A dosimetria in vivo é uma ferramenta essencial para programas de garantia de qualidade no campo da radioterapia, sendo um procedimento comumente realizado com TLDs ou diodos. No entanto, um dosímetro que vem em crescente popularidade nos últimos anos é o detector do tipo transistor de efeito de campo de metal-óxido-semicondutor (MOSFET). Os dosímetros MOSFET preenchem todas as características necessárias para realização da dosimetria in vivo, uma vez que possuem tamanho pequeno, boa precisão e viabilidade de medição, além de seu fácil manuseio. No entanto, seu verdadeiro diferencial é permitir a leitura de dose em tempo real, possibilitando intervenção imediata na correção de desvios de parâmetros físicos e na antecipação de pequenas alterações anatômicas no paciente durante um tratamento. Assim, foi proposta a caracterização dosimétrica do detector microMOSFET TN-502RDM-H e a construção de seu respectivo modelo computacional em MCNP6. Os resultados mostraram que o dosímetro MOSFET possui boa reprodutibilidade, boa linearidade e independência energética para feixes de altas energias de fótons e elétrons. Com relação a linearidade, destaca-se o excelente desempenho do detector MOSFET para valores doses acima de 50cGy, tendo apresentado uma precisão de 0,3%. Além disso, foi obtido um fator de calibração único, considerando fótons e elétrons de altas energias, com 2,9% de reprodutibilidade. Também foram constatadas dependências angulares de 4% e 13% para irradiações com e sem a condição de equilíbrio eletrônico, respectivamente. Foi encontrada uma diferença de 8% na resposta entre fótons de baixas energias nas qualidades RQR 3 e RQR 10. Com relação ao modelo computacional, a utilização das técnicas caracterização estrutural de MEV e EDS possibilitaram estimar a geometria e a composição do dispositivo MOSFET. Dos resultados do modelo computacional, ressalta-se a excelente concordância da dependência energética simulada em MCNP6 com a calculada analiticamente e também com a literatura. Por fim, o dosímetro MOSFET mostrou bom desempenho dosimétrico, confirmando seu potencial clínico; fato este que, certamente, contribui para sua maior aceitação na radioterapia. Somado a isto, a obtenção de um modelo computacional adequado proporciona um leque de oportunidades para trabalhos futuros, possibilitando o aprimoramento do instrumento nos mais diversos procedimentos de tratamento do câncer por radiação. / In vivo dosimetry is an essential tool for quality assurance programs in the field of radiotherapy, being a commonly performed procedure with TLDs or diodes. However, a dosimeter coming in popularity growing in recent years is the metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) type detector. MOSFET dosimeters fulfill all necessary characteristics to perform the dosimetry in vivo, since they have small size, good precision and viability of measurement, besides its easy handling. Nevertheless, its true differential is to provide dose reading in real time, allowing immediate intervention in the deviations correction of physical parameters and the anticipation of small anatomical changes in the patient during a treatment. Thus, it was proposed the dosimetric characterization of the TN-502RDM-H microMOSFET detector and the construction of its respective computational model in MCNP6. Results showed that MOSFET dosimeter has good reproducibility, good linearity and energy independence for high energy beams of photons and electrons. Regarding linearity, the excellent performance of the MOSFET detector for dose values above 50 cGy stands out, since the dosimeter presented an accuracy of up to 0.3%. In addition, a single calibration factor was obtained with a reproducibility of 2.9% considering photons and high energy electrons. Angular dependencies of 4% and 13% were also observed for irradiations with and without the charged-particle equilibrium (CPE), respectively. It was found a difference of 8% in the response between low energy photon in RQR 3 and RQR 10 qualities. Concerning the computational model, use of the structural characterization techniques of SEM and EDS allowed to estimate geometry and composition of the MOSFET device. Excellent agreement of simulated energy dependence in MCNP6 with that calculated analytically and with literature is highlighted. Finally, MOSFET dosimeter showed good dosimetric performance, confirming its clinical potential. This certainly contributes to their greater acceptance in radiotherapy. Further, obtaining a suitable computational model provides a range of opportunities for future work, making it possible to improve the instrument in a variety of cancer treatment procedures.

