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

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

A radioterapia externa pós-operatória em mulheres diagnosticadas com câncer de mama em estágio inicial é tido como um procedimento padrão, no entanto durante o planejamento para irradiação do volume alvo as possíveis incertezas dosimétricas introduzidas dado o movimento respiratório intrínseco da paciente são desconsideradas. Este estudo avalia não apenas a influência da respiração na distribuição tridimensional da dose, mas como essa distribuição se modifica dado a técnica radioterápica empregada para o tratamento. Três técnicas de planejamento foram analisadas: a radioterapia conformacional tridimensional (3D-RT) com filtros, a radioterapia com intensidade modulada (IMRT) usando planejamento direto e o IMRT inverso. A fim de simular o movimento de contração e expansão da caixa torácica, utilizou-se uma plataforma com amplitudes de oscilação pré-determinadas, sendo a frequência de oscilação provida por uma fonte de tensão variável. Para simular a mama usou-se objetos simuladores semiesféricos preenchidos com gel dosimétrico (MAGIC-f). Os planejamentos para cada técnica foram realizados sobre a mesma tomografia computadorizada (CT) do objeto simulador preenchido com água no modo estático. Foram produzidos três lotes de dosímetro gel para o projeto, cada lote foi irradiado com uma técnica radioterápica diferente, sendo que cada lote inclui cinco objetos simuladores e um conjunto de nove tubos de calibração preenchidos com gel MAGIC-f. O primeiro dos objetos simuladores é utilizado como referência, o segundo é irradiado no modo estático, os demais são irradiados em diferentes amplitudes, respectivamente: 0,34 cm, 0,88 cm e 1,22 cm. A informação volumétrica de dose foi obtida utilizando imagens por ressonância magnética nuclear (IRMN), para cada lote foram adquiridos IRMN com sequência multi spin echo e os mapas de relaxometria, que são associados à dose, foram extraídos em um software desenvolvido e aprimorado pelo nosso grupo de pesquisa. A comparação quantitativa dos mapas de relaxometria dos objetos simuladores em movimento em relação ao modo estático foi realizado pelo índice gamma tridimensional (3% / 3mm / 15% Threshold). Para o 3D-RT a porcentagem de pontos aprovados do objeto estático em relação ao oscilante na amplitude de 0,34 cm foi de 96,44%, para amplitude de 0,88 cm foi de 93,23% e para amplitude de 1,22 cm foi de 91,65%. Para o IMRT direto a porcentagem de pontos aprovados do objeto estático em relação ao oscilante na amplitude de 0,34 cm foi de 98,42%, para amplitude de 0,88 cm foi de 95,66% e para amplitude de 1,22 cm foi de 94,31%. Para o IMRT inverso a porcentagem de pontos aprovados do objeto estático em relação ao oscilante na amplitude de 0,34 cm foi de 94,49%, para amplitude de 0,88 cm foi de 93,51% e para amplitude de 1,22 cm foi de 86,62%. A partir dos resultados, infere-se que a movimentação respiratória de baixa amplitude, para tratamentos de câncer de mama, não é um fator preocupante para a rotina clínica, porém o aumento da amplitude da oscilação aumenta a inomogeneidade de dose e pode afetar os parâmetros dosimétricos da cobertura do volume alvo em relação ao planejamento do tratamento. Observou-se em conjunto que a distribuição de dose se modifica claramente com a técnica em uso e no caso do IMRT inverso para amplitude de oscilação de 1,22 cm a aprovação no índice gamma foi menor que 90% / External postoperative radiotherapy in women diagnosed with early stage breast cancer is considered as a standard procedure, however during planning for target volume irradiation as possible dosimetric uncertainties reabsorption of the patient\'s intrinsic respiratory movement are disregarded. This study evaluates not only the influence of respiration on the three-dimensional distribution of the dose but how this distribution is modified due to the radiotherapy technique used for treatment. Three planning techniques were analyzed: three-dimensional conformational radiotherapy (3D-RT) with filters, intensity-modulated radiotherapy (IMRT) using direct planning and inverse IMRT. In order to simulate the movement of contraction and expansion of the chest wall, a platform with predetermined oscillation amplitudes was used, the oscillation frequency was provided by a variable voltage source. To simulate the breast, semi-spherical simulator