Este trabalho apresenta uma metodologia de cálculo para a obtenção de doses em estruturas do olho humano, como: esclera, coróide, retina, nervo óptico, corpo vítreo, câmara anterior, lente, além do tumor devido ao tratamento com placas oftálmicas. Construiu-se um modelo de olho humano com suas principais estruturas e dimensões fieis, além de um modelo matemático para uma placa de Co-60 e uma placa de sementes de I-125, levando-se em conta tamanho e disposição geométrica das fontes reais, com o código de Monte Carlo MCNP-4C. Esse modelo é capaz de calcular as distribuições de dose axiais e radiais para qualquer ponto do olho e para cada uma de suas estruturas. Construiu-se, também, um simulador de acrílico para o olho. Esse simulador é formado por uma esfera de acrílico fatiada em lâminas de 1 mm de espessura para simular as mesmas condições de simulação realizada pelos código MCNP-4C, fornecendo as doses axiais e radiais em filmes radiográficos. O simulador foi utilizado para validar os cálculos realizados com o código MCNP-4C. Os dados obtidos desse modelo matemático servirão para montar um banco de dados de doses para todas as estruturas do olho, posições e tamanhos de tumores e quaisquer placas oftálmicas utilizadas para tratamento. Esse banco de dados será a parte principal para a construção de um “software" nacional para cálculos de dose, que poderá fazer parte de um sistema de planejamento confiável para ser utilizado em radioterapia/braquiterapia. / This work presents a calculational methodology for dose determination in human eye structures, such as: sclera, choroid, retina, lens, vitreous body, optic nerve and disc, and cornea, as well as tumor due to treatment to the eye plaques. A human eye model was constructed taking into consideration its main structural and dimension characteristics. Beyond that a mathematical model for the Co-60 and I-125 plaques with all geometric details were built employing the MCNP-4C code. This model is able to calculate the axial and radial doses in any point of the eye and for each of its structures. An acrylic eye simulator was also built with the aim to obtain experimental results for the both model validations. This simulator is made of an acrylic sphere split into foils of 1 mm thickness which allow the introduction a radiographic film to measure the axial and radial doses. The experimental data were used to validate the MCNP-4C results. The data from the mathematical model will serve as the basis to build a data bank for all the eye structures allowing different position and sizes of tumor as well as the replacement of all ophthalmic plaques used in the treatment. This data bank will be the principal part for the construction of a national software for the dose calculation and can be of great help for a reliable treatment system planning in radiotherapy/brachytherapy.

Este trabalho apresenta uma metodologia de cálculo para a obtenção de doses em estruturas do olho humano, como: esclera, coróide, retina, nervo óptico, corpo vítreo, câmara anterior, lente, além do tumor devido ao tratamento com placas oftálmicas. Construiu-se um modelo de olho humano com suas principais estruturas e dimensões fieis, além de um modelo matemático para uma placa de Co-60 e uma placa de sementes de I-125, levando-se em conta tamanho e disposição geométrica das fontes reais, com o código de Monte Carlo MCNP-4C. Esse modelo é capaz de calcular as distribuições de dose axiais e radiais para qualquer ponto do olho e para cada uma de suas estruturas. Construiu-se, também, um simulador de acrílico para o olho. Esse simulador é formado por uma esfera de acrílico fatiada em lâminas de 1 mm de espessura para simular as mesmas condições de simulação realizada pelos código MCNP-4C, fornecendo as doses axiais e radiais em filmes radiográficos. O simulador foi utilizado para validar os cálculos realizados com o código MCNP-4C. Os dados obtidos desse modelo matemático servirão para montar um banco de dados de doses para todas as estruturas do olho, posições e tamanhos de tumores e quaisquer placas oftálmicas utilizadas para tratamento. Esse banco de dados será a parte principal para a construção de um “software” nacional para cálculos de dose, que poderá fazer parte de um sistema de planejamento confiável para ser utilizado em radioterapia/braquiterapia. / This work presents a calculational methodology for dose determination in human eye structures, such as: sclera, choroid, retina, lens, vitreous body, optic nerve and disc, and cornea, as well as tumor due to treatment to the eye plaques. A human eye model was constructed taking into consideration its main structural and dimension characteristics. Beyond that a mathematical model for the Co-60 and I-125 plaques with all geometric details were built employing the MCNP-4C code. This model is able to calculate the axial and radial doses in any point of the eye and for each of its structures. An acrylic eye simulator was also built with the aim to obtain experimental results for the both model validations. This simulator is made of an acrylic sphere split into foils of 1 mm thickness which allow the introduction a radiographic film to measure the axial and radial doses. The experimental data were used to validate the MCNP-4C results. The data from the mathematical model will serve as the basis to build a data bank for all the eye structures allowing different position and sizes of tumor as well as the replacement of all ophthalmic plaques used in the treatment. This data bank will be the principal part for the construction of a national software for the dose calculation and can be of great help for a reliable treatment system planning in radiotherapy/brachytherapy.

