Análise de algoritmos computacionais utilizados em sistemas de planejamento de braquiterapia de alta taxa de dose: estudo comparativo com o Código MCNP-5C

In radiotherapy, computational systems are used for radiation dose determination in the treatment’s volume and radiometric parameters quality analysis of equipment and field irradiated. Due to the increasing technological advancement, several research has been performed in brachytherapy for different computational algorithms development which may be incorporated to treatment planning systems, providing greater accuracy and confidence in the dose calculation. Informatics and information technology fields undergo constant updating and refinement, allowing the use Monte Carlo Method to simulate brachytherapy source dose distribution. The methodology formalization employed to dosimetric analysis is based mainly in the American Association of Physicists in Medicine (AAPM) studies, by Task Group nº 43 (TG-43) and protocols aimed at dosimetry of these radiation sources types. This work aims to analyze the feasibility of using the MCNP-5C (Monte Carlo N-Particle) code to obtain radiometric parameters of brachytherapy sources and so to study the radiation dose variation in the treatment planning. Simulations were performed for the radiation dose variation in the source plan and determined the dosimetric parameters required by TG-43 formalism for the characterization of the two high dose rate iridium-192 sources. The calculated values were compared with the presents in the literature, which were obtained with different Monte Carlo simulations codes. The results showed excellent consistency with the compared codes, enhancing MCNP-5C code the capacity and viability in the sources dosimetry employed in HDR brachytherapy. The method employed may suggest a possible incorporation of this code in the treatment planning systems provided by manufactures together with the equipment, since besides reducing acquisition cost, it can also make the used computational routines more comprehensive, facilitating the brachytherapy ...

Preparo (calibração e tratamento) de Dosímetros Termoluminescetes de Flureto de Lítio (TLD-LiF)

A Dosímetria Termoluminescente (TLD) é uma ferramenta extremamente versátil para a avaliação da dose absorvida por tecidos humanos, devido à interação dos mesmos com a radiação ionizante. As características termoluminescentes (TL) do fluoreto de lítio (LiF) foram estudadas extensivamente primeiramente por apresentar número atômico muito próximo ao do tecido humano e, portanto, conseguir quantificar com fidelidade a radiação recebida na ordem de μGy (micro Gray) a kGy (kilo Gray) . Foram abordados os princípios físicos envolvido no procedimento de calibração e tratamento dos dosímetros (total de 224 pastilhas), os quais foram separados, após tratamento, em 75 grupos. Este trabalho foi de suma importância na aplicação dos conceitos físicos abordados durante a formação da graduação no curso de Bacharelado em Física Médica, e pode auxiliar em projetos, em andamento, junto ao grupo de pesquisa de Física Aplicada ao Radiodiagnóstico

Estudo da contribuição do espalhamento nuclear não elástico na trajetória mais provável de prótons em alvo homogêneo composto de água

The Therapy with proton beam has shown more e ective than Radiotherapy for oncology treatment. However, to its planning use photon beam Computing Tomography that not considers the fundamentals di erences the interaction with the matter between X-rays and Protons. Nowadays, there is a great e ort to develop Tomography with proton beam. In this way it is necessary to know the most likely trajectory of proton beam to image reconstruction. In this work was realized calculus of the most likely trajectory of proton beam in homogeneous target compound with water that was considered the inelastic nuclear interaction. Other calculus was the analytical calculation of lateral de ection of proton beam. In the calculation were utilized programs that use Monte Carlo Method: SRIM 2006 (Stopping and Range of Ions in Matter ), MCNPX (Monte Carlo N-Particle eXtended) v2.50. And to analytical calculation was employed the software Wolfram Mathematica v7.0. We obtained how di erent nuclear reaction models modify the trajectory of proton beam and the comparative between analytical and Monte Carlo method

