PAULA CRISTINA GUIMARÃES ANTUNES

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Heterogeneous physical phantom for I-125 dose measurements and dose-to-medium determination
2024 - ANTUNES, PAULA C.G.; SIQUEIRA, PAULO de T.D.; SHORTO, JULIAN M.B.; YORIYAZ, HELIO
PURPOSE: In this paper we present a further step in the implementation of a physical phantom designed to generate sets of “true”independent reference data as requested by TG-186, intending to address and mitigate the scarcity of experimental studies on brachytherapy (BT) validation in heterogeneous media. To achieve this, we incorporated well-known heterogeneous materials into the phantom in order to perform measurements of 125I dose distribution. The work aims to experimentally validate Monte Carlo (MC) calculations based on MBDCA and determine the conversion factors from LiF response to absorbed dose in different media, using cavity theory. METHODS AND MATERIALS: The physical phantom was adjusted to incorporate tissue equivalent materials, such as: adipose tissue, bone, breast and lung with varying thickness. MC calculations were performed using MCNP6.2 code to calculate the absorbed dose in the LiF and the dose conversion factors (DCF). RESULTS: The proposed heterogeneous phantom associated with the experimental procedure carried out in this work yielded accurate dose data that enabled the conversion of the LiF responses into absorbed dose to medium. The results showed a maximum uncertainty of 6.92 % ( k = 1), which may be considered excellent for dosimetry with low-energy BT sources. CONCLUSIONS: The presented heterogeneous phantom achieves the required precision in dose evaluations due to its easy reproducibility in the experimental setup. The obtained results support the dose conversion methodology for all evaluated media. The experimental validation of the DCF in different media holds great significance for clinical procedures, as it can be applied to other tissues, including water, which remains a widely utilized reference medium in clinical practice.
Análise da fluência de fótons de um feixe direto para construção de um modelo de fonte virtual de um acelerador linear clínico em Monte Carlo
2023 - SOUZA, C.H.; GRANJA, A.A.C.; ANTUNES, P.C.G.; SHORTO, J.M.B.; YORIYAZ, H.
Introdução: Utilizando o espaço de fase (phsp) de um acelerador CyberKnife IRIS 60 mm, este trabalho analisa as características do espectro de fótons do feixe direto (não espalhado) no eixo central do equipamento, visando reconstruir a distribuição de fótons de bremsstrahlung, originados no alvo espesso de tungstênio do equipamento, para modelagem de uma fonte virtual de um linac utilizando simulações de Monte Carlo. Materiais e Métodos: A partir do código MCNP6, estimou-se a distribuição da fluência de fótons originados: 1) pelo phsp da IAEA; 2) por um modelo composto de um feixe monoenergético de elétrons incidindo sobre um alvo espesso de tungstênio, com e sem a presença de um filtro de chumbo. A fluência foi estimada no ar, sob um SSD de 80 cm, pelo uso de um voxel na forma de um cilindro de 2 cm de raio e 0.2 cm de altura. Resultados e Discussões: Pela Figura 1, nota-se a possibilidade de reproduzir o espectro de fótons do feixe direto de um linac, a partir de um feixe elétrons incidindo sobre um alvo espesso de tungstênio, com boa aproximação. Vale ressaltar que o modelo não leva em consideração os fótons gerados pela interação da radiação com os demais componentes do cabeçote do linac, o que poderia gerar algum nível de divergência na fluência de fótons de baixas energias. Conclusões: A partir do modelo apresentado, conclui-se que a utilização do espectro gerado no feixe direto de um linac sem filtro aplainador pode ser uma boa aproximação para modelagem computacional em Monte Carlo de uma fonte de radiação virtual de um linac com phsp disponível.
