A Terapia com Laser de Baixa Intensidade (TLBI) pode ser utilizada para tratar dores agudas e crônicas. Entender as vias da dor e as interações de fótons com tecidos neurais possibilitará compreender melhor essas terapias. A nocicepção pode ser autocontrolada por analgésicos endógenos, opióides naturais que bloqueiam a liberação de neurotransmissores excitatórios e, portanto, fazem uma inibição sensorial total e inespecífica. Sabe-se que a TLBI pode estimular a liberação desses analgésicos endógenos e inibir temporariamente o transporte axonal em fibras de pequeno diâmetro. Conhecer a fluência luminosa no interior do tecido neural é essencial para avaliar as hipóteses descritas, no entanto, devido à complexidade dos tecidos biológicos, calcular (ou simular) as interações da luz com os tecidos é impraticável. Para superar esse problema, desenvolvemos experimentos para estimar a fluência de luz em aplicação transcraniana de laser e mapeamos as propriedades ópticas do encéfalo de rato. Foi possível diferenciar tecidos encefálicos por suas características de atenuação da intensidade luminosa e estimar a profundidade da penetração da luz que pode ser de mais de 20 mm. Encontramos redução da dor evocada por pressão, calor, frio ou inflamação após TLBI transcraniana em camundongos. Para esse estudo comportamental, desenvolvemos um equipamento para avaliar o limiar de dor por aplicação de pressão nos animais, que opera com melhor precisão que os instrumentos comerciais. Os mecanismos de fotoneuromodulação foram investigados por quantificação de Trifosfato de Adenosina (ATP), imunofluorescência e marcação com hematoxilina-eosina de tecidos encefálicos que foram visualizados por microscópio confocal. A iluminação transcraniana aumentou a produção de ATP e de Fosfatase ácida prostática (um analgésico endógeno) e reduziu a quantidade do neurotransmissor glutamato, responsável pela condução da informação nociceptiva. Por outro lado, não observamos alteração na concentração de tubulina, um dos constituintes do citoesqueleto, e a marcação com hematoxilina-eosina revelou que não houve dano ao tecido decorrente da iluminação. Os achados apresentados nesse estudo atestam a relevância e eficácia da fotoneuromodulação proveniente de iluminação transcraniana com laser de 808 nm para suprimir a nocicepção em camundongos. Esse estudo é pioneiro na elucidação dos mecanismos de ação da fotoneuromodulação da dor in vivo. / Low-level Light therapy (LLLT) can treat acute and chronic pain. Getting knowledge about the pain pathways and the photon-neuron interactions may contribute to a better understanding of this therapy. The nociception may be self-controlled by endogenous analgesics, natural opioids that block the release of excitatory neurotransmitters, and thus make a total and nonspecific sensory inhibition. It is known that LLLT can stimulate the release of these endogenous analgesics, so it temporarily inhibits axonal transport in small diameter fibers. The knowledge of light fluence through neural tissue is essential to test the discussed assumptions. However, due to the complexity of biological tissues, the calculation (or simulation) of light-tissue interactions is impractical. In order to overcome this problem, we developed an experimental setup to estimate the light fluence in a transcranial LLLT and to map the optical properties of rat brains. It was possible to differentiate cerebral tissues and to estimate the depth of light penetration, which is more than 20 mm. We found a decrease in pain evoked either by pressure, heat, cold or inflammation after transcranial LLLT in mice. For this animal behavioral study, we developed an equipment to assess the pain threshold with pressure stimulus, which operates with better precision than commercial instruments. The LLLT mechanisms were investigated by Adenosine triphosphate ATP quantification, immunofluorescence and haematoxylin and eosin staining of brain tissues which were imaged by confocal microscopy. The transcranial irradiation increased ATP and prostatic acid phosphatase (an endogenous analgesic) production and reduced the amount of glutamate, the neurotransmitter responsible for conducting nociceptive information. There was no change in the concentration of tubulin, a constituent of the cytoskeleton, and the haematoxylin and eosin staining revealed no tissue damage due to the irradiation. This study is pioneer in elucidating the mechanisms of in vivo photoneuromodulation of pain.

