Comparação das razões C K

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1 Artigo Original Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):7-14. Comparação das razões C K obtidas por diferentes laboratórios de dosimetria Comparison of C K values obtained by different dosimetry laboratories Laura N. Rodrigues 1,2, Patrícia M. de Siqueira 2 1 Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes, Brasil Rio de Janeiro (RJ), Brasil 2 Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, Comissão Nacional de Energia Nuclear (IPEN/CNEN) São Paulo (SP), Brasil Resumo A fim de implementar o novo código de prática da Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA) no Brasil, o Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes do Instituto de Radioproteção e Dosimetria (LNMRI/IRD) e o Laboratório de Calibração de Instrumentos do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (LCI/IPEN) estão realizando calibrações em termos de kerma no ar e em termos de dose absorvida na água, em feixes de 60 Co. As razões N D,w /N K obtidas são comparadas com valores da literatura, obtendo-se concordância satisfatória. As diferenças entre os valores das razões C K (N D,w /N K ) obtidas no presente trabalho e os valores da literatura são devidas a vários fatores. Esses fatores podem ser as variações entre as câmaras, que devem ser objeto de diferenças nas incertezas estimadas pelos Laboratórios de Dosimetria Padrão Primário (PSDL), e as diferenças nos padrões utilizados por cada Instituto de Metrologia Nacional (NMI). No entanto, se forem conhecidas as razões entre cada NMI e o Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), para os padrões de kerma no ar e de dose absorvida na água, é possível a normalização das razões C K medidas para as razões equivalentes ao BIPM. Todos os resultados de razões C K obtidos foram convertidos para as razões equivalentes ao BIPM para facilitar a comparação. Neste artigo, é discutida a utilização da razão C K como parâmetro dependente da câmara e como indicador de controle de qualidade na verificação de resultados das calibrações rotineiras. Palavras-chave: Protocolos de dosimetria, padronização secundária, laboratório de dosimetria, dose absorvida. Abstract In order to implement the new IAEA code of practice in Brazil the national calibration laboratories, the National Laboratory for Metrology of Ionizing Radiation and the Laboratory of Instrument Calibration, are calibrating clinical dosimeters in terms of both air kerma and absorbed dose to water in a 60 Co gamma ray beam. The N D,w /N K ratios thus obtained are then compared with the literature values; a satisfactory agreement has been found. The differences between the C K values obtained in the present work and the literature values may be due to several components. These could be the chamber-to-chamber variations which may be subject to different estimated uncertainties by Primary Standard Dosimetry Laboratories (PSDLs), and the variations in the standards used by each National Metrology Institute (NMI). However, since the ratio of both air kerma and absorbed dose to water standards for each NMI to those of the Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) are known, it is possible to reduce the measured ratios to the expected BIPM equivalent ratios. All these C K results have been converted to the BIPM equivalent values to facilitate comparison. The use of the C K value as a chamber dependent parameter and quality control indicator to verify the results of the routine calibrations is discussed in this paper. Keywords: Dosimetry protocols, secondary standardization, dosimetry laboratory, absorbed dose. Introdução Desde 1978, o Comitê Alemão de Padrões (Normenausschuss Radiologie im DIN Deutches Institut für Normung) propõe formalmente a calibração de instrumentos de campo em termos de dose absorvida na água para toda a faixa de energia de feixes de fótons utilizados em Radioterapia 1. Entretanto, esta aproximação não foi adotada na época, uma vez que não existia a disponibilidade de nenhum padrão de dose absorvida na água. A vantagem principal de se utilizar a dose absorvida na água como padrão básico é que a mesma grandeza é empregada ao longo de toda a cadeia metrológica, desde os padrões primários até os instrumentos de campo. Além disso, a grandeza dose absorvida, em termos da qual os padrões primários determinam as suas leituras, estará próxima do efeito físico em que o padrão se baseia, o que Correspondência: Laura Natal Rodrigues Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, Comissão Nacional de Energia Nuclear (IPEN/CNEN) Avenida Professor Lineu Prestes, Cidade Universitária São Paulo (SP), Brasil CEP: lnatal@usp.br Associação Brasileira de Física Médica 7

2 Rodrigues LN, Siqueira PM minimizará a aplicação de vários fatores de correção, assim como as incertezas envolvidas neste procedimento. É importante ressaltar que este conceito de calibração em termos de dose absorvida na água aplica-se a todos os tipos de radiação e para todas as energias. Seguindo este conceito, vários laboratórios de calibração (NIST, NRC, METAS, LSDG, NPL e PTB) 2 desenvolveram ou estão desenvolvendo calorímetros como padrão primário para dose absorvida na água para radiação gama de 60 Co, bem como em aceleradores lineares. A primeira etapa neste procedimento é fornecer o fator de calibração em termos de dose absorvida na água para os usuários no feixe de referência, geralmente radiação gama de 60 Co. A segunda etapa consiste na determinação dos fatores de correção da câmara que dependem da qualidade do feixe para várias energias. Desde a publicação do protocolo da Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA, do inglês International Atomic Energy Agency), vários países que tinham o seu próprio protocolo passaram a adotá-lo visando à uniformização da dosimetria em Radioterapia em nível internacional. Logo após a sua publicação, foi criado um Programa de Pesquisa Coordenado (CRP) pela IAEA com o objetivo de testar este protocolo. Além disso, houve a necessidade de aperfeiçoamento no cálculo dos fatores de correção e coeficientes de interação, de forma que as incertezas pudessem ser reavaliadas e, se possível, minimizadas. O trabalho desenvolvido pelo Programa de Pesquisa Coordenado resultou em um Relatório Técnico da IAEA 4, no qual ficou estabelecido que a dosimetria para feixes de 60 Co, feixes de fótons e elétrons de altas energias (E o >10 MeV) estavam consistentes com os conceitos estabelecidos pelo protocolo da IAEA. Simultaneamente, surgiu uma proposta de um novo formalismo para a determinação da dose absorvida na água 5. Neste formalismo, as etapas para a determinação da dose são bastante simplificadas e, consequentemente, as incertezas envolvidas são menores. Alguns laboratórios primários já estão utilizando este formalismo, com o objetivo de determinar a dose absorvida na água. Além do mais, várias comparações internacionais promovidas pelo Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) têm sido realizadas nos últimos anos com o propósito de aplicar este novo formalismo. A IAEA publicou a versão final de um novo código de prática, o Technical Reports Series No. 398, baseado inteiramente em padrões de dose absorvida na água 6. Este código de prática está sendo implementado gradualmente no Brasil, realizando a substituição do código de prática utilizado no país, o IAEA Technical Reports Series No , que é baseado em padrões de kerma no ar 7. Nos dois laboratórios de calibração do Brasil, o Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes (LNMRI) e o Laboratório de Calibração de Instrumentos (LCI), nos quais não há acesso a um acelerador linear, a aproximação utilizada é fornecer aos centros de Radioterapia o fator de calibração em termos de dose absorvida na água para a câmara de ionização, na qualidade de referência do 60 Co, e derivar teoricamente os fatores de correção para o modelo apropriado de câmara, que deve ser aplicado para outras qualidades de feixe. Neste artigo, são discutidas as investigações realizadas com o intuito de mostrar a confiabilidade na utilização do código de prática 398 e os resultados de sua implementação. Material e métodos Com o objetivo de implementar o novo formalismo, baseado em padrões de dose absorvida na água, uma série de comparações tem sido realizada desde O primeiro estágio dessa implementação foi analisar a estabilidade, a longo prazo, de quatro câmaras padrões secundários, utilizadas como instrumentos de transferência (câmaras NE 2561), com rastreabilidade ao BIPM, em termos da grandeza de interesse. Portanto, o procedimento adotado no LNMRI e no LCI foi analisar a razão entre o fator de calibração em termos de dose absorvida na água e o fator de calibração em termos de kerma no ar, obtidos no 60 Co, para os quatro padrões de transferência utilizados, antes de oferecer o serviço de calibração em termos de dose absorvida na água aos usuários. Além disso, foi feita uma série de comparações entre estes padrões a fim de determinar o comportamento geral das câmaras. Em ambos os laboratórios de calibração do Brasil, o LNMRI e o LCI, a implementação da calibração em termos de dose absorvida na água das câmaras de ionização dos hospitais iniciou-se em julho de A partir de então, a estabilidade a longo prazo do padrão de trabalho é verificada em termos de kerma no ar e em termos de dose absorvida na água antes de cada calibração das câmaras dos usuários. O segundo estágio da implementação consistiu na calibração dos padrões de transferência e de referência do LNMRI e do LCI, a fim de avaliar a razão N D,w /N K para estes padrões. Em uma análise preliminar, as razões obtidas foram comparadas com os valores determinados por outros laboratórios, como o National Physical Laboratory (NPL), no Reino Unido, o Laboratório de Dosimetria da IAEA, entre outros. As medidas foram feitas em uma instalação para irradiação com raios gama de 60 Co, que contém um irradiador de Cobalto-60 Gammatron, modelo S80 (Siemens). As câmaras foram colocadas em um dispositivo de posicionamento fixo para garantir o seu correto posicionamento. O centro das câmaras foi alinhado com o plano de referência, e as correntes de ionização foram medidas utilizando-se um eletrômetro modelo (PTW, Germany). No procedimento convencional, as correntes foram medidas a uma tensão de polarização de -300 V (tensão de polarização normal) e a uma tensão de -150 V, a fim de determinar o fator de correção para recombinação, que foi determinado por meio do método das duas voltagens, de acordo com 8 Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):7-14.

