Radioterapia com feixe de elétrons tem sido empregada, frequentemente, para tratamentos de neoplasias superficiais, devido às características de alcance bem definido e alto gradiente de dose em pouca profundidade. Para que as novas técnicas radioterápicas com esse tipo de feixe possam ser implementadas com segurança é necessária a realização de um controle da qualidade rigoroso. Protocolos recomendam que o controle da qualidade para esse tipo de feixe seja realizado com câmara de ionização, porém dosímetros termoluminescentes, diodos e filmes também são empregados com essa finalidade. Entretanto, esses dosímetros não possuem simultaneamente um conjunto de características essenciais para realização do controle da qualidade, como alta resolução espacial, baixa dependência energética, possibilidade de uso em altos gradientes de dose e distribuição tridimensional de dose. Nesse trabalho avaliou-se a utilização do dosímetro polimérico MAGIC-f gel em aplicações em controle da qualidade em Radioterapia com feixes de elétrons. As leituras das amostras de gel foram realizas por ressonância magnética e simulação Monte Carlo foi utilizada para comparação dos resultados. Como parte de um controle da qualidade para feixe de elétrons, foram determinados parâmetros dosimétricos, como perfil de dose e porcentagem de dose em profundidade, e fatores de qualidade do feixe, como R50, em condições de referência e para campos pequenos. Da comparação entre os dados clínicos e MAGIC-f as diferenças máximas encontradas foram de 4%. Além disso, distribuições de dose de aplicações clínicas com feixes de elétrons foram avaliadas pelo método de comparação do índice gama. Considerando os critérios de 3% e 3 mm, os resultados obtidos para o índice gama mostraram concordâncias acima de 94% para os métodos dosimétricos utilizados. Dessa forma, de acordo com as medidas dosimétricas realizadas com o dosímetro MAGIC-f gel conclui- se que a dosimetria polimérica gel pode ser empregada como uma ferramenta auxiliar em procedimentos de controle da qualidade em Radioterapia com feixes de elétrons, assim como uma ferramenta na determinação das distribuições tridimensionais de dose para feixe de elétrons. / Electron beam radiotherapy has been used frequently for treatments of superficial tumors, due its characteristics of well-defined range and high dose gradient at low depth. For new radiotherapy techniques with this type of beam, a strict quality control is necessary for a safe implementation. Protocols recommend that the quality control for electron beams must be performed with an ionization chamber. However, thermoluminescent dosimeters, films and diodes are also used for this purpose. Although, these dosimeters do not have a set of essential characteristics for performing quality control, like high spatial resolution, low energy dependence, possibility of use in high dose gradients and three dimensional dose distribution acquisition. The present work evaluated the use of MAGIC-f gel dosimeter for the quality control in radiotherapy with electron beams. The readings of the gel samples were made by magnetic resonance imaging and Monte Carlo simulation was used to compare the obtained results. As part of a quality control for the electron beam parameters as percentage depth dose and beam profile were determined. Also beam quality factors, such as R50, were calculated in reference conditions and for small fields. The obtained results were compared with clinical data and MAGIC-f the maximum obtained difference was 4%. In addition, dose distributions from clinical applications with electron beams were evaluated by the gamma index. Considering the criteria of 3% DD and 3 mm DTA, the results showed concordance greater than 94% for all dosimetric methods. Thus, according to the dosimetric measurements through MAGIC-f gel dosimeter it can be inferred that the gel dosimeter can be used as auxiliary tool in the quality control procedures in radiotherapy to electron beam. Also, MAGIC-f is a useful a tool to determine tridimensional dose distributions of electron beam.

