Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de sistemas dosimétricos baseados em diodos especiais de Si, resistentes a danos de radiação, para monitoração online de processos de irradiação com elétrons de 1,5 MeV de energia e para dosimetria relativa e escaneamento de feixe de elétrons clínicos dentro de uma faixa de energia de 6 a 21 MeV. Os diodos utilizados foram produzidos pelos métodos de fusão zonal padrão (FZ), Czochralski em presença de um campo magnético (MCz) e crescimento Epitaxial (EPI). Para utilizar os diodos como detectores, eles foram fixados em uma base de alumina permitindo a ligação dos eletrodos de polarização e de extração de sinais. Após a montagem na base, cada diodo foi fixado em uma sonda acrílica preta dotada de uma janela de Mylar® aluminizado e de conector do tipo LEMO®. Com os dispositivos operando em modo fotovoltaico, a integração dos sinais de corrente em função do tempo de irradiação permitiu obter a carga produzida no volume sensível de cada diodo irradiado. O acelerador de elétrons utilizado para as irradiações de doses altas foi o DC 1500/25/4 - JOB 188 de 1,5 MeV instalado no Centro de Tecnologia das Radiações do IPEN/CNEN-SP. Foram estudados o perfil da corrente em função do tempo de exposição, a repetibilidade de resposta, a sensibilidade em função da dose absorvida e a curva resposta de cada dispositivo. Foi observada uma queda na sensibilidade mais acentuada para o diodo MCz do que para o diodo FZ e uma boa repetibilidade nos dois casos. Ainda, o aumento da carga com a dose absorvida obedeceu a uma função polinomial de segunda ordem. Na caracterização do diodo EPI, ele exibiu melhor repetibilidade que a obtida por dosímetros CTA, rotineiramente aplicados em processamento por radiação. Os resultados acima descritos indicam a potencial utilização desses diodos de Si resistentes a danos de radiação em dosimetria online para aplicações envolvendo elevadas doses. Para as irradiações de doses baixas foram utilizados os Aceleradores Lineares KD2 e Primus, ambos fabricados pela Siemens e instalados no Hospital Sírio-Libanês. A resposta dos diodos foi avaliada para energias de 6 a 21 MeV. Foram estudados: a repetibilidade de resposta, a curva dose-resposta em função da dose absorvida, a sensibilidade em carga com a energia do feixe de elétrons, a porcentagem de dose profunda (PDP) e o perfil transversal de dose. Apesar da resposta dos diodos FZ, MCz e EPI serem levemente dependentes da energia do feixe de elétrons, a resposta dosimétrica, em todo o intervalo de energia de feixe estudado, mostrou-se linear. Ainda, em relação aos diodos epitaxiais, os dispositivos estudados mostraram excelente acordo com simulações de Monte Carlo e medições realizadas com MatriXX®, demonstrando que os dispositivos podem ser usados como dosímetros em elétrons radioterápicos para escaneamento de varredura de feixe, mapeamento de distribuições de dose de feixes, monitoramento rotineiro da constância do fator calibração e dosimetria relativa. / This work had the aim of the development of dosimetric systems based on Si special diodes, resistant to radiation damage to online monitoring of irradiation processing using 1.5 MeV electrons energy and for relative dosimetry and clinical electron beam scanning within an energy range of 6 MeV up to 21 MeV. The diodes used were produced by Float Zone standard (FZ), Magnetic Czochralski (MCz) and epitaxy growth (EPI) methods. In order to use the diodes as detectors, they were fixed on alumina base to allow the connection of the polarization electrodes and the signals extraction. After the diode assembly on the base, each one was housed in a black acrylic probe with aluminized Mylar® window and LEMO® connector. With the devices operating in photovoltaic mode, the integration of the current signals as a function of irradiation time allowed obtain the charge produced in the sensitive volume of each diode irradiated. The electron accelerator used for high doses irradiation was the DC 1500/25/4 JOB 188 of the 1.5 MeV installed at the Radiation Technology Center of the IPEN/CNEN-SP. The current profile as function of exposure time, the response repeatability, the sensitivity as function of absorbed dose and the dose response curve were studied for each device. In comparison to FZ diode, we observed a greater decrease in the sensitivity for MCz diode, and good repeatability in both cases. Also, the increasing of the charge with the absorbed dose was well fitted by a second order polynomial function. In the EPI diode characterization, this one exhibited repeatability better than CTA dosimeters applied routinely in radiation processing. The above results indicate the potential use of these radiation hardness Si diodes in online dosimetry to high doses applications. For low doses irradiation were used the linear accelerators KD2 and Primus, both manufactured by Siemens and located at Sirio-Libanês Hospital. The diodes responses were evaluated for electron beams within the energy range of 6 MeV up to 21 MeV. The following studies were carried out: the short-term repeatability, the dose-response curve as a function of absorbed dose, the charge sensitivity as function of electron beam energy, the percentage depth dose (PPD) and the dose transversal profile. Despite the response of the diodes FZ, MCz and EPI be slightly dependent on the electron beam energy, the dosimetric response was linear in all electron beam energy range studied. In addition to this, the EPI devices showed excellent agreement with simulation performed with Monte Carlo code and the measurements performed with MatriXX®, confirming that the devices can be used as dosimeters in radiotherapy for scanning purposes, dose distribution mapping, constancy monitoring of calibration factor and relative dosimetry.

