ABSTRACT
Planejamento de Experimentos (DoE) permite obter e explorar conhecimentos sobre inúmeros sistemas, facilitando a coleta de informações com reduzido número de experimentos. No entanto, DoE é restrito ao delineamento do desenho experimental. Para superar essa limitação e permitir uma previsão precisa dos tempos de retenção para uma seleção de filtros UV orgânicos sob diversas condições, usamos a Relação Quantitativa entre Estrutura e Retenção combinada com o método de Monte Carlo para desenvolver uma plataforma in silico capaz de prever o perfil cromatográfico de filtros UV orgânicos. Sete analitos foram usados para estabelecer o modelo de predição: benzofenona-3, avobenzona, ethilhexil triazona, octil dimetil PABA, metoxicinamato de octila, tinosorb® S e octocrileno. Os valores residuais obtidos no modelo de análise de regressão múltipla mostraram distribuição normal, homocedasticidade e independência. Os coeficientes de determinação (R2) e predição (R2 pred) foram de 99,82% e 99,71%, respectivamente. A plataforma in silico apresentou grande potencial para predição do perfil cromatográfico de filtros UV orgânicos, da coeluição de analitos, de seus parâmetros cromatográficos, além de permitir, sem experimentação, uma visão geral do comportamento de retenção de compostos sob diversas condições cromatográficas
Design of Experiments (DoE) allows obtaining and explorer knowledge about innumerous systems, facilitating the information collection with reduced number of experiments. However, DoE is restricted to the limited range which experimental design was delineated. In order to overcome this limitation and enable accurate prediction of retention times for a selection of organic UV filters under various conditions, we used the Quantitative Structure-Retention Relationships tool combined with Monte Carlo method to develop an in silico platform capable of predicting chromatographic profile of organic UV filters. Seven analytes were used to established to prediction model: benzophenone-3, butyl methoxydibenzoilmethane, ethylhexyl triazone, ethylhexyl dimetyl PABA, ethylhexyl methoxycinnamate, bisethylhexyloxyphenol methoxyphenyl triazine and octocrylene. Residual values obtained from multiple regression analysis model showed normal distribution, homoscedasticity, and independence. Determination (R2) and prediction (R2 pred) coefficients were found to be 99,82% and 99,71%, respectively. In silico platform presented great potential for predicting chromatographic profile of organic UV filters, analytes coelution, chromatographic parameters and allowing, without experimentation, an overview of retention behavior of compounds under various chromatographic conditions
Subject(s)
Sunscreening Agents , Regression Analysis , Chromatography, Liquid/methods , Planning , Methods , Filters , Monte Carlo MethodABSTRACT
Abstract Some results obtained with the use of Monte Carlo mathematical simulation of radiation transport in Timepix hybrid detectors based on chromium compensated gallium arsenide are presented in this contribution. The MCNPX, GEANT4, SRIM and MCCM code systems were used for this purpose. The in-depth profiles of the deposited energy by the incident photons within the sensor active volume, the shapes and dimensions of the generated charge carriers clouds for different incident energies and specific geometrical conditions were obtained and presented. The 22Ne ions ranges in the target material for two different energies and the contributions of each energy loss channel were also determined. Finally, for a selected detector irradiated with photons of different energies, the displacement cross sections for each chemical element in the active material, as well as the number of displacements per atoms produced for each atomic species were calculated.
Resumen En este trabajo se presentan algunos de los resultados obtenidos con el uso de la modelación matemática por Monte Carlo del transporte de radiación en detectores híbridos Timepix basados en el arseniuro de galio compensado con cromo. Se emplearon para este propósito los sistemas de códigos MCNPX, GEANT4, SRIM y MCCM. Fueron obtenidos los perfiles en profundidad de la energía depositada por la radiación incidente dentro del volumen activo del sensor, las formas y dimensiones de las nubes de portadores de cargas generados por fotones incidentes de diferentes energías y condiciones geométricas específicas. También se determinaron los alcances de los iones de 22Ne de dos energías diferentes en el material blanco y las contribuciones de cada canal de pérdida de energía. Finalmente, para un detector seleccionado irradiado con fotones de diferentes energías se calcularon las secciones eficaces de desplazamiento para cada elemento químico en el material activo, así como el número de desplazamientos por átomos producidos para cada especie atómica.