3 Comparação das razões CK obtidas por diferentes laboratórios de dosimetria a IAEA 7. Foram feitas séries de 5 medidas consecutivas e reprodutíveis, corrigidas para os valores de pressão e temperatura de referência (20 C e 101,325 kpa). As correntes de fuga foram medidas antes e depois de cada conjunto de medidas e verificou-se que seus valores relativos são geralmente menores que 0,10%. Em ambos os laboratórios, não foram aplicadas correções para polaridade. Para a calibração no ar, foi utilizada uma distância fonte-câmara de 100 cm, e o tamanho do campo a essa distância foi de 10 cm x 10 cm. Com o intuito de minimizar as incertezas de posicionamento, as calibrações foram realizadas utilizando-se o método da substituição 10. A determinação da dose absorvida no LCI obedece às mesmas recomendações estabelecidas pela IAEA 6, que são as seguintes: a distância da fonte ao plano de referência é de 100 cm; o tamanho do campo utilizado para calibração no ar e na água, no plano de referência, é de 10 cm x 10 cm; a profundidade de referência na água é de 5 cm. Um objeto simulador de água foi desenvolvido pela IAEA e distribuído dentre os Laboratórios de Dosimetria Padrão Secundários (SSDLs) pertencentes à rede IAEA/ World Health Organization (WHO). O objeto simulador de água padrão da IAEA (30 cm x 30 cm x 30 cm com posições fixas para as câmaras) foi empregado utilizando-se uma capa de acrílico (PMMA) de 0,5 mm de espessura, também fornecida pela IAEA. Sua janela frontal possui 10 cm x 10 cm, com espessura de 1 mm. Todas as câmaras de ionização foram posicionadas com a haste perpendicular à direção do feixe e as marcas apropriadas, tanto das câmaras como dos suportes de acrílico, voltadas para a fonte. Para que sejam atingidas as condições de trabalho, o sistema de medida é ligado, no mínimo, uma hora antes das medidas. Além disso, após ser feito o arranjo das câmaras no ar ou na água, é feito o equilíbrio com a temperatura ambiente pelo mesmo período de tempo. De acordo com Perroche e Boutillon 11, as câmaras devem ser submetidas a uma pré-irradiação de 15 minutos para prevenir fugas extras. No tocante às grandezas de influências, a temperatura do ar nas câmaras é definida como sendo a mesma que a da água após o equilíbrio térmico. O tanque de água, objeto simulador e suportes de acrílico à prova d água são deixados no interior da sala de irradiação para que seja alcançado o equilíbrio apropriado. A temperatura da água medida, em geral, será um grau abaixo da temperatura da sala de irradiação, devido à evaporação 12. A pressão atmosférica é verificada antes e após cada série de medidas. A umidade relativa é mantida entre 40 e 60%, não sendo aplicado fator de correção neste caso. Resultados Os valores de referência de kerma no ar e dose absorvida na água utilizados para determinação do fator de calibração em termos dessas grandezas de interesse são considerados como o valor médio das medidas feitas ao longo de um período de 30 meses. Por questão de normalização, os valores são corrigidos para a data de 30/07/2002, para ambas as grandezas. O tempo de meia vida do 60 Co de 1.925,5 dias, desvio padrão (s)=0,5 dia, utilizado no LCI é o mesmo recomendado pela IAEA 13. Neste contexto, foi observada uma variação média de ±0,39% para ambas as grandezas durante este período de tempo. Os padrões de transferência do LNMRI utilizados para esta comparação são três câmaras de ionização cavitárias de grafite, modelo 2561 (Nuclear Enterprises, Wichita, Kansas, USA). A razão N D,w /N K obtida no BIPM para os 3 padrões de transferência (números de série 168, 207 e 264) é igual a 1,091, s=0,003, que é compatível com outras medidas feitas no BIPM para as câmaras NE , cujo resultado é 1,091, s=0,002. Uma boa concordância é verificada também ao comparar-se com razões semelhantes de 1,093, s=0,001 e 1,091, s=0,001, obtidos no NPL 15 e na IAEA 16, respectivamente, observando-se que a IAEA também é rastreável ao BIPM. Com base nesta comparação, os outros dois padrões de transferência (números de série 158 e 169) foram calibrados no LNMRI em termos de kerma no ar e de dose absorvida na água, a fim de se obter a razão N D,w /N K, conhecida como razão C K. O quinto padrão de transferência (número de série 169) participou de uma comparação promovida pela Rede IAEA/WHO em O programa de testes de competência verificou a habilidade dos SSDLs em transferir a calibração de seu padrão de referência ao usuário 18. Dessa forma, o SSDL calibrou uma câmara de ionização de sua escolha e a enviou à IAEA para calibração. Os fatores de calibração N K e N D,w foram medidos no LNMRI e no Laboratório de Dosimetria da IAEA, e os valores obtidos foram comparados. O valor do coeficiente de calibração N K medido no LNMRI para este modelo de câmara também foi determinado; a razão N K,LNMRI /N K,IAEA obtida para esta câmara foi 1,000, e a razão correspondente N D,w,LNMRI /N D,w,IAEA medida para esta câmara foi 0,990, identificada como participante nº 4 nesta intercomparação promovida pela IAEA 17. Desta forma, a razão N D,w,LNMRI /N K,LNMRI é conhecida e igual a 1,081, sendo este valor comparado com a razão N D,w,IAEA /N K,IAEA obtida para a mesma câmara, cujo valor foi 1,092. A razão C K medida no Laboratório de Dosimetria da IAEA concorda em 1% com o valor medido no LNMRI. Esta consistência na determinação dos fatores N K e N D,w está dentro do limite de aceitação de 1,5% recomendado pela IAEA. Além do mais, como apontado por Andreo 19, a comparação entre o BIPM e os outros Laboratórios de Dosimetria Padrão Primários (PSDLs, do inglês Primary Standard Dosimetry Laboratory) tem mostrado que a maioria deles concorda em torno de 1%. A estabilidade a longo prazo dos padrões secundários do LNMRI foi avaliada a partir dos resultados de recalibração e também de comparações feitas em 1997, em termos de kerma no ar e de dose absorvida na água. O procedimento típico estabelecido para as comparações consistiu na normalização de todas as medidas em relação ao resultado obtido com o padrão nacional do LNMRI Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):