A modelagem de processos em física e engenharia frequentemente resulta em problemas inversos. Em geral, esses problemas apresentam difícil resolução, pois são classificados como mal-postos. Resolvê-los, tratando-os como problemas de otimização, requer a minimização de uma função objetivo, que mede a discrepância entre os dados experimentais e os obtidos pelo modelo teórico, somada a uma função de regularização. Na maioria dos problemas práticos, essa função objetivo é não-convexa e requer o uso de métodos de otimização estocásticos. Dentre eles, tem-se o algoritmo de recozimento simulado (Simulated Annealing), que é baseado em três pilares: i) distribuição de visitação no espaço de soluções; ii) critério de aceitação; e iii) controle da estocasticidade do processo. Aqui, propomos uma nova generalização do algoritmo de recozimento simulado e da função de regularização. No algoritmo de otimização, generalizamos o cronograma de resfriamento, que usualmente são considerados algébricos ou logarítmicos, e o critério de Metropolis. Com relação à função de regularização, unificamos as versões mais utilizadas, em uma única fórmula. O parâmetro de controle dessa generalização permite transitar continuamente entre as regularizações de Tikhonov e entrópica. Por meio de experimentos numéricos, aplicamos nosso algoritmo na resolução de dois importantes problemas inversos na área de Física Médica: a determinação do espectro de um feixe de raios X, a partir de sua curva de atenuação, e a reconstrução da imagem na tomografia de impedância elétrica. Os resultados mostram que o algoritmo de otimização proposto é eficiente e apresenta um regime ótimo de parâmetros, relacionados à divergência do segundo momento da distribuição de visitação. / Modeling of processes in Physics and Engineering frequently yields inverse problems. These problems are normally difficult to be solved since they are classified as ill-posed. Solving them as optimization problems require the minimization of an objective function which measures the difference between experimental and theoretical data, added to a regularization function. For most of practical inverse problems, this objective function is non-convex and needs a stochastic optimization method. Among them, we have Simulated Annealing algorithm, which is based on three fundamentals: i) visitation distribution in the search space; ii) acceptance criterium; and iii) control of process stochasticity. Here, we propose a new generalization of simulated annealing algorithm and of the regularization function. On the optimization algorithm, we have generalized both the cooling schedule, which usually is algebric or logarithmic, and the Metropolis acceptance criterium. Regarding to regularization function, we have unified the most used versions in an unique equation. The generalization control parameter allows exchange continuously between the Tikhonov and entropic regularization. Through numerical experiments, we applied our algorithm to solve two important inverse problems in Medical Physics: determination of a beam X-rays spectrum from its attenuation curve and the image reconstruction of electrical impedance tomography. Results show that the proposed algorithm is efficient and presents an optimal arrangement of parameters, associated to the divergence of the visitation distribution.

Atualmente a utilização de fótons de raios X e gama na Medicina (radiodiagnóstico e radioterapia) gerou a necessidade do conhecimento da dose absorvida nos tecidos dos pacientes. Para isso, utiliza-se detectores com diversas funcionalidades a fim de conhecer a deposição de energia. Para ser possível a utilização destes materiais, é necessário caracterizá-los tanto quanto à resposta em função da dose absorvida, quanto à dependência com a energia. Neste trabalho foi estudada a dependência energética da resposta OSL dos dosímetros compostos por BeO e Al2O3 em feixes de raios X convencional com espectro largo, feixes de raios X de aceleradores clínicos e do acelerador Microtron do Instituto de Física da USP e fontes gama de Cs-137 e Co-60, em uma faixa de doses desde centenas de mGy até aproximadamente 2 Gy. Foram utilizadas em conjunto simulações em Monte Carlo com o código PENELOPE, que simula o transporte de fótons e elétrons na matéria, a fim de conhecer a deposição de energia nos materiais. Os espectros utilizados nas simulações foram validados através da comparação das características dos feixes tais como a deposição de dose com a profundidade, camada semirredutora, energia média e resolução espectral. Utilizando um sistema de varredura por câmara de ionização controlado remotamente, foi estudada a distribuição de doses