A versatile physical phantom design and construction for I-125 dose measurements and dose-to-medium determination
2023 - ANTUNES, PAULA C.G.; SIQUEIRA, PAULO de T.D.; SHORTO, JULIAN M.B.; YORIYAZ, HELIO
PURPOSE: In this paper we present a phantom designed to provide conditions to generate set of “true” independent reference data as requested by TG-186, and mitigating the scarcity of experimental studies on brachytherapy validation. It was used to perform accurate experimental measurements of dose of 125I brachytherapy seeds using LiF dosimeters, with the objective of experimentally validating Monte Carlo (MC) calculations with model-based dose calculation algorithm (MBDCA). In addition, this work intends to evaluate a methodology to convert the experimental values from LiF into dose in the medium. METHODS AND MATERIALS: The proposed PMMA physical phantom features cavities to insert a LiF dosimeter and a 125I seed, adjusted in different configurations with variable thickness. Monte Carlo calculations performed with MCNP6.2 code were used to score the absorbed dose in the LiF and the dose conversion parameters. A sensitivity analysis was done to verify the source of possible uncertainties and quantify their impact on the results. RESULTS: The proposed phantom and experimental procedure developed in this work provided precise dose data within 5.68% uncertainty (k = 1). The achieved precision made it possible to convert the LiF responses into absorbed dose to medium and to validate the dose conversion factor methodology. CONCLUSIONS: The proposed phantom is simple both in design and as in its composition, thus achieving the demanded precision in dose evaluations due to its easy reproducibility of experimental setup. The results derived from the phantom measurements support the dose conversion methodology. The phantom and the experimental procedure developed here can be applied for other materials and radiation sources.
Influence dosimetric study of different couches in radiotherapy treatments
2022 - DEL NERO, R.A.; EMILIOZZI, C.Z.S.; SIQUEIRA, P.T.D.; ANTUNES, P.C.G.; SERANTE, A.R.
Radiotherapy is a recommended procedure for 52% of cancer cases, in average, as one of the treatment forms, therefore, it is important for the clinical practice to investigate the affecting factors in dose distribution received by the patients, such as immobilization devices and treatment couch. With the introduction of treatments with modulated intensity techniques like IMRT and VMAT, the number of incidence fields used for patient treatment increased, making couch’s dosimetric effect more significant in these modalities. The attenuation data acquisition referring to the treatment couches, as well as the TPS data evaluation, show important parameters for the clinical practice because they influence what happens with the dose delivery during the treatment, ensuring a better quality and safety to the treatments. This research presents experimental results evaluating the couch’s impact in the treatments by a study of perturbation in the distribution of surface dose, and dose attenuation according to the gantry’s angle for the couches BrainLABTM, ExactTM and iBEAMTM. Then we propose better density values for the couches BrainLABTM and ExactTM for their inclusion in EclipseTM TPS. Lastly, we compare the dose difference considering the presence or not of couch in the planning. In conclusion, the beam’s attenuation increase by the couches and the doses alterations on the skin must be taken in consideration in the treatment planning process. It is of great relevance that each treatment center perform internal tests to determinate the best density values for available TPS.
O método de Análise de Modos de Falha e de seus Efeitos (FMEA) como ferramenta de decisão para os testes de comissionamento de novos sistemas
2021 - OLIVEIRA, JOAO M.; VERNUCIO, SILMARA L.; FREDIANI, LARISSA; ANTUNES, PAULA C.G.; YORIYAZ, HELIO
Foi proposta a utilização da Análise de Modos de Falha e de suas Consequências (FMEA) como ferramenta de decisão para a escolha e priorização dos testes de comissionamento para novos equipamentos. Um aplicador Vienna para braquiterapia ginecológica intersticial foi utilizado como caso de estudo. Escalas de 1 a 5 foram utilizadas para classificar os riscos segundo a sua ocorrência, severidade e detectabilidade. Foram identificados 12 riscos e como resultado da sua classificação nove testes foram selecionados para o comissionamento. O índice de priorização do risco (RPN) médio mais elevado para o aplicador foi de 21,3 correspondente a 17% do máximo possível (125) e o mais baixo de 1,4. Em relação a sua classificação, 33,3% dos riscos tiveram RPN superior a 10 e 25% foram classificados com valor inferior a 5. Nenhum risco teve severidade superior ou igual a 4. Os três primeiros riscos por ordem de prioridade foram de naturezas diversas, sendo o primeiro e o segundo riscos de parâmetro físico, e o terceiro de software. Os testes finais selecionados após a classificação foram os listados inicialmente com base apenas nos riscos. Entretanto, a classificação dos riscos serviu de base para justificar a sua escolha. O método proposto permitiu a determinação dos testes ideais para o comissionamento do aplicador em questão, bem como a identificação dos testes mais críticos e prioritários.
Estudo dos efeitos de composição e densidade de materiais tecido equivalentes na distribuição de dose longitudinal em protonterapia
2019 - BRANCO, I.S.L.; ANTUNES, P.C.G.; SIQUEIRA, P.T.D.; SHORTO, J.M.B.; YORIYAZ, H.
