Polymeric dosimetry gel using magnetic resonance imaging for application in Radiotherapy

A dosimetria em radioterapia é importante para garantir a igualdade entre a dose prescrita e a dose entregue ao paciente. Devido às inovações tecnológicas dos aparelhos de radioterapia e das técnicas de tratamento, aumentou-se a dose entregue nas regiões lesionadas. A dosimetria gel polimérica tem se mostrado promissora no controle da qualidade de fontes de radioterapia. O objetivo desse trabalho foi desenvolver um dosímetro gel, MAGIC-fm, para aplicações em dosimetria em Radioterapia e estudando características de sua resposta dosimétrica. O entendimento da construção da resposta dosimétrica, do processo de polimerização e da composição elementar do gel foi realizado através de imagem por ressonância magnética, em intensidades de campo magnético de 3T, 7T e 9,4T, com sequências de leitura de dispersão em T1, Espectroscopia Resolvida no Tempo, Pulse Size Ratio, Relaxometria em T2 e Efeito Overhauser Nuclear. Embora o dosímetro desenvolvido não tenha apresentado dispersão em T1, com essa sequência foi possível determinar R1 e R2, que podem ser utilizados em dosimetria. Através das análises de espectroscopia, verificou-se a contribuição de cada elemento do gel na resposta dosimétrica. O aparecimento de efeitos NOE conforme o aumento da dose, mostrou-se promissora para detecção de dose em gel dosimétrico. O gel MAGIC-fm apresentou sensibilidade 40% maior que a formulação original do gel MAGIC-f, além de saturação de resposta acima de 50 Gy. Utilizando-se a técnica de relaxometria avaliou-se a dependência de resposta com a energia e a taxa de dose em feixes de fótons e elétrons tipicamente utilizados em tratamentos de radioterapia. O processo de calibração do dosímetro foi estudado, concluindo-se que o uso de objetos simuladores com tamanhos similares aqueles de interesse clínico devem ser usados. Uma aplicação de dosimetria em fonte de braquiterapia de alta taxa de dose de 192Ir foi realizada, com resultados comparados com dados do sistema de planejamento. Os resultados apresentaram concordância em mais de 95% dos pontos das regiões analisadas, incluindo regiões de alta dose, concluindo-se que o gel desenvolvido, MAGIC-fm, é promissor no controle da qualidade de fontes de radioterapiaDosimetry in radiotherapy is important to ensure equality between the prescribed dose and the delivered dose to the patient. Due to the technological innovations of the radiotherapy machines and the treatment techniques, increased the delivered dose in the injured regions. Polymer gel dosimetry has shown promising in the quality control of radiotherapy sources. The purpose of this work was to develop a dosimeter gel, MAGIC-fm, for applications in dosimetry in Radiotherapy and to study characteristics of its dosimetric response. The understanding of dosimetric response construction, the polymerization process and the gel elemental composition was performed by magnetic resonance imaging at magnetic field intensities of 3T, 7T and 9.4T, with reading sequences of T1 dispersion, Time-Resolved Spectroscopy, Pulse Size Ratio, T2 Relaxometry and Nuclear Overhauser Effect. Although the developed dosimeter did not present T1 dispersion, with this sequence it was possible to determine R1 and R2, which can be used in dosimetry. Through the spectroscopy analyzes, the contribution of each gel element in the dosimetric response was verified. The appearance of NOE effects as the dose increased, was shown to be promising for dosimetric gel dose detection. The MAGIC-fm gel showed 40% sensitivity higher than the original MAGIC-f gel formulation, in addition to response saturation above 50 Gy. Using the relaxometry technique, the dependence of energy and dose rate response on photon and electron beams typically used in radiotherapy treatments was evaluated. The dosimeter calibration process was studied, concluding that the use of phantoms with similar sizes of those of clinical interest should be used. An application of dosimetry in a high dose rate 192Ir brachytherapy source was performed, with results compared with data from the planning system. The results showed a concordance in more than 95% of the points of the analyzed regions, including regions of high dose, concluding that the developed gel, MAGIC-fm, is promising in the quality control of radiotherapy source