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Tese de Doutorado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Paula Cristina Guimarães Antunes
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Yoriyaz, Hélio (Presidente)
Fonseca, Telma Cristina Ferreira
Guimarães, Carla da Costa
Nicolucci, Patrícia
Santos, Gabriela Reis dos
Título em português
Estudos dosimétricos dos efeitos da heterogeneidade dos tecidos em braquiterapia utilizando o método Monte Carlo
Palavras-chave em português
braquiterapia
heterogeneidade
MBDCA
Monte Carlo
TG-186
TG-43
TLD
Resumo em português
Os procedimentos braquiterápicos atuais seguem as diretrizes apresentadas no protocolo da AAPM TG - 43, introduzido em 1995, que define a metodologia de cálculo de dose ao redor de fontes encapsuladas. Este protocolo, dentre outras considerações, adota a água como meio dosimétrico padrão e desconsidera a composição dos tecidos, densidades e dimensões do paciente nas estimativas de dose absorvida. Com o objetivo de realizar os cálculos de dose em condições mais próximas à realidade, a AAPM publicou em 2012 o TG-186, que introduz os algoritmos de cálculos de dose baseados em modelos na braquiterapia (MBDCA- model-based dose calculation algorithm). Estes algoritmos são capazes de considerar as complexidades descritas acima, além de permitirem estimativas de dose diretamente nos tecidos biológicos. Apesar deste advento, ainda há controvérsia sobre a melhor forma de se reportar a dose absorvida, com pontos favoráveis tanto para estimativas de dose na água, quanto nos tecidos. Esta tese se insere dentro deste contexto, buscando a correlação entre todo o conhecimento previamente adquirido baseado em água com os modernos algoritmos de cálculo de dose. A relação entre a dose na água e no meio é realizada através da teoria da cavidade, que assume que a fluência dos fótons na água e no meio é idêntica. Parte dos objetivos do presente trabalho foi avaliar a fluência energética de fótons em diferentes meios irradiados com fontes braquiterápicas de energias baixas (<50,0 keV), propondo uma forma eficiente de correlacionar a dose na água e no meio em situações nas quais a fluência dos fótons é relevante. Avaliou-se a dose absorvida na água e em diferentes tecidos humanos, para quantificar fatores de conversão entre as estimativas de dose, simulados por Monte Carlo. Para validar tais fatores foi proposta uma metodologia experimental com o uso de um objeto simulador, desenvolvido especificamente para a realização deste trabalho e com capacidade de medir os efeitos da heterogeneidade do meio utilizando doses absorvidas em dosímetros termoluminescentes. As correções baseadas na fluência energética obtidas neste estudo, quando necessárias, são capazes de correlacionar a dose absorvida no tecido e na água com uma precisão melhor do que 0,5 % nos casos mais críticos (ex. osso). Os fatores de conversão calculados mostraram que a dose absorvida na água subestima a dose absorvida no osso em até 80 %, mas superestima a dose no tecido adiposo em aproximadamente 75 %, ressaltando a necessidade de se considerar a composição e a densidade do meio nas estimativas de dose. Os resultados experimentais permitiram validar os fatores de conversão de dose simulados com diferenças máximas de 8,5 %, entre os valores experimentais e simulados. Todos os resultados obtidos comprovaram que a estimativa da dose absorvida em procedimentos braquiterápicos com baixas energias diferem significativamente quando realizadas na água e nos tecidos biológicos, evidenciando a necessidade do uso de algoritmos que considerem a heterogeneidade do meio. Tais resultados também enfatizaram a necessidade de se considerar com precisão a composição do corpo, uma vez que variações nas composições médias dos tecidos podem afetar as estimativas dosimétricas e aumentar as incertezas dos resultados.
Título em inglês
Dosimetric studies of the effects of tissue heterogeneity on brachytherapy using the Monte Carlo method
Palavras-chave em inglês
brachytherapy
heterogeneity
low-energy
MBDCA
Monte Carlo
TG-186
TG-43
TLD
Resumo em inglês
Brachytherapy treatments are commonly performed using the American Association of Physicists in Medicine (AAPM) Task Group report TG-43, introduced in 1995, which defines the formalism for the calculation of absorbed dose to water, and neglects human tissue densities, material compositions, body interfaces, body shape and dose perturbations from applicators. In order to perform dose calculations in conditions closer to reality, the AAPM published in 2012 the TG-186, which introduces the model-based dose calculation algorithm (MBDCA) in brachytherapy. These algorithms are able to consider the complexities described above, in addition, it allows dose estimates directly into biological tissues. Despite the advent, the best way to report the absorbed dose is still a matter of debate, with favourable points for both water and tissue absorbed dose estimates. The present thesis is inserted within this context, searching for the correlation between all previously acquired knowledge based in absorbed dose to water with the absorbed dose calculated using modern MBDCA. The correlation between the doses in water and the doses in tissue is performed through the cavity theory, which generally assumes that the fluence of the photons in water and in tissue are identical. Part of the purpose of the present work was to evaluate the energy-fluence of photons in different medium irradiated with low energy brachytherapy sources (<50,0 keV), proposing an efficient way to correlate absorbed dose to water and absorbed dose to tissue in brachytherapy in situations in which the fluence of the photons is relevant. In addition to this objective, the dose absorbed in water and in different human tissues was evaluated to quantify conversion factors between these dose estimates, simulated by Monte Carlo. To validate such factors, an experimental methodology was proposed in a phantom with the capacity to quantify the effects of the heterogeneity of the medium measuring absorbed doses in thermoluminescent dosimeters. The energy-fluence based corrections given in this work, when necessary, are able to correlate the absorbed dose to tissue and absorbed dose to water with an accuracy better than 0.5 % in the most critical cases (e.g.: bone tissue). The calculated conversion factors showed that the absorbed dose to water underestimates the absorbed dose to bone by up to 80 % but overestimates the dose in adipose tissue by approximately 75 %, emphasizing the need to consider the composition and the density of tissue in the dose estimates. The experimental results allowed validating the simulated conversion factors with maximum differences of 8.5 % between the experimental and simulated dose values. All the results obtained showed that the estimation of the dose absorbed in low energy brachytherapy procedures differ significantly when performed in water and in biological tissues, evidencing the necessity of using MBDCA. These results also emphasized the need to accurately consider tissue composition, since the smallest variations in tissue compositions may affect dosimetric estimates and increase uncertainties of the results.
 
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Data de Publicação
2019-09-12
 
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