Um Modelo Espacial para a Resposta Imunológica Adaptativa da Hepatite B

This paper proposed a two-dimensional spatial model to describe the adaptive immune response for viral hepatitis B. This model considered six populations: healthy hepatocytes T, infected hepatocytes Y , hepatitis B virus V , innate immune system I, active immune system X and memory cells, X. First, a compartmental model was constructed and its equilibrium solutions and also the threshold values related to the stability of each solution were obtained. Using this model, we was able to reproduce the different trends observed for the disease, which are: individuals that eliminate the infection without forming immune response, patients with acute and chronic carriers. By including dispersion of defense cells of the immune system and virus (spatial model), we analyze two situations: homogeneous model, in which the model parameters are the same at all points of the network, and heterogeneous model, which characterizes cells more permeable and less permeable to virus invasion. For the two spatial models (homogeneous and heterogeneous) the times relatead to the viral erradication and/or virus invasion and persistence becoming smaller in relation to the compartmental model. The results also showed that for the set of values used in the simulations and if the two diffusion rates are different from zero, the model is sensitive to variations in the rate of viral spread and not dependent on the dispersion of memory cells. Finally, the heterogeneous model when compared to the homogeneous model shows that the infection can be spatially limited depending on the type of the cell involved in the infection process

Análise Isotópica de Carbono-13 e Nitrogênio-15 da Ipomoea violacea para Determinação de sua Origem Geográfica

Along the Earth globe we can find many types of psychoactive plants. Among them is the Ipomoea violacea, popularly known as Morning Glory. There are ergotalkaloids producer associated-fungus in its leaves and seeds. One of these alkaloids that can be found is the ergine (or LSA), a homologous substance of the lysergic acid diethylamide (LSD). There are many discussions around the world about the inclusion of LSA in the list of controlled substances. In Brazil, this was recently prohibited. One of the most important point of view in the study of isotopic composition of 13C and 15N of this plant is the fact that there is a total alkaloid variation in function of its geographic origin like was verified in 1960’s, besides to aggregate knowledge about it. This work was made to verify if the isotopic ratio can be used as a tool in tracing this illegal Brazilian plant. We could conclude that this plant presents a C3 photosynthetic pathway, its parts has different isotopic carbon and nitrogen composition and that stable isotope analysis can be successfully used as a tool to detect its geographic origin

Implementação do algoritmo de Newman para identificação de comunidades em placas gráficas

Communities are present on physical, chemical and biological systems and their identification is fundamental for the comprehension of the behavior of these systems. Recently, available data related to complex networks have grown exponentially, demanding more computational power. The Graphical Processing Unit (GPU) is a cost effective alternative suitable for this purpose. We investigate the convenience of this for network science by proposing a GPU based implementation of Newman community detection algorithm. We showed that the processing time of matrix multiplications of GPUs grow slower than CPUs in relation to the matrix size. It was proven, thus, that GPU processing power is a viable solution for community dentification simulation that demand high computational power. Our implementation was tested on an integrated biological network for the bacterium Escherichia coli

Análise de processos biofarmacêuticos em comprimidos magnéticos empregando a Biosuceptometria AC

Ao administrar um fármaco, devem ser considerados fatores como a forma farmacêutica apropriada, a via de administração com maior eficiência e o que será mais bem aceita pelo paciente. Formas farmacêuticas sólidas (FFS), tais como comprimidos, representam a principal escolha, pois são fáceis de preparar, armazenar, transportar e são bem aceitas pelos pacientes. Porém, a absorção dos fármacos administrados em comprimidos depende do processo de desintegração, ou seja, um processo tempo-dependente que ocorre sob a ação de um desintegrante que promove a fragmentação da forma farmacêutica em partículas passíveis de serem dissolvidas e absorvidas. Para uma liberação efetiva do ativo, uns dos critérios relacionados à formulação como a escolha dos excipientes e o tipo de revestimento devem ser considerados. O revestimento com polímeros é utilizado para melhorar a estabilidade do fármaco, mascarar sabor ou para promover a liberação em locais específicos de acordo com a variação do pH. A técnica considerada como “padrão ouro” para monitorar FFS no trato gastrintestinal do homem é a cintilografia, entretanto, métodos alternativos com base na detecção de campo magnético merecem destaque. A técnica de Biosusceptometria de Corrente Alternada (BAC) tem evoluído, apresentando como vantagem ser um método não-invasivo e livre de radiação ionizante. A BAC utiliza bobinas de indução para registrar a variação temporal do fluxo magnético a partir da resposta de um material magnético ingerido, aplicando-se um campo magnético alternado no meio biológico. O objetivo deste estudo é empregar a BAC para avaliar in vitro a influência de três diferentes polímeros de revestimento em diversos parâmetros farmacotécnicos e no processo de desintegração de comprimidos

