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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35437
Título: | Estudo estatístico do comportamento dos prótons no fim do alcance do feixe de protonterapia |
Título(s) alternativo(s): | Statistical study of proton behavior at the end of the proton therapy beam range |
Autor(es): | Cerutti, Fabrício Loreni da Silva |
Orientador(es): | Paschuk, Sergei Anatolyevich |
Palavras-chave: | Prótons Protonterapia Processamento de imagens Tomografia Monte Carlo, Método de Radioterapia Estatística - Análise Simulação (Computadores) Protons Proton Therapy Image processing Tomography Monte Carlo method Radiotherapy Statistics - Analysis Computer simulation |
Data do documento: | 15-Ago-2024 |
Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
Câmpus: | Curitiba |
Citação: | CERUTTI, Fabricio Loreni da Silva. Estudo estatístico do comportamento dos prótons no fim do alcance do feixe de protonterapia. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024. |
Resumo: | O presente trabalho consiste na análise das características da saída do feixe de prótons para protonterapia. Quando se utiliza a energia de saída dos prótons para reconstrução de imagens é necessário levar em consideração o comportamento estatístico dos prótons, buscando minimizar a dose de irradiação e, ao mesmo tempo, obter dados satisfatórios para reconstrução de imagens. Portanto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a sensibilidade das características de saída do feixe de prótons (hidrogênio) em um objeto alvo composto por moléculas de água, de acordo com diferentes energias (170 MeV a 180 MeV) do feixe e diferentes espessuras do material alvo fazendo uso de simulação Monte Carlo (Software SRIM). As características de saída do feixe de prótons avaliadas foram: energia média, número de prótons e a energia média total com relação à espessura do objeto irradiado no fim do alcance. Esses parâmetros são fundamentais para a otimização da protonterapia, pois permitem uma definição mais precisa do volume-alvo, minimizando a exposição de tecidos saudáveis à radiação e aumentando a eficácia do tratamento. Como resultado das simulações podemos apontar que a região onde ocorre a mudança brusca do número de prótons está entre 170 e 177 MeV. A faixa de espessuras do absorvedor que corresponde à região de fim do alcance está entre 20,6 e 22,3 cm. A incerteza na definição da espessura, que corresponde à variação na medida da profundidade do alvo, obtida através da análise da energia média de saída, é significativamente menor do que a incerteza relacionada ao número de prótons, que indica a quantidade de prótons que interagem com o alvo. À medida que a espessura se aproxima do fim do alcance dos prótons, a incerteza obtida através da energia média final começa a crescer rapidamente. A incerteza obtida através do número de prótons tem comportamento oposto e torna-se menor do que a incerteza obtida através da energia média final na segunda metade da região do alcance. A incerteza obtida através da energia média total, ao contrário da energia média final, permanece pequena com o aumento da espessura e na segunda metade da região do alcance, coincide com a incerteza obtida por meio do número de prótons. Os resultados indicam que a energia média total é a característica mais promissora para a protonterapia, pois não apenas reflete as variações na energia média final, mas também sugere um caminho para a melhoria da precisão na definição do alvo. Isso pode resultar em tratamentos mais eficazes e seguros, com menos efeitos colaterais para os pacientes. |
Abstract: | This study focuses on analyzing the output characteristics of proton beams used in proton therapy. When utilizing proton beam energy for image reconstruction, it is essential to consider the statistical behavior of protons to minimize the irradiation dose while simultaneously obtaining reliable data for accurate image reconstruction. Therefore, the aim of this study was to evaluate the sensitivity of the proton (hydrogen) beam output characteristics on a target composed of water molecules, across different beam energies (170 MeV to 180 MeV) and varying thicknesses of the target material, using Monte Carlo simulations (SRIM Software). The proton beam output characteristics evaluated were average energy, number of protons, and total average energy in relation to the thickness of the irradiated object at the end of the range. These parameters are fundamental for optimizing proton therapy, as they allow for a more precise definition of the target volume, minimizing the exposure of healthy tissues to radiation and increasing the effectiveness of the treatment. The simulations revealed that the region where a sudden change in the number of protons occurs is between 170 and 177 MeV. The range of absorber thicknesses corresponding to the end-of-range region is between 20.6 and 22.3 cm. The uncertainty in defining the thickness, which corresponds to variations in the measurement of the target depth, obtained through the analysis of the average output energy, is significantly smaller than the uncertainty related to the number of protons, which indicates the number of protons interacting with the target. As the thickness approaches the end of the proton range, the uncertainty obtained through the final average energy begins to increase rapidly. The uncertainty obtained through the number of protons behaves oppositely and becomes smaller than the uncertainty obtained through the final average energy in the second half of the range region. The uncertainty obtained through the total average energy, unlike that of the final average energy, remains small as the thickness increases and, in the second half of the range region, coincides with the uncertainty obtained through the number of protons. The results suggest that total average energy is the most promising characteristic for proton therapy, as it not only reflects variations in the final average energy but also indicates a pathway toward improving precision in target definition. This could lead to more effective and safer treatments with fewer side effects for patients. |
URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35437 |
Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
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