FIS Tesis magíster
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Browsing FIS Tesis magíster by browse.metadata.categoria "Medicina y salud"
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- ItemA dynamic nonlinear coupled differential equations model of tumor growth and response to radiotherapy(2018) Ortiz Guzmán, Valentina; Gago Arias, Araceli; Espinoza Bornscheuer, Ignacio Guillermo; Karger, Christian; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
- ItemDesarrollo e implementación de un sistema de auditoría para dosimetría absoluta con alanina y TLD en centros de radioterapia chilenos(2018) Faúndez Cifuentes, Daniel; Gago Arias, Araceli; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
- ItemDosimetría pre-tratamiento con dispositivos electrónicos de imagen portal (EPID)(2022) López Espinoza, Analiz; Espinoza Bornscheuer, Ignacio Guillermo; Caprile Etchart, Paola F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaUna de las principales ventajas de los dispositivos electrónicos de imagen portal (EPID) es que tienen una muy buena resolución espacial (0.25 mm/píxel). Si bien su uso fue primeramente para verificación del posicionamiento del paciente antes de su sesión de radioterapia, hoy en día es un elemento importante en la verificación de las dosis de tratamiento a ser administradas al paciente. El objetivo de este trabajo fue examinar las características dosimétricas de estos dispositivos, e implementar un modelo matemático que permita obtener dosis absorbida en un plano de un fantoma homogéneo de agua sólida, a partir de imágenes de transmisión de planes pre- tratamiento. Luego de una amplia búsqueda bibliográfica, se usó como referencia el trabajo de Wendling et al (2006), al cual se le agregaron las siguientes modificaciones: una corrección por sensibilidad de píxeles de la imagen PSM, el cálculo del factor de dispersión del paciente que llega al EPID y la ecuación del kernel de dispersión en el plano del fantoma homogéneo. Los resultados de dosis absorbida obtenidos fueron satisfactorios, con un error porcentual de 1.53% como máximo en el eje central, y en la comparación de perfiles de campos cuadrados (no modulados) pasaron el criterio Gamma del 3% de dosis y 3 mm en DTA en el 100% de puntos evaluados. Sin embargo, en la verificación de planes de tratamiento los resultados no fueron satisfactorios, pero nos permitió establecer las calibraciones físicas que deben realizarse al panel para utilizarlo con fines dosimétricos, no solo la dosimetría absoluta y relativa del haz de tratamiento, además de la importancia en la configuración correcta del modo de adquisición de imágenes para emplearlas con fines dosimétricos. Ya que los resultados para campos cuadrados tuvieron resultados aceptables, podemos sugerir que este modelo sirve para realizar controles de calidad diarios del linac donde, se emplean campos estáticos no modulados, con cierta UM y tasa de dosis fija.
- ItemEstudio de materiales de blindaje de radiación ionizante para medicina nuclear(2018) Novoa Burgos, Harold; Dörner Yaksic, Edgardo Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaLos rangos energéticos utilizados en medicina nuclear quedan fuera de las recomendaciones internacionales sobre la elección de materiales para blindar las instalaciones que operan con radiación ionizante. Se propone estudiar materiales comúnmente utilizados en construcción hospitalaria como blindajes para los isótopos 18F y 131I con el fin de ampliar las opciones que en la actualidad se utilizan, plomo y concreto común, para blindar las instalaciones de medicina nuclear. Utilizando simulaciones Monte Carlo con el programa EG Snrc se caracterizaron los materiales por su capacidad de blindar la radiación ionizante reflejado en el factor de atenuación para diferentes espesores de una selección de materiales e independientemente en un proceso experimental con alguno de ellos. Se graficaron los factores de atenuación de cada espesor utilizado para obtener un ajuste exponencial de ellos y con la ecuación de la curva ajustada conocer su coeficiente de atenuación lineal. Se encontró que el concreto dopado con bario tiene un bajo factor de transmisión (k),equivalente a ser un buen atenuador. Respecto a los materiales de construcción, los tabiques de yeso cartón no ofrecen un buen factor k, pero sobre ésta estructura pueden ser fijadas otras que son mejores, como acero inoxidable, acrílico e incluso placas safeboard que son comercializadas para blindar radiación ionizante con energías de hasta 140 kVp. Destaca que el yeso de Paris (POP) tiene un factor k comparable con el concreto NBS04, pero el POP es utilizado en odontología a diferencia del yeso de baja densidad que es de construcción.