Avaliação do Efeito Fotodinâmico sobre o Crescimento in vitro de Pythium insidiosum

Photodynamic Therapy (PDT) is a therapeutic method which employs a photosensitizer and light to cause cellular death. The chemical compounds have low or none toxicity for hosts cells. Under the incidence of light, in an appropriated wavelength, these chemical compounds produce reactive oxygen which affects the biomolecules of the target-cells. The specific illumination of the affected area increases the selectivity of the therapy, since the photodynamic process occurs only in the irradiated area. Pythiosis, for instance, is a life-threatening emerging disease caused by a fungus-like organism called Pythium insidiosum. The disease occurs in man and other animals, being mostly observed in horses. Human pythiosis may present as ophthalmic, cutaneous-subcutaneous and systemic forms of lesions. Due to the fact that P. insidiosum is not a true fungus, it is refractory to most antifungal drugs and the treatment of the disease is difficult. Extensive surgery procedures, such as limb amputation, are the treatment of choice, however relapses may occur frequently. Although not totally effective, the use of immunotherapy associated to surgery have shown some results. Considering that pythiosis is an emerging disease few explored in its etiological and therapeutic aspects, which are limited and few effective, it is of great importance to encourage the development of researches for new strategies of treatment. In this sense, it was evaluated the effect of PDT on in vitro growth of the pathogen employing two chemical compounds as photosensitizer, porphyrin and chlorine, at different concentrations in combination with several energetic dosages. Porphyrin showed inhibition of growth at 25mg/mL with 100J/cm2 of energetic dosage and chlorine showed similar results employing low concentrations (0,7, 1,0 and 1,3mg/mL) with 70J/cm2 of energetic dosage... (Complete abstract click electronic access below)

Aplicação da MTF e FWHM para análise de resolução espacial de sensores de Biossusceptometria AC

Neste trabalho foi analisada a resolução espacial de sensores de Biossusceptometria AC (BAC) correlacionando dois métodos consagrados em análise de resolução, a Função de Transferência Modulada (do inglês MTF) e a Largura à Meia Altura (FWHM) da Função de Espalhamento Pontual (PSF). A partir da aquisição da PSF do sistema, foi possível quantificar a resolução dos sensores pelos dois métodos. Foram analisados sensores de diferentes diâmetros para a obtenção da correlação entre os dois métodos. Foi variada também a corrente, indiretamente, pela variação de voltagem de excitação. Com estas metodologias foi possível avaliar a resolução de maneira pontual dos sensores, sendo possível otimizar a utilização dos sensores de acordo com a medida a ser realizada

Modelo de conjuntos fuzzy e de regressão logística para dados de obesidade

Obesidade e comumente definida como um excesso de gordura corporal, porém diante da dificuldade em mensurar tal gordura diretamente, esta tem sido definida como um excesso de peso mais do que um excesso de gordura corporal, que tem como desdobramento a ocorrência de doenças associadas e/ou prejuízos a saúde do indivíduo (4). Atualmente, o excesso de massa corpórea e verificado por meio de um Indice de Massa Corpórea (IMC), que considera o quociente entre o peso corporal (kg) e a estatura elevada ao quadrado (m2). Indivíduos com sobrepeso apresentam IMC de 25 at e 29; 9 kg=m2, e com obesidade apresentam IMC de 30 Kg=m2 ou mais, de acordo com a OMS (1). A identificação das causas da obesidade não é trivial e objetiva. Especialistas reconhecem que a obesidade e uma doença crônica, de difícil tratamento, denominada multifatorial, envolvendo em sua gênese diversos aspectos, entre eles: o consumo alimentar, aspectos ambientais, genéticos, psicossociais, entre outros. objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo baseado em teoria dos conjuntos Fuzzy para a classificação de obesidade levando em consideração as suas causas, e compará-lo com um modelo de regressão logística através da curva ROC. Para estudar as causas da obesidade na população de moradores da região do Distrito Sul de Campinas, foram coletados dados de uma amostra aleatória de 651 indivíuos, por meio de entrevista domiciliar. No primeiro estágio amostral, a partir do cadastro de domicílios residenciais dos agentes comunitários de saúde, foram aleatoriamente sorteados 920 domicílios (15% a mais do inicialmente previsto para cobrir perdas). Foram coletados dados de identificação geral, como: nome, idade, sexo, anos de escolaridade, tipo de ocupação e dados de consumo alimentar. O diagnóstico foi observado através do IMC. Num estudo preliminar, no modelo fuzzy foram consideradas como variáveis... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)

