Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Total Body Irradiation is a special technique of radiotherapy used for conditioning for bone marrow transplantation. Its function is to immunosuppression, bone marrow ablation and destruction of malignant cells. How it is the irradiation of a large and irregular field is necessary to seek ways to offset the tissues so that the absorbed dose to the patient's body has a uniformity of ± 10%. In addition, other factors intervene so that this condition is satisfied, such as the choice of radiation source, the posture of the patient, the incidence geometry, the distance of treatment, the combination of fields, among others. To analyze how these factors influence the dose distribution in the body, in this study we were simulated computationally scenarios of Total Body Irradiation, using telecobaltherapy units and linear accelerator of 6 MV, for an estimated equivalent and effective doses using the code MCNPX of radiation transport and hybrid anthropomorphic simulators UFHADF and UFHADM in sitting postures to RLAT and LLAT irradiation, and lying to the AP and PA projections. To validate the spectra used in the simulations was calculated PDP for comparison with experimental measurements. As for the validation of TBI scenarios were estimated entrance dose rates in skin also for comparison with experimental measurements. The PDP curves are shown according to the literature. The values of the estimated dose rates are less than 10% relative difference in relation to the experimental measurements, which allowed us to estimate the dose in the organs. The simulation results show that the lateral irradiations of UF simulators in the sitting posture offer a less uniform dose distribution compared to radiation AP / PA with the simulator in lying posture. For the PA irradiation geometry the absorbed dose in the red marrow is approximately 20% higher than in the AP projection, which suggests that the first case is most appropriate for the destruction of diseased marrow. Regarding the use of attenuators objects for radiation attenuation in the lung there was a reduction of 23% of the absorbed dose by this organ, which shows their effectiveness and importance to these procedures. It was also observed that the decrease in patient treatment away from the radiation source and the room walls leads to a near increase of 10% and 5%, respectively, the absorbed dose, which suggests that treatments be more suitable carried out great distances focus-surface and far from the room's walls. The energy beam used for Total Body Irradiation, the most significant differences between the Cobalt-60 and linear accelerator 6 MV spectra were up to 46.23%, which occurred for the AP irradiation geometry, where observed that the first deposits most of its energy near the surface, which shows that more energy beams for irradiation are more effective at greater depths. Another factor analyzed was the combination of adjacent and overlapping fields for the treatment, leading to overdoses in some organs and committed dose uniformity as observed by other authors. The calculation of the effective dose showed that there is a greater overall commitment of the body to radiation in LLAT incidence geometry. It was also found that the effective dose is higher in the AP projection than PA as found in the literature. The analyzes show the importance and suggest a more detailed study of the exposure conditions for planning treatments for TB / A Irradiação de Corpo Inteiro é uma técnica especial de radioterapia utilizada para o condicionamento de transplante de medula óssea. Sua função é de imunossupressão, ablação da medula e destruição de células malignas. Por se tratar da irradiação de um campo grande e irregular é necessário buscar meios para compensação dos tecidos para que a dose absorvida pelo corpo do paciente tenha uma uniformidade de ±10%. Além disso, outros fatores interferem para que essa condição seja satisfeita, tais como a escolha fonte de radiação, a postura do paciente, a geometria de incidência, a distância de tratamento, a combinação de campos, entre outros. Para analisar a maneira como esse fatores influenciam na distribuição da dose no corpo, neste trabalho foram simulados computacionalmente cenários de Irradiação de