Neste trabalho são apresentados os resultados da caracterização dosimétrica de dois diodos especiais de silício, resistentes a danos de radiação, crescidos pelo método epitaxial com vistas a sua aplicação na monitoração em tempo real de feixes de fótons de qualidades de radiodiagnóstico convencional, mamografia e tomografia computadorizada, no intervalo de tensão de 28 kV a 150 kV. Os dispositivos utilizados, um submetido à pré-dose de 200 kGy de raios gama do 60Co no Centro de Tecnologia das Radiações (CTR) do IPENCNEN/ SP, e outro sem qualquer irradiação prévia, foram processados na Universidade de Hamburgo a partir de uma camada epitaxial com 50 μm de espessura. Apenas para comparação, um diodo de Si crescido por fusão zonal padrão foi também estudado. As irradiações foram realizadas no Laboratório de Calibração de Instrumentos (LCI) do IPEN/CNEN-SP, onde está instalado um gerador de radiação X, Pantak-Seifert, Isovolt 160 HS, cujas qualidades de radiação foram verificadas por câmaras de ionização padronizadas. Os diodos foram ligados a um eletrômetro Keithley 6517B em modo fotovoltaico, com a distância do ponto focal do gerador aos diodos mantida em 1 m. Os principais parâmetros dosimétricos das amostras foram avaliados de acordo com a norma IEC61674. Os coeficientes de calibração dos diodos em termos do kerma no ar também foram determinados. Os diodos apresentaram excelente estabilidade de resposta em curto prazo para as qualidades estudadas, com coeficientes de variação em corrente equivalentes e não superiores a 0,3%. O comportamento das fotocorrentes em função da taxa de dose foi linear para os três dispositivos no intervalo de 0,8 a 77,2 mGy/min. As curvas carga-dose obtidas pela integração dos sinais de corrente tornaram evidente a ausência de dependência energética para feixes de mamografia e de radiodiagnóstico até 70 kV. O diodo epitaxial sem pré-dose apresentou maior sensibilidade em corrente e em carga em relação aos demais, com queda neste parâmetro de 8% após receber dose acumulada de 49 Gy. Até este limite de dose, as correntes de fuga dos dispositivos mantiveram-se estáveis em cerca de 0,4 pA ao longo das irradiações, sendo menores por um fator até 104 em relação às correntes em condição de irradiação. A variação da resposta direcional de ambos diodos para o intervalo de ± 5° foi inferior a 0,1 % e seus coeficientes de calibração para os feixes estudados foram determinados a partir dos padrões de referência do LCI. As alterações das características elétricas das amostras em função de danos de radiação foram também estudadas e não revelaram alteração significativa para tensão de polarização nula. Com base nos resultados obtidos até o presente e considerando as recomendações da norma IEC 61674, pode-se afirmar que diodos epitaxiais sem pré-dose e com pré-dose podem ser empregados de forma confiável na dosimetria de feixes de radiação eletromagnética para imagens médicas até o limite de dose acumulada de 10 Gy e acima de 206 kGy, respectivamente. / In this work we report on results obtained with two rad-hard epitaxial (EPI) silicon diodes as on-line dosimeter for diagnostic radiology, mammography and computed tomography, in the 28 kV to 150 kV range. The epitaxial diodes used were processed at University of Hamburg on 50 μm thick epitaxial silicon layer. One sample was not irradiated before using as a dosimeter, while the other received a gamma pre-dose of 200 kGy from 60Co. For comparison, a standard float zone silicon diode was also studied. The samples irradiation was performed using X-ray beams from a Pantak/Seifert generator, model Isovolt 160 HS, previously calibrated with standardized ionization chambers, located at Laboratório de Calibração de Instrumentos of IPEN-CNEN/SP. The diode was connected to an electrometer Keithley 6517B in the photovoltaic mode. Irradiations were carried out with the diodes positioned at 1m from the X-ray tube (focal spot). The main dosimetric parameters of the EPI samples were evaluated in according to IEC 61674 norm. The calibration coefficients of the diode, in terms of air kerma, were also determined. The repeatability was measured with photon beams of all qualities. The current signals induced showed the diodes are stable, characterized by coefficients of variation less than 0.3%. The current response of the unirradiated EPI diode has been shown to be very linear with dose-rate in the range of 0.8 up to 77.2 mGy/min. A linear relation between charge and dose in the whole energy range was observed for the three samples. It is important to notice that for EPI diodes non energy dependence was observed for mammography beams and until 70kV for radiodiagnostic qualities. The unirradiated diode presented sensitivity higher than the others, showing a decrease of 8% in this parameter after accumulated dose of 49.15 Gy. The dark currents were stable about 0.4 pA during the irradiations, value 104 higher than the lowest photocurrents measured. The directional response of both diodes was 0.1% within an angle range of ± 5°. Based on these results, one can conclude that the unirradiated and pre-irradiated EPI diodes can be used as a reliable alternative choice to relative medical imaging photon dosimetry within 10 Gy and 206 kGy of accumulated dose, respectively.

