AVALIAÇÃO DO FATOR DE TRANSMISSÃO EM BETATERAPIA UTILIZANDO O CÓDIGO MCNP-4A

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1 2005 International Nuclear Atlantic Conference - INAC 2005 Santos, SP, Brazil, August 28 to September 2, 2005 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA NUCLEAR - ABEN ISBN: AVALIAÇÃO DO FATOR DE TRANSMISSÃO EM BETATERAPIA UTILIZANDO O CÓDIGO MCNP-4A Marco P. V. Franco, Daniel A. M. Campolina, Marcelo E. Gualberto, Ângela Fortini e Claubia Pereira Departamento de Engenharia Nuclear Escola de Engenharia Universidade do Estado de Minas Gerais Av. Antônio Carlos, 6627, Pampulha Belo Horizonte, MG marcopaulo@ufmg.br campolina@nuclear.ufmg.br fortini@nuclear.ufmg.br claubia@nuclear.ufmg.br RESUMO A radioterapia beta vem se estabelecendo como alternativa de tratamento de afecções oculares tais como o pterígio, ceratite, melanomas, carcinomas e vascularização da. Porém tais radiações podem ocasionar efeitos secundários prejudiciais, como o desenvolvimento a longo prazo de catarata na lente do olho. Deve-se, portanto, observar o limite de dose ao qual o cristalino será submetido sem, no entanto, comprometer o sucesso terapêutico a nível corneano. Neste trabalho, usando técnicas de Monte Carlo, obteve-se a construção de um modelo representativo do olho humano e o fator de transmissão sob emissão de raios beta. A fonte utilizada foi de Sr/ Y, usualmente empregada, e também de 147 Pm. Foram feitas avaliações para diferentes distâncias fonte-, tendo sempre em vista a proporção de partículas que chegam à e ao cristalino. Para a fonte de Sr/ Y foi também avaliada a alteração do fator de transmissão provocado pela inserção de um absorvedor de aço inox. 1. INTRODUÇÃO Doenças oculares têm sido submetidas a tratamento radioterápico desde o início do século XX. Na década de 40, optou-se pela utilização de fontes de radiação beta em contraposição aos raios-x macios e duros usados até então. Em comparação com fótons, os raios beta apresentam um pequeno alcance no tecido humano, possibilitando a aplicação terapêutica apenas nas proximidades do tecido alvo. Inicialmente empregou-se fontes de 210 Bi, cuja meiavida de cerca de 5 dias tornou seu uso rotineiro inviável pela necessidade de troca e recalibração constante das fontes. As características dos isótopos Sr/ Y, emissor beta puro, de baixo custo e meia-vida relativamente longa (28 anos), proporcionaram sua utilização comercial, sendo esta hoje a fonte mais empregada neste tipo de aplicação. O alvo da radioterapia beta em aplicações oftalmológicas é a, tecido acometido por patologias tais como o pterígio, ceratites, melanomas e carcinomas, entre outras. Um efeito secundário desta técnica é a exposição da estrutura do cristalino à radiação, o que pode resultar no desenvolvimento ulterior de catarata. A localização próxima do cristalino em relação à, cerca de 2 a 3mm, permite que parte dos raios beta atinjam o cristalino,

2 mesmo para raios de baixo alcance no tecido humano. A dose máxima normalmente aceita neste caso é de 1 a 2Gy [1], valor bem inferior aos usados na prática, cerca de 40Gy. A fração de incidência destes raios no cristalino em relação à (dose superficial) não deveria assim ultrapassar os 5%, restrição não adotada na maioria dos casos práticos. O tempo de indução de catarata por radiação beta varia de 5 a 10 anos, tempo suficientemente longo para haver incerteza da causa da afecção, ou seja, há dificuldade de diagnóstico do excesso de dose. Além disso, a dose a ser aplicada varia de paciente para paciente, obedecendo valores diferentes de acordo com a distância do aplicador à, distância da ao cristalino, idade do paciente, tipo de radioisótopo, direção de aplicação (frontal ou lateral), etc. 2. MODELAGEM 2.1. O Olho Nesta primeira etapa do trabalho, o modelo simulado do olho humano foi simplificado em relação a um olho real. Procurou-se reproduzir a e o cristalino com o mais alto grau de semelhança, uma vez que são as estruturas-alvo do estudo. Suas dimensões foram todas respeitadas de acordo com [2], assim como as distâncias entre eles e sua composição química. Entre estas duas estruturas encontra-se o humor aquoso, que também por simplificação teve seu material composto apenas por água, substância que na estrutura real preenche quase a sua totalidade. As demais estruturas foram suprimidas, uma vez que suas composições são muito semelhantes ao humor aquoso e todas elas apresentando densidades compatíveis com a da água. Em relação à geometria utilizada, partiu-se do princípio que o cristalino pode ser obtido pela interseção de duas esferas e a deveria ser composta pelo espaço entre dois hiperbolóides de duas folhas limitados por um plano perpendicular ao seu eixo. Desse modo, conseguiríamos reproduzir uma real com maior rigor geométrico. Porém houve problemas de origem computacional na determinação da massa e volume da célula da. Optou-se então por aproximar as curvas que compõem a por duas esferas concêntricas de raios que diferem pela espessura média da (Fig.1). Como alternativa de seqüência deste estudo, propõe-se a modelagem da utilizando-se hiperbolóides de duas folhas ou até mesmo elipsóides. A inclusão de estruturas oculares secundárias também faz parte de possíveis extensões deste trabalho. Em relação às análises dosimétricas, posteriormente devem-se variar as distâncias fonte- avaliadas, assim como a utilização de absorvedores de materiais e espessuras diferentes.

