Análise comparativa entre modelagem computacional e dados experimentais para tomografia computadorizada com feixe de prótons

• Main Author: Kozuki, Carla
• Other Authors: Schelin, Hugo Reuters
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2012
• Subjects: Tomografia; Feixes de prótons; Processamento de imagens; Simulação (Computadores); Engenharia biomédica; Tomography; Proton beams; Image processing; Computer simulation; Biomedical engineering
• Online Access: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/307

CAPES === Neste trabalho são apresentadas análises comparativas entre simulações computacionais e dados experimentais para o protótipo de um minitomógrafo com feixe de prótons. A primeira etapa consistiu em elaborar virtualmente dois modelos de phantoms. Foram utilizados programas de simulação baseados no método de Monte Carlo, Geant4 versão 9.4p02 e SRIM 2010. Um phantom foi projetado utilizando polipropileno (PP), água e ar em estrutura tubular. Este phantom em PP é dedicado para estudos em reconstrução tomográfica. O outro modelo de phantom utiliza polietileno de alta densidade (PEAD) em formato de disco com espessuras de 3 mm, 4 mm e 5 mm. Estes são dedicados ao experimento de perda de energia em prótons. Concluída a etapa de simulação, os phantoms foram confeccionados em micro usinagem de precisão. Imagens tomográficas com raios X do phantom em PP foram obtidas no microtomógrafo do Instituto Politécnico da UERJ, para posterior comparação com as simulações. Os phantoms em disco de PEAD foram irradiados com feixe de prótons com energia de 24 MeV no cíclotron do Instituto de Engenharia Nuclear (IEN). As imagens reconstruídas do phantom em PP com dados simulados demonstraram uma boa aproximação da estrutura comparando-as com imagens tomográficas com raios X. O experimento de perda de energia de prótons realizada no IEN demonstrou uma ótima aproximação com dados simulados com Geant4 e SRIM. === In this work comparative analyses between computational simulations and experimental data for the prototype of a proton beam mini-tomograph are presented. The first step was to construct virtually two models of phantoms. Simulation programs were used based on the Monte Carlo method: Geant4 version 9.4p02 and SRIM 2010. A phantom was designed using polypropylene (PP), water and air in tubular structure. This phantom in PP is dedicated to studies in tomographic reconstruction. The other phantom uses high density polyethylene (HDPE) in disk form with thickness of 3 mm, 4 mm and 5 mm. These are dedicated to experiment of energy loss of protons. Once completed the simulation part, the phantoms were constructed with precision machining. X-ray tomographic images of the phantom in PP were obtained with the micro-tomograph of the Polytechnic Institute from UERJ, for later comparison with the simulations. The HDPE disk phantoms were irradiated with 24 MeV energy proton beams at the cyclotron of the Institute of Nuclear Engineering (IEN). The reconstructed images of the phantom in PP with simulated data showed a good approximation of the structure when compared with x-ray tomographic images. The experiment of proton energy loss at IEN showed a great approximation with the simulated data obtained with Geant4 and SRIM.