Estimativa de dose nos pulmões para procedimentos de tomografia computadorizada

Desde o seu desenvolvimento na década de 1970 a tomografia computadorizada (TC) passou por grandes mudanças tecnológicas, tornando-se uma importante ferramenta diagnóstica para a medicina. Consequentemente o papel da TC em diagnóstico por imagem expandiu-se rapidamente, principalmente devido a melhorias na qualidade da imagem e tempo de aquisição. A dose de radiação recebida por pacientes devido a tais procedimentos vem ganhando atenção, levando a comunidade científica e os fabricantes a trabalharem juntos em direção a determinação e otimização de doses. Nas últimas décadas muitas metodologias para dosimetria em pacientes têm sido propostas, baseadas especialmente em cálculos utilizando a técnica Monte Carlo ou medições experimentais com objetos simuladores e dosímetros. A possibilidade de medições in vivo também está sendo investigada. Atualmente as principais técnicas para a otimização da dose incluem redução e/ou modulação da corrente anódica. O presente trabalho propõe uma metodologia experimental para estimativa de doses absorvidas pelos pulmões devido a protocolos clínicos de TC, usando um objeto simulador antropomórfico adulto e dosímetros termoluminescentes de Fluoreto de Lítio (LiF). Sete protocolos clínicos diferentes foram selecionados, com base em sua relevância com respeito à otimização de dose e frequência na rotina clínica de dois hospitais de grande porte: Instituto de Radiologia do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (InRad) e Instituto do Câncer do Estado de São Paulo Octávio Frias de Oliveira (ICESP). Quatro protocolos de otimização de dose foram analisados: Auto mA, Auto + Smart mA, Baixa Dose (BD) e Ultra Baixa Dose (UBD). Os dois primeiros protocolos supracitados buscam redução de dose por meio de modulação da corrente anódica, enquanto os protocolos BD e UBD propõem a redução do valor da corrente anódica, mantendo-a constante. Os protocolos BD e UBD proporcionaram redução de dose de 72,7(8) % e 91(1) %, respectivamente; 16,8(1,3) % e 35,0(1,2) % de redução de dose foram obtidas com os protocolos Auto mA e Auto + Smart mA, respectivamente. As estimativas de dose para os protocolos analisados neste estudo são compatíveis com estudos similares publicados na literatura, demonstrando a eficiência da metodologia para o cálculo de doses absorvidas no pulmão. Sua aplicabilidade pode ser estendida a diferentes órgãos, diferentes protocolos de CT e diferentes tipos de objetos simuladores antropomórficos (pediátricos, por exemplo). Por fim, a comparação entre os valores de doses estimadas para os pulmões e valores de estimativas de doses dependentes do tamanho (Size Specific Dose Estimates SSDE) demonstrou dependência linear entre as duas grandezas. Resultados de estudos similares exibiram comportamentos similares para doses no reto, sugerindo que doses absorvidas pelos uma órgãos podem ser linearmente dependente dos valores de SSDE, com coeficientes lineares específicos para cada órgão. Uma investigação mais aprofundada sobre doses em órgãos é necessária para avaliar essa hipótese.

Estudo dos parâmetros dosimétricos de sementes de Iodo-125 desenvolvidas pelo IPEN-CNEN/SP utilizadas em braquiterapia por simulação computacional pelo método de Monte Carlo

