Objetivos
Conhecimento das grandezas radiométricas, dosimétricas, de proteção e operacionais das radiações ionizantes e sua utilização prática.
Cálculos utilizando a teoria de Bragg-Gray, a utilização de razões de poderes de paragem para cálculo de doses com detetores grandes e pequenos e discussão de limites de aplicação.
Capacidade de formulação de cálculos de dosimetria em radiologia, radioterapia e medicina nuclear.
Capacidade de realizar cálculos básicos de blindagem de radiação ionizante, em particular em aplicações de radioterapia.
Conhecimento das normas de proteção radiológica e sistemas de proteção associados, sabendo distinguir a função das diversas organizações nacionais e internacionais que as eleboram. A legislão europeia e portuguesa é especialmente focada, dando ao estudante a capacidade de resolver de um ponto de vista normativo, qualquer problema básico que lhe possa surgir, baseando-se nas normas existentes e trabalhar nestas sob supervisão de um especialista em física médica.
Resultados de aprendizagem e competências
O aluno deverá adquirir conhecimentos sobre a evolução histórica da aplicação das radiações ionizantes, desde a descoberta dos Raios X e da Radioatividade, bem como a sua utilização no contexto médico, nomeadamente Radioterapia, Medicina Nuclear e Radiologia. O aluno entra em contacto com as normas de proteção radiológica e sistemas de proteção associados, sabendo distinguir a função das várias organizações nacionais e internacionais que elaboram. A legislação europeia e portuguesa são especialmente orientadas, dando ao aluno a capacidade de investigar e resolver rapidamente, do ponto de vista normativo, qualquer problema básico que possa surgir, com base nas normas existentes e trabalhar sob a supervisão de um Especialista em Física Médica.
A dosimetria é apresentada como continuação natural dos conceitos aprendidos na UC de Física das Radiações. Os conceitos físicos são apresentados através de exemplos práticos na área da física médica, e dão ao estudante uma perspectiva geral dos cálculos dosimétricos nas áreas da radioterapia, da radiologia e medicina nuclear, assim como em cálculos de blindagem, o que lhes porporcionará as ferramentas básicas necessárias para a formulação independente e respectiva resolução de cálculos dosimétricos em física médica.
A perspectiva histórica da aplicação das radiações ionizantes fornece ao estudante uma estrutura de aprendizagem em que os actuais conceitos de proteção radiológica surgem de forma intuitiva, mostrando a necessidade das actuais directivas e norma nacionais e internacionais. Uma vez que a física médica atua nas áreas de radioterapia, medicina nuclear e radiologia, as principais metodologias de protecção radiológica são apresentadas neste enquadramento.
Modo de trabalho
Presencial
Programa
Dosimetria: revisão de conceitos de física das radiações.
Grandezas radiométricas, dosimétricas, de proteção e operacionais das radiações ionizantes.
Teoria de cavidades. Teoria de Bragg-Gray. Razões de poderes de paragem. Teorema de Fano.
Dosimetria e metrologia das radiações ionizantes. Estimativa de doses absorvidas. Dosímetros
Dosimetria em radiologia
Dosimetria em radioterapia.
Dosimetria em medicina nuclear.
Introdução ao cálculo de blindagens da radiação ionizante em radioterapia.
Micro e nanodosimetria.
Organizações nacionais e internacionais que regulamentam o uso seguro das radiações ionizantes.
Directivas e legislação aplicável.
Metodologia de controlo baseada nas recomendações internacionais.
Aspectos específicos da protecção radiológica nas áreas de Radioterapia, Medicina Nuclear e Radiologia.