Corpo Inteiro, que utilizam unidades de telecobaltoterapia e aceleradores lineares de 6 MV, para a estimativa da doses equivalente e efetiva utilizando o código de transporte de radiação MCNPX e os simuladores antropomórficos híbridos UFHADF e UFHADM nas posturas sentada, para irradiações RLAT e LLAT, e deitada para as projeções AP e PA. Para a validação dos espectros utilizados nas simulações foi calculada a PDP para a comparação com medidas experimentais. Já para a validação dos cenários de TBI foram estimadas as taxas de dose de entrada na pele também para a comparação com medidas experimentais. As curvas de PDP se mostraram de acordo com a literatura. Os valores das taxas de dose estimadas apresentaram uma diferença relativa menor que 10% em relação às medidas experimentais, o que permitiu estimar a dose nos órgãos. Os resultados das simulações mostram que as irradiações laterais dos simuladores UF na postura sentada oferecem uma distribuição de dose menos uniforme se comparado às irradiações AP/PA com o simulador na postura deitada. Para a geometria de irradiação PA a dose absorvida na medula vermelha é aproximadamente 20% maior que na projeção AP, o que sugere que o primeiro caso seja mais adequado para a destruição da medula doente. Quanto ao uso de objetos compensadores para atenuação da radiação no pulmão houve uma redução da dose absorvida por esse órgão em 23%, o que mostra sua eficácia e importância para esses procedimentos. Também foi observado que a diminuição da distância de tratamento do paciente a fonte de radiação e das paredes da sala leva a um aumento próximo de 10% e de 5%, respectivamente, na dose absorvida, o que sugere que sejam mais adequados tratamentos realizados a grandes distâncias foco-superfície e distantes das paredes da sala. Quanto à energia do feixe utilizado para Irradiação de Corpo Inteiro, as diferenças mais significativas entre o Cobalto-60 e o espectro do acelerador linear de 6 MV foram de até 46,23%, o que ocorreu para a geometria de irradiação PA, onde é observado que o primeiro deposita a maior parte de sua energia próximo a superfície, o que mostra que feixes mais energéticos são mais eficazes para irradiação em profundidades maiores. Outro fator analisado foi a combinação de campos adjacentes e sobrepostos para o tratamento, o que levou a superdosagens em alguns órgãos e comprometeu a uniformidade da dose assim como observado por outros autores. Os cálculos da dose efetiva permitiram concluir que há um maior comprometimento geral do corpo para irradiações na geometria de incidência LLAT. Também foi encontrado que a dose efetiva é superior na projeção AP que em PA assim como encontrado na literatura. As análises feitas mostram a importância e sugerem um estudo mais detalhado das condições de exposição para o planejamento de tratamentos por TBI.

The protection of occupational workers and public to the harmful effects of ionizing radiation is important for preventing and limiting the risks to the health of these individuals. The limitation of radiation dose is given by protection quantities, equivalent and effective doses (and), which are not directly measured but can be estimated by conversion coefficients, which relates them with physical quantities such as fluence ( ). Due to the difficult implementation of invasive techniques for estimating radiation dose in humans, the development of computational simulators representing more realistic as possible the structures of human body provides a more accurate dose estimation of individuals exposed to radiation. In literature, the significant growing of works in estimating conversion coefficients are observed, however using exposure scenarios that the computational simulators are implemented in standing posture. The aim of this work was the calculation of conversion coefficients for equivalent and effective doses per fluence (E/ e H/) of sitting and standing female simulators irradiated by neutrons. The exposure scenarios were developed using the UF sitting and standing female simulators implemented on MCNPX radiation transport code, which simulating a plane source of monoenergetic neutrons with energies from 10-9 MeV to 10 GeV in antero-posterior (AP), postero-anterior (PA), right lateral (RLAT), left lateral (LLAT), rotational (ROT) and