Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-05-20T17:36:43Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-05-20T17:36:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho é apresentada uma intercomparaçào das características dosimétricas entre três sistemas de colimadores multi-lâminas: Varian Millenium com 120 lâminas, mMLC m3 Brainlab e Varian Mark II ambos com 52 lâminas. A largura da projeção das lâminas no isocentro e na região central do campo é de 0,5 cm; 0,35 cm e 1,0 cm respectivamente. Foram comparadas características dosimétricas comuns aos três sistemas em modo estático e, no modo dinâmico, o trabalho limitou-se aos dois primeiros. Em modo dinâmico, foram realizados testes que avaliam o funcionamento através da irradiação em filme de figuras padrão, como a reprodutibilidade e estabilidade do MLC. Foi testada a linearidade das UM, sensibilidade â interrupção de tratamentos, a constância na velocidade das lâminas encontrando-se em todos os casos dentro do ±3%. Na linearidade da taxa de dose existem diferenças quando este parâmetro diminui. Encontrou-se que o desvio médio da dose é inversamente proporcional à abertura média dos campos dinâmicos. O fator de rendimento em modo dinâmico apresentou variações de até 1% quando o sistema suporte funcional se encontrava em posições laterais. Para os três sistemas de MLC, nos perfis para um mesmo tamanho de campo foi observada uma inclinação maior na região de penumbra para o mMLC; nos fatores de rendimento existem também pequenas diferenças de um sistema para outro. A abertura dosi métrica entre pares de lâminas foi determinado para o MLC 120, mMLC e MLC 52, os valores obtidos para 6 MV foram: (0,202 ± 0,054) cm; (0,157 ± 0,070) cm e (0,189 ± 0,081) cm respectivamente. A transmissão apresentou um comportamento crescente com a profundidade e o tamanho de campo para 6 MV nos três sistemas. Os valores médios determinados com câmara de ionização para 6 MV foram os seguintes: (1,630 ± 0,018)% para o MLC 120; (1,291 ± 0,029)% para o mMLC e (1,638 ± 0,010)% para o MLC 52. Quando testada com filme, a transmissão entre as lâminas e intralâminas apresentou dependência com a posição fora do eixo central tanto no MLC 120 quanto no mMLC. A porcentagem de espalhamento produzido pelo MLC, com relação a um campo aberto de referência de 6 MV foi: (0,297 ± 0,024)% para o MLC 120; (0,239 ± 0,052)% para o mMLC e (0,202 ± 0,028)% para o MLC 52. A penumbra (80-20%) em função do deslocamento fora do eixo não apresentou variações significativas nos três sistemas. Para todos os MLCs, a penumbra apresentou um comportamento crescente em função do tamanho de campo definido pelas lâminas. Em função da profundidade em 6 MV, a penumbra apresentou o menor valor para o mMLC em d max: 2,59 mm e o maior é 6,74 mm para o MLC Mark II a 10 cm de profundidade. A penumbra em função do ângulo que as lâminas formam com o seu eixo de movimento, para o ângulo de 10° no mMLC apresentou um valor 3,74 mm; já para os ângulos maiores, os maiores valores foram os obtidos para o Mark II. A série de testes descrita no presente trabalho permite estabelecer uma rotina no comissionamento de sistemas de MLC que pode ser aplicada nos serviços de Radioterapia que vão comissionar sistemas de MLC para IMRT em modo dinâmico. Os resultados descritos permitem caracterizar cada um dos sistemas de MLC estudados. Não é possível dizer que um sistema é melhor que outro, mas é possível, a partir da escolha de um deles, identificar as possíveis vantagens e desvantagens que cada um vai apresentar. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-05-20T17:36:43Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-05-20T17:36:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A radioterapia é uma das três principais modalidades utilizadas no tratamento de doenças malignas como o câncer; as outras duas são a quimioterapia e a radiocirurgia. Em contraste com outras especialidades médicas que necessitam principalmente do conhecimento clínico e da experiência de especialistas, a radioterapia, com a utilização da radiação ionizante no tratamento do câncer, depende do investimento pesado em tecnologias modernas e dos esforços colaborativos de diversos profissionais, cuja equipe coordenada influencia, sobremaneira, o resultado do tratamento. A Radioterapia de intensidade modulada (IMRT) com o uso de colimadores multilâminas (multileaf collimators MLCs) tem o potencial para alcançar um alto grau de conformidade da dose no alvo (tumor a ser tratado) e ainda promover a proteção de tecidos normais do que a maioria de outras técnicas de tratamento, especialmente para volumes-alvo ou órgãos de risco com formatos complexos. Entretanto, estudos recentes mostraram que baixas doses de radiação podem causar tumores secundários. Esse trabalho tem como objetivo a determinação da distribuição de dose de radiação absorvida em diversas simulações de tratamentos radioterápicos com o uso de dosímetros compostos de LiF:Mg,Ti; CaSO4:Dy e Al2O3:C, utilizando um objeto simulador de polimetilmetacrilato (PMMA) empregando as seguintes técnicas dosimétricas: termoluminescência (TL), luminescência opticamente estimulada (OSL) e detectores semicondutores (diodos). / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

