ABSTRACT The aim of this study was to create and test a new mice 3D-voxel phantom named DM_BRA for mice and human first-estimation radiopharmaceutical dosimetry. Previously, the article reviews the state-of-art in animal model development. Images from Digimouse CT database were used in the segmentation and on the generation of the voxelized phantom. Simulations for validation of the DM_BRA model was performed at 0.015, 0.1, 0.5, 1 and 4 MeV photons with heart-source. Specific Absorbed Fractions (SAF) data were compared with literature data. The organ masses of DM_BRA correlated well with existing models based on the same dataset; however, few small organ masses hold significant variations. The SAF data in most simulated cases were statistically equal to a significant level of 0.01 to the reference data.

Resumo Objetivo: Análise dosimétrica comparativa entre técnicas de implantes temporários de reforço por meio de balões de 99mTc e de 192Ir de alta taxa de dose (high dose rate - HDR) mediante simulação computacional. A hipótese é que ambos produzem dosimetria equivalente em condições pré-estabelecidas de atividade e exposição. Materiais e Métodos: Simulações de implantes com balão preenchido com 99mTc e balão HDR-192Ir foram elaboradas no Siscodes/ MCNP5, modelando em voxels um tórax feminino reproduzido de ressonância magnética de mama jovem. Distribuições espaciais de taxas de dose absorvidas foram geradas. Análises dosimétricas dos protocolos foram apresentadas especificando tempo acumulado e atividade requerida. Resultados: Implante temporário com balão-99mTc apresentou taxa de dose ponderada no leito do tumor, na adjacência do balão, de 0,428 cGyh-1.mCi-1, e a 8-10 mm distante, de 0,190 cGyh-1.mCi-1, enquanto o implante de balão com 192Ir apresentou 0,499 e 0,150 cGyh-1.mCi-1, respectivamente. A exposição de 24 horas para balão-99mTc foi necessária para produzir o reforço de 10,14 Gy com 1,0 Ci, ao passo que para balão HDR-192Ir foram necessários 24 minutos com segmentos de 10,0 Ci para gerar 5,14 Gy no mesmo ponto de referência, ou 10,28 Gy em duas frações de 24 minutos. Conclusão: Implante temporário com balão-99mTc é atrativo para a radioterapia adjuvante do câncer de mama, devido a disponibilidade, viabilidade econômica e equivalência radiodosimétrica ao balão HDR-192Ir, protocolo presente na prática clínica.

Abstract Objective: To perform a comparative dosimetric analysis, based on computer simulations, of temporary balloon implants with 99mTc and balloon brachytherapy with high-dose-rate (HDR) 192Ir, as boosts to radiotherapy. We hypothesized that the two techniques would produce equivalent doses under pre-established conditions of activity and exposure time. Materials and Methods: Simulations of implants with 99mTc-filled and HDR 192Ir-filled balloons were performed with the Siscodes/MCNP5, modeling in voxels a magnetic resonance imaging set related to a young female. Spatial dose rate distributions were determined. In the dosimetric analysis of the protocols, the exposure time and the level of activity required were specified. Results: The 99mTc balloon presented a weighted dose rate in the tumor bed of 0.428 cGy.h-1.mCi-1 and 0.190 cGyh-1.mCi-1 at the balloon surface and at 8-10 mm from the surface, respectively, compared with 0.499 and 0.150 cGyh-1.mCi-1, respectively, for the HDR 192Ir balloon. An exposure time of 24 hours was required for the 99mTc balloon to produce a boost of 10.14 Gy with 1.0 Ci, whereas only 24 minutes with 10.0 Ci segments were required for the HDR 192Ir balloon to produce a boost of 5.14 Gy at the same reference point, or 10.28 Gy in two 24-minutes fractions. Conclusion: Temporary 99mTc balloon implantation is an attractive option for adjuvant radiotherapy in breast cancer, because of its availability, economic viability, and similar dosimetry in comparison with the use of HDR 192Ir balloon implantation, which is the current standard in clinical practice.

