Breast cancer cell uptake of Gd-metal is investigated based on the formation of coordinate compounds of gadolinium and glucose (Glu) molecules in solution. The hypothesis is that glucose helps Gd-internalization by complex formations constituted of Gd3+ coordinate to m-glucose molecules, whose valence was complemented by Cl- anions. Such a proposal is an insight toward a metabolic-dependent contrast-agent for cancer and inflammation in magnetic resonance image. A solution was prepared based on anhydrous d-glucose and gadolinium chloride (Gd-Glu). Uptake assays for MDA-MB-231(c231) cells were elaborated collecting incubated c231-cells with Gd-Glu and measuring metal-uptake and their concentrations by Nuclear Activation Analysis (NAA). The ionic solution was studied using Direct-Infusion Electrospray Ionization Mass-Spectrometry (ESI-MS) to identify Gd-Glu interactions. Means and standard deviations of Gd-masses were 13.3±0.8 and 12.5±0.7µg, at 361.5 µg of Gd in 3mL Gd-Glu/PBS solution, in times of 30-50 min, equivalent to the concentrations of 13404±2104 and 11347±2742 µg.g-1 in dried cells. Such values were statistically higher than the control with metal presence. ESI-MS demonstrated the m/z-signals at 516, 552, 696, 923, attributed to positively loaded-species containing Glu, Gd+3 and Cl-. In conclusion, Gd-internalization was increased in aqueous solution due to the gadolinium-glucose coordination. Such findings drive the research to MRI with Gd-Glu complexes.

RESUMO Polymethylmetacrylte (PMMA) é um composto utilizado na indústria e desde os anos 80's também tem sido empregado nas áreas odontológica e biomédica como constituinte de cimentos ósseos. A hydroxyapatite (HAp) é uma biocerâmica produzida naturalmente nos ossos. Esses dois componentes são constituintes fundamentais no preparo de cimentos ósseos. A síntese artificial de HAp pode ser feita pelo método sol-gel. Bifosfanatos tem também sido utilizado na odontologia em implantes dentários e na medicina nuclear, como radiofármaco ou no tratamento paliativo sistêmico de redução de dor das metástasis ósseas com 153 Sm-EDTPM. A Vertebroplastia e Cifoplastia são técnicas empregadas na ortopedia utilizando o cimento ósseo, sendo procedimentos minimamente invasivos de baixo risco de infeções, aplicadas em osteoporose e fraturas de alto impacto. Recentemente, no Grupo de Pesquisa NRI – Nucleo de Radiações Ionizantes/UFMG, foi proposto um compósito de M-HAp com nuclideo metálico M incorporado na matriz, que após ativado é adicionado ao PMMA constituíndo um cimento ósseo radioativo que pode recuperar a estabilização o corpo ósseo, colando microfraturas, recompondo a anatômia e funcionalidade de peças afetadas pela compressão das metástases ósseas com possível redução de dor pela rápida descompressão induzida pela radiação. Modelos dosimétricos computacionais, sintese e caracterização destas biocerâmicas incorporando Re-188, Ho-166 ou Sm-153 tem indicado benefícios radioterapêuticos promissores, podendo se tornar uma alternativa para radioterapias convencionais, principalmente por conter a dose absorvida na estrutura óssea, por exemplo no corpo da vertebra poupando a medula espinhal. O presente artigo apresenta uma revisão sobre o tema. Nível de Evidência V, Opinião do Especialista

ABSTRACT Polymethylmetacrylte (PMMA) is used in the fields of dentistry and biomedicine as a constituent of bone cements. Hydroxyapatite (HAp) is a bioceramic produced naturally in the bones. PMMA and HAp are fundamental constituents in the preparation of bone cements. Bisphosphonates have also been used as radiopharmaceutical in dental implants and nuclear medicine, or as palliative systemic treatment for pain reduction in bone metastasis. Vertebroplasty and kyphoplasty are bone cement-based techniques used in orthopedics, being minimally invasive procedures with low risks of infections, applied in osteoporosis and high-impact fractures. Recently, Núcleo de Radiações Ionizantes da Universidade Federal de Minas Gerais proposed a synthetic composite of M-HAp with a metallic nuclide M. After irradiation, M-HAp was added to PMMA, compounding a radioactive bone cement that can recover bone body stabilization, pasting microfractures and recomposing the anatomy and functionality of the affected parts by the compression of bone metastases, with possible pain reduction through quick radiation-induced decompression. Computational dosimetric models, and the synthesis and characterization of bioceramics that incorporate Re-188, Ho-166, or Sm-153 have demonstrated the benefits of these biometrics as promising alternative therapies, mainly from their ability to maintain the ionization in the bone structure, thereby sparing the spinal cord. This article presents a review on this topic. Level of Evidence V, Expert Opinion.

