded as a ‘gold standard’ for dose assessments of the target and OAR (organ at risk). However, these Monte Carlo calculations require very long computation times. The current treatment planning methods provide shorter calculation times, but issues such as heterogeneities and model-based parameter calculations cause challenges and affect dose calculation accuracy. This thesis describes a new and fast dose estimation method leveraging parallel computing called EDK-SN, “Electron Dose Kernel-Discrete Ordinates”. This new method uses hybrid electron dose kernels driven by linear Boltzmann (discrete ordinates) photon transport method to carry out dose calculations. The method has proven effective for fast and accurate computations of out-of-field whole body dose calculations benchmarked to Monte Carlo with isotropic monoenergetic photon sources. This thesis accomplishes adaptation of clinical Varian phase space data for use with general Monte Carlo codes including MCNP, and mapping accurate phase space data into the application of optimized EDK-SN dose calculation method with a 15-year-old patient phantom. The EDK-SN method with improved source term modeling is demonstrated to fall within accuracy of the measured golden beam data for a clinical water phantom.

O processo de radioterapia consiste em várias etapas, iniciando na indicação pelo médico. O plano de tratamento passa então por um processo denominado simulação, onde é adquirida uma série de imagens por tomografia computadorizada que são transferidas para o sistema de planejamento, onde a delineação dos volumes alvos e tecidos normais adjacentes serão realizadas. Após a delineação desses volumes, no sistema de planejamento são colocados os campos de irradiação e a dose desejada conforme prescrição médica. O sistema de planejamento calcula então a dose que o volume alvo e os tecidos adjacentes poderão receber. Se estas doses estão dentro dos padrões aceitáveis, o planejamento então é aprovado e enviado ao acelerador linear para a execução do tratamento. Antes da execução do tratamento, é realizada uma imagem, seja através de filme radiográfico ou digitalmente, para avaliar a posição no paciente na mesa de tratamento. Se a localização do paciente está correta, a dose é então liberada. Esse protocolo de aquisição de imagem é denominado como Radioterapia Guiada por Imagem (IGRT). A quantidade de radiografias de posicionamento segue um protocolo definido conforme a região a ser irradiada. Como resultado deste procedimento, sabe-se que uma determinada dose adicional é recebida pelos pacientes, tornando-se um fator importante a ser determinado. Esta avaliação foi realizada através da simulação de Monte Carlo, utilizando o código MCNP. Para isso foi realizada primeiramente toda a caracterização da fonte de raios X com uso de câmaras de ionização e dosimetros TL juntamente com as simulações no MCNP. Após essa caracterização, as imagens e as estruturas do planejamento radioterápico foram convertidas para serem utilizadas no código MCNP. Para que as doses fossem calculadas nos principais órgãos de risco no tratamento de próstata: bexiga, reto e cabeças de fêmur direita e esquerda. / The process of radiotherapy treatment consists of several stages, starting from the statement given by the physician. The treatment planning undergoes a process called simulation, where a series of computed tomography images is acquired and transferred to the treatment planning system, where the delineation of target volumes and adjacent normal tissues will be performed. After the delineation of these volumes, then irradiation fields and dose precribed by the physician are placed in the treatment planning system. It calculates the dose that target volume and surrounding tissues are receiving. If the doses are within acceptable standard values, then the design is approved and submitted to the linear accelerator for the treatment course. Before treatment course, an image is performed, either by radiographic or digital film, in order to evaluate (check) the patient position on the treatment table. If the patient position is correct, the treatment is realized. This image acquisition protocol is called Image-Guided Radiotherapy (IGRT). The amount of radiographic positioning follow a protocol defined for the region to be treated. As a result of this procedure, it is known that a specific additional dose is received by the patient, becoming an important factor to be determined. In this work, this additional dose evaluation was performed by the Monte Carlo simulation using the MCNP algorithm. The characterization of the entire X-ray source was primarily realized with ionization chamber thermoluminescent dosimeters and simulations with the MCNP code. After the X-ray tube characterization, images and the structures for the radiotherapy planning were converted to be used in the MCNP code for dose calculation at the main organs at risk during a prostate treatment: bladder, rectum and femoral heads right and left.