ABSTRACT
Summary We demonstrated in previous investigations that the internal structure of paintings can be visualized with conventional radiography in transmission mode when paintings have the proper stratigraphy. Unfortunately, there are many paintings that do not result in useful images. This problem can be solved by using radiography in emission mode. With this technique, the painting is irradiated with high energetic X-rays originating from an X-ray tube operating at 100 keV - 320 keV while inside the painting low energetic signals such as photoelectrons or characteristic photons are being generated. These signals escape from the top 10 µm of the painting and are able to illuminate the imaging plate. However, this technique has also some disadvantages. One of them is that it is not able to visualize underlying paintings. In this study, we explored the possibility to enhance the information depth by increasing the energy of the photon source from 100 keV up to 1.3325 MeV (i.e., 60Co source). At the same time, we also studied how the contrast between pigments is generated in emission mode. For this, we used mathematical simulation of particle transport in matter to understand the relation between input particle (particle type such as photon, electron or positron and the energy of the particle), the material being irradiated (element from which it is composed, thickness and density) and the output signal (generated particle types and energy). Finally, we will show that it is possible to image paintings using a 192Ir and even a 60Co source.
Resumen En investigaciones previas se ha demostrado que la estructura interna de las pinturas se puede visualizar satisfactoriamente con la radiografía convencional en modo de transmisión, siempre y cuando dichas pinturas tengan la estratigrafía adecuada. Desafortunadamente, hay muchos casos en los que la aplicación de este método no resultan en imágenes útiles. Este problema puede ser resuelto usando la radiografía en modo de emisión. Con esta técnica, la pintura se irradia con rayos X de alta energía originados en un tubo de rayos X trabajando entre 100 keV y 320 keV. Esto genera señales de baja energía (fotoelectrones o fotones característicos) en el interior de la pintura que, al escapar de las 10 μm superiores, pueden iluminar una placa de imágenes. No obstante, su aplicación también implica ciertas desventajas. Una de ellas es la incapacidad de visualizar las pinturas subyacentes. En este estudio, exploramos la posibilidad de incrementar la información obtenida a mayores profundidades aumentando la energía de la fuente de fotones desde 100 keV hasta 1.3325 MeV (fuente de 60Co). También estudiamos el impacto de esta energía en el contraste obtenido entre los pigmentos. Para esto, utilizamos la simulación matemática del transporte de partículas en la materia para comprender la relación entre partículas de entrada (fotones, electrones o positrones y la energía de las partículas), el material que se irradia (elemento del que está compuesto, espesor) y la señal de salida (tipos de partículas generados y energía). Finalmente, mostraremos que es posible crear imágenes de pinturas usando una fuente 60Co.
ABSTRACT
La dispersión es un efecto significativo a corregir para la cuantificación de actividad. El objetivo del trabajo fue estimar la influencia de la dispersión en estudios de tiroides con 131I y colimador pinhole (5 mm) empleando el método de Monte Carlo (MC) y evaluar la eficacia de los métodos de corrección de múltiples ventanas en este tipo de estudios. Para simular la geometría de la cámara gamma y el estudio de tiroides se utilizó el código de Monte Carlo GAMOS. Para validar la geometría del cabezal se simuló y verificó experimentalmente un maniquí de tiroides, comparando la sensibilidad estimada con la medida, experimentalmente en agua y aire. Para evaluar la influencia de la dispersión a escala clínica se simularon diferentes tamaños de tiroides y profundidades del tejido, se estimaron y compararon los resultados de los métodos de Triple Ventana, Doble Ventana y Doble Ventana Reducida. Se calcularon las diferencias relativas al valor de referencia obtenido por MC. La geometría modelada fue verificada y validada. La contribución de la dispersión a la imagen fue significativa y se ubicóentre el 27 y 40 % a escala no clínica. Las discrepancias de los resultados de los diferentes métodos de corrección de dispersión a escala clínica fueron significativas (p>95 %) y estuvieron en el rango entre 9 y 86 %. El método de mejores resultados fue el de la Doble Ventana Reducida (15 %) que mostró discrepancias entre 9 y 16 %. Se concluyó que el método de la Doble Ventana Reducida (15 %) fue el más eficiente de los estudiados
