Dosimetric evaluation of electron beam Monte Carlo isodoses distribution based on thermoluminescent dosimetry

Os feixes de elétrons são aplicados em tratamentos de radioterapia nos quais doses superficializadas são desejáveis, bem como a preservação de tecidos mais profundos. O método de Monte Carlo foi recentemente implementado no TPS como algoritmo para cálculo de isodoses de feixe de elétrons no Instituto Nacional do Câncer no Brasil. Este trabalho constitui um método adicional de avaliação das isodoses geradas pelo TPS, considerando a irradiação de uma superfície não plana. Uma irradiação de mama com feixe de elétrons de 6 Gy foi planejada e entregue a um fantoma antropomórfico no qual 36 cápsulas com TLD100 foram inseridas. A curva de calibração do TLD foi realizada de 100 cGy a 700 cGy. Em uma análise geral, os resultados da distribuição de isodose do algoritmo eMC estão de acordo com as doses medidas do TLD. 75% dos dados medidos preencheram os critérios de precisão de 5%, o que pode ser considerado em bom acordo com as incertezas recomendadas envolvidas em um tratamento de radioterapia. Considerados todos os dados coletados, 8 TLDs receberam doses extremamente baixas e, devido à atenuação do tecido do feixe de elétrons, as medidas do TLD podem apresentar incertezas adicionais. Se esses dados não forem levados em consideração, 100% das doses medidas, considerando as incertezas, atendem aos critérios de precisão de 5%. Sobre os 3 métodos de suavização de isodose disponíveis no algoritmo eMC, a opção de baixo nível de suavização da dose fornece a melhor correspondência com os dados medidos, consistindo na opção mais confiável. Considerando o algoritmo eMC de recomendações do AAPM, oferece uma solução precisa para o cálculo de isodoses, com uma precisão de 5%.

Comparação da qualidade da imagem em sistemas de mamografia computadorizada CR utilizando placas de imagem com diferentes tempos de uso / [Comparison of image quality in CR computerized mammography systems using image plates with different times of use]

O câncer de mama é, atualmente, uma das maiores causas de morte entre as mulheres em todo o mundo, por isso surge à necessidade de um diagnóstico o mais preciso possível. Logo, tem-se também que haja nos serviços de mamografia um controle de qualidade capaz de garantir uma imagem mamográfica de qualidade. No mundo todo, sistemas nacionais de saúde têm implantado programas de rastreamento populacional de câncer de mama baseados em mamografia, pois há cada vez mais se evidencia a preocupação com a qualidade desse tipo de imagem, bem como o uso seguro da radiação visando oferecer a melhor imagem com o menor nível possível de risco para a paciente. Nas técnicas de imagens médicas usadas em radiologia, a energia usada para produzir a imagem deve ser capaz de penetrar os tecidos de modo que ocorra uma interação entre os fótons de raios X e o tecido em análise. Essa interação leva à preocupação com a possibilidade do surgimento de um câncer induzido por essa radiação. Os avanços tecnológicos nas últimas décadas melhoraram muito a qualidade da imagem mamográfica e, consequentemente, a precisão diagnóstica. Por outro lado, também têm surgido novos desafios no Controle de Qualidade em Mamografia. Neste contexto, este trabalho a presenta uma análise comparativa das imagens mamográfica obtidas utilizando-se três grupos de cassetes Agfa MM3.0 usados em um serviço de mamografia. Os cassetes possuem diferentes tempos de uso e a imagens geradas nos testes foram obtidas utilizando-se o Controle Automático de Exposição (AEC) e foram analisadas com o auxílio do COQ, o plugin do soft ImageJ. Os testes empregados aqui visam a análise da Linearidade do Receptor de Imagem, o Ruído, a Função Transferência de Modulação (MTF), a Eficiência Quântica do Detector (DQE), a Razão contraste-ruído em função da espessura de PMMA e a Dose Glandular Média (DGM) medida no serviço.

The breast cancer is currently one of the leading causes of death among women worldwide, so there is a need for as accurate a diagnosis as possible. Therefore, there is also a need for quality control in mammography services that can guarantee a quality image. Throughout the world, national health systems have implemented population mammography screening programs based on mammography, as there is increasing concern about the quality of this type of image, as well as the safe use of radiation to provide the best image with the lowest possible level of risk to the patient. In medical imaging techniques used in radiology, the energy used to produce the image must be able to penetrate the tissues so that an interaction between the X-ray photons and the tissue under analysis occurs. This interaction leads to concern about the possibility of cancer arising from exposure of the patient to radiation. The technological advances in the last decades have greatly improved the quality of the image produced in mammography exams and, consequently, the diagnostic accuracy. On the other hand, new challenges have arisen in Mammography Quality Control. In this context, this work presents a comparative analysis of the images using three groups of Agfa MM3.0 cassettes used in a mammography service. The cassettes have different times of use and the images generated in the tests were obtained using Automatic Exposure Control (AEC) and analyzed using the COQ, the soft ImageJ plugin. The tests used here are aimed at analyzing the Image Receiver Linearity, Noise, Modulation Transfer Function (MTF), Detective Quantum Efficiency (DQE), Signal-to-Noise Ratio as a function of PMMA thickness and Mean Glandular Dose (MGD) measured in the service.

