Considerações radiodosimétricas da braquiterapia ocular com iodo-125 e rutênio/ródio-106

OBJETIVO: Analisar, por meio de um modelo computacional da região ocular, as características da distribuição da dose utilizando placas contendo iodo-125 e rutênio/ródio-106. MATERIAIS E MÉTODOS: Foi utilizado um modelo computacional de voxels da região ocular incluindo os diversos tecidos, com a placa posicionada sobre a esclera. O código Monte Carlo foi utilizado para simular a irradiação. A distribuição da dose é apresentada por curvas de isodoses. RESULTADOS: As simulações computacionais apresentam a distribuição da dose no interior do bulbo e nas estruturas externas. Os resultados permitem comparar a distribuição espacial das doses geradas por partículas beta e por fótons. As simulações mostram que a aplicação de sementes de iodo-125 implica alta dose no cristalino, enquanto o rutênio/ródio-106 produz alta dose na superfície da esclera. CONCLUSÃO: A dose no cristalino depende da espessura do tumor, da posição e do diâmetro da placa, e do radionuclídeo utilizado. No presente estudo, a fonte de rutênio/ródio-106 é recomendada para tumores de dimensões reduzidas. A irradiação com iodo-125 gera doses maiores no cristalino do que a irradiação com rutênio/ródio-106. O valor máximo de dose no cristalino corresponde a 12,75% do valor máximo de dose com iodo-125 e apenas 0,005% para rutênio/ródio-106.

Simulação computacional de um feixe de fótons de 6 MV em diferentes meios heterogêneos utilizando o código PENELOPE

OBJETIVO: Utilizar o código PENELOPE e desenvolver geometrias onde estão presentes heterogeneidades para simular o comportamento do feixe de fótons nessas condições. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram feitas simulações do comportamento da radiação ionizante para o caso homogêneo, apenas água, e para os casos heterogêneos, com diferentes materiais. Consideraram-se geometrias cúbicas para os fantomas e geometrias em forma de paralelepípedos para as heterogeneidades com a seguinte composição: tecido simulador de osso e pulmão, seguindo recomendações da International Commission on Radiological Protection, e titânio, alumínio e prata. Definiram-se, como parâmetros de entrada: a energia e o tipo de partícula da fonte, 6 MV de fótons; a distância fonte-superfície de 100 cm; e o campo de radiação de 10x 10 cm². RESULTADOS: Obtiveram-se curvas de percentual de dose em profundidade para todos os casos. Observou-se que em materiais com densidade eletrônica alta, como a prata, a dose absorvida é maior em relação à dose absorvida no fantoma homogêneo, enquanto no tecido simulador de pulmão a dose é menor. CONCLUSÃO: Os resultados obtidos demonstram a importância de se considerar heterogeneidades nos algoritmos dos sistemas de planejamento usados no cálculo da distribuição de dose nos pacientes, evitando-se sub ou superdosagem dos tecidos próximos às heterogeneidades.

Análise da distribuição espacial de dose absorvida em próton terapia ocular

OBJETIVO: Propõe-se avaliar os perfis de dose em profundidade e as distribuições espaciais de dose para protocolos de radioterapia ocular por prótons, a partir de simulações computacionais em código nuclear e modelo de olho discretizado em voxels. MATERIAIS E MÉTODOS: As ferramentas computacionais empregadas foram o código Geant4 (GEometry ANd Tracking) Toolkit e o SISCODES (Sistema Computacional para Dosimetria em Radioterapia). O Geant4 é um pacote de software livre, utilizado para simular a passagem de partículas nucleares com carga elétrica através da matéria, pelo método de Monte Carlo. Foram executadas simulações computacionais reprodutivas de radioterapia por próton baseada em instalações pré-existentes. RESULTADOS: Os dados das simulações foram integrados ao modelo de olho através do código SISCODES, para geração das distribuições espaciais de doses. Perfis de dose em profundidade reproduzindo o pico de Bragg puro e modulado são apresentados. Importantes aspectos do planejamento radioterápico com prótons são abordados, como material absorvedor, modulação, dimensões do colimador, energia incidente do próton e produção de isodoses. CONCLUSÃO: Conclui-se que a terapia por prótons, quando adequadamente modulada e direcionada, pode reproduzir condições ideais de deposição de dose em neoplasias oculares.