Scattering is quite important for image activity quantification. In order to study the scattering factors and the efficacy of 3 multiple window energy scatter correction methods during 131I thyroid studies with a pinhole collimator (5 mm hole) a Monte Carlo simulation (MC) was developed. The GAMOS MC code was used to model the gamma camera and the thyroid source geometry. First, to validate the MC gamma camera pinhole-source model, sensibility in air and water of the simulated and measured thyroid phantom geometries were compared. Next, simulations to investigate scattering and the result of triple energy (TEW), Double energy (DW) and Reduced double (RDW) energy windows correction methods were performed for different thyroid sizes and depth thicknesses. The relative discrepancies to MC real event were evaluated. Results: The accuracy of the GAMOS MC model was verified and validated. The images scattering contribution was significant, between 27-40 %. The discrepancies between 3 multiple window energy correction method results were significant (between 9-86 %). The Reduce Double Window methods (15%) provide discrepancies of 9-16 %. Conclusions: For the simulated thyroid geometry with pinhole, the RDW (15 %) was the most effective
ABSTRACT
El Método Monte Carlo fue la base para la estimación de la eficiencia de detección de , utilizando el detector identiFINDER ultra en geometría “tiroides”. Se discute la idoneidad de la metodología de calibración al comparar los resultados del Método Monte Carlo Directo y Corregido, con los valores de eficiencia calculados experimentalmente. El Método Monte Carlo Corregido fue la metodología adoptada debido a que el porcentaje de error estimado, respecto a los resultados experimentales, fue menor que el 10 %. Para las simulaciones, los parámetros geométricos del detector fueron optimizados, utilizando un estudio de tomografía computarizada. El arreglo detector – fuente puntual- fue simulado para obtener los factores de corrección a las distancias prefijadas, y el arreglo detector – maniquí simulador de tiroides- fue simulado para la obtención de la curva de eficiencia de detección, en función de la distancia de medición. Para validar la metodología propuesta, el Laboratorio de Dosimetría Interna del Centro de Protección e Higiene de las Radiaciones participó en un ejercicio de intercomparación regional de estimación, de actividad medida en tiroides, se utilizó para el cálculo de la misma, tanto la metodología tradicional de cálculo de eficiencia como la metodología basada en la utilización del Método Monte Carlo, y se alcanzaron resultados satisfactorios, en todos los casos. Como resultado final de este trabajo, fue obtenida la curva de eficiencia de detección en función de la distancia de , sin necesidad de utilizar simuladores físicos, supliendo, así, la carencia actual de los mismos.
Monte Carlo Method was the base to estimate the detection efficiency of of the identiFINDER ultra detector in “thyroid” geometry. The suitability of the calibration methodology is discussed using a comparison of the results of the Direct Monte Carlo Method and the Transfer Monte Carlo Method calculations with the values of experimentally calculated efficiency. Transfer Monte Carlo Method was the elected methodology because of the differences with the real detection efficiency stay below 10 %. In the simulations, the geometric parameters of the detector were found using a tomography study. The arrangement detector – point source was simulated to obtain the correction factors for preset distances, and the arrangement detector – thyroid phantom was simulated to obtain the detection efficiency curve in function of the distance for . In order to validate the proposed methodology the Internal Dosimetry Laboratory of the Centre for Radiation Protection and Hygiene participated in a regional intercomparison exercise of measured activity estimation in thyroid, for the estimation were used the traditional calculation methodology as well as the methodology base on Monte Carlo Method, the results were satisfactory in both cases. As a final result, the curves of detection efficiency for the measurement of in the thyroid gland was obtained without using physical phantoms, replacing the current lack of it.
ABSTRACT
In this paper, we used the Monte Carlo simulations method in a well-type HPGe detector using directly the manufacturer supplied data in order to simulate the effi ciency response at 46.54 keV. The efficiency values were calculated as a function of the fi lling height of the sample into the measurement geometry and results were found in good agreement with experimental data. The main deviations were less than 2.5 % with a mean of 0.9 %, which is totally satisfactory for the purposes of environmental samples measurements. We also present a brief discussion about the response of the detector to different values of its geometric parameters.
En el trabajo se utilizaron los métodos de simulación por Monte Carlo en un detector HPGe tipo pozo, usando directamente los parámetros del fabricante para simular la respuesta en eficiencia a la energía de 46.54 keV. Los valores de efi ciencia se calcularon en función de la altura de la muestra en la geometría de medición y los resultados se correspondieron con los valores experimentales. Las mayores diferencias fueron menores que el 2.5 % con un promedio de 0.9 %, lo que es totalmente satisfactorio para la medición de muestras ambientales. Se presentó una breve discusión sobre la respuesta del detector para diferentes parámetros geométrico.
