HELIO YORIYAZ

HELIO YORIYAZ

(Fonte: Lattes)

Resumo

Bachelor's at Física from Universidade de São Paulo (1982), master's at Reat Nuc de Pot e Tecnol do Comb Nuclear from Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (1986) and doctorate at Reatores Nuc de Pot e Tecnol do Comb Nuclear from Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (2000). Has experience in Nuclear Engineering, acting on the following subjects: monte carlo simulation, dosimetria, mcnp, monte carlo and medicina nuclear. (Text obtained from the Currículo Lattes on October 14th 2021)

Possui graduação em Física pela Universidade de São Paulo (1982), mestrado em Reat Nuc de Pot e Tecnol do Comb Nuclear pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (1986) e doutorado em Reatores Nuc de Pot e Tecnol do Comb Nuclear pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (2000). Atualmente é pesquisador do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares. Tem experiência na área de Engenharia Nuclear, com ênfase em Física Médica, atuando principalmente nos seguintes temas: monte carlo simulation, dosimetria, mcnp, monte carlo e medicina nuclear. Atualmente é docente do programa de pós-graduação em Tecnologia Nuclear da USP e do programa de Pós-Graduação Stricto Sensu - Mestrado Profissional de Tecnologia das Radiações na Saúde do IPEN. (Texto extraído do Currículo Lattes em 14 out. 2021)