3 Figura 1 - Corte vertical do modelo geométrico do olho humano. Dimensões em cm A Fonte Uma vez especificado o modelo geométrico do olho a ser utilizado, passou-se às especificações da fonte de radiação beta. Os emissores betas utilizados com fins radioterápicos devem possuir três características preferenciais, a saber: meia-vida relativamente longa; ser um emissor puro ou quase puro, ou seja, o isótopo e seus filhos devem apresentar níveis mínimos de emissão gama; energia adequada para aplicações terapêuticas, permitindo a penetração necessária no tecido alvo e simultaneamente confinando seu efeito à região desejada. A terceira característica descrita deve ser observada com um cuidado especial, pois a dose no cristalino está diretamente ligada à energia das partículas beta emitidas pelo isótopo. A fonte usada, Sr/ Y, tem apresentado resultados satisfatórios no tratamento pós-operatório do pterígio, reduzindo a sua reincidência para taxas de 3,5% [3]. A sua desintegração está representada pelas equações abaixo [4]: [2,27MeV (99,98%)] [0,51MeV (0,02%)] T Sr Y 1 2 Y + β [0,54MeV ( 10)] T Zr( estavel) + β = 64,8h ( 2) 1 2 = 28,8a ( 1) Estes radioisótopos podem ser obtidos através de produtos de fissão, o que reduz o seu custo. As atividades dos 2 isótopos são iguais, resultado do equilíbrio radioativo estabelecido na fonte após duas a três semanas. Enquanto a radiação beta proveniente do Sr é absorvida na, os raios originados a partir do Y alcançam o cristalino e nele se depositam a níveis intolerantes.

4 Com relação à fonte 147 Pm, sabe-se que este isótopo apresenta energias bem inferiores às do Sr/ Y, e sua utilização tem o intuito de reduzir a dose no cristalino. Devido ao seu pequeno alcance, este tipo de fonte é usado apenas no tratamento de afecções externas à, pois a sua radiação não penetra além do nível da superfície corneana. O 147 Pm também é obtido através de produtos de fissão e seu custo é extremamente baixo. Sua equação de desintegração é descrita abaixo: Pm Sm + 0,225MeV ( 10)] T = 2,5a [ 1 2 ( 3) 3. RESULTADOS Uma vez determinado o modelo a ser utilizado, passou-se à fase de simulações. Mantendo-se fixa a posição ocular, variou-se a posição da fonte, escolhendo-se os valores de distância fonte-, em centímetros: 0 (ou contato), 0.5, 1, 2, 5, 10, 15, 20 e 30. Para a fonte de Sr/ Y, cada um destes valores foi simulado três vezes, sem absorvedores e com absorvedores de 0.42 e 0.63mm. A fonte de 147 Pm foi simulada apenas para os casos sem absorvedores, dado seu baixo alcance. O resultado obtido em cada simulação é composto pela fluência que penetra em um determinado volume, neste caso, e cristalino. Uma vez de posse destes valores, podese calcular o que foi denominado aqui Fator de Transmissão, simplesmente obtendo-se a razão entre os valores obtidos no cristalino em relação aos valores obtidos na. O Fator de Transmissão pode ser também interpretado como a porcentagem relativa da dose absorvida. Porém, preferiu-se trabalhar com porcentual por unidade de área que chega à região de interesse devido à sua maior facilidade de obtenção e manuseio. Os resultados obtidos através das simulações estão na Tabela 1, com valores para o cristalino e e o respectivo Fator de Transmissão obtidos na simulação. O próximo passo deste trabalho é validar a modelagem realizada utilizando-a para reproduzir um sistema experimental através de uma câmara de extrapolação [5].

5 Tabela 1. Fluência (cm 2 ) -1 no cristalino e na e fator de transmissão (). Fonte (cm) 0 cristalino 0.5 cristalino 1 cristalino 2 cristalino 5 cristalino 10 cristalino 15 cristalino 20 cristalino 30 cristalino Sr/Y 147Pm Espessura do absorvedor 0mm 0.42mm 0.63mm 0mm 9.732E E E E E-01 20,3 17,82% E E-01 15,52% E E-02 15,54% E E-02 32,19% E E-02 37,43% E E-03 44,02% E E-03 52,57% E E-04 54,94% E E-04 52,84% E E-04 34,43% E E-02 40,44% E E-02 50,21% E E-02 57,28% E E-03 72,54% E E-04 69,79% E E-04 86,89% E E-04 85,71% E E-05 44,39% E E-02 24,33% E E-02 31,89% E E-03 40,86% E E-03 50,65% E E-04 43,35% E E-04 33,65% E E-04 55,5% E E-05 49,94% E E E E E E E E CONCLUSÕES Tanto a geometria quanto a composição do olho, e as fontes foram modeladas adequadamente utilizando o código MCNP-4A. Os resultados obtidos estão condizentes com as bibliografias utilizadas [1-5]. O próximo passo será a validação deste modelo utilizando dados obtidos em uma câmara de extrapolação. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq e à CAPES que direta ou indiretamente contribuíram para a realização deste trabalho. REFERENCIAS 1. A.H. Oliveira, Influence dês conditions d irradiation par dês rayonnements beta sur la response d instruments de radioprotection, Tese de Doutorado. Institut National Polytechnique de Grenoble, Grenoble, (1984).

6 2. M. Tubiana, J. Dutreix, Bases physiques de la radioterapie et de la radiobiologie, Masson, (1963). 3. G.R. Merrian, The effects of ionizing radiation on the eye, Frontiers of Radiation Therapy. University Park Press, (1972). 4. ICRU, Rapport. 16, (1970). 5. M. E. Gualberto, A. Fortini, Fatores de Transmissão de Dose em Betaterapia. Encontro Nacional de Aplicações Nucleares, Brasil, (1997).