QC 351 A7 no. 07 / The Meinel Reducing Camera for the U. S. Naval Observatory's 60-inch telescope, Flagstaff, Arizona, comprises an f /10 collimator designed by Meinel and Wilkerson, and a Leica 50-mm f/2 Summicron camera lens. The collimator consists of a thick, 5-inch field lens located close to the focal plane of the telescope, plus four additional elements extending toward the camera. The collimator has an efl of 10 inches, yielding a 1-inch exit pupil that coincides with the camera's entrance pupil, 1.558 inches beyond the final surface of the collimator. There is room between the facing lenses of the collimator and camera to place filters and a grating. The collimated light here is the best possible situation for interference filters. Problems of the collimator design work included astigmatism due to the stop's being so far outside the collimator, and field curvature. Two computer programs were used in development of the collimator design. Initial work, begun in 1964, was with the University of Rochester's ORDEALS program (this was the first time the authors had used such a program) and was continued through July, 1965. Development subsequently was continued and completed on the Los Alamos Scientific Laboratory's program, LASL. The final design, completed January 24, 1966, was evaluated with ORDEALS. This project gave a good opportunity to compare ORDEALS, an "aberration" program, with LASL, a "ray deviation" program. It was felt that LASL was the superior program in this case, and some experimental runs beginning with flat slabs of glass indicated that it could have been used for the entire development of the collimator. Calculated optical performance of the design indicated that the reducing camera should be "seeing limited" for most work. Some astigmatism was apparent, but the amount did not turn out to be harmful in actual astronomical use. After the final design was arrived at, minor changes were made to accommodate actual glass indices of the final melt, and later to accommodate slight changes of radii and thicknesses of the elements as fabricated. An additional small change in spacing between two of the elements was made at the observatory after the reducing camera had been in use for a short time. The fabricated camera is working according to expectations. Some photographs are included in the report to illustrate its performance and utility.

QC 351 A7 no. 16 / This document has been prepared to form the basis for the operational specifications for the Cassegrain instrumentation for the 90-inch telescope of the Steward Observatory. The publication of this document is for the purpose of providing guidance to other astronomical groups who may have use for the considerations recorded herein.

Neste trabalho é apresentada uma intercomparaçào das características dosimétricas entre três sistemas de colimadores multi-lâminas: Varian Millenium com 120 lâminas, mMLC m3 Brainlab e Varian Mark II ambos com 52 lâminas. A largura da projeção das lâminas no isocentro e na região central do campo é de 0,5 cm; 0,35 cm e 1,0 cm respectivamente. Foram comparadas características dosimétricas comuns aos três sistemas em modo estático e, no modo dinâmico, o trabalho limitou-se aos dois primeiros. Em modo dinâmico, foram realizados testes que avaliam o funcionamento através da irradiação em filme de figuras padrão, como a reprodutibilidade e estabilidade do MLC. Foi testada a linearidade das UM, sensibilidade â interrupção de tratamentos, a constância na velocidade das lâminas encontrando-se em todos os casos dentro do ±3%. Na linearidade da taxa de dose existem diferenças quando este parâmetro diminui. Encontrou-se que o desvio médio da dose é inversamente proporcional à abertura média dos campos dinâmicos. O fator de rendimento em modo dinâmico apresentou variações de até 1% quando o sistema suporte funcional se encontrava em posições laterais. Para os três sistemas de MLC, nos perfis para um mesmo tamanho de campo foi observada uma inclinação maior na região de penumbra para o mMLC; nos fatores de rendimento existem também pequenas diferenças de um sistema para outro. A abertura dosi métrica entre pares de lâminas foi determinado para o MLC 120, mMLC e MLC 52, os valores obtidos para 6 MV foram: (0,202 ± 0,054) cm; (0,157 ± 0,070) cm e (0,189 ± 0,081) cm respectivamente. A transmissão apresentou