isotropic (ISO) irradiation geometries. The conversion coefficients calculated in this work showed significant differences in organs of pelvic region of simulator for AP, LLAT, ROT and ISO irradiation geometries, such as bladder (53,40% in ROT geometry), ovaries (77,04% in RLAT geometry) and uterus (56,20% in AP geometry). These results mainly occurred due the shielding of these organs by the legs of simulator in sitting posture, and the differences showed the relevance of calculating conversion coefficients of simulators in different postures, which are near to a real scenario of an individual exposed to radiation. / A proteção dos trabalhadores e dos indivíduos do público aos efeitos nocivos da radiação ionizante é uma tarefa primordial de prevenção e limitação dos riscos à saúde dos mesmos. Uma ação associada à proteção radiológica é a definição de limites legais dados através de coeficientes de conversão que relacionam grandezas físicas, como fluência, com grandezas limitantes, como dose equivalente e dose efetiva. Como a implantação de técnicas invasivas para medidas de dose de radiação em seres humanos é difícil, verifica-se a necessidade de criar simuladores virtuais que representem da melhor forma possível às estruturas do corpo humano, possibilitando uma estimativa de dose de indivíduos expostos a fontes de radiação. Um significante crescimento de trabalhos para estimativas de coeficientes de conversão tem sido observado, porém sempre utilizando cenários de exposição onde os simuladores antropomórficos estão na postura vertical (de pé). Este trabalho tem como finalidade utilizar o código de transporte de radiação baseado no método de Monte Carlo MCNPX e o simulador antropomórfico feminino UF na postura sentada para obter os coeficientes de conversão para dose equivalente (E) e dose efetiva (H) em termos da fluência () (E/ e H/) para nêutrons monoenergéticos de 10-9 MeV até 10 GeV, para os cenários de irradiação antero-posterior (AP), postero-anterior (PA), lateral direito (RLAT), lateral esquerdo (LLAT), rotacional (ROT) e isotrópico (ISO). Os cálculos dos coeficientes de conversão encontrados neste trabalho mostram que houve diferenças significativas em órgãos da região pélvica do simulador nas geometrias de irradiação AP, LLAT, ROT e ISO, alcançando uma diferença relativa de até 53,40% na bexiga do UFHADF na geometria rotacional, além de apresentar algumas diferenças relativas expressivas como nos ovários (77,04%) na geometria lateral-direita e no útero (56,20%) na geometria antero-posterior. Esses resultados são evidenciados em decorrência da blindagem que os órgãos dessa região sofrem pelas pernas do simulador quando este é irradiado na postura sentada, mostrando dessa forma, a relevância de se calcular os coeficientes de conversão em cenários próximos a situações reais utilizando simuladores antropomórficos em posturas diferentes.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nuclear medicine is a medical specialty that uses radioisotopes for treatment of diseases and also for diagnosing them. A radioisotope widely used for this application is iodine 131, which is used in several studies, especially in thyroid scintigraphy. For this purpose, it is used an equipment called scintillation camera which should conform to a quality control program that determines, among other things, the tests that should be done to guarantee the quality of the medical images. For these tests it is necessary to use phantoms, which can be of various types, from simple boxes up to the exact representation of the shape of human organs. These latter are called anthropomorphic phantoms. In this study, two anthropomorphic phantoms were developed to be used in tests for image quality control measurements. These phantoms, both made of acrylic, one with a geometric shape that simulates anthropomorphically thyroid (OSCT) and the other one with anthropomorphic shape of the neck and thyroid (OSAP) were constructed to allow the permutation of prototypes that represent a normal thyroid, with hyperthyroidism and hypothyroidism. For the phantom OSCT, prototypes were also made to simulate hot and cold nodules in the gland and thyroid remnant. Images of thyroid scintigraphy of these phantoms were obtained with iodine- 131. By the images, it was