4 Rodrigues LN, Siqueira PM (câmara NE 2561, número de série 168). A recalibração do padrão nacional no BIPM mostrou uma variação de ±0,08% na razão N D,w /N K, ao longo de 6 anos. No entanto, uma variação global de ±0,22% foi encontrada para os outros dois padrões secundários após sua recalibração. A estabilidade a curto prazo foi determinada a partir dos resultados obtidos durante as comparações, mostrando uma variação máxima de 0,18% comparativamente à resposta do padrão nacional em um feixe de 60 Co. Uma vez que estes resultados demonstraram a validade da abordagem adotada neste trabalho, alguns dosímetros clínicos passaram a ser calibrados, totalizando 154 câmaras de ionização. A razão C K obtida para as câmaras NE 2571 tem excelente concordância com o valor obtido no BIPM de 1,098, s=0,001 20, o valor obtido no NPL de 1,098 14, o valor obtido na IAEA de 1,097, s=0,001 16, o valor obtido no Bhabha Atomic Research Centre (BARC) de 1,095, s=0,006 21, e o valor obtido no PTB de 1,092, cujo desvio padrão (s) não foi explicitado pelos autores 22. A razão C K obtida para as câmaras Farmer PTW N30001 mostrou uma concordância de +0,18% comparada à razão obtida na IAEA de 1,095, s=0,002 16, e à razão obtida no BARC de 1,092, s=0, O valor obtido na IAEA refere-se às câmaras de modelo N30001/30010, com 68 calibrações, e o valor observado pode ser considerado como um valor médio entre os valores obtidos no LCI e no BARC. No Laboratório de Dosimetria da IAEA, foi verificado que a estabilidade das câmaras N30001 excede o limite de tolerância de 0,5% recomendado pelo Padrão Internacional (IEC, do inglês International Electrotechnical Commission) 23. O fabricante identificou e corrigiu o problema, produzindo um novo modelo de câmara de ionização, a câmara N Do ponto de vista construtivo, as câmaras N30001 e N30010 são praticamente idênticas, no que diz respeito às dimensões internas da cavidade e da parede, capa de build-up e material do eletrodo central. As câmaras N30006 e N30013 são idênticas; portanto, os resultados foram agrupados. As câmaras tipo Farmer (Nuclear Enterprises, Wichita, Kansas, USA) também foram investigadas, uma vez que ainda são comuns no país. O valor obtido para a razão C K com as câmaras NE 2505/3A e NE 2581 mostrou uma variação máxima de +1,2% e +0,8%, respectivamente, comparado com os valores da literatura. No entanto, as discrepâncias observadas nas câmaras tipo Farmer NE 2581 pode ser explicada considerando-se o material utilizado na capa de build-up, que, em alguns casos, é poliestireno e, em outros casos, é polimetilmetacrilato (PMMA) 24. No Código de Prática da IAEA, pode-se observar que na calibração destas câmaras foi obtida uma variação semelhante nos resultados. Devido a esta particularidade, as câmaras foram separadas em dois grupos diferentes, uma vez que o comportamento da câmara é pronunciado durante as calibrações em termos de kerma no ar, e as calibrações em termos de dose absorvida na água são feitas sem a capa de build-up. Somente os resultados das câmaras com a capa de build-up, cujo material é o polimetilmetacrilato (PMMA), são apresentados neste trabalho. As diferenças encontradas para as câmaras Exradin A12 se devem principalmente ao processo de fabricação das mesmas. Verificando-se de forma semelhante a análise feita para as câmaras NE 2581, as câmaras Exradin podem ser divididas de acordo com seu número de série, sendo um grupo as câmaras de números de série ###, e o outro grupo as de números de série XA010###. De acordo com o fabricante 25, o primeiro grupo foi fabricado pela Exradin a partir de moldagem feita por injeção. Por outro lado, o segundo grupo foi fabricado pela Standard Imaging, construindo-se as partes da câmara separadamente. Considerando-se todas as câmaras em um mesmo grupo, são observadas grandes diferenças nas razões C K. Em consequência disso, as câmaras foram divididas em dois grupos distintos, a fim de se considerarem as diferenças de construção das mesmas. Adicionalmente, foi reportada na literatura 11 uma variação no fator de calibração para as câmaras com parede à prova d água, cujo material é o A150 (material tecido-equivalente), nas calibrações em termos de kerma no ar, logo após a calibração na água. Os autores obtiveram dois valores para o fator de calibração N K para este modelo de câmara, que difere de 0,3% quando a determinação foi repetida vários meses depois. Para minimizar este efeito, recomenda-se que seja feita a calibração deste modelo de câmara primeiramente em termos de kerma no ar, seguida pela calibração em termos de dose absorvida na água. Deve ser ressaltado que o LNMRI participou de uma comparação recente promovida pelo Sistema Inter-Americano de Metrologia (SIM), cujo resultado mostrou uma concordância de -0,2% na calibração em termos de dose absorvida na água, comparado ao valor obtido no BIPM para este modelo de câmara 26. Somente uma determinação da razão C K foi feita para a câmara Exradin A14. Para finalizar, as câmaras Wellhöfer FG 65, Victoreen e Sun Nuclear também foram analisadas na presente investigação. As razões C K determinadas pelo LNMRI e pelo LCI são dadas na Tabela 1. Os valores obtidos por outros laboratórios de dosimetria, como BIPM, NPL, PTB, IAEA e BARC também são fornecidos para comparação. A incerteza relativa do fator de calibração N K no LNMRI é de 0,8% (fator de cobertura k = 2) e do fator N D,w é de 0,9% (fator de cobertura k = 2), resultando em uma incerteza combinada de 1,2% (fator de cobertura k = 2) para a razão N D,w /N K. Discussão Na comparação entre as razões C K obtidas no presente trabalho e os valores da literatura, deve ser ressaltado que as diferenças observadas podem ser devidas às variações nos padrões utilizados por cada Instituto Nacional de Metrologia (NMI, do inglês National Metrology Institute). No entanto, uma vez que é conhecida a razão entre cada NMI em relação ao BIPM, dos padrões de kerma no ar 10 Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):7-14.

5 Comparação das razões CK obtidas por diferentes laboratórios de dosimetria Tabela 1. Razões C K determinadas pelo Laboratório de Calibração de Instrumentos (LCI) e Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes (LNMRI). O desvio padrão é relativo ao conjunto de câmaras investigado. Modelo de câmara Desvio padrão Amostragem Razão C (NMI) K (%) NE 2561 LCI 02 1,091 0,69 BIPM ,091 0,23 IAEA ,091 0,09 NPL ,093 0,13 NE 2571 LCI 35 1,098 0,60 BARC ,095 0,28 IAEA ,097 0,09 NPL , PTB , N LCI 16 1,097 0,77 BARC ,092 0,22 IAEA ,095 0,98 N LCI 02 1, IAEA , N LCI 02 1,095 0,09 N 30006/30013 LCI 19 1,097 0,46 N LCI 08 1,092 0,88 NE 2505/3A LCI 10 1,091 1,00 IAEA ,089 0,63 NE 2505/3B LCI 02 1,075 0,38 NE 2581 LCI 05 1,091 0,77 BARC , IAEA ,085 0,88 Exradin A12 LCI XA010### 10 1,098 0,57 ### 17 1,102 1,21 A14 LCI 01 1, FG 65 LCI 06 1,097 0,31 Victoreen LCI 06 1,094 1,00 SNC LCI 02 1,109 1,99 NMI: Instituto de Metrologia Nacional; BIPM: Bureau International des Poids et Mesures; IAEA: Agência Internacional de Energia Atômica; NPL: National Physical Laboratory; BARC: Bhabha Atomic Research Centre. e dose absorvida na água, é possível normalizar as razões medidas à razão equivalente ao BIPM para facilitar a comparação. Seguindo este conceito, uma vez que as razões dos padrões de kerma no ar e de dose absorvida na água entre o NMI e o BIPM são determinadas por meio das expressões [K(NMI)/K(BIPM)] e [D w (NMI)/D w (BIPM)], a razão equivalente ao BIPM dos fatores de calibração é dada por: N (BIPM) K(NMI)/K(BIPM) D,w =[N (NMI)/N (NMI)] D,w K N (BIPM) D (NMI)/D (BIPM) K w w Onde: N D,w (BIMP): fator de calibração em termos de dose na água medido pelo BIPM; N K (BIPM): fator de calibração em termos de kerma no ar medido pelo BIPM; N D,w (NMI): fator de calibração em termos de dose na água medido pelo NMI; N K (NMI): fator de calibração em termos de kerma no ar medido pelo NMI; K (NMI): valor da taxa de kerma no ar medido pelo NMI; K (BIPM): valor correspondente medido pelo BIPM; D w (NMI): valor da dose absorvida na água medido pelo NMI; D w (BIPM): valor correspondente medido pelo BIPM. O valor da razão [K(LNMRI)/K(BIPM)] é 1,0004, s=0, O valor da razão [D w (LNMRI)/D w (BIPM)] em que D w (LNMRI) é o valor da dose absorvida na água medido pelo LNMRI é efetivamente 1,000, s = 0,003, assumindo-se que o padrão secundário do LNMRI é calibrado no BIPM e que o LCI é rastreável ao LNMRI. A expressão acima torna-se: N ( BIMP ) D,W = [ N N ( BIMP) K N Portanto, D,W K D,W N K (LNMRI/LCI)/ (LNMRI/LCI) 1,0004±0,0023 (BIMP) = 1,0004C (LNMRI/LCI) N (BIMP) K 1,000±0,003 Na Tabela 2, são fornecidos os resultados obtidos pelo LNMRI e pelo LCI, juntamente com os resultados obtidos por outros NMIs, como o BIPM, BARC, National Institute of Standards and Technology (NIST), National Physical Laboratory (NPL), NRC, IAEA e o PTB. Todos os resultados foram convertidos na razão equivalente ao BIPM, para remover a diferença existente entre os padrões primários e facilitar a comparação. Assim como o LCI, o BARC não possui padrão de dose absorvida na água, não possuindo, assim, o valor R D,w, e a IAEA não possui padrões primários. Os valores correspondentes a estes laboratórios estão correlacionados com os do BIPM e, portanto, entre si. Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):