um comportamento crescente com a profundidade e o tamanho de campo para 6 MV nos três sistemas. Os valores médios determinados com câmara de ionização para 6 MV foram os seguintes: (1,630 ± 0,018)% para o MLC 120; (1,291 ± 0,029)% para o mMLC e (1,638 ± 0,010)% para o MLC 52. Quando testada com filme, a transmissão entre as lâminas e intralâminas apresentou dependência com a posição fora do eixo central tanto no MLC 120 quanto no mMLC. A porcentagem de espalhamento produzido pelo MLC, com relação a um campo aberto de referência de 6 MV foi: (0,297 ± 0,024)% para o MLC 120; (0,239 ± 0,052)% para o mMLC e (0,202 ± 0,028)% para o MLC 52. A penumbra (80-20%) em função do deslocamento fora do eixo não apresentou variações significativas nos três sistemas. Para todos os MLCs, a penumbra apresentou um comportamento crescente em função do tamanho de campo definido pelas lâminas. Em função da profundidade em 6 MV, a penumbra apresentou o menor valor para o mMLC em d max: 2,59 mm e o maior é 6,74 mm para o MLC Mark II a 10 cm de profundidade. A penumbra em função do ângulo que as lâminas formam com o seu eixo de movimento, para o ângulo de 10° no mMLC apresentou um valor 3,74 mm; já para os ângulos maiores, os maiores valores foram os obtidos para o Mark II. A série de testes descrita no presente trabalho permite estabelecer uma rotina no comissionamento de sistemas de MLC que pode ser aplicada nos serviços de Radioterapia que vão comissionar sistemas de MLC para IMRT em modo dinâmico. Os resultados descritos permitem caracterizar cada um dos sistemas de MLC estudados. Não é possível dizer que um sistema é melhor que outro, mas é possível, a partir da escolha de um deles, identificar as possíveis vantagens e desvantagens que cada um vai apresentar. / In this work a dosimetric comparison between three multileaf collimator systems is presented: a Varian Millennium with 120 leaves, Brainlab mMLC m3 and Varian Mark II both with 52 leaves. The width projection at isocenter level in field\'s central region are: 0,5 cm; 0,35 cm and 1,0 cm respectively. Common dosimetric characteristics for the three systems in static mode and dynamic capabilities for the two first were compared. In dynamic mode, tests validating proper MLC function through film irradiation were done, such MLC stability, MU linearity, treatment interruptions sensitivity, stability of MLC in dynamic mode, leaf speed stability, were found within ±3% deviation in all cases. Dose rate linearity showed differences when this parameter decreases in dynamic mode. Average dose errors for fixed width gaps moving at constant speed were found to be proportional to gap errors and inversely proportional to the gap width. Output factors differences delivered through a sweeping gap were found less than ±1% when the gantry was in a lateral position. For the three MLC systems, when comparing beam profiles for the same field was observed that for mMLC presents the sharpest dose gradient region. In the output factors small differences where observed in every MLC system. Dosimetric leaf gap was determined for MLC 120, mMLC and MLC 52, obtained values for a 6 MV beam are: (0,202 ± 0,054) cm; (0,157 ± 0,070) cm and (0,189 ± 0,081) cm respectively. The transmission showed an increase with depth and field width for 6 MV in all the three systems. Average values obtained with ionization chamber for this energy were: (1,630 ± 0,018)% for MLC 120; (1,291 ± 0,029)% for mMLC and (1,638 ± 0,010)% for MLC 52. When obtained through film irradiation, inter and intra leaf transmission showed an off axis dependent behavior for MLC 120 and mMLC. Scatter produced by MLC as a 6 MV open reference field ratio was: (0,297 ± 0,024)% for MLC 120; (0,239 ± 0,052)% for mMLC and (0,202 ± 0,028)% for MLC 52. It was verified that penumbra width (80-20%) as a function of off axis leaf position do not showed significant differences in all systems. As a function of field width defined by MLC leaves, penumbra width presented an increasing behavior. When tests as a depth function in a 6 MV field, penumbra showed the smallest value for the mMLC at dmax: 2,59 mm and the biggest was 6,74 mm for the MLC Mark II AT 10 cm depth. Penumbra dependence with leaf movement axis showed that for 10 deg, the mMLC presented a 3,74 mm value, for larger angles, the higher values were obtained for MLC Mark 11. Described series of tests described in the present investigation allows to establish a commissioning routine for MLC systems, that could be applied in a Radiotherapy Department that will commission those systems for dynamic IMRT. Obtained results allow to characterize every MLC studied system. It is not possible to establish which system is better, but when one is chosen it is feasible to identify vantages and disadvantages that everyone will present.

