Penelope superciliaris Temminck, 1815, comumente conhecido como jacupemba, é o jacu com a mais ampla área de distribuição, ocorrendo no Brasil, Paraguai, Argentina e Bolívia, sendo também uma das sete espécies do gênero Penelope distribuída no Brasil. Suas subespécies foram descritas com base na largura e a tonalidade das bordas das penas, no desenvolvimento da linha superciliar, pigmentação das partes nuas, coloração geral da plumagem e tamanho. A taxonomia deste táxon é complexa e até hoje muitos autores nunca chegaram a um consenso sobre a validade dos táxons subordinados, a maioria deles reconhece apenas três subespécies: P. s. superciliaris, P. s. jacupemba e P. s. major, outras populações propostas como novas subespécies geográficas são atualmente sinonimizadas com as três anteriores. Para este complexo nenhuma revisão foi realizada nos últimos 70 anos, é por isso que, com coletas recentes de material novo, estamos realizando uma revisão taxonômica com base em caráteres morfológicos externos. O objetivo deste trabalho é verificar quantos táxons estão no nível de espécie no complexo Penelope superciliaris e delimitar suas respectivas distribuições geográficas, de acordo com o bioma em que eles ocorrem. Para atingir esses objetivos, realizamos análises qualitativas de carácteres morfológicos externos como coloração da plumagem, pigmentação das partes nuas, e também foram testadas variações inter- e intra-populacionais de acordo com esses caráteres. Para a análise estatística foram realizados testes univariados e multivariados para avaliar o dimorfismo sexual e a variação geográfica. De dezoito grupos geográficos formados, as análises qualitativas revelam que não há dimorfismo sexual, e a maioria delas tem um alto grau de variação individual. As análises estatísticas não discriminaram os sexos e populações com base nas oito medidas corporais utilizadas, porém os táxons foram discriminados pela coloração da plumagem e a pigmentação das regiões nuas. De acordo com o Conceito Filogenético de Espécies (PSC), consideramos que o complexo Penelope superciliaris deve ser dividido em quatro espécies: Penelope pseudonyma Neumann, 1933, uma população de jacus de cara azul restrita ao interflúvio Madeira-Tapajós na floresta amazônica; Penelope ochromitra Neumann, 1933, da Caatinga e Cerrado que limita com este bioma; Penelope alagoensis Nardelli, 1993, do Centro de Endemismo Pernambuco; e Penelope superciliaris Temminck, 1815, que ocorre no resto da distribuição do complexo. / Penelope superciliaris Temminck, 1815, known as Rusty-margined Guan, is a forest guan with the widest distribution, occurring in Brazil, Paraguay, Argentina and Bolivia, being also one of the seven species of the genus Penelope distributed in Brazil. Its subspecies have been described based on the width and shade of edges of feathers, the development of the superciliary stripe, naked parts pigmentation, general plumage coloration and size. The taxonomy of this taxon is complex and even today many authors never reached a consensus on the validity of the subordinate taxa; most of them recognize only three subspecies: P. s. superciliaris, P. s. jacupemba and P. s. major; other populations proposed as new races are currently synonymized with the previous three. For this complex, no review was conducted in the last 70 years that is why, with recent collection of new material, I performed a taxonomic revision based on external morphological characters. The aim on this work is to verify how many taxa exist at the species level in the Penelope superciliaris complex, and delimit their respective geographic distributions. To achieve these goals, we performed qualitative analyzes of external morphological characters as plumage coloration, naked parts pigmentation, and were tested inter- and intra-populational variations according to these characters. For statistical analyzes we performed univariate and multivariate tests to evaluate the sexual dimorphism and geographical variation. From eighteen geographic groups formed, the qualitative analyzes reveals that there is no sexual dimorphism, and most of them have a high degree of individual variation. Statistical analyzes did not discriminate the sexes and populations based on the eight body measurements used, but the taxa were discriminated by plumage coloration and naked parts pigmentation. According to the Phylogenetic Species Concept (PSC), we consider that the Penelope superciliaris complex must be divided in four species: Penelope pseudonyma Neumann, 1933, a blue-faced guans population restricted to the Madeira-Tapajós interfluvium in the Amazon forest; Penelope ochromitra Neumann, 1933, from the Caatinga and Cerrado that borders with this biome; Penelope alagoensis Nardelli, 1993, from the Pernambuco Center of Endemism; and Penelope superciliaris Temminck, 1815, which occurs in the rest of the distribution of the complex.