Os resultados esperados em Radioterapia requerem o controle da qualidade dos procedimentos executados, existindo a necessidade de avaliar-se a dose administrada aos pacientes e sendo recomendado que a diferença percentual entre as doses prescrita e administrada esteja entre -5% e +7%, conforme a Comissão Internacional sobre Unidades e Medidas em Radiação (ICRU). Especificamente em tratamentos de irradiação de corpo inteiro (TBI, do inglês Total Body Irradiation), que emprega distâncias fonte-superfície extensas e campos largos de radiação, apresentando um grau de complexidade elevada quando comparada com os procedimentos convencionais, não há um protocolo bem estabelecido para o cálculo da dose absorvida. Considerando-se, por outro lado, os efeitos colaterais severos associados ao tratamento, TBI requer um controle rigoroso das doses administradas ao paciente, fazendo com que um programa de verificação do tratamento através de dosimetria in vivo seja imprescindível. O presente trabalho apresenta um estudo dos parâmetros dosimétricos, para campos convencionais e de irradiação de corpo inteiro, como parte de um programa de controle da qualidade em Radioterapia. Os parâmetros dosimétricos foram determinados utilizando-se dosímetros termoluminescentes, câmara de ionização e dosímetro semicondutor. Avaliaram-se as correções necessárias para o uso dos parâmetros dosimétricos, obtidos em condições convencionais, nos tratamentos de irradiação de corpo inteiro, apresentado-se, ainda, uma metodologia de dosimetria in vivo para tratamentos de TBI. Os resultados obtidos permitem concluir que os parâmetros dosimétricos utilizados em TBI devem ser obtidos nas condições próprias desse tipo de técnica, não devendo ser adaptados de condições convencionais, e que a metodologia de dosimetria de entrada é adequada para avaliação das doses nessa técnica de tratamento. / The expected outcomes in Radiotherapy require a strict quality control program to be performed in order to evaluate the doses delivered to patients. Accordingly to the International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) the possible discrepancies between prescribed and delivered doses to patients must be in a range of -5% and +7%. Treatments of total body irradiation (TBI) use large source-surface distances and broad radiation fields, showing high complexity when compared to conventional procedures and do not present a well-established protocol for the calculation of the absorbed dose. On the other hand, considering, the severe collateral effects associated to this treatment, TBI requires a rigorous control of the doses administrated to the patient and a program of verification of the treatment through in vivo dosimetry is paramount. This work presents a study of dosimetric parameters for both conventional and total body irradiation treatments as part of a quality control program in Radiotherapy. The dosimetric parameters had been determined using termoluminescente dosimetry, ionization chamber, and semiconductor dosimeters. Possible corrections for the use of the conventional conditions-obtained parameters in total body irradiation were evaluated. An in vivo dosimetry methodology had been also studied to be applied to TBI treatments. The obtained results leads to the conclusions that TBI dosimetric parameters must be obtained under proper irradiation conditions and should not be adapted from conventional conditions and that entrance dosimetry is an adequate technique to evaluate delivered doses in TBI.

A dosimetria in vivo é a verificação final da dose real administrada ao paciente e tornou-se atualmente necessária devido ao aumento da complexidade e da sofisticaçã das técnicas radioterápicas. A finalidade deste trabalho foi apresentar, verificar e avaliar alguns procedimentos básicos, práticos e viáveis para a implementação da dosimetria in vivo com dosímetros termoluminescentes na verificação de dose em um serviço de radioterapia. Para o estabelecimento do sistema dosimétrico termoluminescente, alguns testes e medições foram realizados, incluindo o procedimento de inicialização, a determinação da homogeneidade do grupo de dosímetros, a determinação do fator de correção individual de cada dosímetro, a determinação da faixa de linearidade do sistema e do coeficiente de calibração. Medições em um objeto simulador antropomórfico foram realizadas para garantir que os métodos utilizados são satisfatórios antes que estes fossem usados para medições em pacientes. Medições de dose em um paciente foram feitas em um tratamento de câncer de próstata. A metodologia proposta pode ser usada como parte de um programa de garantia de qualidade em um serviço de radioterapia. / In vivo dosimetry is the ultimate check of the actual dose delivered to an individual patient and has become a procedure actually necessary due to increasing complexity and sophistication of radiotherapy techniques. The purpose of the present work was to present, verify and evaluate some basic, practical and viable procedures for the implementation of in vivo dosimetry with thermoluminescent dosimeters for patient dose verification at a radiotherapy service. For the setting up of the thermoluminescent dosimetric system, several tests and measurements were carried out including the initialisation procedure, the determination of the batch homogeneity, the determination of individual correction factor of each dosimeter, the determination of linearity range of the system and its calibration coefficients. Anthropomorphic phantom measurements were taken to ensure that the methods are satisfactory before they are used for patients measurements. Patient dose measurements were carried out in a prostate cancer treatment. The proposed methodology can be used as a part of a quality assurance program in a radiotherapy service.