6 Rodrigues LN, Siqueira PM Tabela 2. Razões equivalentes ao BIPM obtidas pelo Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes (LNMRI) e pelo Laboratório de Calibração de Instrumentos (LCI), fornecidas juntamente com os resultados de outros Institutos de Metrologia Nacionais (NMIs). O desvio padrão é relativo ao conjunto de câmaras investigado. Câmara Amostragem Pela Tabela 2, verifica-se que as razões C K obtidas no LCI para as câmaras NE 2561 são comparáveis àquelas obtidas pelo BIPM e NPL. Por outro lado, para as câmaras NE 2571, todos os NMIs concordam entre si dentro das incertezas padrões estatísticas. Os resultados do LCI estão em concordância de -0,5% com o NIST, -0,3% com o NPL e +0,1% com o NRC. Uma vez que as razões equivalentes ao BIPM suprimem qualquer possível variação nos padrões utilizados por cada NMI, as diferenças constatadas acima podem ser consideradas como uma verificação importante de controle de qualidade para todos os laboratórios. Conclusão Razão equivalente ao BIPM Desvio padrão (%) NE 2561 LCI 02 1,091 0,69 BIPM ,091 0,23 NPL ,097 0,13 NE 2571 LCI 26 1,099 0,45 BIPM ,098 0,09 BARC ,101 0,28 NPL , NIST ,104 0,32 NRC ,098 0,14 BIPM: Bureau International des Poids et Mesures; NPL: National Physical Laboratory; BARC: Bhabha Atomic Research Centre; NIST: National Institute of Standards and Technology; NRC: National Research Council (Canada). O método adotado nesta investigação e a comparação das razões N D,w /N K com os valores da literatura fornecem confiabilidade aos resultados obtidos e permitem que os fatores de calibração em termos de dose absorvida na água sejam fornecidos com prontidão aos hospitais do Brasil. Na comparação das razões C K obtidas no presente trabalho com os valores da literatura, as diferenças devem-se principalmente às variações entre os padrões utilizados por cada NMI ou Laboratório de Dosimetria. No entanto, conhecendo-se a razão entre o BIPM e cada NMI dos padrões de kerma no ar e de dose absorvida na água, é possível normalizar as razões medidas à razão equivalente ao BIPM 28. Uma vez que as razões equivalentes ao BIPM suprimem qualquer possível variação nos padrões utilizados por cada NMI ou Laboratório de Dosimetria, as diferenças encontradas entre as razões C K obtidas pelo LCI e por outros NMIs ou Laboratórios de Dosimetria podem ser consideradas como uma verificação importante de controle de qualidade para todos os laboratórios. Agradecimentos As autoras são gratas à Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP), Brasil, pelo suporte financeiro parcial a este trabalho, e aos comentários de Linda V. E. Caldas e Penelope Allisy-Roberts. Referências 1. Reich H. Choice of the measuring quantity for therapy-level dosemeter. Phys Med Biol. 1979;24(5): Allisy PJ, Burns DT, Andreo P. International framework of traceability for radiation dosimetry quantities. 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Vienna: IAEA; Rodrigues LN, Nascimento DMFR, Baptista LMAM. Quality assurance program of standards of Radiotherapy at LNMRI/IRD World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering. Medical and Biological Engineering and Computing. 1997;35(Suppl. 2): Rodrigues LN, Da Silva CM. Implementation of the new IAEA code of practice in Brazil Standards and Codes of Practice in Medical Radiation Dosimetry. Proceedings of IAEA Symposium; Vienna. 2003;1: International Atomic Energy Agency. Calibration of Dosimeters used in Radiotherapy. Technical Report Series No. 374, Vienna; Perroche A-M, Boutillon M. Long-term stability of measurements in the 60 Co field at the BIPM. Metrologia. 1995;32(1): Lillicrap SC, Owen B, Williams JR, Williams PC. Code of Practice for high-energy photon therapy dosimetry based on the NPL absorbed dose calibration service. Phys Med Biol. 1990;35(10): International Atomic Energy Agency. X-ray and gamma-ray standards for detector calibration. TecDoc 619. Vienna: IAEA; Boutillon M. Personal communication; Sharpe P. Progress Report on radiation dosimetry at NPL Consultative Committee for Ionization Radiation. Working document CCRI(I)/01-21:1-7. Sèvres: Bureau International des Poids et Mesures; Czap L, Meghzifene A, Shortt KR, Andreo P. Stability of reference class ionization chambers used for radiotherapy dosimetry: IAEA experience 12 Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):7-14.

7 Comparação das razões CK obtidas por diferentes laboratórios de dosimetria International Symposium on Standards and Codes of Practice in Medical Radiation Dosimetry. Book of Extended Synopses. IAEA-CN-96-32P, Vienna: IAEA; Meghzifene A, Czap L, Andreo P. Intercomparison of ionization chamber calibration factors in the IAEA/WHO network of SSDLs. SSDL Newsletter 38: Vienna: IAEA; Shortt KR, Meghzifene A, Izewska J, Pernicka F, Tölli H, Vatnitsky S, et al. IAEA Subprogramme on Dosimetry and Medical Radiation Physics (DMRP). Report on Activities, Consultative Committee for Ionization Radiation. Working Document CCRI(I)/03-08:1-18. Sèvres: Bureau International des Poids et Mesures; Andreo P. Absorbed dose beam quality factors for the dosimetry of highenergy photon beams. Phys Med Biol. 1992;37(12): Allisy-Roberts PJ, Burns DT. Dosimetry comparisons and calibrations at the BIPM Consultative Committee for Ionization Radiation.. Working document CCRI(I)/99-1:1-14. Sèvres: Bureau International des Poids et Mesures; Vijayam M, Shigwan JB, Patki VS, Soman AT, Govinda Rajan KN, Shaha VV, et al. Verification of the IAEA Code of Practice for medium energy X-ray beams and experimental determination of C K values at Co-60 energy for different types of ionisation chambers. International Symposium on Standards and Codes of Practice in Medical Radiation Dosimetry. Book of Extended Synopses. IAEA-CN-96-61P: Vienna: IAEA; Kramer HM. Informative progress report on the standards for water absorbed dose at PTB. Consultative Committee for Ionization Radiation. Working document CCRI(I)/01-20:1-2. Sèvres: Bureau International des Poids et Mesures; International Electrotechnical Commission. Medical Electrical Equipment. Dosimeters with Ionization Chambers as used in Radiotherapy. Standard IEC Geneva: International Electrotechnical Commission; Andreo P. Personal communication; Nelson K. Personal communication; Shortt KR, Ross CK, Seuntjens JP. The role of comparisons in confirming the accuracy of dosimetric standards. Recent Developments in Accurate Radiation Dosimetry. Proceedings of the International Workshop Montreal; 2001; Seuntjens JP, Mobit PN. editors. Madison, WI: Medical Physics Publishing; Rogers DWO. Values of N D,w /N K measured at NMIs for different ion chambers. Consultative Committee for Ionization Radiation. Working document CCRI(I)/03-50:1. Sèvres: Bureau International des Poids et Mesures; Allisy-Roberts PJ, Boutillon M, Rodrigues LN. Comparison of the standards of air kerma of the LNMRI and the BIPM for 60 Co γ rays. Rapport BIPM- 96/3:1-7. Sèvres: Bureau International des Poids et Mesures; Allisy-Roberts P. Personal communication; Shortt KR, Shobe J, Domen S. Comparison of dosimetry calibration factors at the NRCC and the NIST. National Research Council of Canada. National Institute of Standards and Technology. Med Phys. 2000;27(7): Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):

