Em radioterapia, dependendo do tamanho do volume alvo a ser irradiado, pode ser necessário mais de um feixe de radiação (fótons ou elétrons). Isto faz com que sobreposições dos feixes, tanto na superfície (campos de radiação) quanto em profundidade (composição das penumbras) resultem em sobredosagens que podem interferir nos tratamentos e restabelecimento dos pacientes. Para se evitar a sobredosagem foram criados os gaps (espaçamento ou distanciamento entre os campos dos feixes, na superfície de entrada dos mesmos) com a finalidade de diminuir a sobredosagem e homogeneizar a dose absorvida dentro de valores aceitáveis, que não devem exceder 20% acima do valor esperado. Para feixes de elétrons não há a prática do uso de gap, como para feixes de fótons, e não há equações que possam prever a sobredosagem na adjacência desses feixes, assim como não há um estudo mais aprofundado das técnicas possíveis de serem utilizadas para se evitar a sub e/ou sobredosagem desses feixes na superfície e em profundidade. Com isto, este trabalho foi estruturado visando à obtenção da homogeneidade das doses absorvidas na região de adjacência dos feixes de elétrons, partindo do conhecimento da aplicação de gaps para feixes de fótons. Para tal, foi desenvolvido um protótipo de leitura dos dosímetros FXG e filme radiocrômico, baseado no sensor Charge-Coupled Device (CCD). Esse protótipo permitiu fazer as medidas de diversos feixes de fótons e elétrons, variando suas energias, geometrias e superfícies de entrada (plana e/ou curvas), cujas respostas puderam ser comparadas com as obtidas por simulação por Método Monte Carlo (MMC), resguardando as mesmas condições de feixes e arranjos experimentais. Dos resultados obtidos, pode-se comprovar: a eficácia do protótipo desenvolvido, o desenvolvimento de uma equação para prever a sobredosagem advinda da adjacência de feixes de elétrons a partir de dados experimentais, a reversão do uso da equação de gap específica para feixes de fótons para feixes de elétrons em superfícies planas, a equivalência dos resultados da simulação por MMC com os experimentais de gap realizados, além da adequabilidade dos filtros compensadores (em cunha) desenvolvidos para superfícies de entrada curvas. Todos esses resultados indicam a possibilidade da utilização do gap para feixes adjacentes de elétrons em superfícies planas e filtros em cunha em superfícies curvas, passíveis de serem utilizados na prática radioterápica. / Radiotherapy of extensive volumes normally is made using more than one radiation beam (photons or electrons). These beams once are divergent, in the intersection of their penumbra the isodose composition value is increased increasing the absorbed dose value in the treatment region. To overcome this effect is used the \\textit (a shift between the beam fields at the entrance surface) whose scope is to homogenize the depth absorbed dose and do not let it to exceed 20% of its expected value. Only for photons exists the practice of gap (with equations predicting gap for plane surfaces) and compensator filters (for curve surfaces). Once these ideas are non existent for electron adjacent beams and once the use of this type of radiation has increased along the years for patient irradiation, most of the times replacing the photon beams, the curiosity to obtain methods to minimize the overdose due to the electron adjacent beams was triggered and turn it the goal of this research. For this work two dosimeters were used (Fricke Xylenol Gel, FXG and Radiocromic film) and their measurements were made through a developed prototype with a Charge-Coupled Device, CCD, whose results were compared also with Monte Carlo simulations considering the same experimental conditions (irradiation geometry, beam energy, entrance surface geometry, plane and/or curve, and setup). From the results obtained one could notice that: the CCD prototype resulted in an adequate device to be used with the selected dosimeters, the gap equation for photons could be used successfully also for adjacent electron beams on plane surfaces, compensator filters (acrylic wedge filters) are adequate for curve surfaces and the Monte Carlo Simulation results shown equivalence with the experimental ones. All these results encourage the gap for electron adjacent beams on plane surfaces, as well the use of wedge filters for curve surfaces in radiotherapy practice.