O estudo da distribuição e propagação a luz em tecidos biológicos é importante para diversas aplicações em fototerapias e diagnóstico. Os tecidos biológicos são considerados meios túrbidos, onde existe uma combinação de absorção e espalhamento, e a determinação do comportamento da luz dentro deles tem sido estudado através da aplicação de modelos que tem suas limitações. Então, determinar e manipular a distribuição para entrega da melhor dose de luz é crucial para o sucesso dos tratamentos. Para casos de Terapia Fotodinâmica, em particular, os tratamentos de lesões planas lisas, em grande parte dos casos, são bem sucedidos. Este sucesso deve-se ao fato de que existe uma boa possibilidade de distribuição uniforme da luz dentro do tecido da lesão tratada. Por outro lado, para tumores espessos de superfícies irregulares, a iluminação é dificultada devido à presença de sombras, rachaduras entre outras imperfeições sobre a lesão. Deste modo, a entrega da dose de luz inadequada e a iluminação não homogênea, resultam em regiões de necroses parciais e recidiva. Portanto, é decisivo melhorar o perfil da distribuição dentro do tecido. Neste trabalho avaliamos o acoplamento da luz utilizando um gel posicionado entre a fonte ( &#955= 630 nm) e a superfície de um phantom sólido. O acoplamento do feixe foi melhorado incorporando baixas concentrações de espalhadores ao gel. Imagens do perfil de distribuição da luz foram coletadas e transformadas em matrizes de intensidades, e posteriores curvas de isointensidades. Nossos resultados mostraram uma grande melhora na uniformidade da distribuição. De fato, utilizando um meio acoplador, conseguimos entregar um feixe mais homogêneo promovendo uma melhor iluminação. Esta técnica elimina drásticamente os efeitos da rugosidade da superfície do phantom dentro do volume tratado. Acreditamos que esse trabalho mostra uma possibilidade de melhora na dosimetria para fototerapias. / The light propagation and distribution studies in biological media are importante for several phototherapy and diagmostic aplications. The biological tissues are considered turbida medias, where there is absortion and scattering combination, and determinate the light behavior inside this tissues have been studied by models that has some limitations.Then, to determine and control the light distribution to improve the light dose delivery is important for the treatment successful. For particular cases, such as Photodynamic Therapy (PDT) applied on smooth planar lesions treatments is appropriated, since there is a good possibility of uniform distribution of light within the tissue of the treated lesion. On the other hand, tumors with more thickness may not receive the needed doses of energy to cause its death. For an efficient treatment by photodynamic therapy is required an optimal coupling light inside the lesion tissue. Shadow effects, slits or physical irregularities in the lesion can lead a nonhomogeneous light distribution inside the tissue. The results can be a partial necrosis regions and tumor recurrence. Therefore it is crucial improving the light profile inside the tissue to overcome these problems. In this study, we measured the light profile inside the phantom after the light passing through a gel as coupler. We used a solid phantom as biological tissue model and was used a red laser (&#955 = 630 nm) as light source with an optical fiber to direct illumination. The coupling is controlled by introducing a gel with low concentration of scatters between the fiber and de phantom. Was collected pictures of light profile with a camera and the data were processed with MatLab software. Our results shows a strong improvement in the light distribution when the gel with scatters is positioned between fiber and tissue. In fact, a more homogeneous laser bean is delivered to tissue promoting a better light distribution. This technique eliminates drastically the roughness effect of the phantom surface in the bulk. We believe that this work shows a possibility of dosimetry improvement for phototherapy.