Bibliografia Obrigatória
Dendy P. P.; Physics for diagnostic radiology. ISBN: 0-7503-0591-6
Dowd Steven B.; Practical radiation protection and applied radiobiology. ISBN: 0-7216-7523-9
Cherry Simon R.; Physics in nuclear medicine. ISBN: 0-7216-3341-X
Saha Gopal B.; Physics and radiobiology of nuclear medicine. ISBN: 0-387-95021-4
Alpen Edward L.; Radiation biophysics. ISBN: 0-12-053085-6
Attix Frank Herbert; Introduction to radiological physics and radiation dosimetry. ISBN: 0-471-01146-0
Pedro Andreo, David T. Burns, Alan E. Nahum, Jan Seuntjens, Frank H. Attix; Fundamentals of Ionizing Radiation Dosimetry, Wiley-VCH
Métodos de ensino e atividades de aprendizagem
Aulas teóricas e teorico-práticas
Tipo de avaliação
Avaliação por exame final
Componentes de Avaliação
Designação Peso (%)
Trabalho escrito 15,00
Teste 85,00
Total: 100,00
Componentes de Ocupação
Designação Tempo (Horas)
Estudo autónomo 100,00
Frequência das aulas 42,00
Trabalho escrito 20,00
Total: 162,00
Obtenção de frequência
De acordo com as regras vigentes na UP.
Fórmula de cálculo da classificação final
Componente Dosimetria: (70% teste + 30% 4 trabalhos quinzenais) vale 50%
Componente Proteção Radiológica: (100% teste) vale 50 %
O teste às duas componentes é realizado no mesmo dia.
Melhoria de classificação
Exame de recurso de acordo com as regras da UP.
Observações
Júri da disciplina:
- Fátima Mota, João Santos, Pedro Teles
Conhecimento das grandezas radiométricas, dosimétricas, de proteção e operacionais das radiações ionizantes e sua utilização prática.
Cálculos utilizando a teoria de Bragg-Gray, a utilização de razões de poderes de paragem para cálculo de doses com detetores grandes e pequenos e discussão de limites de aplicação.
Capacidade de formulação de cálculos de dosimetria em radiologia, radioterapia e medicina nuclear.
Capacidade de realizar cálculos básicos de blindagem de radiação ionizante, em particular em aplicações de radioterapia.
Conhecimento das normas de proteção radiológica e sistemas de proteção associados, sabendo distinguir a função das diversas organizações nacionais e internacionais que as eleboram. A legislão europeia e portuguesa é especialmente focada, dando ao estudante a capacidade de resolver de um ponto de vista normativo, qualquer problema básico que lhe possa surgir, baseando-se nas normas existentes e trabalhar nestas sob supervisão de um especialista em física médica.
Resultados de aprendizagem e competências
O aluno deverá adquirir conhecimentos sobre a evolução histórica da aplicação das radiações ionizantes, desde a descoberta dos Raios X e da Radioatividade, bem como a sua utilização no contexto médico, nomeadamente Radioterapia, Medicina Nuclear e Radiologia. O aluno entra em contacto com as normas de proteção radiológica e sistemas de proteção associados, sabendo distinguir a função das várias organizações nacionais e internacionais que elaboram. A legislação europeia e portuguesa são especialmente orientadas, dando ao aluno a capacidade de investigar e resolver rapidamente, do ponto de vista normativo, qualquer problema básico que possa surgir, com base nas normas existentes e trabalhar sob a supervisão de um Especialista em Física Médica.
A dosimetria é apresentada como continuação natural dos conceitos aprendidos na UC de Física das Radiações. Os conceitos físicos são apresentados através de exemplos práticos na área da física médica, e dão ao estudante uma perspectiva geral dos cálculos dosimétricos nas áreas da radioterapia, da radiologia e medicina nuclear, assim como em cálculos de blindagem, o que lhes porporcionará as ferramentas básicas necessárias para a formulação independente e respectiva resolução de cálculos dosimétricos em física médica.
A perspectiva histórica da aplicação das radiações ionizantes fornece ao estudante uma estrutura de aprendizagem em que os actuais conceitos de proteção radiológica surgem de forma intuitiva, mostrando a necessidade das actuais directivas e norma nacionais e internacionais. Uma vez que a física médica atua nas áreas de radioterapia, medicina nuclear e radiologia, as principais metodologias de protecção radiológica são apresentadas neste enquadramento.
