Abstract: A tecnologia de reatores multifásicos é o coração das transformações químicas de todos os processos industriais, concretamente 99% dos reatores trabalham com a presença de uma ou mais fases. A tomografia é uma técnica poderosa capaz de determinar o efeito de parâmetros operacionais e de desenho na distribuição do holdup das fases, visualizando sistemas opacos de uma forma não invasiva. Um tomógrafo computadorizado de fonte única (SSCT) com capacidade de gerar imagens para as distribuições de holdup em sistemas com duas fases dinâmicas foi desenvolvido e validado com sucesso no CTR/IPEN. Algoritmos para reconstrução de imagens analíticos e discretos ou iterativos (estatísticos) foram desenvolvidos e implementados para tais aplicações e depois comparados. O SSCT foi utilizado para determinar as distribuições de porosidades e de holdup dos sólidos para uma coluna de recheio aleatório. Na Washington University em St. Louis, no Laboratório de Engenharia da Reação Química (CREL), um tomógrafo com duas fontes radioativas (DSCT) capaz de gerar imagens da distribuição do holdup das fases para sistemas dinâmicos com três fases móveis foi validado com êxito. Uma nova metodologia para reconstrução de imagens, que garantiu alta precisão na geração das distribuições do holdup em sistemas de grande porte, foi aplicada. O DSCT permitiu avaliar a influência de parâmetros de operação e do desenho de um aerador em um bioreator na escala piloto. O efeito do desenho de um distribuidor de gás líquido e do regime de escoamento foram determinados para um reator monolítico utilizando o DSCT. Os equipamentos e técnicas desenvolvidas neste trabalho podem ser considerados como uma ferramenta efetiva de pesquisa, intensificando estudos experimentais em uma grande gama de sistemas multifásicos através de geração de imagens. Para isto, foram superadas várias limitações comuns a outras técnicas tomográficas existentes utilizadas no estudo de sistemas com duas e três fases dinâmicas, onde os conhecimentos adquiridos nestes estudos poderão melhorar a compreensão básica dos efeitos de desenho e dinâmica em reatores multifásicos.

Palavras-Chave: computerized tomography; gamma radiation; bioreactors; hydrodynamics; phantoms; tomography; chemical reactors; image processing; fluid flow; algorithms; monte carlo method

SALVADOR, PABLO A.V. Analise de sistemas multifasicos utilizando tomografia computadorizada gama monoenergetica e polienergetica. Orientador: Margarida Mizue Hamada. 2009. 214 f. Tese (Doutoramento) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, Sao Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2009.tde-09092009-193453. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/11782. Acesso em: $DATA.

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Abstract: A dosimetria em Radioterapia prevê a calibração do feixe de radiação e a dosimetria de rotina para controle de qualidade, pois o seu principal objetivo é determinar, com maior precisão, a dose absorvida pelo tumor. Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento de três dosímetros termoluminescentes na dosimetria de feixes clínicos de elétrons. O desempenho de detectores de sulfato de cálcio dopado com disprósio (CaSO4:Dy) produzidos pelo IPEN foi comparado com o de dois dosímetros comercialmente disponíveis pela Harshaw, ambos denominados TLD-100, porém com dimensões distintas. Os dosímetros foram caracterizados com a utilização de objetos simuladores de água, água sólida RMI-457 e PMMA em campos de radiação de elétrons de 4, 6, 9, 12 e 16 MeV. Também foram realizadas medidas em feixes de fótons de 6 e 15 MV (2 e 5 MeV) apenas para comparação de resultados. As curvas de dose-resposta foram obtidas para a radiação gama do 60Co no ar e em condições de equilíbrio eletrônico e para feixes clínicos de fótons e elétrons nas profundidades de máxima dose. A sensibilidade, a reprodutibilidade, a eficiência intrínseca e a dependência energética dos dosímetros termoluminescentes foram estudadas. O CaSO4:Dy apresentou comportamento semelhante ao dos TLD-100 com uma vantagem em relação à sensibilidade para os feixes e doses de radiação estudados. Sendo assim, o dosímetro produzido pelo IPEN pode ser considerado uma nova alternativa para a dosimetria nos departamentos de Radioterapia.