ResumoObjetivo:Neste estudo foi investigado o comportamento in vitro de linhagem de adenocarcinoma mamário (MDA-MB-231), radiorresistente, e de células mononucleadas do sangue periférico (PBMC) frente a diferentes doses de radiação, taxas de dose e cinética de tempo pós-irradiação, considerando o interesse para a radioterapia clínica.Materiais e Métodos:As linhagens foram irradiadas com Co-60, com 2 e 10 Gy, em duas taxas de exposição distintas, 339,56 cGy.min–1 e um quarto da primeira, presentes em um período de 10 anos da cobaltoterapia, respectivamente. Coletas pós-irradiação foram realizadas em cinética pré-estabelecida de 24, 48 e 72 horas. Avaliou-se a resposta da densidade óptica em ensaio de viabilidade e foi feita uma análise morfológica.Resultados:Células PBMC, sensíveis à radiação, apresentaram diminuição da viabilidade a 2 Gy e fortemente a 10 Gy em ambas as taxas de dose. Células MDA-MB-231 apresentaram diminuição da viabilidade apenas com dose e taxa de doses elevadas. Os resultados também demonstraram expansão clonal de MDA-MB-231 em baixa dose e taxa de dose pós 48–72 horas pós-irradiação.Conclusão:Baixa taxa de dose apresenta possível impacto clínico de redução do controle tumoral de linhagens radiorresistentes em câncer de mama em cobaltoterapia.

AbstractObjective:In the present study, the authors investigated the in vitrobehavior of radio-resistant breast adenocarcinoma (MDA-MB-231) cells line and radiosensitive peripheral blood mononuclear cells (PBMC), as a function of different radiation doses, dose rates and postirradiation time kinetics, with a view to the interest of clinical radiotherapy.Materials and Methods:The cells were irradiated with Co-60, at 2 and 10 Gy and two different exposure rates, 339.56 cGy.min–1 and the other corresponding to one fourth of the standard dose rates, present over a 10-year period of cobalt therapy. Post-irradiation sampling was performed at pre-established kinetics of 24, 48 and 72 hours. The optical density response in viability assay was evaluated and a morphological analysis was performed.Results:Radiosensitive PBMC showed decrease in viability at 2 Gy, and a more significant decrease at 10 Gy for both dose rates. MDAMB- 231 cells presented viability decrease only at higher dose and dose rate. The results showed MDA-MB-231 clone expansion at low dose rate after 48–72 hours post-radiation.Conclusion:Low dose rate shows a possible potential clinical impact involving decrease in management of radio-resistant and radiosensitive tumor cell lines in cobalt therapy for breast cancer.

Objetivo Realização de uma análise dosimétrica comparativa entre a braquiterapia com balão preenchido com solução de I-125 e a braquiterapia por Cf-252 associada à BNCT, mediante simulação computacional de tratamento de tumor cerebral. Materiais e Métodos Simulações da braquiterapia com balão preenchido com solução de I-125 e da braquiterapia por Cf-252 associada à BNCT foram elaboradas no código MCNP5, modelando o tratamento de tumores cerebrais em um fantoma computacional de cabeça humana em voxels. As taxas de dose absorvidas foram convertidas em taxas de dose ponderadas e apresentadas. Resultados A braquiterapia com balão de I-125 apresentou taxa de dose ponderada média no tecido normal, na periferia do balão e nas infiltrações I 1 e I 2 de 3,2E-11, 1,3E-10, 1,9E-11 e 6,9E-13 RBE.Gy.h-1.p-1.s, respectivamente. Já a braquiterapia por Cf-252 associada à BNCT apresentou dose média no tecido normal, no tumor e nas infiltrações I 1 e I 2 de 5,2E-09, 2,3E-07, 8,7E-09 e 2,4E-09 RBE.Gy.h-1.p-1.s, respectivamente. Conclusão A braquiterapia por Cf-252 associada à BNCT produziu irradiação seletiva nas infiltrações e tumor, enquanto a braquiterapia com balão preenchido com solução de I-125 produziu doses negligenciáveis nas infiltrações.