Modo de trabalho
Presencial
Programa
Dosimetria: revisão de conceitos de física das radiações.
Grandezas radiométricas, dosimétricas, de proteção e operacionais das radiações ionizantes.
Teoria de cavidades. Teoria de Bragg-Gray. Razões de poderes de paragem. Teorema de Fano.
Dosimetria e metrologia das radiações ionizantes. Estimativa de doses absorvidas. Dosímetros
Dosimetria em radiologia
Dosimetria em radioterapia.
Dosimetria em medicina nuclear.
Introdução ao cálculo de blindagens da radiação ionizante em radioterapia.
Micro e nanodosimetria.
Organizações nacionais e internacionais que regulamentam o uso seguro das radiações ionizantes.
Directivas e legislação aplicável.
Metodologia de controlo baseada nas recomendações internacionais.
Aspectos específicos da protecção radiológica nas áreas de Radioterapia, Medicina Nuclear e Radiologia.
Bibliografia Obrigatória
Dendy P. P.; Physics for diagnostic radiology. ISBN: 0-7503-0591-6
Dowd Steven B.; Practical radiation protection and applied radiobiology. ISBN: 0-7216-7523-9
Cherry Simon R.; Physics in nuclear medicine. ISBN: 0-7216-3341-X
Saha Gopal B.; Physics and radiobiology of nuclear medicine. ISBN: 0-387-95021-4
Alpen Edward L.; Radiation biophysics. ISBN: 0-12-053085-6
Attix Frank Herbert; Introduction to radiological physics and radiation dosimetry. ISBN: 0-471-01146-0
Pedro Andreo, David T. Burns, Alan E. Nahum, Jan Seuntjens, Frank H. Attix; Fundamentals of Ionizing Radiation Dosimetry, Wiley-VCH
Métodos de ensino e atividades de aprendizagem
Aulas teóricas e teorico-práticas
Tipo de avaliação
Avaliação por exame final
Componentes de Avaliação
Designação Peso (%)
Trabalho escrito 15,00
Teste 85,00
Total: 100,00
Componentes de Ocupação
Designação Tempo (Horas)
Estudo autónomo 100,00
Frequência das aulas 42,00
Trabalho escrito 20,00
Total: 162,00
Obtenção de frequência
De acordo com as regras vigentes na UP.
Fórmula de cálculo da classificação final
Componente Dosimetria: (70% teste + 30% 4 trabalhos quinzenais) vale 50%
Componente Proteção Radiológica: (100% teste) vale 50 %
O teste às duas componentes é realizado no mesmo dia.
Melhoria de classificação
Exame de recurso de acordo com as regras da UP.
Observações
Júri da disciplina:
- Fátima Mota, João Santos, Pedro Teles
- Professor: João António Miranda dos Santos
- Professor: Pedro Manuel Peixoto Teles
Período: 2ºSemestre
Unidade Orgânica: FCUP
Ano Letivo: 2024/2025
Código: FIS4042
Língua de trabalho
Português - Suitable for English-speaking students
Objetivos
Entender conceitos fundamentais de análise estatística e ser capazes de caracterizar um grupo estatístico.
Conseguir aplicar simples algoritmos de Python para resolução de problemas estatísticos.
Conhecer as distribuições binomial, de Poisson, de Gauss, e t-Student.
Entender a abordagem numérica para solução de problemas e ter capacidade de estabelecer um algoritmo básico para modelagem numérica.
Ser capaz de avaliar criticamente os resultados.
Conhecer os conceitos dos números aleatórios e pseudoaleatórios.
Conhecer os algoritmos de geração de números aleatórios.
Adquirir a familiarização com software para análise estatística e numérica e modelação de Monte Carlo.
Entender o Método Monte Carlo e as aplicações em transporte de radiação.Estabelecer uma simulação Monte Carlo para transporte de radiação.
Ser capazes de avaliar a qualidade duma simulação a partir da análise de dados e verificar e ajustar os parâmetros geométricos, físicos e estatísticos da simulação.