A braquiterapia de alta taxa de dose é uma das modalidades mais utilizadas em braquiterapia para o tratamento de câncer. Os diversos avanços tecnológicos, bem como a evolução das técnicas de tratamento tornaram a braquiterapia de alta taxa de dose uma das modalidades de estado da arte para o tratamento de alguns cânceres. Parte deste avanço é creditada à melhoria na acurácia e na prescrição de dose absorvida recomendada ao paciente, ao longo dos anos. Este avanço permite que atualmente seja possível realizar os cálculos dosimétricos, por meio de sistemas de planejamento computadorizado, considerando as heterogeneidades dos pacientes, tais como: tecidos e órgãos com composições diferentes da água (meio de referência em radioterapia), contorno do paciente individualizado, introdução de aplicadores, dentre outros. Tais avanços demandam o controle de qualidade destas ferramentas, com objetivo de assegurar que todo o processo de tratamento seja satisfatório e acurado. Até o momento, a comunidade carece de um sistema experimental capaz de avaliar, considerando os níveis de incerteza, se os sistemas de planejamento computadorizados são aptos a considerar a heterogeneidade dos tratamentos. Neste trabalho, apresentamos o desenvolvimento de medidas experimentais em um objeto simulador, com capacidade de mensurar as diferenças introduzidas pela heterogeneidade por meio de três técnicas dosimétricas experimentais: termoluminescência, filmes radiocrômicos e ionométrica. Os resultados experimentais foram comparados com as simulações de Monte Carlo e com um sistema de planejamento computadorizado comercial, apto a realizar correções de heterogeneidade em braquiterapia. Discutimos as principais etapas de desenvolvimento deste objeto simulador, seus resultados experimentais e as comparações com os demais sistemas. As conclusões e as etapas futuras deste projeto também são apresentadas. / High dose rate brachytherapy is one of the most widely used modalities in brachytherapy for cancer treatment The various technological advances and the development of treatment techniques have made high dose rate brachytherapy as one of the state of the art methods for the treatment of some cancers. Part of this progress is credited to the improvement in the accuracy and absorbed dose prescription recommended to patients over the years. This advance currently allows the possibility of performing dosimetric calculations, by means of computerized planning systems, considering the heterogeneity of patients, such as: tissues and organs with different water compositions (reference medium in radiotherapy), individualized patient\'s contour and introduction of applicators, among others. Such advances require quality control of these tools, in order to ensure that the entire treatment process is satisfactory and accurate. Nowadays, the community needs an experimental system capable of evaluating, since the uncertainty levels if the computerized planning systems are able to consider the heterogeneity of treatments. In this project, we present the development of experimental measurements into a phantom, capable of measuring the differences introduced by heterogeneity through three experimental dosimetric techniques: thermoluminescence, radiochromic films and ionometric. The experimental results were compared with the Monte Carlo simulations and a commercial treatment planning system able to perform correction of heterogeneity in brachytherapy. We discuss the main stages of development of this phantom, their experimental results and comparisons with other systems. The conclusions and future steps to complete this project are also presented.

A principal finalidade deste estudo foi avaliar a dose efetiva recebida pelos profissionais de saúde no setor de hemodinâmica de um hospital universitário, na cidade de São Paulo. Para delinear o perfil dos profissionais de saúde foi utilizado um questionário auto-aplicável considerando as variáveis sociodemográficas e variáveis relacionadas ao trabalho em presença de radiação ionizante. A avaliação das doses ocupacionais foi realizada por meio de consulta aos históricos de dose individual do banco de dados da instituição, durante os anos de 2000 a 2009. Um total de 240 registros foi avaliado, envolvendo 38 profissionais ativos (2009), de diferentes categorias profissionais, entre elas, médicos, enfermeiros, tecnólogos em radiologia e auxiliares de enfermagem. As doses efetivas anuais foram comparadas com os limites estabelecidos pelas autoridades regulatórias nacionais. Com base nas doses recebidas e registradas durante o período estudado, foram selecionados cinco médicos para usar mais um dosímetro termoluminescente (em caráter experimental) na mão esquerda, durante a realização dos procedimentos de hemodinâmica. Além disso, foram averiguados os procedimentos de radioproteção adotados pelos profissionais de saúde da instituição estudada. Este estudo permitiu traçar o perfil da equipe médica que integra o serviço de hemodinâmica assim como conhecer a distribuição de suas doses em relação aos limites ao longo dos anos. / The purpose of this study was to evaluate the dose received by health professionals in the hemodynamic sector of a university hospital in São Paulo city. A self-applied questionnaire was used to delineate the profile of health professionals, taking into account sociodemographic variables and variables related to the work with ionizing radiation. The assessment of occupational doses was performed by consulting of the individual dose records of the institution database from 2000 to 2009. A total of 240 records was evaluated, corresponding to 38 active professionals (2009), divided in different professional category: physician, nurses, radiologic technologists and nursing assistants. The annual doses were compared with the limits established by national regulatory authorities. Based on the effective doses received and recorded during the studied period, experimental measures were performed with TL dosimeters in five physicians to evaluate the equivalent dose, in the left hand, during hemodynamic procedures. In addition, the radioprotection measures adopted by health professionals were verified. This study allowed delineating the profile of medical staff that integrates the hemodynamic service as well as knowing the distribution of their doses in relation to limits over the years.