ABSTRACT
En este trabajo se realizó la evaluación de parámetros tomográficos de la cámara gamma Park Isocam II mediante el código Monte Carlo SIMIND. Los parámetros uniformidad, resolución y contraste se evaluaron a través de la simulación del maniquí de Jaszczak. Además, se realizó la evaluación cualitativa del centro de rotación. Los resultados obtenidos en la simulación se evaluaron tomando como referencia las especificaciones del fabricante de la cámara gamma y teniendo en cuenta el Protocolo Nacional de Control de Calidad de Instrumentos de Medicina Nuclear del Centro de Control de Equipos Médicos en Cuba. Se obtuvo un modelo computacional del maniquí de Jaszczak con tres distribuciones diferentes de actividad que se puede usar para realizar estudios con cámaras gamma.
In this paper the evaluation of tomographic ISOCAM Park II gamma camera parameters was performed using the Monte Carlo code SIMIND. The parameters uniformity, resolution and contrast were evaluated by Jaszczak phantom simulation. In addition the qualitative assessment of the center of rotation was performed. The results of the simulation are compared and evaluated against the specifications of the manufacturer of the gamma camera and taking into account the National Protocol for Quality Control of Nuclear Medicine Instruments of the Cuban Medical Equipment Control Center. A computational Jaszczak phantom model with three different distributions of activity was obtained. They can be used to perform studies with gamma cameras.
ABSTRACT
En el trabajo se realizó el análisis de la respuesta de diferentes detectores de estado sólido a partir de un modelo de Monte Carlo de un acelerador lineal Elekta Precise, para los haces de energías de 6 MV y 15 MV. Para ello se realizaron simulaciones con el código EGSnrc. Se calculó la dosis depositada en un maniquí de agua voxelizado con su superficie a 100 cm de la fuente, empleando los valoresóptimos de energía media y FWHM del haz primario de electrones para este modelo. A partir de la dosis depositada en el maniquí se construyeron las curvas de dosis en profundidad y perfiles de dosis a diferentes profundidades. Las curvas se compararon con valores medidos para cada detector empleado en un arreglo experimental similar a la simulación realizada, aplicando criterios de aceptabilidad basados en intervalos de confianza. De forma adicional se analizó para cada caso la dosis en función del tamaño de campo. Se obtuvo una buena correspondencia entre las simulaciones y las mediciones, encontrándose todos los resultados dentro de los márgenes de tolerancia.
The evaluation of the solid state detectors response based on a Monte Carlo model of an Elekta Precise lineal accelerator, was done in this work for the beam energies of 6 y 15 MV. Simulations were performed using the EGSnrc code. Employing the optimal values of mean energy and FWHM from the primary electron beam, deposited dose in a voxelized water phantom at 100 cm of source to surface distance was calculated. Depth dose curves and lateral dose profi les were obtained. Comparison between simulations and the experimental values obtained for each detector, were done using acceptability criteria based on confi dence limits. Additionally outputs factors were analyzed in each one of the study cases. Good agreement between simulations and measurements were reached.
ABSTRACT
Simulation of a linear accelerator (linac) head requires determining the parameters that characterize the primary electron beam striking on the target which is a step that plays a vital role in the accuracy of Monte Carlo calculations. In this work, the commissioning of photon beams (6 MV and 15 MV) of an Elekta Precise accelerator, using the Monte Carlo code EGSnrc, was performed. The influence of the primary electron beam characteristics on the absorbed dose distribution for two photon qualities was studied. Using different combinations of mean energy and radial FWHM of the primary electron beam, deposited doses were calculated in a water phantom, for different field sizes. Based on the deposited dose in the phantom, depth dose curves and lateral dose profiles were constructed and compared with experimental values measured in an arrangement similar to the simulation. Taking into account the main differences between calculations and measurements, an acceptability criteria based on confidence limits was implemented. As expected, the lateral dose profiles for small field sizes were strongly infl uenced by the radial distribution (FWHM). The combinations of energy/FWHM that best reproduced the experimental results were used to generate the phase spaces, in order to obtain a model with the motorized wedge included and to calculate output factors. A good agreement was obtained between simulations and measurements for a wide range of fi eld sizes , being all the results found within the range of tolerance.