no campo de irradiação para definir uma região de irradiação com dose uniforme para pode realizar a irradiação de um conjunto de dosímetros simultaneamente. Foram encontrados valores do fator de dependência energética experimental para os feixes mais energéticos (Co-60, Microtron 5 MeV e aceleradores clínicos de 6 e 15 MeV), com desvio menor que 3% para o Al2O3 e 5% para o BeO, indicando independência com a energia do feixe de irradiação. Já nos feixes de baixa energia, os fatores de dependência energética relativos à energia do Co-60 para o Al2O3 foram de 1,68 e 1,42, e, para o BeO, de 0,78 e 0,90 para os feixes W150 e W200 respectivamente. Estes valores indicam que, nesta faixa de energia, a resposta OSL depende mais fortemente da energia do feixe. As simulações em Monte Carlo feitas para os fatores de dependência energética se mostraram bem consistentes com os valores experimentais para o BeO em toda faixa de energia e para o Al2O3, excetuando-se os feixes de baixa energia, possivelmente pelo não completo conhecimento de todos os elementos constituintes do dosímetro empregado (fita de Luxel®). Quanto às curvas de emissão OSL para as diferentes energias de irradiação, foi observado que o sinal decai mais rápido quanto mais elevada é a energia média do feixe para o BeO. Para o Al2O3, o efeito foi mais sutil e oposto. Os estudos do feixe do Microtron mostraram que, desde que a corrente seja monitorada durante as irradiações para posterior correção da dose, é possível realizar estudos utilizando um feixe de fótons de Bremsstrahlung produzido com alvo externo e energias médias (simuladas e ainda não validadas experimentalmente) próximas às energias das fontes gama de Cs-137 e Co-60. Os resultados experimentais para as respostas OSL dos dois materiais foram compatíveis com as simulações. / Nowadays the use of X and gamma-ray photons in Medicine (radiodiology and radiotherapy) has generated the necessity of knowing the absorbed dose to the tissues of patients. For this purpose, detectors with diverse functionalities are used to know the energy deposition. To make possible the use of these materials, it is necessary to characterize the dose response, as well as the energy dependence of the response. In this work the energy dependence of the OSL response of the BeO and Al2O3 dosimeters was studied for conventional X-ray beams with wide energy spectrum, X-ray beams from clinical accelerators and from the Microtron accelerator of the Institute of Physics (University of São Paulo), and for gamma sources of Cs-137 and Co-60, in a dose range from hundreds of mGy to about 2 Gy. Monte Carlo simulations were used with the PENELOPE code, which simulates the photons and electrons transport of in the matter, to know the energy deposition in the materials. The energy spectra used in simulations were validated by comparison with beam characteristics such as depth dose deposition, half-value layer, mean energy and spectral resolution. Using a remotely controlled ionization chamber scanning system, the dose distribution within the irradiation field was evaluated to define a uniform dose region for irradiation or a set of dosimeters simultaneously. Experimental energy dependence factor values were obtained for the high-energy beams (Co-60, Microtron 5 MeV, and clinical accelerators of 6 and 15 MeV), with a deviation of less than 3% for Al2O3 and 5% for BeO, indicating independence with the beam energy. For the low-energy X-ray beams, the energy dependence factors, relative to the Co-60 energy, for Al2O3 were 1.68 and 1.42, and, for BeO, 0.78 and 0.90 for W150 and W200 beams respectively. These values indicate that, in this energy range, the OSL response depends on beam energy. Monte Carlo simulations for the energy dependence factors were consistent with experimental values for the BeO in entire energy range and for the Al2O3, with the exception of low energy beams, possibly due to the incomplete knowledge of all the elements that constitute the Luxel®. As for the shape of OSL emission curves for the different irradiation energies, it was observed that the signal decays faster the higher is the average beam energy for BeO. For Al2O3, the effect was more subtle and opposite. The Microtron beam scanning has shown that, as long as the current is monitored during irradiation for further dose-rate correction, it is possible to carry out studies using a beam of Bremsstrahlung photons produced with external target and mean energies (simulated but still not validated experimentally) close to the energies of the Cs-137 and Co-60 sources. The experimental results for the OSL responses of both materials were compatible with simulations.