A Terapia de Captura de Nêutron por Boro (BNCT) é uma terapia de combate ao câncer bimodal, na qual a energia útil da terapia vem da reação nuclear que ocorre pelo Boro quando irradiado com nêutrons térmicos. No IPEN há uma instalação de pesquisas em BNCT, na qual o feixe de radiação contendo nêutrons é proveniente do reator IEA-R1. Como condição desta terapia é necessário realizar a dosimetria do feixe de radiação, que atualmente é feito com o uso de folhas de ativação, para cálculo do fluxo de nêutrons, e do dosímetro TLD 400, para estimativa da dose gama. Para campos mistos de nêutrons e gamas, a Comissão Internacional de Unidades e Medidas (ICRU) recomenda o uso de dosímetros com sensibilidades distintas para as componentes do feixe, como o caso do par TLD 600 e TLD 700 que apresentam sensibilidades distintas a nêutrons térmicos, devido à diferente quantidade do isótopo 6Li em sua composição, o qual apresenta uma alta seção de choque para nêutrons térmicos. Este trabalho constou da realização de simulações e experimentos visando a implementação da metodologia de dosimetria utilizando o par TLD 600 e TLD 700 e sua comparação com a metodologia atualmente utilizada pelo grupo de pesquisa em BNCT, que utiliza o TLD 400. Portanto, foi realizado um estudo das respostas de cada um destes TLDs a partir de irradiações em diferentes campos e sempre utilizando simulações com o MCNP para fornecer a discriminalização das componentes de dose depositadas em cada TLD. Foram realizadas varias irradiações em campo de gama puro e em campo misto de nêutrons e gamas para o estudo da reprodutibilidade destes TLDs. Este estudo mostrou que mesmo TLDs do mesmo tipo têm sensibilidades distintas, e assim foi criado um Fator de Normalização para cada um dos TLDs, eliminando assim a necessidade de selecionamento. Foi realizado um estudo sobre a diferença das respostas destes TLDs devido à diferentes campos. Este estudo mostrou ser possível estimar o fluxo relativo entre gamas e nêutrons a partir da relação existente entre as duas regiões de interesse dos TLDs 600 e 700. Também foi possível observar que o TLD 700 apresenta resposta para nêutrons, e se a recomendação da ICRU for seguida, a resposta devido à radiação gama será superestimada. Foram obtidas as curvas de calibração dose resposta destes TLDs para campos de gamas puro e campos mistos. Este trabalho propõe o uso desta metodologia com o uso do par TLD 600 e TLD 700, por apresentar maior precisão de resposta frente a atual metodologia que utiliza o TLD 400, porém precauções devem ser tomadas para evitar que a dose gama seja superestimada. / Boron Neutron Capture Therapy, BNCT, is a bimodal radiotherapic procedure for cancer treatment. Its usefull energy comes from a nuclear reaction driven by impinging thermal neutron upon Boron 10 atoms. A BNCT research facility has been constructed in IPEN at the IEA-R1 reactor, to develop studies in this area. One of its prime experimental parameter is the beam dosimetry which is nowadays made by using activation foils, for neutron measurements, and TLD 400, for gamma dosimetry. For mixed field dosimetry, the International Commmission on Radiation Units and Measuments, ICRU, recommends the use of pair of detectors with distinct responses to the field components. The TLD 600/ TLD 700 pair meets this criteria, as the amount of 6Li, a nuclide with high thermal neutron cross section, greatily differs in their composition. This work presents a series of experiments and simulations performed in order to implement the mixed field dosimetry based on the use of TLD 600/TLD 700 pair. It also intended to compare this mixed field dosimetric methodology to the one so far used by the BNCT research group of IPEN. The response of all TLDs were studied under irradiations in different irradiation fields and simulations, underwent by MCNP, were run in order to evaluate the dose contribution from each field component. Series of repeated irradiations under pure gamma field and mixed field neutron/gamma field showed differences in the TLD individual responses which led to the adoption of a Normalization Factor. From the use of Normalization Factor the TLD selection it has allowed to overcome TLD selection. TLD responses due to different field components and spectra were studied. It has shown to be possible to evaluate the ralative gamma/neutron fluxes from the relative responses observed in the two Regions of Interest of TLDs glow curves, ROIs, from TLD 600 and TLD 700. It has also been possible to observe the TLD 700 response to neutron, which leads to a gamma dose overstimation when one follows the ICRU recommended mixed field dosimetric procedure. Dose response curves were obtained for the distinct types of TLDs for pure gamma and mixed fields. This work recommends the TLD 600/TLD 700 pair methodology for mixed field dosimetry, this methodology presents a better precision than the one based on TLD 400, however one has to be carefull to avoid gamma dose superestimation.