- ItemEvaluación de algoritmos comerciales de cálculo de dosis absorbida de fotones en regiones fuera del campo de tratamiento(2018) Medina Ascanio, Karem Nathalie; Sánchez Nieto, Beatriz; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaLos algoritmos presentes en los Sistemas de Planificación están optimizados para entregar una dosis veraz y precisa dentro de los límites del campo de tratamiento. Fuera de este, se ha demostrado una inexactitud que depende del algoritmo particular. Este estudio analiza, por medio de medidas experimentales, la exactitud de la dosis fuera del campo de dos algoritmos semianalíticos, Pencil Beam Convolution y Collapsed Cone Convolution, implementados en dos Sistemas de Planificación comerciales EclipseTM (Varian Medical System) y Monaco® (Elekta) respectivamente, así como también, el algoritmo de cálculo de dosis basado en métodos de Monte Carlo implementado en Monaco®. Tanto los cálculos con los Sistemas de Planificación, como las determinaciones experimentales de las dosis se realizaron en medios homogéneos (agua) para diferentes configuraciones de campos convencionales y para una distribución de dosis de un plan real de IMRT de próstata. Las determinaciones experimentales se llevaron a cabo con TLDs-100, películas radiocrómicas EBT3 ycámara de ionización Semiflex. Los resultados obtenidos al comparar perfiles dedosis laterales de campos abiertos calculados por los algoritmos respecto a los medidos experimentalmente muestran que, a partir del 9% de la dosis los cálculos realizados por el algoritmo Pencil Beam subestiman la dosis real en un promedio de 53%. Mientras que, se obtuvo un buen acuerdo con los cálculos realizados por el algoritmo Collapsed Cone, con una desviación local promedio de aproximadamente 2,5%. En el caso del algoritmo Monte Carlo, de los resultados obtenidos no se puede inferir ninguna conclusión ya que cálculos de este tipo (conformados) donde se logra la dosis deseada con una incertidumbre de 1% en un punto (generalmente el isocentro), emplean pocas partículas para lograr dicha incertidumbre y, por lo tanto, el ruido estadístico se hace significativo. Con respecto al desempeño de los algoritmos Pencil Beam y Monte Carlo en el caso de un plan clínico de irradiación de próstata en relación a la medida experimental con EBT3, al hacer un análisis gamma local (3% - 3 mm) ambos algoritmos fallaron en regiones de dosis bajas (> 5%), siendo el algoritmo MC el que obtuvo la mayor cantidad de puntos que no pasaron el criterio gamma, mientras que, Pencil Beam fue el que arrojo mayor imprecisión en regiones de dosis altas (para lo cual es análisis gamma fue global, respecto al máximo).
- ItemEvaluación dosimétrica de tratamientos con Leksell gamma knife en presencia de inhomogeneidades(2018) Elgueda Farías, Susan Pamela; Caprile Etchart, Paola F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
- ItemFeasibility study : use of cine-MRI in MR-guided particle therapy(2018) Sepúlveda Muñoz, César; Pfaffenberger, Asja; Sánchez Nieto, Beatriz; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaCinematic Magnetic Resonance Imaging (cine-MRI) are fast time-resolved 2D MRI sequences that allow online visualization of organ motion without exposing patients to ionizing radiation. In this study, the potential of cine-MRI for the definition of animage-based gating criterion in particle therapy of pancreatic cancer is investigated. Transversal cine-MRI are employed to segment the pancreas, since they can provide information on tissue changes in the beam-path during delivery. Volunteer data were acquired on 10 different acquisition days. An image-based gating window was defined based on the breathing-curve (BC) of the first day (end-exhale breathing phase ±30%). The superposition of the pancreas segmentations in this window was calculated. For other days of data acquisition, the agreement with this initial superposition contour was evaluated by using different segmentation image similarity metrics. Additionally, a motion analysis of the pancreas was performed. From the metrics comparisons, a gating criterion was defined to establish when irradiation can be allowed. An evaluation of the dosimetric differences due to differences in the segmentations achieving the criterion and the spatial location of the organs was carried out for a proton treatment. Although the method applied was subjected to several limitations, it was proved to be feasible.
