A qualidade para o tratamento radioterápico depende essencialmente da capacidade de realizar medidas de dose absorvida no volume de tratamento, minimizando aquela nos tecidos vizinhos, para tal é necessária a determinação dos parâmetros dosimétricos como Porcentagem de Dose Profunda, Perfil de Campo e Fator de Campo que auxiliam a rotina da radioterapia. Os objetivos deste trabalho são: a determinação desses parâmetros para campos pequenos com feixes de elétrons, através dos dosímetro FXG e compará-los com os obtidos com uma câmara de ionização (CI), além de obter o coeficiente de difusão para o dosímetro FXG e sua energia de ativação. Dessa maneira, campos pequenos foram formados através de colimadores especiais dos quais os parâmetros puderam ser inferidos para ambos os dosímetros. O parâmetro dosimétrico Perfil de Campo foi utilizado também para as medidas do coeficiente de difusão, necessário para se corrigir a dose absorvida no tempo, o qual foi analisado através de uma metodologia inovadora das medidas das absorbâncias espaçostemporais e devido aos seus comportamentos comparados a funções gaussianas, o que possibilitou a sua determinação. O FXG apresentou resolução espacial suficiente para a determinação dos parâmetros dosimétricos, os coeficientes de difusão obtidos têm valores respectivos de 0,20 ± 0,03 e 0,40 ± 0,02 mm2/h, e destes a energia de ativação inferida foi de 0,3 ± 0,1 eV. Das análises dos resultados, pode-se concluir que o FXG pode ser utilizado na rotina de radioterapia também para campos pequenos. / Dosimetric parameters such as Percentage Depth Dose, Field Profile and Output Factor are necessary in radiotherapy routine, once they can help to improve the quality of the treatment and consequently of the absorbed dose delivered to the tumor. In this work the dosimetric parameters for electron beams of 8 and 10 MeV were measured with the chemical dosimeter Fricke Xylenol Gel for small field sizes (square and circular) and were compared with those obtained with an ionization chamber. The chemical dosimeter signal, given by the complex Fe+3 - Xylenol concentration, has a temporal dependency, to which its diffusion coefficient was determined together with the activation energy, necessary for the Fe+3 migrations in the gel. These two parameters were measured, for the first time, for the Fricke Xylenol Gel and for that a novel methodology was also created. The measured parameters, dosimetric ones together with the diffusion coefficient and activation energy corroborate, to present the chemical dosimeter, as an adequate one to be used in radiotherapy with electron beams for small field sizes.

A qualidade para o tratamento radioterápico depende essencialmente da capacidade de realizar medidas de dose absorvida no volume de tratamento, minimizando aquela nos tecidos vizinhos, para tal é necessária a determinação dos parâmetros dosimétricos como Porcentagem de Dose Profunda, Perfil de Campo e Fator de Campo que auxiliam a rotina da radioterapia. Os objetivos deste trabalho são: a determinação desses parâmetros para campos pequenos com feixes de elétrons, através dos dosímetro FXG e compará-los com os obtidos com uma câmara de ionização (CI), além de obter o coeficiente de difusão para o dosímetro FXG e sua energia de ativação. Dessa maneira, campos pequenos foram formados através de colimadores especiais dos quais os parâmetros puderam ser inferidos para ambos os dosímetros. O parâmetro dosimétrico Perfil de Campo foi utilizado também para as medidas do coeficiente de difusão, necessário para se corrigir a dose absorvida no tempo, o qual foi analisado através de uma metodologia inovadora das medidas das absorbâncias espaçostemporais e devido aos seus comportamentos comparados a funções gaussianas, o que possibilitou a sua determinação. O FXG apresentou resolução espacial suficiente para a determinação dos parâmetros dosimétricos, os coeficientes de difusão obtidos têm valores respectivos de 0,20 ± 0,03 e 0,40 ± 0,02 mm2/h, e destes a energia de ativação inferida foi de 0,3 ± 0,1 eV. Das análises dos resultados, pode-se concluir que o FXG pode ser utilizado na rotina de radioterapia também para campos pequenos. / Dosimetric parameters such as Percentage Depth Dose, Field Profile and Output Factor are necessary in radiotherapy routine, once they can help to improve the quality of the treatment and consequently of the absorbed dose delivered to the tumor. In this work the dosimetric parameters for electron beams of 8 and 10 MeV were measured with the chemical dosimeter Fricke Xylenol Gel for small field sizes (square and circular) and were compared with those obtained with an ionization chamber. The chemical dosimeter signal, given by the complex Fe+3 - Xylenol concentration, has a temporal dependency, to which its diffusion coefficient was determined together with the activation energy, necessary for the Fe+3 migrations in the gel. These two parameters were measured, for the first time, for the Fricke Xylenol Gel and for that a novel methodology was also created. The measured parameters, dosimetric ones together with the diffusion coefficient and activation energy corroborate, to present the chemical dosimeter, as an adequate one to be used in radiotherapy with electron beams for small field sizes.