Atualmente a maior parte dos tratamentos radioterápicos é feita através de irradiações com feixes de fótons de alta energia. Esses feixes se originam em fontes radioativas (de nuclídeos como o cobalto 60) ou são gerados em aceleradores lineares de elétrons. Para as medidas dosimétricas nesses feixes, uma das técnicas mais utilizada é a termoluminescência (TL) e, para a correta utilização dos dosímetros termoluminescentes (TLDs), é necessário conhecer suas características dosimétricas como, por exemplo, a variação da sua resposta com a energia do feixe de radiação. O objetivo desse trabalho foi estudar essa dependência energética da resposta TL de diversos materiais quando irradiados em feixes de fótons de alta energia. Para isso, foram obtidas curvas de resposta TL em função da dose absorvida em água para os LDs de LiF:Mg, Ti (TLD-100), fluorita natural brasileira, CaSO4:Dy, Mg2SiO4:Tb e l2O3:C irradiados em feixes gama de 60Co e de raios X de aceleradores lineares com potenciais de aceleração nominais de 6, 10, 15 e 18 MV. O estudo foi feito em uma faixa de doses equivalente à utilizada em fracionamentos padrão de tratamentos de radioterapia e os resultados demonstram que, nessas condições, não há variação maior que 3% na resposta TL em função da energia dos fótons. A relação entre a deposição e doses nos TLDs e a deposição de doses na água em função da variação da energia oi estudada por simulação de Monte Carlo (MC), através do código PENELOPE, e os resultados foram coerentes com os resultados experimentais. Os TLDs também foram irradiados com nêutrons térmicos e epitérmicos e apresentaram sensibilidade a esse tipo de radiação. No entanto, a coerência dos resultados experimentais e de MC (que não levaram em conta a presença de nêutrons), o estudo da variação da sensibilidade relativa com a energia e a análise das curvas de emissão dos TLDs levam à conclusão e que a influência na resposta TL devida a nêutrons que contaminam os feixes de fótons estudados, é desprezível para todos os materiais. Os resultados desse trabalho indicam que, para a faixa de doses e energias utilizadas rotineiramente na radioterapia, os TLDs de LiF:Mg, Ti (TLD-100), fluorita natural brasileira, CaSO4:Dy, Mg2SiO4:Tb e Al2O3:C podem ser utilizados sem a aplicação de fatores de correção para a energia do feixe. / Currently the majority of radiotherapy treatments are done by irradiation with high energy photon beams. These beams are emitted by radioactive sources (of nuclides such as cobalt 60) or generated in electron linear accelerators. For dosimetric measurements on these beams, one of the most used techniques is the thermoluminescence (TL). For the correct use of the thermoluminescent dosimeters (TLDs), it is necessary to know their dosimetric properties like, for example, the variation of their response with the energy of the radiation beam. The purpose of this study was to assess the energy response of various TL materials when irradiated with high energy photon beams. So, curves relating the TL response and absorbed dose to water were obtained for LiF:Mg, Ti (TLD-100), Brazilian natural fluorite, CaSO4:Dy, g2SiO4:Tb and Al2O3:C TLDs irradiated with gamma rays from a 60Co source and linear accelerator X ray beams with nominal accelerating potential of 6, 10, 15 and 18 MV. The study was done in a dose range similar to that used in standard fractionated radiotherapy treatments and the results show that under these conditions, there is no variation larger than 3% in the TL response as a function of photon energy. The relationship between the dose deposition in the TLD and the dose deposition in water in function of the photon energy was studied by Monte Carlo method (MC), using the PENELOPE code system, and the results were consistent with the experimental outcomes. The TLDs were also irradiated with thermal and epithermal neutrons and proved to be sensitive to them. However, the consistency of the experimental and MC results (which did not take into account the presence of neutrons), the study of the variation in TL relative sensitivity with the beam energy, and the TLD glow curve shape analysis lead to the conclusion that the influence on TL response due to neutron contamination in the therapeutic photon beams is negligible for all materials. The results indicate that for the range of doses and energies used routinely in radiotherapy, the LiF:Mg, Ti (TLD-100), Brazilian natural fluorite, CaSO4:Dy, Mg2SiO4:Tb and Al2O3:C TLDs can be used without applying any correction factors for the beam energy.

O Relatório Mundial do Câncer, a Agência Internacional Para Pesquisa no Câncer e a Organização Mundial da Saúde estimam que, a cada ano há 12,4 milhões de novos casos de câncer no mundo, havendo 7,6 milhões de mortes causadas pela doença, onde para os homens o mais recorrente é o câncer de próstata. Por isso, o tratamento de câncer de próstata, neste caso, por radioterapia deve apresentar elevada precisão. Um complicador para tal precisão pode ser a presença de próteses metálicas no fêmur e na pélvis, podendo ser unilateral ou bilateral. O objetivo deste trabalho foi analisar e comparar o tratamento radioterápico de próstata para três situações diferentes, com duas próteses, com uma prótese e sem nenhuma prótese através da dosimetria por Ressonância Paramagnética (EPR) utilizando o aminoácido alanina com dosímetro, que se baseia na determinação de radicais livres produzidos pela interação entre a radiação e a alanina através do registro do espectro da alanina irradiada. Para tal análise foi construído um simulador físico (phantom), com as medidas reais de um ser humano, feito de acrílico e água, simulando o tecido mole, e ossos humanos. Na região da próstata foi feita uma abertura cilíndrica onde foram inseridos os dosímetros de alanina compostos 95% de