- ItemImplementación de un sistema Monte Carlo de alto rendimiento para un sistema de planificación de tratamiento(2020) Ramírez Solano, Oswaldo Daniel; Dörner Yaksic, Edgardo Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de FísicamatRad es un sistema de planificación de tratamiento de código abierto para planificación inversa (IMRT) para fotones e iones pesados. Su motor de cálculo de dosis en fotones consiste en la técnica analítica llamada pencil beam. Se realizó la implementación del código Monte Carlo ompMC como nuevo algoritmo de cálculo de la dosis absorbida junto con una técnica de reducción de varianza conocida como photon spliting para mejorar la eficiencia del cálculo de dosis. Se realizaron las respectivas validaciones dosimétricas del software ompMC comparando sus resultados con DOSXYZnrc, a través de perfiles laterales y en profundidad en fantomas de agua homogéneos e inhomogéneos para tres tamaños de campo: 10x10 cm2, 5x5 cm2 y 2x2 cm2. Además se adecuó la fuente de fotones de matRad para ser compatible con la naturaleza del cálculo Monte Carlo. De las comparaciones con DOSXYZnrc, se tiene que la diferencia porcentual promedio de la dosis máxima en el eje Z para los tres campos es de un 0.42%. En cuanto al desempeño del algoritmo pencil beam frente a ompMC, las diferencias fueron considerablemente altas para estructuras en riesgo de volumen pequeño o huecas, con una diferencia promedio de un 121.99% considerando tanto subestimaciones como sobreestimaciones de dosis para un volumen de cobertura del 95%. Las estructuras objetivo no presentaron mayores diferencias porcentuales que las antes mencionadas. ompMC demostró un excelente desempeño frente a DOSXYZnrc, con incertidumbres bajas gracias a la técnica de photon splitting. La implementación de ompMC en matRad fue exitosa, tanto en términos de eficiencia computacional como en precisión y exactitud en los cálculos dosimétricos, permitiendo así tener un sistema de planificación inversa con un motor de cálculo de dosis mediante Monte Carlo.
- ItemIndividual breast dosimetry for mammographic exams : a back-projection approach(2017) Rioseco Mora, Camila Belén; Sánchez Nieto, Beatriz; Dörner Yaksic, Edgardo Andrés; Häring, Peter; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaThe aim of this project is to propose and validate a procedure for estimating a dose at the axial plane of the breast in patients under mammographic exposure by means of electronic portal imaging device (EPID) dosimetry. In vivo transit dosimetry consists of measuring the transmitted radiation through the breast with an EPID, and then back-projecting the fluence through the same volume in order to reconstruct the dose at a certain plane. The methodology relies on the fact that from individual beam attenuation information, is possible to estimate dose deposition in the mammary gland. Beam attenuation was calculated from the exit and entrance fluence. Monte Carlo simulation of the entrance fluence was computed for three beam qualities. Exit fluence is calculated for each case, by deconvolution of the EPID image with previously determined composite kernel. A complete model (i.e., X-ray tube, breast compression paddle, different breast thickness and detector) of the GE Senograph Essential with Tomosynthesis device, was simulated with EGSnrc. Specific codes as BEAMnrc and DOSXYZnrc were used for beam and detector simulations, respectively. Three different beam qualities were simulated (only for 2D conventional mammography image acquisition) and additionally, and in-house graphical user interphase MATLAB1 program “BreDose” was designed to estimate doses at an axial mid-plane of the breast from the EPID images.
- ItemOptical surface monitoring and pillow positioning configuration for complex system's set-up(2017) Loreto Javiera Godoy Solís; Häring, Peter, 1965-; Sánchez Nieto, Beatriz; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaOptical Surface Monitoring and Pillow Positioning Configuration for Complex System’s Set-Up: Aligning the patient’s target volume, isocenter and OARs with the linac’s isocenter can be done using certain immobilization device and imaging to adapt therapy if any variation of the tumor or patient’s body has occurred. In this investigation, a configuration of 10 pillows and Vision RT were employed to positioning the patient while it was checked by CBCT. The results show that for non-coplanar fields, Vision RT is accurate enough, with shifts less than 1º and 1mm. 4 pillows in a wedge under the head show an accurate position in the rotational axis (lessthan 1º) comparing with Vision RT and the off-set values given by the CBCT, although more pillows should be necessary for thorax and pelvis plans, since the differences between both methods are in average of 5 mm and 10º. Since the image registration was made manually, there are difference between 2 CBCTs of 6 mm and 5º in average in each plan, around the same magnitude than the difference between the two methods, so the differences might be due to the fact that Vision RT matches surfaces and CBCT matches the target volume, and because the manual image registration is involved with a human error
- ItemPredictors for radiation-induced xerostomia and their reliability considering random setup errors and parotid gland migration(2018) Astaburuaga García, Rosario; Bangert, Mark; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