A principal finalidade deste estudo foi avaliar a dose efetiva recebida pelos profissionais de saúde no setor de hemodinâmica de um hospital universitário, na cidade de São Paulo. Para delinear o perfil dos profissionais de saúde foi utilizado um questionário auto-aplicável considerando as variáveis sociodemográficas e variáveis relacionadas ao trabalho em presença de radiação ionizante. A avaliação das doses ocupacionais foi realizada por meio de consulta aos históricos de dose individual do banco de dados da instituição, durante os anos de 2000 a 2009. Um total de 240 registros foi avaliado, envolvendo 38 profissionais ativos (2009), de diferentes categorias profissionais, entre elas, médicos, enfermeiros, tecnólogos em radiologia e auxiliares de enfermagem. As doses efetivas anuais foram comparadas com os limites estabelecidos pelas autoridades regulatórias nacionais. Com base nas doses recebidas e registradas durante o período estudado, foram selecionados cinco médicos para usar mais um dosímetro termoluminescente (em caráter experimental) na mão esquerda, durante a realização dos procedimentos de hemodinâmica. Além disso, foram averiguados os procedimentos de radioproteção adotados pelos profissionais de saúde da instituição estudada. Este estudo permitiu traçar o perfil da equipe médica que integra o serviço de hemodinâmica assim como conhecer a distribuição de suas doses em relação aos limites ao longo dos anos. / The purpose of this study was to evaluate the dose received by health professionals in the hemodynamic sector of a university hospital in São Paulo city. A self-applied questionnaire was used to delineate the profile of health professionals, taking into account sociodemographic variables and variables related to the work with ionizing radiation. The assessment of occupational doses was performed by consulting of the individual dose records of the institution database from 2000 to 2009. A total of 240 records was evaluated, corresponding to 38 active professionals (2009), divided in different professional category: physician, nurses, radiologic technologists and nursing assistants. The annual doses were compared with the limits established by national regulatory authorities. Based on the effective doses received and recorded during the studied period, experimental measures were performed with TL dosimeters in five physicians to evaluate the equivalent dose, in the left hand, during hemodynamic procedures. In addition, the radioprotection measures adopted by health professionals were verified. This study allowed delineating the profile of medical staff that integrates the hemodynamic service as well as knowing the distribution of their doses in relation to limits over the years.