Radioterapia com feixe de elétrons tem sido empregada, frequentemente, para tratamentos de neoplasias superficiais, devido às características de alcance bem definido e alto gradiente de dose em pouca profundidade. Para que as novas técnicas radioterápicas com esse tipo de feixe possam ser implementadas com segurança é necessária a realização de um controle da qualidade rigoroso. Protocolos recomendam que o controle da qualidade para esse tipo de feixe seja realizado com câmara de ionização, porém dosímetros termoluminescentes, diodos e filmes também são empregados com essa finalidade. Entretanto, esses dosímetros não possuem simultaneamente um conjunto de características essenciais para realização do controle da qualidade, como alta resolução espacial, baixa dependência energética, possibilidade de uso em altos gradientes de dose e distribuição tridimensional de dose. Nesse trabalho avaliou-se a utilização do dosímetro polimérico MAGIC-f gel em aplicações em controle da qualidade em Radioterapia com feixes de elétrons. As leituras das amostras de gel foram realizas por ressonância magnética e simulação Monte Carlo foi utilizada para comparação dos resultados. Como parte de um controle da qualidade para feixe de elétrons, foram determinados parâmetros dosimétricos, como perfil de dose e porcentagem de dose em profundidade, e fatores de qualidade do feixe, como R50, em condições de referência e para campos pequenos. Da comparação entre os dados clínicos e MAGIC-f as diferenças máximas encontradas foram de 4%. Além disso, distribuições de dose de aplicações clínicas com feixes de elétrons foram avaliadas pelo método de comparação do índice gama. Considerando os critérios de 3% e 3 mm, os resultados obtidos para o índice gama mostraram concordâncias acima de 94% para os métodos dosimétricos utilizados. Dessa forma, de acordo com as medidas dosimétricas realizadas com o dosímetro MAGIC-f gel conclui- se que a dosimetria polimérica gel pode ser empregada como uma ferramenta auxiliar em procedimentos de controle da qualidade em Radioterapia com feixes de elétrons, assim como uma ferramenta na determinação das distribuições tridimensionais de dose para feixe de elétrons. / Electron beam radiotherapy has been used frequently for treatments of superficial tumors, due its characteristics of well-defined range and high dose gradient at low depth. For new radiotherapy techniques with this type of beam, a strict quality control is necessary for a safe implementation. Protocols recommend that the quality control for electron beams must be performed with an ionization chamber. However, thermoluminescent dosimeters, films and diodes are also used for this purpose. Although, these dosimeters do not have a set of essential characteristics for performing quality control, like high spatial resolution, low energy dependence, possibility of use in high dose gradients and three dimensional dose distribution acquisition. The present work evaluated the use of MAGIC-f gel dosimeter for the quality control in radiotherapy with electron beams. The readings of the gel samples were made by magnetic resonance imaging and Monte Carlo simulation was used to compare the obtained results. As part of a quality control for the electron beam parameters as percentage depth dose and beam profile were determined. Also beam quality factors, such as R50, were calculated in reference conditions and for small fields. The obtained results were compared with clinical data and MAGIC-f the maximum obtained difference was 4%. In addition, dose distributions from clinical applications with electron beams were evaluated by the gamma index. Considering the criteria of 3% DD and 3 mm DTA, the results showed concordance greater than 94% for all dosimetric methods. Thus, according to the dosimetric measurements through MAGIC-f gel dosimeter it can be inferred that the gel dosimeter can be used as auxiliary tool in the quality control procedures in radiotherapy to electron beam. Also, MAGIC-f is a useful a tool to determine tridimensional dose distributions of electron beam.