- ItemQuantum sensing using NV centers in diamond(2018) González Brouwer, Raúl, Manuel; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaThis thesis is focused on understanding the interaction of nitrogen vacancy (NV) defect in diamond with its environment as well as its applications in nanotechnology and biophysics. First, we study the hyperfine interaction due to nearby 13C carbon and 15N nitrogen isotopes in the vicinity of the Level Anti-Crossing (LAC), we propose an experimental method at room temperature free of microwave, in which it is possible to find the sign of the Fermi contact term, using the coupling between nuclear spins 1/2 and electronic spin 1. For this, a three-dimensional coil system was constructed to study the fluorescence close to the LAC. Second we describe an experiment in order to use the NV center as a sensor for chemical reactions, in specific to measure the pH and relate it’s macroscopic measurement with experiments like Ramsey interferometry and change in the spectrum, in order to observe changes on the charge state and T∗2 . Finally, we show a way to functionalize a nanodiamond hosting a NV defect, and use it as a biomarker for amyloid β, an Alzheimer desease related compound. We show that using this functionalized nanodiamonds might enable the development of longer experiments in biophysics due to the photostability of the NV defect compared to regular biomarkers that are widely used in biology. This works paves the way for performing unltrasensitive and reliable detection of cells involved in the pathogenesis of the Alzheimer desease.This thesis is focused on understanding the interaction of nitrogen vacancy (NV) defect in diamond with its environment as well as its applications in nanotechnology and biophysics. First, we study the hyperfine interaction due to nearby 13C carbon and 15N nitrogen isotopes in the vicinity of the Level Anti-Crossing (LAC), we propose an experimental method at room temperature free of microwave, in which it is possible to find the sign of the Fermi contact term, using the coupling between nuclear spins 1/2 and electronic spin 1. For this, a three-dimensional coil system was constructed to study the fluorescence close to the LAC. Second we describe an experiment in order to use the NV center as a sensor for chemical reactions, in specific to measure the pH and relate it’s macroscopic measurement with experiments like Ramsey interferometry and change in the spectrum, in order to observe changes on the charge state and T∗2 . Finally, we show a way to functionalize a nanodiamond hosting a NV defect, and use it as a biomarker for amyloid β, an Alzheimer desease related compound. We show that using this functionalized nanodiamonds might enable the development of longer experiments in biophysics due to the photostability of the NV defect compared to regular biomarkers that are widely used in biology. This works paves the way for performing unltrasensitive and reliable detection of cells involved in the pathogenesis of the Alzheimer desease.
- ItemQuantum sensing using NV centers in diamond(2018) González Brouwer, Raúl, Manuel; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaThis thesis is focused on understanding the interaction of nitrogen vacancy (NV) defect in diamond with its environment as well as its applications in nanotechnology and biophysics. First, we study the hyperfine interaction due to nearby 13C carbon and 15N nitrogen isotopes in the vicinity of the Level Anti-Crossing (LAC), we propose an experimental method at room temperature free of microwave, in which it is possible to find the sign of the Fermi contact term, using the coupling between nuclear spins 1/2 and electronic spin 1. For this, a three-dimensional coil system was constructed to study the fluorescence close to the LAC. Second we describe an experiment in order to use the NV center as a sensor for chemical reactions, in specific to measure the pH and relate it’s macroscopic measurement with experiments like Ramsey interferometry and change in the spectrum, in order to observe changes on the charge state and T2 . Finally, we show a way to functionalize a nanodiamond hosting a NV defect, and use it as a biomarker for amyloid β, an Alzheimer desease related compound. We show that using this functionalized nanodiamonds might enable the development of longer experiments in biophysics due to the photostability of the NV defect compared to regular biomarkers that are widely used in biology. This works paves the way for performing unltrasensitive and reliable detection of cells involved in the pathogenesis of the Alzheimer desease.
- ItemSimulation of oxygen and hypoxia PET-tracer distributions in 3D vascular architectures of tumours(2018) Isabela Paredes Cisneros; Karger, Christian; Gago Arias, Araceli; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de FísicaThe outcome of radiotherapy is strongly influenced by hypoxia (low level of oxygenin the tumour), which leads to increased radioresistance and poor outcome. Positron Emission Tomography (PET) can be used to identify hypoxic regions within tumours. Hypoxia-specific tracers have been developed for this purpose. Deriving the tumour oxygen distribution from a hypoxia PET-tracer distribution is still not straightforward and computer simulations may help to better understand the limitations of this technique. In this thesis, hypoxia PET-tracer distributions were simulated in three dimensions by using mathematical models to calculate the spatiotemporal distributions of both oxygen and tracer in the tumour. The impact of necrosis in the tracer uptake was also considered. The partial differential equations in the model were solved, using the Finite Element Method for different vascular architectures. The correct functioning of the solving method was checked for simple architectures by changing parameter values and analysing the obtained distributions. Time-Activity Curves were calculated from the simulated concentrations and the impact of the vascular fraction was determined, for vascular architectures of different complexity. This study improves the understanding of the signal in hypoxia-PET studies. Future work should take into account even more complex vascular architectures, as well as acute hypoxia.