As expectativas da Organização Mundial de Saúde para o ano de 2030 são que o número de mortes por câncer seja de aproximadamente 13,2 milhões, evidenciando a elevada parcela desta doença no problema de saúde mundial. Com relação ao câncer de próstata, de acordo com o Instituto Nacional do Câncer, o número de casos diagnosticados no mundo em 2012 foi de aproximadamente 1,1 milhão, enquanto que no Brasil os dados indicam a incidência de 68 mil novos casos. O tratamento deste tipo de neoplasia pode ser realizado com cirurgia (prostatectomia) ou radioterapia. Dentre a radioterapia, podemos destacar a técnica de braquiterapia, a qual consiste na introdução (implante) de pequenas fontes radioativas (sementes) no interior da próstata, onde será entregue um valor elevado de dose no volume de tratamento e baixa dose nos tecidos ao redor. No Brasil, a classe médica estima uma demanda de aproximadamente 8000 sementes/mês, sendo o custo unitário de cada semente de pelo menos U$ 26,00. A Associação Americana de Físicos na Medicina publicou alguns documentos descrevendo quais parâmetros e análises devem ser realizadas para avaliações da distribuição de dose, como por exemplo, os parâmetros Constante de taxa de dose, Função radial e Função de anisotropia. Estes parâmetros podem ser obtidos através de medidas experimentais da distribuição de dose ou por simulações computacionais. Neste trabalho foram determinados os parâmetros dosimétricos da semente OncoSeed-6711 da empresa Oncura-GEHealthcare e da semente desenvolvida pelo Grupo de Dosimetria de Fontes de Braquiterapia do Centro de Tecnologia das Radiações (CTR IPEN-CNEN/SP) por simulação computacional da distribuição de dose utilizando o código MCNP5, baseado no Método de Monte Carlo. A semente 6711 foi modelada, assim como um sistema dosimétrico constituído por um objeto simulador cúbico de 30x30x30 cm3 preenchido com água. Os valores obtidos da semente 6711 foram comparados com alguns apresentados na literatura, onde o parâmetro Constante de taxa de dose apresentou erro relativo em relação ao valor publicado no TG- 43 de 0,1%, sendo que os outros parâmetros analisados também apresentaram boa concordância com os valores publicados na literatura. Deste modo, pode-se considerar que os parâmetros utilizados nas simulações (espectro, modelagem geométrica e avaliação de resultados) estão compatíveis com outros estudos, sendo estes parâmetros também utilizados nas simulações da semente do IPEN. Considerando as análises de incerteza estatística, os valores obtidos da semente do IPEN são semelhantes aos valores da semente 6711.

Desenvolvimento e caracterização de câmaras de ionização especiais para feixes de tomografia computadorizada

O uso de Tomografia Computadorizada (CT) para procedimentos de imagiologia vem crescendo cada vez mais devido aos avanços da tecnologia dos equipamentos de CT, que permitem a obtenção de imagens com melhor resolução do que por outras técnicas, sendo consequentemente responsável pelo aumento da dose de radiação no paciente durante o procedimento. Isso acarretou uma maior preocupação com as doses recebidas pelos pacientes que se submetem a esse tipo de exame. Para a realização da dosimetria de feixes de CT, o instrumento mais utilizado é a câmara de ionização do tipo lápis, pois este dosímetro apresenta uma resposta uniforme ao feixe de radiação incidente em todos os ângulos. A câmara convencional que se encontra disponível no mercado apresenta um comprimento de volume sensível de 10 cm; entretanto, alguns estudos têm mostrado que esse dosímetro tem subestimado os valores de dose. Portanto, neste trabalho optou-se por desenvolver no Laboratório de Calibração de Instrumentos do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (LCI-IPEN/CNEN) duas câmaras de ionização, fazendo uso de materiais nacionais de baixo custo, com comprimentos de volume sensível de 10 cm e 30 cm. A caracterização destas câmaras foi realizada e os resultados se apresentaram dentro dos limites recomendáveis internacionais. Como uma aplicação, as câmaras desenvolvidas, juntamente com uma câmara comercial, foram testadas em um tomógrafo clínico. As câmaras de ionização desenvolvidas foram analisadas de maneira completa, para os seus possíveis usos.