O estudo do espectro de raios X é importante para predizer a qualidade da imagem em sistemas radiográficos. Nesse trabalho usamos um detector semicondutor CdTe para medir os espectros de raios X na faixa de 25 a 120 kVp. Esse detector é pequeno e fácil de ser transportado. As medidas feitas diretamente do tubo de raios X não são aconselháveis devido à alta taxa de fluência que estão acima dos limites de detecção dos detectores usuais e podem causar armadilhamento de carga no detector CdTe. A alternativa é medir os fótons espalhados a 900 a partir de um pequeno objeto espalhador, no nosso caso um cilindro de lucite (PMMA). A partir do espectro espalhado, corrigido para tempo morto e eficiência, e calibrado em energia, efetuamos correções para o ângulo de espalhamento e espalhamento coerente (somente para baixas energias). Só então formalismo de Klein-Nishina para as seções de choque do efeito Compton é aplicado aos espectros, resultando nos espectros primários. Para energia de 120 kVp foi medido um espectro do feixe direto e comparado com o obtido através do espectro espalhado para mesma energia. Para o mesmo feixe, a camada semi-redutora foi avaliada experimentalmente e com o espectro obtido por espalhamento Compton, obtendo-se boa concordância. Observamos na curva de eficiência uma descontinuidade, prevista teoricamente e também observada por outros autores, que deforma o espectro corrigido. Foi aplicado um ajuste polinomial a essa curva, suavizando os espectros obtidos e não alterando sua forma. Os resultados foram satisfatórios e validaram o formalismo apresentado por outros autores, utilizando detectores distintos. / The analysis of x-ray spectra is important to predict image quality in radiographic systems. In this work we used a semiconductor CdTe detector to measure x-ray spectra with a CdTe detector, in the range from 25 to 120 kVp. The CdTe detector is small and portable. The measurements done directly in the primary X rays beam can be difficult because of the high photon fluence rates that cause significant detector photon pile up, and can cause charge trapping in the CdTe. The alternative is to measure the photons scattered at 900 by a small scattering object, in our case a Lucite cylinder (PMMA). Starting from the scattered spectrum, corrected to dead time and efficiency and calibrated in energy, we made corrections for the scattering angle and coherent scattering (only at low energies). After that, the Klein Nishina cross section for Compton scattering are applied to the spectra, resulting in the primary spectra. For the 120 kVp beam a spectrum of the direct beam was measured and compared to the one obtained it through the scattered spectrum for the same energy. The half value layer of the same spectrum was determined experimentally and through the calculated spectrum, and the agreement was very good. The efficiency curve presents a discontinuity, also observed by other authors and predicted theoretically, that deforms the corrected spectrum. A polynomial fitting was adjusted to the efficiency curve, smoothing the corrected spectra without and not altering its form. The results were satisfactory and they validated the methodology presented by other authors, using different detectors.

No último século, houve grande avanço no entendimento das interações das radiações com a matéria. Essa compreensão se faz necessária para diversas aplicações, entre elas o uso de raios X no diagnóstico por imagens. Neste caso, imagens são formadas pelo contraste resultante da diferença na atenuação dos raios X pelos diferentes tecidos do corpo. Entretanto, algumas das interações dos raios X com a matéria podem levar à redução da qualidade destas imagens, como é o caso dos fenômenos de espalhamento. Muitas abordagens foram propostas para estimar a distribuição espectral de fótons espalhados por uma barreira, ou seja, como no caso de um feixe de campo largo, ao atingir um plano detector, tais como modelos que utilizam métodos de Monte Carlo e modelos que utilizam aproximações analíticas. Supondo-se um espectro de um feixe primário que não interage com nenhum objeto após sua emissão pelo tubo de raios X, este espectro é, essencialmente representado pelos modelos propostos anteriormente. Contudo, considerando-se um feixe largo de radiação X, interagindo com um objeto, a radiação a ser detectada por um espectrômetro, passa a ser composta pelo feixe primário, atenuado pelo material adicionado, e uma fração de radiação espalhada. A soma destas duas contribuições passa a compor o feixe resultante. Esta soma do feixe primário atenuado, com o feixe de radiação espalhada, é o que se mede em um detector real na condição de feixe largo. O modelo proposto neste trabalho visa calcular o espectro de um tubo de raios X, em situação de feixe largo, o mais fidedigno possível ao que se medem em condições reais. Neste trabalho se propõe a discretização do volume de interação em pequenos elementos de volume, nos quais se calcula o espalhamento Compton, fazendo uso de um espectro de fótons gerado pelo Modelo de TBC, a equação de Klein-Nishina e considerações geométricas. Por fim, o espectro de fótons espalhados em cada elemento de volume é somado ao espalhamento