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.

Cirurgia conservadora de mama seguida de radioterapia é considerada como tratamento padrão para câncer de mama. A radioterapia intraoperatória (IORT) pode ser vantajosa, pois diminui o tempo de tratamento, geralmente de 4 a 6 semanas, para uma única fração, aplicada durante o procedimento cirúrgico. As distribuições de doses para tratamento por IORT não são bem conhecidas, pois o volume a ser irradiado é definido no momento da aplicação e não existe uma rotina de otimização do plano. Dessa forma as distribuições de dose não foram foco de estudos até o momento, de forma que torna-se interessante conhece-las. O objetivo do presente trabalho é simular e comparar as distribuições de doses para IORT com diferentes feixes e geometrias mamárias e compará-las com as distribuições obtidas para radioterapia 3D (3DR). Através do pacote de simulação Monte Carlo PENELOPE foram obtidas as distribuições de doses em técnicas radioterápicas 3DR e IORT por feixe de elétrons, gerados pelo acelerador NOVAC7, e por raios-X de baixa energia, gerado pelo acelerador Intrabeam. A validação dos feixes estudados, realizada através de comparação com dados da literatura, mostrou, para o feixe de 3DR, o perfil de dose esperado para os feixes com os filtros simulados. As maiores diferenças ocorreram nas regiões de horns, que aparecem subestimados na simulação. Para os feixes de IORT, as maiores diferenças entre simulação e literatura, de 7,79 e 8,6 pontos percentuais, respectivamente para NOVAC7 e Intrabeam, ocorrem em baixas profundidades. A simulação do tratamento para três diferentes volumes mamários gerou distribuições de doses que puderam ser usadas para comparação qualitativa entre as técnicas de tratamento. Para 3DR, as distribuições de doses mostram que parte considerável da dose é depositada no tórax. Embora as maiores doses sejam entregues dentro do volume da mama, ocorrem regiões frias dentro desse volume. As distribuições de dose obtidas para o Intrabeam mostraram que parte da dose pode ser entregue no tórax, dependendo do volume mamário e da posição do aplicador. O tratamento com NOVAC7 apresentou distribuições mais homogêneas dentro do volume alvo, em relação às outras técnicas. De forma geral, os resultados indicam que os tratamentos podem ser largamente influenciados pelo tamanho e posicionamento do campo para 3DR e posicionamento do aplicador para ambas as técnicas de IORT. O tratamento através do Intrabeam é comparável à 3DR. Segundo os parâmetros de avaliação do plano, IORT por feixe de elétrons proporcionaria o melhor tratamento, independentemente do volume mamário. / Conservative breast surgery followed by radiation therapy is considered the standart treatment for breast cancer. Intraoperative radiation therapy (IORT) has the advantage of decreasing the treatment duration, from the usual 4 to 6 weeks, to a single fraction, delivered during the surgical procedure. The dose distribution for treatment given through IORT are not well known, as the volume to be irradiated is defined at the moment of treatment deliver and there is not a plan optimization routine. Therefore the dose distributions were not, to the moment, the goal of any study, what makes interesting to know them. The goal of the present work is to simulate and compare the IORT dose distribution for different beams and breast geometries, and to compare to the 3D radiation therapy (3DR) dose distribution. The dose distributions for 3DR and for electron beam IORT, generated by the NOVAC7 dedicated accelerator, and for low energy x-ray IORT, generated by Intrabeam dedicated accelerator, were obtained using the Monte Carlo simulation package PENELOPE. The beams validation, performed through comparison with literature data, showed, for the 3DR beam, the dose profile expected for the simulated filters. The greatest differences occurred at the horns region, that appear sub estimated in the simulation. For IORT beams the greatest difference between simulation and literature, of 7.79 and 8.6 percentage points, respectively for the NOVAC7 and Intrabeam, occurred at low depths. The treatment simulation, with three different breast volumes, generated dose distributions that were used for a qualitative comparison of the techniques. 