DL-alanina e 5% de Polivinil Álcool (PVA) com 3mm de diâmetro, 4 mm de comprimento e massa de 0,05 g. O phantom foi irradiado para cada situação, nas condições de tratamento em um acelerador linear Oncor Plus da Siemens com feixe de raios X de 6MV para quatro campos 10x10cm2 e uma dose de 2 Gy, onde as mesmas condições foram utilizadas para a calibração dos dosímetros. Os dosímetros foram analisados em um espectrômetro de banda X JEOL JES-FA200 (9.5 GHz). Através da curva de calibração e a amplitude da linha central do espectro foi possível calcular a dose obtida em cada dosímetro de DL-alanina obtendo uma variação de até 6,15% para as medidas da dose prescrita de 2 Gy. Os resultados mostraram-se semelhantes para as três situações estudadas, assim como calculado no sistema de planejamento. / The World Cancer Report, the International Agency for Research on Cancer and the World Health Organization estimates that each year there are 12.4 million new cases of cancer worldwide, with 7.6 million deaths from the disease, for which men is the most recurrent prostate cancer. Therefore, the treatment of prostate cancer, in this case by radiotherapy should have a high accuracy. A complicating factor for such precision may be the presence of metallic prosthesis in the femur and pelvis and may be unilateral or bilateral. The objective of this study was to analyze and compare the radiotherapy of prostate for three different situations, with two prostheses, with one prosthesis and without a prosthesis through dosimetry Paramagnetic Resonance (EPR) using the amino acid alanine with dosimeter, which is based on determining free radicals produced by the interaction between radiation and alanine by recording the spectrum of irradiated alanine. For this analysis we built a physical simulator (phantom), with the real measurements of a human being, made of acrylic and water, simulating soft tissue, and human bones. In the region of the prostate was made a cylindrical opening in which the dosimeters were inserted alanine compounds 95% DL-alanine and 5% Polyvinyl Alcohol (PVA) with 3mm diameter, 4 mm in length and mass of 0.05 g. The phantom was irradiated for each situation, the conditions of treatment in a linear accelerator Oncor Plus Siemens X-ray beam with 6mV for four fields of 10x10cm2 and a dose of 2 Gy, where the same conditions were used for calibration of the dosimeter. The dosimeters were analyzed in a JEOL X-band spectrometer JES-FA200 (9.5 GHz). Through the calibration curve and the amplitude of the centerline of the spectrum was possible to calculate the dose obtained in each of DL-alanine dosimeter obtaining a variation of up to 6.15% for the measurements of the prescribed dose of 2 Gy. The results were similar for the three cases studied, as calculated in the planning system.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade Gama, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-06-06T17:55:07Z No. of bitstreams: 1 2015_LuisFelipeOliveiraeSilva.pdf: 5470471 bytes, checksum: 1fe65af174596febff5a94a7a05ae399 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-06-15T11:30:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_LuisFelipeOliveiraeSilva.pdf: 5470471 bytes, checksum: 1fe65af174596febff5a94a7a05ae399 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-15T11:30:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_LuisFelipeOliveiraeSilva.pdf: 5470471 bytes, checksum: 1fe65af174596febff5a94a7a05ae399 (MD5) / A radioterapia de intensidade modulada (IMRT, do inglês intensitymodulatedradiotherapy) proporciona distribuições de dose bastante complexas, com regiões de alto gradiente de dose. Essa complexidade representa um desafio maior no controle de qualidade (CQ) quando se compara a IMRT com a radioterapia convencional. O objetivo do presente trabalho foi desenvolver e avaliar um sistema de cálculo de dose independente, chamado SCI, para o controle de qualidade da IMRT do tipojawsonly. O software desenvolvido utiliza um algoritmo de cálculo de dose baseado em correções realizadas no fator de calibração do acelerador linear, por meio de fatores tabelados, derivados de medições e calculados a partir de simples modelagem. Os próprios dados gerados no comissionamento são usados para alimentar o algoritmo.Os cálculos são realizados em um plano de um fantoma retangular. Para validar o SCI, comparações entre as previsões dosimétricas do sistema e outras referências foram realizadas. Foram comparados: doses pontuais no centro de campos assimétricos medidos com câmara de ionização; perfis de campos medidos com filme radiocrômico e com câmara de ionização; distribuições planares de dose de cinco casos de câncer de próstata e cinco de cabeça e pescoço medidas com um arranjo bidimensional de câmaras de ionização e calculadas pelo sistema de planejamento de tratamento (SPT). A avaliação foi realizada utilizando diferenças percentuais de dose, a menor diferença de posição em que se encontra o mesmo valor de dose (DTA, do inglês distancetoagreement) e a avaliação gama com critérios: (i) diferença máxima de dose de 3%, DTA de 3 mm; (ii) diferença máxima de dose 5%, DTA de 3 mm; e (iii) diferença máxima de dose 5%, DTA de 5 mm. As diferenças encontradas nas comparações entre as doses obtidas no centro de campos assimétricos foram menores do que 2,5%.As diferenças nos perfis dos campos quadrados menores do que 30x30 cm2 foram menores do que 2% ou 2mm. Os campos menores, medidos com filme, apresentaram diferenças mais consideráveis (DTAs de até 5 mm foram observadas). Esse resultado já era esperado devido à maior resolução espacial do filme quando comparada à da câmara de ionização (volume sensível de 0,125 cc). As avaliações gama usando tanto as medições quanto o SPT como referência sugerem que o SCI representa a distribuição de dose real