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9 Artigo Original Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4): Desenvolvimento de um programa computacional para implementação do método de leitura de idade óssea de Tanner e Whitehouse Development of a software to bone age assessment by Tanner and Whitehouse method Nattan R. Caetano 1, Thomaz G. Netto 2, Inês Tomita 2 1 Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio) Rio de Janeiro (RJ), Brasil 2 Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo (USP) Ribeirão Preto (SP), Brasil Resumo O presente trabalho teve como objetivo principal a otimização do processo de leitura de idade óssea. Os diversos métodos existentes consistem na análise da maturidade esquelética, baseada nos detalhes dos ossos da mão e do punho. Os métodos abordados neste estudo são os propostos por Tanner e Whitehouse (TW) e por Greulich e Pyle (GP). O método TW não é utilizado atualmente, pois, apesar de gerar resultados mais precisos, apresenta grande complexidade no procedimento de leitura. Assim, um programa computacional foi desenvolvido, com o intuito de viabilizar a implementação em serviços de Pediatria, nos quais a precisão na medida de idade óssea é importante. O programa assemelha-se ao Atlas TW, contendo as imagens dos estágios de maturidade esquelética dos ossos em análise envolvidos, seguidas dos textos explicativos. Além disso, os processos de leitura e os cálculos são automatizados pelo programa. Desta forma, os diagnósticos baseados em idade óssea são produzidos com maior rapidez e segurança, considerando-se que 19% das leituras realizadas utilizando GP apresentam desvios de cerca de 30% em relação ao método TW. O método TW gera resultados com precisão cinco vezes maior que o GP e, com a utilização do programa desenvolvido neste trabalho, a leitura de idade óssea torna-se igualmente simples. A automatização dos processos de leitura de idade óssea traz maior dinâmica ao método TW, possibilitando sua utilização sem interferir no valor das medidas. Palavras-chave: Método Tanner e Whitehouse, método Greulich e Pyle, método TW computacional, leitura de idade óssea. Abstract The aim of the present work was to optimize the process of bone age reading. Several methods existent nowadays consist of skeletal maturity analysis, based on the bone details of the hand and wrist. The most effective method is proposed by Tanner & Whitehouse (TW), which produces results about five times more accurate than the other methods like the Grelish & Pyle (GP) one, which is widely used due the simplicity of the reading processes. However, the TW method is not often used at most hospitals because it presents high complexity degree. Thus, a computational program was developed to implement it in pediatric services, where the precision in bone age measurement is important. The program is similar to TW atlas, presenting images of skeletal maturity stages of analyzed bones, followed by explanatory texts. Besides, the reading processes and the calculations are automated by the program. Therefore, the diagnosis based on bone ages is produced faster and safely, taking into account that 19% of readings by means of GP present deviations of about 30% in comparison to TW. The TW method produces results with a precision five times greater than GP and with the program developed in this work, bone age reading becomes simple. The automation of bone age reading turns TW method more dynamic, enabling its use without interference in measurement values. Keywords: Tanner and Whitehouse method, Greulich and Pyle method, computational TW method, bone age reading. Introdução Na rotina diária em ambulatórios de Pediatria, bem como em serviços especializados em Ortodontia, é de fundamental importância a leitura de idade óssea do paciente para complementar as informações necessárias para produção de um diagnóstico. Em caso de resultados indicando desvios da normalidade além do aceitável, novas leituras de idade óssea devem ser feitas no decorrer dos meses para acompanhar o desenvolvimento do paciente, seguindo-se Correspondência: Nattan R. Caetano Rua Marquês de São Vicente, 225 Gávea Rio de Janeiro (RJ), Brasil CEP: Tel: (21) nattancaetano@gmail.com Associação Brasileira de Física Médica 15

10 Caetano NR, Netto TG, Tomita I os critérios demonstrados por resultados experimentais apresentados na literatura 1. A taxa de crescimento, o ganho de peso e as informações sobre as idades ósseas no espaço de tempo de acompanhamento do paciente produzem o diagnóstico sobre a maturidade esquelética e a estimativa de sua altura, o qual permite que o médico tome a conduta de tratamento adequado para ajustar o crescimento do paciente 2. Existem diversos métodos que são utilizados pelos especialistas para atender as necessidades das rotinas hospitalares. Dentre os métodos de leitura de idade óssea, o mais eficaz é o proposto por Tanner e Whitehouse (TW), o qual permite alcançar resultados mais precisos que os outros métodos utilizados pela maioria dos ambulatórios que dependem desse tipo de informação 3. Atualmente, especialistas utilizam o método proposto por Greulich e Pyle (GP) em ambulatórios de Pediatria 4. Considerando-se que a aplicação do método visa diagnosticar anormalidades quanto ao crescimento, através de detalhes contidos em imagens radiográficas de mão e punho, há necessidade de otimizar as imagens obtidas de estruturas ósseas. Desta forma, a precisão do método depende não só da qualidade da imagem, mas também da reprodutibilidade de seus processos, para que possa ser comparada no estágio de maturidade óssea, bem como com as imagens padronizadas em Atlas de referência. Outro ponto básico que deve ser levado em conta é a dose de radiação nos pacientes, principalmente pelo fato de os diagnósticos realizados por essa especialidade envolverem pacientes jovens em fase de desenvolvimento corporal, considerandose ainda que células jovens são mais vulneráveis aos efeitos nocivos causados pelas radiações ionizantes 5,6. O método GP atribui uma ordem de importância na análise dos ossos da mão e punho, sugerindo uma sequência na avaliação. Assim, o Atlas GP apresenta imagens de mãos inteiras, com idades ósseas variando em intervalos de seis meses. Visando dinamizar o processo de leitura de idade óssea, seguindo-se a especificidade do método TW, propõe-se uma metodologia mais adequada, assistida por programas computacionais, para interpretar e auxiliar o processamento da demanda de informações 7,8. Com esse objetivo, foi desenvolvido um programa computacional com a finalidade de otimizar os diagnósticos no ambulatório de Pediatria. A fim de facilitar a análise, o referido programa possibilita a amostragem da imagem radiográfica, disponibilizando o armazenamento e, automaticamente, o cálculo da idade óssea após a leitura, gerando, assim, uma página de laudo médico. Os resultados obtidos sobre a implementação do método TW e dos equipamentos, bem como as previsões para trabalhos futuros são interpretados e discutidos. Metodologia Com a finalidade de otimizar o método utilizado no ambulatório de Pediatria, foi desenvolvido um programa computacional que permite mostrar uma imagem digital. A fim de facilitar a análise, o referido programa disponibiliza o armazenamento da imagem após ser visibilizada e indica as direções medial, lateral, proximal e distal da mão (Figura 1). Na tela, são mostrados os esquemas e as imagens dos estágios padronizados de maturidade esquelética de determinadas regiões da mão, contidas em um banco de dados digitalizado diretamente do Atlas, ilustrado na Figura 2. O objetivo principal do sistema computacional é manter um banco de dados constituído de seções de estrutura óssea, as quais são padronizadas e ordenadas para servirem de referência na avaliação da idade óssea. Portanto, uma vez selecionado o estágio em que se encontra a imagem radiográfica, os valores relacionados a estes podem ser automaticamente tratados e comparados com o padrão para obter-se a idade óssea do paciente, a qual não sofre qualquer tipo de alteração, já que é lida por meio do programa. As imagens obtidas dos exames são primeiramente digitalizadas, a fim de serem comparadas com as imagens padronizadas pelo método TW, fornecidas pelo Atlas. Um esquema ilustrativo de cada osso referente aos estágios de maturidade esquelética também é disponibilizado pela interface gráfica do programa. Os textos explicativos são os principais recursos de verificação do estágio. Em alguns critérios, são necessárias medidas do diâmetro de certos ossos para comparações com as dimensões da imagem da mão, as quais podem ser realizadas por esse programa. A análise por comparação é feita utilizando-se os diagramas e as descrições. As imagens padronizadas são utilizadas apenas para meras comparações. O conteúdo dos textos explicativos é que permite determinar, definitivamente, os estágios de maturidade esquelética. Aos estágios são atribuídos valores, e a soma dos valores dos estágios encontrados em cada osso da mão e do punho é usada para comparar com um padrão relacionado à idade óssea 3. Os valores são diferentes para meninos e meninas, mas os desvios das médias apresentam uma perfeita simetria. Os casos de pacientes com valores de desvios absolutos maiores que os estipulados pelo método precisam de tratamentos específicos. O posicionamento correto da mão e do punho é de grande importância para a técnica radiográfica, pois os ossos podem apresentar aparências diferentes, podendo, dessa forma, comprometer o método. Para este estudo, a radiografia deve ser tratada quantitativamente. No método TW, a distância foco-filme deve ser exata. A radiografia da mão esquerda é usada, a qual deve ser produzida com a palma para baixo em contato com o chassi, carregado com um filme. O eixo do dedo médio deve estar alinhado com o antebraço e ambos posicionados em um plano horizontal. Os dedos não devem se tocar; o polegar deve ser mantido na posição natural, formando um ângulo de, aproximadamente, 30 com o primeiro dedo. 16 Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):15-20.