Neste trabalho foi desenvolvido um novo método para a determinação das doses absorvidas nos exames de tomografia computadorizada, utilizando a dosimetria com Fricke gel desenvolvido no IPEN. Foram determinadas as doses absorvidas por diferentes metodologias de análise, como a espectrometria de absorção óptica, câmaras de ionização e imageamento por ressonância magnética. Foram realizados testes de limite mínimo de sensibilidade da solução de Fricke gel, repetitividade de sinal da solução de Fricke gel e dos equipamentos de tomografia computadorizada, sensibilidade de detecção, entre outros. Foram utilizados diferentes equipamentos de tomografia computadorizada com múltiplos detectores. A solução Fricke gel apresentou repetitividade melhor que ± 5,5% utilizando a técnica de espectrofotometria de absorção óptica e os equipamentos de tomografia computadorizada apresentaram repetitividade melhor que ± 0,2%. Foi desenvolvido um objeto simulador de crânio preenchido com a solução Fricke gel para a determinação da colimação total do equipamento e a distribuição de dose utilizando a técnica de imageamento tridimensional por ressonância magnética. A solução Fricke gel apresenta um preparo fácil e relativamente rápido, porém é necessária atenção para não haver contaminação e perder a solução. Com os resultados obtidos foi confirmada a aplicação deste tipo de dosimetria para os equipamentos de tomografia computadorizada. / In this work it was determined a new method for the determination of absorbed doses in Computed Tomography (CT) examinations using Fricke gel dosimetry developed at IPEN. Absorbed doses were determined by different methods of analysis, such as optical absorption spectrometry, ionization chambers and magnetic resonance imaging. Lower limit of sensitivity of the Fricke gel solution, the solution repeatability signal Fricke gel and CT equipment, detection sensitivity, among other tests were performed. Different equipment of computed tomography with multiple detectors were used. The Fricke gel solution showed better repeatability than 5.5% using the technique of optical absorption spectrophotometry and computed tomography equipment showed repeatability better than ± 0.2%. It was developed a skull phantom which was filled with Fricke gel solution for determining the total collimation of the equipment and the dose distribution using the technique of three-dimensional magnetic resonance imaging. The Fricke gel solution features an easy and relatively quick preparation, but it is necessary to be careful not to contaminate and lose the solution. With the results it was confirmed the application of this type of dosimetry for computed tomography equipment.