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:03:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4064_1.pdf: 3434833 bytes, checksum: 071831eaf1a52556ee4511725ac60544 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apesar de todos os esforços das últimas décadas para desenvolver melhores estratégias de controle e vigilância, a malaria é uma das doenças infecciosas mais fatais matando mundialmente em média dois indivíduos por minuto. A malária é causada por 4 diferentes espécies do protozoário plasmódio dos quais o mais nocivo e letal é o Plasmodium falciparum. As drogas antimaláricas desenvolvidas até o momento para controlar a população do mosquito ou a proliferação do parasita e sintomas da malária mostram eficiência limitada devido `a habilidade de ambos, mosquito e parasita, desenvolverem resistência `as drogas. Para melhorar a vigilância e controle da malária é importante compreender a dinâmica de interação entre o parasita e o hospedeiro humano e porque os indivíduos infectados que vivem em áreas endêmicas não desenvolvem imunidade contra o parasita após múlltiplas exposições. Nesta tese n´os estudamos alguns aspectos do ciclo sangu´ıneo da mal´aria em hospedeiros humanos agrupando diferentes comportamentos das series temporais de parasitemia (contagem di´aria de parasitas) de pacientes com mal´aria obtidos a partir de um estudo de cohorts realizado nos EUA na d´ecada de 50. Na verdade estes pacientes eram pacientes neurosifil´ıticos que foram submetidos a malarioterapia para serem curados. Os 193 pacientes que foram tratados com diferentes drogas antimaláricas através de diferentes protocolos foram analisados separadamente dos 79 pacientes que não foram submetidos a qualquer tratamento. Neste trabalho, nós reportamos em detalhes a análise dos pacientes que foram tratados e descrevemos brevemente os resultados dos não-tratados. Como as séries temporais possuem comprimentos diferentes, para realizar nossa análise nós precisamos reduzir o espaço de parâmetros das mesmas. Para isto usamos dois conjuntos de parâmetros (9 e 14) para descrever as principais características das séries temporais destes pacientes. Usando a técnica de agrupamento não supervisionado [1] baseado em um modelo físico, nós buscamos por comportamentos similares nos dois grupos (pacientes não-tratados e tratados). A técnica de agrupamento superparamagnético (SPC) consiste no mapeamento do conjunto de pacientes (pontos no espaço de parâmetros D- dimensional), a serem agrupados de acordo com suas similaridades, no estudo da transição de primeira ordem de um modelo de Potts inomogêneo de q estados (q ≥ 10). A interação entre quaisquer dois spins de Potts depende da distância no espaço de parâmetros entre os pacientes correspondentes (objetos). Através do estudo das transições de fase deste modelo usando métodos de Monte Carlo, nós obtemos a curva de susceptibilidade magnética e localizamos as temperaturas de transição do modelo. Nós prosseguimos nossa análise identificando todos os grupos estáveis (de pacientes) que são formados na região das fases ferromagnética e superparamagnética. A separação em grupos resultante reflete as similaridades dos pacientes com respeito ao espaço de parâmetros escolhido. Desta forma, nós completamos nossa análise procurando por similaridades entre os elementos de todos os grupos obtidos, com respeito a outras informações disponíveis sobre estes pacientes: cepa do plasmódio, rota de inoculação do parasita, protocolos de drogas, etc. Os 193 pacientes tratados foram agrupados de acordo com o tipo de resposta aos diferentes protocolos e combinações de drogas. A separação também foi sensível ao número de protocolos que eles foram submetidos, bem como cepas e rotas de inoculação. Os 79 pacientes não-tratados foram agrupados de acordo com suas principais características das series temporais, embora em alguns casos a separação tenha sido sensível também `a cepa do parasita e rota de inoculação. O fato dos resultados da última análise trazerem menos informação que a análise dos pacientes tratados indica que ou o número de amostras é pequena para tal análise ou que diferentes padrôes observados são característicos do mesmo plasmódio e que não existe correlação entre os padrões das séries temporais de parasitemia e outras características extrínsecas dos pacientes disponíveis (cepa, rota de inoculação, etc.). O grande impacto do nosso trabalho vem do estudo dos pacientes tratados. O fato dos diferentes grupos agregam pacientes sujeitos a diferentes protocolos e drogas que exibem o mesmo tipo de resposta (de acordo com critérios da OMS) indica que o SPC é uma técnica não-supervisionada apropriada para ser usada neste tipo de análise. Deste modo ela pode ser muito útil para analisar séries de parasitemia coletada de outros estudos com cohorts em desenvolvimento, desenhados para se obter mais informações sobre a interação parasita-hospedeiro. Como a maioria das aplicações desta técnica de agrupamento foram focadas na análise de expressão gênica, o presente trabalho mostra também que o SPC pode ser aplicado no estudo de séries temporais