segundo o critério de 5% de diferença máxima de dose e 5 mm de DTA, uma vez que a média de pontos aprovados foi superior a 96,5% (p<0,001) em todos os casos quando esse critério foi utilizado. O sistema também apresenta um boa representação segundo o critério de 5% de diferença máxima de dose e 3 mm de DTA (média de pontos aprovados superior a 92,0%; p<0,01). As médias de pontos aprovados com esses dois critérios estão, portanto, de acordo com os valores tipicamente usados como referência por profissionais da área de radioterapia. Desta forma, o sistema desenvolvido no presente trabalho está pronto para ser utilizado para o CQ de IMRT do tipo jawsonly sem custo adicional em relação aos equipamentos já utilizados, reduzindo o fluxo de trabalho comparado a métodos mais tradicionais e sem ocupação adicional da máquina de tratamento. / Intensity modulated radiation therapy (IMRT) provides complex dose distributions with high dose gradient regions. This complexity is a major challenge for quality assurance (QA), specially when comparing IMRT with conventional radiotherapy. In this research, I propose, develop, and evaluate an independent dose calculation system for QA of jaws only IMRT (JOIMRT). The developed software uses a dose calculation algorithm based on corrections performed over the linear accelerator (linac) calibration factor. In order to perform this corrections I used tabulated factors derived from measurements and calculated from simple modeling. Also, I used the linac's commissioning data as input to the algorithm.The developed system then performs the main computations over a rectangular phantom plan. To validate the proposed system, I compared the predictions of the dosimetric system with references that are commonly used in the literature. Specifically, I compared: point doses in the center of asymmetric field measured with an ionization chamber; dose profiles measured with radiochromic film and an ionization chamber; planar dose distributions of five of prostate and five head and neck cases measured with a two-dimensional array of ionization chambers and calculated by the treatment planning system (TPS). The evaluation was performed using percentage dose differences, distance to agreement (DTA) and gamma evaluation with tree criterions: (i) maximum difference dose of 3% and 3 mm DTA, (ii) maximum difference dose of 5% and 3 mm DTA, and (iii) maximum difference dose of 5% and 5 mm DTA. The differences in the comparisons between the doses obtained in the center of asymmetric fields were smaller than 2.5%. Differences in the profiles of square fields up to 30x30 cm2 were smaller than 2% or 2 mm. Smaller fields measured with film showed more significant differences (I measured DTAs up to 5 mm). This result was expected because of the higher spatial resolution of the film, as compared to the ionization chamber that provided the measurements used as inputs to the calculation algorithm (sensitive volume of 0.125 cc). The point approval ratings using both measurements and the TPS as a reference suggest that the independent dose calculation system represents the actual dose distribution according to the criterion of 5 % maximum dose difference and 5 mm DTA, since the average was approved points above 96.5% (<0,001) in all cases when this criterion was used. The system also features a good representation according to the criterion of 5% maximal dose difference and 3 mm DTA (average of approved points above 92.0%; p <0.01). Therefore, the average of approved points obtained with those two criteria satisfies the values typically used as references by radiotherapy professionals. In this way, the system I developed is ready to be used for the JOIMRT QA with no additional cost with respect to equipment already used, reducing the workload compared to more traditional methods and without additional treatment machine occupation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física. / Made available in DSpace on 2012-10-22T20:27:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 246997.pdf: 21549442 bytes, checksum: 5308e8a08fc0e009bcb53bf68006652e (MD5) / Este trabalho descreve os conceitos e métodos utilizados no desenvolvimento do módulo de física de um sistema de planejamento de radiocirurgias estereotáxicas de cabeça utilizando colimadores cônicos adaptados a aceleradores lineares. A determinação das doses fundamenta-se em dois conjuntos básicos de informação: (a) os padrões de deposição de dose de cada cone, obtidos através de dosimetria do feixe com detectores posicionados em locais selecionados em um simulador de água ou material dosimetricamente equivalente e (b) geometria detalhada e precisa do paciente, obtida através da construção de um modelo anatômico tridimensional a partir de estudos tomográficos realizados com um sistema de referência estereotáxico fixado à cabeça do paciente. O módulo de física implementa métodos para construção de mapas de dose a partir da informação dosimétrica, detecção do contorno da cabeça do paciente, integração da dose depositada por arcos radiocirúrgicos definidos pelo movimento da mesa e do cabeçote do acelerador, visualização das curvas de isodose sobre cortes tomográficos, cálculo e visualização de histogramas dose-volume e emissão de relatório com os parâmetros de irradiação para cada arco (incluindo as unidades de monitor calculadas). Planejamentos realizados com o sistema desenvolvido foram comparados a planejamentos obtidos com um sistema em uso clínico há vários anos, com resultados praticamente idênticos. O trabalho apresenta ainda uma introdução sobre radiocirurgias estereotáxicas e um apêndice com conceitos básicos de interação da radiação com a matéria, numa tentativa de contribuir para o preenchimento da lacuna existente no que se refere a textos em português sobre o tema.