As expectativas da Organização Mundial de Saúde para o ano de 2030 são que o número de mortes por câncer seja de aproximadamente 13,2 milhões, evidenciando a elevada parcela desta doença no problema de saúde mundial. Com relação ao câncer de próstata, de acordo com o Instituto Nacional do Câncer, o número de casos diagnosticados no mundo em 2012 foi de aproximadamente 1,1 milhão, enquanto que no Brasil os dados indicam a incidência de 68 mil novos casos. O tratamento deste tipo de neoplasia pode ser realizado com cirurgia (prostatectomia) ou radioterapia. Dentre a radioterapia, podemos destacar a técnica de braquiterapia, a qual consiste na introdução (implante) de pequenas fontes radioativas (sementes) no interior da próstata, onde será entregue um valor elevado de dose no volume de tratamento e baixa dose nos tecidos ao redor. No Brasil, a classe médica estima uma demanda de aproximadamente 8000 sementes/mês, sendo o custo unitário de cada semente de pelo menos U$ 26,00. A Associação Americana de Físicos na Medicina publicou alguns documentos descrevendo quais parâmetros e análises devem ser realizadas para avaliações da distribuição de dose, como por exemplo, os parâmetros Constante de taxa de dose, Função radial e Função de anisotropia. Estes parâmetros podem ser obtidos através de medidas experimentais da distribuição de dose ou por simulações computacionais. Neste trabalho foram determinados os parâmetros dosimétricos da semente OncoSeed-6711 da empresa Oncura-GEHealthcare e da semente desenvolvida pelo Grupo de Dosimetria de Fontes de Braquiterapia do Centro de Tecnologia das Radiações (CTR IPEN-CNEN/SP) por simulação computacional da distribuição de dose utilizando o código MCNP5, baseado no Método de Monte Carlo. A semente 6711 foi modelada, assim como um sistema dosimétrico constituído por um objeto simulador cúbico de 30x30x30 cm3 preenchido com água. Os valores obtidos da semente 6711 foram comparados com alguns apresentados na literatura, onde o parâmetro Constante de taxa de dose apresentou erro relativo em relação ao valor publicado no TG- 43 de 0,1%, sendo que os outros parâmetros analisados também apresentaram boa concordância com os valores publicados na literatura. Deste modo, pode-se considerar que os parâmetros utilizados nas simulações (espectro, modelagem geométrica e avaliação de resultados) estão compatíveis com outros estudos, sendo estes parâmetros também utilizados nas simulações da semente do IPEN. Considerando as análises de incerteza estatística, os valores obtidos da semente do IPEN são semelhantes aos valores da semente 6711. / Expectations of the World Health Organization for the year 2030 are that the number of cancer deaths is approximately 13.2 million, reflecting the high proportion of this disease in global health issue. With respect to prostate cancer, according to the National Cancer Institute, the number of cases diagnosed worldwide in 2012 was approximately 1.1 million, while in Brazil the data demonstrated the incidence of 68,000 new cases. The treatment of cancer can be performed with surgery (prostatectomy) or radiation therapy. Among radiotherapy, we can highlight the brachytherapy technique, which consists in the introduction of small radioactive sources (seeds) within the prostate, which is delivered a high dose value in the treatment volume and low dose in the surrounding tissues. In Brazil, the medical profession estimates a demand of approximately 8000 seeds / month, and the unit cost of each seed at least US $ 26.00. The AAPM protocol TG-43 recommend the dose-rate constant, radial dose function and anisotropy function for dosimetric analysis LDR brachytherapy seeds. In this work, Monte Carlo simulations were performed in order to assess the dosimetric parameters of the OncoSeed-6711, manufactured by Oncura-GEHealthcare, and a seed developed by Radiation Technology Center, using the MCNP5 code. A 6711 seed, anIPEN seed and the 30x30x30cm3phantom filled with water were modeled to simulatethe dose distribution. The 6711 seed parameters were compared with literature, and the results presented relative error less than 0.1% for Λ. In comparison with the 6711 seed, the IPEN model seed dosimetric parameters were similar, account the statistical uncertainty.