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:08:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8004_1.pdf: 4568730 bytes, checksum: 59b8a548fa5fc647bcee9fe6d1b3e888 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Na presente dissertação realizamos estudos através de simulação computacional, utilizando o método Monte Carlo (MC) do antiferromagneto (AF) diluído FexZn1−xF2, próximo da região de percolação (x = 0.24) e na presença de um campo magnético externo H. O sistema AF FexZn1−xF2 mostra-se para x = 0.25 com características típicas de um Vidro de Spins (VS s) genuíno, com uma temperatura crítica bem definida. Por meio de um modelo microscópico adequado para a descrição de AF diluídos, em que as razões entre as constantes de trocas medidas no sistema são consideradas, mostramos através da utilização da simulação MC que, para baixas temperaturas, o sistema Fe0.25Zn0.75F2 possui uma forte dependência com a história da medida ou do procedimento numérico utilizado. Os valores obtidos através das medidas da magnetização, quando resfriamos a campo magnético nulo e posteriormente aquecemos com campo magnético não-nulo (ciclo ZFC), são diferentes dos valores quando a medida é feita com resfriamento e aquecimento com campo magnético não nulo ou finito (ciclo FC). Em particular, estudamos a dependência temporal das magnetizações remanentes associadas aos dois ciclos, FC e ZFC, após a retirada do campo magnético. Essa forte dependência com a história evidenciou-se, também, nos resultados que obtivemos para as curvas de histerese e para a linha de Almeida- Thouless, com os resultados sendo comparados com os obtidos experimentalmente e por outros métodos teóricos

Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-06-29T18:07:57Z No. of bitstreams: 1 dissertacao-marcelo-amanajas-pires-versao-final.pdf: 1960976 bytes, checksum: 9ad0a839c63b7d5fc5c96b2e62a10fe9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-29T18:07:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao-marcelo-amanajas-pires-versao-final.pdf: 1960976 bytes, checksum: 9ad0a839c63b7d5fc5c96b2e62a10fe9 (MD5) / Empregando ferramentas da Física Estatística investigamos os possíveis cenários macroscópicos que emergem quando acopla-se uma dinâmica de epidemias sob campanha de vacinação com uma dinâmica de opiniões competitivas pró versus anti -vacina. Consideramos a abordagem de campo médio que é topologicamente equivalente a uma rede totalmente conectada. As mudanças de opinião seguem o modelo da Regra da Maioria. Os agentes anti-vacina seguem o modelo suscetível-infectado-suscetível(SIS) com taxas de transmissão λ e recuperação α, enquanto que os agentes a favor da vacinação vão vacinar-se com uma taxa γ, grau de engajamento, caso contrário seguem um modelo SIS com taxas (1 − γ)λ e α. Consideramos que a imunidade conferida pela vacina pode ser perdida com uma taxa de ressuscetibilidade φ. Os resultados analíticos em campo médio e simulações de Monte Carlo revelam um rico diagrama de cenários epidêmicos no curto prazo incluindo uma região onde os agentes pró-vacina mesmo em minoria inicial podem suprimir o surto epidêmico e outra região onde mesmo que toda a população inicial seja pró-vacina ainda há ocorrência de surto epidêmico se o grau de engajamento não for suficientemente alto. No longo prazo também observou-se uma diversidade de cenários interessantes: (i) tanto para φ = 0 quanto φ = 0 6 a pressão social tem um efeito duplo pois ela facilita a presença da fase endêmica quando a maioria inicial é anti-vacina, porém ela dificulta a persistência coletiva do contágio se a maioria inicial é pró-vacina; (ii) a transição de fase ativa-absorvente exibida pelo modelo epidêmico pode ser destruida se o grau de engajamento γ dos agentes pró-vacina é suficientemente alto e a vacina fornece imunidade temporária (φ 6= 0) (iii) para φ = 0 a densidade estacionária de infectados I∞ depende da densidade inicial de agentes pró-vacina de modo não-trivial. / By employing tools from Statistical Physics we investigated the macroscopic scenarios that can emerge from an epidemic spreading with vaccination under the impact of opinion dynamics with agents pro or anti-vaccine. We consider the mean-field approach which is topologically equivalent to a fully-connected network. The opinion changes are ruled by the majority-rule dynamics. Individuals against the vaccination follow a standard susceptible-infected-susceptible (SIS) model with spreading rate λ and recovery rate α, whereas the pro-vaccine individuals are vaccinated with rate γ otherwise they follow a SIS model with rates (1 − γ)λ and α. We consider that vaccine immunity can be lost with rate φ, the resusceptibility rate. Mean-Field calculations and Monte Carlo simulations reveal several interesting results. In the short-time limit we found evidences that: (i) even an initial minority in favor of the vaccination campaign can stop the disease spreading, if its engagement is sufficiently high; (ii) even if the entire population is pro-vaccine, an epidemic outbreaks can still occur if the engagement γ is not high enough. In the long term we also found many interesting macroscopic scenarios: (i) for φ = 0 and φ = 0 6 the social pressure acts as double edged sword since it hinders the disease prevalence when the initial majority is pro-vaccination, but it facilitates the disease persistence when the initial majority is against vaccination; (ii) the active-absorbing phase transition exhibited by the epidemic model can be suppressed if the engagement degree is high enough and the vaccination gives temporary immunity (φ = 0 6 ); (iii) for permanent immunity (φ = 0 ) the stationary density of Infected individuals has a non-trivial dependence on the initial density of pro-vaccine individuals.