Ter capacidade de escolher o melhor código de Monte Carlo segundo exemplos específicos.
Conhecer o Método de solução de problemas inversos e as aplicações em física médica.
Saber como trabalhar em hospital ou ambiente de investigação, onde soluções numéricas de problemas complexos são requeridas.
Resultados de aprendizagem e competências
Competências Principais
Resolução de problemas por métodos numéricos.
Utilização de ferramentas/software adequado.
Análise de resultados e estabelecimento dos seus domínios de validade.
Realizar simulações de Monte Carlo simples para resolução de problemas em Física Médica
Entender a aplicação das ferramentas do curso no campo da Física Médica.
Modo de trabalho
Presencial
Programa
1) Introdução:
- Métodos Numéricos e estatísticos em Física Médica e exemplos ilustrativos, utilizando Python.
2) Estatística:
- Revisão conceitos: estatística descritiva e inferencial; população, amostra, amostragem. Modelação de populações com distribuições de probabilidade discretas e contínuas: distribuições de Poisson, binomial e distribuições normais. Distribuição t-student. Momentos de distribuições; média e variância de uma amostra. Teorema do Limite Central. Média de amostra e suas propriedades.
- Algoritmos de geração de números aleatórios e pseudoaleatórios.
3) Métodos Computacionais
- Noções básicas de programação em Python e aplicações em problemas estatísticos
- Programar uma descrição Monte Carlo simplificado de transporte através da criação dum gerador básico de números aleatórios.
4) Monte Carlo
- Apresentar o Método Monte Carlo como uma abordagem para resolver problemas numéricos complexos, como a integração. Descrever diferentes códigos comummente usados em Física Médica para transporte de radiação.
- Diferentes códigos e tópicos de aplicação.
- MCNPX: características e aplicações em Física Médica. Criar uma aplicação em MCNPX.
- Planeamento inverso em radioterapia.
5) Fantomas computacionais antropomórficos
- Descrever diferentes tipos de fantomas em 3 categorias: Matemático, tipo Voxel e representação em fronteiras.
- Criar um exemplo dum fantoma específico dum paciente.
Bibliografia Obrigatória
000076128. ISBN: 0-19-263269-8 ((An introduction to medical statistics))
Mould Richard F.; Introductory medical statistics. ISBN: 0-7503-0513-4
LearnPyhton.org ; http://www.learnpython.org/ (Tutorial interativo de Pyhton)
Seco João 340; Monte Carlo techniques in radiation therapy. ISBN: 9781466507920
Alex F Bielajew ; Fundamentals of Monte Carlo Transport for neutral and Charged particles, , University of Michigan, 1998-2001 (http://www-personal.umich.edu/~bielajew/MCBook/book.pdf)
LANL/MCNP team; MCNP User Guide (disponível na página moodle da unidade curricular)
Bibliografia Complementar
000041234 ((Numerical Methods...))
000010744. ISBN: 0-201-18399-4 ((A book on C...))
Alex F Bielajew; Fundamentals of Radiation Dosimetry and Radiological Physics, 2005 (http://www-personal.umich.edu/~bielajew/DosimetryBook/book.pdf)
000072453. ISBN: 0-521-75033-4 ((Numerical Recipes in C))
Alireza Haghighat; Monte Carlo Methods for Particle Transport, CRC Press , 2014. ISBN: 9781466592537
Xie George Xu and Keith F. Eckermann; Handbook of Anatomical Models for Radiation Dosimetry, Taylor & Francis, 2009. ISBN: 978-1-4200-5980-9
Métodos de ensino e atividades de aprendizagem
Aulas Teórico-Práticas incluindo exposição e resolução em computador de problemas sobre os temas do programa.
Sempre que possível são explorados problemas no contexto da Física Médica.