determined the measures of the gland size and scintillation camera counts at each region of interest (ROI) using a DicomWorks program. The results proved the effectiveness of the phantoms for simulating either the normal or thyroid disorders. These phantoms can be used in studies for quality control of medical images and also in the training of personnel dealing with the analysis of images at nuclear medicine centers, since they adequately simulate the organ of interest. / A Medicina Nuclear é uma especialidade médica que utiliza radioisótopos para tratamento de doenças e também para obter imagens que auxiliam no diagnóstico dessas doenças. Um radioisótopo bastante utilizado para essa aplicação é o iodo 131, que é utilizado em vários estudos, principalmente em estudos de cintilografia de tireoide. Para tanto, são usados equipamentos chamados de câmaras de cintilação, que devem obedecer a um programa de controle da qualidade (PCGQ), o qual determina, entre outras coisas, os testes que devem ser feitos para garantir a qualidade das imagens médicas. É nesse momento que entram os objetos simuladores ou phantoms, que podem ser de vários tipos, desde simples caixas até a representação exata da forma de órgãos humanos. Esses últimos são chamados de objetos simuladores antropomórficos. Nesse trabalho foram desenvolvidos dois objetos simuladores antropomórficos para serem utilizados em testes de controle de imagens médicas. Esses simuladores, ambos feitos de acrílico, um com formato geométrico e com a tireoide simulada antropomorficamente (OSCT) e o outro com formato antropomórfico do pescoço e da tireoide (OSAP), foram construídos de forma a permitir a permutação de protótipos que representam uma tireoide normal, com hipertireoidismo e com hipotireoidismo. Para o phantom OSCT foram confeccionados ainda protótipos para simulação de nódulos quentes e frios na glândula. Imagens de cintilografia de tireoide desses phantoms foram obtidas com iodo 131, juntamente com as medidas dos tamanhos da glândula e as contagens de captação da câmara de cintilação de cada região de interesse (ROI) obtidas pelo programa DicomWorks. Esses dados comprovaram a eficácia dos phantoms na simulação desses exames, seja da tireoide normal ou com patologias. Esses objetos simuladores podem ser utilizados em testes dos programas para estudos de controle da qualidade das imagens médicas e também no treinamento dos profissionais envolvidos na análise das imagens nos centros de Medicina Nuclear, uma vez que simulam de forma adequada o órgão de interesse.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Clinical settings for vertebral compression fracture surgery were virtually modeled to estimate equivalent, effective, and cancer risk values normalized by the KAP (Kerma Product Area) for the patient and surgeon. This surgery is known as kyphoplasty and involves the use the equipament of type arch C, which provides real-time imaging and supports the surgeon during needle manipulation and delivery of surgical cement into the fractured vertebra. The radiation transport code used was MCNPX (Monte Carlo N-Particle eXtended) and two dual virtual anthropomorphic simulators: UFHADM and UFHADF (University of Florida Hybrid ADULT Male / Female). Two projections were simulated with seven tube voltage voltages for each. In the same scenario the KAP was calculated at the tube output, providing the calculation of the conversion coefficients (E/KAP, HT/KAP and RC/KAP). From the knowledge of experimental values of KAP and the results presented in this study, it was possible to estimate absolute values of equivalent, effective dose and cancer risk for different exposure conditions. In this work, scenarios were developed with and without the surgical table, in order to compare it with the existing data in the literature. The absence of the bed in the scenario promoted a percentual increase of 56% in the effective doses of patients in relation to the scenarios calculated with the bed. Regarding the surgeon, considering all projections, the use of personal protective equipment reduced the effective dose, on average, between 66-68%; while the use of the UTS reduced this same greatness by 2-5%. In relation to the study of cancer risk, colon and lung presented as a higher risk organ for the