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Study of the behavior of 3 MeV proton beams on PMMA
2024 - PEREIRA, J.; MATIAS, F.; ANTUNES, P.; SHORTO, J.; SIQUEIRA, P.; SILVA, T.; RODRIGUES, C.; OTUBO, L.; FERREIRA, G.; YORIYAZ, H.
Efficient computational modeling of electronic stopping power of organic polymers for proton therapy optimization
2024 - MATIAS, F.; SILVA, T.F.; KOVAL, N.E.; PEREIRA, J.J.N.; ANTUNES, P.C.G.; SIQUEIRA, P.T.D.; TABACNIKS, M.H.; YORIYAZ, H.; SHORTO, J.M.B.; GRANDE, P.L.
This comprehensive study delves into the intricate interplay between protons and organic polymers, offering insights into proton therapy in cancer treatment. Focusing on the influence of the spatial electron density distribution on stopping power estimates, we employed real-time time-dependent density functional theory coupled with the Penn method. Surprisingly, the assumption of electron density homogeneity in polymers is fundamentally flawed, resulting in an overestimation of stopping power values at energies below 2 MeV. Moreover, the Bragg rule application in specific compounds exhibited significant deviations from experimental data around the stopping maximum, challenging established norms.
Thermal neutron dose measurements using TLD-100 detectors in the IPEN/MB-01 reactor core
2024 - CAVALIERI, TASSIO A.; SIQUEIRA, PAULO de T.D.; SHORTO, JULIAN M.B.; YORIYAZ, HELIO
Considerable experimental effort has been aimed at uncovering a reliable way to perform a dosimetric assessment in mixed radiation fields. In fields composed by gammas and neutrons, TLD dosimeters are usually applied to execute such measurements, although there is no consensus on the most favorable strategy to employ them. In this context, TLD-100 measurements within two different core configurations of the IPEN/MB-01 research reactor and Monte Carlo simulations have been used to investigate the behavior of those detectors in multiple mixed radiation fields, deriving a methodology to evaluate the dose deposition in the dosimeter by different gamma and neutron energy spectra and intensities. A surprising outcome is the linear neutron dose response shown by TLD-100 even irradiated by so distinct irradiation fields.
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.
Comparison of methodologies for creating spread-out Bragg peaks in proton therapy using TOPAS and MCNP codes
2023 - BRANCO, I.S.L.; BURIN, A.L.; PEREIRA, J.J.N.; SIQUEIRA, P.T.D.; SHORTO, J.M.B.; YORIYAZ, H.
In proton beam treatments, the superposition of several weighted Bragg curves with different incident energies is required to homogeneously irradiate a large tumor volume, creating a spread-out Bragg peak (SOBP). This paper confirms on the suitability of two different methods to create SOBPs – Bortfeld/Jette’s and MCMC (Monte Carlo calculations and Matrix Computations), using Monte Carlo simulations performed with TOPAS and MCNP6.1. To generate the SOBPs, algorithms were developed for implementation of the two methods, which enabled to find the weights for thirty variations of SOBPs, categorized according to their width and maximum depths. The MCMC method used weight optimization in designing SOBPs to avoid negative values. In contrast, the Bortfeld/ Jette’s method yielded the SOBPs according to the variation of a power-law parameter (p) introduced by the range-energy relationship. Optimal values of p, from MCNP and TOPAS, were selected in order to retrieve SOBPs with the best smoothness and then related to those obtained from the literature. In comparing both methods and codes, dose homogeneity parameters (HOM) were used to examine the SOBP flatness and gamma analyses were employed to assess the dose deposition along its full extension. The results showed that the SOBPs designed using the MCMC method had better HOM values and computational performance for both codes when compared to the Bortfeld/Jette’s method. The gamma analyses highlighted significant differences between the entrance doses comparing the two different methods, for SOBPs with intermediate and high depths and small width. This evaluation was not possible with the HOM values alone, which stresses the relevance of a broad analysis to avoid unintended doses in healthy tissues.
Estudo de simulações Monte Carlo de curvas de PDP para diferentes energias de fótons com MCNP em um frasco de solução Fricke
2023 - TAVARES, P.V.; PEREIRA, J.J.; RODRIGUES JUNIOR, O.; YORIYAZ, H.; RODRIGUES, L.L.
Introdução: O uso de fótons de diferentes energias na radioterapia é fundamental para ajustar a dose de radiação de acordo com a profundidade do tumor e minimizar os efeitos colaterais em tecidos saudáveis próximos. Fótons de baixa energia depositam a maior parte de sua energia perto da superfície do corpo, enquanto fótons de alta energia podem penetrar mais profundamente. A solução Fricke gel é um material ideal para uso como phantom, pois possui densidade próxima à da água e permite a dosimetria a partir do aumento da concentração de Fe3+ causada pela irradiação. Além disso, essa solução pode ser utilizada para dosimetria na área de radioterapia. O software MCNP é amplamente utilizado na simulação de transporte de radiação. Neste trabalho, será realizado um estudo da dependência energética da solução Fricke a partir da ferramenta MCNP ao simular diferentes energias de fótons. Materiais e Métodos: O MCNP foi utilizado na sua versão 6.2, simulando uma fonte em formato de disco com raio de 5,0 cm, com espectros continuos de 6 MeV, 11 MeV, 15 MeV e valores discretos de 1,17 MeV e 1,33 MeV para o 