Estudo comparativo de dosimetria computacional entre modelos homogêneos e um modelo voxel em mamografia: uma discussão de aplicações em testes de constância e cálculo de dose glandular em pacientes

OBJETIVO: Comparar dados de dosimetria e fluência de fótons entre diferentes modelos de mama, discutindo as aplicações em testes de constância e estudos dosimétricos aplicados à mamografia. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram simulados diferentes modelos homogêneos e um modelo antropomórfico de mama tipo voxel, sendo contabilizadas: a dose total absorvida no modelo, a dose absorvida pelo tecido glandular/material equivalente, e a dose absorvida e a fluência de fótons em diferentes profundidades dos modelos. Uma câmara de ionização simulada coletou o kerma de entrada na pele. As combinações alvo-filtro estudadas foram Mo-30Mo e Mo-25Rh, para diferentes potenciais aceleradores de 26 kVp até 34 kVp. RESULTADOS: A dose glandular normalizada, comparada ao modelo voxel, resultou em diferenças entre -15% até -21% para RMI, -10% para PhantomMama e 10% para os modelos Barts e Keithley. A variação dos valores da camada semirredutora entre modelos foi geralmente inferior a 10% para todos os volumes sensíveis. CONCLUSÃO: Para avaliar a dose glandular normalizada e a dose glandular, em mamas médias, recomenda-se o modelo de Dance. Os modelos homogêneos devem ser utilizados para realizar testes de constância em dosimetria, mas eles não são indicados para estimar a dosimetria em pacientes reais

Sistema computacional para dosimetria de nêutrons e fótons baseado em métodos estocásticos aplicado a radioterapia e radiologia

OBJETIVO: Este artigo mostra um procedimento de conversão de imagens de tomografia computadorizada ou de ressonância magnética em modelo de voxels tridimensional para fim de dosimetria. Este modelo é uma representação personalizada do paciente que pode ser usado na simulação, via código MCNP (Monte Carlo N-Particle), de transporte de partículas nucleares, reproduzindo o processo estocástico de interação de partículas nucleares com os tecidos humanos. MATERIAIS E MÉTODOS: O sistema computacional desenvolvido, denominado SISCODES, é uma ferramenta para planejamento computacional tridimensional de tratamentos radioterápicos ou procedimentos radiológicos. Partindo de imagens tomográficas do paciente, o plano de tratamento é modelado e simulado. São então mostradas as doses absorvidas, por meio de curvas de isodoses superpostas ao modelo. O SISCODES acopla o modelo tridimensional ao código MCNP5, que simula o protocolo de exposição à radiação ionizante. RESULTADOS: O SISCODES vem sendo utilizado no grupo de pesquisa NRI/CNPq na criação de modelos de voxels antropomórficos e antropométricos que são acoplados ao código MCNP para modelar braquiterapias e teleterapias aplicadas a tumores em pulmões, pelve, coluna, cabeça, pescoço, e outros. Os módulos atualmente desenvolvidos no SISCODES são apresentados junto com casos exemplos de planejamento radioterápico. CONCLUSÃO: O SISCODES provê de maneira rápida a criação de modelos de voxels personalizados de qualquer paciente que podem ser usados em simulações por códigos estocásticos tipo MCNP. A combinação da simulação via MCNP com um modelo personalizado do paciente traz grandes melhorias na dosimetria de tratamentos radioterápicos.