Efeito da aplicação do ultrassom terapêutico durante 4 e 5 minutos por área do transdutor no processo de reparação de tendão de ratos

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito dos tempos de aplicação 3, 4 e 5 minutos por ERA do ultrassom terapêutico (UST) na organização das fibras de colágeno em lesão do tendão do calcâneo de ratos. Foram utilizados quarenta ratos machos Wistar, dos quais 32 sofreram tenotomia total do tendão do calcâneo e foram divididos em 5 grupos: GC, sem tenotomia e tratamento; GT, com tenotomia e sem tratamento; UST3, UST4 e UST5 submetidos à tenotomia e tratados com UST nos tempos de 3, 4 e 5 minutos por área de radiação efetiva respectivamente. Os animais foram submetidos à primeira aplicação do UST foi 24 horas após a cirurgia de tenotomia. A irradiação ultrassônica foi aplicada com os seguintes parâmetros: 1 MHz, modo pulsado com 20% do ciclo de trabalho (2 ms de emissão / 8 ms de intervalo), frequência de 100 Hz, 0,5 W / cm² de intensidade e ERA de 0,5 cm². A aplicação foi realizada 1x/dia. Os animais foram sacrificados após a 10ª sessão de tratamento, no 12º dia pós-operatório. Os tendões foram retirados cirurgicamente para análise da organização das fibras colágenas através do método de birrefringência (retardo óptico - OR). As fibras colágenas mostraram melhor agregação e organização no grupo UST3, UST4 e UST5 quando comparado ao GT (p<0.05) e o UST5 apresentou melhor resposta na comparação intergrupos. Conclui-se que o UST, aplicado no tempo de 5 minutos por área de radiação efetiva, apresentou a melhor dose-resposta quanto à organização das fibras colágenas no reparo tecidual de tendões de ratos

Avaliação dos níveis de radiação ambiental no laboratório de tomografia por emissão de pósitrons acoplada a tomografia computadorizada, microPET/CT

O sistema microPET/CT é um importante equipamento utilizado nas pesquisas de imagem diagnóstica em pequenos animais. O radiofármaco mais usado nesta tecnologia é o fluordeoxiglicose marcado com flúor-18. Este estudo tem como objetivo efetuar o controle radiológico no laboratório de pesquisa microPET/CT do Centro de Radiofarmácia do IPEN-CNEN/SP, de forma a satisfazer tanto as normas nacionais como as recomendações internacionais. O laboratório está classificado pela equipe de radioproteção da instalação como área supervisionada, nas quais embora não seja obrigatória a adoção de medidas específicas de proteção e segurança, devem ser submetidas reavaliações regulares das condições do ambiente de trabalho. Visando assegurar a proteção radiológica dos trabalhadores diretamente envolvidos no manuseio do equipamento, realizou-se o monitoramento do local de trabalho e a avaliação do controle de dose individual. Inicialmente foi feito o monitoramento pré-operacional, isto é, o levantamento radiométrico no laboratório. Além disso, mediu-se nível de radiação externa nas instalações do laboratório e suas adjacências, por meio da colocação de nove dosímetros termoluminescentes (TL) de CaSO4:Dy, em locais previamente selecionados. Os indivíduos ocupacionalmente expostos foram avaliados mensalmente por meio do uso de dosímetros TL posicionados no tórax e por medidas de corpo inteiro, tomadas a cada seis meses. O período do estudo foi de dois anos, com início em abril de 2014. Para o controle do microPET/CT realizou-se testes de desempenho de acordo com o protocolo padrão do equipamento e em conformidade com a norma desenvolvida pela força tarefa para estudos com PET em animais Animal PET Standard Task Force. O presente estudo permitiu demonstrar que os níveis de radiação das áreas (estimativas de dose ambiente e dose efetiva), assim como a blindagem do equipamento estão adequados de acordo com os limites da exposição ocupacional. Ressalta-se a importância de se seguir rigorosamente os princípios de radioproteção, já que se trata de pesquisas com fontes radioativas não seladas.