patient and surgeon, respectively. For the simulator undergoing kyphoplasty (pacient), considering a beam of 70 kVp, KAP of 5.5 Gy.cm2 and a effective cancer risk coefficient calculated in this work of 3.77 Gy-1.cm-2, it was estimated 21 cancer deaths were estimated, considering a universe of 106 cases. The data obtained in this work emphasize the importance of elaborating virtual scenarios that resemble clinical scenarios, generating E/KAP, HT/KAP and RC/KAP values that are closer to the real values. / Cenários clínicos para cirurgia de fratura por compressão da vértebra foram virtualmente modelados para estimar valores de dose equivalente, efetiva e risco de câncer normalizados pelo PKA (Produto Kerma Área) para o paciente e cirurgião. Esta cirurgia é conhecida como cifoplastia e envolve o uso do equipamento de radiodiagnóstico do tipo arco C, o qual fornece imagens em tempo real e dá suporte para o cirurgião durante a manipulação das agulhas e entrega de cimento cirúrgico dentro da vértebra fraturada. O código de transporte de radiação utilizado foi o MCNPX (Monte Carlo N-Particle eXtended) e duas duplas de simuladores antropomórficos virtuais: UFHADM e UFHADF (University of Florida Hybrid ADult Male/Female). Foram simuladas duas projeções com sete tensões de tubo para cada uma. No mesmo cenário foi calculado o PKA na saída do tubo, proporcionando o cálculo dos coeficientes de conversão (E/PKA – Dose Efetiva por PKA, HT/PKA – Dose equivalente por PKA e RC/PKA – Risco de Câncer por PKA). A partir do conhecimento de valores experimentais de PKA e dos resultados deste estudo, foi possível estimar valores absolutos de dose equivalente, efetiva e risco de câncer para diferentes condições de exposição. Neste trabalho foram desenvolvidos cenários com e sem a mesa cirúrgica, para comparação com os dados já existentes na literatura. A ausência da mesa no cenário promoveu um aumento percentual de 56% nos CCs de doses efetivas de pacientes em relação aos cenários calculados com a cama. Com relação ao cirurgião, considerando todas as projeções, o uso dos equipamentos de proteção pessoal reduziu a dose efetiva, em média, entre 66-68%; enquanto o uso do saiote reduziu entre 2-5% esta mesma grandeza. Em relação ao estudo de risco de câncer, o cólon e pulmão apresentaram-se como órgãos de maior risco para o paciente e médico cirurgião, respectivamente. Para o simulador submetido a cirurgia de cifoplastia (paciente), considerando um feixe de 70 kVp, PKA de 5,5 Gy.cm2 e um o coeficiente de risco de câncer efetivo calculado neste trabalho de 3,77 Gy-1.cm-2, estimou-se 21 mortes por câncer, considerando um universo de 106 casos. Os dados obtidos enfatizam a importância da elaboração de cenários virtuais que se assemelham a cenários clínicos, gerando valores de E/PKA, HT/PKA e RC/PKA mais próximos dos valores reais. / São Cristóvão, SE

Cardiac procedures are the most common within the interventional radiology (IR) and they can provide high medical and occupational exposures, since, in most cases these procedures are time consuming and complexes. Although the use of X-rays is justified in this case, it is important to make an assessment of radiation doses and associated risk to patients and medical staff. The aim of this study was to build a computational model of exposure composed of an adult patient, a cardiologist and a nurse, in a typical cardiac scenario in IR and, then, estimate absorbed doses in organs and tissues, and through this dosimetric quantity, determine equivalent doses, the effective dose and cancer risk associated with exposure. The estimated dosimetric quantities were normalized by the kerma-area product (KAP). In this study, the results are presented in conversion coefficient (CC) for radiation dose and cancer risk. The radiographic parameters used in the Monte Carlo simulations were: peak voltages between 60 and 120 kVp, inherent filtration of 3.5 mm Al and a field area 10 cm x 10 cm. Eight beam projections were used: antero-posterior (AP), postero-anterior (PA), right anterior oblique (RAO90o), left anterior oblique (LAO90o), cranial (CRAN30o), caudal (CAUD30o), left anterior oblique and right anterior oblique (LAO45o and RAO45o). The radiation transport code used was MCNPX 2.7.0, in which was incorporated three anthropomorphic