Estudo da dose nos exames de tomografia computadorizada abdominal em um equipamento de 6 cortes

OBJETIVO: Determinar a dose efetiva recebida nos exames de tomografia computadorizada abdominal e estudar a influência das características dos pacientes na dose recebida. MATERIAIS E MÉTODOS: Foram realizadas medições dos valores de dose com uma câmara de ionização em objetos simuladores, de forma a verificar se os valores obtidos estavam de acordo com os valores apresentados pelo equipamento de tomografia computadorizada e se estes não ultrapassavam os níveis de referência de dose recomendados. Posteriormente, foram medidos os valores de dose recebida pelos pacientes, com autonomia física, nos exames de tomografia computadorizada abdominal (n = 100) e a relação existente com as suas características antropométricas. Por último, foi simulada a dose nos órgãos por meio do método de Monte Carlo utilizando o software de simulação CT-Expo V 1.5, e estudado o efeito do controle automático de exposição nestes exames. RESULTADOS: As principiais características com influência direta na dose são a massa corporal, o perímetro abdominal e o índice de massa corporal do paciente, cuja relação é linear e positiva. CONCLUSÃO: A dose de radiação recebida nos exames abdominais depende de algumas características dos pacientes, sendo importante ajustar os parâmetros de aquisição às suas dimensões.

Aplicativo para dosimetria interna usando a distribuição biocinética de fótons baseada em imagens de medicina nuclear

Objetivo: Este artigo apresenta uma forma de se obterem estimativas de dose em pacientes submetidos a tratamentos radioterápicos a partir da análise das regiões de interesse em imagens de medicina nuclear. Materiais e Métodos: Foi desenvolvido o software denominado DoRadIo (Dosimetria das Radiações Ionizantes), que recebe as informações sobre os órgãos fontes e o órgão alvo e retorna resultados gráficos e numéricos. As imagens de medicina nuclear utilizadas foram obtidas de catálogos disponibilizados por físicos médicos. Nas simulações utilizaram-se modelos computacionais de exposição constituídos por fantomas de voxels acoplados ao código Monte Carlo EGSnrc. O software foi desenvolvido no Microsoft Visual Studio 2010 com o modelo de projeto Windows Presentation Foundation e a linguagem de programação C#. Resultados: Da aplicação das ferramentas foram obtidos: o arquivo para otimização das simulações Monte Carlo utilizando o EGSnrc, a organização e compactação dos resultados dosimétricos com todas as fontes, a seleção das regiões de interesse, a contagem da intensidade dos tons de cinza nas regiões de interesse, o arquivo das fontes ponderadas e, finalmente, todos os resultados gráficos e numéricos. Conclusão: A interface de usuários pode ser adaptada para uso em clínicas de medicina nuclear como ferramenta computacional auxiliar na estimativa da atividade administrada.

Balloon-based adjuvant radiotherapy in breast cancer: comparison between 99mTc and HDR 192Ir

Abstract Objective: To perform a comparative dosimetric analysis, based on computer simulations, of temporary balloon implants with 99mTc and balloon brachytherapy with high-dose-rate (HDR) 192Ir, as boosts to radiotherapy. We hypothesized that the two techniques would produce equivalent doses under pre-established conditions of activity and exposure time. Materials and Methods: Simulations of implants with 99mTc-filled and HDR 192Ir-filled balloons were performed with the Siscodes/MCNP5, modeling in voxels a magnetic resonance imaging set related to a young female. Spatial dose rate distributions were determined. In the dosimetric analysis of the protocols, the exposure time and the level of activity required were specified. Results: The 99mTc balloon presented a weighted dose rate in the tumor bed of 0.428 cGy.h-1.mCi-1 and 0.190 cGyh-1.mCi-1 at the balloon surface and at 8-10 mm from the surface, respectively, compared with 0.499 and 0.150 cGyh-1.mCi-1, respectively, for the HDR 192Ir balloon. An exposure time of 24 hours was required for the 99mTc balloon to produce a boost of 10.14 Gy with 1.0 Ci, whereas only 24 minutes with 10.0 Ci segments were required for the HDR 192Ir balloon to produce a boost of 5.14 Gy at the same reference point, or 10.28 Gy in two 24-minutes fractions. Conclusion: Temporary 99mTc balloon implantation is an attractive option for adjuvant radiotherapy in breast cancer, because of its availability, economic viability, and similar dosimetry in comparison with the use of HDR 192Ir balloon implantation, which is the current standard in clinical practice.