As expectativas da Organização Mundial de Saúde para o ano de 2030 são que o número de mortes por câncer seja de aproximadamente 13,2 milhões, evidenciando a elevada parcela desta doença no problema de saúde mundial. Com relação ao câncer de próstata, de acordo com o Instituto Nacional do Câncer, o número de casos diagnosticados no mundo em 2012 foi de aproximadamente 1,1 milhão, enquanto que no Brasil os dados indicam a incidência de 68 mil novos casos. O tratamento deste tipo de neoplasia pode ser realizado com cirurgia (prostatectomia) ou radioterapia. Dentre a radioterapia, podemos destacar a técnica de braquiterapia, a qual consiste na introdução (implante) de pequenas fontes radioativas (sementes) no interior da próstata, onde será entregue um valor elevado de dose no volume de tratamento e baixa dose nos tecidos ao redor. No Brasil, a classe médica estima uma demanda de aproximadamente 8000 sementes/mês, sendo o custo unitário de cada semente de pelo menos U$ 26,00. A Associação Americana de Físicos na Medicina publicou alguns documentos descrevendo quais parâmetros e análises devem ser realizadas para avaliações da distribuição de dose, como por exemplo, os parâmetros Constante de taxa de dose, Função radial e Função de anisotropia. Estes parâmetros podem ser obtidos através de medidas experimentais da distribuição de dose ou por simulações computacionais. Neste trabalho foram determinados os parâmetros dosimétricos da semente OncoSeed-6711 da empresa Oncura-GEHealthcare e da semente desenvolvida pelo Grupo de Dosimetria de Fontes de Braquiterapia do Centro de Tecnologia das Radiações (CTR IPEN-CNEN/SP) por simulação computacional da distribuição de dose utilizando o código MCNP5, baseado no Método de Monte Carlo. A semente 6711 foi modelada, assim como um sistema dosimétrico constituído por um objeto simulador cúbico de 30x30x30 cm3 preenchido com água. Os valores obtidos da semente 6711 foram comparados com alguns apresentados na literatura, onde o parâmetro Constante de taxa de dose apresentou erro relativo em relação ao valor publicado no TG- 43 de 0,1%, sendo que os outros parâmetros analisados também apresentaram boa concordância com os valores publicados na literatura. Deste modo, pode-se considerar que os parâmetros utilizados nas simulações (espectro, modelagem geométrica e avaliação de resultados) estão compatíveis com outros estudos, sendo estes parâmetros também utilizados nas simulações da semente do IPEN. Considerando as análises de incerteza estatística, os valores obtidos da semente do IPEN são semelhantes aos valores da semente 6711. / Expectations of the World Health Organization for the year 2030 are that the number of cancer deaths is approximately 13.2 million, reflecting the high proportion of this disease in global health issue. With respect to prostate cancer, according to the National Cancer Institute, the number of cases diagnosed worldwide in 2012 was approximately 1.1 million, while in Brazil the data demonstrated the incidence of 68,000 new cases. The treatment of cancer can be performed with surgery (prostatectomy) or radiation therapy. Among radiotherapy, we can highlight the brachytherapy technique, which consists in the introduction of small radioactive sources (seeds) within the prostate, which is delivered a high dose value in the treatment volume and low dose in the surrounding tissues. In Brazil, the medical profession estimates a demand of approximately 8000 seeds / month, and the unit cost of each seed at least US $ 26.00. The AAPM protocol TG-43 recommend the dose-rate constant, radial dose function and anisotropy function for dosimetric analysis LDR brachytherapy seeds. In this work, Monte Carlo simulations were performed in order to assess the dosimetric parameters of the OncoSeed-6711, manufactured by Oncura-GEHealthcare, and a seed developed by Radiation Technology Center, using the MCNP5 code. A 6711 seed, anIPEN seed and the 30x30x30cm3phantom filled with water were modeled to simulatethe dose distribution. The 6711 seed parameters were compared with literature, and the results presented relative error less than 0.1% for Λ. In comparison with the 6711 seed, the IPEN model seed dosimetric parameters were similar, account the statistical uncertainty.