Introdução: A Radioterapia é frequentemente utilizada no tratamento do câncer, seja como uma modalidade simples ou em combinação com outras modalidades, tais como a cirurgia e a quimioterapia. Com o objetivo de eliminar células não desejadas no organismo humano, utiliza-se de radiações ionizantes para provocar a destruição de células tumorais pela absorção da energia da radiação incidente. A principal dificuldade encontrada em radioterapia é que as células tumorais não são tratadas isoladamente, isto é, o dano da radiação não é restrito somente às células tumorais, mas afeta também as células normais. Assim sendo, é essencial que a dose de radiação liberada nos tecidos normais seja tão baixa quanto possível para minimizar o risco de efeitos colaterais provocados pelos tratamentos radioterápicos. Objetivos: O objetivo deste trabalho é a caracterização de dosímetros semicondutores e dosímetros termoluminescentes e suas aplicações em técnicas não convencionais de Radioterapia. A partir da caracterização será possível a implementação dos dosímetros como sistema de dosimetria in vivo em teleterapia com feixe de fótons, visando atender as necessidades prementes do Serviço de Radioterapia do HCFMRP em implantar a técnica de irradiação de corpo inteiro e em realizar o controle de dose administrada ao paciente. Metodologia e Resultados: Diodos semicondutores foram caracterizados de acordo com o fator campo, angulação, taxa de dose, temperatura e fator bandeja, para obtenção dos fatores de correção. Verificou-se que a variação da resposta dos diodos com a temperatura, angulação e taxa de dose não foi significativa. Fatores campo foram calculados e registrados para campos de 3x3 cm 2 a 40x40cm 2 , onde se observou aumento na leitura do diodo com o aumento no campo. A resposta com a taxa de dose apr esentou pouca variação (de 100cGy/min para 300cGy/min a variação foi menor que 1,2%). O fator bandeja encontrado foi de 0,95±0,01 demonstrando que a presença da bandeja provoca diminuição na resposta do detector. Após a caracterização, os diodos foram calibrados em setup TBI para determinação dos fatores de calibração para cada espessura simulada do paciente (DLL). A dosimetria in vivo foi realizada em 3 pacientes submetidos ao tratamento de TBI do HCFMRP. A diferença percentual máxima entre as medidas com diodo e o valor nominal de dose foi de 3,6%, o que está de acordo com o recomendado pelo ICRU (+/- 5%). Os resultados demonstram a viabilidade e confiabilidade da técnica de dosimetria com diodos semicondutores para Controle de Qualidade de dose em tratamento de TBI. Ainda, dosímetros termoluminescentes foram caracterizados quanto à homogeneidade do grupo e a linearidade. Os fatores de calibração individuais foram encontrados e os dosímetros foram aplicados em simulações em setup TBI. Os cálculos de dose das simulações realizadas com os termoluminescentes inseridos nos orifícios de um OSA demonstraram concordância com os valores nominais de dose. Para as regiões do tórax superior e inferior, onde os TLD receberam doses mais elevadas (>150cGy), recomendou-se a utilização de compensadores de dose, para a prática clínica.Uma câmara de ionização foi utilizada como dosímetro de referência em todas as etapas de calibração e caracterização dos diodos e termoluminescentes. Conclusões: Este estudo mostrou que, para tratamentos de irradiação de corpo inteiro, quando o paciente estiver sendo preparado para um transplante de medula óssea, e o planejamento necessitar de uma grande eficácia na distribuição de dose, a metodologia com aplicações de dosímetros semicondutores apresenta-se como uma alternativa viável, precisa e de grande importância para o controle dosimétrico. Assim, ficou evidenciada a importância da utilização do diodo para o Controle de Qualidade, na avaliação da dos e a ser ministrada ao paciente, pelo menos em toda primeira fração de tratamento de TBI. Além disso, ficou demonstrada a aplicabilidade dos dosímetros termoluminescentes para controle dosimétrico, demonstrando o valor da dosimetria termoluminescente como um sistema de verificação de dose e sua eficácia como parte de um programa de garantia de qualidade em Radioterapia. A caracterização dos termoluminescentes evidenciou a possibilidade de aplicação da técnica TL em dosimetria in vivo. / Introduction: Radiation therapy is often used in cancer treatment, either as a single modality or in combination with other modalities, such as surgery and chemotherapy. Aiming to eliminate unwanted cells in the human body, radiation therapy uses ionizing radiation to cause destruction of tumor cells by absorbing the energy of the incident radiation. The main difficulty in radiation therapy is that tumor cells are not separately treated. The radiation damage is not restricted solely to tumor cells, but also affects normal cells. Therefore, it is essential that the radiation dose released in normal tissues is as low as possible to minimize the risk of side effects caused by radiotherapy treatments. Objectives: The objective of this work is the characterization of semiconductor dosimeters and thermoluminescent dosimeters and their applications in non -conventional radiotherapy techniques. After characterization it will be possible to implement the dosimeters as a system of in vivo dosimetry in radiotherapy with photon beam, to meet the pressing needs of the Radiotherapy Service of HCFMRP in deploying the technique of total body irradiation and make the control of dose administered to the patient . Methodology and Results: Semiconductor diodes were characterized according to the field factor, angle, dose rate, temperature and tray factor to obtain the correction factors. It was found that the variation of the response of the diodes with temperature, angle and dose rate was not significant. Field factors were calculated and recorded for fields from 3x3 cm 2 to 40x40cm 2 , wher e there was an increase in the reading of the diode with increasing field. The response with dose rate showed small variation (from 100cGy/min to 300cGy/min the variation was less than 1.2%). The tray factor was 0.95 ± 0.01 demonstrating that the tray decreases detector response. After characterization, the diodes were calibrated in TBI setup for determining the calibration factors for each simulated patient thickness (latero-lateral distance). The in vivo dosimetry was performed in 3 patients undergoing TBI treatment in HCFMRP. The maximum percentage difference between the measurements and the diode nominal dose was 3.6%, which is consistent with that recommended by ICRU (+ / - 5%). The results demonstrate the feasibility and reliability of the dosimetry technique with semiconductor diodes for dose quality control in TBI treatments. Still, dosimeters were characterized by group homogeneity and linearity. The calibration factors were found and individual dosimeters were applied in simulations with TBI setup. The dose calculation of simulations performed with the thermoluminescent inserted in holes of the phantom showed agreement with the nominal dose. For regions of the upper and lower thorax where TLD received higher doses (> 150cGy) it was recommended the use of compensating dose in clinic. An ionization chamber dosimeter was used as reference in all stages of calibration and characterization of diodes and thermoluminescents. Conclusions: This study showed that, for total body irradiation treatments, when the patient is being prepared for a bone marrow transplant, and planning requires a great effect on the dose distribution, the methodology with semiconductor dosimeters presented a viable alternative, and has great importance for the dosimetric control. The study proved the importance of diode semiconductors for quality control, for evaluation of the dose to be administered to the patient, at least throughout the first fraction of TBI treating. Furthermore, it was demonstrated the applicability of TLD for control quality, demonstrating the value of thermoluminescent dosimetry as a dose verification system and its effectiveness as part of a program of quality assurance in radiotherapy. The characterization of thermoluminescent showed the possibility of applying the TL technique in in vivo dosimetry.