Neste trabalho foi desenvolvido um novo método para a determinação das doses absorvidas nos exames de tomografia computadorizada, utilizando a dosimetria com Fricke gel desenvolvido no IPEN. Foram determinadas as doses absorvidas por diferentes metodologias de análise, como a espectrometria de absorção óptica, câmaras de ionização e imageamento por ressonância magnética. Foram realizados testes de limite mínimo de sensibilidade da solução de Fricke gel, repetitividade de sinal da solução de Fricke gel e dos equipamentos de tomografia computadorizada, sensibilidade de detecção, entre outros. Foram utilizados diferentes equipamentos de tomografia computadorizada com múltiplos detectores. A solução Fricke gel apresentou repetitividade melhor que ± 5,5% utilizando a técnica de espectrofotometria de absorção óptica e os equipamentos de tomografia computadorizada apresentaram repetitividade melhor que ± 0,2%. Foi desenvolvido um objeto simulador de crânio preenchido com a solução Fricke gel para a determinação da colimação total do equipamento e a distribuição de dose utilizando a técnica de imageamento tridimensional por ressonância magnética. A solução Fricke gel apresenta um preparo fácil e relativamente rápido, porém é necessária atenção para não haver contaminação e perder a solução. Com os resultados obtidos foi confirmada a aplicação deste tipo de dosimetria para os equipamentos de tomografia computadorizada. / In this work it was determined a new method for the determination of absorbed doses in Computed Tomography (CT) examinations using Fricke gel dosimetry developed at IPEN. Absorbed doses were determined by different methods of analysis, such as optical absorption spectrometry, ionization chambers and magnetic resonance imaging. Lower limit of sensitivity of the Fricke gel solution, the solution repeatability signal Fricke gel and CT equipment, detection sensitivity, among other tests were performed. Different equipment of computed tomography with multiple detectors were used. The Fricke gel solution showed better repeatability than 5.5% using the technique of optical absorption spectrophotometry and computed tomography equipment showed repeatability better than ± 0.2%. It was developed a skull phantom which was filled with Fricke gel solution for determining the total collimation of the equipment and the dose distribution using the technique of three-dimensional magnetic resonance imaging. The Fricke gel solution features an easy and relatively quick preparation, but it is necessary to be careful not to contaminate and lose the solution. With the results it was confirmed the application of this type of dosimetry for computed tomography equipment.

O procedimento de esterilização do sangue é adotado para que sejam mínimas as condições necessárias de manifestação da doença do enxertoversus- hospedeiro associada à transfusão de sangue (DECHT), síndrome, geralmente fatal. Neste trabalho foi utilizada a solução Fricke gel desenvolvida no IPEN para a obtenção de um objeto simulador de bolsa de sangue empregada no processo de irradiação para esterilização de sangue em um irradiador Gammacell Elan. O objetivo desse trabalho é determinar a homogeneidade da dose aplicada no processo de esterilização de bolsas de sangue. Foram utilizadas as técnicas de Espectrofotometria de Absorção Óptica (EAO), Densitometria Óptica (DO), Termoluminescência (TL) e Ressonância Magnética por Imagem (RMI) e os softwares Numaris® versão 4 (Syngo-MR-A30) e MatLab® (versão 9.0) para a aquisição e reconstrução das imagens. O estudo foi realizado posicionando no canister do irradiador inicialmente uma bolsa e, posteriormente, duas bolsas e três bolsas e aplicando uma dose nominal de 25 Gy. O fabricante do irradiador Gammacell Elan recomenda que seja irradiado em cada procedimento o valor máximo de três bolsas de sangue. Os resultados obtidos indicam que o irradiador Gammacell Elan não demostrou homogeneidade na distribuição da dose. Irradiando uma bolsa de sangue foi obtida uma diferença de dose de 3,65 %, enquanto para duas bolsas de sangue essa diferença caiu para 2,65 % e quando posicionadas três bolsas de sangue a diferença de dose foi de 1,88 %. O tempo de abertura de fechamento do equipamento de irradiação é responsável pela diferença de dose 3,17 % acima da dose prevista à realização das irradiações de bolsas de sangue. Os resultados obtidos usando o filme radiocrômico Grafchromic MD-55 de dupla face aplicada à avaliação de dose no sistema de rotação de irradiação não apresentou resultados reproduzíveis. / The blood sterilization procedure is adopted so that the necessary conditions of manifestation of graft-versus-host syndrome, disease associated with blood transfusion (AT-GVHD), usually a fatal disease, are minimal. In this work the Fricke gel solution developed in IPEN was used for obtaining a phantom of blood bag used in the irradiation process for sterilization of blood in a Gammacell irradiator Elan. The objective of this study was to evaluate the homogeneity of the applied radiation sterilization dose in the blood bags. Optical Absorption Spectroscopy (OAS), Optical Densitometry (OD), Thermoluminescence (TL) and Magnetic Resonance Imaging (MRI) technics and Numaris® software version 4 (Syngo-MR-A30) and MatLab® (version 9.0) softwares were used to images acquisition and reconstruction. The study was conducted positioning one bag in the canister irradiator initially and subsequently two and three bags together and applying a nominal dose of 25 Gy. The Elan Gammacell irradiator manufacturer recommends that the maximum values of three blood bags are irradiated in each procedure. The results indicate that the Gammacell irradiator Elan did not presents homogeneous dose distribution. Radiating a blood bag a dose difference of 3.65 % was obtained, while for two bags of blood that difference dropped to 2.65% and when positioned three blood bags the difference in dose was 1.88 %. The opening and closing times of the irradiation source is responsible for an increasing in the planned irradiation dose of 3.17%. The results obtained using radiochromic double-sided Grafchromic MD-55 film applied to dose evaluation in the rotation irradiation system did not present reproducible results.