Resumo Estudos anteriores já haviam demonstrado a expressão do marcador CD25 na superfície de células T de ocorrência natural (Tregs) de camundongos, que apresentam perfil celular autorreativo. Recentemente, foi detectada, em subtipos de linfócitos de indivíduos acometidos por doenças autoimunes e de causa idiopática, a expressão de outros marcadores, que auxiliam na identificação dessas células, entre os quais: CD25, CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte antigen 4), HLA-DR (human leucocyte antigen) e Interleucina 10 (IL-10), abrindo novas perspectivas para a melhor compreensão de uma associação entre esses receptores presentes na superfície celular e o prognóstico de doenças autoimunes. O papel dessas moléculas já havia sido descrito na literatura na modulação da resposta inflamatória em doenças infectoparasitárias. Dessa forma, foram investigados a função, o fenótipo e a frequência de expressão, do receptor de cadeia a da IL-2 (CD25) e de IL-10 em subtipos de linfócitos. O modelo murino tem sido utilizado para demonstrar uma possível correlação entre a expressão do marcador CD25 (na superfície de linfócitos CD4) e o controle dos mecanismos de autotolerância. Essas pesquisas forneceram suporte para apresentação de uma revisão sobre o papel das células que expressam os receptores de IL-2, IL-10, HLA-DR e CTLA-4 no monitoramento da imunossupressão, em doenças de classificação autoimune, abrindo perspectivas para o entendimento dos mecanismos de regulação periférica e sobre a fisiopatologia dessas doenças no ser humano. Além disso, é discutida como perspectiva uma abordagem terapêutica fundamentada na manipulação do fenótipo dessas células, bem como de modos de monitoramento cintilográfico das manifestações dessas doenças, por meio da marcação de seus receptores. Nestes, foram incluídas descrições das experiências em regulação ex-vivo de IL-10; de síntese de tioaçúcares e de poliaçúcares para produção de radiofármacos para monitoramento de inflamações. Essas experiências podem trazer benefícios na terapia e no prognóstico de doenças autoimunes.

Summary Previous studies have demonstrated the expression of the CD25 marker on the surface of naturally occurring T cells (Tregs) of mice, which have a self-reactive cellular profile. Recently, expression of other markers that aid in the identification of these cells has been detected in lymphocyte subtypes of individuals suffering of autoimmune and idiopathic diseases, including: CD25, CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte antigen 4), HLA-DR (human leukocyte antigen) and Interleukin 10 (IL-10), opening new perspectives for a better understanding of an association between such receptors present on the cell surface and the prognosis of autoimmune diseases. The role of these molecules has already been described in the literature for the modulation of the inflammatory response in infectious and parasitic diseases. Thus, the function, phenotype and frequency of expression of the a-chain receptor of IL-2 (CD25) and IL-10 in lymphocyte subtypes were investigated. Murine models have been used to demonstrate a possible correlation between the expression of the CD25 marker (on the surface of CD4 lymphocytes) and the control of self-tolerance mechanisms. These studies provided support for the presentation of a review of the role of cells expressing IL-2, IL-10, HLA-DR and CTLA-4 receptors in the monitoring of immunosuppression in diseases classified as autoimmune, providing perspectives for understanding peripheral regulation mechanisms and the pathophysiology of these diseases in humans. In addition, a therapeutic approach based on the manipulation of the phenotype of these cells and ways of scintigraphically monitoring the manifestations of these diseases by labeling their receptors is discussed as a perspective. In this paper, we have included the description of experiments in ex vivo regulation of IL-10 and synthesis of thio-sugars and poly-sugars to produce radiopharmaceuticals for monitoring inflammation. These experiments may yield benefits for the treatment and prognosis of autoimmune diseases.

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.