La simulación del cabezal de un acelerador lineal requiere de la determinación de los parámetros que caracterizan el haz primario de electrones que incide en el blanco de radiación, los cuales juegan un papel importante en la exactitud de los cálculos con Monte Carlo. En este trabajo se realizó la habilitación de los haces de fotones (6 MV y 15 MV) de un acelerador Elekta Precise, empleando el código de Monte Carlo EGSnrc. De forma adicional se estudió la influencia que ejerce cambios en las características del haz primario de electrones sobre la distribución de dosis absorbida en diferentes campos de radiación. Basado en la dosis absorbida, curvas de dosis en profundidad y perfiles de dosis se calcularon y compararon con valores experimentales medidos en un arreglo similar a las simulaciones empleando criterios de aceptabilidad. Los perfiles de dosis para campos pequeños resultaron ser fuertemente dependientes de la distribución radial (FWHM). Las combinaciones de energías/FWHM que mejor se ajustaron a las mediciones se emplearon en la generación de espacios de fases, para obtener un modelo con la cuña motorizada y para el cálculo de los factores de campo. Se obtuvo muy buena correspondencia entre las mediciones y las simulaciones realizadas, encontrándose todos los resultados dentro de los márgenes de tolerancias.
ABSTRACT
The analysis of some parameters of interest in radiotherapy Medical Physics based on an experimentally validated Monte Carlo model of an Elekta Precise lineal accelerator was performed for 6 and 15 MV photon beams. The simulations were performed using the EGSnrc code. As reference for simulations, the values of the previously obtained optimal beam parameters (energy and FWHM) were used. Deposited dose calculations in water phantoms were done, on typical complex geometries commonly are used in acceptance and quality control tests, such as irregular and asymmetric fields. Parameters such as MLC scatter, maximum opening or closing position, and the separation between them were analyzed from calculations in water. Similarly simulations were performed on phantoms obtained from CT studies of real patients, making comparisons of the dose distribution calculated with EGSnrc and the dose distribution obtained from the computerized treatment planning systems used in routine clinical plans. All the results showed a great agreement with measurements, fi nding all of them within tolerance limits. These results allowed the possibility of using the developed model as a robust verifi cation tool for validating calculations in very complex situations, where the accuracy of the available TPS could be questionable.
El análisis de algunos parámetros de interés en la física médica de la radioterapia, basado en un modelo de Monte Carlo de un acelerador Elekta Precise, fue realizado en este trabajo para los haces de fotones de 6 y 15 MV. Las simulaciones se realizaron con el código EGSnrc. Como referencia para las simulaciones, se emplearon los parámetros óptimos (energía y FWHM) previamente calculados. Los cálculos de la dosis absorbida se realizaron con maniquíes de agua sobre geometrías complejas, comúnmente empleadas en las pruebas de aceptación y control de calidad en la clínica. Parámetros de interés como la dispersión en las MLC, máxima posición de apertura o cierre y la separación entre estas se analizaron a partir de los cálculos en agua. De forma similar se realizaron cálculos en maniquíes construidos a partir de los estudios tomográficos, y comparaciones con los resultados reportados por el sistema de planifi cación en dichos casos. Los resultados obtenidos evidenciaron una gran concordancia con las mediciones, encontrándose dentro de los límites de tolerancias reportados. Estos resultados crean la base para el empleo del modelo de Monte Carlo como una herramienta robusta para la verificación y validación de los cálculos de dosis en situaciones de gran complejidad, donde la exactitud de los sistemas de planificación es cuestionable.
ABSTRACT
An experimental setup to determine the K-shell photoelectric cross-section of Dy, Ta, Pt and Au atoms was implemented at the Nuclear Analytical Laboratory (LAN) of the InSTEC. Bremsstrahlung photons, produced by 
-
beta particles hitting a thin Ni converter, were used to irradiate the target under study. A HPGe detector, coupled to standard nuclear instrumentation, collected the incident and transmitted spectra. A sharp decrease in intensity at the K-shell binding energy was observed in the transmitted spectra. The photon beam divergence effects were corrected with a calibration curve calculated with Monte Carlo simulations (MCNPX 2.6). In order to establish accurately the cross section at the K-edge energy, the obtained data was processed by two methods: fitting the total cross section to a sigmoidal function, as well as the cross section branches around the K-edge to the empirical law 
. The Empirical Law method was introduced in this work to minimize the detector resolution effects. The results were compared with experimental and theoretical values showing the best agreement when the thinner targets were used. For the first time the photoeffect cross section at the K-edge energy for Pt is reported at first time.