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance (EPR) and Digital EPR Development

Rapid scan electron paramagnetic resonance (EPR) was developed in the Eaton laboratory at the University of Denver. Applications of rapid scan to wider spectra, such as for immobilized nitroxides, spin-labeled proteins, irradiated tooth and fingernail samples were demonstrated in this dissertation. The scan width has been increased from 55 G to 160 G. The signal to noise (S/N) improvement for slowly tumbling spin-labeled protein samples that is provided by rapid scan EPR will be highly advantageous for biophysical studies. With substantial improvement in S/N by rapid scan, the dose estimation for irradiated tooth enamels became more reliable than the traditional continuous wave (CW) EPR. An alternate approach of rapid scan, called field-stepped direct detection EPR, was developed to reconstruct wider EPR signals. A Mn2+ containing crystal was measured by field-stepped direct detection EPR, which had a spectrum more than 6000 G wide. Since the field-stepped direct detection extends the advantages of rapid scan to much wider scan ranges, this methodology has a great potential to replace the traditional CW EPR. With recent advances in digital electronics, a digital rapid scan spectrometer was built based on an arbitrary waveform generator (AWG), which can excite spins and detect EPR signals with a fully digital system. A near-baseband detection method was used to acquire the in-phase and quadrature signals in one physical channel. The signal was analyzed digitally to generate ideally orthogonal quadrature signals. A multiharmonic algorithm was developed that employed harmonics of the modulation frequencies acquired in the spectrometer transient mode. It was applied for signals with complicated lineshapes, and can simplify the selection of modulation amplitude. A digital saturation recovery system based on an AWG was built at X-band (9.6 GHz). To demonstrate performance of the system, the spin-lattice relaxation time of a fused quartz rod was measured at room temperature with fully digital excitation and detection.

Common origin for surface reconstruction and the formation of chains of metal atoms

During the fracture of nanocontacts gold spontaneously forms freely suspended chains of atoms, which is not observed for the isoelectronic noble metals Ag and Cu. Au also differs from Ag and Cu in forming reconstructions at its low-index surfaces. Using mechanically controllable break junctions we show that all the 5d metals that show similar reconstructions (Ir, Pt, and Au) also form chains of atoms, while both properties are absent in the 4d neighbor elements (Rh, Pd, and Ag), indicating a common origin for these two phenomena. A competition between s and d bonding is proposed as an explanation.

Investigating the Role of cAMP-Signaling in the Regulation of Vascular Endothelial Cell Adaptive Responses to Fluid Shear Stress

The circulating blood exerts a force on the vascular endothelium, termed fluid shear stress (FSS), which directly impacts numerous vascular endothelial cell (VEC) functions. For example, high rates of linear and undisturbed (i.e. laminar) blood flow maintains a protective and quiescent VEC phenotype. Meanwhile, deviations in blood flow, which can occur at vascular branchpoints and large curvatures, create areas of low, and/or oscillatory FSS, and promote a pro-inflammatory, pro-thrombotic and hyperpermeable phenotype. Indeed, it is known that these areas are prone to the development of atherosclerotic lesions. Herein, we show that cyclic nucleotide phosphodiesterase (PDE) 4D (PDE4D) activity is increased by FSS in human arterial endothelial cells (HAECs) and that this activation regulates the activity of cAMP-effector protein, Exchange Protein-activated by cAMP-1 (EPAC1), in these cells. Importantly, we also show that these events directly and critically impact HAEC responses to FSS, especially when FSS levels are low. Both morphological events induced by FSS, as measured by changes in cell alignment and elongation in the direction of FSS, and the expression of critical FSS-regulated genes, including Krüppel-like factor 2 (KLF2), endothelial nitric oxide synthase (eNOS) and thrombomodlin (TM), are mediated by EPAC1/PDE4D signaling. At a mechanistic level, we show that EPAC1/PDE4D acts through the vascular endothelial-cadherin (VECAD)/ platelet-cell adhesion molecule-1 (PECAM1)/vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR2) mechanosensor to activate downstream signaling though Akt. Given the critical role of PDE4D in mediating these effects, we also investigated the impact of various patterns of FSS on the expression of individual PDE genes in HAECs. Notably, PDE2A was significantly upregulated in response to high, laminar FSS, while PDE3A was upregulated under low, oscillatory FSS conditions only. These data may provide novel therapeutic targets to limit FSS-dependent endothelial cell dysfunction (ECD) and atherosclerotic development.