dos demais elementos de volume, resultando no espectro total espalhado. O modelo proposto foi implementado em ambiente computacional MATLAB® e comparado com medições experimentais para sua validação. O modelo proposto foi capaz de produzir espectros espalhados em diferentes condições, apresentando boa conformidade com os valores medidos, tanto em termos quantitativos, nas quais a diferença entre kerma no ar calculado e kerma no ar medido é menor que 10%, quanto qualitativos, com fatores de mérito superiores a 90%. / The understanding of the interactions between radiation and matter advanced considerably in the last century. This understanding was needed by several applications, such as the use of X-rays in diagnostic imaging. In diagnostic applications, the image is created by the contrast resulting from the X-ray attenuation by the different body tissues. However, some interactions between the X-rays with the matter may reduce the quality of the images obtained in diagnostic imaging, as is the case of the scattering phenomenon. There are several modeling approaches to estimate the spectral distribution of photons scattered through a barrier, as in the case of a broad beam hitting a spectrometer detector. For instance, there are approaches that use Monte Carlo methods and approaches that use analytical approximations. Assuming a primary spectrum that does not interact with any object after its issuance by the X -ray tube, this spectrum is essentially represented by the previously proposed models. However, considering a broad beam of X-rays interacting with an object, the radiation to be detected by a spectrometer is now composed of the primary beam attenuated by the added material, and a scattered radiation fraction. The sum of these two contributions becomes part of the resulting beam. This sum of attenuated primary beam with the scattered radiation beam is what is measured in a real detector in broad beam condition. The model proposed in this work aims to simulate the spectrum of an x-ray tube in wide beam situation, the most reliable possible to what is measured in real conditions. In this work we propose the discretisation of the volume of interaction into small volume elements, which are used to calculate the Compton scattering. The spectrum of the photon spreading in each volume element is added to other volume elements, resulting in the spectrum of the whole barrier. The proposed model was implemented in MATLAB®, a computational environment. We evaluate the model by comparing the computational results with results from physical experiments. The model we propose was capable of creating accurate distribution of the spectrum spreading, under different conditions and in different experiments. The model results were close to the results obtained by experimental evaluation, both quantitatively, such as the difference smaller than 10% between the simulated air kerma and the measured air kerma obtained in the experimental evaluation, and qualitatively.

A Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET - Positron Emission Tomography) é uma modalidade de imagens para o diagnóstico em Medicina Nuclear. São utilizados radiofármacos emissores de pósitrons que possibilitam obter imagens que representam o processo bioquímico dessas substâncias no órgão ou tecido de interesse in vivo. São detectados, em coincidência, os fótons provenientes da aniquilação pósitron/elétron, que ocorre dentro do corpo do paciente. Esta informação é posteriormente utilizada para a reconstrução do objeto em estudo. Atualmente, existem dois tipos de equipamentos capazes de realizar estudos tomográficos por emissão de pósitrons: o dedicado e a câmara PET/SPCET. Este trabalho abordou este último tipo, que permite também a realização de exames habituais de Medicina Nuclear, que usam emissores de fótons. Existem dificuldades inerentes ao método de aquisição destas imagens que afetam a quantificação de índices ou atividade. Elas estão relacionadas ao fato de a emissão de radiação obedecer a uma distribuição de Poisson, às interações físicas da radiação com o corpo do paciente e com o detector, ao ruído devido à natureza estatística destas interações e de todo o processo de detecção, assim como à metodologia de aquisição dos exames (preparo e posicionamento do paciente, taxa de contagens etc.). Correções são propostas na literatura que não são totalmente implementadas pelos fabricantes: de espalhamento, de atenuação, de eventos aleatórios, do tempo morto, de decaimento, da resolução espacial e de outras características do equipamento. O objetivo deste trabalho foi o de realizar um estudo dos métodos aplicados por dois fabricantes, assim como algumas influências das características técnicas das câmaras PET/SPECT na obtenção do índice de SUV (Standardized Uptake Value). Para isso, dados de simuladores físicos, dispostos em várias montagens, foram obtidos com uma câmara no modo 3D e outra no modo 20. Constatou-se também que a forma das fontes usadas para calibração influencia no resultado final e impõe novos desafios para a quantificação em uma situação clínica. Por fim, no momento da quantificação, a região de interesse deve ser escolhida de acordo com aquela