Neste trabalho foi padronizado o método de obtenção da solução Fricke gel desenvolvida no IPEN. Foram comparados os resultados obtidos para diferentes qualidades do gel utilizado na preparação das soluções e a influência da concentração de gelatina na resposta das soluções dosimétricas. Testes de desempenho tais como: resposta em função da dose, limites mínimo e máximo de detecção, reprodutibilidade da resposta, entre outros, foram realizados utilizando diferentes tipos de radiação e empregando as técnicas de espectrofotometria de Absorção Óptica (AO) e Ressonância Magnética (RM). Os intervalos de dose determinados para radiação gama do Co 60 e fótons de 6 MeV estão entre 0,4 e 30,0 Gy e entre 0,5 e 100,0 Gy , empregando as técnicas de AO e RM, respectivamente. Um estudo de difusão dos íons férricos na solução foi realizado para a determinação do intervalo de tempo ótimo entre a irradiação e a avaliação das amostras; as imagens por RM podem ser obtidas com boa nitidez até 2,5 horas após a irradiação. Também foi desenvolvido um simulador esférico constituído de solução Fricke gel preparada com 5% de gelatina 270 Bloom (qualidade nacional), para a avaliação tridimensional de dose empregando a técnica de Imageamento por Ressonância Magnética (IRM). A solução Fricke gel preparada com gelatina 270 Bloom , que, além do baixo custo, pode ser adquirida facilmente no mercado nacional, apresenta resultados satisfatórios quanto à facilidade de manuseio, sensibilidade, reprodutibilidade da resposta e consistência. Os resultados obtidos confirmam sua aplicabilidade na dosimetria tridimensional pela técnica de IRM. / This study standardized the method for obtaining the Fricke gel solution developed at IPEN. The results for different gel qualities used in the preparation of solutions and the influence of the gelatin concentration in the response of dosimetric solutions were compared. Type tests such as: dose response dependence, minimum and maximum detection limits, response reproducibility, among others, were carried out using different radiation types and the Optical Absorption (OA) spectrophotometry and Magnetic Resonance (MR) techniques. The useful dose ranges for Co 60 gamma radiation and 6 MeV photons are 0,4 to 30,0 Gy and 0,5 to 100,0 Gy , using OA and MR techniques, respectively. A study of ferric ions diffusion in solution was performed to determine the optimum time interval between irradiation and samples evaluation; until 2,5 hours after irradiation to obtain sharp MR images. A spherical simulator consisting of Fricke gel solution prepared with 5% by weight 270 Bloom gelatine (national quality) was developed to be used to three-dimensional dose assessment using the Magnetic Resonance Imaging (MRI) technique. The Fricke gel solution prepared with 270 Bloom gelatine, that, in addition to low cost, can be easily acquired on the national market, presents satisfactory results on the ease of handling, sensitivity, response reproducibility and consistency. The results confirm their applicability in the threedimensional dosimetry using MRI technique.