A radiocirugia estereotáxica é uma técnica que fornece altas doses de radiação utilizando campos pequenos para conformação da dose no volume alvo do tratamento. Devido à complexidade desta técnica torna-se necessária a verificação da distribuição de dose no volume de tratamento. Neste trabalho, as distribuições tridimensionais (3D) de doses de casos clínicos de neoplasias cranianas foram estudadas utilizando-se um objeto simulador de cabeça. A reconstrução das distribuições de doses nos volumes alvo e nas regiões adjacentes a estes foram avaliadas com o código de simulação PENELOPE, o dosímetro MAGIC-f gel e com o sistema de planejamento iPlan. Filmes radiocrômicos também foram empregados para a determinação das distribuições de dose em planos do tratamento. As respostas obtidas com as ferramentas dosimétricas utilizadas foram analisadas através de distribuições de índices gama, comparando-se os mapas centrais das distribuições de dose obtidas com as quatro ferramentas dosimétricas utilizadas. Usando-se critérios de tolerância de 3% e 3mm, a análise realizada na região da prescrição de dose (isodoses de 95%) mostrou-se equivalente para todas as ferramentas dosimétricas utilizadas; resultado diferente foi observado para isodoses menores, com uma equivalência máxima de 76,5%. As distribuições volumétricas, obtidas através do PENELOPE, MAGIC-f gel e o iPlan, foram comparadas, ainda, através dos histogramas dose-volume, para cada caso estudado, mostrando que 95% da dose absorvida relativa encontra-se dentro do volume alvo para todos os planos estudados. A probabilidade de controle tumoral, TCP, foi avaliada para os casos de radiocirurgia estudados, a partir das distribuições volumétricas de dose, resultando em uma probabilidade de controle tumoral máxima de 72%, para todos os casos, conforme o modelo matemático de TCP utilizado. Das comparações realizadas pode-se inferir que o dosímetro MAGIC-f gel e o código de simulação PENELOPE-Monte Carlo podem ser utilizados para determinar as distribuições de dose em 3D para a técnica de radiocirurgia estereotáxica. Essas ferramentas dosimétricas podem, dessa forma, auxiliar no comissionamento de unidades de terapia e em verificações 3D de doses do tratamento dos pacientes, permitindo avaliações dentro e ao redor do volume alvo e podendo se tornar ferramentais de rotina nos serviços de radioterapia. / Stereotactic radiosurgery is a technique which delivers high radiation doses using small fields to conform the absorbed dose into the target volume. Due to the complexity of this technique it is necessary to verify the dose distribution in the treatment volume. Thus, in this study the three-dimensional (3D) dose distributions of selected clinical cases of cranial tumors were obtained using a head phantom. The the dose distributions of target volumes and adjacent regions were evaluated with PENELOPE Monte Carlo simulation code, MAGIC-f dosimeter and iPlan® treatment planning system. Radiochromic films were also used to determine the dose distribution on selected plans of the treatment. The obtained results for the proposed dosimetric tools were analyzed by the gamma index distributions, comparing the maps of the central dose distributions obtained with the four dosimetric tools. Using the dose criteria of 3% in 3 mm, the gamma index test showed equivalence in the region of dose prescription (95% isodose) and a different result was observed for lower isodoses, with maximum accordance of 76.5%. The volumetric dose distributions obtained with PENELOPE, MAGIC-f and iPlan were also compared using the dose-volume histograms for each studied case, showing that 95% of the absorbed dose yield within the target volume. The tumor control probability, TCP, was evaluated for the studied radiosurgery cases, from the dose distributions-volumetric, resulting in a maximum probability of tumor control of 72% for all cases, for the used mathematical model of TCP. From the results it can be inferred that the MAGIC-f gel dosimeter and the PENELOPE Monte Carlo simulation code can be used to determine 3D dose distributions for stereotactic radiosurgery. These dosimetric tools can assist the commissioning of treatment units and 3D dose verifications of patients treatments, allowing assessments in and around the target volume and may become routine in radiotherapy services.

A radiocirugia estereotáxica é uma técnica que fornece altas doses de radiação utilizando campos pequenos para conformação da dose no volume alvo do tratamento. Devido à complexidade desta técnica torna-se necessária a verificação da distribuição de dose no volume de tratamento. Neste trabalho, as distribuições tridimensionais (3D) de doses de casos clínicos de neoplasias cranianas foram estudadas utilizando-se um objeto simulador de cabeça. A reconstrução das distribuições de doses nos volumes alvo e nas regiões adjacentes a estes foram avaliadas com o código de simulação PENELOPE, o dosímetro MAGIC-f gel e com o sistema de planejamento iPlan. Filmes radiocrômicos também foram empregados para a determinação das distribuições de dose em planos do tratamento. As respostas obtidas com as ferramentas dosimétricas utilizadas foram analisadas através de distribuições de índices gama, comparando-se os mapas centrais das distribuições de dose obtidas com as quatro ferramentas dosimétricas utilizadas. Usando-se critérios de tolerância de 3% e 3mm, a análise realizada na região da prescrição de dose (isodoses de 95%) mostrou-se equivalente para todas as ferramentas dosimétricas utilizadas; resultado diferente foi observado para isodoses menores, com uma equivalência máxima de 76,5%. As distribuições volumétricas, obtidas através do PENELOPE, MAGIC-f gel e o iPlan, foram comparadas, ainda, através dos histogramas dose-volume, para cada caso estudado, mostrando que 95% da dose absorvida relativa encontra-se dentro do volume alvo para todos os planos estudados. A probabilidade de controle tumoral, TCP, foi avaliada para os casos de radiocirurgia estudados, a partir das distribuições volumétricas de dose, resultando em uma probabilidade de controle tumoral máxima de 72%, para todos os casos, conforme o modelo matemático de TCP utilizado. Das comparações realizadas pode-se inferir que o dosímetro MAGIC-f gel e o código de simulação PENELOPE-Monte Carlo podem ser utilizados para determinar as distribuições de dose em 3D para a técnica de radiocirurgia estereotáxica. Essas ferramentas dosimétricas podem, dessa forma, auxiliar no comissionamento de unidades de terapia e em verificações 3D de doses do tratamento dos pacientes, permitindo avaliações dentro e ao redor do volume alvo e podendo se tornar ferramentais de rotina nos serviços de radioterapia. / Stereotactic radiosurgery is a technique which delivers high radiation doses using small fields to conform the absorbed dose into the target volume. Due to the complexity of this technique it is necessary to verify the dose distribution in the treatment volume. Thus, in this study the three-dimensional (3D) dose distributions of selected clinical cases of cranial tumors were obtained using a head phantom. The the dose distributions of target volumes and adjacent regions were evaluated with PENELOPE Monte Carlo simulation code, MAGIC-f dosimeter and iPlan® treatment planning system. Radiochromic films were also used to determine the dose distribution on selected plans of the treatment. The obtained results for the proposed dosimetric tools were analyzed by the gamma index distributions, comparing the maps of the central dose distributions obtained with the four dosimetric tools. Using the dose criteria of 3% in 3 mm, the gamma index test showed equivalence in the region of dose prescription (95% isodose) and a different result was observed for lower isodoses, with maximum accordance of 76.5%. The volumetric dose distributions obtained with PENELOPE, MAGIC-f and iPlan were also compared using the dose-volume histograms for each studied case, showing that 95% of the absorbed dose yield within the target volume. The tumor control probability, TCP, was evaluated for the studied radiosurgery cases, from the dose distributions-volumetric, resulting in a maximum probability of tumor control of 72% for all cases, for the used mathematical model of TCP. From the results it can be inferred that the MAGIC-f gel dosimeter and the PENELOPE Monte Carlo simulation code can be used to determine 3D dose distributions for stereotactic radiosurgery. These dosimetric tools can assist the commissioning of treatment units and 3D dose verifications of patients treatments, allowing assessments in and around the target volume and may become routine in radiotherapy services.

A dosimetria em braquiterapia é importante para garantir a igualdade entre a dose entregue ao paciente e a dose planejada, porém a determinação experimental da dose é difícil devido ao alto gradiente de dose em regiões próximas à fonte. Nesse sentido, a dosimetria gel polimérica têm sido estudada como forma de se obter a distribuição tridimensional das doses dessas fontes. O protocolo da Associação Americana de Físicos em Medicina, intitulado TG-43, propõe um formalismo para o cálculo de dose de fontes de braquiterapia através de parâmetros da atividade, anisotropia e geometria da fonte, além de atenuação e espalhamento da radiação produzida pela fonte. Porém, a determinação das funções dosimétricas necessárias para o cálculo da dose não é feita diretamente através de experimentos. Nessa linha, o Método Monte Carlo vêm sendo utilizado no cálculo dessas funções dosimétricas em braquiterapia. Neste trabalho, foram determinados os parâmetros dosimétricos de duas fontes de braquiterapia, 60Co e 192Ir, utilizando simulação Monte Carlo com o código PENELOPE, assim como as distribuições de dose utilizando dosimetria gel polimérica com o MAGIC-f. Os dados obtidos computacionalmente foram comparados com a literatura, obtendo-se concordância melhor que 98% em todos os parâmetros para a fonte de 60Co. Para a fonte de 192Ir, encontraram-se diferenças de até 22%, embora quando os resultados deste trabalho foram comparados com o sistema de planejamento, o ajuste utilizado para o conjunto de pontos possui R2 de 0,9996. A comparação das distribuições de dose da fonte de 192Ir simuladas e determinadas com o gel polimérico MAGIC-f, apresentou concordância de 97% nos pontos englobados pela isodose de 50%, quando o critério de 3% e 3 mm foi utilizado. Esses resultados evidenciam o potencial do uso da dosimetria gel polimérica e da simulação Monte Carlo com o código PENELOPE em dosimetria de fontes de braquiterapia de alta taxa de dose. / Dosimetry in brachytherapy is important to assure the conformity between the planned and the delivered dose to the patient. However, the experimental determination of dose is difficult in this technique due the high dose gradient in regions near the source. Hence, polymer gel dosimetry has been studied as a tool to obtain three-dimensional distribution dose for these sources. A report of American Association of Medical Physics, entitled TG-43, proposes a formalism for dose calculation for brachytherapy sources through parameters such as activity, anisotropy and geometry of the source, and the attenuation and radiation scattering produced in the surrounding medium. However, the dosimetric functions needed for dose calculations are not directly determined through experiments. In this concern, the Monte Carlo method has been used in the calculation of these dosimetric funcions in brachytherapy. In the present work, the dosimetric parameters for two brachytherapy sources, 60Co e 192Ir, were determined using Monte Carlo simulation with PENELOPE code, and the dose distributions for the 192Ir source were determined using polymer gel dosimetry with MAGIC-f. Data obtained computationally were compared to literature, showing more than 98% agreement in all parameters for the 60Co source. For 192Ir, differences up to 22% were found to the literature, although when the results of this work were compared to the treatment planning system, a R2 equal to 0,9996 was found to the data fitting adjusting both data. The comparison of simulated dose distributions for 192Ir and those determined with MAGIC-f polymer gel showed that 97% of the points covered by 50% isodose are in agreement when gamma index criteria of 3% and 3 mm was used. These results indicate the potential use of polymer gel dosimetry with MAGIC-f and Monte Carlo simulation with PENELOPE code in dosimetry of high dose rate brachytherapy sources.

A dosimetria em braquiterapia é importante para garantir a igualdade entre a dose entregue ao paciente e a dose planejada, porém a determinação experimental da dose é difícil devido ao alto gradiente de dose em regiões próximas à fonte. Nesse sentido, a dosimetria gel polimérica têm sido estudada como forma de se obter a distribuição tridimensional das doses dessas fontes. O protocolo da Associação Americana de Físicos em Medicina, intitulado TG-43, propõe um formalismo para o cálculo de dose de fontes de braquiterapia através de parâmetros da atividade, anisotropia e geometria da fonte, além de atenuação e espalhamento da radiação produzida pela fonte. Porém, a determinação das funções dosimétricas necessárias para o cálculo da dose não é feita diretamente através de experimentos. Nessa linha, o Método Monte Carlo vêm sendo utilizado no cálculo dessas funções dosimétricas em braquiterapia. Neste trabalho, foram determinados os parâmetros dosimétricos de duas fontes de braquiterapia, 60Co e 192Ir, utilizando simulação Monte Carlo com o código PENELOPE, assim como as distribuições de dose utilizando dosimetria gel polimérica com o MAGIC-f. Os dados obtidos computacionalmente foram comparados com a literatura, obtendo-se concordância melhor que 98% em todos os parâmetros para a fonte de 60Co. Para a fonte de 192Ir, encontraram-se diferenças de até 22%, embora quando os resultados deste trabalho foram comparados com o sistema de planejamento, o ajuste utilizado para o conjunto de pontos possui R2 de 0,9996. A comparação das distribuições de dose da fonte de 192Ir simuladas e determinadas com o gel polimérico MAGIC-f, apresentou concordância de 97% nos pontos englobados pela isodose de 50%, quando o critério de 3% e 3 mm foi utilizado. Esses resultados evidenciam o potencial do uso da dosimetria gel polimérica e da simulação Monte Carlo com o código PENELOPE em dosimetria de fontes de braquiterapia de alta taxa de dose. / Dosimetry in brachytherapy is important to assure the conformity between the planned and the delivered dose to the patient. However, the experimental determination of dose is difficult in this technique due the high dose gradient in regions near the source. Hence, polymer gel dosimetry has been studied as a tool to obtain three-dimensional distribution dose for these sources. A report of American Association of Medical Physics, entitled TG-43, proposes a formalism for dose calculation for brachytherapy sources through parameters such as activity, anisotropy and geometry of the source, and the attenuation and radiation scattering produced in the surrounding medium. However, the dosimetric functions needed for dose calculations are not directly determined through experiments. In this concern, the Monte Carlo method has been used in the calculation of these dosimetric funcions in brachytherapy. In the present work, the dosimetric parameters for two brachytherapy sources, 60Co e 192Ir, were determined using Monte Carlo simulation with PENELOPE code, and the dose distributions for the 192Ir source were determined using polymer gel dosimetry with MAGIC-f. Data obtained computationally were compared to literature, showing more than 98% agreement in all parameters for the 60Co source. For 192Ir, differences up to 22% were found to the literature, although when the results of this work were compared to the treatment planning system, a R2 equal to 0,9996 was found to the data fitting adjusting both data. The comparison of simulated dose distributions for 192Ir and those determined with MAGIC-f polymer gel showed that 97% of the points covered by 50% isodose are in agreement when gamma index criteria of 3% and 3 mm was used. These results indicate the potential use of polymer gel dosimetry with MAGIC-f and Monte Carlo simulation with PENELOPE code in dosimetry of high dose rate brachytherapy sources.

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

Historicamente a radioterapia é divida em radioterapia externa, braquiterapia e radioisotopoterapia sistemática. As diferenças entre as três está no posicionamento da fonte de radiação com respeito ao corpo humano. Na radioterapia externa a fonte fica a uma certa distância do paciente, já no caso da braquiterapia as fontes podem ser inseridas dentro de cavidades do corpo ou implantadas diretamente nos tecidos. Na radioisotopoterapia sistemática isótopos radiativos são administrados por via oral ou venosa. Dessas três a radioterapia externa é a mais usada pois, ela permite realizar planejamentos de radioterapia em três dimensões (3D), partindo inicialmente de uma tomografia computadorizada da região do tumor. O planejamento baseado na tomografia computadorizada permite que a distribuição da radiação nos tecidos seja feito com mais precisão evitando assim, que os tecidos sadios sejam afetados. Nesse trabalho a radioterapia externa convencional, foi implementada e executada para um tratamento de próstata com implantes metálicos, usando 4 campos de irradiação (0, 90, 180, 270 graus) e uma dose total planejada de 70 Gy fracionada em 35 sessões, cada uma com 2 Gy. Em qualquer tipo de tratamento que envolva a radiação ionizante é exigido um controle de qualidade para assim, determinar se a dose inicialmente planejada será entregue ou não ao tumor. Idealmente deveria ser implementado um controle de qualidade em três dimensões mas, até o momento não há um dosímetro 3D consolidado na rotina clinica. No entanto, o uso de géis poliméricos associados à técnica de leitura de dose com imagem de ressonância magnética (IRM) possibilita a dosimetria tridimensional. Nesse contexto, é aplicada a dosimetria 3D usando para isso, o gel magic com formaldeído (magic-f). Além da dosimetria 3D, foram realizadas medidas de dose absorvida por meio de dosimetria pontual, para tal fim são utilizados dosímetros termoluminescentes e de alanina. Na avaliação da distribuição de dose feita pelo planejamento e a medida com o gel é usado a análise gama (3%/3mm), neste caso, a distribuição de dose medida concorda com a distribuição de dose planejada TPS. A análise gama apresenta um porcentagem de aprovação do 93%. Os valores de dose absorvida na interface osso-metal determinados pelos dosímetros TL apresentam um aumento de 1,73 Gy na região do osso sacro e outros aumentos entre o 0,16 e 0,33 Gy foram encontrados em regiões como a cabeça do fêmur e quadril. Esses aumentos na dose foram só para duas sessões com doses entregadas ao fantom de 2 Gy. De igual maneira para os dosímetros de alanina se encontro um aumento na dose de 1,22 e 2,42 Gy na região do osso sacro. O planejamento feito nesse caso foi de 6 Gy. Os resultados evidentemente mostram como as inomogeneidades de um material com número atómico alto, gera perturbações sobre as distribuições de dose inicialmente planejadas. / Historically, Radiotherapy is divided into external radiotherapy, brachytherapy and systemic radioisotopotherapy. The difference between the three lies in the position of the radiation source regarding the human body. In external radiotherapy the source is at a certain distances of patient, and in the case of brachytherapy, this source can be inserted into cavities of body or implanted directly in the tissues. In systemic radiotherapy radioisotopes are administered orally or intravenously. Of these three, external radiotherapy is the most used because it allows planning of radiotherapy in three dimensions (3D), starting from a CT scan of the tumor region. Computed tomography planning allows the distribution of radiation in the tissues to be more accurate thus avoiding, that healthy tissues are affected. In our case, conventional external radiotherapy was implemented and executed for a prostate treatment with metal implants, using 4 irradiation fields (0, 90, 180, 270 degrees) and a total planned dose of 70 Gy fractioned in 35 sessions each with 2 Gy. In any type of treatment involving ionizing radiation, quality control (QC) is required to determine if the dose initially planned is delivered or not to the tumor. Ideally, a quality control should be implemented in three dimensions but to date there is no consolidated 3D dosimeter system in the clinic routine. However, the used of polymeric gels associated with magnetic resonance image (IRM) allow three-tridimensional dosimetry. In this context, the 3D dosimetry is applied using the magic gel with formaldehyde (magic-f). In addition to 3D dosimetry, absorbed dose measurements were performed by means of a dose in a point, using thermoluminescent and alanine dosimeters. The comparison of dose distributions calculated by TPS and measured in the gel was made using by gamma analysis (3% / 3mm), in this case, the distribution of dose measurement agrees with the distributions expected by TPS. The analysis shows a percentage of approval of 93%. The absorbed dose values at the bone-metal interface determined by the TL dosimeters, presented a 1.73 Gy increase in the region of the sacral bone, and another increases between 0,16 and 0,33 Gy were found in the regions as the head of the femur and the hip. These dose increases were only for two sessions with doses delivered to the phanton of 2 Gy. Similarly for alanine dosimeters were found increases in the dose of 1.22 and 2.42 Gy in the region of sacral bone. The planning done in this case was 6 Gy. The results evidently show how the inomogeneities of a material with a high atomic number generate disturbances over the initially planned dose distributions.