usada para a determinação dos coeficientes de correção e calibração. Verificou-se que é viável realizar quantificações com câmaras PET/SPECT, inclusive o índice SUV. Para tanto, além das correções citadas anteriormente, é imprescindível ter o equipamento bem ajustado, assim como a obtenção de coeficientes para normalização da sensibilidade e correção do efeito de volume parcial. / Positron Emission Tomography (PET) is a Nuclear Medicine imaging modality for diagnostic purposes. Pharmaceuticals labeled with positron emitters are used and images which represent the in vivo biochemical process within tissues can be obtained. The positron/electron annihilation photons are detected in coincidence and this information is used for object reconstruction. Presently, there are two types of systems available for this imaging modality: the dedicated systems and those based on gamma camera technology. In this work, we utilized PET/SPECT systems, which also allows for the traditional Nuclear Medicine studies based on single photon emitters. There are inherent difficulties which affect quantification of activity and other indices. They are related to the Poisson nature of radioactivity, to radiation interactions with patient body and detector, noise due to statistical nature of these interactions and to all the detection processes, as well as the patient acquisition protocols. Corrections are described in the literature and not all of them are implemented by the manufacturers: scatter, attenuation, randoms, decay, dead time, spatial resolution, and others related to the properties of each equipment. The goal of this work was to assess these methods adopted by two manufacturers, as well as the influence of some technical characteristics of PET/SPECT systems on the estimation of SUV. Data from a set of phantoms were collected in 3D mode by one camera and 20, by the other. We concluded that quantification is viable in PET/SPECT systems, including the estimation of SUVs. This is only possible if, apart from the above mentioned corrections, the camera is well tuned and coefficients for sensitivity normalization and partial volume corrections are applied. We also verified that the shapes of the sources used for obtaining these factors play a role on the final results and should be dealt with carefully in clinical quantification. Finally, the choice of the region of interest is critical and it should be the same used to calculate the correction factors.

As técnicas radioterápicas evoluíram muito nas últimas décadas, destacando-se a utilização de feixes segmentados por colimadores de multifolhas, os quais permitem entregar maior quantidade de dose com maior precisão espacial. Os sistemas de planejamento em radioterapia (TPS), entretanto, são em grande parte fechados, com acesso restrito aos parâmetros de cálculo de dose. Desta forma, o presente trabalho teve como principal objetivo comparar valores de dose envolvidas em tratamentos radioterápicos, medidos com a técnica de dosimetria termoluminescente (TL), usando um objeto simulador antropomórfico (Alderson Rando Phantom - ARP) como paciente, com valores de referência extraídos dos TPS em simulações realistas de tratamento. O objeto simulador continha dosímetros TL de LiF (TLD100) posicionados na pelve, no tórax, na cabeça e no pescoço, a fim de que fossem monitoradas regiões com dose homogênea (como no volume alvo planejado - PTV), regiões com gradiente de dose e regiões afastadas do PTV. As irradiações foram feitas usando técnicas de radioterapia conformacional 3D e radioterapia por modulação da intensidade do feixe (IMRT). Quatro TPS foram utilizados: CadPlan, ECLIPSE, Helax-TMS e KonRad. Em algumas situações utilizaram-se algoritmos de cálculo implementados pelos fabricantes nos TPS; dois deles baseados em correção de heterogeneidades (Batho e pencil beam) e um deles baseado em convolução e superposição de feixes simulados (collapsed cone). Nos casos de irradiações com IMRT os algoritmos foram sempre usados. Paralelamente ao uso do ARP, utilizou-se um objeto simulador com água com objetivo de verificar o comportamento dos dosímetros TL expostos a feixes de fótons de alta energia, em comparação com câmaras de ionização cilíndricas do tipo Farmer (volume interno de 0,6 cm3). Além disso, esse objeto simulador possibilitou garantir a qualidade de suportes desenvolvidos para a câmara e para os dosímetros, nos casos de medidas em água. A irradiação da pelve do objeto simulador ARP, região com poucas heterogeneidades, revelou que o comportamento do material que o constitui é equivalente ao da água e, por isso, pode ser usado na simulação de tecido humano em feixes de radioterapia. Simulações de tratamentos revelaram compatibilidade entre valores medidos e planejados no interior do PTV, com discrepâncias menores que 2%; valores que estão dentro dos limites estabelecidos pelo ICRU62 (+7%/-5%, 2?). Nas regiões afastadas do PTV, todos os códigos de planejamento apresentaram discrepâncias relativamente grandes, evidenciando limitações no cálculo de componentes secondárias. Apesar dos algoritmos de cálculo aumentarem a concordância entre doses medidas e planejadas, não foi possível identificar diferenças entre