3DR dose distribution showed that a considerable fraction of the dose was delivered to the thorax. Although the highest doses were delivered inside the breast volume, cold regions occurred inside this volume also. Intrabeam dose distributions showed that part of the dose may be delivered to the thorax, given the breast volume and applicator position. The treatment through NOVAC7 presented more homogeneous dose distribution in relation to the other techniques. In general the results indicated that the treatment may be greatly affected by field size and position in 3DR and by the applicator position for both of the IORT techniques. Treatment through low energy x-ray IORT is comparable to 3DR treatment. According to the plan evaluation parameters electron beam IORT could give the best treatment for all the breast volumes evaluated.

Dosímetros Luminescentes Opticamente Estimulados (OSL) vêm sendo testados como alternativa dosimétrica no controle da qualidade e verificação de tratamentos por possuir características adequadas para esse fim, como elevada sensibilidade à radiação ionizante, alta resolução espacial e facilidade de leitura. Neste trabalho, o óxido de alumínio, dopado com diferentes concentrações de carbono (Al2O3:C), foi estudado como material dosimétrico OSL. Nanotubos de carbono de paredes simples também foi avaliado como dopante, associados ao mesmo material, Al2O3:NTC, em alguns testes preliminares de resposta em função da dose em feixes de fótons de 50 kVp. O presente trabalho apresenta o processo de fabricação do dosímetro OSL, além de testes dosimétricos envolvendo metodologia experimental e por simulação Monte Carlo com o código PENELOPE para avaliação da resposta dosimétrica do Al2O3:C em função da concentração do carbono dopante. Neste trabalho foi investigada a resposta do dosímetro OSL para doses entre 50 cGy e 1000 cGy, em um amplo intervalo de energia de feixes de fótons. Foi analisada também, a interferência do uso do dosímetro OSL de Al2O3:C nas doses superficial e profunda em tratamentos radioterápicos. O dosímetro Al2O3:C(1%) apresentou diferença percentual máxima de 12% na homogeneidade de resposta em um grupo de 100 dosímetros e linearidade de resposta entre as doses de 50 cGy e 800 cGy para feixes de fótons de alta energia de 1,25 MV, 6 MV e 15 MV. Já para feixes de fótons de baixas energias, de 50 kVp, 120 kVp e 200 kVp, o dosímetro apresentou diferença significativa entre as respostas, evidenciando dependência com a energia. Além disso, foi investigada a estabilidade do sinal OSL em função do tempo e estipulado um tempo mínimo de armazenamento do dosímetro, entre a exposição e a leitura. O dosímetro Al2O3:NTC apresentou um aumento de sensibilidade de até 30% em relação ao dosímetro Al2O3:C(1%). Os resultados encontrados neste trabalho sugerem o uso do material dosimétrico OSL estudado como ferramenta em controle da qualidade em procedimentos clínicos de rotina na Radioterapia. / Optically Stimulated Luminescent dosimeters (OSL) have been tested as a dosimetric alternative in quality control and treatment verification since they have suitable characteristics for this purpose, such as high sensitivity to ionizing radiation, high spatial resolution and readability. In this work the aluminum oxide, doped with different concentrations of carbon (Al2O3:C), was studied as OSL dosimetric material. Single-walled carbon nanotubes were also evaluated as a dopant associated with the same material, Al2O3:NTC, and preliminary tests of response to dose in photon beams of 50 kVp were performed. This work presents the fabrication process of the OSL dosimeter, and dosimetric tests involving experimental methodology and Monte Carlo simulation with PENELOPE code to evaluate the response of the dosimetric Al2O3:C as a function of the concentration of carbon dopant. In this study we investigated the response of the OSL dosimeter for doses ranging from 50 cGy to 1000 cGy in a wide range of energy of photon beams. The interference of the OSL dosimeter Al2O3:C in superficial and deep doses in Radiotherapy treatments was also analyzed. The