objects filled with dosimetric gel (MAGIC-f) were used. The plannnings for each technique were performed on the computerized tomography (CT) of the simulator object filled with water in static mode. Three batches of gel dosimeters were prepared for the project, each batch was irradiated with a different radiothermic technique and comprised five simulator objects and a set of nine calibration tubes filled with MAGIC-f gel. The first simulator objects is used as reference, the second is irradiated in the static mode, the others are irradiated using different amplitudes, respectively: 0,34 cm, 0,88 cm and 1,22 cm. Volumetric dose information was obtained using Nuclear Magnetic Resonance Imaging, each batch was scanned with a multi spin echo sequence and the dose-related relaxometry maps were extracted in a software developed and improved by our Group of research. The quantitative comparison of the relaxometry maps of the moving simulator objects with respect to the static mode was performed by the three-dimensional gamma index (3% / 3mm / 15% threshold). For the 3D-RT, the percentage of approved points of the static object with respect to the oscillator in the amplitude of 0.34 cm was 96.44%, for amplitude of 0.88 cm was 93.23% and for amplitude of 1.22 cm was 91.65%. For the direct IMRT the percentage of approved points of the static object in relation to the oscillator in the amplitude of 0.34 cm was 98.42%, for amplitude of 0.88 cm was 95.66% and for amplitude of 1.22 cm was 94.31%. For the inverse IMRT, the percentage of approved points of the static object in relation to the oscillator in the amplitude of 0.34 cm was 94.49%, for amplitude of 0.88 cm was 93.51% and for amplitude of 1.22 cm was 86.62%. From the results, it is inferred that a low-amplitude respiratory movement, for breast cancer treatments, is not a worrying factor for clinical routine, however, increasing the amplitude of the oscillation increases the inomogeneity of the dose and this affects the dosimetry parameters of the target volume coverage. It was observed that the dose distribution changes with the technique in use and in the case of the inverse IMRT for amplitude of oscillation of 1.22 cm, less than 90% of points were approved in the gamma index evaluation

A radioterapia externa pós-operatória em mulheres diagnosticadas com câncer de mama em estágio inicial é tido como um procedimento padrão, no entanto durante o planejamento para irradiação do volume alvo as possíveis incertezas dosimétricas introduzidas dado o movimento respiratório intrínseco da paciente são desconsideradas. Este estudo avalia não apenas a influência da respiração na distribuição tridimensional da dose, mas como essa distribuição se modifica dado a técnica radioterápica empregada para o tratamento. Três técnicas de planejamento foram analisadas: a radioterapia conformacional tridimensional (3D-RT) com filtros, a radioterapia com intensidade modulada (IMRT) usando planejamento direto e o IMRT inverso. A fim de simular o movimento de contração e expansão da caixa torácica, utilizou-se uma plataforma com amplitudes de oscilação pré-determinadas, sendo a frequência de oscilação provida por uma fonte de tensão variável. Para simular a mama usou-se objetos simuladores semiesféricos preenchidos com gel dosimétrico (MAGIC-f). Os planejamentos para cada técnica foram realizados sobre a mesma tomografia computadorizada (CT) do objeto simulador preenchido com água no modo estático. Foram produzidos três lotes de dosímetro gel para o projeto, cada lote foi irradiado com uma técnica radioterápica diferente, sendo que cada lote inclui cinco objetos simuladores e um conjunto de nove tubos de calibração preenchidos com gel MAGIC-f. O primeiro dos objetos simuladores é utilizado como referência, o segundo é irradiado no modo estático, os demais são irradiados em diferentes amplitudes, respectivamente: 0,34 cm, 0,88 cm e 1,22 cm. A informação volumétrica de dose foi obtida utilizando imagens por ressonância magnética nuclear (IRMN), para cada lote foram adquiridos IRMN com sequência multi spin echo e os mapas de relaxometria, que são associados à dose, foram extraídos em um software desenvolvido e aprimorado pelo nosso grupo de pesquisa. A comparação quantitativa dos mapas de relaxometria dos objetos simuladores em movimento em relação ao modo estático foi realizado pelo índice gamma tridimensional (3% / 3mm / 15% Threshold). Para