Submitted by (ana.araujo@ufrpe.br) on 2016-07-05T19:39:13Z No. of bitstreams: 1 Frank Sinatra Gomes da Silva.pdf: 1131089 bytes, checksum: 2c4bf5cf9af313b266e2630e4726c0c9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-05T19:39:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Frank Sinatra Gomes da Silva.pdf: 1131089 bytes, checksum: 2c4bf5cf9af313b266e2630e4726c0c9 (MD5) Previous issue date: 2008-02-25 / The Monte Carlo method is an important tool to simulate radioactive particles interaction with biologic medium. The principal advantage of the method when compared with deterministic methods is the ability to simulate a complex geometry. Several computational codes use the Monte Carlo method to simulate the particles transport and they have the capacity to simulate energy deposition in models of organs and/or tissues, as well models of cells of human body. Thus, the calculation of the absorbed dose to thyroid’s follicles (compound of colloid and follicles’ cells) have a fundamental importance to dosimetry, because these cells are radiosensitive due to ionizing radiation exposition, in particular, exposition due to radioisotopes of iodine, because a great amount of radioiodine may be released into the environment in case of a nuclear accidents. In this case, the goal of this work was use the code of particles transport MNCP4C to calculate absorbed doses in models of thyroid’s follicles, for Auger electrons, internal conversion electrons and beta particles, by iodine-131 and short-lived iodines (131, 132, 133, 134 e 135), with diameters varying from 30 to 500 μm. The results obtained from simulation with the MCNP4C code shown an average percentage of the 25% of total absorbed dose by colloid to iodine- 131 and 75% to short-lived iodine’s. For follicular cells, this percentage was of 13% toiodine-131 and 87% to short-lived iodine’s. The contributions from particles with low energies, like Auger and internal conversion electrons should not be neglected, to assessment the absorbed dose in cellular level. Agglomerative hierarchical clustering was used to compare doses obtained by codes MCNP4C, EPOTRAN, EGS4 and by deterministic methods. / O método Monte Carlo é uma poderosa ferramenta para simular a interação de partículas radioativas com a matéria biológica. A principal vantagem do método, quando comparado com métodos determinísticos, tem sido a habilidade de adequarse de forma precisa a qualquer geometria complexa. Vários códigos computacionais simulam o transporte de partículas via método Monte Carlo, com capacidade para simular o depósito de energia em modelos geométricos que vão desde órgãos e/ou tecidos do corpo, como em modelos de células pertencentes a órgãos do corpo humano. Nesse sentido, o cálculo da dose absorvida pelos folículos tiroideanos (composto de colóide e células foliculares) tem sido de fundamental importância na dosimetria, uma vez que essas células são bastante radiosensíveis à exposição pela radiação ionizante, em particular exposição essa devido aos radioisótopos de iodo, que são resultados de produtos de fissão em casos de acidentes nucleares. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi o de utilizar o código para transporte de partículas MCNP4C para calcular doses absorvidas em modelos de folículos tiroideanos, devido aos elétrons Auger, elétrons de conversão interna e partículas beta, do iodo-131 e dos isótopos de meia-vida curta (iodos 132, 133, 134 e 135),para folículos com diâmetros que variaram de 30 até 500 μm. Os resultados obtidos pela simulação com o MCNP4C apresentaram um percentual médio de 25% da dose total absorvida pelo colóide para o iodo-131 e de 75% para os iodos de meia-vida curta. Para as células foliculares, esse percentual foi em média de 13% para o iodo- 131 e de 87% para os iodos de meia-vida curta, ressaltando assim a importância de simular partículas de baixa energia, como os elétrons Auger e elétrons de conversão interna, para a avaliação da dose absorvida a nível celular. Técnicas hierárquicas de análise de agrupamento foram usadas para comparações entre doses obtidas pelos códigos MCNP4C, EPOTRAN, EGS4 e doses calculadas por métodos determinísticos.