11 Desenvolvimento de um programa computacional para implementação do método de leitura de idade óssea de Tanner e Whitehouse Figura 1. Tela principal do programa computacional, indicando os ossos envolvidos na leitura da idade óssea. Figura 2. Seção do programa semelhante ao Atlas, contendo as imagens dos estágios de maturidade esquelética do osso em análise, seguidas dos textos explicativos. A lacuna circular localizada ao lado esquerdo das figuras destina-se à seleção do estágio. Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):

12 Caetano NR, Netto TG, Tomita I Os estágios de maturidade adequados para cada osso do exame têm os valores somados, e o resultado é comparado com padrão estipulado pelo método. Por meio da análise de diversas radiografias, os autores do Atlas TW relacionaram os possíveis valores de soma dos fatores biológicos dos ossos envolvidos no método com a idade cronológica da maioria dos exames, bem como os desvios aceitáveis dependentes da proporção de ocorrência de casos O método TW apresenta nove estágios de maturidade esquelética, variando de A até I, para cada um dos 20 ossos da mão e punho analisados no processo de leitura. São associados valores para cada estágio, dependendo do fator biológico do osso. Cada osso é analisado individualmente, por meio de textos explicativos, em que são descritas as características de determinado osso para definir cada estágio. Para determinar alguns estágios, é necessário o uso de medidas qualitativas em simples comparações; para isso, o programa oferece figuras com graduação nas direções horizontal e vertical. Os estágios selecionados têm os respectivos valores somados. Ao término da análise, os resultados podem ser interpolados de acordo com as características dos indivíduos. Assim, a partir dos valores relacionados, é possível explicitar a idade óssea do paciente. A Figura 3 ilustra a janela contida no programa que disponibiliza lacunas para preenchimento com informações a respeito do paciente, a fim de auxiliar a identificação e servir de base para os cálculos da idade óssea. O programa foi construído na linguagem html para o sistema operacional Windows. Dessa forma, é executável em computadores convencionais sem necessidade de aquisição de novos softwares. Os cálculos para a atribuição da idade óssea são realizados na linguagem Java, sendo o algoritmo idêntico ao procedimento seguido pelo Atlas 3. Para tanto, o programa associa um valor ao estágio de idade óssea selecionado pelo operador, soma esses valores para todas as seções e, no final, compara com valores estabelecidos pelo método TW, associando, assim, uma idade óssea ao paciente. Resultados As leituras de idade óssea têm mostrado divergências nos resultados obtidos com os métodos GP e TW. Para tanto, foram realizadas leituras de idade óssea utilizando-se os dois métodos. Os resultados apresentados na Tabela 1 foram obtidos com o uso do programa desenvolvido neste trabalho. A Tabela 1 relaciona a idade cronológica com exemplares dos casos nos quais ocorrem diferenças que comprometem o diagnóstico médico. A diferença entre os métodos é considerável nos resultados de idade óssea, podendo chegar a 40%. Tais diferenças vêm ocorrendo em diversos serviços de Pediatria 14,15. Os casos em questão apresentam grandes desvios nas leituras em mais de um exame, indicando a imprecisão do método GP quanto à relação entre os ossos dos dedos e os carpais, os quais são analisados por meio da mão de maneira geral. Dessa forma, 19% das leituras feitas utilizando GP apresentam erros graves. A implementação do método TW nas leituras de idade óssea gera um ganho na precisão dos resultados em, aproximadamente, 5 vezes, pois o método GP apresenta valores como resultado da leitura de idade óssea com intervalos de 6 meses, enquanto o método TW possui intervalos de 1,2 meses. A incerteza apresentada pelas medidas realizadas com o método TW é de 0,91 anos, e o limite de normalidade obedece à margem de dois desvios padrão em relação à média padronizada, cujo valor é de, aproximadamente, 2,7 anos. O programa gera uma página para o laudo médico, contendo informações importantes para o diagnóstico. O tempo do processo de leitura de idade óssea pelo método TW, de modo computacional, equivale ao tempo de leitura pelo método GP 16. Portanto, a implementação do método TW é perfeitamente viável, podendo propiciar os benefícios para os diagnósticos que necessitem desse tipo de informação. A idade óssea lida por meio do programa, é comparada com a idade cronológica do paciente, permitindo, assim, avaliar o caso em relação aos padrões estipulados Tabela 1. Comparação entre a idade cronológica e as respectivas leituras de idade óssea pelo método de Greulich e Pyle (GP) e pelo método de Tanner e Whitehouse (TW). Os desvios relativos entre as leituras são apresentados pelos índices σ C-Gp, σ C-TW, respectivamente. Figura 3. Base de entrada de dados para gerar os resultados da leitura da idade óssea. Caso Idade cronológica (anos) Idade óssea GP (anos) Óssea TW (anos) σ C-GP (%) σ C-TW (%) 1 8, , , , , , , , , , ,0 5,0 7, , , Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):15-20.

13 Desenvolvimento de um programa computacional para implementação do método de leitura de idade óssea de Tanner e Whitehouse Figura 4. Amostragem dos resultados obtidos pelo programa computacional desenvolvido para auxiliar na leitura da idade óssea. pelo Atlas. O sistema analisa o resultado e, após comparar os limites de aceitação, apresenta as condições do paciente em uma página de laudo mostrada na Figura 4. Desse modo, o programa gera um diagnóstico mais rápido e preciso, que permite ao médico tomar a conduta com maior segurança. Conclusões A implantação do trabalho apresentado tem significância para a melhoria da precisão nos diagnósticos gerados a partir das avaliações de idade óssea realizadas em ambulatórios de Pediatria. O programa de aquisição acessa as imagens dos exames, realiza os processos de medidas e comparações do método TW, ajusta a imagem, atribui, soma e determina automaticamente a idade óssea do paciente, seguida de indicações para o diagnóstico. A análise desses resultados justifica a importância do controle de qualidade na formação de imagens radiográficas. Entretanto, devem-se tomar os cuidados exigidos para se aplicar a técnica radiográfica. Dessa forma, a implementação do método TW nas leituras de idade óssea é de fundamental importância para uma maior precisão e garantia de qualidade do diagnóstico. Agradecimentos Os autores vêm mui respeitosamente agradecer à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e à Fundação de Apoio ao Ensino, Pesquisa e Assistência do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo (FAEPA) pelo apoio financeiro e suporte técnico disponibilizado. Referências 1. Horst P, Wallin P, Guttman L, Burgess EW, Social Science Research Council (U.S.). Committee on Social Adjustment. The Prediction of Personal Adjustment. A survey of logical problems and research techniques, with illustrative application to problems of vocational selection, school success, marriage, and crime. New York: SSRC; Healy MRJ, Goldstein H. An approach to the scaling of categorized attributes. Biometrika, 1976;63: Tanner JM. Assessment of skeletal maturity and prediction of adult height (TW3 method Vol. 1). Philadelphia: W.B. Saunders; Greulich WW, Pyle SI. Radiographic atlas of skeletal development of the hand and wrist. 2 nd ed. Stanford: Stanford University Press; Bushong SC. Radiologic science for technologists: physics, biology and protection. 7 th ed. St. Louis: Mosby-Year Book; Mountford PJ, Temperton DH. Recommendations of the International Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):