Palavras-Chave: thermoluminescent dosimetry; radiotherapy; electron beams; phantoms; water; radiation protection

BRAVIM, AMANDA. Avaliacao de dosimetros termoluminescentes empregando objetos simuladores equivalentes a agua para aplicacao na dosimetria de feixes clinicos de eletrons. Orientador: Leticia Lucente Campos Rodrigues. 2010. 102 f. Dissertacao (Mestrado) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, Sao Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2011.tde-20062011-101414. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/9625. Acesso em: $DATA.

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Abstract: O câncer de pulmão é o mais comum de todos os tumores malignos. Em 90% dos casos diagnosticados o câncer de pulmão esta associado ao consumo de derivados de tabaco. A radioterapia atua como forma de tratamento e existe duas formas de aplicação; a teleterapia e a braquiterapia. Na teleterapia é utilizado um acelerador linear para fazer a aplicação da dose. Antes de começar o tratamento é realizado um planejamento que faz a aquisição de todas informações anatômicas do paciente e em seguida a classificação das áreas de interesse para o tratamento. Na radioterapia a dosimetria é aplicada como uma forma de medição independente e neste trabalho tem como objetivo fazer a comparação do plano dosimétrico de tratamento com os valores de dose calculados no sistema de planejamento (TPS) utilizando um phantom antropomórfico. A dosimetria foi realizada com dosímetros termoluminescentes (Lif:Mg,Ti-TLD-100). Foram selecionados 25 TLD's que passaram por processo de seleção com as seguintes etapas: tratamento térmico, seguido de irradiação, leitura e posteriormente a calibração para uso no acelerador linear. Com os dosímetros já selecionados, foi elaborado o plano de tratamento feito no sistema de planejamento Eclipse da Varian e em seguida comparado à dosimetria realizada com os TLD'S alocados no phantom antropomórfico, para este mesmo caso. Um acelerador linear com energia de fótons/6MV, modelo 2100 da Varian foi utilizado para fazer a aplicação da dose de 200 cGy e 250 cGy. Os valores obtidos apresentaram-se de acordo com o recomentado pelos protocolos, 5% AAPM-TG-51 e 5 a 7% ICRU 50 e 60.

Palavras-Chave: neoplasms; lungs; respiratory system; tumor cells; diseases; radiotherapy; brachytherapy; animal tissues; effective radiation doses; image processing; biological models; computerized control systems; phantoms; dosimetry; thermoluminescent dosemeters; ionizing radiations; linear accelerators

SOUZA, P.R.D. de. Avaliação comparativa de dosimetria com LiF:Mg,Ti (TLD-100) em phantom antropomórfico com o sistema de planejamento (TPS) para câncer de pulmão. Orientador: Maria Elisa Chuery Martins Rostelato. 2019. 70 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2020.tde-09122019-121029. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/30740. Acesso em: $DATA.

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Abstract: A mucosite oral é um efeito colateral de quimioterapia e radioterapia de cabeça e pescoço e consiste de uma comorbidade severa com a presença de xerostomia, lesões ulcerativas, infecções secundárias e dor, passíveis de alterar e até interromper a terapia antineoplásica, diminuindo a possibilidade de controle da doença. A mucosite oral pode ser tratada com variados esquemas terapêuticos, incluindo a utilização de laser de baixa intensidade, que diferem em tipo de laser, densidade de energia, comprimento de onda utilizados, entre outros parâmetros de irradiação. Este trabalho utilizou mesmos parâmetros de irradiação laser (30 mW, 7,5 J/cm2, 0,04 mm diâmetro do feixe, 10 s por ponto, 3 pontos no dorso e 2 pontos no ventre da língua, com distância de 1 mm da superfície, 48/48 h por até 20 dias), diferindo apenas o comprimento de onda utilizado, &lambda; = 660 nm e &lambda; = 780 nm. Em seguida, os efeitos da irradiação foram comparados entre si e em relação ao grupo controle não tratado. Foi feita a padronização de modelo animal de mucosite oral em ratos utilizando radiação gama de fonte panorâmica, em dose única de 20 Gy, para avaliação uniforme dos grupos. Para tanto, foi elaborado escore clínico detalhado ponto a ponto, com correlação estatística, que se mostrou eficiente na avaliação clínica desta comorbidade. Após análise estatística dos dados coletados (p < 0,05), pode-se verificar que existem diferenças entre as terapias com laser, além de sua superioridade em relação ao grupo Controle. Os animais do grupo laser &lambda; = 660 nm apresentaram maior produção de colágeno em mucosa e fechamento de feridas mais rapidamente nos dias 14 e 20 quando comparados ao grupo laser &lambda; = 780 nm. Ambos os tratamentos foram superiores em relação ao grupo Controle. Os tratamentos laser também se mostraram superiores ao Controle na modulação da inflamação, formação de pseudomembrana e estimulação de angiogênese. Estes resultados indicam que os benefícios obtidos pelos dois comprimentos de onda, nas mesmas condições de irradiação, são diferentes, podendo ser utilizados de forma complementar em pacientes.

