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Proyecto Física en la Medicina Optimizar un modelo de fantoma humano para estudiar efectos de la radiación en el cuerpo humano. Objetivos: www.gphysics.net.

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1 Proyecto Física en la Medicina Optimizar un modelo de fantoma humano para estudiar efectos de la radiación en el cuerpo humano. Objetivos: – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Dr. Willy H. Gerber Instituto de Fisica Universidad Austral Valdivia, Chile Nota: este documento será ampliado a medida que en el trabajo se requiera de mas información. El presente set corresponde a la Versión

2 Modelo original 2 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión El modelo original fue creado por S. Guatelli y M. G. Pia INFN Genova, Italia y se basa en dos articulos: [1] W.S. Snyder, et al, "MIRD Pamphlet No. 5 Revised, Estimates of absorbed fractions for monoenergetic photon sources uniformly distributed in various organs of a heterogeneous phantom", J. Nucl. Med. Suppl., no. 3, pp. 5-52, [2] M. Cristy and K. F. Eckerman, "Specific absorbed fractions of energy at various ages from internal photon sources", ORNL/TM-8381/VI, Apr Trabajaremos sobre el segundo que tiene mayor detalle. La fase 3 se correra sobre una version modificada del programa en Geant4 creada por G. Guerrieri para los investigadores citados al inicio de esta lamina.

3 Archivos bases – Caso masculino 3 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión maleORNLArmBone.gdml maleORNLBrain.gdml maleORNLHead.gdml maleORNLHeart.gdml maleORNLKidney.gdml maleORNLLeftArmBone.gdml maleORNLLeftKidney.gdml maleORNLLeftLeg.gdml maleORNLLeftLegBone.gdml maleORNLLeftLung.gdml maleORNLLegBone.gdml maleORNLLegs.gdml maleORNLLiver.gdml maleORNLLowerLargeIntestine.gdml maleORNLLung.gdml maleORNLMiddleLowerSpine.gdml maleORNLPancreas.gdml maleORNLPelvis.gdml maleORNLRightArmBone.gdml maleORNLRightKidney.gdml maleORNLRightLeg.gdml maleORNLRightLegBone.gdml maleORNLRightLung.gdml maleORNLSkull.gdml maleORNLSpleen.gdml maleORNLStomach.gdml maleORNLThyroid.gdml maleORNLTrunk.gdml maleORNLUpperLargeIntestine.gdml maleORNLUpperSpine.gdml maleORNLUrinaryBladder.gdml Los archivos se pueden bajar desde Directorio ORNLModel

4 Archivos bases – Caso femenino 4 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión femaleORNLArmBone.gdml femaleORNLBrain.gdml femaleORNLHead.gdml femaleORNLHeart.gdml femaleORNLLeftArmBone.gdml femaleORNLLeftBreast.gdml femaleORNLLeftKidney.gdml femaleORNLLeftLeg.gdml femaleORNLLeftLegBone.gdml femaleORNLLeftLung.gdml femaleORNLLeftOvary.gdml femaleORNLLegBone.gdml femaleORNLLiver.gdml femaleORNLLowerLargeIntestine.gdml femaleORNLMiddleLowerSpine.gdml femaleORNLPancreas.gdml femaleORNLPelvis.gdml femaleORNLRightArmBone.gdml femaleORNLRightBreast.gdml femaleORNLRightKidney.gdml femaleORNLRightLeg.gdml femaleORNLRightLegBone.gdml femaleORNLRightLung.gdml femaleORNLRightOvary.gdml femaleORNLSkull.gdml femaleORNLSpleen.gdml femaleORNLStomach.gdml femaleORNLThyroid.gdml femaleORNLTrunk.gdml femaleORNLUpperLargeIntestine.gdml femaleORNLUpperSpine.gdml femaleORNLUrinaryBladder.gdml femaleORNLUterus.gdml Los archivos se pueden bajar desde Directorio ORNLModel