14 Caetano NR, Netto TG, Tomita I Commission on Radiological Protection (ICRP). Eur J Nucl. 1992;19(2): Brasil. Ministério da Saúde. Portaria 453, de 01 de junho de Normas de Proteção Radiológica em Radiodiagnóstico Médico e Odontológico. Brasília: Ministério da Saúde; Frisch H, Riedl S, Waldhör T. Computer-aided estimation of skeletal age and comparison with bone age evaluations by the method of Greulich-Pyle and Tanner-Whitehouse. Pediatric Radiology. 1996;26(3): Vignolo M, Milani S, DiBattista E, Naselli A, Mostert M, Aicardi G. Modified Greulich-Pyle, Tanner-Whitehouse, and Roche-Wainer-Thissen (knee) methods for skeletal age assessment in a group of Italian children and adolescents. Eur J Pediatr. 1990;149(5): Cox LA. The biology of bone maturation and aging. Acta Paediatric Suppl. 1997;423: Gilli G. The assessment of skeletal maturation. Horm Res. 1996;45(Suppl 2): Bosqueiro MR, Wada RS, Daruge RS, Francesquini Junior L, Francesquini MA. Determination of Skeletal Maturity and Estimate of the Age Through Carpal Radiographics, Rev Cons Reg Odontol Pernambuco. 2001;4(1): Silverman FN, Kuhn JP. Caffey s Pediatric x-ray diagnosis: an integrated imaging approach. St. Louis: Mosby; Milner GR, Levick RK, Kay R. Assessment of bone age: a comparison of the Greulich na Pyle, and the Tanner and Whitehouse methods. Clin Radiol. 1986;37(2): Roche AF, Davila GH, Eyman SL. A Comparison Between Greulich-Pyle and Tanner-Whitehouse Assessments of Skeletal Maturity, Radiology. 1971;98(2): Oestreich AE. Tanner-Whitehouse versus Greulich-Pyle in bone age determinations. J Pediatr. 1997;131(1 Pt 1): Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):15-20.

15 Dissertação de Mestrado Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):21. Avaliação dosimétrica da solução fricke gel usando a técnica de espectrofotometria para aplicação na dosimetria de elétrons e nêutrons Dosimetric evaluation of the fricke gel dosimeter using the spectrophotometric technique for application in electron and neutron dosimetry Thyago Fressatti Mangueira Orientador: Profª Dra. Letícia Lucente Campos Rodrigues Resumo As principais características dosimétricas da solução Fricke Xilenol Gel (FXG) foram estabelecidas para futura aplicação clínica na dosimetria de elétrons. As curvas de resposta em função da dose para feixes de nêutrons térmicos para pesquisa em Terapia por Captura de Nêutrons (BNCT, do inglês Boron Neutron Capture Therapy) e feixes de elétrons de aplicação industrial foram também determinadas. A técnica padrão de leitura utilizada foi espectrofotometria. Para o feixe clínico de elétrons, as reprodutibilidades intra e inter lotes da solução FXG são melhores que 1,4% e 5,1%, respectivamente. O comportamento da resposta para o intervalo de dose entre 0,2 e 40 Gy é linear e independente da energia do elétron e da taxa de dose. Devido aos efeitos da oxidação natural do FXG, o tempo ótimo entre o preparo e a irradiação é de 24h e o comportamento da curva de resposta em função da dose não se altera no período estudado para a variação da absorvância líquida do dosímetro. Para o estudo com o campo de nêutrons as curvas de dose resposta do FXG apresentaram comportamento linear no intervalo de dose estudado. Para campos industriais de elétrons o comportamento é exponencial decrescente. De acordo com os resultados obtidos para os feixes de radiação estudados, não houve alteração no comprimento de onda das bandas características do espectro de absorção do FXG. Como teste adicional, foi determinada a viabilidade do uso do método de leitura do FXG por imagens fotográficas digitais e a aplicação do FXG na dosimetria para braquiterapia intracavitária. O excelente desempenho do dosímetro FXG nos testes realizados indica que este pode ser utilizado na avaliação tridimensional da dose em tratamento radioterápicos. Palavras-chave: dosimetria química; fricke gel; feixe de elétrons; terapia por captura de nêutrons por boro (BNCT). Abstract The main dosimetric characteristics of the Fricke Xylenol Gel (FXG) solution were established for further application in the measurement of dose distribution of clinical electron fields. The dose-response curves of the FXG in a thermal neutron field were also evaluated for application in Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) and industrial electron fields. The standard reading technique was the spectrophotometry. For clinical fields the intra and inter-batch reproducibility of FXG solution are better than 1.4% and 5.1%, respectively. The optical response presents a linear behavior for doses ranging from 0.2 to 40 Gy independently of the electron energy and the dose rate in the studied ranges. Due to the effects of the FXG natural oxidation, the optimum elapsed time between FXG preparation and irradiation was established as 24h. The behavior of the dose-response curve does not change the obtained absorbance values relative to the non-irradiated dosimeter response during the studied period. The dose-response curve to industrial electron beam presented an exponential decreasing behavior. The optical response to thermal neutrons beam presented a linear behavior for the studied dose range. According to the obtained results to the different radiation fields studied it was not observed changes in the wavelength of the typical bands of the absorption spectrum radiation induced. Additional tests were performed with FXG solution to verify the viability and application of FXG dosimetry on intracavitary brachytherapy using digital photographic imaging. The excellent performance of the FXG dosimeter indicates that this dosimeter may be applied to tri-dimensional dose evaluation in radiotherapy treatments using electrons and neutron beams. Keywords: chemical dosimetry; fricke gel; electron beam; boron neutron capture therapy (BNCT). Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) São Paulo (SP), Brasil Centro de Metrologia das Radiações GMR. Data da defesa: 31/07/2009 Associação Brasileira de Física Médica 21

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17 Artigo Original Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):23-7. Estudo de diferentes materiais para realização de radioterapia conformacional com feixes de elétrons utilizando o código de simulação Monte Carlo PENELOPE Study of different materials for conformational radiotherapy with electron beams through PENELOPE Monte Carlo simulation code Thatiane A. Pianoschi 1, Mirko Alva 1, Patrícia Nicolucci 1 1 Departamento de Física e Matemática, Faculdade de Filosofia Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo (USP) Ribeirão Preto (SP), Brasil Resumo Tratamentos radioterápicos conformacionais 3D com feixes de fótons têm obtido melhores resultados em comparação aos tratamentos convencionais, porém, para feixes de elétrons, a utilização dessa técnica pode ser aprimorada se houver estudos a respeito de outros materiais que poderiam ser empregados como colimadores. Assim, o objetivo desse estudo foi avaliar os parâmetros dosimétricos dessa técnica com colimadores adicionais de acrílico comparando aos colimadores convencionais de cerrobend, utilizando simulação Monte Carlo PENELOPE. Ao se compararem os resultados obtidos com os dois materiais, verificou-se que as diferenças encontradas nas curvas de porcentagem de dose profunda foram menores que 1,2 e 1,5% para as energias de 6 MeV e 15 MeV, respectivamente. Para o perfil de campo na profundidade de tratamento (isodose de 85%), essas diferenças foram de 2,5 e 3,2% para as energias de 6 MeV e 15 MeV, respectivamente. Os resultados obtidos para os dois tipos de materiais para colimadores adicionais se mostraram equivalentes; assim, o colimador adicional pode ser confeccionado de ambos os materiais, notando-se porém que a confecção em cerrobend apresenta uma menor espessura. Palavras-chaves: Radioterapia, Feixe de elétrons, Monte Carlo PENELOPE. Abstract 3D conformal radiotherapy with photon beams has obtained better results than conventional treatments. However, this technique with electron can be improved with any studies regarding from others materials that would be use like collimators. The purpose of this study was to evaluate the dosimetric parameters for this technique with additional collimators of acrylic, comparing this with the conventional collimator of cerrobend, using PENELOPE simulation code. Comparisons between the results obtained with the two materials presented differences less than 1.2 and 1.5% in the percentage depth dose curves for beams of 6 MeV and 15 MeV, respectively. For beam profiles at the treatment depth, differences of 2.5 and 3.2% were found for beams of 6 MeV and 15 MeV, respectively. The results obtained for both kinds of materials for additional collimators were similar for each beam energy. It can be inferred therefore that the additional collimator for the proposed technique can be manufactured using a material of high atomic number, conserving irradiation condition already established, with the advantage of lower thickness. Key words: Radiotherapy, Electrons beams, Monte Carlo PENELOPE. Introdução O uso de técnicas conformacionais para feixes de fótons corresponde aos procedimentos mais modernos em radioterapia, tendo como exemplo a radioterapia com modulação de intensidade de feixe (IMRT, do inglês Intensity Modulated Radiation Therapy) 1. Para fótons, campos irregulares são obtidos por meio do uso de blocos de blindagens de alto número atômico, confeccionados especialmente para cada paciente, ou por meio de acessórios próprios das unidades de tratamento, como os colimadores multifolhas. Como possibilita uma melhor segmentação do volume-alvo do tratamento, protegendo tecidos sadios adjacentes, o uso de Correspondência: Thatiane Pianoschi, FFCLRP-USP: Departamento de Física, Faculdade de Filosofia Ciência e Letras de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Av. Bandeirantes, 3.900, Monte Alegre, CEP Ribeirão Preto (SP), Brasil, thatianealves@pg.ffclrp.usp.br Associação Brasileira de Física Médica 23