A estimativa de viagens por domicílio é fundamental para a tomada de decisões relativas ao planejamento urbano e de transportes. Em geral, a obtenção destas informações é por meio de modelos tradicionais como o modelo clássico de quatro etapas, e a primeira etapa do modelo é a geração de viagens. Entretanto, modelos clássicos apresentam inúmeras falhas, muitas delas relacionadas a suposições prévias matemáticas (normalidade ou continuidade da variável dependente). Desta forma, surge a necessidade de testar outras técnicas de modo a minimizar as falhas apresentadas pelos modelos clássicos e utilizá-las como uma ferramenta auxiliar, como por exemplo, as Redes Neurais Artificiais (RNAs), que podem ser aplicáveis na modelagem de problemas complexos e não lineares na área de engenharia de transportes, pois apresentam capacidade de aprendizagem, adaptação e generalização. Assim, para estimar viagens por domicílio, seja pela modelagem tradicional ou pela modelagem RNA são necessários dados desagregados dos domicílios, incluindo dados dos indivíduos, como as atividades diárias que exerce me dados sócio demográficos, etc. Esses dados são geralmente obtidos por uma Pesquisa O/D, que fornece um banco de dados detalhado sobre o comportamento de viagem da população de uma cidade. No entanto, a maioria das cidades enfrenta problemas para a aquisição desses dados, uma vez que este tipo de pesquisa possui alto custo de preparação, execução, processamento e análise. Portanto, percebe-se a necessidade de novos métodos que forneçam dados confiáveis e com baixo custo, para estimar a demanda por viagens, capazes de gerar resultados com rapidez, qualidade e acurácia e sem a necessidade dos dados provenientes de uma Pesquisa O/D. Devido a dificuldade de aquisição de dados desagregados, foi proposto neste trabalho, a geração da população sintética com dados agregados a partir da aplicação do Método Monte Carlo. Este trabalho tem por objetivo gerar uma população sintética baseada em dados censitários agregados e testar a adequabilidade das RNAs para estimar viagens por domicílio. Neste estudo, a modelagem tradicional foi utilizada para comparar nos resultados obtidos com a modelagem RNA, pois o objetivo não foi checar minuciosamente a qualidade dos modelos lineares, e sim, testar a adequabilidade das RNAs para estimar viagens por domicílio. A abordagem tradicional se baseou em um modelo de regressão linear enquanto que a abordagem de redes neurais consistiu da rede perceptron multi camadas. Na execução do trabalho foram calibrados quatro modelos (dois de cada abordagem) com os dados desagregados da Pesquisa O/D e foram comparados os resultados obtidos de cada abordagem. Ao final do trabalho, foi possível escolher o modelo mais adequados de cada abordagem e em seguida, foram utilizados para prever viagens por domicílio com os dados obtidos pela população sintética. Os resultados indicaram que 70% das variáveis obtidas na população sintética foram consideradas aptas para o estudo e que a estimativa de viagens por domicílio da população sintética obtida em ambos os modelos (Modelo 3-RNA) e (Modelo 4-RLM) obtiveram uma boa previsão, ou seja, mais de 70% das viagens por domicílio da população sintética foram consideradas válidas. Isso demonstrou que, o uso de da modelagem RNA é uma técnica alternativa eficiente e promissora na área de planejamento de transportes, especificamente para a previsão de viagens por domicílio. / The estimated number of household travels is essential in the decision-making process related to urban and transportation planning. Usually, this information is obtained through traditional models, such as four-step classic model, for example, which has trip generation as a first step. However, classic models feature numerous failures. Many of these failures are related to mathematical prior assumptions (normality or continuity of the dependent variable). Thus, it is important to test other techniques in order to reduce the failures and use these techniques as an auxiliary tool, i.e. Artificial Neural Networks (ANN). ANN are applicable in the modeling of complex and nonlinear transportation problems, due to its learning, adaptation and generalization capacities. Thus, to estimate the number of household travel, either by traditional or by ANN models, it is required disaggregated data of the households. It might include