Objective Comparative analysis of dosimetry in intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 and in Cf-252 brachytherapy combined with BNCT for treatment of brain tumors. Materials and Methods Simulations of intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 and in Cf-252 brachytherapy combined with BNCT were performed with the MCNP5 code, modeling the treatment of a brain tumor on a voxel computational phantom representing a human head. Absorbed dose rates were converted into biologically weighted dose rates. Results Intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 produced biologically weighted mean dose rates of 3.2E-11, 1.3E-10, 1.9E-11 and 6.9E-13 RBE.Gy.h-1.p-1.s, respectively, on the healthy tissue, on the balloon periphery and on the I 1 and I 2 tumor infiltration zones. On the other hand, Cf-252 brachytherapy combined with BNCT produced a biologically weighted mean dose rate of 5.2E-09, 2.3E-07, 8.7E-09 and 2.4E-09 RBE.Gy.h-1.p-1.s, respectively on the healthy tissue, on the target tumor and on the I 1 and I 2 infiltration zones. Conclusion Cf-252 brachytherapy combined with BNCT delivered a selective irradiation to the target tumor and to infiltration zones, while intracavitary balloon catheter brachytherapy with I-125 delivered negligible doses on the tumor infiltration zones.

Ceramic seeds were synthesized by the sol-gel technique with Si:Sm:Ca. One sample was irradiated in the TRIGA nuclear reactor IPR-R1. After irradiation, the seeds were submitted to instrumental neutron activation analysis to determine the 153Sm concentration in weight. The same irradiated seed sample was submitted to gamma spectrometry analysis to determine all existing radionuclides as well as its individual activities. A second sample was submitted to ICP-AES atomic emission spectrometry. A third sample was submitted to X-ray fluorescence spectrometry to determine qualitative chemical composition. The measured activity was due to 153Sm with a well-characterized gamma spectrum. The X-ray fluorescence spectrum demonstrates that there is no discrepancy in seed composition. Maximum range of beta particles from 153Sm were evaluated, as well as the total dose and dose rate on its range´s volume. The results are relevant for investigation of the viability of producing 153Sm radioactive seeds for use in brachytherapy.

OBJETIVO: Propõe-se avaliar os perfis de dose em profundidade e as distribuições espaciais de dose para protocolos de radioterapia ocular por prótons, a partir de simulações computacionais em código nuclear e modelo de olho discretizado em voxels. MATERIAIS E MÉTODOS: As ferramentas computacionais empregadas foram o código Geant4 (GEometry ANd Tracking) Toolkit e o SISCODES (Sistema Computacional para Dosimetria em Radioterapia). O Geant4 é um pacote de software livre, utilizado para simular a passagem de partículas nucleares com carga elétrica através da matéria, pelo método de Monte Carlo. Foram executadas simulações computacionais reprodutivas de radioterapia por próton baseada em instalações pré-existentes. RESULTADOS: Os dados das simulações foram integrados ao modelo de olho através do código SISCODES, para geração das distribuições espaciais de doses. Perfis de dose em profundidade reproduzindo o pico de Bragg puro e modulado são apresentados. Importantes aspectos do planejamento radioterápico com prótons são abordados, como material absorvedor, modulação, dimensões do colimador, energia incidente do próton e produção de isodoses. CONCLUSÃO: Conclui-se que a terapia por prótons, quando adequadamente modulada e direcionada, pode reproduzir condições ideais de deposição de dose em neoplasias oculares.

OBJECTIVE: The present study proposes the evaluation of the depth-dose profiles and the spatial distribution of radiation dose for ocular proton beam radiotherapy protocols, based on computer simulations in nuclear codes and an eye model discretized into voxels. MATERIALS AND METHODS: The employed computational tools were Geant4 (GEometry ANd Tracking) Toolkit and SISCODES (Sistema Computacional para Dosimetria em Radioterapia - Computer System for Dosimetry in Radiotherapy). Geant4 is a toolkit for simulating the passage of particles through the matter, based on Monte Carlo method. Computer simulations of proton therapy were performed based on preexisting facilities. RESULTS: Simulation data were integrated into SISCODES on the eye's model generating spatial dose distributions. Dose depth profiles reproducing the pure and modulated Bragg peaks are presented. Relevant aspects of proton beam radiotherapy planning are considered such as material absorber, modulation, collimator dimensions, incident proton energy and isodose generation. CONCLUSION: The conclusion is that proton therapy when properly modulated and directed can reproduce the ideal conditions for the dose deposition in the treatment of ocular tumors.