Neste trabalho é apresentada uma intercomparaçào das características dosimétricas entre três sistemas de colimadores multi-lâminas: Varian Millenium com 120 lâminas, mMLC m3 Brainlab e Varian Mark II ambos com 52 lâminas. A largura da projeção das lâminas no isocentro e na região central do campo é de 0,5 cm; 0,35 cm e 1,0 cm respectivamente. Foram comparadas características dosimétricas comuns aos três sistemas em modo estático e, no modo dinâmico, o trabalho limitou-se aos dois primeiros. Em modo dinâmico, foram realizados testes que avaliam o funcionamento através da irradiação em filme de figuras padrão, como a reprodutibilidade e estabilidade do MLC. Foi testada a linearidade das UM, sensibilidade â interrupção de tratamentos, a constância na velocidade das lâminas encontrando-se em todos os casos dentro do ±3%. Na linearidade da taxa de dose existem diferenças quando este parâmetro diminui. Encontrou-se que o desvio médio da dose é inversamente proporcional à abertura média dos campos dinâmicos. O fator de rendimento em modo dinâmico apresentou variações de até 1% quando o sistema suporte funcional se encontrava em posições laterais. Para os três sistemas de MLC, nos perfis para um mesmo tamanho de campo foi observada uma inclinação maior na região de penumbra para o mMLC; nos fatores de rendimento existem também pequenas diferenças de um sistema para outro. A abertura dosi métrica entre pares de lâminas foi determinado para o MLC 120, mMLC e MLC 52, os valores obtidos para 6 MV foram: (0,202 ± 0,054) cm; (0,157 ± 0,070) cm e (0,189 ± 0,081) cm respectivamente. A transmissão apresentou um comportamento crescente com a profundidade e o tamanho de campo para 6 MV nos três sistemas. Os valores médios determinados com câmara de ionização para 6 MV foram os seguintes: (1,630 ± 0,018)% para o MLC 120; (1,291 ± 0,029)% para o mMLC e (1,638 ± 0,010)% para o MLC 52. Quando testada com filme, a transmissão entre as lâminas e intralâminas apresentou dependência com a posição fora do eixo central tanto no MLC 120 quanto no mMLC. A porcentagem de espalhamento produzido pelo MLC, com relação a um campo aberto de referência de 6 MV foi: (0,297 ± 0,024)% para o MLC 120; (0,239 ± 0,052)% para o mMLC e (0,202 ± 0,028)% para o MLC 52. A penumbra (80-20%) em função do deslocamento fora do eixo não apresentou variações significativas nos três sistemas. Para todos os MLCs, a penumbra apresentou um comportamento crescente em função do tamanho de campo definido pelas lâminas. Em função da profundidade em 6 MV, a penumbra apresentou o menor valor para o mMLC em d max: 2,59 mm e o maior é 6,74 mm para o MLC Mark II a 10 cm de profundidade. A penumbra em função do ângulo que as lâminas formam com o seu eixo de movimento, para o ângulo de 10° no mMLC apresentou um valor 3,74 mm; já para os ângulos maiores, os maiores valores foram os obtidos para o Mark II. A série de testes descrita no presente trabalho permite estabelecer uma rotina no comissionamento de sistemas de MLC que pode ser aplicada nos serviços de Radioterapia que vão comissionar sistemas de MLC para IMRT em modo dinâmico. Os resultados descritos permitem caracterizar cada um dos sistemas de MLC estudados. Não é possível dizer que um sistema é melhor que outro, mas é possível, a partir da escolha de um deles, identificar as possíveis vantagens e desvantagens que cada um vai apresentar. / In this work a dosimetric comparison between three multileaf collimator systems is presented: a Varian Millennium with 120 leaves, Brainlab mMLC m3 and Varian Mark II both with 52 leaves. The width projection at isocenter level in field\'s central region are: 0,5 cm; 0,35 cm and 1,0 cm respectively. Common dosimetric characteristics for the three systems in static mode and dynamic capabilities for the two first were compared. In dynamic mode, tests validating proper MLC function through film irradiation were done, such MLC stability, MU linearity, treatment interruptions sensitivity, stability of MLC in dynamic mode, leaf speed stability, were found within ±3% deviation in all cases. Dose rate linearity showed differences when this parameter decreases in dynamic mode. Average dose errors for fixed width gaps moving at constant speed were found to be proportional to gap errors and inversely proportional to the gap width. Output factors differences delivered through a sweeping gap were found less than ±1% when the gantry was in a lateral position. For the three MLC systems, when comparing beam profiles for the same field was observed that for mMLC presents the sharpest dose gradient region. In the output factors small differences where observed in every MLC system. Dosimetric leaf gap was determined for MLC 120, mMLC and MLC 52, obtained values for a 6 MV beam are: (0,202 ± 0,054) cm; (0,157 ± 0,070) cm and (0,189 ± 0,081) cm respectively. The transmission showed an increase with depth and field width for 6 MV in all the three systems. Average