information of individuals, as daily activities and sociodemographic information. Usually, these data are obtained by a O/D survey, which provides a detailed database of the population travel behavior of the city. However, the obtainment of this information leads to high costs of preparation, execution, processing and analysis of the data. Thus, most cities have faced problems to attain this information. Therefore, new methods of estimation providing reliable data and low cost, are required. It will enable to estimate the demand of travel, rapidly with quality and accuracy, without the need of data provided through an O/D survey. Due to the difficulty of acquiring disaggregated data, this study proposes the generation of synthetic population through aggregated data by applying the method of Monte Carlo. This study aims to generate a synthetic population based on aggregated census data, and test the suitability of ANN to estimate the number of household travels. Since the aim was not thoroughly check the quality of linear models, instead, test the suitability of ANN to estimate the number of household travels, obtained results of traditional and ANN models were compared. The traditional approach was based on a linear regression while the neural network consisted of Multilayer Perceptron network. Four models (two of each approach) were proposed and calibrated with disaggregated data of an O/D Survey. Then, the results were compared. It enabled to choose the most appropriate model of each approach. Hence, these models were used to forecast the number of household travels, using the data obtained by the synthetic population proposed. The results indicated that 70% of the variables obtained through the synthetic population, were considered suitable for the study. Besides, the estimated number of household travels of the synthetic population obtained for both models (Model 3-RNA and 4-MLR model) presented a good forecast, indicating that more than 70% of household travels of the synthetic population were considered valid. Finally, it is concluded that the use of ANN modeling is an effective and promising alternative technique in the transportation-planning field, specifically to forecast the number of household travels.

Um procedimento baseado no uso sequencial de simulação Monte Carlo e cálculos de Mecânica Quântica é proposto e usado para o tratamento de efeitos de solvente, com especial atenção parao sovatocromismo no espectro de absorção molecular. A ideia básica é realizar simulações clássicas com o método Monte Carlo para gerar estruturas supermoleculares do sistema em solução e em seguida tratar estas supermoléculas (soluto, solvente e suas interações) com cálculos quânticos. Um modelo totalmente discreto do solvente é utilizado e, portanto, o uso de meios dielétricos contínuos é dispensado. Neste procedimento, as supermoléculas são compostas por uma molécula do soluto rodeada pela primeira camada de solvatação definida através da função distribuição. Os efeitos de solvente são calculados usando médias configuracionais sobre estruturas supermoleculares descorrelacionadas obtidas através de análises estatísticas das simulações. Como aplicação, os deslocamentos espectrais da primeira banda de absorção do benzeno 1B2u(- *), devido a presença de diversos solventes, foram analisados e calculados. Boa concordância com os resultados experimentais foram obtidos. / A approach based on the sequential use of Monte Carlo simulation and Quantum Mechanics is proposed and use for the treatment of solvent effects with special attention to solvatochromic shifts. The basic Idea is to perform a classical Monte Carlo simulation to generate supermolecular structures of the system, then to treat these supermolecules (solute, solvent and all its interaction) by quantum mechanics. This is a totally discrete modelo f the solvent that avoids the use of a dielectric continuum. In this approach, the supermolecules are composed by the solute molecule surrounded by the first solvation Shell as determined by the distribution function. The solvent effects are calculated using ensemble average over uncorrelated supermolecular structures obtained by statistical analysis. As na application, the spectral shifts of the 1B2u(- *) trnsition of benzene in different solvents are investigated. Good agreement with the experimental results are obtained.