OBJETIVO: Analisar, por meio de um modelo computacional da região ocular, as características da distribuição da dose utilizando placas contendo iodo-125 e rutênio/ródio-106. MATERIAIS E MÉTODOS: Foi utilizado um modelo computacional de voxels da região ocular incluindo os diversos tecidos, com a placa posicionada sobre a esclera. O código Monte Carlo foi utilizado para simular a irradiação. A distribuição da dose é apresentada por curvas de isodoses. RESULTADOS: As simulações computacionais apresentam a distribuição da dose no interior do bulbo e nas estruturas externas. Os resultados permitem comparar a distribuição espacial das doses geradas por partículas beta e por fótons. As simulações mostram que a aplicação de sementes de iodo-125 implica alta dose no cristalino, enquanto o rutênio/ródio-106 produz alta dose na superfície da esclera. CONCLUSÃO: A dose no cristalino depende da espessura do tumor, da posição e do diâmetro da placa, e do radionuclídeo utilizado. No presente estudo, a fonte de rutênio/ródio-106 é recomendada para tumores de dimensões reduzidas. A irradiação com iodo-125 gera doses maiores no cristalino do que a irradiação com rutênio/ródio-106. O valor máximo de dose no cristalino corresponde a 12,75% do valor máximo de dose com iodo-125 e apenas 0,005% para rutênio/ródio-106.

OBJECTIVE: To analyze dose distribution utilizing plaques with iodine-125 and ruthenium/rhodium-106 in a computational model of the ocular region. MATERIALS AND METHODS: A voxel-based computational model including the different tissues of the ocular region was utilized with the plaque positioned on the sclera. The Monte Carlo code was utilized for simulating irradiation. The dose distribution is demonstrated by isodoses curves. RESULTS: Computational simulations demonstrate the dose distribution inside the ocular bulb as well as in adjacent outside structures. The results have allowed the authors to compare the spatial distribution of doses generated by beta particles and photons. The simulations demonstrated that the utilization of iodine 125 seeds implies a high dose to the crystalline lens, while ruthenium/rhodium-106 results in high dose on the sclera surface. CONCLUSION: The dose to the crystalline lens depends on the tumor position and thickness, the plaque diameter, and the radionuclide utilized. In the present study, the ruthenium/rhodium-106 source is recommended for low tumor thickness. Irradiation with iodine-125 results in higher doses to the crystalline lens than irradiation with ruthenium/rhodium-106. The maximum value for dose to the crystalline lens corresponds to 12.75% of the maximum dose with iodine-125 and only 0.005% for ruthenium/rhodium-106.

O presente trabalho aborda a dosimetria computacional de um caso clínico envolvendo uma criança com tumor ósseo na fíbula, onde as respectivas imagens tomográficas foram digitalizadas e tratadas no programa SISCODES, gerando assim o modelo de vóxel 3D, representativo do caso clínico, que foi transferido para o código Monte Carlo, MCNP-5. Características nucleares da fonte incorporada no compósito radioativo são apresentadas com sua respectiva atividade específica. Os resultados obtidos da distribuição espacial de dose oriunda da emissão gama do Sm-153 foi uma taxa de dose de 9,02.10-5 GyhMBq-1 e uma dose acumulada de 6,23.10-3 GyhMBq-1. Portanto, 7400 MBq produzirá uma dose no tumor de 47 Gy, compatível possivelmente com o controle local do tumor. Pode-se concluir que a adequada distribuição espacial de dose suporta o uso do protocolo denominado radiosteoplastia no tratamento de tumores ósseos de membros superiores e inferiores. A radiosteoplastia é uma técnica que está sendo avaliada no NRI - Núcleo de Radiações Ionizantes da UFMG. Trata-se de um procedimento que consiste na injeção de um biomaterial radioativo no interior da estrutura óssea afetada pelo câncer, objetivando redução da dor, aumento da resistência de carga naquela estrutura e, principalmente, o controle do tumor ou da metástase de forma local.