A eficiência de procedimentos radioterápicos depende do equilíbrio entre o fornecimento de altas doses conformadas ao volume tumoral e a restrição das doses recebidas pelos tecidos e órgãos saudáveis circundantes. Sendo uma modalidade de radioterapia, a protonterapia destaca-se neste cenário por possuir vantagens dosimétricas, que, quando combinadas com avanços tecnológicos, permitem que um grande potencial na conformidade da distribuição de dose. Este trabalho visa contribuir em um estudo dosimétrico, especificamente considerando os efeitos da heterogeneidade devido à presença de materiais tecido equivalentes com diferentes densidades e composições químicas, de modo a analisar qual destes parâmetros exerce maior influência na distribuição de dose longitudinal. A metodologia desenvolvida neste trabalho foi baseada em simulações de Monte Carlo com o código GEANT4 (através da interface TOPAS). Os objetos simuladores cilíndricos representados foram compostos inteiramente por diversos materiais tecido-equivalentes. Três grupos de estudo guiaram as simulações, o primeiro manteve a composição e densidade originais dos materiais, ao seguinte foi atribuída a todos os materiais heterogêneos a mesma densidade da água, mas mantiveram-se suas composições químicas originais; e por fim, foram realizadas simulações com as densidades originais dos materiais heterogêneos e composição química da água para todos os casos. Através da análise da distribuição de dose longitudinal variando com a profundidade, foi possível observar o comportamento da influência dos parâmetros de composição e densidade no alcance do feixe (d90) para os diferentes materiais e energias analisados. O estudo mostrou que, o efeito que a densidade dos materiais tecido equivalentes exerce sobre a deposição de dose é mais expressivo que o efeito de sua composição. A maior exatidão no range de tratamento permite evitar uma sub ou sobre dosagem da área irradiada. Esta é uma das diversas linhas de pesquisa que contribuem para a diminuição das incertezas em protonterapia.
Calculation of dose point kernel values for monoenergetic electrons and beta emitting radionuclides
2021 - MENDES, BRUNO M.; ANTUNES, PAULA C.G.; BRANCO, ISABELA S.L.; NASCIMENTO, EDUARDO do; SENIWAL, BALJEET; FONSECA, TELMA C.F.; YORIYAZ, HELIO
Targeted radionuclide therapy (TRT) and beta-emitting seeds brachytherapy (BSBT) exploit the characteristics of energy deposited by beta-emitting radionuclides. Monte Carlo (MC) modelling of electron transport is crucial for calculations of absorbed dose for TRT and BSBT. However, computer codes capable of providing consistent results are still limited. Since experimental validations show several difficulties, the estimation of electron dose point kernel (DPK) is often used to verify the accuracy of different MC codes. In this work, we compared DPK calculations for various point, isotropic and monoenergetic electron sources and several beta-emitting radioisotopes using the codes MCNP, EGSnrc, PENELOPE and TOPAS with different simulation options. The simulations were performed using latest versions of EGSnrc and Penelope, TOPAS version 3.3.1 and MCNP version 6.1 Monte Carlo codes. In our simulations, the geometrical model consists of a point electron source placed at the center of a water sphere emitting isotropically. The water sphere was divided into 28 shells and the energy deposition was scored within these shells. The radius of the outermost shell was 1.2R0, where R0 is the continuous slowing down approximation (CSDA) range. Five monoenergetic beta sources with energies of 0.05, 0.1, 0.5, 1 and 3 MeV were studied. Six beta-emitting radionuclides were also simulated: Lu-177, Sm-153, Ho-166, Sr-89, I-131 and Y-90. Monoenergetic electron simulations showed large deviations among the codes, larger than 13% depending on the electron energy and the distance from the source. In the cases where beta spectra of radionuclides were simulated, all MC codes showed differences from EGSnrc (used as reference value - RV) less than 3% within rE90 range (radius of the sphere in which 90% of the energy of the spectrum electrons would be deposited). TOPAS showed results comparable to EGSnrc and PENELOPE. DPK values for 0.1 MeV monoenergetic electrons, calculated using MCNP6, led to differences higher than ±5% from RV despite our attempts to tune electron transport algorithms and physics parameters.