Se determina la sección eficaz fotoeléctrica de la capa K de los átomos Dy, Ta, Pt y Au en un arreglo experimental desarrollado en el Laboratorio Analítico Nuclear del InSTEC. Los blancos bajo estudio se irradiaron con fotones de frenado producidos en un radiador de Ni por las partículas beta emitidas por una fuente de -. Los espectros incidentes y de transmisión se colectaron en un detector de germanio hiperpuro, acoplado a su instrumentación nuclear estándar. En los espectros de transmisión se observó un decrecimiento agudo de la intensidad correspondiente a la energía del borde K. Los efectos de interacciones múltiples del haz fotónico en las láminas blanco se corrigieron a través de una curva de calibración calculada mediante simulaciones Monte Carlo (MCNPX 2.6). Con vistas a garantizar la mejor precisión en la determinación de la sección eficaz para la energía del borde K, los datos obtenidos se ajustaron según dos comportamientos funcionales en esta región: una sigmoide y una ley empírica del tipo . Este último método se introdujo en el trabajo y permite minimizar los efectos resolutivos. Los resultados obtenidos se compararon con valores teóricos y experimentales, mostrando mayor concordancia cuando se emplean blancos finos. Se reporta, por primera vez, la sección eficaz de fotoefecto en el borde K del platino (Pt).
ABSTRACT
The electron and positron contributions to the effective atom displacement cross-section in multi-walled carbon nanotube bulk materials exposed to the gamma rays were calculated. The physical properties and the displacement threshold energy value reported in literature for this material were taken into account. Then, using the mathematical simulation of photon and particle transport in matter, the electron and positron energy flux distributions within the irradiated object were also calculated. Finally, considering both results, the atom displacement damage profiles inside the analyzed bulk carbon nanotube material were determined. The individual contribution from each type of secondary particles generated by the photon interactions was specified. An increasing behavior of the displacement cross-sections for all the studied particles energy range was observed. The particles minimum kinetic energy values that make probabilistically possible the single and multiple atom displacement processes were determined. The positrons contribution importance to the total number of point defects generated during the interaction of gamma rays with the studied materials was confirmed.
Se presentan los resultados del cálculo de las contribuciones de los electrones y los positrones a la sección eficaz de desplazamiento de los átomos de carbono en materiales masivos constituidos por nanotubos de paredes múltiples. Para ello se tomaron en consideración las propiedades físicas y la energía umbral de desplazamiento del carbono reportadas en la literatura para este material. Se calculó también la distribución espacial de los flujos energéticos de los electrones y positrones dentro del blanco irradiado utilizando la simulación matemática del transporte de los fotones y las partículas en la materia. Considerando ambos resultados, se determinaron los perfiles de daño por desplazamientos atómicos dentro del material masivo analizado, particularizando el aporte de cada tipo de partícula secundaria generada por la interacción de los fotones. Los resultados mostraron el comportamiento creciente de las secciones eficaces de desplazamiento en todo el rango de energía cinética evaluado. Se determinaron los valores de energías cinéticas de electrones y positrones a partir de los cuales son probabilísticamente posible los procesos de desplazamientos atómicos simples y múltiples. Se confirmó la importancia del aporte de los positrones al número total de defectos puntuales generados durante la interacción de los rayos gamma con el material estudiado.
ABSTRACT
Positron Emission Tomography (PET) in small animals has actually achieved spatial resolution round about 1 mm and currently there are under study different approaches to improve this spatial resolution. One of them combines PET technology with Compton Cameras. This paper presents the idea of the so called "PET-Compton" systems and has included comparative evaluation of spatial resolution and global efficiency in both PET and PET-Compton system by means of Monte Carlo simulations using Geant4 code. Simulation was done on a PET-Compton system made-up of LYSO-LuYAP scintillating detectors of particular small animal PET scanner named "Clear-PET"and for Compton detectors based on CdZnTe semiconductor. A group of radionuclides that emits a positron (e+) and Y quantum almost simultaneously and fulfills some selection criteria for their possible use in PET-Compton systems for medical and biological applications were studied under simulation conditions. By means of analytical reconstruction using SSRB (Single Slide Rebinning) method were obtained superior spatial resolution in PET-Compton system for all tested radionuclides (reaching sub-millimeter values of for 22Na source). However this analysis done by simulation have shown limited global efficiency values in "PET-Compton" system (in the order of 10-5 - 10-5 %) instead of values around 5-10-1% % that have been achieved in PET system.