5 Imagen del modelo original 5 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión 06.09

6 Software 6 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión En mi pagina encontraran bajo mySoftware un editor de los archivos que describen el modelo (formato gdml). Con el se pueden modificar: 1.Agregar/quitar/modificar cuerpos geométricos 2.Realizar operaciones de grupo con los cuerpos (restar, sumar e intersección) 3.Asociar propiedades de materiales a cada cuerpo 4.Orientar en el espacio Existen dos formas de trabajar: 1.Con el editor que arme, que es mas cómodo para consultar pero menos practico para modificar los datos. 2.Trabajando directamente sobre el archivo gdml con editores como el jedit (download gratis y legal desde

7 Formato gdml 7 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Formato gdml

8 8 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión El archivo tiene 5 bloques de información: -Definiciones ( … ) -Materiales ( … ) -Cuerpos geométricos ( … ) -Estructuras ( … ) -Datos generales ( … ) Los bloques comienzan con el texto y terminan con

9 Formato gdml 9 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Comencemos con el bloque clave que es el de solids. Consta de un área en que están las figuras geométricas y una segunda en que se indica como se compone el solido. Los comandos geométricos están resumidos en mi pagina format.html y se escriben en la forma que allí se indica.http://www.gphysics.net/geant4/geant4-gdml- format.html Ejemplo: lunit indica las unidades en que están los valores. En este caso cm. El name es el nombre que debe ser único (dos cuerpos no pueden tener el mismo nombre) y se emplea para referenciar el cuerpo en las operaciones de ir armando el cuerpo.

10 Formato gdml 10 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Existen tres funciones distintas para ir armando el cuerpo: - union - subtraction - intersection Si se han definido dos sólidos con name S1 y S2 S1 S2 La idea es operar sobre el primero (first) con el segundo (second).

11 Formato gdml 11 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Las funciones generan un nuevo cuerpo de name N de la forma graficada: A continuación se explica como se define positionref y rotationref.

12 Formato gdml 12 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión La posición o rotación define como esta localizada la segunda figura respecto al origen. z x y x z 4.52 cm cm 45° Figura original Figura desplazada y rotada

13 Formato gdml 13 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Los positionref y rotationref se incluyen en el primer bloque, el define Usan las coordenadas relativas de S2 respecto de S1 mostradas en la lamina anterior. En este caso serian: Es importante que el nombre de la posición no se repita para otra posición. Las coordenadas se refieren a la posición relativa al primer cuerpo. La misma posición en si se puede usar en todas las uniones, substracciones e intersecciones que se desee. El ángulo se puede expresar tanto en grados como radianes en que se debe indicar la unit correspondiente. El ángulo se indica para el eje que se uso, en este caso la rotación se realizo en 45 grados en torno del eje y. Se pueden realizar rotaciones en los tres ejes. El nombre de la rotación no se debe repetir en otra rotación. Nota: OrganPos y OrganRot son las posiciones y rotaciones de todo el órgano respecto del cuerpo como un todo. Pueden ser modificadas si se requiere. Para la rotación el formato es:

14 Formato gdml 14 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión La propiedad de los materiales se define en el bloque. La primera parte contiene las definiciones de los elementos atómicos y solo se debe modificar si falta alguno. La segunda parte corresponde a la defunción de compuestos indicando la densidad y la proporción de cada elemento … Densidad en g/cm3 Elemento Fracción Mas modelos de materiales se encuentran en mi pagina

15 Formato gdml 15 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Para asignar materiales a volúmenes se trabaja en el bloque structure: Nombre del volumen con propiedades de material. Referencia al material a usar Referencia al volumen al que se le asigna la propiedad de material El ultimo bloque setup solo contiene información general del archivo y no necesita ser modificado.