Estudo dos efeitos de composição e densidade de materiais tecido equivalentes na distribuição de dose longitudinal em protonterapia
2019 - BRANCO, ISABELA S.L.; ANTUNES, PAULA C.G.; SIQUEIRA, PAULO T.D.; SHORTO, JULIAN M.B.; YORIYAZ, HELIO
A eficiência de procedimentos radioterápicos depende do equilíbrio entre o fornecimento de altas doses conformadas ao volume tumoral e a restrição das doses recebidas pelos tecidos e órgãos saudáveis circundantes. Sendo uma modalidade de radioterapia, a protonterapia destaca-se neste cenário por possuir vantagens dosimétricas, que, quando combinadas com avanços tecnológicos, permitem que um grande potencial na conformidade da distribuição de dose. Este trabalho visa contribuir em um estudo dosimétrico, especificamente considerando os efeitos da heterogeneidade devido à presença de materiais tecido equivalentes com diferentes densidades e composições químicas, de modo a analisar qual destes parâmetros exerce maior influência na distribuição de dose longitudinal. A metodologia desenvolvida neste trabalho foi baseada em simulações de Monte Carlo com o código GEANT4 (através da interface TOPAS). Os objetos simuladores cilíndricos representados foram compostos inteiramente por diversos materiais tecido-equivalentes. Três grupos de estudo guiaram as simulações, o primeiro manteve a composição e densidade originais dos materiais, ao seguinte foi atribuída a todos os materiais heterogêneos a mesma densidade da água, mas mantiveram-se suas composições químicas originais; e por fim, foram realizadas simulações com as densidades originais dos materiais heterogêneos e composição química da água para todos os casos. Através da análise da distribuição de dose longitudinal variando com a profundidade, foi possível observar o comportamento da influência dos parâmetros de composição e densidade no alcance do feixe (d90) para os diferentes materiais e energias analisados. O estudo mostrou que, o efeito que a densidade dos materiais tecido equivalentes exerce sobre a deposição de dose é mais expressivo que o efeito de sua composição. A maior exatidão no range de tratamento permite evitar uma sub ou sobre dosagem da área irradiada. Esta é uma das diversas linhas de pesquisa que contribuem para a diminuição das incertezas em protonterapia.
MCMEG
2020 - FONSECA, T.C.F.; ANTUNES, P.C.G.; BELO, M.C.L.; BASTOS, F.; CAMPOS, T.P.; GERALDO, J.M.; MENDES, A.M.; MENDES, B.M.; PAIXÃO, L.; SANTANA, P.C.; SENIWAL, B.; SQUAIR, P.L.; YORIYAZ, H.
The improvement of the Monte Carlo (MC) community skills on computational simulations in Medical Physics is crucial to the field of radiotherapy as well as radiology. The Monte Carlo Modelling Expert Group (MCMEG) is an expert network specialized in MC radiation transport modelling and simulation applied to the radiation protection and dosimetry research fields. The MCMEG addressed a multigroup dosimetric intercomparison exercise for modelling and simulating a case of prostate radiation therapy (RT) protocol. This intercomparison was launched in order to obtain the dose distribution in the prostate target volume and in the neighboring organs. Dose assessments were achieved by using TLDs. A protocol using two pair of parallel-opposed fields were planned and performed with Alderson-Rando Pelvic Phantom. The assessed organs at risk were the urinary bladder, rectum and right and left femur heads. The RT simulations were performed using the MCNPx, MCNP6 and egs++ and BEAMnrc/DOSXYZnrc modules of EGSnrc Monte Carlo codes. The dose to the target volume, mean doses and standard deviation in the organs at risk, and dose volume data were computed. A comparison between the simulated results and the experimental values obtained from TLD measurements was made. In some cases the results obtained using MC simulations showed large deviations in comparison to the results obtained from the TLD measurements and these variations can be explained by the difficulties in the modelling of the geometry, selection of MC parameters required for the simulations and the statistical errors and inaccuracies in experimental measurements. Even though, the exercise has been a great opportunity for the MC groups to learn and share the main difficulties found during the modelling and the analysis of the results. Concerned to the obtained variations, the MCMEG team consider that this was expected for the level of complexity of the exercise and must be studied by the MC groups.
MCMEG
2018 - FONSECA, T.C.F.; SENIWAL, B.; MENDES, A.M.; BELO, M.C.L.; LACERDA, M.A.S.; MENDES, M.B.; PAIXÃO, R.L.; JOANA, G.S.; SANTANA, P.; MARQUES, J.; SQUAIR, L.P.; ANTUNES, P.; YORIYAZ, H.; BASTOS, F.