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http://hdl.handle.net/1843/37256| Type: | Dissertação |
| Title: | Efeito de campos magnéticos estáticos em irradiação por elétrons |
| Authors: | Matheus Corrêa Dantas Avelar |
| First Advisor: | Tarcisio Passos Ribeiro de Campos |
| First Co-advisor: | Paulo Sérgio Soares Guimarães |
| First Referee: | Celso Vieira Lima |
| Second Referee: | Arnie Verde Nolasco |
| Third Referee: | André Lima de Souza Castro |
| Abstract: | O presente trabalho aborda a radioterapia por elétrons acoplada a altos campos magnéticos estáticos externos e a resposta biológica de células a estes. O objetivo foi determinar a relevância do acoplamento de campos magnéticos externos e feixes de elétrons, na perspectiva de melhoria da radioterapia de tumores. A metodologia envolveu estudos matemáticos do transporte de elétrons e deposição de energia em função do campo magnético, estudos experimentais in vitro e estudos computacionais baseado no código de transporte de partículas EGSnrc. Um modelo matemático baseado na equação de Bethe-Bloch foi elaborado para estimar, teoricamente, a perda de energia dos elétrons na matéria submetidos a campos magnéticos externos. O modelo foi aprimorado com a criação de um algoritmo baseado no método Continuous Slowing Down Aproximation (CSDA) na trajetória real de uma única partícula carregada sob ação de campos magnéticos externos. Adjacentemente aos modelos teóricos, iniciou-se experimentos buscando observar o efeito de campos magnéticos externos em células cancerosas de adenocarcinoma de mama, MDA-MB-231. Contudo, os experimentos foram interrompidos antes do término. Simulações de Monte Carlo com o código EGSnrc deram continuidade aos estudos. Os achados experimentais mostraram alterações na taxa de crescimento das células, com expressivo aumento da viabilidade celular quando submetidas a um campo estático de 15 Tesla. A análise teórica do percurso dos elétrons em campos magnéticos mostrou redução do alcance dos feixes, aumento da deposição de energia e significativa alteração nos perfis das doses em profundidade e doses fora do eixo central. Concluiu-se que as diversas alterações, principalmente no que diz respeito à deposição de energia e no alcance das partículas, apresentam perspectivas devido à possibilidade de moldar o perfil da dose a partir de uma nova variável: o campo magnético externo. Para determinar a relevância clínica, deve-se buscar simulações em algoritmos mais complexos que simulem o tecido vivo e a adição de mais campos conjugados de radiação, aproximando-se de situações clínicas reais. |
| Abstract: | The present work deals with electron radiotherapy coupled with high external static magnetic fields and the biological response of cells to these. The objective was to determine the relevance of the coupling of external magnetic fields and radioactive beams as an optimization tool in the treatment of tumors. The methodology involved mathematical studies of electron transport and energy deposition as a function of the magnetic field, experimental studies in vitro and computational studies based on the EGSnrc particle transport code. A mathematical model based on the BetheBloch equation was developed to theoretically estimate the energy loss of electrons in matter, when subjected to external magnetic fields. The model was improved with the creation of an algorithm based on the Continuous Slowing Down Approximation (CSDA) method on the real trajectory of a single charged particle under the action of external magnetic fields. Adjacent to the theoretical models, experiments were started seeking to observe the effect of external magnetic fields on breast cancer adenocarcinoma cells, MDAMB231. However, the experiments were stopped before the end. Monte Carlo simulations with the EGSnrc code continued the studies. The experimental findings showed changes in the clonogenicity of the cells, with a significant increase in cell viability when subjected to a static field of 15 Tesla. Theoretical analysis of the path of electrons in magnetic fields showed a reduction in beam range; increased energy deposition; and significant changes in the profiles of indepth and offaxis doses. It was concluded that the various changes, especially regarding energy deposition and reach, present perspectives due to the possibility of shaping the dose profile according to the need, with the use of an external magnetic field. To determine the clinical relevance, simulations should be sought in more complex algorithms that simulate the living tissue and with the addition of more conjugated fields of radiation, as in a real situation. |
| Subject: | Engenharia nuclear Campos magnéticos Elétrons Método de Monte Carlo |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NUCLEAR |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Ciências e Técnicas Nucleares |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/37256 |
| Issue Date: | 28-May-2021 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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