os algoritmos pencil beam e collapsed cone. Em regiões onde havia alto gradiente de dose, as discrepâncias se tornam maiores devido à dificuldade em posicionar os dosímetros no mesmo ponto em que o cálculo é feito. Sistematicamente, observou-se que a técnica para radioterapia 3D apresenta valores de dose dentro dos limites preestabelecidos, enquanto IMRT mostra valores com maior exatidão. / The last decades noticed a massive improvement in radiotherapy techniques and the use of segmented beams produced by multileaf collimators. However, the dose radiation therapy planning systems (TPS) in use are characterized by the restriction of access to the calculation algorithms. The aim of this work was to compare dose values measured in an anthropomorphic phantom (Alderson Rando Phantom - ARP) to the reference dose values obtained from the TPS in real case simulations of radiotherapy treatments. Thermoluminescent dosimetry (TLD) technique was used to evaluate the doses. LiF dosimeters (TLD100) were positioned on the phantom pelvis, thorax, head and neck at homogeneous dose regions, as the Planned Target Volume (PTV), gradient dose regions, and areas far from PTV. The doses were delivered using two techniques, 3D conformal radiotherapy and Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT). Four TPS were used: CadPlan, ECLIPSE, Helax-TMS and KonRad. In several situations, calculation algorithms implemented in these planning systems were employed to take heterogeneities into account: two of them were correction-based algorithms (Batho and Pencil Beam) and one of them based in beam convolution-superposition (Collapsed Cone). Furthermore, a liquid water phantom was used to compare the TLD behavior to the Farmer thimble chamber (0,6 cc internal volume) results when exposed to high-energy photon beams. It was also possible to verify the quality of the PMMA supports that wer used in the calibration of the dosimeters on clinical beam, obtaining reliable results. Both the ARP pelvis and a water phantom showed similar behavior under irradiation, indicating that, in highly homogenous regions, the ARP material can be used to simulate human soft tissues under radiotherapy treatment. Inside the PTV, the dosimetry performed in the ARP, showed compatibility between measured and planned dose values, with discrepancies smaller than 2%, which are within the ICRU62 fixed limits (+7%/-5%, 2?). When the algorithms were used, a better agreement between the experimental and planned doses was achieved, but it was not possible to discriminate the Pencil Beam and Collapsed Cone algorithms. In regions with large dose gradients, the discrepancies between experimental and planned dose values are higher as the difficulties the position of the dosimeters are more critical. The measured doses, when the 3D radiotherapy technique was used, were within the ICRU62 pre-established limits whereas the IMRT technique provider more accurate values.

A análise do sono está baseada na polissonogra a e o sinal de EEG é o mais importante. A necessidade de desenvolver uma análise automática do sono tem dois objetivos básicos: reduzir o tempo gasto na análise visual e explorar novas medidas quantitativas e suas relações com certos tipos de distúrbios do sono. A estrutura do sinal de EEG de sono está relacionada com a chamada microestrutura do sono, que é composta por grafoelementos. Um destes grafoelementos é o fuso de sono (spindles). Foi utilizado um delineamento transversal aplicado a um grupo de indivíduos normais do sexo masculino para testar o desempenho de um conjunto de ferramentas para a detecção automática de fusos. Exploramos a detecção destes fusos de sono através de procura direta, Matching Pursuit e uma rede neural que utiliza como "input"a transformada de Gabor (GT). Em comparação com a análise visual, o método utilizando a transformada de Gabor e redes neurais apresentou uma sensibilidade de 77% e especi cidade de 73%. Já o Matching Pursuit, apesar de mais demorado, se mostrou mais e ciente, apresentando sensibilidade de 81,2% e especi cidade de 85.2%.

A análise do sono está baseada na polissonogra a e o sinal de EEG é o mais importante. A necessidade de desenvolver uma análise automática do sono tem dois objetivos básicos: reduzir o tempo gasto na análise visual e explorar novas medidas quantitativas e suas relações com certos tipos de distúrbios do sono. A estrutura do sinal de EEG de sono está relacionada com a chamada microestrutura do sono, que é composta por grafoelementos. Um destes grafoelementos é o fuso de sono (spindles). Foi utilizado um delineamento transversal aplicado a um grupo de indivíduos normais do sexo masculino para testar o desempenho de um conjunto de ferramentas para a detecção automática de fusos. Exploramos a detecção destes fusos de sono através de procura direta, Matching Pursuit e uma rede neural que utiliza como "input"a transformada de Gabor (GT). Em comparação com a análise visual, o método utilizando a transformada de Gabor e redes neurais apresentou uma sensibilidade de 77% e especi cidade de 73%. Já o Matching Pursuit, apesar de mais demorado, se mostrou mais e ciente, apresentando sensibilidade de 81,2% e especi cidade de 85.2%.

A Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET - Positron Emission Tomography) é uma modalidade de imagens para o diagnóstico em Medicina Nuclear. São utilizados radiofármacos emissores de pósitrons que possibilitam obter imagens que representam o processo bioquímico dessas substâncias no órgão ou tecido de interesse in vivo. São detectados, em coincidência, os fótons provenientes da aniquilação pósitron/elétron, que ocorre dentro do corpo do paciente. Esta informação é posteriormente utilizada para a reconstrução do objeto em estudo. Atualmente, existem dois tipos de equipamentos capazes de realizar estudos tomográficos por emissão de pósitrons: o dedicado e a câmara PET/SPCET. Este trabalho abordou este último tipo, que permite também a realização de exames habituais de Medicina Nuclear, que usam emissores de fótons. Existem dificuldades inerentes ao método de aquisição destas imagens que afetam a quantificação de índices ou atividade. Elas estão relacionadas ao fato de a emissão de radiação obedecer a uma distribuição de Poisson, às interações físicas da radiação com o corpo do paciente e com o detector, ao ruído devido à natureza estatística destas interações e de todo o processo de detecção, assim como à metodologia de aquisição dos exames (preparo e posicionamento do paciente, taxa de contagens etc.). Correções são propostas na literatura que não são totalmente implementadas pelos fabricantes: de espalhamento, de atenuação, de eventos aleatórios, do tempo morto, de decaimento, da resolução espacial e de outras características do equipamento. O objetivo deste trabalho foi o de realizar um estudo dos métodos aplicados por dois fabricantes, assim como algumas influências das características técnicas das câmaras PET/SPECT na obtenção do índice de SUV (Standardized Uptake Value). Para isso, dados de simuladores físicos, dispostos em várias montagens, foram obtidos com uma câmara no modo 3D e outra no modo 20. Constatou-se também que a forma das fontes usadas para calibração influencia no resultado final e impõe novos desafios para a quantificação em uma situação clínica. Por fim, no momento da quantificação, a região de interesse deve ser escolhida de acordo com aquela usada para a determinação dos coeficientes de correção e calibração. Verificou-se que é viável realizar quantificações com câmaras PET/SPECT, inclusive o índice SUV. Para tanto, além das correções citadas anteriormente, é imprescindível ter o equipamento bem ajustado, assim como a obtenção de coeficientes para normalização da sensibilidade e correção do efeito de volume parcial. / Positron Emission Tomography (PET) is a Nuclear Medicine imaging modality for diagnostic purposes. Pharmaceuticals labeled with positron emitters are used and images which represent the in vivo biochemical process within tissues can be obtained. The positron/electron annihilation photons are detected in coincidence and this information is used for object reconstruction. Presently, there are two types of systems available for this imaging modality: the dedicated systems and those based on gamma camera technology. In this work, we utilized PET/SPECT systems, which also allows for the traditional Nuclear Medicine studies based on single photon emitters. There are inherent difficulties which affect quantification of activity and other indices. They are related to the Poisson nature of radioactivity, to radiation interactions with patient body and detector, noise due to statistical nature of these interactions and to all the detection processes, as well as the patient acquisition protocols. Corrections are described in the literature and not all of them are implemented by the manufacturers: scatter, attenuation, randoms, decay, dead time, spatial resolution, and others related to the properties of each equipment. The goal of this work was to assess these methods adopted by two manufacturers, as well as the influence of some technical characteristics of PET/SPECT systems on the estimation of SUV. Data from a set of phantoms were collected in 3D mode by one camera and 20, by the other. We concluded that quantification is viable in PET/SPECT systems, including the estimation of SUVs. This is only possible if, apart from the above mentioned corrections, the camera is well tuned and coefficients for sensitivity normalization and partial volume corrections are applied. We also verified that the shapes of the sources used for obtaining these factors play a role on the final results and should be dealt with carefully in clinical quantification. Finally, the choice of the region of interest is critical and it should be the same used to calculate the correction factors.