18 Pianoschi TA, Alva M, Nicolucci P técnicas conformacionais em radioterapia com feixes de fótons tem possibilitado o aumento das doses prescritas em comparação com aquelas utilizadas em técnicas convencionais. Para o caso de feixes de elétrons, atualmente a maioria das unidades de terapia são dotadas de acessórios específicos para técnicas conformacionais. Há trabalhos recentes que têm estudado diferentes possibilidades de realização dessa técnica radioterápica, como a construção de colimadores multifolhas específicos para feixes de elétrons 2, ou o uso dos colimadores multifolhas já presentes nos acelerados lineares e utilizados somente para feixes de fótons 3 ou ainda o desenvolvimento de colimadores adicionais acoplados aos aplicadores padrões de feixes de elétrons essa última possibilidade mantendo a característica padrão de tratamento com elétrons e a conformação do campo de irradiação próximo à superfície irradiada 4,5.Para essa modalidade de radioterapia conformacional 3D com elétrons, a maior limitação é a espessura dos colimadores adicionais utilizados, devido à curta distância entre o aplicador padrão e a superfície irradiada, sendo necessárias investigações sobre a confecção desses colimadores adicionais 6. Assim, a otimização desses colimadores adicionais pode ser determinada utilizando simulação computacional, que é uma alternativa conveniente em relação aos métodos experimentais, pois apresenta a vantagem de propiciar estudos detalhados e, em diferentes condições, sem envolver metodologias experimentais demoradas e de alto custo 7. Dessa forma, dados a respeito das distribuições de dose em diferentes geometrias de irradiação podem ser convenientemente determinados. A proposta desse estudo é avaliar o acrílico comparativamente com o cerrobend 8, utilizando simulação Monte Carlo com código PENELOPE (acrônimo de PENatration and Energy LOss of Positrons and Electrons) na análise das distribuições de dose, das porcentagens de dose profunda (PDP) e dos perfis de dose obtidos utilizando colimadores adicionais com esses materiais. Materiais e métodos As diferentes respostas dosimétricas para os colimadores adicionais para o tratamento de radioterapia conformacional 3D com elétrons foram avaliadas por meio de simulação Monte Carlo com o código PENELOPE, versão , com uma incerteza estatística menor que 1% e a energia de absorção para fótons e elétrons foi de 10 kev para todas as simulações realizadas. A Figura 1 representa a geometria de simulação: a estrutura de cor lilás representa o objeto simulador 20 x 20 x 20 cm 3, preenchido com água; a estrutura de cor azul representa o colimador adicional; e a estrutura de cor laranja representa o tamanho do campo de irradiação 1 x 1 cm 2, escolhido como um pencil beam para cálculos conformacionais. Os materiais utilizados para os colimadores adicionais foram: cerrobend (50% de bismuto, 26,7% de chumbo, 13,3% de estanho e 10% de cádmio) com densidade de 9,64 g/cm 3 e acrílico (60% de carbono, 8% de hidrogênio e 32% de oxigênio) com densidade de 1,19 g/cm 3. Nesse estudo, foram utilizados espectros de feixe de elétrons de 6 e 15 MeV, como mostrado na Figura 2, obtidos da literatura e validados por meio de comparações com medidas experimentais 10. Um objeto simulador de 20 x 20 x 20 cm 3 preenchido com água foi utilizado em todas as simulações. A distância fonte-superfície utilizada foi de 100 cm, com um campo de radiação de 10 x 10 cm 2, sendo colimado, pelos aplicadores adicionais, em um campo de 1 x 1 cm 2. As curvas de PDP e os perfis de campo, na profundidade de tratamento (isodose de 85%), foram determinadas por meio do PENELOPE, para ambos os materiais e energias, com resolução espacial de 1 mm ao longo do eixo central do campo de radiação. Também foram determinadas as distribuições de doses depositadas em planos paralelos e perpendiculares ao eixo central dos feixes de radiação utilizados. As espessuras dos colimadores adicionais de cerrobend e acrílico foram determinadas para se obter a mesma A B Figura 1. Geometria simulada para os diferentes materiais de colimadores adicionais: (A) acrílico, (B) cerrobend. 24 Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):23-7.

19 Estudo de diferentes materiais para realização de radioterapia conformacional com feixes de elétrons utilizando o código de simulação Monte Carlo PENELOPE atenuação com esses diferentes materiais nas diferentes energias. Na Tabela 1 estão apresentadas as espessuras utilizadas na simulação, apesar de, na prática, usarem-se espessuras menores, da ordem de 1,5 cm. Resultados e discussão As distribuições de doses depositadas no objeto simulador, em um plano paralelo ao eixo central do feixe de radiação, são representadas na Figura 3, que mostra, qualitativamente, a diferença na distribuição de dose obtida para o mesmo material de colimador adicional, acrílico, em feixes de radiação de 6 e 15 MeV. As respostas dosimétricas encontradas para os diferentes materiais e energias são apresentadas nas Figuras 4 e 5. A Tabela 2 mostra, quantitativamente, as maiores diferenças encontradas nos parâmetros dosimétricos, PDP e perfil de campo, na profundidade de tratamento, com os colimadores de cerrobend e acrílico nas energias de 6 MeV e 15 MeV. Pelas características dosimétricas de um feixe de elétrons, era esperado que o colimador de cerrobend produzisse contaminação do feixe pela produção de fótons de Bremsstrahlung. Porém, os resultados das Figuras 4 e 5 não mostram a presença dessa contaminação, indicando que os fótons produzidos foram atenuados pelo próprio colimador. Assim, materiais de alto número atômico podem ser usados para blindagem de feixes de elétrons, desde que tenham a espessura adequada para atenuar os fótons produzidos. A pequena distância entre o aplicador padrão de elétrons e a superfície a ser irradiada, em torno de apenas 5 cm, privilegia a utilização de um colimador de maior número atômico, com espessura reduzida, que permite Contagem relativa 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 6 MeV 15 MeV 0, Energia (kev) Figura 2. Espectros de energias utilizados na simulação (Jin). Tabela 1. Espessuras dos colimadores adicionais. Energia (MeV) Espessura do colimador adicional (cm) Cerrobend Acrílico 6 1,8 6,0 15 3,3 10,9 Tabela 2. Variação percentual máximas na comparação dos parâmetros dosimétricos para os colimadores adicionais de cerrobend e acrílico, nas energias de 6 MeV e 15 MeV. Energia (MeV) Variação percentual da PDP (%) Variação percentual do perfil de campo (%) 6 1,2 2,5 15 1,5 3, , Profundidade (cm) 1,5 2 2,5 3 3,5 Profundidade (cm) ,5 9 A Distância em x (cm) B Distância em x (cm) Figura 3. Distribuição de dose com o colimador de acrílico para as energias de: (A) 6 MeV, (B) 15 MeV. Revista Brasileira de Física Médica.2011;4(4):