The present paper addresses the computational dosimetry of a clinical case involving a child with tumor on the fibula, whose tomographic images were digitalized and manipulated by the SISCODES program, in order to generate a 3D voxel model, representative of the clinical case. Later, it was plugged in to the Monte Carlo MCNP-5 code and the model was used for absorbed dose prediction. Nuclear features of the cement incorporating the radionuclide composite were presented with its respectively specific activity. The spatial dose rate distribution from the gamma emission of the Sm-153 was 9.02 10-5 GyhMBq-1 and the imparted absorbed dose was 6.23 10-3 GyhMBq-1. Therefore, 7400 MBq produced a tumor dose of 47 Gy, suitable for the local tumor control. As conclusion, an adequate spatial dose distribution supports the application of this protocol, namely radiosteoplasty, as a therapy for bone tumors on the superior and inferior members. The radiosteoplasty is a technique that is in development in the research group NRI- Núcleo de Radiações Ionizantes at UFMG. It is a procedure that consists of the injection of a radioactive biomaterial into the bone structure affected by cancer, following pain reduction, structural resistance increasing, and mainly tumor or metastasis control in situ.

OBJETIVO: O objetivo deste estudo foi identificar processos inflamatórios na articulação temporomandibular empregando leucócitos autólogos marcados com tecnécio-99m hexametilpropilenoaminooxima (99mTc-HMPAO). MATERIAIS E MÉTODOS: Foi utilizado um modelo experimental de indução de artrite na articulação temporomandibular de dez coelhos machos da raça Nova Zelândia, por meio da injeção intra-articular de ovalbumina na articulação temporomandibular esquerda de cada animal. Para controle, na articulação contralateral foi injetada solução salina. Após a marcação dos leucócitos com 99mTc-HMPAO e injeção endovenosa deste complexo nos coelhos, imagens cintilográficas foram obtidas. RESULTADOS: Observou-se captação aumentada dos 99mTc-HMPAO-leucócitos na articulação temporomandibular esquerda quando comparada à direita. A análise estatística foi realizada utilizando-se o teste não-paramétrico de Wilcoxon. Houve diferença estatisticamente significativa dos valores das contagens por minuto de radioatividade, relativos à articulação inflamada quando comparados aos valores obtidos na articulação contralateral (p = 0,0073). CONCLUSÃO: O método empregando leucócitos autólogos marcados com 99mTc-HMPAO é capaz de identificar focos inflamatórios de forma precoce e precisa, o que poderá contribuir na conduta terapêutica dos pacientes, antes que alterações estruturais sejam instaladas.

OBJECTIVE: The present study was aimed at identifying temporomandibular joint inflammatory processes employing technetium-99m hexamethylpropylene amine oxime (99mTc-HMPAO)-labelled autonomous leukocytes. MATERIALS AND METHODS: We have utilized an experimental model of arthritis induction in ten adult male New Zealand rabbits by means of ovalbumin intra-articular injection into each left temporomandibular joint. For control purposes, saline solution was injected. After leukocytes radiolabelling with 99mTc-HMPAO and injection into rabbits, scintigraphic images were obtained. RESULTS: A higher 99mTcHMPAO-leukocytes uptake was observed in left temporomandibular joint in comparison with the contralateral joint. Wilcoxon non-parametric test was applied for statistical analysis. There was a statistically significant difference between counts of radioactivity per minute in the inflammed joint and the contralateral one (p = 0.0073). CONCLUSION: The method employing 99mTc-HMPAO-labelled autologous leukocytes allows an early and accurate detection of inflammatory processes, contributing to the adoption of a therapeutic conduct for patients before structural alterations have occurred.

This paper presents the chemical and physical characterizations of SiO2 and SiO2-CaO bioactive glasses incorporated with samarium atoms, produced by sol-gel synthesis. The objective is to provide biocompatible and biodegradable radioactive seeds as an alternative to be used in Brachytherapy for the treatment of prostate cancer. The glasses were produced and analyzed by X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), scanning electron microscopy (SEM), He picnometry and nitrogen adsorption analysis. A theoretical evaluation of the specific activity of the samples upon neutron activation is proposed. The XRF and EDS results demonstrate the incorporation of samarium atoms in the glass matrix. The experimental data coupled with the theoretical studies in neutron activation suggest that it is possible to obtain radioactive seeds with activities equivalent to 125I seeds used in brachytherapy prostatic.