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.

Os procedimentos braquiterápicos atuais seguem as diretrizes apresentadas no protocolo da AAPM TG - 43, introduzido em 1995, que define a metodologia de cálculo de dose ao redor de fontes encapsuladas. Este protocolo, dentre outras considerações, adota a água como meio dosimétrico padrão e desconsidera a composição dos tecidos, densidades e dimensões do paciente nas estimativas de dose absorvida. Com o objetivo de realizar os cálculos de dose em condições mais próximas à realidade, a AAPM publicou em 2012 o TG-186, que introduz os algoritmos de cálculos de dose baseados em modelos na braquiterapia (MBDCA- model-based dose calculation algorithm). Estes algoritmos são capazes de considerar as complexidades descritas acima, além de permitirem estimativas de dose diretamente nos tecidos biológicos. Apesar deste advento, ainda há controvérsia sobre a melhor forma de se reportar a dose absorvida, com pontos favoráveis tanto para estimativas de dose na água, quanto nos tecidos. Esta tese se insere dentro deste contexto, buscando a correlação entre todo o conhecimento previamente adquirido baseado em água com os modernos algoritmos de cálculo de dose. A relação entre a dose na água e no meio é realizada através da teoria da cavidade, que assume que a fluência dos fótons na água e no meio é idêntica. Parte dos objetivos do presente trabalho foi avaliar a fluência energética de fótons em diferentes meios irradiados com fontes braquiterápicas de energias baixas (<50,0 keV), propondo uma forma eficiente de correlacionar a dose na água e no meio em situações nas quais a fluência dos fótons é relevante. Avaliou-se a dose absorvida na água e em diferentes tecidos humanos, para quantificar fatores de conversão entre as estimativas de dose, simulados por Monte Carlo. Para validar tais fatores foi proposta uma metodologia experimental com o uso de um objeto simulador, desenvolvido especificamente para a realização deste trabalho e com capacidade de medir os efeitos da heterogeneidade do meio utilizando doses absorvidas em dosímetros termoluminescentes. As correções baseadas na fluência energética obtidas neste estudo, quando necessárias, são capazes de correlacionar a dose absorvida no tecido e na água com uma precisão melhor do que 0,5 % nos casos mais críticos (ex. osso). Os fatores de conversão calculados mostraram que a dose absorvida na água subestima a dose absorvida no osso em até 80 %, mas superestima a dose no tecido adiposo em aproximadamente 75 %, ressaltando a necessidade de se considerar a composição e a densidade do meio nas estimativas de dose. Os resultados experimentais permitiram validar os fatores de conversão de dose simulados com diferenças máximas de 8,5 %, entre os valores experimentais e simulados. Todos os resultados obtidos comprovaram que a estimativa da dose absorvida em procedimentos braquiterápicos com baixas energias diferem significativamente quando realizadas na água e nos tecidos biológicos, evidenciando a necessidade do uso de algoritmos que considerem a heterogeneidade do meio. Tais resultados também enfatizaram a necessidade de se considerar com precisão a composição do corpo, uma vez que variações nas composições médias dos tecidos podem afetar as estimativas dosimétricas e aumentar as incertezas dos resultados. / Brachytherapy treatments are commonly performed using the American Association of Physicists in Medicine (AAPM) Task Group report TG-43, introduced in 1995, which defines the formalism for the calculation of absorbed dose to water, and neglects human tissue densities, material compositions, body interfaces, body shape and dose perturbations from applicators. In order to perform dose calculations in conditions closer to reality, the AAPM published in 2012 the TG-186, which introduces the model-based dose calculation algorithm (MBDCA) in brachytherapy. These algorithms are able to consider the complexities described above, in addition, it allows dose estimates directly into biological tissues. Despite the advent, the best way to report the absorbed dose is still a matter of debate, with favourable points for both water and tissue absorbed dose estimates. The present thesis is inserted within this context, searching for the correlation between all previously acquired knowledge based in absorbed dose to water with the absorbed dose calculated using modern MBDCA. The correlation between the doses in water and the doses in tissue is performed through the cavity theory, which generally assumes that the fluence of the photons in water and in tissue are identical. Part of the purpose of the present work was to evaluate the energy-fluence of photons in different medium irradiated with low energy brachytherapy sources (<50,0 keV), proposing an efficient way to correlate absorbed dose to water and absorbed dose to tissue in brachytherapy in situations in which the fluence of the photons is relevant. In addition to this objective, the dose absorbed in water and in different human tissues was evaluated to quantify conversion factors between these dose estimates, simulated by Monte Carlo. To validate such factors, an experimental methodology was proposed in a phantom with the capacity to quantify the effects of the heterogeneity of the medium measuring absorbed doses in thermoluminescent dosimeters. The energy-fluence based corrections given in this work, when necessary, are able to correlate the absorbed dose to tissue and absorbed dose to water with an accuracy better than 0.5 % in the most critical cases (e.g.: bone tissue). The calculated conversion factors showed that the absorbed dose to water underestimates the absorbed dose to bone by up to 80 % but overestimates the dose in adipose tissue by approximately 75 %, emphasizing the need to consider the composition and the density of tissue in the dose estimates. The experimental results allowed validating the simulated conversion factors with maximum differences of 8.5 % between the experimental and simulated dose values. All the results obtained showed that the estimation of the dose absorbed in low energy brachytherapy procedures differ significantly when performed in water and in biological tissues, evidencing the necessity of using MBDCA. These results also emphasized the need to accurately consider tissue composition, since the smallest variations in tissue compositions may affect dosimetric estimates and increase uncertainties of the results.

The TG-43 dosimetry parameters of the AdvantageTM 125I model IAI-125A brachytherapy seed were studied. An investigation using modern MCNP radiation transport code with updated cross-section libraries was performed. Twelve different simulation conditions were studied for a single seed by varying the coating thickness, mass density, photon energy spectrum and cross-section library. The dose rate was found to be 6.3% lower at 1 cm in comparison to published results. New TG-43 dosimetry parameters are proposed. The dose distribution for a brachytherapy eye plaque, model EP917, was investigated, including the effects of collimation from high-Z slots. Dose distributions for 26 slot designs were determined using Monte Carlo methods and compared between the published literature, a clinical treatment planning system, and physical measurements. The dosimetric effect of the composition and mass density of the gold backing was shown to be less than 3%. Slot depth, width, and length changed the central axis (CAX) dose distributions by < 1% per 0.1 mm in design variation. Seed shifts in the slot towards the eye and shifts of the 125I-laden silver rod within the seed had the greatest impact on the CAX dose distribution, changing it by 14%, 9%, 4.3%, and 2.7% at 1, 2, 5, and 10 mm, respectively, from the inner scleral surface. The measured, full plaque slot geometry delivered 2.4% ± 1.1% higher dose along the plaque’s CAX than the geometry provided by the manufacturer and 2.2%±2.3% higher than Plaque SimulatorTM (PS) treatment planning software (version 5.7.6). The D10 for the simulated tumor, inner sclera, and outer sclera for the measured slot plaque to manufacturer provided slot design was 9%, 10%, and 19% higher, respectively. In comparison to the measured plaque design, a theoretical plaque having narrow and deep slots delivered 30%, 37%, and 62% lower D10 doses to the tumor, inner sclera, and outer sclera, respectively. CAX doses at –1, 0, 1, and 2 mm were also lower by a factor of 2.6, 1.72, 1.50, and 1.39, respectively. The study identified substantial sensitivity of the EP917 plaque dose distributions to slot design.

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