En la actualidad la tomografía por emisión de positrones (PET en pequeños animales ha alcanzado valores de resolución espacial cercanos a mm y en estos momentos se encuentran bajo estudio diferentes aproximaciones para mejorar dicha resolución espacial. Una de ellas combina la tecnología PET con las cámaras Compton. Este trabajo presenta la idea del denominado Sistema "PET-Compton" e incluye una evaluación comparativa de la resolución espacial y la eficiencia global de los sistemas PET y PET-Compton por medio de la simulación por Monte Carlo, utilizando el código Geant4. La simulación fue realizada en un sistema PET-Compton compuesto por detectores centellantes de LYSO-LUYAP de un específico y pequeño escáner PET denominado "Clear-PET" y para detectores Compton en base al semiconductor CdZnTe. Se estudiaron bajo las condiciones de simulación un grupo de radionúclidos que emiten un positrón (e+) y un cuanto gamma casi simultáneamente y cumplen ciertos criterios de selección para su posible utilización en aplicaciones médicas y biomédicas de los sistemas PET-Compton. Por medio de la reconstrucción analítica, empleando el método de reordenamiento de cortes simples (SSRB) se obtuvo una resolución espacial superior para el sistema PET-Compton en todos los radionúclidos de prueba, que alcanzó valores por debajo del milímetro para la fuente de 22Na. Sin embargo, el análisis realizado por medio de la simulación demostró valores limitados de eficiencia global para el sistema PET-Compton (del orden de 10-5-10-5%) en contraposición a los valores cercanos a 5-10-1 % que se alcanzaron para el sistema PET.
ABSTRACT
La obtención de imágenes moleculares de procesos celulares in vivo mediante estudios preclínicos con animales y técnica SPECT constituye una de las razones fundamentales para el diseño de nuevos dispositivos con resolución espacial mínima. Como herramienta auxiliar, la simulación vía Monte Carlo ha permitido la caracterización y optimización de dichos sistemas de imagen médica de manera efectiva. Actualmente, se cuenta con una nueva plataforma de simulación llamada GAMOS (GEANT4-based Architecture for Medicine-Oriented Simulations); herramienta, cuyo código, librerías y método de transporte de partículas corresponden a los desarrollados por GEANT4, la cual contiene aplicaciones específicas de medicina nuclear. Esta herramienta ha sido validada mediante comparación con datos experimentales para la técnica PET, no siendo así con la técnica SPECT. El presente trabajo demuestra las potencialidades de GAMOS para generar datos simulados realistas con este tipo de técnica de imagen nuclear. Para ello se realizó la simulación de una instalación novedosa, "rSPECT", dedicada al estudio con roedores que fue previamente validada experimentalmente. El estudio comprendió las geometrías de colimación y detección, así como las características fundamentales de las mediciones experimentales publicadas para la instalación rSPECT: estudios con 99mTc y una ventana energética del 20%. Los valores de sensibilidad obtenidos mediante simulación mostraron coincidencia aceptable con los valores experimentales. Se concluye que la simulación muestra buena concordancia con los datos reales lo que permite estimar el comportamiento de la nueva plataforma de simulación de GEANT4 "GAMOS" en aplicaciones SPECT y demuestra, que es factible la reproducción de sus datos experimentales.
The molecular imaging of in vivo cellular processes using preclinical animal studies and SPECT technique is one of the main reasons for the design of new devices with high spatial resolution. As an auxiliary tool, Monte Carlo simulation has allowed the effective characterization and optimization of those medical imaging systems. At present there is a new simulation framework called GAMOS (GEANT4-based Architecture for Medicine-Oriented Simulations); which code, libraries and particle transport method correspond to those developed by GEANT4 and contains specific applications for nuclear medicine. This tool has been already validated for PET technique by comparison with experimental data, while not yet been done the correct evaluation of GAMOS for SPECT systems. Present work have demonstrated the potential of GAMOS in obtaining simulated realistic data using this nuclear imaging technique. For this purpose, simulation of a novel installation "rSPECT", devote to study rodents, has been done. The study comprises the collimation and detection geometries and the fundamental characteristics of the previuos published experimental measurements for rSPECT installation. Studies have been done using 99mTc and 20% energy window. Sensitivity values obtained by simulation revealed an acceptable agreement with experimental values. Therefore we can conclude that simulation results have shown good agreement with the real data. This fact allowed us to estimate the behavior of the new GEANT4 simulation platform "GAMOS" in SPECT applications and have demonstrated the feasibility of reproducing experimental data.