Materiais radiologicamente equivalentes ao tecido humano (Tissue Equivalent Material - TEM) têm a finalidade de evitar exposição injustificável à radiação de pacientes e são amplamente utilizados no controle de qualidade de equipamentos de diagnóstico por imagem. Esses materiais devem ser caracterizados para que se possa confiar em sua semelhança, em termos de suas propriedades de interação com a matéria, aos tecidos que substituem. Uma das maneiras de caracterizar os materiais é verificando se o espectro transmitido através deles se assemelha ao transmitido através do tecido que substituem. O método Monte Carlo (MC) é uma ferramenta útil no processo de caracterização dos TEM pois pode evitar o processo custoso de realizar experimentos de transmissão de raios-X. Esse trabalho investigou a aplicabilidade do método MC à caracterização de TEM de tecido mamário (bTEM) utilizados no controle de qualidade de equipamentos de mamografia. Para verificar a aplicabilidade do método MC, uma série de resultados de simulações foi comparada a resultados experimentais. Espectros de raios X transmitidos foram comparados diretamente através da média de seus resíduos reduzidos (Mean Weighted Squared Residuals - MWSR). Comparações foram feitas através de grandezas derivadas dos espectros. Essas grandezas foram: as camadas semi-redutoras (primeira e segunda), a energia média e a energia efetiva. Foi realizada uma discussão acerca da eficiência de cada uma dessas comparações, através da estimativa do poder de cada teste de hipótese. Os experimentos de transmissão de radiação foram realizados em duas instalações, no Laboratório de Dosimetria das Radiações e Física Medida da Universidade de São Paulo, onde foi utilizado um tubo de raios X com anodo de tungstênio adaptado para qualidades de feixe utilizadas em aplicações mamográficas, e no Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear da Comissão Nacional de Energia Nuclear, equipado com um mamógrafo clínico com anodos de tungstênio e molibdênio. Diversas condições experimentais foram variadas para assegurar a robustez das conclusões, tais como as combinações anodo/filtro, os materiais constituintes dos bTEM, suas glandularidades, espessuras e as tensões de pico. Os espectros sem nenhuma atenuação (0 mm) também foram medidos e utilizados nas comparações. Os espectros foram medidos com um detector comercial de CdTe. Dosímetros termoluminescentes foram utilizados para estimar a dose depositada em diversas regiões do bTEM, e esses resultados foram também comparados às simulações. Além da estimativa do nível de exatidão alcançado pelo código de MC nas referidas condições, também se concluiu que o teste de hipótese do MWSR teve o maior poder estatístico, de 0,996. O MWSR foi o teste que demonstrou a compatibilidade dos espectros medidos o maior número de vezes. Esse teste aceitou 48% dos pares de espectros contra 40% de aceitação do teste da primeira camada semi-redutora, que foi o segundo teste com maior aceitação. / man radiologically tissue equivalent materials (TEM) have the purpose of avoiding unjustifiable irradiation of patients; they are largely used in the quality control of image diagnostic equipment. These materials must be characterized so that their similarity to the tissues they simulate can be relied upon, regarding their properties of interaction with radiation. One way of characterizing the materials is by checking the resemblance between their transmitted spectrum to the one of tissue they simulate. The Monte Carlo (MC) method is a useful tool in the TEM characterization process, since it may avoid the realization of costly experiments of transmitted X-ray spectrometry. MC may even dismiss preliminary experiments. This work investigated the applicability of the MC method to the characterization of breast tissue TEM (bTEM) used in the quality control of mammography equipment. To evaluate the applicability of the MC method, a series of simulation results was compared to experimental data. Transmitted spectra were directly compared through their mean weighted squared residues (MWSR), and by the comparisons of spectra derived quantities, as it is commonly done in the literature. These quantities were: the half value layers (first and second), the mean energy and the effective energy. A discussion about the efficiency of each one of these comparisons was made by estimating the statistical power of each hypothesis test. The radiation transmission experiments were carried out in two facilities: at the Laboratory of Radiation Dosimetry and Medical Physics of the University of São Paulo, where a tungsten anode X-ray tube adapted to mammographic applications was used. The rest of the experiments was done at the Nuclear Technology Development Center of the National Commission of Nuclear Energy, equipped with a clinical mammographic equipment with anodes composed by tungsten and molybdenum. Several experimental conditions were varied to ensure the robustness of the conclusions, such as the anode/filter combination, the bTEM constituent materials, their glandularities, thicknesses and peak voltages. Spectra with no attenuation (0 mm) were also measured and used in the comparisons. The spectral measurements were done with a commercial CdTe detector. Thermo-luminescent dosimeters were used to estimate the dose deposited at several regions inside the bTEM, and these results were also compared to simulations. In addition to estimating the level of accuracy achieved by the MC code in the mentioned conditions, it was also concluded that the highest statistical power was scored by the MWSR and it was of 0.996. The MWSR was also the test which attested this compatibility of the measured spectra the most. It accepted 48% of the spectra pair against 40% acceptance of the first half value layer test, which was the second test with most acceptance.