Neste trabalho foi padronizado o método de obtenção da solução Fricke gel desenvolvida no IPEN. Foram comparados os resultados obtidos para diferentes qualidades do gel utilizado na preparação das soluções e a influência da concentração de gelatina na resposta das soluções dosimétricas. Testes de desempenho tais como: resposta em função da dose, limites mínimo e máximo de detecção, reprodutibilidade da resposta, entre outros, foram realizados utilizando diferentes tipos de radiação e empregando as técnicas de espectrofotometria de Absorção Óptica (AO) e Ressonância Magnética (RM). Os intervalos de dose determinados para radiação gama do Co 60 e fótons de 6 MeV estão entre 0,4 e 30,0 Gy e entre 0,5 e 100,0 Gy , empregando as técnicas de AO e RM, respectivamente. Um estudo de difusão dos íons férricos na solução foi realizado para a determinação do intervalo de tempo ótimo entre a irradiação e a avaliação das amostras; as imagens por RM podem ser obtidas com boa nitidez até 2,5 horas após a irradiação. Também foi desenvolvido um simulador esférico constituído de solução Fricke gel preparada com 5% de gelatina 270 Bloom (qualidade nacional), para a avaliação tridimensional de dose empregando a técnica de Imageamento por Ressonância Magnética (IRM). A solução Fricke gel preparada com gelatina 270 Bloom , que, além do baixo custo, pode ser adquirida facilmente no mercado nacional, apresenta resultados satisfatórios quanto à facilidade de manuseio, sensibilidade, reprodutibilidade da resposta e consistência. Os resultados obtidos confirmam sua aplicabilidade na dosimetria tridimensional pela técnica de IRM. / This study standardized the method for obtaining the Fricke gel solution developed at IPEN. The results for different gel qualities used in the preparation of solutions and the influence of the gelatin concentration in the response of dosimetric solutions were compared. Type tests such as: dose response dependence, minimum and maximum detection limits, response reproducibility, among others, were carried out using different radiation types and the Optical Absorption (OA) spectrophotometry and Magnetic Resonance (MR) techniques. The useful dose ranges for Co 60 gamma radiation and 6 MeV photons are 0,4 to 30,0 Gy and 0,5 to 100,0 Gy , using OA and MR techniques, respectively. A study of ferric ions diffusion in solution was performed to determine the optimum time interval between irradiation and samples evaluation; until 2,5 hours after irradiation to obtain sharp MR images. A spherical simulator consisting of Fricke gel solution prepared with 5% by weight 270 Bloom gelatine (national quality) was developed to be used to three-dimensional dose assessment using the Magnetic Resonance Imaging (MRI) technique. The Fricke gel solution prepared with 270 Bloom gelatine, that, in addition to low cost, can be easily acquired on the national market, presents satisfactory results on the ease of handling, sensitivity, response reproducibility and consistency. The results confirm their applicability in the threedimensional dosimetry using MRI technique.

O procedimento de esterilização do sangue é adotado para que sejam mínimas as condições necessárias de manifestação da doença do enxertoversus- hospedeiro associada à transfusão de sangue (DECHT), síndrome, geralmente fatal. Neste trabalho foi utilizada a solução Fricke gel desenvolvida no IPEN para a obtenção de um objeto simulador de bolsa de sangue empregada no processo de irradiação para esterilização de sangue em um irradiador Gammacell Elan. O objetivo desse trabalho é determinar a homogeneidade da dose aplicada no processo de esterilização de bolsas de sangue. Foram utilizadas as técnicas de Espectrofotometria de Absorção Óptica (EAO), Densitometria Óptica (DO), Termoluminescência (TL) e Ressonância Magnética por Imagem (RMI) e os softwares Numaris® versão 4 (Syngo-MR-A30) e MatLab® (versão 9.0) para a aquisição e reconstrução das imagens. O estudo foi realizado posicionando no canister do irradiador inicialmente uma bolsa e, posteriormente, duas bolsas e três bolsas e aplicando uma dose nominal de 25 Gy. O fabricante do irradiador Gammacell Elan recomenda que seja irradiado em cada procedimento o valor máximo de três bolsas de sangue. Os resultados obtidos indicam que o irradiador Gammacell Elan não demostrou homogeneidade na distribuição da dose. Irradiando uma bolsa de sangue foi obtida uma diferença de dose de 3,65 %, enquanto para duas bolsas de sangue essa diferença caiu para 2,65 % e quando posicionadas três bolsas de sangue a diferença de dose foi de 1,88 %. O tempo de abertura de fechamento do equipamento de irradiação é responsável pela diferença de dose 3,17 % acima da dose prevista à