ABSTRACT Albumin protein profiles were investigated in electrophoresis system in relation to the whole body exposition to the radiation. Two groups of rats Wistar were set up as the control (CG) and the irradiated one (IG). The IG was exposed to Co-60 at a dose of 5 Gy. After a 72-hour exposition, 300 μL of blood was collected in the inferior vena cava, renal, jugular, hepatic, and pulmonary veins and the serum separated. The albumin protein was identified by vertical electrophoresis in acrylamide Commassi blue or silver stained. The calibration procedure was applied to albumin samples with well-known concentrations. The mathematical correlation was developed involving electrophoretic parameters of band intensities and sizes from gel representation, providing values of protein concentrations in comparison with standard bands with known concentrations. There were significant differences in the physiological concentrations in the jugular and pulmonary sites in relation to renal and cava regional sites. Significant differences induced by radiation in serum albumin concentration were also found in hepatic and jugular sites. Alteration of albumin concentration was found as a nearly effect from whole body irradiation. This phenomenon points out to alterations in cell metabolism in the liver justified by a possible indication of proteomics damage from radiation.

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.

OBJETIVO: O presente artigo visa apresentar um estudo dosimétrico comparativo de braquiterapia de próstata com sementes de I-125 e Pd-103. MATERIAIS E MÉTODOS: Um protocolo adotado para ambos os implantes com 148 sementes foi simulado em um fantoma tridimensional heterogêneo de pelve por meio dos códigos SISCODES/MCNP5. Histogramas dose-volume na próstata, bexiga e reto, índices de doses D10, D30, D90, D0,5cc, D2cc e D7cc, e representações de distribuição espacial de dose foram avaliados. RESULTADOS: A atividade inicial de cada semente de I-125, para que D90 seja equivalente à dose de prescrição, foi calculada em 0,42 mCi, e de Pd-103, em 0,94 mCi. A dose máxima na uretra foi 90% e 108% da dose de prescrição para I-125 e Pd-103, respectivamente. A D2cc para I-125 foi 30 Gy no reto e 127 Gy na bexiga, e para Pd-103 foi 29 Gy no reto e 189 Gy na bexiga. A D10 no osso do púbis foi 144 Gy para I-125 e 66 Gy para Pd-103. CONCLUSÃO: Os resultados indicam que os implantes de Pd-103 e I-125 puderam depositar a dose prescrita no volume alvo. Entre os achados, observou-se excessiva exposição de radiação nos ossos da pelve, principalmente no protocolo com I-125.

OBJECTIVE: The present paper is aimed at presenting a comparative dosimetric study of prostate brachytherapy with I-125 and Pd-103 seeds. MATERIALS AND METHODS: A protocol for both implants with 148 seeds was simulated on a heterogeneous three-dimensional pelvic phantom by means of the SISCODES/MCNP5 codes. Dose-volume histograms on prostate, rectum and bladder, dose indexes D10, D30, D90, D0.5cc, D2cc and D7cc, and representations of the spatial dose distribution were evaluated. RESULTS: For a D90 index equivalent to the prescription dose, the initial activity of each I-125 seed was calculated as 0.42 mCi and of Pd-103 as 0.94 mCi. The maximum dose on the uretra was 90% and 108% of the prescription dose for I-125 and Pd-103, respectively. The D2cc for I-125 was 30 Gy on the rectum and 127 Gy on the bladder; for Pd-103 was 29 Gy on the rectum and 189 Gy on the bladder. The D10 on the pubic bone was 144 Gy for I-125 and 66 Gy for Pd-103. CONCLUSION: The results indicate that Pd-103 and I-125 implants could deposit the prescribed dose on the target volume. Among the findings of the present study, there is an excessive radiation exposure of the pelvic bones, particularly with the I-125 protocol.

OBJETIVO: Este artigo apresenta a avaliação dosimétrica da radioterapia por íons de carbono em comparação à protonterapia. MATERIAIS E MÉTODOS: As simulações computacionais foram elaboradas no código Geant4 (GEometry ANd Tracking). Um modelo de olho discretizado em voxels implementado no sistema Siscodes (sistema computacional para dosimetria em radioterapia) foi empregado, em que perfis de dose em profundidade e curvas de isodose foram gerados e superpostos. Nas simulações com feixe de íons de carbono, distintos valores de energia do feixe foram adotados, enquanto nas simulações com feixe de prótons os dispositivos da linha de irradiação foram incluídos e diferentes espessuras do material absorvedor foram aplicadas. RESULTADOS: As saídas das simulações foram processadas e integradas ao Siscodes para gerar as distribuições espaciais de dose no modelo ocular, considerando alterações do posicionamento de entrada do feixe. Os percentuais de dose foram normalizados em função da dose máxima para um feixe em posição de entrada específica, energia da partícula incidente e número de íons de carbono e de prótons incidentes. CONCLUSÃO: Os benefícios descritos e os resultados apresentados contribuem para o desenvolvimento das aplicações clínicas e das pesquisas em radioterapia ocular por íons de carbono e prótons.