Caracterização in vitro de técnica biomagnética empregando magnetômetros 3D para avaliar tempo de trânsito esofagiano

The biomagnetic techniques use different magnetic field detectors to measure parameters of the human physiology. Those techniques present the advantage of being noninvasive and radiation free. Among them we can show up the Superconducting Quantum Interference Device (SQUID), the Current Alternate Biosusceptometry (ACB) and, more recently, the employment of anisotropic magnetoresistive sensors. Those magnetic sensors have a low cost and good sensitivity to measure different physiological parameters using magnetic markers. The biomagnetic techniques have being used successfully through study on the characteristics of the gastrointestinal tract. Recent research, the magnetoresistors were used to evaluate the transit time and localization of magnetic sources in different parts of the gastrointestinal tract. The objective of this work is the characterization, with in vitro tests, of a biomagnetic instrumentation using two 3-axis magnetoresistors arranged in a gradiometric coplanar setup to evaluate esophageal transit time, analyze and compare the results of experimental signals and the magnetic theory, as well as evaluate the instrumentation gain with use of tri-axial sensor front to the mono-axial sensor. The instrumentation is composed by two three-axis sensing magnetometers, precision power supply and amplifier electronic circuits. The sensors fixed in a coplanar setup were separate by distance of 18 cm. The sensitivity tests had been carried through using a cylindrical magnet (ø = 4 mm and h = 4 mm) of neodymium-iron-boron (grid 35). The tests were done moving the permanent magnet on the sensors parallel axis, simulating the food transit in... (Complete abstract click electronic access below)

Sistema de cálculo para determinação do tempo de exposição em radioterapia veterinária

Radiotherapy in veterinary practice is already known and widely distributed in large specialized centers of developed countries. In early 2000, there were about 30 radiotherapy equipment specifically designed for the veterinary clinic in the United States. In Brazil, the veterinary radiotherapy is still confined to research in universities, where most of the procedures is radiation therapy performed with superficial x-ray machines, with a voltage between 50 and 150 kVp, focus-distance surface (DFS) between 20,0cm and 40,0cm. As that occurs in human medicine, new research strengthens the development and prospects for the use of radiotherapy as a safe option for treating cancer in animals. This paper presents a methodology for calculating the exposure time for superficial radiotherapy procedures in veterinary medicine for small animals (dogs and cats). The dosimetric parameters of X-rays are determined using a spreadsheet tool for Microsoft Office Excel, developed in this paper for a device Dermopan 2, Veterinary Hospital of UNESP in Araçatuba. Using the worksheet helps the veterinarian to determine the time of exposure to radiation determined for each clinical case, optimize the workflow for professionals in veterinary radiotherapy procedures, which often lack the medical physics in team and at the time of radiotherapy. The correct use of spreadsheet decreases the chances of errors in dose rates of radiation, providing a higher quality of care

Modelos de tratamento para adenocarcinomas de próstata tratados por radioterapia conformacional 3D