values obtained with ionization chamber for this energy were: (1,630 ± 0,018)% for MLC 120; (1,291 ± 0,029)% for mMLC and (1,638 ± 0,010)% for MLC 52. When obtained through film irradiation, inter and intra leaf transmission showed an off axis dependent behavior for MLC 120 and mMLC. Scatter produced by MLC as a 6 MV open reference field ratio was: (0,297 ± 0,024)% for MLC 120; (0,239 ± 0,052)% for mMLC and (0,202 ± 0,028)% for MLC 52. It was verified that penumbra width (80-20%) as a function of off axis leaf position do not showed significant differences in all systems. As a function of field width defined by MLC leaves, penumbra width presented an increasing behavior. When tests as a depth function in a 6 MV field, penumbra showed the smallest value for the mMLC at dmax: 2,59 mm and the biggest was 6,74 mm for the MLC Mark II AT 10 cm depth. Penumbra dependence with leaf movement axis showed that for 10 deg, the mMLC presented a 3,74 mm value, for larger angles, the higher values were obtained for MLC Mark 11. Described series of tests described in the present investigation allows to establish a commissioning routine for MLC systems, that could be applied in a Radiotherapy Department that will commission those systems for dynamic IMRT. Obtained results allow to characterize every MLC studied system. It is not possible to establish which system is better, but when one is chosen it is feasible to identify vantages and disadvantages that everyone will present.

This thesis investigates the exact minimisation of treatment delivery time for Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT) for the treatment of cancer using Multileaf Collimators (MLC). Although patients are required to remain stationary during the delivery of IMRT, inevitably some patient movement will occur, particularly if treatment times are longer than necessary. Therefore minimising the treatment delivery time of IMRT may result in less patient movement, less inaccuracy in the dosage received and a potentially improved outcome for the patient. When IMRT is delivered using multileaf collimators in 'step and shoot' mode, it consists of a sequence of multileaf collimator configurations, or shape matrices; for each, time is needed to set up the configuration, and in addition the patient is exposed to radiation for a specified time, or beam-on time. The 'step and shoot leaf sequencing' problems for minimising treatment time considered in this thesis are the constant set-up time Total Treatment Time (TTT) problem and the Beam-on Time Constrained Minimum Cardinality (BTCMC) problem. The TTT problem minimises a weighted sum of total beam-on time and total number of shape matrices used, whereas the BTCMC problem lexicographically minimises the total beam-on time then the number of shape matrices used in a solution. The vast majority of approaches to these strongly NP-hard problems are heuristics; of the few exact approaches, the formulations either have excessive computation times or their solution methods do not easily incorporate multileaf collimator mechanical constraints (which are present in most currently used MLC systems). In this thesis, new exact mixed integer and integer programming formulations for solving the TTT and BTCMC problems are developed. The models and solution methods considered can be applied to the unconstrained and constrained versions of the problems, where 'constrained' refers to the modelling of additional MLC mechanical constraints. Within the context of integer programming formulations, new and existing methods for improving the computational efficiency of the models presented are investigated. Numerical results for all variations considered are provided. This thesis demonstrates that significant computational improvement can be achieved for the exact mixed integer and integer programming models investigated, via solution approaches based on an idea of systematically 'stepping-up' through the number of shape matrices used in a formulation, via additional constraints (particularly symmetry breaking constraints) and via the application of improved bounds on variables. This thesis also makes a contribution to the wider field of integer programming through the examination of an interesting substructure of an exact integer programming model. In summary, this thesis presents a thorough analysis of possible integer programming models for the strongly NP-hard 'step and shoot' leaf sequencing problems and investigates and applies methods for improving the computational efficiency of such formulations. In this way, this thesis contributes to the field of leaf sequencing for the application of Intensity Modulated Radiation Therapy using Multileaf Collimators.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:37:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 02029.pdf: 4740189 bytes, checksum: ff05d787c5ab98b675cc36bbe2b0c062 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP