Monte Carlo modeling and simulations of the High Definition (HD120) micro MLC and validation against measurements for a 6 MV beam

Purpose: The most recent Varian® micro multileaf collimator(MLC), the High Definition (HD120) MLC, was modeled using the BEAMNRCMonte Carlo code. This model was incorporated into a Varian medical linear accelerator, for a 6 MV beam, in static and dynamic mode. The model was validated by comparing simulated profiles with measurements. Methods: The Varian® Trilogy® (2300C/D) accelerator model was accurately implemented using the state-of-the-art Monte Carlo simulation program BEAMNRC and validated against off-axis and depth dose profiles measured using ionization chambers, by adjusting the energy and the full width at half maximum (FWHM) of the initial electron beam. The HD120 MLC was modeled by developing a new BEAMNRC component module (CM), designated HDMLC, adapting the available DYNVMLC CM and incorporating the specific characteristics of this new micro MLC. The leaf dimensions were provided by the manufacturer. The geometry was visualized by tracing particles through the CM and recording their position when a leaf boundary is crossed. The leaf material density and abutting air gap between leaves were adjusted in order to obtain a good agreement between the simulated leakage profiles and EBT2 film measurements performed in a solid water phantom. To validate the HDMLC implementation, additional MLC static patterns were also simulated and compared to additional measurements. Furthermore, the ability to simulate dynamic MLC fields was implemented in the HDMLC CM. The simulation results of these fields were compared with EBT2 film measurements performed in a solid water phantom. Results: Overall, the discrepancies, with and without MLC, between the opened field simulations and the measurements using ionization chambers in a water phantom, for the off-axis profiles are below 2% and in depth-dose profiles are below 2% after the maximum dose depth and below 4% in the build-up region. On the conditions of these simulations, this tungsten-based MLC has a density of 18.7 g cm− 3 and an overall leakage of about 1.1 ± 0.03%. The discrepancies between the film measured and simulated closed and blocked fields are below 2% and 8%, respectively. Other measurements were performed for alternated leaf patterns and the agreement is satisfactory (to within 4%). The dynamic mode for this MLC was implemented and the discrepancies between film measurements and simulations are within 4%. Conclusions: The Varian® Trilogy® (2300 C/D) linear accelerator including the HD120 MLC was successfully modeled and simulated using the Monte CarloBEAMNRC code by developing an independent CM, the HDMLC CM, either in static and dynamic modes.

Monte Carlo na Avaliação de Opções Americanas

A determinação do preço justo de um contrato de opções, trouxe enormes desa os a diversos ramos da Matemática procurando desenvolver e aperfeiçoar modelos e métodos que melhor representem os comportamentos dos mercados nanceiros. A avaliação de opções americanas apresenta uma di culdade acrescida, uma vez que é necessário determinar uma estratégia óptima ao seu exercício antecipado, já que estas opções podem ser exercidas em qualquer momento até à sua maturidade. Investigações recentes mostram que metodologias baseadas em técnicas de simulação podem ser usadas com sucesso neste tipo de opções (Duan and Simonato (2001), Longsta and Schwartz (2001), Stentoft (2005)). Neste trabalho, usamos métodos de Monte Carlo para avaliar opções Americanas, recorrendo à abordagem sugerida por Longsta and Schwartz (2001), combinando modelos GARCH para o subjacente com Filtered Historical Simulation (Barone, Engle and Mancini (2008)).

Properties of patchy colloidal particles close to a surface: a Monte Carlo and density functional study

We investigate the behavior of a patchy particle model close to a hard-wall via Monte Carlo simulation and density functional theory (DFT). Two DFT approaches, based on the homogeneous and inhomogeneous versions of Wertheim's first order perturbation theory for the association free energy are used. We evaluate, by simulation and theory, the equilibrium bulk phase diagram of the fluid and analyze the surface properties for two isochores, one of which is close to the liquid side of the gas-liquid coexistence curve. We find that the density profile near the wall crosses over from a typical high-temperature adsorption profile to a low-temperature desorption one, for the isochore close to coexistence. We relate this behavior to the properties of the bulk network liquid and find that the theoretical descriptions are reasonably accurate in this regime. At very low temperatures, however, an almost fully bonded network is formed, and the simulations reveal a second adsorption regime which is not captured by DFT. We trace this failure to the neglect of orientational correlations of the particles, which are found to exhibit surface induced orientational order in this regime.

Implementação de um sistema para simulação por Monte Carlo de fotões através do olho humano

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Commissioning de um sistema de planimetria computorizado de Monte Carlo comercial para radioterapia

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Medição e cálculo, utilizando simulações Monte Carlo, das doses em exames de tomografia computorizada

Tese Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica

Implementação de um sistema para simulação por Monte Carlo da passagem de fotões através do olho humano mediante a utilização da plataforma GEANT4 - I

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Implementação de um sistema para simulação por Monte Carlo da passagem de fotões através do olho humano mediante a utilização da plataforma GEANT4 – II

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Simulações Monte Carlo da redução da dose no cristalino e na tiroide em exames de tomografia computorizada utilizando proteções de bismuto

A presente dissertação foi desenvolvida com colaboração do Campus Tecnológico e Nuclear e do Hospital de São José

Probabilistic constraint reasoning with Monte Carlo integration to robot localization