60Co, emitindo radiação de forma monodirecional a uma distância de 100 cm do frasco. O frasco, por sua vez, consistia de um cilindro de PET com 7 cm de comprimento, 2,5 cm de raio e 0,05 cm de espessura, preenchido com solução de Fricke gel. Os resultados foram obtidos por meio do tally *F8, usado para calcular a deposição de energia em MeV em cada um dos 69 pontos dentro do frasco. Resultados e Discussões: A curva de PDP resultado da simulação em fótons de diferentes energias mostra um deslocamento da região de build up. O deslocamento ocorre por a interações eletromagnéticas dos fótons em energias mais altas ocorrerem em uma maior profundidade no material. Conclusões: Conclui-se que esse deslocamento da região de build up na solução Fricke pode ser de interesse com o objetivo de aumentar a profundidade da dose máxima. Essas simulações poderão ser repetidas e comparadas com a ferramenta TOPAS e experimentos clínicos.
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.
Desempenho comparativo do código MCNP na simulação de diferentes tamanhos de feixes de irradiação de fótons de 6 MeV em solução Fricke para Física Médica
2023 - PEREIRA, J.J.; TAVARES, P.V.; YORIYAZ, H.; RODRIGUES JUNIOR, O.; CAMPOS, L.L.
Introdução: A escolha do tamanho do feixe de radioterapia depende do volume alvo do tratamento. Feixes menores são utilizados com o objetivo de reduzir a dose em tecidos saudáveis circundantes. A solução Fricke gel é um material ideal para uso como phantom e dosimetria em radioterapia devido à sua densidade próxima à da água e capacidade de aumento da concentração de Fe3+ com irradiação. O MCNP é um código amplamente utilizado para simulação de transporte de radiação e será utilizado em um estudo comparativo em simulações de diferentes tamanhos de feixes de irradiação de fótons de 6 MeV em solução Fricke. O objetivo é avaliar sua eficiência e precisão para essa aplicação. Materiais e Métodos: Este estudo utilizou simulações de Monte Carlo com o código mencionado anteriormente, na versão 6.2, para modelar uma fonte em formato de disco com raios de 0,5 cm, 1,5 cm, 2,5 cm e 5,0 cm, apresentando um espectro contínuo de 6 MeV e direção única, localizada a 100 cm de distância do alvo. O alvo consistiu em um cilindro de PET com 7 cm de comprimento, 2,5 cm de raio e 0,05 cm de espessura, preenchido com solução Fricke gel. A grandeza de interesse foi avaliada por meio do tally *F8, que mediu a deposição de energia em MeV em cada um dos 69 pontos no interior do alvo. Resultados e Discussões: A curva de perfil de dose por profundidade da solução Fricke simulada mostra uma proximidade entre as regiões de build up das simulações. Isto representa que as regiões de interações dos fótons com a solução não variaram. Conclusões: O resultado apresenta uma proximidade na região de build up que é de interesse com o objetivo de manter a dose máxima na distância do volume alvo preservando volumes adjacentes. Para validação e comparação, as simulações poderão ser repetidas com a ferramenta de Monte Carlo TOPAS.
Quantificação da movimentação de órgãos em imagens 4D através de pontos identificados manualmente e automaticamente
2023 - MAZER, A.C.; YORIYAZ, H.
Introdução: A utilização da Radioterapia Guiada por Imagem (IGRT) proporciona um tratamento mais preciso, sendo de extrema importância quantificar a movimentação em órgãos como o pulmão. O objetivo deste trabalho é quantificar a movimentação em uma imagem de Tomografia Computadorizada (TC) 4D através de pontos de referência. Materiais e Métodos: Foram utilizados pontos de referência identificados manualmente, os quais acompanhavam a TC, e pontos identificados automaticamente através de um algoritmo desenvolvido, baseado na técnica SIFT (Scale Invariant Feature Transform). Resultados e Discussões: Obteve-se um valor médio de movimentação de 7,67 ± 5,05 mm e 5,81 ± 3,92 mm entre as fases 0-50 e 50-90, com 100 pontos correspondentes manuais, e 2,84 ± 2,83 mm e 2,63 ± 2,56 mm com 279 pontos extraídos automaticamente. Conclusões: A quantificação da movimentação através da extração de características via algoritmo garante maior precisão a nível do tamanho do voxel das imagens, além de proporcionar a avaliação em outras regiões de interesse da imagem.
Estudo comparativo entre simulações dos códigos de Monte Carlo FLUKA e TOPAS na distribuição da dose longitudinal de feixe de prótons
2023 - GRANJA, A.A.C.; BRANCO, I.S.L.; SHORTO, J.M.B.; YORIYAZ, H.; MORAIS, M.C.
Introdução: A Protonterapia se destaca pela entrega pontual da dose, e o Método de Monte Carlo é uma ferramenta eficaz para estudos da área. Este trabalho investigou a distribuição da dose longitudinal de feixes de prótons usando o código FLUKA/Flair, por meio da comparação aos resultados de Branco et al., 2019 com o código GEANT4 /Topas. Materiais e Métodos: Feixes de prótons monoenergéticos de 70, 110, 160, 200 e 230 MeV foram utilizados para analisar a distribuição de dose e o alcance de 90% da dose máxima (d90) em água e cinco materiais distintos, divididos em três grupos (original, densidade da água e composição da água). Resultados e Discussões: Pela Figura 1, nota-se que o alcance d90 para os tecidos originais entre os códigos foi semelhante, e a diferença relativa entre eles permaneceu abaixo de 1,5% para os demais materiais e grupos. Ambos também indicaram maior influência da densidade na dose. Conclusões: Analisando as curvas de deposição de dose e a diferença relativa de d90, pode-se concluir que os códigos apresentaram resultados semelhantes em relação ao transporte de prótons.