Palavras-Chave: oral cavity; mucous membranes; inflammation; radiotherapy; ionizing radiations; laser radiation; wavelengths; phantoms; structural models; rats; biological radiation effects; comparative evaluations

ANDRADE, MAIRA F. de. Comparação dos efeitos da terapia laser de baixa intensidade (lambda=660 nm ou lambda=780 nm) no tratamento de mucosite oral induzida por radiação ionizante em ratos. Orientador: Denise Maria Zezell. 2014. 90 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/D.85.2014.tde-22092014-145546. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/11800. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Os objetos simuladores constituídos de material tecido equivalente, são utilizados em laboratórios de pesquisa e em ambientes clínicos como parte de rotinas de controle de qualidade e radioproteção, são fundamentais para evitar a exposição de pessoas a doses de radiação. Os objetos simuladores são, na grande maioria, importados e de alto custo. Materiais radiologicamente equivalentes aos tecidos humanos, tem como principal requisito possuir o número atômico efetivo e/ou coeficiente de atenuação linear aproximadamente igual ao do tecido que se quer simular, de modo a reproduzir as suas características de atenuação à radiação ionizante incidente. Neste trabalho foram desenvolvidos compostos e protótipos que suprem a necessidade deste tipo de material radiologicamente equivalente a tecido utilizando tecnologia nacional. Os protótipos desenvolvidos e produzidos contêm substâncias, encontradas comercialmente, que, ao formarem um composto, seus percentuais são equivalentes aos encontrados no corpo humano, tais como tecido mamário, tecido mole, tecido adiposo e água A formulação dos compostos foi realizada por simulação computacional em trabalho realizado anteriormente, visando a produção de placas e/ou objetos (protótipos) com características de transmissão equivalentes ao de tecidos humanos e/ou à água. Os testes de desempenho dos protótipos produzidos apontaram as melhores formulações para aplicação em objetos simuladores na área de diagnóstico por imagem.

Palavras-Chave: structural models; phantoms; thermoplastics; organic compounds; animal tissues; radiation detectors; dose equivalents; dose-response relationships; acute exposure; biological radiation effects; performance testing; computerized simulation; digital systems; image processing; dosimetry; ionizing radiations; nuclear medicine; radiation protection

FRIMAIO, AUDREW. Desenvolvimento de compostos termoplásticos ou termofixos radiologicamente equivalentes ao tecido humano. Orientador: Letícia Lucente Campos Rodrigues. 2019. 136 f. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2020.tde-06022020-104210. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/31062. Acesso em: $DATA.

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Abstract: A possibilidade de visualizar estruturas sobrepostas por meio da Tomografia Computadorizada de Feixe Cônico (TCFC), fez com que essa modalidade de diagnóstico por imagem se tornasse uma das mais utilizadas em alguns procedimentos odontológicos. Diferente da radiografia convencional onde a imagem reproduzida é plana, a TCFC destaca relações estruturais em profundidade, permitindo a visualização de possíveis irregularidades ou anomalias. O estudo da dose de radiação empregada nos exames de TCFC, é importante não só para o estabelecimento de níveis de referência, como também, para avaliar a probabilidade de ocorrência de efeitos estocásticos, principalmente em pacientes pediátricos. A utilização da manufatura aditiva ou impressão 3D na área da saúde, tornou possível a reprodução de peças anatômicas para diversas aplicações, tais como: próteses e simuladores antropomórficos. Na área de dosimetria das radiações ionizantes, o simulador ou Phantom, é composto por materiais que reproduzem as características de absorção e espalhamento da radiação pelo corpo ou parte do corpo humano. Utilizando filamento à base de Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) e Sulfato de Bário, que tem equivalência ao tecido ósseo, foi impressa uma peça de maxila e mandíbula para compor um simulador pediátrico, preenchido com água que é equivalente aos tecidos moles, para aplicação em dosimetria em TCFC. As variações do valor de referência e do Kerma no volume e no centro do simulador foram entre 10% e 15%. Considerando o limite da variação de dose sugerido pela legislação nacional, que não deve ser superior a ± 20% do valor de referência, os resultados foram satisfatórios. A diferença nos parâmetros e geometria de aquisição de imagens entre as modalidades de exames com TCFC e Radiografia Panorâmica, reforçam a necessidade de se aplicar o princípio da justificativa, se tratando principalmente da proteção a pacientes pediátricos.