Software
Jupyter Lab
pacote monte carlo
MCNPx
Anaconda
Python com matplotlib, ipython, numpy e scipy
PRIMO software
Image J
Palavras Chave
Ciências Físicas > Física > Física aplicada > Física médica
Ciências Físicas > Física > Física computacional
Tipo de avaliação
Avaliação distribuída sem exame final
Componentes de Avaliação
Designação Peso (%)
Trabalho laboratorial 33,00
Teste 33,00
Trabalho prático ou de projeto 34,00
Total: 100,00
Componentes de Ocupação
Designação Tempo (Horas)
Elaboração de projeto 50,00
Estudo autónomo 56,00
Frequência das aulas 56,00
Total: 162,00
Obtenção de frequência
- Nota final mínima de 9.5 valores.
Fórmula de cálculo da classificação final
Para obter a classificação final CF, conta:
Resolução de problemas de implementação computacional aplicados a estatística, métodos computacionais e algoritmos de transporte de radiação, entregues semanalmente sob a forma de relatório, em documento Jupyter Notebook.
Teste escrito de avaliação de conhecimentos, realizado a meio do semestre
Escolha dum projeto final (relatório), com apresentação oral e relatório final escrito, sobre as temáticas abordas na aula ou outras consideradas pertinentes para a disciplina.
CF = 0,34 (Trabalho/Projeto Final) + 0,33 (2 mini-testes) + 0,33 (Avaliação contínua - inclui entrega de problemas semanais/quinzenais)
Melhoria de classificação
Os alunos podem requisitar melhoria apenas aos mini-testes
Português - Suitable for English-speaking students
Objetivos
Entender conceitos fundamentais de análise estatística e ser capazes de caracterizar um grupo estatístico.
Conseguir aplicar simples algoritmos de Python para resolução de problemas estatísticos.
Conhecer as distribuições binomial, de Poisson, de Gauss, e t-Student.
Entender a abordagem numérica para solução de problemas e ter capacidade de estabelecer um algoritmo básico para modelagem numérica.
Ser capaz de avaliar criticamente os resultados.
Conhecer os conceitos dos números aleatórios e pseudoaleatórios.
Conhecer os algoritmos de geração de números aleatórios.
Adquirir a familiarização com software para análise estatística e numérica e modelação de Monte Carlo.
Entender o Método Monte Carlo e as aplicações em transporte de radiação.Estabelecer uma simulação Monte Carlo para transporte de radiação.
Ser capazes de avaliar a qualidade duma simulação a partir da análise de dados e verificar e ajustar os parâmetros geométricos, físicos e estatísticos da simulação.
Ter capacidade de escolher o melhor código de Monte Carlo segundo exemplos específicos.
Conhecer o Método de solução de problemas inversos e as aplicações em física médica.
Saber como trabalhar em hospital ou ambiente de investigação, onde soluções numéricas de problemas complexos são requeridas.
Resultados de aprendizagem e competências
Competências Principais
Resolução de problemas por métodos numéricos.
Utilização de ferramentas/software adequado.
Análise de resultados e estabelecimento dos seus domínios de validade.
Realizar simulações de Monte Carlo simples para resolução de problemas em Física Médica
Entender a aplicação das ferramentas do curso no campo da Física Médica.
Modo de trabalho
Presencial
Programa
1) Introdução:
- Métodos Numéricos e estatísticos em Física Médica e exemplos ilustrativos, utilizando Python.
2) Estatística:
- Revisão conceitos: estatística descritiva e inferencial; população, amostra, amostragem. Modelação de populações com distribuições de probabilidade discretas e contínuas: distribuições de Poisson, binomial e distribuições normais. Distribuição t-student. Momentos de distribuições; média e variância de uma amostra. Teorema do Limite Central. Média de amostra e suas propriedades.
- Algoritmos de geração de números aleatórios e pseudoaleatórios.
3) Métodos Computacionais
- Noções básicas de programação em Python e aplicações em problemas estatísticos
- Programar uma descrição Monte Carlo simplificado de transporte através da criação dum gerador básico de números aleatórios.