Neste trabalho são apresentados os resultados da caracterização dosimétrica de dois diodos especiais de silício, resistentes a danos de radiação, crescidos pelo método epitaxial com vistas a sua aplicação na monitoração em tempo real de feixes de fótons de qualidades de radiodiagnóstico convencional, mamografia e tomografia computadorizada, no intervalo de tensão de 28 kV a 150 kV. Os dispositivos utilizados, um submetido à pré-dose de 200 kGy de raios gama do 60Co no Centro de Tecnologia das Radiações (CTR) do IPENCNEN/ SP, e outro sem qualquer irradiação prévia, foram processados na Universidade de Hamburgo a partir de uma camada epitaxial com 50 μm de espessura. Apenas para comparação, um diodo de Si crescido por fusão zonal padrão foi também estudado. As irradiações foram realizadas no Laboratório de Calibração de Instrumentos (LCI) do IPEN/CNEN-SP, onde está instalado um gerador de radiação X, Pantak-Seifert, Isovolt 160 HS, cujas qualidades de radiação foram verificadas por câmaras de ionização padronizadas. Os diodos foram ligados a um eletrômetro Keithley 6517B em modo fotovoltaico, com a distância do ponto focal do gerador aos diodos mantida em 1 m. Os principais parâmetros dosimétricos das amostras foram avaliados de acordo com a norma IEC61674. Os coeficientes de calibração dos diodos em termos do kerma no ar também foram determinados. Os diodos apresentaram excelente estabilidade de resposta em curto prazo para as qualidades estudadas, com coeficientes de variação em corrente equivalentes e não superiores a 0,3%. O comportamento das fotocorrentes em função da taxa de dose foi linear para os três dispositivos no intervalo de 0,8 a 77,2 mGy/min. As curvas carga-dose obtidas pela integração dos sinais de corrente tornaram evidente a ausência de dependência energética para feixes de mamografia e de radiodiagnóstico até 70 kV. O diodo epitaxial sem pré-dose apresentou maior sensibilidade em corrente e em carga em relação aos demais, com queda neste parâmetro de 8% após receber dose acumulada de 49 Gy. Até este limite de dose, as correntes de fuga dos dispositivos mantiveram-se estáveis em cerca de 0,4 pA ao longo das irradiações, sendo menores por um fator até 104 em relação às correntes em condição de irradiação. A variação da resposta direcional de ambos diodos para o intervalo de ± 5° foi inferior a 0,1 % e seus coeficientes de calibração para os feixes estudados foram determinados a partir dos padrões de referência do LCI. As alterações das características elétricas das amostras em função de danos de radiação foram também estudadas e não revelaram alteração significativa para tensão de polarização nula. Com base nos resultados obtidos até o presente e considerando as recomendações da norma IEC 61674, pode-se afirmar que diodos epitaxiais sem pré-dose e com pré-dose podem ser empregados de forma confiável na dosimetria de feixes de radiação eletromagnética para imagens médicas até o limite de dose acumulada de 10 Gy e acima de 206 kGy, respectivamente. / In this work we report on results obtained with two rad-hard epitaxial (EPI) silicon diodes as on-line dosimeter for diagnostic radiology, mammography and computed tomography, in the 28 kV to 150 kV range. The epitaxial diodes used were processed at University of Hamburg on 50 μm thick epitaxial silicon layer. One sample was not irradiated before using as a dosimeter, while the other received a gamma pre-dose of 200 kGy from 60Co. For comparison, a standard float zone silicon diode was also studied. The samples irradiation was performed using X-ray beams from a Pantak/Seifert generator, model Isovolt 160 HS, previously calibrated with standardized ionization chambers, located at Laboratório de Calibração de Instrumentos of IPEN-CNEN/SP. The diode was connected to an electrometer Keithley 6517B in the photovoltaic mode. Irradiations were carried out with the diodes positioned at 1m from the X-ray tube (focal spot). The main dosimetric parameters of the EPI samples were evaluated in according to IEC 61674 norm. The calibration coefficients of the diode, in terms of air kerma, were also determined. The repeatability was measured with photon beams of all qualities. The current signals induced showed the diodes are stable, characterized by coefficients of variation less than 0.3%. The current response of the unirradiated EPI diode has been shown to be very linear with dose-rate in the range of 0.8 up to 77.2 mGy/min. A linear relation between charge and dose in the whole energy range was observed for the three samples. It is important to notice that for EPI diodes non energy dependence was observed for mammography beams and until 70kV for radiodiagnostic qualities. The unirradiated diode presented sensitivity higher than the others, showing a decrease of 8% in this parameter after accumulated dose of 49.15 Gy. The dark currents were stable about 0.4 pA during the irradiations, value 104 higher than the lowest photocurrents measured. The directional response of both diodes was 0.1% within an angle range of ± 5°. Based on these results, one can conclude that the unirradiated and pre-irradiated EPI diodes can be used as a reliable alternative choice to relative medical imaging photon dosimetry within 10 Gy and 206 kGy of accumulated dose, respectively.