16 Editor gdml 16 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Editor gdml

17 17 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Cargar archivo

18 Editor gdml - Definiciones 18 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión 06.09

19 Editor gdml - Materiales 19 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión 06.09

20 Editor gdml - Materiales 20 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión 06.09

21 Editor gdml - Sólidos 21 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión

22 Editor gdml - Sólidos 22 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión 06.09

23 Editor gdml - Estructura 23 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión 06.09

24 Editor gdml - Setup 24 – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión 06.09

25 Tarea – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Criterios de evaluación: Modelo original bien comprendido/analizado (geometría y masa) (1.0) - representación geometría sobre imágenes (0.5) - estimación de masa (0.5) Modelo geométrico nuevo es acorde a la geometría (1.0) - representación geométrica sobre imagen (0.6) - referencia a fuentes (0.4) Modelo geométrico nuevo tiene dimensiones adecuadas (1.0) - comparación con dimensiones originales (0.4) - escalación de imágenes empeladas (0.6) Modelo nuevo presenta adecuada distribución de masa (1.0) - estimación de masa (1.0) Modelo nuevo refleja adecuadamente composición - análisis critico del perfil empleado en el modelo original (0.4) - adecuación del perfil en el nuevo modelo (0.6) Modelo esta correctamente armado en formato gdml - si no hay errores conceptuales se obtienen: defintion (10%), materials (20%), solids (40%), structure (30%) Entrega :00 por mail – se subirá

26 1.Análisis del Modelo original 2.Modelo nuevo propuesto 3.Ajuste del modelo nuevo 4.Archivo gdml del nuevo modelo Tarea – Modelo de Documento de Solucion – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión 06.09

27 Tarea – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Análisis del modelo original El modelo original esta compuesto por dos elementos: -Una esfera de radio 6 mm y densidad homogénea -Un cilindro de 3 mm de largo y 1 mm de radio con una densidad de 1.05 g/cm3 Descripción del modelo existente

28 Tarea – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Calculo de parámetros Los volúmenes de ambos cuerpos son: La masa es:

29 Tarea – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Comparación del modelo con datos existentes Análisis de forma: 1.La figura modela correctamente el humor vítreo del ojo pero no la cornea. Por otro lado el nervio óptico se considera en forma horizontal. Referencia: imagen de ADAM, n_eye n_eye 2.Las dimensiones son similares a las que se indican en wikipedia. Referencia: n_eye n_eye

30 Tarea – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Modelo nuevo Propuesto Modificaciones propuestas: 1. Modelamiento de la Retina en forma separada del humor vítreo. 2. Introducción de un elipsoide para la cornea. 3. Inclinación del nervio óptico.

31 Tarea – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Determinación de proporción Cornea/Humero vítreo (por falta de referencias de valores medidos)

32 Tarea – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Proporción radio interno/externo: Proporción alto cornea/diámetro ojo: Proporción ancho cornea/diámetro ojo: Angulo nervio óptico:

33 Tarea – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Humor Vítreo modelado como agua (Referencia: )http://en.wikipedia.org/wiki/Vitreous_humour Volumen: esfera menos medio elipsoide: 2. Resto empleando modelo gphysics y modelo existente (Referencia: Eye Lens (ICRU-44) ) Volumen: capa de esfera mas elipsoide menos disco para eliminar zona que se sumo doble 3. Ajuste del modelo nuevo Modelo de dos tipos de materiales:

34 Tarea – UACH-Proyecto-en-la-Medicina-Versión Solid: S1: Esfera de radio R (orb) S2: Esfera de radio R (orb) S3: Elipsoide de semiejes a,b y a (ellipsoid) S4: Cilindro Formación: U1=S1-S2 Retina=U1-S3 (crear retina) Humor=S2-S3 (crear humor vítreo) U2=Retina+Humor U3=U2+S3 Ojo=U2+S4 Material Agua -> asignar a Humor ICRU-44 -> asignar a S3 Retina -> asignar a Retina 4. Modelo gdml (debe incluirse el archivo) Estructura del archivo gdml: Solo bosquejar que se hizo. El resto dejarlo documentado en el archivo


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