ABSTRACT
The displacement per carbon atom cross-sections behaviors with the secondary electron and positron kinetic energy for spherical fullerene C60 molecules are calculated. To accomplish this, the McKinley-Feshbach approach and the Kinchin-Pease approximation were taking into account, using two different displacement threshold energies. The total displacements per atom number generated indirectly by the photons in bulk samples composed of C60 fullerenes is also calculated. Besides, the behaviors of secondary particles contributions with the used displacement threshold energies and incident photon energies are determined. The in-depth distribution of electron and positron contributions and their relationship with the total displacements number are presented and debated. It was found that the positrons contribution to the total atom displacements number is very significant in processes involving the interaction of gamma quanta with energy up to 100 MeV in C60 fullerenes bulk samples.
Teniendo en cuenta las aproximaciones de McKinley-Feshbach y Kinchin-Pease se calcularon los comportamientos de las secciones eficaces de desplazamientos de los átomos de carbono en moléculas esféricas de fullereno C60, en función de la energía cinética de los electrones y positrones secundarios para dos valores de energía umbral de desplazamiento. También se calcularon el número total de desplazamientos atómicos generados de manera indirecta por los fotones en las muestras masivas de fullerenos C60 estudiadas. Además, se estudió el comportamiento de las contribuciones electrónicas y positrónicas, determinando sus dependencias con las energías de desplazamientoutilizadas y la energía de los fotones incidentes. Se presentan y debaten la distribución en profundidad de las contribuciones de los electrones y positrones, así como la relación entre ellos y el número total de desplazamientos. El aporte de la contribución de los positrones al número total de desplazamientos atómicos generados durante el proceso de interacción de los cuantos gamma de energías hasta 100 MeV con muestras masivas de fullerenos C60 se discutió lo que este resulta muy significativo.
and jets predictions with PYTHIA and HERWIG in p-p collisions at √S = 14 TeV at LHC / Predicciones de producción de fotones directos y hadrones de alto momento en colisiones p-p a √S = 14 TEV en el LHC, usando PYTHIA y HERWIG ABSTRACT
ABSTRACT High momentum direct photons and hadrons are produced at the LHC and the ALICE experiment measures and identifies them with the help of its calorimeters and tracking system. This studydeals with the production of such particles in p-p collisions at √S = 14 TeVby using two Monte Carlo generators (PYTHIA and HERWIG) and Next to Leading Order (NLO) predictions. The results show a good agreement among them. Special attention was given to the production of direct prompt photons and the use of isolation cutsfortheir identification.
RESUMEN Fotones directos y hadrones de alto momento se producen en el LHG y se detectan con el sistema de trazas y calorímetros del experimento ALICE. Se presenta el estudio de la producción de dichas partículas en colisiones de dos protones a √S = 14 TeV, con dos generadores de Monte Carlo (PYTHIA y HERWIG) y con predicciones Next to Leading Order. Los resultados obtenidos por estos cálculos son consistentes. Se prestó especial atención en la producción de fotones directos del sistema y el uso de cortes por aislamiento para su identificación.
ABSTRACT
A Braquiterapia é uma etapa essencial do tratamento de vários tipos de câncer. O uso de fontes de 192Ir com alta taxa de dose impõe a necessidade de procedimentos apropriados de calibração e controle da qualidade, de forma a garantir a exatidão da dose administrada. Um programa em GEANT4 foi desenvolvido para calcular grandezas dosimétricas em um fantoma de acrílico. Assim foi possível definir uma metodologia para avaliar a dose na vizinhança de uma fonte de braquiterapia utilizando um formalismo em função da grandeza dose absorvida na água para dosimetria termoluminescente. Um fantoma de acrlílico foi proposto e caracterizado com grandezas do protocolo TG- 3 calculadas pelo método de Monte Carlo. O fantoma foi irradiado com os TLDs no equipamento de braquiterapia do Varian Gammamed Plus, a dose e o kerma de referência calculado concordaram em 0,30%.
High dose rate Brachytherapy is an essential part of the treatment of several types of cancer. The use of high dose rate 192Ir sources requires appropriate calibration in order to ensure the desired level of accuracy of the dose delivered. A GEANT4 program was developed to calculate dosimetric quantities in an acrylic phantom. Thus it was possible to define a methodology for calculating the dose around a brachytherapy source using a termoluminescent dosimetry formalism in terms of water absorbed dose. An acrylic phantom was proposed and characterized with magnitudes protocol TG-43 calculated by Monte Carlo method. The phantom was irradiated in Varian's brachytherapy equipment Gammamed Plus, the dose and the kerma calculated reference agreed at 0,30%.