La digitalizzazione del processo costruttivo: la strategia Building Information Modeling and Management (BIMM) applicata ad un caso di studio di edilizia scolastica.

L’obiettivo della tesi è quello di fare una panoramica sulla strategia BIM e quindi sulla digitalizzazione del processo costruttivo. Grazie alla analisi di un caso di studio, altro obiettivo è quello di analizzare e valutare la metodologia BIM 4D/5D, ossia la gestione dei tempi e dei costi di realizzazione dell’opera. Nella prima fase si affronta il tema del BIM, con una analisi sull’evoluzione degli strumenti di elaborazione e rappresentazione digitale del progetto architettonico, su come questi strumenti si differenzino sia dal punto di vista operativo che concettuale rivoluzionando il flusso di lavoro odierno. Quindi, partendo da un’analisi che e ritrae l’estrema frammentazione del settore delle costruzioni, si va ad analizzare come il BIM aumenti e favorisca la collaborazione delle parti interessate, armonizzando l’intero processo costruttivo dell’opera. Si prosegue con l'esame della diffusione e del livello di maturità degli strumenti BIM, di come i privati e le amministrazioni pubbliche, a livello mondiale, stiano spingendo per favorire l’adozione della metodologia BIM. Inoltre si analizzano le dinamiche dell’interoperabilità, delle metodologie e protocolli di interscambio dati, che sono un elemento chiave per il successo del BIM per via dei numerosi strumenti, specializzati nelle varie discipline del settore edile. Nella terza parte, dedicata al Project Management di un caso di studio, si verifica la bontà delle metodologie teorizzate attraverso la realizzazione di un modello virtuale in Revit. Dal modello realizzato dal laureando sono estrapolate le informazioni necessarie alla gestione, e tramite il software STRVison CPM, si elaborano i principali documenti per la progettazione e gestione del cantiere: il CM, il CME, i tempi operativi, il cronoprogramma Gantt. Obbiettivo è constatare l’effettivo livello di maturità della strategia BIM 4D e 5D e la reale possibilità di un impiego capillare nel panorama italiano del settore delle costruzioni.

Analysis of analogue models by helical X-ray computed tomography

The aim of analogue model experiments in geology is to simulate structures in nature under specific imposed boundary conditions using materials whose rheological properties are similar to those of rocks in nature. In the late 1980s, X-ray computed tomography (CT) was first applied to the analysis of such models. In early studies only a limited number of cross-sectional slices could be recorded because of the time involved in CT data acquisition, the long cooling periods for the X-ray source and computational capacity. Technological improvements presently allow an almost unlimited number of closely spaced serial cross-sections to be acquired and calculated. Computer visualization software allows a full 3D analysis of every recorded stage. Such analyses are especially valuable when trying to understand complex geological structures, commonly with lateral changes in 3D geometry. Periodic acquisition of volumetric data sets in the course of the experiment makes it possible to carry out a 4D analysis of the model, i.e. 3D analysis through time. Examples are shown of 4D analysis of analogue models that tested the influence of lateral rheological changes on the structures obtained in contractional and extensional settings.

On ANOVA Decompositions of Kernels and Gaussian Random Field Paths

The FANOVA (or “Sobol’-Hoeffding”) decomposition of multivariate functions has been used for high-dimensional model representation and global sensitivity analysis. When the objective function f has no simple analytic form and is costly to evaluate, computing FANOVA terms may be unaffordable due to numerical integration costs. Several approximate approaches relying on Gaussian random field (GRF) models have been proposed to alleviate these costs, where f is substituted by a (kriging) predictor or by conditional simulations. Here we focus on FANOVA decompositions of GRF sample paths, and we notably introduce an associated kernel decomposition into 4 d 4d terms called KANOVA. An interpretation in terms of tensor product projections is obtained, and it is shown that projected kernels control both the sparsity of GRF sample paths and the dependence structure between FANOVA effects. Applications on simulated data show the relevance of the approach for designing new classes of covariance kernels dedicated to high-dimensional kriging.