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Existe um grande número de estudos que examina a dependência entre energia e alcance para elétrons com energias desde alguns keVs até centenas de MeVs. Porém, a descrição quantitativa do transporte de elétrons de baixa energia é um problema complexo, especialmente devido à não disponibilidade de dados confiáveis para as seções de choque dos diferentes mecanismos por meio dos quais elétrons interagem com a matéria. Uma vez que os modelos analíticos de transporte de elétrons ou são incompletos ou apresentam dificuldades até o momento intransponíveis, os códigos de Monte Carlo têm sido a alternativa adotada nestas abordagens e são hoje extensivamente utilizados. É sabido que na interação de radiações ionizantes com o tecido vivo podem ocorrer danos severos em estruturas nos níveis celular e sub-celular. Uma vez que a transferência de energia de radiações ionizantes para o meio ocorre predominantemente através da interação dos elétrons secundários produzidos por esta com o material, existe um interesse especial na determinação da relação entre energia inicial e alcance para elétrons; especialmente os de baixa energia. Neste trabalho é estudada a relação entre energia inicial e alcance em meio biológico para elétrons com energias entre 110 eV e 50 keV. Para tal foi utilizado o código de Monte Carlo PENELOPE com o qual foram realizadas simulações do transporte de elétrons de baixa energia (110 eV a 50 keV) e dos fótons secundários gerados por estes provenientes de uma fonte monoenergética isotrópica localizada no interior de um meio tecido equivalente homogêneo. A partir daí, as grandezas de interesse foram calculadas e analisadas.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Até a década de 1990 acreditava-se que o DNA era a única molécula alvo das radiações ionizantes. Mas algumas observações questionaram esta teoria. Em 1992 o efeito bystander, em português, efeito espectador, foi descrito por Nagasawa e Little. Este efeito é responsável por uma série de respostas como morte, instabilidade cromossômica ou outras anormalidades que ocorrem em células não irradiadas, que entraram em contato com células irradiadas ou meio irradiado a partir de células irradiadas. Entender o efeito bystander pode ter consequências importantes para a terapia e estudos do risco às exposições de baixas doses de radiação ionizante. Organismos vivos são compostos de milhões de células que, juntas, executam tarefas de grande complexidade. Apesar de cada célula ter uma estrutura interna que obedece às leis da bioquímica, é a interação entre as células que gera uma gama de diferentes fenômenos. Os modelos computacionais buscam soluções elegantes para simular a natureza. Neste trabalho, desenvolvemos um modelo computacional para simular o efeito bystander das radiações ionizantes em culturas celulares. Este modelo computacional é um autômato celular bidimensional, consistindo de duas redes sobrepostas, onde a primeira representa a cultura de células, e a segunda, o meio no qual as células são incorporadas. O modelo computacional descreve o comportamento do efeito bystander para diferentes configurações e densidade de células onde diferentes níveis de sinais são liberados pelas células irradiadas no meio. O efeito de re-emissão de sinais também foi introduzido no modelo. A partir dos dados das simulações foram obtidas equações capazes de antever os resultados experimentais. Os resultados obtidos a partir do modelo computacional e do ajuste matemático mostraram-se em excelente concordância com dados experimentais disponíveis na literatura. Observou-se que há dois pontos de inflexão nas curvas de dose-resposta no regime de baixa dose que podem representar uma adaptabilidade da cultura celular à radiação ionizante, transformando-a mais ou menos rádio resistente. / Until the 1990s it was believed that the DNA was the only target molecule of ionizing radiation. But some observations have questioned this theory. In 1992, the bystander effect was described by Nagasawa and Little. This effect is responsible for a series of answers as death, chromosomal instability or other abnormalities that occur in non-irradiated cells, which get in contact with irradiated or irradiated medium from irradiated cells. Understanding the bystander effect may have important consequences for therapy and exposure risk studies to low doses of ionizing radiation. Living organisms are composed of millions of cells that together perform tasks of great complexity. Although each cell has an internal structure that obeys the biochemistry laws, it is the interaction between the cells that generate a range of different phenomena. Mathematical models seek elegant solutions to simulate nature. In this work, we developed a computer model to simulate the bystander effect of ionizing radiation in cell cultures. This computational model is a two-dimensional cellular automata, consisting of two overlapping networks, where the first represents the cells culture and the second, the medium in which cells are embedded. The computational model describes the behavior of the bystander effect for different configurations and cells density where different signal levels are released by cells irradiated in the medium. The signals re-emission effect was also introduced in this model. From the simulations data, equations capable of predicting the experimental results were obtained. The results obtained from the computational model and the mathematical model are in excellent agreement with experimental data available in the literature. It was observed that there are two inflection points in the dose-response curves in the low dose regime and they may represent a cell culture adaptability to ionizing radiation by transforming it into more or less radio-resistant.