Palavras-Chave: biomedical radiography; computerized tomography; biological models; phantoms; acrylonitrile; three-dimensional calculations; dentistry; diagnosis; image processing; jaw; low dose irradiation; radiation doses; dosimetry; teeth; pediatrics; patients

ASSEMANY, LADYJANE P.F. Desenvolvimento de um objeto simulador de maxila e mandíbula infantis utilizando impressão 3D para dosimetria em tomografia computadorizada de feixe cônico. Orientador: Maria da Penha Albuquerque Potiens. 2022. 92 f. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2022.tde-19102022-152603. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/33595. Acesso em: $DATA.

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Abstract: Objetos simuladores (no inglês, phantoms), dispositivos que representam o corpo humano, têm sido usados nas áreas da física médica, física e engenharia biomédica desde o início. Logo após a descoberta dos raios-X, as notícias dos benefícios médicos da radiação se espalharam rapidamente. A geometria e a composição de um simulador são determinadas pela prática a qual será aplicado. Existem desde os mais simples, baseados em água para medir a saída de feixes de terapia de megavoltagem, aos de maior complexidade, antropomórficos para controle de qualidade em radioterapia. O uso de impressão 3D e filamentos comumente encontrados comercialmente para o desenvolvimento de simuladores está sendo investigado. A aplicação desta técnica para o desenvolvimento de simuladores de baixo custo requer um estudo complexo da interação dos materiais impressos com diferentes tipos e qualidades de radiação, bem como a caracterização de configurações de impressão. Realizando essas medições, é possível encontrar metodologias para que possam simular corretamente o tecido humano. O objetivo desse trabalho constitui no projeto e na construção de um objeto simulador antropomórfico de tireoide (pescoço), utilizando uma impressora 3D e materiais tecido-equivalentes, para ser utilizado em aplicações multidisciplinares. Estudos de equivalência a tecidos humanos para filamentos de PLA, ABS e ABS XCT desenvolvidos no IPEN foram realizados em feixes de fótons padrão. Utilizou-se como base anatômica e de modelagem 3D o simulador comercial ATOM MAX 711, da CIRS. Os dados experimentais mostram a possibilidade de alcançar condições de equilíbrio eletrônico com as mesmas especificações de espessura para PLA e ABS, possibilitando a substituição do PMMA em diversas aplicações dosimétricas. Os filamentos de ABS aditivados com BaSO4 desenvolvidos no IPEN possuem propriedades de atenuação aumentadas significativamente em relação ao ABS puro, PLA e PMMA e são equivalentes aos tecidos ósseos nos feixes estudados. Diferentes tecidos ósseos podem ser simulados com uso de diferentes percentuais de infill. A metodologia de modelagem do simulador 3D deste estudo abre possibilidades de uso de imagens tomográficas de quaisquer objetos, ou até mesmo pacientes, para realização de prototipagem 3D de simuladores cada vez mais específicos e customizados. O simulador desenvolvido apresenta todas as características desejáveis para aplicações em proteção radiológica, dosimetria utilizando detectores TL/OSL, medições de radioisótopos incorporados na tireoide (tanto contadores de contaminação, quanto detectores de medicina nuclear) e treinamento de técnicas de aquisição de imagens por raios-X. Constitui uma alternativa viável de simulador equivalente a tecido; e de baixo custo, se comparado com os simuladores importados.

Palavras-Chave: endocrine glands; thyroid cells; neck; tissue-equivalent materials; phantoms; pmma; computer-aided manufacturing; filaments; polyacrylates; biomedical radiography; nuclear engineering; x radiation; positron computed tomography; photon emission; radiothermoluminescence; uses; efficiency; performance; differential calculus; three-dimensional calculations

VILLANI, DANIEL. Desenvolvimento de um simulador antropomórfico de pescoço-tireoide tecido-equivalente impresso em 3D para aplicações multidisciplinares. Orientador: Letícia Lucente Campos Rodrigues. 2021. 103 f. Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP, São Paulo. DOI: 10.11606/T.85.2021.tde-16062021-143936. Disponível em: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/32238. Acesso em: $DATA.

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