A technique for the in vivo dose verification of intensity modulated radiation therapy (IMRT) has been developed. An electronic portal image, calibrated in terms of absolute dose, is acquired for each radiation field following transmission through the patient at the time of treatment. For an IMRT field, the portal image signal is back-projected through a model of the patient in order to calculate the dose at the isocentric plane perpendicular to the beam central axis. The IMRT in vivo dose verification technique was adapted for volumetric modu- lated arc therapy (VMAT) treatments when a single dosimetric image is acquired over an arc. The patient dose along axis of gantry rotation can be directly related to the signal along the vertical axis of EPIs in integrated mode. In this novel VMAT in vivo dosimetry technique, the portal image signal is back-projected through a rotationally averaged model of the patient to calculate a 1D in vivo dose along the axis of gantry rotation. A research ethics board clinical study was approved and transmission portal images were acquired at regular intervals from human subjects. Portal image-derived isocenter point doses were in good agreement with treatment planning system (TPS) calculations for IMRT (mean difference δ=0.0%, standard deviation of the differences σ=4.3%) and VMAT (δ=1.1%, σ=1.7%). The one-dimensional (VMAT) and two-dimensional (IMRT) reconstructed doses were further analyzed by calculating mean dose differences and γ−evaluation pass-rates, which were also shown to be in good agreement with TPS calculations. The portal image-based in vivo dosimetry techniques were shown to be clinically feasible, with reconstruction times on the order of minutes for the first fraction and less than one minute for each fraction thereafter. / Graduate / 0760 / 0574 / 0760

Os resultados esperados em Radioterapia requerem o controle da qualidade dos procedimentos executados, existindo a necessidade de avaliar-se a dose administrada aos pacientes e sendo recomendado que a diferença percentual entre as doses prescrita e administrada esteja entre -5% e +7%, conforme a Comissão Internacional sobre Unidades e Medidas em Radiação (ICRU). Especificamente em tratamentos de irradiação de corpo inteiro (TBI, do inglês Total Body Irradiation), que emprega distâncias fonte-superfície extensas e campos largos de radiação, apresentando um grau de complexidade elevada quando comparada com os procedimentos convencionais, não há um protocolo bem estabelecido para o cálculo da dose absorvida. Considerando-se, por outro lado, os efeitos colaterais severos associados ao tratamento, TBI requer um controle rigoroso das doses administradas ao paciente, fazendo com que um programa de verificação do tratamento através de dosimetria in vivo seja imprescindível. O presente trabalho apresenta um estudo dos parâmetros dosimétricos, para campos convencionais e de irradiação de corpo inteiro, como parte de um programa de controle da qualidade em Radioterapia. Os parâmetros dosimétricos foram determinados utilizando-se dosímetros termoluminescentes, câmara de ionização e dosímetro semicondutor. Avaliaram-se as correções necessárias para o uso dos parâmetros dosimétricos, obtidos em condições convencionais, nos tratamentos de irradiação de corpo inteiro, apresentado-se, ainda, uma metodologia de dosimetria in vivo para tratamentos de TBI. Os resultados obtidos permitem concluir que os parâmetros dosimétricos utilizados em TBI devem ser obtidos nas condições próprias desse tipo de técnica, não devendo ser adaptados de condições convencionais, e que a metodologia de dosimetria de entrada é adequada para avaliação das doses nessa técnica de tratamento. / The expected outcomes in Radiotherapy require a strict quality control program to be performed in order to evaluate the doses delivered to patients. Accordingly to the International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) the possible discrepancies between prescribed and delivered doses to patients must be in a range of -5% and +7%. Treatments of total body irradiation (TBI) use large source-surface distances and broad radiation fields, showing high complexity when compared to conventional procedures and do not present a well-established protocol for the calculation of the absorbed dose. On the other hand, considering, the severe collateral effects associated to this treatment, TBI requires a rigorous control of the doses administrated to the patient and a program of verification of the treatment through in vivo dosimetry is paramount. This work presents a study of dosimetric parameters for both conventional and total body irradiation treatments as part of a quality control program in Radiotherapy. The dosimetric parameters had been determined using termoluminescente dosimetry, ionization chamber, and semiconductor dosimeters. Possible corrections for the use of the conventional conditions-obtained parameters in total body irradiation were evaluated. An in vivo dosimetry methodology had been also studied to be applied to TBI treatments. The obtained results leads to the conclusions that TBI dosimetric parameters must be obtained under proper irradiation conditions and should not be adapted from conventional conditions and that entrance dosimetry is an adequate technique to evaluate delivered doses in TBI.