Avaliação da metodologia de estimação da atividade em rejeitos sólidos radioativos perfurocortantes gerados em um Serviço de Medicina Nuclear / [Evaluation of the methodology for estimating activity in sharp radioactive solid waste generated in a Nuclear Medicine Service]

A utilização das radiações ionizantes deve trazer um benefício líquido para a sociedade. A medicina nuclear é uma especialidade médica que emprega radiofármacos para o diagnóstico e tratamento de diversas doenças, o que invariavelmente ocasiona a produção de rejeitos radioativos. Rejeitos radioativos são materiais contendo radionuclídeos sem utilização presente ou futura, e a sua liberação no meio ambiente pode causar a exposição da população. A Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), através da norma CNEN-NN-8.01 regulamenta os procedimentos para a gerência dos rejeitos radioativos, determinando como os mesmos devem ser descritos e classificados, os procedimentos para a sua coleta e segregação, embalagem, identificação, armazenamento, e os limites para a sua transferência para os serviços de coleta urbana. Como determinado pela CNEN, todos os embalados contendo rejeitos radioativos devem ter a atividade estimada e registrada em sinalização afixada em seu exterior e no inventário de rejeitos radioativos. A determinação ou a estimação da atividade é importante para o cálculo do tempo de armazenagem até a liberação dos rejeitos nos serviços de coleta de lixo hospitalar e urbano. Portanto, são necessários procedimentos práticos para mensurar ou estimar a atividade. A metodologia aplicada pelo Serviço de Medicina Nuclear do Instituto Nacional de Câncer José Alencar Gomes da Silva (SMN/INCA) para estimar a atividade nos coletores de perfurocortantes (rejeitos radioativos) utiliza algumas aproximações físicas, considerando os embalados como fontes pontuais, homogêneas e isotrópicas sem autoabsorção ou espalhamento das radiações. Essas aproximações não são geralmente compatíveis com a realidade, onde os embalados têm volumes consideráveis, com materiais que produzem atenuação e espalhamento das radiações. O objetivo desse trabalho é avaliar a metodologia aplicada pelo SMN/INCA para estimar a atividade nos coletores de perfurocortantes e comparar tais estimativas com a atividade real dos rejeitos radioativos, determinando um possível fator de correção para as mesmas. Foram realizados experimentos de forma a avaliar os procedimentos rotineiramente empregados no SMN/INCA, assumindo que podem existir diferenças significativas com relação a atividade presente nos embalados e aquelas estimadas por tais procedimentos, baseados nas medições obtidas com o uso de monitores de radiação calibrados na grandeza dosimétrica equivalente de dose ambiente - H*(10). Os resultados obtidos monstram que a metodologia empregada para estimar tal atividade dos embalados, contendo rejeitos radioativos perfurocortantes, subestima a atividade real contida nos embalados em até 20%. Essas diferenças são devidas as variações de leituras obtidas com o monitor de radiação Geiger-Müller. Entretanto, tais variações se encontram na faixa de tolerância para tal classe de monitores calibrados em H*(10). Embora existam diferenças entre a atividade real e a estimada, a correção é possível através de um fator de ajuste fixo (k = 1, 2) , que pode ser utilizado de forma a garantir que a metodologia produza resultados compativeis com os requisitos normativos de proteção radiológica definidos pela CNEN.