Radiotherapy is a branch of medical physics related to the treatment of malignant neoplasm, being an important instrument in the fight against cancer, when combined with the effort of a multidisciplinary team, composed of, physicians, physicists, nurses and technicians. Every year more than 3.5 million new cases of cancer are recorded in the world, being the prostate cancer responsible for approximately 25% of this amount (INCA and IARC, 2008). In this type of cancer, radiotherapy is a method indicated for treatement. The technological advance in this area over years has allowed a greater accuracy in the tumor location, more conformation of the radiation beam around the tumor, reducing the dose in healthy tissues and a consequent dose increase on treatment (Bedford et al., 1999). A radiotherapy planning, in which the physicist develops an important role, is composed of several steps, including choosing the best configuration of treatment beams. This choice has a close relationship with success of therapy and is critical to achieve the best distribution of dose inside the tumor and expose the least as possible the healthy tissue to radiation. In this work, two options for setting up camps in the first phase in a treatment of prostate cancer were simulated in computer planning: 4 fields orthogonal or “Box” with gantry angles in 00, 1800, 2700 e 90° and 4 fields angled or “X” (1350, 450, 3150 e 2250). The percentage of the rectal volume exposed to 40, 50, 60, 72 and 76 Gy should be limited to 60, 50, 25, 15 and 5% respectively (Greco et al., 2003). The femoral toxicity have limited dose by 70% of the total dose prescribed in a prostate treatment (Bedford et al., 1999). The planning of 27 patients with prostate adenocarcinoma submitted to 3D conformal radiotherapy were accompanied. As a result, it was assessed that the best TCP (tumor control probability)... (Complete abstract click electronic access below)

Caracterização de sensores nanoplasmônicos produzidos com os polímeros pdma e paa: Micaela Gisoldi Ribeiro. –

A combinação de polímeros com nanopartículas de metais nobres resultam na formação de filmes finos, que podem ser utilizado na fabricação de nanosensores. Esses filmes finos possuem propriedades exclusivas, que causam ressonância plasmônica de superfície pela mudança conformacional dos mesmos. Essa variação conformacional é causada pela interação com analito ou por estímulo externo, podendo ser analisada por espectroscopia de absorção na região do UV-vis. Este simples e econômico meio de transdução do sinal apresenta-se como uma ferramenta bastante promissora, e se combinado com a alta seletividade encontrada em reações biológicas, torna-se ainda mais promissora no desenvolvimento de sensores. Os esforços desse projeto foram concentrados para o desenvolvimento dos sensores que respondam a estímulos externo e baseado na utilização de polímeros escovas. Este trabalho de conclusão de curso foi baseada na produção de sensores nanoplasmônicos, que na presença de fatores externos causam modificação estrutural dos filmes finos poliméricos depositados sobre um substrato e dão um resposta altamente seletiva. As mudanças conduzirão à geração de sinais ópticos ou eletroquímico, que serão medidos por transmissão de ressonância plasmônica de superfície ou via eletroquímica. Foram realizados experimentos de voltametria cíclica e impedância eletroquímica em pH=3 para avaliar a capacidade de eletródica deste material. Também foram efetuados experimentos por espectrofotometria de absorção na região de ultravioleta-visível em pHs variando de 3 a 7 para se analisar o efeito plasmônico do material. Pode-se notar que em pH mais ácidos o polímero se mostrou mais condutor e de acordo com a literatura este efeito é causado pela expansão polimérica que deixa o mesmo em seu estado ativo ON (expandido). Já em pH mais básicos os polímeros demonstraram um comportamento inverso por os mesmo se contraem, ...

Avaliação teórico-experimental da distribuição de dose absorvida em radioterapia em tumores de pele

O trabalho propõe rotinas computacionais usando o Método de Monte Carlo com o Código MCNP-5, para analisar os perfis de dose de radiação liberada nos tratamentos de tumores de pele e otimizar os cálculos radiométricos dos feixes de radiação estudados. Foram realizadas medidas dosimétricas do feixe de radiação, comparando os resultados obtidos com os respectivos valores fornecidos pelo serviço de física médica das instituições, com resultados informados pelo fabricante do equipamento e com as simulações computacionais efetuadas com o Código MCNP-5. A quantificação dos erros relativos percentual entre os resultados simulados e os fornecidos pelo Serviço de Radioterapia (E1), os informados pelo fabricante (E2) e os medidos experimentalmente (E3) são inferiores a 4,0% e validam a metodologia computacional proposta para avaliação do comportamento do feixe de raios-X superficial e do feixe de raios γ da unidade de Cobaltoterapia. A metodologia de análise do espectro energético e da curva de porcentagem de dose profunda (PDP) desenvolvida neste trabalho pode ser estendida para estudos de outros feixes clínicos e subsidiar os dados radiométricos utilizados nos planejamentos e cálculos de dose realizados pelo profissional da física médica na sua rotina nos Serviços de Radioterapia