dosimeter Al2O3:C (1%) had a maximum percentage difference of 12% in the homogeneity of a group of 100 dosimeters and presented linearity of response in a dose range of 50 cGy and 800 cGy for photon beams of high energy of 1.25 MV, 6 MV and 15 MV. As for photon beams of low energies of 50 kVp, 120 kVp and 200 kVp, the dosimeter showed a significant difference between responses, indicationg dependence on energy. In addition, we investigated the stability of the OSL signal as a function of time and set a minimum time of storage of the dosimeter, between exposure and reading. The dosimeter Al2O3:NTC showed an increased sensitivity of up to 30% over the dosimeter Al2O3:C (1%). The findings on this study suggest the use of the material studied as OSL dosimeter as a tool in quality control in routine clinical procedures in Radiotherapy.

O uso de simulação Monte Carlo do transporte de radiação na matéria tem sido cada vez mais empregado nas áreas de física radiológica e dosimétrica. Em Medicina Nuclear é possível usar diversos códigos de simulação como ferramenta para estudar diferentes características de resposta de calibradores de dose. O código de simulação Monte Carlo PENELOPE (Penetration and ENErgy LOss of Positron and Electrons) possui um algoritmo misto do transporte de radiação, condensando eventos de interação, conforme os parâmetros de entrada estabelecidos. Neste trabalho, o código de simulação PENELOPE foi usado para estudar a resposta de uma câmara de ionização em função de diversos parâmetros que influenciam suas características de resposta. Neste trabalho os parâmetros de resposta de uma câmara de ionização tipo poço foram estudados através de simulação Monte Carlo, comparando-se os resultados obtidos com dados experimentais. A eficiência da câmara foi testada através de simulação e mostrou-se condizente com os valores previstos através de cálculos. Com relação à atividade, a resposta se mostrou linear para todos os nuclídeos estudados, sendo possível se obter a sensibilidade relativa da câmara através de simulação e de medidas experimentais. A resposta da câmara em função a energia, obtida através de simulação, também representou bem os valores experimentais, sendo possível extendê-los para energias mais altas e mais baixas que os valores das medidas experimentais. Estudos do volume de radiofármaco e da posição da fonte no poço da câmara obtidos através de simulação apresentaram comportamento esperado de acordo com a literatura. O código PENELOPE foi validado para o estudo desta câmara de ionização, permitindo que parâmetros geométricos e de materiais sejam estudados sem os custos e as dificudades dos arranjos experimentais. / The use of Monte Carlo simulation to the radiation transport in matter has been widly applied in the radiological and dosimetric areas. In Nuclear Medicine it is possible to use a variety of simulation codes as tools to study different response characteristics of dose calibrators used to measure radionuclides activities. The PENELOPE (Penetration and ENErgy LOss of Positron and Electrons) Monte Carlo simulation code has a mixed algorithm for the transport of radiation, which condenses the interaction events according to the input parameters. In this work, the PENELOPE code of simulation was used to study the response of an ionization chamber as function of parameters influencing its response. The chamber efficiency was tested by simulation and it showed a good agreement with calculated results. To the activity, its response showed a linear behavior for all studied nuclides, allowing one to obtain its sensitivity by simulation and measurements. The response of the chamber as a function of the energy obtained by simulation also showed a good agreement with the measurements, allowing one to extrapolate it to energies below and above the measured ones. The analysis with the volume of radiopharmaceuticals and position of the sourse in the chamber well obtained by simulation showed the expected behavior compared to the ones in literature. PENELOPE was validated to study this ionization chamber, so allow one to perform geometric and material parameters studies without experimental costs and difficulties.

Sendo o método mais preciso para estimar a dose absorvida em radioterapia, o Método de Monte Carlo (MMC) tem sido amplamente utilizado no planejamento de tratamento radioterápico. No entanto, a sua eciência pode ser melhorada para aplicações clínicas de rotina. Nesta dissertação é apresentado o código CUBMC, um código de Monte Carlo que simula o transporte de fótons para cálculo de dose, desenvolvido na plataforma CUDA (Compute Unified Device Architecture). A simulação de eventos físicos é baseada no algoritmo presente no código PENELOPE, e as tabelas de seção de choque utilizadas são geradas pela rotina MATERIAL, também presente no código PENELOPE. Os fótons são transportados em objetos simuladores descritos por voxels. Existem duas abordagens distintas utilizadas para a simulação. A primeira delas obriga o fóton a realizar uma parada toda vez que cruza a fronteira de um voxel, a segunda e pelo Método de Woodcock, onde o fóton ignora a existência de fronteiras e é transportado em um meio homogêneo fictício. O código CUBMC tem como objetivo ser uma opção de código simulador que, ao utilizar a capacidade de processamento paralelo de unidades de processamento gráfico (GPU), apresente alto desempenho em máquinas compactas e de baixo custo, podendo assim ser aplicado em casos clínicos e incorporado a sistemas de planejamento de tratamento em radioterapia. / As the most accurate method to estimate absorbed dose in radiotherapy, Monte Carlo Method (MCM) has been widely used in radiotherapy treatment planning. Nevertheless, its efficiency can be improved for clinical routine applications. In this master thesis, the CUBMC code is presented, a GPU-based MC photon transport algorithm for dose calculation under the Compute Unified Device Architecture (CUDA) platform. The simulation of physical events is based on the algorithm used in PENELOPE, and the cross section table used is the one generated by the MATERIAL routine, also present in PENELOPE code. Photons are transported in voxel-based geometries with different compositions. There are two distinct approaches used for transport simulation. The first of them forces the photon to stop at every voxel frontier, the second one is the Woodcock method, where the photon ignores the existence of borders and travels in homogeneous fictitious medium. The CUBMC code aims to be an alternative for Monte Carlo simulator code that, by using the capability of parallel processing of graphics processing units (GPU), provides high performance simulations in low cost compact machines, and thus can be applied in clinical cases and incorporated in treatment planning systems for radiotherapy.

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.

Materiais radiologicamente equivalentes ao tecido humano (Tissue Equivalent Material - TEM) têm a finalidade de evitar exposição injustificável à radiação de pacientes e são amplamente utilizados no controle de qualidade de equipamentos de diagnóstico por imagem. Esses materiais devem ser caracterizados para que se possa confiar em sua semelhança, em termos de suas propriedades de interação com a matéria, aos tecidos que substituem. Uma das maneiras de caracterizar os materiais é verificando se o espectro transmitido através deles se assemelha ao transmitido através do tecido que substituem. O método Monte Carlo (MC) é uma ferramenta útil no processo de caracterização dos TEM pois pode evitar o processo custoso de realizar experimentos de transmissão de raios-X. Esse trabalho investigou a aplicabilidade do método MC à caracterização de TEM de tecido mamário (bTEM) utilizados no controle de qualidade de equipamentos de mamografia. Para verificar a aplicabilidade do método MC, uma série de resultados de simulações foi comparada a resultados experimentais. Espectros de raios X transmitidos foram comparados diretamente através da média de seus resíduos reduzidos (Mean Weighted Squared Residuals - MWSR). Comparações foram feitas através de grandezas derivadas dos espectros. Essas grandezas foram: as camadas semi-redutoras (primeira e segunda), a energia média e a energia efetiva. Foi realizada uma discussão acerca da eficiência de cada uma dessas comparações, através da estimativa do poder de cada teste de hipótese. Os experimentos de transmissão de radiação foram realizados em duas instalações, no Laboratório de Dosimetria das Radiações e Física Medida da Universidade de São Paulo, onde foi utilizado um tubo de raios X com anodo de tungstênio adaptado para qualidades de feixe utilizadas em aplicações mamográficas, e no Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear da Comissão Nacional de Energia Nuclear, equipado com um mamógrafo clínico com anodos de tungstênio e molibdênio. Diversas condições experimentais foram variadas para assegurar a robustez das conclusões, tais como as combinações anodo/filtro, os materiais constituintes dos bTEM, suas glandularidades, espessuras e as tensões de pico. Os espectros sem nenhuma atenuação (0 mm) também foram medidos e utilizados nas comparações. Os espectros foram medidos com um detector comercial de CdTe. Dosímetros termoluminescentes foram utilizados para estimar a dose depositada em diversas regiões do bTEM, e esses resultados foram também comparados às simulações. Além da estimativa do nível de exatidão alcançado pelo código de MC nas referidas condições, também se concluiu que o teste de hipótese do MWSR teve o maior poder estatístico, de 0,996. O MWSR foi o teste que demonstrou a compatibilidade dos espectros medidos o maior número de vezes. Esse teste aceitou 48% dos pares de espectros contra 40% de aceitação do teste da primeira camada semi-redutora, que foi o segundo teste com maior aceitação. / man radiologically tissue equivalent materials (TEM) have the purpose of avoiding unjustifiable irradiation of patients; they are largely used in the quality control of image diagnostic equipment. These materials must be characterized so that their similarity to the tissues they simulate can be relied upon, regarding their properties of interaction with radiation. One way of characterizing the materials is by checking the resemblance between their transmitted spectrum to the one of tissue they simulate. The Monte Carlo (MC) method is a useful tool in the TEM characterization process, since it may avoid the realization of costly experiments of transmitted X-ray spectrometry. MC may even dismiss preliminary experiments. This work investigated the applicability of the MC method to the characterization of breast tissue TEM (bTEM) used in the quality control of mammography equipment. To evaluate the applicability of the MC method, a series of simulation results was compared to experimental data. Transmitted spectra were directly compared through their mean weighted squared residues (MWSR), and by the comparisons of spectra derived quantities, as it is commonly done in the literature. These quantities were: the half value layers (first and second), the mean energy and the effective energy. A discussion about the efficiency of each one of these comparisons was made by estimating the statistical power of each hypothesis test. The radiation transmission experiments were carried out in two facilities: at the Laboratory of Radiation Dosimetry and Medical Physics of the University of São Paulo, where a tungsten anode X-ray tube adapted to mammographic applications was used. The rest of the experiments was done at the Nuclear Technology Development Center of the National Commission of Nuclear Energy, equipped with a clinical mammographic equipment with anodes composed by tungsten and molybdenum. Several experimental conditions were varied to ensure the robustness of the conclusions, such as the anode/filter combination, the bTEM constituent materials, their glandularities, thicknesses and peak voltages. Spectra with no attenuation (0 mm) were also measured and used in the comparisons. The spectral measurements were done with a commercial CdTe detector. Thermo-luminescent dosimeters were used to estimate the dose deposited at several regions inside the bTEM, and these results were also compared to simulations. In addition to estimating the level of accuracy achieved by the MC code in the mentioned conditions, it was also concluded that the highest statistical power was scored by the MWSR and it was of 0.996. The MWSR was also the test which attested this compatibility of the measured spectra the most. It accepted 48% of the spectra pair against 40% acceptance of the first half value layer test, which was the second test with most acceptance.

Electronic Portal Image Devices (EPID) são dispositivos eletrônicos que foram criados originalmente para aquisição de imagens portais. Atualmente eles também têm sido estudados para reconstrução de dose no plano do eixo central (paralelo ao EPID) na modalidade transit (modalidade que considera um material atenuador entre a fonte e o EPID). Neste trabalho foi determinado um algoritmo de reconstrução de dose para relacionar mapas bidimensionais de dose localizados dentro de geometrias que simularam uma situação clínica em radioterapia de forma simplificada. Para tal foram feitas simulações Monte Carlo utilizando o pacote de simulação PENELOPE de maneira que um cubo composto de água representou o corpo do paciente e um paralelepípedo retângulo composto de água representou o EPID. Definiu-se primeiramente a geometria controle e os parâmetros de irradiação controle e então foram feitas simulações para determinar a equação de reconstrução de dose referencial. Uma vez determinada essa equação, foram feitas novas simulações variando o tamanho de campo, espessura do objeto simulador do corpo, distância entre a fonte e a superfície de entrada do objeto simulador do corpo (DFS) e distância entre a superfície de saída do objeto simulador do corpo e o centro do objeto simulador do EPID (DSDE). Os arquivos de saída dessas simulações alimentaram o programa contendo o algoritmo de reconstrução de dose, feito em MATLAB®. Após a aplicação do programa, comparou-se a matriz que representa o mapa bidimensional localizado dentro do objeto simulador do corpo com a matriz localizada no mesmo local, reconstruída a partir da matriz que representa o objeto simulador do EPID. Os resultados encontrados neste trabalho mostram que a equação de reconstrução de dose e o algoritmo de reconstrução de dose propostos são válidos com desvios padrão menor que 1,6%. / Electronic Portal Image Devices (EPID) were originally created to acquire portal images, but they have also been studied for dose reconstruction in the central axis plane (parallel to the EPID) in transit mode (mode which considers an attenuator material between the source and the EPID). In this work we determined a dose reconstruction algorithm that relate two-dimensional dose maps located within geometries that simulated a clinical situation in simplified form. For this, simulations were performed using the simulation package PENELOPE so that a cube composed of water represented the patients body and a rectangle parallelepiped composed of water represented the EPID. We defined a control geometry and control irradiation parameters first, then simulations were performed to determine the referential dose reconstruction equation. Once determined this equation, new simulations were performed varying the field size, the body phantom thickness, the distance between the source and the body phantom entrance surface (DFS) and the distance between the body phantom exit surface and the EPID phantom center. The output files of these simulations fed the program containing the dose reconstruction algorithm, wrote in MATLAB®. After the program application, we compared the matrix that represents the two-dimensional map located within the body phantom with the matrix located at the same site, reconstructed from the matrix that represents the EPID phantom. The results in this work show that the dose reconstruction equation and the dose reconstruction algorithm proposed are valid with less than 1,6% standard deviation.

Materiais radiologicamente equivalentes ao tecido humano (Tissue Equivalent Material - TEM) têm a finalidade de evitar exposição injustificável à radiação de pacientes e são amplamente utilizados no controle de qualidade de equipamentos de diagnóstico por imagem. Esses materiais devem ser caracterizados para que se possa confiar em sua semelhança, em termos de suas propriedades de interação com a matéria, aos tecidos que substituem. Uma das maneiras de caracterizar os materiais é verificando se o espectro transmitido através deles se assemelha ao transmitido através do tecido que substituem. O método Monte Carlo (MC) é uma ferramenta útil no processo de caracterização dos TEM pois pode evitar o processo custoso de realizar experimentos de transmissão de raios-X. Esse trabalho investigou a aplicabilidade do método MC à caracterização de TEM de tecido mamário (bTEM) utilizados no controle de qualidade de equipamentos de mamografia. Para verificar a aplicabilidade do método MC, uma série de resultados de simulações foi comparada a resultados experimentais. Espectros de raios X transmitidos foram comparados diretamente através da média de seus resíduos reduzidos (Mean Weighted Squared Residuals - MWSR). Comparações foram feitas através de grandezas derivadas dos espectros. Essas grandezas foram: as camadas semi-redutoras (primeira e segunda), a energia média e a energia efetiva. Foi realizada uma discussão acerca da eficiência de cada uma dessas comparações, através da estimativa do poder de cada teste de hipótese. Os experimentos de transmissão de radiação foram realizados em duas instalações, no Laboratório de Dosimetria das Radiações e Física Medida da Universidade de São Paulo, onde foi utilizado um tubo de raios X com anodo de tungstênio adaptado para qualidades de feixe utilizadas em aplicações mamográficas, e no Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear da Comissão Nacional de Energia Nuclear, equipado com um mamógrafo clínico com anodos de tungstênio e molibdênio. Diversas condições experimentais foram variadas para assegurar a robustez das conclusões, tais como as combinações anodo/filtro, os materiais constituintes dos bTEM, suas glandularidades, espessuras e as tensões de pico. Os espectros sem nenhuma atenuação (0 mm) também foram medidos e utilizados nas comparações. Os espectros foram medidos com um detector comercial de CdTe. Dosímetros termoluminescentes foram utilizados para estimar a dose depositada em diversas regiões do bTEM, e esses resultados foram também comparados às simulações. Além da estimativa do nível de exatidão alcançado pelo código de MC nas referidas condições, também se concluiu que o teste de hipótese do MWSR teve o maior poder estatístico, de 0,996. O MWSR foi o teste que demonstrou a compatibilidade dos espectros medidos o maior número de vezes. Esse teste aceitou 48% dos pares de espectros contra 40% de aceitação do teste da primeira camada semi-redutora, que foi o segundo teste com maior aceitação. / man radiologically tissue equivalent materials (TEM) have the purpose of avoiding unjustifiable irradiation of patients; they are largely used in the quality control of image diagnostic equipment. These materials must be characterized so that their similarity to the tissues they simulate can be relied upon, regarding their properties of interaction with radiation. One way of characterizing the materials is by checking the resemblance between their transmitted spectrum to the one of tissue they simulate. The Monte Carlo (MC) method is a useful tool in the TEM characterization process, since it may avoid the realization of costly experiments of transmitted X-ray spectrometry. MC may even dismiss preliminary experiments. This work investigated the applicability of the MC method to the characterization of breast tissue TEM (bTEM) used in the quality control of mammography equipment. To evaluate the applicability of the MC method, a series of simulation results was compared to experimental data. Transmitted spectra were directly compared through their mean weighted squared residues (MWSR), and by the comparisons of spectra derived quantities, as it is commonly done in the literature. These quantities were: the half value layers (first and second), the mean energy and the effective energy. A discussion about the efficiency of each one of these comparisons was made by estimating the statistical power of each hypothesis test. The radiation transmission experiments were carried out in two facilities: at the Laboratory of Radiation Dosimetry and Medical Physics of the University of São Paulo, where a tungsten anode X-ray tube adapted to mammographic applications was used. The rest of the experiments was done at the Nuclear Technology Development Center of the National Commission of Nuclear Energy, equipped with a clinical mammographic equipment with anodes composed by tungsten and molybdenum. Several experimental conditions were varied to ensure the robustness of the conclusions, such as the anode/filter combination, the bTEM constituent materials, their glandularities, thicknesses and peak voltages. Spectra with no attenuation (0 mm) were also measured and used in the comparisons. The spectral measurements were done with a commercial CdTe detector. Thermo-luminescent dosimeters were used to estimate the dose deposited at several regions inside the bTEM, and these results were also compared to simulations. In addition to estimating the level of accuracy achieved by the MC code in the mentioned conditions, it was also concluded that the highest statistical power was scored by the MWSR and it was of 0.996. The MWSR was also the test which attested this compatibility of the measured spectra the most. It accepted 48% of the spectra pair against 40% acceptance of the first half value layer test, which was the second test with most acceptance.