A dosimetria in vivo é a verificação final da dose real administrada ao paciente e tornou-se atualmente necessária devido ao aumento da complexidade e da sofisticaçã das técnicas radioterápicas. A finalidade deste trabalho foi apresentar, verificar e avaliar alguns procedimentos básicos, práticos e viáveis para a implementação da dosimetria in vivo com dosímetros termoluminescentes na verificação de dose em um serviço de radioterapia. Para o estabelecimento do sistema dosimétrico termoluminescente, alguns testes e medições foram realizados, incluindo o procedimento de inicialização, a determinação da homogeneidade do grupo de dosímetros, a determinação do fator de correção individual de cada dosímetro, a determinação da faixa de linearidade do sistema e do coeficiente de calibração. Medições em um objeto simulador antropomórfico foram realizadas para garantir que os métodos utilizados são satisfatórios antes que estes fossem usados para medições em pacientes. Medições de dose em um paciente foram feitas em um tratamento de câncer de próstata. A metodologia proposta pode ser usada como parte de um programa de garantia de qualidade em um serviço de radioterapia. / In vivo dosimetry is the ultimate check of the actual dose delivered to an individual patient and has become a procedure actually necessary due to increasing complexity and sophistication of radiotherapy techniques. The purpose of the present work was to present, verify and evaluate some basic, practical and viable procedures for the implementation of in vivo dosimetry with thermoluminescent dosimeters for patient dose verification at a radiotherapy service. For the setting up of the thermoluminescent dosimetric system, several tests and measurements were carried out including the initialisation procedure, the determination of the batch homogeneity, the determination of individual correction factor of each dosimeter, the determination of linearity range of the system and its calibration coefficients. Anthropomorphic phantom measurements were taken to ensure that the methods are satisfactory before they are used for patients measurements. Patient dose measurements were carried out in a prostate cancer treatment. The proposed methodology can be used as a part of a quality assurance program in a radiotherapy service.

Introdução: A Radioterapia é frequentemente utilizada no tratamento do câncer, seja como uma modalidade simples ou em combinação com outras modalidades, tais como a cirurgia e a quimioterapia. Com o objetivo de eliminar células não desejadas no organismo humano, utiliza-se de radiações ionizantes para provocar a destruição de células tumorais pela absorção da energia da radiação incidente. A principal dificuldade encontrada em radioterapia é que as células tumorais não são tratadas isoladamente, isto é, o dano da radiação não é restrito somente às células tumorais, mas afeta também as células normais. Assim sendo, é essencial que a dose de radiação liberada nos tecidos normais seja tão baixa quanto possível para minimizar o risco de efeitos colaterais provocados pelos tratamentos radioterápicos. Objetivos: O objetivo deste trabalho é a caracterização de dosímetros semicondutores e dosímetros termoluminescentes e suas aplicações em técnicas não convencionais de Radioterapia. A partir da caracterização será possível a implementação dos dosímetros como sistema de dosimetria in vivo em teleterapia com feixe de fótons, visando atender as necessidades prementes do Serviço de Radioterapia do HCFMRP em implantar a técnica de irradiação de corpo inteiro e em realizar o controle de dose administrada ao paciente. Metodologia e Resultados: Diodos semicondutores foram caracterizados de acordo com o fator campo, angulação, taxa de dose, temperatura e fator bandeja, para obtenção dos fatores de correção. Verificou-se que a variação da resposta dos diodos com a temperatura, angulação e taxa de dose não foi significativa. Fatores campo foram calculados e registrados para campos de 3x3 cm 2 a 40x40cm 2 , onde se observou aumento na leitura do diodo com o aumento no campo. A resposta com a taxa de dose apr esentou pouca variação (de 100cGy/min para 300cGy/min a variação foi menor que 1,2%). O fator bandeja encontrado foi de 0,95±0,01 demonstrando que a presença da bandeja provoca diminuição na resposta do detector. Após a caracterização, os diodos foram calibrados em setup TBI para determinação dos fatores de calibração para cada espessura simulada do paciente (DLL). A dosimetria in vivo foi realizada em 3 pacientes submetidos ao tratamento de TBI do HCFMRP. A diferença percentual máxima entre as medidas com diodo e o valor nominal de dose foi de 3,6%, o que está de acordo com o recomendado pelo ICRU (+/- 5%). Os resultados demonstram a viabilidade e confiabilidade da técnica de dosimetria com diodos semicondutores para Controle de Qualidade de dose em tratamento de TBI. Ainda, dosímetros termoluminescentes foram caracterizados quanto à homogeneidade do grupo e a linearidade. Os fatores de calibração individuais foram encontrados e os dosímetros foram aplicados em simulações em setup TBI. Os cálculos de dose das simulações realizadas com os termoluminescentes inseridos nos orifícios de um OSA demonstraram concordância com os valores