OBJECTIVE: The present paper addresses the dosimetric evaluation of carbon ion radiotherapy as compared with proton therapy. MATERIALS AND METHODS: Computer simulations were undertaken with the Geant4 (GEometry ANd Tracking) code. An eye model discretized into voxels and implemented in the Siscodes system (computer system for dosimetry in radiation therapy) was utilized to generate and superimpose depth dose profiles and isodose curves. Different values for beam energy were adopted in the simulations of carbon ion beams, while in the simulation with proton beams irradiation line devices were included with different absorbing material thicknesses. RESULTS: The simulations outputs were processed and integrated into the Siscodes to generate the spatial dose distribution in the eye model, considering changes in the beam entrance position. The dose rates were normalized as a function of the maximum dose for a beam at a specific entrance position, incident particle energy and number of incident carbon ions and protons. CONCLUSION: The described benefits together with the presented results contribute to the development of clinical applications and researches on carbon ion and proton therapy.

This work studied the effects of β radiation of Ho-166 embedded in ceramic seeds on HeLa cells. Methodology consisted in the production of ceramic seeds with holmium-165 by sol-gel route. Chemical and physical characterizations of the seeds were performed. Subsequently, nuclear characterization was performed by gamma spectrometry. Experimental and theoretical activities were defined and initial dose rate were evaluated by MIRD (Medical Internal Radiation Dose Committee) methodology. The seeds were placed in confluent culture flasks and remained for six radionuclide half-lives. Biological results were represented by a clean 6 mm diameter area around the seed where the tumour cells were killed. The initial dose rate was 15.5 Gy. h-1. The maximum absorbed dose was 591.3 Gy. The features of the Ho-166 seeds suggested that such ceramic seeds were suitable for high dose rate brachytherapy.

OBJETIVO: Este artigo mostra um procedimento de conversão de imagens de tomografia computadorizada ou de ressonância magnética em modelo de voxels tridimensional para fim de dosimetria. Este modelo é uma representação personalizada do paciente que pode ser usado na simulação, via código MCNP (Monte Carlo N-Particle), de transporte de partículas nucleares, reproduzindo o processo estocástico de interação de partículas nucleares com os tecidos humanos. MATERIAIS E MÉTODOS: O sistema computacional desenvolvido, denominado SISCODES, é uma ferramenta para planejamento computacional tridimensional de tratamentos radioterápicos ou procedimentos radiológicos. Partindo de imagens tomográficas do paciente, o plano de tratamento é modelado e simulado. São então mostradas as doses absorvidas, por meio de curvas de isodoses superpostas ao modelo. O SISCODES acopla o modelo tridimensional ao código MCNP5, que simula o protocolo de exposição à radiação ionizante. RESULTADOS: O SISCODES vem sendo utilizado no grupo de pesquisa NRI/CNPq na criação de modelos de voxels antropomórficos e antropométricos que são acoplados ao código MCNP para modelar braquiterapias e teleterapias aplicadas a tumores em pulmões, pelve, coluna, cabeça, pescoço, e outros. Os módulos atualmente desenvolvidos no SISCODES são apresentados junto com casos exemplos de planejamento radioterápico. CONCLUSÃO: O SISCODES provê de maneira rápida a criação de modelos de voxels personalizados de qualquer paciente que podem ser usados em simulações por códigos estocásticos tipo MCNP. A combinação da simulação via MCNP com um modelo personalizado do paciente traz grandes melhorias na dosimetria de tratamentos radioterápicos.

OBJECTIVE: The present paper describes a procedure for conversion of computed tomography or magnetic resonance images into a three-dimensional voxel model for dosimetry purposes. Such model is a personalized representation of the patient that can be utilized in nuclear particle transport simulations by means of the MCNP (Monte Carlo N-Particle) code, reproducing the stochastic process of nuclear particles interaction with human tissues. MATERIALS AND METHODS: The developed computational system - SISCODES - is a tool designed for 3D planning of radiotherapy or radiological procedures. Based on tomographic images of the patient, the treatment plan is modeled and simulated. Then, the absorbed doses are shown by means of isodose curves superimposed on the model. The SISCODES couples the threedimensional model with the MCNP5 code, simulating the protocol of exposure to ionizing radiation. RESULTS: The SISCODES has been utilized by the NRI/CNPq in the creation of anthropomorphic and anthropometric voxel models which are coupled with the MCNP code for modeling brachytherapy and teletherapy applied to lung, pelvis, spine, head and neck tumors, among others. The current SISCODES modules are presented together with examples of cases of radiotherapy planning. CONCLUSION: The SISCODES provides a fast method to create personalized voxel models of any patient which can be used in stochastic simulations. The combination of the MCNP simulation with a personalized model of the patient increases the dosimetry accuracy in radiotherapy.

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.

A primeira consideração no projeto de um gerador compacto de nêutrons é a definição do processo de produção de plasma seguido da definição da análise do estado físico desse plasma. As características do plasma e as reações nucleares de fusão envolvidas na operação do gerador, deutério-deutério ou deutério-trítio, bem como o sistema que determina as trajetórias das partículas e o alvo, são decisivos para estimar o rendimento de nêutrons do gerador. Dessa forma, a análise do comportamento do plasma sob condições estabelecidas se torna uma evidencia importante. Essa análise pode ser feita por modelos de simulação de plasma. A simulação de partículas de plasma, empregada desde a década de 1960, fornece uma descrição das características gerais do plasma. A física de plasma é determinada, na maioria dos casos, por equações simples, isto é, equações de movimento de elétrons, íons e átomos neutros incluindo o efeito das colisões e campos elétricos e magnéticos auto-consistentes. As simulações computacionais de plasma compreendem duas áreas gerais baseadas em cinética e análise fluidodinâmica. Enquanto a simulação em dinâmica de fluidos se procede por meio da resolução numérica de equações da magnetohidrodinâmica (MHD), assumindo coeficientes de transporte; a simulação cinética considera modelos mais detalhados de plasma, envolvendo interações das partículas com os campos eletromagnéticos. Esse artigo é focado na simulação e análise de um feixe de elétrons injetado dentro de um plasma estacionário e periódico. O modelo de cálculo empregado, para este propósito de simulação, é referente a um código unidimensional, baseado em simulação cinética, que simula plasmas periódicos ilustrando várias considerações fundamentais em simulação de plasma e se torna útil em simulações do sistema da optica de feixe para geradores de nêutrons. O objetivo principal desse estudo é explorar o código PIC revisando a teoria física e computacional necessária para construir a estrutura dos princípios elementares com intenção de introduzir conceitos da teoria física de plasma e da teoria computacional. Além disso, os fundamentos da análise de plasma para geradores de nêutrons serão declarados

The first issue on compact neutron generator design is the definition of the plasma generation process following the analysis of the physical plasma state. The plasma features and the nuclear reactions of fusion involved in the operation of the generator, deuterium-deuterium or deuterium-tritium, as well as the system which determines the trajectories of the particles and the target, are decisive to predict the neutron yield from the generator. Hence, the plasma behavior analysis under established conditions becomes an important evidence. This analysis may be done by means of plasma simulation models. Particle simulation of plasmas, employed since 1960s, provides a picture of the general plasma characteristics. Plasma physics is determined in most cases by simple equations, i.e. equations of motion of electrons, ions and neutrals atoms including the effect of collisions and self-consistent electric and magnetic fields. Computer simulation of plasmas comprises two general areas based on kinetic and fluid. While fluids simulation proceeds by solving numerically the magnetohydrodynamic (MHD) equations, assuming approximate transport coefficients, kinetic simulation considers more detailed models of plasma involving particle interactions through the electromagnetic fields. This article is focused on the simulation and analysis of injected beam into a steady state and periodic plasma. The applied calculation model, for this simulation purpose, is referring to an electrostatic one dimension code, based on kinetic simulation, which simulates periodic plasmas illustrating various fundamental considerations of plasma simulation and make it useful in simulations of the beam optic system for neutron generators. The main goal of this research is explore the PIC code reviewing the computational and physics theory necessary to build the structure of the elementary principles intending to introduce concepts of plasma physics and the computational theory. Moreover, foundations of plasma analysis for neutron generators will be stated

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.