Historicamente a radioterapia é divida em radioterapia externa, braquiterapia e radioisotopoterapia sistemática. As diferenças entre as três está no posicionamento da fonte de radiação com respeito ao corpo humano. Na radioterapia externa a fonte fica a uma certa distância do paciente, já no caso da braquiterapia as fontes podem ser inseridas dentro de cavidades do corpo ou implantadas diretamente nos tecidos. Na radioisotopoterapia sistemática isótopos radiativos são administrados por via oral ou venosa. Dessas três a radioterapia externa é a mais usada pois, ela permite realizar planejamentos de radioterapia em três dimensões (3D), partindo inicialmente de uma tomografia computadorizada da região do tumor. O planejamento baseado na tomografia computadorizada permite que a distribuição da radiação nos tecidos seja feito com mais precisão evitando assim, que os tecidos sadios sejam afetados. Nesse trabalho a radioterapia externa convencional, foi implementada e executada para um tratamento de próstata com implantes metálicos, usando 4 campos de irradiação (0, 90, 180, 270 graus) e uma dose total planejada de 70 Gy fracionada em 35 sessões, cada uma com 2 Gy. Em qualquer tipo de tratamento que envolva a radiação ionizante é exigido um controle de qualidade para assim, determinar se a dose inicialmente planejada será entregue ou não ao tumor. Idealmente deveria ser implementado um controle de qualidade em três dimensões mas, até o momento não há um dosímetro 3D consolidado na rotina clinica. No entanto, o uso de géis poliméricos associados à técnica de leitura de dose com imagem de ressonância magnética (IRM) possibilita a dosimetria tridimensional. Nesse contexto, é aplicada a dosimetria 3D usando para isso, o gel magic com formaldeído (magic-f). Além da dosimetria 3D, foram realizadas medidas de dose absorvida por meio de dosimetria pontual, para tal fim são utilizados dosímetros termoluminescentes e de alanina. Na avaliação da distribuição de dose feita pelo planejamento e a medida com o gel é usado a análise gama (3%/3mm), neste caso, a distribuição de dose medida concorda com a distribuição de dose planejada TPS. A análise gama apresenta um porcentagem de aprovação do 93%. Os valores de dose absorvida na interface osso-metal determinados pelos dosímetros TL apresentam um aumento de 1,73 Gy na região do osso sacro e outros aumentos entre o 0,16 e 0,33 Gy foram encontrados em regiões como a cabeça do fêmur e quadril. Esses aumentos na dose foram só para duas sessões com doses entregadas ao fantom de 2 Gy. De igual maneira para os dosímetros de alanina se encontro um aumento na dose de 1,22 e 2,42 Gy na região do osso sacro. O planejamento feito nesse caso foi de 6 Gy. Os resultados evidentemente mostram como as inomogeneidades de um material com número atómico alto, gera perturbações sobre as distribuições de dose inicialmente planejadas. / Historically, Radiotherapy is divided into external radiotherapy, brachytherapy and systemic radioisotopotherapy. The difference between the three lies in the position of the radiation source regarding the human body. In external radiotherapy the source is at a certain distances of patient, and in the case of brachytherapy, this source can be inserted into cavities of body or implanted directly in the tissues. In systemic radiotherapy radioisotopes are administered orally or intravenously. Of these three, external radiotherapy is the most used because it allows planning of radiotherapy in three dimensions (3D), starting from a CT scan of the tumor region. Computed tomography planning allows the distribution of radiation in the tissues to be more accurate thus avoiding, that healthy tissues are affected. In our case, conventional external radiotherapy was implemented and executed for a prostate treatment with metal implants, using 4 irradiation fields (0, 90, 180, 270 degrees) and a total planned dose of 70 Gy fractioned in 35 sessions each with 2 Gy. In any type of treatment involving ionizing radiation, quality control (QC) is required to determine if the dose initially planned is delivered or not to the tumor. Ideally, a quality control should be implemented in three dimensions but to date there is no consolidated 3D dosimeter system in the clinic routine. However, the used of polymeric gels associated with magnetic resonance image (IRM) allow three-tridimensional dosimetry. In this context, the 3D dosimetry is applied using the magic gel with formaldehyde (magic-f). In addition to 3D dosimetry, absorbed dose measurements were performed by means of a dose in a point, using thermoluminescent and alanine dosimeters. The comparison of dose distributions calculated by TPS and measured in the gel was made using by gamma analysis (3% / 3mm), in this case, the distribution of dose measurement agrees with the distributions expected by TPS. The analysis shows a percentage of approval of 93%. The absorbed dose values at the bone-metal interface determined by the TL dosimeters, presented a 1.73 Gy increase in the region of the sacral bone, and another increases between 0,16 and 0,33 Gy were found in the regions as the head of the femur and the hip. These dose increases were only for two sessions with doses delivered to the phanton of 2 Gy. Similarly for alanine dosimeters were found increases in the dose of 1.22 and 2.42 Gy in the region of sacral bone. The planning done in this case was 6 Gy. The results evidently show how the inomogeneities of a material with a high atomic number generate disturbances over the initially planned dose distributions.

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