Submitted by Kalina CB/A (kalikros2@gmail.com) on 2021-11-05T18:38:51Z No. of bitstreams: 1 Tese - ErikaTatiana Muñoz Arango - 2020.pdf: 9710161 bytes, checksum: 58758b6927c5713065fb5ab106c49005 (MD5) Made available in DSpace on 2021-11-05T18:38:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese - ErikaTatiana Muñoz Arango - 2020.pdf: 9710161 bytes, checksum: 58758b6927c5713065fb5ab106c49005 (MD5) Previous issue date: 2020-10-06 Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro - FAPERJ Major technological advances are being developed for small animal irradiation systems to simulate modern irradiation techniques with therapy purposes, allowing a wide variety of radiobiological studies. However, the gap between radiation dosimetry in the preclinical environment and dosimetry with clinical applications has reduced the possibility of translating biomedical hypotheses validation and the results of researches into randomized trials in humans. The combination of medium energy photon beams generated by the preclinical irradiators, with the millimetric dimensions of the collimators, required because of the sample dimensions, presents enormous dosimetric challenges, for which currently there are not specific codes of practice (CoPs). In this work, a specific methodology was developed to perform the dosimetry of small fields in an irradiator with X ray beams of 220 kVp (SARRP), developed for preclinical research. The methodology was based on the adaptation of the reference dosimetry for unconventional field sizes from the AAPM TG-61 protocol, and on the quantitative analyses of the responses of several radiation detectors that had not yet been extensively investigated for small fields relative dosimetry in medium energy beams in water. Detectors responses were assessed during transitions between the 40 × 40 mm2 and the 3 × 3 mm2 field sizes, adapting different dosimetry concepts from the CoPs for high energy photon beam. From the dosimetric data, acquired with a high-resolution 3D scanning water phantom, a CAT3D treatment planning system (TPS) was commissioned in the factor-based algorithm. Several methods of evaluation and validation were applied. Regarding the relative dose distributions comparison, a Semiflex 31010 (0,125 cm3) ionization chamber (IC) and a PinPoint 3D (0,016 cm3) were accurate within 1,5 to 3% for depth dose distributions (PDDs), when compared against an Advanced Markus parallel plate IC, and a PTW-60019 microDiamond (μD) detector was accurate within 1,6% when compared against the PinPoint 3D IC and within 0,8% when compared against the Monte Carlo MC3D simulations up to 3 × 3 mm2 and without correction factors applications. For the lateral profiles comparison between the solid-state detectors, and the EBT3 data provided by the manufacturer, the gamma analysis indicated an average of 100% passing rate with global gamma criterion of 1 mm/3%. The calculation method based on intermediate field sizes allowed to correctly determinate the output factors up to the smallest 3 × 3 mm2 cone with the μD, reducing the effect of variations in the response of the detector due to the possible energy dependencies. The 2D gamma analyses with the EBT3 data acquired in water, and the “end-to-end” test, validated the measurement and commissioning methodology to obtain complex dose distributions from measured data as well as the sensitivity of the CAT3D TPS with the “fast” algorithm to reproduce dose distributions in water and similar media. Results of the dose maps gamma analysis indicated an average of 96% passing rate with global gamma criterion of 1 mm/3% with increased tolerance to 5% in the low dose regions. The use of intermediate field sizes integrated with all the proposed methods has allowed reducing the need for correction factors for small field dosimetry at SARRP. This work provides an innovative methodology that can be inserted in a dosimetry protocol for preclinical applications. Grandes avanços tecnológicos estão sendo desenvolvidos nos sistemas de irradiação de pequenos animais para simular modernas técnicas de irradiação com fins de terapia, permitindo assim uma ampla variedade de estudos radiobiológicos. No entanto, o gap entre a dosimetria das radiações no ambiente pré-clínico e a dosimetria com aplicações clínicas tem reduzido a possibilidade de trasladar a validação das hipóteses biomédicas e os resultados das pesquisas pré-clínicas para ensaios randomizados em humanos. A combinação dos feixes de fótons de média energia gerados pelos irradiadores pré-clínicos, com as dimensões milimétricas dos colimadores, necessários pelas dimensões das amostras, traz enormes desafios dosimétricos, para os quais atualmente não existem códigos de prática (CoPs). Neste trabalho, foi desenvolvida uma metodologia para realizar a dosimetria de campos pequenos de um irradiador com feixe de raios X de 220 kVp (SARRP) para investigações pré-clínicas. A metodologia baseou-se na adaptação da dosimetria de referência para tamanhos de campo não convencionais, a partir do documento AAPM TG-61 e nas análises quantitativas das respostas de diversos detectores de radiação que ainda não tinham sido amplamente investigados para dosimetria relativa de campos pequenos de fótons de média energia na água. As respostas dos detectores foram avaliadas nas transições entre os campos de 40 × 40 mm2 até 3 × 3 mm2, adaptando conceitos dosimétricos propostos nos CoPs para feixes de fótons de alta energia. A partir de dados dosimétricos, adquiridos com um sistema automático de varredura de alta resolução 3D, foi comissionado um sistema de planejamento (TPS) CAT3D no algoritmo baseado em fatores. Diversos métodos de avaliação e validação foram aplicados. Em relação ás comparações das distribuições de dose relativa; as câmaras de ionização (CI) Semiflex 31010 (0,125 cm3) e PinPoint 3D (0,016 cm3), exibiram coincidências dentro dos 1,5-3% quando comparadas com as distribuições da CI plano paralela Advanced Markus, nas medições de dose em profundidade (P); e o detector PTW-60019 microDiamond (μD) exibiu uma coincidência com a CI PinPoint 3D, melhor do que 1,6% e coincidências dentro dos 0,8% com os cálculos do Monte Carlo MC3D até o 3 × 3 mm2, sem aplicação de fatores de correção. Nas comparações de perfis entre os detectores de estado sólido e a dosimetria EBT3 do fabricante, foram obtidos valores de gama globais menores que 1 para os 100% dos pontos e o critério 1 mm/3%. O método de cálculo baseado em tamanhos de campo intermediários, permitiu determinar corretamente os fatores de campo (FC) até o menor cone de 3 × 3 mm2 com o μD, diminuindo o efeito das variações na resposta pelas possíveis dependências energéticas do detector. Os resultados das análises gama 2D com EBT3 na água e os testes “end-to-end” validaram a metodologia de medição e o comissionamento para a obtenção de distribuições de dose complexas, a partir de dados medidos, assim como a sensibilidade do CAT3D “fast” para reproduzir distribuições de dose na água e em meios similares. Os resultados gama, dos mapas de dose indicaram uma média de aprovação de 96% dos pontos para o critério gama global de 1 mm/3%, com tolerância aumentada para 5% nas regiões de baixa dose. O uso de tamanhos de campo intermediários, integrado com todos os métodos propostos, permitiu reduzir a necessidade de fatores de correção na dosimetria de campos pequenos do SARRP. Este trabalho propõe uma metodologia inovadora que pode ser inserida em um protocolo de dosimetria pré-clínica.