Estudo da geometria da uréia por métodos ab initio e simulação computacional de líquidos

A study was carried out on the urea geometries using ab initio calculation and Monte Carlo computational simulation of liquids. The ab initio calculated results showed that urea has a non-planar conformation in the gas phase in which the hydrogen atoms are out of the plane formed by the heavy atoms. Free energies associated to the rotation of the amino groups of urea in water were obtained using the Monte Carlo method in which the thermodynamic perturbation theory is implemented. The magnitude of the free energy obtained from this simulation did not permit us to conclude that urea is non-planar in water.

O método das trajectórias clássicas: colisões coplanares do tipo A+BC

The general methodology of classical trajectories as applied to elementary chemical reactions of the A+BC type is presented. The goal is to elucidate students about the main theoretical features and potentialities in applying this versatile method to calculate the dynamical properties of reactive systems. Only the methodology for two-dimensional (2D) case is described, from which the general theory for 3D follows straightforwardly. The adopted point of view is, as much as possible, that of allowing a direct translation of the concepts into a working program. An application to the reaction O(¹D)+H2->O+OH with relevance in atmospheric chemistry is also presented. The FORTRAN codes used are available through the web page www.qqesc.qui.uc.pt.

Estrutura e propriedades de elipticinas

The ellipticines constitute a broad class of molecules with antitumor activity. In the present work we analyzed the structure and properties of a series of ellipticine derivatives in the gas phase and in solution using quantum mechanical and Monte Carlo methods. The results showed a good correlation between the solvation energies in water obtained with the continuum model and the Monte Carlo simulation. Molecular descriptors were considered in the development of QSAR models using the DNA association constant (log Kapp) as biological data. The results showed that the DNA binding is dominated by electronic parameters, with small contributions from the molecular volume and area.

Análise de imagem em química analítica: empregando metodologias simples e didáticas para entender e prevenir o escurecimento de tecidos vegetais

A simple and didactic experiment was developed for image monitoring of the browning of fruit tissues caused by the enzyme polyphenol oxidase. The procedure, easy and inexpensive, is a valuable tool to teach and demonstrate the redox reaction between the enzyme and the natural polyphenols. To obtain the browning percentage for apple, pear and banana, digital photographs were employed, and the images were analyzed by means of Monte Carlo methods and digital analysis programs. The effects of several experimental conditions were studied, such as pH, light, temperature and the presence of oxygen or anti-oxidants. It was observed that each fruit presented a different condition that better minimized the oxidation process. The absence of oxygen and the application of a bissulphite solution were sufficient to keep the quality of all fruits tested.

TitGer: uma planilha eletrônica para simulação de titulação de mistura de compostos polipróticos

The aim of this paper is to present a simple way of treating the general equation for acid-base titrations based on the concept of degree of dissociation, and to propose a new spreadsheet approach for simulating the titration of mixtures of polyprotic compounds. The general expression, without any approximation, is calculated a simple iteration method, making number manipulation easy and painless. The user-friendly spreadsheet was developed by using MS-Excel and Visual-Basic-for-Excel. Several graphs are drawn for helping visualizing the titration behavior. A Monte Carlo function for error simulation was also implemented. Two examples for titration of alkalinity and McIlvaine buffer are presented.

Validação da metodologia da avaliação de incerteza em curvas de calibração melhor ajustadas por polinômios de segundo grau

The most widespread literature for the evaluation of uncertainty - GUM and Eurachem - does not describe explicitly how to deal with uncertainty of the concentration coming from non-linear calibration curves. This work had the objective of describing and validating a methodology, as recommended by the recent GUM Supplement approach, to evaluate the uncertainty through polynomial models of the second order. In the uncertainty determination of the concentration of benzatone (C) by chromatography, it is observed that the uncertainty of measurement between the methodology proposed and Monte Carlo Simulation, does not diverge by more than 0.0005 unit, thus validating the model proposed for one significant digit.

Resolvendo a equação de Schrödinger utilizando procedimentos numéricos fundamentais

A combination of the variational principle, expectation value and Quantum Monte Carlo method is used to solve the Schrödinger equation for some simple systems. The results are accurate and the simplicity of this version of the Variational Quantum Monte Carlo method provides a powerful tool to teach alternative procedures and fundamental concepts in quantum chemistry courses. Some numerical procedures are described in order to control accuracy and computational efficiency. The method was applied to the ground state energies and a first attempt to obtain excited states is described.