This work studies the combination of safe and probabilistic reasoning through the hybridization of Monte Carlo integration techniques with continuous constraint programming. In continuous constraint programming there are variables ranging over continuous domains (represented as intervals) together with constraints over them (relations between variables) and the goal is to find values for those variables that satisfy all the constraints (consistent scenarios). Constraint programming “branch-and-prune” algorithms produce safe enclosures of all consistent scenarios. Special proposed algorithms for probabilistic constraint reasoning compute the probability of sets of consistent scenarios which imply the calculation of an integral over these sets (quadrature). In this work we propose to extend the “branch-and-prune” algorithms with Monte Carlo integration techniques to compute such probabilities. This approach can be useful in robotics for localization problems. Traditional approaches are based on probabilistic techniques that search the most likely scenario, which may not satisfy the model constraints. We show how to apply our approach in order to cope with this problem and provide functionality in real time.

Influência das características mamárias na cintilografia miocárdica pelo método Monte Carlo

FUNDAMENTO: Pela redução da especificidade associada à perda de informação, a influência da atenuação das mamas é de fundamental importância em estudos de perfusão do miocárdio. Entretanto, apesar de vários estudos terem sido realizados ao longo dos últimos anos, pouco se tem evoluído para determinar com acurácia a influência das características das mamas sobre a qualidade da cintilografia miocárdica, evitando exposições adicionais de radiação às pacientes. OBJETIVO: O objetivo deste estudo é quantificar a atenuação de fótons pelas mamas, em estudos de perfusão do miocárdio com 99mTc, de acordo com diferentes tamanhos e composições. MÉTODOS: Cada mama foi assumida como sendo um cubo composto de tecido adiposo e fibroglandular. Os dados referentes aos fótons de 99mTc foram analisados em um modelo de Monte Carlo. Variamos a espessura e a composição das mamas e analisamos as interferências na atenuação. Foi empregado o software EGS 4 para as simulações. RESULTADOS: Fixando a espessura de uma mama, a variação da sua composição acarreta um acréscimo máximo de 2,3% no número de fótons atenuados. Em contrapartida, mantendo-se uma composição do tecido mamário fixa, a diferença na atenuação de fótons foi de 45,0%, sendo em média de 6,0% para cada acréscimo de centímetro na espessura da mama. CONCLUSÃO: A simulação por Monte Carlo demonstrou que a influência das espessuras das mamas na atenuação de fótons em cintilografias do miocárdio com 99mTc é muito maior do que a influência das suas composições.

The Analysis of interval censoring and double censoring via Markov chain Monte Carlo methods

L'Anàlisi de la supervivència s'utilitza en diferents camps per analitzar el temps transcorregut entre dos esdeveniments. El que distingeix l'anàlisi de la supervivència d'altres àrees de l'estadística és que les dades normalment estan censurades. La censura en un interval apareix quan l'esdeveniment final d'interès no és directament observable i només se sap que el temps de fallada està en un interval concret. Un esquema de censura més complex encara apareix quan tant el temps inicial com el temps final estan censurats en un interval. Aquesta situació s'anomena doble censura. En aquest article donem una descripció formal d'un mètode bayesà paramètric per a l'anàlisi de dades censurades en un interval i dades doblement censurades així com unes indicacions clares de la seva utilització o pràctica. La metodologia proposada s'ilustra amb dades d'una cohort de pacients hemofílics que es varen infectar amb el virus VIH a principis dels anys 1980's.

Simulación Monte Carlo de las dosis en tumores de pulmón en tratamientos de radioterapia estereotáxica extracraneal

Estudio elaborado a partir de una estancia en el Karolinska University Hospital, Suecia, entre marzo y junio del 2006. En la radioterapia estereotáxica extracraneal (SBRT) de tumores de pulmón existen principalmente dos problemas en el cálculo de la dosis con los sistemas de planificación disponibles: la precisión limitada de los algoritmos de cálculo en presencia de tejidos con densidades muy diferentes y los movimientos debidos a la respiración del paciente durante el tratamiento. El objetivo de este trabajo ha sido llevar a cabo la simulación con el código Monte Carlo PENELOPE de la distribución de dosis en tumores de pulmón en casos representativos de tratamientos con SBRT teniendo en cuenta los movimientos respiratorios y su comparación con los resultados de varios planificadores. Se han estudiado casos representativos de tratamientos de SBRT en el Karolinska University Hospital. Los haces de radiación se han simulado mediante el código PENELOPE y se han usado para la obtención de los resultados MC de perfiles de dosis. Los resultados obtenidos para el caso estático (sin movimiento respiratorio ) ponen de manifiesto que, en comparación con la MC, la dosis (Gy/MU) calculada por los planificadores en el tumor tiene una precisión del 2-3%. En la zona de interfase entre tumor y tejido pulmonar los planificadores basados en el algoritmo PB sobrestiman la dosis en un 10%, mientras que el algoritmo CC la subestima en un 3-4%. Los resultados de la simulación mediante MC de los movimientos respiratorios indican que los resultados de los planificadores son suficientemente precisos en el tumor, aunque en la interfase hay una mayor subestimación de la dosis en comparación con el caso estático. Estos resultados son compatibles con la experiencia clínica adquirida durante 15 años en el Karolinska University Hospital. Los resultados se han publicado en la revista Acta Oncologica.