Purpose: To assess acute changes in thyroid function and volume in children and adolescents undergoing external radiation therapy for a variety of non-thyroid cancers. Methods and Materials: The study sample comprised 31 children and adolescents undergoing radiation therapy of various body areas in which the thyroid was outside the main beam. Thyroid-stimulating hormone (TSH), thyroxine (T4), free thyroxine (fT4), triiodothyronine (T3), anti-thyroperoxidase (anti-TPO) antibodies and thyroglobulin (Tg) were measured before radiation therapy, on the last day of irradiation, and 1 month and 3 months after the end of radiation therapy. Ultrasound and 6-hour and 24-hour 131I uptake were also performed before and after treatment. The scattered dose to the thyroid region was estimated with a treatment planning system (TPS) or measured with thermoluminescent dosimeters (TLDs). Results: The median radiation dose scattered to the thyroid was 296.6 cGy (IQR 16.7–1709.0). Levels of TSH (P=0.575), T4 (P=0.950), fT4 (P=0.510), T3 (P=0.842), Tg (P=0.620), and anti-TPO antibodies (P=0.546) were statistically similar at all four points in time. Younger subjects had higher T4, T3 and Tg levels, and T4 was highest in girls. There were no differences between pre- and post radiotherapy thyroid volume and 131I uptake (P=0.692 and 0.92, respectively). Conclusion: The radiation doses scattered to the thyroid in this sample were not associated with acute changes in thyroid function or volume. More sensitive methods may be required to ascertain whether acute injury to the follicular epithelium occurs with lower radiation doses.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:21:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325426.pdf: 6454074 bytes, checksum: 53e8bea408ce70608702b736942b96c2 (MD5) Previous issue date: 2013 / Na radioterapia (teleterapia), a diferença entre a dose prescrita e a dose recebida pelo paciente deve ser de no máximo 5%. Por esta razão o uso de dosímetros é essencial para atingir esta especificação e garantir o sucesso deste tipo de tratamento contra o câncer. Neste trabalho é apresentado um dosímetro in vivo a MOSFET para aplicações radioterápicas que possui um processo de leitura simples e preciso e que utiliza um sensor pequeno e de baixo custo. Além disso, este dosímetro não requer cabos ou baterias durante a irradiação o que é vantajoso, pois os metais presentes nestes componentes interagem com a radiação podendo assim alterar o valor da dose recebida pelo paciente. No dosímetro desenvolvido foi utilizado o circuito integrado (CI) CD4007UBM (Texas Instruments) como sensor de radiação. A sua escolha é justificada, pois seus transistores MOS possuem um óxido de porta com espessura de 120nm. Esta espessura é indicada para a aplicação desejada, pois tem uma sensibilidade à radiação ionizante próxima de 7 mV/Gy e permite a operação com tensões relativamente baixas, |VT| 1,6 V. Além disso, este CI é de muito baixo custo (R$1/CI) e possui dimensões reduzidas (área de 35mm2 e espessura inferior a 2 mm). Em um dosímetro a MOSFET a dose total é inferida pela variação da tensão de limiar (VT) devido à radiação ionizante, deste modo o circuito extrator de VT é um bloco fundamental deste tipo de dosímetro. No dosímetro desenvolvido foi utilizado um circuito extrator com corrente constante (CC) preciso, com baixo consumo e que determina diretamente o valor de VT. É importante mencionar que este extrator CC opera na inversão moderada (enquanto extratores CC convencionais são polarizados na inversão forte) e extrai um valor de VT que possui significado físico. Os experimentos com radiação ionizante foram realizados no Centro de Pesquisas Oncológicas (CEPON) em Florianópolis utilizando aceleradores lineares para gerar raios-X de 6 MV e 15 MV. Dentre os principais resultados do protótipo do dosímetro MOSFET CD4007 podemos citar: sensibilidade de 98,1 mV/Gy, dependência térmica de 0,5 cGy/°C, dependência angular de 13%, dependência energética de 1,3%, linearidade de 97,5% e atenuação ao feixe de apenas 0,14%.<br> / Abstract : In radiotherapy (teletherapy), the maximum difference between the prescribed dose and the dose delivered to the patient must be ±5%. For this reason, the use of dosimeters is essential to meet this specification and, consequently, to ensure the success of this type of cancer treatment. In this work we present a new in vivo MOSFET dosimeter suitable for in vivo radiotherapy applications which combines a simple and accurate readout procedure with a small size, low-cost, and cable/battery-free sensor. The absence of cable and battery during irradiation is interesting because metals that are present in these components can deflect radiation and, consequently, change the dose received by the patient. The dosimeter that we developed uses the integrated circuit (IC) CD4007UBM (Texas Instruments) as the radiation sensor. This IC was chosen because its MOS transistors have a gate oxide thickness of 120 nm, which is indicated for the desired application since it has adequate radiation sensitivity (7 mV/Gy) and is able to operate at relatively low voltage (|VT | ~= 1,6 V). Moreover, this IC has a very low cost, US$0.5/IC, and small dimensions (35 mm2 and thickness lower than 2 mm). MOSFET dosimeters