A braquiterapia de alta taxa de dose é uma das modalidades mais utilizadas em braquiterapia para o tratamento de câncer. Os diversos avanços tecnológicos, bem como a evolução das técnicas de tratamento tornaram a braquiterapia de alta taxa de dose uma das modalidades de estado da arte para o tratamento de alguns cânceres. Parte deste avanço é creditada à melhoria na acurácia e na prescrição de dose absorvida recomendada ao paciente, ao longo dos anos. Este avanço permite que atualmente seja possível realizar os cálculos dosimétricos, por meio de sistemas de planejamento computadorizado, considerando as heterogeneidades dos pacientes, tais como: tecidos e órgãos com composições diferentes da água (meio de referência em radioterapia), contorno do paciente individualizado, introdução de aplicadores, dentre outros. Tais avanços demandam o controle de qualidade destas ferramentas, com objetivo de assegurar que todo o processo de tratamento seja satisfatório e acurado. Até o momento, a comunidade carece de um sistema experimental capaz de avaliar, considerando os níveis de incerteza, se os sistemas de planejamento computadorizados são aptos a considerar a heterogeneidade dos tratamentos. Neste trabalho, apresentamos o desenvolvimento de medidas experimentais em um objeto simulador, com capacidade de mensurar as diferenças introduzidas pela heterogeneidade por meio de três técnicas dosimétricas experimentais: termoluminescência, filmes radiocrômicos e ionométrica. Os resultados experimentais foram comparados com as simulações de Monte Carlo e com um sistema de planejamento computadorizado comercial, apto a realizar correções de heterogeneidade em braquiterapia. Discutimos as principais etapas de desenvolvimento deste objeto simulador, seus resultados experimentais e as comparações com os demais sistemas. As conclusões e as etapas futuras deste projeto também são apresentadas. / High dose rate brachytherapy is one of the most widely used modalities in brachytherapy for cancer treatment The various technological advances and the development of treatment techniques have made high dose rate brachytherapy as one of the state of the art methods for the treatment of some cancers. Part of this progress is credited to the improvement in the accuracy and absorbed dose prescription recommended to patients over the years. This advance currently allows the possibility of performing dosimetric calculations, by means of computerized planning systems, considering the heterogeneity of patients, such as: tissues and organs with different water compositions (reference medium in radiotherapy), individualized patient\'s contour and introduction of applicators, among others. Such advances require quality control of these tools, in order to ensure that the entire treatment process is satisfactory and accurate. Nowadays, the community needs an experimental system capable of evaluating, since the uncertainty levels if the computerized planning systems are able to consider the heterogeneity of treatments. In this project, we present the development of experimental measurements into a phantom, capable of measuring the differences introduced by heterogeneity through three experimental dosimetric techniques: thermoluminescence, radiochromic films and ionometric. The experimental results were compared with the Monte Carlo simulations and a commercial treatment planning system able to perform correction of heterogeneity in brachytherapy. We discuss the main stages of development of this phantom, their experimental results and comparisons with other systems. The conclusions and future steps to complete this project are also presented.

Os receptores de imagem radiográfica digitais estão gradualmente substituindo os sistemas tela-filme em radiodiagnóstico. Atualmente a radiografia computadori- zada (CR - Computed Radiography) é a modalidade digital mais comum em muitos serviços de radiodiagnostico. E baseada na utilização de fósforos foto estimuláveis, que também são conhecidos como fósforo de armazenamento. Quando sistemas tela-filme são utilizados como receptores de imagem, uma dose de radiação inadvertidamente alta no paciente irá resultar em um filme escuro, que fornece feedback imediato para o técnico em radiologia quanto aos fatores de técnica utilizados e a dose relativa. No entanto, quando receptores de imagem digitais são usados, uma dose alta no paciente pode produzir imagens excelentes o que resulta em uma tendência de se utilizar doses mais elevadas do que o necessário. A adequada justificação e otimização dos procedimentos exige o conhecimento dos valores típicos de dose em pacientes em um determinado serviço de radiodiagnóstico. O termo índice de exposição refere-se à dose absorvida na placa fósforo. Após a leitura da imagem com um sistema de laser o histograma dos sinais é computado e o índice de exposição é determinado com base nos valores dos pixels (picture elements) usando uma relação logarítmica. Os fabricantes dos sistemas de CR oferecem os índices de exposição como um salvaguarda contra doses altas, mas a base para os valores recomendados não é clara. Além disso, os índices de exposição não estão diretamente relacionados com a dose no paciente. O objetivo deste trabalho foi estabelecer um método indireto para calcular os valores de dose de entrada em pacientes submetidos a exames diagnósticos em sistemas de raios X com CR com base no índice de exposição. / The receptors of digital radiography image are gradually substituting the screen-film systems in radiodiagnostic. Currently, computed radiography is the most common method in many radiography services. It is based in the application of photostimulable phosphorus, that are also known as phosphorus storage. When screen-film systems are utilized as image receptors, an inadvertently high dose of radiation in the patient will result in a dark film screen, that inputs immediate feedback to the radiology technician as to the technical factors utilized and the relative dose. However, when digital image receptors are used, a high dose in the patient can produce excelent images which re-sult in a tendency of using higher doses than necessary. The adequate extenuation and optimization of the procedures demand the knowledge of the characteristic dose values in patients in a determined radiodiagnostic service. The term exposure index refers to the absorbed dose in the phosphorus plate. Following the image reading with a laser system the histogram of signs is computed and the exposure index is determi-ned in the basis of picture elements using a logarithmic relationship. The manufacturer of the systems of pixels offer the exposure indexes as a safeguard against high doses, but the basis for the recommended values are not clear. Moreover, the exposure indexes are not directly related to the dose in patients. The aim of this work was to establish an indirect method to estimate the values of entrance doses in patients who have undergone diagnostic exams in X ray systems with computed radiography based on exposure indexes. The values of entrance doses obtained were compared with the values also obtained indirectly based in the measurements of the X ray tubes output.