o 3D-RT a porcentagem de pontos aprovados do objeto estático em relação ao oscilante na amplitude de 0,34 cm foi de 96,44%, para amplitude de 0,88 cm foi de 93,23% e para amplitude de 1,22 cm foi de 91,65%. Para o IMRT direto a porcentagem de pontos aprovados do objeto estático em relação ao oscilante na amplitude de 0,34 cm foi de 98,42%, para amplitude de 0,88 cm foi de 95,66% e para amplitude de 1,22 cm foi de 94,31%. Para o IMRT inverso a porcentagem de pontos aprovados do objeto estático em relação ao oscilante na amplitude de 0,34 cm foi de 94,49%, para amplitude de 0,88 cm foi de 93,51% e para amplitude de 1,22 cm foi de 86,62%. A partir dos resultados, infere-se que a movimentação respiratória de baixa amplitude, para tratamentos de câncer de mama, não é um fator preocupante para a rotina clínica, porém o aumento da amplitude da oscilação aumenta a inomogeneidade de dose e pode afetar os parâmetros dosimétricos da cobertura do volume alvo em relação ao planejamento do tratamento. Observou-se em conjunto que a distribuição de dose se modifica claramente com a técnica em uso e no caso do IMRT inverso para amplitude de oscilação de 1,22 cm a aprovação no índice gamma foi menor que 90% / External postoperative radiotherapy in women diagnosed with early stage breast cancer is considered as a standard procedure, however during planning for target volume irradiation as possible dosimetric uncertainties reabsorption of the patient\'s intrinsic respiratory movement are disregarded. This study evaluates not only the influence of respiration on the three-dimensional distribution of the dose but how this distribution is modified due to the radiotherapy technique used for treatment. Three planning techniques were analyzed: three-dimensional conformational radiotherapy (3D-RT) with filters, intensity-modulated radiotherapy (IMRT) using direct planning and inverse IMRT. In order to simulate the movement of contraction and expansion of the chest wall, a platform with predetermined oscillation amplitudes was used, the oscillation frequency was provided by a variable voltage source. To simulate the breast, semi-spherical simulator objects filled with dosimetric gel (MAGIC-f) were used. The plannnings for each technique were performed on the computerized tomography (CT) of the simulator object filled with water in static mode. Three batches of gel dosimeters were prepared for the project, each batch was irradiated with a different radiothermic technique and comprised five simulator objects and a set of nine calibration tubes filled with MAGIC-f gel. The first simulator objects is used as reference, the second is irradiated in the static mode, the others are irradiated using different amplitudes, respectively: 0,34 cm, 0,88 cm and 1,22 cm. Volumetric dose information was obtained using Nuclear Magnetic Resonance Imaging, each batch was scanned with a multi spin echo sequence and the dose-related relaxometry maps were extracted in a software developed and improved by our Group of research. The quantitative comparison of the relaxometry maps of the moving simulator objects with respect to the static mode was performed by the three-dimensional gamma index (3% / 3mm / 15% threshold). For the 3D-RT, the percentage of approved points of the static object with respect to the oscillator in the amplitude of 0.34 cm was 96.44%, for amplitude of 0.88 cm was 93.23% and for amplitude of 1.22 cm was 91.65%. For the direct IMRT the percentage of approved points of the static object in relation to the oscillator in the amplitude of 0.34 cm was 98.42%, for amplitude of 0.88 cm was 95.66% and for amplitude of 1.22 cm was 94.31%. For the inverse IMRT, the percentage of approved points of the static object in relation to the oscillator in the amplitude of 0.34 cm was 94.49%, for amplitude of 0.88 cm was 93.51% and for amplitude of 1.22 cm was 86.62%. From the results, it is inferred that a low-amplitude respiratory movement, for breast cancer treatments, is not a worrying factor for clinical routine, however, increasing the amplitude of the oscillation increases the inomogeneity of the dose and this affects the dosimetry parameters of the target volume coverage. It was observed that the dose distribution changes with the technique in use and in the case of the inverse IMRT for amplitude of oscillation of 1.22 cm, less than 90% of points were approved in the gamma index evaluation