sense the total dose by the variation of the threshold voltage (VT ) due to ionizing radiation; for this reason, the VT -extractor circuit is a fundamental block in this type of dosimeter. In our dosimeter we used an accurate and lowpower constant-current (CC) VT -extractor circuit that directly determines the VT . It is worth to mention that this CC extractor operates in moderate inversion (conventional CC extractors are biased in strong inversion) and extracts a value of VT that has physical meaning. Experiments with ionizing radiation were carried out at the Centro de Pesquisas Oncol´ogicas (CEPON) in Florian´opolis/Santa Catarina using linear accelerators to generate X rays of 6 MV and 15 MV. Among the main results of the CD4007 MOSFET dosimeter we can highlight: radiation sensitivity 98.1 mV/Gy, thermal dependence 0.5 cGy/?C, angular dependence of 13%, energy dependence of 1.3%, linearity of 97.5%, and attenuation to the radiation beam of 0.14%.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015. / Submitted by Guimaraes Jacqueline (jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2015-11-20T09:38:06Z No. of bitstreams: 1 2015_JulianaRosadaDias.pdf: 31393679 bytes, checksum: c8721c906510421d6c5a443a36752c94 (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2015-12-21T11:38:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_JulianaRosadaDias.pdf: 31393679 bytes, checksum: c8721c906510421d6c5a443a36752c94 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-21T11:38:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_JulianaRosadaDias.pdf: 31393679 bytes, checksum: c8721c906510421d6c5a443a36752c94 (MD5) / Neste trabalho as principais características ópticas do dosímetro gel VIPARnd foram avaliadas para feixes de fótons de 6 MV usados em radioterapia externa. O espectro de absorvância do dosímetro gel foi avaliado com espectrofotometria óptica e através do processamento de imagens fotográficas adquiridas com câmera de sensor CMOS para doses de 0 a 50 Gy. Foram avaliadas duas soluções com concentrações diferentes dos componentes do gel. Os dados obtidos através da espectrofotometria óptica mostram que o VIPARnd apresenta pico de absorção entre 300 a 320 nm dependendo da dose absorvida. O aumento da dose absorvida causa aumento na absorvância do VIPARnd. As curvas de dose resposta foram analisadas em função do máximo de absorção e também através da área sob o espectro. A solução 1 apresenta região linear de 3 a 20 Gy e a solução 2 para a região de 0,5 a 5 Gy. A repetitividade entre amostras de um mesmo lote ficou em 0,5% e a reprodutibilidade inter-lotes em 5 %. A estabilidade do gel VIPARnd foi mantida para um tempo pós-irradiação de pelo menos 15 dias. As imagens fotográficas foram adquiridas em escala RGB, a partir da análise de absorção óptica foi suposto que a componente azul apresentasse maior resposta para determinação da dose absorvida o que de fato foi comprovado com os dados obtidos. Para este caso a faixa de resposta linear obtida foi entre 3 e 20 Gy para a solução 1 e entre 0,5 e 20 Gy para a solução 2. Como testes adicionais, foi analisado a curva de dose resposta a partir de imagens de tomografia computadorizada, assim como o estudado da aplicação do gel para medidas de perfil de campos pequenos e PDP para feixes de raios X de 6 MV e a resposta do gel à irradiações com fonte de irídio 192 usadas em braquiterapia de alta taxa de dose. O bom desempenho do dosímetro VIPARnd nos testes realizados indica que este pode ser utilizado na avaliação tridimensional da dose em tratamento radioterápicos. ____________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work aims to evaluate the optical characteristics of a dosimeter VIPARnd for 6 MV photon beam used in radiotherapy. The absorbance spectrum of irradiated gel dosimeter was evaluated with optical spectrophotometer techniques and with CMOS camera readout for dose range of 0 to 50 Gy. Two solutions with different concentration were evaluated. Data shows that the VIPARnd has a maximum absorbance at 300 to 320 nm depending on the absorbed dose. The absorbed dose increases the absorbance values of VIPARnd. The dose response curves were obtained by the peak value and the relative area under of absorbance curve. The solution 1 shown interval of linearity from 3 to 20 Gy and the solution 2 from 0,5 to 5 Gy. The repeatability and inter-batch reproducibility of gel response were 0,5 % and 5% respectively. Temporal analysis indicates that the gel dosimeter has no significant variation in absorbance peak for the post irradiation times until 15 days. The CMOS camera readouts were obtained in RGB color, the absorbance measurements suggest a major response of dose for blue matrix verified with data. The dose response curve for blue component showed interval of linearity from 3 to 20 Gy for solution 1 and from 0,5 to 20 Gy. Additional tests were performed to determine the dose response with X-ray computed tomography, analyses of dose profile measurements for small field radiation therapy and percentage depth dose for 6 MV photon beam and gel response for irradiation with Iridium 192 source in high dose rate brachytherapy. These characteristics indicate that the presented VIPARnd polymer gel could be helpful for radiotherapy dosimetry.