Parmi les outils de réduction de dose d’exposition en scanner, le plus récent est l’emploi des Reconstructions Itératives (RI). Ces nouveaux algorithmes permettent de corriger de façon répétée les données d’acquisition par modélisation, rendant envisageable la compensation sur les images reconstruites, du bruit engendré par une acquisition scanographique à basse dose. Ce travail a eu pour but d’évaluer, à travers 5 études originales, la performance des RI en scanner thoracique, en particulier leur potentiel de réduction de dose et leurs applications cliniques. La 1ère étude a permis de valider la réduction de bruit sans perte d’information diagnostique sur 32 scanners thoraciques grâce à un algorithme de RI de 1ère génération (IRIS). L’évaluation initiale de cette technique a permis de l’intégrer en pratique clinique donnant lieu à la 2e étude évaluant IRIS chez 80 patients ayant bénéficié de 2 scanners thoraciques successifs dans le cadre d’un suivi. Malgré une réduction de dose de 35% par réduction du milliampérage, IRIS a permis de maintenir une qualité image similaire à celle du scanner initial. L’évaluation d’un algorithme de RI de 2e génération (SAFIRE) a ensuite été réalisée sur des examens acquis à dose encore plus réduite : (a) chez 80 patients étudiés par angioscanner à bas kilovoltage avec 50% de réduction de dose ; et (b) chez 50 patients étudiés en scanner double source avec acquisition simultanée d’images pleine dose et d’images à dose réduite de 60%. Enfin, SAFIRE a été évalué dans une situation clinique particulière, l’embolie pulmonaire, permettant une réduction de dose de 60% sans perte de performance diagnostique. / Among the different tools available to save dose in CT, the most recent option is the use of Iterative Reconstructions (IR) instead of Filtered Back Projection. These new algorithms can correct repeatedly the acquisition by modeling data, making possible the compensation of the noise generated in reconstructed images by a low-dose CT acquisition. The purpose of the present work was to evaluate, through 5 original studies, the performance of IR in chest CT, especially their potential for dose reduction and clinical applications.Based on 32 chest CT examinations, the first study validated the level of noise reduction achievable with a first-generation IR algorithm (IRIS). This initial evaluation allowed us to investigate the performance of IRIS in clinical practice, giving rise to the second IRIS study; the latter evaluated 80 patients who underwent two successive chest CT examinations for monitoring. Despite a 35% dose reduction achieved by reduction of the tube current, IRIS provided a similar image quality in comparison with that of the initial examination. A second-generation IR algorithm (SAFIRE) was then evaluated on examinations obtained at lower dose levels in (a) 80 patients who had undergone low-kilovoltage chest CT angiography with a 50% dose reduction; and (b) 50 patients studied with a dual source CT system providing simultaneously full-dose and low- dose (reduction of 60%) images. Lastly, SAFIRE has been evaluated in the specific context of acute pulmonary embolism where the diagnostic performance of low-dose SAFIRE images was found to be similar to that of full-dose FBP images.

Doctor of Health Science / An investigation of clinical Abdominal Computed Tomography (CT)dose, and associated clinical diagnostic protocols, has been ndertaken. This research was carried out to study the pattern of CT dose from routine abdominal examinations in Malaysian practices. From this study it is hoped to establish a Dose Reference Level (DRL) to assist in optimising radiation dose for CT abdominal examination in Malaysia