nominais de dose. Para as regiões do tórax superior e inferior, onde os TLD receberam doses mais elevadas (>150cGy), recomendou-se a utilização de compensadores de dose, para a prática clínica.Uma câmara de ionização foi utilizada como dosímetro de referência em todas as etapas de calibração e caracterização dos diodos e termoluminescentes. Conclusões: Este estudo mostrou que, para tratamentos de irradiação de corpo inteiro, quando o paciente estiver sendo preparado para um transplante de medula óssea, e o planejamento necessitar de uma grande eficácia na distribuição de dose, a metodologia com aplicações de dosímetros semicondutores apresenta-se como uma alternativa viável, precisa e de grande importância para o controle dosimétrico. Assim, ficou evidenciada a importância da utilização do diodo para o Controle de Qualidade, na avaliação da dos e a ser ministrada ao paciente, pelo menos em toda primeira fração de tratamento de TBI. Além disso, ficou demonstrada a aplicabilidade dos dosímetros termoluminescentes para controle dosimétrico, demonstrando o valor da dosimetria termoluminescente como um sistema de verificação de dose e sua eficácia como parte de um programa de garantia de qualidade em Radioterapia. A caracterização dos termoluminescentes evidenciou a possibilidade de aplicação da técnica TL em dosimetria in vivo. / Introduction: Radiation therapy is often used in cancer treatment, either as a single modality or in combination with other modalities, such as surgery and chemotherapy. Aiming to eliminate unwanted cells in the human body, radiation therapy uses ionizing radiation to cause destruction of tumor cells by absorbing the energy of the incident radiation. The main difficulty in radiation therapy is that tumor cells are not separately treated. The radiation damage is not restricted solely to tumor cells, but also affects normal cells. Therefore, it is essential that the radiation dose released in normal tissues is as low as possible to minimize the risk of side effects caused by radiotherapy treatments. Objectives: The objective of this work is the characterization of semiconductor dosimeters and thermoluminescent dosimeters and their applications in non -conventional radiotherapy techniques. After characterization it will be possible to implement the dosimeters as a system of in vivo dosimetry in radiotherapy with photon beam, to meet the pressing needs of the Radiotherapy Service of HCFMRP in deploying the technique of total body irradiation and make the control of dose administered to the patient . Methodology and Results: Semiconductor diodes were characterized according to the field factor, angle, dose rate, temperature and tray factor to obtain the correction factors. It was found that the variation of the response of the diodes with temperature, angle and dose rate was not significant. Field factors were calculated and recorded for fields from 3x3 cm 2 to 40x40cm 2 , wher e there was an increase in the reading of the diode with increasing field. The response with dose rate showed small variation (from 100cGy/min to 300cGy/min the variation was less than 1.2%). The tray factor was 0.95 ± 0.01 demonstrating that the tray decreases detector response. After characterization, the diodes were calibrated in TBI setup for determining the calibration factors for each simulated patient thickness (latero-lateral distance). The in vivo dosimetry was performed in 3 patients undergoing TBI treatment in HCFMRP. The maximum percentage difference between the measurements and the diode nominal dose was 3.6%, which is consistent with that recommended by ICRU (+ / - 5%). The results demonstrate the feasibility and reliability of the dosimetry technique with semiconductor diodes for dose quality control in TBI treatments. Still, dosimeters were characterized by group homogeneity and linearity. The calibration factors were found and individual dosimeters were applied in simulations with TBI setup. The dose calculation of simulations performed with the thermoluminescent inserted in holes of the phantom showed agreement with the nominal dose. For regions of the upper and lower thorax where TLD received higher doses (> 150cGy) it was recommended the use of compensating dose in clinic. An ionization chamber dosimeter was used as reference in all stages of calibration and characterization of diodes and thermoluminescents. Conclusions: This study showed that, for total body irradiation treatments, when the patient is being prepared for a bone marrow transplant, and planning requires a great effect on the dose distribution, the methodology with semiconductor dosimeters presented a viable alternative, and has great importance for the dosimetric control. The study proved the importance of diode semiconductors for quality control, for evaluation of the dose to be administered to the patient, at least throughout the first fraction of TBI treating. Furthermore, it was demonstrated the applicability of TLD for control quality, demonstrating the value of thermoluminescent dosimetry as a dose verification system and its effectiveness as part of a program of quality assurance in radiotherapy. The characterization of thermoluminescent showed the possibility of applying the TL technique in in vivo dosimetry.