realização das irradiações de bolsas de sangue. Os resultados obtidos usando o filme radiocrômico Grafchromic MD-55 de dupla face aplicada à avaliação de dose no sistema de rotação de irradiação não apresentou resultados reproduzíveis. / The blood sterilization procedure is adopted so that the necessary conditions of manifestation of graft-versus-host syndrome, disease associated with blood transfusion (AT-GVHD), usually a fatal disease, are minimal. In this work the Fricke gel solution developed in IPEN was used for obtaining a phantom of blood bag used in the irradiation process for sterilization of blood in a Gammacell irradiator Elan. The objective of this study was to evaluate the homogeneity of the applied radiation sterilization dose in the blood bags. Optical Absorption Spectroscopy (OAS), Optical Densitometry (OD), Thermoluminescence (TL) and Magnetic Resonance Imaging (MRI) technics and Numaris® software version 4 (Syngo-MR-A30) and MatLab® (version 9.0) softwares were used to images acquisition and reconstruction. The study was conducted positioning one bag in the canister irradiator initially and subsequently two and three bags together and applying a nominal dose of 25 Gy. The Elan Gammacell irradiator manufacturer recommends that the maximum values of three blood bags are irradiated in each procedure. The results indicate that the Gammacell irradiator Elan did not presents homogeneous dose distribution. Radiating a blood bag a dose difference of 3.65 % was obtained, while for two bags of blood that difference dropped to 2.65% and when positioned three blood bags the difference in dose was 1.88 %. The opening and closing times of the irradiation source is responsible for an increasing in the planned irradiation dose of 3.17%. The results obtained using radiochromic double-sided Grafchromic MD-55 film applied to dose evaluation in the rotation irradiation system did not present reproducible results.

Dans ce travail, la dosimétrie par gel de Fricke est proposée comme méthode pour mesurer avec précision la distribution de dose tridimensionnelle des plans de radiothérapie. Ce mémoire examine la faisabilité d’utiliser cette méthode pour la dosimétrie des faisceaux de photons d’un accélérateur linéaire avec lecture du gel par IRM. Cette étude comprend le développement des dosimètres de Fricke à base de gel, le développement de méthodes d’étalonnage et leur utilisation pour la dosimétrie de plans de radiation complexes tel que l’arcthérapie volumétrique modulée utilisé en radiothérapie du cerveau entier avec préservation de l’hippocampe. Les propriétés dosimétriques du gel de Fricke, y compris la réponse des taux de relaxation R1 et R2 à la dose, la linéarité de la réponse, la diffusion des ions ferriques et un effet gravitationnel d’inhomogénéité des composantes du gel sont décrits dans ce mémoire. De plus, les aspects pratiques de la mise en œuvre de la dosimétrie par gel de Fricke dans un flux de travail d’assurance qualité des traitements cliniques ont été étudiés, ce qui inclut la préparation du gel, le recalage des données de planification de traitement avec ceux d'imagerie du gel et les séquences de lecture IRM. Les résultats de cette recherche démontrent le potentiel de la dosimétrie par gel de Fricke comme outil fiable pour mesurer avec précision la distribution de dose tridimensionnelle des plans cliniques en radio- oncologie. / In this work, Fricke gel dosimetry is proposed as a method to accurately measure the three- dimensional dose distribution of radiotherapy plans. This thesis examines the feasibility of using this method for the dosimetry of photon beams from a linear accelerator with reading of the gel by MRI. This study includes the development of gel-based Fricke dosimeters, the development of calibration methods and their use for the dosimetry of complex radiation planes such as volumetric modulated arc therapy used in whole-brain radiotherapy with preservation of hippocampus. The dosimetric properties of the Fricke gel, including the response of the relaxation rates R1 and R2 to the dose, the linearity of the response, the diffusion of ferric ions and a gravitational effect of inhomogeneity of the components of the gel are described in this dissertation. Additionally, the practical aspects of implementing Fricke gel dosimetry into a clinical delivery quality assurance workflow were investigated, which includes gel preparation, the registration of treatment planning data with those of gel imaging and MRI reading sequences. The results of this research demonstrate the potential of Fricke gel dosimetry as a reliable tool to accurately measure the three-dimensional dose distribution of clinical plans in radiation oncology.