Estudamos as propriedades estruturais e eletrônicas da molécula emodina (EM), em diferentes condições, do ponto de vista experimental e teórico. Numa primeira parte, realizamos medidas do espectro eletrônico de absorção da EM, em meio solvente (água, clorofórmio e metanol). Nessa parte, obtivemos que o solvente provoca pouco efeito nos deslocamentos das bandas. Numa segunda parte, estudamos a EM, isoladamente e nos três solventes, através de cálculos quânticos com funcional de densidade (B3LYP), conjunto de função base de Pople (6-31G*) e modelo contínuo polariz ável (PCM). Como principais resultados obtivemos que a EM é rígida a menos da orientação relativa das 3 hidroxilas. A mudança orientacional nessas hidroxilas pode provocar formação de até 2 ligações de hidrogênio intramolecular (o que estabiliza sua geometria) e conseqüente uma diminuição no momento dipolo de 5.5 a 1.7D (o que desestabiliza sua interação com a água). Numa terceira parte, realizamos simulações com método Monte Carlo e Dinâmica Molecular em solução. Nessa parte, obtivemos que as ligações de hidrogênio intramoleculares são raramente quebradas devido as interações com o solvente e isso atribui a EM um caráter hidrofóbico. Adicionalmente, utilizando Teoria de Perturbação Termodinâmica nas simulações, calculamos a variação de energia livre de solvatação da EM em partição água/clorofórmio e água/- metanol e obtivemos -2.6 e -4.9 kcal/mol, respectivamente. Esse resultado está em boa concordância com o resultado experimental de -5.6 kcal/mol para partição de água/octanol. Por último, realizamos cálculos do espectro eletrônico de absorção da EM, isoladamente e nos três solventes, considerando as moléculas através do modelo, contínuo de solvente (SCRF) e explícito de solvente, com o método INDO/CIS. Nessa parte, obtivemos que o efeito do solvente é bem descrito teoricamente. / We study the structural and electronic properties of the emodin (EM) in different solvents of experimental and theoretical the point of view. We started performing measurements of the UV-Vis absorption spectrum of the EM in solution (water, chloroform and methanol). Our main result is that the solvent causes little effect on shifts the bands. In the second part of this work, we performing quantum calculations of isolated EM and in the three solutions using density functional (B3LYP), a set of Pople basis function (6-31G*) and the polarizable continuum model (PCM). In this part, our result is that EM presents a rigid conformation unless the orientation of its 3 hydroxyls. The change in these hydroxyls orientation can form up to 2 intramolecular H-bonds (which stabilizes its geometry) and causes a decrease in the dipole moment from 5.5 to 1.7D (which destabilizes its interaction with water). In the third part of this work, we performing Monte Carlo and Molecular Dynamics simulations in solution. Our main result is that the intramolecular H-bonds are rarely broken, even in aqueous solution, and these give to EM a hydrophobic character. Additionally, using Thermodynamics Perturbation Theory in the simulations, we calculate variations of free energy of solvation of EM in partition of water/chloroform and water/methanol and obtained -2.6 and -4.9kcal/mol, respectively. This last result is in good agreement with the experimental result[3] of -5.6kcal/mol for partition of water/octanol. Finally, we performing calculations of UV-Vis absorption spectrum of isolated EM and in the three solutions. In this calculations, we considering the molecules through the continuum solvent (SCRF) and explicit solvent model with the method INDO/CIS. In this part, we obtaining that effect of solvent is well described theoretically.