The use of ionizing radiation must provide net benefits to society. Nuclear medicine is a medical specialty that uses radiopharmaceuticals to diagnosis and treatment for several illnesses, inevitably producing radioactive waste. Radioactive waste is any material containing radionuclides with no present or future use, and your release in the environment can cause radioactivity exposure to the population. The Brazilian National Nuclear Energy Commission (CNEN), through norm CNEN NN-8.01, regulates the procedures for the management of such radioactive waste, determining how to describe and classify, the methods for their collection, segregation, packaging, identification, storage, and the limits to transfer it to urban waste collection services. As ruled by CNEN, all packages containing radioactive waste must have the estimated activity recorded in external labels and on the inventory of radioactive waste. The activity determination or estimation is essential to the calculation of the storage time until the release of such waste in medical or urban waste collecting services. Therefore, practical procedures are necessary to carry out that measurement or estimation. The methodology applied by the Nuclear Medicine Department of the Brazilian National Cancer Institute José de Alencar Gomes da Silva (SMN/INCA) to estimate the activity in the sharp containers (radioactive waste) uses some physical approximations to perform the activity estimation, considering the packages as punctual, homogeneous and isotropic sources with no radiation autoabsorption or scattering. Those approximations have no link to the reality where the packages have considerable volumes with materials that produce radiation attenuation and scattering. This work aims to evaluate the methodology applied by the SMN/INCA to estimate the activity in the sharp containers (radioactive waste) and compare the provided estimates with the actual activity on that waste, providing a correction factor for those estimations. Experiments were carried out to evaluate the procedures employed in the routine of the Service. Assuming that there may be significant differences about the actual activities present in the packages and those estimated by such methodology, based on measurements obtained with the use of radiation monitors calibrated in the dosimetric quantity equivalent of ambient dose - H*(10). The results show that the methodology can underestimate the activity contained in the packages by up to 20%. Those differences are due to the variation on the Geiger-Müller monitor readings. However, the differences are in the tolerance range for those instruments when calibrated on H*(10). Although there are differences between the actual activity and that estimated, the correction is possible with one fixed adjustment factor (k = 1, 2) , allowing the methodology gives results compatible with the regulatory requirements of radiological protection determined by CNEN.

Dosimetria in vivo 2D por retroprojeção utilizando EPID em pacientes de próstata / [2D in vivo dosimetry by rear projection using EPID in patients with prostate]

Este trabalho avaliou a viabilidade de se realizar dosimetria in vivo 2D por retroprojeção em pacientes com câncer de próstata utilizando um dispositivo eletrônico de imagem portal (EPID) combinado a um método previamente validado para cálculo de dose no isocentro, e verificar se esta nova metodologia seria capaz de detectar variações significativas na entrega de dose. Fluências transmitidas pelo paciente durante o tratamento foram coletadas de 9 pacientes. Todos os tratamentos e imagens foram realizados em um acelerador linear Trilogy equipado com um detector de silicone amorfo modelo aS500-II e um On-Board Imager (OBI). Juntamente com uma tomografia Cone Beam (CBCT) adquirida no mesmo dia de tratamento e as fluências irradiadas diretamente no portal para a verificação prétratamento, um modelo previamente validado de cálculo de dose 1D foi utilizado para se calcular a distribuição 2D de dose no plano do isocentro. Desvios entre a dose esperada e a dose medida foram avaliados utilizando uma análise gamma (5%, 3 mm). Um conjunto de dados com 456 campos adquiridos em 68 datas de aquisição foi avaliado. A aprovação média da análise gamma para todos os campos foi de 95,4% e 79% dos campos tiveram aprovação superior a 90%. Ao considerar sessões de tratamento, 84% destas tiveram aprovações médias superiores a 90%. Uma revisão detalhada nos dados das sessões com aprovação média inferior a 90% demonstrou que variações no volume e conteúdo do reto era uma fonte frequente de variações na entrega de dose. A adaptação proposta neste trabalho demonstrou a viabilidade de se utilizar uma rotina automatizada por meio de scripts em Matlab. Grandes alterações na entrega de dose não foram identificadas, embora a metodologia tenha demonstrado sensibilidade suficiente para detectar alterações na entrega de dose devido à variabilidade no volume do reto dos pacientes.

This work assess the viability of performing 2D in vivo back-projection dosimetry for prostate cancer patients using an Electronic Portal Imaging Device (EPID) combined with a previously validated method for isocenter dose calculation, and verify whether this methodology could identify deviations in dose delivery. Transmitted field fluencies were collected using an EPID during treatment sessions of ten prostate cancer patients. All treatments and images were performed using a Trilogy linear accelerator equipped with an amorphous silicon EPID model aS500-II and On-Board Imager (OBI). Together with a Cone Beam Computer Tomography (CBCT) acquired at the same day as treatment and the fluencies directly irradiated over the EPID for the treatment plan quality assurance, a 1D previously validated mathematical model was utilized to calculate the 2D dose distribution of each field orthogonal plane that contains the isocenter. Deviations between the delivered and planned doses were evaluated utilizing a gamma analysis (5%, 3mm). A dataset of 476 fields acquired from 73 acquisition dates was evaluated. Gamma analysis mean approval rate of all fields was 95.0±8.2%, and 78% of the fields had approval rates superior to 90%. When considering treatment sessions, 82.8% of the acquisition dates had mean field approval superior to 90%. A detailed inspection on the acquisition dates whose mean approval rate was inferior to 90% revealed that a common source of error was differences on patients' rectum volume. The proposed adaptation of a previously implemented method for 1D in vivo back-projected dosimetry to a 2D approach through a streamline workflow of Matlab scripts was successfully achieved. No major dose delivery changes were observed in the utilized dataset. Nevertheless, the methodology showed enough sensitivity to detect changes in dose delivery, especially those related to volume changes in patients rectum.