phantoms were incorporated with a source of X-rays emitting photons isotropically in the patient´s chest region and all common objects inside the room in IR. The anthropomorphic phantoms used to represent the cardiologist and the patient were the MASH and the nurse was simulated by the FASH phantom. Energy spectra were generated using the SRS 78 program. Two irradiation scenarios named I and II were created. In I, the operating table had no lead curtain and suspended shields of lead glass and, in II, these protection devices were considered. The average effective dose of CCs for the eight projections used in cardiac procedures angiography and coronary angioplasty was: patient 2,5E-01 mSv/Gy.cm2; cardiologist 2,0E-01(I) and 4,7E-02 ÊSv/Gy.cm2 (II) and nurse 2,4E-02 (I) and 1,8E-02 ÊSv/Gy.cm2 (II).The effective risk of cancer in 10-4/Gy.cm 2 was: 1.2 for the patient, 2,6 E-03 (I) and 4.9 E-04 (II) for the cardiologist and 5.2 E-04 (I) and 4.0 E-04 (II) for the nurse. The results presented in this study are consistent with the experimental values obtained in the literature. Thus, we believe that results improve or extend the existing data and will be a useful reference tool for professionals of radiation protection, the scientific community and especially for the physicians themselves who are exposed routinely. / Os procedimentos cardiacos sao os mais frequentes dentro da radiologia intervencionista (RI) e podem proporcionar elevadas exposicoes medicas e ocupacionais, uma vez que, na maioria dos casos, os procedimentos sao demorados e complexos. Embora o uso de raios X nestes casos seja justificado, e importante fazer uma avaliacao das doses dessa radiacao e dos riscos associados tanto em pacientes quanto nos profissionais envolvidos. O objetivo deste estudo foi criar um modelo computacional de exposicao composto por um paciente adulto, um medico cardiologista e uma enfermeira, em um cenario tipico cardiaco em RI e, posteriormente, estimar as doses absorvidas nos orgaos e tecidos e, por meio desta grandeza, determinar as doses equivalentes, a dose efetiva e os riscos de cancer associados a exposicao. As grandezas estimadas foram normalizadas pelo produto kerma-area (PKA). Os resultados obtidos estao apresentados no formato de coeficiente de conversao (CCs) de dose de radiacao e de risco de cancer. Os parametros radiograficos utilizados nas simulacoes Monte Carlo foram: tensoes de pico entre 60 - 120 kVp, filtracao inerente de 3,5 mm Al, area do campo 10 cm x 10 cm. Foram utilizadas oito projecoes de feixe: antero-posterior (AP), postero-anterior (PA), obliquo anterior direito (RAO90o), obliquo anterior esquerdo (LAO90o), cranial (CRAN30o), caudal (CAUD30o), obliquo anterior esquerdo e obliquo anterior direito (LAO45o e RAO45o). O codigo de transporte de radiacao utilizado foi o MCNPX-2.7.0, no qual foram incorporados os tres simuladores antropomorficos, uma fonte de raios X emitindo fotons isotropicamente na regiao do torax do paciente e todos os objetos comuns no interior da sala de RI. O simulador antropomorfico utilizado para representar o cardiologista e o paciente foi o MASH e para simular a enfermeira foi utilizado a FASH. Os espectros de energia foram gerados utilizando o programa SRS 78. Foram criados dois cenarios de irradiacao denominados de I e II. Em I, a mesa cirurgica nao possuia cortina de chumbo e nem tinha protetores suspensos de vidro plumbifero e, em II, estes dispositivos de protecao foram considerados. As medias dos CCs de dose efetiva para as oito projecoes usadas em procedimentos cardiacos de angiografia e angioplastia coronaria foi: paciente 2,5E-01 mSv/Gy.cm2; cardiologista 2,0-E01(I) e 4,7E-02 ÊSv/Gy.cm2 (II) e enfermeira 2,4E-02 (I) e 1,8E-02 ÊSv/Gy.cm2 (II). O risco efetivo de cancer em 10-4/Gy.cm2 foi de 1,2 para o paciente, 2,6E-03 (I) e 4,9E-04 (II) para o cardiologista e 5,2E-04 (I) e 4,0E-04 (II) para a enfermeira. Os resultados apresentados neste estudo sao consistentes com os valores experimentais descritos na literatura. Tais resultados ampliam o conhecimento ja existente sobre doses em radiologia intervencionista e propiciam uma ferramenta util de consulta para os profissionais de radioprotecao, para a comunidade cientifica e, sobretudo, para os proprios medicos que se expoem rotineiramente.