4) Monte Carlo
- Apresentar o Método Monte Carlo como uma abordagem para resolver problemas numéricos complexos, como a integração. Descrever diferentes códigos comummente usados em Física Médica para transporte de radiação.
- Diferentes códigos e tópicos de aplicação.
- MCNPX: características e aplicações em Física Médica. Criar uma aplicação em MCNPX.
- Planeamento inverso em radioterapia.
5) Fantomas computacionais antropomórficos
- Descrever diferentes tipos de fantomas em 3 categorias: Matemático, tipo Voxel e representação em fronteiras.
- Criar um exemplo dum fantoma específico dum paciente.
Bibliografia Obrigatória
000076128. ISBN: 0-19-263269-8 ((An introduction to medical statistics))
Mould Richard F.; Introductory medical statistics. ISBN: 0-7503-0513-4
LearnPyhton.org ; http://www.learnpython.org/ (Tutorial interativo de Pyhton)
Seco João 340; Monte Carlo techniques in radiation therapy. ISBN: 9781466507920
Alex F Bielajew ; Fundamentals of Monte Carlo Transport for neutral and Charged particles, , University of Michigan, 1998-2001 (http://www-personal.umich.edu/~bielajew/MCBook/book.pdf)
LANL/MCNP team; MCNP User Guide (disponível na página moodle da unidade curricular)
Bibliografia Complementar
000041234 ((Numerical Methods...))
000010744. ISBN: 0-201-18399-4 ((A book on C...))
Alex F Bielajew; Fundamentals of Radiation Dosimetry and Radiological Physics, 2005 (http://www-personal.umich.edu/~bielajew/DosimetryBook/book.pdf)
000072453. ISBN: 0-521-75033-4 ((Numerical Recipes in C))
Alireza Haghighat; Monte Carlo Methods for Particle Transport, CRC Press , 2014. ISBN: 9781466592537
Xie George Xu and Keith F. Eckermann; Handbook of Anatomical Models for Radiation Dosimetry, Taylor & Francis, 2009. ISBN: 978-1-4200-5980-9
Métodos de ensino e atividades de aprendizagem
Aulas Teórico-Práticas incluindo exposição e resolução em computador de problemas sobre os temas do programa.
Sempre que possível são explorados problemas no contexto da Física Médica.
Software
Jupyter Lab
pacote monte carlo
MCNPx
Anaconda
Python com matplotlib, ipython, numpy e scipy
PRIMO software
Image J
Palavras Chave
Ciências Físicas > Física > Física aplicada > Física médica
Ciências Físicas > Física > Física computacional
Tipo de avaliação
Avaliação distribuída sem exame final
Componentes de Avaliação
Designação Peso (%)
Trabalho laboratorial 33,00
Teste 33,00
Trabalho prático ou de projeto 34,00
Total: 100,00
Componentes de Ocupação
Designação Tempo (Horas)
Elaboração de projeto 50,00
Estudo autónomo 56,00
Frequência das aulas 56,00
Total: 162,00
Obtenção de frequência
- Nota final mínima de 9.5 valores.
Fórmula de cálculo da classificação final
Para obter a classificação final CF, conta:
Resolução de problemas de implementação computacional aplicados a estatística, métodos computacionais e algoritmos de transporte de radiação, entregues semanalmente sob a forma de relatório, em documento Jupyter Notebook.
Teste escrito de avaliação de conhecimentos, realizado a meio do semestre
Escolha dum projeto final (relatório), com apresentação oral e relatório final escrito, sobre as temáticas abordas na aula ou outras consideradas pertinentes para a disciplina.
CF = 0,34 (Trabalho/Projeto Final) + 0,33 (2 mini-testes) + 0,33 (Avaliação contínua - inclui entrega de problemas semanais/quinzenais)
Melhoria de classificação
Os alunos podem requisitar melhoria apenas aos mini-testes
- Professor: Pedro Manuel Peixoto Teles
Período: 2ºSemestre
Unidade Orgânica: FCUP
Ano Letivo: 2024/2025
Código: F4011